(57)【要約】  小型で簡便に締結でき，信頼性の高いＦＲＰパイプと金属部材の締結構造，およびこのような締結構造を備えたＦＲＰ構造体を提供する。  直管形状のＦＲＰパイプと，前記ＦＲＰパイプの周囲に配置した前記ＦＲＰパイプの長手軸方向に向かってテーパを設けた分割片からなる金属部材を，前記金属部材とほぼ同一角度に傾斜するテーパ面を内側に有する管状で金属製の継手の内側に挿入し，金属性の別継手と前記継手とを嵌合する態様で係合することにより，締結構造は構成される。これにより，小型で簡便に締結でき，かつ締結構造の信頼性を向上することが可能となる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外径が一様な直管形状の繊維強化プラスチックパイプと，前記パイプの一方側端部と対向する第１の継手部材と、前記パイプの長手方向に渡って前記パイプと接するように前記パイプの周りに配置される中間部材を有し、前記中間部材は前記パイプの他方側から前記一方側に向かって徐々に径が大きくなるテーパ部分を有し、前記テーパ部と接する第２の継手部材を有し、前記第２の継手部材と前記パイプが前記テーパ部を介して互いに押圧されるように前記第２の継手部材と前記１の継手部材が締結されることを特徴とする継手構造体。
【請求項２】
請求項１において，前記パイプの内側と同一の断面形状を有する柱状もしくは管状の金属棒を前記パイプの内側に嵌合することを特徴とする締結構造を備えた継手構造体。
【請求項３】
請求項１または２のいずれか一項において，前記パイプの周囲に配置された前記中間部材の周方向端部の厚みを低減していることを特徴とする継手構造体。
【請求項４】
請求項１または２のいずれか一項において，前記パイプの周囲に配置された前記中間部材の長手方向端部に締結部から継手構造の長手方向に突出する部位を設けていることを特徴とする継手構造体。
【請求項５】
請求項１または２のいずれか一項に記載の締結構造において，前記パイプの周囲に配置された前記中間部材の長手方向端部もしくは周方向端部に，スリット状の凹部を設けていることを特徴とする継手構造体。
【請求項６】
請求項１または２のいずれか一項において，前記パイプの周囲に配置された前記中間部材を継手構造の長手方向に対して直列に配置される２つの部材に分割し，一方の部材の外側表面にテーパを設けており，かつ他方の部材が長手方向端部に設けた前記テーパよりも長さが短く前記テーパとほぼ同一角度に傾斜したテーパ面を介して前記部材のテーパ面と接していること特徴とする継手構造体。
【請求項７】
請求項１または２のいずれか一項において，前記パイプの周囲に配置された前記中間部材を継手構造の半径方向に対して並列に配置される２つの部材に分割し，一方の部材がその外側表面に設けたテーパを介して継手と接しており，他方の部材が前記部材の内側表面よりも面積の大きい外側表面を介して前記部材の内側表面と接していることを特徴とする継手構造体。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項において，前記中間部材は金属部材をなして、前記金属部材と前記パイプの接触面もしくは金属棒と前記パイプの接触面もしくはその両方の接触面に，前記金属部材もしくは金属棒よりも熱伝導性の高い金属を配置していることを特徴とする継手構造体。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一項において，前記中間部材は金属部材をなして、前記金属継手の外側表面に放射状に突出する金属板を配設していることを特徴とする継手構造体。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか一項において，前記パイプの端部と継手との間に継手長手方向に対して一定の隙間を設けていることを特徴とする継手構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，継手構造体に係り、特に、繊維強化プラスチック部材との締結に好適な継手構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
繊維強化プラスチック（以下，ＦＲＰと記す）は，比強度，比剛性に優れるだけでなく，耐食性にも優れることから，様々な分野での適用が広がっている。今後は，疲労や衝撃といった過酷な負荷の作用する環境で使用される，建設機械や建造物への適用拡大が期待されている。特にＦＲＰパイプは，引抜成型，フィラメントワインディング成型，シートワインディング成型などによって安価に作製でき，長さや太さ，断面形状の自由度が高いため，様々な構造部材への適用が可能である。【０００３】
