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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Harzstruktur.
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Stand der Technik
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In der Patentliteratur 1 ist eine Harzstruktur offenbart, die ein Harzelement, das ein in einer orthogonalen Richtung hindurchdringendes Durchgangsloch aufweist, und einen Kragen umfasst, der in das Durchgangsloch eingepasst ist. Die Harzstruktur ist mittels eines Bolzens (Schraube) und einer Mutter, die in den Kragen eingesetzt sind, an einem metallischen Befestigungselement befestigt.
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Das Harzelement ist aus einem Verbundwerkstoff gefertigt, in dem Verstärkungsfasern (Verstärkungsfaserstoff), wie z.B. Kohlefasern oder Glasfasern, mit dem Harz (Kunstharz) ausgehärtet sind. Die Verstärkungsfasern sind in einer horizontalen Richtung ausgerichtet, in der sich das Harzelement erstreckt, wobei die Festigkeit des Harzelements verbessert wird.
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Zitatliste
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Patent-Literatur
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Patentliteratur 1:
JP 2015-86942 A -
Zusammenfassung der Erfindung
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Technisches Problem
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Wenn die Harzstruktur mit einem Befestigungselement (bzw. einem befestigten Element) befestigt wird, konzentriert sich die Spannung (bzw. Beanspruchung) um den Kragen herum, und es wirkt eine Kraft in einer Richtung, in der das Harzelement an eine Seitenoberfläche des Kragens gedrückt wird. Wenn das Harzelement um den Kragen herum der zu der Seitenoberfläche des Kragens wirkenden Kraft nicht standhalten kann, wirkt eine Kraft auf die eine Oberfläche (z.B. die obere Oberfläche) des Harzelements in einer Richtung (z.B. in Aufwärtsrichtung) entlang der Seitenoberfläche des Kragens, und eine Kraft wirkt auf die andere Oberfläche (z.B. die untere Oberfläche) des Harzelements in der anderen Richtung (z.B. in Abwärtsrichtung) entlang der Seitenoberfläche des Kragens.
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Wenn hierbei das Harzelement durch Laminieren mehrerer Basismaterialien in einer orthogonalen Richtung gebildet ist, die aus einem Verstärkungsfasern enthaltenden Harz gefertigt sind, ist im Vergleich zu der Festigkeit in dem Basismaterial, in dem die Verstärkungsfasern ausgerichtet sind, die Festigkeit zwischen den Basismaterialien schwach, weshalb die Gefahr einer Delamination besteht, bei der die Basismaterialien im Harzelement um den Kragen herum voneinander getrennt werden.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, das Auftreten einer Delamination in einer Harzstruktur zu verhindern, die durch Laminieren mehrerer Basismaterialien in einer orthogonalen Richtung gebildet ist, welche aus einem Verstärkungsfasern enthaltenden Harz gefertigt sind.
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Mittel zur Lösung des Problems
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Eine Harzstruktur gemäß einem Aspekt umfasst: ein Harzelement, das ein Durchgangsloch aufweist, das in einer orthogonalen Richtung orthogonal zu einer horizontalen Richtung hindurchdringt; und einen Kragen, der in das Durchgangsloch eingepasst ist, wobei das Harzelement durch Laminieren mehrerer Basismaterialien in der orthogonalen Richtung gebildet ist, die aus einem Verstärkungsfasern enthaltenden Harz gefertigt sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Harzelement aufweist: einen äußeren Harzabschnitt, in dem die Verstärkungsfasern in der horizontalen Richtung ausgerichtet sind; und einen inneren Harzabschnitt, der in der horizontalen Richtung zwischen dem äußeren Harzabschnitt und dem Kragen angeordnet ist; wobei ein Mittelwert eines Faserausrichtungswinkels des inneren Harzabschnitts in Bezug auf eine Seitenoberfläche des Kragens kleiner ist als ein Mittelwert eines Faserausrichtungswinkels des äußeren Harzabschnitts in Bezug auf die Seitenoberfläche des Kragens.
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Da ein Mittelwert eines Faserausrichtungswinkels eines inneren Harzabschnitts in Bezug auf die Seitenoberfläche des Kragens kleiner ist als derjenige eines Faserausrichtungswinkels eines äußeren Harzabschnitts in Bezug auf die Seitenoberfläche des Kragens, erstrecken sich die Verstärkungsfasern des inneren Harzabschnitts im Vergleich zu den Verstärkungsfasern des äußeren Harzabschnitts in einer Richtung entlang der Seitenoberfläche des Kragens. Dementsprechend nimmt im inneren Harzabschnitt die Festigkeit in der Richtung entlang der Seitenoberfläche des Kragens im Vergleich zu dem äußeren Harzabschnitt zu, so dass die Delamination im inneren Harzabschnitt unterbunden werden kann.
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Figurenliste
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- 1 ist eine Querschnittsansicht einer Harzstruktur gemäß einer Ausführungsform.
- 2 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht der Harzstruktur gemäß der Ausführungsform.
