撓み低減方法および構造部材
【課題】構造部材の重量を増加させることなく撓みを低減させる方法を提供する。
【解決手段】ブラケット２が中央部５に溶接され、断面二次モーメントがＩｕである構造部材１の撓み低減方法であって、構造部材１の中央部５の断面二次モーメントの最小値Ｉｃと、構造部材１の両端部６の断面二次モーメントの最大値Ｉｅが、（Ｉｃ／Ｉｕ）≧１／（Ｉｅ／Ｉｕ）２となるように中央部５の断面二次モーメントＩｃを増加させ、かつ両端部６の断面二次モーメントＩｅを減少させることにより、重量を増加させることなく撓みを低減できる。
【解決手段】ブラケット２が中央部５に溶接され、断面二次モーメントがＩｕである構造部材１の撓み低減方法であって、構造部材１の中央部５の断面二次モーメントの最小値Ｉｃと、構造部材１の両端部６の断面二次モーメントの最大値Ｉｅが、（Ｉｃ／Ｉｕ）≧１／（Ｉｅ／Ｉｕ）２となるように中央部５の断面二次モーメントＩｃを増加させ、かつ両端部６の断面二次モーメントＩｅを減少させることにより、重量を増加させることなく撓みを低減できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブラケットからの荷重によって撓みが発生する構造部材の撓み低減方法、および、その低減方法により撓みが低減された構造部材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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、構造部材の軽量化と撓み低減を両立する技術の出現が切望されている。
【０００３】
構造部材の撓みを低減する技術、すなわち構造部材の剛性を向上させる技術はいくつか提案されており、例えば捩じり剛性の向上を目的に円形断面のパイプの着力点部を菱形断面にする技術が特許文献１に、自動車の懸架装置であるトレーリングアームの取付部から長手方向にトレーリングアームの高さを変化させて断面二次モーメントを徐々に減少させる構造が特許文献２に、自動車のセンターピラーの耐衝撃性を向上することを目的としてセンターピラーのルーフ側からフロア側にかけて断面係数が大きくなるように変化させた構造が特許文献３に、同じく自動車のセンターピラーの剛性およびエネルギー吸収特性を向上することを目的としてセンターピラー上部の断面係数を大きく、下部の断面係数を小さくする構造が特許文献４に、それぞれ開示されている。また自動車のサブフレームの剛性を向上させることを目的に、メインプレートとメインプレートの両端にＨ形状に継合される一対のサイドプレートからなるブラケットが特許文献５に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−３１２６６９号公報
【特許文献２】特開２００１−１９１７７５号公報
【特許文献３】特開平１０−１７５５６６号公報
【特許文献４】特開２００１−１６３２５７号公報
【特許文献５】特開平１１−１０５７３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記開示技術のうち、特許文献１は、円形断面のパイプの着力点部を菱形にすることにより、捩り荷重を効率よく分担出来、断面積を大きくすることなく捩り剛性を向上させる技術であるが、着力点部の断面二次モーメントをその両端部の断面二次モーメントよりも増加させる技術と異なり、円形断面以外の部材には適用できないという問題がある。
【０００６】
また特許文献２は、自動車部材であるトレーリングアームの高さを取り付け部から徐々に変えることにより断面二次モーメントを徐々に減少させる技術であるが、断面二次モーメントをどの程度変化させるのかについて具体的記述は無く、中央部の断面二次モーメントの最小値（Ｉｃ／Ｉｕ）をその両端部の断面二次モーメントの最大値の２乗分の１である１／（Ｉｅ／Ｉｕ）２よりも大きくする構造部材とは異なるため、構造部材の撓みを大きく低減出来ないという問題がある。
【０００７】
また特許文献３では、同じく自動車部材であるセンターピラーの断面係数がルーフ側からフロア側にかけて大きくなるような耐衝撃構造が記載されているが、中央部と両端部が区別無く、かつ断面係数は連続的に変化しており、中央部の断面二次モーメントの最小値（Ｉｃ／Ｉｕ）をその両端部の断面二次モーメントの最大値の２乗分の１である１／（Ｉｅ／Ｉｕ）２よりも大きくする構造部材とは異なるため、構造部材の撓みを大きく低減出来ないという問題がある。
【０００８】
またさらに特許文献４では、同じくセンターピラーの断面係数が上部では大きく、下部では小さくする構造が記載されているが、断面係数をどの程度大きくおよび小さくするのかについて具体的記述は無く、中央部の断面二次モーメントの最小値（Ｉｃ／Ｉｕ）をその両端部の断面二次モーメントの最大値の２乗分の１である１／（Ｉｅ／Ｉｕ）２よりも大きくする構造部材とは異なるため、構造部材の撓みを大きく低減出来ないという問題がある。
【０００９】
加えて特許文献５では、メインプレートとメインプレートの両端にＨ形状に継合される一対のサイドプレートからなるブラケットによりサイドフレームの剛性を高める技術が記載されているが、サイドフレームの断面二次モーメントの変化は無く、中央部の断面二次モーメントの最小値（Ｉｃ／Ｉｕ）をその両端部の断面二次モーメントの最大値の２乗分の１である１／（Ｉｅ／Ｉｕ）２よりも大きくする構造部材とは異なるため、構造部材の撓みを大きく低減出来ないという問題がある。
【００１０】
本発明は、ブラケットからの荷重入力に対して構造部材の撓みを低減させる方法および撓みが低減された構造部材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明は、
（１）ブラケットが中央部に溶接され、断面二次モーメントがＩｕである構造部材の撓み低減方法であって、前記構造部材の中央部の断面二次モーメントの最小値Ｉｃと、前記構造部材の両端部の断面二次モーメントの最大値Ｉｅが、
（Ｉｃ／Ｉｕ）≧１／（Ｉｅ／Ｉｕ）２
となるように中央部の断面二次モーメントＩｃを増加させ、かつ両端部の断面二次モーメントＩｅを減少させることを特徴とする撓み低減方法を提供する。
【００１２】
また、本発明によれば、
（２）前記中央部の長さを、前記中央部の等価高さの３倍以上とすることを特徴とする前記（１）記載の撓み低減方法が提供される。
【００１３】
さらに、本発明によれば、
（３）前記構造部材の断面が、肉厚ｔｕおよび等価高さｈｕの中空閉断面であって、前記構造部材の中央部の平均肉厚ｔｃと等価高さｈｃが、
（ｈｃ／ｈｕ）≧１／（ｔｃ／ｔｕ）
となるように中央部の平均肉厚ｔｃを減少させかつ等価高さｈｃを増加させることを特徴とする前記（１）または（２）に記載の撓み低減方法が提供される。
【００１４】
またさらに、本発明によれば、
（４）前記（１）〜（３）のいずれかに記載の方法により撓みが低減された構造部材が提供される。
【００１５】
加えて、本発明によれば、
（５）ブラケットが片方の固定端近くに溶接され、断面二次モーメントがＩｕである構造部材の撓み低減方法であって、前記構造部材のブラケットが溶接される部分の断面二次モーメントの最小値Ｉｂと、前記構造部材の両端部の断面二次モーメントの最大値Ｉｅが、
（Ｉｂ／Ｉｕ）≧１／（Ｉｅ／Ｉｕ）２
となるようにブラケットが溶接される部分の断面二次モーメントＩｂを増加させ、かつ両端部の断面二次モーメントＩｅを減少させることを特徴とする撓み低減方法が提供される。
【００１６】
また、本発明によれば、
（６）断面二次モーメントを増加させる部分の長さを、前記断面二次モーメントを増加させる部分の等価高さの３倍以上とすることを特徴とする前記（５）に記載の撓み低減方法が提供される。
【００１７】
さらに、本発明によれば、
（７）前記構造部材の断面二次モーメントを増加させる部分の範囲を、前記ブラケットが溶接される部分を含んで前記ブラケットから遠い方の固定端の方向の一部分までとすることを特徴とする前記（５）または（６）に記載の撓み低減方法が提供される。
【００１８】
またさらに、本発明によれば、
（８）前記（５）〜（７）のいずれかに記載の方法により撓みが低減された構造部材が提供される。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、構造部材の重量を増加させることなく撓みを低減させることができ、その工業的意味は大きい。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の構造部材が撓む様子を示す斜視図である。
【図２】中央部にブラケットが溶接された構造部材が撓む様子を示す斜視図である。
【図３】図１の縦方向の断面形状を示す断面図であり、（ａ）はＡ−Ａ’断面、（ｂ）はＢ−Ｂ’断面を示す。
【図４】本発明が適用される元の構造部材の断面形状を示す断面図である。
【図５】片方の固定端近くにブラケットが溶接された構造部材が撓む様子を示す斜視図である。
【図６】本発明の別の構造部材が撓む様子を示す斜視図である。
【図７】図６のＣ−Ｃ’方向の断面形状を示す断面図である。
【図８】図１のＡ−Ａ’断面の形状の異なる例を示す断面図である。
【図９】実施例１〜３で用いた構造部材を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面を示す断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ’断面を示す断面図である。
【図１０】実施例１における試験状況と構造部材の撓みを示す正面図である。
【図１１】実施例１〜３に対する比較例の構造部材を示す図である。
【図１２】実施例２における試験状況と構造部材の撓みを示す正面図である。
【図１３】実施例２における試験状況と構造部材の撓みを示す正面図である。
【図１４】実施例３における試験状況と構造部材の撓みを示す正面図である。
【図１５】実施例３における試験状況と構造部材の撓みを示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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。
【００２２】
