JP2013122285A - ナット付き繊維強化樹脂部材およびナット付き繊維強化樹脂部材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 繊維強化樹脂部材に埋設したナットを強固に固定する。
【解決手段】 繊維強化樹脂部材１２の内部に埋設されるナット１１が、雌ねじ１１ａが形成された筒状部１１ｂ，１１ｃと、筒状部１１ｂ，１１ｃから径方向外側に延びる円環状のフランジ部１１ｄとを備え、フランジ部１１ｄには周方向に配置された複数の貫通孔１１ｅが形成されるので、ナット１１にトルクが加わったときに貫通孔１１ｅの内部に入り込んだ樹脂１６の剪断応力が前記トルクに対抗することで、繊維強化樹脂部材１２に対するナット１１のスリップを確実に阻止することができる。貫通孔１１ｅは同一形状であってフランジ部１１ｄの周方向に等間隔で配置されるので、トルクに対抗する剪断応力をフランジ部１１ｄの周方向の各部で均一に発揮させてナット１１のスリップを一層確実に阻止することができる。
【選択図】 図５

Description

本発明は、繊維強化樹脂部材の内部にナットを埋設したナット付き繊維強化樹脂部材と、そのナット付き繊維強化樹脂部材の製造方法とに関する。

ＦＲＰで形成した自動車のキャビンの壁部に雌ねじを有する金属製の挿入体を固定し、この挿入体に金属製のピラーの下端をボルトで締結することで、キャビンおよびピラーを一体に結合するものが、下記特許文献１により公知である。

またＦＲＰで閉断面に構成したフレームの内部に外周壁、リブおよび締結部を有するインサートを配置し、被締結部材をボルトでインサートの締結部に締結することで、フレームおよび被締結部材を一体に結合するものが、下記特許文献２により公知である。

特開２００４−３４９７７号公報 特開２００９−２５５７９９号公報

ところで、上記特許文献１に記載されたものは、挿入体はキャビンの壁部に接着により固定されていると考えられ、接着部が剥がれないように接着強度を管理するのが困難であるという問題がある。

また上記特許文献２に記載されたものは、ＦＲＰ製のフレームを成形する過程で内部にインサートを接着する必要があるため、その製造工程が複雑になるという問題がある。

そこで、繊維強化樹脂部材の内部にナットを埋設して両者を一体化することが考えられるが、ナットにボルトを螺合するときのトルクで繊維強化樹脂部材に対してナットがスリップしてしまうと、充分な締結力が得られなくなる可能性がある。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、繊維強化樹脂部材に埋設したナットを強固に固定することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、繊維強化樹脂部材の内部にナットを埋設したナット付き繊維強化樹脂部材であって、前記ナットは、雌ねじが形成された筒状部と、前記筒状部から径方向外側に延びる円環状のフランジ部とを備え、前記フランジ部には周方向に配置された複数の貫通孔が形成されることを特徴とするナット付き繊維強化樹脂部材が提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記貫通孔は同一形状であって前記フランジ部の周方向に等間隔で配置されることを特徴とするナット付き繊維強化樹脂部材が提案される。

また請求項３に記載された発明によれば、請求項１または請求項２の構成に加えて、前記フランジ部から一方向に突出する前記筒状部の先端は前記繊維強化樹脂部材の表面の手前で終わることを特徴とするナット付き繊維強化樹脂部材が提案される。

また請求項４に記載された発明によれば、請求項１〜請求項３の何れか１項の構成に加えて、前記フランジ部に前記繊維強化樹脂部材との間の摩擦力を増加させる摩擦力増加手段を設けたことを特徴とするナット付き繊維強化樹脂部材が提案される。

