JPH04314508A - 繊維強化複合材からなるネジ状成形体およびその製造方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、合成樹脂のマトリクス
と強化繊維からなる複合材で、ボルトやスプライン軸な
どのネジ状成形体およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】繊維強化プラスチック（以下、ＦＲＰと
称する。）製のネジ状成形体は、軽くて比強度が高く耐
蝕性も良好なことから今日では各方面で実用化されつつ
あることは周知のとおりである。

【０００３】従来、このような繊維強化複合材からなる
ネジ状成形体およびその製造方法の一つとして、例えば
引き揃えたロービング、あるいは引き揃えたロービング
の周囲に組紐を重ね合せ、これらにマトリクス樹脂を含
浸させ、次いで円筒上の加熱金型の中を引き抜くことに
よりロッドを製作し、その後にネジ切りを行うボルトお
よびその製造方法が知られている（例えば、特開昭５９
−１５８２２３号公報、特開昭６１−３５２３４号公報
、特開昭６２−３７１３１号公報など）。

【０００４】しかしながら、この方法で得られたボルト
のネジ山部の断面を見ると、図７（ａ）のようにネジ山
１内の強化繊維２がネジ山で切断されており、軸部３と
ネジ山１の両者間に強化繊維２の繋がりがないためネジ
山１の剪断強度が極端に低くて実用性に乏しいのみでな
く、機械加工によるネジ切りを採用するため生産性が低
く製造コストも高価なものであった。

【０００５】また、前述のロッドを成形する際に、図７
（ｃ）に示す内部にネジ山形状４を揃えた二分割のネジ
状成形金型５で熱プレス成形することでネジ山の強化繊
維２を切断させない方法も知られてはいるが、図７（ｂ
）に示すように強化繊維２′は、前記従来例と同様に軸
部３とネジ山１部間のつながりがないので、層間剥離が
生じ理論強度とはほど遠いものでしかなかった（例えば
、特開昭５６−８２２１９号公報、特開昭５９−１４７
１１１号公報、特開昭５９−１４８６３５号公報、特開
昭５９−１６７２２７号公報など）。

【０００６】そこで、本出願人は、上記問題点を解決し
、ネジ強度を大幅に改善する方法として、ネジの素材と
して、強化繊維束が三次元に編成された三次元繊維構造
体と熱可塑性樹脂とからなる繊維強化複合材を使用する
ことを提案した（特願昭６３−８９６９８号）。

【０００７】この方法は、強化繊維を例えば米国特許第
４，３１２，２６１号や特開昭６４−７７６６２号明細
書に開示された編成方法によって形成された三次元繊維
構造体に、樹脂マトリクスを含浸させて繊維強化複合材
の中間素材を形成し、この中間素材を、上記図７（ｃ）
のようなネジ溝が形成された通常の二分割金型５内に配
設し、加熱後該金型５を上下から押圧して該中間素材を
ネジ賦形する成形方法である。

【０００８】上記成形方法によれば、該中間素材内のマ
トリクスを加熱溶融させ、該金型の押圧力によって該溶
融マトリクスを流動させながら該強化繊維を前記金型の
ネジ溝４内に移動させることができ、ネジ山１の強化繊
維と軸部３の強化繊維の間に断絶がなく、互いに三次元
的に絡まっているので、従来のようにネジ山と軸部の間
に剥離層が形成されず、きわめて剪断力の強いネジ状成
形体を得ることが可能となった。

【０００９】

【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、上
述のような繊維強化複合材からなるネジ状成形体の製造
方法においても、次のような問題点があることが、本出
願人は発見した。

【００１０】すなわち、（１）　強化複合材からなるネ
ジ状成形体においては、強化繊維が短繊維のように自由
に移動できる場合には、溶融マトリクスと一緒に当該強
化繊維が二分割金型５のネジ溝４内に比較的容易に移動
できるが、強化繊維が長繊維でしかも三次元繊維構造体
に形成されているため、単なる溶融マトリクスの流動だ
けではネジ溝への移動は殆ど困難であり、何らかの外力
が必要とされる。

