(57)【要約】【課題】樹脂成形体である被締結部材に形成された締結用の貫通孔に繊維強化複合材である補強部材が配置される場合において、貫通孔周囲のクリープ変形を抑制することができる。【解決手段】炭素繊維である芯糸２及び組糸３は組紐状組織に形成されている。繊維強化複合材である補強部材１は、貫通孔４に固定可能な円筒状の円筒部５及び、円筒部５の上端、下端から貫通孔４の半径方向外方に形成された円環状の第１フランジ部６及び第２フランジ部７からなる。繊維強化複合材である被締結部材１０と金属材１２はボルト８により締結されている。ボルトの頭部８ａは第１フランジ部６に当接している。貫通孔４の内周面において、ボルト８と接触する領域に円筒部５が隙間なく配置されている。円筒部５において芯糸２は貫通孔４の軸４ａ方向に向きかつ少なくとも貫通孔４の一方の開口部から他方の開口部に亘って配向されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
締結部材が挿入可能な樹脂成形体である被締結部材の貫通孔の内部に配置される補強部材であり、
樹脂をマトリックスとして強化繊維を含有する繊維強化複合材である補強部材において、
前記補強部材の少なくとも一部の強化繊維は前記貫通孔の軸方向を向きかつ少なくとも前記貫通孔の一方の開口部から他方の開口部に亘って配向されることを特徴とする補強部材。
【請求項２】
前記被締結部材は繊維強化複合材であることを特徴とする請求項１に記載の補強部材。
【請求項３】
前記強化繊維は組紐状組織に形成されることを特徴とする請求項１及び２に記載の補強部材。
【請求項４】
前記補強部材は前記貫通孔の少なくとも一方の開口部から前記貫通孔の半径方向外方に突出して設けられかつ前記被締結部材と当接するフランジ部を有することを特徴とする請求項３に記載の補強部材。
【請求項５】
締結部材と、
前記締結部材が挿入可能な貫通孔を有する樹脂成形体である被締結部材と、
樹脂をマトリックスとして強化繊維を含有する繊維強化複合材である補強部材と、
前記被締結部材と締結される他の部材とからなり、
前記締結部材により前記被締結部材が前記他の部材に締結される被締結部材の締結構造において、
前記補強部材は前記貫通孔の内部に配置され、
前記補強部材の少なくとも一部の前記強化繊維は前記貫通孔の軸方向を向きかつ少なくとも前記貫通孔の一方の開口部から他方の開口部に亘って配向されることを特徴とする被締結部材の締結構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹脂成形体である被締結部材に形成された締結用の貫通孔に配置される繊維強化複合材である補強部材及び貫通孔に補強部材が配置された被締結部材の締結構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
樹脂成形体は軽量の構造材であり、ボルト及びナット等の締結部材により他の部品に取り付けて使用される場合がある。しかし、他の部材に直接取り付けられた樹脂成形体は締結力によりクリープ変形を生じ、締結部材の軸力が低下する。そのために、樹脂成形体と他の部材とを締結した場合、緩みが生じるという問題がある。このような樹脂成形体の取り付け上の問題を解消するため、一般的には、例えば特許文献１に開示されているような金属パイプを用いた取り付け方法が多く用いられている。
【０００３】
特許文献１には、回転検出装置を備えたハウジングを車載エンジンに取り付けた構造が開示されている。ハウジングは車載エンジンへ取り付けるためのフランジとともに樹脂成形されている。フランジに形成された貫通孔には、金属パイプがインサート成形により挿入され、一体化されている。ハウジングは金属パイプに通したボルトを車載エンジンの雌ネジに締結することにより取り付けられている。
【０００４】
特許文献２には、樹脂をマトリックスとして強化繊維を含有した繊維強化複合材と他の部材との締結構造が開示されている。繊維強化複合材にはボルトが挿入される貫通孔が備えられており、貫通孔の内周面には高弾性率の強化繊維が同心円状に巻きつけられている。
【０００５】
特許文献３には、板状に形成された弾性体の上下に樹脂層が形成されたサンドイッチ構造板に、締結部材が取り付けられた構造が開示されている。サンドイッチ構造板にはボルトが挿入される貫通孔が形成されており、貫通孔の内周面には繊維強化複合材が取り付けられている。繊維強化複合材はマトリックスである樹脂と、貫通孔の軸方向に対して斜めに配向された強化繊維とで構成されている。繊維強化複合材には、貫通孔の両端から側方に突出したフランジ部が形成されており、ボルト及びナットで締結されたサンドイッチ構造板において、フランジ部はボルトの頭部及びナットと樹脂層に挟まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２７５２７０号公報
【特許文献２】実開昭６３−１７２６２８号公報
