(57)【要約】【課題】本発明は、優れた接合強度を発揮するとともに生産性に優れたＦＲＰ接合構造を提供することを課題とする。【解決手段】本発明は、相互に重ね合わせられた、少なくとも１つのＦＲＰ部材を含む複数の部材（左右半体３ａ，３ｂ）と、前記部材同士（左右半体３ａ，３ｂ同士）の間に介在する接着剤４と、重ね合わせられた前記複数の部材（左右半体３ａ，３ｂ）にねじ込まれたタッピングねじ６とを備えるＦＲＰ接合構造２Ａであって、前記タッピングねじ６は、前記接着剤４が未硬化の状態でねじ込まれたものである。【選択図】図２
2007231999.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
相互に重ね合わせられた、少なくとも１つのＦＲＰ部材を含む複数の部材と、
隣り合う前記部材同士の間に介在する接着剤と、
重ね合わせられた前記複数の部材にねじ込まれたタッピングねじと、
を備えるＦＲＰ接合構造であって、
前記タッピングねじは、前記接着剤が未硬化の状態でねじ込まれたものであることを特徴とするＦＲＰ接合構造。
【請求項２】
前記タッピングねじのねじ部と前記部材とが、前記ねじ部に付着した前記接着剤を介して接合されていることを特徴とする請求項１に記載のＦＲＰ接合構造。
【請求項３】
前記ＦＲＰ部材における前記タッピングねじのねじ込み部分が薄肉になっていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＦＲＰ接合構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastics）部材と所定の部材とのＦＲＰ接合構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＦＲＰ部材と所定の部材（ＦＲＰ部材またはその他の材質（金属等）からなる部材）とのＦＲＰ接合構造としては、接着剤を介してＦＲＰ部材と所定の部材とを接合したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。このＦＲＰ接合構造は、部材の接合部分に接着剤を塗布して部材同士を貼り合わせた後に、この接着剤が硬化するか、または半硬化するまで治具を使用して部材同士を固定することによって得られる。
また、他のＦＲＰ接合構造としては、ボルト等の締結具を使用したものが知られている（例えば、特許文献２参照）。このＦＲＰ接合構造は、ＦＲＰ部材に予め下孔を形成した後に、この下孔に挿通した締結具を介してＦＲＰ部材と所定の部材とを接合することによって得られる。
【特許文献１】米国特許第４７８６３４３号明細書
【特許文献２】特開平５−７７３２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、接着剤のみを使用した従来のＦＲＰ接合構造は、その接着剤層内やＦＲＰ部材自体の層間に亀裂が発生した場合に、これらの層内や層間で亀裂が伝播しやすく接合強度が不充分となる。そして、このＦＲＰ接合構造は、その製造工程で接着剤が少なくとも半硬化状態になるまで治具による部材の固定が必要となる。つまり、このＦＲＰ接合構造は、治具に拘束されている間は、次工程に移行させることができない。
【０００４】
一方、ボルト等の締結具を使用した従来のＦＲＰ接合構造（以下、「ボルト等を使用した従来のＦＲＰ接合構造」ともいう）は、接着剤のみを使用した従来のＦＲＰ接合構造と異なって、治具に拘束される時間を要しないのでその生産性が向上する。ところが、ＦＲＰ部材に通常形成される複数の下孔は、このＦＲＰ部材と接合される所定の部材に対する接合位置のバラツキ（ずれ）を吸収するためにクリアランスホール（バカ孔）とすることが多い。このように下孔をクリアランスホールとすると、接合部分におけるＦＲＰ部材と所定の部材との接触面積が低下するために、接合強度が低下することとなる。
