JPH0416331A - ネジ部材の製造方法 - 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、炭素繊維強化炭素複合材料製ネジ部材の製造
方法に関する。

〔従来の技術〕

ボルト、ナツト等のネジ部材は金属製が通常であるが、
高温の場所では強度が著しく低下し、使用することがで
きない。炭素製のものは極めて高温でも使用可能である
という点で優れたものといえるが、−船釣に強度が低い
という問題がある。

炭素材料の強度を上げる試みとして、炭素繊維で強化す
ることが行われているが、このような材料はネジ山を切
る際に山が崩れるなど加工性か悪いという問題がある。

特開昭６０−５９６６０号公報には、炭素繊維強化炭素
複合材料の製造方法が記載されているが、このような材
料がネジ部材材料として有用であることを教えるような
ものは何もない。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は加工性よく、高温強度の優れたネジ部材を製造
することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、炭素繊維の短繊維とピッチ粉末とを含有する
原料の水分散スラリーを濾過して所定の表面形状を有す
る濾材表面に原料の層を形成させて予備成形体を作り、
この予備成形体を圧縮成形したのち、炭素化ないしは黒
鉛化処理して炭素繊維強化炭素複合材料とし、次いでこ
の炭素繊維強化炭素複合材料を切り出したのちあるいは
切り出すことなくこれにネジ山を切ることを特徴とする
ネジ部材の製造方法である。

本発明で使用する炭素繊維の短繊維とは、連続紡糸によ
らない短繊維又は連続繊維のチョップをさし、ＰＡＮ系
、ピッチ系等の種別は問わない。

また、ピッチ粉末は、加熱することにより溶融し、成形
時に炭素繊維をつなぎとめて賦形するバインダーとして
の作用を有するものであり、焼成後は炭素質のマトリッ
クスとしてそのまま炭素繊維をつなぎとめ炭素繊維強化
炭素複合材料の構造を維持するための材料でもある。従
って、ピッチ粉末としては焼成後の残炭率が高いことが
望まれる。ピッチにピッチコークスや黒鉛等の炭素質粉
を混合し、これを粉砕して得たピッチ粉末を使用すれば
、高い残炭率となる。そのような意味で、ピッチとして
は高軟化点のピッチ、好ましくは軟化点１５０〜３５０
℃、より好ましくは２００〜３００８Ｃのピッチが有利
である。このピッチは、石油系、タール系のいずれも使
用できることができるが、好ましくはタールピッチであ
る。

炭素繊維とピッチの割合は、炭素繊維強化炭素複合材料
としたとき、炭素繊維の含有率が５〜６０　ｖｏｌＬ好
ましくは１０〜４５ｖｏｌＸ程度となるようにすること
がよい。なお、必要に応じて他の材料、例えばフェノー
ル樹脂等の熱硬化性樹脂、コクス粉等の炭素質粉等を加
えてもよいが、この場合も炭素繊維の含有率を上記の範
囲とすることがよい。

炭素繊維とピッチとを含む原料は、事前にプリプレグ等
にしてから水中に投入してもよいし、両者を別々に水中
に投入して、分散させスラリー状としてもよい。分散を
促進させるため、界面活性剤を添加してもよい。この水
分散スラリーを濾過して濾材表面に原料の層を形成させ
て予備成形体を作る。濾材としては金網等が挙げられ、
この表面形状は予め所望の形状の予備成形体が得られる
ように、設定される。例えば、平面形状のものを得ると
きは表面が平らな濾材を、円筒形状のものを得るときは
表面形状が円筒状の濾材を使用する。

また、ボルトを目的とするときは表面形状がボルト状の
濾材を用いて、外側からスラリーを吸引するようにして
ボルト状の予備成形体としてもよいし、表面形状が平面
状の濾材を用いて、四角い予備成形体とし、これを後工
程で切り出してボルト状としてもよい。

濾過は吸引濾過であっても、加圧濾過であっても実施可
能であるが、均一性と形状の精密性を高めるには、連続
式加圧濾過法が優れる。この方法によれば、スラリーの
流れに応して濾材表面には徐々に原料の層が形成される
か、原料の層の厚みに差があるとスラリーの流れに差が
生じて、結果として均一な層の厚みとなる。所望の厚み
が得られたら濾過を止め、予備成形体として取り出す。

なお、ピッチは常温では結合力が弱いので、濾過が終了
して圧力を抜くときや、濾液を抜くときに、形成された
予備成形体が破壊されることがあるが、このようなとき
は濾過に引き続いて、予備成形体の加圧熱処理を行うこ
とが有利である。加圧方法としては濾過抵抗によって生
ずる差圧を利用することができ、加熱方法としては加熱
したスラリー又は水を流すことにより行うことができる
。加圧熱処理を行うことにより、ピッチは軟化し、結合
力を生じて形状を保持すると共に、予備成形体の密度高
める。

