(57)【要約】  【課題】  樹脂部材を、締結補助部材を使用しないで、長期に渡り確実に締結を維持する機械的締結方法を提供する。  【解決手段】  樹脂部材Ａと、樹脂部材Ａよりも線膨張係数の小さい他の部材Ｃを、締結部品Ｂを介して締結する際に、以下の条件式（１）で表されるＹの値が１００以上であるように、締結する。  Ｙ＝(100+100γc)-[[(100+100γc)×(1+(T1-T0)Δα)]-100]×(1-Δσ)    （１）（γcは締結部品Ｂと樹脂部材Ａの接触面積及び締結部品Ｂと他の部材Ｃの接触面積のいずれか小さい面積における圧縮歪。T0、T1はそれぞれ締結時の環境温度と使用最高温度であり、ΔαはT1における樹脂部材Ａの線膨張係数から締結部品Ｂの線膨張係数を引いた値(/℃)で、Δσは締結初期の反発力に対する所定温度で所定時間経過後の残存反発力の比（応力緩和率）である。）【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂部材Ａと、樹脂部材Ａよりも線膨張係数の小さい他の部材Ｃを、締結部品Ｂを介して締結する際に、以下の条件式（１）で表されるＹの値が１００以上であるようにした、弛緩し難い機械的締結方法。
Ｙ＝(100+100γc)-[[(100+100γc)×(1+(T1-T0)Δα)]-100]×(1-Δσ)    （１）
（ここで、γcは締結部品Ｂと樹脂部材Ａの接触面積及び締結部品Ｂと他の部材Ｃの接触面積のいずれか小さい面積における圧縮歪であり、実測もしくはγc=(圧縮荷重／接触部面積)／圧縮弾性率で算出してもよい。T0、T1はそれぞれ締結時の環境温度と使用最高温度であり、ΔαはT1における樹脂部材Ａに使用する樹脂の線膨張係数から締結部品Ｂの線膨張係数を引いた値(/℃)であり、Δσは締結初期の反発力に対する所定温度で所定時間経過後の残存反発力の比（応力緩和率）である。）
【請求項２】
Ｙの値が１００〜１１０の範囲内である請求項１記載の機械的締結方法。
【請求項３】
樹脂部材Ａが、ポリフェニレンスルフィド、ポリアセタール、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート又は液晶ポリマーである請求項１又は２に記載の機械的締結方法。
【請求項４】
締結部品Ｂが、セルフタップネジ又はボルト−ナットである請求項１〜３のいずれか１項に記載の機械的締結方法。
【請求項５】
締結部品Ｂに対して締結補助部品を用いない請求項１〜４のいずれか１項に記載の機械的締結方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹脂部材Ａと他の部材Ｃを機械的締結部品Ｂを介して締結する方法に関する。
本発明によれば、長期間弛緩し難い樹脂成形品締結体が、環境に配慮し、使用部材を低減し、リサイクル性向上とコスト削減を両立させながら、得られる。
【背景技術】
【０００２】
樹脂部材をその他の部材と締結する方法は、接着、溶着、溶接、ネジなどによる機械的締結などさまざまであり、先行事例を出すまでもなく、古くから要求性能に合わせた締結方法が選択され使用されている。
機械的締結もその一つで、樹脂成形品ではタッピングが容易なことからセルフタップネジによる締結などが多く成されている。
【０００３】
しかし、樹脂成形品は、歪または荷重によって、時間とともに反発力が低下したり変形するため、樹脂の反発力を期待して樹脂に直接ネジ止め又はこれに類する締結を実施すると、長期使用すると弛緩が生じてがたついたり、成形品によっては機能上問題となることが多い。
そこで、金属カラーを樹脂成形品にインサートなどする副次的に固定する方法や金属ワッシャなどを使用してワッシャの変位が樹脂の長期変形を上回るよう設定した締結方法が取られている。しかし、カラー、ワッシャ類のような締結補助部材の使用は部品点数が増大して環境性、リサイクル性あるいはコストの点で改善すべき課題であり、これら部品を使用しないことが望ましい。
単に締結補助部材を削減しても、最大の目的であるがたつきのない確実な締結を保証するものではなく、長期使用における樹脂材料の変形や緩和にともない締結部の樹脂反発力が消失してがたつきを生じてしまう。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
