KR20200095486A - 탄소 섬유 강화 복합 재료로 이루어지는 나사산을 갖는 부재 - Google Patents

탄소 섬유 강화 복합 재료로 이루어지는 나사산을 갖는 부재 Download PDF

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Abstract

강도가 우수한 탄소 섬유 강화 복합 재료로 이루어지는 나사산을 갖는 부재를 제공한다. 종단면에 있어서 적어도 2개의 나사산에 걸쳐서 축방향을 따라 연장되는 탄소 섬유가, 적어도 2개의 나사산의 종단면에 있어서의 표면 형상을 따르도록 적어도 2개의 나사산에 지그재그상으로 매립되어 있는 구조로 한다. 바람직하게는, 부재는 너트이고, 너트의 암나사의 나사산에 상기 구조를 매립함으로써, 경량이면서 강도가 우수한 너트를 제공할 수 있다.

Description

탄소 섬유 강화 복합 재료로 이루어지는 나사산을 갖는 부재
본 발명은, 탄소 섬유 강화 플라스틱이나 탄소 섬유 강화 탄소 복합 재료 등의 탄소 섬유 강화 복합 재료로 이루어지는 나사산을 갖는 부재, 예를 들어 탄소 섬유 강화 플라스틱제 너트에 관한 것이다.
나사산이 외주면에 형성된 볼트, 그리고 나사산이 내주면에 형성된 너트는, 다종다양한 구조물에 있어서 체결 용도로 사용되고 있다. 강도 및 내구성이 요구되는 용도에 있어서는 스테인리스강 등의 금속제의 볼트·너트가 사용되고 있다.
금속제의 볼트·너트는, 비교적 중량이 크기 때문에, 경량화가 요구되는 용도이며, 강도 및 내구성에 대해서는 요구 레벨이 낮은 용도에 있어서는, 플라스틱제의 볼트·너트가 사용되고 있다.
근년, 경량이면서도 금속과 동등한 강도를 갖는 소재로서 탄소 섬유 강화 복합 재료가 주목받고 있고, 나사산을 갖는 볼트나 너트 등의 부재에 대한 응용 연구도 이루어지고 있으며, 하기의 특허문헌 1 내지 4에 개시되어 있다.
일본 특허 공개 평9-254266호 공보 일본 특허 공개 제2001-289226호 공보 일본 특허 공개 제2016-88073호 공보 일본 특허 공개 제2017-67129호 공보
상기 특허문헌 1의 도 1에 예시된 볼트는, 동 문헌의 단락 0025 내지 0027에 기재되어 있는 바와 같이, 다수의 탄소 장섬유가 축방향으로 정렬된 상태에서 매트릭스 내에 매립된 축부 소재를 가열 경화시킨 후에, 선반 등을 사용하여 축부 외주에 나사산을 선삭 가공하여 이루어지는 것이다. 따라서, 축방향으로 인접하는 나사산 내의 탄소 섬유는 선삭에 의해 분단되어 버려, 나사산에 축방향 응력이 작용하면, 나사산이 용이하게 파괴되어 버린다.
또한, 특허문헌 1의 단락 0028에는, 볼트축부와 동일 길이의 강화 섬유에 매트릭스를 미리 함침시킨 것을 준비하고, 이것들을 둥근 막대상으로 묶고, 내면에 수나사가 형성된 형 프레임 중에서 가열 압축함으로써 볼트축부를 형성하는 방법도 개시되어 있다. 그러나, 이러한 제조 방법에 의해 볼트축부를 형성하면, 도 11에 도시한 바와 같이, 형 프레임에 의해 직경 방향 내측에 압축된 때에, 매트릭스만이 외주측으로 스며나오기 때문에, 나사산 내에는 강화 섬유가 존재하지 않아, 나사산은 보강되지 않는다. 따라서, 나사산에 축방향 응력이 작용하면, 마찬가지로 나사산이 용이하게 파괴되어 버린다.
