JPH0681826A - 耐熱性ファイバで補強されたセラミックマトリックスによって構成された複合材料製のスクリューおよびボルト - Google Patents
耐熱性ファイバで補強されたセラミックマトリックスによって構成された複合材料製のスクリューおよびボルトInfo
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、耐熱性ファイバーの補強セラミッ
クマトリックスによって構成された複合材料で作られた
スクリューおよびボルトを提供することを目的とする。 【構成】 本発明のスクリューおよびボルトは、ヘッド
を備えることのできるスクリューロッドと該ロッドと協
働する１つまたは複数のナットとを備え、上記ロッドお
よび上記ナットのねじは丸ねじであり、雄ねじおよび雌
ねじ部分は機械加工公差および機能クリアランスの範囲
内において同一の理論的断面形を有することを特徴とす
る。本発明のスクリューおよびボルトは、高温を受け易
い構造体の解体自在な組立にに適用される。
クマトリックスによって構成された複合材料で作られた
スクリューおよびボルトを提供することを目的とする。 【構成】 本発明のスクリューおよびボルトは、ヘッド
を備えることのできるスクリューロッドと該ロッドと協
働する１つまたは複数のナットとを備え、上記ロッドお
よび上記ナットのねじは丸ねじであり、雄ねじおよび雌
ねじ部分は機械加工公差および機能クリアランスの範囲
内において同一の理論的断面形を有することを特徴とす
る。本発明のスクリューおよびボルトは、高温を受け易
い構造体の解体自在な組立にに適用される。
Description
【０００１】本発明は、耐熱性ファイバで補強されたセ
ラミックマトリックスによって構成された複合材料製の
スクリューおよびボルトに関し、さらに詳細には、場合
によってはヘッドを備えたスクリューロッドとこのロッ
ドと協働する１つまたは複数のナットとを備え、毛状晶
子の形態すなわち「ホイスカー」の形態をした補強フィ
ラメントを含んだ耐熱性粉末の加圧焼結によって得られ
たセラミック材料で作られた型式の組立部材または締結
部材に関する。
ラミックマトリックスによって構成された複合材料製の
スクリューおよびボルトに関し、さらに詳細には、場合
によってはヘッドを備えたスクリューロッドとこのロッ
ドと協働する１つまたは複数のナットとを備え、毛状晶
子の形態すなわち「ホイスカー」の形態をした補強フィ
ラメントを含んだ耐熱性粉末の加圧焼結によって得られ
たセラミック材料で作られた型式の組立部材または締結
部材に関する。
【０００２】これらの材料から、本発明では特に（ただ
し非限定的に）、ＳｉＡｌＯＮまたはＳｉ3 Ｎ4 によっ
て構成され且つ炭化珪素毛状晶子および／または窒化珪
素毛状晶子によって補強されたセラミックマトリックス
をともなう複合材料を使用している。これらの材料は、
それぞれフランス国特許第２，５８６，２４６号および
第２，６１０，９２１号に記載されている。
し非限定的に）、ＳｉＡｌＯＮまたはＳｉ3 Ｎ4 によっ
て構成され且つ炭化珪素毛状晶子および／または窒化珪
素毛状晶子によって補強されたセラミックマトリックス
をともなう複合材料を使用している。これらの材料は、
それぞれフランス国特許第２，５８６，２４６号および
第２，６１０，９２１号に記載されている。
【０００３】これらの補強セラミック材料は、次のよう
な優れた特性を有する。 ほとんど等方性の補強 天然耐酸化性 １２００°Ｃに達しこれをを超える温度で使用可能 良好な熱機械特性 良好な靱性および良好な耐熱衝撃性 他のセラミック材料と比較して良好な機械加工性
な優れた特性を有する。 ほとんど等方性の補強 天然耐酸化性 １２００°Ｃに達しこれをを超える温度で使用可能 良好な熱機械特性 良好な靱性および良好な耐熱衝撃性 他のセラミック材料と比較して良好な機械加工性
【０００４】これらの特定な特性、特に硬さ、耐熱衝撃
性および耐機械衝撃性により、これらの材料は主として
高熱潤滑工学に使用されているが、かなり高い剛性およ
び脆性を有するためその弾性特性のせいで構造的に使用
されることはほとんどなかった。最近、１２００°Ｃに
達しさらにはこの温度を超えるような高温に耐える（抵
抗する）ことのできる解体可能な組立構造体を実現する
ことに大きな興味が示されている。
性および耐機械衝撃性により、これらの材料は主として
高熱潤滑工学に使用されているが、かなり高い剛性およ
び脆性を有するためその弾性特性のせいで構造的に使用
されることはほとんどなかった。最近、１２００°Ｃに
達しさらにはこの温度を超えるような高温に耐える（抵
抗する）ことのできる解体可能な組立構造体を実現する
ことに大きな興味が示されている。
【０００５】このような目的のために、上記温度に耐え
ることのできない金属製スクリューおよびボルトの使用
を試みるのは問題外である。さらに、上述の型式のセラ
ミック複合材料は特定の特性および特徴を有する。その
結果高い機械的引張応力、曲げ応力および剪断応力を受
ける構造体の組立のために金属製スクリューおよびボル
トを補強セラミック製スクリューおよびボルトに複製す