また請求項５に記載された発明によれば、請求項１〜請求項４の何れか１項に記載のナット付き繊維強化樹脂部材の製造方法であって、固定型のキャビティ内に第１ドライシートを配置する工程と、前記固定型に形成した支持孔の内周面および前記第１ドライシートに形成した開口の内周面に前記筒状部の基端側を嵌合する工程と、前記フランジ部の外周面に嵌合可能な開口を有する第２ドライシートを前記第１ドライシートに積層する工程と、前記筒状部の先端側の外周面に嵌合可能な開口を有する第３ドライシートを前記第２ドライシートに積層する工程と、前記固定型に可動型を結合して前記キャビティを閉じる工程と、前記キャビティに樹脂を射出する工程とを含むことを特徴とするナット付き繊維強化樹脂部材の製造方法が提案される。

尚、実施の形態の第１、第２筒状部１１ｂ，１１ｃは本発明の筒状部に対応し、実施の形態のエポキシ樹脂１６は本発明の樹脂に対応する。

請求項１の構成によれば、繊維強化樹脂部材の内部に埋設されるナットが、雌ねじが形成された筒状部と、筒状部から径方向外側に延びる円環状のフランジ部とを備え、フランジ部には周方向に配置された複数の貫通孔が形成されるので、ナットにトルクが加わったときに貫通孔の内部に入り込んだ樹脂の剪断応力が前記トルクに対抗することで、繊維強化樹脂部材に対するナットのスリップを確実に阻止することができる。

また請求項２の構成によれば、貫通孔は同一形状であってフランジ部の周方向に等間隔で配置されるので、トルクに対抗する剪断応力をフランジ部の周方向の各部で均一に発揮させてナットのスリップを一層確実に阻止することができる。

また請求項３の構成によれば、フランジ部から一方向に突出する筒状部の先端は繊維強化樹脂部材の表面の手前で終わるので、ナットが繊維強化樹脂部材の表面に露出するのを防止して美観を高めることができる。

また請求項４の構成によれば、フランジ部に繊維強化樹脂部材との間の摩擦力を増加させる摩擦力増加手段を設けたので、フランジ部と繊維強化樹脂部材との間の摩擦力を増加させてナットのスリップを一層確実に阻止することができる。

また請求項５の構成によれば、ナットの筒状部の基端側が固定型の支持孔に嵌合するので、固定型に対してナットを位置決めすることで第２ドライシートおよび第３ドライシートの積層作業を容易かつ高精度に行うことができるだけでなく、フランジ部の両面が第１、第３ドライシートによって挟まれるので、ナットのこじりに対する抵抗力を効果的に高めることができる。

ナットの斜視図。（第１の実施の形態） ナットを埋設した繊維強化樹脂板材の断面図。（第１の実施の形態） ナットを埋設した繊維強化樹脂板材の製造工程の説明図。（第１の実施の形態） ナットを埋設した繊維強化樹脂板材の製造工程の説明図。（第１の実施の形態） ナットにボルトで車載部品を締結した状態を示す図。（第１の実施の形態） ナットの斜視図。（第２の実施の形態）

以下、図１〜図５に基づいて本発明の第１の実施の形態を説明する。

図１に示すように、繊維強化樹脂部材の内部に埋設される金属製のナット１１は、内周面に雌ねじ１１ａが形成された第１、第２筒状部１１ｂ，１１ｃと、第１、第２筒状部１１ｂ，１１ｃの間から径方向外側に突出する円環状のフランジ部１１ｄとを備えており、フランジ部１１ｄには６個の円形の貫通孔１１ｅ…が６０°間隔で形成される。

図２に示すように、ナット１１を埋設する繊維強化樹脂部材１２は、カーボン繊維を平織に織った３枚のドライシート１３，１４，１５を積層したものを、エポキシ樹脂１６の内部に補強材として埋設したものである。ドライシート１３，１４，１５は、中央の第２ドライシート１４と、その両側に積層された第１、第３ドライシート１３，１５とからなり、中央の第１ドライシート１４には大径の開口１４ａが形成され、その両側の第１、第３ドライシート１３，１５には小径の開口１３ａ，１５ａが形成される。