【００１１】しかし、前記通常の二分割金型５による一
方向の押圧だけでは、その押圧方向での該強化繊維のネ
ジ溝４内への移動は、比較的容易に達成されるが、その
方向と直角方向，即ち該二分割金型５の分離面６の方向
では、圧力がかからないため該強化繊維のネジ溝４内へ
の移動は殆ど行われない。そのため、分離面６方向のネ
ジ溝４内にはマトリクスが主体で、強化繊維が殆ど含ま
れなくなり、ネジ山１の強度が極めて弱くなってしまう
。

【００１２】（２）　しかも、当該金型５のように金型
を２分割し上下から押圧する方式のものでは、上金型５
ａと下金型５ｂの間の隙間から、溶融マトリクスが金型
の押圧力によって分離面６方向へ流出してしまいバリと
なって固まる。

【００１３】このバリを除去するために最終的にはダイ
ス加工をしなければならず、製造面での能率が悪くなる
一方、このダイス加工によって当該バリは完全に除去さ
れるが、このバリの中には強化繊維も若干含まれている
ので、バリと一緒に強化繊維まで切断される結果となり
、三次元繊維構造体が有する本来の特性が低下して、ネ
ジ状成形体の強度を低下させると言う問題があった。

【００１４】（３）　また、強化繊維を三次元に編成さ
れた三次元繊維構造体も、ネジ状成形体の強化材として
適正は配向角度や繊維束の太さなどの編成条件が施され
ていないため、製造条件によってその軸方向の引張強度
とネジ山の剪断強度において大きなばらつきが生じ、三
次元繊維構造体が本来有する特徴を十分発揮できないと
いう問題もあった。

【００１５】本発明の目的は、上述の問題点を解消せん
とするものであり、全ネジ山に強化繊維が十分に配設さ
れ、ネジ山部の剪断強度が十分にあると共に、ネジ状成
形体自体の引張、曲げ、ねじりなどの強度が、バランス
よく発揮されるように構成された三次元繊維構造体によ
って強化されたネジ状成形体及びその製造方法を提供す
ることにある。

【００１６】

【問題点を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の繊維強化複合材からなるネジ状成形体の構
成は、強化繊維束が三次元に編成された三次元繊維構造
体と熱可塑性樹脂とからなる繊維強化複合材を、加熱し
た金型に押圧することにより成形したネジ状成形体にお
いて、前記ネジ状成形体の軸方向に対する前記三次元繊
維構造を形成する強化繊維束の傾斜角度が、５°以上４
０°以下にすると共に、当該強化繊維束の１束の単糸数
Ｎ（本）が、形成されるネジ径ｘ（ｍｍ）との関係が、
６≦ｘ≦８のとき、Ｎ≦１００（ｘ２　−ｘ）となり、
８＜ｘ≦１６のとき、Ｎ≦８００ｘ−１２ｘ２　、１６
＜ｘのとき、Ｎ≦１４０００となることを特徴とし、さ
らに、このネジ状成形体の製造方法は、予め熱可塑性樹
脂で被膜された強化繊維束を三次元に編成して三次元繊
維構造体を形成する工程と、当該三次元繊維構造体を密
閉金型に配設し、所定の温度に加熱した後、加圧し、前
記熱可塑性樹脂を前記強化繊維束内に含浸せしめて中間
素材を形成する工程と、前記中間素材を、内部にネジ溝
が形成され少なくとも３分割以上に分離できる密閉型の
多分割金型内に配設し、前記多分割金型を所定温度に加
熱後、当該多分割金型の金型同士を密接させながら少な
くとも１つの金型を内方に押圧することにより該中間素
材をネジ状に形成する工程とからなることを特徴とする
。