るだけでは、充分ではない。加えて、補強セラミック材
料は機械加工が困難で且つ脆性であり、特に引張強度に
着目すれば、遭遇する機械的応力に対する許容破断耐力
を得ることが不可能である。
ることのできない金属製スクリューおよびボルトの使用
を試みるのは問題外である。さらに、上述の型式のセラ
ミック複合材料は特定の特性および特徴を有する。その
結果高い機械的引張応力、曲げ応力および剪断応力を受
ける構造体の組立のために金属製スクリューおよびボル
トを補強セラミック製スクリューおよびボルトに複製す
るだけでは、充分ではない。加えて、補強セラミック材
料は機械加工が困難で且つ脆性であり、特に引張強度に
着目すれば、遭遇する機械的応力に対する許容破断耐力
を得ることが不可能である。
【０００６】本発明の目的は、１２００°Ｃに達しさら
にこれを超えるような温度条件において機械的応力に耐
えることのできる補強セラミック材料製のスクリューお
よびボルトを提供することにある。このため、本発明
は、ヘッドを備えることのできるスクリューロッドと該
ロッドと協働する１つまたは複数のナットとを備え、耐
熱性ファイバーの補強セラミックマトリックスによって
構成された複合材料で作られたスクリューおよびボルト
であって、上記ロッドおよび上記ナットのねじは丸ねじ
であり、雄ねじおよび雌ねじ部分は機械加工公差および
機能クリアランスの範囲内において同一の理論的断面形
を有することを特徴とするスクリューおよびボルトに関
する。
にこれを超えるような温度条件において機械的応力に耐
えることのできる補強セラミック材料製のスクリューお
よびボルトを提供することにある。このため、本発明
は、ヘッドを備えることのできるスクリューロッドと該
ロッドと協働する１つまたは複数のナットとを備え、耐
熱性ファイバーの補強セラミックマトリックスによって
構成された複合材料で作られたスクリューおよびボルト
であって、上記ロッドおよび上記ナットのねじは丸ねじ
であり、雄ねじおよび雌ねじ部分は機械加工公差および
機能クリアランスの範囲内において同一の理論的断面形
を有することを特徴とするスクリューおよびボルトに関
する。
【０００７】上記ねじの谷の曲率半径および上記ねじの
山の曲率半径をｒとし、上記スクリューロッドの外側直
径をＤとするとき、 ０．０３ ≦ ｒ／Ｄ ≦ ０．０７ の条件を満足することが好ましい。上記ロッドのネジ
は、３０°乃至１００°の範囲の角度αを有するのが好
ましい。
山の曲率半径をｒとし、上記スクリューロッドの外側直
径をＤとするとき、 ０．０３ ≦ ｒ／Ｄ ≦ ０．０７ の条件を満足することが好ましい。上記ロッドのネジ
は、３０°乃至１００°の範囲の角度αを有するのが好
ましい。
【０００８】優れた引張強度を有するこれらの材料、特
に材料としてＳｉＣｗ／ＳｉＡｌＹＯＮ型式の補強セラ
ミックを使用する場合には引張強度が２００ＭＰａを超
えるようなこれらの材料で組立部材を実施することによ
って、このような断面形のねじが問題の補強セラミック
材料の性質に著しく適合されることがわかった。同様
に、これらの材料についての剪断テストは、１６０ＭＰ
ａを超える破断抵抗値を示している。これらのスクリュ
ーおよびボルトは、プレート、特に炭素−炭素プレート
（場合によっては酸化に対して保護された）の組立のた
めに特に向けられたものである。
に材料としてＳｉＣｗ／ＳｉＡｌＹＯＮ型式の補強セラ
ミックを使用する場合には引張強度が２００ＭＰａを超
えるようなこれらの材料で組立部材を実施することによ
って、このような断面形のねじが問題の補強セラミック
材料の性質に著しく適合されることがわかった。同様
に、これらの材料についての剪断テストは、１６０ＭＰ
ａを超える破断抵抗値を示している。これらのスクリュ
ーおよびボルトは、プレート、特に炭素−炭素プレート
（場合によっては酸化に対して保護された）の組立のた
めに特に向けられたものである。
【０００９】一般的にいえば、本発明のスクリューおよ
びボルトは、機械強度および組立信頼性の理由のために
あらゆる有害な余分の曲げ（二次的曲げ）を回避するこ
とができるように、適当な曲げ半径を有する球面形状の
支持面の形態における、ヘッドおよび／またはナットと
組立すべき一連のプレートとの間の接触を形成すること
によって実施される。ナットについて言えば、上述の接
触は、ナットの一方の面を球面状にし、一連のプレート
とこのナットとの間にナットの球面と補完関係にある球
面を有するワッシャーのような中間部材を挿入させるこ
とによって得られる。
びボルトは、機械強度および組立信頼性の理由のために
あらゆる有害な余分の曲げ（二次的曲げ）を回避するこ
とができるように、適当な曲げ半径を有する球面形状の
支持面の形態における、ヘッドおよび／またはナットと
組立すべき一連のプレートとの間の接触を形成すること
によって実施される。ナットについて言えば、上述の接
触は、ナットの一方の面を球面状にし、一連のプレート
とこのナットとの間にナットの球面と補完関係にある球
面を有するワッシャーのような中間部材を挿入させるこ
とによって得られる。
