特許 6249300 締結部を有する構造体の補強構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6249300

(24)【登録日】2017年12月1日

(45)【発行日】2017年12月20日

(54)【発明の名称】締結部を有する構造体の補強構造

(51)【国際特許分類】

   F16B 5/02 20060101AFI20171211BHJP

   F16S 1/10 20060101ALI20171211BHJP

   F16S 1/12 20060101ALI20171211BHJP

   B60R 19/34 20060101ALI20171211BHJP

【ＦＩ】

   F16B5/02 F

   F16S1/10

   F16S1/12

   B60R19/34

【請求項の数】9

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2014-501118(P2014-501118)

(86)(22)【出願日】2013年12月17日

(86)【国際出願番号】JP2013083723

(87)【国際公開番号】WO2014129063

(87)【国際公開日】20140828

【審査請求日】2016年11月1日

(31)【優先権主張番号】特願2013-30941(P2013-30941)

(32)【優先日】2013年2月20日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000003159

【氏名又は名称】東レ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100091384

【弁理士】

【氏名又は名称】伴 俊光

(74)【代理人】

【識別番号】100125760

【弁理士】

【氏名又は名称】細田 浩一

(72)【発明者】

【氏名】中越 宏明

(72)【発明者】

【氏名】山口 晃司

(72)【発明者】

【氏名】松岡 英夫

(72)【発明者】

【氏名】井上 卓也

【審査官】 熊谷 健治

(56)【参考文献】

【文献】 特許第４７３６７９５（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 実公昭６３−０２５２４７（ＪＰ，Ｙ２）

【文献】 特公平０２−０２９１２９（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特開２００６−２５８１０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２０８６２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０８３６９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０７５５３６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１６Ｂ ５／０２

Ｂ６０Ｒ １９／３４

Ｆ１６Ｓ １／１０

Ｆ１６Ｓ １／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

構造体本体を固定するための複数の締結部を有する構造体において、少なくとも一部の締結部の周囲に設けられる補強部と、前記補強部同士を連結する連結部とを備え、構造体本体と同じ材料もしくはより高い弾性率または強度を有する材料で構造体本体とは別に形成された補強体が、構造体本体に取り付けられ、前記構造体本体が該構造体本体補強用の本体リブを有しており、前記補強体が、前記構造体本体における前記本体リブの付け根側とは反対側に取り付けられており、前記構造体本体の前記本体リブに、前記補強体装着用の溝が形成されていることを特徴とする、締結部を有する構造体の補強構造。

【請求項2】

前記補強体において、少なくとも１つの補強部に２つ以上の連結部が接続されている、請求項１に記載の締結部を有する構造体の補強構造。

【請求項3】

前記補強体において、少なくとも１つの補強部に対し２つ以上の連結部が接続されており、各連結部が前記補強部から互いに異なる方向に延びている、請求項１または２に記載の締結部を有する構造体の補強構造。

【請求項4】

前記補強体において、全ての補強部と全ての連結部が一体に形成されている、請求項１〜３のいずれかに記載の締結部を有する構造体の補強構造。

【請求項5】

前記構造体本体と前記補強体が別々に成形されたものからなる、請求項１〜４のいずれかに記載の締結部を有する構造体の補強構造。

【請求項6】

前記構造体本体または前記補強体、もしくはそれらの両方が、炭素繊維複合材料で構成されている、請求項１〜５のいずれかに記載の締結部を有する構造体の補強構造。

【請求項7】

前記構造体本体または前記補強体、もしくはそれらの両方が、ガラス繊維複合材料で構成されている、請求項１〜５のいずれかに記載の締結部を有する構造体の補強構造。

【請求項8】

前記構造体本体または前記補強体、もしくはそれらの両方が、樹脂で構成されている、請求項１〜５のいずれかに記載の締結部を有する構造体の補強構造。

【請求項9】

前記構造体本体または前記補強体、もしくはそれらの両方が、金属で構成されている、請求項１〜５のいずれかに記載の締結部を有する構造体の補強構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、締結部を有する構造体の補強構造に関し、とくに、基本的な構造を変更することなく容易に構造体の締結部やその周囲部を補強することが可能な補強構造に関する。

