(57)【要約】【課題】機械的強度の向上が充分であり、品質が安定した繊維強化樹脂硬化物、及び、これを製造することが可能な繊維含有粒状樹脂構造物を提供する。【解決手段】繊維含有粒状樹脂構造物は、樹脂と繊維とを含む、粒状の樹脂構造物であって、前記樹脂中に前記繊維が開繊された状態で分散するとともに、当該樹脂構造物の平均密度が０．３８〜０．５７ｇ／ｃｍ３の範囲であり、平均嵩密度が０．２５〜０．３５ｇ／ｃｍ３の範囲であり、前記樹脂はフェノールノボラック樹脂を含むフェノール樹脂であり、前記繊維はシラン系カップリング剤で処理されたガラス繊維であり、前記繊維の平均長さは３．８〜４．６ｍｍであり、前記樹脂中の前記繊維の含有量が４０質量％以上７０質量％以下の範囲であり、前記粒状の樹脂構造物の平均粒子径が６．０〜１１．６ｍｍの範囲である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂と繊維とを含む、粒状の樹脂構造物であって、
前記樹脂中に前記繊維が開繊された状態で分散するとともに、
当該樹脂構造物の平均密度が、０．３８ｇ／ｃｍ３〜０．５７ｇ／ｃｍ３の範囲であり、平均嵩密度が、０．２５ｇ／ｃｍ３〜０．３５ｇ／ｃｍ３の範囲であり、
前記樹脂は、フェノールノボラック樹脂を含むフェノール樹脂であり、
前記繊維は、シラン系カップリング剤で処理されたガラス繊維であり、
前記繊維の平均長さは、３．８ｍｍ〜４．６ｍｍであり、
前記樹脂中の前記繊維の含有量が、４０質量％以上７０質量％以下の範囲であり、
前記粒状の樹脂構造物の平均粒子径が、６．０ｍｍ〜１１．６ｍｍの範囲である、繊維含有粒状樹脂構造物。
【請求項２】
当該樹脂構造物が、強制造粒物である、請求項１に記載の繊維含有粒状樹脂構造物。
【請求項３】
当該樹脂構造物が、押出造粒物である、請求項２に記載の繊維含有粒状樹脂構造物。
【請求項４】
当該樹脂構造物が、単軸押出造粒物である、請求項３に記載の繊維含有粒状樹脂構造物。
【請求項５】
当該粒状樹脂構造物を断面視した際に、前記繊維の面積分率が、２０．７％〜２５．４％の範囲である、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の繊維含有粒状樹脂構造物。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の繊維含有粒状樹脂構造物を硬化した繊維強化樹脂硬化物であって、
前記樹脂中の前記繊維の分散状態を示すフラクタル値が、０．４０〜０．４５の範囲であり、
前記樹脂中の前記繊維の配向状態を示す配向テンソル値の標準偏差が、０．１３〜０．１５の範囲である、繊維強化樹脂硬化物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維含有粒状樹脂構造物、繊維含有粒状樹脂構造物の製造方法、繊維強化樹脂硬化物、及び繊維強化樹脂成形品に関する。
本願は、２０１６年５月２４日に日本に出願された特願２０１６−１０３４０７号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
近年、金属製の部品の代替品として、繊維を含有する熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂を用いて成形した、繊維強化樹脂硬化物や繊維強化樹脂成形品（特許文献１）が注目されている。また、このような樹脂硬化物や樹脂成形品の一般的な成形方法としては、圧縮（コンプレッション）成形（特許文献２）、移送（トランスファー）成形（特許文献３）、移送−圧縮成形、射出（インジェクション）成形、及び射出−圧縮成形（特許文献４）等が知られている。
【０００３】
ところで、繊維強化された樹脂硬化物や樹脂成形品には、引張強度、曲げ強度、耐衝撃性等の機械的強度を向上させるため、樹脂中に混合する繊維として、５〜３０ｍｍといった比較的長いもの（いわゆる長繊維）を用いることが好ましいことが知られている。そこで、上述した硬化物や成形品では、材料となる樹脂や繊維を供給する形態として、長繊維を樹脂で固めたペレットや、それらを固めた集合物が用いられる（特許文献５）。このようなペレットやその集合物を用いれば、長さが均一な繊維を樹脂中に供給することができることが開示されている。
【０００４】
また、従来の繊維強化樹脂硬化物や繊維強化樹脂成形品の製造方法では、先ず、長繊維を樹脂で固めたペレットを計量して金型に供給した後、金型を加熱してペレットを溶融することで、繊維を開繊する。次いで、開繊した繊維を含有する樹脂を、圧縮成形等によって成形することにより、繊維強化樹脂硬化物や繊維強化樹脂成形品を製造する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０７−２９０９０２号公報
【特許文献２】特開平０６−２４６７７１号公報
【特許文献３】特開２００６−１３０７３１号公報
【特許文献４】特開２００２−１２７２１５号公報
【特許文献５】特開２０１２−０９６３７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述したペレットやその集合物を用いた従来の製造方法では、繊維の開繊が不十分であったり、樹脂中に繊維が偏在したりして、硬化物や成形品の機械的強度の向上が十分ではないという課題や、品質が安定しないという課題があった。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、機械的強度の向上が充分であり、品質が安定した繊維強化樹脂硬化物や繊維強化樹脂成形品を製造することが可能な樹脂構造物、及びその製造方法を提供することを課題とする。
【０００８】
また、本発明は、機械的強度の向上が充分であり、品質が安定した繊維強化樹脂硬化物や繊維強化樹脂成形品を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、以下の手段を提供する。
（１）  樹脂と繊維とを含む、粒状の樹脂構造物であって、前記樹脂中に前記繊維が開繊された状態で分散するとともに、当該樹脂構造物の平均密度が、０．２０〜１．００（ｇ／ｃｍ３）の範囲である、繊維含有粒状樹脂構造物。
（２）  樹脂と繊維とを含む、粒状の樹脂構造物であって、前記樹脂中に前記繊維が開繊された状態で分散するとともに、当該樹脂構造物の平均嵩密度が、０．１５〜０．６０（ｇ／ｃｍ３）の範囲である、繊維含有粒状樹脂構造物。
（３）  樹脂と繊維とを含む、粒状の樹脂構造物であって、前記樹脂中に前記繊維が開繊された状態で分散するとともに、当該樹脂構造物の平均密度が、０．２０〜１．００（ｇ／ｃｍ３）の範囲であり、平均嵩密度が、０．１５〜０．６０（ｇ／ｃｍ３）の範囲である、繊維含有粒状樹脂構造物。
【００１０】
（４）  前記繊維の平均長さが、１〜１５ｍｍの範囲である、前項１乃至３のいずれか一項に記載の繊維含有粒状樹脂構造物。
（５）  前記樹脂中の前記繊維の含有量が、２０〜８０質量％の範囲である、前項１乃至４のいずれか一項に記載の繊維含有粒状樹脂構造物。
（６）  当該樹脂構造物の平均粒子径が、１〜１５ｍｍの範囲である、前項１乃至５のいずれか一項に記載の繊維含有粒状樹脂構造物。
（７）  当該樹脂構造物が、強制造粒物である、前項１乃至６のいずれか一項に記載の繊維含有粒状樹脂構造物。
（８）  当該樹脂構造物が、押出造粒物である、前項７に記載の繊維含有粒状樹脂構造物。
（９）  当該樹脂構造物が、単軸押出造粒物である、前項８に記載の繊維含有粒状樹脂構造物。
（１０）  当該粒状樹脂構造物を断面視した際に、前記繊維の面積分率が、１０〜３５％の範囲である、前項１乃至９のいずれか一項に記載の繊維含有粒状樹脂構造物。
（１１）  前記樹脂が、熱硬化性樹脂である、前項１乃至１０のいずれか一項に記載の繊維含有粒状樹脂構造物。
（１２）  前記樹脂が、熱可塑性樹脂である、前項１乃至１０のいずれか一項に記載の繊維含有粒状樹脂構造物。
【００１１】
（１３）  樹脂と繊維とを含む、粒状の樹脂構造物の製造方法であって、溶融した前記樹脂中に繊維が開繊した状態で分散した樹脂組成物の溶融混合物を得る、第１工程と、前記溶融混合物を吐出口から吐出して、前記吐出口から吐出された後の前記樹脂組成物の直径が当該吐出口の直径に対して１００％超２５０％以下に膨張した後に前記吐出口から切り離す、第２工程と、を含む、繊維含有粒状樹脂構造物の製造方法。
（１４）  前記吐出口の直径が、３〜２０（ｍｍ）の範囲である、前項１３に記載の繊維含有粒状樹脂構造物の製造方法。
（１５）  前記第１工程を、射出成形機の射出ユニットを用いて行う、前項１３又は１４に記載の繊維含有粒状樹脂構造物の製造方法。
（１６）  前記第１工程を、押出機を用いて行う、前項１３又は１４に記載の繊維含有粒状樹脂構造物の製造方法。
