JPH0569487A - 繊維強化樹脂製構造体の接続方法 - Google Patents
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- Mechanical Engineering (AREA)
- Lining Or Joining Of Plastics Or The Like (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 繊維強化樹脂(FRP)製構造体をピン、ボ
ルト等で締結することにより他の物体に接続する際に、
締結用の穴のまわりに発生する亀裂を防止する。 【構成】 FRP製構造体における接続部に薄い金属製
のキャップを被せ、該キャップ及び該構造体を貫通する
穴を開け、この穴にピン、ボルト等を挿通して締結する
ことにより、穴まわりにかかる応力を分散させ、亀裂発
生を防止する。この際、金属製キャップの端部に切り欠
き部を設けると応力分散がより効果的に生じて、好適な
結果が得られる。
ルト等で締結することにより他の物体に接続する際に、
締結用の穴のまわりに発生する亀裂を防止する。 【構成】 FRP製構造体における接続部に薄い金属製
のキャップを被せ、該キャップ及び該構造体を貫通する
穴を開け、この穴にピン、ボルト等を挿通して締結する
ことにより、穴まわりにかかる応力を分散させ、亀裂発
生を防止する。この際、金属製キャップの端部に切り欠
き部を設けると応力分散がより効果的に生じて、好適な
結果が得られる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、軽量性および強度・剛
性を有する繊維強化樹脂(以下、FRPという)製構造
体に穴をあけ、その穴にピン、ボルト、リベット等の係
止具を挿通して他の物体と接続する方法に関するもので
ある。
性を有する繊維強化樹脂(以下、FRPという)製構造
体に穴をあけ、その穴にピン、ボルト、リベット等の係
止具を挿通して他の物体と接続する方法に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】従来、ポール等の軽量構造材料として、
アルミ材が最も一般的に使用されてきた。アルミ材はF
RP材に比べ、等方性のある機械物性値を有するため、
構造材に接続用の穴を設けても応力集中することは少な
いが、剛性強度が必要な一方向のみの剛性強度を向上す
ることは難しい。また、アルミ材は比重が2.7とFR
P材の1.2〜2.0に比べて大きいため、単位長さ当
たりの構造材料重量が大きくなる。したがって、最近、
外層部(表層部)が強度の高いFRPで内層部(芯部)
が強度の低い樹脂又は軽量コア材からなるFRP製構造
体が使用されるようになってきたが、その接合の仕方は
接着及びボルト、ビス、リベット止めが一般的であっ
た。ボルト、ビス、リベット止めは、構造体に締結用の
穴をあけ、その穴にじかにボルト、ビス、リベットを通
して止める。そのため、該FRP製構造体はボルト、ビ
ス、リベットから受ける局部的な圧縮応力により穴まわ
りで亀裂が生じる。さらに機械物性値の異方性が大きい
場合には、穴回りに応力集中が生じ、穴から構造体が割
れることがあった。一方、接着も適当な接続方法の一種
ではあるが、自由度を持たせた(着脱や接続部での回転
などが可能な)接続には使用が難しかった。
アルミ材が最も一般的に使用されてきた。アルミ材はF
RP材に比べ、等方性のある機械物性値を有するため、
構造材に接続用の穴を設けても応力集中することは少な
いが、剛性強度が必要な一方向のみの剛性強度を向上す
ることは難しい。また、アルミ材は比重が2.7とFR
P材の1.2〜2.0に比べて大きいため、単位長さ当
たりの構造材料重量が大きくなる。したがって、最近、
外層部(表層部)が強度の高いFRPで内層部(芯部)
が強度の低い樹脂又は軽量コア材からなるFRP製構造
体が使用されるようになってきたが、その接合の仕方は
接着及びボルト、ビス、リベット止めが一般的であっ
た。ボルト、ビス、リベット止めは、構造体に締結用の
穴をあけ、その穴にじかにボルト、ビス、リベットを通
して止める。そのため、該FRP製構造体はボルト、ビ
ス、リベットから受ける局部的な圧縮応力により穴まわ
りで亀裂が生じる。さらに機械物性値の異方性が大きい
場合には、穴回りに応力集中が生じ、穴から構造体が割
れることがあった。一方、接着も適当な接続方法の一種
ではあるが、自由度を持たせた(着脱や接続部での回転
などが可能な)接続には使用が難しかった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】前述の如く、剛性強度
を必要とする方向だけに剛性強度を上げるよう強化繊維
