JP2016133163A - 繊維強化プラスチック部材の締結構造およびレーザ加工機 - Google Patents

Abstract

【課題】一箇所の締結部が負担することのできる荷重を増やすことで、締結部の数を増やさずに繊維強化プラスチックの亀裂発生を抑制し、結果として、全体の重量を低減した上で所望の強度を実現可能な繊維強化プラスチック部材の締結構造およびこの締結構造を備えたレーザ加工機を得る。【解決手段】胴部（２１）および頭部（２２）を有するインサート部材（２０）は、頭部（２２）において胴部（２１）に対して径方向外側に形成された被接触面（２３）が繊維強化プラスチック部材（１０）の金属板（１２）に形成された接触面（１５）と接触しつつ、胴部（２１）の外周面がインサート埋め込み穴（１３）のキリ穴部（１４）の壁面と接着剤（５０）を介して接着されることで、繊維強化プラスチック部材（１０）に埋め込まれている。【選択図】図２

Description

本発明は、繊維強化プラスチック部材と他の部材である被締結部材とを締結するための繊維強化プラスチック部材の締結構造およびこの締結構造を備えたレーザ加工機に関するものである。

従来の工作機械（例えば、レーザ加工機など）においては、ステージ定盤部材として、軽量かつ高剛性な繊維強化プラスチック（Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ；ＦＲＰ）が用いられたＸＹステージが搭載されている。

ここで、従来の繊維強化プラスチックは、母材が樹脂である。したがって、繊維強化プラスチックにネジ切り加工を施した場合、ネジとの接触部に応力が集中することで、塑性変形（すなわち、つぶれ）が発生してしまい、その結果として、ネジのゆるみなどが生じやすい。

そこで、金属製のインサート部材（例えば、特許文献１参照）を繊維強化プラスチックの内部に埋め込み、インサート部材を用いて、繊維強化プラスチックと被締結部材とを締結する。

特開２０１４−５８９５号公報

しかしながら、従来技術には以下のような課題がある。
上記のような繊維強化プラスチックの締結構造において、繊維強化プラスチックの表面からインサート部材が突出しないように、繊維強化プラスチック自体にザグリ加工が施される場合がある。

このような場合において、繊維強化プラスチックと締結された被締結部材の垂直方向に荷重が加わったとき、繊維強化プラスチックの強化繊維層間に引張応力が垂直方向に作用する。

ここで、繊維強化プラスチックの強化繊維層間の引張強度（すなわち、垂直方向の引張強度）は、水平方向に比べて強度が小さい。また、繊維強化プラスチックの強化繊維層間に引張応力が作用すると、強化繊維層に沿って亀裂が発生し、進展する。また、繊維強化プラスチックに亀裂が発生した場合、形状のゆがみ、および被締結部材の脱落などを引き起こす。

したがって、繊維強化プラスチックに亀裂が発生しないように、インサート部材の数を増やすことで、一箇所の締結部が負担する荷重を減らす必要がある。しかしながら、このように、繊維強化プラスチックの内部に埋め込むインサート部材の数を増やすことで、締結部の数を増やせば、結果として、全体の重量増を招くという問題がある。

本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、一箇所の締結部が負担することのできる荷重を増やすことで、締結部の数を増やさずに繊維強化プラスチックの亀裂発生を抑制し、結果として、全体の重量を低減した上で所望の強度を実現可能な繊維強化プラスチック部材の締結構造およびこの締結構造を備えたレーザ加工機を得ることを目的とする。

本発明における繊維強化プラスチック部材の締結構造は、円筒形状の胴部と、胴部に対して径方向外側に被接触面が形成された頭部とを有し、ボルトを螺合させるねじ切り部が形成されているインサート部材と、繊維強化プラスチック板と、繊維強化プラスチック板の表面および裏面の少なくとも一方の面に接着された金属板とを有し、インサート部材を埋め込むために胴部と頭部の形状に合わせて貫通されたインサート埋め込み穴が形成されている繊維強化プラスチック部材と、を備え、インサート埋め込み穴は、キリ穴部と、インサート部材を埋め込んだ際に被接触面と接触する接触面が金属板に形成されている加工部とを有し、インサート部材は、加工部の接触面と被接触面とが接触しつつ、胴部の外周面がキリ穴部の壁面と接着剤を介して接着されることで、繊維強化プラスチック部材に埋め込まれているものである。

また、本発明におけるレーザ加工機は、上記の繊維強化プラスチック部材の締結構造を備えたものである。

本発明によれば、胴部および頭部を有するインサート部材は、頭部において胴部に対して径方向外側に形成された被接触面が繊維強化プラスチック部材の金属板に形成された接触面と接触しつつ、胴部の外周面がインサート埋め込み穴のキリ穴部の壁面と接着剤を介して接着されることで、繊維強化プラスチック部材に埋め込まれている。これにより、一箇所の締結部が負担することのできる荷重を増やすことで、締結部の数を増やさずに繊維強化プラスチックの亀裂発生を抑制し、結果として、全体の重量を低減した上で所望の強度を実現可能な繊維強化プラスチック部材の締結構造およびこの締結構造を備えたレーザ加工機を得ることができる。

本発明の実施の形態１における繊維強化プラスチック部材の締結構造の分解斜視図である。 本発明の実施の形態１における繊維強化プラスチック部材の締結構造の断面図である。 本発明の実施の形態１におけるインサート部材の斜視図である。 本発明の実施の形態２における繊維強化プラスチック部材の締結構造の断面図である。 本発明の実施の形態２におけるインサート部材の斜視図である。 本発明の実施の形態３におけるインサート部材の斜視図である。 本発明の実施の形態３におけるインサート部材をインサート埋め込み穴に固定したときに、インサート部材の胴部を軸方向に垂直な平面で仮想的に切断した断面図である。 本発明の実施の形態４におけるインサート部材の斜視図である。 本発明の実施の形態４におけるインサート部材をインサート埋め込み穴に固定したときに、インサート部材の胴部を軸方向に垂直な平面で仮想的に切断した断面図である。 本発明の実施の形態５におけるインサート部材の斜視図である。 本発明の実施の形態５におけるインサート部材をインサート埋め込み穴に固定したときに、インサート部材の胴部を軸方向に垂直な平面で仮想的に切断した断面図である。 本発明の実施の形態６におけるインサート部材の斜視図である。 本発明の実施の形態６におけるインサート部材をインサート埋め込み穴に固定したときに、インサート部材の胴部を軸方向に垂直な平面で仮想的に切断した断面図である。 本発明の実施の形態７におけるインサート埋め込み穴に、インサート部材を固定したときに、インサート部材の胴部を軸方向に垂直な平面で仮想的に切断した断面図である。 本発明の実施の形態８において、先の実施の形態１における繊維強化プラスチック部材の締結構造を備えたレーザ加工機の微動軸ステージ部の正面図である。 本発明の実施の形態８において、先の実施の形態１における繊維強化プラスチック部材の締結構造を備えたレーザ加工機の微動軸ステージ部の右側面図である。 図１５ＡのＡ−Ａ矢視断面図である。 図１５ＢのＢ−Ｂ矢視断面図である。

