JP5178092B2 - 角管の段差部形成方法及びその金型 - Google Patents

Description

本発明は、住宅等の床や天井の骨格等に、或いは立体倉庫のラック等に用いる金属製角管の所定箇所に段差部を形成する方法及びそのための金型に関する。

住宅等においては、縦梁と横梁とを組み合わせ配置しての床を構築している。縦梁や横梁に何の手も加えずに床組を行うと、それぞれの厚みの合計高さの床組となってしまう。そこで、床組の厚さを薄くするために、互いの梁の交差箇所に切り込みを入れたりしている。従来、このような縦梁や横梁として木材が用いられているために、切込み入れ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、このような梁材として、鋼管等の金属角管製のものを用いようとしている。

梁材として金属製角管を用いようとするとき、木材のように容易に段差部を設けることはできない。通常、金属角管製の梁材に段差部を設ける態様としては、所定箇所に角管の長手方向に垂直な方向に切欠きを入れ、切欠いた先の部分に変形を加える方法が一般的である。木材や金属製角管にかかわらず、切り欠きの形成で段差部を設けると、当該部分の強度が低下すとともに、桁梁との接合強度が低下する虞がある。段差部の強度低下を補うために、各部材の内側或いは外側に補強部材を配置することも行われているが、コスト高になっている。
そこで、本出願人等は、切欠きを設けることなく、すなわち強度低下を伴うことなく段差部を形成した住宅用資材を特許文献１で提案した。
特開２００６−３２８８７６号公報

特許文献１で提案した住宅用資材は、図１に示すように、金属製角管１の端部に所定長さの段差部２が設けられたものであって、前記段差部２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３を有し、前記段差部の上面が角管の中央側上面と斜面４で連続していることを特徴としている。
このような住宅用資材は、本来、大引きの上に梁渡される根太用の資材として開発したものである。金属製角管の管端に上面が平らになった段差部が形成されているために、この上面を下にして大引き上に載置すると、安定的な載置構造が得られる。根太用の資材としては極めて有用なものとなっている。

しかしながら、縦梁や横梁等、互いに交差させて用いる部材には適さない。縦梁や横梁等に用いるためには、端部ではなく、交差する箇所に段差部を形成する必要がある。
また、縦梁及び横梁を精度良く組み合わせるためには、形成した段差部及びその周辺に皴等の歪みがないことが要求される。
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、金属製角管の所要箇所に段差部を、その上面及びそれに繋がる角管の上面に皴等の歪みを生じさせることなく、簡便に成形する方法を提供することを目的とする。

本発明の角管の段差部形成方法は、その目的を達成するため、上部に平坦な段差部形成パンチ押え面と当該段差部形成パンチ押え面と平行かつ当該押え面よりも高い押え上面を前記段差部形成パンチ押え面の前端及び後端に同じ高さで有するとともに、側部に被加工角管の内側幅に等しい間隔の平行な側壁面と、下部に前記前端押え上面側端面と後端押え上面側端面との間で傾斜したスライド下面を有し、かつ前記段差部形成パンチ押え面と側面の交差部に、蛇腹状つば部収容用切り欠き部が設けられている上内金型と、下部に前記上内金型の段差部形成パンチ押え面と平行な底面と、側部に被加工角管の内側幅に等しい間隔の平行な側壁面を有し、かつ上部に前記上内金型の傾斜したスライド下面に合致させたとき、前記底面と前記上内金型の前記平坦な段差部形成パンチ押え面及び押え上面とが平行になるように傾斜したスライド上面を有する下内金型から構成されている内金型を、下内金型のスライド上面と上内金型のスライド下面との間で相対的にスライドさせ、上内金型の押え上面と下内金型の底面の間隔を、被加工角管の内側高さよりも小さくした状態で当該被加工角管の段差部形成部位に挿入した後、下内金型のスライド上面を上内金型のスライド下面に沿ってスライドさせて上内金型の押え上面を被加工角管の内側上壁に押し当てた状態で、被加工角管の被加工部内側上壁が上内金型の平坦な段差部形成パンチ押え面に押し付けられるように、加工部が平坦な段差部形成パンチを被加工角管の段差部形成部位に押し当てて段差部を形成し、その後に、段差部形成パンチの押圧を解除し、前記下内金型のスライド上面を上内金型のスライド下面に沿ってスライドさせて上内金型の押え上面と下内金型の底面の間隔を、形成された段差部の内側高さよりも小さくした状態で内金型全体を角管から取り出すことを特徴とする。

被加工角管の段差部形成部位を外金型に収容した後に段差部形成を行うことが好ましい。
また、予め、被加工角管の段差部形成部位側面上部に蛇腹部成形用予備加工を施すと、蛇腹部がスムーズに形成される。この蛇腹部成形用予備加工方法としては、被加工角管の段差部形成部位側面上部に長尺のエッジを押し当てる方法が採用される。

