JPH02225028A - 複合材料製のボルト・ナット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ボルトやナツト等の強化プラスチック製のね
じ付き部材に関し、更に詳しくは、多方向に延在する繊
維によって強化されたねじ付き複合部材並びにその製造
方法に関する。

〔従来の技術〕

繊維強化樹脂複合材料は、その対重量強度が大きいため
に広く用いられている。これらの特性は、特に航空機産
業において重要な因子である。最近、いたエアフレーム
の構造複合材料と組合せられることが多くなっている。

従来型の金属製ファスナーは、幾つかの理由のために満
足すべきものではない。これは重量が大きく、又、電気
的な腐食を受けやすい欠点がある。通常の飛行条件の下
での振動や、荒天や緊急時の操縦の際に経験する厳しい
荷重のために、複合構造のジヨイントに対するファスナ
ーの連結機能が損なわれることがある。

接着剤で結合されたジヨイントは保守やサービスの際に
分解することができない。

複合プラスチック製のファスナーを用いて、これらの問
題点を解決しようとする提案がなされているが、経済的
又は技術的な欠点が多いために、広くは採用されていな
い。

例えば、へル、　Ｓｃｏ　ｔ　ｔの米国特許３，４９５
，４９４にはガラス繊維で強化されたねし山を有するプ
ラスチック製のねじ部材が開示されている。樹脂を含浸
した多数のガラス繊維の補強フィラメントがねじ山の断
面に蛇行状に配置され、該ねじ付き部材の軸方向に延在
している。このねじ付き部材を製造するには、形成され
る部材に対して補完的な形状の空洞を有する精密な型を
必要とする。５ｃｏｔｔによれば、ナツトは、ねじ山を
有するロッドの周囲に複数本の樹脂含浸フィラメントを
軸方向に並べたものを熱処理して硬化させ、その後でロ
ッドを回転させて外し、得られたモールドを切断して複
数のナツトを得る。ボルトに頭部を形成するには、これ
らのナツトの一つをシャンクモールドの一端にねじ込み
接合する。

５ｔｒａｎｄの米国特許４．４７８．５４４には、完全
に重合されていない熱硬化性樹脂マトリクスに被包され
たカーボン繊維で作られた強化プラスチック製のリベッ
トが開示されている。このリベットを使用するには、そ
の頭部を加熱して軟化させ、これを転倒させて完全に重
合させる。すべてのリベットの場合と同様に、このリベ
ットもねじ山を具えていない。このリベットは、樹脂の
熱硬化を予防するために、使用前には低温環境下で保管
される必要がある。

Ｚａｈｎの米国特許２．３０６．５１６には、中空の鋳
型を作製するためのパターンとしての機能を有するねじ
付きファスナーの上に、ゴム等の分離膜を使用すること
が開示されている。

Ｃｏｏｐｅｒ　ｅｔ　ａｌの米国特許４，３８９，２６
９には、スポーツ用ラケット構造とこれを作る方法が開
示されている。樹脂を含浸したトウが編まれたトウチュ
ーブの一部の周囲に巻付けられ、その後、第２の編まれ
たトウチューブがその上に被せられてアセンブリーを形
成し、これに内圧を加えて熱硬化させる。

Ｃａｍｐｂｅｌｌの米国特許４，２６５，９８１には、
連続するマルチフィラメントやテープで螺旋状に巻かれ
てマトリクス材料に埋入された平行なマルチフィラメン
トで構成された耐衝撃性を有する複合材が開示されてい
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

以上詳述したように、ねじ山付きの複合ファス最近の複
合材料と同様な物理的特性を有することが要望されてい
ることは明らかである。

本発明は、このような従来技術の問題点を解決すること
を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の一態様によれば、内面にねじを具えた中空の複
合部材を製造する方法であって、外面にねじを具えた細
長い円筒状のコアを用意して、その表面を剥離剤で処理
し、 該コア上に補強布帛層を被せて、コアのねじの外形に順
応して密着させ、 該補強布帛層を安定な高分子マトリクス中に埋め込む各
ステップを含む方法が提供される。

本発明の他のＢ様によれば、ポリマーマトリクス中に混
入された繊維によって形成された内面にねじを具えた中
空部材であって、該部材は頂点が丸い断面形状のねじ山
を内面に具え、該ねじ山は前記部材の軸方向に延在する
、ねじ山の形に順応するチューブ状の補強布帛層を具え
ている複合部材が提供される。

本発明の更に別の態様によれば、高分子マトリクス中に
混入された繊維によって構成された内面にねじ山を具え
た中空部材は、内面に丸い頂点のねし山を有し、咳ねし
山は前記部材の軸方向に延在する、ねじ山に密着した補
強布帛層を具え、更に該部材は、これと補完的なねじ山
をその外面に有する部材と螺合して組合せ体を構成して
いる。

外面にねじ山を具えた該部材は、細長いコアと該コアの
表面に接合されたチューブ状の布帛層からなり、該布帛
層は連続する織物、編み物又は組物によって構成され、
高分子マトリクスによって前記コアの表面に密着して接
合されている。

使用される繊維又はマトリクスの種類には限定はない。

コアは中空状でも中実状でもどちらでもよい。

コア自体が複合部材であってもよい。コアは螺旋状のね
じ規定エレメントを具え、該ねじ規定エレメントは補強
用繊維を含み、又はフィラメントの束や加熱・編組され
たコードやマトリクスのみで構成されてもよく、又はこ
れらの組合せであってもよい。コアはその上に編組され
た層を具え、その中では８Ｍ層を形成する少なくとも−
っのエレメントが、他のエレメントよりも大きくコアの
半径方向に張り出して、コア上に螺旋状のねし山を規定
している。