以下、本発明による繊維強化プラスチック部材の締結構造およびこの締結構造を備えたレーザ加工機を、好適な実施の形態にしたがって図面を用いて説明する。なお、図面の説明においては、同一部分または相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、各実施の形態では、一箇所の締結部によって繊維強化プラスチック部材を被締結部材と締結する場合を例示する。

ここで、本発明においては、胴部および頭部を有するインサート部材は、頭部において胴部に対して径方向外側に形成された被接触面が繊維強化プラスチック部材の金属板に形成された接触面と接触しつつ、胴部の外周面がインサート埋め込み穴のキリ穴部の壁面と接着剤を介して接着されることで、繊維強化プラスチック部材に埋め込まれていることを技術的特徴とする。各実施の形態では、このような技術的特徴を有する繊維強化プラスチック部材の締結構造の具体的な構成例について詳細に説明する。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における繊維強化プラスチック部材の締結構造の分解斜視図である。図２は、本発明の実施の形態１における繊維強化プラスチック部材の締結構造の断面図である。図３は、本発明の実施の形態１におけるインサート部材２０の斜視図である。

本実施の形態１における繊維強化プラスチック部材の締結構造は、繊維強化プラスチック部材１０と、インサート部材２０と、被締結部材３０と、ボルト４０とを備える。

繊維強化プラスチック部材１０は、繊維強化プラスチック板１１と、繊維強化プラスチック板１１の表面および裏面の少なくとも一方の面の一部または全部に接着された金属板１２とを有する。ここで、繊維強化プラスチック板１１の表面および裏面の二つの面は、繊維強化プラスチック板１１の厚み方向（すなわち、三方向のうち、他の二方向に対して寸法が小さい方向）に対して垂直である。なお、図１および図２では、繊維強化プラスチック板１１の表面の全部に金属板１２が接着された場合を例示している。

繊維強化プラスチック板１１の製造方法については、特に限定されないが、例えば、強化繊維に樹脂を予め含浸させてシート状にしたプリプレグを多層積層した上で、加圧および加熱によって硬化させることで成形する方法が一般的に採用されている。このような製造方法から作られた繊維強化プラスチック板１１の内部に埋め込まれた強化繊維は、繊維強化プラスチック板１１の厚み方向に対して垂直に配向される。

金属板１２の材料は、自由に選択することができ、例えば、鉄またはアルミ合金などが用いられ、金属板１２の厚みも、自由に設定することができる。ただし、金属板１２の厚みが薄い場合、インサート部材２０と接触することで荷重を伝達させる皿取り加工面１５の面積が小さくなるので、金属板１２の厚みは、１．５ｍｍ以上であることが望ましい。

なお、繊維強化プラスチック板１１と金属板１２とを接着するための接着剤の材料は、特に限定されないが、例えば、エポキシ接着剤またはアクリル接着剤などが用いられる。

繊維強化プラスチック部材１０には、インサート部材２０を埋め込み可能なインサート埋め込み穴１３が形成されている。

インサート埋め込み穴１３は、繊維強化プラスチック板の表面に接着された金属板１２の表面から、繊維強化プラスチック板１１の裏面にわたって貫通している。また、インサート埋め込み穴１３は、丸穴形状のキリ穴部１４と、キリ穴部１４に対して径方向外側に皿取り加工面１５が形成された皿取り加工部１６とを有する。キリ穴部１４および皿取り加工部１６で構成されるインサート埋め込み穴１３には、インサート埋め込み穴１３と予め設定された寸法公差をもって埋め込み可能な形状のインサート部材２０が埋め込まれる。

本実施の形態１におけるインサート部材２０は、円筒形状の胴部２１と、胴部２１に対して径方向外側にテーパー加工面２３が形成された頭部２２とを有する。インサート部材２０の内部（内周面）には、ネジ切り加工が施されることで、ボルト４０を螺合させるネジ切り部２４が形成される。頭部２２は、円錐台状に加工され、テーパー加工面２３のテーパー角度は、皿取り加工部１６の皿取り加工面１５のテーパー角度と等しい。

頭部２２の軸方向高さは、皿取り加工部１６の深さよりも小さいので、インサート埋め込み穴１３にインサート部材２０を埋め込んだ場合、頭部２２が金属板１２の表面から突出した状態とならない。

インサート埋め込み穴１３は、インサート部材２０を埋め込むために胴部２１と頭部２２の形状に合わせて貫通されている。インサート埋め込み穴１３にインサート部材２０を埋め込んだ場合、頭部２２のテーパー加工面２３は、皿取り加工部１６の皿取り加工面１５と対向して接触し、胴部２１の外周面は、キリ穴部１４の壁面と対向する。

また、インサート埋め込み穴１３に埋め込まれたインサート部材２０は、胴部２１の外周面がキリ穴部１４の壁面と接着剤５０を介して接着されることで、位置が固定される。このように、テーパー加工面２３と皿取り加工面１５とを接触させつつ、胴部２１の外周面とキリ穴部１４の壁面とを接着剤５０を介して接着することで、インサート部材２０をインサート埋め込み穴１３に固定することができる。

なお、接着剤５０の材料は、特に限定されないが、例えば、エポキシ接着剤またはアクリル接着剤などが用いられる。

被締結部材３０には、キリ穴またはネジ穴がボルト通し穴３１として形成される。被締結部材３０のボルト通し穴３１にボルト４０を通した上で、インサート埋め込み穴１３に固定されたインサート部材２０のネジ切り部２４にボルト４０を螺合する。これにより、摩擦力が発生し、繊維強化プラスチック部材１０と被締結部材３０とが締結される。

