JP3807074B2 - Ｃｆｒｐ補強長尺構造物 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はトランスファプレスのワーク搬送装置で用いられているクロスバーとかロボット等のアーム、ロッド等として使用するＣＦＲＰ補強長尺構造物に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば、プレスラインと直交するように配したクロスバーにワーク把持具を保持させ、プレス成形されるワークを次の成形ステーションに順次搬送するようにしてあるトランスファプレスのワーク搬送装置では、上記クロスバーには、長尺で軽量且つ高剛性であることが要求されるため、これまでは、金属製の角パイプが用いられていたが、最近では、更なる高剛性化及び軽量化等のために、図４（イ）（ロ）に示す如く、アルミニウム製とした薄肉角パイプ１の外表面に、薄板状のＣＦＲＰ（炭素繊維強化複合材）プリプレグを所要の厚みに積層成形してなるＣＦＲＰ平板２を、長手方向に沿い全長に亘り接着剤３により貼り付けた構成を有するＣＦＲＰ補強角パイプが用いられるようになってきている。
【０００３】
しかし、上記ＣＦＲＰ補強角パイプの場合、アルミニウム製の薄肉角パイプ１は熱膨張するが、ＣＦＲＰ平板２は熱膨張しにくいので、図５に示す如く、ＣＦＲＰ平板２の端部に剪断応力τが集中することにより、接着剥離が発生する問題がある。
【０００４】
そのため、図６に示す如く、ＣＦＲＰ平板２の長手方向端部にテーパ面２ａを設けた構造として、応力集中を下げることにより接着強度を向上させることが行われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、図６に示す構造を採用しても、長期間の繰り返しの剪断力に耐えるには不充分であり、比較的短期間で接着剥離が発生してしまうのが実状である。
【０００６】
そこで、本発明は、剪断応力集中によるＣＦＲＰ平板の接着剥離の問題を起すことがないように、ＣＦＲＰ平板の端部接着強度を向上させ、トランスファプレスのワーク搬送装置で用いられているクロスバー等として長期間使用することができるＣＦＲＰ補強長尺構造物を提供しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、長尺構造物母材の表面にＣＦＲＰ平板を長手方向に沿い接着し、且つ該ＣＦＲＰ平板の端部にテーパ面を設けてなるＣＦＲＰ補強長尺構造物において、上記ＣＦＲＰ平板の端部との間でスカーフジョイントが形成されるように上記テーパ面に対応させて逆テーパ面を有する押え板を、ＣＦＲＰ平板の端部より露出する長尺構造物母材の端部表面及び上記ＣＦＲＰ平板のテーパ面の領域に合わせて接着して該押え板を長尺構造物母材に固定した構成とする。
【０００８】
ＣＦＲＰ平板の端部と押え板との間でスカーフジョイントが形成されるため、ＣＦＲＰ平板の端部で剪断力を伝達する接着面積がほぼ２倍となり、同じ荷重を掛けた際の最大応力が低下する。
【０００９】
又、押え板の長尺構造物母材の端部への固定を、ボルトで行うようにしたり、あるいは、押え板の長尺構造物母材の端部表面部への固定を、該端部表面部に固定用穴を設け、且つ該固定用穴に嵌合させる突起を押え板の裏面に設けて、固定用穴に押え板の突起を嵌合させて行うようにした構成とすることにより、押え板の長さが短くても充分な機能を発揮することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１１】
図１は本発明の実施の一形態を示すもので、長尺構造物母材であるアルミニウム製薄肉角パイプ１の表面に、ＣＦＲＰ平板２を長手方向に沿い接着剤３にて接着し、且つ該ＣＦＲＰ平板２の端部をテーパ加工してテーパ面２ａを設けてなるＣＦＲＰ補強長尺構造物としてのＣＦＲＰ補強角パイプにおいて、上記ＣＦＲＰ平板２のテーパ面２ａと対応する逆向きのテーパ面４ａを設けた補強金具としてのアルミニウム製押え板４を、上記角パイプ１の端部表面から上記ＣＦＲＰ平板２のテーパ面２ａの領域に合わせて接着剤３にて接着して、ＣＦＲＰ平板２のテーパ面２ａと押え板４のテーパ面４ａとによってスカーフジョイント５を形成し、更に、上記押え板４を、角パイプ１の端部にボルト６により固定した構成とする。
【００１２】
