(57)【要約】【解決課題】インサート金具の腐食を防止することができ、耐久性に優れるというＦＲＰ部材の特長を長期にわたって維持し続けることができるＦＲＰ部材を提供する。【解決手段】ＦＲＰ製のスキンと、コアと、これらスキンとコアとの間に介装された、亜鉛めっき、陽極酸化処理、電着塗装等による防食被膜を有するインサート金具とを備えている。【選択図】  図１
2004276429.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＦＲＰ製のスキンと、コアと、これらスキンとコアとの間に介装された、防食被膜を有するインサート金具とを備えているＦＲＰ部材。
【請求項２】
コアがポリウレタンフォーム、ポリスチレンフォーム、ポリエチレンフォーム、ポリプロピレンフォーム、アクリルフォーム、塩化ビニルフォーム、ポリイミドフォーム等の硬質フォームからなる、請求項１に記載のＦＲＰ部材。
【請求項３】
スキンがＣＦＲＰからなる、請求項１または２に記載のＦＲＰ部材。
【請求項４】
防食被膜が、めっき、陽極酸化処理または塗装によって形成されている、請求項１〜３のいずれかに記載のＦＲＰ部材。
【請求項５】
インサート金具が鋼からなり、かつ、防食被膜が亜鉛めっきによって形成されている、請求項１〜３のいずれかに記載のＦＲＰ部材。
【請求項６】
インサート金具がアルミニウム合金からなり、かつ、防食被膜が陽極酸化処理によって形成されている、請求項１〜３のいずれかに記載のＦＲＰ部材。
【請求項７】
防食皮膜が電着塗装によって形成されている、請求項１〜３のいずれかに記載のＦＲＰ部材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
【０００２】
【従来の技術】
ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）は、軽量、高剛性であるうえに錆びることがないことから、いろいろな分野において広く用いられている。また、近年は、自動車のフード、ルーフ、ドア、フレーム、スポイラ、バンパ等の部材への適用が検討されている。
【０００３】
ところで、たとえば、自動車における上述したような部材をＦＲＰで構成する場合、軽量性を損なうことなく剛性を向上させるために、ポリウレタンフォーム等の硬質フォームからなるコアの周りにＦＲＰ製のスキンを形成するとともに、他の部材との連結部等、強度を特に必要とする部位においてスキンとコアとの間にインサート金具を埋設した構成とすることが多い（たとえば、特許文献１、２、３参照）。ところが、特に、自動車のように、屋外で、しかも、過酷な条件下で長期にわたって使用されるものにあっては、使用している間にインサート金具が腐食してきて、取り付けが緩んだり、脱落したりすることがある。腐食は、ＦＲＰのスキンが吸湿することによってスキンやコアとの界面に保持される水分による影響が大きいが、界面は外部に露出していないゆえに腐食の状態を確認することができず、著しい場合には、その部分からＦＲＰ部材が突然に破壊して思わぬ危険を生ずることもある。
【０００４】
【特許文献１】
特開平５−２５３９４６号公報
【０００５】
【特許文献２】
特開平６−２７０３００号公報
【０００６】
【特許文献３】
特開２００２−５９４９８号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、従来の技術の上述した問題点を解決し、インサート金具の腐食を防止することができ、耐久性に優れるというＦＲＰ部材の特長を長期にわたって維持し続けることができるＦＲＰ部材を提供するにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、ＦＲＰ製のスキンと、コアと、これらスキンとコアとの間に介装された、防食被膜を有するインサート金具とを備えているＦＲＰ部材を提供する。
【０００９】
コアは、ポリウレタンフォーム、ポリスチレンフォーム、ポリエチレンフォーム、ポリプロピレンフォーム、アクリルフォーム、塩化ビニルフォーム、ポリイミドフォーム等の硬質フォームからなっているのが好ましい。また、スキンは、ＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）からなっているのが好ましい。
【００１０】
