JPS6367419A - Connector member - Google Patents

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JPS6367419A
JPS6367419A JP61210518A JP21051886A JPS6367419A JP S6367419 A JPS6367419 A JP S6367419A JP 61210518 A JP61210518 A JP 61210518A JP 21051886 A JP21051886 A JP 21051886A JP S6367419 A JPS6367419 A JP S6367419A
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fastener
fastening device
impregnated
thread
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トーマス・アール・アダムズ
ゲアリィ・アール・ウィットマン
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TAIOUDAIZU CO Inc
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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。
(57) [Abstract] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 この発明は、主として締結装置部材に関するものであり
、より特定的には、強化ファイバ複合締結装置およびそ
の製造方法に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION TECHNICAL FIELD This invention relates primarily to fastener members, and more particularly to reinforced fiber composite fasteners and methods of manufacturing the same.

背景技術 ここ数年間で、高強度の非金属締結装置を提供するのが
望ましくなってきている。金属締結装置で固定されるプ
ラスチックコンポーネントはガルバニ腐食および熱膨張
係数の差のため劣化しやすいので、そのような締結装置
はかなりの利点がある。さらに、航空機および他のその
ような応用で金属締結装置を用いることは、航行装置の
偏向および電子装置に関する問題を生じることがある。
BACKGROUND OF THE INVENTION Over the past few years, it has become desirable to provide high strength non-metallic fasteners. Such fasteners have considerable advantages since plastic components secured with metal fasteners are susceptible to deterioration due to galvanic corrosion and differences in coefficients of thermal expansion. Additionally, the use of metal fasteners in aircraft and other such applications can create problems with navigation equipment deflection and electronics.

しかしながら、現在公知の非金属締結装置は、一般に、
金属締結装置によって示されるかなり大きい強度がなく
、かっこの低強度は、ねじ山またはねじ山のような領域
においてともに非常に明らかである。はめ合い螺合され
た部材、たとえばナツトとボルトに軸方向力がかけられ
るとき、その部材のねじ山はせん断力を受け、そのせん
断力はねじ山をゆがめまたはさもなければ損傷させるこ
とがある。同様に、ボルトの拡大されたヘッド部分に軸
方向力がかけられるとき、固着された部材を十分固定す
るのに必要とされる軸方向力は、締結装置を、締結装置
の軸を越えて横方向に延びる荷重ささえフランジで弱め
ることがある。
However, currently known non-metallic fastening devices generally
The low strength of the bracket is both very evident in threaded or thread-like areas, without the significantly greater strength exhibited by metal fasteners. When axial forces are applied to mating, threaded members, such as nuts and bolts, the threads of the members are subjected to shear forces that can distort or otherwise damage the threads. Similarly, when an axial force is applied to the enlarged head portion of a bolt, the axial force required to sufficiently secure the fastened member will cause the fastener to move transversely beyond the axis of the fastener. Even the load support extending in the direction may be weakened by the flange.

そのようなせん断力に耐えるために、ねじ切りされたプ
ラスチック部材は、樹脂を含浸したファイバを含んでい
る。たとえば、グラスファイバは、締結装置の長手方向
軸のまわりで、すなわちねじ山の長手方向に螺旋状に巻
かれている。この場合、ねじ山上のせん断力に対して、
主として、ファイバ間の樹脂接着が対抗する。樹脂のせ
ん断応力は、一般に、樹脂を含浸したファイバより小さ
いので、部材の強度は、主として、必然的にデラミネー
ションを受ける2次元のファイバ配向のため、決して十
分ではない。
To withstand such shear forces, the threaded plastic member includes resin-impregnated fibers. For example, the glass fiber is helically wound around the longitudinal axis of the fastener, ie in the longitudinal direction of the thread. In this case, for the shear force on the thread,
Primarily, the resin adhesion between the fibers is opposed. Since the shear stress of the resin is generally lower than that of the resin-impregnated fiber, the strength of the component is never sufficient, primarily due to the two-dimensional fiber orientation which is inevitably subject to delamination.

ねじ山のせん断強さを増加させるために用いられている
他の方法は、突出した一方向ファイバロッドのまわりに
マット強化材を用いることを含む。
Other methods that have been used to increase the shear strength of threads include using mat reinforcement around protruding unidirectional fiber rods.

マット強化材は、多方向特性のランダムなファイバ配向
を宵するが、ファイバは連続的ではないので、デラミネ
ーションおよび比較的低強度の傾向が続く。
Matte reinforcement exhibits random fiber orientation with multidirectional characteristics, but because the fibers are not continuous, they continue to tend toward delamination and relatively low strength.

アメリカ合衆国特許第2,510,693号は、締結装
置の心棒部分に沿ってかつヘッドへ延びる長手方向の繊
維強化媒体を有する固着部材を説明している。アメリカ
合衆国特許第2,685.813号は、螺旋状に巻かれ
た長手方向のファイバを含むグラスファイバのリベット
本体を説明しており、かつ代わりの実施例で、長手方向
のファイバは、本質的に螺旋状に、網目状になったねじ
山によって取り囲まれる。
U.S. Pat. No. 2,510,693 describes an anchoring member having a longitudinal fiber reinforcement media extending along the stem portion of the fastener and into the head. U.S. Pat. No. 2,685.813 describes a fiberglass rivet body that includes helically wound longitudinal fibers, and in an alternative embodiment, the longitudinal fibers are essentially Helically, it is surrounded by a mesh of threads.

