JPH03153343A - 合成樹脂製締結部材 - 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、軸部と頭部とよりなる螺子又はリベット等の
締結部材であって、主に合成樹脂を素材とすることによ
り軽量化されながら、十分な強度を有する合成樹脂製締
結部材に関する。

「従来の技術」 従来より、合成ｐＡｒｔｒｓ　５２の螺子又はリベ・、
ト等の締結部材は軽量かつ耐食性が要求される場合等に
おいて広く用いられているが、合成樹脂のみにより製造
された場合には強度が必ずしも十分ではないので、カー
ボンファイバ等の長繊維により補強することが従来より
行なわれている。

そして、このような締結部材は、従来、長繊維を含有さ
せた未硬化の樹脂から長繊維が長手方向に配された円柱
状の素材を作成し、樹脂を硬化させた後に頭部又は軸部
を切削加工するという方法により製造され、長繊維は頭
部においても軸部においても略軸方向に配置されていた
。

「発明が解決しようとする課題」 ところで、前述のような締結部材にあっては、周知のと
おり、軸部においては軸方向の引張強度が要求され、頭
部においては軸方向の剪断に幻する強度が要求される。

ところが、上記従来の合成樹脂製締結部材は、長繊維が
頭部においても軸部においても略軸方向に配置されるの
で、軸部の引張強度においては長繊維の補強効果が十分
に発揮されているが、頭部の剪断に対する強度は長繊維
により補強されず、頭部が剪断破壊し易いという問題を
有していた。

本発明は上記従来の問題点に鑑みなされたもので、主に
合成樹脂を素材として軽量化された締結部材であって、
頭部においても軸部においても十分な強度を有する合成
樹脂製締結部材を提供することを目的としている。

「課題を解決するための手段」 本発明の合成樹脂製締結部材は長手方向に配されるよう
に長繊維が含有させられた合成樹脂の棒状部材よりなる
軸部と、 前記棒状部材の端部外周にリング状部材を取り付けるこ
とにより前記軸部の端部に形成された頭部とより構成さ
れていることを特徴としている。

「作用」 本発明の合成樹脂製締結部材は、長繊維で補強された合
成樹脂からなる軸部とは別部材（リング状部材）により
頭部を形成するようにしているので、このリング状部材
として十分な軸方向の剪断に対する強度を有する素材を
使用すれば、軽量であるという特長を維持しながら、容
易に頭部の強度をも十分なものとすることができる。

「実施例」 以下、本発明の実施例を第１図〜第１１図により説明す
る。

第１図において、全体として符号ｌで示すものは、本発
明の第一の実施例である有頭螺子（締結部材）である。

有頭螺子ｌは、合成樹脂２に長繊維３を長手方向に配さ
れるように含有させてなり外周に螺子中４が形成された
棒状部材５よりなる軸部１ａと、棒状部材５の端部外周
にリング状部材６を取り付けることにより軸部１ａの端
部に形成された六角形状の頭部ｔｂとよりなる。

ここで、リング状部材６は、第１図、第３図に示すよう
に、長繊維７が一定方向に配された合成樹脂８よりなる
層９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅを、それぞれの長繊維
７の方向が互いに直交するように順次積層してなるもの
で、この積層方向に螺子中４に螺合する螺子孔６ａが形
成され、この螺子孔６ａの中心線を軸線として外周形状
が六角形状とされたものである。そして、このリング状
部材６は棒状部材５の端部に螺合させられて熱溶着によ
り棒状部材５に接着させられ、その内部の長繊維７が軸
部１ａの軸線に直交する方向に配されるようになってい
る。

また、棒状部材５の外周部の長繊維３は螺子中４に沿う
ように湾曲してその内部に入り込むようにされ、これに
より、棒状部材５とリング状部材６との螺合部において
は、棒状部材５の外周部の長繊維３とリング状部材６の
内周部の長繊維７が互いに入り組むように配置されてい
る。すなわち、第６図に示すように、リング状部材６の
内周部の長繊維７は、螺子中４の谷に沿うように入り込
み、棒状部材５の外周部の長繊維３の湾曲凹部内に入り
込むように分布している。

