(57)【要約】      （修正有）【課題】１枚の金属板をプレス加工により折り曲げて構成し、軽量化できて強度の高い構造部材を提供する。【解決手段】１枚の金属板をプレス加工により折り曲げて、筒状に成型したものであって、断面の形状が、金属板の中央付近にある主壁部１２と、主壁部の両端に連なる一対の湾曲部と、各湾曲部にそれぞれ連なり、対向する一対の側壁部１４と、各側壁部１４にそれぞれ一端が連なり、互いに他方の接合縁２４を付き合わせるように折り曲げられた蓋状部１６と、各蓋状部１６の接合縁２４に連なり鋭角に折り曲げられて湾曲部の近傍に端縁２６が達する一対の斜行部１８とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１枚の金属板をプレス加工により折り曲げて、長手方向のどの断面もほぼ同一の形状になるように筒状に成型したものであって、
前記断面の形状が、
前記金属板の中央付近にある主壁部１２と、
前記主壁部の両端に連なる一対の湾曲部２０と、
前記各湾曲部２０にそれぞれ連なり、対向する一対の側壁部１４と、
前記各側壁部１４にそれぞれ一端が連なり、互いに他方の接合縁２４を付き合わせるように折り曲げられた蓋状部１６と、
前記各蓋状部１６の接合縁２４に連なり鋭角に折り曲げられて前記湾曲部２０の近傍に端縁２６が達する一対の斜行部１８とを備えたことを特徴とする構造部材。
【請求項２】
請求項１に記載の構造部材において、
前記斜行部１８の端縁２６は主壁部１２または側壁部１４と湾曲部２０の境界近傍で終端し、斜行部１８の端縁２６と主壁部１２及び湾曲部２０とは、外力が加わっていない状態で非接触で、両者を接近させるような弾性限界内の外力が加わったときに接触するような隙間２７が設けられていることを特徴とする構造部材。
【請求項３】
請求項１または２に記載の構造部材において、
互いに突き合わされた一対の蓋状部１６の接合縁２４は、外力が加わらない状態で常時接触していることを特徴とする構造部材。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の構造部材において、
蓋状部１６が弧状に形成されていることを特徴とする構造部材。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の構造部材において、
主壁部と側壁部のいずれか一方あるいは双方が弧状もしくは波状に形成されていることを特徴とする構造部材。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の構造部材において、
斜行部が弧状に形成されていることを特徴とする構造部材。
【請求項７】
請求項１乃至５のいずれかに記載の構造部材において、
接合縁と端縁の間で斜行部に１箇所以上折り曲げ部が形成されていることを特徴とする構造部材。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかに記載の構造部材において、
一対の蓋状部が不等長に形成されていることを特徴とする構造部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、商用車やトラックのフレームあるいは鉄骨構造の建物の柱等に適する構造部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
商用車やトラックのフレームには、ある程度柔軟に弾性変形し、軽量で、高い強度の構造部材が要求される。この目的にために各種の構造部材加工技術が開発されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平８−１７７１６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
既知の従来の技術には、次のような解決すべき課題があった。
