JPH0396709A - 合成樹脂製締結部材 - 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】 「産業上の利用分野」 本発明は、長繊維で補強された合戊樹脂を素材とした螺
子又はリベソト等の締結部材に関する。

「従来の技術」 従来より、合戊樹脂製の螺子又はリベット等の締結部材
は軽量かつ耐食性が要求される場合等において広く用い
られているが、合或樹脂のみにより製造された場合には
強度が必ずしも十分ではないので、カーボンファイバ等
の長繊維により補強することが従来より行なわれている
。

そして、そのような長繊維で補強された締結部材を製造
するには、長繊維を含有させた未硬化の樹脂から円柱状
の素材をつくり、その樹脂を硬化させた後に頭部又は軸
部を切削加工するという方法が従来一般に採用されてい
た。

ところが、上記のような方法では、切削加工する際に長
繊維も切断されてしまい、長繊維による補強効果が十分
に発揮されない。このため、長繊維が切断されないプレ
ス加工により製造する方法が採用されるようになってき
ている。

すなわち、例えば第１３図，第１４図に示すように、熱
可塑性合成樹脂１に長繊維２を多数含有させてなる棒状
の素材３を加熱した状態で、上型４ａと下型４ｂとより
なる成形型４により外周面をプレス成形して、螺子５を
製造する方法である。

この方法は、切削による方法に比べ、長繊維が切断され
難く、また素材３の外周の長繊維が外周面の形状に沿う
ように湾曲するため、例えばこの場合螺子山の強度が高
くなるというものであった。

「発明が解決しようとする課題」 ところが、上記のような方法を採用しても、なお長繊維
による補強効果が効率良く発揮されていなかった。すな
わち、螺子又はリベット等の形状としては、素材として
金属が用いられることが一般的である従来の規格に準拠
したものが採用され、その外周面には、長繊維が湾曲し
て入り込むことができない鋭角な凸部や、プレス成形時
に長繊維が切断されてしまうような鋭角な凹部が存在し
ていた。

例えば、第１５図は、螺子の形状をＪＩＳ規格ＢＯ２０
５　（メートル並目ネジ）に準拠した場合の、螺子山部
の状．態を示す断面図であるが、この場合螺子の呼び径
が小さくなればなるほど螺子山の頂部Ｘ（先端部）には
切断されない長繊維２が入り込み難い。また、谷部Ｙに
おいては長繊維が切断されてしまい易かった。

また、螺子あるいはリベットの頭部においても同様で、
軸部と頭部の境目の鋭い形状変化のために、プレス成形
の際に長繊維が切断されてしまうことがあった。

このため、長繊維の補強効果が部材の全体にわたって発
揮されないとともに、長繊維の密度の極端に少ない部分
（この場合前記項部Ｘ）ができてしまい膨張率が部材内
で極端に偏り、特に温度変化の激しい環境で使用される
場合の強度が十分に得られなかった。

本発明は上記従来の問題点に鑑みなされたものであって
、長繊維による補強効果が効率良く発揮され十分な強度
を有する合戊樹脂製の締結部材を提供することを目的と
している。

「課題を解決するための手段」 本発明の合成樹脂製締結部材は合戊樹脂にカーボンファ
イバ等の長繊維を長手方向に配されるように含有させて
なる棒状の素材をプレス成形してなる螺子又はリベット
等の合成樹脂製締結部材であって、 長手方向における外周面の形状変化の曲率半径が、前記
長繊維を湾曲させた時に発生する最大応力が許容応力と
なる曲率半径よりも大きくされていることを特徴として
いる。

「作用」 本発明の合或樹脂製締結部材は、長手方向における外周
面の形状変化の曲率半径が、前記長繊維を湾曲させた時
に発生する最大応力が許容応力となる曲率半径よりも大
きくされている。このため、プレス成形の際に、外周に
位置する長繊維が外周面に完全に沿うように湾曲しても
、この湾曲により発生する最大応力は許容応力を越えな
い。したがって、長繊維を切断してしまうことなく外周
面に完全に沿うように分布させることができる。

