中空部材と締結部材の取付方法および取付構造体
【課題】部品点数や組み付け工数の増加を抑制しながら、容易な方法で、しかも確実に、締結部材を中空部材に取り付けることのできる中空部材と締結部材の取付方法を提供する。
【解決手段】挿入孔５を有し、レーザ光を透過する透過性材料から構成される中空部材１０と、挿入孔５に挿入可能な挿入部１２を有し、レーザ光を吸収する吸収性材料であって熱可塑性材料から構成される締結部材２０を準備する第１の工程と、挿入孔５を介して中空部材１０の内部に締結部材２０の挿入部１２を挿入する第２の工程と、中空部材１０の内部に挿入された挿入部１２の端部１３に中空部材１０の外部からレーザ光Ｒを照射して溶融させ、挿入部１２を中空部材１０の内周面４に押圧して挿入孔５よりも相対的に大きなフランジ部１４を挿入部１２に形成する第３の工程からなる。
【解決手段】挿入孔５を有し、レーザ光を透過する透過性材料から構成される中空部材１０と、挿入孔５に挿入可能な挿入部１２を有し、レーザ光を吸収する吸収性材料であって熱可塑性材料から構成される締結部材２０を準備する第１の工程と、挿入孔５を介して中空部材１０の内部に締結部材２０の挿入部１２を挿入する第２の工程と、中空部材１０の内部に挿入された挿入部１２の端部１３に中空部材１０の外部からレーザ光Ｒを照射して溶融させ、挿入部１２を中空部材１０の内周面４に押圧して挿入孔５よりも相対的に大きなフランジ部１４を挿入部１２に形成する第３の工程からなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中空部材と締結部材の取付方法および取付構造体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、車両の内装部品や外装部品の裏面には、当該部品の剛性を高め、熱による変形を抑制する目的で、補強材としてのリブやボックス構造等が設けられている。特に、閉空間を有するボックス構造（中空構造）は、リブ等に対して多方向からの荷重に耐え得る構造を有していることで、当該部品の剛性を効果的に高めることができる。
【０００３】
また、それらの部品の裏面にはクリップ等の締結部材が取り付けられており、この締結部材によって内装部品や外装部品がボディを構成するインナパネルやドアパネル、バンパビーム等に取り付けられる。たとえば、上記部品の裏面に設けられた閉空間を有するボックス構造（中空構造）に締結部材を取り付ける方法としては、タッピングスクリューやボルト等の別途の締結部材を用いて締結部材をボルト締めする方法や、締結部材の台座（クリップ台座）を溶着する方法、両面テープ等の接着剤を用いて締結部材の台座を接着する方法などを挙げることができる。
【０００４】
ここで、図７を参照して、従来の中空部材と締結部材の取付方法、特にタッピングビスを用いて中空部材にクリップ等の締結部材を取り付ける方法を説明する。まず、図７（ａ）で示すように、例えばハニカム構造を有する中空部材Ａと、台座Ｄと頭部Ｅを備えた締結部材（クリップ）Ｃを準備し、中空部材Ａの一方の側壁に貫通孔Ｂを形成する。ここで、貫通孔Ｂの位置は、後述するビスＧの取り付け位置に対応している。なお、締結部材Ｃの台座ＤにもビスＧが貫通可能な貫通孔Ｆが設けられている。次いで、図７（ｂ）で示すように、締結部材Ｃを中空部材Ａの取付位置に配置する。そして、図７（ｃ）で示すように、締結部材Ｃの台座Ｄの貫通孔Ｆと中空部材Ａの貫通孔ＢにビスＧを貫通させ、ビスＧの頭部Ｈと中空部材Ａで締結部材Ｃの台座Ｄを挟持する。
【０００５】
図７で示すビスやボルト等による従来の取付方法によれば、中空部材Ａや締結部材Ｃに加えて、ビスＧ等の別途の締結部材が必要となり、部品点数が増加して車両の軽量化を図ることができない。また、締結部材ＣのビスＧによる組み付け工数が増加することで、製造コストが高騰してしまう可能性がある。また、締結部材Ｃが内装部品や外装部品の表面側（意匠面）に取り付けられる場合には、ビスＧがこれらの部品の表面側に露出することから、その外観が損なわれる可能性がある。さらに、車両走行時等に発生する車両振動に伴って中空部材Ａが振動すると、ビスＧ等の別途の締結部材が徐々に緩み、締結力が低下して、部品の損傷や異音の発生の要因となるといった問題もある。このような緩みを抑制する手段としては、たとえば、ねじロック剤を用いる方法や緩み防止のワッシャを用いる方法、ねじ山の一部を変形させたノンロックねじを用いる方法などを適用することができる。しかしながら、それらの方法はいずれも、追加の部材が必要となったり、ねじに特殊な加工が必要となるために、車両重量の増加と製造コストの更なる高騰に繋がる。
【０００６】
また、締結部材の台座を中空部材に溶着する方法によれば、車両振動等に起因して溶着部に応力が発生した際に、台座の溶着が剥離して締結部材が中空部材から脱落する可能性がある。溶着面積を大きくすることで溶着部に発生する応力を低減できるものの、この手法では締結部材の重量が増加し、ひいては車両全体の軽量化を阻害してしまう。また、接着剤によって締結部材の台座を中空部材に接着する方法では、様々な環境下で使用される車両等において、経年劣化によって接着剤の接着強度が急激に低下することがあり、車両の耐久年数が経過する前に接着剤による接着が剥離して締結部材が中空部材から脱落してしまう可能性がある。
【０００７】
上記方法に対して、緩みの発生し得る別途の締結部材を使用することなく、部品点数や組み付け工数を低減して樹脂や金属からなる部材を他の部材に取り付ける方法が特許文献１，２に開示されている。
【０００８】
特許文献１には、鉄系材料からなる端子キャップの穴にアルミニウム系材料からなるピン状突起を嵌め込み、ピン状突起の先端部を押しつぶしてピン状突起と穴をリベット固定するリベット固定部を形成し、このリベット固定部近傍の端子キャップの穴の壁面にレーザ光を照射してリベット固定部を溶接する方法が開示されている。
【０００９】
また、特許文献２には、レーザ光に対する透過性樹脂部材に形成された凹部に、レーザ光に対する非透過性樹脂部材に形成された凸部を嵌合し、透過性樹脂部材側から凸部にレーザ光を照射して凸部を溶融させることで、双方の部材同士を溶着固定する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１０−０８６７８２号公報
【特許文献２】特開２００５−００７７５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１に開示されている取付方法においては、端子キャップの穴よりも相対的に大きなリベット固定部をピン状突起に形成できるものの、リベット固定具を用いてピン状突起の先端部をつぶす必要があり、ハムカム等の閉空間からなる中空部材への締結部材の取付には適用することができない。また、レーザ光を照射する前に先端部をつぶすために大きな押圧荷重が必要となり、端子キャップが変形してしまう可能性もある。
【００１２】
また、特許文献２に開示されている方法においては、閉空間においても樹脂部材同士を溶着することができるものの、凹部と凸部とは面接着により接着されており、十分な取付強度を保証することができない。特許文献２には、気密性及び接着強度を高めるために、透過性樹脂部材の凹部に窪みを設け、非透過性樹脂部材の凸部にビード状の突起を設けることが開示されているものの、このようなビード状の突起を備えた凸部を凹部内に配置する際には突起が凹部の側壁と接触して、突起を所定の位置に配置するまでの間に大きな押圧荷重が必要となる。
【００１３】
本発明は上記する課題に鑑みてなされたものであり、部品点数や組み付け工数の増加を抑制しながら、容易な方法で、しかも確実に締結部材を中空部材に取り付けることのできる中空部材と締結部材の取付方法と、軽量かつ高い締結強度で締結部材が取り付けられた中空部材と締結部材の取付構造体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記目的を達成すべく、本発明の中空部材と締結部材の取付方法は、挿入孔を有し、レーザ光を透過する透過性材料から構成される中空部材と、該挿入孔に挿入可能な挿入部を有し、少なくとも該挿入部がレーザ光を吸収する吸収性材料であって熱可塑性材料から構成される締結部材を準備する第１の工程と、前記挿入孔を介して前記中空部材の内部に前記締結部材の挿入部を挿入する第２の工程と、前記中空部材の内部に挿入された前記挿入部の端部に該中空部材の外部からレーザ光を照射して溶融させ、該挿入部を該中空部材の内周面の一部に押圧して該挿入部に前記挿入孔よりも相対的に大きなフランジ部を形成する第３の工程からなるものである。
