JP4261427B2 - 樹脂製部品の締結部構造 - Google Patents

Description

本発明は樹脂製部品の締結部構造に係り、特に、被締結部材が押圧される締結受け部を有するインサート部材およびナットをインサート成形により樹脂製部品に一体的に埋設する技術に関するものである。

(a) ボルト挿通穴が設けられた締結受け部が樹脂製部品の表面に露出させられ且つ一部がその樹脂製部品に埋設されるように、インサート成形によりその樹脂製部品に一体的に設けられるインサート部材と、(b) 前記締結受け部の裏側であって前記ボルト挿通穴に対応する部分に配設され、前記インサート部材と共にインサート成形により前記樹脂製部品に埋設されるナットと、を有し、(c) 締付ボルトが前記ナットに螺合されることにより、所定の被締結部材がその締付ボルトにより前記締結受け部との間で挟圧されて一体的に固定される樹脂製部品の締結部構造が知られている。特許文献１に記載の電気装置の樹脂製ケースはその一例で、図６に示すように、樹脂製ケース１０の側壁１０ａに設けられた締結部１２には、導電性部材１４の接続端子１６が表面と平行となる姿勢で側壁１０ａの外部に露出させられているとともに、その接続端子１６には蓋部２４を有する袋付きナット２２が圧入突部２６を介して一体的に固定されて側壁１０ａ内に埋設されており、その袋付きナット２２に締付ボルト２０が螺合されることにより、外部電極１８が接続端子１６との間で挟圧されて電気的に接続されるようになっている。導電性部材１４はインサート部材に相当するとともに、接続端子１６は締結受け部に相当し、外部電極１８は被締結部材に相当する。また、特許文献２には、袋付きナットの代わりに樹脂製のナットカバーを用いてナットを位置決めしたり、ナットのねじ穴内への合成樹脂材料の侵入を防止したりする技術が記載されている。

特開２００４−１０６４６８号公報 特開平９−６９６０３号公報

しかしながら、このような従来の締結部構造においては、ナットに抜き方向の力が作用した場合に、インサート部材の締結受け部がナットと共に樹脂製部品から剥離して離脱する可能性があった。すなわち、前記図６において袋付きナット２２や接続端子１６は単に側壁１０ａの合成樹脂の接着作用で固着されているだけであるため、例えば外部電極１８に矢印Ａで示すように右方向の力が加えられると、それ等の袋付きナット２２および接続端子１６と側壁１０ａとの接着が剥がれて、接続端子１６が右方向へ曲げ変形する可能性があった。

本発明は以上の事情を背景として為されたもので、その目的とするところは、インサート成形により樹脂製部品に一体的に固設されるインサート部材やナットが、ナットの軸方向に外力が作用して樹脂製部品から離脱することを防止することにある。

かかる目的を達成するために、第１発明は、(a) ボルト挿通穴が設けられた締結受け部が樹脂製部品の表面に露出させられ且つ一部がその樹脂製部品に埋設されるように、インサート成形によりその樹脂製部品に一体的に設けられるインサート部材と、(b) 前記締結受け部の裏側であって前記ボルト挿通穴に対応する部分に配設され、前記インサート部材と共にインサート成形により前記樹脂製部品に埋設されるナットと、を有し、(c) 締付ボルトが前記ナットに螺合されることにより、所定の被締結部材がその締付ボルトにより前記締結受け部との間で挟圧されて一体的に固定される樹脂製部品の締結部構造において、(d) 前記ナットの外周面には、軸心と平行な断面において径寸法が変化している抜止め用係合部が設けられ、前記樹脂製部品との噛合いによってそのナットが軸方向へ抜け出すことが防止される一方、(e) そのナットは、ねじ穴が軸方向に貫通して設けられているもので、(f) そのナットの前記締結受け部と反対側の端部には樹脂製キャップが装着され、前記樹脂製部品を構成する合成樹脂材料が前記ねじ穴内へ侵入することを防止しているとともに、(g) その樹脂製キャップには、前記ナットに対する装着方向と反対方向へ突き出し、前記インサート成形の際に成形金型に当接させられるとともに所定量だけ変形させられることにより、その樹脂製キャップと共に前記ナットをその成形金型の所定位置に押圧して位置決めする係合突起が設けられていることを特徴とする。

