(57)【要約】【課題】どの方向に対しても大きな引張強度の得られるブラケットを備えたフレームを提供する。【解決手段】中空部材２とこの中空部材２に固定されたブラケット４とを有し、このブラケット４を用いて他の部材を取り付けるフレーム１において、ブラケット４が、中空部材２の内側に嵌合し、中空部材２の内側と接合する裏当て部１０と、裏当て部１０と一体になり、他の部材と締結可能な締結部９とを有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空部材と前記中空部材に固定されたブラケットとを有し、前記ブラケットを用いて他の部材を取り付けるフレームにおいて、
前記ブラケットが、
前記中空部材の内側に嵌合し、前記中空部材の前記内側と接合する裏当て部と、
前記裏当て部と一体になり、前記他の部材と締結可能な締結部とを有することを特徴とするフレーム。
【請求項２】
前記中空部材の対向する壁の間隔が、前記裏当て部の高さにほぼ等しく、前記対向する壁の間に前記裏当て部が配置し、前記中空部材の内側と前記裏当て部とを摩擦攪拌接合によって接合したことを特徴とする請求項１に記載のフレーム。
【請求項３】
前記ブラケットは、前記締結部と裏当て部とともに一体になり、前記締結部を前記中空部材の外側に配置する台座部をさらに有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のフレーム。
【請求項４】
前記中空部材の内側と外側をつなげる開口を設け、前記ブラケットは、前記開口の周縁部に沿う溝をさらに有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のフレーム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、他の部材を取り付けるブラケットを設けたフレームに関する。
【背景技術】
【０００２】
バッテリーや燃料電池などの重量の大きな部材を、車体などの装置に搭載するために、装置に固定されたフレームに部材が取り付けられる場合がある（例えば、特許文献１参照）。フレームと部材にはそれぞれブラケットが設けられており、ブラケット同士をネジやボルトとナットにより締結することにより、フレームに部材が取り付けられている。
【０００３】
【特許文献１】特開平０７−１７２３４９号公報（図５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
フレームに設けられるブラケットは、フレームの表面に溶接にて固定されている。このため、溶接されたブラケットは、溶接されたフレーム表面の垂直方向の引張強度が、他の方向に比べ低くなる場合があった。
【０００５】
本発明は、上記点に鑑み、どの方向に対しても大きな引張強度の得られるブラケットを備えたフレーム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】
【０００６】
本発明は、中空部材と前記中空部材に固定されたブラケットとを有し、前記ブラケットを用いて他の部材を取り付けるフレームにおいて、前記ブラケットが、前記中空部材の内側に嵌合し前記中空部材の内側と接合する裏当て部と、前記裏当て部と一体になり前記他の部材と締結可能な締結部とを有することを特徴とする。
【０００７】
本発明によれば、フレームの一部の中空部材の内側に、ブラケットの一部の裏当て部が嵌め合わされ、かつ、中空部材の内側と裏当て部とが接合しているので、ブラケットをフレームからどの方向に引っ張っても、この引っ張る力は、中空部材の内側と裏当て部との接合部のみに、引き剥がす方向として働くことはない。ブラケットをフレームから引っ張る力は、接合部で中空部材の内側と裏当て部とを互いに押し付ける方向に作用する場合もあり、この場合、接合部は引き剥がされることはなく、フレームは大きな引張強度を得ることができる。また、ブラケットをフレームから引っ張る力は、接合部だけでなく、中空部材の内側と裏当て部とが嵌め合わさっている面間にも、押し付ける方向に作用する場合もあり、この作用に要する力の分だけ、接合部を互いに引っ張る方向にかかる力は小さくなる。したがって、ブラケットをフレームから大きな力で引っ張っても、接合部にかかる引き剥がす方向の力は、ブラケットをフレームから引っ張った力より小さくなるので、ブラケットがフレームから引き剥がされることはなく、ブラケットは大きな引張強度を得ることができる。
【０００８】
