JP4971916B2 - 座金及び水槽 - Google Patents

Description

本発明は、座金及び水槽に関し、さらに詳しくは、複数の被締結部材を締結する締結部材に適用される座金と、この座金を用いた水槽に関する。

複数の被締結部材を締結するときに使用されるボルト及びナット等の締結部材には、座金が用いられることが多い。たとえば特許文献１には、互いに面接触する球面を備えた上下一対の座金から球面座金を構成することで、ボルトの疲労寿命を向上させる技術が記載されている。

ところで、被締結部材としては、ボルト挿通孔の周囲等が曲面形状となっているものがある。このような曲面形状の被締結部材に、たとえば特許文献１の座金を適用すると、締結部材自体に、あるいは被締結部材相互に大きな入力が作用した場合、締結部分に応力が集中する。

このような応力集中による被締結部材の損傷を防止するためには、たとえば、締結部分の近傍に補強部材を設けることも考えられるが、重量増やコスト増を招く。また、座金を大きくしても、重量増やコスト増を招く。特に、被締結部材として複数のパネルを締結した水槽を考えると、上記の応力集中を効果的に緩和することが望まれる。
実開平６―５３８１６号公報

本発明は、上記事実を考慮し、重量増やコスト増を招くことなく、締結部分での被締結部材への応力集中を緩和できる座金と、この座金を用いて複数のパネルを締結した水槽を得ることを目的とする。

請求項１に記載の発明では、パネルの挿通孔に挿通されて締結用金具を締結する締結部材に適用され、挿通孔の周囲で前記パネルが曲面境界部を介してリブと接続されている構造物に用いられる座金であって、前記座金の、前記パネルとの対向面の一部が前記パネルと接触する接触部とされ、前記接触部の一部が、前記リブにも接触する形状とされていることを特徴とする。

すなわち、パネルは、挿通孔の周囲で曲面となっているが、本発明の座金もパネルとの対向面の少なくとも一部がパネルと面接触するような接触部とされている。したがって、たとえば締結部材の軸方向に荷重が作用した場合や、締結部分を支点としてパネルにモーメントが発生した場合などであっても、座金からパネルに作用する局部的な荷重を緩和でき、応力の集中も緩和できる。パネルを補強する部材が不要で、座金を大きくする必要もないので、重量増やコスト増を招かない。また座金の接触部をリブにも接触する形状とすることで、リブには接触しない形状の座金と比較して、より効果的に、座金からパネルに作用する局部的な荷重を緩和できる。また、リブによって、パネルの強度も高められる。

請求項２に記載の発明では、円形に形成された請求項１に記載の座金であって、前記接触部が全周にわたって形成されていることを特徴とする。

請求項３に記載の発明では、多角形に形成された請求項１に記載の座金であって、前記接触部が少なくとも２辺に形成されていることを特徴とする。

本発明において、座金の具体的な形状は特に限定されないが、たとえば請求項２に記載のように、円形に形成された座金であって、前記接触部が全周にわたって形成されている形状や、請求項３に記載のように、多角形に形成された請求項１に記載の座金であって、前記接触部が少なくとも２辺に形成されている形状を挙げることができる。いずれの形状においても、効果的に、座金から被締結部材に作用する局部的な荷重を緩和できる。

請求項４に記載の発明では、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の発明において、前記締結部材がボルト及びナットであり、前記ボルト又はナットと前記被締結部材の間に配置されることを特徴とする。

締結部材としてボルト及びナットを用いることで、被締結部材を強固に締結できる。

また、ナットをボルトに締め込んでいくと、ボルトの軸方向では被締結部材に大きな締め付け荷重が作用する。このような場合でも、座金から被締結部材に作用する局部的な荷重を緩和できるので、応力の集中も緩和できる。

請求項５に記載の発明では、周囲にリブが形成された複数のパネルを接合して構成される水槽であって、前記リブ又はリブの近傍で前記パネルに形成された挿通孔と、挿通孔に挿通されて前記パネルどうし、あるいはパネルと他部材を締結する締結部材と、前記締結部材に用いられて前記パネルに面接触する請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の座金と、を有することを特徴とする。

