JP2000136596A

JP2000136596A - 中空部材

Info

Publication number: JP2000136596A
Application number: JP10309610A
Authority: JP
Inventors: Masatsugu Kato; 雅嗣加藤; Kazuhiko Sugizaki; 和彦杉崎
Original assignee: Mitsubishi Aluminum Co Ltd
Current assignee: MA Aluminum Corp
Priority date: 1998-10-30
Filing date: 1998-10-30
Publication date: 2000-05-16

Abstract

(57)【要約】【課題】溶接部分を有することなく、異なる断面形状
を有する継ぎ目のない長尺の中空部材を提供する。【解決手段】上端部３ａの横断面形状と下端部３ｂの
横断面形状とが異なり、全体として横断面形状が連続的
に大きくなる可変中空部３を少なくとも備える中空部材
１であって、可変中空部３には、上端部３ａの少なくと
も一点から下端部３ｂの方向に次第に拡開する三角平面
９、１０を、可変中空部３の中心軸Ｘと平行に少なくと
も一つ形成することによって、上記課題を解決する。こ
の中空部材は、可変断面押出しによって成形されるの
で、溶接部分を有することなく継ぎ目もない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、中空部材に関し、
更に詳しくは、上端部の横断面形状と下端部の横断面形
状とが異なり、全体として横断面形状が連続的に拡大ま
たは縮小する可変中空部を少なくとも備える中空部材に
関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的な中空部材として、中空の角柱、
例えば三角柱、四角柱、五角柱、六角柱や、管状の円柱
が使用されている。これらのうち、アルミニウムまたは
アルミニウム合金によって製造された中空部材は、耐食
性、着色性、装飾性、成形性、軽量性、リサイクル性等
に優れているので、様々な用途に使用されている。

【０００３】アルミニウムまたはアルミニウム合金は融
点が低いので、上記の中空部材は、通常、押出し加工に
よって製造されている。中空部材の押出し加工は、塑性
状態の押出し材料を、中空部材の内形を成形するコア部
と外形を成形する孔部とによって構成される押出し孔を
備えた押出し用ダイスを通して押出し、その押出し用ダ
イスに設けられた押出し孔と同じ断面形状の長尺物を製
作する加工法である。従って、このような一般的な押出
し加工法によって得られる中空部材は、長手方向の全長
に渡って一定の断面形状を有している。

【０００４】しかしながら、得られた中空部材の断面形
状が一定であることが、かえって不都合となる場合があ
る。例えば、底面のみが固定されている用途に使用され
る中空部材の場合には、軸圧縮応力またはそこに曲げ応
力を伴った合成圧縮応力が加わるので、主に底面付近の
断面形状がその応力に耐えうるように設計されていれば
よい。そのため、あまり応力が加わらない中間部分から
先端部分の断面形状を底面付近の断面形状と同じにする
必要はない。従って、このような中空部材の全長に渡っ
て、底部付近の断面形状と同一の形状にすることは、そ
の中空部材を構成する材料自体が無駄となる。さらに、
不必要な部分を有することによって、その中空部材の自
重および中空部材に加わる曲げ応力が増加するので、底
面付近の断面形状をそれらに耐えうるように大きくしな
ければならないという問題がある。

【０００５】また、上下から応力が加わる用途に使用さ
れる中空部材の場合には、上述の圧縮応力に加えて、横
たわみによって生ずる大きな座屈応力が加わる。この
時、通常その中間部分に大きな座屈応力が加わるので、
その中間部分がその座屈応力に耐えうる程度に設計され
ていればよい。そのため、あまり応力が加わらない上下
の部分の断面形状を、中間部分の断面形状と同じにする
必要はない。従って、このような中空部材の全長に渡っ
て、中間部分の断面形状と同一の形状にすることは、上
述と同様にその中空部材を構成する材料自体が無駄とな
る。

【０００６】上述の問題を解決するため、従来の中空部
材は、異なる断面形状を有する中空部材を溶接、スウェ
ージングまたはバルジ加工によって、その長さ方向で断
面を変化させていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな中空部材は、例えば溶接による場合には継ぎ目を有
し、その溶接部分に歪みが生じたり、耐食性が低下した
りするおそれがある。また、溶接等の作業を伴うので製
造に手間がかかると共に、特に、アルミニウムまたはア
ルミニウム合金を溶接する場合には高度の技術を要する
ため、熟練の作業者によらなければ所定の溶接強度を得
ることが難しいといった問題もある。

【０００８】また、溶接部分は、研磨作業を行っても溶
接部分であることが容易に認識されるので、一様な外観
を有する中空部材とすることはできず、特に人目につく
用途に用いられる場合には、見た目に劣り装飾的にも問
題があった。さらに、断面形状の異なる中空部材の溶接
部分には、通常、段差がついてしまうので、段差のない
装飾的外観を有する中空部材を得ることは、必ずしも容
易ではなかった。

【０００９】そこで、本発明の目的は、溶接部分を有す
ることなく、異なる断面形状を有する継ぎ目のない長尺
の中空部材を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１の中空
部材は、上端部の横断面形状と下端部の横断面形状とが
異なり、全体として横断面形状が連続的に大きくなる可
変中空部を少なくとも備える中空部材であって、前記可
変中空部には、前記上端部の少なくとも一点から前記下
端部の方向に次第に拡開する三角平面が、前記可変中空
部の中心軸と平行に少なくとも一つ形成されていること
に特徴を有する。

