JP6820737B2

JP6820737B2 - Ｆｒｐ締結構造の製造方法及びｆｒｐ締結構造

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Publication number: JP6820737B2
Application number: JP2016252765A
Authority: JP
Inventors: 迪斉松本; 市弥高橋
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2016-04-26
Filing date: 2016-12-27
Publication date: 2021-01-27
Anticipated expiration: 2036-12-27
Also published as: JP2017196888A

Description

本発明は、繊維強化プラスチック（以下、ＦＲＰという。）材料から成る構造体の締結構造の製造方法に関するものである。

近年、軽量かつ高強度・高剛性である特性を活かし、幅広い分野でＦＲＰが適用されている。ＦＲＰの用途としては、従来は衛星用筐体構造やアンテナ用リフレクタ・レドーム等、特に軽量性・高剛性が求められる宇宙・通信用途で使用されてきたが、近年は航空機・自動車を中心とする大型構造物・移動体にも使用されつつある。従来は金属製だった構造体へ軽量・高強度・高剛性なＦＲＰを適用することにより、構造体を軽量化し、省エネ性・可搬性を向上することが出来る。

素材及び成形方法については、宇宙・通信用途では、プリプレグと呼ばれる繊維間へ樹脂を予備含浸させた中間材料を使用し、オートクレーブ成形法と呼ばれる、圧力釜で加熱・加圧成形する方法が多用されてきたが、材料・成形コストが嵩むという課題があり、用途の拡大とともに材料・成形コストの低減が求められている。

ここで、オートクレーブ成形法に替わるＦＲＰの低コスト成形方法として、真空含浸成形法が提案されている。真空含浸成形法は、繊維を織物状にした繊維クロスへ液状の樹脂を大気圧により含浸させる成形方法である。具体的な手順としては、成形型上に繊維クロスを積層し、その上に樹脂を面内方向に拡散するためのフローメディアと離型性を有するピールプライをピールプライ・フローメディアの順に積層し、周囲に気密を保持するシーラントを配し、注入・吸引口を設置して全体を真空フィルムで覆って密閉する。吸引口を真空ポンプに接続して真空フィルム内部を真空吸引した後、注入口を樹脂槽へ接続して大気圧により樹脂を含浸させ、樹脂を硬化させて成形体を得る。真空含浸成形法はオートクレーブなどの大がかりな設備や強固な成形型を必要としないため、低コストで成形可能な方法である。

大型構造体を製造する場合、複雑な構造を構成するには複数の部材を締結して組み立てる必要がある。従来の金属製構造体の場合は、溶接又はボルト・ナット等の機械式締結が多用されてきた。ＦＲＰ製構造体の場合について考えると、金属のように溶接はできないため、機械式締結か接着剤を用いた接着式締結が考えられる。また、ＦＲＰの樹脂が熱可塑性樹脂で構成されている場合は、樹脂の溶着による締結も考えられる。これらの締結方式の内、接着又は溶着は、大面積を締結孔等の欠陥なく、荷重を分散して締結できる利点があるが、機械式締結に比べて工程管理が複雑であり、組立現場での作業性に劣るという欠点がある。

前述の欠点に鑑み、ＦＲＰの締結方法としては現状では機械式締結が多用されている。機械式締結法では、締結孔へボルト等の締結用部品を挿入し、締結用部品と被締結体間の摩擦力によって締結構造が保持される。摩擦力は締結用部品の軸力により発現するが、軸力が低下すると摩擦力も低下し、締結構造が破壊されるおそれがある。

ＦＲＰは、繊維の積層体を樹脂で一体化した材料であるため、厚み方向には樹脂が配向しておらず、締結部においては樹脂のみで軸力を受け持つこととなる。ＦＲＰに長期的に軸力が作用し続けると、樹脂のクリープにより軸力が低下し、締結構造の破壊に至るおそれがある。ＦＲＰ締結構造への機械式締結適用にあたっては、前述の破壊を防止する締結構造が必要となる。

樹脂のクリープによる締結構造の破壊を防止する締結構造としては、ＦＲＰ製部材へ空けた締結孔へ、両面からフランジ付のカラーを挿入する、という方法がある（例えば、特許文献１参照）。この方法であれば、カラーで軸力を保持することによりＦＲＰ製部材には軸力がほとんど作用せず、厚み方向のクリープを防止することが出来る。ＦＲＰ製部材は、金属製部材に比べて厚みにばらつきが生じやすいが、この特許文献１では、カラーへネジ溝を刻んでおくことでＦＲＰ製部材の厚みばらつきを吸収することが出来る。

特開２００６-３２９３３６号公報特開２０１４-１４１０４８号公報

特許文献１に記載の締結方法の１つでは、ネジ溝を有するフランジ付カラーを、カラー同士を螺合するように締結孔の両面から挿入している。ネジの噛み合わせ長さを調節してフランジ間の距離をＦＲＰ製部材に合わせて固定しておき、カラー内へボルトを挿入して相手方の部材と締結する。ネジ部の調節によりＦＲＰ製部材の厚みばらつきに関わらず隙間やがたつき無しにカラーを固定することが出来、カラーでボルトの軸力を保持することによりＦＲＰ製部材の厚み方向クリープを防止することが出来る。