【００１７】

【作用】本発明におけるネジ状成形体の構成によれば、
ネジ素材の三次元繊維構造体における強化繊維束の１束
あたりの強化繊維の本数を所定の式によって決定される
範囲内におさめたので、加熱してネジ賦形金型出押圧し
たときに、当該強化繊維が、溶融した熱可塑性樹脂と共
にネジ溝に流入しやすく、全ネジ山に三次元繊維構造体
を構成する強化繊維が十分に配設され、ネジ山部の剪断
力が従来に比して極めて強くなると共に、当該三次元構
造体における強化繊維束の傾きを、その軸方向に対して
適性な角度（５°以上４０°以下）に設定したので、軸
方向の引張力と、ネジ山の剪断力とに対し、バランスの
とれた強度を有するネジ状形成体を提供することができ
る。また、その製造方法によれば、密閉型の多分割金型
の金型同士を密接させながら少なくとも１つの金型を内
方に押圧することによりネジ賦形するので、従来の二分
割のネジ賦形金型のようにバリが生じるおそれがなく、
また、パスカルの原理により、少なくとも１つの金型の
押圧による圧力が等分に中間素材に加えられることにな
るので、当該中間素材中の強化繊維束が、金型のネジ溝
前部に均一に流し込まれ、強度の高いネジ状成形体を製
造できる。

【００１８】

【実施例】以下、図面を参照して、本発明の実施例を説
明するが、本発明の技術的範囲がこれによって限定され
るものでないことはもちろんである。

【００１９】図１（ａ）は、図１（ｂ）に示された本発
明を実施したネジ状形成体７のネジ山８の部分を拡大し
た場合の組織状態を示す概略図である。また、図１（ｂ
）における７ａは、ネジ状形成体７に螺合されたナット
である。

【００２０】同図において、９は強化繊維束であり、後
述するように複数の強化繊維が所定本数集まって束とな
ったものであり、これらの間に樹脂マトリクスが含浸さ
れて、繊維強化複合材を形成している。この強化繊維束
９は、ネジ状形成体７の軸方向に対しθの傾斜角を有し
て３次元的に編成されており、このθの適性値について
は後述する。

【００２１】始めに、上記構造をなす繊維強化複合材か
らなるネジ状形成体の本実施例における製造方法から説
明する。

【００２２】（１）　　まず、図２（ａ）にあるように
、強化繊維束９を熱可塑性樹脂１０でコーティングした
被覆糸１１を形成する。

【００２３】この強化繊維としては、ガラス繊維、カー
ボン繊維、ボロン繊維、炭化ケイ素繊維、アルミナ繊維
、ステンレス繊維、ピアノ線等の無機繊維や、アラミド
繊維等の有機繊維が上げられる。具体的な繊維材料の種
類は、製造しようとするネジ成形体の用途、要求性能、
経済性等に応じて適宜選択することができ、また、熱可
塑性合成樹脂としては、例えば、ポリアミド、ポリエチ
レンテレフタレート、ポリプチレンテレフタレート、ポ
リアセタールなど各合成樹脂が好ましく用いられ、これ
らのマトリクス樹脂も前述の強化繊維と同様に、用途に
応じて適宜選択され得るこの被覆糸１１を形成する方法
としては、炭素繊維などの強化繊維束をクロスヘッドダ
イに通し、押出機により、溶接された熱可塑性合成樹脂
を被覆させる方法（いわゆるワイヤーコーティング法）
や、さらに、特開昭６０−３６１５６号公報、特開昭６
１−１４６５１９号公報等に開示されているように、強
化繊維束を熱可塑性合成樹脂粉末の流動床に通した後、
ワイヤーコーティング法によって合成樹脂を被覆する方
法などがある。

【００２４】（２）次に、上記被覆糸１１を三次元的に
編成し、三次元繊維構造体を形成する。

【００２５】ここで、三次元に編成した三次元繊維構造
体とは、図２（ｂ）に示されるように、三次元編組を構
成する殆んどの強化繊維束９が斜向方向に配向され、か
つ強化繊維束９同士が絡合しながら立体形状に編成され
た繊維構造体（以下、三次元編組構造体と称する）１２
をいう。この三次元編組構造体１２を形成する編成方法
は、例えば米国特許第４，３１２，２６１号明細書に開
示されている製造方法を用いることができる。この製造
方法は、編成される糸束が巻かれた複数のボビンを平面
に配列し、ソレノイドなどで、これらのボビン自体を移
動させて糸束同志を絡ませることによって編組構造体を
容易に編成することができるものである。