（１７）  前記第１工程を、単軸押出機を用いて行う、前項１６に記載の繊維含有粒状樹脂構造物の製造方法。
（１８）  前記押出機が、１以上の前記吐出口を有する、前項１６又は１７に記載の繊維含有粒状樹脂構造物の製造方法。
（１９）  前記第１工程において、平均長さが３ｍｍ以上５０ｍｍ以下の繊維の束を樹脂で固めたペレット、又は前記ペレットを固めた集合物を溶融する、前項１３乃至１８のいずれか一項に記載の繊維含有粒状樹脂構造物の製造方法。
（２０）  前記第２工程において、前記吐出口から吐出された直後に切り離して、粒状の樹脂構造物を得る、前項１３乃至１９のいずれか一項に記載の繊維含有粒状樹脂構造物の製造方法。
【００１２】
（２１）  熱硬化性樹脂と、前記樹脂中に開繊された状態で分散する繊維とを含む粒状の繊維含有樹脂構造物を硬化した繊維強化樹脂硬化物であって、
前記樹脂中の前記繊維の分散状態を示すフラクタル値が、０．３〜１．０の範囲であり、前記樹脂中の前記繊維の配向状態を示す配向テンソル値の標準偏差が、０．０１〜０．２４の範囲である、繊維強化樹脂硬化物。
【００１３】
（２２）  熱可塑性樹脂と、前記樹脂中に開繊された状態で分散する繊維とを含む粒状の繊維含有樹脂構造物を成形した繊維強化樹脂成形品であって、
前記樹脂中の前記繊維の分散状態を示すフラクタル値が、０．３〜１．０の範囲であり、前記樹脂中の前記繊維の配向状態を示す配向テンソル値の標準偏差が、０．０１〜０．２４の範囲である、繊維強化樹脂成形品。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の繊維含有粒状樹脂構造物は、樹脂と繊維とを含み、樹脂中に繊維が開繊された状態で分散するとともに、平均密度及び平均嵩密度の少なくとも一方が所要の値であるため、これを用いて硬化物又は成形品を製造することによって、機械的強度の向上が充分であり、品質が安定した繊維強化樹脂硬化物や繊維強化樹脂成形品を製造することができる。
【００１５】
本発明の繊維含有粒状樹脂構造物の製造方法は、溶融した樹脂中に繊維が開繊した状態で分散した樹脂組成物の溶融混合物を得て、上記溶融混合物を吐出口から吐出し、吐出口から吐出された後の樹脂組成物の直径が当該吐出口の直径に対して所要の範囲となるまで膨張した後に吐出口から切り離すことによって、上述した繊維含有粒状樹脂構造物を製造することができる。
【００１６】
本発明の繊維強化樹脂硬化物および繊維強化樹脂成形品は、樹脂中の繊維の分散状態を示すフラクタル値、及び樹脂中の繊維の配向状態を示す配向テンソル値の標準偏差が所要の範囲であるため、機械的強度が十分に向上し、安定した品質を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明を適用した第１の実施形態である樹脂構造物が集合した状態を示す写真である。
【図２】本発明を適用した第１の実施形態である樹脂構造物の構成を説明するための模式図である。
【図３】本発明を適用した第１の実施形態である繊維含有粒状樹脂構造物の製造方法を説明するための模式図である。
【図４】本発明を適用した第２の実施形態である繊維含有粒状樹脂構造物の製造方法を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明を適用した一実施形態である繊維含有粒状樹脂構造物について、その製造方法、及びそれを原料として用いた繊維強化樹脂硬化物、並びに繊維強化樹脂成形品の構成とともに、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
【００１９】
＜第１の実施形態＞
（繊維含有粒状樹脂構造物）
先ず、本発明を適用した第１の実施形態である繊維含有粒状樹脂構造物（以下、単に「樹脂構造物」という）について説明する。図１は、本発明を適用した第１の実施形態である樹脂構造物が集合した状態を示す写真である。また、図２は、本実施形態の樹脂構造物の構成を説明するための模式図である。
【００２０】
図１に示すように、本実施形態の樹脂構造物Ｓは、樹脂と繊維とを含有するとともに、樹脂中に繊維が開繊した状態で分散した、粒状の構造物である。この樹脂構造物Ｓは、粒状であるため、例えば圧縮成形等の原料として用いた場合に容易に計量することができる。また、樹脂構造物Ｓは、含有する樹脂の種類に応じて、それぞれ繊維強化樹脂硬化物及び繊維強化樹脂成形品（以下、単に「硬化物等」ということもある）を製造する際の原料として用いることができる。
【００２１】
本実施形態の樹脂構造物Ｓは、図２に示すように、樹脂１と、繊維２とを含んで、概略構成されている。
【００２２】
「樹脂」
本実施形態の樹脂構造物Ｓに適用する樹脂としては、室温において、固体状、液体状、半固体状等のいかなる形態であってもよい。なお、計量時の取扱い性の観点から、樹脂構造物Ｓとして用いる際に固体状であることが好ましい。
【００２３】
樹脂としては、熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂、反応性硬化樹脂、および、嫌気硬化性樹脂等の硬化性樹脂や、熱可塑性樹脂が挙げられる。これらの中でも、特に、硬化後の線膨張率や、弾性率等の機械特性が優れるため、熱硬化性樹脂であることが好ましい。
【００２４】
熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリカーボネート、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、ポリエチレンナフタレート、ポリアミド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリサルフォン、ポリフェニレンスルフィド等が挙げられる。
【００２５】
熱硬化性樹脂としては、例えば、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ビスマレイド樹脂、ユリア（尿素）樹脂、メラミン樹脂、ポリウレタン樹脂、シアネートエステル樹脂、シリコーン樹脂、オキセタン樹脂、（メタ）アクリレート樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、ポリイミド樹脂、ベンゾオキサジン樹脂等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。これらの中でも、特に、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ビスマレイド樹脂、ベンゾオキサジン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂が好ましく、フェノール樹脂がより好ましい。これにより、繊維強化樹脂硬化物は優れた耐熱性を発揮することができる。
【００２６】
フェノール樹脂としては、例えば、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ビスフェノールＡノボラック樹脂、アリールアルキレン型ノボラック樹脂等のノボラック型フェノール樹脂；未変性のレゾール型フェノール樹脂、桐油、アマニ油、クルミ油等で変性した変性レゾールフェノール樹脂等のレゾール型フェノール樹脂などが挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。これらの中でも、特に、フェノールノボラック樹脂、及びレゾール樹脂が好ましい。これにより、繊維強化樹脂硬化物を低コストかつ高い寸法精度で製造することができるとともに、得られた繊維強化樹脂硬化物は、特に優れた耐熱性を発揮し、機械強度向上に寄与することができる。
【００２７】
フェノールノボラック樹脂の重量平均分子量は、特に限定されないが、１，０００〜１５，０００程度、より好ましくは１，０００〜８，０００程度が好ましい。レゾール樹脂の重量平均分子量は、特に限定されないが、１，０００〜１００,０００程度が好ましい。重量平均分子量が前記下限値以上であると、樹脂の粘度がペレットの調製により適した値となり、前記上限値以下であると、樹脂の溶融粘度が、繊維強化樹脂硬化物の成形性（成形のし易さ）の観点からより好ましい値となる。フェノール樹脂の重量平均分子量は、例えば、ゲル浸透クロマトグラフィー（ＧＰＣ）で測定し、ポリスチレン換算の重量分子量として規定することができる。
【００２８】