しかしながら、特許文献１では、カラーにネジ溝を形成するには、カラー自体の強度を確保するため、カラーの厚みを少なくともネジ溝の深さ分は厚く作る必要がある。カラーの厚みが厚くなると、その分ＦＲＰ製部材へ形成する孔の大きさも大きくなり、孔壁面からＦＲＰ製部材の端部までの余肉部の長さは短くなる。余肉部の長さが短くなると、ＦＲＰ製部材へ面内方向の荷重が作用し、締結用部品を介して孔壁面へ面圧荷重が作用した場合、余肉部の破断により締結構造が破壊するおそれがあり、ＦＲＰ製部材自体の強度低下となる。余肉部の破断を防止するには、ＦＲＰ製部材の厚みを増やす必要があり、部材自体の重量増につながる。

ネジ溝等の調節機構を必要とせず、かつＦＲＰ製部材の厚みばらつきに関わらずカラー等のインサート部品をがたつき無く固定するには、予めインサート部品をＦＲＰ製部材の成形時に埋め込む、という方法がある（例えば、特許文献２参照）。

特許文献２に記載の繊維強化複合材の１つでは、フランジ部を有する締結部材が成形時に埋め込まれ、一体化されている。締結部材が予め埋め込まれているため、調節機構は不要であり、締結部材でボルトの軸力を保持することによりＦＲＰ製部材の厚み方向クリープを防止することが出来る。

しかしながら、特許文献２に記載の繊維強化複合材において、締結部材を介して繊維強化複合材にボルト軸力方向の引抜荷重が作用した場合、締結部材のフランジ部を起点として繊維強化複合材の層間剥離が生じるおそれがあり、ＦＲＰ製部材自体の強度低下となる。

このように、従来技術ではインサート部品の挿入によりＦＲＰ製部材自体の強度が低下する、という課題がある。

本発明は、上記のような課題に鑑みて成されたものであり、オートクレーブ成形法に比べて低コストで、真空含浸成形法により成形されるＦＲＰ締結構造の製造方法及びＦＲＰ締結構造において、樹脂のクリープによる締結構造の破壊を防止し、インサート部品の挿入によるＦＲＰ製部材自体の強度低下を防止するＦＲＰ締結構造の製造方法及びＦＲＰ締結構造を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明に係るＦＲＰ締結構造の製造方法は、成形型の位置決め溝に外側フランジ付カラーを嵌め込む第１工程と、前記成形型上で前記外側フランジ付カラーの外側にＦＲＰ成形体を構成する繊維織物を積層する第２工程と、前記外側フランジ付カラーの内側に内側フランジ付カラーを挿入して前記繊維織物の締結孔に埋め込む第３工程と、前記繊維織物上で前記内側フランジ付カラーを除いた部分に樹脂含浸補助材を積層して真空圧により吸引する第４工程と、前記樹脂含浸補助材の下で、液状樹脂を前記繊維織物と前記外側フランジ付カラーと前記内側フランジ付カラーとの間に含浸させる第５工程と、前記液状樹脂の硬化後に前記第５工程で得られた成形体を前記成形型から脱型するとともに前記樹脂含浸補助材を引き剥がすことにより前記ＦＲＰ成形体を得る第６工程とを備えている。

また、上記の目的を達成するため、本発明に係るＦＲＰ締結構造は、外側フランジ付カラーと、前記外側フランジ付カラーの内側に挿入され、ＦＲＰ成形体の締結孔に埋め込まれる内側フランジ付カラーと、前記外側フランジ付カラーの外側に形成され、前記ＦＲＰ成形体を構成する繊維織物の積層体とを備え、前記繊維織物の積層体と前記外側フランジ付カラーと前記内側フランジ付カラーとの間に単一の液状樹脂硬化物が形成されている。

本発明によれば、外側フランジ付カラーの内側に内側フランジ付カラーが挿入されてＦＲＰ成形体を構成する繊維織物の締結孔に埋め込むとともに、繊維織物の積層体は外側フランジ付カラーの外側に積層されており、この繊維織物と外側フランジ付カラーと内側フランジ付カラーとの間に液状樹脂が形成されてＦＲＰ成形体を構成している。

このようにして、外側フランジ付カラーと内側フランジ付カラーを組み合わせた状態でＦＲＰ成形体へ埋め込んで成形することにより、樹脂のクリープによる締結構造の破壊を防止し、インサート部品の挿入によるＦＲＰ自体の強度低下を防止するＦＲＰ締結構造の製造方法及びＦＲＰ締結構造を提供することができる。

