(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マンドレルの端部に端部継ぎ手部材が設けられると共に、未硬化の繊維補強プラスチックを端部継ぎ手部材を含む前記マンドレルの外周面に巻回して構造部材を形成する構造部材の製造方法において、
外周面に突出部分を有する前記端部継ぎ手部材を前記マンドレルに嵌め込む嵌め込み工程と、
上記嵌め込み工程により嵌め込まれた端部継ぎ手部材及びマンドレルに対し未硬化の繊維補強プラスチックを巻回する巻回工程と、
上記巻回工程により巻回された繊維補強プラスチックを硬化させる硬化工程とを具備し、
上記嵌め込み工程、または巻回工程において、外周面に硬化中に軟化した繊維補強プラスチックの樹脂成分をトラップする溝部が形成された押さえ部材を上記端部継ぎ手部材と同軸に、かつ、重ねるようにして取り付けることを特徴とする構造部材の製造方法。
【請求項２】
未硬化の繊維補強プラスチックをマンドレルに巻回することにより形成される構造部材において、
上記マンドレルに巻回された繊維補強プラスチックの硬化により形成された中空構造部材と、上記中空構造部材の開口端部側に設けられ、外周面に上記中空構造部材の内壁側と係合する、あるいはこれを貫通する突出部分を有する端部継ぎ手部材とを具備し、
上記中空構造部材の端部外側には、上記端部継ぎ手部材と同軸に、かつ、重ねるように押さえ部材が設けられていることを特徴とする構造部材。
【請求項３】
上記押さえ部材の外周面には、硬化中に軟化した繊維補強プラスチックの樹脂成分をトラップする溝部が形成されていることを特徴とする請求項２記載の構造部材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、繊維補強プラスチックを用いたトラス部材等の構造部材及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
繊維補強プラスチックを用いて建築用のトラス部材や宇宙用の構造部材等、種々の構造部材を製造する試みが行われている。ここで、従来の構造部材には、図８に示すような構成があり、以下、その構成について構造部材１の製造方法と併せて説明する。
【０００３】
構造部材１は、繊維補強プラスチックからなる中空構造部材２を有している。この中空構造部材２を製作する方法としては、フィラメントワインディング法や、引き抜き製法等がある。
【０００４】
このうち、フィラメントワインディング法は、糸状の繊維を未硬化の樹脂に浸漬させてこの繊維に未硬化の樹脂を含ませた後に不図示のマンドレルの外周に巻回し、この後に、例えば常温で略８時間、電気炉で加熱しながら１時間等、所定時間かけて未硬化の樹脂を硬化させる。
【０００５】
未硬化の樹脂が硬化して中空構造部材２が形成された後に、中空構造部材２の内部からマンドレルを引き抜いたり、またそのままマンドレルが存する状態で構造部材１として用いている（なお、本図においては、マンドレルは引き抜いている。）。
【０００６】
また、引き抜き製法は、例えば円周上に平行に引き揃えた繊維を押し出し機の口金に通して、繊維が並べられた部分に未硬化の樹脂を供給し、所定時間口金の中で加熱し樹脂を硬化させ、中空構造部材２を形成している。この引き抜き製法では、連続的に円筒形状などが作成できるため、成形後にマンドレルを引き抜く必要はない。
【０００７】
このようにして、中空構造部材２を製作した後に、中空構造部材２の開口端部に端部継ぎ手金具３を取り付ける。この端部継ぎ手金具３を取り付ける場合、まず上記中空構造部材２の開口端部側、及び端部継ぎ手金具３のマンドレル嵌め込み部３ａの両方に、リベット４を打ち込むための孔を穿設し、これら互いの孔の位置合わせを確認した後にリベット４を打ち込む。それにより、端部継ぎ手金具３の取り付け作業が終了する。
【０００８】
