JP6495542B2 - 保持金具 - Google Patents
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Description
本発明は保持金具、例えば、基台に一体化される埋め込み型のナット，カラーに関する。
従来、埋め込み型のナットとしては、例えば、樹脂製の基台内にインサート成形されるインサートナットがある（特許文献１参照）。前記インサートナットは、軸部と、前記軸部の上端部に一体成形した座金とを有している。前記軸部の外周面には、所定の引抜き荷重および回転トルクを確保すべく、２本の独立した環状帯部が形成されている。前記環状帯部のそれぞれの表面には、樹脂との結合力を高めるために多数の細い螺旋状溝が形成されている。なお、上段の環状帯部に設けた螺旋状溝と、下段の環状帯部に設けた螺旋状溝とは、異なる方向にそれぞれ形成されている。
しかしながら、前記インサートナットでは、環状帯部の表面に多数の細い螺旋状溝が形成されている。このため、前記インサートナットを樹脂製の基台内にインサート成形するときに、螺旋状溝内に樹脂が流れにくく、成形性が悪い。特に、炭素繊維強化樹脂でインサート成形するときには、更に成形性が悪くなる。
また、前記インサートナットは、前記螺旋状溝で形成された多数の先端が鋭利な形状となっている。このため、樹脂製の基台にクラックや割れが発生しやすく、耐久性に乏しいという問題点がある。
本発明は、前記問題点に鑑み、基台に一体化したときに、所定の引抜き荷重および回転トルクを備えつつ、優れた成形性および耐久性を有する保持金具を提供することを課題とする。
また、前記インサートナットは、前記螺旋状溝で形成された多数の先端が鋭利な形状となっている。このため、樹脂製の基台にクラックや割れが発生しやすく、耐久性に乏しいという問題点がある。
本発明は、前記問題点に鑑み、基台に一体化したときに、所定の引抜き荷重および回転トルクを備えつつ、優れた成形性および耐久性を有する保持金具を提供することを課題とする。
本発明に係る保持金具は、前記課題を解決すべく、
嵌合孔を有し、かつ、炭素繊維を含有する樹脂製基台に予め埋設される保持金具本体と、
保持金具本体の外周面に沿って設けた複数の凹部の間に形成され、かつ、軸心方向に沿って平行に形成された縦リブと、
前記保持金具本体の外周面に前記軸心方向に沿って設けた複数の凹部の間に形成され、かつ、前記軸心方向に直交するように形成された横リブと、を有し、
前記縦リブと前記横リブとが交差するように連結された枠構造を有するとともに、
前記凹部の内側隅部に、０．５ｍｍより大きく２ｍｍ以下のアール面を形成した構成としてある。
嵌合孔を有し、かつ、炭素繊維を含有する樹脂製基台に予め埋設される保持金具本体と、
保持金具本体の外周面に沿って設けた複数の凹部の間に形成され、かつ、軸心方向に沿って平行に形成された縦リブと、
前記保持金具本体の外周面に前記軸心方向に沿って設けた複数の凹部の間に形成され、かつ、前記軸心方向に直交するように形成された横リブと、を有し、
前記縦リブと前記横リブとが交差するように連結された枠構造を有するとともに、
前記凹部の内側隅部に、０．５ｍｍより大きく２ｍｍ以下のアール面を形成した構成としてある。
本発明によれば、縦リブで回転トルクを確保できるとともに、横リブで引抜き荷重を確保でき、締結力の大きい保持金具が得られる。そして、前記縦リブおよび前記横リブが連結されているので、機械的強度がより一層高い保持金具が得られる。また、従来例のように細い螺旋状溝を有していないので、樹脂の流れを妨げるおそれがない。このため、本願の保持金具を樹脂で基台内にインサート成形するときであっても、優れた成形性を有する保持金具が得られる。さらに、炭素繊維強化樹脂でインサート成形するときには、従来例よりも優れた成形性を有する保持金具が得られる。
特に、本発明によれば、凹部の内側隅部に炭素繊維が流れ込みやすくなり、炭素繊維の集積密度が均一になる。
特に、本発明によれば、凹部の内側隅部に炭素繊維が流れ込みやすくなり、炭素繊維の集積密度が均一になる。
本発明に係る実施形態としては、嵌合孔が底面を有していてもよく、また、嵌合孔が貫通孔であってもよい。また、嵌合孔の内周面に雌ネジを設けておいてもよい。
このため、ナットとしても使用できるだけでなく、カラーとしても使用でき、優れた汎用性を有する保持金具が得られる。
このため、ナットとしても使用できるだけでなく、カラーとしても使用でき、優れた汎用性を有する保持金具が得られる。
本発明の異なる実施形態としては、前記縦リブを、軸心に沿って千鳥状に配置しておいてもよい。
本実施形態によれば、凹部の配置も千鳥状になるので、樹脂の流れが良くなり、成形性が向上する。
本実施形態によれば、凹部の配置も千鳥状になるので、樹脂の流れが良くなり、成形性が向上する。
本発明の他の実施形態としては、前記縦リブを、軸心に沿って同一直線上に配置しておいてもよい。
本実施形態によれば、同一直線上に配置された縦リブが回転トルクを受けることになるので、大きな回転トルクに耐えうるナットが得られる。
本実施形態によれば、同一直線上に配置された縦リブが回転トルクを受けることになるので、大きな回転トルクに耐えうるナットが得られる。
本発明の別の実施形態としては、前記縦リブを、断面台形としてもよい。
本実施形態によれば、機械的強度を確保しつつ、樹脂の流れを妨げずにインサート成形できる。
本実施形態によれば、機械的強度を確保しつつ、樹脂の流れを妨げずにインサート成形できる。
