JP2019203547A - 環状部材の接合構造 - Google Patents

Abstract

【課題】接合強度を向上させると共に接合構造の信頼性を向上させることができる環状部材の接合構造を提供する。【解決手段】環状部材の接合構造を、少なくとも一方の軸方向の端部に、外端面から軸方向に沿って孔が形成された大径孔部１６と、大径孔部１６の軸方向内側の端部から軸方向に沿って大径孔部１６の内径よりも小さい径の孔が形成された小径孔部１８と、を備えた段付き孔部１４が形成された第１環状部材１０と、一方の軸方向の端部が小径孔部１８に挿入される位置まで第１環状部材１０に挿入された第２環状部材２０と、第１環状部材１０の大径孔部１６と第２環状部材２０との間隙２６に充填された樹脂材４０と、第１環状部材１０の内周部１０Ｃ又は第２環状部材２０に挿入された中子の外周部に形成され、第２環状部材２０の内周部２０Ｃを支持する変形力受け部３０と、を含んで構成する。【選択図】図１

Description

本発明は、環状部材の接合構造に関する。

下記特許文献１には、軽金属製パイプと鉄製パイプとの接合構造が開示されている。当該接合構造では、一方のパイプの端部に拡径された拡管部が形成されている。他方のパイプは、端部が一方のパイプの拡管部に挿入されると共に当該端部と一方のパイプの拡管部との間隙にフィラー入り熱硬化性樹脂が充填されることにより、一方のパイプと接合されている。

特開２０１３−１５５７５７号公報

しかしながら、特許文献１に記載された接合構造では、充填された樹脂の硬化に伴う収縮により接合強度が低下する。また、金属製のパイプは、高温条件下で使用されることも多い。このため、樹脂の耐熱温度に近い高温下での使用は、接合強度の低下を招く可能性がある。さらに、このような接合構造の外部から作用する荷重に対する強度は、間隙に充填された樹脂の強度に依存する。このため、樹脂による接合だけでは接合構造の信頼性が十分に確保できない可能性がある。以上のことから、環状部材の接合構造の接合強度を向上させると共に信頼性を向上させる上で改善の余地がある。

本発明は、上記事実を考慮し、接合強度を向上させると共に接合構造の信頼性を向上させることができる環状部材の接合構造を得ることが目的である。

請求項１に記載の環状部材の接合構造は、少なくとも一方の軸方向の端部に、軸方向に沿って端面から内部へ向けて軸方向視で略円形状の孔が形成された大径孔部と、前記大径孔部に連続して前記大径孔部の内径よりも小さい内径を有しかつ軸方向視で略円形状の孔が軸方向に沿って内部へ向けて形成された小径孔部と、を含んで形成された段付き孔部が備えられた第１環状部材と、軸方向視で略環状に形成され、一方の軸方向の端部が前記第１環状部材の前記段付き孔部に前記小径孔部まで挿入された第２環状部材と、前記第１環状部材の前記大径孔部と前記第２環状部材との間隙に充填された樹脂材と、前記第１環状部材の内周部又は前記第２環状部材に挿入された中子の外周部に形成され、前記第２環状部材の内周部を支持する変形力受け部と、を含んで構成されている。

請求項１に記載の環状部材の接合構造によれば、第１環状部材の内周部又は第２環状部材に挿入された中子の外周部に、第２環状部材の内周部を支持する変形力受け部が形成されている。変形力受け部に支持された第２環状部材は、第１環状部材の大径孔部と第２環状部材との間隙に充填された樹脂材から圧力を受ける。このため、第２環状部材の変形力受け部に支持された部分は、変形力受け部を介してかしめられることにより第１環状部材に圧接される。これにより、大径孔部と第２環状部材との間隙に充填された樹脂材による接着に加えて、樹脂材から受ける圧力をかしめ力として第２環状部材を第１環状部材に圧接することができるため、第１環状部材と第２環状部材との接合強度を向上させることができる。

