JPH0221386B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

（技術分野） 本発明はプラスチツクねじ状成形体、特に、強
化繊維で高度に補強されたプラスチツクねじ状成
形体の製造方法に関する。 （従来技術） ねじ状成形体の製造方法としては、従来から金
属ボルトやナツトを製造する転造法が知られてい
る。この方法はねじ山加工として最も生産速度が
速く、得られたねじ状成形体の寸法精度も極めて
高い。重くて錆びやすい金属製ねじ状成形体に対
して、軽くて耐蝕性に優れ、かつ、高い強度を有
するねじ状成形体を得るために、繊維強化プラス
チツクねじ状成形体がこの転造法により生産され
ている。例えば、ガラス繊維強化プラスチツクボ
ルトは、ガラス繊維を含む熱可塑性樹脂でなる円
柱状素材に転造法によりねじ山を形成して得られ
うる。このような円柱状素材に転造加工を行う
と、円柱状素材表層部分に含まれるガラス繊維が
転造ダイスの回転圧力を受けて押圧されその一部
が破断する。その結果、破断したガラス繊維の端
部がねじ山面に露出し、このガラス繊維を中心と
する微細なひび割れ（マイクロクラツク）が発生
する。そのため、例えばナツトにボルトを締めつ
けるとねじ山とナツトとの摩擦が大きく、繰り返
しの締めつけによりねじ山が破壊される。言いか
えれば、ボルトの疲労強度が低い。摩擦が大きい
ため軸方向の充分な締結力（軸力）も得られな
い。 金属ボルトを転造加工により製造するときに
は、成形素材である金属棒と転造ダイスとの摩擦
を軽減し、かつ、転造により発生する熱により高
温となる転造ダイスを冷却する目的でオイルなど
を転造用潤滑剤として成形素材に接触させること
が行われる。この方法は上記のガラス繊維含有熱
可塑性樹脂で構成された円柱状素材の転造に適用
しても、摩擦軽減および冷却の目的は達成できる
が、転造によりガラス繊維が破断されるためマイ
クロクラツクが発生しねじ山の荒れた状態は依然
として改善されない。 （発明の目的） 本発明の目的は、軽量で耐蝕性・耐薬品性・電
気絶縁性をもち、しかも強化繊維により高度に補
強され、高締結力を有するねじ状成形体の製造方
法を提供することにある。本発明の他の目的は締
結時にねじ山面の摩擦が小さく、ねじ山を損なわ
ずに繰り返し使用に耐えうるねじ状成形体の製造
方法を提供することにある。本発明の他の目的
は、ねじ加工して最も経済的な転造加工により高
強度のプラスチツクねじ状成形体を提供すること
にある。 （発明の構成） 本発明は、強化繊維を含有する成形素材に転造
加工を行いねじ山を形成するさいに発生するマイ
クロクラツクにフツ素樹脂が充填され、さらにね
じ山面にフツ素樹脂がコーテイングされればねじ
山面の摩擦の小さいねじ状成形体が得られる、と
の発明者の知見にもとづいて完成された。それゆ
え、本発明の繊維強化プラスチツクねじ状成形体
の製造方法は、ガラス繊維を含有する熱可塑性樹
脂で構成された成形素材の該表層部に転造加工に
よりねじ山を形成するにさいし、フツ素樹脂微粒
子を含有する懸濁液を該成形素材に接触させつつ
転造加工を行うことを包含し、そのことにより上
記目的が達成される。本発明の繊維強化プラスチ
ツクねじ状成形体の製造方法は、また、ガラス繊
維を含有する熱可塑性樹脂で構成された成形素材
の該表層部に転造加工によりねじ山を形成するに
さいし、フツ素樹脂微粒子を含有する懸濁液を該
成形素材に接触させつつ転造加工を行い、次いで
これを加熱することを包含し、そのことにより上
記目的が達成される。本発明でいう「ねじ状成形
体」とはボルトやナツトなどねじ山を有する成形
体をいう。 本発明に用いられる熱可塑性樹脂にはポリアミ
ド、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレ
ンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレー
