JP2014119064A - エネルギー吸収締結構造 - Google Patents

Abstract

【課題】部品の締結部周辺の簡単な構造改良により、部品重量を大幅に増加させることなく、部品に負荷される外部荷重のエネルギーを効率よく吸収できるとともに、エネルギー吸収量を大幅に増大させることが可能なエネルギー吸収締結構造を提供する。
【解決手段】他部材への締結部を有し、逐次破壊可能な材料からなる部品に負荷される外部荷重のエネルギーを、締結部を介して吸収するエネルギー吸収締結構造であって、部品の締結部の周囲部における、外部荷重の負荷による逐次破壊想定領域の少なくとも一部を含む局所領域に、部品自体の厚みが部分的に増大され、予め定められた特定方向に連続的に延びるビードを形成したことを特徴とするエネルギー吸収締結構造。
【選択図】図１

Description

本発明は、部品の締結部の周辺に特有の構造を付加することにより該締結部を介して部品に負荷される外部荷重のエネルギーを効率よく吸収できるようにしたエネルギー吸収締結構造に関する。

部品を締結部材により他部材に締結する構造においては、大きな外部荷重が負荷された際、締結部から破壊が進行していくことが多い。また、この性質を利用して、締結部を介して、あるいはその周辺部を介して、外部荷重のエネルギーを吸収できるようにしておくことが要求されることもある。

例えば図３に、一般的な部品の締結部を示すように、部品２１のある部位に、ボルト等からなる締結部材２２により、部品２１が他部材２３に締結される構造が一般的な構造である。このような締結構造を有する場合、部品２１のある方向に外部荷重が負荷されたとき、該外部荷重に基づいて部品２１のボルト孔の内面にベアリング荷重(例えば、図３（Ａ）の矢印Ｆで示す荷重)がかかり、この荷重Ｆがあるレベルを超えると、破壊が進行していくことが多い。この破壊は、部品２１の材質にもよるが、部品２１が逐次破壊可能な材料(例えば、逐次破壊可能な樹脂)から構成されている場合には、図３（Ａ）に示すような破壊伝播領域２４に進行していくことが多い。

上記のような破壊が進行していく過程で、外部荷重のエネルギーが吸収されていくことになるが、エネルギー吸収量を大きくするためには、上記のような逐次破壊の進行を極力遅らせ、逐次破壊の進行しにくい構造として、全体の破壊に至る前に、極力大きなエネルギー量を吸収させることが必要になる。

このような概念に基づいてエネルギー吸収量を大きくするために、先ず考えられるのは部品２１の肉厚を全体にわたって厚くし、部品２１の強度、剛性を全体にわたって大きくすることが考えられる。しかしこの方法では、部品２１の大幅な重量や材料使用量の増加が避けられず、極力軽量化が求められる部品には採用しづらい。

また、別の方法として、例えば図４に示すように、部品２１のボルト周囲部２５から例えば放射状にリブ２６を設け、場合によってはそれらのリブ２６をボルト周囲部２５に対して同心円状に設けた補強部２７に接続して、締結部の周囲部を補強することが考えられる。しかしこの方法では、リブ２６や補強部２７の最適な設計が比較的難しい。リブ２６としては、通常、比較的厚みの薄いものが設けられるので、リブ２６設置部に大きな荷重が加わった場合、リブ２６が壊れる(割れる)おそれがある。いずれかのリブ２６が一旦壊れると、その部分の強度、剛性が急激に低下し、その部分ではエネルギー吸収のための望ましい逐次破壊を起こさせることは困難になる。

なお、特許文献１には、締結部の周囲部に同心円状にリブを形成しておく構造が開示されているが、この特許文献１に開示された構造は、締結具からの軸方向荷重を荷重軽減体によって軽減するようにした構造であり、上記のような逐次破壊によるエネルギーの吸収には殆ど寄与しないと考えられる。

また、特許文献２は、樹脂筐体の締結部にエネルギー吸収可能なブッシュを埋設する構造が開示されているが、この特許文献２に開示された構造では、上記のような部品を構成する材料自体の逐次破壊によるエネルギーの吸収には殆ど寄与しないと考えられるとともに、ブッシュ埋設のために製造工程が複雑化するおそれがある。

特開２０１２−２００９７９号公報 特開２００５−１６３８７６号公報

そこで本発明の課題は、上記のような問題点に着目し、逐次破壊可能な材料からなる部品の締結部周辺の簡単な構造改良により、部品重量を大幅に増加させることなく、部品に負荷される外部荷重のエネルギーを効率よく吸収できるとともに、エネルギー吸収量を大幅に増大させることが可能なエネルギー吸収締結構造を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係るエネルギー吸収締結構造は、他部材への締結部を有し、逐次破壊可能な材料からなる部品に負荷される外部荷重のエネルギーを、前記締結部を介して吸収するエネルギー吸収締結構造であって、前記部品の前記締結部の周囲部における、前記外部荷重の負荷による逐次破壊想定領域の少なくとも一部を含む局所領域に、前記部品自体の厚みが部分的に増大され、予め定められた特定方向に連続的に延びるビードを形成したことを特徴とするものからなる。

