(57)【要約】【課題】液体が繊維強化樹脂（以下、「ＦＲＰ」と称する）材と金属製のカラーとの間に浸入することを抑制することにより、金属製のカラーの電食を抑制する。【解決手段】ＦＲＰ材１０の締結構造は、板状に形成された板状部１１と、板状部１１に形成された貫通孔１２とを有するＦＲＰ材１０と、貫通孔１２に装着されて、締結具が挿通される金属製のカラー１３と、を備える。カラー１３は、筒状に形成された本体部１８，２２と、本体部１８，２２の両端部からそれぞれ径方向外側に延在し、間に板状部１１が接着される一対のツバ部１７，２１とを有し、ツバ部１７，２１は、板状部１１との接着面に配設される複数の突起２４を有する。突起２４は、板状部１１の板厚が寸法公差の下限値であり、かつ、一対のツバ部１７，２１間の距離が寸法公差の上限値である場合に、先端が板状部１１に接触するように形成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
締結具を用いて被締結物に締結するための繊維強化樹脂材の締結構造であって、
板状に形成された板状部と、前記板状部に形成された貫通孔とを有する繊維強化樹脂材と、
前記貫通孔に装着されて、前記締結具が挿通される金属製のカラーと、を備え、
前記カラーは、筒状に形成された本体部と、前記本体部の両端部からそれぞれ径方向外側に延在し、間に前記板状部が接着される一対のツバ部とを有し、
前記ツバ部は、前記板状部との接着面に配設される複数の突起を有し、
前記突起は、前記板状部の板厚が寸法公差の下限値であり、かつ、前記一対のツバ部間の距離が寸法公差の上限値である場合に、先端が前記板状部に接触するように形成されている
ことを特徴とする繊維強化樹脂材の締結構造。
【請求項２】
前記突起は、先端が平面状または曲面状に形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の繊維強化樹脂材の締結構造。
【請求項３】
前記突起は、前記本体部を中心にして放射状に配設されている
ことを特徴とする請求項１または２に記載の繊維強化樹脂材の締結構造。
【請求項４】
締結具を用いて被締結物に締結するための繊維強化樹脂材の締結構造において、
板状に形成された板状部と、前記板状部に形成された貫通孔とを有する繊維強化樹脂材と、
前記貫通孔に装着されて、前記締結具が挿通される金属製のカラーと、を備え、
前記カラーは、筒状に形成された本体部と、前記本体部の両端部からそれぞれ径方向外側に延在し、間に前記板状部が接着される一対のツバ部とを有し、
前記ツバ部は、前記板状部との接着面に配設される複数の突起を有し、
前記突起は、前記板状部の板厚のばらつきおよび前記一対のツバ部間の距離のばらつきを吸収する機能を持っている
ことを特徴とする繊維強化樹脂材の締結構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維強化樹脂（以下、「ＦＲＰ」と称する）材の締結構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、締結具を用いてＦＲＰ材と被締結物とを締結するＦＲＰ材の締結構造が公知である（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、ボルトおよびナットを用いてＦＲＰ材とブラケットとを締結する技術が開示されている。
【０００３】
ＦＲＰを構成する樹脂はクリープ変形する性質を有するので、高強度のボルトを締結具として使用する場合、金属製のカラーをＦＲＰ材に装着して、ボルトの軸力を金属製のカラーで受けるようにすることがある。このようにすることにより、経時的にＦＲＰ材を構成する樹脂材にクリープ変形などによる肉痩せが生じてボルトの軸力が低下して、ボルトのゆるみが発生することを抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２９２１０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前述の締結構造では、液体（例えば、雨水や海水など）がＦＲＰ材と金属製のカラーとの間の隙間に浸入し、ＦＲＰ材と金属製のカラーとが接触している部分に液体が付着した場合に、金属製のカラーが電食し腐食が発生する可能性があるという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明は、液体がＦＲＰ材と金属製のカラーとの間に浸入することを抑制することにより、金属製のカラーの電食を抑制することができるＦＲＰ材の締結構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るＦＲＰ材の締結構造は、板状部に形成された貫通孔を有するＦＲＰ材と、貫通孔に装着された金属製のカラーと、を備える。