JPS63216716A - 繊維強化複合材料成形品の製造方法 - 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】 え匪Ω旦煎 ［産業上の利用分野コ 本発明は繊維強化複合材料成形品の製造方法に関するも
のであり、詳しくは、例えは炭素繊維等の強化繊維で強
化されたボルト、ネジ等の胴部周辺に膨出部を有する成
形品を圧縮成形により製造する方法の改良に関するもの
である。

［従来の技術］ 非導電性及び高強度が要求される機械部品又は機械要素
等にはガラス繊維等で強化した繊維強化樹脂が、また、
軽量化及び高強度が要求される機械部品等には炭化珪素
（Ｓ　ｉ　Ｃ）繊維等で強化した繊維強化金属が、それ
ぞれ所望の形状に成形されて使用されることは、従来知
られている。これらの繊維強化複合材料の製造方法につ
いては、その成形される部品の形状や特性に応じて様々
なものが存在するが、例えばボルト等のネジ類について
は、強化用繊維と樹脂とにより複合材料原料を成形し、
バイトで切り出すという方法がとられる。

［発明が解決しようとする問題点コ 上記のようなボルト等の複合材料成形品では、複合材料
原料に含まれる強化用繊維が切り出しにより切断される
ため、ネジ山部での強度が極端に低下するという問題点
があった。

本発明はこのような繊維強化複合材料成形品の製造に関
する従来の技術の欠点を補い、長繊維を用いつつ、周辺
の膨出部にも繊維を有効に張り出させ、本体及び膨出部
のいずれの部分においても高強度の成形品を製造する方
法を提供するものである。

発瀝レバ１戊 ［問題点を解決するための手段］ 上記問題点を解決するためになされた本発明は、強化用
長繊維の方向を揃えて配列した複合材料原料を型に入れ
、該繊維方向より圧力を加えて成形することにより該方
向に対して周辺方向に膨出する部分を有する繊維強化複
合材料成形品を製造する方法であり、その実施態様とし
て、該圧力を加える側と反対側の原型の端面の中央部分
に逃がし孔を設けること、該圧力を加える側の端面の中
央部分に逃がし孔を設けること、更に該成形品がネジ又
はボルトであることを特徴とする上記製造方法が示され
る。

複合材料原料とは母材を含浸した繊維あるいは繊維を含
んだ母材を指すが、これらの素材は軽量化の度合い等の
目的に応じて最適なものが選定される。母材としては、
例えば６−ナイロン、６゜６−ナイロン、１２−ナイロ
ン、ポリカーボネート、ポリブチレンテレフタレート、
ポリエチレンテレフタレート、ポリフェニールサルフェ
ート等の熱可塑性合成樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリ
エステル、フェノール樹脂等の熱硬化性合成樹脂、更に
、アルミニウム、銅、ニッケル等の各金属及びその合金
も適用することが可能である。また、強化繊維として、
樹脂母材に対しては、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド
繊維等が、金属母材に対しては、炭化珪素繊維、炭素繊
維、ボロン繊維、アルミナ繊維等が使用され得る。

本発明の製造方法は短繊維についても適用可能であるが
、本発明の本来の効果を発揮するのは、長さが膨出部の
大きさ程度以上の長繊維を使用した場合であり、好まし
くは成形しようとするものの全長に亙る長繊維が望まし
い。

本発明の製造方法に係る繊維強化複合材料成形品は周辺
に膨出部を有する形状を成すものであるが、このような
膨出部は必ずしも全周に亙っである必要はなく、間欠的
に設けられているようなものでも上記製造方法の適用は
可能であり、本発明の効果を奏する。

［作用コ 第１図は本発明の成形方法を説明するために、成形時の
型と成形品の断面を示した模式図である。

周辺に膨出部１を有する成形品形状に対応する分割可能
な雌型３をまず製作し、その一方向に与圧用の孔５を、
その与圧用の孔５の反対側の端面７の中央部には逃がし
孔９を設ける。

複合材料原料１１は、強化用の長繊維１３が一方向に揃
うように配列され、母材１５を含浸された後、その繊維
方向が与圧孔５と逃がし孔９の方向に一致するように型
３内に納められる。

与圧用の孔５からはポンチ１７等により複合材料原料１
１の繊維方向に圧縮力を加える。この圧縮力により、複
合材料原料１１が型３内に充満し、所定の形状の成形品
が得られるのであるが、本発明の方法によると、端面７
の中心部の逃がし孔９の存在により、その成形品の内部
における繊維の流れの状況は第２図（ａ）のようになる
。すなわち、周辺の長ｉａ維１３が膨出部１形状に沿っ
て、その内部にまで張り出すと同時に、成形品の中心部
においては長繊維１３がたわむことなく成形品全長に亙
り真直に通り、ポンチ１７の加圧ストロークの分だけ逃
がし孔９の方へ突出して突出部２１を形成する。成形品
はこの突出部２１を付けたままで使用することも可能で
あるが、用途によってはこの部分を切断して完成品形状
とする。