上記の構造部材は押し出し成型もしくはプレス成形により製造される。押し出し成型は量産に適するが設備費が高額になり変形の自由度が無い。プレス成形は変形が自由で製造設備が比較的安価にできるが、製造可能な長さは制限される。また、一枚の板を筒状に成型した場合には、接合部を溶接等で縫合しないと十分な強度が得られない。結果として加工費が高くなってしまうという問題があった。また、強度を高めるために板厚を厚くすると、重量が増大して車両の軽量化等の要求に応えられない。建物の柱等に使用する場合にも同様のことがいえる。
上記の課題を解決するために、本発明は、１枚の金属板をプレス加工により折り曲げて構成し、軽量化できて強度の高い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】
【０００４】
以下の構成はそれぞれ上記の課題を解決するための手段である。
〈構成１〉
１枚の金属板をプレス加工により折り曲げて、長手方向のどの断面もほぼ同一の形状になるように筒状に成型したものであって、上記断面の形状が、上記金属板の中央付近にある主壁部１２と、上記主壁部の両端に連なる一対の湾曲部２０と、上記各湾曲部２０にそれぞれ連なり、対向する一対の側壁部１４と、上記各側壁部１４にそれぞれ一端が連なり、互いに他方の接合縁２４を付き合わせるように折り曲げられた蓋状部１６と、上記各蓋状部１６の接合縁２４に連なり鋭角に折り曲げられて上記湾曲部２０の近傍に端縁２６が達する一対の斜行部１８とを備えたことを特徴とする構造部材。
【０００５】
〈構成２〉
構成１に記載の構造部材において、上記斜行部１８の端縁２６は主壁部１２または側壁部１４と湾曲部２０の境界近傍で終端し、斜行部１８の端縁２６と主壁部１２及び湾曲部２０とは、外力が加わっていない状態で非接触で、両者を接近させるような弾性限界内の外力が加わったときに接触するような隙間２７が設けられていることを特徴とする構造部材。
【０００６】
〈構成３〉
構成１または２に記載の構造部材において、互いに突き合わされた一対の蓋状部１６の接合縁２４は、外力が加わらない状態で常時接触していることを特徴とする構造部材。
【０００７】
互いに突き合わされた一対の蓋状部１６の接合縁２４は、外力が加わらない状態で常時接触しているので、構造部材の外形を高精度に、例えば、長方形あるいは正方形に維持して基本的な性能を発揮することができる。
【０００８】
〈構成４〉
構成１乃至３のいずれかに記載の構造部材において、蓋状部１６が弧状に形成されていることを特徴とする構造部材。
【０００９】
〈構成５〉
構成１乃至４のいずれかに記載の構造部材において、主壁部と側壁部のいずれか一方あるいは双方が弧状もしくは波状に形成されていることを特徴とする構造部材。
【００１０】
〈構成６〉
構成１乃至５のいずれかに記載の構造部材において、斜行部が弧状に形成されていることを特徴とする構造部材。
【００１１】
〈構成７〉
構成１乃至５のいずれかに記載の構造部材において、接合縁と端縁の間で斜行部に１箇所以上折り曲げ部が形成されていることを特徴とする構造部材。
【００１２】
〈構成８〉
構成１乃至７のいずれかに記載の構造部材において、一対の蓋状部が不等長に形成されていることを特徴とする構造部材。
【発明の効果】
【００１３】
（１）構造部材の断面形状は全体として長方形あるいは正方形に近くなるが、側壁部１４と蓋状部１６と斜行部１８により断面三角形の壁が形成されて強度が飛躍的に増大する。また、蓋状部１６と斜行部１８の境界部分が鋭角に折り曲げられて、一対の蓋状部の接合縁２４が突き合わされるので、各方向からの外力に対する強度が増大し座屈し難い構造になる。さらに、１枚の金属板をプレス加工により折り曲げて構成するので、押し出し加工材に比べて設備コストが安くなる。
（２）斜行部１８の端縁２６と主壁部１２及び湾曲部２０とが、外力が加わっていない状態で非接触であれば、曲げ応力に対して初期状態では柔軟である。また、弾性限界内のやや大きな外力が加わったときに接触して、斜行部１８の作用により強度を保持できる。外力が開放されると元の状態に復元するので、常時接触をしている場合と比較して、摩擦による摩耗、発熱、異音等を抑止できる。