【０００５】
そこで、本発明は、優れた接合強度を発揮するとともに生産性に優れたＦＲＰ接合構造を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決する本発明は、相互に重ね合わせられた、少なくとも１つのＦＲＰ部材を含む複数の部材と、隣り合う前記部材同士の間に介在する接着剤と、重ね合わせられた前記複数の部材にねじ込まれたタッピングねじとを備えるＦＲＰ接合構造であって、前記タッピングねじは、前記接着剤が未硬化の状態でねじ込まれたものであることを特徴とする。
【０００７】
本発明のＦＲＰ接合構造では、接着剤を介して重ね合わせられた複数の部材がタッピングねじで締結される。その結果、このＦＲＰ接合構造は、接着剤のみを使用した従来のＦＲＰ接合構造と異なって、接着剤が硬化状態または半硬化状態になるまで部材同士を固定しなくてもよいので治具を必要としない。
【０００８】
また、このＦＲＰ接合構造は、複数の部材がタッピングねじで締結されているので、たとえ接着剤の層内やＦＲＰ部材自体の層間に亀裂が発生した場合であってもタッピングねじが亀裂の伝播を食い止める。
【０００９】
また、このＦＲＰ接合構造では、タッピングねじが、重ね合わせられた複数の部材をねじ切りしながらねじ込まれていくこととなるので、ボルト等を使用した従来の接合構造と異なって、ＦＲＰ部材に下孔加工を施す必要がない。
【００１０】
また、このＦＲＰ接合構造は、ボルト等を使用した従来のＦＲＰ接合構造と異なって、接合位置のバラツキ（ずれ）を吸収するためのクリアランスホール（バカ孔）をＦＲＰ部材に設ける必要がないので、接合部分におけるＦＲＰ部材と所定の部材との接触面積が低減することがない。
【００１１】
また、このようなＦＲＰ接合構造では、タッピングねじが、接着剤が未硬化の状態でねじ込まれたものであるので、タッピングねじがねじ込まれる際に、そのねじ部に接着剤を同伴する。その結果、タッピングねじのねじ部と部材との間には接着剤が介在することとなる。
【００１２】
このようなＦＲＰ接合構造においては、前記タッピングねじのねじ部と前記部材とが、前記ねじ部に付着した前記接着剤を介して接合されていることが望ましい。
【００１３】
また、このようなＦＲＰ接合構造においては、前記ＦＲＰ部材における前記タッピングねじのねじ込み部分が薄肉になるように構成することができる。
【００１４】
また、このようなＦＲＰ接合構造の製造方法は、少なくとも１つのＦＲＰ部材を含む複数の部材が接着剤を介して重ね合わせられる第１工程と、前記接着剤が未硬化の状態で、タッピングねじが、重ね合わせられた前記複数の部材にねじ込まれる第２工程とを有するように構成することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のＦＲＰ接合構造は、接着剤のみを使用した従来のＦＲＰ接合構造と異なってその製造工程で治具を使用する必要がないので、その生産性を向上させることができる。
【００１６】
また、本発明のＦＲＰ接合構造は、接着剤層内やＦＲＰ部材自体の層間に亀裂が発生した場合であってもタッピングねじが亀裂の伝播を食い止めるので、接着剤のみを使用した従来のＦＲＰ接合構造と比較して優れた接合強度を発揮することができる。
【００１７】
また、本発明のＦＲＰ接合構造は、ボルト等を使用した従来のＦＲＰ接合構造と異なって、接合部分におけるＦＲＰ部材と所定の部材との接触面積が低減することがないので優れた接合強度を発揮することができる。
【００１８】
また、このＦＲＰ接合構造は、タッピングねじのねじ部と部材とが接着剤で接合されることによって、タッピングねじの緩みを防止することができる。