【００１１】この発明によれば、上端部の断面形状と下
端部の断面形状とが異なる可変中空部が、溶接等によら
ないで設けられているので、継ぎ目や段差がなく、意匠
性に優れた中空部材とすることができる。また、全体と
して横断面形状が連続的に大きくなる可変中空部を有す
るので、大きな曲げ応力や座屈応力が加わる部位に可変
中空部を設けることができる。その結果、断面形状を一
定にする必要がないので、中空部材の構成材料を節約す
ることができる。また、可変中空部の上端部の少なくと
も一点から下端部の方向に次第に拡開する三角平面が可
変中空部の中心軸と平行に形成されることによって中空
部材の断面形状が変化しているので、大きな断面形状を
有する部位は大きな断面係数を有することとなる。その
結果、大きな応力が加わる部位を、断面係数の大きい可
変中空部とすることによって、十分な強さを備えた中空
部材とすることができる。

【００１２】請求項２の発明は、請求項１に記載の中空
部材において、前記上端部の横断面形状が四以上の偶数
の偶部を有する角形であり、前記上端部の相対向する一
対の偶部を頂点として形成された一対の前記三角平面
と、前記上端部の相対向する辺から前記下端部の方向に
延び、且つ前記可変中空部の中心軸に対して傾斜した同
一幅の四角平面と、によって形成される可変中空部を少
なくとも備えることに特徴を有する。

【００１３】この発明によれば、可変中空部の上端部の
横断面形状が四以上の偶数の偶部を有する角形である場
合に、その可変中空部は、上端部の相対向する一対の偶
部を頂点として形成された一対の三角平面と、上端部の
相対向する各々の辺から下端部の方向に可変中空部の中
心軸に対して傾斜した同一幅の四角平面とで囲まれた中
空構造となっている。従って、一対の三角平面は向かい
合う平行平面となっているが、その他の同一幅の四角平
面は、三角平面が下端部の方向に次第に拡開するのに伴
って、可変中空部の中心軸に対して末広がるように傾斜
して形成される。その結果、例えば可変中空部の上端部
の横断面形状が四角形である場合には下端部の横断面形
状は六角形となり、上端部の横断面形状が六角形である
場合には下端部の横断面形状は八角形となり、異なる断
面形状を有する中空部材とすることができる。

【００１４】請求項３の発明は、請求項１に記載の中空
部材において、前記上端部の横断面形状が三以上の奇数
の偶部を有する角形であり、前記上端部の一つの偶部を
頂点として形成された前記三角平面と、当該三角平面と
平行な面であって、該平行な面の上端部の辺から前記下
端部の方向に延びて次第に拡開する台形平面と、前記三
角平面と非平行な面であって、該非平行面の上端部の辺
から前記下端部の方向に延び、且つ前記可変中空部の中
心軸に対して傾斜した同一幅の四角平面と、によって形
成される可変中空部を少なくとも備えることに特徴を有
する。

【００１５】この発明によれば、可変中空部の上端部の
横断面形状が三以上の奇数の偶部を有する角形である場
合に、その可変中空部には、上端部の一つの偶部を頂点
として形成された三角平面と、その三角平面と平行に設
けられた台形平面と、その三角平面と非平行に設けられ
た四角平面とで囲まれた中空構造となっている。従っ
て、三角平面と台形平面は、それぞれ下端部の方向に次
第に拡開する平面となっているので、その他の同一幅の
四角平面は、可変中空部の中心軸に対して末広がるよう
に傾斜して形成されている。その結果、例えば可変中空
部の上端部の横断面形状が三角形である場合には下端部
の横断面形状は五角形となり、上端部の横断面形状が五
角形である場合には下端部の横断面形状は七角形とな
り、異なる断面形状を有する中空部材とすることができ
る。

【００１６】請求項４の発明は、請求項１に記載の中空
部材において、前記上端部の横断面形状が曲線からなる
円形状であり、前記上端部の直径方向の対向部分を頂点
として形成された一対の前記三角平面と、前記上端部の
直径方向の対向部分を両端とする円弧から前記下端部の
方向に延び、且つ前記可変中空部の中心軸に対して傾斜
した同一円弧の曲面と、によって形成される可変中空部
を少なくとも備えることに特徴を有する。

【００１７】この発明によれば、可変中空部の上端部の
横断面形状が曲線からなる円形状である場合に、その可
変中空部は、上端部の直径方向の対向部分を頂点とした
一対の三角平面と、上端部の直径方向の対向部分を両端
とする円弧、すなわち半円状の円弧を同一円弧とした曲
面とで囲まれた中空構造となっている。従って、一対の
三角平面は向かい合う平行平面となっているが、その他
の同一幅の曲面は、三角平面が下端部の方向に次第に拡
開するのに伴って、可変中空部の中心軸に対して末広が
るように傾斜して形成される。その結果、例えば可変中
空部の上端部の横断面形状が円形である場合には、下端
部の横断面形状は長丸状となり、異なる断面形状を有す
る中空部材とすることができる。

【００１８】請求項５の発明は、請求項１乃至請求項４
の何れかに記載の中空部材において、前記上端部の横断
面形状と同一の形状で、前記上端部から上方に延びる最
小中空部をさらに備えることに特徴を有する。

【００１９】この発明によれば、最小中空部が、可変中
空部の上端部の横断面形状と同一形状でその上方に設け
られているので、加わる応力が小さくて断面形状を小さ
くすることが可能な部位を最小中空部とすることができ
る。その結果、中空部材の長手方向の強さをおおむね一
様強さとすることができると共に、軽量化を達成するこ
とができる。また、中空部材を構成する材料自体を節約
することもできる。

【００２０】請求項６の発明は、請求項１乃至請求項５
の何れかに記載の中空部材において、前記下端部の横断
面形状と同一の形状で、前記下端部から下方に延びる最
大中空部をさらに備えることに特徴を有する。

