(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
略一点に集まる少なくとも４枚の細長板状部材を、当該細長板状部材の集まる集合点において各細長板状部材の幅方向を一致させて結合する結合構造であって、
前記細長板状部材は、厚さ方向に積層される２枚の主部材を有し、
さらに、当該結合構造は、細長板状部材が結合する部分に配置される強化部材であって、前記集合点から各細長板状部材の延びる向きと同じ向きに延びる板状の腕部を有し、前記各腕部は、その厚さ方向が前記主部材の厚さ方向と一致するように２枚の主部材にて挟持される、強化部材を含み、
前記強化部材は、一つの前記腕部から、この腕部の、前記集合点の周囲を回る方向において隣りでない腕部に延びて、これらの腕部に橋渡されるように配置される棒状部材を有し、この棒状部材を、互いに交差するように前記細長板状部材の幅方向に積層して形成され、
前記棒状部材はその長手方向に繊維の通った炭素繊維強化樹脂材である、
細長板状部材の結合構造。
【請求項２】
請求項１に記載の細長板状部材の結合構造であって、
前記強化部材は、前記棒状部材が積層した各層において、前記棒状部材と交差する方向に延びる腕部の方向に延び、この棒状部材に分断される、この棒状部材と略同じ厚さのスペーサが配置され、前記棒状部材と前記スペーサが積層して形成される、
細長板状部材の結合構造。
【請求項３】
請求項１または２に記載の細長板状部材の結合構造であって、前記強化部材の腕部を延長するように配置され、前記２枚の主部材に挟持され、前記腕部と略同一の厚みを有する板厚部材を有する、細長板状部材の結合構造。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の細長板状部材の結合構造であって、前記棒状部材の交差の密度は、前記細長板状部材の幅方向における少なくとも一方の端部で高くなっている、細長板状部材の結合構造。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の細長板状部材の結合構造であって、前記細長板状部材は、平板上に立設されたリブである、細長板状部材の結合構造。
【請求項６】
底面と側面を有し、上面部分が開放している箱状部材を底面が略連続するように並べて形成され、前記側面はリブとなる面状部材であって、
少なくとも４つの箱状部材の底面の頂点が一点で集まる部分に配置される強化部材であって、各隣接する箱状部材の対向する側面にそれぞれ挟持される、箱状部材と同数の板状の腕部を有する、強化部材を有し、
前記強化部材の腕部は、その厚さ方向がこれを挟む前記側面の厚さ方向と一致するように配置され、
前記強化部材は、一つの前記腕部から、この腕部の、前記底面の頂点が集まる点の周囲を回る方向において隣りでない腕部に延びて、これらの腕部に橋渡されるように配置される棒状部材を有し、この棒状部材を、互いに交差するように前記箱状部材の高さ方向に積層して形成され、
前記棒状部材はその長手方向に繊維の通った炭素繊維強化樹脂材である、
面状部材。
【請求項７】
請求項６に記載の面状部材であって、
前記強化部材は、前記棒状部材が積層した各層において、前記棒状部材と交差する方向に延びる腕部の方向に延びる、棒状部材と略同じ厚さのスペーサが配置され、前記棒状部材と前記スペーサが積層して形成される、
面状部材。
【請求項８】
請求項６または７に記載の面状部材であって、前記強化部材の腕部を延長するように配置され、隣接する箱状部材の対向する側面に挟持され、強化部材の腕部と略同一の厚みを有する板厚部材を有する、面状部材。
【請求項９】
請求項５〜７のいずれか１項に記載の面状部材であって、前記棒状部材の交差の密度は、前記箱状部材開放側において高くなっている、面状部材。
【請求項１０】
２枚の板が、交差した形状の十字型部材であって、
十字の縦画に沿って延びる棒状部材と、横画に沿って延びる棒状部材を、前記２枚の板の交線の延びる方向に交互に積層し、
十字の一方の画に沿って延び、積層方向において隣り合う棒状部材の間には、これらの棒状部材の間に位置する他方の画に沿って延びる棒状部材の厚さと同じ厚さのスペーサが、前記他方の画に沿って延びる棒状部材に分断されて配置され、
前記棒状部材はその長手方向に繊維の通った炭素繊維強化樹脂材である、