【００２６】また、この三次元編成方法の利点を活かし
、比較的小型の装置で大型の三次元編組が編成可能な方
法として、本出願人による特開昭６４−７７６６２号に
開示されている製造方法を利用してもよい。この製造方
法は、前記の方法のように編成される糸束が巻かれたボ
ビン自体を移動させて糸束同志を絡ませる方法ではなく
、図３に示すように二点間に伸長され、張り渡された一
定長の複数本の糸束１３を三次元交織部１４において、
各々の糸束１３を二軸方向に移動させることによって互
いに絡み合わせ、三次元編組構造体１２を２本同時に編
成する方法である。

【００２７】また、図１（ａ）に示すように、三次元編
組構造体１２が構成される糸束の配向方向は総て斜向方
向をなすが、その斜向角度θ，即ち編組軸方向とのなす
角度は比較的任意に設定することができる。具体的には
、各糸束１３の交織部１５に作用する筬１６の該編組軸
方向への作用力によって交織する各糸束１３は締めつけ
られ、該作用力が大きくなるに従って各糸束１３は該編
組軸方向に対する傾斜角度θが大きくなる傾向にある。

【００２８】但し、その角度θは単に作用力の大きさで
一意的に決まるのものでもなく、糸束１３の有する剛性
によっても変わる。つまり、同一材質の糸条で直径が大
きくなると、同一の作用力でも上記角度θが小さくなる
。

【００２９】このような三次元編組構造体１２を編成す
る方法において、編成される糸束である被覆糸１１は、
上述のように予め、繊維束９に熱可塑性樹脂１０が被覆
または含浸されているので、三次元編組に編成する時の
強化繊維束同士の擦過による繊維の毛羽立ち、切断等の
発生が極めて少なくないばかりでなく、次の工程の樹脂
含浸による中間素材の成形も比較的容易に達成できる。

【００３０】（３）次に、該三次元編組構造体を所要の
長さに切断し、例えば図４（ａ）のような一般的なホッ
トプレス用密閉金型１７内に配設する。金型１７の温度
を図示しない加熱手段によってマトリクスの熱可塑性樹
脂が溶解する温度まで加熱した後、該熱可塑性樹脂１０
が該強化繊維束の単糸間まで流動していく圧力で上型１
８によって加圧した後、冷却し、いわゆる繊維強化複合
材からなる中間素材１９を成形する。

【００３１】これにより、当該熱可塑性樹脂１０が、該
三次元編組構造体１２の各強化繊維束間のみならずその
強化繊維束の単糸間にまでも、熱可塑性樹脂１０が浸透
し、強固な繊維強化複合材が形成されることになる。

【００３２】この中間素材１８の断面形状は必ずしもネ
ジ状物のように円形である必要はなく図４（ｂ）に示す
ように四角形以上の多角形でもよい。

【００３３】また、上記中間素材における繊維体積占有
率Ｖｆは、強化繊維とマトリクスとの組合せにもよるが
、一般的には３０〜８０％が好ましく、より好ましくは
４０〜６０％である。特に、ネジ山部に形成される部分
の繊維体積占有率Ｖｆは、４０〜８０％が好ましい。

【００３４】この繊維体積占有率Ｖｆの調整は、被覆糸
１１の形成時における熱可塑性樹脂１０の種類や厚さを
変えることによって容易に達成できる。

【００３５】（４）最後に、この中間素材１９を最終の
ネジ状成形体７に賦形するためにネジ溝加工された金型
に配設し、金型を、マトリクスとなる熱可塑性樹脂１０
の融点以上まで加熱して、中間素材成形時よりも低い圧
力で押圧成形することにより該ネジ状成形体７を得る。

【００３６】この成形において、ネジ賦形金型のネジ溝
形成部の全域に強化繊維が挿入される必要があるが、二
分割金型によって成形する従来技術の問題点を充分鑑み
，本出願人らは、ネジ賦形に非常に効果的な金型である
密閉型の多分割（詳しくは三分割以上）の成形金型を発
明した。

【００３７】以下、図５に示す実施例に沿って詳細に説
明する。

【００３８】図５（ａ）は、この実施例のネジ賦形金型
２０の横断面を示す図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ
）の矢印方向から見たネジ賦形金型２０の部分断面を示
す図である。

