(57)【要約】【課題】締結部材の外周縁に沿って周方向に応力が伝搬されることを抑制することができる締結構造を提供する。【解決手段】締結構造１０は、第１被締結部材１２とこれに重合わされる第２被締結部材１４とを締結する締結部材２０を備えている。締結部材２０は、第１被締結部材１２を貫通し、第２被締結部材１４に接続される接合部２２と、接合部２２に一体に形成され、第１被締結部材１２の第１表面１２Ａに沿って張出された頭部２４とを有する。頭部２４の外周縁ＯＥに沿った周方向には、第１表面１２Ａに接触する接触部２４Ｃと、第１表面１２Ａに接触しない非接触部２４Ｄとが交互に配設されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１表面及び当該第１表面とは板厚方向に反対側の第２表面を有し、樹脂材料を含んで構成される板状の第１被締結部材と、
前記第２表面に重合わせて配置される第２被締結部材と、
前記第１表面から前記第２表面に前記第１被締結部材を貫通して前記第２被締結部材に接合される接合部、及び当該接合部の前記第１表面側に一体に形成され、前記第１表面に沿って張出された頭部を有し、前記第１被締結部材と前記第２被締結部材とを締結する締結部材と、
前記頭部の外周縁に沿って周方向に所定の間隔で設けられ、前記第１表面に接触し、かつ、前記外周縁の軸方向に沿った断面形状が前記第１表面側に突出する円弧状に形成された複数の接触部と、
前記外周縁に沿った周方向の前記接触部間に設けられ、前記第１表面に接触しない非接触部と、
を備えた締結構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、締結構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、異材接合体が開示されている。異材接合体では、第１被接合材と第２被接合材とが重合わされ、第１被接合材と第２被接合材とが異材接合用リベットを用いて締結されている。異材接合用リベットは軸部と頭部とを備えている。軸部は第１被接合材内に挿通され、軸部の先端は第２被接合材にスポット溶接を用いて溶接されている。頭部は、板状とされ、軸部の先端とは反対側の他端に一体に形成されている。頭部の第１被接合材に接する面の外縁の位置には面取部が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５７２２４７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記異材接合体では、異材接合用リベットにおいて頭部の周方向のすべての外縁が第１被接合材の面と接する構成とされている。ここで、異材接合用リベットの軸部の軸方向と同一方向に、第１被接合材及び第２被接合材に外力が入力され、頭部の外縁の一部において第１被接合材に応力集中が発生すると、この応力は頭部の外縁に沿って第１被接合材に伝播される。例えば、第１被接合材に金属材に比べて伸びの小さい樹脂製部材が使用される場合には、応力集中により頭部の外縁の一部に微小な割れが生じると、頭部の外縁に沿って割れが拡大してしまう。このため、締結構造において、改善の余地があった。
【０００５】
本発明は上記事実を考慮し、締結部材の外周縁に沿って周方向に応力が伝搬されることを抑制することができる締結構造を得ることが目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載された発明に係る締結構造は、第１表面及び第１表面とは板厚方向に反対側の第２表面を有し、樹脂材料を含んで構成される板状の第１被締結部材と、第２表面に重合わせて配置される第２被締結部材と、第１表面から第２表面に第１被締結部材を貫通して第２被締結部材に接合される接合部、及び接合部の第１表面側に一体に形成され、第１表面に沿って張出された頭部を有し、第１被締結部材と第２被締結部材とを締結する締結部材と、頭部の外周縁に沿って周方向に所定の間隔で設けられ、第１表面に接触し、かつ、外周縁の軸方向に沿った断面形状が第１表面側に突出する円弧状に形成された複数の接触部と、外周縁に沿った周方向の接触部間に設けられ、第１表面に接触しない非接触部と、を備えている。
