(57)【要約】【課題】繊維強化樹脂複合材料を少ない量のボルトやリベット等で機械的接合できる繊維強化樹脂複合材料の接合構造ことを目的としている。【解決手段】繊維強化熱可塑性樹脂材が、機械的に接合された繊維強化熱可塑性樹脂材の接合構造であって、貫通孔が設けられた前記繊維強化熱可塑性樹脂材と、貫通孔が設けられた他の部材が、前記貫通孔同士が連通した状態に重ね合わさるとともに、ボルト孔が設けられ、筒状の樹脂カラーが、前記連通状態の貫通孔内に挿入され、ていて、樹脂カラーの外周面と、前記繊維強化熱可塑性樹脂材の貫通孔内周面が少なくとも一部で融着されており、前記繊維強化熱可塑性樹脂材と他の部材が、前記ボルト孔に挿通されたボルトによってねじ固定されていることを特徴としている。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維強化熱可塑性樹脂材が、機械的に接合された繊維強化熱可塑性樹脂材の接合構造であって、
貫通孔が設けられた前記繊維強化熱可塑性樹脂材と、貫通孔が設けられた他の部材が、前記貫通孔同士が連通した状態に重ね合わさるとともに、
ボルト孔が設けられ、筒状の樹脂カラーが、前記連通状態の貫通孔内に挿入され、ていて、
樹脂カラーの外周面と、前記繊維強化熱可塑性樹脂材の貫通孔内周面が少なくとも一部で融着されており、前記繊維強化熱可塑性樹脂材と他の部材が、前記ボルト孔に挿通されたボルトによってねじ固定されていることを特徴とする繊維強化熱可塑性樹脂材の接合構造。
【請求項２】
樹脂カラーが、微細繊維を含む熱可塑性樹脂組成物で形成されている請求項１に記載の繊維強化熱可塑性樹脂材の接合構造。
【請求項３】
繊維強化熱可塑性樹脂材の強化繊維が炭素繊維である請求項１または請求項２に記載の繊維強化熱可塑性樹脂材の接合構造。
【請求項４】
繊維強化熱可塑性樹脂材の母材樹脂がポリプロピレンである請求項１〜請求項３のいずれかに記載の繊維強化熱可塑性樹脂材の接合構造。
【請求項５】
樹脂カラーが、ポリプロピレンと無水マレイン酸変性ポリプロピレンからなる変性ポリプロピレンと、微細ガラス繊維を含む樹脂組成物で形成されている請求項１〜請求項４のいずれかに記載の繊維強化熱可塑性樹脂材の接合構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維強化樹脂複合材料の接合構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
繊維強化樹脂複合材料である炭素繊維強化プラスチック（以下CFRPと記す）及び炭素繊維強化熱可塑性プラスチック（以下CFRTPと記す）は炭素繊維を強化材とし、樹脂をマトリックスとする繊繊維強化プラスチック（FRP）のことである。
CFRPは、高強度、高剛性また軽量性に優れた特性を有する複合材料である（非特許文献１参照）。一方、CFRTPは、成形性やリサイクル性に優れた特性を有する複合材料である。
【０００３】
これらの炭素繊維樹脂強化複合材料は、近年、炭素繊維の価格が比較的安価になってきたことで広く多様な分野で使用されるようになった。
例えば、CFRPは、航空機用や自動車用材料だけでなく、一般向けの構造部材やスポーツ用具、レジャー用品などにも汎用的に使用されるようになった（非特許文献２，３参照)。
【０００４】
一方で、成形時間の短縮がはかれる、また、母材として使用する熱可塑性樹脂がCFRPの母材となる樹脂に比べ低価格である等の理由から自動車の骨格に用いるCFRTPの開発が急激に進み始めており、自動車への適用が期待されている（非特許文献４参照）。
しかし、航空機や自動車を複合材料だけで一体成形するわけにはいかず、複合材料や金属材料を使い分ける必要がある。
【０００５】
そこで、骨格フレームの部分等で炭素繊維強化樹脂複合材料を接合する汎用的な設計はこれからの実用利用を考えると避けては通れない（非特許文献５参照）。
一般に、金属部材を接合する際に使用されている接合方法の1つに、ボルト等を使った機械的接合がある（非特許文献６，７参照）。
【０００６】
すなわち、ボルト等を使った機械的接合は、信頼性が高く、分解・再組立が可能な点から、複合材料の構造物においても有力な接合方法とされている（非特許文献８〜１０参照）。
一方、現在、炭素繊維強化樹脂複合材料をボルト等で機械的に接合する場合、金属部材の接合に比べ、ボルト本数を増やしたり、炭素繊維強化樹脂複合材料に設けたボルト挿通用の貫通孔部分からの材料破損を防止するために、かなり大きなサイズの座金を用いたりする対策がなされている。
【０００７】
しかし、上記のようにボルト本数を増やしたり、大きなサイズの座金を用いたりすると、軽量な炭素繊維強化樹脂複合材料を用いても、十分な軽量化をはかることができないだけでなく、接合部の構造が複雑となり、製品形状の自由度をそこなったり、かえって全体の重量が増えるといった矛盾を引き起こす。
また、炭素繊維強化樹脂複合材料にボルト挿通孔となる多数の貫通孔を設けることによって、CFRP，CFRTPの特徴である十分な静的強度、疲労強度が得られなくなるといった問題点が生じる（非特許文献１１）。
【０００８】
現在、ボルト接合部の強度に直結する内部損傷メカニズムは諸説あり、必ずしも明確にはなっていない（非特許文献１２）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】灘部岳晃, 西川雅章, 水口周, 中村達也, Siivola, J. T., 武田展雄, ひずみ計測による CFRP ボルト接合部の損傷検出のための数値解析,日本複合材料学会誌, (2012),38, 1, pp.22-29.
