JP5195654B2

JP5195654B2 - 取付部構造

Info

Publication number: JP5195654B2
Application number: JP2009140103A
Authority: JP
Inventors: 由貴夫両角; 訓司小川
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-06-11
Filing date: 2009-06-11
Publication date: 2013-05-08
Anticipated expiration: 2029-06-11
Also published as: JP2010286046A

Description

本発明は、炭素繊維強化プラスチックなどの繊維強化樹脂材で成形された部材に、被取付物を取り付けるための取付部構造に関する。

炭素繊維と樹脂との複合材である炭素繊維強化プラスチック（以下「ＣＦＲＰ」という場合がある）で成形され、厚み方向に所定の間隔を空けて対向配置された板材の間に、金属製のインサートナットを介在させ、各板材とインサートナットとを接着剤によって接合して成る取付部構造は、従来から知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−２１５４８９号公報

しかしながら、ＣＦＲＰで成形された板材間にインサートナットを介在させ、各板材とインサートナットとを接着剤によって接合して成る取付部構造では、そのインサートナットを介して面外荷重（板材の法線方向への荷重）が加わった（作用した）ときには、各板材に撓みが発生し、各板材と、撓みに追従しないインサートナットとの接着部が剥離するおそれがある。

そこで、本発明は、上記事情に鑑み、繊維強化樹脂材で成形された各板材と金属製のベース部材との間の接着部が、面外荷重を受けても剥離され難い取付部構造を得ることを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明に係る請求項１に記載の取付部構造は、繊維強化樹脂材で成形され、厚み方向に対向する第１板材及び第２板材と、前記第１板材側に被取付物を取り付けるために前記第１板材と前記第２板材との間に介在されるとともに、前記第１板材に形成された貫通孔に挿通されて該第１板材の表面から突出する凸部を有し、該凸部が形成された一方の端面が前記第１板材に接着接合され、他方の端面が前記第２板材に接着接合された金属製のベース部材と、繊維強化樹脂材にて周壁部を有する閉断面構造に形成され、前記第１板材と前記第２板材との間に介在されて、該第１板材及び該第２板材のそれぞれに接着接合されるとともに、前記周壁部のうち、前記第１板材と前記第２板材とをつなぐ縦壁部が前記ベース部材における前記第１板材と前記第２板材とをつなぐ壁面の一部に接着接合された補強部材と、を有することを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、繊維強化樹脂材で成形された第１板材及び第２板材の間に金属製のベース部材を介在させて接着させた取付部構造において、第１板材及び第２板材へ、ベース部材を介して面外荷重が作用しても、その第１板材及び第２板材の撓みを補強部材によって低減することができる。したがって、第１板材とベース部材との間又は第２板材とベース部材との間の接着部が剥離されるのを抑制又は防止することができる。また、第１板材の表面からベース部材の凸部が突出しているので、第１板材側に被取付物を取り付けるときの荷重が第１板材に作用しないようにすることができる。

また、本発明に係る請求項２に記載の取付部構造は、繊維強化樹脂材で成形され、厚み方向に対向する第１板材及び第２板材と、前記第１板材側に被取付物を取り付けるために前記第１板材と前記第２板材との間に介在され、前記第１板材及び前記第２板材のそれぞれに接着接合された金属製のベース部材と、繊維強化樹脂材にて周壁部を有する閉断面構造に形成され、前記第１板材と前記第２板材との間に介在されて、該第１板材及び該第２板材のそれぞれに接着接合されるとともに、前記周壁部のうち、前記第１板材と前記第２板材とをつなぐ縦壁部が前記ベース部材における前記第１板材と前記第２板材とをつなぐ壁面の一部に接着接合された補強部材と、前記第２板材を貫通して前記ベース部材に固定された固定部から前記ベース部材との間に前記第２板材を挟むように張り出されたフランジ部が前記第２板材に接着接合された固定部材と、を有することを特徴としている。