本発明に係るＦＲＰ締結構造の製造方法及びＦＲＰ締結構造の実施の形態１におけるＦＲＰ締結構造を示す断面図である。図１に示したＦＲＰ構造におけるフランジ付カラーを抜き出した断面図であり、（Ａ）は外側フランジ付カラーの断面図、（Ｂ）は内側フランジ付カラーの断面図を示す。本発明の実施の形態１におけるＦＲＰ製部材を相手部材にボルト・ナット・ワッシャーで締結した状態を示す断面図である。本発明の実施の形態１におけるカラー配置工程において、成形型へ外側フランジ付カラーを配置した状態を示す断面図である。図４に示した状態において、成形型へ繊維織物を積層した状態を示す断面図である。図５に示した状態において、外側フランジ付カラーに内側フランジ付カラーを挿入した状態を示す断面図である。図６に示した状態において、繊維織物上にピールプライ及びフローメディアを積層した状態を示す断面図である。図７に示した状態において、全体を真空フィルムで覆い、真空吸引した状態を示す断面図である。図８に示した状態において、真空含浸成形により樹脂を充填し、樹脂の硬化が完了した状態を示す断面図である。図９に示した状態において、ＦＲＰ成形体を脱型した状態を示す断面図である。図１０に示した状態において、ＦＲＰ成形体の端部をトリミングしたＦＲＰ製部材を示す断面図である。本発明に係るＦＲＰ締結構造の製造方法及びＦＲＰ締結構造の実施の形態２におけるＦＲＰ締結構造を示す断面図である。図１２に示す本発明の実施の形態２における成形型を示す概略断面図である。図１２に示した状態において、全体を真空フィルムで覆い、真空吸引した状態を示す断面図である。本発明に係るＦＲＰ締結構造の製造方法及びＦＲＰ締結構造の実施の形態３におけるカラー挿入工程において、外側フランジ付カラーへ内側フランジ付カラー及び穴埋めピンを挿入した状態を示す断面図である。図１５に示した状態において、全体を真空フィルムで覆い、真空吸引した状態を示す断面図である。本発明の実施の形態１によるＦＲＰ締結構造の製造工程を表すフローチャートである。本発明の実施の形態１における実施例１でのＦＲＰ製部材を示す斜視図である。本発明の比較例１におけるＦＲＰ製部材の製造工程を表すフローチャートである。図１９に示す比較例１によるＦＲＰ締結構造を示す断面図である。

以下、本発明による締結構造の製造方法を、好適な実施の形態に従って図面を用いて説明する。なお、図面の説明においては、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

実施の形態１．
まず、本実施の形態１におけるＦＲＰ締結構造１について、図１〜図３を参照しながら説明する。
図１に示すように、ＦＲＰ締結構造１は、ＦＲＰ製部材２の一部であり、ＦＲＰ成形体３、外側フランジ付カラー４、及び内側フランジ付カラー５で構成される。ＦＲＰ製部材２は、ＦＲＰ成形体３として形成されたＦＲＰを主材料とし、ＦＲＰ締結構造１を介して他の部材と締結され、特定の製品構造を構成する部材である。外側フランジ付カラー４及び内側フランジ付カラー５は、ＦＲＰ成形体３の締結孔３０に埋め込まれている。ＦＲＰ成形体３と外側フランジ付カラー４は、ＦＲＰ成形体３の成形型面３ａ―外側フランジ付カラー４のフランジ部４−１（図２（Ａ）参照。）の上面４ｂ、及びＦＲＰ成形体３の締結孔３０の孔壁面―外側フランジ付カラー４のカラー部４−２の外面４ｃが接着されている。

ＦＲＰ成形体３と内側フランジ付カラー５は、ＦＲＰ成形体３の大気側面３ｂ―内側フランジ付カラー５のフランジ部５−１（図２（Ｂ）参照。）の下面５ｂが接着されている。外側フランジ付カラー４と内側フランジ付カラー５は、外側フランジ付カラー４のカラー部４−２（図２（Ａ）参照。）の端面４ｄ―内側フランジ付カラー５のフランジ部５−１の下面５ｂ、及び外側フランジ付カラー４のカラー部４−２の内面４ｅ―内側フランジ付カラー５のカラー部５−２の外面５ｃが後述する接着剤（図示せず。）を介して接着されている。

ＦＲＰ成形体３、外側フランジ付カラー４、及び内側フランジ付カラー５は、前述の各面が接した状態で後述の手順により一体的に成形されており、ＦＲＰ成形体３に厚み方向の残留応力は生じない。

内側フランジ付カラー５のカラー部５−２の端面５ｄは、外側フランジ付カラー４のフランジ部４−１の下面４ａより図１の下方にあってはならない。すなわち、図２（Ｂ）に示す内側フランジ付カラー５の高さｈは、同図（Ａ）に示す外側フランジ付カラー４の高さＨと内側フランジ付カラー５のフランジ部５−１の厚さｔとの和より大きくてはならない。言い換えると、内側フランジ付カラー５のカラー部５−２の端面５ｄが外側フランジ付カラーフランジ部４の下面４ａより図１において下方にあると、後述するワッシャー９と内側フランジ付カラー５とが干渉するため、内側フランジ付カラー５のカラー部５−２の端面５ｄは外側フランジ付カラー４のフランジ部４−１の下面４ａより図１において上方になければならない。

外側フランジ付カラー４のカラー部４−２の厚さは、ＦＲＰ締結構造１に作用する締結荷重の大きさによって決定される。内側フランジ付カラー５のカラー部５−２の厚さは、内側フランジ付カラー５と外側フランジ付カラー４の位置ずれの防止に必要な最低限の厚さがあれば良い。内側フランジ付カラー５のカラー部５−２の内径は、ＦＲＰ締結構造１に挿入されるボルト７（図３参照）等の締結部品の径によって決定される。

外側フランジ付カラー４及び内側フランジ付カラー５の材質は、ボルト７の軸力を支え得る材質であれば良く、特に限定されない。ただし、ボルト７、ナット８、及びワッシャー９との摩擦力で締結する観点から、ボルト７、ナット８、及びワッシャー９と同種の金属であって、耐摩耗性向上のため表面硬化処理が施されていることが望ましい。また、使用環境にもよるが、ＦＲＰ成形体３の強化繊維が炭素繊維だった場合、電蝕の観点から、アルミニウム合金は避けた方が良い場合がある。

