JPH09189101A - 溶接施工用金属製屋根材およびその成形方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、隣り合う側板同士を溶接して固着
させる金属製屋根材について、耐ポケットウェーブ性の
良好な屋根材およびその成形方法を提供する。 【解決手段】 予めロール成形機または矯正機のパスラ
インを変更することにより、溶接前の金属製屋根材に下
反りを与える。隣り合う側板を固着させるための溶接お
よびその冷却にともなう熱収縮を相殺するように反りが
与えられているため、溶接後の冷却による溶接部の熱収
縮は、予め付与しておいた反りの変形によって吸収さ
れ、冷却後の屋根材のポケットウェーブの発生を抑制す
ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、矩形状の金属板か
ら底板とその両側に側板を一体に曲げ加工し、長手方向
に延びる溝形状部材とした後、これを被施工体上に並列
に複数個並べて、隣り合う側板を長手方向に溶接するこ
とにより固着させる金属製屋根材およびその成形方法に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】大規模な建築物の屋根には、その軽量化
のために金属製の屋根がしばしば使用される。この金属
屋根の施工は、溝形状に成形された金属製屋根材を、建
築物（被施工体）の屋根部上に屋根材の側板が隣り合う
ように並列に複数個並べて配置し、この屋根材の隣り合
う側板同士を相互に長手方向に接続することにより行わ
れる。特開昭５６−５２２５４号公報には、その接続方
法の一つとして、図７に示すように、金属板を長手方向
に延びる矩形状の底板２と、該底板の長手方向両側に該
底板と連続して一体に設けられた側板３とを有する溝状
断面の屋根材を一体に成形し、この屋根材を被施工体７
上に側板が隣り合うように並列に複数個並べて、この隣
り合う側板同士を長手方向に溶接することにより固着
し、漏水を防止する方法が示されている。

【０００３】このような金属製屋根材には、漏水しない
ことは勿論ではあるが、外観を良くするためにポケット
ウェーブと呼ばれる屋根材の底板の中央部に発生する波
状の凹凸を防止することが求められている。このポケッ
トウェーブは、金属板をロールやプレス等を用いて前述
のような屋根材として一体に成形する際、屋根材の側板
を底板から折曲して成形する時の折曲部が長手方向に縮
むため、屋根材の底部に圧縮方向の残留応力が発生し、
耐座屈性の小さい屋根材の底板の中央部で、その残留応
力が座屈限界応力を越えたときに発生するものである。

【０００４】成形時のポケットウェーブを防止するため
に、素材の材料特性を改善する技術として、例えば、特
開平０２−１８５９１６号公報では、フェライト系ステ
ンレス鋼を熱間圧延し、焼鈍、酸洗後、冷延圧下率８２
％以上で冷間圧延し、その後仕上焼鈍を行うことによ
り、圧延幅方向の引張試験における微小変形領域での引
張方向のひずみ量と幅方向のひずみ量の比（ひずみ比）
を高い値とし、成形時に発生するポケットウェーブを防
止している。

【０００５】また、成形方法を改善することにより、ポ
ケットウェーブを防止する技術として、例えば、特開昭
５６−６６３２１号公報では、ロール成形による本来の
折曲加工とは別に、ロール成形中に材料の折曲部を長手
方向に延伸させる圧下を加えることにより、ロール成形
時に発生するポケットウェーブを防止している。ところ
が、このようにして、ポケットウェーブの発生を防止し
て成形された屋根材であっても、これを屋根に施工し、
隣り合う屋根材の側板同士を長手方向に溶接して接続し
た場合には、ポケットウェーブが発生する。このよう
に、屋根材を溶接により接続した際に発生するポケット
ウェーブを防止する技術は得られていない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、金属板を底
板とその両側の側板とからなる溝状に一体に曲げ加工し
た後、これを並列に配置し、隣り合う側板部を溶接施工
により固着させる屋根材において、屋根への溶接施工時
に発生する前記屋根材のポケットウェーブを防止する溶
接施工用金属製屋根材およびその成形方法を提供するこ
とを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、実験研究
により、屋根板の溶接時に発生するポケットウェーブの
発生機構について検討し、以下の知見を得た。すなわ
ち、これら屋根材の成形断面は、図７に示すように、矩
形状の金属板を、底板２と底板の幅方向両端部から同一
方向（屋根への施工時に天を向く方向）に立ち上げた側
板３とからなる溝状断面に一体成形する。このとき、側
板３は直立部３ｂのみとせず、一般に、傾斜部３ａと直
立部３ｂとを有してもよい。このように成形された屋根
材１を側板が隣り合うように複数個並列に並べて、隣り
合う側板３の直立部３ｂ同士を、長手方向に溶接部６に
おいて溶接することにより接続する。しかしながら、こ
の直立部３ｂへの溶接時の入熱および溶接後の放冷によ
り、溶接部６は熱収縮し、該溶接部６の長手方向線長が
他の部分の長手方向線長よりも短くなり、溶接後の製品
には、図６に示すように長手方向に下に凸（開放側が
凹）の反りが発生する。被施工体７の形状に合わせて、
例えば被施工体の湾曲形状にあわせて成形されていて
も、溶接に伴う溶接部６の熱収縮により、溶接後の屋根
板には長手方向に開放側が凹となる向きに反ろうとする
力が働く。ところが、屋根材は一方で、金具４およびア
ンカー５により被施工体７の形状に沿うように拘束され
ているため、溶接施工後の屋根底部１には、圧縮方向の
残留応力が発生し、図３に示すように耐座屈性の小さい
屋根底中央部８では、その残留応力が座屈限界応力を越
えて、ポケットウェーブが発生することになる。

