(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丸形コラム、および丸形コラムの製造方法を提供する。【解決手段】所定の外径Ｄ，ｄよりも大きい外径Ｄα，ｄαで台形筒状の半成形丸形コラム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とを異なる所定の外径Ｄ，ｄに形成して丸形コラム５を得た。丸形コラムは、曲げ精度が低い半成形丸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、形状精度は良いものになる。丸形コラムは、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、二次溶接性に優れ、十分な靱性を有する。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丸形コラムを好適に提供できる。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の外径よりも大きい外径で台形筒状の半成形丸形コラムを、加熱したのち成形手段により熱間成形して、一端と他端とを異なる所定の外径に形成して得たことを特徴とする丸形コラム。
【請求項２】
鋼板を曲げ成形したのち溶接することで、所定の外径よりも大きい外径で台形筒状の半成形丸形コラムを形成し、この半成形丸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、一端と他端とを異なる所定の外径にした丸形コラムとしたことを特徴とする丸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記載の丸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丸形コラム、および丸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、円形鋼管からなり径の大きい下部柱の上端に円形のレデューサー（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円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】
そして、円形の下部柱や上部柱は、次のような方法で製造していた。すなわち、所定の幅でかつ所定の長さのパイプ用原板を準備しておき、このパイプ用原板における幅方向の端部に対して、プレス加工により所定幅の端曲げを行う。次に、端曲げされたパイプ用原板のほぼ中央部をさらにプレス加工することにより、断面形状がほぼＵ字状になるように曲げ成形する。そして、半円状の成形面を有する一対の成形型からなるプレス加工手段によって、断面形状がほぼ円形になるように成形する。このとき、凹部と凸部が係合される。なお、断面形状がほぼ円形になるように成形したのち、端部間（継目部）を溶接接合する方法もある（たとえば、特許文献２参照。）。
【０００４】
さらにレデューサーも同様であって、円弧の帯状に切断された１枚の鋼板に対してプレス曲げを行ったのち、１箇所を溶接することで円錐台形筒状に形成している。
【０００５】
【特許文献１】
特開平５−３３１９１１号公報（第２頁、図７）
【０００６】
【特許文献２】
特開平９−２３４５１１号公報（第３−５頁、図１、図２）
【０００７】
【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、特に変形（台形筒状）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。
【０００８】
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丸形コラムを提供することを目的としたものである。
【０００９】
また請求項２記載の発明は、請求項１記載の丸形コラムを、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丸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。
【００１０】
【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記載の丸形コラムは、所定の外径よりも大きい外径で台形筒状の半成形丸形コラムを、加熱したのち成形手段により熱間成形して、一端と他端とを異なる所定の外径に形成して得たことを特徴としたものである。
【００１１】
したがって請求項１の発明によると、丸形コラムは、曲げ精度が低い半成形丸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。さらに丸形コラムは、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。
【００１２】
また本発明の請求項２記載の丸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、所定の外径よりも大きい外径で台形筒状の半成形丸形コラムを形成し、この半成形丸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、一端と他端とを異なる所定の外径にした丸形コラムとしたことを特徴としたものである。
【００１３】
したがって請求項２の発明によると、外径が大きい半成形丸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、一端と他端とを異なる所定の外径にした丸形コラムを製造し得る。
【００１４】
そして本発明の請求項３記載の丸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。
【００１５】
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、半成形丸形コラムに対する熱間成形を実現し得る。
【００１６】
【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丸形鋼管柱に接続される真芯台形筒状の丸形コラムを対象として、図１〜図９に基づいて説明する。
【００１７】