防食被膜は、めっき、陽極酸化処理または塗装によって形成されているのが好ましい。また、インサート金具が鋼からなるものである場合には、防食被膜は亜鉛めっきによって形成されているのが好ましいし、アルミニウム合金からなるものである場合には、陽極酸化処理によって形成されているのが好ましい。さらに、防食皮膜は、電着塗装によって形成されているのも好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は、インサート金具の一部が外部に露出している形態のＦＲＰ部材の例を示すもので、コア１の両面にはＦＲＰ製のスキン２、３が設けられ、また、コア１とスキン２との間には、スキン２に接するように、全表面に防食被膜４を有するＴ字形のインサート金具５が介挿、埋設されている。また、図２は、インサート金具が外部に露出していない形態のＦＲＰ部材の例を示すもので、コア１の両面にはＦＲＰ製のスキン２、３が設けられ、また、コア１とスキン２との間には、スキン２に接するように、そのスキン２側のみの表面に防食被膜４を有する板状のインサート金具５が介挿、埋設されている。この図２に示す形態のものは、スキン２を透過してくる水分によるインサート金具５の腐食は、スキン２側の表面において最も起こりやすいことに着目し、そのスキン２側の表面のみに防食被膜を施したものである。なお、これら図１、図２に示す形態においては、コアとスキンとのサンドイッチ構造をとっているが、サンドイッチ構造であることが必須であるわけではなく、たとえば、スキンをコアの片側のみに配したり、コアの一部の表面のみに配したりすることもできる。
【００１２】
上記において、コアは、全体重量を著しく増大させることなく剛性に優れたＦＲＰ部材が得られるよう、ポリウレタンフォーム、ポリスチレンフォーム、ポリエチレンフォーム、ポリプロピレンフォーム、アクリルフォーム、塩化ビニルフォーム、ポリイミドフォーム等の硬質フォームからなっているのが好ましいが、ケミカルウッド材や木材、ハニカム材等を用いることもできる。
【００１３】
スキンは、ＦＲＰからなる。ＦＲＰを構成する補強繊維としては、炭素繊維やガラス繊維、アラミド繊維、ポリエチレン繊維等の高強度、高弾性率繊維の少なくとも１種を用いることができる。なかでも、炭素繊維は比強度、比弾性率に優れ、ＦＲＰ部材を軽量、高強度、高剛性にできるので好ましい。また、ガラス繊維は、弾性率が低く、耐衝撃性に優れているので、衝撃による振動等が加わる部材においては好ましく用いることができる。それらは、ストランドの形態であってもよく、マットや不織布、織物等の布帛形態であってもよい。また、ＦＲＰを構成するマトリックス樹脂としては、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂や、ポリアミド樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）樹脂等の熱可塑性樹脂を用いることができる。
これらの樹脂をアロイ化した変性樹脂であってもよい。このように構成されたスキンの中でも、本発明は、特に、補強繊維として炭素繊維を用いる場合に好適である。炭素繊維は導電性を有するために、自然電位の差による電気腐食（ガルバニックコロージョン）によってインサート金具が腐食しやすいからであるが、防食被膜を有するインサート金具を用いることでそのような不都合を抑制することができる。
【００１４】
インサート金具は、冷間圧延鋼板、熱間圧延鋼板、炭素鋼板、合金鋼板等の鋼板や、アルミニウム合金板等から形成されている。あらかじめ熱処理を施したインサート金具を用いると、物性が安定し、ＦＲＰ部材の耐久性も向上するようになる。
【００１５】
また、インサート金具には、いわゆるアンカー効果を発現させるために、表面に凹凸加工を施したり、突起を設けたりしておくのもよい。インサート金具の一部をコアやスキンに食い込ませるようにして定着させることもできる。
【００１６】
防食被膜は、インサート金具を腐食から防護するためのもので、たとえば、めっき、陽極酸化処理、塗装によって形成される。
【００１７】
めっきによる被膜は、クロムめっき、亜鉛めっき、鉛−錫めっき、カドミウムめっき、銅めっき等によって形成することができる。被膜の厚みは、薄すぎると取り扱い時に他の部材との接触等によって被膜が剥がれて防食作用が低下することがあり、一方、あまり厚いとめっき処理に時間がかかってインサート金具の製造コストが上昇したり、めっき厚みの斑が大きくなったり、インサート金具の寸法が大きくなってコアやスキンに合わなくなったりするので、１〜８０μｍ程度の範囲内とするのが好ましい。
【００１８】
