(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ネジ穴を有するインサートが内包されたＦＲＰ部材を製造する方法において、
前記インサートに前記ネジ穴を形成するインサート加工工程と、
該インサート加工工程によって前記ネジ穴が形成された前記インサートの少なくとも前記ネジ穴をＦＲＰからなる外皮で閉塞した前記ＦＲＰ部材を成形するＦＲＰ成形加工工程と、
該ＦＲＰ成形加工工程によって成形された前記ＦＲＰ部材の前記外皮を貫通して前記インサートの前記ネジ穴に連通する連通孔を形成する穴開け加工工程と、
を含むことを特徴とするＦＲＰ部材の製造方法。
【請求項２】
前記ＦＲＰ成形加工工程において、
前記インサートのネジ穴にシール材を充填して前記ネジ穴を閉塞した状態で前記ＦＲＰ部材を成形することを特徴とする請求項１に記載のＦＲＰ部材の製造方法。
【請求項３】
前記ＦＲＰ成形加工工程において、
前記ネジ穴の開口部をシールテープで閉塞した状態で前記ＦＲＰ部材を成形することを特徴とする請求項２に記載のＦＲＰ部材の製造方法。
【請求項４】
前記ＦＲＰ成形加工工程において、
前記ネジ穴の開口部側を前記シール材で閉塞して前記ネジ穴内に密閉された空間部を形成した状態で、前記ＦＲＰ部材を加熱成形することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のＦＲＰ部材の製造方法。
【請求項５】
前記穴開け加工工程後に、前記連通孔にカラーを挿入して、該カラーの先端を前記インサートに当接させ且つ前記カラーの基端を前記外皮から突出させた状態で前記カラーを前記ＦＲＰ部材に取り付けるカラー取付加工工程を含むことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一つに記載のＦＲＰ部材の製造方法。
【請求項６】
前記請求項１から請求項５のいずれか一つに記載された製造方法により製造されたことを特徴とするＦＲＰ部材。
【請求項７】
前記連通孔は、前記ネジ穴よりも大きな内径を有することを特徴とする請求項６に記載のＦＲＰ部材。
【請求項８】
前記ネジ穴は、前記インサートに一定径を有して穿設されたストレート穴部と、該ストレート穴部に連続して同軸上に螺設された雌ネジ部とを有することを特徴とする請求項６又は請求項７に記載のＦＲＰ部材。
【請求項９】
前記連通孔に挿入されて、前記インサートに先端が当接し、基端が前記外皮から突出するカラーを有することを特徴とする請求項６から請求項８のいずれか一つに記載のＦＲＰ部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インサートが内包されたＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastics：繊維強化樹脂）部材の製造方法及びＦＲＰ部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ＦＲＰ部材に他の取付部品を取り付ける方法として、ＦＲＰ部材の内部に金属製のインサートを埋設し、そのインサートのネジ孔を利用して他の取付部品を締結する方法がある。
【０００３】
例えば、特許文献１には、図８に示すように、凹状穴１０２を設けた発泡体からなるコア１０１を発泡形成し、その凹状穴１０２にインサートとして金属ブロック１０３を装填した後、ＦＲＰ成形を行い（図８（ａ）を参照）、得られたＦＲＰ部材１０５のＦＲＰからなる外皮を通して内部の金属ブロック１０３にタップ加工を施してネジ孔１０４を開け（図８（ｂ）を参照）、ネジ孔１０４にボルト１０７を螺入して他の取付部品１０８を取り付ける技術（図８（ｃ）を参照）が示されている。
【０００４】