【００２１】この発明によれば、可変中空部の下端部の
横断面形状と同一形状の断面を有する最大中空部がその
下方に設けられているので、こうした形状の最大中空部
を、加わる応力が大きくて断面形状を大きくする必要の
ある部位に設けることができる。その結果、中空部材の
各部に加わる応力によって、断面係数が大きい最大中空
部を設けたり、断面係数が小さい最小中空部を設けたり
することができる。さらに、本発明によれば、中空部材
の長手方向に沿って加わる応力に応じた異なる断面形状
とすることができるので、その強さをおおむね一様強さ
とすることができる。そのため、不必要な部分の断面形
状を小さくすることができるので、中空部材の軽量化を
達成することができると共に、中空部材を構成する材料
自体を節約することもできる。

【００２２】請求項７の発明は、請求項１乃至請求項６
の何れかに記載の中空部材において、前記中空部材が、
アルミニウムまたはアルミニウム合金によって可変断面
押出し成形されることに特徴を有する。

【００２３】この発明によれば、軽量材量であるアルミ
ニウムまたはアルミニウム合金によって中空部材が成形
されるので、その軽量化を達成することができる。その
結果、中空部材の自重を減少させて中空部材に加わる圧
縮応力を小さくすることができるので、中空部材の断面
形状を小さくすることができ、構成材量の無駄を省くこ
とができる。また、可変断面押出し成形法によって中空
部材が成形されるので、継ぎ目や段差のない装飾性に優
れた外観を有し、連続的に形状が拡大または縮小する中
空部材とすることができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
を具体的に説明する。

【００２５】図１は、長手方向の各部で断面形状の異な
る本発明の中空部材の一例を示す斜視図である。図１に
示す中空部材１は、その横断面形状が四角形の上端部３
ａと、その横断面形状が六角形の下端部３ｂとを有し、
全体として横断面形状が連続的に大きくなる可変中空部
３を一部に備えている。

【００２６】可変中空部３は、図１に示すように、４つ
の四角平面１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄと２つの三
角平面９、１０とによって構成されている。４つの四角
平面１１ａ、…、１１ｄは、上端部３ａの相対向する各
辺から下端部３ｂの方向に延び、且つ可変中空部３の中
心軸Ｘに対して傾斜するように形成されている。なお、
これらの各四角平面の幅は、上端部３ａの各辺の幅と同
一である。また、２つの三角平面９、１０は、上端部３
ａの相対向する一対の偶部Ｐ、Ｑを頂点として、下端部
３ｂの方向に次第に拡開した二等辺三角形状で形成され
ている。この時、一対の三角平面９、１０は、可変中空
部３の中心軸Ｘと平行に相対向するように形成されてい
る。従って、可変中空部３の上端部３ａは、上述した４
つの四角平面１１ａ、…、１１ｄの上辺によって四角形
が形成され、下端部３ｂは、上述した４つの四角平面１
１ａ、…、１１ｄの下辺と一対の三角平面９、１０の下
辺とによって六角形が形成されている。

【００２７】可変中空部３の上部には、可変中空部３の
上端部３ａの横断面形状と同一の四角形状で、その上端
部３ａから上方に延びる最小中空部２が設けられてい
る。また、可変中空部３の下部には、可変中空部３の下
端部３ｂの横断面形状と同一の六角形状で、その下端部
３ｂから下方に延びる一定断面の最大中空部４が設けら
れている。

【００２８】このような中空部材１は、異なる断面形状
に連続的に変化する可変中空部３を備えているので、大
きな曲げ応力や座屈荷重が加わる部位に可変中空部３を
設けてその断面形状を大きく変化させることができる。

【００２９】また、中空部材１に加わる応力が小さくて
断面形状を小さくすることが可能な部位を上述した最小
中空部２としたり、中空部材１に加わる応力が大きくて
断面形状を大きくする必要のある部位を上述した最大中
空部４とすることによって、中空部材１の長手方向の強
さをおおむね一様強さとすることができる。

【００３０】このように本発明の中空部材１は、その各
部に加わる応力によって、各部の形状を適宜設計するこ
とができるので、中空部材１全体としての軽量化を達成
することができると共に、中空部材１を構成する材料自
体を節約することができる。

【００３１】以上説明した中空部材１は、図１に示した
ように、その一部に備えた可変中空部３の上端部３ａの
横断面形状が四角形である場合を示しているが、その形
状は特に限定されるものではなく、以下にような種々の
形状の可変中空部を備えた中空部材とすることもでき
る。

【００３２】図２は、上端部の横断面形状が六角形の時
の可変中空部の一例を示す斜視図である。例えば、可変
中空部１２の上端部１２ａの横断面形状が、六角形や八
角形等の四以上の偶数の偶部を有する多角形である場合
には、可変中空部１２は、上端部１２ａの相対向する一
対の偶部Ｐ、Ｑを頂点として形成された一対の三角平面
９、１０と、上端部１２ａの相対向する各々の辺から下
端部１２ｂの方向に可変中空部１２の中心軸Ｘに対して
傾斜した同一幅の四角平面１３ａ、…、１３ｆとで囲ま
れた中空構造を構成する。従って、一対の三角平面９、
１０は向かい合う二等辺三角形状の平行平面となってい
るが、その他の同一幅の四角平面１３ａ、…、１３ｆ
は、三角平面９、１０が下端部１２ｂの方向に次第に拡
開するのに伴って、可変中空部１２の中心軸Ｘに対して
末広がるように傾斜して形成される。その結果、例えば
可変中空部１２の上端部１２ａの横断面形状が六角形で
ある場合には下端部１２ｂの横断面形状は八角形とな
り、上端部１２ａの横断面形状が八角形である場合には
下端部１２ｂの横断面形状は十角形となり、異なる断面
形状を有する中空部材とすることができる。なお、最小
中空部の断面形状は、可変中空部の横断面形状が変われ
ばそれに従って変化することになる。従って、可変中空
部の横断面形状が、六角形の時は六角形となる。

