(57)【要約】【課題】  高ボルト軸力を維持したまま、ＦＲＰ材料のクリープを抑えることが可能であり、かつ、締め付け箇所毎の厚さのばらつきに対応できる、締結装置の提供。【解決手段】  本発明の締結装置は、ＦＲＰ部材２と金属部材２とを締結するための金属製のカラー２０とボルト４０・ナット３０を含む締結装置１０である。カラー２０は内周面に雌ネジ２１と外周面に雄ネジ２２を有しており、カラー２０の端面が金属部材１にメタルタッチにて当接されており、ボルト４０がカラー２０の雌ネジ２１に螺合されることによりカラー２０が金属部材１に締め付けられている。ナット３０がカラー２０の雄ネジ２２に螺合されて、ナットの端面と金属部材の板面との間にＦＲＰ部材２が挟持されている。ＦＲＰ部材２とナット３０との間には接着剤５０が介在している。ナット３０には接着剤の厚さを確保する凸部３１が設けられている。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＦＲＰ部材と金属部材を含む複数の被締結部材を締結する金属製のカラーとボルト・ナットを含む締結装置であって、
カラーは内周面に形成された雌ネジと外周面に形成された雄ネジを有しており、
カラーはＦＲＰ部材の取付け孔に挿入されるとともに、カラーの端面が金属部材にメタルタッチにて当接されており、ボルトがカラーの内周面に形成された雌ネジに螺合されることによりカラーが金属部材に締め付けられており、
ナットがカラーの外周面に形成された雄ネジに螺合されて、ナットの端面と金属部材の板面との間にＦＲＰ部材が挟持されている、締結装置。
【請求項２】
ＦＲＰ部材にかかるナット締め付け軸力は、カラーが金属部材に締め付けられるボルト軸力より小である請求項１記載の締結装置。
【請求項３】
ナットは、ＦＲＰ部材と接触する側の端部がフランジ状に形成されたフランジナットである請求項１または請求項２記載の締結装置。
【請求項４】
カラーの外径は金属部材の取付け孔の内径より大であり、カラーの端面と金属部材との当接面が確保されている請求項１〜請求項３の何れか一項記載の締結装置。
【請求項５】
ＦＲＰ部材の取付け孔の内径は金属部材の取付け孔の内径およびカラーの外径より大であり、ＦＲＰ部材の取付け孔の内周面の内側にカラーの配置スペースが確保されている請求項１〜請求項４の何れか一項記載の締結装置。
【請求項６】
カラーのナット側端部には、カラー回り止め用工具が係合可能な係合部が形成されている請求項１〜請求項５の何れか一項記載の締結装置。
【請求項７】
ＦＲＰ部材とナットとの間には接着剤が介在している請求項１〜請求項６の何れか一項記載の締結装置。
【請求項８】
ナットのＦＲＰ部材に対向する部位には接着剤の厚さを確保する凸部が設けられている請求項７記載の締結装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＦＲＰ（繊維強化樹脂）部材と金属部材を含む複数の被締結部材を締結する、被締結部材の締結装置（被締結部材の締結構造といってもよい）に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の被締結部材をボルト・ナットで締結する場合、ボルト弛みを防止するために、高ボルト軸力で締め付けるが、複数の被締結部材が少なくとも一つに変形性材料（たとえば、ＦＲＰ部材）を含む場合、高ボルト軸力で締め付けると、ＦＲＰ部材にクリープが生じて荷重抜けが生じ、ボルト弛みや被締結部材のガタが生じる。
それを防止するために、特開２００４−２３２７５５号公報は、変形性材料（たとえば、ＦＲＰ部材）の孔に挿入されボルト・ナットから直接に軸力を受けるフランジ付きカラーであって、軸直交断面がほぼ円形または多角形の筒状体と、筒状体の一端外周に接合され軸直交平坦面を有する板状フランジとを備え、カラーの筒状体の長さがＦＲＰ部材の合計厚さに基づいて設定されることにより変形性材料の変形（クリープ）を抑えたフランジ付きカラーを開示している。
