JP5670468B2 - CFRP beam with plate structure - Google Patents
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Description
本発明は、プレート構造の炭素繊維強化プラスチック（以下「ＣＦＲＰ」と略される）梁に関する。さらに詳しくは、本発明は、建築材料、構造体、自動車、船舶等に使用される、構造材料を構成するプレート構造のＣＦＲＰ梁に関する。 The present invention relates to a carbon fiber reinforced plastic (hereinafter abbreviated as “CFRP”) beam having a plate structure. More specifically, the present invention relates to a plate-type CFRP beam used for building materials, structures, automobiles, ships, and the like, which constitute the structural materials.
概して、プレート構造のＣＦＲＰ梁は、公共事業、構造体および自動車、船舶等に使用される。 Generally, plate-structured CFRP beams are used in public works, structures and automobiles, ships and the like.
さらに、図１および図２に示されるように、従来のＣＦＲＰ梁としては、角パイプ形状のＣＦＲＰ梁が主に使用される。 Further, as shown in FIG. 1 and FIG. 2, as a conventional CFRP beam, a CFRP beam having a square pipe shape is mainly used.
本明細書では、上述したように、ＣＦＲＰは、炭素繊維強化プラスチックとして、炭素繊維と熱硬化性樹脂とからなるさまざまな複合物を構成する。 In this specification, as above-mentioned, CFRP comprises various composites which consist of carbon fiber and a thermosetting resin as a carbon fiber reinforced plastic.
該ＣＦＲＰは、以下の特性を有する。 The CFRP has the following characteristics.
第１に、強度重量比が大きく、軽量で強固である。炭素繊維は、繊維方向で高張力鋼と同水準の張力を有し、チタニウムよりも弾性率が高く、アルミニウムの比重の６０％で超軽量材料である。 First, the strength-weight ratio is large, light and strong. Carbon fiber has the same level of tension as high-tensile steel in the fiber direction, has a higher elastic modulus than titanium, and is an ultralight material with 60% of the specific gravity of aluminum.
第２に、収縮および膨張がほとんど発生せず、計測精度が非常に高い。ＣＦＲＰでは、繊維方向の熱膨張の計算は、ほとんど０に等しく、高温での収縮が小さい。したがって、積層加工方法によって積層された場合に、熱膨張演算が０のＣＦＲＰを得ることができる。 Secondly, there is almost no contraction and expansion, and the measurement accuracy is very high. In CFRP, the calculation of thermal expansion in the fiber direction is almost equal to 0 and the shrinkage at high temperature is small. Therefore, CFRP having a thermal expansion calculation of 0 can be obtained when stacked by the stacking method.
第３に、衝撃吸収性が良好であり、地震に対して非常に効果的である。樹脂と繊維の複合作用によって、ＣＦＲＰは、高衝撃吸収材であり、減衰率が高い。 Third, it has good shock absorption and is very effective against earthquakes. Due to the combined action of resin and fiber, CFRP is a high impact absorber and has a high attenuation rate.
したがって、該特性から、ＣＦＲＰは、構造材料として使用される。 Therefore, CFRP is used as a structural material because of the characteristics.
図１は、従来の角パイプ形状のＣＦＲＰ梁の斜視図であり、図２は、図１の一部分の拡大図である。 FIG. 1 is a perspective view of a conventional square pipe-shaped CFRP beam, and FIG. 2 is an enlarged view of a part of FIG.
図１および図２を参照すると、従来の角パイプ形状のＣＦＲＰ梁は、ＣＦＲＰプレート１１、角内部モールド１２およびモールド支持部材１３を備える。
Referring to FIGS. 1 and 2, a conventional square pipe-shaped CFRP beam includes a
ここで、そのような従来の角パイプ形状のＣＦＲＰ梁の大きさを変更する場合には、内部モールドを新たに製造しなければならず、大きさを変更することは困難であり、製造時間に長い時間を要し、および製造コストが高価になり、これらが問題となる。 Here, when the size of such a conventional square pipe-shaped CFRP beam is changed, it is necessary to newly manufacture an internal mold, and it is difficult to change the size. It takes a long time and the manufacturing costs are expensive, which are problematic.
さらに、そのような従来の角パイプ形状のＣＦＲＰ梁は、外部からの負荷条件が大きくなると、対抗手段となり得ず、問題となる。 Furthermore, such a conventional square pipe-shaped CFRP beam cannot be a countermeasure means when the external load condition becomes large, which causes a problem.
