JP2015021616A - Composite screw - Google Patents

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JP2015021616A JP2013164533A JP2013164533A JP2015021616A JP 2015021616 A JP2015021616 A JP 2015021616A JP 2013164533 A JP2013164533 A JP 2013164533A JP 2013164533 A JP2013164533 A JP 2013164533A JP 2015021616 A JP2015021616 A JP 2015021616A
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秀比呂 橋本
Hidehiro Hashimoto
秀比呂 橋本
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a light-weight and high-strength bolt that is durable even in repeated use and use for a long time by improving tensile strength without deteriorating torsional strength.SOLUTION: An axial through hole is provided to a titanium alloy-based bolt; carbon fiber is filled, and fixed with resin without any gap; and the carbon fiber is integrated with the bolt.

Description

本部品は、チタンやスチールと、カーボンファイバーやグラスファイバーを組合せ、機能向上を図った、締結部品のボルトに関する。This part relates to bolts for fastening parts that combine titanium and steel with carbon fiber and glass fiber to improve functionality.

既存のボルトは基本的に単一素材であり、機能向上の方策としては、熱処理や表面処理などに頼るしかなかった。Existing bolts are basically a single material, and the only way to improve the function was to rely on heat treatment or surface treatment.

無し。None.

既存のボルトよりも軽量化し、なおかつ、強度を飛躍的に向上したボルトを提供する。また、単純にボルト全体の強度を上げるのでは無く、以下の全ての課題を解決する。
1、捻じり強度と、軸力に対する引っ張り強度を、個別に調整可能にする。
2、ボルトの母材に対して、総重量で軽量化する。
3、電導性を確保する。
4、繰り返しの使用による金属疲労で、強度が低下しない事。
5、長期間の連続使用により、強度が低下しない事。
6、一般的なステンレス素材よりも、錆が発生し難く、腐食し難い事。
We provide bolts that are lighter than existing bolts and have dramatically improved strength. Moreover, it does not simply increase the strength of the entire bolt, but solves all the following problems.
1. The torsional strength and the tensile strength against the axial force can be individually adjusted.
2. The total weight of the bolt base material is reduced.
3. Ensure electrical conductivity.
4. The strength does not decrease due to metal fatigue due to repeated use.
5. The strength does not decrease due to long-term continuous use.
6. It is less likely to rust and corrode than common stainless steel materials.

課題を解決する為には、本発明の請求項1から請求項3のいずれかに記載された構成を1つ、又は複数選択して採用する。その内容は、概略、以下の構成を指す。
1、スチールやチタン合金製のボルトに、軸方向の貫通孔を設ける。
2、貫通孔の内部に、カーボンファイバー、又はグラスファイバーを充填し、樹脂で固 める。
3、繊維は、ボルトの軸方向に平行に揃えて装置する。
In order to solve the problem, one or a plurality of configurations described in any one of claims 1 to 3 of the present invention are selected and adopted. The contents generally indicate the following configuration.
1. An axial through hole is provided in a bolt made of steel or titanium alloy.
2. Fill the through hole with carbon fiber or glass fiber and harden with resin.
3. The fibers are arranged in parallel with the axial direction of the bolt.

本発明の、請求項1から請求項3のいずれかに記載された構成を複数採用すれば、ボルト本体が捻じりトルクを受け、内部に充填されたカーボンファイバーなどが軸力を受ける為、ボルトに加わる外力を効率良く分担し、その結果、飛躍的に強度が高い軽量ボルトが得られる。If a plurality of configurations according to any one of claims 1 to 3 of the present invention are adopted, the bolt body receives a twisting torque and the carbon fiber filled therein receives an axial force. As a result, a lightweight bolt with dramatically high strength can be obtained.

本発明のフランジボルトの、断面図を示す。Sectional drawing of the flange bolt of this invention is shown.