エポキシ樹脂としては、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡＤ型フェノール樹脂などのビスフェノール樹脂；フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂などのノボラック型エポキシ樹脂；臭素化ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、臭素化フェノールノボラック型エポキシ樹脂などの臭素化型エポキシ樹脂；ビフェニル型エポキシ樹脂；ナフタレン型エポキシ樹脂、トリス（ヒドロキシフェニル）メタン型エポキシ樹脂などが挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。これらの中でも、特に、比較的分子量の低いビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂が好ましい。これにより、樹脂構造物Ｓの流動性を高めることができるため、繊維強化樹脂硬化物の製造時における樹脂構造物Ｓの取扱い性や成形性（成形のし易さ）をさらに良好にすることができる。また、繊維強化樹脂硬化物の耐熱性の面からノボラック型エポキシ樹脂が好ましく、特にトリス（ヒドロキシフェニル）メタン型エポキシ樹脂が好ましい。
【００２９】
ビスマレイミド樹脂としては、分子鎖の両末端にそれぞれマレイミド基を有する樹脂であれば、特に限定されないが、さらにフェニル基を有する樹脂が好ましい。具体的には、例えば、下記式（１）で表される樹脂を用いることができる。ただし、ビスマレイミド樹脂は、その分子鎖の両末端以外の位置に結合するマレイミド基を有していてもよい。
【００３０】
【化１】
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【００３１】
式（１）中、Ｒ１〜Ｒ４は、水素又は炭素数１〜４の置換若しくは無置換の炭化水素基であり、Ｒ５は、２価の置換又は無置換の有機基である。ここで、有機基とは、異種原子を含んでいてもよい炭化水素基であり、異種原子としては、Ｏ，Ｓ，Ｎ等が挙げられる。
Ｒ５は、好ましくはメチレン基、芳香環およびエーテル結合（−Ｏ−）が任意の順序で結合した主鎖を有する炭化水素基であり、より好ましくは主鎖中において任意の順序で結合するメチレン基、芳香環およびエーテル結合の合計数が１５個以下の炭化水素基である。
なお、主鎖の途中には、置換基および／または側鎖が結合していても良く、その具体例としては、例えば、炭素数３個以下の炭化水素基、マレイミド基、フェニル基等が挙げられる。
【００３２】
具体的には、例えば、Ｎ，Ｎ’−（４，４’−ジフェニルメタン）ビスマレイミド、ビス（３−エチル−５−メチル−４−マレイミドフェニル）メタン、２，２−ビス［４−（４−マレイミドフェノキシ）フェニル］プロパン、ｍ−フェニレンビスマレイミド、ｐ−フェニレンビスマレイミド、４−メチル−１，３−フェニレンビスマレイミド、Ｎ，Ｎ‘−エチレンジマレイミド、Ｎ，Ｎ’−ヘキサメチレンジマレイミド等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
【００３３】
樹脂構造物Ｓ中における樹脂の含有率は、特に限定されないが、５質量％以上７０質量％以下であるのが好ましく、１０質量％以上６０質量％以下であるのがより好ましい。樹脂の含有率が、前記下限値以上の場合、樹脂構造物Ｓを構成する他の材料との結着強度がより向上する。また、樹脂の含有率が、前記上限値以下の場合、後述する繊維により奏される効果がより発揮される。
【００３４】
「繊維」
本実施形態の樹脂構造物Ｓ中に含まれる繊維の平均長さ（平均繊維長）は、１ｍｍ以上１５ｍｍ以下であるのが好ましく、２ｍｍ以上１０ｍｍ以下であるのがより好ましく、２ｍｍ以上８ｍｍ以下であることがより更に好ましい。これにより、最終的に得られる硬化物等の機械的強度をさらに優れたものとすることができる。さらに、平均繊維長が前記下限値以上の場合、硬化物等の形状安定性や耐衝撃性がより向上する。また、平均繊維長が前記上限値以下の場合には、硬化物等の成形時における樹脂構造物Ｓの流動性がより好ましいものとなり、圧縮強さや曲げ強さがより向上する。
【００３５】
なお、本実施形態の樹脂構造物Ｓ中に含まれる繊維の平均長さ（平均繊維長）は、以下の（１）〜（３）の手順によって、算出することができる。
（１）電気炉を用いて構造物全体を５５０℃で加熱し、樹脂を気化させた後、繊維のみを取り出す。
（２）顕微鏡を用いて繊維の長さを測定する（繊維の測定本数：１サンプルにつき５００本）。
（３）測定した繊維長から、重量平均繊維長を算出する。
【００３６】
繊維の平均径は、５μｍ〜２０μｍであるのが好ましく、６μｍ〜１８μｍであるのがより好ましく、７μｍ〜１６μｍであるのがさらに好ましい。繊維の平均径が前記下限値以上の場合、硬化物等の成形時における繊維の形状安定性がより向上する。また、繊維の平均径が、前記上限値以下の場合、硬化物等の成形性がより向上する。
【００３７】
繊維の断面形状は、特に限定されないが、円形および楕円形銅の略円形等、三角形、四角形および六角形等の多角形、扁平形、星形等の異形等のいかなる形状であってもよい。
これらの中でも、繊維の断面形状は、特に、略円形または扁平形であるのが好ましい。これにより、硬化物等の表面の平滑性を向上することができる。また、硬化物等の成形時の取扱性がより向上し、その成形性がさらに良好となる。
【００３８】
繊維としては、それぞれ、例えば、アラミド繊維、アクリル繊維、ナイロン繊維（脂肪族ポリアミド繊維）およびフェノール繊維等の有機繊維、ガラス繊維、炭素繊維、セラミック繊維、ロックウール、チタン酸カリウム繊維およびバサルト繊維等の無機繊維、ステンレス繊維、スチール繊維、アルミニウム繊維、銅繊維、黄銅繊維および青銅繊維等の金属繊維等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。これらの中でも、繊維としては、それぞれ、特に、アラミド繊維、炭素繊維、ガラス繊維であることがより好ましい。
【００３９】
ガラス繊維を用いた場合には、単位体積あたりの硬化物等の均一性が向上し、硬化物等の成形性が特に良好となる。さらに、硬化物等の均一性が向上することで、硬化物等における内部応力の均一性が向上し、結果として、硬化物等のうねりが小さくなる。また、高負荷における硬化物等の耐摩耗性をさらに向上させることができる。また、炭素繊維またはアラミド繊維を用いた場合には、硬化物等の機械的強度をさらに高めることができるとともに、硬化物等をより軽量化することができる。
【００４０】
ガラス繊維を構成するガラスの具体例としては、例えば、Ｅガラス、Ｃガラス、Ａガラス、Ｓガラス、Ｄガラス、ＮＥガラス、Ｔガラス、Ｈガラスが挙げられる。これらの中でも、ガラス繊維を構成するガラスとしては、特に、Ｅガラス、Ｔガラス、または、Ｓガラスが好ましい。このようなガラス繊維を用いることにより、繊維の高弾性化を達成することができ、その熱膨張係数も小さくすることができる。
【００４１】
また、炭素繊維の具体例としては、例えば、引張強度３５００ＭＰａ以上の高強度の炭素繊維や、弾性率２３０ＧＰａ以上の高弾性率の炭素繊維が挙げられる。炭素繊維は、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系の炭素繊維、ピッチ系の炭素繊維のいずれであってもよいが、引張強度が高いため、ポリアクリロニトリル系の炭素繊維が好ましい。
【００４２】
また、アラミド繊維を構成するアラミド樹脂は、メタ型構造およびパラ型構造のいずれの構造を有していてもよい。
【００４３】
繊維は、予め表面処理が施されているのが好ましい。
予め表面処理を施すことにより、繊維は、樹脂構造物Ｓ中や、後述する硬化物等中での分散性を高めることや、樹脂との密着力を高めること等ができる。
【００４４】
このような表面処理の方法としては、例えば、カップリング剤処理、酸化処理、オゾン処理、プラズマ処理、コロナ処理、および、ブラスト処理が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。これらの中でも、特に、カップリング剤処理が好ましい。
【００４５】
カップリング剤処理に用いるカップリング剤は、特に限定されず、樹脂の種類によって、適宜選択することができる。
【００４６】
カップリング剤としては、シラン系カップリング剤、チタン系カップリング剤、アルミニウム系カップリング剤が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いる。これらの中でも、特に、シラン系カップリング剤が好ましい。これにより、繊維は、硬化性樹脂に対する密着性が特に向上する。
【００４７】
シラン系カップリング剤としては、エポキシシランカップリング剤、カチオニックシランカップリング剤、アミノシランカップリング剤、ビニルシランカップリング剤メルカプトシランカップリング剤、メタクリルシランカップリング剤、クロロシランカップリング剤、アクリルシランカップリング剤等が挙げられる。
