JP2019002554A - Ｆｒｐの締結方法、ｆｒｐ締結構造およびエレベーター用構造部材 - Google Patents

Abstract

【課題】樹脂のクリープによる締結構造の破壊を防止し、繰り返し荷重に対する変位の再現性を得ながら、インサート部品の挿入によるＦＲＰ部材自体の強度低下を防止する。【解決手段】ＦＲＰ成形体に外側フランジ付カラーを挿入するための締結孔を加工する第１工程と、外側フランジ付カラーのカラー部の外面に接着剤を塗布する第２工程と、外側フランジ付カラーをフランジがＦＲＰ成形体に接触するまで挿入する第３工程と、締結孔の圧縮荷重壁面へ外側フランジ付カラーを押し付けて、圧縮荷重壁面と外側フランジ付カラーの外面の一部とを直接触れさせて、接着剤を硬化させる第４工程と、外側フランジ付カラーの内側に対して内側フランジ付カラーを圧入する第５工程とを有する。【選択図】図１

Description

本発明は、繊維強化プラスチック（以下、ＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃ）と称す）材料から成る構造体の締結方法、およびその締結構造に関する。

近年、軽量かつ高強度・高剛性である特性を活かし、幅広い分野でＦＲＰが適用されている。ＦＲＰの用途としては、従来は、衛星用筐体構造やアンテナ用リフレクタ・レドーム等、特に軽量性・高剛性が求められる宇宙・通信用途で使用されてきた。しかしながら近年では、航空機・自動車を中心とする大型構造物・移動体にも使用されつつある。このように、従来は、金属製だった構造体に対して、軽量・高強度・高剛性なＦＲＰを適用することにより、構造体を軽量化し、省エネ性・可搬性を向上することができる。以上の背景から、エレベーターかご構造へのＣＦＲＰ適用も検討されつつある。

大型構造体を製造する際に、特に、複雑な構造を構成する場合には、複数の部材を締結して組み立てる必要がある。従来の金属製構造体の場合には、溶接、ボルト・ナット等の機械式締結が多用されてきた。ＦＲＰ製構造体の場合についての締結を考えると、金属のように溶接はできない。このため、機械式締結、または接着剤を用いた接着式締結を用いることが考えられる。

また、ＦＲＰの樹脂が熱可塑性樹脂で構成されている場合には、樹脂の溶着による締結を用いることも考えられる。これらの締結方式のうち、接着または溶着は、締結孔等の荷重が集中する箇所なしに、大面積を、荷重を分散して締結できる利点がある。ただし、接着または溶着は、機械式締結に比べて工程管理が複雑であり、組立現場での作業性に劣るという欠点がある。

前述の欠点に鑑み、ＦＲＰの締結方法として、現状では、機械式締結が多用されている。機械式締結法を採用する場合には、ＦＲＰに設けた締結孔へボルト等の締結用部品を挿入することで、締結用部品と被締結体との間の摩擦力によって締結構造が保持される。摩擦力は、締結用部品の軸力により発現する。従って、軸力が低下すると、摩擦力も低下し、締結状態を維持できなくなるおそれがある。

ＦＲＰは、布状に織った繊維を複数枚積層し、樹脂で一体化した材料である。このため、布の面内方向には繊維が配向しているが、厚み方向には繊維が配向しておらず、締結部においては、樹脂のみで軸力を受け持つこととなる。ＦＲＰに長期的に軸力が作用し続けると、樹脂のクリープにより軸力が低下し、締結構造がゆるむおそれがある。従って、ＦＲＰ締結構造へ機械式締結を適用するにあたっては、このようなゆるみを防止する締結構造が必要となる。

クリープにより樹脂の締結構造がゆるむことを防止する締結構造としては、ＦＲＰ製部材へ開けた締結孔へ、両面からフランジ付のカラーを挿入する、という方法がある（例えば、特許文献１参照）。この方法であれば、カラーで軸力を保持することにより、ＦＲＰ製部材には軸力がほとんど作用せず、厚み方向のクリープを防止することができる。

特開２００７−３１５４３７号公報 特開２００８−０５１２２４号公報 特開２００９−２０４１５９号公報

しかしながら、従来技術には次のような課題がある。
特許文献１に記載された締結方法の１つでは、カラー同士をネジ止めするように、ネジ溝を有するフランジ付カラーを締結孔の両面から挿入している。

ネジの噛み合わせ長さを調節し、フランジ間の距離をＦＲＰ製部材に合わせて固定しておき、カラー内へボルトを挿入して相手方の部材と締結している。回転ゆるみを防止するため、フランジ付カラー同士、またはフランジ付カラーとＦＲＰ製部材は、接着剤で固定されている。このようにして、カラーでボルトの軸力を保持することにより、ＦＲＰ製部材の厚み方向のクリープを防止することができる。

また、特許文献２に記載の締結方法の１つでは、ＦＲＰサンドイッチ部材に設けた穴の一方から第１のブッシュ部材を挿入し、他方から第２のブッシュ部材を挿入することで、ＦＲＰサンドイッチ部材と第１のブッシュ部材とをネジ止めしている。さらに、第１のブッシュ部材は、穴に接着されている。このような構造を採用することで、ＦＲＰサンドイッチ部材の中間層が発泡構造体の場合であっても、ブッシュ部材でボルトの軸力を保持することができ、厚み方向のクリープを防止することができる。

しかしながら、これらの特許文献１、２では、回転ゆるみを防止するためには、フランジ付カラー同士、またはフランジ付カラーとＦＲＰ製部材を、接着剤で固定する必要がある。

接着剤で固定されている場合には、締結構造に荷重がかかることで、接着層が破壊するおそれがある。そして、接着層が破壊した後には、ＦＲＰ部材、またはＦＲＰサンドイッチ部材の穴壁面へ荷重がかかることとなる。この結果、接着層の破壊前後で、剛性（単位荷重あたりの変位）が変化することとなる。このため、繰り返し荷重が作用した際に、変位の再現性が得られず、機器の振動拡大等の不具合が生じるおそれがある。

ここで、接着層の破壊による剛性変化を防止し、繰り返し荷重に対する変位の再現性を得るための従来技術として、接着層を介さずに、カラーを穴へ圧入する、という手法がある（例えば、特許文献３参照）。

