JPH0719220A - 繊維強化複合材料からなるボルト用基材 - Google Patents
繊維強化複合材料からなるボルト用基材Info
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- JPH0719220A JPH0719220A JP16250693A JP16250693A JPH0719220A JP H0719220 A JPH0719220 A JP H0719220A JP 16250693 A JP16250693 A JP 16250693A JP 16250693 A JP16250693 A JP 16250693A JP H0719220 A JPH0719220 A JP H0719220A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 繊維の持つ強度特性を十分に発揮させ、しか
も、ボルトの製作加工も容易化し得る繊維強化複合材料
からなるボルト基材を提供すること。 【構成】 ＵＤシート（１）（２）（３）のみ又は織物
シート（７）（８）のみ或いはこれらの組合せ積層物
を、強化繊維の配列方向がボルトの軸方向に対して０
度、９０度、±θ度となるように組合せ積層し、マトリ
ックスを含浸させ、硬化又は焼成して構成した。上記積
層物にはウェブ（９）を重ねてニードルパンチングして
もよい。また、三次元織物（１０）を使用してもよい。
も、ボルトの製作加工も容易化し得る繊維強化複合材料
からなるボルト基材を提供すること。 【構成】 ＵＤシート（１）（２）（３）のみ又は織物
シート（７）（８）のみ或いはこれらの組合せ積層物
を、強化繊維の配列方向がボルトの軸方向に対して０
度、９０度、±θ度となるように組合せ積層し、マトリ
ックスを含浸させ、硬化又は焼成して構成した。上記積
層物にはウェブ（９）を重ねてニードルパンチングして
もよい。また、三次元織物（１０）を使用してもよい。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高耐熱性、高強度、軽
量化等が要求される用途、例えば、宇宙航空産業等で利
用される繊維強化複合材料からなるボルト用基材に関
し、更に詳しくは、樹脂、炭素、セラミックス、金属等
を母材にし、硝子繊維、アラミド繊維、炭素繊維や炭化
珪素繊維等の強化繊維で強化された繊維強化複合材料か
らなるボルト用基材に関するものである。
量化等が要求される用途、例えば、宇宙航空産業等で利
用される繊維強化複合材料からなるボルト用基材に関
し、更に詳しくは、樹脂、炭素、セラミックス、金属等
を母材にし、硝子繊維、アラミド繊維、炭素繊維や炭化
珪素繊維等の強化繊維で強化された繊維強化複合材料か
らなるボルト用基材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、繊維強化プラスチックスからなる
ボルトが特開昭６１−１３０６０５号公報に紹介されて
いる。これは、図１０の（Ａ）（Ｂ）に示すように、ボ
ルト（ａ）の長さ方向と強化繊維（ｄ）の配列が０−９
０度になるような配列状態を採っている。この場合、上
記０−９０度とは、ボルト（ａ）の長さ方向に対する強
化繊維の配列の向きが、ボルト（ａ）の長さ方向と同一
方向に配置されている繊維の方向を０度とし、ボルト
（ａ）の長さ方向と直交する方向に配置されている繊維
の方向を９０度として表わしたものと理解されたい。
ボルトが特開昭６１−１３０６０５号公報に紹介されて
いる。これは、図１０の（Ａ）（Ｂ）に示すように、ボ
ルト（ａ）の長さ方向と強化繊維（ｄ）の配列が０−９
０度になるような配列状態を採っている。この場合、上
記０−９０度とは、ボルト（ａ）の長さ方向に対する強
化繊維の配列の向きが、ボルト（ａ）の長さ方向と同一
方向に配置されている繊維の方向を０度とし、ボルト
（ａ）の長さ方向と直交する方向に配置されている繊維
の方向を９０度として表わしたものと理解されたい。
【０００３】強化繊維の配列状態が上記０−９０度のボ
ルト（ａ）のネジ山に図１０の（Ｂ）上に示すように矢
印方向の剪断荷重（Ｐ）がかかった場合、９０度方向の
繊維がこの剪断荷重を受けることになり、この場合の引
張、圧縮応力（σｔ）（σｃ）は同図下に示したよう
に、強化繊維の配列方向と異なっている。従って、ネジ
山強度は、９０度方向の繊維の充填率に影響されること
になる。この９０度方向の繊維の充填率を増加させた場
合、引張強度が低下するという問題点が生じる。さら
に、繊維の持つ高強度特性は、引張や圧縮荷重を受けた
場合に発揮されるものであり、上記９０度方向の繊維の
ように受ける応力が剪断であると、繊維の強度を十分に
発揮させることができない。
ルト（ａ）のネジ山に図１０の（Ｂ）上に示すように矢
印方向の剪断荷重（Ｐ）がかかった場合、９０度方向の
繊維がこの剪断荷重を受けることになり、この場合の引
張、圧縮応力（σｔ）（σｃ）は同図下に示したよう
に、強化繊維の配列方向と異なっている。従って、ネジ
山強度は、９０度方向の繊維の充填率に影響されること
になる。この９０度方向の繊維の充填率を増加させた場
合、引張強度が低下するという問題点が生じる。さら
に、繊維の持つ高強度特性は、引張や圧縮荷重を受けた
場合に発揮されるものであり、上記９０度方向の繊維の
ように受ける応力が剪断であると、繊維の強度を十分に
発揮させることができない。
【０００４】また、ネジ山と同一形状に繊維を配置して
強化する方法も提案されてきたが、ネジ部とロッド部の
つながりがなかったり、ネジピッチが小さい場合、繊維
の太さの関係上、目的とするネジピッチが得られなかっ
たり、非常にコスト高になるという欠点があった。
強化する方法も提案されてきたが、ネジ部とロッド部の
つながりがなかったり、ネジピッチが小さい場合、繊維
