JP3807074B2 - Cfrp補強長尺構造物 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明はトランスファプレスのワーク搬送装置で用いられているクロスバーとかロボット等のアーム、ロッド等として使用するCFRP補強長尺構造物に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
たとえば、プレスラインと直交するように配したクロスバーにワーク把持具を保持させ、プレス成形されるワークを次の成形ステーションに順次搬送するようにしてあるトランスファプレスのワーク搬送装置では、上記クロスバーには、長尺で軽量且つ高剛性であることが要求されるため、これまでは、金属製の角パイプが用いられていたが、最近では、更なる高剛性化及び軽量化等のために、図4(イ)(ロ)に示す如く、アルミニウム製とした薄肉角パイプ1の外表面に、薄板状のCFRP(炭素繊維強化複合材)プリプレグを所要の厚みに積層成形してなるCFRP平板2を、長手方向に沿い全長に亘り接着剤3により貼り付けた構成を有するCFRP補強角パイプが用いられるようになってきている。
【0003】
しかし、上記CFRP補強角パイプの場合、アルミニウム製の薄肉角パイプ1は熱膨張するが、CFRP平板2は熱膨張しにくいので、図5に示す如く、CFRP平板2の端部に剪断応力τが集中することにより、接着剥離が発生する問題がある。
【0004】
そのため、図6に示す如く、CFRP平板2の長手方向端部にテーパ面2aを設けた構造として、応力集中を下げることにより接着強度を向上させることが行われている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、図6に示す構造を採用しても、長期間の繰り返しの剪断力に耐えるには不充分であり、比較的短期間で接着剥離が発生してしまうのが実状である。
【0006】
そこで、本発明は、剪断応力集中によるCFRP平板の接着剥離の問題を起すことがないように、CFRP平板の端部接着強度を向上させ、トランスファプレスのワーク搬送装置で用いられているクロスバー等として長期間使用することができるCFRP補強長尺構造物を提供しようとするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、長尺構造物母材の表面にCFRP平板を長手方向に沿い接着し、且つ該CFRP平板の端部にテーパ面を設けてなるCFRP補強長尺構造物において、上記CFRP平板の端部との間でスカーフジョイントが形成されるように上記テーパ面に対応させて逆テーパ面を有する押え板を、CFRP平板の端部より露出する長尺構造物母材の端部表面及び上記CFRP平板のテーパ面の領域に合わせて接着して該押え板を長尺構造物母材に固定した構成とする。
【0008】
CFRP平板の端部と押え板との間でスカーフジョイントが形成されるため、CFRP平板の端部で剪断力を伝達する接着面積がほぼ2倍となり、同じ荷重を掛けた際の最大応力が低下する。
【0009】
又、押え板の長尺構造物母材の端部への固定を、ボルトで行うようにしたり、あるいは、押え板の長尺構造物母材の端部表面部への固定を、該端部表面部に固定用穴を設け、且つ該固定用穴に嵌合させる突起を押え板の裏面に設けて、固定用穴に押え板の突起を嵌合させて行うようにした構成とすることにより、押え板の長さが短くても充分な機能を発揮することができる。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【0011】
図1は本発明の実施の一形態を示すもので、長尺構造物母材であるアルミニウム製薄肉角パイプ1の表面に、CFRP平板2を長手方向に沿い接着剤3にて接着し、且つ該CFRP平板2の端部をテーパ加工してテーパ面2aを設けてなるCFRP補強長尺構造物としてのCFRP補強角パイプにおいて、上記CFRP平板2のテーパ面2aと対応する逆向きのテーパ面4aを設けた補強金具としてのアルミニウム製押え板4を、上記角パイプ1の端部表面から上記CFRP平板2のテーパ面2aの領域に合わせて接着剤3にて接着して、CFRP平板2のテーパ面2aと押え板4のテーパ面4aとによってスカーフジョイント5を形成し、更に、上記押え板4を、角パイプ1の端部にボルト6により固定した構成とする。
【0012】
CFRP平板2の端部と押え板4との間でスカーフジョイント5を形成するようにしてあるので、CFRP平板2の端部で剪断力を伝達する接着剤3による接着面積を、図6の如きスカーフジョイント5がない場合に比してほぼ2倍とすることができ、同じ荷重を掛けた際の最大応力を低下させることができる。又、上記スカーフジョイント5の採用により、応力集中低減に重要なテーパ面2a端部の接着部形状(フィレット形状)を安定化させることができる。したがって、CFRP平板2の接着強度を向上することができ、接着剥離の問題をなくすことができる。
【0013】
上記において、押え板4には、CFRP平板2の端部に作用する剪断力を押える力が作用するが、押え板4はボルト6で角パイプ1に固定してあるため、押え板4自体が剥離する虞はない。因に、ボルト6に代えてリベット等を用いてもよい。
【0014】
次に、図2は本発明の他の実施の形態を示すもので、図1に示したと同様な構成において、押え板4を角パイプ1の端部にボルト6で固定することに代えて、上記角パイプ1の端部の表面部に、キー溝の如き形状の固定用穴7を設け、且つ該固定用穴7に嵌合させるキー形状の如き突起8を押え板4の裏面に設けて、固定用穴7に突起8を嵌合させることにより、剪断力が作用する方向となる角パイプ1の長手方向に沿う押え板4の動きを拘束させるようにしたものである。