【非特許文献２】Sebastian Heimbs，Sebastian Schmeer，Jorg Blaurock，Stefan Steeger，"Static and dynamic failure behaviour of bolted joints in carbon fibre composites"，Composites:Part A，Vol.47（2013），pp.91-101.
【非特許文献３】P.J. Gray, R.M. O'Higgins, C.T. McCarthy, Effects of laminate thickness, tapering and missing fasteners on the mechanical behaviour of single-lap, multi-bolt, countersunk composite joints, Composites:Part A, Vol.47（2013），pp.91-101.
【非特許文献４】野田穂奈美, 林豊, 持田泰秀, 熱可塑性樹脂複合材料の基礎的研究,日本建築学会北陸支部研究報告集, (2011), pp.1-4.
【非特許文献５】守屋一政,井上寛之,加藤勝義,炭素繊維強化積層複合材と金属材の細径ピンによる接合,日本複合材料学会誌,36.5, (2010), pp.189-197.
【非特許文献６】濱田泰以, 前川善一郎, 春名一志,  FRP機械的継手における圧かい強度向上に関する研究, 日本機械学会論文集 A 編, 57, 543, (1991-11), pp.2715-2721.
【非特許文献７】加地秋好, 前川善一郎, 濱田泰以, FRP ボルト継手の静的強度に及ぼす積層構成の影響, 日本機械学会論文集 A 編, (1988), pp. 444-448.
【非特許文献８】勝俣司, 水谷義弘, 轟章, 松崎亮介, AE モニタリングによる高強度 CFRP ボルト継手の破壊挙動に関する研究,日本機械学会 M&M2010 材料力学カンファレンス CD-ROM 論文集, (2010), pp.640-641.
【非特許文献９】木嶋健, 勝野壽男, 小林憲治, 日野伸一, 西崎到, 引抜成形GFRP積層材によるボルト接合の軸力リラクセーション, 日本機械学会誌, 59, 7, (2010), pp.540-545.
【非特許文献１０】及能敬暁, 大河内隆雅, 東郷敬一郎, 島村佳伸, 荒木弘安, CFRP 積層板接着ボルト継手の静的破壊強度と破壊形態に関する研究,東海支部総会講演会講演論文集,(2009), pp.81-82.
【非特許文献１１】勝俣司, 水谷義弘, 轟章, 松崎亮介, 軸力増加と摩擦係数増加による CFRP ボルト継手の静的強度向上に関する研究,  日本機械学会2009年度年次大会講演論文集(6), (2009), pp.369-370.
【非特許文献１２】灘部岳晃, 西川雅章, 水口周, 中村達也, 武田展雄, CFRP ボルト接合部の面圧破壊に影響する繊維キンク損傷のモデリング, 日本複合材料学会誌,37, 5, (2011), pp.172-181.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記事情に鑑みて、繊維強化樹脂複合材料を少ない量のボルトやリベット等で機械的接合できる繊維強化樹脂複合材料の接合構造ことを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明にかかる繊維強化熱可塑性樹脂材の接合構造（以下、本発明の接合構造と記す）は、繊維強化熱可塑性樹脂材が、機械的に接合された繊維強化熱可塑性樹脂材の接合構造であって、貫通孔が設けられた前記繊維強化熱可塑性樹脂材と、貫通孔が設けられた他の部材が、前記貫通孔同士が連通した状態に重ね合わさるとともに、ボルト孔が設けられ、筒状の樹脂カラーが、前記連通状態の貫通孔内に挿入され、ていて、樹脂カラーの外周面と、前記繊維強化熱可塑性樹脂材の貫通孔内周面が少なくとも一部で融着されており、前記繊維強化熱可塑性樹脂材と他の部材が、前記ボルト孔に挿通されたボルトによってねじ固定されていることを特徴としている。
【００１２】
本発明の接合構造において、他の部材とは、同種の繊維強化熱可塑性樹脂材、熱硬化性樹脂材、金属材、木質材、これらの複合材などが挙げられる。
また、ボルトによる接合部の締結方法としては、ボルトをナットにねじ込み、繊維強化熱可塑性樹脂材と他の部材とを、ボルトの頭部と、ナットとの間で必要に応じてワッシャを介在させた状態で挟着する方法、ボルトを他の部材に設けられたねじ穴にねじ込む方法などが挙げられる。
【００１３】