【００１５】
ここで、中空部材の形成素材としては、たとえばポリプロピレン（ＰＰ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、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）、ポリカーボネート（ＰＣ）、液晶ポリマー等を挙げることができる。なお、中空部材の形成素材は、熱可塑性樹脂であっても良いし、熱硬化性樹脂であっても良い。
【００１６】
また、締結部材の形成素材としては、たとえばポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリアミド６（ＰＡ６）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）等を挙げることができる。なお、レーザ光を吸収して発熱を促進するために、これらの樹脂にカーボンブラックや難燃剤等の無機または有機添加剤等が添加された素材から形成されてもよい。
【００１７】
上記する取付方法によれば、ビス等の別途の締結部材が不要となり、部品点数や組み付け工数を低減することができる。また、中空部材の内部に挿入された挿入部の端部に中空部材の外部からレーザ光を照射して溶融させ、この溶融された挿入部を中空部材の内周面の一部に押圧することで、中空部材の内周面に対する押圧荷重を抑制することができ、中空部材の変形を抑制しながら容易に挿入部の端部にフランジ部を形成することができる。また、その溶融部を押圧して挿入孔よりも相対的に大きなフランジ部を形成することで、挿入部を押圧するための別途の工具が不要となり、中空部材のような閉空間であってもフランジ部を容易に形成することができる。さらに、挿入孔よりも大きなフランジ部が挿入部に形成されることで、中空部材から締結部材が脱落することを確実に防止することができ、中空部材に対する締結部材の固定信頼性を高めることができる。
【００１８】
また、前記第３の工程においては、前記挿入部の前記端部を前記中空部材の前記内周面の一部に当接させた後に、該端部にレーザ光を照射する実施の形態が好ましい。この形態によれば、レーザ光の照射時間を短縮して、締結部材の取付工程に要するコストを抑制することができる。
【００１９】
また、前記第３の工程において、前記挿入部の前記端部を前記中空部材の前記内周面に押圧しながら該端部にレーザ光を照射することで、押圧時の挿入部の硬化を抑制することができ、取付工程における押圧荷重の増加を抑制して、容易に挿入部の端部に均一なフランジ部を形成することができる。
【００２０】
また、上記する取付方法においては、前記締結部材の前記フランジ部と前記中空部材の前記内周面の一部を分離して該フランジ部を固化させる第４の工程をさらに含む実施の形態が好ましい。たとえば、フランジ部が中空部材に当接された状態で当該フランジ部を冷却固化させると、フランジ部と当接している中空部材の表面には、そのフランジ部の熱収縮に起因してひけが発生する可能性が高い。そこで、前記第４の工程によって、フランジ部を中空部材の内周面から分離して固化させることで、締結部材の挿入部が押圧される中空部材の表面のひけの発生を抑制することができ、中空部材の優れた外観（意匠面）を保証することができる。
【００２１】
また、上記する取付方法においては、固化された前記フランジ部を該中空部材の内周面の他部と係合させる第５の工程をさらに含む実施の形態が好ましい。この第５の工程によれば、締結部材を中空部材に係合させて固定することができ、たとえば、この締結部材を用いて中空部材を車両のボディパネル等の他の部材に取り付ける際にも、中空部材に対する締結部材の動きを抑制して、容易かつ確実に中空部材を他の部材に取り付けることができる。
【００２２】
ここで、前記中空部材は少なくとも１つの隔壁によって複数のセルに分割されており、該セルの少なくとも１つに前記挿入孔が設けられている形態とすることができる。このようなセルの断面形状としては、たとえばハニカム形状や三角形、四角形等の多角形状や、円形状、楕円形状等を挙げることができる。
【００２３】
さらに、前記中空部材と前記締結部材の前記挿入部の溶解パラメータの差が１．０以上である実施の形態が好ましい。
【００２４】
ここで、「溶解パラメータ（Solubility Parameter、ＳＰ値）」とは、二成分系溶液の溶解度、たとえば溶質と溶媒の混ざり易さを判断する目安となるものであり、溶解パラメータが近い物質は混ざり易い性質を備えていることが知られている。たとえば、正則溶液理論においては、溶媒−溶質間に作用する力は分子間力のみとモデル化されるため、液体分子を凝集させる相互作用は分子間力のみであると考えることができる。そして、液体の凝集エネルギー△Ｅと蒸発エンタルピー（モル蒸発熱）△Ｈは、△Ｈ＝△Ｅ＋Ｐ△Ｖの関係にあることから、溶解パラメータδは、蒸発エンタルピー△Ｈとモル体積Ｖから以下の式（１）で定義される。
【００２５】
【数１】
【００２６】
ここで、Ｒは気体定数＝８．３１４４７Ｊ／Ｋ・ｍｏｌ、Ｔは液体温度であり、ＳＰ値は、１ｃｍ３の液体が蒸発するために必要な蒸発熱の平方根（ｃａｌ／ｃｍ３）０．５から計算されるものである。
【００２７】
たとえば、中空部材と締結部材の挿入部が非相溶であれば、双方の部材が混ざり合うことがなく、前記第４の工程において締結部材のフランジ部と中空部材の内周面を分離する際に、容易に双方を分離することができる。しかし、中空部材と締結部材の挿入部が相溶であっても、それらの相溶性が低く、中空部材と締結部材の挿入部の溶解パラメータの差が１．０以上であれば、第４の工程において中空部材と締結部材の挿入部を界面剥離により分離することができ、分離時の中空部材や締結部材の母材破壊を確実に防止することができる。
【００２８】
また、本発明は、締結部材が中空部材に取り付けられた中空部材と締結部材の取付構造体にも及ぶものである。前記中空部材は挿入孔を有し、かつレーザ光を透過する透過性材料から構成され、前記締結部材は挿入部を有し、少なくとも該挿入部がレーザ光を吸収する吸収性材料であって熱可塑性材料から構成されており、前記締結部材の前記挿入部の少なくとも一部が前記中空部材の挿入孔を介して前記中空部材の内部に収容されており、前記中空部材の内部に収容された前記挿入部の端部が、前記中空部材の外部からのレーザ光照射によって溶融され、該中空部材の内周面の一部に対する押圧によって形成された前記挿入孔よりも相対的に大きなフランジ部を備えているものである。
【００２９】
本実施の形態の中空部材と締結部材の取付構造体によれば、締結部材を中空部材に取り付けるための別途の締結部材が不要となり、部品点数の増加が抑制され、車両等の軽量化を図ることができる。また、挿入部の端部に形成されるフランジ部によって、高い締結強度を保証することができ、中空部材に対する締結部材の固定信頼性を高めることができる。さらに、ビス等の別途の締結部材が表面に露出することがなく、優れた外観（意匠面）を保証することができる。
【発明の効果】
【００３０】
以上の説明から理解できるように、本発明の中空部材と締結部材の取付方法とその取付構造体によれば、部品点数の増加を抑制することで軽量化と製造工程の簡素化を図ることができ、さらに挿入部にフランジ部を形成することで中空部材と締結部材の締結強度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の中空部材と締結部材の取付方法を説明する図であり、（ａ）は中空部材と締結部材を準備する第１の工程を示した図であり、（ｂ）は、第１の工程に続いて、挿入孔を介して挿入部を挿入する第２の工程を示した図であり、（ｃ）は、第２の工程に続いて、挿入部の端部にレーザ光を照射して溶融させ、挿入部を中空部材の内周面に押圧してフランジ部を形成する第３の工程を示した図である。
【図２】図１（ａ）で示す中空部材のＡ−Ａ矢視図である。
【図３】図１（ｃ）で示す第３の工程に続いて、締結部材のフランジ部と中空部材を分離してフランジ部を固化させる第４の工程を示した図である。