以下の様に装置する。
1、スチールやチタン合金製のボルトに、軸方向の貫通孔を設ける。
2、貫通孔の内部に、カーボンファイバー、又はグラスファイバーを充填し、樹脂で固 める。
3、繊維は、ボルトの軸方向に平行に揃えて装置する。
The equipment is as follows.
1. An axial through hole is provided in a bolt made of steel or titanium alloy.
2. Fill the through hole with carbon fiber or glass fiber and harden with resin.
3. The fibers are arranged in parallel with the axial direction of the bolt.

本発明を実施し、課題を解決する為の形態や構成は、請求項1から請求項3に詳述された通りであり、そのいずれか、又はいずれか複数を選択すれば良い。その一例として、図を使用して説明する。Embodiments and configurations for implementing the present invention and solving the problems are as detailed in claims 1 to 3, and any one or a plurality of them may be selected. An example of this will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明のフランジボルトの断面図であり、チタン合金製のボルト1には、軸方向の貫通孔2が設けられ、貫通孔の内部には、カーボンファイバー3が挿入され、隙間無く樹脂で固められてボルトと一体化している。FIG. 1 is a cross-sectional view of a flange bolt according to the present invention. A bolt 1 made of titanium alloy is provided with an axial through hole 2, and a carbon fiber 3 is inserted into the through hole without a gap. It is hardened with resin and integrated with the bolt.

ボルトを締め付ける際、ボルト本体には捻じり応力が発生するが、その負荷は主としてボルトの外周部に発生し、中心部には、ほとんど捻じり応力は発生していない。そこで、中心部に貫通孔を設け、引っ張り強度が極めて高いカーボンファイバーの繊維を充填すれば、ボルトの捻じり強度を低下させる事無く、締め付け時の軸力に対する引っ張り強度を飛躍的に高める事ができる。この構成によれば、貫通孔の直径を調整する事で、捻じりに対する強度と、引っ張りに対する強度を、必要に応じて自在に調整する事が可能となる。When a bolt is tightened, a torsional stress is generated in the bolt body, but the load is mainly generated in the outer peripheral portion of the bolt, and almost no torsional stress is generated in the central portion. Therefore, if a through hole is provided in the center and filled with carbon fiber fibers with extremely high tensile strength, the tensile strength against axial force during tightening can be dramatically increased without reducing the torsional strength of the bolt. it can. According to this configuration, by adjusting the diameter of the through hole, the strength against twisting and the strength against tension can be freely adjusted as necessary.

ボルト本体とカーボンファイバーは、繊維を挿入後に溶けた樹脂を高圧で押し込む方法や、挿入後にボルトの一部分を変形させる方法などにより一体化させる。チタンとカーボンファイバーの組合せであれば、疲労強度の低下は極めて少なく、繰り返しの使用や、長時間の連続使用に対しても、全く問題が発生しない。
また、本構成であれば、ボルトの上下にカーボンファイバーが露出しているので、ここを接点として使用すれば、電導性を得る事もできる。以上が本発明の複合ネジの実施例である。
The bolt body and the carbon fiber are integrated by a method in which a resin melted after insertion of the fiber is pressed at a high pressure, a method in which a part of the bolt is deformed after insertion, or the like. If the combination of titanium and carbon fiber is used, there is very little reduction in fatigue strength, and no problem occurs even with repeated use or long-term continuous use.
Further, in this configuration, since the carbon fibers are exposed above and below the bolt, if this is used as a contact, conductivity can be obtained. The above is the embodiment of the composite screw of the present invention.

本発明の、請求項1から請求項3の、いずれかに記載された構成を複数選択して採用すれば、前述の課題を全て解決する事が可能で、軽量かつ高強度のボルトを得る事ができる。If a plurality of configurations according to any one of claims 1 to 3 of the present invention are selected and adopted, all the above-mentioned problems can be solved, and a lightweight and high-strength bolt can be obtained. Can do.

