JP6859231B2 - 鋼材及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、鋼材及びその製造方法に関する。
従来、キュービクル等いくつかの構造物は、形鋼と呼ばれるL字状の鋼材を組み合わせることで構成されていた。この場合、形鋼を所望の長さに切断したり、或は、形鋼に対する穴開け加工や切り欠き加工をしたり、と言った作業が必要となる。しかし、元々の形鋼の精度にバラツキがあるため、高精度な加工が難しく、生産性も低くなる。また、形鋼を組み合わせる時も、通常、形鋼を治具で固定して溶接しなければならない。そのため、組み合わせ時にも誤差が生じることになる点が問題となる。
特開平7−67219号公報
そこで本発明では、キュービクル等の構造物の高品質・高生産性加工を可能とする鋼材及びその製造方法を提供することを目的とする。
本発明の実施形態に係る鋼材は、それぞれが中間部分及び接合部分を持ち、それぞれの前記接合部分同士を接合させることで構造物を構成する鋼材であって、第1部分及び第2部分を含み且つ前記第1部分及び前記第2部分が重なり合うように折り畳まれた板材で形成され、前記第1部分及び前記第2部分はそれぞれ切り欠き部分を持ち、前記板材の板厚方向から見て、前記第1部分は前記第2部分の前記切り欠き部分から突出する突出部分を持ち、且つ、前記第2部分は前記第1部分の前記切り欠き部分から突出する突出部分を持ち、前記接合部分は、前記第1部分及び前記第2部分の前記切り欠き部分及び前記突出部分で構成されることを特徴とする。
また、本発明の実施形態に係る鋼材の製造方法は、それぞれが中間部分及び接合部分を持ち、それぞれの前記接合部分同士を接合させることで構造物を構成する鋼材の製造方法であって、第1部分及び第2部分を持つ板材に対して、前記第1部分及び前記第2部分それぞれに切り欠き部分を形成し、前記板材の板厚方向から見て、前記第1部分の前記切り欠き部分から前記第2部分の一部である突出部分が突出し、且つ、前記第2部分の前記切り欠き部分から前記第1部分の一部である突出部分が突出するように、前記第1部分に対して前記第2部分を折り畳み、前記第1部分及び前記第2部分の前記切り欠き部分及び前記突出部分で構成された前記接合部分を形成することを特徴とする。
本発明によれば、キュービクル等の構造物の高品質・高生産性加工を可能とする鋼材及びその製造方法を提供することができる。
本発明の第1の実施形態に係る構造物の一例を示す斜視図である。 同実施形態に係る鋼材の示す斜視図である。 同実施形態に係る鋼材の接合方法を説明する図である。 同実施形態に係る鋼材の製造方法を説明する図である。 本発明の第2の実施形態に係る鋼材の示す斜視図である。 同実施形態に係る鋼材の接合方法を説明する図である。 同実施形態に係る鋼材の製造方法を説明する図である。 本発明の第3の実施形態に係る鋼材の示す斜視図である。 同実施形態に係る鋼材の接合方法を説明する図である。 同実施形態に係る鋼材の製造方法を説明する図である。 本発明の第4の実施形態に係る鋼材の示す斜視図である。 同実施形態に係る鋼材の接合方法を説明する図である。 同実施形態に係る鋼材の製造方法を説明する図である。
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態に係る鋼材及び鋼材の製造方法について説明する。
[第1の実施形態]
先ず、本発明の第1の実施形態に係る構造物の一例と、それを構成する鋼材の構造について説明する。
図1は本実施形態に係る構造物の一例を示す斜視図であり、図2は同実施形態に係る鋼材を示す斜視図である。
図1に示す構造物は、電源設備等を収容するキュービクルのフレーム1となる。このフレーム1は、図1に示すように、複数の鋼材100の組み合わせによって構成される。各鋼材100は、図2に示すように、直角に折り曲げられた折り曲げ部分101を持つ断面L字状のアングル材となる。各鋼材100は、その両端に配置された接合部分102と、これら接合部分102間に配置された中間部分103を持つ。各鋼材100は、外側部分140(第1部分)及び内側部分160(第2部分)を持つ1枚の板金120(板材)から形成されており、この板金120が、外側部分140と内側部分160が重なり合うように、これらの間で折り畳まれている。ここで、外側部分140及び内側部分160が重なった部分を「2層部分」と称し、その構造を「2層構造」と称することもある。これに対し、外側部分140のみで内側部分160が重なっていない部分を「1層部分」と称し、その構造を「1層構造」と称することもある。本実施形態の場合、折り曲げ部分101は、全体的に2層構造を持つ。
