WO2016080554A1 - 繊維強化樹脂ネジ - Google Patents

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    • B29L2001/007Screws

Definitions

  • the present invention relates to a fiber reinforced resin screw using a resin composition containing a reinforced fiber in a resin as a material.
  • Resin screws have various characteristics, but their application range is limited because they have lower strength than metal screws. Therefore, it could not be used in fields where higher strength is required.
  • Patent Document 1 discloses a resin screw mixed with fibers to improve the tensile fracture strength of the screw.
  • long fibers having an average fiber length of 0.3 mm or more are mixed into the thermoplastic resin to increase the bonding force / adhesion force between the reinforcing fiber and the resin, and as a composite material The strength is improved.
  • the fiber-reinforced resin bolt described in Patent Document 1 improves the tensile fracture strength of the bolt by strongly orienting long fibers having an average fiber length of 0.3 mm or more parallel to the axial direction of the screw. Yes.
  • the screwed length between the male screw and the female screw is shortened as in the case where screw coupling is desired in a smaller space. If you want to do so, the thread strength may be insufficient.
  • An object of the present invention is to improve the strength of a thread in a fiber-reinforced resin screw.
  • the fiber reinforced resin screw according to the present invention is a screw formed using a resin composition containing a reinforced fiber in a resin.
  • the thread pitch in the fiber reinforced resin screw is 1.5 to 2 times the standard pitch corresponding to the outer diameter of the thread specified in the standard of metric coarse screw, unified coarse screw or unified fine screw. Length.
  • the average fiber length of the reinforcing fibers is 1 to 1/3 times the thread pitch of the fiber-reinforced resin screw.
  • the content of reinforcing fibers in the resin composition is 20 to 80%.
  • the fiber reinforced resin screw according to the present invention is a screw formed using a resin composition containing a reinforced fiber in a resin.
  • the pitch of the thread in the fiber reinforced resin screw is 1/4 to 1-2.2 of the screw outer diameter.
  • the average fiber length of the reinforcing fibers is 1 to 1/3 times the pitch.
  • the content of reinforcing fibers in the resin composition is 20 to 80%.
  • the angle of the thread in the fiber reinforced resin screw is 60 to 90 °.
  • the outer diameter of the fiber reinforced resin screw is 3.5 to 10 mm.
  • Resins in the resin composition are aromatic polyetherketone resin, polyamide resin, polyimide resin, polyphenylene sulfide resin, polyvinylidene fluoride resin, polycarbonate resin, polyacetal resin, phenol resin, ultrahigh molecular weight polyethylene resin, tetrafluoroethylene par Fluoroalkyl vinyl ether resin, polybutylene terephthalate resin, or polyvinyl chloride resin.
  • the reinforcing fiber in the resin composition is glass fiber, carbon fiber, silicon carbide fiber, aramid fiber, or ultrahigh molecular weight polyethylene fiber.
  • a resin screw having a high thread strength can be provided.
  • a resin screw having a high thread strength can be provided.
  • FIG. 1 is a partial cross-sectional view of a fiber reinforced resin screw (male screw) according to the present invention.
  • FIG. 2 is a partial cross-sectional view of a fiber reinforced resin screw (female screw) according to the present invention.
  • (A) of FIG. 3 is a figure showing the orientation analysis result of the reinforcing fiber in the male screw having a thread angle A (60 °) equivalent to UNF3 / 16 and a pitch P (32 threads / inch).
  • FIG. (A) of FIG. 4 is a figure showing the orientation analysis result of the reinforcing fiber in the male screw having a thread angle A (60 °) equivalent to UNF3 / 16 and a pitch P (32 threads / inch).
  • FIG. (A) of FIG. 5 is a figure showing the orientation analysis result of the reinforcing fiber in the external thread having a thread angle A (60 °) equivalent to UNF3 / 16 and a pitch P (32 threads / inch).
  • FIG. 5B is a diagram showing the orientation analysis result of the reinforcing fiber in the male screw in which the thread pitch P is changed to 1.2 times that of UNF3 / 16.
  • FIG. 6A is a view showing the orientation analysis result of the reinforcing fiber in the male screw in which the thread pitch P is changed to 1.4 times that of UNF3 / 16, and FIG. These are the figures showing the orientation analysis result of the reinforcing fiber in the external thread which changed the thread pitch P to 1.6 times with respect to UNF3 / 16.
  • FIG. 7A is a diagram showing the orientation analysis result of the reinforcing fiber in the male screw in which the thread pitch P is changed to 1.8 times that of UNF3 / 16, and FIG. These are the figures showing the orientation analysis result of the reinforced fiber in the external thread which changed the pitch P of the thread to 2 times with respect to UNF3 / 16.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a change in tensile strength (kN) of the fiber-reinforced resin screw when the content ratio of the resin and the reinforcing fiber is changed.
