JP2016079723A - 構造体およびそれを用いた組立構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】ＦＲＰ製連結材を用いて構成される立体的な構造体の製造を大幅に容易化し、製造速度を大幅に向上し、大幅なコスト低減を可能にする技術を提供する。【解決手段】間隔をもって並行に延びる複数の梁材と、隣接梁材間Ａにわたって直線状に延びるとともに該隣接梁材間Ａの両側の梁材のそれぞれに接合され、少なくとも一方の梁材の位置から続いて隣接梁材間Ａに隣接する別の隣接梁材間Ｂまたは隣接梁材間Ａと同一の隣接梁材間にわたって直線状に延びるＦＲＰ製連結材と、を有することを特徴とする構造体、およびそれを用いた組立構造体。【選択図】図１

Description

本発明は、ＦＲＰ（繊維強化プラスチックス）製連結材を用いて軽量化、力学特性の向上をはかりつつ、製造の容易化、製造速度の向上、コスト低減を目指した、比較的大型、大規模に構成可能な構造体およびそれを用いた組立構造体に関する。

トラス構造等を有する比較的大型、大規模の構造体を、パイプ状や棒状のＦＲＰ製連結材を用いて構成する技術が知られている（例えば、特許文献１〜３）。これら従来技術においては、いずれも、複数のＦＲＰ製連結材を、別途設けられる接合用部材を介して連結する構造に構成されている。

ところが、このような従来構造においては、例えば比較的大型、大規模のトラス構造体を構成するに際し、ＦＲＰ製連結材とは別に作製した接合用部材を所定部位に設置し、それに複数のＦＲＰ製連結材を順次機械的に連結していくことになるため、トラス構造体の製造に多大な工数と工期を要することになり、トラス構造体全体の製造の容易化、製造速度の向上、コスト低減には限界がある。また、ＦＲＰ製連結材を接合用部材に連結するために、ＦＲＰ製連結材の端部に特別な連結構造の付加、例えば金属製連結用部材の付加が必要になる場合が多く、これも、構造体全体の軽量化、大型化、製造の容易化、製造速度の向上、コスト低減、耐久性向上、搬送の容易性などにとって障害となっている。

一方、ＦＲＰ製連結材を構成するためのＦＲＰの強化繊維に関して、例えば炭素繊維についてみれば、最近、１束が４８Ｋ（４８，０００本）や６０Ｋ（６０，０００本）といった、さらにはそれ以上のラージトウの製造が可能になりつつあり、それらの汎用的な供給が可能になってきた。したがって、最近入手可能になってきたこのようなラージトウをさらに複数束ねて使用できれば、数ｍから数１０ｍ規模の大型構造体の、さらには数１００ｍ規模の超大型構造体の、主要構造あるいは基本骨格（例えば、上述のようなＦＲＰ製連結材を用いた構造や骨格）へのＦＲＰの展開を比較的容易に且つ安価に達成できる可能性が出てきた。

しかし、前述したような従来構造のままでは、たとえＦＲＰ製連結材を大型や長尺のものに構成可能になったとしても、別途作製した接合用部材を各節点部に設け、その接合用部材を介して各ＦＲＰ製連結材を順次機械的に連結していくことになるので、構造体全体の軽量化や製造の容易化、製造速度の向上、コスト低減、耐久性向上などに関する限界を打破するのは困難である。

特開平１１−５０５３１号公報 実開平７−４９９８号公報 特開平１１−３５０５９２号公報

そこで本発明の課題は、従来技術における構造体の節点部に設けられ、各ＦＲＰ製連結材を順次機械的に連結していくための接合用部材を実質的に不要とし、ＦＲＰ製連結材を用いて構成される立体的な構造体の製造を大幅に容易化し（望ましくは、実質的に自動製造、またはそれに近い製造形態を可能にし）、製造速度を大幅に向上し、大幅なコスト低減を可能にし、量産も可能にする技術を提供することにある。