ト、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリフ
エニレンサルフアイトなど、加熱により溶融し冷
却により固化する一般の熱可塑性樹脂が用いられ
る。必要に応じて、これらの化合物の側鎖を修飾
したり共重合体を形成させて用いることもでき
る。その例を挙げれば、熱可塑性樹脂とガラス繊
維との接着性を向上させるためにポリプロピレン
の酸変性樹脂が用いられ、耐衝撃性を得るために
ポリエチレンテレフタレートとエラストマーとの
共重合体が用いられる。上記樹脂は単独で用いて
も、２重以上を混合して用いてもよい。熱可塑性
樹脂に混合されるガラス繊維は、熱可塑性樹脂中
へ均一に分散させるためにも、その直径が１〜
60μｍ、長さが0.01〜1.00mmであることが好まし
い。ただし、長さがこの範囲を数mm程度はずれて
も熱可塑性樹脂との混練時に切断されて0.01〜
1.00mmの長さになるため、５〜60mmの長さであつ
てもよい。ガラス繊維は熱可塑性樹脂との混合物
中10〜65重量％の割合で混合される。上記の範囲
においては、ガラス繊維の量が多いほどフツ素樹
脂による効果が顕著である。10重量％を下まわる
と得られるねじ状成形体の強度が不充分である。 上記熱可塑性樹脂に、さらに必要に応じて、充
填剤、ガラス繊維と樹脂との接着性を改善する処
理剤、難燃剤、抗酸化剤などが加えられうる。こ
れらのガラス繊維とが通常のプラスチツク成形加
工機、例えば押出成形機などを用いて混練され、
適当な大きさと形状とを有する成形素材に成形さ
れる。例えばJIS M10サイズのボルトを製造する
ときには円形断面を有するサイジングダイを押出
成形機に取りつけて直径９mmの円柱状素材が得ら
れる。 転造用潤滑剤に含有されるフツ素樹脂には、四
フツ化エチレン、フツ化エチレンプロピレンエー
テル、ポリクロロトリフルオロエチレン、フツ化
アルコキシエチレン、フルオロアルキルアクリレ
ート、ペルフルオロアルキルポリエーテル、テト
ラフルオロエチレンテロマー、フルオロカルボン
酸およびそのエステルなどがある。これらの化合
物の側鎖にはビニル基、スルホン酸基、リン酸
基、カルボキシル基、エポキシ基、アミド基、ハ
ロゲン基などの官能基が置換されていてもよい。
上記のフツ素樹脂は単独、もしくは二種以上を混
合して用いてもよい。フツ素樹脂はその直径が
0.1〜50.0μｍ程度の粉末である。これを水に分散
させて転造用潤滑剤として用いる。転造用潤滑剤
にはポリビニルアルコール、カゼイン、ポリビニ
ルメチルエステルなどの水溶性高分子やエポキシ
樹脂、ポリエステルなどの熱硬化性樹脂微粒子が
含有されていてもよい。これらはフツ素樹脂の分
散性を向上させるとともに、後述のように、加熱
によりねじ山面に含フツ素樹脂被膜を形成すると
きにフツ素微粒子を結合するバインダーとして作
用する。そのため、均一な被膜がねじ山表面に形
成される。通常、熱硬化性樹脂のエマルジヨンや
水溶性高分子水溶液にフツ素樹脂粉末を分散させ
て転造用潤滑剤が調製される。転造用潤滑剤中に
フツ素樹脂は0.5〜20.0％、好ましくは１〜15％
含有される。フツ素樹脂が過小であると、ねじ山
面のマイクロクラツクにフツ素樹脂が充分に充填
されないため、ねじ山面の摩擦軽減効果が充分に
達成され得ない。加熱処理を行つても含フツ素樹
脂被膜が均一に形成されない。フツ素樹脂が過剰
であると、潤滑剤中に充分に分散しない。この分
散不良粒子のために、転造されるボルトの寸法精
度は不充分となる。フツ素樹脂が過剰であると、
すべりが生じて転造できない場合も生じる。 本発明のねじ状成形体のねじ加工に採用される
転造法は、格別である必要はなく、金属ねじのね
じ山成形加工に通常用いられる転造用加工機械が
そのまま適用されうる。表面にねじ山加工を施し
た一対の転造ロールを同方向に回転させこの間に
円柱状素材を夾持・押出しねじ加工を行う油圧作
動式の２本ロール転造機などがその例である。丸
ダイス転造機なども用いられうる。 円柱状素材を転造機にかけると転造ダイスのね