アメリカ合衆国特許2,928.764号および第3,
283.050号は、ねじ山を形成するために円周状の
または螺旋状のファイバを使用するねじ切りされたファ
イバ締結装置を製造するための方法および装置を開示し
ている。アメリカ合衆国特許第2,943.967号お
よび第4. 063.838号はまた、長手方向および
螺旋状のファイバまたはフィラメントを組合わせたねじ
切りされた部材の形成を詳述している。
U.S. Pat. No. 2,928.764 and 3,
No. 283.050 discloses a method and apparatus for manufacturing threaded fiber fasteners that use circumferential or helical fibers to form the threads. U.S. Patent Nos. 2,943.967 and 4. No. 063.838 also details the formation of threaded members that combine longitudinal and helical fibers or filaments.

アメリカ合衆国特許第3,995,092号は、締結装
置を形成するためにともに張合せられる複数の層状部分
を用いることを詳述しており、そのラミネーションは実
質的にねじ切りされた軸の表面に垂直である。アメリカ
合衆国特許第3.495.494号はまた、ねじ山のコ
ースに実質的に一致するように、一般に曲がりくねった
通路に沿って配向される長手方向のしかも螺旋状に曲げ
られたファイバを用いることを詳述している。
U.S. Pat. No. 3,995,092 details the use of a plurality of layered sections laminate together to form a fastening device, the laminations being substantially perpendicular to the surface of a threaded shaft. It is. U.S. Pat. No. 3,495,494 also teaches the use of longitudinal and helically bent fibers oriented along a generally tortuous path to substantially match the course of the threads. It is detailed.

発明の概要 この発明に従って、締結装置部材は、均一な等方性特性
を有する多次元の単一有機マトリックスの織ったファイ
バプリフォーム、たとえば有機樹脂で成形される3次元
直交ブロックから形成される。したがって、締結装置お
よびその上のねじ山は、締結装置を介して連続的に配設
される複数のファイバを含む。特定的に、ファイバは、
締結装置の長手方向軸に本質的に垂直である平面に、す
なわち締結装置の断面の弦として配設され、そのような
層状のファイバの端部部分は、締結装置のねじ山および
他の、成る角度をもった荷重ささえフランジへ延びる。
SUMMARY OF THE INVENTION In accordance with the present invention, a fastener member is formed from a three-dimensional orthogonal block molded from a multidimensional single organic matrix woven fiber preform, such as an organic resin, with uniform isotropic properties. Thus, the fastener and the threads thereon include a plurality of fibers disposed sequentially through the fastener. Specifically, the fiber is
arranged in a plane essentially perpendicular to the longitudinal axis of the fastening device, i.e. as a chord in the cross-section of the fastening device, the end portions of such layered fibers consist of the threads of the fastening device and the other Extends to angular load bearing flange.

たとえば、ファイバは、締結装置の横方向断面の平面に
直角で配設され、そのためファイバの端部部分はねじの
山および谷を形成する。そのような締結装置は、連続的
な3次元のファイバ配置の結果、せん断強さを増加させ
かつデラミネーションに耐える。さらに、予備成形され
含浸されたブロックを用いることによって、複雑な巻上
げまは鋳造機械または技術の必要なく、締結装置部材を
経済的にかつ有利に製造することができる。
For example, the fibers are disposed at right angles to the plane of the transverse cross section of the fastener, such that the end portions of the fibers form the ridges and valleys of the thread. Such fasteners have increased shear strength and resist delamination as a result of the continuous three-dimensional fiber arrangement. Additionally, by using preformed and impregnated blocks, fastener members can be manufactured economically and advantageously without the need for complex winding or casting machinery or techniques.

好ましい実施例の説明 この発明の詳細な説明した実施例をここに開示する。し
かしながら、この実施例は、この発明の単に実例であり
、開示した説明と異なる形をとってもよいということを
理解しなければならない。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A detailed illustrated embodiment of the invention is disclosed herein. However, it is to be understood that this embodiment is merely illustrative of the invention and that it may take forms that differ from the disclosed description.

それゆえに、特定の詳細な、必ずしも限定するものとし
て解釈されてはならず、むしろこの発明の範囲を規定す
る特許請求の範囲の基礎をなすものとして解釈されなけ
ればならない。
Therefore, the specific details are not necessarily to be construed as limiting, but rather as forming the basis of the claims defining the scope of the invention.

3次元後合締結装置部材は、熱硬化性または熱可塑性の
有機樹脂を含浸した、多次元の単一有機マトリックスの
織ったファイバプリフォームを用いることによって形成
される。用いられるファイバは、所望される特性および
締結装置が用いられなければならない態様に従って選択
されることができ、たとえばファイバグラス、Kevl
ar(登録商標)、グラフフィト、またはカーボンファ
イバが用いられてもよい。フィラメントが紡がれて12
K(粗い)からIK(細かい)に及ぶ糸状ファイバにな
るのが好ましく、中間の約6にの糸は、大部分の一般的
な応用にとって優れた特性を与えると考えられている。
The three-dimensional post-joint fastener member is formed by using a multidimensional, single organic matrix woven fiber preform impregnated with a thermoset or thermoplastic organic resin. The fiber used can be selected according to the desired properties and the manner in which the fastening device has to be used, for example fiberglass, Kevl
AR, graphite, or carbon fiber may be used. The filament is spun 12
Thread fibers ranging from K (coarse) to IK (fine) are preferred, with threads in the middle of about 6 being believed to provide excellent properties for most general applications.

