JP2010101009A - 円形鋼管部材 - Google Patents

Abstract

【課題】ボルトナットの締結作業用空間を確保しつつ、応力集中の影響を緩和でき、溶接による組み立て作業が容易であり、加工度の低い円形鋼管部材を提供すること。
【解決手段】円形鋼管５と、筒状のジョイント本体の軸方向一端側に設けられた断面円形状の溶接接合部１１が、円形鋼管５の両端に突き合わされて溶接された鋼製中空ジョイント４とを備え、鋼製中空ジョイント４は、ジョイント本体１０の軸方向他端側に設けられ、その他端側端面に対してボルト孔３３が複数形成されたエンドプレート３１が溶接されたプレート接合部１３を有するとともに、プレート接合部１３が、少なくともボルト孔３３の位置に応じた部位において、溶接接合部１１よりもその内側に狭まって形成されていることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、建築構造物における柱、梁、斜材その他の構造部材として用いられる円形鋼管部材に関するものである。

従来より、柱、梁、斜材その他の構造部材からなる鉄骨構造の建築構造物においては、これらを構成する構造部材として角形鋼管や円形鋼管等の鋼管が広く用いられている。そして、従来から、この角形鋼管等の鋼管の端部に他の部材を取り付けたり、様々な加工を施すことにより、鋼管の端部を他の構造部材に接合可能に構成された様々な構造の鋼管部材が提案されている。

図２０（ａ）は、従来から提案されている鋼管部材１１０を梁部材１０３に接合した接合構造１００の構成を示す斜視図であり、図２０（ｂ）は、その分解斜視図であり、図２０（ｃ）は、その平面断面図である。この鋼管部材１１０は、角形鋼管１０１の両側の端部１０１ａに対して、角形鋼管１０１の断面形状に対応した形状からなる正方形状の接合プレート１０５と、Ｌ字状の一対のアングル部材１０７と、複数のボルト孔１０９ａが形成されたエンドプレート１０９とが溶接により順に固着されて構成されている。この鋼管部材１１０は、エンドプレート１０９を梁部材１０３に対してボルト接合することにより、梁部材１０３に対して接合されている。

ここで、一対のアングル部材１０７は、平面視において十字形とされるように配置されている。これによって、接合プレート１０５とエンドプレート１０９との間には、ソケットレンチやインパクトレンチのソケットのような締結工具の一部を配置可能な締結作業用空間１１１が形成されることになる。これにより、角形鋼管１０１や梁部材１０３の大きさに対してエンドプレート１０９の大きさを大きくできない場合でも、ボルトナットの締結作業を行う締結作業用空間１１１の確保が容易となっている。

また、この他にも、例えば、特許文献１に開示のように、角形鋼管からなる柱の端部を、スウェージング加工により小径に絞り込み、これを断面円形とすることにより、柱の端部の外側にボルトナットの締結作業を行う締結作業用空間を形成させた鋼管部材が提案されている。

また、特許文献２においては、角形鋼管からなる柱の端部を、断面略十字形状等の所定形状となるようにプレス加工により圧潰し、柱の端部の外側にボルトナットの締結作業用空間を形成させた鋼管部材が提案されている。

実開平３−１１５７１７号公報 特開平１０−２９２５５６号公報

しかしながら、図２０に示される鋼管部材１１０は、角形鋼管１０１と一対のアングル部材１０７との間で断面が不連続になるため、接合プレート１０５を介してはいても応力集中が発生し、そこを起点に破壊が生じやすく、鋼管部材１１０の両側の端部において角形鋼管１０１の性能を十分に発揮できないという問題点がある。また、一対のアングル部材１０７の全周を溶接するには入り組んだ部位に溶接をする必要があるので手間がかかるとともに、接合プレート１０５に溶接によりひずみが発生する可能性もあり、仕上がり精度の確保が困難になる問題点がある。

また、特許文献１、２に開示の技術を用いた場合、鋼管部材の断面を変化させながら軸方向の長さを調整する必要があり、しかもその端面をエンドプレートに溶接するには平面を出す必要があるため、現実的には端面の仕上げ加工が必要となり、加工に手間がかかるという問題点がある。

上述した問題点は、何れも角形鋼管に対して他の部材を取り付ける等して構成される鋼管部材を例にとって説明したものであるが、角形鋼管の代替として円形鋼管を用いた場合も同様のことがいえる。即ち、従来においては、ボルトナットの締結作業用空間を確保しつつ、応力集中の影響を緩和でき、溶接による組み立て作業が容易であり、加工度の低い円形鋼管からなる円形鋼管部材は提案されていなかった。

そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、柱、梁、斜材その他の構造部材に対して接合される円形鋼管部材であって、ボルトナットの締結作業用空間を確保しつつ、応力集中の影響を緩和でき、溶接による組み立て作業が容易であり、加工度の低い円形鋼管部材を提供することにある。

