(57)【要約】【課題】樹脂成形体におけるクリープの抑制を目的とする。【解決手段】樹脂成形体１は、熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂をマトリックスにし、炭素繊維からなる強化繊維を含有した繊維強化複合材で成形されている。容器２内部は、加熱装置により所定温度に加熱されている。樹脂成形体１は、容器２内に備えられた支持台３の上に固定される。支持台３上の樹脂成形体１に対して、加圧装置４が下降し、樹脂成形体１を圧縮することで、樹脂成形体１に圧力が加えられる。加圧状態が所定時間保持された後、加圧装置４が樹脂成形体１から離れ、加圧が終了する。加圧された樹脂成形体１は加圧により形成された変形部５を有する。加圧後の樹脂成形体１の変形部５は、変形しており、締結後のクリープを抑制する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
締結部を有する樹脂成形体において、
前記樹脂成形体の少なくとも締結部を含む領域を加圧し、前記加圧状態を所定時間保持することを特徴とする樹脂成形体の製造方法。
【請求項２】
前記樹脂成形体は繊維強化複合材で構成される請求項１に記載の樹脂成形体の製造方法。
【請求項３】
前記樹脂成形体は熱硬化性樹脂で構成される請求項１または２に記載の樹脂成形体の製造方法。
【請求項４】
前記樹脂成形体は所定温度に加熱した状態で加圧されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の樹脂成形体の製造方法。
【請求項５】
前記加圧後の前記樹脂成形体に締結用の貫通孔を形成することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の樹脂成形体の製造方法。
【請求項６】
前記加圧前の前記樹脂成形体に締結用の貫通孔を形成することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の樹脂成形体の製造方法。
【請求項７】
締結部を有する樹脂成形体において、
前記樹脂成形体の少なくとも締結部を含む領域に、樹脂成形後の加圧により形成された変形部を有することを特徴とする樹脂成形体。
【請求項８】
前記樹脂成形体は繊維強化複合材である請求項７に記載の樹脂成形体。
【請求項９】
前記樹脂成形体は熱硬化性樹脂である請求項７または８に記載の樹脂成形体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、樹脂成形体の製造方法に係り、詳しくは締結状態で使用するのに好適な樹脂成形体の製造方法及びその方法によって製造された樹脂成形体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
樹脂成形体は軽量の構造材として広く使用されている。前記構造材は単体で使用される場合は少なく、他の部品と接合されて使用される。接合方法としてはボルトによる締結が多い。しかし、樹脂成形体をボルトで直接締結する場合、樹脂成形体のクリープによる変形のために、ボルトの軸力が低下し、がたつきが生じるという問題がある。
【０００３】
この対策としては、特許文献１に開示されているように、樹脂材料と金属材料を締結する手段として、樹脂材料に金属部品を挿入し、前記金属部品に開けられた孔に貫通されたボルトにより締結する方法がある。特許文献１によると、車載エンジンの回転検出部を保持する樹脂材料からなるハウジングと一体成形された同じく樹脂材料であるフランジに、金属パイプをインサート成形する。前記金属パイプがボルトで締結されることにより、前記回転検出部が金属材料であるエンジン本体と締結される。
【０００４】
また、特許文献２には、樹脂をマトリックスとした繊維強化複合材（以下、単に複合材と言う）のクリープ変形を抑制するための手段が開示されている。特許文献２は複合材において、ボルトが挿通される孔の周囲部分の繊維体積含有率を他の部分より高く形成し、繊維強化複合材を直接締結する方法を提案している。
【０００５】
特許文献２によると、成形金型の下型内に強化繊維を配置した後、凸部を有する成形金型の上型を閉じることで、前記強化繊維の一部が凸部により圧縮される。従って、前記凸部と対応する部分の強化繊維の繊維体積含有率は他の部分よりも高くなる。次に、前記成形金型内に熱硬化性樹脂を注入して、前記強化繊維を前記熱硬化性樹脂で含浸した後、加熱して前記熱硬化性樹脂を硬化させる。前記方法で成形された樹脂成形体において、繊維体積含有率が高い部分にボルト貫通用の孔を形成する。
