JP2009167787A - Ｌ字型構造部材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】溝形鋼や山形鋼を素材としたＬ字型構造部材を、簡便かつ作業環境を悪化させることなく製造する。
【解決手段】素材溝形鋼７のフランジ部とウェブ部の交線と当該溝形鋼の長手方向に垂直な直線とが交わる点から互いに９０度をなす方向に伸びる二つの直線ｌ₂とｌ₃を山にして溝形鋼の両フランジ部を、山となる前記二つの直線が互いに当接するまで当該溝形鋼の内側に折り込み、それに伴ってウェブ部をフランジ部形成側に直角に折り曲げる。
素材が山形鋼の場合、一方の辺を山となる前記二つの直線が互いに当接するまで折り込んで他方の辺を一方の辺形成側に直角に折り曲げる。
【選択図】図３

Description

本発明は、プレハブ住宅用の外壁フレームを形作る構造物材や、外壁パネルを梁等に取付けるために用いられる取付け用ブラケット等の溝形鋼や山形鋼を素材としたＬ字型構造部材を簡便に製造する方法に関する。

例えばプレハブ住宅用の外壁フレームを形作っているＬ字型構造部材は、図１に示すように、溝形鋼１，２を素材とし、その端部を接合して形作られている。この例では、一方の端部３に押圧加工を施してフランジ間隔を狭め、他方の端部に嵌め合せて溶接法、リベット接合法、かしめ接合法等を用いて両溝形鋼を固定している。なお、図１中、４はリベットである。
また、図２に示すように、溝形鋼５の両フランジ部に９０度の切り欠き６を入れて曲げ加工した後、当接したフランジ部を溶接接合して製造することも提案されている。

例えば特許文献１では、矩形状の形材の互いに対向する２辺に沿った両側部分に、当該２辺と直交して頂角が向かい合うようにして、それぞれ直角二等辺三角形状の切欠きを設け、これら二等辺三角形の各頂角を通って前記２辺に平行な線を折り目として、互いに向き合うように前記両側部を垂直に曲折した後、前記頂角同士を結ぶ線を折り目として、当該折り目の両側部分を直角に曲折して製造している。
現実的には、上記技術を発展させて次のような製造形態を採用している。すなわち、図２に示すように、溝形鋼５の両フランジ部に９０度の切り欠き６を入れて曲げ加工した後、フランジ部の切り欠き端を突き合わせてＬ字型構造部材を形作っている。
特開２０００−３３６７６８号公報

しかしながら、図１に示されるようなＬ字型構造部材を製造するには、副資材が必要となって、資材管理が煩雑となる。また工程も複雑化するために、結果的にコスト高となってしまう。さらに、溶接法を採用するとヒュームが発生するために作業環境が悪化すると言った問題点もある。
図２に示されたような方法では、フランジ部の切り欠き端を突き合わせたとき、当該突き合わせ面にずれが生じやすく、また、ずれた結果、強度が不安定になってしまう。そこで、ずれを解消して所要の強度を安定的に発現させるために、突き合わせ部を溶接接合している。この方法も切り欠きを入れる分だけ手間がかかってしまうし、溶接をすると作業環境の悪化にも繋がっている。また、溶接部の仕上げや補修が必要となる。

さらに、家電のフレーム等に用いられるＬ字型構造部材にあっては、山形鋼を素材として成形しようとしている。山形鋼を曲げてＬ字型構造部材を製造しようとすると、溝形鋼を素材とする場合と同様の問題点がある。
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、溝形鋼や山形鋼を素材としたＬ字型構造部材を、簡便かつ作業環境を悪化させることなく製造する方法を提供することを目的とする。