本発明者は、上述した課題を解決するために、鋭意検討の末、下記の発明を案出した。

請求項１に係る円形鋼管部材は、円形鋼管と、筒状のジョイント本体の軸方向一端側に設けられた断面円形状の溶接接合部が、上記円形鋼管の両端に突き合わされて溶接された鋼製中空ジョイントとを備え、上記鋼製中空ジョイントは、上記ジョイント本体の軸方向他端側に設けられ、その他端側端面に対してボルト孔が複数形成されたエンドプレートが溶接されたプレート接合部を有するとともに、上記プレート接合部が、少なくとも上記ボルト孔の位置に応じた部位において、上記溶接接合部よりもその内側に狭まって形成されていることを特徴とする。

請求項２に係る円形鋼管部材は、請求項１に係る発明において、上記鋼製中空ジョイントのジョイント本体は、一体的に成形されてなることを特徴とする。

請求項３に係る円形鋼管部材は、請求項１又は２に係る発明において、上記円形鋼管と上記鋼製中空ジョイントの溶接接合部とは、その間に介在されたプレートに溶接されていることを特徴とする。

請求項４に係円形鋼管部材は、請求項１、２に係る発明において、上記鋼製中空ジョイントは、そのジョイント本体の一端側端部において、上記溶接接合部よりも内側に狭まって形成され、上記円形鋼管内に差し込んで嵌合される挿入部を裏当てとして、上記円形鋼管に溶接されていることを特徴とする。

請求項５に係る円形鋼管部材は、請求項１〜４の何れか１項に係る発明において、上記プレート接合部は、断面角形状又は断面円形状に形成されてなることを特徴とする。

請求項６に係る円形鋼管部材は、請求項１〜５の何れか１項に係る発明において、上記円形鋼管は、柱、梁又は斜材として用いられることを特徴とする。

請求項１に係る円形鋼管部材によれば、ボルトナットの締結作業用空間を得つつも、軸心の外側に広く断面を確保可能な形状とされている。また、円形鋼管と鋼製中空ジョイントは同様な中空の円形断面であるため、溶接線の増加や応力集中の影響を抑えることが可能となる。また、円形鋼管の端部にこれとは別部材の鋼製中空ジョイントを取り付ける構成としていることから鋼製中空ジョイントのみを高強度薄肉化させることができ、これにより、ボルトナットの締結作業用空間を得つつも、円形鋼管部材全体として軽量化可能な構成とされていることになる。また、請求項１に係る円形鋼管部材は、エンドプレート以外に外側に突出した部分が少ないので、仕上げ材等を取り付ける際の障害とならず、設計の自由度が向上している。

請求項２に係る発明によれば、溶接を用いない一体成形により得られているため、仕上げ寸法精度、溶接歪みによる強度への悪影響がなく、また、外観に切断線等がないことから意匠性の観点からも優れている。

請求項３に係る発明によれば、鋼製中空ジョイントと角形鋼管の間にプレートが介在されているので、円形鋼管と鋼製中空ジョイントとのそれぞれの寸法精度を緩和できる。

請求項４に係る発明によれば、挿入部が位置決め手段と裏当てとを兼ねており、施工性に優れたものとなっている。

以下、本発明を実施するための最良の形態として、建築構造物における柱、梁、斜材その他の構造部材として用いられる円形鋼管部材について、図面を参照しながら詳細に説明する。

まず、本発明を適用した円形鋼管部材の第１実施形態について説明する。

図１は、本発明を適用した円形鋼管部材１の端部１ａを、Ｈ形鋼からなる梁部材３に対して接合した接合構造２を示す斜視図である。本実施の形態においては、水平方向に延長されてなる梁部材３が上下に間隔を空けて設けられており、これらに鉛直方向に延長されてなる円形鋼管部材１の両側の端部１ａを接合する場合を例にとって説明する。

本発明における円形鋼管部材１を用いた接合構造２は、異なる二方向に延長されてなる構造部材である、柱としての円形鋼管部材１の端部１ａと、梁部材３とが交差する交差部９において用いられるものである。

梁部材３は、円形鋼管部材１の端部１ａに設けられるエンドプレート３１を当接させてこれらをボルト接合可能なものから構成されていればよい。この梁部材３としては、例えば、Ｈ形鋼、Ｌ形鋼、Ｃ形鋼、ボックス形鋼等の各種断面形状からなる形鋼部材や、鋼板等の板状部材が挙げられる。

図２は、この円形鋼管部材１の斜視図である。また、図３は、図２の円形鋼管部材１の端部１ａの拡大斜視図であり、図４は、その分解斜視図である。

円形鋼管部材１は、柱として用いられる円形鋼管５と、円形鋼管５の両側の端部５ａに溶接される鋼製中空ジョイント４とを備えている。この円形鋼管５は、断面円形状に形成されているものであるが、本発明においては、断面楕円形のものも含むものとする。

図５は、円形鋼管部材１の一部を構成する鋼製中空ジョイント４の構成を示しており、（ａ）はその斜視図であり、（ｂ）はその平面図であり、（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。また、図６は、図３における平面図を示すものである。

鋼製中空ジョイント４は、図５に示すように、全体として筒状に形成されたジョイント本体１０からなるものであり、ジョイント本体１０の軸方向の一端側１０ａに設けられた溶接接合部１１と、ジョイント本体１０の軸方向の他端側１０ｂに設けられたプレート接合部１３と、溶接接合部１１とプレート接合部１３との間に設けられた縮径部１７とを備えている。鋼製中空ジョイント４は、後述のハイドロフォーム成形、プレス成形等によって成形されるものである。

