(57)【要約】      （修正有）【課題】２以上の部分品を係合する場合、通常の材料を用いた係合材料では弾力性が小さく、また曲げ破断伸びが小さいので、曲げ応力を与えると破断してしまう。【解決手段】部分品Ｆ、Ｇが溶接困難な材料の場合、その係合Ａには、係合材料の弾力性を利用する方法が最適である。この場合、係合材料の一部に、一時的にせよ弾性伸びを生じる必要がある。弾力性を利用する為に撓ませようとすると、一般にセラミック、カーボンの破断伸びは１％以下であり、撓みの引張側で破断が生じる。一般にセラミック、あるいはカーボンの圧縮強度は引張強度の数倍程度はあるので、引張側についてのみ考慮すればよい。引張応力を受ける部分の破断伸びを増加し、引張破断が起きなくする必要がある。このためには、引張応力の加わる部分を高強度・高弾性率の繊維で強化するのが有効な手段である。圧縮強度の小さい材料では、圧縮応力の加わる側を繊維で強化するのは当然である。【選択図】図１
2016080157.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
棒状係合具において、棒の両端に棒の直径より大きな端部を持ち、その一端に棒の長手方向と平行にスリットを設けた構造を持ち、弾力性によってスリットのある一端の最大径を棒の径中心方向に加えた応力によって棒の直径まで縮め、また応力解除によって元の直径に復する構造を持つ棒状係合具であり、棒状係合具に加わる応力方向に高強度・高弾性率繊維を配向させた複合材料を用いることを特徴とする係合具
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、複数の部材を係合するための、弾力性を利用した係合具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  現在の技術の広がりにおいて、たとえば、熱処理炉内における機器のように１０００℃以上で用いることが要求される場合が多くなっている。従来、このような機器には耐熱鋼を用いていたが、重量が大きく操作性が悪いこと、熱容量が大きく、機器の加熱に無駄なエネルギーを消費すること、加熱・冷却の繰り返しの使用によって変形が起こり、使用できなくなることなどが問題であった。【０００３】  そこで、このような場所に炭素繊維強化炭素複合材料（Ｃａｒｂｏｎ  Ｆｉｂｅｒ  Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  Ｃａｒｂｏｎ、以下Ｃ／Ｃと記す）を適用することが試みられている。しかし、この材料では大型の製品を一体成型することが困難であり、２以上の部分品を係合することが必要となる。【０００４】  部品の組み合わせが永久的な場合、使用温度に合わせて、接着、融着、ろう接、溶接などの技術で結合される。接着技術は常温近傍では有用な技術であるが、有機物を用いた接着は３００℃を超える高温での使用が困難である。また、高温用の接着技術として、セラミック系の接着剤を用いる手法があるが、接着強度は数十ＭＰａ程度しかなく、一般に要求される１００ＭＰａ以上には不十分である。ろう接や溶接の技術を用いることのできる製品は、主として金属であり、セラミックスやＣ／Ｃには適用できない。【０００５】  また、２以上の部分品の組み合わせで構成されている製品を保守などのため着脱・分解する必要がある場合には、それらの係合のためには、螺子止めや、部分品の弾力性を利用した嵌合などの技術が用いられている。部分品の弾力性を利用した嵌合などの技術においては、プラスチック製、あるいは金属製のピンなどの固定部品が用いられている。しかし、プラスチックは高温になると急速に弾力性を喪失し、耐熱性の高い熱可塑性プラスチックでも、２００℃以上では使用できない。また、鋼などのピンでは、鋼種によるが、再結晶温度である６００〜８００℃を超えると、その弾力性が失われる。
従って、１０００℃以上の温度で用いる機器の組み立てには、その係合具として耐熱合金、セラミック、またはカーボンを用いる必要がある。
