JPH04251669A - 柱はり仕口材成形工法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鉄骨構造物の建築に使
用する、はり貫通タイプ・通しダイヤフラム型式の柱は
り仕口材の成形工法に関する。

【０００２】

【従来の技術】工場溶接のブラケット型で、はり貫通タ
イプ・通しダイヤフラムより成る柱はり仕口材の成形工
法は従来、図５に示すように角形鋼管を長手軸方向に短
く、かつ、直角に切断してサイコロ状部材１（以下、サ
イコロ状コラムまたはサイコロともいう）を形成し、そ
の両開口端縁２にレ型またはＪ型の開先３を施した後、
当該開口縁２に沿って、その内側に裏当て金４を仮付け
溶接７して、ここに蓋を施すようにダイヤフラム５を押
付け、両者の間に形成される溶接ポケット６に、それぞ
れ突合わせ溶接して、継手を形成し組立てている。そし
て、上述サイコロ状コラム１とダイヤフラム５との間の
本溶接については、最近、溶接ロボットの性能が著しく
向上し、略、自動溶接によって良好な溶接継手を形成す
ることができるようになっている。

【０００３】上述、柱はり仕口材の自動溶接組立装置の
一例を図７および図８に示す。図７中、台座上に設けた
一対の支持柱９，１０に軸受けされた左、右の支軸１２
，１３により口字形角状枠体１１が回動自在に支承され
ている。 枠体１１には、その下側内側面にベアリング台１４を介
して、被加工材（柱はり仕口材）の回転支持台１５が設
けてあり、前記回転支持台１５は、その外周に設けた歯
車１６を介して、枠体１１に固定された歯車１７付きモ
ータ１９により駆動・制御されるよう構成されている。 また、前述回転支持台１５上には、柱はり仕口材を形成
するダイヤフラム５、両端開口縁に開先加工を施したサ
イコロ状コラム１、ダイヤフラム５の順に積み重ね、上
側より、回転台２０、ベアリング台２１を介して枠体１
１上側に設けた押付けシリンダ２２付き押圧装置２３に
より、柱はり仕口材を構成したダイヤフラム５、コラム
１、ダイヤフラム５を直列に、かつ一体的に押圧して、
これを枠体１１内に固定する。その際、押付けシリンダ
２２の柱はり仕口材に対する押圧力は、柱はり仕口材の
溶接加工時、部材の熱膨張に基づいて生じる変形を吸収
できる程度に柔軟であることを要するから、たとえば前
記シリンダを駆動する高圧流体回路中に、アキュムレー
タなどを設置しておく。

【０００４】柱はり仕口材を固定した状態で、サイコロ
状コラム１の開先加工された開口端面とダイヤフラム５
との間に形成された溶接ポケットの本溶接は、図８に示
すように、前後移動シリンダ２４付きの炭酸ガス溶接装
置またはアーク溶接装置２５の火口の位置制御と前記回
転支持台１５の回転・駆動とを関連・制御させて連続的
に行われ、溶接ポケットに溶融金属を充填する。当該個
所には前述のとおり、あらかじめ裏当て金４が施してあ
るから溶融金属の「溶け落ち」など溶接継手に悪影響を
及ぼすような故障は生じない。溶接装置２５は、望まし
くは被加工材中心軸に対し台座上で対称的位置に設置し
、以て、前記回転支持台１５が１８０°回転するだけで
、柱はり仕口材のサイコロ開口端面とダイヤフラムとの
間の連続的本溶接が終了するように計画されている。な
お、溶接装置２５には、上下動シリンダ付き支持部２６
も付設されていて、前記シリンダ２４、支持部２６を回
転支持台１５の回動に伴なってコンピュータ制御するこ
とにより、溶接装置２５の火口と柱はり仕口材の溶接個
所との距離が常に略、一定を保つように構成されている
。

【０００５】枠体１１は、支軸１３を回転させることに
より上下反転して位置を変えることができるように支承
されているから、たとえば、上述工程によってコラム開
口端の下方端側の溶接加工が完了した後に、枠体１１を
反転させて、他方側の溶接を行うように工程を組む。も
っとも、当該工程は、枠体１１を回動させることなく、
溶接装置２５側を被加工材の溶接個所に見合うよう変位
させて行うことも可能であって、かくして柱はり仕口材
の自動的組立成形が完了する。