1、フランジボルト
2、ボルトの軸方向に設けられた、貫通孔
3、繊維を軸方向に揃え、樹脂で固めてボルトと一体化した、カーボンファイバー
1. Carbon fiber, flange bolt 2, through hole 3 provided in the axial direction of the bolt, fiber aligned in the axial direction, solidified with resin and integrated with the bolt

Claims (3)

スチール、又はアルミ合金、又はチタン、又はチタン合金、又はマグネシウム、又はマグネシウム合金製のボルトに、軸方向の貫通孔を設け、その内部にカーボンファイバー、又はグラスファイバーを充填した事を特徴とする、複合ネジ。尚、ボルトとは、頭部の形状や使用する工具の形状や種類に関わらず、オネジを使用した締結部品全てを指し、貫通孔は、その一端又は一部が塞がれている場合や、縦長の空洞も含み、充填とは、カーボンファイバーやグラスファイバーで、孔や空洞の内部を隙間無く満たした状態を指し、カーボンファイバーやグラスファイバーは、その繊維だけの構成又は、繊維を樹脂又は接着剤又はゴム又は金属で固めた構成、又はシート状に編み込んだ構成を指す。また、隙間無く満たした状態とは、可能な限り隙間を減らして製造した状態を言い、製造上、繊維と繊維の間に僅かな隙間ができる状態や、樹脂の充填や圧入の不足により、僅かな隙間ができる状態も含む。A bolt made of steel, aluminum alloy, titanium, titanium alloy, magnesium, or magnesium alloy is provided with an axial through hole and filled with carbon fiber or glass fiber. Composite screw. In addition, the bolt refers to all fastening parts using male screws regardless of the shape of the head and the shape and type of the tool to be used, and the through hole has one end or a part thereof closed, Including vertically long cavities, filling refers to the state in which the inside of a hole or cavity is filled without gaps with carbon fiber or glass fiber. Carbon fiber or glass fiber consists of only that fiber, or the fiber is resin or bonded The structure solidified with an agent or rubber or metal, or the structure knitted into a sheet shape. In addition, the state filled with no gap refers to a state where the gap is reduced as much as possible, and in production, a slight gap is formed between the fibers, or due to insufficient filling of the resin and press-fitting, Also includes a state where a large gap is formed. 以下のいずれか、又は以下のいずれか複数の構成により、カーボンファイバーやグラスファイバーを貫通孔や空洞の内部に充填し、又は貫通孔や空洞の内部に繊維を挿入し、ボルトと一体化した事を特徴とする、請求項1に記載の複合ネジ。
1、圧入する、又は焼き嵌めする。
2、貫通孔や空洞の内面にメネジを設け、捻じ込む。
3、挿入後、ボルトの一部分を潰す、又は変形させて、抜け止めとする。
4、挿入後、同材質又は異材質の部品で蓋をする、又は止め輪の使用で抜け止めとする 。
5、貫通孔や空洞の断面形状を、多角形にする。
6、貫通孔や空洞の内面を、粗面にする、又は内面に凹凸を設ける。
7、接着する、又は溶着する、又は溶かして流し込む。
8、軸方向の断面形状をT字型やY字型とし、抜け止めとする。
9、ボルトの側面から、ピン又はクリップを挿入又は圧入し、抜け止めとする。
10、カーボンファイバーやグラスファイバーの一部を、ボルトのオネジの表面に露出 させ、ボルトを締め付ける際、相手のメネジに、同時に嵌合又は密着させる。
11、挿入後、熱硬化性樹脂を流し込み、熱を加える事で固める。
12、挿入後、溶けた樹脂に圧力を加え、隙間に押し込む。
13、貫通孔や空洞の開口部に、面取り又は座グリを設ける。
14、挿入後に、ボルトのオネジを転造する。
15、挿入後、孔の開口部から小ネジを捻じ込み、繊維や樹脂を圧縮する。
16、カーボンファイバーやグラスファイバーを挿入し、溶けた樹脂を注入後、樹脂が 完全に固まる前にボルトの中心軸に直径3mm以下で所定の深さを有する穴、又は 貫通孔を設け、ここに高圧の気体又は液体を注入し、樹脂を繊維の隙間に浸透させ る。尚、溶けた樹脂を、接着剤に置き換えた場合も含む。
The carbon fiber or glass fiber is filled into the through hole or cavity, or the fiber is inserted into the inside of the through hole or cavity and integrated with the bolt by any of the following or any of the following configurations: The composite screw according to claim 1, wherein:
1. Press fit or shrink fit.
2. Provide a female screw on the inner surface of the through hole or cavity and screw it in.
3. After insertion, a part of the bolt is crushed or deformed to prevent it from coming off.
4. After insertion, cover with parts of the same or different material, or use retaining rings to prevent it from coming off.
5. The cross-sectional shape of the through hole or cavity is made polygonal.
6. The inner surface of the through hole or cavity is roughened, or irregularities are provided on the inner surface.