そして本発明のもう一つの課題は、ＦＲＰの特性である軽量性、高い力学特性、接合や成形の容易性、優れた耐食性等を最大限に活かしつつ、通常、鋼材よりも高価な材料であるＦＲＰを構造体構成用素材として使用しても、比較的大型、大規模な構造体を製造するための設備設置・組立工事・搬送工事などの総合的な費用として、鋼材を用いた場合に比べ遜色のない費用で目標とする構造体の製造を可能にする技術を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る構造体は、間隔をもって並行に延びる複数の梁材と、隣接梁材間Ａにわたって直線状に延びるとともに該隣接梁材間Ａの両側の梁材のそれぞれに接合され、少なくとも一方の梁材の位置から続いて前記隣接梁材間Ａに隣接する別の隣接梁材間Ｂまたは前記隣接梁材間Ａと同一の隣接梁材間にわたって直線状に延びるＦＲＰ製連結材と、を有することを特徴とするものからなる。ここで、複数の梁材が並行に行に延びるとは、実質的に完全に平行に延びる場合は勿論のこと、略平行、場合によってはなだらかな斜行（テーパー状）方向に延びる場合を含む概念であり、所定の梁材に対してＦＲＰ製連結材が上記形態で延びることができる全ての梁材延在形態を含む。

このような本発明に係る構造体においては、並行に延びる複数の梁材に対して、ＦＲＰ製連結材が、隣接梁材間Ａにわたって直線状に延びるとともに該隣接梁材間Ａの両側の梁材のそれぞれに接合されるとともに、少なくとも一方の梁材の位置から続いて隣接梁材間Ａに隣接する別の隣接梁材間Ｂで直線状に延びるか（この場合には、一方の梁材の位置を通過して隣接する隣接梁材間Ｂに至り、その隣接梁材間Ｂで直線状に延びる）、または隣接梁材間Ａと同一の隣接梁材間（つまり、隣接梁材間Ａ）にわたって直線状に延びる（この場合には、一方の梁材の位置で折り返して再び隣接梁材間Ａで直線状に延びる）形態で所定の梁材に接合されることになるので、比較的長尺のＦＲＰ製連結材を、従来技術における接合用部材を介することなく、所定の梁材に直接接合していくことが可能になる。換言すれば、比較的長尺のＦＲＰ製連結材を、所定の梁材に直接接合するとともに、その所定の梁材を通過して（あるいはその所定の梁材で折り返して）続けて隣接する梁材に向けて延在させ、その隣接梁材に対しても直接接合する形態を採り、同様の状態を必要回数繰り返し現出させる形態を採ることができる。従来技術における接合用部材を使用する必要が無くなるとともに、比較的長尺のＦＲＰ製連結材を延在させる操作をＦＲＰ製連結材の長さ分連続的に行うことが可能になり、構造体の製造の大幅な容易化、製造速度の大幅な向上、大幅なコスト低減が可能になり、構造体の量産も可能になる。また、ＦＲＰ製連結材の使用により、従来技術における接合用部材の不要化と相俟って、優れた軽量性、高い力学特性、接合や成形の容易性、優れた耐食性に関する特性を最大限に活かしつつ、構造体を製造するための総合的な設備・工事費用の低減をはかることも可能になる。

上記本発明に係る構造体においては、上記複数の梁材が２本の梁材からなり、それら２本の梁材が間隔をもって並行に延びている形態を採用することも可能であるが、複数の梁材と各隣接梁材間部分が多角柱形状を形成している形態を採用することが好ましい。多角柱形状としては、任意の多角柱形状とすることが可能である。中でもとくに、多角柱形状が三角柱であることが好ましい。

また、本発明に係る構造体において、上記ＦＲＰ製連結材の延在形態としては、各種の形態を採り得る。例えば、上記連結材が、いずれかの隣接梁材間部分で、少なくとも一方の梁材の延在方向に対し斜行する方向に延びている形態、上記連結材が、いずれかの隣接梁材間部分で、少なくとも一方の梁材の延在方向に垂直な方向に延びている形態、これら両形態が混在した形態、のいずれも採り得る。また、上記ＦＲＰ製連結材が複数延設されている場合には、互いに異なる連結材がいずれかの隣接梁材間部分で交差されて配置されている形態も採り得る。

また、本発明に係る構造体において、上記複数の梁材としては、とくにそれらの材質としては、とくに限定されず、ＦＲＰ製連結材と接合可能なものであればよく、金属製梁材等の採用も可能である。ただし、製造される構造体全体の軽量化、高剛性化、高強度化を達成するためには、上記複数の梁材もＦＲＰ製部材で構成されていることが好ましい。