特許文献３に記載の部品締結構造の１つでは、ＦＲＰ部材に設けた穴の片側からフランジ付カラーを圧入し、カラー部端面にＦＲＰ部材を挟むように、スペーサーをメタルタッチさせることで、厚み方向のクリープを防止することができる。このように、特許文献３は、フランジ付カラーを圧入することで、接着層を介さずにカラーを固定でき、繰り返し荷重に対する変位の再現性を得ることができる。

しかしながら、カラーを圧入して、ＦＲＰ部材、またはＦＲＰサンドイッチ部材と固定した場合には、圧入時にＦＲＰの層間、またはＦＲＰと中間層とが剥離し、締結部の強度が低下する、という課題がある。

本発明は、上記のような課題に鑑みて成されたものであり、樹脂のクリープによる締結構造の破壊を防止し、繰り返し荷重に対する変位の再現性を得ながら、インサート部品の挿入によるＦＲＰ部材自体の強度低下を防止することのできるＦＲＰ締結方法、ＦＲＰ締結構造およびエレベーター用構造部材を得ることを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明に係るＦＲＰの締結方法は、ＦＲＰ成形体、外側フランジ付カラー、および内側フランジ付カラーを備えたＦＲＰの締結方法であって、ＦＲＰ成形体に対して外側フランジ付カラーを挿入するための締結孔を加工する第１工程と、外側フランジ付カラーのカラー部の外面に未硬化の接着剤を塗布する第２工程と、接着剤が塗布された外側フランジ付カラーを、締結孔の片側から、フランジがＦＲＰ成形体に接触するまで挿入する第３工程と、外側フランジ付カラーを介して圧縮荷重が作用する締結孔の圧縮荷重壁面へ、外側フランジ付カラーを押し付けて、圧縮荷重壁面と外側フランジ付カラーの外面の一部とを直接触れさせて、接着剤を硬化させる第４工程と、外側フランジ付カラーのカラー部の内面と内側フランジ付カラーのカラー部の外面とが接触するように、外側フランジ付カラーの内側に対して内側フランジ付カラーを圧入する第５工程とを有するものである。

また、上記の目的を達成するため、本発明に係るＦＲＰ締結構造は、締結孔を有するＦＲＰ成形体と、締結孔に挿入される外側フランジ付カラーと、外側フランジ付カラーの内側に圧入されることで、ＦＲＰ成形体の締結孔に埋め込まれる内側フランジ付カラーとを備えたＦＲＰ締結構造であって、外側フランジ付カラーのカラー部の外面の一部は、外側フランジ付カラーを介して圧縮荷重が作用する締結孔の圧縮荷重壁面と直接触れているものである。

本発明によれば、外側・内側フランジ付カラーのフランジ部とＦＲＰ部材、外側フランジ付カラーのカラー部外面の一部と締結孔の圧縮荷重壁面、および外側フランジ付カラーのカラー部内面と内側フランジ付カラーのカラー部外面が直接触れている構造を有し、ＦＲＰ部材締結時に孔壁面へ直接荷重が作用することとなる。この結果、樹脂のクリープによる締結構造の破壊を防止し、繰り返し荷重に対する変位の再現性を得ながら、インサート部品の挿入によるＦＲＰ部材自体の強度低下を防止するＦＲＰ締結方法、ＦＲＰ締結構造およびエレベーター用構造部材を得ることができる。

本発明の実施の形態１におけるＦＲＰ締結構造を示す断面図である。 発明の実施の形態１における図１に示したＦＲＰ構造のフランジ付カラーを抜き出した断面図である。 発明の実施の形態１における図１に示したＦＲＰ構造のＡＡ断面を示す断面図である。 本発明の実施の形態１におけるＦＲＰ製部材を、相手部材にボルト・ナット・ワッシャーで締結した状態を示す断面図である。 本発明の実施の形態１における第１工程において、ＦＲＰ成形体へ締結孔を加工した状態を示す断面図である。 本発明の実施の形態１における第２工程において、外側フランジ付カラー側面に接着剤を塗布した状態を示す断面図である。 本発明の実施の形態１における第３工程において、締結孔の片側から外側フランジ付カラーを挿入した状態を示す断面図である。 本発明の実施の形態１における第４工程において、圧縮荷重壁面へ外側フランジ付カラーを押し付ける過程を示す断面図である。 本発明の実施の形態１における図８に示した第４過程におけるＡＡ断面を示す断面図である。 本発明の実施の形態１における第４工程において、接着剤を硬化させた状態を示す断面図である。 本発明の実施の形態１における第５工程において、外側フランジ付カラーの内側へ内側フランジ付カラーを圧入した状態を示す断面図である。 本発明の実施の形態１における第４工程において、圧縮荷重壁面へ外側フランジ付カラーを押し付ける過程で、接着剤の流動に失敗した場合を示す断面図である。 本発明の実施の形態２における第４工程において、漏出防止板をカラー部端面へあてがいながら、圧縮荷重壁面へ外側フランジ付カラーを押し付ける過程を示す断面図である。 本発明の実施の形態３におけるＦＲＰ締結構造を示す断面図である。 本発明の実施の形態３における第１工程において、ＦＲＰ成形体へ締結孔を加工し、圧縮荷重壁面へ接着剤溜まり用溝を加工した状態を示す断面図である。 本発明の実施の形態３における第４工程において、圧縮荷重壁面へ外側フランジ付カラーを押し付ける過程を示す断面図である。 本発明の実施の形態４におけるＦＲＰ締結構造を示す断面図である。 本発明の実施の形態５におけるエレベーター構造の模式図である。 本発明の実施の形態５におけるエレベーター構造に作用する荷重の模式図である。 本発明の実施の形態５における上梁部材に作用する荷重の模式図である。 本発明の実施の形態５におけるＦＲＰ締結構造をエレベーター用構造部材に適用した例を示す図である。 本発明の実施例１におけるＦＲＰ締結構造の製造工程を表すフローチャートである。 本発明の実施例１におけるＦＲＰ製部材を示す斜視図である。 本発明の実施例１における、ＦＲＰ製部材と相手部材との締結部に荷重が作用した状態を示す断面図である。 本発明の実施例１における図１９に示す荷重作用状態における相手部材を基準としたＦＲＰ製部材の変位と荷重の関係を示す線図である。 本発明の比較例１におけるＦＲＰ締結構造の製造工程を表すフローチャートである。 本発明の比較例１におけるＦＲＰ締結構造を示す断面図である。 本発明の比較例１において、ＦＲＰ製部材と相手部材との締結部に荷重が作用した状態を示す断面図である。 本発明の比較例１における図２３に示す荷重作用状態において、接着層が破壊した状態を示す断面図である。 本発明の比較例１における図２３に示す荷重作用状態において、相手部材を基準としたＦＲＰ製部材の変位と荷重の関係を示す線図である。