【００３３】図３は、上端部の横断面形状が三角形の時
の可変中空部の一例を示す斜視図である。可変中空部１
４の上端部１４ａの横断面形状が、三角形や五角形等の
三以上の奇数の偶部を有する多角形である場合には、可
変中空部１４は、上端部１４ａの一つの偶部Ｒを頂点と
して形成された三角平面９と、その三角平面９と平行に
設けられた台形平面１４と、その三角平面９と非平行に
設けられた四角平面１５ａ、１５ｂとで囲まれた中空構
造を構成する。従って、三角平面９と台形平面１６は、
それぞれ下端部１４ｂの方向に次第に拡開する平面とな
っているので、その他の同一幅の四角平面１５ａ、１５
ｂは、可変中空部１４の中心軸Ｘに対して末広がるよう
に傾斜して形成されている。その結果、例えば可変中空
部１４の上端部１４ａの横断面形状が三角形である場合
には下端部１４ｂの横断面形状は五角形となり、上端部
１４ａの横断面形状が五角形である場合には下端部１４
ｂの横断面形状は七角形となり、異なる断面形状を有す
る中空部材とすることができる。

【００３４】図４は、上端部の横断面形状が円形の時の
可変中空部の一例を示す斜視図である。可変中空部１７
の上端部１７ａの横断面形状が、円形や楕円形等の曲線
からなる円形状である場合には、可変中空部１７は、上
端部１７ａの直径方向の対向部分Ｓ、Ｔを頂点とした二
等辺三角形状の一対の三角平面９、１０と、上端部１７
ａの直径方向の対向部分Ｓ、Ｔを両端とする円弧、すな
わち半円状の円弧を同一円弧とした曲面１８ａ、１８ｂ
とで囲まれた中空構造を構成する。従って、一対の三角
平面９、１０は向かい合う平行平面となっているが、そ
の他の同一幅の曲面１８ａ、１８ｂは、三角平面９、１
０が下端部１７ｂの方向に次第に拡開するのに伴って、
可変中空部１７の中心軸Ｘに対して末広がるように傾斜
して形成される。その結果、例えば可変中空部１７の上
端部１７ａの横断面形状が円形である場合には、下端部
１７ｂの横断面形状は長丸状（いわゆる陸上競技場のト
ラック形状）となり、異なる断面形状を有する中空部材
とすることができる。

【００３５】なお、最小中空部と最大中空部の断面形状
は、可変中空部の上端部と下端部の横断面形状が変われ
ばそれに従ってそれぞれ変化することになる。例えば、
可変中空部の上端部の横断面形状が六角形の時は、最小
中空部の横断面形状は六角形となり、最大中空部の横断
面形状は八角形となる。また、可変中空部の上端部の横
断面形状が五角形の時は、最小中空部の横断面形状は五
角形となり、最大中空部の横断面形状は七角形となる。

【００３６】得られる中空部材１を底面のみが固定され
る用途に使用する場合には、その中空部材１に加わる応
力は、底面付近が大きく、上方に行くに従って小さくな
る。そのため、図１に示すように、大きい応力がかかる
底部付近の構造は、上述の最大中空部４を備えたものと
することが好ましく、上方に行くに従って最大中空部４
の平行面９、１０の幅を徐々に小さくした可変中空部３
とし、さらに上方に行くに従って、平行面９、１０のな
い最小中空部２とすることが好ましい。このとき、可変
中空部３の構造は、後述するように、押出し速度と押出
しダイスの移動速度を調節することによって、平行面
９、１０の幅Ｗの縮小の程度を適宜変化させることがで
きる。また、最小中空部２と同じ形状のまま引き続き押
出しすることによって、所定の長さの最小中空部２を成
形することができる。

【００３７】このように使用される中空部材１の用途と
しては、道路街頭に設けられる照明ポールや公園の時計
ポールのように、主に意匠性を有する装飾ポールとして
の用途がある。本発明の中空部材１は、上述の最小中空
部２、可変中空部３および最大中空部４が段差も継ぎ目
もなく成形されるので、従来の中空部材のような溶接部
分が容易に認識されることがなく、装飾性に優れてい
る。また、溶接部分で起こりやすい歪みや腐食が起こり
にくい。また、道路街頭に設けられる照明ポールのよう
に、上方で曲げ加工された形状の場合は、中空部材に曲
げ応力が加わるので、その曲げ応力に適した断面係数を
有するように各部の断面形状を適宜設計することができ
る。

【００３８】一方、上下から応力が加わる用途に使用す
る場合には、例えば図５に示す中空部材２０のように、
一般的な圧縮応力に加えて、横たわみによって生ずる座
屈応力が主に中空部材２０の中間部分２１に加わるの
で、その中間部分２１を最大中空部４とする中空部材２
０を成形することが好ましい。すなわち、上端部分２２
および下端部分２３の各支持部を、そこに加わる応力に
耐えうる程度の断面係数を有した最小中空部２とし、そ
の上端部分２２および下端部分２３から中間部分２１に
向かって徐々に断面係数が大きくなるように可変中空部
３を設け、大きな座屈応力がかかる中間部分２１を最大
中空部４とするように中空部材２０を成形する。この
時、最小中空部２とするのは、上端部分２２および下端
部分２３の両方でも何れか一方でもよく、また、上端部
分２２と中間部分２１の間の位置であっても、下端部分
２３と中間部分２１の間の位置であってもよい。この時
の可変中空部３は、上述と同様に、押出し速度と後述す
る押出しダイスの移動速度を調節することによって、平
行面９、１０の幅Ｗの縮小の程度を適宜変化させること
ができる。また、最小中空部２と同じ形状のまま、およ
び、可変中空部３の平行面９、１０の幅Ｗを所定の幅に
固定したまま、引き続き押出しすることによって、所定
の長さの最小中空部２または最大中空部４、或いは、最
小中空部２と最大中空部４の中間の大きさの一定断面を
有する中空部を成形することができる。

