JPH059815U - コラム端面の開先加工機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】角形鋼管コラム端面に開先加工を施すに当た
り、成形された開先部のルートフェースを、どの個所で
も一定長に形成するようにした開先加工機を提供し、も
って、柱はり仕口材の組立自動化工程にルートを拓く。 【構成】横方向および縦方向送り台を設置すると共に、
その一方の送り台には、角形鋼管をサイコロ状に切断し
た部材の中心軸を、Ｚ軸方向に、かつ、端面各辺をＸ、
Ｙ軸方向に並行するよう配置して固着すると共に、他方
の送り台に設けた割出し円板上には、その半径方向およ
びＺ軸方向に変位可能な工具台を設置し、同台上の一端
にＺ軸方向軸により軸支された案内ロール、および前記
案内ロールに対向し、同軸に並行に、かつ、これと並行
移動可能に設けた動力駆動機構付き開先カッタを設置し
て、案内ロールに対し、コラム周壁を挾んで、接・離調
節できるように設けたことを特徴とするコラム端面の開
先加工機。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、鋼管、特に角形鋼管等のコラムの端面開先加工機に関する。

【０００２】

【従来の技術】

柱はり仕口部には各部材の軸力・曲げモーメント・剪断応力が集中し、その狭 い部分で釣合を保つことになるため、同部は充分な耐力と剛性とを持つように設 計されている。柱はり仕口部は、接合方法からみて、ボルト・高力ボルトなどを 用いたファスナー接合と溶接接合とに大別されるが、鋼管コラムを用いる構造で は部材断面が閉鎖形でファスナー接合を施すことが容易でないため、一般に溶接 接合方法が採用されている。

【０００３】 その際、上述作用応力に対し構造物の剛性が低下することのないよう、また、 安全性を確保するため、一般に、次のような対策が講じられている。 （ａ）コラムの、はりフランジ接合位置にダイヤフラム（スプリットダイヤフラ ム、内ダイヤフラムまたは通しダイヤフラム）を設ける。 （ｂ）はりフランジ位置に対応するコラムの外周に、スチフナーリング（外ダイ ヤフラム）を設ける。 （ｃ）はりフランジ接合部付近のコラム板厚を大きくする。 （ｄ）コラムの内部に、コンクリートを充填する。 通常は、上記（ａ）および（ｂ）の方法が多く用いられ、それらの諸条件に適 合するものとして、工場溶接したブラケット型の柱はり仕口材が施工性・信頼性 の点で評価され、従来から広く採用されている。

【０００４】 ところで、上記柱はり仕口部のうち、はり貫通タイプ・通しダイヤフラム構造 の仕口を成形するために、従来、コラム１を長手軸方向に短く、かつ、軸直角に 切断してサイコロ状（以下、サイコロ状コラム、サイコロ状部材という）にした ものの、それぞれの開口端面に開先を施した後、その内壁面側に、すべて裏当て 金を隙間なく仮付け溶接すると共に、その裏当て金端面にダイヤフラムを載せ、 コラム端面部に適切な長さのルート間隔をとり、コラムの開先加工部とダイヤフ ラム面との間を本溶接することによって、柱はり仕口材の組立・加工を行ってい た。 上述、従来の通しダイヤフラム仕口材の組立・加工のうちで、コラム端面とダ イヤフラムとの間の本溶接については近来、溶接ロボット技術が格別に進歩した ことに起因して、工場内加工では、略、自動化が可能となり、製品の品質を均一 化し、精度を高め、かつ、加工能率を向上させることができるようになった。

【０００５】 しかしながら、本溶接の準備作業であるサイコロ状コラム端面に裏当て金を施 す工程については、一概に自動化することができない面がある。 すなわち、角形鋼管コラムの寸法規格の許容公差が甘いために、同一形状に成 形した裏当て金では、そのままでコラム端内周面に適合させることができず、こ のため、ハンマーとか万力を使用し人手によって裏当て金をコラム端内周面にな じませなければ、裏当て金とコラム内周壁との間に隙間が生じて、当該個所の溶 接継手の品質に悪影響を与えるおそれがある。

