(57)【要約】【課題】ノート型パソコンの天板、デジタルカメラの表面などのように、表面部分の反りが小さく、かつその反りが経時的にも安定している繊維強化熱可塑性樹脂製射出成形品およびその製造方法を提供する。【解決手段】繊維強化熱可塑性樹脂製の射出成形品であって、前記強化繊維の含有量が１〜５０重量％の範囲内であり、かつ、成形品の反り度数が０．５％以下であることを特徴とする繊維強化熱可塑性樹脂製射出成形品である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維強化熱可塑性樹脂製の射出成形品であって、前記強化繊維の含有量が１〜５０重量％の範囲内であり、かつ、成形品の反り度数が０．５％以下であることを特徴とする繊維強化熱可塑性樹脂製射出成形品。
【請求項２】
射出成形品の形状を決定する主要部分の厚みが０．３〜１０ｍｍの範囲内であることを特徴とする請求項１記載の繊維強化熱可塑性樹脂製射出成形品。
【請求項３】
強化繊維が炭素繊維であり、その平均繊維長は１０〜１０００μｍの範囲内で、かつ、平均繊維直径が３〜１０μｍの範囲内であることを特徴とする請求項１記載の繊維強化熱可塑性樹脂製射出成形品。
【請求項４】
熱可塑性樹脂は、ポリカーボネート樹脂、ポリアミド樹脂、ＡＢＳ樹脂またはこれらの中の少なくとも１種の樹脂の配合樹脂からなることを特徴とする請求項１または２記載の繊維強化熱可塑性樹脂製射出成形品。
【請求項５】
前記射出成形品の表面に、塗装が施されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の繊維強化熱可塑性樹脂製射出成形品。
【請求項６】
少なくとも次の（１）〜（３）の工程を順次経てなることを特徴とする繊維強化熱可塑性樹脂製射出成形品の製造方法。
（１）ペレットを溶融・混練し、金型に射出して所定形状の成形品を得る射出成形工程
（２）射出成形品表面への塗装前準備として、表面処理を行う塗装前準備工程
（３）射出成形品に専用治具を用いて、熱処理および矯正負荷をかけることにより反りを矯正する矯正工程
【請求項７】
前記矯正工程は、さらに射出成形品に矯正治具を装着する矯正治具装着工程と、成形品の熱処理工程と、所定時間矯正した後、矯正治具を装着状態のままで急冷する急冷工程とからなることを特徴とする請求項６記載の繊維強化熱可塑性樹脂製射出成形品の製造方法。
【請求項８】
前記矯正治具装着工程は、成形品に０．１〜１００ｇ／ｃｍ２の範囲内の矯正加重を加えることにより、反りを矯正することを特徴とする請求項７記載の繊維強化熱可塑性樹脂製射出成形品の製造方法。
【請求項９】
前記熱処理工程は、塗装温度よりも１０〜７０℃高い温度で熱処理することを特徴とする請求項７記載の繊維強化熱可塑性樹脂製射出成形品の製造方法。
【請求項１０】
前記急冷工程は、熱処理工程が終了後、成形品に矯正荷重をかけたまま１５分以内にガラス温度以下（Ｔｇ）まで急冷することを特徴とする請求項７記載の繊維強化熱可塑性樹脂製射出成形品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、ノート型パソコンの天板、デジタルカメラの表面などのように、表面の反りが小さく、かつその反りが経時的にも安定していることが要求される繊維強化熱可塑性樹脂製射出成形品およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えばノート型パソコンやデジタルビデオカメラ、携帯電話機などの筐体部分は、その材質がマグネシウム、アルミニウム等の金属製のものもあるが、繊維強化樹脂製のものが比較的軽量、高剛性であることから多用されている。そして、その製造方法は、生産性の面から短繊維の炭素繊維を強化繊維とする熱可塑性樹脂ペレットを溶融し、射出成形する方法が使用されてきた。また、その表面には意匠性を高めるために種々の塗装やメッキを施すことも行われてきた。
【０００３】
しかしながら、射出成形法により得た成形品は、射出成形工程や成形品カッティング工程で潜在している歪み、応力等がのちの塗装工程での加熱により顕在化するため、筐体表面に用途にも依るが０．５〜３ｍｍ程度の微少な凹凸、変形、ウネリなどの反りが生ずる問題があった。この反りは筐体の外観不良となるだけでなく、反りの程度によっては内部部品との組み付けによって作動不良などの機能障害が発生する問題があった。