  • FIG. 1 is a partial cross-sectional view showing a partial cross section of a fiber-reinforced resin screw (male screw) according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a partial cross-sectional view showing a partial cross section of the fiber reinforced resin screw (female screw) according to the first embodiment. Note that the thread shape of the female screw shown in FIG. 2 is the same as that of the male screw shown in FIG.
  • the fiber reinforced resin screws 10 and 20 which concern on 1st Embodiment are the screws shape
  • molded using the resin composition in which the reinforced fiber was contained in resin, 3.5 mm ⁇
  • the outer diameter D is in the range of 10 mm.
  • a screw having a large outer diameter D has a large screw thread, and the width of the bottom of the screw thread becomes long, so that the thread has high strength.
  • the strength of the thread may be insufficient.
  • the pitch P in the fiber reinforced resin screw is set to be longer than the pitch of a standard screw that is generally used, it is possible to lengthen the skirt of the thread and improve the strength of the thread.
  • the pitch P of the fiber reinforced resin screws 10 and 20 is preferably D / 4.3 to D / 2.2 with respect to the outer diameter D of the screw.
  • the pitch P of the resin screws 10 and 20 is 1.5 to 2 times the standard pitch corresponding to the outer diameter of the thread specified in the standard of metric coarse screw, unified coarse screw or unified fine screw. It is preferable to use a length.
  • a gate is generally arranged at the screw head H or the screw bottom B, and at this time, most of the resin composition is orthogonal to the screw thread. Flowing. Therefore, the flow of the resin composition tends to be directed in the axial direction even at the thread portion.
  • the skirt of the thread is secured long, the entrance width of the resin can be increased with respect to the height of the thread, so that the resin fluidity along the shape of the thread can be obtained.
  • the reinforcing fibers contained in the resin composition are oriented along the unevenness of the thread or the surface forming the screw. Increases the strength against shearing of mountains. In this way, a resin screw having high thread strength can be obtained.
  • the pitch P of the fiber reinforced resin screws 10 and 20 is increased, and the top of the screw thread (top land) or the bottom of the screw (bottom land) is formed in parallel to the axis of the screw.
  • this parallel portion By setting this parallel portion to be long in the axial direction, it is possible to ensure a long thread skirt. And the resin fluidity
  • this parallel part is made too long, when the fiber reinforced resin screws 10 and 20 are screwed together, the screwing length (the length at which the male screw and the female screw are screwed) becomes too long. .
  • the pitch P of the fiber reinforced resin screws 10 and 20 is desirably in a range of 1.5 to 2 times the standard pitch of the metric coarse screw, the unified coarse screw, or the unified fine screw.
  • the coefficient of friction ⁇ between the threads of the fiber reinforced resin screws 10 and 20 is about 0.1, the lead angle of the threads can be laid until the pitch is about 1.8 times that of the standard screw. it can.
  • the average fiber length of the reinforcing fibers contained in the fiber reinforced resin screws 10 and 20 is preferably 1 to 1/3 times the pitch P, or the height of the thread.
  • the average fiber length is short, the effect of improving the tensile strength in the axial direction of the screw and improving the strength of the thread due to the inclusion of the reinforcing fiber is hindered.
  • the average fiber length is too long, the flow of the reinforcing fiber at the time of injection molding becomes difficult to follow the unevenness of the thread or the surface forming the thread, and the strength of the thread is not improved.
  • the thread angle A is 60 °.
  • the screw thread angle A of the fiber reinforced resin screws 10 and 20 is larger than the screw thread angle A of a general standard screw, the inclination in the axial direction of the screw thread becomes gentle, and the reinforcing fiber is screw thread. It becomes easy to flow along the unevenness
  • the upper limit of the thread angle A is considered to be about 105 ° from the self-standing condition of the screw. Practically, the thread angle A is preferably about 60 to 90 °.
  • the shape of the thread of the fiber reinforced resin screws 10 and 20 is a trapezoidal screw.
  • the present invention is not limited to trapezoidal screws, and the bottoms of the screws can be U-shaped valleys. Further, it is preferable to increase the valley diameter d and secure a long skirt portion of the screw thread, but it is not preferable to make the valley diameter d too large because the hook height between the screw threads decreases.
  • the raw material resin constituting the fiber reinforced resin screws 10 and 20 is aromatic polyetherketone resin (PEEK, PEK, etc.), polyamide resin, polyimide resin, polyphenylene sulfide, depending on the use of the fiber reinforced resin screws 10 and 20.