樹脂系はまた、所望の強さ、温度、および環境の要求に
従って変えられてもよい。ポリエステル、エポキシ、フ
ェノール、ポリイミドおよびビスマレイミド樹脂が適当
であるとわかっている。熱可塑性樹脂、たとえば硫化ポ
リフェニレン(PPS)またはPEEKは、後成形が所
望される場合用いられてもよい。ここで説明する好まし
い実施例では、ナショナルスタ−チケミカル社(Nat
lonal 5tarch and Cheilcal
Corporat 1on)によって市販されているポ
リイミド樹脂、ターミツド(Thcra+1d)M C
−600が、優れた強度、低い吸湿、および特に高温の
応用での優れた特性のため用いられる。
The resin system may also be varied according to desired strength, temperature, and environmental requirements. Polyester, epoxy, phenolic, polyimide and bismaleimide resins have proven suitable. Thermoplastic resins such as polyphenylene sulfide (PPS) or PEEK may be used if post-molding is desired. In the preferred embodiment described herein, the National Starch Chemical Company (Nat.
lonal 5tarch and cheilcal
Termid (Thcra+1d) MC, a polyimide resin marketed by
-600 is used for its superior strength, low moisture absorption, and excellent properties especially in high temperature applications.

以下で説明する織ったプリフォームは、マサチューセッ
ツ州のベルフォード社(Inc、 、Bedf’ord
)のファイバ材料およびニューハンプシャー州のイース
トロチェスター社(lnc、、East Roches
ter )のテクニウイーブ(Techn I wea
ve)から入手可能である。ここで説明する好ましい実
施例では、プリフォームは、約0.05インチの6にフ
ァイバの中心間距離、すべての軸(x、  yおよび2
)で等しいファイバ量、およびプリフォームの40%な
いし50%のファイバ量を有する。一般に、ファイバ量
は、プリフォームの仕様で顕著な特性であり、ファイバ
の間隔は、その量および糸のタイプによって定められる
。約35%より少ないファイバ量では、締結製置の特性
、特に強度は、ファイバがそのような複合物の荷重を支
えるコンポーネントであるということのため下がり始め
る。50%より大きいファイバ量では、プリフォームは
、完全に樹脂を含浸するのが困難となり、その結果「樹
脂乾燥」複合物、すなわち樹脂の入っていないボイドま
たはそれを介して分散される泡を含む複合物が生じる。
The woven preforms described below were manufactured by Bedford, Inc., Massachusetts.
) fiber materials and East Roches, New Hampshire
ter )'s Techn I wea
ve). In the preferred embodiment described here, the preform has a fiber center-to-center spacing of approximately 0.05 inches on all axes (x, y, and 2
) and a fiber content of 40% to 50% of the preform. Generally, fiber content is a prominent characteristic in the preform specification, and fiber spacing is determined by that amount and yarn type. At fiber amounts less than about 35%, the properties of the fastener, especially the strength, begin to decline due to the fact that the fibers are the load-bearing components of such composites. At fiber contents greater than 50%, the preform becomes difficult to completely impregnate with resin, resulting in a "resin-dry" composite, i.e., containing resin-free voids or bubbles dispersed through them. Compounds result.

したがって、40%ないし50%のファイバ量は、大部
分の樹脂に優れた強度を与える。
Therefore, a fiber content of 40% to 50% provides excellent strength to most resins.

単一有機マトリックスの織ったプリフォームは、適当な
樹脂を、かつ好ましくは、必要に応じて硬化される圧力
および温度で含浸される。用いられる樹脂の粘性に依存
して、様々な方法によって含浸が行なわれてもよいが、
最も一般的には、樹脂溶液、すなわち樹脂の分散に役立
つように適当な溶剤で薄められている樹脂にプリフォー
ムを浸漬するのが好ましい。可能であれば、樹脂と溶剤
との混合物またはプリフォームを、樹脂と溶剤との分散
に役立つほど十分な温度まで加熱するのが望ましい。た
とえば、熱硬化性樹脂、たとえば以下で特に説明するポ
リイミド樹脂では、プリフォームは、約350°F温度
まで加熱される樹脂溶液に浸漬されてもよく、そのよう
な温度は、溶剤の沸点以下でありかっまた樹脂の硬化温
度以下である。
The single organic matrix woven preform is impregnated with a suitable resin and preferably at pressure and temperature where it is cured as required. Impregnation may be carried out by various methods depending on the viscosity of the resin used, but
Most commonly, it is preferred to immerse the preform in a resin solution, ie, the resin has been diluted with a suitable solvent to aid in dispersion of the resin. If possible, it is desirable to heat the resin and solvent mixture or preform to a temperature sufficient to aid in dispersion of the resin and solvent. For example, in thermoset resins, such as polyimide resins, which are specifically discussed below, the preform may be immersed in a resin solution that is heated to a temperature of about 350°F, such temperature being below the boiling point of the solvent. The temperature is below the curing temperature of the resin.

含浸後、樹脂に加えられている溶剤は、より高い温度が
硬化プロセス中に与えられる場合、溶剤の放出を避ける
ために除去されなければならない。
After impregnation, the solvent added to the resin must be removed to avoid solvent release if higher temperatures are applied during the curing process.

したがって、含浸されたプリフォームは、溶剤の蒸気が
漏れ出ることができるほど十分な期間、溶剤の沸点およ
び樹脂の硬化温度のいずれよりも低い温度で加熱される
。複合物内のボイドまたは泡の形成を最小にするために
、樹脂が硬化を開始すると、含浸されたプリフォームを
圧縮するのが好ましい。そのような圧縮成形は、当該技
術分野において公知であり、かつ一般に液圧プレスを用
いることによって達成され、プリフォームは、離型コン
パウンドでコーティングされる金属板間で圧縮される。
Thus, the impregnated preform is heated below both the boiling point of the solvent and the curing temperature of the resin for a sufficient period of time to allow solvent vapor to escape. To minimize the formation of voids or bubbles within the composite, it is preferred to compress the impregnated preform once the resin begins to cure. Such compression molding is known in the art and is generally accomplished by using a hydraulic press, where the preform is compressed between metal plates that are coated with a mold release compound.