【特許文献１】特開２００６−２７５２７０号公報
【特許文献２】特開２００７−２６８９４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１のように、樹脂成形体からなるフランジに金属パイプを挿入する場合では、金属パイプがボルトの締結による応力を支えるため、ボルトの締結緩みを抑制することはできる。しかし、前記金属パイプと前記樹脂成形体との熱膨張係数の差が大きいために残留応力が発生し、変形や亀裂の原因となるといった不具合がある。また、前記金属パイプの圧入精度、孔の加工精度が必要であるためコストがかかる。更に金属パイプの分だけ重量が増すという欠点がある。
【０００７】
特許文献２のように、ボルト貫通孔の周囲の繊維体積含有率を高めるために樹脂を成形金型に注入した後、加熱して硬化させる方法は、従来の樹脂成形方法と変わりない。従って、特許文献２の方法では、樹脂成形体におけるクリープの抑制効果を充分得ることができず、複合材のクリープ抑制の根本的な解決には至っていない。
【０００８】
本願発明は、樹脂成形体におけるクリープの抑制を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載の本願発明は、締結部を有する樹脂成形体において、前記樹脂成形体の少なくとも締結部を含む領域を加圧し、前記加圧状態を所定時間保持することを特徴とする。
【００１０】
請求項１に記載の本願発明によれば、樹脂成形体の加圧された領域においては、締結する前に予めクリープが起こった状態となり、締結した後に生じるクリープを抑制することが可能となる。また、本願発明では強化繊維の有無に関わらずクリープ抑制効果のある樹脂成形体を製造できる。
【００１１】
請求項２に記載の本願発明は、前記樹脂成形体は繊維強化複合材であることを特徴とする。よって、強化繊維を含有する分、クリープの原因である樹脂の量が減少するため、強化繊維のない場合と比べて前記樹脂成形体のクリープ抑制効果を高めることができる。
【００１２】
請求項３に記載の本願発明は、前記樹脂成形体は熱硬化性樹脂であることを特徴とする。熱硬化性樹脂は、硬化後の加熱に対して変形が少ない。そのため、加熱しても変形し難い前記樹脂成形体の製造が可能になる。
【００１３】
請求項４に記載の本願発明は、前記樹脂成形体は所定温度に加熱した状態で加圧されることを特徴とするため、常温で前記樹脂成形体を加圧する場合に比較して、短い加圧保持時間で前記樹脂成形体を製造することができる。
【００１４】
請求項５に記載の本願発明は、前記加圧後の前記樹脂成形体に締結用の貫通孔を形成することを特徴とするため、加圧前に前記貫通孔を開ける場合に比較して前記貫通孔の寸法精度を向上できる。
【００１５】
請求項６に記載の本願発明は、前記加圧前の前記樹脂成形体に締結用の貫通孔を形成することを特徴とする。そのため、前記加圧後の前記樹脂成形体に前記貫通孔を形成する場合に比較すると、弱い力で前記貫通孔を形成することができる。
【００１６】
請求項７に記載の本願発明は、締結部を有する樹脂成形体において、少なくとも締結部を含む領域に、樹脂成形後の加圧により形成された変形部を有することを特徴とする。そのため、前記樹脂成形体の前記変形部は、締結する前に予め変形が起こった状態となり、締結した後の当該部のクリープによる変形を少なくできる。
【００１７】
請求項８に記載の本願発明は、前記樹脂成形体は繊維強化複合材であることを特徴とする。よって、強化繊維を含有する分、クリープの原因である樹脂自体の量が減少するため、強化繊維のない場合と比べて前記樹脂成形体のクリープ抑制効果を高めることができる。
【００１８】
請求項９に記載の本願発明は、前記樹脂成形体は熱硬化性樹脂であることを特徴とするため、前記樹脂成形体が加熱に対して変形し難くなる。
【発明の効果】
【００１９】
本願発明は、樹脂成形体におけるクリープを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
（第１の実施形態）
以下、本発明を具体化した第１の実施形態を図１〜図４に従って説明する。なお、図１及び図２は、樹脂成形体の製造装置及び製造方法を模式的に示したものであり、図３は、樹脂成形体の締結方法を模式的に示したものであるが、図示の都合上、一部の寸法を誇張して分かり易くしてある。このことは、他の実施形態でも同じである。