  • the reinforcing fiber glass fiber, carbon fiber, silicon carbide fiber, aramid fiber, ultrahigh molecular weight polyethylene fiber, and other reinforcing fibers can be used.
  • the amount of the reinforcing fibers contained in the fiber reinforced resin screws 10 and 20 is preferably 20 to 80%, more preferably 30 to 60%.
  • non-conductive reinforcing fibers such as glass fibers for applications that require explosion-proof properties and electrolytic corrosion properties.
  • FIGS. 3 to 7 represent the probability that the fiber is oriented in the axial direction (Y direction) of the screw, and when the value is 9 ⁇ 10 ⁇ 1. This shows that 90% of the reinforcing fibers in the part are oriented in the axial direction (Y direction).
  • the gate for injecting the resin composition containing the reinforcing fiber is arranged at the bottom B of the screw.
  • the tensile strength of the fiber reinforced resin screws 10 and 20 is improved by allowing the resin composition to flow in the axial direction of the screw.
  • the average fiber length of the reinforcing fibers contained in the fiber reinforced resin screws 10 and 20 is 1 to 1/3 times the pitch P.
  • FIG. 3 shows the orientation analysis result of the reinforcing fiber when the male screw having the thread angle A (60 °) equivalent to UNF3 / 16 and the pitch P (32 threads / inch) is injection-molded.
  • FIG. 4A shows the orientation analysis results of the reinforcing fibers when male threads having a thread angle A (60 °) equivalent to UNF3 / 16 and a pitch P (32 threads / inch) are injection-molded.
  • FIG. 4A shows the orientation analysis results of the reinforcing fibers when male threads having a thread angle A (60 °) equivalent to UNF3 / 16 and a pitch P (32 threads / inch) are injection-molded.
  • FIG. 4B shows the result of orientation analysis of the reinforcing
  • the boundary of the color enters the uneven shape of the thread as the thread angle A increases, and the flow of the reinforcing fiber contained in the resin composition is It can be seen that the tendency to be oriented along the uneven shape is stronger. Therefore, it can be determined that the thread strength is improved.
  • FIG. 5 shows the orientation analysis result of the reinforcing fiber at the time of injection molding a male screw having a thread angle A (60 °) equivalent to UNF3 / 16 and a pitch P (32 threads / inch).
  • FIG. (B) of FIG. 5 is a diagram showing the orientation analysis result of the reinforcing fiber when the external thread in which the thread pitch P is changed to 1.2 times that of UNF3 / 16 is injection-molded.
  • FIG. 6 (a) is a diagram showing the orientation analysis result of the reinforcing fiber when injection molding a male screw in which the thread pitch P is changed to 1.4 times that of UNF3 / 16.
  • FIG. 6B is a view showing the orientation analysis result of the reinforcing fiber when the male screw in which the thread pitch P is changed to 1.6 times that of UNF3 / 16 is injection-molded.
  • FIG. 7 is a figure showing the orientation analysis result of the reinforcing fiber at the time of injection-molding a male screw in which the thread pitch P is changed to 1.8 times that of UNF3 / 16.
  • B is a figure showing the orientation analysis result of the reinforcing fiber when injection molding a male screw in which the thread pitch P is changed to twice that of UNF3 / 16.
  • FIGS. 5 to 7 As shown in FIGS. 5 to 7, as the thread pitch P increases, the thread skirt becomes longer, and the flow of the reinforcing fibers contained in the resin composition follows the uneven shape of the thread. It can be seen that the tendency to be oriented has increased. Therefore, it can be determined that the thread strength is improved.
  • the vertical axis in FIG. 8 is the tensile strength (kN).
  • the symbol A of the material represents a resin composition in which high-viscosity PEEK (polyether ether ketone) is used as a resin and 30% glass fiber is contained as a reinforcing fiber.
  • the symbol B of the material represents a resin composition in which low-viscosity PEEK is used as a resin and 60% glass fiber is contained as a reinforcing fiber.
  • the symbol C of the material represents a resin composition in which medium-viscosity PEEK is used for the resin and 30% glass fiber is contained as a reinforcing fiber.
  • the symbol D of the material represents a resin composition in which low-viscosity PEEK is used for the resin and 50% glass fiber is contained as a reinforcing fiber.
  • the measurement results of symbols A, B, C, and D show the tensile strength of fiber reinforced resin screws 10 and 20 having a thread angle A (60 °) equivalent to UNF3 / 16 and a pitch P (32 threads / inch). It is a test result.
  • the symbols A (1.5P), B (1.5P), C (1.5P), and D (1.5P) are the thread angle A (60 °) equivalent to UNF3 / 16, And tensile strength test results for fiber reinforced resin screws 10 and 20 having a pitch P (21 threads / inch).
