JP5647888B2 - 樹脂部材の締結構造 - Google Patents

Description

本発明は、樹脂部材の締結構造に関し、とくに、繊維強化樹脂製の部材の締結に好適な構造に関する。

樹脂部材（繊維強化樹脂製部材も含む）を相手部材に締結する場合、締結の際の樹脂部材の変形や破損を防止するために、樹脂部材の締結用穴に金属製等の筒状カラー（フランジ付カラーを使用することもある）を挿入し、該カラー内にボルト等の締結手段を挿通して、カラーを介して締結することが多い。このようにカラーを樹脂部材に挿入した締結部においては、カラーの樹脂部材に対する回転拘束は、一般的には接着剤によっている（例えば、特許文献１，２）。

しかしこの場合、接着剤を均一に塗布することが難しく、その困難性を改善するために、斜め穴にする、くぼみを設ける、カラー外周面に溝を設ける（特許文献２）、接着剤の流路幅を調整する（特許文献１）、などの工夫も考えられるが、いずれも加工工程が複雑になる。また、このような工夫を加えたとしても、実際には接着剤が設計どおりに塗布できたかどうかは、外観からは不明である。

また、樹脂部材の穴に挿入されたカラーと樹脂部材の穴内周面との面圧が高くなりすぎると、穴内周面の寸法が変化したり、とくに繊維強化樹脂製部材の場合には穴内周面部で繊維強化樹脂製部材を構成している繊維強化樹脂層に層間剥離、それに伴う層間せん断破壊が発生したりするおそれが生じる。したがって、カラーの固定精度を確保するために、カラーを圧入する等の手法は、従来構造では採用し難い。

また、従来のフランジ付カラーによる締結部ではカラーを樹脂部材の片側から挿入するようにしており、樹脂部材の両面にはフランジ部がない形態となっている。代わりに、フランジ部がない面側には平座金など別部品の当て板を配置することが多い。このような形態においては、フランジ付カラーを樹脂部材の貫通穴に挿入するため、フランジ面の平面精度が穴精度に左右され、フランジ面の精度を出しづらい。また、平座金など別部品の当て板を配置する場合には、樹脂部材表面の平面精度が悪いため、当て板の配置精度がその影響を受けてしまい、やはり高精度を出しづらい。

特開２００７−３１５４７０号公報 特開２００７−３３２９７５号公報

そこで本発明の課題は、上記のような実情に鑑み、基本的に樹脂部材の穴とそれに挿入されるカラーとの間の接着剤を不要化し、締結部の加工工程を複雑化することなく、カラーを樹脂部材に対し確実に回転拘束でき、かつ、カラーを挿入する樹脂部材の穴の内周面に過剰な力が作用しないようにし、締結部における樹脂部材の寸法精度を維持できるとともに、樹脂部材へのダメージの発生を確実に防止できる樹脂部材の締結構造を提供することにある。

また、本発明の課題は、望ましくは、フランジ付カラーを使用する場合にあっても、フランジの平面精度を容易に高精度に保つことが可能な樹脂部材の締結構造を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る樹脂部材の締結構造は、金属ブロックを有する樹脂部材を、該樹脂部材に内挿される筒状のカラーを介して該カラーに挿通される締結手段により相手部材に締結する構造であって、カラーを金属ブロックに形成された穴に嵌合するとともに、カラーの外周面と樹脂部材に形成された穴の内周面との間に隙間を持たせ、かつ、前記カラーが、樹脂部材の両外表面側からそれぞれ樹脂部材に内挿される分割カラー部材に形成され、前記金属ブロック内に、両分割カラー部材の先端面が着座される座面部が形成されていることを特徴とするものからなる。

このような本発明に係る樹脂部材の締結構造においては、樹脂部材の締結部に金属ブロックが設けられ、この金属ブロックに形成された穴に、筒状のカラーが嵌合されて固定される。カラーは通常金属製であるから、カラーと金属ブロックとは金属同士の嵌合となり、基本的に接着剤を介することなくカラーを金属ブロックに対して固定することが可能になる。金属ブロックは樹脂部材に固定状態で設けられるので、結局、カラーは樹脂部材に対しても所定位置に固定された状態で内挿されることになり、樹脂部材に対しても接着剤を介することなく回転拘束されることになる。これら金属ブロックとカラーは周知の機械的加工手法で容易に高精度を確保可能であり、金属ブロックは樹脂部材に対して所定位置に固定されればよいから、締結部には複雑な加工工程は不要である。そして、カラーの外周面と樹脂部材に形成された穴の内周面との間に隙間を持たせてあるので、カラーの外周面が樹脂部材の穴の内周面に直接接することはなく、この間に面圧は発生しない。したがって、樹脂部材の穴の内周面に過剰な力が加わることはなく、締結部における樹脂部材の寸法精度が良好に維持されるとともに、樹脂部材へのダメージ、とくに前述したような繊維強化樹脂製部材の場合における穴内周面部での繊維強化樹脂層の層間剥離、それに伴う層間せん断破壊が発生するおそれは完全に除去される。その結果、従来構造における接着剤塗布状態の確認の困難性の問題、接着剤塗布の均一性等を改善するための複雑な加工の必要性の問題、カラーの外周面と樹脂部材の穴の内周面との間に過剰な面圧が発生するおそれがあるという問題の全てが、一挙に解消される。