内面にねじ山を具えた中空部材の補強布帛層は、編組又
は編成されたものである。この補強布帛層が形成された
後に、加熱と加圧によってこの補強布帛層を高分子マト
リクスによって下地のコアに固定して一体化する。内面
にねじ山を具えた中空部材の形成に先立って、コア上に
剥離剤のコーティングを設けておけば、コアから完成さ
れた内面にねし山を具えた部材を容易に取り外すことが
できる。内面にねじ山を具えたこの部材の外形を成形す
るのに、何らの型も必要としない。予めねし山を設けた
コア上の組立体は、オートクレーブ中で、布帛によって
補強されたマトリクスで形成されたこの部材をキユアリ
ング・固定することによって完成される。

上述の、又はその他の本発明の特徴や利点は、図面に示
す好適実施例に基づく以下の説明によって、更によ（理
解されるであろう。

〔実施例〕

特に断らない限り、本明細書中で使用されている全ての
％９割合２部は重量を基礎としたものである。′ロッド
”とは、中空か否かを問わず、細長いバー状のものを指
す。“ピッチ”並びにこれに関連する用語は、ねじ付き
部材の螺旋状ねし上の任意の点から同じねじ付き部材に
よって形成される隣のねじ上の対応する点まで、該ねじ
付き部材の長手方向に計った距離を称する。°“螺旋角
″゛とは、ねじを規定する螺旋状エレメントの経路とね
じ付き部材の長手軸とのなす角を意味する。螺旋角が大
きいことは、同じ直径とねじ規定エレメントの突起を有
するねじ付き部材の場合には、ピッチが小さいことを意
味する。本明細書並びに図面においては、同様な部材に
対しては同じ符号が付されている。

第２Ａ図〜第２Ｅ図には、本発明による内部にねじを有
する部材１１０，１１１，１１２が示されている。

中空の内部ねし付き部材１１０は繊維強化高分子マトリ
クスで作られている。この部材１１０の内面は強化布帛
層を具え、核層はこの部材１１０の軸方向に延在し、そ
の内部ねじ山の輪郭に従っている。

第２Ｄ図には、第２Ｃ図に示したのと同様な内部にねじ
を有する部材が示されている。これら二つの間の差異は
、後者１１１が部材１１０等の軸方向に長いエレメント
から切断されて作られている点にある。これらの部材１
１０，１１１の軸方向に延びる外面は円筒形をなしてい
る。第２Ｅ図は、六角形をしたナツト１１２を示し、そ
の他の構成は部材１１０や１１１と同じである。各部材
１１０，１１１，１１２の内面１２５は、軸方向に延在
する螺旋状のねじ１２６を具えている。補強布帛層は起
伏しており、部材１１０．１１１，１１２のねじ付きの
内面の形状に適合して延在している。この補強布帛層は
、第２Ｂ図に示すように、適宜な高ヤング率の繊維を組
んだり編んだりすることによって得られた連続チューブ
状布帛層であることが望ましい。使用される高ヤング率
の繊維としては、アラミド繊維、ガラス繊維。

カーボン繊維等が好ましい。

第２Ｆ図と第２Ｇ図には、本発明の複合材料製のボルト
１２０が示されている。このボルトは、ナツト等の内面
にねじを具えた部材を、これから述べる方法で別に作ら
れた外面にねじを具えた部材１２１に螺合させて作られ
ている。ナツト１１２はねじ付きのシャンク１２１に螺
合させられ、接着剤１２２によって接合されて、これ以
上回転しないようにシャンク１２１上に固定される。接
着は、ナツト１１２並びにシャンク１２１のマトリクス
になじむエポキシその他の高分子材料によって行われる
。

第１図は、本発明による内面にねじを具えた部材の製造
方法を示している。第２Ａ図に示されたような外面にね
じを具えた円筒形コア１００が、第２Ｃ図に示された内
面にねじを具えた部材１１０を形成するためのキャリア
を型として使用される。

コア１００は、第２Ｆ図に示されたようなねじ付きボル
トを直接的に形成する場合を除いて、形成されるべき内
面にねじを具えた部材には接合されない外面１０１を具
えていることが必要である。この外面にねじを具えた円
筒形のコア１００は、第１図及び第２Ａ図に示されてい
るように、剥離剤１０２によって表面処理されている。

その後、コア１００の上に１層またはそれ以上の補強布
帛層が形成される。この作業は、第２Ｂ図に示すように
、チューブ組紐機又は編機もしくはこれらの連続工程内
にコア１００を通すことによって行うことが望ましい。

これらの組紐機又は編機１０４は、多数のキャリアを有
し、その各々は繊維材料の連続トウ１０５を送り出し、
コア１００上にチューブ状の補強布帛層１０６を被せる
。この補強布帛層１０６はコア１００の外面１０１のね
じによって形成される輪郭を被覆してその形に従う。

この補強布帛層１０６は多方向性を有している。

即ち、この布帛は、形成されるべき内面にねじを具えた
部材の軸方向に対して異なった角度で延在する繊維状エ
レメントを有し、これらの繊維状エレメントの幾つかは
、螺旋状ねじと同じ方向に延び、又成るものはこの螺旋
状ねじとは反対方向に延びている。好適実施例によれば
、この中空部材の内面のねじは、この部材の螺旋とは逆
向きに軸方向に延在する密着して配置された繊維によっ
て補強されている。