【０００８】なお、溶接時に発生する反りを防止するた
めには、その断面の中立面に沿って溶接すればよい。し
かし、屋根材の成形断面は、通常、底部の幅に対して側
板の高さが低く、中立面と底面との距離はほとんどな
い。そのため、自走式シーム溶接機を用いて中立面に沿
って溶接するには、溶接機の台車を低くすることが困難
なため不可能であり、中立面よりも上部を溶接せざるを
得ない。上記の理由により、図６に示すように平坦に成
形された屋根材では溶接後には長手方向に下に凸（開放
側が凹）の反りが発生する。

【０００９】以上の知見に基づき、上記の課題を解決す
るために、以下の手段を講じるものである。すなわち、
矩形状の底板と該底板の長手方向両側に該底板と連続し
て一体に設けられた側板とを有する長手方向の上方が開
放された金属製屋根材であって、前記屋根材は、長手方
向に前記開放側が凸となる反りを有する溶接施工用金属
製屋根材であり、また、該屋根材を長手方向に開放側が
凸状となるように、金属屋根材の成形機または金属屋根
材の矯正機のパスラインを調整して成形するものであ
る。

【００１０】このように本発明の溶接施工用金属製屋根
材においては、長手方向に開放側が凸となるように、反
りが与えられているので、この屋根材を被施工体上に、
側板を隣り合わせにして配置し、側板同士を溶接した場
合、溶接後の冷却によって溶接部が収縮してもその収縮
応力は、予め付与しておいた反りの変形によって吸収で
きるため、冷却後の屋根材のポケットウェーブの発生を
抑制することができる。すなわちこの反りは、溶接後の
冷却による収縮変形による反りの方向と反対の方向に付
与されているため、収縮による変形と反りによる変形と
が相殺しあって、残留応力によるポケットウェーブの発
生を防止することができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の屋根材の形状を
示す概略図であり、（ａ）はその斜視図、（ｂ）は本発
明の屋根材の溶接施工する前後の形状の変化を説明する
斜視図である。屋根材１は矩形状の底板２と、この底板
の長手方向側面に底板１と連続して一体に成形された側
板３とからなり、側板３は底板面に対してほぼ垂直に設
けられており、屋根材は全体として上方が開放側となっ
た溝形状となっている。図２は本発明の他の実施例の屋
根材の長手方向に垂直な断面の断面図であるが、側板３
は、図２に示すように底板２に続く傾斜部３ａと直立部
３ｂとから形成してもよい。