請求項２に記載の発明によれば、繊維強化樹脂材で成形された第１板材及び第２板材の間に金属製のベース部材を介在させて接着させた取付部構造において、第１板材及び第２板材へ、ベース部材を介して面外荷重が作用しても、その第１板材及び第２板材の撓みを補強部材によって低減することができる。したがって、第１板材とベース部材との間又は第２板材とベース部材との間の接着部が剥離されるのを抑制又は防止することができる。また、被取付物が取り付けられる第１板材側からベース部材が抜ける方向に面外荷重が作用しても、固定部材のフランジ部が第２板材に接着接合されているので、その固定部材によりベース部材が第１板材側から抜けるのを防止することができる。

以上のように、本発明によれば、繊維強化樹脂材で成形された各板材と金属製のベース部材との間の接着部が、面外荷重を受けても剥離され難い取付部構造を提供することができる。

本実施形態に係る取付部構造の概略断面図本実施形態に係る取付部構造の一部破断概略平面図本実施形態に係る取付部構造の変形例を示す概略断面図本実施形態に係る取付部構造の一部拡大概略断面図本実施形態に係る取付部構造のベース部材が複数設けられているときの概略断面図本実施形態に係る取付部構造のベース部材が複数設けられているときの一部破断概略平面図本実施形態に係る取付部構造のベース部材が複数設けられているときの一部破断概略平面図（Ａ）比較例に係る取付部構造の概略断面図、（Ｂ）比較例に係る取付部構造に面外荷重が加えられたときの概略断面図

以下、本発明に係る実施の形態について、図面に示す実施例を基に詳細に説明する。なお、説明の便宜上、各図において、矢印ＵＰを上方向、矢印ＤＯを下方向、矢印ＬＥを左方向、矢印ＲＩを右方向として、各部を説明することがあるが、これらの方向に特に限定されるものではない。また、本実施形態に係る取付部構造として、車両に用いられるボデー締結部構造１０を例に採る。

図１で示すように、車両に用いられるボデー締結部構造１０は、それぞれ車体（ボデー）骨格部材１２の一部を構成するように、互いに略平行に厚み方向に所定の間隔を空けて対向配置された第１板材としての第１表層部１６及び第２板材としての第２表層部１８と、これら第１表層部１６及び第２表層部１８の間に介在するように（挟まれるように）設けられたベース部材としての金属製（例えばアルミニウム合金製等）のインサートナット２０と、を含んで構成されている。

第１表層部１６及び第２表層部１８は、繊維と樹脂との複合材である繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）で構成されており、より具体的には、炭素繊維を樹脂で固めて成る炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）で構成されている。なお、後述する補強部材４０も炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）で構成されている。

また、第１表層部１６及び第２表層部１８は、一部材で成形され、例えば図示を省略した左右両側では縦壁部によって連続しており、図１で示す断面と直交する方向（図１の紙面に垂直な方向）を長手方向（図２において矢印Ｎで示す）として延在する角筒状の（閉断面構造の）構造体１４の一部を構成するようになっている。

インサートナット２０は、図２で示すように、平面視略「Ｄ」字状の外縁形状を成す本体部２２を有しており、第１表層部１６及び第２表層部１８を含む構造体１４内に、その本体部２２が挟み込まれるようにして設けられている。

そして、図１で示すように、第１表層部１６と第２表層部１８との間に挟み込まれた本体部２２の第１表層部１６側である上端面中央には、第１表層部１６に穿設された円形状の貫通孔１６Ｂから僅かに上方へ突出する（第１表層部１６の厚みよりも若干高い）円板状凸部２４が形成されており、本体部２２の第２表層部１８側である下端面中央にも、第２表層部１８に穿設された円形状の貫通孔１８Ｂから僅かに下方へ突出する（第２表層部１８の厚みよりも若干高い）円板状凸部２６が形成されている。

そして更に、その本体部２２の円板状凸部２４よりも径方向外側における環状上端面が、第１表層部１６の内面１６Ａに接着剤Ｇによって接合された（接着接合された）第１接合面２２Ａとされており、その本体部２２の円板状凸部２６よりも径方向外側における環状下端面が、第２表層部１８の内面１８Ａに接着剤Ｇによって接合された（接着接合された）第２接合面２２Ｂとされている。

