(57)【要約】【課題】長手方向のそりが少なく、なおかつ丸棒断面の真円度が良好で、さらに切断端面のヒケも少ない熱可塑性樹脂丸棒およびその製造装置を提供する。【解決手段】熱可塑性樹脂丸棒の製造工程において、熱可塑性樹脂を、丸棒状に押し出し成形した後、熱可塑性樹脂のガラス転移温度より２℃〜４０℃高い温度でアニール処理し、さらに丸棒状に押し出された熱可塑性樹脂の軸芯を中心として回転させながら室温まで冷却する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性樹脂を、丸棒状に押し出し成形した後、前記熱可塑性樹脂のガラス転移温度より２℃〜４０℃高い温度でアニール処理し、さらに前記丸棒状に押し出された熱可塑性樹脂の軸芯を中心として回転させながら室温まで冷却することにより製造した熱可塑性樹脂丸棒。
【請求項２】
前記アニール処理を、前記丸棒状に押し出された熱可塑性樹脂の軸芯を中心として回転させながら行って製造したことを特徴とする請求項１に記載の熱可塑性樹脂丸棒。
【請求項３】
熱可塑性樹脂を、丸棒状に押し出し成形する工程と、前記熱可塑性樹脂のガラス転移温度より２℃〜４０℃高い温度でアニール処理する工程と、前記丸棒状に押し出された熱可塑性樹脂の軸心を中心として回転させながら室温まで冷却する工程とからなる熱可塑性樹脂丸棒の製造方法。
【請求項４】
前記アニール処理する工程を、前記丸棒状に押し出された熱可塑性樹脂の軸心を中心として回転させながら行うことを特徴とする請求項３に記載の熱可塑性樹脂丸棒の製造方法。
【請求項５】
熱可塑性樹脂を、丸棒状に押し出し成形する手段と、前記熱可塑性樹脂のガラス転移温度より２℃〜４０℃高い温度でアニール処理する手段と、前記丸棒状に押し出された熱可塑性樹脂の軸心を中心として回転させながら室温まで冷却する手段とを備えた熱可塑性樹脂丸棒の製造装置。
【請求項６】
前記アニール処理する手段が、前記丸棒状に押し出された熱可塑性樹脂の軸心を中心として回転させる手段を備えていることを特徴とする請求項５に記載の熱可塑性樹脂丸棒の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱可塑性樹脂丸棒、その製造方法および製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱可塑性樹脂成形品は射出成形、押出成形、圧縮成形等により、最終製品の形状に成形されることが多い。しかし、大量生産を必要としないもの、形状が極めて複雑なもの、あるいは形状にきわめて高い精度が要求されるもの等の場合には、高価な金型を作ることが困難で不経済なことがあり、このような場合には、熱可塑性樹脂を丸棒状等に切り出し、切削加工により成形品を製造している。このような切削加工により加工される部品は、歯車やカム、ロッド等各種機械に組み込まれ使用される。
【０００３】
しかし、従来の熱可塑性樹脂丸棒は、内部の残留歪が大きいため、それを切削加工する際に歪の開放による変形が生じ、加工された機械部品に狂いが生じるという問題があった。そのような熱可塑性樹脂丸棒は精密機械の機構部品として使用できず、そのため残留歪の少ない熱可塑性樹脂丸棒が望まれていた。特許文献１には、熱可塑性樹脂の残留歪を少なくする方法として、成形後の熱可塑性樹脂をアニール処理することが開示されているが、歪の解消は未だ不十分であった。すなわち、アニール処理時およびその後の冷却時において、熱可塑性樹脂丸棒に対し、周方向の加熱や冷却が不均一となり、熱可塑性樹脂丸棒の真円度が悪くなり、そり・曲がり等が発生するという問題も生じていた。
【特許文献１】特開平４−２７２８３４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明は、長手方向のそりが少なく、なおかつ丸棒断面の真円度が良好で、さらに切断端面のヒケも少ない熱可塑性樹脂丸棒、その製造方法、およびその製造装置を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
以下、本発明について説明する。なお、本発明の理解を容易にするために添付図面の参照符号を括弧書きにて付記するが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。
【０００６】