【００１９】
また、このＦＲＰ接合構造は、タッピングねじのねじ部と部材と間に接着剤を介在させることによって、ねじ部と部材と間の気密性および水密性を向上させることができる。
【００２０】
また、このＦＲＰ接合構造は、タッピングねじのねじ部と部材と間に接着剤を介在させることによって、部材がタッピングねじとの間で電位差を生じる材質で形成されている場合に、部材またはタッピングねじの局部電流腐食をより確実に防止することができる。
【００２１】
また、このＦＲＰ接合構造は、ＦＲＰ部材におけるタッピングねじのねじ込み部分を薄肉にすることによって、ＦＲＰ部材に対するタッピングねじのねじ込みを容易にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
次に、本発明の実施形態に係るＦＲＰ接合構造について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。参照する図面において、図１は、実施形態に係るＦＲＰ接合構造を適用した小型航空機の斜視図であり、一部に切り欠きを含む図である。図２（ａ）は、図１のＡ−Ａ断面の部分拡大図、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＢ部拡大図である。
ここでは、まず実施形態に係るＦＲＰ接合構造が適用される小型航空機のボディについて説明する。
【００２３】
図１に示すように、小型航空機のボディ１は、ＣＦＲＰ（Carbon Fiber Reinforced Plastics）積層部材からなる右半体３ａと、左半体３ｂとが相互に接合されて形成されている。なお、ここでの左右半体３ａ，３ｂは、特許請求の範囲にいう「ＦＲＰ部材を含む複数の部材」に相当する。
【００２４】
このＣＦＲＰ積層部材は、炭素繊維と硬化性樹脂とを含む層が複数積層されたものであって、ボディ１の外形を有する型の表面に、所定の角度で配向するように炭素繊維が配置されるとともに、この炭素繊維に含浸させた硬化性樹脂を硬化させることによって得られる。このようなＣＦＲＰ積層部材は、型の表面に配置されたプリプレグを硬化させたものであってもよい。次に説明する本実施形態に係るＦＲＰ接合構造は、ボディ１を構成する、ＣＦＲＰ積層部材からなる左右半体３ａ，３ｂ同士の接合に適用されている。
【００２５】
図２（ａ）に示すように、ＦＲＰ接合構造２Ａは、小型航空機のボディ１（図１参照）を形成する右半体３ａおよび左半体３ｂと、相互に重ね合わせられた左右半体３ａ，３ｂ同士との間に介在する接着剤４と、左右半体３ａ，３ｂにねじ込まれたタッピングねじ６とを備えている。
【００２６】
接着剤４としては、熱硬化性樹脂からなるものが好ましく、特にエポキシ系接着剤が好ましい。
タッピングねじ６は、公知の構造を有するものでよく、例えば、図２（ａ）に示すように、頭部６ａと、棒状の胴部にねじ山が刻み込まれたねじ部６ｂとを備えている。そして、ねじ部６ｂには、周知のとおり、切り刃を備えた溝６ｃがねじ部６ｂの長手方向に沿うように形成されている。
このタッピングねじ６は、後記するように、接着剤４が未硬化の状態でねじ込まれたものであって、図２（ｂ）に示すように、そのねじ部６ｂには接着剤４ａが付着している。この接着剤４ａは、タッピングねじ６が左右半体３ａ，３ｂ（図２（ａ）参照）にねじ込まれた際に、左右半体３ａ，３ｂ同士の間に介在する接着剤４を同伴したものであって、ねじ部６ｂの周方向に行き渡ってねじ部６ｂを被覆する層を形成している。そして、ねじ部６ｂと左半体３ｂとは、ねじ部６ｂに付着した接着剤４ａを介して接合されている。
【００２７】
次に、本実施形態に係るＦＲＰ接合構造２Ａの作用効果について説明する。
