JP6947074B2 - Manufacturing method of composite member - Google Patents
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Description
金属部品と、前記金属部品を補強する繊維強化樹脂材とを備えた筒状の複合部材の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a tubular composite member including a metal part and a fiber-reinforced resin material for reinforcing the metal part.
従来から、金属部品に、強化繊維に高分子樹脂を含浸させた繊維強化樹脂材を貼着して、金属部品を補強した複合部材が製造される。このような複合部材として、特許文献1には、アルミニウム合金製の筒状部材に対して曲げ荷重が作用することを想定し、この筒状部材の表面のうち、曲げ荷重の作用する側の表面に、繊維強化樹脂材を配置した複合部材が開示されている。この複合部材を製造する際には、金属部品の表面に、繊維強化樹脂材が接着剤等を介して直接貼着される。
Conventionally, a composite member in which a metal part is reinforced is manufactured by attaching a fiber-reinforced resin material obtained by impregnating a reinforcing fiber with a polymer resin to a metal part. As such a composite member,
ところで、図6(a)、(b)に示すように、上述した筒状部材を曲げ加工して得られた金属部品9を補強するために、一方向に配向された強化繊維に未硬化の熱硬化性樹脂を含浸した繊維強化樹脂材95を貼着し、この熱硬化性樹脂を熱硬化させることがある。しかしながら、内側に曲げられた金属部品9の外壁部91に、未硬化の熱硬化性樹脂を含む繊維強化樹脂材95を貼り付けて、熱硬化性樹脂を熱硬化させても、金属部品9が十分に補強されないことがあった。
By the way, as shown in FIGS. 6A and 6B, in order to reinforce the metal part 9 obtained by bending the above-mentioned tubular member, the reinforcing fibers oriented in one direction are uncured. A fiber-reinforced
これは、曲げ加工時に、曲げ方向の内側の筒状部材の外壁部91に対して、長手方向に圧縮応力が作用するため、図6(c)に示すように、得られた金属部品9の外壁部91が波打つように変形し、外壁部91の表面に凹部91aと凸部91bが交互に形成されるからであると考えられる。この凹部91aと凸部91bが交互に形成された表面に、繊維強化樹脂材95を貼り付けると、一方向に配向された強化繊維も、この凹部および凸部に倣うようにうねってしまう。この結果、強化繊維の配向が乱れ、本来期待されていた強化繊維による補強効果を十分に得ることができないと考えられる。
This is because compressive stress acts in the longitudinal direction on the
本発明は、この点を鑑みてなされたものであり、曲げ加工して得られた金属部品に対して、繊維強化樹脂材による補強効果を充分発揮することができる複合部材の製造方法を提供する。 The present invention has been made in view of this point, and provides a method for manufacturing a composite member capable of sufficiently exerting a reinforcing effect of a fiber reinforced resin material on a metal part obtained by bending. ..
前記課題を鑑みて、本発明に係る複合部材の製造方法は、金属部品と、前記金属部品を補強する繊維強化樹脂材とを備えた筒状の複合部材の製造方法であって、長手方向に沿って凹部が形成された金属部材を、前記凹部の開口部側に屈曲するように曲げ加工することにより、前記金属部品を作製する工程と、前記金属部品の凹部の開口部を覆う形状の金属板の表面に、一方向に配向した強化繊維を含む繊維基材に未硬化の熱硬化性樹脂を含浸した繊維強化樹脂材を貼着した後、前記熱硬化性樹脂を熱硬化させて、補強材を作製する工程と、前記金属部品の前記開口部を覆うように、前記補強材の前記金属板を接合する工程と、を含むことを特徴とする。 In view of the above problems, the method for manufacturing a composite member according to the present invention is a method for manufacturing a tubular composite member including a metal part and a fiber-reinforced resin material for reinforcing the metal part, in the longitudinal direction. A process of manufacturing the metal part by bending a metal member having a recess formed along the metal member so as to bend toward the opening side of the recess, and a metal having a shape that covers the opening of the recess of the metal part. A fiber-reinforced resin material impregnated with an uncured thermosetting resin is attached to a fiber base material containing reinforcing fibers oriented in one direction on the surface of the plate, and then the thermosetting resin is thermally cured to reinforce it. It is characterized by including a step of producing a material and a step of joining the metal plate of the reinforcing material so as to cover the opening of the metal part.
