(57)【要約】  表面材の中間に心材を配置したサンドイッチ構造の複合材と被締結部品との固定に、接着層を利用せず、構成が簡単で施工が容易であり、断熱性に優れると共に信頼性に優れた機械的締結手段による複合材への部品の締結構造を得る。  心材６ａ，６ｂを上下の表面材５ａ，５ｂの間に配置した複合材７に、被締結部材である部品２０をボルトナット１，２により締結固定する複合材への部品の締結構造において、ボルトナットが配置される複合材７の内部部位には、金属製薄板で形成されたインサート体１００が上下の表面材に各々接触した状態で配置され、インサート体が配置される複合材７の外部部位には、ワッシャ３，４が表面材の外面に接触した状態で配置され、ボルトナットは複合材７、インサート体１００及びワッシャ３，４を貫通して延び、複合材７に部品２０を一体的に締結固定する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
心材を上下の表面材の間に配置した複合材に、被締結部材である部品を締結手段により締結固定する複合材への部品の締結構造であって、
前記締結手段が配置される前記複合材の内部部位には、薄板で形成されたインサート体が前記上下の表面材に各々接触した状態で配置され、
前記締結手段は、前記複合材と前記インサート体とを貫通して延びて、前記複合材に前記部品を一体的に締結固定していることを特徴とする複合材への部品の締結構造。
【請求項２】
心材を上下の表面材の間に配置した複合材に、被締結部材である部品を締結手段により締結固定する複合材への部品の締結構造であって、
前記締結手段が配置される前記複合材の内部部位には、薄板で形成されたインサート体が前記上下の表面材に各々接触した状態で配置され、
前記インサート体が配置される前記複合材の外部部位には、金属製補強板が前記上下の表面材の外面に各々接触した状態で配置され、
前記締結手段は、前記複合材、前記インサート体及び前記金属製補強板を貫通して延びて、前記複合材に前記部品を一体的に締結固定していることを特徴とする複合材への部品の締結構造。
【請求項３】
前記インサート体は、内部が中空で下方が開口する円錐台状に形成され、上部平坦面が前記上方の表面材と接触し、下端から外周側に延在する下部平坦面が前記下方の表面材と接触することを特徴とする請求項１又は２に記載の複合材への部品の締結構造。
【請求項４】
前記インサート体は、平板を屈曲して台形状に形成され、上部平坦面が前記上方の表面材と接触し、下端から外周側に延在する下部平坦面が前記下方の表面材と接触することを特徴とする請求項１又は２に記載の複合材への部品の締結構造。
【請求項５】
前記表面材は、繊維強化樹脂で構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の複合材への部品の締結構造。
【請求項６】
前記心材は、独立気泡を有するフォーム材で構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の複合材への部品の締結構造。
【請求項７】
前記複合材を構成する前記表面材と前記心材との厚さの比率は、少なくとも２倍以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の複合材への部品の締結構造。
【請求項８】
前記複合材は、車両のフロアを構成する部材であり、前記被締結部材である部品は、車両のシートレールの固定部分であることを特徴とする請求項１又は２に記載の複合材への部品の締結構造。
【請求項９】
前記インサート体は、金属製薄板もしくは繊維強化樹脂製薄板で構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の複合材への部品の締結構造。
【請求項１０】