- 3 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht einer Harzstruktur gemäß einem ersten modifizierten Beispiel der Ausführungsform.
- 4 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht einer Harzstruktur gemäß einem zweiten modifizierten Beispiel der Ausführungsform.
- 5 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht einer Harzstruktur gemäß einem dritten modifizierten Beispiel der Ausführungsform.
- 6 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht einer Harzstruktur gemäß einem vierten modifizierten Beispiel der Ausführungsform.
- 7 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht einer Harzstruktur gemäß einem fünften modifizierten Beispiel der Ausführungsform.
- 8 ist ein Schaubild zur Beschreibung eines Verfahrens zur Herstellung einer Harzstruktur 1.
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Beschreibung der Ausführungsformen
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Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlicher beschrieben. In der folgenden Beschreibung der Zeichnungen sind gleiche oder ähnliche Teile durch gleiche oder ähnliche Bezugszeichen bezeichnet. Es ist jedoch zu beachten, dass die Zeichnungen schematisch dargestellt sind, wobei die Verhältnisse der jeweiligen Abmessungen und dergleichen von der Realität abweichen können. Konkrete Abmessungen und dergleichen sollten daher unter Bezugnahme auf die folgende Beschreibung bestimmt werden. Außerdem können die Zeichnungen Teile mit unterschiedlichen Maßbeziehungen oder -verhältnissen enthalten. In der vorliegenden Beschreibung und in den Zeichnungen sind Elemente, die im Wesentlichen die gleiche Funktion und Konfiguration haben, durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet, um eine redundante Beschreibung zu vermeiden, wobei Elemente, die nicht direkt mit der vorliegenden Erfindung in Zusammenhang stehen, nicht dargestellt sind.
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Schematischer Aufbau der Harzstruktur
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Ein schematischer Aufbau einer Harzstruktur 1 wird mit Bezug auf die 1 und 2 beschrieben. 1 ist eine Querschnittsansicht einer Harzstruktur gemäß einer Ausführungsform, und 2 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht der Harzstruktur gemäß der Ausführungsform.
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Der in der Zeichnung dargestellte Pfeil X zeigt eine horizontale Richtung an, und der Pfeil Z zeigt eine orthogonale Richtung an. In der horizontalen Richtung X kann eine Richtung, die sich einem später beschriebenen Kragen 20 nähert, als Einwärtsrichtung X1 bezeichnet werden, und eine Richtung weg von dem Kragen 20 kann als Auswärtsrichtung X2 bezeichnet werden. Die orthogonale Richtung Z kann als Aufwärts- und Abwärtsrichtung bezeichnet werden. Die eine Richtung in der orthogonalen Richtung Z kann als Aufwärtsrichtung Z1 bezeichnet werden, und die andere Richtung in der orthogonalen Richtung Z kann als Abwärtsrichtung Z2 bezeichnet werden. Die horizontale Richtung X kann als eine In-der-Ebene-Richtung bezeichnet werden, und die orthogonale Richtung Z kann als eine Aus-der-Ebene-Richtung bezeichnet werden.
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Wie in 1 gezeigt ist, weist die Harzstruktur 1 ein Harzelement 10, einen Kragen 20, ein Befestigungselement 30, einen Bolzen (Schraube) 40 und eine Mutter 50 auf.
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Wie in 1 und 2 gezeigt ist, erstreckt sich das Harzelement 10 in der horizontalen Richtung X. Das Harzelement 10 weist ein erstes Durchgangsloch 15 auf, das in der orthogonalen Richtung Z hindurchdringt. Der Kragen 20 ist in das erste Durchgangsloch 15 eingepasst.
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Das Harzelement 10 ist durch Laminieren mehrerer Basismaterialien in der orthogonalen Richtung Z gebildet, die aus einem Verstärkungsfasern enthaltenden Harz gefertigt sind. Das Verstärkungsfasern enthaltende Harz kann als faserverstärktes Harz bezeichnet werden. Die Linien, die in jeder Zeichnung (1 bis 8) innerhalb des Harzelements 10 dargestellt sind, zeigen schematisch eine Faserausrichtung der Verstärkungsfasern im jeweiligen Bereich an.
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Als Harzmaterial eines Harzes, das Verstärkungsfasern enthält, können ein thermoplastisches Harz oder ein wärmehärtendes Harz verwendet werden. Als thermoplastisches Harz kann z.B. Polyamid oder Polypropylen verwendet werden, und als wärmehärtendes Harz kann z.B. ein Epoxidharz oder ein Phenolharz verwendet werden.
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Das Harzelement 10 kann als Verstärkungsfasern Kohlefasern, Glasfasern, Polyamidfasern, Polyethylenfasern oder ähnliches verwenden. Daher kann z.B. ein kohlefaserverstärkter Kunststoff (CFK) als Verbundwerkstoff, in welchem die Kohlefasern mit einem Harz ausgehärtet werden, ein glasfaserverstärkter Kunststoff (GFK) als Verbundwerkstoff, in welchem die Glasfasern mit einem Harz ausgehärtet werden, oder ähnliches als Verstärkungsfasern enthaltendes Harz verwendet werden.