本発明の異なる実施形態としては、前記横リブが軸心を中心として環状に配置されていてもよい。
本実施形態によれば、樹脂との接触面積が大きくなり、引抜き荷重が増大する。
本実施形態によれば、樹脂との接触面積が大きくなり、引抜き荷重が増大する。
本発明の他の実施形態としては、前記横リブが断面三角形であってもよい。
本実施形態によれば、樹脂の流れを確保しつつ、引抜き荷重の低下を防止できる。
本発明の異なる実施形態としては、前記凹部の開口縁部の断面角度を直角ないし鈍角としてもよい。
本実施形態によれば、炭素繊維が途切れることなく連続的に集積し、強度にバラツキのない成形品が得られる。
本実施形態によれば、炭素繊維が途切れることなく連続的に集積し、強度にバラツキのない成形品が得られる。
本発明の他の実施形態としては、前記ナット本体の下端部を、円錐台形としてもよい。
本実施形態によれば、接触面積が増大し、回転トルクを増大させるとともに、圧入孔に圧入するときに、圧入作業が容易になる。
本実施形態によれば、接触面積が増大し、回転トルクを増大させるとともに、圧入孔に圧入するときに、圧入作業が容易になる。
本発明の別の実施形態としては、前記ナット本体の上端部に、座金を一体形成しておいてもよい。
本実施形態によれば、部品点数，組立工数が少なくなり、生産性が向上するとい効果がある。
本実施形態によれば、部品点数，組立工数が少なくなり、生産性が向上するとい効果がある。
本発明に係る保持金具の実施形態を図１ないし図２６の添付図面に従って説明する。
第１実施形態に係る保持金具はナットに適用した場合である。ナットは、図１ないし図７に示すように、雌ネジ１１を形成したナット本体１０と、このナット本体１０の上端面に一体成形した座金２０とで構成されている。
第１実施形態に係る保持金具はナットに適用した場合である。ナットは、図１ないし図７に示すように、雌ネジ１１を形成したナット本体１０と、このナット本体１０の上端面に一体成形した座金２０とで構成されている。
前記ナット本体１０は、図１ないし図４に示すように、雌ネジ１１の軸心を中心として外周面に沿って４つの凹部１２を均等の角度で設けることにより、縦リブ１３を形成してある。このため、前記ナット本体１０は、図５に示すように断面略正方形を有している。なお、前記凹部１２は４つに限らず、ナット本体１０に３つの凹部１２を形成することにより、ナット本体１０を断面略３角形としてよい。また、ナット本体１０に５つ以上の凹部１２を形成することにより、ナット本体１０を断面多角形としてもよい。
前記ナット本体１０は、外周面に、軸心に沿って複数の前記凹部１２を上下２段に形成することにより、横リブ１４を形成してある。前記横リブ１４は、軸心を中心として環状に形成されている。そして、縦リブ１３と横リブ１４とは交差するように連結され、枠構造を形成している。特に、上段に設けた凹部１２と下段に設けた凹部１２とは４５度ずつ角度がずれている。このため、上段の縦リブ１３と下段の縦リブ１３とは、同一直線上に配置されておらず、いわゆる千鳥状に配置されている。この結果、横リブの構造強度が高くなり、引き抜き強度が向上するという利点がある。
本実施形態では、凹部１２を軸心に沿って上下２段、設ける場合について説明したが、必ずしもこれに限らず、必要に応じ、上下３段以上、設けてもよい。また、上下に設けた凹部１２，１２を同一角度で形成することにより、上下に形成した縦リブ１３を同一直線上に配置してもよい。なお、上下に形成される縦リブ１３は、必要に応じ、ランダムな角度でずれていてもよい。
前記ナット本体１０は、図２，３に示すように、その下端部１５が円錐台形である。このため、本実施形態のナットを基台にインサート成形すると、樹脂との接触面積が増大し、回転トルクに対する抵抗力が大きくなる。また、例えば、樹脂製，ゴム製の基台に設けた圧入孔に本願のナットを圧入するときに、ナットが圧入しやすいという利点がある。
前記ナット本体１０の最小肉厚は、例えば、ナットがＭ６ないしＭ８の場合には、０．７〜０．８ｍｍが好ましい。０．７ｍｍ未満であると、所望の機械的強度を確保できないからである。また、０．８ｍｍを超えると、凹部１２が相対的に浅くなり、基台に対して所望の締結強度を確保しにくくなるからである。
そして、図５ないし図７に示すように、前記ナット本体１０の縦リブ１３および横リブ１４の外側縁部に設けたアールは、例えば、ナットがＭ６ないしＭ８の場合には、０．２〜０．３ｍｍが好ましい。アールが０．２ｍｍ未満であると、先端が鋭利になり、樹脂にクラックや割れが生じやすくなり、耐久性が低下するからである。また、アールが０．３ｍｍを超えると、引っ掛かりが少なくなり、基台に対する締結強度が低下するからである。
そして、図５ないし図７に示すように、前記ナット本体１０の縦リブ１３および横リブ１４の外側縁部に設けたアールは、例えば、ナットがＭ６ないしＭ８の場合には、０．２〜０．３ｍｍが好ましい。アールが０．２ｍｍ未満であると、先端が鋭利になり、樹脂にクラックや割れが生じやすくなり、耐久性が低下するからである。また、アールが０．３ｍｍを超えると、引っ掛かりが少なくなり、基台に対する締結強度が低下するからである。
なお、本実施形態に係るナットは、切削加工で形成できるが、必要に応じ、切削加工,圧造加工および転造加工を適宜、組み合わせてもよい。
第２実施形態は、図８ないし図１４に示すように、前述の第１実施形態と同様、ナット本体１０と、このナット本体１０の上端面に一体成形した座金２０とで形成されている。
