JP6936272B2 - 部材の製造方法 - Google Patents

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Description

本開示は、樹脂製のパイプと金属部品とを有する部材の製造方法に関する。
自動車、特にレーシングカーのような軽量化が求められる自動車の車体の材料として、ＣＦＲＰ（Ｃａｒｂｏｎ ｆｉｂｅｒ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｐｌａｓｔｉｃｓ）製のパイプ（以後、ＣＦＲＰパイプ）が用いられている場合がある。ＣＦＲＰパイプは、接着剤等により金属部品と接着させて用いられる。
下記の特許文献１では、ＣＦＲＰパイプと金属部品とを接着させる方法が開示されている。その方法では、ＣＦＲＰパイプの端部に金属部品が挿入されると共に、ＣＦＲＰパイプと金属部品との隙間が接着剤により充填される。そして、金属部品中に設けられている熱源により接着剤を加熱し、接着剤を硬化させることで、ＣＦＲＰパイプと金属部品とが接着される。
特開２０１６−２２１７８４号公報
しかしながら、特許文献１に記載の製造方法では、金属部品中に熱源が配置されているため、接着剤の加熱によって金属部品が膨張する。そして、膨張した金属部品が冷却して収縮する際に、接着剤が剥がれるおそれがあった。
本開示の一態様では、接着剤の剥離を抑制することが望ましい。
本開示の一態様は、樹脂を含む材料を有するパイプと金属部品とを有する部材の製造方法であって、パイプの外周面と、外周面の少なくとも一部を覆う金属部品とに接着剤を付着させる。ここで、外周面における接着剤が付着された領域を付着領域とする。パイプの内側にある熱源により、パイプの内周面における付着領域の反対側にある領域を金属部品を介さずに加熱する。
このような構成によれば、金属部品の加熱を抑制しつつ接着剤を加熱できるため、金属部品の膨張を抑制できる。これにより、加熱による金属部品の膨張に伴う、接着剤の剥離を抑制できる。
本開示の一態様では、金属部品は、外周面を囲っていてもよい。
このような構成によれば、加熱による金属部品の膨張に伴う、接着剤の剥離を抑制できる。
本開示の一態様では、金属部品は、金属部品を貫通する貫通孔を有し、パイプが貫通孔に挿入されていてもよい。
このような構成によれば、加熱による金属部品の膨張に伴う、接着剤の剥離を抑制できる。
本開示の一態様では、金属部品の線膨張係数は、パイプの線膨張係数よりも大きくてもよい。
このような構成によれば、パイプよりも線膨張係数が大きい金属部品を用いた場合であっても、良好に接着を行うことができる。
本開示の一態様では、熱源は、熱源の内部に注入される高温の空気により膨張するように構成されてもよい。加熱は、パイプの内側にある熱源に高温の空気を注入して熱源を膨張させ、膨張した熱源が、内周面における付着領域の反対側にある領域を加圧することにより行われてもよい。
このような構成によれば、高温の空気により膨張した熱源が、パイプの内周面における付着領域の反対側にある領域を加圧しながら加熱する。このため、パイプと金属部品とをより強固に接着させることができる。
第１実施形態にて製造される部材の模式的な側面図である。 第１実施形態にて製造される部材の模式的な正面図である。 第１実施形態における付着及び配置工程にて配置されたパイプ及び金属部品の、パイプの伸長方向に沿った模式的な断面図である。 第１実施形態における加熱工程を示す、パイプの伸長方向に沿った模式的な断面図である。 第２実施形態における加熱工程を示す、パイプの伸長方向に沿った模式的な断面図である。
以下、本開示の例示的な実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、本開示の実施の形態は、下記の実施形態に何ら限定されることはなく、本開示の技術的範囲に属する限り種々の形態を採り得る。
［１．第１実施形態］
［構成］
図１及び図２に示すように、本実施形態の部材１は、パイプ２と金属部品３とを有する。
