JP3544094B2 - 局部補強金属管及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建築物における柱材として用いるのに好適な局部補強金属管及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、角形鋼管、丸形鋼管等の金属管が建築物の柱材として広く使用されている。このような金属管を柱材として用い、その柱材に梁材をボトル接合、溶接接合等によって接合する場合、その柱材の梁接合部に、強度確保のために各種の補強部材を設けている。例えば、梁材がＨ形鋼からなる場合は、金属管の内部で且つ梁材であるＨ形鋼の上下フランジの高さ位置に補強用のダイヤフラムを溶接して設けたり、金属管の内面或いは外面に補強板を溶接或いはボルト止め等で取り付ける構造が一般に採られる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、金属管に対して補強部材を設けることは面倒な作業を必要とし、コストアップの原因となっていた。また、補強部材として管内にダイヤフラムを設ける場合には、管端近傍以外への取り付けが極めて難題であり、補強場所に制限がある。このため、複数階に渡る通し柱として使用する金属管に対して、中間部の所望箇所の管内にダイアフラムを取り付けて補強するということが実質上できず、従来は、各階毎に区切られた高さの金属管を用意し、その管端近傍にダイヤフラムを取り付けて補強した後、その端部同志を接合して長い金属管としており、作業性がきわめて悪いという問題となっていた。
【０００４】
本発明は、かかる問題点に鑑みて為されたもので、金属管の長手方向の所望位置の内部にダイアフラムを取り付けて補強した局部補強金属管を提供することを目的とする。
また、本発明はその局部補強金属管を製造する方法を提供することも目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記問題点を解決するため、金属管の長手方向の所望の領域内にダイアフラム用金属板を配置し、その部分の管体を増肉加工することによって管体内面を縮径させて前記ダイアフラム用金属板に密着、嵌合させ、内部のダイアフラムとその外周の厚肉部とを備えた補強部を形成したものである。すなわち、本発明の局部補強金属管は、長手方向の局部の管内にダイアフラムが、その外周面を管内面に対向させる形態で配置された補強部を有し、且つ、少なくとも前記ダイアフラムが配置された部分の管体が増肉加工され、隣接する非増肉部分と継ぎ目のない形態でつながった一体構造の厚肉部となっており、更に、前記ダイアフラムが、前記増肉加工に伴う管体内径の縮小によってかしめられて取り付けられていることを特徴とするものである。ここで、ダイアフラムの管体に対する接合手段としては、管体内面の増肉による縮径及び熱収縮によるかしめを用いるが、更に、ダイアフラム外周面と管体内面との液相拡散接合を併用してもよい。
【０００６】
本発明の局部補強金属管における補強部は、内部にダイアフラムを有すると共に管体自体の肉厚が厚くなっているので、補強効果が大きく、このため、この補強部は梁材の接合に好適であり、従って、建築物の柱材として好適に使用できる。すなわち、この局部補強金属管を建築物の柱材として使用すると、その補強部に直接、梁材を溶接或いはボルト止め等によって接合することで、強固な柱、梁接合構造を形成でき、柱材に対する梁材の接合作業をきわめて簡略化することが可能となる。また、補強部は金属管の長手方向の任意の位置に形成可能であるので、本体金属管を複数階にわたる通し柱として使用可能な長さとし、各階の梁取付位置に対応する位置に補強部を形成しておくことで、この局部補強金属管を通し柱として使用することもできる。
【０００７】
また、本発明は上記した構成の局部補強金属管を製造するため、長手方向に等断面の金属管を用意し、周縁が前記金属管の内面よりも所望のクリアランス分だけ小さくなる寸法としたダイアフラム用金属板を前記金属管内の所望の長手方向位置に管軸と直交させて配置し、次いで、該ダイアフラム用金属板の周囲の管体に、管軸方向熱間据込み方式による増肉加工を施して管内径を少なくとも前記クリアランス分だけ縮小させるという方法を採用したものである。本発明はこのように、金属管のダイアフラム配置部分に増肉加工を施して管内径を縮小させてダイアフラムを固定する構成としたことにより、ダイアフラムの配置位置に制限がなく、従って、長い金属管の中間位置にも容易にダイアフラムを取り付けることができる。また、ダイアフラム用金属板と金属管内面との間に比較的大きいクリアランスを取ることができ、このためダイアフラム用金属板を金属管の所定位置に挿入する作業が容易となる。この結果、長手方向の任意の場所に肉厚が厚く且つ内部にダイアフラムを取り付けた補強部を備えた局部補強金属管を製造することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面の実施例を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の一実施例による局部補強金属管の一部を示す概略縦断面図である。全体を参照符号１で示す局部補強金属管は、金属管２の長手方向の所望の領域内にダイアフラム３を配置し、その部分の管体を増肉加工することによって管体内面を縮径させて前記ダイアフラムに密着、嵌合させ、補強部４を形成したものである。すなわち、補強部４は内部のダイヤフラム３とそれに密着嵌合した厚肉部２ａとで構成されており、その厚肉部２ａは、隣接する非増肉部分と継ぎ目のない形態でつながった一体構造となっている。ここで、ダイアフラム３の管体厚肉部２ａに対する接合手段としては、管体内面の縮径によるかしめを用いるが、更に、ダイアフラム外周面と管体内面との液相拡散接合を併用してもよい。
【０００９】
本発明で使用する金属管２としては、主として角形鋼管、丸形鋼管等、建築物の柱材として使用可能な金属管を挙げることができるが、その他の材質のものを使用する事も可能である。金属管内に設けるダイアフラム３の材質も任意であるが、金属管に対して液相拡散接合によって接合する場合には、金属管と同系統のものが使用される。ダイアフラムの使用個数は、金属管の長手方向の１箇所の補強部４に対して、図１に示すように通常は２個であり、その２個のダイアフラム３は、その補強部に接合する梁材等の仕様に応じて適当な間隔をあけて配置される。なお、必要に応じ、１個のみのダイアフラムを使用するとか３個以上のダイアフラムを設ける等の変更を行っても差し支えない。ダイアフラム３の厚さは、要求される補強強度を考慮して定めるものであるが、通常は金属管２の非増肉部の厚さの１〜５倍程度に選定される。
【００１０】
金属管２に対して増肉加工を施して厚肉部２ａとする領域は、図１に示すように、一つの補強部４に複数のダイアフラム３を用いた場合、通常は、それらのダイアフラム３を配置した全域とするが、図２に示すように、二つのダイアフラム３を配置した領域のみとし、その間には非増肉部２ｂを残す構成としてもよい。いずれの場合においても、厚肉部２ａはその外面に梁材等を接合する際に必要とされる長さに形成されるものであり、通常ダイアフラム３の両側に若干の余裕（１０〜１５０ｍｍ程度）が形成されるような長さに設定される。厚肉部２ａの厚さｔは、少なくとも増肉加工による縮径によってダイアフラム３を固定できるように定めるものであり、通常は、金属管２の増肉前の（非増肉部の）厚さｔ０ の１．１〜２．０倍程度に設定することが好ましく、更には、１．２〜１．５倍程度に選定することが一層好ましい。この厚肉部２ａの厚さｔが小さいと、縮径量が小さいため、ダイアフラム３を形成するために金属管２内に挿入するダイアフラム用金属板と金属管内面とのクリアランスを小さくしなければならず、ダイアフラム用金属板を金属管２内に挿入する作業が困難となる。一方、厚肉部２ａの厚さｔが大きくなると増肉加工が困難となる。このため、上記の範囲が好ましい。
【００１１】
金属管２に対する補強部４の長手方向の形成位置及び個数は任意であり、局部補強金属管１の使用場所に応じて適当に定めればよい。すなわち、その局部補強金属管１に対して梁材等の他の部材を接合すべき位置に補強部４を形成すればよい。図３は、局部補強金属管１を建築物の通し柱として使用した場合の例を示すものであり、図３に示す局部補強金属管１には両端と中間の３ヶ所に補強部４が形成されている。そして下端の補強部４が基礎６に固定金具７によって固定され、その他の補強部４にはそれぞれＨ形鋼からなる梁材５が接合されている。
【００１２】