ナット本体１０には、図８および図９に示すように、その外周面に、４つの凹部１６を軸心を中心として均等の角度で設けることにより、縦リブ１７が形成されている。そして、前記ナット本体１０は、図１１に示すように断面円形を有している。また、前記縦リブ１７は、図１２に示すように、断面略台形を有している。成形性を確保しつつ、大きな回転トルクによる空回りを防止するためである。凹部１６の形状によっては、前記縦リブ１７は、例えば、断面略３角形，断面略半円形としてもよい。また、ナット本体１０には、４つの凹部１６を設ける場合に限らず、３つの凹部１６、あるいは、５つ以上の凹部１６を設けることにより、縦リブ１７を形成してもよい。
ナット本体１０には、図８および図９に示すように、その外周面に、４つの凹部１６を軸心を中心として均等の角度で設けることにより、縦リブ１７が形成されている。そして、前記ナット本体１０は、図１１に示すように断面円形を有している。また、前記縦リブ１７は、図１２に示すように、断面略台形を有している。成形性を確保しつつ、大きな回転トルクによる空回りを防止するためである。凹部１６の形状によっては、前記縦リブ１７は、例えば、断面略３角形，断面略半円形としてもよい。また、ナット本体１０には、４つの凹部１６を設ける場合に限らず、３つの凹部１６、あるいは、５つ以上の凹部１６を設けることにより、縦リブ１７を形成してもよい。
また、前記ナット本体１０は、外周面に、軸心に沿って複数の前記凹部１６を上下３段に形成することにより、横リブ１８を形成してある。前記横リブ１８は、軸心を中心として環状に配置され、かつ、連続している。前記横リブ１８の断面は、図１４に示すように、下側に傾斜面１９を備えた断面略直角３角形である。このため、前記ナット本体１０は、基台から軸心方向に引き抜きにくいだけでなく、圧入しやすい形状となっている。
さらに、前記ナット本体１０は、第１実施形態と同様、例えば、前記凹部１６を上下２段としてもよく、また、前記凹部１６を上下４段以上に形成してもよい。
さらに、前記ナット本体１０は、第１実施形態と同様、例えば、前記凹部１６を上下２段としてもよく、また、前記凹部１６を上下４段以上に形成してもよい。
前記ナット本体１０は、縦リブ１７が前記横リブ１８に交差し、かつ、連結され、枠構造を形成している。ナットの剛性を維持しつつ、ナットに回転トルクが作用したときに、空回りしにくくするためである。
なお、前記縦リブ１７は同一直線上に配置されているが、いわゆる千鳥状に配置してもよい。また、前記縦リブ１７は断面が左右対称に形成されているが、必ずしもこれに限らない。例えば、縦リブ１７を、前述の横リブ１８のように断面略直角３角形とし、特定方向の回転トルクに対して抵抗力を高めるようにしてもよい。
なお、前記縦リブ１７は同一直線上に配置されているが、いわゆる千鳥状に配置してもよい。また、前記縦リブ１７は断面が左右対称に形成されているが、必ずしもこれに限らない。例えば、縦リブ１７を、前述の横リブ１８のように断面略直角３角形とし、特定方向の回転トルクに対して抵抗力を高めるようにしてもよい。
本実施形態によれば、縦リブ１７および横リブ１８が、ナットに作用する回転トルクおよび引張力にそれぞれ抵抗し、ナットの空回りおよび脱落を防止し、締結強度の高いナットを提供できる。
なお、本実施形態に係るナットは、圧造加工で形成できるが、必要に応じ、切削加工,圧造加工および転造加工を適宜、組み合わせてもよい。
なお、本実施形態に係るナットは、圧造加工で形成できるが、必要に応じ、切削加工,圧造加工および転造加工を適宜、組み合わせてもよい。
第３実施形態は、図１５および図２０に示すように、第２実施形態とほぼ同様であり、異なる点は凹部１６を上下２段とし、かつ、下端部１５を設けない場合である。このため、第３実施形態は雌ネジ１１を備え、かつ、貫通したネジ孔を有している。なお、第３実施形態の変形例として、例えば、上下３段あるいは上下４段の凹部１６を設けてもよいことは勿論である。
第３実施形態は前述の実施形態とほぼ同様であるので、同一部分には同一番号を附して説明を省略する。
第３実施形態は前述の実施形態とほぼ同様であるので、同一部分には同一番号を附して説明を省略する。
第４実施形態に係る保持金具はカラーに適用した場合である。カラーは、図２１ないし図２６に示すように、上下対称の形状を有し、かつ、貫通孔２２を有するカラー本体２１で形成されている。本実施形態によれば、上下対称であるので、方向性がなく、作業効率が高いという利点がある。
より具体的には、カラー本体２１は、図２１に示すように、その外周面に軸心を中心として４つの凹部１６を均等の角度で設けることにより、縦リブ１７を形成してある。前記縦リブ１７は、図２５に示すように、断面略台形を有している。成形性を確保しつつ、大きな回転トルクによる空回りを防止するためである。凹部１６の形状によっては、前記縦リブ１７は、例えば、断面略３角形，断面略半円形としてもよい。また、カラー本体２１には、４つの凹部１６を設ける場合に限らず、３つの凹部１６、あるいは、５つ以上の凹部１６を設けることにより、縦リブ１７を形成してもよい。
より具体的には、カラー本体２１は、図２１に示すように、その外周面に軸心を中心として４つの凹部１６を均等の角度で設けることにより、縦リブ１７を形成してある。前記縦リブ１７は、図２５に示すように、断面略台形を有している。成形性を確保しつつ、大きな回転トルクによる空回りを防止するためである。凹部１６の形状によっては、前記縦リブ１７は、例えば、断面略３角形，断面略半円形としてもよい。また、カラー本体２１には、４つの凹部１６を設ける場合に限らず、３つの凹部１６、あるいは、５つ以上の凹部１６を設けることにより、縦リブ１７を形成してもよい。
