JP2020091005A - 補強用締結構造 - Google Patents

Abstract

【課題】母材に補強材を容易にボルト締結できる補強用締結構造を提供する。
【解決手段】補強用締結構造は、ウェブ３ａ及びフランジ３ｂを有する母材３と、ウェブ３ａに重ねられる補強ウェブ５ａを有すると共に、フランジ３ｂ上に重ねられる補強フランジ５ｂを有する補強材５と、ウェブ３ａ及び補強ウェブ５ａを締結するボルト６及びナット７とを備え、ナット７は、補強ウェブ５ａに着座されるナット本体部１０と、ナット本体部１０からその軸方向に延びると共にナット７の中心軸に対して偏心して形成されるカム部１１とを備え、ウェブ３ａには、ボルト６を挿通させると共にその径方向の移動を規制するボルト孔８が形成され、補強ウェブ５ａには、カム部１１を嵌入させるカム穴９が形成され、カム穴９は、カム部１１からボルト６の締結方向の回転力を受けたとき、その回転力が補強フランジ５ｂとフランジ３ｂを圧着させる方向の力Ｆとなるように配置される。
【選択図】図２

Description

本開示は、母材に補強材を締結して補強する補強用締結構造に関する。

トラック用シャシフレーム等の車体フレームには、断面Ｃ字状に形成され前後方向に延びる左右一対のサイドメンバと、これらサイドメンバ間に掛け渡して設けられた複数のクロスメンバとを備えるものがある。

かかる車体フレームにおいては、サイドメンバの内側に補強材をボルト、ナット等で締結する場合がある。

特開２００５−２３３２９３号公報 特開２０１８−４８６７７号公報

ところで、サイドメンバの内側に補強材をボルト、ナットで締結する場合、ナットを工具等で固定しておかないと、ナットがボルトと供回りしてしまい、締結ができない。

このため、通常はスパナ等の工具にてナットの回転を抑える工法が採用されるが、大きな回転トルクを工具で受けることとなり、作業者の安全対策が必要となる。また、締結位置によっては、ナットの位置に工具が入らない場合もある。このような場合、事前に補強材にナット又はナットを回転不能に保持するケージ等を溶接しておくことも可能だが、溶接費用が発生する。

そこで本開示は、かかる事情に鑑みて創案され、その目的は、サイドメンバ等の母材に補強材を容易にボルト締結できる補強用締結構造を提供することにある。

本開示の一の態様によれば、
ウェブ、及び前記ウェブから交差方向に延びるフランジを有する母材と、
前記ウェブに重ねて配置される補強ウェブを有すると共に、前記フランジに重ねて配置される補強フランジを有する補強材と、
前記ウェブ及び前記補強ウェブを締結するボルト及びナットとを備え、
前記ナットは、前記補強ウェブに着座されるナット本体部と、ナット本体部からその軸方向に延びると共に前記ナットの中心軸に対して偏心して形成されるカム部とを備え、
前記ウェブには、前記ボルトを挿通させると共にその径方向の移動を規制するボルト孔が形成され、前記補強ウェブには、前記カム部を嵌入させるカム穴が形成され、
前記カム穴は、前記カム部から前記ボルトの締結方向の回転力を受けたとき、その回転力が前記補強フランジと前記フランジを圧着させる方向の力となるように配置された
ことを特徴とする補強用締結構造が提供される。

また、本開示の他の態様によれば、
ウェブ、及び前記ウェブから交差方向に延びるフランジを有する母材と、
前記ウェブに重ねて配置される補強ウェブを有すると共に、前記フランジに重ねて配置される補強フランジを有する補強材と、
前記ウェブ及び前記補強ウェブを締結するボルト及びナットとを備え、
前記ナットは、前記ウェブに着座されるナット本体部と、ナット本体部からその軸方向に延びると共に前記ナットの中心軸に対して偏心して形成されるカム部とを備え、
前記補強ウェブには、前記ボルトを挿通させると共にその径方向の移動を規制するボルト孔が形成され、前記ウェブには、前記カム部を嵌入させるカム穴が形成され、
前記カム穴は、前記カム部から前記ボルトの締結方向の回転力を受けたとき、その回転力が前記補強フランジと前記フランジを圧着させる方向の力となるように配置された
ことを特徴とする補強用締結構造が提供される。

