JP7302016B2 - 金属部品と繊維強化プラスチックの接続構造及び船体 - Google Patents

Description

本発明は、金属防食技術分野に関し、特に金属部品と繊維強化プラスチックの接続構造及び船体に関する。

ほとんどの船舶は外殻として金属を使用している。金属は海洋環境の中で海水温度、海水塩分含有度、海洋大気温度、海洋大気湿度の影響を受けるため、船舶は腐食されやすい。特にスクリュープロペラに接続されたプロペラ軸フレームは、長時間水に浸漬されるとともに水流が当たるところに位置するため、腐食の程度はさらに深刻である。腐食は、船の鉄骨構造と強度を低下させ、船の耐用年数を短くするだけでなく、航行抵抗を増加させ、速度を低下させ、性能に影響を与える。さらに深刻なのは、孔ができたり、ひびが入ったりすると、海難事故を引き起こし、衝撃的な損失を引き起こすことである。

そのため、現在、防食するために繊維強化プラスチックで船体の金属表面を被覆することが多い。繊維強化プラスチックは、密度が小さく、表面が滑らかであるため、抵抗を効果的に低減し、速度を向上できるとともに、磁気抵抗、防音、電気絶縁性能等に優れている。しかし、繊維強化プラスチックと金属は相溶性のない材質であるため、長期間使用すると、繊維強化プラスチックにひびが入ったり、金属表面から剥がれたりすることで、防錆効果が失われる問題がある。この場合、再度、繊維強化プラスチックで金属表面を被覆する必要がある。一般的な繊維強化プラスチックの被覆方法では、メンテナンスのコストが高く、出港時間が短縮され、生産効率が低下する。

本発明の第１目的は、接続が堅固な金属部品と繊維強化プラスチックの接続構造を提供することにある。

本発明の第２目的は、上記金属部品と繊維強化プラスチックの接続構造を有する船体を提供することにある。

本発明の第１目的を達成するために、本発明によれば、金属部品と繊維強化プラスチックの接続構造が提供され、金属部品には金属部品を貫通する貫通孔が形成され、金属部品には貫通孔の軸方向に沿って第１側及び第２側が設けられ、繊維強化プラスチックは接続繊維束と樹脂を含み、接続繊維束は貫通孔を通過し、接続繊維束の両端はそれぞれ金属部品の第１側及び金属部品の第２側に位置し、樹脂は金属部品の表面及び接続繊維束の外面に被覆され、樹脂は貫通孔に充填される。

具体的な態様では、金属部品は貫通孔の周囲に縁部が設けられ、接続繊維束の第１端は貫通孔から縁部を回って金属部品の第２側まで引かれ、接続繊維束の第２端は貫通孔から縁部を回って金属部品の第１側まで引かれる。

具体的な態様では、接続繊維束は、複数の接続繊維を含み、複数の接続繊維の第１端は、貫通孔から放射状に縁部を回って金属部品の第２側まで引かれ、複数の接続繊維の第２端は、貫通孔から放射状に縁部を回って金属部品の第１側まで引かれる。

別の具体的な態様では、接続繊維束は、ガラス繊維、炭素繊維、ホウ素繊維、アラミド繊維、アルミナ繊維又は炭化ケイ素繊維を使用する。

別の具体的な態様では、樹脂は、エポキシ樹脂又は不飽和樹脂を使用する。

別の具体的な態様では、金属部品には、複数の円形の貫通孔が形成され、貫通孔の直径をＤとし、隣接する２つの貫通孔の円心間の直線距離をＡとすると、Ａは０．５Ｄから３０Ｄである。

別の具体的な態様では、金属部品には、複数の円形の貫通孔が形成され、貫通孔の直径をＤとし、縁部に垂直な方向における貫通孔の円心から縁部までの直線距離をＢとすると、Ｂは０．５Ｄから３０Ｄである。