【特許文献３】実開平２−１０５０７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１では、ボルトの締結力は金属パイプにのみ作用し、樹脂材料で成形されたフランジにかからないため、樹脂のクリープによる緩みの問題を解消することができる。  しかし、ボルトが挿入される貫通孔に金属パイプを一体化する方法は金属パイプの高い取り付け精度を必要とする。例えば、金属パイプを前記フランジにインサート成形する場合は、特許文献１の発明のように、金属パイプの端面とボルトの頭部及び車載エンジンとの間に樹脂が介在されないように精度の高い成形技術が必要となる。また、金属パイプを貫通孔に圧入する方法では、貫通孔の精度や金属パイプの圧入精度を高める必要があるため、加工工数が増加し、加工作業も煩雑になる。また、金属パイプの使用は重量増加に繋がり、樹脂材料による軽量化という利点を阻害することにもなる。
【０００８】
特許文献２では、貫通孔に挿入されたボルトを締結した場合、貫通孔の内周面に強化繊維が配向されているため、繊維強化複合材の座屈が防止される。しかし、貫通孔の内周面に配向された強化繊維の隙間には樹脂が存在し、強化繊維の隙間の樹脂がクリープすることでボルトが緩むという問題がある。また、強化繊維を密に配置し樹脂の量を少なくした場合には、強化繊維同士が接触して強化繊維の隙間に樹脂が存在しなくなる。このように強化繊維が樹脂を介さずに配置されると、強化繊維同士が接着されない。
【０００９】
特許文献３では、サンドイッチ構造板の貫通孔に挿入されたボルトを締結した場合、貫通孔の内周面に繊維強化複合材が配置されている。そのため、ボルトの軸力による樹脂層のクリープ変形が抑制される。また、繊維強化複合材で形成されたフランジ部により貫通孔の周囲が補強される。繊維強化複合材が取り付けられたサンドイッチ構造板をボルトで締結した場合、斜めに配向された強化繊維の交差角が広がるために繊維強化複合材が変形され厚みが変化する。特許文献３では繊維強化複合材の厚みをボルトの軸力により変形されたサンドイッチ構造板の厚みと対応させることで、サンドイッチ構造板の締結構造を維持している。そのため、内部に弾性体が存在しないサンドイッチ構造板のような樹脂成形体の貫通孔に特許文献３の繊維強化複合材を適用した場合は、ボルトを締結することによる樹脂成形体の表面のクリープ変形に追随して繊維強化複合材の厚みが減少するという問題がある。
【００１０】
本発明は、樹脂成形体である被締結部材に形成された締結用の貫通孔に繊維強化複合材である補強部材が配置される場合において、貫通孔周囲のクリープ変形を抑制することができる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１に記載の本発明は、締結部材が挿入可能な樹脂成形体である被締結部材の貫通孔の内部に配置される補強部材であり、樹脂をマトリックスとして強化繊維を含有する繊維強化複合材である補強部材において、前記補強部材の少なくとも一部の強化繊維は前記貫通孔の軸方向を向きかつ少なくとも前記貫通孔の一方の開口部から他方の開口部に亘って配向されることを特徴とする。
【００１２】
請求項１に記載の本発明によれば、少なくとも一部の強化繊維が貫通孔の軸方向を向きかつ少なくとも貫通孔の一方の開口部から他方の開口部に亘って配向された場合において、補強部材の圧縮弾性率を被締結部材の樹脂の圧縮弾性率よりも大きくすることができる。そのため、貫通孔に締結部材が挿入されて被締結部材が他の部材と締結された場合において、被締結部材の貫通孔周囲におけるクリープ変形を抑制することができる。
【００１３】
なお、補強部材が貫通孔の内部に配置されるとは、少なくとも一部の補強部材が貫通孔の内部において貫通孔の内周面に隙間なく密着している場合に加え、補強部材と貫通孔の内周面との間に隙間が存在し、隙間を介して少なくとも一部の補強部材が貫通孔の内部に配置される場合を含む。
【００１４】
また、強化繊維が真っ直ぐな形状である場合においての、強化繊維が貫通孔の軸方向を向いて配向されるとは、強化繊維が貫通孔の軸と平行に配向される場合に加え、強化繊維の配向方向（繊維軸の方向）が貫通孔の軸（応力軸）に対して少しずれた方向を向いている場合を含む。繊維軸と応力軸のなす角度が０°である場合、強化繊維が含有された繊維強化複合材の圧縮弾性率は最大になる。繊維軸と応力軸のなす角度が小さければ、繊維強化複合材の圧縮弾性率は最大に近い。例えば、繊維軸と応力軸のなす角度が０°の場合における繊維強化複合材の圧縮弾性率を１００％としたとき、繊維軸と応力軸のなす角度が１０°の場合における繊維強化複合材の圧縮弾性率は８０％である。そのため、好ましくは強化繊維の配向方向と貫通孔の軸とのなす角度は１０°以内である。
【００１５】
また、束状の強化繊維が組紐状あるいは織物状等に形成される際に、束状の強化繊維同士が接触される箇所に強化繊維に曲がる、折れる等の変形が生じる場合において、強化繊維が貫通孔の軸方向を向いて配向されるとは、強化繊維の長手方向（繊維軸の方向）が貫通孔の軸と平行に配向される場合に加え、強化繊維の長手方向が貫通孔の軸に対して少しずれた方向を向いている場合を含む。好ましくは強化繊維の長手方向と貫通孔の軸とのなす角度は１０°以内である。
【００１６】
なお、補強部材の少なくとも一部の強化繊維が少なくとも貫通孔の一方の開口部から他方の開口部に亘って配向されるとは、強化繊維が貫通孔の軸方向に隙間なく配向されることを指し、貫通孔の軸方向の長さより短い強化繊維が貫通孔の軸方向に配向されており、貫通孔の両開口部の間に強化繊維が配向されない領域（隙間）が生じる場合を除く。
【００１７】
請求項２に記載の本発明は、前記被締結部材は繊維強化複合材であることを特徴とする。前記補強部材が配置される被締結部材は強化繊維を含有するため、被締結部材においてクリープの原因である樹脂の量が減少する。そのため、被締結部材が強化繊維を含有しない場合と比べて被締結部材のクリープ抑制効果を高めることができる。
