JP2001090209A - 繊維強化複合材梁の交差結合方法 - Google Patents
繊維強化複合材梁の交差結合方法Info
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- JP2001090209A JP2001090209A JP26593099A JP26593099A JP2001090209A JP 2001090209 A JP2001090209 A JP 2001090209A JP 26593099 A JP26593099 A JP 26593099A JP 26593099 A JP26593099 A JP 26593099A JP 2001090209 A JP2001090209 A JP 2001090209A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ２つ以上の繊維強化複合材梁の交差結合部に
おいて、梁自身の強度、剛性を低下させないこと、
大きな曲げやねじりの力を伝達できること、軽量であ
ること、を目的とする交差結合方法を提供する。 【解決手段】 繊維強化複合材側梁の側部に繊維強化複
合材横梁が突っ込む穴を有した箱型構造材が接合し、そ
の箱型構造材の穴に繊維強化複合材横梁が取り付くこ
と、また箱型構造材を繊維強化複合材側梁に接合し、繊
維に樹脂を含浸したものを巻き付け一体化すること、さ
らに箱型構造材と繊維強化複合材横梁が、穴での接着と
フランジでの結合とにより接合すること、を特徴とする
繊維強化複合材材梁の交差結合方法。
おいて、梁自身の強度、剛性を低下させないこと、
大きな曲げやねじりの力を伝達できること、軽量であ
ること、を目的とする交差結合方法を提供する。 【解決手段】 繊維強化複合材側梁の側部に繊維強化複
合材横梁が突っ込む穴を有した箱型構造材が接合し、そ
の箱型構造材の穴に繊維強化複合材横梁が取り付くこ
と、また箱型構造材を繊維強化複合材側梁に接合し、繊
維に樹脂を含浸したものを巻き付け一体化すること、さ
らに箱型構造材と繊維強化複合材横梁が、穴での接着と
フランジでの結合とにより接合すること、を特徴とする
繊維強化複合材材梁の交差結合方法。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、軽量化の要求が高まり
つつある建築構造物や高速移動機械等へ高強度、高弾性
の繊維強化複合材を適用するための繊維強化複合材梁の
交差結合方法を示したものである。
つつある建築構造物や高速移動機械等へ高強度、高弾性
の繊維強化複合材を適用するための繊維強化複合材梁の
交差結合方法を示したものである。
【０００２】
【従来の技術】比強度、比剛性が優れた炭素繊維強化複
合材等の繊維強化複合材は、航空、宇宙用素材からスポ
ーツ素材へ適用され、現在では一般産業用部材へ適用さ
れつつある。一般産業用では、樹脂を含浸した繊維をマ
ンドレル（金属、セラミックス等）に巻き取り円筒状の
成形体を製作するフィラメントワインディング方法によ
る成形体が、成形の容易性や成形時間の速さに優れるた
めロール分野を席捲しつつある。特に炭素繊維強化複合
材の成形体は、従来は比較的荷重を受け持つ割合の低い
部材に用いられてきたが、近年は炭素繊維の高強度、高
弾性率の特性を活かしての重量低減等の目的で建築構造
物や高速輸送機械等の主要構造材へ適用されつつある。
合材等の繊維強化複合材は、航空、宇宙用素材からスポ
ーツ素材へ適用され、現在では一般産業用部材へ適用さ
れつつある。一般産業用では、樹脂を含浸した繊維をマ
ンドレル（金属、セラミックス等）に巻き取り円筒状の
成形体を製作するフィラメントワインディング方法によ
る成形体が、成形の容易性や成形時間の速さに優れるた
めロール分野を席捲しつつある。特に炭素繊維強化複合
材の成形体は、従来は比較的荷重を受け持つ割合の低い
部材に用いられてきたが、近年は炭素繊維の高強度、高
弾性率の特性を活かしての重量低減等の目的で建築構造
物や高速輸送機械等の主要構造材へ適用されつつある。
【０００３】繊維強化複合材は、本体物性は特筆するも