【０００７】
上記締結構造では、第１被締結部材の第２表面に第２被締結部材が重合わせて配置され、第１被締結部材と第２被締結部材とが締結部材により締結される。締結部材は接合部と頭部とを備えている。接合部は、第１被締結部材の第１表面から第２表面に貫通し、第２被締結部材に接続される。頭部は、接合部の第１表面側に一体に形成され、第１表面に沿って張出されている。
【０００８】
ここで、締結部材の頭部に接触部及び非接触部が設けられている。接触部は、頭部の外周縁に沿って周方向に所定の間隔で設けられ、第１表面に接触して外周縁の軸方向に沿った断面形状が第１表面側に突出する円弧状に形成される。非接触部は、頭部の外周縁に沿って接触部間に設けられ、第１表面に接触しない。このため、頭部の外周縁に沿って周方向に接触部と非接触部とが交互に設けられるので、例えば接触部に応力集中が発生しても、応力の伝播が非接触部により断ち切られ、頭部の外周縁に沿って周方向に応力が伝播されない。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１に記載された発明に係る締結構造は、締結部材の外周縁に沿って周方向に応力が伝搬されることを抑制することができるという優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施の形態に係る締結構造の断面図（図２のＡ−Ａ線に沿った断面図）である。
【図２】図１に示される締結構造の締結部材を斜め上方から見た斜視図である。
【図３】図１に示される締結部材の要部を拡大した断面図である。
【図４】図１に示される締結部材の平面図である。
【図５】図１に示される締結構造の作用効果を説明する図１に対応する断面図である。
【図６】第２実施の形態に係る締結構造の図１に対応する断面図である。
【図７】図６に示される締結構造の締結部材を斜め上方から見た斜視図である。
【図８】第３実施の形態に係る締結構造の図１に対応する断面図である。
【図９】図８に示される締結構造の締結部材を斜め上方から見た斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態に係る締結構造について、図１〜図９を用いて説明する。図中、適宜、示される矢印Ｕは上方向を示し、矢印Ｄは下方向を示している。なお、締結構造の適用方向が限定されるものではない。
【００１２】
（第１実施の形態）
図１〜図５を用いて、本発明の第１実施の形態に係る締結構造１０を説明する。
【００１３】
［締結構造の全体構成］
図１に示されるように、本実施の形態に係る締結構造１０は、第１被締結部材１２と、第２被締結部材１４と、締結部材２０とを備えている。第１被締結部材１２は第２被締結部材１４に締結部材２０を用いて締結されている。この締結構造１０は車両として例えば自動車の車体を構築するボンネット、サイドドア、バックドア、ルーフ等に適用され、軽量化並びに高剛性化を実現することができる。
【００１４】
第１被締結部材１２は、樹脂材料を含んで構成され、第１表面１２Ａ及び第１表面１２Ａとは板厚方向に反対側の第２表面１２Ｂを有する板状とされている。第１被締結部材１２は、ここでは炭素繊維と樹脂材料との複合材料である炭素繊維強化樹脂材、又はガラス繊維と樹脂材料との複合材料であるガラス繊維強化樹脂材により形成されている。
【００１５】
第２被締結部材１４は、第３表面１４Ａ及び第３表面１４Ａとは板厚方向に反対側の第４表面１４Ｂを有する板状とされている。第２被締結部材１４は、第２表面１２Ｂに第３表面１４Ａを向い合わせ、第１被締結部材１２に重合わせて配置されている。第２被締結部材１４は、ここでは鉄等の金属材、又はアルミニウム合金等の軽金属材により形成されている。
【００１６】
［締結部材の構成］