好ましくは、前記カム穴は、円形に形成され、前記カム部は、前記カム穴に嵌入される円柱状に形成される。

好ましくは、前記補強フランジと前記フランジは、接着剤で接着される。

上記の態様によれば、母材に補強材を容易にボルト締結できる。

本開示の一実施の形態に係る車体フレームの概略上面図である。 図１のＡ−Ａ線矢視断面図である。 図２を左方から視た要部側面図である。 図３のＢ−Ｂ線矢視断面図である。 ナットの斜視図である。 他の実施の形態を示す車体フレームのサイドメンバを内側から視た要部側面図である。 他の実施の形態を示す車体フレームのサイドメンバを後方から視た要部断面図である。 他の実施の形態を示す車体フレームのサイドメンバを内側から視た要部拡大図である。

以下、添付図面を参照して本開示の実施形態を説明する。なお、後述する実施の形態における前後左右上下の各方向は、車両の各方向をいうものとする。

図１は、本実施形態に係る車体フレーム１を鉛直上方から視た上面図である。図２は図１のＡ−Ａ線で示す部分を仮想的に切断して矢印方向に視た断面図である。

図１に示すように、車体フレーム１は、ラダーフレーム２で構成される。ラダーフレーム２は、前後方向に延びる左右一対のサイドメンバ３と、左右のサイドメンバ３間に掛け渡して設けられる複数のクロスメンバ４とを備える。

本実施の形態において、サイドメンバ３は、補強すべき母材である。

図２に示すように、サイドメンバ３は、断面Ｃ字状の鋼材で構成される。具体的には、サイドメンバ３は、上下方向に延びるウェブ３ａと、ウェブ３ａの上下両端から車幅方向内方（水平方向）に延びる一対のフランジ３ｂとを備える。なお、サイドメンバ３はこれに限るものではない。サイドメンバ３は、ウェブ３ａとフランジ３ｂを備えるものであればよく、例えば断面Ｌ字状の構造材（図示せず）で構成されてもよい。なお、本実施でいう構造材は、鋼材に限られない。構造材は、鋼材と同等又はそれ以上の強度を有する他の素材で構成されてもよい。

また、サイドメンバ３には、補強材５がボルト６及びナット７で締結される。これによりサイドメンバ３は補強される。

補強材５は、断面Ｌ字状の鋼材で構成される。具体的には、補強材５は、上下方向に延びる補強ウェブ５ａと、補強ウェブ５ａの下端から車幅方向内方（水平方向）に延びる補強フランジ５ｂとを備える。補強ウェブ５ａは、サイドメンバ３のウェブ３ａの車幅方向内側の側面３ｃに重ねて配置される。補強ウェブ５ａは、ウェブ３ａにボルト６及びナット７で締結される。補強フランジ５ｂは、サイドメンバ３の下側のフランジ３ｂ上に重ねて配置される。なお、補強材５はこれに限るものではない。補強材５は補強ウェブ５ａと補強フランジ５ｂを備えるものであればよく、例えば断面Ｃ字状の構造材（図示せず）で構成されてもよい。

ボルト６は、頭部６ａと、雄ネジ部６ｂとを備える。ボルト６は、右ネジで構成される。なお、右ネジとは、ボルト６を頭部６ａ側から視たとき、ボルト６を右回転させたとき雌ネジに螺入されるタイプのネジである。

図３、図４及び図５に示すように、ナット７は、補強ウェブ５ａに着座されるナット本体部１０と、ナット本体部１０の一端からその軸方向に延びるカム部１１とを備える。

ナット本体部１０は、六角柱状に形成される。

カム部１１は、円柱状に形成される。カム部１１は、ナット７の中心軸Ｏに対して偏心して形成されると共に、中心軸Ｏ上に重なるように形成される。また、カム部１１の軸方向の寸法ｈは、補強ウェブ５ａの厚さ方向の寸法ｔよりも小さく設定される。これにより、カム部１１は、後述するカム穴９に嵌入されたとき、ウェブ３ａに当たることはなく、補強ウェブ５ａに対するナット本体部１０の着座を妨げない。