【００１８】
請求項３に記載の本発明は、前記強化繊維は組紐状組織に形成されることを特徴とする。よって、強化繊維を円筒形状に継ぎ目なく形成できるため、補強部材を貫通孔の内部に密着させられる。
【００１９】
請求項４に記載の本発明は、前記補強部材は前記貫通孔の少なくとも一方の開口部から前記貫通孔の半径方向外方に突出して設けられかつ前記締結部材と前記被締結部材に挟まれるフランジ部を有することを特徴とする。そのため、フランジ部により締結部材の応力を分散させることができ、貫通孔の内部に配置された補強部材と被締結部材の間に生じる割れや亀裂が防止される。
【００２０】
請求項５に記載の本発明は、締結部材と、前記締結部材が挿入可能な貫通孔を有する樹脂成形体である被締結部材と、樹脂をマトリックスとして強化繊維を含有する繊維強化複合材である補強部材と、前記被締結部材と締結される他の部材とからなり、前記締結部材により前記被締結部材が前記他の部材に締結される被締結部材の締結構造において、前記補強部材は前記貫通孔の内部に配置され、前記補強部材の少なくとも一部の前記強化繊維は前記貫通孔の軸方向を向きかつ少なくとも前記貫通孔の一方の開口部から他方の開口部に亘って配向されることを特徴とする。そのため、被締結部材を他の部材と締結する際の、締結部材の緩みを抑制することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明は、樹脂成形体である被締結部材に形成された締結用の貫通孔に繊維強化複合材である補強部材が配置される場合において、貫通孔周囲のクリープ変形を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る芯糸２及び組糸３を説明する模式図である。
【図２】（ａ）は本発明の第１の実施形態に係る補強部材１を説明する模式図、（ｂ）は本発明の第１の実施形態に係る補強部材１の端面形状を説明する模式図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る被締結部材１０の締結構造を説明する断面模式図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る補強部材１５を説明する模式図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る被締結部材１８の締結構造を示す断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
（第１の実施形態）
第１の実施形態を図１〜図３に基づいて説明する。なお、図示の都合上、一部の寸法を誇張して分かり易くしてある。このことは、他の実施形態でも同じである。
【００２４】
図１に示すように、補強部材１は熱硬化性樹脂をマトリックスとして強化繊維としての炭素繊維を含有した繊維強化複合材である。補強部材１において炭素繊維は束状の繊維束に形成されている。芯糸２及び組糸３は炭素繊維からなり、真っ直ぐに配向された芯糸２に対して組糸３が交互にかつ斜めに交わされることにより、組紐状組織に形成されている。
【００２５】
図２（ａ）に示すように、補強部材１は、後述する図３に示す貫通孔４に固定可能な円筒状に形成された円筒部５及び、円筒部５の上端及び下端から貫通孔４の半径方向外方に形成された第１フランジ部６、第２フランジ部７からなる。第１フランジ部６及び第２フランジ部７は円環状である。円筒部５、第１フランジ部６及び第２フランジ部７において、炭素繊維は芯糸２及び組糸３からなる組紐状組織に形成されている。円筒部５において、芯糸２は円筒部５の高さ方向を向いており、芯糸２は円筒部５の一方の端面から他方の端面に亘って配向されている。
【００２６】
図２（ｂ）は図２（ａ）における補強部材１の上端側（第１フランジ部６側）の端面である。図２（ｂ）に示すように、第１フランジ部６は中心に後述するボルト８を挿入可能な径である円形孔９を有した円環状である。円形孔９の内径は、補強部材１の円筒部５の内径に一致している。第１フランジ部６は、ボルト８の頭部８ａよりも外径が大きく形成されている。なお、第２フランジ部７も第１フランジ部６と同様の円環状である。
【００２７】
次に、補強部材１が配置される被締結部材１０を説明する。
図３に示すように、被締結部材１０は熱硬化性樹脂である樹脂をマトリックスとして束状の強化繊維である炭素繊維束１１を含有し、板状に形成されている。被締結部材１０において炭素繊維束１１は、互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚ軸方向に配向された三次元構造の三次元繊維組織に形成されている。
被締結部材１０には締結部材であるボルト８が挿入される貫通孔４が形成されている。貫通孔４の断面はボルト８が挿入可能な径である円形に形成されている。被締結部材１０の貫通孔４の内周面（貫通孔４の内部の周面）には補強部材１の円筒部５が隙間なく固定されている。被締結部材１０における貫通孔４の上端及び下端には、円筒部５が配置されている。また、補強部材１の円筒部５の上端部から円形孔９の半径方向（貫通孔４の半径方向）外方に形成された第１フランジ部６が、被締結部材１０の上面と当接して配置されている。補強部材１の円筒部５の下端部から円形孔９の半径方向（貫通孔４の半径方向）外方に形成された第２フランジ部が、被締結部材１０の底面と当接して配置されている。