ところで、ＦＲＰは、油が付着すると強度低下を招くおそれがあり、また、例えばＦＲＰ同士を接着剤で接着する際に、接着が阻害されて接着性に影響を及ぼすおそれがある。従って、上記のＦＲＰ部材１０５の成形後に金属ブロック１０３にネジ孔１０４を形成する従来の方法の場合、切削油を用いたウェット加工ではなく、切削油を用いないドライ加工によってネジ孔１０４を形成していた。
【特許文献１】特開平５−２５３９４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ドライ加工は超低速加工であり、ウェット加工と比較して加工時間が長くかかる。従って、上記した従来方法では、金属ブロック１０３にネジ孔１０４を形成するために、金属ブロック１０３に下孔を穿設する工程と、その下孔にタップをたてる工程という、２つの工程の機械加工をドライ加工で行わなければならず、加工時間が長くかかっていた。
【０００６】
特に、上記したＦＲＰ部材が例えば自動車の車体を構成するサイドメンバーである場合には、数十個から数百個のインサートが設けられており、これらすべてのインサートにドライ加工を行うとすると、加工時間が極めて長くなる。従って、従来の方法では、生産性を向上させることができず、製造コストが高騰していた。
【０００７】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、加工時間を短縮化して生産性を向上させることができるＦＲＰ部材の製造方法、及び、ＦＲＰ部材を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決する本発明のＦＲＰ部材の製造方法は、ネジ穴を有するインサートが内包されたＦＲＰ部材を製造する方法において、インサートにネジ穴を形成するインサート加工工程と、インサート加工工程によってネジ穴が形成されたインサートの少なくともネジ穴をＦＲＰからなる外皮で閉塞したＦＲＰ部材を成形するＦＲＰ成形加工工程と、ＦＲＰ成形加工工程によって成形されたＦＲＰ部材の外皮を貫通してインサートのネジ穴に連通する連通孔を形成する穴開け加工工程とを含むことを特徴としている。
【０００９】
本発明のＦＲＰ部材の製造方法によれば、インサートにネジ穴を形成し、インサートの少なくともネジ穴をＦＲＰからなる外皮で閉塞したＦＲＰ部材を成形した後に、そのＦＲＰ部材の外皮を貫通してインサートのネジ穴に連通する連通孔を形成する穴開け加工を行うので、ドライ加工が必須とされるＦＲＰ部材の成形後の加工工程を、穴開け加工工程のみとすることができる。
【００１０】
従って、成形後にＦＲＰ部材に下孔を穿設する工程と、その下孔にタップをたててネジ穴を形成する工程の２つの加工工程を行っていた従来と比較して、ドライ加工の加工時間を短縮することができる。従って、生産性を向上させることができ、製造コストを低減することができる。
【００１１】
また、ＦＲＰ成形加工工程において、インサートのネジ穴にシール材を充填してネジ穴を閉塞した状態でＦＲＰ部材を成形することとしてもよい。これにより、ＦＲＰ成形加工工程にてＦＲＰの樹脂溶液がインサートのネジ穴に侵入するのを防ぎ、硬化樹脂によってネジ穴のネジ山が埋まるのを防ぐことができる。
【００１２】
そして、ＦＲＰ成形加工工程において、ネジ穴の開口部をシールテープで閉塞した状態で、ＦＲＰ部材を成形することとしてもよい。これにより、シール材によるシール効果に加えて、樹脂溶液がインサートのネジ穴に侵入するのを確実に防ぐことができる。
【００１３】
また、ＦＲＰ成形加工工程において、ネジ穴の開口部側をシール材で閉塞して、ネジ孔内に密閉された空間部を形成した状態で、ＦＲＰ部材を加熱成形することとしてもよい。これにより、加熱成形の熱を利用して空間部内の気体を膨張させ、空間部内を高圧状態に保ち、樹脂溶液のネジ穴への侵入を防ぐことができる。
【００１４】