得られた予備成形体は必要により、切断、折り曲げ等の
処理をしたのち、圧縮成形する。圧縮成形の方法として
は、加熱下に行う、ホットプレス法、オートクレーブ成
形法、ラバープレス法、真空成形法等が挙げられる。

圧縮成形したのち、炭素化ないしは黒鉛化処理する。炭
素化処理は非酸化性雰囲気中で４５０〜１１００℃の温
度範囲で徐々に昇温することにより行われ、黒鉛化処理
は１８００〜２８００℃の温度範囲で徐々に昇温するこ
とにより行われる。

このようにして得られる成形体は、多数の細孔を有して
おり、強度が十分ではないので、細孔充填処理して密度
を高める。この方法としては含浸−炭化、化学的気相蒸
着等の方法が採用できるが、好ましくは含浸−炭化法で
ある。この含浸−炭化法は液状のピッチ等の液状マトリ
ックスプレカサを上記成形体の細孔中に含浸させ、再度
炭化処理を行い、最終的に必要な密度に到達するまでこ
の含浸と炭化を繰り返す方法である。使用される液状マ
トリックスレカーサとしてはピッチ類の他、熱可塑性樹
脂、熱硬化性樹脂等があり、これらはその粘度を調整す
るため必要により、加熱したり、溶剤で希釈したりして
使用される。この成形体は最終的には黒鉛化して炭素繊
維強化炭素複合材料とすることが望ましい。

得られた炭素繊維強化炭素複合材料は目的とするネジ部
材の形状に近い場合はそのままの状態でネジ山を切って
もよいし、大きい場合は目的とするネジ部材の形状に近
い形状に切り出した状態でネジ山を切ってもよい。もち
ろん、先にネジ山を切ってから切り出しても差し支えな
い。また、最終的に外形を整えるため、表面の切削等を
行うこともよい。

本発明で使用する炭素繊維強化炭素複合材料は前記のよ
うな方法で作られたものであるため、炭素繊維の配向等
が少なく、均一性に優れるばかりでな（、炭素繊維の短
繊維とピッチを原料成分として用いたため強度か高いの
で、ネジ山を切るとき破損等が殆どなく、ネジとしての
強度も高い。

本発明のネジ部材としては、ボルト、ナツトのほか、ネ
ジ山を切ったブロック等が挙げられ、これは非酸化性雰
囲気であって、高温となる場所、例えば電気炉、原子炉
、宇宙、航空機分野のエンジン部分等に用いることがで
きる。

〔実施例〕

以下、実施例に基づいて、本発明を具体的に説明する。

実施例１ 繊維長駒１０ｍｍのピッチ系炭素繊維のチョップと軟化
点２５０°Ｃのピッチ微粉とを１＝２（重量比）の割合
で、界面活性剤の存在下に水中に分散し、３０　Ｘ　３
０　ｃｍの平らな濾材をセットした予備成形槽にスラリ
ーポンプで圧入し、濾過を行った。

約５　ｃｍの厚みとなったところで、濾過を止め、熱湯
を圧入して加圧加熱処理を行った。得られた板状の予備
成形体を５５０℃まで昇温させてホットプレスしたのち
、１０００℃で炭素化処理した。

これを、真空脱気したのち、軟化点８６℃の液状ピッチ
を含浸させ、１００ｃ／ｈｒの条件で１１００℃に昇温
させて炭化する含浸−炭化処理を４回繰り返し、その後
に２０００℃まで昇温させて黒鉛化して、３３　Ｘ　３
３　Ｘ　２　ｃｍの炭素繊維強化炭素複合材料とした。

これをボルト及びナツトの類似形状に切り出したのち、
ネジ山をきり、ボルト及びナツトとした。

このボルトとナツトをネジ合わせたのち、ボルト部分と
ナツト部分を反対方向に引っ張り破断荷重を求めた。炭
素繊維強化炭素複合材料の物性及びボルト、ナツトの試
験結果を第１表及び第２表にそれぞれ示す。

第　　１ 表 第　　２　　表 ■４ 〔発明の効果〕 本発明の製造方法によれば、耐熱性、高温強度に優れた
ネジ部材を歩留り良く製造することができる。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）炭素繊維の短繊維とピッチ粉末とを含有する原料
   の水分散スラリーを濾過して所定の表面形状を有する濾
   材表面に原料の層を形成させて予備成形体を作り、この
   予備成形体を圧縮成形したのち、炭素化ないしは黒鉛化
   処理して炭素繊維強化炭素複合材料とし、次いでこの炭
   素繊維強化炭素複合材料を切り出したのちあるいは切り
   出すことなくこれにネジ山を切ることを特徴とするネジ
   部材の製造方法。
2. （２）ネジ部材がボルト又はナットである請求項１記載
   のネジ部材の製造方法。