JP2006035445A - 長繊維強化熱可塑性樹脂成形体 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、合成樹脂の成形体を種々の製品部材に取り付ける際に、その確実な固定を実現すべく、ネジ込みトルクの高い合成樹脂成形体を提供することにある。
【解決手段】長繊維強化熱可塑性樹脂を使用するとともに、長繊維強化熱可塑性樹脂成形体に取り付けるタッピングネジの呼び径（ｄ₁）に対して、下穴径（ｄ）が７５〜５０％であるボスを有する長繊維強化熱可塑性樹脂成形体とすること。
【選択図】図１

Description

本発明は、樹脂成形体をタッピングネジを使用して他の部材に取り付けるためのボスを有する長繊維強化熱可塑性樹脂成形体に関するものである。

合成樹脂は成形され種々の部材へ取り付けてその機能を発揮している。金属に比較して合成樹脂は成形が容易であり、また軽量であるため電気製品や機械部品などその応用範囲は広い。特に近年自動車の軽量化及びコスト低減に向けて金属部品から合成樹脂への転換が検討されている。合成樹脂は軽量である反面、機械的な強度が弱いためその使用範囲は限られている。その使用範囲を限定している理由として、成形された樹脂を各製品へ取り付ける際に使用するタッピングネジでの固定に対する強度が不足があり、特に自動車等長期にわたって固定が保証されねばならないような場合には合成樹脂の使用範囲が限定されることになる。その対策としては以前から、ネジとボスの間に戻り止め方向のセレーションを取り付けたり、トルクブレーキ方向へのセレーションが設置されていた。それでは不十分であり、特開平０８−６１３５１号公報には、複数の突起部と平面部を有するセレーションが提案され、特開平０９−１２３２８９号にはビス穴の断面形状を三角形とした提案がある。
特開平０８−６１３５１号公報 特開平０９−１２３２８９号公報

本発明は、合成樹脂の成形体を種々の製品部材に取り付ける際に、その確実な固定を実現すべく、ネジ込みトルクの高い合成樹脂成形体を提供することにある。

本発明者らは、上記問題を解決すべく鋭意検討の結果、長繊維強化熱可塑性樹脂を使用し、しかもタッピングネジの呼び径とボスの形状との関係の最良値を求めることによって、本発明を完成するに至った。

すなわち本発明の目的は、長繊維強化熱可塑性樹脂成形体に取り付けるタッピングネジの呼び径（ｄ₁）に対して、下穴径（ｄ）が７５〜５０％であるボスを有する長繊維強化熱可塑性樹脂成形体を提供することにある。

更に、本発明の他の目的は、ボス外形（Ｄ）が下穴径（ｄ）の１〜５倍であることを特徴とする前記記載の長繊維強化熱可塑性樹脂成形体を提供することである。

また、本発明の他の目的は、ボスの高さ（ｈ）が下穴径（ｄ）の３倍以上であることを特徴とした前記記載の長繊維強化熱可塑性樹脂成形体を提供することにある。

更にまた、本発明の目的は、ボスの肉厚（ｔ）がタッピングネジの呼び径（ｄ₁）の１／２倍以上であることを特徴とした前記記載の長繊維強化熱可塑性樹脂成形体を提供することである。

また、本発明の他の目的は、長繊維強化熱可塑性樹脂成形体が長繊維強化熱可塑性樹脂ペレットを含む材料を射出成形により製造されることを特徴とする前記記載の長繊維強化熱可塑性樹脂成形体を提供することである。

更に、本発明の目的は、長繊維強化熱可塑性樹脂ペレットの繊維含有率が１０〜８０重量％であることを特徴とする前記記載の長繊維強化熱可塑性樹脂成形体を提供することにある。

更にまた、本発明の目的は、長繊維強化熱可塑性樹脂ペレットの繊維がガラス繊維であることを特徴とする前記記載の長繊維強化熱可塑性樹脂成形体を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、長繊維強化熱可塑性樹脂ペレットの樹脂がカルボン酸又はその無水物を含む化合物により変性されたポリオレフィン樹脂又はナイロン樹脂を含むことを特徴とする前記記載の長繊維強化熱可塑性樹脂成形体を提供することである。