十字型部材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、板状部材を強固に結合する構造に関し、特に繊維強化材からなる板状部材を結合するのに好適な構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
比強度が高い材料として繊維強化材料が知られている。特に、炭素繊維を用いた炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）は、非常に高い強度、剛性を有していることで知られている。繊維強化材料により平板状の部品を作成する場合、より高い強度、剛性を得るためにリブを設けることがある。複数の方向に強度を得たい場合には、その方向に対応したリブを設けることが好ましいが、このようにするとリブどうしが交差することになる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前記のリブのような繊維強化材料でできた板状部材は、板の面内の方向に沿って強化繊維が配置されているため、この方向には非常に高い強度を有するが、板面に直交する方向には比較的弱い。板状部材が交差する部分では、一つの部材に、他の部材からこれを割裂くような力が加わり、この力の方向が前記の弱い方向となるために、割れが発生するという問題があった。
【０００４】
本発明は、前述の課題を解決するためになされたものであり、板状部材の交差部分における強固な結合構造を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するために、本発明の板状部材の結合構造は、略一点に集まる少なくとも４枚の板状部材の結合構造であって、前記板状部材は、板を形成する２枚の主部材と、前記主部材に挟持され、少なくとも当該板状部材の前記結合部分の近傍に配置される強化部材と、を含んでいる。前記強化部材は、１枚の板状部材と、これと隣接しない少なくとも一つの板状部材とに橋渡して設けられ、板状部材の幅方向に棒状部材を積層して形成され、交差する部分においては強化部材の互いの棒状部材が交互に交差積層されたものである。
【０００６】
棒状部材が交差積層されることにより、交差部分において、板状部材の交差する組それぞれに、棒状部材の橋渡しが行われることとなる。これにより、いずれの方向にも強度を確保することができる。また、主部材で強化部材を挟持することにより、積層形成された強化部材の層間に生じる剪断力を主部材で受け、強化部材の割れが防止される。
【０００７】
また、スペーサと棒状部材を積層することにより、交差部分とそれ以外の部分の寸法をそろえることができる。さらに、強化部材を延長するように配置された板厚部材を、強化部材と共に主部材で挟持することにより、強化部材のある部分とない部分の厚さをそろえることができる。さらにまた、応力が集中する板状部材端部において、交差密度を高め、他の部分の密度を低くすることにより、効果的に強度を高めることができる。
【０００８】
また、本発明の他の態様である面状部材は、底面と側面を有し、上面部分が開放している箱状部材を底面が略連続するように並べて形成され、側面はリブとなる面部材であり、少なくとも４つの前記側面が略一点に集まる部分においては隣接する側面に挟持される強化部材を有し、前記強化部材は、１個のリブと、これと隣接しない少なくとも一つのリブとに橋渡して設けられ、板状部材の幅方向に棒状部材を積層して形成され、交差する部分においては強化部材の互いの棒状部材が交互に交差積層されたものである。
【０００９】
この場合も、前記の板状部材の結合構造と同様に、いずれの方向にも強度を確保することができる。また、箱状部材の側面が前述の結合構造の主部材と同様に機能し、強化部材の剪断力による割れを抑えることができる。
【００１０】
さらに、前述の結合構造におけるスペーサ、板厚部材を、本発明の面状部材の態様にも適用することができる。また、箱状部材の開放側の端部に高い応力が発生するので、この部分の交差密度を高めることもできる。
【００１１】
さらに、本発明の他の態様では、交差する板状部材の構造が提供される。すなわち、板状部材は、その幅方向に、棒状部材を積層して形成されたものであり、他の板状部材と交差する部分においては、前記棒状部材が交互に交差積層され、その積層密度は、少なくとも一方の端において高くなっている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態（以下実施形態という）を、図面に従って説明する。図１には、本実施形態の面状部材１０の一例が示されている。図示されるように、面状部材１０は、箱状部材１２を平面的に並べて形成されており、図においては４個が組み合わされているが、左右前後方向にさらにその数を増やしてより広い平面を形成することも可能である。