本発明の接合構造は、特に限定されないが、樹脂カラーの外周面と、前記繊維強化熱可塑性樹脂材の貫通孔内周面が少なくとも一部で融着されていることが好ましい。
【００１４】
本発明の接合構造において、繊維強化熱可塑性樹脂材の強化繊維としては、特に限定されないが、例えば、炭素繊維（ＰＡＮ系、ピッチ系など）、ガラス繊維、セラミック繊維、アラミド繊維、ポリエチレン繊維、ポリアリレート繊維、ＰＢＯ繊維（ポリルーブパラフェニレンベンズオキサゾール）などが挙げられる。また、植物繊維（竹繊維、麻系繊維など）や動物繊維（ウールなど）等の天然繊維（天然由来の繊維も含む）も挙げられ、炭素繊維が好適である。
繊維強化熱可塑性樹脂材の母材樹脂としては、特に限定されないが、ポリプロピレンが一般的である。
【００１５】
樹脂カラーは、微細繊維を含む熱可塑性樹脂組成物で形成されていることが好ましい。
そして、炭素繊維強化ポリプロピレン材の接合に用いる場合、例えば、ポリプロピレンと無水マレイン酸変性ポリプロピレンからなる変性ポリプロピレンと、微細ガラス繊維を含む樹脂組成物で形成したものが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の接合構造は、上記のように、繊維強化熱可塑性樹脂材が、機械的に接合された繊維強化熱可塑性樹脂材の接合構造であって、貫通孔が設けられた前記繊維強化熱可塑性樹脂材と、貫通孔が設けられた他の部材が、前記貫通孔同士が連通した状態に重ね合わさるとともに、ボルト孔が設けられ、筒状の樹脂カラーが、前記連通状態の貫通孔内に挿入され、ていて、樹脂カラーの外周面と、前記繊維強化熱可塑性樹脂材の貫通孔内周面が少なくとも一部で融着されており、前記繊維強化熱可塑性樹脂材と他の部材が、前記ボルト孔に挿通されたボルトによってねじ固定されているので、樹脂カラーを用いず、繊維強化熱可塑性樹脂材に設けた貫通孔に直接ボルトを挿通して機械的に接合する接合構造に比べ、接合強度の高いものとなる。
したがって、繊維強化熱可塑性樹脂材の使用途が広がる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に用いる樹脂カラーの１例をあらわす斜視図である。
【図２】本発明の接合構造の実施例および比較例に用いた接合構造サンプルの１例を説明する図で、同図（ａ）は試験片をあらわす斜視図、同図（ｂ）はこの試験片を用いた接合構造サンプルをあらわす斜視図である。
【図３】図２の接合構造サンプルの断面図であって、同図（ａ）は比較例、同図（ｂ）は実施例をあらわしている。
【図４】CFRP試験片、CFRTP試験片、および、アルミニウム試験片を用いて作製された図２（ｂ）および図３（ｃ）に示す接合構造サンプルのそれぞれについて、ボルトの締結トルクを変化させて、引張試験を行い、ボルトの締結トルク毎の、継手効率を対比して示したグラフである。
【図５】図４の引張試験に供したCFRP試験片の締結トルク０Nmの状態で引張試験を行ったのちのCFRP試験片の内部状態を、Ｘ線スキャナを用いて撮影した画像であって、同図（ａ）は最大荷重の６５％の負荷時の状態をあらわし、同図（ｂ）は最大荷重時の状態をあらわしている。
【図６】図４の引張試験に供したCFRP試験片の締結トルク１０Nmの状態で引張試験を行ったのちのCFRP試験片の内部状態を、Ｘ線スキャナを用いて撮影した画像であって、同図（ａ）は最大荷重の６５％の負荷時の状態をあらわし、同図（ｂ）は最大荷重時の状態をあらわしている。
【図７】図４の引張試験に供したCFRP試験片の締結トルク０Nmの状態で引張試験を行ったのちのCFRP試験片の貫通孔部分の損傷状態をマイクロスコープで観察した画像であって、図（ａ）は最大荷重の６５％の負荷時の状態をあらわし、同図（ｂ）は最大荷重時の状態をあらわしている。
【図８】図４の引張試験に供したCFRP試験片の締結トルク１０Nmの状態で引張試験を行ったのちのCFRP試験片の貫通孔部分の損傷状態をマイクロスコープで観察した画像であって、図（ａ）は最大荷重の６５％の負荷時の状態をあらわし、同図（ｂ）は最大荷重時の状態をあらわしている。
【図９】図４の引張試験に供したCFRTP試験片の締結トルク０Nmの状態で引張試験を行ったのちのCFRTP試験片の内部状態を、Ｘ線スキャナを用いて撮影した画像であって、同図（ａ）は最大荷重の５０％の負荷時の状態をあらわし、同図（ｂ）は最大荷重時の状態をあらわしている。
【図１０】図４の引張試験に供したCFRTP試験片の締結トルク１０Nmの状態で引張試験を行ったのちのCFRTP試験片の内部状態を、Ｘ線スキャナを用いて撮影した画像であって、同図（ａ）は最大荷重の５０％の負荷時の状態をあらわし、同図（ｂ）は最大荷重時の状態をあらわしている。
