JPH0249625B2 - - 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、ガ
ラス繊維で高度に補強されたプラスチツクねじ状
成形体に関する。 （従来技術） ねじ状成形体としては従来から金属ボルトや金
属ナツトが知られている。これらはねじ加工とし
ては最も生産速度の速い転造法により製作され
る。金属製ねじ状成形体は、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製ねじ状成形体が生産
されている。例えば、プラスチツクボルトはプラ
スチツク材料の射出成形により得られる。射出成
形で得られるプラスチツクボルトは強度が低く、
構造締結に供し得ない。プラスチツクボルトの強
度を上げるためにガラス繊維を含有する強化プラ
スチツク材料を用いることが提案されている。し
かし、得られるプラスチツクボルトの強度は依然
として不充分であり、しかも、ねじ山表面に露出
するガラス繊維のために面摩擦が過大となりボル
ト本来の締めつけ機能を充分に果たし得ない。 （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のプラスチツクね
じ状成形体を提供することにある。本発明のさら
に他の目的は、構造締結用として特に有用なプラ
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） 本発明のガラス繊維強化プラスチツクねじ状成
形体は長軸方向に配向したガラス短繊維を含有す
る熱可塑性樹脂製成形素材に転造加工によりねじ
山が形成されたねじ状成形体であつて、該ねじ山
表面に露出した該ガラス短繊維の少なくとも周囲
にフツ素樹脂層が設けられ、該フツ素樹脂層は、
スプレー塗装または焼きつけ塗装により形成さ
れ、そのことにより上記目的が達成される。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
ンフタレート、ポリブチレンフタレート、ポリ塩
化ビニル、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。上記の化合物に限定される必要のない
ことはいうまでもない。 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。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、特に上記範囲に限定されること
はない。ガラス繊維の熱可塑性樹脂との接着性を
向上させるうえで、ガラス繊維表面がシランカツ
プリング剤などで処理されていてもよい。ガラス
繊維は熱可塑性樹脂100重量部に対して10〜200重
量部、好ましくは15〜150重量部の範囲で含有さ
れる。10重量部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
れらとガラス繊維とが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。例えばボルトを製造するときには
円筒状金型を用いて円柱状素材に成形される。円
柱状素材に含まれるガラス繊維はその大部分が円
柱状素材の長軸方向に配向していることが必要で
ある。具体的には円柱状素材の長軸方向に対して
±5゜以内の方向に配向するガラス繊維がガラス繊
維全体の50％以上であることが必要であり、60％
以上配向していることが好ましい。ガラス繊維の
配向度は円柱状素材を薄片に切断して顕微鏡で観
察することにより知ることができる。 ガラス繊維を円柱状素材の長軸方向に配向させ
るためには、成形法は押出成形法によることが好
ましい。射出成形によると、一般に、成形型での
樹脂の流れ速度が大きいためガラス繊維の所望の
配向が得られにくい。また、一般に、円柱状素材
成形型の断面積より樹脂注入ゲート断面積の方が
小さいため、ゲート付近でガラス繊維を含む樹脂
の流れに乱れが生じ、そのためガラス繊維がうま
く配向しない。本発明の円柱状素材を射出成形に
よつて得るには、射出成形機のゲート面積を円柱
状素材の断面積と等しいか大きくすることが必要
である。このときの注入方向は円柱状素材型の長
軸方向とすることはいうまでもない。 成形に際しては、必要に応じて、成形物の一端
