JPH02225814A - ねじ山を具えた複合材料製の部材 - Google Patents

ねじ山を具えた複合材料製の部材

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JPH02225814A
JPH02225814A JP1324918A JP32491889A JPH02225814A JP H02225814 A JPH02225814 A JP H02225814A JP 1324918 A JP1324918 A JP 1324918A JP 32491889 A JP32491889 A JP 32491889A JP H02225814 A JPH02225814 A JP H02225814A
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threaded
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シャラド　ラムチャンドラ　モゲ
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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ねじ山を具えた複合材料
部材に関し、特にねじ山の方向に延びる繊維とねじ山と
交差する方向に延びる繊維によって補強されたねじ山付
きの複合部材並びにそれの製造方法に関する。
〔従来の技術〕
繊維強化高分子樹脂材料は、その重量当たりの強度が極
めて大きいために広く利用されている。
この特性は、特に航空機産業において重要な意味を有す
る。最近、これらの複合材料製の構造部材を相互に接合
したり、又は従来型の金属製の結合具や接着剤等を用い
た機体の構造部材に接合したりすることが行われている
。従来型の金属製の結合具は多くの点で不満足なもので
ある。これらは重量の面で問題があり、又、電気的な腐
食を受は易い０通常の飛行条件で遭遇する振動や荒天時
とか緊急事態での操縦の際に経験する厳しい負荷によっ
て、これらの結合具の破損が複合構造体の接合部におい
て生じる。接着剤による接合は、保守・点検の際に分解
できない欠点を有する。
が行われているが、経済性と技術面での欠点のために未
だに広くは採用されていない。
例えば、Ａ、Ｌ、５ｃｏｔｔの米国特許３，４９５，４
９４にはガラス繊維で強化されたねじ山を有するプラス
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
螺旋状に配置され、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。
５ｔｒａｎｄの米国特許４．４７８．５４４には、不完
全重合の熱硬化性樹脂マトリクス内に包まれたカーボン
繊維で作られた強化プラスチック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
して樹脂を軟化させた後、これを倒立させて完全に重合
させる。すべてのリベットと同様に、このリベットもね
じ山を持たず、しかも、樹脂の早過ぎる硬化を防ぐため
に、低温の環境下で保管される必要がある。
≠寓には、高価な型を必要とせずに製造され、航空宇宙
分野や厳しい化学環境下で使用されている最近の複合材
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−Ｂ様によれば、外面にねじを具えた細長い円
筒状のコアと該コアの外面に接合されたチューブ状の編
組層とを有するねじ山付きの部材が提供され葛、この編
組層は、コアの外面に螺旋状の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含んでい
る。この構造体に使用される繊維やマトリクスには、何
らの限定もない。
本発明の他の態様によれば、ねじ山付きの複合部材を製
造する方法であって、細長いコアを準備し、該コア上に
編組層を形成し、該編組層をコアに接合する各ステップ
を含み、前記［＆Ｉ１１はコアに対して半径方向に張り
出した少なくとも一つのエレメントと、これよりも張り
出しの度合いの少ない残りのエレメントとによって構成
されている方法が提供される。好適実施例によれば、こ
のコア自体も繊維強化高分子樹脂で作られ、半径方向に
張り出したエレメントを有する編組層は、加熱と加圧に
よってコアに接合されている。
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、更によく理解
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
部材の螺旋状ねじ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０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１Ａ図と第１Ｂ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ａア１２と、該コア１２の外面に接合されたチューブ
の編組層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
０編組層１４は、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じ規定エレメント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。このニレメン目６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１Ｂ（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、結合具の製造に使用される材料、該結合具の充填密
度並びに結合具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、図示されているように
中実でもよく、又、図示はされていないが中空でもよい
、コアの選択は、主として意図している用途に基づいて
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コア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＃牢ｍ←会長さ方向、
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（ＰＰ
Ｓ）、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ＰｈｉｌｌｉｐＰｅＬｒ
ｏｌｅｕｓ　Ｃｏａ＋ｐａｎｙ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
面を有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じ規定エレメント
を形成してもよい。
これらの繊維束は編組されてねじ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又は単ニレメン目７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、ニレメン目６は円
形断面を有し、コア１２上に膿まれる際に、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０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
複数のねじ規定エレメント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本のねじ規定ニレメン）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
２Ａ図と第２Ｂ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
、周知のようにコアのサイズが増すにつれて多くなる。
約１インチ（２，５４ＣＩ）までの直径の結合具の場合
には、通常入手可能な２４〜３６ユニツトのシングルデ
ツキ型曙組装置が、コア１２を編組層１４で完全に被覆
するのに使用される０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。［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、ねじ規定エレメン
ト１６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、ねじの方向に一敗して
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、ニレメン）　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Ｉ！ｉ＆ｌ１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０編組の後で追加の樹脂
が付与され、摩耗に対して編組層を保護し、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、［１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。
【図面の簡単な説明】
第１Ａ図と第１Ｂ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２Ａ図と第２Ｂ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、本発明のねじ付き部材の別の実施例の斜視図
である。 ｌＯ−・−・ねじ山付き部材 １２−コア １４・−ＡＩ組層 １６−・ねじ規定エレメント １８・−非ねじ規定エレメント

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、外面にねじを具えた細長い円筒状のコアと該コアの
    外面に接合されたチューブ状の編組層とを有するねじ山
    付きの部材であって、前記編組層は、コアの外面に螺旋
    状の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ねじ山付き部材。 ２、前記コアが円形断面を有する高分子ロッドである請
    求項１に記載の部材。 ３、前記コアが繊維強化プラスチックのロッドである請
    求項１又は２に記載の部材。 ４、前記コアが、該コアの長手方向にほぼ平行に延在す
    る多数の連続繊維を具え、該繊維は高分子マトリクスに
    よってコア接合されている請求項１〜３のいずれか１項
    に記載の部材。 ５、前記ねじ規定エレメントが、編組されたコード、加
    熱されたコード又は円形断面の中実のフィラメント束で
    構成されている請求項１に記載の部材。 ６、前記編組層が、コアが長手方向に引っ張られた場合
    にも回転しないようになっている請求項１〜５のいずれ
    か１項に記載の部材。 ７、前記ねじ規定エレメントが、５０°〜９０°より僅
    かに少ない角度の範囲の螺旋角を有する請求項１〜６の
    いずれか１項に記載の部材。 ８、前記コアと前記編組層の繊維が互いに異なる化学組
    成を有し、この異なる化学組成の繊維がコア内に含まれ
    、且つ編組層内に含まれている請求項３〜７のいずれか
    １項に記載の部材。 ９、多数のねじ規定エレメントが存在している請求項１
    〜８のいずれか１項に記載の部材。 １０、ねじ山付きの複合部材を製造する方法であって、 ａ、細長いコアを準備し、 ｂ、該コア上に編組層を形成し、 ｃ、該編組層をコアに接合する各ステップを含み、 前記編組層はコアに対して半径方向に張り出した少なく
    とも一つのエレメントと、これよりも張り出しの度合い
    の少ない残りのエレメントとによって構成されている方
    法。 １１、高分子樹脂によって前記編組層が含浸せしめられ
    るステップを含む請求項１０に記載の方法。 １２、コアに編組層を固定するために、編組層を形成し
    た後に熱と圧力を加えるステップを含む請求項１０又は
    １１に記載の方法。 １３、耐摩耗性を有する樹脂で前記編組層をコーティン
    グするステップを含む請求項１０〜１２のいずれか１項
    に記載の方法。
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