以下、本発明によるＦＲＰの締結方法、ＦＲＰ締結構造およびエレベーター用構造部材を、好適な実施の形態に従って、図面を用いて説明する。なお、図面の説明においては、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

実施の形態１．
まず、実施の形態１におけるＦＲＰ締結構造１について、図１〜図４を参照しながら詳細に説明する。図１は、実施の形態１におけるＦＲＰ締結構造を示す断面図である。図２は、実施の形態１における図１に示したＦＲＰ構造のフランジ付カラーを抜き出した断面図である。具体的には、図２（Ａ）は、外側フランジ付カラーの断面図を示し、図２（Ｂ）は、内側フランジ付カラーの断面図を示す。

図３は、実施の形態１における図１に示したＦＲＰ構造のＡＡ断面を示す断面図である。さらに、図４は、実施の形態１におけるＦＲＰ製部材を、相手部材にボルト・ナット・ワッシャーで締結した状態を示す断面図である。

図１に示すように、本実施の形態１に係るＦＲＰ締結構造１は、ＦＲＰ製部材２の一部であり、ＦＲＰ成形体３、外側フランジ付カラー４、および内側フランジ付カラー５で構成される。

ＦＲＰ製部材２は、ＦＲＰ成形体３として形成されたＦＲＰを主材料とし、ＦＲＰ締結構造１を介して、他の部材と締結されることで、特定の製品構造を構成する部材である。外側フランジ付カラー４および内側フランジ付カラー５は、ＦＲＰ成形体３の締結孔３０に埋め込まれている。

ＦＲＰ成形体３と外側フランジ付カラー４とは、ＦＲＰ成形体３の下面３ａと外側フランジ付カラー４のフランジ部４−１（図２（Ａ）参照）の上面４ｂ、およびＦＲＰ成形体３の締結孔３０の孔壁面の圧縮荷重壁面３ｃと外側フランジ付カラー４のカラー部４−２の外面４ｃが直接触れるようにして、互いに接触している。ＦＲＰ成形体３の締結孔３０の孔壁面の圧縮荷重壁面との反対側面３ｄと、外側フランジ付カラー４のカラー部４−２の外面４ｃとは、接着層６を介して固定されている。

また、ＦＲＰ成形体３と内側フランジ付カラー５とは、ＦＲＰ成形体３の上面３ｂと内側フランジ付カラー５のフランジ部５−１（図２（Ｂ）参照）の下面５ｂとが直接触れるようにして、互いに接触している。

外側フランジ付カラー４と内側フランジ付カラー５とは、外側フランジ付カラー４のカラー部４−２（図２（Ａ）参照）の端面４ｄと内側フランジ付カラー５のフランジ部５−１の下面５ｂ、および外側フランジ付カラー４のカラー部４−２の内面４ｅと内側フランジ付カラー５のカラー部５−２の外面５ｃが直接触れるようにして、互いに接触している。

図１において、内側フランジ付カラー５のカラー部５−２の端面５ｄは、外側フランジ付カラー４のフランジ部４−１の下面４ａより、下方にあってはならない。すなわち、図２（Ｂ）に示す内側フランジ付カラー５の高さｈは、図２（Ａ）に示す外側フランジ付カラー４の高さＨと内側フランジ付カラー５のフランジ部５−１の厚さｔとの和より小さい。

言い換えると、図１において、内側フランジ付カラー５のカラー部５−２の端面５ｄが外側フランジ付カラー４のフランジ部４−１の下面４ａより下方にあると、後述するワッシャー１０と内側フランジ付カラー５とが干渉する。このため、図１において、内側フランジ付カラー５のカラー部５−２の端面５ｄは、外側フランジ付カラー４のフランジ部４−１の下面４ａより上方になければならない。

外側フランジ付カラー４のカラー部４−２の厚さは、ＦＲＰ締結構造１に作用する締結荷重の大きさによって決定される。一方、内側フランジ付カラー５のカラー部５−２の厚さは、内側フランジ付カラー５と外側フランジ付カラー４の位置ずれの防止に必要な最低限の厚さがあれば良い。また、内側フランジ付カラー５のカラー部５−２の内径は、ＦＲＰ締結構造１に挿入されるボルト８（図４参照）等の締結部品の径によって決定される。

外側フランジ付カラー４および内側フランジ付カラー５の材質は、ボルト８の軸力によってクリープが生じず、軸力を保持できる材質であれば良く、特に、限定されない。ボルト８、ナット９、およびワッシャー１０との摩擦力で締結する観点から、ボルト８、ナット９、およびワッシャー１０と同種の金属であって、耐摩耗性向上のため表面硬化処理が施されていることが望ましい。

このような材質としては、具体的には、鉄、ステンレス、アルミニウム合金等の金属、カラー部軸方向へ繊維が配向したＦＲＰが考えられる。ただし、使用環境にもよるが、ＦＲＰ成形体３の強化繊維が炭素繊維だった場合、電の観点から、アルミニウム合金は避けた方が良い場合がある。

ＦＲＰ成形体３の締結孔３０は、外側フランジ付カラー４のカラー部４−２を挿入する観点から、外側フランジ付カラー４のカラー部４−２の断面形状と同一形状が望ましい。これらの形状は、円形、楕円形、多角形等、特に、限定されない。

図１に示すように、ＦＲＰ成形体３の締結孔３０の径（円形の場合は直径、楕円形、多角形の場合は図１中ｘ方向の最大径に相当）を、ｄとする。このＦＲＰ成形体３は、その端面３ｅから距離ｂだけ離れるように設けられている。ｄとｂの関係は、ｂの大きさが少なくともｄの０．５倍以上であることが好ましく、１．２５倍以上であれば、さらに好適である。