図１及び図２に示されるように、締結部材２０は、接合部２２と、頭部２４とを含んで構成されている。本実施の形態では、締結部材２０として、自己穿孔型リベット（SPR: Self-Piercing Riveting）が使用されている。接合部２２は第１表面１２Ａから第２表面１２Ｂに第１被締結部材１２を貫通し、貫通された接合部２２の先端２２Ａは第２被締結部材１４に接合されている。接合部２２は下方向に開口を有する有底円筒状に形成され、先端２２Ａの断面形状は尖った楔状とされ、かつ、下方向に向かって若干の末広がりを有する形状とされている。このため、先端２２Ａが第２被締結部材１４の第３表面１４Ａから第４表面１４Ｂへ向かって差込まれる（圧入される）と、先端２２Ａは、第２被締結部材１４の内部において面方向へ拡径され、第２被締結部材１４の内部に食込んで係止される。
【００１７】
頭部２４は、接合部２２の第１表面１２Ａ側となる上方端に一体に形成され、接合部２２の外径よりも径方向外側に第１表面１２Ａに沿って張出されている。頭部２４は、ここでは、円板状に形成されている。頭部２４の上方側の表面２４Ａは外部から締結圧力（締結荷重）を受ける部位とされ、頭部２４に締結圧力を受けることにより接合部２２の先端２２Ａが第１被締結部材１２を貫通して第２被締結部材１４に接合される。締結部材２０は、締結する部材により適宜選別可能であるが、例えば、鉄等の金属材、アルミニウム合金等の軽金属材、又は炭素繊維強化樹脂やガラス繊維強化樹脂等の樹脂材により形成されている。
【００１８】
図１〜図３に示されるように、締結部材２０の頭部２４には、複数の接触部２４Ｃと、複数の非接触部２４Ｄとが設けられている。接触部２４Ｃは、頭部２４の外周縁ＯＥに沿って周方向に所定の間隔、ここでは一定の間隔で複数設けられている。一方、非接触部２４Ｄは、頭部２４の外周縁ＯＥに沿って周方向の接触部２４Ｃ間に設けられている。表現を代えれば、接触部２４Ｃ、非接触部２４Ｄのそれぞれは、外周縁ＯＥに沿って周方向に交互に配設されている。接触部２４Ｃと非接触部２４Ｄとは連続した形状とされ、接触部２４Ｃ及び非接触部２４Ｄは側面視において正弦波に似た波状に形成されている。特に限定されるものではないが、接触部２４Ｃの数は６〜１２個に設定され、非接触部２４Ｄの数は接触部２４Ｃの数と同数とされている。
【００１９】
詳しく説明すると、接触部２４Ｃは頭部２４の外周縁ＯＥの一部が下方向（第１表面１２Ａ側）に突出される凸状に形成され、接触部２４Ｃの下方向先端は第１表面１２Ａに接触されている。外周縁ＯＥは頭部２４の径方向内側に数ｍｍの幅を持っているので、接触部２４Ｃの下方向先端は第１表面１２Ａに線接触により接触されている。接触部２４Ｃの下方向先端において外周縁ＯＥの最も径方向外側の側面視における軸方向に沿った断面形状は第１表面１２Ａ側に突出する円弧状とされ、この部分は面取部２４Ｒとされている。
【００２０】
また、接触部２４Ｃから径方向内側の接合部２２までの中央領域ＣＥにおいて、頭部２４の表面２４Ａと頭部２４の厚さ方向に反対側の裏面２４Ｂはすべて第１表面１２Ａに接触されている。この裏面２４Ｂには締結軸力が掛かる構成とされている。ここで、裏面２４Ｂの第１表面１２Ａとの接触面積をＳ１とすると、複数のすべての接触部２４Ｃと第１表面１２Ａとの接触面積Ｓ２は接触面積Ｓ１よりも小さい（Ｓ２＜Ｓ１）設定とされている。
【００２１】
一方、非接触部２４Ｄは頭部２４の外周縁ＯＥの一部が上方向にへこむ凹状に形成され、非接触部２４Ｄは第１表面１２Ａから上方向へ離間され、かつ、第１表面１２Ａに接触されていない。頭部２４の外周縁ＯＥの形状が、接触部２４Ｃ及び非接触部２４Ｄを備えて上下方向（高さ方向）に波打ちさせる形状とされることにより、頭部２４と第１表面１２Ａとの接触箇所を周方向に沿って断続的に切断することができる。
【００２２】
（本実施の形態の作用及び効果）
以上説明したように、本実施の形態に係る締結構造１０は、図１に示されるように、第１被締結部材１２の第２表面１２Ｂに第２被締結部材１４が重合わせて配置され、第１被締結部材１２と第２被締結部材１４とが締結部材２０により締結される。締結部材２０は接合部２２と頭部２４とを備えている。接合部２２は、第１被締結部材１２の第１表面１２Ａから第２表面１２Ｂに貫通し、第２被締結部材１４に接続される。頭部２４は、接合部２２の第１表面１２Ａ側に一体に形成され、第１表面１２Ａに沿って張出されている。
【００２３】
