(57)【要約】【課題】中子治具を検討することにより均等な肉厚製品を得、高真円度を有し、反りねじれに優れ、安価で軽量のシャフト製品を提供する。【解決手段】複数本の繊維系に熱硬化性樹脂組成物を含浸させ、金型を通過させながら硬化させる引抜成形により得られる引抜成形品の製造方法であって、金型１が、成形品の外形を形成する外型２と、冷却媒体が通過可能な中空部分を有する中子治具３とからなり、該中子治具３を外型２温度よりも低温にして成形を行う中空引抜成形品の製造方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数本の繊維系に熱硬化性樹脂組成物を含浸させ、金型を通過させながら硬化させる引抜成形により得られる引抜成形品の製造方法であって、
前記金型が、成形品の外形を形成する外型と冷却媒体を通過可能な中空部分を有する中子治具とからなり、該中子治具を前記外型温度よりも低温にして成形を行うことを特徴とする中空引抜成形品の製造方法。
【請求項２】
前記外型の温度が１２０〜２００℃であることを特徴とする請求項１記載の中空引抜成形品の製造方法。
【請求項３】
前記中子治具の温度が、前記外型の温度よりも２０℃以上低温であることを特徴とする請求項１又は２記載の中空引抜成形品の製造方法。
【請求項４】
前記中子治具が、気体により内部を冷却できることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の中空引抜成形品の製造方法。
【請求項５】
前記繊維系が、ガラス繊維及び／又はカーボン繊維で構成されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の引抜成形品の製造方法。
【請求項６】
前記熱硬化性樹脂組成物が、（Ａ）ビニルエステル樹脂と、（Ｂ）架橋剤と（Ｃ）低収縮剤と、（Ｄ）無機充填材と、（Ｅ）離型剤と、（Ｆ）有機過酸化物と、を必須成分とすることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の引抜成形品の製造方法。
【請求項７】
前記（Ｃ）低収縮材が、７０〜１２０℃のガラス転移点を有するポリエチレンであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載の引抜成形品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯電話基地局のアンテナや液晶パネル等の搬送に用いられる搬送用シャフト等の製造材料となる引抜成形品の製造方法に関し、特に、反りが少なく真円度の優れた、軽量な中空引抜成形品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
中空引抜成形品は、プリント基板、液晶、シャドーマスク等の電子部品の搬送用装置で用いるシャフト等に幅広く使われている。特に半導体搬送装置に使用されるシャフトは反りねじれ規格が厳しく０．３ｍｍ／ｍ以内、また製品径がｈ７を目標とした規格が求められている。
【０００３】
特に、基板を連続的に搬送するための搬送用シャフトは、上記の特性に加えて、長期間の使用においても耐薬品性における信頼性が求められる。さらに、製品の軽薄化、大型化に伴い、軽量化に加え、たわみ等を抑制する形状安定性も求められる。
【０００４】
従来のシャフトは、剛性の高い金属を用いることが一般的であったが、装置の大型化により、今まで以上の軽量化が必要となり、カーボン繊維を基材としてエポキシ樹脂により成形した中空引抜成形製品が多く使用されるようになってきている。
【０００５】
これまで、ガラス繊維やカーボン繊維引抜きに熱硬化性樹脂を含浸硬化した成形製品は、ハンドレイアップ法、フィラメントワインディング法で行われていた。しかしながらハンドレイアップ法は、手作業であるため、また、フィラメントワインディング法は工程が複雑なため、いずれの方法も生産性が劣り成形コストがかかっていた。
【０００６】
また、引抜成形法の改良方法としては、引き出したロービングにさらにマット層を引き出し重ね合わせて成形する等の方法も提案されているが、上記欠点を改良する方法については開示されていない（たとえば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平８−３４０６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