【図４】図３で示す第４の工程に続いて、固化されたフランジ部を中空部材の内周面の他部と係合させる第５の工程を示した図である。
【図５】中空部材と締結部材を想定した試験片を示した斜視図である。
【図６】中空部材と締結部材のＳＰ値の差と溶着強度の関係を示した図である。
【図７】従来の中空部材と締結部材の取付方法を説明する図であり、（ａ）は中空部材と締結部材を準備する工程を説明する図であり、（ｂ）は締結部材を中空部材の取付位置に配置する工程を説明する図であり、（ｃ）はビスで締結部材を中空部材へ取り付ける工程を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００３３】
図１は、本発明の中空部材と締結部材の取付方法を説明する図であり、図１（ａ）は中空部材と締結部材を準備する第１の工程を示した図であり、図１（ｂ）は、第１の工程に続いて、挿入孔を介して挿入部を挿入する第２の工程を示した図であり、図１（ｃ）は、第２の工程に続いて、挿入部の端部にレーザ光を照射して溶融させ、挿入部を中空部材の内周面に押圧してフランジ部を形成する第３の工程を示した図である。また、図２は、図１（ａ）で示す中空部材のＡ−Ａ矢視図である。
【００３４】
まず、図１（ａ）で示すように、レーザ光を透過する透過性材料からなる中空部材１０と、レーザ光を吸収する吸収性材料であって熱可塑性材料からなる締結部材（たとえば、クリップ）２０を準備する（第１の工程）。
【００３５】
図示するように、中空部材１０は、その一方側の側壁１と、側壁１とは反対側の他方側の側壁２を有し、側壁１と側壁２は中空部材１０の内部空間を分割する隔壁３によって接続され、中空部材１０の内部空間に１つのセル９が形成されている。また、一方側の側壁１の略中央部には挿入孔５が設けられている。なお、中空部材１０の挿入孔５については、第１の工程よりも先に、予めドリル等の切削工具を用いて閉空間を備えた中空部材１０の側壁１に穿設することができる。
【００３６】
締結部材２０は頭部１１と挿入部１２を有していて、頭部１１は、たとえばボディ構成部材であるボディパネル等の他の部材に取付けられる際に使用される。また、挿入部１２は、中空部材１０の挿入孔５に挿入可能な大きさや形状を備えている。なお、この挿入部１２の長さＬ２（締結部材２０の頭部１１を除いた長さ）は、少なくとも中空部材１０の挿入方向の深さＬ１よりも長い。
【００３７】
なお、図１（ａ）で示す中空部材１０は、図２で示すようにセル９の断面形状が六角形を呈するハニカム構造を備えている。
【００３８】
上記する第１の工程に続いて、図１（ｂ）で示すように、たとえば不図示の保持手段によって締結部材２０の頭部１１を保持しながら、締結部材２０の挿入部１２を挿入孔５を貫通して中空部材１０の内部へ（矢印Ｘ１方向へ）挿入する（第２の工程）。
【００３９】
挿入部１２の端部１３を中空部材１０の側壁２の内周面４と当接させた後、図１（ｃ）で示すように、中空部材１０の他方側の側壁２の外部に配置したレーザ発振機５０から、中空部材１０の側壁２を透過して、中空部材１０の内部に挿入された挿入部１２の端部１３に赤外線レーザ光Ｒを照射する。そして、レーザ光Ｒを吸収して溶融した挿入部１２を、たとえば不図示の保持手段により中空部材１０の側壁２の内周面４に押圧し、挿入孔５よりも相対的に外径の大きなフランジ部１４を形成する（第３の工程）。なお、挿入部１２の一部を中空部材１０の内部に挿入した後、挿入部１２の端部１３を中空部材１０の側壁２の内周面４と当接させる前に、中空部材１０のセル９内に挿入された挿入部１２の端部１３にレーザ光を照射して挿入部１２を溶融させることもできる。
【００４０】
第３の工程においては、挿入部１２を中空部材１０の側壁２に押圧する際にレーザ発振機５０を停止し、溶融された挿入部１２の残留熱を利用して挿入部１２を熱変形させてフランジ部１４を形成することができる。また、溶融した挿入部１２を中空部材１０の側壁２に押圧する際にもレーザ発振機５０からレーザ光Ｒを照射することで、溶融した挿入部１２を高温状態に保持することができ、より均一なフランジ部１４を形成することができる。
【００４１】
このように、溶融した挿入部１２を中空部材１０の内周面４に押圧してフランジ部１４を形成することで、中空部材１０の内周面４に対する押圧荷重を抑制しながら挿入部１２の端部１３に容易にフランジ部１４を形成することができる。また、挿入孔５よりも相対的に大きなフランジ部１４が挿入部１２に形成されることで、締結部材２０が中空部材１０から脱落することを確実に防止することができ、中空部材１０に対する締結部材２０の固定信頼性を高めることができる。
【００４２】
なお、レーザ発振機５０により挿入部１２の端部１３に垂直にレーザ光Ｒを照射することで、効率的に挿入部１２の端部１３を溶融させることができる。また、レーザ発振機５０を走査し、挿入部１２の多方面からレーザ光Ｒを照射することで、より均一に挿入部１２を溶融させて均一なフランジ部１４を形成することができる。さらに、レーザ発振機５０を複数配置し、挿入部１２の様々な角度から同時にレーザ光Ｒを照射してもよい。
【００４３】
次に、図３は、図１（ｃ）で示す第３の工程に続いて、締結部材のフランジ部と中空部材を分離してフランジ部を固化させる第４の工程を示した図である。
【００４４】
たとえば、図１（ｃ）で示すように、締結部材２０の挿入部１２が中空部材１０の側壁２と当接した姿勢で溶融した挿入部１２が冷却固化すると、中空部材１０の側壁２の表面には、溶融した挿入部１２が固化する際の熱収縮によってひけが発生する可能性がある。そこで、第３の工程でフランジ部１４を形成した後、レーザ発信機５０を停止し、図３で示すように、締結部材２０のフランジ部１４が溶融した状態で締結部材２０を矢印Ｘ２方向へ移動させ、中空部材１０の側壁２の内周面４からフランジ部１４を分離して、フランジ部１４を冷却固化させる（第４の工程）。なお、フランジ部１４の冷却方法としては、たとえば自然放熱による冷却や冷却器による冷却等を適用することができる。
【００４５】
ここで、締結部材２０の挿入部１２と中空部材１０の溶解パラメータ（ＳＰ値）の差が大きければ、中空部材１０や締結部材２０を母材破壊させることなく、締結部材２０のフランジ部１４を中空部材１０の側壁２の内周面４から界面剥離させることができる。
【００４６】
このように、中空部材１０の側壁２の内周面４とフランジ部１４を分離した後、フランジ部１４を冷却固化させることで、中空部材１０と締結部材２０が冷却速度の異なる樹脂材料から構成されている場合であっても、中空部材１０の側壁２の表面のひけの発生を確実に防止することができる。また、締結部材２０の挿入部１２と中空部材１０のＳＰ値の差を大きくすることで、分離時の中空部材１０の変形や破損を確実に防止することができ、中空部材１０の優れた外観（意匠面）を保証することができる。
【００４７】
なお、中空部材１０の側壁２の表面のひけの発生をより確実に防止するために、分離後のフランジ部１４と側壁２の内周面４との間隔Ｄ１は、０．１ｍｍ以上であるのが好ましい。
【００４８】
また、レーザ光を照射しながら中空部材１０の側壁２の内周面４からフランジ部１４を分離させることで、分離時のフランジ部１４の固化を確実に防止することができ、中空部材１０の側壁２の表面のひけの発生を効果的に抑制することもできる。
【００４９】
このように、レーザ光照射によって溶融された挿入部１２の端部１３が冷却固化されて、締結部材２０が中空部材１０に取り付けられた中空部材１０と締結部材２０の取付構造体が形成され、この取付構造体が今度はたとえばボディを構成するインナパネルやドアパネル、バンパビーム等に取り付けられることとなる。
【００５０】
図４は、上記第４の工程により冷却固化されたフランジ部１４を中空部材１０の側壁１の挿入孔５周りの周辺部６と係合させる工程を説明したものである。
【００５１】
図３で示す第３の工程によって中空部材１０に取り付けられた締結部材２０の挿入部１２（フランジ部１４）は、中空部材１０のセル９内で自由に動くことができる。そこで、図４で示すように、弾性を有する係合部７を中空部材１０の側壁１に予め形成しておき、締結部材２０を矢印Ｘ３方向へさらに移動させて、締結部材２０のフランジ部１４を中空部材１０の側壁１と係合部７によって挟持し、締結部材２０のフランジ部１４を中空部材１０の側壁１の挿入孔５周りの周辺部６と係合させて固定する（第５の工程）。
