(57)【要約】【課題】相手部品から締結部に大荷重が入力される箇所に使用しても繊維強化樹脂構造の重量増加を抑止できるインサートを提供する。【解決手段】カーボン繊維強化樹脂から形成された第２リアクロスメンバ２８の内周面に外周面が当接する外周壁３１と、外周壁３１の一部を形成する厚肉部であってリアサスペンションメンバが締結される締結部３２と、外周壁３１と締結部３２との間の空間を複数の三角形状の空間に分割するように締結部３２から外周壁３１の内壁面に向かって形成されたリブ３３Ａ、３３Ｂと、を備え、第２リアクロスメンバ２８の内側に挿入されるインサートである。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維強化樹脂から形成された中空部材の内側に挿入され、当該中空部材の内周面に外周面が当接する外周壁と、
前記外周壁の一部を形成する厚肉部であって相手部品が締結される締結部と、
に前記締結部から前記外周壁の内壁面に向かって延在する壁体であるリブと、
を備えるインサート。
【請求項２】
前記外周壁は、略四辺形状の断面形状を有し、前記リブは、前記締結部から、前記外周壁における前記締結部が形成された側とは反対側の一対の稜の夫々に向かって延在する請求項１に記載のインサート。
【請求項３】
前記中空部材に挿入される方向に沿って一定の断面形状とされている請求項１または２に記載のインサート。
【請求項４】
前記外周壁と締結部とリブとは一体的に形成されている請求項１〜３の何れか１項に記載のインサート。
【請求項５】
前記外周壁と締結部とリブとは押出成形によって形成されている請求項４に記載のインサート。
【請求項６】
前記外周壁と締結部とリブとはアルミニウム合金によって形成されている請求項５に記載のインサート。
【請求項７】
繊維強化樹脂から形成され、所定の形状の内側断面を有する中空部材と、
前記中空部材の内側に挿入されて固定された請求項１〜６の何れか１項に記載のインサートと、
を備えるインサート構造。
【請求項８】
前記中空部材の内部空間と、前記インサートの外周壁と締結部とリブとの間の空間とを充填する芯材を有する請求項７に記載のインサート構造。
【請求項９】
前記芯材は発泡性樹脂から形成されている請求項８に記載のインサート構造。
【請求項１０】
前記中空部材はカーボン繊維強化樹脂から形成されている請求項７〜９の何れか１項に記載のインサート構造。
【請求項１１】
前記中空部材はガラス繊維強化樹脂から形成されている請求項７〜９の何れか１項に記載のインサート構造。
【請求項１２】
前記中空部材は強化繊維としてカーボン繊維およびガラス繊維を含有する強化樹脂から形成されている請求項７〜９の何れか１項に記載のインサート構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インサートおよびインサート構造にかかり、特に、繊維強化樹脂構造において相手部品から締結部に大荷重が入力される箇所に好適に使用されるインサート、および前記インサートを用いたインサート構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、車両や航空機の分野において車体や機体の主要部分をカーボン繊維強化樹脂などの複合材料を用いて軽量化を図ることが検討されている。
【０００３】
自動車のシャシーに複合材料を用いた例としては、たとえば、シャシー構造体に概ね合致する形状を有するコア体と、シャシー部品を取り付けるために前記コア体に配置される複数の金属インサートと、前記金属インサートを前記コア体に保持するための保持手段と、前記コア体を包囲するとともに前記金属インサートを前記コア体に固着する樹脂含浸強化繊維材と、を有する複合シャシー構造体がある（特許文献１）。
【０００４】
車両や航空機においては、カーボン繊維強化樹脂やガラス強化繊維樹脂などの繊維強化樹脂を用いた繊維強化樹脂部材は、このように発泡ウレタン樹脂や発泡スチロールなどからなる芯材の表面に、カーボン繊維などの強化繊維に硬化性樹脂を含浸させたものを積層して硬化させて形成するのが一般的である。そして、前記繊維強化樹脂部材に他部品との締結構造を設けるときは、前記繊維強化樹脂部材部材の断面内に金属製のインサートを挿入して締結部とし、前記締結部にタップを切って前記他部品を締結する。