前記中空部材の対向する壁の間隔が、裏当て部の高さに等しく、前記対向する壁の間に前記裏当て部が配置されることが好ましい。ここで、中空部材の対向する壁の間隔と裏当て部の高さを等しくすれば、前記対向する壁の間に前記裏当て部を配置することにより、前記中空部材の内側に前記裏当て部を嵌め合わせることができる。また、前記中空部材と前記裏当て部との接合は、摩擦攪拌接合（ＦＳＷ）による接合とし、中空部材の対向する壁の間隔と裏当て部の高さがほぼ等しいため、裏当て部はＦＳＷの裏当て治具として機能することになる。
【０００９】
前記ブラケットは、前記締結部と裏当て部とともに一体になり、前記締結部を前記中空部材の外側に配置する台座部をさらに有することが好ましい。前記締結部を前記中空部材の外側に配置することで、前記締結部の前記中空部材からの高さが調整可能になり、フレームに取り付けられる他の部材を適当な高さに設定することができる。
【００１０】
前記ブラケットは、前記中空部材の内側と外側をつなげる開口の周縁部に沿う溝をさらに有することが好ましい。前記中空部材に開口を設けた場合、開口の周縁部にバリや反りなどの凸部が生じる可能性がある。この凸部が裏当て部に当たることで、中空部材の内側と裏当て部とが嵌め合わないことがないように、凸部の生じる位置に凸部を収納可能な溝を設け、中空部材の内側と裏当て部との嵌め合わせを確実にすることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、どの方向に対しても大きな引張強度の得られるブラケットを備えたフレームを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は本発明の実施形態に係り、バッテリーや燃料電池等の部材３を取り付けたフレーム１を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）の拡大図である。
【００１３】
図１（ａ）、（ｂ）に示すように、フレーム１は、一対の中空部材２と、中空部材２に固定されたブラケット４と、２本の中空部材２を連結する連結フレーム６とを有している。中空部材２には、フレーム１を車体等の装置に固定するためのネジ穴５が設けられている。一方、部材３は、２本の中空部材を跨ぐように配置される本体３１と、本体３１に固定され、ブラケット４の上に配置されるブラケット３２とを有している。ブラケット４とブラケット３２とをネジ３３で締結することにより、部材３をフレーム１に取り付けることができる。
【００１４】
中空部材２には、その上部壁２１に開口７と、下部壁２２に挿入孔８とが形成されている。ブラケット４は、中空部材２の内側に配置される裏当て部１０と、裏当て部１０と一体になり、開口７を貫通して中空部材２の内側から外側にかけて配置される台座部１１とを有している。
【００１５】
図２（ａ）、（ｂ）に示すように、裏当て部１０は、ＦＳＷ接合面１４において、中空部材２の内側に嵌合し、中空部材２の内側と接合している。中空部材２と裏当て部１０との接合部には、中空部材２と裏当て部１０とが渾然一体となった攪拌部１３が形成されている。中空部材２は、上部壁２１、下部壁２２と２つの側壁２３とで、中空となる内側と外側とを隔てている。台座部１１の上部には、部材３（図１参照）と締結可能なネジ穴等の締結部が設けられている。ブラケット４を構成する裏当て部１０と台座部１１と締結部９とは一体成形されている。
【００１６】
中空部材２の内側（上部壁２１と下部壁２２の間）に、裏当て部１０が嵌め合わされ、かつ、中空部材２の内側と裏当て部１０とが攪拌部１３にて接合しているので、ブラケット４を中空部材２からどの方向に引っ張っても、この引っ張る力は、攪拌部１３のみに、引き剥がす方向として働くことはない。例えば、ブラケット４を中空部材２の上方に引っ張る力は、中空部材２の下部壁２２に設けられた攪拌部１３に対しては、引き剥がす方向に作用するが、中空部材２の上部壁２１に設けられた攪拌部１３に対しては、互いに押し付ける方向に作用する。このことにより、下部壁２２に引き剥がす方向に作用する力は分散して小さくなり、下部壁２２の攪拌部１３が引き剥がされることはなく、フレーム１は大きな引張強度を得ることができる。また、ブラケット４を中空部材２から引っ張る力は、上部壁２１に対するＦＳＷ接合面１４の全面に、押し付ける方向の力が作用するので、この作用に要する力の分によっても、下部壁２２の攪拌部１３に引き剥がす方向に作用する力は分散して小さくなる。したがって、どの方向からでも、ブラケット４を中空部材２から大きな力で引っ張っても、攪拌部１３にかかる引き剥がす方向の力は、ブラケット４を中空部材２から引っ張った力より小さくなるので、ブラケット４が中空部材２から引き剥がされることはなく、ブラケット４は大きな引張強度を得ることができる。
【００１７】
攪拌部１３は、中空部材２と裏当て部１０とを、摩擦攪拌接合（ＦＳＷ）によって接合した際に生成されたものである。ＦＳＷにおいて、裏当て部１０は、被接合部としてだけでなく、中空部材２の変形を防止する裏当て治具として機能する。