7. Adhere or weld or melt and pour.
8. The cross-sectional shape in the axial direction is T-shaped or Y-shaped to prevent it from coming off.
9. Insert or press-fit a pin or clip from the side of the bolt to prevent it from coming off.
10. Expose a part of the carbon fiber or glass fiber to the surface of the male screw, and when tightening the bolt, fit or closely fit the other female screw at the same time.
11. After insertion, pour thermosetting resin and harden by applying heat.
12. After insertion, apply pressure to the melted resin and push it into the gap.
13. Provide chamfering or countersunk at the opening of the through hole or cavity.
14. After insertion, the male screw of the bolt is rolled.
15. After insertion, a machine screw is screwed through the opening of the hole to compress the fiber and resin.
16. After inserting carbon fiber or glass fiber and injecting melted resin, before the resin hardens completely, provide a hole or through hole with a predetermined depth of 3mm or less in diameter in the central axis of the bolt. A high-pressure gas or liquid is injected to allow the resin to penetrate into the gaps between the fibers. In addition, the case where the melted resin is replaced with an adhesive is also included.
以下のいずれか、又はいずれか複数の特徴を有する、請求項1又は請求項2に記載の複合ネジ。
1、カーボンファイバーに、電極、又はコネクター、又は電気接点を装置した。
2、ボルトの外表面に、2ヶ所以上のカーボンファイバーが露出する部分を設け、電気 を流す為の接点として使用可能に装置した。
3、ボルトに働く捻れモーメントを、主としてボルトの金属部分が受け、ボルトに働く 軸力を、主としてカーボンファイバー又はグラスファイバーが受ける様に装置した 。
4、ボルトの外表面の一部、又は全てを、カーボンファイバー又はグラスファイバーで 覆った、又は外表面の一部に、繊維を貼り付けた。
5、複合ネジ全体の体積に対して、体積比で50%以上100%以下を、カーボンファ イバー又はグラスファイバーとした。
6、複合ネジ全体の体積に対して、カーボンファイバー又はグラスファイバーを、体積 比で50%以下とした。
7、カーボンファイバー又はグラスファイバーの繊維は、ボルトの軸方向に長い連続し た繊維とし、全ての繊維をボルトの軸方向と略並行方向に揃えて装置した。
8、上記7の構成において、全ての繊維の長さは、ボルトの全長に対して80%以上と した。
The composite screw according to claim 1, wherein the composite screw has any one or more of the following features.
1. An electrode, a connector, or an electrical contact was installed on the carbon fiber.
2. On the outer surface of the bolt, two or more exposed portions of carbon fiber were provided to enable use as a contact point for electricity flow.
3. A device was set so that the torsional moment acting on the bolt was mainly received by the metal part of the bolt and the axial force acting on the bolt was mainly received by the carbon fiber or glass fiber.
4. A part or all of the outer surface of the bolt was covered with carbon fiber or glass fiber, or the fiber was attached to a part of the outer surface.
5. Carbon fiber or glass fiber was used in a volume ratio of 50% to 100% with respect to the total volume of the composite screw.
6. The volume ratio of carbon fiber or glass fiber was 50% or less with respect to the total volume of the composite screw.
7. Carbon fiber or glass fiber fibers were continuous fibers long in the axial direction of the bolt, and all fibers were aligned in a direction substantially parallel to the axial direction of the bolt.
8. In the configuration of 7 above, the length of all the fibers is 80% or more with respect to the total length of the bolt.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN106246685A (en) * 2016-08-27 2016-12-21 常州市耀华仪器有限公司 Mapping equipment high-strength low-density bolt
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