(57)【要約】【課題】軽量で錆の発生を防ぎ、湿度等に対する形態の安定性に優れ、また、耐久性及び強度に優れたネジ状成形体を提供する。【解決手段】強化繊維と熱可塑性エポキシ樹脂とを含む繊維強化樹脂材を用いてネジ状成形体を得る。熱可塑性エポキシ樹脂は反応型のエポキシ樹脂であるとよい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
強化繊維と熱可塑性エポキシ樹脂とを含む繊維強化樹脂材を用いて得られたネジ状成形体。
【請求項２】
前記熱可塑性エポキシ樹脂が、反応型のエポキシ樹脂である請求項１記載のネジ状成形体。
【請求項３】
前記強化繊維の長さが、１ｍｍ超である請求項１または２に記載のネジ状成形体。
【請求項４】
前記強化繊維が、三次元繊維構造体である請求項１〜３のいずれか１項に記載のネジ状成形体。
【請求項５】
前記強化繊維が、筒状の組紐または編物である請求項１〜４のいずれか１項に記載のネジ状成形体。
【請求項６】
前記ネジ状成形体の繊維体積率が、２０〜８０％である請求項１〜５のいずれか１項に記載のネジ状成形体。
【請求項７】
ＪＩＳ  Ｚ２２４１に準じて測定を行ったときの前記ネジ状成形体の引張強さが、８０ＭＰａ以上である請求項１〜６のいずれか１項に記載のネジ状成形体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ネジ又はボルト等のネジ山部を有するネジ状成形体に関し、特に強化繊維に樹脂を付与した繊維強化樹脂材を用いて成形されたネジ状成形体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、住宅や橋梁等の建築物、車や飛行機等の輸送機、あるいは、工作機器等の製造設備等の様々な物において、木材、金属又はプラスチック等の部材同士を締結する際に、ネジ又はボルト等の締結部材が使用されている。これらの締結部材は、一般的には金属製であるが、金属製の締結部材は、質量が大きかったり錆が発生したりする等の課題がある。
【０００３】
そこで、軽量で錆が発生しない締結部材として、熱可塑性樹脂、具体的にはナイロン樹脂に炭素繊維を含有させた樹脂組成物を用いたネジ状成形体が知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１−２５９９３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ナイロン樹脂を用いたネジ状成形体は、吸湿性が高い。このため、ナイロン樹脂を用いたネジ状成形体をネジとして用いて部材同士をねじ止めすると、雨等で濡れたり使用環境の湿度変化の影響を受けたりしてネジが収縮及び膨張を繰り返し、この結果、ネジの形態が変化し、ネジが弛んでいくという問題があった。しかも、ナイロン樹脂を用いたネジ状成形体では、耐久性及び強度の面で十分な効果を発揮することができなかった。
【０００６】
本発明は、軽量で錆が発生せず、水や湿気等に対する形態の安定性に優れ、また、耐久性及び強度に優れたネジ状成形体を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、本発明をするに至った。すなわち、本発明は、例えば、以下の構成（１）〜（７）である。
【０００８】
（１）本発明に係るネジ状成形体は、強化繊維と熱可塑性エポキシ樹脂とを含む繊維強化樹脂材を用いたものである。
【０００９】
（２）さらに、本発明に係るネジ状成形体では、前記熱可塑性エポキシ樹脂が、反応型のエポキシ樹脂であるとよい。
【００１０】
（３）さらに、本発明に係るネジ状成形体では、前記強化繊維の長さが、１ｍｍ超であるとよい。
【００１１】
（４）さらに、本発明に係るネジ状成形体では、前記強化繊維が、三次元繊維構造体であるとよい。
【００１２】
（５）さらに、本発明に係るネジ状成形体では、前記強化繊維が、筒状の組紐または編物であるとよい。
【００１３】
（６）さらに、本発明に係るネジ状成形体は、繊維体積率が（Ｖｆ値）が２０〜８０％であるとよい。
【００１４】
（７）さらに、本発明に係るネジ状成形体は、ＪＩＳ  Ｚ２２４１に準じて測定を行ったときの引張強さが８０ＭＰａ以上であるとよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、軽量で錆が発生せず、水や湿気等に対する形態の安定性に優れ、また、耐久性及び強度に優れたネジ状成形体を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施例３のネジ状成形体（射出成形直後の木ネジが二つ繋がった状態）の写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示す。したがって、以下の実施の形態で示される、数値、形状および材料等は、一例であって本発明を限定する主旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
【００１８】
本実施の形態に係るネジ状成形体は、強化繊維と熱可塑性エポキシ樹脂とを含む繊維強化樹脂材を用いて成形されたものである。具体的には、ネジ状成形体は、強化繊維に熱可塑性エポキシ樹脂を付与した繊維強化樹脂材を用いて成形されたものである。
【００１９】
本実施の形態に係るネジ状成形体は、ネジ山部又はネジ溝部等（以下、これらを総称してネジ山部ともいう。）のネジ形状を有するものである。具体的に、ネジ状成形体は、ボルト、ネジ、木ネジまたはナット等の締結部材をはじめとして、ターンバックル等などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００２０】
（実施の形態１）
まず、実施の形態１に係るネジ状成形体について説明する。
【００２１】
本実施の形態に係るネジ状成形体は、強化繊維の束を編成した三次元繊維構造体の内部にまで熱可塑性エポキシ樹脂が含浸した繊維強化樹脂材を加工することにより成形されたものである。ネジ状成形体の表面部分には、ネジ山部が設けられている。このネジ山部には、熱可塑性エポキシ樹脂が含まれているとよく、さらに強化繊維を有しているとよい。
【００２２】
ネジ状成形体のネジ山部に存在する強化繊維は、三次元繊維構造体を構成する強化繊維であり、長繊維であるとよい。このネジ山部に存在する強化繊維が三次元繊維構造体を構成する強化繊維の一部であって、三次元繊維構造体を構成する強化繊維が長繊維であることより、ネジ山が形成されたネジ山部と当該ネジ山部に隣接する本体部との互いの強化繊維が交絡しながら繋がるので、ネジ山部のせん断強度が大きくなり、優れた引張強さを有するネジ状成形体が得られる。
【００２３】
また、熱可塑性エポキシ樹脂はナイロン樹脂等の他の樹脂に比べて含水率が低いので、ネジ状成形体を構成する繊維強化樹脂材に熱可塑性エポキシ樹脂を用いることにより、水に触れたり湿度が高かったりする場合の湿潤状態とその逆の乾燥状態とが繰り返されるような環境に晒されてネジ状成形体が収縮と膨張を繰り返すことで形態が変形してしまうことを抑制できる。これにより、ネジ状成形体を用いて部材を接合したとしても、ネジ状成形体が弛むことを抑制できる。また、含水率が低い熱可塑性エポキシ樹脂を用いることで、耐久性および強度に優れたネジ状成形体を得ることができる。
【００２４】
また、ネジ状成形体に用いられている繊維強化樹脂材に熱可塑性エポキシ樹脂を用いることにより、ネジ山部等のネジ形状を形成する際に、繊維強化樹脂材を加熱し加圧することにより容易にネジ形状を形成することができる。
【００２５】
しかも、繊維強化樹脂材に用いられる樹脂として反応型の熱可塑性エポキシ樹脂を用いていることで、強化繊維の束の内部にまで熱可塑性エポキシ樹脂が含浸し、また、強化繊維も熱可塑性エポキシ樹脂と共にネジ山部に移動し易くなり、耐久性および強度に優れたネジ山部を形成することができる。また、ネジ状成形体の中心部に存在する強化繊維の束の内部にまで熱可塑性エポキシ樹脂が入り込んでいるため、ネジ状成形体自体の強度にも優れている。
【００２６】