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Die Verstärkungsfaser kann eine diskontinuierliche Faser sein. Eine Faserlänge einer Verstärkungsfaser kann 10 mm oder mehr betragen. Eine gewichtete mittlere Faserlänge kann 10 mm oder mehr und 100 mm oder weniger betragen.
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Der Kragen 20 wird in die erste Durchgangsbohrung 15 eingepasst. Der Kragen 20 weist ein zweites Durchgangsloch 25 auf, in das der Bolzen 40 eingesetzt wird. Das zweite Durchgangsloch 25 durchdringt den Kragen 20 in orthogonaler Richtung Z.
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Der Kragen 20 kann als Metallblock aus z.B. einem Stahlmaterial, einem Aluminiummaterial, einem Aluminiumlegierungsmaterial oder ähnlichem gebildet sein.
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Das Befestigungselement 30 kann als Metallplatte aus z.B. einem Stahlmaterial, einem Aluminiummaterial, einem Aluminiumlegierungsmaterial oder ähnlichem gebildet sein. Das Befestigungselement 30 weist eine Öffnung auf, in die der Bolzen 40 eingesetzt wird.
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In der vorliegenden Ausführungsform werden der Bolzen 40 und die Mutter 50 als Befestigungsmittel zur Befestigung des Harzelements 10 und des Befestigungselements 30 verwendet. Der Bolzen 40 weist einen Gewindeabschnitt 42, der in das zweite Durchgangsloch 25 des Kragens 20 eingesetzt wird, und einen Bolzenkopf 44 auf, der in orthogonaler Richtung Z an einem Endabschnitt des Gewindeabschnitts 42 vorgesehen ist. Die Mutter 50 weist ein Befestigungsdurchgangsloch 55 auf, in das der Gewindeabschnitt 42 eingesetzt wird. Ein Gewindeabschnitt, der mit dem Gewindeabschnitt 42 des Bolzens 40 verschraubt wird, ist an einer Seitenwand des Befestigungsdurchgangslochs 55 ausgebildet.
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Wie in den 1 und 2 gezeigt ist, wird bei der vorliegenden Ausführungsform als Beispiel ein Fall beschrieben, in dem das Harzelement 10 aus drei Basismaterialien gebildet ist.
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Das Harzelement 10 weist einen äußeren Harzabschnitt 11 und einen inneren Harzabschnitt 12 auf.
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Ein Bereich des äußeren Harzabschnitts 11 kann durch einen Ausrichtungswinkel der Einzelfasern definiert werden, die die Verstärkungsfasern bilden. In dieser Beschreibung ist ein Winkel (Faserausrichtungswinkel) θ1, der durch eine neutrale Ebene des Harzelements und die Einzelfaser gebildet wird, im Bereich von 0° bis 90° eingestellt, wobei der Mittelwert berechnet wird. Wenn der Mittelwert 0° bis 30° beträgt, definiert dies das Harzelement mit in horizontaler Richtung ausgerichteten Verstärkungsfasern, wenn der Mittelwert 30° bis 60° beträgt, definiert dies das Harzelement mit willkürlich ausgerichteten Verstärkungsfasern, und wenn der Mittelwert 60° bis 90° beträgt, definiert dies das Harzelement mit vertikal ausgerichteten Verstärkungsfasern.
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Ein Verfahren zur Messung eines Ausrichtungswinkels einer Einzelfaser ist nicht besonders beschränkt, jedoch kann der Ausrichtungswinkel durch Aufnahme eines Bildes der Einzelfaser z.B. mittels Röntgen-CT gemessen werden. Wenn die Verstärkungsfaser eine hohe Strahlendurchlässigkeit hat und schwierig aufzunehmen ist, kann das Bild der Einzelfaser mittels eines Elektronenmikroskops aufgenommen werden.
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Wenn die Einzelfaser gekrümmt ist, wird eine Richtung der Einzelfaser außerdem durch eine Richtung eines Liniensegments genähert, bei dem die beiden Enden der Einzelfaser miteinander verbunden werden.
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Der äußere Harzabschnitt 11 ist ein Abschnitt, in dem die Verstärkungsfaser in der horizontalen Richtung X ausgerichtet ist. Der Mittelwert des Faserausrichtungswinkels 91 des äußeren Harzabschnitts 11 in Bezug auf die neutrale Ebene des Harzelements 10 beträgt daher 0° bis 30°. Der äußere Harzabschnitt 11 weist eine erste äußere Schicht 111, eine zweite äußere Schicht 112 und eine dritte äußere Schicht 113 auf. Die erste äußere Schicht 111 bildet die eine Oberfläche (obere Oberfläche 10U) in der orthogonalen Richtung Z. Die erste äußere Schicht 111 entspricht einer oberen Schicht. Die zweite äußere Schicht 112 befindet sich in der orthogonalen Richtung Z zwischen der ersten äußeren Schicht 111 und der dritten äußeren Schicht 113. Die dritte äußere Schicht 113 bildet die andere Oberfläche (untere Oberfläche 10L) in der orthogonalen Richtung Z. Die dritte äußere Schicht 113 entspricht einer unteren Schicht.