ここで、図１〜図３に示されるように、締結部材２０の頭部２４に接触部２４Ｃ及び非接触部２４Ｄが設けられている。接触部２４Ｃは、頭部２４の外周縁ＯＥに沿って周方向に所定の間隔において複数設けられ、第１表面１２Ａに接触して外周縁ＯＥの軸方向の断面形状が第１表面１２Ａ側に突出する円弧状に形成される。この円弧状の部位は面取部２４Ｒとされている。面取部２４Ｒでは、面取部２４Ｒが設けられていない場合に比べて、第１被締結部材１２の第１表面１２Ａにおける応力集中が発生し難い。非接触部２４Ｄは、頭部２４の外周縁ＯＥに沿って周方向の接触部２４Ｃ間に設けられ、第１被締結部材１２の第１表面１２Ａに接触しない。つまり、頭部２４の外周縁ＯＥに沿って周方向に接触部２４Ｃと非接触部２４Ｄとが交互に設けられる。
【００２４】
例えば、図５に示されるように、第１被締結部材１２及び第２被締結部材１４に締結方向上側へ作用する外力Ｆが入力されると、第１被締結部材１２及び第２被締結部材１４は上方向へ変形する。このとき、締結部材２０の頭部２４の外周縁ＯＥの一部に応力集中ＳＣが発生する。頭部２４の外周縁ＯＥに沿った周方向のすべての第１被締結部材１２の第１表面１２Ａに接触されている場合には、外周縁ＯＥに沿って周方向に応力が伝播される。しかしながら、本実施の形態の頭部２４には接触部２４Ｃ、非接触部２４Ｄのそれぞれが交互に配設されているので、図４に示されるように、外周縁ＯＥに沿う応力ＳＤの伝播は非接触部２４Ｄにより断ち切られ、外周縁ＯＥに沿って応力ＳＤは伝播されない。例えば、伸びが小さい樹脂材料を含んで構成される第１被締結部材１２において、応力集中ＳＣにより頭部２４の外周縁ＯＥの一部付近に割れが発生したとしても、この割れは外周縁ＯＥに沿って拡大しない。従って、締結構造１０では、締結部材２０の頭部２４の外周縁ＯＥに沿って周方向に応力ＳＤが伝播されることを抑制することができる。
【００２５】
（第２実施の形態）
図６及び図７を用いて、本発明の第２実施の形態に係る締結構造１０を説明する。なお、本実施の形態並びに後述する第３実施の形態において、第１実施の形態に係る締結構造１０の構成要素と同一又は実質的に同一の構成要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００２６】
図６に示されるように、本実施の形態に係る締結構造１０は、第１実施の形態に係る締結構造１０と同様に、第１被締結部材１２と、第２被締結部材１４と、締結部材２０とを備えている。締結部材２０は、接合部２２と、頭部２４とを含んで構成されている。
【００２７】
頭部２４の第２表面１２Ｂ側には、図６及び図７に示されるように、外周縁ＯＥに沿って周方向に、径方向内側へ向かってへこむ凹設部２４Ｅが設けられている。この凹設部２４Ｅに接触部２４Ｆ及び非接触部２４Ｇが設けられている。
【００２８】
詳しく説明すると、接触部２４Ｆは、ボール状とされ、外周縁ＯＥに沿って周方向に所定の間隔で複数配列されている。接触部２４Ｆがボール状とされているので、接触部２４Ｆの下方側端部であって、外周縁ＯＥの軸方向に沿った断面形状は第１表面１２Ａへ突出した円弧状とされ、この部分は面取部２４Ｒとされている。接触部２４Ｆは、第１表面１２Ａに点接触により接触されている。接触部２４Ｆは、頭部２４とは別部品として形成され、例えば溶接用ろう材を用いて頭部２４の凹設部２４Ｅに接合され、頭部２４と一体的に形成されている。また、接触部２４Ｆは、三次元プリンタを用いて、頭部２４と共に一体に造形してもよい。
【００２９】
非接触部２４Ｇは、接触部２４Ｆ間の隙間により形成されている。第１実施の形態の締結部材２０と同様に、本実施の形態の締結部材２０は、外周縁ＯＥに沿って周方向に接触部２４Ｆ、非接触部２４Ｇのそれぞれが交互に配設されている。
【００３０】
（本実施の形態の作用及び効果）
本実施の形態に係る締結構造１０は、図６及び図７に示されるように、締結部材２０の外周縁ＯＥに沿って周方向に接触部２４Ｆと非接触部２４Ｇとを交互に配設しているので、第１実施の形態に係る締結構造１０により得られる作用効果と同様の作用効果を得ることができる。
【００３１】