【背景技術】

【0002】

締結部を有する構造体は各種分野で使用されており、それら構造体では、締結部およびその周囲部の補強が求められることが多い。例えば、自動車の軽量化のため、衝撃吸収部材など各種自動車部品の樹脂や繊維強化複合材料への置き換えが検討されている。このような素材からなる構造体の場合、締結部やその周囲部を補強するには、一般的にリブ構造を設けることが多い。しかし、構造体の成形上の必要条件（例えば、型抜きに必要な条件）や、他の制約条件を考慮しながら設計されたリブ構造だけでは必ずしも締結部周りの補強が十分でない場合がある。

【0003】

締結部周りの補強が十分でないリブ構造の場合、リブ構造を再設計すれば解決するものもあるが、成形上の必要条件や他の制約条件から効果的なリブ構造の再設計が困難な場合がある。そして、締結部周りの補強が十分でないと、応力集中等が起こりやすい締結部部分から構造体自体が破断しやすくなり、望ましくない破壊形態が問題となる場合がある。

【0004】

一般的に、締結部を有する構造体の補強構造は各種知られている。例えば特許文献１には、運搬用容器が長期使用に耐えることできるように、容器底面に板状の金具を装着することで補強するようにした補強構造が開示されている。しかしこの補強構造は、締結部自体を補強する構造ではない。また、補強部材が金具とあり、材質が金属に限定されている。

【0005】

また、特許文献２には、吸気マニホールドのポートフランジの締結部を、補強ブラケットでつないで補強する構造が開示されている。しかしこの補強構造では、適用部位が吸気マニホールド部に限定されているとともに、マウンティングプレートのボルト穴の内側に補強ブシングを配置し、ボルト頭側で補強ブラケットを連結、固定する構造となっており、構造体の締結部自体を補強する構造とはなっていない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００６−１２３９４１号公報

【特許文献2】特開２０１２−２０７６５８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

そこで本発明の課題は、構造体のリブ構造等の基本的な構造を変更することなく、容易に、構造体の締結部自体やその周囲部を効果的に補強することが可能な、締結部を有する構造体の補強構造を提供することにあり、とくに、繊維強化複合材料からなる構造体の補強に好適な構造を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するために、本発明に係る締結部を有する構造体の補強構造は、構造体本体を固定するための複数の締結部を有する構造体において、少なくとも一部の締結部の周囲に設けられる補強部と、前記補強部同士を連結する連結部とを備え、構造体本体と同じ材料もしくはより高い弾性率または強度を有する材料で構造体本体とは別に形成された補強体が、構造体本体に取り付けられ、前記構造体本体が該構造体本体補強用の本体リブを有しており、前記補強体が、前記構造体本体における前記本体リブの付け根側とは反対側に取り付けられており、前記構造体本体の前記本体リブに、前記補強体装着用の溝が形成されていることを特徴とするものからなる。

【0009】

このような本発明に係る締結部を有する構造体の補強構造においては、本発明の適用前の構造体ベース本体の基本的な構造を実質的に変更することなく（例えば、構造体ベース本体に設けられていたリブ等の配置を変更することなく）構成された構造体本体に、締結部の周囲に設けられる補強部と、補強部同士を連結する連結部とを備え、構造体本体と同じ材料もしくはより高い弾性率または強度を有する材料で形成された補強体が、取り付けられる。すなわち、構造体本体に、所定の補強体が後付けされる。後付けであるから、構造体本体を成形により作製する場合にあっても、型抜きの方向などをとくに変更する必要はなく、構造体本体の全体にわたる形状などについても、補強体を後付け付加しない場合に比べて、大きく変更する必要はなく、補強体の後付けは容易に行われ得る。そして、補強体の補強部は締結部の周囲に設けられ、補強部同士は連結部によって連結されているので、結局、構造体本体の締結部同士が補強体を介して互いに連結されているのと同等の形態が達成され、各締結部にかかる荷重が連結部を介して、分散されるか、互いに支え合うことになる。その結果、個々の締結部自体やその周囲部にかかる荷重が低減されることになり、結果的に個々のその部分が補強され、ひいては構造体全体が補強されることになる。この構造体の補強が、上記の如く補強体の後付けによって達成されるので、容易に、効果的にかつ効率よく所望の補強が行われることになる。