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Der innere Harzabschnitt 12 ist ein Abschnitt, der sich in horizontaler Richtung X zwischen dem äußeren Harzabschnitt 11 und dem Kragen 20 befindet. Der innere Harzabschnitt 12 weist eine erste innere Schicht 121, eine zweite innere Schicht 122 und eine dritte innere Schicht 123 auf.
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Die erste innere Schicht 121 bildet die eine Oberfläche (obere Oberfläche 10U) in der orthogonalen Richtung Z. Die erste innere Schicht 121 entspricht einer oberen Schicht. Wie in 2 gezeigt ist, kann die erste innere Schicht 121 mit dem Kragen 20 in Kontakt stehen. Es kann auch nur die erste innere Schicht 121 mit dem Kragen 20 in Kontakt stehen, und die zweite innere Schicht 122 und die dritte innere Schicht 123 müssen nicht mit dem Kragen 20 in Kontakt stehen. Daher kann die erste innere Schicht 121 mit einer Seitenoberfläche des Kragens 20 über eine größere Fläche in Kontakt stehen als die dritte innere Schicht 123. Daher ist eine Fläche einer Kontaktoberfläche der ersten inneren Schicht 121 bezüglich der Seitenoberfläche des Kragens 20 größer als diejenige einer Kontaktoberfläche der dritten inneren Schicht 123 bezüglich der Seitenoberfläche des Kragens 20. Es ist zu beachten, dass die erste innere Schicht 121 mit der Seitenoberfläche des Kragens 20 über eine größere Fläche in Kontakt stehen kann als die zweite innere Schicht 122. Daher ist die Fläche der Kontaktoberfläche der ersten inneren Schicht 121 bezüglich der Seitenoberfläche des Kragens 20 grösser als diejenige der Kontaktoberfläche der zweiten Innenschicht 122 bezüglich der Seitenoberfläche des Kragens 20.
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Die erste innere Schicht 121 kann eine untere Oberfläche 10L bilden. Wenn sie die untere Oberfläche 10L bildet, kann die erste innere Schicht 121 die untere Oberfläche 10L an der dem Kragen 20 nächstliegenden Seite bilden.
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Die erste innere Schicht 121 kann mit Fortschreiten in Einwärtsrichtung X1 in der Abwärtsrichtung Z2 verlaufen. Die erste innere Schicht 121 kann die zweite innere Schicht 122 bedecken. Daher kann in der horizontalen Richtung X die erste innere Schicht 121 mit der zweiten inneren Schicht 122 überlappen. Außerdem kann in der horizontalen Richtung X die erste innere Schicht 121 mit der dritten inneren Schicht 123 überlappen.
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Die zweite innere Schicht 122 befindet sich in orthogonaler Richtung Z zwischen der ersten inneren Schicht 121 und der dritten inneren Schicht 123. Die zweite innere Schicht 122 kann die untere Oberfläche 10L bilden.
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Die zweite innere Schicht 122 kann mit Fortschreiten in Einwärtsrichtung X1 in der Abwärtsrichtung Z2 verlaufen. Die zweite innere Schicht 122 kann die dritte innere Schicht 123 bedecken. Daher kann in der horizontalen Richtung X die zweite innere Schicht 122 mit der dritten inneren Schicht 123 überlappen.
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Die dritte innere Schicht 123 bildet die andere Oberfläche (untere Oberfläche 10L) in der orthogonalen Richtung Z. Die dritte innere Schicht 123 entspricht einer unteren Schicht. Wenn die mehreren inneren Schichten die untere Oberfläche 10L bilden, kann die dritte innere Schicht 123 die untere Oberfläche 10L an der Seite des äußersten äußeren Harzabschnitts 11 bilden.
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Der Kragen 20 weist eine Seitenoberfläche 22 auf, die mit dem inneren Harzabschnitt 12 in Kontakt steht. Hierbei ist der Mittelwert eines Faserausrichtungswinkels θ22 des inneren Harzabschnitts 12 in Bezug auf die Seitenoberfläche 22 des Kragens 20 kleiner als derjenige eines Faserausrichtungswinkels θ21 des äußeren Harzabschnitts 11 in Bezug auf die Seitenoberfläche 22 des Kragens 20. Folglich erstrecken sich die Verstärkungsfasern des inneren Harzabschnitts 12 im Vergleich zu den Verstärkungsfasern des äußeren Harzabschnitts 11 in der Richtung entlang der Seitenoberfläche 22 des Kragens 20 (d.h. in der orthogonalen Richtung Z). Folglich nimmt im inneren Harzabschnitt 12 im Vergleich zum äußeren Harzabschnitt 11 die Festigkeit in der Richtung entlang der Seitenoberfläche 22 des Kragens 20 zu, so dass eine Delamination im inneren Harzabschnitt 12 unterbunden werden kann.