【００３９】図５（ａ）に示すように、ネジ賦形金型２
０は、本体金型２１，２２と押型２３の三分割に分離分
割された金型であり、内部にネジ溝２４が形成されてい
る。

【００４０】また、図５（ｂ）に示すようにこの金型２
０の両端部には、側型２５が設置されており、この側型
２５には、前記ネジ溝２４と同じネジ溝を設けた挿入孔
２５ａが設けられており、この挿入孔２５ａにはボルト
２６が貫通されている。

【００４１】なお、多分割金型というときは、両端の側
型２５側は、その分割数には含まないものとする。

【００４２】これら三分割金型２０のうち本体金型２１
，２２は左右からの締め付け力（プレスやボルトなど）
によって互いの接合部２７からの樹脂漏れが生じないよ
うになっており、また、本体金型２１，２２に密に挟ま
れた押型２３は本体金型２１，２２に対して上下に相対
移動するが、摺動部からの樹脂漏れは生じない。

【００４３】また、図５（ｂ）における側型２５内に螺
合するボルト２６を調整することによって中間素材１９
の長さ斑や樹脂量の斑の微調整ができるようになってい
る。

【００４４】また、側型２５を、ボルトなどで本体金型
２１，２２へ固定することにより、金型２１，２２の左
右への開きを防止することができる。そして、押型２３
が押込められて、当該押型２３のストッパー２３ａの下
端が本体金型２１，２２の上部に当接したときに、完全
な円形となるようにネジ溝２４が形成されている。

【００４５】実際のネジ成形は、所要の長さに切断され
た中間素材１９を当初開かれていた本体金型２１，２２
のネジ溝形成部分に配設し、本体金型２１，２２と押型
２３を密着させ（図５（ａ）の状態）、次に、金型２０
を加熱して中間素材のマトリクスである熱可塑性樹脂１
０の融点以上に達した時点から、押型２３を加圧してい
き、ストッパー２３ａの下端が本体金型２１，２２上部
に当たって止められた時点から数分後に冷却を開始し、
１００℃以下になった時点で、本体金型２１，２２を開
放して成形体を取り出す。

【００４６】上述のように、ネジ賦形金型２０の構造を
多分割にし、各分割金型同士の接触部分から溶融樹脂が
漏れないように押し当てられた状態で該分割金型の一部
を摺動させてマトリクスが溶融した中間素材の一部を加
圧しても、樹脂漏れがないように密閉されているため、
パスカルの原理で明らかなように全体に均等に加圧力が
作用して、強化材の三次元繊維構造体の強化繊維はネジ
賦形金型の全ネジ溝内に挿入される。

【００４７】従って、従来方法で問題となっていたバリ
の発生もなく、全ネジ山部に均等に強化繊維が充填され
ることから、従来の二分割金型で成形されたネジ状成形
体に比べて非常に高い強度を発揮するネジ状成形体を得
ることができる。

【００４８】なお、本実施例では、ネジ賦形金型２０を
三分割のものとしたが、これに限定されるものではなく
、密閉してネジ賦形できるものであれば、これ以上の多
分割型金型でももちろんよい。

【００４９】本実施例による方法により製造したネジ状
形成体における効果を説明するための実験例を次に示す
。

【００５０】単糸数３，０００本のカーボン繊維束（東
レ株式会社“トレカ”Ｔ４００−３Ｋ）の外周にナイロ
ン６（東レ株式会社製、品番ＣＭ１０１６Ｋ）を繊維体
積占有率６０％でワイヤーコーティング法により被覆し
たものを使用し、このカーボン繊維束４００本を、図３
に示した装置により六角形断面の三次元編組に編成した
図２（ｂ）に示すプリフォームを作った。

【００５１】次いでこのプリフォームを、六角形断面の
金型に供給し、金型温度２６０℃、圧力３５０ｋｇ／ｃ
ｍ２　．Ｇ、保圧時間１０分でプレス成形して中間素材
を形成し、この中間素材を、図５（ａ）に示すネジ山サ
イズがＭ１０の三分割金型に供給し、金型温度２４０℃
、圧力１５０ｋｇ／ｃｍ２　．Ｇでプレスし、Ｍ１０の
ネジ山を賦形した。その後８０℃まで金型を冷却し，成
形品を金型より取り出したところＭ１０のネジ状成形品
の良品が得られた。