インサート金具が鋼製である場合には、亜鉛めっきが有効である。この亜鉛めっきにおいては、通常の亜鉛めっきと同様、インサート金具の表面を研磨した後、アルカリ脱脂、水洗、酸浸漬等の前処理を経て亜鉛めっきを施し、水洗、クロメート処理等の後処理を経て被膜とする。めっきは、たとえば、青化亜鉛６０〜８０ｇ／リットル、青化ソーダ３０〜７０ｇ／リットル、苛性ソーダ７０〜１００ｇ／リットルなる組成のめっき液を用い、めっき浴を２０〜４５℃の温度に保ちながら２〜７Ａ／ｄｍ２の電流密度で行う。
【００１９】
防食被膜は、また、陽極酸化処理によって形成することができる。この陽極酸化処理は、インサート金具がアルミニウム合金からなるものである場合に有効である。この陽極酸化処理は、通常の陽極酸化処理と同様、脱脂、水洗、硝酸浸漬、水洗、化学研磨、水洗等の前処理を経て陽極酸化処理を施し、水洗、純水洗、染色、水洗、封孔処理等の後処理を経て被膜とする。陽極酸化処理は、たとえば、硫酸１００〜２００ｇ／リットル中にて２０〜３０℃の温度下に電流密度１〜２Ａ／ｄｍ２で行う。
【００２０】
防食被膜は、また、塗装によって形成することができる。たとえば、ウレタン樹脂やアクリル樹脂による塗装は、これらの樹脂はスキンを構成するＦＲＰのマトリクス樹脂との接着性に優れることから、それらの界面に侵入してくる水分の量を低減でき、大きな防食効果が得られる。被膜の厚みは、めっきによる場合と同様の理由から、２０〜２００μｍの範囲内とするのが好ましい。
【００２１】
塗装による防食被膜の形成は、電着塗装、静電塗装、浸漬塗装、吹付塗装等によることができる。
【００２２】
電着塗装は、電気泳動塗装とも呼ばれる、高分子電解質における電気泳動と電気透析現象を利用する塗装法であって、複雑な形状のインサート金具に対しても均一な塗膜を形成することができ、また、継ぎ目や合わせ目、閉断面構造の内部でも塗装が可能であることから、好ましく用いることができる。この方法においては、アミン中和の希薄水溶性塗料中にてインサート金具を陽極とし、電着槽または別に設けた陰極を用いて荷電すると、電気泳動現象によって塗料成分がインサート金具に電着され、さらに、電気透析現象によって塗料中の水分が脱水されるので、そのまま乾燥することで被膜とすることができる。
【００２３】
静電塗装は、静電霧化現象によって塗料を霧化し、これに拡がりを与えて塗装する方法であって、均一な厚みの塗膜が得られることから、好ましく用いることができる。
【００２４】
浸漬塗装は、コストが安く、また、有機溶剤を用いないために作業環境が良好であり、引火の危険性もなく、被膜の安定性に優れている。また、塗料のロスが少なく、作業者によるばらつきも少ない。
【００２５】
吹付塗装においては、塗料を圧縮空気によって霧化して吹き付けるエアスプレー法や、塗料自体に圧力を加えて吹き付けるエアレススプレー法等を用いることができる。
【００２６】
塗装による被膜の形成において用いる塗料は、溶剤型でもよく、水溶性型でもよい。前者には、ラッカーと呼ばれる常温乾燥型塗料や、焼付エナメルに代表される加熱乾燥型塗料等がある。後者の水溶性塗料は、アルキッド樹脂、アミノ樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂等の樹脂を水溶化剤で中和、メチロール化またはエーテル化したようなものであり、引火や爆発の危険性がなく、毒性も低く、また、扱いやすい。
【００２７】
防食被膜は、その他、燐酸塩処理、クロム酸塩処理等の化成処理によって形成したり、防錆剤や防錆油等の付与によって形成することができる。なお、たとえば、めっき等による防食被膜の上に、さらに塗装による防食被膜を施すと、より強固な防食被膜を得ることができる。また、めっき等による防食被膜を施した後にボルト孔等を穿設すると、その部分の防食被膜が除去されてしまうが、そのような場合、その除去された部分に塗装による防食被膜を施すこともできる。
【００２８】
本発明のＦＲＰ部材は、コアにＦＲＰ製のスキンを接合し、その際、コアとスキンとの間にインサート部材を介挿することによっても製造できるが、コアに補強繊維のプリプレグを重ね合わせ、その際、コアとスキンとの間にインサート部材を介挿し、加熱、加圧してスキンを成形することによる一体成形によるのが好ましい。一体成形は、また、コアに、補強繊維のプリフォーム、たとえば布帛を重ね合わせ、重ね合わせ体を型に入れ、型内にマトリクス樹脂を注入することによる、いわゆるＲＴＭ（Ｒｅｓｉｎ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｍｏｌｄｉｎｇ）法によることもできる。
