(57)【要約】【課題】  軽量部材を用いて建設部材を製造する際に、簡易に部材端の断面形状を変化させる。【解決手段】  軽量部材の原材料（例えば、ＦＲＰ、ファインセラミックス、軽量金属合金、セラミック複合材料）を通過させて、その形状を規定する口金１０の近傍に、当該口金１０の断面積を変化させるシャッター部材２０を設けた製造装置を用いて建設部材３０を製造する方法であって、原材料が口金１０を通過する際の速度、圧力、温度の少なくとも一つを変化させるとともに、シャッター部材２０により口金１０の断面積を変化させることにより、建設部材３０の長さ方向に沿って、外周形状を変化させた建設部材３０を製造する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軽量部材の原材料を通過させて、その形状を規定する口金の近傍に、当該口金の断面積を変化させるシャッター部材を設けた製造装置を用いて建設部材を製造する方法であって、
前記原材料が前記口金を通過する際の速度、圧力、温度の少なくとも一つを変化させるとともに、前記シャッター部材により前記口金の断面積を変化させることにより、建設部材の長さ方向に沿って、外周形状を変化させた建設部材を製造する、
ことを特徴とする建設部材の製造方法。
【請求項２】
前記シャッター部材により前記口金の形状を変化させることにより、建設部材の長さ方向に沿って、断面形状を変化させた建設部材を製造する、
ことを特徴とする請求項１に記載の建設部材の製造方法。
【請求項３】
前記製造装置は、引抜成形装置、押出成形装置、プレス成形法又は射出成形法により作成された端部部品から連続して引抜成形法又は押出成形法により建設部材を製造する装置のいずれか一つを用いる、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の建設部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は建設部材の製造方法に関するものであり、詳しくは、構造部材として機能する建設部材の使用目的に応じて、建設部材の長さ方向に沿って、外周形状や断面形状を変化させた建設部材を製造するための方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
建設分野（建築及び土木）における材料は、コンクリートや鉄筋が一般的である。しかし、これらの材料を用いて製作された鉄筋コンクリートや鉄骨部材は相当な重量物と言えるため、搬送、建造、解体等の場面において取り扱いが面倒であるという問題がある。そこで、コンクリートや鉄筋に比較して軽量な材料を用いて、建設部材を製作することにより、搬送、建造、解体等の場面における取り扱いを容易とすることが考えられる。
【０００３】
例えば、ＦＲＰ、ファインセラミックス、軽量金属合金、セラミック複合材料等のような軽量部材を構造部材として用いることにより、建造物を構築することができる。ＦＦＲＰ、ファインセラミックス、軽量金属合金、セラミック複合材料等の成形法は多種多様であるが、部材を製作する上で所定断面の構造部材とする必要がある。ＦＲＰ、ファインセラミックス、軽量金属合金、セラミック複合材料等を原材料として所定断面の構造部材を製作するための最適な方法として、引抜成形法や押出成形法がある。
【０００４】
引抜成形法はＦＲＰの製造に用いられ、強化材に樹脂を含浸させた原材料を金型内に引き込み、金型から出たところで加熱硬化して硬化物を引き出して成形する。また、押出成形法はファインセラミック、軽量金属合金、セラミック複合材料等の製造に用いられ、可塑性を持たせた原料を口金から押し出して成形する。いずれも連続成形であるため自動化が可能であり、大量生産に適しており、複雑な断面形状で長尺製品を成形できることから、部材製作の生産性向上を図る上で最適な成型法であると言える。従来、所定断面の成形品を製作するための技術が種々提案されている（例えば、特許文献１〜特許文献４参照）。
【０００５】
特許文献１には、押出成形品の成形断面の変化に応じて成形材料のヘッド部への供給量を正確に調整することを目的とした技術が記載されている。この技術は、押出成形する長さに応じて、押出成形品の成形断面が大から小に変化する過程では、複数の押出成形機の一方からヘッド部への成形材料供給通路に設けた蓄圧室の成形材料の貯留容量を増加動作させて、余分な成形材料を蓄圧室に貯留する。また、押出成形の長さに応じて、成形断面が小から大に変化する過程では、蓄圧室の成形材料の貯留容量を減少動作させて、不足する成形材料を蓄圧室からヘッド部に供給する。また、成形断面が変化しない連続的な定量押し出し過程では、蓄圧室の成形材料の貯留容量を最小限度に固定し、成形材料を押出成形機から蓄圧室を通過させつつヘッド部に供給する。