第２発明は、第１発明の樹脂製部品の締結部構造において、(a) 前記樹脂製キャップは、前記ナットに装着される際にそのナットの端面に当接させられる着座部を備えており、(b) 前記係合突起は、前記樹脂製キャップの中心線Ｏを中心とする一円周上であって前記着座部と一致する部分に複数設けられていることを特徴とする。
第３発明は、第１発明または第２発明の樹脂製部品の締結部構造において、前記ナットと前記インサート部材は分離しており、前記インサート成形の際に前記係合突起が成形金型に当接させられるとともに所定量だけ変形させられることにより、そのナットがそのインサート部材の締結受け部に押圧され、前記合成樹脂材料がそれ等のナットと締結受け部との間から前記ねじ穴内に侵入することが防止されることを特徴とする。

このような樹脂製部品の締結部構造においては、ナットの外周面に抜止め用係合部が設けられ、樹脂製部品との噛合いによってナットが軸方向へ抜け出すことが防止されるため、締付ボルトによって締結受け部に固定される被締結部材にナットの抜き方向の外力が加えられても、そのナットや締結受け部が樹脂製部品から剥離して変形したり離脱したりする恐れがない。

また、ナットに樹脂製キャップが装着され、合成樹脂材料がねじ穴内へ侵入することが防止されるとともに、その樹脂製キャップには係合突起が設けられ、インサート成形の際に成形金型に当接させられるとともに所定量だけ変形させられることにより、樹脂製キャップと共にナットを成形金型の所定位置に押圧して位置決めするため、ナットを高い位置精度で樹脂製部品に埋設することができる。特に、係合突起が所定量だけ変形させられるようになっているため、寸法誤差などで成形金型との間に隙間が生じて位置決め不能となったり、逆に過大な当接荷重によって樹脂製キャップが破損したりすることを回避しつつ、確実に成形金型に当接してナットを位置決めすることができる。更に、ナットとインサート部材とが分離している場合でも、係合突起と成形金型との当接でナットがインサート部材の締結受け部に押圧されることにより、それ等の間から合成樹脂材料がねじ穴内に侵入することが良好に防止される。また、樹脂製部品と同一若しくは同じ系統の樹脂材料から成る樹脂製キャップを採用すれば、樹脂製部品と一体化して高い固着強度が得られるとともに、長期の使用においても膨張係数の相違などで剥離したりクラックが発生したりすることが防止され、優れた耐久性が得られる。

本発明は、例えばＤＣ−ＤＣコンバータ、インバータ等の電力を変換する装置など、電圧若しくは電流値が比較的高く、特に電力を供給する電気装置のケース（樹脂製部品）に設けられた接続端子に対して、外部電源などに接続された外部電極を接続する締結部構造に好適に適用されるが、比較的微弱な電気信号などを送受信するだけでも良いし、通電以外の締結部構造にも適用され得る。

樹脂製部品は、電気伝導度が低い絶縁性の合成樹脂材料、例えばＰＰＳ（ポリフェニレンサルファンド）やＰＰＳアロイなどが好適に用いられ、射出成形によって成形することが望ましく、ガラス繊維などの強化材料を混ぜた複合強化樹脂が好適に用いられるが、他の合成樹脂材料を採用することもできる。締結受け部を有するインサート部材については、例えば電気伝導度が高い金属材料が用いられる。

ナットの外周形状は、樹脂製部品との係合によって回止め作用が得られる六角形や四角形等の角形状が望ましいが、楕円形状等の他の異形断面としても良いし、真円形状の外周面にセレーションや噛合い歯等の凹凸を設けて回止めすることもできる。樹脂製キャップもナットと同様に角形状や楕円形状としたり、セレーション等の凹凸を設けたりして回止めすることが望ましい。

ナットの外周面に設けられる抜止め用係合部は、例えばナットの全周に設けられる環状溝や周方向の一部に設けられる凹所等の抜止め用凹部が適当で、インサート成形の際に樹脂製部品を構成する合成樹脂材料がその抜止め用凹部内に侵入して固化することにより、軸方向において樹脂製部品と噛み合わされるが、外周側へ突き出すフランジ状や放射状の抜止め用凸部を採用することもできる。周方向の一部に抜止め用係合部を設けた場合には、回止め作用も得られる。