補強部４に対する梁材等の他の部材の接合構造も任意であり、以下、角形鋼管を用いた局部補強金属管１に対する梁接合構造の例を説明する。図４、図５は補強部４に対してＨ形鋼からなる梁材５を溶接接合した例を示すものであり、梁材５の端部を補強部４の外面に突き当て、溶接固定している。この場合、梁材５の上下のフランジ部５ａが内部のダイアフラム３の位置となるように、ダイアフラム３の間隔及び梁材５の取り付け位置を定めている。なお、図２に示す補強部４に対して梁材５を溶接接合する場合には、図６に示すように、梁材５のウェブ５ｂの端縁を、補強部４の外形にほぼ倣う形状に切断しておき、端縁のほぼ全体を溶接固定すればよい。この時、ウェブ５ｂの端縁の、厚肉部２ａ端部に対向する部分は余裕を見て大きく切り欠いておき、その部分は溶接しない構成としてもよい。また、梁材５のウェブ５ｂの端縁を補強部４の外形に倣う形状とせず、単に平坦としておき、梁材５の端縁を、補強部４の厚肉部２ａの外面の平坦な部分に押し当て、その部分のみを溶接、固定する構成も状況に応じて採用できる。図７は、補強部４に対して梁材５をボルト止めした例を示すものである。この例では、補強部４の厚肉部２ａにねじ孔８を形成し、且つ梁材５の端部にエンドプレート１０を溶接固定しておき、そのエンドプレート１０をボルト１１によって厚肉部２ａに固定している。図８、図９はスプリットティーを利用した例を示すものである。この例では、補強部４にスプリットティー１３をボルト１４で固定し、そのスプリットティー１３に梁材５の端部をボルト１５で固定している。
【００１３】
なお、補強部４に、図７〜図９に示すようにエンドプレート１０或いはスプリットティー１３をボルト止めするに際し、補強部４の厚肉部２ａにねじ孔８を形成し、そのねじ孔８にボルト１１、１４をねじ込む構成とする代わりに、厚肉部２ａにボルトを通すことの可能な孔を形成しておき、外側からワンサイドボルトを挿入し、そのワンサイドボルトでエンドプレート１０或いはスプリットティー１３を固定することも可能である。ここで、「ワンサイドボルト」とは、一端側からの操作で他端に、頭部が拡径状態に塑性変形で形成されて締付が行える軸状締付具の総称であり、ブラインドボルトとも呼ばれるものである。
【００１４】
上記したように、局部補強金属管１に形成している補強部４は内部にダイアフラム３を備え、その周囲が厚肉部２ａとなっているので、梁接合に必要な強度を備えており、このため、単にこの補強部４に梁材５を直接接合することで必要な強度で柱と梁を接合することができる。また、梁材接合にボルトを使用する場合においては、補強部４の厚肉部２ａにねじ孔８を形成することで、必要な強度でボルト１１、１４等を固定することが可能である。このため、従来のように梁材を取り付ける領域に、梁材接合に先立って補強部材を取り付けるという作業が不要となり、従って、梁材接合作業が簡素化され、また、使用するボルト本数も少なくなり、ボルト締め工数も削減でき、これらにより工期も短縮できる。更に、図３に示すように、局部補強金属管１を継ぎ目のない通し柱として使用すれば、柱の継ぎ足し作業が不要であるので、この点からも現場での作業量が少なくなり、コスト低減が図れる。なお、梁材接合にボルト止めを利用する場合には、厚肉部２ａの厚さは厚い方が好ましい。
【００１５】
次に、上記構成の局部補強金属管を製造する方法を説明する。
上記構成の局部補強金属管を製造する本発明方法の基本構成は、図１０（ａ）に示すように、長手方向に等断面の金属管２と、その金属管２の内面形状にほぼ相似な外形をなし、周縁が前記金属管２の内面よりも所望のクリアランス分だけ小さくなる寸法としたダイアフラム用金属板３Ａを用意し、そのダイアフラム用金属板３Ａを、図１０（ｂ）に示すように、前記金属管２内の所望の長手方向位置に管軸と直交させて配置し、次いで、図１０（ｃ）に示すように、ダイアフラム用金属板３Ａの周囲の管体に、管軸方向熱間据込み方式による増肉加工を施して、管内径を少なくとも前記クリアランス分だけ縮小させることを特徴とし、これによって金属管２に厚肉部２ａを形成し、その内面にダイアフラム用金属板を固定してダイアフラム３とするものである。
【００１６】
ここで、金属管２とその内部に配置されるダイアフラム用金属板３Ａとの間のクリアランスは、当然、金属管に対する増肉加工によって金属管の増肉した部分がダイアフラム用金属板の外周に密着嵌合するように定められるものである。ところで、金属管に管軸方向の圧縮力を加えて増肉させる場合、金属管の内外面を拘束しない状態とすると、内面側、外面側にほぼ等しい増肉が生じる。従って、金属管とダイアフラム用金属板との間のクリアランスをｇ、金属管の増肉前の肉厚をｔ０ 、増肉後の肉厚をｔとすると、クリアランスｇが、金属管に生じさせる増肉量（＝ｔ−ｔ０ ）の１／２と同等若しくはそれより小さく、すなわち、
ｇ≦（ｔ−ｔ０ ）／２
となるようにクリアランスｇ及び増肉量を設定すればよい。
【００１７】
金属管とダイアフラム用金属板との間のクリアランスｇを、金属管に生じさせる増肉量の１／２にほぼ等しい値に設定すると、内外面にほぼ等しい増肉を生じた形状の厚肉部の内面が、ダイアフラム用金属板の外周面に接触した状態となり、その後、厚肉部が冷却されて常温に戻った時には、熱収縮により厚肉部がダイアフラム用金属板の外周面にかしめられた状態となる。かくして、厚肉部２ａにダイアフラム用金属板３Ａを固定することができる。この増肉量を更に大きくすると、その分、厚肉部２ａのダイアフラム用金属板３Ａに対する締付力が大きくなり、ダイアフラム用金属板３Ａの固定が確実となる。ただし、増肉量をあまり大きくすると、厚肉部２ａの外面側の、ダイアフラム用金属板３Ａの外周に対応した部分に隆起が生じる恐れがある。このため、締付力と外面の隆起量を考慮して増肉率を定めればよい。一方、金属管２とダイアフラム用金属板３Ａとの間のクリアランスｇの最小値としては、金属管２に対してダイアフラム用金属板３Ａの装着を容易に行うことができるように定めるものであり、例えば、内径が３００ｍｍ程度の丸形鋼管の内側にダイアフラム用金属板を挿入する場合、クリアランスｇは０．５ｍｍ程度以上とすることが好ましい。なお、金属管の増肉加工に際し、金属管の外面側への増肉量を外型によって拘束しながら増肉加工を行う場合には、外型によって外側への増肉量が拘束される結果、内側への増肉量が多くなり、従って、金属管２とダイアフラム用金属板３Ａとの間のクリアランスｇを、金属管２に生じさせる増肉量の１／２よりも大きく設定することが可能となる。
【００１８】
金属管内にダイアフラム用金属板を配置し、その外周の金属管に増肉加工を施す際には、金属管２内に配置したダイアフラム用金属板３Ａを、管軸に直交させた状態に保持することが必要である。その方法としては種々の方法を採りうる。一つの方法は、ダイアフラム用金属板３Ａの厚さを厚く、クリアランスを小さくすることとである。この方法を採用することにより、単にそのダイアフラム用金属板３Ａを管内に挿入するのみで、ダイアフラム用金属板を管軸に垂直状態に保持することができる。また、ダイアフラム用金属板３Ａの厚さが薄いとか、クリアランスが大きいために、ダイアフラム用金属板３Ａが金属管２内で倒れる恐れのある場合には、次のような方法を採りうる。すなわち、図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、ダイアフラム用金属板３Ａの板面に、該ダイアフラム用金属板の周縁を越えて外側に延びるばね部材（例えば板ばね、線ばね等）２１を取付け、そのばね部材２１を金属管２の内面に押し付けるように構成する。この構成により、ダイアフラム用金属板３Ａを金属管２内に同心状に且つ管軸に垂直に保持することができる。なお、ダイアフラム用金属板３Ａに対するばね部材２１の周方向の取り付け位置は、図示の位置に限らず、適宜変更可能である。
【００１９】
更に、ダイアフラム用金属板３Ａにばね部材を取り付ける代わりに、図１２（ａ）に示すように、ダイアフラム用金属板３Ａの周縁の一部に、板面に対して直角に延びる適当な足２２を取り付け、その足２２によってダイアフラム用金属板３Ａを垂直状態で立てることができる構成としてもよい。また、図１２（ｂ）に示すように、ダイアフラム用金属板３Ａの周縁に筒状部２３を形成し、その筒状部２３を利用してダイアフラム用金属板３Ａを垂直状態に保持することもできる。なお、この筒状部２３はダイアフラム用金属板３Ａと一体構造のものに限らず、ダイアフラム用金属板３Ａとは別部品である金属管を用い、その金属管内の所定位置にダイアフラム用金属板３Ａを嵌合させる構成としてもよい。
【００２０】