また、本発明のＦＲＰ部材の製造方法は、穴開け加工工程後に、連通孔にカラーを挿入して、カラーの先端をインサートに当接させ且つカラーの基端を外皮から突出させた状態でカラーをＦＲＰ部材に取り付けるカラー取付加工工程を含むこととしてもよい。これによれば、インサートとの間にカラーを介在させて取付部材を取り付けることができる。従って、取付ボルトの締め込みによってインサートと取付部材との間でＦＲＰ部材の外皮が圧縮されるのを防ぎ、へたり等の経時劣化を防ぐことができる。
【００１５】
また、本発明の製造方法により製造されたＦＲＰ部材は、連通孔がネジ穴よりも大きな内径を有する構成としてもよい。かかる構成によれば、ＦＲＰ部材に対するインサートの位置ずれを許容することができ、連通孔をネジ穴に確実に連通させることができる。
【００１６】
また、ネジ穴がインサートに一定径を有して穿設されたストレート穴部と、ストレート穴部に連続して同軸上に螺設された雌ネジ部とを有する構成としてもよい。このように、ネジ穴にストレート穴部を設けることによって、ネジ穴の雌ネジ部に取付ボルトを螺入する際に、取付ボルトの中心軸線を雌ネジ部の中心軸線上に一致させる姿勢状態に誘導することができ、取付ボルトの取付作業性を向上させることができる。
【００１７】
また、ＦＲＰ部材は、連通孔に挿入されてインサートに先端が当接し基端が連通孔から突出するカラーを設ける構成としてもよい。かかる構成によれば、インサートとの間にカラーを介在させて取付部材を取り付けることができる。従って、取付ボルトの締め込みによってインサートと取付部材との間でＦＲＰ部材の外皮が圧縮されるのを防ぎ、へたり等の経時劣化を防ぐことができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、ドライ加工が必須とされるＦＲＰ部材の成形後の加工工程を、ＦＲＰ部材の外皮を貫通してインサートのネジ穴に連通する連通孔を形成する穴開け加工のみとすることができる。従って、従来と比較してドライ加工の加工時間を短縮することができる。従って、ＦＲＰ部材全体の加工時間の短縮化を図ることができ、生産性を向上させることができ、製造コストを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
次に、本発明の実施の形態について図を用いて説明する。
図１は、インサート加工工程を説明するためのインサート３の断面図、図２は、ＦＲＰ成形加工工程を説明するためのＦＲＰ部材２の断面図、図３は、穴開け加工工程を説明するためのＦＲＰ部材２の断面図、図４は、カラー取付加工工程を説明するためのＦＲＰ部材２の断面図、図５は、ＦＲＰ部材２の完成状態を示す断面図、図６は、ＦＲＰ部材２の締結状態の一例を示す断面図である。なお、説明の便宜上、図中の上方を上側、下方を下側と称するが、地面に対する上下に限定されるものではない。
【００２０】
本実施の形態では、ＦＲＰ部材２は、インサート加工工程、ＦＲＰ成形加工工程、穴開け加工工程、カラー取付加工工程の４つの加工工程によって得られる。
【００２１】
［インサート加工工程］
インサート３は、アルミニウム等の金属製又は硬質樹脂製のブロック状部材からなり、ウェット加工によりネジ穴１１が形成される。ネジ穴１１は、図１に示すように、インサート３の上面３ａから下方に向かって穿設されており、上面３ａから一定径で所定深さまで穿孔されたストレート穴部１２と、ストレート穴部１２に連続して同軸上に螺設された雌ネジ部１３を有する。ストレート穴部１２の穴径は、雌ネジ部１３の穴径よりも大径に設定されている。
【００２２】
［ＦＲＰ成形加工工程］
ＦＲＰ成形加工工程では、上記インサート３が内包されたＦＲＰ部材２を成形する加工が行われる。まず最初に、ＦＲＰ成形前にインサート３のネジ穴１１をシール材２１で閉塞する処理が行われる。シール材２１には、膨張性樹脂であるシリコーンが用いられ、予めネジ穴１１に充填して硬化させることによりネジ穴１１を閉塞する。
【００２３】