また、このインサートナット２０には、円板状凸部２４及び円板状凸部２６の中心部を貫通するように、雌ネジ部２８（内周面にネジ山が設けられた貫通孔）が形成されている。そして、この雌ネジ部２８には、第１表層部１６側から取付部材としての取付ボルト３０が螺合によって取り付けられるようになっており、この取付ボルト３０によって、第１表層部１６側に、被取付物である部品Ｐが取り付けられるようになっている。

すなわち、この取付ボルト３０は、その雄ネジ部３４がインサートナット２０の雌ネジ部２８に螺合されることで、その頭部３２の下端側周縁部に形成されているフランジ部３２Ａの環状内面部３２Ｂ（雄ネジ部３４よりも径方向外側部分）と円板状凸部２４の上端面２４Ａとの間で部品Ｐを締め付ける（部品Ｐに締結荷重を作用させる）ことが可能となっており、これによって、部品Ｐが車体骨格部材１２の一部である構造体１４を構成する第１表層部１６側に締結されるようになっている。

なお、このとき、部品Ｐと第１表層部１６の外面１６Ｃとの間には、若干の隙間Ｓが形成されるようになっている。したがって、部品Ｐを取付ボルト３０によってインサートナット２０に取り付けても（締結しても）、その取付ボルト３０による締結荷重が、第１表層部１６に作用することがない構成である。

また、この雌ネジ部２８には、第２表層部１８側から固定部材としてのフランジボルト３６の雄ネジ部（固定部）３７が螺合されるようになっており、このフランジボルト３６は、頭部としてのフランジ部３８を有している。

そして、インサートナット２０の本体部２２の雌ネジ部２８に、第２表層部１８側からフランジボルト３６の雄ネジ部３７が螺合された際、その本体部２２の円板状凸部２６から径方向外側へ張り出しているフランジ部３８の環状内面部３８Ａと、第２表層部１８の外面１８Ｃとの間には、若干の隙間Ｓ（図４参照）が形成されるようになっている。

したがって、上記と同様に、フランジボルト３６をインサートナット２０に螺合しても、そのフランジボルト３６による締結荷重が、第２表層部１８に作用することがない構成である。そして、その隙間Ｓが接着剤Ｇによって埋められるとともに、その接着剤Ｇによって、フランジ部３８の環状内面部３８Ａと第２表層部１８の外面１８Ｃとが接着接合されている。

また、第１表層部１６と第２表層部１８との間には、断面形状が略「口」字状とされた（閉断面構造とされた）周壁部４２を有する補強部材４０が介在するように（挟まれるように）設けられている。すなわち、この補強部材４０は、構造体１４の長手方向（図２で示す矢印Ｎ方向）を長手方向とする略角筒状に形成されており、その補強部材４０の周壁部４２における上壁面４２Ａ及び下壁面４２Ｂは、それぞれ第１表層部１６の内面１６Ａ及び第２表層部１８の内面１８Ａに接着剤Ｇによって全面的に接合されている。

そして、その補強部材４０の周壁部４２における左側壁面（第１表層部１６と第２表層部１８とをつなぐ縦壁部）４２Ｃが、インサートナット２０の本体部２２の平面状とされた右側壁面（第１表層部１６と第２表層部１８とをつなぐ壁面）２２Ｃに接着剤Ｇによって全面的に接合されている。

また、このときのインサートナット２０の本体部２２における右側壁面２２Ｃに接着される、補強部材４０の周壁部４２における左側壁面４２Ｃの接着面積Ａは、図２の平面視で示す本体部２２の平面状とされた右側壁面２２Ｃの長さＬと、図１の断面視で示す本体部２２の高さ（＝補強部材４０の高さ）Ｈの積で求められる（Ａ＝Ｌ×Ｈ）。

そして、この接着面積Ａは、第１表層部１６及び第２表層部１８の法線方向（上下方向）で、かつ上方から下方に向かう（取付ボルト３０の軸方向下向きの）設計上の（想定される）面外荷重Ｆ（図８参照）に対して、次の式を満たすようになっている。

