(57)【要約】      （修正有）【課題】繊維長の長い強化繊維を含む上、ベース樹脂と強化繊維とが強固に密着され、高強度でかつ高剛性で、しかも耐摩耗性や耐疲労特性等にも優れた樹脂成形体を製造できる射出成形機と、それを用いた樹脂成形体の製造方法とを提供する。【解決手段】射出成形機１は、シリンダ３の基端側にベース樹脂２が供給される樹脂供給部５、樹脂供給部より下流側に、ロービング１４が連続的に供給される繊維供給部１５、樹脂供給部より下流側で繊維供給部より上流側、または同位置に、添加剤２０として相溶化剤および／または反応性化合物が供給される添加剤供給部１５、１８、１９を含む。樹脂成形体７の製造方法は、上記射出成形機１のシリンダ３内で可塑化させたベース樹脂１中に、添加剤とロービングとを供給して繊維強化樹脂１６を調製する工程と、調製した繊維強化樹脂を金型８内に充填する工程とを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース樹脂を、一方向に搬送しながら可塑化させるシリンダを含み、
前記シリンダは、
基端側に、前記ベース樹脂が供給される樹脂供給部、
前記樹脂供給部より前記ベース樹脂の搬送方向の下流側に、強化繊維を集束剤によって集束させた長尺のロービングが連続的に供給される繊維供給部、
前記樹脂供給部より前記搬送方向の下流側で、かつ前記繊維供給部より上流側、または前記繊維供給部と同位置に、
・  前記ベース樹脂と前記集束剤とを相溶化させる相溶化剤、および
・  前記ベース樹脂、ならびに前記強化繊維の表面と化学結合可能な官能基を有する反応性化合物、
からなる群より選ばれた少なくとも１種の添加剤が供給される添加剤供給部、
を含む射出成形機。
【請求項２】
前記繊維供給部は、前記添加剤供給部を兼ねている請求項１に記載の射出成形機。
【請求項３】
前記添加剤供給部は、前記添加剤を冷却しながら前記シリンダ内に供給する冷却部を含む請求項１または２に記載の射出成形機。
【請求項４】
前記相溶化剤は、分子中に、前記ベース樹脂と類似した構造を有するブロックと、前記集束剤と類似した構造を有するブロックとを含むポリマである請求項１ないし３のいずれか１項に記載の射出成形機。
【請求項５】
前記ベース樹脂はポリアミド樹脂、前記強化繊維は、表面にアミノ基が導入された強化繊維であり、前記反応性化合物は、前記ポリアミド樹脂の末端のアミノ基、および前記強化繊維の表面のアミノ基と反応する官能基を有するポリマである請求項１ないし４のいずれか１項に記載の射出成形機。
【請求項６】
ベース樹脂と強化繊維とを含む繊維強化樹脂からなる樹脂成形体の製造方法であって、
前記請求項１ないし５のいずれか１項に記載の射出成形機の前記シリンダ内に、前記樹脂供給部から前記ベース樹脂を供給し、供給された前記ベース樹脂を、前記シリンダ内で、前記搬送方向に搬送しながら可塑化させるとともに、前記相溶化剤、および前記反応性化合物からなる群より選ばれた少なくとも１種の前記添加剤を、前記添加剤供給部から、前記シリンダ内の前記ベース樹脂中に供給し、かつ長尺の前記ロービングを、前記繊維供給部から、前記シリンダ内の前記ベース樹脂中に、長尺のまま連続的に供給して前記繊維強化樹脂を調製する工程、および
調製した前記繊維強化樹脂を、前記シリンダの、前記搬送方向の下流側に接続された金型の型内空間に充填して、前記樹脂成形体を成形する工程、
を含む樹脂成形体の製造方法。
【請求項７】
前記相溶化剤は、分子中に、前記ベース樹脂と類似した構造を有するブロックと、前記集束剤と類似した構造を有するブロックとを含むポリマである請求項６に記載の樹脂成形体の製造方法。
【請求項８】
前記ベース樹脂はポリアミド樹脂、前記強化繊維は、表面にアミノ基が導入された強化繊維であり、前記反応性化合物は、前記ポリアミド樹脂の末端のアミノ基、および前記強化繊維の表面のアミノ基と反応する官能基を有するポリマである請求項６または７に記載の樹脂成形体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維強化樹脂からなる樹脂成形体の製造に用いる射出成形機と、それを用いた樹脂成形体の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車の構造部品などとしては、自動車の軽量化や静粛性の向上等を目的として、樹脂成形体が多用される。とくに、強度や剛性が求められる部品は、ベース樹脂中に、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維等の強化繊維を含有させた繊維強化樹脂からなる樹脂成形体によって形成されるのが一般的である。これらの部品としては、たとえば、歯車、ローラ部品、軸受の保持器、電動パワーステアリング装置のハウジング、電動オイルポンプのハウジングなどが挙げられる。
【０００３】
繊維強化樹脂としては、たとえば、ベース樹脂に短繊維状の強化繊維を配合し、二軸混練機のニーディングディスク等を用いて、高温、高圧下で混練した短繊維コンパウンドを用いるのが一般的である。
