(57)【要約】【課題】形状精度が良く、残留応力がなく、十分な靱性を有する角形コラム、および角形コラムの製造方法を提供する。【解決手段】一端１ａと他端１ｂとの外形寸法Ｄα，ｄαが異なる半成形角形コラム１を、加熱したのち成形手段１１により熱間成形して、一端１ａと他端１ｂの外形寸法Ｄ，ｄを異にしかつコーナ部を所定の曲げ半径Ｒに形成して角形コラム５を得た。角形コラムは、曲げ精度が低い半成形角形コラムを熱間成形することで、例え厚肉、大径であったとしても、多大な労力と時間を要する手作業による精整作業を行うことなく、形状精度を良いものにできる。角形コラムは、熱間成形によって、残留応力が殆どなくて高い座屈強度を得られ、二次溶接性に優れ、十分な靱性を有するものにできる。たとえば建築用柱材の接続に使用される大径で厚肉の角形コラムを好適に提供できる。【選択図】        図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端と他端との外形寸法が異なる半成形角形コラムを、加熱したのち成形手段により熱間成形して、一端と他端との外形寸法を異にしかつコーナ部を所定の曲げ半径に形成して得たことを特徴とする角形コラム。
【請求項２】
鋼板を曲げ成形したのち溶接することで、一端と他端との外形寸法が異なりかつコーナ部が大きな曲げ半径の半成形角形コラムを形成し、この半成形角形コラムを加熱したのち、成形手段による熱間成形によって、一端と他端との外形寸法が異なりかつコーナ部が所定の曲げ半径の角形コラムとしたことを特徴とする角形コラムの製造方法。
【請求項３】
成形手段はロール成形形式であって、成形ロールの位置を移動制御しながら熱間成形を行うことを特徴とする請求項２記載の角形コラムの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば建築用柱材の接続に使用される大径で厚肉の角形コラム、および角形コラムの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のものとしては次のような構成が提供されている。すなわち、角形鋼管からなり径の大きい下部柱の上端に角形のレデューサー（コラム）の下端を、裏当て金やダイヤフラムを介して溶接結合し、そしてレデューサーの上端に角形鋼管からなり径の小さい上部柱の下端を、裏当て金やダイヤフラムを介して溶接結合している。ここでレデューサーは、鋼板により形成されている（たとえば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平５−３３１９１１号公報（第２頁、図７）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来構成によると、通常、下部柱や上部柱は、１枚の鋼板に対して４箇所のプレス曲げを行ったのち１箇所を溶接して形成するか、２枚の鋼板に対してそれぞれ２箇所のプレス曲げを行ったのち２箇所を溶接して形成しており、またレデューサーは、台形状の４枚の鋼板を溶接（４箇所溶接）して形成するか、Ｃ字状に切断された１枚の鋼板に対して４箇所のプレス曲げを行ったのち１箇所を溶接して形成するか、Ｃ字状に切断された２枚の鋼板に対してそれぞれ２箇所のプレス曲げを行ったのち２箇所を溶接して形成している。
【０００５】
したがって、特に変形（台形状）に形成されるレデューサーは、プレスによる曲げ精度が低いことから、柱とレデューサーとを溶接結合した鋼管柱は形状精度が悪くなる恐れがある。これを解決するために、柱やレデューサーを手作業によって精整して曲げ精度の補正を行っており、この手作業には多大な労力と時間を要することになる。
【０００６】
そこで本発明の請求項１記載の発明は、形状精度が良く、しかも残留応力がなく、かつ十分な靱性を有する角形コラムを提供することを目的としたものである。
【０００７】
また請求項２記載の発明は、請求項１記載の角形コラムを、手作業による精整作業を殆ど行うことなく、容易に確実に製造し得る角形コラムの製造方法を提供することを目的としたものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するために、本発明の請求項１記載の角形コラムは、一端と他端との外形寸法が異なる半成形角形コラムを、加熱したのち成形手段により熱間成形して、一端と他端との外形寸法を異にしかつコーナ部を所定の曲げ半径に形成して得たことを特徴としたものである。