【特許文献１】特開平６−２０６５７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記他部品、いいかえれば相手部品が車両のサスペンションメンバーのように大荷重が加わる部品の場合は、前記相手部品から前記締結部に大荷重が入力される。したがって、前記荷重によって変形しないように、インサートの厚さや寸法を大きくする必要があるため、インサートの質量も増加し、繊維強化樹脂を用いたことによる重量軽減効果が減少するという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記問題を解決すべく成されたもので、繊維強化樹脂構造において相手部品から締結部に大荷重が入力される箇所に使用しても前記繊維強化樹脂構造の重量増加を抑止できるインサート、および前記インサートを用いたインサート構造の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の発明は、繊維強化樹脂から形成された中空部材の内側に挿入されるインサートにおいて、外周面において、前記中空部材の内周面に当接する外周壁と、前記外周壁の一部を形成する厚肉部であって相手部品が締結される締結部と、前記締結部から前記外周壁の内壁面に向かって延在する壁体であるリブと、を備え、前記中空部材の内側に挿入されている。
【０００８】
前記インサートにおいては、締結部に締結された相手部品から締結部に加わった入力は、締結部からリブを通して外周壁に伝達され、次いで外周壁から中空部材に伝達される。
締結部は外周壁の一部を形成する厚肉部であるから、締結部およびその周囲の剛性を高くすることができる。したがって、前記相手部品から締結部に加わる軸力に応じて任意のタップ径およびタップ深さを選択することができる。また、相手部品から締結部に加わった荷重はリブを介して外周壁に伝達されるから、前記荷重によってインサートが断面変形を起すことが抑止される。また、外周壁の内側は、前記リブを除いては中空であるから、前記インサートは剛性が高いにも拘らず軽量である。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のインサートにおいて、前記外周壁は、略四辺形状の断面形状を有し、前記リブは、前記締結部から、前記外周壁における前記締結部が形成された側とは反対側の一対の稜の夫々に向かって延在している。
【００１０】
前記インサートにおいては、前述のように、リブが、前記締結部から、前記外周壁における前記締結部が形成された側とは反対側の一対の稜の夫々に向かって設けられているから、前記締結部と前記外周壁とによって形成される空間は、中央部に位置する第１の三角断面と、前記第１の三角断面の両側に位置する第２および第３の三角断面の２つの三角断面に分割される。そして、前記第１、第２、第３の三角断面は、前記締結部に穿設されるタップ孔を含む平面に対してほぼ対称的に配置される。
【００１１】
したがって、締結部に締結された相手部材から締結部に作用する入力によって前記リブの一方に引張り荷重が働くと、前記リブの他方には圧縮荷重が作用する。これにより、前記インサートの外周壁の内側では荷重がバランスする。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のインサートにおいて、前記中空部材に挿入される方向に沿って一定の形状の断面を有する。
【００１３】
前記インサートは、前記中空部材に挿入される方向に沿って一定の断面を有しているから、前記中空部材の断面に沿った方向の剛性だけでなく、前記中空部材の長手方向に沿った剛性も高い。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の何れか１項に記載のインサートにおいて、前記外周壁と締結部とリブとが一体的に形成されている。
【００１５】
前記インサートにおいては、前記外周壁と締結部とリブとが一体的に形成されているから、締結部とリブと外周壁とが別体として形成されたインサートと比較して軽量である。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のインサートにおいて、前記外周壁と締結部とリブとが押出成形によって形成されている。
【００１７】
前記インサートにおいては、前記外周壁と締結部とリブとが押出成形によって形成されているから、前記外周壁と締結部とリブとは、前記中空部材に挿入される方向に沿って一定の断面を有している。
【００１８】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載のインサートにおいて、前記外周壁と締結部とリブとがアルミニウム合金によって形成されている。
【００１９】
前記インサートにおいては、アルミニウム合金の種類を選択することにより、押出成形が容易で強度の高い製品が得られる。
【００２０】
請求項７に記載の発明は、インサート構造において、繊維強化樹脂から形成され、所定の形状の内側断面を有する中空部材と、前記中空部材の内側に挿入されて固定された請求項１〜６の何れか１項に記載のインサートと、を備える。
【００２１】
前記インサート構造においては、相手部品は、中空部材の内側に固定されたインサートにおける締結部に締結される。また、前記インサートは、外周面が中空部材の内周面に当接するように形成されている。