本発明では、複数のパネルを接合して水槽が構成されるが、パネルに形成された挿通孔に締結部材が挿通されることで、パネルどうしあるいはパネルと他部材が締結される。締結部材には、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の座金が用いられており、パネルに面接触している。したがって、たとえば締結部材の軸方向に荷重が作用した場合や、締結部分を支点としてパネルにモーメントが発生した場合などであっても、座金からパネルに作用する局部的な荷重を緩和でき、応力の集中も緩和できる。パネルを補強する部材が不要で、座金を大きくする必要もないので、重量増やコスト増を招かない。

本発明は上記構成としたので、重量増やコスト増を招くことなく、締結部分での被締結部材への応力集中を緩和できる。

図１には、本発明の第一実施形態に係る水槽１２の全体構成が示されている。また、図２には、この水槽１２において、第一実施形態の座金３２が適用される支柱２０（詳細は後述する）が部分的に拡大して示されている。さらに、図３には、座金３２を適用した締結部分が拡大して示されている。

図１から分かるように、水槽１２は、樹脂（たとえばＦＲＰ）製の複数のパネル１４を接合することにより構成されている。パネル１４のそれぞれは四角形状に形成されており、略平板状のパネル面１４Ｐから直角に立ち上がるリブ１６が、パネル面１４Ｐの周囲を連続するように形成されることで、パネル１４それぞれの強度が高められている。リブ１６または、リブ１６近傍のパネル面１４Ｐには、一定間隔で接合用ボルト孔が形成されており、これら接合用ボルト孔を隣接するパネル１４どうしで一致させた状態で、接合用ボルト１７が挿通され、さらに接合用ナット１９が締め込まれることで、パネル１４どうしが接合されている。

図２に示すように、水槽１２内には、支柱２０が立設されて、水槽１２の上面及び下面に固定されており、特にパネル１４の角部が補強されることで、水槽１２の全体としての強度が高められている。特に、支柱２０の下端には複数（本実施形態では２つ）締結用金具２２が配設されており、締結用金具２２のパネル１４との対向面には、図４に示すように、締結用ボルト孔２４が形成されている。

一方、水槽１２の下面を構成するパネル１４のパネル面１４Ｐにも、リブ１６の近傍に締結用ボルト孔２６が形成されている。締結用金具２２の締結用ボルト孔２４とパネル１４の締結用ボルト孔２６とを一致させた状態で、図３にも示すように、水槽１２内から締結用ボルト２８を挿通し、さらに締結用ナット３０を締結用ボルト２８に水槽１２外から締め込むことで、支柱２０がパネル１４に固定される。なお、本実施形態では、締結用ボルト２８と締結用ナット３０とで、本発明の締結部材が構成されている。

締結用ナット３０とパネル１４の間には、座金３２が配設されている。本実施形態の座金３２は、１枚の板金で構成され、下方から（締結用ボルト２８の軸方向に）見て略三角形状に形成されている。そして、パネル１４のパネル面１４Ｐに面接触する平面部３２Ａを有している。平面部３２Ａからは、直交する２つのリブ１６のそれぞれに接触するように立設された立設部３２Ｂが形成されており、平面部３２Ａと立設部３２Ｂの境界部３２Ｃが、パネル面１４Ｐとリブ１６の境界部３４に沿った曲面形状（アールが付けられている）とされている。したがって、座金３２は、平面部３２Ａから境界部３２Ｃを経て立設部３２Ｂに至るまでの各部分、すなわちパネル１４に対向する面が全体として本発明の曲面状接触部となっており、パネル１４のパネル面１４Ｐ、境界部３４及びリブ１６に面接触している。

