JPH11325024A

JPH11325024A - 繊維強化プラスチック製部材

Info

Publication number: JPH11325024A
Application number: JP10131767A
Authority: JP
Inventors: Akihiko Kitano; 彰彦北野; Fumiaki Noman; 文昭乃万; Yoshinobu Kubota; 吉伸窪田
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1998-05-14
Filing date: 1998-05-14
Publication date: 1999-11-26

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明の目的は、従来の機械接合部を有する
ＦＲＰ部品の上述した問題点を解決し、軽量であるのは
勿論のこと、接合強度に優れる、信頼性・安全性の高い
めねじを有するＦＲＰ部材を提供することにある。ま
た、この発明の他の目的は、そのようなＦＲＰ部材を低
コストで製造する方法を提供することにある。【解決手段】めねじ接合部を有する繊維強化プラスチ
ック製部材であって、連続である強化繊維が、該めねじ
のねじ山内を通過してピッチ間を斜行し、かつ該部材内
で該めねじのねじ谷頂部を越えていることを特徴とする
繊維強化プラスチック製部材。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、スポーツ用品、
日用品、産業資材、構造体などに使用される接合構造を
有する各種の繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）部品に関
する。

【０００２】

【従来の技術】繊維強化プラスチック（以下ＦＲＰと略
す）は、軽量性を生かしてスポーツ用品、日用品、産業
資材などに、金属材料などと併用して広く使用されてい
る。この際、ＦＲＰ部品と他の部品の接合には、接着と
同様に、かん合、リベット、ボルト接合、ねじ接合など
の機械接合がなされる。

【０００３】これら、機械接合のうち、組立、分解が可
能で、金属材料とも容易に接合が可能であるねじ接合が
現場では最も好ましい接合法となっている。

【０００４】ＦＲＰのねじ接合には、旋盤やタップ加工
でＦＲＰを削ってめねじを形成することが一般に行われ
ているが、機械加工は強化繊維を切断するため、加工面
に繊維が露出して水分などにより繊維と樹脂の界面破壊
が進行して、長期的な接合強度も低下するという問題が
あった。また、機械加工には、高価な工具が必要であっ
た。

【０００５】近年、おねじではあるが、繊維端をねじ山
に露出させない方法として、あらかじめ連続繊維にマト
リックスを含浸させた組み紐などにねじ山形状を有する
外枠で圧力をかけてねじ山に賦形するというボルトが提
案されているが、おねじの場合、ねじ山中の繊維の配列
方向は、ねじの軸方向と一致させる必要があるので、繊
維はねじ山を斜めに通過するのではなく、ねじ山に沿っ
た配列となっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、従来
の機械接合部を有するＦＲＰ部品の上述した問題点を解
決し、軽量であるのは勿論のこと、接合強度に優れる、
信頼性・安全性の高いめねじを有するＦＲＰ部材を提供
することにある。また、この発明の他の目的は、そのよ
うなＦＲＰ部材を低コストで製造する方法を提供するこ
とにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は基本的には、以下の構成を有する。即ち、
めねじ接合部を有する繊維強化プラスチック製部材であ
って、連続である強化繊維が、該めねじのねじ山内を通
過してピッチ間を斜行し、かつ該部材内で該めねじのね
じ谷頂部を越えていることを特徴とする繊維強化プラス
チック製部材である。

【０００８】また、この発明は、そのようなＦＲＰ部材
を製造する方法として、フィラメントワインド法または
テープワインド法、またはハンドレイアップ法を用いて
ねじ山を形成するＦＲＰ部材の製造方法を提供する。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、この発明を実施態様に基づ
いて詳細に説明するが、本発明でいうねじとは、締結用
ねじと総称される締め付けによる軸力の発生により、機
械または構造物の部分と部分を結合したり、それら相互
間の動きを止める目的を達成するものであったり、管と
管、または機械と管を繋ぐ、管継ぎ手などに用いられる
管用ねじ、送りねじあるいは親ねじといわれる機械また
は構造物の部分を本体に対して直線的に移動させるね
じ、デバイダなどの微少な位置調節ねじ、微少寸法を拡
大するねじ、プレスや万力のように大きな力を発生する
ねじ、大きな力と位置調節を兼ねたねじ、張線の張力を
加減するねじ、互いにはめ合わされたおねじとめねじの
一方を直線的に移動させることにより他方を回転させる
機能を持ったねじなどである。本発明のめねじはＦＲＰ
製であるが、おねじは、ＦＲＰ以外の金属やセラミック
等でもかまわない。