上記ナットの締結受け部側に、前記ボルト挿通穴内に圧入固定される圧入突部を設けることにより、インサート成形時におけるナットと締結受け部との位置ずれを防止するとともに、それ等のナットと締結受け部との間から合成樹脂材料が侵入することを防止することができる。

樹脂製キャップには、成形金型に当接して変形させられる係合突起が設けられているが、この係合突起の突出寸法は、例えば各部の寸法誤差に拘らず確実に成形金型に当接させられる必要最小限の寸法が望ましい。また、成形金型に当接した時に係合突起のみが変形するように、この係合突起は、例えばナットの端面に密着する着座部など、十分な強度が得られる部分に立設される。

上記樹脂製キャップは、自身の弾性でナットに嵌合固定されるように構成することが望ましく、例えばナットの外周側に嵌合される側壁部に開口側から軸心と平行にスリットを設けて、その開口側を外側へ弾性変形可能とすることが望ましい。ナットが角形状の場合には、その外側に嵌合されるようにナットと相似の角筒形状の側壁部を設けるとともに、その側壁部の角部などにスリットを設けて弾性変形可能とすれば良い。

上記樹脂製キャップの側壁部は、ナットの外周面を軸方向に完全に覆蓋するものではなく、少なくとも前記抜止め用係合部が露出して樹脂製部品と噛み合うことを許容するように構成される。例えば、樹脂製キャップはナットの軸方向の中間位置まで覆蓋するように構成され、その樹脂製キャップよりも先に突き出している部分に前記抜止め用係合部が設けられる。

以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１は、前記図６の樹脂製ケース１０の締結部構造に本発明が適用された場合の一例を示す図で、樹脂製ケース１０は、自動車に搭載されるＤＣ−ＤＣコンバータ、インバータ等の電力変換装置のケースであり、電気伝導度が低い絶縁性の合成樹脂材料、具体的にはＰＰＳ（ポリフェニレンサルファンド）にガラス繊維が混ぜられたＰＰＳ繊維強化樹脂にて構成されている。締結部２８は、前記締結部１２と同様に外部電源（バッテリなど）に接続された外部電極１８を締付ボルト２０により接続端子１６に締結して電気的に接続するためのもので、接続端子１６および外部電極１８は、それぞれ締結中心線Ｓに対して直角な平坦な板形状を成しているとともに、締付ボルト２０が挿通させられるボルト挿通穴１６ｈ、１８ｈがそれぞれ設けられている。なお、図１の(a) は、外部電極１８が接続された状態で、図１の(b) は外部電極１８を接続する前の状態である。

上記導電性部材１４は、接続端子１６が樹脂製ケース１０の側壁１０ａの外側表面に露出させられ且つ一部が樹脂製ケース１０に埋設されるように、インサート成形により樹脂製ケース１０の成形と同時にその樹脂製ケース１０に一体的に固定されている。また、接続端子１６の裏側であってボルト挿通穴１６ｈに対応する部分にはナット３０が配設され、上記導電性部材１４と共にインサート成形されて樹脂製ケース１０の側壁１０ａ内に一体的に埋設されている。ナット３０は、外周形状が六角形状を成しているとともに、ねじ穴３２が軸方向に貫通して設けられているもので、一方の開口部には円筒形状の圧入突部３４が一体に突設されており、図２の(a) に示すように、インサート成形に先立ってその圧入突部３４がボルト挿通穴１６ｈの内周面に密着するように圧入されて、接続端子１６に一体的に固定される。これにより、インサート成形時におけるナット３０と接続端子１６との位置ずれが防止されるとともに、それ等のナット３０と接続端子１６との間からねじ穴３２内に合成樹脂材料が侵入することが防止される。

