WO2013084930A1 - フレーム構造体及び箱状構造体 - Google Patents

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WO2013084930A1
WO2013084930A1 PCT/JP2012/081493 JP2012081493W WO2013084930A1 WO 2013084930 A1 WO2013084930 A1 WO 2013084930A1 JP 2012081493 W JP2012081493 W JP 2012081493W WO 2013084930 A1 WO2013084930 A1 WO 2013084930A1
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WO
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outer frame
shaped member
frame structure
section
cross
Prior art date
Application number
PCT/JP2012/081493
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
半谷　公司
清水　信孝
菅野　良一
Original Assignee
新日鐵住金株式会社
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Filing date
Publication date
Application filed by 新日鐵住金株式会社 filed Critical 新日鐵住金株式会社
Priority to JP2013522019A priority Critical patent/JP5532184B2/ja
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16M—FRAMES, CASINGS OR BEDS OF ENGINES, MACHINES OR APPARATUS, NOT SPECIFIC TO ENGINES, MACHINES OR APPARATUS PROVIDED FOR ELSEWHERE; STANDS; SUPPORTS
    • F16M5/00—Engine beds, i.e. means for supporting engines or machines on foundations
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16M—FRAMES, CASINGS OR BEDS OF ENGINES, MACHINES OR APPARATUS, NOT SPECIFIC TO ENGINES, MACHINES OR APPARATUS PROVIDED FOR ELSEWHERE; STANDS; SUPPORTS
    • F16M2200/00—Details of stands or supports
    • F16M2200/08—Foot or support base

Definitions

  • the present invention relates to a frame structure used as, for example, a bottom plate that supports a heavy object, and a box-like structure including the frame structure.
  • a transport pallet used for transporting or storing luggage is known.
  • This transportation pallet adopts a configuration in which a plurality of reinforcing members are arranged in a right-angled lattice shape inside an outer frame having a rectangular planar shape, thereby ensuring strength against external forces such as load of luggage. It is general (see, for example, Patent Document 1 below).
  • a high-rigidity frame structure that employs a configuration in which a plurality of reinforcing members are arranged in a right-angled lattice pattern inside the outer frame having a rectangular planar shape as described above, as a bottom plate for precision machinery. Often uses the body.
  • the frame structure having such a configuration generally uses a closed cross-section member such as a square steel having a high torsional rigidity instead of an open cross-section member that is weak against torsion, its weight and members The increase in cost becomes a problem.
  • the present invention has been made in view of the above-described problems, and provides a frame structure capable of realizing weight reduction and cost reduction while ensuring required rigidity, and a box-like structure including the frame structure.
  • the purpose is to do.
  • a frame structure according to an aspect of the present invention includes an outer frame having a rectangular planar shape, and a plurality of oblique reinforcing members arranged in an oblique lattice shape inside the outer frame;
  • the reinforcing members are arranged on a pair of diagonal lines of the outer frame, and are arranged so that one or a plurality of quadrilaterals inscribed in the outer frame are formed when viewed in plan.
  • one or more bent portions It may be an open cross-section member having an open cross-section.
  • the open cross-section member may have an L-shaped cross section perpendicular to the length direction.
  • the open cross-section member may have a C-shaped, Z-shaped, U-shaped, or hat-shaped cross section perpendicular to the length direction. good.
  • the outer frame and the oblique reinforcing member are all open-section members having a C-shaped cross section perpendicular to the length direction;
  • the opening of the C-shaped open cross-section member faces the inside of the outer frame;
  • the opening of the C-shaped open cross-section member used for the oblique reinforcing member is in the in-plane direction of the outer frame, respectively. You may be facing.
  • the quadrangle formed by the diagonal reinforcing member is a rhombus; the thickness of the C-shaped open cross-sectional member is the length of the short side of the outer frame
  • the ratio R obtained by dividing by may be set to 0 ⁇ R ⁇ 4/180.
  • each of the oblique reinforcing members may be joined at a location where they intersect each other.
  • a box-like structure according to an aspect of the present invention is a box-like structure that is installed on a predetermined installation surface, and the above-described (1) is provided on at least one of a plurality of surfaces that form a box shape.
  • the frame structure according to any one of (8) to (8) is mounted.
  • the diagonal reinforcing member counteracts by bending against the torsional load acting on the entire frame structure, so that the conventional configuration that counteracts by torsion (with a rectangular planar shape)
  • the torsional rigidity can be increased as compared with a frame structure having a configuration in which a plurality of reinforcing members are arranged in a right-angle lattice shape inside the outer frame. That is, when the same material is used, a frame structure with high torsional rigidity can be realized by a simple configuration in which diagonal reinforcement members are arranged in a diagonal lattice pattern inside the outer frame. It is not necessary to increase the thickness of the diagonal reinforcing member or to reinforce it with another member. Therefore, according to the frame structure according to the above aspect of the present invention, weight reduction and cost reduction can be realized while ensuring required rigidity.
  • the high-rigidity frame structure according to the above aspect of the present invention is mounted on at least one of the plurality of surfaces forming the box shape. It is possible to prevent the box-like structure from being installed in an unstable state. As a result, for example, when the box-shaped structure is a precision mechanical device, it is possible to avoid performance degradation due to the state of the installation surface (such as distortion or protrusions on the installation surface). Further, the rigidity of the box-shaped structure itself can be increased.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of a C-shaped member used for the outer frame 11 and the diagonal reinforcing member 12. It is a schematic diagram which shows the example of joining of C-shaped members (when joining C-shaped member Ca inside C-shaped member Cb). It is a schematic diagram which shows the example of joining of C-shaped members (when joining the protrusions of C-shaped member Ca and C-shaped member Cb).
  • FIG. 6 is a schematic diagram which shows the case where it joins inside or outside of member Cb. It is a perspective view which shows the implementation model by an Example. It is a perspective view which shows the comparison model by a comparative example. 6 is a graph in which the ratio R between the plate thickness and the short side length of the outer frame 11 is on the horizontal axis, and the rigidity ratio (performance ratio) of the implementation model A to the comparison model B is on the vertical axis. It is a figure which shows the relationship between member cross-sectional shape and a rigidity ratio. It is a perspective view which shows the frame structure by the 1st modification of this embodiment. It is sectional drawing of a C-shaped member with a lip. It is sectional drawing of a Z-shaped member.
  • FIG. 1 is a perspective view of the frame structure 1
  • FIG. 2 is a plan view of the frame structure 1.
  • the frame structure 1 includes an outer frame 11 having a rectangular planar shape (in this embodiment, a rectangle as an example), and a region surrounded by the outer frame 11 (that is, the inner side of the outer frame 11). And a plurality of diagonal reinforcing members 12 arranged in a diagonal grid pattern.
  • the outer frame 11 is formed by connecting two long-side members 11a and 11b and two short-side members 11c and 11d so as to be rectangular when viewed in plan.
  • the long side direction of the outer frame 11 be an X-axis direction
  • the short side direction of the outer frame 11 be a Y-axis direction. Therefore, in the following description, the in-plane direction of the outer frame 11 means a direction in the XY plane, and the out-of-plane direction of the outer frame 11 means a direction orthogonal to the XY plane.
  • a direction orthogonal to the XY plane is taken as a Z-axis direction.
  • Part of the diagonal reinforcing member 12 (reference numerals 12 a and 12 b in the figure) is disposed on a pair of diagonal lines of the outer frame 11. Specifically, the diagonal reinforcing member 12a is connected between two corners located on one diagonal line among the four inner corners of the outer frame 11. The diagonal reinforcing member 12b is connected between two corners located on the other diagonal line among the four inner corners of the outer frame 11.
  • the other oblique reinforcing members 12 are arranged so as to form one square that is inscribed in the outer frame 11 when viewed in a plan view.
  • Four vertices of a quadrangle formed by these oblique reinforcing members 12c, 12d, 12e and 12f are connected to the center positions of the side members (long side members 11a and 11b and short side members 11c and 11d) of the outer frame 11, respectively.
  • the quadrangle formed by the diagonal reinforcing members 12c, 12d, 12e, and 12f is a quadrangle having the same length on the four sides, that is, a rhombus.
  • All or a part of the outer frame 11 and the diagonal reinforcing member 12 is an open cross-section member having an open cross-section having one or more bent portions (for example, described later) when the cross-section orthogonal to the length direction is viewed.
  • L-shaped member or the like, or an open cross-sectional member having an open cross-section having two or more bent portions for example, a C-shaped member, a C-shaped member with a lip described later, a Z-shaped member, a U-shaped member (or inverted U) And a hat-shaped member).
  • the material of the outer frame 11 and the diagonal reinforcing member 12 is not particularly limited, and any one of steel, plastic, aluminum, or a combination thereof may be used.
  • the outer frame 11 and the oblique reinforcing member 12 are all configured by members having a C-shaped cross section (C-shaped member) perpendicular to the length direction. ing.
  • the C-shaped member has a pair of plate-like protruding edges 101 and 102 that face each other in parallel when viewed in a cross section orthogonal to the length direction, and these protruding edges 101 and 102.
  • a plate-like connecting portion 103 that connects one end of each other.