なお、第１図において符号２１で示すものは、後述する
ように、棒状部材５の外周に螺子中４を形成するために
その軸線上に挿入された丸棒材である。

以上のように構成された有頭螺子ｌは、以下のような方
法で製造することができる。

はじめに、棒状部材５を製作する。すなわち、まず、熱
可塑性の合成樹脂２中に、高強度の長繊維３を多数含有
させ、それを押出成形あるいは引抜成形することによっ
て、第９図に示すような円形棒状の素材１６を形成する
。その際、長繊維３が素材１６の長平方向に沿って配さ
れるようになす。

ここで、熱可塑性の合成樹脂２としては、例えば軽量で
十分な強度を有するＰＥＥＫ　（ポリエーテルエーテル
ケトン）樹脂を用いることができ、長繊維３としては、
例えばカーボンファイバを用いることができる。

そして、素材１６を所定の長さに切断し、第１Ｏ図、第
１１図に示すような型１７内に挿入し、加熱して軟化さ
せる。

ここで、型１７は、螺子内成形型１８と端面成形型１９
とガイド２０とよりなり、螺子中成形部１７ａと丸棒材
案内部１７ｂとを有する。

その後、丸棒材２１を、第１１図に示すように、図示し
ていない圧入装置により、素材１６の端面から長手方向
軸線上に圧入する。これにより、素材１６の丸棒材２１
が挿入された部分は半径方向に押し広げられ、外周面に
螺子中４が形成される。

こうして、素材１６と丸棒材２１が一体化し、−端側外
周に螺子中４が形成された成形品２２が得られる。

この際、長繊維３は、成形品２２内に全長にわたって残
り、切断されることがない。また、成形品２２の外周部
の長繊維３は、螺子中４の形状に沿うように蛇行して、
螺子中４内に入り込むように分布する。

ここで、強化素材２１としては、高強度な材料、例えば
スチール等の線材又は棒材を用いることができるし、ま
た素材１６と同様な材料を用いることもできる。そして
、強化素材２１の外形寸法は、製作しようとする棒状部
材５のサイズ等に応じて、強化素材２１の圧入時に、前
記素材１６が、十分に押し広げられ、型１７の螺子内成
形部１７ａ内に十分にゆきわたるように、選定する。ま
た、この強化素材２１の先端は、第１０図のように、鋭
角状にしてお（ことが好ましい。

そして、成形品２２を冷却し硬化させた後、強化素材２
１を成形品２２の端面で切断するとともに、成形品２２
を第１１図において符号Ａ−Ａで示す断面で切断し、螺
子中４が形成されていない部分を除去すれば、棒状部材
５が完成する。

つぎに、リング状部材６を製作する。まず、長繊維７が
一定方向に配されるように含有させられた合成樹脂８よ
りなるマット２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ、２３ｅ
を積層して素材２４を作成する。

ここで、隣合うマットの方向は、互いにその長繊維７の
方向が直交するようにする。また、マット相互の接着は
、例えば熱溶着により行うことができる。

そして、厚さ方向がリング状部材の軸方向となるように
、素材２４を機械加工して、リング状部材６を製作する
。

最後に、棒状部材５にリング状部材６を螺合させて加熱
し熱溶着により取り付ければ、有頭螺子ｌが完成する。

また、第２図において、全体として符号ｌＯで示すもの
は、本発明の第二の実施例である有頭螺子である。有頭
螺子１０は、有頭螺子１と同様に、棒状部材１１よりな
る軸部１０ａと、棒状部材１１の端部外周にリング状部
材１２を取り付けることにより軸部１０ａの端部に形成
された円錐形状の皿頭部１０ｂとより構成されている。

ここで、棒状部材１１は、前述した棒状部材５と同様の
方法で製作されたものであるが、螺子中が形成されてい
ない端部が切断されずに残されたものである。また、リ
ング状部材１２は、リング状部材６と同様に、素材２４
を機械加工して製作されて積層構造とされたもので、第
４図に示すように円錐形状とされ、素材２４の厚さ方向
に形成された孔１２ａを棒状部材１１の螺子中が形成さ
れていない端部に嵌合させて棒状部材１１に取り付けら
れている。

