JP2017082843A - 車両構成部品同士の締結構造 - Google Patents

Abstract

【課題】互いに隣接しかつ一方が繊維強化樹脂により構成された車両構成部品同士を強固に締結することが容易な車両構成部品同士の締結構造を提供する。【解決手段】スペーサ１５の第一部材１０との接触面を粗面とした上で、接触面を第一部材に対して密着状態で固定し、スペーサが第二部材１２と接触することにより、第二部材の第一フランジ１７側から第二フランジ１８側への移動を規制し、第二フランジに対する相対移動が規制されたボルト２０のネジ部２２が、筒状部１６の内部を通り抜けて第二フランジ側の端部から筒状部の外側に突出し、ネジ部の筒状部の外側に突出した部位に対して螺合させたナット２３が第二フランジに圧接する。【選択図】図３

Description

本発明は車両構成部品同士の締結構造に関する。

従来から互いに隣接する車両構成部品同士をボルト及びナットを利用して締結することが行われている。これらの車両構成部品は金属により構成するのが一般的である。
しかし近年は車両に対して軽量化が要求されている。そのため、互いに隣接する車両構成部品の一方である第一部材を繊維強化樹脂製とし、他方である第二部材を金属製とした上で、第一部材と第二部材とを金属製のボルト及びナットを利用して締結することが行われている。

特許文献１は、この種の技術の従来例である。
特許文献１では、繊維強化樹脂製の板状部材である第一部材に形成された第一貫通孔に対して、第一部材の一方の面側から第一ナット半体を挿入し、第一部材の他方の面側から第二ナット半体を挿入する。第一ナット半体は第一部材の一方の面と対向する第一フランジを備えており、第二ナット半体は第一部材の他方の面と対向する第二フランジを備えている。さらに第一ナット半体には雌ネジ孔が形成されており、第二ナット半体には雌ネジ孔と同軸をなす貫通孔が形成されている。
第二フランジには、第一部材と平行をなす金属製の板状部材である第二部材が接触している。第二部材に形成された第二貫通孔は、第一ナット半体の雌ネジ孔及び第二ナット半体の貫通孔と同軸をなしている。

ボルトの頭部は第二部材に接触しており、ボルトのネジ部は第二部材に形成された第二貫通孔及び第二ナット半体の貫通孔を貫通しかつ第一ナット半体の雌ネジ孔と螺合している。
ボルトのネジ部の雌ネジ孔に対する螺合量を大きくすると、第一ナット半体と第二ナット半体が互いに接近する方向に相対移動する。その結果、第一部材の第一貫通孔の内部において第一ナット半体と第二ナット半体が互いに圧接する。さらに、第一ナット半体の第一フランジが第一部材の一方の面に圧接し、第二ナット半体の第二フランジが第二部材の他方の面に圧接する。さらに第二フランジに対して第二部材が圧接する。
そのため、第一部材と第二部材が互いに強固に固定される。

特開２０１３−１１９９２７号公報

しかし繊維強化樹脂製である第一部材の耐クリープ性、即ち第一ナット半体（第一フランジ）と第二ナット半体（第二フランジ）に対する限界面圧は大きくない。
そのため、第一部材と第二部材との締結力を大きくするためにボルトのネジ部の雌ネジ孔に対する螺合量を大きくし過ぎると、第一部材の第一フランジ及び第二フランジに対する接触部が塑性変形を起こすおそれがある。
仮に第一部材が塑性変形を起こすと、第一フランジ及び第二フランジと第一部材との間の圧接力が低下するため、ボルトとナットの第一部材及び第二部材に対する軸力（締付力）が低下してしまう。

そのため、特許文献１の締結構造において第一部材と第二部材とを互いに強固に締結するためには、ボルトと雌ネジ孔の螺合量を適当量にする必要がある。換言すると、第一ナット半体の第一フランジと第二半体の第二フランジが第一部材の両面に適度な大きさで圧接しかつ第二フランジに対して第二部材が適度な大きさで圧接するように、ボルトとナットの螺合量を調整する必要がある。
しかし特許文献１におけるボルトとナットの螺合量の「適当量」の範囲は大きくない。
そのため、ボルトとナットを用いて第一部材と第二部材を強固に締結するのが容易でない。