を配向させたFRP製構造体では、機械物性値が異方性
を示すため接続(締結)用の穴をあけると使用時に応力
集中が起こり、割れ破壊を生じることが多くみられた。
特に、外層部(表層部)にFRP層、内層部(芯部)に
フォームなどの低密度材料を有し外層部が全体の強度の
80%以上をになうようなFRP製構造体では、外層部
の肉厚を薄くするため、機械物性値が異方性を示すこと
が多く、締結穴回りから亀裂が発生し易かった。このよ
うな亀裂は特に長期耐久性を必要とされる構造材として
使用する場合には問題が大きく、亀裂が入らない工夫が
必要となる。この解決策として、穴のまわりのみ応力集
中が起こらないようFRP層にて部分的に補強すること
も考えられるが、この対策では穴部の一箇所にかかる面
圧を緩和することが難しく、根本的な解決とはならな
い。
を必要とする方向だけに剛性強度を上げるよう強化繊維
を配向させたFRP製構造体では、機械物性値が異方性
を示すため接続(締結)用の穴をあけると使用時に応力
集中が起こり、割れ破壊を生じることが多くみられた。
特に、外層部(表層部)にFRP層、内層部(芯部)に
フォームなどの低密度材料を有し外層部が全体の強度の
80%以上をになうようなFRP製構造体では、外層部
の肉厚を薄くするため、機械物性値が異方性を示すこと
が多く、締結穴回りから亀裂が発生し易かった。このよ
うな亀裂は特に長期耐久性を必要とされる構造材として
使用する場合には問題が大きく、亀裂が入らない工夫が
必要となる。この解決策として、穴のまわりのみ応力集
中が起こらないようFRP層にて部分的に補強すること
も考えられるが、この対策では穴部の一箇所にかかる面
圧を緩和することが難しく、根本的な解決とはならな
い。
【0004】連続した長繊維を強化材として使用してい
るFRP製構造体の場合には、締結穴を設けることによ
り強化繊維が切断されるため、益々穴回りが弱くなる。
るFRP製構造体の場合には、締結穴を設けることによ
り強化繊維が切断されるため、益々穴回りが弱くなる。
【0005】また、接続部が相互に回転自在となるよう
の接続を行う場合、穴にかかる荷重方向が一定しておら
ず、穴まわりは摺動による摩擦も考えられ一層の対策が
必要である。
の接続を行う場合、穴にかかる荷重方向が一定しておら
ず、穴まわりは摺動による摩擦も考えられ一層の対策が
必要である。
【0006】本発明はかかる問題点を解決するためにな
されたもので、締結穴まわりに亀裂、破壊が発生するこ
とがなく、回転自在の締結も可能な、しかも回転による
摺動摩擦対策をも考慮したFRP製構造体の接続方法を
提供することを目的とする。
されたもので、締結穴まわりに亀裂、破壊が発生するこ
とがなく、回転自在の締結も可能な、しかも回転による
摺動摩擦対策をも考慮したFRP製構造体の接続方法を
提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上述の課題は、FRP製
構造体の接続部を薄い金属製のキャップで覆い、これら
を貫通する1個又は2個以上の穴をあけてピン、ボル
ト、リベット等の係止具で接続することにより、外層部
にかかる接続穴からの応力を緩和し、穴まわりに亀裂、
割れの入ることを防ぐことで達成される。
構造体の接続部を薄い金属製のキャップで覆い、これら
を貫通する1個又は2個以上の穴をあけてピン、ボル
ト、リベット等の係止具で接続することにより、外層部
にかかる接続穴からの応力を緩和し、穴まわりに亀裂、
割れの入ることを防ぐことで達成される。
【0008】本発明の対象とするFRP製構造体は、フ
ォーム等の低密度材料よりなる内層部(芯部)とその周
囲に繊維と樹脂より構成されたFRP製の外層部(表層
部)を有し外層部で全体の強度の80%以上になうよう
構成したものである。その全体形状は棒状、板状、その
任意の形状をとり得る。また棒状の場合その断面形状は
円形、四角形状が多いが、これらに限るものではない。
ォーム等の低密度材料よりなる内層部(芯部)とその周
囲に繊維と樹脂より構成されたFRP製の外層部(表層
部)を有し外層部で全体の強度の80%以上になうよう
構成したものである。その全体形状は棒状、板状、その
任意の形状をとり得る。また棒状の場合その断面形状は
円形、四角形状が多いが、これらに限るものではない。
【0009】該構造体に接続用の穴をあけ、これのみで
締結すると使用時に集中応力が生じ割れ破壊を生ずる問
題があるため、本発明はこれを解決すべく、該構造体の
接続部に薄い金属製のキャップを覆せ、該構造体とキャ
ップを通じる穴を開けて接続しようとするものである。
かかる方法で接続すると、FRP製構造体の外層部にか
かる接続穴からの応力を緩和し、該構造体の穴まわりに
亀裂、割れの入ることを防ぐことができる。このときの
