JP2011133088A - 複合板の固定構造および固定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】熱や振動を発生する部材からの熱伝達や振動伝播を抑制するためにカバーとしてボルト締結される、軟質芯材と表層金属板との複合板が、熱サイクルに曝されたときでも、締結力の低下を防止できる固定構造を提供することである。
【解決手段】芯材層１ａが軟質材料で、表層が金属板１ｂ、１ｃからなる複合板１のボルト穴４にボルト２が挿通し、ボルト２とボルト穴４との間に、弾性が金属板１ｂ、１ｃよりも優れ、硬さが芯材層１ａよりも高い特性を有する胴部５ｂとつば部５ａからなる円筒状部材５を介在させて、ボルト２を締め込んだ状態で、円筒状部材５の胴部５ｂが芯材層１ａ側へ変形し、つば部５ａが金属板１ｂに当接して、複合板１が固定対象物に固定される固定構造とした。この固定構造では、ボルト２の近傍の複合板１が押し潰されず、熱サイクルが作用した場合でも、ボルト軸力が低下せず、安定した締結トルクが保たれる。
【選択図】図１

Description

この発明は、固定対象物に対して、芯材が軟質材料であり、表層が金属板からなる複合板を、−５０℃〜１３０℃の熱サイクルの作用下でも、締結力（締付けトルク）を低下させずに固定できる固定構造および固定方法に関する。

自動車に用いられる、ヒートインシュレータやフロアアンダーカバーなどの様々なカバーには、軽量化の観点から、軟質の芯材と表面の金属板からなる複合板を用いることが有効とされている。この複合板は、通常、その板厚方向に設けた貫通孔にボルトを通して、エギゾーストマニホールドなどの固定対象物に締結されて固定される。図８（ａ）は、芯材層１ａが軟質材料であり、表層が金属板１ｂ、１ｃからなる複合板１を、固定対象物３にボルト２およびナット６でワッシャ７、７ａを介在させて締結した場合に、ボルト２の近傍の複合板１が押し潰される状態を模式的に示したものである。この状態で、−５０℃〜１３０℃の熱サイクルが作用すると、まず、サイクルの高温時に、図８（ｂ）に示すように、圧縮残留応力の影響で、表層の金属板１ｂ、１ｃで圧縮されていた軟質の芯材層１ａが、図８（ｃ）で矢示したように、ボルト２から遠ざかるように移動する。そして、この締結状態が保持されたまま、高温状態が長時間かつ何回も続くと、芯材層１ａが次第に、その初期の硬さからさらに柔らかくなり、熱サイクルが高温側から低温側へ移行しても、移動した芯材が締結初期の状態に戻ろうとする復元力が低下する。その結果、芯材層１ａは、図８（ｃ）に示すように、その芯材作用していた圧縮残留応力が緩和された状態で固定されるため、ボルト軸力が低下する。図９（ａ）は、図８（ａ）に示した、軟質の芯材層１ａが厚さ５ｍｍの発泡樹脂で、両側の表層の金属板１ｂ、１ｃがそれぞれ厚さ０．１５ｍｍのアルミニウムからなる複合板１の固定構造における初期締付けトルクを１０Ｎ−ｍとして、複合板１に、図９(ｂ)に示す、−５０℃〜１００℃の熱サイクルを与えたときに、締付けトルクが変化する状態を測定した結果を示したものである。図９（ａ）から、前記熱サイクルをおよそ２５０回与えただけで、締付けトルクは１Ｎ・ｍにまで低下していることがわかる。

一方、芯材が軟質材料であり、表層が金属板からなる複合板の固定方法については、例えば図１０に示すように、金属板に断熱性を有する制振材が挟まれたヒートインシュレータを、緩衝装置を用いて熱や振動を発生する自動車のエキゾーストマニホールドなどの固定対象物にボルト締結により固定する方法を用いることができる（特許文献１参照）。この緩衝装置は、カラー部材２２と、カラー部材２２に装着された厚さｔ１の緩衝材であるばねワッシャ２３，２４と、ばねワッシャ２３、２４の外周縁にそれぞれ装着された円環状のグロメット２５、２６を備えており、ばねワッシャ２３、２４の間に、前記ヒートインシュレータ３００を挟みこんで保持するようになっている。このような緩衝装置が装着されたヒートインシュレータ３００は、カラー部材２２の筒部３３の内部にボルト７０を挿通して、エキゾーストマニホールドに、その取り付け用ボスにネジ付けることによって取り付けられる。このような緩衝装置を設けることにより、エンジンやエキゾーストマニホールドから発生する振動の制振特性が向上し、エキゾーストマニホールドからヒートインシュレータへの熱の伝達も効率的に抑制される。

