(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱硬化性樹脂（１７）の内部に繊維（１６）を埋設して強化した板材（１２）に締結部材（２２）が固定される取付孔（１３ａ）を形成した繊維強化樹脂部材であって、
前記板材（１２）に前記取付孔（１３ａ）を形成されたインサート部材（１３）が接続され、前記インサート部材（１３）は繊維に熱硬化性樹脂を含浸させて形成され、前記板材（１２）は複数枚の構成部材（１５）を積層して形成され、それら構成部材（１５）にそれぞれ設けた開口（１５ａ）の直径は前記取付孔（１３ａ）の直径より充分に大きく、該構成部材（１５）の開口（１５ａ）の縁が不揃いの状態で前記インサート部材（１３）により該開口（１５ａ）を埋めてなることを特徴とする繊維強化樹脂部材。
【請求項２】
前記板材（１２）に埋設される繊維（１６）はカーボンファイバーであり、前記インサート部材（１３）はグラスファイバーを含むＳＭＣ材料であることを特徴とする、請求項１に記載の繊維強化樹脂部材。
【請求項３】
前記板材（１２）に埋設される繊維（１６）はカーボンファイバーであり、前記インサート部材（１３）はカーボンファイバーを含むＳＭＣ材料であることを特徴とする、請求項１に記載の繊維強化樹脂部材。
【請求項４】
前記板材（１２）に埋設される繊維（１６）はカーボンファイバーであり、前記インサート部材（１３）はカーボンファイバーを含むプリプレグ材料であることを特徴とする、請求項１に記載の繊維強化樹脂部材。
【請求項５】
前記締結部材（２２）との接触面をグラスファイバーを含む繊維強化樹脂シート（１４）で覆ったことを特徴とする、請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の繊維強化樹脂部材。
【請求項６】
熱硬化性樹脂（１７）の内部に繊維（１６）を埋設して強化した板材（１２）に締結部材（２２）が固定される取付孔（１３ａ）を形成した繊維強化樹脂部材の製造方法であって、
取付孔成形ピン（２１）より大きな開口（１５ａ）を有する複数枚のプリプレグ（１５）を前記取付孔成形ピン（２１）に嵌合させて金型（１８）の内部に積層し、不揃いの状態の前記開口（１５ａ）の縁で前記取付孔成形ピン（２１）の外周を囲む工程と、
繊維に熱硬化性樹脂を含浸させて筒状に形成したインサート部材（１３）を前記開口（１５ａ）および前記取付孔成形ピン（２１）間に嵌合する工程と、
前記金型（１８）を型締めして加熱することで、金型（１８）内で圧縮されて径方向に広がったインサート部材（１３）により縁が不揃いの状態の前記開口（１５ａ）を埋め、前記プリプレグ（１５）および前記インサート部材（１３）をホットプレスして硬化させる工程と、
を含むことを特徴とする繊維強化樹脂部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱硬化性樹脂の内部に繊維を埋設して強化した板材に締結部材が固定される取付孔を形成した繊維強化樹脂部材およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
カーボンファイバー強化樹脂製のクロスメンバにサスペンションメンバを締結すべく、外周壁、締結部およびリブを備えたアルミニウム押出材よりなるインサートをクロスメンバの内部に埋設し、インサートの締結部にサスペンションメンバをボルトで締結するものが、下記特許文献１により公知である。【０００３】
また繊維強化樹脂部材にアルミニウム合金製インサートを接着により固定する際に、アルミニウム合金製インサートの接着面に化成被膜および電着被膜を２層に形成し、電着被膜を接着剤を介して繊維強化樹脂部材の接着面に接着するものが、下記特許文献２により公知である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】日本特開２００９−２５５７９９号公報