  • Both the protruding edges 101 and 102 have the same width dimension, and the connecting part 103 has a larger width dimension than the protruding edges 101 and 102.
  • symbol t has shown the plate
  • the C-shaped member used for the outer frame 11 has a state in which the opening (region sandwiched between the pair of projecting edge portions 101 and 102) faces the inner side of the outer frame 11 (in other words, the width direction of the connecting portion 103). And the out-of-plane direction of the outer frame 11 are parallel to each other).
  • the C-shaped member used for the oblique reinforcing member 12 is arranged in a state in which each opening is directed in an arbitrary direction in the in-plane direction of the outer frame 11. Note that the C-shaped member used for the outer frame 11 may be arranged with its opening directed to the outside of the outer frame 11.
  • the diagonal reinforcing members 12 that intersect with each other are joined at the intersection.
  • the diagonal reinforcing members 12e and 12f, and the diagonal reinforcing members 12f and 12c are joined at each intersection.
  • the outer frame 11 and each diagonal reinforcement member 12 are also joined by each connection part. Examples of the joining method of each member include welding, adhesion, bolt joining, and screw joining.
  • FIG. 4A to 4E are schematic views showing examples of joining between C-shaped members.
  • FIG. 4A illustrates a case where the C-shaped member Ca is joined to the inside of the C-shaped member Cb (the portion surrounded by the protruding edge portions 101b and 102b of the C-shaped member Cb and the connecting portion 103b).
  • the protruding edge portions 101a and 102a of the C-shaped member Ca and the protruding edge portions 101b and 102b of the C-shaped member Cb are overlapped with each other, bolt bonding or screw bonding is performed at this portion. Can do.
  • the C-shaped member Ca and the C-shaped member Cb may be bonded by a bonding method such as welding or adhesion.
  • FIG. 4B illustrates the case where the protruding edges of the C-shaped member Ca and the C-shaped member Cb are joined together. That is, the protruding edge portion 101a of the C-shaped member Ca and the protruding edge portion 101b of the C-shaped member Cb are joined, and the protruding edge portion 102a of the C-shaped member Ca and the protruding edge portion 102b of the C-shaped member Cb are joined.
  • a joining method such as welding or adhesion may be used.
  • FIG. 4C illustrates a case where one end portions of the protruding edge portions 101a and 102a of the C-shaped member Ca are cut out and the connecting portion 103a protruding thereby is inserted into the C-shaped member Cb and joined. Also in this case, a joining method such as welding or adhesion may be used.
  • FIG. 4D illustrates the case where the C-shaped member Ca is joined to the outer surface of the connecting portion 103b of the C-shaped member Cb. Also in this case, a joining method such as welding or adhesion may be used.
  • FIG. 4E shows a state in which one end portion of the projecting edge portions 101a and 102a of the C-shaped member Ca is cut out, and then the connecting portion 103a protruding thereby is bent outward so that the C-shaped member Ca is inside the C-shaped member Cb. Or the case where it joins to the outer side (surface of the outer side of the connection part 103b) is illustrated. Also in this case, since the C-shaped member Ca and the C-shaped member Cb partially overlap, a bonding method such as bolt bonding or screw bonding can be used. Of course, also in this case, the C-shaped member Ca and the C-shaped member Cb may be bonded by a bonding method such as welding or adhesion.
  • the diagonal reinforcing member 12 counteracts by bending against the torsional load acting on the entire frame structure 1, and counteracts by twisting.
  • the torsional rigidity can be increased as compared with a frame structure having a conventional configuration (a configuration in which a plurality of reinforcing members are arranged in a right-angle lattice shape inside an outer frame having a rectangular planar shape).
  • the frame structure 1 with high torsional rigidity can be realized by a simple configuration in which the diagonal reinforcing members 12 are arranged in an oblique lattice shape inside the outer frame 11, and the structural member ( For example, it is not necessary to increase the plate thickness dimension of the C-shaped member) or to reinforce it with another member, so that weight reduction and cost reduction can be realized.
  • a plate material may be bonded to all or a part of at least one of the upper surface and the lower surface of the outer frame 11. Examples of the material of the plate material include, but are not limited to, steel, plastic, or aluminum. Examples of the method for joining the plate materials include, but are not limited to, welding, adhesion, bolt joining, and screw joining.
  • Example 1 In Example 1, an implementation model A which is the frame structure 1 of the present embodiment shown in FIG. 5 and a conventional configuration as shown in FIG. 6 (a C-shaped member inside an outer frame 51 having a rectangular planar shape). And a comparative model B, which is a frame structure having a structure in which reinforcing members 52 are arranged in a right-angle lattice), and FEM elastic analysis is performed to perform vertical displacement ⁇ (mm ) Was calculated and the effectiveness of the frame structure 1 of the present embodiment was confirmed.
  • the long sides of the outer frames 11 and 51 are set to 280 mm
  • the short sides are set to 180 mm
  • the width (height) of the connecting portion 103 of the C-shaped member is set. 10 mm
  • the widths of the projecting edge portions 101 and 102 are set to 5 mm.
  • one corner of the outer frames 11 and 51 of the implementation model A and the comparison model B is set as the loading point P0, and the corner located diagonally to the loading point P0 is the first fixed.
  • point P1 and the remaining two corners be a second fixed point P2 and a third fixed point P3, respectively.
  • the first fixed point P1 indicates a point where the displacements ⁇ x, ⁇ y, and ⁇ z in the XYZ triaxial directions and the rotation angle ⁇ z around the Z axis are fixed.
  • the second fixed point P2 and the third fixed point P3 indicate points where only the displacement ⁇ z in the Z-axis direction (vertical direction) is fixed, respectively.
  • Table 1 shows the analysis results according to the first embodiment.
  • the analysis model weight shown in Table 1 is a value indicating the weight of each model in the FEM analysis model in kilograms.
  • the rigidity per unit weight is a value obtained by dividing the reciprocal of the vertical displacement ⁇ (mm) of the loading point P0 by the analytical model weight (kg).
  • the performance ratio of the implementation model A to the comparison model B is the rigidity ratio of the implementation model A to the comparison model B described above, and indicates that the larger this value, the greater the rigidity (torsional stiffness) of the implementation model A. Yes.
  • the vertical displacement ⁇ of the comparative model B is 18.0 mm when the predetermined load 10N is applied to the loading point P0.
  • the vertical displacement ⁇ is 0.72 mm
  • the vertical displacement ⁇ of the implementation model A is 1/25 of the comparison model B.
  • the weight of the comparative model B is 0.19 kg
  • the weight of the implementation model A is 0.17 kg
  • the rigidity per unit weight is 0. 30
  • the implementation model A is 8.22
  • the performance ratio of the implementation model A to the comparison model B is 27.5 to 2.96. To fall. That is, the performance ratio of the implementation model A with respect to the comparison model B increases as the plate thickness of the C-shaped member decreases, and the configuration of the present embodiment is adopted (the oblique reinforcing member 12 is obliquely disposed inside the outer frame 11). It can be seen that the effect due to the arrangement in the form of a lattice increases.
  • the effect of the implementation model A is greater when the plate thickness is thinner, but even when the plate thickness magnification is 4 times, the performance ratio of the implementation model A to the comparison model B is 10 times or more. Even when the ratio is 16 times, the performance ratio is also about 3 times, so that it can be seen that the effect of adopting the configuration of this embodiment is obtained.
  • the vertical displacement ⁇ of the comparison model B when the plate thickness is 4.0 mm is 0.32 mm
  • the vertical displacement ⁇ of the implementation model A when the plate thickness is 2.0 mm is 0.17 mm. I can confirm that. This result shows that even if the plate thickness of the implementation model A is half the plate thickness of the comparative model B, the torsional deformation caused by the applied load can be improved to about half.
  • the implementation model A (that is, the frame structure 1 of the present embodiment) is superior in torsional rigidity to the comparative model B (that is, the frame structure of the conventional configuration).
  • the plate thickness of the comparison model B is 2.8 mm. That is, it was found that the weight of the comparative model B having a plate thickness of 2.8 mm is 5.6 times that of the working model A having a plate thickness of 0.5 mm. Therefore, when compared with the same rigidity, the frame structure 1 of the present embodiment can realize a significant weight reduction compared to the frame structure of the conventional configuration.
  • FIG. 7 shows the ratio R between the plate thickness of the C-shaped member and the short side length (180 mm) of the outer frame 11 created based on Table 1, and the performance ratio of the implementation model A to the comparison model B. It is a graph which made (rigidity ratio) the vertical axis
  • Example 2 In the second embodiment, a square member having a rectangular closed cross-sectional shape (box cross-section) is used instead of the C-shaped member having a C-shaped open cross-sectional shape in the above-described implementation model A and comparative model B of the first embodiment.
  • the rigidity ratio performance ratio of the implementation model A to the comparison model B
  • the rectangular member when viewed in a cross section orthogonal to the length direction, forms a rectangular cross section by connecting a pair of side walls parallel to the out-of-plane direction of the outer frame 11 and both ends of each side wall. And a pair of connecting portions.
  • Table 2 shows the analysis results according to Example 2.