【図１１】図４の引張試験に供したCFRTP試験片の締結トルク０Nmの状態で引張試験を行ったのちのCFRTP試験片の貫通孔部分の損傷状態をマイクロスコープで観察した画像であって、図（ａ）は最大荷重の５０％の負荷時の状態をあらわし、同図（ｂ）は最大荷重時の状態をあらわしている。
【図１２】図４の引張試験に供したCFRTP試験片の締結トルク１０Nmの状態で引張試験を行ったのちのCFRTP試験片の貫通孔部分の損傷状態をマイクロスコープで観察した画像であって、図（ａ）は最大荷重の５０％の負荷時の状態をあらわし、同図（ｂ）は最大荷重時の状態をあらわしている。
【図１３】CFRP試験片、樹脂カラーＡ使用CFRP試験片、樹脂カラーＢ使用CFRP試験片のそれぞれを用いた接合構造サンプルの、ボルトの締結トルクを変化させて引張試験を行い、ボルトの締結トルク毎の、継手効率を対比して示したグラフである。
【図１４】CFRTP試験片、樹脂カラーＡ使用CFRTP試験片、樹脂カラーＢ使用CFRTP試験片のそれぞれを用いた接合構造サンプルの、ボルトの締結トルクを変化させて引張試験を行い、ボルトの締結トルク毎の、継手効率を対比して示したグラフである。
【図１５】樹脂カラーＡ使用CFRTP試験片、樹脂カラーＢ使用CFRTP試験片の荷重−変位を調べた結果をあらわし、同図（ａ）は樹脂カラーＡ使用CFRTP試験片の結果をあらわすグラフ、同図（ｂ）は樹脂カラーＢ使用CFRTP試験片の結果をあらわすグラフである。
【図１６】樹脂カラーＡ使用CFRTP試験片、樹脂カラーＢ使用CFRTP試験片のそれぞれを用いた接合構造サンプルに、４．０kN時の引張荷重をかけたのちの、貫通孔縁のCFRTP試験片の内部状態を、Ｘ線スキャナを用いて撮影した画像であって、同図（ａ）が樹脂カラーＡ使用CFRTP試験片の画像、同図（ｂ）が樹脂カラーＢ使用CFRTP試験片の画像である。
【図１７】樹脂カラーＢ使用CFRTP試験片の貫通孔の内壁面の状態のＳＥＭ画像である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、本発明を、その実施例と比較例を対比させながら説明する。
【００１９】
〔改質ポリプロピレン（PP）ペレットの作製〕
ポリプロピレン（PP）ペレット（J708UG：株式会社プライムポリマー）、無水マレイン酸変性ポリプロピレン（MAPP）ペレット（ユーメックス  1001：三洋化成工業株式会社）およびポリプロピレン不織布（日本バイリーン社製帯状不織布、幅１００mm，比重０．９１，引張強度５０MPa，弾性率２GPa）を、重量比で、PPペレット：MAPPペレット：PP不織布=85：5：10の割合で、二軸押出機に投入し、混練押出したのち、ペレタイザーを用いて改質ポリプロピレン（PP）ペレットを得た。
【００２０】
〔微細ガラス繊維入り改質ポリプロピレン（PP）ペレットの作製〕
繊維径0.5μm，繊維長さ200〜2000μmの微細ガラス繊維（日本無機株式会社：FM1700）を、上記改質ＰＰペレットの配合物１００に対して重量比で０．５となるように、二軸押出機に上記改質PPペレットの配合物とともに投入し、混練押出したのち、ペレタイザーを用いて微細ガラス繊維入り改質ポリプロピレン（PP）ペレットを得た。
【００２１】
〔樹脂カラーＡの作製〕
上記改質PPペレットを円筒状の金型に入れ、ヒートプレス機（HB200HB：河中産業株式会社）を用いて温度２２０℃，無圧の状態で１０分保持した後、温度220℃，圧力1 ＭPaの状態で１分間保持することで、直径８mm，長さ７mmの丸棒をプレス成形した。
成形後、室温条件下で徐冷して硬化させた後、旋盤を用いて図１に示すように外径８mm、内径６mm、高さ７mmの樹脂カラーＡを得た。
【００２２】
〔樹脂カラーＢの作製〕
改質PPペレットに変えて上記微細ガラス繊維入り改質PPペレットを用いた以外は、上記樹脂カラーＡと同様にして樹脂カラーＢを得た。
【００２３】
〔CFRP試験片Ａの作製〕
補強繊維にPAN系平織り炭素繊維布（三菱レイヨン株式会社：TR 3110-MS），母材にエポキシ樹脂（三菱化学株式会社：グレード828）を用いてハンドレイアップ法によって、平織り炭素繊維布を８層積層したのち、積層した材料を、ヒートプレス機（河中産業株式会社：HB200HB）を用いて、５ ＭPaの圧力下，８０℃で1時間，１５０℃で３時間の条件でプレス成形し、成形後、室温条件下で徐冷して、CFRP板材を得た
得られたCFRP板材の強度は、約７４０ＭPaであった。
つぎに、上記CFRP板材を、ダイヤモンドカッターとフライス盤を用いて図2 (a)に示す寸法に切り出すとともに、φ６．０２mmの貫通孔を穿設してCFRP試験片Ａを得た。
【００２４】
〔CFRP試験片Ｂの作製〕
