特許 7242957 Ｈ形鋼の加工方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-03-10

(45)【発行日】2023-03-20

(54)【発明の名称】Ｈ形鋼の加工方法

(51)【国際特許分類】

   B23P 13/02 20060101AFI20230313BHJP

   B23C 3/12 20060101ALI20230313BHJP

【ＦＩ】

B23P13/02

B23C3/12 D

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2022194148

(22)【出願日】2022-12-05

【審査請求日】2022-12-05

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000207285

【氏名又は名称】大東精機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107423

【弁理士】

【氏名又は名称】城村 邦彦

(74)【代理人】

【識別番号】100120949

【弁理士】

【氏名又は名称】熊野 剛

(74)【代理人】

【識別番号】100093997

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 秀佳

(72)【発明者】

【氏名】溝畑 知典

(72)【発明者】

【氏名】渡邊 哲也

【審査官】亀田 貴志

(56)【参考文献】

【文献】特開昭４９－９９９４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－２０７４８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第４１２９４６０（ＵＳ，Ａ）

【文献】米国特許第４７０７８９８（ＵＳ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１６０２７９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｐ １３／００ － １７／０６

Ｂ２３Ｐ ２３／０４

Ｂ２３Ｃ ３／１２

Ｂ２３Ｄ ７９／００

Ｅ０４Ｂ １／２４

Ｂ２３Ｋ ７／００

Ｂ２３Ｋ ２８／００ － ３１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

一対のフランジと当該フランジを相互に連結するウェブとを有するＨ形鋼の加工方法であって、
前記一対のフランジと前記ウェブとの連結部分を前記フランジの外側からミーリング加工で切削して、前記Ｈ形鋼の長手方向に延びる長溝を形成する工程と、
前記一対のフランジを、前記長溝の一端部を通るように溶断トーチによって溶断する工程と、
前記ウェブを、前記長溝の長手方向他端部を相互に結ぶように溶断トーチによって溶断する工程と、
前記一対のフランジを、前記長溝の他端部を通るように溶断トーチによって溶断する工程と、
を有することを特徴とするＨ形鋼の加工方法。

【請求項2】

一対のフランジと当該フランジを相互に連結するウェブとを有するＨ形鋼の加工方法であって、
前記一対のフランジと前記ウェブとの連結部分を前記フランジの外側からミーリング加工で切削して、前記Ｈ形鋼の長手方向に延びると共に前記Ｈ形鋼の長手方向先端で開口した長溝を形成する工程と、
前記一対のフランジを、前記長溝の前記開口側と反対側の一端部を通るように溶断トーチによって溶断する工程と、
を有することを特徴とするＨ形鋼の加工方法。

【請求項3】

一対のフランジと当該フランジを相互に連結するウェブとを有するＨ形鋼の前記フランジの追込み加工方法において、
前記一対のフランジと前記ウェブとの連結部分を前記フランジの外側からミーリング加工で切削して、前記Ｈ形鋼の長手方向に延びる長溝を形成する工程を有することを特徴とする加工方法。

【請求項4】

前記フランジを溶断トーチによって溶断する工程を有することを特徴とする請求項３の加工方法。

【請求項5】

前記溶断トーチとして、プラズマガスを噴射して溶断を行なうプラズマトーチを使用することを特徴とする請求項１、２又は４の加工方法。

【請求項6】

前記溶断トーチとして、レーザービームを照射して溶断を行なうレーザートーチを使用することを特徴とする請求項１、２又は４の加工方法。

【請求項7】

前記ウェブの幅方向端部にスカラップを形成するに際し、前記スカラップの前記フランジの際部分をミーリング加工でＨ形鋼の長手方向に切削し、前記スカラップの当該ミーリング加工で切削した残余部分の縁を溶断トーチによって溶断することを特徴とする請求項１、２又は４の加工方法。

【請求項8】

前記ミーリング加工の軸線を前記フランジに対して垂直方向にしたことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項の加工方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はＨ形鋼の加工方法に係り、特にＨ形鋼のフランジの深追込み加工でミーリング加工を使用する加工方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、Ｈ形鋼のフランジの追込み加工は特許文献１（特開２０１１－１４８０５０号公報）などに記載の回転カッター式開先加工機で行われている。しかしながら、追込み量が大きい深追込み加工になると、追い込みカッターによる加工時間が長くかかると共に、追い込みカッターの消耗量も激しくなる。このため、作業能率の著しい低下と加工コストの大幅アップを招いていた。