【００１２】この屋根材１は金属製であり、通常、薄鋼
板、ステンレス鋼板、チタン板、銅板等が好適に用いら
れる。本発明の屋根材は図１に示すように長手方向に反
りを有している。反りの向きは開放側に凸となるように
付与される。付与される反りの向きは溶接により発生す
る反りの向きとは逆方向である。これは、先に述べたよ
うに隣り合う側板を長手方向に溶接する際、溶接部の縮
みにより発生する反りを防止するために、予め成形時ま
たは成形後に、溶接部の縮みを予測して縮みによる反り
の方向と逆の方向の反りを与えることにより、溶接後の
溶接部の長手方向線長を他の部分の長手方向線長よりも
短くならないようにするためである。このため、溶接後
に反りは発生しないか、あるいは発生しても反り量は小
さい。反り量は、屋根材の材質、屋根材の断面形状、材
料の厚さ、溶接条件（溶接位置、入熱量など）など種々
の要因が影響するので、これらの条件と反り量の関係を
予め調査しておき、それぞれの屋根について所定の反り
量を決定する。このように反りを与えた屋根材を、その
側板を複数個並べて、隣り合う側板同士を長手方向に溶
接することにより、ポケットウェーブを発生することな
く、美観に優れ、かつ完全に漏水を防止した屋根の施工
を行うことができる。

【００１３】金属製屋根材は、通常、図４に例示するよ
うなロール成形機によって金属板から成形することがで
きる。図４は、本実施例で用いたロール成形機のスタン
ドのパスラインに垂直な方向の断面図を示すもので、上
下のロール対を３組組み合わせて屋根材の孔型が構成さ
れている。ＲＵ１，ＲＵ２，ＲＵ３はスタンドの上ロー
ル、ＲＬ１，ＲＬ２，ＲＬ３は下ロールであり、Ｕ，Ｌ
はそれぞれ上ロール軸、下ロール軸を示す。なお、図４
のスタンドではロール対を３組組み合わせた孔型のスタ
ンドを示しているが、２組以下のロール対あるいは４組
以上のロール対により孔型を構成したスタンドでもよ
い。

【００１４】図５は、上述のスタンドを複数配列した成
形装置の一部の側面を示すもので、７スタンドから構成
される成形機の初段から第４段までを省略し、最終スタ
ンドＳ７から２つ前までのスタンドＳ５，Ｓ６のパスラ
イン方向の側面図である。Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７はスタンド
の番号、Ｕ５，Ｕ６，Ｕ７は上ロール軸、Ｌ５，Ｌ６，
Ｌ７は下ロール軸を示す。

【００１５】スタンドを順次通過するごとに、平坦な金
属板から徐々に屋根材の溝形状に成形され、最終スタン
ド通過後には所定の屋根材の形状となるよう、各スタン
ドの孔型形状が調整されている。図５においては、スタ
ンド数が７段の例を示したが、スタンド数は屋根材の形
状、金属板の性状等を考慮して決定する。通常は、パス
ラインは、最初のスタンドから最終のスタンドに至るま
でほぼ平坦であり、成形された屋根材の形状は図６に示
すように平坦であるが、本発明においては、屋根材の開
放側が凸となるように反りを付与するためにパスライン
を調整する。

【００１６】すなわち、少なくとも最終スタンドのパス
ラインを、最終スタンド以前のパスラインよりも下げる
こと、または孔型の向きによっては上げることによっ
て、屋根材に上述の反りを付与するものである。図５に
おいては、最終スタンドの通常のロール位置Ｕ７，Ｌ７
から、Ｕ７′，Ｌ７′に下げた例を示している。パスラ
インを調整するスタンドは、反り量に合わせて、最終ス
タンドの他に、最終スタンドより前のスタンドのパスラ
インも併せて調整してもよい。

【００１７】矯正機は、スタンド数、スタンド間隔等が
異なるなどの点はあるものの、上記の成形機と本質的に
同様の構成となっており、パスラインを調整することに
よって反りを付与することができる。

【００１８】

【実施例】次に、本発明を添付図面を参照して、さらに
具体的に説明する。チタン板（ＪＩＳ１種、板厚０．４
mm）を、図４，図５に示す上述のロール成形機を用い
て、図２に示すように底部２と、傾斜部３ａおよび直立
部３ｂを有する側板３からなる断面形状（働き幅Ｗ＝４
５５mm、高さＨ＝２０mm、長さｌ＝５０００mm）に成形
した。

【００１９】なお、ポケットウェーブの程度を定量的に
評価するために、式１で定義される急峻度を用いる。 急峻度は低いほど外観がよく、通常０．３％程度までで
あれば目視でのポケットウェーブが顕著に見られず許容
範囲といえる。好ましくは０．２％以下にすべきであ
る。