次に、本実施形態の作用を説明する。

本実施形態の水槽１２では、支柱２０の下端（締結用金具２２）が、図３に示すように、締結用ボルト２８及び締結用ナット３０によってパネル１４に締結されている。

ここで、締結用ナット３０とパネル１４の間に配設された座金３２は、平面部３２Ａ、境界部３２Ｃ及び立設部３２Ｂにより、パネル１４のパネル面１４Ｐ及びリブ１６に面接触している。座金３２とパネル１４との接触面積が大きくなっているので、たとえば地震等により締結用ボルト２８の軸方向に大きな荷重が作用した場合や、支柱２０がパネル１４に対して傾き締結部分に大きなモーメントが作用した場合であっても、座金３２からパネル１４に作用する局所的な荷重を緩和できる。また、図４に矢印Ｆ１で示すように、締結用ボルト２８の軸方向に作用する荷重が、放射状に分散されることにもなる。これらにより、パネル１４の局所的な応力集中も緩和できるので、パネル１４の破壊を、より効果的に抑制できるようになる。

特に、本実施形態の締結用ボルト２８と締結用ナット３０のように、被締結部材としてボルトとナットとを用いた構成では、ナットをボルトに締め込んでいくと、ボルトの軸方向では被締結部材であるパネル１４等に大きな締め付け荷重が作用する。このような場合でも、座金３２からパネル１４に作用する局部的な荷重を緩和できるので、応力の集中も緩和できる。

加えて、座金３２のパネル１４に対する対向部分には、たとえばエッジ等の鋭利な部分が存在していない。この点においても、パネル１４への局所的な荷重を緩和することができ、パネル１４の横せん断破壊強度が向上する。

しかも、本実施形態では、パネル１４の局所的な応力集中を緩和するために補強部材を用いる必要がない。したがって、重量増やコスト増を招くことなく、パネル１４の破壊を効果的に抑制できる。補強部材を取り付ける手間が省けるので、施工性も向上する。また、パネル１４の破壊を防止するために、たとえばパネル１４を厚くしたり補強層を内部に設けたりする必要がないので、この点においても、コストの増加を抑制することが可能になる。

なお、このように、パネル１４への応力集中を緩和するためには、単に座金を大きくして、パネル１４との接触面積を広く確保する構成も考えられる。しかし、座金を大きくしても、たとえば上記したように締結部分へのモーメントが作用した場合では、座金の周縁部分からパネル１４に荷重が作用する（還元すれば、荷重が作用する位置が締結用ボルト２８から離れた位置になるだけである）ため、パネル１４の破壊抑制の効果は小さい。しかも、座金を大型化することで、重量層、コスト増を招くおそれもある。本実施形態では、このように座金を大型化した構成と比較しても、重量増、コスト増を招くことなく効果的に、パネル１４への応力集中を抑制し、その破壊を防止できる。

また、本実施形態の座金３２において、三角形状（あるいは多角形状）の平面部の１辺のみに境界部３２Ｃ及び立設部３２Ｂを設けても効果はあるが、２辺以上に対応して曲面状の部分（境界部３２Ｃ及び立設部３２Ｂ）を設けると、モーメント作用時に支点となって、いわゆる「片当たり」をしなくなるので好ましい。

なお、座金３２の具体的形状は、被締結部材（上記実施形態ではパネル１４）の形状に合わせて決定されるものであり、以下の各実施形態に示すような各種の形状が挙げられる。

図５には、第二実施形態の座金５２が示されている。第二実施形態では、本発明に係る被締結部材として、第一実施形態のパネル（樹脂製）と比較して柔らかいもの（ここでは２枚の木材５４Ａ、５４Ｂとする）を想定している。

木材５４Ａには、締結用ボルト孔２４の周囲に、締結用ボルト２８の軸方向に見て円形の凹部５６が形成されている。凹部５６には、中央（締結用ボルト孔の近傍）の平面部５６Ａと、この平面部５６Ａから外縁へと連続する湾曲部５６Ｂが構成されている。