一つの補強部４に複数（例えば２個）のダイアフラム用金属板３Ａを取り付ける場合には、図１３に示すように、複数のダイアフラム用金属板３Ａを所定間隔をあけて互いに平行に且つ同一軸線上に位置するように連結棒２４で連結する方法を採ることもできる。このように、複数のダイアフラム用金属板３Ａを連結しておくと、単にその状態で複数のダイアフラム用金属板３Ａを金属管２内に挿入するのみで、各ダイアフラム用金属板３Ａを垂直状態に保持することができる。なお、図１２、図１３に示す構成では、ダイアフラム用金属板３Ａを金属管２内に配置した時、軸線に垂直状態に保持することはできるが、その中心位置は金属管２の中心位置からクリアランス分だけずれた位置となる。しかしながら、この状態でも金属管２に増肉加工を行えば、内方に増肉した内面によってダイアフラム用金属板３Ａは中心方向に移動させられ、最終的にはダイアフラム用金属板３Ａは金属管２とほぼ同一軸線上に固定されるので、特に支障はない。また、図１３に示すように一対のダイアフラム用金属板３Ａを相互に連結する場合において、必要なら、各ダイアフラム用金属板３Ａに図１１に示すばね部材２１を取り付けることもでき、ばね部材２１を取り付けることにより、各ダイアフラム用金属板３Ａを金属管２に対して同心状とすることができる。更に、連結棒２４を更に長くし、その一端を金属管２の管端より外まで延びださせ、適当な手段で軸線方向に移動しないように固定しておいてもよい。その構成とすると、ダイアフラム用金属板３Ａが金属管２の増肉加工時に軸線方向に移動することがなく、正確に所望の位置に固定すること可能となる。
【００２１】
上記したように、本発明方法は、金属管２内にダイアフラム用金属板３Ａを配置した後、その金属管２に対して管軸方向熱間据込み方式による増肉加工を施すことを特徴としている。ここで、管軸方向熱間据込み方式による増肉加工とは、増肉加工すべき領域を塑性変形容易な温度、例えば赤熱状態に加熱し且つ管軸方向の圧縮力を加えて増肉させる加工方法を意味しており、この方法を採用することにより、金属管の長手方向の任意の領域に容易に増肉加工を施すことができる。管軸方向熱間据込み方式による増肉加工の具体的方法としては、▲１▼金属管に管軸方向に圧縮力を加えた状態で増肉加工すべき領域の一部を狭幅環状に赤熱して増肉させると共にその赤熱位置を管軸方向に連続的に移動させ且つその後端部分を冷却することで、連続的に増肉させてゆく方法、▲２▼増肉加工すべき領域の一部を狭幅環状に赤熱し、次いで管軸方向の圧縮力を付加してその赤熱部分を増肉させ、次いで、隣接した領域を狭幅環状に赤熱して増肉させるという動作を繰り返し、順次（間欠的に）増肉を行ってゆく方法、▲３▼増肉加工すべき領域全体を赤熱状態とし、その状態で管軸方向の圧縮力を付加して全体に一度に増肉を生じさせる方法等を挙げることができる。このうち、▲１▼、▲２▼の連続的、間欠的に増肉を行う方法は、型を用いることなく、安定して均一な増肉を行うことができる利点がある。なお、この場合においても、金属管外面を規制する外型を用いることは可能であり、外型を用いることにより、厚肉部の外径形状、寸法を規制することができる。一方、▲３▼の一度に増肉を生じさせる方法は、少なくとも外面規制用の外型を用いることが必要であるが、加工時間が短くてよいという利点がある。
【００２２】
上記したように本発明では、金属管内にダイアフラム用金属板を配置した状態で金属管を増肉加工し、それによって形成した厚肉部の内面にダイアフラム用金属板の外周面を密着、嵌合させて取り付けるものである。この際の金属管２に対するダイアフラム用金属板３Ａの固定は、単に厚肉部２ａによるかしめ効果のみを利用するものでもよいし、厚肉部２ａとダイアフラム用金属板３Ａの外周面とを接合させ、その接合力を利用するものでもよい。厚肉部２ａとダイアフラム用金属板３Ａの外周面との接合としては、液相拡散接合を挙げることができる。
【００２３】
ダイアフラム用金属板を金属管に対して良好に固定するには、ダイアフラム用金属板３Ａの外周面に微小な凹凸を設けておくことが好ましい。凹凸を設けておくと、管内面とダイアフラム用金属板との間のクリアランスが周方向に多少不均一になっていても、増肉加工によって縮小してきた管内面との接触を周方向に均等化することができる利点が得られる。形成する凹凸の大きさとしては、０．２〜２．０ｍｍ程度が好ましい。凹凸の形状は任意であり、凹部或いは凸部が独立した多数の凹凸を形成したものでもよいし、連続した凹凸（溝状、凸条状等）を形成したものでもよい。連続した凹凸を用いる場合、その延びる方向は軸線方向でもよいし、周方向でもよい。凹凸の形成方法も任意であり、粗面加工、ブラスト加工、ローレット掛け等任意である。また、ダイアフラム用金属板３Ａを板材からガス切断によって切り出した場合、ガス切断によって生じた外周面の凹凸をそのまま利用してもよい。
【００２４】
更に、ダイアフラム用金属板３Ａの外周面は、図１４（ａ）に示すように、中央部が凹んだ凹面３ａとするとか、逆に中央部が隆起した凸面とするとか、更には、図１４（ｂ）に示すように、軸線（ダイアフラム用金属板３Ａの板面に対して直角な軸線）に対して傾斜した斜面３ｂとすることもできる。この構成とすると、金属管２の内面が増肉加工によって縮小してきた時に、まずダイアフラム用金属板３Ａの端部のエッジの部分に接触し、その部分を押しつぶしてゆく。このため、この場合にもダイアフラム用金属板３Ａの管内面との接触を周方向に均等化することができる利点が得られる。
【００２５】
金属管内面に対してダイアフラム用金属板を液相拡散接合させる場合には、ダイアフラム用金属板３Ａの外周面に液相拡散接合用のインサート材料、例えばアモルファス合金の層を形成しておく。この時のダイアフラム用金属板３Ａの外周面は、平坦面であってもよいが、上記したように凹凸を設けておくとか、傾斜を設けておくことが好ましい。インサート材の層の形成は、インサート材料を溶射する方法、インサート材料の箔を貼り付ける方法等を採用しうる。そして、外周面にインサート材料の層を備えたダイアフラム用金属板３Ａを金属管２内の所定位置に配置し、金属管２に熱間で増肉加工を施すことによって厚肉部２ａを形成し、その内面をダイアフラム用金属板３Ａの外周面に密着させる。この時、増肉してダイアフラム用金属板３Ａの外周面に接着した時点での厚肉部２ａは赤熱状態であるので、液相拡散接合が行われる。以上のようにして、ダイアフラム用金属板３Ａを厚肉部２ａに液相拡散接合することができ、単にかしめた場合に比べて接合強度が大きく、補強効果の大きい補強部を形成することができる。なお、連続的な増肉加工によって厚肉部を形成する場合には、増肉直後に冷却、固化させるため、液相拡散接合が十分に進まない場合がある。その場合には、増肉加工を終了した後、再度、厚肉部２ａとダイアフラム用金属板３Ａとの接触面を液相拡散接合に適した温度に加熱、保持すればよい。
【００２６】
図１５は本発明方法の実施に用いる増肉加工装置の１例を示す概略断面図であり、３２は増肉加工すべき金属管２の一端を定位置に固定、保持する固定装置、３３はその金属管２の反対端を押圧して金属管２に管軸方向の圧縮力を作用させる油圧シリンダ等の圧縮装置、３４は、金属管２の長手方向の狭幅領域を環状に加熱して赤熱状態の加熱部３５とすることの可能な環状の加熱装置であり、ここでは高周波加熱コイルが使用されている。この加熱装置３４は、金属管２に沿って矢印Ｃ方向に移動する際に冷却水等の冷却媒体３７を加熱部３５の移動方向に関して後側となる部分に吹き付ける冷却装置３６を備えている。３８は加熱装置３４及び冷却装置３６を金属管２に沿って所望の速度で移動させる移動装置である。移動装置３８としては、モータと送りねじを用いたもの、モータと送り用チェーンを用いたもの、油圧シリンダを用いたもの等任意である。
【００２７】
次に、上記構成の増肉加工装置を用いて、図１に示す局部補強金属管１を製造する動作を説明する。金属管２内の所定位置に一対のダイアフラム用金属板３Ａを連結棒２４で所定間隔に連結した状態で挿入し、その金属管２の一端を固定装置３２に固定、保持させ、その反対端を油圧シリンダ等の圧縮装置３３で押圧して金属管２に圧縮力を作用させる。この状態で、加熱装置３４によって金属管２の長手方向の狭幅領域を加熱して、塑性変形容易な赤熱状態の加熱部３５とし、その加熱部３５に圧縮力による増肉を生じさせながら、その加熱装置３４を金属管２に沿って矢印Ｃ方向に移動させ、同時に冷却装置３６から冷却媒体３７を加熱部３５の後端部分に吹き付けて増肉直後の部分を冷却、固化する。これにより金属管２が長手方向に連続的に増肉させられてゆき、内面側に増肉した部分はダイアフラム用金属板３Ａの外周面に押し付けられる。かくして、加熱部３５を、一対のダイアフラム用金属板３Ａを配置し、補強部とすべき領域の一端から、他端まで移動させ、金属管２の増肉加工を行うことにより、ダイアフラム用金属板３Ａに密着嵌合した厚肉部２ａが形成され、補強部４となる。以上により、ダイアフラムを備えた補強部を有する局部補強金属管１が製造される。