請求項１の発明は、熱可塑性樹脂を、丸棒状に押し出し成形した後、前記熱可塑性樹脂のガラス転移温度より２℃〜４０℃高い温度でアニール処理し、さらに前記丸棒状に押し出された熱可塑性樹脂の軸芯を中心として回転させながら室温まで冷却することにより製造した熱可塑性樹脂丸棒（１０）を提供して前記課題を解決する。
【０００７】
請求項１の発明によれば、残留歪が極めて少ない熱可塑性樹脂丸棒、具体的には、長手方向のそりが少なく、丸棒断面の真円度が良好で、切断端面のヒケも少ない熱可塑性樹脂丸棒を提供することができる。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１に記載のアニール処理を、丸棒状に押し出された熱可塑性樹脂の軸芯を中心として回転させながら行って製造したことを特徴とする熱可塑性樹脂丸棒（１０）を提供して前記課題を解決する。
【０００９】
請求項２の発明によれば、アニール処理の際の熱が、熱可塑性樹脂丸棒に均一に伝わるので、より残留歪が小さい熱可塑性樹脂丸棒を提供することができる。
【００１０】
請求項３の発明は、熱可塑性樹脂を、丸棒状に押し出し成形する工程と、前記熱可塑性樹脂のガラス転移温度より２℃〜４０℃高い温度でアニール処理する工程と、前記丸棒状に押し出された熱可塑性樹脂の軸心を中心として回転させながら室温まで冷却する工程とからなる熱可塑性樹脂丸棒（１０）の製造方法を提供して前記課題を解決する。
【００１１】
請求項３の発明によれば、残留歪が極めて少ない熱可塑性樹脂丸棒、具体的には、長手方向のそりが少なく、丸棒断面の真円度が良好で、切断端面のヒケも少ない熱可塑性樹脂丸棒の製造方法を提供することができる。
【００１２】
請求項４の発明は、前記アニール処理する工程を、前記丸棒状に押し出された熱可塑性樹脂の軸心を中心として回転させながら行うことを特徴とする請求項３に記載の熱可塑性樹脂丸棒（１０）の製造方法を提供して前記課題を解決する。
【００１３】
請求項４の発明によれば、アニール処理の際の熱が、熱可塑性樹脂丸棒に均一に伝わるので、より残留歪が小さい熱可塑性樹脂丸棒（１０）の製造方法を提供することができる。
【００１４】
請求項５の発明は、熱可塑性樹脂を、丸棒に押し出し成形する手段（１）と、熱可塑性樹脂のガラス転移温度より２℃〜４０℃高い温度でアニール処理する手段（５）と、丸棒状に押し出された熱可塑性樹脂の軸心を中心として回転させながら室温まで冷却する手段（６）とを供えた熱可塑性樹脂丸棒（１０）の製造装置（１００）を提供して前記課題を解決する。
【００１５】
請求項５の発明によれば、残留歪が極めて少ない熱可塑性樹脂丸棒、具体的には、長手方向のそりが少なく、丸棒断面の真円度が良好で、切断端面のヒケも少ない熱可塑性樹脂丸棒の製造が可能な装置を提供することができる。
【００１６】
請求項６の発明は、アニール処理する手段（５）が、前記丸棒状に押し出された熱可塑性樹脂（１０ａ）の軸心を中心として回転させる手段を備えていることを特徴とする熱可塑性樹脂丸棒（１０）の製造装置（１００）を提供して前記課題を解決する。
【００１７】
請求項６の発明によれば、アニール処理する手段が熱可塑性樹脂丸棒の軸心を中心として回転させる手段を備えていることにより、より残留歪が小さい熱可塑性樹脂丸棒の製造が可能な装置を提供することができる。
【００１８】
本発明のこのような作用及び利得は、次に説明する実施の形態から明らかにされる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の丸棒とは、断面が円形の形状となるように押し出された長尺物で、直径は特に限定されないが、好ましくは５〜３００ｍｍ、さらに好ましくは１０〜２００ｍｍとするのが良い。
【００２０】
本発明に使用される熱可塑性樹脂は、特に限定されないが、具体的には、エチレン、プロピレン、ブテン等の単独重合体又は共重合体等のポリオレフィン（ＰＯ）系樹脂、環状ポリオレフィン等の非晶質ポリオレフィン樹脂（ＡＰＯ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ＡＢＳ、ＳＢＳ等のポリスチレン系樹脂、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）樹脂、後塩素化ポリ塩化ビニル（Ｃｌ−ＰＶＣ）樹脂、ポリ塩化ビニリデン（ＰＶＤＣ）樹脂、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