JP2013252834A - 車両用構造体の固定方法及び当該固定方法により固定された車両用構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】柱状のボスを有するトリム本体に、取り付け用の貫通孔を有する他の構成部品を組み合わせ固定するに当たって、取り付け寸法誤差を吸収するとともに、固定強度を確保すること。
【解決手段】柱状のボス１１を有するトリム本体１に、取り付け用の貫通孔４を有する他の構成部品２を組み合わせ固定するに当たって、前記ボス１１と前記貫通孔４の間に隙間が存する状態で挿通嵌合させた後、該貫通孔４から突出した前記ボス１１の端部を溶融させて貫通孔４の断面積以上の大きさに形成すると共に前記構成部品２に溶着させて固定する車両用構造体の固定方法であって、前記貫通孔４には構成部品２と一体形成された可撓性の薄板状リブ３が前記ボス１１と前記貫通孔４の間の隙間を塞ぐように配設されることで、前記ボス１１の端部が溶融する際の溶融物が前記トリム本体１側に流出するのを抑制する。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両用構造体の固定方法及び当該固定方法により固定された車両用構造体に関する。詳しくは、熱可塑性のボスを有する部材と他の部材とを固定する技術、特に車両の内装材であるトリムに構成部品を固定する技術に関する。

従来から、図６に示すように、樹脂成形体をベースとしたトリム本体に樹脂成形体の構成部品（例えばオーナメント）を固定する場合に、トリム本体側に設定したボスの先端部を溶融させて固定することが行われている（特許文献１、特許文献２参照）。この固定を行う場合、トリム本体側に設けたボスに対して構成部品に設けた貫通孔を嵌合挿通させた後、貫通孔から突出したボスの先端部を溶融させて貫通孔の断面積以上の大きさに形成すると共にトリム本体に溶着させることにより固定が行われていた。この場合、構成部品側の貫通孔の孔径は取り付け寸法誤差を吸収するため、ボスの径に対し大きく形成されており、ボスと貫通孔の嵌合状態は隙間を有している。
また、構成部品側も溶着させて固定強度を高めるために、通常の溶融固着方法は超音波溶着ホーンを用いて行われる。

特開２０００−２１８７０１号公報 特開２０１０−１５８７８９号公報

上述した従来の固定方法において、隙間を有してボスと貫通孔の嵌合が行われていると、ボスの突出した先端部を溶融させた溶融樹脂がこの隙間を通じて構成部品裏側（トリム本体面側）に垂れ落ちてしまい、固定強度の確保が十分に果たせない場合が存在すると言う問題がある。
また、超音波溶着ホーンを用いて溶着固定が行われる場合、超音波溶着ホーンが構成部品側に喰い込んで行われるため、その喰い込んだ部分の構成部品の肉厚が薄くなり、その分、強度が落ちると言う問題がある。
而して、本発明は、上記問題を解決するものとして創案されたものであって、本発明が解決しようとする課題は、柱状のボスを有するトリム本体に、取り付け用の貫通孔を有する他の構成部品を組み合わせ固定するに当たって、取り付け寸法誤差を吸収するとともに、固定強度を確保することにある。

本発明は、上記課題を達成するために、次の手段をとる。
先ず、本発明の第１の発明は、柱状のボスを有するトリム本体に、取り付け用の貫通孔を有する他の構成部品を組み合わせ固定するに当たって、前記ボスと前記貫通孔の間に隙間が存する状態で挿通嵌合させた後、該貫通孔から突出した前記ボスの端部を溶融させて貫通孔の断面積以上の大きさに形成すると共に前記構成部品に溶着させて固定する車両用構造体の固定方法であって、前記貫通孔には構成部品と一体形成された可撓性の薄板状リブが前記ボスと前記貫通孔の間の隙間を塞ぐように配設されることで、前記ボスの端部が溶融する際の溶融物が前記トリム本体側に流出するのを抑制することを特徴とする。
なお、上記において「薄板状リブが・・溶融物が前記トリム本体側に流出するのを抑制する」とは、次に示す何れかを満たしている場合である。すなわち、（１）溶融物が薄板状リブより下流に全く流出されなくなる場合と、（２）薄板状リブがある構造と、当該構造から薄板状リブを除いた構造と、を比較すると、薄板状リブを除いた構造よりも、薄板状リブがある構造の方が下流側に溶融物が流下する流速乃至流量が低下する場合である。