また、前記カラー本体２１は、外周面に、軸心に沿って複数の前記凹部１６を上下２段に形成することにより、横リブ１８を形成してある。前記横リブ１８は、軸心を中心として環状に配置され、かつ、連続している。前記横リブ１８の断面は、図２６に示すように、上側および下側に傾斜面１９を備えた断面略台形である。このため、前記ナット本体１０は、基台から軸心方向に沿って上下方向のいずれの方向からも引き抜きにくい形状となっている。
本実施形態では、凹部１６を軸心に沿って上下２段、設ける場合について説明したが、必ずしもこれに限らず、必要に応じ、上下３段以上、設けてもよい。また、上下に設けた凹部１６，１６を異なる角度で配置することにより、上下に形成した縦リブ１７を千鳥状に配置してもよい。なお、上下に形成される縦リブ１７は、必要に応じ、ランダムな角度でずれていてもよい。
なお、第４実施形態のカラー本体２１は、その貫通孔２２の内周面に雌ネジを形成してナットとして使用してもよいことは勿論である。
なお、第４実施形態のカラー本体２１は、その貫通孔２２の内周面に雌ネジを形成してナットとして使用してもよいことは勿論である。
前述の第１実施形態ないし第４実施形態に係るナットは、樹脂製，ゴム製の基台にインサート成形してもよく、また、樹脂製，ゴム製の基台に設けられた下穴に圧入してもよい。
また、前述の第１実施形態ないし第４実施形態では、リブを形成するための凹部のうち、その内側隅部に、炭素繊維を含む成形樹脂の流れを良くするため、０．５ｍｍないし２ｍｍのアールを設けておくことが好ましい。０．５ｍｍ未満であると、炭素繊維の流れが悪くなるからであり、２ｍｍを超えると、樹脂の基台からナットが脱落しやすくなるからである。
なお、前述の第１実施形態ないし第４実施形態では、凹部の内側隅部にアールを必ず設ける必要はなく、必要に応じて設ければよいことは勿論である。アールを設けない場合には、樹脂の流れを良くするため、凹部の内側壁の開口角度を９０度以上の鈍角とすることが好ましい。
さらに、前述の第１実施形態ないし第４実施形態では、前記凹部の開口縁部の断面角度は９０度以上の鈍角であることが好ましい。９０度未満の鋭角であると、炭素繊維が均一に集積できないからである。
なお、前述の第１実施形態ないし第４実施形態では、凹部の内側隅部にアールを必ず設ける必要はなく、必要に応じて設ければよいことは勿論である。アールを設けない場合には、樹脂の流れを良くするため、凹部の内側壁の開口角度を９０度以上の鈍角とすることが好ましい。
さらに、前述の第１実施形態ないし第４実施形態では、前記凹部の開口縁部の断面角度は９０度以上の鈍角であることが好ましい。９０度未満の鋭角であると、炭素繊維が均一に集積できないからである。
成形方法としては、前述のインサート成形の他、ＲＴＭ（Resin Transfer Molding）成形、ＳＭＣ（Sheet Molding Compound）成形が挙げられる。
成形材料としては、通常の成形樹脂、例えば、ポリプロピレン(ＰＰ)樹脂、ポリアミド(ＰＡ)樹脂、アクリロニトリルスチレン(ＡＳ)樹脂、アクリロニトリルブタジエンスチレン(ＡＢＳ)樹脂、ポリエーテルエーテルケトン(ＰＥＥＫ)樹脂、ＰＰＳ(ポリフェニレンサルファイド)樹脂、ポリカーボネート(ＰＣ)樹脂、ポリアセタール(ＰＯＭ)樹脂、ポリアミドイミド(ＰＡＩ)樹脂、エポキシ(ＥＰ)樹脂、ポリエステル(ＰＥ)樹脂等が挙げられる。さらに、ポリエステル(ＰＥ)樹脂としては、例えば、ビニルエステル（ＶＥ）樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）樹脂、ポリフェニレンオキサイド（ＰＰＯ）樹脂等が挙げられる。そして、これらの成形樹脂と前述の成形方法とを適宜、組み合わせて使用できることは勿論である。
成形材料としては、通常の成形樹脂、例えば、ポリプロピレン(ＰＰ)樹脂、ポリアミド(ＰＡ)樹脂、アクリロニトリルスチレン(ＡＳ)樹脂、アクリロニトリルブタジエンスチレン(ＡＢＳ)樹脂、ポリエーテルエーテルケトン(ＰＥＥＫ)樹脂、ＰＰＳ(ポリフェニレンサルファイド)樹脂、ポリカーボネート(ＰＣ)樹脂、ポリアセタール(ＰＯＭ)樹脂、ポリアミドイミド(ＰＡＩ)樹脂、エポキシ(ＥＰ)樹脂、ポリエステル(ＰＥ)樹脂等が挙げられる。さらに、ポリエステル(ＰＥ)樹脂としては、例えば、ビニルエステル（ＶＥ）樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）樹脂、ポリフェニレンオキサイド（ＰＰＯ）樹脂等が挙げられる。そして、これらの成形樹脂と前述の成形方法とを適宜、組み合わせて使用できることは勿論である。
また、前述の成形樹脂に炭素繊維を添加した炭素繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ）、炭素繊維強化熱可塑性樹脂（ＣＦＲＴＰ）、および、炭素繊維強化熱硬化性樹脂（ＣＦＲＴＳ）を使用してもよい。添加される炭素繊維としては、例えば、ＰＡＮ系、等方性ピッチ系、異方性ピッチ系のものが挙げられるが、その製造方法は特に限定されない。
炭素繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ）に添加される炭素繊維は、用途に応じて切り分けることにより、長さを調整して使用できる。