특허문헌 2는, 탄소 섬유의 평직 크로스에 페놀 수지를 도포하여 이루어지는 프리프레그를 복수매 적층하고, 가열 압축 공정, 그리고 소성 공정을 거쳐서 2D의 C/C재를 성형하고, 이 C/C재에 나사 가공을 실시함으로써 전체 나사 볼트를 제조하는 방법을 개시하고 있다. 이 제조 방법에 있어서도, C/C재의 외주면에 기계 가공에 의해 나사산을 성형하는 것이기 때문에, 기계 가공에 의해 절제됨으로써, 축방향으로 인접하는 나사산 내부의 탄소 섬유가 분단되어 버린다.
특허문헌 3은, 탄소 단섬유 또는 탄소 장섬유를 포함하는 펠릿을 원재료로서 사용하여 환봉을 사출 성형하고, 이 환봉의 외주면 또는 내주면에 나사산을 선삭 가공함으로써 볼트 또는 너트를 제조하는 방법이 개시되어 있다. 이 제조 방법에 있어서도, 축방향으로 인접하는 나사산 내부의 탄소 섬유는 선삭에 의해 분단된다고 생각된다.
특허문헌 4는, 나사 홈을 따라 나선상으로 탄소 섬유가 감긴 탄소 섬유 강화 플라스틱제의 볼트 및 너트를 개시하고 있다. 이러한 볼트 및 너트에서는, 나사산에 작용하는 큰 축방향 응력의 방향이, 탄소 섬유의 섬유 방향과 대략 직교하기 때문에, 탄소 섬유에 의해 나사산을 보강할 수 없다.
본 발명은, 탄소 섬유에 의해 나사산을 보강할 수 있는 신규의 탄소 섬유의 매립 구조를 제안하고, 이로써 적어도 나사산이 탄소 섬유 강화 복합 재료로 이루어지는 너트 및 볼트의 강도를 비약적으로 개선하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 상기 목적을 달성하기 위해, 다음의 기술적 수단을 강구했다.
즉, 본 발명은, 탄소 섬유 강화 복합 재료로 이루어지는 나사산을 갖는 부재이며, 종단면에 있어서 적어도 2개의 나사산에 걸쳐서 축방향을 따라 연장되는 탄소 섬유가, 상기 적어도 2개의 나사산의 종단면에 있어서의 표면 형상을 따르도록 상기 적어도 2개의 나사산에 지그재그상으로 매립되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명에 있어서, 탄소 섬유 강화 복합 재료에는, 탄소 섬유 강화 플라스틱 및 탄소 섬유 강화 탄소 복합 재료(이하, 「C/C 컴포지트」라고 함)가 포함된다. 강화 섬유로서의 탄소 섬유는, 부재의 나사산이 형성된 범위의 전체 길이에 걸치는 탄소 연속 섬유인 것이 바람직하지만, 나사산이 형성된 범위의 일부에 있어서 축방향으로 연장되는 탄소 장섬유여도 된다. 탄소 섬유 강화 복합 재료의 매트릭스로서의 플라스틱은, 열경화성 플라스틱인 것이 바람직하지만, 열가소성 플라스틱이어도 된다. C/C 컴포지트로 이루어지는 나사산은, 탄소 섬유 강화 플라스틱제의 나사산을 성형 후, 이것을 불활성 분위기 중에서 열처리함으로써, 매트릭스의 플라스틱을 탄화시킴으로써 제조할 수 있고, 기타의 적절한 제법에 의해 제조 가능하다. 본 발명의 특징은 나사산에 대한 탄소 섬유의 매립 구조이며, 매트릭스에 대해서는 현재 공지의, 그리고 장래 개발될 것인 제법에 의해 성형 가능하다.
또한, 본 발명은, 적어도 나사산이 상기 특징을 갖추고 있으면 되고, 부재의 본체의 재질이나 구조는 적당한 것이어도 된다. 예를 들어, 부재의 본체는, 탄소 단섬유에 의해 강화된 탄소 섬유 강화 플라스틱의 사출 성형품이어도 되고, 강화 섬유를 함유하지 않는 일반적인 플라스틱이나 금속에 의해 부재 본체를 성형할 수도 있다.
또한, 「상기 적어도 2개의 나사산의 종단면에 있어서의 표면 형상을 따르도록 상기 적어도 2개의 나사산에 지그재그상으로 매립되어 있다」란, 탄소 섬유 자체도 적어도 2개의 산을 형성하도록 지그재그상으로 굴곡되어 있는 것을 의미하고 있고, 이러한 구성에 의해, 종단면에 있어서 축방향으로 인접하는 나사산 사이가 상기 탄소 섬유에 의해 보강되어, 나사산의 강도를 크게 개선할 수 있다. 또한, 본 발명의 나사산은 1조 나사여도 되고, 2조 나사여도 되고, 3조 이상의 다조 나사여도 된다.