本実施の形態に係るネジ状成形体の繊維体積率（Ｖｆ値）は、２０〜８０％であるとよい。好ましくは、ネジ状成形体の繊維体積率は、４０％〜７０％であり、さらに５０〜６０％であるとよい。ネジ状成形体の繊維体積率が前記下限値（例えば２０％）を下回るとネジ山部が熱可塑性エポキシ樹脂のみとなるおそれがあり、得られるネジ状成形体の引張強さが低下するおそれがある。また、ネジ状成形体の繊維体積率が前記上限値（例えば８０％）を上回ると、ネジ山部を成形する際にネジ山部の強化繊維が切断されるおそれがあり、この場合も、得られるネジ状成形体の引張強さが低下するおそれがある。
【００２７】
なお、ネジ状成形体を木ネジ等に用いる場合、ネジ状成形体のネジ山部は、強化繊維を含まずに熱可塑性エポキシ樹脂のみによって構成されていてもよい。その理由は、熱可塑性エポキシ樹脂自体が強度に優れており、さらに、熱可塑性エポキシ樹脂と強化繊維（特に炭素繊維）との接着性が強固になっているためである。これにより、木材のように接合される部材の強度がさほど強くない場合には、ネジ山部に強化繊維が含まれていないネジ状成形体を木ネジ等に用いても問題なく接合することができる。
【００２８】
なお、ネジ状成形体の繊維体積率を示すＶｆ値は、以下の式１で求めることができる。
【００２９】
Ｖｆ値（％）＝（Ｗ−ρ３×Ｖ）／［（ρ２−ρ３）×Ｖ］×１００・・・式１
【００３０】
式１において、Ｗはネジ状成形体の質量（ｇ）、Ｖはネジ状成形体の体積（ｃｍ３）、ρ２は、ネジ状成形体における強化繊維の密度（ｇ／ｃｍ３）、ρ３は、ネジ状成形体に用いられる樹脂の密度（ｇ／ｃｍ３）を表している。なお、ネジ状成形体に用いられる樹脂とは、繊維強化樹脂材を構成する樹脂が熱可塑性エポキシ樹脂のみである場合は、熱可塑性エポキシ樹脂のことであるが、繊維強化樹脂材を構成する樹脂が熱可塑性エポキシ樹脂以外の樹脂も含む場合は、熱可塑性エポキシ樹脂だけではなく、熱可塑性エポキシ樹脂以外の樹脂も加えた樹脂全体のことである。
【００３１】
本実施の形態におけるネジ状成形体は、特に引張強さに優れており、ＪＩＳ  Ｚ２２４１に準じて測定を行ったときの引張強さが４００Ｍｐａ以上であるとよく、より好ましくは４５０ＭＰａ以上である。上限はとくに限定されるものではないが１０００ＭＰａ程度である。市販されているアルミ合金製のネジの引張強さは、２５０ＭＰａ程度であり、また、市販されている炭素繊維とポリエーテルエーテルケトンとの複合材を用いたネジの引張強さは１５０ＭＰａ程度である。したがって、本実施の形態におけるネジ状成形体は、これらの市販されているネジと比べて優れた強度を有する。
【００３２】
なお、ネジ状成形体のネジ山部における、ネジ山の高さ、ネジ山のピッチ、長さ、および、太さは、目的とする用途や強度に応じて、任意のものとすることができる。
【００３３】
以下、本実施の形態におけるネジ状成形体に用いられる強化繊維および熱可塑性エポキシ樹脂、また、強化繊維と熱可塑性エポキシ樹脂とからなる繊維強化樹脂材等について、詳細に説明する。
【００３４】
＜強化繊維＞
まず、本実施の形態におけるネジ状成形体に用いられる強化繊維について説明する。
【００３５】
強化繊維としては、無機繊維、有機繊維、または、これらを複合して用いたものが挙げられる。具体的には、炭素繊維、黒鉛繊維、炭化ケイ素繊維、アルミナ繊維、タングステンカーバイト繊維、ボロン繊維、ガラス繊維、バサルト繊維、パラ系アラミド繊維、メタ系アラミド繊維、超高分子量ポリエチレン繊維、ポリアリレート繊維、ＰＢＯ（ポリパラフェニレンベンズオキサゾール）繊維、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）繊維、ポリイミド繊維、フッ素繊維、または、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ繊維）等が挙げられる。
【００３６】
軽量で強度が大きいとの観点からは、強化繊維として炭素繊維を用いることが好ましい。炭素繊維は、ＰＡＮ系またはピッチ系等のものを用いることができるが、特に限定されるものではない。この中でも、強度と弾性率とのバランスの観点からは、強化繊維としてＰＡＮ系の炭素繊維を用いることが好ましい。
【００３７】
また、強化繊維は、連続した長繊維であるとよい。この場合、高い強度の観点では、長繊維である強化繊維の長さは、ネジ状成形体の長さや太さにもよるが、ネジ状成形体の全長以上であるとよい。なお、強化繊維は、少なくともネジ山部のネジ山の高さよりも長いとよい。
【００３８】
強化繊維は、複数束ねたものがよい。作業性や得られるネジ状成形体の強度の観点からは、強化繊維の単繊維を１００本以上束ねたものが好ましく、より好ましくは、強化繊維の単繊維を１０００本以上束ねるとよい。強化繊維の単繊維の本数の上限は、特に限定されるものではないが、目的とするネジ状成形体の大きさ（太さや長さなど）や求められる引張強さなどの強度に応じて適宜選択すればよい。
【００３９】
具体的には、強化繊維の束として、例えば炭素繊維メーカーから供給される炭素繊維の単繊維を、１０００本（１Ｋ）束ねた製品、３０００本（３Ｋ）束ねた製品、６０００本（６Ｋ）束ねた製品、１２０００本（１２Ｋ）束ねた製品、２４０００本（２４Ｋ）束ねた製品、４００００本（４０Ｋ）束ねた製品、５００００本（５０Ｋ）束ねた製品、または、６００００本（６０Ｋ）束ねた製品等を用いることができる。また、強化繊維の束として、東レ株式会社製のトレカ（登録商標）糸（Ｔ７００ＳＣ−２４０００等）の炭素繊維の束、三菱ケミカル株式会社製のパイロフィル（登録商標）の炭素繊維の束、東邦テナックス株式会社（２０１８年４月１日より帝人株式会社に統合）のテナックス（登録商標）の炭素繊維の束、または、さらにこれらのものを複数本束ねたものを用いることができる。また、これらの炭素繊維の束は、開繊処理等を行わずにドラム等に巻かれた状態の炭素繊維の束をそのまま用いることができるので、生産性に優れている。なお、炭素繊維の束は、開繊処理を行ったものであってもよい。また、炭素繊維の束は、無撚糸、有撚糸、または、解燃糸であってもよいが、熱可塑性エポキシ樹脂を強化繊維の束の内部にまで入り込ませるとの観点からは、無撚糸であるとよい。
【００４０】
＜熱可塑性エポキシ樹脂＞
次に、本実施の形態におけるネジ状成形体に用いられる熱可塑性エポキシ樹脂について説明する。
【００４１】
熱可塑性エポキシ樹脂としては、好ましくは、硬化剤や触媒、重合開始剤、重合促進剤等の添加剤が添加されていたり加熱したりすることにより硬化等の反応が開始または反応が促進等されて硬化する反応型樹脂であるとよく、さらに、硬化した後も熱可塑性を有するものであるとよい。したがって、熱可塑性エポキシ樹脂としては、硬化後も加熱及び／又は加圧処理により形態を変化させることができるように、分子構造が直鎖状のものを用いることが好ましい。
【００４２】
このような熱可塑性エポキシ樹脂を用いることにより、強化繊維と熱可塑性エポキシ樹脂とからなる繊維強化樹脂材を作製した後は、この繊維強化樹脂材を用いて任意の時期に任意の形状のネジ状成形体を製造することができる。これにより、ネジ等の完成品としてのネジ状成形体の在庫リスクを低減することができる。
【００４３】
また、本発明の目的を逸脱しない範囲で、熱可塑性エポキシ樹脂に他の熱可塑性樹脂を配合したものを用いて、繊維強化樹脂材を作製してもよい。
【００４４】
このような反応型の熱可塑性エポキシ樹脂は、硬化剤で硬化させる前は、常温で液状であったり、または、溶剤により溶解あるいは分散させた状態であったりするので、繊維強化樹脂材を作製する際に、熱可塑性エポキシ樹脂を強化繊維の束の内部にまで容易に含浸させることができる。これにより、繊維強化樹脂材においては強化繊維の束の内部にまで熱可塑性エポキシ樹脂が存在しているため、強化繊維と熱可塑性エポキシ樹脂とが十分に絡み合った（例えば接触し合った又は強固に密着した）状態になっている。このため、本実施の形態におけるネジ状成形体は、優れた強度を有する。また、反応型の熱可塑性エポキシ樹脂を用いた繊維強化樹脂材は、熱可塑性樹脂を反応させて硬化した後であっても熱可塑性を有し、強化繊維の束の内部にまで熱可塑性エポキシ樹脂が存在しているため、加熱及び／又は加圧処理時に熱可塑性エポキシ樹脂が移動し易くなるとともに強化繊維も移動し易くなるので、所定の形状のネジ山部を容易に形成することができる。つまり、ネジ山部の成形性に優れる。
【００４５】