なお、本実施形態の場合、内側部分160の側面161(第1側面)とこの側面161に対向する内側部分160の側面162(第2側面)とが互いに噛合する櫛刃状に形成されている。これによって、鋼材100のねじり強度を向上させることができる。
また、板金120の外側部分140及び内側部分160は、それぞれ接合部分102において切り欠き部分CTと、これによって形成された突出部分PRを持つ。そして、板金120の板厚方向から見た場合、外側部分140の切り欠き部分CTから内側部分160の突出部分PRが突出し、且つ、内側部分160の切り欠き部分CTから外側部分140の突出部分PRが突出している。つまり、鋼材100の長さ方向から見た場合、切り欠き部分CT及び突出部分PRは、互い違いに配置されている。
なお、本実施形態の場合、各突出部分PRは、リベット穴HR(第1穴)及びダボDWを持つ。リベット穴HRは、2つの鋼材100を接合した場合に、これらのリベット穴HR同士が重なる位置に配置されている。同様に、ダボDWも、2つの鋼材100を接合した場合に、これらのダボDW同士が嵌合するように配置されている。これらリベット穴HR及びダボDWは、いずれも鋼材100同士の接合をより強固にするために利用される。
また、鋼材100は、中間部分103において、外側部分140及び内側部分160を貫通する複数のボルト穴HB(第2穴)を持つ。これらボルト穴HBは、キュービクルの外装となるパネル等の固定に利用される。
以下の説明では、本実施形態のように1枚の板金120を折り畳んで形成した断面L字状のアングル材を「板金アングル材」と称することもある。これに対し、熱間圧延によって形成された断面L字状のアングル材を「形鋼アングル材」と称することもある。
次に、本実施形態に係る板金アングル材100の接合方法について図3を用いて説明する。図3は、板金アングル材100Aに対して2つの板金アングル材100B及び100Cを接合する例である。
始めに、図3中(A)の矢印a131に示すように、板金アングル材100Aの接合部分102Bに対して板金アングル材100Bの接合部分102Aを差し込む。より具体的には、板金アングル材100Bの内側部分160が持つ突出部分PR<1>を板金アングル材100Aの内側部分160の切り欠き部分CT<1>に差し込む。それと共に、板金アングル材100Aの内側部分160が持つ突出部分PR<2>を板金アングル材100Bの外側部分140の切り欠き部分CT<2>に差し込む。これによって、板金アングル材100A及び100Bが持つ突出部分PR<1>同士或はPR<2>同士が相互に密着するため、溶接や治具による補助がなくても板金アングル材100Bを板金アングル材100Aにある程度の強度で固定することができる。なお、板金アングル材100A及び100Bの突出部分PRにダボDWがある場合、それぞれのダボDW同士が嵌合することで、板金アングル材100Bを板金アングル材100Aにより強固に固定することができる。また、板金アングル材100A及び100Bの突出部分PRにリベット穴HRがある場合、それぞれのリベット穴HRの位置が一致する。
続いて、図3中(A)の矢印a132に示すように、板金アングル材100Cの接合部分102Aと102Bを、それぞれ板金アングル材100Aの接合部分102Cと板金アングル材100Bの接合部分102Cに差し込む。これによって、板金アングル材100A、100B、及び100Cは、有る程度の強度で相互に固定される。
最後に、図3中(B)の矢印a133に示すように、各リベット穴HRに対してリベットRVを差し込みリベット止めする。これによって、板金アングル材100A、100B、及び100Cは、相互に確実に固定される。なお、板金アングル材100がリベット穴HRを持たない場合、溶接を用いて固定することもできる。
次に、本実施形態に係る板金アングル材100の製造方法について図4を用いて説明する。
始めに、外側部分140及び内側部分160を持つ板金120を用意する。