別の具体的な態様では、金属部品には、複数の円形の貫通孔が形成され、貫通孔の直径をＤとし、貫通孔の孔深さをＣとすると、Ｄは０．２Ｃから３０Ｃである。

本発明の第２目的を達成するために、本発明によれば、上記のいずれか１つの金属部品と繊維強化プラスチックの接続構造を備える船体が提供される。

具体的な態様では、金属部品と繊維強化プラスチックの接続構造における金属部品はラダープレート又はプロペラ軸フレームである。

本発明の接続繊維は、貫通孔を通過して両端を両側に位置させるとともに、接続繊維束の第１端が貫通孔から縁部を回って金属部品の第２側まで引かれ、接続繊維束の第２端が貫通孔から縁部を回って金属部品の第1側まで引かれ、接続繊維束の両端が金属部品に巻き付けられ、即ち接続繊維束が金属部品の第１側から金属部品の第２側まで引かれ、又は金属部品の第２側から金属部品の第１側まで引かれることにより、接続繊維束の被覆面が増大される。さらに、金属部品の表面に樹脂を塗布し、貫通孔に樹脂を充填し、樹脂と接続繊維束との接着作用により、接続繊維束の金属部品の第１側及び金属部品の第２側における位置が固定され、金属部品の第１側及び金属部品の第２側における接続繊維束の両端は、それぞれ金属部品の第１側及び金属部品の第２側に塗布される樹脂及び繊維に対して互いに引き締める作用力を加えることができ、これによって、樹脂は金属部品の第１側及び金属部品の第２側から剥離及び脱落しにくくなり、金属部品が腐食されないことがさらに保証される。

また、複数の接続繊維の第１端は貫通孔から放射状に縁部を回って金属部品の第２側まで引かれ、複数の接続繊維の第２端は貫通孔から放射状に縁部を回って金属部品の第１側まで引かれることにより、接続繊維の被覆面積は、金属部品の第１側及び第２側に最大限に被覆され、金属部品の第１側及び金属部品の第２側における樹脂繊維を最大限に引き締めることにより、金属部品の第１側及び金属部品の第２側に位置する樹脂が剥離及び脱落しないことが最大限に保証される。

さらに、ラダープレート及びプロペラ軸フレームは、船舶動作の過程において水に浸される必要があるとともに、スクリュープロペラに近く設けられるため、ラダープレート及びプロペラ軸フレームを通る水流が比較的速い。水流はラダープレート及びプロペラ軸フレーム上の繊維強化プラスチックを衝撃することで、ラダープレート及びプロペラ軸フレーム上の繊維強化プラスチックは剥がれやすくなり、ラダープレート及びプロペラ軸フレームは腐食されやすくなるため、この金属部品と繊維強化プラスチックの接続構造をラダープレート及びプロペラ軸フレームに使用することにより、ラダープレート及びプロペラ軸フレームは腐食から保護され、ラダープレート及びプロペラ軸フレームの耐用年数は長くなる。

本発明に係る金属部品と繊維強化プラスチックの接続構造の実施例１の正面図である。 図１におけるＥ－Ｅ方向に沿う断面図である。 本発明に係る金属部品と繊維強化プラスチックの接続構造の実施例２の側面図である。 図３におけるＦ－Ｆ方向に沿う断面図である。 本発明に係る金属部品と繊維強化プラスチックの接続構造の実施例３の正面図である。 本発明に係る金属部品と繊維強化プラスチックの接続構造の実施例４の断面図である。

以下、図面及び実施例により本発明をさらに説明する。

実施例１
図１及び図２に示すように、本実施例に係る金属部品と繊維強化プラスチックの接続構造における金属部品は、長尺状板１１となるように設けられる。長尺状板１１の周囲には第１縁部１２が周設される。長尺状板１１の両側の縁部は、鉛直方向に沿って延在する。長尺状板１１の延在方向における長尺状板１１の両端の縁部は、それぞれ円弧状に設けられる。つまり、第１縁部１２は、両側の鉛直縁部１２１と両端の円弧縁部１２２とが接続されてなる。

長尺状板１１は、対向して設けられる第１側面１１１と第２側面１１２とを含む。第１側面１１１及び第２側面１１２は長尺状板１１の四周の第１縁部１２で互いに接続される。長尺状板１１には、３つの円形の第１貫通孔１３が形成される。３つの第１貫通孔１３は、長尺状板１１の延在方向に沿って順に配列される。つまり、第１貫通孔１３はいずれも第１縁部１２によって取り囲まれる。各第１貫通孔１３はそれぞれ第１側面１１１から第２側面１１２まで貫通する。長尺状板１１の延在方向において、隣接する２つの第１貫通孔１３の円心間の間隔が同じである。長尺状板１１の延在方向に垂直な方向において、各第１貫通孔１３の円心から両側の鉛直縁部１２１までの距離が同じである。長尺状板１１の延在方向における両端に位置する第１貫通孔１３の円心から長尺状板１１の両端に位置する円弧縁部１２２までの距離が同じである。

