JPH0249901B2 - - Google Patents

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。 （従来の技術） 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。この方法はねじ加工としては最も生産速度が
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。特に、ね
じ谷底に発生したマイクロクラツクのため、ボル
トは振動荷重下での長期の使用には耐え得ない。
このように、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。この方法を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、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。 （問題点を解決するための手段） 本発明は、ガラス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
イクロクラツクに滑剤が充填され、さらにねじ山
面に滑剤による被膜が形成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、常温で固体の滑剤を該滑
剤の融点以上の温度に加熱された転造ダイスに接
触させつつ転造加工を行い、ねじ山表面に該滑剤
でなる被膜を形成させることを包含し、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ナイロン
６、ナイロン66、ナイロンMXD6などのポリア
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種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10〜60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滑剤によ
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
れらと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。 滑剤は高級アルコールおよび／もしくは高級脂
肪酸を主成分とする。滑剤に使用される高級アル
コールおよび高級脂肪酸はいずれもその炭素数が
14以上である。このような高級アルコールや高級
脂肪酸は常温で固体であるため、ねじ山面に形成
される滑剤の被膜が常温で固体で存在しうる。高
級アルコールおよび高級脂肪酸の融点は40℃以
上、好ましくは40〜150℃である。高級脂肪酸の
例には、ステアリン酸、ラウリン酸、ミリスチン
酸、パルミチン酸、マルガリン酸などがある。例
えば、ステアリン酸およびラウリン酸の融点はそ
れぞれ69℃および48℃である。高級アルコールに
は、例えば、ヘキサデカノール、ヘプタデカノー
ル、オクタデカノール、ペンタデカノールがあ
る。例えば、ヘキサデカノールの融点は49℃であ
る。 滑剤の効果を高めるために、フツ素樹脂微粒
子、二硫化モリブデン微粒子およびカーボン微粒
子の少なくとも一種が配合されていてもよい。フ
ツ素樹脂としては、例えば、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。このような微粒子の粒
径は通常0.1〜50μmであり、単独で用いられて
も、二種以上混合されて用いられてもよい。これ
らの微粒子は滑剤中の高級アルコールおよび／も
しくは高級脂肪酸の総量100重量部に対して0.2〜
100重量部の割合で滑剤に含有される。含有量が
過少であると配合効果が得られない。過剰である
と転造の際にこれらの固形分である微粒子が異物
として作用し、精度の良いねじ山が得られない。
すべりが生じて転造加工が不可能な場合もある。 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油圧作動
式の２本ロール転造機などがその例である。 例えば、ボルトを製造するときには、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、従来の
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、常温で固体である滑剤をこの
滑剤の融点以上の温度に加熱された転造ダイスに
接触させながら転造が行われるので、その間に滑
剤の主成分である高級アルコールや高級脂肪酸が
溶融し、形成されたねじ山表面に滑剤の液状被膜
ができる。転造時の押圧により上記マイクロクラ
ツクに滑剤が充填され、ねじ山表面に露出したガ
ラス繊維の表面も滑剤で覆われる。形成された液
状膜は常温において固体の被膜となる。そのた
め、得られるボルトは、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。滑剤が転
造時に接触するため、転造により円柱状素材が変
形するおそれも度合も少ない。形成されたねじ山
におけるねじ谷底のマイクロクラツクを減少し、
ボルトの耐疲労性がさらに良好となる。滑剤中に
フツ素樹脂などの微粒子が含有されている場合に
は、これらの微粒子がマイクロクラツクに充填さ
れたり被膜中に均一に分散される。そのため、ね
じ山面の摩擦がさらに小さくなり耐疲労性に優れ
たボルトが得られる。 転造時に転造ダイスは滑剤の種類に応じて適当
な温度に加熱される。円柱状素材の変形を防ぎ、
精度のよいねじ山を得るためには、その温度は円
柱状素材を構成する熱可塑性樹脂の融点以下であ
ることはいうまでもない。転造ダイスは、所定の
温度に制御された熱風を吹きつける方法；ダイス
中にヒーターを内蔵する方法；などにより所定の
温度に加熱される。 （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 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9μm径・６mm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、ステアリン
酸100重量部に直径５〜10μmの四フツ化エチレン
微粒子10重量部を混合して得られたケーキ状の滑
剤を転造ダイスに接触させながら転造を行つた。
転造ダイスの温度は100℃に保持した。得られた
M10サイズのボルトの引張強度、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12
mm、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。 トルク―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
15mm、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55％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15％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フエニレンサルフアイ
ドを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 ７ 熱可塑性樹脂としてポリプロピレンを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 ８ 熱可塑性樹脂としてポリアミド（ナイロン６・
６）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 ９ ステアリン酸のみからなるケーキ状の滑剤を用
いたこと以外は実施例３と同様である。 実施例 10 ステアリン酸の代わりにヘキサデカノールを用
いたこと以外は実施例１と同様である。 比較例 １ 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 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 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 滑剤として液体である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 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 ６ 滑剤を用いなかつたこと以外は実施例７と同様
である。 比較例 ７ 滑剤を用いなかつたこと以外は実施例８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。常温で
固体の滑剤を該滑剤の融点以上の温度に加熱され
た転造ダイスに接触させながら転造が行われるの
で、その間に滑剤の主成分である高級アルコール
や高級脂肪酸等が溶融し、形成されたねじ山表面
に滑剤の液状皮膜ができ、転造時の押圧によりマ
イクロクラツクに滑剤が充填され、ねじ山表面に
露出したガラス繊維の表面も滑剤で覆われ、液状
膜は常温において固体の皮膜が形成される。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。滑剤にフツ素樹脂などの微粒子が
含有されているとさらにねじ山面の摩擦が小さく
なり、耐久性に優れた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、常温で固体の滑剤を該滑剤
   の融点以上の温度に加熱された転造ダイスに接触
   させつつ転造加工を行い、ねじ山表面に該滑剤で
   なる被膜を形成させることを包含するプラスチツ
   クねじ状成形体の製造方法。 ２ 前記滑剤が炭素数14以上の高級アルコールお
   よび高級脂肪酸でなる群から選択される少なくと
   も一種を主成分とする特許請求の範囲第１項に記
   載の製造方法。 ３ 前記滑剤がフツ素樹脂微粒子、二硫化モリブ
   デン微粒子およびカーボン微粒子のうちの少なく
   とも一種を含有する特許請求の範囲第１項に記載
   の製造方法。 ４ 前記フツ素微粒子、二硫化モリブデン微粒子
   およびカーボン微粒子のうちの少なくとも一種が
   滑剤中の高級アルコールおよび／もしくは高級脂
   肪酸の総量100重量部に対して0.2〜100重量部の
   割合で含有される特許請求の範囲第３項に記載の
   製造方法。 ５ 前記転造ダイスの加熱温度が該滑剤の融点以
   上でかつ該熱可塑性樹脂の融点以下である特許請
   求の範囲第１項に記載の製造方法。