具有由碳纖維強化復合材料構成的螺紋牙的構件制造技術

本發明專利技術提供一種具有由強度優異的碳纖維強化復合材料構成的螺紋牙的構件。該構件形成為如下結構：在縱截面處，在至少兩個螺紋牙的范圍內沿軸向延伸的碳纖維以沿著至少兩個螺紋牙的縱截面處的表面形狀的方式呈鋸齒狀埋入至少兩個螺紋牙內。優選地，構件是螺母，通過將上述結構埋入螺母的內螺紋的螺紋牙內，能夠提供輕量并且強度優異的螺母。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】具有由碳纖維強化復合材料構成的螺紋牙的構件
本專利技術涉及具有由碳纖維強化塑料、碳纖維強化碳復合材料等碳纖維強化復合材料構成的螺紋牙的構件，例如涉及碳纖維強化塑料制螺母。
技術介紹
在外周面形成有螺紋牙的螺栓以及在內周面形成有螺紋牙的螺母在多種多樣的結構物中被用于緊固連結用途。在要求強度以及耐久性的用途下，使用不銹鋼等金屬制的螺栓、螺母。金屬制的螺栓、螺母由于重量比較大，因此在要求輕量化的用途并且對強度以及耐久性要求水平低的用途下，使用塑料制的螺栓、螺母。近年來，碳纖維強化復合材料作為輕量并且還具有與金屬同等的強度的原料而受到關注，也進行了對具有螺紋牙的螺栓、螺母等構件的應用研究，并在下述的專利文獻1～4中公開。現有技術文獻專利文獻專利文獻1：日本特開平9-254266號公報專利文獻2：日本特開2001-289226號公報專利文獻3：日本特開2016-88073號公報專利文獻4：日本特開2017-67129號公報
技術實現思路
專利技術所要解決的課題上述專利文獻1的圖1所例示的螺栓像該文獻的第0025～0027段所記載的那樣，對將多根長碳纖維以沿軸向并齊的狀態埋入基質(matrix)內而成的軸部原料進行加熱固化，然后使用車床等對軸部外周車削加工出螺紋牙而成。因此，在軸向上相鄰的螺紋牙內的碳纖維由于車削而斷開，導致在向螺紋牙作用軸向應力時，螺紋牙容易受到破壞。另外，在專利文獻1的第0028段中還公開了如下方法：準備預先使基質浸漬到與螺栓軸部相同長度的強化纖維而成的材料，將它們捆扎成圓棒狀，并于在內表面形成有外螺紋的砂箱之中進行加熱壓縮，從而形成螺栓軸部。然而，如果由該制造方法形成螺栓軸部，則如圖11所示，在利用砂箱向徑向內側壓縮時，只有基質向外周側滲出，因此在螺紋牙內不存在強化纖維，螺紋牙不會被加強。因此，在向螺紋牙作用軸向應力時，螺紋牙依然容易受到破壞。專利文獻2公開了如下方法：層疊多張向碳纖維的平紋織物涂覆酚醛樹脂而成的預浸料件(Prepreg)，并經由加熱壓縮工序以及燒成工序而成形出2D的C/C件，并對該C/C件施以螺紋加工，從而制造出全螺紋螺栓。在該制造方法中，也通過對C/C件的外周面進行機械加工而成形出螺紋牙，因此，由于通過機械加工而被切除，從而在軸向上相鄰的螺紋牙內部的碳纖維斷開。專利文獻3公開了如下方法：使用含有短碳纖維或者長碳纖維的顆粒作為原材料而注射成形出圓棒，并在該圓棒的外周面或者內周面車削加工出螺紋牙，從而制造出螺栓或者螺母。在該制造方法中，也可以認為在軸向上相鄰的螺紋牙內部的碳纖維由于車削而斷開。專利文獻4公開了沿著螺紋槽將碳纖維卷繞成螺旋狀的碳纖維強化塑料制的螺栓以及螺母。在該螺栓以及螺母中，作用于螺紋牙的、較大的軸向應力的方向與碳纖維的纖維方向大致正交，因此無法通過碳纖維來加強螺紋牙。本專利技術的目的在于，提出一種能夠通過碳纖維來加強螺紋牙的新型碳纖維的埋入結構，由此飛躍性改善至少螺紋牙由碳纖維強化復合材料構成的螺母以及螺栓的強度。用于解決課題的方案本專利技術為了達成上述目的而采取了以下的技術手段。即，本專利技術是具有由碳纖維強化復合材料構成的螺紋牙的構件，其特征在于，在縱截面處，在至少兩個螺紋牙的范圍內沿著軸向延伸的碳纖維以沿著所述至少兩個螺紋牙的縱截面中的表面形狀的方式呈鋸齒狀埋入所述至少兩個螺紋牙內。在本專利技術中，在碳纖維強化復合材料中包括碳纖維強化塑料以及碳纖維強化碳復合材料(以下叫做“C/C復合材料”。)。作為強化纖維的碳纖維優選為遍及構件的形成有螺紋牙的范圍內的全長的連續碳纖維，但也可以是在形成有螺紋牙的局部范圍內沿軸向延伸的長碳纖維。作為碳纖維強化復合材料的基質的塑料優選為熱固性塑料，但也可以是熱塑性塑料。由C/C復合材料構成的螺紋牙可以通過如下方法制造：在成形出碳纖維強化塑料制的螺紋牙后，在非活性氣氛中對其進行熱處理，由此使基質的塑料炭化；該螺紋牙也可以通過其他適當的制造方法來制造。