JP2009204061A

JP2009204061A - 板材締結構造

Info

Publication number: JP2009204061A
Application number: JP2008046046A
Authority: JP
Inventors: Naoki Tani; 直樹谷
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-02-27
Filing date: 2008-02-27
Publication date: 2009-09-10

Abstract

【課題】穴径や板厚に影響されず、被締結物が変形しにくい板材締結構造を提供する。
【解決手段】第１のフランジ１４がアンダーリンフォース３２の板材３２Ｂに車体幅方向内側から当接するまでボデー部１６が貫通口３２Ａ、３０Ａに挿入された状態で、開口部２０より空気、接着剤などの流体が注入される。内部からの圧力により膨張する継手１２は、貫通口３２Ａ、３０Ａへの挿入部分においてはボデー部１６が拡大して貫通口３２Ａ、３０Ａの内壁に圧接し、貫通口３０Ａより板材３０Ｂの内部に突出したボデー部１６の先端部分は拡大して第２のフランジ１８を形成する。継手１２は第１のフランジ１４と第２のフランジ１８とで、車体幅方向両側から板材３２Ｂ、３０Ｂを保持し、第１のフランジ１４、第２のフランジ１８ともに矢印５２に示す内部からの圧力で膨張するため、車体幅方向両側から板材３２Ｂ、３０Ｂを加圧し、締結する。
【選択図】図３

Description

本発明は板材締結構造に関する。

従来から、穴の空いた複数の板材などの被締結物に継手を挿入し、フランジを備えた継手を座屈変形させることで、被締結物の両面から締結する板材締結構造が存在する（例えば、特許文献１、２参照）。

この方法ではボルト・ナットによる締結と異なり、被締結物を継手で挟んで締結させるため、ＦＲＰ等の樹脂製被締結物に対して継手を使用すると、被締結物がへたり・クリープなどの塑性変形を引き起こす虞がある。このためＦＲＰ等の被締結物に対しての使用は荷重のかからない部位に限定され、高い荷重のかかる部位には使用が制限される。

また被締結物の穴径や板厚に応じて継手のサイズを専用のものに変更する必要があり、コスト・工数が嵩むという問題がある。
特開平０７−１８０７１２号公報特開２００６−１６１８２０号公報

本発明は上記事実を考慮し、穴径や板厚に影響されず、被締結物が変形しにくい板材締結構造を提供することを目的とする。

請求項１に記載の本発明における板材締結構造は、互いに重ね合わされ、厚み方向に貫通する貫通口がそれぞれ重なる箇所に設けられた複数の板材を締結する板材締結構造であって、前記貫通口を通過しない大きさの第１のフランジ部と、弾性変形可能な素材で前記第１のフランジ部から突設され、前記貫通口に挿入可能な太さの中空構造で、前記複数の板材の厚みの合計よりも長い棒形状のボデー部と、前記第１のフランジ部に設けられた開口部から前記ボデー部内まで延設され、前記開口部から前記ボデー部内に注入した流体の逆流を防止するバルブ部と、を備えた継手の、前記ボデー部が前記貫通口に挿入され、前記複数の板材の挿入方向奥側に突出した前記ボデー部の先端が、前記開口部より前記バルブ部を経由して前記ボデー部に注入された流体により膨張することで、第２のフランジ部を形成し、前記第１のフランジ部と前記第２のフランジ部とで前記複数の板材を締結することを特徴とする。

上記構成によれば、弾性のある継手のボデー部を貫通口に挿入後、開口部からバルブ部を経由してボデー部に注入された流体により、ボデー部の先端が膨張して第２のフランジ部を形成し、貫通方向手前側の第１のフランジ部とで板材を締結することで、締結部分への応力集中を防ぎ過大な締め付けを回避しながら、板材の穴径や板厚に拘わらず締結させることができる。

請求項２に記載の本発明における板材締結構造は、互いに重ね合わされ、厚み方向に貫通する貫通口がそれぞれ重なる箇所に設けられた複数の板材を締結する板材締結構造であって、弾性変形可能な素材で形成され、前記貫通口に挿入可能な太さの中空構造で、前記複数の板材の厚みの合計よりも長い棒形状のボデー部と、前記ボデー部の長さ方向の一端に設けられた開口部から延設され、前記開口部から前記ボデー部内に注入した流体の逆流を防止するバルブ部と、を備えた継手の前記ボデー部が前記貫通口に挿入され、前記複数の板材の挿入方向手前側と奥側とに突出した前記ボデー部の両端が、それぞれ前記開口部より前記バルブ部を経由して前記ボデー部に注入された流体により膨張することで、挿入方向手前側に第１のフランジ部を、挿入方向奥側に第２のフランジ部を形成し、前記第１のフランジ部と前記第２のフランジ部とで前記複数の板材を締結することを特徴とする。

