特開 2023-156872 アルミ型材の連結構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023156872

(43)【公開日】2023-10-25

(54)【発明の名称】アルミ型材の連結構造

(51)【国際特許分類】

   C23C 26/00 20060101AFI20231018BHJP

   B32B 15/01 20060101ALI20231018BHJP

【ＦＩ】

C23C26/00 C

B32B15/01 G

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022066502

(22)【出願日】2022-04-13

(71)【出願人】

【識別番号】504163612

【氏名又は名称】株式会社ＬＩＸＩＬ

(74)【代理人】

【識別番号】100106002

【弁理士】

【氏名又は名称】正林 真之

(74)【代理人】

【識別番号】100165157

【弁理士】

【氏名又は名称】芝 哲央

(74)【代理人】

【識別番号】100126000

【弁理士】

【氏名又は名称】岩池 満

(74)【代理人】

【識別番号】100160794

【弁理士】

【氏名又は名称】星野 寛明

(72)【発明者】

【氏名】山口 貴弘

(72)【発明者】

【氏名】寺田 真一

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 太河

(72)【発明者】

【氏名】宮▲崎▼ 慎也

(72)【発明者】

【氏名】中澤 晃久

(72)【発明者】

【氏名】柴田 航輔

【テーマコード（参考）】

4F100

4K044

【Ｆターム（参考）】

4F100AA19C

4F100AB10D

4F100AD11B

4F100AT00A

4F100BA04

4F100BA07

4F100DA11

4F100DH01B

4F100DH02B

4K044AA06

4K044AB03

4K044BA13

4K044BB01

4K044BC02

4K044CA16

4K044CA17

(57)【要約】

【課題】炭素繊維強化樹脂に近接して配置されるアルミニウム型材の腐食を防止可能なアルミ型材の連結構造を提供すること。
【解決手段】アルミ型材の連結構造１は、中空部３０を有し、互いに突き合わせ連結される一対のアルミ型材３１と、一対のアルミ型材３１の連結部３２に設けられ、中空部３０内に挿入されるスリーブ４と、スリーブ４の表面に配置される炭素繊維強化樹脂部材５と、を備え、連結部３２における一対のアルミ型材３１の内周面３１１ａ、３１２ａには、アルマイト皮膜３３又はベーマイト皮膜３４が設けられている。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

中空部を有し、互いに突き合わせ連結される一対のアルミ型材と、
前記一対のアルミ型材の連結部に設けられ、前記中空部内に挿入されるスリーブと、
前記スリーブの表面に配置される炭素繊維強化樹脂部材と、を備え、
前記連結部における前記一対のアルミ型材の内周面には、アルマイト皮膜又はベーマイト皮膜が設けられている、アルミ型材の連結構造。

【請求項2】

前記炭素繊維強化樹脂部材と、前記内周面との間には、２．０ｍｍ以下の隙間が形成されている、請求項１に記載のアルミ型材の連結構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、アルミ型材の連結構造に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、様々な構造体や部材等において、アルミニウム等の金属の部品と、炭素繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ）とを重ねて配置することが知られている。炭素繊維強化樹脂中に含まれる炭素が導電性であることから、炭素繊維強化樹脂に接触するアルミニウム製の部材の腐食を防ぐため、アルミニウム製の部材と炭素繊維強化樹脂との間にガラス繊維強化樹脂等の非導電性シートを配置することが提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】国際公開第２０１６／０２１２５９号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ガラス繊維強化樹脂等の他の部材を設けることで、製造コストが上昇したり、他の部材のためのスペースを配置する必要が生じる。アルミ型材を連結する場合、他の部材を設けずに、炭素繊維強化樹脂に近接して配置されるアルミ型材の腐食を防ぐことが望ましい。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示は、中空部を有し、互いに突き合わせ連結される一対のアルミ型材と、前記一対のアルミ型材の連結部に設けられ、前記中空部内に挿入されるスリーブと、前記スリーブの表面に配置される炭素繊維強化樹脂部材と、を備え、前記連結部における前記一対のアルミ型材の内周面には、アルマイト皮膜又はベーマイト皮膜が設けられている、アルミ型材の連結構造に関する。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】本実施形態のアーチを示す図である。

【図2】図１のＡ－Ａ線断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１に示すように、本実施形態のアーチ１０は、空間の装飾に用いられるアルミニウム製の装飾部材の骨組みである。アーチ１０は、一対のアルミ型材を互いに突き合せて連結して構成されるアルミ型材の連結構造１を備えるとともに、支柱２と、桁３と、スリーブ４と、を有する。