の太さの関係上、目的とするネジピッチが得られなかっ
たり、非常にコスト高になるという欠点があった。
【０００５】さらに、ネジ山強度を上げる方法として、
ナットの厚みを大きくする方法もあるが、この場合、通
常の金属製ナットの倍程度の厚みを必要とし、一般ボル
ト材からかけ離れた材料になり、使用できない場合が多
い。
ナットの厚みを大きくする方法もあるが、この場合、通
常の金属製ナットの倍程度の厚みを必要とし、一般ボル
ト材からかけ離れた材料になり、使用できない場合が多
い。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記したように、従来
のボルト用繊維強化複合材料は、実用面で解決すべき問
題点が多く残されていた。
のボルト用繊維強化複合材料は、実用面で解決すべき問
題点が多く残されていた。
【０００７】本発明は、従来技術の上記問題点に鑑みて
提案されたもので、その目的とするところは、繊維の持
つ強度特性を十分に発揮させ、しかも、ボルトの製作加
工も容易化し得る繊維強化複合材料からなるボルト用基
材を提供することにある。
提案されたもので、その目的とするところは、繊維の持
つ強度特性を十分に発揮させ、しかも、ボルトの製作加
工も容易化し得る繊維強化複合材料からなるボルト用基
材を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、ＵＤシートの繊維の配列方向を、ボルト
の軸方向に対して、０度のＵＤシートと±θ度（但し、
＋θ＝＋４５〜＋６０度、−θ＝−４５〜−６０度
で、＋θと−θは１：１の割合）のＵＤシートとを±θ
と０度との割合を８５：１５〜４０：６０として複数枚
積層してマトリックスを含浸させ、硬化又は焼成して繊
維強化複合材料からなるボルト用基材を構成したことを
特徴とする。
め、本発明は、ＵＤシートの繊維の配列方向を、ボルト
の軸方向に対して、０度のＵＤシートと±θ度（但し、
＋θ＝＋４５〜＋６０度、−θ＝−４５〜−６０度
で、＋θと−θは１：１の割合）のＵＤシートとを±θ
と０度との割合を８５：１５〜４０：６０として複数枚
積層してマトリックスを含浸させ、硬化又は焼成して繊
維強化複合材料からなるボルト用基材を構成したことを
特徴とする。
【０００９】また本発明は、繊度並びに経、緯密度が同
一の織物シートを、ボルトの軸方向に対して、繊維配列
方向が４５度（−４５度）の織物シートと０度（９０
度）の織物シートとを８５：１５〜４０：６０の割合で
複数枚積層してマトリックスを含浸させ、硬化又は焼成
して繊維強化複合材料からなるボルト用基材を構成した
ことを特徴とする。
一の織物シートを、ボルトの軸方向に対して、繊維配列
方向が４５度（−４５度）の織物シートと０度（９０
度）の織物シートとを８５：１５〜４０：６０の割合で
複数枚積層してマトリックスを含浸させ、硬化又は焼成
して繊維強化複合材料からなるボルト用基材を構成した
ことを特徴とする。
【００１０】さらに本発明は、ＵＤシートと織物シート
とを、ボルトの軸方向に対して、繊維配列方向が０度、
９０度及び±θ度（但しθは、０＜θ＞９０）となり、
かつ、±θ度方向と（０度＋９０度）方向の繊維配向割
合を８５：１５〜４０：６０として複数枚組み合わせて
積層してマトリックスを含浸させ、硬化又は焼成して繊
維強化複合材料からなるボルト用基材を構成したことを
特徴とする。
とを、ボルトの軸方向に対して、繊維配列方向が０度、
９０度及び±θ度（但しθは、０＜θ＞９０）となり、
かつ、±θ度方向と（０度＋９０度）方向の繊維配向割
合を８５：１５〜４０：６０として複数枚組み合わせて
積層してマトリックスを含浸させ、硬化又は焼成して繊
維強化複合材料からなるボルト用基材を構成したことを
特徴とする。
【００１１】また本発明は、上記のいずれかに記載の積
層物の表面、裏面、中間層面のいずれか１面、２面又は
複数面にウェブを積層し、ニードルパンチングを施し、
マトリックスを含浸させ、硬化又は焼成して繊維強化複
合材料からなるボルト用基材を構成したことを特徴とす
る。
層物の表面、裏面、中間層面のいずれか１面、２面又は
複数面にウェブを積層し、ニードルパンチングを施し、
マトリックスを含浸させ、硬化又は焼成して繊維強化複
合材料からなるボルト用基材を構成したことを特徴とす
る。
【００１２】更にまた本発明は、ボルトの軸方向に対し
て、繊維配列方向が０度、９０度、＋θ度、−θ度（但
しθは、０＜θ＞９０）及びこれらの繊維配向面と直交
する方向に配向して製織した三次元織物にマトリックス
を含浸させ、硬化又は焼成して繊維強化複合材料からな
るボルト用基材を構成したことを特徴とする。
て、繊維配列方向が０度、９０度、＋θ度、−θ度（但
しθは、０＜θ＞９０）及びこれらの繊維配向面と直交
する方向に配向して製織した三次元織物にマトリックス
を含浸させ、硬化又は焼成して繊維強化複合材料からな
るボルト用基材を構成したことを特徴とする。
【００１３】上記した本発明において、ＵＤシートと
は、平面上に連続した強化繊維を１方向に平行に配列さ
せて構成したシートをいう。また、織物シートとは、強
化繊維を経糸、緯糸に使用して製織したシートをいう。
さらに、三次元織物とは、強化繊維の配向方向を三次元
方向に配向して製織されたもの或いは複数枚のＵＤシー
ト又は織物シートを積層したものを積層方向にミシン等
で縫合して構成した立体織物を云う。
は、平面上に連続した強化繊維を１方向に平行に配列さ
せて構成したシートをいう。また、織物シートとは、強
化繊維を経糸、緯糸に使用して製織したシートをいう。
さらに、三次元織物とは、強化繊維の配向方向を三次元
方向に配向して製織されたもの或いは複数枚のＵＤシー
ト又は織物シートを積層したものを積層方向にミシン等