φ８．０２mmの貫通孔を設けた以外は、上記CFRP試験片Ａと同様にしてCFRP試験片Ｂを得た。
【００２５】
〔CFRTP試験片Ａの作製〕
汎用グレードのプリプレグ（三菱レイヨン株式会社製、母材：マレイン酸変性ポリプロピレン、補強繊維：PAN系炭素繊維）を積層構成が[(0/90)4]sとなるように、積層し、０．５ＭPaの圧力の下、２００℃でプレスした後、８０℃でプレス成形し、室温条件下で徐冷してCFRTP板材を得た。
得られたCFRTP板材の強度は、約５４４ＭPaであった。
つぎに、上記CFRTP板材を、ダイヤモンドカッターとフライス盤を用いて図2 (a)に示す寸法に切り出すとともに、φ６．０２mmの貫通孔を穿設してCFRTP試験片Ａを得た。
【００２６】
〔CFRTP試験片Ｂの作製〕
φ８．０２mmの貫通孔を設けた以外は、上記CFRTP試験片Ｂと同様にしてCFRTP試験片Ｂを得た。
【００２７】
（比較例１）
３枚のCFRP試験片Ａを図２（ｂ）および図３（ａ）に示すように、貫通孔を一致させるとともに、上下２枚のCFRP試験片Ａの間にアルミニウム板を介在させ、ワッシャを介在させた状態でM6のボルトを貫通孔に挿通し、ボルト先端にナットを締め込んで、繊維強化樹脂複合材であるCFRPの接合サンプルＡ（以下、継手Ａと記す）を得た。
なお、ボルトはSCM435（クロムモリブデン鋼）の市販の六角穴付きボルト、ワッシャはSPCC（冷間圧延鋼板）の平座金、ナットはSS400（一般構造用圧延鋼）の六角ナットを使用した。
また、アルミニウム板と、上下のCFRP試験片Ａとは、エポキシ系接着剤（ニチバン株式会社：アラルダイトAR-1600）を用いて接着した。
【００２８】
（比較例２）
CFRP試験片Ａに代えて、CFRTP試験片Ａを用いた以外は、比較例１と同様にして繊維強化樹脂複合材であるCFRTPの接合サンプルＢ（以下、継手Ｂと記す）を得た。
【００２９】
（比較例３）
３枚のCFRP試験片Ｂを図２（ｂ）および図３（ｂ）に示すように、貫通孔を一致させるとともに、上下２枚のCFRP試験片Ｂの間にアルミニウム板を介在させた。
そして、３枚のCFRP試験片Ｂの貫通孔を貫通するように、上記樹脂カラーＡを装着したのち、ワッシャを介在させた状態でM6のボルトを樹脂カラーＡに挿通し、ボルト先端にナットを締め込んで、樹脂カラーＡ使用のCFRPの接合サンプルＣ（以下、継手Ｃと記す）を得た。
なお、ボルトはSCM435（クロムモリブデン鋼）の市販の六角穴付きボルト、ワッシャはSPCC（冷間圧延鋼板）の平座金、ナットはSS400（一般構造用圧延鋼）の六角ナットを使用した。
また、アルミニウム板と、上下のCFRP試験片Ｂとは、エポキシ系接着剤（ニチバン株式会社：アラルダイトAR-1600）を用いて接着した。
【００３０】
（比較例４）
樹脂カラーＡに代えて、樹脂カラーＢを用いた以外は、上記比較例３と同様にして、樹脂カラーＢ使用のCFRPの接合サンプルＤ（以下、継手Ｄと記す）を得た。
【００３１】
（実施例１）
３枚のCFRTP試験片Ｂを図２（ｂ）および図３（ｂ）に示すように、貫通孔を一致させるとともに、上下２枚のCFRTP試験片Ｂの間にアルミニウム板を介在させた。
そして、３枚のCFRTP試験片Ｂの貫通孔を貫通するように、上記樹脂カラーＡを装着したのち、ヒートガン（石崎電機製作所：PJ-203A1）を用いてボルト締結部周辺を５分間加熱し、試験片と樹脂カラーの溶着を行った。その際には25×25 mm、厚さ約0.3 mmのPP製のシートを敷いた。
つぎに、ワッシャを介在させた状態でM6のボルトを樹脂カラーＡに挿通し、ボルト先端にナットを締め込んで、樹脂カラーＡ使用のCFRTPの接合サンプルＥ（以下、継手Ｅと記す）を得た。
なお、ボルトはSCM435（クロムモリブデン鋼）の市販の六角穴付きボルト、ワッシャはSPCC（冷間圧延鋼板）の平座金、ナットはSS400（一般構造用圧延鋼）の六角ナットを使用した。
また、アルミニウム板と、上下のCFRTP試験片Ｂとは、エポキシ系接着剤（ニチバン株式会社：アラルダイトAR-1600）を用いて接着した。
【００３２】
（実施例２）
樹脂カラーＡに代えて、樹脂カラーＢを用いた以外は、上記実施例１と同様にして、樹脂カラーＡ使用のCFRTPの接合サンプルＦ（以下、継手Ｆと記す）を得た。
【００３３】
（比較例５）
３枚のCFRP試験片Ａに代えて、３枚の貫通孔を有するアルミニウム板を用いた以外は、比較例１と同様にして、比較のための接合サンプルＧ（以下、継手Ｇと記す）を得た。
【００３４】
また、２００×２５mmのCFRPおよびCFRTPの平滑試験片も用意した。
【００３５】
