(57)【要約】【課題】折れ部を有する金属インサートが繊維含有樹脂材に内包されているインサート成形品に関し、この折れ部に生じ得るボイドを解消でき、もって金属インサートと繊維含有樹脂材の間の接合強度の高いインサート成形品を提供する。【解決手段】折れ部を有する金属インサート１が繊維含有樹脂材２に内包されているインサート成形品１０であって、折れ部の劣角側１ｂに繊維材３が巻装されている。【選択図】図１
2015139958.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
折れ部を有する金属インサートが繊維含有樹脂材に内包されているインサート成形品であって、
折れ部の劣角側に繊維材が巻装されているインサート成形品。
【請求項２】
前記繊維材は、前記繊維含有樹脂材と同素材の樹脂が繊維束内に含浸されたものである請求項１に記載のインサート成形品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属インサートが繊維含有樹脂材に内包されているインサート成形品に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
繊維強化プラスチック(FRP)内に金属インサートが内包されているインサート成形品は、車両の様々な部位で適用されている。
【０００３】
このように異種部材から構成されるインサート成形品においては、たとえば炭素繊維強化プラスチック(CFRP)とアルミ等からなる金属インサートの線膨張係数が大きく異なり（CFRPが相対的に小さい）、したがって線膨張差が生じる。
【０００４】
そこで、金属インサートの側面に折れ部を有する溝等を設けておき、この溝にCFRPが入り込むようにして内包させることでアンカー効果を発揮させ、異種部材同士の接合強度を高める措置が講じられている。なお、特許文献１には、このように側面に折れ部を備えた金属インサートが繊維強化プラスチック内に内包されているインサート成形品が開示されている。
【０００５】
このインサート成形品の製造は、成形型内に金属インサートを載置し、溶融した繊維含有樹脂を注入する方法や、成形型内に金属インサートを載置するとともに裁断された繊維材からなる繊維材群を配設してマトリックス樹脂を注入する方法、さらには、成形型内に金属インサートを載置し、さらにシートモールディングコンパウンド(SMC)を成形型内に配設して加熱および加圧を実施する方法などがある。
【０００６】
いずれの方法においても、繊維を含んだ樹脂の型内における流動性は一般に悪く、そのために、金属インサートの溝、中でも、溝を構成する折れ部の劣角側に繊維含有樹脂が十分に流れ込まないといった問題がある。
【０００７】
このように繊維含有樹脂が十分に流れ込まないと、その領域にはたとえばボイドが生じてしまい、当該領域における異種部材間の接合強度（金属インサートの引抜き強度等）が低くなり、インサート成形品そのものの強度低下の要因となる。
【０００８】
このことを、図２を参照して説明する。
【０００９】
同図において、繊維含有樹脂材Ｐ内に金属インサートＫが内包されてインサート成形品Ｍが構成されている。金属インサートＫはナット溝Ｋａのほか、その側面に複数の折れ部Ｋｂ（図示例では直角部）を有しており、複数の折れ部Ｋｂによって樹脂を入り込ませる溝Ｒが形成されている。
【００１０】
このインサート成形品Ｍを、上記する成形型内に樹脂を注入する方法やSMCを成形型内に配設して加熱および加圧を実施する方法で製造した際に、溝Ｒを構成する折れ部Ｋｂの劣角側に繊維含有樹脂が十分に流れ込まない結果、この領域に多数のボイドＢが形成されるというものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０１３−１１９９２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は上記する問題に鑑みてなされたものであり、折れ部を有する金属インサートが繊維含有樹脂材に内包されているインサート成形品に関し、この折れ部に生じ得るボイドを解消でき、もって金属インサートと繊維含有樹脂材の間の接合強度の高いインサート成形品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】