請求項１に記載の環状部材の接合構造によれば、樹脂材から受ける圧力をかしめ力として第２環状部材を第１環状部材に圧接することができるため、樹脂材の耐熱温度に近い高温下において接合強度を向上することができる。さらに、接合構造の外部からの荷重（例えば、曲げ荷重、引張荷重、疲労荷重のような変動荷重等）に対しても、樹脂材とかしめ力により圧接された部分の両方で荷重を受けることができるため接合強度を向上することができる。これにより、多様な使用条件に対して接合構造の接合強度を確保することができるため、第１環状部材と第２環状部材との接合構造の信頼性を向上させることができる。

請求項１に記載の環状部材の接合構造によれば、変形力受け部が第１環状部材の内周部に形成される場合は、変形力受け部により第２環状部材を支持することができるため、中子を用いることなく第１環状部材に第２環状部材を接合することができる。このため、接合時に第２環状部材が中子に食い付くことによる第２環状部材の内部の変形及び損傷が生じない。さらに、接合前の中子の第２環状部材への挿入及び接合後の中子の第２環状部材からの抜き取りといった作業が不要となるため作業工数を低減することができる。また、変形力受け部が中子の外周部に形成される場合には、第２環状部材は変形力受け部を介してかしめられることにより第１環状部材に圧接されるため、接合の際の第２環状部材の中子への食い付きを防止又は抑制することができる。このため、第１環状部材と第２環状部材の接合後に、第２環状部材の変形を防止又は抑制した上で中子を抜き取ることができる。これにより、接合後の接合強度の低下を防止又は抑制することができるため、第１環状部材と第２環状部材との接合構造の信頼性を向上させることができる。

以上説明したように、本発明に係る環状部材の接合構造は、接合強度を向上させると共に接合構造の信頼性を向上させることができるという優れた効果を有する。

本実施形態に係る環状部材の接合部分を部材の軸方向に沿って切断した断面図である。 本実施形態の第１変形例に係る環状部材の接合部分を部材の軸方向に沿って切断した断面図である。 第２実施形態に係る環状部材の接合部分を部材の軸方向に沿って切断した断面図である。 図３に示された第１環状部材と第２環状部材との接合部分の拡大図である。 第２実施形態の第１変形例に係る環状部材の接合部分を部材の軸方向に沿って切断した断面図である。 第２実施形態の第２変形例に係る環状部材の接合部分を部材の軸方向に沿って切断した断面図である。

（第１実施形態）
以下、図１及び図２を用いて、本発明の第１実施形態に係る環状部材の接合構造について説明する。以下の図において、矢印Ｌは部材の軸方向を示している。

図１には、本実施形態に係る環状部材の接合構造の一例として、インパネリインフォースメントを構成する車両用の第１環状部材１０と車両用の第２環状部材２０の接合部分を軸方向に沿って切断した断面図が示されている。パイプ状に形成されたアルミ製の第２環状部材２０は、一方の軸方向の端部である挿入側端部２０Ａがパイプ状に形成されたアルミ製の第１環状部材１０の一方の軸方向の端部である接合側端部１０Ａに挿入された状態で第１環状部材１０と接合されている。

第１環状部材１０の接合側端部１０Ａには、第１環状部材１０の軸方向に沿って第１環状部材１０の内部へ向けて段状に形成された段付き孔部１４が備えられている。段付き孔部１４は、第１環状部材１０の端面１０Ｂから第１環状部材１０の内部へ向けて軸方向視で略円形状の孔が形成された大径孔部１６と、大径孔部１６に連続して大径孔部１６よりも小さい内径を有しかつ軸方向視で略円形状の孔が第１環状部材１０の軸方向に沿って第１環状部材１０の内部へ向けて形成された小径孔部１８と、を含む段状に形成されている。小径孔部１８の内径は、第２環状部材２０の外径と略同一とされている。これにより、第２環状部材２０は、第１環状部材１０の小径孔部１８の位置まで挿入可能とされている。なお、以下の説明では、第１環状部材１０の軸方向に沿った内部側を第１環状部材１０の「軸方向内側」、第１環状部材１０の軸方向に沿った端部側を第１環状部材１０の「軸方向外側」と定義する。