【０００６】しかしながら、柱はり仕口材の上記本溶接
のための準備加工であるサイコロ状コラム開口端面に沿
って、それぞれ裏当て金４を仮付け溶接する工程は、現
在でも人手に頼らざるを得ない。その理由は、コラム断
面の寸法規格が一般の機械加工製品にみられるように厳
しいものでなく、殊に素材の板厚の公差、コラム断面の
各隅角部のＲの大きさの差異、各辺の長さの誤差などに
基づいて、サイコロ端面内側の形が、必ずしも常に一定
ではなく、したがって、その内壁面に沿って隙間なく裏
当て金４を仮付け溶接する加工を機械的・自動的に施す
のが困難であることに起因する。すなわち、サイコロ端
内壁面と裏当て金４との間の隙間が図６の矢印に示すよ
うに大きなときは、対応する溶接ポケットを溶融金属で
充填し、そこに溶接継手を形成した場合に、前記隙間が
継手に対する溶接欠陥（たれ、その他）として影響する
おそれがあり、品質の良い溶接継手が得られない。この
ため、従来工法では裏当て金４をサイコロ開口端内壁面
に密着して連続、仮付け溶接するよう、一つ一つ万力と
かハンマーを用いて裏当て金４を対応するサイコロ端内
側面に沿わせて整形する必要上、人手を欠かすことがで
きないものとなっている。

【０００７】前述柱はり仕口材の工場組立て加工につい
ては、当該工程に上述のような製造上のネックが存在す
る。しかも、このサイコロ開口端に対する裏当て金４の
仮付け溶接では、ルート間隔の均一長さを維持すること
が困難で、そのため柱はり仕口材の製品精度を向上させ
ることの妨げともなっている。勿論、現在の技術水準を
　１００％活用することによって、コラム素材の板厚を
一定にすること、コラム断面形を精密に再整形すること
、また、その各隅角部のＲを一定に整形することは、必
ずしも不可能な技術ではないが、それには製品の特性が
要求される設備投資に見合う程度に厳しいものか、生産
規模が当該設備投資にマッチする程度のものか、この付
加的加工に応じて上昇する生産コストが経済的に受入れ
可能な程度のものか、等々の諸問題点がクリャーされね
ばならない。そして現状では、それ以前に試みるべき各
種の工法が提案されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明工法は、従来の
柱はり仕口材の成形溶接工法の予備加工として欠くこと
ができなかったサイコロ開口端縁に対する手作業による
裏当て金の仮付け溶接工程を改善して、上記成形工法か
ら可能な限り人手による作業を排除し、柱はり仕口成形
工法を流れ作業に載せ得るようにし、作業人員を節減す
ると共に、均質で高精度・高品質な柱はり仕口材を得る
ための、能率の良い成形工法を提供することを目的とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明工法は、上記の目
的を達成するため、次に述べるとおりの各構成要件を具
備している。肉厚のダイヤフラム面に、コラム開口断面
内径よりも僅かに大きな外径を備えるよう連続して裏当
て相当材を成形・仮付け溶接すると共に、その自由端外
縁に面取りを施した後、前記仮付け溶接された裏当て相
当材に対応する、あらかじめ開先を施したコラム開口端
面付近を加熱し、その開口端を仮付け溶接された裏当て
相当材外側に嵌着・圧入して、ダイヤフラムとコラム開
口端面との間に適正なルート間隔を形成し、当該個所を
連続して本溶接することより成る柱はり仕口材成形工法
。

【０００１０】

【作用】図１に示すように、はり貫通タイプ・柱はり仕
口材を構成する素材の一つ、肉厚のダイヤフラム５の平
面に対して、帯状厚鋼板を長手方向に対して折曲げ、そ
の外形を、図４に示すとおり平面上で対応するサイコロ
状コラム１断面内径よりも僅かに大径に、かつ継目なし
に形成する。その際、上記裏当て相当材４の断面外周上
縁には、充分な面取り、ないしｒを施して置くことを要
する。