端部継ぎ手金具３の取り付けが終了すれば、例えばノード５のような金具を介して他の構造部材に対して連結可能な構造部材１が製作される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述のような繊維補強プラスチック製の中空構造部材２は、高強度であり、穿設加工を施すのが難しい。これは、繊維補強プラスチックは強度が高くその内部に用途に応じて炭素繊維やアラミド繊維が含まれているので、元々穿設加工が難しい上に、補強繊維同士は樹脂によってしか結合されていないため、穿設加工中に炭素繊維に沿った割れが生じることがあり、加工が困難になっている。
【００１０】
このように、中空構造部材２は高強度であると共に、加工が難しいので、穿設加工に際して切削性の良い高価な工具を用いる必要があるが、このような高価な工具を用いて何ヶ所も孔をあけることは、工具代金や加工時の工数増大の両面で、高コストへとつながる。このため、簡易かつ低コストで中空構造部材２と端部継ぎ手金具３との結合が実現できる構造部材１の構成、及び構造部材１の製造方法が望まれている。
【００１１】
また、上述のフィラメントワインディング加工法は、加工方法自体が高コストであるという問題も有している。
【００１２】
本発明は上記の事情にもとづきなされたもので、その目的とするところは、簡易な構成でありながら確実に結合がなされる構造部材及び構造部材の製造方法を提供しようとするものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、マンドレルの端部に端部継ぎ手部材が設けられると共に、未硬化の繊維補強プラスチックを端部継ぎ手部材を含む前記マンドレルの外周面に巻回して構造部材を形成する構造部材の製造方法において、外周面に突出部分を有する前記端部継ぎ手部材を前記マンドレルに嵌め込む嵌め込み工程と、上記嵌め込み工程により嵌め込まれた端部継ぎ手部材及びマンドレルに対し未硬化の繊維補強プラスチックを巻回する巻回工程と、上記巻回工程により巻回された繊維補強プラスチックを硬化させる硬化工程とを具備し、上記嵌め込み工程、または巻回工程において、外周面に硬化中に軟化した繊維補強プラスチックの樹脂成分をトラップする溝部が形成された押さえ部材を上記端部継ぎ手部材と同軸に、かつ、重ねるようにして取り付けることを特徴とする構造部材の製造方法である。
【００１６】
請求項２記載の発明は、マンドレルの端部に端部継ぎ手部材が設けられると共に、未硬化の繊維補強プラスチックを端部継ぎ手部材を含む前記マンドレルの外周面に巻回して構造部材を形成する構造部材の製造方法において、外周面に突出部分を有する前記端部継ぎ手部材を前記マンドレルに嵌め込む嵌め込み工程と、上記嵌め込み工程により嵌め込まれた端部継ぎ手部材及びマンドレルに対し未硬化の繊維補強プラスチックを巻回する巻回工程と、上記巻回工程により巻回された繊維補強プラスチックを硬化させる硬化工程とを具備し、上記中空構造部材の端部外側には、上記端部継ぎ手部材と同軸に、かつ、重ねるように押さえ部材が設けられていることを特徴とする構造部材である。
【００１７】
請求項３記載の発明は、上記押さえ部材の外周面には、未硬化の繊維補強プラスチックを逃がす溝部が形成されていることを特徴とする請求項２記載の構造部材である。
【００１８】
上記手段を講じた結果、次のような作用が生じる。請求項１の発明によると、端部継ぎ手部材をマンドレルに嵌め込んだ後に、これら端部継ぎ手部材及びマンドレルに繊維補強プラスチックを巻回して硬化させると、突出部分が繊維補強プラスチックに対して係合する。このため、繊維補強プラスチックが硬化しても、これに穿設加工を施す必要がなく、繊維補強プラスチックの巻回のみで端部継ぎ手部材を接合させることができる。よって、加工が容易であり、また低コストとなる。
【００１９】
請求項２、請求項５の発明によると、未硬化の繊維補強プラスチックの樹脂成分が硬化処理中にマンドレルの外周面から端部継ぎ手部材のネジ部などに向かい流れようとしても、押さえ部材に溝部が形成されているので、この部分に樹脂成分が溜まってゆき、それ以上流れてゆくことがない。このため、樹脂成分が端部継ぎ手部材のネジ部などの接合面で硬化するといった不具合を防止できる。