また、反応型の熱可塑性エポキシ樹脂をはじめとして反応型の熱可塑性樹脂は、加熱溶融させて使用する未反応型の熱可塑性樹脂に比べて、反応前の熱可塑性樹脂の分子量が小さく流動性が高く、反応後に例えば数平均分子量で１万以上ないし３万以上に高分子化させたり架橋の状態を調整したりすることが可能であり、また、強度、可撓性または熱変形性の調整も可能である。
【００４６】
一方、熱により溶融して用いられる熱可塑性樹脂は、一般的には、薄い炭素繊維の束を用いた織物であっても織物内部への含浸が容易ではなく、特に、本実施の形態のように強化繊維が密に存在する三次元繊維構造体に付与する場合には、三次元繊維構造体の表面近辺のみに熱可塑性樹脂が存在するに留まる。これに対して、本実施の形態のように、反応型の熱可塑性エポキシ樹脂を用いることにより、強化繊維が密に存在する三次元繊維構造体であっても、三次元繊維構造体の内部の奥にまで流動性に優れた低分子量の熱可塑性エポキシ樹脂を含浸させた後で、エポキシ樹脂を反応させ高分子化することができるため、得られるネジ状成形体では、ネジ状成形体の内部、さらに、ネジ状成形体の内部深くにある強化繊維の束の内部にまで熱可塑性エポキシ樹脂を含浸させることができる。
【００４７】
なお、熱可塑性樹脂は、反応後に化学構造が変わる場合もあり、例えば、熱可塑性エポキシ樹脂は、反応後にフェノキシ樹脂になる。つまり、本実施の形態における反応型の熱可塑性エポキシ樹脂については、反応後にフェノキシ樹脂になるものも含む。
【００４８】
また、本発明の目的を逸脱しない範囲で、熱可塑性エポキシ樹脂に、熱硬化性樹脂が配合されていてもよい。
【００４９】
なお、ネジ状成形体に用いられる樹脂が熱硬化性樹脂のみで構成されている場合、樹脂を硬化させた後、ネジ山部等を成形する際に加熱による成形ができないため、削り出しが必要となる。このため、製造が煩雑になるばかりか、炭素繊維が切断され、得られるネジ状成形体の強度が十分ではなくなってしまう。また、強化繊維に熱硬化性樹脂を付与した液状又はペースト状の繊維強化樹脂材料を硬化させることなく保管しておいて任意の時期にネジ状成形体に成形する場合、熱硬化性樹脂を硬化させるまでの間、繊維強化樹脂材料を冷凍または冷蔵保存する必要があり、保管の負担が大きくなってしまう。
【００５０】
＜三次元繊維構造体＞
次に、本実施の形態におけるネジ状成形体に用いられる強化繊維の三次元繊維構造体について説明する。
【００５１】
本実施の形態における強化繊維の三次元繊維構造体とは、強化繊維の束を複数本、撚り合せたり編んだ、組んだりしたもの、あるいは、紐状の組紐や編物にしたもの等をいう。三次元繊維構造体は、好ましくは、紐状の組紐や編物等であって中央部が空洞でないもの、つまり構造体が筒状ではなくて中実のものであることが特に好ましい。一例として、全ての強化繊維の束が斜向方向に配向され、かつ、強化繊維の束同志が交絡しながら立体形状に編成された三次元編組構造体、あるいは、糸束の配向方向が全て斜向方向をなす糸束だけでなく、斜向成分の強化繊維の束と編組軸方向へ配向された強化繊維の束とが混在されているような三次元編組構造体等が挙げられる。なお、特開平１−２５９９３２号公報、特開昭６２−２５０２５８号公報、米国特許第４，３１２，２６１号明細書には、三次元繊維構造体についての形状や製造方法が記載されており、これらの文献に開示された三次元繊維構造体を適宜用いることができる。
【００５２】
また、筒状の三次元繊維構造体を用いてもよいが、この場合、筒部の中に他の強化繊維又は強化繊維複合材を配置するとよい。これにより、筒状の三次元繊維構造体であっても、高い強度を有する強化繊維を得ることができる。
【００５３】
筒状の三次元繊維構造体については、複数の強化繊維の束を用いて製紐機を利用することにより、筒状の組紐からなる三次元繊維構造体を製造することができる。また、１つまたは複数の強化繊維の束を用いて丸編機等を利用することにより、筒状の編紐からなる三次元繊維構造体を製造することができる。また、このような製紐時または編立時において、他の強化繊維又は強化繊維複合材を芯とし、その周りを強化繊維の束で組立または編立してもよいし、筒状の組紐や編物とした後に、その筒状の中空部に、他の強化繊維又は強化繊維複合材を挿入してもよい。
【００５４】
また、本実施の形態における三次元繊維構造体の長さ方向に垂直な断面の形状は、例えば、丸断面、楕円断面、三角断面、四角断面、五角断面または六角断面等の多角形であるが、特に限定されるものではない。
【００５５】
また、三次元繊維構造体の前記断面の径（太さ）については、目的とするネジ状成形体の大きさに合わせて任意に設定すればよい。また、三次元繊維構造体の長さは、特に限定されるものではない。当該三次元繊維構造体を用いて得られるネジ状成形体がボルトの場合は、引張強度の観点より、当該三次元繊維構造体の長さは、当該ボルトの長さとほぼ同程度であることが好ましい。
【００５６】
＜繊維強化樹脂材Ａ＞
次に、本実施の形態におけるネジ状成形体を構成する繊維強化樹脂材について説明する。
【００５７】
本実施の形態における繊維強化樹脂材は、上記の強化繊維の三次元繊維構造体の内部にまで、また、上記の三次元繊維構造体を構成する強化繊維の束の中まで熱可塑性エポキシ樹脂を含浸させて得られたものである。この場合、強化繊維の束を構成する１本１本の繊維の間にまで熱可塑性エポキシ樹脂が含浸していることが好ましい。
【００５８】
繊維強化樹脂材の形状は、棒状であり、長さ方向に垂直な断面の形状は、例えば、丸断面、楕円断面、三角断面、四角断面、五角断面または六角断面等の多角形であるが、特に限定されるものではない。
【００５９】
また、繊維強化樹脂材の前記断面の径（太さ）については、目的とするネジ状成形体の大きさに合わせて任意に設定すればよい。また、繊維強化樹脂材の長さは、特に限定されるものではない。当該繊維強化樹脂材を用いて得られるネジ状成形体がボルトの場合は、引張強度の観点より、当該繊維強化樹脂材の長さは、当該ボルトの長さとほぼ同程度であることが好ましい。また、当該繊維強化樹脂材の長さとボルトの長さとがほぼ同程度である場合、当該繊維強化樹脂材の長さに比べ当該繊維強化樹脂材を構成する強化繊維の長さ及び強化繊維の束の長さは長くなる。
【００６０】
＜ネジ状成形体の製造方法＞
次に、本実施の形態に係るネジ状成形体の製造方法の一例について説明する。なお、本実施の形態に係るネジ状成形体の製造方法は、以下の方法に限定されるものではない。
【００６１】
本実施の形態に係るネジ状成形体を製造する際、まず、強化繊維の三次元繊維構造体を準備する。三次元繊維構造体の製造方法は、前記の通りである。
【００６２】
次に、三次元繊維構造体に対して熱可塑性エポキシ樹脂を付与することで、三次元繊維構造体に熱可塑性エポキシ樹脂を含浸させる。具体的には、熱可塑性エポキシ樹脂溶液を用いて、三次元繊維構造体に熱可塑性エポキシ樹脂を含浸させる。
【００６３】
熱可塑性エポキシ樹脂溶液は、反応型の熱可塑性エポキシ樹脂と、当該熱可塑性エポキシ樹脂を溶解または分散するための溶剤と、硬化剤とを少なくとも含んでいるとよい。なお、熱可塑性エポキシ樹脂溶液とは、溶剤に溶質が完全に溶解した溶液だけではなく、エマルジョンやディスパージョンであってもよい。
【００６４】
熱可塑性エポキシ樹脂溶液に含まれる溶剤としては、水、ジメチルホルムアミド、トルエン、キシレン、シクロヘキサン、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ジイソブチルケトン、シクロヘキサノン、メタノール、エタノール、ブタノール、イソプロピルアルコール、メチルセルソルブ、セルソルブ、または、アノン等が挙げられる。
【００６５】
また、熱可塑性エポキシ樹脂溶液に含まれる硬化剤としては、脂肪族ポリアミン、ポリアミノアミド、ケティミン、脂肪族ジアミン、芳香族ジアミン、イミダゾール、３級アミンなどのアミン系化合物、リン酸化合物、酸無水物系化合物、メルカプタン系化合物、フェノール樹脂、アミノ樹脂、ジシアンジアミド、または、ルイス酸錯化合物等が挙げられる。
【００６６】
また、熱可塑性エポキシ樹脂溶液には、その他に、触媒、重合開始剤、重合促進剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、顔料、増粘剤、乳化剤、分散剤等の添加剤が、本発明の目的を逸脱しない範囲で添加されていてもよい。