本発明によれば、長手方向に沿って凹部が形成された金属部材を、凹部の開口部側に屈曲するように曲げ加工することにより、金属部品を作製するので、筒状の金属部材を曲げ加工した際の外壁部の波打つような変形は生じない。 According to the present invention, a metal part is produced by bending a metal member having a recess formed along the longitudinal direction so as to bend toward the opening side of the recess, so that the tubular metal member is bent. There is no wavy deformation of the outer wall when processed.
そして、補強材を作製する工程では、繊維強化樹脂材が貼着される金属板の表面は、曲げ加工時のような波打ちの無い平滑な表面であるので、繊維強化樹脂材に含まれる強化繊維の配向性が損なわれることはない。 Then, in the process of producing the reinforcing material, the surface of the metal plate to which the fiber reinforced resin material is attached is a smooth surface without waviness as in the bending process, so that the reinforcing fibers contained in the fiber reinforced resin material are used. The orientation of the is not impaired.
このような補強材を用いて、金属部品の開口部を覆うように補強材の金属板を接合すると、金属部品と金属板とにより、金属製の筒状体が形成され、この筒状体の表面に繊維強化樹脂材は配置された複合部材を得ることができる。得られた複合部材は、曲げ加工して得られた金属部品に対して、繊維強化樹脂材による補強効果を充分発揮することができる。 When the metal plate of the reinforcing material is joined so as to cover the opening of the metal part by using such a reinforcing material, a metal tubular body is formed by the metal part and the metal plate, and the tubular body is formed. A composite member in which the fiber-reinforced resin material is arranged on the surface can be obtained. The obtained composite member can sufficiently exert the reinforcing effect of the fiber reinforced resin material on the metal parts obtained by bending.
以下に本発明のいくつかの実施形態を図1〜5を参照しながら説明する。
本実施形態では、図5の下図に示すように、金属部品2と、金属部品2を補強する繊維強化樹脂材5とを少なくとも備えた複合部材1を製造する。
Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 5.
In the present embodiment, as shown in the lower figure of FIG. 5, a
1.金属部品作製工程S1について
まず、金属部品作製工程S1を行う。この工程では、補強される部品として、長手方向と直交する断面がコの字状の金属部品2を作製する。具体的には、図2の上図に示すように、長手方向に沿って平板状の外壁部21A〜23Aが延在した金属部材2Aを準備する。
1. 1. About the metal part manufacturing step S1 First, the metal part manufacturing step S1 is performed. In this step, as a part to be reinforced, a
本実施形態では、金属部材2Aは、対向した一対の外壁部21A、23Aを側壁部とし、これらに連続した外壁部22Aを底壁部とした金属製のチャンネル材である。金属部材2Aは、金属部材2Aの長手方向に沿って凹部24が形成され、外壁部22Aと対向した位置に、凹部24Aの開口部25Aが形成されている。
In the present embodiment, the
準備される金属部材2Aは、金属材料からなり、その材料としては、炭素鋼、ステンレス鋼、アルミニウム合金などを挙げることができ、本実施形態では、アルミニウム合金である。アルミニウム合金としては、Al−Cu系アルミニウム合金、Al−Cu−Mg系アルミニウム合金、Al−Cu−Mg−Ni系アルミニウム合金、Al−Si系アルミニウム合金、Al−Si−Mg系アルミニウム合金、Al−Si−Cu−Mg系アルミニウム合金などを挙げることができる。