接着面積（Ａ）≧面外荷重（Ｆ）／接着剤Ｇの許容剪断応力（Ｔ）・・・（１）

これにより、補強部材４０（周壁部４２の左側壁面４２Ｃ）は、面外荷重Ｆを受けても、インサートナット２０の本体部２２（右側壁面２２Ｃ）から剥離されない構成である。なお、補強部材４０は、少なくとも周壁部４２の断面形状が略「口」字状になっていればよく、例えば断面形状が略「日」字状や略「目」字状になっている補強部材（図示省略）なども、本発明の構成に含まれる。

以上のような構成のボデー締結部構造（取付部構造）１０において、次にその作用について説明する。まず、初めに図８で示す比較例について説明する。図８（Ａ）で示すように、この比較例に係るボデー締結部構造１０では、上記した補強部材４０が設けられていない構成になっている。

この場合、図８（Ｂ）で示すように、その第１表層部１６及び第２表層部１８へ、インサートナット２０を介して面外荷重Ｆ（上方から下方へ向かう外力）が加えられると、第１表層部１６及び第２表層部１８は、下方へ向かって撓むが、インサートナット２０は、その撓みに追従しない。したがって、この場合は、第１表層部１６の内面１６Ａと本体部２２の第１接合面２２Ａとの間の接着部が、第１接合面２２Ａの外周縁部側から剥離する。

これに対し、本実施形態に係るボデー締結部構造１０では、図１、図２で示したように、第１表層部１６と第２表層部１８との間に、それらをつなぐ縦壁部（周壁部４２の左側壁面４２Ｃ）を備えた補強部材４０が介在するように（挟み込まれるようにして）設けられているので、第１表層部１６及び第２表層部１８へ、インサートナット２０を介して面外荷重Ｆ（上方から下方へ向かう外力）が加えられても（作用しても）、その面外荷重Ｆは第１表層部１６及び第２表層部１８によって支えることができる。したがって、第１表層部１６及び第２表層部１８の撓み変形を小さくすることができる。

また、補強部材４０の周壁部４２の外面の一部を構成する上壁面４２Ａ及び下壁面４２Ｂ並びに左側壁面４２Ｃが、それぞれ第１表層部１６の内面１６Ａ及び第２表層部１８の内面１８Ａ並びに本体部２２の右側壁面２２Ｃに接着剤Ｇによって接合されている。そして、本体部２２の右側壁面２２Ｃに接着される周壁部４２の左側壁面４２Ｃにおける接着面積Ａは、インサートナット２０を介して第１表層部１６及び第２表層部１８へ作用する面外荷重Ｆに対して、上記（１）式を満たすようになっている。

したがって、補強部材４０の縦壁部（周壁部４２の左側壁面４２Ｃ）が、インサートナット２０の本体部２２（右側壁面２２Ｃ）から剥離されることがなく、第１表層部１６及び第２表層部１８と、インサートナット２０と、補強部材４０との結合力及び剛性を向上させることができる。

よって、第１表層部１６及び第２表層部１８へ外力（面外荷重Ｆ）が作用しても、その第１表層部１６及び第２表層部１８の撓み変形を低減させることができ、第１表層部１６及び第２表層部１８とインサートナット２０との間の接着部の剥離を抑制又は防止することができる。つまり、図８（Ｂ）で示したような第１表層部１６の内面１６Ａと本体部２２の第１接合面２２Ａとの間の接着部の剥離を抑制又は防止することができる。

また、このような構成のインサートナット２０の場合、補強部材４０が接着接合されていない本体部２２の左側壁面２２Ｄの形状は自由に設計可能である。すなわち、例えば図３で示すように、本体部２２の左側壁面２２Ｄの高さ方向略中央部付近（第１接合面２２Ａ及び第２接合面２２Ｂを除く部位）に、肉盗み形状としての略台形状の切欠部２３を形成してもよく、これによれば、インサートナット２０の軽量化を図ることができる。

また、図４で示すように、部品Ｐ側からインサートナット２０が抜ける方向に（下方から上方へ）外力が加えられたとき、即ち第１表層部１６及び第２表層部１８へ、インサートナット２０を介してフランジボルト３６の軸方向上向きに面外荷重Ｆが作用したときには、フランジボルト３６のフランジ部３８の環状内面部３８Ａが、第２表層部１８の外面１８Ｃに接着剤Ｇによって接合されているので、その面外荷重Ｆをフランジ部３８から第２表層部１８へ分散させることができる。

