JP5246008B2

JP5246008B2 - ブラケット

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Publication number: JP5246008B2
Application number: JP2009101651A
Authority: JP
Inventors: 厚司瀬戸; 崇松野; 栄作桜田
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2008-12-01
Filing date: 2009-04-20
Publication date: 2013-07-24
Anticipated expiration: 2029-04-20
Also published as: JP2010155601A

Description

本発明は、構造部材に接合し、構造部材の撓みを低減させるブラケットに関するものである。

自動車、建設機械、橋梁、建築構造物などの鋼構造物では、軽量化あるいは大型化を実現するためには、ハイテン材と呼ばれる強度の高い高張力鋼を使用して部材の板厚あるいは断面積を小さくする必要がある。しかし、部材の板厚あるいは断面積を小さくすると部材の剛性が低下し、外力に対する変形、すなわち撓みが大きくなって、鋼構造物の安全性が確保出来なくなるという課題があり、部材の剛性を落とさずに板厚あるいは断面積を小さくする技術の出現が切望されている。

構造部材には、他の部材から荷重を伝達するためにブラケットが接合されるが、このブラケットについては、スラスト荷重を受ける円板を有するベアリングブラケットに設けた内径側円周補強リブの厚みを円板の板厚より厚くする方法が特許文献１に、ステアリングシャフトに取り付けたブラケットにおいて、コラム保持部材を挟持する板部の板厚を車体本体に取り付けられる本体の板厚より薄くしたもの、又は、両者は同じ板厚を有し前記板部に切り欠きを設けたものを有するステアリング装置が特許文献２に、ブームの上面板にアーム駆動用シリンダ取り付けブラケットを取り付けた建設機械の作業機ブームが特許文献３に、一端部に車輪側取付部を有すると共に他端部に第１の車体側取付部を有し、かつ中間部に第２の車体側取付部を有するトランスバースリンク等のリンク本体をアルミニウム押し出し成形で形成し、第２の車体側取付部は円筒部とブラケットを有し、ブラケットとリンク本体との溶接長を円筒部の切断幅より長くしたリンク部材が特許文献４にそれぞれ開示されている。

特開昭５９−１９１４４７号公報ＷＯ２００５−０３７６２７号公報特開２００３−１９３５１２号公報特開平１１−２１７０１４号公報

前記開示技術のうち、特許文献１では、ブラケットにピン孔が無く、ピン孔を有するブラケットから構造部材に荷重が作用する場合に、構造部材の撓みを減らせないという問題がある。また補強材の厚みを厚くすることは重量が増加するという問題がある。

また特許文献２では、ピン孔とブラケット端との距離、およびブラケット端の長さとの関係についての記載が無く、またブラケットの板厚を小さくするものの、ブラケット内の板厚変化については記載が無く、ピン孔を有するブラケットから構造部材に荷重が作用する場合に、構造部材の撓みを減らせないという問題がある。

また特許文献３では、建設機械の作業機ブームに取り付けるブラケットにおいて、ブームに溶接するブラケット端の長さがピン孔とブラケット端の距離よりも十分長いアーム駆動用シリンダ取り付けブラケットが記載されているが、ブラケット内の板厚変化についての記載が無く、ピン孔を有するブラケットから構造部材に荷重が作用する場合に、構造部材の撓みを減らせないという問題がある。

加えて特許文献４では、リンク本体に溶接されるアルミニウム押し出し成形で形成されたブラケットの構造部材側に２つの空洞が見られるが、このブラケットはフランジ端部の両側端以外に中央部にも板厚の厚い部分があるため、ピン孔を有するブラケットから構造部材に荷重が作用する場合に、構造部材の撓みを減らせないという問題がある。

本発明は、ピン孔を有するブラケットを介して構造部材に荷重が作用する場合に構造部材の撓みを低減させるブラケットを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、（１）板状の１枚又は２枚のフランジを有し、前記フランジを貫通するピン孔が形成され、かつフランジ端部が構造部材に連続して溶接され、前記ピン孔を介して他の部材から荷重を受けて前記構造部材へ荷重を伝達する用途のブラケットにおいて、前記フランジ端部は、両側端部の板厚が中央部より厚く、かつ、前記ピン孔の底から前記フランジと前記構造部材との溶接部までの距離をＨ（ｍｍ）、前記フランジ端部の長さをＷ（ｍｍ）とするとき、２Ｈ≦Ｗとなることを特徴とするブラケットを提供する。

また、本発明によれば、（２）前記フランジにおける、前記ピン孔の底から前記フランジ端部の中央部までの一部又は全部の板厚が、前記フランジ端部における両側端部の板厚の０．５〜０．８５倍であることを特徴とする前記（１）記載のブラケットが提供される。

加えて、本発明によれば、（３）前記フランジ面における前記ピン孔の底を中心として、前記フランジ端部の、前記両側端より板厚の小さい領域の両側方に外接する２本の直線がなす角度が８０〜１００°であることを特徴とする前記（１）または（２）に記載のブラケットが提供される。