又、逃がし孔９はポンチ１７の端面に設けられていても
よい。

［実施例コ 次に、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本
発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例の記述に
限定されるものではない。

○実施例１ 第１図に示すような割合型３を用い、ネジの成形を行っ
た。ネジはＪ　ｌ５−Ｂ１２Ｏ３に規定するメートル細
目ネジのＭＩＯＸｌ、２５とし、逃がし孔９の径は４ｍ
ｍとした。

強化繊維１３として３０００フイラメントの繊維のヤー
ンを用い、母材として１２−ナイロンを用いた。炭素繊
維の中にナイロン粉末を入れ、ナイロンを２４０℃で加
熱溶融した後にこの繊維束を１３５本束ねてネジの谷の
径に相当する８、６ｍｍのダイスで引き抜くことにより
、繊維と樹脂との体積比率が１：１の複合材料原料を作
成した。

この原料を長さ１２０ｍｍに切断し、１９０℃に加熱さ
れた割金型３内に、！ａ維力方向ネジの軸方向と一致す
るようにして入れ、ポンチ１７により約２００　ｋｇｆ
の圧縮荷重を加えた。成形されたネジ内部の繊維の流れ
は第２図（ａ）に示す通りである。

成形後、室温まで冷却し、金型３を分割して成形品を取
り出した。このネジ成形品にナツトを２つ取り付け、両
ナツトを引っ張ることにより成形品のネジ部の強度を測
定した。その結果、破断時の荷重は１７００ｋｇｆであ
り、破断はネジ山が抜ける様な状態で生じた。

○実施例２ 前記実施例１と同じ諸元のネジを、同じ原料を用い、逃
がし孔９を設けない金型３により成形した。この場合の
成形品内部の繊維の流れの状況は第２図（ｂ）の通りで
あった。

このネジを上記と同じ方法で引張試験に供したところ、
その離断荷重は１００１００Ｏであり、破断の様式はネ
ジ山の剪断破壊であった。

○比較例 実施例と同じ原料を用いて径１０ｍｍの丸棒を成形し、
冷却後、同一諸元のネジをバイトで切り出した。その内
部の繊維の存在状況は第２図（ｃ）の通りであり、長繊
維はネジの軸方向に真直に伸びているが、ネジ部では繊
維は切断されている。

このネジの引張強度は２００　ｋｇｆと非常に弱く、破
断はネジ山の剪断破壊により発生した。

以上の通り、本発明の実施例により成形されたネジは、
第２図（ａ）、（ｂ）に示すように長繊維１３がネジ山
の内部に張り出し、そのためネジ部の引張強度は従来の
製造方法によるものと比較して極めて大きい。

なお、逃がし孔９の大きさは、小さ過ぎても大き過ぎて
も従来の逃がし孔がない場合と変わらなくなり、本発明
による繊維の周辺膨出部への張り出しの効果は得られな
い。実験によると、逃がし孔９の面積を端面７の面積の
１０〜９０％程度とすると有効であった。

光匪辺効末 本発明の繊維強化複合材料成形品の製造方法によれば、
複合材料原料に含まれる強化用繊維が切断されることな
く高強度の成形品が得られ、更に、特定位置に逃がし孔
を設けることにより、圧縮成形時に成形品中心部の長繊
維はたわむことなく真直に保持され、周辺部の長繊維は
周辺の膨出部の内部へ良好に張り出す。このようにして
得られる内部の繊維の流れにより、膨出部まで十分に繊
維により強化された成形品を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による成形方法を模式的に示す説明図、
第２図（ａ）及び第２図（ｂ）は本発明による成形方法
を実施して得られたネジ成形品の内部の繊維の流れを示
す断面図、第２図（Ｃ）は従来の成形方法により得られ
たネジ成形品の内部の！Ｓ維の流れを示す断面図である
。 ｌ・・・膨出部、　　　３・・・型、

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　強化用長繊維の方向を揃えて配列した複合材料原料
   を型に入れ、該繊維方向より圧力を加えて成形すること
   により該方向に対して周辺方向に膨出する部分を有する
   繊維強化複合材料成形品の製造方法。 ２　該圧力を加える側と反対側の該型の端面の中央部分
   に逃がし孔を設ける特許請求の範囲第１項記載の繊維強
   化複合材料成形品の製造方法。 ３　該圧力を加える側の端面の中央部分に逃がし孔を設
   ける特許請求の範囲第１項又は第２項記載の繊維強化複
   合材料成形品の製造方法。 ４　該成形品がネジ又はボルトである特許請求の範囲第
   １項乃至第３項のいずれかに記載の繊維強化複合材料成
   形品の製造方法。