  • the configuration of Table 2 is almost the same as that of Table 1, but the plate thickness magnification is not shown because all plate thicknesses are 0.5 mm.
  • the box cross section 1 the case where each side wall portion of the box cross section of the square member is not connected is referred to as the box cross section 1, and the whole cross section of the cross section is connected at the cross portion of the square member (the side wall portion and the connecting portion of the box cross section). Box cross section 2 is shown when all are connected).
  • the box cross section 2 tends to be slightly less deformed (the vertical displacement ⁇ tends to be smaller), but the difference is small and there is almost no influence due to the degree of connection of the cross sections. Can be confirmed.
  • the performance ratio of the implementation model A to the comparison model B when the C-shaped member is used is 27.5, whereas the performance ratio with respect to the comparison model B when the square member is used.
  • the performance ratio of the implementation model A is about 2. That is, in the implementation model A, it can be seen that even if the constituent member is changed from the C-shaped member to the square member, the effect of improving the torsional rigidity as much as the C-shaped member cannot be obtained. Therefore, it can be confirmed that it is preferable to use an open cross-sectional member such as a C-shaped member as a constituent member of the frame structure 1 of the present embodiment rather than a closed cross-sectional member such as a square member.
  • the configuration in which the C-shaped member is used for all of the outer frame 11 and the diagonal reinforcing member 12 is illustrated, but the C-shaped member ( Any member having an open cross-sectional shape may be used.
  • an outer frame 11 ⁇ / b> A configured with a closed cross-sectional member such as a square member may be used instead of the outer frame 11 configured with a C-shaped member.
  • the oblique reinforcing member 12 may have a configuration in which an open section member and a closed section member are mixed.
  • a C-shaped member with a lip provided with a lip on the C-shaped member for example, a C-shaped member with a lip provided with a lip on the C-shaped member, a Z-shaped member, a U-shaped member (including an inverted U-shaped member), a hat-shaped member, or an L-shaped member. It is also possible to use it.
  • the C-shaped member with a lip has a connecting portion 103 and a pair of protruding edge portions 101 and 102, as in a normal C-shaped member, when viewed in a cross section perpendicular to the length direction.
  • a lip 104 projecting toward the projecting edge portion 102 in parallel with the connecting portion 103 from the tip of the projecting edge portion 101; and a projecting edge portion 101 in parallel with the connecting portion 103 from the tip of the projecting edge portion 102.
  • a lip 105 protruding toward the top.
  • the Z-shaped member has a plate-like connecting portion 111 extending in the length direction and a connecting portion from one end of the connecting portion 111 when viewed in a cross section orthogonal to the length direction.
  • a plate-like protruding edge portion 112 extending in a direction orthogonal to 111, and a protruding edge portion 113 extending from the other end of the connecting portion 111 to the connecting portion 111 and extending in the opposite direction of the protruding edge portion 112.
  • a lip may be provided at the tip of each of the projecting edge portions 112 and 113.
  • the U-shaped member (or the inverted U-shaped member) includes a pair of plate-like side wall portions 121 and 122 that face each other in parallel when viewed in a cross section perpendicular to the length direction thereof, It has the plate-shaped connection part 123 which connects the end parts of the side wall parts 121 and 122. Both the side wall parts 121 and 122 have the same width dimension (height), and the connecting part 123 has a smaller width dimension than the side wall parts 121 and 122.
  • the cross-sectional shapes of the C-shaped member see FIG. 3) and the U-shaped member are similar, but the C-shaped member has a larger width at the connecting portion 103 than the projecting edge portions 101 and 102.
  • the shape members are greatly different in that the connecting portion 123 has a smaller width than the side wall portions 121 and 122.
  • the inverted U-shaped member is obtained by rotating the U-shaped member by 180 ° and is substantially the same as the U-shaped member.
  • a lip may be provided at the tip of each of the side wall portions 121 and 122.
  • the hat-shaped member includes a pair of plate-like side wall portions 131 and 132 that face each other in parallel, and the side wall portions 131 and 132 when viewed in a cross section orthogonal to the length direction.
  • a plate-like connecting portion 133 that connects one end to each other, and a pair of protruding edge portions 134 and 135 that extend in a direction away from the other end of each side wall portion 131 and 132 are provided.
  • a lip may be provided at the tip of each of the projecting edge portions 134 and 135.
  • the L-shaped member has a plate-like long side portion 141 extending in the length direction and one end of the long side portion 141 when viewed in a cross section orthogonal to the length direction.
  • a plate-like short side portion 142 that extends in a direction orthogonal to the long side portion 141 and has a smaller width than the long side portion 141 is provided.
  • a lip may be provided at the tip of each of the long side portion 141 and the short side portion 142.
  • Table 3 shows an implementation model A and a C-shaped member, a box-shaped member (a rectangular member having a rectangular cross section), a Z-shaped member, a U-shaped member (or an inverted U-shaped member), a hat-shaped member, and an L-shaped member. It is the result of having analyzed the performance ratio of the implementation model A with respect to the vertical direction displacement of the comparison model B, the analysis model weight, the rigidity per unit weight, and the comparison model B. Table 3 shows the analysis results when the plate thickness of each member is set to 0.5 mm.
  • an implementation model A of a box-shaped member is an analysis model of a frame structure 1A including an outer frame 11A of a box-shaped member (square member) and an oblique reinforcing member 12A as shown in FIG. 11A.
  • the box-shaped member comparison model B is a model of a frame structure having a conventional configuration using a box-shaped member (not shown).
  • the implementation model A of the Z-shaped member is an analysis model of the frame structure 1B including the outer frame 11B of the Z-shaped member and the oblique reinforcing member 12B as shown in FIG. 11B.
  • the Z-shaped member comparison model B is a model of a frame structure having a conventional configuration using a Z-shaped member (not shown).
  • the implementation model A of the U-shaped member is the outer frame 11C and the diagonal reinforcing member 12C of the U-shaped member (or inverted U-shaped member) as shown in FIG. 11C. It is an analysis model of the frame structure 1C provided.
  • the U-shaped member (or inverted U-shaped member) comparative model B is a model of a frame structure having a conventional configuration using a U-shaped member (or inverted U-shaped member) (not shown).
  • the implementation model A of the hat-shaped member is an analysis model of the frame structure 1D including the outer frame 11D of the hat-shaped member and the oblique reinforcing member 12D as shown in FIG. 11D.
  • the hat-shaped member comparison model B is a model of a frame structure having a conventional configuration using a hat-shaped member (not shown).
  • the implementation model A of the L-shaped member is an analysis model of the frame structure 1E including the outer frame 11E of the L-shaped member and the oblique reinforcing member 12E as shown in FIG. 11E.
  • the L-shaped member comparison model B is a model of a frame structure having a conventional configuration using an L-shaped member (not shown).
  • a part of the oblique reinforcing member 12 (reference numerals 12c, 12d, 12e, 12f) is arranged so as to form one square (diamond) inscribed in the outer frame 11 when viewed in plan.
  • the present invention is not limited to this, and a part of the diagonal reinforcing member 12 may be arranged so as to form a plurality of quadrilaterals inscribed in the outer frame 11 when viewed in plan. For example, as shown in FIG.
  • the diagonal reinforcing members 12g, 12h, 12i, and 12j are arranged so as to form a first square inscribed in the outer frame 11 when viewed in plan, and the diagonal reinforcing members 12k, 12m , 12n, 12p may be arranged so as to form a second quadrilateral inscribed in the outer frame 11 when viewed in plan.
  • both the first and second quadrangles are parallelograms.
  • the case where a part (symbol 12c, 12d, 12e, 12f) of the diagonal reinforcing member 12 is arranged so as to form a rhombus inscribed in the outer frame 11 when seen in a plan view is illustrated.
  • the shape is not limited to such a rhombus, and may be any quadrilateral shape as long as it is a quadrilateral inscribed in the outer frame 11 when viewed in plan. This can be confirmed in Table 4 and FIGS. 13A to 13D.
  • the vertex (hereinafter referred to as the first vertex) is connected to a position separated from the center position O1 of the short side member 11c by an amount corresponding to 1 ⁇ 4 of the length of the short side member 11c (D1 in the figure). It is a model.
  • the implementation model D shown in FIG. 13B is a position in which the first vertex is separated from the center position O1 of the short side member 11c by an amount corresponding to 1/3 of the length of the short side member 11c (D2 in the figure). It is a model connected to.
  • the vertex (4) of the quadrangular vertices formed by the oblique reinforcing members 12c, 12d, 12e, and 12f is connected to the center position O2 of the long-side member 11a of the outer frame 11 (
  • the second apex) is connected to a position separated from the center position O2 of the long side member 11a by a distance corresponding to 1 ⁇ 4 of the length of the long side member 11a (D3 in the figure).
  • the implementation model F shown in FIG. 13D is a position where the second vertex is separated from the center position O2 of the long side member 11a by an amount corresponding to 1/3 of the length of the long side member 11a (D4 in the figure).
  • the aspect ratio of the outer frame 11 is not particularly limited, but the length of the long side (the length of the long side members 11a and 11b) is the length of the short side (the length of the short side members 11c and 11d). It is preferable that it is 2 times or less. This can be confirmed in Table 5.