係合の手法として、螺子止めを用いる場合、螺子の材料として耐熱合金を用いても１０００℃以上の高温では強度の低下が著しい。また、螺子を用いると、螺子には引っ張り応力が加えられ、螺子の谷部に応力集中が起きる。したがって、十分な強度を持たせるためには、大きな係合具を必要とする。すなわち、本体のＣ／Ｃに係合具を挿入するための大きな穴をあける必要があり、本体部分のＣ／Ｃの強度低下が懸念される。また、螺子を用いた場合、作業環境によっては螺子が緩む懸念がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】  以上の問題を解決するためには、係合材料の弾力性を利用する方法が最適である。構造の一例を挙げると、図１に例示するように、棒状係合具において、棒の両端に棒の直径より大きな端部を持たせ抜け止めとする。その棒の一端に長手方向と平行にスリットを設けた構造とする。そのスリット部は、図２に示すように弾力性によってスリットのある一端の最大径を棒の中心方向に加えた応力によって棒の直径まで縮めることができ、応力解除によって  元の直径に復することができる。
この場合、係合材料の一部に、一時的にせよ弾性伸びを生じる必要がある。しかし、一般にセラミック、カーボンの破断伸びは１％以下であり、必要とする弾性伸びが発生する前に破断が起こる。すなわち、弾力性を利用する為に撓ませようとすると、撓みの引張側で破断が生じる。一般にセラミック、あるいはカーボンの圧縮強度は引張強度の数倍程度はあるので、引張側についてのみ考慮すればよい。すなわち、引張応力を受ける部分の破断伸びを増加し、引張破断が起きなくする必要がある。このためには、引張応力の加わる部分を高強度・高弾性率の繊維で強化するのが有効な手段である。
【０００７】  繊維強化複合材料の弾性率、強度は、周知の複合則であらわされる。
すなわち、一方向に長繊維が配向した複合材料において
2016080157.tif 000003
ここに、Ｅ：弾性率、σ：強度、Ｖ：繊維の体積含有率、
添え字  ｃ：複合材料、ｆ：繊維、ｍ：母材
2016080157.tif 000004
この式に従い、主として材料の引張側に繊維を配置することにより、弾力性を付与させ、安定な係合具とすることができる。すなわち、繊維の配向は係合具に加えられる応力方向にそろえる。また、応力方向が２以上の場合は、それぞれの方向に配向する。繊維の含有率は、係合具に印加される応力方向に必要とされる強度・弾性率によって決定する。応力方向が２以上の場合は、それぞれの方向に必要な強度・弾性率となるように繊維を含有させる。
【０００８】  カーボン母材の場合、強化繊維として使用可能なものは、高強度・高弾性率のカーボン繊維である。
【０００９】  なお、同様の手法は、カーボン母材のみでなく、プラスチック母材、あるいはセラミック母材にも適用可能であることはいうまでもない。母材がプラスチックの場合は、強化繊維として有機繊維、ガラス繊維、金属繊維、炭素繊維、セラミック繊維を用いることができる。また、母材がセラミックの場合は、金属繊維、セラミック繊維を用いることができる。この場合、複合材料の種類によっては圧縮に対する強度が小さく、座屈を起こす場合がある。したがって、この場合には圧縮される部分を強化する。
【実施例】
【００１０】  図１に示すのは、実施例である。この例では、１５ｍｍ厚さのＣ／Ｃ製の板を２枚合わせた状態で、１本の係合具で固定している。この係合具は、炭素繊維強化炭素複合材料（Ｃ／Ｃ）で出来ており、その特性は、繊維配向が０°／９０°、繊維含有率は４５％、曲げ弾性率は２７ＧＰａ、曲げ強度は１３０ＭＰである。
