JP4412178B2

JP4412178B2 - Ｆｒｐ用インサート

Info

Publication number: JP4412178B2
Application number: JP2005005523A
Authority: JP
Inventors: 広幸小山
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-01-12
Filing date: 2005-01-12
Publication date: 2010-02-10
Anticipated expiration: 2025-01-12
Also published as: JP2006192659A

Description

本発明は、ＦＲＰ積層品の所定部位を構成するＦＲＰ層の層間に埋設されるＦＲＰ用インサートに関するものである。

繊維強化プラスチックスであるＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastics）の積層品（成形品）、特に、炭素繊維強化プラスチックスであるＣＦＲＰ（Carbon Fiber Reinforced Plastics）の積層品（成形品）は、軽量であって高強度であるため、自動車などの車体構造部品としても使用されている。そして、この種のＦＲＰ積層品（成形品）においては、通常、他の部材との締結部位などを構成するインサートが埋設されている（例えば特許文献１、２参照）。

ここで、特許文献１には、発泡体コアをＦＲＰ層で挟んだサンドイッチ構造のＦＲＰ成形品において、発泡体コアと表面のＦＲＰ層との間に１個のインサート部材（インサート）を埋設した構造が示されている。また、特許文献２には、ウレタンコアと、これに積層されるＦＲＰ層との間に１個のインサートナット（インサート）を埋設した構造が示されている。
特開平６−２７０３００号公報（段落番号２５、図１）実開平２−２９３１１号公報（第１図）

ところで、特許文献１または２に記載されたような従来のインサートの埋設構造においては、ＦＲＰ積層品の所定部位に複数のインサート部材を所定位置に配置して埋設する場合、各インサート部材の設置位置にそれぞれマーキングを施し、このマーキングに合わせて各インサート部材をそれぞれ正確に位置決めし、この状態で各インサート部材をそれぞれ接着などの手段で固定しなけらばならない。このため、従来のインサートの埋設構造においては、ＦＲＰ積層品に対する各インサート部材の埋設作業が甚だ面倒となってその作業性が低下すると共に、各インサート部材の相互位置の精度が低下し易いという問題がある。

そこで、本発明は、ＦＲＰ積層品の所定部位に複数のインサート部材を高精度に配置して容易に埋設することができるＦＲＰ用インサートを提供することを課題とする。

本発明に係るＦＲＰ用インサートは、ＦＲＰ積層品の断面形状が変化する所定部位を構成するＦＲＰ層の層間に埋設されるＦＲＰ用インサートであって、ＦＲＰ層の層間の所定位置に設置可能なテンプレートと、このテンプレートの所定位置に相互に位置決めされて接着された複数のインサート部材とを備え、テンプレートには、例えば円錐台状に膨出してインサート部材の端面に接着される補強部が形成されていることを特徴とする。

本発明に係るＦＲＰ用インサートは、ＦＲＰ積層品を成形する際、その所定部位に他の部材との締結部などを構成するため、所定部位を構成するＦＲＰ層の層間に埋設される。すなわち、ＦＲＰ積層品の所定部位を構成するＦＲＰ層の層間の下層の表面形状に添ってテンプレートが所定位置に設置されることにより、テンプレートの所定位置に相互に位置決めされて接着された複数のインサート部材がＦＲＰ積層品の所定部位に高精度に配置されて容易に埋設される。

本発明のＦＲＰ用インサートにおいて、テンプレートがＦＲＰのプリプレグにより成形されていると、軽量ありながら高い強度が得られ、製造工程も簡略化されるので好ましい。また、各インサート部材がＦＲＰ積層品で構成されていると、軽量ありながら高い強度が得られるので好ましい。ここで、インサート部材は筒状を呈するものとすることができる。この場合、インサート部材にはその周壁を貫通する連通孔が設けられているのが好ましい。

本発明に係るＦＲＰ用インサートによれば、ＦＲＰ積層品を成形する際、ＦＲＰ積層品の所定部位を構成するＦＲＰ層の層間の下層の表面形状に添ってテンプレートを所定位置に設置することにより、ＦＲＰ積層品の所定部位に複数のインサート部材を高精度に配置して容易に埋設することができる。その結果、複数のインサート部材を締結部材としてＦＲＰ積層品と他の部材とを確実に締結することが可能となる。