【００１３】
箱状部材１２は、強化繊維が織物状となった平板状のＣＦＲＰの素材を折って箱状に成形し、これを炉で焼いたものである。具体的には、図２に示されるように箱状部材１２の底面１４になる部分の周辺部分を折り上げて側面１６を形成し、箱状部材１２としている。箱状部材１２は、側面１６どうしが一体となるように並べられ、さらにこのとき、側面１６の間には、強化部材１８および板厚部材２０が配置され、これらが接着固定される。そして、対面する二つの側面１６とこれらに挟まれた強化部材１８と板厚部材２０が、底面１４により形成される平面に対する補強用のリブ２２として機能する。
【００１４】
図３には、強化部材１８等を配置していないリブ２２’の交差部の構造が示されている。なお、個々のリブを区別して説明する必要がある場合は、図示するようにリブ２２’に添え字-1,-2,-3,-4を付す。また、側面についても必要に応じて-1a，-1b，-2a，・・・，-4bを付して説明する。リブ２２-1’に隣り合っていないリブ、すなわち向かい合ったリブ２２-3’に引張応力（図中矢印Ｔで示す）が加わると、この応力は、リブ２２-2’，２２-4’に対しては、これらを各々割り裂こうとする力として作用する。そして、これらを構成する側面１６-1bと１６-2a、１６-3bと１６-4aの接合面を引き離し、ここに割れを発生させる可能性がある。また、これらの側面は、前記の応力Ｔの方向に強化繊維を織ったシートを積層して構成している。よって、接合面のみならず、強化繊維のシートの層間の結合力も、繊維の通る方向に対して弱く、ここでも割れを発生する可能性がある。
【００１５】
図４には、向かい合うリブ２２-1”，２２-3”間に強化部材１８-1”を橋渡し、応力Ｔをこの強化部材１８-1”で受ける構成が示されている。しかし、図中上下の方向の応力（矢印Ｓで示す）応力に対しては、強化部材１８-2”をリブ２２-2”と２２-4”に橋渡して設けることができず、強化部材として機能しない。
【００１６】
本実施形態においては、いずれの方向にも機能する強化部材１８が用いられる。図５および図６には、強化部材１８の詳細な構造が示されている。図６は、強化部材１８を図５に示す矢印Ａの方向から見た状態を示し、特に後述する棒状部材２４-2の間のスペーサ２６は省略して描かれている。強化部材１８は、棒状部材２４-1と２４-2を交差積層して形成される。以下、棒状部材２４-1，２４-2を区別する必要がない場合は単に符号２４を付して説明する。棒状部材２４は、その長手方向に繊維の通ったＣＦＲＰであり、一方向材料でも、織物でもかまわない。棒状部材２４-1と２４-2は、互いに交差するように配置され、積層されており、それぞれは一つの面を構成するように配置されている。図６に、よく示されるように、棒状部材２４-1の間の中央部分には、交差する棒状部材２４-2が配置されるが、その左右は、このままであると隙間が生じるので、その部分に棒状部材２４-2と略同一の厚みを有するスペーサ２６が配置される。図６においては省略されているが、棒状部材２４-2の間にも同様にスペーサ２６が配置される。
【００１７】
棒状部材２４を交差積層したことにより、前述したリブ交差部分に生じる、リブを割り裂くような応力を棒状部材２４で受け、割れの発生を抑制することができる。さらに、交差するリブの双方に対して同様の効果を得ることができる。
【００１８】
前述のように強化部材１８は、その棒状部材２４の延びる方向の応力に関しては非常に強固である。しかし、棒状部材２４およびスペーサ２６を積層した方向、すなわち図５および図６において上下方向には、繊維が通っていないため、比較的弱くなっている。このため、上下方向の応力、さらには層の境界面に生じる剪断応力により割れが発生する可能性がある。しかし、本実施形態においては、箱状部材の側面１６により強化部材１８が挟持され、この側面１６を構成する繊維が層の境界に生じる応力を受け、この部分に生じる割れなどの発生を抑制している。
【００１９】