与えられた樹脂で、樹脂が硬化を開始すると、圧力が複
合物にかけられ、複合物を変形させるのを避ける。この
ゲル化点は、多数の方法によって確かめられる。たとえ
ば、樹脂のゲル化時間は予め定められてもよく、または
成形プレスと類似の条件下で硬化される硬化されていな
い樹脂が、硬化プロセスの開始を知るために観察されて
もよい。
With a given resin, once the resin begins to cure, pressure is applied to the composite to avoid deforming the composite. This gel point can be ascertained by a number of methods. For example, the gel time of the resin may be predetermined, or the uncured resin cured under conditions similar to a molding press may be observed to indicate the onset of the curing process.

しかしながら、これらの方法は、本質的に推測的なもの
であり、かつしたがって成る程度誤りを受けやすい。
However, these methods are speculative in nature and are therefore subject to some degree of error.

したがって、ゲル化時間は、プレスを介するフィードバ
ックによって、すなわちプレスのオペレータによって圧
力の増加に関してプラテンの移動を検出することによっ
て、または自動化フィードバック回路を存するマイクロ
プロセッサ制御閉ループシステム、たとえばカリフォル
ニア州のパサデナ社(Inc、 of’ Pa5ade
na)のパサデナハイドローリクス(Pasadena
 l1ydraul!es)によって市販されているも
のを用いることによってのいずれかで、定められるのが
好ましい。そのようなシステムは、わずかなプラテンの
動きによる抵抗を測定し、かつ抵抗が増加し硬化が開始
していることを示すとすぐ、圧力は、圧縮成形のために
必要とされる圧力まで増加される。
Therefore, the gelling time can be determined by feedback through the press, i.e. by the operator of the press by sensing the movement of the platen with respect to the increase in pressure, or by a microprocessor-controlled closed-loop system with an automated feedback circuit, such as the Pasadena, Calif. Inc, of' Pa5ade
Pasadena Hydraulics (Na)
l1ydraul! Preferably, it is determined either by using those commercially available from ES). Such systems measure the resistance due to slight platen movement, and as soon as the resistance increases indicating that curing has begun, the pressure is increased to that required for compression molding. Ru.

たとえば、以下で特定の実施例で使用するポリイミド樹
脂では、熱硬化性樹脂、すなわちそれを含浸されたプリ
フォームは、490°Fの温度、すなわち樹脂の硬化温
度まで成形プレスで加熱される。この初期の加熱プロセ
ス中、「接触」圧力(10ないし50psi)が用いら
れる。この圧力は、予熱プロセス中にもかけられ、かつ
それから−瞬緩められすなわち「緩衝され」、そのため
残りの溶剤は漏れ出ることができ、かつそれから「接触
」圧力が再びかけられる。この点で、50psiをわず
かに越える光の圧力は、オペレータまたはフィードバッ
ク回路のいずれかによって、樹脂が硬化を開始している
ことが検出されるまで用いられる。次に、圧力は500
ないし1000psiまで増加され、好ましい圧力は、
約600から700psiである。
For example, for the polyimide resin used in the specific examples below, the thermoset resin, or the preform impregnated with it, is heated in a molding press to a temperature of 490° F., the curing temperature of the resin. During this initial heating process, "contact" pressure (10 to 50 psi) is used. This pressure is also applied during the preheating process and is then flash-relaxed or "buffered" so that the remaining solvent can escape and the "contact" pressure is then applied again. At this point, a light pressure of just over 50 psi is used until either the operator or the feedback circuit detects that the resin is beginning to cure. Then the pressure is 500
to 1000 psi, the preferred pressure being:
Approximately 600 to 700 psi.

この圧力は、樹脂の硬化が完了するまで維持される。硬
化後、それ以上の圧力は必要とされないが、圧縮成形プ
ロセスで用いられる高温を維持し、高温環境での使用が
予測される締結装置の強度を増加させるのが好ましい。
This pressure is maintained until the resin has completely cured. After curing, no further pressure is required, but it is preferable to maintain the high temperatures used in the compression molding process to increase the strength of fasteners expected to be used in high temperature environments.

そのような後硬化技術は、特定の樹脂について当該技術
分野で公知であり、Thera+id M C−600
の後硬化のために有利な技術を以下で説明するが、温度
は、増分ステップの硬化温度から増分的に増加され、か
つ約4時間700”Fで保たれる。
Such post-cure techniques are known in the art for certain resins and include Thera+id MC-600
A preferred technique for post-curing is described below in which the temperature is increased incrementally from the curing temperature of the incremental step and held at 700''F for about 4 hours.