【００５２】次に、ネジ賦形用金型として従来の二分割
金型を用い成形条件は上記とまったく同様にしてＭ１０
のネジ状成形品を成形後、バリ除去のためにダイス加工
して仕上げた。

【００５３】そして、このようにして得られた２種類の
Ｍ１０ボルトの引張強度を測定した。　　なお、引張試
験機は、（株）島津制作所を“オートグラフ、ＤＣＳ１
０Ｔ”を使用し、条件は１ｍｍ／ｍｉｎの引張速度で高
さ２０ｍｍのナットをＭ１０ボルトのネジ部両端にセッ
トして行なった。その結果は下記の通りであった。

【００５４】

【表１】

【００５５】上記表の結果から、本発明によるＭ１０の
ネジ状成形体は、従来の金型で成形されたネジ状成形体
に比べ、約１．４倍の高い引張強度が得られることが分
かる。

【００５６】ところで、このように形成されたネジ状成
形体７の強度は、その素材である繊維強化複合材を形成
する三次元編組構造体１２の編成条件（構成）によって
も大きく左右されることを本出願人は、解明した。

【００５７】一般的にネジ山に作用する力のメカニズム
は、まずナットなどによってネジ山に作用する力が、そ
のネジ山への剪断力として作用し、その作用力はネジ山
の剪断部分から本体に伝って軸力として作用するように
なっている。

【００５８】従って、ネジとしての強度は、ネジ山の剪
断強度と軸方向の強度及びその両者の伝達強度で決まる
ことになる。

【００５９】前記ネジ状成形体７の強化材として、強化
繊維が三次元的に構成された、前記三次元編組構造体１
２を適用すると、上記ネジ山の剪断強度，軸方向強度及
びそれらの伝達強度がバランスよく効果的に発揮できる
。

【００６０】ネジ山９の剪断強度は、ネジ山の底部（裾
野）を横断する強度繊維の構成で決まり、それは同一材
料であれば繊維の数量が多いほど、繊維の配向方向が剪
断力の作用方向に対し、即ちネジ軸に対して直角方向に
配向されている程高い。

【００６１】一方、ネジの軸方向強度は、その方向の強
化繊維の数量が多い程、またその方向により向いている
程高いことは言うに及ばない。また、上記剪断力と軸力
との伝達は、該三次元編組構造体の有する大きな特徴で
ある通り、強化繊維９自体が剪断部から軸部まで連続し
ているため全く無駄なく効果的に伝達される。

【００６２】従って、ネジの強度はネジ山の剪断強度と
軸方向強度に関与する強化繊維の配向角度と数量で決ま
る。また、その数量、特にネジ山の底部を横断する数量
はネジ山に充填される数量で決まることになる。そのた
め強化繊維束の直径は細い程有利である。

【００６３】上述の三次元編組構造体の構成に関する適
正条件の考察を、実験例に基づき以下に述べる。

【００６４】図６（ａ）における、ｐは、炭素繊維の１
束の単糸数が３０００本からなる繊維束４００本を用い
て前記特開昭６４−７７６６２号で開示された編成方法
によって三次元に編成された三次元編組構造体を強化材
として繊維強化複合材の引張強度（ネジ状成形体の軸方
向強度に対応する）を、該炭素繊維束の軸方向に対する
傾斜角度（配向角度θ）、を変えて計測したデータを示
す曲線である。

【００６５】強化繊維９としては、炭素繊維（東レ株式
会社製“トレカ−Ｔ４００”）を、マトリックスの熱可
塑性樹脂としてナイロン６（東レ株式会社製・品番ＣＭ
１０１６Ｋ）を繊維体積占有率が約６０％となるように
調整してしたものを用いた。

【００６６】また、同図のｑは、上記と同一条件の繊維
強化複合材をネジ賦形金型によってＭ１０×Ｐ１．５の
ネジ状成形体を成形し、該ネジ状成形体に高さ１４ｍｍ
のナットを両端部に装着して、該ナットを引張ることに
よって該ネジ状成形体の強度を計測したときのデータを
示す曲線である。

【００６７】図から理解できるように、配向角度θが０
°から約３０°までの間は、ネジ山の剪断破壊により、
ネジ状成形体の強度が規制され、約３０°から約４０°
までは該剪断破壊と軸破壊が混在し、約４０°以上は軸
破壊によって破損し、強度の値も落下する。