梁材がＦＲＰ製部材で構成されている場合、梁材を構成するＦＲＰ製部材が、該梁材の延在方向に引き揃えられた連続強化繊維を含んでいると、梁材の延在方向に高い強度、剛性が得られ、このような梁材を有する構造体全体の強度、剛性を効率よく高めることが可能になるので、好ましい。ただし、梁材を構成するＦＲＰ製部材が、不連続強化繊維を含んでいる形態も使用可能であり、連続強化繊維と不連続強化繊維の両方を含んでいる形態も使用可能である。例えば、連続強化繊維の外周に不連続強化繊維のマットを被覆したり、逆に不連続強化繊維束を芯材として、その外周に一方向強化繊維シートを巻き付ける形態を採用することができる。また、殆どが連続強化繊維束からなるが、その中の一部が切断された不連続強化繊維を少量ながら含む形態を採用することもできる。

このように梁材がＦＲＰ製部材で構成されている場合、梁材が、強化繊維をらせん状に覆うカバリング糸を含んでいる形態も採り得る。このようなカバリング糸を含んでいる形態では、ＦＲＰ製梁材の製造段階で、複数の強化繊維束の各強化繊維の配向が乱れるのを抑制でき、同梁材に作用する曲げ応力ばかりでなく圧縮や座屈応力などの向上に繋がり、より望ましい力学特性の梁材を容易に実現できるようになる。特に、カバリング糸が合成繊維ではなく、ガラス繊維などの強化繊維である場合は、その効果を更に向上させることができる。また、カバリング糸ではなく、強化繊維からなる編組を強化繊維束の外周に配置（被覆）すると、ＦＲＰ製梁材の力学特性を更に向上させることができる。

また、本発明に係る構造体においては、上記連結材が、該連結材の延在方向に引き揃えられた連続強化繊維を含んでいる形態を採ることができる。連続強化繊維を含んでいることにより、連結材の延在方向に高い強度、剛性が得られるので、このような連結材を有する構造体全体の強度、剛性を効率よく高めることが可能になる。また、上記連結材が、不連続強化繊維を含んでいる形態、連続強化繊維と不連続強化繊維の両方を含んでいる形態も使用可能である。連結材が不連続強化繊維を含んでいることにより、構造体の製造段階での連結材の柔軟性を向上させることができ、例えば梁材の位置で連結材を屈曲や湾曲させるような場合、所望の操作を容易に行うことができるようになる。

また、ＦＲＰ製連結材が、強化繊維をらせん状に覆うカバリング糸を含んでいると、ＦＲＰ製連結材の製造段階で、強化繊維の配向乱れを抑制できることや、強化繊維間の収束性が向上することなどから、所望の力学特性をより容易に発現させることができるようになる。また、ＦＲＰ製連結材が、引き揃えられ加撚された連続強化繊維を含んでいる場合にも、強化繊維の配向が乱れるのを抑制でき、所望の力学特性をより容易に発現させることができるようになる。

また、梁材がＦＲＰ製部材で構成されている場合、梁材を構成するＦＲＰ製部材の強化繊維としては、とくに限定されないが、炭素繊維を含んでいることが好ましい。炭素繊維を含んでいることにより、高い力学特性を発現させることができ、かつ、目標とする力学特性の実現のための設計も容易になる。ただし、梁材を構成するＦＲＰ製部材の強化繊維としてガラス繊維やアラミド繊維などを含んでいる形態も採り得る。特に、ガラス繊維は一般に炭素繊維よりも安価であるので、構造体全体の製造コストの低減に寄与できる。

梁材がＦＲＰ製部材で構成されている場合、梁材の高い力学特性の発現と構造体全体の製造コストの低減の両立を狙う場合には、梁材を構成するＦＲＰ製部材の強化繊維として炭素繊維とガラス繊維の両方を含んでいる形態を採り得る。この場合、構造体全体の望ましい力学特性を実現する上で梁材の力学特性の向上の方がより優先されることが多いと考えられることから、梁材の特性として極力高い力学特性（強度、剛性）を達成するために、炭素繊維の体積含有割合の方がガラス繊維の体積含有割合よりも多いことが好ましい。