【００２１】
樹脂成形体１は熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂をマトリックスとし、炭素繊維を強化繊維とする繊維強化複合材で成形されている。樹脂成形体１の製造装置は図１（ａ）に示すように構成されている。容器２内は、図示されていないヒーター等の加熱装置により所定温度に加熱されている。容器２内には、支持台３が備えられており、樹脂成形体１は前記支持台３の上に固定される。容器２内の前記支持台３上部には、加圧装置４が備えられている。加圧装置４は図示されていない昇降装置により、上下に動作することができる。加圧装置４が十分下降した状態で、樹脂成形体１が加圧装置４により加圧される。加圧装置４が樹脂成形体１と接触する領域は、後述する樹脂成形体１に形成される締結用の貫通孔６の面積よりも十分大きく取ってある。図３は前記の方法により製造された樹脂成形体１を他の部品７に締結して使用する状態を示す。樹脂成形体１は他の部品７に重ねられ、樹脂成形体１側から貫通孔６及び他の部品７の図示していない貫通孔にボルト８を貫通し、ナット９で締め付け固定される。
【００２２】
次に、樹脂成形体１の製造方法を、図１（ａ）、（ｂ）及び図２（ａ）、（ｂ）に基づいて説明する。図１（ａ）に示すように、樹脂成形体１は、容器２内で支持台３上部に固定される。容器２内部は所定温度に加熱されている。支持台３上の樹脂成形体１に対して、図１（ｂ）に示すように加圧装置４が下降し、樹脂成形体１を圧縮することで樹脂成形体１に圧力が加えられる。加圧状態が所定時間保持された後、図２（ａ）に示すように加圧装置４が上昇し、樹脂成形体１から離れることで加圧が終了する。加圧された樹脂成形体１は加圧により形成された変形部５を有する。容器２から取り出された加圧後の樹脂成形体１に対して、図２（ｂ）に示すように締結用の貫通孔６が形成される。貫通孔６は、樹脂成形体１の変形部５のほぼ中央にドリル等の工具により形成される。
【００２３】
以上のように構成された第１の実施形態の作用を図４に基づき説明する。図４は成形後の樹脂成形体１におけるクリープによるひずみの量の変化を示す。一般的に、単位時間あたりに生じる樹脂成形体１のクリープによるひずみの量はＡ―Ｂで示す初期の時間帯においてＸで示すように大きく発生する。その後の同一時間帯Ｂ―Ｃにおけるクリープによるひずみの量は、Ｙで示すように大きく減少してわずかに発生する程度である。樹脂成形体１は時間Ｃを経過すると応力緩和はわずかとなり、クリープによるひずみの量はほぼ発生しない状態となる。
【００２４】
図１（ａ）に示す加圧前の樹脂成形体１をそのまま締結した場合、樹脂成形体１のひずみ発生状態は図４のＡ点に相当する。従って、樹脂成形体１は締結後、図４のＢ点までの時間経過においてＸで示す大きなひずみを発生する。これに対し、第１の実施形態における樹脂成形体１は、予め所定時間加圧されたことにより、樹脂の分子骨格構造に異方性が生じ、Ｘに相当するクリープを起こす。即ち、樹脂成形体１は締結に使用される前の状態で、既にＢ点まで時間経過した場合と同様に変形している。そのため、加圧後の樹脂成形体１は、締結後のクリープによるひずみに、従来のような図４のＸで示した初期の時間帯Ａ−Ｂに起こる大きなひずみを含まない。従って、樹脂成形体１の締結後に生じるクリープによるひずみが加圧前の樹脂成形体１をそのまま締結する場合と比べて、極めて少ない。樹脂成形体１における変形部５は、加圧により予めクリープを生じているために、締結後のクリープひずみが抑制される。
【００２５】
図３において、樹脂成形体１において貫通孔６を含む変形部５は予めボルト８で締結される前に、加圧により変形している。そのため、締結後の樹脂成形体１における変形部５のクリープによるひずみは、加圧前の樹脂成形体１を締結した場合と比べ小さくなる。従って、変形部５に形成された貫通孔６にボルト８を挿入して他の部品７と締結した場合、樹脂成形体１のクリープ発生を抑制でき、ボルト８の軸力の低下が抑制される。
【００２６】
前記した第１の実施形態は以下の作用効果を有する。
（１）樹脂成形体１は貫通孔６を有する領域が加圧装置４で加圧され、加圧状態を所定時間保持されることで変形部５が形成される。変形部５の領域は加圧による変形が生じ、締結される前に予めクリープが生じた状態と同様になるため、締結後に生じるクリープを抑制することが可能となる。また、樹脂成形体１は貫通孔６にクリープ対策のための別部品を必要としないため、低コストで製造でき、加工性も良くなる。