このように繊維強化プラスチック部材の締結構造を構成することで、繊維強化プラスチック部材１０と被締結部材３０とを締結することで生じるボルト４０の軸力は、インサート部材２０から、頭部２２のテーパー加工面２３と接触している皿取り加工面１５を介して、金属板１２に伝達される。換言すると、テーパー加工面２３と、金属板１２に形成されている皿取り加工面１５とが必ず接触した状態となっているので、ボルト４０の軸力は、金属板１２に伝達されることとなる。

したがって、繊維強化プラスチック板１１には、被締結部材３０と金属板１２とで挟み込まれる際に生じる圧縮力のみが負荷されることとなり、繊維強化プラスチック板１１の強化繊維層間に引張力が作用しない。これにより、繊維強化プラスチック板１１の強化繊維層間の亀裂発生を抑制することができるとともに、一箇所の締結部が負担することのできる荷重を増やすことができる。

以上、本実施の形態１によれば、円筒形状の胴部と、胴部に対して径方向外側に被接触面が形成された頭部とを有し、ボルトを螺合させるねじ切り部が形成されているインサート部材と、繊維強化プラスチック板と、繊維強化プラスチック板の表面および裏面の少なくとも一方の面に接着された金属板とを有し、インサート部材を埋め込むために胴部と頭部の形状に合わせて貫通されたインサート埋め込み穴が形成されている繊維強化プラスチック部材と、を備え、インサート埋め込み穴は、キリ穴部と、インサート部材を埋め込んだ際に被接触面と接触する接触面が金属板に形成されている加工部とを有し、インサート部材は、加工部の接触面と被接触面とが接触しつつ、胴部の外周面がキリ穴部の壁面と接着剤を介して接着されることで、繊維強化プラスチック部材に埋め込まれている構成を有する。

具体的には、インサート部材の頭部には、被接触面として、胴部に対して径方向外側にテーパー面が形成され、インサート埋め込み穴は、接触面として、キリ穴部に対して径方向外側に皿取り加工面が形成された皿取り加工部を、加工部として有する。そして、インサート部材は、皿取り加工部の皿取り加工面と頭部のテーパー面とが接触しつつ、胴部の外周面がキリ穴部の壁面と接着剤を介して接着される。

これにより、締結で生じるボルトの軸力は、インサート部材から頭部と接触している金属板の皿取り加工面を介して金属板に伝達される。そのため、繊維強化プラスチック板には、被締結部材と金属板とで挟み込む圧縮力のみが負荷されることとなり、繊維強化プラスチック板の強化繊維層間に引張力が作用されない。したがって、繊維強化プラスチック板の強化繊維層間の亀裂発生を抑制することができる。

また、一箇所の締結部が負担することのできる荷重を増やすことで、締結部の数を増やさずに繊維強化プラスチックの亀裂発生を抑制し、結果として、全体の重量を低減した上で所望の強度を実現可能となる。

実施の形態２．
本発明の実施の形態２では、先の実施の形態１に対して、インサート埋め込み穴１３の形状とは異なるインサート埋め込み穴１３ａが形成された繊維強化プラスチック部材１０Ａと、インサート部材２０の形状とは異なるインサート部材２０Ａとについて説明する。

図４は、本発明の実施の形態２における繊維強化プラスチック部材の締結構造の断面図である。図５は、本発明の実施の形態２におけるインサート部材２０Ａの斜視図である。なお、本実施の形態２では、先の実施の形態１と同様である点の説明を省略し、先の実施の形態１と異なる点を中心に説明する。

本実施の形態２における繊維強化プラスチック部材の締結構造は、繊維強化プラスチック部材１０Ａと、インサート部材２０Ａと、被締結部材３０と、ボルト４０とを備える。

繊維強化プラスチック部材１０Ａは、繊維強化プラスチック板１１と、繊維強化プラスチック板１１の表面および裏面の少なくとも一方の面の一部または全部に接着された金属板１２とを有する。

また、繊維強化プラスチック部材１０Ａには、インサート部材２０Ａを埋め込み可能なインサート埋め込み穴１３ａが形成されている。また、インサート埋め込み穴１３ａは、丸穴形状のキリ穴部１４ａと、キリ穴部１４ａに対して径方向外側にザグリ加工底面１７が形成されたザグリ加工部１８とを有する。

図４から分かるように、このザグリ加工部１８は、繊維強化プラスチック部材１０Ａの金属板１２に形成されている一方、繊維強化プラスチック板１１には形成されていない。キリ穴部１４ａおよびザグリ加工部１８で構成されるインサート埋め込み穴１３ａには、インサート埋め込み穴１３ａと予め設定された寸法公差をもって埋め込み可能な形状のインサート部材２０Ａが埋め込まれる。

インサート部材２０Ａは、円筒形状の胴部２１ａと、胴部２１ａよりも径が大きく、かつ胴部２１と同軸の円筒形状の頭部２２ａとを有する。インサート部材２０Ａの内部には、ネジ切り加工が施されることで、ボルト４０を螺合させるネジ切り部２４が形成される。

頭部２２ａの軸方向高さは、ザグリ加工部１８の深さよりも小さいので、インサート埋め込み穴１３ａにインサート部材２０Ａを埋め込んだ場合、頭部２２ａが金属板１２の表面から突出した状態とならない。

インサート埋め込み穴１３ａにインサート部材２０Ａを埋め込んだ場合、頭部２２ａの内側端面２５は、ザグリ加工部１８のザグリ加工底面１７と対向して接触し、胴部２１ａの外周面は、キリ穴部１４ａの壁面と対向する。

また、インサート埋め込み穴１３ａに埋め込まれたインサート部材２０Ａは、胴部２１ａの外周面がキリ穴部１４ａの壁面と接着剤５０を介して接着されるので、位置が固定される。このように、内側端面２５とザグリ加工底面１７とを接触させつつ、胴部２１ａの外周面とキリ穴部１４ａの壁面とを接着剤５０を介して接着することで、インサート部材２０Ａをインサート埋め込み穴１３ａに固定することができる。

