JPH0722947B2 - 繊維強化プラスチツクボルトの製造方法 - Google Patents

繊維強化プラスチツクボルトの製造方法

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JPH0722947B2
JPH0722947B2 JP21863886A JP21863886A JPH0722947B2 JP H0722947 B2 JPH0722947 B2 JP H0722947B2 JP 21863886 A JP21863886 A JP 21863886A JP 21863886 A JP21863886 A JP 21863886A JP H0722947 B2 JPH0722947 B2 JP H0722947B2
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清康 藤井
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C45/00Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor
    • B29C45/0005Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor using fibre reinforcements
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29LINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2001/00Articles provided with screw threads
    • B29L2001/002Bolts

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Moulds For Moulding Plastics Or The Like (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は繊維強化プラスチックボルトの製造方法に関す
る。
(従来の技術) 六角ボルト(以下ボルトという)は、締結用部材として
広く利用されている。従来、これらボルトの材質は金属
が中心であるが、金属性ボルトは重い上に錆びやすく、
しかも断熱性、電気絶縁性に欠けるという欠点を有す
る。これに対し、軽くて耐蝕性、断熱性、電気絶縁性に
優れ、かつ生産性に優れたプラスチック製のボルトが実
用化されている。しかし、このようなプラスチック製の
ボルトは、プラスチック材料自身の強度が発現し得るに
すぎず、ボルトとして通常使用される強度は満足できな
い。
プラスチックボルトの強度を向上させるために、補強繊
維を含有せしめた繊維強化プラスチック製のボルトが開
発されている。「グラスファイバー強化プラスチック製
の高強度ボルト」(日本ねじ研究協会誌11巻8号1980)
によれば、繊維強化プラスチックを用いて強度に優れた
素材を製造するためには、第一に、強化繊維をボルト素
材軸部の長手方向に配向させること、第二に、ボルト素
材の内部やその表面にプラスチック樹脂の固化収縮によ
る巣や引けの発生を防ぐことが重要であることが記載さ
れている。しかし、通常の射出成形においては、溶融プ
ラスチック樹脂が細いゲートから金型キャビティ内に高
速充填されるため、樹脂の流れはキャビティ内で極端な
拡大流となる。そのために、得られるボルト素材の軸部
の強化繊維さ軸方向に均一に配向しない。また、射出成
形においては、通常、ゲート部の樹脂がキャビティ部の
樹脂よりも早く固化する傾向にある。したがってキャビ
ティ部における成形樹脂内部に固化収縮に起因する巣や
引けが発生する。特に、ボルト素材の頭部は厚肉である
ため、この頭部に巣や引けが発生し易い。
これら、従来の射出成形法による欠点を解善するため、
特願昭60-264210号公報及び特開昭60-264237号公報に
は、ボルト軸部の一部あるいはボルト軸端部直前までの
金型を樹脂材融点以上に加熱し、ボルト軸端部より頭部
に向って溶融樹脂材を注入充填した後、後続の溶融樹脂
材により加圧しつつ冷却固化することにより、軸部の繊
維配向に優れ、かつ、頭部に巣や引けの発生のない方法
が提案されている。
しかし、上記方法により、六角柱状の頭部を有するボル
トを製造しようとする場合、軸部キャビティと頭部キャ
ビティの間で樹脂流れが拡大流となること、及び樹脂流
れが六角頭部キャビティ壁にぶつかることにより、六角
頭部内では、第6図に図示するように、軸の長手方向の
直角方向に近い角度で配向する繊維42が多くなる。この
ため、頭部では補強繊維の補強効果が十分発揮されず、
このようなボルトに荷重がかかった場合には、頭部で破
壊することが多くなり、強度のバラツキを発生する原因
となっている。
(発明が解決しようとする問題点) 本発明は叙上の如き従来の欠点を解消し、ボルト頭部で
の補強繊維の補強効果を改善し、強度及び強度安定性に
優れた繊維強化プラスチックボルトの製造方法を提供す
ることを目的としてなされたものである。
(発明の構成) 本発明の要旨は、ゲート側より軸部キャビティ、頭部キ
ャビティの順でこの両キャビティからなるボルトキャビ
ティが設けられた金型の前記頭部キャビティ内に、該頭
部キャビティの端面中央部より前記軸部キャビティの方
向に向けて頂部に向うにつれて次第に縮径する突起物が
設けられ、前記ボルトキャビティ内に補強繊維含有溶融