【０００６】
特許文献２には、長手方向に沿って横断面形状が変化する長尺複合材を製作する技術が記載されている。この技術では、固定型と第１及び第２の可動型を有する押出成形型に、ほぼ同一の横断面形状の共通断面部及び横断面形状が変化する変化断面部を有する長尺成形材をその長手方向に連続して供給し、共通断面部を押出成形型の固定型に、変化断面部を第１の可動型にそれぞれ対応させて長手方向に通過させ、変化断面部にその変化を対応させて長手方向に連続する第１の樹脂部を形成するとともに、第２の可動型を共通断面部の通過に伴って移動させて共通断面部に横断面形状が変化する第２の樹脂部を形成する。
【０００７】
特許文献３に記載は、長手方向に異形断面を有する管材の押出成形に関する技術が記載されている。この技術に用いる管材押出成形用ダイスは、固定ダイスと移動自在な可動ダイスとを備え、固定ダイス孔及び可動ダイス孔の押出方向での重なりにより形成される開口部から押し出された素材により管材が押出成形される。開口部は、管材の管壁を成形する管壁用開口部と、管材の内側空間に連結壁を成形する２つの中間壁用開口部とを有し、可動ダイスの移動量に応じて、コアが中間壁用開口部を開閉することで、連結壁を有する部分及び連結壁を有していない部分から構成されて、長手方向に剛性が異なる管材が成形される。
【０００８】
特許文献４には、断面形状の変化率が大きい押出成形品の押出成形を円滑に行うことを目的とした技術が記載されている。この技術は、押出機からダイに樹脂を供給し、形状が常に一定の第１開口部と、形状が常に変化する第２開口部とから樹脂を押し出し、第２開口部の形状をシーケンス制御することで、押し出される押出成形品の形状を連続的に変化させる。このため、押出機とダイとの間にギヤポンプを設け、当該ギヤポンプにより第１開口部と、第２開口部との双方へまとめて樹脂を供給し、ギヤポンプの回転数を第２開口部の断面形状の変化に連動させてシーケンス制御することにより、第１開口部及び第２開口部への樹脂の供給量を制御する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平５−３０５６４４号公報
【特許文献２】特開平１０−２２５９７０号公報
【特許文献３】特開２００２−２２４７３７号公報
【特許文献４】特開２００４−２９１５２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
現在普及している引抜成形技術や押出成形技術では、一定断面の製品を製作することが一般的である。しかし、建設構造物の接合部では、その断面形状を変化させることにより、力学的に優位に働くことが知られている。
【００１１】
なお、特許文献１〜特許文献４に記載された技術は、成形品の断面形状を変化させる技術であるが、建設構造物の構築に用いる建設部材を製作するための技術ではなく、構造部材として機能する所定断面を有する建設部材を製作することについては何ら考慮されておらず、これらの技術を建設部材の製造方法にそのまま適用することはできない。
【００１２】
本発明は、上述した事情に鑑み提案されたもので、軽量部材を用いて建設部材を製造する際に、簡易に部材端の断面形状を変化させることが可能な建設部材の製造方法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】
【００１３】
本発明に係る建設部材の製造方法は、上述した目的を達成するため、以下の特徴点を有している。すなわち、本発明に係る建設部材の製造方法は、軽量部材の原材料を通過させて、その形状を規定する口金の近傍に、当該口金の断面積を変化させるシャッター部材を設けた製造装置を用いて建設部材を製造する方法に関するものである。この建設部材の製造方法は、原材料が口金を通過する際の速度、圧力、温度の少なくとも一つを変化させるとともに、シャッター部材により口金の断面積を変化させることにより、建設部材の長さ方向に沿って、外周形状を変化させた建設部材を製造することを特徴とするものである。なお、軽量部材とは、ＦＲＰ製部材、ファインセラミックス製部材、軽量金属合金部材、セラミック複合材料等のことである。
【００１４】
また、上述した建設部材の製造方法において、シャッター部材により口金の形状を変化させることにより、建設部材の長さ方向に沿って、断面形状を変化させた建設部材を製造することが可能である。
【００１５】