【００２７】
（２）樹脂成形体１は繊維強化複合材である。よって、強化繊維を含有する分、クリープの原因である樹脂自体の量が減少するため、強化繊維のない場合と比べて前記樹脂成形体のクリープ抑制効果を高めることができる。
【００２８】
（３）樹脂成形体１のマトリックスは熱硬化性樹脂である。従って、硬化後の加熱に対して耐熱性に優れており、硬く、変形し難い。
【００２９】
（４）樹脂成形体１は加圧装置４で加圧される際に、容器２内で所定温度に加熱されている。従って、常温で前記樹脂形成体１が加圧される場合に比較して、短い時間で前記樹脂成形体１を製造することができる。
【００３０】
（５）樹脂成形体１は加圧された後に前記樹脂成形体１に締結用の貫通孔６が形成されている。従って、後述する第２の実施形態のように、加圧前に貫通孔６を開ける場合に比較して、精度良く孔開け加工ができる。            
【００３１】
（第２の実施形態）
図５及び図６に示す第２の実施形態は、第１の実施形態における樹脂成形体１が加圧される前に締結用の貫通孔６が形成されたもので、第１の実施形態と同一の構成については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００３２】
図５（ａ）に示すように、樹脂成形体１は加圧される前に締結用の貫通孔６が形成されている。所定温度に加熱された容器２内の支持台３上に固定された樹脂成形体１に対して、図５（ｂ）に示すように加圧装置４が下降することで樹脂成形体１の貫通孔６を含む領域に圧力が加えられる。加圧状態が所定時間保持された後、図６（ａ）に示すように加圧装置４が樹脂成形体１から離れ、加圧が終了する。加圧された樹脂成形体１を容器２から取り出し、図６（ｂ）に示すような樹脂成形体１が製造される。
【００３３】
従って、この実施形態によれば、第１の実施形態における（１）〜（５）と同様の効果の他に次の効果を得ることができる。
（１）樹脂成形体１は加圧前に締結用の貫通孔６が形成される。従って、貫通孔６の形成は加圧後の樹脂成形体１に貫通孔６を形成する場合に比べ、容易である。
【００３４】
本願発明は、前記した各実施形態の構成に限定されるものではなく本願発明の趣旨の範囲内で種々の変更が可能であり、次のように実施することができる。
（１）樹脂成形体１の加圧する領域は、ボルト８が挿入される貫通孔６の周囲の表面のみに限らず、樹脂成形体１のボルト８を挿入する側の表面全域であっても良い。
【００３５】
（２）変形部５の領域を加圧し、前記加圧状態を所定時間保持する方法は、第１の実施形態または第２の実施形態に示すように、一定の圧力を所定時間加え続ける方法以外に、例えば加える圧力を徐々にあるいは急激に上げたり、徐々にあるいは急激に下げたりする等、加える圧力を変化させる方法であっても良い。
【００３６】
（３）変形部５の領域を加圧し、前記加圧状態を所定時間保持する方法は、第１の実施形態または第２の実施形態に示すように、予め加圧を保持する時間が固定されている方法以外に、前記所定時間が可変であっても良い。例えば、加圧により生じた変形量を検知する検知装置と、検知した信号を制御する制御装置から構成され、前記制御装置で単位時間当たりの変形量を算出し、単位時間当たりの変形量が所定量以下になるまで加圧時間を保持する方法であっても良い。また、前記制御部で加圧開始からの変形量を算出し、加圧開始からの変形量が所定量になるまで加圧状態を保持する方法であっても良い。
【００３７】
（４）第１または第２の実施形態に示した加圧状態を所定時間保持して樹脂成形体１を製造する方法は、例えば樹脂成形体１に圧力を加えてから、一旦圧力を解放して、変形部５がある程度復元した後に、再度加圧する等、加圧状態と開放状態とを所定時間の間に１回または複数回繰り返し行うことにより樹脂成形体１を製造する方法を含む。
【００３８】
（５）樹脂成形体１は実施形態１または２に示すように、熱硬化性樹脂として、エポキシ樹脂の他に例えば、フェノール樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、ポリウレタン樹脂、熱硬化性ポリイミド等であっても良い。また、樹脂成形体１における、クリープによるひずみ量の変化は、エポキシ樹脂以外の他の樹脂においても図４と類似した傾向を示す。
【００３９】