  • Table 5 is based on the implementation model A (using a C-shaped member with a plate thickness of 0.5 mm), the implementation model S with its long side shortened from 280 mm to 180 mm, and the implementation model L with the long side extended to 360 mm. Is a comparison of the performance.
  • the comparison model B is a model of a frame structure having a conventional configuration having the same planar dimensions as the implementation model A (using a C-shaped member having a thickness of 0.5 mm).
  • the comparison model T is a model of a frame structure having a conventional configuration having the same planar dimensions as the working model S (using a C-shaped member having a thickness of 0.5 mm).
  • the comparison model M is a model of a frame structure having a conventional configuration having the same plane dimensions as the implementation model L (using a C-shaped member having a thickness of 0.5 mm). As shown in Table 5, the performance ratio of the implementation model S to the comparison model T is 17.5, and the performance ratio of the implementation model L to the comparison model M is 17.7.
  • the ratio of the height of the outer frame 11 (the height of the connecting portion 103 of the C-shaped member) and other dimensions of the outer frame 11 is not particularly limited, but the length of the short side of the outer frame 11 is not limited.
  • FIG. 14 is a graph of Table 6.
  • the horizontal axis represents the ratio of the height Hw of the outer frame 11 to the length of the short side of the outer frame 11 (the horizontal axis represents up to 30%).
  • the vertical axis represents the performance ratio of the implementation model to the respective comparison models.
  • pieces in FIG. 14 has shown the analysis result, and the continuous line which connects those 4 points
  • a preferable range of the height Hw of the outer frame 11 can be determined based on FIG.
  • FIG. 15 is a transparent perspective view of the box-shaped structure 200.
  • the box-shaped structure 200 is a box-shaped structure that is installed on a predetermined installation surface, and among a plurality of surfaces (in this case, six surfaces) that form a box shape,
  • the above-described frame structure 1 is mounted on the lower surface in contact with the installation surface.
  • the box-shaped structure 200 since the high-rigidity frame structure 1 is mounted on the lower surface in contact with the installation surface as described above, the box-shaped structure 200 is installed in an unstable state. Can be prevented. As a result, for example, when the box-shaped structure 200 is a precision mechanical device, it is possible to avoid performance degradation caused by the state of the installation surface (such as distortion or protrusions on the installation surface). . In addition, the rigidity of the box-shaped structure 200 itself can be increased. As shown in FIG. 16, the frame structure 1 may be mounted on a surface (for example, a side surface) other than the lower surface of the box-shaped structure 200.
  • Examples of the box-type structure 200 including the frame structure 1 include a copying machine, a printing machine, a cutting machine, a bookbinding machine, a machine tool, a medical device such as an X-ray irradiation device, a photo developing machine, a television set, and a broadcasting device.
  • Equipment, refrigerators, washing machines, dryers, metal furniture, vending machines, construction equipment, elevators, vehicles, etc. can be applied.
  • the present invention it is possible to provide a frame structure capable of realizing weight reduction and cost reduction while ensuring required rigidity, and a box-shaped structure including the frame structure. Industrial effects can be expected.

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Abstract

　本発明のフレーム構造体は、矩形の平面形状を有する外枠と、前記外枠の内側に斜め格子状に配置された複数の斜め補強部材とを備え、前記斜め補強部材は、前記外枠の一対の対角線上に配置されていると共に、平面視した場合に前記外枠に内接する１つ又は複数の四角形が形成されるように配置されている。

Description

フレーム構造体及び箱状構造体
　本発明は、例えば重量物を支持する底板等として用いられるフレーム構造体及びこれを備えた箱状構造体に関する。
　本願は、２０１１年１２月０５日に、日本に出願された特願２０１１－２６５９８０号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　この種のフレーム構造体として、荷物を輸送或いは保管するために用いられる輸送用パレットが知られている。この輸送用パレットは、矩形の平面形状を有する外枠の内側に、複数の補強部材を直角格子状に配置するという構成を採用することで、荷物の荷重等の外力に対する強度を確保することが一般的である（例えば下記特許文献１参照）。