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Der Mittelwert des Faserausrichtungswinkels θ22 des inneren Harzabschnitts 12 in Bezug auf die Seitenoberfläche 22 des Kragens 20 kann 0° bis 30° betragen. Folglich nimmt im inneren Harzabschnitt 12 die Festigkeit in der Richtung entlang der Seitenoberfläche 22 des Kragens 20 (orthogonale Richtung Z in 1) zu, so dass eine Delamination im inneren Harzabschnitt 12 unterbunden werden kann. Es ist zu beachten, dass in der vorliegenden Ausführungsform der Mittelwert des Faserausrichtungswinkels θ21 des äußeren Harzabschnitts 11 in Bezug auf die Seitenoberfläche 22 des Kragens 20 gleich 60° bis 90° sein kann. In diesem Fall sind die Verstärkungsfasern in der horizontalen Richtung ausgerichtet, in der sich der äußere Harzabschnitt 11 erstreckt, und die Festigkeit des äußeren Harzabschnitts 11 kann zunehmen.
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Die Faserausrichtungswinkel θ21 und θ22 der Verstärkungsfasern (bzw. der Einzelfaser) in Bezug auf die Seitenoberfläche 22 des Kragens 20 sind Winkel θ21 und θ22, die von einer Richtung, die beide Enden einer Grenzlinie zwischen dem Kragen 20 (bzw. dessen Seitenoberfläche 22) und dem Harzelement 10 verbindet, wenn die Seitenoberfläche 22 des Kragens 20 auf einer Oberfläche geschnitten wird, die eine Mittelachse C des Kragens 20 enthält, und einer Richtung der Einzelfaser gebildet werden und im Bereich von 0° bis 90° eingestellt sind. Die Einzelfaser ist so gewählt, dass die Oberfläche, die die Mittelachse C des Kragens 20 enthält, durch einen Teil der Einzelfaser verläuft. Wenn die Einzelfaser gekrümmt ist, wird die Richtung der Einzelfaser durch die Richtung genähert, die beide Enden verbindet.
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Da wie in der vorliegenden Ausführungsform die Seitenoberfläche 22 des Kragens 20 parallel zu der orthogonalen Richtung Z ist, sind die Faserausrichtungswinkel θ21 und θ22 der Verstärkungsfasern in Bezug auf die Seitenoberfläche 22 des Kragens 20 gleich 0°, wenn die Einzelfaser parallel zu der orthogonalen Richtung Z ist, und gleich 90°, wenn die Einzelfaser senkrecht zu einer Z-Achse ist.
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Der Mittelwert des Faserausrichtungswinkels θ22 des inneren Harzabschnitts 12 in Bezug auf die Seitenoberfläche 22 des Kragens 20 wird als ein Mittelwert berechnet, indem insgesamt 100 Einzelfasern aus dem inneren Harzabschnitt 12 zufällig ausgewählt werden und der Faserausrichtungswinkel für jede Einzelfaser gemessen wird. Der Mittelwert des Faserausrichtungswinkels θ22 des inneren Harzabschnitts 12 in Bezug auf die Seitenoberfläche 22 des Kragens 20 wird auf die gleiche Weise berechnet wie der innere Harzabschnitt 12.
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Im inneren Harzabschnitt 12 kann der Mittelwert des Faserausrichtungswinkels θ22 des inneren Harzabschnitts 12 in Bezug auf die Seitenoberfläche 22 des Kragens 20 in Einwärtsrichtung X1 kontinuierlich abnehmen. Folglich ist es möglich, eine Abnahme der Festigkeit aufgrund einer diskontinuierlichen Beugung der Faserausrichtung zu unterbinden.
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Es ist zu beachten, dass, wenn wie in der vorliegenden Ausführungsform die Seitenoberfläche 22 des Kragens 20 parallel zu der orthogonalen Richtung Z ist, der innere Harzabschnitt 12 Verstärkungsfasern aufweisen kann, die in der orthogonalen Richtung Z ausgerichtet sind. Folglich nimmt die Festigkeit in der orthogonalen Richtung Z durch die in der orthogonalen Richtung Z ausgerichteten Verstärkungsfasern weiter zu, so dass die Delamination im inneren Harzabschnitt 12 unterbunden werden kann.
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Wenn ferner wie in der vorliegenden Ausführungsform die Seitenoberfläche 22 des Kragens 20 parallel zu der orthogonalen Richtung Z verläuft, nimmt ein Mittelwert eines Neigungswinkels (d.h. der Winkel 91) der Verstärkungsfasern in Bezug auf die horizontale Richtung X in Einwärtsrichtung X1 zu. Das heißt, die Ausrichtung der Verstärkungsfasern kann sich in Einwärtsrichtung X1 kontinuierlich ändern. Folglich ist es möglich, die Abnahme der Festigkeit aufgrund einer diskontinuierlichen Beugung der Ausrichtung zu unterbinden. Der Mittelwert des Neigungswinkels 91 der Verstärkungsfasern in Bezug auf die horizontale Richtung kann im Inneren des inneren Harzabschnitts 12 in horizontaler Richtung X größer sein als an der Außenseite des inneren Harzabschnitts 12 in horizontaler Richtung X.