前記機械的締結手段は、ボルトナットであることを特徴とする請求項１又は２に記載の複合材への部品の締結構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォーム材等からなる心材を、炭素繊維強化樹脂等からなる上下の表面材の間に配置したサンドイッチ構造を構成する複合材と、これとは別な部品とを機械的に固定するための複合材への部品の締結構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明の技術分野において、特開２０１０−２０８４４５号公報（特許文献１）に記載の部品締結構造がある。この公報には、車両のフロア構造体を対象として、炭素繊維強化樹脂を主要材料とするフロアパネルおよびその内部に発泡ウレタンフォーム等より成るフォームコアが設けられた技術が記載されている。そして、被締結部品としてのシートレールをフロアパネルに締結するため、中心にメネジが形成され、アルミニウム等で構成されたフランジ付きカラーナットが接着層を介してフロアパネルの下壁に接着されている。また、締結部におけるフロアの強度を確保するため、フロアパネルの上下の壁の間に炭素繊維強化樹脂で構成されたインサート体がフランジ付カラーナットの外周に配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２０８４４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載された部品締結構造は、フロアパネルに使用している炭素繊維強化樹脂のインサート体とフランジ付カラーナットに使用しているアルミニウムとで線膨張係数の差異があるため、車両が置かれた環境下で温度変化があると接合部に剥離応力が作用する可能性がある。また、発泡系のフォームコアに比べて熱伝導率が高いアルミニウムや炭素繊維強化樹脂をカラーナットやインサート体を用いて締結したフロア構造体は、断熱特性に関して十分な特性が得られない可能性がある。【０００５】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、車両のフロアパネル等に使用される上下の表面材の中間に心材を挿入したサンドイッチ構造の複合材と、これとは別の例えば金属製の被締結部品との固定に、構成が簡単であると共に接着層を利用しない機械的締結手段により部品を固定することができ、施工が容易な複合材への部品の締結構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するために、本発明の複合材への部品締結構造は、心材を上下の表面材の間に配置した複合材に、被締結部材である部品を締結手段により締結固定する複合材への部品の締結構造であって、前記締結手段が配置される前記複合材の内部部位には、薄板で形成されたインサート体が前記上下の表面材に各々接触した状態で配置され、前記締結手段は、前記複合材と前記インサート体とを貫通して延びて、前記複合材に前記部品を一体的に締結固定している。また、他の態様としては、さらに、前記インサート体が配置される前記複合材の外部部位には、金属製補強板が前記上下の表面材の外面に各々接触した状態で配置される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る複合材への部品の締結構造によれば、心材を上下の表面材の間に配置したサンドイッチ構造の複合材と金属製の被締結部品との締結固定を、簡単な構成で容易に行うことができる。また、この締結構造によれば、線膨張係数の差異による接合部の剥離応力発生の可能性が少ない、信頼性の高い部品の締結構造を得ることができる。さらに、本発明を車両のフロアに適用した場合、断熱性の高い車室構造を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明に係る複合材への部品の締結構造の実施例１の要部断面図。
【図２】図１に示す複合材への部品の締結構造で使用するインサート体及び心材の一部を破断し分解した状態の斜視図。
【図３】図１に示す複合材への部品の締結構造の複合材を分解した要部断面図。
【図４】図１〜３に示す実施例１の複合材への部品の締結構造を車両のフロア構造に用いた状態を示す要部斜視図。
【図５】図４に示す複合材への部品の締結構造の詳細を示す要部斜視図。
【図６】図４，５に示す複合材への部品の締結構造の分解状態を示す要部断面図。
【図７】図４，５に示す複合材への部品の締結構造の変形例を示す実施例２の要部斜視図。
【図８】図７の複合材への部品の締結構造で使用するインサート体及び心材を分解した状態の斜視図。
【図９】インサート体の変形例を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明に係る実施例を図１〜９を用いて説明する。