本実施形態の場合のように、箱状部材の底面１４により形成される平面にリブを立てたような構造の場合、平板を湾曲させるようような力が加わると、リブの上端（箱状部材の開放側の端に相当する）に大きな応力が発生する。したがって、この部分の交差の密度を高め、リブ上端における繊維が、交差するリブのいずれにも配置されるようにすることが好ましい。これに比して応力の低い部分に関しては、交差の密度を低くすることにより、製作工数を低減することができる。
【００２０】
また、本実施形態は、平面に対しリブを立設した構成について説明したが、平面を取り去りリブのみとした構造、すなわち格子状の構造についても適用することが可能である。このような格子状構造の場合には、その応力は格子を構成する平板（前述のリブに相当）の上下の端部に高い応力が発生する可能性があり、双方の交差密度を高くすることが好ましい。
【００２１】
さらには、平板が交差した部分の補強構造、すなわち１点に集まる板状部材の結合構造に適用することが可能である。図７には、４枚の板状部材１２２が一点に集まった部分の構造が示されている。板状部材１２２は、前述の実施形態ではリブ２２に相当し、前述の側面１６に相当する２つの主部材１１６により、強化部材１１８の一つの腕と、これに続く板厚部材１２０を挟持して形成される。強化部材１１８の詳細構造は、前述の実施形態の強化部材１８と同一であり、板厚部材１２０も前述の板厚部材２０と同様のものである。強化部材１１８の交差、積層の密度は、その両端において高くすることができる。これは、前述の実施形態と同様、曲げを受けると、この部分に高い応力が発生し、いずれの方向にも十分な耐力を有するようにするためである。
【００２２】
さらに、強化部材１１８の層の境界面に発生する引張応力、剪断応力などが問題とならない場合には、主部材１１６により挟持せずに、強化部材１８の一辺をもって板状部材を構成するようにすることも可能である。
【００２３】
以上の実施形態においては、４個のリブがそれぞれ９０°の間隔で配置された構造について説明したが、図８から図１１に示すような場合にも本発明は適用可能である。これらの図に示された矢印は、強化部材の強化繊維の方向である。図８は、４個のリブ２２が９０°以外の角度で交わる場合である。図９は、６個のリブ２２が交わる場合である。図１０は、５個のリブ２２が交わる場合であり、この場合は、図中左側のリブ２２から延びる強化繊維は、右側の２個のリブのそれぞれに延びている。奇数のリブが集まる場合は、図１０に示すように強化繊維が二股またはそれ以上に分かれるように配置されることになる。図１１は、図中左右端のリブ２２がややずれて配置された場合であるが、このような場合であっても、ある程度の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本実施形態の概略構成を示す図である。
【図２】  箱状部材の構造、製作過程を説明するための図である。
【図３】  リブの集合部に働く応力を説明するための図である。
【図４】  リブの集合部に働く応力を説明するための図である。
【図５】  強化部材の詳細構造を示す斜視図である。
【図６】  強化部材の詳細構造を示すＡ方向矢視図である。
【図７】  板状部材の結合構造の実施形態の構成を示す図である。
【図８】  他の実施形態の構成を示す図であり、リブが９０°以外の角度で交わる例を示す図である。
【図９】  さらに他の実施形態の構成を示す図であり、６個のリブが集まる例を示す図である。
【図１０】  さらに他の実施形態の構成を示す図であり、５個のリブが集まる例を示す図である。
【図１１】  さらに他の実施形態の構成を示す図であり、リブがややずれて配置された例を示す図である。
【符号の説明】
１０  面状部材、１２  箱状部材、１４  底面、１６  側面（主部材）、１８，１１８  強化部材、２０，１２０  板厚部材、２２  リブ（板状部材）、２４棒状部材、２６  スペーサ、１１６  主部材、１２２  板状部材。
【図１】
0004255191.tif 000002
【図２】
0004255191.tif 000003
【図３】
0004255191.tif 000004
【図４】
0004255191.tif 000005
【図５】
0004255191.tif 000006
【図６】
0004255191.tif 000007
【図７】
0004255191.tif 000008
【図８】
0004255191.tif 000009
【図９】
0004255191.tif 000010
【図１０】
0004255191.tif 000011
【図１１】
0004255191.tif 000012