【００４８】
樹脂構造物Ｓ中における、繊維の含有率は、２０質量％以上８０質量％以下であることが好ましく、４０質量％以上７０質量％以下であることがより好ましい。これにより、得られる硬化物等の機械的強度をより効率よく向上させることができる。
【００４９】
本実施形態の樹脂構造物Ｓは、後述するように、スクリューやノズル等の部品を有する射出成形機の射出ユニットや押出造粒機等を用いて機械的に造粒される強制造粒物である。具体的には、押出造粒によって造粒される、押出造粒物であることがより好ましい。より具体的には、図２に示すように、射出成形機の射出ユニットや押出造粒機等のノズルに設けられた１以上の吐出口（開口）から押出された略柱状（略円柱状）、俵状、略球状等の単軸押出造粒物であることがより好ましい。また造粒する際に溶剤を使用せずとも造粒できるため、溶剤を使用せずに造粒することは好ましい態様の１つである。
【００５０】
「その他の成分」
樹脂構造物Ｓは、さらに、必要に応じて、硬化剤、硬化助剤、充填材、離型剤、顔料、増感剤、酸増殖剤、可塑剤、難燃剤、安定剤、酸化防止剤および帯電防止剤等を含んでいてもよい。
【００５１】
硬化剤は、樹脂の種類等に応じて、適宜選択して用いることができ、特定の化合物に限定されない。
【００５２】
樹脂として、例えば、フェノール樹脂に用いる場合には、硬化剤としては、２官能以上のエポキシ系化合物、イソシアネート類、および、ヘキサメチレンテトラミン等から選択して用いることができる。
【００５３】
また、樹脂として、エポキシ樹脂を用いる場合には、硬化剤としては、脂肪族ポリアミン、芳香族ポリアミン、ジシアミンジアミドなどのアミン化合物、脂環族酸無水物、芳香族酸無水物などの酸無水物、ノボラック型フェノール樹脂などのポリフェノール化合物、イミダゾール化合物等から選択して用いることができる。これらの中でも、取扱い作業性、環境面からも、硬化剤として、ノボラック型フェノール樹脂を選択することが好ましい。
【００５４】
特に、エポキシ樹脂として、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、トリス（ヒドロキシフェニル）メタン型エポキシ樹脂を用いる場合には、硬化剤としては、ノボラック型フェノール樹脂を選択して用いることが好ましい。これにより、繊維強化樹脂硬化物の耐熱性を向上させることができる。
【００５５】
硬化剤を用いる場合には、樹脂構造物Ｓにおける硬化剤の含有率は、使用する硬化剤や樹脂の種類等によって適宜設定されるが、例えば、０．１質量％以上３０質量％以下であることが好ましい。これにより、繊維強化樹脂硬化物を任意の形状に容易に形成することができる。
【００５６】
また、硬化助剤としては、特に限定されないが、例えば、イミダゾール化合物、三級アミン化合物、有機リン化合物などを用いることができる。
【００５７】
硬化助剤を用いる場合には、樹脂構造物Ｓにおける硬化助剤の含有率は、使用する硬化助剤や硬化剤の種類等によって適宜設定されるが、例えば、０．００１質量％以上１０質量％以下が好ましい。これにより、樹脂構造物Ｓをより容易に硬化させることができるため、繊維強化樹脂硬化物をより容易に成形することができる。
【００５８】
また、充填材としては、特に限定されないが、無機充填材、有機充填材等が挙げられる。無機充填材としては、例えば、炭酸カルシウム、クレー、シリカ、マイカ、タルク、ワラストナイト、ガラスビーズ、ミルドカーボン、グラファイト等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。また、有機充填材としては、例えば、ポリビニルブチラール、アクリロニトリルブタジエンゴム、パルプ、木粉等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。これらの中でも、特に、硬化物等の靱性を向上させる効果がさらに高まるという観点からは、充填材（有機充填材）として、アクリロニトリルブタジエンゴムを用いることが好ましい。
【００５９】
充填材を用いる場合には、樹脂構造物Ｓにおける充填材の含有率は、特に限定されないが、１質量％以上３０質量％以下であることが好ましい。これにより、硬化物等の機械的強度をさらに向上することができる。
【００６０】
また、離型剤としては、特に限定されないが、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム等を用いることができる。
【００６１】
離型剤を用いる場合には、樹脂構造物Ｓ中における離型剤の含有率は、特に限定されないが、０．０１質量％以上５．０質量％以下であることが好ましい。これにより、硬化物等を任意の形状により容易に形成することができる。
【００６２】
ここで、本実施形態の樹脂構造物Ｓにおいて、樹脂中の繊維が開繊された状態とは、繊維束がばらけて樹脂中に繊維が広がっている状態をいうものとする。
【００６３】
また、本実施形態の樹脂構造物Ｓにおいて、樹脂中に繊維が分散した状態とは、全体として実質的に、繊維が一方向にのみ配向しているとは認められない状態をいうものとする。
【００６４】
本実施形態の樹脂構造物Ｓは、平均粒子径が、１ｍｍ以上１５ｍｍ以下であることが好ましく、２ｍｍ以上１５ｍｍ以下であることがより好ましく、３ｍｍ以上１２ｍｍ以下であることがより更に好ましい。上記好ましい範囲内であれば、圧縮成形によって硬化物等を成形する際に計量が容易であり、原料としてより好適に用いることができる。
【００６５】
なお、本実施形態の樹脂構造物Ｓの平均粒子径は、ＪＩＳ  Ｚ８８１５のふるい分け試験方法によって求めることができる。また、平均粒子径は、粒度分布における積算値５０％での粒子径（累積分布におけるメジアン径）となる。
【００６６】
本実施形態の樹脂構造物Ｓは、平均密度の値及び平均嵩密度の値うち、少なくとも一方、好ましくは両方が所要の範囲であることが好ましい。
【００６７】
樹脂構造物Ｓは、平均密度の値が、０．２０〜１．００（ｇ／ｃｍ３）の範囲であることが好ましく、０．３０〜０．８０（ｇ／ｃｍ３）の範囲であることがより好ましい。なお、樹脂構造物Ｓの平均密度は、「ＪＩＳ  Ｚ８８０７」に規定の幾何学的測定による密度および比重の測定方法に従って、測定することができる。
【００６８】
また、樹脂構造物Ｓは、平均嵩密度の値が、０．１５〜０．８０（ｇ／ｃｍ３）の範囲であることが好ましく、０．２０〜０．７０（ｇ／ｃｍ３）の範囲であることがより好ましい。なお、樹脂構造物Ｓの平均嵩密度の測定方法は、一般的な粉体特性評価装置（ホソカワミクロン社製、「パウダーテスタＰＴ−Ｘ型」等）を用いて測定することができる。
具体的には、１００（ｃｍ３）の容器を用いて、シュートを通して自由落下させて、タップせずに重量を測定し、上記重量を容器の体積で除した値として求めることができる。
【００６９】
本実施形態の樹脂構造物Ｓは、平均密度の値及び平均嵩密度の値うち、少なくとも一方が上述した数値範囲であることにより、樹脂中において開繊された繊維を分散した状態で保持することができる。これにより、本実施形態の樹脂構造物Ｓを圧縮成形の原料として用いた際に、機械的強度の向上が充分であり、品質が安定した繊維強化樹脂硬化物、あるいは繊維強化樹脂成形品を製造することが可能となる。
【００７０】
また、本実施形態の樹脂構造物Ｓは、断面視した際に、繊維の面積分率が、１０〜３５％の範囲であることが好ましく、１５〜３０％の範囲であることがより好ましい。断面視した際の繊維の面積分率が上述した好ましい範囲であることにより、樹脂中において開繊された繊維を分散した状態で保持されていることを確認することができる。
【００７１】
特に、本実施形態の樹脂構造物Ｓが、図２に示すように、単軸押出造粒物である場合、柱状物の軸（押出し）方向に垂直な平面によって断面視した際に、繊維の面積分率が上述した好ましい範囲であることが好ましい。これにより、樹脂構造物Ｓの品質が安定しているため、例えば圧縮成形等の原料として用いた際に、品質がより安定した繊維強化樹脂硬化物、あるいは繊維強化樹脂成形品を容易に製造することが可能となる。
【００７２】
なお、断面視した際の、繊維の面積分率の測定は、例えば、Ｘ線ＣＴ装置（ヤマト科学製、「ＴＤＭ１０００−ＩＩ」等）を用いて測定することができる。また、測定方法としては、具体的には、Ｘ線ＣＴで測定した断面像から繊維の面積を抽出して、その面積分率を求めることができる。
【００７３】
（繊維含有粒状樹脂構造物の製造方法）
次に、本実施形態の樹脂構造物Ｓの製造方法の一例について、説明する。図３は、本発明を適用した第１の実施形態である繊維含有粒状樹脂構造物の製造方法を説明するための模式図である。
【００７４】