【００１０】スクリューロッドについて言えば、これが
スクリューの場合にはコアの周りのヘッド内側面を球面
状にして、スクリューを受ける孔のレベルにおいて、対
向するプレートに形成された球面状の皿座くりに対応さ
せることによって上述の接触が得られる。他の特徴およ
び利点は、本発明のスクリューおよびボルトの実施例の
以下に示す説明および添付図面を参照してより明らかに
なるであろう。
スクリューの場合にはコアの周りのヘッド内側面を球面
状にして、スクリューを受ける孔のレベルにおいて、対
向するプレートに形成された球面状の皿座くりに対応さ
せることによって上述の接触が得られる。他の特徴およ
び利点は、本発明のスクリューおよびボルトの実施例の
以下に示す説明および添付図面を参照してより明らかに
なるであろう。
【００１１】図１は、参照番号１、２および３によって
炭素−炭素プレートのような３つのプレートを示してい
る。３つのプレートは、形成された孔を貫通するボルト
４によって積み重ねられ且つ組立状態に維持されてい
る。３つのプレートは、２つのナット５によって互いに
圧縮され、１つのワッシャー６が各ナットと関連するプ
レートの対向面との間に挿入されている。ボルト４は、
中央の平滑な部分７と、２つの螺刻された端部分８とか
らなる。
炭素−炭素プレートのような３つのプレートを示してい
る。３つのプレートは、形成された孔を貫通するボルト
４によって積み重ねられ且つ組立状態に維持されてい
る。３つのプレートは、２つのナット５によって互いに
圧縮され、１つのワッシャー６が各ナットと関連するプ
レートの対向面との間に挿入されている。ボルト４は、
中央の平滑な部分７と、２つの螺刻された端部分８とか
らなる。
【００１２】図２は、ヘッド９、ヘッド９と反対側の端
部で螺刻された部分１０、および螺刻された部分１０か
ら環状アンダーカット１２によって分離された中央の平
滑バレル部１１とを備えたロッドから形成されたスクリ
ュー型式のスクリューおよびボルトを示している。ヘッ
ド９は、六角形形状の外側部分１３と、この外側部分１
３をバレル部１１に接続させるための部分１４とからな
る。部分１４は、上記中央バレル部１１を包囲する曲げ
半径Ｒを有する凸状の球面形状で、スクリューの中央に
向かって方向付けられた面１５を有する。
部で螺刻された部分１０、および螺刻された部分１０か
ら環状アンダーカット１２によって分離された中央の平
滑バレル部１１とを備えたロッドから形成されたスクリ
ュー型式のスクリューおよびボルトを示している。ヘッ
ド９は、六角形形状の外側部分１３と、この外側部分１
３をバレル部１１に接続させるための部分１４とからな
る。部分１４は、上記中央バレル部１１を包囲する曲げ
半径Ｒを有する凸状の球面形状で、スクリューの中央に
向かって方向付けられた面１５を有する。
【００１３】図３は、六角形形状の部分１６と円筒状部
分１７とを備えたナット５を更に詳細に示している。円
筒状部分１７の端面１８は、曲げ半径Ｒを有する凸状の
球面形状を有する。ナット５は、内側ねじすなわち雌ね
じ１９を備えている。図４は、ワッシャー６をさらに詳
細に示している。ワッシャー６の一方の面２０は、曲げ
半径Ｒを有する凹状の球面形状を有する。部分５、６お
よび７並びに図２のスクリューはそれぞれ一体成形品で
あり、毛状晶子の形態すなわち「ホイスカー」の形態を
した補強フィラメントを含んだ耐熱性粉末の加圧焼結に
よって得られたセラミック材料で作られている。
分１７とを備えたナット５を更に詳細に示している。円
筒状部分１７の端面１８は、曲げ半径Ｒを有する凸状の
球面形状を有する。ナット５は、内側ねじすなわち雌ね
じ１９を備えている。図４は、ワッシャー６をさらに詳
細に示している。ワッシャー６の一方の面２０は、曲げ
半径Ｒを有する凹状の球面形状を有する。部分５、６お
よび７並びに図２のスクリューはそれぞれ一体成形品で
あり、毛状晶子の形態すなわち「ホイスカー」の形態を
した補強フィラメントを含んだ耐熱性粉末の加圧焼結に
よって得られたセラミック材料で作られている。
【００１４】さらに特定すれば（ただし限定的ではな
い）、フランス国特許第２，５８６，２４６号および第
２，６１０，９２１号にそれぞれ記載されたＳｉＣｗ／
ＳｉＡｌＯＮ型式の材料およびＳｉＣｗ／Ｓｉ3 Ｎ4 型
式の材料に本発明を適用することができる。これらの材
料、すなわち一般的に言えば補強セラミック複合材料
は、極端に剛性が高く且つ脆性が高い。したがって、こ
れらの材料は、主として圧縮力の作用に対して有効に耐
えるのに適しているが、引張り力が作用すると表面不規
則に対して初期破断の危険が発生する。この種の欠点は
主として機械加工中に起こる。また、この種の欠点は混
合差異または寄生混合物に起因しているので、内部流れ
に適している。
い）、フランス国特許第２，５８６，２４６号および第
２，６１０，９２１号にそれぞれ記載されたＳｉＣｗ／
ＳｉＡｌＯＮ型式の材料およびＳｉＣｗ／Ｓｉ3 Ｎ4 型
式の材料に本発明を適用することができる。これらの材
料、すなわち一般的に言えば補強セラミック複合材料
は、極端に剛性が高く且つ脆性が高い。したがって、こ