上記した発明によれば、ボスと貫通孔の間の隙間を塞ぐように可撓性の薄板状リブが配設される。このため、ボスの貫通孔から突出した端部を溶かした際に、その溶融物が薄板状リブを通って流下するのを抑制することができる。その結果、溶融物が薄板状リブより上流側の所定の位置に収まることが可能となり、溶融物を固体化した際に、所望の厚みと断面積を確保することができる。
しかも、薄板状リブは可撓性であるため、径方向への変形が可能となっており、従来通りボスを貫通孔に挿入する際の取り付け寸法誤差を吸収することができる。

次に、本発明の第２の発明は、上述の第１の発明の車両用構造体の固定方法であって、さらに、前記トリム本体のボスの端部と構成部品の貫通孔形成部位との溶着固定方法が、溶着ホーンを用いて行うものであり、該溶着ホーンにより溶着される前記構成部品の貫通孔形成部位箇所は、その周囲より少なくとも溶着ホーンに溶融される分だけは厚肉に形成することを特徴とする。

上記した発明によれば、トリム本体と構成部品との溶融固着は溶着ホーンによって行われる。このため、トリム本体及び構成部品を溶融接合することが可能であり、強固に固定することが可能となる。また、溶着ホーンが構成部品に食い込む分だけは少なくとも構成部品の当該部位箇所が肉厚に形成されているため、構成部品の所定の強度を確保することができる。すなわち、溶融ホーンを用いたことによる強度低下を阻止することができる。

次に、本発明の第３の発明は、上述の第１の発明又は第２の発明の車両用構造体の固定方法であって、さらに、前記薄板状リブが前記貫通孔の構成部品側端部に配設されており、前記ボスの端部が溶融する際の溶融物がボスと構成部品間の隙間に充填されることを特徴とする。

上記した発明によれば、薄板状リブが前記貫通孔の構成部品側端部に配設されている上、隙間に溶融物が充填されるので、構成部品の厚み相当にわたって溶融樹脂を密に位置させることが可能となり、トリム本体と構成部品の固定がより強固となる。

次に、本発明の第４の発明は、上述の第１の発明乃至第３の発明の何れかの車両用構造体の固定方法であって、さらに、前記薄板状リブは径方向にスリットが形成されて配設されていることを特徴とする。

上記した発明によれば、薄板状リブの径方向への可撓変形が容易となる。すなわち、ボスを貫通孔に挿入する際の取り付け寸法誤差を吸収して、ボスが侵入する際に変位しやすく、貫通孔にボスが侵入することを、よりスムーズに行うことができる。

次に、本発明の第５の発明は、トリム本体と他の構成部品とを上述の第１の発明乃至第４の発明の何れかの車両用構造体の固定方法で組み合わせて固定してなる車両用構造体にある。この発明による車両用構造体は、上述した第１の発明乃至第４の発明の何れかの車両用構造体の固定方法で組み合わせて固定されるものであるので、これら固定方法と同様の効果を有するものである。

本発明によれば、柱状のボスを有するトリム本体に、取り付け用の貫通孔を有する他の構成部品を組み合わせ固定するに当たって、取り付け寸法誤差を吸収するとともに、固定強度を確保することができる。

本発明の実施形態を示し、ボスに対して貫通孔を嵌合挿通させた状態を示す断面図である。 図１における構成部品の平面図である。 超音波溶着ホーンにより溶着固定した状態を示す断面図である。 引張り強度試験を説明するための斜視図である。 引張り強度試験により破断された部品の一部を示す斜視図である。 従来の溶着ホーンを用いた固定方法により車両用構造体を固定した断面図である。