したがって、本発明は、これらの問題を解決するために製造され、その目的は、高精度であって、突出（ｐｒｏｊｅｃｔ）交差軸に１０Ｇ以上が印加されても耐える高強度である、プレート構造のＣＦＲＰ梁を提供することである。 Therefore, the present invention is manufactured to solve these problems, and its purpose is that of a plate structure having high accuracy and high strength that can withstand even when 10G or more is applied to the projecting cross axis. It is to provide a CFRP beam.
本発明によるプレート構造のＣＦＲＰ梁は、ＣＦＲＰプレート、ＣＦＲＰプレートの屈曲を防止する複数の屈曲防止部材、屈曲防止部材に備えられるアルミニウムプレート、およびアルミニウムプレートを支持する複数の支持ブロックで構成される。 A plate-type CFRP beam according to the present invention includes a CFRP plate, a plurality of anti-bending members for preventing the bending of the CFRP plate, an aluminum plate provided in the anti-bending member, and a plurality of support blocks for supporting the aluminum plate.
加えて、本発明では、屈曲防止部材は、アルミニウムプレートの上面と下面に、互いに入れ替わるように相互に配置されていることを特徴とする。 In addition, the present invention is characterized in that the bending preventing members are mutually arranged on the upper surface and the lower surface of the aluminum plate so as to be interchanged with each other.
さらに、本発明では、屈曲防止部材は、幅方向に伸び得ることを特徴とする。 Furthermore, the present invention is characterized in that the bending preventing member can extend in the width direction.
さらに、本発明では、屈曲防止部材は、短い間隔で配置され、外部からの圧力条件に対する対抗手段として機能することを特徴とする。 Furthermore, in the present invention, the anti-bending members are arranged at short intervals and function as countermeasures against pressure conditions from the outside.
上記のような、本発明によるプレート構造のＣＦＲＰ梁は、以下の効果を得ることができる。 The plate structure CFRP beam according to the present invention as described above can achieve the following effects.
第１に、ビルトアップタイプのプレート構造によって、製造時間が短縮されるため、製造コストも低減されるので有利である。 First, the built-up type plate structure is advantageous because the manufacturing time is shortened and the manufacturing cost is also reduced.
第２に、ＣＦＲＰプレートによって製造を簡単に実施できるので有利である。 Secondly, the CFRP plate is advantageous because it can be easily manufactured.
第３に、モールドの製造は簡単であり、モールドを製造する場合に普通の材料を使用することが可能であるので有利である。 Thirdly, the manufacture of the mold is simple and is advantageous because it is possible to use common materials when manufacturing the mold.
第４に、縦方向の大きさの変更から幅方向の大きさの変更も自由に実施できるので有利である。 Fourth, it is advantageous that the size in the width direction can be changed to the size in the width direction freely.
第５に、外部負荷条件に対する対抗手段は、モールドを強化することによって可能であるので有利である。 Fifth, it is advantageous because countermeasures against external load conditions are possible by strengthening the mold.
第６に、ＣＦＲＰプレートの表面処理を最小化することによって、処理コストも低減され得る。 Sixth, processing costs can also be reduced by minimizing the surface treatment of the CFRP plate.
以下、本発明によるプレート構造のＣＦＲＰ梁を、図面を参照することによってより詳細に記載する。 Hereinafter, the plate-structured CFRP beam according to the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
本発明の説明では、公に入手可能な技術または組成物に関する特定の説明は、本発明の本質を表現するためには不必要であると判断されるので、それらの詳細な説明は省略される。さらに、本明細書で参照される用語は、本発明の機能を考慮して定義される。したがって、それらは、クライアント、操作者またはユーザの目的によって異なってもよい。したがって、定義は、本発明を含む明細書全体に基づかなくてはならない。 In the description of the present invention, it is determined that a specific description regarding a publicly available technology or composition is unnecessary to express the essence of the present invention, and therefore a detailed description thereof is omitted. . Further, the terms referred to herein are defined in view of the functionality of the present invention. Therefore, they may differ depending on the purpose of the client, operator or user. Therefore, the definition must be based on the entire specification including the present invention.
すべての図面に使用される参照番号は、同一の構造要素を示す。 Reference numerals used in all drawings indicate identical structural elements.