ＣＦＲＰ平板２の端部と押え板４との間でスカーフジョイント５を形成するようにしてあるので、ＣＦＲＰ平板２の端部で剪断力を伝達する接着剤３による接着面積を、図６の如きスカーフジョイント５がない場合に比してほぼ２倍とすることができ、同じ荷重を掛けた際の最大応力を低下させることができる。又、上記スカーフジョイント５の採用により、応力集中低減に重要なテーパ面２ａ端部の接着部形状（フィレット形状）を安定化させることができる。したがって、ＣＦＲＰ平板２の接着強度を向上することができ、接着剥離の問題をなくすことができる。
【００１３】
上記において、押え板４には、ＣＦＲＰ平板２の端部に作用する剪断力を押える力が作用するが、押え板４はボルト６で角パイプ１に固定してあるため、押え板４自体が剥離する虞はない。因に、ボルト６に代えてリベット等を用いてもよい。
【００１４】
次に、図２は本発明の他の実施の形態を示すもので、図１に示したと同様な構成において、押え板４を角パイプ１の端部にボルト６で固定することに代えて、上記角パイプ１の端部の表面部に、キー溝の如き形状の固定用穴７を設け、且つ該固定用穴７に嵌合させるキー形状の如き突起８を押え板４の裏面に設けて、固定用穴７に突起８を嵌合させることにより、剪断力が作用する方向となる角パイプ１の長手方向に沿う押え板４の動きを拘束させるようにしたものである。
【００１５】
図２に示すようにしても、図１に示す実施の形態の場合と同様な作用効果が奏し得られる。
【００１６】
なお、図１に示すボルト６や、図２に示す固定用穴７と突起８の組み合わせは必要不可欠なものではなく、ＣＦＲＰ平板２より露出する角パイプ１の端部の長さが短いときに特に有用となるもので、端部の長さが充分に長いときは接着剤３の接着力のみで固定するようにしてもよいこと、又、実施の形態では、長尺構造物母材として薄肉の角パイプ１を用いた場合を示したが、これに限られるものではないこと、その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００１７】
【実施例】
次に、本発明者が行った剥離試験について説明する。
【００１８】
図３は剥離試験に用いた試験片を示すもので、長さを４００mm、幅を５０mm、厚さを２０mmとして両端部に厚さが１４mmのチャック部９ａを連設したアルミプレート９の表面と裏面に、長さを２９０mm、幅を５０mm、厚さを３mmとして端部を約４°にテーパ加工したＣＦＲＰ平板２Ａと２Ｂを接着剤３により接着し、且つ表面側のＣＦＲＰ平板２Ａの一端部側のみに、長さを１００mmとしたアルミニウム製の押え板４を接着剤３により接着して、スカーフジョイント５を形成したものである。
【００１９】
上記アルミプレート９は、弾性率を７０GPa 、比重を２．７、長手方向熱膨張率を＋２３（１０ｅ−６／Ｋ）としてあり、ＣＦＲＰ平板２Ａ，２Ｂは、長手方向弾性率を３５０GPa 、比重を１．７、長手方向熱膨張率を−１．１（１０ｅ−６／Ｋ）としてある。又、接着剤３は、剪断強度を３．０Kg／mm2 とし、充分に接着端部フィレットが立っている状態とした。
【００２０】
上記試験片に対し、常温下で、アルミプレート９の両端のチャック部９ａを把持して、長手方向に繰り返し引張り荷重（２．５トン）を掛けたところ（歪計測による）、トランスファプレスのワーク搬送装置で用いられているクロスバーとして実機換算すると、裏面側のＣＦＲＰ平板２Ｂの場合、約０．４年相当経過したところで端部に接着剥離が見られたが、表面側のＣＦＲＰ平板２Ａの場合、押え板４側の端部では、約１０．１年相当経過した時点でも接着剥離は見られなかった。
【００２１】
この試験結果から、スカーフジョイント５を採用することにより、ＣＦＲＰ平板２Ａの接着強度を向上できることが確認された。
【００２２】
【発明の効果】
以上述べた如く、本発明によれば、次の如き優れた効果を発揮する。
(1) 長尺構造物母材の表面にＣＦＲＰ平板を長手方向に沿い接着し、且つ該ＣＦＲＰ平板の端部にテーパ面を設けてなるＣＦＲＰ補強長尺構造物において、上記ＣＦＲＰ平板の端部との間でスカーフジョイントが形成されるように上記テーパ面に対応させて逆テーパ面を有する押え板を、ＣＦＲＰ平板の端部より露出する長尺構造物母材の端部表面及び上記ＣＦＲＰ平板のテーパ面の領域に合わせて接着して該押え板を長尺構造物母材に固定した構成としてあるので、スカーフジョイントの採用により、ＣＦＲＰ平板の端部で剪断力を伝達する接着面積を大幅に増やすことができて、接着強度を向上することができ、これにより、ＣＦＲＰ平板と長尺構造物母材の熱膨張差に伴う接着剥離の問題を未然に防止することができる。
