(57)【要約】【課題】金属部材と繊維部材とを簡素な構成で強固に接合すること。【解決手段】一端側から他端側に向かって内径が小さくなるテーパ状部分を有する貫通穴１０Ａが形成されている金属部材１０と、化学繊維を用いて形成された紐状あるいは棒状の繊維部材１１であって、テーパ状部分によって形成されている内部空間に一部が収容され、貫通穴１０Ａの他端側の開口から外に延びる繊維部材１１と、テーパ状部分の内周面に直接的又は間接的に当接するテーパ状の外周面を有する樹脂部材１２であって、繊維部材１１の前記一部と一体に硬化した樹脂部材１２と、を備える、金属部材と繊維部材との接合構造。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端側から他端側に向かって内径が小さくなるテーパ状部分を有する貫通穴が形成されている金属部材と、
化学繊維を用いて形成された紐状あるいは棒状の繊維部材であって、前記テーパ状部分によって形成されている内部空間に一部が収容され、前記貫通穴の前記他端側の開口から外に延びる繊維部材と、
前記テーパ状部分の内周面に直接的又は間接的に当接するテーパ状の外周面を有する樹脂部材であって、前記繊維部材の前記一部と一体に硬化した樹脂部材と、
を備える、金属部材と繊維部材との接合構造。
【請求項２】
請求項１に記載の金属部材と繊維部材との接合構造であって、
前記樹脂部材は、前記繊維部材の前記一部と、密に詰まった無数の無機骨材とを内部に含んで硬化したものである、金属部材と繊維部材との接合構造。
【請求項３】
請求項２に記載の金属部材と繊維部材との接合構造であって、
前記無機骨材は金属球である、金属部材と繊維部材との接合構造。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の金属部材と繊維部材との接合構造であって、
前記テーパ状部分の内周面と前記樹脂部材の外周面とを隔てるシート状部材を備える、金属部材と繊維部材との接合構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
金属部材と繊維部材とを接合する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、合成繊維を用いて形成された繊維部材を金属部材などの他の部材に固定する技術が知られている。例えば、合成樹脂性の高張力繊維を含んで柔軟性を有するロープ部材をボビン部材に固定する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。この技術では、ロープ部材の所要部分を巻き取るボビン部材と、ボビン部材の巻取り方向への回転を可能にし、巻取り方向とは逆方向への回転は防止できるようにするラチェット手段とを備え、ロープ部材はボビン部材の軸線方向と張設方向とが直交した状態で巻き取られて所要の緊張力が付与されるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１００３９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した従来の技術によると、ボビン部材はボビン体や固定軸部、ネジ部などの多くの部品から構成されており、同様にラチェット手段もツメ車やツメ、ナットなどの多くの部品から構成されているため構造が複雑であるという問題がある。
本明細書では、金属部材と繊維部材とを簡素な構成で強固に接合する技術を開示する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書によって開示される金属部材と繊維部材との接合構造は、一端側から他端側に向かって内径が小さくなるテーパ状部分を有する貫通穴が形成されている金属部材と、化学繊維を用いて形成された紐状あるいは棒状の繊維部材であって、前記テーパ状部分によって形成されている内部空間に一部が収容され、前記貫通穴の前記他端側の開口から外に延びる繊維部材と、前記テーパ状部分の内周面に直接的又は間接的に当接するテーパ状の外周面を有する樹脂部材であって、前記繊維部材の前記一部と一体に硬化した樹脂部材と、を備える。