カラーは、本体部の両端部からそれぞれ径方向外側に延在し、間に板状部が接着される一対のツバ部を有し、ツバ部は、板状部との接着面に配設される複数の突起を有する。突起は、板状部の板厚が寸法公差の下限値であり、かつ、一対のツバ部間の距離が寸法公差の上限値である場合に、先端が板状部に接触するように形成されている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係るＦＲＰ材の締結構造によれば、ＦＲＰ材と金属製のカラーとの間に液体が浸入することを抑制することにより、金属製のカラーの電食を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態に係るＦＲＰ材の締結構造を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に係るＦＲＰ材の締結構造を示す分解斜視図である。
【図３】本発明の実施形態に係るＦＲＰ材の締結構造を示す断面図である。
【図４】カラーの第１部材の下面図である。
【図５】ＦＲＰ材の板厚および一対のツバ部間の距離と、突起の高さとの関係を示す説明図である。
【図６】突起の先端形状がＦＲＰ材に及ぼす影響を示す説明図である。
【図７Ａ】突起の有無がＦＲＰ材の曲げ変形に及ぼす影響を示す説明図であり、突起が有る場合でＦＲＰ材が変形前の状態を示す。
【図７Ｂ】突起の有無がＦＲＰ材の曲げ変形に及ぼす影響を示す説明図であり、突起が有る場合でＦＲＰ材が変形後の状態を模式的に示す。
【図８Ａ】突起の有無がＦＲＰ材の曲げ変形に及ぼす影響を示す説明図であり、突起が無い場合でＦＲＰ材が変形前の状態を示す。
【図８Ｂ】突起の有無がＦＲＰ材の曲げ変形に及ぼす影響を示す説明図であり、突起が無い場合でＦＲＰ材が変形後の状態を模式的に示す。
【図９】本発明の他の実施形態に係るＦＲＰ材の締結構造を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態を図面とともに詳述する。
【００１１】
本発明の実施形態に係るＦＲＰ材１０の締結構造を図１から図８に基づいて説明する。
【００１２】
図１から図３に示すＦＲＰ材１０は、平板状に形成されているが、ＦＲＰ材１０全体が平板状に形成されていなくてもよく、少なくとも被締結物（図示せず）との締結部が平板状に形成されていればよい。また、ＦＲＰ材１０の図中の上下両面のうち図中上側の面１０ａを便宜的に「表面」と称し、図中下側の面１０ｂを便宜的に「裏面」と称する。これらの「表面」および「裏面」は、ＦＲＰ材１０に固定されるカラー１３Ａの向きを特定するものではなく、いずれか一方の面を示すものである。
【００１３】
図１から図３に示すように、本実施形態に係るＦＲＰ材１０の締結構造は、締結具（例えば、ボルトおよびナット）を用いて被締結物に締結するための構造である。本実施形態に係るＦＲＰ材１０の締結構造では、ＦＲＰ材１０の板状部１１に表面１０ａと裏面１０ｂとを貫通する貫通孔（下穴）１２が形成され、貫通孔１２に金属製のカラー（金属カラー）１３Ａが装着される。そして、カラー１３Ａに被締結物を重ね合わせた状態でカラー１３Ａの内方および被締結物の貫通孔にボルトが挿入されたのちボルトにナットを締め付けることによって、ＦＲＰ材１０と被締結物とが締結される。
【００１４】
ＦＲＰ材１０は、例えば、フード（ボンネット）、ドアパネル、バンパー、トランクリッド、リアゲート、フェンダパネル、サイドボディパネル、ルーフパネルなど車両用構成部材に適用することができる。また、ＦＲＰ材１０は、車両用構成部材に限定されず、各種構成部材に適用することが可能である。
【００１５】
ＦＲＰ材１０は、ホットプレス成形法やオートクレーブ成形法など公知の方法を用いて成形することができる。具体的には、例えば、各層ごとに予めマトリックス樹脂を繊維材に含浸させたプリプレグを用意し、このプリプレグを所定形状に裁断したものを所定枚数積層して、加熱プレスやオートクレーブ内で加圧および加熱することでＦＲＰ材１０を成形する。また、各繊維材を所定の配向方向で配列した繊維プリフォームを金型に封入し、金型内にマトリックス樹脂を加圧注入する方法（レジントランスファー成形法）でＦＲＰ材１０を成形してもよい。
【００１６】
前記繊維材を構成する繊維は、特に限定されず、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維など、種々の繊維を用いることができる。また、炭素繊維としては、特に限定されず、例えば、ＰＡＮ系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維、レーヨン系炭素繊維を用いることができる。
【００１７】