すなわち本発明の第１の目的は、樹脂部材を、締結補助部材を使用しないで、長期に渡り確実に締結を維持する機械的締結方法を提供することである。
第２の目的は、さらに環境性、リサイクル性、コストをも両立させた機械的締結方法である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者らはかかる課題に対して鋭意検討を重ねた結果、樹脂部材Ａと、他の部材Ｃを、締結部品Ｂを介して締結する際に、設計時に使用材料とその材料にあった締結条件があることを見出し本発明に至った。
【０００６】
即ち、本発明の第１は、樹脂部材Ａと、樹脂部材Ａよりも線膨張係数の小さい他の部材Ｃを、締結部品Ｂを介して締結する際に、以下の条件式（１）で表されるＹの値が１００以上であるようにした、弛緩し難い機械的締結方法を提供する。
Ｙ＝(100+100γc)-[[(100+100γc)×(1+(T1-T0)Δα)]-100]×(1-Δσ)    （１）
（ここで、γcは締結部品Ｂと樹脂部材Ａの接触面積及び締結部品Ｂと他の部材Ｃの接触面積のいずれか小さい面積における圧縮歪であり、実測もしくはγc=(圧縮荷重／接触部面積)／圧縮弾性率で算出してもよい。T0、T1はそれぞれ締結時の環境温度と使用最高温度であり、ΔαはT1における樹脂部材Ａに使用する樹脂の線膨張係数から締結部品Ｂの線膨張係数を引いた値(/℃)であり、Δσは締結初期の反発力に対する所定温度で所定時間経過後の残存反発力の比（応力緩和率）である。）
本発明の第２は、Ｙの値が１００〜１１０の範囲内である本発明の第１記載の機械的締結方法を提供する。
本発明の第３は、樹脂部材Ａが、ポリフェニレンスルフィド、ポリアセタール、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート又は液晶ポリマーである本発明の第１又は２に記載の機械的締結方法を提供する。
本発明の第４は、締結部品Ｂが、セルフタップネジ又はボルト−ナットである本発明の第１〜３のいずれか１項に記載の機械的締結方法を提供する。
本発明の第５は、締結部品Ｂに対して締結補助部品を用いない本発明の第１〜４のいずれか１項に記載の機械的締結方法を提供する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、環境に配慮し、使用部材を低減しつつ、長期間弛緩無く、リサイクル性向上とコスト削減を両立させて、樹脂部材Ａと他の部材Ｃを締結部品Ｂを介して機械的に締結することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の詳細を説明する。
本発明では、樹脂部材Ａと他の部材Ｃが締結部品Ｂを介して締結される。締結の形態は、セルフタップネジのように樹脂部材Ａと他の部材Ｃを貫通して締結する形態であっても、樹脂部材Ａと他の部材Ｃを外から締結する形態であってもよく、樹脂部材Ａがこれらの作用で反発力を発生する形態であればよい。
この締結形態において、T0は使用時の環境温度であり、T1は使用最高温度である。Δαは使用最高温度における樹脂部材Ａに使用する樹脂（Ｐ）の線膨張係数から締結部品Ｂの線膨張係数を差し引いた値(単位：mm/(mm・℃)であり、略して/℃と記載する)である。さらに、Δσは、いわゆる応力緩和率を示し、この場合、締め付け初期の反発力と所定温度で所定時間経過後の反発力との比である。すなわちT0における反発力が使用最高温度T1で所定時間経過した後にどの程度にまで低下したかを示す割合である。この場合、Δσは実製品で取得することが望ましいが、定型テストピースを使用しても大差はない。
反発力は、弾性率と歪みの量から計算で求めることができる。
弾性率は例えばISOに規定される定型試験片を用いて測定すればよく、見掛け弾性率も同試験片を使用して好ましくは材料の破断応力の1〜50％程度の負荷を連続付与して変形を測定し、所定温度での目標時間におけるこの変形量を歪に換算して試験応力で除した値を使用すればよい。また、一定荷重を負荷する代りに、一定変形を付与して樹脂の反発力の経時変化から所定温度の目標時間における反発力を得、これを応力に換算して試験歪で除した値を使用しても同等の結果が得られる。
【０００９】
以上の材料及び環境条件において、以下の式（１）で表される締結条件式Ｙを設定する。ここで、γcは、締結部品Ｂと樹脂部材Ａの接触面積及び締結部品Ｂと他の部材Ｃの接触面積のいずれか小さい面積における圧縮歪(%)であり、実測もしくはγc=(圧縮荷重÷接触部面積)÷圧縮弾性率で算出してもよいとする。