れらの材料は、主として圧縮力の作用に対して有効に耐
えるのに適しているが、引張り力が作用すると表面不規
則に対して初期破断の危険が発生する。この種の欠点は
主として機械加工中に起こる。また、この種の欠点は混
合差異または寄生混合物に起因しているので、内部流れ
に適している。
【００１５】これらの欠点を緩和して１２００°Ｃに達
しまたこの温度を超えるような高温に耐えることができ
且つ高い機械応力に耐えることができるような部材から
なる解体自在の組立体に適したスクリューおよびボルト
を提供するために、そのねじ切りの性質および特定の特
徴に関して注目すべき完全に特殊なスクリューおよびボ
ルトすなわち締結部材を提供するために、本発明は、上
述の型式の複合材料を使用することを提案する。
しまたこの温度を超えるような高温に耐えることができ
且つ高い機械応力に耐えることができるような部材から
なる解体自在の組立体に適したスクリューおよびボルト
を提供するために、そのねじ切りの性質および特定の特
徴に関して注目すべき完全に特殊なスクリューおよびボ
ルトすなわち締結部材を提供するために、本発明は、上
述の型式の複合材料を使用することを提案する。
【００１６】図１乃至図３に示すような本発明の組立部
材のねじ切りにおいて、雄ねじ（８、１０）および雌ね
じ（１９）は、それ自体原理の知られた丸ねじを有する
型式のねじ切りである。丸ねじは主として木製のスクリ
ューおよびボルトに用いられ、金属製スクリューおよび
ボルトには用いられることは比較的少ない。丸ねじは、
衝撃を受ける部材間の連結を構成するために特に使用さ
れ、静的な組立体を構成するのにはあまり使用されな
い。
材のねじ切りにおいて、雄ねじ（８、１０）および雌ね
じ（１９）は、それ自体原理の知られた丸ねじを有する
型式のねじ切りである。丸ねじは主として木製のスクリ
ューおよびボルトに用いられ、金属製スクリューおよび
ボルトには用いられることは比較的少ない。丸ねじは、
衝撃を受ける部材間の連結を構成するために特に使用さ
れ、静的な組立体を構成するのにはあまり使用されな
い。
【００１７】図５は、本発明によって使用される丸ねじ
の型式を示している。図５は、スクリューロッド１０の
雄ねじとナット５の雌ねじをそれぞれ示している。雄ね
じおよび雌ねじは、同じ理論的断面形を有し、スクリュ
ーロッド１０とナット５との間のすべての空間を占有し
ている。ねじの谷半径ｒおよびねじの山半径ｒ′はほぼ
同一であり、その差異は、機械加工条件およびロッドに
沿ってナットが移動可能なようにロッドとナットとの間
に必要な最小機能クリアランスに基づくものである。
の型式を示している。図５は、スクリューロッド１０の
雄ねじとナット５の雌ねじをそれぞれ示している。雄ね
じおよび雌ねじは、同じ理論的断面形を有し、スクリュ
ーロッド１０とナット５との間のすべての空間を占有し
ている。ねじの谷半径ｒおよびねじの山半径ｒ′はほぼ
同一であり、その差異は、機械加工条件およびロッドに
沿ってナットが移動可能なようにロッドとナットとの間
に必要な最小機能クリアランスに基づくものである。
【００１８】上述の丸ねじは、そのピッチＰ、上記半径
ｒ、ｒ′、ねじのフランクと雄ねじおよび雌ねじの半径
ｒ、ｒ′の中心Ｏ、Ｏ′を結ぶ直線との交差点に対する
接線によって決定される角度αによって特徴付けられ
る。さらに、ｄはねじ谷におけるスクリューロッド（１
０）の直径を表し、Ｄはスクリューロッドの外側直径を
示す。研究、テストおよび計算の結果、３つの基本的な
理由により、丸ネジ型式のねじが本発明の補強セラミッ
ク材料に完全に適していることがわかった。
ｒ、ｒ′、ねじのフランクと雄ねじおよび雌ねじの半径
ｒ、ｒ′の中心Ｏ、Ｏ′を結ぶ直線との交差点に対する
接線によって決定される角度αによって特徴付けられ
る。さらに、ｄはねじ谷におけるスクリューロッド（１
０）の直径を表し、Ｄはスクリューロッドの外側直径を
示す。研究、テストおよび計算の結果、３つの基本的な
理由により、丸ネジ型式のねじが本発明の補強セラミッ
ク材料に完全に適していることがわかった。
【００１９】まず第１に、丸ねじは、組立体のスクリュ
ーまたはボルトに作用する引張り荷重のほとんどをねじ
材料に作用する圧縮荷重に変換するので、上記補強セラ
ミック材料の引張脆性を完全にすべて保持する。第２
に、柔軟な形態を有する丸ねじは機械加工に適してい
る。このことが補強セラミック材料にとって決定的な要
因であるが、このことにより引張強度を損なうようない
かなる初期破断も回避することができる。第３に、ボル
ト４であろうとスクリュー（図２）であろうと、丸ねじ
は局部引張過大応力係数が顕著に低いスクリューロッド
を提供する。かくして、ロッドをさらに有効に寸法決め
し、特にスクリューの作動断面を減少させて、所与の破
壊強度に対する質量の最適化を行うことが可能になる。
ーまたはボルトに作用する引張り荷重のほとんどをねじ
材料に作用する圧縮荷重に変換するので、上記補強セラ
ミック材料の引張脆性を完全にすべて保持する。第２
に、柔軟な形態を有する丸ねじは機械加工に適してい
る。このことが補強セラミック材料にとって決定的な要