つまり、もし仮にフランジ部３８の環状内面部３８Ａと第２表層部１８の外面１８Ｃとが接着剤Ｇによって接合されていない場合には、その環状内面部３８Ａと第２表層部１８の外面１８Ｃとの間には、若干の隙間Ｓが形成される構成であるため、フランジボルト３６の軸方向上向きの面外荷重Ｆは、第２表層部１８の内面１８Ａと第２接合面２２Ｂとの間の接着部を剥離させるように作用し、インサートナット２０が第１表層部１６と第２表層部１８との間から抜け落ちるおそれがある。

しかしながら、本実施形態に係るボデー締結部構造１０では、フランジボルト３６のフランジ部３８の環状内面部３８Ａと第２表層部１８の外面１８Ｃとの間に形成される隙間Ｓが接着剤Ｇによって埋められるとともに、その接着剤Ｇによって、フランジ部３８の環状内面部３８Ａと第２表層部１８の外面１８Ｃとが接着接合されている。

したがって、フランジボルト３６の軸方向上向きの面外荷重Ｆは、フランジ部３８を介して第２表層部１８の外面１８Ｃを上方向に押圧するように作用し、第２表層部１８の内面１８Ａと第２接合面２２Ｂとの間の接着部を剥離させようとする力が低減される。よって、第１表層部１６及び第２表層部１８の間からインサートナット２０が抜け落ちるのを防止することができる。

つまり、このフランジボルト３６は、構造体１４内からインサートナット２０が抜け落ちるのを防止する抜け止め部材にもなっている。なお、このフランジボルト３６のフランジ部３８は、中心部（雄ネジ部３７）から、曲げモーメントの小さい外周縁部３８Ｂ側（径方向外側）に行くに従って徐々に厚みが薄くなるように、その外面側が、図４で示す断面視で略テーパー形状に形成されている。これにより、フランジボルト３６の軽量化が図れるようになっている。

また、外縁形状が平面視略「Ｄ」字状とされた本体部２２を有するインサートナット２０が、構造体１４の長手方向と直交し、かつ取付ボルト３０の軸方向と直交する方向（図示の左右方向）に複数個設けられるボデー締結部構造１０の場合には、各インサートナット２０（本体部２２）の間に補強部材４０を設け、その補強部材４０に各インサートナット２０の本体部２２をそれぞれ接着接合すればよい。

すなわち、例えば図５、図６で示すように、上記インサートナット２０が２個設けられる場合には、１つの補強部材４０を挟んで左右対称となるようにインサートナット２０を配置すればよく、左側のインサートナット２０（本体部２２）の平面状とされた右側壁面２２Ｃは、周壁部４２の外面の一部を構成する左側壁面４２Ｃに接着剤Ｇによって接合し、右側のインサートナット２０（本体部２２）の平面状とされた左側壁面２２Ｄは、周壁部４２の外面の一部を構成する右側壁面４２Ｄに接着剤Ｇによって接合すればよい。

このように、１つの補強部材４０で、２個のインサートナット２０の第１表層部１６及び第２表層部１８に対する各接着部を補強することができるため、構造体１４内に設ける補強部材４０の数量（部品点数）を低減することができる。したがって、ボデー締結部構造１０における製造コストを削減することができるとともに、そのボデー締結部構造１０を含むＣＦＲＰボデーを構成するときの準備工数を低減することができる。

また、このような２個のインサートナット２０が設けられたボデー締結部構造１０に対して面外荷重Ｆ（上方から下方へ向かう外力）が加えられても、その１つの補強部材４０によって、第１表層部１６及び第２表層部１８の撓み変形を低減させることができる。したがって、この場合も、第１表層部１６の内面１６Ａと本体部２２の第１接合面２２Ａとの間の接着部が剥離されてしまうような現象を抑制又は防止することができる。

なお、図５、図６で示したインサートナット２０が、構造体１４の長手方向（図６で示す矢印Ｎ方向）に複数個設けられる場合も、上記と同様である。すなわち、例えば図７で示すように、補強部材４０の周壁部４２の右側壁面４２Ｄ側におけるインサートナット２０が、構造体１４の長手方向（図７で示す矢印Ｎ方向）に２個設けられている場合（インサートナット２０が合計で３個設けられている場合）も、左右のインサートナット２０の間に１つの補強部材４０を設け、その補強部材４０に各インサートナット２０の本体部２２をそれぞれ接着接合すればよい。