また、本発明のＦＲＰ用インサートにおいて、テンプレートがＦＲＰのプリプレグにより成形され、各インサート部材がＦＲＰ積層品で構成されている場合には、テンプレートの製造工程を簡略化でき、しかも軽量ありながら高い強度を得ることができる。

以下、図面を参照して本発明に係るＦＲＰ用インサートの実施の形態を説明する。参照する図面において、図１は一実施形態に係るＦＲＰ用インサートが埋設されたＦＲＰ積層品の外観を示す斜視図、図２は図１に示したＦＲＰ用インサートの外観を示す斜視図、図３は図２に示した任意のインサート部材の縦断面図である。

図１に示すように、一実施形態に係るＦＲＰ用インサート１は、例えば車両のフロアパネルの一部を構成するＦＲＰ積層品Ａの所定部位に他の部材との締結部を構成するため、ＦＲＰ積層品Ａの成形の際にその所定部位を構成するＦＲＰ層の任意の層間の所定位置に配置されて埋設されるものである。

なお、ＦＲＰ積層品Ａを成形するための強化繊維や熱硬化性樹脂の種類および製法は、特に限定されるものではないが、一実施形態においては、カーボン繊維にエポキシ樹脂を含浸させたＣＦＲＰプリプレグを複数層（例えば１２層）積層してオートクレーブ成形することにより、複数のＣＦＲＰ層が積層されたＣＦＲＰ積層品がＦＲＰ積層品Ａとして成形される。

ＣＦＲＰ積層品からなるＦＲＰ積層品Ａは、図示しない車両ボディのＡピラー立上がり部Ａ１，Ａ１と、Ｂピラー立上がり部Ａ２，Ａ２と、Ａピラー立上がり部Ａ１，Ａ１間を接続する前壁部Ａ３と、Ｂピラー立上がり部Ａ２，Ａ２間を接続する後壁部Ａ４と、前壁部Ａ３の下端部から後壁部Ａ４の下端部に亘る平坦なフロア部Ａ５とを有する浅いボックス状に形成されている。

ＦＲＰ積層品ＡのＡピラー立上がり部Ａ１，Ａ１とＢピラー立上がり部Ａ２，Ａ２との間には、それぞれ前側段部Ａ６，Ａ６および後側段部Ａ７，Ａ７を介して一段低い平坦なサイドメンバ部Ａ８，Ａ８が形成されている。このサイドメンバ部Ａ８，Ａ８は、Ｒ状のフィレット部Ａ９，Ａ９から側壁部Ａ１０（一方のみ図示）を介して下方のフロア部Ａ５に連続している。

ここで、ＦＲＰ積層品Ａには、サイドメンバ部Ａ８のピラー立上がり部Ａ１寄りの部位からフィレット部Ａ９、側壁部Ａ１０を介してフロア部Ａ５に至る領域を所定部位として一実施形態のＦＲＰ用インサート１が埋設されている。

図２に拡大して示すように、ＦＲＰ用インサート１は、ＦＲＰ積層品Ａの所定部位を構成するＣＦＲＰ層の層間の下層の表面形状に添うように断面Ｌ字状に屈曲成形された薄板状のテンプレート２と、このテンプレート２の上面の所定位置に相互に位置決めされて接着された複数のインサート部材３とを備えて構成されている。

テンプレート２は、その製造工程を簡略化し、かつ、軽量でありながら高い強度を得るため、ＦＲＰのプリプレグ、例えばカーボン繊維にエポキシ樹脂を含浸させたＣＦＲＰプリプレグにより成形される。すなわち、このテンプレート２は、例えばパールボード（セラミック粒子と樹脂とを混練した素材）からなる成形型にＣＦＲＰプリプレグを４層積層し、これをオートクレーブ成形により１３０℃で２時間加熱硬化させることにより、断面Ｌ字状の所定形状のＣＦＲＰ積層品として成形される。

Ｌ字状の断面形状に成形されたテンプレート２は、図１に示したＦＲＰ積層品Ａのサイドメンバ部Ａ８に埋設される上片２Ａと、側壁部Ａ１０に埋設される縦片２Ｂと、フロア部Ａ５に埋設される下片２Ｃとを有し、上片２Ａと縦片２Ｂとの間のコーナ部２Ｄはフィレット部Ａ９に埋設されるようにＲ状に形成されている。そして、上片２Ａの前部には、ＦＲＰ積層品Ａの前側段部Ａ６に突き当てられる位置決め辺２Ｅが切欠き状に形成されている。