【０００６】 これに伴なって、 （１）裏当て金を、サイコロ状コラム端面から５mm〜10mm突出させてコラム周壁 に仮付け溶接する際、人手によるときには裏当て金の端縁が正確には同一平面上 に位置せず、そのため、ダイヤフラム面との間に隙間ができる。 もしくは、前記端縁を含む平面がコラム軸に直角でないため、ダイヤフラムと の間で直角が出し難く、そのため精度の良い柱はり仕口材ができない。 （２）本溶接のポケット部が広いために溶接資材を多量に消費するほか溶接金属 の熱容量が大きくなり、その分だけ溶接による局部歪も自ずと大きくなるおそれ がある。 （３）溶接継手成形後に、裏当て金とサイコロ状コラム内壁面との間の隙間が、 前記継手に対してクラック状を呈し、溶接継手の強度に悪影響を与える。 （４）さらに、溶接加工のような劣悪な作業環境・条件の許では、建設業界にお ける需要を満たすだけの作業員の確保が、今後、次第に困難になるという予想も なされているし、現に作業員の集まりが悪い。 等々の問題点を、抱えている。

【０００７】 そこで、最近、この種部材の成形工法における裏当て金の仮付け溶接に換えて 、レーザビーム溶接工法が提案されている。 レーザ加工機を利用した上述柱はり仕口材のサイコロ状コラム端面とダイヤフ ラムとの仮付け溶接工法では、開先加工をしたサイコロ開口端縁をダイヤフラム に対し位置を規制したまま圧着して、両者の突合わせ接触個所に直接レーザビー ムを照射し、コラム内周面に裏波が生じる程度に当該部分を接合溶接して、この レーザビーム照射個所をサイコロ端面とダイヤフラムとの前記突合わせ接触部に 沿って誘導することにより、サイコロ部材端面とダイヤフラムとの全面的接合溶 接が終了する。そして、両者間の当該個所の本溶接は、本出願当時に実用化され ている公知の溶接ロボットに掛けることによって完成する。 前記したような接合溶接加工は、自動化するのに困難性が少ない上に、同工法 に基づいて、組み上った柱はり仕口材の品質は均一であって、かつ、高精度のも のが得られるという利点がある。

【０００８】 ところで、レーザ加工機による前記接合溶接を、サイコロ部材内面側に、連続 して裏波が生じる程度に良好に行うには、開先加工をしたサイコロ部材端面にお けるレーザビーム照射面付近の板厚精度が相当に厳しく要求される。 すなわち、レーザビーム照射量に対し被加工材の板厚が厚きに過ぎれば良好な 接合溶接継手が得られず、また、板厚が薄過ぎれば当該個所の溶融・切断加工が 行われる。 たとえば、溶接スピードが特定の、定格出力４ＫＷシングルモードのレーザビ ームの場合に、上記条件に適合する接合溶接継手が得られるサイコロ部材端面開 先部のルートフェース寸法は、２．０mm〜２．５mmの範囲が限度である。

【０００９】 一方、角形鋼管を形成する厚肉鋼板は、一般に熱間圧延加工により成形された ものが使用され、この種の鋼板の、長手軸方向に直交する断面における板厚は、 中央が厚く、側縁に偏るにしたがって薄く成形されているのが普通である。 したがって、その種鋼板を折曲げて形成したワンシーム角形鋼管周面鋼板の板 厚は、溶接ラインが存在する辺が一番薄く、その対面が比較的厚い。 また、ワンシーム角形鋼管は、その隅角部の鋼板素材を、それぞれ90°折曲げ 加工により成形しているから、当該部分の板厚が他の個所よりも、より厚肉にな っているのが一般である。 角形鋼管断面の板厚は、それぞれ上述したとおりであるから、当該鋼管コラム 端面に、その外側壁から一定深さの開先を施したのでは（一般に、そのような開 先加工が行なわれている）、端面先端部のルートフェースの厚さが一定にならな いことは、明らかである。 上述の理由により、あらかじめ端縁に開先を施した鋼板を四個所折曲げ、サイ コロ状コラムを形成した場合にも、同様な問題点の発生を免れ難い。 そして、このルートフェース寸法が、略一定に形成できないときには、さきに 述べたとおり当該個所について、一様で、かつ良好なレーザビーム接合溶接継手 が得られないことになる。