（６）樹脂成形体１は実施形態１に示すように、強化繊維とマトリックスとしての樹脂からなる繊維強化複合材である代わりに、強化繊維のない樹脂材料で構成されてもよい。
【００４０】
（７）樹脂成形体１は実施形態１に示すように、炭素繊維を強化繊維として用いる代わりに、強化繊維として炭素繊維の他に例えばガラス繊維、ボロン繊維、アラミド繊維、ポリエチレン繊維、ザイロン等を用いても良い。
【００４１】
（８）樹脂成形体１は熱硬化性樹脂の代わりに、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリ酢酸ビニル、ポリテトラフルオロエチレン、ＡＢＳ樹脂、ＡＳ樹脂、アクリル樹脂、ポリアミド、ポリアセタール、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンエーテル、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、環状ポリオレフィン、ポリフェニレンスルファイド、ポリテトラフロロエチレン、ポリスルホン、ポリエーテルサルフォン、非晶ポリアリレート、液晶ポリマー、ポリエーテルエーテルケトン、熱可塑性ポリイミド、ポリアミドイミド、メチルメタアクリレートのような熱可塑性樹脂を用いても良い。また、樹脂成形体１における、クリープによるひずみの量の変化は、熱可塑性樹脂においても図４と類似した傾向を示す。
【００４２】
（９）樹脂成形体１を締結する方法は、図３に示すようなボルト８やナット９を使用する代わりに、例えば万力のような装置または部品で挟み込む方法で締結しても良い。これらの方法では、樹脂成形体１の締結部に必ずしも孔が形成されていなくても良い。
【００４３】
（１０）樹脂成形体１と締結される他の部品７は、図３に示すような板状のものを使用する代わりに、棒状、柱状等別の形状の部品を使用しても良い。また、樹脂成形体１が締結される対象は他の部品７に限らず、壁、床や大地を構成する岩石等であっても良い。
【００４４】
（１１）樹脂成形体１に貫通孔６を形成する方法は、第１または第２の実施形態に示すように、ドリル等の工具で孔開けをする方法である代わりに、樹脂材料を成形する際に、例えばドーナツ状、中空状や凸部を有する成形金型を使用することで、孔を備えた樹脂成形体１を得る方法であっても良い。
【００４５】
（１２）樹脂成形体１に貫通孔６を形成する方法は、実施形態１または２に示すように、成形後の樹脂に対してドリル等の工具で孔開けをする方法である代わりに、打抜き加工、ウォータージェット加工等で行われても良い。また、孔開け加工後に、貫通孔６の周囲のバリ取りや不要部の切断等の外形加工が行われても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】は第１の実施形態における樹脂成形体の製造方法を説明する模式図であり、（ａ）は加圧前の樹脂成形体を示す模式図、（ｂ）は加圧中の樹脂成形体を示す模式図である。
【図２】は第１の実施形態における樹脂成形体の製造方法を説明する模式図であり、（ａ）は加圧後の樹脂成形体を示す模式図、（ｂ）は加圧後の樹脂成形体において、締結用の貫通孔が形成されたものを示す模式図である。
【図３】は樹脂成形体の締結方法を説明する模式断面図である。
【図４】は樹脂成形体における、クリープによるひずみの量の変化を示すグラフである。
【図５】は第２の実施形態における樹脂成形体の製造方法を説明する模式図であり、（ａ）は加圧前の樹脂成形体を示す模式図、（ｂ）は加圧中の樹脂成形体を示す模式図である。
【図６】は第２の実施形態における樹脂成形体の製造方法を説明する模式図であり、（ａ）は加圧後の樹脂成形体を示す模式図、（ｂ）は容器から取り出された加圧後の樹脂成形体を示す模式図である。
【符号の説明】
【００４７】
１    樹脂成形体
２    容器
３    支持台
４    加圧装置
５    変形部
６    貫通孔
７    他の部品
８    ボルト
９    ナット
【図１】
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【図２】
2010143162.tif 000004
【図３】
2010143162.tif 000005
【図４】
2010143162.tif 000006
【図５】
2010143162.tif 000007
【図６】
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