【００２０】
請求項３の発明によると、突出部材が中空構造部材の内壁側と係合、あるいは中空構造部材の壁面を貫通しているため、端部継ぎ手部材に引張り力などの荷重が加わっても、これら中空構造部材と端部継ぎ手部材の間の結合が解除されず、引き離されない。すなわち、中空構造部材に穿設加工を施さなくても、中空構造部材と端部継ぎ手部材とは、結合した状態となる。
【００２１】
請求項４の発明によると、中空構造部材の外側に押さえ部材を設けたので、他の構造部材と接合させた場合に、圧縮加重に対して十分耐える構造にすることが可能となる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態について、図１ないし図７に基づいて説明する。
【００２３】
図１は、建築用のトラス部材や宇宙用の構造部材としての中空構造部材２１と端部継ぎ手金具２２とが結合されて構成される構造部材２０の構成を示す図であり、図２乃至図５は、中空構造部材２１と、端部継ぎ手部材である端部継ぎ手金具２２とを結合して構造部材２０を製造する製造方法を示す図である。
【００２４】
構造部材２０を製作する場合、図２に示すように、まず端部が開放して円筒形状又は円柱形状に設けられているマンドレル２３に対し、端部継ぎ手金具２２を嵌め込む。マンドレル２３は、例えば各種の発泡材料や、ＧＦＲＰの引き抜き材などを用いており、成形する中空構造部材２１に対応する長さを有している。
【００２５】
また、端部継ぎ手金具２２は、図７に示すように、中心線Ａに対して同軸上にマンドレル嵌め込み部２４とプリプレグ係合部２５とを有した構成である。マンドレル嵌め込み部２４は、マンドレル２３の内径に対応した外径に形成されており、マンドレル２３に良好に嵌め込み可能としている。
【００２６】
上記プリプレグ係合部２５は、マンドレル嵌め込み部２４よりも大径に形成されていると共に、この外周面には所定のピッチで外方に向かい突出部材である突起２６が突出形成されている。このプリプレグ係合部２５は、突起２６の存しない外周面２５ａに対するこの端部継ぎ手金具２２の中心からの寸法の大きさが、上記マンドレル２３の外径にほぼ対応する大きさに形成されている。このため、突起２６はマンドレル２３の外径よりも外方側に突出した状態に設けられている。
【００２７】
なお、本実施の形態では、上記プリプレグ係合部２５は、断面形状が十二角形に形成されており、上記突起２６はこの十二角形の頂点部分から突出形成されている。しかしながら、プリプレグ係合部２５の断面形状は十二角形には限られず、例えば円形等、他の形状でも良い。また、突起２６の断面形状は、本図では矩形で示しているが、円形断面でも楕円形状でも良く、半径方向に断面形状が変化するものでも良い。
【００２８】
上記端部継ぎ手金具２２には、その中央に挿通孔２７が形成されている。挿通孔２７には、ボルト２８及びこのボルト２８と端部継ぎ手金具２２の間に介在するパイプ２９とが挿通される。ボルト２８は、中空構造部材２１の内部側に頭部２８ａが位置するように挿通される。またパイプ２９は、その全長が挿通孔２７と後述する押さえ金具３０の挿通孔３１の寸法の合計にほぼ対応して形成されている。
【００２９】
このように、図３に示すように中空構造部材２１に端部継ぎ手金具２２を嵌め込んだ後に、図５に示すように、上記マンドレル２３の外周面への未硬化の繊維補強プラスチックであるプリプレグ３３の巻回を行う。この場合、まずマンドレル２３の外周面へのプリプレグ３３の巻回を行うと共に、上記プリプレグ係合部２５の外周面２５ａにもプリプレグ３３の巻回を行う。すなわち、突起２６にはプリプレグ３３の巻回を所定の段階まで行わないようにする。
【００３０】