また、本発明の目的は、長繊維強化熱可塑性樹脂ペレットが繊維ロービングを引きながら繊維を開繊し、溶融樹脂を含浸させて製造することを特徴とする前記記載の長繊維強化熱可塑性樹脂成形体を提供することである。

本発明による樹脂成形体は、長繊維強化熱可塑性樹脂を使用し、しかもタッピングネジの呼び径とボスの形状との関係で通常の概念を超えた条件を求めることによって、当該長繊維強化熱可塑性樹脂成形体を種々の製品の部材に対して、ネジ込みの高いトルクが得られ、強固な取り付けを可能とした。

本発明を実施するために、更に詳細に以下に説明する。本発明の合成樹脂成形体は少なくとも長繊維強化熱可塑性樹脂を含んだ樹脂を成形して製造される。本発明に使用される長繊維強化熱可塑性樹脂の製造方法は、繊維束のケーキ巻きから繊維を引き出す工程と、繊維を開繊し溶融した熱可塑性樹脂を含浸する工程と樹脂含浸した繊維を賦形する工程と賦形された長繊維強化熱可塑性樹脂を冷却する工程、更に適切な長さにカットするカッティング工程による。また、必要に応じて、冷却工程が水による冷却では、樹脂含浸した繊維に付着した水を風圧により除去したり、カッティングした樹脂を乾燥させるような工程を加えることも可能である。前記した工程は総てが必須ではなく、各工程の目的を達成するならば、他の方法に変えることも可能である。各工程を更に詳細に説明すると、使用される繊維は通常ケーキ巻きになっているが、繊維ロービングであればどのような形状でも可能である。繊維を開繊する工程では、繊維に張力を加えるために凸面が交互になったクロスヘッドダイに繊維を走らせることも好ましいが、交互に配置されたピンを上下しながら、繊維が進むことも可能である。溶融された樹脂は、押出機等から供給されることが通常であり、その供給位置は繊維開繊のためのダイのどの位置でもよく、繊維が開繊された空隙を溶融樹脂で満たすことが必要である。賦形ダイを出た樹脂含浸繊維の冷却は水冷でも空冷でも良いが、水冷が効果的で好ましい。冷却用に使用した水が後の工程に持ち越されて不適当であれば、冷却後に風圧で水滴を除去することも好ましい。

長繊維強化熱可塑性樹脂ペレットから成形体を製造する方法は、通常の樹脂成形体の製造方法であればよく、押出成形、射出成形、ブロー成形、押出ブロー成形、射出ブロー成形、インフレーション成形、スタンピングモールド成形、圧縮成形、ビーズ成形等があげられ、中でも射出成形が生産性の面から好ましいものと言える。

長繊維強化熱可塑性樹脂成形体が備えるボスの下穴径（ｄ）は、長繊維強化熱可塑性樹脂成形体を固定するためのタッピングネジの呼び径（ｄ₁）に対して、７５〜５０％であり、好ましくは７２〜５８％であり、特に好ましくは７０〜５５％である。タッピングネジの呼び径（ｄ₁）がボスの下穴径（ｄ）に対して、７５％を超えると、充分なネジ込みトルクが得られず、成形体の固定が不十分であり、５０％より小さいと、タッピングネジを占めこむことが難しくなり、無理に締めるとボスが破損することもある。

ボス外形（Ｄ）は下穴径（ｄ）の１〜５倍であり、好ましくは１．５〜４倍であり、特に好ましくは２〜３倍である。ボス外形（Ｄ）が下穴径（ｄ）に対して、１倍に満たないと締め付け時にボスが破損することがあり、５倍以上では余計な樹脂の使用と、成形体に無駄なスペースを使うことになり、経済的でない。

ボスの高さ（ｈ）は下穴径（ｄ）の３倍以上が通常であるが、３倍に満たないと充分なネジ込み深さが取れず、固定する硬度が維持できない。

ボスの肉厚（ｔ）はタッピングネジの呼び径（ｄ₁）の通常１／２倍以上であり、好ましくは２／３倍以上であり、特に好ましくは１倍以上である。ボスの肉厚（ｔ）がタッピングネジの呼び径（ｄ₁）の１／２倍に満たないと、ネジ込みの強度が得られない。