【０００６】
上記の接合構造によると、貫通穴の他端側の開口から外に延びている繊維部材を引っ張ったとき、テーパ状部分の内周面から樹脂部材に反力が作用する。すなわち樹脂部材を圧縮する力が作用する。この力によって樹脂部材がかしめられ、繊維部材が強固に保持される。この接合構造では金属部材の他に繊維部材の一部と一体に硬化した樹脂部材があればよいので、金属部材と繊維部材とを接合するための構成を簡素にすることができる。よって上記の接合構造によると、金属部材と繊維部材とを簡素な構成で強固に接合することができる。
【０００７】
また、前記樹脂部材は、前記繊維部材の前記一部と、密に詰まった無数の無機骨材とを内部に含んで硬化したものであってもよい。
【０００８】
前述したように繊維部材を引っ張るとテーパ状部分の内周面から樹脂部材に反力が作用する。上記の接合構造によると、密に詰まった無数の無機骨材によってこの力が受けられるので、無数の無機骨材を備えていない場合に比べて樹脂部材が破損し難くなる。つまり、より強い引張力に耐えられるようになる。
【０００９】
また、前記無機骨材は金属球であってもよい。
【００１０】
金属球は強度が高いので、金属球を無機骨材として用いると、樹脂部材の強度を向上させることができる。
【００１１】
また、前記テーパ状部分の内周面と前記樹脂部材の外周面とを隔てるシート状部材を備えてもよい。
【００１２】
テーパ状部分の内周面と樹脂部材の外周面とをシート状部材によって隔てないと、テーパ状部分の内周面と樹脂部材とが部分的に固着してしまう虞がある。テーパ状部分の内周面と樹脂部材とが部分的に固着してしまうと、繊維部材を引っ張ったとき、その固着している部分に力が集中することにより、樹脂部材が破損し易くなる虞がある。上記の接合構造によると、テーパ状部分の内周面と樹脂部材の外周面とをシート状部材によって隔てるので、テーパ状部分と樹脂部材とが部分的に固着することを抑制できる。これにより樹脂部材全体で反力を受けることができるので、樹脂部材が破損し難くなる。つまり、より強い引張力に耐えられるようになる。
【発明の効果】
【００１３】
上記の金属部材と繊維部材との接合構造によると、金属部材と繊維部材とを簡素な構成で強固に接合することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態１に係る金属部材と繊維部材との接合構造を示す断面図。
【図２】シート状部材の斜視図。
【図３Ａ】金属部材と繊維部材との接合工程を示す模式図。
【図３Ｂ】金属部材と繊維部材との接合工程を示す模式図。
【図４】金属部材と繊維部材との接合構造の適用例を示す模式図。
【図５】固定金具及び金属部材を示す側面図。
【図６】固定部の正面図。
【図７】他の実施形態に係る貫通穴を示す断面図。
【図８】他の実施形態に係る貫通穴を示す断面図。
【図９】他の実施形態に係る貫通穴を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
＜実施形態１＞
実施形態１を図１ないし図６によって説明する。
（１）金属部材と繊維部材との接合構造
図１に示すように、実施形態１に係る金属部材と繊維部材との接合構造は、金属部材１０、繊維部材１１、樹脂部材１２、シート状部材１３、及び、無数の金属球１４を備えて構成されている。
【００１６】
金属部材１０は鉄製の部材であり、大径部分と小径部分とを有する円柱状に形成されている。金属部材１０には一端側（ここでは大径部分側）から他端側（ここでは小径部分側）に向かって内径が小さくなるテーパ状部分を有する貫通穴１０Ａが形成されている。図１に示すように貫通穴１０Ａは全体がテーパ状に形成されている。すなわち実施形態１では貫通穴１０Ａ全体がテーパ状部分である。
【００１７】
