JPH0526219A - 熱硬化性樹脂コンポジツトボルト・ナツト - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 強度、剛性が高いと同時に、トルク強度、ト
ルク軸力の高いボルト・ナットを提供することにある。 【構成】 一方向に引き揃えた強化用繊維束の周囲に、
右ネジならば、左ネジ方向にネジった強化用長繊維を表
面に配し、未硬化状態で、右ネジ方向にネジリ、表面に
配された強化用長繊維を弛ませた後、捩子山を賦形させ
た後硬化させたことを特徴とするボルト・ナット。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一般産業分野、航空宇
宙分野、船舶分野、自動車分野、建築土木分野などに広
く使用されるボルト・ナットに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ボルト・ナットは、近代文明に必要不可
欠な機材として、主に金属製ボルト・ナットが使用され
ている。しかし、金属製ボルト・ナットは、重い、錆び
やすい等の欠点を持っており、繊維強化樹脂製のボルト
・ナットも提案されている。例えば、ネジ山に強化用長
繊維を充填するために、円柱部分のうち表面の鞘部分に
選択的に圧力をかけ、ネジ山に巧妙に充填することを提
案している。（例えば、特開平０１−２２２９１１号公
報）しかし、このような方法によれば、工程上複雑にな
るばかりでなく、円柱の芯部分も圧縮力をうけて、強化
用長繊維が歪むため、ネジが応力を受けたとき本来の強
度を示さない。更にボルト・ナットは本来回転させ（ト
ルク強度）、軸方向に移動させることによる応力（トル
ク軸力）によって締め付けを行うものであるので、ボル
ト自体の引張強度が必要以上高くても、実用上トルク軸
力の制限を受けて、その使用に大きな制約があり、一般
的普及に至っていない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】熱硬化性樹脂コンポジ
ットボルト・ナットにおいて、強化用繊維の強度を十分
に利用し、かつボルトおよびナットの引張強度と締め付
けのトルク軸力のバランスのとれた配向の熱硬化性樹脂
コンポジットボルト・ナットを提供するものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、ボル
トの軸芯部およびナットの枠部の軸方向強化用長繊維
が、ネジ進行方向に対して回転する方向３度以上４５度
以下の角度でねじられた状態で硬化していることを特徴
とする熱硬化性樹脂コンポジットボルト・ナットであ
る。

【０００５】また、ボルト・ナットのネジ山形成部分の
軸方向強化用長繊維の５０％以上が、少なくとも３度以
上８５度以下のねじりを与えて巻き、その後少なくとも
３度以上ねじり戻すことにより、たるみを与えて、ネジ
山を賦形させることを特徴とする熱硬化性樹脂コンポジ
ットボルト・ナットの製造方法である。本発明に用いら
れる強化用長繊維としては、炭素繊維、ガラス繊維、そ
の他の無機あるいは有機繊維等で成形温度でその強化用
長繊維の物性が失われない物であれば、何れの繊維でも
よいが製品の高機能を追求する場合には炭素繊維が物性
的に有利であり、また適している。

【０００６】本発明で用いられる熱硬化性樹脂は、賦形
温度において流動性を持ち、加熱処理後に硬化するもの
であればよく、一般的には、エポキシ樹脂、ウレタン樹
脂、ユリア樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、
ポリイミド樹脂、ビスマレイミド樹脂等が用いられる。
本発明で用いるプリプレグは市販されているものでよい
が、具体的に一例を示すと、強化用長繊維をシート状に
スキ間なく引揃え、その上に未硬化流動熱硬化性樹脂フ
ィルムを重ね、硬化しない温度、時間のもとで加熱、加
圧して、強化用長繊維中に含浸させたシート状のプリプ
レグが得られる。

【０００７】本発明のボルトの製造方法としては、例え
ばプリプレグを強化用長繊維がボルト軸方向になるよう
に巻いて、円柱状体を作製しその円柱状体に、長手方向
に強化用長繊維を配列したテープ状のプリプレグを軸方
向に３度以上８５度以下になるように巻き（図１の
）、その後少なくとも３度以上、テープの巻き方向と
逆の方向にねじって（図１の）、図２に示す金型に挿
入して、溶融、圧縮、冷却して成形（図１の）する。

【０００８】尚、成形時のねじりは、右ネジであれば、
右進行方向に、左ネジならば、左進行方向にねじって、
ボルト軸芯部および、ナット枠部の強化用長繊維を緊張
させた状態で成形することによりトルク強度が、大幅に
向上する。さらにネジ山形成部分は、強化用長繊維をあ
らかじめ右ネジならば左進行方向に逆に巻いておき、成
形時のねじりによってたるみが与えられるようにしてお
く。こうして、たるみを与えることで、ネジ山に強化用
長繊維が充填され、実質的なトルク強度、軸力が大幅に
向上する。