【００６７】
本実施の形態において、熱可塑性エポキシ樹脂溶液の粘度は、５〜１０００ｍＰａ・ｓであるとよい。熱可塑性エポキシ樹脂溶液の粘度が５ｍＰａ・ｓ以上であれば、三次元繊維構造体に十分な量の熱可塑性エポキシ樹脂を容易に付与することができる。また、熱可塑性エポキシ樹脂溶液の粘度は、三次元繊維構造体への熱可塑性エポキシ樹脂の付与量の観点から、好ましくは、１０ｍＰａ・ｓ以上、より好ましくは５０ｍＰａ・ｓ以上であるとよい。また、熱可塑性エポキシ樹脂溶液の粘度が１０００ｍＰ・ｓ以下であれば、三次元繊維構造体を構成する強化繊維（例えば炭素繊維）の束の内部にまで熱可塑性エポキシ樹脂を容易に浸透させることができる。また、熱可塑性エポキシ樹脂溶液の粘度は、より好ましくは５００ｍＰａ・ｓ以下、さらには２００ｍＰａ・ｓ以下であるとよい。
【００６８】
三次元繊維構造体の熱可塑性エポキシ樹脂の付与方法としては、熱可塑性エポキシ樹脂溶液に三次元繊維構造体を浸漬させるディップ法、浸漬した後にマングル等で絞るディップニップ法、熱可塑性エポキシ樹脂溶液をキスロールやグラビアロール等に付着させて当該キスロール等から三次元繊維構造体に熱可塑性エポキシ樹脂を転写する転写法、または、霧状の熱可塑性エポキシ樹脂溶液を強化繊維の束に付与するスプレー法等が挙げられる。また、ディップ法、転写法、スプレー法等では、熱可塑性エポキシ樹脂溶液が付着した三次元繊維構造体を、ダイスやロール等と接触させることにより三次元繊維構造体および炭素繊維の束の内部にまで熱可塑性エポキシ樹脂を押し込んだり、余分な熱可塑性エポキシ樹脂を除去したりすることで、三次元繊維構造体への熱可塑性エポキシ樹脂の付与量を調整することができる。
【００６９】
また、ネジ状成形体が上述した好ましいＶｆ値となるように、三次元繊維構造体への熱可塑性エポキシ樹脂溶液の付与量を調整したり、溶剤の配合比によって熱可塑性エポキシ樹脂溶液中の熱可塑性エポキシ樹脂の付与量を調整したりするとよい。
【００７０】
本実施の形態では、三次元繊維構造体を構成する強化繊維として炭素繊維の束を用い、また、比較的に粘度が低い熱可塑性エポキシ樹脂溶液を用いているため、炭素繊維の束の内部の奥にまで熱可塑性エポキシ樹脂を浸透させることができる。
【００７１】
三次元繊維構造体に熱可塑性エポキシ樹脂を付与した後は、乾燥及び／又は熱処理を行うとよい。乾燥と熱処理とは同時に行ってもよいし、別々に行ってもよい。なお、繊維強化樹脂材を得る段階においては、熱可塑性エポキシ樹脂を完全に反応させてしまって繊維強化樹脂材として完成させてもよいが、ある程度で熱可塑性エポキシ樹脂の反応が止まった（もしくは反応速度が低下した）状態にとどめて、これを繊維強化樹脂材とし、ネジ状成形体に成形するときに、あるいは、成形した後に、熱可塑性エポキシ樹脂を完全に反応させてもよい。
【００７２】
三次元繊維構造体に付与した熱可塑性エポキシ樹脂を乾燥させるときの温度または熱処理するときの温度は、熱可塑性エポキシ樹脂、硬化剤又は溶剤にもよるが、乾燥の場合は４０〜１２０℃で１分〜１時間程度行うことがよく、熱処理の場合は１２０℃〜２５０℃で１分から１時間程度行うとよい。より好ましくは、乾燥は、５０〜１００℃で１０分〜３０分で行うとよく、熱処理は、１２０℃〜１８０℃で３分〜４０分で行うとよい。このような条件の範囲は、得られる繊維強化樹脂材の品位及び生産性の観点から好ましい。
【００７３】
このようにして、紐状であった三次元繊維構造体に熱可塑性エポキシ樹脂が含浸した棒状の繊維強化樹脂材を得ることができる。
【００７４】
次に、製造対象のネジやボルト等の形状の型を用いて、繊維強化樹脂材を加熱及び／又は加圧し、ネジ形状を有するネジ状成形体を形成する。その後、冷却させた後、型（金型）から取り出して不要部分を切断し、バリ等が生じた場合にはバリ等を取り除くことで、製造対象とするネジやボルト等を得ることができる。
【００７５】
繊維強化樹脂材を加熱及び加圧する方法としては、金型プレス法、オートクレーブ法、加熱・冷間プレス法等が挙げられる。また、これらの方法とインサート成形法等とを組みわせてもよい。
【００７６】
繊維強化樹脂材の加熱時の温度は例えば１５０〜４００℃程度である。また、繊維強化樹脂材の加圧時の圧力は例えば１〜５００ＭＰａ程度であり、加圧時間は例えば１分〜２４時間程度である。なお、繊維強化樹脂材を加圧する際は、真空状態で加圧するとよい。また、加熱及び／又は加圧する前に予備加熱をおこなってもよい。
【００７７】
また、少なくとも一方にネジ形状が形成された板状の金型２枚を加熱して、その２枚の板状の金型の間に棒状の繊維強化樹脂材を挟んで加圧しながら２枚の板状の金型の相対位置をずらして棒状の繊維強化樹脂材を転がすことにより、棒状の繊維強化樹脂材の表面全体に金型に形成されたネジ形状を形成することも可能である。生産性の観点からは、このような製造方法を用いることが好ましい。
【００７８】
また、繊維強化樹脂材をネジやボルト等の形状の型で成形する前に、ネジ山部等が正確に成形できるように、一度、繊維強化樹脂材を加熱及び／又は加圧する等して目的とする製造対象のネジ等の大きさに近い円柱状等の形状に予備成形してもよい。また、加熱及び／又は加圧する前に予備加熱を行ってもよい。
【００７９】
また、三次元繊維構造体に熱可塑性エポキシ樹脂溶液を付与した直後の熱処理時にネジ形状が形成された金型を用い加圧も同時に行い、三次元繊維構造体をネジ状成形体に成形してもよい。
【００８０】
本実施の形態におけるネジ状成形体は、引張強さ等の強度に優れ、また、湿潤状態と乾燥状態が繰り返される環境であっても形態の安定性や耐久性に優れている。これにより、住宅や橋等の大型の建築物、自動車や列車、リニアモーターカー、飛行機等の輸送機、または、工作機器等の製造設備等の様々な物に用いられる金属製のネジ等に変えて、本実施の形態におけるネジ状成形体を用いることが可能である。
【００８１】
また、輸送機等の振動が激しい箇所でネジ状成形体を使用する場合には、ネジ状成形体を用いて部材を接合した後にネジ状成形体を加熱して、熱可塑性エポキシ樹脂を加熱により軟化および溶融させるとことによりボルトとナットとを密着させたり融着させたりすることで、振動が激しくネジ状成形体が弛みやすい箇所であっても、ネジ状成形体の弛みの発生を抑制することができる。
【００８２】
（実施の形態２）
次に、実施の形態２に係るネジ状成形体について説明する。
【００８３】
本実施の形態に係るネジ状成形体は、強化繊維の束の内部にまで熱可塑性エポキシ樹脂が含浸した短冊状の繊維強化樹脂材を積層させることで形成されたものである。この場合、繊維強化樹脂材を構成する強化繊維の束は、３次元にランダムに積層されていてもよいし、ネジ状成形体の長さ方向、幅方向又は周方向などの一つの方向あるいは複数の方向に方向性を持たせて積層されていてもよいし、３次元にランダムな状態と方向性を持たせた状態とが組み合わされた状態で積層されていてもよい。
【００８４】
また、本実施の形態に係るネジ状成形体は、上記実施の形態１に係るネジ状成形体と同様に、表面にネジ山（溝）を有するネジ山部（溝部）を有しており、また、ネジ山部には熱可塑性エポキシ樹脂が含まれ、好ましくはネジ山部には強化繊維及び熱可塑性エポキシ樹脂が含まれている。
【００８５】
ネジ山部に存在する強化繊維は、短冊状の繊維強化樹脂材に含まれている強化繊維である（ネジ山部と本体部に跨って強化繊維が存在している）。このように、ネジ山部に存在する強化繊維が短冊状の強化繊維の束を構成するものであり、また、好ましい形態では短冊状の繊維強化樹脂材を構成する強化繊維の束がネジ状成形体中で３次元にランダムに積層されていることで、ネジ等の本体部の強化繊維とネジ山部の強化繊維とが交絡しながら複合されるので、優れた靱性を有するとともに、ネジ山部のせん断強度にも優れているので、優れた引張強さを有するネジ状成形体を得ることができる。
【００８６】
また、実施の形態１と同様に、ネジ状成形体を構成する繊維強化樹脂材に熱可塑性エポキシ樹脂が用いられているので、湿潤状態と乾燥状態とが繰り返されるような環境であってもネジ状成形体が変形することを抑制できる。これにより、ネジ状成形体を用いて部材を接合したとしても、ネジ状成形体が弛むことを抑えることができる。また、耐久性および強度に優れたネジ状成形体を得ることができる。
