JPH0559817B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

産業上の利用分野 本発明は、繊維強化プラスチツクねじ製品の製
造方法に関する。更に詳しくは、ガラス繊維等の
ヤーンテープ熱硬化性樹脂を含浸せしめ、マンド
レルに巻きとり、軸方向に切開してプリプレグと
なし、これを多数積み重ね硬化させた板状体か
ら、所望形状に切り出すことを特徴とするもので
ある。 従来の技術 繊維強化プラスチツクねじ製品及びその製造法
については、これまでに多数の特許出願がなされ
種々の技術が開示されている。 これらの製造方法を大別するとガラス繊維のロ
ービングを樹脂含浸し任意太さの筒状金型内で成
形加工した棒状体を機械切削してボルトなどのね
じ製品を造る方法。短繊維と熱可塑性樹脂との混
練物を転造成形型などで任意寸法のネジ転造を行
なう方法。ガラス繊維等のヤーンクロスを樹脂含
浸し、これを積み重ねて加圧加熱硬化した成形板
からボルトやナツトを切り出す方法の３つの方法
に分けることができる。 また、最近、本発明者は、繊維補強材としてロ
ービングを用いるねじの製造方法を提供した（特
開昭59−128223号）。すなわち、その要旨はガラ
スロービングをフイラメントワインデイングマシ
ーンにより円筒状又は多角筒状のマンドレルに綾
角度を持たせて巻きつけ、次いでこれを軸方向に
切開してプリプレグを形成し、このプリプレグを
必要枚数積み重ねて加圧成形しF.R.P板を得たの
ち、板厚方向にねじ切りを施して、ナツト、めね
じを製造するものである。 発明が解決しようとする問題点 これら従来法によつて得られるねじは、それぞ
れその製法に起因して、特有の性能を有するが、
従来の金属性ねじの代替品として、また新たな分
野における使用の面からより一層の改善が望まれ
ている。更に、それ等の製造法においてもより一
層の省力化が研究されている。 ちなみに、ロービングを強化材としたFRP棒
をねじ切り加工したねじ製品では、ねじ切り加工
時にロービングが切断されネジ山強度が著しく劣
化する欠点がある。次に、短繊維と樹脂との混練
物を転造成形法でねじ転造する方法では、ねじ切
り加工を施さないためねじ山部分での繊維切れは
改善されたが、ねじ軸方向の引張り強度が弱い欠
点がある。更に、樹脂含浸したヤーンクロスを積
み重ねて成形加工したFRP板を、切断切削した
ボルトやナツトのねじ製品は、強化繊維がねじ山
方向にもねじ軸方向にも配交されているため強度
の優れたねじ製品ではあるが、生産コストが著し
く高価であり、特にM20〜M30という太物のねじ
には成形時間がかゝる等の欠点があつた。 本発明者の発明による上述の方法においては、
ねじ山にガラス繊維ロービングが入り込みしかも
この入り込んだロービングの層を次の綾角度が逆
方向のロービングの層が押えつける事によりねじ
山が破壊する際に生じる層間はくり強度を高めね
じ山強度の優れたナツトが得られるが、ロービン
グへの熱硬化樹脂混合が不均一であつたり、樹脂
含浸が不均一であつたりするとロービング層相互
間の結合が不完全となり、ともするとフイラメン
トワインデイング法による綾織りの効果が発揮で
きない場合が生じ、ねじ山強度が劣化するとい云
う問題があつた。 問題点を解決するための手段 本発明者は、これ等の問題点を改善すべく検討
を重ね、補強繊維としてガラス繊維等のヤーンテ
ープを用いた新規なねじ製品の製造方法を提供す
るものである。 すなわち本発明は、 ほつれ防止のために樹脂コーテイングされたヤ
ーンテープに熱硬化性樹脂を含浸せしめたのち、
フイラメントワインデイング法により円筒状又は
多角形状のマンドレルに綾角度を持たせて巻きつ
け、任意の厚さとしたのち、軸方向に切開してプ
リプレグとなし、このプリプレグを積み重ねて加
圧加熱した繊維強化プラスチツク成形板からねじ
切り加工を施すことを特徴とする繊維強化プラス
チツクねじ製品の製造方法である。 以下、本発明を更に説明する。 このような本発明の最も特徴とするところは、
フイラメントワインデイング法により円筒状アン
ビルに綾巻きする強化繊維が従来の如きロービン
グでなくヤーンテープであり、しかもこのヤーン
テープが樹脂コーテイングによつてほつれ防止措
置が施されているところにある。 ヤーンテープを構成する繊維としては、引張り