【０００９】前述のプリプレグを巻いた円柱状物をレジ
ントランスファーモールディング法、ストラクチュアル
レジンインジェクションモールディング法によりプリフ
ォームシートを円柱状にして金型内で賦形させた後、熱
硬化性樹脂を注入して硬化させ成形することもできる。
ナットのネジ部成形は、金属製ボルトに複合シートを強
化用長繊維が長手方向になるように切出したテープ状物
をネジ進行方向に対して回転する逆方向３度以上８５度
以下の角度になるように巻きつけて、ネジ形成部を構成
し、更にナット本体部を形成させ、ボルトと同様に３度
以上巻きほぐす方向に戻して、加熱、加圧硬化して成形
することが出来る。

【００１０】尚、本発明でいうボルトの軸芯部とは、ボ
ルトのネジ山部分の形成層を除いた軸のことをいう。さ
らに、本発明でいうナットの枠部とは、ナットのネジ山
部分の形成層を除いた枠のことをいう。本発明でいうね
じれの角度とは軸方向に配位置した強化用長繊維と軸方
向に直行する面とのなす角で現わす。

【００１１】

【実施例１】新旭化成カーボンファイバー（株）製のハ
イカーボロンプリプレグ（エポキシ樹脂１３０℃キュア
タイプ）シートから、右ネジのＭ１０×１５０Ｌの大き
さの全ネジボルト形状に合わせて切り出し、ボルトの軸
方向に炭素繊維が並ぶようにロール状に巻き、次いで、
上記シートを炭素繊維の方向に幅３ｍｍのテープ状に切
りだし、このテープを、このロールの表面に左ネジ方向
５度の角度で、螺旋状に巻き付けた。次に、この円柱状
の棒を右ネジ５度の方向にねじり、ボルト成形金型に挿
入して、圧縮、成形して取り出した。

【００１２】図１および、図２参照のこと。得られたボ
ルトは、ネジ山にも炭素繊維が充填されていることが断
面を顕微鏡観察することによって判った。

【００１３】

【実施例２】実施例１で得られたテープを、金属製の全
右ネジボルト（長さ６０ｃｍ）の表面に左ネジ方向５度
の角度で、螺旋状に巻き付けた。更に、実施例１と同様
にシートをロール状に巻いて円柱を作った後同じ様にね
じり、これを、六角柱を成形する金型に挿入して、成形
した。得られた六角柱を取りだし、金属製ボルトが、傷
付かないように円周方向に切りだし、右ネジ方向に捩じ
る事によって、ナットを取り出した。このナットの断面
もネジ山に炭素繊維が充填されていることが判った。

【００１４】

【比較例１】実施例１および２において、全てに角度を
つけず、ねじることなく成形してボルトおよびナットを
得た。これらの成形品断面を観察すると、ネジ山の部分
に炭素繊維が充填されていないのが観察された。得られ
たボルト・ナットの引っ張り強度、トルク強度、トルク
軸力について物性を調べてみた。尚、比較例におけるボ
ルト・ナットは、全て、ネジ山が破壊することによっ
て、測定出来なくなったので、参考例として、ネジ山に
充分充填された状態での強度がどのようになるかを、ネ
ジ山の部分を接着一体化させた状態で調べてみた。

【００１５】結果は表１に示す。

【００１６】

【表１】

【００１７】

【発明の効果】本発明の熱硬化性樹脂コンポジットボル
ト・ナットは、ネジ山の締め付け方向のトルク強度を高
くできるので、トルク軸力の高い、実用性に優れたボル
ト・ナットである。

【図面の簡単な説明】

【図１】プリプレグをロール状に巻き、ボルト軸芯部と
し、その周りにテープ状ヤーンに角度をつけて巻いた図
１の、 のプリフォーム全体に、ねじりを与えて、ネジ山形成
部分にたるみを与えたボルト成形用金型に挿入直前のプ
リフォーム図１の のプリフォームを図２のボルト成形用金型に挿入して
硬化させて成形したボルト

【図２】ボルトを成形するための金型

【符号の説明】

ア ボルトネジ山形成部分の強化用長繊維が軸方向とな
す角度 イ ボルト軸芯部分の強化用長繊維が軸方向となす角度

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 繊維強化熱硬化性樹脂よりなるボルト・
   ナットにおいて、ボルトの軸芯部およびナットの枠部の
   軸方向強化用長繊維が、ネジ進行方向に対して回転する
   方向３度以上４５度以下の角度でねじられた状態で硬化
   していることを特徴とする熱硬化性樹脂コンポジットボ
   ルト・ナット。
2. 【請求項２】 ボルト・ナットのネジ山形成部分の軸方
   向強化用長繊維の５０％以上が、少なくとも３度以上８
   ５度以下のねじりを与えて巻き、その後少なくとも３度
   以上ねじり戻すことにより、たるみを与えて、ネジ山を
   賦形させることを特徴とする熱硬化性樹脂コンポジット
   ボルト・ナットの製造方法。