また、カム部１１は、ナット本体部１０の六角形状の外周面１０ａに内接する内接円１０ｂよりも小径に形成されると共に、内接円１０ｂ内に収まるように配置される。これにより、カム部１１より径方向外方のナット本体部１０が全周に亘って補強ウェブ５ａに着座可能となっている。

また、ナット本体部１０及びカム部１１には、ボルト６と螺合可能な雌ネジ部７ａが軸方向に貫通して形成される。雌ネジ部７ａは、ナット７の中心軸Ｏと同軸に形成される。

サイドメンバ３のウェブ３ａには、ボルト６を挿通させるボルト孔８が形成される。ボルト孔８は、ボルト６の雄ネジ部６ｂと略同径に形成される。これによりボルト孔８は、ボルト孔８に挿通されたボルト６の径方向の移動を規制する。

図２、図３及び図４に示すように、補強材５の補強ウェブ５ａには、カム部１１を嵌入させるカム穴９が形成される。カム穴９は、円形に形成され、補強ウェブ５ａを板厚方向に貫通する。

また、カム穴９は、カム部１１からボルト６の締結方向の回転力を受けたとき、その回転力が補強フランジ５ｂとフランジ３ｂを圧着させる方向の力（下向きの力）Ｆとなるように配置される。この配置について具体的に説明する。カム穴９にカム部１１を嵌入させた場合、カム穴９は、ナット７の中心軸Ｏに対して偏心される。このため、ナット７の雌ネジ部７ａをボルト孔８の位置に合わせたとき、カム穴９は、ボルト孔８に対しても偏心されることとなる。このため、ボルト孔８にボルト６を挿通させてナット７に螺入させるとき、カム穴９はカム部１１を介してボルト６から締結方向の回転力を受けることとなる。しかし、その回転力が補強ウェブ５ａにいずれの方向の力として伝わるかは、カム穴９及びカム部１１が中心軸Ｏに対していずれの方向に偏心しているかで違ってくる。そこで、本実施の形態においては、ボルト６の回転力がカム穴９に下向きの力Ｆとして伝わるよう、カム穴９の中心におけるボルト６の回転方向が下向き若しくは斜め下向きとなる偏心位置にカム穴９及びカム部１１が配置されている。

次に本実施の形態の作用について述べる。

サイドメンバ３に補強材５を締結する場合、サイドメンバ３の内側に補強材５を配置し、カム穴９にナット７のカム部１１を嵌合させる。このとき、補強材５は、中心軸Ｏをボルト６の雄ネジ部６ｂ側から視たとき（図３参照）、見た目上、カム穴９を中心軸Ｏの左側に偏心させるように配置される。

この後、ボルト孔８にボルト６を挿通させ、そのボルト６をナット７に螺入させる。このとき、一方の手でナット７を押さえながら他方の手でボルト６を回す等してボルト６とナット７を軽く螺合させる。そして、ボルト６の頭部６ａがウェブ３ａに軽く当接され、ナット本体部１０が補強ウェブ５ａに軽く当接される状態にする。これにより、カム部１１はカム穴９に嵌合されてボルト６を軸とする回転を規制された状態となる。

この後、動力式トルクレンチ等を用い、ボルト６の頭部６ａを所定の締付トルクで締め付ける。このとき、カム部１１はボルト６を軸とする回転（供回り）を規制されている。具体的には、ボルト６からカム部１１に伝わる回転方向の力は、カム穴９に伝わる。しかし、カム穴９が形成された補強材５の補強フランジ５ｂは、サイドメンバ３のフランジ３ｂに当接されている。そして、カム部１１を介してボルト６からカム穴９に伝わる回転方向の力は、下向きの力Ｆとなる。この下向きの力Ｆは、フランジ３ｂと補強フランジ５ｂとを圧着させる。よって、カム部１１は、補強材５を介してフランジ３ｂから反力を受けることとなり、供回りを規制される。このため、ナット７はスパナ等の工具で押さえなくても回転することはなく、ボルト６及びナット７の締結作業を容易に行うことができる。そして、電動式トルクレンチ等の大きな回転トルクをスパナ等の工具で受ける必要がないため、締結作業を安全に行うことができる。このため、ナット７を工具で押さえるための安全対策を省略又は簡易なものにでき、ボルト６及びナット７の締結作業を安価に行うことができる。