このように繊維強化プラスチック部材の締結構造を構成することで、繊維強化プラスチック部材１０Ａと被締結部材３０とを締結することで生じるボルト４０の軸力は、インサート部材２０Ａから、頭部２２ａの内側端面２５と接触しているザグリ加工底面１７を介して、金属板１２に伝達される。換言すると、内側端面２５と、金属板１２に形成されているザグリ加工底面１７とが必ず接触した状態となっているので、ボルト４０の軸力は、金属板１２に伝達されることとなる。

したがって、繊維強化プラスチック板１１には、被締結部材３０と金属板１２とで挟み込まれる際に生じる圧縮力のみが負荷されることとなり、繊維強化プラスチック板１１の強化繊維層間に引張力が作用しない。これにより、繊維強化プラスチック板１１の強化繊維層間の亀裂発生を抑制することができるとともに、一箇所の締結部が負担することのできる荷重を増やすことができる。

以上、本実施の形態２によれば、先の実施の形態１に対して、インサート部材の頭部は、胴部と同軸であって、胴部よりも径の大きい円筒形状であり、インサート埋め込み穴は、インサート部材の頭部の被接触面である内側端面と接触する接触面として、キリ穴部に対して径方向外側にザグリ加工底面が形成されたザグリ加工部を、加工部として有する。そして、インサート部材は、ザグリ加工部のザグリ加工底面と頭部の内側端面とが接触しつつ、胴部の外周面がキリ穴部の壁面と接着剤を介して接着される。これにより、先の実施の形態１と同様の効果が得られる。

実施の形態３．
本発明の実施の形態３では、先の実施の形態１に対して、インサート埋め込み穴１３の形状とは異なるインサート埋め込み穴１３ｂが形成された繊維強化プラスチック部材１０Ｂと、胴部２１の形状とは異なる胴部２１ｂが形成されたインサート部材２０Ｂとについて説明する。

図６は、本発明の実施の形態３におけるインサート部材２０Ｂの斜視図である。図７は、本発明の実施の形態３におけるインサート部材２０Ｂをインサート埋め込み穴１３ｂに固定したときに、インサート部材２０Ｂの胴部２１ｂを軸方向に垂直な平面で仮想的に切断した断面図である。なお、本実施の形態３では、先の実施の形態１と同様である点の説明を省略し、先の実施の形態１と異なる点を中心に説明する。

本実施の形態３における繊維強化プラスチック部材の締結構造は、繊維強化プラスチック部材１０Ｂと、インサート部材２０Ｂと、被締結部材３０と、ボルト４０とを備える。

繊維強化プラスチック部材１０Ｂは、繊維強化プラスチック板１１と、繊維強化プラスチック板１１の表面および裏面の少なくとも一方の面の一部または全部に接着された金属板１２とを有する。

また、繊維強化プラスチック部材１０Ｂには、インサート部材２０Ｂを埋め込み可能なインサート埋め込み穴１３ｂが形成されている。また、インサート埋め込み穴１３ｂは、先の実施の形態１におけるキリ穴部１４の壁面に対して溝形状のインサート埋め込み穴溝加工部１９が少なくとも１つ形成されたキリ穴部１４ｂと、皿取り加工部１６とを有する。キリ穴部１４ｂおよび皿取り加工部１６で構成されるインサート埋め込み穴１３ｂには、インサート埋め込み穴１３ｂと予め設定された寸法公差をもって埋め込み可能な形状のインサート部材２０Ｂが埋め込まれる。

インサート部材２０Ｂは、先の実施の形態１における円筒形状の胴部２１に対して平滑部２６が形成された胴部２１ｂと、頭部２２とを有する。この平滑部２６の面は、軸方向と平行な面である。

なお、図６および図７では、インサート埋め込み穴１３ｂのキリ穴部１４ｂの壁面に形成されたインサート埋め込み穴溝加工部１９の個数が２つである場合を例示しているが、インサート埋め込み穴溝加工部１９の個数は限定されない。キリ穴部１４ｂの壁面にインサート埋め込み穴溝加工部１９を形成する位置も限定されない。

また、図６および図７では、インサート部材２０Ｂの胴部２１ｂに形成された平滑部２６の個数が２つである場合を例示しているが、平滑部２６の個数は限定されない。胴部２１ｂに平滑部２６を形成する位置も限定されない。

インサート埋め込み穴１３ｂに先の実施の形態１と同様に埋め込まれたインサート部材２０Ｂは、胴部２１ｂの外周面がキリ穴部１４ｂの壁面と接着剤５０を介して接着されるので、位置が固定される。また、胴部２１ｂの外周面と、キリ穴部１４ｂの壁面との隙間に接着剤５０が充填されるだけでなく、インサート埋め込み穴溝加工部１９にも接着剤５０が充填されている。

このように繊維強化プラスチック部材の締結構造を構成することで、先の実施の形態１と同様の効果が得られ、さらに、インサート埋め込み穴溝加工部１９に充填された接着剤５０と、キリ穴部１４ｂの壁面と平滑部２６との間に充填された接着剤５０とによって、アンカー効果が発現する。

また、アンカー効果が発現することで、インサート部材２０Ｂにボルト４０を螺合し、ボルト４０に対してトルクを加えた場合であっても、繊維強化プラスチック板１１に対して接着剤５０が剥がれるのを抑制するともに、インサート部材２０Ｂに対して接着剤５０が剥がれるのを抑制することができる。なお、アンカー効果については、平滑部２６およびインサート埋め込み穴溝加工部１９の少なくとも一方を形成すれば、両方を形成しない場合に比べて効果が大きく、より効果を大きくするには、両方を形成することが望ましい。

以上、本実施の形態３によれば、先の実施の形態１におけるインサート部材の胴部の外周面には、少なくとも１つの平滑部が形成されている。また、インサート埋め込み穴のキリ穴部の壁面には、少なくとも１つのインサート埋め込み穴溝加工部が形成されている。これにより、アンカー効果が発現するので、インサート部材にボルトを螺合し、ボルトに対してトルクを加えた場合であっても、繊維強化プラスチック板に対して接着剤が剥がれるのを抑制するともに、インサート部材に対して接着剤が剥がれるのを抑制することができる。