【0003】

一方、Ｈ形鋼のフランジの深追込み加工を回転カッター式開先加工機ではなく、ガス溶断トーチを使用した手作業で行う方法もある。しかしながら、ガス溶断トーチを使用した手作業では加工精度を出しにくく、仕上がり製品の寸法バラつきが大きく作業能率も悪い。

【0004】

特許文献２（特開２０１１－４１９５２号公報）は、プラズマトーチやレーザートーチなどの溶断トーチを移動制御するＨ形鋼の深追込み加工方法を提案している。この方法であれば工具の消耗の問題がなく加工時間も短くて済む。

【0005】

しかしながら、Ｈ形鋼のウェブとフランジが交差する内角部分（フランジの際部分）は、溶断トーチがフランジと干渉するため溶断しにくい。このため、特許文献２の深追込み加工では当該干渉を避けるように、溶断トーチをＨ形鋼の幅方向内側にやや移動した位置から追い込み方向に移動してウェブを切断するようにしている（特許文献２の図１参照）。

【0006】

このため、図７のようにＨ形鋼Ｓの梁材のウェブＷとフランジＦの各先端部Ｗ１、Ｆ１を、相手側Ｈ形鋼Ｓの柱材のウェブＷとフランジＦに直接溶接する場合、ウェブ先端部Ｗ１が短くなりウェブの全幅を利用した溶接接合ができず溶接強度が損なわれる。また溶断トーチをＨ形鋼の幅方向内側に移動させた分だけ、柱材のウェブＷとフランジＦとの間Ｗ２に隙間ができる。当該隙間は広すぎて溶接することができないため強度が損なわれる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特開２０１１－１４８０５０号公報

【文献】特開２０１１－４１９５２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

そこで本発明の目的は、Ｈ形鋼のウェブ幅を低減せずに深追込み加工をすることが可能なＨ形鋼の加工方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

前記課題を解決するため、本発明のＨ形鋼の加工方法は、一対のフランジと当該フランジを相互に連結するウェブとを有するＨ形鋼の加工方法であって、前記一対のフランジと前記ウェブとの連結部分を前記フランジの外側からミーリング加工で切削して、前記Ｈ形鋼の長手方向に延びる長溝を形成する工程と、前記一対のフランジを、前記長溝の一端部を通るように溶断トーチによって溶断する工程と、前記ウェブを、前記長溝の長手方向他端部を相互に結ぶように溶断トーチによって溶断する工程と、前記一対のフランジを、前記長溝の他端部を通るように溶断トーチによって溶断する工程と、を有することを特徴とする。

【0010】

また、本発明のＨ形鋼の加工方法は、一対のフランジと当該フランジを相互に連結するウェブとを有するＨ形鋼の加工方法であって、前記一対のフランジと前記ウェブとの連結部分を前記フランジの外側からミーリング加工で切削して、前記Ｈ形鋼の長手方向に延びると共に前記Ｈ形鋼の長手方向先端で開口した長溝を形成する工程と、前記一対のフランジを、前記長溝の前記開口側と反対側の一端部を通るように溶断トーチによって溶断する工程と、を有することを特徴とする。

【0011】

また、本発明のＨ形鋼のフランジの追込み加工方法は、一対のフランジと当該フランジを相互に連結するウェブとを有するＨ形鋼の前記フランジの追込み加工方法において、前記一対のフランジと前記ウェブとの連結部分を前記フランジの外側からミーリング加工で切削して、前記Ｈ形鋼の長手方向に延びる長溝を形成する工程を有することを特徴とする。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、Ｈ形鋼のウェブ幅を低減せずに追込み加工をすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1A】本発明の一実施形態を説明するＨ形鋼の斜視図である。