特開２００５−１８８４００号公報

しかし、前記特許文献１に記載された緩衝装置（図１０参照）では、ボルト７０による固定対象物への締結部（図示省略）からヒートインシュレータ３０への振動が伝わりにくく、ボルト締結力とヒートインシュレータ３０を保持する力が別々に設定できる利点はあるものの、例えば、図９（ｂ）に示した場合と同様の−５０℃〜１００℃の熱サイクルを与えると、ヒートインシュレータ３０が金属板の場合には問題はないが、図１０（ａ）に示したように、芯材に樹脂を用いた複合板の場合、樹脂部分が変形するため、ばねワッシャ２３、２４によるヒートインシュレータ３０の保持力、すなわち前記緩衝装置とヒートインシュレータ３０の締結力が低下し、エキゾーストマニホールドなどの固定対象物へのヒートインシュレータの取り付け状態が不安定となる。

そこで、この発明の課題は、前記エキゾーストマニホールドのように、熱や振動が発生する部材に、これらの伝達や伝播を抑制するために、カバーとして装着される、芯材が軟質材料であり、表層が金属板からなる積層構造を有する軽量化を目的とした複合板が、熱サイクルに曝されたときに、前記熱や振動が発生する部材への固定部における複合板に対する締結力の低下を防止するための固定構造および固定方法を提供することである。

前記の課題を解決するために、この発明では以下の構成を採用したのである。

請求項１に係る複合板の固定構造は、芯材層が軟質材料であり、表層が金属板からなる複合板がボルトを用いて固定対象物に固定された固定構造であって、前記複合板に設けたボルト穴にボルトが挿通し、前記ボルトと複合板に設けたボルト穴との間に、長さが複合板の厚さよりも長い、胴部とつば部からなる円筒状部材が介在し、ボルトを締め込んだ状態で、前記円筒状部材の胴部が芯材層側へ変形して複合板の内側から表層の金属板に当接し、前記つば部が複合板の表面側から前記金属板に当接して、複合板が固定対象物に固定されていることを特徴とする。

請求項２に係る複合板の固定構造は、前記円筒状部材が、ばね状に形成された第１の弾性部材と、この第１の弾性部材の外周に、さらに第２の弾性部材を被せて前記つば部が形成され、前記ボルトを締め込んだ状態で、前記第１の弾性部材が前記芯材層側に変形し、前記第２の弾性部材が前記複合板の表層の金属板に当接していることを特徴とする。

請求項３に係る複合板の固定構造は、前記円筒状部材が、円錐面を有する複数の第１の皿ばねと、この円錐面の大径側の端部外周に、前記つば部に相当するつばが形成された複数の第２の皿ばねとからなり、前記ボルトを締め込んだ状態で、前記第１の皿ばねが前記芯材側に変形し、前記第２の皿ばねのつば部が前記複合板の表層の金属板に当接していることを特徴とする。

請求項４に係る複合材の固定構造は、芯材層が軟質材料であり、表層が金属板からなる複合板がボルトとナットを用いて固定された固定構造であって、前記複合板および固定対象物に設けたボルト穴にボルトが挿通し、前記ボルトと複合板に設けたボルト穴との間に、長さが前記複合板の厚さよりも長い、胴部とつば部からなる円筒状部材と、この円筒状部材の胴部の外周に配置した、ばね状に形成された第１の弾性部材を介在させ、前記複合板表層の金属板と前記円筒状部材のつば部との間の、前記第１の弾性部材の外周に、さらに、ばね状に形成された第２の弾性部材を被せ、前記ボルトを締め込んだ状態で、前記円筒状部材の胴部および前記第１の弾性部材が前記芯材層側に変形し、かつ第２の弾性部材が前記円筒状部材のつば部に押圧されて前記複合板の表層の金属板に当接することにより、複合板が固定対象物に固定されていることを特徴とする。

請求項５に係る複合板の固定構造は、前記ボルトに、その軸部のねじ径よりも大きいねじ径が形成され、この大きいねじ径に嵌め込まれたナットにより前記第２の弾性部材または第２の皿ばね体が押圧され、前記複合板の表層の金属板に当接して前記複合板が前記固定対象物に固定されていることを特徴とする。

請求項６に係る複合材の固定構造は、芯材が軟質材料であり、表層が金属板からなる複合板がボルトを用いて固定対象物に固定された固定構造であって、前記複合板に設けたボルト穴にボルトが挿通し、前記ボルトと複合板に設けたボルト穴との間に、長さが複合板の厚さよりも長い円筒状部材が介在し、ボルトを締め込んだ状態で、前記ボルトが複合板の表面側から前記金属板を押圧し、前記円筒状部材が芯材層側へ変形して複合板の内側から表層の金属板に当接して、複合板が固定対象物に固定されていることを特徴とする。