続いて、ステップS101において、例えばタレットパンチプレスを用いて、外側部分140及び内側部分160のうち接合部分102となる部分に対して切り欠き部分CTを形成する。これによって、外側部分140及び内側部分160には突出部分PRも形成される。ここで、外側部分140及び内側部分160の切り欠き部分CTは、後工程のヘミング加工の後、内側部分160及び外側部分140の突出部分PRと重なる位置に形成しておく。
また、ステップS101では、必要に応じて、突出部分PRに対してリベット穴HR及びダボDWを形成しても良い。また、必要に応じて、外側部分140及び内側部分160に対してボルト穴HBとなる穴HB´を形成しても良い。ここで、外側部分140の穴HB´は、後工程のヘミング加工の後、内側部分160の穴HB´と重なる位置に形成しておく必要がある。
なお、板金120の2つの主面のうち、後工程のヘミング加工によって内側に入る面を主面163(第1主面)とし、外側に表れる面を主面164(第2主面)とした場合、穴HB´を主面164から主面163に向かって形成することが望ましい。タレットパンチプレスによって穴HB´を形成した場合、穴HB´の出口にはバリが生じてしまう。しかし、矢印a141の方向で穴HB´を形成すれば、ヘミング加工後、バリが生じる主面163が内側に隠されるため、バリ取りの作業を省略できる。
更に、ステップS101では、必要に応じて、内側部分160のうち、側面161及び162を櫛刃状に加工しておいても良い。ここで、側面161の櫛刃形状と側面162の櫛刃形状は、後工程のヘミング加工の際、噛合するように形成しておく必要がある。
続いて、ステップS102では、一点鎖線d141及びd142の位置で、外側部分140に対して内側部分160を鋭角曲げした後、更に、ヘミング加工によって、外側部分140に対して内側部分160を折り畳む。これによって、板厚方向から見て、外側部分140の切り欠き部分CTに内側部分160の突出部分PRが現れ、内側部分160の切り欠き部分CTに外側部分140の突出部分PRが現れる。また、外側部分140の穴HB´と内側部分160の穴HB´が重なり、外側部分140及び内側部分160を貫通する1つのボルト穴HBとなる。また、内側部分160の側面161と側面162が噛合する。但し、後工程のベンダー加工の際、側面161及び162が相互に近付く方向に押し出されることになるため、ステップS102の終了時点では、側面161及び側面162間には適当なギャップGPを設ける必要がある。
最後に、ステップS103では、ベンダー加工によって、2層部分にある一点鎖線d143の位置を直角に折り曲げ、折り曲げ部分101を形成する。この時、内側部分160の側面161及び162は、互いに近付く方向に押し出されるため、ギャップGPがなくなり、側面161及び162が強く噛合されることなる。
以上が、板金アングル材100の製造方法となる。
次に、本実施形態の効果について形鋼アングル材と比較しながら説明する。
形鋼アングル材の場合、その製造過程では例えばアイアンワーカーを用いて切断、穴あけ、切り欠き等の加工を行う。この場合、作業員によって一々加工の位置決めをすることになるため、加工のばらつきが生じやすくなる。また、形鋼の重量が重いため、その加工は重労働となる。この点、本実施形態に係る板金アングル材は、比較的精度の良い板金を材料としているため、形鋼アングル材よりも、最終製品のばらつきを抑えることができる。
また、2つの形鋼アングル材を接合するのに、溶接を用いることがある。この場合、2つの形鋼アングル材を治具で固定する必要があるため、形鋼アングル材同士の角度などにばらつきが生じ易くなる。それに加え、溶接作業員の熟練度によっても、完成するフレームの品質が大きく左右されてしまう。この点、本実施形態によれば、治具がなくても接合部分を相互に差し込むだけで容易に仮固定することができる。また、リベット止めするだけなので熟練度に左右させず精度の高いフレームを構築することができる。
更に、既に設置されているキュービクルを移動させるには、設置された建物の搬出口やエレベーターの大きさから、キュービクルをどうしても解体しなくてはいけない場合もある。この点、形鋼アングル材を溶接で接合させたフレームを持つ場合には解体は容易ではないが、本実施形態によれば、リベットを破壊だけで簡単に解体することができる。
以上から、本実施形態によれば、キュービクル等の構造物の高品質・高生産性加工を可能とするばかりでなく、使い勝手も向上させた鋼材及びその製造方法を提供することができる。
[第2の実施形態]