【００１３】
前記目的を達成すべく、本発明によるインサート成形品は、折れ部を有する金属インサートが繊維含有樹脂材に内包されているインサート成形品であって、折れ部の劣角側に繊維材が巻装されているものである。
【００１４】
金属インサートは、アルミや鉄などから形成され、ナット溝を具備するとともにその側面には繊維含有樹脂材が入り込む溝を形成する複数の折れ部を備えている。
【００１５】
本発明のインサート成形品では、成形の際に繊維含有樹脂が入り込み難い折れ部の劣角側（その角度はたとえば90度程度）に繊維材が巻装されていることにより、繊維を含有した樹脂が十分に入り込まずにボイドが生じるといった課題が完全に解消される。
【００１６】
繊維含有樹脂材を構成する樹脂としては、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂が挙げられる。また、繊維含有樹脂材に含まれている繊維や金属インサートに巻装される繊維材には、短繊維や長繊維が適用できる。
【００１７】
また、繊維含有樹脂材に含まれている繊維や繊維材の素材としては、セラミック繊維、ガラス繊維や炭素繊維といった無機繊維、金属繊維、有機繊維のいずれか一種もしくは二種以上の混合材が挙げられる。
【００１８】
また、折れ部の劣角側に巻装される繊維材も繊維含有樹脂材と同様にガラス繊維や炭素繊維等が適用でき、繊維束として巻装するのがよい。
【００１９】
繊維材の巻装に当たり、金属インサートの溝の深さの全域に亘って繊維材を巻装し、溝による段差を解消することで、ボイドの解消効果が高くなる。また、繊維含有樹脂材を構成する短繊維等が折れ部の劣角側に巻装された繊維材に食い込むことでアンカー効果が高められる。
【００２０】
さらに、この繊維材が繊維含有樹脂材と同素材の樹脂を繊維内に含浸していてもよく、この場合は繊維材と繊維含有樹脂材との馴染みが良好になるとともに、双方の線膨張差が小さくなる、もしくは無くなることで接合強度が一層高められる。
【発明の効果】
【００２１】
以上の説明から理解できるように、本発明のインサート成形品によれば、金属インサートの有する折れ部で形成された溝内に繊維含有樹脂材の一部が入り込むことでアンカー効果によって双方の接合強度が高められることに加えて、折れ部の劣角側に巻装された繊維材に繊維含有樹脂材を構成する繊維が食い込むことで一層高いアンカー効果が奏され、金属インサートの引抜き強度等の接合強度の極めて高いインサート成形品が得られる。
【００２２】
さらに、折れ部の劣角側に巻装された繊維材によってインサート成形品製造過程で生じ得るボイドを解消でき、このことも高い接合強度に寄与するものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明のインサート成形品の実施の形態の縦断面図である。
【図２】従来のインサート成形品の実施の形態の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を参照して本発明のインサート成形品の実施の形態を説明する。
【００２５】
（インサート成形品の実施の形態）
図１は本発明のインサート成形品の実施の形態の縦断面図である。
【００２６】
図１で示すように、インサート成形品１０は、折れ部を有する金属インサート１が繊維含有樹脂材２に内包されてその全体が構成されている。
【００２７】
ここで、金属インサート１は、アルミニウムやその合金、鉄などから形成された略円柱状を呈しており、その中央にナット溝１ａを具備するとともに、その側面には複数の折れ部で形成された溝１ｃを備えている。
【００２８】
この溝１ｃを構成する折れ部の劣角側１ｂには、繊維の束からなる繊維材３が巻装されている。
【００２９】
より具体的には、溝１ｃの深さに相当の高さt1となるまで繊維材３を巻装し、溝１ｃの段差を解消させる。さらに、溝１ｃの幅に対し、たとえばその半分以下（1/3程度）となる幅t2に留めるようにして繊維材３を巻装する。
【００３０】
このような形態で繊維材３を巻装することで、製造過程で溝１ｃ内に繊維含有樹脂が入り易くなり、かつ、本来的には繊維含有樹脂が入り難い折れ部の劣角側１ｂが繊維材３で満たされていることから、繊維含有樹脂が入り込まずにボイドが生じるといった課題は生じ得ない。
【００３１】