液晶パネルの搬送等に使用される円筒状中空シャフト製品は、特に反りねじれが少なく、真円度等の寸法精度が要求される製品であるが、均等な肉厚製品でなければ、この特性を満足することができなかった。
【０００８】
そのため、このようなシャフト製品は、基板をまっすぐ搬送することが出来なかったり、ガラス基板等は割れたりする問題が発生していた。
【０００９】
そこで、本発明は、中子治具を検討することにより均等な肉厚製品を得、高真円度を有し、反りねじれに優れ、安価で軽量のシャフト製品を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、上記の問題点を解決するために鋭意検討を進めた結果、引抜成形において、冷却媒体が通過可能な中空部分を有する中子治具を用いることで、高真円度、反りねじれに優れ、安価で軽量のシャフト製品を製造することができる中空引抜成形品の製造方法を見出し、本発明を完成したものである。
【００１１】
すなわち、本発明の中空引抜成形品の製造方法は、複数本の繊維系に熱硬化性樹脂組成物を含浸させ、金型を通過させながら硬化させる引抜成形により得られる引抜成形品の製造方法であって、金型が、成形品の外形を形成する外型と、冷却媒体が通過可能な中空部分を有する中子治具とからなり、該中子治具を外型温度よりも低温にして成形を行うことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の中空引抜成形品の製造方法によれば、均等肉厚で高真円度、反りねじれが少なく、軽量性、成形収縮率に優れた引抜成形品を製造することができるため、例えば、寸法精度に優れ、かつ、低コストで高信頼性のシャフト製品を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明について詳細に説明する。
【００１４】
本発明における中空引抜成形品の製造方法は、その用いる金型に特徴があるものであり、図１乃至図３に示したように、金型１が、成形品の外形を形成する外型２と、冷却媒体が通過可能な中空部分を有する中子治具３とからなるものである。
【００１５】
そして、中子治具３は、中子治具本体３ａの中空部分に冷却媒体を通過させることによって、加熱された中子治具３の温度を下げ、外型２と温度差を設けて成形品を製造することにより、均等肉厚で高真円度、反りねじれが少なく、軽量性、成形収縮率に優れた引抜成形品を得られるものである。
【００１６】
この製造方法において用いる中子治具３は、例えば、中芯となる部分をパイプ状として中空部分が形成された中子を有しており、この中芯部分に、リード５と接続されたヒータ４が挿入できる構造となっている。また、中子治具本体３ａには、これとは別に、中子治具３全体を冷却するために、冷却媒体を通過させる中空部分が形成されており、例えば、冷却媒体導入部３ｂから冷却媒体を引き入れ、この中空部分を通過させながら中子治具本体３ａを冷却し、冷却媒体排出部３ｃより冷却媒体を排出し、これを連続的に行うことで、中芯を含め中子治具３を全体として冷却し、外型２との温度差を生じさせることができるようになっている。なお、このとき、冷却媒体は、中子治具本体３ａの中空部分を通過しながら、一旦冷却媒体移送手段３ｃにより、中子治具本体３ａの外部に出て、再度、中子治具本体３ａの別の中空部分に引き入れられて、冷却媒体排出部３ｃへ導かれるようにしても良い。このようにした場合には、冷却媒体移送手段３ｃにおいて、温められた冷却媒体を再度冷却して、冷却効率を向上させるようにしても良い。このようにすれば中芯の温度を外型２よりも効率的に低温とすることができる。
【００１７】
ここで用いる冷却媒体としては、ヒータにより加熱された中子治具３の温度を低下させることができる流体であればよく、水、油等の液体や空気、窒素等の気体を用いることができ、作業性の点から気体であることが好ましい。
【００１８】
この中芯のパイプ径とヒータとのクリアランスは大きいと熱伝導のバラツキを生じるため、０．５ｍｍ以下であることが好ましい。また、外型２の温度は、１２０〜２００℃として加熱硬化させるようにし、このとき、中芯温度は、外型２の温度よりも低温とするものであり、８０〜１７０℃であることが好ましい。さらに、中芯温度は、外型２の温度よりも２０℃以上低い温度であることが好ましく、２０〜２５℃の低温であることが特に好ましい。中芯温度が低いと成形品の内部硬化が不十分となり、また高いと反りが大きくなってしまう。