この鋼製中空ジョイント４は、図５（ａ）に示すような、ジョイント本体１０の一端側１０ａ端部から他端側１０ｂにかけての範囲Ｒ１の部位の断面形状と、ジョイント本体１０の他端側１０ｂ端部から一端側１０ａにかけての範囲Ｒ３の部位の断面形状とがほぼ一様とされている。この範囲Ｒ１の部位と範囲Ｒ３の部位との間に位置する範囲Ｒ２の部位の形状は、ジョイント本体１０の一端側１０ａ端部から他端側１０ｂ端部に向かうにつれて、範囲Ｒ１の部位の断面形状から範囲Ｒ３の部位の断面形状に近づくように、徐々に軸心Ｇに向けて狭まって形成されている。図５の例では、この範囲Ｒ２の部位において、範囲Ｒ３の角形断面の側面部１４ｂの下方に位置する範囲Ｒ１の円形断面から範囲Ｒ３の角形断面の側面部１４ｂに近づくように、傾斜面１６が形成されており、更に、範囲Ｒ３の角形断面の角部１４ａと、その角部１４ａの下方に位置する範囲Ｒ１の円形断面とが略同一平面上に位置するように形成されている。本明細書においては、この範囲Ｒ１の部位を溶接接合部１１とし、範囲Ｒ２の部位を縮径部１７とし、範囲Ｒ３の部位をプレート接合部１３として扱う。

プレート接合部１３には、図３、図４に示すように、ジョイント本体１０の他端側１０ｂの端面１３ａに対して、複数のボルト孔３３が形成された平板状のエンドプレート３１の一面側が突き合わされ、これらが溶接によって固着されて用いられる。

溶接接合部１１は、図３、図４に示すように、ジョイント本体１０の一端側１０ａに位置するその端面１１ａに対して、円形鋼管５の一端の端面５ｂが突き合わされたうえで、これらが溶接によって固着されて用いられる。なお、図３に示すように、鋼製中空ジョイント４の溶接接合部１１と円形鋼管５の端部５ａとが固着された後には、この溶接接合部１１と円形鋼管５の端部５ａとの間に溶接ビード３５が形成されることになる。

溶接接合部１１は、図３、図４に示すように、円形鋼管５の形状に応じた形状とされている。具体的には、溶接接合部１１は、円形鋼管５に対して固着された後に、円形鋼管５の外形と略同一の外形をなすような断面円形状とされている。これにより、円形鋼管部材１は、図２に示すような、円形鋼管５の中間部５ｃからエンドプレート３１までの間にかけて、円形鋼管５の外周よりも外側に突出する部分を小さく抑えることができる（溶接余盛りを削れば突出部分を無しにもできる）ので、円形鋼管部材１やその周囲に仕上げ材等を取り付ける際の障害とならず、設計の自由度が向上している。また、溶接接合部１１を円形鋼管５に対して固着した後において、鋼製中空ジョイント４と円形鋼管５との間で、急激に断面形状が変化した部位が形成されず、応力集中の発生を抑えることが可能となっている。

また、円形鋼管部材１は、溶接接合部１１と円形鋼管５の端部５ａとの間に部材を挟まずに、溶接接合部１１を直接円形鋼管５の端部５ａに溶接により固着する構成としているので、部品点数の増加を抑えることができるとともに、溶接箇所や全重量が低減されている。

プレート接合部１３は、図５（ｂ）、図５（ｃ）に示すように、断面正方形状、即ち、断面角形状に形成されている。

プレート接合部１３は、図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、所定部位において、溶接接合部１１よりもその内側に狭まって形成されている。これは、図５（ｃ）に示すように、ジョイント本体１０の軸方向から見た場合におけるプレート接合部１３の断面外形が、溶接接合部１１の断面外形よりも小さくなるように、その溶接接合部１１の断面外形よりもジョイント本体１０の軸心Ｇに狭まって形成されていることを意味している。

このプレート接合部１３の狭まって形成されている部位は、図６に示すように、エンドプレート３１に形成されているボルト孔３３に対応した部位とされている。本実施形態では、略正方形状のエンドプレート３１の四隅の角部近傍にボルト孔３３が形成されており、このボルト孔３３近傍にスペースが設けられるように、プレート接合部１３が溶接接合部１１よりも内側に狭まって形成されている。

これにより、図３、図６に示すように、エンドプレート３１と縮径部１７の傾斜面１６との間において、エンドプレート３１のボルト孔３３へ挿通されるボルトや、これに螺合されるナットの締結作業を容易とする締結作業用空間１８が形成されることになる。この締結作業用空間１８では、ボルトナットの締結作業時において、作業員がボルトナットを手動で配置するのに利用したり、ソケットレンチやインパクトレンチのソケットのような締結工具の一部を配置したりすることができる。

このプレート接合部１３の形状が狭まる度合いは、狭まることにより設けられるスペースで、エンドプレート３１のボルト孔３３で用いられるボルトナットの締結作業が可能となる程度に調整されていればよい。