段付き孔部１４の径方向内側の小径孔部１８から大径孔部１６の軸方向略中間部までの位置には、略円筒状の変形力受け部３０が第１環状部材１０の軸方向に沿って一体に形成されている。軸方向視で略円環状に形成された変形力受け部３０の外径は、第２環状部材２０の内径と略同一とされている。このため、変形力受け部３０は、第２環状部材２０に挿入可能とされている。

第１環状部材１０の小径孔部１８及び変形力受け部３０に連続する軸方向内側には、軸方向視で円環状の接続部３２が形成されている。接続部３２は、第１環状部材１０の軸方向内側へ向かうにつれて内径が連続的に大きくなるように形成されており、軸方向外側の端部では変形力受け部３０の内径と略同一とされ、軸方向内側の端部では第１環状部材１０の内周部１０Ｃの内径と略同一とされている。

小径孔部１８の内周面１８Ａと変形力受け部３０の外周面３０Ａとの間には、第１環状部材１０の軸方向外側へ向けて凹とされた溝部３４が形成されている。小径孔部１８の内周面１８Ａと変形力受け部３０の外周面３０Ａとの間隔は、第２環状部材２０の肉厚（外径と内径の差）と略同一とされている。このため、第２環状部材２０の挿入側端部２０Ａは、溝部３４に挿入可能とされている。

段付き孔部１４の大径孔部１６の内周面には、粗面処理が施された第１粗面部３６が形成されている。第１粗面部３６には、後述する樹脂材４０が浸透できる程度に微細かつ不均一に凸凹が形成されている。

第２環状部材２０の外周面のうち、第２環状部材２０が第１環状部材１０に挿入された際に大径孔部１６と対向する部分には、粗面処理が施された第２粗面部３８が形成されている。第１粗面部３６と同様に、第２粗面部３８にも、樹脂材４０が浸透できる程度に微細かつ不均一に凸凹が形成されている。

第１環状部材１０の大径孔部１６と第２環状部材２０との間隙としての間隙部２６には、射出成型により高圧で充填された熱可塑性樹脂の樹脂材４０が配置されている。溶融した状態で間隙部２６に充填された樹脂材４０は、第１粗面部３６及び第２粗面部３８に形成された凹凸に入り込んだ状態で硬化している。なお、ここでは、樹脂材４０には、熱可塑性樹脂が用いられるとして説明したが、これに限らず、熱硬化性樹脂が用いられてもよい。

なお、ここでは、第１環状部材１０及び第２環状部材２０は、アルミ製として説明したが、これに限らず、例えば、銅、鉄、ステンレス、チタン合金等の樹脂との接合が可能な他の金属が適用されてもよい。

次に、本実施形態の作用並びに効果について説明する。

本実施形態によれば、溝部３４の位置まで挿入側端部２０Ａが挿入された第２環状部材２０と第１環状部材１０の大径孔部１６との間隙部２６に、射出成型による樹脂材４０が充填される。

第２環状部材２０の外周部２０Ｂは、樹脂材４０から径方向内向きに圧力を受ける。このため、第２環状部材２０の挿入側端部２０Ａは、変形力受け部３０にかしめられることにより圧接される。また、第２環状部材２０の挿入側端部２０Ａは縮径されるため、第２環状部材２０は第１環状部材１０から抜けにくくなる。これにより、第１環状部材１０と第２環状部材２０との接合強度を向上させることができる