【００２８】
ここで、増肉前の金属管２の内面と、その中にセットされるダイアフラム用金属板３Ａの外周面との間のクリアランスｇは、当然、金属管２を増肉加工した際に増肉によって内側に変形する管壁の内面がダイアフラム用金属板３Ａの外周面に押し付けられるように定めておく。一般に、図１５に示す装置で金属管２を圧縮して増肉させる際、増肉は内側、外側にほぼ等しく生じる。従って、クリアランスｇは、金属管２に生じさせる増肉量の１／２より小さく、すなわち、
ｇ≦（ｔ−ｔ０ ）／２
に設定しておく。これにより、増肉加工により形成された厚肉部３ａが、増肉加工後の熱収縮と相まって内部のダイアフラム金属板３Ａをかしめによって固定することができ、両者が強固に接合された補強部４が形成される。
【００２９】
ところで、上記したように、金属管２を管軸方向に圧縮して増肉させる際の増肉率β〔＝（ｔ−ｔ０ ）／ｔ０ 〕は、加熱部３５の移動速度及びその加熱部３５に向かって押し込まれる金属管２の未増肉部分の速度によって決まる。いま、図１５において、加熱部３５の後ろに位置する厚肉部２ａ及びその後ろの非増肉部分２ｃに対する加熱部３５の移動速度をＷ、加熱部３５の前の未増肉部分２ｄの移動速度をＶとすると、増肉率βは、
β＝Ｖ／Ｗ
で表される。ここで、この実施例では、厚肉部２ａ及びその後ろの非増肉部分２ｃは固定装置３２によって移動しないように構成されているため、上記した加熱部３５の移動速度Ｗは、加熱装置３４の移動速度に等しく、また、未増肉部分２ｄの移動速度Ｖは圧縮装置３３が金属管２の端部を押し込む速度に等しくなっている。従って、加熱装置３４の移動速度Ｗと圧縮装置３３による押し込み速度Ｖの比を一定に保つことにより、例えば、加熱装置３４の移動速度Ｗを一定に保ち且つ圧縮装置３３による押し込み速度Ｖを一定に保つことにより、一定増肉率での増肉加工が行われる。ここで、圧縮装置３３による押し込み速度を一定に保つには、圧縮装置３３による圧縮力を一定に保ち且つ加熱部３５の温度を一定に保つ（これにより加熱部３５の平均変形抵抗を一定に保つ）方法、圧縮装置３３として押し込み速度を制御可能なもの（例えば、油圧サーボシリンダ等を備えたもの）を用い、圧縮装置３３の制御により一定の押し込み速度に保持する方法等を用いることができる。
【００３０】
なお、上記方法を実施するに際し、ダイアフラム用金属板３Ａの外周面にあらかじめ液相拡散接合用のインサート材料の層を形成しておくと、増肉加工によって厚肉部２ａを形成してその内面をダイアフラム用金属板３Ａの外周面に圧着させると同時に液相拡散接合が進み、ダイアフラム用金属体３を厚肉部２ａ内面に液相拡散接合によって強固に接合した補強部が得られる。
【００３１】
【実施例】
以下、具体的に増肉加工を行った例を示す。
▲１▼ 使用装置
図１５に示す構成の増肉加工装置。各部仕様は次の通り。
加熱装置３４：高周波加熱コイル（幅２０ｍｍ）
冷却装置３６：水冷却方式
加熱幅（加熱装置３４の先端から水吹き付け位置までの距離）：４０ｍｍ
圧縮装置３３：油圧シリンダ
【００３２】
▲２▼ 増肉加工条件
供試金属管：３００×３００ｍｍ×１２ｍｍｔの角形鋼管
ダイアフラム用金属板：２７０×２７０ｍｍ×２０ｍｍｔ（ただし、角部は供試金属管の角部内面に沿うよう湾曲させている。）の鋼板を２枚用意し、両者を連結棒２４で３００ｍｍ離した位置に連結した。
増肉率β：０．５（厚み１２ｍｍを１８ｍｍに増肉）
加熱部最高温度：１３００°Ｃ
加熱装置３４の移動速度Ｗ：２ｍｍ／ｓ
未増肉部の押し込み速度Ｖ：１ｍｍ／ｓ
増肉加工速度（Ｗ＋Ｖ）：３ｍｍ／ｓ
【００３３】
▲３▼ 増肉加工結果
上記した増肉加工条件で増肉加工を行い、長さ約５００ｍｍの厚肉部２ａを形成した。得られた厚肉部２ａ内にはダイアフラム用金属板３Ａが強固に密着嵌合されていた。
【００３４】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の局部補強金属管は、金属管の長手方向の所望領域に、内部にダイアフラムを固着した厚肉部からなる補強部を形成したものであるので、この補強部を他の部材に対する接合に使用でき、この局部補強金属管を建築物の柱材として使用すると、補強部に直接梁材をボルト止め或いは溶接等によって接合することで、強固な柱、梁接合構造を形成でき、且つ柱材に対する梁材の接合作業をきわめて簡略化することができ、従って、建築物の柱材としてきわめて好適に使用できるという効果を有している。しかも、その補強部は金属管の長手方向の任意の位置に形成可能であるので、金属管を複数階にわたる通し柱として使用可能な長さとし、各階の梁取付位置に対応する位置に補強部を形成しておくことで、本発明の金属管を通し柱として使用することができ、一層施工の簡略化、迅速化が図れるという効果が得られる。
【００３５】
また、本発明の局部補強金属管の製造方法は、長手方向に等断面の金属管内の長手方向の所望位置に、周縁が前記金属管の内面よりも所望のクリアランス分だけ小さくなる寸法としたダイアフラム用金属板を、管軸と直交させて配置し、次いで、該ダイアフラム用金属板の周囲の管体に、管軸方向熱間据込み方式による増肉加工を施して管内径を少なくとも前記クリアランス分だけ縮小させるという構成としたことにより、金属管の長手方向の所望位置に、厚肉部を形成すると共にその内面にダイアフラム用金属板を固定して補強部を形成でき、所望位置に厚肉部とダイアフラムとからなる補強部を備えた局部補強金属管を製造できるという効果を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の局部補強金属管の一例を示す概略断面図
【図２】本発明の局部補強金属管の他の例を示す概略断面図
【図３】図１に示す局部補強金属管を通し柱として使用した状態を示す概略側面図
【図４】局部補強金属管の補強部と梁材との接合構造を示す概略斜視図
【図５】図４に示す部分の概略断面図
【図６】補強部と梁材との接合構造の変形例を示す概略断面図
【図７】補強部と梁材との接合構造の他の変形例を示す概略断面図
【図８】補強部と梁材との接合構造の更に他の変形例を示す概略斜視図
【図９】図８に示す部分の概略断面図
【図１０】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は本発明方法の動作手順を説明する概略断面図
【図１１】（ａ）は金属管内にダイアフラム用金属板の１例を配置した状態を示す概略断面図
（ｂ）はそれを軸線方向に見た概略断面図
【図１２】（ａ）は金属管内にダイアフラム用金属板の他の例を配置した状態を示す概略断面図
（ｂ）は金属管内にダイアフラム用金属板の更に他の例を配置した状態を示す概略断面図
【図１３】金属管内に一対のダイアフラム用金属板を連結して配置した状態を示す概略断面図
【図１４】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、金属管内に配置するダイアフラム用金属板の変形例を示す概略断面図
【図１５】本発明方法の実施に用いる増肉加工装置の１例を示す概略断面図
【符号の説明】
１ 局部補強金属管
２ 金属管
２ａ 厚肉部
３ ダイアフラム
３Ａ ダイアフラム用金属板
４ 補強部
５ 梁材
６ 基礎
７ 固定金具
１０ エンドプレート
１３ スプリットティー
３２ 固定装置
３３ 圧縮装置
３４ 加熱装置
３５ 加熱部
３６ 冷却装置
３７ 冷却媒体
３８ 移動装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、建築物における柱材として用いるのに好適な局部補強金属管及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、角形鋼管、丸形鋼管等の金属管が建築物の柱材として広く使用されている。このような金属管を柱材として用い、その柱材に梁材をボトル接合、溶接接合等によって接合する場合、その柱材の梁接合部に、強度確保のために各種の補強部材を設けている。例えば、梁材がＨ形鋼からなる場合は、金属管の内部で且つ梁材であるＨ形鋼の上下フランジの高さ位置に補強用のダイヤフラムを溶接して設けたり、金属管の内面或いは外面に補強板を溶接或いはボルト止め等で取り付ける構造が一般に採られる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、金属管に対して補強部材を設けることは面倒な作業を必要とし、コストアップの原因となっていた。また、補強部材として管内にダイヤフラムを設ける場合には、管端近傍以外への取り付けが極めて難題であり、補強場所に制限がある。このため、複数階に渡る通し柱として使用する金属管に対して、中間部の所望箇所の管内にダイアフラムを取り付けて補強するということが実質上できず、従来は、各階毎に区切られた高さの金属管を用意し、その管端近傍にダイヤフラムを取り付けて補強した後、その端部同志を接合して長い金属管としており、作業性がきわめて悪いという問題となっていた。