【0008】

支柱２は、アーチ１０の正面視における左右方向の一方及び他方に対向して配置される。支柱２は、地面等の設置面から上下方向に延びるように設置される。支柱２は内部が中空で、断面視略四角形のホロー構造を有する長尺のアルミ型材である。支柱２の高さ寸法は限定されないが、例えば２．５ｍ程度の長さを有する。

【0009】

桁３は、支柱２の上端を接続し、アーチ１０の正面視における左右方向に延びるように配置される。桁３の長さは限定されないが、例えば１０ｍ程度の長さを有する。桁３は、一対のアルミ型材としての桁本体３１が連結されることで構成され、桁本体３１と、連結部３２と、スリーブ４と、を有する。

【0010】

桁本体３１は、内部が中空で、断面視略四角形のホロー構造を有する長尺のアルミ型材である。図１に示すように、桁本体３１は、２本の桁本体３１を連結することで１本の桁３を形成する部材であり、それぞれの桁本体３１の断面形状は同一である。連結される桁本体３１の長さは異なっていてよく、限定されないが、例えば４ｍと６ｍであってよい。図２に示すように、桁本体３１は、中空部３０と、桁上面部３１１と、桁下面部３１２と、一対の桁側面部３１３と、を有する。

【0011】

中空部３０は、桁本体３１の内部の空間であり、桁本体３１の長手方向の一端から他端まで延びる。桁上面部３１１は、平面視略長方形の平坦な面である。桁上面部３１１の短手方向の幅は、例えば１５ｃｍ程度である。桁下面部３１２は、平面視略長方形の平坦な面であり、桁上面部３１１の下方に配置される。桁下面部３１２の短手方向の幅は、例えば１５ｃｍ程度である。桁側面部３１３は、桁上面部３１１及び桁下面部３１２を接続する平坦な面である。図２に示すように、桁側面部３１３は、桁上面部３１１の端部から桁下面部３１２の端部を越えて下方へ延び、断面視で桁下面部３１２の下端から下方に突出して配置されている。桁側面部３１３の短手方向の幅は、例えば１５ｃｍ程度である。桁上面部３１１及び桁下面部３１２の内周面３１１ａ、３１２ａ、すなわち中空部３０側に面する面には、電極処理又は水熱処理によって形成されたアルマイト皮膜３３又はベーマイト皮膜３４が設けられてている。

【0012】

アルマイト皮膜３３は、桁本体３１を構成するアルミ型材を、電解液中に浸漬し、電解溶液中に電流を流すことでアルミニウムの表面に生成される皮膜である。ベーマイト皮膜３４は、桁本体３１を構成するアルミ型材を、７５度以上の温水に浸漬することでアルミニウムの表面に生成される皮膜である。アルマイト皮膜３３又はベーマイト皮膜３４は、中空部３０の内周面の全体に形成されていてもよいが、少なくとも一対の桁本体３１同士を突き合せ連結する部分の内周面、すなわち以下に説明する連結部３２における桁本体３１の内周面に形成されていればよい。

【0013】

連結部３２は、一方の桁本体３１ａと他方の桁本体３１ｂの端部が連結される部分である。連結部３２は、隣接する桁本体３１ａ、３１ｂの端部を突き合せ、桁本体３１ａ、３１ｂの内部の中空部３０に、以下に説明するスリーブ４を挿通させた範囲を指す。

【0014】

スリーブ４は、連結部３２に設けられ、２本の桁本体３１ａ、３１ｂの中空部３０内を挿通して配置される。スリーブ４は、桁本体３１同士が連結される部分の強度を高めるために配置される。スリーブ４は、内部が中空で、断面視略四角形のホロー構造を有する長尺のアルミ型材である。スリーブ４の長さは、桁本体３１の長さより短く、限定されないが、例えば２ｍであってよい。スリーブ４は、長手方向の中央部が、２本の桁本体３１ａ、３１ｂの隣接する端部に位置するように配置され、ビスにより桁本体３１ａ、３１ｂに固定される。図２に示すように、スリーブ４は、上面部４１と、下面部４２と、一対の側面部４３と、スリーブ中空部４０と、炭素繊維強化樹脂部材５とを有する。スリーブ中空部４０は、スリーブ４の内部の空間であり、長手方向の一端から他端まで延びる。