【０００９】
したがって請求項１の発明によると、角形コラムは、曲げ精度が低い半成形角形コラムを熱間成形することで、例え厚肉、大径であったとしても、多大な労力と時間を要する手作業による精整作業を行うことなく、その形状精度は良いものになる。さらに角形コラムは、熱間成形によって、残留応力が殆どなくて高い座屈強度が得られるとともに、二次溶接性に優れ、かつ十分な靱性を有するものとなる。
【００１０】
また本発明の請求項２記載の角形コラムの製造方法は、鋼板を曲げ成形したのち溶接することで、一端と他端との外形寸法が異なりかつコーナ部が大きな曲げ半径の半成形角形コラムを形成し、この半成形角形コラムを加熱したのち、成形手段による熱間成形によって、一端と他端との外形寸法が異なりかつコーナ部が所定の曲げ半径の角形コラムとしたことを特徴としたものである。
【００１１】
したがって請求項２の発明によると、外形寸法が大きくかつコーナ部が大きな曲げ半径の半成形角形コラムを加熱したのち、成形手段によって熱間成形することで、所定の外形寸法でかつコーナ部が所定の曲げ半径の角形コラムを製造し得る。
【００１２】
そして本発明の請求項３記載の角形コラムの製造方法は、上記した請求項２記載の構成において、成形手段はロール成形形式であって、成形ロールの位置を移動制御しながら熱間成形を行うことを特徴としたものである。
【００１３】
したがって請求項３の発明によると、成形ロールの位置を移動制御することで、半成形角形コラムに対する熱間成形を実現し得る。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を、中央箇所使用形式の角形鋼管柱に接続される４面テーパの角形コラムを対象として、図１〜図９に基づいて説明する。
【００１５】
図１に示すように、半成形角形コラム１は、所定の形状に切断形成された鋼板１Ａを、プレスなどにより曲げ成形したのち、溶接により結合することで、一端１ａの外形寸法と他端１ｂの外形寸法が異なる断面台形状に形成されている。
【００１６】
その際に、最終形状（最終製品）に対して、一端１ａは外形寸法Ｄαが大きくかつコーナ部が大きな曲げ半径Ｒαに形成され、また他端１ｂは外形寸法ｄαが大きくかつコーナ部が大きな曲げ半径Ｒαに形成されている。ここで半成形角形コラム１としては、突き合わせ溶接部２が１箇所のワンシーム形状が示されているが、これは突き合わせ溶接部が２箇所のツーシーム形状などであってもよい。
【００１７】
上記のように形成された半成形角形コラム１を、図２に示すように加熱炉（加熱手段の一例）１０に入れて加熱する。この加熱炉１０は、高周波、ガス、油などによる加熱形式であり、以て全体を６００〜１０００℃（Ａ３変態点を含む。）に加熱する。
【００１８】
そして半成形角形コラム１を加熱炉１０から出し、適宜の搬送手段（移載手段）を介して、図３、図４に示すように、加熱された半成形角形コラム１を熱間成形する成形手段１１に渡す。この成形手段１１は、他端１ｂを上位とした半成形角形コラム１の下向きの一端１ａを支持可能なベース体１２と、このベース体１２の周辺に配設されたコラム成形装置１３などからなる。なおベース体１２の上面側には、前記一端１ａに嵌合可能な突出部１２ａが形成されている。
【００１９】
前記コラム成形装置１３はロール成形形式であって、昇降枠１４側に、前後一対かつ左右一対で合計４個の成形ロール１５などを設けることにより構成されている。これら成形ロール１５は、それぞれロール支持体１６に対して横方向の軸心回りに回転可能に支持されており、そして駆動装置（図示せず。）によって、それぞれ駆動回転可能に構成されている。前記ロール支持体１６は、それぞれ昇降枠１４側に設けられた加圧用シリンダー装置１７の内向きのピストンロッドに連結されており、以て加圧用シリンダー装置１７の伸縮動によって、ロール支持体１６を介して成形ロール１５が各別に横方向に移動可能に構成される。
【００２０】
そして、ベース体１２の外方複数箇所には、上向きの昇降用シリンダー装置１８が設けられ、これら昇降用シリンダー装置１８の上向きのピストンロッドに前記昇降枠１４が連結されている。その際に加圧用シリンダー装置１７や昇降用シリンダー装置１８の伸縮動は、制御部１９によって制御されるように構成されている。以上の１２〜１９などにより、成形ロール１５の位置を移動制御しながら熱間成形を行う成形手段１１の一例が構成される。