【００２２】
したがって、前記インサート構造に相手部品を締結したとき、相手部品からの入力は、前記インサートの締結部に入力され、リブおよび外周壁を通して中空部材に伝達される。
【００２３】
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載のインサート構造において、前記中空部材の内部空間と、前記インサートの外周壁と締結部とリブとの間の空間とを充填する芯材を有する。
【００２４】
前記インサート構造においては、前記中空部材の内部空間と、前記インサートの外周壁と締結部とリブとの間の空間とは芯材で充填されているから、インサートと中空部材とは、前記芯材を有しない場合と比較して更に一体化されている。
【００２５】
請求項９に記載の発明は、請求項８に記載のインサート構造において、前記芯材が発泡性樹脂から形成されている。
【００２６】
前記インサート構造によれば、前記芯材が発泡性樹脂から形成されているから、発泡性樹脂以外の芯材を有するインサート構造と比較して軽量である。
【００２７】
請求項１０に記載の発明は、請求項７〜９の何れか１項に記載のインサート構造において、前記中空部材がカーボン繊維強化樹脂から形成されている。
【００２８】
前記インサート構造においては、前記中空部材がカーボン繊維強化樹脂から形成されているから、前記中空部材がガラス繊維強化樹脂から成形されている場合と比較してインサート構造の比強度が高い。
【００２９】
請求項１１に記載の発明は、請求項７〜９の何れか１項に記載のインサート構造において、前記中空部材がガラス繊維強化樹脂から形成されている。
【００３０】
前記インサート構造においては、前記中空部材がガラス繊維強化樹脂から形成されているから、前記中空部材がカーボン繊維強化樹脂から成形されている場合と比較して延びの大きなインサート構造が得られる。
【００３１】
請求項１２に記載の発明は、請求項７〜９の何れか１項に記載のインサート構造において、前記中空部材が強化繊維としてカーボン繊維とガラス繊維戸を含有する強化樹脂から形成されている。
【００３２】
前記インサート構造においては、前記中空部材がカーボン繊維とガラス繊維とから強化された強化樹脂から形成されているから、比強度も延びも大きなインサート構造が得られる。
【発明の効果】
【００３３】
請求項１の発明で提供されるインサートにおいては、前述のように、前記インサートにおける締結部に締結された相手部品から前記インサートの締結部に加わった入力は、インサートを介して中空部材に効果的に伝達される。また、前記インサートは剛性が高いにも拘らず軽量である。
【００３４】
したがって、繊維強化樹脂の中空部材を用いた構造体において大荷重が入力される箇所に前記インサートを用いれば、入力された荷重を周囲の構造体に効率よく伝達できる上に質量の増大を抑えることができ、しかも繊維強化樹脂の中空部材の軽量化効果が減殺されることが少なくなる。
【００３５】
請求項２の発明で提供されるインサートにおいては、相手部材から締結部への入力によって作用する荷重は、外周壁の内側においてバランスしている。したがって、前記荷重がバランスしていない場合に比較して外周壁の厚さが同一であれば外周壁の変形をより効果的に抑えることができ、また、外周壁において同一の変形量を許容するのであれば、外周壁およびリブの肉厚をより薄くすることができるから、より軽量なインサートが提供される。
【００３６】
請求項３の発明のインサートは、前記中空部材の断面に沿った方向および長手方向に沿った剛性の何れも高い。したがって、締結部に締結された相手部材からどのような方向の入力が加わっても前記入力を中空部材に効果的に伝達できるインサートが提供される。
【００３７】
請求項４の発明のインサートは、締結部とリブと外周壁とが別体として形成されたインサートと比較して軽量であるから、繊維強化樹脂の中空部材を用いた構造体において大荷重が入力される箇所に前記インサートを用いれば、繊維強化樹脂の中空体を用いることによる軽量化効果が減殺されることが更に少なくなる。
【００３８】
請求項５の発明によれば、補強効果が高く、安価なインサートが提供される。
【００３９】
請求項６の発明によれば、強度、耐食性に優れ、繊維強化樹脂との接着性にも優れたインサートが提供される。
【００４０】
請求項７の発明によれば、インサートがバルクとして機能するから、インサートにおける締結部に締結された相手部品からの入力による中空部材の変形が効果的に抑制され、しかも軽量なインサート構造が提供される。
【００４１】
請求項８の発明によれば、インサートと中空部材とが、芯材がない場合と比較して更に一体化されるから、前記相手部品からの入力による中空部材の変形が更に効果的に抑制され、しかも軽量なインサート構造が提供される。