【００２９】
本発明のＦＲＰ部材は、軽量、高剛性で、しかも、屋外等の過酷な条件下でも耐久性に優れていることから、自動車、電車、船舶、航空機等の輸送機器の部材として好適である。なかでも、自動車は、環境問題の高まりから一層の軽量化が求められており、最も好ましい用途といえる。そのような自動車用の部材としては、フード、ルーフ、ドア、フロア、トランクリッド、フレーム、スポイラ、バンパ等がある。その他、屋外で使用するスポーツ用具等にも適用することができる。
【００３０】
【実施例および比較例】
実施例１：
インサート金具として、中央部にＭ６のねじを取り付けた、厚みが１ｍｍ、一辺の長さが８０ｍｍの方形のＳＰＣ鋼板を用いた。
【００３１】
このインサート部材に、亜鉛めっきによる防食被膜を形成した。すなわち、インサート部材の表面を研磨し、アルカリ脱脂した後、水洗、酸浸漬、水洗、電解脱脂、水洗、アルカリ浸漬、水洗を経て亜鉛めっきを施し、さらに水洗、クロメート処理、水洗、湯洗を経て被膜を形成した。めっきは、青化亜鉛７０ｇ／リットル、青化ソーダ５０ｇ／リットル、苛性ソーダ８０ｇ／リットルなる組成のめっき液を用い、めっき浴を３０℃の温度に保ちながら３Ａ／ｄｍ２の電流密度で行った。被膜の厚みは２５μｍであった。
【００３２】
次に、上記インサート金具を、４枚の、厚みが０．２ｍｍの炭素繊維織物を重ねてなるプリフォームと厚みが２０ｍｍのポリウレタンフォームからなるコア（密度：０．１５ｇ／ｃｍ３）との間にねじがプリフォームから露出するように介挿し、ＲＴＭ法によって一体成形してＦＲＰ部材を得た。マトリクス樹脂としては、エポキシ樹脂を用いた。
【００３３】
得られたＦＲＰ部材について、ねじの押込試験を行ったところ、破壊はインサート金具とスキンとの界面で起こり、そのときの荷重は５．６ｋＮであった。
【００３４】
別のＦＲＰ部材を、雨水のあたる屋上に３か月間放置した後、同様に押込試験を行ったところ、破壊はやはりインサート金具とスキンとの界面で起こったが、そのときの荷重は、５．７ｋＮであった。また、インサート金具に錆の発生等、外観上の異常は認められなかった。
実施例２：
実施例１において、亜鉛めっきによる防食被膜の上に、ウレタン塗料を静電塗装して厚みが７０μｍの防食被膜を形成した。
【００３５】
得られたＦＲＰ部材について、実施例１と同様にねじの押込試験を行ったところ、破壊はスキンの材料破壊となり、そのときの荷重は６．８ｋＮであった。
【００３６】
別のＦＲＰ部材を、雨水のあたる屋上に３か月間放置した後、同様に押込試験を行ったところ、破壊はやはりスキンの材料破壊となり、そのときの荷重は５．５ｋＮであった。また、インサート金具に錆の発生等、外観上の異常は認められなかった。
比較例：
実施例１において、インサート金具を防食被膜を形成することなくそのまま用いた。
【００３７】
得られたＦＲＰ部材について、実施例１と同様にねじの押込試験を行ったところ、破壊はインサート金具とスキンとの界面で起こったが、そのときの荷重は４．４ｋＮであった。
【００３８】
別のＦＲＰ部材を、雨水のあたる屋上に３か月間放置した後、同様に押込試験を行ったところ、破壊はやはりインサート金具とスキンとの界面で起こったが、そのときの荷重は、３．３ｋＮであった。また、インサート金具には錆の発生が認められた。
【００３９】
【発明の効果】
本発明のＦＲＰ部材は、インサート部材に防食被膜を形成しているから、実施例と比較例との対比からも明らかなように、インサート金具の腐食を防止することができ、耐久性に優れるというＦＲＰ部材の特長を長期にわたって維持し続けることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一形態に係るＦＲＰ部材の概略縦断面図である。
【図２】本発明の他の形態に係るＦＲＰ部材の概略縦断面図である。
【符号の説明】
１：コア
２：スキン
３：スキン
４：防食被膜
５：インサート金具
【図１】
2004276429.tif 000003
【図２】
2004276429.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成15年3月18日(2003.3.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インサート金具を有するＦＲＰ部材に関する。