(57)【要約】【課題】金属体と炭素繊維樹脂との間の絶縁が確保されるインサート成形方法を提供する。【解決手段】インサート成形方法は、金属体２の表面に高分子材料からなる絶縁層３を形成する第１工程と、第１工程を経た金属体２が配置される可動金型１２及び固定金型１３の内部に樹脂体４となるＣＦＲＰを充填して硬化させることで金属体２と樹脂体４とを一体化する第２工程とを含む。第２工程において、可動金型１２及び固定金型１３の温度は、絶縁層３の熱分解温度よりも低く設定されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属体の表面に高分子材料からなる絶縁層を形成する第１工程と、
前記第１工程を経た前記金属体が配置される成形型の内部に炭素繊維樹脂を充填して硬化させることで当該炭素繊維樹脂と前記金属体とを一体化する第２工程とを含み、
前記第２工程において、前記成形型の温度は、前記絶縁層の熱分解温度及び融点のうち低い方の温度よりも低く設定されている、
インサート成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素繊維樹脂と金属体とをインサート成形するときのインサート成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭素繊維を含む樹脂材と金属体とを一体化させたものがある（例えば特許文献１参照）。特許文献１では、円筒状のアルミニウムパイプの外周面に絶縁層が形成されている。そして、絶縁層が形成されたアルミニウムパイプを、円筒状のＣＦＲＰ（Carbon Fiber Reinforced Plastic）パイプに挿入している。アルミニウムパイプとＣＦＲＰパイプとの間に介在する絶縁層により、両パイプ間の絶縁が確保されている。
【０００３】
また、ＣＦＲＰパイプ等の炭素繊維樹脂からなる樹脂体とアルミニウムパイプ等の金属体とをインサート成形により一体化させる方法が周知である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１２３７６５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、炭素繊維樹脂と絶縁層が形成されている金属体とをインサート成形する場合、成形時の熱の影響により、絶縁層の形状が変化することがある。このように絶縁層の形状が変化すると、絶縁層と金属体との間に隙間が生じ、この隙間に炭素繊維樹脂が浸入することにより、金属体と炭素繊維樹脂との間の絶縁性が低下するおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、インサート成形方法は、金属体の表面に絶縁性を有する高分子材料からなる絶縁層を形成する第１工程と、前記第１工程を経た前記金属体が配置される成形型の内部に炭素繊維樹脂を充填して硬化させることで当該炭素繊維樹脂と前記金属体とを一体化する第２工程とを含み、前記第２工程において、前記成形型の温度は、前記絶縁層の熱分解温度及び融点のうち低い方の温度よりも低く設定されていることを要旨とする。
【０００７】
この方法によれば、第２工程において、絶縁層は、熱分解しにくく、また、融解もしにくい。このため、絶縁層の形状が変化しにくい。その結果、インサート成形後でも、金属体と炭素繊維樹脂との間の絶縁が確保される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】インサート成形品の斜視図。
【図２】金属体に絶縁層を形成する第１工程を示す斜視図。
【図３】（ａ）は金属体を可動金型にセットした状態を示す断面図、（ｂ）はキャビティに溶融状態のＣＦＰＲを充填する第２工程を示す断面図、（ｃ）はインサート成形品の断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、インサート成形方法の一実施形態について、図１〜図３を参照して説明する。