【００１８】
開口７は、締結部９の直下に設けられ、中空部材２の内側と外側をつなげることで、ブラケット４の締結部９を中空部材２の内側から外側に導き出している。中空部材２の外側の任意の場所で他の部材３（図１参照）と、締結部９とを締結することができる。
【００１９】
中空部材２が押出し材であり、中空部材２の対向する上部壁２１と下部壁２２との間隔が、裏当て部１０の高さＨに等しく、対向する上部壁２１と下部壁２２の間に裏当て部１０が配置されている。中空部材２が押出し材であれば、中空部材２の対向する上部壁２１と下部壁２２壁の間隔は、押出し方向において、場所によらず一定である。そこで、この壁の間隔と裏当て部の高さＨを等しくすれば、対向する上部壁２１と下部壁２２の間に裏当て部１０を配置することにより、中空部材２の内側に裏当て部１０を嵌め合わせることができる。そして、裏当て部１０をＦＳＷの裏当て治具として機能させることができる。
【００２０】
裏当て部１０は、対向する上部壁２１と下部壁２２との両方と接合し、両方に攪拌部１３を設けているが、どちらか一方のみと接合していてもよい。中空部材２の内側に裏当て部１０を嵌め合わせられていることによっても、引張強度を大きくすることができるからである。そして、これらのことによれば、中空部材２がつぶれにくくなるので、中空部材２の強度を高めることができる。
【００２１】
前記中空部材２は、ブラケット４を内部に挿入可能な挿入孔８を有している。ブラケット４の裏当て部１０を中空部材２の内側に配置することができる。そして、開口７は、挿入孔８の直上に設けられている。締結部９を開口７に向けた状態のまま、ブラケット４を挿入孔８に挿入することにより、締結部９は開口７を貫通して開口７の外側に配置することができる。そして、開口７は、中空部材２の押出し方向に、直下に挿入孔８が設けられていない領域まで延びている。このことによれば、締結部９を開口７に貫通させたまま、ブラケット４は中空部材２の内側を押出し方向に移動させることができる。
【００２２】
ブラケット４には、開口７の周縁部に沿って溝１２が設けられている。中空部材２に開口７を設けた場合、開口７の周縁部にバリや反りなどの凸部が生じる可能性がある。この凸部が裏当て部１０に当たることで、ＦＳＷ接合面１４において、中空部材２の内側と裏当て部１０とが嵌め合わないことがないように、凸部の生じる位置に凸部を収納可能な溝１２を設け、中空部材２の内側と裏当て部１０との嵌め合わせを確実にしている。
【００２３】
次に、本発明の実施形態に係るフレーム１の製造方法について説明する。まず、図３に示すように、中空部材２とブラケット４とを用意する。中空部材２には、開口７と挿入孔８とを形成しておく。開口７は、上部壁２１に形成され、挿入孔８は、下部壁２２に形成される。開口７は、挿入孔８の直上に設けられる。ブラケット４では、両側の裏当て部１０に挟まれるように台座部１１が配置されている。台座部１１は、裏当て部１０より高くなっている。台座部１１の上部に締結部９が設けられているので、締結部９は、裏当て部１０より高いところに配置されている。そして、締結部９を挿入孔８から開口７に向けた状態のまま、ブラケット４を移動方向１５に移動させ、ブラケット４を挿入孔８に挿入する。
【００２４】
図４に示すように、締結部９と台座部１１を開口７を貫通して開口７の外側に配置する。裏当て部１０は、中空部材２の内側に配置される。上部壁２１に裏当て部１０の上面のＦＳＷ接合面１４が面接触する。次に、上部壁２１とＦＳＷ接合面１４とを面接触させたまま、移動方向１６に開口７に沿ってブラケット４を移動させ、ブラケット４を他の部材３（図１参照）と締結可能な位置に配置する。
【００２５】
図５に示すように、ＦＳＷ接合面１４において、裏当て部１０は、中空部材２の上部壁２１と下部壁２２との内側に嵌合される。
【００２６】
図６に示すように、裏当て部１０を裏当て治具とするＦＳＷにより、中空部材２と裏当て部１０とを接合する。ＦＳＷでは、回転子１８の先にプローブ１９のついたＦＳＷ装置１７を用いる。プローブ１９を中空部材２に押し当てて回転子１８とプローブ１９を高速で回転させることにより、攪拌部１３が形成され、中空部材２と裏当て部１０とが接合する。
【００２７】
図７に示すように、上部壁２１と裏当て部１０とを接合するためには、下部壁２２の下に支持台２０を配置し、プローブ１９を上部壁２１に押し当てて、中空部材２を支持し、プローブ１９を高速で回転させることにより、攪拌部１３を形成し、上部壁２１と裏当て部１０とを接合する。
【００２８】