また、本発明に係る樹脂部材の締結構造においては、上記金属ブロックに形成された穴に嵌合される上記カラーは、金属ブロックに形成された穴に圧入することもできる。圧入により、カラーはより強固に金属ブロックに対して固定されることになる。この場合にも、カラーの外周面と樹脂部材の穴の内周面との間には隙間が存在するので、樹脂部材の穴の内周面に過剰な力が加わることはなく、締結部における樹脂部材の寸法精度が良好に維持され、樹脂部材へのダメージも防止される。

また、本発明に係る樹脂部材の締結構造においては、上記カラーの外周面にナール（knurl）加工が施されている構造を採ることができる。カラーの外周面がナール加工によって凹凸構造に形成されることにより、カラーが金属ブロックの穴に嵌合あるいは圧入される際、外周面の凹凸構造が金属ブロックの穴内周面に食い込むことになり、カラーはより強固に金属ブロックに保持、固定される。この場合、カラーの外周面と金属ブロックの穴内周面との間には、局部的に高い面圧が発生することになるが、この場合にも、カラーの外周面と樹脂部材の穴の内周面との間には隙間が存在するので、樹脂部材の穴の内周面に過剰な力が加わることはなく、締結部における樹脂部材の良好な寸法精度、樹脂部材へのダメージの付与防止性能はそのまま維持される。

上記カラーの形態は、筒状のカラーである限りとくに限定されないが、例えば、樹脂部材の外表面上に延在するフランジを有する形態の場合、このフランジ部分を、締結相手部材との間に介装される当て金部材や、ボルト等の締結手段の頭部受け用平座金等の締結補助部として、有効に利用できる。

また、本発明に係る樹脂部材の締結構造においては、上記カラーが、樹脂部材の両外表面側からそれぞれ樹脂部材に内挿される分割カラー部材に形成され、上記金属ブロック内に、両分割カラー部材の先端面が着座される座面部が形成されている構造が採用されている。このような締結構造においては、樹脂部材に固定されている金属ブロック内に両分割カラー部材の先端面が着座される座面部が形成されているので、樹脂部材の両外表面側からそれぞれ内挿される両分割カラー部材がともに座面部によって位置決めされることになる。金属ブロック内に形成されている座面部は、機械加工により容易に高精度に仕上げられるから（つまり、金属の機械加工精度が高いことを利用できるから）、両分割カラー部材の位置決めも高精度で行われる。したがって、分割カラー部材がフランジを有する形態の場合、そのフランジの位置、姿勢（ひいては、その面精度）も高精度に決められることになり、これら締結に影響を及ぼす要因が、樹脂部材の面精度等に影響されることなく、高精度で所望の状態に決められる。

本発明における金属ブロックの樹脂部材への固定形態は、とくに限定されないが、例えば、金属ブロックが樹脂部材に包まれている形態とすることにより、金属ブロックと樹脂部材の位置関係を常に安定して所定の位置関係に固定できる。とくに、カラーが内挿される金属ブロックの穴の内周面とは反対側の金属ブロックの外面側の略全域が樹脂部材に包まれている形態とすれば、金属ブロックは樹脂部材に対し安定して所定の位置に固定、保持される。

金属ブロックを樹脂部材内の所定位置に固定するためには、金属ブロックが樹脂部材に接着されていることが好ましい。接着剤を介して固定する形態も可能であるが、前述した従来のカラー外周面に接着剤を塗布する場合と同様の問題が発生するおそれがあるので、例えば、金属ブロックが、樹脂部材の成形時に、接着用フィルムを介して樹脂部材と一体化されている構造を採用することが好ましい。このような構造では、接着用フィルムが樹脂部材の成形時に接着剤層として機能でき、所望の領域全域にわたって均一にかつ確実に両者を接着することができる。ただし、このような接着用フィルムを介することなく、樹脂部材の成形時に金属ブロックを樹脂部材に内包させ、それによって両部材の一体化構造を達成することも可能である。