まず、本発明者らは、図２に示すように、両端が固定端３に固定されブラケット２が接合された構造部材１と他の構造部材４とが、ピン孔７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４からピンを通じて荷重Ｐが作用する場合の、構造部材１の重量および撓みｙを詳細に検討した。
【００２３】
その結果、構造部材１の撓みｙは、ブラケット２が接合された中央部の断面二次モーメントに大きく依存し、図１に示すように中央部５の断面二次モーメントを大きくするほど撓みｙを小さくできることを知見した。この知見をもとに、両端部６の断面二次モーメント、ひいては両端部６の重量を増加させることなく構造部材の撓みｙを小さくする構造を種々検討したところ、元の構造部材の断面二次モーメントがＩｕの場合、中央部５の断面二次モーメントＩｃ、および両端部６の断面二次モーメントＩｅが、
（Ｉｃ／Ｉｕ）≧１／（Ｉｅ／Ｉｕ）２ 式１
となるように中央部５の断面二次モーメントを大きくし、両端部６の断面二次モーメントを小さくすることにより、構造部材１の重量を増加させることなく、撓みｙを低減できることが判明した。これは、両端部６の断面二次モーメントＩｅを小さくすると両端部６の撓みが大きくなるが、中央部５での断面二次モーメントをＩｅの二乗に反比例して大きくすることで、中央部５の撓みを小さくする結果、構造部材１全体の撓みｙが低減する効果によるものである。中央部５の断面二次モーメントＩｃを元の構造部材１の断面二次モーメントＩｕで除したＩｃ／Ｉｕが、１／（Ｉｅ／Ｉｕ）２より小さい場合には、構造部材１の撓みｙは、元の構造部材の撓みよりも大きくなってしまう。Ｉｃ／Ｉｕの上限は特に限定するものではないが、極端に大きくなると中央部５と両端部６の境界に変形が集中して構造部材１の強度が低下したり、重量が元の構造部材１より大きくなったりすることがあるので、２／（Ｉｅ／Ｉｕ）２を上限とすることが好ましい。
【００２４】
以上述べたように、ブラケット２が中央部５に溶接され、断面二次モーメントがＩｕである構造部材１において、中央部５の断面二次モーメントの最小値Ｉｃと、両端部６の断面二次モーメントの最大値Ｉｅが、上記式１となるように中央部５の断面二次モーメントＩｃを増加させ、かつ両端部６の断面二次モーメントＩｅを減少させる方法は、構造部材１の重量を増加させることなく撓みｙを低減できることが明らかとなった。
【００２５】
なお、本発明における構造部材１の中央部５は、構造部材１の両固定端３の中央を中心にしてブラケット２の幅だけ左右に広がった領域と定義する。また構造部材１の固定端３とは、より剛性の高い部材に接続される部分のみならず、略コの字形部材や略ロの字形部材における部材の屈曲点も意味するものとする。
【００２６】
次に、本発明者らは、上記の構造部材１の撓み低減方法において、断面二次モーメントを増大させる中央部５の長さＬｃを詳細に検討した。
【００２７】
その結果、断面二次モーメントを増大させる中央部５の長さＬｃは、中央部５の等価高さｈｃの３倍以上とすることが、構造部材１の重量を増加させることなく撓みｙを低減するのに有効な方法であることを知見した。ここで中央部５の等価高さｈｃとは、断面二次モーメントを増大させた中央部の幅の最大値ｂｃ、肉厚ｔｃを用いて、下記の式３を満足するｈｃの値とする。
｛ｂｃ×ｈｃ３−（ｂｃ−２ｔｃ）（ｈｃ−２ｔｃ）３｝／１２＝Ｉｃ 式３
【００２８】
断面二次モーメントを増大させる中央部５の長さＬｃが、中央部５の等価高さｈｃの３倍より短いと、中央部５の剛性が増加する部分が短く、構造部材１全体の撓みｙをさほど低減させることが出来ない。またＬｃの上限は特に規定するものではないが、構造部材１の長さの半分を超えると重量の増加が顕著になり、元の構造部材を軽量化する効果が殆ど無くなるので、構造部材１の長さの半分とすることが好ましい。
【００２９】
以上述べたように、上述の撓み低減方法において、断面二次モーメントを増大させる中央部５の長さは、中央部５の等価高さｈｃの３倍以上とすることが、構造部材１の重量を増加させることなく撓みを低減するのに有効であることが判明した。
【００３０】
次に、本発明者らは、上記の撓み低減方法において、構造部材の中央部５および両端部６の断面が図３の（ａ）および（ｂ）に示すように中空閉断面の場合に、断面二次モーメントを増大させる中央部５の肉厚および高さを詳細に検討した。
【００３１】
その結果、例えば中空閉断面の場合として図４に示すように、元の構造部材１の肉厚がｔｕおよび等価高さがｈｕである場合、断面二次モーメントを増大させる中央部５の肉厚ｔｃと等価高さｈｃが、
（ｈｃ／ｈｕ）≧１／（ｔｃ／ｔｕ） 式２
となるように中央部５の肉厚を減少させかつ等価高さを増加させることが、構造部材１の重量を増加させることなく撓みｙを低減するのに極めて有効であることを知見した。
【００３２】
なお、元の構造部材の等価高さｈｕは、元の構造部材の幅の最大値ｂｕ、肉厚ｔｕ、を用いて下記の式４を満足するｈｕとする。
｛ｂｕ×ｈｕ３−（ｂｕ−２ｔｕ）（ｈｕ−２ｔｕ）３｝／１２＝Ｉｕ 式４
【００３３】
断面二次モーメントを増大させる中央部５の等価高さｈｃを元の構造部材１の等価高さｈｕで除した値（ｈｃ／ｈｕ）が、１／（ｔｃ／ｔｕ）よりも小さい場合には、中央部の断面二次モーメントの増大が十分でなく、構造部材１の撓みｙが元の構造部材よりも大きくなってしまう。また（ｈｃ／ｈｕ）の上限については特に限定するものでは無いが、極端に大きくなると中央部５と両端部６の境界に変形が集中して構造部材１の強度が低下したり、重量が元の構造部材より大きくなったりすることがあるので、１．３／（ｔｃ／ｔｕ）を上限とすることが好ましい。
【００３４】
以上述べたように、元の構造部材１の肉厚がｔｕおよび等価高さｈｕである場合、断面二次モーメントを増大させる中央部の肉厚ｔｃと等価高さｈｃが、上記式２となるように中央部５の肉厚を減少させかつ等価高さを増加させることが、構造部材１の重量を増加させることなく撓みｙを低減するのに極めて有効でことが明らかになった。
【００３５】
さらに、本発明者らは、図５に示すように、ブラケット２が片方の固定端３ａ近くに接合された構造部材１と他の構造部材４とが、ピン孔７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４からピンを通じて荷重Ｐが作用する場合の、構造部材１の重量および撓みｙを詳細に検討した。
【００３６】
その結果、構造部材１の撓みｙは、ブラケット２が接合された部分の断面二次モーメントに大きく依存し、図６に示すようにブラケットが溶接される部分５ｂの断面二次モーメントを大きくするほど撓みｙを小さくできることを知見した。この知見をもとに、両端部６の断面二次モーメント、ひいては両端部６の重量を増加させることなく構造部材の撓みｙを小さくする構造を種々検討したところ、元の構造部材の断面二次モーメントがＩｕの場合、ブラケットが溶接される部分５ｂの断面二次モーメントＩｂ、および両端部６の断面二次モーメントＩｅが、（Ｉｂ／Ｉｕ）≧１／（Ｉｅ／Ｉｕ）２ 式５
となるようにブラケットが溶接される部分５ｂの断面二次モーメントを大きくし、両端部６の断面二次モーメントを小さくすることにより、構造部材１の重量を増加させることなく、撓みｙを小さくできることが判明した。これは、両端部６の断面二次モーメントＩｅを小さくすると両端部６の撓みが大きくなるが、ブラケットが溶接される部分５ｂでの断面二次モーメントをＩｅの二乗に反比例して大きくすることで、ブラケットが溶接される部分５ｂの撓みを小さくする結果、構造部材１全体の撓みｙが低減する効果によるものである。ブラケットが溶接される部分５ｂの断面二次モーメントＩｂを元の構造部材１の断面二次モーメントＩｕで除したＩｂ／Ｉｕが、１／（Ｉｅ／Ｉｕ）２より小さい場合には、構造部材１の撓みｙは、元の構造部材の撓みよりも大きくなってしまう。Ｉｂ／Ｉｕの上限は特に限定するものではないが、極端に大きくなるとブラケットが溶接される部分５ｂと両端部６の境界に変形が集中して構造部材１の強度が低下したり、重量が元の構造部材１より大きくなったりすることがあるので、２／（Ｉｅ／Ｉｕ）２を上限とすることが好ましい。
【００３７】
以上述べたように、断面二次モーメントがＩｕである構造部材１において、ブラケットが溶接される部分５ｂの断面二次モーメントの最小値Ｉｂと、両端部６の断面二次モーメントの最大値Ｉｅが、上記式５となるようにブラケットが溶接される部分５ｂの断面二次モーメントＩｂを増加させ、かつ両端部６の断面二次モーメントＩｅを減少させる方法は、構造部材１の重量を増加させることなく撓みｙを低減できることが明らかとなった。
【００３８】
また、本発明者らは、上記の構造部材１の撓み低減方法において、断面二次モーメントを増大させるブラケットが溶接される部分５ｂの長さＬｂを詳細に検討した。
【００３９】
その結果、断面二次モーメントを増大させるブラケットが溶接される部分５ｂの長さＬｂは、ブラケットが溶接される部分５ｂの等価高さｈｂの３倍以上とすることが、構造部材１の重量を増加させることなく撓みｙを低減するのに有効な方法であることを知見した。ここでブラケットが溶接される部分５ｂの等価高さｈｂとは、例えば中空閉断面の場合として図７に示すように、断面二次モーメントを増大させる、ブラケットが溶接される部分の幅の最大値ｂｂ、肉厚ｔｂを用いて、下式を満足するｈｂの値とする。
｛ｂｂ×ｈｂ３−（ｂｂ−２ｔｂ）（ｈｂ−２ｔｂ）３｝／１２＝Ｉｂ 式６
【００４０】
断面二次モーメントを増大させる、ブラケットが溶接される部分５ｂの長さＬｂが、中央部５の等価高さｈｂの３倍より短いと、ブラケットが溶接される部分５ｂの剛性が増加する部分が短く、構造部材１全体の撓みｙをさほど低減させることが出来ない。またＬｂの上限は特に規定するものではないが、構造部材１の長さの半分を超えると重量の増加が顕著になり、元の構造部材を軽量化する効果が殆ど無くなるので、構造部材１の長さの半分とすることが好ましい。
【００４１】
以上述べたように、上述の撓み低減方法において、断面二次モーメントを増大させる、ブラケットが溶接される部分５ｂの長さＬｂを、ブラケットが溶接される部分５ｂの等価高さｈｂの３倍以上とすることが、構造部材１の重量を増加させることなく撓みｙを低減するのに有効な方法であることが判明した。
【００４２】
さらに、本発明者らは、上記の構造部材１の撓み低減方法において、断面二次モーメントを増大させる、ブラケットが溶接される部分５ｂの範囲を詳細に検討した。