ＦＲＰ成形体３の締結孔３０は円形であり、図１に示すようにＦＲＰ成形体３の締結孔３０の径はｄである。このＦＲＰ成形体３は、その端面３ｄから距離ｂだけ離れるように設けられている。ｄとｂの関係は、ｂの大きさが少なくともｄの０．５倍以上であることが好ましく、１．２５倍以上であればさらに好適である。ｄに対してｂの大きさが小さ過ぎると、図１の紙面の垂直方向に荷重が作用した場合、ＦＲＰ成形体３の端面からＦＲＰ成形体３の締結孔３０の壁面までの余肉部でＦＲＰ成形体３が破断するおそれがある。

また、図１には示されていないが、１つのＦＲＰ製部材２に対してＦＲＰ締結構造１は複数個設けても良い。このとき、ＦＲＰ締結構造１間の距離、すなわちＦＲＰ成形体３の締結孔３０の中心間距離は、ＦＲＰ成形体３の締結孔３０の径ｄに対して少なくとも２倍以上であることが好ましく、３．５倍以上であればさらに好適である。

図３に示すように、ＦＲＰ製部材２は、相手部材６と、ボルト７、ナット８、及びワッシャー９を介して締結される。ボルト７のネジ部が相手部材６とＦＲＰ締結構造１を貫通し、ナット８のネジ部と螺合されて軸力が発生する。この軸力により相手部材６とＦＲＰ締結構造１との間に摩擦力が生じ、一体に締結される。軸力は、図３では、内側フランジ付カラー５のフランジ部５−１及び外側フランジ付カラー４のカラー部４−２で負担される。ＦＲＰ成形体３には軸力がほとんど作用しないため、ＦＲＰ成形体３にクリープは生じず、軸力の低下を防止することが出来る。

相手部材６がＦＲＰ締結構造１の内側フランジ付カラー５のフランジ部５−１に接するように締結され、ボルト７の頭部が相手部材６側に、ナット８がＦＲＰ製部材２側にあるが、各位置関係は逆転しても良い。また、図３ではＦＲＰ製部材２と相手部材６の両側にワッシャー９を使用しているが、ＦＲＰ製部材２側のワッシャー９は外側フランジ付カラー４又は内側フランジ付カラー５で代用可能であるため、必ずしも使用しなくても良い。

次に、ＦＲＰ締結構造１の製造方法について、図４〜図１１を参照して説明する。
図４に示すように、成形型１０は位置決め溝１１を有する。成形型１０は、成形前に脱脂及び離型処理が施されている。カラー配置工程では、位置決め溝１１内に外側フランジ付カラー４のフランジ部４−１を配置する。位置決め溝１１で外側フランジ付カラー４の位置決めをすることにより、後の工程における外側フランジ付カラー４の位置ずれの防止が可能となる。

成形型１０の位置決め溝１１へ外側フランジ付カラー４を配置した後、図５に示すように繊維織物１２を成形型１０上へ積層する。外側フランジ付カラー４は、繊維織物１２を予め切り抜いた孔、すなわちＦＲＰ成形体３の締結孔３０又は繊維織物１２の目に挿入する。繊維織物１２の目に挿入すれば、繊維を破断させることがなく、ＦＲＰ成形体３の強度低下を防止することが出来る。ただし、外側フランジ付カラー４のカラー部４−２の外径が大きい場合は、繊維織物１２を予め切り抜いておいた方が容易に積層可能である。

繊維織物１２の繊維種類としては、炭素繊維、ガラス繊維、その他有機繊維等が挙げられ、特に限定されない。繊維織物１２の織り組織としては、平織、朱子織、綾織、ノンクリンプファブリック等が挙げられ、特に限定されない。

図５では、繊維織物１２の積層体枚数を１２枚としているが、繊維の積層枚数も特に限定されない。ただし、繊維織物１２は後の工程において大気加圧により成形型１０へ押さえ付けられ、所定の成形厚みとなる。外側フランジ付カラー４のカラー部４−２の高さＨは、この成形厚みとほぼ同じ値であることが望ましく、従って繊維織物１２の積層完了時点では、図５に示すように最表層の繊維織物１２は外側フランジ付カラー４のカラー部４−２の端面４ｄよりも上方にある。

成形型１０上へ繊維織物１２を積層した後、図６に示すように内側フランジ付カラー５を外側フランジ付カラー４へ挿入する。前述のように繊維織物１２の積層完了時点では最表層の繊維織物１２は外側フランジ付カラー４のカラー部４−２の端面４ｄよりも上方にあるため、外側フランジ付カラー４のカラー部４−２の端面４ｄと内側フランジ付カラー５のフランジ部５−１の下面５ｂは離れている。

内側フランジ付カラー５を外側フランジ付カラー４へ挿入した後、図７に示すように繊維織物１２上にピールプライ１３及びフローメディア１４を積層する。ピールプライ１３は、樹脂含浸・硬化後にＦＲＰ成形体３からフローメディア１４を引き剥がすための副資材である。フローメディア１４は繊維織物１２への樹脂含浸を補助するための副資材である。ピールプライ１３及びフローメディア１４は、予め内側フランジ付カラー５と接する部分を切り抜いておく。これにより、内側フランジ付カラー５の内部への樹脂充填を防止する。

ピールプライ１３及びフローメディア１４を積層した後、図８に示すように全体を真空フィルム１５で覆い、真空吸引する。なお、ピールプライ１３及びフローメディア１４並びに後述する真空フィルム１５は、樹脂含浸補助材を構成する。このとき、大気圧により繊維織物１２は成形型１０に押さえ付けられ、内側フランジ付カラー５は外側フランジ付カラー４へ押し込まれる。このとき、外側フランジ付カラー４のカラー部４−２の端面４ｄと内側フランジ付カラー５のフランジ部５−１の下面５ｂとが接し、ＦＲＰ締結構造１の厚みが決まる。