本発明は、上述した課題に対処するためになされたものである。即ち、本発明の目的の１つは、互いに隣接しかつ一方が繊維強化樹脂により構成された車両構成部品同士を強固に締結することが容易な車両構成部品同士の締結構造を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明の車両構成部品同士の締結構造は、
車両構成部品である繊維強化樹脂製の第一部材（１０）と、前記第一部材とは別体の車両構成部品である金属製の第二部材（１２）とを、前記第一部材に形成された第一貫通孔（１１）に装着した金属製のスペーサ（１５、１５’、１５’’、１５’’’）を用いながら締結する締結構造において、
前記スペーサが、
前記第一貫通孔の内周面に接触しながら前記第一貫通孔を貫通しかつ両端が開口する筒状部（１６）と、
前記筒状部の一端に固定されかつ前記第一貫通孔の外側に位置する第一フランジ（１７）と、
前記筒状部の他端に固定されかつ前記第一フランジとの間で前記第一部材を挟み込む第二フランジ（１８）と、
を一体的に備え、
前記スペーサの前記第一部材との接触面を粗面とした上で、前記接触面を前記第一部材に対して密着状態で固定し、
前記スペーサが前記第二部材と接触することにより、前記第二部材の前記第一フランジ側から前記第二フランジ側への移動を規制し、
前記第二フランジに対する相対移動が規制されたボルト（２０、３１）のネジ部（２２、３１）が、前記筒状部の内部を通り抜けて前記第二フランジ側の端部から前記筒状部の外側に突出し、
前記ネジ部の前記筒状部の外側に突出した部位に対して螺合させたナット（２３、３２）が前記第二フランジに圧接する。

本発明では、ボルトとナットが発生する軸力によって、第二部材がスペーサに対して固定されている。さらにスペーサと第一部材が互いに固定されている。
さらに、スペーサの第一部材との接触面を粗面とした上で、この接触面を第一部材に対して固着している。即ち、スペーサの当該接触面と第一部材との間においてアンカー効果を得ている。従って、スペーサの第一部材との接触面を粗面としない場合と比べて、スペーサの接触面と第一部材との間の固着力が大きくなっている。
従って、繊維強化樹脂により構成された第一部材と第二部材とをボルトとナットを利用して強固に固定できる。

さらにボルトとナットの軸力が極度に大きくならない限り、第一フランジと第二フランジの距離は不変であり、第一フランジ及び第二フランジと第一部材との間の面圧が増大することはない。さらに金属製のナット及びボルトの頭部は繊維強化樹脂製である第一部材に対して直接接触しない。従って、第一部材と第二部材との締結力を大きくするためにボルトのネジ部のナットに対する螺合量を大きくしても、繊維強化樹脂製である第一部材の第一フランジ及び第二フランジに対する接触部が塑性変形を起こすおそれは小さい。そのため、第一部材の塑性変形に起因して、ナット及びボルトの軸力（締付力）が低下するおそれは小さい。
従って、ボルトとナットの螺合量が多少大きくなっても、ボルトとナットの第一部材及び第二部材に対する軸力（締付力）が低下するおそれは小さい。換言すると、第一部材と第二部材を強固に締結可能なボルトとナットの螺合量である「適当量」の範囲が大きい。
そのため、繊維強化樹脂により構成された第一部材と第二部材とを強固に締結することが容易である。

上記説明においては、発明の理解を助けるために、実施形態に対応する発明の構成に対して、実施形態で用いた符号を括弧書きで添えているが、発明の各構成要件は、前記符号によって規定される実施形態に限定されるものではない。
本発明の他の目的、他の特徴及び付随する利点は、以下の図面を参照しつつ記述される本発明の各実施形態についての説明から容易に理解されるであろう。