また、ナット３０の圧入突部３４側の端部には、六角形の外周部が円筒形状に除去された形状の小径部が設けられ、接続端子１６との間に環状溝３６が形成されるようになっており、図２の(c) に示すようにインサート成形により樹脂製ケース１０を成形する際に、その合成樹脂材料が環状溝３６内に侵入して固化することにより、内向の環状突起３８が一体に設けられて環状溝３６と噛み合わされるようになっている。ナット３０のうち環状溝３６を形成する小径部は、抜止め用係合部に相当する。

上記ナット３０の圧入突部３４と反対側の端部には、図２の(b) に示すように、インサート成形に先立って樹脂製キャップ４０が装着され、ナット３０に対して相対回転不能に嵌合されるとともにねじ穴３２を塞ぐようになっている。この樹脂製キャップ４０は、前記樹脂製ケース１０と同じＰＰＳ繊維強化樹脂にて構成されているとともに、図３に示すように、半球（ドーム）形状の蓋部４２と、その蓋部４２の開口側に連続して設けられた側壁部４４と、中心線Ｏと平行に蓋部４２に立設された複数（実施例では３本）の係合突起４６とを一体に備えている。中心線Ｏは、樹脂製キャップ４０がナット３０と共に締結部２８に一体的に埋設された状態において前記締結中心線Ｓと略一致する。

図３の(a) はキャップの上側から見た平面図で、(b) は側面図、(c) は底面図、(d) は(a) におけるＤ−Ｄ断面図、(e) は(d) におけるＥ部の拡大図であり、側壁部４４は、六角形状のナット３０の外周側に嵌合されるように、全体としてナット３０と相似の六角筒形状を成しているとともに、六角形の角部には、それぞれ開口側（図３(d) における下側）から中心線Ｏと平行にスリット４８が設けられて６分割されている。これにより、それ等の側壁部４４は、その開口側を外側へ弾性変形させることが可能で、開口側からナット３０に押圧されることにより、自身の弾性で僅かに拡開してナット３０に対して相対回転不能に一体的に嵌合固定される。６分割された側壁部４４の先端の内側には、それぞれ比較的大きなＲ面取りが施されており、ナット３０との係合により外側へ拡開して容易に嵌合できるようになっている。なお、ナット３０に嵌合された状態においては、各側壁部４４はそれぞれ弾性的にナット３０の外周面（平坦面）に略密着させられる。

上記樹脂製キャップ４０の蓋部４２と側壁部４４との接続部分には着座部５０が設けられ、その着座部５０の内面がナット３０の端面に当接させられることにより、樹脂製キャップ４０の装着状態（嵌合深さ）が規定される。図２の(b) は、このように着座部５０がナット３０に当接するように樹脂製キャップ４０が装着された状態で、ナット３０のねじ穴３２の開口が着座部５０および蓋部４２によって完全に塞がれ、図２の(c) に示すようにインサート成形により樹脂製ケース１０を成形する際に、その合成樹脂材料が樹脂製キャップ４０内に侵入することが防止される。また、上記装着状態において、側壁部４４はナット３０の小径部（環状溝３６）を残して覆蓋するように、その長さ寸法が定められており、環状溝３６内に合成樹脂材料が侵入して前記環状突起３８が形成されることが許容される。

また、予め導電性部材１４の接続端子１６に圧入固定されたナット３０に対して樹脂製キャップ４０が一体的に嵌合固定されることにより、大きな外力が加えられない限りそれ等が一体化された状態に維持されるため、その後の取り扱いが容易になり、例えば樹脂製ケース１０をインサート成形する成形金型内の所定位置へ配置する際の作業性が向上する。また、樹脂製キャップ４０の側壁部４４は全体として六角筒形状を成しているとともに、その角部に設けられたスリット４８の存在により、樹脂製ケース１０に対して締結中心線Ｓまわりの相対回転不能に係合させられる一方、ナット３０はその六角筒形状の側壁部４４に相対回転不能に嵌合されているため、そのナット３０に前記締付ボルト２０を確実に締め付けて外部電極１８を締結部２８に固定することができる。