以下で説明しかつ試験する特定の締結装置に関しては、
カーボンファイバ(ユニオンカーバイド(Llnlon
 Carblde)T −3006K)を含み、0゜0
5インチの中心間ファイバ距離および50%の総ファイ
バ量を有する単一有機マトリックスの織ったプリフォー
ムが用いられた。ポリイミド樹脂(Thcrmid  
M C−600)は、NMP (N−メチルピロリドン
、1−メチル−2−ピロリジノン)の2部を重量でMC
−600の1部と混合することによって、かつ350°
 Fまで加熱することによって準備された。織ったプリ
フォームは、樹脂と溶剤との混合物に浸漬され、かつし
たがって含浸された。含浸後、NMPは、含浸されたプ
リフォームの加熱減量が重量で約2%ないし3%になる
まで、空気循環炉で加熱(300° F)することによ
って追い出された。一般に、炉での時間は、はぼ1時間
である。しかしながら、空気循環炉が十分溶剤を放出し
なければ、その溶剤の放出を促進するために、300な
いし325°Fの温度でかつ25ないし30インチの水
銀圧力で用いられてもよい。
Regarding the specific fastening devices described and tested below:
Carbon fiber (Union Carbide (Llnlon)
Carblde) T-3006K), 0°0
A single organic matrix woven preform with a center-to-center fiber distance of 5 inches and a total fiber content of 50% was used. Polyimide resin (Thcrmid
MC-600) is a mixture of 2 parts of NMP (N-methylpyrrolidone, 1-methyl-2-pyrrolidinone) by weight.
-600 and 350°
Prepared by heating to F. The woven preform was dipped into the resin and solvent mixture and thus impregnated. After impregnation, the NMP was driven off by heating (300° F.) in a circulating air oven until the impregnated preform had a heat loss of about 2% to 3% by weight. Generally, the time in the oven is about 1 hour. However, if the circulating air oven does not sufficiently release the solvent, a temperature of 300 to 325 degrees Fahrenheit and a pressure of 25 to 30 inches of mercury may be used to facilitate the release of the solvent.

溶剤がそのように蒸発した後、プリフォームは、485
°Fでプラテン間で成形された。この点については、T
herIllld M C−600のゲル化時間はほぼ
90秒であることに注目しなければならない。
After the solvent has so evaporated, the preform is 485
Molded between platens at °F. Regarding this point, T.
It must be noted that the gel time of herIlld MC-600 is approximately 90 seconds.

次に、プリフォームは、495° Fの温度で液圧ブレ
スのプラテン間に置かれ、かつ約20ps iの圧力が
30秒間かけられた。次に、この圧力は、2.3秒間緩
められ、それに続いて約1分間20ポンドの圧力がかけ
られた。その後、樹脂がゲル化を開始すると650ps
iの圧力がかけられた。
The preform was then placed between the platens of a hydraulic press at a temperature of 495° F. and a pressure of approximately 20 psi was applied for 30 seconds. The pressure was then released for 2.3 seconds, followed by 20 pounds of pressure for approximately 1 minute. After that, when the resin starts to gel, 650 ps
i pressure was applied.

プリフォームは、600−700ps iの圧力で48
5°Fで約1時間硬化された。
The preform was heated to 48 psi at a pressure of 600-700 ps i.
Cured at 5°F for approximately 1 hour.

その後、硬化されたプリフォームは、圧力が緩められる
まで、300°F以下まで圧力下で冷却される。次に、
ブロックは、600″ Fまで毎分はぼ1°F温度上昇
されて、炉で後硬化され、かつ約1時間この温度のまま
にされた。その後、温度は、再び、700°Fまで毎分
1° F増加され、その温度は約4時間維持された。
The cured preform is then cooled under pressure to below 300 degrees Fahrenheit until the pressure is relieved. next,
The block was post-cured in an oven at a temperature ramp of approximately 1°F per minute to 600"F and left at this temperature for about an hour. Thereafter, the temperature was again ramped to 700"F per minute. The temperature was increased by 1° F. and maintained for approximately 4 hours.

その後、毎分はぼ2°Fの割合で冷却が開始され、かつ
室温まで冷却されると、ブロックは、説明したように、
すぐに切削できる。
Cooling is then initiated at a rate of approximately 2°F per minute, and once cooled to room temperature, the block, as described,
Can be cut immediately.

このように形成されたブロックは、一般に締結装置を研
削するために用いられる精密旋盤で研削されてもよい。
Blocks thus formed may be ground on precision lathes commonly used to grind fasteners.

しかしながら、ここで説明するファイバおよび樹脂が用
いられるとき、微粉砕といし車が望ましく、かつ100
ないし120の粒度を有するカーバイドまたはダイヤモ
ンドのといし車が好ましい。典型的な研削速度は、1/
/2インチの直径のといし車では毎分約3000回転で
ある。
However, when the fibers and resins described herein are used, a pulverizing wheel is preferred and
Carbide or diamond grinding wheels with a grain size of from 120 to 120 are preferred. Typical grinding speed is 1/
/2 inch diameter grinding wheel is approximately 3000 revolutions per minute.

旋盤の回転および移動の速度は、研削圧力を低く保つた
めに比較的低くなければならない。そのような研削中生
じる粉体および粉塵は真空システムで集められなければ
ならないということが理解されよう。
The speed of rotation and movement of the lathe must be relatively low to keep the grinding pressure low. It will be appreciated that the powder and dust generated during such grinding must be collected in a vacuum system.

第1図は、好ましい実施例の単一有機マトリックスの織
ったプリフォームでのファイバの3次元配置を示すが、
他のタイプの多次元の織りが特定の応用によって必要と
されるとき用いられてもよいということを理解しなけれ
ばならない。この図面には、X軸に沿って配設される複
数のファイバ12、X軸に沿って配設される第2の複数
のファイバ14、およびZ軸に沿って第3の複数のファ
イバ16を備える織ったプリフォーム10が示される。
FIG. 1 shows the three-dimensional arrangement of fibers in a single organic matrix woven preform of the preferred embodiment;
It should be understood that other types of multidimensional weaves may be used as required by the particular application. This drawing shows a plurality of fibers 12 disposed along the X-axis, a second plurality 14 of fibers disposed along the X-axis, and a third plurality of fibers 16 disposed along the Z-axis. A woven preform 10 is shown comprising.