Ｙ＝(100+100γc)-[[(100+100γc)×(1+(T1-T0)Δα)]-100]×(1-Δσ)    （１）
本発明では、上記式（１）のＹの値は１００以上である。すなわち、樹脂は圧縮で変形し（収縮し）、一方昇温で膨張するので、Ｙの値が１００を超えることは、膨張による変位が全て永久歪として消失しても、初期寸法＝１００を維持することを示し、Ａ〜Ｃ間に隙間が生じない。
Ｙの値が１００未満である場合は、樹脂成形品締結体を長期間使用すると、樹脂部材Ａと他の部材Ｃとの間、又は樹脂部材Ａと締結部品Ｂとの間にクリープ変形に起因してがたつき、すなわち弛緩が生じてしまう。
【００１０】
Ｙの値は、１５０以下、好ましくは１１０以下である。Ｙの値が１５０より大きすぎると、ほとんどの樹脂材料で締結時に樹脂部材Ａの圧縮破壊が発生し、樹脂部材Ａを締結用に使えない。
【００１１】
本発明で好適に用いられる樹脂部材Ａの樹脂（Ｐ）は、好ましくは熱可塑性樹脂であり、具体的には、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ABS樹脂、ポリ(メタ)アクリレート、ポリ塩化ビニル、ポリアミド、ポリアセタール、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンエーテル、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンスルフィド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリアリレート、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、液晶ポリマー、弗素樹脂、熱可塑性エラストマー、及びこれらのポリマーアロイ等が挙げられる。
更に好ましくは、ポリフェニレンスルフィド(PPS)；ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート(PBT)あるいは液晶ポリマーをはじめとするポリエステル；ポリアセタールである。
【００１２】
上記樹脂（Ｐ）には、必要に応じて充填剤（Ｆ）を添加してもよい。充填剤（Ｆ）としては、ガラス繊維（ＧＦ）、炭素繊維（ＣＦ）、ガラスビーズ（ＧＢ）、ガラスフレーク等の無機充填剤（Ｑ）や、ナイロン、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリカーボネートあるいは複数の樹脂種の共重合体等、ゴム、熱可塑性エラストマー、熱硬化性樹脂等の他の樹脂（Ｒ）が挙げられる。
ＰＰＳ、ＰＢＴまたはガラス繊維強化ＰＥＴ（GF-PET）などはその材料の特性上、無機フィラーを添加して、強度、剛性、反り変形特性などのバランスが取りやい樹脂であり、その副次効果として本発明に使用する際の条件となるγc、Δα、E0、E1のバランスが最適な樹脂である。特に、これらの樹脂はE1の時間依存性において、使用最高温度における見掛け弾性率E1の経時低下が比較的小さい樹脂であるため、本発明に好適に使用できる。E0、E1はそれぞれ成形品Ａに使用する樹脂のT0における曲げ弾性率とT1において所定目標時聞経過後の変形を応力で除したいわゆる見掛け弾性率である。
【００１３】
本発明に係る他の部材Ｃは、樹脂部材Ａよりも線膨張係数の小さい、具体的には金属、セラミック、ガラス、樹脂成形品等が挙げられる。
【００１４】
締結部品Ｂとしては、セルフタップネジ、ボルト−ナット、かしめ、リベット止め等が挙げられる。
【００１５】
本発明では、締結部品Ｂに対して、カラー、ワッシャのような締結補助部品が不要である。従って、経済的であり、リサイクル性も向上する。
【００１６】
（実施例）
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００１７】
樹脂部材Ａの材質
ポリブチレンテレフタレート（PBT）樹脂：ジュラネックス3300(ポリプラスチックス(株)製、ガラス繊維３０重量％含有、樹脂の線膨張係数６．８×１０-5／℃)
ポリフェニレンサルファイド（PPS）樹脂：フォートロン1140A1(ポリプラスチックス(株)製、ガラス繊維４０重量％含有、樹脂の線膨張係数３．８×１０-5／℃)