強度100Kgｆ／mm²以上、ヤング率6000Kgｆ／mm²以
上のガラス繊維、カーボン繊維、アラミド繊維な
どが使用されるが、ガラス繊維が好ましい。 ヤーンテープは最初からテープ状に製織された
もの、ヤーンクロスを裁断して得られる房耳部、
ヤーンクロスを任意巾に切断して積極的にヤーン
テープとしたもの等製織されたものであつて云わ
ゆるテープ状のものである。 ヤーンテープへのほつれ防止のためのコーテイ
ング用樹脂は、成形に用いる熱硬化性樹脂とのな
じみ性がよく、接着性良好で、成形物の物性を劣
化させないもので、好ましくは、熱可塑性樹脂が
用いられる。好ましい熱可塑性樹脂としてはポリ
エステル樹脂又はエチレン−酢酸ビニル共重合体
等であり、コーテイングを施した部分のヤーンテ
ープに対して10重量％以下、好ましくは５重量％
以下が適当である。 ちなみに、本発明に用いるほつれ防止のため樹
脂コーテイングされたガラスヤーンテープの好ま
しい具体例としては、特開昭59−15563号に開示
されているようにガラス織物の房耳部または切断
されたガラスクロスの切断部にポリエステル樹脂
を加熱溶融させて含浸し、ほつれ防止したテープ
やガラス織物全巾をポリエステル樹脂でほつれ防
止した後、任意巾に切断してテープ状としたもの
あるいはガラス織布からテープ状に裁断する場合
の切断部位のみを樹脂コーテイングしたのち、該
部位を切断したテープなどであり、これらのヤー
ンテープは最初からヤーンテープとして製織され
たもの、ヤーンクロスを裁断した耳糸部、ヤーン
クロスを積極的に切断してテープ状としたものな
どいずれの方法で得られたヤーンテープでもかま
わない。 本発明に用いる熱硬化性樹脂は物性上エポキシ
樹脂が最良であるが例えば不飽和ポリエステル樹
脂、ビニルエステル樹脂、フエノール樹脂などの
熱硬化性樹脂も使用可である。 本発明における「ねじ」とは、後述の如く、お
ねじ、めねじのいずれをも対象としており、且つ
ねじ製品の全てにわたつてねじ切りされているも
のに限らず、その一部にねじ切りされているもの
も含む。 実施の態様 以下図面に従つて、本発明の実施態様を詳述す
る。 第１図は本発明の方法によるプリプレグの製造
方法を示す斜視図であり、先ず、ほつれ防止のた
め樹脂コーテイングされたヤーンテープ１を、テ
ープボビン２から必要本数引き出し、櫛歯状ガイ
ド３で任意本数単位にまとめて引きそろえ、レヂ
ンバス４内で、熱硬化性樹脂を含浸させる。この
際テープボビンから引出されるヤーンテープの１
本の巾は、成形時のなじみ性、流動性、作業性な
どの関係を考慮して、一般には５〜30mm巾のもの
が使用され、これらのテープを通常３〜10本引き
そろえて、10〜100mmの帯状になるよう櫛歯ガイ
ドで巾決めしレジンバス内へ導く。 レジンバス４内には、テープ押えローラ５が設
けてあり、レジンに完全に浸漬させると共に、テ
ープ内の気泡を脱泡する。 樹脂含浸したバンド状のテープ群は、並列した
状態で、綾振り装置７で任意角度、好ましくは60
〜87.5°に巻きつけられる。 前記バンド状テープ群の巾は、テープ１本１本
の巾寸法及び、まとめる本数によつても異なるが
加圧成形の際にテープ群が、なじむような流動性
を考慮したバンド巾に設計することが好ましい。 第２図は、ヤーンテープがマンドレルに巻き取
られた状態を示すもので、行きのテープ（綾角度
θ）と帰へりのテープ（綾角度θ′）とは逆方向に
綾を形成し、各テープは互いに重なりあつてい
る。第２図の１はヤーンテープが何本かひきそろ
えられたバンド状テープ群を示す。 第３図は、アンビルに綾巻きされたヤーンテー
プからなるプリプレグを、アンビル６の軸方向に
添つて、切開部位８をカツターナイフなどで切開
し、シート状プリプレグを得る方法を示すもので
ある。 この際、マンドレルへのテープの巻き厚みは、
マンドレルの直径によつても異なるが、切開して
シート状プリプレグとした場合に、シワが発生せ
ず、該シート単位内でのテープ群が樹脂の流動性
を利用して、ある程度巾方向に移動可能な厚さが
適当で、通常３〜15mmで実施される。 第４図は、シート状プリプレグのヤーンテープ
の配交状態を示すもので、このように任意角度で
綾配交され、重ね合わされた樹脂含浸ヤーンテー
プ群からなるプリプレグを必要に応じて、複数枚
