JP2009085406A - セル構造多孔質金属材の設置構造 - Google Patents

Abstract

【課題】金属や無機系材質に限らずＦＲＰやプラスチックなどの熱に弱い素材からなる被固定部材の表面に沿っても設置、固定が可能であって、しかも互いを強固に固定することが可能なセル構造多孔質金属材の設置構造を提供する。
【解決手段】セル構造を有する多孔質金属材を被固定部材の第１面上に配置してこれを固定するための設置構造である。多孔質金属材は被固定部材側へ向けて圧縮形成された圧縮凹部を有するとともに、多孔質金属材を貫通する取付穴を圧縮凹部に有する。被固定部材の前記第１面上に固定された軸体は圧縮凹部においてこの取付穴を貫通している。軸体の突出端部は圧縮凹部内にて多孔質金属材を被固定部材に向けて押圧するフランジ部を有する。また、被固定部材の第１面には接着層を与えて、特に多孔質金属材の一部を接着層に埋入させる。
【選択図】図３

Description

本発明は、セル構造を有する多孔質金属材の設置構造に関し、特に高い気孔率を有するセル構造多孔質金属材を被固定部材の表面に沿って設置、固定するための設置構造に関する。

ハニカム構造に組み立てられた金属ハニカム材や、発泡チタン及び発泡アルミニウムに代表される発泡バルク金属材など、多くの種類のセル構造を有する多孔質金属材が知られている。また、近年、メッキ法などを利用してスポンジなどの多孔質形状を転写したセル構造を有する多孔質金属材なども開発されている（例えば、特許文献１参照）。

このようなセル構造を有する多孔質金属材は、金属部分の性質の利用を目的とする場合と、セル（気孔）部分の性質の利用を目的とする場合がある。前者には、金属部分の強度や靭性などの機械的性質、伝熱性などの熱的性質、電気伝導度や誘電特性などの電気的・磁気的性質などを利用する場合がある。また、後者には、衝撃吸収、断熱、比重、物質透過などの気孔部分自体の性質の利用、また機能性微粒子の担持など他の機能性物質との組み合わせにおける基材としての利用の場合がある。このようなセル構造を有する多孔質金属材は、その材料としての特徴を活かすように被固定部材上に取り付けられて複合材料として使用されることが多い。

ここで被固定部材上に沿ってセル構造を有する多孔質金属材を配置、固定して、複合材料を形成する場合がある。

例えば、特許文献２では拡散接合によりセル構造を有する多孔質金属材を被固定部材上に沿って配置、固定する複合材料の形成方法が開示されている。多孔質金属材を被固定部材である金属板上に配置して、金属粉を含む接着剤でこれらを接着させる。これを加熱すると、金属粉が多孔質金属材及び金属板の相互に拡散してこれらを拡散接合するのである。かかる接合では、接合界面が金属組織的に連続になるために強固な接合を得ることができる。
特開平７−１５０２７０号公報 特開２０００−１３３２７７号公報

近年、９０％以上の高い気孔率を有するセル構造多孔質金属材が開発され、その材料としての特徴を活かすように被固定部材の表面に沿って設置、固定する必要が生じている。

ここで、特許文献２に開示の拡散接合を用いた方法では、拡散接合される部分が被固定部材と多孔質金属材との接触部分だけである。故に、高い気孔率を有するセル構造多孔質金属材の如きでは、多孔質金属材の接着表面に露出する多くの気孔のため、前記した接触面積が非常に小さいのである。故に、拡散接合によって得られる接合強度は低い。また、被固定部材が金属を拡散しない、熱に弱いＦＲＰやプラスチックである場合にはかかる方法を用いることはできない。

また、高い気孔率を有するセル構造多孔質金属材を被固定部材上にねじやボルトで押圧、固定しようとしても、圧縮に弱い高気孔率多孔質金属材は座屈してしまって固定することは困難である。

本発明は上記したような状況に鑑みてなされたものであって、ＦＲＰやプラスチックなどの熱に弱い素材からなる被固定部材の表面に沿ってもセル構造多孔質金属材を設置、固定が可能であって、しかも互いを強固に固定することが可能なセル構造多孔質金属材の設置構造を提供する。