【０００４】
このような問題を解決せんとして、例えば特許文献１には、互いに整合する凹および凸状の一対の治具間に成形品を挟んだ状態でクッション材を介して狭持し、熱処理するとした繊維強化複合樹脂薄板の反り矯正方法が提案されている。  しかし、この矯正方法では、熱処理した後徐冷すると、経時変化により長期的にはせっかく矯正した反りが元に戻ってしまうという問題があった。
【０００５】
【特許文献１】特開平６−１５７３１号公報（図１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来技術の問題点を解消し、製造時において反りが小さく、かつその反りが長期に渡って安定した繊維強化熱可塑性樹脂製成形品とその製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上記課題について鋭意検討した結果、熱可塑性樹脂製射出成形品を塗装前に負荷をかけながら熱処理および急冷することで、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
すなわち、上記課題を解決するため、本発明の繊維強化熱可塑性樹脂製射出成形品は、繊維強化熱可塑性樹脂製の射出成形品であって、前記強化繊維の含有量が１〜５０重量％の範囲内であり、かつ、次に規定する成形品の反り度数が０．５％以下であることを特徴とする。
【０００９】
また、上記課題を解決するため、本発明の繊維強化熱可塑性樹脂製射出成形品の製造方法は、少なくとも次の（１）〜（３）の工程を順次経てなることを特徴とする。
【００１０】
（１）前記ペレットを溶融・混練し、金型に射出して所定形状の成形品を得る射出成形工程
（２）射出成形品表面への塗装準備として、表面処理を行う塗装前準備工程
（３）射出成形品に専用治具を用いて、熱処理および負荷をかけることにより反りを矯正する矯正工程
【００１１】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の繊維強化熱可塑性樹脂製射出成形品の好ましい実施の形態について説明する。
【００１２】
本発明の繊維強化熱可塑性樹脂製射出成形品に用いられる強化繊維としては、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、金属繊維が挙げられる。射出成形品の機械特性である軽量高剛性や成形の容易さを考慮した場合、ガラス繊維、炭素繊維が好ましい。また１種のみでなく、２種以上ものを配合してもよい。
【００１３】
強化繊維のマトリックス樹脂に対する含有量としては、本発明では１〜５０重量％の範囲内であることが必要である。１重量％未満では強化繊維配合による機械特性向上の効果が小さく、５０重量％を越えると成形性が悪くなるからである。成形性、機械特性の面からより好ましい範囲は、５〜３０重量％、最も好ましい範囲は１０〜５０重量％である。
【００１４】
熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリ塩化ビニリデン樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリスチレン樹脂、ＡＳ樹脂、メタクリル樹脂、ポリビニールアルコール樹脂、ＥＶＡ樹脂、セルロース系樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリカーボネート樹脂、変性ポリフェニレンエーテル樹脂、熱可塑性ポリエステル樹脂、ポリテトラフルオロエチレン樹脂、フッ素系樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂、ポリスルホン樹脂、非晶ポリアリレート樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、液晶ポリエステル樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアニルエーテルニトリル樹脂、ポリベンゾイミダゾール樹脂等が挙げられる。