積み重ね、加熱加圧硬化させると繊維強化プラス
チツク板が得られる。 この際、加熱キユアリングの条件は、使用する
強化繊維、硬化性樹脂の材質、混合比等によつて
も異なるが、例えば、ガラスヤーンテープをエポ
キシ樹脂含浸させた場合では、100〜150℃の温度
域で10〜100Kg／cm²の圧力を加え10〜90分間保持
させて成形板を得る方法が採用されている。 また、この場合のガラス繊維強化プラスチツク
板における、ガラス繊維は55〜78重量％が強度的
に好ましい。更に好ましくは、66〜75重量％、特
に好ましくは70〜75重量％である。 しかし、これらの条件は一例であり、本発明に
おいてこれら条件を特に制限するものではない。 上記の板状成形物を任意巾に切断して棒状とな
し、ねじ切り加工を施すことによつて、ガラス繊
維強化プラスチツク製ボルトが得られるのであ
る。 以上のようにして得られたガラス繊維強化プラ
スチツク製ボルトはその基板である成形板がヤー
ンテープ自体を構成する互いに直交する２つの繊
維群と、テープの綾巻きによつて生じる更に２つ
の交叉繊維群とで配交され交互に重ね配してあ
り、すなわち、それ自体互いに直交する２つの繊
維群よりなるヤーンテープを樹脂含浸させ、その
ヤーンテープを更に60〜87.5％の綾をふつて交差
させ、切開して形成したプリプレグを複数枚積み
重ね、加熱加圧されているため、ガラス繊維と樹
脂が充分均一に流動しており、この成形板からね
じ切りされたボルトはねじ山方向にねじむく部分
から補強繊維が複雑な角度で入り込んでおり、ね
じ山部分の樹脂はこれらの配交繊維群で強固に拘
束されているためねじ山強度の優れたボルトとな
る。 また、本発明ではほつれ防止のため樹脂コーテ
イングを施したヤーンテープを用いるため繊維脱
落がなく、繊維くずと樹脂の混練物が巻き込まれ
て成形されることがないのでねじ山くずれのない
品質良好なボルトが得られるのである。 また、ナツトの如き雌ねじ製品については詳述
すれば、本発明の繊維強化プラスチツク板の板厚
方向にくり抜いた孔に雌ねじを設けた場合、ヤー
ンテープは厚さ方向（ねじ軸方向）に積み重ねら
れ、ねじ山方向にはヤーンテープが綾配交され、
その繊維列は更に複雑に配交しているためトルク
強度のすぐれたナツトが得られるのである。この
ように本発明のねじ製品は品質面での優秀さに加
えて、製品の合理化生産と云う観点から見た場
合、従来のヤーンクロス積層方式に較べ本発明の
ヤーンテープのフイラメントワインデイング→プ
リプレグ積層方式は任意板厚寸法の成形板を得る
工数が大巾に軽減される。特にコスト面では原料
として使用するスリツトヤーンテープは、例えば
従来廃却処分されていたヤーンクロスの両耳切断
テープを用いれば製造原価は飛躍的に軽減でき
る。 実施例 以下、本発明を実施例によつて更に説明する。 実施例 １ ほつれ防止のため端部４mm幅に樹脂コーテイン
グ（10重量％）を施した幅12mmからなるヤーンク
ロスを裁断して作成したスリツトテープ５本を、
100部のエポキシ樹脂（AER331；旭化成工業株
式会社製）、75部の酸無水物（NH2200；日立化
成工業株式会社製）及び硬化促進剤（ATC−
３；エイ・シイ・アイ・ジヤパン製）の２部から
なる樹脂槽を通して樹脂を含浸させ、スクイズロ
ールにより、樹脂量をガラス繊維重量が65％にな
るように調整し、バンド状テープ群の幅を６cmと
しワインデイングマシーンにより直径92cm、長さ
180cmのマンドレルに巻き取り、マンドレルの軸
方向にカツトし、厚み５mmのシートを作成した。
このシートを酸無水物の吸湿を防止するため、フ
イルムで蓋い密封し、40℃で８時間、Ｂステージ
化を行なつた後、45cm×50cm（ワインデイング方
向）に裁断し、これを11枚積み重ねて、50cm角の
金型で、120℃、１時間、80Kg／cm²のプレス成形
を施した。この際プレス時に金型より樹脂がにじ
め出てガラス繊維重量は約66％になつた。 プレス成形で得られた板のマンドレル軸方向と
ワインデイング方向の物性は以下の通りである。

【表】

【表】 このようにして得られた成形板から、ワインデ
イング方向に四角柱を切り出し、次いで丸棒に切
削加工後、M30のボルトを作成し、同様に厚み30
mmの板からM30用六角ナツトをタツプによりネジ