ｄに対してｂの大きさが小さ過ぎると、図１の紙面の垂直方向に荷重が作用した場合に、ＦＲＰ成形体３の端面からＦＲＰ成形体３の締結孔３０の壁面までの余肉部でＦＲＰ成形体３が破断するおそれがある。

また、図１には示されていないが、ＦＲＰ締結構造１は、１つのＦＲＰ製部材２に対して複数個設けても良い。このとき、隣接するＦＲＰ締結構造１間の距離、すなわち、ＦＲＰ成形体３の締結孔３０の中心間距離は、ＦＲＰ成形体３の締結孔３０の径ｄに対して少なくとも２倍以上であることが好ましく、３．５倍以上であればさらに好適である。

図３に示すように、外側フランジ付カラー４のカラー部４−２の外面は、片方が、ＦＲＰ成形体内面の圧縮荷重壁面３ｃに直に接触されており、他方が、ＦＲＰ成形体内面の圧縮荷重壁面３ｃの反対側面３ｄとの間に接着層６を介して固定されている。

外側フランジ付カラー４のカラー部４−２と内側フランジ付カラー５のカラー部５−２とは、外側フランジ付カラー４のカラー部内面４ｅと内側フランジ付カラー５のカラー部外面５ｃとが「しまりばめ」の関係にあり、全面に渡り直に触れている。締結時に、図３に示す矢印方向へ外側フランジ付カラー４から圧縮荷重壁面３ｃへ直接荷重が作用することで、繰り返し荷重に対する変位の再現性を得ることができる。

ここで、「しまりばめ」とは、内側フランジ付カラー５のカラー部外面５ｃの外径が公差の下限（最も小さい）で制作され、外側フランジ付カラー４のカラー部内面４ｅの内径が公差の上限（最も大きい）で製作された場合にも隙間ができず、前者の外形が後者の内径を上回っている場合を意味している。従って、内側フランジ付カラー５は、外側フランジ付カラー４の内側に圧入されて、固定される。

図４に示すように、ＦＲＰ製部材２は、相手部材７と、ボルト８、ナット９、およびワッシャー１０を介して締結される。ボルト８のネジ部が相手部材７とＦＲＰ締結構造１を貫通し、ナット９のネジ部とネジ止めされて、軸力が発生する。この軸力により、相手部材７とＦＲＰ締結構造１との間に摩擦力が生じ、一体に締結される。

軸力は、図３では、内側フランジ付カラー５のフランジ部５−１および外側フランジ付カラー４のカラー部４−２で負担される。ＦＲＰ成形体３には軸力がほとんど作用しないため、ＦＲＰ成形体３にクリープは生じず、軸力の低下を防止することができる。

図４においては、相手部材７がＦＲＰ締結構造１の内側フランジ付カラー５のフランジ部５−１に接するように締結されている。ただし、相手部材７は、ＦＲＰ締結構造１の外側フランジ付カラー４のフランジ部４−１に接するように締結されても良い。

同様に、図４においては、ボルト８の頭部が、相手部材７側に、ナット９が、ＦＲＰ製部材２側にある。ただし、ボルト８の頭部が、ＦＲＰ製部材２側に、ナット９が、相手部材７側にあっても良い。

また、図４においては、ＦＲＰ製部材２と相手部材７との両側にワッシャー１０を使用している。ただし、ＦＲＰ製部材２側のワッシャー１０は、外側フランジ付カラー４または内側フランジ付カラー５で代用可能であるため、必ずしも使用しなくても良い。

次に、ＦＲＰの締結方法について、図５〜図１１を参照して説明する。
図５は、実施の形態１における第１工程において、ＦＲＰ成形体へ締結孔を加工した状態を示す断面図である。図６は、実施の形態１における第２工程において、外側フランジ付カラー側面に接着剤を塗布した状態を示す断面図である。図７は、実施の形態１における第３工程において、締結孔の片側から外側フランジ付カラーを挿入した状態を示す断面図である。

図８は、実施の形態１における第４工程において、圧縮荷重壁面へ外側フランジ付カラーを押し付ける過程を示す断面図である。図９は、実施の形態１における図８に示した過程におけるＡＡ断面を示す断面図である。図１０は、実施の形態１における第４工程において、接着剤を硬化させた状態を示す断面図である。さらに、図１１は、実施の形態１における第５工程において、外側フランジ付カラーの内側へ内側フランジ付カラーを圧入した状態を示す断面図である。

第１工程において、図５に示すように、ＦＲＰ成形体３に対して締結孔３０を加工する。第２工程において、図６に示すように、外側フランジ付カラー４のカラー部外面４ｃに未硬化状態で流動性がある接着剤１１を塗布する。このとき、カラー部外面４ｃ以外の４ａ、４ｂ、４ｄ、４ｅには、接着剤１１は塗布しない。

外側フランジ付カラー４のカラー部外面４ｃに接着剤１１を塗布した後、第３工程において、図７に示すように、締結孔３０のＦＲＰ成形体下面３ａ側から、外側フランジ付カラー４を挿入する。このとき、外側フランジ付カラー４のフランジ部上面４ｂが、ＦＲＰ成形体下面３ａに接触するまで、外側フランジ付カラー４を挿入する。

外側フランジ付カラー４を締結孔３０に挿入した後、第４工程において、図８および図９に示すように、圧縮荷重壁面３ｃへ外側フランジ付カラー４のカラー部外面４ｃを押し付ける。カラー部外面４ｃを押し付けると、圧縮荷重壁面３ｃ側にあった接着剤１１は、図９に示すように、圧縮荷重壁面３ｃの反対側面３ｄ側に移動する。

接着剤１１が移動することで、カラー部外面４ｃは、圧縮荷重壁面３ｃに直に接触し、圧縮荷重壁面３ｃの反対側面３ｄ側の隙間は、接着剤１１で充填される。この状態で、接着剤１１を硬化させることにより、図１０に示すように、カラー部外面４ｃが圧縮荷重壁面３ｃに直に接触し、カラー部外面４ｃと圧縮荷重壁面３ｃの反対側面３ｄとの間に接着層６が形成された状態で、外側フランジ付カラー４が固定される。

