本發(fā)明涉及碳纖維強化樹脂(以下稱為“cfrp”)材料的緊固構(gòu)造。

背景技術(shù)：

以往以來，公知有使用緊固件來將cfrp材料和被緊固物緊固的cfrp材料的緊固構(gòu)造(參照例如專利文獻1)。在專利文獻1中公開了一種使用螺栓和螺母來將cfrp材料和支架緊固的技術(shù)。

構(gòu)成cfrp的樹脂具有蠕變變形的性質(zhì)，因此，在將高強度的螺栓用作緊固件的情況下，有時將金屬制的墊圈安裝固定于cfrp材料，螺栓的軸向力由金屬制的墊圈承受。通過如此設(shè)置，能夠抑制隨著時間變化構(gòu)成cfrp材料的樹脂材料因蠕變變形等而產(chǎn)生變薄、螺栓的軸向力降低而產(chǎn)生螺栓的松弛。

在這樣的緊固構(gòu)造中，在液體(例如、雨水、海水等)進入cfrp材料與金屬制的墊圈之間的間隙、而液體附著到cfrp材料與金屬制的墊圈接觸的部分的情況下，存在金屬制的墊圈電蝕、產(chǎn)生腐蝕的可能性。因此，優(yōu)選的是，將例如具有電絕緣性的粘接劑涂敷于安裝固定金屬制的墊圈的cfrp材料的預(yù)留孔的內(nèi)周面，預(yù)先使cfrp材料和金屬制的墊圈電絕緣。

現(xiàn)有技術(shù)文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2007-292106號公報

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的問題

然而，在前述的緊固構(gòu)造中，存在如下問題：在將金屬制的墊圈插入到設(shè)置于cfrp材料的預(yù)留孔之際，粘接劑被墊圈的角部向預(yù)留孔之外刮出，金屬制的墊圈的外周與設(shè)置于cfrp材料的預(yù)留孔的內(nèi)周面存在電接觸的可能性。

因此，本發(fā)明目的在于提供一種能夠通過抑制金屬制的墊圈的外周與設(shè)置于cfrp材料的預(yù)留孔的內(nèi)周面電接觸、來抑制金屬制的墊圈的電蝕的cfrp材料的緊固構(gòu)造。

用于解決問題的方案

在本發(fā)明的cfrp材料的緊固構(gòu)造中，金屬制的墊圈的外周具有相對于墊圈的中心軸線傾斜的錐形部，cfrp材料中的貫通孔的內(nèi)周面具有隔著具有電絕緣性的粘接劑與墊圈的錐形部抵接的抵接部。墊圈的錐形部和cfrp材料的抵接部的傾斜角度被設(shè)定成與如下平衡的角度相等的角度，在該平衡的角度時，由隨著溫度變化而產(chǎn)生的熱變形導致的、cfrp材料的與抵接部表面垂直的方向的位移和墊圈的與錐形部表面垂直的方向的位移平衡。

發(fā)明的效果

能夠在不將粘接劑向設(shè)置于cfrp材料的預(yù)留孔(貫通孔)之外刮出的情況下將金屬制的墊圈插入貫通孔，能夠抑制金屬制的墊圈的外周與cfrp材料的貫通孔的內(nèi)周面電接觸。另外，通過如前述那樣設(shè)定錐形部和抵接部的傾斜角度，即使溫度變化，錐形部表面與抵接部表面之間的垂直間距離也保持恒定。因此，能夠抑制由因cfrp材料與金屬制的墊圈的熱膨脹差或熱收縮差導致的變形而使由粘接劑形成的粘接劑層破損的情況。因而，根據(jù)本發(fā)明的cfrp材料的緊固構(gòu)造，通過抑制金屬制的墊圈的外周與設(shè)置于cfrp材料的預(yù)留孔的內(nèi)周面電接觸，能夠抑制金屬制的墊圈的電蝕。