請求項７に係る複合材の固定構造は、前記円筒状部材が、円錐面の外縁周方向に歯を有する座金が複数重なって形成され、ボルトを締め込むことにより、その外縁部が変形して芯材層に張り出しながらくい込み、複合板の内側から表層の金属板に当接させたことを特徴とする。

請求項８に係る複合材の固定方法は、芯材層が軟質材料からなり表層が金属板からなる複合板を、ボルトを用いて固定対象物に固定する固定方法であって、前記複合板に設けたボルト穴に、長さが前記複合板の厚さよりも長い、胴部とつば部からなる円筒状部材を介在させ、前記複合板および固定対象物に設けたボルト穴にボルトを挿通させ、前記ボルトを締め込んで前記円筒状部材を押圧することにより、前記つば部を前記複合板の表層の金属板に当接させ、前記円筒状部材を前記芯材側へ変形させて、複合板を固定対象物に固定することを特徴とする。

請求項９に係る複合材の固定方法は、前記円筒状部材が、ばね状に形成された第１の弾性部材と、この第１の弾性部材の外周に、さらに、ばね状に形成された第２の弾性部材を被せて前記つば部が形成されたものであることを特徴とする。

請求項１０に係る複合材の固定方法は、前記つば部を有する円筒状部材が、円錐面を有する複数の第１の皿ばねと、この円錐面の大径側の端部外周に、前記つば部に相当するつばが形成された複数の第２の皿ばねとから形成されたものであり、前記ボルトを締め込んで、この円筒状部材を押圧することを特徴とする請求項８に記載の複合板の固定方法。

請求項１１に係る複合材の固定方法は、前記ボルトに、その軸部のねじ径よりも大きいねじ径を形成し、この大きいねじ径にナットを嵌め込み、前記ボルトを締め込み、かつ前記ナットを締め付けて、前記ボルトにより前記第１の弾性部材または前記第１の皿ばね体を、前記ナットにより前記第２の弾性部材または前記第２の皿ばね体をそれぞれ押圧し、前記第２の弾性部材または第２の皿ばね体を前記複合板の表層の金属板に当接させて前記複合板を前記固定対象物に固定することを特徴とする。

請求項１２に係る複合材の固定方法は、芯材層が軟質材料からなり表層が金属板からなる複合板を、ボルトを用いて固定対象物に固定する固定方法であって、前記複合板に設けたボルト穴に、長さが前記複合板の厚さよりも長い円筒状部材を介在させ、前記複合板および固定対象物に設けたボルト穴にボルトを挿通させ、前記ボルトを締め込んで前記円筒状部材を押圧することにより、前記円筒状部材が前記芯材側へ変形して複合板の内側から表層の金属板に当接し、前記ボルトが複合板の表面側から前記金属板を押圧して、複合板を固定対象物に固定することを特徴とする。

請求項１３に係る複合材の固定方法は、前記円筒状部材を、前記ボルト穴に、円錐面の外縁周方向に歯を有する座金を複数重ねて挿入することにより形成したことを特徴とする。

この発明では、固定対象物に対して、芯材が軟質材料であり、表層が金属板からなる複合板をボルトで固定するにあたり、ボルトと複合板に設けたボルト穴との間に、長さが前記複合板の厚さよりも大きく、外径が胴部の外径よりも大きいつば部を有する円筒状部材を介在させるようにしたので、ボルトを締め込んだ状態で、円筒状部材の胴部が芯材層側へ変形し、つば部が前記複合板の表層の金属板に当接して、複合板が固定対象物に固定される構造となる。この変形により、円筒状部材が軟質の芯材に埋め込まれて芯材が固定されるため、零度℃以下〜１００℃以上の（例えば、−５０℃〜１３０℃）の広範囲の熱サイクルを受けた場合でも、ボルト締結力の低下が抑制され、安定した締結トルクが保たれる。

（ａ）実施形態の複合板の固定構造を示す説明図である（ボルト締結前）。（ｂ）同上（ボルト締結後） （ａ）実施例の複合板の固定構造を示す説明図である（ボルト締結前）。（ｂ）同上（ボルト締結後） （ａ）他の実施例の複合板の固定構造に用いる皿ばねを模式的に示す説明図である。（ｂ）、（ｃ）他の実施例の複合板の固定構造における皿ばねの配置を模式的に示す説明図である。 （ａ）実施例の複合板の固定構造を示す説明図である（ボルト締結前）。（ｂ）同上（ボルト締結後） （ａ）実施例の複合板の固定構造を示す説明図である（ボルト締結前）。（ｂ）同上（ボルト締結後） 他の実施形態の複合板の固定構造を示す説明図である。 （ａ）外歯付き座金の平面図である。（ｂ）外歯付き座金の側面図である。 （ａ）従来技術の複合板の固定構造における複合板の変形を模式的に示す説明図である。（ｂ）、（ｃ）ボルト締結により、複合板に作用する応力（分布）を模式的に示す説明図である。 （ａ）従来技術の複合板の固定構造における熱サイクルによる締結トルクの変化を示す説明図である。（ｂ）上記熱サイクルの条件を示す説明図である。 従来技術の、熱や振動を発生する部材に金属製カバーを固定するための緩衝装置の概観を示す断面図である。