【００２１】
前述したように、加熱炉１０において加熱された半成形角形コラム１は、図３、図４に示すように、その他端１ｂを上位として、下向きの一端１ａをベース体１２に支持させるとともに、一端１ａを突出部１２ａに嵌合させる。このときコラム成形装置１３では、昇降用シリンダー装置１８の伸展により昇降枠１４を上昇させて、成形ロール１５群を他端１ｂよりも上方に位置させている。さらに加圧用シリンダー装置１７の伸展により、前後一対の成形ロール１５の相対向面間距離、ならびに左右一対の成形ロール１５の相対向面間距離を、大きな外形寸法ｄαよりも小さく、すなわち所定の外形寸法ｄと同等にしている。
【００２２】
この状態で制御部１９を介して、まず昇降用シリンダー装置１８の収縮により昇降枠１４を下降させながら、加圧用シリンダー装置１７を徐々に収縮動させ、以て前後の成形ロール１５を前後方向で互いに徐々に離間動させるとともに、左右の成形ロール１５を左右方向で互いに徐々に離間動させる。その際に成形ロール１５群の離間動の制御は、半成形角形コラム１におけるテーパ面（傾斜外面）を形状検出装置（図示せず。）により随時検出することで、あるいは他端１ｂの部分の検出をスタートとして、あらかじめ設定されたパターンに基づいて行われる。
【００２３】
このような成形ロール１５群の離間動ならびに昇降動によって半成形角形コラム１は、前後ならびに左右から加圧されながら熱間成形される。この熱間成形によって半成形角形コラム１は、図５、図６に示すように、他端１ｂが、最終形状に対応した所定の小さな外形寸法ｄでかつコーナ部が所定の曲げ半径Ｒに形成される。そして図７、図８に示すように、一端３ａが、最終形状に対応した所定の外形寸法Ｄでかつコーナ部が所定の曲げ半径Ｒに形成され、また他端３ｂから一端３ａの間では、最終形状に対応した所定の外形寸法ｄ〜Ｄ内でかつコーナ部が所定の曲げ半径Ｒに形成される。
【００２４】
なお成形に際しては、半成形角形コラム１の他端３ｂに対して、上方から押え体（図示せず。）によって弾性的に押えることも可能である。
上述したような熱間成形を行ったのち、成形手段１１から取り出して放冷（冷却）することで、図９の実線に示すように、中央箇所使用形式の角形鋼管柱に接続される４面テーパの角形コラム（最終製品）５を得ることができる。
【００２５】
このようにして製造した角形コラム５は、曲げ精度が低い半成形角形コラム１を熱間成形することで、例え厚肉、大径であったとしても、多大な労力と時間を要する手作業による精整作業を行うことなく、その形状精度は良いものになり、しかも熱間成形によって、残留応力が殆どなくて高い座屈強度が得られるとともに、二次溶接性に優れ、かつ十分な靱性を有するものとなる。
【００２６】
そして図９の実線に示すように、角形コラム５は、その一端１ａが下部角形鋼管柱６の上端に当接されて溶接Ａされ、他端１ｂに上部角形鋼管柱７の端が当接されて溶接Ｂされることで、建築物における中央箇所使用のコラム付き角形鋼管柱の連結構成材として使用される。なおコラム５には、図９の仮想線に示すように、梁材８が連結される。
【００２７】
図１０（ａ）〜（ｇ）には、成形手段１１による種々な熱間成形方式が示されている。すなわち（ａ）は、半成形角形コラム１の下向きの他端１ｂをベース体１２に支持させた状態で、成形ロール１５群を接近離間動、ならびに下降動させることで、熱間成形を行う方式である。
【００２８】
また（ｂ）は、成形ロール１５群を接近離間動のみとし、適宜の保持手段により保持した半成形角形コラム１を、その他端１ｂを下向きとして下降動させることで、熱間成形を行う方式である。そして（ｃ）は、成形ロール１５群を接近離間動のみとし、適宜の保持手段により保持した半成形角形コラム１を、その一端１ａを下向きとして下降動させることで、熱間成形を行う方式である。
【００２９】
さらに（ｄ）は、適宜の保持手段により半成形角形コラム１を横向きに保持させた状態で、成形ロール１５群を接近離間動、ならびに横向きの他端１ｂ側から横移動させることで、熱間成形を行う方式である。また（ｅ）は、適宜の保持手段により半成形角形コラム１を横向きに保持させた状態で、成形ロール１５群を接近離間動、ならびに横向きの一端１ａ側から横移動させることで、熱間成形を行う方式である。
【００３０】