【００３９】このように使用される中空部材２０の用途
としては、建築用構造部材としての中空柱のうち、主に
装飾性を重視した柱としての用途に用いることが好まし
い。得られた中空部材２０は、その長手方向に沿って段
差も継ぎ目もなく、座屈応力に耐えうる形状に成形され
ている。そのため、従来の中空部材にような溶接部分が
容易に認識されることがないので、装飾性に優れてい
る。また、溶接部分で起こりやすい溶接歪みや腐食が起
こりにくいので、大きな座屈応力がかかる用途に用いら
れる柱に好適に使用することができる。また、その押出
し加工が容易であるので、断面係数を各部で適宜設定す
ることができ、その柱に加わる応力を考慮して柱の断面
形状を成形することができる。

【００４０】次に、本発明の中空部材の製造方法につい
て説明する。本発明の中空部材は、可変断面押出し成形
方法によって成形される。可変断面押出し成形方法は、
可変断面押出し用ダイスを構成する移動可能な複数のダ
イスを相対移動させ、各ダイスに設けられた孔の重複部
分によって形成された押出し孔から押出し材料が押し出
されることによって、断面形状が変化した成形部材を得
る方法である。

【００４１】図６〜図１２は、図１または図５に示す本
発明の中空部材の成形に用いられる可変断面押出し用ダ
イスの構造の一例を示すものである。可変断面押出し用
ダイス３０は、固定ダイスとして作用する第１ダイス
（以下「固定ダイス３１」という。）と移動ダイスとし
て作用する第２ダイス（以下「移動ダイス３２」とい
う。）を備えている。ここで、図６は平面図を示し、図
７は最小中空部を成形するときの図６のＡ−Ａ断面図を
示し、図８は移動ダイス３２を移動させて可変中空部を
成形するときの図６のＡ’−Ａ’断面図を示している。

【００４２】固定ダイス３１は、押出し材料が収納され
るコンテナ２１側に位置し、移動ダイス３２の上流側と
なるように組み合わされている。固定ダイス３１の押出
し孔は、固定ダイス３１の孔部側壁７３によって形成さ
れた孔部７１（図１３を参照。）と、その孔部７１の上
方から垂れ下がるマンドレル４１の先端に設けられたコ
ア部７２とによって構成される。固定ダイス３１の押出
し孔の周囲には、押出し材料を押出し孔に円滑に導くた
めの流路であって、その上面側から内側に向かって絞ら
れた凹部４２が形成されている。また、固定ダイス３１
の上面側には、押出し材料を導入するための導入孔３７
が設けられている。

【００４３】移動ダイス３２は、固定ダイス３１の下流
側に、その固定ダイス３１の押出し孔に接するように配
置されている。移動ダイス３２の押出し孔は、移動ダイ
ス３２の孔部側壁８３によって形成された孔部８１（図
１４を参照。）と、コア部８２とによって形成される。
移動ダイス３２のコア部８２は、孔部８１の上流側に湾
曲して設けられた連結アーム５１の先端部から垂れ下が
るように孔部８１内の所定の位置に配置される。図９
は、移動ダイス３２のコア部８２とそのコア部８２を支
持する連結アーム５１の側面図を示したものであり、図
１０は、図９のＢ−Ｂ断面図である。移動ダイス３２に
は、マンドレル４１および固定ダイス３１に摺動可能に
嵌合される嵌合部５２が設けられている。移動ダイス３
２のコア部８２は、嵌合部５２の下流側に連結部５３を
介して設けられ、マンドレル４１先端に設けられた固定
ダイスのコア部７２に接するように配置されている。

【００４４】図１１は、移動ダイス３２の嵌合部５２
が、固定ダイス３１のマンドレル４１および固定ダイス
３１に嵌合した状態を示す側面図であり、図１２は、図
１１のＣ−Ｃ断面図である。移動ダイス３２の嵌合部５
２を、固定ダイス３１のマンドレル４１内で摺動させる
ことによって、移動ダイス３２の孔部８１とコア部８２
とから構成される押出し孔は、固定ダイス３１の孔部７
１とコア部７２とから構成される押出し孔に対して相対
移動する。そして、固定ダイス３１の押出し孔と、移動
ダイス３２の押出し孔との重複部分が、押出し材料を押
出すことができる押出し孔となる。

【００４５】押出し材料は、コンテナ２１から導入孔３
７に導入され、マンドレル４１と凹部４２との間を通
り、固定ダイス３１の押出し孔と移動ダイス３２の押出
し孔との重複部分から押し出されることによって、中空
部材１が成形される。

【００４６】押出し成形の際、図７に示すように、移動
ダイス３２をＢ方向に移動させて、固定ダイス３１のコ
ア部７２と移動ダイス３２のコア部８２を重ねることに
よって、最小中空部２を成形することができる。また、
図８に示すように、移動ダイス３２をＡ方向に移動させ
ることによって、固定ダイス３１の押出し孔と移動ダイ
ス３２の押出し孔の重複部分の形状を変化させることが
でき、可変中空部３または最大中空部４を成形すること
ができる。

【００４７】通常、固定ダイス３１と移動ダイス３２
は、熱間工具鋼によって略外観方形板状に形成されてい
る。

【００４８】図１３〜図１６は、図１および図５に示す
中空部材１、２０を成形するための可変断面押出し用ダ
イスの押出し孔の一例を示している。

【００４９】図１３は固定ダイス３１の押出し孔の形状
を示している。固定ダイス３１の押出し孔は、孔部側壁
７３ａ、…、７３ｅによって囲まれた孔部７１と、その
孔部７１内の所定の位置に設けられたコア部７２とによ
って形成されている。また、図１４は移動ダイス３２の
押出し孔の形状を示している。移動ダイス３２の押出し
孔は、孔部側壁８３ａ、…、８３ｅによって囲まれた孔
部８１と、その孔部８１内の所定の位置に設けられたコ
ア部８２とによって形成されている。