（３）互いに突き合わされた一対の蓋状部１６の接合縁２４が、外力が加わらない状態で常時接触していると、構造部材の外形を高精度に、例えば、長方形あるいは正方形に維持して基本的な性能を発揮することができる。
（４）蓋状部１６は主壁部１２に比べて短いが、これを弧状に形成すると弾性変形し易く、主壁部１２とパランスのとれた強度の壁面になる。また、外力が加わったとき、接合縁２４の部分に加わる圧力の方向が分散されて、局部的なストレスが緩和できる。
（５）主壁部１２と側壁部１４と蓋状部１６のいずれかが弧状に形成されると、その部分で圧縮方向の外力に対して弾性変形し易いという効果がある。
（６）斜行部１８を弧状に形成すると、全体として弾性変形を許容しつつ強度が増大するという効果がある。
（７）斜行部１８を折り曲げれば、斜行部１８が弾性変形し易くなり、弾性変形を許容しつつ強度が増大するという効果がある。
（８）用途に応じて非対称な機械特性を有する構造部材を提供することもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
この発明によれば、同じ断面寸法で強度を向上させ、あるいは同じ強度が求められている時に寸法を縮小して、材料を減らしてコストダウンできる。以下、本発明の実施の形態を実施例毎に詳細に説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１（ａ）は実施例１の構造部材１０の端面図で、（ｂ）はその斜視図である。
図の構造部材１０は、１枚の金属板をプレス加工により折り曲げて、図の（ｂ）に示すように、長手方向のどの断面もほぼ同一の形状になるように筒状に成型したものである。その断面の形状は、例えば、図の（ａ）に示すとおりである。なお、この断面も構造部材１０の端面も同一形状のため、図１はハッチングを付さない端面図で表した。
【００１６】
図１の構造部材１０の構造説明のために、各部を、主壁部１２，側壁部１４，蓋状部１６、斜行部１８、湾曲部２０と呼ぶことにする。図の（ａ）に示すように、構造部材１０は、金属板の中央付近にある主壁部１２と、主壁部１２の両端に連なる一対の湾曲部２０と、側壁部１４とを備える。左右一対の側壁部１４は、それぞれ各湾曲部２０を介して主壁部１２に連なり、ほぼ平行に対向している。一対の湾曲部２０の曲率は、主壁部１２の両側をほぼ直角に折り曲げ加工する際に通常設定される値でもよいし、用途に応じて要求される値でも構わない。さらに、各側壁部１４には、それぞれ主壁部１２の約２分の１の長さの蓋状部１６が連なっている。
【００１７】
蓋状部１６の一端は側壁部１４に連なり、他端は斜行部１８に連なっている。蓋状部１６と斜行部１８の境界部分は鋭角に折り曲げられており、左右一対の蓋状部１６は、その境界部分を付き合わせている。この境界部分を接合縁２４と呼ぶことにする。こうして、主壁部１２と側壁部１４と一対の蓋状部１６とで、断面がほぼ長方形あるいは正方形の構造部材の外形が形成される。また、各蓋状部１６に連なる斜行部１８は、湾曲部２０の近傍に端縁２６が達するように構成されている。
【００１８】
以上の構成の構造部材は、主壁部１２の約２分の１の長さの蓋状部１６が互いに接合縁２４を付き合わせ、それに連なるように斜行部１８が設けられているので、後で図３を用いて説明する従来の構造部材と比較すると、矢印Ａ方向の荷重に対する機械的強度が１．５倍程度に向上する。さら、後で説明するように、矢印Ｂ方向の荷重に対する機械的強度やねじれ応力に対する機械的強度が増大する。また、同じ寸法で強度が要求される場合には、板厚を薄くして、２０％程度の軽量化を図ることができる。さらに、同じ板厚の金属板を使用して、寸法を縮小することもできる。この構造部材は、各辺が４０ｃｍ〜５０ｃｍ程度のものまで実用化でき、厚みが１０ミリメートル程度の鋼板を使用して加工することもできる。従って、トラック等の構造材のみならず、建築用としても利用できる。
【００１９】