上記構成によれば、弾性のある継手のボデー部を貫通口に挿入後、開口部からバルブ部を経由してボデー部に注入された流体により、ボデー部の手前側端と先端とが膨張して第１および第２のフランジ部を形成し、貫通方向両側から板材を締結することで、締結部分への応力集中を防ぎ過大な締め付けを回避しながら、板材の穴径や板厚に拘わらず締結させることができる。

請求項３に記載の本発明における板材締結構造は、請求項１または請求項２に記載の構成において、前記流体が空気であることを特徴とする。

上記構成によれば、弾性のある継手のボデー部に流体として空気を注入し、板材を締結する構成とすることで、専用の工具を必要とせず汎用の空気入れで作業を行うことができる。

請求項４に記載の本発明における板材締結構造は、請求項１または請求項２に記載の構成において、前記流体が硬化剤であることを特徴とする。

上記構成によれば、弾性のある継手のボデー部に流体として接着剤などの硬化剤を注入し、板材を締結する構成とすることで、硬化剤で硬化したボデー部とフランジ部で荷重を支え、締結強度を向上させることができる。

本発明に係る板材締結構造は上記構成としたので、穴径や板厚に影響されず、被締結物が変形しにくいという優れた効果が得られる。

＜構造の概要＞
本発明に係る板材締結構造の実施形態を図１〜図４に従って説明する。

なお、各図において、図中矢印ＦＲは車体前部方向を、矢印ＲＥは車体後方方向を、矢印ＵＰは車体上方方向を、矢印ＩＮは内側を、矢印ＯＵＴは外側を示す。

図１には、本発明が適用された第１実施形態に係る板材締結構造を備えた車体フレーム１０が示されている。

すなわち車体上下方向に延設されたＦＲＰ製のセンターピラー３０に、車体幅方向に設けられた同じくＦＲＰ製のアンダーリンフォース３２が締結部分１１で接合され、車体フレーム１０を構成している。このとき、閉断面で中空の略角パイプ構造をしたセンターピラー３０の車体幅方向内側面に対して、アンダーリンフォース３２の車体幅方向端部が車体上下方向に立ち上がり、両者に設けられた貫通口を継手で締結することで締結部分１１を構成している。

図２には、図１に示す締結構造のＡ−Ａ断面が示されている。

図２に示すように、センターピラー３０とアンダーリンフォース３２との締結部分１１において、略角パイプ形状をしたセンターピラー３０の車体幅方向内側部分の板材３０Ｂに設けられた貫通口３０Ａと、センターピラー３０の車体幅方向内側面に沿うように車体上下方向に立ち上がったアンダーリンフォース３２の板材３２Ｂに設けられた貫通口３２Ａとを、継手１２で締結している。

継手１２は、ゴムのような弾性部材で形成され、車体幅方向内側からアンダーリンフォース３２（板材３２Ｂ）を支持する第１のフランジ１４と、アンダーリンフォース３２側から貫通口３２Ａ、３０Ａを貫通するように挿入されたボデー部１６と、センターピラー３０の内部でボデー部１６が拡張し、内部からセンターピラー３０の板材３０Ｂを支持する第２のフランジ１８と、で構成されている。

図３（Ａ）、図３（Ｂ）には、図２に示す締結構造に用いられる継手の構造および締結の工程が示されている。

図３（Ａ）に示すように、継手１２のボデー部１６は、センターピラー３０に設けられた貫通口３０Ａと、アンダーリンフォース３２に設けられた貫通口３２Ａとを貫通するように、アンダーリンフォース３２側（車体幅方向内側）から挿入される。

第１のフランジ１４がアンダーリンフォース３２の板材３２Ｂに車体幅方向内側から当接するまでボデー部１６が貫通口３２Ａ、３０Ａに挿入された状態で、開口部２０より空気、接着剤などの流体が注入される。

図３（Ｂ）に示すように、注入された流体５０はバルブ部２２を経由してボデー部１６内に充填される。ボデー部１６をも含めた継手１２は弾性素材で形成されており、注入された流体５０は継手１２の内部より矢印５２のように継手１２を加圧する。

内部からの圧力により膨張する継手１２は、貫通口３２Ａ、３０Ａへの挿入部分においてはボデー部１６が拡大して貫通口３２Ａ、３０Ａの内壁に圧接し、貫通口３０Ａより板材３０Ｂの内部に突出したボデー部１６の先端部分は更に拡大して第２のフランジ１８を形成する。

継手１２は第１のフランジ１４と第２のフランジ１８とで、車体幅方向両側から板材３２Ｂ、３０Ｂを保持し、また第１のフランジ１４、第２のフランジ１８ともに矢印５２に示す内部からの圧力で膨張するため、車体幅方向両側から板材３２Ｂ、３０Ｂを加圧し、締結する。