しかし近年の、自動車用機器類の小型化、高出力化の要求に伴って、上述した各種の部品についても、より一層の高強度化、高剛性化、および耐摩耗性や耐疲労特性の向上等が求められつつある。
【０００４】
繊維強化樹脂からなる樹脂成形体の場合、これらの要求に対応するためには、樹脂成形体中に含まれる強化繊維の繊維長を長くするのが有効であることが知られている。そのため、樹脂成形体中に含まれる強化繊維の繊維長を長くするべく、樹脂成形体の製造方法について、種々検討されている。
たとえば、特許文献１では、射出成形機のシリンダ内を搬送途中のベース樹脂に、長尺のロービングを、長尺のまま連続的に供給して調製した繊維強化樹脂を、シリンダの先端部にノズルを介して接続された金型の型内空間に充填して、樹脂成形体を製造している。
【０００５】
詳しくは、まずベース樹脂を、シリンダの基端側に設けた樹脂供給部から、当該シリンダ内に供給する。そうすると、供給されたベース樹脂は、シリンダ内で、当該シリンダ内に回転可能に挿通されたスクリューの回転に伴って、先端部へ向かう搬送方向に搬送されながら加熱されて可塑化される。
それとともに長尺のロービングを、シリンダの途中に設けた繊維供給部から、当該シリンダ内に連続的に供給する。そうすると、供給されたロービングは、スクリューの回転によるベース樹脂の搬送に伴ってシリンダ内に連続的に引き込まれて、ベース樹脂と連続的に混練され、それによって繊維強化樹脂が調製される。
【０００６】
調製された繊維強化樹脂は、シリンダの先端に、ノズルを介して接続された金型の型内空間に充填されて、樹脂成形体が製造される。
上記の製造方法によれば、射出成形時の混練によって切断されて短くはなるものの、樹脂成形体中に含まれる強化繊維の繊維長を、短繊維コンパウンドを用いた場合に比べて長くすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１４−１６６７１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところが、発明者の検討によれば、上記特許文献１に記載の製造方法〔Direct Fiber Feeding Injection Molding (DＦIM)、以下「ダイレクトロービング法」と記載する場合がある。〕では、強化繊維の繊維長を長くすることによる効果が十分に得られない場合がある。
すなわち、強化繊維の繊維長を長くしているにも拘らず、短繊維コンパウンドからなるものと比べて、樹脂成形体を十分に高強度化、高剛性化したり、耐摩耗性や耐疲労特性等を十分に向上したりできない場合がある。
【０００９】
従来の、短繊維コンパウンドの調製時には、前述したように、ベース樹脂と短繊維状の強化繊維とが、二軸混練機のニーディングディスク等を用いて、高温、高圧下で十分に混練される。また射出成形時にも、射出成形機のシリンダの全長に亘って短繊維コンパウンドが混練され、加熱される。つまり短繊維コンパウンドには、調製から成形までの間に、十分なせん断力と熱量が付与される。
【００１０】
したがって、上記せん断力と熱量とによって、ベース樹脂と短繊維の強化繊維とを強固に密着させることができる。
これに対し、特許文献１に記載の製造方法では、射出成形機のシリンダの途中からロービングを供給したあと短時間で、金型内に充填して樹脂成形体を製造しているため、混練時のせん断力や熱量が不足する傾向がある。
【００１１】
そのため、ベース樹脂と強化繊維とを強固に密着させることができず、結果として、強化繊維の繊維長を長くしているにも拘らず、樹脂成形体を、十分に高強度化、高剛性化したり、耐摩耗性や耐疲労特性等を十分に向上したりできない場合がある。
本発明の目的は、繊維長の長い強化繊維を含む上、ベース樹脂と強化繊維とが強固に密着されており、現状に比べて高強度でかつ高剛性で、しかも耐摩耗性や耐疲労特性等にも優れた樹脂成形体を製造することができる射出成形機と、それを用いた樹脂成形体の製造方法とを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、ベース樹脂（２）を、一方向に搬送しながら可塑化させるシリンダ（３）を含み、前記シリンダは、基端側に、前記ベース樹脂が供給される樹脂供給部（５）、前記樹脂供給部より前記ベース樹脂の搬送方向（Ｆ）の下流側に、強化繊維（２２）を集束剤（２３）によって集束させた長尺のロービング（１４）が連続的に供給される繊維供給部（１５）、前記樹脂供給部より前記搬送方向の下流側で、かつ前記繊維供給部より上流側、または前記繊維供給部と同位置に、
・  前記ベース樹脂と前記集束剤とを相溶化させる相溶化剤、および
・  前記ベース樹脂、および前記強化繊維の表面と化学結合可能な官能基を有する反応性化合物、
からなる群より選ばれた少なくとも１種の添加剤（２０）が供給される添加剤供給部（１５）（１８）（１９）を含む射出成形機（１）である（請求項１）。