図１は、実施形態の複合板１の固定構造を示したもので、図１（ａ）は、複合板１をボルト２によって固定対象物３に固定するボルト締結前の状態を、図１（ｂ）は、同ボルト締結後の状態をそれぞれ示している。図１（ａ）において、複合板１は、発泡樹脂などの軟質の芯材層１ａとその両側の表層の金属板１ａ、１ｂからなり、この複合板１および固定対象物３には、ボルト２を挿通するための貫通孔４、４ａがそれぞれ設けられている。複合板１の貫通孔４には、長さが複合板１の厚さｔ_hよりも長く、固定対象物３と反対側の円筒端部に、外径Ｄ２が胴部の外径Ｄ１よりも大きいつば部５ａを有する円筒状部材５が、その先端部５ｂが固定対象物３に当たるように嵌め込まれ、この円筒状部材５の内部をボルト２が挿通し、ナット６をボルト軸２ａに嵌め込み、ワッシャ７、７ａをそれぞれ介してボルトが締め込まれるようになっている。前記円筒状部材５は、弾性が表層の金属板１ｂよりも優れ、かつ硬さが芯材層１ａよりも高い特性を有するように形成されている。また、その熱変形温度Ｔは、零度℃以下〜１００℃以上の、例えば、−５０℃〜１３０℃の広範囲の熱サイクルを受けた場合でも、溶融変形しないように、１３０℃よりも高い材質を選択することが望ましい。

図１（ｂ）は、図１（ａ）の状態から、ボルト２を締め込んだ状態を示している。円筒状部材５が、ワッシャ７、７ａを介して、ボルト頭２ｂとナット６により、ボルト軸２ａの方向に押圧されて芯材層１ａの側に変形し、芯材層１ａの中に埋め込まれ、この変形部５ｂにより、複合板１の内側から金属板１ｂ、１ｃが固定される。円筒状部材５が金属板１ｂよりも弾性に優れているため、ボルト２を締め込んだときに、円筒状部材５の方が変形することにより、図８（ａ）に示したように、ボルト２近傍の複合板１が押し潰されることはなく、この複合板１が固定対象物３に固定される。しかも、円筒状部材５として、−５０℃〜１３０℃の熱サイクルに耐え得る材質のものを選択することにより、このような広範囲の熱サイクルが作用した場合でも、ボルト軸力が低下せず、安定した締結トルクが保たれる。

図２（ａ）および(ｂ)は、前記つば部５ａを有する円筒状部材５（図１（ａ））参照）が、図２（ｃ）に示すように、ばね状に形成された第１の弾性部材８と、この第１の弾性部材８の外周に、さらに、第１の弾性部材と同様に、ばね状に形成された第２の弾性部材９を被せてつば部が形成されたものである複合板１の固定構造を、ボルト締結前およびボルト締結後について示したものである。この第１および第２の弾性部材は、図２（ｄ）に示すように、その断面形状が矩形または扁平形をしており、複合板１表層の金属板１ｂよりも弾性に優れ、さらに軟質芯材層１ａよりも硬い特性を有する。第１の弾性部材８は、例えば、鉛、純アルミ、軟鋼などの高延性かつ軟質金属を、図２（ｃ）に示したように、らせん状にばねのように巻き、その内径ｄ₀を、ボルト軸２ａが挿通できる大きさにして形成することができる。第２の弾性部材９は、第１の弾性部材８の外周に被せることができる大きさの内径を有するように、同様にして形成される。また、第１および第２の弾性部材８および９の高さｈｆ０およびｈｓ０は、複合板１の厚さｔｈに関連して、式（１）の関係を満たすように、ねじれ角（ピッチ角）θを調節して形成される。
第１の弾性部材８のボルト締結後の高さｈｆ１−第２の弾性部材９のボルト締結後の高さｈｓ１＝複合板の厚さｔｈ -----------------（１）