樹脂材を注入する工程を有する繊維強化プラスチックボ
ルトの製造方法に存する。
以下、本発明を図面を参照して説明する。
本発明の製造方法を具体化するためのボルト成形用金型
の一例を第1図に示し、また、他の一例を第2図に示
す。
金型2,3は固定側型板21,31と可動側型板22,32とからな
り、スプル25,35、ランナー26,36につづいて、ボルトキ
ャビティ24,34が設けられている。ボルトキャビティ24,
34は軸部キャビティ242,342と六角頭部キャビティ241,3
41とからなり、スプル25,35側より軸部キャビティ242,3
42、頭部キャビティ241,341の順で設けられている。23,
33は突起物であり、頂部に向うにつれて次第に縮径する
先端部を有し、この先端部が頭部キャビティ241,341内
に、その端面中央部より軸部キャビティ242,342の方向
に向けて突出するように設けられている。
金型3の場合には、スプル35及びランナ36は近傍に設け
られた加熱手段37により、成形樹脂材の融点以上の温度
に保たれ、ボルトキャビティ24,34は近傍に設けられた
冷却手段38により、成形樹脂材の融点以下の温度に保た
れる。加熱手段37及び冷却手段38としては、例えばヒー
ター加熱、ヒーター加熱と冷却水循環の併用、もしくは
オイル循環などの通常樹脂成形に用いられる手段が適宜
選択される。
金型2,3は、通常樹脂成形に用いられる射出成形機に取
付けられて使用される。成形に供される補強繊維含有樹
脂材は、射出成形機のシリンダー内で溶融可塑化され
る。
射出成形機の型締機構により、固定側型板21と可動側型
板22が液密状に係合された状態で、溶融樹脂材がスプル
25,35の端部251,351より、射出成形機の射出成形機によ
り金型25,35内に注入される。溶融樹脂材はスプル25,35
からランナー26,36を通り、軸部キャビティ242,342の端
部よりボルトキャビティ24,34内に注入充填される。注
入後、適宜保圧及び冷却が行われる。
冷却固化した成形品は以下の如く型内より脱型される。
金型2の場合は、まず、可動側型板22が後退することに
より、固化した成形品はスプル部及びランナ部とともに
固定側金板21より脱型される。続いて、射出成形機の突
出ロッド29の前進動作により、ロックピン28が前進し、
成形品は可動側型板22より脱型される。
金型3の場合は、まず可動側型板32が後退することによ
り固化した軸部が固定側型板31内より排出される。続い
て、突出ロット39の前進動作により、突起物33が前進
し、成形品は可動側型板32より排出される。
成形品の脱型が完了すると突出ロッド29,39は後退し、
ロックピン27,突起物33はバネにより後退し、次の成形
に備える。
型内より取出された成形品は以下の如く、ボルトとして
提せられる。
金型2の場合は、取出された成形品よりスプル部及びラ
ンナ部を切断することにより、そのままボルトとして提
せられる。
金型3の場合は取出された成形品の軸部の端部に必要な
長さだけネジ加工を行うことによりボルトとして供せら
れる。
ネジ加工の方法としては、転造、切削等、通常ネジ山の
形成に用いられる方法が適宜選択される。
上記の如く、ネジ山の形成は、軸部キャビティにあらか
じめネジ山を形成しておき、射出成形時にネジ山を形成
し、ボルトとして供する場合にも、射出成形によって得
られた円柱状軸部に後加工によりネジ山を形成してボル
トとして供してもよい。
本発明の製造されたボルトの頭部では第5図に示すよう
に補強繊維含有溶融樹脂材が突起物23,33に沿って流動
するために、補強繊維は、かなりの量が軸の長手方向に
近い角度で配向する。これに対して第6図に示すよう
に、従来の突起物を設けないで製造した場合は、補強繊
維の軸の長手方向に直角方向に近い角度で配向するもの
の量が圧倒的に多い。この従来の製造方法によって製造
されたボルトの頭部は軸の長手方向に直角方向の応力に
対して補強繊維の補強効果が低いために弱く、頭部が破
損しやすい。これに対して、本発明の製造方法によって
製造されたボルトは、軸の長手方向に直角方向の応力に
対して補強繊維の軸の長手方向に配向した補強効果が有
効に作用するため強く、頭部が破損しにくい。
頭部キャビティ241,341内に突出するように設けられた
突起物23,33は、第1図及び第2図に示す如く、ピン状
物の形態で設けられてもよく、また頭部キャビティ241,
341を構成する部材に一体的に設けられてもよい。
突起物23,33は、以下の条件を満していることが、本発
明の効果を発現させる上で好ましい。
第3図(a),(b)及び第4図(a)〜(c)に図示
する如く、頭部キャビティ241,341の端面からの突出高
さhが頭部キャビティ241,341の軸方向の長さHに対し
て(1)式を満足し、外周面の軸芯に対する角度θが
(2)式を満足し、かつ頭部キャビティ241,341の端面
おける突起物23,33の外接円の直径dが頭部キャビティ2
41,341の六角形の内接円の直径D1及び軸部キャビティ24
2,342の外径D2に対し(3)式を満足すること。
0.25H≦h≦0.85H ……(1) 20°≦θ≦65° ……(2) 0.5D2≦d<D1 ……(3) 本発明に用いる成形樹脂材は、補強繊維を有する熱可塑
性合成樹脂組成物である。補強繊維としては、例えば、
ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、チタン酸カリウ
ム繊維、アルミナ繊維、ボロン繊維、炭化ケイ素繊維あ
るいは各種の金属繊維など熱可塑性樹脂の補強用に使用