本発明により製造される長繊維強化熱可塑性樹脂の繊維含有量は１０〜８０重量％であり、好ましくは１５〜７５重量％、特に好ましくは２０〜７０重量％である。繊維含有量が１０重量％より少ないと、製造された長繊維強化熱可塑性樹脂による成形体の強度が得られず、８０重量％より多いと、樹脂と繊維の含浸が不十分となり、やはり適切な強度が得られない。

本発明に使用される長繊維強化熱可塑性樹脂成形体の強化繊維としては、使用するマトリックス樹脂よりも弾性率が高い繊維であれば、下記に挙げた繊維に限定されるものではなく、周知のいずれの繊維も強化繊維として使用可能である。例えば、Ｅ−ガラス、Ｄ−ガラス等のガラス繊維；ポリアクリロニトリル系、ピッチ系、レーヨン系等の炭素繊維；ボロン繊維、鉱物繊維等の無機繊維；ステンレス、黄銅等の金属繊維；超高分子量ポリエチレン繊維、ポリオキシメチレン繊維、ポリビニルアルコール繊維、液晶性芳香族ポリエステル繊維、ポリエチレンテレフタレート繊維、ポリ−ｐ−フェニレンテレフタルアミド繊維、ポリ−ｍ−フェニレンイソフタルアミド繊維等のアラミド繊維、ポリアクリロニトリル繊維、綿、ジュート等のセルロース繊維等の有機繊維などが挙げられる。それぞれの繊維は樹脂との親和性を向上するために各種のサイジング剤にてサイジング処理された繊維が用いられることが多い。

本発明に使用される長繊維強化熱可塑性樹脂ペレットのマトリックス樹脂は、熱可塑性樹脂であれば全ての樹脂が使用可能である。例えば、一般用ポリスチレン、耐衝撃性ポリスチレン、アクリロニトリル−スチレン共重合体樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体樹脂等のポリスチレン系樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂、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等の熱可塑性ポリエステル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、塩化ビニル、塩素化ポリプロピレン等のハロゲン含有ポリオレフィン樹脂、６−ナイロン、 ６，６−ナイロン、 ４，６−ナイロン、１１−ナイロン、１２−ナイロン等のポリアミド系樹脂、ポリエチルアクリレート樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂等のポリアクリル系樹脂、ポリスルホン酸系樹脂、ポリフェニルエーテル樹脂、ポリアセタール樹脂、液晶性芳香族ポリエステル樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂等の汎用樹脂からスーパーエンプラまで全ての熱可塑性樹脂及びこれらの２種類以上からなるアロイ樹脂が使用可能である。アロイを形成する樹脂は、ここに挙げた熱可塑性樹脂に限定されるものではなく、周知の他の熱可塑性樹脂及びそれらの２種類以上のアロイ樹脂が使用可能である。特に本発明の適用が好ましい熱可塑性樹脂としては、安価なポリスチレン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ハロゲン含有ポリオレフィン系樹脂を挙げることができる。このようなポリオレフィン樹脂はカルボン酸又はその無水物を含む化合物、例えば、無水マレイン酸などの変性剤を共重合やグラフト重合させた変性ポリオレフィンとして使用すること、または変性ポリオレフィンとポリオレフィンとの混合物として使用することが好ましい。

また、目的に応じて所望の特性を付与するため、一般に熱可塑性樹脂に添加される公知の物質、例えば酸化防止剤、耐熱安定剤、紫外線吸収剤等の安定剤、帯電防止剤、難燃剤、難燃助剤、染料や顔料等の着色剤、潤滑剤、可塑剤、結晶化促進剤、結晶核剤等を配合することも可能である。また、ガラスフレーク、マイカ、ガラス粉、ガラスビーズ、タルク、クレー、アルミナ、カーボンブラック、ウォラストナイト等の板状、粉粒状、の無機化合物、ウィスカー等を併用しても良い。

