(57)【要約】【課題】  従来のＦＲＰ成形物と金属との接合は、金属外面にローレット加工したり、成形方法により接合強度の向上を図っているが、金属構造物を接合する場合等には、接合強度が不足する場合が多い。【解決手段】  本発明のＦＲＰ成形物においては、鋼板２ｃ等の埋め込み体及び該埋め込み体の開孔２ｅを一方側から他方側に貫通して設置した炭素繊維等の繊維強化材２ｄを樹脂含浸により表皮部２ａに一体接合した接合端部２とＦＲＰ成形部１とでＦＲＰ成形物を形成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
心材を樹脂含浸して形成した心材部を内部にし、該心材部の両外側を繊維強化材を樹脂含浸して形成した表皮部でサンドイッチ状に覆ったＦＲＰ成形部と、前記ＦＲＰ成形部の端部に連続して設けられ、鋼板等の埋め込み体を有する埋め込み部の前記ＦＲＰ成形部側の両外側を同じく前記表皮部でサンドイッチ状に覆い、前記埋め込み部の前記ＦＲＰ成形部側と反対側の前記埋め込み体を前記表皮部外に出し形成した接合端部とを備えたＦＲＰ成形物において、
前記表皮部でサンドイッチ状に覆われた前記埋め込み部は、前記埋め込み体及び該埋め込み体の開孔を一方側から他方側に貫通して設置した繊維強化材を樹脂含浸により一体形成したものであることを特徴とするＦＲＰ成形物。
【請求項２】
前記接合端部の前記表皮部外に出した前記埋め込み体に金属構造物を接合したことを特徴とする請求項１に記載のＦＲＰ成形物。
【請求項３】
一端側に金属構造物が設けられた前記埋め込み体の他端側が、前記接合端部の前記表皮部でサンドイッチ状に覆われ、前記金属構造物が前記接合端部により前記ＦＲＰ成形部に接合されたことを特徴とする請求項１に記載のＦＲＰ成形物。
【請求項４】
前記表皮部で覆われた前記埋め込み体の前記表皮部側の面に凹凸を設けたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかの請求項に記載のＦＲＰ成形物。
【請求項５】
前記埋め込み体の開孔は、前記開孔の貫通方向の中央部で孔の大きさが小さく、両外側で孔の大きさが大きいテーパ状の孔であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかの請求項に記載のＦＲＰ成形物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＦＲＰ成形物に関し、特に、接合端部として金属等を接合したＦＲＰ成形物に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のＦＲＰ成形物と金属の接合に関して、ボルト、ナット、ロッド、座金、コイル、メタルシートなどの金属製の小物部品をＦＲＰに取付ける必要がある場合には、インサート成形により成形時にＦＲＰに埋め込むようにすること、そして、ボルト、ナットの外側にはローレット溝がつけられており、インサート部品をＦＲＰ成形品内部に強く固定することを記載したものがある。
また、ＦＲＰと金属とを接合するのに、接着剤による接合とオーバーレイによる接合の例が記載されている。（例えば、非特許文献１参照。）
【非特許文献１】笠野英秋編、「だれでも使えるＦＲＰ−ＦＲＰ入門−」、社団法人  強化プラスチック協会、平成１４年９月１２日、ｐ．３５、９７、９８  なお、出願時に未公開であるが、関連の先行出願に、特願２００４−１５３７４がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
前記の非特許文献１によると、金属外面にローレット加工をしたり、インサート成形やオーバーレイ接合によりＦＲＰ成形物と金属との接合強度の向上を図っているが、金属構造物を接合する場合等には、一層接合強度を上げることを要求される場合が多い。
本発明は、金属等の接合端部を有し、該接合端部を強力に接合したＦＲＰの成形物を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明のＦＲＰ成形物は、心材を樹脂含浸して形成した心材部を内部にし、該心材部の両外側を繊維強化材を樹脂含浸して形成した表皮部でサンドイッチ状に覆ったＦＲＰ成形部と、ＦＲＰ成形部の端部に連続して設けられ、埋め込み体を有する埋め込み部のＦＲＰ成形部側の両外側を同じく表皮部でサンドイッチ状に覆い、埋め込み部のＦＲＰ成形部側と反対側の埋め込み体を表皮部外に出し形成した接合端部とを備えたＦＲＰ成形物であって、表皮部でサンドイッチ状に覆われた埋め込み部が、埋め込み体及び該埋め込み体の開孔を一方側から他方側に貫通して設置した繊維強化材を樹脂含浸により一体形成したものである。