次に、液状樹脂を真空圧により繊維織物１２内へ含浸する。前述の真空フィルム１５で覆う工程において、樹脂の注入口及び吸引口を設けておき、注入口は樹脂槽へ、吸引口は真空ポンプへ接続する。液状樹脂が繊維織物１２全体に含浸した後、樹脂注入及び真空吸引を停止し、常温又は加熱により樹脂を硬化させる。樹脂注入工程において、液状樹脂は、繊維織物１２と外側フランジ付カラー４と内側フランジ付カラー５との間に含浸し、硬化により３者を接着固定することで、図９に示すように一体に成形される。

液状樹脂の種類は、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、シアネートエステル樹脂、ポリエステル樹脂等が考えられ、常温において低粘度であれば特に限定されない。常温における粘度は、好ましくは５００ｍＰａ・ｓ以下である。

なお、外側フランジ付カラー４及び内側フランジ付カラー５の各カラー部の表面、すなわち、カラー部外面４ｃ、カラー部端面４ｄ、及びカラー部内面４ｅ、並びにカラー部外面５ｃ、カラー部端面５ｄ、及びカラー部内面５ｅに予め研磨処理を施しておけば、ＦＲＰ成形体３及びフランジ付カラー４、５と一体成形された際に接着強度を向上させることができる。

また、内側フランジ付カラー５を挿入する前に、外側フランジ付カラー４のカラー部内面４ｅ及びカラー部端面４ｄ、並びに内側フランジ付カラー５のカラー部外面５ｃ及びフランジ部下面５ｂに液状樹脂を塗布しておけば、カラー間の樹脂未含浸部発生を防止し、確実に接着させることができる。

樹脂の硬化を確認した後、図１０に示すようにＦＲＰ成形体３を成形型１０から脱型し、ピールプライ１３及びフローメディア１４を引き剥がす。脱型直後のＦＲＰ成形体３には端部のバリ等があるため、図１１に示すように所定の寸法に後加工することによりＦＲＰ締結構造１を含むＦＲＰ製部材２が得られる。

以上の工程によりＦＲＰ成形体３と外側フランジ付カラー４と内側フランジ付カラー５とで構成されたＦＲＰ締結構造１を製造することが出来る。上記の真空吸引工程においては、内側フランジ付カラー５が外側フランジ付カラー４へ押し込まれることにより、外側フランジ付カラー４のカラー部４−２の端面４ｄと内側フランジ付カラー５のフランジ部５−１の下面５ｂが接し、ＦＲＰ締結構造１の厚みが決まる。

すなわち、真空含浸成形による成形によるばらつきの影響無しに、外側フランジ付カラー４及び内側フランジ付カラー５の寸法でＦＲＰ締結構造１の厚みが決定されるため、厚みばらつきの調整機構が不要となる。従って、不要となる厚みばらつきの調整機構の分、カラー部４−２及び５−２の厚みを薄くすることが出来るため、ＦＲＰ成形体３の締結孔３０の径を低減することが可能となり、ＦＲＰ成形体３の強度低下を防止することが出来る。

なお、カラー部４−２及び５−２の薄さは、適用する部材の条件(寸法や作用する荷重、耐久年数)によって変わり得るので、目安としては、外側フランジ付カラー４の内径と同じ径のボルト・ナットのネジ溝深さ程度である。

実施の形態２．
本実施の形態２における締結構造の製造方法は、上記の実施の形態１における締結構造の製造方法と比較すると、外側フランジ付カラー４、内側フランジ付カラー５、及び成形型１０のカラー位置決め溝１１の形状が異なっており、フランジ部４−１及び５−１及び位置決め溝１１の外周部がテーパー状になっている。ただし、外側フランジ付カラー４、内側フランジ付カラー５、及び成形型１０のカラー位置決め溝１１の形状以外は同様であり、同様な部分には同じ符号を付記し、説明は省略する。

図１２に示す本実施の形態２におけるＦＲＰ締結構造１の断面図において、図示のように、外側フランジ付カラー４及び内側フランジ付カラー５のフランジ部４−１及び５−１の外周部はテーパー状になっている。フランジ部の外周部をテーパー状とすることにより、カラー４，５の重量を低減できるとともに、フランジ外周部とＦＲＰが接する箇所において、外力が作用した場合の応力集中を低減し、ＦＲＰ締結構造１の強度を向上させることが出来る。

図１３に、本実施の形態２における成形型１０の断面図を示す。図１３に示すように、成形型１０の位置決め溝１１は、外側フランジ付カラー４のフランジ部４−１の形状と嵌め合い形状になっており、外周部がテーパー状となっている。外側フランジ付カラー４のフランジ部４−１の形状と成形型１０の位置決め溝１１の形状を嵌め合い形状とすることにより、成形時におけるカラー４，５の位置ずれを防止することが出来る。

成形型１０へ外側フランジ付カラー４を配置した後、上記の実施の形態１と同様の手順で、繊維織物１２を積層し、内側フランジ付カラー５を挿入し、ピールプライ１３及びフローメディア１４を積層し、そして全体を真空フィルム１５で覆って真空吸引する。