以下に実施例に基づいて本発明を詳細に説明するが、本発明は実施例により限定されるものではない。

ネジ込みトルク及び破壊トルク測定に使用した装置は、シンボ工業株式会社製の機器名称「ねじテスター」（ＭＯＤＥＬ ＴＥＮ−４）である。
（調整例１）
本発明の長繊維強化熱可塑性樹脂成形体の成形に使用する長繊維強化熱可塑性樹脂ペレットの調整方法を示す。

含浸用樹脂としては、ポリプロピレンに無水マレイン酸を１重量％及び２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキシン−３を５００ｐｐｍ添加し、２００℃で溶融混練し反応させて得られた変性ポリプロピレンを使用した。

ガラス繊維ロービングとして、径１７μｍのガラス短繊維４０００本の束、サイジング処理したものを使用した。

４本のガラス繊維ロービングを２６０〜２７０℃に温度制御された６段の凸部を有するクロスヘッドダイに引き込み開繊し、前記調整例で調整した変性ポリプロピレンをクロスヘッドダイに接続された押出機より溶融させ供給し、開戦された繊維に溶融樹脂を含浸し、賦形ダイを通して賦形し、冷却装置により繊維含浸ロービングを冷却し、ペレタイザーにて１２ｍｍの長さにカッティングした。得られたペレットのガラス繊維含有量は５０重量％であった。
（調整例２）
４本のガラス繊維ロービングを３４０〜３５０℃に温度制御された６段の凸部を有するクロスヘッドダイに引き込み開繊し、６６ナイロンをクロスヘッドダイに接続された押出機より溶融させ供給し、開繊された繊維に溶融樹脂を含浸し、賦形ダイを通して賦形し、空冷により繊維含浸ロービングを冷却し、ペレタイザーにて１２ｍｍの長さにカッティングした。得られたペレットのガラス繊維含有量は５０重量％であった。
（実施例１）
調整例１で製造した繊維含有率５０重量％の長繊維強化熱可塑性樹脂ペレットを原料として、射出成形により図１に示すボスを作成した。ボスの下穴径及び肉厚更に外形及び高さについては表１に記載した。タッピングネジの呼び径は（ｄ₁）は４ｍｍのＪＩＳ２種タッピングネジ（谷の径（ｄ₂）は３ｍｍ；ネジ長さ（Ｌ）７ｍｍ；ネジ先はＦ形；ピッチは１．４１ｍｍ）を使用した。タッピングネジはトルクレンチを使用して、ボスの頭頂部まで締め込み、ネジ込みトルク及び破壊トルクを測定した。その結果も表１に示した。
（比較例１）
原料樹脂として繊維の含まないポリプロピレン樹脂ペレットにより射出成形した以外は実施例１と同様な操作及び同様なボスを作成して、同様な測定を実施した。結果は表１に実施例１と比較して示した。
（比較例１´）
調整例１で製造した繊維含有率５０重量％の長繊維強化熱可塑性樹脂ペレットを原料として、射出成形により図１に示すボスを作った。ボスの下穴径を３．４ｍｍ（タッピングネジ呼び径に対して８５％；通常最良とされている比率）とし、それ以外は表１に示した。強度測定値も表１に示した。
（実施例２）
使用したネジは呼び径３ｍｍのＪＩＳ２種タッピングネジ（谷の径（ｄ₂）は３ｍｍ；ネジ長さ（Ｌ）７ｍｍ；ネジ先はＦ形；ピッチは１．０６ｍｍ）を使用した以外は、実施例１と同様な操作及び評価を実施した。それぞれの条件は表１に示した。
（比較例２）
原料樹脂として繊維の含まないポリプロピレン樹脂ペレットにより射出成形した以外は実施例２と同様な操作及び同様なボスを作成して、同様な測定を実施した。結果は表１に実施例２と比較して示した。
（比較例２´）
ボスの下穴径を３．４ｍｍにいた以外は実施例２と同様な操作及び評価を実施した。結果は表１に示した。
（実施例３）
調整例１で製造した繊維含有率５０重量％の長繊維強化熱可塑性樹脂ペレットに代えて、調整例２で製造した６６ナイロンによる長繊維強化熱可塑性樹脂ペレットを使用し、タッピングネジは呼び径３ｍｍのＪＩＳネジを使用した以外は実施例１と同様な操作を実施した。その条件及び結果は表１に記載した。
（比較例３）
原料樹脂として繊維の含まない６６ナイロンペレットにより射出成形した以外は実施例１と同様な操作及び同様なボスを作成して、同様な測定を実施した。結果は表１に実施例３と比較して示した。
（比較例３´）
ボスの下穴径を３．４ｍｍにいた以外は実施例３と同様な操作及び評価を実施した。結果は表１に示した。
（表１の説明）
実施例１及び２は熱可塑性樹脂をポリプロピレンとした時のネジ呼び径４ｍｍと３ｍｍでのネジ込みトルクが向上したもので、比較例１及び２は同樹脂で長繊維強化のないものである。いずれも長繊維強化されていないものはネジ込みトルクが低い。比較例１´及び２´は長繊維強化された樹脂を使用しているが、ボスの下穴径は通常最良とされているネジの呼び径に対して約８５％の値としたものである。この場合も満足なネジ込みトルクは得られていない。実施例３及び比較例３、３´は樹脂を６６ナイロンに変更したもので、ポリプロピレンと同様な効果が得られている。