本実施形態の樹脂構造物Ｓの製造方法は、繊維の束を樹脂で固めたペレットを用意する工程（準備工程）と、ペレットを加熱し、溶融した樹脂中に繊維が開繊した状態で分散する樹脂組成物の溶融混合物を得る工程（第１工程）と、上記溶融混合物を吐出口から吐出して、上記吐出口から吐出された後の樹脂組成物の直径が当該吐出口の直径に対して所要の範囲となるまで膨張した後に吐出口から切り離す工程（第２工程）とを含んで、概略構成されている。
【００７５】
「準備工程」
準備工程では、樹脂構造物Ｓを製造する際に原料として用いるペレットを準備する。具体的には、先ず、図３に示すように、長繊維の束を樹脂で固めたペレットＰを成形する。
ここで、ペレットＰは、上述した樹脂構造物Ｓで説明した樹脂、繊維、及びその他の成分を含んで、概略構成されている。
【００７６】
ペレットＰに含まれる繊維の平均長さは、３ｍｍ以５０ｍｍ以下であるのが好ましく、５ｍｍ以上３０ｍｍ以下であるのがより好ましい。これにより、最終的に得られる硬化物等の機械的強度をさらに優れたものとすることができる。さらに、繊維の平均長さが前記下限値以上の場合、硬化物等の形状安定性がより向上する。
【００７７】
ペレットＰを調製する方法としては、例えば、特表２００２−５０９１９９号公報の記載に準じて、ロービングを使用する粉体含浸法を用いることができる。
【００７８】
ロービングを使用する粉体含浸法とは、流動床技術を使用して、繊維を乾式法によりコーティングする方法である。具体的には、まず、繊維以外の樹脂等の材料を、事前の混練なしで流動床から、直接、繊維に被着させる。次に、短時間の加熱によって、樹脂等の材料を繊維に固着させる。そして、このようにコーティングされた繊維を、冷却装置および場合によって加熱装置からなる状態調節セクションに通す。その後、冷却され、かつ、コーティングされた繊維を引き取り、ストランドカッターにより、それぞれ所望の長さに切断する。これにより、図３に示すような、ペレットＰが得られる。
【００７９】
「第１の工程」
第１の工程では、準備工程で成形したペレットＰを加熱し、樹脂を溶融して、溶融した樹脂中に繊維が開繊した状態で分散する樹脂組成物の溶融混合物を得る。本実施形態では、図３に示すように、射出成形機の射出ユニット１０を用いて溶融混合することにより、ペレットＰに含まれる繊維の開繊と繊維の分散を促進させる。
【００８０】
なお、射出成形機の射出ユニット１０は、図３に示すように、シリンダー１１と、シリンダー１１の先端に設けられたノズル１２と、シリンダー１１内で回転可能なスクリュー１３と、シリンダー１１とスクリュー１３との間の空間に樹脂及び繊維の原料となるペレットＰを投入するための投入口１４と、シリンダー１１を介して樹脂原料を加熱するヒータ１５と、を備えて、概略構成されている。
【００８１】
具体的には、先ず、図３に示すように、加熱している射出成形機の射出ユニット１０に対して投入口１４からペレットＰを供給する。供給されたペレットＰは、シリンダー１１内において樹脂が溶融する。この時、シリンダー１１内の温度は、７０〜１４０（℃）の範囲とすることが好ましく、８０〜１３０（℃）の範囲とすることがより好ましい。そして、スクリュー１３の回転によるせん断力によって、繊維が開繊される。これにより、溶融した樹脂中に開繊した繊維が分散した、溶融混合物が得られる。
【００８２】
「第２の工程」
次に、第２の工程では、ノズル１２の先端に設けられた吐出口１２ａから溶融混合物を押し出す。具体的には、シリンダー１１内においてスクリュー１３が回転することにより、溶融混合物に対してノズル１２方向に向かう応力がかかる。
【００８３】
ここで、スクリュー周速としては、射出成形機の射出ユニット１０において、１６〜３４０（ｍｍ／ｓｅｃ）の範囲とすることが好ましく、３０〜２５０（ｍｍ／ｓｅｃ）の範囲とすることがより好ましい。さらに、押出された樹脂の温度としては、７０〜１４０（℃）の範囲とすることが好ましく、８０〜１３０（℃）の範囲とすることがより好ましい。スクリュー周速、及び温度を上記好ましい範囲とすることにより、溶融した樹脂中において繊維の開繊と分散とを効果的に行うことができる。
【００８４】
また、吐出口１２ａの直径としては、特に限定されるものではなく、所望の樹脂構造物Ｓの大きさに応じて適宜選択することができる。具体的には、吐出口１２ａの直径は、３〜２０（ｍｍ）の範囲とすることが好ましく、５〜１２（ｍｍ）の範囲とすることがより好ましい。上記好ましい範囲とすることで、例えば圧縮成形等の原料として用いる際に計量が容易となるために好ましい。
【００８５】
次に、吐出口１２ａから溶融混合物を吐出する。次いで、上記吐出口１２ａから吐出された後の樹脂組成物の直径が当該吐出口１２ａの直径に対して所要の範囲となるまで膨張した後に吐出口１２ａから切り離す。ここで、上記膨張の範囲としては、１００％超２５０％以下であることが好ましく、１１０％以上２２０％以下であることがより好ましく、１２０％以上２００％以下であることがさらに好ましい。上記範囲となるまで膨張させることにより、図３に示すように、本実施形態の樹脂構造物Ｓが得られる。
【００８６】
なお、吐出口１２ａから膨張した後の樹脂組成物を切り離す際、膨張後ただちに切り離すことで、粒状の樹脂構造物Ｓとして回収してもよい。また、吐出口１２ａから吐出し膨張した後、ある程度の長さとなったときに吐出口１２ａから切り離し、その後、所望の間隔で切断して粒状の樹脂構造物Ｓとしてもよい。
【００８７】
また、本実施形態の樹脂構造物Ｓの製造方法では、繊維の開繊が進むが、折損も生じるため、樹脂構造物Ｓ中の繊維長が短くなる。したがって、原料として射出成形機の射出ユニット１０に投入するペレットＰでは、樹脂構造物Ｓにおいて必要な繊維の長さよりも長い繊維を含むものを用いることが好ましい。
【００８８】
また、射出成形機の射出ユニット１０を用いて開繊した後の繊維長は、スクリュー１３の形状や、ノズル１２の形状等によっても変化する。したがって、繊維の折損を防ぐのに適した形状を適宜選択して用いることが好ましい。
【００８９】
（繊維強化樹脂硬化物）
次に、本実施形態の繊維強化樹脂硬化物の構成について説明する。
本実施形態の繊維強化樹脂硬化物は、上述した樹脂構造物Ｓのうち、樹脂として熱硬化性樹脂を含むものを原料として製造したものである。すなわち、本実施形態の繊維強化樹脂硬化物は、熱硬化性樹脂と、上記樹脂中に開繊された状態で分散する繊維とを含む粒状の繊維含有樹脂構造物を硬化したものである。
【００９０】
本実施形態の繊維強化樹脂硬化物は、樹脂中の開繊された繊維の分散状態を示すフラクタル値（フラクタル次元（Ｄ）値）が、０．３以上１．０以下であることが好ましく、０．３２以上０．９以下であることがより好ましく、０．４以上０．９以下であることがより更に好ましい。フラクタル値が上記好ましい範囲内であると、未開繊の繊維が少なく、樹脂中に繊維が偏在していないことを示しており、樹脂中の繊維の開繊及び分散の状態が良好であると評価することができる。
【００９１】
また、本実施形態の繊維強化樹脂硬化物は、樹脂中の繊維の配向状態を示す配向テンソル値の標準偏差が、０．０１以上０．２４以下であることが好ましく、０．０５以上０．２０以下であることがより好ましく、０．０５以上０．１５以下であることがより更に好ましい。配向テンソル値の標準偏差が上記好ましい範囲内であると、繊維の配向性がランダム配向により近い傾向であり、樹脂中の繊維の分散状態が良好であると評価することができる。
【００９２】
ここで、繊維強化樹脂硬化物における繊維の分散（開繊）状態、及び配向状態の評価は、対象となる硬化物をさまざまな方向からＸ線で撮影し、コンピュータによって再構成処理を行うＸ線ＣＴ（Ｃｏｍｐｕｔｅｄ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ；コンピュータ断層撮影法）を用いて測定したデータから算出することができる。これにより、対象となる硬化物を非破壊で評価することができる。また、Ｘ線検査装置としては、例えば、ヤマト科学製「ＴＤＭ１０００−ＩＩ」等を用いることができる。
【００９３】
なお、樹脂中の繊維の分散状態を評価するためのフラクタル次元（Ｄ）値は、具体的には以下の（１）〜（４）の手順によって算出する。
（１）先ず、Ｘ線ＣＴを用いて測定したデータから得られる二次元画像を二値化する。
（２）次に、二次元画像の全体を、Ｘ方向及びＹ方向のそれぞれがｎ等分（６≦ｎ≦８２）となるように分割する。これにより、画像全体をｎ２個のボックスに分割する。
（３）次に、各ｎ値において各ボックス内の繊維面積率を算出し、この繊維面積率の平均値（ａ）と標準偏差（σ）とから、変動係数（Ｃｖ（ｎ）＝σ／ａ）を算出する。
（４）次に、ｘ軸にｎ値の逆数「１／ｎ」、ｙ軸に変動係数「（Ｃｖ（ｎ）」とした両対数のグラフにおいて各ｎ値についてプロットし、得られた近似直線の傾きに「−１」を乗じた値をフラクタル次元（Ｄ）値とする。