本発明における樹脂部材としては、樹脂単体からなる部材を含むものであるが、とくに繊維強化樹脂からなる場合、前述したような繊維強化樹脂製部材の穴内周面部での繊維強化樹脂層の層間剥離、それに伴う層間せん断破壊が発生するおそれを除去できるので、本発明構造をとくに好適に適用できる。

また、本発明に係る樹脂部材の締結構造は、実質的にあらゆる分野に適用可能であり、とくに繰り返し荷重がかかる可能性のある部位、例えば、機械振動が加わる部位、車両用の各種締結部位（例えば、自動二輪車のシートフレームのメインフレームへの締結部位）などに好適なものである。

このように、本発明に係る樹脂部材の締結構造によれば、従来のカラー外周面に接着剤を塗布していた構造における各種問題を確実に解消でき、樹脂部材の取り付け精度の向上、所定締結状態の安定維持、締結部分における損傷のおそれ除去等をはかることができ、とくに、繊維強化樹脂製部材に対し、最適な締結構造を提供できる。

本発明の基本構成に係る樹脂部材の締結構造の断面図である。 本発明の一実施態様に係る樹脂部材の締結構造の断面図である。

以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の基本構成に係る樹脂部材の締結構造１を示している。本態様における締結構造１においては、樹脂部材２に金属ブロック３が内包され、金属ブロック３は樹脂部材２に一体的に固定されている。この固定には、前述したように、接着用フィルム（図示略）を介在させておき、樹脂部材２の成形時に該接着用フィルムを介して両者を一体化するようにしてもよい。この金属ブロック３が内包された樹脂部材２が、該樹脂部材２に内挿される筒状の金属製カラー４を介して、カラー４に挿通されるボルトからなる締結手段５により相手部材６に締結されている。この樹脂部材２としては、樹脂のみからなる部材に加え、繊維強化樹脂製部材、例えば炭素繊維強化樹脂製部材も含まれる。カラー４は、本態様では、円筒状のカラー本体部４ａとその一端部に設けられたフランジ４ｂとからなり、カラー本体部４ａが、金属ブロック３に形成された穴７に圧入により嵌合されている。このカラー本体部４ａの外周面と樹脂部材２に形成された穴８の内周面との間には、隙間９が形成されており（つまり、穴８の内径の方がカラー本体部４ａの外周面の径よりも大きく設定されており）、カラー本体部４ａの外周面と樹脂部材２の穴８の内周面とは非接触状態にある。

また、カラー４の外周面にはナール加工１０が施されており、とくに、カラー本体部４ａの外周面は、このナール加工１０が施された面を介して金属ブロック３の穴７に圧入されている。カラー４のフランジ４ｂは、樹脂部材２の一方の外面と相手部材６の外面との間に介在されており、締結の際の平座金状の当て板として機能している。締結手段５としてのボルトは、その頭部がカラー４の反フランジ側端面に圧接され、樹脂部材２の図における上面は押圧されないように構成されている。

このように構成された本発明の基本構成に係る締結構造においては、樹脂部材２の締結部に固定された金属ブロック３の穴７に、カラー４が嵌合され、カラー４は、接着剤を介することなく金属ブロック３に対して圧入により直接固定される。金属ブロック３は樹脂部材２に一体的に固定されているので、カラー４は樹脂部材２に対しても所定位置に金属ブロック３を介して固定された状態で内挿されることになる。したがって、カラー４は、樹脂部材２に対し接着剤を介した固定を行うことなく、回転拘束されることになる。また、金属ブロック３とカラー４は通常の機械加工で容易に高精度に仕上げられるから、カラー４は金属ブロック３に対して高精度に位置決め可能になり、金属ブロック３は樹脂部材２の所定箇所に固定されているから、結局、カラー４は樹脂部材２に対しても高精度に位置決め可能となる。また、金属ブロック３、カラー４の金属部材同士の圧入、嵌合であるから、金属ブロック３に対するカラー４の固定保持強度は高い。とくにナール加工１０が施されていると、極めて高いカラー４の固定保持強度が得られる。このように、接着剤を介さないカラー４の固定保持により、従来のカラー外周面に接着剤を塗布していた構造における接着剤塗布状態の確認が不要になり、接着剤塗布の均一性を改善するために複雑な加工を施したりすることも不要になる。したがって、先ず、カラー４の取り付けの容易化、取り付け精度の向上等が達成される。