【０００５】
また、本発明のＦＲＰ成形物は、接合端部の表皮部外に出した埋め込み体に金属構造物を接合したものである。
【０００６】
また、本発明のＦＲＰ成形物は、一端側に金属構造物が設けられた埋め込み体の接合端部の他端側が、接合端部の表皮部でサンドイッチ状に覆われ、金属構造物が接合端部によりＦＲＰ成形部に結合されたものである。
【０００７】
また、本発明のＦＲＰ成形物においては、表皮部で覆われた埋め込み体は、開孔に繊維強化材を貫通させ設置するとともに、表皮部側の面に凹凸を設けたものである。
【０００８】
また、本発明のＦＲＰ成形物は、埋め込み体の開孔を、開孔の貫通方向の中央部で孔の大きさが小さく、両外側で孔の大きさが大きいテーパ状の孔としたものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のＦＲＰ成形物においては、表皮部でサンドイッチ状に覆われた埋め込み部が、埋め込み体及び該埋め込み体の開孔を一方側から他方側に貫通して設置した繊維強化材を樹脂含浸により一体形成したものであるので、ＦＲＰ成形時に表皮部と埋め込み体との接合は、含浸樹脂による両界面間の接合に加えて、埋め込み体に開孔などで含浸樹脂により接合した繊維強化材と表皮部との接合で補強され強固なものとなる。即ち、接合端部を形成する埋め込み部と表皮部との接合は強固なものとなる。また、ＦＲＰ成形部を形成する表皮部と接合端部を形成する表皮部とは同一の連続する表皮部であるので、金属等の接合端部を有し、該接合端部を強力に接合したＦＲＰの成形物を得ることができる。
【００１０】
また、本発明のＦＲＰ成形物は、接合端部の表皮部外に出した埋め込み体に金属構造物を接合したので、表皮外の埋め込み体に金属構造物を溶接、ねじ止め等で結合でき、接合端部により金属構造物を強力に接合したＦＲＰ成形物を得ることができる。
【００１１】
また、本発明のＦＲＰ成形物は、一端側に金属構造物が設けられた埋め込み体の接合端部の他端側が、接合端部の表皮部でサンドイッチ状に覆われ、金属構造物が接合端部によりＦＲＰ成形部に結合されたので、ＦＲＰ成形により同時に金属構造物を接合したＦＲＰ成形物を得ることができる。
【００１２】
また、本発明のＦＲＰ成形物においては、表皮部で覆われた埋め込み体は、開孔に繊維強化材を貫通させ設置するとともに、表皮部側の面に凹凸を設けたので、埋め込み体と表皮部との接合が一層強固となる。
【００１３】
また、本発明のＦＲＰ成形物は、埋め込み体の開孔を、開孔の貫通方向の中央部で孔の大きさが小さく、両外側で孔の大きさが大きいテーパ状の孔としたので、開孔を貫通する繊維強化材への応力のかかり具合をスムーズにできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１の接合端部を有するＦＲＰ成形物の概略を示す断面図であり、図２は、図１の接合端部を有するＦＲＰ成形物の構成を示す断面図であり、図３は、図２のＦＲＰ成形物の接合端部の埋め込み部の構成を示す斜視図であり、図４は同じく埋め込み部の変形例を示す斜視図であり、図５は、同じく埋め込み部の別の変形例を示す斜視図である。
【００１５】
図１に示すように、本ＦＲＰ成形物は、ほぼ板状体であるＦＲＰ成形部１と、その一端に連続して形成される同じくほぼ板状体である接合端部２とからなる。
ＦＲＰ成形部１は、内部の心材部１ｂの両外面に表皮部１ａを配置し、表皮部１ａで心材部１ｂをサンドイッチしたものであり、また、接合端部２は、埋め込み体である鋼板２ｃ等からなる埋め込み部２ｂのＦＲＰ成形部１側の両外側を表皮部２ａでサンドイッチ状に覆い、埋め込み部２ｂのＦＲＰ成形部１と反対側の埋め込み体を表皮部２ａ外に出し形成したものである。ここで、表皮部１ａと表皮部２ａとは、連続して形成された同一の表皮部であり、内部に心材部１ｂと埋め込み部２ｂとの両端部を連続して配置し、それぞれサンドイッチして、ＦＲＰ成形物の端部に接合端部２を形成する。図１に示すように、一般にＦＲＰ成形部１の心材部１ｂの厚さが接合端部２の埋め込み部２ｂの厚さより大きく、ＦＲＰ成形物はＦＲＰ成形部１から接合端部２にテーパ状に厚さが小さくなる。
【００１６】
図２、図３によりＦＲＰ成形部１と接合端部２の構成を詳細に説明する。
ＦＲＰ成形部１の表皮部１ａは炭素繊維等の繊維強化材２ｄに含浸樹脂を含浸させたＦＲＰ成形体であり、内部の心材部１ｂは、ポリウレタン等の心材に含浸樹脂を含浸させたものである。表皮部１ａと心材部１ｂとは含浸樹脂により一体に結合されている。
【００１７】