【０００１１】このように、対応するサイコロ端面開口
に相似して、僅かに大きく口字状に成形した裏当て相当
材４の端面を、ダイヤフラム５平面上で所要位置を占め
るよう突合わせ仮付け溶接する（図４参照）。その溶接
位置は、ゲージ・ジグなどを用いて規制することができ
る。裏当て相当材４のダイヤフラム５に対する前述仮付
け溶接は、同材の幅（丈）が狭いために下向き溶接が可
能であるので、比較的に容易に作業することができる。 上記の溶着は、スポットでも、連続溶接であっても良い
。要するに、この場合は本発明工法に必要とされる裏当
て相当材の保形力を満足する程度であれば足りる。

【０００１２】裏当て相当材４のダイヤフラム５平面上
の形状を、サイコロ状コラム断面内径よりも僅かに大径
に、かつ、継目なしに折曲げ成形するため、対応するコ
ラム断面内径を案内にして、あらかじめ帯状厚鋼板の形
状を、特に、その隅角部Ｒ部分に倣って折曲げ整形を行
うことが好ましいが、これは必ずしも正確に相似するこ
とを要しない。ただし、裏当て相当材４の整形外周長の
方がコラム断面内径周よりも僅かに大であることが必要
条件である。かくして、ダイヤフラムに仮付け溶着され
た裏当て相当材４と、これに対応するサイコロ開口端面
とは相互に合印を施して、対の部材であることを表示し
ておくことが望ましい。この種の裏当て相当材４は、必
要に応じ、ダイヤフラム５の両面に設けることができる
（図３参照）。

【０００１３】さて、上述のように構成した裏当て相当
材４を、ダイヤフラム５面に仮付け溶接した後、この裏
当て相当材４に対し、開先加工したサイコロ開口端面付
近を軟化点付近まで局部加熱し、その加熱温度が低下し
ないうちに、この対応する開口部を、裏当て相当材の自
由端に向けて嵌着・押圧し、当該サイコロ状コラム中心
軸がダイヤフラム５面に垂直で、かつ、前記ダイヤフラ
ム面とサイコロ端面との間の距離が適正なルート間隔を
保持するように両者を組付ける。その際、裏当て相当材
の外端周縁に面取り、またはｒを付していることによっ
て、同材の外径よりも僅かに小さい内径を備えたサイコ
ロ状コラム開口端が、裏当て相当材外周面に案内され、
同材に対して円滑に嵌着すると共に、裏当て相当材外形
に倣って変形および伸長してコラム開口端内周面と裏当
て相当材外周面とが密着・嵌合する（図２参照）。勿論
、コラムの各隅角部Ｒも引伸ばされて、仮付け溶接され
ている裏当て相当材の角部Ｒになじみ、両者間の嵌着隙
間は零に近い。

【０００１４】このように位置決めされたサイコロ状コ
ラム１とダイヤフラム５との組立体は、前述、溶接ロボ
ットに掛けて、サイコロ端面とダイヤフラム面との間に
形成された溶接ポケットに対し、たとえば、炭酸ガス溶
接またはイナートガス雰囲気中で行うアーク溶接による
本溶接を施すことにより、ここに連続的な溶接継手を形
成する。当該個所の本溶接については、手動によるガス
溶接等を選択できることは、いうまでもない。かくして
、他の条件さえ調えば、当該個所には均一で品質の良い
溶接継手を形成することができる。上記工程の副次的効
果としては、ダイヤフラム面とサイコロ中心軸との垂直
精度を機械加工的精度で高めることができ、あわせて、
高品質な柱はり仕口部材を工場溶接により、多量生産方
式に載せて組立てることができる。この種の工程は、ま
た、コラム基礎端面に取付けるベースプレートの取付加
工にも適用可能である。さらに、テーパ状のサイコロ本
体をダイヤフラムに組付けた柱はり仕口材、すなわち隣
接するコラム径が異なる場合に用いる継手部材の組立加
工に対しても応用することができる。