バルブ部２２はボデー部１６と同じ弾性を持つ素材で形成されたチューブ形状の部材であり、図３（Ａ）に示すようにフランジ１４の裏面からボデー部１６の途中まで延設されている。

バルブ部２２は流体５０がボデー部１６内に外部から注入される際には抵抗とならず、且つボデー部１６内部の圧力が高くなれば径方向に潰れるので、ボデー部１６内部から外部への流体５０の流出を阻止する。これにより、一旦注入された流体５０はボデー部１６内部に留まり、継手１２を内部から加圧し続けることになり、膨張・拡大した第１のフランジ１４および第２のフランジ１８の形状が維持される。

＜作用効果＞
次に本発明の第１実施形態の作用および効果について説明する。

図２および図３（Ｂ）に示すように、継手１２は締結される板材３０Ｂ、３２Ｂを一方向から締結することができる。すなわち、中空パイプ形状のセンターピラー３０のように工具が入らない箇所であっても、予め受けナット等を設けずに、外側（この場合は車体幅方向内側）から開口部２０に流体５０を注入して締結作業を行うことができる。

また継手１２はゴムなどの弾性を備えた素材で形成されているため、板材３０Ｂ、３２Ｂの板厚、あるいは貫通口３０Ａ、３２Ａの開口径が異なっている場合であっても、素材の弾性でこれを吸収し、柔軟に締結を行うことが可能となる。

さらに、弾性のある素材で形成された継手１２の第１のフランジ１４、第２のフランジ１８、および貫通口３０Ａ、３２Ａ内のボデー部１６により板材３０Ｂ、３２Ｂを締結するので、板材３０Ｂ、３２Ｂへ過大な締め付けトルクがかかる事態を回避できる。これにより板材３０Ｂ、３２ＢがＦＲＰなどのような樹脂であっても、荷重によるクリープなど塑性変形の発生を防ぐことができる。

また、継手１２が貫通口３０Ａ、３２Ａの内径・形状に応じて膨張・拡大するので、貫通口３０Ａ、３２Ａに対する封止性に優れ、従来のリベット止め等に比較して良好な止水性を得ることができる。

さらに、継手１２はゴム等の素材で形成されているため、リベット止め等の金属による締結構造に比較して耐腐食性に優れ、被締結材（板材３０Ｂ、３２Ｂ）が金属であった場合でも、被締結材との間で電食が発生しないので、被締結材の耐腐食性を高めることができる。

また、流体５０に空気を用いた場合は、バルブ部２２を開放し、継手１２より流体５０を抜くことにより第２のフランジ１８が縮小あるいは消滅するので、必要に応じて締結された板材３０Ｂ、３２Ｂを取り外すことができる。流体５０に空気を用いた場合、工程に備え付けのエアーガン等を用いて締結作業を行えるので、専用の工具が不要となりコスト削減を行うことができる。

一方、流体５０に接着剤などの硬化剤を用いた場合は、継手１２の内部で硬化剤が硬化することにより、継手１２は内側から保持されるので貫通口３０Ａ、３２Ａの内壁および近傍の板材３０Ｂ、３２Ｂの表面を強固に締結することができる。この場合も工程に備え付けの接着ガン等を用いて締結作業を行えるので、専用の工具が不要となりコスト削減を行うことができる。

＜第２実施形態＞
図４（Ａ）、図４（Ｂ）には、本発明の第２実施形態に係る板材締結構造の一部が示されている。

図４（Ａ）に示すように、第２実施形態に係る継手１３は、略円柱乃至は略ラグビーボール形状断面の中空構造をした部材であり、ゴム等の弾性を備えた素材で形成されている。この継手１３のボデー部１６は貫通口３２Ａ、３０Ａに挿入され、長手方向両端部分を板材３０Ｂ、３２Ｂの表面から突出した状態で開口部２０より空気、接着剤などの流体が注入される。

図４（Ｂ）に示すように、注入された流体５０はバルブ部２２を経由してボデー部１６内に充填される。ボデー部１６をも含めた継手１２は弾性素材で形成されており、注入された流体５０は継手１２の内部より矢印５２のように継手１２を加圧する。

内部からの圧力により膨張する継手１２は、貫通口３２Ａ、３０Ａへの挿入部分においてはボデー部１６が拡大して貫通口３２Ａ、３０Ａの内壁に圧接し、貫通口３２Ａから板材３０Ｂより挿入方向手前側に突出したボデー部１６の後端部分は、拡大して第１のフランジ１４を形成する。また貫通口３０Ａより板材３０Ｂの挿入方向奥側に突出したボデー部１６の先端部分は拡大して第２のフランジ１８を形成する。