【0010】

上記本発明に係る締結部を有する構造体の補強構造においては、上記構造体本体が該構造体本体補強用の本体リブを有している。つまり、構造体本体が元々本体リブによる補強構造を有するものであり、本発明を適用することにより、上記補強体の後付けによって、破壊されやすかった締結部が効果的にかつ効率よく補強される。そして、本体リブを有する構造体本体に後付けされる補強体は、構造体本体における上記本体リブの付け根側とは反対側に取り付けられている形態が採用される。このようにすることにより、補強体を極めて容易に構造体本体に後付けすることが可能になる。さらにこの場合、上記構造体本体の上記本体リブに、補強体装着用の溝が形成されている。このようにすることにより、補強体を、所定の位置に決めながら、容易に構造体本体に装着することが可能になる。

【0011】

本発明に係る締結部を有する構造体で用いられる部材構成材料としては、樹脂を含む材料、中でも熱可塑性樹脂を含む材料を挙げることができる。好ましい熱可塑性樹脂材料としては、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリブチレン等のポリオレフィンや、スチレン系樹脂の他や、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリトリメチレンテレフタレート（ＰＴＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、液晶ポリエステル等のポリエステル、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリメチレンメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）、変性ＰＰＥ、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリスルホン（ＰＳＵ）、変性ＰＳＵ、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリケトン（ＰＫ）、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリエーテルニトリル（ＰＥＮ）、フェノール系樹脂、フェノキシ樹脂、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素系樹脂、更にポリスチレン系、ポリオレフィン系、ポリウレタン系、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリブタジエン系、ポリイソプレン系、フッ素系等の熱可塑エラストマー等が挙げられ、これらの共重合体、変性体、および２種類以上ブレンドした樹脂などであってもよい。とりわけ、高伸度の観点からはＰＣ樹脂やＡＢＳ樹脂およびそれらのブレンド材が、高強度の観点からはポリアミド樹脂およびそれらのブレンド材がより好ましく用いられる。

【0012】

また、本発明においては、上記補強体において、少なくとも１つの補強部に２つ以上の連結部が接続されていることが好ましい。このようにすれば、１つの締結部にかかる荷重が、その締結部に対応する補強部から、２つ以上の連結部を介して補強体中を伝達されることになるので、締結部にかかる荷重が適切に分散され、結果的に１つの締結部にかかる荷重の低減が可能になって、より効果的締結部の補強は可能になる。

【0013】

また、上記補強体において、少なくとも１つの補強部に対し２つ以上の連結部が接続されている場合、各連結部がその補強部から互いに異なる方向に延びている形態とすることが好ましい。このような形態においては、上述の締結部にかかる荷重の分散が、より効率よく行われる。なお、１つの補強部に対し、該補強部の互いに反対側の位置において、２つの連結部が直線状に配置されている場合にあっても、これら連結部は、少なくとも、構造体全体の補強のために、後付けされた補強体内で荷重を適切に伝達する役目を果たすことが可能である。

【0014】

また、上記補強体において、全ての補強部と全ての連結部が一体に形成されている形態を採用することも好ましい。補強体の全体が一体に形成されていることで、補強体自体の一体成形が容易になり、しかも、補強体内での荷重の伝達がより望ましい形態で行われ得る。

【0015】

また、上記構造体本体と上記補強体が別々に成形により形成されたものからなることが好ましい。補強体は構造体本体に後付けされる形態であればよいが、それぞれを別々に成形することにより、補強構造体全体としての製造が容易になる。

【0018】

さらに、本発明に係る締結部を有する構造体の補強構造は、とくに構造体本体または補強体、もしくはそれらの両方が、繊維強化複合材料で構成されている場合にとくに有効なものである。繊維強化複合材料による構成は、通常、軽量化とともに、強度や剛性の向上を目指して採用されるので、本発明に係る補強構造を適用することにより、目標とする望ましい構造体の全体構造が、容易に実現される。