図１及び図３（ｃ）に示すように、インサート成形品１は、金属体２と、金属体２の表面を覆う絶縁層３と、絶縁層３の外側に形成される樹脂体４とを備える。
【００１０】
図１及び図２に示すように、金属体２の形状は、例えば、円筒状である。金属体２の材質は、例えばアルミニウムである。絶縁層３の材質は、例えばケイ酸ナトリウム等の絶縁性を有する無機高分子材料である。
【００１１】
図３（ｃ）に示すように、樹脂体４は、絶縁層３の厚みを含んだ金属体２の外径よりも若干長い内径の円筒部４ａと、円筒部４ａの一方の端部を閉塞する閉塞部４ｂとを備えている。円筒部４ａの軸方向における長さは、金属体２の軸方向における長さと等しい。樹脂体４の材質は、ＣＦＲＰ、特に炭素繊維にエポキシ樹脂が浸潤したものである。
【００１２】
樹脂体４は、円筒部４ａの内部に絶縁層３に覆われている金属体２を収容している。したがって、樹脂体４の円筒部４ａの内周面と金属体２の外周面との間には、絶縁層３が介在している。また、樹脂体４の閉塞部４ｂにおける円筒部４ａ側の内面と金属体２の軸方向の一端面２ａとの間には、絶縁層３が介在している。樹脂体４の閉塞部４ｂは、金属体２の一端面２ａ側を閉塞している。
【００１３】
次に、インサート成形品１の成形方法について説明する。
図２に示すように、まず、噴射機１１から金属体２に向けて、ケイ酸ナトリウム水溶液が噴射される。噴射されたケイ酸ナトリウム水溶液は、焼き付け処理されることにより硬化して、金属体２の表面に定着する。これにより、金属体２の表面を覆う絶縁層３が形成される。なお、焼き付け処理は、ケイ酸の重合反応を促進させるために行われる。しかしながら、常温（２５〜５０℃程度）でもケイ酸の重合反応は進行するため、焼き付け処理は必須の処理ではない。ケイ酸の重合は、温度変化によって解消されないため、硬化した絶縁層３は、ケイ酸の熱分解温度Ｔ１（８００℃程度）に達するまで熱分解しにくい。絶縁層３が形成される工程が第１工程に相当する。
【００１４】
図３（ａ）に示すように、可動金型１２には、底面１２ａから上方向（固定金型１３側）に向かって延びる円柱部１２ｂが設けられている。円柱部１２ｂの外径は、絶縁層３の膜厚を含んだ金属体２の内径よりも若干短い。また、円柱部１２ｂの軸方向における長さは、絶縁層３の膜厚を含んだ金属体２の軸方向における長さと等しい。
【００１５】
絶縁層３に覆われた金属体２は、筒内に円柱部１２ｂを収容するように可動金型１２にセットされる。可動金型１２に金属体２がセットされた状態において、絶縁層３に覆われた金属体２の内周面と円柱部１２ｂの外周面とは接触している。また、金属体２の一端面２ａとは反対側の他端面２ｂを覆う絶縁層３と底面１２ａとは接触している。
【００１６】
次に、可動金型１２は、ゲートＧが設けられる固定金型１３と付き合わされる。これら可動金型１２と固定金型１３とによりキャビティＣが形成される。なお、可動金型１２及び固定金型１３が成形型に相当する。
【００１７】
図３（ｂ）に示すように、溶融状態のＣＦＲＰを射出成形機１４からゲートＧを通じてキャビティＣに充填する。
ＣＦＲＰのキャビティＣへの充填後、可動金型１２及び固定金型１３の型温度ＴＤは、エポキシ樹脂の重合反応が進行する温度（２００℃程度）に維持される。これにより、ＣＦＲＰは、溶融状態から硬化状態に変化する。こうして、絶縁層３の外側に樹脂体４が形成される。
【００１８】
ＣＦＲＰの充填から樹脂体４が形成されるまでの工程が第２工程に相当する。この第２工程中において、可動金型１２及び固定金型１３の型温度ＴＤは、エポキシ樹脂の重合反応が進行する温度であって、その温度は、ケイ酸の熱分解温度Ｔ１よりも低い。したがって、第２工程中において、絶縁層３に熱分解反応が生じにくい。
【００１９】
図３（ｃ）に示すように、可動金型１２を固定金型１３から離間させた後、可動金型１２から金属体２、絶縁層３、及び樹脂体４の一体化物、すなわちインサート成形品１を取り出す。
【００２０】
本実施形態の作用及び効果について説明する。