ここで、本実施形態では貫通穴１０Ａの開口は円形であるとする。このため貫通穴１０Ａの内部空間の形状は先端が切り落とされた円錐のような形状である。なお、貫通穴１０Ａの開口は円形でなくてもよく、例えば矩形であってもよい。その場合は貫通穴１０Ａの内部空間の形状は先端が切り落とされた四角錐のような形状となる。
【００１８】
また、図１では金属部材１０の寸法も併せて示している。寸法の単位はｍｍである。図１に示す例では金属部材１０の高さが１５０ｍｍ、一端側の開口の直径が３０ｍｍ、他端側の開口の直径が１５ｍｍであるので、テーパ状部分の傾斜角度Θは約８７度（＝ｔａｎ［１５０／｛（３０−１５）／２｝］）である。なお、図１に示す寸法は一例であり、この寸法に限定されるものではない。
【００１９】
繊維部材１１は合成繊維を用いて形成された紐状の部材である。合成繊維は化学繊維の一例である。具体的には、実施形態１に係る繊維部材１１はアラミド繊維を編んだ組紐であり、周囲をエポキシ樹脂などでコーティングされている。なお、実施形態１に係る繊維部材１１は紐状であるため高い柔軟性を有しているが、繊維部材１１は柔軟性の低い棒状に形成されていてもよい。図１に示すように繊維部材１１は貫通穴１０Ａのテーパ状部分によって形成されている内部空間に一部が収容されており、貫通穴１０Ａの他端側の開口から外に延びている。
【００２０】
なお、図１に示す繊維部材１１は上述した内部空間に収容されている部分が直線状であるが、当該部分は必ずしも直線状でなくてもよい。例えば当該部分はコイルばねのように螺旋状になっていてもよいし、他端側から一端側に向かってジグザグに延びていてもよいし、上下に１回以上折り返されていてもよい。
【００２１】
樹脂部材１２はエポキシ樹脂が硬化したものである。樹脂部材１２は貫通穴１０Ａのテーパ状部分の内周面に間接的に当接するテーパ状の外周面を有している。ここで間接的としたのは、本実施形態ではテーパ状部分の内周面と樹脂部材１２の外周面との間に後述するシート状部材１３が介在しているからである。
【００２２】
また、実施形態１に係る樹脂部材１２の形状はテーパ状部分によって形成されている内部空間よりシート状部材１３の分だけ小さい形状であり、樹脂部材１２の外周面はシート状部材１３を介してテーパ状部分の内周面に全周に亘って連続的に当接している。ここで全周に亘って連続的に当接するとは、周方向に隙間なく当接することをいう。
また、樹脂部材１２は繊維部材１１の前述した一部を内部に含んで硬化することによって繊維部材１１と一体化している。
【００２３】
また、図１に示すように樹脂部材１２の内部には無数の金属球１４が含まれている。すなわち樹脂部材１２は、繊維部材１１の一部と、無数の金属球１４とを内部に含んで硬化したものである。金属球１４は無機骨材の一例である。図１では一部の金属球１４しか示していないが、実際には金属球１４はテーパ状部分によって形成されている内部空間に密に充填されている。金属球１４の材質は鉄である。また、金属球１４の直径は１ｍｍ〜２ｍｍである。なお、金属球１４の直径は金属球１４毎に異なっていてもよい。
【００２４】
シート状部材１３は貫通穴１０Ａのテーパ状部分の内周面と樹脂部材１２の外周面とを隔てるものである。シート状部材１３はビニールなどの樹脂フィルムをテーパ状部分の内周形状に合わせて切り抜いて図２に示すように筒状に丸めたものである。
【００２５】
（２）金属部材と繊維部材との接合工程
次に、図３Ａ及び図３Ｂを参照して、金属部材１０と繊維部材１１との接合工程について概略的に説明する。ここでは繊維部材１１を通すための穴が形成されている作業台２０が図示しない振動装置の上に設置されているものとする。また、ここではエポキシ樹脂及び金属球１４は予め４０℃に保温されているものとする。
【００２６】
（工程１）図３Ａに示すように、作業台２０に形成されている穴に下から繊維部材１１を通して粘土２１で固定する。
（工程２）貫通穴１０Ａの内部にシート状部材１３をセットする。