本発明は、セル構造を有する多孔質金属材を被固定部材の第１面上に配置してこれを固定するための設置構造である。前記多孔質金属材は前記被固定部材側へ向けて圧縮形成された圧縮凹部を有し、前記被固定部材の前記第１面上に固定された軸体は前記圧縮凹部において前記多孔質金属材を貫通する取付穴を貫通し、前記軸体の突出端部は前記圧縮凹部内にて前記多孔質金属材を前記被固定部材に向けて押圧するフランジ部を有することを特徴とする。

かかる設置構造によれば、セル構造多孔質金属材を被固定部材に向けて押圧する圧縮凹部の圧縮強度が高いため、セル構造多孔質金属材と被固定部材とを互いに強固に固定することが可能である。しかも、拡散接合法などのように熱を加える必要がないので、被固定部材が金属や無機系材質の場合だけでなく、ＦＲＰやプラスチックなどであってもセル構造多孔質金属材の固定が可能である。

本発明の１つの実施例は、セル構造を有する多孔質金属材を被固定部材の第１面上に配置してこれを固定する方法であって、多孔質金属材を被固定部材上に向けて押圧して固定する設置構造である。すなわち、多孔質金属材は被固定部材側へ向けて圧縮形成された圧縮凹部を有し、圧縮凹部には多孔質金属材を貫通する取付穴が形成されている。一方、被固定部材の第１面上には軸体が固定されており、該軸体は取付穴を貫通して多孔質金属材の圧縮凹部内に突出している。軸体の突出端部は圧縮凹部内にて多孔質金属材を被固定部材に向けて押圧するフランジ部を有する。

かかる構造において、圧縮凹部の底部近傍は高い密度を有するため、さらなる圧縮に対して圧縮抵抗が高められている。故に、多孔質金属材を被固定部材に向けてさらに強固に押圧できるので、セル構造多孔質金属材と被固定部材とを互いに強固に固定することが可能である。

また、環状板体の中心孔には軸体が貫挿されている。環状板体は、フランジ部と多孔質金属材との間に配置され、フランジ部が多孔質金属材を被固定部材に向けて押圧するとともに、環状板体も多孔質金属材によって押圧されている。環状板体は、その周縁部に沿って突部を有しており、環状板体が多孔質金属材に押圧されるとともに、突部が多孔質金属材のセル内に侵入する。

かかる構造において、多孔質金属材と軸体とが強固に締結される。軸体は被固定部材に固定されているため、多孔質金属材が被固定部材に強固に固定されるのである。ここで、環状板体とフランジ部とが一体をなしていると、より強固に多孔質金属材と軸体を締結できる。これにより、更に多孔質金属材が被固定部材に強固に固定できるので好ましい。また、金属や無機系材質の場合だけでなく、ＦＲＰやプラスチックなどの熱に弱い素材からなる被固定部材の表面に沿ってもセル構造多孔質金属材を設置、固定が可能である。

ところで、被固定部材にはこれを貫通する固定穴が設けられており、軸体が被固定部材の第１面と対をなす第２面から突出するように固定穴を貫通している。軸体の突出端部は被固定部材の第２面上に固定されている。この第２面に固定された軸体の突出端部は、該第２面に沿って拡がる第２のフランジ部を有する。第２のフランジ部が被固定部材の第２面を第１面側へ向けて押圧することで軸体が被固定部材に固定されている。

なお、第２のフランジ部は被固定部材の第２面上に与えられた肉盛硬化部に埋入されて被固定部材に固定されている。ここで、肉盛硬化部は、樹脂からなることが好ましい。多孔質金属材がオープンセル構造であると、例えば、多孔質金属材を透過して被固定部材の第１面に達した水分が被固定部材の固定穴を通って、本体内部に浸透してしまうのである。これを肉盛硬化部が防止するのである。

