(57)【要約】【課題】平板材料の平面方向を向く応力が作用した場合でも亀裂が生じることを抑制することが可能な部品締結構造を提供する。【解決手段】ＦＲＰ製の平板材料１００に部品を締結する部品締結構造であり、平板材料１００は、平板状繊維材１５を複数枚重ねた平板状板材１３と、平板状繊維材１５ａを同心円状に巻回してなり、平板状板材１３の内部に配置された円柱状ロール材１４とを有する。更に、円柱状ロール材１４に形成された開口部１１と、開口部１１に挿通されたカラー１２を有する。そして、カラー１２に締結具を通して部品を締結する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＦＲＰ製の平板材料に部品を締結する部品締結構造において、
前記平板材料は、
平板状繊維材を複数枚重ねて形成した平板状板材と、
平板状繊維材を同心円状に巻回してなり、中心軸が前記平板状板材と交差する向きとなるように、前記平板状板材の内部に配置された円柱状ロール材と、
前記円柱状ロール材に形成された開口部と、
前記開口部に挿通されたカラーと、
を有し、
前記カラーに締結具を挿入して部品を締結することを特徴とする部品締結構造。
【請求項２】
前記円柱状ロール材は、長尺状の平板状繊維材を、渦巻き状に巻回してなることを特徴とする請求項１に記載の部品締結構造。
【請求項３】
前記円柱状ロール材は、前記中心軸の方向に向けて直径が変化することを特徴とする請求項１または２に記載の部品締結構造。
【請求項４】
前記平板状板材は、前記円柱状ロール材の表面、及び裏面を覆うように、平板状繊維材が配置されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の部品締結構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＦＲＰを用いた部品締結構造に係り、特に、横方向の応力に対する強度を高める技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来において、ＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastics）製の平板材料にボルト（締結具）を挿入して各種部品を締結する際には、平板材料に金属製のカラーを挿入して補強し、該カラーにボルトを挿通して締結する（例えば、特許文献１参照）。このような方法でボルトを締結した場合、ボルトに対して横方向（平板材料の平面方向）を向く力が作用すると、平板材料に剪断力が発生し、該平板材料に亀裂が生じて破損する可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２０４１５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したように、ＦＲＰ製の平板材料は、内部に含まれる繊維（グラスファイバやカーボンファイバ等）が平板材料の平面方向を向くように配置されるので、カラー内に挿通されるボルトに平板材料の平面方向を向く強い力が作用した場合には、この力を抑えることができず、板材に亀裂が生じるという問題があった。
【０００５】
本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、平板材料の平面方向を向く応力が作用した場合でも亀裂が生じることを抑制することが可能な部品締結構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本願発明は、ＦＲＰ製の平板材料に部品を締結する部品締結構造であり、平板材料は、平板状繊維材を複数枚重ねた平板状板材と、平板状繊維材を同心円状に巻回してなり、平板状板材の内部に配置された円柱状ロール材とを有する。更に、円柱状ロール材に形成された開口部と、開口部に挿通されたカラーを有する。そして、カラーに締結具を通して部品を締結する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る部品締結構造は、平板状板材に平板状繊維材を同心円状に巻回した円柱状ロール材を挿入したので、平板材料の平面方向を向く応力が作用した場合でも、平板材料に亀裂が生じることを抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る部品締結構造の構成を示す説明図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る部品締結構造に用いられる円柱状ロール材の構成を示す説明図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る部品締結構造を形成する手順を示す説明図であり、平板状板材の内部に円柱状ロール材を挿入した状態を示す。