【００５２】
この第５の工程によれば、締結部材２０を中空部材１０に対して固定して取り付けることができ、中空部材１０に対する締結部材２０の動きを抑制することができる。よって、たとえば車両の組立工程において、中空部材１０に取り付けられた締結部材１１の頭部１１を、例えばインナパネルやドアパネル、バンパビーム等に設けられた貫通孔に容易かつ確実に取り付けることができ、この中空部材１０と締結部材２０の取付構成体の車両に対する取り付け作業を簡素化することができる。
【００５３】
なお、中空部材１０の側壁２の内周面４と締結部材２０のフランジ部１４の間隔Ｄ２を０．１〜０．２ｍｍ程度とすることで、係合部７等の別途の係合手段を用いることなく、車両に対する取り付け作業に支障の無い範囲内で、上記取付構成体の締結部材２０の動き（がたつき）を抑制することもできる。
【００５４】
なお、図１，３，４で示す中空部材１０の側壁１，２と隔壁３の断面形状については上記形態に限定されず、それらのうち少なくともいずれかを曲面形状で形成することができる。たとえば側壁１，２と隔壁３のすべてを連続的に曲面形状で形成して、中空部材１０のセル９の断面形状を略円形状とすることもできる。
【００５５】
［中空部材と締結部材の溶着強度に関する実験とその結果］
本発明者等は、上記中空部材と締結部材に適した樹脂材料を特定するために、以下の手順により作製した比較例１，２と実施例１〜３について引張試験を実施し、その溶着強度（引張強度）と破壊形態を測定した。
【００５６】
まず、表１で示す４種の樹脂材料を用いて、中空部材と締結部材を想定した双方の試験片を用意した。ここで、中空部材の形成素材としては、比較的ＳＰ値の小さいポリプロピレン（ＰＰ）とポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）を使用した。そして、中空部材の前記他方側の側壁を想定して１ｍｍ厚の試験片３１を用意した。また、締結部材の形成素材としては、表１で示す４種の材料（ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリアミド（ＰＡ６））を使用した。そして、締結部材の前記挿入部を想定して３ｍｍ厚の試験片３２を用意した（図５（ａ）参照）。
【００５７】
【表１】
【００５８】
そして、上記で用意した中空部材と締結部材双方の試験片のうち、ＳＰ値が同じ若しくはＳＰ値の差が小さい試験片を選択して比較例１，２を作製した。表２で示すように、比較例１は、中空部材と締結部材双方の試験片の形成素材がＰＰである。比較例２は、中空部材の試験片の形成素材がＰＢＴ、締結部材の試験片の形成素材がＰＣである。
【００５９】
また、上記で用意した中空部材と締結部材双方の試験片のうち、ＳＰ値の差が相対的に大きい試験片を選択して実施例１〜３を作製した。実施例１〜３すべてにおいて、中空部材の試験片の形成素材はＰＰである。また、締結部材の試験片の形成素材はそれぞれ、実施例１がＰＢＴ、実施例２がＰＣ、実施例３がＰＡ６である。
【００６０】
比較例１，２の中空部材の試験片と締結部材の試験片のＳＰ値の差は、それぞれ０．０，０．１である。また、実施例１，２，３の中空部材の試験片と締結部材の試験片のＳＰ値の差は、それぞれ１．０，１．１，４．５である。
【００６１】
なお、比較例１，２と実施例１〜３を作製するに当たり、中空部材の他方側の側壁を想定した１ｍｍ厚の試験片３１に、締結部材の挿入部を想定した３ｍｍ厚の試験片３２を当接させた後、中空部材の試験片３１に対して締結部材の試験片３２を１．１ＭＰａで押圧しながら、試験片３１の反対側に配置されたロフィン社製半導体レーザ発振機から焦点径がφ５ｍｍとなるように試験片３２の端部３３にレーザ光を照射して、溶融した試験片３２の端部３３に約５〜６ｍｍの幅を有するフランジ部３４を形成した（図５（ｂ）参照）。
【００６２】
上記手順により作製した比較例１，２と実施例１〜３について、図５（ｂ）で示す矢印Ｙ方向へ引張試験を実施し、その溶着強度（引張強度）と破壊形態を測定した。その結果を表２に示す。
【００６３】
【表２】
【００６４】
表２で示すように、比較例１，２においては、中空部材と締結部材の試験片同士のＳＰ値が同じ若しくは双方のＳＰ値の差が小さいため、双方の試験片同士が溶着され、引張試験後の中空部材側の試験片が母材破壊していることが確認された。また、その際の溶着強度（引張強度）は、それぞれ３０ＭＰａ，４０ＭＰａであった。
【００６５】
実施例１〜３においては、中空部材と締結部材の試験片同士のＳＰ値の差が大きいため、レーザ光照射後においても双方の試験片同士が溶着しておらず、引張試験において双方の試験片が界面剥離していることが確認された。なお、引張試験においてはほとんど引張力を作用させることなく双方の試験片同士を分離することができたため、溶着強度は確認されなかった。
【００６６】
図６は、中空部材と締結部材の試験片同士のＳＰ値の差と溶着強度の関係を示した図である。図示するように、中空部材と締結部材の試験片同士のＳＰ値の差が１．０以上であれば、双方の試験片同士が溶着されないため、溶着強度が発生せず、界面剥離によって双方の試験片同士を分離することができることが実証された。すなわち、中空部材と締結部材のＳＰ値の差が１．０以上であれば、図３で示す第４の工程において、締結部材のフランジ部を中空部材の側壁の内周面から分離させる際にも、中空部材や締結部材を変形若しくは破損させることなく、双方の部材同士を分離できることが実証された。
【００６７】
以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。
【符号の説明】
【００６８】
１，２…側壁、３…隔壁、４…内周面、５…挿入孔、９…セル、１０…中空部材、１１…頭部、１２…挿入部、１３…端部、１４…フランジ部、２０…締結部材、３１…中空部材の試験片、３２…締結部材の試験片、５０…レーザ発振機、Ｒ…レーザ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中空部材と締結部材の取付方法および取付構造体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、車両の内装部品や外装部品の裏面には、当該部品の剛性を高め、熱による変形を抑制する目的で、補強材としてのリブやボックス構造等が設けられている。特に、閉空間を有するボックス構造（中空構造）は、リブ等に対して多方向からの荷重に耐え得る構造を有していることで、当該部品の剛性を効果的に高めることができる。
【０００３】
また、それらの部品の裏面にはクリップ等の締結部材が取り付けられており、この締結部材によって内装部品や外装部品がボディを構成するインナパネルやドアパネル、バンパビーム等に取り付けられる。たとえば、上記部品の裏面に設けられた閉空間を有するボックス構造（中空構造）に締結部材を取り付ける方法としては、タッピングスクリューやボルト等の別途の締結部材を用いて締結部材をボルト締めする方法や、締結部材の台座（クリップ台座）を溶着する方法、両面テープ等の接着剤を用いて締結部材の台座を接着する方法などを挙げることができる。
【０００４】
ここで、図７を参照して、従来の中空部材と締結部材の取付方法、特にタッピングビスを用いて中空部材にクリップ等の締結部材を取り付ける方法を説明する。まず、図７（ａ）で示すように、例えばハニカム構造を有する中空部材Ａと、台座Ｄと頭部Ｅを備えた締結部材（クリップ）Ｃを準備し、中空部材Ａの一方の側壁に貫通孔Ｂを形成する。ここで、貫通孔Ｂの位置は、後述するビスＧの取り付け位置に対応している。なお、締結部材Ｃの台座ＤにもビスＧが貫通可能な貫通孔Ｆが設けられている。次いで、図７（ｂ）で示すように、締結部材Ｃを中空部材Ａの取付位置に配置する。そして、図７（ｃ）で示すように、締結部材Ｃの台座Ｄの貫通孔Ｆと中空部材Ａの貫通孔ＢにビスＧを貫通させ、ビスＧの頭部Ｈと中空部材Ａで締結部材Ｃの台座Ｄを挟持する。
【０００５】