図１に示すように、半成形丸形コラム１は、所定の形状（円弧の帯状など。）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の外径と他端１ｂの外径が異なる真芯台形筒状に形成されている。
【００１８】
その際に、最終形状（最終製品）に対して、一端１ａは外径Ｄαが大きく形成され、また他端１ｂも外径ｄαが大きく、さらにＤα＞ｄαに形成されている。ここで半成形丸形コラム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。
【００１９】
上記のように形成された半成形丸形コラム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。
【００２０】
そして半成形丸形コラム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、加熱された半成形丸形コラム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丸形コラム１を支持可能な支持装置１２と、この支持装置１２の周辺に配設されたコラム成形装置２２などからなる。
【００２１】
すなわち支持装置１２は、半成形丸形コラム１の下向きの一端１ａを支持可能な受け体１３を有し、この受け体１３の上面側には、前記一端１ａに嵌合可能な上方への突出部１３ａが形成されている。そして、前記受け体１３に上方から対向して半成形丸形コラム１の上向きの他端１ｂに当接可能な押え体１４を有し、この押え体１４の下面側には、前記他端１ｂに嵌合可能な下方への突出部１４ａが形成されている。
【００２２】
前記押え体１４に対して上方から挿通可能なロッド状の連結体１５を設け、この連結体１５の下端部分は前記受け体１３に、螺子形式や係合形式などによって連結可能に構成されている。そして、連結体１５の上端部分（頭部）と押え体１４との間には、押え体１４を受け体１３側に移動付勢するばね１６が設けられ、以てばね１６の弾性付勢力によって半成形丸形コラム１を上下から挟持するように構成されている。
【００２３】
前記受け体１３の下方にはシリンダー装置１７が配設され、このシリンダー装置１７の上向きのピストンロッドが受け体１３の下面側に連結されている。そして前記受け体１３の下面からは、シリンダー装置１７を囲む状態で遮熱体１８が垂設されている。以上の１３〜１８などにより支持装置１２の一例が構成される。
【００２４】
前記コラム成形装置２２は絞り成形が可能なロール成形形式であり、そのリング状の本体２３は、機枠側の支持手段２４により支持されることにより、縦軸心２０の回りに回転自在に構成されるとともに、駆動装置（図示せず。）によって強制回転可能に構成されている。
【００２５】
前記本体２３の内面側で９０°置きの４箇所（または１箇所や複数箇所）には内向きのガイド体２５が設けられ、各ガイド体２５には縦軸心２０に対して接近離間動自在な移動体２６が設けられている。そして移動体２６の内端側には、ブラケット２７などを介して成形ロール２８が、最終形状のテーパ面（傾斜外面）に沿った軸心の回りに遊転自在に設けられている。
【００２６】
前記移動体２６は、本体２３との間に設けられた加圧用のシリンダー装置（加圧装置の一例。）２９を介して移動自在に構成されており、以てコンピュータなどの制御部３１を介してシリンダー装置２９を伸縮制御することで、成形ロール２８の位置を各別に横方向に移動制御可能に構成している。前記制御部３１は共有化され、前記シリンダー装置１７の伸縮動も制御するように構成されている。
【００２７】
以上の２３〜２９などによりコラム成形装置２２の一例が構成され、そして１２〜２９などにより、成形ロール２８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。
【００２８】
前述したように、加熱炉１０において加熱された半成形丸形コラム１は、図３、図４に示すように、成形手段１１における支持装置１２にセットされる。このセツトを行うに際してコラム成形装置２２では、シリンダー装置２９の収縮動によって、図３の仮想線に示すように、成形ロール２８群を縦軸心２０から最も離間させている。
【００２９】
このような状態で、まず下降位置にある受け体１３に下向きの一端１ａを支持させるとともに、一端１ａを突出部１３ａに嵌合させる。次いで、半成形丸形コラム１の上向きの他端１ｂに押え体１４を当接させるとともに、他端１ｂに突出部１４ａを嵌合させる。そして連結体１５を、押え体１４に対して上方から挿通させるとともに、その下端部分を受け体１３に連結可能させる。これにより半成形丸形コラム１を、受け体１３と押え体１４との間において、ばね１６の弾性付勢力を介して上下から挟持し得る。
【００３０】
この状態で、制御部３１による制御によって、シリンダー装置１７を伸展動させて半成形丸形コラム１を所定速度で上昇させ、さらに回転駆動部により本体２３を回転させるとともに、図３の実線に示すように、シリンダー装置２９を伸展制御して移動体２６を接近動させる。これにより、半成形丸形コラム１の他端１ｂ側に成形ロール２８群を加圧当接させた状態で、成形ロール２８群を本体２３とともに回転させることになり、以て成形ロール２８の遊転を伴いながら、図５、図６に示すように、他端１ｂ側に対して熱間絞り成形を行う。
【００３１】
そして、半成形丸形コラム１の上昇に伴って移動体２６を離間動させるように制御することで、すなわち成形ロール２８群の位置を離間移動制御することで、図７、図８に示すように一端１ａ側までの熱間絞り成形を行う。その際に成形ロール２８の離間動の制御は、半成形丸形コラム１の部分におけるテーパ面（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。
【００３２】
このような成形ロール２８の離間動によって半成形丸形コラム１の部分は、外周側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丸形コラム１は、他端１ｂが最終形状に対応した所定の小さな外径ｄに形成され、そして一端１ａが最終形状に対応した所定の外径Ｄに形成され、また他端１ｂから一端１ａの間では、最終形状に対応した所定の外径ｄ〜Ｄ内に形成される。
【００３３】
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丸形鋼管柱に接続される真芯台形筒状の丸形コラム（最終製品）５を得ることができる。