次に、このような構成からなる円形鋼管部材１の端部１ａを、梁部材３に対して接合する場合の作業手順について説明する。

まず、工場にて、鋼製中空ジョイント４のプレート接合部１３の端面１３ａに予めエンドプレート３１を溶接し、更に、円形鋼管５の両端の端面５ｂに対して、鋼製中空ジョイント４の溶接接合部１１の端面１１ａを突き合わせて、これらを溶接しておき、円形鋼管部材１を用意する。この後、施工現場にて、円形鋼管部材１のエンドプレート３１を、図１に示すように、Ｈ形鋼からなる梁部材３のフランジ３ａに当接させて、締結作業用空間１８を利用してエンドプレート３１と梁部材３のフランジ３ａとをボルト接合することにより、円形鋼管部材１の端部１ａと梁部材３とが接合されることになる。

このような構成からなる円形鋼管部材１の作用効果について説明する。

本発明における円形鋼管部材１の一部を構成する鋼製中空ジョイント４は、筒状に形成されているジョイント本体１０のプレート接合部１３が、エンドプレート３１のボルト孔３３の位置に対応した部位において、溶接接合部１１よりもその内側に狭まって形成されており、これによって、エンドプレート３１と縮径部１７の傾斜面１６との間においてボルトナットの締結作業用空間１８が形成された構成とされている。このように構成された鋼製中空ジョイント４を有する円形鋼管部材１は、ボルトナットの締結作業用空間１８を得つつも、軸心Ｇの外側に広く断面を確保可能な形状とされている。

また、本発明における円形鋼管部材１は、鋼製中空ジョイント４の溶接接合部１１とこれが溶接される円形鋼管５とがほぼ同様の中空の円形断面であるため、溶接線の増加や応力集中の影響を抑えることが可能となる。

また、円形鋼管５の端部５ａにこれとは別部材の鋼製中空ジョイント４を取り付ける構成とされていることから鋼製中空ジョイント４のみを高強度薄肉化させることができる。このため、本発明における円形鋼管部材１によれば、ボルトナットの締結作業用空間１８を得つつも、円形鋼管部材１全体として軽量化可能な構成とされていることになる。

また、本発明における円形鋼管部材１は、図２０に示される鋼管部材１１０よりも部材数が少ないうえ、少ない溶接回数で組立作業が完了し、入り組んだ部位に溶接する必要がないため、作業に要する期間、費用の点から優れたものとなっている。

次に、本発明における円形鋼管部材の第２実施形態について説明する。なお、上述した構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付すことにより以下での説明を省略する。

図７は、第２実施形態の円形鋼管部材１Ａの構成を示す斜視図であり、図８は、図７の円形鋼管部材１Ａの端部１ａの拡大斜視図であり、図９は、その分解斜視図である。

この円形鋼管部材１Ａは、図２に示される円形鋼管部材１と比較して、図９に示すように、円形鋼管５の端部５ａと鋼製中空ジョイント４の溶接接合部１１との間に接合プレート３７が介在されている点において相違している。

接合プレート３７は、鋼板等の板状部材からなるものである。接合プレート３７は、図８、図９に示すように、その一面側３７ａが鋼製中空ジョイント４の溶接接合部１１の端面１１ａに対して突き合わされて溶接され、その他面側３７ｂが円形鋼管５の端面５ｂに対して突き合わされて溶接される。

接合プレート３７は、円形鋼管５の端部５ａや鋼製中空ジョイント４の溶接接合部１１の形状に応じた形状とされており、その外形が、これらとほぼ同様の断面円形状に形成されている。円形鋼管５と鋼製中空ジョイント４と接合プレート３７との相対的な寸法は、図７〜図９に示す例では、鋼製中空ジョイント４の溶接接合部１１の直径より円形鋼管５の直径の方が若干大きく構成され、更に、円形鋼管５の直径より接合プレート３７の直径の方が若干大きく構成されている。接合プレート３７の円形鋼管５や鋼製中空ジョイント４に対する相対的な寸法は、円形鋼管５や鋼製中空ジョイント４の溶接接合部１１の直径と接合プレート３７の直径とが略同一となるようにされていてもよい。

このように、鋼製中空ジョイント４と円形鋼管５とが、その間に介在された接合プレート３７に溶接される構成とした場合、円形鋼管５と鋼製中空ジョイント４の端面における相対的な寸法管理が不要となるため、それぞれの断面形状の寸法精度を緩和できると共に、製造時期、製造メーカー毎の断面形状のばらつきの影響を緩和することもでき、部材の調達を安定化できるメリットがある。

次に、本発明における円形鋼管部材の第３実施形態について説明する。

図１０は、第３実施形態の円形鋼管部材１Ｂの斜視図を示すものである。この円形鋼管部材１Ｂは、図７に示される円形鋼管部材１Ａと比較して、鋼製中空ジョイントの形状が相違している。

図１１は、第３実施形態としての円形鋼管部材１Ｂで用いられている鋼製中空ジョイント４Ａの構成を示すものであり、（ａ）はその斜視図、（ｂ）はその平面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図を示している。