高分子マトリクスの鞘即ちカバーが、外面にねじを具え
たコアと布帛層１０６の組合せ体に適用される。高分子
材料が繊維材料１０５上にプレコーティングされてもよ
い。これとは別のやり方として、コア１００上の布帛層
１０６として編まれる前又は後に、これらの繊維材料１
０５に高分子材料を含浸させてもよい。

第２図には一層の補強布帛層１０Ｇの形成が示されてい
るが、複数の補強布帛層が順次に積層されて形成されて
もよい。その他のやり方として、全ての補強布帛層が形
成された後に、圧力含浸等の方法で高分子材料を施与し
てもよい。この高分子材料が液体の場合、該高分子材料
は、製造されるべき内面にねじを具えた複合部材とその
下地であるコアから滴り落ちないで繊維材料内に留まる
のに充分な粘度を有することが必要である。液状の高分
子材料が重力の影響で動き易い傾向を防止するために、
コアと内面にねじを具えた部材とは、コア１００の水平
方向に延在する長手軸を中心に回転させられることもあ
る。

最後の高分子材料を施与して下地の補強布帛層１０６上
に高分子マトリクスの鞘１０８を形成して被覆した後、
組立体は熱と圧力の作用を受け、高分子マトリクスと布
帛層は接合されて一体化された安定な内面にねじを具え
た、第２Ｃ図に示すような、複合部材１１０となる。熱
硬化性高分子樹脂を用いた場合には、この作業は通常型
のオートクレーブ内で行われることが望ましい。熱可塑
性樹脂を用いる場合にもオートクレーブが使用される。

外形を規制する型は必要とされない。

室温で化学的に固定される樹脂を用いた場合には、熱や
圧力を加えることなく内面にねじを具えた部材を作るこ
とができる。

この接合作業に引き続いて、内面にねじを具えた組合せ
部材とそのコアは、オートクレーブから取り出され、そ
の後、新たに作られたねじ部材１１０は、部材１１０を
コア１００に対して回転させることによってコア１０２
から外される。第２Ｃ図に示すように、コア１００は部
材１１０の右手部分から部分的に引き抜かれている。前
取て施されている剥離剤１０１によって、コア１００か
らの内面にねじを具えた部材の分離は容易に行われる。

この部材１１０は、充分に長い部材として製造され、第
２Ｄ図に示すような多数の小さな部材１１１に切断され
ることが望ましい。この部材１１１の外部円筒面１２７
は機械加工され、第２Ｅ図、第２Ｆ図、第２Ｇ図の部材
１１２のような六角形の外面に形成される。第２Ｅ図の
ナツト１１２のような多数の六角形ナツトに切断される
前に、部材１１０の外面を機械加工することも可能であ
る。六角形ナツト１１２は、その中心孔内を軸方向に延
在する連続螺旋状ねじ山１２６を具えている。このねじ
山１２６は、コア１００の外部螺旋ねしによって形成さ
れた外形に順応する形状の補強布帛層１０６によって補
強されている。第２Ｇ図に示すように、ナツト１１２は
その断面全体に分布している複数の同心状の布帛補強層
１２９を具えている。

ナラ）１１２は第２Ｆ図及び第２Ｇ図に示すような、外
面にねじを具えた複合部材のシャンク１２１と螺合して
いる。ナツト１１２はエポキシ接着剤等の高分子材料１
２２によってシャンク１２１に接合されて、複合ボルト
１２０を形成することができる。

Ｂステージの樹脂材料を利用することも可能である。こ
の例では、第２Ｆ図、第２Ｇ図のボルト１２０を形成す
るための付加的な工程は、ナツトとシャンクを螺合させ
る前にこれらの部材にＢステージ処理のみを施し、その
後に熱と圧力を加えてナツトをシャンクに対して組み立
て、化学的に結合させる。

ナツト１１２とシャンク１２１用の樹脂と布帛材料の選
択は、先ず、意図している応用分野に必要な特性にかか
る最終用途に基づいて決められる。低温且つ低応力で使
用される場合には、ナイロン等の押し出し成形された熱
可塑性プラスチックで作られたシャンクを用いることが
望ましい。大きな強度が必要な場合には、この高分子マ
トリクスに不連続又は連続繊維を混ぜることが望ましい
。−船釣に、結晶性のポリマーは非結晶性のポリマーに
比べて高いクリープ耐性を示す。大きい強度とクリープ
耐性を必要とする場合には、コアはシャンク１２１の長
さ方向、即ち軸方向に延在する連続繊維で補強された熱
硬化性の高分子マトリクスで形成されることが望ましい
。好適な樹脂としては、ナイロン（ポリアミド）、ポリ
エステル、ポリオレフィン、ボリアロリン・サルファイ
ド（ＰＰＳ）、エポキシ、ポリイミド等が挙げられる。

好適な繊維としては、ガラス、アラミド、セラミックス
繊維、ウィスカー、カーボン繊維並びにこれらの組合せ
が挙げられる。ナツトとシャンク用の繊維は、これが埋
め込まれている高分子マトリクスよりも大きいヤング率
を持っていることが必要である。