【００４３】
その結果、断面二次モーメントを増加させる部分の範囲は、ブラケットが溶接される部分５ｂを含んでブラケット２から遠い方の固定端３ｂの方向の一部分までとすることが、構造部材１の重量を増加させることなく撓みｙを低減するのに有効な方法であることを知見した。すなわち断面二次モーメントを増加させる部分の範囲が、ブラケットが溶接される部分５ｂを含んでブラケット２から遠い方の固定端３ｂの方向の一部分までとすることで、構造部材１の中心に近い部分の断面二次モーメントを増加でき、構造部材１全体の撓みｙを低減させることが出来る。断面二次モーメントを増加させる部分の範囲が、ブラケットが溶接される部分５ｂを含んでブラケット２から近い方の固定端３ａの方向の一部分までとする場合には、構造部材１の中心の剛性が増加しないので構造部材１全体の撓みｙを大きく低減することが出来ない。また、断面二次モーメントを増加させる部分の範囲が、ブラケットが溶接される部分５ｂを含まない場合には、ブラケットが溶接される部分５ｂでの撓みが極端に大きくなり、この場合にも構造部材１全体の撓みｙを低減することが出来ない。
【００４４】
以上述べたように、上述の撓み低減方法において、断面二次モーメントを増加させる部分の範囲を、ブラケットが溶接される部分５ｂを含んでブラケット２から遠い方の固定端３ｂの方向の一部分までとすることが、構造部材１の重量を増加させることなく撓みｙを低減するのに有効であることが判明した。
【００４５】
なお、本発明は、適用される構造部材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、本発明は構造部材の構造を工夫して重量を増大させることなく撓みの低減をはかった方法であるので、材料の化学組成、機械的性質等に依らず、全ての材料に対して有効である。
【００４６】
また、本発明の構造部材は図３および図４、図７に示すように矩形断面の中空部材のみならず、図８（ａ）〜（ｃ）のような種々の形状のものでも同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００４７】
また、これまで元の構造部材および撓み低減後の構造部材の中央部の肉厚を一定とした場合の発明について説明してきたが、本発明はこれにとらわれない。肉厚が同一断面や構造部材の長さに沿って変化する場合でも、肉厚の平均値を用いることで、本発明により構造部材の撓みを増大させることなく軽量化することが可能である。
【００４８】
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。
【実施例１】
【００４９】
上述の発明をもとに、図９に示す形状の中空角材を構造部材とし、その中央に２枚のフランジからなるブラケット２を溶接して取り付けた。図１０に示すように、この構造部材１の両端を冶具８に溶接して固定した状態で、ブラケット２に形成されたピン孔７に挿入されたピンを介して１０００ｋｇｆの荷重Ｐを負荷し、中空角材からなる構造部材１の最大撓みｙを測定した。比較例として、図１１に示す均一断面の構造部材を製作して同様に載荷試験を行った。構造部材およびブラケットは全て引張強さ７８０ＭＰａ級鋼材を用いた。
【００５０】
その結果を表１および表２に示す。なお、表２中の「撓みの低減率」および「重量減少率」とは、図１１に示す均一断面の構造部材（Ｎｏ．１）の撓みおよび重量に対する撓み低減比率および重量減少率である。また、表２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。
【００５１】
【表１】
【００５２】
【表２】
【００５３】
表１、２のＮｏ．３〜１０、１２〜１９、２１〜２８は、式１を満たす本発明の請求項１に係わる発明例であり、比較例の均一断面の構造部材であるＮｏ．１、および、式１を満たさない比較例であるＮｏ．２、１１、２０に比べて撓みが３％以上低減されており、本発明の式１を満たす構造部材が撓みを低減させるのに有効であることがわかった。
【００５４】
式１を満たす本発明例のうち、Ｎｏ．４〜１０、１３〜１９、２２〜２８は、構造部材の中央部の平均肉厚と等価高さが式２を満たす本発明の請求項３に係わる発明例であり、式１を満たし式２を満たさない実施例であるＮｏ．３、１２、２１に比べて、撓みがさらに２％以上低減されており、本発明の式２を満たす構造部材が撓みを低減させるのに有効であることがわかった。
【００５５】
またさらにこのうち、Ｎｏ．４〜７は、中央部の肉厚が２．８ｍｍであり、中央部の断面二次モーメントの最小値Ｉｃと両端部の断面二次モーメントの最大値Ｉｅが同じであって、中央部の長さの影響を調べた例である。これらの中では、本発明の請求項２に係わり、中央部の長さＬｃが中央部の等価高さｈｃの３倍以上である実施例Ｎｏ．５〜７の撓み低減率が、中央部の長さＬｃが中央部の等価高さｈｃの３倍未満の例であるＮｏ．４よりも大きい。
【００５６】
同様に、Ｎｏ．１３〜１６は、中央部の肉厚が２．７ｍｍであり、中央部の断面二次モーメントの最小値Ｉｃと両端部の断面二次モーメントの最大値Ｉｅが同じであって、中央部の長さの影響を調べた例である。これらの中では、本発明の請求項２に係わり、中央部の長さＬｃが中央部の等価高さｈｃの３倍以上である実施例Ｎｏ．１４〜１６の撓み低減率が、中央部の長さＬｃが中央部の等価高さｈｃの３倍未満の例であるＮｏ．１３よりも大きい。
【００５７】
さらに同様に、Ｎｏ．２２〜２５は、中央部の肉厚が２．６ｍｍであり、中央部の断面二次モーメントの最小値Ｉｃと両端部の断面二次モーメントの最大値Ｉｅが同じであって、中央部の長さの影響を調べた例である。これらの中では、本発明の請求項２に係わり、中央部の長さＬｃが中央部の等価高さｈｃの３倍以上である実施例Ｎｏ．２３〜２５の撓み低減率が、中央部の長さＬｃが中央部の等価高さｈｃの３倍未満の例であるＮｏ．２２よりも大きい。以上のように、本発明の請求項２の方法は構造部材の撓みを大きく低減させることが判明した。
【００５８】
以上のように、本発明の方法は、構造部材の撓み低減に有効であることが判明した。
【実施例２】
【００５９】
上述の発明をもとに、図９に示す形状の中空角材を構造部材とし、その中央から１００ｍｍ固定端３ａ側に寄った位置に２枚のフランジからなるブラケット２を溶接して取り付けた。図１２に示すように、この構造部材１の両端を冶具８に溶接して固定した状態で、ブラケット２に形成されたピン孔７に挿入されたピンを介して１０００ｋｇｆの荷重Ｐを負荷し、中空角材からなる構造部材１の最大撓みｙを測定した。このうち、図１３に示すように、断面二次モーメントを増大させる部分の範囲が、ブラケットが溶接される部分を含んでブラケット２から遠い方の固定端３ｂの方向の一部分までである試験体（本発明の請求項７を満たすもの）を製作して同様に最大撓みｙを測定した。比較例として、図１１に示す均一断面の構造部材を製作して同様に載荷試験を行った。構造部材およびブラケットは全て引張強さ９８０ＭＰａ級鋼材を用いた。
【００６０】
その結果を表３および表４に示す。なお、表３および表４においては、断面二次モーメントを増大させる部分の範囲を「中央部」と表記した。表４中の「撓みの低減率」および「重量減少率」とは、図１１に示す均一断面の構造部材の撓みおよび重量に対する撓み低減比率および重量減少率である。また、「断面二次モーメントを増加させる範囲」は、ブラケット２が溶接される部分を含んで近い方の固定端３ａおよび遠い方の固定端３ｂの方向に向けて同じ長さとした場合（図１２）を「Ａ」、ブラケット２から遠い方の固定端３ｂの方向の一部分までとした場合（図１３）を「Ｂ」とした。表４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。
【００６１】
【表３】
【００６２】
【表４】
【００６３】
表３、４のＮｏ．１０３〜１１５、１１７〜１２９、１３１〜１４３は、式５を満たす本発明の請求項５に係わる発明例であり、比較例の均一断面の構造部材であるＮｏ．１０１、および式５を満たさない比較例であるＮｏ．１０２、１１６、１３０に比べて撓みが１．５％以上低減されており、本発明の式５を満たす構造部材が撓みを低減させるのに有効であることがわかった。
【００６４】
さらに式５を満たす本発明例のうち、Ｎｏ．１０７〜１１１は、構造部材の断面二次モーメントを増加させる部分の肉厚が２．８ｍｍであり、断面二次モーメントを増加させる部分の長さが等価高さの３倍以上であって本発明の請求項６に係わる発明例であり、同じ断面形状で上記の範囲外の例であるＮｏ．１０５、１０６に比べて、撓みがさらに１．５％以上低減されており、本発明の請求項６の方法が撓みを低減させるのに有効であることがわかった。
【００６５】
またさらに、Ｎｏ．１２１〜１２５は、構造部材の断面二次モーメントを増加させる部分の肉厚が２．７ｍｍであり、構造部材の断面二次モーメントを増加させる部分の長さが等価高さの３倍以上であって本発明の請求項６に係わる発明例であり、同じ断面形状で上記の範囲外の実施例であるＮｏ．１１９、１２０に比べて撓みがさらに２．３％以上低減されており、本発明の請求項６の方法が撓みを低減させるのに有効であることがわかった。
【００６６】
加えて、Ｎｏ．１３５〜１３９は、構造部材の断面二次モーメントを増加させる部分の肉厚が２．６ｍｍであり、構造部材の断面二次モーメントを増加させる部分の長さが等価高さの３倍以上であって本発明の請求項６に係わる発明例であり、同じ断面形状で上記の範囲外の実施例であるＮｏ．１３３、１３４に比べて撓みがさらに３．６％以上低減されており、本発明の請求項６の方法が撓みを低減させるのに有効であることがわかった。
【００６７】
また、Ｎｏ．１０４、１０６、１０８、１１０、１１３は、構造部材の断面二次モーメントを増加させる部分の肉厚が２．８ｍｍであり、構造部材の断面二次モーメントを増加させる部分の範囲が、ブラケットが溶接される部分を含んでブラケット２から遠い方の固定端３ｂの方向の一部分までであって、本発明の請求項７に係わる発明例であり、断面形状、および断面二次モーメントを増加させる部分の長さが同じで、断面二次モーメントを増加させる部分の範囲が、ブラケットが溶接される部分を含んでブラケット２から遠い方の固定端３ｂと近い方の固定端３ａとで同じ長さの実施例であるＮｏ．１０３、１０５、１０７、１０９、１１２よりも、それぞれ撓み低減率が大きい。