フラクタル次元（Ｄ）値が大きいほど、樹脂中の繊維の分散性が高いと評価することができる。
【００９４】
また、樹脂中の繊維の配向状態を評価するための配向テンソル値の標準偏差は、具体的には以下の（１）〜（４）の手順によって算出する。
（１）先ず、Ｘ線ＣＴを用いて測定したデータから、三次元モデルを再構成する。
（２）三次元モデルについて、繊維と樹脂を二値化し分離する。
（３）繊維方向テンソル（Ｔｘｘ，Ｔｙｙ，Ｔｚｚ）を算出する。なお、Ｔｘｘ，Ｔｙｙ，Ｔｚｚは、それぞれ、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の配向テンソルを示す。また、Ｔｘｘ＋Ｔｙｙ＋Ｔｚｚ＝１となる。各々の配向テンソル値が０．３３のとき、ランダム配向していると評価することができる。
（４）解析範囲内の合計データ数が２０００程度のＴｘｘ，Ｔｙｙ，Ｔｚｚから標準偏差を算出する。
【００９５】
本実施形態の繊維強化樹脂硬化物は、上述したように、樹脂中の繊維の分散状態を示すフラクタル値、及び樹脂中の繊維の配向状態を示す配向テンソル値の標準偏差が所要の範囲であるため、機械的強度が十分に向上したものとなる。また、硬化物の品質は、安定したものとなる。
【００９６】
次に、本実施形態の繊維強化樹脂硬化物の製造方法の一例について、説明する。
本実施形態の繊維強化樹脂硬化物は、成形材料として熱硬化性樹脂を含む樹脂構造物Ｓを用いた、一般的な圧縮成形等によって製造することができる。
具体的には、先ず、成形材料である樹脂構造物Ｓを予備加熱する。予備加熱としては、熱風循環乾燥機や赤外線ヒータも利用されるが、高周波予熱が最も効果的である。樹脂の種類や使用量に応じて適宜選択することが好ましい。
【００９７】
次に、粒状の樹脂構造物Ｓを所要量秤取して、金型のキャビティに装入した後、徐々に低圧（例えば、５ＭＰａ程度）をかけ、材料を軟化流動させる。型締め完了の直前または直後にいったん圧力を抜き（ガス抜き操作）、その後、ただちに高圧（例えば、成形圧力１５〜３０ＭＰａ程度）をかけて金型を閉じ切り、所定時間硬化させる。
硬化後、成形品を金型から取り出すことにより、本実施形態の繊維強化樹脂硬化物が得られる。
【００９８】
なお、高周波予熱によって効果的な予熱を行えば、上述したガス抜き操作は省略することができる。また、重縮合型の樹脂成形材料ではガス抜き操作を要するが、付加重縮合型の樹脂成形材料では、ガス抜き操作は一般に行う必要がない。
【００９９】
また、成形圧力、成形温度および硬化時間等の成形条件は、成形材料である熱硬化性樹脂を含む樹脂構造物Ｓに応じて、適宜選択することが好ましいが、例えば、高圧時の成形圧力は２０〜５０ＭＰａ程度、成形温度は１５０〜２００℃程度、硬化時間は１〜１０分程度とすることができる。
【０１００】
（繊維強化樹脂成形品）
次に、本実施形態の繊維強化樹脂成形品の構成について説明する。
本実施形態の繊維強化樹脂成形品は、上述した樹脂構造物Ｓのうち、樹脂として熱可塑性樹脂を含むものを原料として製造したものである。すなわち、本実施形態の繊維強化樹脂成形品は、熱可塑性樹脂と、上記樹脂中に開繊された状態で分散する繊維とを含む粒状の繊維含有樹脂構造物を成形（賦形）したものである。
【０１０１】
本実施形態の繊維強化樹脂成形品は、上述した繊維強化樹脂硬化物と同様に、樹脂中の繊維の分散状態を示すフラクタル値、及び樹脂中の繊維の配向状態を示す配向テンソル値の標準偏差が所要の範囲である。このため、機械的強度の向上が十分となり、また、成形物の品質は、安定したものとなる。
【０１０２】
なお、本実施形態の繊維強化樹脂成形品についても、上記繊維強化樹脂硬化物と同様の方法により製造することができる。
【０１０３】
以上説明したように、本実施形態の樹脂構造物（繊維含有粒状樹脂構造物）Ｓによれば、樹脂と繊維とを含み、樹脂中に繊維が開繊された状態で分散するとともに、平均密度及び平均嵩密度の少なくとも一方が所要の値であるため、これを用いて製造した繊維強化樹脂硬化物や繊維強化樹脂成形品の機械的強度を充分に向上することができるとともに、安定した品質を提供することができる。
【０１０４】
本実施形態の樹脂構造物Ｓの製造方法によれば、射出成形機の射出ユニット１０を用い、溶融した樹脂中に繊維が開繊した状態で分散した樹脂組成物の溶融混合物を得て、上記溶融混合物を吐出口１２ａから吐出し、吐出口１２ａから吐出された後の樹脂組成物の直径が当該吐出口１２ａの直径に対して所要の範囲となるまで膨張した後に吐出口１２ａから切り離すことによって、上述した樹脂構造物Ｓを容易に製造することができる。
【０１０５】
本実施形態の繊維強化樹脂硬化物および繊維強化樹脂成形品によれば、成形材料として樹脂構造物Ｓを用いて製造したものであり、樹脂中の繊維の分散状態を示すフラクタル値、及び樹脂中の繊維の配向状態を示す配向テンソル値の標準偏差が所要の範囲であるため、機械的強度が十分に向上し、安定した品質を有する。
【０１０６】
＜第２の実施形態＞
次に、本発明を適用した第２の実施形態について説明する。具体的には、第２実施形態は、上述した第１実施形態とは、樹脂構造物Ｓの製造方法が異なるものである。したがって、樹脂構造物Ｓの製造方法について詳細に説明するとともに、その他共通する内容については説明を省略する。
【０１０７】
図４は、本発明を適用した第２の実施形態である樹脂構造物Ｓの製造方法の構成を説明するための図である。
【０１０８】
「第１の工程」
第１の工程では、準備工程で成形したペレットＰを加熱し、樹脂を溶融して、溶融した樹脂中に繊維が開繊した状態で分散する樹脂組成物の溶融混合物を得る。本実施形態では、図４に示すように、単軸押出機２０を用いて溶融混合することにより、上述した第１実施形態における射出成形機の射出ユニット１０と同様に、ペレットＰに含まれる繊維の開繊と繊維の分散を促進させる。
【０１０９】
ここで、単軸押出機２０は、図４に示すように、加熱機構を備えた筒状のバレル２１と、このバレル２１の先端に設けられたダイス２２と、バレル２１内で回転可能なスクリュー２３と、バレル２１とスクリュー２３との間の空間に樹脂及び繊維の原料となるペレットＰを投入するための投入口２４と、を備えて、概略構成されている。また、ダイス２２には、複数の吐出口２２ａが設けられており、この吐出口２２ａはダイス２２を平面視した際に、周方向に等間隔となるように配設されている。さらに、バレル２１の温度は、投入口２４側が低温、ダイス２１が設けられた先端側が高温となるように勾配が設けられている。
【０１１０】
具体的には、先ず、図４に示すように、加熱しているバレル２１に対して投入口２４からペレットＰを供給する。供給されたペレットＰは、バレル２１内において樹脂が溶融する。そして、スクリュー２３の回転によるせん断力によって、繊維が開繊される。これにより、溶融した樹脂中に開繊した繊維が分散した、溶融混合物が得られる。
【０１１１】
「第２の工程」
次に、第２の工程では、ダイス２２の先端に設けられた複数の吐出口２２ａから溶融混合物を押し出す。具体的には、バレル２１内においてスクリュー２３が回転することにより、溶融混合物に対してダイス２２方向に向かう応力がかかる。
【０１１２】
ここで、スクリュー周速としては、単軸押出機２０において、２０〜４００（ｍｍ／ｓｅｃ）の範囲とすることが好ましく、４０〜３００（ｍｍ／ｓｅｃ）の範囲とすることがより好ましい。さらに、押出された樹脂の温度としては、７０〜１４０（℃）の範囲とすることが好ましく、８０〜１３０（℃）の範囲とすることがより好ましい。スクリュー周速及び温度を上記好ましい範囲とすることで、溶融した樹脂中において繊維の開繊と分散とを効果的に行うことができる。
【０１１３】
また、各吐出口２２ａの直径としては、特に限定されるものではなく、所望の樹脂構造物Ｓの大きさに応じて適宜選択することができる。具体的には、吐出口２２ａの直径は、３〜１５（ｍｍ）の範囲とすることが好ましく、５〜１２（ｍｍ）の範囲とすることがより好ましい。上記好ましい圧力範囲とすることで、圧縮成形の原料として用いる際に計量が容易となるために好ましい。
【０１１４】
次に、各吐出口２２ａから溶融混合物を吐出する。次いで、上記吐出口２２ａから吐出された後の樹脂組成物の直径が、当該吐出口２２ａの直径に対して所要の範囲となるまで膨張した後に吐出口２２ａから切り離す。ここで、上記膨張の範囲としては、上述した第１実施形態と同じ範囲とすることができる。これにより、図４に示すように、本実施形態の樹脂構造物Ｓが得られる。
【０１１５】