鋼製中空ジョイント４Ａは、図５で示される鋼製中空ジョイント４と比較して、プレート接合部１３の断面形状が断面円形状に形成されている点において相違している。本実施形態での鋼製中空ジョイント４Ａにおけるプレート接合部１３は、図１１に示すように、その円形断面がなす円の直径が、溶接接合部１１の円形断面がなす円の直径よりも短くなるようにされている。

図１２は、他の実施形態としての本発明に係る鋼製中空ジョイント４Ｂを示しており、図１２（ａ）はその斜視図、（ｂ）はその平面図、（ｃ）は（ａ）のＨ−Ｈ線断面図を示している。

鋼製中空ジョイント４Ｂは、図１１で示される鋼製中空ジョイント４Ａと比較して、溶接接合部１１及びプレート接合部１３の断面形状が相違している。具体的には、鋼製中空ジョイント４Ｃの溶接接合部１１の断面形状は、略楕円形状に形成されており、更に、そのプレート接合部１３の断面形状は、略菱形状に形成されている。

このように、本発明に係る鋼製中空ジョイント４、４Ａは、プレート接合部１３の形状が、少なくともエンドプレート３１のボルト孔３３の位置に対応した部位において、溶接接合部１１よりも内側に狭まって形成されていればよく、ボルト孔３３と対応していない部位においても、溶接接合部１１よりも内側に狭まって形成されていてもよい。このため、プレート接合部１３の断面形状については、上述の形状に特に限定するものではなく、断面三角形状、断面多角形状、断面不定形状等の如何なるものであってもよい。

また、本発明において用いられる鋼製中空ジョイント４、４Ａ、４Ｂは、図６に示すように、プレート接合部１３が、矩形状に構成されるエンドプレート３１の四隅の角部３１ａに対応した部位において、その溶接接合部１１よりも内側に狭まって形成されていることが好ましい。これにより、プレート接合部１３の断面二次モーメントを比較的大きく確保しつつも、締結作業用空間１８を四箇所確保することが可能となる。

なお、本発明に係る円形鋼管部材１等の寸法の例について説明すると、図２に示される円形鋼管部材１の高さは２６００ｍｍとされる。円形鋼管５は、外周の直径６０ｍｍの略円形状の断面とされ、その板厚が３．２ｍｍとされる。また、図５に示される鋼製中空ジョイント４は、溶接接合部１１が外周の直径６０ｍｍの略円形状の断面とされ、プレート接合部１３が一辺４５ｍｍの略正方形状の断面とされ、ジョイント本体１０の高さが６０ｍｍとされる。また、図３等に示されるエンドプレート３１は、一辺１００ｍｍの略正方形状とされ、その板厚が９ｍｍとされる。また、図１に示されるＨ形鋼からなる梁部材３は、フランジ３ａの幅が１００ｍｍ、ウェブ３ｂの高さが２００ｍｍとされる。また、図７に示される接合プレート３７は、外周の直径６３ｍｍの略円形状とされ、その板厚が９ｍｍとされる。また、図１１に示される鋼製中空ジョイント４Ａは、プレート接合部１３が直径４５ｍｍの略円形状である以外は、図５に示される鋼製中空ジョイント４とほぼ同じである。これら寸法は、あくまでその一例として示したものであり、本発明は、これら寸法に限定されないのは勿論である。

次に、上述の円形鋼管部材１に用いられる鋼製中空ジョイント４の製造方法について説明する。

本発明に係る鋼製中空ジョイント４は、例えば、ハイドロフォーム成形、プレス成形等により製造されるが、ハイドロフォーム成形のような一体成形により製造することが好ましい。以下においては、ハイドロフォーム成形により図５に示される鋼製中空ジョイント４を製造する方法の一例について説明する。

図１３（ａ）は、本発明における鋼製中空ジョイント４の製造方法を実現可能とするハイドロフォーム成形装置５０の構成を模式的に示した側面断面図である。

ハイドロフォーム成形装置５０は、一組のハイドロフォーム用分割金型５１、５２と、分割金型５１及び分割金型５２間に配置される素材管５７を両端から軸押し可能とする軸押しパンチ５５とを備えている。なお、本明細書においては、上側に配置される分割金型５１を上金型５１とし、下側に配置される分割金型５２を下金型５２として説明する。また、ここでいう素材管５７とは、ハイドロフォーム成形後に得られる成形品の素材となる鋼管のことをいう。

上金型５１及び下金型５２は、ハイドロフォーム成形により素材管５７を所定形状にするためのキャビティ５３が設けられている。本例においては、このキャビティ５３によって素材管５７が、図５に示される鋼製中空ジョイント４を二つ直列に配置し、その軸方向の一端側１０ａ端部を突き合わせた形状に成形可能となるように、キャビティ５３の形状が調整されている。なお、図１４においては、この上金型５１及び下金型５２を用いて成形されたハイドロフォーム成形品６１の形状の側面断面図を示している。得られるハイドロフォーム成形品６１は、その軸方向中心の両側が対称となるような形状とされている。

キャビティ５３は、素材管５７の両端側に対応する位置に設けられる方形凹部５３ａと、素材管５７の中央部に対応する位置に設けられる半円形凹部５３ｂと、方形凹部５３ａと半円形凹部５３ｂとの間に設けられ、方形凹部５３ａから半円形凹部５３ｂに向かうにつれて形状が方形から半円形に近づくように滑らかに拡開される拡開凹部５３ｃとを備えて構成されている。