【特許文献２】日本特開２００９−２４８３５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記特許文献１に記載されたものは、導電性を有するアルミニウム押出材よりなるインサートが導電性を有するカーボンファイバー強化樹脂製のクロスメンバの内部に直接埋設されているため、両者の接合面に水分が浸入したときに電食が発生し、アルミニウム製のインサートが腐食する可能性がある。【０００６】
また上記特許文献２に記載されたものは、繊維強化樹脂部材とアルミニウム合金製のインサートとを接着により固定するため、接着面積を充分に確保しないと剥離が生じる可能性があり、接着面積を充分に確保しようとするとインサートが大型化して重量が増加する可能性がある。【０００７】
そこで、最も軽量で簡素な構造として、繊維強化樹脂部材に取付孔をドリル加工し、この取付孔に締結部材を装着することにより、繊維強化樹脂部材に他部材を固定したり、繊維強化樹脂部材を他部材に固定したりすることができる。【０００８】
しかしながら、繊維強化樹脂部材に取付孔をドリル加工すると、加工工数が増加してコストアップの要因になるだけでなく、硬いカーボン繊維やガラス繊維によって工具の損耗が激しくなるという問題がある。【０００９】
この問題を回避するために、未硬化の繊維強化樹脂部材に予め取付孔を形成しておき、この繊維強化樹脂部材を金型にセットする際に前記取付孔を金型に設けた取付孔成形ピンの外周に隙間なく嵌合し、この状態で金型を閉じてホットプレス成形することで、取付孔を有する繊維強化樹脂部材を成形することが考えられる。しかしながら、この手法を採用すると、未硬化の繊維強化樹脂部材の取付孔を金型の取付孔成形ピンの外周に嵌合する作業が極めて面倒であるだけでなく、取付孔成形ピンの周囲の繊維強化樹脂部材に皺が発生して品質が低下する問題がある。【００１０】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、繊維強化樹脂部材の板材に形成される締結部材の取付孔の加工性および強度を高めることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明によれば、熱硬化性樹脂の内部に繊維を埋設して強化した板材に締結部材が固定される取付孔を形成した繊維強化樹脂部材であって、前記板材に前記取付孔を形成されたインサート部材が接続され、前記インサート部材は繊維に熱硬化性樹脂を含浸させて形成され、前記板材は複数枚の構成部材を積層して形成され、それら構成部材にそれぞれ設けた開口の直径は前記取付孔の直径より充分に大きく、該構成部材の開口の縁が不揃いの状態で前記インサート部材により該開口を埋めてなることを第１の特徴とする繊維強化樹脂部材が提案される。【００１２】
また本発明によれば、前記第１の特徴に加えて、前記板材に埋設される繊維はカーボンファイバーであり、前記インサート部材はグラスファイバーを含むＳＭＣ材料であることを第２の特徴とする繊維強化樹脂部材が提案される。【００１３】
また本発明によれば、前記第１の特徴に加えて、前記板材に埋設される繊維はカーボンファイバーであり、前記インサート部材はカーボンファイバーを含むＳＭＣ材料であることを第３の特徴とする繊維強化樹脂部材が提案される。【００１４】
また本発明によれば、前記第１の特徴に加えて、前記板材に埋設される繊維はカーボンファイバーであり、前記インサート部材はカーボンファイバーを含むプリプレグ材料であることを第４の特徴とする繊維強化樹脂部材が提案される。【００１５】
また本発明によれば、前記第１〜第４の何れか１つの特徴に加えて、前記締結部材との接触面をグラスファイバーを含む繊維強化樹脂シートで覆ったことを第５の特徴とする繊維強化樹脂部材が提案される。【００１６】