【００６８】従って、強化材として用いる強化繊維から
なる三次元編組構造体を適用したネジ状成形体の強度は
、該強化繊維の軸方向とのなす角度θ（配向角度）は、
５°から軸破壊主体で破損する４０°ぐらいまでが適正
であるといえる。

【００６９】次に、三次元編組構造体を構成する各繊維
束の中の単糸数、即ち１束の太さを変えた場合における
ネジ状成形体の強度を上記と同様にＭ１０×Ｐ１．５の
ネジで、該配向角度が約２０°となるように成形してナ
ット高さ１４ｍｍで強度を評価した。図６（ｂ）がその
結果である。但し、単糸数，９０００本だけは、１束３
０００本と１束６０００本を組合せて１束として編成し
たものを用いている。

【００７０】図１３から分かるように１束の単糸数が６
０００本を越えると、ネジ山への繊維挿入が困難となっ
てネジ山底部を横断する繊維の本数が非常に減少するた
め、ネジ山の剪断強度が極端に低下する。従って、Ｍ１
０のネジ状形成体においては適正な強化繊維束の単糸数
は６０００本以下であると言える。

【００７１】同様に、Ｍ６〜Ｍ１６（ＪＩＳ規格による
）までのネジ状形成体についても、以下の条件下におい
て、引張強度を評価した。

【００７２】［前提条件］ （１）強化繊維　　　　　　　　東レ株式会社製“トレ
カ”Ｔ４００ （２）マトリクス　　　　　　東レ株式会社製ナイロン
６；ＣＭ１０１６１Ｋ （３）繊維体積占有率；約６０％ （４）三次元編組構造体中の強化繊維の配向角度θ；　
　約２０° （５）評価ネジ本数　　　　　　　　各５本強度評価の
結果（破壊荷重）を下表に示す。

【００７３】

【表２】

【００７４】上表のうち、（△）までが、採用可能なも
のであり、これらのデータからメートルネジ径サイズ（
ｘｍｍ）と採用可能な単糸数（Ｎ　　本／束）との関係
を、グラフにドットして相関関係を分析してみると、概
ね次の式で表わすことが可能となる。

【００７５】 １）６≦ｘ≦８のとき、Ｎ≦１００（ｘ２　−ｘ）２）
８＜ｘ≦１６のとき、Ｎ≦８００ｘ−１２ｘ２　３）１
６＜ｘのとき、Ｎ≦１４０００ 尚、（×）の評価は、（○）の評価の３／４（７５％）
以下、または、強度のバラツキが適性値の１０％以上と
なる場合とした。

【００７６】なお、上記関係式はメートルネジ規格に基
づくが、インチネジなどの他の規格のネジについては、
寸法を換算してそのまま適用することができる。

【００７７】また、強化繊維束１束の本数が１０００本
以下になると、あまり強度に変化がないにもかかわらず
、必要な強化繊維束の数量が大幅に増加するため、設備
上にも作業性の点からも経済性が低下し、極めてコスト
高となるので、１０００本以下にするメリットはほとん
どないと言える。

【００７８】なお、単糸の直径は特に限定されないが、
１μｍ以上３０μｍ以下が好ましい。

【００７９】

【発明の効果】本発明におけるネジ状成形体の構成によ
れば、ネジ素材の三次元繊維構造体における強化繊維束
の１束あたりの強化繊維の本数を所定の式によって決定
される範囲内におさめたので、加熱してネジ賦形金型出
押圧したときに、当該強化繊維が、溶融した熱可塑性樹
脂と共にネジ溝に流入しやすく、全ネジ山に三次元繊維
構造体を構成する強化繊維が十分に配設され、ネジ山部
の剪断力が従来に比して極めて強くなると共に、当該三
次元構造体における強化繊維束の傾きを、その軸方向に
対して適性な角度（５°以上４０°以下）に設定したの
で、軸方向の引張力と、ネジ山の剪断力とに対し、バラ
ンスのとれた強度を有するネジ状形成体を提供すること
ができる。