因であるが、このことにより引張強度を損なうようない
かなる初期破断も回避することができる。第３に、ボル
ト４であろうとスクリュー（図２）であろうと、丸ねじ
は局部引張過大応力係数が顕著に低いスクリューロッド
を提供する。かくして、ロッドをさらに有効に寸法決め
し、特にスクリューの作動断面を減少させて、所与の破
壊強度に対する質量の最適化を行うことが可能になる。
【００２０】事実、局部過大応力係数すなわちＫｔとし
て知られる理論的応力集中係数は、ノッチの付いた正味
断面（純断面）における最大公称応力に対する実際のノ
ッチ谷における最大応力の割合として定義される。この
パラメータＫｔは、部材が均質で連続な材料で構成され
ている限り、部材の形状および応力の型式にのみ依存す
る。
て知られる理論的応力集中係数は、ノッチの付いた正味
断面（純断面）における最大公称応力に対する実際のノ
ッチ谷における最大応力の割合として定義される。この
パラメータＫｔは、部材が均質で連続な材料で構成され
ている限り、部材の形状および応力の型式にのみ依存す
る。
【００２１】塑性領域を有する材料、たとえば金属から
なる部材は、破断応力より低いレベルにおいて、さらに
理論的には特に静的状態では破断応力よりも高いレベル
においてさえも、比較的大きな局部過大応力を許容する
ことができる。こうした部材がその弾性限界に達する
と、局部的に塑性化して自らを順応（適応）させる。高
い剛性を有しないセラミック材料のような材料では、塑
性領域が全くないのでこの順応現象は存在しない。した
がって、局部過大応力状態が発生し、破壊が起こること
がある。
なる部材は、破断応力より低いレベルにおいて、さらに
理論的には特に静的状態では破断応力よりも高いレベル
においてさえも、比較的大きな局部過大応力を許容する
ことができる。こうした部材がその弾性限界に達する
と、局部的に塑性化して自らを順応（適応）させる。高
い剛性を有しないセラミック材料のような材料では、塑
性領域が全くないのでこの順応現象は存在しない。した
がって、局部過大応力状態が発生し、破壊が起こること
がある。
【００２２】補強セラミック材料製の一体成形部材に丸
ねじ型式のねじ切りを形成することにより、寸法および
重量荷重並びに遭遇すべきあらゆる機械荷重および熱荷
重にしたがって、スクリューロッド（スクリューまたは
ボルト）の作動断面の上記順応性を顕著に改良すること
のできる、非常に低い局部過大応力係数Ｋｔを有する組
立部材を提供することができることを本発明は示してい
る。一例として、ＳｉＣｗ／ＳｉＡｌＹＯＮの形態の材
料について図５に示す型式のねじを有するような本発明
により実施されたスクリューロッドのパラメータ（計算
によって決定され且つ初期データに基づく）の表を以下
に示す。
ねじ型式のねじ切りを形成することにより、寸法および
重量荷重並びに遭遇すべきあらゆる機械荷重および熱荷
重にしたがって、スクリューロッド（スクリューまたは
ボルト）の作動断面の上記順応性を顕著に改良すること
のできる、非常に低い局部過大応力係数Ｋｔを有する組
立部材を提供することができることを本発明は示してい
る。一例として、ＳｉＣｗ／ＳｉＡｌＹＯＮの形態の材
料について図５に示す型式のねじを有するような本発明
により実施されたスクリューロッドのパラメータ（計算
によって決定され且つ初期データに基づく）の表を以下
に示す。
【００２３】
【表１】 Ｄ（ｍｍ） ７．００ ｄ（ｍｍ） ５．８５４ α ３０° ｒ（ｍｍ） ０．３７８ Ｐ（ｍｍ） １．５０２ Ｓ＝πｄ2 ／４（ｍｍ2 ） ２６．９２ ｒ／Ｄ ０．０５４ ｄ／Ｄ ０．８３６ 理論的Ｋｔｔ ＜ ２．７ Ｋｔｓ ＜ １．２７ Ｓｔ／Ｋｔｔ ＞ ９．９７ Ｆｔ ＞ ３２１ｄａＮ
【００２４】表１において、Ｓは作動断面積、Ｋｔｔお
よびＫｔｓはそれぞれ引張応力集中係数および捩じれ応
力集中係数、Ｆｔは破断応力σｔ＝３２０ＭＰａに基づ
く引張強度荷重の推定値である。上記表１の寸法パラメ
ータに基づいて実施されたテストは、実施されたスクリ
ューロッドが４００乃至５００ｄａＮの範囲の有効引張
破断強度を有し、この有効引張破断強度は表の下部に記
載した３２１の推定下限値を大きく上回ることを示して
いる。
よびＫｔｓはそれぞれ引張応力集中係数および捩じれ応
力集中係数、Ｆｔは破断応力σｔ＝３２０ＭＰａに基づ
く引張強度荷重の推定値である。上記表１の寸法パラメ
ータに基づいて実施されたテストは、実施されたスクリ
ューロッドが４００乃至５００ｄａＮの範囲の有効引張
破断強度を有し、この有効引張破断強度は表の下部に記
載した３２１の推定下限値を大きく上回ることを示して
いる。
【００２５】剪断テストはまた、２５００ｄａＮを超え
る破断抵抗を示している。さらに、ＳｉＣｗ／ＳｉＡｌ
ＹＯＮ材料に対するフランク対フランクの静的摩擦係数
の測定値は、適用された荷重にしたがって０．２２乃至
０．２６であった。このことにより、ねじ抜け締結部材
を得るような危険性が回避される。ＳｉＣｗ／ＳｉＡｌ
ＹＯＮ材料は、約１２００°Ｃの温度に耐える。比較す
ると、ＳｉＣｗ／Ｓｉ3 Ｎ4 材料は１４００°Ｃに達す