【００６８】
さらに、Ｎｏ．１１８、１２０、１２２、１２４、１２７は、構造部材の断面二次モーメントを増加させる部分の肉厚が２．７ｍｍであり、構造部材の断面二次モーメントを増加させる部分の範囲が、ブラケットが溶接される部分を含んでブラケット２から遠い方の固定端３ｂの方向の一部分までであって、本発明の請求項７に係わる発明例であり、断面形状、および断面二次モーメントを増加させる部分の長さが同じで、断面二次モーメントを増加させる部分の範囲が、ブラケットが溶接される部分を含んでブラケット２から遠い方の固定端３ｂと近い方の固定端３ａとで同じ長さの実施例であるＮｏ．１１７、１１９、１２１、１２３、１２６よりも、それぞれ撓み低減率が大きい。
【００６９】
またさらに、Ｎｏ．１３２、１３４、１３６、１３８、１４１は、構造部材の断面二次モーメントを増加させる部分の肉厚が２．６ｍｍであり、構造部材の断面二次モーメントを増加させる部分の範囲が、ブラケットが溶接される部分を含んでブラケット２から遠い方の固定端３ｂの方向の一部分までであって、本発明の請求項７に係わる発明例であり、断面形状、および断面二次モーメントを増加させる部分の長さが同じで、断面二次モーメントを増加させる部分の範囲が、ブラケットが溶接される部分を含んでブラケット２から遠い方の固定端３ｂと近い方の固定端３ａとで同じ長さの実施例であるＮｏ．１３１、１３３、１３５、１３７、１４０よりも、それぞれ撓み低減率が大きい。
【００７０】
以上のように、本発明の方法は、構造部材の撓み低減に有効であることが判明した。
【実施例３】
【００７１】
上述の発明をもとに、図９に示す形状の中空角材を構造部材とし、その中央から２００ｍｍ固定端３ａ側に寄った位置に２枚のフランジからなるブラケット２を溶接して取り付けた。図１４に示すように、この構造部材１の両端を冶具８に溶接して固定した状態で、ブラケット２に形成されたピン孔７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１の最大撓みｙを測定した。このうち、図１５に示すように、断面二次モーメントを増大させる部分の位置が、ブラケットが溶接される部分を含んでブラケット２から遠い方の固定端３ｂの方向の一部分までである試験体（本発明の請求項７を満たすもの）を製作して、同様に最大撓みｙを測定した。比較例として、図１１に示す均一断面の構造部材を製作して同様に載荷試験を行った。構造部材およびブラケットは全て引張強さ５９０ＭＰａ級鋼材を用いた。
【００７２】
その結果を表５および表６に示す。なお、表５および表６においては、断面二次モーメントを増大させる部分の範囲を「中央部」と表記した。表６中の「撓みの低減率」および「重量減少率」とは、図１１に示す均一断面の構造部材の撓みおよび重量に対する撓み低減比率および重量減少率である。また、「断面二次モーメントを増加させる範囲」は、ブラケット２が溶接される部分を含んで近い方の固定端３ａおよび遠い方の固定端３ｂの方向に向けて同じ長さとした場合（図１４）を「Ａ」、ブラケット２から遠い方の固定端３ｂの方向の一部分までとした場合（図１５）を「Ｂ」とした。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。
【００７３】
【表５】
【００７４】
【表６】
【００７５】
表５、６のＮｏ．２０３〜２１５、２１７〜２２９、２３１〜２４３は、式５を満たす本発明の請求項５に係わる発明例であり、比較例の均一断面の構造部材であるＮｏ．２０１、および式５を満たさない比較例であるＮｏ．２０２、２１６、２３０に比べて撓みが１．６％以上低減されており、本発明の式５を満たす構造部材が撓みを低減させるのに有効であることがわかった。
【００７６】
さらにこのうち、Ｎｏ．２０７〜２１１は、構造部材の断面二次モーメントを増加させる部分の肉厚が２．８ｍｍであり、断面二次モーメントを増加させる部分の長さが等価高さの３倍以上であって本発明の請求項６に係わる発明例であり、同じ断面形状で上記の範囲外の実施例であるＮｏ．２０５、２０６に比べて撓みがさらに１．３％以上低減されており、本発明の請求項６の方法が撓みを低減させるのに有効であることがわかった。
【００７７】
またさらに、Ｎｏ．２２１〜２２５は、構造部材の断面二次モーメントを増加させる部分の肉厚が２．７ｍｍであり、構造部材の断面二次モーメントを増加させる部分の長さが等価高さの３倍以上であって本発明の請求項６に係わる発明例であり、同じ断面形状で上記の範囲外の実施例であるＮｏ．２１９、２２０に比べて撓みがさらに１．５％以上低減されており、本発明の請求項６の方法が撓みを低減させるのに有効であることがわかった。
【００７８】
加えて、Ｎｏ．２３５〜２３９は、構造部材の断面二次モーメントを増加させる部分の肉厚が２．６ｍｍであり、構造部材の断面二次モーメントを増加させる部分の長さが等価高さの３倍以上であって本発明の請求項６に係わる発明例であり、同じ断面形状で上記の範囲外の実施例であるＮｏ．２３３、２３４に比べて撓みがさらに４．０％以上低減されており、本発明の請求項６の方法が撓みを低減させるのに有効であることがわかった。
【００７９】
また、Ｎｏ．２０４、２０６、２０８、２１０、２１３は、構造部材の断面二次モーメントを増加させる部分の肉厚が２．８ｍｍであり、構造部材の断面二次モーメントを増加させる部分の範囲が、ブラケットが溶接される部分を含んでブラケット２から遠い方の固定端３ｂの方向の一部分までであって、本発明の請求項７に係わる発明例であり、断面形状、および断面二次モーメントを増加させる部分の長さが同じで、断面二次モーメントを増加させる部分の範囲が、ブラケットが溶接される部分を含んでブラケット２から遠い方の固定端３ｂと近い方の固定端３ａとで同じ長さの実施例であるＮｏ．２０３、２０５、２０７、２０９、２１２よりも、それぞれ撓み低減率が大きい。
【００８０】
さらに、Ｎｏ．２１８、２２０、２２２、２２４、２２７は、構造部材の断面二次モーメントを増加させる部分の肉厚が２．７ｍｍであり、構造部材の断面二次モーメントを増加させる部分の範囲が、ブラケットが溶接される部分を含んでブラケット２から遠い方の固定端３ｂの方向の一部分までであって、本発明の請求項７に係わる発明例であり、断面形状、および断面二次モーメントを増加させる部分の長さが同じで、断面二次モーメントを増加させる部分の範囲が、ブラケットが溶接される部分を含んでブラケット２から遠い方の固定端３ｂと近い方の固定端３ａとで同じ長さの実施例であるＮｏ．２１７、２１９、２２１、２２３、２２６よりも、それぞれ撓み低減率が大きい。
【００８１】
またさらに、Ｎｏ．２３２、２３４、２３６、２３８、２４１は、構造部材の断面二次モーメントを増加させる部分の肉厚が２．６ｍｍであり、構造部材の断面二次モーメントを増加させる部分の範囲が、ブラケットが溶接される部分を含んでブラケット２から遠い方の固定端３ｂの方向の一部分までであって、本発明の請求項７に係わる発明例であり、断面形状、および断面二次モーメントを増加させる部分の長さが同じで、断面二次モーメントを増加させる部分の範囲が、ブラケットが溶接される部分を含んでブラケット２から遠い方の固定端３ｂと近い方の固定端３ａとで同じ長さの実施例であるＮｏ．２３１、２３３、２３５、２３７、２４０よりも、それぞれ撓み低減率が大きい
【００８２】
以上のように、本発明の方法は、構造部材の撓み低減に有効であることが判明した。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
本発明は、他の部材とブラケットを通じて接続される各種構造部材に適用できる。
【符号の説明】
【００８４】
１ 構造部材
２ ブラケット
３，３ａ，３ｂ 固定端
４ 他の構造部材
５ 中央部
５ｂ ブラケットが溶接される部分
６ 両端部
７ ピン孔
ｂｂ ブラケットが溶接される部分の幅の最大値
ｈｂ （構造部材のブラケットが溶接される部分の）等価高さ
ｈｅ （構造部材の両端部の）等価高さ
ｈｃ （構造部材の中央部の）等価高さ
ｈｕ （元の構造部材の）等価高さ
Ｐ 荷重
ｔｅ （構造部材の両端部の）肉厚
ｔｃ （構造部材の中央部の）肉厚
ｔｕ （元の構造部材の）肉厚
ｙ 撓み
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブラケットからの荷重によって撓みが発生する構造部材の撓み低減方法、および、その低減方法により撓みが低減された構造部材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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、構造部材の軽量化と撓み低減を両立する技術の出現が切望されている。
【０００３】
構造部材の撓みを低減する技術、すなわち構造部材の剛性を向上させる技術はいくつか提案されており、例えば捩じり剛性の向上を目的に円形断面のパイプの着力点部を菱形断面にする技術が特許文献１に、自動車の懸架装置であるトレーリングアームの取付部から長手方向にトレーリングアームの高さを変化させて断面二次モーメントを徐々に減少させる構造が特許文献２に、自動車のセンターピラーの耐衝撃性を向上することを目的としてセンターピラーのルーフ側からフロア側にかけて断面係数が大きくなるように変化させた構造が特許文献３に、同じく自動車のセンターピラーの剛性およびエネルギー吸収特性を向上することを目的としてセンターピラー上部の断面係数を大きく、下部の断面係数を小さくする構造が特許文献４に、それぞれ開示されている。また自動車のサブフレームの剛性を向上させることを目的に、メインプレートとメインプレートの両端にＨ形状に継合される一対のサイドプレートからなるブラケットが特許文献５に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−３１２６６９号公報
【特許文献２】特開２００１−１９１７７５号公報
【特許文献３】特開平１０−１７５５６６号公報
【特許文献４】特開２００１−１６３２５７号公報
【特許文献５】特開平１１−１０５７３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記開示技術のうち、特許文献１は、円形断面のパイプの着力点部を菱形にすることにより、捩り荷重を効率よく分担出来、断面積を大きくすることなく捩り剛性を向上させる技術であるが、着力点部の断面二次モーメントをその両端部の断面二次モーメントよりも増加させる技術と異なり、円形断面以外の部材には適用できないという問題がある。