このような本発明に係るエネルギー吸収締結構造においては、逐次破壊可能な材料からなる部品の締結部の周囲部の逐次破壊想定領域の少なくとも一部を含む局所領域に、部品自体の厚みが部分的に増大され、特定方向に連続的に延びるビードが形成されているので、部品への外部荷重の負荷の伝播によって発生しようとする締結部周囲の逐次破壊が、ビードによって抑制されることになり、それによって、逐次破壊が発生しにくい状態、あるいは逐次破壊が発生、進行する場合にはその逐次破壊によって吸収されるエネルギー量がビードの無い形態と比べて大幅に増大された状態が現出される。ビードは必要部位に局所的に形成されればよいので、部品全体の重量を大幅に増加させることはなく、部品に負荷される外部荷重のエネルギーがビード形成により効率よく吸収され、しかも、エネルギー吸収量を大幅に増大させることが可能になる。さらに、望ましい逐次破壊の実現により、部品が一気に破壊されることが回避され、安全性の向上にも寄与することができる。

上記本発明に係るエネルギー吸収締結構造においては、締結される部品が、逐次破壊可能な材料から構成されていればよく、そのような材料として、とくに樹脂を含む材料を例示でき、中でも熱可塑性樹脂を含む材料を例示できる。このような逐次破壊可能な材料としての樹脂として、例えば、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や、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、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。

また、本発明に係るエネルギー吸収締結構造においては、上記ビードの延設方向としては、上記外部荷重の負荷方向と交差する方向または上記外部荷重の負荷方向に沿う方向に設定でき、さらには、それら両方向に設定することも可能である。上記逐次破壊想定領域に応じて設定すればよく、ビード設置に伴う部品の重量増加を極力小さく抑えつつ、エネルギー吸収性能上最も効果的な位置、方向に設定されればよい。

ビードは、部品自体の厚みが部分的に増大され、予め定められた特定方向に連続的に延びる形状に形成されればよい。ビードの横断面形状としては、例えば、かまぼこ形に形成することができる。かまぼこ形の横断面形状であれば、局部的な応力集中を極力回避できるとともに、重量増加を比較的小さく抑えることが可能である。

また、本発明に係るエネルギー吸収締結構造においては、上記締結部において、上記締結部材の周囲にカラーが嵌合されている構造を採用することができる。カラーを介して締結することにより、締結部材のネジ部等が部品の孔内面に直接接触することが回避され、また、外部荷重が伝達される際に荷重を均等に分散させることが可能になるので、微小部位に過大な局部荷重が負荷されることが防止され、その状態を通してより円滑なエネルギー吸収が可能となる。

また、上記締結部材の種類としてはとくに限定されないが、代表的にはボルトを使用することができる。

このように、本発明に係るエネルギー吸収締結構造によれば、逐次破壊可能な材料、とくに樹脂材料からなる部品の締結部周辺の簡単な構造改良により、部品の大幅な重量増加を伴うことなく、締結部周辺において外部荷重のエネルギーを効率よく吸収することができ、しかもエネルギー吸収量の大幅な増大をはかることができる。

本発明の一実施態様に係るエネルギー吸収締結構造の概略断面図（Ａ）および締結部品の概略底面図（Ｂ）である。 本発明の別の実施態様に係るエネルギー吸収締結構造の概略断面図（Ａ）および締結部品の概略底面図（Ｂ）である。 従来の一般的な締結部の構造を示す概略断面図（Ａ）および締結部品の概略底面図（Ｂ）である。 締結部をリブで補強する場合の一例を示す、締結部品の締結部の概略底面図である。

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、本発明の一実施態様に係るエネルギー吸収締結構造を示している。図１において、１は、逐次破壊可能な材料、とくに熱可塑性樹脂からなる部品を示しており、該部品１は、締結部材としてのボルト２により他部材３に締結される。本実施態様では、部品１は、主として軽量化のために、他部材３に向けて開放型の空間４を有する略中空構造に形成されている。この締結構造において、本実施態様では、部品１には、ある特定方向に外部荷重が負荷され、そのときボルト２が挿通された孔５には特定の方向に荷重Ｆ(ベアリング荷重)が負荷される。前述したように、この外部荷重の負荷により、部品１の締結部周辺には、逐次破壊が発生する領域６が想定される。締結部周辺における、外部荷重の負荷による逐次破壊想定領域６の少なくとも一部を含む局所領域に、部品１自体の厚みが部分的に増大され、予め定められた特定方向に連続的に延びる横断面かまぼこ形のビード７、８が部品１と一体に成形により形成されている。本実施態様では、ビード７の延設方向が、外部荷重の負荷方向と交差する方向に設定されている。上記荷重Ｆのエネルギー吸収のみを考慮するのであれば、ビード７のみの設定も可能である。本実施態様では、図示した荷重Ｆとは反対方向の荷重がかかる場合まで考慮し、締結部に対してビード７とは反対側の位置に、ビード７と平行に延びる同様の形状のビード８が形成されている。

