JPH09229041A - 繊維強化ボルトの製造方法 - Google Patents
繊維強化ボルトの製造方法Info
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- JPH09229041A JPH09229041A JP3694296A JP3694296A JPH09229041A JP H09229041 A JPH09229041 A JP H09229041A JP 3694296 A JP3694296 A JP 3694296A JP 3694296 A JP3694296 A JP 3694296A JP H09229041 A JPH09229041 A JP H09229041A
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- winding
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 強化繊維の配向の設定を容易にし、ボルトの
全体強度を向上させるとともに、繊維強化ボルトの製作
性及び大量生産性を確保する。 【解決手段】 マトリックス材及び強化繊維の複合材料
からなる棒状体を半径内方向にプレス成形して繊維強化
ボルトを製造する技術に加えて、マトリックス材を含浸
させてなる線条体をマンドレルに供給して巻回する工程
と、巻回部分を溶着させながら円筒状の棒状体を固化形
成する工程と、プレスして外表面近傍の強化繊維に波形
状の変位を付与しながらねじ部を形成する工程とを有す
る技術が採用される。
全体強度を向上させるとともに、繊維強化ボルトの製作
性及び大量生産性を確保する。 【解決手段】 マトリックス材及び強化繊維の複合材料
からなる棒状体を半径内方向にプレス成形して繊維強化
ボルトを製造する技術に加えて、マトリックス材を含浸
させてなる線条体をマンドレルに供給して巻回する工程
と、巻回部分を溶着させながら円筒状の棒状体を固化形
成する工程と、プレスして外表面近傍の強化繊維に波形
状の変位を付与しながらねじ部を形成する工程とを有す
る技術が採用される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、繊維強化ボルトの
製造方法に関するものである。
製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】樹脂等のマトリックス材を、ガラス繊
維，アラミド繊維，炭素繊維等で強化したボルトは、軽
量，高強度，高耐熱性等の優れた特性を有しているた
め、宇宙航空産業等に好適であると考えられている。
維，アラミド繊維，炭素繊維等で強化したボルトは、軽
量，高強度，高耐熱性等の優れた特性を有しているた
め、宇宙航空産業等に好適であると考えられている。
【０００３】かかる強化繊維ボルトの技術例として、特
開平０７−０１９２２０号公報「繊維強化複合材料から
なるボルト用基材」が紹介されている。該技術例では、
強化繊維の配列方向に角度をつけたシートの積層物に、
マトリックスを含浸させて強化させ、得られた板状物を
切り出して角棒材を製作し、この角棒材を旋盤等で切削
加工して丸棒状のボルトを得ようとしている。
開平０７−０１９２２０号公報「繊維強化複合材料から
なるボルト用基材」が紹介されている。該技術例では、
強化繊維の配列方向に角度をつけたシートの積層物に、
マトリックスを含浸させて強化させ、得られた板状物を
切り出して角棒材を製作し、この角棒材を旋盤等で切削
加工して丸棒状のボルトを得ようとしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】前述のように、ボルト
を切削によって製造する技術であると、 １）ボルトが積層方向に剥がれ易く強度むらが大きくな
る。 ２）強化繊維が分断されることにより、ねじ山の切り出
し部分の強度が低下する。 等の解決すべき課題が残される。
を切削によって製造する技術であると、 １）ボルトが積層方向に剥がれ易く強度むらが大きくな
る。 ２）強化繊維が分断されることにより、ねじ山の切り出