じ山により円柱状素材にねじ山が形成される。こ
のとき、円柱状素材にガラス繊維が含有されるた
め、従来技術の項で説明したように、ガラス繊維
が破断されてねじ山面に露出し、その周囲にはガ
ラス繊維を中心としたマイクロクラツクが発生す
る。本発明方法では、転造時に転造用潤滑剤とし
てフツ素樹脂微粒子を含有する懸濁液（転造用潤
滑剤）を円柱状素材と接触させる。そのためフツ
素樹脂微粒子がダイスの押圧によりねじ山表面の
マイクロクラツクに充填される。得られるボルト
は、そのねじ山面の摩擦が小さくなり、長期間に
わたる繰り返し使用に耐えうる。軸方向の締結力
（軸力）も充分である。 転造して得られたボルトをさらに加熱するとね
じ山表面に付着したフツ素樹脂の微粒子が加熱に
より溶融し、含フツ素樹脂被膜を形成する。被膜
の形成されたボルトはさらにねじ山面の摩擦が小
さくなる。このような被膜の形成には、転造用潤
滑剤に熱硬化性樹脂が水溶性高分子を含有させる
ことが好ましい。これはフツ素樹脂の分散性を向
上させる分散剤として機能する。さらに、転造後
のボルトを加熱するとフツ素樹脂微粒子を結合す
るバインダーとして機能し、均一な含フツ素樹脂
被膜が形成される。熱硬化性樹脂と水溶性高分子
とのうちのいずれか一方を用いても、あるいは両
者を混合して用いてもよい。水溶性高分子や熱硬
化性樹脂は水に対して２〜50重量％、好ましくは
５〜40重量％の割合で含有される。これが過少で
あると、上記バインダー効果が充分に得られず、
含フツ素樹脂被膜が一定の厚さで均一に形成され
ない。過剰であると転造時にマイクロクラツクに
充填されるフツ素樹脂微粒子量が相対的に減少
し、フツ素樹脂による摩擦軽減効果が充分に達成
されない。加熱により形成する被膜も、フツ素樹
脂含量が少ないため、摩擦軽減効果を充分に達成
し得ない。熱処理温度としては、潤滑剤の溶媒で
ある水が蒸発し、かつ、潤滑剤中に分散する熱硬
化性樹脂が硬化する温度以上であることが必要で
ある。熱処理物温度が高すぎると、熱可塑性樹脂
で形成されたボルトが変形もしくは溶融するので
好ましくない。熱処理温度は80〜150℃の範囲で
あることが好ましい。処理時間は数分〜数時間で
あり、ねじ山表面が乾いた状態となればよい。こ
のような熱処理物により、溶融したフツ素樹脂が
マイクロクラツクのすみずみにまで浸入して固化
するのでアンカー効果が得られ、形成された含フ
ツ素樹脂被膜はねじ山に強固に結合接着し、優れ
た摩擦低減効果を発揮しうる。 （実施例） 以下に本発明を実施例について説明する。 実施例 １ 熱可塑性樹脂としてポリエチレンテレフタレー
ト（鐘化(株)製；ベルペツトDFG−１）を用い、
熱可塑性樹脂90重量％に13μｍ径・３mmチヨツプ
のガラス繊維を10重量％ドライブレンドし押出機
により直径９mmの丸棒を成形した。これを10cmの
長さに切断して円柱状素材を得た。JIS M10×
1.5用ダイスを有する２本ロール転造機により円
柱状素材にねじ山を形成した。このとき、エポキ
シ樹脂を20％含有するエポキシ樹脂水性エマルジ
ヨンに直径５〜10μｍの四フツ化エチレン微粒子
を10％分散させた懸濁液を転造用潤滑剤として円
柱状素材にかけながら転造を行つた。ねじ山を形
成した円柱状素材を150℃で20分間加熱し、M10
サイズのボルトを得た。得られたボルトの引張強
度、軸力値、疲労サイクルを測定した。その結果
を表１に示す。これらは下記の試験法により、そ
れぞれ５個のボルトを用いて行い、その平均値を
求めた。各試験に使用したナツトはボルトと同質
の材料を用い、インジエクシヨン成形により面間
距離17mm、高さ12mm、内径8.7mmの六角ナツト基
材を成形し、これをM10ねじタツプで切削加工し
て得たM10サイズのナツトである。 引張試験 ボルトの両端にナツトを装着し、２個
のナツト間を70mmとした。ボルト両端のナツト
をオートグラフ（島津製作所製IS−5000）で５
mm／min、の引張速度で引つ張り、ボルトが破
壊される直前の最大荷重を測定し引張強度とし