外側フランジ付カラー４を固定した後、第５工程において、図１１に示すように、外側フランジ付カラー４へ内側フランジ付カラー５を圧入する。内側フランジ付カラー５は、ＦＲＰ成形体３のＦＲＰ成形体上面３ｂ側から、内側フランジ付カラー５のフランジ部下面５ｂが外側フランジ付カラー４のカラー部端面４ｄに接触するまで圧入する。

以上の工程により、ＦＲＰ成形体３と外側フランジ付カラー４と内側フランジ付カラー５とで構成されたＦＲＰ締結構造１を得ることができる。上記の第３工程および第４工程において、外側フランジ付カラー４を締結孔３０に挿入し、圧縮荷重壁面３ｃに外側フランジ付カラー４のカラー部外面４ｃを押さえつけて、接着剤１１を硬化させることにより、圧縮荷重壁面３ｃと外側フランジ付カラー４のカラー部外面４ｃが直接触れた状態となる。

これにより、圧縮荷重壁面３ｃに直接荷重が作用し、繰り返し荷重に対する再現性を得ることができる。また、圧入のような過大な力を必要とせず、外側フランジ付カラー４を締結孔３０に挿入することが出来るため、ＦＲＰ成形体３の層間に剥離を生じさせることなく、締結部の強度低下を防止することができる。

以上の実施の形態１による効果をまとめると、以下のようになる。
実施の形態１によれば、外側フランジ付カラーの内側に、内側フランジ付カラーが圧入されて、ＦＲＰ成形体の締結孔に埋め込まれており、外側フランジ付カラーと内側フランジ付カラーのフランジ部でＦＲＰ成形体を挟むように構成されている。

すなわち、本実施の形態のＦＲＰ締結構造は、外側・内側フランジ付カラーのフランジ部とＦＲＰ部材、外側フランジ付カラーのカラー部外面と締結孔の圧縮荷重壁面、および外側フランジ付カラーのカラー部内面と内側フランジ付カラーのカラー部外面が、それぞれ直接触れる構造を有している。このようにして、外側フランジ付カラーと内側フランジ付カラーを組み合わせた状態でＦＲＰ成形体へ埋め込むことにより、樹脂のクリープによる締結構造のゆるみを防止することができる。

すなわち、外側・内側フランジ付カラーのフランジ部とＦＲＰ部材、外側フランジ付カラーのカラー部外面と締結孔の圧縮荷重壁面、および外側フランジ付カラーのカラー部内面と内側フランジ付カラーのカラー部外面が直接触れていることにより、ＦＲＰ部材締結時に孔壁面へ直接荷重が作用する。このため、樹脂のクリープによる締結構造のゆるみを防止し、繰り返し荷重に対する変位の再現性を得ながら、インサート部品の挿入によるＦＲＰ部材自体の強度低下を防止するＦＲＰの締結方法およびＦＲＰ締結構造を得ることができる。

実施の形態２．
実施の形態２におけるＦＲＰの締結方法は、上記の実施の形態１におけるＦＲＰの締結方法と比較すると、第４工程において漏出防止板１３を使用する点が異なっている。ただし、漏出防止板１３を使用する点以外は、実施の形態２の締結方法は実施の形態１の締結方法と同様であり、同様な部分には同じ符号を付記し、説明は省略する。

図１２は、実施の形態１における第４工程において、圧縮荷重壁面３ｃへ外側フランジ付カラー４を押し付ける過程で、接着剤１１の流動に偏りが生じた場合を示す断面図である。一方、図１３は、本発明の実施の形態２における第４工程において、漏出防止板をカラー部端面へあてがいながら、圧縮荷重壁面３ｃへ外側フランジ付カラー４を押し付ける過程を示す断面図である。

上記の実施の形態１における第４工程において、圧縮荷重壁面３ｃへ外側フランジ付カラー４を押し付ける過程で接着剤の流動に偏りが生じた場合には、図１２に示すように、ＦＲＰ成形体３の圧縮荷重壁面３ｃ上部に接着剤１１が漏れ出したり、あるいは、ＦＲＰ成形体３の圧縮荷重壁面３ｃの反対側面３ｄと外側フランジ付カラー４のカラー部外面４ｃとの間に隙間１２が形成されたりする場合がある。隙間１２が形成されると、外側フランジ付カラー４の固定が困難となる場合がある。

この対策として、本実施の形態２では、図１３に示すように、第４工程において、漏出防止板１３を外側フランジ付カラー４のカラー部端面４ｄへあてがっている。

この漏出防止板１３の働きにより、ＦＲＰ成形体３の圧縮荷重壁面３ｃ上部への接着剤１１の漏出を防止できる。さらに、漏出防止板１３の働きにより、接着剤１１の流動を補助して、圧縮荷重壁面３ｃの反対側面３ｄ側の隙間を、接着剤１１で充填することができる。

なお、漏出防止板１３は、接着剤１１の流動圧で変形しない程度に硬い材料であれば良く、材質は、特に、限定されない。

実施の形態３．
実施の形態３におけるＦＲＰ締結構造１は、上記の実施の形態１および２におけるＦＲＰ締結構造１と比較すると、ＦＲＰ成形体３の圧縮荷重壁面３ｃに接着剤溜まり１４が形成されている点が異なっている。

また、本実施の形態３におけるＦＲＰの締結方法は、上記の実施の形態１および２におけるＦＲＰの締結方法と比較すると、第１工程においてＦＲＰ成形体３の圧縮荷重壁面３ｃに接着剤溜まり用溝１５を加工する点と、第４工程において接着剤溜まり用溝１５を通って接着剤１１が移動する点とが異なっている。ただし、この接着剤溜まり１４の存在および第１・第４工程以外は、実施の形態３の締結方法と実施の形態１、２の締結方法とは同様であり、同様な部分には同じ符号を付記し、説明は省略する。

図１４は、実施の形態３におけるＦＲＰ締結構造を示す断面図である。図１５は、実施の形態３における第１工程において、ＦＲＰ成形体へ締結孔を加工し、圧縮荷重壁面へ接着剤溜まり用溝を加工した状態を示す断面図である。また、図１６は、実施の形態３における第４工程において、圧縮荷重壁面へ外側フランジ付カラーを押し付ける過程を示す断面図である。