【００２８】
図３に従って被締結部材１０の締結構造を説明する。
被締結部材１０は次のように他の部材である金属材１２と締結されている。金属材１２は締結用の貫通孔１３を有している。被締結部材１０の下面と金属材１２の上面とは対向して配置されており、被締結部材１０に形成された締結用の貫通孔４の軸４ａと、金属材１２に形成された締結用の貫通孔１３の軸１３ａとが一致している。締結部材であるボルト８は被締結部材１０に形成された貫通孔４に挿入され、ボルト８の頭部８ａにおける座面は第１フランジ部６からはみ出さずに配置されている。貫通孔４の内周面において、ボルト８と接触する領域に補強部材１の円筒部５が配置されており、貫通孔４の内周面は補強部材１の円筒部５が隙間なく固定されている。
【００２９】
円筒部５において、芯糸２は貫通孔４の軸４ａ方向を向いて配向されている。円筒部５は、被締結部材１０の板厚よりも長く形成されており、芯糸２は貫通孔４の一方の開口部から他方の開口部に亘って配向されている。補強部材１の円筒部５の下端部から貫通孔４の半径方向外方に形成された第２フランジ部７は、貫通孔４の下端部から側方に配置されており、被締結部材１０の底面（被締結部材１０における金属材１２側の面）と当接している。第２フランジ部７は被締結部材１０と金属材１２とに挟まれている。ボルト８の先端は金属材１２に形成された貫通孔１３を通って金属材１２の下方に突出しており、ナット１４により締め付けられている。
【００３０】
次に、補強部材１及び被締結部材１０の製造方法を説明する。
束状の炭素繊維である炭素繊維束１１を準備する。平板状の支持体において、支持体の所定の位置にボルト８の軸が挿入可能な径であるパイプを支持体のなす平面に対し垂直な方向（Ｚ軸方向）に立てて配置する。支持体内に所定のピッチでピンを支持体のなす平面に対し垂直な方向（Ｚ軸方向）に立てて配置する。パイプの設けられた領域を除いて、ピンに直交するＸ，Ｙ軸方向に炭素繊維束１１を折り返し状に配列し、炭素繊維束１１が層状に形成された強化繊維層を形成する。
【００３１】
次に、強化繊維層を積層してＸ，Ｙの２軸配向となる積層糸群を形成する。支持体内のピンを取り除き、積層糸群をなす各糸層と直交する方向（Ｚ軸方向）に配列される厚さ方向糸（垂直糸）と置換する。積層糸群を厚さ方向糸で結合する。支持体内のパイプを取り除き、互いに直交するＸ，Ｙ及びＺ軸方向にそれぞれ伸びる炭素繊維束１１からなる三次元繊維組織を形成する。なお、三次元繊維組織とは被締結部材１０においてマトリックスである樹脂が含浸される前の三次元構造の炭素繊維束１１である。三次元繊維組織にはパイプが取り除かれた領域に、貫通孔４が形成される。
【００３２】
束状の炭素繊維からなる芯糸２及び組糸３を準備する。断面がボルト８の軸心を挿入可能な径である円柱の芯材を用意する。組紐状組織を形成する装置である三次元ブレーダー（ロータ・キャリア方式三次元織物織機）の中心（形成する組紐状組織の軸心）に芯材を配置した状態で、芯材の外周部に補強部材１を構成する組紐状組織を形成する。なお、組紐状組織とは補強部材１においてマトリックスである樹脂が含浸される前の芯糸２及び組糸３からなる集合体である。芯材の軸方向（Ｚ軸方向）に向いて芯糸２を配列し、Ａ，Ｂの２軸方向に組糸３を配列する。ここでＡ，Ｂ軸は芯糸２の方向（Ｚ軸方向）に対して斜めでありかつ、Ａ軸とＢ軸が交わる方向である。
【００３３】
三次元ブレーダーにより、芯糸２をＺ軸方向に保持しつつ芯糸２と組糸３を組み合せて組紐状組織を形成する。組紐状組織はＺ軸方向の長さが貫通孔４の高さに対応した長さに形成される。組紐状組織の外周が貫通孔４の内周に対応する形状に組紐状組織を形成する。組紐状組織から芯材を取り除き、円筒状の組紐状組織である組紐円筒部を得る。なお、組紐円筒部は補強部材１における円筒部５に対応しており、マトリックスである樹脂が含浸される前の組紐状に形成された炭素繊維である。
【００３４】
組紐円筒部の上端及び下端部に、円環状の組紐状組織である組紐フランジ部を組紐円筒部と連続して形成する。なお、組紐フランジ部とは補強部材１における第１フランジ部６及び第２フランジ部７に対応しており、マトリックスである樹脂が含浸される前の組紐状に形成された炭素繊維である。組紐フランジ部は、組紐円筒部の上端及び下端から連続した芯糸２及び組糸３を組み合せて、組紐円筒部と連続して形成される。
【００３５】
三次元繊維組織の貫通孔４に組紐状組織を挿入し、組紐状組織の端部を三次元繊維組織の貫通孔４から突出させて配置する。挿入の際に、組紐フランジ部は貫通孔４の径を通過可能に折り曲げられている。挿入により組紐円筒部が貫通孔４の内周面に対応して配置され、組紐フランジ部が三次元繊維組織における貫通孔４の上端及び下端に配置される。組紐フランジ部は貫通孔４の上端及び下端において、元の形状（円環状）に広げられる。組紐フランジ部は全ての領域で三次元繊維組織と接して配置される。
【００３６】
三次元繊維組織に固定された組紐状組織は成形型を用いて成形体に成形される。成形型は上型と下型からなり、型締め状態において型内を減圧にする減圧通路と、型内に樹脂を注入する樹脂注入通路とを備えている。下型には組紐状組織の組紐円筒部の内径に対応する断面である円柱状の凸部が形成されている。上型が開かれた状態で、組紐円筒部が凸部を囲繞しかつ凸部と接するように、組紐状組織を下型に配置する。次に上型を閉じて型内を真空に近い状態まで減圧した状態で、マトリックスとしての熱硬化性樹脂を型内に注入し、三次元繊維組織及び組紐状組織に含浸する。