상기 부재는, 전형적으로는 너트이다. 본 발명의 너트는, 상기 나사산에 의해 형성되는 암나사를 내주면에 갖는 나사 구멍을 갖고, 상기 탄소 섬유는, 바람직하게는 상기 암나사의 축방향 대략 전체 길이에 걸쳐서 연속되는 연속 섬유이다. 이러한 탄소 섬유 강화 복합 재료로 이루어지는 나사산을 갖는 너트에 의하면, 경량화를 도모하면서도 강도가 우수한 것으로 되고, 경량화를 도모하면서도 강도가 필요한 다양한 분야, 예를 들어 항공기나 우주 개발 분야, 자동차나 바이크나 철도, 그리고 각종 고정 구조물에도 적합하게 사용할 수 있다.
상기 너트는, 바람직하게는 설치 구멍을 갖는 너트 본체와, 해당 너트 본체의 상기 설치 구멍에 일체적으로 끼움 부착되는 나사통을 구비하고, 상기 암나사는 상기 나사통에 마련되어 있다. 이러한 구성에 의하면, 너트 본체는 비교적 저렴하게 성형할 수 있어, 너트 전체적인 비용을 저감하면서도 나사산의 강도를 개선할 수 있다.
상기 부재는, 볼트여도 된다. 본 발명의 볼트는, 바람직하게는 상기 나사산에 의해 형성되는 수나사를 외주면에 갖는 나사축을 갖고, 상기 탄소 섬유는 상기 수나사의 축방향 대략 전체 길이에 걸쳐서 연속되는 연속 섬유이다.
상기 볼트의 나사축은, 축 본체와, 해당 축 본체의 외주면에 일체적으로 외부 끼움되는 나사통을 구비하고, 상기 수나사는 상기 나사통에 마련되어 있어도 된다.
또한, 상기 탄소 섬유는, 상기 적어도 2개의 나사산에 지그재그상으로 매립되기 위해 필요한 섬유 길이를 갖는 탄소 장섬유여도 된다.
또한, 다수의 상기 탄소 섬유가 상기 나사산의 전체 둘레에 걸쳐서 분산 배치되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 부재로서는, 전형적으로는 너트 및 볼트를 예시할 수 있지만, 나사 구멍 또는 나사축을 갖는 어떤 부재여도 되고, 건축물 외의 고정 구조물의 구조재, 자동차나 비행기의 바디나 프레임을 구성하는 부품,
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 너트의 일부 단면 사시도이다.
도 2는 동 너트의 중간 제조물의 일부 단면 사시도이다.
도 3은 동 너트의 중간 제조물의 일부 단면 사시도이다.
도 4는 일 실시예에 관한 나사통을 제조하는 프레스 가공 장치의 간략 단면도이다.
도 5는 동 프레스 가공 장치에 의한 프레스 공정의 간략 단면도이다.
도 6은 동 프레스 가공 장치에 의해 가공된 골함석재의 사시도이다.
도 7은 골함석재를 만곡시킴으로써 얻어지는 나사통의 사시도이다.
도 8은 별도의 실시예에 관한 나사통을 너트 본체에 압입하는 공정을 도시하는 사시도이다.
도 9는 동 나사통의 제조 공정을 도시하는 단면도이다.
도 10은 본 발명을 풀림 방지 특수 더블 너트에 적용한 예를 도시하는 단면도이다.
도 11은 종래의 제조 방법에 의해 얻어지는 볼트축부의 구조를 설명하기 위한 단면도이다.
이하, 본 발명의 적합한 실시 형태를 도면에 기초하여 설명한다.
도 1은, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 탄소 섬유 강화 플라스틱제 너트(1)를 도시하고 있고, 해당 너트(1)는, 나선상의 나사산 Th에 의해 구성되는 암나사를 내주면에 갖는 나사 구멍(1a)을 갖는다. 더 상세하게는, 너트(1)는, 너트의 외주부를 구성하는 너트 본체(10)와, 너트의 내주부를 구성하는 나사통(11)을 구비하고, 나사통(11)의 외주측에 너트 본체(10)가 일체적으로 형성되어 있고, 상기 암나사는 나사통(11)에 마련되어 있다. 너트 본체(10)의 외주면은 육각 기둥상으로 형성되어 있다.