図３は、本発明によるプレート構造のＣＦＲＰ梁の斜視図である。図４は、本発明によるプレート構造のＣＦＲＰ梁の分解斜視図である。 FIG. 3 is a perspective view of a CFRP beam having a plate structure according to the present invention. FIG. 4 is an exploded perspective view of a plate-structured CFRP beam according to the present invention.
図３と図４を参照すると、本発明によるプレート構造のＣＦＲＰ梁２０は、２つのＣＦＲＰプレート１１、ＣＦＲＰプレート１１を屈曲させない複数の屈曲防止部材２１、アルミニウムプレート２２、およびアルミニウムプレート２２を支持する複数の支持ブロック３１を備える。
Referring to FIGS. 3 and 4, a
ここで、複数の屈曲防止部材２１は、アルミニウムプレート２２の上側と下側に、互いに入れ替わるように相互に配置されているので、ＣＦＲＰプレート１１に印加される外部負荷に対して、本発明は効果的な対抗手段として機能することができる。
Here, the plurality of
本発明によるプレート構造のＣＦＲＰ梁２０の温度変化による、体積変化の測定結果を以下の表１に示す。
表１の測定で使用された条件によれば、初期温度は２２℃であり、２０℃から１００℃への温度変化による長さ方向の変化値は、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向で測定された。ハイトゲージおよびノギスを測定器として使用した。 According to the conditions used in the measurement of Table 1, the initial temperature is 22 ° C., and the change in the length direction due to the temperature change from 20 ° C. to 100 ° C. is measured in the X, Y, and Z directions. It was. A height gauge and caliper were used as measuring instruments.
表１を参照すると、測定結果が示すように、温度の差によって変化が発生し、温度が上昇するにつれてエラー量が大きくなる結果が示された。 Referring to Table 1, as shown by the measurement results, a change occurred due to the temperature difference, and the error amount increased as the temperature increased.
アルミニウムでは、１０℃毎に０．０２ｍｍ平均値が大きくなったが、ＣＦＲＰの体積変化はアルミニウムの１／３を示した。さらに、初期測定温度を設定する場合に、変化値が最初に測定された温度での測定値に対するようにした。 In aluminum, the average value of 0.02 mm was increased every 10 ° C., but the volume change of CFRP showed 1/3 of aluminum. Further, when the initial measurement temperature is set, the change value is set to the measurement value at the first measured temperature.
従来の角パイプ形状ＣＦＲＰ梁１０と比較すると、本発明によるプレート構造のＣＦＲＰ梁２０の左側および右側は、ＣＦＲＰプレート１１で形成されるので、従来の角パイプ形状ＣＦＲＰ梁１０と比較すると、製造ユニットのコスト、および製造時間が低減され得る。
Compared with the conventional square pipe-
さらに、本発明によるプレート構造のＣＦＲＰ梁２０は、従来の角パイプ形状ＣＦＲＰ梁１０と同様に延ばすことができる。内部モールドを本発明では必要としないので、従来の角パイプ形状ＣＦＲＰ梁１０ではできなかった幅方向に延ばすことができる。
Furthermore, the plate-
例えば、アルミニウムプレート２２に備えられる複数の屈曲防止部材２１の長さだけを延ばせば、プレート構造のＣＦＲＰ梁２０は所望の幅方向まで延ばすことができる。
For example, if only the length of the plurality of
さらに、アルミニウムプレート２２に備えられる複数の屈曲防止部材２１の数だけを単に増加させれば、本発明は外部からの圧力条件に対する対抗手段となり得る。
Furthermore, if only the number of the
本明細書では、ＣＦＲＰプレート１１の屈曲を防止する複数の屈曲防止部材２１、アルミニウムプレートおよび複数の支持ブロック３１として、汎用鋼材または高強度鋼材を使用することができる。
In the present specification, general-purpose steel materials or high-strength steel materials can be used as the plurality of
本発明によるプレート構造のＣＦＲＰ梁によれば、内部モールドは不必要となり、外気温および高圧力での使用に用いられるモールドの製造が単純になり、製造時間が短縮されおよび重さも軽くなり、縦方向および幅方向の大きさの変更および処理を容易に実施でき、並びに大量の積層輸送が可能である。 The CFRP beam having a plate structure according to the present invention eliminates the need for an inner mold, simplifies the manufacture of a mold used for use at an outside temperature and high pressure, reduces manufacturing time, reduces weight, Changes in size in the direction and width direction and processing can be easily performed, and a large amount of stacked transportation is possible.
