JP5127424B2 - ポジショナ面板及びコア連結治具 - Google Patents

Description

本発明は、角形鋼管、円形鋼管、Ｈ形鋼、又は十字柱構造に組み立てられたＳＲＣ部材等の構造部材とダイアフラムとからなる鉄骨のコアを溶接するために、このコアをポジショナに固定するためのポジショナ面板及び複数個のコアを連結するためのコア連結治具に関する。

建築鉄骨として用いられるコラム柱、パイプ柱、ＳＲＣ柱においては、製作工程においてコアと呼ばれる部材が製作される。コアの種類には、コラム、パイプ及びＳＲＣ等があり、図９（ａ）に示すコラムは、角形鋼管１の両端面にダイアフラム２を溶接により接合したものであり、図９（ｂ）に示すパイプは、円形鋼管の両端面にダイアフラム４を溶接により接合したものである。図９（ｃ）に示すＳＲＣは、横断面でＨ型鋼を組み合わせたものの両端面にダイアフラムを溶接により接合したもの、又はＨ形鋼の両端面にダイアフラムを溶接により接合したものである。

そして、図８（ａ）に示すコラム柱は、コラムの角形鋼管１の側面に断面がＨ型をなす梁フランジ６及びウエブ７をコアに溶接により接合した仕口を、角形鋼管８間に配置して、複数個の角形鋼管８を接合したものである。また、図８（ｂ）に示すパイプ柱は、円形鋼管３の周面に、断面がＨ型をなす梁フランジ６及びウエブ７を溶接により接合した仕口を、円形鋼管９間に配置して、複数個の円形鋼管９を接合したものである。図８（ｃ）に示すＳＲＣ柱も同様に、十字形に組まれた構造部材に、断面がＨ形をなす梁フランジ６及びウエブ７を溶接により接合した仕口を前記構造部材間に配置して接合したものである。

これらのコアは、従来、その構成部材を仮付けされた後、そのダイアフラムの４隅部をポジショナの面板にクランプにより拘束されて、ポジショナに設置されている（特許文献１）。図１０（ａ）、（ｂ）は、コラム（角形鋼管）を例にとり、このコラムをポジショナの面板１０に固定した状態を模式的に示す縦断面図である。面板１０はその回転軸を水平にし、面を垂直にして配置されており、コラムはその中心軸を水平にして、ダイアフラム２の隅部をクランプ１１によりクランプされることにより、面板１０に固定されている。このとき、コラムのダイアフラム２は、面板１０の拘束面から所定の間隔を置いて面板１０に固定されている。これは、図１０（ｂ）に示すように、ダイアフラム２と角形鋼管１の端面との間を鋼管１の周方向に周溶接した場合（溶接部１２）に、この溶接熱により、ダイアフラム２が変形しようとするために、前記所定の間隔を設けることにより、このダイアフラム２の自由な変形を可能にして、熱応力によるクランプ１１の破損を防止するためである。つまり、従来技術においては、溶接熱によるダイアフラム２の変形により、クランプ１１に過大な応力が印加されることを、ダイアフラム２と面板１０との間に所定の間隔をおくことにより回避していた。

また、特許文献２には、コア連結用治具により複数個のコアを連結し、複数個のコアを連続して溶接するコア連結溶接システムが開示されている。このコア連結用治具の場合も連結する際に隣接するダイアフラム同士の間に所定の間隔が設けられており、溶接熱によるダイアフラムの変形を可能にし、コア連結用治具の破損を防止している。

特公平５−７５５２０号公報 特公平５−７５５１９号公報

しかしながら、従来技術においては、コアのダイアフラムを、ポジショナの面板にクランプして、コアをポジショナに固定する際に、コアのダイアフラムとポジショナの面板との間に、所定の間隔を設けていたため、溶接熱によるクランプ１１の破損は防止できても、このダイアフラムの変形により、コラムがその長手方向に偏倚（移動）してしまうという問題点がある。これは、コア連結用治具によりコア同士を拘束固定する場合も同様である。

通常、コアのダイアフラムの４隅部をクランプ部材により固定しているが、溶接するとダイアフラムはこの４隅部を支点として溶接を行った側に倒れるように熱変形してしまうという問題点があり、この変形は、コア溶接の後に行う仕口を製作する工程における組立精度を悪化させるため、変形が大きい場合には溶接後に矯正するか、又はコア溶接前に逆方向に予め変形させておくための前工程を追加するなどの処置を講じるか、又はダイアフラムの板厚を厚くして変形を許容するなどの材料コスト高になる対応を講じている。