また、本発明に係る構造体においては、上記ＦＲＰ製連結材の強化繊維としても、とくに限定されないが、炭素繊維を含んでいることが好ましい。炭素繊維を含んでいることにより、高い力学特性を発現させることができ、かつ、目標とする力学特性の実現のための設計も容易になる。ただし、連結材の製造段階で柔軟性が求められる場合や、構造体全体の製造コストを極力低減することが求められる場合には、ＦＲＰ製連結材の強化繊維としてガラス繊維を含んでいる形態、強化繊維として炭素繊維とガラス繊維の両方を含んでいる形態も採り得る。強化繊維として炭素繊維とガラス繊維の両方を含んでいる形態の場合、構造体製造段階で長尺のＦＲＰ製連結材を梁材の位置で屈曲や湾曲させながら続く延在経路へと容易に導くために、優れた柔軟性が求められると考えられることから、ガラス繊維の体積含有割合の方が炭素繊維の体積含有割合よりも多いことが好ましい。

梁材や連結材の強化繊維に炭素繊維を使用する場合、前述したように、近年炭素繊維の太束の入手が可能になってきたことから、太束化された炭素繊維束(例えば、４８Ｋ（４８，０００本）や６０Ｋ（６０，０００本）といった太束化された炭素繊維束)を使用したり、さらにはこのような太束化された炭素繊維束を複数束ねてより太束化された炭素繊維束を形成して使用したりでき、それによって、高い剛性、強度を確保しつつ、より大型の構造体の製造が可能になる。

また、梁材は金属、特にアルミニウムなどの軽金属と、強化繊維として炭素繊維を用いたＦＲＰとのハイブリッド構成とすることも可能である。特に、ＦＲＰに金属部材を適切な接着層を介して貼り合わせる構成にすると、比較的安価に製造することができる。

また、上記梁材がＦＲＰ製部材で構成されている場合、梁材を構成するＦＲＰ製部材が、マトリックス樹脂として、熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂、あるいは熱硬化性樹脂および熱可塑性樹脂を含んでいる形態を採り得る。また、上記ＦＲＰ製連結材においても、該連結材が、マトリックス樹脂として、熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂、あるいは熱可塑性樹脂および熱硬化性樹脂を含んでいる形態を採り得る。

また、本発明に係る構造体においては、複数の梁材とＦＲＰ製連結材との接合に関して、次のような形態を採り得る。例えば、上記連結材が、上記並行に延びる複数の梁材に対し、樹脂含浸強化繊維材がフィラメントワインディング法により予め定められた所定位置に配置され硬化されたものからなる形態を採り得る。また、上記連結材が、上記並行に延びる複数の梁材に対し、帯状に延びるプリプレグが予め定められた所定位置に配置され硬化されたものからなる形態も採り得る。両形態の混在形態も可能である。

また、上記梁材については、その製造形態はとくに限定されないが、例えば、梁材が、引抜き法で成形されたＦＲＰ成形体からなる形態を採り得る。このような形態を採用すると、長尺のＦＲＰ製梁材を容易に製造できる。

また、上記梁材の横断面形状としては、とくに限定されず、構造体に要求される性能に応じて適宜選択可能である。例えば、中実丸棒形、中空丸パイプ形、中実角棒形、中空角パイプ形、Ｃ形、Ｌ形、Ｈ形、Ｉ形のいずれかに形成しておくことが可能である。

また、上記梁材として、その延在方向において複数の凹部または凸部を有している形態を採り得る。このような形態においては、梁材の凹部または凸部をＦＲＰ製連結材との接合部に利用でき、また、ＦＲＰ製連結材との接合部の位置決めを容易にできる。例えば、ＦＲＰ製連結材が梁材を通過する状態で梁材に接合される場合には、梁材に形成された凹部で連結材を通過させることにより、連結材の位置決めが容易になるとともに、その部位で部材同士が重複してその節点部位の厚みが大きくなりすぎることを抑制できる。また、ＦＲＰ製連結材が所定の梁材で折り返される場合には、梁材に形成された凸部に引っ掛けられた後連結材が折り返されるようにすることにより、製造段階でＦＲＰ製連結材が完全に硬化される前に梁材に対する連結材の位置ずれを防止することが可能になる。複数の凹部と凸部の両方を有している形態も採用可能であり、複数のＦＲＰ製連結材の梁材との接合部の形態に応じて、適切に適用すればよい。

本発明は、上記のような構造体が複数連結されてなる組立構造体についても提供する。同種または異種の複数の構造体を適宜連結することにより、大型、大規模の組立構造体の実現が可能になる。