前記マトリックス樹脂は、特に限定されず、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアミド樹脂、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）樹脂など公知の熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂を用いることができる。
【００１８】
金属製のカラー１３Ａは、第１部材１４Ａと、第２部材１５Ａと、から構成される。
【００１９】
第１部材１４Ａは、ＦＲＰ材１０の表面１０ａにおける貫通孔１２の周縁部に電気的絶縁性を有する接着剤１６を介して当接するツバ部１７と、ツバ部１７の内周側から貫通孔１２内をＦＲＰ材１０の裏面１０ｂに向けて延在する本体部１８と、を有する。この第１部材１４Ａは、全体としてはツバ付タイプのカラーの形状に形成されており、第１部材１４Ａの本体部１８に、ボルトを挿通可能なボルト挿通孔１９が形成されている。
【００２０】
第２部材１５Ａは、ＦＲＰ材１０の裏面１０ｂにおける貫通孔１２の周縁部に電気的絶縁性を有する接着剤２０を介して当接するツバ部２１と、ツバ部２１に結合されるとともに第１部材１４Ａの本体部１８における端部に対向する本体部２２と、を有する。この第２部材１５Ａは、全体としては円環状に形成されており、第２部材１５Ａの本体部１８に、ボルトを挿通可能なボルト挿通孔２３が形成されている。
【００２１】
本実施形態では、図２から図４に示すように、ツバ部１７，２１の板状部１１との接着面に、複数の突起２４が形成されており、板状部１１の板厚および一対のツバ部１７，２１間の距離が寸法公差の範囲内であれば、突起２４が板状部１１に接触するようになっている。すなわち、突起２４は、板状部１１の板厚のばらつきおよび一対のツバ部１７，２１間の距離のばらつきを吸収する機能を持っている。このような突起２４が、本体部１８，２２を中心にして放射状に配設されている。
【００２２】
図５に示すように、突起２４は、板状部１１の板厚（ｔｃ）が寸法公差の下限値（−ａ）であり、かつ、一対のツバ部１７，２１間の距離（Ｂ）が寸法公差の上限値（＋ｂ２）である場合に、先端が板状部１１に接触するように形成される。すなわち、本実施形態では、突起２４の高さの基準寸法ｔｎは、「ｔｎ＝（ａ＋ｂ２）／２」という関係式を満たす。なお、ＦＲＰ材１０のマトリックス樹脂の熱膨張分などを考慮する必要がある場合には、その熱膨張分（＋α）を前述の関係式に加えて、「ｔｎ＝（ａ＋ｂ２＋α）／２」とするようにしてもよい。
【００２３】
その一方で、板状部１１の板厚（ｔｃ）が寸法公差の上限値（＋ａ）であり、かつ、一対のツバ部１７，２１間の距離（Ｂ）が寸法公差の下限値（＋ｂ１）である場合は、板状部１１の板厚と一対のツバ部１７，２１間の距離とが一致するようになっている（ｔｃ＋ａ＝Ｂ＋ｂ１）。この場合、突起２４はＦＲＰ材１０内に完全に埋まるだけであるので、カラー１３ＡがＦＲＰ材１０を押し潰すことは無い。要するに、板状部１１の板厚（ｔｃ）は、一対のツバ部１７，２１間の距離（Ｂ）以下となるように設定される。
【００２４】
突起２４の高さ（ｔｎ）は、例えば最大で０．５ｍｍ程度であり、突起２４の先端がＦＲＰ材１０に食い込んだとしても、繊維に到達することはほとんど無く、突起２４の先端が食い込んだ部分を起点としてＦＲＰ材１０が破損に至ることは無い。
【００２５】
突起２４の先端形状は、平面状または曲面状とすることが好ましい。例えば、突起２４を針形状（円錐形状）に成形し、成形後に突起２４の先端を潰すようにする。突起２４の先端形状を、平面状または曲面状とすることで、ＦＲＰ材１０に与えるダメージをより小さくすることができる。
【００２６】
図６中の右側の突起２４のように先端が尖っていると、突起２４の先端が繊維Ｆに到達した場合には、突起２４が繊維Ｆの束を裂いて亀裂Ｃを進展させてしまう可能性がある。これに対して、図６中の左側の突起２４のように先端を潰しておくことにより、突起２４の先端が繊維Ｆに到達したとしても、突起２４が繊維Ｆの束を押し潰すに留めることが可能になる。或いは、図６中の中央の突起２４のように、突起２４が繊維Ｆの一部を断裂させるが、繊維Ｆの束を裂いてしまうことは回避することが可能になる。
【００２７】
カラー１３ＡをＦＲＰ材１０に装着する際には、カラー１３Ａの第１部材１４Ａの本体部１８と第２部材１５Ａの本体部２２とが接触するまで、第１部材１４Ａの本体部１８をＦＲＰ材１０の貫通孔１２に挿入（圧入）する。カラー１３ＡのＦＲＰ材１０への装着時に、突起２４がＦＲＰ材１０と接触し、或いは、突起２４がＦＲＰ材１０に食い込むこととなる。
【００２８】
接着剤１６，２０は、電気的絶縁性を有するものであればよく、例えば、エポキシ樹脂系接着剤、ウレタン樹脂系接着剤を用いることができる。また、これらの接着剤１６，２０は、熱硬化性の接着剤であってもよく、熱可塑性の接着剤であってもよい。