、共重合アクリル等のアクリル系樹脂、ポリウレタン（ＰＵ）系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレン−２，６−ナフタレート（ＰＥＮ）等のポリエステル系樹脂、ナイロン６、ナイロン１２、共重合ナイロン等のポリアミド（ＰＡ）系樹脂、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）樹脂、エチレン−ビニルアルコール共重合体（ＥＶＯＨ）等のポリビニルアルコール系樹脂、ポリイミド（ＰＩ）樹脂、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）樹脂、ポリサルホン（ＰＳ）樹脂、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）樹脂、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂、ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）樹脂、ポリアリレート（ＰＡＲ）樹脂、エチレン−四フッ化エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、三フッ化塩化エチレン（ＰＣＴＦＥ）、四フッ化エチレン−六フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）、四フッ化エチレン−パーフルオロアルコキシエチレン共重合体（ＰＦＡ）、フッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、フッ化ビニル（ＰＶＦ）、パーフルオロエチレン−パーフロロプロピレン−パーフロロビニルエーテル三元共重合体（ＥＰＥ）等のフッ素系樹脂、（メタ）アクリレート系樹脂、またはこれらの混合物などが挙げられる。
【００２１】
図１は本発明にかかる、熱可塑性樹脂丸棒１０の製造装置の例を示したものである。この熱可塑性樹脂丸棒の製造装置１００は、熱可塑性樹脂を丸棒状に押出成形する手段１と、丸棒状に押し出された熱可塑性樹脂１０ａを熱可塑性樹脂のガラス転移温度より２℃〜４０℃高い温度でアニール処理する手段５と、アニール処理された熱可塑性樹脂丸棒を回転させながら室温まで冷却する手段６とを供えている。
【００２２】
本発明の熱可塑性樹脂は、押出機ダイ１によって丸棒状に押し出される。押出機ダイ１は、押出機先端に接続されたダイで、溶融物を吐出するものであり、口金、ダイスとも呼ばれる公知のものを使用可能である。
【００２３】
押出機ダイ１より押し出された熱可塑性樹脂丸棒１０ａは、冷却装置２により適当な温度まで冷却することができる。冷却装置２としては、サイジングフォーマーや冷却槽等、公知のものを使用可能である。溶融押出物の中心部が軟化温度（ビカット軟化点）未満になるまで冷却を行うのが好ましい。冷却槽による冷却では、空冷あるいは液冷またはその併用と、特に方式を制限されるわけではなく、成形品の寸法、並びに成形速度に応じて適宜冷却パターンを調整する。また、液冷に使用する冷却液は通常押出成形で使用することのできるものであれば特に制限なく、例えば冷水、室温水、温水、ポリエチレングリコール、シリコーンオイル等を挙げることができ、冷却方法も水槽式、噴霧式等如何なる方法でも可能である。空冷の場合も、単に大気中を通過させる方法、温風または冷風中を通過させる方法、エアーリングによる強制的な空冷方法等如何なる方法も可能である。
【００２４】
押し出された熱可塑性樹脂丸棒１０ａは、引き取り機３で引き取った後、切断機４により切断することができる。切断する長さに特に制限はなく、製品として加工に適した長さに適宜切断することができる。
【００２５】
切断された熱可塑性樹脂丸棒１０ｂは、アニールオーブン５中で当該樹脂のガラス転移温度より２〜４０℃高い温度、好ましくは５〜３０℃高い温度でアニール処理を行う。この処理によって、冷却固化により熱可塑性樹脂丸棒１０ｂの内部に発生した残留歪を緩和させる効果があり、切削加工に供される熱可塑性樹脂丸棒として非常に好ましい特性を示す。アニール処理の温度が、本発明の温度より低いと、熱可塑性樹脂丸棒１０ｂの残留歪をとることができず、またアニール処理の温度が本発明より高いと、熱可塑性樹脂丸棒１０ｂが軟化により変形してしまったり、熱により変色してしまったりすることになり好ましくない。