また本発明によれば、熱硬化性樹脂の内部に繊維を埋設して強化した板材に締結部材が固定される取付孔を形成した繊維強化樹脂部材の製造方法であって、取付孔成形ピンより大きな開口を有する複数枚のプリプレグを前記取付孔成形ピンに嵌合させて金型の内部に積層し、不揃いの状態の前記開口の縁で前記取付孔成形ピンの外周を囲む工程と、繊維に熱硬化性樹脂を含浸させて筒状に形成したインサート部材を前記開口および前記取付孔成形ピン間に嵌合する工程と、前記金型を型締めして加熱することで、金型内で圧縮されて径方向に広がったインサート部材により縁が不揃いの状態の前記開口を埋め、前記プリプレグおよび前記インサート部材をホットプレスして硬化させる工程とを含むことを第６の特徴とする繊維強化樹脂部材の製造方法が提案される。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の第１の特徴によれば、繊維強化樹脂部材は、熱硬化性樹脂の内部に繊維を埋設して強化した板材に取付孔を形成したもので、その取付孔に固定された締結部材により、繊維強化樹脂部材に他部材が固定され、あるいは繊維強化樹脂部材が他部材に固定される。板材に形成した開口の内部に取付孔が形成されたインサート部材が接続されるが、そのインサート部材は、繊維に熱硬化性樹脂を含浸させて筒状に形成したものを板材と共に金型でホットプレスして構成されるので、成形完了後の繊維強化樹脂部材に取付孔をドリル加工する必要がなくなって加工工数が削減されるだけでなく、未硬化の板材を金型の内部にセットする際に、板材の開口の位置を金型に対して厳密に位置決めする必要がなくなって作業性が大幅に向上する。また、それら複数枚の構成部材の開口を、それらの開口の縁が不揃いの状態でインサート部材により埋めることにより、板材およびインサート部材間の接続を強固なものとし、それらの一体化に寄与することができる。【００１８】
また本発明の第２の特徴によれば、インサート部材はグラスファイバーを含むＳＭＣ材料であるため、比較的に伸び易いグラスファイバーによって取付孔の周囲の応力集中を回避できる。しかも板材に埋設される繊維はカーボンファイバーであるため、取付孔に固定される締結部材が板材に電気的に導通すると締結部材に電食が発生する虞があるが、締結部材が接触するインサート部材に含まれるグラスファイバーが不良導体であるため、締結部材がインサート部材を介して板材に電気的に導通するのを防止して電食の発生を抑制することができる。【００１９】
また本発明の第３の特徴によれば、インサート部材はカーボンファイバーを含むＳＭＣ材料であるため、比較的に引っ張り強度の高いカーボンファイバーによって取付孔の周囲の強度を高めることができる。【００２０】
また本発明の第４の特徴によれば、インサート部材はカーボンファイバーを含むプリプレグであるため、比較的に引っ張り強度の高いカーボンファイバーによって取付孔の周囲の強度を高めることができる。【００２１】
また本発明の第５の特徴によれば、締結部材との接触面をグラスファイバーを含む繊維強化樹脂シートで覆ったので、不良導体であるグラスファイバーにより締結部材の電食を一層確実に抑制することができる。【００２２】
また本発明の第６の特徴によれば、繊維強化樹脂部材は、熱硬化性樹脂の内部に繊維を埋設して強化した板材に取付孔を形成したもので、その取付孔に固定された締結部材により、繊維強化樹脂部材に他部材が固定され、あるいは繊維強化樹脂部材が他部材に固定される。