JPH074722B2 - 構造部材接合用球状ノードの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は構造部材接合用球状ノードの製造方法に係り、
詳しくは、トラスを構成する複数の構造部材を接合する
球状ノードを、球形ワークから寸法精度高く機械加工し
て、構造部材の接合ねじ穴を形成させる球形ワークの加
工方法に関するものである。

〔従来の技術〕

建築用の天井や梁などの架構形状には平板，山形、寄せ
棟，アーチやドームなどがあり、それらをトラス構造で
構成する場合には、多数の長尺な鋼管の両端にねじ構造
の接合装置が取り付けられた構造部材と、それを接続す
る球状ノードとが使用される。

そのような立体架構では、第６図に示すように、球状ノ
ード17の上下や前後左右に多数の構造部材18が、接合装
置19を介して接続されるが、構造部材18を順次組み上げ
ていくと、第７図に示すような球状ノード17に形成され
た接合ねじ穴16の位置や穴の方向が一義的に規定される
ことになり、場合によっては最後に接続される接合ねじ
穴が、それに接続される構造部材の方向と一致しない事
態が生じる。

第８図はその様子を誇張して示したもので、構造部材18
aの接合が不完全となったり、接合ねじ20aに曲げが作用
したり、また、構造部材18aに圧縮荷重が作用する場
合、接合装置19aの先端面とそれが当接する球状ノード1
7の接合面15aとが、片当りするようなことが起こる。

球状ノード17の周囲には例えば10ないし18面の接合面15
が形成され、それぞれの中心に接合ねじ穴16が刻設され
るが、上記したような事態が起こらないように、その接
合ねじ穴16の位置や方向は架構作業が円滑かつ完全にな
されるような正確なものであることが望まれる。

そのため、球状ノード17の製作においては、第９図に示
すように、その素材である球形ワーク１をマシニングセ
ンタ22のワーク固定台２の中心部に装着し、ツールであ
るフライスカッターやドリル9Bによって、接合面15や接
合ねじ穴16（第７図参照）を形成している。

マシニングセンタ22は、一回の取り付けで球形ワーク１
の数個所の面にフライス削り，穴あけ，ねじ切りなど種
々の作業をできるようにした自動工具交換装置を具えた
数値制御工作機械であり、工具の交換やワークの取替時
間を短縮して、切削時間の割合や省力効果を上げ、作業
に要する時間を短くして数値制御の効果を一層高めるこ
とができるようにしたものである。

このようなマシニングセンタ22においては、まず、予め
一個所が加工基準面10をなすように面削りされた球形ワ
ーク１が持ち込まれ、その加工基準面10に施された加工
用基準ねじ穴５に、固定用ボルト４が螺合され、水平お
よび垂直に回転するワーク固定台２に球形ワーク１が装
着される。

加工基準面10の例えば180度反対側の表面がフライスカ
ッターで削られて接合面15とされ、その中心にドリル9B
で下穴があけられ、タップでねじが切られる。一つの接
合面における作業が済むと、ワーク固定台２が垂直軸を
中心にして矢印６方向へまた必要に応じて水平軸を中心
にして矢印７方向へ回転させる。ツール９と球形ワーク
１との相対位置関係は第10図の平面図に示すような所望
の配置とされ、上記と同様の加工がなされる。

このようにして次々と球形ワーク１の表面に、接合面15
と接合ねじ穴16とが形成されるが、場合によっては加工
基準面10側の半球面も加工される。その場合には最初に
加工された接合面15bを新しい加工基準面として、接合
ねじ穴16に合った固定用ボルトでワーク固定台２に装着
される。

接合ねじ穴16は多い場合には上記したように18も形成さ
れるが、その相互位置は常に定まっているわけでも対称
であるわけでもなく、その球状ノードが使用される架構
個所により異なる。マシニングセンタの数値制御によれ
ば所定の位置出しは簡単になされるが、加工の途中で球
形ワーク１がツール９と連れ回りするなどして、球形ワ
ーク１とワーク固定台２との間で回転ずれが生じると、
以後の加工位置に誤差が生じることになる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、球形ワーク１に加工を施す場合、球形ワーク
１の装着状態を保持しているにおは、固定用ボルト４に
よる締め付けだけである。したがって、球形ワーク１の
回転ずれの防止は、第９図に示すワーク固定台２を構成
するシートパッド2Bと球形ワーク１の加工基準面10との
摩擦力および固定用ボルト４と加工用基準ねじ穴５との
噛み合い力に頼っているだけである。

