JPH0577322A - 繊維強化プラスチツク製構造体の接続方法 - Google Patents

繊維強化プラスチツク製構造体の接続方法

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JPH0577322A
JPH0577322A JP3266877A JP26687791A JPH0577322A JP H0577322 A JPH0577322 A JP H0577322A JP 3266877 A JP3266877 A JP 3266877A JP 26687791 A JP26687791 A JP 26687791A JP H0577322 A JPH0577322 A JP H0577322A
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諭志 前田
Hiromitsu Takamoto
裕光 高本
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 外層部が強度の高いＦＲＰ層よりなり内層部
がフォーム等の強度の低い低密度材料からなるＦＲＰ製
構造体の穴をあけて接続する場合の穴まわりの亀裂・割
れ破壊を防止する。 【構成】 上記ＦＲＰ構造体に穴をあけ、この穴にピ
ン、ボルト、リベット等を挿通して他の構造体と接続す
るに当り、ＦＲＰ構造体の内層部２を無機の軽量充填材
を含む樹脂で充填した後に、穴をあけ、使用時における
穴まわりの外層部１（ＦＲＰ層）への過度の応力を防ぐ
ようにする。

Description

【発明の詳細な説明】
【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プラスチック（以下、ＦＲＰと略称
する）製構造体の接続方法に関するものである。更に詳
しくは、外層部（表層部）がＦＲＰであり内層部（芯
部）が低密度材料であるＦＲＰ構造体の接続すべき部位
に１個又は２個以上の穴を穿設し、この穴に締結用のピ
ン、ボルト、リベット等の係止具を挿通して他の構造体
と接続する方法において、接続時または接続後に上記の
穴まわりの亀裂や上記の穴から割れ破壊が生ずるのを有
効に防止する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、ポール等の構造材料としては、ア
ルミ材が最も一般的に使用されている。アルミ材はＦＲ
Ｐ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Ｆ
ＲＰ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。
【０００３】このため、最近、各種構造材としてＲＦＰ
製構造体が使用されるようになり、特に外層部がＦＲＰ
であり内層部がフォームである構造体は軽量性と強度、
靭性とにすぐれるため有用であるとされている。
【０００４】ところで、かかるＦＲＰ製構造体の接続の
仕方は、接着及びビス、ボルト、リベット止めが一般的
である。ビス、ボルト、リベット止めは、ＦＲＰ製構造
体に締結用の穴をあけ、その穴にじかにビス等の係止具
を挿通して止める。そのため、ＦＲＰ材はビス、ボル
ト、リベット等から受ける局部的な圧縮応力によって穴
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割れるこ
とがある。一方、接着も好適な接続方法の一種ではある
が、自由度を持たせた（着脱あるいは回動などが可能
な）接続には使用が難しいという問題がある。
【０００５】
【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
すため締結用の穴をあけると、使用時にこの部分へ応力
集中が起こり、割れ破壊を生じることが多くみられる。
特に、軽量化を図るため外層部にＦＲＰ層、内層部にフ
ォーム等の低密度材料を有する構造部材では、外層部の
ＦＲＰ層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い。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
にはこのような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、
この手段では穴部の１箇所にかかる面圧を緩和すること
が難しい。
【０００６】また、連続した長繊維を強化材として使用
しているＦＲＰ材の場合には、締結穴を設けることによ
り強化繊維が切断され、益々穴回りが弱くなるという問
題がある。
【０００７】さらに、回動自在の接続を行う場合、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
る摩擦も考えられるので、一層の対策が必要である。
【０００８】本発明の目的は、外層部がＦＲＰ、内層部
がフォーム等の低密度材料で構成されるＦＲＰ製構造体
の接続における上述の諸問題を解決し、締結穴まわりに
亀裂、破壊が発生することなく、回動自在の締結も可能
な、しかも回動による摺動摩擦対策をも考慮したＦＲＰ