本発明のＬ字型構造部材の製造方法は、その目的を達成するため、素材溝形鋼のフランジ部とウェブ部の交線と当該溝形鋼の長手方向に垂直な直線とが交わる点から互いに所定の角度をなす方向に伸びる二つの直線を山にして溝形鋼の両フランジ部を、山となる前記二つの直線が互いに当接するまで当該溝形鋼の内側に折り込み、それに伴ってウェブ部をフランジ部形成側に折り曲げることを特徴とする。
前記所定の角度を９０度とすると、ウェブ部がフランジ部形成側に直角に折り曲げられたＬ字型構造部材が得られる。
山形鋼を素材とする場合には、素材山形鋼の両方の辺の交線と当該山形鋼の長手方向に垂直な直線とが交わる点から互いに所定の角度をなす方向に伸びる二つの直線を山にして山形鋼の一方の辺を、山となる前記二つの直線が互いに当接するまで当該山形鋼の他の辺側に折り込み、それに伴って山形鋼の他方の辺を前記一方の辺形成側に折り曲げる。
この際、前記所定の角度を９０度とすると、他方の辺が一方の辺形成側に直角に折り曲げられたＬ字型構造部材が得られる。

本発明により、溝形鋼や山形鋼を素材としたＬ字型構造部材が低コストで、しかも強度を低下させることなく安定的に製造することができる。また本発明法を用いることにより、コ字型構造部材やロ字型構造部材も低コストで製造することができる。
したがって、本発明法により、例えばプレハブ住宅用外壁フレーム等の住宅用鋼製構造部材や家電フレーム等を低コストで安定的に供給することができるようになり、鋼材の住宅関連部材や家電用部材等への適用範囲の拡大に繋がる。

前記した通り、溝形鋼を素材としてＬ字型構造部材を製造する際に図２に示されたような方法を採用すると、フランジ部の切り欠き端を突き合わせたときに突き合わせ面にずれが生じて強度が低下する虞があるので、当該突き合わせ部を溶接接合せざるを得なくなる。このために、各種の問題点が生じている。
そこで、本発明者等は、切り欠きを入れず、しかも溶接を行わなくても所要の強度を発現するＬ字構造部材の製造方法について鋭意検討を重ねてきた。
その過程で、溝形鋼のフランジ部を内側に折り込んで曲げ加工を行えば、強度の高いＬ字型構造部材が簡便に製造できることを見出した。
山形鋼を素材とした場合も全く同様である。山形鋼の一方の辺を他の辺側に折り込んで曲げ加工を行えば、強度の高いＬ字型構造部材が簡便に製造できる。

以下に、溝形鋼を素材としたときの加工法の詳細を説明する。
なお、以下の説明では、ウェブ部が互いに直角になるように曲げ加工したＬ字型構造部材の製造例を紹介しているが、ウェブ部のなす角は鋭角でも鈍角でもよい。すなわち以下で説明する仮想線ｌ₂およびｌ₃のなす角を所定角度とすると、（１８０度−所定角度）がウェブ部交差角度となる。逆の表現をすると、所望のウェブ部交差角度に応じて、（１８０度−ウェブ部所望交差角度）の角度で交差するように仮想線ｌ₂およびｌ₃を描けば良いことになる。

素材としての溝形鋼には制限はない。図２に示すような従来の方法で用いられるものと同じ形鋼７が用いられる（図３の（ａ）参照）。ただし、従来法で用いられていたものと同様、本発明で用いられる溝形鋼ではフランジ幅の２倍がウェブ幅を超えてはならない。
従来法で採用していた切欠きの形成に替えて折り曲げ線を仮想する。図３（ｂ）に示すように、素材溝形鋼の両フランジ部外表面に、当該素材溝形鋼の長手方向に垂直な直線ｌ₁と、フランジ部とウェブ部の交線と前記長手方向に垂直な直線とが交わる点から仮想線ｌ₁に対して４５度の方向に伸びる二つの直線ｌ₂およびｌ₃を仮に描く。仮想線ｌ₂およびｌ₃は仮想線ｌ₁に対して４５度の方向に伸びるように描くことが好ましい。仮想線ｌ₂とｌ₃の交差する角度が９０度を外れると、製造されたＬ字型構造部材のウェブ角が直角にならないことは前記した通りである。