繊維強化樹脂部材の製造は、取付孔成形ピンより大きな開口を有する複数枚のプリプレグをその取付孔成形ピンに嵌合させて金型の内部に積層し、不揃いの状態の開口の縁で取付孔成形ピンの外周を囲む工程と、繊維に熱硬化性樹脂を含浸させて筒状に形成したインサート部材を開口および取付孔成形ピン間に嵌合する工程と、金型を型締めして加熱することで、金型内で圧縮されて径方向に広がったインサート部材により縁が不揃いの状態の前記開口を埋め、プリプレグおよびインサート部材をホットプレスして硬化さる工程とを含むので、成形完了後の繊維強化樹脂部材に取付孔をドリル加工する必要がなくなって加工工数が削減されるだけでなく、未硬化の板材を金型の内部にセットする際に、板材のプリプレグにおける開口の縁の位置を不揃いのままにして、金型の取付孔成形ピンに対して厳密に位置決めする必要がなくなって作業性が大幅に向上する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は繊維強化樹脂部材の使用状態での断面図である。（第１、第２の実施の形態）
【図２】図２は図１に対応する分解図である。（第１、第２の実施の形態）
【図３】図３は繊維強化樹脂部材の製造工程を示す図である。（第１、第２の実施の形態）
【図４】図４は繊維強化樹脂部材の断面図である。（第３の実施の形態）
【図５】図５は成形前のインサート部材の斜視図である。（第３の実施の形態）
【符号の説明】
【００２４】
１２      板材
１２ａ    開口
１３      インサート部材
１３ａ    取付孔
１４      繊維強化樹脂シート
１５      プリプレグ
１５ａ    開口
１６      繊維
１７      熱硬化性樹脂
１８      金型
２１      取付孔成形ピン
２２      締結部材
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図１〜図３に基づいて本発明の第１、第２の実施の形態を説明する。
[第１、第２の実施の形態]
図１に示すように、例えば自動車のサブフレームのような部材が繊維強化樹脂部材１１として成形される。繊維強化樹脂部材１１は、板材１２と、板材１２の開口１２ａの内部に配置されたインサート部材１３と、インサート部材１３の上下両面から板材１２の上下両面に跨がるように積層された２枚の円環状の繊維強化樹脂シート１４，１４とで構成される。板材１２は、複数枚のプリプレグ１５…を積層して構成される。
【００２６】
プリプレグ１５は、カーボンファイバー、グラスファイバー、アラミドファイバー等の繊維１６よりなる織布やＵＤ（繊維を一方向に引き揃えたシート）に半硬化の熱硬化性樹脂１７（エポキシ樹脂やポリエステル樹脂）を含浸させたもので、表面のベタつきはないが金型の形状になじむ柔軟性を有している。複数枚のプリプレグ１５…を積層状態で金型内に挿入して圧力を加えながら例えば１３０°Ｃ程度に加熱すると、熱硬化性樹脂１７が硬化してドライカーボン製品のようなオートクレーブ製品が得られる。
【００２７】
インサート部材１３はＳＭＣ（Sheet Moulding Compound ）からなる。ＳＭＣは、熱硬化性樹脂である不飽和ポリエステル樹脂やビニルエステル樹脂に炭酸カルシウムなどの充填材や他の添加物を加えたものをグラスファイバーのシートに含浸させたものである。柔軟性を有する薄板状に形成されたインサート部材１３を金型の内部にセットして加圧および加熱すると不飽和ポリエステル樹脂が硬化することで、任意の形状の繊維強化樹脂製品を成形することができる。金型に挿入する前のインサート部材１３は、例えば帯状のＳＭＣを巻き取ることで円筒状に形成されている。
【００２８】
次に、図３に基づいて繊維強化樹脂部材１１の成形工程を説明する。
【００２９】
図３（Ａ）に示すように、繊維強化樹脂部材１１を成形する金型１８は、下型１９および上型２０で構成されるもので、下型１９のキャビティには繊維強化樹脂部材１１のインサート部材１３に取付孔１３ａ，１３ａを形成するための２本の取付孔成形ピン２１，２１が植設される。取付孔成形ピン２１，２１の数は２本に限定されるものではなく、１本あるいは３本以上であっても良い。
【００３０】
