JP6692314B2

JP6692314B2 - Ｃｆｒｐ部材と金属部材の複合構造体の製造方法

Info

Publication number: JP6692314B2
Application number: JP2017050849A
Authority: JP
Inventors: 込山　隆士; 隆士込山; 賢一蓬莱
Original assignee: Kurimoto Ltd
Current assignee: Kurimoto Ltd
Priority date: 2017-03-16
Filing date: 2017-03-16
Publication date: 2020-05-13
Anticipated expiration: 2037-03-16
Also published as: JP2018153950A

Description

この発明は、ＣＦＲＰ部材と金属部材を一体化して異種材料の複合構造体を製造する方法に関するものである。

近年、自動車用部材として、軽量で強度に優れたＣＦＲＰ製のものが採用されることがあり、その製品は、３次元の複雑な形状とされることが多い。

このようなＣＦＲＰ製品の製造方法として、下記特許文献１には、ＲＴＭ成形によるものが記載されている。この方法では、図３に示すように、複数の単純な形状の繊維基材シート５１ａ，５１ｂを端部で重ね合わせて縫合した繊維プリフォーム５１を形成し、この繊維プリフォーム５１を成形金型５２の雄型５３と雌型５４の間のキャビティにセットして、成形金型５２の排気孔５５から排気しつつ、熱硬化性の樹脂を注入孔５６を介しキャビティに注入して硬化させる。

ところで、自動車用部材では、メンテナンス時に分解する必要があるため、他の金属部材との取付部を、分解や再組立時に破損しにくい金属製にしたいとの要望がある。

その対応として、上記ＲＴＭ成形を適用し、ＣＦＲＰ部材と金属部材を成形金型のキャビティ内に挿入して成形する金属インサートにより、ＣＦＲＰ部材と金属部材を一体化しようとすると、繊維プリフォームが複雑な形状である場合、繊維基材シートに、よれ、重なり、繊維方向のずれ等が発生して要求される強度が発現しなくなることがある。

また、このような金属インサートによる複合構造体の製造方法では、アンダーカットが発生する場合があり、その処理のために、成形金型が複雑化することがある。

さらに、ＣＦＲＰ部材と金属部材の線膨張係数の相違により、成形温度から冷却途中で残留応力が発生して、ＣＦＲＰ部材に割れが生じる恐れがあるほか、繊維プリフォームにナットインサートをするために穴加工を施す場合、穴の周囲で繊維方向が乱れて、要求される強度や精度が得られなくなる恐れもある。

また、キャビティへの樹脂の流れが妨げられ、樹脂にボイドが発生したり、注入圧力の上昇による成形不良が生じたりする恐れがあるほか、型抜きの際、繊維プリフォームの重合部等でスムーズな離型が困難になる恐れもある。

このため、特許文献２に記載されたような異種素材の接続構造を採用することも考えられる。この接続構造は、図４に示すように、ＣＦＲＰ部材６１と金属部材６２とを、金属製の中間部材６３を介して接続するものである。

その接続に使用する中間部材６３は、筒状となった一方の端部に嵌入凹所６４が形成され、他方の端部に板状の当接部６５が形成されると共に、当接部６５に抜穴６６が穿設され、金属部材６２にねじ穴６７が形成されたものとしておく。

そして、ＣＦＲＰ部材６１の端部外周に接着剤６８を塗布して、ＣＦＲＰ部材６１の端部を嵌入凹所６４に差し込み、金属部材６２の端部を当接部６５に沿わせ、抜穴６６を介しボルト６９をねじ穴６７にねじ込む。これにより、接着剤６８が硬化すると、ＣＦＲＰ部材６１と金属部材６２が接続された状態で固定される。

特開２０１６−１８２７７６号公報特許第５６８９５３６号公報

しかしながら、上記特許文献２に記載されたような接続構造では、ＣＦＲＰ部材６１の端部外周に接着剤６８を均一の層厚となるように塗布して、その状態を保持したまま中間部材６３の嵌入凹所６４に差し込むことは困難である。

すなわち、この差し込みに際し、接着剤６８が中間部材６３の嵌入凹所６４から掻き出されて、嵌入凹所６４の外部に溢れてしまう可能性が高い。

このため、安定した接続状態を得ることができず、自動車用部材のようにフランジ等を有する複雑な３次元形状の複合構造体を製造する際、このような接続構造を採用しても、要求される品質の複合構造体を製造できない恐れがある。

また、自動車用部材のように、外観を重要視する部材においては、接着剤の溢れが美観を低下させる要因となり、問題が大きい。

そこで、この発明は、簡単な工程でＣＦＲＰ部材と金属部材を一体化して、安定した品質の複合構造体を製造できる方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、この発明においては、ＣＦＲＰ部材と金属部材とを一体化するため、ＣＦＲＰ部材を単純形状として、金属部材には、ＣＦＲＰ部材を遊嵌可能な寸法を有する嵌入凹所を形成すると共に、前記嵌入凹所を外部に連通させる接着剤注入孔を設けておき、
前記金属部材の嵌入凹所に前記ＣＦＲＰ部材の端部を差し込んで嵌合させ、
前記接着剤注入孔から前記金属部材の嵌入凹所に注入した接着剤を、前記ＣＦＲＰ部材の端部と前記嵌入凹所の内面の間に充填して接着剤層を形成し、ＣＦＲＰ部材と金属部材とを接続して、複合構造体を製造することとしたのである。

この発明に係る複合構造体の製造方法によると、金属部材の嵌入凹所に単純形状のＣＦＲＰ部材の端部を差し込んだ後、接着剤注入孔から嵌入凹所に接着剤を注入して充填するので、接着剤を塗布したＣＦＲＰ部材の端部を金属部材の嵌入凹所に差し込む場合に比較して、均一な接着剤層を容易に形成することができる。

