(57)【要約】  【課題】  十分な機械的特性を維持することができるとともに、よりコストを低下させることができる繊維強化樹脂部材及びその製造方法を提供する。  【解決手段】  繊維強化樹脂部材１０は、表層部１６に長繊維１２が集中的に配列しており、一方、中層部１８には短繊維１４が集中的に配列しているものである。表層部１６に長繊維が１２が集中的に配列されているので、曲げ強度を十分に維持しつつコストの低い繊維強化樹脂部材１０を実現することができる。溶融粘度が比較的高い第１ベース樹脂２０ａに長繊維１２が含まれた長繊維材料２４と溶融粘度が比較的低い第２ベース樹脂２０ｂに短繊維１４が含まれた短繊維材料２２とを混合した混同材料２６を原料として射出成形することにより、このような繊維強化樹脂部材１０を得ることができる。  【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース樹脂に短繊維と長繊維とが含有されている繊維強化樹脂部材において、
表層部における前記長繊維の含有量が中層部における前記長繊維の含有量よりも多く、前記中層部における前記短繊維の含有量が前記表層部における前記短繊維の含有量よりも多くされていることを特徴とする繊維強化樹脂部材。
【請求項２】
第１ベース樹脂に長繊維が含有されてなる長繊維材料と、第２ベース樹脂に短繊維が含有されてなり、該長繊維材料よりも溶融粘度が低い短繊維材料とを混合して得られた混合材料を射出成形することにより成形されたことを特徴とする繊維強化樹脂部材。
【請求項３】
第１ベース樹脂に長繊維が含有されてなる長繊維材料と、第２ベース樹脂に短繊維が含有されてなり、前記長繊維材料よりも溶融粘度が低い短繊維材料とを混合する工程と、
前記長繊維材料と前記短繊維材料とが混合された混合材料を溶融状態で成形型に形成されるキャビティに射出する射出成形工程と、を有することを特徴とする繊維強化樹脂部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹脂中に繊維を含有させることにより、樹脂の強度を向上させることができる繊維強化樹脂部材及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
樹脂の中に繊維状のフィラーを含有することで、軽量でかつ機械的強度が優れる繊維強化樹脂部材が知られている。これら繊維強化樹脂部材は、樹脂中に含有させる繊維の長さにより、長繊維強化樹脂部材と短繊維強化樹脂部材とに大別することができる。長繊維強化樹脂部材は、繊維の平均長さが、例えば約０．５〜１０ｍｍとされるいわゆる長繊維を樹脂中に含有させたものであり、短繊維強化樹脂部材は、繊維の平均長さが例えば０．０１〜１ｍｍとされるいわゆる短繊維を樹脂中に含有させたものである。ここで、長繊維強化樹脂部材は、短繊維強化樹脂部材に比べて機械的強度に優れるため、比較的強度が必要とされる部材には好適に採用することができる。一方、短繊維強化樹脂部材は、長繊維強化樹脂部材に比べて低コストであるという特徴がある。また、長繊維が入り込めないような部分にも短繊維であれば入り込めるため、例えば複雑な形状を有する部材の細部においても強度を確保できるというメリットがある。
【０００３】
このような、長繊維強化樹脂部材と短繊維強化樹脂部材との長所を鑑みて、長繊維強化樹脂部材と短繊維強化樹脂部材とを組み合わせた繊維強化樹脂部材が、例えば特開平８−３１１３１１号公報（特許文献１）に開示されている。特許文献１は、樹脂部材全体の強度は長繊維で補強するとともに、ネジ山等の細部においても、短繊維を分布させることにより強度を確保することができるネジを開示するものである。
【特許文献１】特開平５−０５２２０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１に開示されている繊維強化樹脂部材（ネジ）においては、長繊維及び短繊維との両者の長所により、部材全体としての機械的特性を良好に維持するとともに、細部においても十分な機械的特性を維持することができる。しかしながら、このような繊維強化樹脂部材においては、細部ではなくその部材自体の機械的特性を向上させるには、長繊維のフィラーを樹脂部材に多量に含有させなければならないので、樹脂部材のコストが高くなるという問題がある。なお、引用文献１に開示されている技術においては、長繊維を樹脂部材のメインの部分に分布させ、短繊維を細部に分布させるようにしているとはいっても、長繊維と短繊維を含む樹脂を単に射出成形することで得られるものであり、長繊維と短繊維とをこれらの特性に応じて積極的に配列させるという意図は感じられない。