で縫合して構成した立体織物を云う。
【００１４】
【作用】ＵＤシートの繊維の配列方向を、ボルトの軸方
向に対して、０度のＵＤシートと±θ度（但しθは、０
＜θ＞９０）のＵＤシートとを複数枚積層してマトリッ
クスを含浸させ、硬化又は焼成して構成した繊維強化複
合材料からなるボルト用基材は、ボルトの軸方向に対し
て、±θ度方向の繊維がボルトのネジ山にかかる応力に
対して、引張及び圧縮方向に配向されており、これらの
方向に対して十分な強度を発揮させることができる。し
かも、０度方向の繊維によって、ボルト軸方向の強度も
向上する。
向に対して、０度のＵＤシートと±θ度（但しθは、０
＜θ＞９０）のＵＤシートとを複数枚積層してマトリッ
クスを含浸させ、硬化又は焼成して構成した繊維強化複
合材料からなるボルト用基材は、ボルトの軸方向に対し
て、±θ度方向の繊維がボルトのネジ山にかかる応力に
対して、引張及び圧縮方向に配向されており、これらの
方向に対して十分な強度を発揮させることができる。し
かも、０度方向の繊維によって、ボルト軸方向の強度も
向上する。
【００１５】また、繊度並びに経、緯密度が同一の織物
シートを、ボルトの軸方向に対して、繊維配列方向が０
度（９０度）の織物シートと４５度（−４５度）の織物
シートとを複数枚積層してマトリックスを含浸し硬化又
は焼成して構成した繊維強化複合材料からなるボルト用
基材は、ＵＤシートを積層する場合よりも作業効率がよ
く、前記と同程度かそれ以上の強度特性が得られる。
シートを、ボルトの軸方向に対して、繊維配列方向が０
度（９０度）の織物シートと４５度（−４５度）の織物
シートとを複数枚積層してマトリックスを含浸し硬化又
は焼成して構成した繊維強化複合材料からなるボルト用
基材は、ＵＤシートを積層する場合よりも作業効率がよ
く、前記と同程度かそれ以上の強度特性が得られる。
【００１６】さらに、ＵＤシートと織物シートとを、ボ
ルトの軸方向に対して、繊維配列方向が０度、９０度及
び±θ度（但しθは、０＜θ＞９０）となるように複数
枚組み合わせて積層してマトリックスを含浸させ、硬化
又は焼成して構成した繊維強化複合材料からなるボルト
用基材は、ＵＤシートを積層する場合よりも作業効率が
よく、かつ、織物シートのみを積層する場合よりも±θ
度方向の繊維配向角度の選択幅が大きく、前記と同程度
かそれ以上の強度特性が得られる。
ルトの軸方向に対して、繊維配列方向が０度、９０度及
び±θ度（但しθは、０＜θ＞９０）となるように複数
枚組み合わせて積層してマトリックスを含浸させ、硬化
又は焼成して構成した繊維強化複合材料からなるボルト
用基材は、ＵＤシートを積層する場合よりも作業効率が
よく、かつ、織物シートのみを積層する場合よりも±θ
度方向の繊維配向角度の選択幅が大きく、前記と同程度
かそれ以上の強度特性が得られる。
【００１７】また、上記のいずれかに記載の積層物の表
面、裏面、中間層面のいずれか１面、２面又は複数面に
ウェブを積層し、ニードルパンチングを施し、マトリッ
クスを含浸させ、硬化又は焼成して構成した繊維強化複
合材料からなるボルト用基材は、各積層物がニードルパ
ンチングされたウェブによって縫い合わされ、強度特性
が一層向上する。
面、裏面、中間層面のいずれか１面、２面又は複数面に
ウェブを積層し、ニードルパンチングを施し、マトリッ
クスを含浸させ、硬化又は焼成して構成した繊維強化複
合材料からなるボルト用基材は、各積層物がニードルパ
ンチングされたウェブによって縫い合わされ、強度特性
が一層向上する。
【００１８】また、ボルトの軸方向に対して、繊維配列
方向が０度、９０度、＋θ度、−θ度（但しθは、０＜
θ＞９０）及びこれらの繊維配向面と直交する方向に配
向して製織され、又は、繊維配列方向を上記と同様とし
た複数枚のＵＤシート積層物を積層方向に縫合した三次
元織物にマトリックスを含浸させ、硬化又は焼成して構
成した繊維強化複合材料からなるボルト用基材は、強化
繊維が三次元方向に配向されているため、前記ウェブを
ニードルパンチングしたものと同程度かそれ以上の強度
特性が得られる。
方向が０度、９０度、＋θ度、−θ度（但しθは、０＜
θ＞９０）及びこれらの繊維配向面と直交する方向に配
向して製織され、又は、繊維配列方向を上記と同様とし
た複数枚のＵＤシート積層物を積層方向に縫合した三次
元織物にマトリックスを含浸させ、硬化又は焼成して構
成した繊維強化複合材料からなるボルト用基材は、強化
繊維が三次元方向に配向されているため、前記ウェブを
ニードルパンチングしたものと同程度かそれ以上の強度
特性が得られる。
【００１９】
【実施例】図１（Ａ）は本発明のＵＤシート積層物から
ボルトを製作する場合の説明図、（Ｂ）は織物シート積
層物からボルトを製作する場合の説明図、（Ｃ）はＵＤ
シートと織物シートとを積層したものからボルトを製作
する場合の説明図、（Ｄ）はそれらの積層物の上下面に
ウェブを配置し、ニードルパンチングしたものからボル
トを製作する場合の説明図、（Ｅ）は三次元織物からボ
ルトを製作する場合の説明図である。
ボルトを製作する場合の説明図、（Ｂ）は織物シート積
層物からボルトを製作する場合の説明図、（Ｃ）はＵＤ
シートと織物シートとを積層したものからボルトを製作
する場合の説明図、（Ｄ）はそれらの積層物の上下面に
ウェブを配置し、ニードルパンチングしたものからボル
トを製作する場合の説明図、（Ｅ）は三次元織物からボ
ルトを製作する場合の説明図である。
【００２０】先ず、本発明は、図１（Ａ）に示すよう
に、ボルト軸方向に対して、０度のＵＤシート（１）と
＋θのＵＤシート（２）と−θのＵＤシート（３）とを
複数枚積層してマトリックスを含浸させ、硬化又は焼成
して板状物（４）を作成し、これを、０度方向がボルト
軸方向となるように切り出して角棒材（５）とし、これ