その結果、ツール９の回転力が固定用ボルト４のねじ込
み回転方向と反対に作用する場合には、固定用ボルト４
による球形ワーク１の姿勢がずれたり、甚だしくは球形
ワーク１の装着状態に緩みが生じたりする。

このずれを少なくとするため、従来では、例えば二点鎖
線で示すように球形ワーク２を下から支持部材23で支え
たり、第10図のように左右から支持部材24,25で押さえ
たりしている。しかし、いずれの支持部材によっても摩
擦力によっているので、微小なずれまで完全に抑えるこ
とはできず、ある程度の誤差の発生を許容せざるを得な
い。

一方、第10図の破線のように球形ワーク１に対してツー
ル９（例えばフライスカッター9A）の位置が加工基準面
10側に半球面に及ぶ場合には、ツール９を取り付けてい
るスピンドル８やツールそれ自体がワーク固定台２と干
渉することがあり、もはや加工することができなくな
る。

その場合に、球形ワーク１をワーク固定台２から外して
反転させ、罫書を施すなどして取付位置の再現を可能に
した後、最初に加工された接合面15bを加工基準面とし
て、接合ねじ穴16に合った固定用ボルトでワーク固定台
２に装着することになる。

この場合に球形ワーク１の取付角度の基準となるものが
ないので、作業者の手作業によることになり回転ずれの
ない正確な設定が容易でない。したがって、球状ノード
17の表面に正確な角度の接合面や正確な方向の接合ねじ
穴が形成されなければ、第８図のような片当りやガタの
ある構造部材の接続状態となって、その固定が不完全と
なり、その片当り個所で発錆したりする。

なお、接合装置19が水密構造とされている場合には、そ
の接合面15での水密性が得られず、接合装置19内の接合
ねじ20や構造部材18の内面に腐蝕性蒸気が侵入して、ト
ラスの耐久力を低下させるなどの問題が生じる。

上記の問題を解消する手段の一つとして、例えば実開昭
62−29238号公報に記載されたように二つの位置決めピ
ンを採用することができる。このような位置決めピンを
用いてワークをワーク固定台に取り付けると、例えば一
部加工したワークを取り外して他の部分を加工した後
に、元の取付状態に復元することができる。

その二つの位置決めピンの径は、ワークに凹凸があって
本来の姿勢を簡単に把握できる場合には、同じ寸法の直
径で十分である。ところが、ワークが多数の構造部材を
接合するための球状ノードである場合には、ワークが球
形であることから加工基準面以外は前後左右の見分けが
つきにくいという事情があり、ワークの加工作業上の取
り扱いに難点がある。

一方、トラス構築現場では、トラスを構成する構造部材
がノードに対して対称的に接合されるだけでなく、一見
しただけでは対称形から僅かにずれた姿勢にあることが
分からないほどの角度に接合される場合もある。二つの
同じ径のピン穴からはノードの姿勢を把握することがで
きても、例えば前向きに配置すべき後向きに配置しなけ
ればならないのかを直ちに把握することができなくな
り、結局はトラス構築作業が手間取ることになる欠点が
ある。

本発明は上述の問題を解決するためになされたもので、
その目的は、球状ノードに形成される多数の接合面や接
合ねじ穴を所望の角度や方向に正確に加工することがで
き、トラス構造として構造部材を組み上げたとき、所定
の強度を発揮するような確実な接合ができるようにした
構造部材接合用球状ノードの製造方法を提供することで
ある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、球状ノードとなる球形ワークの少なくとも一
個所に加工基準面が形成され、その加工基準面に施され
た加工用基準ねじ穴に固定用ボルトを螺合させることに
より、ワーク固定台に上記球形ワークが装着され、ツー
ルによって球形ワークにトラス形成用構造部材の接合ね
じ穴を加工する球状ノードの製造法に適用される。

その特徴とするところは、第１図および第２図を参照し
て、加工用基準ねじ穴５から離れた位置の加工基準面10
に、二つの穴径の異なるピン穴11,12を加工用基準ねじ
穴５を挟んで一直線に設け、ワーク固定台２に上記穴径
に対応する固定用ピン13,14を植設し、その固定用ピン1
3,14を上記ピン穴11,12に係合させることができるよう
にしたことである。

〔作用〕

球形ワーク１の加工基準面10にはワーク固定台２に装着
するための加工用基準ねじ穴５が刻設されると共に、そ
の加工用基準ねじ穴５から離れた位置の加工基準面10に
二つの穴径の異なるピン穴11,12が形成される。そし
て、その二つのピン穴11,12は加工用基準ねじ穴５を挟
んで一直線上に配置される。