される既知の繊維があり、これらが単一あるいは2種以
上の混合物の形で使用される。熱可塑性合成樹脂として
は、補強繊維を混入することにより補強効果が得られる
熱可塑性合成樹脂が使用され得る。例えば、ポリアミド
樹脂、熱可塑性ポリエステル樹脂、ポリアセタール樹
脂、ポリカーボネート樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリ
エチレン樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリフェニレンスルフ
ィド樹脂などが単一あるいは2種以上の混合物の形で使
用される。熱可塑性合成樹脂には、各種の成形助剤ある
いは樹脂改質剤などが適宜添加されうる。
(実施例) 以下、本発明を具体的実施例により説明する。
実施例1〜7 熱可塑性合成樹脂として、芳香族ポリアミド樹脂(商品
名;レニー6002,三菱瓦斯化学株式会社製)100重量部に
対し、補強繊維としてガラス繊維100重量部を使用し
た。両者を混合しペレット状の樹脂材を作製した。第1
図に図示した金型2を用い、第3図に示す頭部形状を有
するM16サイズのボルトを製造した。この際、H=12m
m、D1=24mm、D2=16mmとし、θ,d,hを第1表に示すご
とく変化させた。
製造したボルトに、高さ20.5mmのスチール製ナットを装
着して引張装置で引張試験を行った。ボルトが破壊した
ときの荷重を測定し、これを引張強度とした。5本のサ
ンプルについて測定し、最高値及び最低値及び平均値を
第1表に示した。また破段部位も併せて示した。
比較例1 頭部キャビティ241内に突出された突起物23を除去し、
六角頭部の端面が平坦になるようにしたこと以外は実施
例1〜7と同様である。同様に試験した結果を第1表に
併せて示す。
実施例8〜12 熱可塑性合成樹脂として、ポリフェニレンスルフィド樹
脂(商品名;ライトンA−100、フィリップス社製)100
重量部に対し、補強繊維としてガラス繊維100重量部を
使用した。両者を混合しペレット状の樹脂材を作製し
た。第2図に図示した金型3を用い、第4図に示す頭部
形状を有するM16サイズ用ボルト素材を製造し、転造に
よってネジ山加工を行ないM16サイズのボルトとした。
この際、H=12mm、D1=24mm、D2=14.2mmとし、θ1,θ
2,d,hを第2表に示すごとく変化させた。製造したボル
トを実施例1〜7と同様に試験を行った。その結果を第
2表に示す。
比較例2 頭部キャビティ341内に突出された突起物33を除去し、
六角頭部の端面が平坦になるようにしたこと以外は実施
例8〜12と同様である。同様に試験した結果を第2表に
併せて示す。
(発明の効果) 本発明の製造方法によれば、補強繊維がボルトの軸部の
みならず頭部の長手方向に配向するので、従来のものに
比べて頭部の強度が優れ、且つプラスチックが持つ耐蝕
製、電気絶縁性、耐熱性などの特性をかね併えた繊維強
化プラスチックボルトを得ることができる。
また、頭部キャビティ内に突出する突起物の形状が前記
(1)〜(3)式を満足するものであれば、特に頭部の
強度が優れた繊維強化プラスチックボルトを得ることが
できる。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図は、それぞれ、本発明に使用する金型
の断面図、第3図(a)は本発明により製造されるボル
トの一例の平面図、第3図(b)は第3図(a)のX−
X線に沿う断面図、第4図(a)は本発明により製造さ
れるボルトの別の一例の平面図、第4図(b)は第4図
(a)のX−X線に沿う断面図、第4図(c)は第4図
(a)のY−Y線に沿う断面図、第5図は本発明により
製造されたボルトの一例の断面図、第6図は従来の製造
方法により製造されたボルトの一例の断面図である。 符号の説明 2,3……金型、21,31……固定側型板、22,32……可動側
型板、23,33……突起物、24,34……ボルトキャビティ、
25,35……スプル、26,36……ランナ、27……ロックピ
ン、29,39……突出ロッド、37……加熱手段、38……冷
却手段、241,341……頭部キャビティ、242,342……軸部
キャビティ。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ゲート側より軸部キャビティ、頭部キャビ
    ティの順でこの両キャビティからなるボルトキャビティ
    が設けられた金型の前記頭部キャビティ内に、該頭部キ
    ャビティの端面中央部より前記軸部キャビティの方向に
    向けて頂部に向うにつれて次第に縮径する突起物が突出
    され、前記ボルトキャビティ内に補強繊維含有溶融樹脂
    材を注入する工程を有する繊維強化プラスチックボルト
    の製造方法。
  2. 【請求項2】突起物が、頭部キャビティの端面からの突
    出高さhが頭部キャビティの軸方向長さHに対して
    (1)式を満足し、外周面の軸芯に対する角度θが
    (2)式を満足し、かつ頭部キャビティの端面における
    外接円の直径dが頭部キャビティの内接円の直径D1及び
    軸部キャビティの外径D2に対し(3)式を満足するもの
    である特許請求の範囲第1項記載の繊維強化プラスチッ
    クボルトの製造方法。 0.25H≦h≦0.85H ……(1) 20°≦θ≦65° ……(2) 0.5D2≦d<D1 ……(3)
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