JP4683414B2 - 金属製下地材及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、住宅等の床根太，天井根太，壁スタッド等に用いる金属製下地材及びその製造方法に関する。

住宅等の床組においては、例えば図１に示すように、根太１の端部の大引き取付け側を切除して段差部２を設け、当該段差部２を大引き３に固定している。従来、このような根太等の下地材として木材が用いられているために、端部に段差部を設けることも比較的簡易に行えた。
しかしながら、近年、森林伐採等の環境破壊，経年変化や品質不良等、木材の持つ諸問題を考慮し、住宅メーカー等では、強度が高くしかも品質が安定しているという理由で、当該下地材として、鋼管等の金属製のものを用いようとしている。

例えば図２に示すように、鋼鉄製の骨組み５，６に床根太７や天井根太８、或いは壁スタッド９等の金属製下地材を取付ける際には、極力居住空間が広くなるように金属製下地材端部に段差部７１，８１，９１を設けて接合している。なお、図中、１０，１１，１２，１３はそれぞれ床仕上げ材，天井仕上げ材，内壁仕上げ材，外壁仕上げ材である。しかし、下地材が金属製であるために、木材のように容易に段差部を設けることはできない。例えば図３に示すように、２段階の切断作業を実施せざるを得ず、生産性が低く、コスト高になってしまう。しかも、切断除去に伴う断面積の減少で、強度も低下する。

さらに、金属製の下地材には一般的に角パイプが用いられているので、切除により形成された段差部と鋼鉄製の骨組みとの接合部は線接触となり、不安定な固定状態となる。
このような強度低下と接触状態の不安定さを解消するために、図４に示すように切除された段差部２０に補強部材２１を挿入することも行われている。しかし、この補強部材も下地材に対して何らかの態様で固定する必要がある。ビス２２や溶接による固定が一般的であるが、いずれにしても手間が増えるためにコスト高となってしまう。

段差部を補強するために、切除するのではなく、下地材を構成する角パイプ両側の対向板材を蛇腹状に折り込むことが特許文献１で提案されている。
特許文献１には、図５に示すように、金属製角パイプ３１の一端側に切欠段差部３２が形成された金属製根太３０が記載されている。この金属製根太３０は、前記角パイプ３１の一面３３の一側端から所定位置に長手方向と直行する方向に前記一面３３からこれに接する相対向する側面３４にかけて所定深さの切り込み３５を設け、形成されるべき前記切欠段差部３２の切り欠き深さに基づき定められた厚さのプレス成型パッド３６が金属製角パイプ３１内に一旦挿入された後上方から押圧され、大引きへの取付け面３７と、当該取付け面３７と前記側面３４との間にそれぞれ蛇腹状に折り込まれたつば部３８を形作った前記切欠段差部３２が形成されている。そして、前記プレス成型パッド３６は切欠段差部３２が形成された後、取り除かれている。

また、本発明者等は、特許文献２で、下地材を構成する金属製角パイプ４１両側の対向板材４２を蛇腹状４３に折り込んで段差部４４を形成する際、段差部に予め補強部材４５を挿入した後に前記角パイプ両側の対向板材４２を蛇腹状に折り込んで、前記補強部材４５を下地材に対して固着させて金属製下地材全体の強度を高めることを提案した（図６参照）。
特開２００３−１４７９４３号公報 特願２００４−３６９５２０号

ところで、特許文献１で提案された発明では、切欠段差部３２を形成した後、金属製角パイプ３１からプレス成型パッド３６を取り除いて金属製根太３０を完成させている。
したがって、最も強度低下が大きいと思われる、一般部（切欠いていない部分）Ｎと切欠段差部３２の境界面には実質的な補強がなされていない。このため、この金属製根太３０を構造物に用いると、前記境界面部分に応力が集中しやすい。また、成型加工後にプレス成型パッド３６を抜き取る必要がある。この際、金属製角パイプの両側の対向板材は蛇腹状の折り曲げ変形時にプレス成型パッドを強い力でかしめた態様となるため、抜き取り時にかなりの牽引力が必要となる。このような要因により、強度的に不安があるばかりでなく、生産性の低下とコストの上昇が懸念される。

これに対して、特許文献２で提案した金属製下地材は、特許文献１に記載の金属製根太における一般部（切欠いていない部分）と切欠段差部の境界面に補強材が挿入されているので、特許文献１に記載の金属製根太よりも優れた曲げ強さを発揮している。しかしながら、さらに強い曲げ強さが求められる場合もある。
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、金属製角パイプの端部に段差部が設けられた下地材であって、段差部の形成によっても曲げ強度の低下がなく、むしろ段差部の曲げ強度を高めた金属製下地材を安価に提供することを目的とする。