実施の形態４．
本発明の実施の形態４では、先の実施の形態３に対して、胴部２１ｂの形状とは異なる胴部２１ｃが形成されたインサート部材２０Ｃについて説明する。

図８は、本発明の実施の形態４におけるインサート部材２０Ｃの斜視図である。図９は、本発明の実施の形態４におけるインサート部材２０Ｃをインサート埋め込み穴１３ｂに固定したときに、インサート部材２０Ｃの胴部２１ｃを軸方向に垂直な平面で仮想的に切断した断面図である。なお、本実施の形態４では、先の実施の形態３と同様である点の説明を省略し、先の実施の形態３と異なる点を中心に説明する。

本実施の形態４における繊維強化プラスチック部材の締結構造は、繊維強化プラスチック部材１０Ｂと、インサート部材２０Ｃと、被締結部材３０と、ボルト４０とを備える。

インサート部材２０Ｃは、円筒形状の胴部２１に対して溝形状のインサート溝加工部２７が形成された胴部２１ｃと、頭部２２とを有する。このインサート溝加工部２７は、軸方向に平行であって、かつ円筒形状の外周面に形成された溝である。

なお、図８および図９では、インサート部材２０Ｃの胴部２１ｃに形成されたインサート溝加工部２７の個数が２つある場合を例示しているが、インサート溝加工部２７の個数は限定されない。胴部２１ｃにインサート溝加工部２７を形成する位置も限定されない。

インサート埋め込み穴１３ｂに先の実施の形態３と同様に埋め込まれたインサート部材２０Ｃは、胴部２１ｃの外周面がキリ穴部１４ｂの壁面と接着剤５０を介して接着されるので、位置が固定される。また、胴部２１ｃの外周面と、キリ穴部１４ｂの壁面との隙間に接着剤５０が充填されるだけでなく、インサート埋め込み穴溝加工部１９およびインサート溝加工部２７にも接着剤５０が充填されている。

このように繊維強化プラスチック部材の締結構造を構成することで、先の実施の形態１と同様の効果が得られ、さらに、インサート埋め込み穴溝加工部１９およびインサート溝加工部２７のそれぞれに充填された接着剤５０によって、アンカー効果が発現し、先の実施の形態３と同様の効果が得られる。なお、アンカー効果については、インサート溝加工部２７およびインサート埋め込み穴溝加工部１９の少なくとも一方を形成すれば、両方を形成しない場合に比べて効果が大きく、より効果を大きくするには、両方を形成することが望ましい。

以上、本実施の形態４によれば、先の実施の形態１におけるインサート部材の胴部の外周面には、少なくとも１つのインサート溝加工部が形成されている。これにより、先の実施の形態３と同様の効果が得られる。

実施の形態５．
本発明の実施の形態４では、先の実施の形態２に対して、インサート埋め込み穴１３ａの形状とは異なるインサート埋め込み穴１３ｃが形成された繊維強化プラスチック部材１０Ｃと、胴部２１ａの形状とは異なる胴部２１ｄが形成されたインサート部材２０Ｄとについて説明する。

図１０は、本発明の実施の形態５におけるインサート部材２０Ｄの斜視図である。図１１は、本発明の実施の形態５におけるインサート部材２０Ｄをインサート埋め込み穴１３ｃに固定したときに、インサート部材２０Ｄの胴部２１ｄを軸方向に垂直な平面で仮想的に切断した断面図である。なお、本実施の形態５では、先の実施の形態２と同様である点の説明を省略し、先の実施の形態２と異なる点を中心に説明する。

本実施の形態５における繊維強化プラスチック部材の締結構造は、繊維強化プラスチック部材１０Ｃと、インサート部材２０Ｄと、被締結部材３０と、ボルト４０とを備える。

繊維強化プラスチック部材１０Ｃは、繊維強化プラスチック板１１と、繊維強化プラスチック板１１の表面および裏面の少なくとも一方の面の一部または全部に接着された金属板１２とを有する。

また、繊維強化プラスチック部材１０Ｃには、インサート部材２０Ｄを埋め込み可能なインサート埋め込み穴１３ｃが形成されている。また、インサート埋め込み穴１３ｃは、先の実施の形態２におけるキリ穴部１４ａの壁面に対して溝形状のインサート埋め込み穴溝加工部１９が少なくとも１つ形成されたキリ穴部１４ｃと、ザグリ加工部１８とを有する。キリ穴部１４ｃおよびザグリ加工部１８で構成されるインサート埋め込み穴１３ｃには、インサート埋め込み穴１３ｃと予め設定された寸法公差をもって埋め込み可能な形状のインサート部材２０Ｄが埋め込まれる。

インサート部材２０Ｄは、先の実施の形態２における円筒形状の胴部２１ａに対して平滑部２６が形成された胴部２１ｄと、頭部２２ａとを有する。この平滑部２６の面は、軸方向と平行な面である。

なお、図１０および図１１では、インサート埋め込み穴１３ｃのキリ穴部１４ｃの壁面に形成されたインサート埋め込み穴溝加工部１９の個数が２つである場合を例示しているが、インサート埋め込み穴溝加工部１９の個数は限定されない。キリ穴部１４ｃの壁面にインサート埋め込み穴溝加工部１９を形成する位置も限定されない。

また、図１０および図１１では、インサート部材２０Ｄの胴部２１ｄに形成された平滑部２６の個数が２つである場合を例示しているが、平滑部２６の個数は限定されない。胴部２１ｄに平滑部２６を形成する位置も限定されない。

インサート埋め込み穴１３ｃに先の実施の形態２と同様に埋め込まれたインサート部材２０Ｄは、胴部２１ｄの外周面がキリ穴部１４ｃの壁面と接着剤５０を介して接着されるので、位置が固定される。また、胴部２１ｄの外周面と、キリ穴部１４ｄの壁面との隙間に接着剤５０が充填されるだけでなく、インサート埋め込み穴溝加工部１９にも接着剤５０が充填されている。

このように繊維強化プラスチック部材の締結構造を構成することで、先の実施の形態２と同様の効果が得られ、さらに、インサート埋め込み穴溝加工部１９に充填された接着剤５０と、キリ穴部１４ｃの壁面と平滑部２６との間に充填された接着剤５０とによって、アンカー効果が発現し、先の実施の形態３と同様の効果が得られる。なお、アンカー効果については、平滑部２６およびインサート埋め込み穴溝加工部１９の少なくとも一方を形成すれば、両方を形成しない場合に比べて効果が大きく、より効果を大きくするには、両方を形成することが望ましい。