【図1B】図１Ａの平面図と側面図である。

【図1C】本発明方法で深追い込み加工したＨ形鋼の斜視図である。

【図2】本発明方法で使用する加工機の平面図である。

【図3A】本発明方法で深追い込み加工したＨ形鋼の平面図と側面図である。

【図3B】ミーリング加工を説明するＨ形鋼の側面図と断面図である。

【図3C】ミーリング加工を説明するＨ形鋼の拡大断面図である。

【図4】（ａ）は本発明方法の第１変形例を説明するＨ形鋼の平面図と側面図、（ｂ）は深追い込み加工したＨ形鋼の斜視図である。

【図5】（ａ）は本発明方法の第２変形例を説明するＨ形鋼の平面図と側面図、（ｂ）は深追い込み加工したＨ形鋼の斜視図である。

【図6】（ａ）は本発明方法の第３変形例で深追い込み加工したＨ形鋼の斜視図、（ｂ）（ｃ）は第３変形例を説明するＨ形鋼の平面図と側面図である。

【図7】本発明方法で深追い込み加工したＨ形鋼の梁部材を、Ｈ形鋼の柱部材に溶接する一例を示す斜視図である。

【図8】本発明方法で深追い込み加工したＨ形鋼の梁部材を、Ｈ形鋼の梁部材に溶接する一例を示す斜視図である。

【図9A】本発明の第４変形例を説明するＨ形鋼の斜視図である。

【図9B】図９Ａの平面図と側面図である。

【図9C】第４変形例で深追い込み加工したＨ形鋼の斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

（●本発明の一実施形態）
図１Ａは本発明の一実施形態を説明するＨ形鋼Ｓの斜視図である。また、図１Ｂは図１Ａを平面図と側面図で示したものである。

【0015】

左右のフランジＦの矩形ミーリング加工領域Ｍ０にハッチングを付している。この加工領域Ｍ０はＨ形鋼ＳのウェブＷとフランジＦの連結部分に対応し、Ｈ形鋼Ｓの長手方向に延びている。矩形加工領域Ｍ０をミーリング加工することで、Ｈ形鋼Ｓの長手方向に延びた長溝が形成される。

【0016】

図１Ａのミーリング工具Ｍを、丸数字で示す１⇒２、５⇒６の順に移動することで、矩形加工領域Ｍ０を長溝に加工する。丸数字１、５は、ミーリング工具Ｍを加工領域Ｍ０の一端部に向けて垂直に切込む動作である。このときの切込み深さの詳細は図３Ｃで後述する。丸数字２、６は、垂直に切り込んだミーリング工具ＭをフランジＦ面と水平方向に移動して矩形加工領域Ｍ０に削り広げる動作である。このときの削り広げる範囲の詳細は図３Ｃで説明する。

【0017】

矩形加工領域Ｍ０を長溝に形成したら、図示しない溶断トーチを丸数字３⇒４⇒７⇒８⇒９⇒１０⇒１１の順に移動する。３⇒４で右側のフランジＦの手前側端部を縦方向に切断する。７⇒８で左側のフランジＦの手前側端部を縦方向に切断する。３⇒４、７⇒８の切断線は、左右の矩形加工領域Ｍ０の長溝の一端部を通る。

【0018】

溶断トーチは、例えばプラズマガスを噴射して溶断を行なうプラズマトーチや、レーザービームを照射して溶断を行なうレーザートーチを使用することができる。その他の種類の溶断トーチを使用することも勿論可能である。

【0019】

３⇒４、７⇒８の切断は、矢印方向を逆にしてもよい。すなわち、左右の矩形加工領域Ｍ０の長溝の一端部から始まって上下方向に切断してもよい。或いは、３⇒４、７⇒８の切断を方向を変えずに一気に上方向または下方向に切断してもよい。

【0020】

次に、溶断トーチを端切りのため丸数字９⇒１０⇒１１の順に移動する。９の移動で、ウェブＷの先端部を幅方向に切断する。これで先端部Ｗ１を所定寸法に形成することができる。

【0021】

９の移動は、左右の矩形加工領域Ｍ０の長溝の他端部を相互に結ぶ直線に沿って移動する。９の移動の最初と最後は、溶断トーチがフランジＦに干渉するのを回避するため、溶断トーチの手元側をウェブＷの幅方向内側に適宜（例えば約４５度）傾けるとよい。

【0022】

１０、１１の移動で、フランジＦの先端部を縦方向に切断する。１０、１１の移動は、左右の矩形加工領域Ｍ０の長溝の他端部を垂直方向に通るように移動する。１０、１１の移動は下から上の移動が望ましい。切断した端材（Ｈ形端材Ｓ１）が溶断トーチに当たるのを回避するためである。

【0023】

溶断トーチを丸数字９⇒１０⇒１１の順に端切り移動することで、図１Ｂに示すようにＨ形鋼ＳのＨ形端材Ｓ１が生じる。溶断トーチを３⇒４⇒７⇒８⇒９⇒１０⇒１１の順に移動することで、溶断トーチと端材Ｓ１の干渉をなくすことができる。