のがあるが従来の金属と異なり溶接が不可能である。そ
のため２つ以上の繊維強化複合材梁を剛性、強度を維持
しながら接合することは困難であり、その接合方法の考
案が構造材への適用で重要な因子となる。
のがあるが従来の金属と異なり溶接が不可能である。そ
のため２つ以上の繊維強化複合材梁を剛性、強度を維持
しながら接合することは困難であり、その接合方法の考
案が構造材への適用で重要な因子となる。
【０００４】高強度が必要とされる構造材の結合方法と
しては、側梁に穴をあけ横梁を貫入させて結合する、特
開平３−２３１０６３号公報や特開平７−１９２１２号
公報に記載の方法、金属等のフランジによって側梁側面
に直接横梁を取り付ける特開平５−１０４９１号公報に
記載の方法がある。
しては、側梁に穴をあけ横梁を貫入させて結合する、特
開平３−２３１０６３号公報や特開平７−１９２１２号
公報に記載の方法、金属等のフランジによって側梁側面
に直接横梁を取り付ける特開平５−１０４９１号公報に
記載の方法がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】特開平３−２３１０６
３号公報においては、繊維強化複合材製の箱型断面の側
梁の穴に円筒形状の横梁を挿入し、接着剤で接合してい
るが、強度低下防止と接着面積確保のためハニカムコア
内部に樹脂を充填したものを接合部位内部に使用してい
る。そのため、構造が複雑で製作コストが高く重量も増
大して軽量化を阻害していた。
３号公報においては、繊維強化複合材製の箱型断面の側
梁の穴に円筒形状の横梁を挿入し、接着剤で接合してい
るが、強度低下防止と接着面積確保のためハニカムコア
内部に樹脂を充填したものを接合部位内部に使用してい
る。そのため、構造が複雑で製作コストが高く重量も増
大して軽量化を阻害していた。
【０００６】また特開平７−１９２１２号公報において
は、中空パイプ構造の繊維強化複合材梁を交差結合する
に当たり、一方の繊維強化複合材梁に貫通穴をあけ他方
の繊維強化複合材梁を接入し、軽量の結合部材を介して
ボルトまたはリベット結合されている。
は、中空パイプ構造の繊維強化複合材梁を交差結合する
に当たり、一方の繊維強化複合材梁に貫通穴をあけ他方
の繊維強化複合材梁を接入し、軽量の結合部材を介して
ボルトまたはリベット結合されている。
【０００７】貫通穴回りは繊維強化複合材であらかじめ
補強されているが、貫通穴があいた繊維強化複合材梁の
強度低下、剛性低下を完全に防止することは非常に困難
であり、構造体の強度、剛性上の問題がある。
補強されているが、貫通穴があいた繊維強化複合材梁の
強度低下、剛性低下を完全に防止することは非常に困難
であり、構造体の強度、剛性上の問題がある。
【０００８】また特開平５−１０４９１号公報において
は、交差結合体である２本の繊維強化複合材梁の外面と
略等しい穴を有する交差継手部材を備え、その穴に交差
結合体を配置どおりに配して一体化し、２本の繊維複合
材梁の内一方の梁が貫通できるようにした。しかし繊維
複合材梁と交差継手部材の接合は接着接合に頼らざるを
得ず疲労強度等に難点があった。交差箇所に大きな曲げ
やねじりの力が伝達する場合、交差継手部材を強固にす
る必要があり、重量が増大して軽量化を阻害していた。
は、交差結合体である２本の繊維強化複合材梁の外面と
略等しい穴を有する交差継手部材を備え、その穴に交差
結合体を配置どおりに配して一体化し、２本の繊維複合
材梁の内一方の梁が貫通できるようにした。しかし繊維
複合材梁と交差継手部材の接合は接着接合に頼らざるを
得ず疲労強度等に難点があった。交差箇所に大きな曲げ
やねじりの力が伝達する場合、交差継手部材を強固にす
る必要があり、重量が増大して軽量化を阻害していた。
【０００９】本発明は、２つ以上の繊維強化複合材梁の
交差結合部において、梁自身の強度、剛性を低下させ
ないこと、大きな曲げやねじりの力を伝達できるこ
と、軽量であること、を目的とする交差結合方法を提
供するものである。
交差結合部において、梁自身の強度、剛性を低下させ
ないこと、大きな曲げやねじりの力を伝達できるこ