第二実施形態の座金５２は、凹部５６に対応して、締結用ボルト２８の軸方向に見ると円形とされている。そして、凹部５６の平面部５６Ａに面接触する平面部５２Ａと、この平面部５２Ａから連続し、凹部５６の湾曲部５６Ｂに接触する湾曲部５２Ｂが全周にわたって形成されている。平面部５２Ａから湾曲部５２Ｂに至る部分が全体として、本発明の曲面状接触部となっている。

このような構成とされた第二実施形態の座金５２においても、締結用ボルト２８の軸方向に大きな荷重が作用した場合や、締結用ボルト２８が木材５４Ａに対して傾き締結部分に大きなモーメントが作用した場合であっても、座金５２から木材５４Ａに作用する局所的な荷重を緩和できる。

なお、第一実施形態の座金３２では、平板の縁部分を曲げることで平面部３２Ａから連続する境界部３２Ｃ及び立設部３２Ｂを形成した。これに対して、第二実施形態の座金５２では、平板の厚みを縁部近傍で漸減させることで、平面部５６Ａから連続する湾曲部５２Ｂを形成している。このように、本発明の座金としては、被締結部材の曲面部分との対向面の少なくとも一部が面接触するようになっていればよく、座金の具体的な加工方法や形状等は特に限定されない。

図６には、本発明の第三実施形態の座金６２が示されている。第三実施形態では、たとえば家電製品の内部に配置される２つの樹脂部材６４Ａ、６４Ｂを本発明に係る被締結部材として想定している。

一方の樹脂部材６４Ａには、締結用ボルト孔２４の周囲にリブ６６が形成され、その内側に、締結用ボルト２８の軸方向に見て四角形状の凹部６８が形成されている。凹部６８には、第二実施形態と同様に、平面部６８Ａと、この平面部６８Ａから外縁へと連続する湾曲部６８Ｂが構成されている。

第三実施形態の座金６２は、凹部６８に対応して、締結用ボルト２８の軸方向に見ると四角形とされている。そして、凹部６８の平面部６８Ａに面接触する平面部６２Ａと、この平面部６２Ａから連続し、凹部６８の湾曲部６８Ｂに接触する湾曲部６２Ｂが形成されている。平面部６２Ａから湾曲部６２Ｂに至る部分が全体として、本発明の曲面状接触部となっている。さらに、この座金６２の締結用ボルト孔２８には雌ネジ７０が形成されており、ナットとしての機能（締結用ボルトに対するバックアップ機能）も有するようになっている。

このような構成とされた第三実施形態の座金６２においても、締結用ボルト２８の軸方向に大きな荷重が作用した場合や、締結用ボルト２８が樹脂部材６４Ａに対して傾き締結部分に大きなモーメントが作用した場合であっても、座金６２から樹脂部材６４Ａに作用する局所的な荷重を緩和できる。

図７には、本発明の第四実施形態の座金７２が示されている。第四実施形態では、たとえば配線等をカバーするカバー部材７４と、このカバー部材７４が取り付けられる壁面（図示省略）を本発明に係る被締結部材として想定している。

すなわち、カバー部材７４は、金属あるいは樹脂の薄板を所定位置で曲げて形成されており、締結用ボルト孔が形成された平面部７４Ａの両側から、境界部７４Ｃを経て略垂直に立ち上がる垂直部７４Ｂを有する略Ｕ字状の断面を有している。カバー部材７４の内部には、配線や配管あるいはこれらを支持する支持部材が配設される、

第四実施形態の座金７２は、締結用ボルト２８の軸方向に見て四角形状とされており、カバー部材７４の平面部７４Ａに面接触する平面部７２Ａと、この平面部７２Ａから連続し、境界部７４Ｃ及び垂直部７４Ｂにそれぞれ接触する湾曲部７２Ｂ及び垂直部７２Ｃが形成されている。平面部７２Ａから湾曲部７２Ｂを経て垂直部７２Ｃまでが全体として、本発明の曲面状接触部となっている。