【実施例１】
【００１０】
本発明に係る複合材への部品の締結構造の実施例１を、図１〜３を参照して説明する。図１は実施例１の複合材への部品の締結構造を示す要部断面図、図２は図１のインサート部材及び心材の一部を破断し分解した状態の斜視図、図３は複合材を分解した状態の断面図である。【００１１】
図１〜３において、被締結部材である部品２０は、複合材との締結部付近において、所定の板厚で水平方向に延在した構造としており、締結部付近以外の形状の図示を略している。部品２０は、機械的締結手段であるボルト１およびナット２、ワッシャ３，４により複合材７に締結固定されている。複合材７は上下を表面材５ａ，５ｂで構成され、それらの中間に樹脂フォーム材からなる心材６が配置される、いわゆるサンドイッチ構造になっている。この構造では、表面材５ａと５ｂとの間を心材６により保持することにより構造体に作用する大きな曲げモーメント（曲げ荷重）に耐えるように構成している。【００１２】
複合材７では、曲げモーメントに対して表面材５ａ，５ｂの曲げ応力で耐えるために、面内の引張強さや圧縮強さが強い材料が好ましく、また弾性係数が大きいことが好ましい。これらの特性を軽量な素材で実現するには、ガラス繊維や炭素繊維等で強化されたプラスチック、いわゆるＦＲＰを適用すると良い。なお、構造体の軽量化を目的としない場合は、表面材５の材質として、金属系、無機物などの素材を利用しても良い。【００１３】
また、複合材７の心材６はサンドイッチ構造の中心にあり、表面材５ａ，５ｂより厚くすることで構造体としての曲げ剛性を向上させる。本実施例においては、心材６の板厚を表面材の板厚の少なくとも２倍以上としている。また、心材６は上下方向の両端面で表面材５ａ，５ｂに接着剤により接着固定されている。このように、サンドイッチ構造を構成する心材は、表面材に接着されることは一般的であり、本発明に係る複合材への部品の機械的締結構造の特性には影響しない。また、心材には表面材を介して上下方向から作用するせん断荷重による座屈を回避することが必要であり、後述する断熱性との両立を図る上では樹脂系の発泡材（フォーム材）を使用すると良い。【００１４】
本実施例においては、上下の表面材５ａ，５ｂの間に心材６（６ａ，６ｂ）を配置している。そして、心材６ａに隣接して金属製薄板で形成されたインサート体１００を配置している。インサート体１００は部品２０が固定される複合材７の部位に配置される。このため、心材６ａはインサート体１００の外周面を境界として、図１の心材６ａの左右方向では同一部材で構成され、インサート体１００の内部の占有空間を空隙として構成されている。本実施例では、インサート体１００の空隙内にも心材６ｂが挿入されている。なお。インサート体１００を挟んで左右の部材を別体として構成してもよい。【００１５】
インサート体１００は金属製で断面が略凸状をしており、上下面には平坦なフランジ面１００ａ，１００ｂを有しており、そのフランジ面が表面材５ａ，５ｂの内面と接触している。フランジ面と表面材との間は非接着で複合材７を組立てるので、部品２０と複合材７とを締結固定する前ではフランジ面１００ａ，１００ｂと表面材５ａ，５ｂとの間には空隙が有る。機械的締結手段により複合材７に部品２０を接続する際に、複合材７に圧縮力が作用するので表面材５ａ，５ｂとインサート体１００とがほぼ密着状態となる。部品２０は複合材７のインサート体１００が配置された部位に上下の表面材に各々接触した状態で配置される構成となっている。【００１６】
インサート体１００の上部のフランジ面１００ａは円形であり、下部のフランジ面１００ｂは円環状であり、それぞれの面積はボルト１の断面積より大きくしているので、ボルト締付力によるインサート体１００から表面材５ａ，５ｂへの面圧を小さくすることができ、表面材５ａ，５ｂの変形を防止して信頼性を向上させることができる。また、複合材７に作用する圧縮力をインサート体１００と心材６ａで分担するので、心材６ａの変形を防止して信頼性も向上させることができる。また、図２に示すように、インサート体１００は中空で、その内部に心材６ｂを挿入している。このように、インサート体を中空状としたため、複合材７の内部で心材が占める空間を大きくすることができ、断熱性を向上させることができる。【００１７】