【００１３】
上記の構成によれば、樹脂供給部から供給され、シリンダ内を一方向に搬送されるベース樹脂中に、上記ベース樹脂の搬送方向の下流側に設けた繊維供給部から、長尺のロービングが、長尺のまま連続的に供給されて繊維強化樹脂が調製される。
そのため、調製された繊維強化樹脂を用いて成形した樹脂成形体中に含まれる強化繊維の繊維長を、長くすることができる。
【００１４】
しかも上記の構成によれば、樹脂供給部より下流側で、かつ繊維供給部より上流側または同位置に設けた添加剤供給部から、添加剤として供給される、相溶化剤および／または反応性化合物の機能によって、たとえ混練時のせん断力や熱量が不足しても、ベース樹脂と強化繊維とをより強固に密着させることもできる。
たとえば、相溶化剤は、ベース樹脂と、ロービング中で強化繊維を集束している集束剤とを相溶化して、ロービングを、ベース樹脂中で、個々の強化繊維に良好に解繊させて、当該ベース樹脂中に良好に分散させるために機能する。
【００１５】
しかし相溶化剤は、樹脂供給部から、ベース樹脂と同時に、たとえば、ベース樹脂とコンパウンド化、あるいはペレット化した状態でシリンダ内に供給されると、繊維供給部からロービングが供給される前に、ベース樹脂の可塑化の進行に伴って、当該ベース樹脂中に広く薄く希釈化されてしまう場合がある。そして、その場合には、相溶化剤による、ロービングを、個々の強化繊維に良好に解繊させて、ベース樹脂中に均一に分散させる機能が十分に得られないことがある。
【００１６】
これに対し、相溶化剤が、繊維供給部からロービングが供給される直前または同時に、上記所定の位置に設けた添加剤供給部から供給される場合には、当該相溶化剤を、より高濃度の状態で、ベース樹脂およびロービングと接触させることができるため、上述した相溶化剤の機能を良好に発現させることができる。すなわち、相溶化剤の機能によって、繊維供給部から供給されたロービングを、個々の強化繊維に良好に解繊させて、ベース樹脂中に均一に分散させることができる。
【００１７】
そのため、たとえその後の混練時のせん断力や熱量が不足しても、かかる短時間の混練で、ベース樹脂と強化繊維とを強固に密着させることができる。そして、繊維長の長い強化繊維を含む上、ベース樹脂と強化繊維とが強固に密着されており、現状に比べて高強度でかつ高剛性で、しかも耐摩耗性や耐疲労特性等にも優れた樹脂成形体を製造することができる。
【００１８】
また反応性化合物は、ベース樹脂、ならびに前記強化繊維の表面と化学結合して、ベース樹脂中に分散させた強化繊維と、ベース樹脂とを強固に密着させるために機能する。
しかし反応性化合物は、樹脂供給部から、ベース樹脂と同時に、たとえば、ベース樹脂とともにコンパウンド化、あるいはペレット化した状態で、未だ強化繊維が供給される前のシリンダ内に供給されると、ベース樹脂のみと反応して、当該ベース樹脂を高分子量化し、その溶融粘度を上昇させることがある。そして、その場合には、やはりロービングを、個々の強化繊維に良好に解繊させて、ベース樹脂中に均一に分散させることができない場合がある。
【００１９】
これに対し、反応性化合物が、繊維供給部からロービングが供給される直前または同時に、上記所定の位置に設けた添加剤供給部から供給される場合には、反応性化合物との反応によるベース樹脂の溶融粘度の上昇を抑制することができる。そして、ベース樹脂を低粘度の状態に維持して、繊維供給部から供給されたロービングを、個々の強化繊維に良好に解繊させて、ベース樹脂中に均一に分散させた状態で、反応性化合物の機能によって、解繊された強化繊維とベース樹脂とを良好に反応させて、強固に密着させることができる。
【００２０】
また、強化繊維が十分に分散された状態で、ベース樹脂同士を、反応性化合物を介して、あるいは直接に反応させて高分子量化させることもできる。
そのため、やはり繊維長の長い強化繊維を含む上、ベース樹脂と強化繊維とが強固に密着されており、現状に比べて高強度でかつ高剛性で、しかも耐摩耗性や耐疲労特性等にも優れた樹脂成形体を製造することができる。
【００２１】
前記繊維供給部（１５）は、前記添加剤供給部を兼ねているのが好ましい（請求項２）。
この構成によれば、シリンダに設ける、それぞれの供給部の開口の数を少なくして、シリンダ内を搬送途中のベース樹脂が外部に漏出する、いわゆるベントアップが生じるのを抑制することができる。
【００２２】
前記添加剤供給部（１５）（１８）（１９）は、前記添加剤（２０）を冷却しながら前記シリンダ（３）内に供給する冷却部（２１）を含んでいるのが好ましい（請求項３）。
この構成によれば、通常は低融点である相溶化剤や反応性化合物が、添加剤供給部からシリンダ内に供給される際に、当該シリンダ内の熱によって凝集したり溶着したりするのを抑制して、定量的かつ安定的に、シリンダ内に供給することができる。
【００２３】