図８に示すように、下部壁２２と裏当て部１０とを接合するためには、上部壁２１の上に支持台２０を配置し、プローブ１９を下部壁２２に押し当てて、中空部材２を支持し、プローブ１９を高速で回転させることにより、攪拌部１３を形成し、上部壁２１と裏当て部１０とを接合する。以上で、フレーム１が完成する。支持台２０とプローブ１９との間には、裏当て部１０が嵌め込まれているので、ＦＳＷの際にプローブ１９を中空部材２の外側から押し付けても、中空部材２が内側にへこんで変形することがない。また、中空部材２の内側に、ブラケット４の他に、別途、裏当て治具を挿入して接合し、接合後に抜き取る必要がない。すなわち、ＦＳＷ接合時の裏当て治具が不要になる。  
【００２９】
次に、実施形態に係るフレーム１の製造方法の変形例について説明する。まず、図９に示すように、中空部材２とブラケット４とを用意する。中空部材２には、開口７と挿入孔８とを形成しておく。変形例では、図３と比較して、開口７の形状が異なっている。図４から図５に示すようなブラケット４の移動ができないように、開口７は、台座部１１の大きさに合わせて小さく形成されている。そして、図９に示すように、締結部９を挿入孔８から開口７に向けた状態のまま、移動方向１５にブラケット４を移動させ、ブラケット４を挿入孔８に挿入する。
【００３０】
図１０に示すように、締結部９と台座部１１を開口７を貫通して開口７の外側に配置する。裏当て部１０は、中空部材２の内側に配置される。上部壁２１に裏当て部１０の上面のＦＳＷ接合面１４が面接触する。この面接触しているときのブラケット４の位置が、ブラケット４が他の部材３（図１参照）と締結可能な位置になる。
【００３１】
次に、裏当て部１０を裏当て治具とするＦＳＷにより、中空部材２と裏当て部１０とを接合する。ＦＳＷでは、回転子１８の先にプローブ１９のついたＦＳＷ装置１７を用いる。プローブ１９を中空部材２に押し当てて回転子１８とプローブ１９を高速で回転させることにより、攪拌部１３が形成され、中空部材２と裏当て部１０とが接合する。
【００３２】
図１１に示すように、上部壁２１の内側に、裏当て部１０の上面にあるＦＳＷ接合面１４が面接触している。下部壁２２の側面に、裏当て部１０の側面にあるＦＳＷ接合面が面接触している。これらのことにより、ＦＳＷ接合面１４において、裏当て部１０は、中空部材２の上部壁２１と下部壁２２とに嵌合される。また、嵌合された状態で、裏当て部１０の底面の高さと、下部壁２２の下面の高さとが一致している。すなわち、ブラケット４は、挿入孔８に嵌め込まれた状態になり、逆に、挿入孔８はブラケット４によって塞がれる。このように塞ぐことにより、挿入孔８を設けたことによる中空部材の強度の低下を、抑えることができる。
【００３３】
そして、上部壁２１と裏当て部１０とを接合するためには、裏当て部１０の底面の下と下部壁２２の下に支持台２０を配置し、プローブ１９を上部壁２１に押し当てて、中空部材２とブラケット４を支持し、プローブ１９を高速で回転させることにより、攪拌部１３を形成し、上部壁２１と裏当て部１０とを接合する。
【００３４】
図１２に示すように、下部壁２２と裏当て部１０とを接合するためには、上部壁２１の上に支持台２０を配置し、プローブ１９をＦＳＷ接合面１４の近傍の裏当て部１０に押し当てて、中空部材２とブラケット４とを支持し、プローブ１９を高速で回転させることにより、攪拌部１３を形成し、上部壁２１と裏当て部１０とを接合する。以上で、フレーム１が完成する。支持台２０とプローブ１９との間には、裏当て部１０が嵌め込まれているので、ＦＳＷの際にプローブ１９を中空部材の外側から押し付けても、中空部材２が内側にへこんで変形することがない。
【００３５】
次に、実施形態に係るフレーム１の変形例について説明する。まず、図１３に示すように、変形例では、図２と比較して、ブラケット４が中空部材２の端部に配置されている点が異なっている。中空部材２が押出し材であるとすると、中空部材２の両端部は開口している。この開口を挿入孔８として用いている。台座部１１が貫通する開口７は、挿入孔８とつながっている。このことによっても、ＦＳＷ接合面１４を上部壁２１と下部壁２２との間に嵌めこむことができ、ＦＳＷ接合面１４を上部壁２１と下部壁２２にＦＳＷにより接合することができる。そして、どの方向に対しても大きな引張強度の得られるブラケット４を備えたフレームを提供することができる。
【００３６】
図１４に示すような、実施形態に係るフレーム１の変形例では、図１３の変形例と比較して、挿入孔８が、開口７を兼ねている点が異なっている。中空部材２が押出し材であるとすると、中空部材２の両端部はもともと開口している。この開口を挿入孔８さらには開口７として用いているので、中空部材２に挿入孔８と開口７を形成する工程を省くことができる。そして、このフレーム１によっても、ＦＳＷ接合面１４を上部壁２１と下部壁２２との間に嵌めこむことができ、ＦＳＷ接合面１４を上部壁２１と下部壁２２にＦＳＷにより接合することができる。そして、どの方向に対しても大きな引張強度の得られるブラケット４を備えたフレームを提供することができる。