「実施例」 以下、本発明の一実施例を第ｌ図〜第ｌ２図により説明
する。

第２図，第３図において、全体として符号１０で示すも
のは、本発明の実施例である有頭螺子である。螺子１０
は、基材である合成樹脂１ｌと表面形状に沿うように長
手方向に連続した状態で分布する炭素繊維ｌ２とよりな
り、軸部１０８に螺子山が形成され、一端部に軸部ｔＯ
ａよりも大径な皿状の頭部ｔａｂが形成されたもので、
この螺子１０の螺子山の歯型は、第１図に示すように、
ＪＩＳ規格ＢＯ２０５（メートル並目ネジ）に規定され
る歯型の頂部及び谷部を半径ｒ１の円弧で丸めて得られ
た螺子山角度３０度の丸螺子の歯型となっている。すな
わち、ちととなるメートル並目ネジの呼び径をｄとしピ
ッチをｐとすると、この螺子ＩＯの谷部の半径Ｒ，及び
頂部の半径Ｒ，は下記式のように設定されている。

Ｒ　，＝　ｄ　／２−’／Ｋ／８＋　ｒ　，　　　　　
・・・・・・（　１　）Ｒｔ＝ｄ／２＋Ｋ／８−ｒ１　
　　　　・・・・・・（２）（　Ｋ　＝　ｓｉｎ６０°
ｘｐ） また、頭部１０ｂと軸部１０ａの境目（以下、これを“
首部”と称する。）も円弧状とされその曲率半径はｒ，
とされている。

そして、上記半径ｒ　ｌ＋　’　ｔは、例えば、炭素繊
維ｌ２の素線の直径をｄｃとしヤング率をＥとし引張り
強さをσとした場合、下記式のように設定されている。

ｒ　ｌ＋　ｒ　．≧ｄｃ−Ｅ／（２・σ）　−・−・（
３）ここで、上記式（３）の右辺は、炭素繊維を湾曲さ
せた時に最外周部分に発生する引張り応力がσとなる時
の曲率半径である。

具体的には、例えば、炭素繊維ｌ２の素線の直径ｄｃが
１ｕｔａでヤング率Ｅが２６０００ｋｇ／ｍｍ”で引張
り強さσが２６０ｋｇ／ｍｍ”である場合には、ｒ　ｌ
＋　ｒ　ｔ≧０．　３５ｍｍ となる。

つぎに、上記螺子ＩＯの製造方法について説明する。

まず、熱可塑性合成樹脂１１中に、高強度の長繊維１２
を多数含有させ、それを押出成形あるいは引抜成形する
ことによって、第６図に示すような円形棒状の素材１３
を形成する。その際、長繊維１２が素材１３の長手方向
に沿って配されるようになす。

ここで、熱可塑性合成樹脂１１としては、例えば軽量で
十分な強度を有するＰＥＥＫ　（ポリエーテルエーテル
ケトン）樹脂を用いることができる。

つぎに、素材ｌ３を所定の長さに切断し、第１０図に示
すような雌型１４内に挿入し、加熱して軟化させる。

ここで、雌型１４は、頭部成形面１５ａと軸部成形面１
５ｂとよりなり、前記螺子１０の頭部側の端部外周面の
半周分を形或する成形面１５か形戊された成形部ｌ６と
、後述する雄型Ｉ８又は素材１３の挿入を案内するガイ
ド部１７とを有するものである。そして、この雌型ｌ４
の頭部成形而１５ａと軸部成形面１５ｂの境目は円弧状
に形成されておりその曲率半径は前記ｒ，の値とされて
いる。

その後、前記頭部或形面１５ａに対向する位置に外形が
前記頭部成形面１５ａに沿うように形成された凸部１８
ａが設けられた雄型１８により、第１１図に示すように
、素材１３の側面を雌型１４の成形部ｌ６に押し付ける
ようにプレスし、さらにその後不要部分を切断する。こ
うして、第８図に示すような、前記頭部側の端部外周面
ｌ９か一端に形成された棒状の成形品２０が得られる。

この際、素材ｌ３の炭素繊維ｌ２は、第１１図に示すよ
うに、成形品２０内に全長にわたって残り、切断される
ことかない。特に雌型ｌ４の頭部成形面１５ａと軸部成
形面１５ｂの境目付近の炭素繊維１２は曲率半径がｒｔ
を越えるようには湾曲しないので折損することがない。