比較例１で得られた継手Ａ、比較例２で得られた継手Ｂ、比較例５で得られた継手Ｇのそれぞれについて、ボルトの締結トルクを、0（いわゆる手締めの条件），５，１０，２０ Nmにした状態で、ボルトの締結トルクを、万能材料試験機（島津製作所：オートグラフ，定格荷重１００kN）を用い，変位制御により静的引張せん断試験を以下の条件で行い、継手効率（joint efficiency）Cを求め、その結果を、図４に示した。
なお、一般に、M6のボルトを用いてSS材を締結する場合には、４．９Nm程度の締結トルクが常用される。
【００３６】
〔試験条件〕
試験片の標点間距離：１００ mm
クロスヘッドの速度：１ mm/min
試験環境：実験室環境下（温度２３ ℃，湿度 ５０〜６５ %）
【００３７】
また、継手効率Cは、以下の式により求めた。
【００３８】
【数１】
2017159547.tif 000003
【００３９】
図４から、CFRPを用いた継手ＡおよびCFRTPを用いた継手Ｂの継手効率は、アルミニウム板を用いた場合の継手Ｇの継手効率に比べてかなり小さい（約1/4程度）ことを確認できる。また、継手Ａ，Ｂ，Ｇの各継手とも、ボルトの締結トルクを大きくすると継手効率が向上することがわかる。さらに、CFRPを用いた継手ＡおよびCFRTPを用いた継手Ｂの場合、ボルトの締結トルクを10 Nmより大きくすると、締結トルクの増分に伴う継手効率の向上の変化が小さくなることがわかる。
【００４０】
締結トルク０Nmとした上記継手Ａの、引張せん断試験に供したのちのCFRP試験片Ａの損傷状態（内部状態）をＸ線CTスキャナ（株式会社東陽テクニカ：SkyScan1172）を用いて撮影し、締結トルクを０Nmとした際の初期の荷重低下が生じた3.5kN（最大荷重の約65%）負荷時の損傷状態を図５（ａ）に、最大荷重負荷後の損傷状態を図５（ｂ）にそれぞれ示した。
なお、CT画像は、図５に示すように、CFRP試験片Ａに設けた貫通孔の中心を原点と考えた際のxy平面の観察画像とした。
【００４１】
締結トルク１０Nmとした上記継手Ａの、引張せん断試験に供したのちのCFRP試験片Ａの損傷状態を同様にしてＸ線CTスキャナ（株式会社東陽テクニカ：SkyScan1172）を用いて
撮影し、締結トルクを１０ Nmとした際の初期の荷重低下が生じた3.5kN（最大荷重の約65%）負荷時の損傷状態を図６（ａ）に、最大荷重負荷後の損傷状態を図６（ｂ）にそれぞれ示した。
【００４２】
また、上記のようにしてＸ線CTスキャナを用いて観察を行った後の締結トルクを０Nm および１０Nm としたときの、CFRP試験片Ａについて、図５（ａ）に記載した点線部分で切断し、観察用試験片をそれぞれ作製した。
そして、上記のようにして用意した観察用試験片をシリコンゴム製の成形型に入れて固定した後、汎用ビニルエステル（ディーエイチ・マテリアル株式会社：商品名XD-009改）、硬化剤（化薬アクゾ株式会社：商品名硬化剤328E）、促進剤（有限会社林ケミカル：商品名オクチル酸コバルト）を１００：１：０．３の重量割合で混合した硬化性樹脂組成物を成形型に入れ、２４時間室温条件下に保持し硬化させた。
【００４３】
つぎに、観察用試験片を、マイクロスコープを用いて図５（ａ）に示した矢印方向から貫通孔の中心を原点と考えた際のyz平面を観察し、損傷状態（内部状態）を調べた。
そして、締結トルクを０Nmとし、引張せん断試験に供試した際に初期の荷重低下が生じた３．５kN（最大荷重の約６５％）負荷時の損傷状態を図７（ａ）に、最大荷重負荷後の損傷状態を図７（ｂ）にそれぞれ示した。
【００４４】
また、締結トルクを１０Nmとし、引張せん断試験に供試した際に初期の荷重低下が生じた3.5kN（最大荷重の約６５％）負荷時の損傷状態を図８（ａ）に、最大荷重負荷後の損傷状態を図８（ｂ）にそれぞれ示した。
【００４５】
上記図５（ａ）および図７（ａ）から、ボルトの締結トルクを０Nmとした場合において、CFRP試験片Ａは貫通孔に面内方向圧縮を受けることにより、比較的早期に貫通孔付近で圧壊が生じ、面外方向にふくらみが生じていることがわかる。また、圧縮を受けることにより比較的早期に炭素繊維にキンク損傷が確認されるとともに、貫通孔近傍に層間はく離が確認され、負荷荷重の増加に伴い貫通孔から離れた位置にも確認されることがわかる。
一方、上記図５（ｂ）および図７（ｂ）から、また、ボルトの締結トルクを０Nmとした場合において、最大荷重負荷後には、き裂が荷重負荷方向へ進展していることが確認された。
【００４６】
他方、ボルトの締結トルクを１０Nmとした場合において、図６（ｂ）に示すように、き裂が、荷重負荷方向に対し、45°方向へ進展したことを確認された。また、図８に示すように、締結トルクを１０Nmとした場合において、圧壊に伴う面外方向への大きなふくらみは確認されなかった。また、図６（ａ）および図８（ａ）に示すように、早期の損傷は確認されず、図６（ｂ）および図８（ｂ）に示すように、最大荷重負荷後に貫通孔近傍にキンク損傷が確認された。