射出成形品の上記機械特性を考慮した場合、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリスチレン樹脂、ＡＳ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリカーボネート樹脂、変性ポリフェニレンエーテル樹脂、熱可塑性ポリエステル樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂等が好ましく、ＡＢＳ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート樹脂がより好ましい。これらの熱可塑性樹脂は単独でも、混合物でも、共重合体であってもよい。また、混合物の場合は相溶化剤を併用してもよい。さらにまた難燃剤として臭素系難燃剤、シリコン系難燃剤、赤リン等を加えてもよい。さらに、リン酸エステルやカーボンブラックを配合してもよい。
【００１５】
さらに、単に前述の樹脂と強化繊維のみを主成分とするだけでなく、射出成形時に良好な成形特性ならびに良好な製品外観、機械特性を得ることを目的として、種々の添加剤（以下、フィラーと言う。）を加える場合もある。
【００１６】
フィラーとしては、炭酸カルシウム、シリカ、カオリン、クレー、酸化チタン、硫酸バリウム、酸化亜鉛、水酸化アルミニウム、アルミナ、水酸化マグネシウムのような無定形フィラー、タルク、マイカ、あるいはガラスフレークなどの板状フィラー、ワラステナイト、チタン酸カリウム、塩基性硫酸マグネシウム、セピオライト、ゾノトライト、あるいはホウ酸アルミニウムなどの針状フィラー、金属粉、金属フレーク、カーボンブラックなどの導電性フィラーなどが用いられる。
【００１７】
これらフィラーは単体もしくは複数の組み合わせで使用してもよいし、その表面に炭素被覆またはシランカップリング処理等を施したものを単体もしくは複数の組み合わせとして使用してもよい。
【００１８】
ところで、本発明で言う「反り」とは、平面や直線部分等で構成される成形品に対し、本来形状以外の凹凸、変形がある場合において、本来あるべき理想的形状（直線、平面、角度等）から逸脱したズレのことを言う。本発明では反りの程度を便宜上、「反り度数」と呼ぶことにし、上記理想的形状に対するズレの割合を数値で示したものである。例えば、成形品上の長さ１００ｍｍの直線部分に対し、それと直交する上方向に最大３ｍｍのズレや凹凸があった場合、反り度数は３％となる。反り度数が小さいほど、反りは小さく、平面状態に近いことを示している。通常、反り度数０．５％以下であれば、ほぼ平面や直線と言え、その成形品をパソコン天板として用いても、内蔵部品に悪影響を与えることがない。
【００１９】
このような品質の成形品は、次の製造方法によって得ることができ、以下製造工程順に詳しく説明する。
１．射出成形ペレットの準備工程
ペレットは上記強化繊維と熱可塑性樹脂とからなり、直径が１〜３ｍｍ、全長が３〜１０ｍｍ程度である。一方向から引き出された強化繊維を、溶融した樹脂浴に浸漬・樹脂含浸させた後、冷風により冷却固化し、カッターで連続して上記長さにカットすることで得られる。強化繊維の比率は走行速度、浸漬時間で５〜５０重量％の範囲内に調整する。
２．金型準備工程
所定形状のキャビティーを有する金型を、適合した圧力の射出成形機に乗せ、治具で固定する。次に樹脂溶解温度まで成形機スクリュー部を加熱する。また、金型自体は取り出し温度まで加熱しておく。
３．射出成形工程
次に射出成形機を駆動し、次の射出条件により、成形品を得る。
【００２０】
シリンダー温度：  ホッパー下  ２６０℃
ノズル温度    ：              ２８０℃
射出樹脂圧力  ：              ６００ｋｇｆ／ｃｍ２
成形サイクル  ：  射出／冷却  １０秒／２０秒
金型温度      ：              ５０℃
４．塗装前準備工程
