JPS612536A - ガラス繊維強化プラスチツクねじ状成形体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明はプラスチックねじ状成形体、特に、ガラス繊維
で高度に補強されたプラスチックねし状成形体に関する
。

（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。これらはねし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１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（て耐蝕性に優れたプラスチッ
ク製ねじ状成形体が生産されている。例えば、プラスチ
ックボルトはプラスチッ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ックボルトは強度が低
く、構造締結に供し得ない。プラスチックボルトの強度
を上げるためにガラス繊維を含有する強化プラスチック
材料を用いることが従案されている。しかし。

得られるプラスチックボルトの強度は依然として不充分
であり、しかも、ねじ画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し山面の摩擦が小さく、ねじ山
を損なわずに操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ックね
し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ックねじ
状成形体を提伍することにある。

（発明の構成） 本発明のガラス繊維強化プラスチッ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
成形体であって、該ねじ両表面に露出した該ガラス短繊
維の少なくとも周囲にフッ素樹脂層が設けられ、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
どねし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、ポリエチレンフクレート、
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。

ポリフェニレンサルファイドなど、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１〜６０１
１ｍ、長さが０．０１〜１．ＯＯｍである。ただし、長
さがこの範囲を数罷程度はずれても熱可塑性樹脂との混
練時に切断されて０．０１〜１．０（ｈｌ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ッ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
るねし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１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、ゲートイｑ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っ
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２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
　ＭＩＯサイズのボルトを得るときには直径約９Ｎ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し加工に採用される転造法は
、格別である必要はなく、金属ねし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。

表面にねし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侍・押出しねし加工を
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し山によ
り円柱状素材にねし山が形成される。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
ねじ山に沿って配向する。ガラス繊維の一部は破断し。

その端部がねし両表面に露出する。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徽細
なひび割れ（マイクロクランク）が発生し、ねじ両表面
が荒れた状態になる。そのため９例えばナンドにボルト
を締めつけるとねし山とナンドとの摩擦が大きく、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
なくとも周囲にフン素樹脂層が設けられており、このフ
ッ素樹脂層により摩擦低減効果が得られる。フッ素樹脂
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，−５０３，−ＯＨ。

−ＣＨ＝　ＣＬ、　−０ＣＯＣＨ＝　ＣＨｚなどの極性
基を有する分子量２００〜５０，０００の重合体である
。このフッ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ン素樹脂
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。フッ素樹脂膜はボルトのねし
山表面全体にわたって形成されても。

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
マイクロクラック部に充填される形で形成されてもよい
。ナンド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、フッ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ックにフッ素樹脂が充填されて
し〜るので、このフッ素樹脂が摩擦軽減材として働く。

したがってねし山とす・ノド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
ねし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・ノ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し山面とナンドとの摩擦
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、したがってねし山を損な
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。

ガラス繊維がねし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。ガラス繊維がねし山面から脱落した場
合には、大きな凹部がねし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
ボルトにフッ素樹脂膜を形成しても、上記所望ねし山面
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
成したプラスチックボルトにフッ素樹脂をコーティ・ソ
ゲしても良好な結果は得られない。ガラス繊維がねし山
面に沿って配向せず、ガラス繊維の端面がねし山の表面
に露出せずマイクロクラッ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ッ素樹脂膜が形成されたとき
にのみ本発明におけるフッ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（東し株式会社製：アミ与ンＣＭ３０
０１　Ｇ　−３０＞を押出機を用いて、直径９ｆｉの丸
棒を成形した。直径９ｎ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９顛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％であった。円柱状素材を転造機を
用いて転造し１Ｍ１０サイズのボルトを得た。ボルトの
表面にフン素樹脂として四フッ化エチレンを５０μｍの
厚さにコーティングし、プラスチックボルトを得た。プ
ラスチックボルトを１２本製造し４本を引張試験、８本
を繰り返し締めっけ試験に供した。その結果を下表に示
す。各試験は下記の方法で行った。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
ＭＩＯサイズのナンドである。

引張試験　　ボルトの両端にナンドを装着し。

２個のナンド間を７０鶴とした。ボ ルト両端のナンドをオートグラフ （島津製作所製）で５醇／ｍｉｎ、の 引張速度で引っ張り、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　　２５０　ｋｇで圧縮すると６
０ｍの長さとなる長さ７０ｉｎで内径１２１１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 ナンドを装着した。バネの長さが ６０ｍになるまでナンドを締めつけ。

その後、バネの長さが７００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 ねし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８Ｎ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６．５ｎ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（東し株式会社製：アミランＣＭ３０
０１　Ｇ　−３０）を射出成形によりＭＩＯサイズで長
さが１０　ａｍのボルトを得た。実施例１と同様の方法
でボルトにフン素樹脂をコーティングし１２木のボルト
を製造した。このボルトについて実施例１と同様に試験
を行った。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４
８％の円柱状素材を得たこと以外は実施例１と同様であ
る。

北較■↓ ボルト表面にフッ素樹脂をコーティングしなかったこと
以外は実施例１と同様である。

（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ック本来の特徴をも有する。この
ねじ状成形体はねし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。

以上

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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
   ねじ状成形体であって、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ッ素樹脂層が設けられた
   ガラス繊維強化プラスチックねじ状成形体。