JP6380070B2

JP6380070B2 - 樹脂部材の締結構造

Info

Publication number: JP6380070B2
Application number: JP2014250682A
Authority: JP
Inventors: 直樹金内
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2014-12-11
Filing date: 2014-12-11
Publication date: 2018-08-29
Anticipated expiration: 2034-12-11
Also published as: JP2016114080A

Description

本発明は、樹脂部材の締結構造に関する。

特許文献１には、二つの樹脂部材を段付きボルトによって共締めして取り付ける樹脂部材の取付部構造に関する技術が開示されている（特許文献１参照）。

ここで、段付きボルトの軸力を確保するために、段付きボルトの段付部が樹脂部材に埋め込まれたインサートナットに当接させる必要がある。よって、段付きボルトの段付部が挿通する側の樹脂部材の厚みは、段付部の高さ以下にする必要がある。

しかし、段付きボルトの段付部の高さの寸法公差（ばらつき）と段付部が挿通する側の樹脂部材の厚みの寸法公差（ばらつき）との関係で、二つの樹脂部材の締結面の隙間が大きくなりガタツキが大きくなる場合がある。よって、二つの樹脂部材を安定して締結することに関して改善の余地がある。

なお、その他関連する技術が特許文献２及び特許文献３に開示されている。

特開２００３−１８１９３８号公報特開平１１−１８０２６５号公報特開２０１３−２２１５９７号公報

本発明は、上記事実を考慮し、二つ樹脂部材を締結した際のガタツキを防止又は抑制することが可能な樹脂部材の締結構造を提供することが目的である。

請求項１の樹脂部材の締結構造は、貫通孔が形成された第一樹脂部材と、前記第一樹脂部材に重ねられ、インサートナットが埋め込まれた第二樹脂部材と、前記第一樹脂部材の前記貫通孔よりも径が大きい頭部と、前記頭部から延出され前記第一樹脂部材の前記貫通孔に挿通された段付部と、前記段付部から延出され前記第二樹脂部材に埋め込まれた前記インサートナットに螺合した雄螺旋部と、を有し、前記第一樹脂部材と前記第二樹脂部材とを締結する締結具と、前記第一樹脂部材及び前記第二樹脂部材の圧縮強度の高い方の締結面に形成されたリブと、を備え、前記締結具の前記段付部の高さがＸであり、前記段付部の高さの寸法公差が±αであり、前記第一樹脂部材の締結部位の厚みの寸法公差の絶対値がβである場合、前記第一樹脂部材の締結部位の厚みの最大値をＸ−αに設定し、厚みの最小値をＸ−α−βに設定し、前記リブのリブ高さを２α＋β以上に設定している。

請求項１の樹脂部材の締結構造では、第一樹脂部材と締結面と第二樹脂部材の締結面との隙間が大きい場合は、リブによって第一樹脂部材と締結面と第二樹脂部材の締結面とのガタツキが防止又は抑制される。

また、第一樹脂部材と締結面と第二樹脂部材の締結面との隙間が小さい場合は、第一樹脂部材及び第二樹脂部材の圧縮強度の高い方の締結面に形成されたリブが、第一樹脂部材及び第二樹脂部材の圧縮強度の低い方の締結面に食い込む。よって、第一樹脂部材と締結面と第二樹脂部材の締結面とのガタツキが防止される。

したがって、第一樹脂部材と第二樹脂部材とを締結した際のガタツキが防止又は抑制され、安定して締結される。

また、締結具の段付部が最大高さＸ＋αで、第一樹脂部材の締結部位の厚みが最小値Ｘ−α−βの組み合わせの場合は、第一樹脂部材の締結部位の締結面と第二樹脂部材の締結部位の締結面との隙間は{（Ｘ＋α）−（Ｘ−α−β）}、つまり最大隙間２α＋βとなる。しかし、最大隙間２α＋βが発生しても、リブのリブ高さが２α＋β以上であるので、リブが第一樹脂部材の締結面又は第二樹脂部材の締結面に当接又は食い込む。よって、第一樹脂部材と第二樹脂部材とのガタツキが防止される。