너트 본체(10) 및 나사통(11)은 모두 탄소 섬유 강화 플라스틱제인 것이 바람직하다. 매트릭스로 되는 플라스틱은, 내열성의 관점에서 열경화성 플라스틱이 바람직하지만, 내열성이 요구되지 않는 용도의 경우는 열가소성 플라스틱을 이용할 수도 있다. 열경화성 플라스틱으로서는, 에폭시 수지, 페놀 수지 및 불포화 폴리에스테르 수지 등을 사용할 수 있다. 열가소성 플라스틱으로서는, 폴리아미드, 폴리프로필렌 및 폴리카르보네이트 등을 이용할 수 있다. 강화재로서의 탄소 섬유로서는, PAN계 탄소 섬유 및 피치계 탄소 섬유의 어느 것을 채용해도 된다.
너트 본체(10)는, 예를 들어 나사통(11)의 외주측에 사출 성형에 의해 일체적으로 성형할 수 있지만, 기타, 나사통(11)의 외주에 프리프레그 테이프를 권회하여 가열 경화시킴으로써 도 2에 도시한 바와 같은 중간 제조물을 성형한 후, 그 외주면을 절삭 등에 의해 성형하는 등, 적당한 제조 방법으로 제조할 수 있다. 또한, 너트 본체(10)의 강화 섬유는, 탄소 단섬유여도 되고, 탄소 장섬유여도 되고, 또한 도 3에 도시한 바와 같이 섬유 방향이 둘레 방향으로 정렬된 탄소 연속 섬유여도 된다. 너트 본체(10)의 바람직한 탄소 섬유 함유율은, 20 내지 30중량％, 혹은 20 내지 30체적％이다.
본 실시 형태의 너트(1)에서는, 나사 구멍(1a)의 축방향 전체 길이에 걸쳐서 연속되는 다수의 탄소 연속 섬유가 나사통(11)에 매립되어 있다. 다수의 탄소 연속 섬유는 둘레 방향으로 균일하게 분산 배치되어 있음과 함께, 나사통(11)의 두께 방향으로도 균일하게 분산 배치되어 있고, 바람직하게는 나사통(3)의 탄소 섬유 함유율은, 50 내지 90중량％, 혹은 50 내지 90체적％이다.
각 탄소 연속 섬유는, 종단면에 있어서 축방향으로 배열되는 모든 나사산 Th에 걸쳐서 축방향을 따라 연장됨과 함께, 모든 나사산 Th의 종단면에 있어서의 표면 형상(본 실시 형태에 있어서는 내표면 형상)을 따르도록 모든 나사산 Th에 지그재그상으로 매립되어 있다. 또한, 탄소 연속 섬유는, 나사산 Th의 표면 형상에 완전히 합치하도록 굴곡되어 있을 필요는 없고, 실질적으로 각 나사산 Th 내부에 존재하도록 굴곡되어 있으면 된다. 또한, 탄소 단섬유 혹은 탄소 장섬유가 탄소 연속 섬유와 함께 매립되어 있어도 되고, 또한 일부의 탄소 연속 섬유가 둘레 방향 또는 나사산 Th의 나선을 따라 정렬되어 있어도 된다.
나사통(3)의 제조 방법의 일례를 도 4 내지 도 7을 참조하면서 이하에 설명한다.
먼저, 도 4 및 도 5에 도시하는 프레스기를 사용하여, 도 6에 도시한 바와 같은 탄소 섬유 강화 플라스틱제의 골함석 부재(6)를 성형한다. 프레스기는, 상형(2) 및 하형(3)을 구비하고, 이들 상하형(2, 3)의 대향면에는 단면 파형상의 형면이 형성되어 있다. 도 4에 도시한 바와 같이, 상하형(2, 3)을 형 개방하고, 상하형(2, 3) 사이에, 시트상의 복수의 탄소 섬유 일방향재(4)와, 매트릭스로 되는 복수의 열가소성 플라스틱제 시트(5)를 상하 방향으로 교대로 배치한 후, 도 5에 도시한 바와 같이 형 체결하여 가열 및 가압함으로써, 도 6에 도시하는 골함석 부재(6)가 성형된다.