【００１０】図１は本発明の繊維強化プラスチック製部
材のめねじ部の縦（垂直）断面を示し、図２は横（水
平）断面図を示す。めねじ１は金属製のめねじと同様に
定義（ＪＩＳＢ０１０１）されるねじ山２とねじみ
ぞ３を有し、ねじ山の径中心である軸線４、ねじ山角度
５、谷の径６、内径７、ピッチ８も金属めねじと同様に
定義される。

【００１１】図７に示したように、本発明においては、
強化繊維９は、めねじのねじ山２内を通過している。し
かし、ねじ山にずっと平行に沿って配列しているわけで
はなく、ねじ山の走向方向に対して、角度を有してお
り、ピッチ間を斜行して、ねじ山を横断してる。そし
て、隣接するピッチ間で、あるいは数ピッチ離れて、ね
じ谷頂部１２を越えている。また、図７の左側に示した
ように、強化繊維の一部は、途中から谷径より外側に離
れて、部材内に走向していてもよい。あるいは、再び、
谷径より内側に戻っていても良い。

【００１２】図２に示すように、強化繊維９はねじ山内
を通過してピッチ間を斜行し、通過する長さ（Ｌ）は繊
維が谷の径と交叉する２箇所ＡとＢの間の繊維長で表さ
れる。

【００１３】そして、強化繊維９がねじ山に対して斜行
しているという斜めの程度は、この繊維長にて決定され
る。つまり、繊維長が短いほどねじ山の配向方向に対し
て垂直であり、長いほど並行である。

【００１４】本発明におけるねじ山２の形状は、三角、
台形、鋸歯、波形等ＪＩＳＢ０１０１、ＪＩＳ
Ｂ０２０１〜ＪＩＳＢ０２１８で定義されているねじ
は勿論のこと、おねじとめねじとの間で軸力のやりとり
が可能である形状ならばいずれの形状でも構わない。平
行ねじ、並目ねじ、細目ねじ、テーパねじなどの特殊ね
じ、右ねじ、左ねじをも含む。

【００１５】但し、ＦＲＰにおいては、金属とは異な
り、不均質材であるため、鋭角な箇所では繊維は均一分
布と成りやすく、鋭角部の強度がバラツク傾向があるの
で、ねじやまおよびねじみぞに丸みを持たせたもの（図
３）が好ましい。図３の（１）は三角ねじに丸みをもた
せたもので、図３の（２）は台形ねじに丸みをもたせた
もの、図３の（３）は鋸歯ねじに丸みをもたせたもので
ある。

【００１６】ＦＲＰの場合、ねじ山の角度は、強化繊維
をねじ山に確実に配列させ、かつねじ山強度を大きくす
るという点から、５０度〜１４０度の範囲が好ましい。
本範囲より小さいと強化繊維がねじ山に入り難く成形時
によけいな装置が必要となり、本範囲より大きいとねじ
の強度が低くなる可能性があるからである。さらに、ね
じ山角度が９０度〜１２０度の範囲内であると成形性と
強度がよりバランスされて、より好ましい。

【００１７】ねじ山のピッチは、ねじの径にもよるが、
接合長さを短く、コンパクトにするという点から、０．
５〜３０ｍｍの範囲内であることが好ましい。実用上
は、１〜２０ｍｍの範囲内が標準的で好ましい。

【００１８】また、ねじの谷の径と内径の差は０．５〜
１０ｍｍ程度が強度発現上好ましい。０．５〜６ｍｍの
範囲内であると、ねじ込みに要する力がより小さくてす
む。

【００１９】ねじの内径の大きさとしては、特に限定さ
れるものではないが、スポーツ用品や日用品においては
内径が数十センチメートル以下、産業資材においては数
ｍ以下である。

【００２０】勿論、超大型の建造物、例えば、海洋構造
物や船舶、車両などにおいてはねじの内径は数ｍに達し
ても差し支えない。

【００２１】本発明において、強化繊維が該部材内で該
めねじのねじ谷頂部を越えているとは、ねじ山内を通過
してピッチ間を斜行した強化繊維が該部材内においてね
じ谷頂部を越えて、となりのねじ山内に入ることを指
す。強化繊維がねじ山内にあるとは、強化繊維が該部材
内においてねじの谷径と内径の間の空間を通過すること
である。ただし、強化繊維が通過する位置の平均値は内
径よりも０．３mm以上外側が好ましく、また、強化繊維
が通過する位置の平均値は、谷径と内径の差の長さの１
０％以上谷径より内側が好ましい。より好ましくは０．
５mm以上、３０％以上である。０．３mm未満であると強
度不十分となり、１０％以下では強度不十分となるから
である。また、強化繊維がねじ谷頂部を通過する位置の
平均値は谷径よりも０．３mm以上外側が好ましい。より
好ましくは０．５mm以上である。０．３mm未満であると
繊維が露出して耐環境性が不十分となるからである。