そして、巻回されたプリプレグ３３の外周面が所定高さに形成された後に、突起２６の突出端部側にもプリプレグ３３の巻回を行う。次に、図４に示すように、端部継ぎ手金具２２に重ねるように押さえ部材としての押さえ金具３０を取り付ける。押さえ金具３０にも、その中心に挿通孔３１が形成されている。このため、挿通孔３１に上記ボルト２８及びパイプ２９を挿通させて、例えばナット３４を用いて仮止めしておく。この押さえ金具３０は、外周面に溝部３２を有したプーリ形状に形成されている。
【００３１】
上記押さえ金具３０のボルト２８への挿通を行った後に、上記マンドレル２３及びプリプレグ係合部２５、押さえ金具３０の全体に対してプリプレグ３３の巻回を行い、その結果、端部継ぎ手金具２２付近では、プリプレグ３３は図６に示すように存している。
【００３２】
このプリプレグ３３の巻回が終了した後に、プリプレグ３３を加熱硬化させる。それによって、巻回されたプリプレグ３３が一体的に硬化されて中空構造部材２１を形成する。なお、加熱硬化させないで、常温硬化により中空構造部材２１を形成しても構わない。常温硬化による場合は、加熱硬化より硬化に時間は要するものの、加熱硬化と同様に一体的な硬化を実現することができる。
【００３３】
ここで、上記プリプレグ３３を加熱硬化させる場合、プリプレグ３３に存する未硬化の樹脂が一時的に軟化することにより端部継ぎ手金具２２の接合面を伝って挿通孔２７（ボルト２８）側に向かい流れ込むことがある。未硬化の樹脂がボルト２８に流れ込んで硬化すると、ボルト２８の捩じ込み動作を行えない等の不都合を生じるので、この端部継ぎ手金具２２に溝部３２が形成された押さえ金具３０を密着して取り付ける。
【００３４】
すると、未硬化の樹脂がマンドレル２３の外周面側から端部継ぎ手金具２２に向かい流れようとしても、押さえ金具３０の溝部３２に未硬化の樹脂が流れ込み、この溝部３２に未硬化の樹脂がトラップされ（ｔｒａｐ；逃がされる、捕えられること）、ボルト２８の方へ向かうことがない。すなわち、溝部３２は樹脂のトラップ部としての役割を果たしている。
【００３５】
そして、プリプレグ３３が硬化した後に、不図示のノードを上記ボルト２８に螺合させて取り付け、このノードに他の中空構造部材等の部品の取り付けを行う。それにより、トラス構造や宇宙用の構造部材等を容易に作成することができる。
【００３６】
なお、プリプレグ３３が硬化して中空構造部材２１が形成された後に、この中空構造部材２１の内部からマンドレル２３を引き抜いても、またそのまま中空構造部材２１の内部にマンドレル２３が残留したままにしても構わない（本実施の形態では、図１に示すように、マンドレル２３は残留させている。）。
【００３７】
以上のような構造部材２０及びこの構造部材２０の製造方法によると、端部継ぎ手金具２２をマンドレル２３に嵌め込んだ後に、プリプレグ３３を巻回させ、これが硬化することにより、突起２６が中空構造部材２１の内壁面と係合する。すなわち、プリプレグ３３を巻回し、これが硬化するのみで中空構造部材２１と端部継ぎ手金具２２とを結合させることが可能となる。
【００３８】
このため、中空構造部材２１に対し、穿設加工を施す必要がなくなり、コストの掛かる原因を排除でき、低コスト化を実現することができる。
【００３９】
また、プリプレグ３３を巻回するのみで、中空構造部材２１と端部継ぎ手金具２２が結合した構成を製作することができるので、これらが結合した結合構造の製作が容易となる。
【００４０】
さらに、端部継ぎ手金具２２に押さえ金具３０を重ねて取り付けた構成であるので、ノードから構造部材２０に圧縮荷重が付与されても、押さえ金具３０が均一にこの力を中空構造部材２１に伝えるので、押さえ金具３０がない場合と比べて構造部材２０が耐え得る荷重が増大する。
【００４１】
また、上記押さえ金具３０が設けられ、この押さえ金具２２には溝部３０が形成されているので、プリプレグ３３に含まれている未硬化の樹脂が、端部継ぎ手金具２２の接合面に向かい流れ込むのを防止できる。すなわち、押さえ金具３０が端部継ぎ手金具２２に重ねて設けられ、未硬化の樹脂が流れ出しても、溝部３２に入り込んでこの溝部３２にトラップされる。