次に成形型を図示しない加熱手段によって三次元繊維組織及び組紐状組織を樹脂の熱硬化温度以上に加熱し、含浸した樹脂を硬化する。成形型の温度が低下した後に成形型を開き、樹脂が硬化した成形体を下型から取り出す。なお、成形体は三次元繊維組織及び組紐状組織並びにマトリックスとしての樹脂からなる繊維強化複合材であり、被締結部材１０及び補強部材１が一体に形成されたものである。
【００３７】
第１の実施形態における補強部材１及び被締結部材１０の作用を説明する。
被締結部材１０における貫通孔４の内周面に補強部材１が固定されており、補強部材１において芯糸２が貫通孔４の軸４ａ方向（被締結部材１０の板厚方向）を向いてかつ少なくとも貫通孔４の一方の開口部から他方の開口部に亘って連続して配向されており、芯糸２はボルト８の頭部８ａ及び金属材１２と当接している。芯糸２の配向方向は被締結部材１０に応力がかかる方向である。すなわち繊維軸と応力軸のなす角度は０°である。被締結部材１０の貫通孔４にボルト８が挿入されて、被締結部材１０が金属材１２と締結された場合、ボルト８の締結による軸力は貫通孔４の内周面において、貫通孔４の軸４ａ方向を向いて配向された炭素繊維である芯糸２に分担される。被締結部材１０のマトリックスである熱硬化性樹脂の圧縮弾性率に比べ、補強部材１において、芯糸２が貫通孔４の軸４ａ方向に配向された場合（繊維軸と応力軸のなす角度が０°である場合）の圧縮弾性率は４０倍程度大きい。そのため、ボルト８の締結力による被締結部材１０のマトリックスである樹脂のクリープが抑制され、被締結部材１０の変形を防ぐことができる。  
【００３８】
被締結部材１０において主にクリープを生じるのは、被締結部材１０がボルト８と当接された領域（ボルトの頭部８ａと当接する領域及び貫通孔４の内部）である。被締結部材１０の板厚が十分薄い場合、被締結部材１０においてボルト８の頭部８ａと当接する任意の点における応力と、貫通孔４の内部における任意の点における応力は同等である。そのため、少なくとも貫通孔４の内部に芯糸２が貫通孔４の軸４ａ方向を向いて配向されていれば、被締結部材１０がボルト８の頭部８ａと当接された領域に芯糸２が配向されない場合であっても、貫通孔４の内部にかかるボルト８の応力を芯糸２が分担することで、貫通孔４の内部の被締結部材１０への応力集中が低減される。
【００３９】
被締結部材１０はマトリックスとしての樹脂に加え、炭素繊維束１１を含有する。被締結部材１０は炭素繊維束１１を含有しない場合に比べてクリープの原因である樹脂の量が少ない。そのため、補強部材１が締結される被締結部材として被締結部材１０を用いることで、クリープを抑制する効果を高められる。
【００４０】
貫通孔４の内部に補強部材１を隙間なく密着させるためには、補強部材１における円筒部５の外周を円形に形成する必要がある。反物状の織物に形成された炭素繊維を筒状に形成する場合、織物の端部を縫い合わせて接合する必要があり、継ぎ目が生じる。これに対し、炭素繊維である芯糸２及び組糸３からなる組紐状組織により炭素繊維を筒状に形成する場合では、端部を接合する必要がないため、補強部材１を継ぎ目のない円筒状に形成することができる。従って、補強部材１を貫通孔４の内部に隙間なく密着させることが可能となる。
【００４１】
また、組紐状組織により補強部材１を形成することで、補強部材１の円筒部５と第１フランジ部６及び第２フランジ部７とを連続して形成することができる。
【００４２】
クリープ抑制効果を高めるには、貫通孔４の内部を含む領域において、少なくとも一部の炭素繊維が貫通孔４の軸４ａ方向を向いて配向される必要がある。そのため、炭素繊維の向きを安定して配置できることが望ましい。炭素繊維である芯糸２及び組糸３を組み上げて組紐状組織が形成される場合では、芯糸２は芯糸２に対して斜めに配向された組糸３により固定されるので、芯糸２の位置及び方向を安定させることができる。従って、補強部材１において芯糸２を貫通孔４の軸４ａ方向に安定して配置することができ、被締結部材１０のクリープ抑制効果を高めることができる。
【００４３】
強化繊維の向きが異なる繊維強化複合材を接合した場合や、樹脂と繊維強化複合材を接合した場合には、接合部である界面において層間剥離が生じる。被締結部材１０の貫通孔４の内周面に補強部材１の円筒部５が固定された場合、被締結部材１０と補強部材１との界面に応力が集中してかかると亀裂が生じる恐れがある。補強部材１は第１フランジ部６及び第２フランジ部７を有するため、被締結部材１０と補強部材１との界面は第１フランジ部６及び第２フランジ部７に覆われる。従って、ボルト８の頭部８ａからの応力は界面に直接かからず第１フランジ部６及び第２フランジ部７により分散される。そのため、補強部材１と被締結部材１０の間に生じる割れや亀裂を防止することができる。
【００４４】
被締結部材１０の貫通孔４の内周面に補強部材１が固定されており、貫通孔４に挿入されたボルト８により被締結部材１０が金属材１２と締結されている。貫通孔４の内周面に補強部材１が固定されているため、被締結部材１０と金属材１２をボルト８により締結する場合において、ボルト８の緩みを抑制することができる。
