JPH0221929B2

JPH0221929B2 -

Info

Publication number: JPH0221929B2
Application number: JP20856584A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Shimomura; Mikio Kaneko
Original assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Current assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Priority date: 1984-10-03
Filing date: 1984-10-03
Publication date: 1990-05-16
Also published as: JPS6186241A

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野）本発明はプラスチツクボルトなどのプラスチツ
クねじ状成形体の転造方法、特に、強化繊維で高
度に補強されたプラスチツク材料のねじ加工を転
造加工により行う方法に関する。（従来の技術）ねじ状成形体、例えばボルトとしては従来から
金属ボルトが知られている。これはねじ加工とし
ては最も生産速度の速い転造法により製作され
る。金属ボルトは、このように高生産性のもとで
作られるが、重いうえに錆びやすいという致命的
な欠点を有する。これに対し、軽くて耐蝕性に優
れたプラスチツクボルトもすでに実用化されてい
る。しかしながら、転造加工の適用可能なプラス
チツク材料は、硬質塩化ビニル樹脂などの非繊維
強化プラスチツク材料に限られる。繊維強化プラ
スチツク材料は強度が高いために塑性変形性に乏
しく、塑性変形性の必要な転造加工によるねじ工
成形が不可能だからである。これに無理に転造加
工を施しても、ねじ山は性状な三角形状を成さ
ず、三角形の頂部が二つの山になつたり、ねじ山
にクラツクが発生する。それゆえ、強度も低く、
ねじとしての体をなさない。非繊維強化プラスチ
ツク材料を転造加工して得られるボルトは、強度
において劣る。その引張強度はせいぜい４〜６
Kg／mm²であるため、強固な締結力を要するボルト
としては使用に耐えない。（発明が解決しようとする問題点）本発明は上記従来技術の問題点を解決するもの
であり、その目的は、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
補強されたプラスチツクねじ状成形体の転造方法
を提供することにある。本発明の他の目的は、ね
じ加工として最も経済的な転造加工により高強度
で、しかも耐久性に優れたプラスチツクねじ状成
形体を製造する方法を提供することにある。（問題点を解決するための手段）本発明の繊維強化プラスチツクねじ状成形体の
転造方法は、少なくとも表層部が強化繊維の分散
された熱可塑性樹脂で構成された成形素材の該表
層部に転造ダイスによりねじ山を形成するにさい
し、該表層部のねじ山形成領域の少なくとも一部
を該熱可塑性樹脂の融点以上の温度に加熱し、か
つ、転造ダイスを該熱可塑性樹脂の融点以下の温
度に制御して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。強化繊維としては、例えば、ガラスフアイバ
ー、カーボンフアイバー、ボロンフアイバー、炭
化ケイ素フアイバー、チタン酸カリウムフアイバ
ーなどの無機繊維；そしてアラミドフアイバーな
どの有機繊維がある。これら繊維の二種以上を混
合して用いることもできる。繊維の長さについて
は特に制限はなく、成形素材に成形された熱可塑
性樹脂中に分散されうるような長さであればよ
い。これら強化繊維は熱可塑性樹脂と押出機など
の混練手段で溶融混合され該樹脂中に均一に分散
される。この強化繊維は、10〜40容量％、好まし
くは15〜35容量％の範囲で含まれる。繊維含量が
過少になると高強度のプラスチツクねじ状成形体
を得ることができない。繊維含量が過多になると
むしろもろくなり補強効果が低下する。熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリアミド、
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、ポリサルフオン、
ポリフエニレンサルフエイド、ポリエーテルエー
テルケトン、ポリイミドなどが用いられる。これ
に制限される必要のないことはいうまでもない。