以下に、本発明の実施形態を、図面を用いて説明する。

先ず、車両用構造体の構成要素であるトリム本体１と構成部品２の詳細な構成について、図１及び図２を用いて説明する。この実施形態におけるトリム本体は自動車の室内面を構成する本体部材であり、構成部品はこの本体部材に固定して取り付けられるオーナメントである。
トリム本体１はポリプロピレン樹脂等の熱可塑性樹脂を射出成形して構成されており、構成部品２を固定して取り付ける位置に柱状のボス１１が立設されている。この実施形態ではボス１１の柱状形状は円筒形状とされている。このボス１１の外周部には、後述する構成部材２のトリム本体１との取り付け間隔を規制するための規制リブ１３が形成されている。規制リブ１３は、図１で見て上下方向に配設されており、ボス１１の外周の円周上に９０度の等間隔で４個、トリム本体１のベース部１２とボス１１に対して一体的状態として形成されている。
オーナメントの構成部品２もトリム本体１と同様にポリプロピレン樹脂等の熱可塑性樹脂を射出成形して構成されており、前述のボス１１に対して挿通嵌合する貫通孔４が穿設されている。貫通孔４はボス１１の外径より大きな孔径で形成されており、貫通孔４とボス１１とが径方向に相対変位可能な隙間を有して形成されている。なお、構成部品２がトリム本体１に規制リブ１３により取り付け間隔が規制されて配置されたボス１１と貫通孔４との相通嵌合状態で、ボス１１は図１で見て構成部品２の上面より突出する長さに形成されている。そして、この突出した先端部が超音波溶着ホーンにより溶融される箇所となっている。
図１で見て、構成部品２の上面の前記貫通孔４が形成された周囲の貫通孔形成部位箇所２１は、構成部品２のその他の一般的形成部位箇所２２の厚みより肉厚に形成されている。一般的形成部位箇所２２の厚みより厚くされる肉厚分は、この実施形態では、超音波溶着ホーンが喰い込んで溶融される厚み分とされており、その面方向の大きさも、超音波溶着ホーンよりも僅かに大きい大きさとされている。肉厚はそれ以上とすることもできるが、樹脂材料の使用量削減や軽量化の観点からは、不要な厚みは可及的に削減するのが好ましく、溶融される厚み分に可及的に近づけて形成するのがよい。また、同様の観点から、面方向の大きさも超音波溶着ホーンと同じ大きさに近づけて形成するのがよい。
また、図１で見て、貫通孔４の下端位置には薄板状リブ３が、前記ボス１１との隙間を塞ぐように配設されている。薄板状リブ３は構成部品２と一体的状態として形成されており、ボス１１と貫通孔４とが貫通孔４の径方向への相対的変位ができる厚み、すなわち可撓性を有する構成として形成されている。なお、より良い可撓性を有する構成とするため、この実施形態では、図２に示すように、薄板状リブ３には径方向に放射状のスリット５が９０度の等間隔に形成されている。このスリット５のスリット隙間幅は、ボス１１の先端部の溶融した樹脂が薄板状リブ３より下流に流下するのを抑制できる程度のものである。
また、図１に示すように、この実施形態では薄板状リブ３の中心方向の先端部はボス１１の外周面に丁度接触した状態として配設されているが、わずかな隙間を持って配設されるものであってもよい。その場合の隙間は、上述のスリット５の場合と同様に、溶融した樹脂が薄板状リブ３より下流に流下するのを抑制できる程度のものである。逆に、薄板状リブ３の径方向の長さが隙間の径方向の長さより長く形成される場合であってもよい。その場合には薄板状リブ３の中心方向の先端部がボス１１の外周面に撓んで接触できるものであればよい。

上記したボス１１を形成したトリム本体１と、貫通孔４を穿設した構成部品２の実施形態に基づく、好ましい実施例の寸法関係を次に例示する。
先ず、トリム本体１の円筒形状のボス１１の直径は６．０ｍｍである。次に、構成部品２の一般的形成部位箇所２２の厚みは２．３ｍｍ、貫通孔形成部位箇所２１の厚みは３．３ｍｍ、したがって、貫通孔形成部位箇所２１の一般的形成部位箇所２２より肉厚とされた厚み分は１．０ｍｍである。なお、この厚み分は０．５〜３ｍｍの範囲内であるのが望ましい。貫通孔４の孔径は８．０ｍｍである。なお、薄板状リブ３の厚みはポリプロピレン樹脂の場合であるため、０．２５〜０．３５ｍｍの範囲となっている。薄板状リブ３の厚みはポリプロピレン樹脂で構成する場合、０．５ｍｍ以下が望ましく、最も望ましくは０．２５〜０．３５ｍｍの範囲である。また、薄板状リブ３に形成するスリット５の幅寸法は０．５ｍｍである。