【０００４】
本発明は、かかる問題点に鑑みて為されたもので、金属管の長手方向の所望位置の内部にダイアフラムを取り付けて補強した局部補強金属管を提供することを目的とする。
また、本発明はその局部補強金属管を製造する方法を提供することも目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記問題点を解決するため、金属管の長手方向の所望の領域内にダイアフラム用金属板を配置し、その部分の管体を増肉加工することによって管体内面を縮径させて前記ダイアフラム用金属板に密着、嵌合させ、内部のダイアフラムとその外周の厚肉部とを備えた補強部を形成したものである。すなわち、本発明の局部補強金属管は、長手方向の局部の管内にダイアフラムが、その外周面を管内面に対向させる形態で配置された補強部を有し、且つ、少なくとも前記ダイアフラムが配置された部分の管体が増肉加工され、隣接する非増肉部分と継ぎ目のない形態でつながった一体構造の厚肉部となっており、更に、前記ダイアフラムが、前記増肉加工に伴う管体内径の縮小によってかしめられて取り付けられていることを特徴とするものである。ここで、ダイアフラムの管体に対する接合手段としては、管体内面の増肉による縮径及び熱収縮によるかしめを用いるが、更に、ダイアフラム外周面と管体内面との液相拡散接合を併用してもよい。
【０００６】
本発明の局部補強金属管における補強部は、内部にダイアフラムを有すると共に管体自体の肉厚が厚くなっているので、補強効果が大きく、このため、この補強部は梁材の接合に好適であり、従って、建築物の柱材として好適に使用できる。すなわち、この局部補強金属管を建築物の柱材として使用すると、その補強部に直接、梁材を溶接或いはボルト止め等によって接合することで、強固な柱、梁接合構造を形成でき、柱材に対する梁材の接合作業をきわめて簡略化することが可能となる。また、補強部は金属管の長手方向の任意の位置に形成可能であるので、本体金属管を複数階にわたる通し柱として使用可能な長さとし、各階の梁取付位置に対応する位置に補強部を形成しておくことで、この局部補強金属管を通し柱として使用することもできる。
【０００７】
また、本発明は上記した構成の局部補強金属管を製造するため、長手方向に等断面の金属管を用意し、周縁が前記金属管の内面よりも所望のクリアランス分だけ小さくなる寸法としたダイアフラム用金属板を前記金属管内の所望の長手方向位置に管軸と直交させて配置し、次いで、該ダイアフラム用金属板の周囲の管体に、管軸方向熱間据込み方式による増肉加工を施して管内径を少なくとも前記クリアランス分だけ縮小させるという方法を採用したものである。本発明はこのように、金属管のダイアフラム配置部分に増肉加工を施して管内径を縮小させてダイアフラムを固定する構成としたことにより、ダイアフラムの配置位置に制限がなく、従って、長い金属管の中間位置にも容易にダイアフラムを取り付けることができる。また、ダイアフラム用金属板と金属管内面との間に比較的大きいクリアランスを取ることができ、このためダイアフラム用金属板を金属管の所定位置に挿入する作業が容易となる。この結果、長手方向の任意の場所に肉厚が厚く且つ内部にダイアフラムを取り付けた補強部を備えた局部補強金属管を製造することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面の実施例を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の一実施例による局部補強金属管の一部を示す概略縦断面図である。全体を参照符号１で示す局部補強金属管は、金属管２の長手方向の所望の領域内にダイアフラム３を配置し、その部分の管体を増肉加工することによって管体内面を縮径させて前記ダイアフラムに密着、嵌合させ、補強部４を形成したものである。すなわち、補強部４は内部のダイヤフラム３とそれに密着嵌合した厚肉部２ａとで構成されており、その厚肉部２ａは、隣接する非増肉部分と継ぎ目のない形態でつながった一体構造となっている。ここで、ダイアフラム３の管体厚肉部２ａに対する接合手段としては、管体内面の縮径によるかしめを用いるが、更に、ダイアフラム外周面と管体内面との液相拡散接合を併用してもよい。
【０００９】
本発明で使用する金属管２としては、主として角形鋼管、丸形鋼管等、建築物の柱材として使用可能な金属管を挙げることができるが、その他の材質のものを使用する事も可能である。金属管内に設けるダイアフラム３の材質も任意であるが、金属管に対して液相拡散接合によって接合する場合には、金属管と同系統のものが使用される。ダイアフラムの使用個数は、金属管の長手方向の１箇所の補強部４に対して、図１に示すように通常は２個であり、その２個のダイアフラム３は、その補強部に接合する梁材等の仕様に応じて適当な間隔をあけて配置される。なお、必要に応じ、１個のみのダイアフラムを使用するとか３個以上のダイアフラムを設ける等の変更を行っても差し支えない。ダイアフラム３の厚さは、要求される補強強度を考慮して定めるものであるが、通常は金属管２の非増肉部の厚さの１〜５倍程度に選定される。
【００１０】
金属管２に対して増肉加工を施して厚肉部２ａとする領域は、図１に示すように、一つの補強部４に複数のダイアフラム３を用いた場合、通常は、それらのダイアフラム３を配置した全域とするが、図２に示すように、二つのダイアフラム３を配置した領域のみとし、その間には非増肉部２ｂを残す構成としてもよい。いずれの場合においても、厚肉部２ａはその外面に梁材等を接合する際に必要とされる長さに形成されるものであり、通常ダイアフラム３の両側に若干の余裕（１０〜１５０ｍｍ程度）が形成されるような長さに設定される。厚肉部２ａの厚さｔは、少なくとも増肉加工による縮径によってダイアフラム３を固定できるように定めるものであり、通常は、金属管２の増肉前の（非増肉部の）厚さｔ０ の１．１〜２．０倍程度に設定することが好ましく、更には、１．２〜１．５倍程度に選定することが一層好ましい。この厚肉部２ａの厚さｔが小さいと、縮径量が小さいため、ダイアフラム３を形成するために金属管２内に挿入するダイアフラム用金属板と金属管内面とのクリアランスを小さくしなければならず、ダイアフラム用金属板を金属管２内に挿入する作業が困難となる。一方、厚肉部２ａの厚さｔが大きくなると増肉加工が困難となる。このため、上記の範囲が好ましい。
【００１１】
金属管２に対する補強部４の長手方向の形成位置及び個数は任意であり、局部補強金属管１の使用場所に応じて適当に定めればよい。すなわち、その局部補強金属管１に対して梁材等の他の部材を接合すべき位置に補強部４を形成すればよい。図３は、局部補強金属管１を建築物の通し柱として使用した場合の例を示すものであり、図３に示す局部補強金属管１には両端と中間の３ヶ所に補強部４が形成されている。そして下端の補強部４が基礎６に固定金具７によって固定され、その他の補強部４にはそれぞれＨ形鋼からなる梁材５が接合されている。
【００１２】
補強部４に対する梁材等の他の部材の接合構造も任意であり、以下、角形鋼管を用いた局部補強金属管１に対する梁接合構造の例を説明する。図４、図５は補強部４に対してＨ形鋼からなる梁材５を溶接接合した例を示すものであり、梁材５の端部を補強部４の外面に突き当て、溶接固定している。この場合、梁材５の上下のフランジ部５ａが内部のダイアフラム３の位置となるように、ダイアフラム３の間隔及び梁材５の取り付け位置を定めている。なお、図２に示す補強部４に対して梁材５を溶接接合する場合には、図６に示すように、梁材５のウェブ５ｂの端縁を、補強部４の外形にほぼ倣う形状に切断しておき、端縁のほぼ全体を溶接固定すればよい。この時、ウェブ５ｂの端縁の、厚肉部２ａ端部に対向する部分は余裕を見て大きく切り欠いておき、その部分は溶接しない構成としてもよい。また、梁材５のウェブ５ｂの端縁を補強部４の外形に倣う形状とせず、単に平坦としておき、梁材５の端縁を、補強部４の厚肉部２ａの外面の平坦な部分に押し当て、その部分のみを溶接、固定する構成も状況に応じて採用できる。図７は、補強部４に対して梁材５をボルト止めした例を示すものである。この例では、補強部４の厚肉部２ａにねじ孔８を形成し、且つ梁材５の端部にエンドプレート１０を溶接固定しておき、そのエンドプレート１０をボルト１１によって厚肉部２ａに固定している。図８、図９はスプリットティーを利用した例を示すものである。この例では、補強部４にスプリットティー１３をボルト１４で固定し、そのスプリットティー１３に梁材５の端部をボルト１５で固定している。