ＦＲＰパイプを構造部材として使用する場合には，継手部分の信頼性が主要な課題となる。ＦＲＰパイプを締結する場合，継手部にねじ加工を施して締結する方法や穴あけ加工を施してピン締結する方法では，加工によって強化繊維が切断され強度が著しく低下する場合がある。【０００４】
このような課題を解決する手段として，ＦＲＰパイプの端部において、ＦＲＰパイプ自体の径の大きさを長手方向に変えてテーパ部を設け、このテーパ部を利用してＦＲＰパイプと継手部材を締結するのである（特許文献１）。【０００５】
一方，ＦＲＰパイプの内外両側から金属継手によってパイプを挟持する態様でＦＲＰパイプと金属部材とを締結する構造が提案されている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平５―１６４１１６号公報
【特許文献２】特開２０１１−３７３１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１に係る技術では，ＦＲＰパイプに対して圧縮荷重が負荷された場合，ＦＲＰパイプ端部で圧縮荷重を支持するにあたって、ＦＲＰパイプ自体の径の大きさを長手方向に変えてテーパ部を設けているので、当該端部からＦＲＰ の圧縮破壊が発生する可能性がある。これは，ＦＲＰは繊維が露出した端部に圧縮力が負荷された場合に，繊維の局所的な座屈や層間での破壊が発生し，圧縮強度が著しく低下するためである。【０００８】
上記特許文献２に係る技術では，ＦＲＰパイプの外周面に対して半径方向の圧縮力を負荷するために外側の継手にスリットを設ける必要があり，締結構造の断面積が増加する場合がある。【０００９】
本発明の目的は，かかる従来技術の事情を鑑みてなされたものであり，小型で簡便に締結でき，信頼性の高い締結構造が可能な継手構造体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明では、外径が一様な直管形状の繊維強化プラスチックパイプと，前記パイプの一方側端部と対向する第１の継手部材と、前記パイプの長手方向に渡って前記パイプと接するように前記パイプの周りに配置される中間部材を有し、前記中間部材は前記パイプの他方側から前記一方側に向かって徐々に径が大きくなるテーパ部分を有し、前記テーパ部と接する第２の継手部材を有し、前記第２の継手部材と前記パイプが前記テーパ部を介して互いに押圧されるように前記第２の継手部材と前記１の継手部材が締結されるように構成した。【００１１】
具体的には、直管形状のＦＲＰパイプと，前記ＦＰＲパイプの周囲に配置された前記ＦＲＰパイプの長手軸方向に向かってテーパを設けた分割片からなる金属部材を，前記金属部材とほぼ同一角度に傾斜するテーパ面を内側に有する管状で金属製の継手の内側に挿入し，金属性の別継手と前記継手とを嵌合する態様で係合することにより構成されることを特徴とする締結構造，および当該締結構造を備えたＦＲＰ構造体によって達成される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば，継手を係合することによって，ＦＲＰパイプの周囲に配置された部材とＦＲＰパイプの接触面に対して継手半径方向の圧縮力が作用するため，簡便にＦＲＰパイプとを締結することが可能となる。同時に，ＦＲＰパイプや継手に複雑な加工を施す必要が無いため，締結構造の小型化や高信頼性化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施例１の外観図
【図２】実施例１の断面図
【図３】実施例２の断面図
【図４】図２におけるＡ−Ａ断面図
【図５】実施例３の断面図
【図６】実施例３の断面図
【図７】実施例３の断面図
【図８】実施例４の断面図
【図９】実施例４の断面図
【図１０】実施例４の断面図
【図１１】実施例５の断面図
【図１２】実施例５の断面図
【図１３】実施例６の断面図
【図１４】図１３におけるＡ部の拡大図
【図１５】実施例７の外観図
【図１６】実施例７の断面図
【図１７】実施例７の断面図
【図１８】実施例７の断面図
【図１９】実施例８の断面図
【図２０】実施例８の断面図
【図２１】実施例９の断面図
【図２２】実施例１０の断面図
【図２３】実施例１１の断面図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下，図面を参照して本発明による締結構造の一例を説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１および図２に実施例１として締結構造１を示す。ＦＲＰパイプ２（繊維強化プラスチックパイプ２）は直管形状をなしており、長手方向において外径は一様のｄ１となっている。内径も同様に一様のｄ２となっている。金属部材３は、２つの同じ形状の部材から形成されており、各々、紙面下方向（便宜上Ｙ方向とも記する）に向かって、断面積が徐々に大きくなる形状となっている。金属部材３は、紙面下方向（Ｙ方向）に向かって徐々に断面積を大きくすることでテーパ部３−１を有している。金属部材３の内径はほぼ一定の曲率半径ｄ１（ＦＲＰパイプ２の外径とほぼ同じ）であり、金属部材３の内径はＦＲＰパイプ２の外径と面で接触するように形成されている。ここで、底部の仮想的な直径相当をｒと規定する。【００１６】