日本国特開２００５－３５６５０号公報
例えば、精密機械装置の設置面に底板を敷設し、その底板の上に精密機械装置を設置する場合、設置面に存在する歪みや突起物が原因で、底板にねじれ変形が生じると、精密機械装置が不安定な状態で設置されてしまい、その結果、精密機械装置の性能が低下する虞がある。
それ故、精密機械装置用の底板として、上記のような、矩形の平面形状を有する外枠の内側に、複数の補強部材を直角格子状に配置するという構成を採用した、高剛性のフレーム構造体を用いる場合が多い。
しかしながら、このような構成のフレーム構造体は、その構成部材として、ねじれに弱い開断面部材ではなく、ねじれ剛性の高い角形鋼等の閉断面部材を用いることが一般的であるため、重量及び部材コストの増大が問題となる。
　本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、要求される剛性を確保しながら、軽量化及び低コスト化を実現可能なフレーム構造体及びこれを備えた箱状構造体を提供することを目的とする。
本発明は、上記課題を解決して係る目的を達成するために以下の手段を採用する。
すなわち、
（１）本発明の一態様に係るフレーム構造体は、矩形の平面形状を有する外枠と、前記外枠の内側に斜め格子状に配置された複数の斜め補強部材と、を備え；前記斜め補強部材は、前記外枠の一対の対角線上に配置されていると共に、平面視した場合に前記外枠に内接する１つ又は複数の四角形が形成されるように配置されている。
（２）上記（１）に記載のフレーム構造体において、前記外枠及び前記斜め補強部材の全部または一部が、その長さ方向に直交する断面を視た場合に、１つ以上の屈曲箇所が存在する開断面を有する開断面部材であっても良い。
（３）上記（２）に記載のフレーム構造体において、前記開断面部材が、その長さ方向に直交する断面がＬ形であっても良い。
（４）上記（１）に記載のフレーム構造体において、前記外枠及び前記斜め補強部材の全部または一部が、その長さ方向に直交する断面を視た場合に、２つ以上の屈曲箇所が存在する開断面を有する開断面部材であっても良い。
（５）上記（４）に記載のフレーム構造体において、前記開断面部材が、その長さ方向に直交する断面が、Ｃ形、Ｚ形、Ｕ形、或いはハット形のいずれかであっても良い。
（６）上記（４）に記載のフレーム構造体において、前記外枠及び前記斜め補強部材の全部は、その長さ方向に直交する断面がＣ形の開断面部材であり；前記外枠に用いられる前記Ｃ形の開断面部材の開口部は、前記外枠の内側を向いており；前記斜め補強部材に用いられる前記Ｃ形の開断面部材の開口部は、それぞれ前記外枠の面内方向を向いていても良い。
（７）上記（６）に記載のフレーム構造体において、前記斜め補強部材によって形成される前記四角形が菱形であり；前記Ｃ形の開断面部材の板厚を前記外枠の短辺の長さで割って得られる比率Ｒが、０＜Ｒ≦４／１８０に設定されていても良い。
（８）上記（１）～（７）のいずれか一つに記載のフレーム構造体において、前記各斜め補強部材は、互いに交差する箇所で接合されていても良い。
また、
（９）本発明の一態様に係る箱状構造体は、所定の設置面に設置される箱状構造体であって、箱形状を形成する複数の面の少なくとも一つの面に、上記（１）～（８）のいずれか一つに記載のフレーム構造体が装着されている。
　本発明の上記態様に係るフレーム構造体によれば、フレーム構造体の全体に作用するねじれ荷重に対して、斜め補強部材が曲げで対抗するので、ねじれで対抗する従来構成（矩形の平面形状を有する外枠の内側に、複数の補強部材が直角格子状に配置されている構成）のフレーム構造体と比較して、ねじれ剛性を高めることができる。
つまり、同一材料を使用する場合、外枠の内側に斜め補強部材を斜め格子状に配置するという簡単な構成によって、ねじれ剛性の高いフレーム構造体を実現することができ、構成部材（外枠及び斜め補強部材）の板厚寸法を大きくしたり、別の部材で補強することが不要となる。
従って、本発明の上記態様に係るフレーム構造体によれば、要求される剛性を確保しながら、軽量化及び低コスト化を実現できる。
本発明の上記態様に係る箱状構造体によれば、箱形状を形成する複数の面の少なくとも一つの面に、本発明の上記態様に係る高剛性のフレーム構造体が装着されているので、不安定な状態で箱状構造体が設置されることを防止することができる。その結果、例えば箱状構造体が精密機械装置である場合には、その設置面の状態（設置面に歪や突起物が存在する等）に起因する性能低下を回避することが可能となる。また、箱状構造体自体の剛性も高めることができる。
本実施形態におけるフレーム構造体１の斜視図である。 本実施形態におけるフレーム構造体１の平面図である。 外枠１１及び斜め補強部材１２に用いられるＣ形部材の断面図である。 Ｃ形部材同士の接合例（Ｃ形部材ＣａをＣ形部材Ｃｂの内部に接合する場合）を示す模式図である。 Ｃ形部材同士の接合例（Ｃ形部材ＣａとＣ形部材Ｃｂの突縁部同士を接合する場合）を示す模式図である。 Ｃ形部材同士の接合例（Ｃ形部材Ｃａの突縁部１０１ａ及び１０２ａの一端部分を切り欠き、これにより突出した連結部１０３ａをＣ形部材Ｃｂの内部に挿入して接合する場合）を示す模式図である。 Ｃ形部材同士の接合例（Ｃ形部材Ｃｂの連結部１０３ｂの外側の面にＣ形部材Ｃａを接合する場合）を示す模式図である。 Ｃ形部材同士の接合例（Ｃ形部材Ｃａの突縁部１０１ａ及び１０２ａの一端部分を切り欠いた後に、これにより突出した連結部１０３ａを外側に折り曲げた状態で、Ｃ形部材ＣａをＣ形部材Ｃｂの内部或いは外側に接合する場合）を示す模式図である。 実施例による実施モデルを示す斜視図である。 比較例による比較モデルを示す斜視図である。 外枠１１の板厚と短辺長さとの比率Ｒを横軸とし、比較モデルＢに対する実施モデルＡの剛性比率（性能比）を縦軸としたグラフである。 部材断面形状と剛性比率との関係を示す図である。 本実施形態の第１変形例によるフレーム構造体を示す斜視図である。 リップ付Ｃ形部材の断面図である。 Ｚ形部材の断面図である。 Ｕ形部材（或いは逆Ｕ形部材）の断面図である。 ハット形部材の断面図である。 Ｌ形部材の断面図である。 角形部材の外枠１１Ａ及び斜め補強部材１２Ａを備えるフレーム構造体１Ａの斜視図である。 Ｚ形部材の外枠１１Ｂ及び斜め補強部材１２Ｂを備えるフレーム構造体１Ｂの斜視図である。 Ｕ形部材（或いは逆Ｕ形部材）の外枠１１Ｃ及び斜め補強部材１２Ｃを備えるフレーム構造体１Ｃの斜視図である。 ハット形部材の外枠１１Ｄ及び斜め補強部材１２Ｄを備えるフレーム構造体１Ｄの斜視図である。 Ｌ形部材の外枠１１Ｅ及び斜め補強部材１２Ｅを備えるフレーム構造体１Ｅの斜視図である。 本実施形態の第２変形例によるフレーム構造体を示す斜視図である。 本実施形態の第３変形例によるフレーム構造体の実施モデルＣを示す斜視図である。 本実施形態の第３変形例によるフレーム構造体の実施モデルＤを示す斜視図である。 本実施形態の第３変形例によるフレーム構造体の実施モデルＥを示す斜視図である。 本実施形態の第３変形例によるフレーム構造体の実施モデルＦを示す斜視図である。 本実施形態の第４変形例による解析結果を示す図である。 本実施形態におけるフレーム構造体１を下面に備えた箱状構造体２００の透過斜視図である。 本実施形態におけるフレーム構造体１を側面に備えた箱状構造体２００を示す図である。
　以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
〔フレーム構造体〕
　まず、本実施形態のフレーム構造体１について説明する。図１は、フレーム構造体１の斜視図であり、図２は、フレーム構造体１の平面図である。これらの図に示すように、フレーム構造体１は、矩形（本実施形態では一例として長方形）の平面形状を有する外枠１１と、外枠１１で囲まれた領域（つまり外枠１１の内側）に斜め格子状に配置された複数の斜め補強部材１２とを備える。
　外枠１１は、２本の長辺部材１１ａ及び１１ｂと、２本の短辺部材１１ｃ及び１１ｄとが、平面視した場合に長方形となるように接続されたものである。以下では、外枠１１の長辺方向をＸ軸方向とし、外枠１１の短辺方向をＹ軸方向とする。従って、以下の記述において、外枠１１の面内方向とは、ＸＹ平面内の方向を意味し、外枠１１の面外方向とは、ＸＹ平面に直交する方向を意味する。また、ＸＹ平面に直交する方向をＺ軸方向とする。
斜め補強部材１２の一部（図中の符号１２ａ、１２ｂ）は、外枠１１の一対の対角線上に配置されている。詳細には、斜め補強部材１２ａは、外枠１１の内側４隅の内、一方の対角線上に位置する２隅の間に接続されている。斜め補強部材１２ｂは、外枠１１の内側４隅の内、他方の対角線上に位置する２隅の間に接続されている。
　また、他の斜め補強部材１２（図中の符号１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆ）は、平面視した場合に外枠１１に内接する１つの四角形を形成するように配置されている。これら斜め補強部材１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ及び１２ｆで形成される四角形の４つの頂点は、それぞれ外枠１１の各辺部材（長辺部材１１ａ、１１ｂ及び短辺部材１１ｃ、１１ｄ）の中心位置に接続されている。従って、斜め補強部材１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ及び１２ｆで形成される四角形は、４辺の長さが等しい四角形、つまり菱形となる。
