(57)【要約】【課題】  壁材等との固定が確実にでき、熱伝導性が低く、且つ強度低下が抑制され安定した強度を有するフレーム材を低コストで提供する。【解決手段】  フランジ部とウェブ部を有するフレーム材であって、前記ウェブ部を構成する板材に長さ方向に不連続な抜孔を多数形成した後、この抜孔に金型を押し当てて抜孔の側傍を起こして補剛リブとなした長孔を、ウェブ部の幅方向に互い違いに設けて、熱流経路を遮断もしくは長くして熱伝導性を低くするとともに、補剛リブの作用によりフレーム材の剛性低下を抑制する。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フランジ部とウェブ部を有するフレーム材であって、前記ウェブ部に長さ方向に長孔が不連続に多数設けられ、該長孔は抜孔と当該抜孔の側傍を起こした補剛リブから構成されていることを特徴とする低熱伝導性フレーム材。
【請求項２】
抜孔が、長さ方向の両端部に曲面が形成されたものである請求項１に記載の低熱伝導性フレーム材。
【請求項３】
ウェブ部に不連続に多数設けられた長孔が複数列で、しかも、隣合せの列の長孔がウェブ部の幅方向に互い違いに縦列配置で設けられている請求項１又は２に記載の低熱伝導性フレーム材。
【請求項４】
フランジ部とウェブ部を有するフレーム材の、前記ウェブ部を構成する板材に長さ方向に不連続な抜孔を多数形成する工程と、その後当該抜孔に金型を押し当てて抜孔の側傍を起こす工程を含むことを特徴とする低熱伝導性フレーム材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建築物の骨材等に用いる熱伝導性の低いフレーム材に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、建築物の壁構造としては、鋼製間柱の外側に外壁材が釘等で止着され、前記鋼製間柱の内側には石膏ボード等の内壁材が取付けられている。断熱性を持たせるために、外壁材と内壁材、鋼製間柱に囲まれた空間にはグラスウールや発泡樹脂等の断熱材が充填されている。そして、外壁材としては、角波等の鋼板成形体，複合金属サイディングや窯業系サイディング等が用いられている。
ところで、上記のような断熱壁構造では、例えば冬季に、外壁材が外気によって冷却されると内壁材も鋼製間柱を介して冷却され、内壁材面等に結露を生じさせている。結露が激しくなると、内壁材面やこの内壁材に貼り付けた壁紙をぬらし、シミやカビを発生させたり、壁紙そのものを剥離させたりするという問題があった。
【０００３】
このような結露は、間柱として用いた鉄骨の熱伝導性がよいために、外気温が低いと鉄骨間柱が熱の伝導体となって間柱取付け部周辺の内壁材面温度が直ちに低くなることに起因している。
このため、鉄骨間柱からの伝熱を抑制するための検討が各方面でなされている。例えば、特許文献１では、鉄骨間柱として熱伝導性のよい鋼製で、フランジ部とウェブ部を有するフレーム材を用いる場合、熱伝導を低減するために、フランジ部近傍のウェブ部の横断面積に比べて中間のウェブ部の横断面積を小さくしたものを用いることが提案されている。フランジ部で受けた熱を、中間のウェブ部での伝熱を少なくして反対側のフランジ部に伝わるのを押えようとするものである。そして、中間のウェブ部の横断面積を小さくする手段として、ウェブ部の中間の板厚を薄くしたり、ウェブ部の中間を網目状にしたり、ウェブ部の中間に多数の孔をあけたり、ウェブ部の中間の板厚を薄くし且つ網目状にしたりすることが挙げられている。
【０００４】
さらに特許文献２では、フランジ部とウェブ部を有する金属性フレーム材において、強度の低下を可及的に防ぎながら、孔を横切る方向での熱の通り道の長さを大きくして熱伝導率を小さくするために、ウェブ部に設けた多数の孔を、板材に入れた切れ目の側傍を起こして形成されたものとしたものが提案されている。