図１４に、本実施の形態２における真空含浸成形工程において、全体を真空フィルム１５で覆い、真空吸引した状態の断面図を示す。図示のように、内側フランジ付カラー５のフランジ部５−１の外周部がテーパー状となっていることにより、真空フィルム１５を容易に皺や突っ張りなくフランジ部５−１上面へ密着させることが出来る。全体を真空フィルム１５で覆って真空吸引した後、上記の実施の形態１と同様の手順で真空含浸成形することにより、ＦＲＰ締結構造１を得ることが出来る。

実施の形態３．
本実施の形態３における締結構造の製造方法は、上記の実施の形態１及び２における締結構造の製造方法と比較すると、外側フランジ付カラー４へ内側フランジ付カラー５を挿入する工程と同時に穴埋めピン１６を挿入している点が異なっている。加えて、副資材積層工程においてピールプライ１３及びフローメディア１４が、図１６に示すように、フランジ付カラー・穴埋めピン１６上部にも積層される点が異なっている。ただし、この穴埋めピン１６の存在及び副資材の積層範囲以外は同様であり、同様な部分には同じ符号を付記し、説明は省略する。

本実施の形態３における締結構造の製造方法は、上記の実施の形態１及び２と同様の手順でカラーを成形型１０へ配置し、繊維織物１２を積層する。図１５及び図１６に示すように、穴埋めピン１６を内側フランジ付カラー５のさらに内側に挿入することにより、内側フランジ付カラー５内部の樹脂充填を防止することが出来る。穴埋めピン１６は、ＦＲＰ成形体３の脱型後に取り外せるよう、予め全体に離型処理が施されている。

図１６において、ピールプライ１３及びフローメディア１４を積層した後、全体を真空フィルム１５で覆い、真空吸引した状態の断面図を示す。図示のように、ピールプライ１３及びフローメディア１４は、内側フランジ付カラー５及び穴埋めピン１６上部まで積層されている。

上記の実施の形態１における同工程では、内側フランジ付カラー５内部の樹脂充填を防止するため、カラー挿入位置のピールプライ１３及びフローメディア１４を繰り抜いておく必要があったが、穴埋めピン１６を挿入することにより、カラー４，５の挿入位置を繰り抜いておかなくても内側フランジ付カラー５の内部の樹脂充填を防止することが出来る。

これにより、成形工程をより簡略化することが出来、生産性を向上させることが出来る。また、穴埋めピン１６の高さを外側フランジ付カラー４のカラー部４−２の高さと内側フランジ付カラー５のフランジ部５−１の厚みとの和と同じ値にすれば、内側フランジ付カラー５のフランジ部５−１の上面と穴埋めピン１６の上端面とが同一平面となり、ピールプライ１３と穴埋めピン１６の上端面に隙間が無くなるため、ピールプライ１３、フローメディア１４、及び真空フィルム１５を皺や突っ張り無しに容易に積層することが出来る。

全体を真空フィルム１５で覆って真空吸引した後、上記の実施の形態１及び２と同様の手順で真空含浸成形することにより、ＦＲＰ締結構造１を得ることが出来る。なお、図１５及び図１６では、外側フランジ付カラー４、内側フランジ付カラー５、及び成形型１０のカラー位置決め溝１１の形状が上記の実施の形態２と同様の形状であったが、上記の実施の形態１と同様の形状であっても、同様の効果を得ることが出来る。

＜実施例＞
実施例１．
以下、上記の実施の形態１におけるＦＲＰ製部材２の製造方法の実施例１として、図１７に示すフローチャート、及び図１８に示すＦＲＰ製部材２の斜視図を参照して説明する。

まず、図１８に示すＦＲＰ製部材２は、Ｕ字型の一定断面を有する部材であり、両端のＵ字型底部に３か所ずつ計６か所のＦＲＰ締結構造１を有する。寸法は、例えば、幅２００ｍｍ、高さ１００ｍｍ、長さ１０００ｍｍ、及び厚さは全体に渡って７ｍｍである。

また、ＦＲＰ締結構造１の形状は、図２に示す外側フランジ付カラー４及び内側フランジ付カラー５と同じであり、それぞれの寸法は、例えば、Ｈ=ｈ=１０ｍｍ、及びＴ＝ｔ=３ｍｍである。

さらに、図５等に示す繊維織物１２として、幅５００ｍｍ及び長さ１１００ｍｍに切り出した炭素繊維クロス材(例えば、東レ製、Ｔ７００炭素繊維平織りクロス材)を３５枚積層した。この繊維織物１２には、後に締結孔３０となるφ１８ｍｍの穴を６か所切り抜いた。
次に、図４に示すように、離型処理を施したＵ字型の成形型１０の所定の位置へ設けられた位置決め溝１１へ６個の外側フランジ付カラー４を配置する(図１７の第１工程）。

次に、図５に示すように、予め切り抜いた穴に外側フランジ付カラー４が挿入されるよう、成形型１０上に繊維織物１２を積層する(同第２工程）。このとき、繊維織物１２の端部を仮止めテープで成形型１０へ固定する。
そして、図６に示すように、全ての繊維織物１２を積層した後、外側フランジ付カラー４へ内側フランジ付カラー５を挿入する(同第３工程）。

次に、図７に示すように、予め６か所穴を切り抜いたピールプライ１３及びフローメディア１４を繊維織物１２上に積層する(同第４工程）。ピールプライ１３及びフローメディア１４も繊維織物１２と同様に端部を仮止めテープで成形型１０へ固定する。