【０００６】
また特許文献２は、自動車部材であるトレーリングアームの高さを取り付け部から徐々に変えることにより断面二次モーメントを徐々に減少させる技術であるが、断面二次モーメントをどの程度変化させるのかについて具体的記述は無く、中央部の断面二次モーメントの最小値（Ｉｃ／Ｉｕ）をその両端部の断面二次モーメントの最大値の２乗分の１である１／（Ｉｅ／Ｉｕ）２よりも大きくする構造部材とは異なるため、構造部材の撓みを大きく低減出来ないという問題がある。
【０００７】
また特許文献３では、同じく自動車部材であるセンターピラーの断面係数がルーフ側からフロア側にかけて大きくなるような耐衝撃構造が記載されているが、中央部と両端部が区別無く、かつ断面係数は連続的に変化しており、中央部の断面二次モーメントの最小値（Ｉｃ／Ｉｕ）をその両端部の断面二次モーメントの最大値の２乗分の１である１／（Ｉｅ／Ｉｕ）２よりも大きくする構造部材とは異なるため、構造部材の撓みを大きく低減出来ないという問題がある。
【０００８】
またさらに特許文献４では、同じくセンターピラーの断面係数が上部では大きく、下部では小さくする構造が記載されているが、断面係数をどの程度大きくおよび小さくするのかについて具体的記述は無く、中央部の断面二次モーメントの最小値（Ｉｃ／Ｉｕ）をその両端部の断面二次モーメントの最大値の２乗分の１である１／（Ｉｅ／Ｉｕ）２よりも大きくする構造部材とは異なるため、構造部材の撓みを大きく低減出来ないという問題がある。
【０００９】
加えて特許文献５では、メインプレートとメインプレートの両端にＨ形状に継合される一対のサイドプレートからなるブラケットによりサイドフレームの剛性を高める技術が記載されているが、サイドフレームの断面二次モーメントの変化は無く、中央部の断面二次モーメントの最小値（Ｉｃ／Ｉｕ）をその両端部の断面二次モーメントの最大値の２乗分の１である１／（Ｉｅ／Ｉｕ）２よりも大きくする構造部材とは異なるため、構造部材の撓みを大きく低減出来ないという問題がある。
【００１０】
本発明は、ブラケットからの荷重入力に対して構造部材の撓みを低減させる方法および撓みが低減された構造部材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明は、
（１）ブラケットが中央部に溶接され、断面二次モーメントがＩｕである構造部材の撓み低減方法であって、前記構造部材の中央部の断面二次モーメントの最小値Ｉｃと、前記構造部材の両端部の断面二次モーメントの最大値Ｉｅが、
（Ｉｃ／Ｉｕ）≧１／（Ｉｅ／Ｉｕ）２
となるように中央部の断面二次モーメントＩｃを増加させ、かつ両端部の断面二次モーメントＩｅを減少させることを特徴とする撓み低減方法を提供する。
【００１２】
また、本発明によれば、
（２）前記中央部の長さを、前記中央部の等価高さの３倍以上とすることを特徴とする前記（１）記載の撓み低減方法が提供される。
【００１３】
さらに、本発明によれば、
（３）前記構造部材の断面が、肉厚ｔｕおよび等価高さｈｕの中空閉断面であって、前記構造部材の中央部の平均肉厚ｔｃと等価高さｈｃが、
（ｈｃ／ｈｕ）≧１／（ｔｃ／ｔｕ）
となるように中央部の平均肉厚ｔｃを減少させかつ等価高さｈｃを増加させることを特徴とする前記（１）または（２）に記載の撓み低減方法が提供される。
【００１４】
またさらに、本発明によれば、
（４）前記（１）〜（３）のいずれかに記載の方法により撓みが低減された構造部材が提供される。
【００１５】
加えて、本発明によれば、
（５）ブラケットが片方の固定端近くに溶接され、断面二次モーメントがＩｕである構造部材の撓み低減方法であって、前記構造部材のブラケットが溶接される部分の断面二次モーメントの最小値Ｉｂと、前記構造部材の両端部の断面二次モーメントの最大値Ｉｅが、
（Ｉｂ／Ｉｕ）≧１／（Ｉｅ／Ｉｕ）２
となるようにブラケットが溶接される部分の断面二次モーメントＩｂを増加させ、かつ両端部の断面二次モーメントＩｅを減少させることを特徴とする撓み低減方法が提供される。
【００１６】
また、本発明によれば、
（６）断面二次モーメントを増加させる部分の長さを、前記断面二次モーメントを増加させる部分の等価高さの３倍以上とすることを特徴とする前記（５）に記載の撓み低減方法が提供される。
【００１７】
さらに、本発明によれば、
（７）前記構造部材の断面二次モーメントを増加させる部分の範囲を、前記ブラケットが溶接される部分を含んで前記ブラケットから遠い方の固定端の方向の一部分までとすることを特徴とする前記（５）または（６）に記載の撓み低減方法が提供される。
【００１８】
またさらに、本発明によれば、
（８）前記（５）〜（７）のいずれかに記載の方法により撓みが低減された構造部材が提供される。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、構造部材の重量を増加させることなく撓みを低減させることができ、その工業的意味は大きい。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の構造部材が撓む様子を示す斜視図である。
【図２】中央部にブラケットが溶接された構造部材が撓む様子を示す斜視図である。
【図３】図１の縦方向の断面形状を示す断面図であり、（ａ）はＡ−Ａ’断面、（ｂ）はＢ−Ｂ’断面を示す。
【図４】本発明が適用される元の構造部材の断面形状を示す断面図である。
【図５】片方の固定端近くにブラケットが溶接された構造部材が撓む様子を示す斜視図である。
【図６】本発明の別の構造部材が撓む様子を示す斜視図である。
【図７】図６のＣ−Ｃ’方向の断面形状を示す断面図である。
【図８】図１のＡ−Ａ’断面の形状の異なる例を示す断面図である。
【図９】実施例１〜３で用いた構造部材を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面を示す断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ’断面を示す断面図である。
【図１０】実施例１における試験状況と構造部材の撓みを示す正面図である。
【図１１】実施例１〜３に対する比較例の構造部材を示す図である。
【図１２】実施例２における試験状況と構造部材の撓みを示す正面図である。
【図１３】実施例２における試験状況と構造部材の撓みを示す正面図である。
【図１４】実施例３における試験状況と構造部材の撓みを示す正面図である。
【図１５】実施例３における試験状況と構造部材の撓みを示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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。
【００２２】
まず、本発明者らは、図２に示すように、両端が固定端３に固定されブラケット２が接合された構造部材１と他の構造部材４とが、ピン孔７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４からピンを通じて荷重Ｐが作用する場合の、構造部材１の重量および撓みｙを詳細に検討した。
【００２３】
その結果、構造部材１の撓みｙは、ブラケット２が接合された中央部の断面二次モーメントに大きく依存し、図１に示すように中央部５の断面二次モーメントを大きくするほど撓みｙを小さくできることを知見した。この知見をもとに、両端部６の断面二次モーメント、ひいては両端部６の重量を増加させることなく構造部材の撓みｙを小さくする構造を種々検討したところ、元の構造部材の断面二次モーメントがＩｕの場合、中央部５の断面二次モーメントＩｃ、および両端部６の断面二次モーメントＩｅが、
（Ｉｃ／Ｉｕ）≧１／（Ｉｅ／Ｉｕ）２ 式１
となるように中央部５の断面二次モーメントを大きくし、両端部６の断面二次モーメントを小さくすることにより、構造部材１の重量を増加させることなく、撓みｙを低減できることが判明した。これは、両端部６の断面二次モーメントＩｅを小さくすると両端部６の撓みが大きくなるが、中央部５での断面二次モーメントをＩｅの二乗に反比例して大きくすることで、中央部５の撓みを小さくする結果、構造部材１全体の撓みｙが低減する効果によるものである。中央部５の断面二次モーメントＩｃを元の構造部材１の断面二次モーメントＩｕで除したＩｃ／Ｉｕが、１／（Ｉｅ／Ｉｕ）２より小さい場合には、構造部材１の撓みｙは、元の構造部材の撓みよりも大きくなってしまう。Ｉｃ／Ｉｕの上限は特に限定するものではないが、極端に大きくなると中央部５と両端部６の境界に変形が集中して構造部材１の強度が低下したり、重量が元の構造部材１より大きくなったりすることがあるので、２／（Ｉｅ／Ｉｕ）２を上限とすることが好ましい。
【００２４】
以上述べたように、ブラケット２が中央部５に溶接され、断面二次モーメントがＩｕである構造部材１において、中央部５の断面二次モーメントの最小値Ｉｃと、両端部６の断面二次モーメントの最大値Ｉｅが、上記式１となるように中央部５の断面二次モーメントＩｃを増加させ、かつ両端部６の断面二次モーメントＩｅを減少させる方法は、構造部材１の重量を増加させることなく撓みｙを低減できることが明らかとなった。
【００２５】
なお、本発明における構造部材１の中央部５は、構造部材１の両固定端３の中央を中心にしてブラケット２の幅だけ左右に広がった領域と定義する。また構造部材１の固定端３とは、より剛性の高い部材に接続される部分のみならず、略コの字形部材や略ロの字形部材における部材の屈曲点も意味するものとする。
【００２６】
次に、本発明者らは、上記の構造部材１の撓み低減方法において、断面二次モーメントを増大させる中央部５の長さＬｃを詳細に検討した。
【００２７】
その結果、断面二次モーメントを増大させる中央部５の長さＬｃは、中央部５の等価高さｈｃの３倍以上とすることが、構造部材１の重量を増加させることなく撓みｙを低減するのに有効な方法であることを知見した。ここで中央部５の等価高さｈｃとは、断面二次モーメントを増大させた中央部の幅の最大値ｂｃ、肉厚ｔｃを用いて、下記の式３を満足するｈｃの値とする。
｛ｂｃ×ｈｃ３−（ｂｃ−２ｔｃ）（ｈｃ−２ｔｃ）３｝／１２＝Ｉｃ 式３