【図４】本発明の第１実施形態に係る部品締結構造を形成する手順を示す説明図であり、円柱状ロール材に開口部を形成した状態を示す。
【図５】比較例に係る部品締結構造を示す説明図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る部品締結構造の構成を示す説明図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係る部品締結構造に用いられる円柱状ロール材の構成を示す説明図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係る部品締結構造に用いられる円柱状ロール材の構成を示す説明図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係る部品締結構造を形成する手順を示す説明図であり、平板状板材の状態を示す。
【図１０】本発明の第２実施形態に係る部品締結構造を形成する手順を示す説明図であり、平板状板材にカラー及び円柱状ロール材を挿入した状態を示す。
【図１１】第１実施形態の第１の変形例に用いる円柱状ロール材の構成を示す説明図である。
【図１２】第１実施形態の第２の変形例に用いる円柱状ロール材の構成を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
［第１実施形態の説明］
図１は、本発明の第１実施形態に係る部品締結構造を示す説明図であり、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は断面図である。図１（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施形態に係る部品締結構造は、ＦＲＰ製の平板材料１００を備え、該平板材料１００の適所に開口部１１を形成し、該開口部１１に金属製のカラー１２を挿通して構成される。そして、該カラー１２にボルト等の締結具を挿通することにより、各種の部品を締結する。
【００１０】
平板材料１００は、平板状繊維材１５を複数枚重ねて形成した平板状板材１３と、該平板状板材１３の適所に設けられた円柱状ロール材１４と、を備えている。
【００１１】
平板状繊維材１５は、グラスファイバやカーボンファイバの短繊維を平面上の縦横方向、及び斜め方向に散りばめ、更に必要に応じてバインダーを添着して短繊維を結合して形成されている。従って、平板状繊維材１５に含まれる短繊維は、ほぼ平面方向を向くことになる。なお、短繊維の向きは縦横方向や斜め方向に整然とされている必要は無く、ランダムに散りばめられていてもよい。
【００１２】
円柱状ロール材１４は、図２（ａ）に示す如くの長尺状の平板状繊維材１５ａを渦巻き状（同心円状）に巻回したものであり、平板状繊維材１５ａは、上記した平板状繊維材１５と同一の繊維材、或いは異なる繊維材を用いることができる。
【００１３】
次に、図１に示す平板材料１００を形成する手順について説明する。初めに図２（ａ）に示すように、上記した平板状繊維材１５と同一の平板状繊維材１５ａを長尺状に形成し、これを図２（ｂ）、（ｃ）に示すように渦巻き状に巻回し、円柱状ロール材１４とする。この際、円柱状ロール材１４を形成する平板状繊維材１５ａと、平板状板材１３を形成する平板状繊維材１５は、異なる材質としてもよい。例えば、平板状繊維材１５をカーボンファイバとし、平板状繊維材１５ａをグラスファイバとしてもよい。その結果、平面視が図２（ｄ）に示す如くの円柱状ロール材１４が形成される。
【００１４】
次に、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、平板状板材１３の適所に手作業等で開口を形成し、この開口に円柱状ロール材１４を挿入する。即ち、平板状板材１３に対して、円柱状ロール材１４が直交する向きとなるように配置される。更に、図３（ｂ）の断面図に示すように、円柱状ロール材１４の上面、及び下面に平板状繊維材１５を少なくとも１枚配置する。そして、平板材料１００全体に樹脂を充填することにより、全体をＦＲＰとして形成する。
【００１５】