に旋盤等でネジ加工を行い、ボルト（６）を得る。上記
３種類のＵＤシート（１）（２）（３）は、一方向プリ
プレグシートが望ましいが、これに制約されるものでは
ない。使用する繊維は、炭素繊維、ガラス繊維、アラミ
ド繊維、セラミックス繊維等この種繊維強化複合材料に
使用される強化繊維が適用され、また、マトリックスと
しては、炭素、セラミックス、エポキシ樹脂、その他の
熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂等この種繊維強化複合材料
に使用されるマトリックスが使用される。上記θは、０
＜θ＞９０の範囲の任意な角度から選択され、望ましく
は、＋θ＝＋４５〜＋６０度、−θ＝−４５〜−６０度
がよい。また、＋θと−θの割合は、１：１が望まし
く、±θと０度との配向割合は、８５：１５〜４０：６
０が望ましい。
に、ボルト軸方向に対して、０度のＵＤシート（１）と
＋θのＵＤシート（２）と−θのＵＤシート（３）とを
複数枚積層してマトリックスを含浸させ、硬化又は焼成
して板状物（４）を作成し、これを、０度方向がボルト
軸方向となるように切り出して角棒材（５）とし、これ
に旋盤等でネジ加工を行い、ボルト（６）を得る。上記
３種類のＵＤシート（１）（２）（３）は、一方向プリ
プレグシートが望ましいが、これに制約されるものでは
ない。使用する繊維は、炭素繊維、ガラス繊維、アラミ
ド繊維、セラミックス繊維等この種繊維強化複合材料に
使用される強化繊維が適用され、また、マトリックスと
しては、炭素、セラミックス、エポキシ樹脂、その他の
熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂等この種繊維強化複合材料
に使用されるマトリックスが使用される。上記θは、０
＜θ＞９０の範囲の任意な角度から選択され、望ましく
は、＋θ＝＋４５〜＋６０度、−θ＝−４５〜−６０度
がよい。また、＋θと−θの割合は、１：１が望まし
く、±θと０度との配向割合は、８５：１５〜４０：６
０が望ましい。
【００２１】本発明はまた、図１（Ｂ）に示すように、
繊度並びに経、緯密度が同一の織物シート（７）（８）
を、ボルトの軸方向に対して、繊維配列方向が０度（９
０度）の織物シート（７）と４５度（−４５度）の織物
シート（８）とを複数枚積層してマトリックスを含浸さ
せ、硬化又は焼成して板状物（４）を作成し、これを、
０度方向がボルト軸方向となるように切り出して角棒材
（５）とし、これに旋盤等でネジ加工を行い、ボルト
（６）を得る。この場合、４５度（−４５度）の織物シ
ート（７）と０度（９０度）の織物シート（８）との配
向割合は、８５：１５〜４０：６０が望ましい。また、
＋４５度と−４５度とは、１：１がよい。
繊度並びに経、緯密度が同一の織物シート（７）（８）
を、ボルトの軸方向に対して、繊維配列方向が０度（９
０度）の織物シート（７）と４５度（−４５度）の織物
シート（８）とを複数枚積層してマトリックスを含浸さ
せ、硬化又は焼成して板状物（４）を作成し、これを、
０度方向がボルト軸方向となるように切り出して角棒材
（５）とし、これに旋盤等でネジ加工を行い、ボルト
（６）を得る。この場合、４５度（−４５度）の織物シ
ート（７）と０度（９０度）の織物シート（８）との配
向割合は、８５：１５〜４０：６０が望ましい。また、
＋４５度と−４５度とは、１：１がよい。
【００２２】さらに本発明は、図１（Ｃ）に示すよう
に、３種類のＵＤシート（１）（２）（３）の１種また
は２種或いは３種と、２種類の織物シート（７）（８）
の１種または２種とをボルトの軸方向に対して、繊維配
列方向が０度、９０度及び±θ度（但しθは、０＜θ＞
９０）となるように複数枚組合せて積層してマトリック
スを含浸させ、硬化又は焼成して板状物（４）を作成
し、これを、０度方向がボルト軸方向となるように切り
出して角棒材（５）とし、これに旋盤等でネジ加工を行
い、ボルト（６）を得る。この場合、±θ度方向と、
（０度＋９０度）方向の繊維配向割合は、８５：１５〜
４０：６０が望ましく、また、＋θと−θの割合は、
１：１が望ましい。
に、３種類のＵＤシート（１）（２）（３）の１種また
は２種或いは３種と、２種類の織物シート（７）（８）
の１種または２種とをボルトの軸方向に対して、繊維配
列方向が０度、９０度及び±θ度（但しθは、０＜θ＞
９０）となるように複数枚組合せて積層してマトリック
スを含浸させ、硬化又は焼成して板状物（４）を作成
し、これを、０度方向がボルト軸方向となるように切り
出して角棒材（５）とし、これに旋盤等でネジ加工を行
い、ボルト（６）を得る。この場合、±θ度方向と、
（０度＋９０度）方向の繊維配向割合は、８５：１５〜
４０：６０が望ましく、また、＋θと−θの割合は、
１：１が望ましい。
【００２３】また本発明は、図１（Ｄ）に示すように、
図１（Ａ）〜（Ｃ）のいずれかの積層物の表面、裏面、
中間層面のいずれか１面、２面又は複数面にウェブ
（９）を積層し、ニードルパンチングを施し、マトリッ
クスを含浸させ、硬化又は焼成して板状物（４）を作成
し、これを、０度方向がボルト軸方向となるように切り
出して角棒材（５）とし、これに旋盤等でネジ加工を行
い、ボルト（６）を得る。
図１（Ａ）〜（Ｃ）のいずれかの積層物の表面、裏面、
中間層面のいずれか１面、２面又は複数面にウェブ
（９）を積層し、ニードルパンチングを施し、マトリッ
クスを含浸させ、硬化又は焼成して板状物（４）を作成
し、これを、０度方向がボルト軸方向となるように切り
出して角棒材（５）とし、これに旋盤等でネジ加工を行
い、ボルト（６）を得る。
【００２４】また本発明は、図１（Ｅ）に示すように、
ボルトの軸方向に対して、繊維配列方向が０度、９０度
及び±θ度（但しθは、０＜θ＞９０）及びこれらの繊
維配向面と直交する方向に配向して製織された三次元織