本実施の形態３におけるＦＲＰ締結構造１は、図１４に示すように、ＦＲＰ成形体３の圧縮荷重壁面３ｃに接着剤溜まり１４が形成されている。成形体３の圧縮荷重壁面３ｃと外側フランジ付カラー４のカラー部外面４ｃとは、接着剤溜まり１４の部分を除いて直接触れている。従って、締結時に外側フランジ付カラー４から圧縮荷重壁面３ｃへ直接荷重が作用することで、繰り返し荷重に対する変位の再現性を得ることができる。

次に、本実施の形態３におけるＦＲＰの締結方法について、図１５および図１６を参照して説明する。本実施の形態３におけるＦＲＰの締結方法は、第１工程において、図１５に示すように、ＦＲＰ成形体３へ締結孔３０を加工し、圧縮荷重壁面３ｃに接着剤溜まり用溝１５を加工する。

次に、上記の実施の形態１および２と同様の手順で、第２工程において、外側フランジ付カラー４のカラー部外面４ｃに接着剤１１を塗布し、第３工程において、外側フランジ付カラー４をＦＲＰ成形体３の締結孔３０へ挿入する。

第４工程において、図１６に示すように、圧縮荷重壁面３ｃへ外側フランジ付カラー４のカラー部外面４ｃを押し付ける。カラー部外面４ｃを押し付けると、圧縮荷重壁面３ｃ側にあった接着剤１１は、接着剤溜まり用溝１５を通って圧縮荷重壁面３ｃの反対側面３ｄ側に移動する。

接着剤溜まり用溝１５を設けておくことにより、接着剤１１が圧縮荷重壁面３ｃの反対側面３ｄ側へ移動しやすくなる。この結果、図１２に示す隙間１２が生じにくくなる。

圧縮荷重壁面３ｃへ外側フランジ付カラー４のカラー部外面４ｃを押し付けた後、上記の実施の形態１および２と同様の手順で、接着剤１１を硬化させ、第５工程において、外側フランジ付カラー４の内側へ内側フランジ付カラー５を圧入することにより、ＦＲＰ締結構造１を得ることができる。

実施の形態４．
実施の形態４におけるＦＲＰ締結構造１は、上記の実施の形態１から３におけるＦＲＰ締結構造１と比較すると、締結孔と外側・内側フランジ付カラーのカラー部の断面形状が多角形状である点が異なっている。ただし、この断面形状以外は、実施の形態４の締結方法と実施の形態１から３の締結方法とは同様であり、同様な部分には同じ符号を付記し、説明は省略する。

図１７は、本発明の実施の形態４におけるＦＲＰ締結構造を示す断面図である。本実施の形態４におけるＦＲＰ締結構造１は、図１７に示すように、締結孔と外側・内側フランジ付カラーのカラー部の断面形状が多角形状である。図１７では、断面形状を例えば、正六角形としているが、断面形状は、多角形状であれば良く、正六角形に限定されない。

締結孔と外側・内側フランジ付カラーのカラー部の断面形状が多角形状であれば、円形ではないため、締結孔に対して外側・内側フランジ付カラーは、回転しない。従って、ボルト・ナットで締結した際に、回り止めの効果が得られ、ボルト・ナット締結時の座面間の滑りを防止することができる。

実施の形態５．
本実施の形態５では、先の実施の形態１〜４で説明した本発明のＦＲＰ締結構造の、エレベーター用構造部材への適用例について、図面を参照しながら具体的に説明する。図１８〜２１は、本発明の実施の形態５におけるＦＲＰ締結構造を、エレベーター用構造部材に適用した例を示す模式図である。

エレベーター構造は、図１８に示すように、カゴ室２１がカゴ床２２上に固定されている。カゴ床２２は縦柱２３と締結され、縦柱２３は上梁２４と締結され、上梁２４がロープ２５に吊り下げられた構造となっている。上梁２４と縦柱２３には、例えばＣ型断面梁部材などが用いられる。

乗客等を含むカゴ室重量は、図１９に示すように、上梁２４の左右両端に締結された縦柱２３を介してロープに伝達される。このため、上梁２４には、図２０に示すような三点曲げ荷重が加わる。したがって、図２０に示すように、紙面右手方向をＸ、紙面奥行方向をＹ、鉛直上方向をＺとすると、上梁２４の締結部には、図２０に示すようなＺ方向荷重が作用することになる。

このＺ方向荷重に対して最も適した締結構造は、図２１に示す通りである。すなわち、締結孔のＺ方向下方面を圧縮荷重壁面とするＦＲＰ締結構造である。

この構成によれば、上梁部材に発生する図２０に示すＺ方向荷重が、圧縮荷重壁面に直接作用し、繰り返し荷重に対する再現性を得ることができる。

以下では、上記の実施の形態１におけるＦＲＰ製部材２の製造方法の具体例を、実施例１として、図２２〜図２５を参照して説明する。

＜実施例１＞
図２２は、実施例１におけるＦＲＰ締結構造の製造工程を表すフローチャートである。図２３は、実施例１におけるＦＲＰ製部材を示す斜視図である。図２４は、実施例１における、ＦＲＰ製部材と相手部材との締結部に荷重が作用した状態を示す断面図である。また、図２５は、実施例１における図２４に示す荷重作用状態における相手部材を基準としたＦＲＰ製部材の変位と荷重の関係を示す線図である。

図２３に示すＦＲＰ製部材２は、Ｕ字型の一定断面を有する部材である。Ｕ字型底部の両端には、３か所ずつ計６か所のＦＲＰ締結構造１が設けられている。ＦＲＰ製部材２の寸法は、例えば、幅２００ｍｍ、高さ１００ｍｍ、長さ１０００ｍｍ、および厚さは、全体に渡って７ｍｍである。

また、ＦＲＰ締結構造１の形状は、図２で示した外側フランジ付カラー４および内側フランジ付カラー５と同じである。外側フランジ付カラー４および内側フランジ付カラー５の寸法は、例えば、Ｈ＝ｈ＝１０ｍｍ、およびＴ＝ｔ＝３ｍｍである。