【特許文献１】特開２０００−８７５０５号公報
【特許文献２】特開２００２−１４６９３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１で提案されたフレーム材は、熱伝導を少なくするために、フランジ部近傍のウェブ部の横断面積に比べて中間のウェブ部の横断面積を小さくしている。このため、機械的特性の点で断面性能が低下するという問題点が発生することになる。
また、特許文献２で提案されたフレーム材では、フランジ部に設けた孔は、板材に入れた切れ目の側傍を起こすことにより形成されている。このため、切れ目を入れるとき、あるいはこの切れ目の側傍を起こすとき、切れ目の端部に亀裂が発生し易くなり、この亀裂が、当該部分の機械的強度を低下させるといった問題を起こし易い。また、切れ目は、後工程で所望フレーム材形状に成形加工する際に歪んだり伸びたりして変形するばかりでなく、ノッチ効果により強度の安定性を低下させることにもなる。さらにまた、フランジ部に設ける孔は、板材に切れ目を入れる工程と入れた切れ目の側傍を起こす工程の２工程で形成される。しかも何れの工程にもロール装置を用いている。このため、２つのロール装置の同期操作を精度良く行う必要があり、結果的に製造コストも高価なものになっている。
そこで、本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、壁材等との固定が確実にでき、熱伝導性が低く、且つ強度低下が抑制され安定した強度を有するものを低コストで得ることができるフレーム材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の低熱伝導性フレーム材は、その目的を達成するため、フランジ部とウェブ部を有するフレーム材であって、前記ウェブ部に長さ方向に長孔が不連続に多数設けられ、該長孔は抜孔と当該抜孔の側傍を起こした補剛リブから構成されていることを特徴とする。
抜孔としては、長さ方向の両端部に曲面が形成されたものが好ましい。
また、ウェブ部に不連続に多数設けられた長孔は複数列で、しかも、隣合せの列の長孔がウェブ部の幅方向に互い違いに縦列配置で設けられていることが好ましい。
そして、本発明の低熱伝導性フレーム材は、フランジ部とウェブ部を有するフレーム材の、ウェブ部を構成する板材に長さ方向に不連続な抜孔を多数形成する工程と、その後当該抜孔に金型を押し当てて抜孔の側傍を起こす工程を含むことにより製造される。前記２つの工程は、板材をフランジ部とウェブ部に区分してフレーム材に成形加工する前に施しても良いし、成形加工の後に施しても良い。
【発明の効果】
【０００７】
本発明においては、フレーム材のウェブ部の長さ方向に、すなわち熱流方向に垂直に不連続の長孔が設けられている。このため、熱流経路は遮断され、あるいは複雑に屈曲されて長くなるために、結果的に熱伝導性を低くすることができる。
また、不連続の長孔は、抜孔とこの抜孔の側傍を起こした補剛リブから構成されているため、当該ウェブ部の強度、特に剛性を高めることができる。
さらに、隣合せの列の長孔を互い違いに縦列配置することにより、熱流経路を一段と長くすることになるので熱伝導性を低くすることができるばかりでなく、補剛リブも多くなって強度の更なる向上に資することができる。
さらにまた、フレーム材のフランジ部に凹凸を形成すると、外壁材及び内壁材と接触する部分の面積が減少し、熱伝達面積が減少して結果的にフレーム材の熱伝導性を低くすることができる。
そして、上記のような長孔は、打抜き加工とそれに続くプレス加工により容易に形成できるので、本発明低熱伝導性フレーム材は低コストで精度良く製造される。