第一樹脂部材の締結面と第二樹脂部材の締結面との隙間が最大隙間２α＋βよりも小さい場合は、リブが第一樹脂部材又は第二樹脂部材の締結面に食い込む。

また、締結具の段付部が最小高さＸ−αで、第一樹脂部材の締結部位の厚みが最大値Ｘ−αの組み合わせの場合は、第一樹脂部材の締結面と第二樹脂部材の締結面との隙間が０となる。よって、第一樹脂部材の締結面と第二樹脂部材の締結面とが当接すると共にリブが第一樹脂部材又は第二樹脂部材に全て食い込む。

したがって、第一樹脂部材と第二樹脂部材とを締結した際のガタツキが防止され、安定して締結される。
請求項２の発明は、前記締結具の最低取り付けトルクの軸力をＡ（Ｎ）とし、前記第一樹脂部材及び前記第二樹脂部材の圧縮強度の低い方をＢ（Ｎ／ｍｍ ^２）とした場合、前記リブの当接面の合計面積は、Ａ／Ｂ（ｍｍ ^２）以下となるように設定されている、請求項１に記載の締結構造である。

請求項１に記載の発明によれば、二つ樹脂部材を締結した際のガタツキを防止することができる。

請求項２に記載の発明によれば、二つ樹脂部材を締結した際のガタツキを防止することができる。

本発明の一実施形態の締結構造で締結された第一樹脂部材の締結面と第二樹脂部材の締結面との間に最大隙間が発生した場合の締結状態を示す締結方向に沿った断面図である。本発明の一実施形態の締結構造で締結された第一樹脂部材の締結面と第二樹脂部材の締結面とが当接した場合の締結状態を示す締結方向に沿った断面図である。第一樹脂部品の締結面の平面図である。第一樹脂部材の板厚、段付きボルトの段付部の段高さ、及びリブのリブ高さの設計寸法及び寸法公差（ばらつき）を説明するための図１の要部を拡大した拡大断面図である。比較例の締結構造で締結された第一樹脂部材の締結面と第二樹脂部材の締結面との間に最大隙間が発生した場合の締結状態を示す締結方向に沿った断面図である。

図１〜図５を用いて、本発明の一実施形態に係る樹脂部材の締結構造について説明する。
（構造）
図１及び図２に示すように、板状の第一樹脂部材１０と板状の第二樹脂部材２０とが段付きボルト５０によって締結されている。なお、図１の締結状態と図２の締結状態との違いについては、後述する。

第一樹脂部材１０の締結部位１１には、貫通孔１２が形成されている。また、第二樹脂部材２０の締結部位２１には、金属製のインサートナット３０が埋め込まれている。なお、インサートナット３０の端面３０Ａは、第二樹脂部材２０の締結部位２１の締結面２１Ａと面一又は略面一となっている。

段付きボルト５０は、頭部５２と螺旋が切られていない段付部５４と螺旋が切られた雄螺旋部５６とで構成されている。頭部５２は、第一樹脂部材１０の貫通孔１２の内径よりも径が大きい。段付部５４の外径は、貫通孔１２の内径よりも若干小さく、雄螺旋部５６の最大径（ねじの呼び径）よりも大きい。

なお、締結状態では、段付きボルト５０の頭部５２は第一樹脂部材１０の貫通孔１２の外縁部１２Ａに当接し、段付部５４の端面５４Ａはインサートナット３０の端面３０Ａに当接する。

図１〜図３に示すように、第一樹脂部材１０の締結部位１１の締結面１１Ａにおける貫通孔１２の周囲には、複数のリブ４０が形成されている。図３に示すように、本実施形態のリブ４０は、貫通孔１２の円中心位置を図芯とする正三角形の頂点位置に配置されている。また、図３及び図４に示すように、第二樹脂部材２０の締結面２１Ａに当接する部位を当接面４０Ａとする。図３に示すように、本実施形態のリブ４０の当接面４０Ａは平面視矩形状とされている。

ここで、図４に示すように、本実施形態の段付きボルト５０の段付部５４の段高さＴはＸであり、寸法公差（ばらつき）は±αである。

第一樹脂部材１０の締結部位１１の板厚Ｄの寸法公差（ばらつき）の絶対値はβである。そして、第一樹脂部材１０の締結部位１１の板厚Ｄの設計寸法の最大値はＸ−αに設定し、最小値をＸ−α−βに設定し、リブ４０のリブ高さＬは２α＋βに設定している。