（工程３）図３Ｂに示すように、繊維部材１１を貫通穴１０Ａの他端側から通して金属部材１０を粘土２１に固定する。
（工程４）エポキシ樹脂と硬化剤とを規定の混合比で混合する。
（工程５）振動装置の電源をオンにして振動を開始させる。
（工程６）一端側の開口から貫通穴１０Ａにエポキシ樹脂と硬化剤との混合液を流し込む。
（工程７）一端側の開口から貫通穴１０Ａに金属球１４を充填する（作業台２０が振動していることにより、隙間が詰まって金属球１４が密に充填される）。
（工程８）振動装置の電源をオフにして振動を停止させる。
（工程９）混合液が硬化するまで放置する。
【００２７】
なお、上述した接合工程は一例であり、接合工程はこれに限られるものではない。例えば上述した接合工程では粘土を用いて繊維部材１１や金属部材１０を作業台２０に固定しているが、金具を用いてこれらを固定してもよい。また、上述した接合工程では他端側を下にして一端側から混合液を流し込んでいるが、何らかの部材で予め一端側の開口を塞いでおき、一端側を下にして他端側から貫通穴１０Ａに混合液を流し込んでもよい。また、接合に支障のない範囲で一部の工程の順序が前後してもよい。
【００２８】
（３）実験結果
本願発明者は、金属部材１０を固定して繊維部材１１を引っ張る実験を行った。この実験では径が２５ｍｍの繊維部材１１で５０トンの力に耐えることができた。
また、本願発明者はシート状部材１３を備えている場合と備えていない場合とのそれぞれについて上述した実験を行った。その結果、シート状部材１３を備えている場合の方が強度が高かった。シート状部材１３を備えていると強度が高くなる理由としては次のような理由が推測される。
【００２９】
貫通穴１０Ａのテーパ状部分の内周面と樹脂部材１２の外周面とをシート状部材１３によって隔てないと、テーパ状部分の内周面と樹脂部材１２とが部分的に固着してしまう。テーパ状部分の内周面と樹脂部材１２とが部分的に固着してしまうと、繊維部材１１を引っ張ったとき、その固着している部分に反力が集中することにより、樹脂部材１２が破損し易くなる。これに対し、シート状部材１３があるとテーパ状部分と樹脂部材１２とが部分的に固着し難くなるので、樹脂部材１２全体で反力を受けることができる。これにより樹脂部材１２が破損し難くなる。
【００３０】
（４）適用例
次に、図４を参照して、金属部材と繊維部材との接合構造の適用例について説明する。図４に示す例は両端に金属部材１０が接合された繊維部材１１を耐震補強のための筋交いとして用いた例である。図４に示す例ではＨ型鋼３０に金属部材１０を固定するための固定金具３１を溶接やボルトなどによって取り付け、その固定金具３１に金属部材１０を取り付けている。
【００３１】
図５及び図６を参照して、固定金具３１への金属部材１０の固定について具体的に説明する。図５に示すように固定金具３１は基板となる板状の部材３２とその板状の部材３２に対して垂直に固定されている固定部３３とを有している。図６に示すように固定部３３にはＵ字状の凹部３４が形成されており、その凹部３４に金属部材１０の小径部分が嵌っている。
【００３２】
図５に示すようにこの適用例では金属部材１０の小径部分にねじ切り加工が施されており、ねじ切り加工によって形成されたねじ山に止めねじ３５が取り付けられている。また、止めねじ３５と固定部３３との間には複数枚の皿ばね３６が取り付けられている。この状態で止めねじ３５を金属部材１０の大径部分が固定部３３から離間する方向に回すことによって繊維部材１１にテンションがかけられる。
【００３３】
なお、上述した適用例は一例であり、金属部材と繊維部材との接合構造は他の任意の用途に用いることができる。また、金属部材１０の固定の仕方は上述した例に限定されるものではなく、必要な強度が得られる範囲で任意の方法で固定することができる。
【００３４】
（５）実施形態の効果