  • the average fiber length of the reinforcing fibers contained in the fiber reinforced resin screws 10 and 20 is set to 1 to 1/3 times the pitch P, and the thread pitch P is increased. It can be seen that the average tensile strength is improved (about 4 to 10%).

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Abstract

本発明は、樹脂に強化繊維を含有させた樹脂組成物を用いて成形した繊維強化樹脂ネジ10、20に関する。ネジ山のピッチPは、メートル並目ネジ、ユニファイ並目ネジ又はユニファイ細目ネジの規格に規定されるネジ山の外径Dに対応する規格ピッチの1.5乃至2倍の長さである。強化繊維の平均繊維長さは、ピッチPの1乃至1/3倍であり、強化繊維の含有率は、20乃至80%である。こうして、ネジ山の強度が向上された繊維強化樹脂ネジが提供される。

Description

繊維強化樹脂ネジ
本発明は、素材として、樹脂に強化繊維を含有させた樹脂組成物を用いた繊維強化樹脂ネジに関する。
従来、耐薬品性や耐蝕性、生体適合性、防爆性、軽量性、保温性が要求される分野において、物品同士の締結や送り動作を行う際に、素材に樹脂が用いられた樹脂ネジが用いられる場合がある。
樹脂ネジは種々の特徴を有しているが、金属ネジと比較すると強度が低いため適用範囲が限られていた。従って、より高強度が要求される分野に用いることができなかった。
ネジの引張破壊強度を向上させるために繊維が混入された樹脂ネジが、特開平7−293535号公報(特許文献1)に開示されている。特許文献1に記載されている樹脂ネジでは、平均繊維長さが0.3mm以上の長繊維が熱可塑性樹脂に混入されて、強化繊維と樹脂との結合力・密着力を高め、複合材料としての強度を向上させている。
特開平7−293535号公報
特許文献1に記載されている繊維強化樹脂製ボルトは、平均繊維長さが0.3mm以上の長繊維をネジの軸方向と平行に強く配向させることで、ボルトの引張破壊強度を向上させている。
しかしながら、長繊維を含有させることで軸方向の引張強度が向上した場合であっても、より少ないスペースでネジ結合を行いたい場合のように、雄ネジと雌ネジとの螺合長さを短くしたい場合には、ネジ山の強度が不足する場合がある。
本発明の目的は、繊維強化樹脂ネジにおけるネジ山の強度を向上させることである。
本発明による繊維強化樹脂ネジは、樹脂に強化繊維を含有させた樹脂組成物を用いて成形したネジである。繊維強化樹脂ネジにおけるネジ山のピッチは、メートル並目ネジ、ユニファイ並目ネジ又はユニファイ細目ネジの規格に規定されるネジ山の外径に対応する規格ピッチに対して1.5乃至2倍の長さである。強化繊維の平均繊維長さは、繊維強化樹脂ネジにおけるネジ山のピッチの1乃至1/3倍である。樹脂組成物における強化繊維の含有率は、20乃至80%である。
本発明による繊維強化樹脂ネジは、樹脂に強化繊維を含有させた樹脂組成物を用いて成形したネジである。繊維強化樹脂ネジにおけるネジ山のピッチは、ネジ外径の1/4.3乃至1/2.2の長さである。強化繊維の平均繊維長さは、ピッチの1乃至1/3倍である。樹脂組成物における強化繊維の含有率は、20乃至80%である。
繊維強化樹脂ネジにおけるネジ山の角度は、60乃至90°である。
繊維強化樹脂ネジの外径は、3.5乃至10mmである。
樹脂組成物における樹脂は、芳香族ポリエーテルケトン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリふっ化ビニリデン樹脂、ポリカーボネード樹脂、ポリアセタール樹脂、フェノール樹脂、超高分子量ポリエチレン樹脂、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、又はポリ塩化ビニル樹脂である。
樹脂組成物における強化繊維は、ガラス繊維、炭素繊維、炭化珪素繊維、アラミド繊維、又は超高分子量ポリエチレン繊維である。
本発明に係る繊維強化樹脂ネジを用いることによって、ネジ山の強度が高い樹脂ネジを提供することができる。ネジ山の強度が高い繊維強化樹脂ネジを提供することによって、耐薬品性や耐蝕性、生体適合性、防爆性、軽量性、保温性が要求される分野における樹脂ネジの適用範囲を拡大することができる。