製構造材の接続方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上述の如き本発明の目的
は、該ＦＲＰ製構造体において、締結用の穴を穿設すべ
き部位の内層部を無機の軽量充填材により強化・軽量化
された樹脂で充填した後に、穴を穿設することにより達
成される。
【００１０】すなわち、本発明は、外層部が強度の高い
繊維強化プラスチック層よりなり内層部が強度の低い密
度０．３ｇ／cm3 未満の低密度材料よりなる繊維強化プ
ラスチック製構造体に１個又は２個以上の穴を穿設し、
この穴に締結用のピン、ボルト、リベット等の係止具を
挿通して他の構造体と接続する方法において、該繊維強
化プラスチック製構造体における穴を穿設する部位の内
層部に無機の軽量充填材を含む樹脂を充填した後に、穴
を穿設することを特徴とする繊維強化プラスチック製構
造体の接続方法である。
【００１１】本発明方法により接続が行われるＦＲＰ製
構造体は、内層部（芯部）が合成樹脂フォーム等の密度
が０．３ｇ／cm3 未満である強度の低い低密度材料で構
成され、その周囲を強化用繊維と樹脂とからなる強度の
大きい（全体の強度の８０％以上を担う）ＦＲＰ層が取
囲んでいる多層構造体である。その形態は、ブロック
状、シート状、棒状、柱状、その他任意の形態でよく、
また棒状、柱状等の場合その断面形状は円形、四角形等
が好ましいが、これらに限られるものではない。
【００１２】かかるＦＲＰ製構造体は公知の方法で製造
され、例えば芯材となるフォーム等の低密度材料の周囲
を強化繊維の織物、ブレード等で覆い、金型に入れ、金
型に樹脂を注入するレジントランスファー成形（ＲＴ
Ｍ）により製造することができる。
【００１３】ＦＲＰ製構造体の外層部（表層部）を構成
する強化繊維としては、多くの場合、炭素繊維、ガラス
繊維、アラミド繊維、アリレート繊維等が織物、ブレー
ド、一方向配列シート等の形態で用いられるが、これに
限定されるものではない。これに含浸硬化させる樹脂と
しては、一般に成形用に用いられる液状の熱硬化性樹脂
が好ましいが、ＦＲＰ製構造体の構造、用途によっては
熱可塑性樹脂であってもよい。外層部（ＦＲＰ層）にお
ける強化繊維の体積含有率（Ｖｆ）は一般に２０〜６５
％が適当であり、外層部の厚みは０．５〜５mm程度が好
ましい。
【００１４】上述の如く、このようなＦＲＰ製構造体に
締結用の穴をあけ、これに直接ピン等の係止具を挿通し
て締結すると、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、本発明ではこれを解決すべく、該
構造体の接続部の内層部（芯部）に密度０．２〜０．７
ｇ／cm2 の無機の軽量充填材で強化・軽量化された樹脂
を充填し、その後に１個又は２個以上の穴をあけて接続
しようとするものである。
【００１５】かかる方法で接続すると、表層部にかかる
接続穴からの応力が緩和され、該構造体の穴まわりに亀
裂、割れの入ることが防止される。
【００１６】本発明方法に用いる充填用の樹脂は、エポ
キシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹
脂、フェノール樹脂等の汎用の液状の熱硬化樹脂を用い
ることができ、無機の軽量充填材としてはガラスバルー
ン、シラスバルーン等の無機中空粒子が用いられる。充
填用の樹脂とＦＲＰ製構造体の外層部を構成する成形樹
脂とは互いに同一の樹脂であってもよく、異なる種類の
樹脂でもよい。
【００１７】樹脂に軽量充填材を含ませる方法として、
ハンドレイアップ式であれば、容器内に樹脂と充填材を
入れ、ミキサー等で攪拌する方法が一般的であり、また
工業生産的方法には、ニーダー等の混練機で行なう方法
があるが、これらの方法に限られるものではない。かか
る場合の充填量としては、体積比で樹脂量に対して１２
０％まで混練することができ、約３０〜１００％が好ま
しい。
【００１８】本発明では、接続部位の内層部に上記の如
き充填を行なった後穴を穿設することに加え、締結用の
穴を穿設した接続部分に、同様の穴を有する薄い金属製
のキャップを、該ＦＲＰ製構造体を包むように設置すれ
ば、内層部の改良と相まって、応力緩和、亀裂割れ防止
効果が更に高まるので好ましい。この場合は、金属製キ
ャップとＦＲＰ製構造体に穿設する穴の位置を一致さ
せ、これらを貫通するように係止具を挿通して接続す
る。なお、上記金属製キャップは、その端部に、１個又
は２個以上の切欠き部を設けておくと一層効果的であ
る。この金属製キャップは、通常、厚み０．３〜２mmの
金属薄板で構成され、ＦＲＰの構造体の端部をその中に
さし込むように構成するのが好ましい。
【００１９】本発明により接続を行なう場合、接続の相
手方は特に制限されないが、ＦＲＰ製構造体同士を接続
する場合は、通常、金属製の継ぎ手を介して接続するの
が好ましい。
【００２０】
【作用】本発明においては該ＦＲＰ構造体の内層部の低
密度材料を締結穴を設ける部位及びその周辺のみを、よ
り強度を有する無機の軽量充填材で強化・軽量化された
樹脂で充填することにより、外層部の強化プラスチック
層にかかる局所的な応力（特に圧縮応力）が分散緩和
し、接続穴まわりにおける亀裂、割れの発生が防止さ