このように、従来の角パイプ形状ＣＦＲＰ梁と比較して、本発明によるプレート構造のＣＦＲＰ梁は軽量であるが、強度に関しては優れている。 As described above, the CFRP beam having the plate structure according to the present invention is lighter than the conventional square pipe-shaped CFRP beam, but is superior in strength.
加えて、既存の圧力による長さの制限要因が取り除かれるので、第１０世代およびそれ以降の半導体系に適用できる。 In addition, since the length limiting factor due to the existing pressure is removed, the present invention can be applied to the tenth generation and later semiconductor systems.
さらに、プレート構造の設計によって、さまざまなシステム設計に対して、本発明は、直ちに解決手段として機能することができる。 Further, the design of the plate structure allows the present invention to immediately function as a solution for various system designs.
さらに、モールドを必要としないプレート構造によって、徐々に発達するサプライチェーン・マネジメント市場条件に対する対抗手段として機能できる。 In addition, the plate structure that does not require a mold can serve as a countermeasure to the gradually developing supply chain management market conditions.
本発明によるプレート構造のＣＦＲＰ梁は、２５００ｍｍ以上のストーク（Ｓｔｏｋｅ）が要求されるシステム、高速度および高加速度条件のシステム、小さな領域で高度の正確さが要求されるシステム、および高積載条件が要求されるシステムに適用され得る。 The plate-structured CFRP beam according to the present invention has a system that requires a stoke of 2500 mm or more, a system that requires high speed and high acceleration, a system that requires high accuracy in a small area, and a high loading condition. It can be applied to the required system.
上記の本発明を好適な実施例に基づいて説明したが、これらの実施例は、本発明を限定することを意図しておらず、説明目的のためにだけに使用された。したがって、本発明の当業者であれば、本発明の技術範囲から離れることなく、上記の実施例にさまざまな変形、修正または調節を適用することが可能である。したがって、本発明の保護範囲には、本発明の技術範囲に含まれる、変形形態、修正形態または調節形態のすべての実施例が含まれると解釈されなければならない。
〔態様１〕
ＣＦＲＰプレート（１１）と、
前記ＣＦＲＰプレート（１１）の屈曲を防止する複数の屈曲防止部材（２１）と、
アルミニウムプレート（２２）と、
前記アルミニウムプレート（２２）を支持するための複数の支持ブロック（３１）と、
を備えることを特徴とする、プレート構造のＣＦＲＰ梁。
〔態様２〕
態様１記載のプレート構造のＣＦＲＰ梁において、
互いに対向する２つの細長いＣＦＲＰプレート（１１）と、
前記屈曲防止部材（２１）と、
前記アルミニウムプレート（２２）と、
前記ＣＦＲＰプレート（１１）の間に配置され、当該ＣＦＲＰプレート（１１）間の距離を画定し、これにより前記ＣＦＲＰ梁のプレート構造（２０）の幅を画定する前記支持ブロック（３１）と、
を備えることを特徴とする、プレート構造のＣＦＲＰ梁。
〔態様３〕
態様１記載のプレート構造のＣＦＲＰ梁において、
前記アルミニウムプレート（２２）は、前記支持ブロック（３１）に固定されていることを特徴とする、プレート構造のＣＦＲＰ梁。
〔態様４〕
態様３記載のプレート構造のＣＦＲＰ梁において、
前記支持ブロック（３１）は、前記ＣＦＲＰプレート（１１）に固定されていることを特徴とする、プレート構造のＣＦＲＰ梁。
〔態様５〕
態様１記載のプレート構造のＣＦＲＰ梁において、
前記屈曲防止部材（２１）は、前記ＣＦＲＰプレート（１１）に固定されていることを特徴とする、プレート構造のＣＦＲＰ梁。
〔態様６〕
態様１記載のプレート構造のＣＦＲＰ梁において、
前記屈曲防止部材（２１）は、前記アルミニウムプレート（２２）の上側と下側に、互いに入れ替わるように相互に配置されている、プレート構造のＣＦＲＰ梁。
〔態様７〕
態様１記載のプレート構造のＣＦＲＰ梁において、
前記屈曲防止部材（２１）は、幅方向に伸びる、プレート構造のＣＦＲＰ梁。
Although the above invention has been described with reference to preferred embodiments, these examples are not intended to limit the invention and are used for illustrative purposes only. Accordingly, those skilled in the art of the present invention can apply various variations, modifications, and adjustments to the above-described embodiments without departing from the technical scope of the present invention. Therefore, the protection scope of the present invention should be construed to include all examples of variations, modifications, or adjustments that fall within the technical scope of the present invention.