附圖說明

圖1是表示本發(fā)明的實施方式的cfrp材料的緊固構(gòu)造的剖視圖。

圖2是本發(fā)明的實施方式的cfrp材料的緊固構(gòu)造的局部放大圖。

具體實施方式

以下，將本發(fā)明的實施方式與附圖一起詳細論述。

基于圖1和圖2說明本發(fā)明的實施方式的cfrp材料10的緊固構(gòu)造。

圖1所示的cfrp材料10形成為平板狀，但cfrp材料10整體也可以不形成為平板狀，只要至少與被緊固物11緊固的緊固部形成為平板狀即可。另外，方便起見將cfrp材料10的圖中的上下兩面中的圖中上側(cè)的面10a稱為“表面”，方便起見將圖中下側(cè)的面10b稱為“背面”。這些“表面”和“背面”不是用于確定被固定于cfrp材料10的墊圈14的朝向，表示任一個面。

如圖1所示，本實施方式的cfrp材料10的緊固構(gòu)造是使用緊固件(本實施方式中為螺栓12)將作為緊固物的cfrp材料10和被緊固物11緊固而成的。在本實施方式的cfrp材料10的緊固構(gòu)造中，在cfrp材料10形成貫通表面10a和背面10b的貫通孔(預(yù)留孔)13，將形成為筒狀的金屬制的墊圈(金屬墊圈)14插入貫通孔13而安裝固定于貫通孔13。并且，在將被緊固物11重疊到墊圈14的狀態(tài)下，在將螺栓12插入到墊圈14的內(nèi)側(cè)之后，通過將螺栓12向設(shè)置于被緊固物11的螺栓孔15擰入，從而將cfrp材料10和被緊固物11緊固。

cfrp材料10能夠適用于例如罩(引擎蓋)、車門板、保險杠、后車廂蓋、后欄板、擋泥板、側(cè)圍板、車身頂蓋等車輛用構(gòu)成構(gòu)件。另外，cfrp材料10并不限定于車輛用構(gòu)成構(gòu)件，可適用于各種構(gòu)成構(gòu)件。

cfrp材料10能夠使用熱沖壓成形法、高壓釜成形法等公知的方法來成形。具體而言，例如按照各層準備預(yù)先使基體樹脂浸滲于纖維材而成的預(yù)浸料，層疊預(yù)定張數(shù)將該預(yù)浸料裁斷成預(yù)定形狀而成的構(gòu)件，通過在加熱壓力機、高壓釜內(nèi)進行加壓和加熱，來對cfrp材料10進行成形。另外，也可以以如下方法(樹脂傳遞成型法)來對cfrp材料10進行成形：將沿著預(yù)定的取向方向排列各纖維材而成的纖維預(yù)成形封入模具，將基體樹脂向模具內(nèi)加壓注入。

所述基體樹脂并沒有特別限定，能夠使用例如環(huán)氧樹脂、苯酚樹脂、不飽和聚酯樹脂、乙烯基脂樹脂、聚酰亞胺樹脂、聚碳酸酯樹脂、聚酰胺樹脂、聚苯硫醚(pps)樹脂等公知的熱固化性樹脂、熱塑性樹脂。另外，構(gòu)成所述纖維材的碳纖維并沒有特別限定，能夠使用例如pan類碳纖維、瀝青類碳纖維、人造絲類碳纖維。

金屬制的墊圈14的內(nèi)周具有螺栓12可貫穿的螺栓貫穿孔16。另外，金屬制的墊圈14的外周具有相對于墊圈14的中心軸線cl傾斜的錐形部17。也就是說，墊圈14被設(shè)定成外徑在中心軸線cl方向的一側(cè)的端部與另一側(cè)的端部不同的錐形狀。墊圈14整體上形成為圓臺狀或棱臺狀，在小徑側(cè)端部形成有供被緊固物11抵接的第1平面部18，并且在大徑側(cè)端部形成有供螺栓12的頭部抵接的第2平面部19。

另一方面，cfrp材料10的貫通孔13的內(nèi)周面具有隔著具有電絕緣性的粘接劑20與墊圈14的錐形部17抵接的抵接部21。也就是說，貫通孔13被設(shè)定成內(nèi)徑在cfrp材料10的表面10a側(cè)的端部與背面10b側(cè)的端部不同的錐形狀。cfrp材料10的抵接部21(貫通孔13)整體上形成為圓錐形狀或棱錐形狀的孔，在整周上由粘接劑20形成的粘接劑層夾設(shè)于cfrp材料10的抵接部21與墊圈14的錐形部17之間。