上記実施態様に係るエネルギー吸収締結構造においては、荷重Ｆの負荷による逐次破壊想定領域６に対し、該逐次破壊想定領域６の少なくとも一部を含む局所領域にビード(図示例では、とくにビード７)が設けられているので、部品１への外部荷重の負荷による荷重の伝播によって発生しようとする締結部周囲の逐次破壊が、ビード７によって抑制されることになり、それによって、逐次破壊が発生しにくい状態が実現される。また、逐次破壊が発生、進行する場合にあっては、その逐次破壊によって吸収されるエネルギー量がビード７の無い形態と比べて大幅に増大された状態が実現される。ビード７は逐次破壊想定領域６を考慮して部品１に対し局所的に形成されればよいので、部品１全体の重量を大幅に増加させることはない。その状態にて、ビード形成により、部品１に負荷される外部荷重のエネルギーが効率よく吸収されることになり、かつ、エネルギー吸収量を大幅に増大させることが可能になる。さらに、ビード形成により、部品１が一気に破壊されることが回避され、望ましい逐次破壊の実現が可能になるので、部品１の破壊に関する安全性の向上にも寄与することが可能になる。

図２は、本発明の別の実施態様に係るエネルギー吸収締結構造を示している。本実施態様においては、図１に示した実施態様同様、部品１１が、締結部材としてのボルト１２により他部材１３に締結され、開放型の空間１４を有する略中空構造に形成された部品１１には、ある特定方向に外部荷重が負荷され、そのときボルト１２が挿通された孔１５には特定の方向に荷重Ｆ(ベアリング荷重)が負荷される。この外部荷重の負荷により、部品１１の締結部周辺には、逐次破壊が発生する領域１６が想定される。締結部周辺における、外部荷重の負荷による逐次破壊想定領域１６の少なくとも一部を含む局所領域に、部品１１自体の厚みが部分的に増大され、予め定められた特定方向に連続的に延びる横断面かまぼこ形の互いに平行に延びるビード１７、１８が部品１１と一体に成形により形成されている。とくに本実施態様では、ビード１７、１８の延設方向が、外部荷重の負荷方向に沿う方向に設定されている。

このように、外部荷重の負荷方向に沿う方向にビード１７、１８の延設方向が設定されていても、ビード１７、１８が逐次破壊想定領域１６の少なくとも一部を含む局所領域に形成されることにより、逐次破壊が発生しにくい状態が実現、あるいは、逐次破壊が発生、進行する場合にあっても、その逐次破壊によって吸収されるエネルギー量がビード１７、１８の無い形態と比べて大幅に増大された状態が実現される。その他の作用、効果は図１に示した実施態様に準じる。

本発明に係るエネルギー吸収締結構造は、外部荷重のエネルギー吸収が求められるあらゆる分野の締結部に対して適用可能である。

１、１１ 部品
２、１２ 締結部材としてのボルト
３、１３ 他部材
４、１４ 空間
５、１５ 孔
６、１６ 逐次破壊想定領域
７、８、１７、１８ ビード
Ｆ 荷重

Claims (7)

1. 他部材への締結部を有し、逐次破壊可能な材料からなる部品に負荷される外部荷重のエネルギーを、前記締結部を介して吸収するエネルギー吸収締結構造であって、前記部品の前記締結部の周囲部における、前記外部荷重の負荷による逐次破壊想定領域の少なくとも一部を含む局所領域に、前記部品自体の厚みが部分的に増大され、予め定められた特定方向に連続的に延びるビードを形成したことを特徴とするエネルギー吸収締結構造。
2. 前記部品が、樹脂を含む材料から構成されている、請求項１に記載のエネルギー吸収締結構造。
3. 前記部品が、熱可塑性樹脂を含む材料から構成されている、請求項１または２に記載のエネルギー吸収締結構造。
4. 前記ビードの延設方向が、前記外部荷重の負荷方向と交差する方向または／および前記外部荷重の負荷方向に沿う方向である、請求項１〜３のいずれかに記載のエネルギー吸収締結構造。
5. 前記ビードの横断面形状がかまぼこ形に形成されている、請求項１〜４のいずれかに記載のエネルギー吸収締結構造。
6. 前記締結部において、締結部材の周囲にカラーが嵌合されている、請求項１〜５のいずれかに記載のエネルギー吸収締結構造。
7. 前記締結部における締結部材がボルトからなる、請求項１〜６のいずれかに記載のエネルギー吸収締結構造。

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