シール材２１は、図２に示すように、ネジ穴１１の開口部１１ａ側であるストレート穴部１２に充填され、ネジ穴１１の先端側である雌ネジ部１３内に密閉された空間部１４を形成する。そして、ＦＲＰ部材２の成形時にその加熱成形の熱（約１３０℃）を利用して空間部１４内の空気を膨張させ、空間部１４内を高圧に保ち、樹脂溶液がネジ穴１１に侵入するのを防ぐようにしている。
【００２４】
ネジ穴１１にシール材２１が充填された後、ネジ穴１１の開口部１１ａがシールテープ２２で閉塞される。シールテープ２２は、ＦＲＰ部材２の成形時に樹脂溶液がネジ穴１１に侵入するのを防止するとともに、シール材２１から油が染み出して外皮４に付着するのを防止する役割を有する。シールテープ２２は、テフロン（登録商標）等の樹脂製材料からなり、シート状に形成され、インサート３に貼着される貼着面２２ａには接着剤が塗布されている。
【００２５】
次いで、上記インサート３を内包するＦＲＰ部材２を成形する。ＦＲＰ部材２の成形は、バキュームバック成形法を用いて行われる。具体的には、ネジ穴１１の開口部１１ａが上方に向かって開口するようにインサート３が配置され、そのインサート３をＦＲＰからなる外皮４で被覆したものを、図示していない成形型の成形面に載せて、成形型とともにシート状のバキュームバックで覆い、バキュームバック内を真空引きしてＦＲＰ部材２を成型面に押圧し、かかる状態で加熱して成形される。
【００２６】
外皮４は、ガラス繊維、炭素繊維等の強化繊維からなる繊維基材に、マトリックス樹脂となる熱硬化性の樹脂溶液を含浸させたプリプレグが用いられる。なお、ＦＲＰ成形は、バキュームバック成形法に限定されるものではなく、ＲＩ法、ＲＴＭ成形法、Ｓ−ＲＩＭ法等の方法で成形してもよい。また、外皮４は、プリプレグを用いるものに限定されず、例えば成形型内に樹脂溶液を注入して繊維基材に含浸させて加熱成形するものであってもよい。
【００２７】
ＦＲＰ部材２は、上面の外皮４と下面の外皮４の間にインサート３を包み込むように内包し、その周縁部分は、上面と下面の外皮４の合わせ構造で互いに溶着されて一体的に結合されている。
【００２８】
［穴開け加工工程］
ここでは、インサート３のネジ穴１１に連通する座繰り穴３１（連通孔）をＦＲＰ部材２に形成する加工が行われる。座繰り穴３１は、切削油を用いないドライ加工によって形成される。座繰り穴３１は、インサート３のネジ穴１１に連通するように、ＦＲＰ部材２の外側からネジ穴１１が存在すると予測される箇所に穿設される。本実施の形態では、取付部材が取り付けられる側であるＦＲＰ部材２の上方から、図示していないドリルカッタを接近させることによって穿設される。
【００２９】
座繰り穴３１は、図３に示すように、上面の外皮４を貫通してインサート３の上面３ａからインサート３内まで穿孔される。座繰り穴３１の深さｈは、ストレート穴部１２の軸方向途中位置まで到達する深さに設定されている。
【００３０】
そして、ＦＲＰ部材２に対するインサート３の位置ずれを許容してネジ穴１１に連通することができるように、ネジ穴１１のストレート穴部１２よりも大きな内径を有して形成され、座繰り穴３１の段差面３２が上方の開口部側に向かって対向する。
【００３１】
座繰り穴３１は、ネジ穴１１と比較して浅く、ネジ山もないので、ドライ加工であっても短い加工時間で形成することができる。なお、シールテープ２２とシール材２１（図２を参照）は、座繰り穴３１の穴開け加工によって、ＦＲＰ部材２とともに切削されて消失する。
【００３２】
［カラー取付加工工程］
ここでは、座繰り穴３１にカラー４１を取り付ける加工が行われる。カラー４１は、座繰り穴３１に挿入されて、座繰り穴３１の段差面３２に先端部４２ａが当接し、基端が外皮４から突出する構成を有する。具体的には、図４に示すように、円環状の筒部４２と、筒部４２の一方端部で径方向外側に向かって突出するフランジ部４３とを有する。
【００３３】