ここで、繊維含有樹脂材２に含まれる繊維や繊維材３はいずれも短繊維や長繊維が適用でき、ボロンやアルミナ、炭化ケイ素、窒化ケイ素、ジルコニアなどのセラミック繊維や、ガラス繊維や炭素繊維といった無機繊維、銅や鋼、アルミニウム、ステンレス等の金属繊維、ポリアミドやポリエステルなどの有機繊維のいずれか一種もしくは二種以上の混合材からなる繊維束から構成できる。
【００３２】
また、繊維材３が繊維含有樹脂材２と同素材の樹脂を繊維内に含浸していてもよく、この場合は繊維材３と繊維含有樹脂材２との馴染みが良好になるとともに、双方の線膨張差が小さくなる、もしくは無くなることで接合強度が一層高められる。
【００３３】
繊維含有樹脂材２は、エポキシ樹脂や不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂などの熱硬化性樹脂内に上記素材の短繊維もしくは長繊維が含まれたものである。
【００３４】
ここで、インサート成形品１０の製造方法を概説する。
【００３５】
金属インサート１の折れ部の劣角側１ｂに繊維材３を巻装したものを不図示の成形型に収容する。
【００３６】
次に、成形型に炭素繊維を含むシートモールディングコンパウンド(C-SMC)を配設し、プレス機で加圧しながら加熱成形することにより、インサート成形品１０が製造される。
【００３７】
なお、製造方法はこの方法以外にも、裁断された繊維材を含んだ溶融樹脂を成形型内に注入して成形する方法であってもよい。
【００３８】
図示するインサート成形品１０によれば、金属インサート１の有する折れ部で形成された溝１ｃ内に繊維含有樹脂材２の一部が入り込むことでアンカー効果によって双方の接合強度が高められることに加えて、折れ部の劣角側１ｂに巻装された繊維材３に繊維含有樹脂材２を構成する繊維が食い込むことで一層高いアンカー効果が奏され、金属インサート１の引抜き強度等の接合強度の極めて高いインサート成形品となる。
【００３９】
さらに、折れ部の劣角側１ｂに巻装された繊維材３によってインサート成形品１０の製造過程で生じ得るボイドを解消でき、このことも高い接合強度に寄与するものとなる。
【００４０】
[引抜き試験とその結果]
本発明者等は、以下の方法で、インサート成形品の試験体を製作し、ナット溝にボルトナットをねじ込んだ後、ナット溝の周囲をナット外径＋0.5mmの穴の開いた板で試験体を押さえた状態でボルトナットを万能試験機で引き抜き、この際の最大荷重を測定する実験をおこなった。なお、実施例にかかる試験体は図１で示すように金属インサートの有する折れ部の劣角側に繊維材を巻装した構造を有しており、比較例にかかる試験体はこの繊維材を具備しないものである。また、金属インサートの溝の深さは1.5mm、溝の幅は5mmである。
【００４１】
試験条件として、島津製作所製のオートグラフ100kNX plusを使用し、室温の下、速度3mm/分でナットを引抜いた。
【００４２】
実施例、比較例にかかる試験体を計21個製作し、各試験体で引抜き試験をおこなった後、実施例の最大荷重と比較例の最小荷重を比較した。
【００４３】
引抜き試験の結果、比較例の引抜き荷重は19406N、実施例の引抜き荷重は26216Nであり、比較例に比して実施例は1.35倍も引抜き強度が向上することが分かった。
【００４４】
実施例に関しては、金属インサートの折れ部の劣角側にボイドが生じていないことに加えて、C-SMCの成形状態がよいこと、すなわち、炭素繊維の追随性が良好なことが実験結果に影響していると推察される。
【００４５】
一方、比較例に関しては、金属インサートの溝に繊維材が存在しないことからここに入り込んだC-SMCの炭素繊維の追随性を制御できず、実験においても引抜き荷重にばらつきが多かった。また、C-SMCの炭素繊維の追随性が良好でないことを理由としてボイドが生じ易い構造となっており、このことも実施例に比して低い引抜き荷重の要因であると推察される。
【００４６】
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】
【００４７】
１…金属インサート、１ａ…ナット溝、１ｂ…折れ部の劣角側、１ｃ…溝、２…繊維含有樹脂材、３…繊維材、１０…インサート成形品
【図１】
2015139958.tif 000003
【図２】
2015139958.tif 000004