ワーク固定台２には、球形ワーク１の装着面のピン穴1
1,12に対向する位置にピン穴11,12の穴径に対応する大
きさの固定用ピン13,14が植設される。その固定用ピン1
3,14をピン穴11,12に係合させた後に、固定用ボルト４
で球形ワーク１がワーク固定台２に固定される。

ワーク固定台２の姿勢を変えて複数の個所に所望方向か
らの機械加工がなされる。ツール９により接合面15や接
合ねじ穴16が形成される際、ツール９の回転に伴う球形
ワーク１の連れ回りが、固定用ピン13,14によって阻止
され、球形ワーク１がワーク固定台２に対して回転ずれ
を起こすことはない。

また、加工済みの球状ノード17を再度加工する場合に
は、そのピン穴11,12とワーク固定台２側の固定用ピン1
3,14とを穴径に合わせて再度係合させれば、加工状態の
姿勢が完全に再現され、球形ワーク１の加工基準が常に
確保され、追加工における寸法的な誤差の発生は回避さ
れる。

このように、二つの穴径の異なるピン穴11,12が加工用
基準ねじ穴５を挟んで一直線上に配置されていると、そ
のピン穴11,12の配列方向をトラス構造にけるX,Y,Z軸の
いずれかの軸に予め一致させておけば、トラス構築作業
中におけるノードの取付姿勢もおのずと把握され、構造
部材の接合ミスの発生も回避されるようになる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、加工用基準ねじ穴を挟んで加工基準面
に設けた穴径の異なる二つのピン穴を用いて、球形ワー
クの装着姿勢を常に固定的に保持し、また、取り外され
た球形ワークを再度加工する場合には取り外し前の姿勢
を確実に再現してワーク固定台に装着することができ
る。したがって、支持部材の採用や球形ワークの支持調
整作業が不要となり、球形ワークに形成される多数の接
合面や接合ねじ穴が所望の角度や方向に正確にかつ能率
よく加工される。これによって、構造部材を球状ノード
を用いて組み上げたとき、所定の強度を発揮するような
確実な接続が実現されるトラス構造とすることができ
る。

〔実施例〕

以下、図面を参照しながら、本発明をその実施例に基づ
き詳細に説明する。

第１図は本発明の構造部材接合用球状ノードの製造方法
が適用されている状態における球形ワーク１のワーク固
定台２への装着図である。ワーク固定台２は固定基台2A
とその前面に取り付けられるシートパッド2Bとからな
り、その固定基台2Aが固定治具３を介して加工機である
マシニングセンタ22に取り付けられている。

球形ワーク１はそのワーク固定台２の中心部に装着され
るように、固定基台2Aとシートパッド2Bとのセンターに
ボルト取付穴が貫通して設けられ、そのボルト取付穴に
挿通された固定用ボルト４によって球形ワーク１がシー
トパッド2Bに固定される。

固定用ボルト４の軸部4mの径はボルト取付穴内でガタつ
かないようにその穴径とほぼ同一寸法とされ、その軸部
4mの先端部に、球形ワーク１に形成した加工用基準ねじ
穴５に螺合するねじ部4nが形成されている。なお、シー
トパッド2Bは固定基台2Aと予め一体化されてもよいが、
球形ワーク１の寸法によって取り替える場合などには、
図示したように固定基台2Aと別体としておき、突起2aを
介して固定基台2Aと回転ずれが生じないようにしておけ
ばよい。

そのワーク固定台２は水平面内での二次元的変位と、垂
直軸線回りの矢印６方向への回転と、水平軸線回りの矢
印７方向への回転が可能となっており、スピンドル８に
取り付けられたツール９の垂直方向への変位とあいまっ
て、５軸の変位および回転が可能となっている。

球状ノード17（第７図参照）に製作される素材である球
形ワーク１は例えば鍛造品であり、その球形ワーク１の
少なくとも一個所に加工基準面10が形成され、その加工
基準面10に上記した加工用基準ねじ穴５が予め刻設され
ている。

このような球形ワーク１には、加工用基準ねじ穴５より
できるだけ遠く離れた位置でかつ加工基準面10上に穴径
の異なる二つのピン穴11,12が形成されている。この二
つのピン穴11,12は、加工用基準ねじ穴５を挟んで一直
線上に配置され、径の大きいピン穴12は例えば第２図に
あるようにＹ軸のマイナス側に、小さいピン穴11はプラ
ス側に位置される。

