(57)【要約】【課題】曲げ強度、剛性等の機械的特性に優れ、且つ反り変形の少ない棒状成形品を提供する。【解決手段】特定の長繊維強化熱可塑性樹脂ペレットを製造原料とし、棒状成形品の一端に相当する部位に設けられたゲートを介して射出成形すると共に、棒状成形品の長手方向に一本又は複数本の溝部を形成した棒状成形品。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
強化繊維がペレットの長さ方向に対して実質的に平行に配列しており、かつペレットの長さが３〜５０ｍｍの範囲にあり、強化繊維の含有量が２０〜８０重量％である長繊維強化熱可塑性樹脂ペレットを射出成形して得られる棒状成形品であって、棒状成形品の一端に相当する部位に設けられたゲートを介して射出成形すると共に、棒状成形品の長手方向に一本又は複数本の溝部を形成したことを特徴とする棒状成形品。
【請求項２】
長繊維強化熱可塑性樹脂ペレットを構成する熱可塑性樹脂がポリアミド樹脂又は酸変性ポリオレフィン樹脂である請求項１記載の棒状成形品。
【請求項３】
長繊維強化熱可塑性樹脂ペレットを構成する強化繊維がガラス繊維である請求項１又は２記載の棒状成形品。
【請求項４】
棒状成形品の反り率（反り／棒状成形品の長さ）が０．０１以下である請求項１〜３の何れか１項記載の棒状成形品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は長繊維強化熱可塑性樹脂ペレットから形成された、曲げ強度、剛性等の機械的特性に優れ、且つ反り変形の少ない棒状成形品に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、プリンターの紙送りシャフト等の棒状物には、一般に各種金属材料が用いられてきたが、コスト軽減、軽量化等の要請から樹脂材料への代替が期待されている。
【０００３】
長繊維強化熱可塑性樹脂は、曲げ強度、剛性等の機械的特性に優れ、金属代替材料として有望視されており、例えば特許文献１では、長繊維強化熱可塑性樹脂からなる一定以上の縦横比（部材長さ／横断面の最大幅）を有する車用長尺部材が提案されている。
【特許文献１】特開平６−１７０９５７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の車用長尺部材は、その明細書に記載のような自転車フレーム等の長尺部材への適用は可能であるが、本発明者らの検討によれば、寸法安定性・反り変形量の少ないことが要求されるプリンターの紙送りシャフト等の精密機構部品には到底使用できないことが判明した。繊維強化熱可塑性樹脂成形品は、曲げ強度、剛性等には優れているものの、成形品に反りが発生することが多く、そのままでは反り変形量の少ないことが要求される精密機構部品用の棒状成形品には適用し得ないのである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者は、曲げ強度、剛性等の機械的特性に優れ、且つ反り変形の少ない棒状成形品を提供すべく検討した結果、射出成形法を工夫すると共に、その形状を特定のものとすることにより、棒状でありながら反り変形の少ない成形品が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００６】
即ち本発明は、強化繊維がペレットの長さ方向に対して実質的に平行に配列しており、かつペレットの長さが３．０〜５０ｍｍの範囲にあり、強化繊維の含有量が２０〜８０重量％である長繊維強化熱可塑性樹脂ペレットを射出成形して得られる棒状成形品であって、棒状成形品の一端に相当する部位に設けられたゲートを介して射出成形すると共に、棒状成形品の長手方向に一本又は複数本の溝部を形成したことを特徴とする棒状成形品である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明を詳細に説明する。先ず、本発明の棒状成形品とは、縦横比（部材長さ／太さ）が３以上、一般的には１０以上である長尺の棒状部材である。
【０００８】
棒状成形品の断面形状としては、円形、楕円形、多角形（三角形、正方形、六角形等の正多角形、矩形）等であり、それらの近似形でもかまわない。その太さとしては、最大の対角線（円であれば直径、楕円であれば長径）が３〜２００ｍｍ、好ましくは４〜１５０ｍｍ、特に好ましくは５〜１００ｍｍである。太さが３ｍｍ未満では強度が不足し、２００ｍｍを超えると強化繊維の配向が形成できなくなり、強度が低下する。また、棒状成形品の長さについては使用目的により自由に選択できるが、２ｍを超えると強度が低下するため、通常、１〜２００ｃｍ、好ましくは２〜１５０ｃｍ、特に好ましくは３〜１００ｃｍ程度である。
【０００９】
本発明の棒状成形品では、その長手方向に一本又は複数本の溝部を形成されている。かかる溝部を形成したことにより反り変形が低減される。溝部は、金型の設計上、棒状成形品の長手方向の全部（即ち、棒状成形品の長さと同一）に連続的に形成されるが、場合によっては、端部付近には形成しない、連続的では一部不連続に断続的に形成するといった手段を採用することもできる。また、溝部は、少なくとも１本あれば本発明の目的は達成されるが、バランスの点から複数本（例えば、図１に示すような正方形では４辺に１本ずつの４本）形成するのが好ましい。