【０００５】
本発明は、以上のような現状を鑑みてなされたものであり、十分な機械的特性を維持することができるとともに、よりコストを低下させることができる繊維強化樹脂部材を提供することを課題とする。また、そのような繊維強化樹脂部材を製造する方法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】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の繊維強化樹脂部材の第１の様相は、ベース樹脂に短繊維と長繊維とが含有されている繊維強化樹脂部材において、表層部における前記長繊維の含有量が中層部における前記長繊維の含有量よりも多く、前記中層部における前記短繊維の含有量が前記表層部における前記短繊維の含有量よりも多くされていることを特徴とする。
【０００７】
また、上記課題を解決するために、本発明の繊維強化樹脂部材の第２の様相は、第１ベース樹脂に長繊維が含有されてなる長繊維材料と、第２ベース樹脂に短繊維が含有されてなり、該長繊維材料よりも溶融粘度が低い短繊維材料とを混合して得られた混合材料を射出成形することにより成形されたことを特徴とする。
【０００８】
なお、溶融粘度とは、長繊維あるいは短繊維が含有されるベース樹脂が溶融したときの材料の粘度をいう。
【０００９】
さらに、上記課題を解決するために、本発明の繊維強化樹脂部材の製造方法は、第１ベース樹脂に長繊維が含有されてなる長繊維材料と、第２ベース樹脂に短繊維が含有されてなり、前記長繊維材料よりも溶融粘度が低い短繊維材料とを混合する工程と、前記長繊維材料と前記短繊維材料とが混合された混合材料を溶融状態で成形型に形成されるキャビティに射出する射出成形工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
上記の本発明の繊維強化樹脂部材の第１の様相によれば、長繊維が部材の外周面側にある表層部に集中的に分布し、短繊維が部材の内部にある中層部に集中的に分布する形態を実現することができる。短繊維が中層部に集中的に分布し、長繊維が表層部に集中的に分布するような形態を実現することで、繊維強化樹脂部材全体に含まれる長繊維の割合を低減させることができ、繊維強化樹脂部材のコストを低下させることができる。さらに、長繊維が繊維強化樹脂部材の表層部に集中的に分布しているため、繊維強化樹脂部材の機械的特性を十分に維持することができる。特に、繊維強化樹脂部材の曲げ強度を、長繊維及び短繊維の部材全体における配合量及び配合割合が同一で、かつ長繊維と短繊維が部材全体に略均一に分布している他の樹脂部材よりも格段に向上させることができる。これは、曲げ中心となる中層部よりも、該中層部から距離の遠い表層部における強度が強いためである。このように、本発明の繊維強化樹脂部材の第１においては、部材中における長繊維の含有量を全体として比較的少なくしても、長繊維が樹脂部材の表層部に集中的に分布するような構成とすることで、十分な機械的特性を維持することができる。したがって、機械的特性に優れる繊維強化樹脂部材をより低コストで実現することができる。
【００１１】
さらに、上記のような本発明の繊維強化樹脂部材を製造するためには、第１ベース樹脂に長繊維が含有され、比較的溶融粘度が高い長繊維材料と、第２ベース樹脂に短繊維が含有され、比較的溶融粘度が低い短繊維材料とを混合した混合材料を用いて射出成形すればよい。射出成形においては、射出成形に使用する金型の金型面側に溶融粘度の高い部分が流れ、一方、該金型の金型面から離れた内部には溶融粘度の低い部分が流れる。したがって、本発明のように、溶融粘度の比較的高い長繊維材料は、金型の金型面側に優先的に流れる。そのため、長繊維材料に含有される長繊維が金型の金型面側に優先的に分布することになる。一方、比較的溶融粘度の低い短繊維材料は、金型の金型面から離れた金型内部に優先的に流れる。そのため、短繊維材料に含有される短繊維が金型の内部に優先的に分布することになる。そのため、機械的特性が十分に維持されるとともに低コストな本発明に係る繊維強化樹脂部材を製造することができる。なお、長繊維材料及び短繊維材料の溶融粘度を規定する指標はいくつか考えられるが、例えば、メルトフローレートやスパイラルフロー長等を、粘度の指標として採用することができる。