まず、図２２に示す第０工程において、ＦＲＰ成形体３を成形する。次に、図５に示したように、ＦＲＰ成形体３のＵ字型底部の両端に、３か所ずつ計６か所の締結孔３０（φ１８ｍｍ）を加工する（図２２の第１工程）。

次に、図６に示したように、外側フランジ付カラー４のカラー部外面４ｃへ接着剤１１を塗布する（図２２の第２工程）。接着剤１１は、例えば、ナガセケムテックス製二液エポキシ接着剤ＡＶ１３８／ＨＶ９９８を用いることができる。

そして、図７に示したように、締結孔３０のＦＲＰ成形体下面３ａ側から、外側フランジ付カラー４を挿入する（図２２の第３工程）。外側フランジ付カラー４は、フランジ部上面４ｂがＦＲＰ成形体下面３ａに直接触れるまで挿入される。

次に、図８〜１０に示したように、外側フランジ付カラー４のカラー部外面４ｃをＦＲＰ成形体３の圧縮荷重壁面３ｃへ押し付けた状態で、接着剤１１を硬化させる（図２２の第４工程）。外側フランジ付カラー４のカラー部外面４ｃをＦＲＰ成形体３の圧縮荷重壁面３ｃへ押し付ける操作により、外側フランジ付カラー４のカラー部外面４ｃと、ＦＲＰ成形体３の圧縮荷重壁面３ｃとの間の接着剤１１は、ＦＲＰ成形体３の圧縮荷重壁面３ｃの反対側面３ｄ側に移動し、硬化して、接着層６を形成する。

最後に、ＦＲＰ成形体上面３ｂ側から、内側フランジ付カラー５を圧入する（図２２の第５工程）。内側フランジ付カラー５は、フランジ部下面５ｂが外側フランジ付カラー４のカラー部端面４ｄに触れるまで圧入される。

以上の工程を、６か所全ての締結孔３０に対して実施することにより、図２３に示したような、６か所のＦＲＰ締結構造１を含むＵ字型のＦＲＰ製部材２を得る。ＦＲＰ製部材２を相手部材７と締結し、荷重を作用させる。このとき、図２４に示すように、相手部材７にｘ軸正方向、ＦＲＰ成形体３にｘ軸負方向の荷重を加えることにより、ＦＲＰ成形体３の圧縮荷重壁面３ｃに直接荷重が作用する。

図２５に示すように、相手部材７を基準としたＦＲＰ製部材２の変位と荷重の関係は、線形となる。従って、繰り返し荷重に対する再現性を得ることができる。

次に、上記の実施例１に対して、本発明の特徴を有さない製造方法の具体例を、比較例１として、図２５〜図３０を参照して説明する。

なお、本比較例１は、実施例１と比較して、ＦＲＰ締結構造およびその製造方法が異なっている。ただし、比較例１と実施例１は、ＦＲＰ締結構造およびその製造方法以外は、同様であり、同様な部分には同じ符号を付記し、説明は省略する。また、符号は、上記の実施例１と同様に実施の形態１のものを使用する。

＜比較例１＞
図２６は、比較例１におけるＦＲＰ締結構造の製造工程を表すフローチャートである。図２７は、比較例１におけるＦＲＰ締結構造を示す断面図である。図２８は、比較例１において、ＦＲＰ製部材と相手部材との締結部に荷重が作用した状態を示す断面図である。

図２９は、比較例１における図２８に示す荷重作用状態において、接着層が破壊した状態を示す断面図である。また、図３０は、本発明の比較例１における図２８に示す荷重作用状態において、相手部材を基準としたＦＲＰ製部材の変位と荷重の関係を示す線図であ
る。

本比較例１におけるＦＲＰ製部材２の形状および寸法は、図２３に示した実施例１におけるＦＲＰ製部材２と同様である。比較例１におけるＦＲＰ製部材２は、実施例１と同様に、Ｕ字型底部の両端に３か所ずつ、計６か所のＦＲＰ締結構造１を有する。

まず、実施例１と同じ形状・寸法のフランジ付カラー４，５を、それぞれ６個ずつ準備する。次に、図２６に示す第０工程において、ＦＲＰ成形体３を成形する。次に、図５に示したように、ＦＲＰ成形体３のＵ字型底部の両端に、３か所ずつ計６か所の締結孔３０（φ１８ｍｍ）を加工する（図２６の第１工程）。

次に、外側フランジ付カラー４のフランジ部上面４ｂおよびカラー部外面４ｃへ接着剤１１を塗布する（図２６の第２工程）。そして、締結孔３０のＦＲＰ成形体下面３ａ側から外側フランジ付カラー４を挿入する（図２１の第３工程）。

次に、内側フランジ付カラー５のフランジ部下面５ｂに接着剤を塗布する（図２６の第４工程）。最後に、ＦＲＰ成形体上面３ｂ側から内側フランジ付カラー５を圧入して接着剤１１を硬化する（図２６の第５工程）。

以上の工程により、図２７に示すように、外側フランジ付カラー４のフランジ部上面４ｂとＦＲＰ成形体下面３ａとの間、外側フランジ付カラー４のカラー部外面４ｃとＦＲＰ成形体３の圧縮荷重壁面３ｃおよび圧縮荷重壁面３ｃの反対側面３ｄとの間、および内側フランジ付カラー５のフランジ部下面５ｂとＦＲＰ成形体上面３ｂおよび外側フランジ付カラー４のカラー部端面４ｄとの間に、それぞれ接着層６が形成される。

以上の工程を、６か所全ての締結孔３０に対して実施することにより、６か所のＦＲＰ締結構造１を含むＵ字型のＦＲＰ製部材２を得る。本比較例におけるＦＲＰ製部材２を相手部材７と締結し、荷重を作用させる。

このとき、図２８に示すように、相手部材７にｘ軸正方向、ＦＲＰ成形体３にｘ軸負方向の荷重を加えることにより、外側フランジ付カラー４のカラー部外面４ｃとＦＲＰ成形体３の圧縮荷重壁面３ｃとの間の接着層６には圧縮荷重、外側フランジ付カラー４のカラー部外面４ｃとＦＲＰ成形体３の圧縮荷重壁面の反対側面３ｄとの間の接着層６には引張荷重、外側フランジ付カラー４のフランジ部上面４ｂとＦＲＰ成形体下面３ａとの間、および内側フランジ付カラー５のフランジ部下面５ｂとＦＲＰ成形体上面３ｂとの間の接着層６にはせん断荷重が作用する。