図1は、本発明に係る繊維強化樹脂ネジ(雄ネジ)の一部断面図である。 図2は、本発明に係る繊維強化樹脂ネジ(雌ネジ)の一部断面図である。 図3の(a)は、UNF3/16相当のネジ山の角度A(60°)、及びピッチP(32山/インチ)を有する雄ネジにおける強化繊維の配向解析結果を表した図であり、図3の(b)は、UNF3/16相当に対してネジ山の角度A=75°とし、この角度Aに応じてピッチPを変更した雄ネジにおける強化繊維の配向解析結果を表した図であり、図3の(c)は、UNF3/16相当に対してネジ山の角度A=90°とし、この角度Aに応じてピッチPを変更した雄ネジにおける強化繊維の配向解析結果を表した図である。 図4の(a)は、UNF3/16相当のネジ山の角度A(60°)、及びピッチP(32山/インチ)を有する雄ネジにおける強化繊維の配向解析結果を表した図であり、図4の(b)は、UNF3/16相当に対してネジ山の角度A=105°とし、この角度Aに応じてピッチPを変更した雄ネジにおける強化繊維の配向解析結果を表した図であり、図4の(c)は、UNF3/16相当に対してネジ山の角度A=120°とし、この角度Aに応じてピッチPを変更した雄ネジにおける強化繊維の配向解析結果を表した図である。 図5の(a)は、UNF3/16相当のネジ山の角度A(60°)、及びピッチP(32山/インチ)を有する雄ネジにおける強化繊維の配向解析結果を表した図であり、図5の(b)は、UNF3/16相当に対してネジ山のピッチPを1.2倍に変更した雄ネジにおける強化繊維の配向解析結果を表した図である。 図6の(a)は、UNF3/16相当に対してネジ山のピッチPを1.4倍に変更した雄ネジにおける強化繊維の配向解析結果を表した図であり、図6の(b)は、UNF3/16相当に対してネジ山のピッチPを1.6倍に変更した雄ネジにおける強化繊維の配向解析結果を表した図である。 図7の(a)は、UNF3/16相当に対してネジ山のピッチPを1.8倍に変更した雄ネジにおける強化繊維の配向解析結果を表した図であり、図7の(b)は、UNF3/16相当に対してネジ山のピッチPを2倍に変更した雄ネジにおける強化繊維の配向解析結果を表した図である。 図8は、樹脂及び強化繊維の含有割合を変更した際の、繊維強化樹脂ネジの引張強度(kN)の変化について表した図である。
添付図面を参照して、本発明による繊維強化樹脂ネジを実施するための形態を、以下に説明する。
図1は、第1実施形態に係る繊維強化樹脂ネジ(雄ネジ)の一部断面を示す部分断面図である。図2は、第1実施形態に係る繊維強化樹脂ネジ(雌ネジ)の一部断面を示す部分断面図である。なお、図2に示される雌ネジのネジ山形状は、図1に示す雄ネジのネジ山形状と同様であるので、その説明は省略する。
図1及び図2を参照して、第1実施形態に係る繊維強化樹脂ネジ10、20は、樹脂に強化繊維が含有された樹脂組成物を用いて成形されたネジであり、3.5mm≦外径D≦10mmの範囲の外径Dを有する。一般に外径Dが大きなネジではネジ山も大きく、ネジ山の裾部の幅も長くなるのでネジ山の強度も高い。しかし、外径Dが10mm以下の樹脂ネジでは、ネジ山の強度が不足する場合がある。
ここで、繊維強化樹脂ネジにおけるピッチPを、一般的に用いられる規格ネジのピッチよりも長く設定することによって、ネジ山の裾部を長くして、ネジ山の強度を向上させることができる。
繊維強化樹脂ネジ10、20のピッチPは、ネジの外径Dに対して、D/4.3乃至D/2.2の長さとすることが好ましい。また、繊維強化樹脂ネジ10、20のネジ山の外径Dが、メートル並目ネジ、ユニファイ並目ネジ又はユニファイ細目ネジの規格に規定されるネジ山の外径と同じ場合には、繊維強化樹脂ネジ10、20のピッチPは、メートル並目ネジ、ユニファイ並目ネジ又はユニファイ細目ネジの規格に規定されるネジ山の外径に対応する規格ピッチに対して、1.5乃至2倍の長さとすることが好ましい。
繊維強化樹脂ネジ10、20を射出成形するに際して、ネジの頭部H又はネジの底部Bにゲートを配置するのが一般的であり、このとき樹脂組成物の多くはネジ山に直交するように流れる。従って、ネジ山の部分においても樹脂組成物の流れは軸方向に向く傾向がある。ここで、ネジ山の裾部を長く確保すると、ネジ山の高さに対して樹脂の入り口幅を広く取ることができるので、ネジ山の形状に沿った樹脂流動性を得ることができる。これにより、繊維強化樹脂ネジ10、20を射出成形する際に、樹脂組成物に含有される強化繊維が、ネジ山の凹凸、又はそれを形成する面に沿って配向されるようになり、ネジ山の剪断に対する強度が増す。こうして、ネジ山の強度が高い樹脂ネジを得ることができる。