上記のように。締結トルクを１０Nmとした試験片の方が、特に圧壊が小さかったことから、ボルトに締結トルクを負荷させることにより締結物であるCFRP試験片Ａ間に摩擦力が生じることで、荷重負荷開始直後にはボルトによる貫通孔側面への面内方向圧縮が大きく負荷されていなかったことが考えられる。
【００４７】
締結トルクを０Nmとした上記継手Ｂの、引張せん断試験に供したのちのCFRTP試験片Ａの損傷状態（内部状態）をＸ線CTスキャナ（株式会社東陽テクニカ：SkyScan1172）を用いて撮影し、締結トルクを０Nmとした際の初期の荷重低下が生じた１．５kN（最大荷重の約５０%）負荷時の損傷状態を図９（ａ）に、最大荷重負荷後の損傷状態を図９（ｂ）にそれぞれ示した。
なお、CT画像は、図９に示すように、CFRTP試験片Ａに設けた貫通孔の中心を原点と考えた際のxy平面の観察画像とした。
【００４８】
締結トルク１０Nmとした上記継手Ｂの、引張せん断試験に供したのちのCFRTP試験片Ａの損傷状態を同様にしてＸ線CTスキャナ（株式会社東陽テクニカ：SkyScan1172）を用いて撮影し、締結トルクを１０ Nmとした際の初期の荷重低下が生じた１．５kN（最大荷重の約５０%）負荷時の損傷状態を図１０（ａ）に、最大荷重負荷後の損傷状態を図１０（ｂ）にそれぞれ示した。
【００４９】
また、上記のようにしてＸ線CTスキャナを用いて観察を行った後の締結トルクを０Nm および１０Nm としたときの、CFRTP試験片Ａについて、図９（ａ）に記載した点線部分で切断し、観察用試験片をそれぞれ作製した。
そして、上記のようにして用意した観察用試験片をシリコンゴム製の成形型に入れて固定した後、汎用ビニルエステル（ディーエイチ・マテリアル株式会社：商品名XD-009改）、硬化剤（化薬アクゾ株式会社：商品名硬化剤328E）、促進剤（有限会社林ケミカル：商品名オクチル酸コバルト）を１００：１：０．３の重量割合で混合した硬化性樹脂組成物を成形型に入れ、２４時間室温条件下に保持し硬化させた。
【００５０】
つぎに、観察用試験片を、マイクロスコープを用いて図１０（ａ）に示した矢印方向から貫通孔の中心を原点と考えた際のyz平面を観察し、損傷状態（内部状態）を調べた。
そして、締結トルクを０Nmとし、引張せん断試験に供試した際に初期の荷重低下が生じた１．５kN（最大荷重の約５０％）負荷時の損傷状態を図１１（ａ）に、最大荷重負荷後の損傷状態を図１１（ｂ）にそれぞれ示した。
【００５１】
また、締結トルクを１０Nmとし、引張せん断試験に供試した際に初期の荷重低下が生じた１．５kN（最大荷重の約５０%）負荷時の損傷状態を図１２（ａ）に、最大荷重負荷後の損傷状態を図１２（ｂ）にそれぞれ示した。
【００５２】
上記図９（ａ）および図１１（ａ）に示すように、ボルトの締結トルクを０ Nmとした場合において、CFRTP試験片Ａは貫通孔に面内方向圧縮を受けることにより、先のCFRP試験片Ａの場合と同様に、比較的早期に貫通孔付近で圧壊が見られ、CFRP試験片Ａと比較して面外方向への顕著な変形が確認された。また、圧縮を受けることにより比較的早期に炭素繊維にキンク損傷が確認された。しかし、CFRTP試験片ＡではCFRP試験片Ａに見られた層間はく離は確認されなかった。また最大荷重負荷後には図９（ｂ）に示すように、貫通孔の両端にき裂が見られた。
【００５３】
他方、ボルトの締結トルクを１０Nmとした場合、図１０（ａ）および図１２（ａ）に示すように、荷重負荷開始直後には圧壊に伴う面外方向への大きなふくらみは確認されなかったが、図１０（ａ）および図１２（ａ）に示すように、最大荷重負荷時では面外方向への変形が確認され、早期に変形が生じないことが確認された。
これは先のCFRP試験片Ａの場合と同様に、ボルトに締結トルクを負荷させることにより締結物であるCFRTP試験片Ａ間に摩擦力が生じることで、荷重負荷開始直後にはボルトによる貫通孔側面への面内方向圧縮が負荷されていなかったことが考えられる。
【００５４】
上記CFRP試験片Ｂと樹脂カラーＡを用いた比較例３の継手Ｃおよび上記CFRP試験片Ｂと樹脂カラーＢを用いた比較例４の継手Ｄについて、締結トルクを０，５，１０ Nmとした場合の継手効率を上記と同様にして求め、その結果を、上記継手Ａと対比させて図１３に示した。
図１３に示すように、カラーの使用の有無にかかわらず、ボルトの締結トルクの増加に伴い、継手効率が増加することが確認された。
【００５５】