本発明の一実施形態に係るスペーサの斜視図である。 スペーサの縦断面図である。 第一部材、第二部材、スペーサ、ボルト及びナットの断面図である。 スペーサの筒状部と第一部材の第一貫通孔周辺部の拡大断面図である。 第一の変形例のスペーサの斜視図である。 第一の変形例のスペーサの縦断面図である。 第二の変形例のスペーサの斜視図である。 第二の変形例のスペーサの縦断面図である。 第三の変形例のスペーサと第一部材の断面図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の一実施形態に係る車両構成部品同士の締結構造について説明する。

本締結構造は、車両のサスペンションの構成部品である第一部材１０と第二部材１２とをボルト２０及びナット２３を用いて締結するものである。本実施形態の第一部材１０はサスペンションアームであり、第二部材１２はキャリア（ナックル）である。
第一部材１０はＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）により成形された一体成形品である。第一部材１０には断面円形をなす第一貫通孔１１が形成されている。
第二部材１２は金属により成形された一体成形品である。第二部材１２には断面円形をなす第二貫通孔１３が形成されている。

金属製の一体成形品であるスペーサ１５は、円筒状をなし両端が開口する筒状部１６と、筒状部１６の両端にそれぞれ固定された第一フランジ１７及び第二フランジ１８と、を具備している。筒状部１６の内部を貫通する貫通孔の断面形状は円形であり、筒状部１６の軸線方向のいずれの位置においてもその径は一定である。図１及び図２に示すように第一フランジ１７及び第二フランジ１８は共に同径の環状である。さらに第一フランジ１７及び第二フランジ１８は、筒状部１６の軸線に対して直交する平面と平行である。また、スペーサ１５を構成する金属としては例えば鉄やＳＵＳを利用可能である。
さらにスペーサ１５の筒状部１６の外周面（図４参照）及び第一フランジ１７と第二フランジ１８の対向面（図２における第一フランジ１７の下面と第二フランジ１８の上面）には、エッチング処理により微小な凹凸１９が多数形成されている。即ち、スペーサ１５のこれらの面は、スペーサ１５の表面の他の部位よりも表面粗さが粗い粗面により構成されている。

図３に示すように、第一部材１０とスペーサ１５は一体化している。より詳細には、スペーサ１５の筒状部１６が第一部材１０の第一貫通孔１１を貫通しており、第一フランジ１７と第二フランジ１８が第一部材１０の両面に対してそれぞれ接触している。
第一部材１０は、スペーサ１５を図示を省略した成形型内に配設しながら第一部材１０の原料である樹脂材料を成形型内に射出するインサート成形によって製造される。本実施形態の第一部材１０の原料中の樹脂材料は熱硬化性樹脂である。そのため、成形型内で当該原料に対して熱を加えると、当該原料が硬化して第一部材１０を構成する。第一部材１０が成形型内で硬化した後で成形型を型開きすると、成形型の内部から図示する第一部材１０とスペーサ１５の一体物が現れる。
インサート成形された第一部材１０の第一貫通孔１１の内周面は筒状部１６の外周面に密着状態で固着しており、さらに第一部材１０の両面の第一貫通孔１１周辺部は第一フランジ１７と第二フランジ１８の対向面に対してそれぞれ密着状態で固着している。上記のように、筒状部１６の外周面及び第一フランジ１７と第二フランジ１８の対向面には多数の微小な凹凸１９が形成されている。従って、図４に示すように、第一部材１０の第一貫通孔１１の内周面及び第一部材１０の両面の第一貫通孔１１周辺部は、スペーサ１５側の凹凸１９の間に入り込んだ状態でスペーサ１５の表面に固着している。そのため、第一部材１０とスペーサ１５との間の固着力は、筒状部１６の外周面及び第一フランジ１７と第二フランジ１８の対向面に凹凸１９を形成しない場合に比べて大きい。

第二部材１２は、第二貫通孔１３が筒状部１６と同軸をなすように第一フランジ１７に接触させてある。
そして、金属製のボルト２０のネジ部２２が第二貫通孔１３及び筒状部１６の内部を貫通しており、ボルト２０の頭部２１が第二部材１２に接触している。ネジ部２２の先端部は、筒状部１６の第二フランジ１８側の端部からスペーサ１５の外側に突出している。さらにネジ部２２の第二フランジ１８側の端部には金属製のナット２３が螺合している。
そしてボルト２０とナット２３が発生する軸力（締付力）によって、頭部２１が第二部材１２に圧接しかつナット２３が第二フランジ１８に圧接している。