これら樹脂には、必要に応じて充填剤、繊維との
接着性を改善する処理剤、難燃剤、抗酸化剤など
の各種添加剤を混入してもよい。本発明に用いられる成形素材は少なくとも転造
加工を受ける表層部が、上記強化繊維の分散され
た熱可塑性樹脂から構成されたものである。例え
ばボルトを製造するときに用いる円柱状素材の中
心部は表層部と同じ構成であつても強度の高い鉄
などの金属材料、繊維強化熱硬化性樹脂材料など
から形成された芯材であつてもよい。そして、芯
材が用いられる場合には、該芯材表面に熱可塑性
樹脂との結合性を高めるための凹凸や溝が付され
ていてもよい。本発明の方法により、例えば、上記の円柱状素
材に転造加工を行うときには、その表層部のねじ
山形成領域の少なくとも一部が円柱状素材を構成
する熱可塑性樹脂の融点以上の温度に加熱され
る。ここで、ねじ山形成領域とはねじ山が形成さ
れるべき部分をさす。融点以上の温度に加熱され
る表層部は、円柱状素材の表層面から半径方向
に、形成されるべきねじ山高さの1/20〜１倍の深
さの領域である。1/20倍を下まわると転造時に強
化繊維が熱可塑性樹脂から剥離し、転造による変
形部分における強化繊維と熱可塑性樹脂との界面
の密着度が悪くなる。そのため、得られるねじ状
成形体は耐久性に劣る。１倍を越えると転造時の
円柱状素材自体の変形が大きく、良好なねじ山を
形成することができない。該表層部は熱可塑性樹
脂の〔融点〕以上でかつ〔熱可塑性樹脂の融点プ
ラス100℃〕以下に加熱されるのが好ましい。過
度に高温では円柱状素材の表層部のみを加熱する
ことは困難である。円柱状素材の該表層部を加熱
するには、所定の温度に制御された熱風で円柱状
素材を加熱する方法；所定の温度に制御された液
体に円柱状素材を短時間浸漬する方法；などが採
用される。転造時の転造ダイスの温度は円柱状素材を構成
する熱可塑性樹脂の融点以下に制御される。融点
以上の温度になると正常な形状のねじ山が形成さ
れない。転造ダイスの温度は融点以下の温度であ
れば特に制限されないが、一定温度に保つことが
好ましい。転造ダイスを加熱するときには、ダイ
ス中に加熱ヒーターを内蔵する方法などが用いら
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丸ダイス転
造盤、平ダイス転造盤などの転造加工機械が適用
されうる。（作用）本発明のねじ状成形体の製造方法によれば、成
形素材の表層部のねじ山形成領域の少なくとも一
部が該成形素材を構成する熱可塑性樹脂の融点以
上に加熱されるため、加熱された表層部の塑性変
形能が向上し、ねじ加工が可能となる。成形素材
もしくは転造ダイスを熱可塑性樹脂の融点以下の
適当な温度に保ちつつ転造を行う方法や転造時に
熱可塑性樹脂の融点以下の適当な温度の熱媒体を
接触させる方法によつても良好な形状のねじ山を
有する高強度のねじ状成形体を得ることが可能で
あるが、このような方法では、転造時に転造によ
る変形部分において強化繊維が熱可塑性樹脂から
剥離する。そのため、強化繊維と熱可塑性樹脂と
の界面の密着度が劣る。このようなねじ状成形体
はその初期強度は良好であるが、耐疲労特性、耐
クリープ特性などの耐久性に劣る。本発明方法で
は成形素材の表層部が熱可塑性樹脂の融点以上に
加熱されて転造されるため強化繊維が熱可塑性樹
脂から剥離することがない。そのため得られたね
じ状成形体は、例えば、長期にわたる振動応力に
も耐えることが可能であり、耐疲労特性、耐クリ
ープ特性などの耐久性に優れる。（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 (A) 円柱状素材の調製：まず、ポリアミド樹脂
（東レ(株)製アミランナイロン66；融点265℃）と
9μm径・６mmチヨツプのガラス繊維とを体積比
70：30でドライブレンドし、これを押出成形機
により直径９mmの丸棒を成形した。次いで、こ
れを20cmの長さに切断して、11本の円柱状素材
を得た。 (B) プラスチツクボルトの調製：(A)項で得られた
円柱状素材の一端を300℃に制御された熱風炉
に回転させながら入れて、６秒間加熱した。こ
れを取り出し220℃に制御されたM10，P1.5の
ねじ山を形成する３本ロール式転造機を用いて
速やかに転造を行つた。円柱状素材の他端も同
様の方法で転造し、両端にそれぞれ３cmのねじ
山が形成されたM10のボルトを10本得た。円柱状素材が融点以上の温度に加熱された表
層部の深さを知るために次の試験を行つた。(A)
項で得られた円柱状素材の一端から１cmの位置
でこの円柱状素材を切断した。270℃で不可逆