れ、しかもピン等による摺動摩擦の緩和も図られる。ど
の程度の応力緩和が必要か、摺動摩擦緩和が必要かによ
って、樹脂に含ませる無機の軽量充填材の量を加減し、
最適な強度、摩擦抵抗を有する無機軽量充填材入り樹脂
を穴周りに充填することも可能である。
【００２１】
【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の外周を繊維目付
け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、その上を炭素繊維組み紐
（ブレード）で覆ったプリフォームを金型のキャビティ
（断面内寸６０mm×４０mm）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」）とを用いてＲＴＭ成形し、内層部
（芯部）がポリウレタンフォームであり、外層部が炭素
繊維強化エポキシ樹脂であるＦＲＰ製構造体を得た。
【００２２】こうして得られたＦＲＰ構造体を本発明に
従って図１に示すような方法で接続した。図において１
は、ＦＲＰ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）５０％の炭素繊維（シートおよび
ブレード）とそれに含浸硬化したエポキシ樹脂とで構成
されている。２はポリウレタンフォーム等の低密度材料
よりなる内層部であり、本例では主としてρ（比重）が
０．３未満のポリウレタンフォームで構成され、これら
の１と２を合わせた物がＦＲＰ製構造体である。３はＦ
ＲＰ製構造体内層部に充填された無機の軽量充填材（住
友３Ｍ製「ガラスバブルスＢ―２８」）と樹脂（「エピ
クロン８５０」／「エピキュア１１３」）からなる強化
軽量化された樹脂である。ここに用いられる無機充填材
の量は体積比で樹脂１００部に対し６０部の範囲として
いる。４はＦＲＰ構造体の継ぎ手部分にかぶせる薄い金
属製のキャップであり、必要に応じて用いられる。５は
締結用のボルト、ナット、６は接続用の継ぎ手である。
【００２３】このようにして本発明を実施した場合を、
ＦＲＰ製構造体に何の処置もせずに接続した場合とを比
較すると、下の表１に示す結果が得られた。
【００２４】
【表１】
【００２５】
【発明の効果】本発明に従って、ＦＲＰ製構造体の内層
部の低密度材料を、締結穴周辺部のみ、より強度を有す
る軽量化樹脂で充填することにより、穴周りの強度、剛
性を向上させ外層にかかる応力を一部受け持つことによ
り、外層部にかかる局部的応力を分散緩和し、接続穴周
りの亀裂、割れ等の発生が防止され、しかもピン等によ
る摺動摩擦の緩和も図る効果がある。特に、本発明に加
えてＦＲＰ製構造体の接続部に適度の剛性、強度を有す
る薄い金属製キャップをかぶせ、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周りの応力の一部を
金属製キャップが分担しＦＲＰ製構造体を構成するＦＲ
Ｐ外層を許容応力以下にすることにより、ＦＲＰ外層の
破壊を防止する効果が一層顕著となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施態様を説明する接続部付近の断
面図。
【符号の説明】
１ ＦＲＰ製構造体の外層部 ２ ＦＲＰ製構造体の内層部 ３ ＦＲＰ製構造体の内層部に充填された無機充填材入
りの樹脂 ４ 金属製キャップ ５ 締結用のボルト、ナット ６ 接続用の継ぎ手

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 外層部が強度の高い繊維強化プラスチッ
    ク層よりなり内層部が強度の低い密度０．３ｇ／cm3 未
    満の低密度材料よりなる繊維強化プラスチック製構造体
    に１個又は２個以上の穴を穿設し、この穴に締結用のピ
    ン、ボルト、リベット等の係止具を挿通して他の構造体
    と接続する方法において、該繊維強化プラスチック製構
    造体における穴を穿設する部位の内層部に無機の軽量充
    填材を含む樹脂を充填した後に、穴を穿設することを特
    徴とする繊維強化プラスチック製構造体の接続方法。
  2. 【請求項２】 繊維強化プラスチック構造体が外層部で
    全体の強度の８０％以上を担うよう構成されたものであ
    る請求項１記載の接続方法。
  3. 【請求項３】 無機の軽量充填材が無機の中空粒子であ
    る請求項１又は２記載の接続方法。
  4. 【請求項４】 充填する樹脂が熱硬化性樹脂である請求
    項１，２又は３記載の接続方法。
JP3266877A 1991-09-19 1991-09-19 繊維強化プラスチツク製構造体の接続方法 Pending JPH0577322A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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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

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