JP4380775B1 - Frp部材の製造方法及びfrp部材 - Google Patents

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Abstract

【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

Description

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。
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。
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。
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。
特開平5−253946号公報
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
[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。
[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。
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。
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。
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。
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。
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。
[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。
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。
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。
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。
[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。
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。
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。
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。
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。
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。
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を穴開け加工る。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
ネジ孔加工工程を説明するためのインサートの断面図。 FRP成形工程を説明するためのFRP部材の断面図。 穴加工工程を説明するためのFRP部材の断面図。 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。 FRP部材の完成状態を示す断面図。 FRP部材の締結状態の一例を示す断面図。 本発明の他の実施の形態を説明する図。 従来技術を説明するための工程図。
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

Claims (9)

  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
  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
  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
  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
  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
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