【００２０】まず、例として図５に示す通常のロール位
置として、成形後の製品に反りが発生しないようにパス
ラインをほぼ水平に調整して成形を行った。成形後の屋
根材１を並列に２枚並べ、直立部を長手方向に自走式シ
ーム溶接機により溶接を行った。なお、図２において溶
接部位置６と底板２との高さの距離は１０mmとした。ロ
ール成形後の製品には、目視ではポケットウェーブは確
認できず、式１で定義される急峻度は０．０５％であっ
た。図６に示すように溶接後の反りは、溶接部６の熱収
縮により、下に凸（開放側が凹）となり（２０mm／
ｍ）、この反りを平坦になるように押しつけたところ、
屋根底中央部８にはポケットウェーブが発生した。この
ポケットウェーブ量を急峻度で表すと０．８６％であっ
た。

【００２１】次に、本発明の方法によって、溶接で発生
する反りと相反する反り（開放側が凸、−２０mm／ｍ）
をロール成形時に与えて成形を行った。ロール成形での
反りの付与は、図５に示すように、ロール成形機最終段
ロール位置を通常の位置Ｕ７，Ｌ７より下げてＵ７′，
Ｌ７′とすることにより、パスラインを下げて成形し
た。なお、反りを与えた場合にも、断面形状は所望の形
状が得られており、式１で定義されるポケットウェーブ
量は０．０６％であった。このようにして得た屋根材２
枚を図１（ｂ）に示すように従来例と同様に並べて溶接
した。溶接後に反りは発生せず、屋根底中央部８のポケ
ットウェーブは目視ではほとんど確認できなかった。こ
のポケットウェーブ量を急峻度で表すと０．１８％であ
った。

【００２２】つまり、本実施例における屋根材の材質、
断面形状、溶接条件では、−２０mm／ｍの反りを付与す
ることにより、溶接後のポケットウェーブの発生を防止
できることがわかった。

【００２３】

【発明の効果】本発明により、溶接時に発生する反りと
相反する反りを与えることにより、溶接後のポケットウ
ェーブの発生が防止され、外観の良好な屋根の溶接施工
が可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の屋根材を示すもので、（ａ）は斜視
図、（ｂ）は本発明の成形後と溶接後の反りの状況を示
す斜視図。

【図２】本発明の屋根材の他の例の長手方向に垂直な断
面図。

【図３】屋根材に発生するポケットウェーブの性状を証
明する図で、（ａ）はその斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ
−Ｂ断面を示す断面図。

【図４】ロール成形機のパスラインに垂直な方向の断面
図であり、成形ロールの配列を示す図。

【図５】成形機の断面図であり、パスライン変更方法を
証明する図。

【図６】従来の屋根材における成形後と溶接後の反りの
変化を示す斜視図。

【図７】一般屋根板の施工断面の模式図。

【符号の説明】

１…屋根材 ２…屋根材の底部 ３…屋根材の側板 ３ａ…側板の傾斜部 ３ｂ…側板の直立部 ４…屋根固定金具 ５…屋根固定アンカー ６…屋根材溶接部 ７…被施工体 ８…屋根材底板の中央部 Ｒ_U5，Ｒ_U6，Ｒ_U7…上ロール Ｒ_L5，Ｒ_L6，Ｒ_L7…下ロール Ｕ，Ｕ５，Ｕ６，Ｕ７，Ｕ７′…上ロール軸 Ｌ，Ｌ５，Ｌ６，Ｌ７，Ｌ７′…下ロール軸 Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７…スタンド番号 ｈ_i …ポケットウェーブの高さ ｌ…屋根材の長さ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 正木 基身 東京都千代田区大手町２−６−３ 新日本 製鐵株式会社内 (72)発明者 臼田 泰彦 東京都中央区京橋２丁目９番２号 三晃金 属工業株式会社内 (72)発明者 染谷 一夫 東京都中央区京橋２丁目９番２号 三晃金 属工業株式会社内 (72)発明者 近藤 実 東京都中央区京橋２丁目９番２号 三晃金 属工業株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 矩形状の底板と、該底板の長手方向両側
   に該底板と連続して一体に形成された側板とを有する、
   上方が開放側となる金属製屋根材であって、前記屋根材
   は長手方向に開放側が凸となる反りを有することを特徴
   とする溶接施工用金属製屋根材。
2. 【請求項２】 矩形状の底板と、該底板の長手方向両側
   に該底板と連続して一体に形成された側板とを有する、
   上方が開放側となる金属製屋根材の成形方法であって、
   前記屋根材は長手方向に開放側が凸状に反るように成形
   機または矯正機のパスラインを調整することを特徴とす
   る溶接施工用金属製屋根材の製造方法。