【００１９】
また、中子治具本体３ａは、樹脂の硬化を避けるために、エアーを流し外型温度より低い温度（好ましくは２０℃以上低い温度）に保つようにすることが好ましく、その温度は６０〜１１０℃であることが好ましい。これ以上ではゲル化を生じる可能性がある。このとき、エアーによる冷却を、エアージェットを使用して行うことで、より冷却効果を大きくすることができる。
【００２０】
この中子治具３は、材質を鉄とし、中芯が鉄パイプとなっており、そのパイプ形状はφ５〜２０ｍｍのものを使用することが好ましい。また、中芯の長さは製品径にもよるが、一般的には４００〜８００ｍｍの範囲であることが好ましく、外型の前面に配置し、外型出口より短い長さとすることが好ましい。
【００２１】
本発明に用いる熱硬化性樹脂組成物は、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等の熱硬化性樹脂をベース樹脂として用いることができ、ビニルエステル樹脂であることが好ましい。
【００２２】
この熱硬化性樹脂組成物としては、例えば、（Ａ）ビニルエステル樹脂と、（Ｂ）架橋剤と、（Ｃ）低収縮剤と、（Ｄ）無機充填材と、（Ｅ）離型剤と、（Ｆ）有機過酸化物とを必須成分として含有するものが好ましい。
【００２３】
本発明に用いる（Ａ）ビニルエステル樹脂は、成形材料として一般に使用されているものであれば特に限定されずに使用することができ、例えば、Ｄ−９５３（大日本インキ工業株式会社製、商品名）等が挙げられる。このような（Ａ）ビニルエステル樹脂は、（ａ）酸性分と（ｂ）エポキシ樹脂成分を反応させて得られるものである。
【００２４】
ここで（ａ）酸成分としては、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、ソルビン酸等の不飽和一塩基酸が挙げられ、さらに必要に応じてフタル酸、無水フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、テトラヒドロフタル酸、無水テトラヒドロフタル酸、ヘキサヒドロフタル酸、無水ヘキサヒドロフタル酸、アジピン酸等の二塩基酸を２種類以上混合して使用することもできる。
【００２５】
また、（ｂ）エポキシ樹脂成分としては、１分子中に２個以上のエポキシ基を有するものであれば、分子構造、分子量等に制限されることなく広く用いることができ、具体的には、ビスフェノール型、ノボラック型、ビフェニル型の芳香族基を有するエポキシ樹脂、ポリカルポン酸がグリシジルエーテル化したエポキシ樹脂、シクロヘキサン誘導体にエポキシ基が縮合した脂環式の基を有するエポキシ樹脂等が挙げられる。これらのエポキシ樹脂は、単独又は２種類以上を混合して使用することができる。さらに、エポキシ樹脂成分としては、これらの他に必要に応じて液状のモノエポキシ樹脂を併用成分として使用することができる。
【００２６】
この（Ａ）ビニルエステル樹脂の配合量は、熱硬化性樹脂組成物中に７０〜８５質量％の範囲であることが好ましい。
【００２７】
本発明に用いる（Ｂ）架橋剤としては、（Ａ）ビニルエステル樹脂と重合可能な二重結合を有するものであれば使用可能であり、例えば、スチレンモノマー、ジビニルベンゼン、ジアリルフタレートモノマー、メタクリル酸メチル、トリアリルイソシアヌレート等が挙げられる。この（Ｂ）架橋剤の配合量は、熱硬化性樹脂組成物中に１〜２質量％の範囲であることが好ましい。
【００２８】
本発明に用いる（Ｃ）低収縮材としては、熱可塑性樹脂であるポリエチレン樹脂、飽和ポリエステル樹脂、ゴム、ポリエチレン等が使用可能であるが、耐薬品性、軽量性、低収縮性の観点からポリエチレン樹脂であることが好ましい。このうちガラス転移点が７０〜１２０℃のポリエチレン樹脂粉末が耐薬品性及び成形収縮率の向上のために特に好ましい。この（Ｃ）低収縮材の配合量は、熱硬化性樹脂組成物中に０．５〜１．５質量％の範囲であることが好ましい。
【００２９】