【００３７】
図１５に示すような、実施形態に係るフレーム１の変形例では、図１３の変形例と比較して、台座部１１が、開口７を貫通しておらず、中空部材２の内側にのみ配置され外側に配置されていない点が異なっている。開口７は締結部９の直上に設けられる。開口７は、締結部９と部材３（図１参照）とを締結するためのネジ等が通れるだけの大きさがあればよい。そして、このフレーム１によっても、ＦＳＷ接合面１４を上部壁２１と下部壁２２との間に嵌めこむことができ、ＦＳＷ接合面１４を上部壁２１と下部壁２２にＦＳＷにより接合することができる。なお、接合に際しては、締結部９とネジにより、ブラケット４を中空部材２に固定した仮止め状態で接合することができるので、開口７と締結部９とで位置ずれが生じることはない。そして、どの方向に対しても大きな引張強度の得られるブラケット４を備えたフレームを提供することができる。
【００３８】
図１６に示すような、実施形態に係るフレーム１の変形例では、図１５の変形例と比較して、ブラケット４が、中空部材２の両端部の開口から離れた位置に配置されている点が異なっている。図１６の変形例においても、接合に際しては、締結部９とネジにより、ブラケット４を中空部材２に固定した仮止め状態で接合することができるので、開口７と締結部９とで位置ずれが生じることはない。そして、中空部材２の両端部に限らず、内側の任意の場所にブラケット４を配置することができるので、部材３（図１参照）を自在に配置し取り付けることができる。
【００３９】
図１７に示すような、実施形態に係るフレーム１の変形例では、図１５の変形例と比較して、台座部１１の両側に裏当て部１０が設けられておらず、片側のみに裏当て部１０が設けられている点が異なっている。このことによれば、ブラケット４を軽量化することができ、さらに、フレーム１全体を軽量化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】（ａ）は一実施形態に係り、バッテリーや燃料電池等の部材を取り付けたフレームの斜視図であり、（ｂ）は（ａ）の範囲Ｉの拡大図である。
【図２】（ａ）は一実施形態に係り、フレームの斜視図であり、（ｂ）は（ａ）のＩＩ−ＩＩ方向の断面図である。
【図３】一実施形態に係るフレームの製造方法における製造途中のフレームの斜視図（その１）である。
【図４】一実施形態に係るフレームの製造方法における製造途中のフレームの斜視図（その２）である。
【図５】一実施形態に係るフレームの製造方法における製造途中のフレームの斜視図（その３）である。
【図６】一実施形態に係るフレームの製造方法における製造途中のフレームの斜視図（その４）である。
【図７】一実施形態に係るフレームの製造方法における製造途中のフレームの断面図（その１）である。
【図８】一実施形態に係るフレームの製造方法における製造途中のフレームの断面図（その２）である。
【図９】一実施形態に係るフレームの製造方法における製造途中のフレームの斜視図（その１）である。
【図１０】一実施形態に係るフレームの製造方法における製造途中のフレームの斜視図（その２）である。
【図１１】一実施形態に係るフレームの製造方法における製造途中のフレームの断面図（その１）である。
【図１２】一実施形態に係るフレームの製造方法における製造途中のフレームの断面図（その２）である。
【図１３】一実施形態に係るフレームの斜視図である。
【図１４】一実施形態に係るフレームの斜視図である。
【図１５】一実施形態に係るフレームの斜視図である。
【図１６】一実施形態に係るフレームの斜視図である。
【図１７】一実施形態に係るフレームの斜視図である。
【符号の説明】
【００４１】
１      フレーム
２      中空部材
４      ブラケット
５      ネジ穴
６      連結フレーム
７      開口
８      挿入孔
９      締結部
１０    裏当て部
１１    台座部
１２    溝
１３    攪拌部
１４    ＦＳＷ接合面
１５、１６  移動方向
１７    ＦＳＷ装置
１８    回転子
１９    プローブ
２０    支持台
２１    上部壁
２２    下部壁
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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