그리고, 골함석 부재를, 필요하다면 소정 온도까지 가열하여, 만곡시킴으로써, 도 7에 도시하는 나사통(11)이 얻어진다.
또한, 매트릭스로서 열경화성 수지를 사용하는 경우는, RTF법(레진·트랜스퍼·몰딩)에 의해 성형할 수 있다. 즉, 수지를 함침시키고 있지 않은 탄소 섬유 일방향재만을 복수 적층하고, 이것을 상하형(2, 3)에 의해 프레스 성형함으로써 골함석상으로 성형하고, 그 후 수지를 금형 내에 주입함으로써 탄소 섬유에 수지를 함침시켜, 가열 경화시킬 수 있다. 도 4 및 도 5에 도시하는 예에서는 평판상의 골함석 부재를 성형하기 위한 금형으로서 예시했지만, 도 7에 도시한 바와 같은 원통상 부재를 성형하는 금형 구조로 할 수도 있다.
이 나사통(11)의 외주측에 너트 본체(10)를 성형하는 방법은 어느 것이어도 된다. 또한, 도 8에 도시한 바와 같이, 너트 본체(10)에 설치 구멍(10a)을 마련해 두고, 이 설치 구멍(10a) 내에, 도 2 또는 도 3에 도시하는 중간 제조물(7)을 압입하여, 접촉면에 있어서 견고하게 접착시킬 수도 있다. 이 경우, 접촉면 상호간의 접착력 향상을 위해, 도 8에 도시한 바와 같이, 설치 구멍(10a)의 내주면, 그리고 중간 제조물(7)의 외주면에, 널링 가공을 실시해 둘 수도 있다.
또한, 도 8에 도시하는 중간 제조물(7)은, 도 9에 도시하는 2단계 프레스 공정에 의해 성형되는 일측면이 평면이고 타측면이 골함석상인 판재를 통상으로 만곡시킴으로써 성형할 수도 있다. 도 9의 (b)의 1차 프레스 공정은, 주로 탄소 연속 섬유를 지그재그상으로 매립하기 위한 공정이다. 이러한 공정을 거침으로써, 탄소 연속 섬유를 확실하게 지그재그상으로 굴곡시킬 수 있다. 도 9의 (c), (d)의 2차 프레스 공정은, 주로 일측면을 평면으로 하기 위한 공정이고, 별도의 상하형(20, 30)에 골함석 부재(6)를 옮기고, 그 위에 탄소 섬유 시트(4)와 수지 시트(5)를 더 적층하여 프레스한다.
본 발명은, 도 10에 도시한 바와 같이, 본원 출원인이 제조 판매하는 풀림 방지 특수 더블 너트, 즉 HARDLOCK 너트(상표의 국제 등록 제1224310호)에도 적용할 수 있다. 또한, 너트뿐만 아니라, 볼트에 적용할 수도 있다. 또한, 나사 구멍이나 나사축을 갖는 다양한 부재에 본 발명을 적용하는 것이 가능하다.
또한, 상기 제조 방법에 있어서, 탄소 섬유 시트 대신에, 탄소 연속 섬유에 미리 수지를 침투시킨 프리프레그를 사용할 수도 있다. 또한, 수지 시트를 적층시킨 것이 아니고, 탄소 섬유에 수지 파우더를 부착시킨 파우더 함침 얀이나, 탄소 섬유 다발에 수지 섬유를 혼직시킨 혼합 얀을 사용하여 성형함으로써, 탄소 섬유에 대한 수지의 함침성을 개선할 수도 있다.

Claims (7)

  1. 탄소 섬유 강화 복합 재료로 이루어지는 나사산을 갖는 부재이며, 종단면에 있어서 적어도 2개의 나사산에 걸쳐서 축방향을 따라 연장되는 탄소 섬유가, 상기 적어도 2개의 나사산의 종단면에 있어서의 표면 형상을 따르도록 상기 적어도 2개의 나사산에 지그재그상으로 매립되어 있는, 탄소 섬유 강화 복합 재료로 이루어지는 나사산을 갖는 부재.