図７で示すビスやボルト等による従来の取付方法によれば、中空部材Ａや締結部材Ｃに加えて、ビスＧ等の別途の締結部材が必要となり、部品点数が増加して車両の軽量化を図ることができない。また、締結部材ＣのビスＧによる組み付け工数が増加することで、製造コストが高騰してしまう可能性がある。また、締結部材Ｃが内装部品や外装部品の表面側（意匠面）に取り付けられる場合には、ビスＧがこれらの部品の表面側に露出することから、その外観が損なわれる可能性がある。さらに、車両走行時等に発生する車両振動に伴って中空部材Ａが振動すると、ビスＧ等の別途の締結部材が徐々に緩み、締結力が低下して、部品の損傷や異音の発生の要因となるといった問題もある。このような緩みを抑制する手段としては、たとえば、ねじロック剤を用いる方法や緩み防止のワッシャを用いる方法、ねじ山の一部を変形させたノンロックねじを用いる方法などを適用することができる。しかしながら、それらの方法はいずれも、追加の部材が必要となったり、ねじに特殊な加工が必要となるために、車両重量の増加と製造コストの更なる高騰に繋がる。
【０００６】
また、締結部材の台座を中空部材に溶着する方法によれば、車両振動等に起因して溶着部に応力が発生した際に、台座の溶着が剥離して締結部材が中空部材から脱落する可能性がある。溶着面積を大きくすることで溶着部に発生する応力を低減できるものの、この手法では締結部材の重量が増加し、ひいては車両全体の軽量化を阻害してしまう。また、接着剤によって締結部材の台座を中空部材に接着する方法では、様々な環境下で使用される車両等において、経年劣化によって接着剤の接着強度が急激に低下することがあり、車両の耐久年数が経過する前に接着剤による接着が剥離して締結部材が中空部材から脱落してしまう可能性がある。
【０００７】
上記方法に対して、緩みの発生し得る別途の締結部材を使用することなく、部品点数や組み付け工数を低減して樹脂や金属からなる部材を他の部材に取り付ける方法が特許文献１，２に開示されている。
【０００８】
特許文献１には、鉄系材料からなる端子キャップの穴にアルミニウム系材料からなるピン状突起を嵌め込み、ピン状突起の先端部を押しつぶしてピン状突起と穴をリベット固定するリベット固定部を形成し、このリベット固定部近傍の端子キャップの穴の壁面にレーザ光を照射してリベット固定部を溶接する方法が開示されている。
【０００９】
また、特許文献２には、レーザ光に対する透過性樹脂部材に形成された凹部に、レーザ光に対する非透過性樹脂部材に形成された凸部を嵌合し、透過性樹脂部材側から凸部にレーザ光を照射して凸部を溶融させることで、双方の部材同士を溶着固定する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１０−０８６７８２号公報
【特許文献２】特開２００５−００７７５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１に開示されている取付方法においては、端子キャップの穴よりも相対的に大きなリベット固定部をピン状突起に形成できるものの、リベット固定具を用いてピン状突起の先端部をつぶす必要があり、ハムカム等の閉空間からなる中空部材への締結部材の取付には適用することができない。また、レーザ光を照射する前に先端部をつぶすために大きな押圧荷重が必要となり、端子キャップが変形してしまう可能性もある。
【００１２】
また、特許文献２に開示されている方法においては、閉空間においても樹脂部材同士を溶着することができるものの、凹部と凸部とは面接着により接着されており、十分な取付強度を保証することができない。特許文献２には、気密性及び接着強度を高めるために、透過性樹脂部材の凹部に窪みを設け、非透過性樹脂部材の凸部にビード状の突起を設けることが開示されているものの、このようなビード状の突起を備えた凸部を凹部内に配置する際には突起が凹部の側壁と接触して、突起を所定の位置に配置するまでの間に大きな押圧荷重が必要となる。
【００１３】
本発明は上記する課題に鑑みてなされたものであり、部品点数や組み付け工数の増加を抑制しながら、容易な方法で、しかも確実に締結部材を中空部材に取り付けることのできる中空部材と締結部材の取付方法と、軽量かつ高い締結強度で締結部材が取り付けられた中空部材と締結部材の取付構造体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記目的を達成すべく、本発明の中空部材と締結部材の取付方法は、挿入孔を有し、レーザ光を透過する透過性材料から構成される中空部材と、該挿入孔に挿入可能な挿入部を有し、少なくとも該挿入部がレーザ光を吸収する吸収性材料であって熱可塑性材料から構成される締結部材を準備する第１の工程と、前記挿入孔を介して前記中空部材の内部に前記締結部材の挿入部を挿入する第２の工程と、前記中空部材の内部に挿入された前記挿入部の端部に該中空部材の外部からレーザ光を照射して溶融させ、該挿入部を該中空部材の内周面の一部に押圧して該挿入部に前記挿入孔よりも相対的に大きなフランジ部を形成する第３の工程からなるものである。
【００１５】
ここで、中空部材の形成素材としては、たとえばポリプロピレン（ＰＰ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、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）、ポリカーボネート（ＰＣ）、液晶ポリマー等を挙げることができる。なお、中空部材の形成素材は、熱可塑性樹脂であっても良いし、熱硬化性樹脂であっても良い。
【００１６】
また、締結部材の形成素材としては、たとえばポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリアミド６（ＰＡ６）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）等を挙げることができる。なお、レーザ光を吸収して発熱を促進するために、これらの樹脂にカーボンブラックや難燃剤等の無機または有機添加剤等が添加された素材から形成されてもよい。
【００１７】
上記する取付方法によれば、ビス等の別途の締結部材が不要となり、部品点数や組み付け工数を低減することができる。また、中空部材の内部に挿入された挿入部の端部に中空部材の外部からレーザ光を照射して溶融させ、この溶融された挿入部を中空部材の内周面の一部に押圧することで、中空部材の内周面に対する押圧荷重を抑制することができ、中空部材の変形を抑制しながら容易に挿入部の端部にフランジ部を形成することができる。また、その溶融部を押圧して挿入孔よりも相対的に大きなフランジ部を形成することで、挿入部を押圧するための別途の工具が不要となり、中空部材のような閉空間であってもフランジ部を容易に形成することができる。さらに、挿入孔よりも大きなフランジ部が挿入部に形成されることで、中空部材から締結部材が脱落することを確実に防止することができ、中空部材に対する締結部材の固定信頼性を高めることができる。
【００１８】
また、前記第３の工程においては、前記挿入部の前記端部を前記中空部材の前記内周面の一部に当接させた後に、該端部にレーザ光を照射する実施の形態が好ましい。この形態によれば、レーザ光の照射時間を短縮して、締結部材の取付工程に要するコストを抑制することができる。
【００１９】
また、前記第３の工程において、前記挿入部の前記端部を前記中空部材の前記内周面に押圧しながら該端部にレーザ光を照射することで、押圧時の挿入部の硬化を抑制することができ、取付工程における押圧荷重の増加を抑制して、容易に挿入部の端部に均一なフランジ部を形成することができる。
【００２０】
また、上記する取付方法においては、前記締結部材の前記フランジ部と前記中空部材の前記内周面の一部を分離して該フランジ部を固化させる第４の工程をさらに含む実施の形態が好ましい。たとえば、フランジ部が中空部材に当接された状態で当該フランジ部を冷却固化させると、フランジ部と当接している中空部材の表面には、そのフランジ部の熱収縮に起因してひけが発生する可能性が高い。そこで、前記第４の工程によって、フランジ部を中空部材の内周面から分離して固化させることで、締結部材の挿入部が押圧される中空部材の表面のひけの発生を抑制することができ、中空部材の優れた外観（意匠面）を保証することができる。
【００２１】
また、上記する取付方法においては、固化された前記フランジ部を該中空部材の内周面の他部と係合させる第５の工程をさらに含む実施の形態が好ましい。この第５の工程によれば、締結部材を中空部材に係合させて固定することができ、たとえば、この締結部材を用いて中空部材を車両のボディパネル等の他の部材に取り付ける際にも、中空部材に対する締結部材の動きを抑制して、容易かつ確実に中空部材を他の部材に取り付けることができる。