にボルトに通常用いられる六角形状などの頭部が
一体形成されうる。押出成形においては、押出機
の先端にこの頭部を形成しうる金型が連結され
る。射出成形においては、頭部形状を一体的に備
えた円柱状素材型が使用される。その他に、成形
された円柱状素材を適当な長さに切断し、その一
端を再加熱して別に準備したボルト頭部を圧縮し
て付加する圧縮成形法を用いることも可能であ
る。円柱状素材の外径は最終的に得られるボルト
のサイズにより決定される。例えば、JIS M10サ
イズのボルトを得るときには直径約９mmの円柱状
素材があらかじめ準備される。 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２本ロー
ル転造機などがその例である。丸ダイス転造機、
平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、転造ダイス表面の凸部が円柱状素材の長
軸方向に配向したガラス繊維を横切るように押圧
される。そのため円柱状素材はダイス型に対応し
て変形しそこに含まれるガラス繊維のうち素材表
面付近に存在するガラス繊維が形成されたねじ山
に沿つて配向する。ガラス繊維の一部は破断し、
その端部がねじ山表面に露出する。その結果、こ
のガラス繊維露出端部の周囲にはガラス繊維を中
心とした微細なひび割れ（マイクロクラツク）が
発生し、ねじ山表面が荒れた状態になる。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
によりいわゆる「ねじの焼き付き」現象が生じね
じ山が破壊される。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。 本発明のねじ状成形体はこの露出したガラス繊
維の少なくとも周囲にフツ素樹脂層が設けられて
おり、このフツ素樹脂層により摩擦低減効果が得
られる。フツ素樹脂はその主鎖にパーフロロアル
キル基を有し、かつ分子末端に−COOH，−SO₃，
−OH，−CH＝CH₂，−OCOCH＝CH₂などの極性
基を有する分子量200〜50000の重合体である。こ
のフツ素樹脂は水または有機溶剤に分散させるこ
とができる。転造して得られたボルトの表面にフ
ツ素樹脂溶液がスプレー塗装もしくは焼きつけ塗
装されて安定な高重合体膜が形成される。フツ素
樹脂膜はボルトのねじ山表面全体にわたつて形成
されても、あるいはボルト表面の露出したガラス
繊維周囲を被覆しマイクロクラツク部に充填され
る形で形成されてもよい。ナツトにボルトを締め
つけたときボルトのねじ山面が圧力を受けて変形
し、露出ガラス繊維は比較的大きな強度で圧縮さ
れる。このとき、フツ素樹脂膜が少なくともガラ
ス繊維露出周囲に形成されていると、このガラス
繊維の周辺のマイクロクラツクにフツ素樹脂が充
填されているので、このフツ素樹脂が摩擦軽減材
として働く。したがつてねじ山とナツトとの摩擦
が小さくなる。この効果はボルトが高軸力で繰り
返し締めつけられるとき特に顕著である。高軸力
でボルトが締めつけられるとねじ山面の変形が大
きくなるがこの圧力をマイクロクラツクに充填さ
れたフツ素樹脂が露出したガラス繊維とともに優
先的に受けるためねじ山面とナツトとの摩擦が低
減される。そのためボルトを繰り返し使用しても
ねじの焼き付き現象が起こらず、したがつてねじ
山を損なうこともなく長期にわたる繰り返し使用
が可能となる。ねじ山面の摩擦が小さいためボル
トの軸力も上がる。 円柱状素材のガラス繊維が長軸方向に配向度50
％以下という不充分な配向状態で転造されると、
ガラス繊維がねじ山面に全く露出しないか、全体
が露出する。全体が露出する結果、ガラス繊維が
ねじ山面から脱落してしまう。ガラス繊維がねじ
山面から脱落した場合には、大きな凹部がねじ山
面に現れるため充分な強度が得られない。このよ
うなガラス繊維が適正に配向せず、および／もし
くはガラス繊維がねじ山から脱落したボルトにフ
ツ素樹脂膜を形成しても、上記所望ねじ山面の強
度と摩擦低減効果が同時に得られない。そのた
め、繰り返し使用にも耐え得ない。ガラス繊維と
熱可塑性樹脂との複合材料を用いて射出成形など
によりねじ山を形成したプラスチツクボルトにフ
ツ素樹脂をコーテイングしても良好な結果は得ら