次に、前記仮想線ｌ₁，ｌ₂およびｌ₃に沿って両フランジ部に曲げ加工を施す。すなわち、図３（ｃ）に示すように、仮想線ｌ₁を谷に、仮想線ｌ₂およびｌ₃を山にしてフランジ部に当該素材溝形鋼の内側に向けて鋭角的に、仮想線ｌ₂とｌ₃とが互いに当接するまで折り込む。この際、ウェブ部もフランジ部形成側に自ずと曲げられ、ウェブ部が互いに直交するまでに曲げられたＬ字型構造部材が得られる（図３（ｄ）参照）。
上記態様では、折込みの際に山となる仮想線ｌ₂およびｌ₃を仮想線ｌ₁に対して４５度の方向に伸びるように描いたが、この態様に限定されることはない。上記しているように、仮想線ｌ₂とｌ₃の交差する角度が９０度となるように描けば足りる。この際、折込みの際に谷となる仮想線は、素材溝形鋼の長手方向に垂直な直線とは一致しない。仮想線ｌ₂とｌ₃の交差する角を二等分する方向に伸びる線となる。
山形鋼を素材としたときの加工法も全く同様である。

このような曲げ加工を円滑に行い、成形精度の優れたＬ字型構造部材を得るには、金型を用いることが好ましい。
そこで、次に好ましい金型形状とその金型を用いた成形方法について説明する。
本発明に適用される金型は、図４に示すように、曲げパンチ１１、左右一対の予備曲げパンチ１２および前後一対の回転ダイ１３より構成されている。
曲げパンチ１１は、溝形鋼を所定の角度に曲げ加工できるように、Ｖ溝が形成されているおり、溝形鋼より若干広い幅が望ましい。本加工方法では、溝形鋼がパンチ肩を摺動するため、かじり等による外観不良が懸念される。かじり等を防止するためにはパンチ肩部分に適度なＲを取っておくことが望ましい。

予備曲げパンチ１２は、前記の仮想線ｌ₂およびｌ₃に沿って予備曲げ加工する形状となる。予備曲げパンチの形状は、フランジの曲げ線部分とフランジの開放端の交点を頂点とした三角錐であり、その各コーナー部はＲを取っておくことが望ましい。回転ダイ１３に対して、板厚以上のクリアランスにすることが望ましい。
曲げパンチ１１の押し込みによって回転する前後一対の回転ダイ１３は、加工後にダイ同士が接触しないように曲げ線側にテーパを有している。また、回転ダイ１３の幅は、被加工材のフランジの幅より若干狭いことが望ましい。ダイは加工後の折込みフランジが変形しないように板厚以上の隙間を取っておくことが望ましい。

この金型を用いて溝形鋼を加工する方法を説明する。
Ｌ字型構造部材の製造に用いられる金型は、被加工材を設置する前後一対の回転ダイ１３、当該回転ダイ１３の上部に設置した曲げパンチ１１および回転ダイ１３の側方に配置した左右一対の予備曲げパンチ１２より構成される。
まず、上面を水平にした一対の回転ダイ１３上に、曲げ加工位置が各々の回転ダイ１３の間になるように、被加工材８を設置する（図５（ａ））。設置された被加工材８の両側方より、予備曲げパンチ１２を押し当て、フランジの両面に予備曲げ加工を施す（図５（ｂ））。なお、この予備曲げ加工は、被加工材８をＬ字型に曲げる際にフランジを優先的に座屈させ、Ｌ字型構造部材の角度を調整するためにおこなうものであって、フランジが破断しない程度の変形量で行うことが好ましい。
予備曲げ加工後、予備曲げパンチを両面から解除する。

予備曲げ加工後、回転ダイ１３の上に設置された被加工材８の上方より所定の角度のＶ溝を有する曲げパンチ１１を押し込む（図５（ｃ））。この時回転ダイ１３が曲げパンチ１１のＶ溝に沿うように円周方向に回転して、両フランジを折込むように曲げ加工を行う。折込まれたフランジは回転ダイ１３のテーパ部により挟み込まれるようにして成形される（図５（ｄ））。
曲げ加工後、曲げパンチ１１を上方に復帰させ、Ｌ字型構造部材９を取り出す。

本発明方法により製造されたＬ字型構造部材は、折込み部を備えたまま折り曲げ仮想線ｌ₂とｌ₃が当接するまでに折り込まれている。したがって、切り欠きを形成した場合に生じるフランジ切り欠き端のズレに起因するような強度低下は起こりえない。しかも、折込みフランジ部の加工硬化により従来のＬ字型構造部材に比べて、変形に対する強度が高くなっている。したがって、高強度のＬ字型構造部材が安定的に低コストで得られる。
なお、さらに高い剛性を必要とする場合には、折込みフランジ部をかしめやリベット接合等によって機械的に接合してもよいし、曲げ線部あるいは折込みフランジ部を溶接接合してもよい。