このハイドロフォーム成形装置５０によって鋼製中空ジョイント４Ａを製造する場合、まず、素材管５７を下金型５２のキャビティ５３内に素材管５７を配置して、上金型５１を下降させて蓋を閉める。次に、図１３（ｂ）に示すように、図示しない圧力媒体充填手段により、例えば水のような圧力媒体５９を素材管５７内に充填して、その圧力媒体５９により素材管５７の内側から外側に向けて液圧を負荷するととともに、素材管５７の両端から軸押しパンチ５５によって素材管５７を軸押しして圧縮荷重を負荷して、軸押し及び液圧の付与によるハイドロフォーム成形を施す。

図１３（ｃ）は、図１３（ｂ）のＣ−Ｃ線断面図、Ｅ−Ｅ線断面図を示し、図１３（ｄ）は、図１３（ｂ）のＤ−Ｄ線断面図を示している。この図に示すように、ハイドロフォーム成形により、素材管５７の両端側は、上金型５１及び下金型５２のキャビティ５３の方形凹部５３ａにより断面角形状に形成され、素材管５７の中央部は、キャビティ５３の半円形凹部５３ｂにより断面円形状に形成されることになる。

次に、図１４に示すように、得られたハイドロフォーム成形品６１をその軸方向の中央で二分割されるように、一点鎖線で示した切断線Ｌ１に沿って切断する。これによって、鋼製中空ジョイント４が二つ得られることになる。

上述のように、ハイドロフォーム成形により本発明に係る鋼製中空ジョイント４を製造する場合、他の成形方法により製造した場合と比べて、本発明に係る鋼製中空ジョイント４のような複雑形状のものであっても容易に製造することができる。また、ハイドロフォーム成形のような一体成形により製造された本発明に係る鋼製中空ジョイント４は、溶接を用いない一体成形により得られているため、溶接歪みによる強度への悪影響がなく、また、外観に切断線等がないことから意匠性の観点からも優れている。また、本発明に係る鋼製中空ジョイント４をハイドロフォーム成形することにより、プレート接合部１３の端面１３ａに平面を出す仕上げ加工が不要となり、鋼製中空ジョイント４の製作工程数の削減、製作コストの低減を図ることが可能となっている。

また、軸方向中心の両側で対称となるような形状のハイドロフォーム成形品６１を、その軸方向の中央で二分割されるように切断して二つの鋼製中空ジョイント４を得る場合、一組の上金型５１及び下金型５２のキャビティ５３から同一形状の二つの鋼製中空ジョイント４を得ることができ、量産性に優れたものとなっている。また、この場合、ハイドロフォーム成形の特性上、素材管５７の中央部よりも両端側の方が板厚を厚くすることができることから、鋼製中空ジョイント４の溶接接合部１１よりもプレート接合部１３の板厚の方を厚くすることが可能となるため、エンドプレート３１への溶接によるひずみを抑えることができる。

因みに、軸方向中心の両側で対称となるような形状のハイドロフォーム成形品６１を、軸方向中心以外の部位でその軸方向に二分割されるように切断して、異なる高さの二つの鋼製中空ジョイント４を得ることとしてもよい。この場合、鋼製中空ジョイント４の溶接接合部１１に相当する部位において、得られたハイドロフォーム成形品６１を切断することになる。

なお、上述のハイドロフォーム成形装置５０やハイドロフォーム成形工程は、鋼製中空ジョイント４を製造する方法の一例として説明したものであり、上述の構成、工程順に限定されるものではない。このため、例えば、一組の上金型５１、下金型５２によって、鋼製中空ジョイント４が一つのみ成形されるようにしてもよい、三つ以上成形されるようにしてもよい。なお、図１３、図１４に示されるように、軸方向中心の両側で対称となるような形状のハイドロフォーム成形品６１から二つの鋼製中空ジョイント４を得る場合、素材管５７の両側からの軸押しパンチ５５による軸押しの圧縮荷重を均等にすることができ、安定してハイドロフォーム成形品６１を得ることができるメリットがある。

一組の上金型５１、下金型５２によって、鋼製中空ジョイント４を三つ以上成形されるようにする場合、上金型５１、下金型５２のキャビティ５３は、例えば、鋼製中空ジョイント４を複数直列に配置し、互いに隣り合う鋼製中空ジョイント４が何れか一方の端部を突き合わせた形状となるように調整されていてもよい。この場合、図５に示される鋼製中空ジョイント４を複数成形する場合を例にとると、キャビティ５３は、方形凹部５３ａ、拡開凹部５３ｃ、半円形凹部５３ｂ並びに拡開凹部５３ｃを一単位とした形状が、軸方向に連続して設けられることになる。

また、本発明におけるハイドロフォーム成形装置、ハイドロフォーム成形方法においては、公知のハイドロフォーム成形装置で用いられている如何なる機構が採用されていてもよいし、公知のハイドロフォーム成形方法で用いられている如何なる手段が採用されていてもよい。