樹脂部材Ａの試験片寸法：10mm×10mm×3mmt
他の部材Ｃの材質
金属板（線膨張係数０．４×１０-5／℃）
他の部材Ｃの試験片寸法：20mm×20mm×2mmt
【００１８】
見掛け弾性率の試験方法（ISO  １７８）
ASTM１号ダンベル試験片：厚み3.2mm×幅10mm、標線間距離約100mm
スパン50mmで、３点曲げ
治具先端の曲率半径：５ｍｍ
雰囲気温度：20℃
応力σの算出：σ＝3×荷重×スパン／(2×幅×厚みの二乗)で、所定応力となるように荷重を負荷。
応力緩和率Δσは本実施例の場合、２３℃で所定の歪（実施例１で３％）を与えて反発力を求め、そのまま雰囲気を１２０℃に昇温し、所定時間経過後の反発力を測定し、２３℃の初期反発力と上記昇温後の反発力との比から求めた。
具体的には、100mm×100mm×3mmtの平板をφ５の円柱状治具で圧縮した。（図２参照。）
【００１９】
（実施例１〜３及び比較例１〜２）
Ｙの値の妥当性を評価するために、図１に示すように、模式的に樹脂部材Ａの試験片を設置し、その上に他の部材Ｃの試験片を設置する。この状態で、オートグラフで図の矢印の方向に、所定の変位を与える。その状態のまま高温槽で120℃に昇温し、表１に示す時間放置した後、室温に２４時間放置して残存反発力を測定した。
結果を表１に示す。
【００２０】
Ｙの値を求めると、次のようになる。
実施例１：
Ｙ＝100+3-[[(100+3)×(1+97×6.4×10-5)]-100]×(1-0.33)
＝103-[[(103)×(1+0.006208)]-100]×(0.67)＝100.56
実施例２：
Ｙ＝100+2-[[(100+2)×(1+97×6.4×10-5)]-100]×(1-0.30)
＝102-[[(102)×(1+0.006208)]-100]×(0.70)＝100.16
実施例３：
Ｙ＝100+1.5-[[(100+1.5)×(1+97×3.4×10-5)]-100]×(1-0.47)
＝101.5-[[(101.5)×(1+0.009734)]-100]×(0.53)＝100.50
比較例１：
Ｙ＝100+1.0-[[(100+1.0)×(1+97×6.4×10-5)]-100]×(1-0.33)
＝101.0-[[(101.0)×(1+0.0062)]-100]×(0.67)＝101.0-1.09＝99.91
比較例２：
Ｙ＝100+0.3-[[(100+0.3)×(1+97×3.4×10-5)]-100]×(1-0.47)
＝100.3-[[(100.3)×(1+0.0033)]-100]×(0.53)＝100.3-0.33＝99.97
【００２１】
一方、中心に締結用の直径5mmの孔が開いた他の部材Ｃ（20mm×20mm×2mmt）の試験片の上に、樹脂部材Ａの試験片（10mm×10mm×3mmtに予めφ3.6の下穴を加工したもの）を重ね、締結部品ＢとしてＪＩＳに規定された２種セルフタップネジ（呼び径φ４mm）を用いて表１に示す条件で締結し、その状態のまま高温槽で120℃に昇温し、表１に示す時間放置した後、室温に２４時間放置して締結体について、締結部品Ｂの軸力（残存反発力に等しい）を測定した。結果を表１に示す。
この結果、実際の樹脂成形品締結体の弛緩しにくさに関して、Ｙ値が相関していることが判る。
【００２２】
【表１】
2006183678.tif 000002
【００２３】
従って、例えば、比較例１と実施例１を較べて判るように、金属板と樹脂板を機械的に締結する際に、同じ樹脂部材としてジュラネックス3300を用いても、樹脂部材の初期歪が１．０％（初期反発力９６００Ｎ）となるように締結した場合には、締結が経時的にがたつきが生じる。これに対して、樹脂部材の初期歪が１．５％（初期反発力１４０００Ｎ）となるように締結した場合には、経時的にがたつきが生じにくい。
【００２４】
このように、式（１）で表されるＹの値を求めることにより、長期間弛緩し難い樹脂成形品締結体が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】試験方法の概要を示す模式図である。
【図２】反発力を求める方法の概要を示す模式図である。
【符号の説明】
【００２６】
Ａ  樹脂部材
Ｂ  締結部品
【図１】
2006183678.tif 000003
【図２】
2006183678.tif 000004