以上、本実施の形態５によれば、先の実施の形態２におけるインサート部材の胴部の外周面には、少なくとも１つの平滑部が形成されている。また、インサート埋め込み穴のキリ穴部の壁面には、少なくとも１つのインサート埋め込み穴溝加工部が形成されている。これにより、先の実施の形態３と同様の効果が得られる。

実施の形態６．
本発明実施の形態６では、先の実施の形態５に対して、胴部２１ｄの形状とは異なる胴部２１ｅが形成されたインサート部材２０Ｅについて説明する。

図１２は、本発明の実施の形態６におけるインサート部材２０Ｅの斜視図である。図１３は、本発明の実施の形態６におけるインサート部材２０Ｅをインサート埋め込み穴１３ｃに固定したときに、インサート部材２０Ｅの胴部２１ｅを軸方向に垂直な平面で仮想的に切断した断面図である。なお、本実施の形態６では、先の実施の形態５と同様である点の説明を省略し、先の実施の形態５と異なる点を中心に説明する。

本実施の形態６における繊維強化プラスチック部材の締結構造は、繊維強化プラスチック部材１０Ｃと、インサート部材２０Ｅと、被締結部材３０と、ボルト４０とを備える。

インサート部材２０Ｅは、円筒形状の胴部２１ａに対して溝形状のインサート溝加工部２７が形成された胴部２１ｅと、頭部２２ａとを有する。このインサート溝加工部２７は、軸方向に平行であって、かつ円筒形状の外周面に形成された溝である。

なお、図１２および図１３では、インサート部材２０Ｅの胴部２１ｅに形成されたインサート溝加工部２７の個数が２つある場合を例示しているが、インサート溝加工部２７の個数は限定されない。胴部２１ｅにインサート溝加工部２７を形成する位置も限定されない。

インサート埋め込み穴１３ｃに先の実施の形態５と同様に埋め込まれたインサート部材２０Ｅは、胴部２１ｅの外周面がキリ穴部１４ｃの壁面と接着剤５０を介して接着されるので、位置が固定される。また、胴部２１ｅの外周面と、キリ穴部１４ｃの壁面との隙間に接着剤５０が充填されるだけでなく、インサート埋め込み穴溝加工部１９およびインサート溝加工部２７にも接着剤５０が充填されている。

このように繊維強化プラスチック部材の締結構造を構成することで、先の実施の形態２と同様の効果が得られ、さらに、インサート埋め込み穴溝加工部１９およびインサート溝加工部２７のそれぞれに充填された接着剤５０によって、アンカー効果が発現し、先の実施の形態３と同様の効果が得られる。なお、アンカー効果については、インサート溝加工部２７およびインサート埋め込み穴溝加工部１９の少なくとも一方を形成すれば、両方を形成しない場合に比べて効果が大きく、より効果を大きくするには、両方を形成することが望ましい。

以上、本実施の形態６によれば、先の実施の形態２におけるインサート部材の胴部の外周面には、少なくとも１つのインサート溝加工部が形成されている。これにより、先の実施の形態３と同様の効果が得られる。

実施の形態７．
本発明の実施の形態７では、長穴形状のキリ穴部１４ｄを有するインサート埋め込み穴１３ｄに、先の実施の形態３におけるインサート部材２０Ｂまたは先の実施の形態５におけるインサート部材２０Ｄを固定する場合について説明する。

図１４は、本発明の実施の形態７におけるインサート埋め込み穴１３ｄに、インサート部材２０Ｂを固定したときに、インサート部材２０Ｂの胴部２１ｂを軸方向に垂直な平面で仮想的に切断した断面図である。なお、本実施の形態７では、インサート埋め込み穴１３ｄに、インサート部材２０Ｂおよびインサート部材２０Ｄのいずれを固定しても同様のことがいえるので、インサート埋め込み穴１３ｄにインサート部材２０Ｂを固定する場合について説明する。また、本実施の形態７では、先の実施の形態３と同様である点の説明を省略し、先の実施の形態３と異なる点を中心に説明する。

インサート埋め込み穴１３ｄのキリ穴部１４ｄは、２つの平行部と、これらの平行部につながる２つの円弧部とから形成された長穴となる。また、キリ穴部１４ｄの短軸の長さをΦ、キリ穴部１４ｄの平行部の長さをＬとする。

インサート部材２０Ｂの胴部２１ｂに形成された平滑部２６の個数は２つであり、互いに平行であり、かつ幅が同じである。また、平滑部２６の幅をＬ’とする。また、平滑部２６の互いの間隔をＤとする。

図１４に示すように、インサート埋め込み穴１３ｄに先の実施の形態３と同様に、インサート部材２０Ｂが埋め込まれた場合の、インサート埋め込み穴１３ｄのキリ穴部１４ｄと、インサート部材２０Ｂの胴部２１ｂとの、位置関係および寸法関係については、以下のようになる。すなわち、位置関係については、平滑部２６とキリ穴部１４ｄの平行部とが互いに平行となるように設定される。また、寸法関係については、Φ≧Ｄ、かつＬ＝Ｌ’となるように設定される。

このように繊維強化プラスチック部材の締結構造を構成することで、キリ穴部１４ｄの壁面と平滑部２６との間に充填された接着剤５０とによって、アンカー効果が発現し、先の実施の形態３と同様の効果が得られる。

以上、本実施の形態７によれば、先の実施の形態３および５に対して、キリ穴部の形状は、長穴であり、インサート部材の胴部の外周面には、互いに対向する２つの平滑部が形成され、インサート部材は、平滑部と長穴の平行部とが対向するように繊維強化プラスチック部材に埋め込まれ、長穴の平行部の幅は、平滑部の幅と等しくなるように設定される。これにより、先の実施の形態３と同様の効果が得られる。

なお、本実施の形態１〜７では、締結に伴う締結荷重について説明したが、繊維強化プラスチック部材の締結構造に外部から荷重がかかる場合において、その外部荷重の一部を、インサート部材２０〜２０Ｅを用いて受ける場合には以下のような効果が得られる。すなわち、締結で生じるボルト４０の軸力は、インサート部材２０〜２０Ｅから、頭部２２、２２ａと接触している金属板１２に伝達されるので、外部荷重を分散させることができる。したがって、締結荷重に加え、外部荷重が加わった場合であっても、従来と比べて一箇所の締結部が負担することのできる荷重を増やすことができる。