【００１０】
溝の形状は、特に制限されないが、金型の設計上、多角形または半円形が好ましい。
【００１１】
溝の開口部の幅は、断面形状が多角形の場合、一辺の長さの１０〜８０％、好ましくは２０〜７０％、特に好ましくは３０〜６０％であり、断面形状が円の場合、円の半径の１０〜８０％、好ましくは２０〜７０％、特に好ましくは３０〜６０％であり、断面形状が楕円の場合、楕円の短径の５〜２０％、好ましくは１０〜１５％である。
【００１２】
また、溝の深さは、断面形状が多角形の場合、一辺の長さの５〜４０％、好ましくは１０〜３５％、特に好ましくは１５〜３０％であり、断面形状が円の場合、円の半径の５〜４０％、好ましくは１０〜３５％、特に好ましくは１５〜３０％であり、断面形状が楕円の場合、楕円の短径の５〜２０％、好ましくは１０〜１５％である。
【００１３】
また、棒状成形品の断面積（溝が形成されていない状態）に対して、形成された溝の断面積があまりに大きくなると強度が低下するおそれがある。よって、上記した溝の開口部の幅、深さを満足する範囲内にて、溝の断面積の比率が、棒状成形品の断面積（溝が形成されていない状態）に対し、５０％以下とするのが望ましい。
【００１４】
例えば、図１に示すような、一辺の長さが８ｍｍである正方形の４辺に、幅１．５ｍｍ、深さ１ｍｍの溝が形成されている場合、溝の断面積の比率は
（１．５ｍｍ×１ｍｍ）×４÷（８ｍｍ×８ｍｍ）×１００＝９．３７％となる。
【００１５】
また、本発明では、棒状成形品の射出成形に際し、棒状成形品の一端に相当する部位に設けられたゲートを介して射出成形することが、繊維を配向させて、優れた強度を得るために必須である。例えば、棒状成形品の長手方向の中間点に相当する部位にゲートを設けたり、棒状成形品の両端に相当する部位に２つのゲートを設けて、射出成形しては、繊維の配向が不十分となる。
【００１６】
次に、本発明の棒状成形品の原料である長繊維強化熱可塑性樹脂ペレットについて説明する。
【００１７】
本発明に使用される長繊維強化熱可塑性樹脂ペレットのマトリックス樹脂は、熱可塑性樹脂であれば全ての樹脂が使用可能である。例えば、一般用ポリスチレン、耐衝撃性ポリスチレン、アクリロニトリル−スチレン共重合体樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体樹脂等のポリスチレン系樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂、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等の熱可塑性ポリエステル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、塩化ビニル、塩素化ポリプロピレン等のハロゲン含有ポリオレフィン樹脂、６−ナイロン、6,6−ナイロン、4,6−ナイロン、11−ナイロン、12−ナイロン等のポリアミド系樹脂、ポリエチルアクリレート樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂等のポリアクリル系樹脂、ポリスルホン酸系樹脂、ポリフェニルエーテル樹脂、ポリアセタール樹脂、液晶性芳香族ポリエステル樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂等の汎用樹脂からスーパーエンプラまで全ての熱可塑性樹脂及びこれらの２種類以上からなるアロイ樹脂が使用可能である。アロイを形成する樹脂は、ここに挙げた熱可塑性樹脂に限定されるものではなく、周知の他の熱可塑性樹脂及びそれらの２種類以上のアロイ樹脂が使用可能である。
【００１８】
特に本発明の適用が好ましい熱可塑性樹脂としては、ポリアミド樹脂、酸変性ポリオレフィン樹脂（無水マレイン酸変性ポリプロピレン等）である。
【００１９】
本発明に使用される長繊維強化熱可塑性樹脂ペレットの強化繊維は使用するマトリックス樹脂よりも弾性率が高い繊維であればいずれの繊維でも使用可能であり、特に限定されるものではない。例えば、無機繊維として、Ｅ−ガラス、Ｄ−ガラス等のガラス繊維、ポリアクリロニトリル系、ピッチ系、レーヨン系等の炭素繊維、鉱物繊維等が挙げられ、金属繊維として、ステンレス、黄銅等が挙げられ、有機繊維として、超高分子量ポリエチレン繊維、ポリオキシメチレン繊維、ポリビニルアルコール繊維、液晶性芳香族ポリエステル繊維、ポリエチレンテレフタレート繊維、ポリ−ｐ−フェニレンテレフタルアミド繊維、ポリ−ｍ−フェニレンイソフタルアミド繊維等のアラミド繊維、ボロン繊維、ポリフェニレンベンゾチアゾール繊維、ポリアクリロニトリル繊維、ジュート等のセルロース繊維等が挙げられる。特に本発明において好ましく使用される繊維は、補強効果や価格の点でガラス繊維が挙げられる。これらの強化繊維にはロービングにしたときにほぐれ難くするために樹脂と相性の良い適当なサイジング剤を使用することもできる。