し部分の強度が低下する。 等の解決すべき課題が残される。
【０００５】一方、本発明者等は、強化繊維入り複合材
からなる丸棒を、半径内方向にプレス加工してねじ部を
形成する研究を進め、ねじ部の強度を飛躍的に向上させ
得るようにした。本発明者等は、さらに研究を進め、ね
じ山の部分に沿って強化繊維を波形状に変化させながら
配向するようにすれば、ねじ部の強度が向上するという
知見を得た。
からなる丸棒を、半径内方向にプレス加工してねじ部を
形成する研究を進め、ねじ部の強度を飛躍的に向上させ
得るようにした。本発明者等は、さらに研究を進め、ね
じ山の部分に沿って強化繊維を波形状に変化させながら
配向するようにすれば、ねじ部の強度が向上するという
知見を得た。
【０００６】本発明は、これらの課題に鑑みてなされた
もので、以下の目的を達成しようとしている。 強化繊維の配向の設定を容易にすること。 ボルトの全体強度を向上させること。 特に細い径の繊維強化ボルトの製作性を高めること。 大量生産性を確保すること。
もので、以下の目的を達成しようとしている。 強化繊維の配向の設定を容易にすること。 ボルトの全体強度を向上させること。 特に細い径の繊維強化ボルトの製作性を高めること。 大量生産性を確保すること。
【０００７】
【課題を解決するための手段】マトリックス材及び強化
繊維の複合材料からなる棒状体を半径内方向にプレス成
形して繊維強化ボルトを製造する技術に加えて、マトリ
ックス材を含浸させてなる線条体をマンドレルに供給し
てフィラメントワインディング法を適用すること等によ
り巻回する工程と、該巻回部分を加熱して相互に溶着さ
せながら円筒状の棒状体を固化形成する工程と、棒状体
を半径内方向にプレスして外表面近傍の強化繊維に波形
状の変位を付与しかつねじ部を形成する工程とを有する
技術が採用される。強化繊維の配列方向は、線条体の幅
や螺旋ピッチによって設定され、線条体の螺旋方向は、
右巻き及び左巻きの両方について均等となる巻き付けが
なされるとともに、右巻き及び左巻きを交互に実施して
積層状態とすることが望ましい。中央部にあっては、マ
ンドレルを撤去することにより、中空穴が形成される。
繊維の複合材料からなる棒状体を半径内方向にプレス成
形して繊維強化ボルトを製造する技術に加えて、マトリ
ックス材を含浸させてなる線条体をマンドレルに供給し
てフィラメントワインディング法を適用すること等によ
り巻回する工程と、該巻回部分を加熱して相互に溶着さ
せながら円筒状の棒状体を固化形成する工程と、棒状体
を半径内方向にプレスして外表面近傍の強化繊維に波形
状の変位を付与しかつねじ部を形成する工程とを有する
技術が採用される。強化繊維の配列方向は、線条体の幅
や螺旋ピッチによって設定され、線条体の螺旋方向は、
右巻き及び左巻きの両方について均等となる巻き付けが
なされるとともに、右巻き及び左巻きを交互に実施して
積層状態とすることが望ましい。中央部にあっては、マ
ンドレルを撤去することにより、中空穴が形成される。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る繊維強化ボル
トの製造方法の一実施形態について、図１及び図２に基
づいて説明する。
トの製造方法の一実施形態について、図１及び図２に基
づいて説明する。
【０００９】図１において、符号１は回転駆動源、２は
マンドレル、３は複合材料供給手段、４は線条体、５は
巻付ピッチ設定手段、６はトラバース装置、７は不活性
ガス供給手段、８は加熱手段、９は整形手段を示してい
る。
マンドレル、３は複合材料供給手段、４は線条体、５は
巻付ピッチ設定手段、６はトラバース装置、７は不活性
ガス供給手段、８は加熱手段、９は整形手段を示してい
る。
【００１０】以下、本発明に係る繊維強化ボルトの製造
方法について、工程の実施に使用される機器や材料を引
用しながら説明する。
方法について、工程の実施に使用される機器や材料を引
用しながら説明する。
【００１１】前記回転駆動源１は、例えばサーボモータ
やステッピングモータ等が適用され、所望直径の例えば
直径が２ｍｍ程度の金属製丸棒等からなるマンドレル２
を回転させることにより、複合材料供給手段３の部分に