【００５０】図１５は最小中空部２の成形時の固定ダイ
ス３１の押出し孔と移動ダイス３２の押出し孔との位置
関係を示している。移動ダイス３２を移動させることに
よって形成された各ダイス３１、３２の押出し孔（ハッ
チング部分）の重複部分９１は、固定ダイス３１の孔部
側壁７３ａ、７３ｂと、移動ダイス３２の孔部側壁８３
ａ、８３ｂとで囲まれた四角形の押出し孔を形成する。
そして、その中央には、固定ダイス３１のコア部７２
と、移動ダイス３２のコア部８２とが重なり合い、四角
形の中空部分を形成する。図１および図５に示した四角
形の最小中空部２は、このように配置した可変断面押出
し用ダイスを用いた押出し成形によって成形することが
できる。

【００５１】図１６は、可変中空部３または最大中空部
４の成形時の固定ダイス３１の押出し孔と移動ダイス３
２の押出し孔との位置関係を示している。移動ダイス３
２を固定ダイス３１に対して、重複部分９１の外形が大
きくなるように相対移動させること、すなわち図１６中
のＣ方向に相対移動させることによって、四角形の対向
する角部に平行面９、１０を生じさせる。そして、その
幅Ｗは、移動ダイス３２を移動させることによって拡大
させたり縮小させたりすることができる。このように押
出し孔の形状を変化させることによって、最小中空部２
に２つの辺を付加した六角形状の可変中空部３を成形す
ることができる。従って、最小中空部２を所定長さだけ
押出し成形した後、移動ダイス３２を固定ダイス３１に
対して相対移動させながら押出し成形することによっ
て、所望の断面係数を有する可変中空部３を中空部材
１、２０の長手方向に沿って成形することができる。

【００５２】なお、この時生じた平行面９、１０の厚さ
は、図１６に示すように、押出し孔の側壁と、コア部７
２、８２との隙間の寸法によって決まる。従って、平行
面９、１０の厚さは、コア部７２、８２の形状、例えば
六角形や八角形等の形状によって異なる。また、平行面
９、１０の幅Ｗを変化させることによっても、各コア部
７２、８２の重なり状態が変化するので、その厚さが異
なる。

【００５３】このように、所定の位置まで移動ダイス３
２を移動させながら可変中空部３を成形した後、移動ダ
イス３２を停止し、その状態で押出しを続けることによ
って、一定長さの最大中空部４を成形することができ
る。こうして図１に示した中空部材１を成形することが
できる。

【００５４】また、図５に示す中空部材２０は、前記の
最大中空部４を形成した後、さらに引き続いて移動ダイ
ス３２の移動を再開して平行面９、１０の幅を小さくす
るように移動させながら押出し成形する。その後、必要
に応じて、移動ダイス３２の移動を停止し、一定断面の
部分を成形することもできる。その一定断面の部分は、
最小断面としてもよいし、平行面９、１０を有した一定
断面としてもよい。

【００５５】なお、図７と図８に示すように、移動ダイ
ス３２をＡ方向またはＢ方向に移動させて可変中空部３
を押出し成形するとき、固定ダイス３１は移動しない。
そのため、可変中空部３の四角平面１１ａ、…、１１ｄ
のうち、固定ダイス３１の孔部７２と孔部側壁７３ａ、
７３ｂとの隙間（図１３を参照。）から押し出される四
角平面は、押出し方向に平行な面として押し出される。
その結果、押出し成形直後の可変中空部３の四角平面の
うち、該当する四角平面は、可変中空部３の上端部３ａ
または下端部３ｂからそれぞれ延びる最小中空部２また
は最大中空部４を構成する四角平面と共通する同一平面
となり、図１や図５に示すように、可変中空部３の四角
平面が下端部の方向に傾斜して延びる形状とは異なった
ものとなる。本発明の中空部材は、このような形状の可
変中空部３を備えたものであってもよく、図１または図
５に示す中空部材と同一の作用効果を有している。

【００５６】従って、押出し成形直後の中空部材の形状
を、図１や図５に示すように、可変中空部３の四角平面
が下端部の方向に傾斜して延びる形状にするために、押
出し成形された後の中空部材を矯正加工する。中空部材
は、従来公知のストレッチ法（ストレッチャ）によって
容易に矯正加工することができる。なお、ストレッチ法
は、押し出された中空部材の両端部を保持して引張り張
力を加え、中空部材に引っ張り歪みを与えることによっ
て矯正する方法である。

【００５７】こうして成形された中空部材は、押出し成
形中に連続的に断面形状を変化させることができるの
で、継ぎ目のない一様な中空部材とすることができる。
そのため、溶接等の加工が不要となるので、例えば溶接
によって生じる溶接歪みや溶接部の偏析等が起こらな
い。その結果、溶接部での強度低下や腐食の起こらない
中空部材とすることができる。また、溶接部分を有さ
ず、異径管をつなぎあわせた中空部材に比べて段差等も
ないので、装飾的にも優れている。その結果、建築用等
の構成部材のみならず、人目に付くインテリアまたはア
ウトテリア部材として用いることができる。また、角柱
の対向角部から新たに平行面が生じるので、デザイン的
にも優れている。さらに、応力がかかって大きな断面係
数が必要とされる部分の断面係数を適宜設定することが
できるので、中空部材の長手方向に沿っておおむね一様
強さとすることができ、部材の軽量化を図ることができ
る。