図２（ａ）に示したボルト締結前の状態から、図２（ｂ）に示したようにボルト２を締め込むと、第１の弾性部材８は、ワッシャ７、７ａを介してボルト頭２ｂおよびナット６によりボルト軸２ａの方向にそれぞれ押圧される。そして、これらの弾性部材８、９は、複合板１表層の金属板１ｂよりも弾性に優れ、さらに軟質芯材層１ａよりも硬い特性を有するため、第１の弾性部材８が、その最外層径がｄ０からｄ１に広がり（図２（ｄ）参照）、芯材層１ａ側にくい込む。一方、第１の弾性部材８の外周に第２の弾性部材９を被せて形成したつば部も、ワッシャ７を介してボルト頭２ｂにより押圧されるが、第１の弾性部材８の外周は第２の弾性部材９によって拘束されるため、この部位では第１の弾性部材８の最外層の変形が防止される。このように、ボルト２による締結力が、つば部を形成する第２の弾性部材９にも伝達して金属板１ｂの表面から複合板１を押圧し、かつ第１の弾性部材８の芯材層１ａ側へのくい込みにより、芯材層１ａ側から金属板１ｂ、１ｃを押圧した状態で、複合板１が固定対象物３に固定される。

上記の固定構造では、高延性でかつ軟質金属からなる第１および第２の弾性部材８、９を用いて複合板１を締結しているため、例えば、−５０℃〜１３０℃の広範囲の熱サイクルを受けて軟質の芯材層１ａが軟化し、芯材がボルト２から遠ざかる方向に移動しても、芯材層１ａ内の第１の弾性部材８が金属板１ｂ、１ｃを押圧し続けているため、締結トルクが低下せず、安定した固定状態が保たれる。また、芯材層１ａに、この芯材層１ａよりも硬い第１の弾性部材８の外径が変形してくい込み、芯材層１ａのボルト締結力が負荷される部分が硬く補強されることによっても、芯材層１ａは、ボルト締付け力が作用しても潰れにくくなる。さらに、円筒状部材として、断面形状が矩形または扁平形をした帯状部材を、らせん状にばねのように巻いた第１の弾性部材８を使用することにより、図２（ｂ）に示したように、押圧時に、この弾性部材８の表面が互いに重なるように接触するため、例えば、コイルばねを第１の弾性部材８として用いる場合に比べて、芯材層１ａへのくい込みが安定することも、締結トルクが低下せず安定した固定状態を保つことに寄与する。なお、芯材層１ａへの第１の弾性部材８の変形を生じやすくするため、すなわち外径（最外層径ｄ０）が拡径しやすいようにするために、図２（ｅ）および(ｆ)に示すように、ボルト２で締め込んだときの、芯材層１ａの厚さに相当する部分８ａの傾斜角θが高くなるように、弾性部材８のねじれ角（ピッチ角）θp（図２（ｄ）参照）を大きく設計すると、ボルト締結後、第１の弾性部材８が、芯材層１ａの厚さにわたり変形してこの芯材層１ａ内にくい込むため、芯材層１ａと第１の弾性部材８が位置ずれを起こしにくく、さらに安定した固定構造が実現される。また、前記第１および第２の弾性部材８、９はいずれも通常のコイリングマシンにおいて素材の供給機構を傾斜させるなどして製造することが可能である。

図３（ａ）および(ｂ)は、前記つば部を有する円筒状部材が、側面１０ａの形状が円錐面である皿ばね１０を、その中心軸が一致するように複数重ねた第１の皿ばね体１１と、この皿ばね１０の側面１０ａの底部外周に、皿ばね１０の円錐側面１０ａとは逆方向に傾斜した円錐面のつば部１２ａ、すなわちつば部が形成された皿ばね１２を複数重ねた第２の皿ばね体１３から形成されたものである複合板１の固定構造を、ボルト締結前について示したものである。［実施例１］の場合と同様に、第１および第２の皿ばね体１１、１３は、複合板１表層の金属板１ｂよりも弾性に優れ、軟質芯材層１ａよりも硬い特性を有する。このようにしても、ボルト２を締め込むと、皿ばね体１１は押圧されて芯材層１ａの方へ変形し、皿ばね体１３は、ワッシャを介してボルト頭２ｂにより押圧され、ボルト２による締結力が、前記の逆円錐面状に形成されたつば部１２ａに伝達して金属板１ｂの表面から複合板１を押圧し、かつ皿ばね体１１の芯材層１ａ側への前記変形により、芯材層１ａ側から金属板１ｂ、１ｃを押圧した状態で、複合板１が固定対象物に固定される。図３（ｃ）は、図３（ａ）に示した皿ばね１０を向い合わせて一対の皿ばね対１０ｂとし、この皿ばね対１０ｂを複数重ねて第１の皿ばね体１１ａを形成し、同様に、穴径Ｄｓの大きい皿ばね１０を向い合わせて一対の皿ばね対１０ｃとして、一対または複数対重ねて前記第１の皿ばね体１１ａの上部外周に配置して第２の皿ばね対１３ａとするボルト締結前の固定構造を示したものである。このようにしても、ボルト（図示省略）を締め込んだときに、第１の皿ばね対１０ｂが芯材層１ａ側に変形し、図３（ｂ）に示した場合と同様にして、複合板１を固定対象物に固定することができる。