本発明に係る構造体によれば、従来技術における接合用部材を実質的に不要とし、ＦＲＰ製連結材を用いた構造体の製造を大幅に容易化でき、製造速度を大幅に向上でき、大幅なコスト低減を可能にし、量産も可能にする技術を提供することにある。また、構造体の構成にＦＲＰ製部材を効率よく使用することで、優れた軽量性、高い力学特性、接合や成形の容易性、優れた耐食性等を最大限に活かしつつ、鋼材を使用した構造体に比べて、総合的な設備・工事費用としても遜色のない大型、大規模の構造体の実現が可能になる。

また、本発明に係る構造体や組立構造体は、陸上向けでは建設物の屋根用梁材、道路の橋梁、鉄道跨線橋、道路標識梁、クレーン支柱などへの適用が可能であり、海洋向けでは浮体（洋上フロート）、桟橋ほか様々な海洋構造物への適用が可能である。

本発明の一実施態様に係る構造体の斜視図である。 図１の構造体における連結材の一部をフィラメントワインディング法により作製する様子を示す斜視図である。 図１の構造体における連結材の別の一部をフィラメントワインディング法により作製する様子を示す斜視図である。 本発明の別の実施態様に係る構造体における連結材の一部を帯状プリプレグで形成した一例を示す斜視図である。 本発明の一実施態様に係る組立構造体の斜視図である。

以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施態様に係る構造体１を示している。図１に示す構造体１は、間隔をもって並行に延びる複数の（図示例では３本の）梁材２と、いずれかの隣接梁材間Ａにわたって直線状に延びるとともに該隣接梁材間Ａの両側の梁材２のそれぞれに接合され、少なくとも一方の梁材２の位置から続いて隣接梁材間Ａに隣接する別の隣接梁材間Ｂまたは隣接梁材間Ａと同一の隣接梁材間にわたって直線状に延びるＦＲＰ製連結材３、４と、を有している。図示例では、連結材３が、いずれかの隣接梁材間Ａにわたって直線状に延び、少なくとも一方の梁材２の位置から続いて隣接梁材間Ａに隣接する別の隣接梁材間Ｂにわたって直線状に延びており、連結材４が、いずれかの隣接梁材間Ａにわたって直線状に延び、少なくとも一方の梁材２の位置で折り返すように屈曲された後、隣接梁材間Ａと同一の隣接梁材間にわたって（つまり元の隣接梁材間Ａの別の位置にて）直線状に延びている。ＦＲＰ製連結材３、４ともに、併設された梁材２の外側の位置にて、隣接梁材間Ａから別の隣接梁材間Ｂへと、あるいは、隣接梁材間Ａから梁材２の位置で折り返した後再び隣接梁材間Ａの別の位置へと、延在されている。また、図示例では、複数の梁材２と各隣接梁材間部分が三角柱形状を形成しているが、前述したように、他の多角柱形状に形成されることも可能であり、２本の梁材２間をＦＲＰ製連結材が行き来するように延在される形態も可能である。

また、図１に示した実施態様では、ＦＲＰ製連結材３が、いずれかの隣接梁材間部分で、少なくとも一方の梁材２の延在方向に垂直な方向に延びており、ＦＲＰ製連結材４が、いずれかの隣接梁材間部分で、少なくとも一方の梁材２の延在方向に対し斜行する方向に延びているが、いずれかの隣接梁材間部分にＦＲＰ製連結材が複数延設されており、互いに異なる連結材がその隣接梁材間部分で交差されて配置されている形態を採ることも可能である。

連結材３、４はＦＲＰ製連結材として構成されるが、梁材２もＦＲＰ製部材に構成できる。ただし、梁材２は、ＦＲＰ製部材に限定されず、金属や他の素材から構成されてもよく、金属と他の素材（例えばＦＲＰ）とが混成する形態でもよい。ＦＲＰ製連結材３、４またはＦＲＰ製部材に構成される場合の梁材２における強化繊維には、前述したように、連続強化繊維、不連続強化繊維、それらの組み合わせ形態のいずれも使用可能であり、連続強化繊維を配する場合には、部材の延在方向に引き揃えられていることが好ましい。また、前述したように、強化繊維をらせん状に覆うカバリング糸が含まれていてもよく、編組で被覆された形態でもよい。さらに、引き揃えられ加撚された連続強化繊維が含まれていてもよい。