そして（ｆ）は、成形ロール１５群を接近離間動のみとし、適宜の保持手段により横向きに保持した半成形角形コラム１を、その他端１ｂ側から横移動させることで、熱間成形を行う方式である。さらに（ｇ）は、成形ロール１５群を接近離間動のみとし、適宜の保持手段により横向きに保持した半成形角形コラム１を、その一端１ａ側から横移動させることで、熱間成形を行う方式である。
【００３１】
上記した実施の形態では、中央箇所使用形式のコラム付き角形鋼管柱を構成する４面テーパの角形コラム５を得ているが、これは半成形角形コラムのプレスなどによる曲げ成形や、成形ロール１５群の移動を制御することで、同様にして、側箇所使用形式のコラム付き角形鋼管柱を構成する３面テーパの角形コラムや、隅箇所使用形式のコラム付き角形鋼管柱を構成する２面テーパの角形コラムなどを得ることができる。
【００３２】
上記した実施の形態では、成形手段１１としてロール成形形式が採用されているが、これはプレス成形形式などであってもよい。
上記した実施の形態において、加圧用シリンダー装置１７や昇降用シリンダー装置１８としては油圧形式や空圧形式などが採用される。またシリンダー装置の形式に代えて、螺子形式なども採用できる。
【００３３】
【発明の効果】
上記した本発明の請求項１によると、角形コラムは、曲げ精度が低い半成形角形コラムを熱間成形することで、例え厚肉、大径であったとしても、多大な労力と時間を要する手作業による精整作業を行うことなく、その形状精度を良いものにできる。さらに角形コラムは、熱間成形によって、残留応力が殆どなくて高い座屈強度を得ることができるとともに、二次溶接性に優れ、かつ十分な靱性を有するものにできる。これにより、たとえば建築用柱材の接続に使用される大径で厚肉の角形コラムを好適に提供できる。
【００３４】
また上記した本発明の請求項２によると、外形寸法が大きくかつコーナ部が大きな曲げ半径の半成形角形コラムを加熱したのち、成形手段によって熱間成形することで、所定の外形寸法でかつコーナ部が所定の曲げ半径の角形コラムを製造できる。これにより、請求項１記載の角形コラムを、手作業による精整作業を殆ど行うことなく、容易に確実に製造できる。
【００３５】
そして上記した本発明の請求項３によると、成形ロールの位置を移動制御することで、半成形角形コラムに対する熱間成形を容易に確実に実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示し、角形コラムの製造方法に使用される半成形角形コラムで、（ａ）は一部切り欠き側面図、（ｂ）は正面図である。
【図２】同角形コラムの製造方法における加熱の説明図である。
【図３】同角形コラムの製造方法において、成形手段に半成形角形コラムをセットした状態での一部切り欠き正面図である。
【図４】同角形コラムの製造方法において、成形手段に半成形角形コラムをセットした状態での平面図である。
【図５】同角形コラムの製造方法において、成形手段によるコラム他端の成形時での一部切り欠き正面図である。
【図６】同角形コラムの製造方法において、成形手段によるコラム他端の成形時での平面図である。
【図７】同角形コラムの製造方法において、成形手段によるコラム一端の成形時での一部切り欠き正面図である。
【図８】同角形コラムの製造方法において、成形手段によるコラム一端の成形時での平面図である。
【図９】同角形コラムの使用時の側面図である。
【図１０】本発明の別の実施の形態を示し、（ａ）〜（ｇ）は、成形手段による種々な熱間成形方式の概略正面図である。
【符号の説明】
１    半成形角形コラム
１ａ  一端
１ｂ  他端
１Ａ  鋼板
２    突き合わせ溶接部
５    角形コラム（最終製品）
６    下部角形鋼管柱
７    上部角形鋼管柱
８    梁材
１０    加熱炉（加熱手段）
１１    成形手段
１２    ベース体
１３    コラム成形装置
１４    昇降枠
１５    成形ロール
１７    加圧用シリンダー装置
１８    昇降用シリンダー装置
１９    制御部
Ｄα    大きな外形寸法
Ｄ      所定の外形寸法
ｄα    大きな外形寸法
ｄ      所定の外形寸法
Ｒα    大きな曲げ半径
Ｒ      所定の曲げ半径
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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