第１実施形態の継手１２と同様、継手１３は第１のフランジ１４と第２のフランジ１８とで、車体幅方向両側から板材３２Ｂ、３０Ｂを保持し、また第１のフランジ１４、第２のフランジ１８ともに矢印５２に示す内部からの圧力で膨張するため、車体幅方向両側から板材３２Ｂ、３０Ｂを加圧し、締結する。

バルブ部２２は流体５０がボデー部１６内に外部から注入される際には抵抗とならず、且つボデー部１６内部の圧力が高くなれば径方向に潰れるので、ボデー部１６内部から外部への流体５０の流出を阻止することで、一旦注入された流体５０はボデー部１６内部に留まり、継手１２を内部から加圧し続けることにより、膨張・拡大した第１のフランジ１４および第２のフランジ１８の形状が維持される点も第１実施形態と同様である。

さらに本実施形態において、継手１３は流体５０の注入前の段階ではフランジが存在しないため、被締結部材（板材３０Ｂ、３２Ｂ）の厚さ変化に対して柔軟に対応可能であり、また例えば円筒形状の収納部材に収められた継手１３を、複数の締結箇所に対して連続して使用するなどの使用方法が可能となる。

以上、実施形態を挙げて本発明の実施の形態を説明したが、これらの実施形態は一例であり、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できる。また、本発明の権利範囲がこれらの実施形態に限定されず、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。

すなわち、上記実施形態ではＦＲＰ製のセンターピラーとアンダーリンフォースとの締結部分を例としたが、これに限定せず貫通口が設けられた部材同士の締結構造であれば、本発明を応用することができる。また被締結部材の素材についても、金属あるいはその他の素材であっても本発明を適用することができる。

さらにバルブ部２２の先端は、図３（Ａ）に示すように貫通口３０Ａを通過しボデー部１６の先端近くに位置していれば、流体注入によるフランジ１４の厚み増加の影響を受けず、また十分な長さを備えていれば、ボデー部１６の内圧で確実に径方向に潰れることでより効果的に流体の漏出防止を行える。

あるいはバルブ部２２をボデー部１６と同様の弾性部材とする代わりに別途、開口部２０の内側または外側に種々の構造を備えた逆止弁を設け、ボデー部１６内部に充填された流体の漏出を防止する構造としてもよい。

本発明の実施形態に係る板材締結構造を備える車体フレームを示す斜視図である。図１に示される板材締結構造を拡大して示した断面図である。本発明の第１実施形態に係る板材締結構造を示す拡大断面図である。本発明の第２実施形態に係る板材締結構造を示す拡大断面図である。

符号の説明

１０車体フレーム
１１締結部分
１２継手
１４第１のフランジ
１６ボデー部
１８第２のフランジ
２０開口部
２２バルブ部
３０センターピラー
３０Ａ貫通口
３２アンダーリンフォース
３２Ａ貫通口
５０流体

Claims

互いに重ね合わされ、厚み方向に貫通する貫通口がそれぞれ重なる箇所に設けられた複数の板材を締結する板材締結構造であって、
前記貫通口を通過しない大きさの第１のフランジ部と、
弾性変形可能な素材で前記第１のフランジ部から突設され、前記貫通口に挿入可能な太さの中空構造で、前記複数の板材の厚みの合計よりも長い棒形状のボデー部と、
前記第１のフランジ部に設けられた開口部から前記ボデー部内まで延設され、前記開口部から前記ボデー部内に注入した流体の逆流を防止するバルブ部と、
を備えた継手の、前記ボデー部が前記貫通口に挿入され、
前記複数の板材の挿入方向奥側に突出した前記ボデー部の先端が、前記開口部より前記バルブ部を経由して前記ボデー部に注入された流体により膨張することで、第２のフランジ部を形成し、前記第１のフランジ部と前記第２のフランジ部とで前記複数の板材を締結することを特徴とする板材締結構造。
互いに重ね合わされ、厚み方向に貫通する貫通口がそれぞれ重なる箇所に設けられた複数の板材を締結する板材締結構造であって、
弾性変形可能な素材で形成され、前記貫通口に挿入可能な太さの中空構造で、前記複数の板材の厚みの合計よりも長い棒形状のボデー部と、
前記ボデー部の長さ方向の一端に設けられた開口部から延設され、前記開口部から前記ボデー部内に注入した流体の逆流を防止するバルブ部と、
を備えた継手の前記ボデー部が前記貫通口に挿入され、
前記複数の板材の挿入方向手前側と奥側とに突出した前記ボデー部の両端が、それぞれ前記開口部より前記バルブ部を経由して前記ボデー部に注入された流体により膨張することで、挿入方向手前側に第１のフランジ部を、挿入方向奥側に第２のフランジ部を形成し、前記第１のフランジ部と前記第２のフランジ部とで前記複数の板材を締結することを特徴とする板材締結構造。
前記流体が空気であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の板材の締結構造。
前記流体が硬化剤であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の板材の締結構造。