また、繊維強化樹脂ネジ10、20のピッチPを長くすると共に、ネジ山のネジの頂(トップ・ランド)、又はネジの谷底(ボトム・ランド)をネジの軸心に対して平行に形成し、この平行な部分を軸方向に長く設定することによって、ネジ山の裾部を長く確保することができる。そして、ネジ山の形状に沿った樹脂流動性を得て、より多くの強化繊維をネジ山の凹凸、又はそれを形成する面に沿って配向させることができる。但し、この平行部分を長くし過ぎると、繊維強化樹脂ネジ10、20同士を螺合させる際において、螺合長さ(雄ネジと雌ネジとが螺合する長さ)も長くなりすぎてしまう。
また、繊維強化樹脂ネジ10、20のネジ山同士における摩擦角が、ネジのリード角よりも小さくなると自然に緩みが生じる。そのため、繊維強化樹脂ネジ10、20のピッチPは、メートル並目ネジ、ユニファイ並目ネジ又はユニファイ細目ネジの規格ピッチに対して1.5乃至2倍の範囲内とすることが望ましい。繊維強化樹脂ネジ10、20のネジ山同士の摩擦係数μを0.1程度とした場合には、ネジ山のリード角は、規格ネジに対して約1.8倍ピッチになるまで寝かせることができる。
繊維強化樹脂ネジ10、20に含有される強化繊維の平均繊維長さは、ピッチPの1乃至1/3倍、又はネジ山の高さと同等であることが好ましい。平均繊維長さが短いと、強化繊維を含有させたことによるネジの軸方向の引張強度向上、及びネジ山の強度向上の効果が妨げられる。他方、平均繊維長さが長すぎると、射出成形時における強化繊維の流れがネジ山の凹凸、又はそれを形成する面に沿い難くなり、ネジ山の強度が向上しない。
メートル並目ネジや、ユニファイ並目ネジ又はユニファイ細目ネジでは、ネジ山の角度Aは60°である。繊維強化樹脂ネジ10、20のネジ山の角度Aを、一般の規格ネジにおけるネジ山の角度Aよりも大きく設定することで、ネジ山における軸方向の傾斜がなだらかになり、強化繊維はネジ山の凹凸、又はそれを形成する面に沿って流れ易くなる。但し、ネジの自立条件から、ネジ山の角度Aの上限は105°程度と考えられる。実用的には、ネジ山の角度Aは60乃至90°程度が望ましい。
図1及び図2に示す実施形態では、繊維強化樹脂ネジ10、20のネジ山の形状を台形ネジとしてある。本発明は、台形ネジに限定されるものではなく、ネジの谷底をU字形の谷とすることもできる。また、谷径dを大きくして、ネジ山の裾部を長く確保することが好ましいが、ネジ山同士の掛け高さが減少してしまうので、谷径dをあまり大きくすることは好ましくない。
繊維強化樹脂ネジ10、20を構成する原料の樹脂は、その繊維強化樹脂ネジ10、20の用途に応じて、芳香族ポリエーテルケトン樹脂(PEEK、PEK等)、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリフッ化ビニリデン樹脂、ポリカーボネード樹脂、ポリアセタール樹脂、フェノール樹脂、超高分子量ポリエチレン樹脂、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、その他の熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂を用いることができる。
強化繊維とし
て、ガラス繊維、炭素繊維、炭化珪素繊維、アラミド繊維、超高分子量ポリエチレン繊維、その他の強化繊維を用いることができる。繊維強化樹脂ネジ10、20に含有する強化繊維の量は、20乃至80%の含有率とすることが好ましく、30~60%とすることが、より好ましい。特に、防爆性や電食性が要求される用途には、ガラス繊維などの非導電性を備える強化繊維を用いることが望ましい。
次に、図3乃至図7を用いて、外径D=約4.8mmの繊維強化樹脂ネジ(雄ネジ)の、射出成形時における樹脂の流れに基づく強化繊維の配向をシミュレーションした結果について説明する。図3乃至図7において表される色(又は濃度)の違いは、ネジの軸方向(Y方向)に繊維が向いている確率を表しており、その値が9×10−1の場合には、その部位における強化繊維の90%が軸方向(Y方向)を向いていることを示している。
射出成形時において、強化繊維を含有させた樹脂組成物を注入するゲートは、ネジの底部Bに配置してある。そして、射出成形時においては、樹脂組成物がネジの軸方向に流れるようにして、繊維強化樹脂ネジ10、20における引張強度を向上させている。また、繊維強化樹脂ネジ10、20に含有される強化繊維の平均繊維長さは、ピッチPの1乃至1/3倍である。先ず、図3及び図4に示される繊維強化樹脂ネジにおける強化繊維の配向解析結果について説明する。