樹脂に添加される炭素繊維を構成する単繊維の直径は、０．００５ないし０．０２ｍｍのものが好ましい。直径が０．００５ｍｍ未満であると、所望の強度を確保できないからである。また、直径が０．０２ｍｍを超えると、炭素繊維が成形品の外周面に沿って均一に集積しにくく、所望の成形性を確保できないからである。
樹脂に対する炭素繊維の添加量は２０〜８０重量％が好適である。添加量が２０重量％未満であると、炭素繊維が少なすぎて所望の強度が得られないからである。また、添加量が８０重量％を超えると、成形品として脆弱となり、結果として所望の強靱性が得られないからである。
炭素繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ）に添加される炭素繊維は、用途に応じて切り分けることにより、長さを調整して使用できる。
樹脂に添加される炭素繊維を構成する単繊維の直径は、０．００５ないし０．０２ｍｍのものが好ましい。直径が０．００５ｍｍ未満であると、所望の強度を確保できないからである。また、直径が０．０２ｍｍを超えると、炭素繊維が成形品の外周面に沿って均一に集積しにくく、所望の成形性を確保できないからである。
樹脂に対する炭素繊維の添加量は２０〜８０重量％が好適である。添加量が２０重量％未満であると、炭素繊維が少なすぎて所望の強度が得られないからである。また、添加量が８０重量％を超えると、成形品として脆弱となり、結果として所望の強靱性が得られないからである。
一方、炭素繊維強化熱可塑性樹脂（ＣＦＲＴＰ）に添加される炭素繊維は、長さ１ｍｍないし２０ｍｍが好ましい。１ｍｍ未満であると、炭素繊維の結びつきが弱く、所望の構造強度を得にくいからであり、２０ｍｍを超えると、成形時の樹脂の流れが悪くなるからである。
熱可塑性樹脂に添加される炭素繊維を構成する単繊維の直径は、０．００５ないし０．０２ｍｍのものが好ましい。直径が０．００５ｍｍ未満であると、所望の強度を確保できないからである。また、直径が０．０２ｍｍを超えると、炭素繊維が成形品の外周面に沿って均一に集積しにくく、所望の成形性を確保できないからである。
熱可塑性樹脂に対する炭素繊維の添加量は２０〜５０重量％が好適である。添加量が２０重量％未満であると、炭素繊維が少なすぎて所望の強度が得られないからであ。また、添加量が５０重量％を超えると、成形品として脆弱となり、結果として所望の強靱性が得られないからである。
熱可塑性樹脂に添加される炭素繊維を構成する単繊維の直径は、０．００５ないし０．０２ｍｍのものが好ましい。直径が０．００５ｍｍ未満であると、所望の強度を確保できないからである。また、直径が０．０２ｍｍを超えると、炭素繊維が成形品の外周面に沿って均一に集積しにくく、所望の成形性を確保できないからである。
熱可塑性樹脂に対する炭素繊維の添加量は２０〜５０重量％が好適である。添加量が２０重量％未満であると、炭素繊維が少なすぎて所望の強度が得られないからであ。また、添加量が５０重量％を超えると、成形品として脆弱となり、結果として所望の強靱性が得られないからである。
後述する実施例１ないし４および比較例１，２に、引き抜き荷重測定試験および空転トルク測定試験をそれぞれ行った。
（実施例１）
第１実施形態に係るナットを炭素繊維強化熱可塑性樹脂（ＣＦＲＴＰ）でインサート成形し、軸部の一端部に略正方形の鍔部を備えた正面略Ｔ字形のサンプルを実施例１とした。実施例１のサンプルは、全長１４ｍｍ、軸部の最大外径１６ｍｍ、鍔部の一辺４０ｍｍ、鍔部の厚さ５．０ｍｍであった。また、樹脂部分の肉厚は３．０ｍｍないし３．５ｍｍであり、鍔部の表面と座金の表面とは面一であった。
なお、第１実施形態に係るナットは全長１４ｍｍ、軸部の最大外径１０．０ｍｍ、最小外径７．６ｍｍ、規格Ｍ６の雌ネジを有していた。また、軸部に設けた凹部の軸心方向の寸法は３．５ｍｍ、前記凹部の内側隅部のアールは０．５ｍｍであった。炭素繊維強化熱可塑性樹脂を凹部に流れ込みやすくするためである。そして、一体成形された座金は、直径１４ｍｍ、厚さ１．３ｍｍであった。
炭素繊維強化熱可塑性樹脂には、ポリプロピレン樹脂に、単繊維の直径０．００７ないし０．０１ｍｍ、長さ８ないし１０ｍｍのＰＡＮ系炭素繊維を、４０重量％添加したもの（株式会社ダイセル製、プラストロン（登録商標）ＰＰ−ＣＦ４０−１１（Ｌ８）ＦＯＯＳ）を使用した。
第１実施形態に係るナットを炭素繊維強化熱可塑性樹脂（ＣＦＲＴＰ）でインサート成形し、軸部の一端部に略正方形の鍔部を備えた正面略Ｔ字形のサンプルを実施例１とした。実施例１のサンプルは、全長１４ｍｍ、軸部の最大外径１６ｍｍ、鍔部の一辺４０ｍｍ、鍔部の厚さ５．０ｍｍであった。また、樹脂部分の肉厚は３．０ｍｍないし３．５ｍｍであり、鍔部の表面と座金の表面とは面一であった。
なお、第１実施形態に係るナットは全長１４ｍｍ、軸部の最大外径１０．０ｍｍ、最小外径７．６ｍｍ、規格Ｍ６の雌ネジを有していた。また、軸部に設けた凹部の軸心方向の寸法は３．５ｍｍ、前記凹部の内側隅部のアールは０．５ｍｍであった。炭素繊維強化熱可塑性樹脂を凹部に流れ込みやすくするためである。そして、一体成形された座金は、直径１４ｍｍ、厚さ１．３ｍｍであった。
炭素繊維強化熱可塑性樹脂には、ポリプロピレン樹脂に、単繊維の直径０．００７ないし０．０１ｍｍ、長さ８ないし１０ｍｍのＰＡＮ系炭素繊維を、４０重量％添加したもの（株式会社ダイセル製、プラストロン（登録商標）ＰＰ−ＣＦ４０−１１（Ｌ８）ＦＯＯＳ）を使用した。