【0024】

以上のミーリング加工と溶断トーチによる溶断により、図１Ｃに示す深追い込み加工済みのＨ形鋼Ｓを形成することができる。図１Ａ～図１Ｃから分るように、Ｈ形鋼Ｓのウェブ幅を殆ど低減せずに深追込み加工をすることができる。

【0025】

したがって、図７のようにＨ形鋼Ｓの梁材のウェブＷとフランジＦの先端部Ｗ１、Ｆ１を、相手側Ｈ形鋼Ｓの柱材のウェブＷとフランジＦに溶接する場合、ウェブ先端部Ｗ１の全幅（最大幅）を相手側Ｈ形鋼Ｓの柱材のウェブＷに隙間なく溶接することができる。したがって、特許文献の図１のようにウェブ幅の低減により溶接強度を損なうことがない。

【0026】

なお、深追い込み加工したＨ形鋼Ｓの梁材は、図８のようにウェブＷを縦方向にして相手側梁材に溶接接合することもできる。図７と図８のいずれの溶接接合も、ウェブＷとフランジＦの先端部Ｗ１、Ｆ１が正確な寸法精度で形成されていないと、いずれか一方の先端部Ｗ１、Ｆ１に溶接することができないほどの隙間が生じて確実な溶接ができず溶接強度が損なわれる。本発明方法によれば、ウェブＷとフランジＦの先端部Ｗ１、Ｆ１を正確な寸法精度で形成することができる。

【0027】

図１Ａの深追い込み加工は、図２に示す加工機１００で行うことができる。この加工機１００はミーリング加工機とプラズマ切断機を組合わせたものであって、ミーリング加工エリア１１０とプラズマ切断エリア１２０を隣り合わせで有する。

【0028】

被加工材料であるＨ形鋼Ｓは、図２の左側から右側に移動される。この移動の間に、ミーリング加工エリア１１０において図１Ａで示すミーリング加工１⇒２、５⇒６が行われ、プラズマ切断エリア１２０でプラズマ切断３⇒４⇒７⇒８⇒９⇒１０⇒１１が行われる。深追い込み加工が完了したＨ形鋼Ｓは、プラズマ切断エリア１２０の右側から搬出される。

【0029】

（●深追い込み加工の詳細）
図３Ａ～図３Ｃに深追い込み加工の詳細を示す。図３Ｂの矩形加工領域Ｍ０の長さＬが、図３Ａの深追い込み加工の長さＬになる。

【0030】

通常、両フランジＦの間に挿入されるウェブＷの加工後の幅Ｗ１は、それぞれのフランジＦの内側から追込み量Ｄ（図３Ａ）だけ短くする。これは、図７や図８の溶接する相手側の両フランジの内寸法にマイナス誤差があった場合でも、相手側両フランジの間にウェブＷの先端部Ｗ１を干渉せずに挿入できるようにするためである。追込み量Ｄは、材料であるＨ形鋼Ｓの誤差に応じて任意に設定できる。図３Ｃに示すように、ミーリング工具Ｍの切込み深さは、フランジＦの厚み＋追込み量Ｄとなる。

【0031】

フランジＦとウェブＷが交差する内角部分は円弧状に連続している。この円弧上で、フランジＦより追込み量Ｄだけ離れた部分であるＡ点とＢ点により幅ＢＲが決まる。ミーリング工具Ｍの先端に面取りが施されていたり、フランジＦとウェブＷが交差する内角部分の円弧形状に誤差があったりするので、実際のミーリング加工幅ＢＲ′は、設計上の幅ＢＲよりも、ミーリング工具Ｍの先端の面取り量や、フランジＦ-ウェブＷ内角部分の円弧形状の誤差に応じて、大きく設定することができる。

【0032】

（●第１変形例）
図４は第１変形例の深追い込み加工を示すものである。この第１変形例では、図４（ａ）のように溶断トーチを丸数字３⇒４、７⇒８のように斜めに移動させる。

【0033】

斜めの傾斜角度は例えば４５度である。この第１変形例の深追い込み加工で、図４（ｂ）に示す形状のＨ形鋼Ｓを形成することができる。

【0034】

（●第２変形例）
図５は第２変形例の深追い込み加工を示すものである。この第２変形例では、図５（ａ）のように溶断トーチを丸数字３⇒４、７⇒８のように斜めに移動させる。