図3の(a)は、UNF3/16相当のネジ山の角度A(60°)、及びピッチP(32山/インチ)を有する雄ネジを射出成形する際における強化繊維の配向解析結果を表した図である。図3の(b)は、UNF3/16相当に対してネジ山の角度A=75°とし、この角度Aに応じてピッチPを変更した雄ネジを射出成形する際における強化繊維の配向解析結果を表した図である。図3の(c)は、UNF3/16相当に対してネジ山の角度A=90°とし、この角度Aに応じてピッチPを変更した雄ネジを射出成形する際における強化繊維の配向解析結果を表した図である。
図4の(a)は、UNF3/16相当のネジ山の角度A(60°)、及びピッチP(32山/インチ)を有する雄ネジを射出成形する際における強化繊維の配向解析結果を表した図である。図4の(b)は、UNF3/16相当に対してネジ山の角度A=105°とし、この角度Aに応じてピッチPを変更した雄ネジを射出成形する際における強化繊維の配向解析結果を表した図である。図4の(c)は、UNF3/16相当に対してネジ山の角度A=120°とし、この角度Aに応じてピッチPを変更した雄ネジを射出成形する際における強化繊維の配向解析結果を表した図である。
図3及び図4に示されるように、ネジ山の角度Aの増加に伴って色の境界がネジ山の凹凸形状に入り込んでおり、樹脂組成物に含有される強化繊維の流れがネジ山の凹凸形状に沿って配向される傾向が強くなっていることが判る。従って、ネジ山の強度が向上するものと判断できる。なお、図3及び図4に示されるシミュレーション結果は、外径D=約4.8mmの繊維強化樹脂ネジについての強化繊維の配向解析結果であるが、外径Dが、3.5mm≦外径D≦10mmの範囲における繊維強化樹脂ネジについても同様に成立する。
次に、図5乃至図7に示す繊維強化樹脂ネジにおける強化繊維の配向解析結果について説明する。
図5の(a)は、UNF3/16相当のネジ山の角度A(60°)、及びピッチP(32山/インチ)を有する雄ネジを射出成形する際における強化繊維の配向解析結果を表した図である。図5の(b)は、UNF3/16相当に対してネジ山のピッチPを1.2倍に変更した雄ネジを射出成形する際における強化繊維の配向解析結果を表した図である。
図6の(a)は、UNF3/16相当に対してネジ山のピッチPを1.4倍に変更した雄ネジを射出成形する際における強化繊維の配向解析結果を表した図である。図6の(b)は、UNF3/16相当に対してネジ山のピッチPを1.6倍に変更した雄ネジを射出成形する際における強化繊維の配向解析結果を表した図である。
図7の(a)は、UNF3/16相当に対してネジ山のピッチPを1.8倍に変更した雄ネジを射出成形する際における強化繊維の配向解析結果を表した図である。図7の(b)は、UNF3/16相当に対してネジ山のピッチPを2倍に変更した雄ネジを射出成形する際における強化繊維の配向解析結果を表した図である。
図5~図7に示されるように、ネジ山のピッチPの増加に伴ってネジ山の裾部が長くなり、樹脂組成物に含有される強化繊維の流れがネジ山の凹凸形状に沿って配向される傾向が強くなっていることが判る。従って、ネジ山の強度が向上すると判断できる。なお、図5~図7に示されるシミュレーション結果は、外径D=約4.8mmの繊維強化樹脂ネジについての強化繊維の配向解析結果であるが、外径Dが、3.5mm≦外径D≦10mmの範囲における繊維強化樹脂ネジについても同様に成立する。
次に、図1及び図2に示される繊維強化樹脂ネジ10、20同士を螺合させた状態での引張強度試験結果について図8を参照して説明する。図8は、外径D=約4.8mmの繊維強化樹脂ネジ10について、樹脂及び強化繊維の含有割合を変更した際の、引張強度の変化について表した図である。図8の縦軸は引張強度(kN)である。
素材の記号Aは、樹脂に高粘度PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)を用い、強化繊維としてガラス繊維を30%含有させた樹脂組成物を表す。素材の記号Bは、樹脂に低粘度PEEKを用い、強化繊維としてガラス繊維を60%含有させた樹脂組成物を表す。素材の記号Cは、樹脂に中粘度PEEKを用い、強化繊維としてガラス繊維を30%含有させた樹脂組成物を表す。素材の記号Dは、樹脂に低粘度PEEKを用い、強化繊維としてガラス繊維を50%含有させた樹脂組成物を表す。