【００８０】また、その製造方法によれば、密閉型の多
分割金型の金型同士を密接させながら少なくとも１つの
金型を内方に押圧することによりネジ賦形するので、従
来の二分割のネジ賦形金型のようにバリが生じるおそれ
がなく、また、パスカルの原理により、少なくとも１つ
の金型の押圧による圧力が等分に中間素材に加えられる
ことになるので、当該中間素材中の強化繊維束が、金型
のネジ溝前部に均一に流し込まれ、強度の高いネジ状成
形体を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）図は、本発明の実施例にかかるネジ状形
成体のネジ山部の拡大図であり、（ｂ）図は、本発明の
実施例にかかるネジ状形成体を示す図である。

【図２】（ａ）図は、本実施例にかかる三次元編組構造
体を形成するための被覆糸の構成を示す図であり、（ｂ
）図は、本実施例にかかる三次元編組講造体を示す図で
ある。

【図３】図２（ｂ）の三次元編組構造体を形成する装置
の概略を示す図である。

【図４】（ａ）図は、本実施例にかかる中間素材を形成
するための密閉型ホットプレス金型を示す図であり、（
ｂ）図は、上記（ａ）図の密閉型ホットプレス金型によ
り成形された中間素材を示す図である。

【図５】（ａ）図は、図４（ｂ）の中間素材にネジ賦形
するためのネジ賦形金型の横断面を示し、（ｂ）図はそ
の矢印方向の部分断面を示す図である。

【図６】（ａ）図は、配向角度θとネジ状形成体の強度
の関係を示すグラフであり、（ｂ）図は、強化繊維束に
含まれる単糸数とネジ状形成体の強度の関係を示すグラ
フである。

【図７】（ａ），（ｂ）図は、従来のネジ状形成体の強
化繊維束の状態を示し、（ｃ）図は、従来の二分割型の
金型を示す図である。

【符号の説明】

７　　　　ネジ状成形体 ７ａ　　ナット ８　　　　ネジ山 ９　　　　強化繊維束 １０　　　　熱可塑性樹脂 １１　　　　被覆糸 １２　　　　三次元編組構造体 １９　　　　中間素材 ２０　　　　ネジ賦形金型 ２１，２２　　本体金型 ２３　　　　　　　　押型 ２４　　　　　　　　ネジ溝 ２５　　　　　　　　側型 ２６　　　　　　　　ボルト

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　強化繊維束が三次元に編成された三次
   元繊維構造体と熱可塑性樹脂とからなる繊維強化複合材
   を、加熱した金型に押圧することにより成形したネジ状
   成形体において、（ａ）　前記ネジ状成形体の軸方向に
   対する前記三次元繊維構造を形成する強化繊維束の傾斜
   角度が、５°以上４０°以下で、かつ、（ｂ）　当該強
   化繊維束の１束の単糸数Ｎ（本）が、形成されるネジ径
   ｘ（ｍｍ）との関係により、次式で定められた範囲内に
   あることを特徴とする繊維強化複合体からなるネジ状成
   形体。 ６≦ｘ≦８のとき、Ｎ≦１００（ｘ２　−ｘ）８＜ｘ≦
   １６のとき、Ｎ≦８００ｘ−１２ｘ２　１６＜ｘのとき
   、Ｎ≦１４０００
2. 【請求項２】　　繊維強化複合材からなるネジ状成形体
   の製造方法であって、（ａ）　予め熱可塑性樹脂で被膜
   された強化繊維束を三次元に編成して三次元繊維構造体
   を形成する工程と、（ｂ）　当該三次元繊維構造体を密
   閉金型に配設し、所定の温度に加熱した後、加圧し、前
   記熱可塑性樹脂を前記強化繊維束内に含浸せしめて中間
   素材を形成する工程と、（ｃ）　　　前記中間素材を、
   内部にネジ溝が形成され少なくとも３分割以上に分離で
   きる密閉型の多分割金型内に配設し、前記多分割金型を
   所定温度に加熱後、当該多分割金型の金型同士を密接さ
   せながら少なくとも１つの金型を内方に押圧することに
   より該中間素材をネジ状に形成する工程と、を備えたこ
   とを特徴とする繊維強化複合材からなるネジ状成形体の
   製造方法。