【0019】

例えば、上記構造体本体または上記補強体、もしくはそれらの両方が、炭素繊維複合材料で構成されている構造や、上記構造体本体または上記補強体、もしくはそれらの両方が、ガラス繊維複合材料で構成されている構造を採ることができる。もちろん、他の強化繊維を用いた繊維強化複合材料や、２種以上の強化繊維を用いた繊維強化複合材料による構成も採用可能である。

【0020】

なお、構造体本体または補強体、もしくはそれらの両方を上述の如く繊維強化複合材料で構成する場合、そのマトリックス樹脂としては、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂のいずれも使用可能であるが、成形の容易性を考慮すると、熱可塑性樹脂を使用することが好ましい。使用可能な熱可塑性樹脂として、例えば、ポリアミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミドのいずれかから選ばれる少なくとも一つを挙げることができる。

【0021】

さらに、本発明においては、上記構造体本体または上記補強体、もしくはそれらの両方が、樹脂で構成されている構造や、上記構造体本体または上記補強体、もしくはそれらの両方が、金属で構成されている構造とすることも可能である。

【発明の効果】

【0022】

このように、本発明に係る締結部を有する構造体の補強構造によれば、単に補強体を後付けするだけで、構造体本体のリブ構造等の基本的な構造を変更することなく、容易に、構造体本体の締結部自体やその周囲部を効果的に補強することが可能になる。本発明は、とくに、炭素繊維複合材料やガラス繊維複合材料を含む繊維強化複合材料からなる構造体の補強に好適な構造を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】本発明の適用前の構造体ベース本体の斜視図である。

【図2】図１の構造体ベース本体の部分断面表示した斜視図である。

【図3】図１の構造体ベース本体に本発明を適用した場合の、本発明の一実施態様に係る締結部を有する構造体の補強構造の斜視図である。

【図4】図３の構造における補強体の斜視図である。

【図5】図３の構造における構造体本体の斜視図である。

【図6】図４の変形例に係る補強体の斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、以下の本発明の実施の形態の説明に用いる、本発明の適用前の構造体ベース本体を示している。図１に示す構造体ベース本体１は、その構造体ベース本体１を他部材に固定するための複数の（図示例では、４つの）貫通孔を備えた締結部２を有しており、構造体ベース本体１内に、縦横に延びる複数のリブ３（本体リブ）が、締結部２を含む略全体にわたって設けられている。これら本体リブ３は、図２に示すように、後壁４に接続されており、後壁４への接続部である付け根５側から構造体ベース本体１の前面側まで延びている。また、この構造体ベース本体１は、繊維強化複合材料、とくに炭素繊維複合材料で構成され、全体が一体成形されている。成形の際の型抜き方向を図のＸ−Ｘ方向とすることにより、全体の一体成形と、成形後の型抜きを容易に行うことができる。

【0025】

図３は、図１の構造体ベース本体１に本発明を適用した場合の、本発明の一実施態様に係る締結部を有する構造体の補強構造を示している。図３に示す構造においては、構造体は、図１に示したのと同様に、構造体本体１１を固定するための複数の（本実施態様では、４つの）締結部１２を有している。この構造体本体１１は、本実施態様では、繊維強化複合材料、とくに炭素繊維複合材料で構成され、全体として一体成形されている。この構造体本体１１に対し、構造体本体１１と同じ材料もしくはより高い弾性率または強度を有する材料（本実施態様では、繊維強化複合材料、とくに炭素繊維複合材料）で構造体本体１１とは別に形成された補強体１３が、構造体本体１１の補強のために取り付けられている。この補強体１３は、図４にも示すように、少なくとも一部の（本実施態様では全部の）締結部１２の周囲に設けられる補強部１４と、補強部１２同士を（２つの補強部１２同士を）互いに連結する連結部１５とを備えており、全体として一体成形されている。