【００４５】
補強部材１における円筒部５の上端及び下端に第１フランジ部６及び第２フランジ部７が設けられる場合、成形後の補強部材１を被締結部材１０の貫通孔４に嵌め込むことができない。これに対し、第１の実施形態では三次元繊維組織に組紐状組織が組み合された後に樹脂を含浸することで補強部材１と被締結部材１０を一体形成するため、第１フランジ部６及び第２フランジ部７が設けられた補強部材１を被締結部材１０の貫通孔４に固定することができる。
さらに、補強部材１を被締結部材１０の貫通孔４に圧入する必要がないため、被締結部材１０に形成される貫通孔４の加工精度や補強部材１の圧入精度を高めなくてもよく加工が容易になる。
【００４６】
補強部材１はマトリックスとしての樹脂と炭素繊維とからなり、金属製の部材ではない。そのため、特許文献１のように金属パイプを取り付ける場合に生じる、締結構造における重量の増加を防ぐことができる。また、貫通孔４に金属製の別部材を一体化する場合には、精度の高い成形技術が必要となるが、補強部材１を用いた締結構造では、金属製の別部材を一体化する場合と比べて成形が容易である。
また、補強部材１が固定された被締結部材１０においては、被締結部材１０を廃棄する際に被締結部材１０とインサートされた金属製の別部材とを分離する必要がないため、リサイクル時にかかるコストを低減できる。
【００４７】
被締結部材１０は、補強部材１の円筒部５に対応した断面形状の円柱である凸部を有する成形型により成形される。成形型に樹脂を注入した場合、成形型の凸部には樹脂が回らないため、被締結部材１０の凸部に対応する領域には成形の段階で締結用の貫通孔４が形成されている。そのため、成形後の被締結部材１０に締結用の貫通孔４を形成する必要がなく、被締結部材１０に工具で貫通孔４を形成する場合に、工具の刃具が痛む恐れがない。
【００４８】
前記した第１の実施形態は以下の作用効果を有する。
（１）ボルト８が挿入される貫通孔４を有し被締結部材１０のマトリックスとしての熱硬化性樹脂よりも圧縮弾性率が大きい補強部材１は被締結部材１０の貫通孔４の内周面に固定され、貫通孔４の内周面において芯糸２は貫通孔４の軸４ａ方向を向きかつ少なくとも貫通孔４の一方の開口部から他方の開口部に亘って連続して配向されている。貫通孔４の軸４ａ方向を向いて芯糸２が配向された場合における補強部材１の弾性率は熱硬化性樹脂よりも大きいため、貫通孔４にボルト８が挿入されて被締結部材１０が金属材１２と締結された場合において、ボルト８の応力による被締結部材１０のクリープ変形を抑制することができる。
【００４９】
（２）被締結部材１０は炭素繊維である炭素繊維束１１を含有するので、炭素繊維束１１を含有しない被締結部材と比べてクリープの原因である樹脂の量が少ない。そのため、被締結部材１０のクリープ抑制効果を高めることができる。
【００５０】
（３）炭素繊維である芯糸２及び組糸３は組紐状組織に形成されるため、炭素繊維を円筒形状に継ぎ目なく形成でき、補強部材１を貫通孔４の内部に密着させられる。
【００５１】
（４）補強部材１は芯糸２及び組糸３からなる組紐状組織により形成されている。従って、補強部材１において芯糸２を貫通孔４の軸４ａ方向に安定して配向することができ、被締結部材１０のクリープ抑制効果を高めることができる。
【００５２】
（５）被締結部材１０の貫通孔４に補強部材１を介してボルト８が挿入されることで被締結部材１０を金属材１２と締結されているため、被締結部材１０を金属材１２と締結する際の、ボルト８の緩みを抑制することができる。
【００５３】
（６）被締結部材１０の貫通孔４に補強部材１を固定するため、貫通孔４に金属製の部材を取り付けた場合に生じる、重量の増加を防ぐことができる。
【００５４】
（７）貫通孔４に金属材１２のような金属製の別部材を一体化する場合には、精度の高い成形技術が必要となるが、補強部材１を用いた締結構造では、金属製の別部材を一体化する場合と比べて成形が容易である。
【００５５】
（８）補強部材１が固定された被締結部材１０においては、被締結部材１０を廃棄する際に被締結部材１０とインサートされた金属製の別部材とを分離する必要がないため、リサイクル時にかかるコストを低減できる。
【００５６】
（１０）補強部材１は被締結部材１０と一体成形されている。そのため、補強部材１を被締結部材１０に圧入する必要がなく、被締結部材１０に形成される貫通孔４の加工精度や補強部材１の圧入精度を高めなくてもよい。
【００５７】
（１１）被締結部材１０には成形時において、成形型の下型の凸部にあたる領域に締結用の貫通孔４が形成されている。そのため、成形後の被締結部材１０に締結用の貫通孔４を形成する必要がない。
【００５８】
（１２）炭素繊維である芯糸２及び組糸３は組紐状組織に形成されるため、補強部材１の円筒部５と第１フランジ部６及び第２フランジ部７とを連続して形成することができる。
【００５９】
（１３）補強部材１は第１フランジ部６及び第２フランジ部７を有するため、第１フランジ部６及び第２フランジ部７によりボルト８の応力を分散させることができ、貫通孔４の内部に配置された補強部材１と被締結部材１０の間に生じる割れや亀裂が防止される。
【００６０】
（１４）被締結部材１０と補強部材１は一体に成形されるため、補強部材１を被締結部材１０の貫通孔４に嵌め込む必要がない。従って、補強部材１において第１フランジ部６及び第２フランジ部７が設けられた補強部材１を被締結部材１０の貫通孔４の内部に固定することができる。