また、ネジ込みトルク以外に、破壊トルクを測定して表１に記載した。破壊トルクとは、ネジの頭部までボス頂上に締め込み、更に回転させて、ボス部に形成されたネジ溝を破壊させる時のトルクで、これも高トルクであることが好ましい。

タッピングネジに対する成形品のボス部に長繊維強化熱可塑性樹脂構造体を応用することにより、ネジ込みトルクを大幅に強化することで、成形体を各種分野での応用範囲を拡大することができる。特に、自動車などの軽量化のための樹脂の応用に対し、取り付け強度の向上よりその応用範囲が拡大された。

タッピングネジとボスを示したものである。

符号の説明

（図１）
１ タッピングネジ
２ ボス
３ ネジ呼び径 ｄ₁
４ ネジ谷径 ｄ₂
５ ボス下穴径 ｄ
６ ボス外径 Ｄ
７ ネジ長さ Ｌ
８ ボス高さ ｈ

Claims (9)

1. 長繊維強化熱可塑性樹脂成形体に取り付けるタッピングネジの呼び径（ｄ₁）に対して、下穴径（ｄ）が７５〜５０％であるボスを有する長繊維強化熱可塑性樹脂成形体。
2. ボス外形（Ｄ）が下穴径（ｄ）の１〜５倍であることを特徴とする請求項１記載の長繊維強化熱可塑性樹脂成形体。
3. ボスの高さ（ｈ）が下穴径（ｄ）の３倍以上であることを特徴とした請求項１記載の長繊維強化熱可塑性樹脂成形体。
4. ボスの肉厚（ｔ）がタッピングネジの呼び径（ｄ₁）の１／２倍以上であることを特徴とした請求項１記載の長繊維強化熱可塑性樹脂成形体。
5. 長繊維強化熱可塑性樹脂成形体が長繊維強化熱可塑性樹脂ペレットを含む材料を射出成形により製造されることを特徴とする請求項１記載の長繊維強化熱可塑性樹脂成形体。
6. 長繊維強化熱可塑性樹脂ペレットの繊維含有率が１０〜８０重量％であることを特徴とする請求項５記載の長繊維強化熱可塑性樹脂成形体。
7. 長繊維強化熱可塑性樹脂ペレットの繊維がガラス繊維であることを特徴とする請求項５記載の長繊維強化熱可塑性樹脂成形体。
8. 長繊維強化熱可塑性樹脂ペレットの樹脂がカルボン酸又はその無水物を含む化合物により変性されたポリオレフィン樹脂又はナイロン樹脂を含むことを特徴とする請求項５記載の長繊維強化熱可塑性樹脂成形体。
9. 長繊維強化熱可塑性樹脂ペレットが繊維ロービングを引きながら繊維を開繊し、溶融樹脂を含浸させて製造することを特徴とする請求項５記載の長繊維強化熱可塑性樹脂成形体。
   
   
   
   

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