【００１２】
上記のような、本発明の繊維強化樹脂部材の製造方法から、前述した本発明の繊維強化樹脂部材の第２の様相も想定できる。つまり、上記のような本発明に係る繊維強化樹脂部材の製造方法によれば、長繊維が繊維強化樹脂部材の表層部に集中的に分布するため、表層部における長繊維の含有量が中層部に比べて多くなる。そのため、本発明の繊維強化樹脂部材の第１の様相で説明した繊維強化樹脂部材と同様の繊維強化樹脂部材を得ることができる。
【００１３】
ここで、繊維強化樹脂部材を構成するベース樹脂としては、基本的に射出成形可能な熱可塑性樹脂を採用することができる。さらに具体的には、ポリオレフィン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリフェニレンサルファイド系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリスチレン系樹脂、アクリロニトリル／スチレン（ＡＳ）系樹脂、アクリロニトリル／ブタジエン／スチレン（ＡＢＳ）系樹脂等の熱可塑性プラスチックが挙げられる。
【００１４】
また、長繊維材料の溶融粘度を比較的高くし、短繊維材料の溶融粘度を比較的低くする場合、例えば長繊維材料を構成する第１ベース樹脂の溶融粘度を比較的高くして、短繊維材料を構成する第２ベース樹脂の溶融粘度を比較的低くすることで実現することができる。具体的には、長繊維材料の第１ベース樹脂は、短繊維材料の第２ベース樹脂よりも溶融粘度が高いものを採用することができる。なお、第１ベース樹脂の溶融粘度と第２ベース樹脂の溶融粘度とが略同等の場合、あるいは第１ベース樹脂の溶融粘度より第２ベース樹脂の溶融粘度のほうが高い場合でも、長繊維あるいは短繊維が含有されることにより、長繊維材料のほうが短繊維材料より溶融粘度が高くなるような場合があってもよい。
【００１５】
また、ベース樹脂の粘度は、当該樹脂の平均分子量に依存するため、第１ベース樹脂及び第２ベース樹脂の分子量を調整することにより、それぞれのベース樹脂の溶融粘度を適宜好適な程度に設定することができる。具体的には、一般的に平均分子量が多い樹脂は溶融粘度が高く、平均分子量が少ない樹脂は溶融粘度が低いと言える。そのため、比較的溶融粘度の高い第１ベース樹脂として、比較的平均分子量の大きな樹脂を採用することができる。一方、比較的溶融粘度が低い第２ベース樹脂として、比較的平均分子量の小さな樹脂を採用することができる。樹脂の種類としては、上述したような数種類の樹脂から、第1ベース樹脂あるいは第２ベース樹脂として好適な平均分子量を有するものを選択して採用することができる。
【００１６】
なお、第１ベース樹脂と第２ベース樹脂とは、同一種類の樹脂において、平均分子量が異なるものを採用することができる。すなわち、第１ベース樹脂と第２ベース樹脂とを同一の樹脂で構成し、第１ベース樹脂の平均分子量を第２ベース樹脂の平均分子量よりも高くすることができる。第１ベース樹脂と第２ベース樹脂とが同一の樹脂で構成されているため、それぞれの樹脂の相溶性を十分に維持することができる。
【００１７】
また、上記のようなベース樹脂に含有される強化繊維としては、ガラス繊維、炭素繊維等の無機繊維、シリコン繊維、チタン繊維、炭素繊維、ボロン繊維等の金属繊維、アラミド繊維、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維、ビニロン等の有機合成繊維、絹、綿、麻等の天然繊維等を例示することができる。これらは単独で用いてもよく、２種以上組合わせて用いてもよいが、機械的物性の向上及び入手の容易性の点からガラス繊維を採用するのがより好ましい。ガラス繊維の具体例としては、Ｅガラス（Electrical glass ）、Ｃガラス（Chemical glass ）、Ａガラス（Alkali glass ）、Ｓガラス（High strength glass ）、及び耐アルカリガラス等のガラスを溶融紡糸して得られるフィラメント状の繊維を例示することができる。