【００２２】次に、本発明の強化繊維は図２に示すよう
に、ねじ山部を斜めに通過して配列しているが、繊維端
はねじ山内にはなく、ねじ山と２点以上で交わる。ねじ
山内に繊維端があると繊維端部での応力集中によりねじ
山の強度が不十分となるからである。

【００２３】ねじ山の通過の仕方としては、ねじ山の山
頂と接するように通過しても（図２）、ねじ山の山頂か
ら離れて通過しても（図４）、あるいはねじ山内を巻回
して通過しても（図５）差し支えない。

【００２４】繊維は必ずしも単数のねじ山内に有る必要
はなく、複数のねじ山に亘り通過していても差し支えな
い。

【００２５】また、１本の強化繊維がねじ山内を通過し
てピッチ間を斜行する長さＬは、やはり結合部の強度上
の理由から内径の３倍以下であることが好ましい。１本
の繊維がねじ山内に長く存在するということはねじ山を
通過する繊維の数を低下させるので、接合部の強度が不
十分となる可能性があるからである。なお、ねじ山に繰
り返し応力が作用する場合には、Ｌは内径以下であるこ
とがより好ましい。

【００２６】具体的に好ましいねじ山を通過する繊維の
数は、１ピッチあたり、強化繊維に対して５０％以上で
あることが好ましい。さらに、好ましくは、８０％以上
で、かつ、それらはねじの周に亘り偏ることなく、ほぼ
均一に分布していることがより好ましい。

【００２７】なお、ねじ山を通過する強化繊維の長さ
は、成形時に求めることができるが、成形後は、ねじ山
部を切り出して、溶媒中に漬けて樹脂のみを溶かすか、
樹脂のみを焼き飛ばすなどして除去することで求めるこ
とが出来る。

【００２８】次に、ねじ山におけるマトリックスに対す
る強化繊維の量は、体積含有率で２０％以上８０％以下
であることが好ましい。本範囲以下では、繊維を均一に
配列することが難しく、本範囲以上では繊維同士が接触
する確率が大きくなって、ねじ山の強度は強化繊維の量
の割には向上幅が小さいからである。

【００２９】成形のし易さからは、体積含有率は３０〜
６５％、強度の利用率の点では、４５から７０％が好ま
しい。強化繊維としてガラス繊維および／または炭素繊
維などの高強度繊維の場合は、５０〜６５％の範囲内で
極めて高い強度を発現する。尚、体積含有率はＪＩＳ−
Ｋ７０５２またはＪＩＳ−Ｋ７０７５により測定でき
る。

【００３０】次に、接合部の強度は、ねじ山から少し離
れた箇所の強度の影響も受けるので、ねじ溝に沿って軸
方向に強化繊維を配列させることも接合部の強度を向上
させる上で有効な手段である。

【００３１】この場合の強化繊維はねじ山を通過する必
要はなく、軸線の方向、好ましくは軸線となす角度が０
〜４５度の範囲内であれば接合部の強度をかなり向上さ
せることができる。強化繊維が後述する炭素繊維などの
高強度繊維（１６００ＭＰａ以上の強度の繊維）である
場合は、軸線とのなす角度は０〜６０度の範囲として差
し支えない。

【００３２】また、ねじ山を通過しない繊維と通過する
繊維の間に応力を伝達させるために、両繊維を交絡させ
たり、両繊維間をステッチしたり、ループ状物で繋いだ
りして拘束しても差し支えない。

【００３３】より具体的には、組み紐や３次元織物とし
て交絡させたり、ナイロン糸などの細い繊維でステッチ
したり、釘、針、釣り針のようなフック、ホッチキスの
針等の金属あるいはプラスチック製の留め具で繋ぐこと
である。

【００３４】次に、本発明の強化繊維としては炭素繊
維、ガラス繊維、アルミナ繊維、窒化珪素繊維等の無機
繊維、アラミド繊維、ポリエチレン繊維、ナイロンなど
のポリアミド系合成繊維、ポリオレフィン系繊維、ポリ
エステル系繊維、ポリフェニルスルホン繊維等の有機繊
維といった公知の繊維を使用することができる。