さらに、本発明によれば、（４）前記フランジが前記構造部材の片方の固定端に近い位置に接合されているブラケットにおいて、前記フランジの両側端部のうち、前記構造部材の固定端との距離が近い方の側端部の断面積が、前記構造部材の固定端との距離が遠い方の側端部の断面積の１．２〜３．０倍であることを特徴とする前記（１）または（３）に記載のブラケットが提供される。

またさらに、本発明によれば、（５）前記フランジが前記構造部材の片方の固定端に近い位置に接合されているブラケットにおいて、前記フランジの両側端部よりも板厚の小さい領域の両側方に外接する２本の直線のうち、前記構造部材の固定端との距離が近い方の側端部の側方に外接する直線と前記溶接部のなす角が、前記構造部材の固定端との距離が遠い方の側端部の側方に外接する直線と前記溶接部のなす角よりも５〜４０°大きいことを特徴とする前記（１）〜（４）の何れかに記載のブラケットが提供される。

尚、本発明において、フランジ端部の中央部とは、フランジ端部のうち両側端部を除く部分をいう。即ち、フランジ端部とは、中央部と両側端部からなる。また、ピン孔の底とは、ピン孔の周縁のうち、フランジ端部に最も近い位置を指す。

本発明によれば、構造部材の撓みを低減でき、その工業的意味は大きい。

構造部材とブラケットの関係を示す斜視図である。本発明のブラケットの例と構造部材との関係を示す平面図である。本発明のブラケットの別の例を示す平面図である。図２のＡ−Ａ’断面の形状を示す図である。ブラケットの参考例と構造部材との関係を示す平面図である。ブラケットの参考例を示す平面図である。本発明のブラケットの例と構造部材との関係において、ピン孔の底を起点として板厚の小さい領域の両側方に外接する直線がなす角度を示す平面図である。本発明のブラケットの別の例と構造部材との関係において、ピン孔の底を起点として板厚の小さい領域の両側方に外接する直線がなす角度を示す平面図である。本発明のブラケットの例と構造部材との関係において、構造部材の片方の固定端の近くにブラケットが接合された例を示す平面図である。図９のＣ−Ｃ’断面の形状の例を示す図である。本発明のブラケットの例と構造部材との関係において、ピン孔の底を起点として板厚の小さい領域の両側方に外接する直線と溶接線のなす角度を説明する平面図である。構造部材とブラケットの関係を示した別の例の斜視図である。本発明のブラケットの別の例を示す斜視図である。本発明のブラケットの別の例と構造部材の関係を示す斜視図である。図１１のＢ−Ｂ’断面の形状を示す図である。本発明の実施例における構造部材を示す図である。本発明の実施例における試験状況と構造部材の撓みを示す図である。本発明の実施例におけるブラケットの種類を示す図である。本発明の別の実施例における試験状況と構造部材の撓みを示す図である。

以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

まず、本発明者らは、図１に示すようにピン孔３を有するブラケット１が接合された構造部材４と、他の構造部材１０とが、ピン孔３に挿通されたピン（図示しない）を介して結合され、他の構造部材１０からピンを通じて荷重Ｐが作用する場合に、構造部材４の撓みｔを詳細に検討した。

その結果、構造部材４の撓みｔは、ブラケット１を構成するフランジ２から構造部材４に伝達される応力の分布に大きく依存し、構造部材４に溶接されているフランジ端部７は、中央部９の応力が小さく、両側端部８の応力が大きくなるほど、荷重Ｐの作用方向における構造部材４の撓みｔは小さくできることを知見した。すなわち、フランジ端部７の中央部９は構造部材４の固定端１４から離れているため、中央部９に応力が集中すると構造部材４は容易に撓むことができ、逆にフランジ端部７の両側端部８に応力が集中するほど構造部材４がより全体的に撓み、撓みｔの最大値を小さくすることができることを知見した。

この知見をもとにさらにブラケットの形状を詳細に検討した結果、図２に２枚のフランジのうちの１枚の模式図を示すように、フランジ端部７の両側端部８の板厚を中央部９の板厚より厚くすること、およびフランジ２に形成されているピン孔の底３ａから溶接部６までの距離をＨ（ｍｍ）、フランジ端部７の長さをＷ（ｍｍ）とするとき、２Ｈ≦Ｗとすることにより、構造部材４の撓みｔを大きく低減できることを知見した。これは、フランジ端部７の両側端部８の板厚を中央部９より厚くすることにより、ピン孔３を通じて加わる荷重Ｐが中央部９に流れずに両側端部８へ流れること、さらにフランジ端部７の長さＷをピン孔の底３ａから溶接部６までの距離Ｈの２倍以上とすることで応力がより広範囲に広がることの両方の効果によるものである。また、２Ｈ＞Ｗとなると、フランジ端部７の長さＷが十分大きくないためにピン孔３から負荷された荷重Ｐが広がる幅が無く、構造部材４の限られた範囲に応力が分布する結果、構造部材４の撓みｔを十分に低減することが出来ないことが判明した。