また、上述した建設部材の製造方法において、製造装置は、引抜成形装置、押出成形装置、プレス成形法又は射出成形法により作成された端部部品から連続して引抜成形法又は押出成形法により建設部材を製造する装置のいずれか一つを用いることが可能である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る建設部材の製造方法によれば、構造部材として機能する建設部材を製造する際に、その使用目的に応じて、建設部材の長さ方向に沿って、外周形状や断面形状を容易に変化させることができる。したがって、ＦＲＰ製部材、ファインセラミックス製部材、軽量金属合金部材、セラミック複合材料等の軽量部材を用いて、適切な外周形状や断面形状を有する建設部材を製造することができる。
【００１７】
そして、適切な外周形状や断面形状を有する軽量な建設部材を使用することにより、運搬作業及び揚重作業において、一度に運搬及び揚重できる部材数量が増加し、搬送の効率化を図ることができる。また、従来使用していた重機や、自動化・ロボット化施工に使用する装置（例えば、自動搬送装置、把持ロボット、組立ロボット、接合ロボット等）を小型化することが可能となる。
【００１８】
また、構造部材を軽量化しているので、地震時等において構造物に入力される水平力（層せん断力）を低減することができ、部材断面の縮小及び部材数の低減が可能となる。また、建物重量を減少させることで、建物に入力される地震力を低減させ、簡易な接合部（継手）形状とすることが可能となる。さらに、シンプルな継手とすることで、損傷部材だけの取替えや移築が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態に係る建設部材の製造方法の基本概念を示す模式図。
【図２】製造した建設部材の一例を示す模式図。
【図３】建設部材の断面形状とシャッター部材との関係を示す模式図。
【図４】建設部材の断面形状の変化とシャッター部材との関係を示す模式図。
【図５】建設部材の断面形状の変化とシャッター部材との関係を示す模式図。
【図６】一部を空洞化した建設部材の製造手順を示す模式図。
【図７】形状が異なる梁部材の製造例を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る建設部材の製造方法を説明する。図１〜図７は本発明の実施形態に係る建設部材の製造方法を説明するもので、図１は建設部材の製造方法の基本概念を示す模式図、図２は製造した建設部材の一例を示す模式図、図３は建設部材の断面形状とシャッター部材との関係を示す模式図、図４及び図５は建設部材の断面形状の変化とシャッター部材との関係を示す模式図、図６は一部を空洞化した建設部材の製造手順を示す模式図、図７は形状が異なる梁部材の製造例を示す模式図である。
【００２１】
＜建設部材の製造方法の概要＞
本発明の実施形態に係る建設部材の製造方法は、図１〜図７に示すように、ＦＲＰ製部材、ファインセラミックス製部材、軽量金属合金部材、セラミック複合材料等の軽量部材の原材料を通過させて、その形状を規定する口金１０の近傍に、当該口金１０の断面積を変化させるシャッター部材を設けた製造装置を用いて建設部材を製造する方法である。この製造方法により製造した建設部材は、ＦＲＰ製部材、ファインセラミックス製部材、軽量金属合金部材、セラミック複合材料等の軽量部材であり、柱、梁、壁、床板等となる。例えば、ＦＲＰの比重は２．０程度であり、ファインセラミックスの比重は３．０程度である。なお、軽量部材は、ＦＲＰ製部材、ファインセラミックス製部材、軽量金属合金部材、セラミック複合材料に限られず、他の軽量な部材を用いることもできる。
【００２２】
本発明の実施形態に係る建設部材の製造方法は、原材料が口金１０を通過する際の速度及び圧力を変化させるとともに、シャッター部材２０により口金１０の断面積を変化させることにより、建設部材３０の長さ方向に沿って、外周形状を変化させるようになっている。また、シャッター部材２０により口金１０の形状を変化させることにより、建設部材３０の長さ方向に沿って、断面形状を変化させることができる。
【００２３】
＜基本概念＞
本発明の実施形態に係る建設部材３０の製造方法は、例えば、図１に示すように、四角形の口金１０に対して、原材料の通過方向の後側にシャッター部材２０を配設する。図１に示す例では、四角形の４辺のそれぞれに、口金１０の中心から外側へ向かう軸線上を移動可能なシャッター部材２０を取り付けてある。
【００２４】
シャッター部材２０の支持方法及び移動方法は、既存の技術を用いることができる。口金１０の材料吐出面側にシャッター部材２０をスライド可能に取り付け、シャッター部材２０をアクチュエータにより所望の位置に移動させることにより、四角形の口金１０の開口面積を変化させる。また、原材料の引抜速度、引抜圧力、引抜温度の少なくとも一つ、又は原材料の押出速度、押出圧力、押出温度の少なくとも一つを変化させることにより、口金１０の開口面積に対応させて、原材料の供給量を変化させる。一般的には、原材料の引抜速度及び引抜圧力、又は原材料の押出速度及び押出圧力を変化させ、必要に応じて、原材料の引抜温度又は押出温度を変化させる。