先ず、金型１８の下型１９の２本の取付孔成形ピン２１，２１の外周に、円環状の繊維強化樹脂シート１４，１４の開口１４ａ，１４ａをそれぞれ嵌合させる。続いて、下型１９のキャビティ内に予め所定形状に切断された複数枚のプリプレグ１５…を積層する。各プリプレグ１５には予め２個の開口１５ａ，１５ａが形成されており、プリプレグ１５は開口１５ａ，１５ａが２本の取付孔成形ピン２１，２１の外周に緩く嵌合するように配置される。
【００３１】
プリプレグ１５の開口１５ａ，１５ａの直径は取付孔成形ピン２１，２１の直径に対して充分に大きく、従ってプリプレグ１５の開口１５ａ，１５ａを取付孔成形ピン２１，２１の外周に嵌合させる作業は容易である。またプリプレグ１５の開口１５ａ，１５ａを取付孔成形ピン２１，２１に対して精度良く位置決めする必要はなく、複数枚のプリプレグ１５…の開口１５ａ…の縁に段差が発生しても支障はない。複数枚のプリプレグ１５…の開口１５ａ…は、板材１２の開口１２ａ，１２ａを構成する。
【００３２】
続いて、板材１２の開口１２ａ，１２ａと取付孔成形ピン２１，２１との間に円筒状のインサート部材１３，１３を嵌合させた後に、インサート部材１３，１３の上面に円環状の繊維強化樹脂シート１４，１４を載置する。このとき、繊維強化樹脂シート１４，１４の開口１４ａ，１４ａの中心を取付孔成形ピン２１，２１の軸線上に配置する。
【００３３】
続いて、図３（Ｂ）に示すように、下型１９に対して上型２０を下降させて型締めを行う。この型締めにより、各インサート部材１３は上下の繊維強化樹脂シート１４，１４間に挟まれて塑性変形し、径方向外側に押し出されて板材１２の開口１２ａの内部に隙間なく行き渡る。
【００３４】
続いて、図３（Ｃ）に示すように、金型１８を加熱するとプリプレグ１５…およびインサート部材１３，１３が熱硬化して一体化されるとともに、それらの上下面に繊維強化樹脂シート１４…が一体に結合される。このようにして成形された繊維強化樹脂部材１１は、下型１９から上型２０を分離して型開きした金型１８から取り出される。
【００３５】
上述のようにして繊維強化樹脂部材１１が完成すると、図２に示すように、繊維強化樹脂部材１１の各インサート部材１３の取付孔１３ａに例えばアルミニウム合金製の締結部材２２を装着する。締結部材２２は第１部材２３および第２部材２４から成り、第１部材２３は、内周の雌ねじ２３ａが形成された軸部２３ｂと、軸部２３ｂの一端から径方向に延びる円形のフランジ２３ｃとを備え、第２部材２４は、円筒状の軸部２４ａと、軸部２４ａの一端から径方向に延びる円形のフランジ２４ｂとを備える。
【００３６】
インサート部材１３の取付孔１３ａの内部で第１部材２３の軸部２３ｂの外周に第２部材２４の軸部２４ａの内周を圧入すると、第１部材２３のフランジ２３ｃおよび第２部材２４のフランジ２４ｃが繊維強化樹脂部材１１の上下面に積層した２枚の繊維強化樹脂シート１４，１４に当接する。このとき、第２部材２４の軸部２４ａの先端が第１部材２３のフランジ２３ｃの下面に突き当たることで、両フランジ２３ｃ，２４ｂの間隔が繊維強化樹脂部材１１の厚さに見合った間隔に規制される。よって、サスペンション部材２５のボルト孔２５ａに挿通したボルト２６を第１部材２３の雌ねじ２３ａに螺合することで、自動車のサブフレームを構成する繊維強化樹脂部材１１にサスペンション部材２５を強固に固定することができる。
【００３７】
以上のように、繊維強化樹脂部材１１の取付孔１３ａ，１３ａを、金型１８内に板材１２の材料となるプリプレグ１５…と共に挿入されたインサート部材１３，１３により形成するので、繊維強化樹脂部材１１をドリル加工して取付孔１３ａ，１３ａを形成する必要がなくなって加工工数の削減が可能になる。またプリプレグ１５…を金型１８にセットするとき、プリプレグ１５…の開口１５ａ…の直径は取付孔成形ピン２１，２１の直径に対して充分に大きいので、プリプレグ１５…のセット作業が容易になるだけでなく、開口１５ａ…が取付孔成形ピン２１，２１と干渉してプリプレグ１５…が皺になることもない。そしてプリプレグ１５…の開口１５ａ…（つまり、板材１２の開口１２ａ）の縁が不揃いになっても、その開口１５ａ…は金型１８内で圧縮されて径方向に広がったインサート部材１３により埋められるので、むしろ板材１２およびインサート部材１３を強固に一体化するのに寄与することができる。