その後、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、円柱状ロール材１４を挿入した部位に開口部１１を穿設する。この際、円柱状ロール材１４の中心軸と開口部１１の中心軸がほぼ一致するように設定する。次いで、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、開口部１１の内部に金属製のカラー１２を挿通する。そして、このカラー１２の内部にボルト等の締結具（図示省略）を挿入することにより、各種の部品をＦＲＰ製の平板材料１００に締結することができる。
【００１６】
平板状繊維材１５ａに含まれる短繊維は、該平板状繊維材１５ａの平面方向を向くことになる。そして、図３（ｂ）に示したように、円柱状ロール材１４の中心軸は平板状板材１３に対して直交する方向に配置されるので、平板状板材１３の平板状繊維材１５に含まれる短繊維の向きと、円柱状ロール材１４の平板状繊維材１５ａに含まれる短繊維の向きは、ほぼ直交する向きとなる。
【００１７】
次に、第１実施形態に係る部品締結構造の効果を、比較例と対比して説明する。図５は、比較例に係る平板材料２００の構成を示す平面図である。比較例に係る平板材料２００は、ＦＲＰ製の平板状板材２０１に円形状の開口部を形成し、この開口部内に金属製のカラー２０２を挿入して形成されている。つまり、本発明の第１実施形態と対比して、円柱状ロール材１４を備えていない点で相違している。
【００１８】
そして、図５に示す比較例に係る平板材料２００は、カラー２０２に挿通される締結具に横方向の応力が作用した場合には、図５中の矢印Ｙ１の方向に沿った剪断力が作用する。この際、平板材料２００を構成する平板状繊維材は、短繊維が平板状繊維材の平面に平行となる向きに配置されているので、カラー２０２は、繊維材に対して点接触することになる。従って、剪断応力が強まると、この接触点から亀裂が生じてＦＲＰ製の平板材料２００が破損する恐れがある。
【００１９】
これに対して、図１に示した本実施形態に係る部品締結構造に用いられる平板材料１００は、開口部１１の周囲に円柱状ロール材１４が設けられている。従って、カラー１２に挿通された締結具に横方向の応力が作用した場合でも、カラー１２は円柱状ロール材１４に含まれる繊維材にて支持される。つまり、横方向の応力に対する強度が補強されているので、亀裂が生じることを抑制できる。
【００２０】
このように、第１実施形態に係る部品締結構造では、円柱状ロール材１４を、該円柱状ロール材１４の中心軸が平板状板材１３の面とほぼ直交する向きとなるように配置し、この円柱状ロール材１４に開口部１１を穿設し、この開口部１１にカラー１２を挿通している。従って、カラー１２にボルト等の締結具を挿入して部品を締結し、該部品に平板材料１００に対して平行な向き（横向き）となる応力が発生した際に、この応力に対して強度を強めることができ、平板材料１００に亀裂が生じることを抑制することが可能となる。
【００２１】
また、長尺状の平板状繊維材１５ａを渦巻き状に巻回して円柱状ロール材１４を形成するので、円柱状ロール材１４を簡便な方法で作成することができる。
【００２２】
また、図１（ｂ）に示したように、円柱状ロール材１４の表面、及び裏面に少なくとも１枚の平板状繊維材１５が設けられるので、円柱状ロール材１４に対して上下方向の強度を向上させることができる。
【００２３】
［第１実施形態の変形例の説明］
図１１は、第１実施形態の第１の変形例に係る平板状繊維材１５ｃの構成を示す説明図である。図１１（ａ）に示すように、第１の変形例では、長尺状をなす平板状繊維材１５ｃの一方の先端部が徐々に幅狭となっている。即ち、円柱状ロール材１４は、中心軸の方向に向けて直径が変化している。従って、該平板状繊維材１５ｃを巻回して円柱状ロール材１４を形成すると、図１１（ｂ）に示すように、表面側及び裏面側にに対して中央部の直径が若干幅広となる。従って、円柱状ロール材１４に対して上下方向（平板材料１００に直交する方向）に応力が作用した場合に、この応力に対する強度を強めることが可能となる。
【００２４】
図１２は、第１実施形態の第２の変形例に係る平板状繊維材１５ｄの構成を示す説明図である。図１２（ａ）に示すように、第２の変形例では、長尺状をなす平板状繊維材１５ｄの一方の先端部が二股に分岐している。従って、該平板状繊維材１５ｄを巻回して円柱状ロール材１４を形成すると、図１２（ｂ）に示すように、表面側及び裏面側に対して中央部の直径が若干幅狭となる。即ち、円柱状ロール材１４は、中心軸の方向に向けて直径が変化している。従って、上述した第１の変形例と同様に、円柱状ロール材１４に対して上下方向（平板材料１００に直交する方向）に応力が作用した場合に、この応力に対する強度を強めることが可能となる。