射出成型により高圧で間隙部２６に充填された樹脂材４０は、第１粗面部３６及び第２粗面部３８の凸凹部分まで浸透した状態で硬化する。このため、微細かつ不均一に形成された凸凹部分に浸透した樹脂材４０と第１環状部材１０及び第２環状部材２０との接合部分には、荷重を受けた場合に樹脂材４０が凸凹部分に引っ掛る、いわゆるアンカー現象が生じる。これにより、樹脂材４０による接合強度を第１粗面部３６及び第２粗面部３８を形成しない場合と比べて向上させることができる。

本実施形態によれば、間隙部２６に充填された樹脂材４０による接着に加えて、樹脂材４０から受ける圧力をかしめ力として第２環状部材２０を第１環状部材１０の変形力受け部３０に圧接することができる。これにより、第１環状部材１０と第２環状部材２０との接合強度を樹脂材４０だけを用いた接合に比べて向上させることができる。

本実施形態によれば、樹脂材４０から受ける圧力をかしめ力として第２環状部材２０の挿入側端部２０Ａを変形力受け部３０に圧接することができるため、樹脂材４０の耐熱温度に近い高温下においても接合強度を確保することができる。

また、接合構造の外部からの荷重（例えば、曲げ荷重、引張荷重、疲労荷重のような変動荷重等）に対しても、樹脂材４０とかしめ力により圧接された部分の両方で荷重を受けることができるため接合構造の強度を向上することができる。これにより、多様な使用条件に対して接合構造の接合強度を確保することができるため、第１環状部材１０と第２環状部材２０との接合構造の信頼性を向上させることができる。

本実施形態によれば、変形力受け部３０が第１環状部材１０の内周部１０Ｃ側に一体で形成されるため、中子を用いることなく第１環状部材１０と第２環状部材２０とを接合することができる。このため、接合時に第２環状部材２０が中子に食い付くことによる第２環状部材２０の内部の変形及び損傷が生じない。さらに、接合前の中子の第２環状部材２０への挿入及び接合後の中子の第２環状部材２０からの抜き取りといった作業が不要となるため作業工数を低減することができる。これにより、接合後の接合強度の低下を防止又は抑制することができるため、第１環状部材１０と第２環状部材２０との接合構造の信頼性を向上させることができる。

以上のことから、本実施形態に係る環状部材の接合構造は、接合強度を向上させると共に接合構造の信頼性を向上させることができる。

なお、ここでは、変形力受け部３０は、段付き孔部１４の径方向内側の小径孔部１８から大径孔部１６の軸方向略中間部までの位置に第１環状部材１０の軸方向に沿って形成されているとして説明したが、これに限らず、小径孔部１８の径方向内側だけに第１環状部材１０の軸方向に沿って形成されもよい。

変形力受け部が小径孔部１８の径方向内側だけに形成されている場合は、樹脂材４０から第２環状部材２０に作用する圧力の一部は、挿入側端部２０Ａの溝部３４に挿入された部分には、てこの原理により、変形力受け部の軸方向外側の端部を支点として径方向外向きに作用する。このため、第２環状部材２０の挿入側端部２０Ａは、径方向外側に変形して小径孔部１８にかしめられる。この場合においても、樹脂材４０から受ける圧力をかしめ力として第２環状部材２０の挿入側端部２０Ａを小径孔部１８に圧接することができるため、接合構造の接合強度を向上させることができる。

（第１実施形態の第１変形例）
次に、図２を用いて、本実施形態の第１変形例について説明する。なお、前述した本実施形態と同一構成部分については、同一番号を付してその説明を省略する。

図２に示されるように、第１変形例に係る変形力受け部５０の外周部の全周に亘って、径方向外側へ向けて凸となる突出部５２が形成されている。このため、挿入側端部２０Ａの突出部５２に当接される位置よりも先端側（第１環状部材１０の軸方向内側）の部分では、樹脂材４０から第２環状部材２０の外周部２０Ｂが径方向内向きに受ける圧力の一部は、てこの原理により突出部５２を支点として第２環状部材２０の径方向外向きに作用する。これにより、挿入側端部２０Ａの先端部は、小径孔部１８にかしめられることにより圧接される。