筒部４２は、取付ボルト５３（図６を参照）を挿通することができ、また、図５に示す座繰り穴３１内に挿入された状態で、座繰り穴３１の内周面３３との間に所定の間隙を有し、座繰り穴３１に対するカラー４１の径方向への移動を許容する形状を有する（Ｄ１＞Ｄ２）。従って、ネジ穴１１と座繰り穴３１との間に位置ずれが生じていた場合でも、カラー４１を移動させて、カラー４１の中心をネジ穴１１の中心に一致させた位置に配置することができる。
【００３４】
フランジ部４３は、座繰り穴３１に筒部４２を挿入して筒部４２の先端部４２ａを段差面３２に当接させた状態で、フランジ部４３の下面４３ａが外皮４の上面４ａに対向して接面する（Ｈ１＝Ｈ２）。フランジ部４３の下面４３ａには、接着剤が塗布されており、外皮４の上面４ａに接着されてカラー４１が固定される。
【００３５】
以上、インサート加工工程、ＦＲＰ成形加工工程、座繰り加工工程、カラー取付加工工程の４つの加工工程によって、図５に示すＦＲＰ部材２を得ることができる。
【００３６】
図６は、ＦＲＰ部材２に取付部品５１を取り付けた場合の一例を示す断面図である。取付部材５１には、取付孔５２が設けられており、取付ボルト５３が挿通されている。取付ボルト５３の先端は、インサート３のネジ穴１１に挿入されて、雌ネジ部１３に螺入されている。取付部材５１は、カラー４１のフランジ部４３と取付ボルト５３の頭部５３ｂとの間に挟持されて固定されている。
【００３７】
取付部材５１の取付孔５２は、取付孔５２に挿入された取付ボルト５３の軸部５３ａとの間に所定の間隙を有する大きさの内径を有しており、ＦＲＰ部材２に対する取付部材５１の位置を、取付ボルト５３の軸方向に直交する方向に調整できるようになっている。
【００３８】
上記したＦＲＰ部材２の製造方法によれば、まず最初に、インサート３にネジ穴１１を形成する。そして、インサート３の少なくともネジ穴１１を外皮４で閉塞したＦＲＰ部材２を成形する。それから、ＦＲＰ部材２に座繰り穴３１を穴開け加工する。
【００３９】
これにより、ドライ加工が必須とされるＦＲＰ部材の成形後の加工工程を、ＦＲＰ部材２に座繰り穴３１を形成する穴開け加工工程のみとすることができ、インサート３のネジ穴加工はウェット加工により行うことができる。
【００４０】
従って、従来のＦＲＰ部材に下穴を穿設する工程と、その下孔にタップをたててネジ穴を形成する加工工程の２つの加工工程を行っていた方法と比較して、ドライ加工の加工時間を飛躍的に短縮することができる。
【００４１】
従って、ＦＲＰ部材２が、例えば自動車の車体を構成するサイドメンバーのように、数十個から数百個のインサートを有するものであっても、短時間で製造することができる。また、インサート３のネジ穴加工は、インサート３単体の状態で行うので、小型の加工機で行うことができ、設備費用を低く抑えることができる。従って、ＦＲＰ部材２の生産性を向上させることができ、製造コストを低減することができる。
【００４２】
また、上記したＦＲＰ部材２の製造方法によれば、シリコーン等の膨張性樹脂からなるシール材２１をネジ穴１１に充填して閉塞するので（第１段階）、ＦＲＰ成形加工工程において、例えばプリプレグから染み出した樹脂溶液や、図示していない成形型のキャビティ空間部内に注入された樹脂溶液が、ネジ穴１１に侵入するのを防ぐことができる。
【００４３】
そして、シール材２１をネジ穴１１の基端側に充填してネジ穴１１の先端側に空間部１４を形成する構成としたので（第２段階）、加熱成形の熱を利用して空間部１４内の気体を膨張させ、空間部１４内を高圧に保ち、上記樹脂溶液がネジ穴１１に侵入するのを防ぐことができる。
【００４４】
そしてさらに、ネジ穴１１にシール材２１を充填した後に、ネジ穴１１の開口部１１ａ（図２を参照）をシールテープ２２で閉塞し（第３段階）、かかる状態のままＦＲＰ成形を行うので、ネジ穴１１のシール効果をさらに向上させることができる。
【００４５】
このように、上記した第１段階から第３段階までの３つの方法でネジ穴１１をシールするので、ＦＲＰ成形加工工程においてネジ穴１１に樹脂溶液が侵入するのを確実に防ぐことができる。
【００４６】