複数のファイバ12.14および16の各々は、90°
の角度で配設されるのが見られる。
Each of the plurality of fibers 12.14 and 16 has a 90°
It can be seen that it is placed at an angle of .

約0.05インチのファイバの中心間距離は、プリフォ
ーム10に40%ないし50%のファイバ量を与える。
A fiber center-to-center spacing of approximately 0.05 inches provides preform 10 with a 40% to 50% fiber content.

プリフォーム10は、上で説明したように硬化可能な樹
脂を含浸され、ブロックを形成し、そこから締結装置部
材が切削される。
Preform 10 is impregnated with a curable resin as described above to form a block from which fastener members are cut.

第2図をり照すると、単一有機マトリックスを含浸した
プリフォーム10から切削されるボルト20が示される
。ボルト20は、ねじ部分24を含むシャンク22を含
むのが見られる。ねじ部分24の反対側の端部では、ボ
ルト20は、軸受面28、および回し工具、先とえば特
に示されていないドライバが挿入するためのスロット3
0を含む拡大されたヘッド部分26を含むのが見られる
Referring to FIG. 2, a bolt 20 is shown cut from a preform 10 impregnated with a single organic matrix. Bolt 20 is seen to include a shank 22 that includes a threaded portion 24 . At the opposite end of the threaded portion 24, the bolt 20 has a bearing surface 28 and a slot 3 for the insertion of a turning tool, such as a driver, not specifically shown.
It is seen to include an enlarged head portion 26 including 0.

第3図および第4図を参照すると、ボルト20の断面図
が説明される。これらの図面では、ボルト20は、参照
数字32によって示され、参照数字34によって示され
るファイバと直角に配設される複数のファイバを含むこ
とに注目しなければならない。複数のファイバ32およ
び34の各々はまた、複数のファイバ36と90°で配
設され、それらのファイバは、シャンク22について軸
方向に配向される。
Referring to FIGS. 3 and 4, cross-sectional views of bolt 20 will be described. It should be noted that in these figures bolt 20 includes a plurality of fibers, designated by reference numeral 32 and disposed at right angles to the fibers designated by reference numeral 34. Each of the plurality of fibers 32 and 34 is also disposed at 90° with the plurality of fibers 36, which fibers are oriented axially with respect to the shank 22.

第5図を参照すると、ナツト40が示される。Referring to FIG. 5, nut 40 is shown.

ナツト40は、ボルト20について説明したものと同一
の単一有機マトリックスの樹脂を含浸した複合ファイバ
ブロックから形成され、かつファイバ42.44および
46を含むのが見られる。ナツト40は、ボルト20の
ねじ部分24を嵌め合い係合するようにされる内部ねじ
山50があるアパーチャ48を含むのが見られる。
Nut 40 is formed from the same single organic matrix resin impregnated composite fiber block as described for bolt 20 and is seen to include fibers 42, 44 and 46. Nut 40 is seen to include an aperture 48 with internal threads 50 adapted to matingly engage threaded portion 24 of bolt 20 .

第6図に示されるように、2次元複合パネル60は、類
似のパネル62の上に重なるのが見られる。パネル60
および62の各々は、それぞれファイバ64,66.6
8および70から形成されるのが見られる。パネル60
および62は、そこでボルト74を得るようにされるア
パーチャア2を形成するために穴をあけられているのが
見られる。ボルト74は、座金76および78ならびに
ナツト80と協働して、パネル60および62を固定す
るのが見られる。パネル60および62は、垂直の圧縮
力に抵抗を与える垂直のファイバ配向かないので、3次
元複合締結装置を用いることによって与えられるより高
い圧縮ベアリング応力は、パネル60および62に十分
損傷を与えることができる。したがって、3次元複合ブ
シュ82は、固定されている複合パネル60および62
に損傷なく、より高い締結装置圧縮ベアリング応力がか
けられることができるように設けられる。ブシュ82は
また、アパーチャア2から締結装置74を分離し、締結
装置の挿入中、2次元コンポーネントのデラミネーショ
ンから守る。
As shown in FIG. 6, a two-dimensional composite panel 60 is seen overlapping a similar panel 62. As shown in FIG. panel 60
and 62 are respectively fibers 64, 66.6
It is seen to be formed from 8 and 70. panel 60
and 62 are seen drilled to form an aperture 2 through which a bolt 74 is obtained. Bolts 74 are seen to cooperate with washers 76 and 78 and nuts 80 to secure panels 60 and 62. Because panels 60 and 62 do not have a vertical fiber orientation to resist vertical compressive forces, the higher compressive bearing stresses imparted by using three-dimensional composite fasteners may not be sufficient to damage panels 60 and 62. can. Therefore, the three-dimensional composite bushing 82 is connected to the fixed composite panels 60 and 62.
Provision is made so that higher fastener compressive bearing stresses can be applied without damage to the bearing. Bushing 82 also separates fastener 74 from aperture 2 and protects the two-dimensional component from delamination during insertion of the fastener.