本変形例によれば、間隙部２６に充填された樹脂材４０による接着に加えて、樹脂材４０から受ける圧力をかしめ力として第２環状部材２０を第１環状部材１０の小径孔部１８に圧接することができる。これにより、第１環状部材１０と第２環状部材２０との接合強度を向上させることができる。

（第２実施形態）
以下、図３から図６を用いて、本発明の第２実施形態に係る環状部材の接合構造について説明する。なお、前述した第１実施形態と同一構成部分については、同一番号を付してその説明を省略する。

図３に示されるように、第２実施形態に係る第１環状部材６０の接合側端部６０Ａには、第１環状部材６０の軸方向内側へ向けて段状に形成された段付き孔部１４が備えられている。一方、変形力受け部７０は、接合時に第１環状部材６０と第２環状部材２０を径方向内側から支持する置き中子６４の第２環状部材２０に挿入される側の外周部６４Ａの全周に亘って形成されている。この点において第１実施形態と異なる。変形力受け部７０は、置き中子６４の径方向外側へ向けて凸となる突起状に形成されている。変形力受け部７０は、置き中子６４が第２環状部材２０に挿入された際に、径方向外側の端部が大径孔部１６の小径孔部１８側（第１環状部材６０の軸方向内側）の端部と第１環状部材６０の軸方向に略同一となる位置において第２環状部材２０の内周部２０Ｃに当接する大きさに形成されている。

図４に示されるように、第２環状部材２０の外周部２０Ｂは、射出成型により高圧で充填された樹脂材４０から径方向内向きに圧力Ｐを受ける。このため、挿入側端部２０Ａの変形力受け部７０に当接される位置よりも第２環状部材２０の内部側（第１環状部材６０の軸方向外側）の部分は、径方向内向きに変形する。これに対して、変形力受け部７０に当接される位置よりも先端側（第１環状部材６０の軸方向内側）にある挿入側端部２０Ａの先端部では、第２環状部材２０の外周部２０Ｂが樹脂材４０から径方向内向きに受ける圧力Ｐの一部は、てこの原理により、変形力受け部７０を支点として第２環状部材２０の径方向外向きに作用する。径方向外向きの力Ｆが作用した挿入側端部２０Ａの先端部は、径方向外側へ向けて変形するため、小径孔部１８にかしめられることにより圧接される。これにより、第１環状部材１０と第２環状部材２０との接合強度を向上させることができる。

本実施形態によれば、挿入側端部２０Ａの先端部は、小径孔部１８にかしめられるため、拡径するように変形する。このため、接合時に第２環状部材２０の置き中子６４への食い付きを防止又は抑制することができる。また、接合後に置き中子６４の第２環状部材２０からの引き抜きを容易にすると共に第２環状部材２０の径方向内側の変形及び損傷を防止又は抑制することができる。これにより、接合強度を確保することができるため、第１環状部材６０と第２環状部材２０との接合構造の信頼性を向上させることができる。

以上のことから、本実施形態に係る環状部材の接合構造は、接合強度を向上させると共に接合構造の信頼性を向上させることができる。

（第２実施形態の第１変形例）
次に、図５を用いて、本実施形態の第１変形例について説明する。なお、前述した本実施形態と同一構成部分については、同一番号を付してその説明を省略する。

第１変形例では、図５に示されるように、置き中子６４の変形力受け部７０の先端側（第２環状部材２０の内部側）に、軸方向視で略円環状に形成された置き駒６６が置き中子６４に対して脱着可能に取り付けられている。置き駒６６の外周側先端部６６Ａは、置き駒６６の径方向外側へ向けて尖った形状に形成されている。置き駒６６の外周側先端部６６Ａは、置き駒６６が置き中子６４に取り付けられた状態で第２環状部材２０に挿入された際に、第２環状部材２０の内周部２０Ｃに当接する大きさに形成されている。