【００４２】
このため、未硬化の樹脂がボルト２８に付着し、これが硬化してボルト２８の捩じ込みに差し支えるといった不具合を防止できる。
【００４３】
また、マンドレル２３に対し、端部継ぎ手金具２２を嵌め込んだ後に、まずマンドレル２３及び端部継ぎ手金具２２の突起２６が存しない部分にプリプレグ３３を巻回するので、プリプレグ３３の巻回により形成される中空構造部材２１に隙間が生じなく、強度の高い密な構成を製作することができる。すなわち、まずは端部継ぎ手金具２２のうち突起２６が存しない部分からプリプレグ３３を巻回すれば、突起２６とプリプレグ３３が良好に係合した構成を製作することができる。
【００４４】
以上、本発明の一実施の形態について説明したが、本発明はこれ以外にも種々変形可能となっている。以下それについて述べる。
【００４５】
上記実施の形態では、中空構造部材２１の形状を円筒形状として説明したが、中空構造部材２１は円筒形状には限られず、例えば角筒形状等、他の形状に形成しても構わない。
【００４６】
また、上記実施の形態では、プリプレグ３３を用いて中空構造部材２１を製作しているが、プリプレグ３３以外には例えば未硬化の樹脂に浸漬した糸状の繊維をマンドレル２３の長手方向に沿って並べたりマンドレル２３に巻回させ、これを硬化させて中空構造部材２１を製作しても構わない。
【００４７】
また、突起２６の形状やピッチ等は、種々変更することができる。
【００４８】
その他、本発明の要旨を変更しない範囲において、種々変形可能となっている。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の発明によると、突出部分が繊維補強プラスチックに対して係合するため、繊維補強プラスチックが硬化しても、これに穿設加工を施す必要がなく、繊維補強プラスチックの巻回のみで端部継ぎ手部材を接合させることができる。よって、加工が容易であり、また低コストとなる。
【００５０】
請求項２、請求項５記載の発明によると、硬化工程中に軟化した樹脂分が溝部にトラップされるため、硬化工程の途中で樹脂分が端部継ぎ手部材の接合面で硬化する等の不具合を防止できる。
【００５１】
請求項３記載の発明によると、中空構造部材に穿設加工を施さなくても、中空構造部材と端部継ぎ手部材とは、結合した構成とすることができる。
【００５２】
請求項４記載の発明によると、押さえ部材を設けたので、他の構造部材と接合させた場合に、圧縮加重に対して十分耐える構造にすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係わる構造部材の構成を示す側断面図。
【図２】同実施の形態に係わる構造部材の製造方法を示す図であり、マンドレルに端部継ぎ手金具を嵌め込む様子を示す図。
【図３】同実施の形態に係わる構造部材の製造方法を示す図であり、マンドレルに端部継ぎ手金具が嵌め込まれた状態を示す図。
【図４】同実施の形態に係わる端部継ぎ手金具に押さえ金具を重ねて嵌め込む状態を示す図。
【図５】同実施の形態に係わるマンドレル及び端部継ぎ手金具にプリプレグを巻回した状態を示す図。
【図６】同実施の形態に係わる端部継ぎ手金具及び押さえ金具接合部付近の様子を示す部分断面図。
【図７】同実施の形態に係わる端部継ぎ手金具の形状を示す図であり、（ａ）は側断面図、（ｂ）は正面図。
【図８】従来の構造部材の構成を示す側断面図。
【符号の説明】
２０…構造部材
２１…中空構造部材
２２…端部継ぎ手金具
２３…マンドレル
２６…突起
２８…ボルト
３０…押さえ金具
３２…溝部
３３…プリプレグ
【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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