以上、説明したように、本実施形態に係る取付部構造（ボデー締結部構造１０）では、第１表層部１６及び第２表層部１８とインサートナット２０との結合力を補強部材４０によって向上させることができる。したがって、取付部構造（ボデー締結部構造１０）の剛性を向上させることができ、第１表層部１６及び第２表層部１８とインサートナット２０との間の接着部が剥離されるのを抑制又は防止することができる。

なお、本実施形態に係る取付部構造は、図示の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、適宜設計変更可能なものである。例えばインサートナット２０の本体部２２の外縁形状は、図示の平面視略「Ｄ」字状に限定されるものではなく、補強部材４０の周壁部４２の一部に接着接合可能な平面部（壁面）を少なくとも一部に有する形状とされていればよい。

また、例えば図７で示した補強部材４０の周壁部４２の左側壁面４２Ｃ側にも、インサートナット２０を構造体１４の長手方向（図７で示す矢印Ｎ方向）に２個設ける構成としてもよく、インサートナット２０の数量は、補強部材４０の長手方向の長さや取り付ける部品Ｐの形状等に応じて適宜設定可能である。

更に、被取付物である部品Ｐは、複数個取り付けられてもよく、その場合には、各インサートナット２０毎に各部品Ｐが１個ずつ取り付けられる構成としてもよいし、複数個のインサートナット２０によって各部品Ｐが１個ずつ取り付けられる構成としてもよい。また、被取付物である部品Ｐの形状は、当然ながら図示の形状に限定されるものではない。

１０ボデー締結部構造（取付部構造）
１６第１表層部（第１板材）
１８第２表層部（第２板材）
２０インサートナット（ベース部材）
２２本体部
２２Ａ第１接合面
２２Ｂ第２接合面
２２Ｃ右側壁面（壁面）
３０取付ボルト
３６フランジボルト（固定部材）
３８フランジ部
４０補強部材
４２周壁部
４２Ａ上壁面
４２Ｂ下壁面
４２Ｃ左側壁面（縦壁部）
Ｐ部品（被取付物）

Claims

繊維強化樹脂材で成形され、厚み方向に対向する第１板材及び第２板材と、
前記第１板材側に被取付物を取り付けるために前記第１板材と前記第２板材との間に介在されるとともに、前記第１板材に形成された貫通孔に挿通されて該第１板材の表面から突出する凸部を有し、該凸部が形成された一方の端面が前記第１板材に接着接合され、他方の端面が前記第２板材に接着接合された金属製のベース部材と、
繊維強化樹脂材にて周壁部を有する閉断面構造に形成され、前記第１板材と前記第２板材との間に介在されて、該第１板材及び該第２板材のそれぞれに接着接合されるとともに、前記周壁部のうち、前記第１板材と前記第２板材とをつなぐ縦壁部が前記ベース部材における前記第１板材と前記第２板材とをつなぐ壁面の一部に接着接合された補強部材と、
を有することを特徴とする取付部構造。
繊維強化樹脂材で成形され、厚み方向に対向する第１板材及び第２板材と、
前記第１板材側に被取付物を取り付けるために前記第１板材と前記第２板材との間に介在され、前記第１板材及び前記第２板材のそれぞれに接着接合された金属製のベース部材と、
繊維強化樹脂材にて周壁部を有する閉断面構造に形成され、前記第１板材と前記第２板材との間に介在されて、該第１板材及び該第２板材のそれぞれに接着接合されるとともに、前記周壁部のうち、前記第１板材と前記第２板材とをつなぐ縦壁部が前記ベース部材における前記第１板材と前記第２板材とをつなぐ壁面の一部に接着接合された補強部材と、
前記第２板材を貫通して前記ベース部材に固定された固定部から前記ベース部材との間に前記第２板材を挟むように張り出されたフランジ部が前記第２板材に接着接合された固定部材と、
を有することを特徴とする取付部構造。