心材６ａ，６ｂの材質としてはポリスチレンフォーム、ポリウレタンフォーム、フェノールフォームなどのフォーム材で、独立気泡となっているものを用いると良い。フォーム材は発泡樹脂で形成され軽量且つ熱伝導率が低い。また、心材を構成する樹脂内の気泡が独立気泡であれば、外周部の空気を気泡内に閉じ込められるので、熱伝導率が低い。本実施例では、このような材質から成る心材６をインサート体１００の内部にまで挿入したことにより、締結部付近でも構造体の断熱特性を向上させることができる。【００１８】
また、実施例１の複合材への部品の締結構造では、表面材５ａ，５ｂの外部部位に補強板として金属製のワッシャ３，４を配置している。上方のワッシャ３はフランジ面１００ａの直径と同等の直径で形成され、下方のワッシャ４はフランジ面１００ｂの直径と同等の直径で形成されている。部品２０を固定するボルト１は複合材７、インサート体１００を貫通して延びて、複合材７に部品２０を一体的に締結固定している。複合材７の外部部位に表面材５ａ，５ｂと接触する状態で補強板としてワッシャ３，４を配置することにより固定状態をより安定させることができる。【００１９】
これらのワッシャ３，４と表面材５ａ，５ｂとの接触部に接着剤を用いても良い。あらかじめ、座金としてのワッシャが表面材に接着されていれば、ワッシャと表面材に設けられている孔の位置合せを行う時間が省略できる。また、経年劣化などによりワッシャと表面材との接着が分離状態になっても機械的締結手段による圧縮力によりワッシャは表面材にほぼ密着した状態を維持する。また、ボルト締め付け力をワッシャ３，４により表面材５ａ，５ｂに伝えるので表面材５ａ，５ｂには局所的な面圧が作用せず、変形を防止して信頼性を向上させることができる。【００２０】
このように構成された本実施例１の複合材への部品の締結構造では、心材を上下の表面材の間に配置した複合材の内部部位に、金属製薄板で形成されたインサート体を配置し、インサート体は上下の表面材に接触しており、ボルトナット１，２は複合材７とインサート体１００を貫通して延びて部品２０を複合材７に一体的に締結固定しているため、接着に依存しない締結構造であり、施工が容易となる。また、接着剤を使用しない締結構造のため、部品と複合材との間の線膨張係数の差異による剥離応力の発生を抑えることができる。
[実施例１の適用例]【００２１】
この適用例では、複合材としての車両のフロア構造体と、被締結部材の部品としてシートレールとの締結固定に本発明の実施例１に係る複合材への部品の締結構造を適用したものである。図４は、円錐台状インサート体を用いたシートレールの締結構造を車両のフロア構造体に適用した要部斜視図、図５は図４のシートレール締結構造の要部斜視図、図６は図４，５の断面図で各部品の分解状態を示す図である。【００２２】
図４を用いて車両のキャビンを構成するフロア構造体３０を説明する。図４は、車両の運転席および隣り合う助手席付近を抜粋している。図中の矢印ＦＲは車両の前方側を示しており、矢印ＵＰは車両の上方側を、矢印ＲＨは車両の右側を示している。本適用例で示す車両のフロア構造体３０は、ダッシュパネル部分３８、フロアの上部表面材３５、心材３６、フロア下部表面材３９、フロアトンネル３７から成る。表面材３５．３９および心材３６の材質は前記実施例１と同様である。心材３６はインサート体１００の外部に位置する心材３６ａと、空隙内部に位置する内部心材３６ｂとを有している。【００２３】
フロア上部表面材３５にはシートレール３１が固定されている。図５，６に示すように、シートレール３１は略Ｕ字状レール３２の上面をスライドするように構成されており、図示を略したシートがシートレール３１に固定されて、シートが車両の前後方向にスライドできるように構成されている。略Ｕ字状レール３２がシートレール３１の固定部分を構成する。図５，６に示す略Ｕ字状レール３２は締結部位３４によりフロア上部表面材３５に対接してフロア構造体３０に固定されている。図４ではシートレール３１の締結箇所を一つのシートあたり４箇所としたが、半数の２箇所であっても、あるいは４箇所より多数であっても良い。【００２４】