前記相溶化剤としては、分子中に、前記ベース樹脂（２）と類似した構造を有するブロックと、前記集束剤（２３）と類似した構造を有するブロックとを含むポリマが好ましい（請求項４、７）。
また、前記ベース樹脂（２）がポリアミド樹脂、前記強化繊維（２２）が、表面にアミノ基が導入された強化繊維である場合、前記反応性化合物としては、前記ポリアミド樹脂の末端のアミノ基、および前記強化繊維の表面のアミノ基と反応する官能基を有するポリマが好ましい（請求項５、８）。
【００２４】
本発明は、ベース樹脂（２）と強化繊維（２２）とを含む繊維強化樹脂（１６）からなる樹脂成形体（７）の製造方法であって、前記本発明の射出成形機（１）の前記シリンダ（３）内に、前記樹脂供給部（５）から前記ベース樹脂を供給し、供給された前記ベース樹脂を、前記シリンダ内で、前記搬送方向（Ｆ）に搬送しながら可塑化させるとともに、前記相溶化剤、および前記反応性化合物からなる群より選ばれた少なくとも１種の前記添加剤（２０）を、前記添加剤供給部（１５）（１８）（１９）（２１）から、前記シリンダ内の前記ベース樹脂中に供給し、かつ長尺の前記ロービング（１４）を、前記繊維供給部（１５）から、前記シリンダ内の前記ベース樹脂中に、長尺のまま連続的に供給して前記繊維強化樹脂を調製する工程、および調製した前記繊維強化樹脂を、前記シリンダの、前記搬送方向の下流側に接続された金型（８）の型内空間に充填して、前記樹脂成形体を成形する工程を含む樹脂成形体の製造方法である（請求項６）。
【００２５】
この構成によれば、前述した射出成形機を用いることによる効果に基づいて、繊維長の長い強化繊維を含む上、ベース樹脂と強化繊維とが強固に密着されており、現状に比べて高強度でかつ高剛性で、しかも耐摩耗性や耐疲労特性等にも優れた樹脂成形体を製造することができる。
なお、この項において、カッコ内の数字等は、後述する実施形態における対応構成要素の参照符号を表すものであるが、これらの参照符号によって特許請求の範囲を限定する趣旨ではない。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の射出成形機の、実施の形態の一例の概略を説明する断面図である。
【図２】図(a)〜図(c)は、ベース樹脂中における、ロービングからの強化繊維の解繊、および分散のメカニズムの概略を説明する断面図である。
【図３】本発明の実施例、比較例で製造した樹脂成形体の、引張強さを測定した結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
〈射出成形機〉
図１は、本発明の射出成形機１の、実施の形態の一例の概略を説明する断面図である。
図１を参照して、射出成形機１は、ベース樹脂２を、図中に白抜きの矢印で示す搬送方向Ｆに搬送しながら加熱して可塑化させるシリンダ３を含んでいる。シリンダ３は、筒状に形成されている。
【００２８】
シリンダ３の、搬送方向Ｆの上流側（図では右側）の基端付近には、たとえば、ペレット状とされたベース樹脂２を収容するホッパ４が、樹脂供給装置５を介して接続されている。樹脂供給装置５は、ホッパ４に収容されるベース樹脂２を、たとえば、あらかじめ設定された供給量で、シリンダ３に供給する樹脂供給部の一例である。
シリンダ３の、搬送方向Ｆの下流側（図では左側）の先端部にはノズル６が接続され、当該ノズル６を介して、製造する樹脂成形体７の形状に対応した金型８が接続されている。ノズル６は、図に示すように少なくとも射出成形時には、金型８のスプルーに接続される。
【００２９】
シリンダ３の外周には、シリンダ３内を搬送されるベース樹脂２を加熱して可塑化させるための筒状のヒータ９が、ベース樹脂２の搬送方向Ｆに沿って複数個、シリンダ３の外周を囲むように設けられている。複数のヒータ９は、たとえば、一括して温度調整してもよいし、それぞれ個別に温度調整してもよい。
シリンダ３内には、シリンダ３内でベース樹脂２を混練しながら、上記搬送方向Ｆに搬送するためのスクリュー１０が設けられている。スクリュー１０は、シリンダ３の略全長に亘る回転軸１１と、回転軸１１の外周面から外方に突設された、らせん状のフライト１２とを含んでいる。回転軸１１とフライト１２とは、たとえば、一体に形成されている。
【００３０】
スクリュー１０は、回転軸１１の中心軸を、シリンダ３の軸線Ｘと一致させて、シリンダ３内に、上記軸線Ｘを中心として回転可能に挿通されている。
回転軸１１は、ベース樹脂２の搬送方向Ｆの略全長に亘って、シリンダ３の内周面より小径とされている。
フライト１２の、径方向の外縁は、軸線Ｘと直交する平面への投影形状が、軸線Ｘを中心とする円形とされ、フライト１２の円形は、回転軸１１と同心状に配設されている。
【００３１】
またフライト１２の円形の外径は、シリンダ３の内周面の内径より僅かに小径とされている。そのため、回転軸１１の中心軸を、シリンダ３の軸線Ｘと一致させた図の配設状態において、フライト１２の、径方向の外縁は、シリンダ３の内周面と、その全周に亘って、所定のクリアランスを隔てて対峙している。