ＦＲＰ製連結材３、４またはＦＲＰ製部材に構成される場合の梁材２におけるＦＲＰの強化繊維の種類としては、特に限定されないが、代表的には、炭素繊維、ガラス繊維が挙げられる。炭素繊維とガラス繊の両方が含まれる場合には、前述したように、梁材２については、炭素繊維の体積含有割合の方がガラス繊維の体積含有割合よりも多いことが好ましく、連結材３、４についてはガラス繊維の体積含有割合の方が炭素繊維の体積含有割合よりも多いことが好ましい。マトリックス樹脂としては、とくに限定されず、熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂、あるいは熱硬化性樹脂および熱可塑性樹脂、のいずれも使用可能である。

図１に示したような構造体１は、例えば次のように製造できる。図２に示すように、並行に延びる複数の梁材２を所定の位置関係、即ちいわゆる３本のマンドレル組体のように配置し、これら梁材２に対し、ＦＲＰ製連結材３形成用の樹脂含浸強化繊維材５をフィラメントワインディング法により予め定められた所定位置に配置し硬化させて、ＦＲＰ製連結材３を構成することができる。図２における６は、樹脂含浸強化繊維材５を案内するためのガイドローラを示しており、図示例では、複数の梁材２に対し、樹脂含浸強化繊維材５を、ガイドローラ６を介して、相対的に巻き回していけばよい（つまり、いずれか一方側回動方向に固定し、他方側を回動させればよい）。このようなフィラメントワインディング法は、実質的に自動で行うことが可能である。そして成形後は、上記３本のマンドレル組体はそのまま残り、製品の一部となる。

また、図３に示すように、図２に示したように形成された複数の梁材２とＦＲＰ製連結材３とからなる中間構造体に対し、所定の梁材２に対して、ＦＲＰ製連結材４形成用の樹脂含浸強化繊維材７をフィラメントワインディング法により予め定められた所定位置に配置し硬化させて、ＦＲＰ製連結材４を構成することができる。図３における８は、樹脂含浸強化繊維材７を案内するためのガイドローラを示しており、図示例では、所定の隣接梁材間において、樹脂含浸強化繊維材７を、ガイドローラ８を介して、斜行させながら相対的に走行、配置していくことにより、ＦＲＰ製連結材４が形成されていく。このようなフィラメントワインディング法もまた、実質的に自動で行うことが可能である。

また、上記のようなフィラメントワインディング法とは別に、例えば図４に示すように、例えば隣接梁材Ａ間、隣接梁材間Ｂ、さらに続けてそれに隣接する梁材間にわたって延在されるＦＲＰ製連結材９を、帯状に延びるプリプレグが予め定められた所定位置に配置され硬化されたもので構成することも可能である。図４に示した例では、梁材２の横断面形状は、中実丸棒形または中空丸パイプ形に形成されているが、他にも、例えば、中実角棒形、中空角パイプ形、Ｃ形、Ｌ形、Ｈ形、Ｉ形のいずれかに形成されることが可能である。

また、図示は省略するが、前述したように、梁材２として、その延在方向において複数の凹部または凸部を有している形態を採用でき、その凹部または凸部をＦＲＰ製連結材との接合部に利用できる。例えば、ＦＲＰ製連結材が梁材を通過する状態で梁材に接合される場合には、連結材通過部と梁材の凹部を合わせることにより、その部位での厚みが大きくなりすぎることを抑制でき、ＦＲＰ製連結材が所定の梁材で折り返される場合には、梁材の凸部に引っ掛けられた後連結材が折り返されるようにすることにより、製造段階での連結材の所定の折り返し形態を容易に実現できるようになる。

さらに本発明においては、上述したような構造体を複数連結して組立構造体を構成することができる。例えば図５に組立構造体１１の一例を示すように、図１に示したような構造体１を２つ併置して底部に位置する隣接梁材２同士を連結し、頂部において間隔をもって隣接する梁材２同士を例えば連結用部材１２を介して連結することにより、組立構造体１１を構成することができる。連結用部材１２を設ける代わりに、併置した構造体１間に、天地を逆転させた構造体１を介挿するように連結することも可能である。