【００３５】軽量化という点では炭素繊維あるいはアラ
ミド繊維が最も好ましく、耐衝撃性、経済性という点で
はガラス繊維あるいはポリアミド繊維が好ましい。

【００３６】炭素繊維（略称：ＣＦ）とは、ポリアクリ
ルニトリル繊維やピッチを原料として、耐炎化、炭化／
黒鉛化工程等を経て製造されるいわゆる炭素繊維（グラ
ファイト繊維とも呼ばれる）のことで、単繊維の直径は
５〜１０μｍで、高強度タイプのものと、高弾性率タイ
プのものが市販されている。本発明においては、ＰＡＮ
（ポリアクリルニトリル）系、ピッチ系のいずれでもか
まわないが、中でもＰＡＮ系の炭素繊維は上記弾性率、
伸度以外に径方向の強度も高いので、ねじ山の径方向の
強度を向上させ、しいては接合部の温度変化に伴う耐久
性強度を向上させるので特に好ましい。

【００３７】一般に、炭素繊維は、単繊維（モノフィラ
メント）を数千〜数十万本単位に束ねたストランド形態
で使用するが、本発明においては、ねじ山へのストラン
ドの配列をを確実にするために、ストランド幅の比較的
小さい、１０００〜４８０００本の範囲の単繊維からな
るＣＦ束が好ましい。

【００３８】また、特公平１−２７２８６７号公報に示
されている測定方法で得られるストランドの毛羽が３０
個／ｍ以下であることがねじ山強度を安定して得るため
に好ましい。毛羽がこれ以上であると、成形中に糸切れ
が発生する可能性があるからである。

【００３９】また、ねじ山の剛性が小さいとねじ山の変
形が大きくなり、ねじの脱着を繰り返した場合に疲労し
易くなるので、炭素繊維は、弾性率が２３０〜６００Ｇ
Ｐａの範囲内であることが好ましい。尚、炭素繊維の弾
性率と強度は、ＪＩＳＲ７６０１により測定すること
ができる。

【００４０】ガラス繊維は、圧縮／引張の強度バランス
が良く（圧縮強度と引張強度がほぼ等しい）、本発明に
おいて好ましい強化繊維の一つである。ガラス繊維と
は、二酸化珪素（ＳｉＯ₂）を主成分とするいわゆるＥ
ガラス、Ｃガラス、Ｓガラスなどの繊維状ガラスのこと
で、繊維径は５〜２０μｍ程度のものである。また、炭
素繊維と比較して安価にできるという特長を有する。

【００４１】有機繊維とは、アラミド繊維、ナイロンな
どのポリアミド系合成繊維、ポリエチレン繊維などのポ
リオレフィン系合成繊維、ポリエステル系合成繊維、ポ
リフェニルスルフォン繊維、ポリベンゾオキサジン繊
維、ポリ塩化ビニリデン系合成繊維、ポリビニルアルコ
ール系合成繊維、ポリウレタン繊維、フッ素系繊維、フ
ェノール繊維などの産業用および衣料用などに使用され
ている人造繊維である。

【００４２】これら有機繊維は、炭素繊維やガラス繊維
のように脆性ではなく、延性でありしなやかで、屈曲さ
せても容易に破断しないという特徴がある。ねじ山の衝
撃エネルギー吸収性能を向上させる効果も有する。

【００４３】また、ガラス繊維と比較した場合には、燃
焼が可能であるため廃棄が容易であるという特長、さら
には比重がガラス繊維の約半分であるので部材を極めて
軽量にすることができるという特長もある。

【００４４】尚、アラミド繊維は脂環式ポリアミド系と
パラ系アラミドがあり、ナイロン以上に酸に対する抵抗
性があると同時に、強度は２．５ＧＰａ〜３．８ＧＰａ
と極めて高い。

【００４５】上記の炭素繊維、ガラス繊維、有機繊維を
２種類以上混用して、各繊維の長所を引き出して物性上
も経済上もバランスの取れたＦＲＰを得ることも好まし
い方法である。例えば、（例えば、炭素繊維とガラス繊
維を併用し、炭素繊維の軽量性と、ガラス繊維の耐衝撃
性の特徴をもたせる使い方）も好ましい。

【００４６】ねじの軽量性と強度という点から強化繊維
の全てを炭素繊維とすることであるが、経済性からはガ
ラス繊維と炭素繊維を併用することが好ましい。この場
合、ガラス繊維と炭素繊維の量は重量比率で１：１〜
１：２の範囲内であると好ましい。

【００４７】また、金属材（ボルト）との電気腐食を低
減させるために、ガラス繊維あるいは有機繊維をねじや
まの外周に配列させても差し支えない。

【００４８】また、ねじをねじ込んだ時の剛性を確保す
るという点からは、強化繊維のねじり弾性率は５〜３０
ＧＰａの範囲内であると好ましい。繊維のねじり弾性率
は特開平１−１２４６２９により測定できる。