本発明の金属製下地材は、その目的を達成するため、金属製角パイプの端部に所定長さの段差部が設けられた下地材であって、前記段差部の内部に、当該段差部長さよりも長い補強材が挿通されており、前記段差部は上面とその両側の相対向する側面に当該側面部がそれぞれ内方向に蛇腹状に折り込まれて形成されたつば部を有し、前記段差部の上面が下地材中央部分の上面と斜面で連続していることを特徴とする。

また、本発明の金属製下地材の製造方法は、金属製角パイプを当該角パイプの幅と同じか僅かに広い幅の凹溝を有するプレス下金型内に載置した後、前記角パイプの端部上面に所望段差部長さと同じ長さの押圧面を有するプレス上金型を押し当て、前記角パイプの相対向する側面部をそれぞれ当該角パイプの内方向に蛇腹状に折り込んでつば部を形成することにより、プレス上金型が押し当てられた角パイプ端部上面が当該角パイプの中央部分上面と斜面で連続された段差部を形作ることを特徴とする。
段差部が形成される側の端部金属製角パイプ内に押圧パッド又は補強材を挿入した後、プレス上金型を押し当てることが好ましい。押圧パッドは成形後抜き取られ、補強材は挿通されたままとなる。

本発明により得られた段差部を有する金属製下地材は、金属製角パイプに切り込みを入れることなくその上面から押圧されることにより段差部が形成されているために段差部の上面が下地材の中央部上面と斜面で連続しており、段差部と中央部との境界部に切り込みがないので強度低下が少ない。段差部内に補強材が挿通されている場合には、強度を一段と高くすることができる。
またその製造時にあっても、切り込みを行うことなく一回の押圧で所定形状の段差部が形成され、また製造時に挿入した押圧パッド又は補強材は必ずしも抜き取る必要もないために、全体として簡易な手段で製造できる。
このため、結果として、強度に優れた金属製下地材が低コストで供給でき、基本骨格を金属構造製とした住宅の普及に寄与できる。

以下に、本発明金属製下地材の好ましい態様を図面に基づいて説明する。
本発明の金属製下地材を製造する際は、まず、図７に示すように金属板で形作られた角パイプ５１を準備する。パイプの寸法に特に制限はない。断面正方形でも断面長方形でも構わない。金属板の材質及び肉厚を含め、用途（適用箇所）に応じて適宜決められる。金属板としてはアルミニウム合金板でもよいが、鋼板、特にめっき鋼板が好ましい。押出管，溶接管又はかしめ成形管が用いられる。

角パイプ５１とは別に押圧パッド５２又は補強材を準備する。押圧パッド５２としては、合成樹脂や金属が使用される。補強材としては、角パイプ５１と同質のものを用いることが好ましい。角パイプとして鋼管を用いる場合には、補強材として溝型鋼を用いることが好ましい。
この押圧パッド５２又は補強材のサイズは、前記角パイプ５１の内寸法よりも僅かに狭い幅を有するものを用いる。補強材を用いる場合、そのサイズは角パイプ５１の内寸法に近似しているほど、後述するかしめ作用が有効に働き、抜け難くなる。高さは得ようとする下地材の段差部高さに基づいて決められる。長さは、形成する段差部長さよりも長くする。

成形装置として、プレス成形用の上下金型５３，５４を準備する。
下金型５４としては、被成形角パイプの幅と同じか僅かに広い幅の凹溝５５を有するもの、上金型５３としては、被成形所望段差部長さと同じ長さで、前記した下金型５４の凹溝５５幅と同じか僅かに狭い幅を有する押圧面を有するものとする。
開口端から押圧パッド５２又は補強材を挿入した被成形角パイプ５１を、前記下金型５４の凹溝５５内に載置し、上面から上金型５３を押圧してプレス成形する。

上面からプレスされる際、角パイプ５１の相対向する側面５６は、プレス下金型５４の凹溝５５の内壁により外方向の変形が拘束される。また内部に挿入された押圧パッド５２又は補強材の上面が治具の役割を有しているので、押圧パッド５２又は補強材の上面より上の相対向する側面部がそれぞれ内方向に規則的に座屈されて蛇腹状に折り曲げられたつば部５７が形成されることになる。
両側面及び上下面が拘束された態様でプレス成形されるため、上面５８が平らになった段差部５４が形成され、結果として寸法精度に優れた下地材が得られる。

プレス成形により端部に段差部が形成された下地材の端部構造は、結果的に、図８，９に示される通りとなる。
すなわち、押圧パッド５２が挿入された態様である図８では、角パイプ５１の端部に、上面５８とその両側の相対向する側面５６との間にそれぞれ蛇腹状に折り込まれたつば部５７を有する段差部５９が形作られた下地材が成形されている。そして、段差部５９の中には押圧パッド５２が挿通されており、しかも段差部５９の上面５８と角パイプ５１、すなわち下地材の中央部上面と斜面で連続している。図８（ａ）の態様から押圧パッド５２を抜き取ると下地材が得られる（図８（ｂ））。角パイプの内寸法よりも小さい寸法の押圧パッド５２を挿入した場合には、かしめ力はさほど大きくはなく、機械的操作で引き抜くことができる。