物（１０）にマトリックスを含浸させ、硬化又は焼成し
て板状物（４）を作成し、これを、０度方向がボルト軸
方向となるように切り出して角棒材（５）とし、これに
旋盤等でネジ加工を行い、ボルト（６）を得る。この場
合、０度、９０度、＋θ度、−θ度及びこれらと直交す
る方向に配向された繊維配向割合は１０：１０：３５：
３５：１０とし、θを±４５度とするのが望ましい。
ボルトの軸方向に対して、繊維配列方向が０度、９０度
及び±θ度（但しθは、０＜θ＞９０）及びこれらの繊
維配向面と直交する方向に配向して製織された三次元織
物（１０）にマトリックスを含浸させ、硬化又は焼成し
て板状物（４）を作成し、これを、０度方向がボルト軸
方向となるように切り出して角棒材（５）とし、これに
旋盤等でネジ加工を行い、ボルト（６）を得る。この場
合、０度、９０度、＋θ度、−θ度及びこれらと直交す
る方向に配向された繊維配向割合は１０：１０：３５：
３５：１０とし、θを±４５度とするのが望ましい。
【００２５】また本発明は、図１（Ｂ）に示すような織
物シート（７）（８）を複数枚積層し、これらをその積
層方向にミシン等で縫合して一体の三次元織物を構成
し、これにマトリックスを含浸させ、硬化又は焼成して
板状物（４）を作成し、これを、０度方向がボルト軸方
向となるように切り出して角棒材（５）とし、これに旋
盤等でネジ加工を行い、ボルト（６）を得るようにして
もよい。
物シート（７）（８）を複数枚積層し、これらをその積
層方向にミシン等で縫合して一体の三次元織物を構成
し、これにマトリックスを含浸させ、硬化又は焼成して
板状物（４）を作成し、これを、０度方向がボルト軸方
向となるように切り出して角棒材（５）とし、これに旋
盤等でネジ加工を行い、ボルト（６）を得るようにして
もよい。
【００２６】上記した本発明のボルトは、図１０の
（Ｃ）にその部分拡大断面図を示しているように、ボル
トの軸方向に対して、±θ度方向の繊維がボルトのネジ
山にかかる応力に対して、引張及び圧縮方向に配向され
ており、これらの方向に対して十分な強度を発揮させる
ことができる。即ち、ボルトに矢印方向の剪断荷重
（Ｐ）がかかった場合、引張、圧縮応力（σｔ）（σ
ｃ）は図１０（Ｄ）に示したように、強化繊維の配列方
向と同方向となり、該繊維の持つ強度が最大限に発揮さ
れる。しかも、０度方向の繊維によって、ボルト軸方向
の強度も向上する。次に、本発明の具体的な実施例を説
明する。
（Ｃ）にその部分拡大断面図を示しているように、ボル
トの軸方向に対して、±θ度方向の繊維がボルトのネジ
山にかかる応力に対して、引張及び圧縮方向に配向され
ており、これらの方向に対して十分な強度を発揮させる
ことができる。即ち、ボルトに矢印方向の剪断荷重
（Ｐ）がかかった場合、引張、圧縮応力（σｔ）（σ
ｃ）は図１０（Ｄ）に示したように、強化繊維の配列方
向と同方向となり、該繊維の持つ強度が最大限に発揮さ
れる。しかも、０度方向の繊維によって、ボルト軸方向
の強度も向上する。次に、本発明の具体的な実施例を説
明する。
【００２７】（実施例１）炭素繊維（東レ（株）製、商
品名；トレカＭ４０−１２Ｋ）にフラン樹脂を含浸させ
て、一方向のフラン樹脂プリプレグシートを作成した。
一方向プリプレグシートを図２に示すように、繊維軸方
向を長さ方向として切り出したもの（以下０度と呼ぶ）
（１）と、長さ方向を中心に０〜９０度の様々な方向に
角度をつけて切り出したもの（以下±θ度と呼ぶ）
（２）（３）を作成した。この０度と±θ度との配向比
率をいろいろ変え、図３に示すようなパターンにて積層
した。図３はシートの積層数を４８枚とし、中央部の２
４枚目と２５枚目とを対称中心として両側へ同じものを
ミラー対称に積層したものである。そして、＋は＋θ度
のシート（２）を表し、−は−θ度のシート（３）を表
し、０は０度のシート（１）を表している。図３中の上
段には、斜方向（±θ）のシート（２）（３）の配向比
率を（％）で表しており、数値の１００は、±θのシー
ト（２）（３）だけを積層したものを表し、８３は±θ
のシート（２）（３）が８３％で残り１７％が０度のシ
ート（１）で構成したものを表し、以下、０は±θのシ
ート（２）（３）が０％で全部０度のシート（１）を積
層したものを表している。
品名；トレカＭ４０−１２Ｋ）にフラン樹脂を含浸させ
て、一方向のフラン樹脂プリプレグシートを作成した。
一方向プリプレグシートを図２に示すように、繊維軸方
向を長さ方向として切り出したもの（以下０度と呼ぶ）
（１）と、長さ方向を中心に０〜９０度の様々な方向に
角度をつけて切り出したもの（以下±θ度と呼ぶ）
（２）（３）を作成した。この０度と±θ度との配向比
率をいろいろ変え、図３に示すようなパターンにて積層
した。図３はシートの積層数を４８枚とし、中央部の２
４枚目と２５枚目とを対称中心として両側へ同じものを
ミラー対称に積層したものである。そして、＋は＋θ度
のシート（２）を表し、−は−θ度のシート（３）を表
し、０は０度のシート（１）を表している。図３中の上
段には、斜方向（±θ）のシート（２）（３）の配向比
率を（％）で表しており、数値の１００は、±θのシー
ト（２）（３）だけを積層したものを表し、８３は±θ
のシート（２）（３）が８３％で残り１７％が０度のシ
ート（１）で構成したものを表し、以下、０は±θのシ
ート（２）（３）が０％で全部０度のシート（１）を積
層したものを表している。
【００２８】この積層したプリプレグシートを、ホット
プレスにて１００℃で硬化させ、ＣＦＲＰの板状物を得
た。このようにして製作されたＣＦＲＰの板状物を、窒
素ガス雰囲気下で１０００℃まで焼成してＣ／Ｃコンポ
ジット材を得た。このＣ／Ｃコンポジット材は、気孔が
存在したため、樹脂の含浸−焼成を３回繰り返し、最終