また従来、スパナ等の工具がナット７の位置に入らない場合、ナット７等を予め補強材５に溶接しておかなければならなかった。しかし、本実施の形態によれば、電動式トルクレンチ等の大きな回転トルクをスパナ等の工具で受ける必要がない。このため、予めナット７等を溶接しなければならない箇所を減らすことができ、溶接にかかる費用を抑制することができる。

また、ボルト６の締付力により、補強フランジ５ｂはフランジ３ｂに押し付けられる。このため、その押付反力によってカム部１１が補強材５に強固に押し付けられた状態となり、ナット７の緩みが防止される。

また、ウェブ締結構造の剛性向上を目的としてフランジ３ｂ及び補強フランジ５ｂ間に接着剤（図示せず）を介在させてフランジ３ｂ及び補強フランジ５ｂを接着する場合がある。この場合、従来の方法、すなわち、ナット（図示せず）を工具で押さえながらボルト６を締め付ける方法では、ボルト孔８及びボルト６間の寸法公差ゆえにボルト締結後、接着剤が硬化するまでフランジ３ｂ及び補強フランジ５ｂをクランプ（図示せず）等で圧着させなければならなかった。しかし、本実施の形態に係る補強用締結構造によれば、ボルト６及びナット７を締結することで、フランジ３ｂに補強フランジ５ｂを圧着させることができる。このため、接着剤が硬化するまでフランジ３ｂ及び補強フランジ５ｂをクランプなどで圧着させる必要がなく、フランジ３ｂ及び補強フランジ５ｂを容易に接着できる。

このように、本実施の形態は、ラダーフレーム２のサイドメンバ３に補強材５をボルト６及びナット７で締結してサイドメンバ３を補強する車体フレーム構造において、ナット７は、補強ウェブ５ａに着座されるナット本体部１０と、ナット本体部１０からその軸方向に延びると共にナット７の中心軸Ｏに対して偏心して形成されるカム部１１とを備え、ウェブ３ａには、ボルト６を挿通させると共にその径方向の移動を規制するボルト孔８が形成され、補強ウェブ５ａには、カム部１１を嵌入させるカム穴９が形成され、カム穴９は、カム部１１からボルト６の締結方向の回転力を受けたとき、その回転力が補強フランジ５ｂとフランジ３ｂを圧着させる方向の力Ｆとなるように配置される補強用締結構造を採用する。このため、サイドメンバ３に補強材５を容易かつ安全にボルト締結できる。そして、ボルト締結のための安全対策を省略又は簡易なものにでき、安価にボルト締結できる。

また、カム穴９は、円形に形成され、カム部１１は、カム穴９に嵌入される円柱状に形成される。このため、カム穴９及びカム部１１を単純な形状で構成でき、一般的な加工機械で容易かつ安価に形成できる。

以上、本開示の実施形態を詳細に述べたが、本開示は以下のような他の実施形態も可能である。

（１）補強材５のカム穴９は、円形に形成されるものとしたが、これに限るものではない。例えば図６に示すように、カム穴２０は前後方向に長い長円形に形成されてもよい。この場合、カム穴２０は、カム部１１の中心軸Ｏ回りの回転を規制するように上下方向の寸法を前述のカム穴９の直径と同等に形成されるとよい。カム穴２０が前後方向に長く形成されることでサイドメンバ３に対する補強材５の前後方向の位置をカム穴２０の長さの範囲で自由に変更することができる。

（２）サイドメンバ３のウェブ３ａにはボルト孔８が形成され、補強材５の補強ウェブ５ａにはカム穴９が形成されるものとしたが、これに限るものではない。図７に示すように、逆に、ボルト孔８が補強ウェブ５ａに形成され、カム穴９がウェブ３ａに形成されてもよい。この場合、ナット７はサイドメンバ３の外側に位置され、ボルト６の頭部６ａは補強材５の内側に位置される。またこの場合、カム穴９は、カム部１１からボルト６の締結方向の回転力を受けたとき、その回転力が補強フランジ５ｂとフランジ３ｂを圧着させる方向の力となるように配置されるのは上述の実施の形態と同じである。しかし、ボルト６の回転方向に対するカム穴９及びカム部１１の偏心位置が上述の実施の形態とは異なり、作用も異なるので、説明する。