また、段付きボルト５０の最低締め付けトルクをａ（Ｎ・ｍ）とし、これから算出される最低取り付けトルクの軸力をＡ（Ｎ）とする。

また、本実施形態の第一樹脂部材１０の圧縮強度は、第二樹脂部材２０の圧縮強度よりも高い樹脂材料で構成され、第二樹脂部材２０の圧縮強度（降伏応力）をＢ（Ｎ／ｍｍ^２）とする。そして、三つのリブ４０の当接面４０Ａ（図３参照）の合計面積が、Ａ／Ｂ（ｍｍ^２）以下となるように設定されている。

（作用及び効果）
次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。

まず、図５に示すように、第一樹脂部材１０にリブ４０（図１等を参照）が形成されていない比較例の樹脂部材の締結構造について説明する。なお、リブ４０が形成されていない比較例の第一樹脂部材を比較例樹脂部材１００とする。比較例樹脂部材１００は、第一樹脂部材１０とリブ４０が形成されていない以外は、寸法公差（ばらつき）や設計寸法を含め同様の構造である。

段付きボルト５０の軸力を確保するために段付きボルト５０の段付部５４が第二樹脂部材２０に埋め込まれたインサートナット３０の端面３０Ａに当接させる必要がある。

前述したように、段付きボルト５０の段付部５４の段高さＴはＸであり、寸法公差（ばらつき）は±αである。よって、段付きボルト５０の段付部５４の端面５４Ａをインサートナット３０の端面３０Ａに確実に当接させるためには、比較例樹脂部材１００の締結部位１０１の板厚Ｄの設計寸法の最大値を、段付きボルト５０の段付部５４の段高さＴの最小値Ｘ−α以下とする必要がある。また、この場合、比較例樹脂部材１００の締結部位１０１の板厚Ｄの寸法公差（ばらつき）の絶対値はβであるので、板厚Ｄの設計寸法の最小値はＸ−α−βとなる。

よって、段付きボルト５０の段付部５４の段高さＴが最小値Ｘ−αと、比較例樹脂部材１００の板厚Ｄが最大値Ｘ−αと、の組み合わせ以外は、比較例樹脂部材１００の締結面１０１Ａと第二樹脂部材２０の締結面２１Ａとに隙間Ｓが発生する。そして、この隙間Ｓの最大値は、段付きボルト５０の段付部５４の段高さＴが最大値のＸ＋αで、比較例樹脂部材１００の板厚Ｄが最小値のＸ−α−βの組み合わせでの場合であり、このときの隙間Ｓは
Ｓ＝（Ｘ＋α）−（Ｘ−α−β）＝２α＋β
となる。

よって、隙間Ｓが大きく、つまりガタツキが大きく、比較例樹脂部材１００と第二樹脂部材２００とが安定して締結されない。

これに対して、図１に示すように、本実施形態の第一樹脂部材１０の締結部位１１の締結面１１Ａには、リブ４０が形成されている。また、このリブ４０のリブ高さＬは２α＋βに設定されている。

よって、第一樹脂部材１０の締結面１１Ａと第二樹脂部材２０の締結面２１Ａとに最大の隙間Ｓ＝２α＋βが発生しても、リブ４０の当接面４０Ａが第二樹脂部材２０の締結面２１Ａに当接する。また、図３に示すように、本実施形態のリブ４０は、貫通孔１２の円中心位置を図芯とする正三角形の頂点位置に配置されている。つまり、貫通孔１２の周囲を三つのリブ４０で三点支持している。

したがって、第一樹脂部材１０の締結面１１Ａと第二樹脂部材２０の締結面２１Ａとに最大の隙間Ｓ＝２α＋βが発生しても、第一樹脂部材１０と第二樹脂部材２０とのガタツキが防止される。

一方、第一樹脂部材１０の締結面１１Ａと第二樹脂部材２０の締結面２１Ａとの隙間Ｓが最大値２α＋βよりも狭い場合は、第一樹脂部材１０の圧縮強度は、第二樹脂部材２０の圧縮強度よりも高いので、リブ４０は第二樹脂部材２０に食い込む。なお、本実施形態では、確実に食い込むように、三つのリブ４０の当接面４０Ａの合計面積は、Ａ／Ｂ（ｍｍ^２）以下となるように設定されている。