The
次に、図2の下図に示すように、外壁部22Aを曲げ方向の外側にして、凹部24Aの開口部25A側に屈曲するように、準備した金属部材2Aを曲げ加工し、金属部品2を作製する。本実施形態では、金属部材2Aの両側を曲げ加工する。
Next, as shown in the lower part of FIG. 2, the prepared
これにより、両側が屈曲した金属部品2であって、外壁部21、23を側壁部とし、外壁部22を底壁部とし、長手方向に沿って凹部24が形成された金属部品2を得ることができる。底壁部となる外壁部22は、凹部24の開口部25に対向した位置に形成される。このように、本実施形態では、筒状の金属部材を曲げ加工した際に生じる外壁部の波打つような変形はない(たとえば図6(c)参照)。
As a result, it is possible to obtain a
2.金属板作製工程S2について
次に、金属板作製工程S2を行う。この工程では、後述する接合工程S4において、金属部品2の凹部24の開口部25を覆う形状の金属板3を作製する。本実施形態では、図3に示すように、平板状の金属板3Aを準備し、この金属板3Aを、金属部品2の開口部25を覆う形状に曲げ加工する。
2. About the metal plate manufacturing step S2 Next, the metal plate manufacturing step S2 is performed. In this step, in the joining step S4 described later, a
金属板3は、後述する強化繊維の配向を乱さず、開口部25を覆うように金属部品2に接合することができるものであれば、その大きさ、厚さ、およびその材料は特に限定されるものではない。
The size, thickness, and material of the
金属板3の材料は、炭素鋼、ステンレス鋼、アルミニウム合金などを挙げることができるが、本実施形態では、アルミニウム合金であり、アルミニウム合金としては、金属部材2Aにおいて例示した材料を挙げることができる。金属板3の材料を、アルミニウム合金とすることにより、アルミニウム合金からなる金属部品2に対する金属板3の接合性を高めることができる。なお、後述する強化繊維が炭素繊維である場合、金属板3の表面のうち、繊維強化樹脂材5が貼着される表面に、強化繊維が接触しないように、防食用の電着塗装を施してもよい。
Examples of the material of the
3.補強材作製工程S3について
次に、補強材作製工程S3を行う。この工程では、まず、図4に示すように、作製した金属板3の表面に、熱硬化型の接着剤4Aを介して、繊維強化樹脂材5Aを貼着する。繊維強化樹脂材5Aは、一方向に配向された強化繊維5aを含む繊維基材5bに、未硬化の熱硬化性樹脂を含浸したプリプレグである。
3. 3. Reinforcing material manufacturing step S3 Next, the reinforcing material manufacturing step S3 is performed. In this step, first, as shown in FIG. 4, the fiber reinforced
より具体的には、金属部品2を補強する際に、強化繊維5aが、金属部品2の長手方向に沿って配向されるように、金属板3の表面に、繊維強化樹脂材5Aを貼着する。しかしながら、たとえば、強化繊維5aが一方向に配向されていれば、強化繊維5aが、金属部品2の長手方向に交差するように配向されていてもよい。
More specifically, when the
次に、繊維強化樹脂材5Aを貼着した後、繊維強化樹脂材5Aを加熱することにより、熱硬化性樹脂を熱硬化させる。このとき、接着剤4Aも合わせて硬化させる。これにより、接着層4を介して繊維強化樹脂材5を金属板3に貼着させた補強材6を得ることができる。
Next, after the fiber-reinforced
本実施形態では、金属板3の表面は、外壁部21の表面の如き凹部と凸部が交互に形成された表面ではなく、平滑な表面であるため、この表面に貼着される繊維強化樹脂材5Aの強化繊維5aはうねることなく、その配向は乱れることがない。
In the present embodiment, the surface of the
また、金属板3の貼着される面が平坦面(単純な表面)であるため、金属板3と繊維強化樹脂材5Aとの間に空気が入り込み難く、繊維強化樹脂材5Aの内部にボイドが形成され難い。
Further, since the surface to which the
このようにして、強化繊維5aの配向を確保した状態で、繊維強化樹脂材5Aの界面および内部にボイドがほとんどない状態で、熱硬化性樹脂を熱硬化させるので、強化繊維5aによる補強効果の高い補強材6を得ることができる。
In this way, the thermosetting resin is thermosetting with almost no voids at the interface and inside of the fiber-reinforced
ここで、繊維基材5bは、一方向に配向された強化繊維を含むものであれば、平織、綾織、または朱子織された織物基材であってもよい。本実施形態では、繊維基材5bは、金属部品2の長手方向に沿って強化繊維5aが配向されるように、引き揃えられた強化繊維5aからなってもよく、それを一部に含んでいてもよい。