なお、本実施の形態では、接触部２４Ｆがボール形状とされているが、側面視でＵ字状とされ、かつ、頭部２４の径方向内側に奥行きを持つ、接触部２４Ｃ（図２参照）と同様の形状を有する接触部を凹設部２４Ｅに所定間隔において配列してもよい。
【００３２】
（第３実施の形態）
図８及び図９を用いて、本発明の第３実施の形態に係る締結構造１０を説明する。図８に示されるように、本実施の形態に係る締結構造１０は、第２実施の形態に係る締結構造１０と同様に、第１被締結部材１２と、第２被締結部材１４と、締結部材２０とを備えている。締結部材２０は、接合部２２と、頭部２４とを含んで構成されている。
【００３３】
図８及び図９に示されるように、第２実施の形態の頭部２４と同様に、頭部２４の第２表面１２Ｂ側には、外周縁ＯＥに沿って周方向に、凹設部２４Ｅが配設されている。この凹設部２４Ｅには、頭部２４と同一外径を有し、接合部２２を貫通させるリング２６が挿通されている。リング２６は、丁度、頭部２４の外周縁ＯＥに沿って周方向に延在され、リング２６には接触部２６Ａ及び非接触部２６Ｂが設けられている。
【００３４】
詳しく説明すると、接触部２６Ａは接触部２４Ｃ（図２参照）と同様に下方向に突出される凸状に形成され、非接触部２６Ｂは非接触部２４Ｄ（図２参照）と同様に上方向へへこむ凹状に形成されている。接触部２６Ａの軸方向に沿った断面形状は円弧状に形成され、この部分は面取部２６Ｒとされている。接触部２６Ａ、非接触部２６Ｂのそれぞれは、外周縁ＯＥに沿って周方向に交互に配設されている。リング２６は締結部材２０と同一材料により形成されている。
【００３５】
（本実施の形態の作用及び効果）
本実施の形態に係る締結構造１０では、図８及び図９に示されるように、締結部材２０にリング２６が配設され、頭部２４の外周縁ＯＥに沿って周方向にリング２６に接触部２６Ａと非接触部２６Ｂとが交互に配設されている。このため、本実施の形態に係る締結構造１０では、第２実施の形態に係る締結構造１０により得られる作用効果と同様の作用効果を得ることができる。
【００３６】
さらに、本実施の形態に係る締結構造１０は、第２実施の形態に係る締結構造１０の締結部材２０に比べて、締結部材２０の凹設部２４Ｅにリング２６を挿通させる簡易な構成とされている。また、リング２６は単独で自在に成形可能であるので、締結構造１０の態様に応じて、適宜、接触部２６Ａ及び非接触部２６Ｂの形状を代えたリング２６を形成することができる。例えば、リング２６の接触部２６Ａの形状を、接触部２４Ｆと同様にボール形状に形成することができる。
【００３７】
なお、本実施の形態では、締結部材２０の硬度とリング２６の硬度とが同一とされているが、締結部材２０の硬度に比べてリング２６の硬度が低く（軟らかく）設定されてもよい。この場合、頭部２４の外周縁ＯＥにおいて接触部２６Ａと第１被締結部材１２の第１表面１２Ａとの接触部位における応力集中を更に抑制することができる。リング２６としては、例えば硬質ゴム、樹脂、真鍮等の軟質材料が使用可能である。
【００３８】
［上記実施の形態の補足説明］
本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。例えば、本発明は、締結構造の締結部材として、自己穿孔型リベットに限定されない。具体的には、本発明は、締結部材の接合部の先端が第２被締結部材にスポット溶接により溶接された構造としてもよい。また、本発明は、ボルト、フランジ付きカラー等、第１被締結部材と第２被締結部材とを締結する締結部材に適用してもよい。さらに、本発明は、一定の間隔ではなく、応力集中が発生し難い領域に比べて、応力集中が発生し易い領域の接触部の配列の間隔を短くしてもよい。
【符号の説明】
【００３９】
１０  締結構造
１２  第１被締結部材
１４  第２被締結部材
２０  締結部材
２２  接合部
２４  頭部
２４Ｃ  接触部
２４Ｄ  非接触部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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