またスクリュー１０の外周には、回転軸１１の外周面とフライト１２との間に、シリンダ３の内周面との間でベース樹脂２を収容し、搬送するためのらせん状の凹溝１３が構成されている。
【００３２】
ベース樹脂２は、ホッパ４から、樹脂供給装置５を介して凹溝１３内に供給される。
スクリュー１０は、図示しない回転機構により、図中に実線の矢印で示すように一方向に回転される。そうすると、ホッパ４から凹溝１３内に供給されたベース樹脂２は、スクリュー１０の回転に伴って、フライト１２からせん断力を受けて混練されながら、白抜きの矢印で示す搬送方向Ｆに搬送されるとともに、ヒータ９からの熱によって加熱されて、徐々に可塑化される。
【００３３】
シリンダ３の、ベース樹脂２の搬送方向Ｆの途中には、その内外を繋いで、長尺のロービング１４をシリンダ３内に連続的に供給するための繊維供給部としての繊維供給口１５が設けられている。
シリンダ３内を搬送途中のベース樹脂２中に、上記繊維供給口１５を通して連続的に供給されたロービング１４は、スクリュー１０の回転に伴ってフライト１２からせん断力を受けて、ベース樹脂２と混練される。これにより、繊維供給口１５からノズル６に達するまでの間のシリンダ３内で、樹脂成形体７のもとになる繊維強化樹脂１６が調製される。
【００３４】
また繊維供給口１５には、添加剤２０としての相溶化剤および／または反応性化合物を収容するホッパ１７が、添加剤供給装置１８、および添加剤供給管（パイプ、ホース、チューブ等）１９を介して接続されている。
添加剤供給装置１８は、ホッパ１７に収容される添加剤２０を、図中に二点鎖線の矢印で示すように、添加剤供給管１９を通して、たとえば、あらかじめ設定された供給量で、繊維供給口１５からシリンダ３に供給する。
【００３５】
添加剤供給管１９は冷却ジャケット２１を備え、冷却ジャケット２１によって、添加剤供給管１９が、たとえば、添加剤としての相溶化剤や反応性化合物の融点以下に冷却される。これにより、上記相溶化剤や反応性化合物がシリンダ３内の熱によって凝集したり溶着したりするのを抑制して、定量的かつ安定的に、シリンダ３内に供給することができる。
【００３６】
添加剤供給装置１８、添加剤供給管１９、および冷却ジャケット２１は、繊維供給口１５とともに添加剤供給部の一例である。また冷却ジャケット２１は、冷却部の一例である。
繊維供給部である繊維供給口１５は、添加剤供給部をも兼ねている。また繊維供給口１５は、ベース樹脂２を加熱して可塑化させた際に発生するガスや水分等を除去するベント口としても機能する。
【００３７】
ただし、繊維供給口１５からは、シリンダ３内を搬送途中のベース樹脂２が漏出する、いわゆるベントアップが生じないことが肝要である。そのため、図１の例では、繊維供給口１５を、繊維供給部としてだけでなく添加剤供給部としても兼用して、シリンダ３に設けるそれぞれの供給部の開口の数を１つにして、ベントアップが生じるのを抑制している。
【００３８】
また、ベントアップの発生を抑制するためには、さらに、たとえば、下記のいずれか１種または２種以上の手段を併用してもよい。
・  ベース樹脂２の搬送速度が、繊維供給口１５の下流側において上流側より速くなる、および／またはベース樹脂２の搬送量が、繊維供給口１５の下流側において上流側より多くなるように、スクリュー１０の、回転軸１１の外径やフライト１２のピッチ等を設定する。
・  ヒータ９による加熱温度を、繊維供給口１５の上流側と下流側で異なる温度に設定する。
・  ホッパ４からのベース樹脂２の供給量を、樹脂供給装置５によって調整する。
・  その他、従来知られている、ベントアップの発生を抑制する手法を採用する。
【００３９】
また本発明では、繊維供給口１５から供給されるロービング１４中の強化繊維を、できるだけ長繊維の状態を維持しながら、樹脂成形体７中に含ませことも肝要である。そのためには、たとえば、下記のいずれか１種または２種以上の手段を採用するのが好ましい。
・  シリンダ３の内周面と、フライト１２の径方向の外縁とのクリアランスを調整する。
・  ノズル６のノズル径や、金型８のランナー径等を、通常よりも拡大する。
・  その他、従来知られている、樹脂成形体７中に含まれる強化繊維の繊維長を長くする手法を採用する。
【００４０】
これらの手段を採用することにより、図１の射出成形機１を用いて、繊維強化樹脂１６を調製する工程と、樹脂成形体７を成形する工程とを連続して実施することと相まって、樹脂成形体７中に含まれる強化繊維の繊維長を、たとえば、１ｍｍ程度、またはそれ以上と長くすることができる。
金型８は、図１の例では、樹脂成形体７の外観形状に対応した外型（キャビティ）８ａと、樹脂成形体７の内部形状に対応した内型（コア）８ｂとを含む。しかし、製造する樹脂成形体７の形状に応じて、金型８の形状や構造は、任意に設定することができる。
【００４１】
シリンダ３内で可塑化された繊維強化樹脂１６は、ノズル６を通して、金型８の、キャビティ８ａとコア８ｂとの間の型内空間に注入され、充填される。そして、型内空間の形状に対応した樹脂成形体７が成形される。