図２に示すＦＲＰ接合構造２Ａは、接着剤４を介して重ね合わせられた左右半体３ａ，３ｂ同士がタッピングねじ６で締結されているので、接着剤のみを使用した従来のＦＲＰ接合構造と異なって、接着剤４が硬化状態または半硬化状態になるまで左右半体３ａ，３ｂ同士を固定しなくてもよい。したがって、ＦＲＰ接合構造２Ａは、治具に拘束される時間を要しないのでその生産性が向上する。そして、ＦＲＰ接合構造２Ａは、治具に拘束されることがないので、このＦＲＰ接合構造２Ａが適用される最終製品（本実施形態では小型航空機）を製造するための次工程に直ちに移行させることができる。つまり、ＦＲＰ接合構造２Ａは、最終製品の生産性をも向上させることができる。
【００２８】
その一方で、接着剤のみを使用した従来のＦＲＰ接合構造は、その生産性を向上させようとすると、複数組みの部材同士（本実施形態での左右半体３ａ，３ｂ同士に対応する）の接合を同時に並行して行わなければならない。つまり、従来のＦＲＰ接合構造では、生産性を向上させようとすればするほど、必要な治具の数が多くなって製造設備の投資が嵩むこととなる。これに対して本実施形態に係るＦＲＰ接合構造２Ａは、治具を必要としないので接着剤のみを使用した従来のＦＲＰ接合構造と比較してその製造コストを低減することができる。
【００２９】
また、このＦＲＰ接合構造２Ａは、左右半体３ａ，３ｂ同士がタッピングねじ６で締結されているので、たとえ接着剤４の層内や左右半体３ａ，３ｂのそれぞれを形成するＣＦＲＰ積層部材自体の層間に亀裂が発生した場合であっても、タッピングねじ６が亀裂の伝播を食い止める。その結果、このＦＲＰ接合構造２Ａは、接着剤のみを使用した従来のＦＲＰ接合構造と比較して優れた接合強度を発揮することができる。
【００３０】
また、このＦＲＰ接合構造２Ａでは、タッピングねじ６が、重ね合わせられた左右半体３ａ，３ｂをねじ切りしながらねじ込まれていくこととなるので、ボルト等を使用した従来の接合構造と異なって、ＦＲＰ部材に下孔加工を施す必要がない。その結果、このＦＲＰ接合構造２Ａは、製造工程における工数が低減されるので、ボルト等を使用した従来のＦＲＰ接合構造と比較して生産性および製造コストを低減することができる。
【００３１】
また、このＦＲＰ接合構造２Ａは、ボルト等を使用した従来のＦＲＰ接合構造と異なって、接合位置のバラツキ（ずれ）を吸収するためのクリアランスホール（バカ孔）を左右半体３ａ，３ｂに設ける必要がない。その結果、このＦＲＰ接合構造２Ａでは、接合部分における右半体３ａと左半体３ｂとの接触面積が低減することがない。したがって、このＦＲＰ接合構造２Ａは、接着剤４の接着力が相乗的に働いてボルト等を使用した従来のＦＲＰ接合構造と比較して優れた接合強度を発揮することができる。
【００３２】
また、このＦＲＰ接合構造２Ａは、タッピングねじ６のねじ部６ｂと左半体３ｂとが接着剤４ａで接合されているので、タッピングねじ６の緩みを防止することができる。
【００３３】
また、このＦＲＰ接合構造２Ａは、タッピングねじ６のねじ部６ｂと左半体３ｂと間に接着剤４ａが介在しているので、ねじ部６ｂと左半体３ｂとの間における気密性および水密性を向上させることができる。
【００３４】
また、このＦＲＰ接合構造２Ａは、タッピングねじ６のねじ部６ｂと左半体３ｂと間に接着剤４ａが介在しているので、例えばＣＦＲＰ積層部材からなる左半体３ｂとタッピングねじ６との間で電位差が生じて、タッピングねじ６を形成する金属が卑となるような環境下においても、タッピングねじ６の局部電流腐食が生じることをより確実に防止することができる。
【００３５】
次に、本実施形態に係るＦＲＰ接合構造２Ａの製造方法について説明する。