一方、各インサート部材３は、その締結部材としての後加工を簡略化し、かつ、軽量でありながら高い強度を得るため、例えば図３に示すような貫通孔３Ａが予め機械加工された円筒状のＣＦＲＰ積層品で構成されている。そして、各インサート部材３は、図２に示したテンプレート２のコーナ部２Ｄ上の前後２箇所と、縦片２Ｂ上の前後２箇所と、下片２Ｃ上の中央１箇所との合計５箇所の所定位置に相互に位置決めされ、その一端面が速硬化型のエポキシ接着剤などによって接着されている。

以上のように構成された一実施形態のＦＲＰ用インサート１は、テンプレート２および各インサート部材３がＣＦＲＰ積層品で構成されているため、軽量でありながら高い強度を発揮する。また、テンプレート２がＣＦＲＰプリプレグにより成形されるため、その製造工程を簡略化できる。さらに、各インサート部材３が貫通孔３Ａを有する円筒状に予め機械加工されているため、締結部材としての後加工を簡略化することができる。

一実施形態のＦＲＰ用インサート１は、図１に示したＣＦＲＰ積層品からなるＦＲＰ積層品Ａを成形する際、その所定部位に他の部材との締結部を構成するため、所定部位を構成する複数層のＣＦＲＰ層の層間に埋設される。以下、ＦＲＰ積層品Ａの成形工程と共にＦＲＰ用インサート１の埋設作業を説明する。

まず、ＦＲＰ積層品Ａの成形用のメス型にＦＲＰ積層品Ａの外皮Ｂ（図４参照）を構成するＣＦＲＰプリプレグを例えば８層積層する。そして、図４に示すように、外皮Ｂとして積層されたＣＦＲＰプリプレグ上の所定部位にテンプレート２を設置する。その際、ＦＲＰ積層品Ａの側壁部Ａ１０（図１参照）に対応する部分にテンプレート２の縦片２Ｂ（図２参照）を押し当て、ＦＲＰ積層品Ａの前側段部Ａ６（図１参照）に対応する部分にテンプレート２の位置決め辺２Ｅ（図２参照）を突き当てる。これにより、テンプレート２が所定位置に位置決めされる。

続いて、ＦＲＰ積層品Ａの内皮Ｃを構成するＣＦＲＰプリプレグをＦＲＰ用インサート１のテンプレート２および各インサート部材３を覆って例えば４層積層する。そして、この状態でＦＲＰ積層品Ａの外皮Ｂおよび内皮Ｃを構成する複数層のＣＦＲＰプリプレグをオートクレーブ成形により１３０℃で２時間加熱硬化させ、図１に示した形状のＦＲＰ積層品Ａを成形する。

ここで、ＦＲＰ積層品Ａの所定部位に埋設された一実施形態のＦＲＰ用インサート１（図１参照）には、テンプレート２の所定位置に各インサート部材３が相互に位置決めされて接着されているため（図２参照）、各インサート部材３がＦＲＰ積層品Ａの所定部位に高精度に配置されて容易に埋設される。

このように、一実施形態のＦＲＰ用インサート１によれば、ＦＲＰ積層品Ａの所定部位に複数のインサート部材３を高精度に配置して容易に埋設することができる。その結果、ＮＣ加工機などを使用して各インサート部材３の貫通孔３Ａに連通する孔をＦＲＰ積層品Ａの内皮Ｃに加工し、各インサート部材３の貫通孔３Ａにタップ加工を施すなどの簡単な後加工により、ＦＲＰ積層品Ａと他の部材とをボルトによって確実に締結することが可能となる。

本発明のＦＲＰ用インサートは、前述した一実施形態に限定されるものではない。例えば図２に示した各インサート部材３の配置や個数あるいは形状は、適宜変更することができる。また、ＦＲＰ用インサート１のテンプレート２を成形するためのＣＦＲＰプリプレグは、ガラス繊維、アラミド繊維、各種の金属繊維などを強化繊維とし、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂などをマトリックス樹脂としたその他のプリプレグに変更することができる。

ここで、本発明のＦＲＰ用インサートが埋設されるＦＲＰ積層品の所定部位の断面形状が急激に変化していて応力集中などによる強度低下が懸念される場合、ＦＲＰ用インサートの断面構造は、例えば図５に示すような断面構造として補強するのが好ましい。