Here, the
強化繊維5aとしては、たとえば、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、アルミナ繊維、ボロン繊維、スチール繊維、PBO繊維、又は高強度ポリエチレン繊維などの繊維を挙げることができ、本実施形態では、強化繊維5aは、炭素繊維である。
Examples of the reinforcing
繊維基材5bに含浸される熱硬化性樹脂としては、たとえばエポキシ系樹脂、フェノール系樹脂、メラミン系樹脂、尿素系樹脂、シリコーン系樹脂、マレイミド系樹脂、ビニルエステル系樹脂、不飽和ポリエステル系樹脂、シアネート系樹脂、又はポリイミド系樹脂等の樹脂を挙げることができる。本実施形態では、熱硬化性樹脂は、エポキシ系樹脂である。
Examples of the thermosetting resin impregnated in the
また、接着剤4Aは熱硬化型の接着剤であり、繊維強化樹脂材5Aの観点から、繊維基材5bに含浸させる樹脂と同種の樹脂が好ましい。接着剤4Aの代わりに接着シートを用いてもよい。本実施形態では、金属板3は、アルミニウム合金からなるため、炭素繊維からなる強化繊維5aが金属板3に直接接触しないように、接着剤4Aを配置することが好ましい。これにより、アルミニウム合金と炭素との接触を回避し、アルミニウム合金のガルバニック腐食を抑えることができる。
Further, the adhesive 4A is a thermosetting adhesive, and from the viewpoint of the fiber reinforced
なお、このような腐食が発生しないように、金属板3の材料と強化繊維5aの材料とが選択され、金属板3に、繊維強化樹脂材5Aを直接貼着することができるのであれば、接着剤4Aを設けなくてもよい。たとえば、金属板3が鋼製である場合には、強化繊維5aが炭素繊維であっても、このような腐食を回避することができる。
If the material of the
4.接合工程S4について
次に、接合工程S4を行う。この工程では、図5に示すように、金属部品2に補強材6を接合する。具体的には、金属部品2の開口部25を覆うように、補強材6の金属板3を接合する。本実施形態では、補強材6の金属板3で外壁部21及び23の一部の表面を覆い、金属板3の周縁に沿って、連続的に金属板3と外壁部21とにアーク溶接などの溶接を行う。
4. About the joining step S4 Next, the joining step S4 is performed. In this step, as shown in FIG. 5, the reinforcing
これにより、図5の下図に示すように、金属板3は、その周縁において、溶接部8を介して外壁部21、23に接合された複合部材1を得ることができる。複合部材1には、金属部品2と金属板3とにより、金属製の筒状体が形成され、この筒状体の表面に繊維強化樹脂材5が配置される。なお、本実施形態では、金属板3の周縁に沿って連続的に溶接したが、金属板3の周縁に沿ってスポット的に溶接してもよい。
As a result, as shown in the lower figure of FIG. 5, the
本実施形態では、金属部品2に繊維強化樹脂材5を直接貼着するのではなく、平滑な表面を有した金属板3に繊維強化樹脂材5を貼り付けて熱硬化させるため、強化繊維5aの配向性を保った状態の補強材6で、金属部品2を補強することができる。
In the present embodiment, the fiber reinforced resin material 5 is not directly attached to the
したがって、金属部品2の長手方向に沿って、強化繊維5aが蛇行することなく、配向性の高い強化繊維5aを配置することができる。この結果、補強材6による金属部品2の補強効果を高めることができる。
Therefore, the reinforcing
さらに、補強材6の作製の際に、熱硬化性樹脂を熱硬化させるので、熱硬化時の熱影響を金属部品2が受けることはない。したがって、金属部品2が、アルミニウム合金からなる場合、この熱硬化時の熱によりアルミニウム合金が過時効により、強度低下することはない。
Further, since the thermosetting resin is heat-cured during the production of the reinforcing
さらに、補強材6の金属板3と、金属部品2とを溶接により接合するため、金属材料同士の接合になり、金属板3と外壁部21、23との接合強度を高めることができる。なお、本実施形態では、金属板3と、金属部品2とを溶接により接合したが、たとえば、リベット、ネジ、またはボルトなどの部材を介してこれらを接合してもよい。
Further, since the
また、通常、金属部品に繊維強化樹脂材を直接貼着する場合、金属部品のアルミニウム合金と炭素繊維の炭素とが接触すると、アルミニウム合金のガルバニック腐食が懸念されるため、金属部品の表面に、電着塗装などの塗装を行わなければならない。しかしながら、本実施形態では、金属板3を介して繊維強化樹脂材5を金属部品2に接合するため、このような塗装をしなくてもよい。特に、金属部品に電着塗装を行うと、金属部品のアルミニウム合金も加熱され、過時効による金属部品の強度低下が懸念されるところ、本実施形態では、このような強度低下を防止することができる。