また、被固定部材の第２面において、固定穴の周囲を切削した凹部を設けて、第２のフランジ部を凹部内に収容してもよい。かかる構造によれば、被固定部材の第２面に凸部がなく、表面の平面性を保てるのである。故に、被固定部材はさらに本体部の面上に沿って配置して、ボルトや接着剤で固定できるのである。

ここで、被固定部材の第1面には熱硬化性樹脂やエポキシなどからなる接着層を与えて多孔質金属材を付加的に固定しても良い。特に、接着層に多孔質金属材が埋入しているとより強固にこれを固定できて好ましいのである。

本発明の１つの実施例であるセル構造を有する多孔質金属材を被固定部材の上に配置して固定するための設置構造について、図１乃至図６を用いて詳細に説明する。

多孔質金属材１０は、図１に示すような、ハニカム構造に組み立てられた金属ハニカム材や、図２に示すような、発泡チタンなどの発泡バルク金属材などである。また、オープンセル構造の多孔質体に限らず、クローズドセル構造の多孔質体であってもよい。すなわち、多孔質金属材１０は、バルク金属内に多くのセル（気孔）１０ａを含むような金属材である。

図３に示すように、多孔質金属材１０は、ＦＲＰや樹脂、金属などからなる被固定部材１１の第１面１１ａ上に沿って配置されている。多孔質金属材１０の第１面１０ａには、被固定部材１１側に向けて圧縮形成された圧縮凹部１２が形成されている。すなわち、圧縮凹部１２の底部１２ａ近傍は高い密度を有し、さらなる圧縮に対して圧縮抵抗が高められている。圧縮凹部１２の底部１２ａには、多孔質金属材１０を貫通する貫通穴１３ａが形成されている。なお、被固定部材１１には、これを貫通し貫通穴１３ａと連通する貫通穴１３ｂが形成されている。

図４を併せて参照すると、リベット体１６は、円柱状の軸体１６ａと軸体の一端部に形成された円盤上のフランジ部１６ｂとからなる。リベット体１６の軸体１６ａは、多孔質金属材１０の第１面１０ａから貫通穴１３ａ及び１３ｂを貫通している。被固定部材１１の第２面１１ｂへ突出した軸体１６ａの突出端部は、被固定部材１１の第２面１１ｂに沿って押しつぶされて拡がった変形部１７となっている。かかる構造により、変形部１７とフランジ部１６ｂとの間に位置する多孔質金属１０及び被固定部材１１を軸体１６ａが互いに密着固定せしめるのである。ここで、フランジ部１６ｂは、多孔質金属材１０を被固定部材１１に向けて押圧しているが、圧縮凹部１２の底部１２ａはこれに対する大なる圧縮抵抗を有しているため、多孔質金属１０及び被固定部材１１を互いに強固に密着固定せしめることができるのである。換言すれば、被固定部材１１に植設されて固定された軸体１６ａに多孔質金属材１０が固定されているのである。なお、リベット体１６のフランジ部１６ｂは多孔質金属材１０の圧縮凹部１２内に収容されていると、多孔質金属材１０の第１面１０ａの平面性を保てるため好ましい。

ここで図３及び図５に示すように、歯付きワッシャー１９をリベット体１６のフランジ部１６ｂと多孔質金属材１０との間に挿入しても良い。歯付きワッシャー１９は環状板体であって、その周縁部に沿って板体から略垂直に立ち上がる突部１９ａを有する。リベット体１６のフランジ部１６ｂが多孔質金属材１０を被固定部材１１に向けて押圧すると、歯付きワッシャー１９の突部１９ａが多孔質金属材１０のセル１０ａ（図１及び２を参照）内に侵入するのである。かかる構造により、リベット体１６の軸ぶれが減じられて、多孔質金属１０及び被固定部材１１を互いに強固に密着固定せしめることができるのである。

また、図６に示すように、歯付きワッシャー１９はリベット体１６のフランジ部１６ｂと一体に形成されていても良い。すなわち、フランジ部１６ｂの周縁部に沿って略垂直に突部１６ｃが形成されているのである。リベット体１６のフランジ部１６ｂが多孔質金属材１０を被固定部材１１に向けて押圧すると、フランジ部１６ｂの突部１６ｃが多孔質金属材１０のセル１０ａ内に侵入するのである。かかる構造により、同様に、リベット体１６の軸ぶれが減じられて、多孔質金属１０及び被固定部材１１を互いに強固に密着固定せしめることができるのである。