る温度に耐えることができ、さらに特定すればＳｉＣｗ
／ＳｉＡｌＹＯＮ材料の引張強度を超える引張強度を有
する。
る破断抵抗を示している。さらに、ＳｉＣｗ／ＳｉＡｌ
ＹＯＮ材料に対するフランク対フランクの静的摩擦係数
の測定値は、適用された荷重にしたがって０．２２乃至
０．２６であった。このことにより、ねじ抜け締結部材
を得るような危険性が回避される。ＳｉＣｗ／ＳｉＡｌ
ＹＯＮ材料は、約１２００°Ｃの温度に耐える。比較す
ると、ＳｉＣｗ／Ｓｉ3 Ｎ4 材料は１４００°Ｃに達す
る温度に耐えることができ、さらに特定すればＳｉＣｗ
／ＳｉＡｌＹＯＮ材料の引張強度を超える引張強度を有
する。
【００２６】本発明のスクリューおよびボルトは、次の
条件を満足することがさらに好ましい。 ０．０３ ≦ ｒ／Ｄ ≦ ０．０７ ここで、ｒはねじの谷の曲率半径であると同時にねじの
山の曲率半径であり、Ｄはスクリューロッドの外側直径
である。
条件を満足することがさらに好ましい。 ０．０３ ≦ ｒ／Ｄ ≦ ０．０７ ここで、ｒはねじの谷の曲率半径であると同時にねじの
山の曲率半径であり、Ｄはスクリューロッドの外側直径
である。
【００２７】このような条件を満足することにより、
３．５より小さいような満足すべき局部過大応力係数Ｋ
ｔを得ることができる。０．０７を上回るようなｒ／Ｄ
の割合値に対しても、さらに小さい値のＫｔが得られる
が、これはスクリューロッドのねじ谷径ｄの値に対応す
る。しかしながら、Ｋｔを小さくするためにｄの値を小
さくしすぎると、使用不可能になる。一方、０．０３を
下回るようなｒ／Ｄの割合値に対しては、過大な値のＫ
ｔが得られる。
３．５より小さいような満足すべき局部過大応力係数Ｋ
ｔを得ることができる。０．０７を上回るようなｒ／Ｄ
の割合値に対しても、さらに小さい値のＫｔが得られる
が、これはスクリューロッドのねじ谷径ｄの値に対応す
る。しかしながら、Ｋｔを小さくするためにｄの値を小
さくしすぎると、使用不可能になる。一方、０．０３を
下回るようなｒ／Ｄの割合値に対しては、過大な値のＫ
ｔが得られる。
【００２８】さらに、角度αが大きくなればなるほどス
クリューロッドの引張強度が大きくなるので、角度αは
３０乃至１００度の範囲にあるのが好ましい。一般的に
言えば、本発明のスクリューおよびボルトは、機械強度
および組立信頼性の理由のためにあらゆる有害な余分の
曲げ（二次的な曲げ）を回避することができるように、
適当な曲げ半径を有する球面形状の支持面の形態におけ
る、ナット５とワッシャー６との間の接触、またはたと
えばスクリューヘッド１４と組立すべき対面プレートと
の間の接触を形成することによって実施される。
クリューロッドの引張強度が大きくなるので、角度αは
３０乃至１００度の範囲にあるのが好ましい。一般的に
言えば、本発明のスクリューおよびボルトは、機械強度
および組立信頼性の理由のためにあらゆる有害な余分の
曲げ（二次的な曲げ）を回避することができるように、
適当な曲げ半径を有する球面形状の支持面の形態におけ
る、ナット５とワッシャー６との間の接触、またはたと
えばスクリューヘッド１４と組立すべき対面プレートと
の間の接触を形成することによって実施される。
【００２９】ナット／ワッシャー相互作用については、
材料の極端に大きい剛性および完全な機械加工の不可能
性により小さな環状面において接触が得られるだけなの
で、球面状支持面に対するナットの分離を介して破壊の
危険性があることがテストにおいて明らかとなった。こ
の問題を解決するために、球面状支持面の表面積を減少
させ且つナットおよびワッシャーの中央に向かってそれ
を移動させることができる。さらに、破断抵抗性を改良
するために、ナットにおいて球面状支持面に近接する部
分にねじを形成しないことも可能である。図６は、上述
の構成を有するナット／ワッシャー組立体の他の実施例
を示している。
材料の極端に大きい剛性および完全な機械加工の不可能
性により小さな環状面において接触が得られるだけなの
で、球面状支持面に対するナットの分離を介して破壊の
危険性があることがテストにおいて明らかとなった。こ
の問題を解決するために、球面状支持面の表面積を減少
させ且つナットおよびワッシャーの中央に向かってそれ
を移動させることができる。さらに、破断抵抗性を改良
するために、ナットにおいて球面状支持面に近接する部
分にねじを形成しないことも可能である。図６は、上述
の構成を有するナット／ワッシャー組立体の他の実施例
を示している。
【００３０】球面状凸面１８の側において、ナット５′
にはねじと同軸に円筒状孔１９が形成され、かくして上
記球面状凸面１８に近接して形成されるべきねじのうち
２つまたは３つのねじの形成を省略している。ワッシャ
ー６′の中央孔２１は、上記円筒状孔１９の直径に対し
て調整（芯合わせ）することもできる。最後に、ワッシ
ャー６′のナットに向かって方向付けられた外側縁に面
取りを付与することにより、ワッシャー６′の球面状凹
面２０′の断面積は顕著に減少される。
にはねじと同軸に円筒状孔１９が形成され、かくして上
記球面状凸面１８に近接して形成されるべきねじのうち
２つまたは３つのねじの形成を省略している。ワッシャ