【００２８】
断面二次モーメントを増大させる中央部５の長さＬｃが、中央部５の等価高さｈｃの３倍より短いと、中央部５の剛性が増加する部分が短く、構造部材１全体の撓みｙをさほど低減させることが出来ない。またＬｃの上限は特に規定するものではないが、構造部材１の長さの半分を超えると重量の増加が顕著になり、元の構造部材を軽量化する効果が殆ど無くなるので、構造部材１の長さの半分とすることが好ましい。
【００２９】
以上述べたように、上述の撓み低減方法において、断面二次モーメントを増大させる中央部５の長さは、中央部５の等価高さｈｃの３倍以上とすることが、構造部材１の重量を増加させることなく撓みを低減するのに有効であることが判明した。
【００３０】
次に、本発明者らは、上記の撓み低減方法において、構造部材の中央部５および両端部６の断面が図３の（ａ）および（ｂ）に示すように中空閉断面の場合に、断面二次モーメントを増大させる中央部５の肉厚および高さを詳細に検討した。
【００３１】
その結果、例えば中空閉断面の場合として図４に示すように、元の構造部材１の肉厚がｔｕおよび等価高さがｈｕである場合、断面二次モーメントを増大させる中央部５の肉厚ｔｃと等価高さｈｃが、
（ｈｃ／ｈｕ）≧１／（ｔｃ／ｔｕ） 式２
となるように中央部５の肉厚を減少させかつ等価高さを増加させることが、構造部材１の重量を増加させることなく撓みｙを低減するのに極めて有効であることを知見した。
【００３２】
なお、元の構造部材の等価高さｈｕは、元の構造部材の幅の最大値ｂｕ、肉厚ｔｕ、を用いて下記の式４を満足するｈｕとする。
｛ｂｕ×ｈｕ３−（ｂｕ−２ｔｕ）（ｈｕ−２ｔｕ）３｝／１２＝Ｉｕ 式４
【００３３】
断面二次モーメントを増大させる中央部５の等価高さｈｃを元の構造部材１の等価高さｈｕで除した値（ｈｃ／ｈｕ）が、１／（ｔｃ／ｔｕ）よりも小さい場合には、中央部の断面二次モーメントの増大が十分でなく、構造部材１の撓みｙが元の構造部材よりも大きくなってしまう。また（ｈｃ／ｈｕ）の上限については特に限定するものでは無いが、極端に大きくなると中央部５と両端部６の境界に変形が集中して構造部材１の強度が低下したり、重量が元の構造部材より大きくなったりすることがあるので、１．３／（ｔｃ／ｔｕ）を上限とすることが好ましい。
【００３４】
以上述べたように、元の構造部材１の肉厚がｔｕおよび等価高さｈｕである場合、断面二次モーメントを増大させる中央部の肉厚ｔｃと等価高さｈｃが、上記式２となるように中央部５の肉厚を減少させかつ等価高さを増加させることが、構造部材１の重量を増加させることなく撓みｙを低減するのに極めて有効でことが明らかになった。
【００３５】
さらに、本発明者らは、図５に示すように、ブラケット２が片方の固定端３ａ近くに接合された構造部材１と他の構造部材４とが、ピン孔７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４からピンを通じて荷重Ｐが作用する場合の、構造部材１の重量および撓みｙを詳細に検討した。
【００３６】
その結果、構造部材１の撓みｙは、ブラケット２が接合された部分の断面二次モーメントに大きく依存し、図６に示すようにブラケットが溶接される部分５ｂの断面二次モーメントを大きくするほど撓みｙを小さくできることを知見した。この知見をもとに、両端部６の断面二次モーメント、ひいては両端部６の重量を増加させることなく構造部材の撓みｙを小さくする構造を種々検討したところ、元の構造部材の断面二次モーメントがＩｕの場合、ブラケットが溶接される部分５ｂの断面二次モーメントＩｂ、および両端部６の断面二次モーメントＩｅが、（Ｉｂ／Ｉｕ）≧１／（Ｉｅ／Ｉｕ）２ 式５
となるようにブラケットが溶接される部分５ｂの断面二次モーメントを大きくし、両端部６の断面二次モーメントを小さくすることにより、構造部材１の重量を増加させることなく、撓みｙを小さくできることが判明した。これは、両端部６の断面二次モーメントＩｅを小さくすると両端部６の撓みが大きくなるが、ブラケットが溶接される部分５ｂでの断面二次モーメントをＩｅの二乗に反比例して大きくすることで、ブラケットが溶接される部分５ｂの撓みを小さくする結果、構造部材１全体の撓みｙが低減する効果によるものである。ブラケットが溶接される部分５ｂの断面二次モーメントＩｂを元の構造部材１の断面二次モーメントＩｕで除したＩｂ／Ｉｕが、１／（Ｉｅ／Ｉｕ）２より小さい場合には、構造部材１の撓みｙは、元の構造部材の撓みよりも大きくなってしまう。Ｉｂ／Ｉｕの上限は特に限定するものではないが、極端に大きくなるとブラケットが溶接される部分５ｂと両端部６の境界に変形が集中して構造部材１の強度が低下したり、重量が元の構造部材１より大きくなったりすることがあるので、２／（Ｉｅ／Ｉｕ）２を上限とすることが好ましい。
【００３７】
以上述べたように、断面二次モーメントがＩｕである構造部材１において、ブラケットが溶接される部分５ｂの断面二次モーメントの最小値Ｉｂと、両端部６の断面二次モーメントの最大値Ｉｅが、上記式５となるようにブラケットが溶接される部分５ｂの断面二次モーメントＩｂを増加させ、かつ両端部６の断面二次モーメントＩｅを減少させる方法は、構造部材１の重量を増加させることなく撓みｙを低減できることが明らかとなった。
【００３８】
また、本発明者らは、上記の構造部材１の撓み低減方法において、断面二次モーメントを増大させるブラケットが溶接される部分５ｂの長さＬｂを詳細に検討した。
【００３９】
その結果、断面二次モーメントを増大させるブラケットが溶接される部分５ｂの長さＬｂは、ブラケットが溶接される部分５ｂの等価高さｈｂの３倍以上とすることが、構造部材１の重量を増加させることなく撓みｙを低減するのに有効な方法であることを知見した。ここでブラケットが溶接される部分５ｂの等価高さｈｂとは、例えば中空閉断面の場合として図７に示すように、断面二次モーメントを増大させる、ブラケットが溶接される部分の幅の最大値ｂｂ、肉厚ｔｂを用いて、下式を満足するｈｂの値とする。
｛ｂｂ×ｈｂ３−（ｂｂ−２ｔｂ）（ｈｂ−２ｔｂ）３｝／１２＝Ｉｂ 式６
【００４０】
断面二次モーメントを増大させる、ブラケットが溶接される部分５ｂの長さＬｂが、中央部５の等価高さｈｂの３倍より短いと、ブラケットが溶接される部分５ｂの剛性が増加する部分が短く、構造部材１全体の撓みｙをさほど低減させることが出来ない。またＬｂの上限は特に規定するものではないが、構造部材１の長さの半分を超えると重量の増加が顕著になり、元の構造部材を軽量化する効果が殆ど無くなるので、構造部材１の長さの半分とすることが好ましい。
【００４１】
以上述べたように、上述の撓み低減方法において、断面二次モーメントを増大させる、ブラケットが溶接される部分５ｂの長さＬｂを、ブラケットが溶接される部分５ｂの等価高さｈｂの３倍以上とすることが、構造部材１の重量を増加させることなく撓みｙを低減するのに有効な方法であることが判明した。
【００４２】
さらに、本発明者らは、上記の構造部材１の撓み低減方法において、断面二次モーメントを増大させる、ブラケットが溶接される部分５ｂの範囲を詳細に検討した。
【００４３】
その結果、断面二次モーメントを増加させる部分の範囲は、ブラケットが溶接される部分５ｂを含んでブラケット２から遠い方の固定端３ｂの方向の一部分までとすることが、構造部材１の重量を増加させることなく撓みｙを低減するのに有効な方法であることを知見した。すなわち断面二次モーメントを増加させる部分の範囲が、ブラケットが溶接される部分５ｂを含んでブラケット２から遠い方の固定端３ｂの方向の一部分までとすることで、構造部材１の中心に近い部分の断面二次モーメントを増加でき、構造部材１全体の撓みｙを低減させることが出来る。断面二次モーメントを増加させる部分の範囲が、ブラケットが溶接される部分５ｂを含んでブラケット２から近い方の固定端３ａの方向の一部分までとする場合には、構造部材１の中心の剛性が増加しないので構造部材１全体の撓みｙを大きく低減することが出来ない。また、断面二次モーメントを増加させる部分の範囲が、ブラケットが溶接される部分５ｂを含まない場合には、ブラケットが溶接される部分５ｂでの撓みが極端に大きくなり、この場合にも構造部材１全体の撓みｙを低減することが出来ない。
【００４４】
以上述べたように、上述の撓み低減方法において、断面二次モーメントを増加させる部分の範囲を、ブラケットが溶接される部分５ｂを含んでブラケット２から遠い方の固定端３ｂの方向の一部分までとすることが、構造部材１の重量を増加させることなく撓みｙを低減するのに有効であることが判明した。
【００４５】
なお、本発明は、適用される構造部材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、本発明は構造部材の構造を工夫して重量を増大させることなく撓みの低減をはかった方法であるので、材料の化学組成、機械的性質等に依らず、全ての材料に対して有効である。
【００４６】
また、本発明の構造部材は図３および図４、図７に示すように矩形断面の中空部材のみならず、図８（ａ）〜（ｃ）のような種々の形状のものでも同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００４７】
また、これまで元の構造部材および撓み低減後の構造部材の中央部の肉厚を一定とした場合の発明について説明してきたが、本発明はこれにとらわれない。肉厚が同一断面や構造部材の長さに沿って変化する場合でも、肉厚の平均値を用いることで、本発明により構造部材の撓みを増大させることなく軽量化することが可能である。
【００４８】
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。
【実施例１】
【００４９】
上述の発明をもとに、図９に示す形状の中空角材を構造部材とし、その中央に２枚のフランジからなるブラケット２を溶接して取り付けた。図１０に示すように、この構造部材１の両端を冶具８に溶接して固定した状態で、ブラケット２に形成されたピン孔７に挿入されたピンを介して１０００ｋｇｆの荷重Ｐを負荷し、中空角材からなる構造部材１の最大撓みｙを測定した。比較例として、図１１に示す均一断面の構造部材を製作して同様に載荷試験を行った。構造部材およびブラケットは全て引張強さ７８０ＭＰａ級鋼材を用いた。
【００５０】