【００１０】

【考案が解決しようとする課題】

そこで、本考案は、熱間圧延工法によって成形されたような厚肉鋼板を折曲げ 形成したワンシーム角形鋼管コラムの開先加工端面とダイヤフラムとの突合わせ 溶接個所に、常に良好なレーザビーム接合溶接を可能にするコラム端面の開先加 工機を提供し、以て、 （１）柱はり仕口材組立の全自動化を推進し、 （２）高精度、高品質で、均一な柱はり仕口材の能率的組立て作業を目的とし、 （３）この種溶接加工から人手を節減する、 ことを目的とするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】

本考案は、上記目的を達成するため、以下に述べるとおりの各構成要件を具備 している。 （イ）直線方向に往復駆動される横送り台上に設けた垂直軸を中心にして回動可 能に軸支された割出し円板、 （ロ）前記円板上で、同円板の直径方向および前記垂直軸方向に、それぞれ滑動 可能に支承された工具台で、前記工具台における割出し円板回転中心側には、コ ラム端内壁面に沿って案内されるローラを軸支する一方、同案内ローラ面に対向 し、かつ、コラム周壁を挾んで、前記ローラ面に対して接離調整可能に装備した 動力駆動装置付開先カッタ、 （ハ）横送り台とは別個に、前記横送り方向に対し直交して、直線方向に往復駆 動される縦送りの、コラム端面取付け爪を設けた縦送り台、 （ニ）前記コラム端面取付け爪は、コラム端面における周面各辺を、それぞれ前 記横送り、ならびに縦送り軸に並行するよう、かつ、コラム断面隅角部Ｒの中心 点の一つを前記横・縦送り座標軸上で、前記割出し円板の回転中心と一致するよ う、縦送り台上にコラムを固定可能に設けたこと、 を特徴とするコラム端面の開先加工機。

【００１２】

【作用】

（１）サイコロ状コラムの両開口端の一方を縦送り台上に載せて、取付け爪を用 い、前記サイコロ状部材を台上に固定する場合、サイコロ状コラムを構成する周 面各辺平面が縦・横送り軸方向に並行し、かつ、コラム断面の各隅角部の一つの Ｒの中心点と、割出し円板の回転軸中心とが、横送り軸座標上で一致するよう取 付け爪を調整・締付ける。 （２）次に、割出し円板を回転させ、工具台の前記円板上での滑動方向が対応す るコラムの辺に直角になるよう調節し、工具台を回転軸方向にスライドさせた後 、その先端側案内ローラが前記コラム端内壁面に当接するよう、工具台上の支持 台を垂直軸方向に対し平行に滑動させ、前記案内ローラをコラム内壁側に送って 前記面に当接させた後、開先カッタを駆動しながら、コラム周面鋼板を挾んで案 内ローラ側に送りを掛け、コラム開口端鋼板をカットして、当該端面に開先加工 を行なう。 開先カッタの前進・切削工合によって、鋼板開口端の開先形状のルートフェー ス寸法を所要長、ここでは２．０mmないし２．５mmに設定する。 （３）開先形状は、総形カッタの切込み量によってルートフェースの長さの変化 が比較的に少ないＪ型開先が加工上有利である。 案内ローラおよび開先カッタの相互位置を、その状態のまま固定し、かつ、工 具台の割出し円板上での滑動動作を自由にする。

【００１３】 （４）そこで、工具台の滑動方向に対し直交する軸方向に横送り台を送ることに より、案内ローラを介して工具台がコラム開口端内壁面に案内され、同開口縁を 形成する鋼管周壁の第１の一辺に対して、当該鋼板の板厚の如何にかかわらず、 また辺を構成する鋼板の平面度に無関係にルートフェース寸法２．０mm〜２．５ mmを確保した開先を形成することができる。 （５）かくして、開先カッタの回転軸の横送り方向位置が、縦送り軸座標上で被 加工コラム開口縁を形成する鋼管隅角部のＲ開始点ないし隅角部Ｒの中心点まで 送られたときに、その送りを停止させ、この位置で前述割出し円板を徐々に90° 回転し開先カッタをコラム端面の隅角部Ｒの外形に沿わせて切削・揺動させる。 その際も、コラム端面隅角部Ｒの内壁に沿って案内ローラが移動し、工具台の 位置をガイドするから、当該個所のコラム端面の開先形状は、第１の辺における それと同様である。