切りを施し作成した。このボルトとナツトの引張
強度及びトルク試験を実施し以下のデータを得
た。 引張強度 トルク強度 M30ボルト （ナツト厚み30mm） 7600Kg 3800Kg−cm 実施例 ２ 実施例１で得られた成形板からワインデイング
方向とマンドレル軸方向とに四角棒を切り出し、
切削により丸棒となし、次いでM20のボルトをけ
ずり出して得た。同様に20mmの厚みの板よりM20
用六角ナツトを作成した。これ等の物性は以下の
通りであつた。

【表】

【表】 本発明の効果 ほつれ防止が施されていないヤーンテープをフ
イラメントワインデイングマシンにより綾巻きす
ると、レヂンバス内のテープ押えローラーやクシ
歯状ガイド、綾振りアームによつてこすれ、ねじ
れ、しごきを生じ、ガラスヤーンテープが毛羽立
ち、ほつれ、繊維脱落がある。これらの繊維くず
が樹脂含浸テープに付着したまゝワインデイング
され成形されるため、テープの繊維糸条には、連
結されていないこれらの繊維くず部分は強化プラ
スチツクの物性を劣化させ、ねじ切り工程の際ね
じ山くずれを生じる原因となる。 本発明においては、円筒状アンビルに綾巻きす
る前のレジンバス内テープ押えローラーやテープ
を任意間隙に引きそろえるクシ歯状ガイド及び綾
振りアームでのしごき、こすれ、ねじれなどによ
るヤーンテープの毛羽立ち、ほつれ、繊維脱落が
なく、損傷のないヤーンテープが熱硬化樹脂を含
浸後綾巻きされ、軸方向に切開されシート状プリ
プレグを形成するため、このプリプレグを複数層
積層して加圧硬化した繊維強化プラスチツク板は
優れた強度を有し、この板を任意寸法の棒状に切
断したのち、ねじ切り加工を施した強化ボルトは
先に述べたロービングによる成形板から作る事は
ねじ山が欠けて不可能であつたのに対し、強度も
強く、安定した品質のねじ製品が製造できるので
有る。 本発明の繊維強化プラスチツク板から角柱を切
り出し、ついでこれを丸棒にけずり、ねじ切りを
施して作成したボルト強化材ヤーンテープが綾配
交しており、先ずヤーンテープは製織されてなる
繊維列とヤーンテープ自体の綾配交列で配交され
た各繊維列がそれぞれ重なりあつて配交されてい
るため、ねじ軸方向にも、ねじ山方向にも複数の
配交角を有する繊維列となつているため、強力な
引張り強度、ねじ山せん断強度を有するボルトが
得られるのである。 以上はボルトについての効果であるが、ナツト
についても、同様に強度の強いものが得られる。 この他製造工程上の問題としてはこれらの繊維
くずはレジンバス内の樹脂粘度を高めるための装
置運転中に常に繊維くずを除去して樹脂の粘度管
理を行なわなければならず、毎日の終業時にはレ
ジンバス内の樹脂を除去しておかないと粘度が上
がつて、翌日に装置運転を再会することができな
かつた。 本発明においては、上述の欠点を克服するとと
もに、レジンバス内の樹脂粘度管理が大巾に改善
されレジンバス内の樹脂は終業時に除去せずとも
翌日運転再開時にそのまゝできるようになつた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の製造方法の一部を示す製造装
置であり、第２図はマンドレルにヤーンテープを
巻いた図であり、第３図はプリプレグを得る方法
を示し、第４図はシート状プリプレグのヤーンテ
ープの配交状態を示す。 １：ほつれ防止の施されたガラスヤーンテー
プ、２：テープボビン、３：櫛形テープガイド、
４：レヂンバス（樹脂含浸槽）、５：テープ押え
ローラー、６：マンドレル、７：綾振り装置（綾
振りアーム）、８：切開部位、９：シート状プリ
プレグ、θ：行きのテープ角、θ′：帰りのテープ
角度。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ほつれ防止のために樹脂コーテイングされた
   ヤーンテープに熱硬化性樹脂を含浸せしめたの
   ち、フイラメントワインデイング法により円筒状
   又は多角形状のマンドレルに綾角度を持たせて巻
   きつけ、任意の厚さとしたのち、軸方向に切開し
   てプリプレグとなし、このプリプレグを積み重ね
   て加圧加熱した繊維強化プラスチツク成形板から
   ねじ切り加工を施すことを特徴とする繊維強化プ
   ラスチツクねじ製品の製造方法。