第１貫通孔１３の直径をＤ１とし、隣接する２つの第１貫通孔１３の円心間の直線距離をＡ１とし、第１縁部１２に垂直な方向における第１貫通孔１３の円心から第１縁部１２までの直線距離をＢ１とし、第１貫通孔１３の孔深さをＣ１とすると、Ａ１は０．５Ｄ１から３０Ｄ１、好ましくはＤ１から３Ｄ１であり、Ｂ１は０．５Ｄ１から３０Ｄ１、好ましくはＤ１から３Ｄ１であり、Ｄ１は０．２Ｃ１から３０Ｃ１以下、好ましくはＣ１から１０Ｃ１である。

図１及び図２に示すように、本実施例の金属部品と繊維強化プラスチックの接続構造における繊維強化プラスチックは、第１接続繊維束及び第１樹脂１４を含む。各第１貫通孔１３にはそれぞれ第１接続繊維束が挿設される。第１接続繊維束は、複数の第１接続繊維１５を含む。第１接続繊維１５の第１端１５１は長尺状板１１の第１側面１１１のサイド側に設けられ、第１接続繊維１５の第２端１５２は長尺状板１１の第２側面１１２のサイド側に設けられる。複数の第１接続繊維１５の第１端１５１は、第１貫通孔１３から放射状に四周の第１縁部１２を回って長尺状板１１の第２側面１１２のサイド側まで引かれる。複数の第１接続繊維１５の第２端１５２は、第１貫通孔１３から放射状に四周の第１縁部１２を回って長尺状板１１の第１側面１１１のサイド側まで引かれる。第１樹脂１４は長尺状板１１の表面に塗布される。第１樹脂１４は各第１貫通孔１３に充填される。第１樹脂１４と第１接続繊維１５とは互いに接着される。第１接続繊維１５として、ガラス繊維、炭素繊維、ホウ素繊維、アラミド繊維、アルミナ繊維及び炭化ケイ素繊維のうちの１種又は複数種を使用することができる。第１樹脂１４として、エポキシ樹脂又は不飽和樹脂を使用することができる。

実施例２
図３及び図４に示すように、本発明の金属部品と繊維強化プラスチックの接続構造はプロペラ軸フレームに使用される。即ち、本実施例に係る金属部品は船体上のプロペラ軸フレーム２１である。このプロペラ軸フレーム２１はダブルアームプロペラ軸フレームであり、つまり、プロペラ軸フレーム２１には第１支持アーム２１１及び第２支持アーム２１２が設けられる。第１支持アーム２１１及び第２支持アーム２１２はそれぞれ斜め方向に沿って延在する。第１支持アーム２１１及び第２支持アーム２１２の延在方向において、第１支持アーム２１１及び第２支持アーム２１２の一端はそれぞれ船体に接続され、第１支持アーム２１１及び第２支持アーム２１２の他端は互いに軸ボス２２に収束する。第１支持アーム２１１及び第２支持アーム２１２の延在方向において、第１支持アーム２１１及び第２支持アーム２１２の両側にはそれぞれ第２縁部２３が設けられる。第１支持アーム２１１の両側に位置する第２縁部２３は、それぞれ第１支持アーム２１１の接続端部によって遮断される。第２支持アーム２１２の両側に位置する第２縁部２３は、それぞれ第２支持アーム２１２の接続端部によって遮断される。第１支持アーム２１１及び第２支持アーム２１２の表面には、それぞれ対向して設けられる第１アーム面及び第２アーム面が設けられる。第１支持アーム２１１を例とすると、第１アーム面２１１１及び第２アーム面２１１２はそれぞれ第１支持アーム２１１の両側に位置する第２縁部２３で互いに接続される。第１支持アーム２１１には複数の円形の第２貫通孔２４が形成される。各第２貫通孔２４はそれぞれ第１アーム面２１１１から第２アーム面２１１２まで貫通する。

第２貫通孔２４の直径をＤ２とし、隣接する２つの第２貫通孔２４の円心間の直線距離をＡ２とし、第２縁部２３に垂直な方向における第２貫通孔２４の円心から第２縁部２３までの直線距離をＢ２とし、第２貫通孔２４の孔深さをＣ２とすると、Ａ２は０．５Ｄ２から３０Ｄ２、好ましくはＤ２から３Ｄ２であり、Ｂ２は０．５Ｄ２から３０Ｄ２、好ましくはＤ２から３Ｄ２であり、Ｄ２は０．２Ｃ２以上かつ３０Ｃ２以下であり、好ましくはＣ２以上かつ１０Ｃ２以下である。