的なＣ／Ｃコンポジット材を得た。このＣ／Ｃコンポジ
ット材を、０度方向をボルトの軸方向として切り出し
て、Ｍ１０×１．５Ｐのネジ部材を得、このネジ部材に
金属ナットを取付け、引張試験を行なった。その結果を
図４に示す。図４からも判断できるように、積層角度
（±θ）は４５〜６０度、±θと０度の配向比は８５：
１５〜４０：６０（類推値）の間で、高強度ボルトが得
られた。
プレスにて１００℃で硬化させ、ＣＦＲＰの板状物を得
た。このようにして製作されたＣＦＲＰの板状物を、窒
素ガス雰囲気下で１０００℃まで焼成してＣ／Ｃコンポ
ジット材を得た。このＣ／Ｃコンポジット材は、気孔が
存在したため、樹脂の含浸−焼成を３回繰り返し、最終
的なＣ／Ｃコンポジット材を得た。このＣ／Ｃコンポジ
ット材を、０度方向をボルトの軸方向として切り出し
て、Ｍ１０×１．５Ｐのネジ部材を得、このネジ部材に
金属ナットを取付け、引張試験を行なった。その結果を
図４に示す。図４からも判断できるように、積層角度
（±θ）は４５〜６０度、±θと０度の配向比は８５：
１５〜４０：６０（類推値）の間で、高強度ボルトが得
られた。
【００２９】（実施例２）炭素繊維織物（７）（８）
（八枚朱子、東レ（株）製、商品名；トレカクロスＣ０
６３４１）を図５に示すように、０−９０度と±４５度
方向に切り出し、両者の配向割合を図６に示すように、
０：１００〜１００：０にまで振り分け、２４枚積層し
た後、上下の最外層に炭素繊維フェルト（クレハ製、商
品名；Ｆ−１０５）を積層した。この基材を積層方向に
対して垂直な方向にニードルパンチングを行い、炭素繊
維を挿入した。このようにして得られた基材にコールタ
ールピッチを真空含浸させ、圧力容器にて８００℃で焼
成し、アルゴン雰囲気で２０００℃で焼成を行い、これ
らを５回繰り返した。このようにして得られたＣ／Ｃコ
ンポジットの板状物を、０度方向をボルトの軸方向とし
て切り出して、Ｍ１０×１．５Ｐのネジに加工（図８
（Ｂ）ご参照）し、引張試験を行なった。その結果が図
７に示してあり、図７から判断できるように、±４５度
と０−９０度の繊維の配向割合は、８５：１５〜４０：
６０が望ましく、０−９０度積層物に比べ１．５倍程度
の強度が得られた。さらに、このボルトは０−９０度積
層物に比べて、垂直方向に繊維を有しているため、図８
（Ａ）に示す従来品のようなネジ部（ｂ）に欠損部
（ｃ）がない高強度ボルトが得られた。
（八枚朱子、東レ（株）製、商品名；トレカクロスＣ０
６３４１）を図５に示すように、０−９０度と±４５度
方向に切り出し、両者の配向割合を図６に示すように、
０：１００〜１００：０にまで振り分け、２４枚積層し
た後、上下の最外層に炭素繊維フェルト（クレハ製、商
品名；Ｆ−１０５）を積層した。この基材を積層方向に
対して垂直な方向にニードルパンチングを行い、炭素繊
維を挿入した。このようにして得られた基材にコールタ
ールピッチを真空含浸させ、圧力容器にて８００℃で焼
成し、アルゴン雰囲気で２０００℃で焼成を行い、これ
らを５回繰り返した。このようにして得られたＣ／Ｃコ
ンポジットの板状物を、０度方向をボルトの軸方向とし
て切り出して、Ｍ１０×１．５Ｐのネジに加工（図８
（Ｂ）ご参照）し、引張試験を行なった。その結果が図
７に示してあり、図７から判断できるように、±４５度
と０−９０度の繊維の配向割合は、８５：１５〜４０：
６０が望ましく、０−９０度積層物に比べ１．５倍程度
の強度が得られた。さらに、このボルトは０−９０度積
層物に比べて、垂直方向に繊維を有しているため、図８
（Ａ）に示す従来品のようなネジ部（ｂ）に欠損部
（ｃ）がない高強度ボルトが得られた。
【００３０】（実施例３）炭素繊維（東レ（株）製、商
品名；トレカＴ−３００ ３Ｋ）を用いて、図９
（Ａ）（Ｂ）に示すような２種類の三次元織物（１０）
（１１）を作成した。三次元織物の具体的構造は、例え
ば、特公平１−４７５８３号公報に示されているよう
に、折返し点に切断端を形成することなく同一平面上に
配列された後、次の配列面に移り前記第１の平面におけ
る繊維配列方向と異なる方向に配列され、以後上記積層
動作を繰り返すＸ方向の繊維と、折返し点に切断端を形
成することなく前記Ｘ方向の繊維の配列面を２つ折り状
態で貫通して蛇行配置され、かつ、夫々の２つ折り端が
隣接のものと絡み合うことなく独立したループを形成し
ているＹ方向の繊維と、前記Ｘ方向の繊維の積層の最上
面に前記Ｙ方向の繊維のループ内を通って蛇行配置され
るＺ方向の繊維とで所定形状の立体織物を製織したもの
であり、図９（Ａ）のものは、繊維をＸＹＺの３方向に
配向比、Ｘ：Ｙ：Ｚ＝４５：４５：１０で配向して板状
物を製織したものであり、（Ｂ）はＸＹＺの３方向の他
に、ＸＹに対してθ＝±４５度の方向Ｕ及びＶにも繊維
を配列し、その配向比を、Ｘ：Ｙ：Ｚ：Ｕ：Ｖ＝１０：
１０：１０：３５：３５として板状物を製織したもので
ある。この２種類の三次元織物（１０）（１１）に前記
実施例２と同様にコールタールピッチを真空含浸させ、
圧力容器にて８００℃で焼成し、さらにアルゴン雰囲気
で２０００℃で焼成してＣ／Ｃ化を行い、３Ｄ−Ｃ／Ｃ
材を得た。このようにして得られたＣ／Ｃコンポジット
の板状物を、Ｘ方向をボルトの軸方向となるように切り
出して、Ｍ１０×１．５Ｐのネジに加工し、引張試験を
行なった。その結果、図９（Ａ）のものは１５０Ｋｇ
ｆ、（Ｂ）のものは３５０Ｋｇｆで約２倍の強度が得ら
れた。
品名；トレカＴ−３００ ３Ｋ）を用いて、図９
（Ａ）（Ｂ）に示すような２種類の三次元織物（１０）
（１１）を作成した。三次元織物の具体的構造は、例え
ば、特公平１−４７５８３号公報に示されているよう
に、折返し点に切断端を形成することなく同一平面上に
配列された後、次の配列面に移り前記第１の平面におけ
る繊維配列方向と異なる方向に配列され、以後上記積層