【特許文献１】特開２００４−２３２７５５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、特開２００４−２３２７５５号公報のフランジ付きカラーによるクリープ抑制にはつぎの問題点がある。
ＦＲＰ部材は厚さを一定に製作することが困難であり、複数の締め付け箇所があると各締め付け箇所毎に被締結部材の厚さが異なるので、筒状体の長さを、各締め付け箇所毎に、各締め付け箇所の被締結部材の合計寸法に応じた長さに加工する必要がある。
そのため、一つの締め付け箇所で設定した長さをもつ筒状体を他の締め付け箇所に流用することができない。また、各締め付け箇所毎に、被締結部材の合計寸法に応じた長さに加工することは、カラーの生産性を著しく低下させることになる。
【０００４】
本発明の目的は、ＦＲＰ部材と金属部材を含む複数の被締結部材を締結する、被締結部材の締結装置であって、
（イ）高ボルト軸力を維持したまま、ＦＲＰ材料のクリープを抑えることが可能であり、かつ、
（ロ）各締め付け箇所毎に、被締結部材の合計寸法に応じた長さに締結装置を加工することを必要とせず、締め込み量が調整可能な部材（たとえば、ナット等）の締め込み量を調整するだけで、締め付け箇所毎の厚さのばらつきに対応できる、
被締結部材の締結装置（被締結部材の締結構造）を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決する本発明はつぎのとおりである。
（１）  ＦＲＰ部材と金属部材を含む複数の被締結部材を締結する金属製のカラーとボルト・ナットを含む締結装置であって、
カラーは内周面に形成された雌ネジと外周面に形成された雄ネジを有しており、
カラーはＦＲＰ部材の取付け孔に挿入されるとともに、カラーの端面が金属部材にメタルタッチにて当接されており、ボルトがカラーの内周面に形成された雌ネジに螺合されることによりカラーが金属部材に締め付けられており、
ナットがカラーの外周面に形成された雄ネジに螺合されて、ナットの端面と金属部材の板面との間にＦＲＰ部材が挟持されている、締結装置。
（２）  ＦＲＰ部材にかかるナット締め付け軸力は、カラーが金属部材に締め付けられるボルト軸力より小である（１）記載の締結装置。
（３）  ナットは、ＦＲＰ部材と接触する側の端部がフランジ状に形成されたフランジナットである（１）または（２）記載の締結装置。
（４）  カラーの外径は金属部材の取付け孔の内径より大であり、カラーの端面と金属部材との当接面が確保されている（１）〜（３）の何れかに記載の締結装置。
（５）  ＦＲＰ部材の取付け孔の内径は金属部材の取付け孔の内径およびカラーの外径より大であり、ＦＲＰ部材の取付け孔の内周面の内側にカラーの配置スペースが確保されている（１）〜（４）の何れかに記載の締結装置。
（６）  カラーのナット側端部には、カラー回り止め用工具が係合可能な係合部が形成されている（１）〜（５）の何れかに記載の締結装置。
（７）  ＦＲＰ部材とナットとの間には接着剤が介在している（１）〜（６）の何れかに記載の締結装置。
（８）  ナットのＦＲＰ部材に対向する部位には接着剤の厚さを確保する凸部が設けられている（７）記載の締結装置。
【発明の効果】
【０００６】
上記（１）の締結装置によれば、カラーと被締結部材の金属部材をメタルタッチでボルトにより締め付けるため、高ボルト軸力締めが可能である。
また、ナットの雌ネジはカラーの外周面の雄ネジと螺合していて、カラーの内周面の雌ネジとボルトとの螺合による主締結とは独立しているので、ナットの締め付けの低軸力でＦＲＰ部材を挟持することができ、ＦＲＰ部材のクリープを回避することができる。
さらに、ナットの、カラーの外周面の雄ネジとの螺合位置を変えることによる位置調整によって、被締結部材の締め付け箇所毎の厚さのばらつきに容易に対応できる。
上記（２）の締結装置によれば、ＦＲＰ部材にかかるナット締め付け軸力は、カラーが金属部材に締め付けられるボルト軸力より小であるため、ＦＲＰ部材にクリープを生じさせないか、生じさせても無視できる程度に設定することができる。