【００８７】
また、ネジ状成形体に用いられている繊維強化樹脂材に熱可塑性エポキシ樹脂を用いていることにより、ネジ山部等のネジ形状を形成する際に、繊維強化樹脂材を加熱し加圧することにより容易にネジ形状を形成することができる。
【００８８】
しかも、繊維強化樹脂材の強化繊維の束の内部にまで熱可塑性エポキシ樹脂が含浸しているため、繊維強化樹脂材の加熱及び／又は加圧時に熱可塑性エポキシ樹脂とともに強化繊維もネジ山部に移動し易くなる。
【００８９】
また、ネジ状成形体のネジ山部及び本体部の中心部に存在する強化繊維の束の内部にまで熱可塑性エポキシ樹脂が入り込んでいるため、繊維強化樹脂材の加熱／加圧時に熱可塑性エポキシ樹脂とともに強化繊維もネジ山部に移動し易くなり、また、ネジ状成形体自体の強度にも優れている。
【００９０】
このようなネジ状成形体の繊維体積率（Ｖｆ値）は、２０〜８０％であるとよい。好ましくは、ネジ状成形体の繊維体積率は、４０％〜７０％であり、より好ましくは５０〜６０％である。ネジ状成形体の繊維体積率が前記下限値（例えば２０％）を下回るとネジ山部が熱可塑性エポキシ樹脂のみとなるおそれがあり、得られるネジ状成形体の引張強さが低下するおそれがある。また、ネジ状成形体の繊維体積率が前記上限値（例えば８０％）を上回ると、ネジ山部を成形する際に、ネジ山部の強化繊維が切断されるおそれがあり、この場合も、得られるネジ状成形体の引張強さが低下するおそれがある。
【００９１】
本実施の形態におけるネジ状成形体も、実施の形態１と同様に引張強さに優れており、金型を用いたプレス法で形成されたネジ状成形体では、引張強さは、１５０ＭＰａ以上であるとよく、より好ましくは２００ＭＰａ以上である。また、射出成形法やトランスファー成形法などで製造されたネジ状成形体では、引張強さは、８０Ｍｐａ以上であるとよく、より好ましくは１００ＭＰａ以上である。射出成形法やトランスファー成形法などで製造されたネジ状成形体の引張強さを向上させる場合には、インサート成形法も組み合わせるとよい。例えば、上記実施の形態１の三次元繊維構造体（中実状や筒状）や繊維強化樹脂材Ａや本実施の形態に係る短冊状の繊維強化樹脂材の中で、型の幅よりも細いものであって、型の長さとほぼ同等の線状や棒状等の繊維強化樹脂材（少なくとも射出成型法やトランスファー成形法で注入される熱可塑性樹脂に含まれる強化繊維の長さよりも長いもの）の繊維軸方向をネジ状成形体の長さ方向にあわせて型に配置した後、射出成形用又はトランスファー成形用の樹脂を型に注入する方法が挙げられる。なお、インサート成形法において、筒状の三次元繊維構造物を型に配置した場合には、当該筒の中に射出成形用又はトランスファー成形用の樹脂を注入してもよい。また、ネジ状成形体を木ネジとして使用する場合には、ネジ状成形体の引張強さは８０ＭＰａ以上であればよい。なお、ネジ状成形体の引張強さの上限は、用途によって定めればよいが、例えば５００ＭＰａ程度である。また、インサート成形法と組みわせてネジ状成形体を製造した場合には、ネジ状成形体の引張強さの上限は１０００ＭＰａ程度である。
【００９２】
また、上記実施の形態１と同様にネジ状成形体を木ネジ等に用いる場合、ネジ状成形体のネジ山部は、強化繊維を含まずに熱可塑性エポキシ樹脂のみによって構成されていてもよい。
【００９３】
なお、ネジ状成形体のネジ山部における、ネジ山の高さ、ネジ山のピッチ、長さ、および、太さは、目的とする用途や強度に応じて、任意のものとすることができる。
【００９４】
＜短冊状の繊維強化樹脂材＞
ここで、本実施の形態におけるネジ状成形体を作製する際に用いられる短冊状の繊維強化樹脂材について説明する。
【００９５】
本実施の形態における短冊状の繊維強化樹脂材は、一方向に配列された強化繊維の束に、熱可塑性エポキシ樹脂が含浸されたものである。具体的には、強化繊維の束の内部にまで熱可塑性エポキシ樹脂が含浸されている。
【００９６】
短冊状の繊維強化樹脂材の形状は、長尺矩形で薄片状のいわゆる短冊の形状に限るものではなく、一の方向（長さ方向となる）に長く、一の方向と異なる他の方向（幅方向及び厚み方向）に短い長尺状（棒状）のものを含み、また、このような長尺状のものに限らずに、長さ方向の長さと幅方向及び／又は厚み方向の長さとが同じものも含み、さらには、このような形状のものであってかつ厚さが部分的に異なるものも含む。一例として、短冊状の繊維強化樹脂材の形状は、いわゆる短冊状、円柱状、角柱状、チップ状、線状、針状または、座布団状等であるが、これに限るものではない。
【００９７】
また、短冊状の繊維強化樹脂材の長さと繊維強化樹脂材に含まれる強化繊維の長さとは略同一であるとよい。
【００９８】
短冊状の繊維強化樹脂材及び強化繊維の長さは、製造されるネジ状成形体の大きさによって長さの上限がほぼ決定されるが、一例として、１ｍｍ超、５００ｍｍ以下程度である。短冊状の繊維強化樹脂材及び強化繊維の長さは、５ｍｍ以上であるとよく、より好ましくは１０ｍｍ以上である。繊維強化樹脂材及び強化繊維の長さが１ｍｍ未満度であると、ネジ状成形体のネジ山部に含まれる強化繊維がネジ状成形体の本体部に存在する強化繊維と絡むことができず、得られるネジ状成形体のネジ山部の強度が小さくなるおそれがある。
【００９９】
＜繊維強化樹脂材Ｂ＞
次に、本実施の形態におけるネジ状成形体を構成する繊維強化樹脂材について説明する。
【０１００】
本実施の形態における繊維強化樹脂材は、上記の短冊状の繊維強化樹脂材を積層させることで形成されたものである。この場合、短冊状の繊維強化樹脂材を構成する強化繊維の束は、３次元にランダムに積層されていてもよいし、ネジ状成形体の長さ方向、幅方向、周方向などの一つの方向あるいは複数の方向に方向性を持たせて積層されていてもよいし、３次元にランダムな状態と方向性を持たせた状態とが組み合わされた状態で積層されていてもよい。
【０１０１】
短冊状の繊維強化樹脂材を構成する強化繊維の束が３次元にランダムに積層しているとは、複数本の強化繊維を一方向に配列することにより得られた短冊状の強化繊維の束が複数、各束の繊維軸方向がランダムに配置され、かつ、当該複数の強化繊維の束が重なり合うように積層されている状態のものをいい、より具体的には、複数の短冊状の強化繊維の束が、各束の各側面（繊維強化樹脂材が円柱状の場合も便宜的に側面という。）において互いの束の繊維軸方向がランダムとなるように部分的に重なり合うように、かつ、各束がネジ状成形体の長さ方向に対してランダムに少なくとも僅かに傾斜して相互に折り重なって積層されている状態のものをいう。
【０１０２】
このように、３次元にランダムに積層している短冊状の繊維強化樹脂材に含まれる当初一方向に配列された強化繊維の束やこれを構成する強化繊維は、曲がっていたり蛇行したり広がったりしていてもよい。特に、加熱及び／又は加圧されて形成されたネジ状成形体では、成形体の凹凸形状、強化繊維及びその束同士の交絡によって強化繊維そのものまたは強化繊維の束が曲がったり蛇行したりする形状のものが多く存在する。なお、短冊状の繊維強化樹脂材の束が３次元にランダムに積層されたもの、という概念には、このように強化繊維や強化繊維の束が加圧等によって曲がったり蛇行したり広がったりして変形した状態のものも含まれる。
【０１０３】
また、短冊状の繊維強化樹脂材が、長さ方向、幅方向、周方向などに方向性を持たせて積層されているとは、複数本の強化繊維を一方向に配列することにより得られた短冊状の強化繊維の束が複数、その束を構成する強化繊維の繊維軸方向が同一方向にそろって積層されており、その繊維軸方向が、得られるネジ状成形体の長さ方向、幅方向、周方向など特定の方向にあるものをいう。
【０１０４】
例えば、木ネジや寸切ボルトのような一方向に長いものであれば、その木ネジや寸切ボルトの長さ方向と短冊状の繊維強化樹脂材を構成する（短冊状の強化繊維の束を構成する）強化繊維の軸方向とを合わせて配置すれば、得られる木ネジや寸切ボルトはその長さ方向に対する引張強度（特に本体部の引張強度）が向上する。この場合、強化繊維の長さは、木ネジや寸切ボルトの長さとほぼ同等のものが引張強度向上の観点からは好ましい。また、木ネジや寸切ボルトの長さよりも短い短冊状の繊維強化樹脂材を用いる場合には、本体部の引張強さを向上させるとの観点から、強化繊維の繊維軸方向をそろえつつ、強化繊維の束同士が部分的に重なり合うように配置することが好ましい。