  2. 제1항에 있어서, 상기 부재는 너트이고, 해당 너트는, 상기 나사산에 의해 형성되는 암나사를 내주면에 갖는 나사 구멍을 갖고, 상기 탄소 섬유는 상기 암나사의 축방향 대략 전체 길이에 걸쳐서 연속되는 연속 섬유인, 탄소 섬유 강화 복합 재료로 이루어지는 나사산을 갖는 부재.
  3. 제2항에 있어서, 상기 너트는, 설치 구멍을 갖는 너트 본체와, 해당 너트 본체의 상기 설치 구멍에 일체적으로 끼움 부착되는 나사통을 구비하고, 상기 암나사는 상기 나사통에 마련되어 있는, 탄소 섬유 강화 복합 재료로 이루어지는 나사산을 갖는 부재.
  4. 제1항에 있어서, 상기 부재는 볼트이고, 해당 볼트는, 상기 나사산에 의해 형성되는 수나사를 외주면에 갖는 나사축을 갖고, 상기 탄소 섬유는 상기 수나사의 축방향 대략 전체 길이에 걸쳐서 연속되는 연속 섬유인, 탄소 섬유 강화 복합 재료로 이루어지는 나사산을 갖는 부재.
  5. 제4항에 있어서, 상기 볼트의 상기 나사축은, 축 본체와, 해당 축 본체의 외주면에 일체적으로 외부 끼움되는 나사통을 구비하고, 상기 수나사는 상기 나사통에 마련되어 있는, 탄소 섬유 강화 복합 재료로 이루어지는 나사산을 갖는 부재.
  6. 제1항에 있어서, 상기 탄소 섬유는, 상기 적어도 2개의 나사산에 지그재그상으로 매립되기 위해 필요한 섬유 길이를 갖는 탄소 장섬유인, 탄소 섬유 강화 복합 재료로 이루어지는 나사산을 갖는 부재.
  7. 제1항 또는 제6항에 있어서, 다수의 상기 탄소 섬유가 상기 나사산의 전체 둘레에 걸쳐서 분산 배치되어 있는, 탄소 섬유 강화 복합 재료로 이루어지는 나사산을 갖는 부재.
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7236725B2 (ja) * 2018-01-11 2023-03-10 株式会社タカイコーポレーション 繊維強化樹脂製ボルト製造方法及び繊維強化樹脂製ボルト
US11557529B2 (en) 2018-03-30 2023-01-17 Intel Corporation Mechanism combining fastener captivation and assembly tilt control for microprocessor thermal solutions
US11387163B2 (en) * 2018-03-30 2022-07-12 Intel Corporation Scalable debris-free socket loading mechanism
US11449111B2 (en) 2018-03-30 2022-09-20 Intel Corporation Scalable, high load, low stiffness, and small footprint loading mechanism
CN115353405B (zh) * 2022-09-19 2023-02-10 陕西美兰德炭素有限责任公司 一种高强度碳/碳紧固件的制备方法
CN115894048B (zh) * 2022-10-12 2023-09-26 安徽精亘机械科技有限公司 一种碳纤维与陶瓷结构化复合增强型螺栓
CN116572555A (zh) * 2023-05-30 2023-08-11 东莞市麦星匠碳纤维科技有限公司 热固性碳纤维增强型复合材料螺丝的制备方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR830008061A (ko) * 1981-12-03 1983-11-09 원본미기재 내부밴드를 갖는 너트
JPH05177727A (ja) * 1991-12-27 1993-07-20 Mikio Sakai 合成樹脂製ナット部材およびその製造方法
JPH07335453A (ja) * 1994-04-14 1995-12-22 Soshin Denki Kk ハウジング、ハウジング形成用金属薄板及び部品製造方法
JPH09229039A (ja) * 1996-02-23 1997-09-02 Senshin Zairyo Riyou Gas Jienereeta Kenkyusho:Kk 繊維強化ボルト
JPH09254266A (ja) 1996-03-24 1997-09-30 Railway Technical Res Inst 繊維強化樹脂材料製ボルト、及び繊維強化樹脂材料製ナット
JP2001289226A (ja) 2000-01-11 2001-10-19 Toyo Tanso Kk 炭素繊維強化炭素複合材料製ネジ
JP2015174248A (ja) * 2014-03-13 2015-10-05 アイシン高丘株式会社 複合構造体及びその製造方法
JP2016088073A (ja) 2014-11-04 2016-05-23 エフテックス有限会社 炭素繊維強化ポリエステル樹脂のボルトナットの製造方法
JP2017067129A (ja) 2015-09-29 2017-04-06 日本精工株式会社 ねじ軸、ナット、ボールねじ装置

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2549393A (en) * 1945-03-23 1951-04-17 Josephine M Siesel Fastening