また、ＣＦＲＰ部材の端部を金属部材の嵌入凹所に差し込む際に、接着剤の溢れが生じることもない。

そして、ＣＦＲＰ部材と金属部材とを一体化した後、接着剤層が緩衝材として作用するので、後工程で例えばＲＴＭ成形によりフランジ等を有する所定の複合構造体に組み立てる際、成形中の温度変化による割れが発生しない。

また、複合構造体の使用中の温度変化に対しても、異種素材であるＣＦＲＰ部材と金属部材の熱膨張の差異による影響を受けにくい。

この発明に係る複合構造体の製造方法におけるＣＦＲＰ部材と金属部材の接続構造を示す断面図同上のＣＦＲＰ部材が単純な３次元形状の（２Ａ）Ｕ字形状、（２Ｂ）ハット形状である場合のＣＦＲＰ部材と金属部材を示す斜視図特許文献１に記載のＲＴＭ成形における（３Ａ）雄型への繊維プリフォームのセット工程、（３Ｂ）雄型と雌型の接近工程、（３Ｃ）キャビティへの樹脂注入工程をそれぞれ示す断面図特許文献２に記載のＣＦＲＰ部材と金属部材の接続構造を示す斜視図

以下、この発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。

図１に示すように、この複合構造体の製造方法においては、ＣＦＲＰ部材１と金属部材２とを接続して一体化する。その接続に際しては、製品となる３次元形状の複合構造体の構成部品として、予め、ＣＦＲＰ部材１を単純な平板状の２次元形状に分割しておき、これと金属部材２とを組み合わせるものとする。

また、金属部材２には、ＣＦＲＰ部材１を遊嵌可能な寸法とした溝状の嵌入凹所３を形成し、嵌入凹所３をその背後の外部に連通させる接着剤注入孔４を設けておく。

そして、金属部材２の嵌入凹所３にＣＦＲＰ部材１の端部を差し込んで嵌合させ、接着剤を接着剤注入孔４の外部側から嵌入凹所３に注入する。

嵌入凹所３に注入された接着剤は、ＣＦＲＰ部材１の端部と嵌入凹所３の内面の間に拡散して充填され、硬化して接着剤層５を形成する。

この接着剤としては、注入時に流動性を有し、硬化後にゴム状弾性体となるポリウレタン系やエポキシ系の弾性接着剤を使用する。

上記のようにＣＦＲＰ部材１と金属部材２を接続して一体化する方法によると、接着剤を塗布したＣＦＲＰ部材１の端部を金属部材２の嵌入凹所３に差し込む場合に比較して、均一な接着剤層５を容易に形成することができる。

また、ＣＦＲＰ部材１の端部を金属部材２の嵌入凹所３に差し込む際に、接着剤の溢れが生じることもない。

そして、ＣＦＲＰ部材１と金属部材２とを一体化した後、接着剤層５が緩衝材として作用するので、後工程で例えばＲＴＭ成形によりフランジ等を有する所定の複合構造体に組み立てる際、成形中の温度変化による割れが発生しない。

また、複合構造体の使用中の温度変化に対しても、異種素材であるＣＦＲＰ部材１と金属部材２の熱膨張の差異による影響を受けにくい。

さらに、接着剤注入孔４には、接着剤を高圧で噴出するガンを接続して、嵌入凹所３に接着剤を注入することができるので、複合構造体の製造工程の自動化にも対応しやすく、特に自動車用部材等の大量生産に適したものとなる。

なお、上記実施形態では、ＣＦＲＰ部材１として、炭素繊維強化熱可塑性樹脂（ＣＦＲＴＰ）を用いることを意図しているが、ＣＦＲＰ部材１は、炭素繊維強化熱硬化性樹脂であってもよい。

また、ＣＦＲＰ部材１を平板状の２次元形状としているが、ＣＦＲＰ部材１は、金属部材２に対応する差込可能な形状の嵌入凹所３を形成できるものであれば、単純な３次元形状としてもよい。例えば、図２（２Ａ）に示すように、湾曲したＵ字形状や、図２（２Ｂ）に示すように、湾曲部の両端に平板部が連なるハット形状であってもよい。

また、複合構造体の形成に際し、ＣＦＲＰ部材１は、特許文献１に記載されたようなＲＴＭ成形により所定形状とすることを想定しているが、これに限定されるものではなく、樹脂、硬化剤、充填剤等を配合して金型内で加熱加圧するＳＭＣ成形等により所定形状に加工してもよい。

１ＣＦＲＰ部材
２金属部材
３嵌入凹所
４接着剤注入孔
５接着剤層

Claims

ＣＦＲＰ部材(1)と金属部材(2)とを一体化して、３次元形状の複合構造体を製造するため、ＣＦＲＰ部材(1)を単純形状として、金属部材(2)には、ＣＦＲＰ部材(1)を遊嵌可能な寸法を有する嵌入凹所(3)を形成すると共に、前記嵌入凹所(3)をその背後の外部に連通させる接着剤注入孔(4)を設け、前記嵌入凹所(3)の奥側の面は、接着剤注入孔(4)の開口部以外の部分が閉じられた形状としておき、
前記金属部材(2)の嵌入凹所(3)に前記ＣＦＲＰ部材(1)の端部を差し込んで嵌合させ、
前記接着剤注入孔(4)から前記金属部材(2)の嵌入凹所(3)に注入した接着剤を、前記ＣＦＲＰ部材(1)の端部と前記嵌入凹所(3)の内面の間に充填して接着剤層(5)を形成するＣＦＲＰ部材と金属部材の複合構造体の製造方法。