【００２５】
このような操作を図１（ａ）、図１（ｂ）、図１（ｃ）の順で行うことにより、外周形状が徐々に大きくなる建設部材３０を製造することができる。図２に、外周形状が徐々に変化する建設部材３０の一例を示す。
【００２６】
なお、図１及び図２は本発明の実施形態に係る建設部材の製造方法の概念図であり、図１に示す順序で建設部材３０を製造すると、図２に示す態様の建設部材３０となることを示したものであり、断面形状等には若干の差違がある。また、図１及び図２に示す例では、断面形状が格子状となっているが、断面形状は、トラス状、ハニカム状等、どのような形状であってもよい。また、建設部材３０の外周形状の変化は、徐々に大きくなる場合の他、徐々に小さくなる場合、大きさを連続的に変化させる場合等、どのような態様であってもよい。
【００２７】
＜断面形状とシャッター部材との関係＞
図３を参照して、建設部材３０の断面形状とシャッター部材２０との関係を説明する。本発明の実施形態に係る建設部材３０の製造方法では、基本的には図１に示すような口金１０とシャッター部材２０とを想定しているが、図３に示すように、口金１０とシャッター部材２０の形状やシャッター部材２０の移動方向を変更することにより、図３（ａ）に示すような格子状の断面を有する建設部材３０、図３（ｂ）に示すようなトラス状の断面を有する建設部材３０を製造することができる。
【００２８】
また、図３（ｃ）に示すように、トラス状の断面を有する建設部材３０において、口金１０の断面積を広げる方向又は狭める方向にシャッター部材２０を移動させることにより、建設部材３０の断面積を変更することができる。同様に、図３（ｄ）に示すように、ハニカム状の断面を有する建設部材３０において、予めシャッターを重ねておくことで、口金１０の断面積を広げる方向又は狭める方向にシャッター部材２０を移動させて、建設部材３０の断面積を変更することができる。
【００２９】
図４及び図５を参照して、建設部材３０の断面形状の変化とシャッター部材２０との関係を説明する。図４及び図５に示す例は、外周形状が四角形であり、内部にハニカム形状のリブを有する建設部材３０を製造するものである。
【００３０】
図４（ａ）、図５（ａ）に示すように、口金１０は四角形の外周壁を有しており、その４辺にそれぞれシャッター部材２０を配設してある。シャッター部材２０は、一体となった場合に、図４（ｄ）、図５（ａ）に示すような形状となり、口金１０から外れる方向に移動させた場合に、図４（ｂ）、図５（ｂ）に示すような状態となる。また、口金１０には図４（ａ）、図４（ｃ）、図５（ａ）、図５（ｂ）に示すような形状の押出治具４０が、移動可能に取り付けてある。この状態で、原材料を供給して押出治具４０を移動させると、図５（ａ）〜図５（ｃ）に示すように、合計７個のハニカム状の断面を有する柱状部材３０の上側部分を製造することができる。
【００３１】
また、図４（ｂ）、図５（ｂ）に示すように、シャッター部材２０を口金１０から外れる方向に移動させ、原材料を供給して押出治具４０を移動させると、図５（ｃ）に示すように、下側部部分の外周面が四角形の箱形で、その上側部分に合計７個のハニカム状の断面を有する柱状部材３０を製造することができる。
【００３２】
このように、建設部材３０の成形途中で、シャッター部材２０を移動させることにより、外周形状及び断面形状が異なる柱部材が長さ方向に連続した建設部材３０を製造することができる。なお、図４及び図５に示す例では、ハニカム形状のリブを有する建設部材３０を示しているが、建設部材３０の断面形状は、格子状、トラス状等、どのような形状であってもよい。
【００３３】
図６及び図７を参照して、種々の形状の建設部材３０について説明する。図６に示すように、格子状の口金１０の中央部をシャッター部材２０により閉鎖することにより、一部を空洞化した（中空状の）建設部材３０を製造することができる。また、図７に示すように、格子状の口金１０の一部をシャッター部材２０により閉鎖することにより、所望形状の建設部材３０（梁部材）を製造することができる。なお、図６及び図７に示す例では、格子状のリブを有する建設部材３０を示しているが、建設部材３０の断面形状は、トラス状、ハニカム状等、どのような形状であってもよい。
【符号の説明】
【００３４】
１０  口金
２０  シャッター部材
３０  建設部材
４０  押出治具
【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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【図７】
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