図４（ａ）および（ｂ）は、［実施例１］の図２（ａ）に示したボルト締結前の固定構造の第１の弾性部材８とボルト２との間に、弾性が第１の弾性部材８よりも優れ、硬さが芯材層１ａよりも高く、かつ長さＬが前記複合板の厚さｔｈよりも大きい、つば部１４ａを有する円筒状部材１４を挿入したボルト締結前の固定構造、およびボルト締結後の固定構造をそれぞれ示したものである。前記円筒状部材１４のつば部１４ａの外径Ｄｃは、ボルト締結時に、第１の弾性部材８の外側に被せた第２の弾性部材９を押圧できるように、その外径Ｄｓと同程度の大きさに形成されている。図４（ａ）のボルト締結前の状態から、図４（ｂ）に示したようにボルト２を締め込むと、ボルト頭２ｂおよびナット６およびワッシャ７ａにより、挿入した円筒状部材１４、第１の弾性部材８、および第２の弾性部材９がボルト軸２ａの方向に押圧される。この押圧によって、第１および第２の弾性部材８、９のピッチＰ（図２（ｄ）参照）が実質的にゼロとなる程度に小さくなり、かつ円筒状部材１４の胴部１４ｂが迫り出して変形し、それに伴って第１の弾性部材８も、軟質の、すなわち拘束力が最も弱い芯材層１ａ側に変形する。円筒状部材１４のつば部１４ａの直下では、第１の弾性部材８の外周は第２の弾性部材９によって拘束されるため、第２の弾性部材９に伝達して金属板１ｂの表面から複合板１を押圧し、かつ、つば部１４ａを有する円筒状部材１４を挿入したことにより、図３（ｂ）に示した固定構造の場合よりも、第１の弾性部材８が芯材層１ａ側へ大きく変形することにより、芯材層１ａ側から金属板１ｂ、１ｃをより強く押圧した状態で、複合板１が固定対象物３により大きい拘束力で固定される。また、この実施例では、第１および第２の弾性部材８、９そのものは変更しなくても設計できるため、容易に施工できる固定構造を実現することができる。上記円筒状部材１４として、弾性が、第１の弾性部材８よりも優れ、硬さが芯材層１ａよりも高い特性を満たす合成樹脂を用いることができ、とくに耐熱サイクル性に優れたフェノール樹脂やシリコーン樹脂などの合成樹脂を使用することが望ましい。

図５（ａ）は、［実施例３］の図４（ａ）に示したボルト締結前の固定構造において、ボルトで締め込んだ後に、第２の弾性部材９を押圧できるように、ボルト頭２ｂの外周面に形成したねじ部１５にナット６ａを嵌め込んだボルト締結前の状態を、図５（ｂ）はボルト２およびナット６ａを締め込んだ、ボルト締結後の状態をそれぞれ示すものである。［実施例３］の場合と同様に、ボルト２を締め込んで円筒状部材１４および第１の弾性部材８を押圧することにより、円筒状部材１４の胴部１４ｂが迫り出して変形し、それに伴って第１の弾性部材８も、軟質の芯材層１ａ側に変形する。このボルト２を締め込んだ後に、さらにボルト頭２ｂの外周面に嵌め込んだナット６ａを締め付けて第２のらせん状帯状部材９を押圧することにより、図５（ｂ）に矢印Ａ１で示したように、芯材層１ａ側に大きく変形した第１の弾性部材８から金属板１ｂ、１ｃへの押圧力と、矢印Ａ２で示したように、ナット６ａから第２の弾性部材９へ伝達して、金属板１ｂ、１ｃを外側から押圧する力を別々に調整することが可能となる。それによって、より安定した締結トルクを保つことができる。