上記角管の段差部形成方法に用いる内金型は、上部に平坦な段差部形成パンチ押え面と当該段差部形成パンチ押え面と平行かつ当該押え面よりも高い押え上面を前記段差部形成パンチ押え面の前端及び後端に同じ高さで有するとともに、側部に被加工角管の内側幅に等しい間隔の平行な側壁面と、下部に前記前端押え上面側端面と後端押え上面側端面との間で傾斜したスライド下面を有し、かつ前記段差部形成パンチ押え面と側面の交差部に、蛇腹状つば部収容用切り欠き部が設けられている上内金型と、下部に前記上内金型の平坦な段差部形成パンチ押え面と平行な底面と、側部に被加工角管の内側幅に等しい間隔の平行な側壁面を有し、かつ上部に前記上内金型の傾斜したスライド下面に合致させたとき、前記底面と前記上内金型の前記段差部形成パンチ押え面及び押え上面とが平行になるように傾斜したスライド上面を有する下内金型から構成されている。

上内金型の段差部形成パンチ押え面と２つの押え上面とは、垂直な面で繋げられていても良いし、傾斜面で繋げられていても良い。
この内金型と加工部が平坦な段差部形成パンチとで、角管の段差部形成用金型が構成される。
また、被加工管の段差部形成部位を収容できる大きさの溝部を有し、上面と前面及び後面が開放された外金型をも備えていることが好ましい。

本発明により、図２に示されるように、角管１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３を有する段差部２の上面が角管の上面と斜面４で連続しており、しかも、段差部形成パンチ押え面及び押え上面により規制されるため斜面４の段差部上面との境界部及び角管上面との境界部の変形が抑制され、形状精度に優れた段差部２が形成される。
また、上内金型と下内金型とを相対的にスライドさせることで内金型の上面位置を容易に変更できるため、内金型の被加工角管への挿入や取り出しが容易に行え、任意の箇所に段差部を形成することができる。

さらに、蛇腹状つば部３の形成により形成した段差部２の断面は加工硬化及び形状効果により強度が高くなる。したがって、この段差部２を有する角管１を梁として用いるとき、強度の低い部分の支点間距離が短くなって、曲げ剛性が高くなり、たわみが小さい梁となる。
さらにまた、互いに段差部２を形成した角管１を縦梁、横梁として用いるとき、図３に見られるように、段差部の組合せにより位置決めや他部材とのレベル調整が容易となる。
このように、本発明の採用により、形状精度に優れた段差部を有する金属製角管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や立体倉庫の普及などに寄与できる。

以下に、本発明角管の段差形成方法の好ましい態様を図面に基づいて説明する。
まず、用いる内金型の構造について説明する。
図４に示すように、内金型１０は、上内金型１１と下内金型１２とからなっている。上内金型１１は、その上部に、段差部形成パンチ押え面１３と当該段差部形成パンチ押え面１３と平行で、しかもこの段差部形成パンチ押え面１３よりも高い押え上面１４−１，１４−２を有するとともに、側部に被加工角管の内側幅に等しい間隔の平行な側壁面を有し、かつ下部に前記前端押え上面１４−１側端面の方が、後端押え上面１４−２側端面よりも低くなるように傾斜したスライド下面１５を有する上内金型を有している。

下内金型１２は、その下部に上内金型１１の段差部形成パンチ押え面１３と平行な底面と、側部に被加工角管の内側幅に等しい間隔の平行な側壁面を有し、かつ上部に前記上内金型１１の傾斜したスライド下面１５に合致させたとき、前記底面と前記上内金型１１の前記段差部形成パンチ押え面１３及び押え上面１４−１，１４−２とが平行になるように傾斜したスライド上面１６を有している。
本発明の角管の段差部形成用金型は、上記のような上内金型１１と下内金型１２とで構成された内金型１０と、図４では示されていない、内金型の段差部形成パンチ押え面１３上に配設される段差部形成パンチを備えている。
なお、図４中、１９は後記で説明する蛇腹状つば部形成用切り欠き部である。

ここで、傾斜されたスライド下面１５及びスライド上面１６を用いて、上内金型１１と下内金型１２のスライド形態の一例について説明する。
図５に示すように、上内金型１１の略中央に、断面Ｕ字形のガイド溝が長手方向に穿設されており、そのガイド溝にガイド棒１７が内挿されている。このガイド棒１７は、その先端が、ガイド溝の後端で、上下方向に移動可能にピン止めされている。
一方、下内金型１２の略中央に、前記ガイド棒の径よりも僅かに大きい内径の断面円形のガイド孔が長手方向に貫通されている。そして、先端が上内金型１１の内部で長手方向に移動できないように位置決めされたガイド棒１７が、上内金型１１のスライド下面１５と前記下内金型１２のスライド上面１６とが接するように、下内金型１２のガイド孔を挿通している。なお、１８は下内金型１２の出し入れを行い易くするための補助棒である。
図５の（ａ）は、下内金型１２を上内金型１１に対して離した位置関係を示しており、図５の（ｂ）は、下内金型１２を上内金型１１に対して最も近づけた位置関係を示している。