また、フランジ端部７の両側端部８の板厚が中央部分９の板厚と同じか小さい場合には、ピン孔３から負荷された荷重Ｐがフランジ端部７の両側端部８よりも中央部９に集中するため、構造部材４の撓みｔは低減されないことが判明した。フランジ端部７の中央部９の、両側端部８よりも板厚の小さい領域５は、例えば図３（ａ）に示すようにピン孔３の底３ａからフランジ端部７の中央部９までの一部であっても、あるいは全範囲であっても同様の効果が得られ、さらに、例えば図３（ｂ）、（ｃ）に示すようにフランジ端部７に達していても、そうでなくても良く、また、例えば図３（ｂ）に示すように略三角形であっても図３（ｄ）に示すように略円形であっても差し支えないことを知見した。

またさらに、図４は図２のＡ−Ａ’断面であり、フランジ端部７の断面形状例を示すものである。板厚の小さい領域５は、例えば図４（ａ）に示すようにフランジ２の両面が窪んで形成されても、図４（ｂ）に示すように片面のみが窪んで形成されても良く、両側端部８と板厚の小さい領域５との境界は、例えば図４（ａ）、（ｂ）に示すように段差が形成されていても、図４（ｃ）、（ｄ）に示すように滑らかであっても同様の効果が得られることが判明した。

以上述べたように、フランジ端部７の両側端部８は中央部９より板厚が厚く、２Ｈ≦Ｗとしたブラケットは、構造部材４の撓みｔを大きく低減できることが明らかとなった。

次に、本発明者らは、ピン孔の底３ａから溶接部６までの距離Ｈと、フランジ端部７の長さＷが、２Ｈ≦Ｗとなるブラケットにおいて、フランジ２におけるピン孔３の底３ａからフランジ端部７の中央部９までの板厚の範囲を詳細に検討した。

その結果、ピン孔の底３ａからフランジ端部７の中央部９までの板厚が、フランジ端部７の両側端部８の板厚の０．５〜０．８５倍のときに、構造部材４の撓みｔが小さくなることを知見した。ピン孔の底３ａからフランジ端部７の中央部９までの板厚が、フランジ端部７の両側端部８の板厚の０．５倍より小さい場合には、フランジ２を構造部材４に入熱の大きなアーク溶接等で溶接する際に溶接部６の溶け落ちが生じ、健全な溶接継手が得られない。またフランジ端部７の両側端部８の板厚の０．８５倍より大きい場合にはフランジ端部７の中央部９に伝達する応力が小さくならず、その結果構造部材４の撓みｔは小さくならないことが判明した。以上述べたように、ピン孔の底３ａから溶接部６までの距離をＨ（ｍｍ）、フランジ端部７の長さをＷ（ｍｍ）とするとき２Ｈ≦Ｗであり、ピン孔の底３ａからフランジ端部７の中央部９までの板厚が、フランジ端部７の両側端部８の板厚の０．５〜０．８５倍のブラケットは、構造部材４の撓みｔを大きく低減できることが明らかになった。

次に本発明者らは、ピン孔の底３ａからフランジ端部７の中央部９までの板厚を、フランジ端部７の両側端部８の板厚よりもさらに小さくしたブラケットの形状・寸法を詳細に検討した。

その結果、図５に示すように、フランジ２を貫通するピン孔の底３ａから溶接部６までの距離Ｈと、フランジ端部７の両側端部８の外側同士の間隔Ｗ１が、２Ｈ≦Ｗ１であって、かつ、フランジ２が略くの字の形状から成り、フランジ端部７の両側端部８のみが、それぞれ構造部材４に溶接されているブラケット１は、構造部材４の撓みｔを大きく低減できることを知見した。フランジ２が略くの字の形状であってフランジ端部７の両側端部８のみが構造部材４に溶接されることにより、ピン孔３から伝達される荷重は両側端部８を通って構造部材４に負荷されるため、構造部材４の撓みｔを大きく低減できる。併せてピン孔の底３ａから溶接部６までの距離Ｈと、フランジ端部７の両側端部８の外側同士の間隔Ｗ１が２Ｈ≦Ｗ１であることにより、荷重は十分な広がりをもって両側端部８に流れることができる。略くの字の形状は、その詳細を特に限定するものではなく、図５に示すフランジ２の他、図６（ａ）〜（ｄ）に示すような形状であっても全く差し支えなく同様の効果が得られることを知見した。

以上のことから、２Ｈ≦Ｗ１であって、かつフランジ２が略くの字の形状から成り、フランジ端部７の両側端部８のみが、それぞれ構造部材４に溶接されているブラケット１は、構造部材４の撓みｔを大きく低減できることが明らかとなった。