予め貯留しておいたテープ状等の線条体４を繰り出し
て、マンドレル２に螺旋状態にかつ積層状態に巻回す
る。
やステッピングモータ等が適用され、所望直径の例えば
直径が２ｍｍ程度の金属製丸棒等からなるマンドレル２
を回転させることにより、複合材料供給手段３の部分に
予め貯留しておいたテープ状等の線条体４を繰り出し
て、マンドレル２に螺旋状態にかつ積層状態に巻回す
る。
【００１２】該線条体４にあっては、マトリックス材及
び強化繊維の複合材料からなるプリプレグ材等であり、
マトリックス材としては、ポリカーボネート，ポリエー
テルイミド等の熱可塑性樹脂が好適であり、該マトリッ
クス材と組み合わせられる強化繊維１ｂとしては、前述
したガラス繊維，アラミド繊維，炭素繊維等が好適であ
る。線条体４に介在させる強化繊維の配列方向は、マン
ドレル２への巻き方向を勘案して設定されるが、例えば
±１５度，±３０度，±４５度の組み合わせ等が選択さ
れる。
び強化繊維の複合材料からなるプリプレグ材等であり、
マトリックス材としては、ポリカーボネート，ポリエー
テルイミド等の熱可塑性樹脂が好適であり、該マトリッ
クス材と組み合わせられる強化繊維１ｂとしては、前述
したガラス繊維，アラミド繊維，炭素繊維等が好適であ
る。線条体４に介在させる強化繊維の配列方向は、マン
ドレル２への巻き方向を勘案して設定されるが、例えば
±１５度，±３０度，±４５度の組み合わせ等が選択さ
れる。
【００１３】線条体４の巻回角度は、電動モータ等の回
転力を巻付ピッチ設定手段５からトラバース装置６に伝
達し、線条体４における巻回量に応じて線条体４をマン
ドレル２の軸方向に平行移動させ、その際の移動速度を
線条体４の供給量と対応させて調整することにより設定
される。また、トラバース装置６は、図１の矢印で示す
ような往復移動により、線条体４の往復移動を生じさせ
て、線条体４の右巻き及び左巻きの切り替えを行ない、
交互に巻回方向を変えながら積層状態の巻回を行なうも
のとする。
転力を巻付ピッチ設定手段５からトラバース装置６に伝
達し、線条体４における巻回量に応じて線条体４をマン
ドレル２の軸方向に平行移動させ、その際の移動速度を
線条体４の供給量と対応させて調整することにより設定
される。また、トラバース装置６は、図１の矢印で示す
ような往復移動により、線条体４の往復移動を生じさせ
て、線条体４の右巻き及び左巻きの切り替えを行ない、
交互に巻回方向を変えながら積層状態の巻回を行なうも
のとする。
【００１４】線条体４にあっては、フィラメントワイン
ディング法を適用すること等により、巻回によって生じ
た積層部分の一体化がなされる。巻回箇所には、不活性
ガス供給手段７から供給される窒素ガスやアルゴンガス
等の不活性ガスを、電気ヒータやプラズマトーチ等の加
熱手段８を経由させることにより加温を行なって、高温
ガス状態としたものが噴射される。加熱手段８のトーチ
部８ａからの高温ガスの噴射により、線条体４が加熱さ
れると、巻回された部分のマトリックス材が溶解させら
れた状態となり、整形手段９の押圧ローラ９ａを、スプ
リング９ｂの弾発力により線条体４の巻回箇所に押し付
け、溶融状態のマトリックス材の平坦化，残留気泡の除
去等の整形を行なう。。その後、整形箇所が、巻回位置
のずれとともに自然冷却されて、マトリックス材が相互
に一体的に溶着した固化状態となる。なお、整形手段９
にあっては、押圧ローラ９ａとスプリング９ｂとからな
る構造に限定されないが、押圧ローラ９ａの表面は、非
溶着性に優れた４フッ化樹脂等とすることが望ましい。
ディング法を適用すること等により、巻回によって生じ
た積層部分の一体化がなされる。巻回箇所には、不活性
ガス供給手段７から供給される窒素ガスやアルゴンガス
等の不活性ガスを、電気ヒータやプラズマトーチ等の加
熱手段８を経由させることにより加温を行なって、高温
ガス状態としたものが噴射される。加熱手段８のトーチ
部８ａからの高温ガスの噴射により、線条体４が加熱さ
れると、巻回された部分のマトリックス材が溶解させら
れた状態となり、整形手段９の押圧ローラ９ａを、スプ
リング９ｂの弾発力により線条体４の巻回箇所に押し付