該キャップは、接続用の穴を覆う必要があり、その端部
は穴の中心より少なくとも穴径の1.5倍の位置まで覆
うことが必要である。
締結すると使用時に集中応力が生じ割れ破壊を生ずる問
題があるため、本発明はこれを解決すべく、該構造体の
接続部に薄い金属製のキャップを覆せ、該構造体とキャ
ップを通じる穴を開けて接続しようとするものである。
かかる方法で接続すると、FRP製構造体の外層部にか
かる接続穴からの応力を緩和し、該構造体の穴まわりに
亀裂、割れの入ることを防ぐことができる。このときの
該キャップは、接続用の穴を覆う必要があり、その端部
は穴の中心より少なくとも穴径の1.5倍の位置まで覆
うことが必要である。
【0010】該キャップの厚みは、その接続用の穴にか
かる荷重にもよるが、少なくとも0.3mm以上2mm以下
の厚さであればよい。更に、この薄い金属製キャップの
端部に切り欠きを入れれば応力集中をより緩和すること
ができるので、特に好ましい。
かる荷重にもよるが、少なくとも0.3mm以上2mm以下
の厚さであればよい。更に、この薄い金属製キャップの
端部に切り欠きを入れれば応力集中をより緩和すること
ができるので、特に好ましい。
【0011】この金属製キャプで覆った該構造体の締結
用の穴にボルト、リベット又はピン等の係止具を通し
て、FRP製構造体と接続したい金属等の材質からなる
相手方に締結すればよい。
用の穴にボルト、リベット又はピン等の係止具を通し
て、FRP製構造体と接続したい金属等の材質からなる
相手方に締結すればよい。
【0012】この構造体と接続する他の(相手方の)物
体は、例えば、FRP製構造体、金属構造材、木質の構
造材、その他任意に選択でき、本発明の対象とする芯部
にフォーム部を有するFRP製構造体であってもよい。
多くの場合、FRP製構造体同士は金属製の継ぎ手を介
して接続される。
体は、例えば、FRP製構造体、金属構造材、木質の構
造材、その他任意に選択でき、本発明の対象とする芯部
にフォーム部を有するFRP製構造体であってもよい。
多くの場合、FRP製構造体同士は金属製の継ぎ手を介
して接続される。
【0013】以下、本発明方法を図面により説明する。
図1は本発明により締結した状態を示す断面図であり、
図2、図3及び図4はそれぞれ各種の金属製キャップの
例を示す簡略化した見取図である。
図1は本発明により締結した状態を示す断面図であり、
図2、図3及び図4はそれぞれ各種の金属製キャップの
例を示す簡略化した見取図である。
【0014】図1において、1は接続を行うRFP製構
造体の外層部であり主としてVf(強化繊維の体積含有
率)20〜65%のガラス繊維又は炭素繊維の一方向材
及び/又は織物で強化した樹脂(エポキシ樹脂、ビニル
エステル樹脂等)で構成されている。2は発泡性フォー
ム又は他の軽量材料よりなる内層部(芯部)であり、主
としてρ(比重)が0.5以下の材料で構成されてい
る。これら1と2を合わせた物がFRP製構造体であ
る。3は該構造体の接続部分に覆せる薄い金属製のキャ
ップ、4は締結用のボルトナット、5は接続用の継ぎ手
である。金属製キャップ3、FRP構造体及び継ぎ手5
には、接続用のボルトナット、ピン、リベット、必要に
よってはスリーブを通すための貫通した穴が設けられて
いる。
造体の外層部であり主としてVf(強化繊維の体積含有
率)20〜65%のガラス繊維又は炭素繊維の一方向材
及び/又は織物で強化した樹脂(エポキシ樹脂、ビニル
エステル樹脂等)で構成されている。2は発泡性フォー
ム又は他の軽量材料よりなる内層部(芯部)であり、主
としてρ(比重)が0.5以下の材料で構成されてい
る。これら1と2を合わせた物がFRP製構造体であ
る。3は該構造体の接続部分に覆せる薄い金属製のキャ
ップ、4は締結用のボルトナット、5は接続用の継ぎ手
である。金属製キャップ3、FRP構造体及び継ぎ手5
には、接続用のボルトナット、ピン、リベット、必要に
よってはスリーブを通すための貫通した穴が設けられて
いる。
【0015】金属製キャップ3は、図2に示す如く、そ
の中へFRP製構造体の端部を挿入して該構造体の接続
部分の全周を覆うものであればよいが、図3、図4に示
す如く、FRP構造材の挿入側に1個又は2個以上の切
り欠き部3aを設けるのが好ましい。このように金属製
キャップ3に切り欠き部3aを設けることにより、応力
が分散でき破壊を防止する効果が大きくすることができ
る。なお、図2〜図4における3bは金属製キャップ及
びFRP構造体を貫通するように穿設した接続用の穴で
ある。
の中へFRP製構造体の端部を挿入して該構造体の接続
部分の全周を覆うものであればよいが、図3、図4に示
す如く、FRP構造材の挿入側に1個又は2個以上の切