またさらに本発明者らは、略くの字のフランジ２が構造部材４と接合されている両側端部８の寸法を詳細に検討した。その結果、フランジ２が略くの字の形状から成り、フランジ２を貫通するピン孔３が形成され、かつフランジ端部７の両側端部８のみが、それぞれ構造部材４に溶接されているブラケット１において、ピン孔の底３ａから溶接部６までの距離Ｈと、フランジ端部７の両側端部８の外側同士の間隔Ｗ１が２Ｈ≦Ｗ１であって、フランジ２における構造部材４に溶接されているフランジ端部７の両側端部８の外側同士の間隔Ｗ１（ｍｍ）に対する、両側端部８の内側同士の間隔Ｗ２（ｍｍ）の比Ｗ２／Ｗ１が０．５〜０．９であるブラケットは、構造部材４の撓みｔを大きく低減できることを知見した。Ｗ２／Ｗ１が０．５より小さいと、フランジ端部７の両側端部８のそれぞれの幅が大きくなるため、構造部材４に伝達される応力はフランジ端部７の両側端部８の中で幅をもって一様に分布する結果、構造部材４の撓みｔを十分に低減できない。またＷ２／Ｗ１が０．９より大きいと、フランジ端部７の両側端部８が狭くなり過ぎ、フランジ２そのものの剛性が低下して撓みが大きくなり、座屈しやすくなる。以上のことから、フランジ２が略くの字の形状から成り、フランジ２を貫通するピン孔３が形成され、かつフランジ端部７の両側端部８のみが、それぞれ構造部材４に溶接されているブラケットにおいて、２Ｈ≦Ｗ１であって、Ｗ２／Ｗ１が０．５〜０．９であるブラケット１は、構造部材４の撓みｔを大きく低減できることが明らかとなった。

加えて本発明者らは、これまで述べてきた特徴のブラケット１において、図７および図８に示すように、フランジ面におけるピン孔の底３ａを中心として、中央部９に相当する、フランジ端部７の板厚が両側端部８よりも板厚の小さい領域５または空洞の領域１６（図５参照）の両側方に外接する２本の直線がなす角度Ｒを詳細に検討した。

その結果、角度Ｒが８０〜１００°である場合に、構造部材４の撓みｔを大きく低減できることを知見した。これは、ピン孔３から伝達された荷重によって発生する応力が幅方向に十分広がるためには、ピン孔の底３ａを中心として、伝達方向に対して±４５°の角度が必要であるためである（伝達方向を０°とし、右回りをプラス、左回りをマイナスとする）。この角度Ｒが１００°より大きいと、ピン孔３から伝達された荷重によって発生する応力が幅方向には十分に広がるが、フランジ端部７の両側端部８で応力の発生しない無駄な部分が生じるとともにフランジ２自体も大きなものになり、重量増および溶接施工時間増を招く。またこの角度Ｒが８０°より小さい場合には、ピン孔３から伝達された荷重によって発生する応力は幅方向には十分に広がらず、構造部材４の撓みｔをさほど低減しない。このように、これまで述べてきた特徴のブラケットにおいて、フランジ面におけるピン孔の底３ａを中心として、フランジ端部７の板厚が両側端部８よりも板厚の小さい領域５または空洞の領域１６に外接する線がなす角度Ｒを８０〜１００°としたブラケットは、構造部材４の撓みｔを大きく低減できることが明らかとなった。

これまでは、構造部材４の両端の２つの固定端１４の中央にブラケット１が接合される場合について述べてきたが、本発明者らは、さらに図９に示すように、構造部材４の片方の固定端１４に近い位置にブラケット１が接合される場合のフランジ２の両側端部８の断面積を詳細に検討した。

その結果、フランジ２の両側端部８のうち、図９に示すように構造部材４の固定端１４との距離が近い方の側端部８ａの断面積が、遠い方の側端部８ｂの断面積の１．２〜３．０倍である場合に、構造部材４の撓みｔを大きく低減できることを知見した。これは、フランジ２の両側端部８ａ、８ｂを通じて構造部材４に伝達される荷重のうち、構造部材４の固定端１４により近い方の側端部８ａから構造部材４に伝達される荷重の割合が大きいほど、構造部材４の撓みｔが小さくなるためである。構造部材４の固定端１４に近い方の側端部８ａから構造部材４へ伝達される荷重の割合を大きくするには、構造部材４の固定端１４に近い方の側端部８ａの断面積が固定端１４に遠い方の側端部８ｂの断面積よりも大きくすることが必要である。構造部材４の固定端１４に近い方の側端部８ａの断面積が、遠い方の側端部８ｂの断面積の１．２倍よりも小さいと、両側端部８ａ、８ｂから構造部材４に伝達される荷重に大差がなく、構造部材４の撓みｔはさほど低減しない。また構造部材４の固定端１４に近い方の側端部８ａの断面積を、遠い方の側端部８ｂの断面積の３．０倍よりも大きくすると、構造部材４の固定端１４に近い方の側端部８ａから構造部材４に伝達される荷重は飽和し、それ以上大きくしても構造部材４の撓みｔをさらに低減する効果が得られにくい。さらに、構造部材４の固定端１４に近い方の側端部８ａの断面積が遠い方の側端部８ｂの断面積の３．０倍よりも大きくなると、固定端１４に近い方の側端部８ａの長さが大きくなり過ぎて荷重の伝達しない無駄な部分が発生するか、あるいは板厚が厚くなり過ぎてブラケットの加工が困難になるなどのコスト増を招く。構造部材４の固定端１４に近い方の側端部８ａの断面積を大きくする方法としては、図９のＣ−Ｃ’断面の形状を図１０（ａ）に示すように側端部８ａの幅を大きくしても、図１０（ｂ）に示すように側端部８ａの板厚を増加させても良く、いずれも同様に構造部材４の撓みｔを低減させることが出来る。このように、フランジ２の両側端部８のうち、構造部材４の固定端１４との距離が近い方の側端部８ａの断面積が、遠い方の側端部８ｂの断面積の１．２〜３．０倍である場合に、構造部材４の撓みｔを大きく低減できることが明らかとなった。