外側継手４は金属製であり、内側において、紙面下方向（Ｙ方向）に向かって徐々に断面積を小さくするように空間を形成している。外側継手４は、徐々に断面積を小さくすることで、紙面下方向（Ｙ方向）に向かって徐々に内径を大きくするテーパ部４−２を有している。この金属部材３のテーパ部３−１と、外側継手４のテーパ部４−２は、同じ傾斜を有している。金属部材３が外側継手５に接するように設置され、外側継手４が内側継手５に締結された状態であるときに、テーパ部３−１とテーパ部４−２は互いに面接触するような形状に構成されている。テーパ部３−１の紙面下側（Ｙ方向）端部の内径ｄ３は、上記した仮想的な直径相当ｒよりも小さく形成される。外側継手４の紙面下側（Ｙ方向）端部の内側には雌ねじ４−１が切られている。【００１７】
内側継手５は金属製であり、円筒形状をしている。内側継手５の紙面上から上方向（Ｘ方向）の端部には雄ねじ５−１が切られている。雌ねじ４−１と雄ねじ５−１は互いに嵌合するように形成されている。そこで、雌ねじ５−１を回転させることで、内側継手５は外側継手４に対して紙面上方向（便宜上Ｙ方向とも記する）に移動する。所定移動された位置で内側継手５と外側継手４は互いに締結される構造をとる。【００１８】
このように、図１および図２に実施例１として示す締結構造１は，その外観および断面形状に示すように，直管形状のＦＲＰパイプ２と，前記ＦＲＰパイプの周囲に配置された前記ＦＲＰパイプの長手軸方向に向かってテーパを設けた分割片からなる金属部材３を，前記金属部材とほぼ同一角度に傾斜するテーパ面を内側に有する管状で金属製の外側継手４の内側に挿入し，外面にねじ部分５−１を有する金属製の内側継手５と前記継手とを係合した実施形態である。【００１９】
これにより，ＦＲＰパイプ２に対して長手軸方向の引張力が作用した場合には，外側継手４と金属部材３のテーパ面間に作用する摩擦力によって高い締結力が発生する。また，外側継手４と内側継手５とを係合する際に，内側継手５と金属部材３が強く接触した状態となる。その結果，ＦＲＰパイプ２に対して長手軸方向の圧縮力が作用した場合においても，外側継手４と金属部材３のテーパ面が外れることがないため緩みにくいという利点や，当該接触部で圧縮力を支持するためＦＲＰパイプ２の端部での圧縮破壊を防止できるといった利点も有する。
【実施例２】
【００２０】
以下に、実施例２〜１１を説明する。この実施例２〜１１については、実施例１と比較して異なる部分を中心に説明する。よって、説明が省略されている部分は基本的には実施例１と同様である。【００２１】
図３および図４に実施例２として示す締結構造１は，その断面形状に示すように，実施例１の締結構造においてＦＲＰパイプ２の内側に柱状もしくは管状の金属棒６を配置した実施形態である。これにより，締結時に金属部材３からＦＲＰパイプ２に負荷される圧縮力に対して金属棒６によって反力を作用させられるため，締結力を向上することができる。
【実施例３】
【００２２】
図５から図７に実施例３として示す締結構造１は，その断面形状に示すように，実施例１もしくは実施例２の締結構造において，金属部材３の周方向端部の厚みを低減した実施形態である。【００２３】
図５に示す実施形態では周方向端部の一部分にテーパを設けており，図６に示す実施形態では当該端部に曲線部を設けることで連続的に厚みを低減している。また，図７に示す実施形態では，当該端部から一定の距離までの部分を一定の厚みで薄肉化している。これにより，締結時やＦＲＰパイプ２に外力が作用した場合における当該端部近傍での応力集中を低減でき，応力集中部を起点としたＦＲＰパイプ２の破損を防止することができる。
【実施例４】
【００２４】
図８から図１０に実施例４として示す締結構造１は，その断面形状に示すように，実施例１もしくは実施例２の締結構造において，金属部材３の長手方向端部に締結部から継手長手方向に突出する部位を設けた実施形態である。【００２５】
図８に示す実施形態では締結部のテーパ面よりも大きい角度で傾斜したテーパを有する突出部７ａを設けており，図９に示す実施形態では曲線部によって連続的に厚みを低減した突出部７ｂを設けている。また，図１０に示す実施形態では，一定の厚みの突出部７ｃを設けている。これにより，締結時やＦＲＰパイプ２に対して曲げ荷重が負荷された場合において，締結部端部での応力集中を低減でき，応力集中部を起点としたＦＲＰパイプ２の破損を防止できる。