そして、図２に示すように、段付きボルト５０の段付部５４の段高さＴが最小値Ｘ−αと、第一樹脂部材１０の板厚Ｄが最大値Ｘ−αとの組み合わせの場合は、リブ４０は第二樹脂部材２０に全て食い込み、第一樹脂部材１０の締結面１１Ａと第二樹脂部材２０の締結面２１Ａとが当接する。

したがって、第一樹脂部材１０と第二樹脂部材２０とが段付きボルト５０によって締結された際のガタツキが防止され、安定して締結される。

（その他）
尚、本発明は上記実施形態に限定されない。

例えば、リブ４０のリブ高さＬは、２α＋βよりも高くてもよい。なお、この場合、第一樹脂部材１０の締結面１１Ａと第二樹脂部材２０の締結面２１Ａとに最大隙間２α＋βが発生した場合も、リブ４０は第二樹脂部材２０に食い込んだ状態となる。

また、リブ４０のリブ高さＬは、２α＋βよりも低くてもよい。なお、この場合、リブ４０が第二樹脂部材２０の締結面２１Ａに当接しない場合がある。しかし、リブ４０が形成されていない場合よりもガタツキが少ない。よって、リブ４０が形成されていない場合と比較し、第一樹脂部材１０と第二樹脂部材２０とが段付きボルト５０によって安定して締結される。

また、第一樹脂部材１０の締結部位１１の板厚Ｄの設計寸法の最大値がＸ−α未満の設定であってもよい。

要は、リブ４０を形成することで、リブ４０を形成しない場合と比較し、ガタツキが少なくなり、第一樹脂部材１０と第二樹脂部材２０とが段付きボルト５０によって安定して締結されればよい。

また、第二樹脂部材２０の圧縮強度が、第一樹脂部材１０の圧縮強度よりも高い場合は、第二樹脂部材２０の締結部位２１の締結面２１Ａにリブ４０を形成してもよい。

また、上記実施形態では、リブ４０は、三つ形成されていたが、これに限定されない。４つ以上形成されていてもよいし、二つ又は一つ形成されていてもよい。

また、リブ４０の当接面４０Ａの形状は平面視矩形状であったが、これに限定されない。例えば、平面視でＩ字形状、Ｌ字形状、円形状、円弧状、矩形枠状、及び円環状であってもよい。また、リブ４０の当接面４０Ａは平面でなく、凸状であってもよい。

更に、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得ることは言うまでもない。

１０第一樹脂部材
１１締結部位
１１Ａ締結面
１２貫通孔
２０第二樹脂部材
２１締結部位
２１Ａ締結面
３０インサートナット
４０リブ
５０段付きボルト（締結具の一例）
５２頭部
５４段付部
５６雄螺旋部

Claims

貫通孔が形成された第一樹脂部材と、
前記第一樹脂部材に重ねられ、インサートナットが埋め込まれた第二樹脂部材と、
前記第一樹脂部材の前記貫通孔よりも径が大きい頭部と、前記頭部から延出され前記第一樹脂部材の前記貫通孔に挿通された段付部と、前記段付部から延出され前記第二樹脂部材に埋め込まれた前記インサートナットに螺合した雄螺旋部と、を有し、前記第一樹脂部材と前記第二樹脂部材とを締結する締結具と、
前記第一樹脂部材及び前記第二樹脂部材の圧縮強度の高い方の締結面に形成されたリブと、
を備え、
前記締結具の前記段付部の高さがＸであり、前記段付部の高さの寸法公差が±αであり、前記第一樹脂部材の締結部位の厚みの寸法公差の絶対値がβである場合、
前記第一樹脂部材の締結部位の厚みの最大値をＸ−αに設定し、厚みの最小値をＸ−α−βに設定し、前記リブのリブ高さを２α＋β以上に設定している、締結構造。
前記締結具の最低取り付けトルクの軸力をＡ（Ｎ）とし、
前記第一樹脂部材及び前記第二樹脂部材の圧縮強度の低い方をＢ（Ｎ／ｍｍ ^２）とした場合、
前記リブの当接面の合計面積は、Ａ／Ｂ（ｍｍ ^２）以下となるように設定されている、
請求項１に記載の締結構造。