ー６′の中央孔２１は、上記円筒状孔１９の直径に対し
て調整（芯合わせ）することもできる。最後に、ワッシ
ャー６′のナットに向かって方向付けられた外側縁に面
取りを付与することにより、ワッシャー６′の球面状凹
面２０′の断面積は顕著に減少される。
【００３１】なお、本発明は上述した実施例に限定され
ることなく、特に補強セラミック材料に性質並びにねじ
切りの寸法特性および球面状支持面に関して上述の限定
内においてすべての変形例を包含する。球面状支持面は
反対側に曲率を有していてもよい。すなわち、ナットの
球面状支持面が凹面であって関連するワッシャーの球面
状支持面が凸面であってもよい。
ることなく、特に補強セラミック材料に性質並びにねじ
切りの寸法特性および球面状支持面に関して上述の限定
内においてすべての変形例を包含する。球面状支持面は
反対側に曲率を有していてもよい。すなわち、ナットの
球面状支持面が凹面であって関連するワッシャーの球面
状支持面が凸面であってもよい。
【図１】本発明のナットおよびボルトシステムにより、
場合によっては酸化に対して保護された炭素−炭素プレ
ートのようなプレートを組み立てるための態様を概略的
に示す図である。
場合によっては酸化に対して保護された炭素−炭素プレ
ートのようなプレートを組み立てるための態様を概略的
に示す図である。
【図２】本発明によるスクリューを示す図である。
【図３】本発明によるナットの軸線破断図である。
【図４】図２のスクリューまたは図３のナットと協働す
ることのできる球面状凹面を有する本発明のワッシャー
の軸線破断図である。
ることのできる球面状凹面を有する本発明のワッシャー
の軸線破断図である。
【図５】本発明によるスクリュー／ナット組立体の軸線
破断図である。
破断図である。
【図６】本発明によるワッシャー／ナット組立体の組立
状態にある１つの変形例の軸線破断図である。
状態にある１つの変形例の軸線破断図である。
１ プレート ２ プレート ３ プレート ４ ボルト ５ ナット ６ ワッシャー ７ 平滑部分 ８ ねじ端部 ９ ヘッド １１ バレル部 １４ スクリューヘッド １８ 球面状凸面 １９ 円筒状孔 ２１ 中央孔 Ｓ 作動断面積 Ｋｔ 局部過大応力係数 ｒ ねじの谷（または山）の曲率半径 Ｐ ピッチ Ｄ スクリューロッドの外側直径
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 シルヴィ イス フランス国 33520 ブルュージュ リュ ポール ヴェルレンヌ 34 (72)発明者 ジャン−ミッシェル ルケルチエ フランス国 33160 サン トーバン ド ゥ メドック ヴィルプリュ アモー 31
Claims (10)
- 【請求項１】 ヘッドを備えることのできるスクリュー
ロッドと該ロッドと協働する１つまたは複数のナットと
を備え、耐熱性ファイバーの補強セラミックマトリック
スによって構成された複合材料で作られたスクリューお
よびボルトであって、 上記ロッドおよび上記ナットのねじは丸ねじであり、雄
ねじおよび雌ねじ部分は機械加工公差および機能クリア
ランスの範囲内において同一の理論的断面形を有するこ
とを特徴とするスクリューおよびボルト。 - 【請求項２】 上記ねじの谷の曲率半径および上記ねじ
の山の曲率半径をｒとし、上記スクリューロッドの外側
直径をＤとするとき、 ０．０３ ≦ ｒ／Ｄ ≦ ０．０７ の条件を満足することを特徴とする請求項１に記載のス
クリューおよびボルト。 - 【請求項３】 上記ねじのフランクと上記雄ねじおよび
上記雌ねじの曲率中心を結ぶ直線との交差点に対する接
線によって決定される角度をαとしたとき、 ３０° ≦ α ≦ １００° の条件を満足することを特徴とする請求項１または２に
記載のスクリューおよびボルト。 - 【請求項４】 上記ナットは球面状支持面を有すること
を特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のス
クリューおよびボルト。 - 【請求項５】 上記スクリューロッドは、そのヘッドの
バレル部側に球面状支持面が形成されていることを特徴
とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のスクリュ
ーおよびボルト。 - 【請求項６】 上記球面状支持面は、ワッシャーのよう
な中間部材に形成された球面状支持面と協働することを
特徴とする請求項４または５に記載のスクリューおよび
ボルト。 - 【請求項７】 上記スクリューの球面状支持面は、組立
すべき部材の対向面に形成された球面状支持面と協働す
ることを特徴とする請求項５に記載のスクリューおよび
ボルト。 - 【請求項８】 上記ナットのねじ切りのうち、一方の端
部の最初の部分にねじが形成されていないことを特徴と
する請求項１乃至７のいずれか１項に記載のスクリュー
およびボルト。 - 【請求項９】 上記ナットと上記ワッシャーとの間の球
面状支持面の断面積は減少され、ナット／ワッシャー組
立体の軸線にできるだけ近接した領域に集中しているこ