なお、本実施形態においても上述した第１実施形態と同様に、吐出口２２ａから膨張した後の樹脂組成物を切り離す際、膨張後ただちに切り離すことで、粒状の樹脂構造物Ｓとして回収してもよい。また、吐出口２２ａから吐出し膨張した後、ある程度の長さとなったときに吐出口２２ａから切り離し、その後、所望の間隔で切断して粒状の樹脂構造物Ｓとしてもよい。
【０１１６】
また、本実施形態の樹脂構造物Ｓの製造方法では、繊維の開繊が進むが、折損も生じるため、樹脂構造物Ｓ中の繊維長が短くなる。したがって、原料として単軸押出機２０に投入するペレットＰでは、樹脂構造物Ｓにおいて必要な繊維の長さよりも長い繊維を含むものを用いることが好ましい。
【０１１７】
また、単軸押出機２０を用いて開繊した後の繊維長は、スクリュー２３の形状や、ダイス２２に設けた吐出口２２ａの形状等によっても変化することが知られている。したがって、繊維の折損を防ぐのに適した形状を適宜選択して用いることが好ましい。
【０１１８】
以上説明したように、本発明の第２の実施形態である樹脂構造物Ｓの製造方法によれば、上述した第１の実施形態の成形品の製造方法と同様の効果が得られる。すなわち、単軸押出機２０を用い、溶融した樹脂中に繊維を開繊した状態で分散させた溶融混合物を得て、上記溶融混合物を複数の吐出口２２ａから吐出し、吐出された後の樹脂組成物の直径が当該吐出口２２ａの直径に対して所要の範囲となるまで膨張した後に吐出口２２ａから切り離すことによって、上述した樹脂構造物Ｓをより効率的に製造することができる。
【０１１９】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば、上述した第１及び第２の実施形態では、樹脂構造物Ｓを用いた硬化物等を製造する際、一般的な圧縮成形に適用した場合を一例として説明したが、これに限定されるものではない。例えば、移送成形および射出成形に適用してもよいし、移送−圧縮成形および射出−圧縮成形のように組み合わせたものに適用してもよい。
【０１２０】
また、上述した第１及び第２の実施形態の樹脂構造物Ｓの製造方法では、原料となる樹脂及び繊維を射出成形機の射出ユニット１０あるいは単軸押出機２０に供給する態様としてペレットＰを用いた場合を一例として説明したが、これに限定されるものではない。例えば、ペレットＰをさらに固めた集合物を用いてもよいし、樹脂と繊維とを別々に投入してもよい。また、ペレットＰを用いる場合に、樹脂や繊維を追加投入して所望の樹脂構造物Ｓを製造してもよい。
【０１２１】
また、上述した第２の実施形態の樹脂構造物Ｓの製造方法では、単軸押出機２０を用いた場合を押出機の一例として説明したが、これに限定されるものではない。例えば、二軸以上の押出機を用いて樹脂構造物Ｓを製造してもよい。なお、図４に示す単軸押出機２０の構成は一例であって、スクリュー２３の形状や、ダイス２２に設けた吐出口２２ａの形状等は特に限定されるものではない。
【実施例】
【０１２２】
以下、本発明の効果を実施例及び比較例を用いて詳細に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。
【０１２３】
＜ペレットａの調製＞
以下のようにして、ペレットａを調製した。
まず、繊維の原繊維としてのシランカップリング剤により表面処理が施されたガラス繊維（Ｅガラス、ＰＰＧ社製ガラス繊維ロービング１０８４、平均径：１５μｍ）を用意した。
【０１２４】
次いで、樹脂としてのフェノール樹脂（住友ベークライト株式会社製、商品名スミライトレジンＰＲ−５１４７０、重量平均分子量：２８００：フェノールノボラック樹脂）を３６．０質量部と、硬化剤としてのヘキサメチレンテトラミンを６．０質量部と、硬化助剤としての酸化マグネシウムを１．０質量部と、離型剤としてのステアリン酸カルシウムを１．０質量部と、顔料としてのカーボンブラックを１．０質量部とを混合して、樹脂混合物ａを得た。
【０１２５】
次に、流動床技術を使用して、表面処理が施されたガラス繊維５５質量部に、得られた樹脂混合物ａ４５質量部をコーティングし、４００℃に加熱されたヒータにより溶融・固着させ、その後、冷却した。
【０１２６】
次に、ストランドカッターにより、樹脂混合物ａがコーティングされたガラス繊維を、平均長さ２０ｍｍの繊維が得られるように切断した。これにより、ペレットａを得た。
【０１２７】
＜ペレットｂの調製＞
以下のようにして、ペレットｂを調製した。
繊維の原繊維としてのシランカップリング剤により表面処理が施されたガラス繊維（Ｅガラス、ＰＰＧ社製ガラス繊維ロービング１０８４、平均径：１５μｍ）を用意した。
【０１２８】
次いで、樹脂としてのフェノール樹脂（住友ベークライト株式会社製、商品名スミライトレジンＰＲ−５１４７０、重量平均分子量２８００：フェノールノボラック樹脂）８．０質量部及びフェノール樹脂（住友ベークライト株式会社製商品名スミライトレジンＰＲ−５３５２９、重量平均分子量３００００：レゾール型フェノール樹脂）３４．０質量部と、硬化剤としての水酸化カルシウム１．０質量部と、離型剤としてのステアリン酸カルシウム１．０質量部と、顔料としてのカーボンブラック１．０質量部とを混合して、樹脂混合物ｂを得た。
【０１２９】
次に、流動床技術を使用して、表面処理が施されたガラス繊維５５質量部に、得られた樹脂混合物ｂ４５質量部をコーティングし、４００℃に加熱されたヒータにより溶融・固着させ、その後、冷却した。
【０１３０】
次に、ストランドカッターにより、樹脂混合物ｂがコーティングされたガラス繊維を、平均長さ２０ｍｍの繊維が得られるように切断した。これにより、ペレットｂを得た。
【０１３１】
＜繊維含有粒状樹脂構造物の作製＞
（実施例１）
得られたペレットａを射出成形機の射出ユニットに投入して１１０℃にて加熱することで樹脂を溶融し、スクリュー周速７０ｍｍ／ｓｅｃで繊維を開繊して、溶融混合物を得た。次いで、得られた溶融混合物を射出成形機の射出ユニットのノズル先端の吐出口（φ１０ｍｍ）から吐出し、吐出口の直径に対して１１０〜２００％の範囲内に膨張した後に吐出口から切り離すことによって、実施例１の繊維含有粒状樹脂構造物を得た。
【０１３２】
（実施例２〜４）
得られたペレットａを単軸押出機に投入して加熱することで樹脂を１１０℃で溶融し、スクリュー周速７０ｍｍ／ｓｅｃで繊維を開繊して、溶融混合物を得た。次いで、得られた溶融混合物を単軸押出機のダイス先端の吐出口から吐出し、吐出口の直径に対して１１０〜２００％の範囲内に膨張した後に吐出口から切り離すことによって、繊維含有粒状樹脂構造物を得た。実施例２で使用された単軸押出機のダイス先端の吐出口直径は１０ｍｍ、実施例３で使用された単軸押出機のダイス先端の吐出口直径は７ｍｍ、実施例４で使用された単軸押出機のダイス先端の吐出口直径は５ｍｍであった。なお、膨張後に吐出口から切り離すまでの時間をかえることによって、実施例２〜４の繊維含有粒状樹脂構造物を得た。
【０１３３】
（実施例５）
ペレットａの代わりにペレットｂを用いた以外は、実施例２と同様にして、繊維含有粒状樹脂構造物を得た。
【０１３４】
＜ペレット及び繊維含有粒状樹脂構造物の評価＞
得られたペレットａ、及び実施例１〜５の繊維含有粒状樹脂構造物について、それぞれ下記の評価を行った。なお、評価結果は、下記の表１に示す。
【０１３５】
（平均密度）
得られたペレットａ、及び実施例１〜５の繊維含有粒状樹脂構造物の平均密度は、「ＪＩＳ  Ｚ８８０７」に規定の幾何学的測定による密度および比重の測定方法に従って、測定した。
【０１３６】
（平均嵩密度）
得られたペレットａ、及び実施例１〜５の繊維含有粒状樹脂構造物の平均嵩密度は、粉体特性評価装置（ホソカワミクロン社製、「パウダーテスタＰＴ−Ｘ型」等）を用いて測定した。具体的には、１００（ｃｍ３）の容器を用いて、シュートを通して自由落下させて、タップせずに重量を測定し、上記重量を容器の体積で除した値として求めた。
【０１３７】
（平均繊維長）
得られたペレットａ中、及び実施例１〜５の繊維含有粒状樹脂構造物中に含まれる繊維の平均長さ（平均繊維長）は、以下の（１）〜（３）の手順によって、算出した。
（１）電気炉を用いて構造物全体を５５０℃で加熱し、樹脂を気化させた後、繊維のみを取り出した。
（２）顕微鏡を用いて繊維の長さを測定した（繊維の測定本数：１サンプルにつき５００本）。
（３）測定した繊維長から、重量平均繊維長を算出した。
【０１３８】
（繊維の面積分率）
得られたペレットａ、及び実施例１〜５の繊維含有粒状樹脂構造物を断面視した際の、繊維の面積分率の測定は、Ｘ線ＣＴ装置（ヤマト科学製、「ＴＤＭ１０００−ＩＩ」等）を用いて測定した。具体的には、Ｘ線ＣＴで測定した断面像から繊維の面積を抽出して、その面積分率を求めた。
【０１３９】
（平均粒子径）
実施例１〜５の繊維含有粒状樹脂構造物の平均粒子径は、ＪＩＳ  Ｚ８８１５のふるい分け試験方法によって求めた。また、平均粒子径は、粒度分布における積算値５０％での粒子径（累積分布におけるメジアン径）とした。