本実施形態の締結構造では、ボルト２０とナット２３が発生する軸力によって第二部材１２を第一フランジ１７に対して圧接することにより、第二部材１２をスペーサ１５に対して固定している。さらにスペーサ１５と第一部材１０とが互いに固定されている。
さらに、スペーサ１５の第一部材１０との接触面を多数の凹凸１９を有する粗面とした上で、この接触面を第一部材１０に対して固着している。即ち、スペーサ１５の当該接触面と第一部材１０との間においてアンカー効果を得ている。従って、スペーサ１５の第一部材１０との接触面を粗面としない場合と比べて、スペーサ１５と第一部材１０との間の固着力が大きくなっている。
従って、ＣＦＲＰ製の第一部材１０と金属製の第二部材１２とをボルト２０及びナット２３を利用して強固に固定できる。

さらにボルト２０とナット２３の軸力が極度に大きくならない限り、スペーサ１５の第一フランジ１７と第二フランジ１８との距離は不変であり、第一フランジ１７及び第二フランジ１８と第一部材１０との間の面圧が増大することはない。さらに金属製のナット２３及びボルト２０の頭部２１はＣＦＲＰ製である第一部材１０に対して直接接触していない。従って、第一部材１０と第二部材１２との締結力を大きくするためにナット２３のボルト２０のネジ部２２に対する螺合量を大きくしても、第一部材１０の第一フランジ１７及び第二フランジ１８に対する接触部が塑性変形を起こすおそれは小さい。
従って、ボルト２０とナット２３の螺合量が多少大きくなっても、ボルト２０とナット２３の第一部材１０及び第二部材１２に対する軸力が低下するおそれは小さい。換言すると、第一部材１０と第二部材１２を強固に締結可能なボルト２０とナット２３の螺合量である「適当量」の範囲が大きい。
そのため、ＣＦＲＰ製の第一部材１０と金属製の第二部材１２とを強固に締結することが容易である。

なお、ボルト２０とナット２３の螺合量を「適当量」を超えた大きさにすると、ボルト２０とナット２３の軸力によりスペーサ１５の第一フランジ１７と第二フランジ１８が互いに接近する方向に変形するおそれがある。仮に第一フランジ１７と第二フランジ１８がこのように変形すると、第一フランジ１７及び第二フランジ１８から第一部材１０の両面に対して過剰に強い圧接力が及ぶ。
しかし第一部材１０とスペーサ１５との間の固着力が大きいため、このような場合においても第一部材１０がスペーサ１５から剥離するおそれは小さい。

以上、本発明を上記実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

例えば、図５及び図６に示す第一の変形例の態様で実施してもよい。
この変形例のスペーサ１５’の筒状部１６の外周面には、第一フランジ１７と第二フランジ１８の間に位置する中間フランジ２５が突設されている。中間フランジ２５は環状でありかつ第一フランジ１７及び第二フランジ１８と平行である。但し、中間フランジ２５の外径は第一フランジ１７及び第二フランジ１８より小さい。
このスペーサ１５’に対して第一部材１０をインサート成形により一体化すると、スペーサ１５’と第一部材１０との接触面積がスペーサ１５と第一部材１０との接触面積より大きくなる。そのため、スペーサ１５’と第一部材１０との間の固着力が上記実施形態と比べて大きくなる。

また図７及び図８に示す第二の変形例の態様で実施してもよい。
この変形例のスペーサ１５’’の構造はスペーサ１５’と殆ど同じである。但し、図８に示すように、第一フランジ１７、第二フランジ１８及び中間フランジ２５と筒状部１６の外周面との間の接続箇所の断面形状がスペーサ１５’とは異なる。即ち、スペーサ１５’とスペーサ１５’’のいずれにおいても、これらの接続箇所の断面形状は略円弧形である。しかし、スペーサ１５’’の当該接続箇所の断面形状の方がスペーサ１５’と比べて曲率が小さい（曲率半径が大きい）。
そのためインサート成形により第一部材１０をスペーサ１５’’と一体化するときに、成形型内において第一部材１０の原料がこれらの接続箇所に確実に流れるようにすることが可能である。従って、第一部材１０とスペーサ１５’’とをより確実に固着させることが可能である。