第１ドライシート１３の開口１３ａはナット１１の基端側の第１筒状部１１ｂの外周に嵌合し、第２ドライシート１４の開口１４ａはナット１１のフランジ部１１ｄの外周に嵌合し、第３ドライシート１５の開口１５ａはナット１１の先端側の第２筒状部１１ｃの外周に嵌合する。エポキシ樹脂１６は、第１〜第３ドライシート１３，１４，１５のカーボンクロスに含浸するとともに表面を覆い、かつフランジ部１１ｄの貫通孔１１ｅ…の内部に侵入する。このとき、第２筒状部１１ｃの先端はエポキシ樹脂１６により覆われる。

次に、上記構成を備えたナット１１付きの繊維強化樹脂部材１２を製造する工程を説明する。

先ず、図３に示すように、繊維強化樹脂部材１２を成形する金型１７は固定型１８および可動型１９からなり、固定型１８の底部にはナット１１の第１筒状部１１ｂが嵌合可能な円形断面の支持孔１８ａが形成されるとともに、支持孔１８ａの中心にピン１８ｂが立設される。固定型１８の底部に所定形状に裁断した第１ドライシート１３を配置した後、ナット１１の第１筒状部１１ｂを第１ドライシート１３の開口１３ａを貫通させて固定型１８の支持孔１８ａに嵌合し、ナット１１の雌ねじ１１ａを固定型１８のピン１８ｂに嵌合することで、ナット１１を金型１７のキャビティ２０内に固定する。

続いて、図４に示すように、ナット１１のフランジ部１１ｄの外周に開口１４ａが嵌合するように所定形状に裁断した第２ドライシート１４を積層し、更にナット１１の第２筒状部１１ｃの外周に開口１５ａが嵌合するように所定形状に裁断した第３ドライシート１５を積層した後、固定型１８に可動型１９を結合する。このとき、ナット１１は第１筒状部１１ｂが固定型１８の支持孔１８ａに嵌合して金型１７の内部に固定されているため、固定型１８の内部に第２ドライシート１４および第３ドライシート１５を積層する作業を容易かつ高精度に行うことができる。

続いて、金型１７のキャビティ２０内にエポキシ樹脂１６を射出することで、エポキシ樹脂１６を第１〜第３ドライシート１３〜１５に含浸させ、かつナット１１のフランジ部１１ｄの貫通孔１１ｅ…内に侵入させる。そしてエポキシ樹脂１６の硬化後に可動型１９を開き、ナット１１付き繊維強化樹脂部材１２を金型１７から取り出す。エポキシ樹脂１６を射出時に、ナット１１の雌ねじ１１ａはピン１８ｂで塞がれているため、雌ねじ１１ａにエポキシ樹脂１６が付着することはない。

このようにして完成した繊維強化樹脂部材１２に車載部品２１を固定するには、図５に示すように、車載部品２１を貫通するボルト２２をナット１１の雌ねじ１１ａに螺合すれば良い。車載部品２１はナット１１の第１筒状部１１ｂの端面に当接して締結されるため、高い結合強度を得ることができる。またナット１１の第２筒状部１１ｃは繊維強化樹脂部材１２の上面に直接露出しないため、繊維強化樹脂部材１２の美観を高めることができる。

ボルト２２をナット１１に螺合するとき、ボルト２２の締結トルクでナット１１が繊維強化樹脂板材１１に対して相対回転しようとするが、ナット１１のフランジ部１１ｄが広い表面積でエポキシ樹脂１６に接触するため、硬化時に接着剤として機能するエポキシ樹脂１６にフランジ部１１ｄが強固に一体化されるだけでなく，フランジ部１１ｄの貫通孔１１ｅ…内に込んだエポキシ樹脂１６の剪断応力が前記トルクに対抗することで、繊維強化樹脂部材１２に対するナット１１のスリップを確実に阻止することができる。

しかも貫通孔１１ｅ…は同一形状であってフランジ部１１ｄの周方向に等間隔で配置されるので、ボルト２２の締結トルクに対抗する剪断応力をフランジ部１１ｄの周方向の各部で均一に発揮させてナット１１のスリップを一層確実に阻止することができるだけでなく、貫通孔１１ｅ…の直径や数を変更するだけで、ナット１１が耐え得る締結トルクの大きさを容易に設定することができる。