【００２６】
アニール処理に要する時間は、熱可塑性樹脂丸棒１０ｂの径や素材によって異なるが、例えば直径５０ｍｍのポリ塩化ビニルからなる丸棒は約１時間を要する。アニール処理の加熱手段は、設定温度によって選ぶことができるが、電熱ヒーター、スチーム、熱水、加熱オイル等を使用することができる。中でも電熱ヒーター式熱風発生方式は最も好ましい手段であり、温度を細かな温度幅に容易に設定することができる。
【００２７】
アニール処理は、熱可塑性樹脂丸棒１０ｂを軸心の周りに回転させながら行うことが好ましい。回転させながら行うことによって、アニール処理の際の熱が、熱可塑性樹脂丸棒１０ｂに均一に伝わって、より残留歪が小さい熱可塑性樹脂丸棒１０ｃを製造することができる。
【００２８】
アニール処理の後、熱可塑性樹脂丸棒１０ｃは、回転式放冷台６で、軸心を中心として回転させながら室温まで冷却する。回転させながら冷却することにより、丸棒の周方向の冷却が均一化されて、外周から中心に向かって同心状に冷却が進行する。その結果、丸棒の長手方向のそりが小さく、丸棒の断面の真円度が良好な寸法精度の良い熱可塑性樹脂丸棒成形品１０が形成される。回転方式はローラーやベルトを用いる方法やスピンドル治具にセットし直接回転させる方式等、いかなる方式でも処理可能である。さらに、放冷についても強制空冷方式の他に、冷却風の温度制御を行う方式でもよい。熱可塑性樹脂丸棒１０ｃを回転しながら放冷する時間は熱可塑性樹脂丸棒１０ｃの径によって異なるが、常温中で放冷する場合、例えば直径５０ｍｍのものについては３０分程度の時間を要する。回転の速度は、２〜３０ｒｐｍ、好ましくは５〜２０ｒｐｍであることが好ましい。
【００２９】
アニール処理およびその後の回転放冷処理については、逐次バッチ処理で行っても良いし、連続コンベア方式で連続処理してもよい。また、アニールオーブン５と回転式放冷台６を一体化した熱処理コンベアで処理してもよい。
【００３０】
【実施例】
＜１＞  評価用試料の作製
（実施例１）
ポリ塩化ビニル（ガラス転移温７９℃）の溶融物を押出機ダイより押し出して口径５０ｍｍの丸棒を成形し（引き取り速度３００ｍｍ／ｍｉｎ）、長さ１０００ｍｍに切断した。切断後、丸棒を９０℃のオーブン内で１時間アニール処理し、続いて回転式放冷装置にて１０ｒｐｍの回転速度で回転させながら３０分間放冷することにより丸棒成形品を得た。
【００３１】
（実施例２）
実施例１で使用したものと同じポリ塩化ビニルの溶融物を押出機ダイより押し出して口径８０ｍｍの丸棒を成形し（引き取り速度１２０ｍｍ／ｍｉｎ）、長さ １０００ｍｍに切断した。切断後、丸棒を回転式連続熱処理コンベア内において１０ｒｐｍ回転速度で回転させながら、９０℃、１．５時間のアニール処理と、１時間の放冷を行うことによって丸棒成形品を得た。
【００３２】
（比較例１）
実施例１で使用したものと同じポリ塩化ビニルの溶融物を押出機ダイより押し出して口径５０ｍｍの丸棒を成形した後（引き取り速度３００ｍｍ／ｍｉｎ）、長さ１０００ｍｍに切断して丸棒成形品を得た。
【００３３】
（比較例２）
実施例１で使用したものと同じポリ塩化ビニルの溶融物を押出機ダイより押し出して口径５０ｍｍの丸棒を成形した後（引き取り速度１２０ｍｍ／ｍｉｎ）、長さ１０００ｍｍに切断して丸棒成形品を得た。
【００３４】
（比較例３）
実施例１で使用したものと同じポリ塩化ビニルの溶融物を押出機ダイより押し出して口径５０ｍｍの丸棒を成形し（引き取り速度３００ｍｍ／ｍｉｎ）、長さ１０００ｍｍに切断した後、９０℃のオーブン内で１時間アニール処理し、静置放冷して丸棒成形品を得た。
【００３５】
（比較例４）
実施例１で使用したものと同じポリ塩化ビニルの溶融物を押出機ダイより押し出して口径５０ｍｍの丸棒を成形し（引き取り速度３００ｍｍ／ｍｉｎ）、長さ１０００ｍｍに切断した。切断後、丸棒を１３０℃のオーブン内で１時間アニール処理し、さらに回転式放冷装置にて１０ｒｐｍの回転速度で回転させながら３０分間放冷することにより丸棒成形品を得た。
【００３６】
＜２＞  丸棒の性能評価
上記作成した丸棒成形品（実施例１、２および比較例１〜４）を、以下の評価項目によって評価した。評価結果をまとめて表１に示す。
１）そり：
丸棒長手方向１ｍ当たりの変形量（ｍｍ）
２）真円度：
（（丸棒の最大径−最小径）／平均径）×１００（％）