更に、１個又は複数個のコアを連結したものをポジショナに搭載し、複数の溶接箇所を複数のアーク溶接装置で同時に溶接するという複数継手同時溶接方法を適用しようとした場合、溶接により発生するダイアフラムの変形による長手方向の偏倚（移動）が溶接箇所数倍に拡大する。１箇所のみ溶接する際に発生する溶接線のずれは、アークセンサ及びタッチセンシングによる補正により許容できているが、他の箇所を溶接することにより発生する溶接線のずれが加算されるとずれ量が大きくなり、アークセンサ及びタッチセンシングによる補正ではそのずれを許容できず正常な溶接を行えず、高能率な生産を可能とする複数継手同時溶接方法を適用できない。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、溶接後の矯正作業又は溶接前に溶接による変形量を想定し、溶接後、正規の位置に戻るように予め逆方向に変形させるといった作業の排除若しくは軽減、又はダイアフラムの増厚による材料コストの上昇を回避し、また、複数継手の同時溶接の実現による生産性向上を図ることができるポジショナ面板及びコア連結治具を提供することを目的とする。

本発明に係るポジショナ面板は、角形鋼管、円形鋼管、Ｈ形鋼、又は十字柱構造に組み立てられたＳＲＣ部材等の構造部材とこの構造部材が仮付け固定された矩形のダイアフラムとからなるコアを、ポジショナに固定するための面板において、
面に垂直方向を回転軸として回転する矩形の支持板と、
前記ダイアフラムと前記支持板との間に所定の間隔をあけて前記ダイアフラムの４隅部をクランプすることにより前記コアを水平状態で前記支持板に固定支持する４個のクランプ部材と、
前記間隔と同一の大きさか又はそれより小さい大きさで前記構造部材と前記ダイアフラムとの接合部の位置に合わせて前記支持板と前記ダイアフラムとの間に配置された４個のブロックと、
を有し、
前記各ブロックは、前記支持板の４辺の中央から、支持板の中心に向けて延びる４本のレールに沿って移動可能であり、前記レールにおける任意の位置で前記ブロックが前記支持板に固定されることを特徴とする。

このポジショナの面板において、前記ブロックは、３個以上設けられていることが好ましい。更に、前記ブロックは、前記支持板の回転中心を中心とする４等配の位置に設けられていることが好ましい。更に、このポジショナの面板において、前記ブロックの大きさは、前記支持板と前記ダイアフラムとの所定の間隔より、０．５乃至１．０ｍｍ小さいことが好ましい。

本発明に係るコア連結用治具は、角形鋼管、円形鋼管、Ｈ形鋼、又は十字柱構造に組み立てられたＳＲＣ部材等の構造部材とこの構造部材が仮付け固定された矩形のダイアフラムとからなるコアを複数個連結するコア連結治具において、
隣接するダイアフラムの間にその４隅部に支持部材を介装させて所定の間隔をあけた状態で隣接するダイアフラム同士の前記４隅部をクランプすることにより前記コアを水平状態で支持する４対のクランプ部材と、
前記間隔と同一の大きさか又はそれより小さい大きさを有し前記構造部材と前記ダイアフラムとの接合部の位置に合わせて前記隣接するダイアフラムの間に配置された４個のブロックと、
前記ダイアフラムの４隅部に配置された支持部材の相互間を前記ダイヤフラムの４辺に沿う方向に連結する連結バーと、
を有し、
前記各ブロックは、前記連結バーに対し、前記連結バーの中央部から前記連結バーに垂直の方向に位置調整可能に支持されていることを特徴とする。

このポジショナのコア連結用治具において、前記ブロックの大きさは、隣接するダイアフラム間の所定の間隔より、０．５乃至２．０ｍｍ小さいことが好ましい。

本発明によれば、ポジショナの面板とコアのダイアフラム、又はコア連結時のダイアフラム間に複数個のブロックをダイアフラム固定部から最も離れた位置、かつ、ワークの長手方向の収縮を抑える位置に配置したので、溶接熱により生じるダイアフラムの変形が角部を支点とした１方向になることを防止することで変形の絶対量を小さくでき、また、コアの長手方向の偏倚（移動）により溶接線がずれることを防止することで複数継手の同時溶接を可能とし、いずれについても生産性を向上させることができる。