的に変色する塗料を混合した接着剤を調製し、
この接着剤を用いて、上記端部を切断した円柱
状素材をもとどおりに接着した。この円柱状素
材を上記と同様の条件で熱風炉に入れた。これ
を冷却したのち、接着剤により接着した部分の
断面を観察したところ、変色部分は円柱状素材
表層面から半径方向に約0.8mmの深さの領域ま
でに及んでいた。 (C) ボルトの性能試験：(B)項で得られたボルトの
うち５本を使用して引張強度を、残りの５本を
使用して疲労サイクルを測定した。その結果を
下表に示す。これらは下記の試験法により測定
し、５個のボルトの測定平均値を求めた。引張強度ボルトの両端にM10サイズのナツト
を装着し、JIS B1051の方法に準じてその破
断強度を測定した。疲労サイクルボルトの両端にM10サイズのナ
ツトを装着し、500Kgの引張荷重を加えた。
さらに±200Kgの振動荷重を加えて、ボルト
が破断するまでの振動回数を測定した。実施例２ (A) 円柱状素材の調製：実施例１(A)項と同様であ
る。 (B) プラスチツクボルトの調製：転造ダイスの温
度を150℃としたこと以外は実施例１(B)項と同
様である。 (C) ボルトの性能試験：実施例１(C)項と同様であ
る。実施例３ (A) 円柱状素材の調製：実施例１(A)項と同様であ
る。 (B) プラスチツクボルトの調製：熱風炉を330℃
に制御し、円柱状素材の加熱時間を４秒間とし
たこと以外は実施例１(B)項と同様の方法でボル
トの調製を行つた。接着剤の変色部分は円柱状
素材表層面から半径方向に約1.1mmの深さの領
域であつた。 (C) ボルトの性能試験：実施例１(C)項と同様であ
る。実施例４ (A) 円柱状素材の調製：実施例１(A)項と同様であ
る。 (B) プラスチツクボルトの調製：円柱状素材の加
熱時間を２秒間としたこと以外は実施例１(B)項
と同様の方法でボルトの調製を行つた。接着剤
の変色部分は円柱状素材表層面から半径方向に
約0.3mmの領域であつた。 (C) ボルトの性能試験：実施例１(C)項と同様であ
る。比較例１ (A) 円柱状素材の調製：実施例１(A)項と同様であ
る。 (B) プラスチツクボルトの調製：熱風炉を240℃
に制御したこと以外は実施例１(B)項と同様の方
法でボルトの調製を行つた。接着剤の変色は認
められなかつた。 (C) ボルトの性能試験：実施例１(C)項と同様であ
る。比較例２ (A) 円柱状素材の調製：実施例１(A)項と同様であ
る。 (B) プラスチツクボルトの調製：転造ダイスを
270℃に制御したこと以外は実施例１(B)項と同
様の方法でボルトの調製を行つた。 (C) ボルトの性能試験：実施例１(C)項と同様であ
る。比較例３ (A) 円柱状素材の調製：実施例１(A)項と同様であ
る。 (B) プラスチツクボルトの調製：円柱状素材の加
熱時間を20秒間としたこと以外は実施例１(B)項
と同様の方法でボルトの調製を行つた。接着剤
の変色部分は円柱状素材表層面から半径方向に
約2.5mmの領域であつた。 (C) ボルトの性能試験：実施例１(C)項と同様であ
る。比較例４ (A) 円柱状素材の調製：実施例１(A)項と同様であ
る。 (B) プラスチツクボルトの調製：円柱状素材を加
熱しなかつたこと以外は実施例１(B)項と同様の
方法でボルトの調製を行つた。 (C) ボルトの性能試験：実施例１(C)項と同様であ
る。

【表】

【表】（発明の効果）本発明によれば、このように、強化繊維で高度
に補強されたプラスチツク成形素材に転造加工に
よるねじ山成形を行うことが極めて容易になる。
転造加工によるねじ加工は生産性に富むため、ボ
ルトなどのねじ状成形体が経済的に生産されう
る。しかも、得られるプラスチツクねじ状成形体
のねじ山形状は良好で、ねじ山頂部が二山になつ
たりクラツクや割れの生じることがない。ねじ状
成形体は高強度であるうえ耐疲労特性、耐クリー
プ特性などの耐久性に優れる。さらに、軽量であ
り耐蝕性に富むなどのプラスチツク材料の本来有
する特徴を余すことなく備えている。本発明方法
により得られるねじ状成形体は構造締結用など広
い分野での使用が可能である。

Claims

【特許請求の範囲】

１少なくとも表層部が強化繊維の分散された熱
可塑性樹脂で構成された成形素材の該表層部に転
造ダイスによりねじ山を形成するにさいし、該表
層部のねじ山形成領域の少なくとも一部を該熱可
塑性樹脂の融点以上の温度に加熱し、かつ、転造
ダイスを該熱可塑性樹脂の融点以下の温度に制御
して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。