【０１０５】
また、木ネジや寸切ボルトのような一方向に長いものの長さ方向と短冊状の繊維強化樹脂材を構成する（短冊状の強化繊維の束を構成する）強化繊維の軸方向とが交わるように配置すれば、木ネジや寸切ボルトはその本体部の引張強度は低下するものの、得られるそのネジ山部の引張強度が向上する。
【０１０６】
また、ナットなどの中空状のネジ状成形体であれば、その周方向に沿うように、短冊状の繊維強化樹脂材を構成する（短冊状の強化繊維の束を構成する）強化繊維の繊維軸方向を合わせ、かつ、より好ましくは繊維軸方向に部分的に強化繊維が重なるように配置すれば、得られるナットは、ナットの割れに対する強度が向上する。
【０１０７】
また、複数の方向に方向性を持たせた状態を組み合わせて積層されているとは、例えば、木ネジや寸切ボルトのような一方向に長いものであれば、その木ネジや寸切ボルトの長さ方向と、短冊状の繊維強化樹脂材を構成する（短冊状の強化繊維の束を構成する）強化繊維の軸方向とを合わせて配置すると共にその長さ方向と短冊状の繊維強化樹脂材を構成する（短冊状の強化繊維の束を構成する）強化繊維の軸方向とが交わるように配置するものなどが挙げられる。このような構成とすることにより、得られる成形体の複数の方向や特定の部分の強度を向上させることができる。
【０１０８】
また、３次元にランダムな状態と方向性を持たせた状態とを組み合わせるなどして積層されているとは、上記の短冊状の繊維強化樹脂材の束が３次元にランダムに積層している状態と、長さ方向、幅方向、周方向などに方向性を持たせて積層している状態、また、複数の方向に方向性を持たせた状態とを組み合わせて積層されている状態が、ネジ状成形体の中で混在してものをいう。このような構成とすることにより、全体的な強度が優れている上に、特定の部分の強度を補強することが可能となる。
【０１０９】
本実施の形態で用いられる熱可塑性エポキシ樹脂および強化繊維については、上記実施の形態１で用いられる熱可塑性エポキシ樹脂および強化繊維と同様である。
【０１１０】
＜ネジ状成形体の製造方法＞
次に、本実施の形態に係るネジ状成形体の製造方法の一例について説明する。なお、本実施の形態に係るネジ状成形体の製造方法は、以下の方法に限定されるものではない。
【０１１１】
本実施の形態に係るネジ状成形体を製造する際、まず、短冊状の繊維強化樹脂材を準備する。
【０１１２】
短冊状の繊維強化樹脂材は、次のようにして作製することができる。具体的には、熱可塑性エポキシ樹脂溶液を用いて強化繊維の束に熱可塑性エポキシ樹脂を付与することで強化繊維の束に熱可塑性エポキシ樹脂を含浸させ、得られた繊維強化樹脂材を任意の長さにカットすることで短冊状の繊維強化樹脂材を得ることができる。なお、熱可塑性エポキシ樹脂溶液やその付与方法等は、実施の形態１と同様である。
【０１１３】
次に、製造対象のネジやボルト等の形状の型の上に短冊状の繊維強化樹脂材をランダム等に積層し、加熱及び／又は加圧し、ネジ形状を有するネジ状成形体を形成する。その後、冷却させた後、型から取り出して不要部分を切断し、バリ等が生じた場合にはバリ等を取り除くことで、製造対象のネジやボルト等を得ることができる。また、加熱及び／又は加圧する前に予備加熱をしてもよい。
【０１１４】
また、短冊状の繊維強化樹脂材をネジやボルト等の形状の型で成形する前に、ネジ山部等が正確に成形できるように、一度、繊維強化樹脂材を加熱及び／又は加圧する等して円柱状等の形状に予備成形してもよい。また、加熱及び／又は加圧する前に予備加熱をしてもよい。
【０１１５】
短冊状の繊維強化樹脂材を加熱及び加圧する方法としては、実施の形態１と同様に、金型プレス法、オートクレーブ法、加熱・冷間プレス法等が挙げられる。
【０１１６】
繊維強化樹脂材の加熱時の温度は例えば１５０〜４００℃程度である。また、繊維強化樹脂材の加圧時の圧力は例えば１〜５００ＭＰａ程度であり、加圧時間は例えば１分〜２４時間程度である。なお、繊維強化樹脂材を加圧する際は、真空状態で加圧するとよい。
【０１１７】
また、加熱した２枚の板状のネジ形状の金型の間に、短冊状に成形した繊維強化樹脂材を挟み、加圧しながら２枚の板状の金型の相対位置をずらすことにより、金型に形成された繊維強化樹脂材の表面にネジ形状を形成することも可能である。この場合は、短冊状の繊維強化樹脂材を円柱状等に予備成形したものを用いるとよい。
【０１１８】
また、短冊状の繊維強化樹脂材を加熱及び加圧するのではなく、他の製造方法として、射出成形法、トランスファー成形法やこれらにインサート成形法を組み合わせてネジ状成形体を成形してもよい。射出成形法等を用いる場合には、短冊状の繊維強化樹脂材を射出成形機等に投入し、加熱して短冊状の繊維強化樹脂材を溶融し、型に射出等することで、ネジ状成形体を製造することができる。射出成形法を用いてネジ状成形体を製造する場合には、ネジ状成形体のＶｆ値は、１０％〜６０％であるとよく、より好ましくは２０％〜５０％である。トランスファー成形法を用いてネジ状成形体を製造する場合には、ネジ状成形体のＶｆ値は、１０％〜８０％であるとよく、より好ましくは３０％〜７０％である。
【０１１９】
ネジ状成形体のＶｆ値が上記下限値（例えば１０％）よりも小さいと、得られるネジ状成形体の強度が小さくなる。一方、ネジ状成形体のＶｆ値が上記上限値（例えば６０％）を超えると、射出成形機に投入された短冊状の繊維強化樹脂材に含まれる強化繊維が切断され、得られるネジ状成形体の強度が小さくなるおそれがある。トランスファー成形機では、上記上限値（例えば８０％）を超えるとトランスファー成形機内で詰まりが発生するおそれがある。
【０１２０】
また、射出成形法を用いる場合、短冊状の繊維強化樹脂材（強化繊維の束）の長さは、１ｍｍ超２０ｍｍ以下程度がよく、より好ましくは３ｍｍ以上１５ｍｍ以下である。短冊状の繊維強化樹脂材（強化繊維の束）の長さが上記下限値（例えば１ｍｍ）よりも短いと、得られるネジ状成形体の強度が小さくなるおそれがある。一方、短冊状の繊維強化樹脂材（強化繊維の束）の長さが上記上限値（例えば２０ｍｍ）を超えると、射出成形機の中で、詰まりが発生したり、短冊状の繊維強化樹脂材に含まれる強化繊維が射出成形機の中で切断されたりするおそれがある。
【０１２１】
また、トランスファー成形法を用いる場合には、短冊状の繊維強化樹脂材（強化繊維の束）の長さは特に限定されるものではなく、射出成型法よりも長いものを用いることができる。トランスファー成形装置のプランジャーの大きさにもよるが、短冊状の繊維強化樹脂材（強化繊維の束）の長さの上限は、１００ｍｍ、２００ｍｍ、また、それ以上であってもよい。なお、短冊状の繊維強化樹脂材（強化繊維の束）の長さの下限は、射出成型法と同様である。
【０１２２】
本実施の形態に係る短冊状の繊維強化樹脂材を用いることで、ボルトやネジはもちろんのこと、ナットやターンバックル等、ネジ山部が外側に面していないネジ状成形体も製造することが可能である。
【０１２３】
以上、本発明に係るネジ状成形体について、実施の形態１、２に基づいて説明したが、本発明は、実施の形態１、２に限定されるものではない。
【０１２４】
例えば、実施の形態１の棒状（好ましくは円柱状）とした三次元繊維構造体の表面、または、実施の形態２の短冊状とした繊維強化樹脂材にて成形した棒状（好ましくは円柱状）の表面に、熱可塑性エポキシ樹脂でネジ山部を形成したもの等を用いてもよい。
【０１２５】
また、上記の各実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。
【実施例】
【０１２６】
以下、本発明に係るネジ状成形体の具体的な実施例について説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。また、以下の実施例において、「部」は質量部のことを表している。
【０１２７】
なお、以下の実施例及び比較例におけるＡ、Ｂの各評価項目における各種物性値は、次の方法によって行った。
【０１２８】
［Ａ：引張強さ］
得られたネジ状成形体について、ＪＩＳ  Ｚ２２４１に準じて測定を行うことで、最大試験力（引張強さ）を測定した。なお、ボルトの引張強さは、ＳＳ４００製のナットにボルトを取り付けて引張強さを測定した。また、木ネジは木片に木ネジをねじ込んで引張強さを測定した。