れない。ガラス繊維がねじ山面に沿つて配向せ
ず、ガラス繊維の端面がねじ山の表面に露出せず
マイクロクラツクも存在しないためである。軸方
向に配向したガラス繊維を含有する素材を転造し
て得られたねじ状成形体にフツ素樹脂膜が形成さ
れたときにのみ本発明におけるフツ素樹脂膜の効
果が発揮されうる。 （実施例） 以下に本発明を実施例により説明する。 実施例 １ ナイロン６・６を100重量部とガラス繊維43重
量部とを配合した樹脂（東レ株式会社製：アミラ
ンCM3001G−30）を押出機を用いて、直径９mm
の丸棒を成形した。直径９mmの円柱状素材を形成
するために押出機の先端には内径９mmの流路を有
し、押出機の先端と内径９mmの円筒状金型を連結
するアダプターを接続した。得られた丸棒を10cm
の長さに切断し円柱状素材を得た。円柱状素材の
断面の電子顕微鏡写真をとり、軸方向±5゜以内の
方向に存在するガラス繊維の数を調べた。この軸
方向±5゜以内の配向度を有するガラス繊維がガラ
ス繊維全体に占める割合（ガラス繊維の配向度）
は95％であつた。円柱状素材を転造機を用いて転
造し、M10サイズのボルトを得た。ボルトの表面
にフツ素樹脂として四フツ化エチレンを50μｍの
厚さにコーテイングし、プラスチツクボルトを得
た。プラスチツクボルトを12本製造し４本を引張
試験、８本を繰り返し締めつけ試験に供した。そ
の結果を下表に示す。各試験は下記の方法で行つ
た。試験に用いたナツトはボルトと同質の樹脂を
用い、射出成形により得られた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）で５mm／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。 繰り返し締めつけ試験 250Kgで圧縮すると60mm
の長さとなる長さ70mmで内径12mmのバ
ネを準備した。このバネにボルトを通
し、ボルトの両端にナツトを装着し
た。バネの長さが60mmになるまでナツ
トを締めつけ、その後、バネの長さが
70mmとなるようにナツトをゆるめる操
作を１回の締めつけ操作とし、ボルト
のねじ山が潰れて締めつけが不能にな
るまでの締めつけ操作の回数を測定し
た。 実施例 ２ アダプターの内径を８mmとしガラス繊維の配向
度が81％の円柱状素材を得たこと以外は実施例１
と同様である。その結果を下表に示す。 実施例 ３ アダプターの内径を6.5mmとしガラス繊維の配
向度が62％の円柱状素材を得たこと以外は実施例
１と同様である。その結果を下表に示す。 比較例 １ ナイロン６・６を100重量部とガラス繊維43重
量部とを配合した樹脂（東レ株式会社製：アミラ
ンCM3001G−30）を射出成形によりM10サイズ
で長さが10cmのボルトを得た。実施例１と同様の
方法でボルトにフツ素樹脂をコーテイングし12本
のボルトを製造した。このボルトについて実施例
１と同様に試験を行つた。その結果を下表に示
す。 比較例 ２ アダプターの内径を４mmとしガラス繊維の配向
度が48％の円柱状素材を得たこと以外は実施例１
と同様である。 比較例 ３ ボルト表面にフツ素樹脂をコーテイングしなか
つたこと以外は実施例１と同様である。

【表】 （発明の効果） 本発明のねじ状成形体は、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。締結時にねじ山面の摩擦が小さいためね
じ山が損なわれず繰り返しの締結に耐えうる。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。このねじ状成形体
は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。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 長軸方向に配向したガラス短繊維を含有する
   熱可塑性樹脂製成形素材に転造加工によりねじ山
   が形成されたねじ状成形体であつて、 該ねじ山表面に露出した該ガラス短繊維の少な
   くとも周囲にフツ素樹脂層が設けられ、 該フツ素樹脂層が、スプレー塗装または焼きつ
   け塗装により形成される、 ガラス繊維強化プラスチツクねじ状成形体。