ところで、図３に示すように、リベット体１６の変形部１７は、被固定部材１１の第２面１１ｂ上に与えられた肉盛り硬化部２０に埋め込まれて固定されていてもよい。肉盛り硬化部２０はシリコンやエポキシなどの樹脂であることが好ましい。特に、多孔質金属材１０がオープンセル構造からなる多孔質材である場合、水がこれを透過するため（図３の矢印Ａを参照）、貫通穴１３ｂに沿って被固定部材１１の内側に進入することを防止できるのである。

多孔質金属材１０は、円柱状に取り除いた除去部２１を有する。除去部２１からは、被固定部材１１の第１面１１ａが露出している。かかる露出部において被固定部材１１を貫通する貫通穴２２を削孔する。貫通穴２２の直径は、除去部２１の直径よりも小である。リベット体１６によって一体となった多孔質金属材１０及び被固定部材１１は、本体ステイ２３の貫通穴２５と貫通穴２２とを連通させるように本体ステイ２３の上に配置される。固定ボルト２４ａは貫通穴２２を介して本体ステイ２３の貫通穴２５を貫通し、反対側でナット２４ｂによって固定される。

なお、被固定部材１１の第1面１１ａに熱硬化性樹脂やエポキシなどからなる接着層を与えてもよい。この接着層に多孔質金属材１０が埋入しているとより強固に多孔質金属材１０と被固定部材１１とを密着固定できて好ましい。

上記した実施例によれば、金属や無機系材質の場合だけでなく、ＦＲＰやプラスチックなどの熱に弱い素材からなる被固定部材１１の表面に沿っても、セル構造を有する多孔質金属材１０を設置し、固定することが可能であって、しかも互いを強固に固定することが可能なのである。

本発明のさらなる１つの実施例であるセル構造を有する多孔質金属材を被固定部材の上に配置して固定するための設置構造について、図７を用いて詳細に説明する。

図７に示すように、実施例１と同様に、多孔質金属材１０及び被固定部材１１は、多孔質金属材１０の圧縮凹部１２からこれらを貫通して設けられた貫通穴１３ａ及び１３ｂに貫挿されたリベット体１６によって互いに密着固定されている。なお詳細については実施例１において述べたので、詳述しない。ここで、リベット体１６の変形部１７は、被固定部材１１の第２面１１ｂの表面を切削したざぐり部１８内にある。故に、変形部１７をその中に埋入する肉盛り硬化部２０もざぐり部１８内に与えられるのである。かかる構成により、被固定部材１１の第２面１１ｂは平面を維持できるのである。

以上の如く、リベット体１６によって一体となった多孔質金属材１０及び被固定部材１１は、例えば、アルミニウムの板材からなる取付板２７の第１面２７ａ上に接着材によって固定される。若しくは、多孔質金属材１０の一部に貫通穴である切削穴３１を設けて、露出した被固定部材１１の第１面１１ａから被固定部材１１を貫通する貫通穴３２を設ける。ここで切削穴３１の直径は、貫通穴３２の直径よりも大である。取付板２７には、貫通穴３２とほぼ同じ直径の貫通穴３３が設けられており、貫通穴３２及び３３が一直線で並んで連通するように多孔質金属材１０及び被固定部材１１と取付板２７とが配置される。

固定用ボルト３４ａは貫通穴３２及び３３に貫挿されるとともに、固定用ボルト３４ａの頭部は切削穴３１内にある。固定用ボルト３４ａは取付板２７の第２面２７ｂ側からナット３４ｂと螺合される。ここで、リベット体１６の変形部１７及び肉盛り硬化部２０はざぐり部１８内にあるから、被固定部材１１と取付板２７とを密着固定できるのである。また、固定用ボルト３４ａとナット３４ｂとは間に圧縮座屈されやすい多孔質金属材を介在させていないから、互いに強固に固定できるのである。