動作を繰り返すＸ方向の繊維と、折返し点に切断端を形
成することなく前記Ｘ方向の繊維の配列面を２つ折り状
態で貫通して蛇行配置され、かつ、夫々の２つ折り端が
隣接のものと絡み合うことなく独立したループを形成し
ているＹ方向の繊維と、前記Ｘ方向の繊維の積層の最上
面に前記Ｙ方向の繊維のループ内を通って蛇行配置され
るＺ方向の繊維とで所定形状の立体織物を製織したもの
であり、図９（Ａ）のものは、繊維をＸＹＺの３方向に
配向比、Ｘ：Ｙ：Ｚ＝４５：４５：１０で配向して板状
物を製織したものであり、（Ｂ）はＸＹＺの３方向の他
に、ＸＹに対してθ＝±４５度の方向Ｕ及びＶにも繊維
を配列し、その配向比を、Ｘ：Ｙ：Ｚ：Ｕ：Ｖ＝１０：
１０：１０：３５：３５として板状物を製織したもので
ある。この２種類の三次元織物（１０）（１１）に前記
実施例２と同様にコールタールピッチを真空含浸させ、
圧力容器にて８００℃で焼成し、さらにアルゴン雰囲気
で２０００℃で焼成してＣ／Ｃ化を行い、３Ｄ−Ｃ／Ｃ
材を得た。このようにして得られたＣ／Ｃコンポジット
の板状物を、Ｘ方向をボルトの軸方向となるように切り
出して、Ｍ１０×１．５Ｐのネジに加工し、引張試験を
行なった。その結果、図９（Ａ）のものは１５０Ｋｇ
ｆ、（Ｂ）のものは３５０Ｋｇｆで約２倍の強度が得ら
れた。
【００３１】
【発明の効果】請求項１の発明によれば、ボルトの軸方
向に対して、±θ度方向の繊維がボルトのネジ山にかか
る応力に対して、引張及び圧縮方向に配向されており、
これらの方向に対して十分な強度を発揮させることがで
きる。しかも、０度方向の繊維によって、ボルト軸方向
の強度も向上する。
向に対して、±θ度方向の繊維がボルトのネジ山にかか
る応力に対して、引張及び圧縮方向に配向されており、
これらの方向に対して十分な強度を発揮させることがで
きる。しかも、０度方向の繊維によって、ボルト軸方向
の強度も向上する。
【００３２】請求項２の発明によれば、ＵＤシートを積
層する場合よりも作業効率がよく、前記ＵＤシートと同
程度かそれ以上の強度特性が得られる。
層する場合よりも作業効率がよく、前記ＵＤシートと同
程度かそれ以上の強度特性が得られる。
【００３３】請求項３の発明によれば、ＵＤシートを積
層する場合よりも作業効率がよく、かつ、織物シートの
みを積層する場合よりも±θ度方向の繊維配向角度の選
択幅が大きく、前記と同程度かそれ以上の強度特性が得
られる。
層する場合よりも作業効率がよく、かつ、織物シートの
みを積層する場合よりも±θ度方向の繊維配向角度の選
択幅が大きく、前記と同程度かそれ以上の強度特性が得
られる。
【００３４】請求項４の発明によれば、各積層物がニー
ドルパンチングされたウェブによって縫い合わされ、積
層物の層間剥離が防止されるため強度特性が一層向上す
る。
ドルパンチングされたウェブによって縫い合わされ、積
層物の層間剥離が防止されるため強度特性が一層向上す
る。
【００３５】請求項５の発明によれば、強化繊維が三次
元方向に配列されているため、前記ウェブをニードルパ
ンチングしたものと同程度かそれ以上の強度特性が得ら
れる。
元方向に配列されているため、前記ウェブをニードルパ
ンチングしたものと同程度かそれ以上の強度特性が得ら
れる。
【図１】（Ａ）は本発明のＵＤシート積層物からボルト
を製作する場合の説明図、（Ｂ）は織物シート積層物か
らボルトを製作する場合の説明図、（Ｃ）はＵＤシート
と織物シートとを積層したものからボルトを製作する場
合の説明図、（Ｄ）はそれらの積層物の上下面にウェブ
を配置し、ニードルパンチングしたものからボルトを製
作する場合の説明図、（Ｅ）は三次元織物からボルトを
製作する場合の説明図。
を製作する場合の説明図、（Ｂ）は織物シート積層物か
らボルトを製作する場合の説明図、（Ｃ）はＵＤシート
と織物シートとを積層したものからボルトを製作する場
合の説明図、（Ｄ）はそれらの積層物の上下面にウェブ
を配置し、ニードルパンチングしたものからボルトを製
作する場合の説明図、（Ｅ）は三次元織物からボルトを
製作する場合の説明図。
【図２】３種類のＵＤシートの説明図。
【図３】図２の３種類のＵＤシートの積層パターンの複
数例を表した図表。
数例を表した図表。
【図４】図３の積層物から製作したボルトの強度を示し
た図表。
た図表。
【図５】織物シートの説明図。
【図６】図５の織物シートの積層パターンの複数例を表
した図表。
した図表。
【図７】図６の積層物から製作したボルトの強度を示し
た図表。
た図表。
【図８】（Ａ）は従来のボルトの斜視図、（Ｂ）は本発
明に係るボルトの斜視図。
明に係るボルトの斜視図。
【図９】（Ａ）（Ｂ）は２種類の三次元織物の説明用斜
視図。
視図。
【図１０】（Ａ）は従来のボルトの部分拡大断面図、
（Ｂ）はそのボルトのネジ山部に矢印方向の剪断荷重が
作用した場合の引張、圧縮応力の作用方向を示す説明
図、（Ｃ）は本発明のボルトの部分拡大断面図、（Ｄ）
はそのボルトのネジ山部に矢印方向の剪断荷重が作用し
た場合の引張、圧縮応力の作用方向を示す説明図。
（Ｂ）はそのボルトのネジ山部に矢印方向の剪断荷重が
作用した場合の引張、圧縮応力の作用方向を示す説明
図、（Ｃ）は本発明のボルトの部分拡大断面図、（Ｄ）
はそのボルトのネジ山部に矢印方向の剪断荷重が作用し
た場合の引張、圧縮応力の作用方向を示す説明図。
１ ＵＤシート ２ ＵＤシート ３ ＵＤシート ４ 板状物 ５ 角棒材 ６ ボルト ７ 織物シート ８ 織物シート ９ ウェブ １０ 三次元織物
Claims (5)
- 【請求項１】 ＵＤシートの繊維の配列方向を、ボルト
の軸方向に対して、０度のＵＤシートと±θ度（但し、
＋θ＝＋４５〜＋６０度、−θ＝−４５〜−６０度
で、＋θと−θは１：１の割合）のＵＤシートとを±θ
と０度との割合を８５：１５〜４０：６０として複数枚