【００５８】また、図１６に示すダイス位置から更に断
面係数が大きくなるように移動ダイスをＣ方向に移動さ
せると、固定ダイス３１のコア部７２と移動ダイス３２
のコア部８２とが重複しなくなる。その結果、固定ダイ
ス３１のコア部７２と移動ダイス３２のコア部８２との
間に重複部分９１が形成されるので、そこから押出し材
料が押し出され、中央部にウエブが設けられた断面形状
を有する中空部材とすることもできる。本発明の中空部
材では、断面係数が大きくなるようにその外形を連続的
に変化させることができると共に、その内部にウエブを
設けて内形をも連続的に変化させることができる。従っ
て、大きな応力が加わる部分では、外形を大きくして断
面係数を大きくするのと同時に、ウエブによって補強し
た断面形状とすることができるので、中空部材の機械的
強度を更に向上させることができる。

【００５９】なお、成形する最小中空部２、可変中空部
３および最大中空部４の配置は、図１および図５に示し
た中空部材に限定されるものではない。例えば、可変中
空部３が中空部材の全長に渡って変化したものでもよ
く、また、一定の断面形状を有する部分が所定の長さで
段階的に設けられているような形状のものであってもよ
い。例えば、移動ダイス３２の移動速度と、押出し材料
の押出し速度とを調整することによって、可変中空部３
の断面形状の変化の程度を変えることもできる。例え
ば、押出し速度に対して移動ダイスの移動速度を小さく
した場合には、可変中空部３の形状が徐々に変化する中
空部材を成形することができる。その逆に、押出し速度
に対して移動ダイスの移動速度を大きくした場合には、
可変中空部３の形状の変化の程度が大きい部分を有した
中空部材を成形することができる。

【００６０】種々の押出し孔形状を有する移動ダイス３
２と固定ダイス３１を用いることによって、最小断面形
状２が四角形でないもの、例えば六角形や八角形等の多
角形や、円形の中空部材を成形することもできる。

【００６１】例えば、図１７は、図２に示す可変中空部
を備えた中空部材を成形するための可変断面押出し用ダ
イスであって、六角形のコア部１１３を有し、そのコア
部１１３の３辺から所定幅を隔てて孔部側壁１１５ａ、
１１５ｂ、１１５ｃが設けられた固定ダイス１１１と、
同じく六角形のコア部１１４を有し、そのコア部１１４
の３辺から所定幅を隔てて孔部側壁１１６ａ、１１６
ｂ、１１６ｃが設けられて前記の固定ダイス１１１と同
じ形状の移動ダイス１１２とを、それぞれのコア部１１
３、１１４を重複させ、各ダイス１１１、１１２の押出
し孔の重複部分１１７が六角形の最小中空部となるよう
に配置したダイスの位置関係を示している。したがっ
て、この可変断面押出し用ダイスから成形される中空部
材は、最小中空部の形状が六角形となる。

【００６２】次いで、図１８に示ように、重複部分１１
７の外形が大きくなるように移動ダイス１１２を摺動さ
せることによって、六角形の対向する角部に平行面１１
８、１１９を生じさせる。そして、その幅Ｗを、移動ダ
イス１１２を移動させることによって拡大させたり縮小
させたりすることができる。このように押出し孔の形状
を変化させることによって、最小中空部に２つの辺を付
加した八角形状の可変中空部または最大中空部を成形す
ることができる。

【００６３】また、図１９は、図４に示す可変中空部を
備えた中空部材を成形するための可変断面押出し用ダイ
スであって、円形のコア部１３３を有し、そのコア部１
３３から所定幅を隔てて半円の孔部側壁１３５が設けら
れた固定ダイス１３１と、同じく円形のコア部１３４を
有し、そのコア部１３４から所定幅を隔てて半円の孔部
側壁１３６が設けられて前記の固定ダイス１３１と同じ
形状の移動ダイス１３２とを、それぞれのコア部１３
３、１３４を重複させ、各ダイス１３１、１３２の押出
し孔の重複部分１３７が円形の最小中空部となるように
配置した位置関係を示している。したがって、この可変
断面押出し用ダイスから成形される中空部材は、最小中
空部の形状が円形管となる。

【００６４】次いで、図２０に示ように、重複部分１３
７の外形が大きくなるように移動ダイス１３２を摺動さ
せることによって、円形の対向する位置に平行面１３
８、１３９を生じさせる。そして、その幅Ｗを、移動ダ
イス１３２を移動させることによって拡大させたり縮小
させたりすることができる。このように押出し孔の形状
を変化させることによって、最小中空部に２つの平行面
を付加した長く延ばした円形断面形状の可変中空部また
は最大中空部を成形することができる。

【００６５】なお、押出し材としては、アルミニウムま
たはアルミニウム合金を使用することが好ましいが、そ
の他の軽量材料を用いてもよい。このような軽量材料を
使用することによって、得られる中空部材の軽量化を達
成することができる。また、曲げ応力が小さい部分の断
面形状を小さくすることができることとも相まって、自
重によるたわみを小さくすることができる。

【００６６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の中空部材
によれば、上端部の断面形状と下端部の断面形状とが異
なる可変中空部が、溶接等によらないで設けられている
ので、継ぎ目や段差がなく、意匠性に優れた中空部材と
することができる。また、全体として横断面形状が連続
的に大きくなる可変中空部を有するので、大きな曲げ応
力や座屈応力が加わる部位に可変中空部を設けることが
できる。その結果、断面形状を一定にする必要がないの
で、中空部材の構成材料を節約することができる。ま
た、可変中空部の上端部の少なくとも一点から下端部の
方向に次第に拡開する三角平面が可変中空部の中心軸と
平行に形成されることによって中空部材の断面形状が変
化しているので、大きな断面形状を有する部位は大きな
断面係数を有することとなる。その結果、大きな応力が
加わる部位を、断面係数の大きい可変中空部とすること
によって、十分な強さを備えた中空部材とすることがで
きる。