外枠１１及び斜め補強部材１２の全部または一部は、その長さ方向に直交する断面を視た場合に、１つ以上の屈曲箇所が存在する開断面を有する開断面部材（例えば、後述のＬ形部材など）、或いは、２つ以上の屈曲箇所が存在する開断面を有する開断面部材（例えば、後述のＣ形部材、リップ付Ｃ形部材、Ｚ形部材、Ｕ形部材（或いは逆Ｕ形部材）、ハット形部材など）であることが好ましい。
外枠１１及び斜め補強部材１２の材質に特に限定はなく、鋼、プラスチック、或いはアルミニウムなどのいずれか一つ、或いはそれらの組合せを用いても良い。
図１及び図２に示すように、本実施形態では、外枠１１及び斜め補強部材１２は、全て、その長さ方向に直交する断面の形状がＣ形の部材（Ｃ形部材）で構成されている。図３に示すように、Ｃ形部材は、その長さ方向に直交する断面で視た場合に、互いに平行対峙する一対の板状の突縁部１０１及び１０２と、これら突縁部１０１と１０２との一端同士を連結する板状の連結部１０３とを有する。突縁部１０１と１０２は、ともに幅寸法が等しく、連結部１０３は、突縁部１０１及び１０２より幅寸法が大きい。なお、図３において、符号ｔは、Ｃ形部材の板厚を示している。
外枠１１に用いられるＣ形部材は、その開口部（一対の突縁部１０１と１０２で挟まれた領域）を、外枠１１の内側に向けた状態（言い換えれば、連結部１０３の幅方向と外枠１１の面外方向とが平行になる状態）で配置されている。斜め補強部材１２に用いられるＣ形部材は、それぞれの開口部を、外枠１１の面内方向における任意の方向に向けた状態で配置されている。なお、外枠１１に用いられるＣ形部材は、その開口部が外枠１１の外側に向けた状態で配置されていても良い。
互いに交差する斜め補強部材１２同士は、その交差する箇所で接合されている。詳細には、斜め補強部材１２ａと１２ｂ、斜め補強部材１２ａと１２ｃ、斜め補強部材１２ｂと１２ｄ、斜め補強部材１２ａと１２ｅ、斜め補強部材１２ｂと１２ｆ、斜め補強部材１２ｃと１２ｄ、斜め補強部材１２ｄと１２ｅ、斜め補強部材１２ｅと１２ｆ、斜め補強部材１２ｆと１２ｃが、それぞれの交差箇所で接合されている。また、外枠１１と各斜め補強部材１２も、それぞれの接続部で接合されている。各部材の接合方法としては、溶接、接着、ボルト接合、ネジ接合などが挙げられる。外枠１１及び斜め補強部材１２として樹脂製部材を用いる場合、一体成形によって、斜め補強部材１２同士の交差箇所や、外枠１１と各斜め補強部材１２との接続部を形成しても良い。
図４Ａ～図４Ｅは、Ｃ形部材同士の接合例を示す模式図である。
図４Ａは、Ｃ形部材ＣａをＣ形部材Ｃｂの内部（Ｃ形部材Ｃｂの突縁部１０１ｂ及び１０２ｂと連結部１０３ｂとで囲まれた部分）に接合する場合を例示している。この場合、Ｃ形部材Ｃａの突縁部１０１ａ及び１０２ａと、Ｃ形部材Ｃｂの突縁部１０１ｂ及び１０２ｂとが、互いに重なる部分が生じるので、この部分でボルト接合、或いはネジ接合などを行うことができる。勿論、この場合でも、溶接或いは接着等の接合方法によって、Ｃ形部材ＣａとＣ形部材Ｃｂとを接合しても良い。
図４Ｂは、Ｃ形部材ＣａとＣ形部材Ｃｂの突縁部同士を接合する場合を例示している。つまりＣ形部材Ｃａの突縁部１０１ａとＣ形部材Ｃｂの突縁部１０１ｂとが接合され、Ｃ形部材Ｃａの突縁部１０２ａとＣ形部材Ｃｂの突縁部１０２ｂとが接合される。この場合、溶接或いは接着等の接合方法を用いれば良い。
図４Ｃは、Ｃ形部材Ｃａの突縁部１０１ａ及び１０２ａの一端部分を切り欠き、これにより突出した連結部１０３ａをＣ形部材Ｃｂの内部に挿入して接合する場合を例示している。この場合も、溶接或いは接着等の接合方法を用いれば良い。
図４Ｄは、Ｃ形部材Ｃｂの連結部１０３ｂの外側の面にＣ形部材Ｃａを接合する場合を例示している。この場合も、溶接或いは接着等の接合方法を用いれば良い。
図４Ｅは、Ｃ形部材Ｃａの突縁部１０１ａ及び１０２ａの一端部分を切り欠いた後に、これにより突出した連結部１０３ａを外側に折り曲げた状態で、Ｃ形部材ＣａをＣ形部材Ｃｂの内部或いは外側（連結部１０３ｂの外側の面）に接合する場合を例示している。この場合も、Ｃ形部材ＣａとＣ形部材Ｃｂとが一部重なるので、ボルト接合、或いはネジ接合などの接合方法を用いることができる。勿論、この場合でも、溶接或いは接着等の接合方法によって、Ｃ形部材ＣａとＣ形部材Ｃｂとを接合しても良い。
以上のような構成を採用した本実施形態のフレーム構造体１によれば、フレーム構造体１の全体に作用するねじれ荷重に対して、斜め補強部材１２が曲げで対抗するので、ねじれで対抗する従来構成（矩形の平面形状を有する外枠の内側に、複数の補強部材が直角格子状に配置されている構成）のフレーム構造体と比較して、ねじれ剛性を高めることができる。
つまり、同一材料を使用する場合、外枠１１の内側に斜め補強部材１２を斜め格子状に配置するという簡単な構成によって、ねじれ剛性の高いフレーム構造体１を実現することができ、構成部材（例えばＣ形部材）の板厚寸法を大きくしたり、別の部材で補強することが不要となり、軽量化及び低コスト化を実現できる。
なお、さらに剛性を高めるために、外枠１１の上面及び下面の少なくとも一方の面の全部或いは一部に板材を接合しても良い。この板材の材質は、鋼、プラスチック、或いはアルミニウムなどが挙げられるが、これらに限定されない。板材の接合方法は、溶接、接着、ボルト接合、ネジ接合などが挙げられるが、これらに限定されない。
次に、本実施形態のフレーム構造体１の効果を裏付けるために行った解析例（実施例）について以下説明する。
（実施例１）
本実施例１では、図５に示す本実施形態のフレーム構造体１である実施モデルＡと、図６に示すような従来構成（長方形の平面形状を有する外枠５１の内側に、Ｃ形部材である補強部材５２が直角格子状に配置されている構成）のフレーム構造体である比較モデルＢと、のそれぞれの解析モデルを作成し、ＦＥＭ弾性解析を行って載荷点鉛直方向変位δ（ｍｍ）を算出し、本実施形態のフレーム構造体１の有効性について確認した。
なお、実施モデルＡ及び比較モデルＢにおいて、外枠１１及び５１の長辺の長さを２８０ｍｍ、短辺の長さを１８０ｍｍに設定し、Ｃ形部材の連結部１０３の幅（高さ）を１０ｍｍ、突縁部１０１及び１０２の幅を５ｍｍに設定している。
ここで、図５及び図６において、実施モデルＡ及び比較モデルＢの外枠１１及び５１の１つの角部を載荷点Ｐ０とし、その載荷点Ｐ０の対角に位置する角部を第１固定点Ｐ１、残りの２つの角部をそれぞれ第２固定点Ｐ２、第３固定点Ｐ３とする。第１固定点Ｐ１は、ＸＹＺの３軸方向の変位δｘ、δｙ、δｚと、Ｚ軸まわりの回転角θｚとが固定された点を示している。第２固定点Ｐ２及び第３固定点Ｐ３は、それぞれＺ軸方向（鉛直方向）の変位δｚのみが固定された点を示している。
そして、本解析では、実施モデルＡ及び比較モデルＢのそれぞれにおいて、５種類（０．５ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍ、４ｍｍ、８ｍｍ）のＣ形部材の板厚寸法ｔ（図３参照）毎に、載荷点Ｐ０に１０Ｎの荷重が与えられたときの鉛直方向変位δと、比較モデルＢに対する実施モデルＡの剛性比率（＝実施モデルＡの剛性／比較モデルＢの剛性）を算出する。
表１は、本実施例１による解析結果を示している。なお、表１において、板厚倍率とは、０．５ｍｍの板厚寸法を標準（＝１）としたときの板厚の比率である。表１の中に示す解析モデル重量とは、それぞれのモデルのＦＥＭ解析モデルにおける重量をキログラムで示した値である。同じく単位重量当たりの剛性とは、載荷点Ｐ０の鉛直方向変位δ（ｍｍ）の逆数を、解析モデル重量（ｋｇ）で除した値である。さらに比較モデルＢに対する実施モデルＡの性能比とは、上述した比較モデルＢに対する実施モデルＡの剛性比率であり、この値が大きいほど、実施モデルＡの剛性（ねじれ剛性）が大きいことを示している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
表１に示すように、Ｃ形部材の板厚寸法が０．５ｍｍの場合、載荷点Ｐ０に所定荷重１０Ｎを加えたとき、比較モデルＢの鉛直方向変位δは１８．０ｍｍ、実施モデルＡの鉛直方向変位δは０．７２ｍｍとなり、実施モデルＡの鉛直方向変位δは、比較モデルＢの１／２５となる。
また、Ｃ形部材の板厚寸法が０．５ｍｍの場合、比較モデルＢの重量は０．１９ｋｇ、実施モデルＡの重量は０．１７ｋｇとなり、単位重量当たりの剛性は、比較モデルＢが０．３０、実施モデルＡが８．２２となり、その結果、重量低減効果を加味した比較モデルＢに対する実施モデルＡの性能比は２７．５となる。
また、Ｃ形部材の板厚寸法を０．５ｍｍ（標準）から８ｍｍ（標準の１６倍）へ増大していくと、比較モデルＢに対する実施モデルＡの性能比は、２７．５から２．９６まで低下する。すなわち、比較モデルＢに対する実施モデルＡの性能比は、Ｃ形部材の板厚が薄いほど大きくなっており、本実施形態の構成を採用したこと（外枠１１の内側に斜め補強部材１２を斜め格子状に配置したこと）による効果が大きくなることがわかる。
このように板厚が薄い方が実施モデルＡの効果が大きくなるが、板厚倍率が４倍の時でも、比較モデルＢに対する実施モデルＡの性能比は１０倍以上となり、また、板厚倍率が１６倍のときでも、同じく性能比は３倍程度となるので、本実施形態の構成を採用したことによる効果が得られていることがわかる。
また、板厚４．０ｍｍのときの比較モデルＢの鉛直方向変位δが０．３２ｍｍであるのに対し、板厚２．０ｍｍのときの実施モデルＡの鉛直方向変位δは０．１７ｍｍであることが確認できる。この結果は、実施モデルＡの板厚を、比較モデルＢの板厚の半分にしても、荷重が与えられたことに起因するねじれ変形を約半分に改善できるということを示すものである。
以上の結果より、実施モデルＡ（つまり本実施形態のフレーム構造体１）は、比較モデルＢ（つまり従来構成のフレーム構造体）に対してねじれ剛性が優れていることが確認できる。