と、軽量であること、を目的とする交差結合方法を提
供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨とするとこ
ろは、（１）繊維強化複合材側梁の側部に繊維強化複合
材横梁が突っ込む穴を有した箱型構造材が接合し、その
箱型構造材の穴に繊維強化複合材横梁が取り付くことを
特徴とする繊維強化複合材梁の交差結合方法、（２）上
記（１）の箱型構造材を繊維強化複合材側梁に接合し、
繊維に樹脂を含浸したものを巻き付け一体化することを
特徴とする上記（１）の繊維強化複合材梁の交差結合方
法、（３）上記（１）の箱型構造材と繊維強化複合材横
梁が、穴での接着とフランジでの結合とにより接合され
ることを特徴とする上記（１）の繊維強化複合材梁の交
差結合方法、にある。
ろは、（１）繊維強化複合材側梁の側部に繊維強化複合
材横梁が突っ込む穴を有した箱型構造材が接合し、その
箱型構造材の穴に繊維強化複合材横梁が取り付くことを
特徴とする繊維強化複合材梁の交差結合方法、（２）上
記（１）の箱型構造材を繊維強化複合材側梁に接合し、
繊維に樹脂を含浸したものを巻き付け一体化することを
特徴とする上記（１）の繊維強化複合材梁の交差結合方
法、（３）上記（１）の箱型構造材と繊維強化複合材横
梁が、穴での接着とフランジでの結合とにより接合され
ることを特徴とする上記（１）の繊維強化複合材梁の交
差結合方法、にある。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下に本発明を実施例に基づいて
詳細に説明する。
詳細に説明する。
【００１２】図１は、繊維強化複合材梁の交差結合方法
の一例を示す図面である。図２は図１の交差結合部の垂
直（Ａ−Ａ）断面の詳細を示す図面であり、図３は図１
の交差結合部の水平（Ｂ−Ｂ）断面の詳細を示す図面で
ある。
の一例を示す図面である。図２は図１の交差結合部の垂
直（Ａ−Ａ）断面の詳細を示す図面であり、図３は図１
の交差結合部の水平（Ｂ−Ｂ）断面の詳細を示す図面で
ある。
【００１３】本図に示す側梁１、横梁２、巻付部材３、
補強部材１０の繊維の種類は、炭素繊維、ガラス繊維、
アラミド繊維、セラミックス繊維などのいずれであって
もよく、また母材の樹脂はエポキシ樹脂、フェノール樹
脂等のいずれでもよい。本発明の側梁１、横梁２は、角
型でも丸型でもいずれであってもよく、中空梁には中リ
ブがあってもなくてもよい。またこれらの繊維強化複合
材の成形は、フィラメントワインディング成形法、シー
トワインディング成形法、またはハンドレイアップ成形
法などいずれであっても良い。また交差方法もＴ字型だ
けでなく図４に示すように十字型等にも適用可能であ
る。本実施例はこれらのうちの一例を示すものであり、
その構造、製作方法について以下に説明する。
補強部材１０の繊維の種類は、炭素繊維、ガラス繊維、
アラミド繊維、セラミックス繊維などのいずれであって
もよく、また母材の樹脂はエポキシ樹脂、フェノール樹
脂等のいずれでもよい。本発明の側梁１、横梁２は、角
型でも丸型でもいずれであってもよく、中空梁には中リ
ブがあってもなくてもよい。またこれらの繊維強化複合
材の成形は、フィラメントワインディング成形法、シー
トワインディング成形法、またはハンドレイアップ成形
法などいずれであっても良い。また交差方法もＴ字型だ
けでなく図４に示すように十字型等にも適用可能であ
る。本実施例はこれらのうちの一例を示すものであり、
その構造、製作方法について以下に説明する。
【００１４】ＣＦＲＰ製側梁１の側面にＧＦＲＰ製のシ
ートをハンドレイアップ成形により、接合面７を積層、
硬化させ、その表面を平坦に加工する。あらかじめその
側面を平坦に加工されたアルミ等の金属製箱型構造材６
を側梁１の接合面７に接着接合して一体化する。さらに
一体化された側梁１と箱型構造材６の表面にフィラメン
トワインディング成形等によりＣＦＲＰ製巻付部材３を
積層して樹脂を硬化させる。
ートをハンドレイアップ成形により、接合面７を積層、
硬化させ、その表面を平坦に加工する。あらかじめその
側面を平坦に加工されたアルミ等の金属製箱型構造材６