【００２９】
被締結物の材質は、特に限定されず、金属材料や樹脂材料などを用いることができる。ボルトおよびナット（締結具）の材質も、特に限定されず、金属材料や樹脂材料などを用いることができる。また、ＦＲＰ材１０と被締結物とを締結するのに用いる締結具は、ボルトおよびナットに限定されず、例えば、ピン、リベット、タッピングボルト、スタッドボルトなどを用いることもできる。
【００３０】
以下に、本実施形態による作用効果を説明する。
【００３１】
（１）本実施形態に係るＦＲＰ材１０の締結構造は、板状に形成された板状部１１と、板状部１１に形成された貫通孔１２とを有するＦＲＰ材１０と、貫通孔１２に装着されて、締結具が挿通される金属製のカラー１３Ａと、を備える。カラー１３Ａは、筒状に形成された本体部１８，２２と、本体部１８，２２の両端部からそれぞれ径方向外側に延在し、間に板状部１１が接着される一対のツバ部１７，２１とを有し、ツバ部１７，２１は、板状部１１との接着面に配設される複数の突起２４を有する。これら突起２４は、板状部１１の板厚が寸法公差の下限値であり、かつ、一対のツバ部１７，２１間の距離が寸法公差の上限値である場合に、先端が板状部１１に接触するように形成されている。
【００３２】
ツバ部１７，２１の板状部１１との接着面に前述のような突起２４を設けることにより、板状部１１の板厚のばらつきおよび一対のツバ部１７，２１間の距離のばらつきが突起２４により吸収されるようになっている。このため、ＦＲＰ材１０とカラー１３Ａとの接着品質を安定させることでき、カラー１３ＡのＦＲＰ材１０への装着時に板状部１１とツバ部１７，２１との間に隙間が生じることを抑制することが可能になる。
【００３３】
また、図８Ａに示すように、ツバ部１７，２１の板状部１１との接着面に突起２４が無い場合、図８Ｂに示すように、カラー１３Ａに荷重Ｌが入力されると、ＦＲＰ材１０が三点曲げのような変形形態で変形し、ＦＲＰ材１０に発生する曲げ応力が大きくなる可能性が有る。これに対して、図７Ａに示すように、ツバ部１７，２１の板状部１１との接着面に突起２４が有る場合には、図７Ｂに示すように、カラー１３Ａに荷重Ｌが入力されると、ＦＲＰ材１０は四点曲げのような変形形態で変形する。このため、ＦＲＰ材１０における応力発生箇所を分散させることができ、ＦＲＰ材１０に発生する曲げ応力を突起２４が無い場合と比べて低く抑えることが可能である。
【００３４】
（２）突起２４は、先端が平面状または曲面状に形成されている。
【００３５】
このようにすることにより、突起２４が繊維の束を裂いて亀裂を進展させてしまうことを回避することができ、ＦＲＰ材１０に与えるダメージを最小限に留めることが可能になる。
【００３６】
（３）突起２４は、本体部１８，２２を中心にして放射状に配設されている。
【００３７】
このようにすることにより、突起２４をツバ部１７，２１の接着面全体に分布させることが可能になる。突起２４をツバ部１７，２１の接着面全体に分布させることにより、せん断方向の摩擦力を向上させることができるのみならず、接着面積が増大するため、接着の前処理（サンドペーパーなどによる粗面化処理）を省略することが可能になる。
【００３８】
［他の実施形態］
図８に示す他の実施形態に係るＣＦＲＰ材１０の締結構造では、カラー１３Ｂの第２部材１５Ｂの本体部２２は、ツバ部２１の内周側から貫通孔１２内をＣＦＲＰ材１０の表面１０ａに向けて延在している。すなわち、第２部材１５Ｂが、第１部材１４Ｂと同様に、全体としてはツバ付タイプのカラーの形状に形成されている。この実施形態においても、ツバ部１７，２１の板状部１１との接着面に、複数の突起２４が形成されており、板状部１１の板厚および一対のツバ部１７，２１間の距離が寸法公差の範囲内であれば、突起２４が板状部１１に接触するようになっている。
【００３９】
ところで、本発明のＦＲＰ材の締結構造は前述の実施形態に例をとって説明したが、この実施形態に限ることなく本発明の要旨を逸脱しない範囲で他の実施形態を各種採用することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１０  ＦＲＰ材（繊維強化樹脂材）
１１  板状部
１２  貫通孔
１３  カラー
１４  第１部材
１５  第２部材
１７  ツバ部
１８  本体部
２１  ツバ部
２２  本体部
２４  突起
【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７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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