そして、この有頭螺子ｌＯには、頭部ｔａｂにおいてリ
ング状部材１２と棒状部材１１とを貫く径方向の孔１３
が形成され、この孔１３にピン１４が打ち込まれること
により、棒状部材１１にリング状部材１２が強固に固定
されている。

以上説明した有頭螺子！及び有頭螺子１０は、以下のよ
うな特徴を有する。

すなわち、頭部１ｂ、１０ｂをそれぞれ形成するリング
状部材６．１２の長繊維７は軸部１ａ。

１０ａの軸線に直交する方向に配置されているので、頭
部１ｂ、１０ｂの剪断に対する強度が非常に高いものと
なっている。

また、軸部１ａ、１０ａを構成する棒状部材５゜１１内
にはその全長にわたって長繊維３が連続的に配されてい
るとともに、その外周部において長繊維３が蛇行するよ
うに湾曲して螺子中４内に入り込んでおり、軸部１ａ、
１０ａの引張強度及び螺子中の強度も非常に高いものと
なっている。

さらに、有頭螺子１は、リング状部材６と棒状部材５の
接合面において長繊維７と長繊維３とが入り組むように
配置されることにより、リング状部材６と棒状部材５と
を互いに軸方向にずらそうとする外力に対して非常に高
い強度を有するものとなっており、また一方有頭螺子１
０もピン１４の作用によって前記外力に対して強いもの
となっている。

したがって、有頭螺子１．１０は、螺子に要求される各
強度について長繊維の補強効果が有効に発揮され、強度
的に高い信頼性を有するとともに、全体が主に合成樹脂
により構成されて非常に軽量であるという従来にない特
長を有する。

なお、本発明は以上説明した実施例に限られるものでな
く、各種の点で上記実施例とは異なる態様であってもよ
い。

第一に、リング状部材の素材であるが、全体の重量を過
大に増加させないもので、かつ棒状部材に取り付けた時
に軸方向の剪断に対する十分な強度を発揮できるもので
あればよく、特に繊維強化樹脂に限らない。また、繊維
強化樹脂であっても、長繊維に限らず、短繊維を含有す
るものであってもよい。またさらに、上記の実施例では
、合成樹脂として熱可塑性のものを用いているが、成形
等を行う際に十分軟化させることができるものであれば
、熱硬化性の合成樹脂を用いてもよい。この場合、熱硬
化性樹脂としては、例えば、強度等物性面からエポキシ
樹脂が好ましく、該樹脂に長繊維を配合した半重合硬化
段階いわゆるＢステージ段階のプリプレグとしての素材
を、成形後に再加熱し完全に重合硬化させて使用すれば
よい。

第二に、リング状部材の素材を繊維強化樹脂マットを積
層したものとした場合におけるマットの積層方法である
が、長繊維の方向を直交させることに限らず、隣合うマ
ットにおいて長繊維の方向が僅かな角度づつ異なるよう
にして、素材の厚さ方向において長繊維があらゆる方向
に配置されるようにしてもよい。この場合、第１図に示
すようにリング状部材と棒状部材とを螺合させると、そ
の接合部において長繊維がさらに複雑に入り組んで配さ
れるので、リング状部材と棒状部材とを互いに軸方向に
ずらそうとする外力に対する強度がさらに高くなる。ま
た、前記マットの厚さも、第６図に示すようなものに限
られず、螺子山のピッチに対して十分薄いものとする方
が、さらに長繊維が複雑に入り組むので好ましい。

第三に、リング状部材を棒状部材に取り付ける方法であ
るが、必要に応じて第１図に示す螺子の螺合によるもの
と第２図に示すビン止めのものとを組み合わせてもよい
し、強度的に問題がなければ単に嵌合させて接着するだ
けでもよい。そして、この接着には接着剤を用いてもよ
いし、例えば超音波圧接等の方法によってもよい。