とを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１項に記載の
スクリューおよびボルト。 - 【請求項１０】 炭化珪素毛状晶子または窒化珪素毛状
晶子によって補強された、ＳｉＡｌＯＮまたはＳｉＡｌ
ＹＯＮまたはＳｉ3 Ｎ4 型式のセラミックマトリックス
によって構成された複合材料で作られていることを特徴
とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載のスクリュ
ーおよびボルト。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9207684A FR2692633B1 (fr) | 1992-06-17 | 1992-06-17 | Visserie en materiau composite constitue d'une matrice ceramique renforcee de fibres refractaires. |
| FR9207684 | 1992-06-17 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0681826A true JPH0681826A (ja) | 1994-03-22 |
Family
ID=9431089
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5171119A Pending JPH0681826A (ja) | 1992-06-17 | 1993-06-17 | 耐熱性ファイバで補強されたセラミックマトリックスによって構成された複合材料製のスクリューおよびボルト |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5405227A (ja) |
| EP (1) | EP0575277B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0681826A (ja) |
| CA (1) | CA2098546A1 (ja) |
| DE (1) | DE69310615T2 (ja) |
| FR (1) | FR2692633B1 (ja) |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001072475A (ja) * | 1999-08-31 | 2001-03-21 | Ube Ind Ltd | 高温構造体用締結構造要素 |
| JP2003146682A (ja) * | 2001-11-15 | 2003-05-21 | Shin Etsu Chem Co Ltd | ガラス母材製造装置及び製造方法 |
| JP2004521270A (ja) * | 2001-07-09 | 2004-07-15 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | 燃料噴射弁 |
| JP2007032804A (ja) * | 2005-07-29 | 2007-02-08 | Meidensha Corp | セラミックス螺子体とその製造方法 |
| JP2007032805A (ja) * | 2005-07-29 | 2007-02-08 | Meidensha Corp | セラミックス螺子体とその製造方法 |
| JP2007032803A (ja) * | 2005-07-29 | 2007-02-08 | Meidensha Corp | セラミックス螺子体とその製造方法 |
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| JP2007120625A (ja) * | 2005-10-28 | 2007-05-17 | Meidensha Corp | セラミックスボルトの製造方法及びセラミックスボルト |
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| CN103102179A (zh) * | 2013-01-06 | 2013-05-15 | 西北工业大学 | 碳/碳基或陶瓷基复合材料紧固件的防松方法 |
| JP2017106620A (ja) * | 2015-10-21 | 2017-06-15 | ザ・ボーイング・カンパニーＴｈｅ Ｂｏｅｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ | ウィスカ強化高破壊靱性セラミックねじファスナ |
| JP6387473B1 (ja) * | 2017-09-19 | 2018-09-05 | オーエーセンター株式会社 | ねじ型チョコレートの製造方法 |
| JP6403915B1 (ja) * | 2017-09-19 | 2018-10-10 | オーエーセンター株式会社 | ねじ型チョコレート及び製造方法 |
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