り欠き部3aを設けるのが好ましい。このように金属製
キャップ3に切り欠き部3aを設けることにより、応力
が分散でき破壊を防止する効果が大きくすることができ
る。なお、図2〜図4における3bは金属製キャップ及
びFRP構造体を貫通するように穿設した接続用の穴で
ある。
【0016】本発明において、FRP製構造体の接合部
近傍における内層部(芯部)2を他の部分(非接合部)
よりも硬質の材料で形成するのが好ましい。
近傍における内層部(芯部)2を他の部分(非接合部)
よりも硬質の材料で形成するのが好ましい。
【0017】
【作用】本発明によれば、FRP製構造体に設けられた
接続用の穴に一致するように同一径の穴を開けた薄い金
属製キャップをFRP製構造体の端部に被せることによ
り、他の構造材料との締結により発生した力が金属製キ
ャップによりFRP製構造体外層部の接続穴まわりに直
接かかることを防止するよう応力を分散緩和し、接続穴
まわりの亀裂、割れ等の発生が防止される。また金属製
キャップとして薄い金属のキャップを用いるためFRP
構造部材にかかる外力が該金属製キャップの端部に集中
し該構造部材が圧壊することを防止される。更にこの金
属キャップの端部に切り欠き部を入れることにより、よ
り一層応力分散させることができる。
接続用の穴に一致するように同一径の穴を開けた薄い金
属製キャップをFRP製構造体の端部に被せることによ
り、他の構造材料との締結により発生した力が金属製キ
ャップによりFRP製構造体外層部の接続穴まわりに直
接かかることを防止するよう応力を分散緩和し、接続穴
まわりの亀裂、割れ等の発生が防止される。また金属製
キャップとして薄い金属のキャップを用いるためFRP
構造部材にかかる外力が該金属製キャップの端部に集中
し該構造部材が圧壊することを防止される。更にこの金
属キャップの端部に切り欠き部を入れることにより、よ
り一層応力分散させることができる。
【0018】
【実施例及び比較例】断面形状が58mm×38mmで比重
0.18の硬質ポリウレタンフォーム柱状物の上を繊維
目付250g/m2 の一方向配列炭素繊維シート(「ア
ンカレフC250」)の2枚で覆い、更にその上を炭素
繊維組み紐(ブレード)で覆った物を金型のキャビティ
(断面形状60mm×40mm)内に装填した後、ビスフェ
ノールAタイプのエポキシ樹脂(大日本インキ製の「エ
ピクロン830」)とアミン系硬化剤(油化シェル製
「エピキュア113」)を用いてRTM成形し、Vf5
0%のFRP製構造体を得た。こうして得られた構造体
を図1に示すような方法で接続した。
0.18の硬質ポリウレタンフォーム柱状物の上を繊維
目付250g/m2 の一方向配列炭素繊維シート(「ア
ンカレフC250」)の2枚で覆い、更にその上を炭素
繊維組み紐(ブレード)で覆った物を金型のキャビティ
(断面形状60mm×40mm)内に装填した後、ビスフェ
ノールAタイプのエポキシ樹脂(大日本インキ製の「エ
ピクロン830」)とアミン系硬化剤(油化シェル製
「エピキュア113」)を用いてRTM成形し、Vf5
0%のFRP製構造体を得た。こうして得られた構造体
を図1に示すような方法で接続した。
【0019】この際、締結用の穴を開けたFRP構造体
の端部を同様の穴を開けた図2〜4の肉厚1mmの金属製
キャップに挿入した場合(実施例1〜3)と、該キャッ
プを使用しない場合(比較例)について、それぞれ破壊
モーメントを実測した。その結果を、次の表1に示す。
の端部を同様の穴を開けた図2〜4の肉厚1mmの金属製
キャップに挿入した場合(実施例1〜3)と、該キャッ
プを使用しない場合(比較例)について、それぞれ破壊
モーメントを実測した。その結果を、次の表1に示す。
【0020】
【表1】
【0021】
【発明の効果】本発明は、以上に説明したように、FR
P製構造体を適度の剛性強度を有する薄板金属製キャッ
プを通して接続継ぎ手と締結することにより、締結によ
り発生する接続継ぎ手を介して負荷される外力によって
生ずる接続穴まわりの応力をFRP製構造体を構成する
FRP外層部の許容応力以下に低減することができ、F
RP外層部の破壊を防止する効果がある。更に、該薄板
金属製キャップの端部に切り欠き部を入れることによ
り、キャップの端部にかかる外力を分散することがで
き、FRP層の破壊を防止する効果が大きくなる。
P製構造体を適度の剛性強度を有する薄板金属製キャッ
プを通して接続継ぎ手と締結することにより、締結によ
り発生する接続継ぎ手を介して負荷される外力によって
生ずる接続穴まわりの応力をFRP製構造体を構成する
FRP外層部の許容応力以下に低減することができ、F
RP外層部の破壊を防止する効果がある。更に、該薄板
金属製キャップの端部に切り欠き部を入れることによ
り、キャップの端部にかかる外力を分散することがで