次に、図８に示すように、繊維織物１２端部の長手方向に沿って注入口及び吸引口を向かい合うように線状に設置し、全体を真空フィルム１５で覆う。さらに、注入口を閉じた状態で吸引口を真空ポンプへ接続し、真空吸引する(同第４工程）。
この結果、大気圧により繊維織物１２は成形型１０に押さえ付けられ、内側フランジ付カラー５は外側フランジ付カラー４へ押し込まれる。

次に、図９に示すように、注入口を樹脂層へ接続し、注入口を開放して液状樹脂（例えば、日本ユピカ製、エポキシアクリレート樹脂ネオポール８１９７（１００重量部）、過酸化物３２８Ｅ（１重量部）、オクチル酸コバルト（０.２重量部）の混合樹脂）を真空圧により繊維織物１２内へ含浸させる(同第５工程）。
液状樹脂は、注入口から吸引口へ向かって幅方向へ含浸する。液状樹脂が繊維織物１２全体に含浸した後、樹脂注入及び真空吸引を停止し、常温で樹脂を硬化させる。

樹脂の硬化を確認した後、図１０に示すように、ＦＲＰ成形体３を成形型１０から脱型し、ピールプライ１３及びフローメディア１４を引き剥がす(同第６工程）。
そして、図１１に示すように、ＦＲＰ成形体３端部のバリ等を加工により除去し、６か所のＦＲＰ締結構造１を含むＵ字型のＦＲＰ製部材２を得る。

＜比較例＞
比較例１．
以下、上記の実施例１に対する比較例として、図１９に示すＦＲＰ製部材の製造工程を示すフローチャート、及び図２０に示すＦＲＰ製部材２を参照して説明する。
なお、本比較例１は、実施例１と比較して、ＦＲＰ締結構造及びその製造方法が異なっている。ただし、ＦＲＰ締結構造及びその製造方法以外は同様であり、同様な部分には同じ符号を付記し、説明は省略する。また、符号は、上記の実施例１と同様に実施の形態１のものを使用する。

本比較例１におけるＦＲＰ製部材２の形状及び寸法は、図１８に示す実施例１におけるＦＲＰ製部材２と同様である。実施例１と同様に、両端のＵ字型底部に３か所ずつ計６か所のＦＲＰ締結構造１を有する。

先ず実施例１と同じ形状・寸法のフランジ付カラー４，５をそれぞれ６個ずつ準備する。
次に、繊維織物１２として、幅５００ｍｍ、長さ１１００ｍｍに切り出した炭素繊維クロス材(例えば、東レ製、Ｔ７００炭素繊維平織りクロス材)を３５枚準備する。ただし、本比較例１では繊維織物１２には穴を切り抜かなかった。

次に、離型処理を施したＵ字型の成形型１０上へ繊維織物１２を積層する(図１９の第１工程）。
ただし、本比較例１における成形型１０には位置決め溝１１は設けられていない。成形型１０上に繊維織物１２を積層した後、繊維織物１２の端部を仮止めテープで成形型１０へ固定する。

次に、ピールプライ１３及びフローメディア１４を繊維織物１２上に積層する(同第２工程）。ただし、本比較例１におけるピールプライ１３及びフローメディア１４には、穴が切り抜かれていない。ピールプライ１３及びフローメディア１４も繊維織物１２と同様に端部を仮止めテープで成形型１０へ固定する。

次に、繊維織物１２端部の長手方向に沿って、注入口及び吸引口を向かい合うように線状に設置し、全体を真空フィルム１５で覆う。さらに、注入口を閉じた状態で吸引口を真空ポンプへ接続し、真空吸引する(同第２工程）。
これにより、大気圧により繊維織物１２は成形型１０に押さえ付けられる。

次に、注入口を樹脂層へ接続し、注入口を開放して液状樹脂（日本ユピカ製、エポキシアクリレート樹脂ネオポール８１９７（１００重量部）、過酸化物３２８Ｅ（１重量部）、オクチル酸コバルト（０.２重量部）の混合樹脂）を真空圧により繊維織物１２内へ含浸させる(同第３工程）。
液状樹脂は、注入口から吸引口へ向かって幅方向へ含浸する。液状樹脂が繊維織物１２全体に含浸した後、樹脂注入及び真空吸引を停止し、常温で樹脂を硬化させる。

樹脂の硬化を確認した後、ＦＲＰ成形体３を成形型１０から脱型し、ピールプライ１３及びフローメディア１４を引き剥がす(同第４工程）。
ＦＲＰ成形体３端部のバリ等を加工により除去し、所定の位置に６か所のカラー埋め込み用の穴を加工する(同第５工程）。

次に、図２０に示すように、外側フランジ付カラー４、内側フランジ付カラー５、及び加工した穴の壁面へ接着剤１７（ナガセケムテックス製二液エポキシ接着剤ＡＶ１３８／ＨＶ９９８）を塗布し、穴の一方から外側フランジ付カラー４を、他方から内側フランジ付カラー５を互いに組み合わせるように挿入し、接着する(同第６工程）。そして、常温で接着剤を硬化させ、６か所のＦＲＰ締結構造１を含むＵ字型のＦＲＰ製部材２を得る。

すなわち、本比較例１では、図２０に示すように、ＦＲＰ成形体３を成形した後に締結孔３０となる穴加工を施し、その穴にフランジ付カラー４，５を挿入して接着剤１７により接着するため、フランジ外周部とＦＲＰ成形体３との間に接着剤１７による段差が生じる。
上記の実施例１におけるＦＲＰ締結構造１では、ＦＲＰ成形体３の成形とフランジ付カラーの接着を同時に行うため、接着剤は不要であり段差は生じない。