(2) 押え板の長尺構造物母材の端部への固定を、ボルトで行うようにしたり、あるいは、押え板の長尺構造物母材の端部表面部への固定を、該端部表面部に固定用穴を設け、且つ該固定用穴に嵌合させる突起を押え板の裏面に設けて、固定用穴に押え板の突起を嵌合させて行うようにした構成とすることにより、押え板の長さを短くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＣＦＲＰ補強長尺構造物の実施の一形態を示す要部拡大断面図である。
【図２】本発明の他の実施の形態を示す要部拡大断面図である。
【図３】剥離試験に用いた試験片の概要図である。
【図４】ＣＦＲＰ補強角パイプの一例を示すもので、（イ）は端面図、（ロ）は（イ）のＡ−Ａ線拡大断面図である。
【図５】ＣＦＲＰ平板の端部に作用する剪断応力の大きさを示す説明図である。
【図６】図４（ロ）に示す構造の改良例を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 角パイプ（長尺構造物母材）
２ ＣＦＲＰ平板
２ａ テーパ面
３ 接着剤
４ 押え板
４ａ テーパ面
５ スカーフジョイント
６ ボルト
７ 固定用穴
８ 突起
【発明の属する技術分野】
本発明はトランスファプレスのワーク搬送装置で用いられているクロスバーとかロボット等のアーム、ロッド等として使用するＣＦＲＰ補強長尺構造物に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば、プレスラインと直交するように配したクロスバーにワーク把持具を保持させ、プレス成形されるワークを次の成形ステーションに順次搬送するようにしてあるトランスファプレスのワーク搬送装置では、上記クロスバーには、長尺で軽量且つ高剛性であることが要求されるため、これまでは、金属製の角パイプが用いられていたが、最近では、更なる高剛性化及び軽量化等のために、図４（イ）（ロ）に示す如く、アルミニウム製とした薄肉角パイプ１の外表面に、薄板状のＣＦＲＰ（炭素繊維強化複合材）プリプレグを所要の厚みに積層成形してなるＣＦＲＰ平板２を、長手方向に沿い全長に亘り接着剤３により貼り付けた構成を有するＣＦＲＰ補強角パイプが用いられるようになってきている。
【０００３】
しかし、上記ＣＦＲＰ補強角パイプの場合、アルミニウム製の薄肉角パイプ１は熱膨張するが、ＣＦＲＰ平板２は熱膨張しにくいので、図５に示す如く、ＣＦＲＰ平板２の端部に剪断応力τが集中することにより、接着剥離が発生する問題がある。
【０００４】
そのため、図６に示す如く、ＣＦＲＰ平板２の長手方向端部にテーパ面２ａを設けた構造として、応力集中を下げることにより接着強度を向上させることが行われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、図６に示す構造を採用しても、長期間の繰り返しの剪断力に耐えるには不充分であり、比較的短期間で接着剥離が発生してしまうのが実状である。
【０００６】
そこで、本発明は、剪断応力集中によるＣＦＲＰ平板の接着剥離の問題を起すことがないように、ＣＦＲＰ平板の端部接着強度を向上させ、トランスファプレスのワーク搬送装置で用いられているクロスバー等として長期間使用することができるＣＦＲＰ補強長尺構造物を提供しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、長尺構造物母材の表面にＣＦＲＰ平板を長手方向に沿い接着し、且つ該ＣＦＲＰ平板の端部にテーパ面を設けてなるＣＦＲＰ補強長尺構造物において、上記ＣＦＲＰ平板の端部との間でスカーフジョイントが形成されるように上記テーパ面に対応させて逆テーパ面を有する押え板を、ＣＦＲＰ平板の端部より露出する長尺構造物母材の端部表面及び上記ＣＦＲＰ平板のテーパ面の領域に合わせて接着して該押え板を長尺構造物母材に固定した構成とする。
【０００８】
ＣＦＲＰ平板の端部と押え板との間でスカーフジョイントが形成されるため、ＣＦＲＰ平板の端部で剪断力を伝達する接着面積がほぼ２倍となり、同じ荷重を掛けた際の最大応力が低下する。
【０００９】