本発明のフレーム材は、壁材を支持するための鉄骨間柱に用いられるばかりでなく、屋根下地の支持材，床の支持材，天井の支持材，間仕切りの支持材等としても用いることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明のフレーム材としては、フランジ部とウェブ部を有する形状であれば、特に形状に限定されるものではない。例えば、図１に示されるような断面形状を有するリップ溝形鋼の他に、軽量溝形鋼，リップＺ溝形鋼，軽量角形鋼，Ｉ形鋼，Ｈ形鋼，ハット形鋼，ＧＴ形鋼等の他に、山形鋼や角管も使用することができる。
特に強い強度を必要とするものでもないので、材質的にはアルミニウム合金や普通鋼材で十分である。ただし、前記したように結露が生じることもあるので、耐食性を備えていることが好ましい。この意味からも、防食めっき、防食塗装等が施されたものを用いることが好ましい。
【０００９】
ウェブ部の長さ方向に設ける不連続の長孔の形状，大きさも特に限定されない。ウェブの長手方向に平行な、すなわち熱流方向に垂直な長手方向に細長い長孔とすることが好ましい。一つの長孔は、５００ｍｍ以内の長さにすることが好ましい。長孔長さがあまり短いと熱伝導を少なくする効果が小さくなる。逆に長くなりすぎると強度が低下する。図２に示すように、長孔は、複数列で、しかもウェブ部の幅方向に互い違いに縦列配置で設けていることが好ましい。このような態様で設けると、熱流経路は遮断され、あるいは複雑に屈曲されて長くなるために、結果的に熱伝導性を低くすることができることになる。
【００１０】
ただし、長孔を構成する抜孔に関しては、長さ方向の両端部に曲面が形成されたものが好ましい。
例えば、図３（ａ）に示すように、抜孔が単純な縦長な矩形であると、その後の補剛リブ形成時にコーナー部に亀裂が発生し易くなる。亀裂が発生すると、フレーム材の強度が低下することにもなるので、図３（ｂ），（ｃ）に示すように長さ方向の両端部は亀裂が発生しない程度の丸い曲面が形成されるように形作られていることが好ましい。
【００１１】
このような抜孔の形成手段については特に制限はない。ロール表面に先端が尖った平板状突起を規則的に設け、当該ロールを用いてロール成形により形成してもよい。先端が尖った平板状突起を規則的に設けた金型を用い、プレス成形により成形してもよい。あるいはドリル加工でもよい。連続的にかつ精度良く、しかも低コストで形成するには、先端が所定形状に整えられたパンチを用いて打抜くことにより成形することが好ましい。
【００１２】
ウェブ部に設けられた抜孔の側傍を起こして補剛リブを形作る手段についても特に制限はない。抜孔の側傍が起こされる成形法であればよい。例えば、ウェブ部に設けた抜孔に傾斜側面を有するパンチを押し込むことで補剛リブを容易に形成することができる。
抜孔の形状が図３（ａ），（ｂ）に示すような形状の場合、抜孔と相似形で、補剛リブ形成領域分以上に大きい断面形状を有し、図４に示されるような、先端を尖らせ、しかも傾斜側面も持つ断面形状のパンチＰを、前記ウェブ部に形成された抜孔に押し込むことが好ましい。図３（ｃ）に示すような形状であっても、抜孔の形状に拘ることなく、上記図３（ｂ）で示す形状の抜孔に押し込むと同形のパンチが用いられる。
【００１３】
なお、図４にαで示すパンチＰの傾斜角は、抜孔の側傍を起こして形成される補剛リブの所望の起こし角により決定される。素材金属板の成形性にもよるが、補剛リブの起こし角は２０〜９０度の範囲にすることが好ましい。角度が大きいほど座屈に対する抵抗が大きいが、スプリングバックその他の影響により、金型の設計その他が極めて難しくなる。なお、３０度以上になっていると、強度向上効果が顕著になる。
また、起こされる側傍部の幅、すなわち補剛リブ部の高さについては制限する必要はない。ただし、側傍部に幅を広くするほど補剛リブ部の高さが高くなって剛性の高いフレーム材が得られる。一般的には、最初に形成した抜孔の幅と同じ程度の幅とする。
【００１４】
抜孔の形成と補剛リブの形成を二段階に分けることなく、同時に行ってもよい。