【００１８】
長繊維と短繊維とをあわせた強化繊維全体の含有量は、前記ベース樹脂に対して１０〜５０重量％が好ましく、２５〜４５重量％がより好ましい。強化繊維の含有量が１０重量％未満の場合には、繊維強化樹脂部材の機械的特性を十分に維持することができない。一方、同強化繊維の含有量が５０重量％を超えると、成形性が低下するとともにコストアップの原因となり好ましくない。
【００１９】
さらに、長繊維については、その平均繊維長を例えば０．５ｍｍ〜１０ｍｍとすることができる。平均繊維長が０．５ｍｍ未満であると、強化繊維としての機能が短繊維と区別できず、長繊維としての長所を効果的に得ることができない。一方、短繊維については、その平均繊維長を０．０１ｍｍ〜０．５ｍｍとすることができる。平均繊維長が０．０１ｍｍ未満であると、強化繊維としての機能を十分に発揮することができない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、添付の図面を用いて、本発明に係る繊維強化樹脂部材及びその製造方法の実施形態について説明する。ここでは、特に自動車用部品であるアウトサイドハンドルフレームに好適に使用される繊維強化樹脂部材について説明する。図１は、本実施形態の繊維強化樹脂部材を示す断面模式図である。図１に示すように、本実施形態の繊維強化樹脂部材１０は、ベース樹脂２０中に長繊維１２と短繊維１４とが含有されているものである。ここで、本実施形態の繊維強化樹脂部材１０においては、その外周面側に位置する表層部１６は、ベース樹脂２０は第１ベース樹脂２０ａにより構成されている。一方、繊維強化樹脂部材１０の内部である中層部１８は、ベース樹脂２０は第２ベース樹脂２０ｂにより構成されている。ここで、第１ベース樹脂２０ａと第２ベース樹脂２０ｂとは前述したような熱可塑性樹脂により構成することができる。特に、前述した自動車部品に採用する場合には、第１ベース樹脂としてポリプロピレンを採用することができる。軽量であるためである。一方、第２ベース樹脂として第１ベース樹脂と同種のポリプロピレンを採用することができる。本実施形態においては、第１ベース樹脂と第２ベース樹脂とは同種の樹脂であるが、平均分子量を第２ベース樹脂よりも第１ベース樹脂において高くしており、第１ベース樹脂の溶融粘度のほうが、第２ベース樹脂の溶融粘度よりも高く設定されている。また、本実施形態においては、長繊維１２及び短繊維１４は前述したガラス繊維により構成されている。
【００２１】
ここで、本実施形態の繊維強化樹脂部材１０において、表層部１６は、繊維強化樹脂部材の外周面側に位置し、長繊維１２が集中的に分布している領域である。一方、中層部１８は、表層部１６よりも内部の領域であり、短繊維１４が集中的に分布している領域である。長繊維１２あるいは短繊維１４が集中的に分布しているとは、表層部１６における長繊維１２の含有量は、中層部１８における長繊維１２の含有量よりも多くされており、中層部１８における短繊維１４の含有量は、表層部１６における短繊維１４の含有量よりも多くされていることである。ここで、表層部１６に短繊維１４が含まれていてもよいし、中層部１８に長繊維１２が含まれていてもよい。
【００２２】
このように、本実施形態の繊維強化樹脂部材１０によれば、該繊維強化樹脂部材１０の外周面側である表層部１６に長繊維１２が集中的に分布しており、内部の中層部１８に短繊維１４が集中的に分布しているため、長繊維及び短繊維が同量・同割合でベース樹脂に配合されている繊維強化樹脂部材に比べて曲げ強度が高い。これは、中心部から距離が離れた領域の強度が強いほど、部材の曲げ強度が高くなることによる。
【００２３】