【００２５】
［第２実施形態の説明］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図６は、第２実施形態に係る部品締結構造の構成を示す説明図であり、図６（ａ）は平面図、図６（ｂ）は断面図である。図６（ａ）、（ｂ）に示すように、第２実施形態に係る部品締結構造は、ＦＲＰ製の平板材料１０１を備え、該平板材料１０１の適所に開口部１１を形成し、該開口部１１に金属製のカラー１２を挿入して構成される。そして、該カラー１２にボルト等の締結具（図示省略）を挿通することにより、各種の部品を締結する。
【００２６】
第２実施形態に係る平板材料１０１は、前述の図１に示した平板材料１００と対比して、平板状板材１３の表面及び裏面に、円柱状ロール材１４を覆うための平板状繊維材１５が設けられていない点で相違する。それ以外の構成は、図１に示した平板材料１００と同一構成であるので、同一符号を付して構成説明を省略する。
【００２７】
次に、図６に示す平板材料１０１を形成する手順について説明する。初めに図７に示すように、２段円筒形状を有するカラー１２の、直径が短い円筒部の側面に沿って、長尺の平板状繊維材１５ｂを巻回する。その結果、図８（ａ）の斜視図、図８（ｂ）の平面図に示す如くの円柱状ロール材１４が形成される。
【００２８】
また、図９（ａ）、（ｂ）に示すように、平板状繊維材１５を複数枚積層した平板状板材１３を用意し、図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、該平板状板材１３の適所に開口部１１を形成する。この際、各平板状繊維材１５はグラスファイバやカーボンファイバの短繊維がバインダ等で接着された状態であるので、作業者が手作業により容易に開口部１１を形成することができる。
【００２９】
その後、この開口部１１の内部に、図８に示した如くの、円柱状ロール材１４が巻回されたカラー１２を挿入し、更に、樹脂を充填することにより、図６に示すＦＲＰ製の平板材料１０１を形成する。そして、平板材料１０１に設けられるカラー１２の内部にボルト等の締結部材を挿入することにより、各種の部品を平板材料１０１に締結することができる。
【００３０】
このようにして、第２実施形態に係る部品締結構造においては、図７、図８に示したように、カラー１２に長尺の平板状繊維材１５ｂを渦巻き状に巻回し、これを平板状板材１３内に挿入し、この状態で樹脂を充填してＦＲＰを形成する。従って、カラー１２にボルト等の締結具を挿入して各種の部品を固定した際、部品に平板状板材１３の平面方向（横方向）を向く応力が作用して、平板材料１０１に剪断応力が作用した場合でも、この剪断応力は円柱状ロール材１４により抑えられるので、剪断応力に対して強度を向上させることができ、平板材料１０１に亀裂が生じることを抑制することができる。
【００３１】
なお、第２実施形態においても、前述した図１１に示したように、一方の先端部が徐々に幅狭となっている平板状繊維材１５ｃをカラー１２に巻回することにより、上下方向に向く応力に対する強度を向上させることができる。更に、前述した図１２に示したように、一方の先端部が二股に分岐した平板状繊維材１５ｄをカラー１２に巻回することにより、上下方向に向く応力に対する強度を向上させることができる。
【００３２】
以上、本発明の部品締結構造を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置き換えることができる。
【００３３】
例えば、前述した第１、第２実施形態では、平板状板材１３に対して、円柱状ロール材１４の中心軸が直交するように配置する例について説明したが、本発明はこれに限定されず、平板状板材１３に対して円柱状ロール材１４の中心軸が交差していればよい。
【００３４】
また、第１、第２実施形態では、平板状繊維材１５ａ、１５ｂを同心円状に巻回する例として、図２に示したように渦巻き状に巻回する場合を示したが、複数の平板状繊維材を同心円状に巻回する構成とすることも可能である。
【符号の説明】
【００３５】
１１  開口部
１２  カラー
１３  平板状板材
１４  円柱状ロール材
１５、１５ａ〜１５ｄ  平板状繊維材
１００，１０１  平板材料
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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