【0015】

上面部４１は図２に示すように、桁本体３１内に設置された状態でアルミ型材の上面に延びる平坦な面である。上面部４１は、凹部平面４１ａと、端部平面４１ｂと、を有する。端部平面４１ｂは、スリーブ４の断面視における幅方向の両端側に配置され、幅方向の端部から中央側に向かって延びる平面である。凹部平面４１ａは、端部平面４１ｂよりもわずかにスリーブ中空部４０側に位置するように、端部平面４１ｂと比べて窪んでいる。凹部平面４１ａの窪む高さは、２～３ｍｍ程度である。

【0016】

下面部４２は、図２に示すように、上面部４１と対称な形状を有し、凹部平面４２ａと、端部平面４２ｂと、を有する。端部平面４２ｂは、スリーブ４の断面視における幅方向の両端側に配置され、幅方向の端部から中央側に向かって延びる平面である。凹部平面４２ａは、端部平面４２ｂよりもわずかにスリーブ中空部４０側に位置するように、端部平面４２ｂと比べて窪んでいる。凹部平面４２ａの窪む高さは、２～３ｍｍ程度である。

【0017】

一対の側面部４３は、上面部４１における端部平面４１ｂと凹部平面４１ａとの境界部と、下面部４２における端部平面４２ｂと凹部平面４２ａとの境界部とを接続するように、桁本体３１内に配置された状態で上下方向に延びる平坦な面である。

【0018】

炭素繊維強化樹脂部材５は、樹脂材に炭素繊維を混合させた炭素繊維強化樹脂（Carbon Fiber Reinforced Plastics）をシート状にした部材である。炭素繊維強化樹脂部材５は、上面部４１の凹部平面４１ａと、下面部４２の凹部平面４２ａに接着剤５１により接着して配置される。炭素繊維強化樹脂部材５がスリーブ４に接着されることで、スリーブ４の剛性が向上する。炭素繊維強化樹脂部材５の表面は、スリーブ４の端部平面４１ｂ、４２ｂと概ね同じ高さに位置する。炭素繊維強化樹脂部材５の寸法は、スリーブ４の上面部４１又は下面部４２よりも小さい。

【0019】

以上のスリーブ４は、桁本体３１の中空部３０内に配置される。その際、炭素繊維強化樹脂部材５の表面と、桁本体３１における桁上面部３１１及び桁下面部３１２の内周面３１１ａ、３１２ａとの間には、２．０ｍｍ以下の隙間Ｇが形成されている。

【0020】

表１に、アルミニウム製の板の内周面に、アルマイト皮膜及びベーマイト皮膜を形成した場合と、形成しなかった場合の電食の生成の有無を検証した試験結果を示す。

【0021】

【表1】

【0022】

実施例１～３及び比較例１及び２として、６０６３アルミニウム合金の押出型材を試験品とした。試験品の寸法は、長手方向１００ｍｍ、短手方向３０ｍｍ、厚さ２ｍｍである。また、三菱ケミカル社製のＴＲＷ４０－５０Ｌ、エポキシ樹脂の引抜成型品である炭素繊維強化樹脂の板を、試験品と２．０ｍｍのクリアランスを設けた状態で固定した。炭素繊維強化樹脂板の寸法は、長手方向１００ｍｍ、短手方向３０ｍｍ、厚さ２ｍｍである。

【0023】

実施例１及び２として、試験品にベーマイト皮膜を形成した。試験品を、８０度の温水中にアルミニウム板を浸漬させた。実施例１は、５分間浸漬し、実施例２は、１０分間浸漬処理を行った。

【0024】

実施例３として、試験品にアルマイト皮膜を形成した。試験品を、５０度の水酸化ナトリウム水溶液にて５分間エッチング処理を行い、試験品の表面に生成している自然酸化被膜を除去した。その後、試験品を１５％の硫酸水溶液中に浸漬し、１００Ａ／ｍ^２の電流密度にて５分間陽極酸化処理を行った。

【0025】

比較例１は、試験実施前に、試験品を５０度の５％水酸化ナトリウム水溶液にて５分間エッチング処理を行い、試験品の表面に生成している自然酸化被膜を除去した。

【0026】

比較例２は、試験品のアルミニウム板を押し出し成形した後、成形された試験品に生成した自然酸化被膜をそのまま放置した。

【0027】

＜腐食電流測定＞
以上の通り得た実施例１～３及び比較例１、２に電流を流して腐食電流を測定した。試験品を、直径１９ｍｍの孔を開けたビニルテープで被覆し、ビニルテープの孔を炭素繊維強化樹脂側に面する内周面側に配置させて試験面積を設定した。測定は、２．５％のＮａＣｌ水溶液を２５度で、スターラーにて２５０ｒｐｍで攪拌して温度を均一化して行った。試験品と炭素繊維強化樹脂板を、北斗電工株式会社製ＨＭ－１０３Ａの無抵抗電流計を介して短絡させ、測定を実施した。得られた電流密度を表１に示す。