在本實施方式的cfrp材料10的緊固構(gòu)造中，使墊圈14中的靠被緊固物11側(cè)的端部(小徑側(cè)端部)相對于cfrp材料10的表面10a和背面10b中的與被緊固物11相對的面朝向被緊固物11側(cè)突出，并且通過使被緊固物11與突出來的該墊圈14的端部抵接，從而使被緊固物11與cfrp材料10分開地配置。也就是說，在cfrp材料10與被緊固物11之間設(shè)有適度的間隙22，以使得在cfrp材料10沿著厚度方向產(chǎn)生了熱膨脹的情況下cfrp材料10與被緊固物11不發(fā)生干涉。另外，墊圈14的錐形部17和cfrp材料10的抵接部21在通過墊圈14的中心軸線cl的截面中形成為隨著遠離被緊固物11側(cè)而與中心軸線cl正交的徑向上的距離慢慢地變大的扇子形狀。

所述粘接劑20是具有電絕緣性的粘接劑即可，能夠使用例如環(huán)氧樹脂類粘接劑、聚氨酯樹脂類粘接劑。另外，該粘接劑20既可以是熱固化性的粘接劑，也可以是熱塑性的粘接劑。

被緊固物11的材質(zhì)并沒有特別限定，能夠使用金屬材料、樹脂材料等。螺栓12(緊固件)的材質(zhì)也沒有特別限定，能夠使用金屬材料、樹脂材料等。另外，用于將cfrp材料10與被緊固物11緊固的緊固件并不限定于螺栓12，也能夠使用例如螺栓和螺母的組合、銷、鉚釘、自攻螺絲、雙頭螺栓等。

接著，基于圖2對決定墊圈14的錐形部17和cfrp材10的抵接部21的相對于墊圈14的中心軸線cl的傾斜角度(錐角)的方法進行說明。此外，在圖2中，為了圖示的簡化，省略了由粘接劑20形成的粘接劑層。

在由隨著溫度變化產(chǎn)生的熱變形(熱膨脹或熱收縮)導致的cfrp材料10的與抵接部21表面垂直的方向的位移和墊圈14的與錐形部17表面垂直的方向的位移滿足以下的公式(1)所示的關(guān)系的情況下，即使溫度變化，錐形部17表面與抵接部21表面之間的垂直間距離(由粘接劑20形成的粘接劑層的厚度)也保持恒定。

(εctsinθ+εclcosθ)t＝εmt…(1)

公式(1)中，εct是cfrp材料的面直方向(面外方向)的熱膨脹率，εcl是cfrp材料的面內(nèi)方向的熱膨脹率，εm是墊圈的熱膨脹率，t是溫度變化，θ是錐形部的傾斜角度。

在此，“面直方向”和“面外方向”是指與cfrp材料10的表面10a和背面10b垂直的方向，“面內(nèi)方向”是指與面直方向(面外方向)垂直的方向。

從所述的公式(1)導出來以下的公式(2)。

εctsinθ+εclcosθ＝εm…(2)

該公式(2)是使所述的公式(1)的兩邊除以溫度變化t而成的。

墊圈14的熱膨脹率εm能夠使用構(gòu)成墊圈14的金屬材料的熱膨脹率的目錄值或測定值。另外，cfrp材料10的熱膨脹率εct、εcl能夠使用構(gòu)成cfrp材料10的cfrp的熱膨脹率的目錄值或測定值。在構(gòu)成cfrp材料10的cfrp的面直方向的熱膨脹率εct沒有有用的目錄值等情況下，能夠以構(gòu)成cfrp材料10的樹脂材料的目錄值進行代用。

通過將錐形部17和抵接部21的傾斜角度設(shè)定成滿足所述的公式(1)或(2)的角度θ，即使溫度變化，錐形部17表面與抵接部21表面之間的垂直間距離也保持恒定。因此，能夠抑制因由cfrp材料10與金屬制的墊圈14之間的熱膨脹差或熱收縮差導致的變形而使由粘接劑20形成的粘接劑層破損的情況。