【００４９】また、ねじ山の熱変形を抑え、各種温度下
でも容易にねじの脱着を可能とするためには、強化繊維
の熱膨張係数は−０．１×１０^-6〜４０×１０^-6／℃の
範囲内であると好ましい。

【００５０】強化繊維の形態としては、連続繊維あるい
は長繊維状であることがこのましく、あらかじめ連続繊
維に樹脂を含浸させてヤーン状にしたヤーンプリプレ
グ、連続繊維織物に樹脂を含浸させた織物プリプレグ目
空き状態にしてねじ山に通したり、ストランド、ロービ
ング、織物状の強化繊維に樹脂を含浸させながらねじ山
を形成しても差し支えない。複数の強化繊維を混用する
場合には、強化繊維同士は合糸状であっても、カバリン
グ糸状などであっても構わない。強度および剛性上の観
点から好ましいのは、ヤーン、ストランドあるいは、ロ
ービング形態である。

【００５１】また、後述の樹脂との相性を向上させるた
めに強化繊維には、表面処理が施されいたり、サイジン
グ剤、油剤、カップリング剤、平滑剤などと呼ばれる表
面仕上げ剤が塗布されていてもかまわない。

【００５２】また、強化繊維には、摩擦係数を調節する
目的で、ニッケル、銀、アルミニウムなどの金属コーテ
ィング、塗装、メッキ等を施すことも本発明に含まれ
る。

【００５３】次に、ＦＲＰを構成する樹脂は、エポキシ
樹脂、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、
フェノール樹脂、ベンゾオキサジン樹脂、などの熱硬化
性樹脂、あるいは、ナイロンなどのポリアミド樹脂、ポ
リエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポ
リブチレンテレフタレート樹脂、ポリアセタール樹脂、
ポリカーボネート等の樹脂などの熱可塑性樹脂、及びこ
れら樹脂をアロイ化した変性樹脂が挙げられる。

【００５４】中でもエポキシ樹脂は、伸度が大きく、繊
維強度の利用率が高いのでねじ山強度を向上させるには
最も好ましい。また、耐環境性、耐熱性、耐衝撃性もエ
ポキシ樹脂およびエポキシ樹脂をベースにして無機粒
子、熱可塑性樹脂、ゴムなどを添加した変性エポキシ樹
脂（アロイ樹脂とも呼ばれる）が好ましい。また、エポ
キシ樹脂は、ボルトの振動減衰（ダンピング）性能上も
好ましい樹脂である。

【００５５】エポキシ樹脂以外に好ましい樹脂として
は、ポリエステル樹脂が耐候性、耐環境性に優れていて
耐久性上好ましい。また、ビニルエステル樹脂も耐衝撃
性に優れていて好ましい。

【００５６】また、リサイクルという点では、ナイロン
やポリエチレンなどの熱可塑性樹脂が好ましい。

【００５７】また、ねじ山では摩擦に伴う発熱があるの
で、熱劣化の少ない、ガラス転移温度が８０℃以上の樹
脂であることが好ましい。また、熱伝導率が０．１Ｗ／
ｍＫ〜１００Ｗ／ｍＫの範囲内である樹脂が好ましい。

【００５８】また、熱伝導率を向上させるために樹脂内
にアルミニウムなどの金属粉やカーボンブラックなど熱
導電性を高める無機粒子などを混入させても差し支えな
い。

【００５９】さらに、ねじ山の強度には、樹脂の伸度も
影響するので、好ましくは、樹脂の伸度は１〜１０％の
範囲内であることが好ましい。１％以下であると繊維よ
り先に樹脂自体が破壊する可能性があり、１０％以上で
あるとクリープする可能性があるからである。尚、樹脂
の伸度はＪＩＳ−Ｋ７１１３により求める。

【００６０】樹脂の伸度を上記範囲にする手段として、
エポキシ樹脂系の熱硬化樹脂において、硬化剤を柔軟な
構造のものにしたり硬化温度を低下させるなどして、架
橋点間距離を大きくしたり架橋密度を小さくしたりする
ことが有効である。熱可塑樹脂においては、冷却速度を
速めるなどして結晶化度を小さくすることが有効であ
る。

【００６１】また、ＦＲＰ中のボイド量を５％以下に抑
えることでも繊維強化樹脂層の伸度が増大して、ねじ山
強度が向上するので好ましい。ボイド量が３％以下にな
るとさらに強度が向上して、より好ましい。尚、ボイド
量はＪＩＳ−Ｋ７０５３またはＪＩＳ−Ｋ７０７５によ
り求められる。