置き駒６６を取り付けた置き中子６４が第２環状部材２０に挿入されることにより、変形力受け部７０に加えてこれよりも第２環状部材２０の内部側（第１環状部材６０の軸方向外側）の位置で第２環状部材２０を径方向内側から支持することができる。また、置き駒６６は、外周側先端部６６Ａが樹脂材４０から圧力を受けて撓んだ第２環状部材２０に突き刺さることにより内周部２０Ｃに固定される。このため、接合時に第２環状部材２０の置き中子６４への食い付きをより効果的に防止又は抑制することができる。また、接合後に置き中子６４の第２環状部材２０からの引き抜きを一層容易にすると共に第２環状部材２０の径方向内側の変形及び損傷をより効果的に防止又は抑制することができる。これにより、接合強度を確保することができるため、第１環状部材６０と第２環状部材２０との接合構造の信頼性を向上させることができる。

（第２実施形態の第２変形例）
次に、図６を用いて、本実施形態の第２変形例について説明する。なお、前述した本実施形態と同一構成部分については、同一番号を付してその説明を省略する。

第２変形例では、図６に示されるように、置き中子６４に加えて、第２環状部材２０の挿入側端部２０Ａの反対側から挿入された補助用置き中子６８が用いられる。第２環状部材２０は、置き中子６４と補助用置き中子６８の両方により内周部２０Ｃを支持される。補助用置き中子６８の外周部６８Ａには、全周に亘って帯状の支持部６８Ｂが形成されている。支持部６８Ｂは、補助用置き中子６８が第２環状部材２０に挿入された際に、第２環状部材２０の内周部２０Ｃに径方向外側部分が当接する大きさに形成されている。

補助用置き中子６８が第２環状部材２０に挿入されることにより、樹脂材４０から受ける圧力の一部を補助用置き中子６８に分散させることができる。このため、接合時に第２環状部材２０の置き中子６４への食い付きをより効果的に防止又は抑制することができる。また、接合後に置き中子６４の第２環状部材２０からの引き抜きを一層容易にすると共に第２環状部材２０の径方向内側の変形及び損傷をより効果的に防止又は抑制することができる。これにより、接合強度を確保することができるため、第１環状部材６０と第２環状部材２０との接合構造の信頼性を向上させることができる。

なお、本実施形態では、環状部材の接合構造はインパネリインフォースメント適用されているとして説明したが、これに限らず、高い剛性が必要とされる他の部分に適用されてもよい。

１０ 第１環状部材
１０Ｃ 内周部
１４ 段付き孔部
１６ 大径孔部
１８ 小径孔部
２０ 第２環状部材
２０Ｃ 内周部
２６ 間隙部（間隙）
３０ 変形力受け部
４０ 樹脂材
５０ 変形力受け部
６０ 第１環状部材
６４ 置き中子（中子）
７０ 変形力受け部

Claims (1)

1. 少なくとも一方の軸方向の端部に、軸方向に沿って端面から内部へ向けて軸方向視で略円形状の孔が形成された大径孔部と、前記大径孔部に連続して前記大径孔部の内径よりも小さい内径を有しかつ軸方向視で略円形状の孔が軸方向に沿って内部へ向けて形成された小径孔部と、を含んで形成された段付き孔部が備えられた第１環状部材と、
   軸方向視で略環状に形成され、一方の軸方向の端部が前記第１環状部材の前記段付き孔部に前記小径孔部まで挿入された第２環状部材と、
   前記第１環状部材の前記大径孔部と前記第２環状部材との間隙に充填された樹脂材と、
   前記第１環状部材の内周部又は前記第２環状部材に挿入された中子の外周部に形成され、前記第２環状部材の内周部を支持する変形力受け部と、
   を含んで構成された環状部材の接合構造。