（実施例２）
第１実施形態に係るナットに対し、炭素繊維強化熱可塑性樹脂としてポリアミド樹脂（株式会社ダイセル製、プラストロン（登録商標）ＰＡ６６−ＣＦ４０−２０（Ｌ９）Ｆ００Ｌ）を使用した点を除き、他は前述の実施例１と同様にインサート成形して得たサンプルを実施例２とした。
第１実施形態に係るナットに対し、炭素繊維強化熱可塑性樹脂としてポリアミド樹脂（株式会社ダイセル製、プラストロン（登録商標）ＰＡ６６−ＣＦ４０−２０（Ｌ９）Ｆ００Ｌ）を使用した点を除き、他は前述の実施例１と同様にインサート成形して得たサンプルを実施例２とした。
（実施例３）
第２実施形態に係るナットを、実施例１と同様に、ポリプロピレン樹脂に炭素繊維を添加した炭素繊維強化熱可塑性樹脂（ＣＦＲＴＰ）（株式会社ダイセル製、プラストロン（登録商標）ＰＰ−ＣＦ４０−１１（Ｌ８）ＦＯＯＳ）でインサート成形し、得られた正面略Ｔ字形状のサンプルを実施例３とした。実施例３の外形寸法は実施例１と同一である。
なお、第２実施形態に係るナットは全長１４ｍｍ、軸部の最大外径９．５ｍｍ、最小外径７．８ｍｍ、規格Ｍ６の雌ネジを有していた。また、炭素繊維が凹部の内側隅部に流れ込みやすく、凹部の開口縁部でも連続するように、凹部の上下方向の巾寸法は３．２ｍｍ、凹部の内側壁の開口角度は１２０度とした。そして、横リブの開口縁部には０．３ｍｍのアールを設けた。さらに、一体成形された座金は、直径１４ｍｍ、厚さ１．３ｍｍであった。
第２実施形態に係るナットを、実施例１と同様に、ポリプロピレン樹脂に炭素繊維を添加した炭素繊維強化熱可塑性樹脂（ＣＦＲＴＰ）（株式会社ダイセル製、プラストロン（登録商標）ＰＰ−ＣＦ４０−１１（Ｌ８）ＦＯＯＳ）でインサート成形し、得られた正面略Ｔ字形状のサンプルを実施例３とした。実施例３の外形寸法は実施例１と同一である。
なお、第２実施形態に係るナットは全長１４ｍｍ、軸部の最大外径９．５ｍｍ、最小外径７．８ｍｍ、規格Ｍ６の雌ネジを有していた。また、炭素繊維が凹部の内側隅部に流れ込みやすく、凹部の開口縁部でも連続するように、凹部の上下方向の巾寸法は３．２ｍｍ、凹部の内側壁の開口角度は１２０度とした。そして、横リブの開口縁部には０．３ｍｍのアールを設けた。さらに、一体成形された座金は、直径１４ｍｍ、厚さ１．３ｍｍであった。
（実施例４）
第２実施形態に係るナットに対し、ポリアミド樹脂に炭素繊維を添加した炭素繊維強化熱可塑性樹脂（株式会社ダイセル製、プラストロン（登録商標）ＰＡ６６−ＣＦ４０−２０（Ｌ９）Ｆ００Ｌ）を使用した点を除き、他は前述の実施例３と同様にインサート成形して得たサンプルを実施例４とした。
第２実施形態に係るナットに対し、ポリアミド樹脂に炭素繊維を添加した炭素繊維強化熱可塑性樹脂（株式会社ダイセル製、プラストロン（登録商標）ＰＡ６６−ＣＦ４０−２０（Ｌ９）Ｆ００Ｌ）を使用した点を除き、他は前述の実施例３と同様にインサート成形して得たサンプルを実施例４とした。
（比較例１）
市販品のインサートナットを、実施例１と同様に、ポリプロピレン（ＰＰ）樹脂に炭素繊維を添加した炭素繊維強化熱可塑性樹脂（ＣＦＲＴＰ）でインサート成形し、得られた実施例１と同一外形寸法のサンプルを比較例１とした。
なお、比較例１に係るインサートナットは全長１４．１ｍｍ、軸部の最大外径８．７ｍｍ、最小外径７．４ｍｍ、規格Ｍ６の雌ネジを有していた。また、前記インサートナットに一体成形されている座金は、直径１２ｍｍ、厚さ１．３ｍｍであった。そして、軸部の外周面には独立した２段の帯状部が環状に形成されていた。さらに、２段の前記帯状部の外周面には、多数の螺旋状溝が形成されていた。２段の帯状部にそれぞれ形成されている螺旋状溝は、相互に逆方向となっていた。
市販品のインサートナットを、実施例１と同様に、ポリプロピレン（ＰＰ）樹脂に炭素繊維を添加した炭素繊維強化熱可塑性樹脂（ＣＦＲＴＰ）でインサート成形し、得られた実施例１と同一外形寸法のサンプルを比較例１とした。
なお、比較例１に係るインサートナットは全長１４．１ｍｍ、軸部の最大外径８．７ｍｍ、最小外径７．４ｍｍ、規格Ｍ６の雌ネジを有していた。また、前記インサートナットに一体成形されている座金は、直径１２ｍｍ、厚さ１．３ｍｍであった。そして、軸部の外周面には独立した２段の帯状部が環状に形成されていた。さらに、２段の前記帯状部の外周面には、多数の螺旋状溝が形成されていた。２段の帯状部にそれぞれ形成されている螺旋状溝は、相互に逆方向となっていた。
（比較例２）
比較例１と同一のインサートナットに対し、炭素繊維強化熱可塑性樹脂としたポリアミド樹脂を使用した点を除き、他は前述の比較例１と同様にインサート成形して得たサンプルを比較例２とした。
比較例１と同一のインサートナットに対し、炭素繊維強化熱可塑性樹脂としたポリアミド樹脂を使用した点を除き、他は前述の比較例１と同様にインサート成形して得たサンプルを比較例２とした。
（引抜き荷重測定試験）
固定した実施例１ないし４および比較例１，２のサンプルに、強度区分１０．９、全長４０ｍｍのＭ６ボルトをそれぞれ螺合した。そして、島津製ＡＧ−ＸＰｌｕｓにより、引張荷重５０ｋＮ、引張速度３ｍｍ／分で前記ボルトに引張荷重を負荷し、ナットが抜けるか、基台が割れるまで測定した。
なお、初期の引張段階では変位量と荷重とが比例関係を維持しているが、所定の荷重に達すると、引っ張り荷重が急激に下降し始めるので、下降し始めたときの荷重を引き抜き荷重とした。測定試験結果を図２７に表示する。なお、最小値には目印としてグレーの着色を施した。