本比較例１による製造方法では、ＦＲＰ成形体３の成形厚みがばらついた場合、外側フランジ付カラー４と内側フランジ付カラー５との間、又はフランジ付カラー４，５とＦＲＰ成形体３との間に過大な接着層１７が形成され、フランジ付カラー４，５で軸力を保持する効果が得られない場合がある。

１ＦＲＰ締結構造、２ＦＲＰ製部材、３ＦＲＰ成形体、３ａＦＲＰ成形体成形型面、３ｂＦＲＰ成形体の大気側面、３ｃＦＲＰ成形体内面、４外側フランジ付カラー、４−１外側フランジ付カラーのフランジ部、４−２外側フランジ付カラーのカラー部、４ａ外側フランジ付カラーのフランジ部下面、４ｂ外側フランジ付カラーのフランジ部上面、４ｃ外側フランジ付カラーのカラー部外面、４ｄ外側フランジ付カラーのカラー部端面、４ｅ外側フランジ付カラー４のカラー部内面、５内側フランジ付カラー、５−１内側フランジ付カラーのフランジ部、５−２内側フランジ付カラーのカラー部、５ａ内側フランジ付カラーのフランジ部上面、５ｂ内側フランジ付カラーのフランジ部下面、５ｃ内側フランジ付カラーのカラー部外面、５ｄ内側フランジ付カラーのカラー部端面、５ｅ内側フランジ付カラー５のカラー部内面、６相手部材、７ボルト、８ナット、９ワッシャー、１０成形型、１１位置決め溝、１２繊維織物、１３ピールプライ、１４フローメディア、１５真空フィルム、１６穴埋めピン、３０締結孔。

Claims

成形型の位置決め溝に外側フランジ付カラーを嵌め込む第１工程と、
前記成形型上で前記外側フランジ付カラーの外側にＦＲＰ成形体を構成する繊維織物を積層する第２工程と、
前記外側フランジ付カラーの内側に内側フランジ付カラーを挿入して前記繊維織物の締結孔に埋め込む第３工程と、
前記繊維織物上で前記内側フランジ付カラーを除いた部分に樹脂含浸補助材を積層して真空圧により吸引する第４工程と、
前記樹脂含浸補助材の下で、液状樹脂を前記繊維織物と前記外側フランジ付カラーと前記内側フランジ付カラーとの間に含浸させる第５工程と、
前記液状樹脂の硬化後に前記第５工程で得られた成形体を前記成形型から脱型するとともに前記樹脂含浸補助材を引き剥がすことにより前記ＦＲＰ成形体を得る第６工程とを備える
ＦＲＰ締結構造の製造方法。
前記第２工程と前記第３工程との間に、前記外側フランジ付カラーのカラー部の内面及び内側フランジ付カラーのカラー部の外面に液状樹脂硬化物を塗布する工程を含む
請求項１に記載のＦＲＰ締結構造の製造方法。
前記第１工程の前に、前記外側フランジ付カラー及び前記内側フランジ付カラーの各カラー部の表面に予め研磨処理を施しておく工程を含む
請求項１又は２に記載のＦＲＰ締結構造の製造方法。
前記外側フランジ付カラーのフランジ部及び前記内側フランジ付カラーのフランジ部の外周部はテーパー状になっている
請求項１から３のいずれか１項に記載のＦＲＰ締結構造の製造方法。
前記第３工程が、前記内側フランジ付カラーのカラー部の内側へ穴埋めピンを挿入する工程を含む
請求項１から４のいずれか１項に記載のＦＲＰ締結構造の製造方法。
前記第４工程は、前記樹脂含浸補助材を、前記内側フランジ付カラーのフランジ部及び前記穴埋めピン上に積層する工程を含む
請求項５に記載のＦＲＰ締結構造の製造方法。
前記穴埋めピンの高さは、前記外側フランジ付カラーのカラー部の高さと前記内側フランジ付カラーのフランジ部の厚みとの和に等しい
請求項５又は６に記載のＦＲＰ締結構造の製造方法。
前記第６工程で得た前記ＦＲＰ成形体を、設定された寸法に後加工する第７工程をさらに備えた
請求項１から７のいずれか１項に記載のＦＲＰ締結構造の製造方法。
前記樹脂含浸補助材は、ピールプライとフローメディアと真空フィルムとを含む
請求項１、２、３、又は６に記載のＦＲＰ締結構造の製造方法。
外側フランジ付カラーと、
前記外側フランジ付カラーの内側に挿入され、ＦＲＰ成形体の締結孔に埋め込まれる内側フランジ付カラーと、
前記外側フランジ付カラーの外側に形成され、前記ＦＲＰ成形体を構成する繊維織物の積層体とを備え、
前記繊維織物の積層体と前記外側フランジ付カラーと前記内側フランジ付カラーとの間に単一の液状樹脂硬化物が形成されている
ＦＲＰ締結構造。
前記外側フランジ付カラー及び前記内側フランジ付カラーの各カラー部の表面は、予め研磨処理が施されている
請求項１０に記載のＦＲＰ締結構造。
前記外側フランジ付カラーのフランジ部及び前記内側フランジ付カラーのフランジ部の外周部はテーパー状になっている
請求項１０に記載のＦＲＰ締結構造。