を側梁１の接合面７に接着接合して一体化する。さらに
一体化された側梁１と箱型構造材６の表面にフィラメン
トワインディング成形等によりＣＦＲＰ製巻付部材３を
積層して樹脂を硬化させる。
【００１５】巻付部材３の炭素繊維の配向方向や積層数
等は公差結合部に伝達される力と応力レベルを考慮して
決定する。さらに巻付部材３の側面にハンドレイアップ
成形によりＧＦＲＰ製シートを積層し硬化させ、接合面
８を積層、硬化させる。接合面８の表面を平坦に加工し
てアルミ等の金属製フランジ４を接着剤とリベット５で
接合する。フランジ４、接合面８、巻付部材３、箱型構
造体６にＣＦＲＰ製横梁２を挿入するための穴を側梁１
と直角にて加工する。あらかじめＧＦＲＰ製シートを横
梁２の外表面にハンドレイアップ成形した接合面９を外
径加工し、前記穴とのすき間をできるだけ小さく管理す
る。横梁２を前記穴に挿入して接着接合する。横梁２と
フランジ４の円筒外表面にＣＦＲＰ製シートをハンドレ
イアップ成形して補強部材１０を積層し硬化させて結合
し、横梁２の挿入穴の接着剤と共に硬化させる。
等は公差結合部に伝達される力と応力レベルを考慮して
決定する。さらに巻付部材３の側面にハンドレイアップ
成形によりＧＦＲＰ製シートを積層し硬化させ、接合面
８を積層、硬化させる。接合面８の表面を平坦に加工し
てアルミ等の金属製フランジ４を接着剤とリベット５で
接合する。フランジ４、接合面８、巻付部材３、箱型構
造体６にＣＦＲＰ製横梁２を挿入するための穴を側梁１
と直角にて加工する。あらかじめＧＦＲＰ製シートを横
梁２の外表面にハンドレイアップ成形した接合面９を外
径加工し、前記穴とのすき間をできるだけ小さく管理す
る。横梁２を前記穴に挿入して接着接合する。横梁２と
フランジ４の円筒外表面にＣＦＲＰ製シートをハンドレ
イアップ成形して補強部材１０を積層し硬化させて結合
し、横梁２の挿入穴の接着剤と共に硬化させる。
【００１６】
【発明の効果】以上述べたように、本発明は、従来の繊
維強化複合材梁の交差結合方法の課題を解消し、次のよ
うな効果を奏するものである。
維強化複合材梁の交差結合方法の課題を解消し、次のよ
うな効果を奏するものである。
【００１７】（１）従来の技術のように側梁に穴をあけ
て横梁を接合する構造ではないため、側梁の断面性能が
継手部で低下することはなく梁自身の強度、剛性が維持
される。
て横梁を接合する構造ではないため、側梁の断面性能が
継手部で低下することはなく梁自身の強度、剛性が維持
される。
【００１８】（２）図２、図３に示すような横梁からの
曲げモーメント１１、１２とねじりモーメント１３は、
箱型構造材６を介して側梁側面の接合面７と巻付部材３
により側梁へ伝達される。そのため従来の交差結合部よ
り、疲労強度が弱い接着部への負担が軽減されると共に
応力集中の影響が少なく、交差結合部の剛性、強度を容
易に高くすることができる。
曲げモーメント１１、１２とねじりモーメント１３は、
箱型構造材６を介して側梁側面の接合面７と巻付部材３
により側梁へ伝達される。そのため従来の交差結合部よ
り、疲労強度が弱い接着部への負担が軽減されると共に
応力集中の影響が少なく、交差結合部の剛性、強度を容
易に高くすることができる。
【００１９】（３）交差結合部の側梁、横梁、箱型構造
材は中空であり、従来の技術のように部材内部にアルミ
ハニカムや樹脂等を充填することなく、所定の剛性、強
度が得られるため軽量化しやすい。
材は中空であり、従来の技術のように部材内部にアルミ
ハニカムや樹脂等を充填することなく、所定の剛性、強
度が得られるため軽量化しやすい。
【図１】 本発明の繊維強化複合材梁の交差結合方法の
一例を示す図である。
一例を示す図である。
【図２】 図１の断面Ａ−Ａの詳細を示す図である。
【図３】 図１の断面Ｂ−Ｂの詳細を示す図である。
【図４】 繊維強化複合材梁の十字型結合方法の一例を
示す図である。
示す図である。