図５，６を用いてシートレールの締結部３４の構造を説明する。上部表面材３５、下部表面材３９には、機械的締結手段であるボルト１を貫通させるための通し孔が設けられている。また、ナット３３は略Ｕ字状レール３２の陥没面に溶接などにより固着されている。また、略Ｕ字状レール３２の下部に通し孔３２ａが設けられている。ワッシャ３は略Ｕ字状レール３２とフロア上部表面材３５との間に配置されている。フロア上部表面材３５の下に中心に通し孔を有するインサート体１００が配置されている。【００２５】
インサート体１００の断面構造は実施例１と同様であり、外観形状は図２と同等である。インサート体１００は、内部が中空で略円錐台状をしている。また、中心に通し孔を有するワッシャ４がフロア下部表面材３９とボルト１の頭部との間に配置されている。ワッシャ４の直径はインサート体１００の下部フランジ面の直径と略等しくしており、ボルト１締め付け時のフロア下部表面材３９に作用する面圧を低減する。また、車両走行時の路面からの飛び石などによるフロア下部表面材３９の締結部３４付近への衝撃をワッシャ４により緩衝する。【００２６】
フロア構造体３０は、図６に示されるように、上方よりフロア上部表面材３５、心材３６ａ、インサート体１００、内部心材３６ｂ、フロア下部表面材３９より構成されている。フロア上部表面材３５、フロア下部表面材３９は、繊維強化樹脂で構成され、心材３６ａ、内部心材３６ｂは発泡樹脂のフォーム材で構成され、インサート体１００は金属薄板で構成される。フロア上部表面材３５に心材３６ａが接触し、心材３６ａの貫通した凹部内にインサート体１００が挿入され、インサート体１００の空隙内に内部心材３６ｂが挿入され、インサート体１００の下方のフランジ面１００ｂと内部心材３６ｂの下面にフロア下部表面材３９が接触してフロア構造体３０が構成される。【００２７】
フロア構造体３０にシートレール３１を取り付けるには、ナット３３が溶接された略Ｕ字状レール３２、ワッシャ３，４を所定の位置に仮合せし、ボルト１をこれらの通し孔にワッシャ４側から通してナット３３と締結する。その後、シートレール３１を略Ｕ字状レール３２の上に配置する。すなわち、ボルト１はフロア構造体３０、インサート体１００、ワッシャ３，４を貫通して上下方向に延び、フロア構造体３０に略Ｕ字状レール３２を一体的に締結固定している。【００２８】
このように、接着剤を使用することなくボルトナット等の機械的締結手段でフロア構造体３０にシートレール３１を組み付けることができるので、軽量且つ施工が容易となり、周囲温度環境が変化しても線膨張係数の差異による締結部の剥離応力が発生せず、信頼性の高い締結構造が得られる。また、実施例１と同様にインサート体１００の内部にも心材３６ｂを配置することにより、断熱性が高い車両が得られる。【００２９】
なお、実施例１の適用例では、予めナット３３を略Ｕ字状レール３２に溶接等で固着させていたが、略Ｕ字状レールの上側からボルトを通して、ワッシャ４の下部でナットと締結する構成としても良い。
【実施例２】
【００３０】
つぎに、図７，８を参照して、インサート体の構成を変更した実施例２について説明する。図７はインサート体の構成を変更した実施例２の複合材への部品の締結構造を示す要部斜視図、図８はインサート体と心材とを分解した状態を示す斜視図である。図７，８に示すインサート体１０２は、金属製の平板を屈曲させた形状をしている。また、これ以外にもインサート体の構成としては、内部が中空で表面材と接する部分が平坦なフランジ面を成していれば良い。【００３１】
インサート体１０２は上下の平坦なフランジ面１０２ａ，１０２ｂを有しており、これらのフランジ面が傾斜面１０２ｃで連結された断面が略台形状をしている。フランジ面１０２ａ，１０２ｂは平行に設定され、複合材３０を構成する表面材３５の内面及び表面材３９の内面に接触するように構成されている。上方のフランジ面１０２ａの中央には、被締結部材である部品を固定するための機械的締結手段であるボルト１が挿通される貫通孔が形成されている。そして、インサート体１０２のフランジ面１０２ａと傾斜面１０２ｃで囲まれた中空部には、発泡樹脂等で形成された内部心材３６ｂが密着した状態で配置されるように構成されている。【００３２】