上記（３）の締結装置によれば、ナットは、ＦＲＰ部材と接触する側の端部がフランジ状に形成されたフランジナットであるので、ＦＲＰ部材に対向する側の端面の面積を通常のナットの端面面積よりも大きくとることができ、ＦＲＰ部材にかかる単位面積当たりのナット軸力を小にして、ＦＲＰ部材のクリープを小さくすることができる。
上記（４）の締結装置によれば、カラーの外径は金属部材の取付け孔の内径より大であるので、カラーの端面と金属部材との当接面に必要面積を確保でき、メタルタッチ部の単位面積当たりの軸力を適正値以下に保つことができる。
上記（５）の締結装置によれば、ＦＲＰ部材の取付け孔の内径は金属部材の取付け孔の内径およびカラーの外径より大であるため、ＦＲＰ部材の取付け孔の内周面の内側にカラーの配置スペースを確保することができる。
上記（６）の締結装置によれば、カラーにカラー回り止め用工具の係合部を設けたので、そこにカラー回り止め用工具を係合させてカラーの回転を抑えることにより、ボルト締め時にカラーが連れ回りすることを防止できる。
上記（７）の締結装置によれば、ナットがＦＲＰ部材に接着剤で接着されるため、ナットの回転弛みを防止することができる。
上記（８）の締結装置によれば、ナットに凸部を設けたので、接着剤厚さを適正厚さにすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下に、本発明の締結装置（被締結部材の締結装置、または被締結部材の締結構造）を、図１〜図３を参照して説明する。
図１、図２は本発明の締結装置を示し、図３は、本発明の締結装置が適用される対象物の一例を示したものである。ただし、適用対象は、図３の例に限るものではない。なお、図１および図２においては、理解を容易にするために、雄ネジと雌ネジとの間の隙間を拡大して示している。
【０００８】
本発明の締結装置１０は、ＦＲＰ（繊維強化樹脂）部材２と金属部材１を含む複数（たとえば、２個、ただし、２個に限るものではない）の被締結部材１、２を締結する締結装置であり、金属製のカラー２０とボルト４０・ナット３０（ナット３０はフランジ部を有するフランジナットである場合を含む）を含む。
【０００９】
本発明の締結装置１０が適用され得る対象の一つに、たとえば、図３に示すような、スペースフレーム構造車体における、ＦＲＰ製ピラーを含む継手部の締結装置がある。図３では、フレーム部材２の継手部近傍部がＦＲＰ部材２の被締結部材２であり、結合金具（金属部材）１の継手部近傍部が被締結部材１である。
繊維強化樹脂製の被締結部材２を、単にボルトとナットで締め付けると、ボルト頭部とナットとで挟まれた被締結部材部分が圧縮力でクリープして、締結力が低下してボルトが回転弛みを生じるおそれがある。これに対して、本発明は、ボルトの高軸力を維持したまま、被締結部材にはクリープを生じさせることがない、あるいはほとんどクリープを生じさせることがない、締結装置１０を提供するものである。
【００１０】
本発明の締結装置１０は、図１、図２に示すように、１個以上のＦＲＰ部材２と１個以上の金属部材１を含む、複数の被締結部材１、２を締結する締結装置であり、金属製のカラー２０とボルト４０・ナット３０を含む締結装置である。複数の被締結部材１、２は互いに重ね合わされている。以下、被締結部材２をＦＲＰ部材２ともいい、被締結部材１を金属部材１ともいう。ＦＲＰ部材２はカラー２０が貫通する取付け孔２ａを有し、金属部材１はボルト４０が貫通する取付け孔１ａを有する。取付け孔１ａと取付け孔２ａとは互いに同芯か、またはほぼ同芯である。
【００１１】
カラー２０は、貫通した孔２０ａまたは非貫通の穴をもつ筒状体２０ｂであり、筒状体２０ｂの内周面に形成された雌ネジ２１と筒状体２０ｂの外周面に形成された雄ネジ２２を有する。
カラー２０はＦＲＰ部材２の取付け孔２ａに挿入されるとともに、カラー２０の一端の端面２０ｃが金属部材１の片側の板面１ｂにメタルタッチ（金属と金属との接触）にて当接されている。ボルト４０は頭部４０ａと軸部４０ｂを有し、軸部４０ｂの少なくとも一部には雄ネジ４１が形成されている。ボルト４０の雄ネジ４１がカラー２０の筒状体２０ｂの内周面に形成された雌ネジ２１に螺合されて、カラー２０が金属部材１にボルト軸方向に締め付けられる。