またさらに、本発明者らは、構造部材４の片方の固定端１４の近くにブラケット１が接合される場合について、フランジ２の両側端部より板厚の小さい領域５または空洞の領域１６の両側方に外接する２本の直線について詳細に検討した。

その結果、図１１に示すように、フランジ２の両側端部８ａ、８ｂより板厚の小さい領域５または空洞の領域１６の両側方に外接する２本の直線のうち、構造部材４の固定端１４に近い方の側端部８ａの側方に外接する直線と溶接部６のなす角ｒａが、固定端１４との距離が遠い方の側端部８ｂの側方に外接する直線と溶接線６のなす角ｒｂよりも５〜４０°大きい場合に、構造部材４の撓みｔを大きく低減できることを知見した。これは、構造部材４の固定端１４に近い方の側端部８ａの側方に外接する直線と溶接部６のなす角ｒａが、遠い方の側端部８ｂの側方に外接する直線と溶接線６のなす角ｒｂよりも大きいと、固定端１４に近い方の側端部８ａを通じて構造部材４へ伝達する荷重が、遠い方の側端部８ｂを通じて構造部材４へ伝達する荷重よりも大きくなり、構造部材４の撓みｔを大きく低減できるためである。角ｒａが角ｒｂに比べて大きくても、その差が５°よりも小さい場合には、両側端部８ａ、８ｂの断面積が同じであれば、両側端部８ａ、８ｂから構造部材４へ伝達する荷重はほぼ同じであり、構造部材４の撓みｔを大きく低減する効果が無い。また、角ｒａが角ｒｂより４０°を超えて大きい場合には、固定端１４から遠い方の側端部８ｂから構造部材４へ伝達する荷重が小さくなって無駄な部分が発生するため、ブラケットの加工が複雑になるなどのコスト増を招く。このように、フランジ２の両側端部８ａ、８ｂよりも板厚の小さい領域５または空洞の領域１６の両側方に外接する２本の直線のうち、構造部材４の固定端１４に近い方の側端部８ａの側方に外接する直線と溶接部６のなす角ｒａが、遠い方の側端部８ｂの側方に外接する直線と溶接線６のなす角ｒｂよりも５〜４０°大きい場合に、構造部材４の撓みｔを大きく低減できることが明らかとなった。

なお、本発明は、適用されるブラケットの材料の種類には依存せず、鋼材、アルミニウムおよびその合金、チタンおよびその合金、マグネシウムおよびその合金、樹脂など、いずれの材料にも適用可能であり、板材、管材を加工したもの、鋳造・鍛造したものであっても同様の効果が得られる。また、本発明はブラケットの構造を工夫して構造部材の弾性状態の変形量を低減した発明であるので、材料の化学組成、機械的性質等に依らず、相対的に全ての材料に対して有効である。

また、本発明のブラケットは、図１に示すように構造部材４の一面に突き合せて溶接するものに限らず、例えば図１２に示すように構造部材４の上面及び下面の二面に重ねるようにして溶接されたものでも同様の効果が得られることは言うまでもない。

本発明ではブラケットを構成するフランジの形状・寸法について述べたが、ブラケットは図１に示すように２枚の独立したフランジ２から成るものであっても、図１３に示すように２つのフランジ２がリブ部１２を介して繋がった１枚の板からなるものであっても、同様の効果が得られる。さらに図１４及び図１４のＢ−Ｂ’断面を示す図１５のように、構造部材４の一部である下側のフランジ部４ａと対をなして、構造部材４の上面に設置（溶接）された１枚のフランジ２から成るブラケット１であっても、構造部材４の撓みを低減することが可能である。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