【００４２】
請求項９の発明によれば、芯材が発泡樹脂で形成されていることにより、芯材が発泡樹脂でない場合と比較して更に軽量でしかも剛性の高いインサート構造が提供される。
【００４３】
請求項１０の発明によれば、特に高い比強度が要求される箇所に好適に使用されるインサート構造が提供される。
【００４４】
請求項１１の発明によれば、特に高い伸びが要求される箇所に好適に使用されるインサート構造が提供される。
【００４５】
請求項１２の発明によれば、特に高い比強度と伸びとが要求される箇所に好適に使用されるインサート構造が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
以下、本発明のインサート構造を車両に適用した例について説明する。図１以下においてＦＲ、ＲＥ、ＵＰ、ＤＮ、Ｒ、Ｌは夫々車両前方、車両後方、車両上方、車両下方、車両右方、車両左方を示す。
【００４７】
実施形態１に係る車両１は、図１に示すように、カーボン繊維強化樹脂から形成され、客室２を構成するＣＦＲＰキャビン３と、ＣＦＲＰキャビン３の車両前方側に固定された一対のフロントサイドメンバ４と、ＣＦＲＰキャビン３の車両後方側に固定された一対のリアサイドメンバ５と、車両前方においてフロントサイドメンバ４を結合するフロントクロスメンバ６と、車両後方においてリアサイドメンバ５を結合する第１リアクロスメンバ７とを備えている。
【００４８】
図２に示すように、フロントサイドメンバ４の下方にフロントサスペンション（図示せず。）を支持するフロントサスペンションメンバ８が設けられている。
【００４９】
図１に示すように、車両１のフロントフロア２２、フロントフロア２２の両側縁において車両前後方向に沿って設けられたロッカパネル２０、フロントフロア２２の車両後方側に隣接するリアフロア２４、およびリアフロア２４の上端から車両後方に向かって延在するアッパバックパネル２６は、ＣＦＲＰキャビン３によって一体的に形成されている。
【００５０】
ＣＦＲＰキャビン３の中央部には、ドライブシャフトを通すための凹陥部３Ａが車両前後方向に沿って設けられている。
【００５１】
また、ロッカパネル２０の車両後方側の端部は、図１〜図５に示すように第２リアクロスメンバ２８で一体的に結合されている。第２リアクロスメンバ２８は、本発明の中空部材の一例であり、カーボン繊維強化樹脂製の部材であって、内部には発泡ポリウレタン樹脂からなる芯材が充填されているとともに、インサート３０が一対埋設されている。
【００５２】
ロッカパネル２０の車両後方側の端部には、図２〜図４に示すように、リアサスペンション（図示せず。）を支持するリアサスペンションメンバ９が固定されている。リアサスペンションメンバ９は、４点でロッカパネル２０に固定されているが、車両後方側の２点は第２リアクロスメンバ２８に埋設されたインサート３０に固定され、車両先方側の２点は、ロッカパネル２０に設けられた取付台座２１に固定されている。
【００５３】
第２リアクロスメンバ２８は、図６および図８に示すように車両下方に向かって縮小する略台形状の断面を有している。そして、インサート３０の断面における外周は、第２リアクロスメンバ２８の断面における内周に実質的に一致しており、インサート３０も下方に向かって縮小する略台形の断面を有している。また、第２リアクロスメンバ２８の車両前方側の面２８Ａは、車両下方に向かって車両後方に傾斜し、車両後方側の面２８Ｂは略垂直方向に延在する。
【００５４】
インサート３０は、図６〜図８に示すように、第２リアクロスメンバ２８の内側に当接する外周壁３１と、外周壁３１の車両下方側に設けられた厚肉部である締結部３２と、外周壁３１の車両上方の２つの稜と締結部３２とを連結するリブ３３Ａ、３３Ｂとを有する。なお、リブ３３Ａは車両前方側に位置するリブであり、リブ３３Ｂは車両後方側に位置するリブである。インサート３０は、Ａ６０００系アルミニウム合金のような押出加工用合金の押出加工によって外周壁３１と締結部３２とリブ３３Ａ、３３Ｂとが一体になるように形成されている。リアサスペンションメンバ９は、ボルト１０によって締結部３２に締結される。
【００５５】
インサート３０においては、外周壁３１とリブ３３Ａと締結部３２とによって空間３４Ａが、外周壁３１とリブ３３Ａとリブ３３Ｂと締結部３２とによって空間３４Ｂが、外周壁３１とリブ３３Ｂと締結部３２とによって空間３４Ｃが形成されている。
【００５６】
第２リアクロスメンバ２８の内側は発泡ポリウレタン樹脂からなる芯材２９によって充填されている。そして、インサート３０においても、空間３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃは何れも芯材２９によって充填されている。
【００５７】