【０００１５】本発明工法は、従来の工場溶接による柱
はり仕口材の成形工法においては技術常識化されていた
、サイコロ開口端内側に裏当て金を仮付け溶接する準備
工程に対し、技術的創作を施し、これをダイヤフラム側
に仮付け溶接することによって、裏当て相当材の溶接作
業を容易にし、その工数・人手を節減すると共に、同部
材の外周長をサイコロ開口端内周長よりも僅かに大にす
ること、およびサイコロ開口端付近を軟化点近くまで加
熱した後、これを僅かに大径の裏当て相当材に嵌着・圧
入するようにしたことにより、裏当て相当材の外形の整
形を或る程度ラフにしても、コラム隅角部Ｒの部分を含
めてサイコロ開口端と裏当て相当材との間の隙間を殆ん
ど無くし、良好な溶接継手を形成することができる点に
特徴を有する。

【０００１６】

【実　　施　　例】以下に、本発明工法を、図面を引用
して説明するが、本出願当時の技術レベルの範囲内で有
効な厚鋼板溶接技術の種類・工法は多々知られており、
これを本発明工法中に採用することは技術常識に属する
ので、本発明工法中に利用されている溶接工法を、単に
、他の公知の溶接工法に変換しただけの当該技術は、本
発明工法の技術的範囲から逸脱するものとはいえない。 図１および図３は、本発明工法によって成形されている
、柱はり仕口部材の要部拡大断面図、図４は、その全体
平断面図を示している。

【０００１７】図１において、１は、大径角形鋼管コラ
ムを、その長手軸方向に短かく、かつ前記軸に対し垂直
に切断して形成したサイコロ状部材を、その両開口縁２
に沿ってレ形開先３を施した部材で、柱はり仕口材を構
成する主要部材、４は、サイコロ開口端とダイヤフラム
５面との間を突合わせ本溶接する際の、溶接ポケットの
裏当て相当材として機能する帯鋼材で、従来技術でいう
裏当て金である。前記裏当て相当材４の板厚は、少なく
とも５ｍｍ以上あって、ダイヤフラム５側に、その内側
端部分で仮付け溶接７され、そのダイヤフラム平面上に
おける形は、図４に示すように略、サイコロ開口断面と
同形で、その外周径は、対応するサイコロ開口端内径よ
りも僅かに大きくすることが勘要である。というのは、
再び図１および図３に戻って、ダイヤフラム５に仮付け
溶接された裏当て相当材４は、その外周上端縁部にｒを
設けて、コラム開口端を裏当て相当材４開口端に対して
嵌着し易い形状に成形する必要があるからである。前記
ｒは、したがって、単なる面取りであって良い。ただし
裏当て相当材４外径は、サイコロ開口を嵌着する工程か
らみて、サイコロ開口径よりも僅かに大であること（要
するにサイコロ開口端内周長よりも裏当て相当材の外周
長が僅かに長いこと）および裏当て相当材４開口端外周
部は、上記のｒまたは面取りを含めて、サイコロ端面開
口に嵌入し得る大きさに成形されていることが要求さる
。

【０００１８】当該裏当て相当材４の成形は、好ましく
は、対応するサイコロ状コラム開口端の形状に倣って折
曲げ、整形するが、その隅角部Ｒまでが正確にコラム開
口端内径隅角部Ｒに一致することを要しない。また、裏
当て相当材４の長手方向に対する直角断面は、図１また
は図３に示されるように、その自由端外周縁に丸味ｒま
たは面取りを施し、ここに嵌着されるサイコロ端面開口
が、前記構成によってガイドされ、ダイヤフラム５に仮
付け溶接された裏当て相当材４に所定どおり押圧・嵌合
したときに、サイコロ開口端周長が僅かに伸ばされるよ
うに形成する。そのため、当該裏当て相当材４の前記断
面を、あらかじめ僅かに梯形状に形成しておいて、この
裏当て相当材４をダイヤフラム５に仮付け溶接する際に
、その外側面を自由端に向けてテーパが付くようにして
おくことも技術的選択の一つに数えられる。

【０００１９】この裏当て相当材４の仮付け溶接は、下
向き溶接加工ができ、作業が容易であり、また、そのダ
イヤフラム５面上での溶接位置は、ジグ等を用いて規制
する。サイコロ状コラム１は、その中心軸をダイヤフラ
ム５平面に対して垂直に保持したまま、その開口端を仮
付け溶接された裏当て相当材４に嵌着・押圧し、ルート
間隔が適正長さになるまで圧入する。そのため、サイコ
ロ中心軸とダイヤフラム平面との直角度を確保し易い。 また、このとき、裏当て相当材４の外周をテーパ状に成
形したこと、その上端外縁にｒを付したことによって、
裏当て相当材４に対してサイコロ状コラム開口端を嵌入
する作業を極めて容易にしている。