図６は、他の実施形態を示したもので、前述の実施形態で用いた、胴部５ｂとつば部５ａからなる円筒状部材５（図１（ａ）、（ｂ）参照）の代わりに、外歯付き座金１６を複数重ねて形成した円筒状部材を介在させて複合板１を固定対象物３に固定する構造を示したのである。この外歯付き座金１６は、図７（ａ）および（ｂ）に示すように、中心部に開口１６ａを有し、頂角θｃ（円錐角θｃ）の円錐面１６ｂの外縁部周方向にわたって、この円錐面１６ｂの中心軸と直交する平面に対して僅かに傾斜した外歯１６ｃが形成された、例えば、炭素鋼、低合金鋼、ステンレス鋼やアルミ金属からなる座金であり、また、その弾性は、表層の金属板１ｂよりも優れ、芯材１ａよりも硬い材質のものである。。この座金１６が、複合板１に設けたボルト孔４に、高さが複合板１の厚さｔｈよりも高くなるように複数重ねて挿入されている。そして、ボルト２を矢印Ｂの方向に回転させて締め込むと、複数の座金１６は、表層の金属板１ｂを介して押圧され、前記頂角θｃが大きくなって拡径するため、その外縁部が芯材層１ａにめりこんで複合板１の内側から表層の金属板１ｂに当接し、ボルト２がワッシャ７を介して金属板１ｂを押圧して、複合板１が固定対象物３に固定される。

このように、前記円筒状部材の代わりに外歯付き座金１６を複数重ねて形成した円筒状部材を介在させた場合には、ボルト２を締め込んだときに、外歯付き座金１６の方が変形することにより、ボルト２近傍の複合板１が押し潰されても、この座金１６の外縁部が芯材層１ａにめりこんで複合板１の内側から表層の金属板１ｂに当接するため、−５０℃〜１３０℃の広範囲の熱サイクルが作用した場合でも、ボルト軸力の低下が抑制され、安定した締結トルクが保たれる。なお、前記外歯付き座金１６の材質としては、アルミ金属、ステンレス鋼などの鋼から選択することができる。また、外歯付き座金１６の代わりに、図３（ａ）に示した皿ばね１０または１２を複数重ねて前記円筒状部材を形成することもできる。この場合、皿ばね１０または１２の外縁の周方向に、スリットを複数設けることが望ましい。

なお、図１に示した胴部５ｂとつば部５ａからなる円筒状部材５を、複合板１表層の金属板１ｂよりも弾性に優れ、さらに軟質芯材層１ａよりも硬い特性を有する合成樹脂、例えば、前述の耐熱サイクル性に優れたフェノール樹脂やシリコーン樹脂で形成して、この円筒状部材５のみを介在させることも可能である。この場合、つば部５ａと金属板１ｂの間の、胴部５ｂの外周に、図２（ａ）に示したばね状の弾性部材または図３（ａ）に示した皿ばねを配置することが望ましい。

１：複合板 １ａ：芯材層 １ｂ、１ｃ：金属板
２：ボルト ２ａ：ボルト軸 ２ｂ：ボルト頭
３：固定対象物 ４：貫通孔 ５：円筒状部材
５ａ：つば部 ５ｂ：変形部 ６、６ａ：ナット
７、７ａ：ワッシャ ８、９：弾性部材 １０：皿ばね
１０ａ：側面 １０ｂ、１０ｃ：皿ばね １１、１３：皿ばね体
１１ａ、１３ａ：皿ばね体 １２：つば付皿ばね １２ａ：つば部
１４：円筒状部材 １４ａ：つば部 １４ｂ：胴部
１５：ねじ部 １６：外歯付き座金 １６ａ：開口
１６ｂ：円錘面 １６ｃ：外歯

Claims (13)