け、溶融状態のマトリックス材の平坦化，残留気泡の除
去等の整形を行なう。。その後、整形箇所が、巻回位置
のずれとともに自然冷却されて、マトリックス材が相互
に一体的に溶着した固化状態となる。なお、整形手段９
にあっては、押圧ローラ９ａとスプリング９ｂとからな
る構造に限定されないが、押圧ローラ９ａの表面は、非
溶着性に優れた４フッ化樹脂等とすることが望ましい。
【００１５】このような線条体４の供給，巻回，溶着を
繰り返して、マンドレル２の上に所望厚さの複合材料を
積層させて、丸棒状の棒状体（第１基材）Ｘを製作す
る。
繰り返して、マンドレル２の上に所望厚さの複合材料を
積層させて、丸棒状の棒状体（第１基材）Ｘを製作す
る。
【００１６】次に、棒状体（第１基材）Ｘを半径内方向
にプレスして、図２に示すように、ねじ部Ｓを形成す
る。この際に、線条体４とともに巻回された強化繊維
は、ねじ部Ｓにおけるねじ山形状に倣って、ボルトの軸
方向について波形状の変位が付与されるとともに、巻回
時にボルトの軸方向に対して角度を持つように配向され
るために、成形時の引っ張り力により切断されることが
なく、かつ、ねじ山の形状に倣ってねじ部Ｓの表面近く
に埋設状態に配され、これらにより第２基材が製作され
る。
にプレスして、図２に示すように、ねじ部Ｓを形成す
る。この際に、線条体４とともに巻回された強化繊維
は、ねじ部Ｓにおけるねじ山形状に倣って、ボルトの軸
方向について波形状の変位が付与されるとともに、巻回
時にボルトの軸方向に対して角度を持つように配向され
るために、成形時の引っ張り力により切断されることが
なく、かつ、ねじ山の形状に倣ってねじ部Ｓの表面近く
に埋設状態に配され、これらにより第２基材が製作され
る。
【００１７】第２基材にあっては、ねじ部Ｓの成形後
に、中心部のマンドレル２を引き抜き撤去することによ
り、中心部に中空穴Ｃが形成された繊維強化ボルトＢが
製作される。該繊維強化ボルトＢにおける中空穴Ｃは、
そのままの状態、あるいはマトリックス材と同質等の適
宜樹脂が充填され、そして、必要に応じて、巻回部分の
マトリックス材の溶着及び一体化を促進させるための熱
処理が付加され、安定状態の繊維強化ボルトＢが完成す
る。
に、中心部のマンドレル２を引き抜き撤去することによ
り、中心部に中空穴Ｃが形成された繊維強化ボルトＢが
製作される。該繊維強化ボルトＢにおける中空穴Ｃは、
そのままの状態、あるいはマトリックス材と同質等の適
宜樹脂が充填され、そして、必要に応じて、巻回部分の
マトリックス材の溶着及び一体化を促進させるための熱
処理が付加され、安定状態の繊維強化ボルトＢが完成す
る。
【００１８】
【発明の効果】本発明に係る繊維強化ボルトの製造方法
によれば、以下のような効果を奏する。 （１） 線条体をマンドレルに供給して巻回し、螺旋巻
きのピッチや線条体の幅を設定することにより、強化繊
維の配向の設定を容易に行なうことができる。 （２） 線条体を巻回して積層し、これを半径内方向に
プレス成形することにより、ねじ部に加えてボルトの全
体強度を向上させることができる。 （３） マトリックス材を含浸させてなる線条体をマン
ドレルに供給して巻回することにより、特に細い径の繊
維強化ボルトの製作性を高めることができる。 （４） 線条体を連続供給して巻回しながら溶着させる
ことにより、大量生産性を確保することができる。 （５） 線条体を右巻き及び左巻きの両方について均等
となる巻き付けを行なうことにより、品質を安定させる
ことができる。
によれば、以下のような効果を奏する。 （１） 線条体をマンドレルに供給して巻回し、螺旋巻
きのピッチや線条体の幅を設定することにより、強化繊
維の配向の設定を容易に行なうことができる。 （２） 線条体を巻回して積層し、これを半径内方向に
プレス成形することにより、ねじ部に加えてボルトの全
体強度を向上させることができる。 （３） マトリックス材を含浸させてなる線条体をマン
ドレルに供給して巻回することにより、特に細い径の繊
維強化ボルトの製作性を高めることができる。 （４） 線条体を連続供給して巻回しながら溶着させる