【００１４】 つまり、コラムの隅角部付近は鋼板素材を冷間加工によって90°折曲げているた めに、成形後の鋼板肉厚が一般に増加しているから、その外周壁を案内にして一 定の開先をとれば、どうしてもルートフェースの長さが大きくなってしまう。 この考案加工機の場合は、コラム内周壁（面）を案内にして開先を施すようにし ている（したがって、案内ローラの半径よりもコラム端面隅角部Ｒの長さは大で ある）から、案内ローラと開先カッタとの相互位置を、あらかじめ確定しておけ ば、鋼板素材の厚さが変動しているときにも、また、コラム端面隅角部Ｒが正し く円弧に載っていないときにも、常に一定のルートフェース寸法を備えた開先を コラム端面に形成することができる。

【００１５】 （６）割出し円板を完全に90°回転させ、開先カッタがコラム端面を構成する第 ２の辺に載った後、サイコロ状コラムを固定した縦送り台を、縦送り方向に送り 出し、相対関係においてコラム端面の第２の辺に沿って開先カッタを切削・移動 させる。 勿論、この際も案内ローラは、コラム端面内壁側に接触・案内され、これによ って工具台、すなわち、コラム鋼板に対する開先カッタの位置を誘導する。 （７）上記の縦送り動作は、開先カッタの回転軸の縦送り方向位置が、横座標上 で被加工コラム開口縁を構成する鋼管隅角部Ｒの開始点ないし隅角部Ｒの中心点 位置まで送られたときに停止させ、その停止位置において割出し円板を、さらに 90°徐々に回転・割出しして、開先カッタを隅角部Ｒの外形に沿わせ、揺動・切 削させること、および、その作用、効果は前述説明のとおりである。 かくして、前記開先カッタは、コラム端面を形成する第３の辺の上に載る。 （８）割出し円板の位相を、そのまま固定し、次に横送り台を旧位置、すなわち 復動方向に横送りすることによって、開先カッタをコラム端面を形成する第３辺 に沿って切削・移動し、当該部分に所望の開先加工を行う。

【００１６】 （９）以下、上記（２）ないし（４）記載の説明と略、同様な工程に基づいて進 行し、サイコロ状コラム開口端に連続した所望の開先を形成することができる。 （１０）かくして、サイコロ状コラム開口端縁の一方側に開先を形成した後、前 記サイコロ状コラムを取付け爪から外して反転し、開先が施された側のコラム開 口端を横送り台面上に載せて、再び上記（１）説明の工程から操作することによ り、コラムの両開口端縁に、所望の開先を形成することができる。

【００１７】

【実施例】

以下に、図面を用いて本考案加工機の一実施例について説明するが、本実施例 を構成する各部材の構造・仕様は、本考案出願当時の業界内における技術水準の 範囲内において各種の選択が可能であるから、格別の理由を開示しない限り、本 実施例を形成する各部材の具体的構造のみに基づいて、本考案の要旨を限定して 解釈することは許さるべきでない。 なお、以下に説明の加工機の構造中、横・縦軸は相対的なものであるから、こ れを、縦・横軸と読み換えても、構成、効果において同等である。

【００１８】 図１は、本考案加工機の一実施例を、一部を仮想線で示した要部平面図、図２ は、図１におけるII−II線に沿う側断面を示すものであって、 図中、１は、角形鋼管を、その長手軸方向に短かく、かつ直角に切断して形成 したサイコロ状コラムで、その両開口端を図で上、下方向に配置したもの、 ２は、Ｘ軸方向に往復駆動可能に支承された横送り台で、同台２には、横送り ネジ３を螺合するナット４を備えた突起部を設けてあり、前記送りネジ３の回転 方向を選択することにより、横送り台２は、Ｘ軸方向案内面に沿って往復滑動す ることができる。 本実施例では、横送りネジ３を回転駆動させることによって横送り台２を往復 動させているが、同手段は、公知の複動式油圧作動機構により置換し得ることは 明らかである。