ここでは、第2の実施形態に係る板金アングル材200について板金アングル材100との差異を中心に説明する。
先ず、板金アングル材200の構造について図5を用いて説明する。
板金アングル材200は、板金アングル材100と異なり、内側部分260(160に相当)の側面261及び262(161及び162に相当)が折り曲げ部分201(101に相当)に掛かっておらず、折り曲げ部分201が全体的に一層構造となっている。
次に、板金アングル材200の接合方法について図6を用いて説明する。
板金アングル材200の接合方法については、板金アングル材100の接合方法と同様である。つまり、図6中(A)の矢印a221に示すように、板金アングル材200Bの接合部分202A(102Aに相当)を板金アングル材200Aの接合部分202B(102Bに相当)に差し込む。続けて、図6中(A)の矢印a222に示すように、板金アングル材200Cの接合部分202A及び202Bをそれぞれ板金アングル材200Aの接合部分202C(102Cに相当)及び板金アングル材200Bの接合部分202Cに差し込む。最後に、必要に応じて、図6中(B)に示すように、リベット穴HRにリベットRVを通してリベット止めする。以上によって、板金アングル材200A、200B、及び200Cは、相互に強固に固定される。
次に、板金アングル材200の製造方法について図7を用いて説明する。
始めに、ステップS201では、板金220(120に相当)を用意し、例えばタレットパンチプレスによって切り欠き部分CT等を形成する。本実施形態の場合、内側部分260を、その側面261及び262が後工程のヘミング加工によって折り曲げ部分201に掛からない程度に加工しておく。また、側面261及び262を噛合させる必要がないため、それらを櫛刃状に形成しなくても良い。
続いて、ステップS202では、ヘミング加工によって、一点鎖線d231及び232の位置で、外側部分240(140に相当)に対して内側部分260を折り畳む。
最後に、ステップS203では、ベンダー加工によって、側面261及び262間にある一点鎖線d233の位置で直角に折り曲げ、全体が一層構造の折り曲げ部分201を形成する。
以上が、板金アングル材200の製造方法である。
本実施形態によれば、折り曲げ部分が1層構造であるため、第1の実施形態と比べ、折り曲げ部分の形成におけるベンダーの負担を軽減することができる。また、2層部分が小さいため、その分だけ製造に必要な板金を節約できる。
[第3の実施形態]
ここでは、第3の実施形態に係る板金アングル材300について板金アングル材100との差異を中心に説明する。
先ず、板金アングル材300の構造について図8を用いて説明する。
板金アングル材300は、板金アングル材100と異なり、中間部分303(103に相当)が外側部分340(140に相当)のみの1層構造となっている。換言すれば、接合部分302(102に相当)のみ2層構造となっている。
次に、板金アングル材300の接合方法について図9を用いて説明する。
板金アングル材300の接合方法については、板金アングル材100の接合方法と同様である。つまり、図9中(A)の矢印a321に示すように、板金アングル材300Bの接合部分302A(102Aに相当)を板金アングル材300Aの接合部分302B(102Bに相当)に差し込む。続けて、図9中(A)の矢印a322に示すように、板金アングル材300Cの接合部分302A及び302Bをそれぞれ板金アングル材300Aの接合部分302C(102Cに相当)及び板金アングル材300Bの接合部分302Cに差し込む。最後に、必要に応じて、図9中(B)に示すように、リベット穴HRにリベットRVを通してリベット止めする。以上によって、板金アングル材300A、300B、及び300Cは、相互に強固に固定される。
次に、板金アングル材300の製造方法について図10を用いて説明する。
始めに、ステップS301では、板金320(120に相当)を用意し、例えばタレットパンチプレスによって切り欠き部分CT等を形成する。本実施形態の場合、凡そ接合部分302を残して内側部分360が残らないようにする。なお、図示されていないが、板金アングル材100の場合と同様、後工程のヘミング加工によって内側部分360の側面361及び362が噛合するよう、それらを櫛刃状に形成しておいても良い。
続いて、ステップS302では、ヘミング加工によって、一点鎖線d331及び332の位置で、外側部分340に対して内側部分360を折り畳む。