積層してマトリックスを含浸させ、硬化又は焼成して構
成したことを特徴とする繊維強化複合材料からなるボル
ト用基材。 - 【請求項２】 繊度並びに経、緯密度が同一の織物シー
トを、ボルトの軸方向に対して、繊維配列方向が４５度
（−４５度）の織物シートと０度（９０度）の織物シー
トとを８５：１５〜４０：６０の割合で複数枚積層して
マトリックスを含浸させ、硬化又は焼成して構成したこ
とを特徴とする繊維強化複合材料からなるボルト用基
材。 - 【請求項３】 ＵＤシートと織物シートとを、ボルトの
軸方向に対して、繊維配列方向が０度、９０度及び±θ
度（但しθは、０＜θ＞９０）となり、かつ、±θ度方
向と（０度＋９０度）方向の繊維配向割合を８５：１５
〜４０：６０として複数枚組み合わせて積層してマトリ
ックスを含浸させ、硬化又は焼成して構成したことを特
徴とする繊維強化複合材料からなるボルト用基材。 - 【請求項４】 請求項１〜３のいずれかに記載の積層物
の表面、裏面、中間層面のいずれか１面、２面又は複数
面にウェブを積層し、ニードルパンチングを施し、マト
リックスを含浸させ、硬化又は焼成して構成したことを
特徴とする繊維強化複合材料からなるボルト用基材。 - 【請求項５】 ボルトの軸方向に対して、繊維配列方向
が０度、９０度、＋θ度、−θ度（但しθは、０＜θ＞
９０）及びこれらの繊維配向面と直交する方向に配向し
て製織した三次元織物にマトリックスを含浸させ、硬化
又は焼成して構成したことを特徴とする繊維強化複合材
料からなるボルト用基材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16250693A JP3446025B2 (ja) | 1993-06-30 | 1993-06-30 | 繊維強化複合材料からなるボルト用基材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16250693A JP3446025B2 (ja) | 1993-06-30 | 1993-06-30 | 繊維強化複合材料からなるボルト用基材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0719220A true JPH0719220A (ja) | 1995-01-20 |
| JP3446025B2 JP3446025B2 (ja) | 2003-09-16 |
Family
ID=15755920
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16250693A Expired - Fee Related JP3446025B2 (ja) | 1993-06-30 | 1993-06-30 | 繊維強化複合材料からなるボルト用基材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3446025B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9028635B2 (en) | 2009-06-03 | 2015-05-12 | Sk Chemicals Co., Ltd. | Fiber reinforced plastic bolt and method for producing the same |
| KR20170083566A (ko) * | 2014-11-14 | 2017-07-18 | 허친슨 | 열경화 셀형 매트릭스를 가진 복합 패널, 제조 방법 및 패널의 조립체로부터 형성된 벽을 피복하기 위한 구조 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| IT201800003447A1 (it) * | 2018-03-12 | 2019-09-12 | Microtex Composites S R L | Prodotto laminare ad uso strutturale ottenuto da feltro di fibra di carbonio riciclata e procedimento di produzione |
-
1993
- 1993-06-30 JP JP16250693A patent/JP3446025B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9028635B2 (en) | 2009-06-03 | 2015-05-12 | Sk Chemicals Co., Ltd. | Fiber reinforced plastic bolt and method for producing the same |
| US9316244B2 (en) | 2009-06-03 | 2016-04-19 | Sk Chemicals Co., Ltd. | Fiber reinforced plastic bolt and method for producing the same |
| KR20170083566A (ko) * | 2014-11-14 | 2017-07-18 | 허친슨 | 열경화 셀형 매트릭스를 가진 복합 패널, 제조 방법 및 패널의 조립체로부터 형성된 벽을 피복하기 위한 구조 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3446025B2 (ja) | 2003-09-16 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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