た。 トルクー軸力値試験 ボルトの一端を万力で固定
し、ボルトに座金を介して内径11mm、外径15
mm、長さ60mmの鉄製パイプを通した。さらに、
座金を介してナツトを装着し、ナツトをトルク
値が検出できるレンチでゆつくり締め付けた。
このとき、上記鉄製パイプの外面中央部に歪ゲ
ージを貼りつけて鉄製パイプにかかる圧縮力を
測定し軸力値とした。 疲労サイクル ボルトの両端にナツトを装着し引
張強度の50％に相当する引張力を両ナツト間に
印加した。振動荷重(f)として引張強度の20％の
力を400サイクル／分の振動サイクルでボルト
長軸方向に加えた。このように、ボルトに引張
強度×0.5±ｆの荷重を繰り返し与え、ボルト
が疲労破断するときのサイクル数を測定し、こ
れを疲労サイクルとした。 実施例 ２ ポリエチレンテレフタレートを75重量％、そし
てガラス繊維を25重量％用いたこと以外は実施例
１と同様である。 実施例 ３ ポリエチレンテレフタレートを60重量％、そし
てガラス繊維を40重量％用いたこと以外は実施例
１と同様である。 実施例 ４ ポリエチレンテレフタレートを45重量％、そし
てガラス繊維を55重量％用いたこと以外は実施例
１と同様である。 実施例 ５ ポリエチレンテレフタレートを35重量％、そし
てガラス繊維を65重量％用いたこと以外は実施例
１と同様である。 実施例 ６ 熱可塑性樹脂としてポリカーボネート75重量
％、そしてガラス繊維を25重量％用いたこと以外
は実施例１と同様である。 実施例 ７ 熱可塑性樹脂としてポリプロピレン75重量％、
そしてガラス繊維を25重量％用いたこと以外は実
施例１と同様である。 比較例 １ 転造用潤滑剤を用いなかつたこと以外は実施例
１と同様である。その結果を表２に示す。以下、
比較例の結果はすべて表２に示す。 比較例 ２ 転造用潤滑剤を用いなかつたこと以外は実施例
３と同様である。 比較例 ３ 転造用潤滑剤を用いなかつたこと以外は実施例
５と同様である。 比較例 ４ 転造用潤滑剤としてシリコンオイルを用いたこ
と以外は実施例３と同様である。 比較例 ５ 転造用潤滑剤として機械オイルを用いたこと以
外は実施例３と同様である。 比較例 ６ 転造用潤滑剤として水を用いたこと以外は実施
例３と同様である。 比較例 ７ 転造用潤滑剤を用いなかつたこと以外は実施例
６と同様である。 比較例 ８ 転造用潤滑剤を用いなかつたこと以外は実施例
７と同様である。

【表】

【表】 （発明の効果） 本発明の方法によれば、このように、ガラス繊
維により高度に補強され、高強度・高締結力を有
するプラスチツクねじ状成形体がねじ加工として
最も経済的な転造加工により製造される。転造加
工時に転造用潤滑剤としてフツ素樹脂微粒子含有
懸濁液が使用されるため、転造ダイスの押圧によ
り生ずるねじ山面のマイクロクラツクがフツ素樹
脂微粒子で充填および／もしくはねじ山面が該微
粒子でコーテイングされる。その結果、締結時に
ねじ山面の摩擦が小さくねじ山が損なわれず繰り
返しの締結に耐えうるねじ状成形体が得られる。
このねじ状成形体は軽量で耐蝕性・耐薬品性・電
気絶縁性というプラスチツク本来の特徴をも有す
る。このようにして得られたねじ状成形体は、構
造締結用に特に有用である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ガラス繊維を含有する熱可塑性樹脂で構成さ
   れた成形素材の該表層部に転造加工によりねじ山
   を形成するにさいし、フツ素樹脂微粒子を含有す
   る懸濁液を該成形素材に接触させつつ転造加工を
   行うことを包含する繊維強化プラスチツクねじ状
   成形体の製造方法。 ２ ガラス繊維を含有する熱可塑性樹脂で構成さ
   れた成形素材の該表層部に転造加工によりねじ山
   を形成するにさいし、フツ素樹脂微粒子を含有す
   る懸濁液を該成形素材に接触させつつ転造加工を
   行い、次いでこれを加熱することを包含する繊維
   強化プラスチツクねじ状成形体の製造方法。