上記の金属板には、鉄板、鋼板、アルミ板、銅板等のプレス加工に適したものを用途に応じて選択する。抗張力鋼板を使用すると、きわめて強度の高い軽量化された構造部材が得られる。例えば、トラックなどの大型車両の軽量化と燃費向上に大きく寄与する。また、建築用の構造材として建物全体を軽量化するのに役立つ。
【００２０】
ところで、図１の実施例では、蓋状部１６が構造部材の外側に膨らむような円弧状に成型されている。蓋状部１６の部分は、主壁部１２と平行な直線状でも構わない。しかし、直線状の場合には、矢印Ｂ方向の荷重を受けたとき、接合縁２４の部分に加わる応力が、矢印Ｂの方向に集中する。このときには、側壁部１４と蓋状部１６と斜行部１８とで三角形を形成していても、斜行部１８が荷重を分担しなくなる。そこで、蓋状部１６を構造部材の外側に膨らむような円弧状にして、斜行部１８の分担荷重を増やしている。これが、矢印Ｂ方向への荷重に対する機械的強度を増大させる理由である。
【００２１】
なお、蓋状部１６を円弧状にすると、矢印Ｂ方向への荷重が加わったとき弾性変形し易いので、衝撃吸収力が増大するという効果もある。また、互いに突き合わされた一対の蓋状部１６の接合縁２４は、外力が加わらない状態で常時接触している。さらに、蓋状部１６を直線状に形成すれば、既存の構造部材と外形寸法を正確に一致させて、互換性のある構造部材を提供できる。蓋状部１６を弧状に形成しても構わない場所では、図１のとおりの構成にすることができる。
【００２２】
一方、図１の実施例では、部分拡大円中に示すように、斜行部１８の端縁２６と主壁部１２あるいは湾曲部２０との間に、微小な隙間２７を設けている。即ち、両者は、外力が加わっていない状態で非接触であって、外力が加わったときに接触するように構成する。通常の使用状態で、弾性限界内の外力であって、両者を接近させるような力が加わると、図１の実施例では、まず、斜行部１８の端縁２６と主壁部１２とが接触する。両者の間に滑りが生じると、斜行部１８の端縁２６は矢印Ｂ方向に移動して湾曲部２０に突き当たる。ここまでは蓋状部１６が弾性変形するので、衝撃吸収効果がある。
【００２３】
また、斜行部１８が湾曲部２０や主壁部１２に常時軽く接した状態にあると、振動によって異音を発生させる原因になるので、それを防止する効果もある。なお、矢印Ａ方向の荷重に対する強度を重視するときは、斜行部１８の端縁２６は湾曲部２０と主壁部１２の境界近傍で終端するとよい。また、矢印Ｂ方向の荷重に対する強度を重視するときは、斜行部１８の端縁２６は湾曲部２０と側壁部１４の境界近傍で終端するとよい。斜行部１８の端縁２６が湾曲部２０の中央で終端すると、斜行部１８の端縁２６がほとんど移動できないから上記の衝撃力緩和効果が減少するが、機械的強度は十分に保持できる。
【００２４】
図２は強度比較のための従来の構造部材の端面図である。
図のように、従来の構造部材も、１枚の金属板をプレス加工により折り曲げて、長手方向のどの断面もほぼ同一の形状になるように筒状に成型される。面４０と４３とが平行に設定され、面４１と４２とが平行に設定されている。面４３の中央に金属板の端縁が位置し、その突き合わせ部４４は溶接接続されている。このような構造では、矢印Ａ方向の大きな局部的な外力に対して面４３が変形し易い。また、矢印Ｂ方向の大きな外力やねじれ応力に対して、突き合わせ部４４が変形し易い。
【００２５】
図３は、図１に示した本発明の構造部材と図２に示した比較例の構造部材の強度比較を行ったグラフである。
この図の縦軸は外力に対する変形量を単位（ｍ（メートル））で示したものである。横軸は構造部材に加えた外力を単位（ｋｇ（キログラム））で表したものである。この図に示すように構造部材は一定の範囲で弾性変形する。そして、弾性限界を超えると塑性変形する。
効果の程度を明確にするために若干誇張してグラフを記載したが上記の斜行部１８が主壁部１２や湾曲部２０等に接触した後、破線のように剛性が高くなる。
【実施例２】
【００２６】
図４と図５は、本発明の構造部材の変形例を示す。