高いヤング率と強度と高い温度が必要とされる用途に特
に適したシャンクは、ポリフェニレン・サルファイドの
マトリクス中に入れられたガラス繊維又はカーボン繊維
で作られたロッドであり、該ロッドは、Ｏｋｌａｈｏｍ
ａ州のＢａｒｔｌｅｓｖｉｌｌｅのＰｈ１ｌｌｉｐ　Ｐ
ｅｔｒｏｌｅｕｍ　Ｃｏａ＋ｐａｎｙ社からＲＹＴＯＮ
　ＰＰＳの商標名で入手可能である。

高いヤング率を有する好ましい繊維としては、アラミド
、ガラス、カーボン繊維等が挙げられる。

これらの繊維は高分子樹脂に接着し易いように処理され
ることもある。このような処理は、本発明の対象ではな
いが、複合材料の補強用繊維の製造に関する分野の当業
者にとって、周知の技術である。

補強布帛層１０６を形成するのに使用される繊維材料の
トウ１０５は、円形断面を有する多数の単フィラメント
で構成されている。これらのフィラメントは高分子マト
リクスで包まれている。フィラメントは加熱されて糸と
なっていてもよい。多数の糸が加熱されてコードを構成
する場合もある。

多数のコードが加熱されて更に太い連続繊維エレメント
を構成してもよい。繊維材料１０５は偏平又は円形の断
面形状を有し、加熱される場合も無撚りの場合もあり、
編組されている場合もある。繊維材料のトウ１０５は補
強布帛層１０６として形成される以前に樹脂を含浸させ
られてもよいし、予め付与されている高分子材料の層の
上に重ねられてもよい。この高分子樹脂は、繊維を濡ら
してこれを被覆する液状のものが好ましい。

補強布帛層１０６の特性と、該布帛層が起伏してねじ付
きコア１００によって与えられた雄型に順応している事
実とによって、雌型部材１１０の内部ねじとこれによっ
て生じたねじとは破壊に対して補強される。補強布帛層
のフィラメントの多方向性に起因して、補強繊維材料の
少なくとも一部は、部材１１０の内部のねじに働く剪断
力の面に対してかなりの角度を持つ平面内に配向される
。

加熱しなくても化学反応のみにってセットされる樹脂を
使用することも可能である。複合シャンク１２１と接合
されてボルト１２０を形成するナツト１１２等の内面に
ねじを具えた部材を製造するのに使用される樹脂は、シ
ャンクの製造に用いられる樹脂になじむものが選択され
る。

〔外面にねじを具えた部材とその製造法］第６Ａ図と第
６Ｂ図には、本発明のねじ付き部材１０の実施例が示さ
れている。このねじ付き部材１０は、細長いコア１２と
、該コア１２の外面に接合さポ れたチ、：Ｌ　　７’（７）ｄｉ組層１４を具えている
。好適例においては、この編組層１４は図示しないマト
リクス内に埋め込まれている。編組層Ｉ４ば、コア１２
の円筒状外周面に沿ってその周囲に螺旋状に延在してい
るねし規定エレメント１６を含んでいる。ねじ規定エレ
メント１６は、チューブ状編組層１４の一部でもある。

このエレメント１６は、第３図に図示されているように
、エレメント１６と共に前記チューブ状編組層１４を形
成している非ねじ規定エレメント１８（第４図）よりも
大きく半径方向に張り出している。

所定のサイズのねじ規定エレメントにおいては、ねじの
螺旋角はコアのサイズに比例して変化する。

所定の直径のコアにおいては、ねじ規定エレメントの螺
旋角は該ねじ規定エレメントのサイズに反比例して変化
する。ねじ規定エレメントの螺旋角は、５０′から９０
°より僅かに小さい角度までの範囲にある。この螺旋角
は、ファスナーの製造に使用される材料、該ファスナー
の充填密度並びにファスナーの意図する用途の設計要求
に基づいて決められるべきである。

コア１２はロッドであり、円形断面を有することが望ま
しいが、他の断面形状、例えば六角形等の多角形もしく
は楕円等でもよい。コア１２は、第５゜６．８図に示す
ように中実でもよく、又、第１１図に符号１２”で示さ
れているように中空でもよい。

コアの選択は、主として意図してい゛イ用途に基づいて
決められるべきである。低温且つ低応力で使用される場
合には、ナイロン等の押し出し成形された熱可塑性プラ
スチックで作られたシャンクを用いることが望ましい。

大きな強度が必要な場合には、この高分子マトリクスに
不連続又は連続繊維を混ぜることが望ましい。−船釣に
、結晶性のポリマーは非結晶性のポリマーに比べて高い
クリープ耐性を示す。大きい強度とクリープ耐性を必要
とする場合には、コアはシャンク１２１の長さ方向、即
ち軸方向に延在する連続繊維で補強された熱硬化性の高
分子マトリクスで形成されることが望ましい。好適な樹
脂としては、ナイロン（ポリアミド）、ポリエステル、
ポリオレフィン、ボリアロリン・サルファイド（ＰＰＳ
）　、エポキシ、ポリイミド等が挙げられる。好適な繊
維としては、ガラス、アラミド、セラミックス繊維、ウ
ィスカーカーボン繊維並びにこれらの組合せが挙げられ
る。

ナツトとシャンク用の繊維は、これが埋め込まれている
高分子マトリクスよりも大きいヤング率を持っているこ
とが必要である。

高いヤング率と強度と高い温度が必要とされる用途に特
に適したコアは、ポリフェニレン・サルファイドのマト
リクス中に入れられたガラス繊維又はカーボン繊維で作
られたロッドであり、該ロッドは、Ｏｋｌａｈｏｍａ州
のＢａｒｔｌｅｓｖｉｌｌｅのＰｈ１ｌｌｉｐ　Ｐｅｔ
ｒｏｌｅｕｍ　Ｃｏｍｐａｎｙ社からＲＹＴＯＮ　ＰＰ
Ｓの商標名で入手可能である。