【実施例５】
【００２６】
図１１および図１２に実施例５として示す締結構造１は，その断面形状に示すように，実施例１もしくは実施例２の締結構造において，金属部材の長手方向端部もしくは周方向端部にスリット８ａもしくは８ｂを設けた実施形態である。【００２７】
当該スリットを設けることにより，締結時やＦＲＰパイプ２に対して曲げ荷重が負荷された場合において，締結部端部や金属部材３端部における応力集中を低減でき，応力集中部を起点としたＦＲＰパイプ２の破損を防止できる。また，スリット８ａおよび８ｂは，その両方を金属部材３に設けてもよい。
【実施例６】
【００２８】
図１３および図１４に実施例６として示す締結構造１は，その断面形状に示すように，金属部材３を，継手構造の長手方向に対して直列に配置される金属部材３ａと金属部材３ｂに分割した実施形態である。金属部材３ｂの外面にはテーパが設けられており，金属部材３ａの長手方向端部の内側には前記テーパとほぼ同一角度に傾斜し，かつ前記テーパよりも長さの短いテーパが設けられている。【００２９】
これにより，締結時やＦＲＰパイプ２に対して曲げ荷重が負荷された場合において，締結部端部における応力集中を低減でき，応力集中部を起点としたＦＰＲパイプ２の破損を防止できる。また図１４に示すように，金属部材３ｂに設けるテーパの角度を金属部材３ａに設けるテーパの角度よりも大きくすることにより，金属部材３ｂからＦＲＰパイプ２に対して負荷される圧縮力を増加させ，締結力を向上することができる。
【実施例７】
【００３０】
図１５から図１８に実施例７として示す締結構造１は，その外観および断面形状に示すように，金属部材３を継手構造の半径方向に金属部材３ｃと金属部材３ｄに分割し，当該２つの金属部材を継手構造の長手方向に対して並列に配置した実施形態である。【００３１】
図１５および図１６に示す実施形態では金属部材３ｃの内側表面よりも金属部材３ｄの外側表面の面積を大きくしており，図１７に示す実施形態では金属部材３ｃを継手周方向に対して複数に分割している。これにより，締結時やＦＲＰパイプ２に外力が作用した場合における締結部端部や金属部材３ｄ端部での応力集中を低減でき，応力集中部を起点したＦＰＲパイプ２の破損を防止できる。【００３２】
図１８に示す実施形態では，金属部材３ｄの外側と内側にそれぞれ異なる曲率の曲線部を設けており，継手４の内面とＦＰＲパイプ２の外面の曲率が異なる場合においても締結が可能となる。【００３３】
上記の実施形態においては，金属部材３ｄの厚みを薄くすることでＦＲＰパイプ２の断面形状に対する金属部材３ｄの追従性を向上させ，ＦＲＰパイプ２の外側表面と金属部材３ｄの内側表面とを確実に接触させることが可能となる。
【実施例８】
【００３４】
図１９および図２０に実施例８として示す締結構造１は，その断面図に示すように，金属部材３とＦＲＰパイプ２もしくは金属棒６とＦＲＰパイプ２の接触面に，前記金属部材もしくは前記金属棒よりも熱伝導性の高い金属膜９を配置した実施形態である。【００３５】
ＦＲＰに疲労負荷が作用した場合，樹脂内部の発熱やＦＲＰ内部での損傷の発生に起因した発熱によってＦＲＰやＦＲＰを構成する樹脂が劣化し，ＦＲＰの疲労寿命や疲労強度が低下することが知られている。図１９および図２０に示す締結構造では，ＦＲＰパイプ２に疲労荷重が作用した場合においても，金属膜９によって締結構造から放熱することができるため，熱によるＦＲＰパイプ２の劣化や，劣化に伴うＦＲＰパイプ２の疲労寿命や疲労強度の低下を防止することが可能となる。【００３６】
金属膜９を，金属部材３とＦＲＰパイプ２の接触面と金属棒６とＦＲＰパイプ２の接触面の両方に配置する，もしくは締結部から締結構造の長手方向に突出するように配置することにより，放熱効果を向上することができる。また，本実施形態では，金属膜９とＦＲＰパイプ２の接触面を圧縮力によって強固に接触させられるため，高い放熱効果を発揮することが可能である。
【実施例９】
【００３７】
図２１に実施例９として示す締結構造１は，その断面形状に示すように，上記実施例１から８に示した締結構造において，外側継手４の周囲に放射状に突出する態様で金属板１０を配置した実施形態である。【００３８】
これにより，ＦＲＰパイプ２に疲労荷重が負荷され締結部分に熱が発生した場合においても，外側継手４の外側表面から放熱することが可能となり，熱によるＦＲＰパイプ２の劣化を防止することができるため，締結構造の疲労寿命や疲労強度を向上することができる。
【実施例１０】
【００３９】
図２２に実施例１０として示す締結構造１は，その断面形状に示すように，上記実施例１から９に示した締結構造において，ＦＲＰパイプ２の端部と内側継手５との間に一定の隙間を設けた実施形態である。これにより，ＦＲＰパイプ２に対して圧縮荷重が負荷された場合に，ＦＲＰパイプ２の端部に圧縮力が負荷されないため，当該端部を起点としたＦＲＰパイプ２の圧縮破壊を防止することができる。