本発明に用いる（Ｄ）無機充填材としては、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、水酸化アルミニウム、シリカ、ガラスバルーン等の通常用いられているものが挙げられ、特に限定されるものではない。この（Ｄ）無機充填材の配合量は、熱硬化性樹脂組成物中に１０〜２０質量％の範囲であることが好ましい。
【００３０】
本発明に用いる（Ｅ）離型剤は、成形材料として通常使用される離型剤であればよく、例えば、市販のシリコーンオイルが挙げられ、中でもエポキシ変性シリコーンオイルが好ましい。この（Ｅ）離型剤の配合量は熱硬化性樹脂組成物中に０．０１〜２質量％であることが好ましい。
【００３１】
本発明に用いる（Ｆ）有機過酸化物としては、ビニルエステル樹脂の硬化剤として通常用いられる化合物であれば、特に限定されるものではなく、例えば、過酸化ベンゾイル、過酸化ジ−ｔ−ブチル、過酸化イソブチリル等が挙げられる。この（Ｆ）有機過酸化物の配合量は、熱硬化性樹脂組成物中に０．１〜２質量％の範囲であることが好ましい。
【００３２】
また、本発明に使用する繊維系は、引抜成形品の強度を高めることが可能な繊維基材であり、ガラス繊維、カーボン繊維、アラミド繊維、ザイロン繊維、全芳香族ポリエステル繊維等を収束して得られた繊維基材を用いることができ、ガラス繊維としては、例えば、Ｅ−ガラス繊維、Ｔ−ガラス繊維、Ｄ−ガラス繊維等、カーボン繊維としては、ＰＡＮ型、ＰＩＴＣＨ型等、アラミド繊維としては、パラ系やメタ系の繊維等、のように一般に繊維基材用として市販されているものが適用可能である。
【００３３】
ここで用いるガラス繊維、カーボン繊維等の繊維系は、表面にシランカップリング材によりサイジング処理を行い、耐薬品性を維持するようにすることが好ましく、このサイジング処理を行うサイジング剤としては、アルカリ成分との反応性が低く、マトリックス樹脂に対するぬれ性が良い薬剤が挙げられ、具体的には、メタクリルシランやウレイドシラン等のシランカップリング剤又はそれらの混合品であることが好ましい。
【００３４】
繊維基材としては、上記の繊維系を単独で又は複数種を混合して用いてもよく、特に、ガラス繊維、カーボン繊維をそれぞれ単独で、又はガラス繊維とカーボン繊維との混合物として複合系の繊維基材として用いることが好ましい。
【００３５】
この繊維糸の含有量は、成形品中の繊維基材の平均質量含有率（質量比率）で、５０〜８０％とすることが好ましい。５０％未満であると成形品の剛性が乏しくなってしまい、８０％を越えると繊維強化材に樹脂組成物が含浸していない部分ができ、引抜成形品の物性低下を引き起こしてしまう。
【００３６】
引抜成形用の熱硬化性樹脂組成物と繊維糸との混合は、繊維糸に熱硬化性樹脂組成物を含浸させ、樹脂組成物が繊維糸に付着した状態とすることが好ましい。繊維基材が引抜成形時の引抜力に耐え得ることが必要であるので、繊維基材の構成を、繊維基材のロービングを引抜方向に配向させて使用することが好ましい。
【００３７】
そして、ここで用いる引抜成形品の製造方法は、上記した繊維の複数本、例えば１００〜５００本の繊維を収束して得られた糸に熱硬化性樹脂組成物ワニスに含浸させ、この繊維強化樹脂組成物を、加熱金型内を通すことによって熱硬化性樹脂組成物を硬化させ、金型形状により外形を整えて引抜き、成形品を形成するものである。この引抜成形においては、用いる樹脂組成物に応じて、加熱温度及び引抜速度を適宜選択して行うことができる。
【００３８】
また、引抜速度は１０〜１２０ｃｍ／分の範囲であることが好ましく、引抜速度が１０ｃｍ／分未満であると、成形金型中での硬化が早い時点で完了してしまい、引き抜く際の抵抗が大きくなり安定的に連続成形できなくなってしまい、一方、引抜速度が１２０ｃｍ／分を超えると、繊維強化樹脂組成物が未硬化の状態で引き抜かれ易くなってしまう。したがって、引抜時間（金型中を通過する時間）は０．５〜３．０分の範囲内となるようにすることが好ましい。
【００３９】
本発明の引抜成形では、繊維強化樹脂組成物を、加熱された金型内に連続的に引き込み、金型内通過中に樹脂を所定の温度に付して硬化させると共に、金型出口から所定の時間で引き抜くものである。この引抜成形方法で用いられる装置は、通常用いられている引抜成形装置であれば、特に限定されずに使用することができる。
【００４０】
これによって、硬化樹脂組成物を効率的に硬化させることができ、操作性良く成形することができる。このようにして得られた成形品は、低収縮剤を混合することにより、体積収縮が小さく、外観及び物性にも優れた成形品とすることができる。