〈樹脂成形体の製造方法〉
上記射出成形機１と、金型８とを用いて、本発明の製造方法によって樹脂成形体７を製造するためには、まずホッパ４にベース樹脂２を供給する。また、長尺の連続したロービング１４を用意する。さらにホッパ１７には、添加剤２０として相溶化剤および／または反応性化合物を供給する。
【００４２】
ベース樹脂２としては、樹脂成形体７の形成材料である繊維強化樹脂１６を構成し得る、種々の樹脂が使用可能である。とくに、前述した強度や剛性、耐摩耗性等が求められる樹脂成形体７を形成するためのベース樹脂２としては、たとえば、ポリアミド（ＰＡ）やポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等が挙げられる。
ポリアミドの具体例としては、たとえば、ＰＡ６、ＰＡ６６、ＰＡ４６、ＰＡ１２、ＰＡ６１２、ＰＡ６１０、ＰＡ１１、ＰＡ４１０等の脂肪族ポリアミドや、ＰＡ６Ｔ、ＰＡ９Ｔ、ＰＡ１０Ｔ、ＰＡＭＸＤ６等の芳香族ポリアミド等が挙げられる。ベース樹脂２は、従来同様に、ペレット状等として供給すればよい。
【００４３】
ロービング１４を構成する強化繊維としては、たとえば、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維等が挙げられる。ロービング１４は、従来同様に、多数の強化繊維を集束剤によって集束して作製される。
すなわち、ロービング１４は、たとえば、液状の集束剤を、塗布ローラ等を用いて強化繊維に塗布し、高温乾燥させて集束したストランドを、さらに所定の本数、引き揃えて巻き取る等して作製することができる。
【００４４】
集束剤としては、たとえば、ウレタン系樹脂、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリエーテル系樹脂等が挙げられる。
また強化繊維は、集束剤を強固に密着させるため、あらかじめカップリング剤で処理した状態で、ロービング１４の作製に用いるのが好ましい。カップリング剤としては、たとえば、シランカップリング剤、チタネートカップリング剤等が挙げられる。また、シランカップリング剤としては、たとえば、アミノシランカップリング剤やウレイドシランカップリング剤等が挙げられる。
【００４５】
添加剤２０のうち相溶化剤としては、たとえば、分子中に、ベース樹脂と類似した構造を有するブロックと、集束剤と類似した構造を有するブロックとを含むポリマ等が挙げられる。たとえば、ベース樹脂がポリアミド樹脂、集束剤が上記いずれか１種の樹脂である場合、相溶化剤としては、分子中に、ポリアミド樹脂と類似した構造を有するブロックと、いずれかの集束剤と類似した構造を有するブロックとを含むブロックコポリマ等が用いられる。
【００４６】
またブロックコポリマとしては、ポリアミド樹脂と類似した構造を有するブロックの比率が高いものを用いるのが好ましい。ポリアミド樹脂と類似した構造を有するブロックの比率が高いブロックコポリマ程、後述する実施例の結果からも明らかなように、樹脂成形体の強度等を向上することができる。
反応性化合物としては、ベース樹脂、ならびに強化繊維の表面と化学結合可能な官能基を有する種々の反応性化合物が挙げられる。
【００４７】
たとえば、ベース樹脂がポリアミド樹脂であり、強化繊維が、アミノシランカップリング剤等で処理して表面にアミノ基（−ＮＨ２）が導入された強化繊維である場合、反応性化合物としては、ポリアミド樹脂の末端のアミノ基、および強化繊維の表面に導入されたアミノ基と反応する官能基を有するポリマが好ましい。
上記官能基としては、たとえば、カルボキシル基（−ＣＯＯＨ）等が挙げられる。また、反応性化合物のもとになるポリマとしては、たとえば、ベース樹脂との相溶性の良いポリマが挙げられる。
【００４８】
たとえば、ベース樹脂がポリアミド樹脂である場合、反応性化合物としては、ポリアミド樹脂と相溶性の良いポリオレフィンを主鎖とし、側鎖にカルボキシル基や、当該カルボキシル基を含むセグメント、たとえば、マレイン酸等の多価カルボン酸セグメント、無水マレイン酸等の無水カルボン酸セグメント等を導入した、いわゆる酸変性ポリオレフィン等が用いられる。
【００４９】
また、酸変性ポリオレフィンとしては、上記カルボキシル基をマスキング（ブロッキング）して反応性を抑制したものを用いるのが好ましい。当該酸変性ポリオレフィンを用いると、後述する実施例の結果からも明らかなように、カルボキシル基をマスキング（ブロッキング）していない酸変性ポリオレフィンに比べて、樹脂成形体の強度等を向上することができる。
【００５０】
次いで、本発明の製造方法では、複数のヒータ９を、たとえば、それぞれ個別に温度管理しながら樹脂供給装置５を作動させて、ホッパ４に収容されたベース樹脂２を、あらかじめ設定された供給量でもって、シリンダ３に供給を開始する。そうすると、供給されたベース樹脂２は、前述したように、スクリュー１０の回転に伴ってフライト１２からせん断力を受けて混練されながら、白抜きの矢印で示す搬送方向Ｆに搬送されるとともに、ヒータ９からの熱によって加熱されて、徐々に可塑化される。