【００１９】 ５は、横送り台２上において、その滑動平面に対し垂直（Ｚ軸）方向に設けら れた中心軸で、同軸５には、この軸を中心にして回動する割出し円板６が嵌着さ れており、前記割出し円板６には、その外周に平歯車またはウォーム歯車を形成 し、同齒車に噛合う、横送り台２に設置した動力装置からの出力歯車により間欠 的に90°宛、割出し回転させることができる。 ８は、前記割出し円板６上にあって、中心軸５に対し半径方向に設けた滑動溝 で、前記溝８には、工具台９の基部が滑動可能なように嵌合している。 工具台９には、図２に示すように割出し円板面に対しＺ軸方向に変位可能に設 けられた支持台が保持され、同台は、その位置を微調整することができる。

【００２０】 前記支持台の割出し円板回転軸５側には、前記回転軸に平行に取付けられた支 軸10に軸支される案内ローラ11を取付け、これに対向して前記回転軸５から離れ た側に、前記支軸10に平行して設けた駆動軸12に開先カッタ13を固着すると共に 、前記開先カッタの駆動手段14を含むカッタヘッドを、前記案内ローラ11に対し て接離可能に設置する。 案内ローラ11は、工具鋼を使用して焼入れ・焼戻し加工を施しておく。 開先カッタ13の刃形は、総形であって、好ましくはＪ開先を形成する刃形を採 用しているが、これはレ形開先でも、その他の形式の開先でも選択できることは 、いうまでもない。

【００２１】 図１において、15は、Ｙ軸方向に往復駆動可能なように支承された縦送り台で 、前記台15には、Ｙ軸方向の縦送りネジ16を螺合するナット17を備えた突起部が 設けてある。 縦送り台15の往復動機構については、さきに述べた横送り台２の場合と同様で よい。 18は、縦送り台15上に削設した案内溝で、前記溝18は、台面で十字に交叉する よう配置されている。 19は、前記案内溝18の、それぞれに一つ宛、滑動・固着可能なように嵌着した 取付け爪で、その各爪の対向面は、それぞれコラム隅角部Ｒの半径よりも、やや 大きな半径を持った円筒面（その表面には母線方向に平行な凹凸条が施されてい る）に成形され、これらの取付け爪19によって、縦送り台15上に載置したサイコ ロ部材１の各隅角部を押圧して、同サイコロ部材を縦送り台15上に固定するが、 その際には、できるだけコラムを構成する各周辺が含まれる平面が、それぞれＸ 軸、Ｙ軸方向に並行するよう取付けることを要する。

【００２２】 その後、縦送り台15を、その縦送り機構によって移動させて、前記台15に固定 したコラム部材１の断面のうちの一つの隅角部Ｒの仮想中心点と、前述割出し円 板６の回転軸５の軸心とを、Ｘ、Ｙ座標軸上で一致させる。 上述したとおり構成された開先加工機による、コラム端面の開先加工工程につ いては、さきに述べた

【作用】の項に記載したとおりであるから、説明を省略す る。

【００２３】 なお、本実施例加工機に掛けて開先を形成するサイコロ部材には、あらかじめ 、その開口端縁にフライスまたはシェーパなどにより粗成形の開先を施しておけ ば、本加工機により端縁を切削する加工量が少なくなるだけ、本件加工操作を能 率的に行うことができる。 また、横送り台２、縦送り台15の往復駆動の限界検知には、それぞれＸ，Ｙ軸 上で取付け座標位置が調節できる、たとえばリミットスイッチを検知手段として 用いることができる。また、その出力は、その後の割出し円板を間欠駆動させる シーケンス制御の信号としても利用可能である。 開先カッタ13は、加工の始めから終了まで連続駆動であって良い。