【００１３】
なお、補強部４に、図７〜図９に示すようにエンドプレート１０或いはスプリットティー１３をボルト止めするに際し、補強部４の厚肉部２ａにねじ孔８を形成し、そのねじ孔８にボルト１１、１４をねじ込む構成とする代わりに、厚肉部２ａにボルトを通すことの可能な孔を形成しておき、外側からワンサイドボルトを挿入し、そのワンサイドボルトでエンドプレート１０或いはスプリットティー１３を固定することも可能である。ここで、「ワンサイドボルト」とは、一端側からの操作で他端に、頭部が拡径状態に塑性変形で形成されて締付が行える軸状締付具の総称であり、ブラインドボルトとも呼ばれるものである。
【００１４】
上記したように、局部補強金属管１に形成している補強部４は内部にダイアフラム３を備え、その周囲が厚肉部２ａとなっているので、梁接合に必要な強度を備えており、このため、単にこの補強部４に梁材５を直接接合することで必要な強度で柱と梁を接合することができる。また、梁材接合にボルトを使用する場合においては、補強部４の厚肉部２ａにねじ孔８を形成することで、必要な強度でボルト１１、１４等を固定することが可能である。このため、従来のように梁材を取り付ける領域に、梁材接合に先立って補強部材を取り付けるという作業が不要となり、従って、梁材接合作業が簡素化され、また、使用するボルト本数も少なくなり、ボルト締め工数も削減でき、これらにより工期も短縮できる。更に、図３に示すように、局部補強金属管１を継ぎ目のない通し柱として使用すれば、柱の継ぎ足し作業が不要であるので、この点からも現場での作業量が少なくなり、コスト低減が図れる。なお、梁材接合にボルト止めを利用する場合には、厚肉部２ａの厚さは厚い方が好ましい。
【００１５】
次に、上記構成の局部補強金属管を製造する方法を説明する。
上記構成の局部補強金属管を製造する本発明方法の基本構成は、図１０（ａ）に示すように、長手方向に等断面の金属管２と、その金属管２の内面形状にほぼ相似な外形をなし、周縁が前記金属管２の内面よりも所望のクリアランス分だけ小さくなる寸法としたダイアフラム用金属板３Ａを用意し、そのダイアフラム用金属板３Ａを、図１０（ｂ）に示すように、前記金属管２内の所望の長手方向位置に管軸と直交させて配置し、次いで、図１０（ｃ）に示すように、ダイアフラム用金属板３Ａの周囲の管体に、管軸方向熱間据込み方式による増肉加工を施して、管内径を少なくとも前記クリアランス分だけ縮小させることを特徴とし、これによって金属管２に厚肉部２ａを形成し、その内面にダイアフラム用金属板を固定してダイアフラム３とするものである。
【００１６】
ここで、金属管２とその内部に配置されるダイアフラム用金属板３Ａとの間のクリアランスは、当然、金属管に対する増肉加工によって金属管の増肉した部分がダイアフラム用金属板の外周に密着嵌合するように定められるものである。ところで、金属管に管軸方向の圧縮力を加えて増肉させる場合、金属管の内外面を拘束しない状態とすると、内面側、外面側にほぼ等しい増肉が生じる。従って、金属管とダイアフラム用金属板との間のクリアランスをｇ、金属管の増肉前の肉厚をｔ０ 、増肉後の肉厚をｔとすると、クリアランスｇが、金属管に生じさせる増肉量（＝ｔ−ｔ０ ）の１／２と同等若しくはそれより小さく、すなわち、
ｇ≦（ｔ−ｔ０ ）／２
となるようにクリアランスｇ及び増肉量を設定すればよい。
【００１７】
金属管とダイアフラム用金属板との間のクリアランスｇを、金属管に生じさせる増肉量の１／２にほぼ等しい値に設定すると、内外面にほぼ等しい増肉を生じた形状の厚肉部の内面が、ダイアフラム用金属板の外周面に接触した状態となり、その後、厚肉部が冷却されて常温に戻った時には、熱収縮により厚肉部がダイアフラム用金属板の外周面にかしめられた状態となる。かくして、厚肉部２ａにダイアフラム用金属板３Ａを固定することができる。この増肉量を更に大きくすると、その分、厚肉部２ａのダイアフラム用金属板３Ａに対する締付力が大きくなり、ダイアフラム用金属板３Ａの固定が確実となる。ただし、増肉量をあまり大きくすると、厚肉部２ａの外面側の、ダイアフラム用金属板３Ａの外周に対応した部分に隆起が生じる恐れがある。このため、締付力と外面の隆起量を考慮して増肉率を定めればよい。一方、金属管２とダイアフラム用金属板３Ａとの間のクリアランスｇの最小値としては、金属管２に対してダイアフラム用金属板３Ａの装着を容易に行うことができるように定めるものであり、例えば、内径が３００ｍｍ程度の丸形鋼管の内側にダイアフラム用金属板を挿入する場合、クリアランスｇは０．５ｍｍ程度以上とすることが好ましい。なお、金属管の増肉加工に際し、金属管の外面側への増肉量を外型によって拘束しながら増肉加工を行う場合には、外型によって外側への増肉量が拘束される結果、内側への増肉量が多くなり、従って、金属管２とダイアフラム用金属板３Ａとの間のクリアランスｇを、金属管２に生じさせる増肉量の１／２よりも大きく設定することが可能となる。
【００１８】
金属管内にダイアフラム用金属板を配置し、その外周の金属管に増肉加工を施す際には、金属管２内に配置したダイアフラム用金属板３Ａを、管軸に直交させた状態に保持することが必要である。その方法としては種々の方法を採りうる。一つの方法は、ダイアフラム用金属板３Ａの厚さを厚く、クリアランスを小さくすることとである。この方法を採用することにより、単にそのダイアフラム用金属板３Ａを管内に挿入するのみで、ダイアフラム用金属板を管軸に垂直状態に保持することができる。また、ダイアフラム用金属板３Ａの厚さが薄いとか、クリアランスが大きいために、ダイアフラム用金属板３Ａが金属管２内で倒れる恐れのある場合には、次のような方法を採りうる。すなわち、図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、ダイアフラム用金属板３Ａの板面に、該ダイアフラム用金属板の周縁を越えて外側に延びるばね部材（例えば板ばね、線ばね等）２１を取付け、そのばね部材２１を金属管２の内面に押し付けるように構成する。この構成により、ダイアフラム用金属板３Ａを金属管２内に同心状に且つ管軸に垂直に保持することができる。なお、ダイアフラム用金属板３Ａに対するばね部材２１の周方向の取り付け位置は、図示の位置に限らず、適宜変更可能である。
【００１９】
更に、ダイアフラム用金属板３Ａにばね部材を取り付ける代わりに、図１２（ａ）に示すように、ダイアフラム用金属板３Ａの周縁の一部に、板面に対して直角に延びる適当な足２２を取り付け、その足２２によってダイアフラム用金属板３Ａを垂直状態で立てることができる構成としてもよい。また、図１２（ｂ）に示すように、ダイアフラム用金属板３Ａの周縁に筒状部２３を形成し、その筒状部２３を利用してダイアフラム用金属板３Ａを垂直状態に保持することもできる。なお、この筒状部２３はダイアフラム用金属板３Ａと一体構造のものに限らず、ダイアフラム用金属板３Ａとは別部品である金属管を用い、その金属管内の所定位置にダイアフラム用金属板３Ａを嵌合させる構成としてもよい。
【００２０】
一つの補強部４に複数（例えば２個）のダイアフラム用金属板３Ａを取り付ける場合には、図１３に示すように、複数のダイアフラム用金属板３Ａを所定間隔をあけて互いに平行に且つ同一軸線上に位置するように連結棒２４で連結する方法を採ることもできる。このように、複数のダイアフラム用金属板３Ａを連結しておくと、単にその状態で複数のダイアフラム用金属板３Ａを金属管２内に挿入するのみで、各ダイアフラム用金属板３Ａを垂直状態に保持することができる。なお、図１２、図１３に示す構成では、ダイアフラム用金属板３Ａを金属管２内に配置した時、軸線に垂直状態に保持することはできるが、その中心位置は金属管２の中心位置からクリアランス分だけずれた位置となる。しかしながら、この状態でも金属管２に増肉加工を行えば、内方に増肉した内面によってダイアフラム用金属板３Ａは中心方向に移動させられ、最終的にはダイアフラム用金属板３Ａは金属管２とほぼ同一軸線上に固定されるので、特に支障はない。また、図１３に示すように一対のダイアフラム用金属板３Ａを相互に連結する場合において、必要なら、各ダイアフラム用金属板３Ａに図１１に示すばね部材２１を取り付けることもでき、ばね部材２１を取り付けることにより、各ダイアフラム用金属板３Ａを金属管２に対して同心状とすることができる。更に、連結棒２４を更に長くし、その一端を金属管２の管端より外まで延びださせ、適当な手段で軸線方向に移動しないように固定しておいてもよい。その構成とすると、ダイアフラム用金属板３Ａが金属管２の増肉加工時に軸線方向に移動することがなく、正確に所望の位置に固定すること可能となる。
【００２１】