【0015】
図2に示すようにしても、図1に示す実施の形態の場合と同様な作用効果が奏し得られる。
【0016】
なお、図1に示すボルト6や、図2に示す固定用穴7と突起8の組み合わせは必要不可欠なものではなく、CFRP平板2より露出する角パイプ1の端部の長さが短いときに特に有用となるもので、端部の長さが充分に長いときは接着剤3の接着力のみで固定するようにしてもよいこと、又、実施の形態では、長尺構造物母材として薄肉の角パイプ1を用いた場合を示したが、これに限られるものではないこと、その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【0017】
【実施例】
次に、本発明者が行った剥離試験について説明する。
【0018】
図3は剥離試験に用いた試験片を示すもので、長さを400mm、幅を50mm、厚さを20mmとして両端部に厚さが14mmのチャック部9aを連設したアルミプレート9の表面と裏面に、長さを290mm、幅を50mm、厚さを3mmとして端部を約4°にテーパ加工したCFRP平板2Aと2Bを接着剤3により接着し、且つ表面側のCFRP平板2Aの一端部側のみに、長さを100mmとしたアルミニウム製の押え板4を接着剤3により接着して、スカーフジョイント5を形成したものである。
【0019】
上記アルミプレート9は、弾性率を70GPa 、比重を2.7、長手方向熱膨張率を+23(10e−6/K)としてあり、CFRP平板2A,2Bは、長手方向弾性率を350GPa 、比重を1.7、長手方向熱膨張率を−1.1(10e−6/K)としてある。又、接着剤3は、剪断強度を3.0Kg/mm2 とし、充分に接着端部フィレットが立っている状態とした。
【0020】
上記試験片に対し、常温下で、アルミプレート9の両端のチャック部9aを把持して、長手方向に繰り返し引張り荷重(2.5トン)を掛けたところ(歪計測による)、トランスファプレスのワーク搬送装置で用いられているクロスバーとして実機換算すると、裏面側のCFRP平板2Bの場合、約0.4年相当経過したところで端部に接着剥離が見られたが、表面側のCFRP平板2Aの場合、押え板4側の端部では、約10.1年相当経過した時点でも接着剥離は見られなかった。
【0021】
この試験結果から、スカーフジョイント5を採用することにより、CFRP平板2Aの接着強度を向上できることが確認された。
【0022】
【発明の効果】
以上述べた如く、本発明によれば、次の如き優れた効果を発揮する。
(1) 長尺構造物母材の表面にCFRP平板を長手方向に沿い接着し、且つ該CFRP平板の端部にテーパ面を設けてなるCFRP補強長尺構造物において、上記CFRP平板の端部との間でスカーフジョイントが形成されるように上記テーパ面に対応させて逆テーパ面を有する押え板を、CFRP平板の端部より露出する長尺構造物母材の端部表面及び上記CFRP平板のテーパ面の領域に合わせて接着して該押え板を長尺構造物母材に固定した構成としてあるので、スカーフジョイントの採用により、CFRP平板の端部で剪断力を伝達する接着面積を大幅に増やすことができて、接着強度を向上することができ、これにより、CFRP平板と長尺構造物母材の熱膨張差に伴う接着剥離の問題を未然に防止することができる。
(2) 押え板の長尺構造物母材の端部への固定を、ボルトで行うようにしたり、あるいは、押え板の長尺構造物母材の端部表面部への固定を、該端部表面部に固定用穴を設け、且つ該固定用穴に嵌合させる突起を押え板の裏面に設けて、固定用穴に押え板の突起を嵌合させて行うようにした構成とすることにより、押え板の長さを短くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のCFRP補強長尺構造物の実施の一形態を示す要部拡大断面図である。
【図2】本発明の他の実施の形態を示す要部拡大断面図である。
【図3】剥離試験に用いた試験片の概要図である。
【図4】CFRP補強角パイプの一例を示すもので、(イ)は端面図、(ロ)は(イ)のA−A線拡大断面図である。
【図5】CFRP平板の端部に作用する剪断応力の大きさを示す説明図である。
【図6】図4(ロ)に示す構造の改良例を示す断面図である。
【符号の説明】
1 角パイプ(長尺構造物母材)
2 CFRP平板
2a テーパ面
3 接着剤
4 押え板
4a テーパ面
5 スカーフジョイント
6 ボルト
7 固定用穴
8 突起
Claims (3)
- 長尺構造物母材の表面にCFRP平板を長手方向に沿い接着し、且つ該CFRP平板の端部にテーパ面を設けてなるCFRP補強長尺構造物において、上記CFRP平板の端部との間でスカーフジョイントが形成されるように上記テーパ面に対応させて逆テーパ面を有する押え板を、CFRP平板の端部より露出する長尺構造物母材の端部表面及び上記CFRP平板のテーパ面の領域に合わせて接着して該押え板を長尺構造物母材に固定した構成を有することを特徴とするCFRP補強長尺構造物。
- 押え板の長尺構造物母材の端部への固定を、ボルトで行うようにした請求項1記載のCFRP補強長尺構造物。
- 押え板の長尺構造物母材の端部表面部への固定を、該端部表面部に固定用穴を設け、且つ該固定用穴に嵌合させる突起を押え板の裏面に設けて、固定用穴に押え板の突起を嵌合させて行うようにした請求項1記載のCFRP補強長尺構造物。
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