【０００２０】５は、厚肉鋼板よりなり、平面形は角形
で（図４参照のこと）、その辺はコラム直角断面の外径
よりも、それぞれ３０ｍｍ〜５０ｍｍ程度、大きく成形
されたダイヤフラムで、前記ダイヤフラム５はサイコロ
状コラム開口部に蓋をするような形（図１参照）で前記
コラム軸に直角に組付けられている。上記ダイヤフラム
５の各端面には、はり部材のフランジが突合わせ接続さ
れるように構成する。６は、図中、点線で示される範囲
で本溶接継手が形成される溶接ポケットである。図１お
よび図３に示すよう組付けた状態の柱はり仕口材は、そ
のまま、溶接ポケットに対して人手による溶接または前
述の自動溶接装置に掛けて本溶接継手を形成すること、
さきの

【作用】の項において説明したとおりである。

【０００２１】

【発明の効果】本発明工法は、以上述べたとおりである
から、 （１）従来の柱はり仕口材成形工法において、良好な溶
接継手を得るために裏当て金を手作業により個々のサイ
コロ状コラム断面内径に合わせて仮付け溶接しているの
で、加工時間、工数が多くかかって非能率であったもの
を、裏当て相当材をダイヤフラム側に仮付け溶接するよ
うにしたため、裏当て相当材の組付け溶接が極めて容易
で能率的である。 （２）仮付け溶接された裏当て相当材の外径をサイコロ
状コラム開口断面内径よりも僅かに大きくして、軟化点
付近まで加熱した前記コラム開口端を、ここに嵌着・押
圧しているから、仮りに若干、コラム隅角部Ｒの大きさ
が相互に異なっていても嵌着工程中に一致し、コラム開
口内径と裏当て相当材との間の隙間は零に近くなる。こ
のため、本溶接継手の品質が向上し、かつ均一な継手が
得られる。 （３）ダイヤフラム面に対し、サイコロ状コラム中心軸
を垂直に保持して、裏当て相当材に嵌着するようにすれ
ば、柱はり仕口材の組立精度が向上する。たとえば、機
械加工のコラム端面を、ダイヤフラム面に対して並行に
保って、これを押圧するようにすれば可。 （４）本発明のような工程変更によって柱はり仕口成形
工法を工場溶接の流れ作業に載せることができる。等々
、従来、実施されている柱はり仕口材成形工法には期待
することができない、格別の作用および効果を奏するも
のとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明工法に基づいて成形中の柱はり仕口材の
一実施例の要部拡大図

【図２】第１図中、ＩＩ−ＩＩ線に沿う断面

【図３】本
発明工法の他の実施例の要部拡大図

【図４】柱はり仕口
材の全体平断図

【図５】従来工法による柱はり仕口部材の成形工程要部
拡大断面

【図６】第５図中、ＶＩ−ＶＩ線に沿う断面

【図７】柱
はり仕口部材の自動溶接装置の概略側面図

【図８】同装
置の概略平面図

【符号の説明】

１　　サイコロ状コラム ２　　コラム開口端 ３　　開先加工部 ４　　裏当て相当材（金） ５　　ダイヤフラム ６　　溶接継手 ７　　仮付け溶接部 ８　　テーパ面

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　肉厚のダイヤフラム面に、コラム開口
   断面内径よりも僅かに大きな外径を備えるよう連続して
   裏当て相当材を成形・仮付け溶接すると共に、その自由
   端外縁に面取りを施した後、前記仮付け溶接された裏当
   て相当材に対応する、あらかじめ開先を施したコラム開
   口端付近を加熱し、その開口端を仮付け溶接された裏当
   て相当材外側に嵌着・圧入して、ダイヤフラムとコラム
   開口端面との間に適正なルート間隔を形成し、当該個所
   を連続して本溶接することより成る柱はり仕口材成形工
   法。