錐形部17的傾斜角度和抵接部21的傾斜角度設(shè)定成彼此相等的角度。另外，錐形部17和抵接部21的傾斜角度被設(shè)定成與滿足所述的公式(1)或(2)的角度θ相等的角度。

換言之，錐形部17和抵接部21的傾斜角度被設(shè)定成與角度θ相等的角度，在角度θ時，由隨著溫度變化而產(chǎn)生的熱變形導致的cfrp材料10的與抵接部21表面垂直的方向的位移(d1+d2)和墊圈14的與錐形部17表面垂直的方向的位移d3平衡。

更優(yōu)選的是，錐形部17和抵接部21的傾斜角度被設(shè)定成滿足所述的公式(1)或(2)的角度θ以下的角度(銳角)。通過將錐形部17和抵接部21的傾斜角度設(shè)定成這樣的角度，與設(shè)定成比滿足所述的公式(1)或(2)的角度θ大的角度(鈍角)的情況相比，cfrp材料10與金屬制的墊圈14之間的因溫度變化產(chǎn)生的相對位移變小，由粘接劑20形成的粘接劑層更難以破損。

以下，說明本實施方式的作用效果。

(1)在本實施方式的cfrp材料10的緊固構(gòu)造中，金屬制的墊圈14的外周具有相對于墊圈14的中心軸線cl傾斜的錐形部17。cfrp材料10中的貫通孔13的內(nèi)周面具有隔著具有電絕緣性的粘接劑20與墊圈14的錐形部17抵接的抵接部21。墊圈14的錐形部17和cfrp材料10的抵接部21的傾斜角度被設(shè)定成與如下平衡的角度相等的角度，在該平衡的角度時，由隨著溫度變化而產(chǎn)生的熱變形導致的、cfrp材料10的與抵接部21表面垂直的方向的位移和墊圈14的與錐形部17表面垂直的方向的位移平衡。

能夠在不將粘接劑20向設(shè)置于cfrp材料10的預(yù)留孔(貫通孔13)之外刮出的情況下將金屬制的墊圈14插入貫通孔13，能夠抑制金屬制的墊圈14的外周與cfrp材料10的貫通孔13的內(nèi)周面進行電接觸。另外，通過如前述那樣設(shè)定錐形部17和抵接部21的傾斜角度，即使溫度變化，錐形部17表面與抵接部21表面之間的垂直間距離也保持恒定。因此，能夠抑制因由cfrp材料10與金屬制的墊圈14之間的熱膨脹差或熱收縮差導致的變形而使由粘接劑20形成的粘接劑層破損的情況。因而，根據(jù)本實施方式的cfrp材料10的緊固構(gòu)造，通過抑制金屬制的墊圈14的外周與cfrp材料10的貫通孔13的內(nèi)周面電接觸，能夠抑制金屬制的墊圈14的電蝕。

(2)使墊圈14中的靠被緊固物11側(cè)的端部相對于cfrp材料10的表面10a或背面10b中的與被緊固物11相對的面朝向被緊固物11側(cè)突出、并且使被緊固物11抵接于突出來的該墊圈14的端部，從而使被緊固物11與cfrp材料10分開地配置。

在作為緊固物的cfrp材料10與被緊固物11之間存在間隙22，因此，即使是在cfrp材料10沿著厚度方向產(chǎn)生了熱膨脹的情況下，也能夠抑制cfrp材料10與被緊固物11發(fā)生干涉。

(3)墊圈14的錐形部17和cfrp材料10的抵接部21在通過墊圈14的中心軸線cl的截面中形成為隨著遠離被緊固物11側(cè)而與中心軸線cl正交的徑向上的距離慢慢地變大的扇子形狀。

即使是在例如粘接劑20的粘接強度降低了的情況下，能夠防止金屬制的墊圈14與被緊固物11一起從cfrp材料10脫落。

以上，按照實施例說明了本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明并不限定于這些記載，能夠進行各種變形和改良對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是不言而喻的。

附圖標記說明

10、cfrp材料(碳纖維強化樹脂材料)；11、被緊固物；12、螺栓(緊固件)；13、貫通孔；14、墊圈；17、錐形部；20、粘接劑；21、抵接部。