次に、トリム本体１に対する構成部品２の固定方法を工程を追って説明する。
先ず、図１に示すように、トリム本体１に設けられた熱可塑性の樹脂からなるボス１１の先端部が上方になるようにトリム本体１を配置する。そして、構成部品に設けた貫通孔４をボス１１に対して挿入嵌合して、構成部品２の下面が規制リブ１３の上面に当接する状態としてトリム本体１に組み合わせる。その際に、トリム本体１と構成部品２との間に図１で見て左右方向の相対的寸法誤差があったとしても、薄板状リブ３が可撓性構成とされていることから撓んでその嵌合相通を許容して、取り付け誤差を吸収することができる。
上記組み合わされた状態では、図１の実線状態で示すように、ボス１１の先端部は貫通孔４を形成した貫通孔形成部位箇所２１の上面から上方に突出した状態にある。この状態で、図３における端面が凹形状６１の超音波溶着ホーン６をボス１１の先端部に配置し、ボス１１の先端部から溶融させながらボス１１の基端部に向けて移動させる。この際、ボス１１は熱可塑性の樹脂であるので、超音波溶着ホーン６の近接部において部分的に溶融し、溶融した樹脂は超音波溶着ホーン６の凹形状６１の端面内に広がると共に、ボス１１と貫通孔４との間の隙間に流下していく。
超音波溶着ホーン６の端面の凹形状６１の大きさは、ボス１１と貫通孔４との間の隙間より大きく形成されていると共に、溶融樹脂が固まった際にボス１１の上端固定形状を画定する形状とされている。この実施形態の超音波溶着ホーン６の端面の凹形状６１は茸形状とされている。
ボス１１と貫通孔４との間の隙間に流下する溶融樹脂は、図３に示すように、貫通孔４の下端部に配設形成された薄板状リブ３によりそれ以上下方への流出が抑制される。このため溶融樹脂は薄板状リブ３より上方に留まる。
超音波溶着ホーン６によるボス１１の先端部を溶融しながらの下方移動は、超音波溶着ホーン６の先端外周突起部６２が、図３に示すように、構成部品２の貫通孔形成部位箇所２１に喰い込んだ状態まで行われ、その状態で下方移動を終了する。この超音波溶着ホーン６の先端外周突起部６２が貫通孔形成部位箇所２１に喰い込む際に、当該貫通孔形成部位箇所２１の樹脂も溶融してボス１１の溶融樹脂と混ざりあった一体化状態となる。これにより冷却した際にボス１１と貫通孔形成部位箇所２１との間の溶着固定が強固に行われる。
なお、上記における超音波溶着ホーン６の先端外周突起部６２が貫通孔形成部位箇所２１に喰い込む深さは、この実施例では１．０ｍｍとされており、貫通孔形成部位箇所２１が一般的形成部位箇所２２の厚みより厚くされた分とされている。このため、超音波溶着ホーン６の先端外周突起部６２が喰い込んだ状態でも、構成部品２の貫通孔形成部位箇所２１の厚みは一般的形成部位箇所２２と同じ厚みが確保されているので、構成部品２として必要とする強度を確保することができる。
上記により超音波溶着ホーン６の下方移動を終了させた状態で、溶融樹脂を冷却させて溶着固定を終了する。この終了状態では、図３に示すように、溶融樹脂は超音波ホーン６に設けられた凹形状６１内及び／若しくは薄板状リブ３より上方のボス１１と貫通孔４との隙間内に充填された状態として固体化して存在することになる。

上記固定方法を用いて本体トリム１にオーナメントの構成部品２を組み合わせて固定して構成した車両用構造体について引張強度試験を行った。この時、貫通孔形成部位箇所２１を厚肉にせず、薄板状リブ３も設けなかったこと以外、同様な方法で組合わせ固定した車両用構造体についても引張り強度試験を行い、互いに比較した。従来、同種の試験を行っていないことから、引張強度試験は以下に記すように行った。