図９は第三の変形例を示している。
この変形例の第一部材１０はキャリアであり、第二部材１２は金属製のボールジョイントである。
図示するようにこのスペーサ１５’’’の貫通孔の内周面は、第一フランジ１７側から第二フランジ１８側に向かうにつれて徐々に縮径するテーパ面２６によって構成されている。
さらに本変形例の第二部材１２は、軸部２９と、軸部２９の一端に固定された球体部３０と、軸部２９の他端に固定されたボルト３１と、を一体的に有する。軸部２９の外周面はテーパ面２６と同一傾斜角のテーパ面により構成されている。第二部材１２の軸部２９は第一フランジ１７側からスペーサ１５’’’の貫通孔に挿入されており、軸部２９の外周面がテーパ面２６に接触することにより、第二部材１２の第二フランジ１８側へのそれ以上の移動が規制されている。
第二部材１２のボルト３１は筒状部１６の貫通孔を通り抜けて、第二フランジ１８側の端部からスペーサ１５’’’の外側に突出している。ボルト３１には第二フランジ１８の外側に位置する金属製のナット３２が螺合されている。
そしてボルト３１とナット３２が発生する軸力（締付力）によって、第二部材１２（軸部２９）のスペーサ１５’’’（テーパ面２６）に対する第一フランジ１７側への相対移動が規制されている。即ち、第二部材１２がスペーサ１５’’’を介して第一部材１０に固定されている。
なお、第二部材１２の球体部３０には図示を省略したサスペンションの構成部品であるタイバーに形成された球体受け部（凹部）が回転可能に装着される。

第一部材１０と第二部材１２を上記以外のサスペンション部品としてもよい。例えば、第一部材１０をキャリアとし第二部材１２をハブベアリングとしてもよい。

さらに第一部材１０と第二部材１２をサスペンション部品以外の車両構成部品としてもよい。

第一部材１０をＣＦＲＰ以外の繊維強化樹脂により構成してもよい。例えばＧＦＲＰ（ガラス繊維強化プラスチック）により第一部材１０を構成してもよい。

１０・・・第一部材、１１・・・第一貫通孔、１２・・・第二部材、１３・・・第二貫通孔、１５、１５’、１５’’、１５’’’・・・スペーサ、１６・・・筒状部、１７・・・第一フランジ、１８・・・第二フランジ、１９・・・凹凸、２０・・・ボルト、２１・・・頭部、２２・・・ネジ部、２３・・・ナット、２５・・・中間フランジ、２６・・・テーパ面、２９・・・軸部、３０・・・球体部、３１・・・ボルト（ネジ部）、３２・・・ナット。

Claims (1)

1. 車両構成部品である繊維強化樹脂製の第一部材と、前記第一部材とは別体の車両構成部品である金属製の第二部材とを、前記第一部材に形成された第一貫通孔に装着した金属製のスペーサを用いながら締結する締結構造において、
   前記スペーサが、
   前記第一貫通孔の内周面に接触しながら前記第一貫通孔を貫通しかつ両端が開口する筒状部と、
   前記筒状部の一端に固定されかつ前記第一貫通孔の外側に位置する第一フランジと、
   前記筒状部の他端に固定されかつ前記第一フランジとの間で前記第一部材を挟み込む第二フランジと、
   を一体的に備え、
   前記スペーサの前記第一部材との接触面を粗面とした上で、前記接触面を前記第一部材に対して密着状態で固定し、
   前記スペーサが前記第二部材と接触することにより、前記第二部材の前記第一フランジ側から前記第二フランジ側への移動を規制し、
   前記第二フランジに対する相対移動が規制されたボルトのネジ部が、前記筒状部の内部を通り抜けて前記第二フランジ側の端部から前記筒状部の外側に突出し、
   前記ネジ部の前記筒状部の外側に突出した部位に対して螺合させたナットが前記第二フランジに圧接する、車両構成部品同士の締結構造。

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