また繊維強化樹脂部材１２に埋設されたナット１１は、そのフランジ部１１ｄの両面が第１、第３ドライシート１３，１５によって挟まれるので、ナット１１の傾きを防止してこじりに対する抵抗力を効果的に高めることができる。

次に、図６に基づいて本発明の第２の実施の形態を説明する。

第２の実施の形態は、ナット１１のフランジ部１１ｄの両面に同心円状の凹凸部よりなる摩擦力増加手段１１ｆ…を形成したものである。この摩擦力増加手段１１ｆ…により、ナット１１のフランジ部１１ｄと繊維強化樹脂部材１２のエポキシ樹脂１６との接触面積を増加させて両者を強固に結合し、ボルト２２の締結トルクによるナット１１の連れ回りを一層確実に防止することができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、繊維強化樹脂部材１２は必ずしもＣＦＲＰ（カーボンファイバー強化プラスティック）製である必要はなく、ＦＲＰ（ファイバー強化プラスティック）製であれば良い。

また繊維強化樹脂部材１２は自動車のキャビンに限定されるものではない。

１１ ナット
１１ａ 雌ねじ
１１ｂ 第１筒状部（筒状部）
１１ｃ 第２筒状部（筒状部）
１１ｄ フランジ部
１１ｅ 貫通孔
１１ｆ 摩擦力増加手段
１２ 維強化樹脂部材
１３ 第１ドライシート
１３ａ 開口
１４ 第２ドライシート
１４ａ 開口
１５ 第３ドライシート
１５ａ 開口
１６ エポキシ樹脂（樹脂）
１８ 固定型
１８ａ 支持孔
１９ 可動型
２０ キャビティ

Claims (5)

1. 繊維強化樹脂部材（１２）の内部にナット（１１）を埋設したナット付き繊維強化樹脂部材であって、
   前記ナット（１１）は、雌ねじ（１１ａ）が形成された筒状部（１１ｂ，１１ｃ）と、前記筒状部（１１ｂ，１１ｃ）から径方向外側に延びる円環状のフランジ部（１１ｄ）とを備え、前記フランジ部（１１ｄ）には周方向に配置された複数の貫通孔（１１ｅ）が形成されることを特徴とするナット付き繊維強化樹脂部材。
2. 前記貫通孔（１１ｅ）は同一形状であって前記フランジ部（１１ｄ）の周方向に等間隔で配置されることを特徴とする、請求項１に記載のナット付き繊維強化樹脂部材。
3. 前記フランジ部（１１ｄ）から一方向に突出する前記筒状部（１１ｃ）の先端は前記繊維強化樹脂部材（１２）の表面の手前で終わることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のナット付き繊維強化樹脂部材。
4. 前記フランジ部（１１ｄ）に前記繊維強化樹脂部材（１２）との間の摩擦力を増加させる摩擦力増加手段（１１ｆ）を設けたことを特徴とする、請求項１〜請求項３の何れか１項に記載のナット付き繊維強化樹脂部材。
5. 請求項１〜請求項４の何れか１項に記載のナット付き繊維強化樹脂部材の製造方法であって、
   固定型（１８）のキャビティ（２０）内に第１ドライシート（１３）を配置する工程と、
   前記固定型（１８）に形成した支持孔（１８ａ）の内周面および前記第１ドライシート（１３）に形成した開口（１３ａ）の内周面に前記筒状部（１１ｂ，１１ｃ）の基端側を嵌合する工程と、
   前記フランジ部（１１ｄ）の外周面に嵌合可能な開口（１４ａ）を有する第２ドライシート（１４）を前記第１ドライシート（１３）に積層する工程と、
   前記筒状部（１１ｂ，１１ｃ）の先端側の外周面に嵌合可能な開口（１５ａ）を有する第３ドライシート（１５）を前記第２ドライシート（１４）に積層する工程と、
   前記固定型（１８）に可動型（１９）を結合して前記キャビティ（２０）を閉じる工程と、
   前記キャビティ（２０）に樹脂（１６）を射出する工程と、
   を含むことを特徴とするナット付き繊維強化樹脂部材の製造方法。

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