このように、構造体１については各種の形態を採り得、組立構造体１１についても各種の形態を採り得、構造体や組立構造体の適用分野に応じて、実質的に任意の設計が可能である。また、適用する分野や、そのスケールに応じて、一つの隣接梁材間の間隔、用いる梁材や連結材の太さや長さ、さらには梁材や連結材に使用する強化繊維や強化繊維束のサイズを、適宜設定することができる。

以下のように、図１に示したような構造体を作製した。
梁材：
ＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチックス）製引抜成形中実丸棒材（φ１９ｍｍ）を用い、ＣＦ（炭素繊維）として東レ株式会社製Ｔ７００Ｓ−２４Ｋ（２４，０００本）×２００ストランドを使用した。マトリックス樹脂としてはエポキシ樹脂を使用した。

梁材と垂直な方向の連結材：
ＧＦＲＰ（ガラス繊維強化プラスチックス）製フィラメントワインディング成形中実棒材（φ１４ｍｍ丸棒相当）を用い、ＧＦ（ガラス繊維）として日東紡社製ＲＳ ４４０ ＲＬ−５１０×５４ストランドを使用した。マトリックス樹脂としてはエポキシ樹脂を使用した。

梁材に対し斜行する連結材：
ＣＦ／ＧＦハイブリッド構成のＦＲＰ製フィラメントワインディング成形中実棒材（φ１４ｍｍ丸棒相当）を用い、ＣＦとして東レ株式会社製Ｔ７００Ｓ−２４Ｋ×３０ストランドを、ＧＦとして日東紡社製ＲＳ ４４０ ＲＬ−５１０×３８ストランドを使用した（体積比：ＣＦ：ＧＦ＝３：７）。マトリックス樹脂としてはエポキシ樹脂を使用した。

製造工程：
１．梁材を引抜成形し、長さ約１．７ｍの梁材を３本準備した。
２．支持部材（図示せず）を用いて、３本の梁材を三角柱形成用の位置に固定し、フィラメントワインディング機に回転可能に設置した。隣接梁材間は５０ｃｍとした。
３．含浸バスにより樹脂を供給しながら、図２に示したように、梁材と垂直な方向の連結材を成形した。１周＋必要なラップ長さにてストランドをカットし、続いて同様に、次の梁材と垂直な方向の連結材を成形した。最初の、梁材と垂直な方向の連結材の位置は、梁材の端から１０ｃｍとし、連結材間隔は、梁部材間隔と同じ５０ｃｍとし、長手方向に４箇所に成形した。
４．含浸バスにより樹脂を供給しながら、図３に示したように、梁材に対し斜行する連結材を成形した。ＣＦおよびＧＦストランドは、同じものが固まらないように分散させた（およそ交互に並べた）。梁材には、斜め方向の連結材が接続する位置に凸部を設けておき（図示せず）、ストランドが張力で梁材から離れないようにした。また、梁材の間隔と垂直方向の連結材の間隔が同じなので、斜行連結材の角度は、垂直方向の連結材に対して４５度となった。斜行連結材は、一つの隣接梁材間を１．５往復し、それを位置を変えて３回成形した。
５．加熱炉で樹脂を硬化させた。
６．支持部材を取り外し、成形品としての構造体を得た。

本発明に係る構造体および組立構造体は、トラス構造等を有する比較的大型、大規模のあらゆる分野の構造体に適用可能である。

１ 構造体
２ 梁材
３、４ ＦＲＰ製連結材
５、７ 樹脂含浸強化繊維材
６、８ ガイドローラ
９ ＦＲＰ製連結材
１１ 組立構造体
１２ 連結用部材

Claims (30)