また、補強材６０を挿入した態様では、図９に示される端部形状の下地材が得られる。段差部５９の中に挿入された押圧パッド５２が補強材６０に替わった点以外は図８（ａ）に示されたものと同じである。押圧パッド５２に替えて補強材６０を挿入した下地材にあっては、補強材６０を抜き取ることなく挿通させたまま使用することで曲げ強さを一段と高めることができる。
蛇腹状のつば部５７が形成される際、このつば部５７は強い押圧力で補強材６０をかしめる態様となるため、角パイプの内寸法に近似した寸法の補強材６０は段差部５９内で固定されることになる。

ところで、上記態様では、角パイプの内側に補強材を挿入したままで上面からプレス成形している。このため、補強材表面と角パイプ内面及び蛇腹状つばの下面が直接接触した状態となっており、振動等を受けたとき、音鳴りを発生することがある。
そこで、角パイプ５１の内側に挿入する補強材６０として、その角パイプ内面及び蛇腹状つばの下面と接触する全面に予めゴムシートや樹脂フィルム等の緩衝材を貼り付けたものを用いることもできる。緩衝材が貼り付けられた補強材６０を角パイプ５１に挿入し、挿入した補強材の上方からプレス成形すると、補強材６０の下端部、側面部と角パイプ内面との間、及び補強材の上面と蛇腹状つば５７との間の全てに緩衝材が介在されて、振動等による接触音の発生を抑制した下地材となる。
すなわち、音鳴り防止機能を有する下地材が得られることになる。

金属製角パイプとして、板厚０．８ｍｍの溶融Ｚｎ系めっき鋼板を素材とした□４２ｍｍ×４８ｍｍの溶接管を用い、それぞれ次のような段差部形状を有する四種類の下地材を作製した。なお、いずれも四角断面の長い方４８ｍｍを下地材の高さ方向に配置した。
（１）特開２００３−１４７９４３号公報で提案された切り込みつぶし形状。
（２）特願２００４−６６９５２０号で提案した切り込み補強材挿通つぶし形状。
（３）本請求項１の切り込みなしのつぶし形状。
（４）本請求項２の切り込みなしの補強材挿通つぶし形状。
また、参考例として、（５）段差部を形成していない鋼角パイプそのもの、及び（６）上記下地材と同じサイズの木材に切り欠き段差部を形成した従来の下地材、を準備した。

上記のような形状の段差部を両端に設けた各種下地材を支持部材間に橋渡し、その中央部を上から押圧して湾曲させる曲げ試験を行った。座屈もしくは亀裂が生じるまで押圧したときの中央部の変位と荷重の関係を図１０に示す。
図１０に示す結果から、切り込みを入れることなく押圧して形成した段差部を有するもの（３），（４）は、切り込みを入れた後に押圧して形成した段差部を有するもの（１），（２）に比べて、曲げ強さが高くなっていることがわかる。特に補強材を挿入したもの（４）にあっては、曲げ強さが一段と高くなっていることがわかる。

根太と大引きの一般的な接合状態を説明する図 鋼鉄製骨組への根太や壁スタッドの組付け構造を説明する図 金属製下地材端部に段差部を設ける一般的手法を説明する図 金属製下地材の端部段差部に補強材を配置する態様を説明する図 先行発明による金属製根太の構造を概略的に説明する図 先願発明による金属製下地材の構造を概略的に説明する図 本発明による金属製下地材の製造手順を説明する図 本発明による金属製下地材の構造を概略的に説明する図 本発明による金属製下地材の他の構造を概略的に説明する図 各種形状金属製下地材の機械的特性を比較した図

Claims (3)

1. 金属製角パイプの端部に所定長さの段差部が設けられた下地材であって、前記段差部の内部に、当該段差部長さよりも長い補強材が挿通されており、前記段差部は上面とその両側の相対向する側面に当該側面部がそれぞれ内方向に蛇腹状に折り込まれて形成されたつば部を有し、前記段差部の上面が下地材中央部分の上面と斜面で連続していることを特徴とする金属製下地材。
2. 金属製角パイプを当該角パイプの幅と同じか僅かに広い幅の凹溝を有するプレス下金型内に載置した後、前記角パイプの端部上面に所望段差部長さと同じ長さの押圧面を有するプレス上金型を押し当て、前記角パイプの相対向する側面部をそれぞれ当該角パイプの内方向に蛇腹状に折り込んでつば部を形成することにより、プレス上金型が押し当てられた角パイプ端部上面が当該角パイプの中央部分上面と斜面で連続された段差部を形作ることを特徴とする金属製下地材の製造方法。
3. 段差部が形成される側の端部金属製角パイプ内に押圧パッド又は補強材を挿入した後、プレス上金型を押し当てる請求項２に記載の金属製下地材の製造方法。

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