ＣＦＲＰのキャビティＣへの充填時、可動金型１２及び固定金型１３の型温度ＴＤは、ケイ酸の熱分解温度Ｔ１よりも低い温度であって、エポキシ樹脂の重合反応が進行する温度に設定されている。また、ケイ酸の重合は、温度変化によって解消されないので、絶縁層３は、ＣＦＲＰの熱の影響を受けても変形しにくい。また、エポキシ樹脂の重合反応による熱により、絶縁層３に熱分解反応も生じにくい。したがって、絶縁層３と金属体２との間に隙間が生じにくいので、その隙間にＣＦＲＰが浸入しにくい。このため、インサート成形品１では、金属体２と樹脂体４との間に絶縁層３が介在される状態が維持されるので、金属体２と樹脂体４との間の絶縁が確保される。なお、上述した工程を通じて製造されるインサート成形品１であれば、金属体２が例えば凹凸が多数あるような複雑な形状であっても、金属体２と樹脂体４との間の絶縁が確保される。
【００２１】
本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・上記実施形態において、ケイ酸ナトリウム水溶液を金属体２に向けて噴射することにより金属体２の表面に絶縁層３を形成したが、この形成方法は一例である。例えば、浸漬塗りや、カーテンフローコータなど、他の形成方法により絶縁層３を形成してもよい。このような形成方法を採用する場合であっても、上記実施形態に記載の作用効果を得ることができる。
【００２２】
・上記実施形態において、絶縁層３となる材料は、ケイ酸ナトリウムに限らない。絶縁性を有する他の無機高分子材料であってもよい。また、無機高分子材料に限らず、有機高分子材料であってもよい。
【００２３】
なお、有機高分子材料としては、例えばエポキシ系樹脂及びフェノール系樹脂などの熱硬化性樹脂や、ポリアミド系樹脂などの熱可塑性樹脂などを採用することができる。
一般に熱硬化性樹脂には、融点が存在しないので、このような熱硬化性樹脂を絶縁層３の材料に採用する場合、当該材料をキャビティＣへ充填する際の型温度ＴＤを、材料の熱分解温度を下回るように調整する。
【００２４】
多くの熱可塑性樹脂については、融点が熱分解温度よりも低いので、このような熱可塑性樹脂を絶縁層３の材料に採用する場合、その材料の融点を下回るように型温度ＴＤを調整する。なお、一部の熱可塑性樹脂、例えば分子骨格が芳香族からなるポリアミドなどについては、融点よりも熱分解温度が低い材料がある。このような材料を絶縁層３に採用する場合、熱分解温度を下回るように型温度ＴＤを調整する。また、熱可塑性樹脂を採用する場合には、ＣＦＲＰの重合反応による熱によって軟化しないように、ＣＦＲＰの重合反応が進行する温度よりも高い融点を有する材料を絶縁層３に採用する。
【００２５】
以上、例示したいずれの材料を採用する場合であっても、上記実施形態に記載の作用効果を得ることができる。
・上記実施形態において、樹脂体４の材料に熱硬化性の炭素繊維樹脂であるＣＦＲＰを採用したが、熱可塑性の炭素繊維樹脂であるＣＦＲＴＰ（Carbon Fiber Reinforced Thermo Plastics）を採用してもよい。ＣＦＲＴＰを採用する場合、キャビティＣへの充填後、可動金型１２及び固定金型１３を冷却することにより、ＣＦＲＴＰを硬化させる。このように構成した場合であっても、上記実施形態の効果と同様の効果を得ることができる。
【００２６】
・上記実施形態において、樹脂体４は、閉塞部４ｂを省略した構成とされてもよい。樹脂体４は、円筒部４ａの一方の端部が閉塞されていなくてもよい。
【符号の説明】
【００２７】
Ｃ…キャビティ、Ｇ…ゲート、Ｔ１…熱分解温度、ＴＤ…型温度、１…インサート成形品、２…金属体、３…絶縁層、４…樹脂体、１１…噴射機、１２…可動金型、１３…固定金型、１４…射出成形機。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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