図８に示すように、カム穴９及びカム部１１は、ボルト６の締結方向の回転力がカム穴９に上向きの力Ｆ₁として伝わるよう、カム穴９の中心におけるボルト６の回転方向が上向き若しくは斜め上向きとなる偏心位置に配置される。

カム穴９は、カム部１１からボルト締結方向の回転力（上向きの力Ｆ₁）を受けたとき、その回転力に対する反力（下向きの力Ｆ₂）をカム部１１に及ぼす。この反力は、ボルト６を介して補強ウェブ５ａに伝わる。よって、補強フランジ５ｂはフランジ３ｂに圧着され、カム部１１は供回りを規制される。

（３）カム部１１は、円柱状に形成されるものとしたが、これに限るものではない。例えばカム部１１は、断面多角形等の非円形の柱状に形成されてもよい。

（４）ナット本体部１０は六角柱状に形成されるものとしたがこれに限るものではない。例えばナット本体部１０は円柱状等の他の形状に形成されてもよい。

（５）母材は車体フレーム１のサイドメンバ３に限るものではない。例えば母材は、機械、建築物、船舶等のフレーム（図示せず）等であってもよい。母材は、ウェブ３ａ及びウェブ３ａから交差方向に延びるフランジ３ｂを有するものであればよい。

前述の各実施形態の構成は、特に矛盾が無い限り、部分的にまたは全体的に組み合わせることが可能である。本開示の実施形態は前述の実施形態のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本開示の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本開示に含まれる。従って本開示は、限定的に解釈されるべきではなく、本開示の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。

１ 車体フレーム
２ ラダーフレーム
３ サイドメンバ（母材）
３ａ ウェブ
３ｂ フランジ
３ｃ 側面
４ クロスメンバ
５ 補強材
５ａ 補強ウェブ
５ｂ 補強フランジ
６ ボルト
６ａ 頭部
６ｂ 雄ネジ部
７ ナット
７ａ 雌ネジ部
８ ボルト孔
９ カム穴
１０ ナット本体部
１０ａ 外周面
１０ｂ 内接円
１１ カム部
２０ カム穴
Ｏ 中心軸

Claims (4)

1. ウェブ、及び前記ウェブから交差方向に延びるフランジを有する母材と、
   前記ウェブに重ねて配置される補強ウェブを有すると共に、前記フランジに重ねて配置される補強フランジを有する補強材と、
   前記ウェブ及び前記補強ウェブを締結するボルト及びナットとを備え、
   前記ナットは、前記補強ウェブに着座されるナット本体部と、ナット本体部からその軸方向に延びると共に前記ナットの中心軸に対して偏心して形成されるカム部とを備え、
   前記ウェブには、前記ボルトを挿通させると共にその径方向の移動を規制するボルト孔が形成され、前記補強ウェブには、前記カム部を嵌入させるカム穴が形成され、
   前記カム穴は、前記カム部から前記ボルトの締結方向の回転力を受けたとき、その回転力が前記補強フランジと前記フランジを圧着させる方向の力となるように配置された
   ことを特徴とする補強用締結構造。
2. ウェブ、及び前記ウェブから交差方向に延びるフランジを有する母材と、
   前記ウェブに重ねて配置される補強ウェブを有すると共に、前記フランジに重ねて配置される補強フランジを有する補強材と、
   前記ウェブ及び前記補強ウェブを締結するボルト及びナットとを備え、
   前記ナットは、前記ウェブに着座されるナット本体部と、ナット本体部からその軸方向に延びると共に前記ナットの中心軸に対して偏心して形成されるカム部とを備え、
   前記補強ウェブには、前記ボルトを挿通させると共にその径方向の移動を規制するボルト孔が形成され、前記ウェブには、前記カム部を嵌入させるカム穴が形成され、
   前記カム穴は、前記カム部から前記ボルトの締結方向の回転力を受けたとき、その回転力が前記補強フランジと前記フランジを圧着させる方向の力となるように配置された
   ことを特徴とする補強用締結構造。
3. 前記カム穴は、円形に形成され、
   前記カム部は、前記カム穴に嵌入される円柱状に形成された
   請求項１又は２に記載の補強用締結構造。
4. 前記補強フランジと前記フランジは、接着剤で接着された
   請求項１から３のいずれか一項に記載の補強用締結構造。

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