【００６２】尚、熱応力を低減する必要がある場合に
は、室温（１０℃〜４０℃）硬化タイプの樹脂が好まし
い。

【００６３】次に、製造方法としては、フィランメント
ワインドのマンドレル上に所定の形状のねじ山を形成
し、このマンドレル上に所定量の繊維を巻き付けて、マ
ンドレルを脱芯する方法が挙げられる。この際、繊維に
は樹脂などのマトリックスを予め含浸させておいても、
ドライの繊維を巻き付けた後、樹脂または金属などのマ
トリックスを含浸させても構わない。熱可塑性樹脂など
では、粉体あるいは粒子状にしたマトリックスを予め繊
維に付着させておいて、繊維を配列した後、融解・固化
させることもできる。フィラメントワインド法による成
形は、強化繊維に張力がかけられるので、繊維は蛇行せ
ず、結果としてより高い強度を有するねじ山が得られる
ので好ましい。

【００６４】また、その他の製造方法としては、所定の
ねじ山形状を有する金属に、このねじ山に、強化繊維の
ストランドやプリプレグ、織物などの基材をハンドレイ
アップしても製造することができる。この場合、金属を
低融点合金とすると形成されたねじ山を傷めずに金属を
取り除くことができる。また、低融点合金の代わりに、
石膏やガラスとして、成形後に石膏やガラスを割って取
り除いたりすることも可能である。また、低融点合金の
代わりに水溶性ポリマーも耐熱性を必要としない場合
（例えばマトリックスが室温硬化樹脂など）に使用する
ことができる。さらに、水溶性ポリマーの代わりに氷も
マトリックスが低温で硬化する場合や、氷が溶ける前に
マトリックスを除熱して硬化させることが可能な場合に
用いることができる。ハンドレイアップにおいてもマト
リックスは予め含浸させたものであっても、強化繊維を
配列した後に含浸させても構わない。

【００６５】また、ねじ山に不純物や異物が付着してい
たりする場合には、繊維を損傷しない程度にねじ山を機
械加工することも好ましい。また、ねじ山に樹脂の含浸
不良部やピットなどの孔がある場合には、マトリックス
と同一の素材などをピットに埋めて修復することも接合
部の信頼性を向上させる上で好ましい。

【００６６】最後に、本めねじにねじ込むおねじは、金
属等いかなる材質で合っても差し支えないが、おねじを
線膨張係数の大きい金属とすると、寸法精度が十分でな
くても熱膨張係数の差によりねじ山の脱着が容易とな
る。特に、金属材料としてアルミニウム合金製のおねじ
と組み合わせると温度を低くすることで、ねじを容易に
抜くことができる。また、高温では、ねじが抜けにくく
強いねじ強度、良好なシール性能が得られる。

【００６７】また、高張力鋼製のおねじと組み合わせる
とおねじの強度が高いため、極めて高い接合強度が得ら
れる。

【００６８】また、ＦＲＰ製のおねじと組合わせると、
両者の硬度がほぼ同一であるため、おねじとめねじの摩
耗量が同一となり、片方が著しく損傷することがなく、
耐久性上好ましい。特に、強化繊維に炭素繊維が含まれ
る場合には、摺動性が良好であり、ねじの脱着を繰り返
してもねじ山が損傷しにくいという効果、温度変化によ
るねじの緩みがないという効果、軽量、錆ない等の効果
に加え、リサイクル時におねじとめねじを分離する必要
がないという効果が生じて好ましい。

【００６９】さらに最後に、接合部の強度は一般に部材
よりも低いが、本発明のように接合部が強くなりすぎる
と、接合部ではなくＦＲＰ部材本体の破壊が起こり、接
合部で破壊していれば、補修できたものが、補修不可能
な箇所で破壊する可能性が生じる。従って、ねじ強度
は、１０ＭＰａ〜２００ＭＰａの範囲内であることが好
ましい。

【００７０】

【実施例】（実施例１）図６に示すように、外径５０ｍ
ｍ、ねじ山角度１２０、ピッチ１０ｍｍのおねじを形成
したマンドレルの中央に径が３００ｍの円柱を取り付
け、フィラメントワインド法により単位糸数が１２００
０本からなる炭素繊維束（強度４９００ＭＰａ、弾性率
２４０ＧＰａ、ねじり弾性率２０ＧＰａ、線膨張係数１
×１０^-6／℃）にエポキシ樹脂（伸度３％、熱伝導率
０．５Ｗ／ｍＫ、ガラス転移温度１２０℃）を含浸させ
て、ねじ山を繊維が通過するように巻き付け、１２０℃
で硬化させた後、マンドレルを脱芯して、ねじ山角度１
２０度、谷径５０ｍｍ、ピッチ１０ｍｍのめねじを有す
るＦＲＰ円筒部材（長さ５０ｍｍ、外径７０ｍｍ）を２
本得た。