ナット３０は、ナット３０の内周に形成された雌ネジ３２部位で、カラー２０の筒状体２０ｂの外周面に形成された雄ネジ２２に螺合されて、ナット３０の、ＦＲＰ部材２に対向する側の端面３０ａと、金属部材１の、ＦＲＰ部材２に対向する側の板面１ｂとの間に、ＦＲＰ部材２が挟持されている。
【００１２】
上記締結装置１０では、ボルト頭部４０ａとカラー２０との間に金属部材１が挟まれ、ボルト軸力ＦB は、ボルト４０、カラー２０と金属部材１にかかり、ＦＲＰ部材２にはかからない。また、ＦＲＰ部材２は、カラー２０の外周面の雄ネジ２２に螺合されたナット３０と金属部材１で挟まれ、ＦＲＰ部材２にかかるのはナット３０の締め付け軸力ＦN であって、ボルト軸力ＦB はＦＲＰ部材２にはかからない。
ボルト軸力ＦB は、ボルト４０の回転弛みが生じないだけの、高軸力に設定される。
ＦＲＰ部材２にかかるナット締め付け軸力ＦN は、締め付け時のナット３０の回転力を適宜に設定することにより、カラー２０が金属部材１に締め付けられるボルト軸力ＦB より小とされる。ナット締め付け軸力ＦN は、ＦＲＰ部材２にクリープを生じさせないか、生じさせても無視できる程度とするナット締め付け軸力に設定される。
【００１３】
ナット３０は、ＦＲＰ部材２と接触する側の端部がフランジ状に形成された、したがってＦＲＰ部材２と接触する側の端部にフランジ部３０ｂを有する、フランジナットであることが望ましい。フランジ部３０ｂの外形を通常のナットよりも半径方向に膨出させて形成することにより、ナット３０の、ＦＲＰ部材２に対向する側の端面３０ａの面積を通常のナットの端面面積よりも大きくとることができ、ＦＲＰ部材２にかかる単位面積当たりのナット軸力を小にして、ＦＲＰ部材２のクリープを無視できる程度に小にする。
ナット３０の、フランジ部３０ｂよりもＦＲＰ部材２と反対側の部分３０ｃは、外形形状が六角形や四角形でナット回転工具が引っ掛かる形状部である。
【００１４】
カラー２０の外径ＤC は金属部材１の取付け孔１ａの内径ＤM より大であり、これによって、カラー２０の端面２０ｃと金属部材１の板面１ｂとの当接面の必要面積（メタルタッチ部の単位面積当たりの軸力を適正値以下にするための必要面積）が確保される。
ＦＲＰ部材２の取付け孔２ａの内径ＤF は、金属部材１の取付け孔１ａの内径ＤM より大であり、かつ、カラー２０の外径ＤC より大である。これによって、ＦＲＰ部材２の取付け孔２ａの内周面の内側に、カラーの配置スペースが確保されている。
【００１５】
カラー２０のナット側端部には、カラー回り止め用工具が係合可能な係合部２３が形成されている。図示例では、係合部２３は六角孔部であり、そこにカラー回り止め用工具の六角頭部が挿入され係合されて、ボルト４０をカラー２０に締め込む時に、カラー２０がボルト４０に連れ回りすることを防止する。係合部２３は六角孔部であることに限定されるものではなく、カラー２０の回り止めができる構造であれば任意の構造をとることができ、たとえば、四角孔部や、カラー端部外周に形成された二面幅部等であってもよい。
【００１６】
ＦＲＰ部材２のクリープを抑制するために、ナット３０は大きなトルクで締め込まれないので、ナット３０は回転弛み止めを施されることが望ましい。そのための一つの方法として、ＦＲＰ部材２とナット３０との間に、接着剤５０が設けられている。接着剤５０には、塗布時はゲル状であるが、乾燥後は固体となるものが用いられることが望ましい。接着剤５０の乾燥後には、ナット３０は接着剤５０を介してＦＲＰ部材２に接着され、回転が阻止され、ナット３０が回転弛み止めされる。
【００１７】
接着剤５０は、通常、所定の厚みＴの時に最大の接着力を発揮できる。そのような接着剤を用いる場合は、ナット３０の、ＦＲＰ部材２に対向する部位（面３０ａ）には、接着剤５０の厚さを、所定の厚さＴに、確保する凸部３１が設けられることが望ましい。凸部３１は、ＦＲＰ部材２に向かって突出する。凸部３１の突出高さは、接着剤５０が最大の接着力を発揮できる所定の厚みＴに等しいか、またはほぼ等しい。