【実施例１】
【００４１】
以下、本発明を実施例により具体的に説明する。
【００４２】
（実施例１）
熱硬化性樹脂成分として、ビニルエステル樹脂（大日本インキ工業株式会社製、商品名：ＵＥ３５０５）  ２２質量部、スチレンモノマー（日本ユピカ株式会社製、商品名：スチレンモノマー）  ０．３５質量部、ポリエチレン（住友精化株式会社製、商品名：フローセンＵＦ−１．５）  ０．２５質量部、硫酸バリウム（堺化学工業株式会社製、商品名：沈降性硫酸バリウム−１００）  ３．７質量部、有機過酸化物１（日本油脂株式会社製、商品名：パーブチルＯ）  ０．０６質量部、有機過酸化物２（日本油脂株式会社製、商品名：パーヘキサＨＣ）  ０．３５質量部、離型材（小桜商会株式会社製、商品名：ＩＮＴ−１８５０ＨＴ〔有機酸、グリセリド、合成樹脂縮合体〕）  ０．３５質量部を混練機（ディスパー）にいれ、約２０分間混練し、熱硬化性成形材料を得た。
【００４３】
次に、基材としてカーボン繊維  ＵＴ−５００−２４Ｋ（東邦テナックス株式会社製、商品名）を、得られた熱硬化性成形材料の入った樹脂槽に含浸させ、樹脂を含浸させたカーボン繊維を押出し成形治具に通した後、連続的に１６０℃に加熱し、中子付き金型（長さ：８００ｍｍ、内径：２０ｍｍ）に送り込み十分に硬化させ、２０ｃｍ／分のスピードで引抜いて中空引抜成形品を連続的に得て、これを切断装置で切断し、カーボン繊維の質量比率が７０％の引抜成形品を得た。中子治具（長さ：５００ｍｍ、外形：１０ｍｍ、設定温度  １４０℃）は、金型の１０ｃｍ手前から繊維に接触するように設置した。
【００４４】
得られた中空引抜成形品の真円度及び反りねじれを測定し、この結果を表２に示した。
【００４５】
（実施例２〜４）
それぞれ、金型及び中子の長さ、径、温度を表１に示した条件とした以外は、実施例１と同様の操作により、引抜成形品を製造した。
【００４６】
（比較例１）
実施例１と同じ樹脂及び基材を用いて一体化金型を用いて押出し成形治具に通した後、連続的に１６０℃に加熱し、一体型金型（長さ：８００ｍｍ、内径：２０ｍｍ、入口に直径１０ｍｍ、長さ３０ｃｍの中空でない中子）に送り込み十分に硬化させ、２０ｃｍ／分のスピードで引き抜いて中空引き抜き成形品を得て、切断装置で切断し、カーボン繊維の質量比率が７０％の引抜成形品を得た。
【００４７】
【表１】
2008200933.tif 000003
【００４８】
【表２】
2008200933.tif 000004
【００４９】
＊１：成形品の外観（内径面含む）を目視観察により評価した。成形面が平滑で毛羽がないものを光沢とし、毛羽立っているものを毛羽有とした。
＊２：ＴＡＬＹＲＯＮＤ３００（ランク・テーラーホブソン社製、商品名）にて測定した。
＊３：長さ１０００ｍｍの製品をＶブロック（スパン９００）にのせ、中央部にダイヤルゲージをあてて、製品を回転させた時の振れを測定。
＊４：ＪＩＳ  Ｋ  ６９１１に準じて測定した。
＊５：太さ１０ｍｍ、長さ２５ｍｍの試験片を、塩化第２銅＋３Ｎ塩酸水溶液（８０℃）に浸漬し、１０００時間処理した時の処理前後の重量変化率を測定した。
＊６：太さ１０ｍｍ、長さ２５ｍｍの試験片を、３％苛性ソーダ水溶液（８０℃）に浸漬し、１０００時間処理した時の処理前後の質量変化率を測定した。
なお、＊４、＊５の判定は、次の質量変化率の数値範囲を基準として行った。
◎：０〜０．２０％
○：０．２１％〜０．５０％
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の引抜成形品の製造方法に用いる引抜成形用の金型を示した側断面図である。
【図２】本発明の引抜成形品の製造方法に用いる中子治具を示した右側面図である。
【図３】本発明の引抜成形品の製造方法に用いる中子治具を示した正面図（ヒータ挿入側から見た図）である。
【符号の説明】
【００５１】
１…金型、２…外型、３…中子治具、３ａ…中子治具本体、３ｂ…冷却媒体導入部、３ｃ…冷却媒体排出部、３ｄ…冷却媒体移送手段、４…ヒータ、５…リード
【図１】
2008200933.tif 000005
【図２】
2008200933.tif 000006
【図３】
2008200933.tif 000007