1. 芯材層が軟質材料であり、表層が金属板からなる複合板がボルトを用いて固定対象物に固定された固定構造であって、前記複合板に設けたボルト穴にボルトが挿通し、前記ボルトと複合板に設けたボルト穴との間に、長さが複合板の厚さよりも長い、胴部とつば部からなる円筒状部材が介在し、ボルトを締め込んだ状態で、前記円筒状部材の胴部が芯材層側へ変形して複合板の内側から表層の金属板に当接し、前記つば部が複合板の表面側から前記金属板に当接して、複合板が固定対象物に固定されていることを特徴とする複合板の固定構造。
2. 前記円筒状部材が、ばね状に形成された第１の弾性部材と、この第１の弾性部材の外周に、さらに第２の弾性部材を被せて前記つば部が形成され、前記ボルトを締め込んだ状態で、前記第１の弾性部材が前記芯材層側に変形し、前記第２の弾性部材が前記複合板の表層の金属板に当接していることを特徴とする請求項１に記載の複合板の固定構造。
3. 前記円筒状部材が、円錐面を有する複数の第１の皿ばねと、この円錐面の大径側の端部外周に、前記つば部に相当するつばが形成された複数の第２の皿ばねとからなり、前記ボルトを締め込んだ状態で、前記第１の皿ばねが前記芯材側に変形し、前記第２の皿ばねのつば部が前記複合板の表層の金属板に当接していることを特徴とする請求項１に記載の複合板の固定構造。
4. 芯材層が軟質材料であり、表層が金属板からなる複合板がボルトとナットを用いて固定された固定構造であって、前記複合板および固定対象物に設けたボルト穴にボルトが挿通し、前記ボルトと複合板に設けたボルト穴との間に、長さが前記複合板の厚さよりも長い、胴部とつば部からなる円筒状部材と、この円筒状部材の胴部の外周に配置した、ばね状に形成された第１の弾性部材を介在させ、前記複合板表層の金属板と前記円筒状部材のつば部との間の、前記第１の弾性部材の外周に、さらに、ばね状に形成された第２の弾性部材を被せ、前記ボルトを締め込んだ状態で、前記円筒状部材の胴部および前記第１の弾性部材が前記芯材層側に変形し、かつ第２の弾性部材が前記円筒状部材のつば部に押圧されて前記複合板の表層の金属板に当接することにより、複合板が固定対象物に固定されていることを特徴とする複合板の固定構造。
5. 前記ボルトに、その軸部のねじ径よりも大きいねじ径が形成され、この大きいねじ径に嵌め込まれたナットにより前記第２の弾性部材または第２の皿ばね体が押圧され、前記複合板の表層の金属板に当接して前記複合板が前記固定対象物に固定されていることを特徴とする請求項２から４のいずれかに記載の複合板の固定構造。
6. 芯材が軟質材料であり、表層が金属板からなる複合板がボルトを用いて固定対象物に固定された固定構造であって、前記複合板に設けたボルト穴にボルトが挿通し、前記ボルトと複合板に設けたボルト穴との間に、長さが複合板の厚さよりも長い円筒状部材が介在し、ボルトを締め込んだ状態で、前記ボルトが複合板の表面側から前記金属板を押圧し、前記円筒状部材が芯材層側へ変形して複合板の内側から表層の金属板に当接して、複合板が固定対象物に固定されていることを特徴とする複合板の固定構造。
7. 前記円筒状部材が、円錐面の外縁周方向に歯を有する座金が複数重なって形成され、ボルトを締め込むことにより、その外縁部が変形して芯材層に張り出しながらくい込み、複合板の内側から表層の金属板に当接させたことを特徴とする請求項６に記載の複合板の固定構造。
8. 芯材層が軟質材料からなり表層が金属板からなる複合板を、ボルトを用いて固定対象物に固定する固定方法であって、前記複合板に設けたボルト穴に、長さが前記複合板の厚さよりも長い、胴部とつば部からなる円筒状部材を介在させ、前記複合板および固定対象物に設けたボルト穴にボルトを挿通させ、前記ボルトを締め込んで前記円筒状部材を押圧することにより、前記つば部を前記複合板の表層の金属板に当接させ、前記円筒状部材を前記芯材側へ変形させて、複合板を固定対象物に固定することを特徴とする複合板の固定方法。
9. 前記円筒状部材が、ばね状に形成された第１の弾性部材と、この第１の弾性部材の外周に、さらに、ばね状に形成された第２の弾性部材を被せて前記つば部が形成されたものであることを特徴とする請求項８に記載の複合板の固定方法。
10. 前記つば部を有する円筒状部材が、円錐面を有する複数の第１の皿ばねと、この円錐面の大径側の端部外周に、前記つば部に相当するつばが形成された複数の第２の皿ばねとから形成されたものであり、前記ボルトを締め込んで、この円筒状部材を押圧することを特徴とする請求項８に記載の複合板の固定方法。
11. 前記ボルトに、その軸部のねじ径よりも大きいねじ径を形成し、この大きいねじ径にナットを嵌め込み、前記ボルトを締め込み、かつ前記ナットを締め付けて、前記ボルトにより前記第１の弾性部材または前記第１の皿ばね体を、前記ナットにより前記第２の弾性部材または前記第２の皿ばね体をそれぞれ押圧し、前記第２の弾性部材または第２の皿ばね体を前記複合板の表層の金属板に当接させて前記複合板を前記固定対象物に固定することを特徴とする請求項８から１０のいずれかに記載の複合板の固定方法。
12. 芯材層が軟質材料からなり表層が金属板からなる複合板を、ボルトを用いて固定対象物に固定する固定方法であって、前記複合板に設けたボルト穴に、長さが前記複合板の厚さよりも長い円筒状部材を介在させ、前記複合板および固定対象物に設けたボルト穴にボルトを挿通させ、前記ボルトを締め込んで前記円筒状部材を押圧することにより、前記円筒状部材が前記芯材側へ変形して複合板の内側から表層の金属板に当接し、前記ボルトが複合板の表面側から前記金属板を押圧して、複合板を固定対象物に固定することを特徴とする複合板の固定方法。
13. 前記円筒状部材を、前記ボルト穴に、円錐面の外縁周方向に歯を有する座金を複数重ねて挿入することにより形成したことを特徴とする請求項１２に記載の複合板の固定方法。

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