又、押え板の長尺構造物母材の端部への固定を、ボルトで行うようにしたり、あるいは、押え板の長尺構造物母材の端部表面部への固定を、該端部表面部に固定用穴を設け、且つ該固定用穴に嵌合させる突起を押え板の裏面に設けて、固定用穴に押え板の突起を嵌合させて行うようにした構成とすることにより、押え板の長さが短くても充分な機能を発揮することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１１】
図１は本発明の実施の一形態を示すもので、長尺構造物母材であるアルミニウム製薄肉角パイプ１の表面に、ＣＦＲＰ平板２を長手方向に沿い接着剤３にて接着し、且つ該ＣＦＲＰ平板２の端部をテーパ加工してテーパ面２ａを設けてなるＣＦＲＰ補強長尺構造物としてのＣＦＲＰ補強角パイプにおいて、上記ＣＦＲＰ平板２のテーパ面２ａと対応する逆向きのテーパ面４ａを設けた補強金具としてのアルミニウム製押え板４を、上記角パイプ１の端部表面から上記ＣＦＲＰ平板２のテーパ面２ａの領域に合わせて接着剤３にて接着して、ＣＦＲＰ平板２のテーパ面２ａと押え板４のテーパ面４ａとによってスカーフジョイント５を形成し、更に、上記押え板４を、角パイプ１の端部にボルト６により固定した構成とする。
【００１２】
ＣＦＲＰ平板２の端部と押え板４との間でスカーフジョイント５を形成するようにしてあるので、ＣＦＲＰ平板２の端部で剪断力を伝達する接着剤３による接着面積を、図６の如きスカーフジョイント５がない場合に比してほぼ２倍とすることができ、同じ荷重を掛けた際の最大応力を低下させることができる。又、上記スカーフジョイント５の採用により、応力集中低減に重要なテーパ面２ａ端部の接着部形状（フィレット形状）を安定化させることができる。したがって、ＣＦＲＰ平板２の接着強度を向上することができ、接着剥離の問題をなくすことができる。
【００１３】
上記において、押え板４には、ＣＦＲＰ平板２の端部に作用する剪断力を押える力が作用するが、押え板４はボルト６で角パイプ１に固定してあるため、押え板４自体が剥離する虞はない。因に、ボルト６に代えてリベット等を用いてもよい。
【００１４】
次に、図２は本発明の他の実施の形態を示すもので、図１に示したと同様な構成において、押え板４を角パイプ１の端部にボルト６で固定することに代えて、上記角パイプ１の端部の表面部に、キー溝の如き形状の固定用穴７を設け、且つ該固定用穴７に嵌合させるキー形状の如き突起８を押え板４の裏面に設けて、固定用穴７に突起８を嵌合させることにより、剪断力が作用する方向となる角パイプ１の長手方向に沿う押え板４の動きを拘束させるようにしたものである。
【００１５】
図２に示すようにしても、図１に示す実施の形態の場合と同様な作用効果が奏し得られる。
【００１６】
なお、図１に示すボルト６や、図２に示す固定用穴７と突起８の組み合わせは必要不可欠なものではなく、ＣＦＲＰ平板２より露出する角パイプ１の端部の長さが短いときに特に有用となるもので、端部の長さが充分に長いときは接着剤３の接着力のみで固定するようにしてもよいこと、又、実施の形態では、長尺構造物母材として薄肉の角パイプ１を用いた場合を示したが、これに限られるものではないこと、その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００１７】
【実施例】
次に、本発明者が行った剥離試験について説明する。
【００１８】
図３は剥離試験に用いた試験片を示すもので、長さを４００mm、幅を５０mm、厚さを２０mmとして両端部に厚さが１４mmのチャック部９ａを連設したアルミプレート９の表面と裏面に、長さを２９０mm、幅を５０mm、厚さを３mmとして端部を約４°にテーパ加工したＣＦＲＰ平板２Ａと２Ｂを接着剤３により接着し、且つ表面側のＣＦＲＰ平板２Ａの一端部側のみに、長さを１００mmとしたアルミニウム製の押え板４を接着剤３により接着して、スカーフジョイント５を形成したものである。
【００１９】
上記アルミプレート９は、弾性率を７０GPa 、比重を２．７、長手方向熱膨張率を＋２３（１０ｅ−６／Ｋ）としてあり、ＣＦＲＰ平板２Ａ，２Ｂは、長手方向弾性率を３５０GPa 、比重を１．７、長手方向熱膨張率を−１．１（１０ｅ−６／Ｋ）としてある。又、接着剤３は、剪断強度を３．０Kg／mm2 とし、充分に接着端部フィレットが立っている状態とした。
【００２０】
