JP6867624B2 - 閉断面構造体 - Google Patents

Description

本発明は、長方形の閉断面構造の一辺を成す一面を支持面として物体を支持する閉断面構造体に関する。

金属板の溶接では、溶接部に溶接歪が発生し、金属板が変形する。溶接部の溶接歪に対し、溶接部の金属板を予め突出させるか窪ませるかして、溶接歪の影響が溶接部の周りに及ばないようにする発明が知られている（特許文献１参照）。

図１１、１２は、特許文献１の発明を示す。金属板Ａにエンボス加工により凸部Ｂを形成し、その凸部Ｂ上で溶接部材Ｃの溶接を行う。溶接ビードＤにより金属板Ａには溶接歪が生じるが、溶接歪は凸部Ｂ内で吸収され、金属板Ａ全体への溶接歪の影響を抑制している。

特開平５−１３８３９１号公報

長方形の閉断面構造の一辺を成す一面を支持面として物体を支持する閉断面構造体の場合、支持面に物体を締結するための締結具を溶接することがある。このとき、支持面の面積が狭いと、特許文献１の発明を実施することが困難である。なぜなら、支持面に溶接歪を吸収可能な突出や窪みを形成するだけの面積を確保することができない。

本発明の課題は、閉断面構造体の支持面に物体を締結するための締結具を溶接固定するものにおいて、支持面に溶接歪の影響を与えない支持面外の領域で溶接を行うことにより、物体を支持する支持面が溶接歪の影響で変形するのを抑制することにある。

第１発明は、長方形の閉断面構造の一辺を成す一面を支持面として物体を支持し、その支持面上に物体を固定する締結具を備える閉断面構造体である。そして、前記締結具を固着した固着板を備え、該固着板は、前記締結具を前記支持面上に位置させた状態で前記支持面の両側端部から立ち上がる側壁面にそれぞれ溶着されている。

第１発明において、閉断面構造体の閉断面形状は正方形でもよい。固着板の側壁面への溶接は、固着板の締結具から両側に延びる端部の端縁部に沿って行われてもよいし、その端部の両側部に沿って行われてもよい。締結具は、固着板から物体側へ突出しても突出しなくてもよい。また、締結具は、ボルト、ナット等を使用することができる。

第１発明によれば、固着板の閉断面構造体に対する溶着を支持面とは別の側壁面上にて行う。そのため、支持面への溶接歪の影響を抑制することができる。しかも、支持面と側壁面との間には、側壁面の立ち上がり形状が介在する。そのため、その立ち上がり形状が支持面の補強構造となって、側壁面で溶接歪が生じて変形応力が発生しても、その変形応力の影響が支持面に及ぶのを抑制することができる。

第２発明は、上記第１発明において、前記固着板の前記側壁面に対する溶着は、前記固着板の前記締結具から両側に延びる端部の端縁部にて行われている。

第２発明によれば、溶接歪による変形応力は、側壁面上で固着板の端部の端縁部に沿う方向に主に生じる。一方、その端縁部に沿う方向は側壁面の立ち上がり形状により補強されている。そのため、支持面に対する溶接歪の影響を抑制することができる。

第３発明は、上記第２発明において、前記溶着に伴う溶接ビードは、前記側壁面の前記支持面からの立ち上がり寸法の中央部に形成されている。

第３発明によれば、溶接ビードの溶接歪による変形応力は、側壁面の立ち上がり方向の中央部で端縁部に沿う方向に縮むように生じる。そのため、側壁面を曲げる方向の応力は発生するが、支持面を曲げる方向の応力は生じない。しかも、側壁面を曲げる方向の応力は、支持面の両側で互いに対向する側壁面同士で互いに打ち消し合い、閉断面構造体を変形させることはない。従って、支持面の曲げ変形を抑制することができる。

第４発明は、上記第１〜第３発明のいずれかにおいて、前記支持面には、前記締結具を挿通する貫通孔を備える。

第４発明によれば、締結具の少なくとも一部が貫通孔を介して閉断面内に格納される。そのため、締結具の固着板からの突出量を抑制することができる。

第５発明は、上記第４発明において、前記締結具はナットであり、該ナットは、前記固着板が前記支持面上に位置した状態で前記貫通孔内に挿通された状態とされている。

第５発明によれば、締結具であるナットが支持面の貫通孔内に挿通された状態とされている。そのため、固着板の物体に当接する面を平坦面とすることができる。しかも、固着板は支持面とは別の側壁面に溶接されているため、固着板の物体に当接する面に溶接の影響により凹凸ができるのを抑制することができる。即ち、固着板の物体に当接する面に溶接スパッタが付着する可能性が抑制される。また、固着板の物体に当接する面に溶接ビードが形成されない。

第６発明は、上記第１〜第５発明のいずれかにおいて、前記側壁面の前記支持面からの立ち上がり寸法は、前記支持面における両側の前記側壁面間の寸法より小さくされている。

第６発明によれば、側壁面の前記支持面からの立ち上がり寸法は、前記支持面における両側の前記側壁面間の寸法より小さくされている。即ち、閉断面構造が長方形とされている。そのため、側壁面の曲げ変形に対する支持面の剛性は高められている。従って、側壁面に生じる溶接歪による支持面への影響を抑制することができる。