[Aspect 1]
A CFRP plate (11);
A plurality of bending preventing members (21) for preventing bending of the CFRP plate (11);
An aluminum plate (22);
A plurality of support blocks (31) for supporting the aluminum plate (22);
A CFRP beam having a plate structure.
[Aspect 2]
In the CFRP beam having a plate structure according to aspect 1,
Two elongated CFRP plates (11) facing each other;
The bend preventing member (21);
The aluminum plate (22);
The support block (31) disposed between the CFRP plates (11) and defining a distance between the CFRP plates (11), thereby defining a width of the plate structure (20) of the CFRP beam;
A CFRP beam having a plate structure.
[Aspect 3]
In the CFRP beam having a plate structure according to aspect 1,
A CFRP beam having a plate structure, wherein the aluminum plate (22) is fixed to the support block (31).
[Aspect 4]
In the CFRP beam having a plate structure according to aspect 3,
A CFRP beam having a plate structure, wherein the support block (31) is fixed to the CFRP plate (11).
[Aspect 5]
In the CFRP beam having a plate structure according to aspect 1,
The plate-shaped CFRP beam, wherein the anti-bending member (21) is fixed to the CFRP plate (11).
[Aspect 6]
In the CFRP beam having a plate structure according to aspect 1,
The bending prevention member (21) is a CFRP beam having a plate structure, which is disposed on the upper side and the lower side of the aluminum plate (22) so as to be interchanged with each other.
[Aspect 7]
In the CFRP beam having a plate structure according to aspect 1,
The bending preventing member (21) is a plate-structured CFRP beam extending in the width direction.
Claims (4)
前記ＣＦＲＰプレート（１１）の間に配置され、両端が当該ＣＦＲＰプレート（１１）の対応するプレートに固定されて、当該ＣＦＲＰプレート（１１）の屈曲を防止する複数の屈曲防止部材（２１）と、
アルミニウムプレート（２２）と、
前記ＣＦＲＰプレート（１１）の間に配置され、当該ＣＦＲＰプレート（１１）間の距離を画定し、これにより当該ＣＦＲＰ梁のプレート構造の幅を画定する前記アルミニウムプレート（２２）を支持するための複数の支持ブロック（３１）と、
を備え、
前記屈曲防止部材（２１）は、前記アルミニウムプレート（２２）の上側と下側に、互いに入れ替わるように相互に配置されている、プレート構造のＣＦＲＰ梁。 Two elongated CFRP plates (11) facing each other ;
A plurality of anti-bending members (21) disposed between the CFRP plates (11) and having both ends fixed to corresponding plates of the CFRP plates (11) to prevent the CFRP plates (11) from bending;
An aluminum plate (22);
A plurality for supporting the aluminum plate (22) disposed between the CFRP plates (11) and defining a distance between the CFRP plates (11), thereby defining a width of the plate structure of the CFRP beam. A support block (31) of
Bei to give a,
The bending prevention member (21) is a CFRP beam having a plate structure, which is disposed on the upper side and the lower side of the aluminum plate (22) so as to be interchanged with each other .
前記アルミニウムプレート（２２）は、前記支持ブロック（３１）に固定されていることを特徴とする、プレート構造のＣＦＲＰ梁。 The CFRP beam having a plate structure according to claim 1,
A CFRP beam having a plate structure, wherein the aluminum plate (22) is fixed to the support block (31).
前記支持ブロック（３１）は、前記ＣＦＲＰプレート（１１）に固定されていることを特徴とする、プレート構造のＣＦＲＰ梁。 The CFRP beam having a plate structure according to claim 2 ,
A CFRP beam having a plate structure, wherein the support block (31) is fixed to the CFRP plate (11).
前記屈曲防止部材（２１）は、幅方向に伸びる、プレート構造のＣＦＲＰ梁。 The CFRP beam having a plate structure according to claim 1,
The bending preventing member (21) is a plate-structured CFRP beam extending in the width direction.
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