上記の要領で、次のような各種の構造部材を実現することができる。なお、これらの図では、いずれも、構造部材の外形を形成する部分を外壁部３１と呼び、内部で外壁部３１を補強する部分を斜行部３２と呼んで説明をすすめる。図４（ａ）〜（ｆ）はいずれもそれぞれ異なる実施例の横断面図である。まず、図４（ａ）は、外壁部３１を全体として正方形るいは長方形にしたもので、各辺は全て直線状である。斜行部３２は、２分の１の長さの辺から対向する辺に向けて直線状に形成されている。この場合にも、斜行部３２と外壁部３１との関係が実施例１のように設定されていれば、上述のとおりの補強効果がある。
【００２７】
（ｂ）は、外壁部３１全体を弧状に形成したものである。外壁部３１の各辺を弧状にすると、圧縮力に対して弾性変形し易いという効果がある。また、この例では、外壁部３１と斜行部３２の境界部分に空隙３３を設けている。この構成で、衝撃吸収効果や異音抑制効果を図っている。構造部材の外観は全体に丸みを帯びたものになる。用途に応じて曲率を選定するとよい。（ｃ）は、外壁部３１のうち対向する一対の外壁の部分を断面Ｓ字状に波打たせた構成のものである。斜行部３２の構成は変わらない。このように外壁部３１がさらに弾性変形しやすい構造にされている。以上のとおり、外壁部３１の主壁部と側壁部に相当する部分のいずれか一方あるいは双方が弧状もしくは波状に形成されると、圧縮力に対する弾性変形がし易くなる。
【００２８】
（ｄ）は、外壁部３１を全体として正方形または長方形の断面にし、内部にほぼ円弧状の斜行部３２を設けた。円弧状の斜行部３２は直線状の斜行部に比べて弾性変形しやすくスプリング的な効果を持つ。（ｅ）は外壁部３１が円柱状の構造部材になる。そして、円弧の一部がつき合わされ折り返されて内部に斜行部３２が形成されている。なお、この斜行部３２は，接合縁と端縁に相当する部分の間で、折り曲げ部が１箇所形成されている。折り曲げ部は１箇所以上設けても構わない。（ｆ）は外壁部３１全体として断面を長方形又は正方形に形成する一方、斜行部３２も断面が正方形あるいは長方形になるように直角の折り曲げ部を１箇所形成している。このように斜行部の一部を直角に折り曲げるような場合この折り曲げ角度は鈍角であることが望ましい。これにより全体として剛性の高いクッション効果を得ることができる。
【００２９】
図５の（ａ）は、外壁部３１全体を蒲鉾状に形成したものである。斜行部３２は図４の（ａ）と同様の構成にした。図５（ｂ）〜（ｄ）は、いずれも外壁部３１の外形を長方形あるいは正方形に形成する一方、一対の斜行部３２の全部または一部が線接触でなく面接触するように構成している。このようにすると、斜行部３２の接点の面接触圧を高める方向の外力に対して強度が増すという効果がある。外壁部３１の外形は、用途に応じて適宜選定するとよい。（ｅ）と（ｆ）は、断面形状が左右非対称になるように外壁部３１を形成したものである。（ｆ）は、一方の斜行部３２が中間で直角に折り曲げられている。これらは要求される性能が非対称の場合に有効な構成である。本発明は以上のような各種の変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】（ａ）は実施例１の構造部材１０の端面図で、（ｂ）はその斜視図である。
【図２】強度比較のための従来の構造部材の端面図である。
【図３】図１に示した本発明の構造部材と図２に示した比較例の構造部材の強度比較を行ったグラフである。
【図４】本発明の構造部材の変形例を示す端面図である。
【図５】本発明の構造部材のその他の変形例を示す端面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１０  構造部材
１２  主壁部
１４  側壁部
１６  蓋状部
１８  斜行部
２０  湾曲部
２２  弧状部
２４  接合縁
２６  端縁
２７  隙間
３１  外壁部
３２  斜行部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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