この製造方法では、まず、小型航空機のボディ１（図１参照）の外形を有する型の表面に周知の手順でＣＦＲＰ積層部材が形成されることによって、ボディ１の右半体３ａおよび左半体３ｂ（図１参照）が作製される。そして、図２（ａ）に示すように、右半体３ａと左半体３ｂとが接着剤４を介して重ね合わせられる（第１工程）。
【００３６】
次に、この製造方法では、図２（ａ）に示すように、タッピングねじ６が、重ね合わせられた左右半体３ａ，３ｂにねじ込まれる（第２工程）。このときタッピングねじ６は、接着剤４が未硬化の状態でねじ込まれる。そして、ねじ部６ｂの先端が右半体３ａを貫通した後に接着剤４の層を通過してさらに左半体３ｂにねじ込まれていく際に、接着剤４は、ねじ部６ｂに付着するとともに、溝６ｃに取り込まれながら左半体３ｂ内にねじ部６ｂと同伴する。その結果、接着剤４は、左半体３ｂ内でねじ部６ｂの周方向に行き渡る。つまり、図２（ｂ）に示すように、ねじ部６ｂは、接着剤４ａからなる層で被覆されることとなる。
【００３７】
このようなＦＲＰ接合構造２Ａの製造方法によれば、接着剤４が未硬化の状態で左右半体３ａ，３ｂにねじ込まれたタッピングねじ６が左右半体３ａ，３ｂ同士を締結するので、接着剤４が未硬化であっても左右半体３ａ，３ｂ同士がずれることはない。したがって、この製造方法では、接着剤４が未硬化の状態であっても左右半体３ａ，３ｂ同士を固定する治具を必要としないので、ＦＲＰ接合構造２Ａの生産性を向上させることができる。
【００３８】
また、この製造方法によれば、接着剤４が未硬化の状態であっても治具を必要としないので、接着剤のみを使用した従来のＦＲＰ接合構造の製造方法と比較して、ＦＲＰ接合構造２Ａの製造コストを低減することができる。
【００３９】
また、この製造方法によれば、タッピングねじ６を使用することで、ボルト等を使用した従来のＦＲＰ接合構造の製造方法と異なって、左右半体３ａ，３ｂにボルト等を挿通するための下孔加工を施す必要がない。その結果、この製造方法によれば、製造工程における工数が低減されるので、ボルト等を使用した従来のＦＲＰ接合構造の製造方法と比較してＦＲＰ接合構造２Ａの生産性および製造コストを低減することができる。
【００４０】
また、この製造方法によれば、ボルト等を使用した従来のＦＲＰ接合構造の製造方法と異なって、接合位置のバラツキ（ずれ）を吸収するためのクリアランスホール（バカ孔）を左右半体３ａ，３ｂに設ける必要がないので、接合部分における右半体３ａと左半体３ｂとの接触面積が低減することがない。したがって、この製造方法によれば、従来のＦＲＰ接合構造の製造方法と比較して優れた接合強度を発揮するＦＲＰ接合構造２Ａを得ることができる。
【００４１】
また、この製造方法によれば、タッピングねじ６のねじ部６ｂと左半体３ｂとの間に接着剤４ａを介在させることができるので、タッピングねじ６の緩みが防止されたＦＲＰ接合構造２Ａ、ねじ部６ｂと左半体３ｂとの間の気密性および水密性が向上したＦＲＰ接合構造２Ａ、およびタッピングねじ６の局部電流腐食がより確実に防止されたＦＲＰ接合構造２Ａを得ることができる。
【００４２】
なお、本発明は、前記実施形態に限定されることなく、様々な形態で実施される。
前記実施形態では、ともにＣＦＲＰ積層部材からなる右半体３ａと左半体３ｂとの２部材が相互に接合されたＦＲＰ接合構造２Ａを例示したが、本発明は次のようなＦＲＰ接合構造であってもよい。図３（ａ）乃至（ｃ）は、それぞれ他の実施形態に係るＦＲＰ接合構造を示す断面図である。なお、これらの他の実施形態において前記実施形態と同様の構成要素については同じ符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００４３】