以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照して具体的に説明する。図１（ａ）は本発明の実施形態の概要を示す模式図、図１（ｂ）はダイアフラム２とクランプ部材２２及びブロック２３との配置関係を示す図である。

本実施形態においては、ポジショナの面板２０が、面に垂直の方向を回転軸として回転する支持板２１と、この支持板２１のコア拘束面に配置された４個のクランプ部材２２と、コアのダイアフラム２と支持板２１との間に介在するように支持板２１のコア拘束面に配置された４個のブロック２３とにより構成されている。コアのダイアフラム２はクランプ部材２２によりクランプされて拘束され、これにより、コアが面板２０に固定されている。そして、この面板２０の支持板２１におけるコア拘束面に、ブロック２３が設けられており、このブロック２３により、ダイアフラム２のポジショナ側の面が支承され、コア拘束面側に移動しないように拘束されている。

図２は、本発明の第１実施形態におけるポジショナの面板２０を示す正面図である。このポジショナの面板２０の支持板２１は、略矩形をなし、この支持板２１の４隅部に、クランプ部材２２が取り付けられている。このクランプ部材２２は、支持板２１の中心部に向けて延びるレール２４の任意の位置に固定することができるようになっており、これにより、実線にて図示の最大ダイアフラムから、２点鎖線にて図示の最小ダイアフラムまで、そのダイアフラムの４隅部をクランプして固定することができるようになっている。

一方、支持板２１の４辺の中央部には、夫々ブロック２３が取り付けられている。支持板２１の４辺の中央から、支持板２１の中心に向けて４本のレール２５が延びており、ブロック２３はこのレール２５に沿って移動することができ、ボルト２６を緊締することにより、その位置でブロック２３を支持板２１に固定することができるようになっている。図３（ａ）はこのブロック２３の平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は右側面図である。この図３に示すように、レール２５は２本の適長間隔で離隔した平行のレール部材２５ａ、２５ｂから構成され、ナット２７がこのレール部材２５ａ、２５ｂの突出部と支持板２１との間に嵌合されており、ボルト２６をナット２７にねじ込むことにより、ボルト２６とナット２７との間でブロック２３とレール部材２５ａ、２５ｂとを挟持し、ブロック２３を支持板２１に固定することができる。

このように構成されたポジショナの面板２０においては、ダイアフラム２と角形鋼管１とが仮付け固定されたコアのダイアフラム２をその４隅部でクランプ部材２２により握持して、仮付けコアを支持板２１に固定する。そして、このコアのダイアフラム２の支持板２１側の面をブロック２３により支える。これにより、図４に示すように、ダイアフラム２と角形鋼管１とをその接触部の外周部において周溶接すると（溶接部１２）、ダイアフラム２は２点鎖線にて示すように変形しようとするが、この変形は、ダイアフラム２の背面を支持するブロック２３により阻止される。よって、ダイアフラム２が変形した場合には、コアの角形鋼管１及び反対側のダイアフラム２が、図中矢印にて示すように、支持板２１側に向けて偏倚（移動）することになるが、ダイアフラム２の変形が防止された結果、このコアの偏倚（移動）も防止される。但し、ダイアフラム２の支持板２１側の面に４個のブロック２３を点在配置しただけであるので、このブロック２３の配置位置以外の部分では、ダイアフラム２は若干変形する。しかし、ダイアフラム２の縁部の４辺中央部にブロック２３を設けることにより、このダイアフラム２の縁部の４辺中央部における変形は回避され、ダイアフラム２の４隅部のクランプ部材２２に過負荷が印加されることを防止でき、その破損を防止できる。なお、図４において、符号４１は架台、符号４２は回転軸である。