さらに、カラー４のカラー本体部４ａの外周面と樹脂部材２に形成された穴８の内周面との間には隙間９を設けているので、カラー本体部４ａの外周面が樹脂部材２の穴８の内周面に直接接触することはなく、カラー４を介して樹脂部材２の穴８の内周面に過剰な力が加わることはない。締結部における樹脂部材２の寸法精度が良好に維持され、穴８の内周面に過剰な力が加わる場合に生じるおそれのある樹脂部材２へのダメージ、とくに前述したような繊維強化樹脂製部材の場合における穴内周面部での繊維強化樹脂層の層間剥離、それに伴う層間せん断破壊のおそれは完全に除去される。したがって、樹脂部材２は、望ましい状態で締結されることになる。

図２は、本発明の一実施態様に係る樹脂部材の締結構造２１を示している。本実施態様においては、図１に示した態様に比べて、カラーが、樹脂部材２の両外表面側からそれぞれ樹脂部材２に内挿され金属ブロック２３に嵌合される２つの分割カラー部材２２ａ、２２ｂに形成され、金属ブロック２３には、その内部に、両分割カラー部材２２ａ、２２ｂの先端面２５ａ、２５ｂが着座される座面２６ａ、２６ｂを図の上下各面に形成した座面部２４が設けられている。また、分割カラー部材２２ａ、２２ｂはそれぞれフランジ２７ａ、２７ｂを有する構造に構成されており、各分割カラー部材２２ａ、２２ｂの外周面には、図１に示した態様同様、ナール加工２８ａ、２８ｂが施されている。各分割カラー部材２２ａ、２２ｂの円筒状のカラー本体部２９ａ、２９ｂと樹脂部材２の穴８の内周面との間には、図１に示した態様同様、隙間９が形成されている。

このような上記実施態様に係る締結構造においては、前述の図１に示した態様同様の作用、効果に加え、樹脂部材２に固定されている金属ブロック２３に両分割カラー部材２２ａ、２２ｂの先端面２５ａ、２５ｂ着座される座面部２４が形成されているので、内挿される両分割カラー部材２２ａ、２２ｂがともに座面部２４によって効率よく位置決めされる。金属ブロック２３内の座面部２４は、機械加工により容易に高精度に仕上げられるから、両分割カラー部材２２ａ、２２ｂの高精度の位置決めが可能になる。また、図示例のように分割カラー部材２２ａ、２２ｂがフランジ２７ａ、２７ｂを有する場合、フランジ２７ａ、２７ｂの位置や面精度も高精度に決められることになり、より望ましい状態で高精度での締結が可能になる。

本発明は、樹脂部材をカラーを介して締結するあらゆる締結部に適用可能である。

１、２１ 締結構造
２ 樹脂部材
３、２３ 金属ブロック
４ カラー
４ａ、２９ａ、２９ｂ カラー本体部
４ｂ、２７ａ、２７ｂ フランジ
５ 締結手段
６ 相手部材
７ 金属ブロックの穴
８ 樹脂部材の穴
９ 隙間
１０、２８ａ、２８ｂ ナール加工
２２ａ、２２ｂ 分割カラー部材
２４ 座面部
２５ａ、２５ｂ 先端面
２６ａ、２６ｂ 座面

Claims (7)

1. 金属ブロックを有する樹脂部材を、該樹脂部材に内挿される筒状のカラーを介して該カラーに挿通される締結手段により相手部材に締結する構造であって、カラーを金属ブロックに形成された穴に嵌合するとともに、カラーの外周面と樹脂部材に形成された穴の内周面との間に隙間を持たせ、かつ、前記カラーが、樹脂部材の両外表面側からそれぞれ樹脂部材に内挿される分割カラー部材に形成され、前記金属ブロック内に、両分割カラー部材の先端面が着座される座面部が形成されていることを特徴とする樹脂部材の締結構造。
2. 前記カラーが前記金属ブロックに形成された穴に圧入されている、請求項１に記載の樹脂部材の締結構造。
3. 前記カラーの外周面にナール加工が施されている、請求項１または２に記載の樹脂部材の締結構造。
4. 前記カラーが、樹脂部材の外表面上に延在するフランジを有する、請求項１〜３のいずれかに記載の樹脂部材の締結構造。
5. 前記金属ブロックが樹脂部材に包まれている、請求項１〜４のいずれかに記載の樹脂部材の締結構造。
6. 前記金属ブロックが、樹脂部材の成形時に、接着用フィルムを介して樹脂部材と一体化されている、請求項１〜５のいずれかに記載の樹脂部材の締結構造。
7. 樹脂部材が繊維強化樹脂からなる、請求項１〜６のいずれかに記載の樹脂部材の締結構造。

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