【0028】

＜塩水噴霧試験＞
試験品と炭素繊維強化樹脂板を、ＪＩＳ Ｚ２３７１にて規定される中性塩水噴霧試験４８００時間にて試験を実施した。これにより、試験品と炭素繊維強化樹脂板との間に試験液が入り、試験品と炭素繊維強化樹脂板とが試験液を通じて電気的に接触する。実施例１～比較例２それぞれの処理をした試験品を、炭素繊維強化樹脂板に隣接させないで単体で配置した試験品単体と、実施例１～比較例２に係る処理を行った試験品及び炭素繊維強化樹脂板を２．０ｍｍのクリアランスを設けて一体化させた試験体とを、塩水噴霧後、外観を比較して目視にて評価を行った。実施例１～比較例２において、試験品単体と同程度の腐食状態である場合、〇と記載した。炭素繊維強化樹脂板に隣接させないで配置した試験品単体と比較し、腐食が促進された状態である場合、×と記載した。

【0029】

＜評価＞
実施例１及び２について、ベーマイト皮膜を有するアルミニウム板は、腐食電流密度が低く抑えられた。塩水噴霧後の実施例１及び２の外観は、炭素繊維強化樹脂板に隣接させないで配置させた試験品単体と同程度の腐食状態だった。また、実施例１と２とでは、温水に浸漬する時間が長い実施例２の方で、ベーマイト皮膜が厚く得られ、皮膜が厚い方実施例２の方が、腐食電流密度が低かった。

【0030】

実施例３について、アルマイト皮膜を有するアルミニウム板は、実施例１及び２よりも腐食電流密度が低かった。塩水噴霧後の実施例３の外観は、炭素繊維強化樹脂板に隣接させないで配置させた試験品単体と同程度の腐食状態だった。得られた皮膜は、実施例１及び２よりも薄かった。

【0031】

比較例１及び２では、腐食電流密度が高く、電流が流れやすいことがわかった。塩水噴霧後の外観は、炭素繊維強化樹脂板に隣接させないで配置させた試験品と比べて、比較例１及び２の方が、腐食が促進されていた。

【0032】

アルミニウム板の炭素繊維強化樹脂板に面する側の表面に、アルマイト皮膜又はベーマイト皮膜を形成することにより、アルミニウム板が炭素繊維強化樹脂板に隣接して配置されていても、アルミニウム板の腐食の抑制が図られることがわかった。

【0033】

本実施形態によれば、以下の効果が奏される。アルミ型材の連結構造１を、中空部３０を有し、互いに突き合わせ連結される一対のアルミ型材である桁本体３１と、一対の桁本体３１の連結部３２に設けられ、中空部３０内に挿入されるスリーブ４と、スリーブ４の表面に配置される炭素繊維強化樹脂部材５と、を含んで構成した。連結部３２における一対の桁本体３１の内周面に、アルマイト皮膜３３又はベーマイト皮膜３４を設けた。これにより、アルミニウム製のスリーブ４を炭素繊維強化樹脂部材５で補強する一方で、炭素繊維強化樹脂部材５に面する桁本体３１の中空部３０の内周面と、炭素繊維強化樹脂部材５との間に雨水等が接して電流が流れ、腐食することを防止することができる。よって、ガラス繊維強化樹脂等の他の部材を設けずに、容易に電食を防止することができる。

【0034】

本実施形態によれば、炭素繊維強化樹脂部材５と、内周面３１１ａ、３１２ａとの間に、２．０ｍｍ以下の隙間が形成されている。炭素繊維強化樹脂部材５と内周面３１１ａ、３１２ａとの間に２．０ｍｍ以下の隙間Ｇが形成されていても、内周面３１１ａ、３１２ａにアルマイト皮膜３３又はベーマイト皮膜が設けられているので、桁本体３１の電食が防止される。

【0035】

本開示は上記実施形態に限定されるものではなく、本開示の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本開示に含まれる。上記の説明で記載した寸法等は、例示に過ぎず、適宜変更が可能である。

【符号の説明】

【0036】

１ アルミ型材の連結構造、 ４ スリーブ、 ５ 炭素繊維強化樹脂部材、 ３０ 中空部、 ３１ 桁本体（アルミ型材）、 ３２ 連結部、 ３３ アルマイト皮膜、 ３４ ベーマイト皮膜、 ３１１ａ、３１２ａ 内周面

【図1】

【図2】