例えば、先端が所定形状に整えられ、しかも傾斜側面を有する突起を規則的に設けた金型を用い、プレス成形することにより抜孔と補剛リブを同時に形成できる。
あるいは、表面に先端が所定形状に整えられ、かつ傾斜側面を有する突起を規則的に設けられたロールを用いてロール成形により形成してもよい。
【００１５】
フランジ部に、他部材との接触面積を減らすために形成する凹凸についても、形成手段に特に制限はない。表面に凹凸が形成され、内壁材や外壁材との接触面積が減少して、熱伝導を低下させる機能を発揮すれば十分である。
多段ロール成形により凹凸を形成するか、表面に凹凸が形成されたロールを使用してロール成形してもよいし、適宜形状にプレス成形してもよい。
【実施例】
【００１６】
JIS G 3321‐1998のSGLCCの55%Al‐Znめっき鋼板を図１に示す断面形状に成形した、C‐89×40×20×1.0のリップ溝形鋼（JIS G 3350‐1987）を用いた。図２に示すように、ウェブ中央部で、かつ圧縮応力下の板要素の有効幅以外の部分において、幅２.０ｍｍで長さ５６ｍｍ、両端に１．０ｍｍＲを付けた抜孔をプレス法で打抜き、当該抜孔の側傍を先端角９０度のポンチを押し込むことにより起こし、起こし幅１.０ｍｍ，２.０ｍｍの補剛リブを形成した。
なお、比較のため、抜孔の面積が同一で、補剛リブを形成しないサンプルも作製した。
このような長孔をウェブ方向に平行に４列、且つ隣り合った列の長孔は交互に位置するように設けた（図２参照）。
【００１７】
長孔を設けなかった図１に記載のフレーム材と、補剛リブを形成した長孔を設けたフレーム材及び単に抜孔からなる長孔のみを設けたフレーム材について、熱の伝わり方と曲げ剛性を調査した。
熱の伝わり方については、（社）リビングアメニティ協会の熱貫流率計算ソフト「ＴＢ３Ｄ／ＦＤＭ」により、熱貫流率を求め、評価した。熱貫流率は、図６に示すように、C‐89×40×20×1.0の溝形鋼１２を間柱とし、この溝形鋼の両フランジ部に、外壁としての合板１２と、内壁としての石膏ボード１４を配するとともに、合板１２と石膏ボード１４の間に断熱材１３を充填した壁体モデルを作製し、外壁側の合板１１から室内側の石膏ボード１４への熱伝導率を計算することにより求めた。なお、図６中、１５は、形鋼内の中空層である。
【００１８】
曲げ剛性は、JIS A 1414‐1994に準拠した４点曲げ試験により最大強度を求めた。なお、曲げ試験は、図１に示す断面を有するリップ溝形鋼を試験材とし、その２本を図５に示すようにウェブ面同士を合わせてボルトで固定した“つづり合わせ”で、支点間距離を１０００ｍｍにとり、フランジに垂直方向に負荷をかけることで行った。
評価結果を次表に示す。
【００１９】
この結果からもわかるように、熱伝導性が小さくするためにウェブ部に設けた長孔が設けられたフレーム材において、単に抜孔のみからなる長孔と比べて側傍を起こして補剛リブを形成した長孔を設けられたものは、強度低下を抑制することができている。
また、抜孔を幅２.０ｍｍ，２.３ｍｍとした場合も同様に、低熱伝導性で高強度のフレーム材が得られた。
【００２０】
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【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】リップ溝形鋼の断面形状を説明する図
【図２】リップ溝形鋼のウェブ部に長孔を設けた本発明フレーム材の斜視図
【図３】長孔を形成する抜孔の形状を説明する図
【図４】抜孔の側傍を起こす態様を説明する図
【図５】２本のフレーム材の“つづり合わせ”緊結状態を説明する断面図
【図６】熱貫流率計算用壁体モデルの概略図
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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