本專利技術的特征是針對螺紋牙的碳纖維的埋入結構，而對于基質，可以通過現在公知的以及將來要開發出的制造方法成形。另外，本專利技術只要至少螺紋牙具備上述特征即可，構件的主體的材質、結構可以適當選擇。例如，構件的主體也可以是由短碳纖維強化過的碳纖維強化塑料的注射成形品，還可以利用不含有強化纖維的通常的塑料、金屬成形出構件主體。另外，“以沿著所述至少兩個螺紋牙的縱截面處的表面形狀的方式呈鋸齒狀埋入所述至少兩個螺紋牙內”是指碳纖維本身也以形成至少兩個牙的方式彎曲成鋸齒狀，通過該結構，于縱截面處在軸向上相鄰的螺紋牙間通過上述碳纖維加強，從而能夠大大改善螺紋牙的強度。需要說明的是，本專利技術的螺紋牙既可以是一條螺紋，也可以是兩條螺紋，還可以是三條以上的多條螺紋。上述構件典型地為螺母。本專利技術的螺母具有螺紋孔，該螺紋孔在內周面具有由所述螺紋牙形成的內螺紋，所述碳纖維優選為在所述內螺紋的大致軸向全長的范圍內連續的連續纖維。該具有由碳纖維強化復合材料構成的螺紋牙的螺母實現了輕量化并且強度也優異，從而能夠適當地用于謀求輕量化并且還需要強度的各種領域，例如，航空器、宇宙開發領域；機動車、摩托車、鐵路；以及各種固定結構物。優選地，上述螺母具備：螺母主體，其具有安裝孔；以及螺紋筒，其一體地嵌合于該螺母主體的所述安裝孔，所述內螺紋設置于所述螺紋筒。根據該結構，螺母主體能夠以比較低的價格成形，能夠減少作為螺母整體的成本并且改善螺紋牙的強度。上述構件也可以是螺栓。優選地，本專利技術的螺栓具有螺紋軸，所述螺紋軸在外周面具有由所述螺紋牙形成的外螺紋，所述碳纖維是在所述外螺紋的大致軸向全長的范圍內連續的連續纖維。也可以是，上述螺栓的螺紋軸具備：軸主體；以及螺紋筒，所述螺紋筒一體地外嵌于該軸主體的外周面，所述外螺紋設置于所述螺紋筒。需要說明的是，上述碳纖維可以是具有為了呈鋸齒狀埋入所述至少兩個螺紋牙內所需要的纖維長度的長碳纖維。另外，優選地，多根所述碳纖維在所述螺紋牙的整周的范圍內分散配置。作為本專利技術的構件，可以典型地例示螺母以及螺栓，但也可以是任何具有螺紋孔或者螺紋軸的構件，還可以是建筑物和其他固定結構物的結構件或者構成機動車、飛機的主體、框架的部件。附圖說明圖1是本專利技術的一實施方式的螺母的局部剖視立體圖。圖2是該螺母的中間制造物的局部剖視立體圖。圖3是該螺母的中間制造物的局部剖視立體圖。圖4是制造一實施例的螺紋筒的沖壓加工裝置的簡要剖視圖。圖5是由該沖壓加工裝置進行的沖壓工序的簡要剖視圖。圖6是由該沖壓加工裝置加工而得到的波形板件的立體圖。圖7通過使波形板件彎曲而得到的螺紋筒的立體圖。圖8是示出將另一實施例的螺紋筒壓入螺母主體內的工序的立體圖。圖9是示出該螺紋筒的制造工序的剖視圖。圖10是示出將本專利技術應用于防松特殊雙螺母的例子的剖視圖。圖11是用于說明由以往的制造本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種具有由碳纖維強化復合材料構成的螺紋牙的構件，其中，/n在縱截面處，在至少兩個螺紋牙的范圍內沿軸向延伸的碳纖維以沿著所述至少兩個螺紋牙的縱截面處的表面形狀的方式呈鋸齒狀埋入所述至少兩個螺紋牙內。/n

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】20171212 JP 2017-2374621.一種具有由碳纖維強化復合材料構成的螺紋牙的構件，其中，
在縱截面處，在至少兩個螺紋牙的范圍內沿軸向延伸的碳纖維以沿著所述至少兩個螺紋牙的縱截面處的表面形狀的方式呈鋸齒狀埋入所述至少兩個螺紋牙內。


2.根據權利要求1所述的具有由碳纖維強化復合材料構成的螺紋牙的構件，其中，
所述構件是螺母，該螺母具有螺紋孔，所述螺紋孔在內周面具有由所述螺紋牙形成的內螺紋，所述碳纖維是在所述內螺紋的大致軸向全長的范圍內連續的連續纖維。


3.根據權利要求2所述的具有由碳纖維強化復合材料構成的螺紋牙的構件，其中，
所述螺母具備：螺母主體，其具有安裝孔；以及螺紋筒，其一體地嵌合于該螺母主體的所述安裝孔，所述內螺紋設置于所述螺紋筒。


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【專利技術屬性】
技術研發人員：若林克彥，
申請(專利權)人：哈得螺克工業株式會社，
類型：發明
國別省市：日本;JP