パイプ２は、樹脂を含む材料から構成される。具体的には、パイプ２は、ＣＦＲＰを含んでいてもよい。また、パイプ２は、ＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｐｌａｓｔｉｃｓ）を含んでいてもよい。さらに、パイプ２は、樹脂に加えて、異なる材料を含んでいてもよい。
また、パイプ２の伸長方向に直交する断面（以後、パイプ断面）は、略円形である。パイプ断面の半径は、一例として、３５〜４０ｍｍ程度であってもよい。なお、パイプ２のパイプ断面は、略四角形や略台形であってもよい。また、パイプ２の一部は、略円形と異なる形状のパイプ断面を有していてもよい。
金属部品３は、パイプ２よりも線膨張係数が大きい。一例として、金属部品３を構成する金属は、アルミニウムである。ただし、金属部品３の線膨張係数がパイプ２の線膨張係数よりも大きくなるような、他の金属種を用いて金属部品３を構成してもよい。金属部品３には２つの突出部３１が設けられ、各突出部３１には、孔３２が形成されている。孔３２には、部材１を固定するために、ボルト等が挿入され得る。
部材１は、例えば、自動車の部品として用いられてもよい。より詳しくは、部材１は、例えば、車両の骨格に含まれる部品（例えば、インパネレインフォースメント）であってもよい。インパネレインフォースメントとは、自動車のインパネの付近に配置され、自動車の幅方向に延びる細長い部品である。金属部品３は、インパネレインフォースメントにおいて、他の部品と接続されるブラケットとして使用され得る。
部材１が、自動車の部品として用いられることで、軽量化が求められる自動車の車体において、軽量化を図ることができる。
金属部品３の端面３４には、金属部品３を貫通する貫通孔３５が設けられている。貫通孔３５にはパイプ２が挿入されており、パイプ２と金属部品３とは、接着剤４により接着されている。接着剤４は、パイプ２の外周面２１及び金属部品３の貫通孔３５の内周面３３に付着する。即ち、接着剤４は、パイプ２の外周面２１と金属部品３の貫通孔３５の内周面３３とに挟まれるように配置される。
接着剤４は、エポキシ系の１液熱硬化型接着剤である。接着剤４は、ある特定の接着剤に限定されるものではなく、様々なものを使用することができる。
部材１の製造方法は、付着及び配置工程と加熱工程とを有する。以下では、各工程について説明する。
［付着及び配置工程の説明］
図３に示すように、付着及び配置工程では、金属部品３の貫通孔３５に挿入されたパイプ２の外周面２１と金属部品３の貫通孔３５における内周面３３とに接着剤４を付着させる。接着剤４を付着させる際には、様々な手順を取り得る。
即ち、まずはじめに、パイプ２の外周面２１に接着剤４を塗布し、次に、金属部品３にパイプ２を挿入してもよい。この時、金属部品３の内周面３３に、パイプ２に塗布された接着剤４が付着するようにしてもよい。
反対に、あらかじめ金属部品３の内周面３３に接着剤４を塗布し、金属部品３にパイプ２を挿入してもよい。この時、パイプ２の外周面２１に、金属部品３の内周面３３に塗布された接着剤４が付着するようにしてもよい。
さらに、パイプ２を金属部品３に挿入し、パイプ２の外周面２１と金属部品３の内周面３３との隙間に、接着剤４を注入してもよい。この時、パイプ２の外周面２１と金属部品３の内周面３３とに、注入された接着剤４が付着するようにしてもよい。
なお、接着剤４は、パイプ２の外周面２１と金属部品３の内周面３３との隙間の全域に配置されていてもよいし、一部に配置されていてもよい。以後、パイプ２の外周面２１における接着剤４が付着した領域を付着領域２４と記載する。
また、金属部品３は、パイプ２の一方の端部２３に配置される。一例として、パイプ２の端部２３は、金属部品３の端面３４における貫通孔３５を囲む縁部に隣接して配置される。換言すれば、パイプ２の端部２３と金属部品３の端面３４とは、略同一平面状に位置している。
この他にも、例えば、金属部品３は、パイプ２の端部２３以外の部分（例えば、パイプ２の伸長方向における中央部分）に配置されていてもよい。換言すれば、パイプ２は、金属部品３の端面３４から突出していてもよい。また、反対に、パイプ２の端部２３が、金属部品３の端面３４に対して陥没した状態となるよう、パイプ２の位置が調整されていてもよい。