上記したように、本発明方法は、金属管２内にダイアフラム用金属板３Ａを配置した後、その金属管２に対して管軸方向熱間据込み方式による増肉加工を施すことを特徴としている。ここで、管軸方向熱間据込み方式による増肉加工とは、増肉加工すべき領域を塑性変形容易な温度、例えば赤熱状態に加熱し且つ管軸方向の圧縮力を加えて増肉させる加工方法を意味しており、この方法を採用することにより、金属管の長手方向の任意の領域に容易に増肉加工を施すことができる。管軸方向熱間据込み方式による増肉加工の具体的方法としては、▲１▼金属管に管軸方向に圧縮力を加えた状態で増肉加工すべき領域の一部を狭幅環状に赤熱して増肉させると共にその赤熱位置を管軸方向に連続的に移動させ且つその後端部分を冷却することで、連続的に増肉させてゆく方法、▲２▼増肉加工すべき領域の一部を狭幅環状に赤熱し、次いで管軸方向の圧縮力を付加してその赤熱部分を増肉させ、次いで、隣接した領域を狭幅環状に赤熱して増肉させるという動作を繰り返し、順次（間欠的に）増肉を行ってゆく方法、▲３▼増肉加工すべき領域全体を赤熱状態とし、その状態で管軸方向の圧縮力を付加して全体に一度に増肉を生じさせる方法等を挙げることができる。このうち、▲１▼、▲２▼の連続的、間欠的に増肉を行う方法は、型を用いることなく、安定して均一な増肉を行うことができる利点がある。なお、この場合においても、金属管外面を規制する外型を用いることは可能であり、外型を用いることにより、厚肉部の外径形状、寸法を規制することができる。一方、▲３▼の一度に増肉を生じさせる方法は、少なくとも外面規制用の外型を用いることが必要であるが、加工時間が短くてよいという利点がある。
【００２２】
上記したように本発明では、金属管内にダイアフラム用金属板を配置した状態で金属管を増肉加工し、それによって形成した厚肉部の内面にダイアフラム用金属板の外周面を密着、嵌合させて取り付けるものである。この際の金属管２に対するダイアフラム用金属板３Ａの固定は、単に厚肉部２ａによるかしめ効果のみを利用するものでもよいし、厚肉部２ａとダイアフラム用金属板３Ａの外周面とを接合させ、その接合力を利用するものでもよい。厚肉部２ａとダイアフラム用金属板３Ａの外周面との接合としては、液相拡散接合を挙げることができる。
【００２３】
ダイアフラム用金属板を金属管に対して良好に固定するには、ダイアフラム用金属板３Ａの外周面に微小な凹凸を設けておくことが好ましい。凹凸を設けておくと、管内面とダイアフラム用金属板との間のクリアランスが周方向に多少不均一になっていても、増肉加工によって縮小してきた管内面との接触を周方向に均等化することができる利点が得られる。形成する凹凸の大きさとしては、０．２〜２．０ｍｍ程度が好ましい。凹凸の形状は任意であり、凹部或いは凸部が独立した多数の凹凸を形成したものでもよいし、連続した凹凸（溝状、凸条状等）を形成したものでもよい。連続した凹凸を用いる場合、その延びる方向は軸線方向でもよいし、周方向でもよい。凹凸の形成方法も任意であり、粗面加工、ブラスト加工、ローレット掛け等任意である。また、ダイアフラム用金属板３Ａを板材からガス切断によって切り出した場合、ガス切断によって生じた外周面の凹凸をそのまま利用してもよい。
【００２４】
更に、ダイアフラム用金属板３Ａの外周面は、図１４（ａ）に示すように、中央部が凹んだ凹面３ａとするとか、逆に中央部が隆起した凸面とするとか、更には、図１４（ｂ）に示すように、軸線（ダイアフラム用金属板３Ａの板面に対して直角な軸線）に対して傾斜した斜面３ｂとすることもできる。この構成とすると、金属管２の内面が増肉加工によって縮小してきた時に、まずダイアフラム用金属板３Ａの端部のエッジの部分に接触し、その部分を押しつぶしてゆく。このため、この場合にもダイアフラム用金属板３Ａの管内面との接触を周方向に均等化することができる利点が得られる。
【００２５】
金属管内面に対してダイアフラム用金属板を液相拡散接合させる場合には、ダイアフラム用金属板３Ａの外周面に液相拡散接合用のインサート材料、例えばアモルファス合金の層を形成しておく。この時のダイアフラム用金属板３Ａの外周面は、平坦面であってもよいが、上記したように凹凸を設けておくとか、傾斜を設けておくことが好ましい。インサート材の層の形成は、インサート材料を溶射する方法、インサート材料の箔を貼り付ける方法等を採用しうる。そして、外周面にインサート材料の層を備えたダイアフラム用金属板３Ａを金属管２内の所定位置に配置し、金属管２に熱間で増肉加工を施すことによって厚肉部２ａを形成し、その内面をダイアフラム用金属板３Ａの外周面に密着させる。この時、増肉してダイアフラム用金属板３Ａの外周面に接着した時点での厚肉部２ａは赤熱状態であるので、液相拡散接合が行われる。以上のようにして、ダイアフラム用金属板３Ａを厚肉部２ａに液相拡散接合することができ、単にかしめた場合に比べて接合強度が大きく、補強効果の大きい補強部を形成することができる。なお、連続的な増肉加工によって厚肉部を形成する場合には、増肉直後に冷却、固化させるため、液相拡散接合が十分に進まない場合がある。その場合には、増肉加工を終了した後、再度、厚肉部２ａとダイアフラム用金属板３Ａとの接触面を液相拡散接合に適した温度に加熱、保持すればよい。
【００２６】
図１５は本発明方法の実施に用いる増肉加工装置の１例を示す概略断面図であり、３２は増肉加工すべき金属管２の一端を定位置に固定、保持する固定装置、３３はその金属管２の反対端を押圧して金属管２に管軸方向の圧縮力を作用させる油圧シリンダ等の圧縮装置、３４は、金属管２の長手方向の狭幅領域を環状に加熱して赤熱状態の加熱部３５とすることの可能な環状の加熱装置であり、ここでは高周波加熱コイルが使用されている。この加熱装置３４は、金属管２に沿って矢印Ｃ方向に移動する際に冷却水等の冷却媒体３７を加熱部３５の移動方向に関して後側となる部分に吹き付ける冷却装置３６を備えている。３８は加熱装置３４及び冷却装置３６を金属管２に沿って所望の速度で移動させる移動装置である。移動装置３８としては、モータと送りねじを用いたもの、モータと送り用チェーンを用いたもの、油圧シリンダを用いたもの等任意である。
【００２７】
次に、上記構成の増肉加工装置を用いて、図１に示す局部補強金属管１を製造する動作を説明する。金属管２内の所定位置に一対のダイアフラム用金属板３Ａを連結棒２４で所定間隔に連結した状態で挿入し、その金属管２の一端を固定装置３２に固定、保持させ、その反対端を油圧シリンダ等の圧縮装置３３で押圧して金属管２に圧縮力を作用させる。この状態で、加熱装置３４によって金属管２の長手方向の狭幅領域を加熱して、塑性変形容易な赤熱状態の加熱部３５とし、その加熱部３５に圧縮力による増肉を生じさせながら、その加熱装置３４を金属管２に沿って矢印Ｃ方向に移動させ、同時に冷却装置３６から冷却媒体３７を加熱部３５の後端部分に吹き付けて増肉直後の部分を冷却、固化する。これにより金属管２が長手方向に連続的に増肉させられてゆき、内面側に増肉した部分はダイアフラム用金属板３Ａの外周面に押し付けられる。かくして、加熱部３５を、一対のダイアフラム用金属板３Ａを配置し、補強部とすべき領域の一端から、他端まで移動させ、金属管２の増肉加工を行うことにより、ダイアフラム用金属板３Ａに密着嵌合した厚肉部２ａが形成され、補強部４となる。以上により、ダイアフラムを備えた補強部を有する局部補強金属管１が製造される。
【００２８】
ここで、増肉前の金属管２の内面と、その中にセットされるダイアフラム用金属板３Ａの外周面との間のクリアランスｇは、当然、金属管２を増肉加工した際に増肉によって内側に変形する管壁の内面がダイアフラム用金属板３Ａの外周面に押し付けられるように定めておく。一般に、図１５に示す装置で金属管２を圧縮して増肉させる際、増肉は内側、外側にほぼ等しく生じる。従って、クリアランスｇは、金属管２に生じさせる増肉量の１／２より小さく、すなわち、
ｇ≦（ｔ−ｔ０ ）／２
に設定しておく。これにより、増肉加工により形成された厚肉部３ａが、増肉加工後の熱収縮と相まって内部のダイアフラム金属板３Ａをかしめによって固定することができ、両者が強固に接合された補強部４が形成される。
【００２９】
ところで、上記したように、金属管２を管軸方向に圧縮して増肉させる際の増肉率β〔＝（ｔ−ｔ０ ）／ｔ０ 〕は、加熱部３５の移動速度及びその加熱部３５に向かって押し込まれる金属管２の未増肉部分の速度によって決まる。いま、図１５において、加熱部３５の後ろに位置する厚肉部２ａ及びその後ろの非増肉部分２ｃに対する加熱部３５の移動速度をＷ、加熱部３５の前の未増肉部分２ｄの移動速度をＶとすると、増肉率βは、
β＝Ｖ／Ｗ