本実施例に係る繊維強化プラスチックは、第２接続繊維束と第２樹脂２５を含む。各第２貫通孔２４にはそれぞれ第２接続繊維束が挿設される。第２接続繊維束は、複数の第２接続繊維２６を含む。第２接続繊維２６の第１端は第１アーム面２１１１のサイド側に位置し、第２接続繊維２６の第２端は第２アーム面２１１２のサイド側に位置する。複数の第２接続繊維２６の第１端はそれぞれ第２貫通孔２４から放射状に第１支持アーム２１１の両側に位置する第２縁部２３を回って第２アーム面２１１２のサイド側まで引かれ、複数の第２接続繊維２６の第２端２６１はそれぞれ第２貫通孔２４から放射状に第１支持アーム２１１の両側に位置する第２縁部２３を回って第１アーム面２１１１のサイド側まで引かれる。さらに、支持アームの表面には第２樹脂２５が塗布され、第２貫通孔２４には第２樹脂２５が充填される。第２樹脂２５と第２接続繊維２６は互いに接着される。第２接続繊維２６として、ガラス繊維、炭素繊維、ホウ素繊維、アラミド繊維、アルミナ繊維又は炭化ケイ素繊維を使用することができる。第２樹脂２５として、エポキシ樹脂又は不飽和樹脂を使用することができる。図３に示すように、Ｈ－Ｈ方向に沿って第１支持アーム２１１を切断した第１支持アーム２１１の断面図は図２に示される構造と同じである。

実施例３
同様に、図５に示すように、本発明の金属部品と繊維強化プラスチックの接続構造はラダープレートに使用される。即ち、本実施例に係る金属部品は船体上のラダープレート３１である。ラダープレート３１は一端のみで船体に接続されるため、ラダープレート３１の接続端の周りに第３縁部３２が設けられる。ラダープレート３１は、対向して設けられる第３側面３１１と第４側面（図示せず）を含む。ラダープレート３１には円形の第３貫通孔３３が形成される。第３貫通孔３３は、第３側面３１１から第４側面まで貫通する。第３側面３１１と第４側面とは第３縁部３２で互いに接続される。

第３貫通孔３３の直径をＤ３とし、隣接する２つの第３貫通孔３３の円心間の直線距離をＡ３とし、第３縁部３２に垂直な方向における第３貫通孔３３の円心から第３縁部３２までの直線距離をＢ３とし、第３貫通孔３３の孔深さをＣ３とすると、Ａ３は０．５Ｄ３から３０Ｄ３、好ましくはＤ３から３Ｄ３であり、Ｂ３は０．５Ｄ３から３０Ｄ３、好ましくはＤ３から３Ｄ３であり、Ｄ３は０．２Ｃ３以上かつ３０Ｃ３以下であり、好ましくはＣ３以上かつ１０Ｃ３以下である。

本実施例に係る繊維強化プラスチックは第３接続繊維束と第３樹脂（図示せず）とを含む。第３貫通孔３３には第３接続繊維束が設けられる。第３接続繊維束は複数の第３接続繊維３４を含む。第３接続繊維３４の第１端は第３側面３１１のサイド側に位置し、第３接続繊維３４の第２端は第４側面のサイド側に位置する。複数の第３接続繊維３４の第１端はそれぞれ第３貫通孔３３から放射状にラダープレート３１の周りの第３縁部３２を回って第４側面のサイド側まで引かれ、複数の第３接続繊維３４の第２端３４１はそれぞれ第３貫通孔３３から放射状にラダープレート３１の周りの第３縁部３２を回って第３側面３１１のサイド側まで引かれる。さらに、ラダープレート３１の表面には第３樹脂が塗布され、第３貫通孔３３には第３樹脂が充填される。第３樹脂と第３接続繊維３４とは互いに接着される。第３接続繊維３４として、ガラス繊維、炭素繊維、ホウ素繊維、アラミド繊維、アルミナ繊維又は炭化ケイ素繊維を使用することができる。第３樹脂として、エポキシ樹脂又は不飽和樹脂を使用することができる。図５に示すように、Ｉ－Ｉ方向に沿ってラダープレート３１を切断した断面図は、図２に示される構造と同じである。