このインサート体１０２を用いた複合材への部品の締結構造でも、上部のフランジ面１０２ａが複合材３０を構成するフロア上部表面材３５や表面材５ａに接触し、下部のフランジ面１０２ｂがフロア下部表面材３９や表面材５ｂに接触し、インサート体１０２と内部心材３６ｂを貫通するボルトナット等で被締結部材を固定することができるため、前記の各実施例と同様の作用効果を得ることができると共に、信頼性の高い締結構造を得ることができ、断熱性の高い締結構造とすることができる。【００３３】
前記した実施例２に記載の複合材への部品の締結構造は、表面材と心材とから成る複合材に、ボルトナットやリベット等の機械的締結手段を用いて被締結部材である部品を固定する部品の締結構造に適用できるものであり、図４に示される車両のフロア構造に適用できることは勿論である。また、実施例２のインサート体１０２は、側面が開口しているため、上下の表面材３５，３９間に設置されたあと、上下の表面材間に発泡樹脂を射出して複合材３０を形成すると、心材３６ａと内部心材３６ｂとが一度に形成でき、複合材３０を完成できるため好ましい。【００３４】
前記のフロア構造体３０では、フロア上部表面材３５、心材３６ａ、インサート体１００、内部心材３６ｂ、フロア下部表面材３９を積層して構成し、必要に応じて各部材間を接着するようにしてもよい。また、上下の表面材３５，３９間にインサート体１００を挟み、上下の表面材間に発泡樹脂を射出して一体化するように構成してもよい。この場合、図９に示されるように、中間に位置するインサート体１０１の傾斜した外周面に複数の貫通孔１０１ａを形成し、発泡樹脂の射出成形時に貫通孔１０１ａを通してインサート体１０１の空隙内にも同時に内部心材３６ｂを形成すると好適である。貫通孔１０１ａの大きさ、個数等は、空隙の体積等を考慮して適宜設定される。【００３５】
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、前記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。さらに、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。【００３６】
例えば、前記の実施例では、車両のシートレール３１とフロア構造体３０とを締結固定する例を示したが、本発明はこれに限定されず、他の部品をフロア構造体に締結するために適用しても良い。さらに、本発明の適用範囲はフロア構造体に限定されることなく、車両の他部位の構造体と部品との締結にも適用可能である。【００３７】
また、インサート体１００を金属製としたが、本発明はこれに限定されず、繊維強化樹脂や他の材料で構成されても良い。さらに、機械的締結手段としてボルトナットの例を示したが、リベットや、割りピン等の他の締結手段を用いてもよいことは勿論である。
【符号の説明】
【００３８】
１  ボルト（締結手段）
２  ナット（締結手段）
３  金属製補強板（上側ワッシャ）
４  金属製補強板（下側ワッシャ）
５ａ，５ｂ  表面材
６（６ａ，６ｂ）  心材
６ｂ  心材（内部心材）
７  複合材
２０  部品（被締結部材）
３０  フロア構造体（複合材）
３１  シートレール
３２  Ｕ字状レール（被締結部材）
３３  溶接ナット（締結手段）
３４  締結部
３５  フロア上部表面材
３６（３６ａ）  心材
３６ｂ  内部心材
３７  フロアトンネル
３８  ダッシュパネル
３９  フロア下部表面材
１００  インサート体（円錐状インサート体）
１００ａ  上部平坦面（フランジ面）
１００ｂ  下部平坦面（フランジ面）
１０１  インサート体
１０２  平板状インサート体
【図１】
2013030960.tif 000003
【図２】
2013030960.tif 000004
【図３】
2013030960.tif 000005
【図４】
2013030960.tif 000006
【図５】
2013030960.tif 000007
【図６】
2013030960.tif 000008
【図７】
2013030960.tif 000009
【図８】
2013030960.tif 000010
【図９】
2013030960.tif 000011
【国際調査報告】
2013030960.tif 000012
2013030960.tif 000013
2013030960.tif 000014
2013030960.tif 000015