実施の形態８．
本発明の実施の形態８では、先の実施の形態１〜７で説明した本願発明における繊維強化プラスチック部材の締結構造を、レーザ加工機に適用する一例を説明する。図１５Ａは、本発明の実施の形態８において、先の実施の形態１における繊維強化プラスチック部材の締結構造を備えたレーザ加工機の微動軸ステージ部７０の正面図である。図１５Ｂは、本発明の実施の形態８において、先の実施の形態１における繊維強化プラスチック部材の締結構造を備えたレーザ加工機の微動軸ステージ部７０の右側面図である。また、図１６Ａは、図１５ＡのＡ−Ａ矢視断面図である。図１６Ｂは、図１５ＢのＢ−Ｂ矢視断面図である。

レーザ加工機は、粗動ステージ６０、微動軸ステージ部７０およびレーザ加工ヘッド８０を備える。レーザ加工機は、レーザ加工ヘッド８０が水平方向に移動することで、レーザ加工ヘッド８０の直下に固定された加工用ワークの切断加工を行う。

微動軸ステージ部７０は、繊維強化プラスチック部材１０と、Ｙ方向可動用レール支持部材７１と、Ｙ方向可動用レール７２と、Ｙ方向可動用リニアガイド７３と、一次側７４ａおよび二次側７４ｂを含むＹ方向駆動用リニアモータ７４と、Ｘ方向可動用レール７５と、Ｘ方向可動用リニアガイド７６と、一次側７７ａおよび二次側７７ｂを含むＸ方向駆動用リニアモータ７７と、レーザ加工ヘッド取り付けステージ７８とを有する。

また、微動軸ステージ部７０は、Ｘ方向可動用レール７５およびＸ方向可動用リニアガイド７６を介して、粗動ステージ６０に連結されている。粗動ステージ６０およびＸ方向可動用リニアガイド７６の締結には、例えばボルト締結が用いられる。また、Ｘ方向可動用リニアガイド７６は、Ｘ方向可動用レール７５と連結され、Ｘ方向可動用レール７５上をＸ方向に可動することができる。

繊維強化プラスチック部材１０は、繊維強化プラスチック板１１と、繊維強化プラスチック板１１の表面および裏面の二つの面の全部に接着された金属板１２とを有する。ここで、繊維強化プラスチック板１１の表面および裏面の二つの面は、繊維強化プラスチック板１１の厚み方向（すなわち、Ｚ方向）に対して垂直である。

Ｘ方向可動用レール７５は、被締結部材３０に相当し、繊維強化プラスチック部材１０およびＸ方向可動用レール７５は、先の実施の形態１における繊維強化プラスチック部材１０および被締結部材３０の場合と同様に、ボルト４０を用いて、インサート部材２０を介して互いに締結されている。

また、Ｙ方向可動用レール支持部材７１は、被締結部材３０に相当し、繊維強化プラスチック部材１０およびＹ方向可動用レール支持部材７１は、先の実施の形態１における繊維強化プラスチック部材１０および被締結部材３０の場合と同様に、ボルト４０を用いて、インサート部材２０を介して互いに締結されている。

Ｙ方向可動用レール７２は、Ｙ方向可動用レール支持部材７１と締結され、Ｙ方向可動用リニアガイド７３は、Ｙ方向可動用レール７２と連結され、Ｙ方向可動用レール７２上をＹ方向に可動することができる。

レーザ加工ヘッド取り付けステージ７８は、Ｙ方向可動用リニアガイド７３と締結され、Ｙ方向可動用リニアガイド７３と一体となってＹ方向に可動することができる。レーザ加工ヘッド取り付けステージ７８およびＹ方向可動用リニアガイド７３の締結には、例えばボルト締結が用いられる。

レーザ加工ヘッド８０は、レーザ加工ヘッド取り付けステージ７８の鉛直下向き側の面に締結される。

Ｘ方向駆動用リニアモータ７７の一次側７７ａは、粗動ステージ６０に締結され、Ｘ方向駆動用リニアモータ７７の二次側７７ｂは、繊維強化プラスチック部材１０に締結されている。また、一次側７７ａおよび二次側７７ｂのそれぞれは、あらかじめ設定された距離を保った状態で平行に配置されている。また、Ｘ方向駆動用リニアモータ７７に供給する電流の値を制御することで、Ｘ方向への駆動力が発現する。これにより、Ｘ方向可動用リニアガイド７６は、Ｘ方向可動用レール７５上をＸ方向に可動することができる。

Ｙ方向駆動用リニアモータ７４の一次側７４ａは、繊維強化プラスチック部材１０に締結され、Ｙ方向駆動用リニアモータ７４の二次側７４ｂは、レーザ加工ヘッド取り付けステージ７８に締結されている。また、一次側７４ａおよび二次側７４ｂのそれぞれは、あらかじめ設定された距離を保った状態で平行に配置されている。また、Ｙ方向駆動用リニアモータ７４に供給する電流の値を制御することで、Ｙ方向への駆動力が発現する。これにより、Ｙ方向可動用リニアガイド７３は、Ｙ方向可動用レール７２上をＹ方向に可動することができる。

このように、先の実施の形態１における繊維強化プラスチック部材の締結構造をレーザ加工機の微動軸ステージ部７０に適用することで、Ｙ方向可動用レール支持部材７１には、レーザ加工ヘッド８０、レーザ加工ヘッド取り付けステージ７８、Ｙ方向可動用リニアガイド７３、Ｙ方向可動用レール７２のそれぞれの重量の和が荷重として鉛直下向きに加わる。また、この荷重は、インサート部材２０から、頭部２２のテーパー加工面２３と接触している金属板１２の皿取り加工面１５を介して、金属板１２にすべて伝達される。

ここで、レーザ加工機においては、レーザ加工ヘッドを高速で駆動可能とするために、急激な加減速が行われるので、鉛直方向の力は、瞬間的に非常に大きい力となる。このような大きい力が荷重として加わった場合でも、繊維強化プラスチック板１１には、Ｙ方向可動用レール支持部材７１と金属板１２とで挟み込む圧縮力のみが負荷されることとなり、繊維強化プラスチック板１１の強化繊維層間に引張力が作用されない。したがって、繊維強化プラスチック板１１の強化繊維層間の亀裂発生を抑制することができる。