上記実施の態様では、上内金型１１のスライド下面１５は、前端押え上面１４−１側端面の方が後端押え上面１４−２側端面よりも低くなるように傾斜しているが、逆に、前端押え上面１４−１側端面の方が後端押え上面１４−２側端面よりも高くなるように傾斜していても良い。
この場合、下内金型１２のスライド上面１６の傾斜の向きも逆になる。また、後記の角管の段差部形成加工の態様において、上内金型１１を所定位置にセットした後、下内金型１２を押し込むのではなく、角管の内部から管端に引き戻す形態となる。

次に、上記のような金型を用いて角管の所要箇所に平坦な段差部を形成する方法について図６に基づいて説明する。
被加工角管Ｍの管内に、内金型１０を挿入する（図６の（ａ））。この際、図５の（ａ）に示すように、下内金型１２を上内金型１１に対して離した位置関係のままで管内の段差部形成部位に挿入する。上内金型１１の前端押え上面１４−１側端面の高さを被加工角管の内側高さよりも低くしておくことにより、容易に角管内に挿入できる。

次に、上内金型１１の角管内挿入位置を固定し、下内金型１２のみを角管の内方に押し込む。この際、ガイド棒１７は、角管の長手方向に対しては固定されているので、このガイド棒１７に沿わせるように下内金型１２を押し込むだけでよい。下内金型１２の押し込みによって、上内金型１１は上方に移動される。
上内金型１１の押え上面１４が被加工角管Ｍの内側上壁に当接するまで下内金型１２が押し込まれる（図６の（ｂ））。

上内金型１１の押え上面１４−１、１４‐２を被加工角管Ｍの内側上壁に当接させた状態で、段差部形成パンチ２０を被加工角管の上方から管体の上面に押し当てる。被加工角管Ｍの内側上壁が上内金型１１の段差部形成パンチ押え面１３に押し付けられまで、段差部形成パンチ２０を被加工角管に押し当てて角管に段差部を形成する（図６の（ｃ））。被加工角管Ｍの上面が上内金型１１の段差部形成パンチ押え面１３の形状に沿って変形されるとき、被加工角管Ｍの管内壁は上内金型１１及び下内金型１２で拘束されているため、管側壁の上部部分のみが内方向に蛇腹状に折り込まれるような変形を伴う。

角管の所要箇所に段差部を形成した後、段差部形成パンチ２０の押圧を解除する。その後、下内金型１２のみを管から引き出すようにスライドさせて、上内金型１１を下方に移動させる。
上内金型１１の前端押え上面１４−１側端面の高さを被加工角管の形成段差部の内側高さよりも低くしておくことにより（図６の（ｄ））、角管内から、内金型１０を容易に抜き出すことができる。この抜き出し工程を経て、角管の段差部形成加工が終了する。

本発明方法では、被加工角管Ｍの上壁が上内金型１１に設けた段差部形成パンチ押え面１３及び押え上面１４−１，１４−２により規制されるため、斜面の段差部上面との境界部及び中央側上面との境界部の変形が抑制され、形状精度に優れた角管の段差部形成加工が行える。
ところで、意匠面からみると、斜面の段差部上面との境界部及び中央側上面との境界部のＲ部は小さなコーナーＲであることが好ましいが、コーナーＲが小さいとひずみがＲ部に集中し、材料の伸び限界を超えてしまい割れが発生する。製品の意匠性が劣るが、Ｒ部のひずみを分散するために上内金型の特に押え押え上面１４−１，１４−２の段差部形成パンチ押え面１３側コーナーＲをできるだけ大きくすることが望ましい。コーナーＲの設定には、材料の許容最小曲げ半径以上の値を取ることが望ましい。

成形精度をさらに高めるためには、被加工角管の段差部形成部位を、被加工角管の幅と等しい溝幅を有する外金型に収容した後に角管の段差部形成加工を行うことが好ましい。
被加工角管が加工変形されるとき、外方向への移動も規制されるため、外方向への張り出しがなく、形状結果として成形精度がさらに向上する。
角管の段差部形成加工を円滑に行わせるために、予め、被加工角管の段差部形成部位上側部に蛇腹部成形用予備加工を施してもよい。蛇腹部成形用予備加工としては、被加工角管の段差部形成部位上側部に長尺のエッジを押し当てることが好ましい。
また、上内金型１１として、段差部形成パンチ押え面１３と側面の交差部に、蛇腹状つば部収容用切り欠き部１９（図４参照）が設けられているものを用いると、蛇腹状つば部が容易に形成され、その結果として、形状精度に優れた角管の段差部形成加工が行える。