図５に示す断面構造のＦＲＰ用インサート４は、図２に示したテンプレート２と同様の形状に成形されたテンプレート５の所定位置に上方へ円錐台状に膨出する補強部５Ａが一体に成形され、この補強部５Ａ内に配置された円筒状のインサート部材６の端面が補強部５Ａの頂部の下面に接着されたものである。

補強部５Ａは、テンプレート５の所定位置に相互に位置決めして配置される複数のインサート部材６に対応してテンプレート５の複数箇所に成形されている。そして、各インサート部材６の周壁には、貫通孔６Ａに連通する連通孔６Ｂが形成され、テンプレート５の補強部５Ａの頂部には、インサート部材６の貫通孔６Ａに連通する開口５Ｂが形成されている。

図５に示した断面構造のＦＲＰ用インサート４は、ＦＲＰ積層品Ａ（図１参照）を成形する際、その所定部位を構成する複数層のＣＦＲＰ層の層間に埋設される。この場合、図６に示すように、ＦＲＰ積層品Ａの外皮Ｂを構成する複数層のＣＦＲＰプリプレグ上の所定部位にテンプレート５およびインサート部材６が設置され、テンプレート５に成形された補強部５Ａの開口５Ｂの周囲にリング状のシール部材Ｓが設置される。

そして、ＦＲＰ積層品Ａの内皮Ｃを構成する複数層のＣＦＲＰプリプレグがシール部材Ｓの周囲のテンプレート５を覆って積層され、この内皮Ｃを構成するＣＦＲＰプリプレグがバックフィルムＦにより気密に覆われる。その後、バックフィルムＦの外側から所定の成形圧が付与された状態で、ＦＲＰ積層品Ａの外皮Ｂおよび内皮Ｃを構成する複数層のＣＦＲＰプリプレグがオートクレーブ成形される。

このようなＦＲＰ積層品Ａのオートクレーブ成形の際、バックフィルムＦの外側から付与される成形圧の一部は、テンプレート５の補強部５Ａにおけるシール部材Ｓの内側の開口５Ｂからインサート部材６の貫通孔６Ａおよび連通孔６Ｂを介して補強部５Ａの内面側に作用するため、補強部５Ａは潰れることなく所定の円錐台状の断面形状を維持して埋設される（図６参照）。

本発明の一実施形態に係るＦＲＰ用インサートが埋設されたＦＲＰ積層品の外観を示す斜視図である。図１に示したＦＲＰ用インサートの外観を示す斜視図である。図２に示した任意のインサート部材の縦断面図である。図２に示したＦＲＰ用インサートの埋設工程を示すＦＲＰ積層品の部分断面図である。本発明の他の実施形態によるＦＲＰ用インサートの要部の縦断面図である。図５に示したＦＲＰ用インサートの埋設工程を示すＦＲＰ積層品の部分断面図である。

符号の説明

１ＦＲＰ用インサート
２テンプレート
２Ａ上片
２Ｂ縦片
２Ｃ下片
２Ｄコーナ部
２Ｅ位置決め辺
３インサート部材
３Ａ貫通孔
４ＦＲＰ用インサート
５テンプレート
６インサート部材
ＡＦＲＰ積層品（ＣＦＲＰ積層品）
Ｂ外皮
Ｃ内皮
Ｓシール部材
Ｆバックフィルム

Claims

ＦＲＰ積層品の断面形状が変化する所定部位を構成するＦＲＰ層の層間に埋設されるＦＲＰ用インサートであって、前記ＦＲＰ層の層間の所定位置に設置可能なテンプレートと、このテンプレートの所定位置に相互に位置決めされて接着された複数のインサート部材とを備え、前記テンプレートには前記インサート部材の端面に接着される補強部が形成されていることを特徴とするＦＲＰ用インサート。
前記補強部は円錐台状に膨出していることを特徴とする請求項１に記載のＦＲＰ用インサート。
前記テンプレートがＦＲＰのプリプレグにより成形され、前記インサート部材がＦＲＰ積層品で構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のＦＲＰ用インサート。
前記インサート部材は筒状を呈し、その周壁を貫通する連通孔が設けられていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１の請求項に記載のＦＲＰ用インサート。