【００７１】本円筒部材の片方を５００℃の高温炉に入
れて樹脂を焼きとばして、炭素繊維の状態を調べたとこ
ろ、ねじ山には炭素繊維が切断されずに配列しており、
１ピッチ内にある炭素繊維の体積含有率は５０％、炭素
繊維がねじ山を通過する長さは３０〜７０ｍｍの範囲内
であった。

【００７２】次に、もう一方の円筒部材にアルミニウム
製のおねじをねじ込んで、圧縮試験によりねじ山強度を
測定したところ、強度は５０ＭＰａであった。

【００７３】（比較例１）実施例１において、マンドレ
ルに円柱を取り付けずに、炭素繊維をマンドレルのねじ
山にフープ状のみに巻き付けて、外見上は実施例１同様
のＦＲＰ円筒部材を２本得た。

【００７４】本円筒部材の１本を５００℃の高温炉に入
れて樹脂を焼きとばして、炭素繊維の状態を調べたとこ
ろ、ねじ山には炭素繊維束がねじ山に沿って螺旋状に配
列しており、炭素繊維がねじ山を通過する長さは、６０
０ｍｍ以上であった。

【００７５】実施例１と同様に、もう一方の円筒部材に
アルミニウム製のおねじをねじ込んで、圧縮試験により
ねじ山強度を測定したところ、強度は５ＭＰａであり、
ねじ山部分がスプリング状態に抜け出てきた。

【００７６】（実施例２）実施例１と同様にして得た円
筒部材を水中（２０℃〜３０℃）に２週間浸漬した後、
実施例１と同様に試験したところ、強度は４９ＭＰａ
で、強度低下はほとんど無かった。

【００７７】（比較例２）実施例１と同一の強化繊維と
エポキシ樹脂からなるプリプレグを積層した板材に旋盤
で実施例１と同一の形状のねじ山を形成した。該板材を
実施例２と同様の水中に浸漬し、強度測定したところ、
浸漬後の強度は浸漬前の６０％であった。

【００７８】（実施例３）外径５０ｍｍ、ねじ山角度９
°、ピッチ８ｍｍの雄ねじを形成したマンドレルの中央
に径が３００ｍの円柱を取り付け、フィラメントワイン
ド法により単位糸数が６０００本からなる炭素繊維束
（強度３５００ＭＰａ、弾性率２４０ＧＰａ、ねじり弾
性率１５ＧＰａ、線膨張係数１×１０^-6／℃）にエポキ
シ樹脂（伸度２．５％、熱伝導率０．８Ｗ／ｍＫ、ガラ
ス転移温度１２０℃）を含浸させて、ねじ山に繊維が接
するように巻き付け、１２０℃で硬化させた後、マンド
レルを脱芯して、ねじ山角度９０度、内径４８ｍｍ、谷
径５０ｍｍ、ピッチ８ｍｍのめねじを有するＦＲＰ円筒
部材（長さ５０ｍｍ、外径７０ｍｍ）を２本得た。

【００７９】本円筒部材の片方を５００℃の高温炉に入
れて樹脂を焼きとばして、炭素繊維の状態を調べたとこ
ろ、ねじ山には炭素繊維が切断されずに配列しており、
１ピッチ内にある炭素繊維の体積含有率は６１％、炭素
繊維がねじ山を通過する長さは、２０〜１００ｍｍであ
った。

【００８０】もう一方の円筒部材にアルミニウム製のお
ねじをねじ込んで、圧縮試験によりねじ山強度を測定し
たところ、強度は４５ＭＰａであった。

【００８１】（実施例４）実施例３において、炭素繊維
束を巻き付ける前に、目付け３００ｇ／ｍ²の平織ガラ
ス繊維クロスをねじ山外周に一層巻き付け、その上から
実施例３の炭素繊維束を巻き付けた以外は実施例３と全
く同様にして、ねじ山角度９０度、内径４８ｍｍ、谷径
５０ｍｍ、ピッチ８ｍｍのめねじを有するＦＲＰ円筒部
材（長さ５０ｍｍ、外径７０ｍｍ）を２本得た。