最後に、ステップS303では、ベンダー加工によって、一点鎖線d333の位置で直角に曲げ、折り曲げ部分301を形成する。本実施形態の場合、折り曲げ部分301には接合部分302の2層構造と中間部分303の1層構造が混在しており、それらの境界で段差が生じる。そのため、ベンダー加工時には、その段差に対応した刃先を持つパンチを使用したり、内側部分360と同じ厚さの捨て板を1層部分に宛がうなどの処置が必要となる。
以上が、板金アングル材300の製造方法である。
本実施形態によれば、凡そ接合部分を2層構造とし、中間部分を1層構造とすることで、第1の実施形態と比べ、製造に必要な板金を節約できるばかりでなく、製品の軽量化を図ることができる。
[第4の実施形態]
ここでは、第4の実施形態に係る板金アングル材400について板金アングル材300との差異を中心に説明する。
先ず、板金アングル材400の構造について図11を用いて説明する。
板金アングル材400の場合、板金アングル材300と異なり、内側部分460(360に相当)の側面461及び462(361及び362に相当)が折り曲げ部分401(301に相当)に掛かっておらず、折り曲げ部分401が全体的に一層構造となっている。
次に、板金アングル材400の接合方法について図12を用いて説明する。
板金アングル材400の接合方法については、板金アングル材300の接合方法と同様である。つまり、図12中(A)の矢印a421に示すように、板金アングル材400Bの接合部分402A(302Aに相当)を板金アングル材400Aの接合部分402B(302Bに相当)に差し込む。続いて、図12中(A)の矢印a422に示すように、板金アングル材400Cの接合部分402A及び402Bをそれぞれ板金アングル材400Aの接合部分402C(302Cに相当)及び板金アングル材400Bの接合部分402Cに差し込む。最後に、必要に応じて、図12中(B)に示すように、リベット穴HRにリベットRVを通してリベット止めする。以上によって、板金アングル材400A、400B、及び400Cは、相互に強固に固定される。
次に、板金アングル材400の製造方法について図13を用いて説明する。
始めに、ステップS401では、板金420(320に相当)を用意し、例えばタレットパンチプレスによって切り欠き部分CT等を形成する。本実施形態の場合、板金アングル材300の場合と異なり、内側部分460を、その側面461及び462が後工程のヘミング加工によって折り曲げ部分401に掛からない程度に加工しておく。
続いて、ステップS402では、ヘミング加工によって、一点鎖線d431及び432の位置で、外側部分440(340に相当)に対して内側部分460を折り畳む。
最後に、ステップS403では、ベンダー加工によって、側面461及び462間にある1層部分の一点鎖線d432で直角に折り曲げ、折り曲げ部分401を形成する。本実施形態の場合、折り曲げ部分401が全体的に1層構造であるため、板金アングル材300の場合と異なり、パンチに段差を設ける等の処置は不要である。
以上が、板金アングル材400の製造方法である。
本実施形態によれば、折り曲げ部分が全体的に一層構造となっているため、第3の実施形態と比べ、製造が簡単であり、製造に必要な板金を節約できる。
[その他]
以上、本発明の実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれる共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
例えば、説明した実施形態はいずれも断面L字状のアングル材の例であったが、外側部分及び内側部分の切り欠き部分及び突出部分を互い違いに配置してなる上記実施形態と同様の接合部分は、チャンネル材や板材等にも適用することが可能である。
1・・・フレーム、100、200、300、400・・・板金アングル材(鋼材)、101、201、301、401・・・折り曲げ部分、102、202、302、402・・・接合部分、103、303・・・中間部分、120、220、320、420・・・板金、140、240、340、440・・・外側部分、160、260、360、460・・・内側部分、161、162、261、262、361、362、461、462・・・側面、163、164・・・主面、CT・・・切り欠き部分、DW・・・ダボ、GP・・・ギャップ、HB・・・ボルト穴、HR・・・リベット穴、PR・・・突出部分、RV・・・リベット。