US2762119A (en) * 1953-04-22 1956-09-11 John E Jackson Method of making a bolt anchor shield
JPS59147111A (ja) * 1983-02-10 1984-08-23 積水化学工業株式会社 合成樹脂製ボルトの製造方法
US4778637A (en) * 1984-06-18 1988-10-18 Tiodize Company, Inc, Method of forming a composite fastener
JPH074874B2 (ja) * 1988-04-12 1995-01-25 東レ株式会社 繊維強化複合材からなるネジ状成形体の製造方法
WO1991002906A1 (en) * 1989-08-23 1991-03-07 Textron Inc. Improved composite fastener and method and apparatus for making same
JPH0786367B2 (ja) * 1989-09-11 1995-09-20 フクビ化学工業株式会社 合成樹脂製締結部材
US5080547A (en) * 1990-03-30 1992-01-14 The B. F. Goodrich Company Triaxially braided composite nut and bolt
JPH04331811A (ja) * 1991-04-30 1992-11-19 Kawasaki Steel Corp Ｃ／ｃ製転造ねじおよびその製造方法
JP5177727B2 (ja) * 2000-12-20 2013-04-10 楯 広長 ネット広告システム
CN2729395Y (zh) * 2004-10-20 2005-09-28 孟庚平 高强耐腐内螺纹连接器
KR20100130286A (ko) * 2009-06-03 2010-12-13 에스케이케미칼주식회사 섬유강화수지 볼트 및 그 제조방법
DE102010036218A1 (de) * 2010-08-27 2012-03-01 Brandenburgische Technische Universität Cottbus Schichtelement aus strukturierten wabenförmigen Schichten
JP5959558B2 (ja) * 2014-03-13 2016-08-02 アイシン高丘株式会社 複合構造体及びその製造方法
JP2017003091A (ja) * 2015-06-15 2017-01-05 三星産業貿易株式会社 ねじ締結部品の製造方法
CN107127984A (zh) * 2017-05-25 2017-09-05 广州赛奥碳纤维技术有限公司 一种连续纤维增强热塑性树脂基复合材料制造工艺
CN116600729A (zh) * 2020-11-30 2023-08-15 北极生物材料有限公司 用于制造纤维增强制品的方法和设备

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR830008061A (ko) * 1981-12-03 1983-11-09 원본미기재 내부밴드를 갖는 너트
JPH05177727A (ja) * 1991-12-27 1993-07-20 Mikio Sakai 合成樹脂製ナット部材およびその製造方法
JPH07335453A (ja) * 1994-04-14 1995-12-22 Soshin Denki Kk ハウジング、ハウジング形成用金属薄板及び部品製造方法
JPH09229039A (ja) * 1996-02-23 1997-09-02 Senshin Zairyo Riyou Gas Jienereeta Kenkyusho:Kk 繊維強化ボルト
JPH09254266A (ja) 1996-03-24 1997-09-30 Railway Technical Res Inst 繊維強化樹脂材料製ボルト、及び繊維強化樹脂材料製ナット
JP2001289226A (ja) 2000-01-11 2001-10-19 Toyo Tanso Kk 炭素繊維強化炭素複合材料製ネジ
JP2015174248A (ja) * 2014-03-13 2015-10-05 アイシン高丘株式会社 複合構造体及びその製造方法
JP2016088073A (ja) 2014-11-04 2016-05-23 エフテックス有限会社 炭素繊維強化ポリエステル樹脂のボルトナットの製造方法
JP2017067129A (ja) 2015-09-29 2017-04-06 日本精工株式会社 ねじ軸、ナット、ボールねじ装置

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Publication number Publication date
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KR102647293B1 (ko) 2024-03-12
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WO2019117012A1 (ja) 2019-06-20
CN111448398A (zh) 2020-07-24

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