【００６１】
（第２の実施形態）
図４及び図５に示す第２の実施形態は、第１の実施形態における補強部材１の形状及び補強部材１における芯糸２の配向方向を変更したもので、第１の実施形態と同一の構成については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００６２】
図４に示すように、補強部材１５は円筒状に形成されている。円筒状の補強部材１５は第１の実施形態における補強部材１の円筒部５に対応する。組糸１７は芯糸１６と同じ太さであり、芯糸１６に対して交互にかつ斜めに交わされることにより組紐状組織に形成されている。芯糸１６は組糸１７と組み合された箇所において一部で図示しない屈曲を生じている。補強部材１５において、芯糸１６の長手方向が円筒の軸（後述する貫通孔２０の軸２０ａ）に対して５°傾いて配向されている。なお、芯糸１６の長手方向とは芯糸１６において屈曲した箇所を除き、芯糸１６が配向されている方向を指す。
【００６３】
被締結部材１８は熱硬化性樹脂をマトリックスとし束状の炭素繊維である炭素繊維束１９を含有する繊維強化複合材である。被締結部材１８は板状に形成されており、炭素繊維束１９は互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚ軸方向に配向された三次元構造に形成されている。被締結部材１８には締結用の貫通孔２０が備えられている。補強部材１５の外周面は被締結部材１８の貫通孔２０の内周面と対応した形状に形成されている。
【００６４】
図５に示すように、成形された補強部材１５は被締結部材１８における貫通孔２０の内周面に装着されている。補強部材１５の外周面は、貫通孔２０の内部において貫通孔２０の内周面との間に嵌め込みに要する図示しない隙間を介して配置されている。被締結部材１８の下面と金属材２１の上面とは重ね合わせて配置されており、被締結部材１８に形成された締結用の貫通孔２０の軸２０ａと金属材２１に形成された締結用の貫通孔２２の軸２２ａとが一致している。貫通孔２０及び貫通孔２２にはボルト２３が挿入されており、被締結部材１８と金属材２１はボルト２３及びナット２４により締結されている。
【００６５】
従って、この実施形態によれば、第１の実施形態における（１）〜（８）と同様の効果の他に次の効果を得ることができる。
【００６６】
（１５）補強部材１５には第１フランジ部６及び第２フランジ部７が形成されないため、第１フランジ部６及び第２フランジ部７を形成するのに必要な材料及び加工にかかるコストを削減することができる。
【００６７】
（１６）補強部材１５には第１フランジ部６及び第２フランジ部７が形成されないため、成形後の補強部材１５を被締結部材１８の貫通孔２０に嵌め込むことができる。
【００６８】
本発明は、前記した各実施形態の構成に限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲内で種々の変更が可能であり、次のように実施することができる。
【００６９】
○第１の実施形態及び第２の実施形態において、被締結部材１０，１８及び補強部材１，１５を構成する強化繊維は炭素繊維でなくてもよい。例えばガラス繊維であってもよい。被締結部材１０，１８及び補強部材１，１５に用いられる強化繊維の種類は１種類でなくてもよい。例えば補強部材１，１５において芯糸２，１６が炭素繊維であり、組糸３，１７がガラス繊維であるように複数の種類の強化繊維が用いられてもよい。また、例えば補強部材１，１５において組糸３，１７に芯糸２，１６よりも充分に細い糸を使用してもよい。その場合、組糸３，１７による芯糸２，１６の屈曲を少なくできる。
【００７０】
○第１の実施形態において、ボルト８の頭部８ａにおける座面を第１フランジ部６からはみ出さずに配置できる形状であれば、円環状でなくてもよい。第１フランジ部６の径がボルト８の頭部８ａの径よりも小さい場合、ボルト８の頭部８ａと被締結部材１０が接触するために、被締結部材１０にクリープ変形が生じる。また、第１フランジ部６の径が大きすぎる場合、重量が増すという問題がある。このため、第１フランジ部６の径はボルト８の頭部８ａの径よりわずかに大きい程度であることが望ましい。好ましくは、第１フランジ部６の径は、（第１フランジ部６の径）＝（ボルト８の頭部８ａの径）＋（０．２×（被締結部材１０の板厚））であるのがよい。
【００７１】
○第１の実施形態において、補強部材１の第１フランジ部６及び第２フランジ部７は芯糸２及び組糸３により組紐状組織に形成される際に、円筒部５と連続して形成されなくてもよい。例えば、束状の強化繊維により、円筒部５と第１フランジ部６あるいは第２フランジ部７とが別に形成された後に、樹脂により円筒部５と第１フランジ部６あるいは第２フランジ部７とが接合されてもよい。
【００７２】
○第１の実施形態において、補強部材１に必ずしも第１フランジ部６及び第２フランジ部７が設けられていなくても良い。第１フランジ部６及び第２フランジ部７のいずれか一方が設けられていてもよく、第１フランジ部６及び第２フランジ部７が設けられていなくてもよい。また、第２フランジ部７の形状は円環状でなくても良い。例えば、ボルト８の頭部８ａより径が小さくてもよい。
【００７３】