【０１２９】
なお、本実施例では、測定値を試料の外径の断面積で割って引張強さ（ＭＰａ：応力）を求めた。
【０１３０】
［Ｂ：Ｖｆ値］
得られたネジ状成形体のＶｆ値は、以下の式１で求めた。
【０１３１】
Ｖｆ値（％）＝（Ｗ−ρ３×Ｖ）／［（ρ２−ρ３）×Ｖ］×１００・・・式１
【０１３２】
式１において、Ｗはネジ状成形体の質量（ｇ）、Ｖはネジ状成形体の体積（ｃｍ３）、ρ２は、ネジ状成形体における強化繊維の密度（ｇ／ｃｍ３）、ρ３は、ネジ状成形体に用いられる樹脂の密度（ｇ／ｃｍ３）を表している。
【０１３３】
（実施例１）
実施例１では、強化繊維の束として、炭素繊維の単繊維を２４０００本束ねたもの（炭素繊維の束２４Ｋ）を用いた（ＰＡＮ系炭素繊維（東レ株式会社製のトレカ（登録商標）Ｔ７００ＳＣ））。
【０１３４】
まず、この炭素繊維の束を１１０本、製紐機に設置し、全ての強化繊維の束が斜向方向に配向した状態で強化繊維の束同志が交絡しながら立体形状に編成された中実の三次元繊維構造体を製造した。
【０１３５】
次に、三次元繊維構造体に以下に示す反応型の熱可塑性エポキシ樹脂溶液をディッピングにより付与した。
【０１３６】
［熱可塑性エポキシ樹脂溶液（粘度：８０ｍＰａ・ｓ）］
・熱可塑性エポキシ樹脂（ＤＥＮＡＴＩＴＥ  ＸＮＲ６８５０Ｖ、固形分８５質量％、ナガセケムテックス株式会社製）                                      １００部
・硬化剤（ＤＥＮＡＴＩＴＥ  ＸＮＨ６８５０Ｖ、固形分３０質量％、ナガセケムテックス株式会社製）                                                    ６．５部
・メチルエチルケトン（ＭＥＫ）                                      １０部
【０１３７】
引き続き、熱可塑性エポキシ樹脂溶液を付与した三次元繊維構造体をダイスに通過させて形状を整えて６０℃で２０分間乾燥し、その後、さらに、ダイスに通しながら１５０℃で２０分間熱処理を行うことで反応型の熱可塑性エポキシ樹脂を反応させて高分子化し、三次元繊維構造体に反応型の熱可塑性エポキシ樹脂が付与された、断面形状が直径約１５ｍｍのほぼ円形の棒状の繊維強化樹脂材Ａを得た。熱可塑性エポキシ樹脂のガラス転移点は１００℃であった。得られた繊維強化樹脂材ＡのＶｆ値は５０％であった。
【０１３８】
棒状の繊維強化樹脂材Ａのカットした切断面を、電子顕微鏡を用いて１００倍で観察したところ、炭素繊維の束の中央部にまで熱可塑性エポキシ樹脂が入り込んでいた。
【０１３９】
なお、本実施例で用いた熱可塑性エポキシ樹脂溶液の粘度は、Ｂ型粘度計（ＴＶＢ−１５形粘度計：東機産業株式会社製）を用いて、ロータＮｏ．２０、１２ｒｐｍ、室温で測定したものである。
【０１４０】
次に、棒状の繊維強化樹脂材ＡをＭ１２のネジ用の金型の中に入れ、真空プレス機を用いて、２００℃、２０ＭＰａで５分間の加熱及び加圧を行った。
【０１４１】
その後、金型の型枠から滲み出した熱可塑性エポキシ樹脂を除去することで、ネジ状成形体（ボルト）を得た。
【０１４２】
このようにして得られたネジ状成形体の外観品位は良好であり、このネジ状成形体の断面を電子顕微鏡を用いて１００倍で観察したところ、ネジ山部には炭素繊維が存在しており、また、ネジ状成形体の内部に空間は確認されずに熱可塑性エポキシ樹脂で埋め尽くされていることが分かった。また、得られたネジ状成形体のＶｆ値は５０％であった。また、得られたネジ状成形体の引張強さを測定したところ、４００ＭＰａであった。
【０１４３】
（実施例２）
実施例２では、強化繊維の束として、１方向に配列した炭素繊維の単繊維を６００００本束ねたもの（６０Ｋ）を用いた（ＰＡＮ系炭素繊維：三菱ケミカル株式会社製のパイロフィル（登録商標）ＴＲＨ５０  ６０Ｍ）。
【０１４４】
この炭素繊維の束を巻いたドラムからそのまま炭素繊維の束を引き出しながら、炭素繊維の束の片面にキスロールを用いて、以下に示す熱可塑性エポキシ樹脂溶液を付与した。なお、ドラムから引き出したときの炭素繊維の束の断面形状は、偏平な形状であった。
【０１４５】
［熱可塑性エポキシ樹脂溶液（粘度：１５ｍＰａ・ｓ以下（装置の測定限界値以下））］
・熱可塑性エポキシ樹脂（反応型樹脂：ＤＥＮＡＴＩＴＥ  ＸＮＲ６８５０Ｖ：ナガセケムテックス株式会社製）                                            １００部
・硬化剤（ＤＥＮＡＴＩＴＥ  ＸＮＨ６８５０Ｖ：ナガセケムテックス株式会社製）
６．５部
・メチルエチルケトン（ＭＥＫ）                                      ５０部
【０１４６】
次に、熱可塑性エポキシ樹脂溶液を付与した炭素繊維の束を４本のロールに接触（炭素繊維の束の上面及び下面を交互にそれぞれ２回ずつ接触）させることにより炭素繊維の束をシゴいた後、ダイスに通過させ、６０℃で２０分間乾燥し、引き続き１５０℃で２０分間熱処理を行うことで反応型の熱可塑性エポキシ樹脂を反応させて高分子化し、一方向に配列された強化繊維の束に反応型の熱可塑性エポキシ樹脂が付与された、断面形状が幅約５ｍｍの扁平で長尺の繊維強化樹脂材を得た。熱可塑性エポキシ樹脂のガラス転移点は１００℃であった。
【０１４７】
次に、得られた長尺の繊維強化樹脂材を、炭素繊維の軸方向に対しほぼ垂直に４０〜５０ｍｍの長さとなるようにカットし、断面が扁平な短冊状の繊維強化樹脂材を得た。このようにして得られた繊維強化樹脂材のＶｆ値は５０％であった。なお、得られた繊維強化樹脂材中の炭素繊維の長さは、用いた炭素繊維が長繊維であるので繊維強化樹脂材の長さと同じで、４０〜５０ｍｍである。
【０１４８】
短冊状の繊維強化樹脂材のカットした切断面を、電子顕微鏡を用いて１００倍で観察したところ、炭素繊維の束の中央部にまで熱可塑性エポキシ樹脂が入り込んでいることが分かった。
【０１４９】
なお、本実施例で用いた熱可塑性エポキシ樹脂溶液の粘度は、Ｂ型粘度計（ＴＶＢ−１５形粘度計：東機産業株式会社製）を用いて、ロータＮｏ．２０、１２ｒｐｍ、室温で測定したものである。
【０１５０】
次に、得られた短冊状の繊維強化樹脂材を複数枚、Ｍ１２のネジ用の金型の中に繊維強化樹脂材の長さ方向がネジの長さ方向に配向しつつ、ランダムに積層し、真空プレス機を用いて、２００℃、２０ＭＰａで５分間の加熱及び加圧を行った。
【０１５１】
その後、金型の型枠から滲み出した熱可塑性エポキシ樹脂を除去することで、短冊状の繊維強化樹脂材（炭素繊維の束）が積層された（各炭素繊維の束の繊維軸方向がネジ状成形体の長さ方向に対して、おおよそ配向しながら、わずかに傾斜・蛇行して、相互に折り重なった）ネジ状成形体（ボルト）を得た。
【０１５２】
このようにして得られたネジ状成形体の外観品位は良好であり、このネジ状成形体の断面を電子顕微鏡を用いて１００倍で観察したところ、ネジ山部には炭素繊維が存在しており、また、ネジ状成形体の内部に空間は確認されずに熱可塑性エポキシ樹脂で埋め尽くされていることが分かった。また、得られたネジ状成形体のＶｆ値は５５％であった。また、得られたネジ状成形体の引張強さを測定したところ、２００ＭＰａであった。
【０１５３】
（実施例３）
実施例３では、強化繊維の束として、１方向に配列した炭素繊維の単繊維を２４０００本束ねたもの（２４Ｋ）を用いた（ＰＡＮ系炭素繊維：東レ株式会社製のトレカ（登録商標）Ｔ７００  ＳＣ）。
【０１５４】
この炭素繊維の束を巻いたドラムから開繊処理を行わずにそのまま炭素繊維の束を引き出しながら、炭素繊維の束の片面にキスロールを用いて、以下に示す熱可塑性エポキシ樹脂溶液を付与した。なお、ドラムから引き出したときの炭素繊維の束の断面形状は、偏平な形状であった。
【０１５５】
［熱可塑性エポキシ樹脂溶液（粘度：４５０ｍＰａ・ｓ）］
・熱可塑性エポキシ樹脂（反応型樹脂：ＤＥＮＡＴＩＴＥ  ＸＮＲ６８５０Ｖ：ナガセケムテックス株式会社製）                                            １００部
・硬化剤（ＤＥＮＡＴＩＴＥ  ＸＮＨ６８５０Ｖ：ナガセケムテックス株式会社製）
６．５部
【０１５６】