このような構成とされた第四実施形態の座金７２においても、締結用ボルト２８の軸方向に大きな荷重が作用した場合や、締結用ボルト２８がカバー部材７４に対して傾き締結部分に大きなモーメントが作用した場合であっても、座金７２からカバー部材７４に作用する局所的な荷重を緩和できる。

以上説明したように、本発明に係る被締結部材は特に限定されず、また、座金としても、被締結部材の材質や形状との関係において、適切な材料や形状とすることができる。たとえば、被締結部材としてパネル１４どうしを連結する構造に本発明の座金を用いてもよい。締結部材としても、ボルト及びナットに限定されず、釘やリベット等であってもよい。

また、本発明の座金は、被締結部材との対向面が全面にわたって被締結部材に面接触している必要はない。たとえば、図８に示す第五実施形態の座金８２では、平面部８２Ａから境界部８２Ｃを経て立設部８２Ｂに至る構造は第一実施形態の座金３２と同様であるが、境界部８２Ａの外側が斜めに面取りされており、パネル１４（被締結部材）との間に隙間ＳＰが生じている。しかし、座金８２の対向面全体ではパネル１４に面接触しているため、第一実施形態の座金３２と略同様の効果を奏する。

もちろん、第一実施形態から第四実施形態のように、被締結部材に形成されたリブや凹部に対し、本発明の座金はその形状に沿って接触していることが好ましい。

本発明を実施例により、さらに詳細に説明する。もちろん、本発明は以下の実施例に限定されない。

［実施例１〜３］
実施例１〜３では、上記第一実施形態の水槽１２に対し、同じく第一実施形態の座金３２を適用した。座金３２の構成は、以下の通りとした。

＜座金３２の構成＞
材料：鉄（ステンレス等であってもよい）
平面部３２Ａのサイズ（長辺×短辺×厚み）：６０ｍｍ×６０ｍｍ×４．５ｍｍ
立設部３２Ｂの立設高さ：１０ｍｍ
実質的に座金３２は略二等辺三角形状になっている。

［比較例１〜３］
比較例１〜３では、実施例の座金３２に代えて、図９に示すように、円形の座金１０２を使用した。この座金１０２は、水槽１２に支柱２０を固定する場合に一般的に使用が想定されるものよりも大径である。

＜座金１０２の構成＞
材料：鉄（ステンレス等であってもよい）
サイズ（径×厚み）：３０ｍｍ×３ｍｍ

［比較例４］
比較例４では、図１０に示すように、座金１０２を用いると共に、締結用ボルト１０４として実施例よりも長いものを使用し、これにロングナット１０６をねじ込んだ。さらに、補強部材１０８を水槽１２の外側に配置し、取付用ボルト１１０とロングナット１０６を用いてパネル１４に取り付けた。補強部材１０８の形状及び各部の寸法は、図１１にも示している。

＜ロングナット１０６の構成＞
材料：鉄（ステンレス等であってもよい）
サイズ（呼び×長さ）：Ｍ１２×４０ｍｍ

＜補強部材１０８の構成＞
材料：鉄鋼
形状：Ｈ型鋼（図１１参照）
サイズ：（高さ×幅×厚み）：１９８ｍｍ×９９ｍｍ×４．５ｍｍ又は７ｍｍ
取付用ボルトを挿通する挿通孔の位置：板厚７ｍｍの部分

＜試験方法及び評価＞
各実施例及び各比較例の座金を用いた構成に対し、オートグラフ試験機を用いて引張速度１ｍｍ／ｍｉｎで引張試験を行い、パネル１４の破壊荷重を測定した。結果を表１に示す。

なお、評価にあたっては、２４．１９ｋＮ（２４６８ｋｇｆ）の荷重を判定の閾値とし、これ以上の荷重を作用させても、パネル１４に本質的な破壊が生じない（たとえば表面のクラック程度であれば問題ない）ものを「◎」、パネル１４に破壊が生じるものを「△」、さらに締結用ボルトにも破壊が及ぶものを「×」とした。