また、素材ｌ３の端部は前記凸部ｔＳａにより前記頭部
成形面１５ａに押し付けられるようにして広がり、半周
分の頭部外周２１を形戊する。このため、第１１図に示
すように、成形品２０の頭部外周２１内には、炭素繊維
ｌ２が前記頭部側の端部外周面ｌ９に沿うようにして分
布する。

つぎに、二つの成形品２０を、それぞれの形状を互いに
合わせるようにして、その端面２０ａにおいて接着し一
体となすことにより、第９図に示すような、一端に凹部
２３ａを有する頭部側の端部２３が形成された棒状の或
形品２４が得られる。

ここで、上記或形品２０の接着は、例えば熱溶着等によ
り行うことができる。

そして、成形品２４の前記凹部２３ａに第７図に示すよ
うな埋設材２５を埋め込むとともに、成形品２４の他端
部ｌ６に螺子山を形或すれば、頭部が皿状の螺子１０が
完戊する。

すなわち、成形品２４を、第１２図に示すような型２７
内に挿入し、まず、埋設材２５を前記凹部２３ａに熱溶
着等により固定した後、加熱して軟化させる。

ここで、型２７は、螺子山成形型２８と端面成形型２９
とガイド３０とよりなり、螺子山戎形部２７ａを有する
。そして、螺子山或形部２７ａの形状は前述の第１図に
示す歯型を形成するものとなっている。すなわち、螺子
山成形部２７ａの谷部と山部とは半径ｒ，の円弧状とさ
れている。また、首部に対応する部分は半径ｒ，の円弧
状とされている。

その後、丸棒状の強化素材３１を、第ｌ２図に示すよう
に、図示していない圧入装置により、成形品２４の池端
部２６側から長手方向軸線上に圧人する。これにより、
成形品２４の他端部２６は半径方向に押し広げられ、外
周面に螺子山が形威される。こうして、成形品２４と強
化素材３１が一体化し、一端部に皿状の頭部３３ａが、
他端部に螺子山を有する螺子軸部３３ｂが形成された成
形品３３が得られる。

この際、長繊維ｌ２は、成形品３３内に全長にわたって
残り、切断されることがない。特に成形品２４の池端部
２６の外周部の長繊維ｌ２は、螺子山の形状に沿うよう
に蛇行して、螺子山内に入り込むように分布するが、曲
率半径がｒ１を越えるようには湾曲しないので折損する
ことがない。

また螺子山の先端部（頂部）にも密に炭素繊維ｌ２が分
布する。

ここで、強化素材３１としては、高強度な材料、例えば
スチール等の線材又は捧材を用いることができるし、ま
た素材１３と同様な材料を用いることもできる。そして
、強化素材３ｌの外形寸法は、製造しようとする螺子の
サイズ等に応じて、強化素材３１の圧入時に、前記他端
部２６が、十分に押し広げられ、型２７の螺子山成形部
２７ａ内に十分にゆきわたるように、選定する。

そして、成形品３３を冷却し硬化させた後、強化素材３
ｌを成形品３３の軸部３３ｂ側の端面Ｂ一Ｂで切断し、
必要に応じて切削加工等により頭部３３ａ端面にすりわ
り等を形成すれば、第２図，第３図に示す有頭螺子１０
が完戊する。

以上説明した螺子１０は、同様の歯型の雌螺子が形成さ
れたナットと組み合わせたり、また螺子１０を取り付け
る部材に同様の歯形の螺子孔を設けて使用できることは
いうまでもないが、例えば本実施例の場合、ちととなる
Ｊ　Ｉ　Ｓ　ＢＯ２０５の規格に準拠したナットあるい
は螺子孔に対してもこれらを必要に応じて追加エすれば
使用できる。