第四に、上記実施例は本発明をボルト等の螺子に適用し
たものであるが、リベット等の締結部材に適用すること
もできる。この場合、棒状部材に螺子山を形成しないよ
うにすればよいのは明らかである。

第五に、上記実施例では、前工程で作成したリング状部
材を別工程で棒状部材に取り付けるようにしているが、
インジェクションインサート成形によりリング状部材の
製作と取り付けとを同−工参呈で行うようにしてもよい
。

例えば、前記棒状部材１１と同様の方法により製作した
棒状部材２５を、第７図に示すような型２６内に挿入し
、内面形状が頭部の外形とされ棒状部材２５の端部を覆
うように配置された成形室２６ａ内に軟化状、態の素材
を高圧で圧入し、硬化させた後不要部分を切断して（す
なわち、第７図において符号Ｂ−Ｂで示す面で切断して
）製造された有頭螺子３０（第８図に示す。）であって
もよい。この場合、リング状部材３１となる前記素材は
成形後熱収縮するので、リング状部材３１は強固に棒状
部材２５に固定される。

なお、前記素材としては、例えば繊維を含有した合成樹
脂を用いることができる。また、第７図において、符号
２７，２８．２９で示すものは、それぞれ型２６を構成
する割り型で、また、符号２６ｂで示すものは軟化状態
の素材を成形室２６ａに導入する導入孔である。また、
ここで、型２６内に軟化状態の素材を圧入する装置とし
ては、周知の装置（例えば、インラインスクリュウ式射
出成形機）と同様の装置を使用することができる。

さらに、棒状部材２５外周のリング状部材３１との接合
面となる部分には、必要に応じて第７図。

第８図に示すような凹凸を設けるのが好ましいが、この
態様もこれに限るものでなく、螺子山であってもよいし
、また表面粗度を粗くするだけでもよい。

「発明の効果」 本発明の合成樹脂製締結部材は、長繊維で補強された合
成樹脂からなる軸部とは別部材（リング状部材）により
頭部を形成するようにしているので、このリング状部材
として十分な軸方向の剪断に対する強度を有する素材を
使用すれば、軽量であるという特長を維持しながら、容
易に頭部の強度をも十分なものとすることができる。

したがって、本発明の合成樹脂製締結部材は、軽量であ
るとともに、軸部の引張強度及び頭部の剪断に対する強
度の両者が高く確保された締結部材となり、航空機等に
用いて少ない重量増加で信頼性の高い締結性能を発揮す
ることができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第１１図は本発明の実施例を示す図である。 第１図、第２図はそれぞれ有頭螺子の断面図を示す図、
第３図、第４図はそれぞれリング状部材の斜視図、第５
図は繊維強化樹脂マットを積層してなる素材を説明する
ための斜視図、第６図は第１図の部分拡大図、第７図は
インジェクションインサート成形による頭部の成形工程
を説明するための図であって、棒状部材を型内に配置し
た状態を示す図、第８図は本発明゛の変形例である有頭
螺子の断面図、第９図は棒状部材を製作するための素材
の斜視図、第１０図は棒状部材に螺子山を成形する工程
を説明するための図であって、素材を型内に配置した状
態を示す図、第１１図は素材を成形した状態を示す図で
ある。 １．１０．３０・・・・・・締結部材（有頭螺子）、１
　ａ、　　ｌ　Ｏａ、　　３０　ａ・・・・・・軸部、
ｌｂ、１０ｂ、３０ｂ・・・・・・頭部、２・・・・・
・合成樹脂、３・・・・・・長繊維、５．１１．２５・
・・・・・棒状部材、６．１２．３１・・・・・・リン
グ状部材。 第７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 長手方向に配されるように長繊維が含有させられた合成
   樹脂の棒状部材よりなる軸部と、前記棒状部材の端部外
   周にリング状部材を取り付けることにより前記軸部の端
   部に形成された頭部とより構成されていることを特徴と
   する合成樹脂製締結部材。