1. 間隔をもって並行に延びる複数の梁材と、
   隣接梁材間Ａにわたって直線状に延びるとともに該隣接梁材間Ａの両側の梁材のそれぞれに接合され、少なくとも一方の梁材の位置から続いて前記隣接梁材間Ａに隣接する別の隣接梁材間Ｂまたは前記隣接梁材間Ａと同一の隣接梁材間にわたって直線状に延びるＦＲＰ製連結材と、
   を有することを特徴とする構造体。
2. 前記複数の梁材と各隣接梁材間部分が多角柱形状を形成している、請求項１に記載の構造体。
3. 前記多角柱形状が三角柱である、請求項２に記載の構造体。
4. 前記連結材が、いずれかの隣接梁材間部分で、少なくとも一方の梁材の延在方向に対し斜行する方向に延びている、請求項１〜３のいずれかに記載の構造体。
5. 前記連結材が、いずれかの隣接梁材間部分で、少なくとも一方の梁材の延在方向に垂直な方向に延びている、請求項１〜４のいずれかに記載の構造体。
6. 前記連結材が複数延設されており、互いに異なる連結材がいずれかの隣接梁材間部分で交差されて配置されている、請求項１〜５のいずれかに記載の構造体。
7. 前記複数の梁材がＦＲＰ製部材で構成されている、請求項１〜６のいずれかに記載の構造体。
8. 前記梁材を構成するＦＲＰ製部材が、該梁材の延在方向に引き揃えられた連続強化繊維を含んでいる、請求項７に記載の構造体。
9. 前記梁材を構成するＦＲＰ製部材が、不連続強化繊維を含んでいる、請求項７または８に記載の構造体。
10. 前記梁材が、強化繊維をらせん状に覆うカバリング糸を含んでいる、請求項８または９に記載の構造体。
11. 前記連結材が、該連結材の延在方向に引き揃えられた連続強化繊維を含んでいる、請求項１〜１０のいずれかに記載の構造体。
12. 前記連結材が、不連続強化繊維を含んでいる、請求項１〜１１のいずれかに記載の構造体。
13. 前記連結材が、強化繊維をらせん状に覆うカバリング糸を含んでいる、請求項１１または１２に記載の構造体。
14. 前記連結材が、引き揃えられ加撚された連続強化繊維を含んでいる、請求項１１〜１３のいずれかに記載の構造体。
15. 前記梁材を構成するＦＲＰ製部材の強化繊維として炭素繊維を含んでいる、請求項７〜１４のいずれかに記載の構造体。
16. 前記梁材を構成するＦＲＰ製部材の強化繊維としてガラス繊維を含んでいる、請求項７〜１４のいずれかに記載の構造体。
17. 前記梁材を構成するＦＲＰ製部材の強化繊維として炭素繊維とガラス繊維の両方を含んでいる、請求項７〜１６のいずれかに記載の構造体。
18. 炭素繊維の体積含有割合の方がガラス繊維の体積含有割合よりも多い、請求項１７に記載の構造体。
19. 前記連結材が、強化繊維として炭素繊維を含んでいる、請求項１〜１８のいずれかに記載の構造体。
20. 前記連結材が、強化繊維としてガラス繊維を含んでいる、請求項１〜１８のいずれかに記載の構造体。
21. 前記連結材が、強化繊維として炭素繊維とガラス繊維の両方を含んでいる、請求項１〜２０のいずれかに記載の構造体。
22. ガラス繊維の体積含有割合の方が炭素繊維の体積含有割合よりも多い、請求項２１に記載の構造体。
23. 前記梁材を構成するＦＲＰ製部材が、マトリックス樹脂として、熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂、あるいは熱硬化性樹脂および熱可塑性樹脂を含んでいる、請求項７〜２２のいずれかに記載の構造体。
24. 前記連結材が、マトリックス樹脂として、熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂、あるいは熱可塑性樹脂および熱硬化性樹脂を含んでいる、請求項１〜２３のいずれかに記載の構造体。
25. 前記連結材が、前記並行に延びる複数の梁材に対し、樹脂含浸強化繊維材がフィラメントワインディング法により予め定められた所定位置に配置され硬化されたものからなる、請求項１〜２４のいずれかに記載の構造体。
26. 前記連結材が、前記並行に延びる複数の梁材に対し、帯状に延びるプリプレグが予め定められた所定位置に配置され硬化されたものからなる、請求項１〜２４のいずれかに記載の構造体。
27. 前記梁材が、引抜き法で成形されたＦＲＰ成形体からなる、請求項１〜２６のいずれかに記載の構造体。
28. 前記梁材の横断面形状が、中実丸棒形、中空丸パイプ形、中実角棒形、中空角パイプ形、Ｃ形、Ｌ形、Ｈ形、Ｉ形のいずれかに形成されている、請求項１〜２７のいずれかに記載の構造体。
29. 前記梁材が、その延在方向において複数の凹部または凸部を有している、請求項１〜２８のいずれかに記載の構造体。
30. 請求項１〜２９のいずれかに記載の構造体が複数連結されてなる組立構造体。

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