射出成形が完了したら、表面塗装のための前準備工程として、成形品のバリ取り、表面サンディング、溶剤洗浄等を施す。溶剤洗浄は、成形品表面に塗装ムラ、塗料ハガレなど、品質上問題ないように成形品表面の油脂汚れ、ゴミ、前工程でのテープ残りなどを除去するためのものである。
５．反りの矯正工程
上記塗装前準備工程が終わった段階では、射出成形品のバリ、凹凸、汚れ等は除去できたが、その表面部分には射出成形時の熱や内部応力に起因する反りがまだ残っている。そこで、この工程ではその矯正を行う。
【００２１】
この矯正工程は、成形品の反りを矯正、修正する重要な工程であり、本発明の特徴であるので詳しく説明する。
【００２２】
（１）射出成形品に矯正治具を装着する矯正治具装着工程
まず、射出成形品を作業台等に乗せ、その裏面（片面）に矯正用治具を装着する。この場合、矯正治具は、上記材質のもので成形品形状に沿う形状の矯正治具を予め作製しておき、成形品の片面に沿わせる。矯正治具は成形品の形状に合わせて、木、金属、プラスチック等にて作製するのが好ましいが、成形品が動かなければよく、これらに限定するものではない。ただし、後述する応力除去のための熱処理工程でその加熱温度に耐えるものでなくてはならない。また成形品表面をキズ付けるものであってはならない。したがって、表面保護のために成形品と治具との間に布帛、紙類、フィルム類を敷くこともある。
【００２３】
一方、残りの面には表面平滑（つまり凹凸のない）の治具を沿わせ、両治具をボルトナット等で固定する。さらに矯正効果アップのために、成形品に矯正荷重をかける。矯正加重のかけ方は重りを乗せる方法、締め付け器具で両側から負荷をかけるなどの方法がある。上述した所定の反り度数を得るための好ましい矯正荷重としては、矯正面における面圧として、０．１〜１０ｇ／ｃｍ２の荷重が標準的であるが、成形品の厚さ、材質、形状等の条件により適宜替えるのが好ましい。０．１ｇ／ｃｍ２未満では押さえ圧力が少ないため反り矯正効果がない。また１０ｇｃｍ２以上であれば、その荷重のために割れたり、キズ付いたりすることがあるので注意が必要である。
【００２４】
（２）成形品の熱処理工程
この工程は、予め設定温度に昇温した熱処理装置に、上記矯正治具で固定した射出成形品を丸ごと投入し、熱処理する工程である。この工程により射出成形品に潜在している応力が除去でき、経時変化のないものが得られる。
【００２５】
熱処理装置としては、バッチ式でも連続式でもよいが、一般的には乾燥機、オーブン等の、熱処理温度が設定通り管理できるものが望ましい。好ましい熱処理温度としては、成形品が後述する後工程の塗装工程の温度プラス１０〜７０℃の範囲内、より好ましくはプラス１０〜５０℃の範囲内となることが望ましいが、成形品材料の耐熱性温度以下であることは勿論必須である。１０℃未満では潜在応力の緩和が不十分であり、熱処理効果が小さい。また７０℃以上でれば、樹脂軟化、溶融温度に近づくため、樹脂物性の低下が懸念される。
【００２６】
（３）矯正治具装着状態で急冷を施す急冷工程
矯正後、その形状を固定するために、所定温度で急冷を行う。急冷温度とその降下時間のいわゆる温度勾配は、室温放置などでの徐冷では折角矯正した反りが緩やかに緩和され、またもとに戻ろうとするので、１５分以内の急冷で材料のガラス温度（Ｔｇ）以下の温度にまで冷却することが好ましい。
６．塗装工程
この工程は必須ではなく、所望により、成形品表面に意匠性、模様性を付与するために、例えばエポキシ樹脂、アクリル樹脂を塗料とする塗装あるいは銀、銅等の金属メッキを施す。なお、従来技術においては、塗装後に上記矯正を行っていたが、これでは折角塗装した製品が矯正工程でキズ付けられることになるので、表面キズ防止のためには本発明方法のように塗装前に矯正することが望ましい。
７．検査工程
最後に反りおよび外観が所定品質のものになっているかを検査する。成形品の反り度数としては、上記工程を経た状態で０．３％以下の範囲内に収まっていることが必要であり、その検査方法としては平滑面においた成形品をハイトゲージや治具に取り付けたダイヤルゲージで両端をゼロ点として、凹凸を測定する方法などがある。外観検査としては、キズ、汚れなどがない均一表面となっているかどうかを肉眼判定、触感判定により検査する。
【００２７】