次に、プレス成形を用いた場合の本発明に係る鋼製中空ジョイント４の製造方法について説明する。以下においては、プレス成形により図５に示される鋼製中空ジョイント４を製造する方法の一例について説明する。

まず、予め打ち抜き加工により所定形状に打ち抜かれた板材に対して、プレス成形を施すことにより図１５（ａ）に示すようなプレス成形品６３を二つ得る。このプレス成形品６３は、図１５（ｂ）に示すように、鋼製中空ジョイント４をその軸方向から見た場合における断面形状が軸心Ｇの両側で対称となるように、その軸方向に沿って分断された形状からなる。

このようにして得られた二つのプレス成形品６３は、図１５（ｂ）、図１５（ｃ）に示すように、その幅方向の両側の側端面６３ａを突き合わせたうえで、二部材の境界部６５に沿ってレーザー溶接、アーク溶接等の溶接を施して、これらを互いに固定し、これによって鋼製中空ジョイント４が得られる。なお、図１５（ｂ）、図１５（ｃ）で示すように、溶接後において、二つのプレス成形品６３の間には溶接ビード７４が形成されることになる。

このようにプレス成形によっても本発明に係る鋼製中空ジョイント４が製造可能である。

なお、図２に示す円形鋼管部材１のように、円形鋼管５の端部５ａを鋼製中空ジョイント４の溶接接合部１１に溶接させる場合、図１６（ａ）に示すように、ジョイント本体１０の一端側１０ａの端面１１ａに突き合わされる円形鋼管５の端面５ｂに対して開先加工を施し、得られた開先２３を利用して開先溶接を行なってもよい。

また、図１６（ｂ）に示すように、鋼製中空ジョイント４の一端側１０ａ端部において、ジョイント本体１０の溶接接合部１１よりもその内側に狭まって形成され、円形鋼管５内に嵌合可能な断面角形状の挿入部２０を設けることとしてもよい。鋼製中空ジョイント４の溶接接合部１１と挿入部２０との間には、湾曲形状の段差２２が形成されることになる。

このような挿入部２０が設けられた鋼製中空ジョイント４を用いて円形鋼管５の端部５ａを鋼製中空ジョイント４の溶接接合部１１に溶接させる場合、この挿入部２０を円形鋼管５内に差し込んで嵌合させたうえで、段差２２を円形鋼管５の端面５ｂの上側に離れた位置で静止させた後に、この挿入部２０を裏当てとして、円形鋼管５の端面５ｂと段差２２との間を溶接することによって実現される。このような挿入部２０が設けられた鋼製中空ジョイント４は、挿入部２０が位置決め手段と裏当てとを兼ねており、施工性に優れたものとなっている。

因みに、図１６（ｂ）に示すように、必要に応じ、鋼製中空ジョイント４を円形鋼管５より高強度化することにより、円形鋼管部材１の端部での強度を確保しつつ鋼製中空ジョイント４を円形鋼管５より薄肉化することが可能である。

また、本発明に係る円形鋼管部材１は、以下のようにして、建築構造物における梁、斜材として用いられていてもよい。

図１７は、本発明に係る円形鋼管部材１を、梁として用いた状態を示す斜視図である。

この場合、円形鋼管５と接合されるべき他方の構造部材としての柱部材３Ａは、鉛直方向に延長されて、水平方向に間隔を空けて配置されている。円形鋼管部材１は、その両端のエンドプレート３１を、これら柱部材３Ａに当接させてこれらをボルト接合することによって、梁として柱部材３Ａに対して直交して取り付けられることになる。

図１８は、図１７に示される鋼製中空ジョイント４と、断面円形の円形鋼管５とからなる円形鋼管部材１の代わりに、溶接接合部１１の断面形状が略楕円形の鋼製中空ジョイント４Ｂと、断面楕円形の円形鋼管５とからなる円形鋼管部材１を、梁として用いた状態を示す斜視図である。

図１９は、本発明に係る円形鋼管部材１を、斜材として用いた状態を示す斜視図である。

この場合、梁部材３と柱部材３Ａとが交差する角部４１の近傍に、一端側が梁部材３に溶接等により固着され、他端側が柱部材３Ａに溶接等により固着された鋼板等からなる傾斜プレート３Ｂを設けておき、円形鋼管部材１の両端のエンドプレート３１をこの傾斜プレート３Ｂに当接させてこれらをボルト接合することによって、円形鋼管部材７が斜材として取り付けられることになる。この場合、上述した円形鋼管５と接合されるべき他方の構造部材とは、この傾斜プレート３Ｂが対応している。

因みに、傾斜プレート３Ｂと柱部材３Ａと梁部材３とによって囲まれた部位には、図１８に示すように、略三角形状の鋼板等からなる補強リブ４３が、これら傾斜プレート３Ｂ等に対して溶接によって固着されている。

なお、本発明を適用した円形鋼管部材は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更等されていてもよい。