【００２２】
ここで、前記中空部材は少なくとも１つの隔壁によって複数のセルに分割されており、該セルの少なくとも１つに前記挿入孔が設けられている形態とすることができる。このようなセルの断面形状としては、たとえばハニカム形状や三角形、四角形等の多角形状や、円形状、楕円形状等を挙げることができる。
【００２３】
さらに、前記中空部材と前記締結部材の前記挿入部の溶解パラメータの差が１．０以上である実施の形態が好ましい。
【００２４】
ここで、「溶解パラメータ（Solubility Parameter、ＳＰ値）」とは、二成分系溶液の溶解度、たとえば溶質と溶媒の混ざり易さを判断する目安となるものであり、溶解パラメータが近い物質は混ざり易い性質を備えていることが知られている。たとえば、正則溶液理論においては、溶媒−溶質間に作用する力は分子間力のみとモデル化されるため、液体分子を凝集させる相互作用は分子間力のみであると考えることができる。そして、液体の凝集エネルギー△Ｅと蒸発エンタルピー（モル蒸発熱）△Ｈは、△Ｈ＝△Ｅ＋Ｐ△Ｖの関係にあることから、溶解パラメータδは、蒸発エンタルピー△Ｈとモル体積Ｖから以下の式（１）で定義される。
【００２５】
【数１】
【００２６】
ここで、Ｒは気体定数＝８．３１４４７Ｊ／Ｋ・ｍｏｌ、Ｔは液体温度であり、ＳＰ値は、１ｃｍ３の液体が蒸発するために必要な蒸発熱の平方根（ｃａｌ／ｃｍ３）０．５から計算されるものである。
【００２７】
たとえば、中空部材と締結部材の挿入部が非相溶であれば、双方の部材が混ざり合うことがなく、前記第４の工程において締結部材のフランジ部と中空部材の内周面を分離する際に、容易に双方を分離することができる。しかし、中空部材と締結部材の挿入部が相溶であっても、それらの相溶性が低く、中空部材と締結部材の挿入部の溶解パラメータの差が１．０以上であれば、第４の工程において中空部材と締結部材の挿入部を界面剥離により分離することができ、分離時の中空部材や締結部材の母材破壊を確実に防止することができる。
【００２８】
また、本発明は、締結部材が中空部材に取り付けられた中空部材と締結部材の取付構造体にも及ぶものである。前記中空部材は挿入孔を有し、かつレーザ光を透過する透過性材料から構成され、前記締結部材は挿入部を有し、少なくとも該挿入部がレーザ光を吸収する吸収性材料であって熱可塑性材料から構成されており、前記締結部材の前記挿入部の少なくとも一部が前記中空部材の挿入孔を介して前記中空部材の内部に収容されており、前記中空部材の内部に収容された前記挿入部の端部が、前記中空部材の外部からのレーザ光照射によって溶融され、該中空部材の内周面の一部に対する押圧によって形成された前記挿入孔よりも相対的に大きなフランジ部を備えているものである。
【００２９】
本実施の形態の中空部材と締結部材の取付構造体によれば、締結部材を中空部材に取り付けるための別途の締結部材が不要となり、部品点数の増加が抑制され、車両等の軽量化を図ることができる。また、挿入部の端部に形成されるフランジ部によって、高い締結強度を保証することができ、中空部材に対する締結部材の固定信頼性を高めることができる。さらに、ビス等の別途の締結部材が表面に露出することがなく、優れた外観（意匠面）を保証することができる。
【発明の効果】
【００３０】
以上の説明から理解できるように、本発明の中空部材と締結部材の取付方法とその取付構造体によれば、部品点数の増加を抑制することで軽量化と製造工程の簡素化を図ることができ、さらに挿入部にフランジ部を形成することで中空部材と締結部材の締結強度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の中空部材と締結部材の取付方法を説明する図であり、（ａ）は中空部材と締結部材を準備する第１の工程を示した図であり、（ｂ）は、第１の工程に続いて、挿入孔を介して挿入部を挿入する第２の工程を示した図であり、（ｃ）は、第２の工程に続いて、挿入部の端部にレーザ光を照射して溶融させ、挿入部を中空部材の内周面に押圧してフランジ部を形成する第３の工程を示した図である。
【図２】図１（ａ）で示す中空部材のＡ−Ａ矢視図である。
【図３】図１（ｃ）で示す第３の工程に続いて、締結部材のフランジ部と中空部材を分離してフランジ部を固化させる第４の工程を示した図である。
【図４】図３で示す第４の工程に続いて、固化されたフランジ部を中空部材の内周面の他部と係合させる第５の工程を示した図である。
【図５】中空部材と締結部材を想定した試験片を示した斜視図である。
【図６】中空部材と締結部材のＳＰ値の差と溶着強度の関係を示した図である。
【図７】従来の中空部材と締結部材の取付方法を説明する図であり、（ａ）は中空部材と締結部材を準備する工程を説明する図であり、（ｂ）は締結部材を中空部材の取付位置に配置する工程を説明する図であり、（ｃ）はビスで締結部材を中空部材へ取り付ける工程を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００３３】
図１は、本発明の中空部材と締結部材の取付方法を説明する図であり、図１（ａ）は中空部材と締結部材を準備する第１の工程を示した図であり、図１（ｂ）は、第１の工程に続いて、挿入孔を介して挿入部を挿入する第２の工程を示した図であり、図１（ｃ）は、第２の工程に続いて、挿入部の端部にレーザ光を照射して溶融させ、挿入部を中空部材の内周面に押圧してフランジ部を形成する第３の工程を示した図である。また、図２は、図１（ａ）で示す中空部材のＡ−Ａ矢視図である。
【００３４】
まず、図１（ａ）で示すように、レーザ光を透過する透過性材料からなる中空部材１０と、レーザ光を吸収する吸収性材料であって熱可塑性材料からなる締結部材（たとえば、クリップ）２０を準備する（第１の工程）。
【００３５】
図示するように、中空部材１０は、その一方側の側壁１と、側壁１とは反対側の他方側の側壁２を有し、側壁１と側壁２は中空部材１０の内部空間を分割する隔壁３によって接続され、中空部材１０の内部空間に１つのセル９が形成されている。また、一方側の側壁１の略中央部には挿入孔５が設けられている。なお、中空部材１０の挿入孔５については、第１の工程よりも先に、予めドリル等の切削工具を用いて閉空間を備えた中空部材１０の側壁１に穿設することができる。
【００３６】
締結部材２０は頭部１１と挿入部１２を有していて、頭部１１は、たとえばボディ構成部材であるボディパネル等の他の部材に取付けられる際に使用される。また、挿入部１２は、中空部材１０の挿入孔５に挿入可能な大きさや形状を備えている。なお、この挿入部１２の長さＬ２（締結部材２０の頭部１１を除いた長さ）は、少なくとも中空部材１０の挿入方向の深さＬ１よりも長い。
【００３７】
なお、図１（ａ）で示す中空部材１０は、図２で示すようにセル９の断面形状が六角形を呈するハニカム構造を備えている。
【００３８】
上記する第１の工程に続いて、図１（ｂ）で示すように、たとえば不図示の保持手段によって締結部材２０の頭部１１を保持しながら、締結部材２０の挿入部１２を挿入孔５を貫通して中空部材１０の内部へ（矢印Ｘ１方向へ）挿入する（第２の工程）。
【００３９】
挿入部１２の端部１３を中空部材１０の側壁２の内周面４と当接させた後、図１（ｃ）で示すように、中空部材１０の他方側の側壁２の外部に配置したレーザ発振機５０から、中空部材１０の側壁２を透過して、中空部材１０の内部に挿入された挿入部１２の端部１３に赤外線レーザ光Ｒを照射する。そして、レーザ光Ｒを吸収して溶融した挿入部１２を、たとえば不図示の保持手段により中空部材１０の側壁２の内周面４に押圧し、挿入孔５よりも相対的に外径の大きなフランジ部１４を形成する（第３の工程）。なお、挿入部１２の一部を中空部材１０の内部に挿入した後、挿入部１２の端部１３を中空部材１０の側壁２の内周面４と当接させる前に、中空部材１０のセル９内に挿入された挿入部１２の端部１３にレーザ光を照射して挿入部１２を溶融させることもできる。
【００４０】
第３の工程においては、挿入部１２を中空部材１０の側壁２に押圧する際にレーザ発振機５０を停止し、溶融された挿入部１２の残留熱を利用して挿入部１２を熱変形させてフランジ部１４を形成することができる。また、溶融した挿入部１２を中空部材１０の側壁２に押圧する際にもレーザ発振機５０からレーザ光Ｒを照射することで、溶融した挿入部１２を高温状態に保持することができ、より均一なフランジ部１４を形成することができる。