この係合具の形状は、図１に例示するように、太さ６ｍｍ、全長４０ｍｍであり、一端に直径１０ｍｍ、厚さ５ｍｍの頭部を設け、他端には固定のための円錐状部を設けてある。この円錐状部は、長さが５ｍｍで、先端の細い部分の直径が６ｍｍ、太い部分の直径が７ｍｍとなっている。この円錐状部は、本体の穴に挿入するために先端が細くなっており、他端は本体の穴に挿入後に抜け落ちるのを防止する為に穴径よりも太くなっている。また、係合具の円錐部の部分から十文字に幅１ｍｍ、長さ２０ｍｍのスリットを設けてある。このスリットは、図２に例示するように係合具の中心方向に力を加えると先端がすぼまり、円錐部を本体の穴に通すことができる。通常の炭素材料では、このような撓みを与えると、曲がり部分で折れてしまう。しかし、本発明の複合材料では、円錐部が本体の穴を通り抜けると、円錐部は弾力性で元の大きさに戻る。このようにして円錐部が穴の縁に引っかかって抜けなくなり、本体のＣ／Ｃ板は固定される。
また、係合の解除が必要な場合には、図１のＥ部に周囲から力を加えることにより図２の状態にすることができ、係合を解除することができる。
なお、直径の大きな係合具の場合、上記の方法で曲げ破断までの撓みが不十分な場合は、棒状係合部の中心を除去することにより、撓み量を確保することができる。また、例示した十文字で四つ割のスリット以上、例えば六つ割、八つ割あるいはそれ以上の多くのスリット設けることにより、許容撓み量を増加することもできる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】  ２以上の部分品を係合する場合、通常の材料を用いた係合材料では弾力性が小さく、また曲げ破断伸びが小さいので、曲げ応力を与えると破断してしまう。
【発明が解決するための手段】
【００１３】  簡易な方法で２以上の部分品を容易に係合、または係合解除できる構造とするために、割りピンの伸び部に弾力性、および破断伸びの大きな繊維を付与した複合材料とする。
【発明の効果】
【００１４】  応力の加わる部分に強化繊維を付与することにより、曲げ弾性率、破断応力および曲げ撓み量を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】  本発明になる複合材料係具は、図１に例示する構造を持つ。図１では、２枚の板（Ｆ，Ｇ）を係合している。
図２は、２枚の板を係合する過程を示す。スリットを持つ係合具の先端は係合される板に開けた穴を通過するときにすぼまり、通過できる。通過が完了すると係合具の弾力性により図１の形状に戻り、２枚の板が係合される。
【符号の説明】
【００１６】図１：本発明になる複合材料性係合具にて２枚の板を係合した図．
図２：本発明になる複合材料が、重ね合わせた２枚の板に貫通した穴を通過するところであり．この過程ではスリット先端部がすぼまり、穴径より小さくなっている．
Ａ：当該複合材料ピン，Ｂ：スリット，Ｃ：主として繊維で強化する部分（点線で記載），Ｄ：円柱端部，Ｅ：円錐端部，Ｆ：係合される板（１），Ｇ：係合される板（２）
【図１】
2016080157.tif 000005
【図２】
2016080157.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成26年12月3日(2014.12.3)
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
【図１】  ２枚の板（Ｆ，Ｇ）を係合した状態を示した説明図である。（ａ）は、複合材料係合具の上面図であり、（ｂ）は、上方より見た平面図の甲−乙部分における断面図であり、２枚の板（Ｆ，Ｇ）を係合した状態を示す。（ｃ）は、複合材料係合具の下面図である。
【図２】  ２枚の板（Ｆ，Ｇ）を係合する過程を示した説明図である。（ａ）は、係合過程における複合材料係合具の変形状態を示した断面図であり、（ｂ）は、係合過程における複合材料係合具を下方より見た平面図である。スリット（Ｂ）を持つ係合具の先端は係合される板に開けた穴を通過するときにすぼまり、通過できる。通過が完了すると係合具は自身の弾力性により図１（ｂ）の形状に戻り、２枚の板（Ｆ，Ｇ）が係合される。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2016080157.tif 000007
【図２】
2016080157.tif 000008