上述の発明をもとに、図１６に示す形状の中空角材を構造部材とし、その中央に２枚のフランジ２からなるブラケットを溶接して取り付けた。図１７に示すように、この構造部材４の両端を冶具に溶接して固定した状態で、フランジ２に形成されたピン穴３に挿入したピンを介して１０００ｋｇｆの荷重Ｐを負荷し、中空角材からなる構造部材４の最大撓みｔを測定した。溶接には溶接ワイヤ：ＪＩＳ−Ｚ３３１２ＹＧＷ１２（１．２ｍｍ径）、溶接電流２１０Ａ、アーク電圧２３Ｖ、溶接速度８０ｃｍ／ｍｉｎ、パス数１パスの条件で炭酸ガスアーク溶接を適用した。ただし、Ｎｏ．１１、２３、３５（表１〜３参照）の試験体は、アーク溶接を適用するとフランジ端部の中央部分が溶け落ちる危険性があるため、パワー８ｋＷ、溶接速度８．５ｍ／ｍｉｎ、シールドガス：９Ｌ／ｍｉｎのアルゴンガスの条件で炭酸ガスレーザー溶接を用いた。ブラケットは、図１８（ａ）〜（ｆ）に示す本発明例および参考例と、比較例として図１８（ｇ）に示す従来形のブラケットも製作して同様に載荷試験を行った。構造部材４およびブラケット１は全て引張強さ７８０ＭＰａ級鋼材を用いた。構造部材の板厚は、３．０ｍｍとした。

その結果を表１〜表６に示す。なお、表中の「撓みの低減率」とは、従来技術の比較例であるＮｏ．３７および３８の平均値に対する撓み低減の比率である。また、表中、下線を引いた数値は、本発明のうちいずれかの条件を満たさないものを示す。

表１〜表３は、それぞれ本発明のブラケットの実施例であるａ、ｂ、ｃタイプおよび比較例である従来形のｇタイプの結果を示している。表１のＮｏ．３〜１２、表２のＮｏ．１５〜２４、表３のＮｏ．２７〜３６は本発明の請求項１に係わる発明例であり、比較例であるＮｏ．１、２（表１）、１３、１４（表２）、２５、２６（表３）および従来形のブラケットであるＮｏ．３７、３８に比べて撓みが５％以上低減されており、本発明のブラケットが構造部材の撓み低減に効果的であることがわかった。

このうち、Ｎｏ．４〜１０、１２（表１）、１６〜２２、２４（表２）、２８〜３４、３６（表３）は、ピン孔の底からフランジ端部の中央部までの一部又は全部の板厚Ｔｃが、フランジ端部の両側端部の板厚Ｔｅの０．５〜０．８５倍であって、本発明の請求項２に係わる発明の実施例であり、上記の範囲外の実施例Ｎｏ．３、１１（表１）、１５、２３（表２）、２７、３５（表３）に比べてさらに３％以上低減されている。またさらに、このうちＮｏ．５〜９（表１）、１７〜２１（表２）は上記の両側端部の板厚Ｔｅに対する中央部の板厚Ｔｃの比（Ｔｃ／Ｔｅ）が０．６７であり、Ｎｏ．２９〜３３（表３）は同比が０．７０とそれぞれ一定値であって、ピン孔の底を起点として板厚の小さい領域に外接する線がなす角度Ｒの影響を調べた例であり、これらの中では、本発明の請求項３に係わり、上記角度Ｒが８０〜１００°である実施例Ｎｏ．６〜８（表１）、１８〜２０（表２）、３０〜３２（表３）の撓み低減率が他の例よりも大きい。以上のように、本発明のブラケットは構造部材の撓みを大きく低減させることが判明した。

表４〜６は、ブラケットの参考例であるｄ、ｅ、ｆタイプおよび前掲の比較例である従来形のｇタイプの結果を示している。表４のＮｏ．４０〜５０、表５のＮｏ．５２〜６２、表６のＮｏ．６４〜７４は、比較例であるＮｏ．３９（表４）、５１（表５）、６３（表６）並びに従来形のブラケットであるＮｏ．３７、３８に比べて撓みが５％以上低減されており、参考例のブラケットが構造部材の撓み低減に効果的であることがわかる。

このうち、Ｎｏ．４１〜４８、５０（表４）、５３〜６０、６２（表５）、６５〜７２、７４（表６）は、構造部材に溶接されている両側端部の外側同士の間隔Ｗ１に対する両側端部の内側同士の間隔Ｗ２の比（Ｗ２／Ｗ１）が０．５〜０．９であって、上記の範囲外の参考例Ｎｏ．４０、４９（表４）、５２、６１（表５）、６４、７３（表６）に比べてさらに３％以上低減されている。またさらにこのうちＮｏ．４３〜４７（表４）、５５〜５９（表５）、６７〜７１（表６）は上記の両側端部の外側同士の間隔Ｗ１に対する両側端部の内側同士の間隔Ｗ２の比Ｗ２／Ｗ１が、それぞれ０．６７、０．６８、０．７２であって、ピン孔の底を起点として空洞の領域に外接する線がなす角度Ｒの影響を調べた例であり、これらの中では、上記角度Ｒが８０〜１００°である参考例Ｎｏ．４４〜４６（表４）、５６〜５８（表５）、６８〜７０（表６）の撓み低減が他の例よりも大きい。以上のように、参考例のブラケットは構造部材の撓みを大きく低減させることが判明した。