［加熱工程の説明］
付着及び配置工程の次に、加熱工程が行われる。加熱工程では、図４に示すように、送風装置５が熱風をパイプ２の内側に流入させる。流入した熱風を熱源６として用いて、パイプ２の内周面２２における対象領域２５を加熱する。具体的には、熱風を対象領域２５へと流入させることで、熱風（熱源６）によって、金属部品３等の他の部材を介さずに、パイプ２の対象領域２５を直接加熱する。なお、対象領域２５とは、付着領域２４の反対側にある領域を意味する。これにより、付着領域２４に付着している接着剤４が熱硬化する。そうすることで、接着剤４を介して、パイプ２と金属部品３とが接着し、部材１が形成される。
流入する熱風は、パイプ２の内側のみに向かっており、パイプ２の外周面２１が熱風により直接加熱されることはない。そのため、パイプ２の内周面２２が高温であり、パイプ２の外周面２１は内周面２２よりも低温であるという温度差が生じる。これにより、金属部品３等を介さずに、対象領域２５が加熱される。
また、一例として、当該工程において、熱源６の温度は、約６０℃であり、熱源６による加熱時間は、９０分程度であってもよい。
また、熱源による加熱方法は、様々な手段をとることができる。一例として、対象領域２５に対面するように、ヒーターをパイプ２の内側に配置して、パイプ２の対象領域２５を加熱してもよい。ここで用いられるヒーターとして、電熱ヒーター等、様々なヒーターを採用し得る。なお、この場合であっても、ヒーターは、パイプ２の内側のみに配置されるため、パイプ２の対象領域２５のみを直接加熱できる。
［効果］
第１実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（ａ）上述のように、加熱工程では、パイプ２の対象領域２５を、パイプ２の内側から直接的に加熱する。そのため、金属部品３の加熱を抑制しつつ接着剤４を加熱できるため、金属部品３の膨張を抑制できる。これにより、加熱による金属部品３の膨張に伴う、接着剤４の剥離を抑制できる。
（ｂ）また、上述のように、加熱による金属部品３の膨張を抑制できるため、アルミニウム製の金属部品３のように、パイプ２よりも線膨張係数が大きい金属部品３を用いた場合であっても、良好に接着を行うことができる。
なお、金属部品３は、パイプ２の外周面２１を覆うように配置されている。このため、仮に、パイプ２の対象領域２５の加熱に伴い、金属部品３が膨張したとしても、金属部品３の冷却に伴い、金属部品３はパイプ２の外周面２１に向かって収縮する。このため、パイプ２と金属部品３との間に隙間が生じるのを抑制できると共に、接着剤４の剥離を抑制できる。
（ｃ）また、加熱炉等によりパイプ２及び金属部品３の全体を加熱して、接着剤４を熱硬化させる場合に比べ、製造コストを抑制できる。
［２．第２実施形態］
次に、第２実施形態での部材１の製造方法について説明する。第２実施形態の製造方法は、加熱工程において相違するが、付着及び配置工程については第１実施形態と同様である。以下では、加熱工程について説明する。
第２実施形態の加熱工程では、内部に注入される高温の空気により膨張するように構成された熱源７が用いられる（図５参照）。熱源７は、当該熱源７の側面を周回するように配置された膨張部７０を有する。膨張部７０は、弾力性のある材料により構成されており、熱源７に注入された空気により側方に膨張する。
図５に示すように、熱源７は、パイプ２の内側に配置される。この時、膨張部７０は、パイプ２の内周面２２の全周にわたって、対象領域２５に対面する。熱源７の内部に高温の空気を注入すると、空気圧により、膨張部７０は、内周面２２に向かって膨張する。膨張した膨張部７０は、全周にわたってパイプ２の対象領域２５に接触する。これにより、膨張部７０が、パイプ２の対象領域２５をパイプ２の内側から加圧し、かつ高温の空気により加熱する。
なお、膨張部７０は、必ずしもパイプ２の対象領域２５の全域に接触している必要はなく、対象領域２５を十分に加圧することが可能であれば、部分的に接触していてもよい。
［効果］
第２実施形態によれば、第１実施形態の効果を奏し、さらに、以下の効果を奏する。