ねじ規定エレメント１６は、コア１２に関して上に述べ
た繊維を含む適宜な繊維で作ることができる。

高いヤング率を有する好ましい繊維としては、アラミド
、ガラス、カーボン繊維等が挙げられる。

これらの繊維は高分子樹脂に接着し易いように処理され
ることもある。このような処理は、本発明の対象ではな
いが、複合材料の補強用繊維の製造に関する分野の当業
者にとって、周知の技術である。

第３図に示すように、ねじ規定エレメント１６は円形断
面を存する多数の単エレメント１７から構成されている
。このフィラメント１７は高分子マトリクス１５で被覆
されている。フィラメント１７は加熱されて糸を形成し
ている。多数の糸が加熱されてコードを形成している。

多数のコードが加熱されて更に太いねし規定エレメント
を形成してもよい。

これらの繊維束は編組されてねし規定エレメントをを形
成することもできる。テープを加熱してねじ規定エレメ
ント１６又は単エレメント１７を形成してもよい。この
ねじ規定エレメント１６は、その円形断面が変形しない
ような剛性を有し、エレメント１６が編組層１４のエレ
メント１８よりも大きくコア１２から半径方向に張り出
す必要がある。好適実施例においては、エレメント１６
は円形断面を有し、コア１２上に編まれる際に、前述の
ような断面形状の変形に対して抵抗力を有するようにな
されている。これは、エレメント１６を緊密に収束され
た繊維で形成し、及び／又は単エレメント１７に高分子
樹脂を予め含浸させて中実の円形繊維束を形成すること
によって行われる。

第４図に示すように、編組層１４の非ねじ規定エレメン
ト１８は偏平断面形状をしていることが望ましい。この
非ねじ規定エレメント１８は、加熱された又は加熱され
ない適宜な繊維によって糸やコードを構成したり、編組
されて偏平なテープ状に形成される。非ねじ規定エレメ
ントは、編組層１４を形成する前に高分子樹脂を含浸さ
せられることが望ましい。図示のように、多数のフィラ
メント部１９が互いに隣接して非ねじ規定エレメント１
８内に配置されている。

第５図には、本発明のねじ付き部材５０の別の例が示さ
れている。このねじ付き部材５０は第１図に示すものと
異なり、それぞれコア１２に沿って螺旋状に延在する複
数のねし規定エレメント１６を含んでいる。このねじ付
き部材５０は、そのねじ規定エレメント１６の幾つかが
破損した場合、でもその保持力のかなりの部分を残すよ
うに構成されている。

４本のねじ規定エレメント１６が図示されているが、こ
れよりも少なくても又多くてもよい。

本発明の外面にねじを具えた部材の製造工程の一部が第
７Ａ図と第７Ｂ図に示されている。従来型の編組装置２
０が所望の数の糸又はコードホルダーをそのクリール２
１上に具えている。ホルダーの数は幾つでも構わない。

コアの表面を完全に被覆するのに必要なホルダーの数は
、周知のよう常人手可能な２４〜３６ユニツトのシング
ルデツキ型編組装置が、コア１２を編組層１４で完全に
被覆するのに使用される。本発明によれば、一つ以上の
選ばれたホルダー２２にねじ規定エレメント１６のスプ
ールが取付けられる。第２Ａ図と第２Ｂ図には図を簡単
にするためにその中の一つのみが示されている。残りの
ホルダー２３には、第４図に示すような非ねじ規定エレ
メント１８のスプールが取付けられる。コア部材１２が
編組装置２０のデツキ２１を通過するにつれて、補強エ
レメント１６゜１８がコア上に編成される。編組作用の
結果として、ねじ規定エレメント１６は、ねじ規定エレ
メント１６の方向とは逆向きの螺旋を描く多数の非ねじ
規定エレメント１８によってコア１２に対して確保され
る。コア１２上のねじ規定エレメント１６の螺旋状軌跡
に沿う走行経路に対して斜めに見た場合、ねじ規定ニレ
メン目６は幾つかの点で非ねじ規定エレメント１８に重
なり、その他の点では非ねじ規定エレメント１８はねじ
規定エレメント１６とコア１２との間を通過している。

このようにして、外面にねじを具えた複合部材は、ねじ
の方向に交差して延在する繊維と、ねじの方向に一致し
て延在する繊維との両方によって補強される。コア１２
の外面は、熱可塑性又は熱硬化性ポリマーによって被覆
又は形成されている。このコアの表面は加熱されて、コ
アへのエレメント１６及び１８の埋入と接合が促進され
る。コアが編組装置を通過する前又は後に、液状の接合
高分子樹脂をコア上に施与してもよい。

好適実施例においては、ねじ規定エレメント１６と非ね
じ規定エレメント１８とは樹脂を含浸させられている。

他の好適実施例においては、エレメント１６．１８は樹
脂でコーティングされている。

編組層のエレメントは、コアの長手方向に引っ張り荷重
が加わった場合に、該編組層が回転しないうにチューブ
状の編組層内に配置されていることが望ましい。換言す
れば、引っ張り荷重が加わった場合に、トルクが伝達さ
れないようにすることが望ましい。