Claims (15)

  1. それぞれが中間部分及び接合部分を持ち、それぞれの前記接合部分同士を接合させることで構造物を構成する鋼材であって、
    第1部分及び第2部分を含み且つ前記第1部分及び前記第2部分が重なり合うように折り畳まれた板材で形成され、
    前記第1部分及び前記第2部分はそれぞれ切り欠き部分を持ち、前記板材の板厚方向から見て、前記第1部分は前記第2部分の前記切り欠き部分から突出する突出部分を持ち、且つ、前記第2部分は前記第1部分の前記切り欠き部分から突出する突出部分を持ち、
    前記接合部分は、前記第1部分及び前記第2部分の前記切り欠き部分及び前記突出部分で構成される
    ことを特徴とする鋼材。
  2. 折り曲げ部分によってL字状に折り曲げられたアングル材である
    ことを特徴とする請求項1記載の鋼材。
  3. 前記第1部分及び前記第2部分の少なくとも一方は、前記突出部分に形成された第1穴を持つ
    ことを特徴とする請求項1又は2記載の鋼材。
  4. 前記第1部分及び前記第2部分の少なくとも一方は、前記突出部分に加工されたダボを持つ
    ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項記載の鋼材。
  5. 前記折り曲げ部分は、前記第1部分及び前記第2部分が重なった2層構造を持つ
    ことを特徴とする請求項2記載の鋼材。
  6. 前記折り曲げ部分は、前記第1部分のみからなる1層構造を持つ
    ことを特徴とする請求項2又は5記載の鋼材。
  7. 前記第2部分は、それぞれが櫛刃状に形成されており且つ互いに噛合した第1側面及び第2側面を持つ
    ことを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項記載の鋼材。
  8. それぞれが中間部分及び接合部分を持ち、それぞれの前記接合部分同士を接合させることで構造物を構成する鋼材の製造方法であって、
    第1部分及び第2部分を持つ板材に対して、前記第1部分及び前記第2部分それぞれに切り欠き部分を形成し、
    前記板材の板厚方向から見て、前記第1部分の前記切り欠き部分から前記第2部分の一部である突出部分が突出し、且つ、前記第2部分の前記切り欠き部分から前記第1部分の一部である突出部分が突出するように、前記第1部分に対して前記第2部分を折り畳み、前記第1部分及び前記第2部分の前記切り欠き部分及び前記突出部分で構成された前記接合部分を形成する
    ことを特徴とする鋼材の製造方法。
  9. 前記接合部分の形成後、前記板材をL字状に曲げて折り曲げ部分を形成する
    ことを特徴とする請求項8記載の鋼材の製造方法。
  10. 前記第1部分及び前記第2部分の少なくとも一方の前記突出部分に、第1穴を形成する
    ことを特徴とする請求項8又は9記載の鋼材の製造方法。
  11. 前記第1部分及び前記第2部分の少なくとも一方の前記突出部分に、ダボを加工する
    ことを特徴とする請求項8〜10のいずれか1項記載の鋼材の製造方法。
  12. 形成された前記折り曲げ部分は、前記第1部分及び前記第2部分が重なった2層構造を持つ
    ことを特徴とする請求項9記載の鋼材の製造方法。
  13. 形成された前記折り曲げ部分の形成時、前記第1部分のみからなる1層構造を持つ
    ことを特徴とする請求項9又は12記載の鋼材の製造方法。
  14. 前記板材の折り畳み前、前記第2部分の第1側面及び第2側面を櫛刃状に形成し、
    前記板材の折り畳み時、前記第2部分の第1側面及び前記第2側面を噛合させる
    ことを特徴とする請求項8〜13のいずれか1項記載の鋼材の製造方法。
  15. 前記板材は、第1主面及び第2主面を持ち、
    前記板材の折り畳み前、前記中間部分となる部分において前記第2主面から前記第1主面に向けて第2穴を形成し、
    前記板材の折り畳み時、前記第1主面が内側を向くように前記第1部分に対して前記第2部分を折り畳む
    ことを特徴とする請求項8〜14のいずれか1項記載の鋼材の製造方法。
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