上記のＹ軸は第２図における縦軸であり、それに交差す
るＸ軸は横軸とされ、このX,Yの両軸は例えばトラス構
造物を平面的に見た場合の左右および前後方向をなすよ
うに選定される。なお、地面に対して垂直となるＺ軸は
図示しないが同図の紙面に対して垂直に与えられる。

一方、これらのピン穴11,12に対向するように、シート
パッド2Bの前面には二つの固定用ピン13,14がそれぞれ
の穴径に対応した大きさで植設されている。そして、固
定用ピン13,14をピン穴11,12に係合させ、ツール９によ
る加工中に、球形ワーク１がワーク固定台２に対して回
転方向へずれないようになっている。

各固定用ピンは各ピン穴にきっちりと嵌るようにそれぞ
れの径が正確に規定されるので、球形ワーク１は確実に
ワーク固定台２にずれを起こすことなく装着される。

次に、球形ワーク１を機械加工する手順を述べる。加工
基準面10の中心に加工用基準ねじ穴５が形成された球形
ワーク１をワーク固定台２のシートパッド2Bに対面さ
せ、植設されている二本の固定用ピン13,14を球形ワー
ク１のピン穴11,12に係合させる。

このとき、穴径の大きいピン穴12が初期状態の姿勢にあ
るシートパッド2Bの下部側となるように嵌められ、二つ
のピン11,12でもって球形ワーク１の脱落が防止され
る。このようにして保持された状態で固定用ボルト４を
ワーク固定台２のボルト取付穴に挿通して、その先端部
のねじ部4nを加工用基準ねじ穴５に螺合する。

球形ワーク１の回転は固定用ピン13,14で阻止されてい
るから固定用ボルト４を回せば、その固定用ボルト４の
頭部がワーク固定台２の背面に当接した時点で、球形ワ
ーク１がワーク固定台２に完全に固定される。

ワーク固定台２を垂直軸線や水平軸線回りに回動させ、
球形ワーク１の所定位置がツール９の方向となるように
調整する。ワーク固定台２を前進させると、回転するツ
ール９によって機械加工がなされる。

まず、第３図（ａ）のようにフライスカッター9Aを取り
付けたスピンドル８が回転し、球形ワーク１の表面が平
らな接合面15とされる。ワーク固定台２がやや後退して
フライスカッター9Aが離反し、図示しない多軸ヘッドが
回動してドリル9Bが加工位置に配置される。第３図
（ｂ）に示す接合面15の中心に下穴があけられ、次に径
の大きいドリル9Cによって第３図（ｃ）に示す開口部の
面取りがなされ、最後にタップ9Dによって第３図（ｄ）
に示すようなねじ切りがなされる。

一つの接合面15とその接合ねじ穴16が形成されると、ワ
ーク固定台２の姿勢を変えて複数の個所に所望方向から
の上記の加工がなされ、第７図に示した球状ノード17と
される。ツール９により接合面15や接合ねじ穴16が形成
される際、ツール９の回転に伴う球形ワーク１の連れ回
りが、固定用ピン13,14（第１図参照）にそて阻止さ
れ、球形ワーク１がワーク固定台２に対して回転ずれを
起こすことがない。

また、加工済みの球状ノード17を再度加工する必要のあ
る場合には、そのピン穴11,12とワーク固定台２側の固
定用ピン13,14とを係合させれば、従前の加工状態の姿
勢が完全に再現され、球形ワーク１もしくは球状ノード
17の加工基準が常に確保され、追加工における寸法的な
誤差の発生は回避される。

ちなみに、加工基準面10における加工用基準ねじ穴５
は、屋根部材を取り付けたり電灯の吊し穴などとして利
用されたり、構造部材18を接続する場合には接合ねじ穴
20となるように加工される。

もちろん、ピン穴11,12の穴径が異なるので、一旦取り
外した後の球形ワーク１を再度ワーク固定台２に装着す
るとき、そのピン穴11,12の上下を誤るようなことはな
い。例えば、球形ワーク１の加工基準面10側の半球面に
も接合面15と接合ねじ穴16を施す場合には、第４図に示
すように、加工基準面10の反対側に形成された接合面15
bに上述した異なる穴径のピン穴11a,12aを形成すれば、
接合面15bを加工基準面としてシートパッド2Bに対面さ
せ、ワーク固定台２に装着することができる。