接合端部２の表皮部２ａは、前記のようにＦＲＰ成形部１の表皮部１ａと同一のものである。内部の埋め込み部２ｂは、ＦＲＰ成形部１の内部の心材部１ｂの端部にその端部を接続する鋼板２ｃと、この鋼板２ｃに適宜設けた板面を貫通する開孔２ｅの一方側から他方側へ開孔２ｅを貫通して設置された炭素繊維等の繊維強化材２ｄとを含浸樹脂により一体化したものとからなる。表皮部２ａと埋め込み部２ｂとは含浸樹脂により一体に結合されている。開孔２ｅの数は１個以上適当数設けるが、複数個設けてそれぞれに繊維強化材２ｄを貫通させた方が結合強度が増し、望ましい。
【００１８】
このように、本接合端部２を有するＦＲＰ成形物においては、接合端部２の鋼板２ｃは含浸樹脂によりＦＲＰ成形部１の表皮部１ａと同一の表皮部２ａに結合するのに加えて、開孔２ｅを貫通し設置され、含浸樹脂により開孔２ｅ等で鋼板２ｃと結合した繊維強化材２ｄが含浸樹脂により表皮部２ａと結合するので、接合端部２を形成する埋め込み部２ｂは、強固に表皮部１ａと同一の表皮部２ａに結合する。そこで、接合端部２のＦＲＰ成形部１への結合は強固となる。即ち、接合端部２を強力に接合したＦＲＰの成形物を得ることができる。
【００１９】
次に、このような接合端部２を有するＦＲＰ成形物の真空含浸成形により製造する製造方法を説明する。
真空含浸成形装置は、樹脂注入手段と、脱気手段と、繊維強化材２ｄ及び心材等が載置され樹脂注入手段により樹脂が注入される成形型と、成形型に載置された繊維強化材２ｄ及び心材等の載置物を覆う真空フィルムと、成形型の周辺部で、成形部を真空フィルムで外部からシールするシール手段等を具備する公知のものを使用する。
まず、成形型に下部の表皮部１ａ、２ａを形成する繊維強化材２ｄであるシート状の炭素繊維を大きさ及び形状を合わせて切断し載置する。
その上に、ＦＲＰ成形部１を形成する心材である所定の形状のポリウレタン心材及び埋め込み部２ｂを載置する。埋め込み部２ｂは、図２に示すように鋼板２ｃとその開孔２ｅを貫通して鋼板２ｃ面に配置したシート状の炭素繊維とである。
次いで、上部の表皮部１ａ、２ａを形成する繊維強化材２ｄであるシート状の炭素繊維を大きさ及び形状を合わせて切断し載置する。
それから、これらの載置物を真空フィルムで覆い、周辺をシール後通常の条件で真空脱気、樹脂注入含浸、圧締め硬化により成形し、一体の成形物を得る。
前記の真空含浸成形において、図１に示すように埋め込み部２ｂの鋼板２ｃの端部は、成形型から外に出し、表皮部２ａと接合しない。
【００２０】
また、ＦＲＰ成形物を得る成形方法は、上記の真空含浸成形により製造方法に限らず、ポリウレタン等の心材の上にシート状の炭素繊維等と含浸樹脂を供給しながら積層させて硬化させ、同様の成形物を得る所謂手積み成形法により成形してもよい。
【００２１】
このようにして形成した接合端部２を有するＦＲＰ成形物は、表皮部２ａと接合せずに外に出ている鋼板２ｃの端部により溶接、ボルト止め等で金属構造物と結合できる。
また、接合端部２を有するＦＲＰ成形物は、埋め込み部２ｂの鋼板２ｃの表皮部２ａと接合しない側を金属構造物とし、直接ＦＲＰ成形物と金属構造物を接合端部２により結合することもできる。
【００２２】
繊維強化材２ｄとしては、炭素繊維の他に、ガラス繊維、アラミド繊維等の織物やマット等を使用する。
また、心材としては、ポリウレタンの他に、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、シリコン、ポリ塩化ビニル、木材（バルサ材等）等を使用する。
また、注入樹脂は、成形物のマトリックス樹脂となるものであり、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等の熱硬化性樹脂を使用する。
埋め込み体は、鋼板２ｃの他にアルミニウム板等の金属板としてもよく、接合する金属構造物と同種の金属とすれば溶接等が容易となる。また、木材板としてボルト止めで結合してもよい。
なお、表皮部１ａ、２ａとしては、繊維強化材２ｄを使用して一体成形する他に、別工程であらかじめ繊維強化材２ｄに樹脂含浸し成形したＦＲＰ成形体を使用してもよい。
【００２３】
埋め込み部２ｂは、図２、図３においては、繊維強化材２ｄを開孔２ｅの一方側から他方側へ開孔２ｅを貫通させているが、図４に示すように、所定の間隔で設けた２個の開孔２ｅを使用し、１個目の開孔２ｅを一方側から他方側へ貫通し、更に続けて２個目の開孔２ｅを他方側から一方側へ貫通させるようにしてもよい。また、図５に示すように図４の隣接する１個目の開孔２ｅの開孔を拡大して２個の開孔２ｅを拡大した１個の開孔２ｅとし、２個目の開孔２ｅも同様に拡大した１個の開孔２ｅとし、幅広のシート状の炭素繊維を開孔２ｅの一方側から他方側更に一方側へと貫通させるようにしてもよい。要するに鋼板２ｃを表皮部２ａに結合させるのに、炭素繊維等の繊維強化材２ｄを貫通孔２ｅを貫通させ、繊維強化材２ｄを貫通孔２ｅに充填した含浸樹脂で鋼板２ｃに結合させ、この繊維強化材２ｄの鋼板２ｃ表面上の部分を含浸樹脂により表皮部２ａに結合させることにより、鋼板２ｃと表皮部２ａとの結合を補強している。炭素繊維等の繊維強化材２ｄは、表皮部２ａを構成する同じ材料であるため、含浸樹脂により強力な結合となる。