固定した実施例１ないし４および比較例１，２のサンプルに、強度区分１０．９、全長４０ｍｍのＭ６ボルトをそれぞれ螺合した。そして、島津製ＡＧ−ＸＰｌｕｓにより、引張荷重５０ｋＮ、引張速度３ｍｍ／分で前記ボルトに引張荷重を負荷し、ナットが抜けるか、基台が割れるまで測定した。
なお、初期の引張段階では変位量と荷重とが比例関係を維持しているが、所定の荷重に達すると、引っ張り荷重が急激に下降し始めるので、下降し始めたときの荷重を引き抜き荷重とした。測定試験結果を図２７に表示する。なお、最小値には目印としてグレーの着色を施した。
図２７から明らかなように、炭素繊維強化熱可塑性樹脂としてポリプロピレン樹脂を使用したとき、比較例１よりも実施例１，３の方が引き抜き荷重が大きいことが判った。
また、炭素繊維強化熱可塑性樹脂としてポリアミド樹脂を使用したとき、比較例２よりも実施例４の方が引き抜き荷重が大きいことが判った。
なお、実施例２は、実施例１，３の測定試験の結果より、比較例２よりも引き抜き荷重が大きいことが明らかであることから、測定試験は行っていない。
以上の測定試験から、実施例１ないし４が比較例１，２よりも大きな引抜き荷重に耐え得ることが判った。
また、炭素繊維強化熱可塑性樹脂としてポリアミド樹脂を使用したとき、比較例２よりも実施例４の方が引き抜き荷重が大きいことが判った。
なお、実施例２は、実施例１，３の測定試験の結果より、比較例２よりも引き抜き荷重が大きいことが明らかであることから、測定試験は行っていない。
以上の測定試験から、実施例１ないし４が比較例１，２よりも大きな引抜き荷重に耐え得ることが判った。
（空転トルク測定試験）
固定した実施例１ないし４および比較例１，２のサンプルに、２枚のＭ６ワッシャを介し、強度区分１０．９のＭ６ボルトをそれぞれ螺合した。ついで、ＴＯＨＮＩＣＨＩ製のトルクレンチ（Ｔ４５Ｎ）で前記ボルトを回転し、基台が割れるか、あるいは、ボルトが折れるまで回転トルクを負荷した。測定試験結果を図２８に表示する。
固定した実施例１ないし４および比較例１，２のサンプルに、２枚のＭ６ワッシャを介し、強度区分１０．９のＭ６ボルトをそれぞれ螺合した。ついで、ＴＯＨＮＩＣＨＩ製のトルクレンチ（Ｔ４５Ｎ）で前記ボルトを回転し、基台が割れるか、あるいは、ボルトが折れるまで回転トルクを負荷した。測定試験結果を図２８に表示する。
図２８から明らかなように、実施例１を除き、実施例３が比較例１とほぼ同等の空転トルクを有することを確認できた。なお、実施例１は比較例１よも若干、低い数値であるが、Ｍ６サイズで回転トルクが１５．０Ｎ・ｍ以上であれば、許容範囲内であり、実用上の問題はない。
また、実施例２，４も比較例２と同等以上の空転トルクを有することを確認できた。
以上の測定試験から、実施例１ないし４が比較例１，２とほぼ同等の回転トルクに耐え、実用上の問題がないことを確認できた。
また、実施例２，４も比較例２と同等以上の空転トルクを有することを確認できた。
以上の測定試験から、実施例１ないし４が比較例１，２とほぼ同等の回転トルクに耐え、実用上の問題がないことを確認できた。
以上の結果から、実施例１ないし４は、比較例１，２とほぼ同等の引き抜き荷重および回転トルクに耐えうることから、比較例１，２と同等の締結力を有するナットであることを確認できた。
（成形測定試験）
実施例１，２を切断して得られたサンプルをそれぞれ実施例５，６とした。
一方、市販品のインサートナットを模して製造したインサートナットをポリプロピレン（ＰＰ）樹脂またはポリアミド（ＰＡ）樹脂でインサート成形し、ついで、これらを切断して得られたサンプルをそれぞれ比較例３，４とした。
そして、実施例５，６および比較例３，４の断面を写真撮影（２００倍）し、得られた写真を図２９，３１および図３０，３２にそれぞれ表示する。
実施例１，２を切断して得られたサンプルをそれぞれ実施例５，６とした。
一方、市販品のインサートナットを模して製造したインサートナットをポリプロピレン（ＰＰ）樹脂またはポリアミド（ＰＡ）樹脂でインサート成形し、ついで、これらを切断して得られたサンプルをそれぞれ比較例３，４とした。
そして、実施例５，６および比較例３，４の断面を写真撮影（２００倍）し、得られた写真を図２９，３１および図３０，３２にそれぞれ表示する。
図２９に示した写真から明らかなように、内側隅部におけるアールが０．５ｍｍである実施例５では、長い炭素繊維が凹部の隅部に沿って均一、かつ、美麗に集積していることが判る。また、断面角度が略直角である凹部の開口縁部においても、炭素繊維が途切れることなく、連続的に集積していることが判る。
一方、図３０に示すように、凹部の内側隅部のアールが０．１ｍｍである比較例３では、炭素繊維が凹部の内側隅部の隅々に均一に入り込んでいないことが判る。また、断面角度が鋭角である凹部の開口縁部においては、炭素繊維の集積状態が不鮮明であり、炭素繊維の集積密度のバラツキが大きいことが判る。
一方、図３０に示すように、凹部の内側隅部のアールが０．１ｍｍである比較例３では、炭素繊維が凹部の内側隅部の隅々に均一に入り込んでいないことが判る。また、断面角度が鋭角である凹部の開口縁部においては、炭素繊維の集積状態が不鮮明であり、炭素繊維の集積密度のバラツキが大きいことが判る。