また、本願発明者の試算によると、実施モデルＡと比較モデルＢとの剛性を同一にした場合、比較モデルＢの板厚は２．８ｍｍにもなることがわかった。つまり、板厚が０．５ｍｍの実施モデルＡに対して、板厚が２．８ｍｍの比較モデルＢは、重量が５．６倍になることがわかった。従って、同一の剛性で比較した場合、本実施形態のフレーム構造体１は、従来構成のフレーム構造体に対して、大幅な軽量化を実現できる。
また、図７は、表１を基に作成した、Ｃ形部材の板厚と外枠１１の短辺長さ（１８０ｍｍ）との比率Ｒを横軸、比較モデルＢに対する実施モデルＡの性能比（剛性比率）を縦軸としたグラフである。この図７から、実際に製造可能なＣ形部材の板厚と必要な剛性を考慮すると、Ｃ形部材の板厚を外枠１１の短辺長さで割って得られる比率Ｒを、０＜Ｒ≦４／１８０に設定することが好ましい。
（実施例２）
本実施例２では、上述した実施例１の実施モデルＡと比較モデルＢにおいて、Ｃ形の開断面形状を有するＣ形部材に代えて、矩形の閉断面形状（ボックス断面）を有する角形部材を構成部材として使用した場合の剛性比率（比較モデルＢに対する実施モデルＡの性能比）を比較し、構成部材として開断面部材を使用することの有効性について確認した。なお、角形部材は、その長さ方向に直交する断面で視た場合に、外枠１１の面外方向に平行な一対の側壁部と、各側壁部の両端同士を連結して矩形断面を形成する一対の連結部とを有している。
表２は、本実施例２による解析結果を示している。表２の構成は表１とほぼ同じであるが、板厚はいずれも０．５ｍｍであるため板厚倍率については表示していない。表２において、角形部材の交差箇所ボックス断面の各側壁部を接続していない場合をボックス断面１とし、角形部材の交差箇所で断面全周を接続した場合（ボックス断面の側壁部及び連結部の全てを接続した場合）をボックス断面２としている。ボックス断面１に比べて、ボックス断面２の方が、僅かに変形が小さくなる傾向（鉛直方向変位δが小さくなる傾向）があるが、その差は小さく、断面の接続の度合いによる影響は殆ど無いことが確認できる。すなわち、側壁部を接合せずに連結部のみを接合した場合（ボックス断面１）でも、断面全周を接続した場合（ボックス断面２）でも、ほぼ同様の剛性が得られることがわかる。このことから、フレーム構造体における部材同士（外枠同士、外枠と斜め補強部材、斜め補強部材同士）の接合箇所における接合の程度が、フレーム構造体の剛性に及ぼす影響は限定的であるといえる。すなわち、接合仕様の違いは、本発明の効果に大きな影響を及ぼすものではなく、様々な接合方法や接合ディテールを活用できるといえる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
表２及び図８に示すように、Ｃ形部材を用いた場合の比較モデルＢに対する実施モデルＡの性能比が２７．５であるのに対して、角形部材を用いた場合の比較モデルＢに対する実施モデルＡの性能比は２程度となる。つまり、実施モデルＡにおいて、構成部材をＣ形部材から角形部材に替えても、Ｃ形部材ほどのねじれ剛性の改善効果は得られないことがわかる。従って、本実施形態のフレーム構造体１の構成部材としては、角形部材等の閉断面部材よりも、Ｃ形部材等の開断面部材を使用する方が好適であることが確認できる。
以上、本実施形態のフレーム構造体１について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上記実施形態では、外枠１１及び斜め補強部材１２の全部にＣ形部材が用いられている構成を例示したが、外枠１１及び斜め補強部材１２の全部または一部にＣ形部材（開断面形状を有する部材）が用いられていれば良い。
例えば、図９に示すように、Ｃ形部材で構成された外枠１１に替えて、角形部材等の閉断面部材で構成された外枠１１Ａを使用しても良い。また、斜め補強部材１２の中に、開断面部材と閉断面部材が混在する構成でも良い。
また、Ｃ形部材以外に、例えばＣ形部材にリップを設けたリップ付きＣ形部材や、Ｚ形部材、Ｕ形部材（逆Ｕ形部材も含む）、ハット形部材、或いはＬ形部材などを使用することも可能である。
図１０Ａに示すように、リップ付きＣ形部材は、その長さ方向に直交する断面で視た場合に、通常のＣ形部材と同じく、連結部１０３と一対の突縁部１０１及び１０２とを有すると共に、突縁部１０１の先端から、連結部１０３と平行して突縁部１０２へ向かって突出するリップ１０４と、突縁部１０２の先端から、連結部１０３と平行して突縁部１０１へ向かって突出するリップ１０５とをさらに有している。
図１０Ｂに示すように、Ｚ形部材は、その長さ方向に直交する断面で視た場合に、長さ方向に延在する板状の連結部１１１と、その連結部１１１の一端から連結部１１１と直交する方向に延びる板状の突縁部１１２と、連結部１１１の他端から連結部１１１と直交し且つ突縁部１１２の逆方向に延びる突縁部１１３とを備えている。なお、Ｚ形部材において、突縁部１１２及び１１３のそれぞれの先端にリップを設けても良い。
図１０Ｃに示すように、Ｕ形部材（或いは逆Ｕ形部材）は、その長さ方向に直交する断面で視た場合に、互いに平行対峙する一対の板状の側壁部１２１及び１２２と、これら側壁部１２１と１２２との一端同士を連結する板状の連結部１２３とを有する。側壁部１２１と１２２は、ともに幅寸法（高さ）が等しく、連結部１２３は、側壁部１２１及び１２２より幅寸法が小さい。
一見すると、Ｃ形部材（図３参照）とＵ形部材の断面形状は似ているが、Ｃ形部材が、突縁部１０１及び１０２より連結部１０３の方が幅が大きいのに対し、Ｕ形部材は、側壁部１２１及び１２２より連結部１２３の方が幅が小さい点で大きく異なっている。逆Ｕ形部材は、Ｕ形部材を１８０°回転させたものであり、実質的にＵ形部材と同じものである。なお、Ｕ形部材において、側壁部１２１及び１２２のそれぞれの先端にリップを設けても良い。
図１０Ｄに示すように、ハット形部材は、その長さ方向に直交する断面で視た場合に、互いに平行対峙する一対の板状の側壁部１３１及び１３２と、これら側壁部１３１と１３２との一端同士を連結する板状の連結部１３３と、各側壁部１３１及び１３２の他端から互いに離れる方向に延びる一対の突縁部１３４及び１３５とを備えている。なお、ハット形部材において、突縁部１３４及び１３５のそれぞれの先端にリップを設けても良い。
図１０Ｅに示すように、Ｌ形部材は、その長さ方向に直交する断面で視た場合に、長さ方向に延在する板状の長辺部１４１と、その長辺部１４１の一端から長辺部１４１と直交する方向に延び、長辺部１４１より幅の小さい板状の短辺部１４２とを備えている。なお、Ｌ形部材において、長辺部１４１及び短辺部１４２のそれぞれの先端にリップを設けても良い。
表３は、Ｃ形部材、ボックス形部材（矩形断面の角形部材）、Ｚ形部材、Ｕ形部材（或いは逆Ｕ形部材）、ハット形部材、及びＬ形部材のそれぞれについて、実施モデルＡ及び比較モデルＢの鉛直方向変位、解析モデル重量、単位重量当たりの剛性、及び比較モデルＢに対する実施モデルＡの性能比を解析した結果である。なお、表３は、各部材の板厚を０．５ｍｍに設定した場合の解析結果である。
　表３において、ボックス形部材の実施モデルＡとは、図１１Ａに示すように、ボックス形部材（角形部材）の外枠１１Ａ及び斜め補強部材１２Ａを備えるフレーム構造体１Ａの解析モデルである。ボックス形部材の比較モデルＢとは、ボックス形部材を用いた従来構成のフレーム構造体のモデルである（図示省略）。
　また、表３において、Ｚ形部材の実施モデルＡとは、図１１Ｂに示すように、Ｚ形部材の外枠１１Ｂ及び斜め補強部材１２Ｂを備えるフレーム構造体１Ｂの解析モデルである。Ｚ形部材の比較モデルＢとは、Ｚ形部材を用いた従来構成のフレーム構造体のモデルである（図示省略）。
　また、表３において、Ｕ形部材（或いは逆Ｕ形部材）の実施モデルＡとは、図１１Ｃに示すように、Ｕ形部材（或いは逆Ｕ形部材）の外枠１１Ｃ及び斜め補強部材１２Ｃを備えるフレーム構造体１Ｃの解析モデルである。Ｕ形部材（或いは逆Ｕ形部材）の比較モデルＢとは、Ｕ形部材（或いは逆Ｕ形部材）を用いた従来構成のフレーム構造体のモデルである（図示省略）。
　また、表３において、ハット形部材の実施モデルＡとは、図１１Ｄに示すように、ハット形部材の外枠１１Ｄ及び斜め補強部材１２Ｄを備えるフレーム構造体１Ｄの解析モデルである。ハット形部材の比較モデルＢとは、ハット形部材を用いた従来構成のフレーム構造体のモデルである（図示省略）。
　また、表３において、Ｌ形部材の実施モデルＡとは、図１１Ｅに示すように、Ｌ形部材の外枠１１Ｅ及び斜め補強部材１２Ｅを備えるフレーム構造体１Ｅの解析モデルである。Ｌ形部材の比較モデルＢとは、Ｌ形部材を用いた従来構成のフレーム構造体のモデルである（図示省略）。
この表３に示すように、本実施形態の構成を採用することで、各部材の断面形状に関わらず、従来構成よりも剛性が向上することが確認された。特に、Ｃ形部材或いはＵ形部材を用いると高い剛性を得られるが、他の断面形状の部材でも十分に剛性向上効果を得られることがわかる。なお、表３には記していないが、リップ付の部材を用いる場合の剛性は、リップ無しの部材を用いる場合の剛性と比較して高くなることがわかった。フレーム構造体１の構成部材として、以上のようなＣ形部材、Ｚ形部材、Ｕ形部材、ハット形部材、或いはＬ形部材のいずれかが混在する構成を採用しても良い（リップ付でも良いし、リップ無しでも良い）。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
また、本実施形態では、斜め補強部材１２の一部（符号１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆ）が、平面視した場合に外枠１１に内接する１つの四角形（菱形）を形成するように配置されている場合を例示したが、これに限らず、斜め補強部材１２の一部が、平面視した場合に外枠１１に内接する複数の四角形を形成するように配置されていても良い。