第７発明は、上記第１〜第６発明のいずれかにおいて、前記支持面に対し、前記固着板及び前記締結具の組合せが複数組設けられている。

溶接歪により支持面が変形され、その支持面に固着板及び締結具の組合せが複数組設けられていると、全体として支持面の変形量は大きくなる。第７発明によれば、溶接歪による支持面の変形が抑制されているため、支持面に固着板及び締結具の組合せが複数組設けられている場合、変形抑制効果がより大きくなる。

本発明の一実施形態を示す平面図である。 上記実施形態の正面図である。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面矢視である。 図３のＩＶ部の拡大図である。 上記実施形態の活用例を示す平面図である。 図５のＶＩ−ＶＩ線断面矢視拡大図である。 上記実施形態の変形例を示す図２に対応する正面図である。 本発明の比較例を示す図１に対応する平面図である。 上記比較例の図２に対応する正面図である。 図８のＸ−Ｘ線断面矢視である。 本発明の従来例を示す平面図である。 図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ線断面矢視図である。

図１〜３は、本発明の一実施形態を示す。この実施形態は、ウェルドナット３０（本発明における締結具に相当）を一体に備えた固着板２０を固着した閉断面構造体１０である。図３のように、閉断面構造体１０は、閉断面構造が長方形とされ、長方形の長辺を成す支持面１１と長方形の短辺を成す側壁面１２とを備える。従って、図３において、支持面１１の両側の側壁面１２は、支持面１１から下方向に直角に立ち上がる形状に形成されている。また、支持面１１の中央部には、ウェルドナット３０を挿通するための貫通孔１３が穿設されている。

固着板２０は、閉断面構造体１０の支持面１１及び側壁面１２を被うように形成されている。即ち、固着板２０は、閉断面構造体１０の支持面１１に対応して支持面２１を備え、閉断面構造体１０の側壁面１２に対応して側壁面２２を備える。固着板２０の支持面２１の中央部で、閉断面構造体１０の支持面１１側の裏面には、ウェルドナット３０が溶着されている。ウェルドナット３０の四隅には、溶接ビード５０が形成されている。また、固着板２０の支持面２１には、ウェルドナット３０のねじ孔３１に対応して貫通孔２３が穿設されている。

固着板２０の側壁面２２は、ウェルドナット３０から両側に延びて形成された端部を成し、この端部の端縁部２２ａは、アーク溶接により閉断面構造体１０の側壁面１２に溶着されている。この溶接に伴い、端縁部２２ａには溶接ビード４１が形成される。図４のように、溶接ビード４１は、閉断面構造体１０の側壁面１２の立ち上がり寸法である長方形の短辺の寸法の中央部（図４の一点鎖線で示す）に形成されている。そのため、その中央部に対し、固着板２０の側壁面２２は、「Ｌ」だけ控えた寸法とされている。例えば、Ｌは１ｍｍ程度とされる。即ち、固着板２０の側壁面２２の寸法を控えることにより溶接ビード４１を側壁面１２の立ち上がり寸法の中央部に形成している。

このように構成された閉断面構造体１０により物体を支持する際は、固着板２０の支持面２１上に物体（図示略）を載せ、その物体を挟んだ状態で、ボルト（図示略）をウェルドナット３０のねじ孔３１に螺合締結して物体を固定する。ウェルドナット３０は固着板２０の裏面に溶着されているため、固着板２０の支持面２１には何も突出せず、支持面２１を広く使って物体を固定することができる。

このとき、固着板２０を閉断面構造体１０に対して溶着する際の溶接ビード４１は、閉断面構造体１０の側壁面１２上にあって、固着板２０の支持面２１上にはないため、支持面２１は平坦面となり、物体を安定して支持することができる。しかも、閉断面構造体１０に対して固着板２０を溶着するための溶接は、閉断面構造体１０の側壁面１２上で行われるため、溶接時のスパッタが支持面２１上に付着することが抑制され、支持面２１の表面が凹凸になるのを抑制することができる。従って、支持面２１により物体を安定して支持することができる。

以上のように側壁面１２上で溶接が行われると、側壁面１２上には溶接歪が発生する。その結果、図１の矢印で示すように、側壁面１２には、長手方向を縮めるような変形応力が働き、側壁面１２の長手方向の両端部を外側に反らせるような変形応力に変換される。しかし、変換された変形応力は、両側の側壁面１２で同様に働くため、支持面１１を介して互いに打ち消し合い、閉断面構造体１０が変形されることはない。

なお、溶接ビード４１は、側壁面１２の立ち上がり寸法（長方形の短辺の寸法）の中央部に形成されているため、溶接歪により図２の左右方向に働く変形応力は、図２の左右方向でバランスして、閉断面構造体１０を変形させることはない。