一方、前記３本の係合突起４６は、中心線Ｏを中心とする一円周上であって前記着座部５０と一致する部分に、等角度間隔（１２０°間隔）で、側壁部４４と反対方向へ突き出すように中心線Ｏと平行に立設されている。この係合突起４６の突出寸法は何れも同じで、図２の(c) に示すように、左右方向から一対の成形金型を相対的に接近させて型閉めし、樹脂製ケース１０をインサート成形する際に、その先端部が確実に左側の成形金型の成形面に当接させられるように、各部の寸法誤差を考慮して成形金型に当接可能な必要最小限の寸法とされ、通常は成形金型に当接して所定量だけ変形させられる。

インサート成形の際に係合突起４６が成形金型に当接させられることにより、樹脂製キャップ４０と共にナット３０や、そのナット３０が圧入固定された導電性部材１４が、成形金型の所定位置に押圧されて位置決めされ、それ等のナット３０、導電性部材１４が高い位置精度で樹脂製ケース１０に一体的に固設される。特に、係合突起４６は中心線Ｏまわりに３本設けられているため、樹脂製キャップ４０等の位置決め姿勢が安定し、一層高い位置精度が得られるとともに、樹脂製キャップ４０の着座部５０によってねじ穴３２が確実に閉塞され、インサート成形時の合成樹脂材料の侵入が良好に防止される。また、係合突起４６は着座部５０に立設されているため、成形金型との当接で押圧されても、その押圧荷重は着座部５０からナット３０、接続端子１６、更に反対側の成形金型に伝達されて受け止められ、係合突起４６のみが弾性変形或いは塑性変形（先端の潰れなど）させられるだけで、樹脂製キャップ４０の蓋部４２等が破損する恐れはない。

このような本実施例の樹脂製ケース１０の締結部２８においては、ナット３０の外周面に抜止め用係合部として小径部（環状溝３６）が設けられ、その環状溝３６内に合成樹脂材料が侵入して側壁１０ａに一体に形成される環状突起３８と噛み合わされるため、ナット３０が側壁１０ａに対して軸方向すなわち締結中心線Ｓと平行な方向へ相対移動する恐れがない。これにより、例えば外部電極１８に矢印Ａ（図１(a) 参照）で示す右方向の力が加えられても、ナット３０や接続端子１６が側壁１０ａから剥離して離脱したり接続端子１６が変形したりすることが防止される。

また、ナット３０に樹脂製キャップ４０が装着され、合成樹脂材料がねじ穴３２内へ侵入することが防止されるとともに、その樹脂製キャップ４０には係合突起４６が設けられ、インサート成形の際に成形金型に当接させられることにより、樹脂製キャップ４０と共にナット３０や接続端子１６を成形金型の所定位置に押圧して位置決めするため、それ等のナット３０や接続端子１６を高い位置精度で側壁１０ａの所定位置に固設することができる。

また、上記係合突起４６は、各部の寸法誤差に拘らず確実に成形金型に当接させられるように長さ寸法が定められ、通常はその当接で所定量だけ変形させられるようになっているため、寸法誤差などで成形金型との間に隙間が生じて位置決め不能となったり、逆に過大な当接荷重によって樹脂製キャップ４０が破損したりすることを回避しつつ、確実に成形金型に当接してナット３０等を位置決めすることができる。

また、樹脂製キャップ４０は樹脂製ケース１０と同じ合成樹脂材料にて構成されているため、樹脂製ケース１０のインサート成形時に樹脂製キャップ４０の表面が軟化乃至は溶融することにより、樹脂製ケース１０と一体化して高い固着強度が得られるとともに、長期の使用においても膨張係数の相違などで剥離したりクラックが発生したりすることが防止され、優れた耐久性が得られる。

次に、本発明の他の実施例を説明する。なお、以下の実施例において前記実施例と実質的に共通する部分には同一の符号を付して詳しい説明を省略する。

図４の締結部６０は、前記実施例に比較してナット６２が圧入突部を備えていない点が相違する。したがって、樹脂製ケース１０をインサート成形する前にはナット６２が接続端子１６に固定されておらず、インサート成形時にナット６２を接続端子１６に位置決めする必要があるが、そのナット６２に予め装着された樹脂製キャップ４０の係合突起４６が成形金型に当接させられることにより、樹脂製キャップ４０を介してナット３０が接続端子１６に押圧され、ボルト挿通穴１６ｈと略同心に高い精度で位置決めされる。また、ナット３０と接続端子１６とが分離しているため、それ等の隙間から合成樹脂材料がねじ穴３２内に侵入する可能性があるが、係合突起４６と成形金型との当接によりナット３０が接続端子１６に押圧されるため、そのような合成樹脂材料の侵入も良好に防止される。