引張強度試験を行うために、図４（ａ）に示すように、ボス１１が立設されている面の裏側に掴み代２３を設けたトリム本体１を試料Ａとして作成した。また、貫通孔形成部位箇所２１を厚肉に形成し、かつ、薄板状リブ３を設けた構成部品２を試料Ｂ１とし、貫通孔形成部位箇所２１を厚肉にせず、薄板状リブ３も設けなかったこと以外同様な構成部品２を試料Ｂ２（図示せず）として作成した。試料Ａ及び試料Ｂ１を上記したように固定した構造体を試料Ｃ１とし、試料Ａ及び試料Ｂ２を上記したように固定した構造体を試料Ｃ２（図示せず）とした。図４（ｂ）及び図４（ｃ）に示すように試料Ｃ１を治具７の間に挟み一体化させた後、治具７の掴み代７１と試料Ｃ１の掴み代２３を掴んだ状態にし、１０ｍｍ／ｍｉｎの引張速度を維持するように、試料Ｃ１が破断するまで引っ張った。その際に生じる最大荷重値を測定し、当該値を引張り破壊荷重とした。試料Ｃ２においても同様に最大荷重値を測定した。当該最大荷重値の測定のために、引張り試験機を使用した。

引張強度試験は試料Ｃ１及びＣ２について各５回ずつ行った。測定結果を表１に記す。

表１から明らかなように、試料Ｃ１の本発明の構造の場合、試料Ｃ２の従来構造に比べ、引張り破壊荷重が大きくなった。なお図５に示すように、略ボス１１の長手方向に沿いつつ、ボス１１の中心部に向かうように破断面８が形成されたことから、溶融した後に固形化した部位の厚みが引張り破壊荷重の変動に寄与していることが推測される。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態のほか各種の形態で実施できるものである。
例えば、薄板状リブは上記実施形態では貫通孔の下端位置に設けたが、貫通孔のどの位置に設けてもよい。しかし、溶着固定を強固に行う観点からは上記実施形態のように貫通孔の下端位置に設定するのが好ましい。
また、薄板状リブのスリットはあっても無くても良いが、スリットを設けた場合、薄板状リブの先端が撓み変位しやすくなる。
また、溶着ホーンは、超音波によるものでなくてもよい。ホーン自体が加熱されているような公知の溶着ホーンでもよい。
トリム本体及び構成部材の材質については、ポリプロピレン樹脂以外にもポリエチレン樹脂やアクリロニトリル・ブタジエン・スチレン（ＡＢＳ）樹脂などの公知の熱可塑性部材でもよい。
また、構成部品は一つの樹脂成形体からなる必要はなく、複数層の積層体からなり、そのうちの１層乃至２層以上に薄板状リブを設けることも可能である。

１ トリム本体
２ 構成部品
３ 薄板状リブ
４ 貫通孔
５ スリット
６ 超音波溶着ホーン
７ 治具
１１ ボス
２１ 貫通孔形成部位箇所
２２ 一般的形成部位箇所
６１ 凹形状
６２ 先端外周突起部

Claims (5)

1. 柱状のボスを有するトリム本体に、取り付け用の貫通孔を有する他の構成部品を組み合わせ固定するに当たって、前記ボスと前記貫通孔の間に隙間が存する状態で挿通嵌合させた後、該貫通孔から突出した前記ボスの端部を溶融させて貫通孔の断面積以上の大きさに形成すると共に前記構成部品に溶着させて固定する車両用構造体の固定方法であって、
   前記貫通孔には構成部品と一体形成された可撓性の薄板状リブが前記ボスと前記貫通孔の間の隙間を塞ぐように配設されることで、前記ボスの端部が溶融する際の溶融物が前記トリム本体側に流出するのを抑制することを特徴とする車両用構造体の固定方法。
2. 請求項１に記載の車両用構造体の固定方法であって、
   前記トリム本体のボスの端部と構成部品の貫通孔形成部位との溶着固定方法は、溶着ホーンを用いて行うものであり、該溶着ホーンにより溶着される前記構成部品の貫通孔形成部位箇所は、その周囲より少なくとも溶着ホーンに溶融される分だけは厚肉に形成されていることを特徴とする車両用構造体の固定方法。
3. 請求項１又は請求項２に記載の車両用構造体の固定方法であって、
   前記薄板状リブは前記貫通孔の構成部品側端部に配設されており、前記ボスの端部が溶融する際の溶融物がボスと構成部品間の隙間に充填されることを特徴とする車両用構造体の固定方法。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の車両用構造体の固定方法であって、
   前記薄板状リブは径方向にスリットが形成されて配設されていることを特徴とする車両用構造体の固定方法。
5. トリム本体と他の構成部品とを請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の車両用構造体の固定方法で組み合わせて固定してなる車両用構造体。
   

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