円形鋼管部材の端部を梁部材に対して接合した接合構造を示す斜視図である。 円形鋼管部材の構成を示す斜視図である。 図２に示される円形鋼管部材の端部の拡大斜視図である。 図３に示される円形鋼管部材の分解斜視図である。 円形鋼管部材の一部を構成する鋼製中空ジョイントの構成を示すものであり、（ａ）はその斜視図、（ｂ）はその平面図、（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。 図３における平面図である。 鋼製中空ジョイントと円形鋼管との間に接合プレートが介在された円形鋼管部材の構成を示す斜視図である。 図７に示される円形鋼管部材の端部の拡大斜視図である。 図８に示される円形鋼管部材の分解斜視図である。 他の実施形態の鋼製中空ジョイントを取り付けた円形鋼管部材の斜視図である。 図１０に示される円形鋼管部材の一部を構成する鋼製中空ジョイントの構成を示すものであり、（ａ）はその斜視図、（ｂ）はその平面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。 他の実施形態の鋼製中空ジョイントの構成を示しており、（ａ）はその斜視図であり、（ｂ）はその平面図であり、（ｃ）は（ａ）のＨ−Ｈ線断面図である。 （ａ）は鋼製中空ジョイントの製造に用いられるハイドロフォーム成形装置の構成を模式的に示した側面断面図であり、（ｂ）は鋼製中空ジョイントの製造工程の途中の状態を示す側面断面図であり、（ｃ）は（ｂ）のＣ−Ｃ線断面図及びＥ−Ｅ線断面図であり、（ｄ）は（ｂ）のＤ−Ｄ線断面図である。 ハイドロフォーム成形装置によって得られたハイドロフォーム成形品から二つの鋼製中空ジョイントを得る方法について説明するための図である。 プレス成形により鋼製中空ジョイントを製造する方法の一例について説明するための図である。 （ａ）は開先を設けた円形鋼管の端部に鋼製中空ジョイントを固着させた構成を示す側面断面図であり、（ｂ）は挿入部を設けた鋼製中空ジョイントを円形鋼管に固着させた構成を示す側面断面図である。 円形鋼管部材を梁として用いた状態を示す斜視図である。 溶接接合部の断面形状が略楕円形の鋼製中空ジョイントと、断面楕円形の円形鋼管とからなる円形鋼管部材を梁として用いた状態を示す斜視図である。 円形鋼管部材を斜材として用いた状態を示す斜視図である。 従来技術について説明するための図である。

符号の説明

１、１Ａ、１Ｂ 円形鋼管部材
１ａ 端部
２ 接合構造
３ 梁部材
３Ａ 柱部材
３Ｂ 傾斜プレート
３ａ フランジ
３ｂ ウェブ
４、４Ａ、４Ｂ 鋼製中空ジョイント
５ 円形鋼管
５ａ 端部
５ｂ 端面
５ｃ 中間部
９ 交差部
１０ ジョイント本体
１０ａ 一端側
１０ｂ 他端側
１１ 溶接接合部
１１ａ 端面
１３ プレート接合部
１３ａ 端面
１８ 締結作業用空間
２０ 挿入部
２２ 段差
２３ 開先
３１ エンドプレート
３３ ボルト孔
３５ 溶接ビード
３７ 接合プレート
５０ ハイドロフォーム成形装置
５１ 上金型（分割金型）
５２ 下金型（分割金型）
５３ キャビティ
５３ａ 方形凹部
５３ｂ 半円形凹部
５３ｃ 拡開凹部
５５ 軸押しパンチ
５７ 素材管
５９ 圧力媒体
６１ ハイドロフォーム成形品
６３ プレス成形品
６３ａ 側端面
１００ 接合構造
１０１ 角形鋼管
１０３ 梁部材
１０５ 接合プレート
１０７ アングル部材
１０９ エンドプレート
１０９ａ ボルト孔
１１０ 鋼管部材
１１１ 締結作業用空間

Claims (6)

1. 円形鋼管と、
   筒状のジョイント本体の軸方向一端側に設けられた断面円形状の溶接接合部が、上記円形鋼管の両端に突き合わされて溶接された鋼製中空ジョイントとを備え、
   上記鋼製中空ジョイントは、上記ジョイント本体の軸方向他端側に設けられ、その他端側端面に対してボルト孔が複数形成されたエンドプレートが溶接されたプレート接合部を有するとともに、上記プレート接合部が、少なくとも上記ボルト孔の位置に応じた部位において、上記溶接接合部よりもその内側に狭まって形成されていること
   を特徴とする円形鋼管部材。
2. 上記鋼製中空ジョイントのジョイント本体は、一体的に成形されてなること
   を特徴とする請求項１に記載の円形鋼管部材。
3. 上記円形鋼管と上記鋼製中空ジョイントの溶接接合部とは、その間に介在されたプレートに溶接されていること
   を特徴とする請求項１又は２に記載の円形鋼管部材。
4. 上記鋼製中空ジョイントは、そのジョイント本体の一端側端部において、上記溶接接合部よりも内側に狭まって形成され、上記円形鋼管内に差し込んで嵌合される挿入部を裏当てとして、上記円形鋼管に溶接されていること
   を特徴とする請求項１又は２に記載の円形鋼管部材。
5. 上記プレート接合部は、断面角形状又は断面円形状に形成されてなること
   を特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の円形鋼管部材。
6. 上記円形鋼管は、柱、梁又は斜材として用いられること
   を特徴とする請求項１〜５の何れか1項に記載の円形鋼管部材。

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