【００４１】
このように、溶融した挿入部１２を中空部材１０の内周面４に押圧してフランジ部１４を形成することで、中空部材１０の内周面４に対する押圧荷重を抑制しながら挿入部１２の端部１３に容易にフランジ部１４を形成することができる。また、挿入孔５よりも相対的に大きなフランジ部１４が挿入部１２に形成されることで、締結部材２０が中空部材１０から脱落することを確実に防止することができ、中空部材１０に対する締結部材２０の固定信頼性を高めることができる。
【００４２】
なお、レーザ発振機５０により挿入部１２の端部１３に垂直にレーザ光Ｒを照射することで、効率的に挿入部１２の端部１３を溶融させることができる。また、レーザ発振機５０を走査し、挿入部１２の多方面からレーザ光Ｒを照射することで、より均一に挿入部１２を溶融させて均一なフランジ部１４を形成することができる。さらに、レーザ発振機５０を複数配置し、挿入部１２の様々な角度から同時にレーザ光Ｒを照射してもよい。
【００４３】
次に、図３は、図１（ｃ）で示す第３の工程に続いて、締結部材のフランジ部と中空部材を分離してフランジ部を固化させる第４の工程を示した図である。
【００４４】
たとえば、図１（ｃ）で示すように、締結部材２０の挿入部１２が中空部材１０の側壁２と当接した姿勢で溶融した挿入部１２が冷却固化すると、中空部材１０の側壁２の表面には、溶融した挿入部１２が固化する際の熱収縮によってひけが発生する可能性がある。そこで、第３の工程でフランジ部１４を形成した後、レーザ発信機５０を停止し、図３で示すように、締結部材２０のフランジ部１４が溶融した状態で締結部材２０を矢印Ｘ２方向へ移動させ、中空部材１０の側壁２の内周面４からフランジ部１４を分離して、フランジ部１４を冷却固化させる（第４の工程）。なお、フランジ部１４の冷却方法としては、たとえば自然放熱による冷却や冷却器による冷却等を適用することができる。
【００４５】
ここで、締結部材２０の挿入部１２と中空部材１０の溶解パラメータ（ＳＰ値）の差が大きければ、中空部材１０や締結部材２０を母材破壊させることなく、締結部材２０のフランジ部１４を中空部材１０の側壁２の内周面４から界面剥離させることができる。
【００４６】
このように、中空部材１０の側壁２の内周面４とフランジ部１４を分離した後、フランジ部１４を冷却固化させることで、中空部材１０と締結部材２０が冷却速度の異なる樹脂材料から構成されている場合であっても、中空部材１０の側壁２の表面のひけの発生を確実に防止することができる。また、締結部材２０の挿入部１２と中空部材１０のＳＰ値の差を大きくすることで、分離時の中空部材１０の変形や破損を確実に防止することができ、中空部材１０の優れた外観（意匠面）を保証することができる。
【００４７】
なお、中空部材１０の側壁２の表面のひけの発生をより確実に防止するために、分離後のフランジ部１４と側壁２の内周面４との間隔Ｄ１は、０．１ｍｍ以上であるのが好ましい。
【００４８】
また、レーザ光を照射しながら中空部材１０の側壁２の内周面４からフランジ部１４を分離させることで、分離時のフランジ部１４の固化を確実に防止することができ、中空部材１０の側壁２の表面のひけの発生を効果的に抑制することもできる。
【００４９】
このように、レーザ光照射によって溶融された挿入部１２の端部１３が冷却固化されて、締結部材２０が中空部材１０に取り付けられた中空部材１０と締結部材２０の取付構造体が形成され、この取付構造体が今度はたとえばボディを構成するインナパネルやドアパネル、バンパビーム等に取り付けられることとなる。
【００５０】
図４は、上記第４の工程により冷却固化されたフランジ部１４を中空部材１０の側壁１の挿入孔５周りの周辺部６と係合させる工程を説明したものである。
【００５１】
図３で示す第３の工程によって中空部材１０に取り付けられた締結部材２０の挿入部１２（フランジ部１４）は、中空部材１０のセル９内で自由に動くことができる。そこで、図４で示すように、弾性を有する係合部７を中空部材１０の側壁１に予め形成しておき、締結部材２０を矢印Ｘ３方向へさらに移動させて、締結部材２０のフランジ部１４を中空部材１０の側壁１と係合部７によって挟持し、締結部材２０のフランジ部１４を中空部材１０の側壁１の挿入孔５周りの周辺部６と係合させて固定する（第５の工程）。
【００５２】
この第５の工程によれば、締結部材２０を中空部材１０に対して固定して取り付けることができ、中空部材１０に対する締結部材２０の動きを抑制することができる。よって、たとえば車両の組立工程において、中空部材１０に取り付けられた締結部材１１の頭部１１を、例えばインナパネルやドアパネル、バンパビーム等に設けられた貫通孔に容易かつ確実に取り付けることができ、この中空部材１０と締結部材２０の取付構成体の車両に対する取り付け作業を簡素化することができる。
【００５３】
なお、中空部材１０の側壁２の内周面４と締結部材２０のフランジ部１４の間隔Ｄ２を０．１〜０．２ｍｍ程度とすることで、係合部７等の別途の係合手段を用いることなく、車両に対する取り付け作業に支障の無い範囲内で、上記取付構成体の締結部材２０の動き（がたつき）を抑制することもできる。
【００５４】
なお、図１，３，４で示す中空部材１０の側壁１，２と隔壁３の断面形状については上記形態に限定されず、それらのうち少なくともいずれかを曲面形状で形成することができる。たとえば側壁１，２と隔壁３のすべてを連続的に曲面形状で形成して、中空部材１０のセル９の断面形状を略円形状とすることもできる。
【００５５】
［中空部材と締結部材の溶着強度に関する実験とその結果］
本発明者等は、上記中空部材と締結部材に適した樹脂材料を特定するために、以下の手順により作製した比較例１，２と実施例１〜３について引張試験を実施し、その溶着強度（引張強度）と破壊形態を測定した。
【００５６】
まず、表１で示す４種の樹脂材料を用いて、中空部材と締結部材を想定した双方の試験片を用意した。ここで、中空部材の形成素材としては、比較的ＳＰ値の小さいポリプロピレン（ＰＰ）とポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）を使用した。そして、中空部材の前記他方側の側壁を想定して１ｍｍ厚の試験片３１を用意した。また、締結部材の形成素材としては、表１で示す４種の材料（ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリアミド（ＰＡ６））を使用した。そして、締結部材の前記挿入部を想定して３ｍｍ厚の試験片３２を用意した（図５（ａ）参照）。
【００５７】
【表１】
【００５８】
そして、上記で用意した中空部材と締結部材双方の試験片のうち、ＳＰ値が同じ若しくはＳＰ値の差が小さい試験片を選択して比較例１，２を作製した。表２で示すように、比較例１は、中空部材と締結部材双方の試験片の形成素材がＰＰである。比較例２は、中空部材の試験片の形成素材がＰＢＴ、締結部材の試験片の形成素材がＰＣである。
【００５９】
また、上記で用意した中空部材と締結部材双方の試験片のうち、ＳＰ値の差が相対的に大きい試験片を選択して実施例１〜３を作製した。実施例１〜３すべてにおいて、中空部材の試験片の形成素材はＰＰである。また、締結部材の試験片の形成素材はそれぞれ、実施例１がＰＢＴ、実施例２がＰＣ、実施例３がＰＡ６である。
【００６０】
比較例１，２の中空部材の試験片と締結部材の試験片のＳＰ値の差は、それぞれ０．０，０．１である。また、実施例１，２，３の中空部材の試験片と締結部材の試験片のＳＰ値の差は、それぞれ１．０，１．１，４．５である。
【００６１】
なお、比較例１，２と実施例１〜３を作製するに当たり、中空部材の他方側の側壁を想定した１ｍｍ厚の試験片３１に、締結部材の挿入部を想定した３ｍｍ厚の試験片３２を当接させた後、中空部材の試験片３１に対して締結部材の試験片３２を１．１ＭＰａで押圧しながら、試験片３１の反対側に配置されたロフィン社製半導体レーザ発振機から焦点径がφ５ｍｍとなるように試験片３２の端部３３にレーザ光を照射して、溶融した試験片３２の端部３３に約５〜６ｍｍの幅を有するフランジ部３４を形成した（図５（ｂ）参照）。
【００６２】