また、継手Ａとガラス繊維を添加していない樹脂カラーＡを用いた継手Ｃについては、いずれもボルトの締結トルクを０ Nmとした際の継手効率は約１３ ％、５Nmとした際の継手効率は約１８ ％であった。
同様に、微細ガラス繊維を添加していない樹脂カラーＡを用いた継手Ｃと、微細ガラス繊維を添加した樹脂カラーＢを用いた継手Ｄの継手効率を比較してもその差はないことがわかる。
すなわち、CFRPの接合においては、樹脂カラーを併用しても、継手の機械的特性への影響が認められないとともに、微細ガラス繊維添加の影響は確認されなかった。
【００５６】
上記CFRTP試験片Ｂと樹脂カラーＡを用いた実施例１の継手Ｅおよび上記CFRTP試験片Ｂと樹脂カラーＢを用いた実施例２の継手Ｆについて、締結トルクを０，５，１０ Nmとした場合の継手効率を上記と同様にして求め、その結果を、上記継手Ｂと対比させて図１４に示した。
図１４に示すように、ボルトの締結トルクを５Nmとするまでは、CFRP試験片の場合と同様にカラーの使用の有無にかかわらず、ボルトの締結トルクの増加に伴い、継手効率が増加することが確認された。
【００５７】
すなわち、微細ガラス繊維が添加されていない樹脂カラーＡを用いた継手Ｅでは、ボルトの締結トルクを０Nmとした場合、継手Ｂに比べ、継手効率が相対的に約３５ ％向上し、ボルトの締結トルクを５Nmとした場合、継手効率が相対的に約２２％向上している。
また、微細ガラス繊維を添加した樹脂カラーＢを用いた継手Ｆでは、ボルトの締結トルクを０Nmとした場合、継手効率が継手Ｂに比べ、約５８％向上し、ボルトの締結トルクを5 Nmとした場合、約１２％向上している。
【００５８】
一方、ボルトの締め付け締結トルクを１０Nmとした場合、継手Ｅおよび継手Ｆのいずれも、継手Ａに比べて、継手効率が低下している。
これらのことから、CFRTPの接合において、樹脂カラーを用いるとともに、樹脂カラーの外周面と、CFRTPの貫通孔の内周面を溶着するようにすれば、接合強度が上がることがわかる。
【００５９】
また、微細繊維を添加した樹脂カラーを用いるようにすれば、特に、ボルト締結トルクが緩慢条件の際の継手効率の低下を抑制するために有効であると考えられる。
【００６０】
上記継手Ｅの荷重−変位線図を図１５（ａ） に、継手Ｆの荷重−変位線図を図１５(ｂ) にそれぞれ示した。なお、差異を明確化するために、この時の締結トルクを０Nmとした。
２つの荷重−変位線図を比較すると、どちらの試験片を用いた場合でも最初の荷重低下は約２．５ kNで生じていることがわかる。これはボルト接触部において圧縮破壊が生じたことによるものであると考えられる。
【００６１】
また、継手Ｅの場合、図１５（ａ） に示すように、Knee-point荷重が若干低く、また最大荷重後の損傷進展が見られた。
一方、継手Ｆの場合、図１５（ｂ） に示すように、比較的高荷重負荷時まで損傷が生じていないことが確認された。
このことから微細ガラス繊維が添加された樹脂カラーを併用することにより、約４kN時（継手Ｅの破壊荷重の約９５％）に生じる損傷が抑制されたと考えられる。
【００６２】
上記継手Ｅおよび継手Ｆをそれぞれ引張荷重４．０ kNで引張せん断試験に供したのち、それぞれのCFRTP試験片Ｂについて、貫通孔周辺の損傷状態をＸ線CTスキャナ（株式会社東陽テクニカ：SkyScan1172）を用いて撮影し、その結果を、継手Ｅについては図１６（ａ）に、継手Ｆについては図１６（ｂ）に示した。
図１６（ａ）と、図１６（ｂ）を比較すると、微細ガラス繊維を添加した樹脂カラーを用いた継手Ｆの貫通孔の左右両端部の損傷が小さいことがわかる。
【００６３】
このことから、微細ガラス繊維が、高荷重負荷時に生じる損傷を抑制したことで継手効率が向上したと考えられる。
したがって、微細繊維を添加した樹脂カラーを併用することで、CFRTPに設けた貫通孔縁の切断面に露出した炭素繊維の損傷が抑制され、継手効率が向上すると考えられる。
【００６４】
図１７に、継手Ｆの破壊後のCFRTP試験片Ｂの貫通孔縁のSEM画像を示す。
図１７に示すように、継手Ｆの破壊後のCFRTP試験片Ｂの貫通孔縁には、ガラス繊維が確認された。
一方、図示していないが、継手Ｅの破壊後のCFRTP試験片Ｂの貫通孔縁には、このような状態は確認されなかった。
【００６５】
すなわち、CFRTP試験片Ｂをボルト締結する際に、微細ガラス繊維が添加された樹脂カラーＢを併用することで、樹脂カラーＢに添加した微細繊維によりCFRTP試験片Ｂに設けた貫通孔側面にひっかき効果が生じ、局所的な損傷が抑制されると思われる。
【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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