【００５１】
この状態で、添加剤供給装置１８を作動させて、ホッパ１７に収容された添加剤を、あらかじめ設定された供給量でもって、冷却ジャケット２１によって冷却された添加剤供給管１９、および繊維供給口１５を通して、シリンダ３内を搬送途中のベース樹脂２中に供給する。
また、同じ繊維供給口１５を通して、シリンダ３内を搬送途中のベース樹脂２中に、ロービング１４を連続的に供給する。
【００５２】
図２(a)〜(c)は、ベース樹脂２中における、ロービング１４からの強化繊維２２の解繊、および分散のメカニズムの概略を説明する断面図である。
図２(a)を参照して、ロービング１４は、先に説明したように多数の強化繊維２２を、集束剤２３によって集束して作製される。
図１、および図２(a)(b)を参照して、シリンダ３内を搬送途中のベース樹脂２中に供給されたロービング１４は、スクリュー１０の回転に伴ってフライト１２からせん断力を受けてベース樹脂２と混練され、それに伴って集束剤２３が、周囲のベース樹脂２と徐々に相溶して、個々の強化繊維２２に解繊される。
【００５３】
そして図１、図２(c)を参照して、シリンダ３内をさらに搬送される間に、解繊された強化繊維２２が、さらにベース樹脂２と混練されることで、ベース樹脂２中に均一に分散されて、樹脂成形体７のもとになる繊維強化樹脂１６が調製される。
ロービング１４とともにベース樹脂２中に供給される添加剤２０が相溶化剤である場合、相溶化剤は、図２(a)のロービング１４が、図２(b)に示すように個々の強化繊維２２に解砕されるのを補助する機能をする。そしてロービング１４を、個々の強化繊維２２に良好に解繊させて、図２(c)に示すように、ベース樹脂２中に均一に分散させることができる。
【００５４】
そのため、たとえその後の混練時のせん断力や熱量が不足しても、かかる短時間の混練で、ベース樹脂２と強化繊維２２とを強固に密着させることができる。そして、繊維長の長い強化繊維２２を含む上、ベース樹脂２と強化繊維２２とが強固に密着されており、現状に比べて高強度でかつ高剛性で、しかも耐摩耗性や耐疲労特性等にも優れた樹脂成形体７を製造することができる。
【００５５】
また、ロービング１４とともにベース樹脂２中に供給される添加剤２０が反応性化合物である場合、当該反応性化合物は、添加剤供給部を兼ねる繊維供給口１５からロービング１４が供給されるのとほぼ同時に供給されるため、ベース樹脂の高分子量化による溶融粘度の上昇を生じにくい。
そして、供給された反応性化合物は、図２(b)に示すように解繊された個々の強化繊維２２の表面、ならびにベース樹脂２と良好に化学結合して、ベース樹脂２中に分散させた強化繊維と、ベース樹脂とを強固に密着させるために機能する。
【００５６】
そのため、たとえその後の混練時のせん断力や熱量が不足しても、かかる短時間の混練で、ベース樹脂２と強化繊維２２とを強固に密着させることができる。そして、繊維長の長い強化繊維２２を含む上、ベース樹脂２と強化繊維２２とが強固に密着されており、現状に比べて高強度でかつ高剛性で、しかも耐摩耗性や耐疲労特性等にも優れた樹脂成形体７を製造することができる。
【００５７】
なお図２(a)(b)に示すように、強化繊維２２の表面には、少量の集束剤２３が残留していることがある。残留した集束剤２３は、ベース樹脂２との組み合わせにもよるが、相溶化剤とともに、ベース樹脂２中への強化繊維２２の分散性を高めたり、反応性化合物とともに、ベース樹脂２と強化繊維２２との密着を高めたりするために機能する。
図１を参照して、調製された繊維強化樹脂１６は、前述したように、ノズル６を通して、金型８の、キャビティ８ａとコア８ｂとの間の型内空間に注入され、充填される。そして、型内空間の形状に対応した樹脂成形体７が成形される。
【００５８】
このあと、金型８から取り出した樹脂成形体７を、必要に応じて、非酸化性雰囲気中で加熱したり、あるいは大気中でアニールしたりすることもできる。非酸化性雰囲気としては、たとえば、減圧雰囲気、不活性ガス雰囲気、減圧雰囲気＋不活性ガス雰囲気等が挙げられる。
ポリアミド樹脂は、製造した樹脂成形体７を非酸化性雰囲気中で加熱することにより、末端に残留するカルボキシル基（−ＣＯＯＨ）とアミノ基（−ＮＨ２）との反応によって高分子量化される。また、上記の加熱によってカルボキシル基およびアミノ基が強化繊維と反応して、当該強化繊維とさらに強固に密着される。
【００５９】
ただし本発明では、以上で説明したように、繊維供給口１５から相溶化剤および／または反応性化合物を供給することで、ベース樹脂２と強化繊維２２との密着を高めることができる。また、とくに、添加剤２０として反応性化合物を供給した場合には、ポリアミド同士を、反応性化合物を介して、あるいは直接に結合させて、高分子量化させることもできる。そのため、加熱工程を省略（除く）したり、加熱の時間を短縮したりすることができ、樹脂成形体７の生産性を向上することができる。