以上説明した実施形態１に係る金属部材と繊維部材との接合構造によると、貫通穴１０Ａの他端側の開口から外に延びている繊維部材１１を引っ張ったとき、テーパ状部分の内周面から樹脂部材１２に対して貫通穴１０Ａの中心軸に向かう方向の反力が全周に亘って作用する。すなわち樹脂部材１２を貫通穴の中心軸に向かって圧縮する力が作用する。この力によって樹脂部材１２がかしめられ、繊維部材１１が強固に保持される。この接合構造では金属部材１０の他に繊維部材１１の一部と一体に硬化した樹脂部材１２があればよいので、金属部材１０と繊維部材１１とを接合するための構成を簡素にすることができる。よってこの接合構造によると、金属部材１０と繊維部材１１とを簡素な構成で強固に接合することができる。
【００３５】
更に、上述した金属部材と繊維部材との接合構造によると、樹脂部材１２は、繊維部材１１の一部と、密に詰まった無数の無機骨材とを内部に含んで硬化したものである。前述したように繊維部材１１を引っ張るとテーパ状部分の内周面から樹脂部材１２に対して貫通穴１０Ａの中心軸に向かう方向の反力が全周に亘って作用する。この接合構造によると、密に詰まった無数の無機骨材によってこの力が受けられるので、無数の無機骨材を備えていない場合に比べて樹脂部材１２が破損し難くなる。つまり、より強い引張力に耐えられるようになる。
【００３６】
更に、上述した金属部材と繊維部材との接合構造によると、無機骨材は金属球１４である。金属球１４は強度が高いので、金属球１４を無機骨材として用いると、樹脂部材１２の強度を向上させることができる。
【００３７】
更に、上述した金属部材と繊維部材との接合構造によると、テーパ状部分の内周面と樹脂部材１２の外周面とをシート状部材１３によって隔てるので、樹脂部材１２が破損し難くなる。つまり、より強い引張力に耐えられるようになる。
【００３８】
更に、上述した金属部材と繊維部材との接合構造によると、繊維部材１１はアラミド繊維を編んだ組紐である。アラミド繊維はポリエステル繊維などより引張強度が高いので、ポリエステル繊維よりも高い引張強度が求められる用途に適している。
【００３９】
更に、上述した金属部材と繊維部材との接合構造によると、樹脂部材１２の外周面が貫通穴１０Ａのテーパ状部分の内周面に全周に亘って連続的に当接する。例えば周方向に間隔を空けて複数箇所で当接することによって全周に亘って離散的に当接させてもよいが、その場合は樹脂部材１２を圧縮する力が逃げてしまう可能性がある。これに対し、全周に亘って連続的に当接するようにすると圧縮する力が逃げ難くなるので、繊維部材１１をより強固に保持することができる。
【００４０】
＜他の実施形態＞
本明細書によって開示される技術は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も技術的範囲に含まれる。
【００４１】
（１）上記実施形態１では貫通穴１０Ａ全体がテーパ状である場合を例に説明した。これに対し、図７〜図９に示すように貫通穴１０Ａは一部のみがテーパ状であってもよい。また、上記実施形態１ではテーパ状部分によって形成されている内部空間の形状が、先端が切り落とされた円錐のような形状である場合を例に説明した。これに対し、テーパ状部分によって形成されている内部空間の形状は例えば先端が切り落とされたくさび形のような形状であってもよい。すなわちテーパ状部分の内周面は周方向の一部が斜面でなくてもよい。
【００４２】
（２）上記実施形態では金属部材１０が大径部分と小径部分とを有している場合を例に説明した。しかしながら、このような形状にしたのは金属部材１０を固定するときの都合によるものであり、金属部材１０の形状はこれに限られない。例えば金属部材１０は外径が変化しないストレートな形状であってもよい。その場合、金属部材１０の外周に固定のためのねじ山が一端側から他端側に亘って全体に形成されていてもよい。
【００４３】
（３）上記実施形態１ではテーパ状部分の傾斜角度Θが約８７度である場合を例に説明した。しかしながら、この傾斜角度Θは８７度に限定されるものではない。ただし、角度が大き過ぎると樹脂部材１２が貫通穴１０Ａから抜け易くなってしまい、逆に角度が小さ過ぎると一端側の開口の直径が必要以上に大きくなってしまうので、４５度≦Θ≦８８度の範囲で設定されることが望ましい。