編組作業の後に、複合部材はオートクレーブ内での熱と
圧力の作用によって固められる。編組の後で追加の樹脂
が付与され、摩耗に対してｗＡ組層を保護し、且つコア
に対する編組層の接合を促進することが望ましい。編組
層の巻付けの後に、別の耐摩耗性樹脂層を付与してもよ
い。

熱を加えることなく、化学反応のみによってセットされ
る樹脂を使用することもできる。コアの製造、ねじ規定
エレメントや非ねじ規定エレメントの含浸、及び編組層
のコーティングや接合に用いられる樹脂は、相互に適合
するように選択されなければならない。

本発明を好適実施例に基づいて説明したが、他の実施例
でも同じような結果を達成できる。

〔外面にねじを具えた部材のその他の実施例〕第８Ａ図
と第８Ｂ図には、本発明のねじ付き部材２１０の一実施
例が示されている。このねじ付き部材２１０は、細長い
コア１２．該コア１２の外面の円筒面の周囲にこれに沿
って螺旋状に延在するねじ規定エレメント２１４．並び
にコア１２とねじ規定エレメント２１４の組立体の外面
の形状に沿ってこれを被覆し、且つこれに接合される編
組層２１５等の補強布帛層からなっている。ねじ規定エ
レメント２１４は、偏平な編組エレメント２１６等の非
ねじ規定エレメントよりも大きく半径方向に張り出し、
チューブ状の編組布帛層２１４の内部に形成されている
。このねじ規定エレメント２１４はコア１２と一体化さ
れ又は接合されていることが望ましい。好適実施例によ
れば、ねじ規定エレメントは第３図に示されたものと同
じである。偏平な繊維束を編組したエレメント２１６は
第４図に示したものと同じである。

コアは、コアに捩じり荷重に対する耐性を与えるように
互いに逆向きの螺旋状補強繊維とコアの軸方向に延在す
る補強繊維を有する一層又は少なくとも二層の編組又は
編成された布帛層を含んでいる。

ねじ規定エレメント２１４　、２１４”は、コア１２．
１２”に関して前述した繊維を含む適宜な繊維で作られ
る。高いヤング率を有するアラミド、ガラス又はカーボ
ン繊維等が望ましい。これらの繊維は高分子樹脂に接着
し易いように処理されることもある。

このような処理は、本発明の対象ではないが、複合材料
の補強用繊維の製造に関する分野の当業者にとって、周
知の技術である。

ねじ規定エレメント２１４は、コア１２と一体的に形成
されるか、第１０図に示されるような螺旋巻付は機２２
４によってコア１２に巻付けられるかする。

ねじ規定エレメント１６は、ポリマー単独又は繊維単独
又はポリマーと繊維の組合せであってもよい。

ねじ規定エレメントは、ポリマーマトリクス中に混入さ
れた短繊維か連続フィラメントであってもよい。ねじ規
定エレメント２１４自体は円形断面のフィラメント等の
多数の単一エレメントで構成されてもよい、このフィラ
メントは高分子マトリクスで被覆されることが望ましい
。フィラメントは相互に加熱されて糸を形成する。多数
の糸が加熱されてコードを形成する。多数のコードが加
熱されて更に太いねし規定エレメントを構成する。これ
らの多数の繊維束が編組されてねし規定エレメントを構
成してもよい。テープを加熱してねし規定エレメントを
構成することもできる。このねじ規定エレメントは、エ
レメント２１４がコア１２から外側に半径方向に張り出
してその上に形成される布帛層の輪郭に影響を与えるこ
とを保証するように、その円形断面が変形することに対
する抵抗性を有する。好適実施例においては、エレメン
ト２１４は円形断面形状を有し、コア１２上に螺旋状に
巻付けられる際にこの円形断面形状から変形することに
対して抵抗性を有する。好適実施例においては、これは
、緊密に収束された繊維でエレメント２１′４を形成し
たり、単エレメント１７に高分子樹脂１５を予め含浸さ
せて中実の円形断面の繊維束を形成することによって達
成される。

第８Ａ図に示すように、編組布帛層２１５を形成してい
るエレメント２１６が、偏平な断面形状をなしている。

この偏平エレメント２１６は第４図に関連して説明した
ものと同じである。

第１１図には、本発明のねじ付き部材２５０の別の実施
例が示されている。このねじ付き部材２５０は、中空の
コア１２′に沿って螺旋状に延在する多数のねし規定エ
レメント２１４”を具えている点で、第８Ａ図と第８Ｂ
図に示すものとは異なっている。

このねじ付き部材２５０は、個々のねし規定エレメント
２１４”の一つ以上が損傷した場合にも、その保持力の
かなりの部分を温存している。４本のねじ規定エレメン
ト２１４”が図示されているが、これより多くても少な
くても支障はない。各ねじ規定エレメント２１４′は、
ポリマーマトリクス中に混ぜられた短い繊維で構成され
ている。