したがって、ツール９に球形ワーク１を接近させたと
き、第10図の破線で示したように、球形ワーク１を反転
させなければそのツール９やスピンドル８がワーク固定
台２に当たる場合でも、球形ワーク１を反転させさえす
れば、所望位置の加工が可能となる。その際、ピン穴11
a,12aがマシニングセンタ22によって正確に位置出しさ
れているので、反転後の装着姿勢が反転前の装着姿勢に
対してずれるようなことはない。

もちろん、再度反転前に戻っても球形ワーク１の装着姿
勢が完全に再現されることは上で述べた通りである。ち
なみに、このようにして製造された球状ノード17には、
例えば第５図に示すような接合装置19で構造部材18が接
続される。

構造部材18は鋼管26とその両先端に溶接されたスタブコ
ーン27とからなり、それに設けられた穴を挿通して取り
付けられた接合装置19の接合ねじ20が球状ノード17の接
合ねじ穴16に螺合される。接合ねじ20はその中間部に一
体形成された六角ボス28を介して、それに嵌合しかつ軸
方向へ相対的に摺動する六角スリーブ29の回転で進出さ
れ、接続が完了した時点では六角スリーブ29が接合ねじ
20を完全に覆う。

このような接合装置19の場合には、接合装置の先端面が
球状ノード17の接合面15に密着され、シール材30などが
介装されていると、水密構造とすることができる。

前述の説明から分かるように、上述の球状ノードの製造
法によれば、球形ワークの装着姿勢を常に固定的に保持
し、また、取り外された球形ワークを再度加工する場
合、取り外し前の姿勢を再現してワーク固定台に装着す
ることができるので、支持部材を採用したり球形ワーク
の支持調整作業が不要となり、球形ワークに形成される
多数の接合面や接合ねじ穴が、所望の角度や方向に正確
にかつ能率よく加工される。

さらに、ピン穴の径が変えられており、再度ワーク固定
台に装着するとき上下や左右の混乱を招くことがない。
接合ねじ穴の方向などが正確になると、構造部材と球状
ノードを用いてトラス構造を組み上げたとき、所定の強
度を発揮するような確実な接続が実現される。

第２図に示したごとく、二つのピン穴11,12を例えばＹ
軸上に配置して、そのＹ軸をトラス構造物を平面的に見
た場合の例えば前後方向に一致させておくと、ノード単
体またはノードを介して何本かの構造部材を接続したも
のもしくは平面的であれ立体的にあれ部分組み立てされ
たサブアッセンブリトラスを構築中のトラス構造にクレ
ーンなどによって搬入したとき、いずれの場合でもノー
ドのピン穴11,12の大きさと方向を確認するだけで、図
面に一致した平面配置を実現することができるようにな
り、トラス構築作業の著しい円滑化が図られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構造部材接合用球状ノードの製造方法
が適用された球形ワークのワーク固定台装着状態正面
図、第２図は第１図のII−II線矢視における球形ワーク
の側面図、第３図（ａ）ないし（ｄ）は球形ワークの加
工工程図、第４図は加工基準面の反対側に加工基準面に
相当する接合面とピン穴を設けている球形ワークの装着
図、第５図は接合装置による構造部材と球状ノードとの
接続状態の一例を示す断面図、第６図は球状ノードによ
り接続された構造部材が構成するトラス構造図、第７図
は球状ノードの斜視図、第８図は最後に接続された構造
部材が球状ノードに正確に固定されていない様子を誇張
して示した接合図、第９図は従来なされている球形ワー
クの加工状態を示す正面図、第10図は第９図のＸ−Ｘ線
相当個所における平面図である。 １…球形ワーク、２…ワーク固定台、４…固定用ボル
ト、５…加工用基準ねじ穴、9,9A〜9D…ツール、10…加
工基準面、11,11a…穴径の小さなピン穴、12,12a…穴径
の大きなピン穴、13,14…固定用ピン、16…接合ねじ
穴、17…球状ノード、18…構造部材。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】球状ノードとなる球形ワークの少なくとも
   一個所に加工基準面が形成され、その加工基準面に施さ
   れた加工用基準ねじ穴に固定用ボルトを螺合させること
   により、ワーク固定台に上記球形ワークが装着され、ツ
   ールによって球形ワークにトラス形成用構造部材の接合
   ねじ穴を加工する球状ノードの製造法において、 前記加工用基準ねじ穴から離れた位置の加工基準面に、
   二つの穴径の異なるピン穴を前記加工用基準ねじ穴を挟
   んで一直線上に設け、 前記ワーク固定台に上記穴径に対応する固定用ピンを植
   設し、その固定用ピンを上記ピン穴に係合させることが
   できるようにしたことを特徴とする構造部材接合用球状
   ノードの製造方法。