以上にて本発明の一連の製造工程が終了するが、本発明の製造方法は、上記特許文献１に記載の製造方法と異なり、上記矯正工程で加熱、加圧、急冷としているので、従来技術では得られない経時変化のない安定した反り矯正の効果を有する。
【００２８】
本発明の製造方法により得られる成形品の実用的用途の一例としては、強度、剛性、耐衝撃性に加えて成形品外観が求められる電子・電気機器用部品、特に携帯用の電子・電気機器のハウジング、ケーシングなどが挙げられ、より具体的には、ノート型パソコン、携帯用電話機、ＰＨＳ、ＰＤＡ、ビデオカメラ、デジタルカメラなどのハウジング、ケーシングなどである。
【００２９】
【実施例】
以下、本発明の実施例を具体的に説明する。
【００３０】
実施例１
ダブルフライトスクリュー（スクリュー外径：４６ｍｍ、スクリュー長さ／径（Ｌ／Ｄ）：２０、圧縮比：２．０、サブフライトとバレル間の隙間δ：０．７ｍｍ、サブフライト位置：計量部）を備えた射出成形機と、金型（３００×２２０×１０ｍｍの大きさ、１．２ｍｍの厚みを有する弁当箱状の成形品）とを用いて、一方向に配列された炭素繊維を２０重量％含有する繊維強化ポリアミド系樹脂ペレット（ペレット長７ｍｍ、ペレット径３ｍｍ、炭素繊維の繊維長は実質上ペレットと同じ長さである）を、シリンダー温度２８０℃、スクリュー回転数１５０ｒｐｍ、スクリュー背圧３５ＭＰａの条件で溶融可塑化させ、射出成形を行った。
【００３１】
得られた成形品は２０×２０ｃｍ角の１．５ｍｍ厚さであった。表面に波打ち状凹凸があり、反りは２ｍｍの凹状であり、反り度数は１％（２／２００ｍｍ×１００）であった。
【００３２】
そして、本成形品を表面凹凸のないステンレス製の厚み１０ｍｍの板に乗せ、さらに成形板上に同様なステンレス板を乗せ、さらに負荷が２０ｇ／ｃｍ２となるように鉛製の重りをのせた。これを１００℃に設定した乾燥機に入れ、３０分熱処理した。次に加熱処理後速やかに取り出し、負荷をかけたままで、１５℃の部屋に３０分入れ、扇風機で強制急冷を実施した。取り出した成形品表面をエチルアルコールで十分洗浄した後、市販の塗料を表面にスプレー後、６０℃で３０分乾燥した。得られた成形品の中央直線部分の反り度数は０．３５％であった。そして、１０日間放置し、経時変化による反り度数変化を調べたところ、１０化日後の反り変化はなく、満足すべきものであった。
【００３３】
実施例２
上記矯正工程の熱処理温度を８０℃、処理時間を６０分とした以外は実施例１と同様の条件で製造した射出成形品に同様の矯正を施した成形品を得た。
【００３４】
比較例１
強制急冷をせず、温度２５℃の部屋で約９０分放置徐冷した以外は実施例１と同様の条件で製造した成形品に対し、実施例１と同様条件で矯正した成形品を得た。
【００３５】
比較例２
熱処理温度６０℃とした以外は実施例１と同様条件で製造した成形品に対し、実施例１と同様条件で矯正した成形品を得た。
【００３６】
比較例３
負荷を０．０５ｇ／ｃｍ２とした以外は実施例１と同様条件で製造した成形品に対し、実施例１と同様条件で矯正した成形品を得た。
【００３７】
比較例４
矯正前に塗装を施した以外は実施例１と同様条件で製造した成形品に対し、実施例１と同様条件で矯正した成形品を得た。
この場合、表面に負荷をかけたステンレス板のキズが成形品表面に付いた。
【００３８】
以上の実施例と比較例における反り矯正条件と反り度数を纏めたものが次の表１である。
【００３９】
【表１】
2004291558.tif 000002
【００４０】
この表から実施例１，２の射出成形品では反りが小さく、時間経過しても変化のない安定した好ましいものが得られた。また、比較例１のものでは経時変化があり、比較例２では反りの改善効果が小さかった。比較例３は矯正効果はほとんどなかった。さらに比較例４では矯正効果はあるものの表面にキズが付き、商品価値のないものとなった。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、反りが小さく、またその反りの経時変化の小さい繊維強化熱可塑性樹脂製射出成形品が得られる。
【００４２】
また、塗装工程前に矯正工程を入れる場合は、塗装に関する外観問題のない成形品が得られる。