次に、上記のような本実施形態の繊維強化樹脂部材を得るための本実施形態にかかる製造方法について、図２を参照しつつ説明する。まず、第１ベース樹脂２０ａに強化繊維として長繊維１２が含有されている長繊維材料２４と、第２ベース樹脂に強化繊維として短繊維１４が含有されている短繊維材料２２とを用意する。ここで、長繊維材料２４は、例えば細長い円筒状形状を有するものであり、その軸方向に沿って長繊維１２が含有されているものである。さらに、長繊維１２の繊維長は、長繊維材料２４の軸方向の長さＬと略同じとされており、本実施形態の場合、Ｌは０．５〜１０ｍｍとされている。なお、第１ベース樹脂２０ａとしてはポリプロピレンが使用され、長繊維１２はガラス繊維である。一方、短繊維材料２２は、円盤状あるいは不特定形状の樹脂の塊であり、ベース樹脂２０ｂの内部に平均繊維長が０．０１〜０．５ｍｍの短繊維１４が含有されているものである。なお、第２ベース樹脂２０ｂとしてはポリプロピレンが使用され、短繊維１４としてはガラス繊維である。ここで、長繊維材料２４を構成する第１ベース樹脂２０ａにおいては、短繊維材料２２を構成する第２ベース樹脂２０ｂよりも平均分子量が高くされており、第２ベース樹脂２０ｂよりも溶融粘度が高く設定されている。溶融粘度は、メルトフローレートあるいはスパイラルフロー長さ等の指標により比較することができる。
【００２４】
次に、このような長繊維材料２４と短繊維材料２２とを混合し混合材料２６とする。具体的には、長繊維材料２４と短繊維材料２２とはドライブレンドにより混合することができる。
【００２５】
続いて、上記のようにして混合された長繊維材料２４と短繊維材料２２との混合材料２６を原料として、図２に示す射出成形機３０を用いて、射出成形を行う。具体的には、ホッパー３１に混合材料２６を充填する。充填された混合材料２６はまず可塑化装置３３に導入される。この可塑化装置３３は加熱シリンダ３２と該加熱シリンダ３２に内蔵されたスクリュ３４とを備える装置である。これら加熱シリンダ３２及びスクリュ３４によって、混合材料２６を回転攪拌しつつ、可塑化装置３３の前方部３３ａに混合材料２６を可塑化移送する。続いて、スクリュ３４を可塑化装置３３の前方に向かって押し出すことにより、可塑化された混合材料２６を、ノズル３５を通じて該ノズル３５に接続される成形用金型３６のキャビティ３７内に充填する。そして、該成形用金型３６内で所要時間加熱及び加圧を行う。その後、成形用金型３６を離型することにより所定形状の繊維強化樹脂部材が得られる。
【００２６】
このとき、本実施形態によれば、第１ベース樹脂の平均分子量を第２ベース樹脂の平均分子量よりも高くしており、第１ベース樹脂の溶融粘度が第２ベース樹脂の溶融粘度よりも高く設定されている。そのため、図３に示すように、ノズル３５から金型３６のキャビティ３７に可塑化された混合材料３６が射出されると、溶融粘度が比較的低く流れやすい第２ベース樹脂がキャビティ３７の中央部に流れこむ。一方、溶融粘度が比較的高く流れにくい第１ベース樹脂がキャビティ２７の金型面側に流れこむ。すなわち、第１ベース樹脂に含まれる長繊維１２が成形金型３６内で流速の遅い金型面側に集中的に配列することになり、一方、第２ベース樹脂に含まれる短繊維１４が成形金型３６内の流速の速い金型の中央部に集中的に配列することになる。したがって、図１に示すように、部材の外周面側である表層部１６に集中的に長繊維１２が分布するとともに、部材の内部である中層部１８に集中的に短繊維１４が分布する繊維強化樹脂部材１０を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本実施形態の繊維強化樹脂部材を示す断面模式図。
【図２】本実施形態の繊維強化樹脂部材を製造する方法示す模式図。
【図３】本実施形態に係る繊維強化樹脂部材の製造方法の作用を説明するための模式図。
【符号の説明】
【００２８】
１０  繊維強化樹脂部材
１２  長繊維
１４  短繊維
１６  表層部
１８  中層部
２０  ベース樹脂
２０ａ  第１ベース樹脂
２０ｂ  第２ベース樹脂
２２  短繊維材料
２４  長繊維材料
３６  成形金型（成形型）
３７  キャビティ
【図１】
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【図２】
2006089517.tif 000004
【図３】
2006089517.tif 000005