【００３８】
また繊維強化樹脂部材１１の板材１２はカーボンファイバーを含む導電性の部材であるが、そこに金属製の締結部材２２が直接接触すると、締結部材２２の接触面に電食が発生する虞がある。しかしながら、本実施の形態によれば、取付孔１３ａ，１３ａの周囲の繊維強化樹脂部材１１を非導電性のグラスファイバーを含む繊維強化樹脂シート１４，１４で覆ったので、締結部材２２のフランジ２３ｃ，２４ｂが導電性の板材１２に接触するのを防止して電食の発生を防止することができる。
【００３９】
またインサート部材１３のＳＭＣ（Sheet Moulding Compound ）に非導電性のグラスファイバーを用いたため、インサート部材１３と締結部材２２との接触による電食の発生を一層確実に防止することができる。しかもグラスファイバーはカーボンファイバーに比べて延伸性に優れるため、締結部材２２に荷重が加わったときに取付孔１３ａの周囲に集中する応力を緩和することができる。
【００４０】
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。
【００４１】
第１の実施の形態では、インサート部材１３のＳＭＣにグラスファイバーを用いているが、第２の実施の形態では、ＳＭＣにグラスファイバーに代えてカーボンファイバーを用いている。カーボンファイバーはグラスファイバーと比較して引っ張り強度が高いため、取付孔１３ａの周囲の強度を更に高めることができる。尚、カーボンファイバーは導電性であるために締結部材２２に電食が発生し易くなるが、インサート部材１３を繊維強化樹脂シート１４，１４で覆うことで充分に対処可能である。この場合、取付孔１３ａの周壁面もグラスファイバーの繊維強化樹脂シートで覆うことが必要になる。
【００４２】
次に、図４および図５に基づいて本発明の第３の実施の形態を説明する。
[第３の実施の形態]
第１、第２の実施の形態では、インサート部材１３にＳＭＣを用いているが、第３の実施の形態では、インサート部材１３にプリプレグを用いている。このプリプレグは、図５に示すように、帯状に形成した半硬化のエポキシ樹脂１３ｃの内部に一方向に引き揃えたカーボンファイバー１３ｂ…を埋設したものであり、それを円筒状に巻き付けたインサート部材１３を金型１８の内部にセットし、板材１２のプリプレグ１５…と共にホットプレス成形する。
【００４３】
この第３の実施の形態によれば、図４に示すように、繊維強化樹脂板材１１の成形を完了した状態で、インサート部材１３のカーボンファイバー１３ｂ…が取付孔１３ａを囲むように巻回されることで、取付孔１３ａの強度が大幅に向上する。
【００４４】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
【００４５】
例えば、本発明の繊維強化樹脂部材１１は、自動車のサブフレーム以外の任意の用途に適用することができる。
【００４６】
また取付孔１３ａは繊維強化樹脂部材１１に他部材を固定する場合だけでなく、繊維強化樹脂部材１１を他部材に固定する場合にも使用可能である。
【００４７】
また実施の形態では繊維強化樹脂シート１４を金型１８内にセットして繊維強化樹脂部材１１に積層しているが、金型１８から取り出した繊維強化樹脂部材１１に繊維強化樹脂シート１４を積層しても良い。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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