また、開孔２ｅを貫通させる繊維強化材２ｄの方向は、図２に示すように接合方向に限らず、荷重の方向を考慮して方向を選定するのが望ましい。
【００２４】
実施の形態２．
図６は、本実施の形態の接合端部２を有するＦＲＰ成形物を示す図であり、図６（ａ）は、その概略の断面図であり、図６（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ異なる埋め込み部を形成する鋼板を示す斜視図である。
本実施の形態のＦＲＰ成形物の埋め込み部２ｂの鋼板２ｃは、開孔２ｅを設けずに、鋼板２ｂの表面及び／又は裏面を網目状加工を施した網目状鋼板２ｆまたは波型の加工を施した波型鋼板２ｇとしたものである。実施の形態１のＦＲＰ成形物のように開孔２ｅを貫通させた繊維強化材２ｄで鋼板２ｃの接合を補強する代わりに、網目状鋼板２ｆまたは波型鋼板２ｇとすることにより表皮部２ａとの接合面積を増加して接合強度を増加している。その他の構造等は、実施の形態１の接合端部２を有するＦＲＰ成形物と同様である。なお、鋼板２ｃの表面及び／又は裏面に網目状加工または波型の加工をするのに限らず、凹凸を設けることにより同様の効果を得ることができる。
【００２５】
本接合端部２を有するＦＲＰ成形物は、網目状鋼板２ｆ、波型鋼板２ｇ等の凹凸を設け、更に開孔２ｅも設け、実施の形態１の埋め込み部２ｂと同様に繊維強化材２ｄで接合補強すれば一層強度の大きな接合が得られる。
【００２６】
実施の形態３．
図７は、実施の形態３の接合端部を有するＦＲＰ成形物を示す断面図である。本ＦＲＰ成形物は、実施の形態１の埋め込み部２ｂの鋼板２ｃと同様に開孔２ｅを設けるが、図７に示すように開孔２ｅの貫通方向の中心部の孔の大きさを小さくし、表面及び裏面側を大きくするように、開孔２ｅに貫通方向にテーパを付けて加工する。このようにすれば、開孔２ｅを貫通する繊維強化材２ｄへの応力のかかり具合をスムーズにでき繊維強化材２ｄの耐久性が向上し、接合強度の劣化を防止できる。その他の構造は、実施の形態１の場合と同様である。また、実施の形態２のＦＲＰ成形物の鋼板２ｆ、２ｇ等に開孔２ｅを設置する場合も同様である。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明のＦＲＰ成形物は、接合端部２を介して金属構造物に接合可能となる。
また、本発明のＦＲＰ成形物は、一端側に金属構造物を設けた埋め込み体を使用することにより、ＦＲＰ成形と同時に接合端部に金属構造物を結合したＦＲＰ成形物を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施の形態１のＦＲＰ成形物の概略を示す断面図である。
【図２】図１のＦＲＰ成形物の構成を示す断面図である。
【図３】図２のＦＲＰ成形物の接合端部の埋め込み部の構成を示す斜視図である。
【図４】図２のＦＲＰ成形物の接合端部の埋め込み部の変形例を示す斜視図である。
【図５】図２のＦＲＰ成形物の接合端部の埋め込み部の別の変形例を示す斜視図である。
【図６】本発明の実施の形態２のＦＲＰ成形物を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態３のＦＲＰ成形物を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１  ＦＲＰ成形部、１ａ  表皮部（ＦＲＰ成形部の表皮部）、１ｂ  心材部、２  接合端部、２ａ  表皮部（接合端部の表皮部）、２ｂ  埋め込み部、２ｃ  埋め込み体、２ｄ  繊維強化材、２ｅ  開孔、２ｈ  テーパ状孔。
【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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【図６】
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【図７】
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