次に、熱可塑性エポキシ樹脂溶液を付与した炭素繊維の束を４本のロールに接触（炭素繊維の束の上面及び下面を交互にそれぞれ２回ずつ接触）させることにより炭素繊維の束をシゴいた後、ダイスに通過させ形状を整え、６０℃で２０分間乾燥し、引き続き１５０℃で２０分間熱処理し反応型の熱可塑性エポキシ樹脂を反応させて高分子化後、ダイスに通過させ形状を整えることで、一方向に配列された強化繊維の束に反応型の熱可塑性エポキシ樹脂が付与された、断面形状が直径約２〜３ｍｍのほぼ円形の棒状の繊維強化樹脂材を得た。熱可塑性エポキシ樹脂のガラス転移点は１００℃であった。
【０１５７】
次に、得られた棒状の繊維強化樹脂材を、炭素繊維の軸方向に対しほぼ垂直に５ｍｍの長さとなるようにカットし、断面形状がほぼ円形である短冊状（棒状）の繊維強化樹脂材を得た。このようにして得られた繊維強化樹脂材のＶｆ値は３０％であった。なお、得られた繊維強化樹脂材中の炭素繊維の長さは、用いた炭素繊維が長繊維であるので繊維強化樹脂材の長さと同じで、５ｍｍである。
【０１５８】
短冊状（棒状）の繊維強化樹脂材のカットした切断面を、電子顕微鏡を用い１００倍で観察したところ、炭素繊維の束の中央部にまで樹脂が入り込んでいることが分かった。
【０１５９】
なお、本実施例で用いた熱可塑性エポキシ樹脂溶液の粘度は、Ｂ型粘度計（ＴＶＢ−１５形粘度計：東機産業株式会社製）を用いて、ロータＮｏ．２０、１２ｒｐｍ、室温で測定したものである。
【０１６０】
次に、得られた短冊状（棒状）の繊維強化樹脂材を射出成形機に投入し、１２０℃から２５０℃に加熱しながら溶融させ、溶融した樹脂を金型内に射出することで、ネジ状成形体として木ネジを得た。図１は、実施例３のネジ状成形体（木ネジ）の写真であり、射出成形後に金型から射出成形品を取り出したときの状態を示している。なお、図１では、木ネジが二つ繋がった状態を示している。
【０１６１】
このようにして得られたネジ状成形体の外観品位は良好であり、このネジ状成形体の断面を電子顕微鏡を用いて１００倍で観察したところ、ネジ山部には炭素繊維が存在しており、また、ネジ状成形体の内部に空間は確認されずに熱可塑性エポキシ樹脂で埋め尽くされていることが分かった。また、得られたネジ状成形体のＶｆ値は３０％であった。また、得られたネジ状成形体の引張強さを測定したところ、１００ＭＰａであった。
【０１６２】
（実施例４）
実施例４では、棒状の繊維強化樹脂材を製造した。
【０１６３】
まず、２４Ｋの炭素繊維束（ＰＡＮ系炭素繊維。東レ株式会社製。Ｔ７００ＳＣ。）を３本束ね、Ｓ方向に３０回／ｍ撚りをかけたものを炭素繊維の束として用い、当該炭素繊維の束の外周をガラス繊維を用い、製紐機（２４打機）を用いて、８打ちの石目打にて、炭素繊維の束の周りの全面を組紐状にガラス繊維で被覆した。
【０１６４】
次に、ガラス繊維で被覆した炭素繊維の束に以下に示す熱可塑性エポキシ樹脂溶液をディッピングにより付与した。
【０１６５】
［熱可塑性エポキシ樹脂溶液（粘度：８０ｍＰａ・ｓ以下）］
・熱可塑性エポキシ樹脂（反応型樹脂：ＤＥＮＡＴＩＴＥ  ＸＮＲ６８５０Ｖ：ナガセケムテックス株式会社製）                                            １００部
・硬化剤（ＤＥＮＡＴＩＴＥ  ＸＮＨ６８５０Ｖ：ナガセケムテックス株式会社製）
６．５部
・メチルエチルケトン（ＭＥＫ）                                      １０部
【０１６６】
引き続き、熱可塑性エポキシ樹脂溶液が付与されたガラス繊維で被覆した炭素繊維の束をダイスに通過させて形状を整えて６０℃で２０分間乾燥し、その後、さらに、ダイスに通しながら１５０℃で２０分間熱処理を行い反応型の熱可塑性エポキシ樹脂を反応させて高分子化し、炭素繊維の束に反応型の熱可塑性エポキシ樹脂が付与された、断面形状が直径約３ｍｍ（ノギスで測定）のほぼ円形の繊維強化樹脂材を得た。熱可塑性エポキシ樹脂のガラス転移点は１００℃であった。得られた繊維強化樹脂材のＶｆ値は５０％であった。
【０１６７】
繊維強化樹脂材のカットした切断面を、電子顕微鏡を用いて１００倍で観察したところ、炭素繊維の束の中央部にまで熱可塑性エポキシ樹脂が入り込んでいた。
【０１６８】
なお、本実施例で用いた熱可塑性エポキシ樹脂溶液の粘度は、Ｂ型粘度計（ＴＶＢ−１５形粘度計：東機産業株式会社製）を用いて、ロータＮｏ．２０、１２ｒｐｍ、室温で測定したものである。
【０１６９】
次に、得られた繊維強化樹脂材３本を１２０℃に加熱しながら撚りあわせてストランド構造体とした。
【０１７０】
次に、長さ２０ｃｍの１２Ｍ規格の寸切ボルトを製造するためのインサート成形・射出成型機用の型に、得られたストランド構造体の繊維強化樹脂材を長さ２５ｃｍに切断したものを挿入し、次に、実施例３で用いた短冊状（棒状）の繊維強化樹脂材（Ｖｆ値は３０％）を射出成形機に投入し、１２０℃から２５０℃に加熱しながら溶融させ、溶融した樹脂を型内に射出し、冷却後、型から取り出し、不要部分を除去することで、長さ２０ｃｍ、Ｍ１２の寸切りボルトを得た。
【０１７１】
このようにして得られたネジ状成形体（寸切りボルト）の外観品位は良好であり、このネジ状成形体の断面を電子顕微鏡を用いて１００倍で観察したところ、ネジ山部には炭素繊維が存在しており、また、ネジ状成形体の内部に空間は確認されずに、長さ方向に配向した棒状（ストランド構造）の繊維強化樹脂材と短冊状（棒状）の繊維強化樹脂に由来すると想定される強化繊維と熱可塑性エポキシ樹脂で埋め尽くされていることが分かった。また、得られたネジ状成形体の引張強さを測定したところ、１３０ＭＰａであった。
【０１７２】
なお、実施例１、２、３、４のネジ状成形体は、いずれも引張り強さを測定した際には、ネジ山部が切断されずに、ボルト本体部または木ネジ軸部が破断するものであり、ネジ山部が十分な強度を有していることが確認された。
【０１７３】
（まとめ）
以上、本実施の形態に係るネジ状成形体は、軽くて錆が発生せず、結露が発生しにくく、磁性が帯びにくく、水や湿気等に対する形態の安定性に優れていて弛みが発生しにくく、しかも、強度が強く、耐久性にも優れている。
【０１７４】
これにより、例えば本実施の形態に係るネジ状成形体を木造建築物等の木材の接合をする際のネジやボルト等の締結部材として用いることで、木材への重量的な負担が軽くすることができ、また、結露がしにくいため結露を抑えて木材の腐食を抑制することができる。さらに、長期間にわたって弛むことなく木材の接合を維持することができる。
【０１７５】
また、本実施の形態に係るネジ状成形体を、建築・土木分野、輸送機または工作機器等で用いられる鋼材等の金属材を接合する際のネジやボルト等の締結部材として用いることで、塩害や結露による錆の発生を抑えることができ、また、長期にわたって弛むことなく金属材の接合を維持することができる。
【０１７６】
また、本実施の形態に係るネジ状成形体を、車や列車、飛行機等の輸送機または工場の工作機器等に用いられる繊維強化樹脂部材を接合する際のネジやボルト等の締結部材として用いることで、錆の発生を抑え、軽くて耐久性に優れた繊維強化樹脂部材の接合構造を実現できる。また、長期にわたって弛むことなく繊維強化樹脂部材の接合を維持することができる。
【０１７７】
また、木材、金属材および繊維強化樹脂部材等について、素材が異なる部材同士の接合においても、本実施の形態に係るネジ状成形体を用いることにより、軽くて錆の発生を防ぎ、また、長期にわたって弛むことなく部材同士の接合を維持できる。
【０１７８】
また、本実施の形態に係るネジ状成形体は、磁性が帯びにくくいので、リニアモーターカー等の磁気を利用する分野においてもネジやボルト、ナット等の締結部材として用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１７９】
本発明に係るネジ状成形体は、軽くて錆が発生せず、結露が発生しにくく、磁性が帯びにくく、水や湿気等に対する形態の安定性に優れていて弛みが発生しにくく、しかも、強度が強く、耐久性にも優れているため、木材の接合または金属材の接合をはじめとして、あらゆる部材の接合に適している。
【図１】
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