その結果を表１および表２に示す。なお、表２中の「撓みの低減率」および「重量減少率」とは、図１１に示す均一断面の構造部材（Ｎｏ．１）の撓みおよび重量に対する撓み低減比率および重量減少率である。また、表２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。
【００５１】
【表１】
【００５２】
【表２】
【００５３】
表１、２のＮｏ．３〜１０、１２〜１９、２１〜２８は、式１を満たす本発明の請求項１に係わる発明例であり、比較例の均一断面の構造部材であるＮｏ．１、および、式１を満たさない比較例であるＮｏ．２、１１、２０に比べて撓みが３％以上低減されており、本発明の式１を満たす構造部材が撓みを低減させるのに有効であることがわかった。
【００５４】
式１を満たす本発明例のうち、Ｎｏ．４〜１０、１３〜１９、２２〜２８は、構造部材の中央部の平均肉厚と等価高さが式２を満たす本発明の請求項３に係わる発明例であり、式１を満たし式２を満たさない実施例であるＮｏ．３、１２、２１に比べて、撓みがさらに２％以上低減されており、本発明の式２を満たす構造部材が撓みを低減させるのに有効であることがわかった。
【００５５】
またさらにこのうち、Ｎｏ．４〜７は、中央部の肉厚が２．８ｍｍであり、中央部の断面二次モーメントの最小値Ｉｃと両端部の断面二次モーメントの最大値Ｉｅが同じであって、中央部の長さの影響を調べた例である。これらの中では、本発明の請求項２に係わり、中央部の長さＬｃが中央部の等価高さｈｃの３倍以上である実施例Ｎｏ．５〜７の撓み低減率が、中央部の長さＬｃが中央部の等価高さｈｃの３倍未満の例であるＮｏ．４よりも大きい。
【００５６】
同様に、Ｎｏ．１３〜１６は、中央部の肉厚が２．７ｍｍであり、中央部の断面二次モーメントの最小値Ｉｃと両端部の断面二次モーメントの最大値Ｉｅが同じであって、中央部の長さの影響を調べた例である。これらの中では、本発明の請求項２に係わり、中央部の長さＬｃが中央部の等価高さｈｃの３倍以上である実施例Ｎｏ．１４〜１６の撓み低減率が、中央部の長さＬｃが中央部の等価高さｈｃの３倍未満の例であるＮｏ．１３よりも大きい。
【００５７】
さらに同様に、Ｎｏ．２２〜２５は、中央部の肉厚が２．６ｍｍであり、中央部の断面二次モーメントの最小値Ｉｃと両端部の断面二次モーメントの最大値Ｉｅが同じであって、中央部の長さの影響を調べた例である。これらの中では、本発明の請求項２に係わり、中央部の長さＬｃが中央部の等価高さｈｃの３倍以上である実施例Ｎｏ．２３〜２５の撓み低減率が、中央部の長さＬｃが中央部の等価高さｈｃの３倍未満の例であるＮｏ．２２よりも大きい。以上のように、本発明の請求項２の方法は構造部材の撓みを大きく低減させることが判明した。
【００５８】
以上のように、本発明の方法は、構造部材の撓み低減に有効であることが判明した。
【実施例２】
【００５９】
上述の発明をもとに、図９に示す形状の中空角材を構造部材とし、その中央から１００ｍｍ固定端３ａ側に寄った位置に２枚のフランジからなるブラケット２を溶接して取り付けた。図１２に示すように、この構造部材１の両端を冶具８に溶接して固定した状態で、ブラケット２に形成されたピン孔７に挿入されたピンを介して１０００ｋｇｆの荷重Ｐを負荷し、中空角材からなる構造部材１の最大撓みｙを測定した。このうち、図１３に示すように、断面二次モーメントを増大させる部分の範囲が、ブラケットが溶接される部分を含んでブラケット２から遠い方の固定端３ｂの方向の一部分までである試験体（本発明の請求項７を満たすもの）を製作して同様に最大撓みｙを測定した。比較例として、図１１に示す均一断面の構造部材を製作して同様に載荷試験を行った。構造部材およびブラケットは全て引張強さ９８０ＭＰａ級鋼材を用いた。
【００６０】
その結果を表３および表４に示す。なお、表３および表４においては、断面二次モーメントを増大させる部分の範囲を「中央部」と表記した。表４中の「撓みの低減率」および「重量減少率」とは、図１１に示す均一断面の構造部材の撓みおよび重量に対する撓み低減比率および重量減少率である。また、「断面二次モーメントを増加させる範囲」は、ブラケット２が溶接される部分を含んで近い方の固定端３ａおよび遠い方の固定端３ｂの方向に向けて同じ長さとした場合（図１２）を「Ａ」、ブラケット２から遠い方の固定端３ｂの方向の一部分までとした場合（図１３）を「Ｂ」とした。表４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。
【００６１】
【表３】
【００６２】
【表４】
【００６３】
表３、４のＮｏ．１０３〜１１５、１１７〜１２９、１３１〜１４３は、式５を満たす本発明の請求項５に係わる発明例であり、比較例の均一断面の構造部材であるＮｏ．１０１、および式５を満たさない比較例であるＮｏ．１０２、１１６、１３０に比べて撓みが１．５％以上低減されており、本発明の式５を満たす構造部材が撓みを低減させるのに有効であることがわかった。
【００６４】
さらに式５を満たす本発明例のうち、Ｎｏ．１０７〜１１１は、構造部材の断面二次モーメントを増加させる部分の肉厚が２．８ｍｍであり、断面二次モーメントを増加させる部分の長さが等価高さの３倍以上であって本発明の請求項６に係わる発明例であり、同じ断面形状で上記の範囲外の例であるＮｏ．１０５、１０６に比べて、撓みがさらに１．５％以上低減されており、本発明の請求項６の方法が撓みを低減させるのに有効であることがわかった。
【００６５】
またさらに、Ｎｏ．１２１〜１２５は、構造部材の断面二次モーメントを増加させる部分の肉厚が２．７ｍｍであり、構造部材の断面二次モーメントを増加させる部分の長さが等価高さの３倍以上であって本発明の請求項６に係わる発明例であり、同じ断面形状で上記の範囲外の実施例であるＮｏ．１１９、１２０に比べて撓みがさらに２．３％以上低減されており、本発明の請求項６の方法が撓みを低減させるのに有効であることがわかった。
【００６６】
加えて、Ｎｏ．１３５〜１３９は、構造部材の断面二次モーメントを増加させる部分の肉厚が２．６ｍｍであり、構造部材の断面二次モーメントを増加させる部分の長さが等価高さの３倍以上であって本発明の請求項６に係わる発明例であり、同じ断面形状で上記の範囲外の実施例であるＮｏ．１３３、１３４に比べて撓みがさらに３．６％以上低減されており、本発明の請求項６の方法が撓みを低減させるのに有効であることがわかった。
【００６７】
また、Ｎｏ．１０４、１０６、１０８、１１０、１１３は、構造部材の断面二次モーメントを増加させる部分の肉厚が２．８ｍｍであり、構造部材の断面二次モーメントを増加させる部分の範囲が、ブラケットが溶接される部分を含んでブラケット２から遠い方の固定端３ｂの方向の一部分までであって、本発明の請求項７に係わる発明例であり、断面形状、および断面二次モーメントを増加させる部分の長さが同じで、断面二次モーメントを増加させる部分の範囲が、ブラケットが溶接される部分を含んでブラケット２から遠い方の固定端３ｂと近い方の固定端３ａとで同じ長さの実施例であるＮｏ．１０３、１０５、１０７、１０９、１１２よりも、それぞれ撓み低減率が大きい。
【００６８】
さらに、Ｎｏ．１１８、１２０、１２２、１２４、１２７は、構造部材の断面二次モーメントを増加させる部分の肉厚が２．７ｍｍであり、構造部材の断面二次モーメントを増加させる部分の範囲が、ブラケットが溶接される部分を含んでブラケット２から遠い方の固定端３ｂの方向の一部分までであって、本発明の請求項７に係わる発明例であり、断面形状、および断面二次モーメントを増加させる部分の長さが同じで、断面二次モーメントを増加させる部分の範囲が、ブラケットが溶接される部分を含んでブラケット２から遠い方の固定端３ｂと近い方の固定端３ａとで同じ長さの実施例であるＮｏ．１１７、１１９、１２１、１２３、１２６よりも、それぞれ撓み低減率が大きい。
【００６９】
またさらに、Ｎｏ．１３２、１３４、１３６、１３８、１４１は、構造部材の断面二次モーメントを増加させる部分の肉厚が２．６ｍｍであり、構造部材の断面二次モーメントを増加させる部分の範囲が、ブラケットが溶接される部分を含んでブラケット２から遠い方の固定端３ｂの方向の一部分までであって、本発明の請求項７に係わる発明例であり、断面形状、および断面二次モーメントを増加させる部分の長さが同じで、断面二次モーメントを増加させる部分の範囲が、ブラケットが溶接される部分を含んでブラケット２から遠い方の固定端３ｂと近い方の固定端３ａとで同じ長さの実施例であるＮｏ．１３１、１３３、１３５、１３７、１４０よりも、それぞれ撓み低減率が大きい。
【００７０】
以上のように、本発明の方法は、構造部材の撓み低減に有効であることが判明した。
【実施例３】
【００７１】
上述の発明をもとに、図９に示す形状の中空角材を構造部材とし、その中央から２００ｍｍ固定端３ａ側に寄った位置に２枚のフランジからなるブラケット２を溶接して取り付けた。図１４に示すように、この構造部材１の両端を冶具８に溶接して固定した状態で、ブラケット２に形成されたピン孔７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１の最大撓みｙを測定した。このうち、図１５に示すように、断面二次モーメントを増大させる部分の位置が、ブラケットが溶接される部分を含んでブラケット２から遠い方の固定端３ｂの方向の一部分までである試験体（本発明の請求項７を満たすもの）を製作して、同様に最大撓みｙを測定した。比較例として、図１１に示す均一断面の構造部材を製作して同様に載荷試験を行った。構造部材およびブラケットは全て引張強さ５９０ＭＰａ級鋼材を用いた。
【００７２】
その結果を表５および表６に示す。なお、表５および表６においては、断面二次モーメントを増大させる部分の範囲を「中央部」と表記した。表６中の「撓みの低減率」および「重量減少率」とは、図１１に示す均一断面の構造部材の撓みおよび重量に対する撓み低減比率および重量減少率である。また、「断面二次モーメントを増加させる範囲」は、ブラケット２が溶接される部分を含んで近い方の固定端３ａおよび遠い方の固定端３ｂの方向に向けて同じ長さとした場合（図１４）を「Ａ」、ブラケット２から遠い方の固定端３ｂの方向の一部分までとした場合（図１５）を「Ｂ」とした。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。