【００２０】
本発明に使用される長繊維強化熱可塑性樹脂ペレット中の強化繊維の含有量は、２０〜８０重量％である。強化繊維の含有量が少なすぎると補強効果が小さいばかりでなく、強化繊維が樹脂中に異物として作用するために衝撃強度が低下するなどの影響がある。また、強化繊維の含有量が多くなりすぎると流動性が低下し、成形性が悪くなってしまう。
【００２１】
使用する強化繊維の径は６〜３０μｍの範囲のものが好ましい。
【００２２】
本発明における長繊維強化熱可塑性樹脂ペレットを製造する方法である引抜き成形法としては、周知の技術（特開平３−３１４４１７号公報等）を使用することが可能である。長繊維強化熱可塑性樹脂ペレットの製造法は、ここに挙げた方法に限定されるものではなく、多くの様々な特許に見られる公知の技術（強化繊維のロービング形状、プラー方法、強化繊維の余熱方法、開繊方法、熱可塑性樹脂と強化繊維との含浸方法、樹脂含浸後の賦形方法、冷却方法、カッティング方法等）等が全て使用可能である。
【００２３】
本発明に使用される長繊維強化熱可塑性樹脂ペレットの長さとしては３〜５０ｍｍの範囲が好ましいが、特に４〜２５ｍｍの長さのペレットが好ましい。長繊維強化熱可塑性樹脂ペレットのアスペクト比としては２〜２０が好ましい。
【００２４】
本発明の棒状成形品は、上記長繊維強化熱可塑性樹脂ペレットを原料とし、所望の溝部が形成された金型を用い、且つ棒状成形品の一端に相当する部位に設けられたゲートから溶融した上記ペレットを射出成形することにより成形される。
【００２５】
ここで、長繊維強化熱可塑性樹脂ペレットを構成する熱可塑性樹脂がポリアミド樹脂の場合、射出成形時の射出成形機シリンダー温度を３２０〜３３０℃に設定し、長繊維強化熱可塑性樹脂ペレットを構成する熱可塑性樹脂が酸変性ポリオレフィン樹脂の場合、射出成形時の射出成形機シリンダー温度を２８０〜２９０℃に設定するのが好ましい。射出成形時の成形温度（シリンダー温度）を通常より高めに設定することにより、繊維と熱可塑性樹脂がより強固に結合し、射出成形後の成形品の機械的物性が著しく向上する。
【００２６】
このようにして得られる本発明の棒状成形品は、反り変形が極めて少ない。このことを数値的に示すならば、後記する試験法による棒状成形品の反り率（反り／棒状成形品の長さ）として０．０１以下を達成できる。
【実施例】
【００２７】
以下、実施例により本発明を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
実施例１
ガラス繊維ロービング（日本電気硝子（株）製Ｅ−ガラス）を強化繊維とし、ナイロン６６（宇部興産（株）製）をマトリックス樹脂とし、引抜き成形法で、ペレット長１１ｍｍ、ガラス繊維含有量６０重量％の長ガラス繊維強化ナイロンのペレットを製造した。このペレットを原料として、シリンダー温度２８０〜３００℃に設定した射出成形機（（株）日本製鋼所製、Ｊ−１５０ＥＩＩ）にて、図１に示す長さ３０ｃｍで、長手方向に４本の溝部を有する棒状成形品を射出成形した（ゲートは棒状成形品の一端に相当する部位に設けた）。
【００２８】
射出成形後、４８時間以上状態調整（２３℃、相対湿度５０％）し、棒状成形品を定盤上に静置して反りを測定した。反りの測定は、図２に示すように、反りの最も発生する棒状成形品の中央部で行った。同一ロットで５個の棒状成形品について測定を繰り返し、５点合計の平均値を反り量とした。
【００２９】
その結果、反りは２０μmであり、棒状成形品の反り率（反り／棒状成形品の長さ）は、
０．０２（ｍｍ）／３００（ｍｍ）＝６．７×１０−５
であった。
実施例２
マトリックス樹脂としてナイロン６（宇部興産（株）製）を使用した以外は実施例１と同様にして棒状成形品を成形した。この棒状成形品の反りは２０μmであった。
実施例３
マトリックス樹脂として酸変性ポリプロピレン（アトフィナ社製ＯＲＥＶＡＣ  ＣＡ１００、マレイン酸１．０重量％変性）を使用し、シリンダー温度を２８０〜２９０℃とした以外は実施例１と同様にして棒状成形品を成形した。この棒状成形品の反りは２０μmであった。
比較例１〜３
実施例１〜３と同様にして、溝が設けられていない断面８ｍｍ×８ｍｍの正方形で長さ３０ｃｍの棒状成形品を成形した。
【００３０】
これらの棒状成形品の反りを測定したところ、それぞれ３．５ｍｍ、４．０ｍｍ、４．５ｍｍであり、
棒状成形品の反り率（反り／棒状成形品の長さ）は、
３．５（ｍｍ）／３００（ｍｍ）＝０．０１２（比較例１）
４．０（ｍｍ）／３００（ｍｍ）＝０．０１３（比較例２）
４．５（ｍｍ）／３００（ｍｍ）＝０．０１５（比較例３）
であった。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の溝が形成された棒状成形品の一例を示す斜視図である。
【図２】反り量の測定状況を示す図である。
【図１】
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【図２】
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