実施例４
接続繊維束が金属部品の縁部に巻き付けられる以外、図６に示すように、金属部品４１には複数の貫通孔４３が形成され、複数の接続繊維束４４は異なる貫通孔４３を通過するとともに、接続繊維束４４の両端はそれぞれ金属部品の第１側及び第２側に位置してもよい。金属部品の長さが長いので、金属部品の縁部に巻き付けずに、樹脂４４を金属部品の表面及び接続繊維束の外面に被覆せず、樹脂４４を複数の貫通孔４３に充填してもよい。これによっても、本発明の目的を達成することができる。

上記実施例は本発明の好適な実施例に過ぎず、本発明の範囲を制限するものではない。したがって、本発明の特許請求の範囲に記載の構造、特徴及び原理に基づいて行う同等置換又は修飾は、いずれも本発明の特許請求の範囲に含まれるべきである。

本発明の船体は、漁船、ヨット等の船舶の船体であってもよい。船体にはラダープレート又はプロペラ軸フレーム等の金属部品が設けられる。本発明では、特殊な金属部品と繊維強化プラスチックの接続構造を使用し、繊維強化プラスチック内に設けられる接続繊維束及び樹脂により、接続繊維束の両端はそれぞれ金属部品の第１側及び金属部品の第２側における樹脂に対して引締力を加えることにより、樹脂は金属部品から剥離されにくく、金属部品が腐食されないことが確保され、船舶の耐用年数が長くなる。

Claims (9)

1. 金属部品と繊維強化プラスチックの接続構造であって、
   前記金属部品は、周設される縁部を有し、前記金属部品には、前記金属部品を貫通する貫通孔が形成され、前記金属部品は、前記貫通孔の軸方向において第１側及び第２側が設けられ、
   前記繊維強化プラスチックは、接続繊維束と、樹脂とを含み、前記接続繊維束は、前記貫通孔を通過し、前記接続繊維束の両端は、それぞれ前記金属部品の第１側及び前記金属部品の第２側に位置し、前記樹脂は、前記金属部品の表面及び前記接続繊維束の外面に被覆され、前記樹脂は、前記貫通孔に充填され、
   前記接続繊維束の第１端は、前記貫通孔から前記縁部を回って前記金属部品の第２側まで引かれ、前記接続繊維束の第２端は、前記貫通孔から前記縁部を回って前記金属部品の第１側まで引かれることを特徴とする、金属部品と繊維強化プラスチックの接続構造。
2. 前記接続繊維束は、複数の接続繊維を含み、
   複数の前記接続繊維の第１端は、前記貫通孔から放射状に前記縁部を回って前記金属部品の第２側まで引かれ、
   複数の前記接続繊維の第２端は、前記貫通孔から放射状に前記縁部を回って前記金属部品の第１側まで引かれることを特徴とする、請求項１に記載の金属部品と繊維強化プラスチックの接続構造。
3. 前記接続繊維束は、ガラス繊維、炭素繊維、ホウ素繊維、アラミド繊維、アルミナ繊維又は炭化ケイ素繊維であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の金属部品と繊維強化プラスチックの接続構造。
4. 前記樹脂は、エポキシ樹脂又は不飽和樹脂であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の金属部品と繊維強化プラスチックの接続構造。
5. 前記金属部品には、複数の円形の前記貫通孔が形成され、
   前記貫通孔の直径をＤとし、隣接する２つの前記貫通孔の円心間の直線距離をＡとすると、前記ＡはＤより大きく３０Ｄ以下であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の金属部品と繊維強化プラスチックの接続構造。
6. 前記金属部品には、複数の円形の前記貫通孔が形成され、
   前記貫通孔の直径をＤとし、前記貫通孔の円心から前記縁部までの最短の直線距離をＢとすると、前記Ｂは０．５Ｄより大きく３０Ｄ以下であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の金属部品と繊維強化プラスチックの接続構造。
7. 前記金属部品には、複数の円形の前記貫通孔が形成され、
   前記貫通孔の直径をＤとし、前記貫通孔の孔深さをＣとすると、前記Ｄは０．２Ｃから３０Ｃであることを特徴とする、請求項１又は２に記載の金属部品と繊維強化プラスチックの接続構造。
8. 請求項１から７のいずれか１項に記載の金属部品と繊維強化プラスチックの接続構造が設けられていることを特徴とする、船体。
9. 前記金属部品と繊維強化プラスチックの接続構造における前記金属部品は、ラダープレート又はプロペラ軸フレームであることを特徴とする、請求項８に記載の船体。

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