また、Ｙ方向可動用レール支持部材７１、レーザ加工ヘッド８０、レーザ加工ヘッド取り付けステージ７８、Ｙ方向可動用リニアガイド７３、Ｙ方向可動用レール７２のそれぞれの重量は、金属板１２から、金属板１２の皿取り加工面１５を介して、インサート部材２０の頭部２２に伝達される。そのため、繊維強化プラスチック板１１には、Ｘ方向可動用レール７５と金属板１２とで挟み込む圧縮力のみが負荷されることになり、繊維強化プラスチック板１１の強化繊維層間に引張力が作用されない。したがって、繊維強化プラスチック板１１の強化繊維層間の亀裂発生を抑制することができる。

このように、先の実施の形態１における繊維強化プラスチック部材の締結構造をレーザ加工機に適用した場合であっても、繊維強化プラスチック板１１の強化繊維層間の亀裂発生を抑制することができる。

また、インサート部材２０の頭部２２は、繊維強化プラスチック部材１０の内部に配置されているので、Ｙ方向可動用レール支持部材７１と、Ｘ方向可動用レール７５とを「井」の字型に配置する場合であっても、インサート部材２０がＹ方向可動用レール支持部材７１およびＸ方向可動用レール７５に干渉することはない。

なお、本実施の形態８では、先の実施の形態１における繊維強化プラスチック部材の締結構造をレーザ加工機に適用した場合について説明したが、先の実施の形態２〜７のそれぞれにおける繊維強化プラスチック部材の締結構造も、同様にレーザ加工機に適用可能である。

以上、本実施の形態８によれば、先の実施の形態１〜７のそれぞれにおける繊維強化プラスチック部材の締結構造を備えるようにレーザ加工機を構成する。これにより、一箇所の締結部が負担することのできる荷重を増やすことで、締結部の数を減らすことができ、結果として、全体の重量を低減可能なレーザ加工機を得ることができる。

１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ 繊維強化プラスチック部材、１１ 繊維強化プラスチック板、１２ 金属板、１３，１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ インサート埋め込み穴、１４，１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ キリ穴部、１５ 皿取り加工面、１６ 皿取り加工部、１７ ザグリ加工底面、１８ ザグリ加工部、１９ インサート埋め込み穴溝加工部、２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ，２０Ｅ インサート部材、２１，２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅ 胴部、２２，２２ａ 頭部、２３ テーパー加工面、２４ ネジ切り部、２５ 内側端面、２６ 平滑部、２７ インサート溝加工部、３０ 被締結部材、３１ ボルト通し穴、４０ ボルト、５０ 接着剤、６０ 粗動ステージ、７０ 微動軸ステージ部、７１ Ｙ方向可動用レール支持部材、７２ Ｙ方向可動用レール、７３ Ｙ方向可動用リニアガイド、７４ Ｙ方向駆動用リニアモータ、７４ａ 一次側、７４ｂ 二次側、７５ Ｘ方向可動用レール、７６ Ｘ方向可動用リニアガイド、７７ Ｘ方向駆動用リニアモータ、７７ａ 一次側、７７ｂ 二次側、７８ レーザ加工ヘッド取り付けステージ、８０ レーザ加工ヘッド。

Claims (8)

1. 円筒形状の胴部と、前記胴部に対して径方向外側に被接触面が形成された頭部とを有し、ボルトを螺合させるねじ切り部が形成されているインサート部材と、
   繊維強化プラスチック板と、前記繊維強化プラスチック板の表面および裏面の少なくとも一方の面に接着された金属板とを有し、前記インサート部材を埋め込むために前記胴部と前記頭部の形状に合わせて貫通されたインサート埋め込み穴が形成されている繊維強化プラスチック部材と、
   を備え、
   前記インサート埋め込み穴は、
   キリ穴部と、前記インサート部材を埋め込んだ際に前記被接触面と接触する接触面が前記金属板に形成されている加工部とを有し、
   前記インサート部材は、
   前記加工部の前記接触面と前記被接触面とが接触しつつ、前記胴部の外周面が前記キリ穴部の壁面と接着剤を介して接着されることで、前記繊維強化プラスチック部材に埋め込まれている
   繊維強化プラスチック部材の締結構造。
2. 前記頭部には、前記被接触面として、前記胴部に対して径方向外側にテーパー面が形成され、
   前記インサート埋め込み穴は、前記接触面として、前記キリ穴部に対して径方向外側に皿取り加工面が形成された皿取り加工部を、前記加工部として有する
   請求項１に記載の繊維強化プラスチック部材の締結構造。
3. 前記頭部は、前記胴部と同軸であって、前記胴部よりも径の大きい円筒形状であり、
   前記インサート埋め込み穴は、前記頭部の前記被接触面である内側端面と接触する前記接触面として、前記キリ穴部に対して径方向外側にザグリ加工底面が形成されたザグリ加工部を、前記加工部として有する
   請求項１に記載の繊維強化プラスチック部材の締結構造。
4. 前記胴部の外周面には、少なくとも１つの平滑部が形成されている
   請求項１から３のいずれか１項に記載の繊維強化プラスチック部材の締結構造。
5. 前記胴部の外周面には、少なくとも１つのインサート溝加工部が形成されている
   請求項１から３のいずれか１項に記載の繊維強化プラスチック部材の締結構造。
6. 前記キリ穴部の壁面には、少なくとも１つのインサート埋め込み穴溝加工部が形成されている
   請求項１から５のいずれか１項に記載の繊維強化プラスチック部材の締結構造。
7. 前記キリ穴部の形状は、長穴であり、
   前記胴部の外周面には、互いに対向する２つの平滑部が形成され、
   前記インサート部材は、
   前記平滑部と前記長穴の平行部とが対向するように前記繊維強化プラスチック部材に埋め込まれ、
   前記長穴の平行部の幅は、前記平滑部の幅と等しくなるように設定される
   請求項４に記載の繊維強化プラスチック部材の締結構造。
8. 請求項１から７のいずれか１項に記載の繊維強化プラスチック部材の締結構造を備えた
   レーザ加工機。

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