また、上記したインサート３の構造によれば、ネジ穴１１の基端側にストレート穴部１２を設けて、座繰り穴３１の深さを、ストレート穴部１２の範囲内に設定したので、座繰り穴３１の穴開け加工によってネジ穴１１の雌ネジ部１３のネジ山がつぶれるのを防ぐことができる。従って、穴開け加工後に、再び雌ネジ部１３のネジ山をタップでさらう必要がなく、製造作業の効率化を図ることができる。
【００４７】
また、座繰り穴３１の穴開け加工によってストレート穴部１２をすべて切削するのではなく、ストレート穴部１２を若干残すことによって、ネジ穴１１に取付ボルト５３を螺入する際に、取付ボルト５３の中心軸線をネジ穴１１の中心軸線に一致させる姿勢状態に積極的に誘導することができ、取付ボルト５３の取付作業性を向上させることができる。
【００４８】
また、上記したインサート３の構造によれば、カラー４１を座繰り穴３１内に挿入して、インサート３と取付部材５１との間にカラー４１を介在させる。従って、フランジ部４３の下面４３ａとインサート３の上面３ａとの間に介在される外皮４が、取付ボルト５３の締結によって圧縮されるのを防ぐことができる。
【００４９】
従って、後述する図７に示すインサート構造のように、カラー４１を介さずにＦＲＰ部材２に取付部材５１を直接取り付ける構造と比較して、外皮４の圧縮によるへたり等の経時変化が生じず、このような経時変化によって取付ボルト５３が緩むのを防止できる。
【００５０】
なお、本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【００５１】
例えば、上述の実施の形態におけるカラー４１は、大きな力が作用しない締結部位では、図７に示すように、省略することもできる。図７に示す本発明の他の実施の形態であるインサート構造によれば、穴開け加工工程において、外皮４を切削して開口部４ｂを形成するだけでよく、ネジ穴１１を有するインサート３が内包されたＦＲＰ部材２’を簡単に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】ネジ孔加工工程を説明するためのインサートの断面図。
【図２】ＦＲＰ成形工程を説明するためのＦＲＰ部材の断面図。
【図３】穴加工工程を説明するためのＦＲＰ部材の断面図。
【図４】カラー部材の組み付け工程を説明するためのＦＲＰ部材の断面図。
【図５】ＦＲＰ部材の完成状態を示す断面図。
【図６】ＦＲＰ部材の締結状態の一例を示す断面図。
【図７】本発明の他の実施の形態を説明する図。
【図８】従来技術を説明するための工程図。
【符号の説明】
【００５３】
２  ＦＲＰ部材
３  インサート
４  外皮
１１  ネジ穴
１２  ストレート穴部
１３  雌ネジ部
１４  空間部
２１  シール材
２２  シールテープ
３１  座繰り穴（連通孔）
４１  カラー
５１  取付部材
５３  取付ボルト
【要約】
【課題】加工時間を短縮して生産性を向上させることができるインサート付ＦＲＰ部材の製造方法を提供する。
【解決手段】まず最初に、インサート３にネジ穴１１を形成する。そして、そのインサート３の少なくともネジ穴１１をＦＲＰからなる外皮４で閉塞したＦＲＰ部材２を成形する。それから、ＦＲＰ部材２の外皮４を貫通してインサート３のネジ穴１１に連通する座繰り穴３１を形成して、インサート付ＦＲＰ部品１を得る。これにより、ドライ加工が必須とされるＦＲＰ部材２の成形後の加工工程を、ＦＲＰ部材２に座繰り穴３１を形成する穴開け加工のみとし、加工時間の短縮を図り、生産性を向上させる。
【選択図】図５【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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【図８】
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