き、FRP層の破壊を防止する効果が大きくなる。
【図1】本発明によるFRP(繊維強化樹脂)製構造体
と継ぎ手との締結の状態を示す断面図。
と継ぎ手との締結の状態を示す断面図。
【図2】本発明で使用する金属製のキャップの例を示す
見取図。
見取図。
【図3】本発明で使用する好適な切り欠き部を有する金
属製のキャップの例を示す見取図。
属製のキャップの例を示す見取図。
【図4】本発明で使用する好適な切り欠き部を有する金
属製のキャップの他の例を示す見取図。
属製のキャップの他の例を示す見取図。
1 FRP製構造体の外層部 2 FRP製構造体の内層部 3 金属製のキャップ 3a 金属製のキャップに設けた切り欠き部 3b 締結用の穴 4 締結用のボルトナット 5 接続用の継ぎ手
Claims (3)
- 【請求項1】 外層部が強度の高い繊維強化樹脂層であ
り内層部が強度の低い樹脂又は軽量コア材料よりなる構
造体を、他の物体とピン、ボルト、リベット等の係止具
を用いて接続するに際し、該構造体の接続部に薄い金属
製のキャップを被せ、該金属製キャップ及び構造体を貫
通する1個又は2個以上の穴を開け、この穴にピン、ボ
ルト、リベット等の係止具を挿通して他の物体と締結す
ることを特徴とする繊維強化樹脂製構造体の接続方法。 - 【請求項2】 薄い金属製のキャップにおける少なくと
も上記構造体の圧縮応力が作用する側に1個又は2個以
上の切り欠き部を設けることを特徴とする請求項1記載
の接続方法。 - 【請求項3】 金属製のキャップが板厚0.3〜2mmの
金属板で構成されていることを特徴とする請求項1又は
2記載の接続方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3260450A JPH0569487A (ja) | 1991-09-12 | 1991-09-12 | 繊維強化樹脂製構造体の接続方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3260450A JPH0569487A (ja) | 1991-09-12 | 1991-09-12 | 繊維強化樹脂製構造体の接続方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0569487A true JPH0569487A (ja) | 1993-03-23 |
Family
ID=17348111
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3260450A Pending JPH0569487A (ja) | 1991-09-12 | 1991-09-12 | 繊維強化樹脂製構造体の接続方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0569487A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015187202A (ja) * | 2014-03-26 | 2015-10-29 | 王子ホールディングス株式会社 | 繊維強化複合材、繊維強化複合材の製造方法および繊維強化複合材の固定方法 |
CN108799274A (zh) * | 2017-04-28 | 2018-11-13 | 波音公司 | 为连接表面提供防腐保护的方法和设备 |
CN109367042A (zh) * | 2018-10-29 | 2019-02-22 | 四达氟塑股份有限公司 | 塑料件与金属件的连接结构及其制作方法 |
-
1991
- 1991-09-12 JP JP3260450A patent/JPH0569487A/ja active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015187202A (ja) * | 2014-03-26 | 2015-10-29 | 王子ホールディングス株式会社 | 繊維強化複合材、繊維強化複合材の製造方法および繊維強化複合材の固定方法 |
CN108799274A (zh) * | 2017-04-28 | 2018-11-13 | 波音公司 | 为连接表面提供防腐保护的方法和设备 |
CN108799274B (zh) * | 2017-04-28 | 2021-04-23 | 波音公司 | 为连接表面提供防腐保护的方法和设备 |
CN109367042A (zh) * | 2018-10-29 | 2019-02-22 | 四达氟塑股份有限公司 | 塑料件与金属件的连接结构及其制作方法 |
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