第7図に示されるように、ブシュ82は、当該技術分野
において公知である研削手段によって、締結装置20に
ついて説明したのと類似の態様で、単一有機マトリック
スの樹脂を含浸した織ったプリフォーム10から切削さ
れているのが見られ、かつ軸方向ファイバ84ならびに
横方向ファイバ86および88を含む。
As shown in FIG. 7, bushing 82 is formed from a woven preform impregnated with a single organic matrix resin in a manner similar to that described for fastener 20 by grinding means known in the art. 10 and includes an axial fiber 84 and transverse fibers 86 and 88.

この発明の締結装置部材には、3次元強化ファイバが締
結装置部材の3次元に沿って横方向にかつ連続的に延び
るということのため、せん断強さについてかなりの利点
がある。特定の例では、上で説明したように、10−3
2  UNJF−3Aのねじ山を有するシャンクの直径
が3/16インチの締結装置は、第2図に示されるよう
に既存の金属締結装置設計に切削された。試験の結果は
、シャンクを介するせん断強さが平方インチにつき31
.000ボンドより大きいということを示した。荷重が
ヘッドを介してかけられかつナツトがねじへ締められた
状態で、引張りが試験されるとき、その締結装置の設計
は、ねじ山に損傷なくシャンクからさらをせん断するこ
とによって故障した。このせん断強さの値は、類似の設
計の金属締結装置によって与えられるものに匹敵する。
The fastener members of the present invention have significant shear strength advantages because the three-dimensional reinforcing fibers extend laterally and continuously along the three dimensions of the fastener member. In a particular example, as explained above, 10-3
2 A 3/16 inch diameter fastener with a UNJF-3A threaded shank was cut into an existing metal fastener design as shown in FIG. The test results showed that the shear strength through the shank was 31 per square inch.
.. 000 bond. When tested in tension with a load applied through the head and the nut tightened onto the screw, the fastener design failed by shearing the collar from the shank without damaging the threads. This shear strength value is comparable to that provided by metal fasteners of similar design.

ここで説明した好ましい実施例は、ねじ切りされた締結
装置のためのものであるが、ピン、座金、カラー、スタ
ッド、リベットおよび他の円筒締結装置などの締結装置
は、この発明の範囲内にあり、その範囲は次の特許請求
の範囲によって制限される。
Although the preferred embodiments described herein are for threaded fasteners, fasteners such as pins, washers, collars, studs, rivets, and other cylindrical fasteners are within the scope of this invention. , the scope of which is limited by the following claims.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は、この発明で用いられるファイバプリフォーム
の3次元直交織りの斜視概略図である。 第2図は、この発明による締結装置部材の側面図である
。 第3図は、第2図の線3−3に沿った断面図である。 第4図は、第3図の線4−4に沿った断面図である。 第5図は、第2図に示される締結部材を嵌め合い係合す
るようにされる締結装置部材の斜視図である。 第6図は、ブシュで用いられる3次元後合締結装置の、
部分的に断面図での側面図を示す。 第7図は、第6図のブシュの斜視図を示す。 図において、10は織ったプリフォーム、12゜14.
16.32.34.36,42,44,46.64.6
6.68および70はファイバ、20および74はボル
ト、22はシャンク、24はねじ部分、26はヘッド部
分、28は軸受面、30はスロット、40はナツト、4
8および72はアパーチャ、50はねじ山、60および
62はパネル、76および78は座金、84はブシュ、
84は軸方向ファイバ、86および88は横方向ファイ
バである。 □14 FIG、 1 一7\ FIG、  2 FIG、 3 FIG、 4 FIG、 5
FIG. 1 is a perspective schematic diagram of a three-dimensional orthogonal weave of a fiber preform used in the present invention. FIG. 2 is a side view of a fastening device member according to the invention. FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line 3--3 of FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line 4--4 of FIG. 5 is a perspective view of a fastener member adapted to matingly engage the fastener shown in FIG. 2; FIG. Figure 6 shows a three-dimensional post-joint fastening device used in bushings.
Figure 3 shows a side view, partially in section. FIG. 7 shows a perspective view of the bushing of FIG. 6. In the figure, 10 is a woven preform, 12° 14.
16.32.34.36, 42, 44, 46.64.6
6. 68 and 70 are fibers, 20 and 74 are bolts, 22 is a shank, 24 is a threaded portion, 26 is a head portion, 28 is a bearing surface, 30 is a slot, 40 is a nut, 4
8 and 72 are apertures, 50 are threads, 60 and 62 are panels, 76 and 78 are washers, 84 is a bush,
84 is an axial fiber, and 86 and 88 are transverse fibers. □14 FIG, 1 -7\FIG, 2 FIG, 3 FIG, 4 FIG, 5