【０１４０】
＜硬化物の作製＞
（実施例１〜５）
作製した繊維含有粒状樹脂構造物を１００℃程度で予熱した後に秤取して金型に投入し、圧縮成形機を用いて加圧し加熱硬化せしめ、長さ１００ｍｍ×幅１００ｍｍ×厚み４ｍｍの硬化物を得た。硬化条件は、金型温度１７０〜１８０℃、成形圧力２０〜３０ＭＰａ、硬化時間３分であった。
なお、実施例１〜５の繊維含有粒状樹脂構造物を用いて作製した硬化物を、それぞれ実施例１〜５の硬化物とした。
【０１４１】
（比較例１）
得られたペレットａを直接金型に投入し、圧縮成形機を用いて加圧し加熱硬化せしめ、長さ１００ｍｍ×幅１００ｍｍ×厚み４ｍｍの硬化物を得た。硬化条件は、金型温度１７０〜１８０℃、成形圧力２０〜３０ＭＰａ、硬化時間３分であった。
このようにして得られた硬化物を、比較例１の硬化物とした。
【０１４２】
（比較例２）
樹脂としてフェノール樹脂（住友ベークライト株式会社製、商品名スミライトレジンＰＲ−５１４７０、重量平均分子量：２８００：フェノールノボラック樹脂）３６．０質量部と、硬化剤としてヘキサメチレンテトラミン６．０質量部及び酸化マグネシウム１．０質量部と、離型剤としてステアリン酸カルシウム１．０質量部と、顔料としてカーボンブラック１．０質量部と、ガラス繊維としてガラスチョップドストランド（日東紡績社製、ＣＳ３Ｅ４７９、数平均繊維径１１μｍ、数平均繊維長３ｍｍ）５５質量部とを混合して、樹脂混合物ｃを得た。次いで、得られた樹脂混合物ｃを、回転速度の異なる加熱ロールで混練し、シート状に冷却したものを粉砕することにより、顆粒状の成形材料を得た。なお、加熱ロールの混練条件は、回転速度は高速側／低速側＝２０／１４ｒｐｍ、温度は高速側／低速側＝９０／２０℃、混練時間は５〜１０分間とした。
このようにして得られた成形材料の平均密度、平均嵩密度、及び平均繊維長を、前記の方法により決定した。
【０１４３】
次いで、得られた顆粒状の成形材料を１００℃程度に予熱した後に金型に投入し、圧縮成形機を用いて加圧し加熱硬化せしめ、長さ１００ｍｍ×幅１００ｍｍ×厚み４ｍｍの硬化物を得た。硬化条件は、金型温度１７０〜１８０℃、成形圧力２０〜３０ＭＰａ、硬化時間３分であった。
このようにして得られた硬化物を、比較例２の硬化物とした。
【０１４４】
＜硬化物の評価＞
実施例１〜５及び比較例１〜２の硬化物について、それぞれ下記の評価を行った。なお、評価結果は、下記の表１に示す。
【０１４５】
（圧縮強さの測定）
各試験例の試験片の中央部から、長さ１０ｍｍ×幅１０ｍｍ×厚み４ｍｍのサイズを有する部分を切り出して、圧縮強さを測定するための試験片とした。この試験片の圧縮強さを、ＩＳＯ  ６０４に準拠して測定した。
【０１４６】
（曲げ強さの測定）
各試験例の試験片の中央部から、長さ８０ｍｍ×幅１０ｍｍ×厚み４ｍｍのサイズを有する部分を切り出して、曲げ強さを測定するための試験片とした。この試験片の曲げ強さを、ＩＳＯ  １７８に準拠して測定した。
【０１４７】
（シャルピー衝撃値の測定）
各試験例の試験片の中央部から、長さ８０ｍｍ×幅１０ｍｍ×厚み４ｍｍのサイズを有する部分を切り出して、シャルピー衝撃値を測定するための試験片とした。この試験片のシャルピー衝撃値を、ＩＳＯ  １７９に準拠して測定した。
【０１４８】
（フラクタル値）
各試験例の試験片の中央部から、長さ５ｍｍ×幅１０ｍｍ×厚み４ｍｍのサイズを有する部分を切り出して、フラクタル値を測定するための試験片とした。この試験片のフラクタル値（フラクタル次元（Ｄ）値）は、具体的には以下の（１）〜（４）の手順によって算出した。
（１）先ず、Ｘ線ＣＴを用いて測定したデータから得られる二次元画像を二値化した。
（２）次に、二次元画像の全体を、Ｘ方向及びＹ方向のそれぞれがｎ等分（ｎ＝６、１２、１６、２５、３６、４１、８２）となるように分割した。これにより、画像全体をｎ２個のボックスに分割した。
（３）次に、各ｎ値において各ボックス内の繊維面積率を算出し、この繊維面積率の平均値（ａ）と標準偏差（σ）とから、変動係数（Ｃｖ（ｎ）＝σ／ａ）を算出した。
（４）次に、ｘ軸にｎ値の逆数「１／ｎ」、ｙ軸に変動係数「（Ｃｖ（ｎ）」とした両対数のグラフにおいて各ｎ値についてプロットし、得られた近似直線の傾きに「−１」を乗じた値をフラクタル次元（Ｄ）値とした。
【０１４９】
（配向テンソル値の標準偏差）
各試験例の試験片の中央部から、長さ５ｍｍ×幅１０ｍｍ×厚み４ｍｍのサイズを有する部分を切り出して、配向テンソル値の標準偏差を測定するための試験片とした。この試験片の配向テンソル値の標準偏差は、具体的には以下の（１）〜（４）の手順によって算出した。
（１）先ず、Ｘ線ＣＴを用いて測定したデータから、三次元モデルを再構成した。
（２）三次元モデルについて、繊維と樹脂を二値化し分離した。
（３）繊維方向テンソル（Ｔｘｘ，Ｔｙｙ，Ｔｚｚ）を算出した。
（４）解析範囲内の合計データ数が２０００程度のＴｘｘ，Ｔｙｙ，Ｔｚｚから標準偏差を算出した。
【０１５０】
【表１】
2020114676.tif 000004
【０１５１】
【表２】
2020114676.tif 000005
【０１５２】
硬化物を成形する原料中の平均繊維長について、実施例１〜５の粒状樹脂構造物よりも比較例１のペレットの方が大きな値であった。すなわち、硬化物中の平均繊維長は、実施例１〜５よりも比較例１の方が長いことが示唆された。
【０１５３】
しかしながら、硬化物の圧縮強さ、及び曲げ強さについて、実施例１〜５と比較例１とを比較すると、比較例１よりも実施例１〜５の方が大きな値であった。
さらに、平均繊維長に対する硬化物の圧縮強さ、曲げ強さ、及びシャルピー衝撃強さの比について、実施例１〜５と比較例１とを比較すると、比較例１よりも実施例１〜５の方が顕著に大きな値であった。
【０１５４】
次に、硬化物のフラクタル値について、実施例１〜５と比較例１とを比較すると、比較例１よりも実施例１〜５の方が高い値であった。したがって、実施例１〜５の硬化物では、樹脂中の繊維の分散（開繊）状態が良好であることが確認された。
【０１５５】
また、硬化物の配向テンソル値の標準偏差について、実施例１〜５と比較例１とを比較すると、比較例１よりも実施例１〜５の方が低い値であった。したがって、実施例１〜５の硬化物では、樹脂中の繊維の配向性がランダム配向により近い傾向であり、樹脂中の繊維の分散状態が良好であることが確認された。
【０１５６】
ところで、硬化物を成形する原料について、実施例１〜５と比較例１とを比較すると、実施例１〜５が、樹脂と当該樹脂中に開繊された状態で分散する繊維とを含み、平均密度及び平均嵩密度の少なくとも一方が所要の範囲内の値を有する粒状樹脂構造物であるのに対して、比較例１が未開繊のペレットであった。
【０１５７】
したがって、実施例１〜５の粒状樹脂構造物を用いて硬化物を成形することによって、圧縮強さ、及び曲げ強さといった機械的強度が向上した繊維強化樹脂硬化物が得られることを確認できた。
【０１５８】
また、実施例１〜５の粒状樹脂構造物を用いた硬化物は、樹脂中の繊維の分散状態を示すフラクタル値、及び樹脂中の繊維の配向状態を示す配向テンソル値の標準偏差が所要の範囲の値であるため、機械的強度が十分に向上し、安定した品質を有することを確認できた。
【０１５９】
また、ガラス長繊維が開繊された状態で含まれる本発明の繊維含有粒状樹脂構造物を用いて得られた実施例１〜５の硬化物は、ガラス短繊維を含む樹脂混合物を加熱混練して得られる従来の顆粒状の成形材料を用いて得られた比較例２の硬化物と比較して、圧縮強さや曲げ強さといった静的強度を同等レベルに維持しつつ、シャルピー衝撃強度等の動的強度が顕著に改善されていることも確認できた。
【産業上の利用可能性】
【０１６０】
本発明の繊維含有粒状樹脂構造物を用いて硬化物又は成形品を製造することによって、機械的強度が向上し、品質が安定した繊維強化樹脂硬化物や繊維強化樹脂成形品を製造することができる。
【符号の説明】
【０１６１】
１  樹脂
２  繊維
１０  射出成形機の射出ユニット
１１  シリンダー
１２  ノズル
１２ａ  吐出口
１３  スクリュー
１４  投入口
１５  ヒータ
２０  単軸押出機
２１  バレル
２２  ダイス
２２ａ  吐出口
２３  スクリュー
２４  投入口
Ｓ  樹脂構造物（繊維含有粒状樹脂構造物）
Ｐ  ペレット
【図１】
2020114676.tif 000006
【図２】
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【図３】
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【図４】
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