○第１の実施形態において、第１フランジ部６及び第２フランジ部７が被締結部材１０の表面から突出して配置されなくてもよい。例えば、被締結部材１０において貫通孔４の周囲は第１フランジ部６及び第２フランジ部７の厚みの分だけ板厚が薄く成形されており、第１フランジ部６及び第２フランジ部７が貫通孔４の端部に配置されることで、被締結部材１０と第１フランジ部６及び第２フランジ部７の表面が平面をなしてもよい。この場合、被締結部材１０の貫通孔４の周囲においては、特開２００７−２６８９４１に開示されるように、繊維体積含有率（Ｖｆ）が高くなるため、クリープ抑制効果が高まる。
【００７４】
○第１の実施形態において、第１フランジ部６が当接される締結部材はボルト８でなくてもよい。例えば、ボルト８が金属材１２の貫通孔１３側から挿入されて、被締結部材１０の貫通孔４の上端から突出したボルト８の先端に対してナット１４が締結された場合に第１フランジ部６がナット１４と当接されてもよい。
【００７５】
○第１の実施形態において、補強部材１と被締結部材１０とは一体に成形されなくてもよい。補強部材１と被締結部材１０とがそれぞれ別に成形されて、成形後の被締結部材１０に形成された貫通孔４に補強部材１が嵌め込まれてもよい。
【００７６】
○第１の実施形態において、補強部材１及び被締結部材１０の製造方法は第１の実施形態に記載した方法に限らず、従来の繊維強化複合材の製造方法及び組紐状組織の製造方法並びに三次元織物の製造方法により製造されてもよい。
【００７７】
○第１の実施形態及び第２の実施形態において、補強部材１，１５が配置される被締結部材１０，１８には強化繊維が含有されていなくてもよい。例えば樹脂成形体であってもよい。
【００７８】
○第１の実施形態及び第２の実施形態において、少なくとも貫通孔４，２０の内部において炭素繊維が貫通孔４，２０の軸４ａ，２０ａ方向を向いて配向されていれば、炭素繊維が組紐状組織に形成されていなくてもよい。例えば、平織りあるいは袋織り状の織物により形成されていてもよい。また、例えば貫通孔に対応する形状の凸部を有する成形型を用いて補強部材を成形する場合に、凸部の外周面に炭素繊維が貫通孔の軸方向を向いて付着された状態で樹脂を注入して補強部材が成形されることで、貫通孔の内部に束状の炭素繊維が配置される場合であってもよい。
【００７９】
○第１の実施形態及び第２の実施形態において、被締結部材１０，１８に形成された締結用の貫通孔４，２０は、被締結部材１０，１８を成形する際に形成されなくてもよい。成形後の被締結部材１０，１８に対してドリル等の工具で孔開けをして形成されてもよい。また、孔開け後に、貫通孔４の周囲のバリ取りや不要部の切断等の外形加工が行われてもよい。
【００８０】
○第１の実施形態及び第２の実施形態において、被締結部材１０，１８の炭素繊維束１１，１９は三次元に配向していなくてもよい。例えば炭素繊維束１１，１９が二次元に配向されている場合であってもよいし、炭素繊維束１１，１９が一方向に配向されていてもよい。
【００８１】
○第１の実施形態及び第２の実施形態において、被締結部材１０，１８と締結される他の部材は金属材１２，２０でなくてもよい。例えば、繊維強化複合材あるいは樹脂成形体であってもよく、壁、床や大地を構成する岩石等であってもよい。また、被締結部材１０，２０と締結される他の部材は板状である代わりに、棒状、柱状等別の形状であってもよい。
【００８２】
○第１の実施形態及び第２の実施形態において、芯糸２，１６と組糸３，１７の径が異なってもよい。例えば、組紐３は芯糸２よりも十分細い糸であってもよい。その場合は、芯糸と組糸を組み合せることで組紐状に形成される際に、芯糸と組糸とが接触される箇所において芯糸に曲がる、折れる等の変形が生じる恐れがなく、芯糸を貫通孔の軸方向に真っ直ぐに配向することができる。
【００８３】
○第１の実施形態及び第２の実施形態において、貫通孔４，２０の一方の開口部から他方の開口部に亘って連続して配向される芯糸は１本の芯糸でなくてもよい。例えば、複数本の芯糸が貫通孔の軸方向につながることで、芯糸が少なくとも貫通孔４，２０の一方の開口部から他方の開口部に亘って隙間なく配置されていてもよい。
【００８４】
○第２の実施形態において、芯糸１６は貫通孔２０の軸２０ａに対して５°傾いて配向されていなくてもよい。例えば、芯糸１６が貫通孔２０の軸２０ａに対して１０°傾いていてもよいし、芯糸１６が貫通孔２０の軸２０ａ方向（芯糸１６の繊維軸と貫通孔２０の軸のなす角度が０°となる方向）を向いて配向されていてもよい。好ましくは芯糸１６と貫通孔２０の軸２０ａのなす角度は１０°以内である。また、芯糸１６が屈曲していなくてもよく、例えば、芯糸１６が真っ直ぐな形状であってもよい。
【００８５】
○第２の実施形態において、補強部材１５と被締結部材１８とが別に成形されなくてもよい。例えば、補強部材１５と被締結部材１８とが一体成形されてもよい。
【符号の説明】
【００８６】
１  補強部材
４  貫通孔
４ａ  軸
６  第１フランジ部
７  第２フランジ部
８  ボルト
１０  被締結部材
１２  金属材
１４  ナット
１５  補強部材
１８  被締結部材
２０  貫通孔
２０ａ  軸
２１  金属材
２３  ボルト
２４  ナット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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