【0026】

構造体本体１１には、図５にも示すように、その内部に縦横に延びる本体リブ１６が一体に形成されている。上記補強体１３は、構造体本体１１における本体リブ１６の付け根側（図３、図５における図の奥側で、図２に示したのと同様の付け根５側）とは反対側に取り付けられる。この場合、構造体本体１１の本体リブ１６には、補強体１３装着用の溝が形成されており、この溝としては、補強体１３の補強部１４用の溝１７と連結部１５用の溝１８の両方が形成されている。これらの溝１７、溝１８に補強体１３が嵌め込まれることにより、図３に示すように、補強体１３の全体が、構造体本体１１に対して所定の位置にて装着されている。

【0027】

上記実施態様に係る構造においては、図１と図５との比較から分かるように、構造体本体１１は、構造体ベース本体１の基本的な構造を実質的に変更することなく、とくに、構造体ベース本体１に設けられていたリブ３の配置を変更することなく得ることができる。このように得られた構造体本体１１に、上述したような所定の材料で形成された補強体１３を後付けによって取り付けることができる。したがって、構造体本体１１の全体を例えば一体成形する場合にあっても、型抜きの方向などをとくに変更する必要はなく、構造体本体１１の全体にわたる形状などについても、補強体１３を設けない場合に比べて、大きく変更する必要はない。そして、補強体１３が、締結部１２の周囲に設けられる補強部１４と、補強部１４同士を連結する連結部１５とを備えた構造に構成されることにより、構造体本体１１の締結部１２同士が補強体１３を介して互いに連結されているのと同等の形態が達成され、ある一つの締結部１２にかかる荷重が、補強体１３の連結部１５を介して分散されるとともに、それぞれの締結部１２にかかる荷重が、各補強部１４と各連結部１５を介して互いに支え合うことになる。その結果、個々の締結部１２自体やその周囲部にかかる荷重が低減されることになり、結果的に個々のその部分が補強されることになり、ひいては構造体全体（構造体本体１１全体）が補強されることになる。このような補強は、補強体１３の後付けによって達成されるので、容易に、しかも効果的にかつ効率よく行われることになる。

【0028】

さらに上記実施態様ではとくに、構造体本体１１に、補強体１３装着用の溝１７、１８が形成されているので、補強体１３を所定の方向から、位置精度よく、容易に構造体本体１１に取り付けることができる。それによって、所望の構造体補強構造が一層容易にかつ確実に達成されることになる。

【0029】

なお、上記実施態様において、補強体１３は各種の形態を採り得る。例えば、図６に図４の変形例に係る補強体２１を示すように、補強体２１の少なくとも一部の補強部２２や連結部２３に、補強効果をさらに高めるための工夫を施すことが可能である。図示例では、一つの補強部２２に、構造体本体１１の本体リブ１６(図５に図示)と干渉しない部位に追加リブ２４が設けられており、とくにこの補強部２２が、構造体本体１１側の補強体２１を嵌め込むための溝を極力少なくしつつ、とくにこの補強部２２が補強され、補強体２１による補強効果が高められている。他の補強部にも同様の構造を適用可能である。また、図示例では、一つの連結部２３の高さが図４に示したものよりも高くされており、とくにこの連結部２３が補強されている。この連結部２３には、構造体本体１１側の溝１８(図５に図示)と互いに嵌合し合う溝２５が形成されており、構造体本体１１側の溝１８をとくに大きくすることなく、この連結部２３が補強されている。他の連結部にも同様の構造を適用可能である。このように、補強体の各部に対して適宜工夫を追加することが可能である。

【産業上の利用可能性】

【0030】

本発明に係る締結部を有する構造体の補強構造は、樹脂や金属製の構造体にも適用可能であるが、とくに炭素繊維複合材料やガラス繊維複合材料等の繊維強化複合材料からなる構造体の補強に好適な構造である。

【符号の説明】

【0031】

１ 構造体ベース本体
１１ 構造体本体
２、１２ 締結部
１３、２１ 補強体
１４、２２ 補強部
１５、２３ 連結部
３、１６ 本体リブ
１７、１８ 溝
２４ 追加リブ
２５ 溝

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】