上記試験片に対し、常温下で、アルミプレート９の両端のチャック部９ａを把持して、長手方向に繰り返し引張り荷重（２．５トン）を掛けたところ（歪計測による）、トランスファプレスのワーク搬送装置で用いられているクロスバーとして実機換算すると、裏面側のＣＦＲＰ平板２Ｂの場合、約０．４年相当経過したところで端部に接着剥離が見られたが、表面側のＣＦＲＰ平板２Ａの場合、押え板４側の端部では、約１０．１年相当経過した時点でも接着剥離は見られなかった。
【００２１】
この試験結果から、スカーフジョイント５を採用することにより、ＣＦＲＰ平板２Ａの接着強度を向上できることが確認された。
【００２２】
【発明の効果】
以上述べた如く、本発明によれば、次の如き優れた効果を発揮する。
(1) 長尺構造物母材の表面にＣＦＲＰ平板を長手方向に沿い接着し、且つ該ＣＦＲＰ平板の端部にテーパ面を設けてなるＣＦＲＰ補強長尺構造物において、上記ＣＦＲＰ平板の端部との間でスカーフジョイントが形成されるように上記テーパ面に対応させて逆テーパ面を有する押え板を、ＣＦＲＰ平板の端部より露出する長尺構造物母材の端部表面及び上記ＣＦＲＰ平板のテーパ面の領域に合わせて接着して該押え板を長尺構造物母材に固定した構成としてあるので、スカーフジョイントの採用により、ＣＦＲＰ平板の端部で剪断力を伝達する接着面積を大幅に増やすことができて、接着強度を向上することができ、これにより、ＣＦＲＰ平板と長尺構造物母材の熱膨張差に伴う接着剥離の問題を未然に防止することができる。
(2) 押え板の長尺構造物母材の端部への固定を、ボルトで行うようにしたり、あるいは、押え板の長尺構造物母材の端部表面部への固定を、該端部表面部に固定用穴を設け、且つ該固定用穴に嵌合させる突起を押え板の裏面に設けて、固定用穴に押え板の突起を嵌合させて行うようにした構成とすることにより、押え板の長さを短くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＣＦＲＰ補強長尺構造物の実施の一形態を示す要部拡大断面図である。
【図２】本発明の他の実施の形態を示す要部拡大断面図である。
【図３】剥離試験に用いた試験片の概要図である。
【図４】ＣＦＲＰ補強角パイプの一例を示すもので、（イ）は端面図、（ロ）は（イ）のＡ−Ａ線拡大断面図である。
【図５】ＣＦＲＰ平板の端部に作用する剪断応力の大きさを示す説明図である。
【図６】図４（ロ）に示す構造の改良例を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 角パイプ（長尺構造物母材）
２ ＣＦＲＰ平板
２ａ テーパ面
３ 接着剤
４ 押え板
４ａ テーパ面
５ スカーフジョイント
６ ボルト
７ 固定用穴
８ 突起
Claims (3)
- 長尺構造物母材の表面にＣＦＲＰ平板を長手方向に沿い接着し、且つ該ＣＦＲＰ平板の端部にテーパ面を設けてなるＣＦＲＰ補強長尺構造物において、上記ＣＦＲＰ平板の端部との間でスカーフジョイントが形成されるように上記テーパ面に対応させて逆テーパ面を有する押え板を、ＣＦＲＰ平板の端部より露出する長尺構造物母材の端部表面及び上記ＣＦＲＰ平板のテーパ面の領域に合わせて接着して該押え板を長尺構造物母材に固定した構成を有することを特徴とするＣＦＲＰ補強長尺構造物。
- 押え板の長尺構造物母材の端部への固定を、ボルトで行うようにした請求項１記載のＣＦＲＰ補強長尺構造物。
- 押え板の長尺構造物母材の端部表面部への固定を、該端部表面部に固定用穴を設け、且つ該固定用穴に嵌合させる突起を押え板の裏面に設けて、固定用穴に押え板の突起を嵌合させて行うようにした請求項１記載のＣＦＲＰ補強長尺構造物。
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| JP02787098A JP3807074B2 (ja) | 1998-01-27 | 1998-01-27 | Ｃｆｒｐ補強長尺構造物 |
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| JP02787098A Expired - Fee Related JP3807074B2 (ja) | 1998-01-27 | 1998-01-27 | Ｃｆｒｐ補強長尺構造物 |
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