よって、ダイアフラム２の変形による修復作業が軽減され、コアの偏倚（移動）による溶接線のズレが防止される。

図５は、コア同士を連結するときに使用されるコア連結用治具に関する本発明の第２実施形態を示す正面図であり、図６はその斜視図、図７はブロック３３を示す断面図である。コア連結用治具３０は、矩形のダイアフラム２の各隅部（４隅部）に配置された各１対のクランプ部材３２と、各対のクランプ部材３２間に挟持される支持部材３６と、各支持部材３６を連結する連結バー３１と、ダイアフラム２の各辺の中央部の近傍に配置されたブロック３３とを備えている。２個のコアの隣接するダイアフラム２について、その各隅部に夫々設けられた１対のクランプ部材３２の間に、このクランプ部材３２より大きい支持部材３６が配置されており、各隅部において、２個のダイアフラム２の隅部（三角形の部分）の間に支持部材３６が介装され、更にこのダイアフラム２の隅部の両外側にクランプ部材３２が配置された状態で、１対のクランプ部材３２に設けた孔を挿通させてボルトを支持部材３６にねじ込むことにより、クランプ部材３２が支持部材３６に対しボルトにより緊締されている。これにより、ダイアフラム２の各隅部において、２個のクランプ部材３２が２個のダイアフラム２の隅部を支持部材３６との間で挟持するようになっている。このようにして、隣接するコア同士が連結されている。

４個の支持部材３６の間は、夫々、連結バー３１により連結されている。この連結バー３１の中央部に断面矩形の支持バー３５が配置されており、この支持バー３５はその一部がダイアフラム２間に介在しており、連結バー３１に設けた孔を介して、ボルト３４が支持バー３５の雌ねじ内に螺合するようになっている。ボルト３４を右回転させると、支持バー３５は断面が矩形であるので、ダイアフラム２間に挟まれて回転しないため、ボルト３４は支持バー３５内にねじ込まれ、支持バー３５と連結バー３１に固定することができる。一方、支持バー３５のコア中心側の部分には、同様に雌ねじが形成されており、この雌ねじに螺棒３９をねじ込み、更に、中心孔に雌ねじが形成されたブロック３３を螺棒３９に螺嵌するようになっている。このブロック３３は、図７に示すように、ダイアフラム２側の面が平面であり、この平面の間隔がダイアフラム２の間隔と等しいか、若干小さいものとなっているため、螺棒３９を回転させることにより、ブロック３３は回転せず螺棒３９に沿って移動する。これにより、ブロック３３の位置を調整することができる。

このように構成されたコア連結用治具においても、ダイアフラム２の各隅部において、ボルト３７を緊締することにより、支持部材３６を介して２個のクランプ部材３２によりこの隅部を挟持することができ、これにより、隣接するコア同士を固定することができる。そして、螺棒３９を回転させて、ブロック３３の位置を調整し、ボルト３４をねじ込むことにより、支持バー３５を連結バー３１に固定する。

この状態で、端部の先端に開先を形成した角形鋼管１をダイアフラム２に当接して仮付けしたコアを、図７に示すように、開先下部に裏当材４０を配置して、アーク溶接により周溶接する。この溶接熱により、ダイアフラム２はその中心部側が相互に接近する方向に変形しようとするが、隣接するダイアフラム２間にはブロック３３が介在しているので、その変形が防止される。これにより、ダイアフラム２の変形による修復作業が軽減され、コアの長手方向への偏倚（移動）が防止される結果、溶接線のズレも防止される。

なお、上記第１実施形態においては、クランプ部材２２は、支持板２１の回転中心を中心とする４等配の位置に設けられているが、このような配置に限らず、被加工物を固定できる位置に配置されていればよい。また、ブロック２３は、上記第１実施形態では、支持板２１の回転中心を中心とする４等配の位置に設けられているが、これに限らず、例えば、３個以上設けられていてもよい。

また、第１実施形態の面板の場合に、ブロック２３の大きさは、支持板２１とダイアフラム２との所定の間隔より、０．５乃至１．０ｍｍ小さいことが好ましい。更に、第２実施形態のペアクランプ板の場合に、ブロック３３の大きさは、隣接するダイアフラム間の所定の間隔より、０．５乃至２．０ｍｍ小さいことが好ましい。なお、寸法条件は、アークセンサ等による補正可能範囲を基準に設定しており、この程度の所定の間隔からのずれ量は、従来のアークセンサ等の機能で吸収できる。逆に、多少の変形しろを作ることで、クランプ部材への負担を軽減している。

次に、本発明の効果を実証するための実施例について、本発明の範囲から外れる従来例と比較して説明する。図１１は従来の面板を使用したポジショナにより、コラムを周溶接したときのダイアフラムの辺の変形量を溶接により動かない固定点からの距離として示すグラフ図である。コラム断面の１辺長は２５０ｍｍ、コラムの板厚は１２ｍｍ、ダイアフラムの１辺長は３００ｍｍである。図１２は本発明の実施例の面板を使用したポジショナにより、コラムを周溶接したときの同様の変形量を示すグラフ図である。また、コラム等の大きさも図１１と同一である。これらの図の対比から明らかなように、溶接後のコラムの変形量は、本発明の実施例の場合は、平均で１．１８ｍｍ、従来例の場合は、平均で４．１５ｍｍである。よって、本発明の実施例の場合は、従来よりも変形が少ないことがわかる。