なお、本体ステイ２３上には、取付板２７及び被固定部材１１が固定ボルト４４ａ及びナット４４ｂによって固定される。この場合においても固定ボルト４４ａの頭部は、多孔質金属材１０に形成された切削穴３５内にあるが、上記した構造と同一であるので詳述しない。

上記した取付構造によれば、リベット体１６によって一体となった多孔質金属材１０及び被固定部材１１を剛性の高い取付板２７上に沿って設置、固定することができる。故に、ＦＲＰなどの被固定部材１１の剛性を取付板２７で補強することが可能である。これとともに、多孔質金属材１０を被固定部材１１とともに、取付板２７から着脱することが容易にできるのである。故に、多孔質金属材１０の経年劣化などにより交換することが簡単にできるのである。

セル構造多孔質金属材の図である。 セル構造多孔質金属材の図である。 本発明による設置構造の要部の部分断面図である。 本発明による設置構造に使用される部材の斜視図である。 本発明による設置構造に使用される部材の斜視図である。 本発明による設置構造に使用される部材の斜視図である。 本発明による設置構造の要部の部分断面図である。

符号の説明

１０ 多孔質金属材
１０ａ セル（気孔）
１１ 被固定部材
１１ａ 第１面
１１ｂ 第２面
１２ 圧縮凹部
１６ リベット体
１６ａ 軸体
１６ｂ フランジ部
１７ 変形部
１８ ざぐり部
１９ 歯付きワッシャー
２０ 肉盛り硬化部
２３ 本体ステイ
２４ａ、３４ａ、４４ａ 固定ボルト
２４ｂ、３４ｂ、４４ｂ ナット
２７ 取付板

Claims (11)

1. セル構造を有する多孔質金属材を被固定部材の第１面上に配置してこれを固定するための設置構造であって、
   前記多孔質金属材は前記被固定部材側へ向けて圧縮形成された圧縮凹部を有し、前記被固定部材の前記第１面上に固定された軸体は前記圧縮凹部において前記多孔質金属材を貫通する取付穴を貫通し、前記軸体の突出端部は前記圧縮凹部内にて前記多孔質金属材を前記被固定部材に向けて押圧するフランジ部を有することを特徴とする多孔質金属材の設置構造。
2. 前記軸体と同心であって前記フランジ部と前記多孔質金属材との間に配置された環状板体は、その周縁部に沿って突部を有し、前記突部が前記多孔質金属材のセル内に侵入していることを特徴とする請求項１記載の設置構造。
3. 前記環状板体は、前記フランジ部と一体をなしていることを特徴とする請求項２記載の設置構造。
4. 前記軸体は前記被固定部材を貫通する固定穴を通って前記第１面と対をなす第２面から突出するとともにその突出端部が前記第２面上に固定されていることを特徴とする請求項１乃至３のうちの１に記載の多孔質金属材の設置構造。
5. 前記第２面に固定された前記突出端部は、前記第２面に沿って拡がる第２のフランジ部を有することを特徴とする請求項４記載の多孔質金属材の設置構造。
6. 前記第２のフランジ部を埋入した肉盛硬化部を前記第２面上に与えることを特徴とする請求項５記載の多孔質金属材の設置構造。
7. 前記肉盛硬化部は、樹脂からなることを特徴とする請求項６記載の設置構造。
8. 前記固定穴の周囲を切削したざぐり部を前記第２面に有し、前記第２のフランジ部が前記ざぐり部内に収容されていることを特徴とする請求項５乃至７のうちの１に記載の多孔質金属材の設置構造。
9. 前記被固定部材はさらに本体部に固定されていることを特徴とする請求項８記載の多孔質金属材の設置構造。
10. 前記被固定部材の前記第1面には接着層を与えることを特徴とする請求項１乃至９のうちの１に記載の多孔質金属材の設置構造。
11. 前記接着層に前記多孔質金属材が埋入していることを特徴とする請求項１０記載の多孔質金属材の設置構造。