本発明の一つの実施例の製造工程の一部が第１０図に示
されている。装置２２０は、螺旋状巻付は機２２４と、
実線で示された編組デツキ２２１や点線で示された編機
２２６等の布帛層形成装置を機能的に連続して構成され
ている。編組デツキ２２１は従来型のものであり、所望
の数の糸又はコード用ホルダー２２２を具えている。ホ
ルダーの数は任意でよい。コア１２の表面を完全に被覆
するのに必要なホルダーの数は、チューブ状の編組物を
製造する分野の当業者に周知のように、コアのサイズが
大きくなるにつれて増加する。約１インチ（２，５４Ｃ
ｌ１１）までの直径のファスナーの場合には、編組層２
１４によってコア１２の全表面を被覆するのに通常に入
手可能な２４〜３６本のホルダーを具えたシングルデツ
キの編組機械が使用される。各ホルダー２２２には、第
８Ａ図に示された偏平繊維束エレメント２１６のような
連続する非ねじ規定エレメントのスプールが仕掛けられ
る。コア部材１２が装置２２０を通過する際に、ねじ規
定螺旋状エレメント２１４が螺旋巻付は機２２４によっ
てコア１２上に螺旋状に巻付けられ、その後、補強布帛
層２１５が、編組エレメント２１６を編成する編組デツ
キ２２１によってこの螺旋状に巻かれたコア１２上に形
成される。ねじ規定エレメント２１４は、高分子樹脂に
よってコア１２に接合される。このねじ規定エレメント
２１４は、多数の非ねじ規定エレメント２１６によって
もコア１２上に確保される。この非ねじ規定エレメント
２１６は組み合わせられたコア１２と螺旋状のねし規定
エレメント２１４を被覆し、ねじ規定エレメント２１４
とは逆向きの螺旋パターンを描いて同じ方向に延在して
いる。ねじ規定エレメント２１４上には、布帛Ｎ２１５
の非ねじ規定エレメント２１６が重なっている。布帛Ｎ
２１５はコア１２とねじ規定エレメント２１４の組合せ
体の外形輪郭に密着している。

第１０図を見ると、点線で別の補強層形成手段が示され
ている。コア１２と螺旋状ねし規定エレメント２１４０
組合せ体と編機２２６を通過し、チューブ状の補強編地
がホルダー２２７上の糸２２８から形成される。

第９図は本発明の複合ねじ付き部材の製造工程を模式的
に示したものである。前述のように、工程の最初には、
コアは螺旋状ねじ規定エレメントを具えていても、いな
くても、どちらでもよい。

コア上にねじ規定エレメントが無い場合には、このエレ
メントは螺旋巻付は又は押し出しによって付与される。

このねじ規定エレメントはポリマー材料のみ、繊維材料
のみ、又はポリマーと繊維材料との組合せによって形成
される。ねじ規定エレメントは、コアに適用される前及
び／又は後に樹脂コーティングや樹脂含浸を施される。

コアの円筒外面は熱可塑性又は熱硬化性のポリマーでコ
ーティングされる。コアの外面は加熱されて、螺旋状ね
じ規定エレメントと布帛層がコアに埋め込まれて接合す
ることを促進する。コアが巻付は機と布帛層形成機を通
過する前又は後に、接合のために液状ポリマー樹脂がコ
アに施与される。ねじ規定エレメントとコアの組合せ体
の全面にわたって、編組や編成によって形成された補強
用布帛層が被せられる。この補強布帛層を形成するのに
使用される繊維材料は、これをコアとねじ規定エレメン
トとの組合せ体に接合するのを補助するのに使用される
ポリマーをコーティング又は含浸させられている。これ
ら王者の組合せ体は、相互に化学的接合によって固定さ
れることが好ましい。

補強布帛層を形成する繊維エレメントは、引っ張り荷重
がコアの長手方向に加えられた場合に布帛層が回転しな
いように、チューブ状布帛層内に配置されていることが
望ましい。換言すれば、引っ張り荷重が加わった場合に
、コアを回転させるトルクが発生しないようしている。

補強布帛層が形成された後、この複合部材はオートクレ
ーブ中で熱と圧力によって強化される。

この強化作業によって、補強布帛層は更に緊密にコアと
ねじ規定エレメントとの組合せ体の外形に順応して密着
する。布帛層形成の後、付加的な高分子樹脂が施与され
て下地構造を被覆する鞘を形成し、摩耗に対する耐性を
向上させると共に、布帛層とコアとの接合を促進する。

高分子樹脂を複数回施与することにより、保護被覆が作
られる。

補強布帛層の接合の後で、耐摩耗性に優れた樹脂を施与
してもよい。

熱を適用しなくても室温で化学反応によって硬化するポ
リマー樹脂を使用してもよい。コアの製造、ねじ規定エ
レメントの製造や含浸、補強布帛層の形成に使用される
繊維材料の製造、及び該布帛層の含浸、接合、コーティ
ングに使用されるポリマー樹脂は、互いに親和性のある
ものを選ぶことが必要である。