【００１８】
つぎに、本発明の締結装置１０の作用、効果を説明する。
本発明の締結装置１０では、カラー２０と被締結部材のうちの金属部材１をメタルタッチにてボルト４０によりボルト軸方向に締め付けるため、ＦＲＰ部材２のクリープを起こすことなくＦＲＰ部材２とは独立に、高ボルト軸力締めが可能である。高ボルト軸力締めの結果、ボルト４０の弛みが生じず、締結部品間に隙間やがたつきを生じることもない、しっかりとした締結となる。一般に、ボルトは締結時に少量の伸びを伴って高軸力を生じるが、被締結部材にＦＲＰ部材が含まれていてクリープが生じると、少量の伸びが吸収されて高軸力を急激に失い、ボルトの弛みや、締結部品間に隙間を生じる。これに対し、本発明では、ボルト軸力を受ける部材にＦＲＰ部材２を含まないので、ＦＲＰ部材２とは無関係に、高ボルト軸力が長期にわたって維持される。
【００１９】
また、ナット３０の雌ネジ３２はカラー２０の外周面の雄ネジ２２と螺合していて、カラー２０の内周面の雌ネジ２１とボルト４０との螺合による締結（主締結）とは独立しているので、ナット３０の締め付けの低軸力でＦＲＰ部材２を挟持することができ、ＦＲＰ部材２の、ナット締め付け軸力による、クリープを回避、または抑制、することができる。
【００２０】
さらに、ナット３０の、カラー２０の外周面の雄ネジ２２との軸方向螺合位置を変えることによる軸方向位置調整によって、被締結部材２（または１、２）の締め付け箇所毎の厚さのばらつきに容易に対応できる。従来は、被締結部材の締め付け箇所毎の厚さのばらつきは、締め付け箇所毎にカラーの加工長さを変えることにより対応していたが、それに比べて、本発明は、カラーの加工長さを変える必要がなく、ナットの螺合位置を変えるだけで、締め付け箇所毎の厚さのばらつきに対応できる。
【００２１】
また、カラー２０にカラー回り止め用工具の係合部２３を設けたので、そこにカラー回り止め用工具を係合させてカラーの回転を抑えることにより、ボルト締め時にカラー２０がボルト４０に連れ回りする（連れ回りする場合は、ボルトを締めるとができない）ことを防止できる。
【００２２】
ナット３０がＦＲＰ部材２に接着剤５０で接着される場合は、ナット３０の回転弛みと、それによるＦＲＰ部材２と金属部材１との間の隙間発生およびガタツキの発生等を、防止することができる。
【００２３】
また、ナット３０の、ＦＲＰ部材２に対向する端面３０ａに凸部３１を設けた場合は、接着剤５０の厚さを、接着強度を最大限に発揮できる適正厚さに容易に設定することができる。これによって、ナット３０の回転弛みを、信頼性高く、防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の締結装置とそれによって締結される被締結部材の、締結前の、分解断面図である。
【図２】本発明の締結装置とそれによって締結された被締結部材の、締結後の、断面図である。
【図３】本発明の締結装置の適用対象の斜視図である。
【符号の説明】
【００２５】
１  金属部材（被締結部材）
１ａ  取付け孔
１ｂ  板面
２  ＦＲＰ部材（被締結部材）
２ａ  取付け孔
１０  締結装置
２０  カラー
２０ａ  孔
２０ｂ  筒状体
２０ｃ  カラーの一端面
２１  雌ネジ
２２  雄ネジ
２３  係合部
３０  ナット
３０ａ  端面
３０ｂ  フランジ部
３０ｃ  ナット３０の、フランジ部３０ｂよりもＦＲＰ部材２と反対側の部分
３１  凸部
３２  雌ネジ
４０  ボルト
４０ａ  頭部
４０ｂ  軸部
４１  雄ネジ
５０  接着剤
ＤC   カラー２０の外径
ＤM   取付け孔１ａの内径
ＤF   取付け孔２ａの内径
Ｔ  接着剤５０の所定の厚み（＝凸部３１の高さ）
【図１】
2007303486.tif 000003
【図２】
2007303486.tif 000004
【図３】
2007303486.tif 000005