【実施例１１】
【００４０】
図２３に示す実施例１１は，その断面形状に示すように，上記実施例１から１０に示した締結構造と構造体１２とを連結することで構成されるＦＲＰ構造体である。
【００４１】
上記の各実施例では，ＦＲＰパイプの断面は円形もしくは楕円形となっているが，四角形などの多角形断面でもよい。この場合には，外側のテーパ面は円形，内側は多角形とした金属部材をＦＲＰパイプの周囲に配置すればよい。
【００４２】
本発明に係る締結構造は，作製が容易である，簡便に締結できる，信頼性が高いといった利点を持つ。
【符号の説明】
【００４３】
１…締結構造，２…ＦＲＰパイプ，３，３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ…金属部材，４…外側継手，５…内側継手，６…金属棒，７ａ，７ｂ，７ｃ…突出部，８ａ，８ｂ…スリット，９…金属膜，１０…金属板，１１…隙間，１２…構造体
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年1月7日(2014.1.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外径が一様な直管形状の繊維強化プラスチックパイプと，前記パイプの一方側端部と対向する第１の継手部材と、前記パイプの長手方向に渡って前記パイプと接するように前記パイプの周りに配置される中間部材を有し、前記中間部材は前記パイプの他方側から前記一方側に向かって徐々に径が大きくなるテーパ部分を有し、前記テーパ部と接する第２の継手部材を有し、前記第２の継手部材と前記パイプが前記テーパ部を介して互いに押圧されるように前記第２の継手部材と前記１の継手部材が締結されることを特徴とする継手構造体。
【請求項２】
請求項１において，前記パイプの内側と同一の断面形状を有する柱状もしくは管状の金属棒を前記パイプの内側に嵌合することを特徴とする締結構造を備えた継手構造体。
【請求項３】
請求項１または２のいずれか一項において，前記パイプの周囲に配置された前記中間部材の周方向端部の厚みを低減していることを特徴とする継手構造体。
【請求項４】
請求項１または２のいずれか一項において，前記パイプの周囲に配置された前記中間部材の長手方向端部に締結部から継手構造の長手方向に突出する部位を設けていることを特徴とする継手構造体。
【請求項５】
請求項１または２のいずれか一項に記載の締結構造において，前記パイプの周囲に配置された前記中間部材の長手方向端部もしくは周方向端部に，スリット状の凹部を設けていることを特徴とする継手構造体。
【請求項６】
請求項１または２のいずれか一項において，前記パイプの周囲に配置された前記中間部材を継手構造の長手方向に対して直列に配置される２つの部材に分割し，一方の部材の外側表面にテーパを設けており，かつ他方の部材が長手方向端部に設けた前記テーパよりも長さが短く前記テーパとほぼ同一角度に傾斜したテーパ面を介して前記一方の部材のテーパ面と接していることを特徴とする継手構造体。
【請求項７】
請求項１または２のいずれか一項において，前記パイプの周囲に配置された前記中間部材を継手構造の半径方向に対して並列に配置される２つの部材に分割し，一方の部材がその外側表面に設けたテーパを介して継手と接しており，他方の部材が前記一方の部材の内側表面よりも面積の大きい外側表面を介して前記一方の部材の内側表面と接していることを特徴とする継手構造体。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項において，前記中間部材は金属部材をなして、前記金属部材と前記パイプの接触面もしくは金属棒と前記パイプの接触面もしくはその両方の接触面に，前記金属部材もしくは金属棒よりも熱伝導性の高い金属を配置していることを特徴とする継手構造体。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一項において，前記中間部材は金属部材をなして、前記第２の継手部材の外側表面に放射状に突出する金属板を配設していることを特徴とする継手構造体。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか一項において，前記パイプの端部と継手との間に継手長手方向に対して一定の隙間を設けていることを特徴とする継手構造体。
【国際調査報告】
2015019479.tif 000026
2015019479.tif 000027
2015019479.tif 000028
2015019479.tif 000029