素材が山形鋼である場合の加工法も、基本的には溝形鋼の場合と同じである。
上面を水平にした一対の回転ダイ１３上に、曲げ加工位置が各々の回転ダイ１３の間になるように、被加工材１４を設置する（図６（ａ））。設置された被加工材１４の側方より、予備曲げパンチ１５を押し当て、山形鋼の一方の辺１６に予備曲げ加工を施す（図６（ｂ））。
予備曲げ加工後、予備曲げパンチを外す。

予備曲げ加工後、回転ダイ１３の上に設置された被加工材１４の上方より所定の角度のＶ溝を有する曲げパンチ１１を押し込む（図６（ｃ））。この時回転ダイ１３が曲げパンチ１１のＶ溝に沿うように円周方向に回転して、山形鋼の他方の辺を折込むように曲げ加工を行う。折込まれた辺は回転ダイ１３のテーパ部により挟み込まれるようにして成形される（図６（ｄ））。なお、山形鋼の一方の辺１６に曲げ加工を施し、その後他の辺に曲げ加工を施す際、フランジ押え１７を用いることにより山形鋼のヅレを防ぐ必要がある。
曲げ加工後、曲げパンチ１１を上方に復帰させ、Ｌ字型構造部材１８を取り出す。

上記しているように、本発明方法により、溝形鋼や山形鋼を素材とした高強度のＬ字型構造部材が安定的に低コストで得られる。
そして、本発明法によるＬ字型への曲げ方法を一つの溝形鋼や山形鋼に複数回適用することにより、高強度のコ字型構造部材やロ字型構造部材が、低コスト安定的に製造できる。すなわち、本発明法によるＬ字型曲げ方法を、一つの溝形鋼や山形鋼に二回施すことによりコ字型構造部材が、一つの溝形鋼や山形鋼に三回施すことによりロ字型構造部材が、低コスト安定的に製造できる。
したがって、本発明方法により、高強度の家電の筐体やパレットの面材、あるいは住宅の非耐力壁フレーム等が低コストで安定的に提供できることになる。

溝形鋼の端部を嵌合したＬ字型構造部材の構造を説明する図 切欠き形成と溶接を組み合わせたＬ字型構造部材製造法を説明する図 本発明のＬ字型構造部材の製造方法を説明する概念図 本発明方法に用いる金型の形状を説明する図 金型を用いて溝形鋼を素材としたＬ字型構造部材を製造する方法を説明する図 金型を用いて山形鋼を素材としたＬ字型構造部材を製造する方法を説明する図

Claims (4)

1. 溝形鋼を素材としたＬ字型構造部材の製造方法であって、素材溝形鋼のフランジ部とウェブ部の交線と当該溝形鋼の長手方向に垂直な直線とが交わる点から互いに所定の角度をなす方向に伸びる二つの直線を山にして溝形鋼の両フランジ部を、山となる前記二つの直線が互いに当接するまで当該溝形鋼の内側に折り込み、それに伴ってウェブ部をフランジ部形成側に折り曲げることを特徴とするＬ字型構造部材の製造方法。
2. 所定の角度が９０度であり、ウェブ部をフランジ部形成側に直角に折り曲げる請求項１記載のＬ字型構造部材の製造方法。
3. 山形鋼を素材としたＬ字型構造部材の製造方法であって、素材山形鋼の両方の辺の交線と当該山形鋼の長手方向に垂直な直線とが交わる点から互いに所定の角度をなす方向に伸びる二つの直線を山にして山形鋼の一方の辺を、山となる前記二つの直線が互いに当接するまで当該山形鋼の他の辺側に折り込み、それに伴って山形鋼の他方の辺を前記一方の辺形成側に折り曲げることを特徴とするＬ字型構造部材の製造方法。
4. 所定の角度が９０度であり、他方の辺を一方の辺形成側に直角に折り曲げる請求項３記載のＬ字型構造部材の製造方法。

Images