【図面の簡単な説明】 第１図は、本発明のねじ付き複合部材の一実施例を製造
するための流れ図であり、実線は好適工程を、点線はそ
の変形を示す。 第２Ａ図は、本発明の内面にねじを具えた部材を製造す
るのに使用される外面にねじを具えた円筒コアの側面図
である。 第２Ｂ図は、本発明の内面にねじを具えた部材の補強布
帛層の形成を示す側面図である。 第２Ｃ図は、完成された本発明の内面にねじを具えた部
材の側面図で、外面にねじを具えたコアが部分的に引き
出されている状態を示す。 第２Ｄ図は、第２Ｃ図に示された部材から切断して作ら
れた本発明の内面にねじを具えた部材の側面図である。 第２Ｅ図は、本発明の六角形ナツトの側面図である。 第２Ｆ図は、本発明の複合ボルトの側面図である。 第２Ｇ図は、第２Ｆ図の２Ｇ−２Ｇ線に沿う断面図であ
る。 第３図は、本発明に使用される好適なねじ規定エレメン
トの断面図である。 第４図は、本発明に使用される好適な非ねじ規定エレメ
ントの断面図である。 第５図は、本発明の外面にねじを具えた部材の他の実施
例の斜視図である。 第６Ａ図と第６Ｂ図は、本発明によって作られた外面に
ねじを具えた部材の破断側面図と斜視図である。 第７Ａ図と第７Ｂ図は、本発明の外面にねじを具えた部
材を製造する装置の端面図と側面図である。 第８Ａ図と第８Ｂ図は、本発明によって作られた外面に
ねじを具えた部材の破断側面図と斜視図である。 第９Ａ図と第９Ｂ図は、本発明の外面にねじを具えた複
合部材の一実施例を製造するための工程の流れ図であり
、実線は好適工程を、点線はその変形を示す。 第１０図は、本発明の外面にねじを具えた複合部材の製
造装置の一部の模式的側面図である。 第１１図は、本発明のねじ付き部材の別の実施例の斜視
図である。 ｉｏｏ　−コア １０１−・−外面 １１０、１１１−・内面にねし山を具えた部材１１２−
　ナツト １２５−・内面 １２０−・−ボルト １２１−　　シャンク １０４−編組装置 １０５−繊維材料 １０６・−・補強布帛層

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、内面にねじを具えた中空の複合部材を製造する方法
   であって、 外面にねじを具えた細長い円筒状のコアを用意して、そ
   の表面を剥離剤で処理し、 該コア上に補強布帛層を被せて、コアのねじの外形に順
   応して密着させ、 該補強布帛層を安定な高分子マトリクス中に埋め込み、
   その後、コアを回転させて取り外す各ステップを含む方
   法。 ２、補強布帛層がポリマー樹脂を含浸したトウで形成さ
   れる請求項１に記載の方法。 ３、補強布帛層がコアの上で編組又は編成されている請
   求項１又は２に記載の方法。 ４、複数の補強布帛層が順次に形成されて積層され、高
   分子マトリクス内に埋め込まれる請求項１〜３のいずれ
   か１項に記載の方法。 ５、前記請求項１が多方向性を有する補強布帛層を形成
   するステップを含み、該補強布帛層を構成する第１の繊
   維エレメントは、目的とする複合部材の軸方向に螺旋状
   に延在し、第２の繊維エレメントは、同じく複合部材の
   軸方向に延在するが、その螺旋の向きは前者と逆方向で
   ある方法。 ６、外形を規定する型を使用せずに、コア上の補強布帛
   層と高分子マトリクスに熱を圧力を加えるステップを含
   む請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。 ７、高分子マトリクスが熱硬化性ポリマーである請求項
   １〜６のいずれか１項に記載の方法。 ８、内面にねじを具えた部材に対して補完的な直径とね
   じピッチを有する外面にねじを具えた部材を準備し、両
   部材を螺合して化学的に接合するステップを含む請求項
   １〜７の何れか１項に記載の方法。 ９、前記化学的接合を行うために、液状高分子材料が用
   いられる請求項８に記載の方法。 １０、ポリマーマトリクス中に混入された繊維によって
   形成された内面にねじを具えた中空部材であって、該部
   材は頂点が丸い断面形状のねじ山を内面に具え、該ねじ
   山は前記部材の軸方向に延在する、ねじ山の形に順応す
   るチューブ状の編組又は編成された補強布帛層を具えて
   いる複合部材。 １１、ねじ山が、部材の軸方向に延在する密接して配列
   された互いに逆向きの螺旋方向を有する繊維によって補
   強されている請求項１０に記載の中空部材。 １２、全体にわたって分布した多数の補強布帛を有する
   請求項１０又は１１に記載の中空部材。 １３、頂点が丸い断面形状のねじ山を内面に具えた中空
   のねじ付き部材であって、該部材の軸方向に部材の全体
   にわたって、高分子マトリクスで被覆された同心状の補
   強布帛層が順次に積層され、最内層の補強布帛は、ねじ
   山の外形輪郭に密接に順応した連続起伏を有する部材を
   具えている中空部材。 １４、請求項１０〜１３の何れか１項に記載の中空部材
   に、外面にこれと補完的なねじ山を具えた部材が螺合さ
   れている組合せ体。 １５、中空部材と外面にねじを具えた部材とが、高分子
   材料によって接合されている請求項１４に記載の組合せ
   体。 １６、外面にねじを具えた前記部材が、細長いコアと該
   コアの表面に接合されたチューブ状の編組層とからなり
   、該編組層は、前記コアの外面に現れる螺旋ねじ山を規
   定する半径方向に張り出した少なくとも一つのエレメン
   トを具えている請求項１４又は１５に記載の組合せ体。 １７、外面にねじ山を具えた前記部材が、コアの長手方
   向に沿ってその周囲に螺旋状に巻付けられてコアの半径
   方向に張り出したねじ規定エレメントを有する繊維強化
   高分子ロッドと、該コアとねじ規定エレメントとの組合
   せ体の外面を被覆してそれに密着した布帛層とを具えて
   いる請求項１４又は１５に記載の組合せ体。 １８、外面にねじ山を具えた前記部材が、ロッドの長手
   方向に延在するカーボン繊維、ガラス繊維及びアラミド
   繊維から選ばれた補強繊維を有する高分子ロッドを具え
   、該ロッドは、高分子マトリクスによって前記ロッドに
   接合された連続被覆層に密着被覆されて、そのねじ山を
   補強されている請求項１４又は１５に記載の組合せ体。