（ａ）は本発明の第１実施形態に係る面板を使用したポジショナの側面図、（ｂ）は面板の正面図である。 面板の詳細正面図である。 （ａ）はこのブロック２３の平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は右側面図である。 本実施形態の動作を示す正面図である。 本発明の第２実施形態に係るペアクランプ板を示す詳細正面図である。 この第２実施形態のコアを連結した状態を示す斜視図である。 同じくブロック３３を示す断面図である。 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）は夫々コラム柱、パイプ柱、ＳＲＣ柱の構造を示す図である。 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）は夫々コラム、パイプ、ＳＲＣの構造を示す図である。 （ａ）、（ｂ）は従来のダイアフラムの熱変形を示す図である。 従来の熱変形の程度を示すグラフ図である。 本発明の実施例の熱変形の程度を示すグラフ図である。

符号の説明

１ 角形鋼管
２ ダイアフラム
３ 円形鋼管
４ ダイアフラム
６ フランジ
７ ウエブ
８ 角形鋼管
９ 円形鋼管
１０ 面板
１１ クランプ
１２ 溶接部
２０ 面板
２１ 支持板
２２ クランプ部材
２３ ブロック
２４ レール
２５ レール
２５ａ レール部材
２６ ボルト
２７ ナット
３０ ペアクランプ板
３２ クランプ部材
３３ ブロック
３４ ボルト
３６ 支持部材
３７ ボルト
３９ 螺棒
４０ 裏当材
４１ 架台
４２ 回転軸

Claims (4)

1. 角形鋼管、円形鋼管、Ｈ形鋼、又は十字柱構造に組み立てられたＳＲＣ部材等の構造部材とこの構造部材が仮付け固定された矩形のダイアフラムとからなるコアを、ポジショナに固定するための面板において、
   面に垂直方向を回転軸として回転する矩形の支持板と、
   前記ダイアフラムと前記支持板との間に所定の間隔をあけて前記ダイアフラムの４隅部をクランプすることにより前記コアを水平状態で前記支持板に固定支持する４個のクランプ部材と、
   前記間隔と同一の大きさか又はそれより小さい大きさで前記構造部材と前記ダイアフラムとの接合部の位置に合わせて前記支持板と前記ダイアフラムとの間に配置された４個のブロックと、
   を有し、
   前記各ブロックは、前記支持板の４辺の中央から、支持板の中心に向けて延びる４本のレールに沿って移動可能であり、前記レールにおける任意の位置で前記ブロックが前記支持板に固定されることを特徴とするポジショナ面板。
2. 角形鋼管、円形鋼管、Ｈ形鋼、又は十字柱構造に組み立てられたＳＲＣ部材等の構造部材とこの構造部材が仮付け固定された矩形のダイアフラムとからなるコアを複数個連結するコア連結治具において、
   隣接するダイアフラムの間にその４隅部に支持部材を介装させて所定の間隔をあけた状態で隣接するダイアフラム同士の前記４隅部をクランプすることにより前記コアを水平状態で支持する４対のクランプ部材と、
   前記間隔と同一の大きさか又はそれより小さい大きさを有し前記構造部材と前記ダイアフラムとの接合部の位置に合わせて前記隣接するダイアフラムの間に配置された４個のブロックと、
   前記ダイアフラムの４隅部に配置された前記支持部材の相互間を前記ダイアフラムの４辺に沿う方向に連結する連結バーと、
   を有し、
   前記各ブロックは、前記連結バーに対し、前記連結バーの中央部から前記連結バーに垂直の方向に位置調整可能に支持されていることを特徴とするコア連結治具。
3. 前記ブロックの大きさは、前記ダイアフラムと前記面板との間隔より、０．５ｍｍ乃至１．０ｍｍ小さいことを特徴とする請求項１に記載のポジショナ面板。
4. 前記ブロックの大きさは、隣接する前記ダイアフラムの間隔より、０．５ｍｍ乃至２．０ｍｍ小さいことを特徴とする請求項２に記載のコア連結治具。

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