図５の締結部７０は、前記実施例に比較して樹脂製キャップ７２が相違する。すなわち、この実施例では、蓋部４２の中心に単一の係合突起７４が設けられて、成形金型に当接させられるとともに、各部の寸法のばらつきに応じて先端が所定量だけ潰されるようになっている。この場合も、インサート成形の際に係合突起７４が成形金型に当接させられることにより、樹脂製キャップ７２と共にナット３０や接続端子１６を成形金型の所定位置に押圧して位置決めするため、それ等のナット３０や接続端子１６を高い位置精度で側壁１０ａの所定位置に固設することができる。

以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、これ等はあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更，改良を加えた態様で実施することができる。

本発明の一実施例である締結部構造を示す断面図で、(a) は被締結部材が締結受け部に固定された状態、(b) は固定される前の状態である。 図１の締結部の製造工程を説明する図である。 図１の実施例においてナットに装着される樹脂製キャップの形状を具体的に示す図である。 本発明の別の実施例を示す図で、図１の(a) に相当する断面図である。 本発明の更に別の実施例を示す図で、図１の(a) に相当する断面図である。 従来の締結部構造の一例を説明する図で、図１の(a) に相当する断面図である。

符号の説明

１０：樹脂製ケース（樹脂製部品） １４：導電性部材（インサート部材） １６：接続端子（締結受け部） １８：外部電極（被締結部材） ２０：締付ボルト ２８、６０、７０：締結部 ３０、６２：ナット ３２：ねじ穴 ３６：環状溝（抜止め用係合部） ４０、７２：樹脂製キャップ ４６、７４：係合突起 ５０：着座部 Ｏ：樹脂製キャップの中心線

Claims (3)

1. ボルト挿通穴が設けられた締結受け部が樹脂製部品の表面に露出させられ且つ一部が該樹脂製部品に埋設されるように、インサート成形により該樹脂製部品に一体的に設けられるインサート部材と、
   前記締結受け部の裏側であって前記ボルト挿通穴に対応する部分に配設され、前記インサート部材と共にインサート成形により前記樹脂製部品に埋設されるナットと、
   を有し、締付ボルトが前記ナットに螺合されることにより、所定の被締結部材が該締付ボルトにより前記締結受け部との間で挟圧されて一体的に固定される樹脂製部品の締結部構造において、
   前記ナットの外周面には、軸心と平行な断面において径寸法が変化している抜止め用係合部が設けられ、前記樹脂製部品との噛合いによって該ナットが軸方向へ抜け出すことが防止される一方、
   該ナットは、ねじ穴が軸方向に貫通して設けられているもので、
   該ナットの前記締結受け部と反対側の端部には樹脂製キャップが装着され、前記樹脂製部品を構成する合成樹脂材料が前記ねじ穴内へ侵入することを防止しているとともに、
   該樹脂製キャップには、前記ナットに対する装着方向と反対方向へ突き出し、前記インサート成形の際に成形金型に当接させられるとともに所定量だけ変形させられることにより、該樹脂製キャップと共に前記ナットを該成形金型の所定位置に押圧して位置決めする係合突起が設けられている
   ことを特徴とする樹脂製部品の締結部構造。
2. 前記樹脂製キャップは、前記ナットに装着される際に該ナットの端面に当接させられる着座部を備えており、
   前記係合突起は、前記樹脂製キャップの中心線Ｏを中心とする一円周上であって前記着座部と一致する部分に複数設けられている
   ことを特徴とする請求項１に記載の樹脂製部品の締結部構造。
3. 前記ナットと前記インサート部材は分離しており、前記インサート成形の際に前記係合突起が成形金型に当接させられるとともに所定量だけ変形させられることにより、該ナットが該インサート部材の締結受け部に押圧され、前記合成樹脂材料が該ナットと該締結受け部との間から前記ねじ穴内に侵入することが防止される
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の樹脂製部品の締結部構造。

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