管端部に段差部が形成された角管の構造を概略的に説明する図 所要箇所に段差部が形成された角管の構造を概略的に説明する図 所要箇所に段差部が形成された角管の組合せ構造を概略的に説明する図 本発明段差部形成加工に用いる内金型の形状を説明する図 本発明段差部形成加工に用いる内金型の使用形態を説明する図 本発明段差部形成方法の加工手順を説明する断面図

符号の説明

１：根太 ２：段差部 ３：蛇腹状つば部 ４：傾斜部
１０：内金型 １１：上内金型 １２：下内金型 １３：段差部形成パンチ押え面
１４−１，１４−２：押え上面 １５：スライド下面 １６：スライド上面
１７：ガイド棒 １８：補助棒 １９：蛇腹状つば部形成用切り欠き部
２０：段差部形成パンチ

Claims (6)

1. 上部に平坦な段差部形成パンチ押え面と当該段差部形成パンチ押え面と平行かつ当該押え面よりも高い押え上面を前記段差部形成パンチ押え面の前端及び後端に同じ高さで有するとともに、側部に被加工角管の内側幅に等しい間隔の平行な側壁面と、下部に前記前端押え上面側端面と後端押え上面側端面との間で傾斜したスライド下面を有し、かつ前記段差部形成パンチ押え面と側面の交差部に、蛇腹状つば部収容用切り欠き部が設けられている上内金型と、下部に前記上内金型の段差部形成パンチ押え面と平行な底面と、側部に被加工角管の内側幅に等しい間隔の平行な側壁面を有し、かつ上部に前記上内金型の傾斜したスライド下面に合致させたとき、前記底面と前記上内金型の前記平坦な段差部形成パンチ押え面及び押え上面とが平行になるように傾斜したスライド上面を有する下内金型から構成されている内金型を、下内金型のスライド上面と上内金型のスライド下面との間で相対的にスライドさせ、上内金型の押え上面と下内金型の底面の間隔を、被加工角管の内側高さよりも小さくした状態で当該被加工角管の段差部形成部位に挿入した後、下内金型のスライド上面を上内金型のスライド下面に沿ってスライドさせて上内金型の押え上面を被加工角管の内側上壁に押し当てた状態で、被加工角管の被加工部内側上壁が上内金型の平坦な段差部形成パンチ押え面に押し付けられるように、加工部が平坦な段差部形成パンチを被加工角管の段差部形成部位に押し当てて段差部を形成し、その後に、段差部形成パンチの押圧を解除し、前記下内金型のスライド上面を上内金型のスライド下面に沿ってスライドさせて上内金型の押え上面と下内金型の底面の間隔を、形成された段差部の内側高さよりも小さくした状態で内金型全体を角管から取り出すことを特徴とする角管の段差部形成方法。
2. 被加工角管の段差部形成部位を外金型に収容した後に段差部形成を行う請求項１に記載の角管の段差部形成方法。
3. 予め、被加工角管の段差部形成部位側面上部に蛇腹部成形用予備加工を施す請求項１又は２に記載の角管の段差部形成方法。
4. 被加工角管の段差部形成部位側面上部に長尺のエッジを押し当てる請求項３に記載の角管の段差部形成方法。
5. 上部に平坦な段差部形成パンチ押え面と当該段差部形成パンチ押え面と平行かつ当該押え面よりも高い押え上面を前記段差部形成パンチ押え面の前端及び後端に同じ高さで有するとともに、側部に被加工角管の内側幅に等しい間隔の平行な側壁面と、下部に前記前端押え上面側端面と後端押え上面側端面との間で傾斜したスライド下面を有し、かつ前記平坦な段差部形成パンチ押え面と側面の交差部に、蛇腹状つば部収容用切り欠き部が設けられている上内金型と、下部に前記上内金型の段差部形成パンチ押え面と平行な底面と、側部に被加工角管の内側幅に等しい間隔の平行な側壁面を有し、かつ上部に前記上内金型の傾斜したスライド下面に合致させたとき、前記底面と前記上内金型の前記平坦な段差部形成パンチ押え面及び押え上面とが平行になるように傾斜したスライド上面を有する下内金型から構成された内金型、及び当該内金型の平坦な段差部形成パンチ押え面上に配設される加工部が平坦な段差部形成パンチを備えていることを特徴とする角管の段差部形成用金型。
6. さらに、被加工角管の段差部形成部位を収容できる大きさの溝部を有し、上面と前面及び後面が開放された外金型を備えている請求項５に記載の角管の段差部形成用金型。

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