【００４４】
（４）上記実施形態１では化学繊維として合成繊維を例に説明した。しかしながら、化学繊維は合成繊維に限られるものではなく、半合成繊維（アセテート、プロミックスなど）、再生繊維（レーヨン、キュプラなど）、無機繊維（ガラス繊維、炭素繊維など）などであってもよい。また、上記実施形態では合成繊維としてアラミド繊維を例に説明した。しかしながら、合成繊維はアラミド繊維に限定されるものではなく、ナイロン繊維、ポリエステル繊維、アクリル繊維などであってもよい。どの化学繊維を用いるかは用途に応じて適宜に決定することができる。
【００４５】
（５）上記実施形態１では貫通穴１０Ａのテーパ状部分によって形成されている内部空間全体に樹脂部材１２が収容されている場合を例に説明した。しかしながら、必ずしも内部空間全体に樹脂部材１２が収容されていなくてもよい。例えば樹脂部材１２は図１に示す樹脂部材１２よりも貫通穴１０Ａの中心軸方向の長さが短くてもよい。
【００４６】
（６）上記実施形態１では樹脂部材１２の外周面が貫通穴１０Ａのテーパ状部分の内周面に全周に亘って連続的に当接している場合を例に説明した。これに対し、強度に支障がなければ周方向に間隔をおいて離散的に当接してもよい。
【００４７】
（７）上記実施形態１では金属球１４の材質として鉄を例に説明した。しかしながら、金属球１４の材質は鉄に限られるものではなく、他の金属を用いてもよい。また、金属球１４の直径は１ｍｍ〜２ｍｍに限られるものではなく、繊維部材１１が引っ張られたときの横方向（貫通穴１０Ａの中心軸に垂直な方向）の圧縮に対して目的の強度が確保される範囲で任意の直径であってよい。
【００４８】
（８）上記実施形態１では無機骨材として金属球１４を例に説明した。しかしながら、無機骨材は金属球１４に限定されるものではなく、必要な強度が得られれば金属球１４以外であってもよい。例えば粒状に形成されたセラミックであってもよいし、硅砂であってもよい。
【００４９】
（９）上記実施形態１では樹脂部材１２の内部に無数の無機骨材が含まれている場合を例に説明した。しかしながら、高い強度が求められない場合は無機骨材を含まないようにしてもよい。
【００５０】
（１０）上記実施形態１ではテーパ状部分の内周面と樹脂部材１２の外周面とを隔てるシート状部材１３を備えている場合を例に説明した。これに対し、必要な強度が得られているのであれば必ずしもシート状部材１３を備えていなくてもよい。
【００５１】
（１１）上記実施形態１では金属部材１０の貫通穴１０Ａに直接エポキシ樹脂と硬化剤との混合液を流し込む場合を例に説明した。これに対し、金属部材１０とは別の成形型を用いて繊維部材１１及び無数の金属球１４とエポキシ樹脂とを一体に硬化させ、硬化した後に繊維部材１１と樹脂部材１２とを貫通穴１０Ａの一端側から挿入してもよい。
【００５２】
（１２）上記実施形態１では金属部材１０を用いているが、目的に応じた強度が得られるのであれば金属部材１０に替えて金属以外の素材で形成された部材を用いてもよい。具体的には例えば繊維状の強化材で補強された合成樹脂（いわゆる強化プラスチック）を用いてもよい。
【符号の説明】
【００５３】
１０・・・金属部材、１０Ａ・・・貫通穴、１１・・・繊維部材、１２・・・樹脂部材、１３・・・シート状部材、１４・・・金属球
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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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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