【００６７】また、最小中空部を、可変中空部の上端部
の横断面形状と同一形状でその上方に設けることができ
るので、加わる応力が小さくて断面形状を小さくするこ
とが可能な部位を最小中空部とすることができる。その
結果、中空部材の長手方向の強さをおおむね一様強さと
することができる。さらに、可変中空部の下端部の横断
面形状と同一形状の断面を有する最大中空部をその下方
に設けることができるので、こうした形状の最大中空部
を、加わる応力が大きくて断面形状を大きくする必要の
ある部位に設けることができる。その結果、中空部材の
各部に加わる応力によって、断面係数が大きい最大中空
部を設けたり、断面係数が小さい最小中空部を設けたり
することができる。

【００６８】このように、本発明によれば、中空部材の
長手方向に沿って加わる応力に応じた異なる断面形状と
することができるので、その強さをおおむね一様強さと
することができる。そのため、不必要な部分の断面形状
を小さくすることができるので、中空部材の軽量化を達
成することができると共に、中空部材を構成する材料自
体を節約することもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の中空部材の一例を示す斜視図である。

【図２】本発明の中空部材を構成する可変中空部の他の
一例を示す斜視図である。

【図３】本発明の中空部材を構成する可変中空部の他の
一例を示す斜視図である。

【図４】本発明の中空部材を構成する可変中空部の他の
一例を示す斜視図である。

【図５】本発明の中空部材の他の一例を示す斜視図であ
る。

【図６】本発明の中空部材の押出し成形に使用される可
変断面押出し用ダイスの一例を示す平面図である。

【図７】最小中空部を成形するときの可変断面押出し用
ダイスのＡ−Ａ断面図である。

【図８】可変中空部を成形するときの可変断面押出し用
ダイスのＡ’−Ａ’断面図である。

【図９】移動ダイスのコア部とそのコア部を支持する連
結アームの一例を示す側面図である。

【図１０】図９のＢ−Ｂ断面図である。

【図１１】移動ダイスの嵌合部が固定ダイスのマンドレ
ルに嵌合した状態を示す側面図である。

【図１２】図１１のＣ−Ｃ断面図である。

【図１３】固定ダイスの押出し孔の形状を示す平面図で
ある。

【図１４】移動ダイスの押出し孔の形状を示す平面図で
ある。

【図１５】最小中空部の成形時の固定ダイスの押出し孔
と移動ダイスの押出し孔との位置関係を示す平面図であ
る。

【図１６】可変中空部または最大中空部の成形時の固定
ダイスの押出し孔と移動ダイスの押出し孔との位置関係
を示す平面図である。

【図１７】六角形の最小中空部を押出し成形することが
できる可変断面押出し用ダイスの一例を示す平面図であ
る。

【図１８】図１７に示す可変断面押出し用ダイスにおい
て、移動ダイスを移動させて可変中空部または最大中空
部を成形する際の固定ダイスの押出し孔と移動ダイスの
押出し孔との位置関係を示す平面図である。

【図１９】円形の最小中空部を押出し成形することがで
きる可変断面押出し用ダイスの一例を示す平面図であ
る。

【図２０】図１９に示す可変断面押出し用ダイスにおい
て、移動ダイスを移動させて可変中空部または最大中空
部を成形する際の固定ダイスの押出し孔と移動ダイスの
押出し孔との位置関係を示す平面図である。

【符号の説明】

１、２０中空部材２最小中空部３、１２、１４、１７可変中空部４最大中空部９、１０平行面３０可変断面押出し用ダイス３１固定ダイス３２移動ダイスＷ平行面の幅Ｗ_max 平行面の最大幅

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】上端部の横断面形状と下端部の横断面形
状とが異なり、全体として横断面形状が連続的に大きく
なる可変中空部を少なくとも備える中空部材であって、前記可変中空部には、前記上端部の少なくとも一点から
前記下端部の方向に次第に拡開する三角平面が、前記可
変中空部の中心軸と平行に少なくとも一つ形成されてい
ることを特徴とする中空部材。
【請求項２】前記上端部の横断面形状が四以上の偶数
の偶部を有する角形であり、前記上端部の相対向する一
対の偶部を頂点として形成された一対の前記三角平面
と、前記上端部の相対向する辺から前記下端部の方向に
延び、且つ前記可変中空部の中心軸に対して傾斜した同
一幅の四角平面と、によって形成される可変中空部を少
なくとも備えることを特徴とする請求項１に記載の中空
部材。
【請求項３】前記上端部の横断面形状が三以上の奇数
の偶部を有する角形であり、前記上端部の一つの偶部を
頂点として形成された前記三角平面と、当該三角平面と
平行な面であって、該平行な面の上端部の辺から前記下
端部の方向に延びて次第に拡開する台形平面と、前記三
角平面と非平行な面であって、該非平行な面の上端部の
辺から前記下端部の方向に延び、且つ前記可変中空部の
中心軸に対して傾斜した同一幅の四角平面と、によって
形成される可変中空部を少なくとも備えることを特徴と
する請求項１に記載の中空部材。
【請求項４】前記上端部の横断面形状が曲線からなる
円形状であり、前記上端部の直径方向の対向部分を頂点
として形成された一対の前記三角平面と、前記上端部の
直径方向の対向部分を両端とする円弧から前記下端部の
方向に延び、且つ前記可変中空部の中心軸に対して傾斜
した同一円弧の曲面と、によって形成される可変中空部
を少なくとも備えることを特徴とする請求項１に記載の
中空部材。
【請求項５】前記上端部の横断面形状と同一の形状
で、前記上端部から上方に延びる最小中空部をさらに備
えることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに
記載の中空部材。
【請求項６】前記下端部の横断面形状と同一の形状
で、前記下端部から下方に延びる中空部をさらに備える
ことを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れかに記載
の中空部材。
【請求項７】前記中空部材が、アルミニウムまたはア
ルミニウム合金によって可変断面押出し成形されること
を特徴とする請求項１乃至請求項６の何れかに記載の中
空部材。