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公開番号2024146362
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-10-15
出願番号2023059209
出願日2023-03-31
発明の名称母材の補強方法及びそれにより得られる複合体
出願人日鉄ケミカル&マテリアル株式会社
代理人個人,個人,個人,個人,個人
主分類B32B 7/12 20060101AFI20241004BHJP(積層体)
要約【課題】耐剥離性と剛性とが両立されて、補強材による剛性の付与を効率良く発現させることができる、金属部材を母材とし補強材を接着剤にて接着する母材の補強方法、及びそれにより得られた複合体を提供する。
【解決手段】下記式(1)及び(2)を満足するようにする、母材の補強方法である。
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E₁とt₁は、補強材の弾性係数と厚みを表す。
E₂と2t₂は、母材の弾性係数と厚みを表す。
Gとhは、接着剤からなる接着層のせん断弾性係数と厚みを表す。
lは、母材と補強材との接着半長を表す。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
金属部材を母材とし、その少なくとも一方の面に補強材を接着剤にて接着して複合体にする母材の補強方法であって、
下記式（１）及び（２）を満足するようにすることを特徴とする、母材の補強方法。
TIFF
2024146362000017.tif
60
161
Ｅ
１
とｔ
１
は、補強材の弾性係数と厚みを表す。
Ｅ
２
と２ｔ
２
は、母材の弾性係数と厚みを表す。
Ｇとｈは、接着剤からなる接着層のせん断弾性係数と厚みを表す。
ｌは、母材と補強材との接着半長を表す。
続きを表示（約 900 文字）【請求項２】
前記補強材の弾性係数が２０ＧＰａ以上である、請求項１に記載の母材の補強方法。
【請求項３】
前記補強材が、連続繊維を用いた繊維強化複合材料からなる、請求項１に記載の母材の補強方法。
【請求項４】
前記母材が、表裏面を有する平板形状の板状母材からなり、該板状母材の表面又は裏面の片側に前記補強材を接着剤にて接着する、請求項１に記載の母材の補強方法。
【請求項５】
前記母材が、中空部を有する断面箱型形状の中空柱状母材からなり、該中空柱状母材の長手方向に沿った中空部断面の中心線を挟んだ片側の中空部内壁面又は中空部外壁面に前記補強材を接着剤にて接着する、請求項１に記載の母材の補強方法。
【請求項６】
前記母材が鋼材からなる、請求項１に記載の母材の補強方法。
【請求項７】
金属部材を母材とし、その少なくとも一方の面に補強材が接着剤にて接着された複合体であって、
下記式（１）及び（２）を満足することを特徴とする、母材に補強材が接着されてなる複合体。
TIFF
2024146362000018.tif
60
161
Ｅ
１
とｔ
１
は、補強材の弾性係数と厚みを表す。
Ｅ
２
と２ｔ
２
は、母材の弾性係数と厚みを表す。
Ｇとｈは、接着剤からなる接着層のせん断弾性係数と厚みを表す。
ｌは、母材と補強材との接着半長を表す。
【請求項８】
前記補強材の弾性係数が２０ＧＰａ以上である、請求項７に記載の複合体。
【請求項９】
前記補強材が、連続繊維を用いた繊維強化複合材料からなる、請求項７に記載の複合体。
【請求項１０】
前記母材が、表裏面を有する平板形状の板状母材からなり、該板状母材の表面又は裏面の片側に前記補強材が接着剤にて接着される、請求項７に記載の複合体。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
この発明は、母材の補強方法及びそれにより得られる複合体に関し、詳しくは、特に制限されるものではないが、橋梁、建築物等の建設構造物や自動車、船舶等の輸送機といった構造物を補修補強（本明細書では単に「補強」という。）するような場合であったり、また、例えば、鋼材等の母材に補強材を接着して軽量化を図りながら剛性を担保して車両製造等に利用可能な複合体を得ることができる母材の補強方法、及び、それにより得られた、母材に補強材が接着されてなる複合体に関する。
続きを表示（約 1,500 文字）【背景技術】
【０００２】
木製の建設材で造られた構造物はもとより、鉄鋼やコンクリート等を利用した構造物であっても、それらは腐食や塩害、荷重等の様々な原因で年数の経過と共に強度が低下し、亀裂や歪みを生じてしまう。場合によっては破壊や崩壊を招いてしまうことがある。
【０００３】
これらを防ぐために、高力ボルトや添接板等を用いて建設材を拘束する方法や溶接により補修する方法等を採用することができるが、近年、繊維強化複合材料（Fiber Reinforced Plastics：FRP）等からなる補強材を接着剤で接着して補強する方法が注目されている（例えば特許文献１～３参照）。
【０００４】
従来、既存の金属部材の軽量化のために金属の高強度化・薄肉化が行われてきたが、薄肉化により曲げに対する剛性が足りなくなってしまうことがある。その場合、剛性を担保するために、金属部材にＦＲＰ等のような補強材を接着する（マルチマテリアル化）設計が検討され、上記のような補強方法が採用される理由にもなる。
【０００５】
このような補強材を接着する補強方法では、一般に、熱に強く耐水性にも優れるエポキシ樹脂が接着剤として使用される。エポキシ樹脂接着剤は、高強度、高剛性であるため、補強材による補剛効果を十分に発現せしめることができる。
【０００６】
ところが、エポキシ樹脂のように弾性係数の高い（硬い）接着剤で補強材を接着すると、母材を補強材で接着して得られた複合体に力が加わった際に接着端部に応力が集中して剥離が生じ易くなってしまう。このような応力集中を防ぐために、マルチマテリアルの接着にエラストマー系の低弾性接着剤を用いることも考えられるが、低弾性の接着剤は接着端部の応力集中を防ぐ効果は期待できるものの、柔らかい材料であるため応力の伝達には不利である。そのため、弾性係数の高い接着剤を使用する場合と比較して、炭素繊維強化複合材料（CFRP）のような補強材の剛性発現に悪影響を与えかねない。なかでも、比剛性の高いＣＦＲＰは材料コストが高いことから、効率良く剛性を発現させることができるようにするのが理想である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
国際公開２００６／０８８１８４号公報
特開２００９－１１９６０７号公報
国際公開９９／１０１６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このような状況のもと、本発明者らは、母材と補強材との耐剥離性能や剛性発現に寄与する要因について詳細な検討を行った。その結果、母材に補強材を接着して複合体を得るにあたり、使用する各材料の物性値と得られる複合体の寸法によって定められるパラメータに基づくことで、耐剥離性と剛性発現とが両立された補強構造が実現されることを見出し、本発明を完成させた。
【０００９】
したがって、本発明の目的は、金属部材を母材とし、補強材を接着剤にて接着する母材の補強方法において、耐剥離性と剛性とが両立されて、補強材による剛性の付与を効率良く発現させることができる母材の補強方法を提供することにある。
【００１０】
また、本発明の別の目的は、耐剥離性と剛性とが両立されて、しかも、補強材による剛性発現が効率良くなされた複合体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
（【００１１】以降は省略されています）

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