例えば、図１２に示すように、斜め補強部材１２ｇ、１２ｈ、１２ｉ、１２ｊが、平面視した場合に外枠１１に内接する第１の四角形を形成するように配置され、斜め補強部材１２ｋ、１２ｍ、１２ｎ、１２ｐが、平面視した場合に外枠１１に内接する第２の四角形を形成するように配置された構成を採用することができる。この場合、第１及び第２の四角形は、共に平行四辺形となる。
また、本実施形態では、斜め補強部材１２の一部（符号１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆ）が、平面視した場合に外枠１１に内接する菱形を形成するように配置されている場合を例示したが、このような菱形に限らず、平面視した場合に外枠１１に内接する四角形であれば、どのような形状の四角形でも良い。
このことは、表４及び図１３Ａ～図１３Ｄにおいて確認することができる。ここで、図１３Ａに示す実施モデルＣは、斜め補強部材１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ及び１２ｆで形成される四角形の４つの頂点の内、外枠１１の短辺部材１１ｃの中心位置Ｏ１に接続されていた頂点（以下、第１の頂点と称す）を、短辺部材１１ｃの中心位置Ｏ１から短辺部材１１ｃの長さの１／４に相当する分（図中Ｄ１）だけ離れた位置に接続したモデルである。
図１３Ｂに示す実施モデルＤは、上記の第１の頂点を、短辺部材１１ｃの中心位置Ｏ１から短辺部材１１ｃの長さの１／３に相当する分（図中Ｄ２）だけ離れた位置に接続したモデルである。
図１３Ｃに示す実施モデルＥは、斜め補強部材１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ及び１２ｆで形成される四角形の４つの頂点の内、外枠１１の長辺部材１１ａの中心位置Ｏ２に接続されていた頂点（以下、第２の頂点と称す）を、長辺部材１１ａの中心位置Ｏ２から長辺部材１１ａの長さの１／４に相当する分（図中Ｄ３）だけ離れた位置に接続したモデルである。
図１３Ｄに示す実施モデルＦは、上記の第２の頂点を、長辺部材１１ａの中心位置Ｏ２から長辺部材１１ａの長さの１／３に相当する分（図中Ｄ４）だけ離れた位置に接続したモデルである。
これらの図１３Ａ～図１３Ｄにおいて、白抜き矢印は荷重を示しており、同矢印の先の角が載荷点Ｐ０となる（図６参照）。
表４に示すように、実施モデルＡに対する各実施モデルＣ～Ｆの性能比は、それぞれ実施モデルＡと比較して、やや低下する傾向（実施モデルＡに対して１～２割程度の性能低下）があるが、斜め補強部材１２による剛性向上効果が十分に得られていることが確認できる。すなわち、斜め補強部材１２によって形成される四角形がどのような形状であっても、剛性向上効果を得ることが可能である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
また、外枠１１の縦横比について、特に制限はないが、長辺の長さ（長辺部材１１ａ及び１１ｂの長さ）が短辺の長さ（短辺部材１１ｃ及び１１ｄの長さ）の２倍以下であることが好ましい。
このことは表５において確認することができる。表５は、実施モデルＡ（板厚０．５ｍｍのＣ形部材を使用）を基本にして、その長辺を２８０ｍｍから１８０ｍｍに短縮した実施モデルＳと、長辺を３６０ｍｍに延長した実施モデルＬの性能を比較したものである。
比較モデルＢは、実施モデルＡと同じ平面寸法を有する従来構成のフレーム構造体のモデル（板厚０．５ｍｍのＣ形部材を使用）である。比較モデルＴは、実施モデルＳと同じ平面寸法を有する従来構成のフレーム構造体のモデル（板厚０．５ｍｍのＣ形部材を使用）である。また、比較モデルＭは、実施モデルＬと同じ平面寸法を有する従来構成のフレーム構造体のモデル（板厚０．５ｍｍのＣ形部材を使用）である。
この表５に示すように、比較モデルＴに対する実施モデルＳの性能比は１７．５であり、また、比較モデルＭに対する実施モデルＬの性能比は１７．７である。これらの値は、比較モデルＢに対する実施モデルＡの性能比２７．５より小さいが、性能（ねじれ剛性）は十分に大きく、斜め補強部材１２による剛性向上効果が十分に得られていることがわかる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
また、外枠１１の高さ（Ｃ形部材の連結部１０３の高さ）と、外枠１１の他の寸法との比率についても特に制限はないが、外枠１１の短辺の長さに対する外枠１１の高さＨｗの比率（＝１００×短辺長さ／Ｈｗ）は、約３～２２％の範囲内であることが好ましい。これは、比較モデルに対する実施モデルの性能差が２４倍以上となる範囲である。そして、特に高い性能を得るためには、外枠１１の短辺の長さに対する外枠１１の高さＨｗの比率を、約５～１８％の範囲に収めることが好ましい（比較モデルに対する実施モデルの性能差が２７倍以上となる範囲）。
このことは表６および図１４において確認することができる。なお、図１４のグラフは、表６をグラフ化したものであり、横軸が外枠１１の短辺の長さに対する外枠１１の高さＨｗの比率（横軸は３０％までを表示）、縦軸がそれぞれの比較モデルに対する実施モデルの性能比を表している。また、図１４における４点のプロットは解析結果を示しており、それら４点を結ぶ実線は三次関数による回帰曲線を示している。図１４に基づいて、外枠１１の高さＨｗの好ましい範囲を定めることができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
〔箱状構造体〕
次に、本実施形態の箱状構造体２００について説明する。図１５は、箱状構造体２００の透過斜視図である。この図１５に示すように、箱状構造体２００は、所定の設置面に設置される箱形状の構造体であって、箱形状を形成する複数の面（この場合、６面）のうち、設置面に接する下面に、上述したフレーム構造体１が装着されている。
このような箱状構造体２００によれば、設置面に接する下面に、上述したように高剛性のフレーム構造体１が装着されているので、不安定な状態で箱状構造体２００が設置されることを防止することができる。その結果、例えば箱状構造体２００が精密機械装置である場合には、その設置面の状態（設置面に歪や突起物が存在する等）に起因する性能低下を回避することが可能となる。また、箱状構造体２００自体の剛性も高めることができる。なお、図１６に示すように、箱状構造体２００の下面以外の表面（例えば側面）にフレーム構造体１を装着しても良い。
フレーム構造体１を備えた箱型構造体２００としては、例えば複写機、印刷機、断裁機、製本機、工作機器、Ｘ線照射装置をはじめとする医療機器、写真現像機、テレビ、放送用機器、冷蔵庫、洗濯機、乾燥機、金属製家具、自動販売機、建設機器、エレベータ、車両などを適用対象とすることができる。
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。
　本発明によれば、要求される剛性を確保しながら軽量化及び低コスト化を実現可能なフレーム構造体及びこれを備えた箱状構造体を提供できるので、本発明を実施することにより、大きな産業上の効果を期待できる。
　１　　　　　　　　フレーム構造体
　１１　　　　　　　外枠
　１１ａ、１１ｂ　　長辺部材
　１１ｃ、１１ｄ　　短辺部材
　１２　　　　　　　斜め補強部材
　１２ａ～１２ｐ　　斜め補強部材
　２００　　　　　　箱状構造体

Claims (9)

  1. 　矩形の平面形状を有する外枠と、
    　前記外枠の内側に斜め格子状に配置された複数の斜め補強部材と、
    　を備え；
    　前記斜め補強部材は、前記外枠の一対の対角線上に配置されていると共に、平面視した場合に前記外枠に内接する１つ又は複数の四角形が形成されるように配置されていることを特徴とするフレーム構造体。
  2. 　前記外枠及び前記斜め補強部材の全部または一部は、その長さ方向に直交する断面を視た場合に、１つ以上の屈曲箇所が存在する開断面を有する開断面部材であることを特徴とする請求項１に記載のフレーム構造体。
  3. 　前記開断面部材は、その長さ方向に直交する断面がＬ形であることを特徴とする請求項２に記載のフレーム構造体。
  4. 　前記外枠及び前記斜め補強部材の全部または一部は、その長さ方向に直交する断面を視た場合に、２つ以上の屈曲箇所が存在する開断面を有する開断面部材であることを特徴とする請求項１に記載のフレーム構造体。
  5. 　前記開断面部材は、その長さ方向に直交する断面が、Ｃ形、Ｚ形、Ｕ形、或いはハット形のいずれかであることを特徴とする請求項４に記載のフレーム構造体。
  6. 　前記外枠及び前記斜め補強部材の全部は、その長さ方向に直交する断面がＣ形の開断面部材であり；
    　前記外枠に用いられる前記Ｃ形の開断面部材の開口部は、前記外枠の内側を向いており；
    　前記斜め補強部材に用いられる前記Ｃ形の開断面部材の開口部は、それぞれ前記外枠の面内方向を向いている；
    ことを特徴とする請求項４に記載のフレーム構造体。
  7. 　前記斜め補強部材によって形成される前記四角形が菱形であり；
    　前記Ｃ形の開断面部材の板厚を前記外枠の短辺の長さで割って得られる比率Ｒが、０＜Ｒ≦４／１８０に設定されている；
    ことを特徴とする請求項６に記載のフレーム構造体。
  8. 前記各斜め補強部材は、互いに交差する箇所で接合されていることを特徴とする請求項１～７のいずれか一項に記載のフレーム構造体。
  9. 　所定の設置面に設置される箱状構造体であって、
    　箱形状を形成する複数の面の少なくとも一つの面に、請求項１～８のいずれか一項に記載のフレーム構造体が装着されていることを特徴とする箱状構造体。
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