図３１に示した写真から明らかなように、凹部の内側隅部におけるアールが０．５ｍｍである実施例６は、長い炭素繊維が内側隅部に沿って均一、かつ、美麗に集積していることが判る。また、断面角度が鈍角である凹部の開口縁部においても、炭素繊維は内側隅部から途切れることなく、均一な集積密度で集積していることが判る。
一方、図３２に示すように、凹部の内側隅部のアールが０．１ｍｍである比較例４では、炭素繊維が内側隅部の隅々に入り込んでおらず、均一な厚さで集積していないことが判る。また、断面角度が鋭角である凹部の開口縁部では炭素繊維の集積密度が、内側隅部のように均一でなく、炭素繊維の集積密度にバラツキがあることが判る。
一方、図３２に示すように、凹部の内側隅部のアールが０．１ｍｍである比較例４では、炭素繊維が内側隅部の隅々に入り込んでおらず、均一な厚さで集積していないことが判る。また、断面角度が鋭角である凹部の開口縁部では炭素繊維の集積密度が、内側隅部のように均一でなく、炭素繊維の集積密度にバラツキがあることが判る。
以上の成形測定試験の結果から、凹部の内側隅部のアールが０．５ｍｍであると、炭素繊維の集積が均一かつ美麗である。また、凹部の開口縁部の断面角度が直角あるいは鈍角であると、炭素繊維の集積密度のバラツキが小さいことが判った。
これに対し、凹部の内側隅部のアールが０．１ｍｍであると、炭素繊維が内側隅部の隅々に入り込みにくく、集積密度のバラツキが大きい。また、凹部の開口縁部の断面角度が鋭角であると、炭素繊維の集積密度のバラツキが大きいことが判った。
これに対し、凹部の内側隅部のアールが０．１ｍｍであると、炭素繊維が内側隅部の隅々に入り込みにくく、集積密度のバラツキが大きい。また、凹部の開口縁部の断面角度が鋭角であると、炭素繊維の集積密度のバラツキが大きいことが判った。
なお、前述の実施例１ないし６はいずれも従来例のように鋭利な角部を有していない。このため、基台に微振動が長期間、加わっても、クラックあるいは割れが生じにくく、締結力が低下しにくいので、耐久性の高いナットが得られる。
本実施形態に係る保持金具は、前述の実施形態に限らず、他の形状のナットにも適用できることは勿論である。
また、本実施形態に係る保持金具は、雌ねじを有さず、かつ、単なる貫通孔を有するカラーにも適用できる。
さらに、本実施形態に係る保持金具の嵌合孔は必ずしも貫通している必要はなく、有底の嵌合孔であってもよい。
また、本実施形態に係る保持金具は、雌ねじを有さず、かつ、単なる貫通孔を有するカラーにも適用できる。
さらに、本実施形態に係る保持金具の嵌合孔は必ずしも貫通している必要はなく、有底の嵌合孔であってもよい。
１０ ナット本体
１１ 雌ネジ
１２ 凹部
１３ 縦リブ
１４ 横リブ
１５ 下端部
１６ 凹部
１７ 縦リブ
１８ 横リブ
１９ 傾斜面
２０ 座金
２１ カラー本体
２２ 貫通孔
１１ 雌ネジ
１２ 凹部
１３ 縦リブ
１４ 横リブ
１５ 下端部
１６ 凹部
１７ 縦リブ
１８ 横リブ
１９ 傾斜面
２０ 座金
２１ カラー本体
２２ 貫通孔
Claims (12)
- 嵌合孔を有し、かつ、炭素繊維を含有する樹脂製基台に予め埋設される保持金具本体と、
保持金具本体の外周面に沿って設けた複数の凹部の間に形成され、かつ、軸心方向に沿って平行に形成された縦リブと、
前記保持金具本体の外周面に前記軸心方向に沿って設けた複数の凹部の間に形成され、かつ、前記軸心方向に直交するように形成された横リブと、を有し、
前記縦リブと前記横リブとが交差するように連結された枠構造を有するとともに、
前記凹部の内側隅部に、０．５ｍｍより大きく２ｍｍ以下のアール面を形成したことを特徴とする保持金具。 - 嵌合孔が底面を有していることを特徴とする請求項１に記載の保持金具。
- 嵌合孔が貫通孔であることを特徴とする請求項１に記載の保持金具。
- 嵌合孔の内周面に雌ネジを設けたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の保持金具。
- 前記縦リブが、軸心に沿って千鳥状に配置されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の保持金具。
- 前記縦リブが、軸心に沿って同一直線上に配置されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の保持金具。
- 前記縦リブが、断面台形であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の保持金具。
- 前記横リブが軸心を中心として環状に配置されていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の保持金具。
- 前記横リブが断面三角形であることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の保持金具。
- 前記凹部の開口縁部の断面角度を直角ないし鈍角としたことを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の保持金具。
- 前記保持金具本体の下端部を、円錐台形としたことを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の保持金具。
- 前記保持金具本体の上端部に、座金を一体形成したことを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の保持金具。
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