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In der vorliegenden Ausführungsform ist die Seitenoberfläche 22 des Kragens 20 parallel zu der orthogonalen Richtung Z. Folglich sind die Verstärkungsfasern im inneren Harzabschnitt 12 entlang der Seitenoberflächen 22 ausgerichtet, so dass die Anzahl der Verstärkungsfasern, die schräg zu der horizontalen Richtung X ausgerichtet sind, zunehmen kann.
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Modifizierte Beispiele
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Jedes modifizierte Beispiel der Ausführungsform wird mit Bezug auf die 3 bis 7 beschrieben. 3 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht einer Harzstruktur gemäß einem ersten modifizierten Beispiel der Ausführungsform. 4 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht einer Harzstruktur gemäß einem zweiten modifizierten Beispiel der Ausführungsform. 5 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht einer Harzstruktur gemäß einem dritten modifizierten Beispiel der Ausführungsform. 6 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht einer Harzstruktur gemäß einem vierten modifizierten Beispiel der Ausführungsform.
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7 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht einer Harzstruktur gemäß einem fünften modifizierten Beispiel der Ausführungsform. Es ist zu beachten, dass der der oben beschriebenen Ausführungsform gleichende Teil weggelassen wird.
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Wie in 3 gezeigt ist, weist ein Kragen 20 einen Flanschabschnitt 24 auf, der sich von einem Endabschnitt in orthogonaler Richtung Z in einer horizontalen Richtung X erstreckt.
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Ein innerer Harzabschnitt 12 weist Grenzen zwischen mehreren Basismaterialien auf einer Oberfläche eines inneren Harzabschnitts in der orthogonalen Richtung Z auf. Insbesondere weist der innere Harzabschnitt 12 eine Grenze B1 zwischen einer ersten inneren Schicht 121 und einer zweiten inneren Schicht 122 auf einer unteren Oberfläche 10L auf. Der innere Harzabschnitt 12 weist eine Grenze B2 zwischen der zweiten inneren Schicht 122 und einer dritten inneren Schicht 123 auf der unteren Oberfläche 10L auf.
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Der Flanschabschnitt 24 bedeckt die Grenzen zwischen den mehreren Basismaterialien in der horizontalen Richtung X. Insbesondere bedeckt der Flanschabschnitt 24 die Grenze B1 und die Grenze B2. Dementsprechend ist es möglich, beim Aufbringen einer Last die Konzentration von Spannungen in der Nähe der Grenzen B1 und B2 zu unterbinden, und folglich ist es möglich, das Auftreten von Delamination ausgehend von den Grenzen B1 und B2 auf der unteren Oberfläche 10L zu unterbinden.
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Wie in 4 gezeigt ist, bedeckt der Flanschabschnitt 24 den inneren Harzabschnitt 12 in der horizontalen Richtung X. Der Flanschabschnitt 24 kann einen Teil des äußeren Harzabschnitts 11 bedecken. Der innere Harzabschnitt 12 hat einen geringeren Grad an In-Ebene-Ausrichtung der Verstärkungsfasern (d.h. Ausrichtung in der horizontalen Richtung) als der äußere Harzabschnitt 11. Daher ist die Festigkeit in Bezug auf die Belastung (In-Ebene-Belastung) in der horizontalen Richtung X gering. Durch Abdecken des inneren Harzabschnitts 12 mit dem Flanschabschnitt 24 ist es daher möglich, die Konzentration der Spannungen auf einen Teil des inneren Harzabschnitts 12 zu unterbinden und einen Bruch ausgehend von dem inneren Harzabschnitt 12 zu unterbinden.
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Wie in 5 gezeigt ist, weist der Kragen 20 eine Seitenoberfläche 22 auf, die mit dem inneren Harzabschnitt 12 in Kontakt steht und in Bezug auf die orthogonale Richtung Z geneigt ist. Der Kragen 20 weist eine konische Form auf.
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Die erste innere Schicht 121, die der oberen Schicht entspricht, steht über eine größere Fläche mit der Seitenoberfläche des Kragens 20 in Kontakt als die dritte innere Schicht 123, die der unteren Schicht entspricht. Daher ist eine Fläche einer Kontaktoberfläche der ersten inneren Schicht 121 in Bezug auf die Seitenoberfläche des Kragens 20 größer als diejenige einer Kontaktoberfläche der dritten inneren Schicht 123 in Bezug auf die Seitenoberfläche des Kragens 20.
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Eine Dicke T in horizontaler Richtung X von einer Mittelachse C des Kragens 20 zu der Seitenoberfläche 22 nimmt von der ersten inneren Schicht 121 (obere Schicht) in Richtung zu der dritten inneren Schicht 123 (untere Schicht) zu. Folglich kann während der Herstellung ein Abstand von jedem Basismaterial zu der Seitenoberfläche 22 ein Abstand sein, der einer Fließstrecke des jeweiligen Basismaterials entspricht, und daher können einige Basismaterialien (z.B. das Basismaterial, das der ersten inneren Schicht 121 entspricht) mehr als notwendig fließen, so dass es möglich ist, ein Auftreten der Grenze innerhalb des inneren Harzabschnitts 12 aufgrund der Verbindung der drei inneren Schichten zu unterbinden. Die Grenze verursacht eine Abnahme der Festigkeit. Daher weist der Kragen 20, wie in 5 gezeigt ist, die konische Form auf und kann somit die Abnahme der Festigkeit unterbinden.