以上のとおり各部で発生する変形応力は、閉断面構造体１０全体としては各応力が互いに打ち消し合って、閉断面構造体１０を変形させることはない。しかし、溶接ビード４１の位置ずれや大きさのアンバランスがあると、閉断面構造体１０を変形させるような変形応力が残る場合もあり得る。

上記実施形態によれば、支持面１１と側壁面１２との間には、側壁面１２の立ち上がり形状が介在する。そのため、その立ち上がり形状が支持面１１の補強構造となって、側壁面１２に変形応力が残っていても、その変形応力の影響が支持面に及ぶのを抑制することができる。

図８〜１０は、上記実施形態の比較例を示す。この比較例では、固着板２０Ａが閉断面構造体１０の支持面１１上に溶着されている。即ち、固着板２０Ａの両端縁部２０Ａａが支持面１１上にあって、そこでアーク溶接が行われている。そのため、両端縁部２０Ａａには、それらに沿って溶接ビード４３が形成されている。なお、比較例におけるこれ以外の構成は、上記実施形態と同様である。

比較例によれば、アーク溶接による溶接歪は、支持面１１上に発生し、それに伴う変形応力が図９の矢印で示すように発生する。その結果、支持面１１が変形応力により湾曲される。実験結果によれば、比較例の支持面１１の反り量は、０．５ｍｍ／ｍであった。これに対し、同じ実験で、実施形態の支持面１１の反り量は、０．０５ｍｍ／ｍであった。従って、実施形態では、比較例に比べて閉断面構造体１０の変形量を９０％低減することができる。

図５、６は、上記実施形態の活用例を示す。この場合、閉断面構造体１０は長尺に形成され、平行に並べられた一対の閉断面構造体１０に跨って物体７０が支持されるように構成されている。そのため、各閉断面構造体１０には、各４個の固着板２０が間隔をあけて溶着され、各閉断面構造体１０間で対向する固着板２０同士の上に支持板６０がそれぞれボルト（図示略）により固定される。そして、一対の支持板６０に跨って物体７０が支持されている。

このように一つの閉断面構造体１０に複数個の固着板２０が溶着された場合、比較例の閉断面構造体１０が使用されると、固着板２０Ａ毎に閉断面構造体１０が変形し、固着板２０Ａが複数個あると閉断面構造体１０全体の変形量は大きくなる。その結果、物体７０は水平に支持することができなくなる可能性がある。これに対し、実施形態の閉断面構造体１０が使用されると、閉断面構造体１０の変形は抑制されるため、物体７０は水平を保って支持することができる。物体７０が水平を維持しなければならない場合は、実施形態の閉断面構造体１０は有用である。

以上、特定の実施形態について説明したが、本発明は、それらの外観、構成に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。例えば、上記実施形態では、固着板２０の端部（側壁面２２）の端縁部２２ａに沿って溶接を行ったが、図７のように、固着板２０の端部（側壁面２２）の側縁部に沿って溶接を行ってもよい。この場合、側縁部に沿って溶接ビード４２が形成される。溶接ビード４２が、図７において上下方向に分散し、且つ左側に偏って形成されるため、側壁面１２には複雑な溶接歪が発生して、それに伴う変形応力が発生する。しかし、この場合でも実施形態の場合と同様に、支持面１１と側壁面１２との間には、側壁面１２の立ち上がり形状が介在するため、その立ち上がり形状が支持面１１の補強構造となって、側壁面１２で溶接歪が生じて変形応力が発生しても、その変形応力の影響が支持面１１に及ぶのを抑制することができる。

１０ 閉断面構造体
１１ 支持面
１２ 側壁面
１３ 貫通孔
２０ 固着板
２１ 支持面
２２ 側壁面（端部）
２２ａ 端縁部
２３ 貫通孔
３０ ウェルドナット（締結具）
３１ ねじ孔
４１、４２、５０ 溶接ビード
６０ 支持板
７０ 物体

Claims (5)

1. 長方形の閉断面構造の一辺を成す一面を支持面として物体を支持し、その支持面上に物体を固定する締結具を備える閉断面構造体であって、
   前記締結具を固着した固着板を備え、
   該固着板は、前記締結具を前記支持面上に位置させた状態で前記支持面の両側端部から立ち上がる側壁面にそれぞれ溶着され、
   前記固着板の前記側壁面に対する溶着は、前記固着板の前記締結具から両側に延びる端部の端縁部にて行われており、
   前記溶着に伴う溶接ビードは、前記側壁面の前記支持面からの立ち上がり寸法の中央部に形成されている閉断面構造体。
2. 請求項１において、
   前記支持面には、前記締結具を挿通する貫通孔を備える閉断面構造体。
3. 請求項２において、
   前記締結具はナットであり、該ナットは、前記固着板が前記支持面上に位置した状態で前記貫通孔内に挿通された状態とされている閉断面構造体。
4. 請求項１〜３のいずれかにおいて、
   前記側壁面の前記支持面からの立ち上がり寸法は、前記支持面における両側の前記側壁面間の寸法より小さくされている閉断面構造体。
5. 請求項１〜４のいずれかにおいて、
   前記支持面に対し、前記固着板及び前記締結具の組合せが複数組設けられている閉断面構造体。
   

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