荷重を大きくしていくと、図２９に示すように、接着層６内に亀裂１６が生じ、接着層６が破壊する。接着層６が破壊すると、相手部材７を基準としたＦＲＰ製部材２の変位と荷重の関係は、図３０に示すように非線形となる。この結果、繰り返し荷重に対する再現性が得られない。

繰り返し荷重に対する再現性が得られない結果、荷重がゼロのときの基準位置が変化する。このため、繰り返し荷重に対する機器の振動拡大等の不具合が生じるおそれがある。

従って、上述した実施例１と比較例１との対比説明からも、本願発明が顕著な効果を有することがわかる。

１ ＦＲＰ締結構造、２ ＦＲＰ製部材、３ ＦＲＰ成形体、３ａ ＦＲＰ成形体下面、３ｂ ＦＲＰ成形体上面、３ｃ ＦＲＰ成形体内面（圧縮荷重壁面）、３ｄ ＦＲＰ成形体内面（圧縮荷重壁面の反対側面）、４ 外側フランジ付カラー、４−１ 外側フランジ付カラーのフランジ部、４−２ 外側フランジ付カラーのカラー部、４ａ 外側フランジ付カラーのフランジ部下面、４ｂ 外側フランジ付カラーのフランジ部上面、４ｃ 外側フランジ付カラーのカラー部外面、４ｄ 外側フランジ付カラーのカラー部端面、４ｅ 外側フランジ付カラー４のカラー部内面、５ 内側フランジ付カラー、５−１ 内側フランジ付カラーのフランジ部、５−２ 内側フランジ付カラーのカラー部、５ａ 内側フランジ付カラーのフランジ部上面、５ｂ 内側フランジ付カラーのフランジ部下面、５ｃ 内側フランジ付カラーのカラー部外面、５ｄ 内側フランジ付カラーのカラー部端面、５ｅ 内側フランジ付カラー５のカラー部内面、６ 接着層、７ 相手部材、８ ボルト、９ ナット、１０ ワッシャー、１１ 接着剤、１２ 隙間、１３ 漏出防止板、１４ 接着剤溜まり、１５ 接着剤溜まり用溝、１６ 亀裂、２１ カゴ室、２２ カゴ床、２３ 縦柱、２４ 上梁、２５ ロープ、３０ 締結孔。

Claims (11)

1. ＦＲＰ成形体、外側フランジ付カラー、および内側フランジ付カラーを備えたＦＲＰの締結方法であって、
   前記ＦＲＰ成形体に対して前記外側フランジ付カラーを挿入するための締結孔を加工する第１工程と、
   前記外側フランジ付カラーのカラー部の外面に未硬化の接着剤を塗布する第２工程と、
   前記接着剤が塗布された前記外側フランジ付カラーを、前記締結孔の片側から、フランジがＦＲＰ成形体に接触するまで挿入する第３工程と、
   前記外側フランジ付カラーを介して圧縮荷重が作用する前記締結孔の圧縮荷重壁面へ、前記外側フランジ付カラーを押し付けて、前記圧縮荷重壁面と前記外側フランジ付カラーの前記外面の一部とを直接触れさせて、前記接着剤を硬化させる第４工程と、
   前記外側フランジ付カラーのカラー部の内面と前記内側フランジ付カラーのカラー部の外面とが接触するように、前記外側フランジ付カラーの内側に対して前記内側フランジ付カラーを圧入する第５工程と
   を有するＦＲＰの締結方法。
2. 前記第３工程から前記第５工程を実施することで、前記外側フランジ付カラーのフランジ部と前記内側フランジ付カラーのフランジ部とで、前記ＦＲＰ成形体の上面および下面を挟み込む
   請求項１に記載のＦＲＰの締結方法。
3. 前記第３工程と前記第４工程との間に、前記接着剤の漏出を防止する漏出防止板を、前記外側フランジ付カラーのカラー部にあてがう工程をさらに有する
   請求項１または２に記載のＦＲＰの締結方法。
4. 前記第１工程において、前記締結孔を加工する際に、前記圧縮荷重壁面に接着剤溜まり用溝をさらに加工する
   請求項１または２に記載のＦＲＰの締結方法。
5. 前記締結孔と、前記外側フランジ付カラー、および前記内側フランジ付カラーのカラー部の断面形状が多角形状であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のＦＲＰの締結方法。
6. 締結孔を有するＦＲＰ成形体と、
   前記締結孔に挿入される外側フランジ付カラーと、
   前記外側フランジ付カラーの内側に圧入されることで、前記ＦＲＰ成形体の前記締結孔に埋め込まれる内側フランジ付カラーと
   を備えたＦＲＰ締結構造であって、
   前記外側フランジ付カラーのカラー部の外面の一部は、前記外側フランジ付カラーを介して圧縮荷重が作用する前記締結孔の圧縮荷重壁面と直接触れている
   ＦＲＰ締結構造。
7. 前記外側フランジ付カラーのカラー部の外面は、前記圧縮荷重壁面と直接触れている前記一部以外の部分では、接着剤を介して前記締結孔に接着されている
   請求項６に記載のＦＲＰ締結構造。
8. 前記外側フランジ付カラーのカラー部内径と、前記内側フランジ付カラーのカラー部外径は、しまりばめの関係を有し、前記内側フランジ付カラーは、前記外側フランジ付カラーの内側に圧入された状態となる
   請求項６または７に記載のＦＲＰ締結構造。
9. 前記ＦＲＰ成形体は、前記圧縮荷重壁面に接着剤溜まり用溝を有する
   請求項６から８のいずれか１項に記載のＦＲＰ締結構造。
10. 前記締結孔と、前記外側フランジ付カラー、および前記内側フランジ付カラーのカラー部の断面形状が多角形状であることを特徴とする請求項６から９のいずれか１項に記載のＦＲＰ締結構造。
11. 請求項６から１０のいずれか１項に記載のＦＲＰ締結構造を備えたエレベーター用構造部材。

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