In addition, when a fiber-reinforced resin material is normally attached directly to a metal part, if the aluminum alloy of the metal part and the carbon of the carbon fiber come into contact with each other, there is a concern about galvanic corrosion of the aluminum alloy. Painting such as electrodeposition painting must be performed. However, in the present embodiment, since the fiber reinforced resin material 5 is joined to the
実施形態で得られた複合部材1は、たとえば、自動車のバンパーリインフォースメントやドアのインパクトビームに用いることができる。
The
以上、本発明の一実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。 Although one embodiment of the present invention has been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various types are described within the scope of the claims as long as the spirit of the present invention is not deviated. It is possible to make design changes.
1:複合部材、2:金属部品、2A:金属部材、3:金属板、4:接着層、4A:接着剤、5:(熱硬化後の)繊維強化樹脂材、5A:(熱硬化前の)繊維強化樹脂材、6:補強材、8:溶接部 1: Composite member, 2: Metal part, 2A: Metal member, 3: Metal plate, 4: Adhesive layer, 4A: Adhesive, 5: Fiber reinforced resin material (after thermosetting), 5A: (Before thermosetting) ) Fiber reinforced resin material, 6: Reinforcing material, 8: Welded part
Claims (1)
長手方向に沿って凹部が形成された金属部材を、前記凹部の開口部側に屈曲するように曲げ加工することにより、前記金属部品を作製する工程と、
前記金属部品の凹部の開口部を覆う形状の金属板の表面に、一方向に配向した強化繊維を含む繊維基材に未硬化の熱硬化性樹脂を含浸した繊維強化樹脂材を貼着した後、前記熱硬化性樹脂を熱硬化させて、補強材を作製する工程と、
前記金属部品の前記開口部を覆うように、前記補強材の前記金属板を接合する工程と、を含むことを特徴とする複合部材の製造方法。 A method for manufacturing a tubular composite member including a metal part and a fiber-reinforced resin material for reinforcing the metal part.
A step of manufacturing the metal part by bending a metal member having a recess formed along the longitudinal direction so as to bend toward the opening side of the recess.
After attaching a fiber reinforced resin material impregnated with an uncured thermosetting resin to a fiber base material containing unidirectionally oriented reinforcing fibers on the surface of a metal plate having a shape covering the opening of the recess of the metal part. , The process of producing a reinforcing material by thermosetting the thermosetting resin,
A method for manufacturing a composite member, which comprises a step of joining the metal plate of the reinforcing material so as to cover the opening of the metal part.
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