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)少なくとも1つの、横方向に一体となった荷重さ
さえフランジを有する締結装置部材であって、かつそれ
を介して長手方向軸に沿って連続的に延ばされる第1の
複数の単一有機マトリックス樹脂含浸ファイバ、第1の
複数のファイバに直角に横方向に配設される第2の複数
の単一有機マトリックス樹脂含浸ファイバ、および第1
および第2の複数のファイバの各々に直角に横方向に配
設される第3の複数の単一有機マトリックス樹脂含浸フ
ァイバを備えることを特徴とし、第2および第3の複数
の樹脂含浸ファイバの少なくとも一部分は、荷重ささえ
フランジを形成するために締結装置の断面を横切って連
続的に延びる、締結装置部材。
(1) a first plurality of unitary organic fastener members having at least one laterally integral load-bearing flange and extending continuously along a longitudinal axis therethrough; a second plurality of single organic matrix resin-impregnated fibers disposed laterally at right angles to the first plurality of fibers, and a first plurality of single organic matrix resin-impregnated fibers;
and a third plurality of single organic matrix resin-impregnated fibers disposed laterally at right angles to each of the second plurality of fibers; A fastener member, at least a portion of which extends continuously across a cross-section of the fastener to form a load bearing flange.
(2)フランジは、締結部材の表面上に螺旋状のねじ山
を備える、特許請求の範囲第1項記載の締結装置部材。
(2) The fastening device member according to claim 1, wherein the flange has a spiral thread on the surface of the fastening member.
(3)シャンクおよび拡大されたヘッド部分をさらに含
み、かつねじ山はシャンクの外表面上に配設される、特
許請求の範囲第2項記載の締結装置部材。
3. The fastener member of claim 2 further comprising a shank and an enlarged head portion, the threads being disposed on an outer surface of the shank.
(4)締結装置は中空であり、かつねじ山は連続的であ
りかつその内表面上に配設される、特許請求の範囲第2
項記載の締結装置。
(4) The fastening device is hollow and the thread is continuous and disposed on its inner surface.
Fastening device as described in section.
(5)締結装置は長手方向シャンクを含み、かつ荷重さ
さえフランジは、シャンクの外表面上に螺旋状のねじ山
を備え、かつ第2および第3の複数の樹脂含浸ファイバ
は、断面を横切ってねじ山へ連続的にかつ横方向に延び
る、特許請求の範囲第1項記載の締結装置部材。
(5) the fastening device includes a longitudinal shank, and the load-bearing flange includes helical threads on the outer surface of the shank, and the second and third plurality of resin-impregnated fibers extend across the cross-section. 2. A fastener member as claimed in claim 1, extending continuously and transversely to the thread.
(6)荷重フランジは、ワークピース当接表面を含むヘ
ッド部分をさらに備える、特許請求の範囲第1項または
第5項記載の締結装置部材。
(6) The fastener member of claim 1 or 5, wherein the load flange further comprises a head portion including a workpiece abutting surface.
(7)第1の端部に外部ねじ山部分、およびねじ山部分
の反対側の端部に拡大された部分を含む長手方向シャン
クを有する締結装置部材であって、前記部材は、各々互
いに垂直な第1、第2および第3平面に配設される複数
の単一有機マトリックス樹脂含浸ファイバを備えること
を特徴とし、第1平面のファイバは、第1の端部から反
対側の端部に連続的にかつ長手方向に延び、かつ第2お
よび第3平面のファイバは、締結装置部材の横方向に対
向する表面間を連続的に延びる、締結装置部材。
(7) A fastener member having a longitudinal shank including an external threaded portion at a first end and an enlarged portion at an end opposite the threaded portion, the members each being perpendicular to each other. a plurality of single organic matrix resin-impregnated fibers disposed in first, second, and third planes, the fibers in the first plane having an opposite end from a first end; A fastener member that extends continuously and longitudinally and wherein the fibers of the second and third planes extend continuously between laterally opposing surfaces of the fastener member.
(8)その上に内部表面および連続的な一体となったね
じ山を有する中空の部材を備える締結装置であって、前
記締結装置は、各々互いに垂直な第1、第2および第3
平面に配設される複数の単一有機マトリックス樹脂含浸
ファイバを備えることを特徴とし、第1の平面のファイ
バは、中空の部材の軸に沿って連続的に延び、かつ第2
および第3平面のファイバは、締結装置のねじ山と外表
面との間を延びる、締結装置。
(8) A fastening device comprising a hollow member having an interior surface thereon and a continuous integral thread, the fastening device having first, second and third portions each perpendicular to one another;
characterized by comprising a plurality of single organic matrix resin-impregnated fibers disposed in a plane, the fibers in the first plane extending continuously along the axis of the hollow member;
and a third plane of fibers extending between the threads and the outer surface of the fastener.
(9)連続的な螺旋状のねじ山を有する締結装置を製造
する方法において、単一有機マトリックス樹脂含浸ファ
イバの本質的にボイドのないブロックを形成するステッ
プを含むことを特徴とする改良であって、ファイバは、
各々互いに垂直な第1、第2および第3平面を形成する
ために織られ、かつ第1の平面のファイバが締結装置の
長手方向軸に沿って連続的に延び、かつ第2および第3
平面のファイバが螺旋状のねじの山および谷を形成する
態様で締結装置をブロックから研削するステップをさら
に含むことを特徴とする、改良。
(9) An improvement in a method of manufacturing a fastening device having continuous helical threads comprising the step of forming an essentially void-free block of a single organic matrix resin-impregnated fiber. So, the fiber is
woven to form first, second and third planes, each perpendicular to one another, and wherein the fibers of the first plane extend continuously along the longitudinal axis of the fastener, and the fibers of the first plane extend continuously along the longitudinal axis of the fastener;
An improvement further comprising the step of grinding the fastener from the block in such a manner that the planar fibers form the ridges and valleys of a helical thread.
(10)締結装置は、軸部分、第1の端部に外部ねじ山
部分、およびねじ山部分の反対側の端部に拡大されたヘ
ッド部分を有するボルト部材であり、かつ第1の平面の
ファイバは、拡大されたヘッド部分からねじ山部分に連
続的に延び、かつ第2および第3平面のファイバは、拡
大されたヘッド部分を横切って連続的に延びる、特許請
求の範囲第9項記載の方法および改良。
(10) The fastening device is a bolt member having a shank portion, an external thread portion at a first end, and an enlarged head portion at an end opposite the thread portion; 9. The fibers extend continuously from the enlarged head portion to the threaded portion, and the fibers of the second and third planes extend continuously across the enlarged head portion. methods and improvements.
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