３）切断端面のヒケ：
切断面の凹凸変形量（ｍｍ）
４）切削加工性：
丸棒を旋盤にて切削加工したときの加工状態を以下の基準で評価した。
○：加工性良好      △：加工性普通      ×：加工性悪
５）切削加工後の変形：
丸棒を所定の寸法に切削加工した後の変形状態を以下の基準で評価した。
○：変形なし        △：わずかに変形    ×：かなり変形
【００３７】
＜３＞  評価の結果
【表１】
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【００３８】
表１に示すように、本発明の熱可塑性樹脂丸棒（実施例１，２）は、長手方向のそりが１ｍあたり２ｍｍ以下かつ、丸棒の断面の真円度が２％以下ときわめて寸法精度に優れていた。また、丸棒作成後の切削加工においても、加工性が良好であり、変形もみられなかった。（また、アニール処理工程も回転させながら行うことにより、より寸法安定性の向上した熱可塑性樹脂丸棒を得られることが分かった（実施例１，２）。）
【００３９】
押し出し成形後、中心部が室温付近まで十分に冷えていないうちに切断した丸棒は、一般に切断面にヒケを生じやすい（比較例１，２）が、本発明のように適当な温度でアニール処理を行った後、丸棒を回転し、均一に冷却することにより、ヒケを０．３ｍｍ以内に解消できることが分かった。
【００４０】
アニール処理後、回転させながら冷却を行わず、そのままの状態を保持したまま冷却を行った場合（比較例３）には、丸棒周方向の冷却の不均一により、真円度が悪化した上にそりが発生し、寸法精度の悪い成形品しか得られなかった。
【００４１】
アニール処理においてガラス転移温度より４０℃以上高い温度に加熱処理された丸棒（比較例４）は、素材が軟化して自重により変形が生じ、真円度が悪化してしまった。さらに、熱により丸棒の表面が焼けて変色してしまっていた。
【００４２】
以上、現時点において、もっとも、実践的であり、かつ、好ましいと思われる実施形態及び実施例に関連して本発明を説明したが、本発明は、本願明細書中に開示された実施形態、実施例に限定されるものではなく、請求の範囲および明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う熱可塑性樹脂丸棒、その製造方法、およびその製造装置もまた本発明の技術的範囲に包含されるものとして理解されなければならない。
【００４３】
【発明の効果】
以上に説明したように、請求項１の発明によれば、残留歪が極めて少ない熱可塑性樹脂丸棒、具体的には、長手方向のそりが少なく、丸棒断面の真円度が良好で、切断端面のヒケも少ない熱可塑性樹脂丸棒を提供することができる。
【００４４】
請求項２の発明によれば、アニール処理の際の熱が、熱可塑性樹脂丸棒に均一に伝わるので、より残留歪が小さい熱可塑性樹脂丸棒を提供することができる。
【００４５】
請求項３の発明によれば、残留歪が極めて少ない熱可塑性樹脂丸棒、具体的には、長手方向のそりが少なく、丸棒断面の真円度が良好で、切断端面のヒケも少ない熱可塑性樹脂丸棒の製造方法を提供することができる。
【００４６】
請求項４の発明によれば、アニール処理の際の熱が、熱可塑性樹脂丸棒に均一に伝わるので、より残留歪が小さい熱可塑性樹脂丸棒（１０）の製造方法を提供することができる。
【００４７】
請求項５の発明によれば、残留歪が極めて少ない熱可塑性樹脂丸棒、具体的には、長手方向のそりが少なく、丸棒断面の真円度が良好で、切断端面のヒケも少ない熱可塑性樹脂丸棒の製造が可能な装置を提供することができる。
【００４８】
請求項６の発明によれば、アニール処理する手段が熱可塑性樹脂丸棒の軸心を中心として回転させる手段を備えていることにより、より残留歪が小さい熱可塑性樹脂丸棒の製造が可能な装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】熱可塑性樹脂丸棒の製造工程を概略的に示す図である。
【符号の説明】
１  押出機ダイ
２  冷却装置
３  引き取り機
４  切断機
５  アニールオーブン
６  回転式放冷台
７  移管台
１０  熱可塑性樹脂丸棒
１０ａ  押し出し成形された丸棒
１０ｂ  切断された丸棒
１０ｃ  アニール処理された丸棒
【図１】
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