この表１から分かるように、大型の座金１０２を用いた比較例１〜３の構成では、パネル１４の底面に破損が生じている。また、この座金１０２にロングナット１０６を併用し補強部材１０８を取り付けた比較例４の構成では、パネル１４等に破損は生じていない。ただし、座金１０２及びロングナット１０６を使用し、さらに補強部材１０８を取り付けているため、施工性が悪く、また、重量増を招いた。

これに対し、実施例１〜３の構成では、パネル１４の破損は生じていない。しかも、座金１０２やロングナット１０６を使用したり、補強部材１０８を取り付けたりする必要もないので、施工性が良好で、重量増を招くこともなかった。

本発明の第一実施形態の座金が適用された水槽の概略構成を示す斜視図である。 本発明の第一実施形態に係る水槽の支柱の下端及びその近傍を拡大して示す斜視図である。 本発明の第一実施形態に係る座金を用いた締結構造を水槽の下側から見た状態で示す斜視図である。 本発明の第一実施形態に係る座金を用いた締結構造を示す横断面図である。 本発明の第二実施形態に係る座金を用いた締結構造を示す横断面図である。 本発明の第三実施形態に係る座金を用いた締結構造を示す斜視図である。 本発明の第四実施形態に係る座金を用いた締結構造を示す斜視図である。 本発明の第五実施形態に係る座金を用いた締結構造を示す横断面図である。 比較例の座金を用いた締結構造を水槽の下側から見た状態で示す斜視図である。 図９に示したものとは異なる比較例の座金を用いた締結構造を水槽の下側から見た状態で示す斜視図である。 比較例４に係る補強部材の形状及び寸法を示す概略図である。

符号の説明

１２ 水槽
１４ パネル（被締結部材）
１４Ｐ パネル面
１６ リブ
１８ 接合用ボルト孔
２０ 支柱
２２ 締結用金具（被締結部材）
２４ 締結用ボルト孔（挿通孔）
２６ 締結用ボルト孔（挿通孔）
２８ 締結用ボルト（締結部材）
３０ 締結用ナット（締結部材）
３２ 座金
３２Ａ 平面部（曲面状接触部）
３２Ｂ 立設部（曲面状接触部）
３２Ｃ 境界部（曲面状接触部）
５２ 座金
５２Ａ 平面部（曲面状接触部）
５２Ｂ 湾曲部（曲面状接触部）
５４Ａ、５４Ｂ 木材（被締結部材）
６２ 座金
６２Ａ 平面部（曲面状接触部）
６２Ｂ 湾曲部（曲面状接触部）
６４Ａ、６４Ｂ 樹脂部材（被締結部材）
７２ 座金
７２Ａ 平面部（曲面状接触部）
７２Ｂ 湾曲部（曲面状接触部）
７２Ｃ 垂直部（曲面状接触部）
８２ 座金

Claims (5)

1. パネルの挿通孔に挿通されて締結用金具を締結する締結部材に適用され、挿通孔の周囲で前記パネルが曲面境界部を介してリブと接続されている構造物に用いられる座金であって、
   前記座金の、前記パネルとの対向面の一部が前記パネルと接触する接触部とされ、
   前記接触部の一部が、前記リブにも接触する形状とされていることを特徴とする座金。
2. 円形に形成された請求項１に記載の座金であって、
   前記接触部が全周にわたって形成されていることを特徴とする座金。
3. 多角形に形成された請求項１に記載の座金であって、
   前記接触部が少なくとも２辺に形成されていることを特徴とする座金。
4. 前記締結部材がボルト及びナットであり、
   前記ボルト又はナットと前記パネルの間に配置されることを特徴とする請求項１〜
   請求項３のいずれか１項に記載の座金。
5. 周囲にリブが形成された複数のパネルを接合して構成される水槽であって、
   前記リブ又はリブの近傍で前記パネルに形成された挿通孔と、
   挿通孔に挿通され前記パネルと前記締結用金具とを締結する締結部材と、
   前記締結部材に用いられて前記パネルに面接触する請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の座金と、
   を有することを特徴とする水槽。

Images