以上のように、本発明のブラケットは、構造部材の撓み低減に有効であることが判明した。

上述の発明をもとに、実施例１と同じく図１６に示す形状の中空角材を構造部材とし、その一方の固定端１４ａから４００ｍｍ離れた位置を中心にし、２枚のフランジ２からなるブラケット１を溶接して取り付けた。図１９に示すように、この構造部材４の両端を冶具に溶接して固定した状態で、フランジ２に形成されたピン穴３に挿入したピンを介して１０００ｋｇｆの荷重Ｐを負荷し、中空角材からなる構造部材４の最大撓みｔを測定した。溶接には溶接ワイヤ：ＪＩＳ−Ｚ３３１２ＹＧＷ１２（１．２ｍｍ径）、溶接電流２１０Ａ、アーク電圧２３Ｖ、溶接速度８０ｃｍ／ｍｉｎ、パス数１パスの条件で炭酸ガスアーク溶接を適用した。ただし、Ｎｏ．９６〜９８（表７参照）の試験体は、アーク溶接を適用するとフランジ端部の中央部分が溶け落ちる危険性があるため、パワー８ｋＷ、溶接速度８．５ｍ／ｍｉｎ、シールドガス：９Ｌ／ｍｉｎのアルゴンガスの条件で炭酸ガスレーザー溶接を用いた。ブラケットは、図１８（ａ）および（ｄ）に示す本発明例および参考例と、比較例として図１８（ｇ）に示す従来形のブラケットも製作して同様に載荷試験を行った。構造部材４およびブラケット１は全て引張強さ７８０ＭＰａ級鋼材を用いた。構造部材の板厚は、３．０ｍｍとした。また、本発明のブラケットのうち、両側端部の板厚が異なるものについては、ピン穴を有する中央部で板厚の差による段差が生じないように、滑らかに加工した。

その結果を表７および表８に示す。なお、表中の「撓みの低減率」とは、実施例１と同様に従来技術の比較例であるＮｏ．１２４および１２５の平均値に対する撓み低減の比率である。また、表中、下線を引いた数値は、本発明のうちいずれかの条件を満たさないものを示す。

表７は、本発明のブラケットの実施例であるａタイプおよび比較例である従来形のｇタイプの結果を示している。表７のＮｏ．７７〜９９は本発明の請求項３に係わる発明例であり、比較例であるＮｏ．７５、７６および従来形のブラケットであるＮｏ．１２４、１２５に比べて撓みが５％以上低減されており、本発明のブラケットが構造部材の撓み低減に効果的であることがわかった。

このうち、Ｎｏ．８３〜９０、９２〜９８は、構造部材４の固定端との距離が近い方の側端部８ａの断面積が、遠い方の側端部８ｂの断面積の１．２〜３．０倍であって、本発明の請求項４に係わる発明の実施例であり、上記の範囲外の実施例のうちＮｏ．７７、７８、８２、９１、９９に比べてさらに３％以上低減されている。またさらに、このうちＮｏ．８５〜８９、９３〜９７は、上記の固定端との距離が近い方の側端部８ａの断面積が、遠い方の側端部８ｂの断面積のそれぞれ２．２５倍および２．００倍であって、固定端との距離が近い方の側端部８ａの側方に外接する直線と溶接部がなす角ｒａと、遠い方の側端部８ｂの側方に外接する直線と溶接部がなす角ｒｂとの関係の影響を調べた例であり、これらの中では、本発明の請求項５に係わり、上記固定端との距離が近い方の側端部８ａの側方に外接する直線と溶接部がなす角ｒａが、遠い方の側端部８ｂの側方に外接する直線と溶接部がなす角ｒｂより５〜４０°大きい実施例Ｎｏ．８６〜８８、９４〜９６の撓み低減率が他の例よりも大きい。またさらに、Ｎｏ．７７〜８２は、いずれも、上記の固定端との距離が近い方の側端部８ａの断面積が遠い方の側端部８ｂの断面積の１．１５倍であって、固定端との距離が近い方の側端部８ａの側方に外接する直線と溶接部がなす角ｒａと、遠い方の側端部８ｂの側方に外接する直線と溶接部がなす角ｒｂの関係の影響を調べた例であって、同じく本発明の請求項５に係わる。上記固定端との距離が近い方の側端部８ａの側方に外接する直線と溶接部がなす角ｒａが、遠い方の側端部８ｂの側方に外接する直線と溶接部がなす角ｒｂより５〜４０°大きい実施例Ｎｏ．７９〜８１の撓み低減率が、他の例Ｎｏ．７７、７８、８２よりも大きい。以上のように、本発明のブラケットは構造部材の撓みを大きく低減させることが判明した。

表８は、ブラケットの参考例であるｄタイプおよび比較例である従来形のｇタイプの結果を示している。表８のＮｏ．１０１〜１２３は本発明の請求項３に係わる発明例であり、比較例であるＮｏ．１００および従来形のブラケットであるＮｏ．１２４、１２５に比べて撓みが５％以上低減されており、参考例のブラケットが構造部材の撓み低減に効果的であることがわかった。