【００８２】本め円筒部材の片方を５００℃の高温炉に
入れて樹脂を焼きとばして、炭素繊維の状態を調べたと
ころ、炭素繊維が切断されずに配列しており、１ピッチ
内にある該炭素繊維の体積含有率は４０％（ガラス繊維
の体積含有率は２０％）、炭素繊維がねじ山を通過する
長さは、２０〜１１０ｍｍの範囲内であった。

【００８３】もう一方の円筒部材にアルミニウム製のお
ねじをねじ込んで、圧縮試験によりねじ山強度を測定し
たところ、強度は３５ＭＰａであった。

【００８４】（実施例５）実施例４において、目付け３
００ｇ／ｍ²のガラス繊維クロスの代わりに、目付け２
４０ｇ／ｍ²の一方向炭素繊維織物を、実施例３の炭素
繊維束を巻き付ける工程途中で一層巻き付けた以外は実
施例４と全く同様にして、ねじ山角度９０度、内径４８
ｍｍ、谷径５０ｍｍ、ピッチ８ｍｍのめねじを有するＦ
ＲＰ円筒部材（長さ５０ｍｍ、外径７０ｍｍ）を２本得
た。

【００８５】本円筒部材の片方を５００℃の高温炉に入
れて樹脂を焼きとばして、炭素繊維の状態を調べたとこ
ろ、ねじ山には炭素繊維が切断されずに配列しており、
１ピッチ内にある該炭素繊維の体積含有率は６５％（炭
素繊維織物を構成していた切断されたの炭素繊維の体積
含有率は１０％）、炭素繊維がねじ山を通過する長さ
は、２０〜１１０ｍｍの範囲内であった。

【００８６】もう一方の円筒部材にアルミニウム製のお
ねじをねじ込んで、引張試験によりねじ山強度を測定し
たところ、強度は３５ＭＰａであった。

【００８７】（実施例６）実施例１において、試験温度
を−６０℃とした以外は実施例１と同様に試験したとこ
ろ、ねじ山強度は３０ＭＰａであった。

【００８８】（実施例７）実施例６において、試験温度
を８０℃とした以外は実施例５と同様に試験したとこ
ろ、ねじ山強度は４５ＭＰａであった。

【００８９】（実施例８）実施例１においてねじ山の角
度を３０度とした以外は実施例１と全く同様にして、Ｆ
ＲＰ製の円筒部材を得、試験したところ、ねじ山内の強
化繊維の体積含有率は３０％であり、強度は２０ＭＰａ
であった。

【００９０】

【発明の効果】本発明のＦＲＰ部材は、接合を目的とす
るめねじを有し、かつ、該めねじのねじ山部を強化繊維
が通過していることを特徴とすることから、他の部材
（例えばおねじを有する金属）部材など）と容易に、か
つ、強く、かつ、信頼性高く接合することができ、これ
までの金属材料と同等の構造部材として使用することが
できるので、ＦＲＰ業界から極めて望まれている発明と
いえる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施態様に係わるめねじの縦
（垂直）断面図である。

【図２】この発明の一実施態様に係わるめねじの横
（水平）断面図である。

【図３】この発明の一実施態様に係わるめねじの縦断
面図である。

【図４】この発明の一実施態様に係わるめねじの横断
面図である。

【図５】この発明の一実施態様に係わるめねじの横断
面図である。

【図６】この発明の一実施態様に係わるフィラメント
ワインド成形法の図である。

【図７】この発明の一実施態様に係わるめねじの透視
斜視図である。

【符号の説明】

１：めねじ２：ねじ山３：ねじ溝４：軸線５：ねじ山角度６：谷径７：内径８：ピッチ９：強化繊維１０：マンドレル１１：円筒１２：ねじ谷頂部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】めねじ接合部を有する繊維強化プラスチ
ック製部材であって、連続である強化繊維が、該めねじ
のねじ山内を通過してピッチ間を斜行し、かつ該部材内
で該めねじのねじ谷頂部を越えていることを特徴とする
繊維強化プラスチック製部材。
【請求項２】該強化繊維が該ねじ山を通過する長さ
が、ねじの周長の３倍以下であることを特徴とする請求
項１に記載の繊維強化プラスチック製部材。
【請求項３】ねじ山の山角度が６０〜１７０度の範囲
内であることを特徴とする請求項１または２に記載の繊
維強化プラスチック製部材。
【請求項４】強化繊維が少なくとも炭素繊維を含むこ
とを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の繊維
強化プラスチック製部材。
【請求項５】請求項１乃至は４のいずれかに記載のＦ
ＲＰ部材を製造するに際して、フィラメントワインド法
またはテープワインド法、またはハンドレイアップ法を
用いてねじ山を形成する繊維強化プラスチック製部材の
製造方法。