【００６０】
なお本発明の構成は、以上で説明した各図の例には限定されない。たとえば、添加剤供給部は、シリンダ３上の、ベース樹脂２の搬送方向Ｆの、樹脂供給装置（樹脂供給部）５より下流側で、かつ繊維供給口（繊維供給部）１５より上流側に、当該繊維供給口１５とは別個に形成してもよい。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で、種々の設計変更を施すことができる。
【実施例】
【００６１】
以下に、本発明を、実施例、比較例に基づいてさらに説明するが、本発明の構成は、これらの実施例、比較例によって限定されるものではない。
〈実施例１〉
図１の射出成形機１を用いて、国際標準化機構規格ＩＳＯ３１６７において規定された、ＩＳＯ多目的試験片Ａ形（厚み：４ｍｍ、狭い部分の幅：１０ｍｍ）を、樹脂成形体７として製造した。
【００６２】
すなわち、射出成形機１のシリンダ３に設けた繊維供給口１５から、添加剤２０としての相溶化剤（Ｉ）を、シリンダ３内を搬送途中のベース樹脂２中に供給するとともに、長尺のロービング１４を、長尺のまま連続的に供給して繊維強化樹脂１６を調製した。そして、調製した繊維強化樹脂１６を、シリンダ３の先端にノズル６を介して接続された金型８の型内空間に充填して樹脂成形体７を成形した。
【００６３】
ベース樹脂２としては、非強化のＰＡ６６〔旭化成(株)製のレオナ（登録商標）１４０２Ｓ〕を用い、ロービング１４としては、アミノシランカップリング剤で表面を処理したガラス繊維を、集束剤としてのポリエーテル系樹脂によって集束したロービングを用いた。ガラス繊維の割合は、ガラス繊維とベース樹脂の総量の３０質量％とした。
相溶化剤（Ｉ）は、分子中に、ポリアミド樹脂と類似した構造を有するブロックと、ロービングの集束剤である、ポリエーテル系樹脂と類似した構造を有するブロックとを含むブロックコポリマである。
【００６４】
〈実施例２〉
相溶化剤（Ｉ）に代えて、相溶化剤（ＩＩ）を用いたこと以外は実施例１と同様にして、樹脂成形体７を成形した。
相溶化剤（ＩＩ）は、相溶化剤（Ｉ）と同様に、ポリアミド樹脂と類似した構造を有するブロックと、ポリエーテル系樹脂と類似した構造を有するブロックとを含み、しかも相溶化剤（Ｉ）よりも、ポリアミド樹脂と類似した構造を有するブロックの比率が高いブロックコポリマである。
【００６５】
〈実施例３〉
相溶化剤（Ｉ）に代えて、反応性化合物（ｉ）を用いたこと以外は実施例１と同様にして、樹脂成形体７を成形した。
反応性化合物（ｉ）は、ポリオレフィンを主鎖とし、その側鎖に、無水カルボン酸セグメントを導入するとともに、当該無水カルボン酸セグメントのカルボキシル基をマスキング（ブロッキング）して反応性を抑制した酸変性ポリオレフィンである。
【００６６】
〈実施例４〉
相溶化剤（Ｉ）に代えて、反応性化合物（ｉｉ）を用いたこと以外は実施例１と同様にして、樹脂成形体７を成形した。
反応性化合物（ｉｉ）は、反応性化合物（ｉ）と同様にポリオレフィンを主鎖とし、その側鎖に、無水カルボン酸セグメントを導入してなり、なおかつ当該無水カルボン酸セグメントのカルボキシル基をマスキング（ブロッキング）していない酸変性ポリオレフィンである。
【００６７】
〈比較例１〉
相溶化剤（Ｉ）を、シリンダ３内を搬送途中のベース樹脂２中に供給しなかったこと以外は実施例１と同様にして、樹脂成形体７を成形した。
〈引張強度測定〉
各実施例、比較例で製造した樹脂成形体（ＩＳＯ多目的試験片Ａ形）の引張強度を、国際標準化機構規格ＩＳＯ５２７所載の測定方法に則って測定した。
【００６８】
その結果、図３に示すように、実施例１〜４によれば、比較例１に比べて、樹脂成形体の引張強度を向上できることが判った。
また実施例１、２の結果より、相溶化剤としてのブロックコポリマとしては、ポリアミド樹脂と類似した構造を有するブロックの比率が高いものを用いるのが、樹脂成形体の引張強度を向上する上で、とくに好ましいことが判った。
【００６９】
さらに実施例３、４の結果より、反応性化合物としての酸変性ポリオレフィンとしては、カルボキシル基をマスキング（ブロッキング）したものを用いるのが、樹脂成形体の引張強度等を向上する上で、とくに好ましいことが判った。
【符号の説明】
【００７０】
１：射出成形機、２：ベース樹脂、３：シリンダ、５：樹脂供給装置（樹脂供給部）、７：樹脂成形体、８：金型、１４：ロービング、１５：繊維供給口（繊維供給部、添加剤供給部）、１６：繊維強化樹脂、１８：添加剤供給装置（添加剤供給部）、１９：添加剤供給管（添加剤供給部）、２０：添加剤、２１：冷却ジャケット（添加剤供給部、冷却部）、２２：強化繊維、２３：集束剤、Ｆ：搬送方向
【図１】
2020142390.tif 000003
【図２】
2020142390.tif 000004
【図３】
2020142390.tif 000005