ことにより、大量生産性を確保することができる。 （５） 線条体を右巻き及び左巻きの両方について均等
となる巻き付けを行なうことにより、品質を安定させる
ことができる。
【図１】本発明に係る繊維強化ボルトの製造方法の実施
状況を示す結線図である。
状況を示す結線図である。
【図２】本発明に係る繊維強化ボルトの製造方法により
製作された繊維強化ボルトの例を示す正面図である。
製作された繊維強化ボルトの例を示す正面図である。
１ 回転駆動源 ２ マンドレル ３ 複合材料供給手段 ４ 線条体 ５ 巻付ピッチ設定手段 ６ トラバース装置 ７ 不活性ガス供給手段 ８ 加熱手段 ８ａ トーチ部 ９ 整形手段 ９ａ 押圧ローラ ９ｂ スプリング Ｘ 棒状体（第１基材） Ｂ 繊維強化ボルト Ｓ ねじ部 Ｃ 中空穴
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 表 大志 東京都西多摩郡瑞穂町殿ケ谷229番地 石 川島播磨重工業株式会社瑞穂工場内株式会 社先進材料利用ガスジェネレータ研究所瑞 穂分室内 (72)発明者 鈴木 敏之 神奈川県藤沢市片瀬１−１−１ ミネベア 株式会社藤沢製作所内株式会社先進材料利 用ガスジェネレータ研究所片瀬分室内 (72)発明者 長谷川 拓夫 神奈川県藤沢市片瀬１−１−１ ミネベア 株式会社藤沢製作所内株式会社先進材料利 用ガスジェネレータ研究所片瀬分室内 (72)発明者 田村 誠 山口県宇部市大字小串1978−５ 宇部興産 株式会社宇部研究所内株式会社先進材料利 用ガスジェネレータ研究所宇部分室内 (72)発明者 佐藤 光彦 山口県宇部市大字小串1978−５ 宇部興産 株式会社宇部研究所内株式会社先進材料利 用ガスジェネレータ研究所宇部分室内
Claims (3)
- 【請求項１】 マトリックス材及び強化繊維の複合材料
からなる棒状体（Ｘ）を半径内方向にプレス成形して繊
維強化ボルトを製造する方法であって、マトリックス材
を含浸させてなる線条体（４）をマンドレル（２）に供
給して巻回する工程と、該巻回部分を加熱して相互に溶
着させながら円筒状の棒状体を固化形成する工程と、棒
状体を半径内方向にプレスして外表面近傍の強化繊維に
波形状の変位を付与しかつねじ部を形成する工程とを有
することを特徴とする繊維強化ボルトの製造方法。 - 【請求項２】 強化繊維の配列方向を、線条体（４）の
幅や螺旋ピッチによって設定することを特徴とする請求
項１記載の繊維強化ボルトの製造方法。 - 【請求項３】 線条体（４）の螺旋方向を、右巻き及び
左巻きの両方均等とすることを特徴とする請求項１また
は２記載の繊維強化ボルトの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3694296A JPH09229041A (ja) | 1996-02-23 | 1996-02-23 | 繊維強化ボルトの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3694296A JPH09229041A (ja) | 1996-02-23 | 1996-02-23 | 繊維強化ボルトの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09229041A true JPH09229041A (ja) | 1997-09-02 |
Family
ID=12483813
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3694296A Withdrawn JPH09229041A (ja) | 1996-02-23 | 1996-02-23 | 繊維強化ボルトの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09229041A (ja) |
-
1996
- 1996-02-23 JP JP3694296A patent/JPH09229041A/ja not_active Withdrawn
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20030506 |