すなわち、この場合ピソチｐ及び螺子山角度は同じであ
るので、かみ合いの条件としては螺子山の頂部及び谷部
の干渉が問題となる。しかし、前記式（１），　（２）
，　Ｕ）で明らかなように、螺子の頂部の半径Ｒ，は前
記半径ｒ．を大きくすれば小さくなるので、このｒ．を
十分大きく設定することにより、式（３）の条件を満足
させるとともに頂部の干捗を避けることができる。一方
、谷部の外半径Ｒ，についてはこれとは逆であるので、
ｒ，の値を最小にしてもピノチｐが小さいと谷部が干渉
する可能性かあるが、雌螺子の内径（螺子山の頂部）を
追加エして若干大きくすることにより容易に適用可能と
することができる。

また、首部を曲率半径ｒ，の円弧状としたことで、螺子
１０を取り付ける相手側部材の座面との干渉が生じる可
能性があるが、例えば第４図に示すようなスペーサ３５
を頭部１０ｂと前記座面との間に介装させれば、前記座
面は従来のままで適用することができる。

本実施例の螺子１０は、第１１図あるいは第１２図（こ
示すブレス成形の際に、加圧力（炭素繊維１２を成形面
に押し付ける力）をいくら大きくしても、炭素繊維１２
が許容応力を越えて湾曲しない。このため、炭素ｍ維Ｉ
２が、第Ｉ図，第３図に示すように、螺子内に全長にわ
たって残り、切断されていない。また、螺子山内及び頭
部側の端部外周には、炭素繊維１２が外周面の形状に沿
って密に分布している。このため、螺子山及び頭部の剪
断破壊に対する強度が非常に高くなっている。

また、炭素繊維ｌ２を螺子山の頂部にも密に分布させる
ことができるため、螺子山付近の熱膨張係数を略均一に
して温度変化に対する螺子山の強度を高く確保すること
ができる。

なお、上記実施例は、本発明を有頭螺子に適用した例で
あるが、これに限るものでなく、例えばリベットやナッ
ト等の軸方向に力の加わる締結部品に適用しても同様の
効果を有する。

また、上記実施例は、螺子山が丸螺子である場合である
が、これに限るものでなく、例えば第５図に示すように
、ＪＩＳ規格ＢＯ２＋６に規定された台形螺子の山部と
谷部とを前記半径ｒ．の円弧で丸めた歯形であってもよ
いし、また、ちととなる規格もユニファイねじ等の他の
規格でもよい。

「発明の効果」 本発明の合戊樹脂製締結部材は、長繊維を切断すること
なく外周面の形状に沿って密に分布させることができる
ので、長繊維で効率よく補強された締結部材となる。

また、長繊維の分布密度の偏りによる熱膨張係数の部位
による違いが少なくなり、温度変化に対する強度も向上
したものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第５図は本発明の実施例である有頭螺子を説明
するための図であって、第１図は螺子山の断面を示す図
、第２図は有頭螺子の斜視図、第３図は有頭螺子の全体
断面図、第４図はスペーサの斜視図、第５図は螺子山の
断面図である。 また、第６図〜第１２図は本発明の実施例である有頭螺
子の製造方法を説明するための図であって、第６図は素
材の斜視図、第７図は埋設材の斜視図、第８図は成形品
の斜視図、第９図は二つの成形品を組み合わせた状態を
示す斜視図、第１０図は素材を型内に配した状態を示す
図、第１１図は素材を成形した状態を示す図、第１２図
は成形品の端部に螺子山を形成した状態を示す図である
。 また、第１３図〜第ｌ５図は従来技術を説明するための
図であって、第ｌ３図は素材を型内に配した状態を示す
図、第１４図は素材を成形した状態を示す図、第ｌ５図
は螺子山の断面図である。 ｌ１・・・・・・合戊樹脂、１２・・・・・・長繊維、
１３・・・・・・素材、１０・・・・・・螺子、ｒｌｒ
ｌ・・・・・・曲率半径。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 合成樹脂にカーボンファイバ等の長繊維を長手方向に配
   されるように含有させてなる棒状の素材をプレス成形し
   てなる螺子又はリベット等の合成樹脂製締結部材であっ
   て、 長手方向における外周面の形状変化の曲率半径が、前記
   長繊維を湾曲させた時に発生する最大応力が許容応力と
   なる曲率半径よりも大きくなっていることを特徴とする
   合成樹脂製締結部材。