【0035】

斜めの傾斜角度は例えばマイナス４５度とプラス４５度である。この第２変形例の深追い込み加工で、図５（ｂ）に示す形状のＨ形鋼Ｓを形成することができる。

【0036】

左右のフランジＦの先端部Ｆ１が、直角の角部でウェブＷに接続する。第１変形例と第２変形例により、Ｈ形鋼Ｓの接合形態を図７や図８に限らず多様化することができる。

【0037】

（●第３変形例）
図６は第３変形例の深追い込み加工を示すものである。この第３変形例は、図１ＣのＨ形鋼ＳのウェブＷの幅方向両側に、ミーリング加工と溶断トーチによる溶断でスカラップＳｃを追加形成するものである。スカラップＳｃを溶断トーチによる溶断のみで形成しようとすると、溶断トーチがフランジＦと干渉するためＨ形鋼ＳのフランジＦの際部分、すなわちウェブＷとフランジＦが交差する内角部分（Ｍ１、Ｍ２）を溶断しにくい。

【0038】

そこで、この第３変形例ではミーリング加工と溶断トーチによる溶断でスカラップＳｃを形成するようにした。すなわち、ミーリング加工領域Ｍ１、Ｍ２にミーリング加工で長孔を形成した後、溶断トーチをＰ１、Ｐ２のように半円弧状に移動してウェブＷ溶断する。

【0039】

（●第４変形例）
図９Ａ－図９Ｃは、第４変形例の深追い込み加工を示すものである。この第４変形例では、左右のフランジＦの矩形ミーリング加工領域Ｍ０がＨ形鋼Ｓの端部まで延びている。すなわち、矩形加工領域Ｍ０のミーリング加工で形成される長溝が、Ｈ形鋼Ｓの長手方向に延びると共にＨ形鋼Ｓの長手方向先端で開口している。

【0040】

図１Ａ－図１Ｃでは、丸数字９⇒１０⇒１１で示すプラズマ切断によってＨ形鋼Ｓの先端部（ウェブＷの先端部Ｗ１）の寸法出しを行った。しかし、Ｈ形鋼Ｓの先端部の寸法出しが予め前工程で完了していれば、図９Ａ－図９Ｃのように、Ｈ形鋼Ｓの先端部のプラズマ切断を不要化することができる。Ｈ形鋼Ｓの先端部の寸法出しの前工程は任意の方法で行うことができ、例えばプラズマ切断で行ってもよいし、帯鋸盤等で行ってもよい。また、図９Ｃの状態からさらに、ウェブＷの先端部Ｗ１をプラズマ切断で形成してもよい。

【0041】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能である。例えば、前記実施形態ではミーリング加工⇒溶断トーチによる溶断の順番であったが、これを反対にして溶断トーチによる溶断⇒ミーリング加工の順番に変更することも可能である。また、溶断トーチによる溶断を他の工具による切断・切削に代替してもよい。また、図１Ｃ、図９Ｃの状態からさらに、ウェブＷとフランジＦの各先端部Ｗ１、Ｆ１を、必要に応じてミーリング等により開先加工してもよい。

【符号の説明】

【0042】

１００：加工機 １１０：ミーリング加工エリア
１２０：プラズマ切断エリア ＢＲ：ミーリング加工領域Ｍ０の幅
Ｄ：追込み量 Ｆ：Ｈ形鋼のフランジ
Ｆ１：フランジ先端部 Ｍ：ミーリング工具
M0、M1、M2：ミーリング加工領域 Ｓ：Ｈ形鋼
Ｓ１：端材 Ｓｃ：スカラップ
Ｗ：Ｈ形鋼のウェブ Ｗ１：ウェブ先端部

【要約】

【課題】Ｈ形鋼のウェブ幅を低減せずに深追込み加工をすることが可能なＨ形鋼の加工方法を提供する。
【解決手段】本発明のＨ形鋼の加工方法は、一対のフランジＦと当該フランジを相互に連結するウェブＷとを有するＨ形鋼Ｓの加工方法であって、一対のフランジＦとウェブＷとの連結部分をフランジＦの外側からミーリング加工で切削してＨ形鋼Ｓの長手方向に延びる長溝を形成する工程と、一対のフランジＦを長溝の一端部を通るように溶断トーチによって溶断する工程と、ウェブＷを長溝の長手方向他端部を相互に結ぶように溶断トーチによって溶断する工程と、一対のフランジＦを長溝の他端部を通るように溶断トーチによって溶断する工程と、を有することを特徴とする。
【選択図】図１Ａ

【図1A】

【図1B】

【図1C】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9A】

【図9B】

【図9C】