なお、インサート３０の外周面は、芯材２９の外周面に実質的に一致するように形成されている。
【００５８】
リアサスペンションメンバ９が締結部３２にボルト１０で締結された状態において、たとえば図６において矢印ａで示すように、リアサスペンションメンバ９から締結部３２に車両前方から車両後方に向かう方向の荷重が入力されると、締結部３２は矢印ａとは反対方向の力ａ’を受けるから、同図において矢印ｂ、ｃで示すように車両前方側のリブ３３Ａは圧縮力を受け、車両後方側のリブ３３Ｂは引張り力を受ける。したがって、外周壁３１の内側において締結部３２に作用する荷重とリブ３３Ａ、３３Ｂに作用する荷重とが釣り合うから、インサート３０の変形が抑止される。反対にリアサスペンションメンバ９から締結部３２に車両後方から車両前方に向かう荷重が作用すると、締結部３２には反対方向の荷重が作用するから、リブ３３Ａには引張り力が、リブ３３Ｂには圧縮力が作用するから、同様に、外周壁３１の内側において締結部３２に作用する荷重とリブ３３Ａ、３３Ｂに作用する荷重とが釣り合う。したがって、この場合もインサート３０の変形が抑止される。
【００５９】
このように車両前後方向に沿った荷重によるインサート３０の変形は効果的に抑止されるから、前記荷重による第２リアクロスメンバ２８の変形も抑止される。
【００６０】
一方、インサート３０の外壁が第２リアクロスメンバ２８の内壁に密着している故に、リアサスペンションメンバ９から締結部３２に車両右方から車両左方に向かう図７において矢印ｄで示す方向の荷重、および車両左方から車両右方に向かう方向の荷重に対してはインサート３０がバルクとして振舞う。したがって、前記方向の荷重による第２リアクロスメンバ２８の変形が抑止される。
【００６１】
以上、本発明のインサート構造を車両に適用した例を述べたが、本発明のインサートおよびインサート構造は、車両だけでなく、繊維強化樹脂からなる機体構造を有する航空機や、繊維強化樹脂からなる管状の梁、柱、壁体を有する建造物などにも適用できる。
【００６２】
インサートの材質としては、Ａ６０００系などの押出成形用のアルミニウム合金が挙げられるが、これに限定されるものではなく、アルミニウムダイキャスト合金、マグネシウムダイキャスト合金、高張力鋼、低合金鋼なども挙げられる。また締結部に締結される部品の形状、および締結部への部品の締結形態によっては繊維強化樹脂も使用される。
【００６３】
繊維強化樹脂としてはカーボン繊維強化樹脂のほか、ガラス繊維強化樹脂、アラミド繊維強化樹脂などがある。前記繊維強化樹脂に使用される樹脂としては、各種エポキシ樹脂やポリウレタン樹脂、硬化型ポリエステル樹脂のような硬化性樹脂、およびポリペンタシクロジエンのような熱可塑性樹脂がある。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】図１は、実施形態１に係る車両の全体的な構成を示す斜視図である。
【図２】図２は、前記車両を車両下方から見たところを示す斜視図である。
【図３】図３は、前記車両を車両左下方から見たところを示す斜視図である。
【図４】図４は、前記車両のリアサスペンションメンバおよびその周辺の構成を示す拡大図である。
【図５】図５は、前記車両においてリアサスペンションメンバを省略した構成を示す斜視図である。
【図６】図６は、前記車両の備える第２リアクロスメンバにおいてインサートが挿入された部分を車両前後方向に沿って切断した断面を示す断面図である。
【図７】図７は、前記第２リアクロスメンバを長手方向に沿って切断した断面を示す断面図である。
【図８】図８は、前記第２リアクロスメンバにインサートが挿入されているところを示す斜視図である。
【符号の説明】
【００６５】
１      車両
２      客室
３      ＣＦＲＰキャビン
３Ａ    凹陥部
４      フロントサイドメンバ
５      リアサイドメンバ
６      フロントクロスメンバ
７      第１リアクロスメンバ
８      フロントサスペンションメンバ
９      リアサスペンションメンバ
１０      ボルト
２０      ロッカパネル
２１      取付台座
２２      フロントフロア
２４      リアフロア
２６      アッパバックパネル
２８      第２リアクロスメンバ
２９      芯材
３０      インサート
３１      外周壁
３２      締結部
３３Ａ    リブ
３３Ｂ    リブ
３４Ａ    空間
３４Ｂ    空間
３４Ｃ    空間
【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】
2009255799.tif 000009
【図８】
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