１…側梁（ＣＦＲＰ）、 ２…横梁（ＣＦＲＰ）、 ３…巻付部材（ＣＦＲＰ）、 ４…フランジ（アルミ等の金属製）、 ５…リベット、 ６…箱型構造材（アルミ等の金属製）、 ７…接合面（ＧＦＲＰ）、 ８…接合面（ＧＦＲＰ）、 ９…接合面（ＧＦＲＰ）、 １０…補強部材（ＣＦＲＰ）、 １１…垂直方向の曲げモーメント、 １２…水平方向の曲げモーメント、 １３…ねじりモーメント。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 島田 政紀 東京都千代田区大手町２−６−３ 新日本 製鐵株式会社内 (72)発明者 岩森 浩峰 福岡県北九州市戸畑区大字中原46−59 新 日本製鐵株式会社エンジニアリング事業本 部内 (72)発明者 竹田 敏和 東京都千代田区大手町２−６−３ 新日本 製鐵株式会社内 (72)発明者 臼井 俊一 愛知県名古屋市中村区名駅１丁目１番４号 東海旅客鉄道株式会社内 (72)発明者 小林 正公 愛知県名古屋市熱田区三本松町１番１号 日本車輌製造株式会社内 Ｆターム(参考） 2E125 AA13 AB15 AC21 AC28 AG58 BB09 BB17 BB22 BC06 BD03 BD06 BE03 BF03 CA81 CA96 4F205 AB25 AD03 AD16 AD19 AD24 AD25 AD35 AE10 AG07 AG24 AH16 AH47 HA02 HA03 HA14 HA23 HA33 HA35 HA36 HA37 HA40 HA44 HB01 HB11 HC02 HC04 HG04 HG06 HK04 HK05 HK17 HT02 HT13 HT22 HT27
Claims (3)
- 【請求項１】 繊維強化複合材側梁の側部に繊維強化複
合材横梁が突っ込む穴を有した箱型構造材が接合し、そ
の箱型構造材の穴に繊維強化複合材横梁が取り付くこと
を特徴とする繊維強化複合材梁の交差結合方法。 - 【請求項２】 請求項１の箱型構造材を繊維強化複合材
側梁に接合し、繊維に樹脂を含浸したものを巻き付け一
体化することを特徴とする請求項１の繊維強化複合材梁
の交差結合方法。 - 【請求項３】 請求項１の箱型構造材と繊維強化複合材
横梁が、穴での接着とフランジでの結合とにより接合さ
れることを特徴とする請求項１の繊維強化複合材梁の交
差結合方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26593099A JP2001090209A (ja) | 1999-09-20 | 1999-09-20 | 繊維強化複合材梁の交差結合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26593099A JP2001090209A (ja) | 1999-09-20 | 1999-09-20 | 繊維強化複合材梁の交差結合方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001090209A true JP2001090209A (ja) | 2001-04-03 |
Family
ID=17424068
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26593099A Pending JP2001090209A (ja) | 1999-09-20 | 1999-09-20 | 繊維強化複合材梁の交差結合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001090209A (ja) |
-
1999
- 1999-09-20 JP JP26593099A patent/JP2001090209A/ja active Pending
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Legal Events
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|
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|
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