上記手順により作製した比較例１，２と実施例１〜３について、図５（ｂ）で示す矢印Ｙ方向へ引張試験を実施し、その溶着強度（引張強度）と破壊形態を測定した。その結果を表２に示す。
【００６３】
【表２】
【００６４】
表２で示すように、比較例１，２においては、中空部材と締結部材の試験片同士のＳＰ値が同じ若しくは双方のＳＰ値の差が小さいため、双方の試験片同士が溶着され、引張試験後の中空部材側の試験片が母材破壊していることが確認された。また、その際の溶着強度（引張強度）は、それぞれ３０ＭＰａ，４０ＭＰａであった。
【００６５】
実施例１〜３においては、中空部材と締結部材の試験片同士のＳＰ値の差が大きいため、レーザ光照射後においても双方の試験片同士が溶着しておらず、引張試験において双方の試験片が界面剥離していることが確認された。なお、引張試験においてはほとんど引張力を作用させることなく双方の試験片同士を分離することができたため、溶着強度は確認されなかった。
【００６６】
図６は、中空部材と締結部材の試験片同士のＳＰ値の差と溶着強度の関係を示した図である。図示するように、中空部材と締結部材の試験片同士のＳＰ値の差が１．０以上であれば、双方の試験片同士が溶着されないため、溶着強度が発生せず、界面剥離によって双方の試験片同士を分離することができることが実証された。すなわち、中空部材と締結部材のＳＰ値の差が１．０以上であれば、図３で示す第４の工程において、締結部材のフランジ部を中空部材の側壁の内周面から分離させる際にも、中空部材や締結部材を変形若しくは破損させることなく、双方の部材同士を分離できることが実証された。
【００６７】
以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。
【符号の説明】
【００６８】
１，２…側壁、３…隔壁、４…内周面、５…挿入孔、９…セル、１０…中空部材、１１…頭部、１２…挿入部、１３…端部、１４…フランジ部、２０…締結部材、３１…中空部材の試験片、３２…締結部材の試験片、５０…レーザ発振機、Ｒ…レーザ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空部材と締結部材の取付方法であって、
挿入孔を有し、レーザ光を透過する透過性材料から構成される中空部材と、該挿入孔に挿入可能な挿入部を有し、少なくとも該挿入部がレーザ光を吸収する吸収性材料であって熱可塑性材料から構成される締結部材を準備する第１の工程と、
前記挿入孔を介して前記中空部材の内部に前記締結部材の挿入部を挿入する第２の工程と、
前記中空部材の内部に挿入された前記挿入部の端部に該中空部材の外部からレーザ光を照射して溶融させ、該挿入部を該中空部材の内周面の一部に押圧して前記挿入孔よりも相対的に大きなフランジ部を該挿入部に形成する第３の工程からなる中空部材と締結部材の取付方法。
【請求項２】
前記第３の工程において、前記挿入部の前記端部を前記中空部材の前記内周面の一部に当接させた後に、該端部にレーザ光を照射する請求項１に記載の中空部材と締結部材の取付方法。
【請求項３】
前記第３の工程において、前記挿入部の前記端部を前記中空部材の前記内周面に押圧しながら該端部にレーザ光を照射して前記フランジ部を形成する請求項１または２に記載の中空部材と締結部材の取付方法。
【請求項４】
前記締結部材の前記フランジ部と前記中空部材の前記内周面の一部を分離して該フランジ部を固化させる第４の工程をさらに含む請求項１〜３のいずれかに記載の中空部材と締結部材の取付方法。
【請求項５】
固化された前記フランジ部を該中空部材の内周面の他部と係合させる第５の工程をさらに含む請求項４に記載の中空部材と締結部材の取付方法。
【請求項６】
前記中空部材が少なくとも１つの隔壁によって複数のセルに分割されており、該セルの少なくとも１つに前記挿入孔が設けられている請求項１〜５のいずれかに記載の中空部材と締結部材の取付方法。
【請求項７】
前記中空部材と前記締結部材の前記挿入部の溶解パラメータの差が１．０以上である請求項１〜６のいずれかに記載の中空部材と締結部材の取付方法。
【請求項８】
中空部材と締結部材の取付構造体であって、
前記中空部材は挿入孔を有し、かつレーザ光を透過する透過性材料から構成され、前記締結部材は挿入部を有し、少なくとも該挿入部がレーザ光を吸収する吸収性材料であって熱可塑性材料から構成されており、
前記締結部材の前記挿入部の少なくとも一部が前記中空部材の挿入孔を介して前記中空部材の内部に収容されており、
前記中空部材の内部に収容された前記挿入部の端部が、前記中空部材の外部からのレーザ光照射によって溶融され、該中空部材の内周面の一部に対する押圧によって形成された前記挿入孔よりも相対的に大きなフランジ部を備えている中空部材と締結部材の取付構造体。
【請求項１】
中空部材と締結部材の取付方法であって、
挿入孔を有し、レーザ光を透過する透過性材料から構成される中空部材と、該挿入孔に挿入可能な挿入部を有し、少なくとも該挿入部がレーザ光を吸収する吸収性材料であって熱可塑性材料から構成される締結部材を準備する第１の工程と、
前記挿入孔を介して前記中空部材の内部に前記締結部材の挿入部を挿入する第２の工程と、
前記中空部材の内部に挿入された前記挿入部の端部に該中空部材の外部からレーザ光を照射して溶融させ、該挿入部を該中空部材の内周面の一部に押圧して前記挿入孔よりも相対的に大きなフランジ部を該挿入部に形成する第３の工程からなる中空部材と締結部材の取付方法。
【請求項２】
前記第３の工程において、前記挿入部の前記端部を前記中空部材の前記内周面の一部に当接させた後に、該端部にレーザ光を照射する請求項１に記載の中空部材と締結部材の取付方法。
【請求項３】
前記第３の工程において、前記挿入部の前記端部を前記中空部材の前記内周面に押圧しながら該端部にレーザ光を照射して前記フランジ部を形成する請求項１または２に記載の中空部材と締結部材の取付方法。
【請求項４】
前記締結部材の前記フランジ部と前記中空部材の前記内周面の一部を分離して該フランジ部を固化させる第４の工程をさらに含む請求項１〜３のいずれかに記載の中空部材と締結部材の取付方法。
【請求項５】
固化された前記フランジ部を該中空部材の内周面の他部と係合させる第５の工程をさらに含む請求項４に記載の中空部材と締結部材の取付方法。
【請求項６】
前記中空部材が少なくとも１つの隔壁によって複数のセルに分割されており、該セルの少なくとも１つに前記挿入孔が設けられている請求項１〜５のいずれかに記載の中空部材と締結部材の取付方法。
【請求項７】
前記中空部材と前記締結部材の前記挿入部の溶解パラメータの差が１．０以上である請求項１〜６のいずれかに記載の中空部材と締結部材の取付方法。
【請求項８】
中空部材と締結部材の取付構造体であって、
前記中空部材は挿入孔を有し、かつレーザ光を透過する透過性材料から構成され、前記締結部材は挿入部を有し、少なくとも該挿入部がレーザ光を吸収する吸収性材料であって熱可塑性材料から構成されており、
前記締結部材の前記挿入部の少なくとも一部が前記中空部材の挿入孔を介して前記中空部材の内部に収容されており、
前記中空部材の内部に収容された前記挿入部の端部が、前記中空部材の外部からのレーザ光照射によって溶融され、該中空部材の内周面の一部に対する押圧によって形成された前記挿入孔よりも相対的に大きなフランジ部を備えている中空部材と締結部材の取付構造体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−１９３７５１（Ｐ２０１２−１９３７５１Ａ）
【公開日】平成２４年１０月１１日（２０１２．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５６０４３（Ｐ２０１１−５６０４３）
【出願日】平成２３年３月１５日（２０１１．３．１５）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月１１日（２０１２．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１５日（２０１１．３．１５）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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