図３（ａ）に示すように、他の実施形態に係るＦＲＰ接合構造２Ｂは、タッピングねじ６の頭部６ａ側からその反対側に向かって、第１部材８ａ、第２部材８ｂ、および第３部材８ｃが接着剤４を介してこの順番で重ね合わせられている。そして、このＦＲＰ接合構造２Ｂでは、第１部材８ａ、第２部材８ｂ、および第３部材８ｃの少なくともいずれか１つの部材がＣＦＲＰ積層部材で形成されている。このＦＲＰ接合構造２Ｂを形成するＣＦＲＰ積層部材以外の部材としては、特に制限はなく、例えば金属部材、樹脂部材、その他の有機部材または無機部材が挙げられる。そして、このＦＲＰ接合構造２Ｂは、図示しないが、ねじ部６ｂと第２部材８ｂとの間、およびねじ部６ｂと第３部材８ｃとの間に接着剤４ａ（図２（ｂ）参照）が介在している。なお、このようなＦＲＰ接合構造２Ｂでは、第２部材８ｂおよび第３部材８ｃの少なくともいずれかが金属である場合に、本発明の前記した局部電流腐食の防止効果が顕著に現れることとなる。
【００４４】
図３（ｂ）に示すように、他の実施形態に係るＦＲＰ接合構造２Ｃは、タッピングねじ６の頭部６ａ側からその反対側に向かって、第１部材８ａ、および第２部材８ｂが接着剤４を介してこの順番で重ね合わせられている。このＦＲＰ接合構造２Ｂでは、第１部材８ａがＣＦＲＰ積層部材で形成されており、第２部材８ｂがＣＦＲＰ積層部材以外の前記した部材で形成されている。そして、ＣＦＲＰ積層部材で形成された第１部材８ａは、タッピングねじ６のねじ込み部分Ｓが薄肉になっている。ちなみに、このＦＲＰ接合構造２Ｃは、図示しないが、ねじ部６ｂと第２部材８ｂとの間に接着剤４ａ（図２（ｂ）参照）が介在している。
【００４５】
このようなＦＲＰ接合構造２Ｃは、ねじ込み部分Ｓが薄肉になっていることで、第１部材８ａに対するタッピングねじ６のねじ込みを容易にすることができる。また、このようなＦＲＰ接合構造２Ｃは、ねじ込み部分Ｓが薄肉になっていることから、この薄肉となっている部分で形成される窪みにタッピングねじ６の頭部６ａを収容することができる。
【００４６】
また、本発明は、第１部材８ａ、および第２部材８ｂの両方がＣＦＲＰ積層部材で形成されている場合には、図３（ｃ）に示すように、第１部材８ａ、および第２部材８ｂの両方のねじ込み部分Ｓが薄肉になっているＦＲＰ接合構造２Ｄであってもよい。このＦＲＰ接合構造２Ｄは、図示しないが、ねじ部６ｂと第２部材８ｂとの間に接着剤４ａ（図２（ｂ）参照）が介在している。
この
【００４７】
また、本発明は、図３（ｂ）に示すＦＲＰ接合構造２Ｃにおいて、タッピングねじ６が第２部材８ｂ側から第１部材８ａのねじ込み部分Ｓに向かってねじ込まれたものであってもよい。この場合、図示しないが、ねじ部６ｂと第１部材８ａとの間に接着剤４ａ（図２（ｂ）参照）が介在することとなる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】実施形態に係るＦＲＰ接合構造を適用した小型航空機の斜視図である。
【図２】（ａ）は、図１のＡ−Ａ断面の部分拡大図、（ｂ）は、（ａ）のＢ部拡大図である。
【図３】（ａ）乃至（ｃ）は、他の実施形態に係るＦＲＰ接合構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４９】
１      ボディ
２Ａ    ＦＲＰ接合構造
２Ｂ    ＦＲＰ接合構造
２Ｃ    ＦＲＰ接合構造
２Ｄ    ＦＲＰ接合構造
３ａ    右半体（ＦＲＰ部材）
３ｂ    左半体（ＦＲＰ部材）
４      接着剤
４ａ    接着剤
６ｂ    ねじ部
８ａ    第１部材
８ｂ    第２部材
８ｃ    第３部材
Ｓ      ねじ込み部分
【図１】
2007231999.tif 000003
【図２】
2007231999.tif 000004
【図３】
2007231999.tif 000005