【００３４】
このようにして製造した丸形コラム５は、曲げ精度が低い半成形丸形コラム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。
【００３５】
そして図９の実線に示すように、丸形コラム５は、その一端１ａが下部丸形鋼管柱６の上端に当接されて溶接Ａされ、他端１ｂに上部丸形鋼管柱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。なお丸形コラム５には、図９の仮想線に示すように、梁材８が連結される。
【００３６】
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、成形ロール１５群に対して、支持手段１２により支持した半成形丸形コラム１を、その一端１ａを上向きとして上昇動させることで、熱間成形を行う方式である。
【００３７】
また（ｂ）は、半成形丸形コラム１の下向きの一端１ａをベース体などの固定部に支持させた状態で、コラム成形装置２２を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、半成形丸形コラム１の下向きの他端１ｂをベース体などの固定部に支持させた状態で、コラム成形装置２２を下降動させることで、熱間成形を行う方式である。
【００３８】
さらに（ｄ）は、支持手段１２により半成形丸形コラム１を横向きに支持した状態で、この半成形丸形コラム１を、その他端１ｂ側からコラム成形装置２２に向けて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、支持手段１２により半成形丸形コラム１を横向きに支持した状態で、この半成形丸形コラム１を、その一端１ａ側からコラム成形装置２２に向けて横移動させることで、熱間成形を行う方式である。
【００３９】
そして（ｆ）は、適宜の支持手段により半成形丸形コラム１を横向きに支持した状態で、コラム成形装置２２を半成形丸形コラム１の他端１ｂ側に向けて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、適宜の支持手段により半成形丸形コラム１を横向きに支持した状態で、コラム成形装置２２を半成形丸形コラム１の一端１ａ側に向けて横移動させることで、熱間成形を行う方式である。
【００４０】
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丸形鋼管柱を構成する真芯台形筒状の丸形コラム５を得ているが、これは偏芯台形筒状の半成形丸形コラムを使用し、そして成形ロール２８群の移動を制御などすることで、同様にして、隅箇所使用形式のコラム付き丸形鋼管柱を構成する偏芯台形筒状の丸形コラムなどを得ることができる。
【００４１】
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、シリンダー装置１７，２９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。
【００４２】
【発明の効果】
上記した本発明の請求項１によると、丸形コラムは、曲げ精度が低い半成形丸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。さらに丸形コラムは、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丸形コラムを好適に提供できる。
【００４３】
また上記した本発明の請求項２によると、外径が大きい半成形丸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、一端と他端とを異なる所定の外径にした丸形コラムを製造できる。これにより、請求項１記載の丸形コラムを、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。
【００４４】
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、半成形丸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、丸形コラムの製造方法に使用される半成形丸形コラムで、（ａ）は一部切り欠き側面図、（ｂ）は正面図である。
【図２】同丸形コラムの製造方法における加熱の説明図である。
【図３】同丸形コラムの製造方法において、成形手段に半成形丸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】同丸形コラムの製造方法において、成形手段に半成形丸形コラムをセットした状態での平面図である。
【図５】同丸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】同丸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】同丸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】同丸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】同丸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図である。
【符号の説明】
１    半成形丸形コラム
１ａ  一端
１ｂ  他端
１Ａ  鋼板
２    突き合わせ溶接部
５    丸形コラム（最終製品）
６    下部丸形鋼管柱
７    上部丸形鋼管柱
８    梁材
１０    加熱炉（加熱手段）
１１    成形手段
１２    支持装置
１３    受け体
１４    押え体
１５    連結体
１６    ばね
１７    シリンダー装置
２２    コラム成形装置
２３    本体
２５    ガイド体
２６    移動体
２８    成形ロール
２９    シリンダー装置（加圧装置）
３１    制御部
Ｄα  大きな外径
Ｄ    所定の外径
ｄα  大きな外径
ｄ    所定の外径
【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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