記号A、B、C、Dの測定結果は、UNF3/16相当のネジ山の角度A(60°)、及びピッチP(32山/インチ)を有する繊維強化樹脂ネジ10、20についての引張強度試験結果である。これらに対し、記号A(1.5P)、B(1.5P)、C(1.5P)、及びD(1.5P)は、UNF3/16相当のネジ山の角度A(60°)、及びピッチP(21山/インチ)を有する繊維強化樹脂ネジ10、20についての引張強度試験結果である。
図8に示されるように、繊維強化樹脂ネジ10、20に含有される強化繊維の平均繊維長さを、ピッチPの1乃至1/3倍とする共に、ネジ山のピッチPを長くすることによって、平均の引張強度が向上(約4~10%)することが判る。
以上、種々の実施形態の繊維強化樹脂ネジを説明したが、上記実施形態に限定されない。上記実施形態に様々の変更を行うことが可能である。技術的に矛盾を生じない範囲で上記実施形態に記載された事項と上記他の実施形態に記載された事項とを組み合わせることが可能である。

Claims (10)

  1.  樹脂に強化繊維を含有させた樹脂組成物を用いて成形した繊維強化樹脂ネジであって、
     前記繊維強化樹脂ネジにおけるネジ山のピッチは、メートル並目ネジ、ユニファイ並目ネジ又はユニファイ細目ネジの規格に規定される前記ネジ山の外径に対応する規格ピッチの1.5乃至2倍の長さであり、
     前記強化繊維の平均繊維長さは、前記繊維強化樹脂ネジにおけるネジ山のピッチの1乃至1/3倍であり、
     前記強化繊維の含有率は、20乃至80%である
     繊維強化樹脂ネジ。
  2.  請求項1に記載の繊維強化樹脂ネジにおいて、
     前記繊維強化樹脂ネジにおけるネジ山の角度は、60乃至90°である
     繊維強化樹脂ネジ。
  3.  請求項1又は2に記載の繊維強化樹脂ネジにおいて、
     前記繊維強化樹脂ネジの外径は、3.5乃至10mmである
     繊維強化樹脂ネジ。
  4.  請求項1乃至3のいずれか一項に記載の繊維強化樹脂ネジにおいて、
     前記樹脂は、芳香族ポリエーテルケトン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリふっ化ビニリデン樹脂、ポリカーボネード樹脂、ポリアセタール樹脂、フェノール樹脂、超高分子量ポリエチレン樹脂、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、又はポリ塩化ビニル樹脂である
     繊維強化樹脂ネジ。
  5.  請求項1乃至4のいずれか一項に記載の繊維強化樹脂ネジにおいて、
     前記強化繊維は、ガラス繊維、炭素繊維、炭化珪素繊維、アラミド繊維、又は超高分子量ポリエチレン繊維である
     繊維強化樹脂ネジ。
  6.  樹脂に強化繊維を含有させた樹脂組成物を用いて成形した繊維強化樹脂ネジであって、
     前記繊維強化樹脂ネジにおけるネジ山のピッチは、ネジ外径の1/4.3乃至1/2.2倍の長さであり、
     前記強化繊維の平均繊維長さは、前記ピッチの1乃至1/3倍であり、
     前記強化繊維の含有率は、20乃至80%である
     繊維強化樹脂ネジ。
  7.  請求項6に記載の繊維強化樹脂ネジにおいて、
     前記繊維強化樹脂ネジにおけるネジ山の角度は、60乃至90°である
     繊維強化樹脂ネジ。
  8.  請求項6又は7に記載の繊維強化樹脂ネジにおいて、
     前記繊維強化樹脂ネジの外径は、3.5乃至10mmである
     繊維強化樹脂ネジ。
  9.  請求項6乃至8のいずれか一項に記載の繊維強化樹脂ネジにおいて、
     前記樹脂は、芳香族ポリエーテルケトン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリふっ化ビニリデン樹脂、ポリカーボネード樹脂、ポリアセタール樹脂、フェノール樹脂、超高分子量ポリエチレン樹脂、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、又はポリ塩化ビニル樹脂である
     繊維強化樹脂ネジ。
  10.  請求項6乃至9のいずれか一項に記載の繊維強化樹脂ネジにおいて、
     前記強化繊維は、ガラス繊維、炭素繊維、炭化珪素繊維、アラミド繊維、又は超高分子量ポリエチレン繊維である
     繊維強化樹脂ネジ。
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