で表される。ここで、この実施例では、厚肉部２ａ及びその後ろの非増肉部分２ｃは固定装置３２によって移動しないように構成されているため、上記した加熱部３５の移動速度Ｗは、加熱装置３４の移動速度に等しく、また、未増肉部分２ｄの移動速度Ｖは圧縮装置３３が金属管２の端部を押し込む速度に等しくなっている。従って、加熱装置３４の移動速度Ｗと圧縮装置３３による押し込み速度Ｖの比を一定に保つことにより、例えば、加熱装置３４の移動速度Ｗを一定に保ち且つ圧縮装置３３による押し込み速度Ｖを一定に保つことにより、一定増肉率での増肉加工が行われる。ここで、圧縮装置３３による押し込み速度を一定に保つには、圧縮装置３３による圧縮力を一定に保ち且つ加熱部３５の温度を一定に保つ（これにより加熱部３５の平均変形抵抗を一定に保つ）方法、圧縮装置３３として押し込み速度を制御可能なもの（例えば、油圧サーボシリンダ等を備えたもの）を用い、圧縮装置３３の制御により一定の押し込み速度に保持する方法等を用いることができる。
【００３０】
なお、上記方法を実施するに際し、ダイアフラム用金属板３Ａの外周面にあらかじめ液相拡散接合用のインサート材料の層を形成しておくと、増肉加工によって厚肉部２ａを形成してその内面をダイアフラム用金属板３Ａの外周面に圧着させると同時に液相拡散接合が進み、ダイアフラム用金属体３を厚肉部２ａ内面に液相拡散接合によって強固に接合した補強部が得られる。
【００３１】
【実施例】
以下、具体的に増肉加工を行った例を示す。
▲１▼ 使用装置
図１５に示す構成の増肉加工装置。各部仕様は次の通り。
加熱装置３４：高周波加熱コイル（幅２０ｍｍ）
冷却装置３６：水冷却方式
加熱幅（加熱装置３４の先端から水吹き付け位置までの距離）：４０ｍｍ
圧縮装置３３：油圧シリンダ
【００３２】
▲２▼ 増肉加工条件
供試金属管：３００×３００ｍｍ×１２ｍｍｔの角形鋼管
ダイアフラム用金属板：２７０×２７０ｍｍ×２０ｍｍｔ（ただし、角部は供試金属管の角部内面に沿うよう湾曲させている。）の鋼板を２枚用意し、両者を連結棒２４で３００ｍｍ離した位置に連結した。
増肉率β：０．５（厚み１２ｍｍを１８ｍｍに増肉）
加熱部最高温度：１３００°Ｃ
加熱装置３４の移動速度Ｗ：２ｍｍ／ｓ
未増肉部の押し込み速度Ｖ：１ｍｍ／ｓ
増肉加工速度（Ｗ＋Ｖ）：３ｍｍ／ｓ
【００３３】
▲３▼ 増肉加工結果
上記した増肉加工条件で増肉加工を行い、長さ約５００ｍｍの厚肉部２ａを形成した。得られた厚肉部２ａ内にはダイアフラム用金属板３Ａが強固に密着嵌合されていた。
【００３４】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の局部補強金属管は、金属管の長手方向の所望領域に、内部にダイアフラムを固着した厚肉部からなる補強部を形成したものであるので、この補強部を他の部材に対する接合に使用でき、この局部補強金属管を建築物の柱材として使用すると、補強部に直接梁材をボルト止め或いは溶接等によって接合することで、強固な柱、梁接合構造を形成でき、且つ柱材に対する梁材の接合作業をきわめて簡略化することができ、従って、建築物の柱材としてきわめて好適に使用できるという効果を有している。しかも、その補強部は金属管の長手方向の任意の位置に形成可能であるので、金属管を複数階にわたる通し柱として使用可能な長さとし、各階の梁取付位置に対応する位置に補強部を形成しておくことで、本発明の金属管を通し柱として使用することができ、一層施工の簡略化、迅速化が図れるという効果が得られる。
【００３５】
また、本発明の局部補強金属管の製造方法は、長手方向に等断面の金属管内の長手方向の所望位置に、周縁が前記金属管の内面よりも所望のクリアランス分だけ小さくなる寸法としたダイアフラム用金属板を、管軸と直交させて配置し、次いで、該ダイアフラム用金属板の周囲の管体に、管軸方向熱間据込み方式による増肉加工を施して管内径を少なくとも前記クリアランス分だけ縮小させるという構成としたことにより、金属管の長手方向の所望位置に、厚肉部を形成すると共にその内面にダイアフラム用金属板を固定して補強部を形成でき、所望位置に厚肉部とダイアフラムとからなる補強部を備えた局部補強金属管を製造できるという効果を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の局部補強金属管の一例を示す概略断面図
【図２】本発明の局部補強金属管の他の例を示す概略断面図
【図３】図１に示す局部補強金属管を通し柱として使用した状態を示す概略側面図
【図４】局部補強金属管の補強部と梁材との接合構造を示す概略斜視図
【図５】図４に示す部分の概略断面図
【図６】補強部と梁材との接合構造の変形例を示す概略断面図
【図７】補強部と梁材との接合構造の他の変形例を示す概略断面図
【図８】補強部と梁材との接合構造の更に他の変形例を示す概略斜視図
【図９】図８に示す部分の概略断面図
【図１０】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は本発明方法の動作手順を説明する概略断面図
【図１１】（ａ）は金属管内にダイアフラム用金属板の１例を配置した状態を示す概略断面図
（ｂ）はそれを軸線方向に見た概略断面図
【図１２】（ａ）は金属管内にダイアフラム用金属板の他の例を配置した状態を示す概略断面図
（ｂ）は金属管内にダイアフラム用金属板の更に他の例を配置した状態を示す概略断面図
【図１３】金属管内に一対のダイアフラム用金属板を連結して配置した状態を示す概略断面図
【図１４】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、金属管内に配置するダイアフラム用金属板の変形例を示す概略断面図
【図１５】本発明方法の実施に用いる増肉加工装置の１例を示す概略断面図
【符号の説明】
１ 局部補強金属管
２ 金属管
２ａ 厚肉部
３ ダイアフラム
３Ａ ダイアフラム用金属板
４ 補強部
５ 梁材
６ 基礎
７ 固定金具
１０ エンドプレート
１３ スプリットティー
３２ 固定装置
３３ 圧縮装置
３４ 加熱装置
３５ 加熱部
３６ 冷却装置
３７ 冷却媒体
３８ 移動装置
Claims (8)
- 長手方向の局部の管内にダイアフラムが、その外周面を管内面に対向させる形態で配置された補強部を有する金属管であって、少なくとも前記ダイアフラムが配置された部分の管体が増肉加工され、隣接する非増肉部分と継ぎ目のない形態でつながった一体構造の厚肉部となっており、更に、前記ダイアフラムが、前記増肉加工に伴う管体内径の縮小によってかしめられて取り付けられていることを特徴とする局部補強金属管。
- 前記ダイアフラムが、更に、前記増肉加工された部分の金属管の内壁に液相拡散接合されていることを特徴とする請求項１記載の局部補強金属管。
- 長手方向に等断面の金属管を用意し、周縁が前記金属管の内面よりも所望のクリアランス分だけ小さくなる寸法としたダイアフラム用金属板を前記金属管内の所望の長手方向位置に管軸と直交させて配置し、次いで、該ダイアフラム用金属板の周囲の管体に、管軸方向熱間据込み方式による増肉加工を施して管内径を少なくとも前記クリアランス分だけ縮小させることを特徴とする、請求項１記載の局部補強金属管の製造方法。
- 請求項３に記載の方法において、前記ダイアフラム用金属板の板面に、該ダイアフラム用金属板の周縁を越えて外側に延びるばね部材を取付け、該ばね部材を前記金属管の内面に押し付けることで前記ダイアフラム用金属板を金属管内に同心状に配置し、その状態で前記金属管に増肉加工を施すことを特徴とする局部補強金属管の製造方法。
- 請求項３又は４に記載の方法において、２枚のダイアフラム用金属板を所定間隔をあけて互いに平行に且つ同一軸線上に位置するように連結し、その状態で前記金属管内に配置し、その状態で前記金属管に増肉加工を施すことを特徴とする局部補強金属管の製造方法。
- 前記管軸方向熱間据込み方式による増肉加工を、金属管に管軸方向に圧縮力を加えた状態で増肉加工すべき領域の一部を狭幅環状に赤熱して増肉させると共にその赤熱位置を管軸方向に連続的に移動させ且つその後端部分を冷却することで、連続的に増肉させてゆく方法により行うことを特徴とする請求項３から５のいずれか１項記載の局部補強金属管の製造方法。
- 前記ダイアフラム用金属板の外周面に凹凸を設けておくことを特徴とする請求項３から６のいずれか１項記載の局部補強金属管の製造方法。
- 前記ダイアフラム用金属板の外周面に液相拡散接合用のインサート材料の層を形成しておき、増肉加工によって形成した厚肉部とダイアフラム用金属板の外周面を液相拡散接合することを特徴とする請求項３から７のいずれか１項記載の局部補強金属管の製造方法。
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