【００２４】 本実施例加工機によれば、縦送り台15上に固定されたサイコロ状部材１の取付 け位置が若干ずれていようが、もしくはサイコロ状部材１の断面の不整形、ない しサイコロ状部材断面における各隅角部のＲが正しく円弧上に載っていない場合 にも、案内ローラ11がサイコロ状部材開口端内壁を案内にして開先カッタを誘導 するようにしてあるため、それによって形成される開先形状のルートフェース寸 法が安定して、一定もしくは殆んど一定になり、素材鋼板の厚さ、形状の如何に かかわらず、その範囲を２．０mm〜２．５mm内に納めることができる。

【００２５】

【考案の効果】

以上のとおりであるから、本考案加工機によれば、熱間圧延によって形成され た厚肉鋼板を折曲げ成形したワンシーム角形鋼管をコラムとした場合に、被加工 材の形状如何にかかわらず、その端面を開先加工して、ルートフェースの長さを 正確に一定に保つような開先形状を成形することができる。 このため、サイコロ状部材とダイヤフラムとを接合溶接することにより、柱は り仕口材を形成する際、両者間部材の突合わせ本溶接の前工程としての接合溶接 を、工数、人手が多く必要な裏当て金仮付け溶接工程なしで、直接、レーザビー ム溶接工法を利用することによって良好な接合溶接ができるものとなる。 これにより、柱はり仕口材成形に当り、従来、手作業によって裏当て金を丁寧 に成形してサイコロ状部材開口端に仮付け溶接をするといった準備工程を省略す ることができないこと等の理由で、自動成形工法の適用が困難であった障害を解 消することができ、柱はり仕口部材の全工程にわたって、その製造手段を自動化 、かつ、能率化することを可能にする。

【００２６】 また、サイコロ状部材とダイヤフラムとの間の溶接継手の品質の良否を左右す るおそれがある裏当て金の仮付け溶接工程を排除することができるので、その成 形に要する作業人員、時間、工数を節減できる上に、当該部分に形成される本溶 接継手の品質を均一で、かつ、優良なものとする。 本溶接の溶接ポケットが比較的に狭く、そのため溶接資材・時間を節減でき、 それに応じ被加工材の熱応力歪も少なくなる。 さらに、柱はり仕口材の寸法・精度を、機械加工に準じて正確なものとするこ とができる。 等々、従来公知の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】一部を仮想線で示す要部平面図

【図２】図１におけるII−II線に沿う側断面図

【符号の説明】

１ サイコロ状コラム ２ 横送り台 ３ 横送りネジ ５ 中心軸 ６ 割出し円板 ９ 工具台 11 案内ローラ 13 開先カッタ 15 縦送り台 16 縦送りネジ 19 取付け爪

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【手続補正書】

【提出日】平成４年７月２３日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】考案の名称

【補正方法】変更

【補正内容】

【考案の名称】 コラム端面の開先加工機

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 【請求項１】 （イ）直線方向に往復駆動される横送り
   台上に設けた垂直軸を中心にして回動可能に軸支された
   割出し円板、 （ロ）前記円板上で、同円板の直径方向および前記垂直
   軸方向に、それぞれ滑動可能に支承された工具台で、前
   記工具台における割出し円板回転中心側には、コラム端
   内壁面に沿って案内されるローラを軸支する一方、同案
   内ローラ面に対向し、かつ、コラム周壁を挾んで、前記
   ローラ面に対して接離調整可能に装備した動力駆動装置
   付開先カッタ、 （ハ）横送り台とは別個に、前記横送り方向に対し直交
   して、直線方向に往復駆動される縦送りの、コラム端面
   取付け爪を設けた縦送り台、 （ニ）前記コラム端面取付け爪は、コラム端面における
   周面各辺を、それぞれ前記横送り、ならびに縦送り軸に
   並行するよう、かつ、コラム断面隅角部Ｒの中心点の一
   つを前記横・縦送り座標軸上で、前記割出し円板の回転
   中心と一致するよう、縦送り台上にコラムを固定可能に
   設けたこと、 を特徴とするコラム端面の開先加工機。