（ａ）第２実施形態の加熱工程では、高温の空気により膨張した熱源７の膨張部７０が、パイプ２の対象領域２５を加圧しながら加熱する。このため、パイプ２と金属部品３とをより強固に接着させることができる。
［３．他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。
（ａ）上記実施形態では、パイプ２の端部２３に１つの金属部品３が配置されている構成を例示したが、パイプ２において、２つ以上の金属部品３が配置されていてもよい。
また、上記実施形態では、パイプ２が金属部品３の貫通孔３５に挿入され、パイプ２の外周面２１を全周にわたって金属部品３が覆っている構成を例示したが、これに限定されるものではない。金属部品３は、パイプ２の外周面２１を周方向に囲むことなく、外周面２１の一部を覆う１又は複数の部品であってもよい。また、金属部品３は、パイプ２の外周面２１を全周にわたって囲む複数の部品であってもよい。
（ｂ）上記実施形態では、接着剤４は、エポキシ系の１液熱硬化型接着剤である構成を例示したが、これに限定されるものではない。接着剤４は、熱硬化性樹脂であることが好ましいが、加熱により硬化が促進できるものであればよく、例えば、２液常温硬化型の接着剤でもよい。また、接着剤の素材としては、ウレタン系、アクリル系、及びエポキシ系のいずれの素材を用いてもよい。
（ｃ）上記実施形態において、金属部品３の内周面３３の一部に孔や切り欠き等が存在していてもよい。また、付着及び配置工程において、例えば、その孔等にビスを挿入して、パイプ２と金属部品３とを仮止めし、接着剤４を充填してもよい。
（ｄ）上記実施形態において、金属部品３以外の部品がパイプ２に設けられていてもよい。パイプ２は、外周面２１に、様々な部品を取り付けるための部位（例えば、平面座又は孔部）が設けられてもよい。また、パイプ２は、径の異なる複数の部位と、これらの部位を繋ぐ縮径部とを有していてもよい。
（ｅ）上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に統合したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。
１…部材、２…パイプ、３…金属部品、４…接着剤、５…送風装置、６…熱源、７…熱源、２１…外周面、２２…内周面、２３…端部、２４…付着領域、２５…対象領域、３１…突出部、３２…孔、３３…内周面、３４…端面、３５…貫通孔、７０…膨張部。

Claims (5)

  1. 樹脂を含む材料を有するパイプと金属部品とを有する部材の製造方法であって、
    前記パイプの外周面と、該外周面の少なくとも一部を覆う前記金属部品とに接着剤を付着させ、
    前記外周面における前記接着剤が付着された領域を付着領域とし、
    前記パイプの内側にある熱源により、前記パイプの内周面における前記付着領域の反対側にある領域を前記金属部品を介さずに加熱し、
    前記部材は、車両の骨格に含まれる部品として用いられる、部材の製造方法。
  2. 請求項１に記載の部材の製造方法であって、
    前記金属部品は、前記外周面を囲っている、部材の製造方法。
  3. 請求項１又は請求項２に記載の部材の製造方法であって、
    前記金属部品は、該金属部品を貫通する貫通孔を有し、前記パイプが前記貫通孔に挿入されている、部材の製造方法。
  4. 請求項１から請求項３のうちのいずれか１項に記載の部材の製造方法であって、
    前記金属部品の線膨張係数は、前記パイプの線膨張係数よりも大きい、部材の製造方法。
  5. 請求項１から請求項４のうちのいずれか１項に記載の部材の製造方法であって、
    前記熱源は、前記熱源の内部に注入される高温の空気により膨張するように構成され、
    前記加熱は、前記パイプの内側にある前記熱源に高温の空気を注入して前記熱源を膨張させ、膨張した前記熱源が、前記内周面における前記付着領域の反対側にある領域を加圧することにより行われる、部材の製造方法。
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