【００７３】
【表５】
【００７４】
【表６】
【００７５】
表５、６のＮｏ．２０３〜２１５、２１７〜２２９、２３１〜２４３は、式５を満たす本発明の請求項５に係わる発明例であり、比較例の均一断面の構造部材であるＮｏ．２０１、および式５を満たさない比較例であるＮｏ．２０２、２１６、２３０に比べて撓みが１．６％以上低減されており、本発明の式５を満たす構造部材が撓みを低減させるのに有効であることがわかった。
【００７６】
さらにこのうち、Ｎｏ．２０７〜２１１は、構造部材の断面二次モーメントを増加させる部分の肉厚が２．８ｍｍであり、断面二次モーメントを増加させる部分の長さが等価高さの３倍以上であって本発明の請求項６に係わる発明例であり、同じ断面形状で上記の範囲外の実施例であるＮｏ．２０５、２０６に比べて撓みがさらに１．３％以上低減されており、本発明の請求項６の方法が撓みを低減させるのに有効であることがわかった。
【００７７】
またさらに、Ｎｏ．２２１〜２２５は、構造部材の断面二次モーメントを増加させる部分の肉厚が２．７ｍｍであり、構造部材の断面二次モーメントを増加させる部分の長さが等価高さの３倍以上であって本発明の請求項６に係わる発明例であり、同じ断面形状で上記の範囲外の実施例であるＮｏ．２１９、２２０に比べて撓みがさらに１．５％以上低減されており、本発明の請求項６の方法が撓みを低減させるのに有効であることがわかった。
【００７８】
加えて、Ｎｏ．２３５〜２３９は、構造部材の断面二次モーメントを増加させる部分の肉厚が２．６ｍｍであり、構造部材の断面二次モーメントを増加させる部分の長さが等価高さの３倍以上であって本発明の請求項６に係わる発明例であり、同じ断面形状で上記の範囲外の実施例であるＮｏ．２３３、２３４に比べて撓みがさらに４．０％以上低減されており、本発明の請求項６の方法が撓みを低減させるのに有効であることがわかった。
【００７９】
また、Ｎｏ．２０４、２０６、２０８、２１０、２１３は、構造部材の断面二次モーメントを増加させる部分の肉厚が２．８ｍｍであり、構造部材の断面二次モーメントを増加させる部分の範囲が、ブラケットが溶接される部分を含んでブラケット２から遠い方の固定端３ｂの方向の一部分までであって、本発明の請求項７に係わる発明例であり、断面形状、および断面二次モーメントを増加させる部分の長さが同じで、断面二次モーメントを増加させる部分の範囲が、ブラケットが溶接される部分を含んでブラケット２から遠い方の固定端３ｂと近い方の固定端３ａとで同じ長さの実施例であるＮｏ．２０３、２０５、２０７、２０９、２１２よりも、それぞれ撓み低減率が大きい。
【００８０】
さらに、Ｎｏ．２１８、２２０、２２２、２２４、２２７は、構造部材の断面二次モーメントを増加させる部分の肉厚が２．７ｍｍであり、構造部材の断面二次モーメントを増加させる部分の範囲が、ブラケットが溶接される部分を含んでブラケット２から遠い方の固定端３ｂの方向の一部分までであって、本発明の請求項７に係わる発明例であり、断面形状、および断面二次モーメントを増加させる部分の長さが同じで、断面二次モーメントを増加させる部分の範囲が、ブラケットが溶接される部分を含んでブラケット２から遠い方の固定端３ｂと近い方の固定端３ａとで同じ長さの実施例であるＮｏ．２１７、２１９、２２１、２２３、２２６よりも、それぞれ撓み低減率が大きい。
【００８１】
またさらに、Ｎｏ．２３２、２３４、２３６、２３８、２４１は、構造部材の断面二次モーメントを増加させる部分の肉厚が２．６ｍｍであり、構造部材の断面二次モーメントを増加させる部分の範囲が、ブラケットが溶接される部分を含んでブラケット２から遠い方の固定端３ｂの方向の一部分までであって、本発明の請求項７に係わる発明例であり、断面形状、および断面二次モーメントを増加させる部分の長さが同じで、断面二次モーメントを増加させる部分の範囲が、ブラケットが溶接される部分を含んでブラケット２から遠い方の固定端３ｂと近い方の固定端３ａとで同じ長さの実施例であるＮｏ．２３１、２３３、２３５、２３７、２４０よりも、それぞれ撓み低減率が大きい
【００８２】
以上のように、本発明の方法は、構造部材の撓み低減に有効であることが判明した。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
本発明は、他の部材とブラケットを通じて接続される各種構造部材に適用できる。
【符号の説明】
【００８４】
１ 構造部材
２ ブラケット
３，３ａ，３ｂ 固定端
４ 他の構造部材
５ 中央部
５ｂ ブラケットが溶接される部分
６ 両端部
７ ピン孔
ｂｂ ブラケットが溶接される部分の幅の最大値
ｈｂ （構造部材のブラケットが溶接される部分の）等価高さ
ｈｅ （構造部材の両端部の）等価高さ
ｈｃ （構造部材の中央部の）等価高さ
ｈｕ （元の構造部材の）等価高さ
Ｐ 荷重
ｔｅ （構造部材の両端部の）肉厚
ｔｃ （構造部材の中央部の）肉厚
ｔｕ （元の構造部材の）肉厚
ｙ 撓み
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブラケットが中央部に溶接され、断面二次モーメントがＩｕである構造部材の撓み低減方法であって、
前記構造部材の中央部の断面二次モーメントの最小値Ｉｃと、前記構造部材の両端部の断面二次モーメントの最大値Ｉｅが、
（Ｉｃ／Ｉｕ）≧１／（Ｉｅ／Ｉｕ）２
となるように中央部の断面二次モーメントＩｃを増加させ、かつ両端部の断面二次モーメントＩｅを減少させることを特徴とする撓み低減方法。
【請求項２】
前記中央部の長さを、前記中央部の等価高さの３倍以上とすることを特徴とする請求項１記載の撓み低減方法。
【請求項３】
前記構造部材の断面が、肉厚ｔｕおよび等価高さｈｕの中空閉断面であって、前記構造部材の中央部の平均肉厚ｔｃと等価高さｈｃが、
（ｈｃ／ｈｕ）≧１／（ｔｃ／ｔｕ）
となるように中央部の平均肉厚ｔｃを減少させ、かつ等価高さｈｃを増加させることを特徴とする請求項１または２に記載の撓み低減方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の方法により撓みが低減された構造部材。
【請求項５】
ブラケットが片方の固定端近くに溶接され、断面二次モーメントがＩｕである構造部材の撓み低減方法であって、
前記構造部材のブラケットが溶接される部分の断面二次モーメントの最小値Ｉｂと、前記構造部材の両端部の断面二次モーメントの最大値Ｉｅが、
（Ｉｂ／Ｉｕ）≧１／（Ｉｅ／Ｉｕ）２
となるようにブラケットが溶接される部分の断面二次モーメントＩｂを増加させ、かつ両端部の断面二次モーメントＩｅを減少させることを特徴とする撓み低減方法。
【請求項６】
前記構造部材の断面二次モーメントを増加させる部分の長さを、前記断面二次モーメントを増加させる部分の等価高さの３倍以上とすることを特徴とする請求項５記載の撓み低減方法。
【請求項７】
前記構造部材の断面二次モーメントを増加させる部分の範囲を、前記ブラケットが溶接される部分を含んで前記ブラケットから遠い方の固定端の方向の一部分までとすることを特徴とする請求項５または６記載の撓み低減方法。
【請求項８】
請求項５〜７のいずれかに記載の方法により撓みが低減された構造部材。
【請求項１】
ブラケットが中央部に溶接され、断面二次モーメントがＩｕである構造部材の撓み低減方法であって、
前記構造部材の中央部の断面二次モーメントの最小値Ｉｃと、前記構造部材の両端部の断面二次モーメントの最大値Ｉｅが、
（Ｉｃ／Ｉｕ）≧１／（Ｉｅ／Ｉｕ）２
となるように中央部の断面二次モーメントＩｃを増加させ、かつ両端部の断面二次モーメントＩｅを減少させることを特徴とする撓み低減方法。
【請求項２】
前記中央部の長さを、前記中央部の等価高さの３倍以上とすることを特徴とする請求項１記載の撓み低減方法。
【請求項３】
前記構造部材の断面が、肉厚ｔｕおよび等価高さｈｕの中空閉断面であって、前記構造部材の中央部の平均肉厚ｔｃと等価高さｈｃが、
（ｈｃ／ｈｕ）≧１／（ｔｃ／ｔｕ）
となるように中央部の平均肉厚ｔｃを減少させ、かつ等価高さｈｃを増加させることを特徴とする請求項１または２に記載の撓み低減方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の方法により撓みが低減された構造部材。
【請求項５】
ブラケットが片方の固定端近くに溶接され、断面二次モーメントがＩｕである構造部材の撓み低減方法であって、
前記構造部材のブラケットが溶接される部分の断面二次モーメントの最小値Ｉｂと、前記構造部材の両端部の断面二次モーメントの最大値Ｉｅが、
（Ｉｂ／Ｉｕ）≧１／（Ｉｅ／Ｉｕ）２
となるようにブラケットが溶接される部分の断面二次モーメントＩｂを増加させ、かつ両端部の断面二次モーメントＩｅを減少させることを特徴とする撓み低減方法。
【請求項６】
前記構造部材の断面二次モーメントを増加させる部分の長さを、前記断面二次モーメントを増加させる部分の等価高さの３倍以上とすることを特徴とする請求項５記載の撓み低減方法。
【請求項７】
前記構造部材の断面二次モーメントを増加させる部分の範囲を、前記ブラケットが溶接される部分を含んで前記ブラケットから遠い方の固定端の方向の一部分までとすることを特徴とする請求項５または６記載の撓み低減方法。
【請求項８】
請求項５〜７のいずれかに記載の方法により撓みが低減された構造部材。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１０−２７０９０６（Ｐ２０１０−２７０９０６Ａ）
【公開日】平成２２年１２月２日（２０１０．１２．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−３１９８０（Ｐ２０１０−３１９８０）
【出願日】平成２２年２月１７日（２０１０．２．１７）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月２日（２０１０．１２．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月１７日（２０１０．２．１７）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
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