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Es ist zu beachten, dass, wie in 5 gezeigt ist, die Seitenoberfläche 22 des Kragens 20 in Bezug auf die orthogonale Richtung Z geneigt ist. Daher stimmt ein Faserausrichtungswinkel θ22 des inneren Harzabschnitts 12 in Bezug auf die Seitenoberfläche 22 des Kragens 20 nicht mit dem Faserausrichtungswinkel in Bezug auf die orthogonale Richtung Z überein.
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Es ist zu beachten, dass die Mittelachse C des Kragens 20 eine Achse entlang der orthogonalen Richtung Z ist. Ferner kann die Dicke T ein Radius des Kragens 20 sein.
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Wie in 6 gezeigt ist, nimmt die Dicke T in horizontaler Richtung X von der Mittelachse C des Kragens 20 bis zur Seitenoberfläche 22 ausgehend von der ersten inneren Schicht 121 (obere Schicht) zu der dritten inneren Schicht 123 (untere Schicht) ab. Folglich fließt das Basismaterial während der Herstellung entlang der Neigung der Seitenoberfläche 22, und somit werden die Verstärkungsfasern mit Leichtigkeit entlang der Neigung der Seitenoberfläche 22 ausgerichtet. Durch die Einstellung des Ausrichtungswinkels der Verstärkungsfasern ist es möglich, das Auftreten der Delamination zu unterbinden und auch die Abnahme der Festigkeit gegenüber der Belastung in horizontaler Richtung X (In-Ebene-Belastung) zu unterbinden.
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Wie in 7 gezeigt ist, weist der Kragen 20 einen ersten Flanschabschnitt 24A, der sich von einem Endabschnitt in orthogonaler Richtung Z in der horizontalen Richtung X erstreckt, und einen zweiten Flanschabschnitt 24B auf, der sich von dem anderen Endabschnitt aus in der horizontalen Richtung X erstreckt.
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Folglich ist es möglich, die Konzentration der Spannungen auf den inneren Harzabschnitt 12 nicht nur auf einer Seite, sondern auch auf der anderen Seite in orthogonaler Richtung Z zu unterbinden, und es ist möglich, das Auftreten der Delamination und des Bruchs ausgehend vom inneren Harzabschnitt 12 weiter zu unterbinden.
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Verfahren zur Herstellung einer Harzstruktur
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Als nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung der Harzstruktur 1 mit Bezug auf 8 beschrieben. 8 ist ein Schaubild für die Beschreibung eines Verfahrens zur Herstellung einer Harzstruktur 1.
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Wie in 8 gezeigt ist, wird ein Verfahren zur Herstellung einer Harzstruktur 1 unter Verwendung eines Kragens 20 der 7 beschrieben. Zunächst wird als Beispiel ein Fall der Verwendung eines thermoplastischen Harzes für das Harzelement 10 beschrieben.
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Zunächst werden mehrere Basismaterialien 100 mit einem Infrarotheizgerät oder dergleichen erwärmt bis das Basismaterial 100 einen Schmelzpunkt oder höher erreicht.
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In Schritt S10 werden der Kragen 20 und die mehreren Basismaterialien 100 in eine Form eingelegt. Die Form wird auf eine Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes des Basismaterials 100 eingestellt.
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Die mehreren Basismaterialien 100 werden in der orthogonalen Richtung Z laminiert. Die mehreren Basismaterialien 100 können im Voraus durch einen Stempelformvorgang integriert werden. Die mehreren Basismaterialien 100 sind mit Öffnungen 150 versehen, die größer sind als ein Außendurchmesser des Kragens 20. Der Kragen 20 ist innerhalb der Öffnung 150 angeordnet. Von der Seitenoberfläche 22 des Kragens 20 bis zu den mehreren Basismaterialien 100 ist ein Zwischenraum vorgesehen.
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Da die Temperatur der Form niedriger ist als der Schmelzpunkt des Basismaterials 100, entzieht das untere Basismaterial 100 der unteren Form 220 Wärme und weist eine geringere Fließfähigkeit auf als das obere Basismaterial 100.
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In Schritt S20 drückt eine obere Form 210 gegen die mehreren Basismaterialien 100, um Druck auf die mehreren Basismaterialien 100 auszuüben. Die mehreren Basismaterialien 100 fließen, um die Seitenoberfläche des Kragens 20 zu erreichen. Anschließend werden die mehreren Basismaterialien 100 gekühlt und verfestigt.