このうち、Ｎｏ．１０７〜１１４、１１６〜１２２は、構造部材４の固定端との距離が近い方の側端部８ａの断面積が、遠い方の側端部８ｂの断面積の１．２〜３．０倍であって、上記の範囲外の参考例のうちＮｏ．１０１、１０２、１０６、１１５、１２３に比べてさらに３％以上低減されている。またさらに、このうちＮｏ．１０９〜１１３、１１７〜１２１は上記の固定端との距離が近い方の側端部８ａの断面積が、遠い方の側端部８ｂの断面積のそれぞれ２．２５倍および２．００倍であって、固定端との距離が近い方の側端部８ａの側方に外接する直線と溶接部がなす角ｒａと、遠い方の側端部８ｂの側方に外接する直線と溶接部がなす角ｒｂとの関係の影響を調べた例であり、これらの中では、上記固定端との距離が近い方の側端部８ａの側方に外接する直線と溶接部がなす角ｒａが、遠い方の側端部８ｂの側方に外接する直線と溶接部がなす角ｒｂより５〜４０°大きい参考例Ｎｏ．１１０〜１１２、１１８〜１２０の撓み低減率が他の例よりも大きい。またさらに、Ｎｏ．１０２〜１０６は、いずれも、上記の固定端との距離が近い方の側端部８ａの断面積が、遠い方の側端部８ｂの断面積の１．１５倍であって、固定端との距離が近い方の側端部８ａの側方に外接する直線と溶接部がなす角ｒａと、遠い方の側端部８ｂの側方に外接する直線と溶接部がなす角ｒｂの関係の影響を調べた例である。上記固定端との距離が近い方の側端部８ａの側方に外接する直線と溶接部がなす角ｒａが、遠い方の側端部８ｂの側方に外接する直線と溶接部がなす角ｒｂより５〜４０°大きい参考例Ｎｏ．１０３〜１０５の撓み低減率が、他の例Ｎｏ．１０１、１０２、１０６よりも大きい。以上のように、参考例のブラケットは構造部材の撓みを大きく低減させることが判明した。

本発明は、他の部材から荷重を伝達するために各種構造部材に接合されるブラケットに適用できる。

１ブラケット
２フランジ
３ピン孔
３ａピン孔の底
４、１０構造部材
５板厚の小さい領域
６溶接部
７フランジ端部
８、８ａ、８ｂ（フランジ端部の）両側端部
９（フランジ端部の）中央部
１２リブ部
１４固定端
１６空洞の領域
ｔ撓み
Ｈピン孔の底から溶接部までの距離
Ｐ荷重
Ｒ角度
ｒａ、ｒｂ（側端部の側方に外接する直線と溶接部のなす）角
Ｗフランジ端部の長さ
Ｗ１フランジ端部の両側端部の外側同士の間隔
Ｗ２フランジ端部の両側端部の内側同士の間隔

Claims

板状の１枚又は２枚のフランジを有し、前記フランジを貫通するピン孔が形成され、かつフランジ端部が構造部材に連続して溶接され、前記ピン孔を介して他の部材から荷重を受けて前記構造部材へ荷重を伝達する用途のブラケットにおいて、
前記フランジ端部は、両側端部の板厚が中央部より厚く、かつ、前記ピン孔の底から前記フランジと前記構造部材との溶接部までの距離をＨ（ｍｍ）、前記フランジ端部の長さをＷ（ｍｍ）とするとき、２Ｈ≦Ｗとなることを特徴とするブラケット。
前記フランジにおける、前記ピン孔の底から前記フランジ端部の中央部までの一部又は全部の板厚が、前記フランジ端部における両側端部の板厚の０．５〜０．８５倍であることを特徴とする請求項１記載のブラケット。
前記フランジ面における前記ピン孔の底を中心として、前記フランジ端部の、前記両側端より板厚の小さい領域の両側方に外接する２本の直線がなす角度が８０〜１００°であることを特徴とする請求項１または２に記載のブラケット。
前記フランジが前記構造部材の片方の固定端に近い位置に接合されているブラケットにおいて、
前記フランジの両側端部のうち、前記構造部材の固定端との距離が近い方の側端部の断面積が、前記構造部材の固定端との距離が遠い方の側端部の断面積の１．２〜３．０倍であることを特徴とする請求項１または３に記載のブラケット。
前記フランジが前記構造部材の片方の固定端に近い位置に接合されているブラケットにおいて、
前記フランジの両側端部よりも板厚の小さい領域の両側方に外接する２本の直線のうち、前記構造部材の固定端との距離が近い方の側端部の側方に外接する直線と前記溶接部のなす角が、前記構造部材の固定端との距離が遠い方の側端部の側方に外接する直線と前記溶接部のなす角よりも５〜４０°大きいことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のブラケット。