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Da das untere Basismaterial 100 der unteren Form 220 Wärme entzieht, weist das untere Basismaterial 100 eine geringere Fließfähigkeit auf als das obere Basismaterial 100. Daher weist das obere Basismaterial 100 eine große Fließstrecke auf und das untere Basismaterial 100 weist eine kleine Fließstrecke auf. Folglich kann das obere Basismaterial 100 das untere Basismaterial 100 bedecken. Auf diese Weise kann durch Vergrößerung der Fließstrecke eines (oberen) Basismaterials 100 in der orthogonalen Richtung Z und Verkleinerung der Fließstrecke des anderen (unteren) Basismaterials 100 in der orthogonalen Richtung Z, wie oben beschrieben worden ist, ein Mittelwert des Faserausrichtungswinkels θ22 des inneren Harzabschnitts 12 in Bezug auf die Seitenoberfläche 22 des Kragens 20 auf 0° bis 30° eingestellt werden. Folglich kann der Mittelwert eines Faserausrichtungswinkels θ22 des inneren Harzabschnitts 12 in Bezug auf die Seitenoberfläche 22 des Kragens 20 kleiner sein als derjenige eines Faserausrichtungswinkels θ21 des äußeren Harzabschnitts 11 in Bezug auf die Seitenoberfläche 22 des Kragens 20.
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In Schritt S30 wird die obere Form 210 entfernt, nachdem die mehreren Basismaterialien 100 gekühlt und verfestigt worden sind. Die mehreren Basismaterialien 100, die gekühlt und verfestigt worden sind, bilden das Harzelement 10. Als Ergebnis kann die Harzstruktur 1 mit dem Harzelement 10 und dem Kragen 20 hergestellt werden.
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Es ist zu beachten, dass in dem Fall, in dem das wärmehärtende Harz für das Harzelement 10 verwendet wird, die Harzstruktur 1 durch Pressformen und Wärmehärten eines halb ausgehärteten Harzelements hergestellt werden kann, bei dem die Verstärkungsfasern in dem wärmehärtenden Harz imprägniert sind.
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Da in diesem Fall das untere Basismaterial 100 vor dem Pressen mit Wärme aus der unteren Form 220 beaufschlagt wird, weist das untere Basismaterial 100 eine geringere Fließfähigkeit auf als das obere Basismaterial 100. Daher weist das obere Basismaterial 100 eine große Fließstrecke auf und das untere Basismaterial 100 weist eine kleine Fließstrecke auf. Folglich kann das obere Basismaterial 100 das untere Basismaterial 100 bedecken. Auf diese Weise kann durch Vergrößerung der Fließstrecke eines (oberen) Basismaterials 100 in der orthogonalen Richtung Z und Verringerung der Fließstrecke des anderen (unteren) Basismaterials 100 in der orthogonalen Richtung Z der Mittelwert des Faserausrichtungswinkels θ22 des inneren Harzabschnitts 12 in Bezug auf die Seitenoberfläche 22 des Kragens 20 auf 0° bis 30° eingestellt werden. Folglich kann der Mittelwert des Faserausrichtungswinkels θ22 des inneren Harzabschnitts 12 in Bezug auf die Seitenoberfläche 22 des Kragens 20 kleiner sein als derjenige eines Faserausrichtungswinkels θ21 des äußeren Harzabschnitts 11 in Bezug auf die Seitenoberfläche 22 des Kragens 20.
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Andere Ausführungsformen
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Während die vorliegende Erfindung mit Bezug auf die oben genannten Ausführungsformen genauer beschrieben worden ist, ist es für den Fachmann offensichtlich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist. Die vorliegende Erfindung kann mit modifizierten Beispielen und Änderungen umgesetzt werden, ohne vom Erfindungsgedanken und Umfang der vorliegenden Erfindung, wie durch den Umfang der Ansprüche definiert ist, abzuweichen. Daher dient die Beschreibung der vorliegenden Ausführungen der Veranschaulichung und hat keine einschränkende Bedeutung für die vorliegende Erfindung.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Harzstruktur
- 10
- Harzelement
- 10L
- untere Oberfläche
- 10U
- obere Oberfläche
- 11
- äußerer Harzabschnitt
- 12
- innerer Harzabschnitt
- 15
- erstes Durchgangsloch
- 20
- Kragen
- 22
- Seitenoberfläche
- 24
- Flanschabschnitt
- 24A
- erster Flanschabschnitt
- 24B
- zweiter Flanschabschnitt
- 25
- zweites Durchgangsloch
- 30
- Befestigungselement
- 40
- Bolzen
- 42
- Gewindeabschnitt
- 44
- Bolzenkopf
- 50
- Mutter
- 55
- Befestigungs-Durchgangsloch
- 100
- Basismaterial
- 111
- erste äußere Schicht
- 112
- zweite äußere Schicht
- 113
- dritte äußere Schicht
- 121
- erste innere Schicht
- 122
- zweite innere Schicht
- 123
- dritte innere Schicht
- 150
- Öffnung
- 210
- obere Form
- 220
- untere Form
- B1
- Grenze
- B2
- Grenze
- C
- Mittelachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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