(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属粉、熱可塑性樹脂粉及び添加剤を含む成形用材料を混錬して射出成形により金属粉混合樹脂成形体を製造する方法において、
射出成形機のシリンダの内部で回転する成形用スクリューが、連続的に一体として設けられた供給部、圧縮部および計量部とを備え、前記供給部と前記圧縮部とは一条の螺旋状のフライトにより構成されており、
前記圧縮部の前記フライトは、
スクリュー軸方向に螺旋状に形成された複数のサブフライトを有し、かつ前記サブフライトは角部に丸みを有する多角形状からなり、
複数の前記サブフライトは、前記角部が前記スクリュー軸の円周方向にそれぞれ設定された角度に偏って配置されており、
前記角部と前記シリンダの内面との間隔が最も狭く、前記角部間の中央部と前記シリンダの内面との間隔が最も大きくなるように形成され、
前記計量部は、
前記スクリュー軸の円周方向に歯車状の凸凹を有する配合整列部を複数設けた構成からなる、
成形用スクリューが配設された射出成形機により成形することを特徴とする金属粉混合樹脂成形体製造方法。
【請求項２】
前記圧縮部の前記サブフライトは４個からなり、
それぞれの前記サブフライトは全体として正四角形状であり、前記角部は前記スクリュー軸の円周にそれぞれ２２．５°ずつ偏って配置されたものであることを特徴とする請求項１に記載の金属粉混合樹脂成形体製造方法。
【請求項３】
前記計量部は、複数の前記配合整列部が同一形状からなり、かつその凸凹の位置がそれぞれ一致するように配置されたものであることを特徴とする請求項１または２に記載の金属粉混合樹脂成形体製造方法。
【請求項４】
前記射出成形機のホッパーに前記成形用材料を投入する前に、
前記成形用材料である金属粉、熱可塑性樹脂粉及び添加剤をそれぞれ計量してミキシングドラムに投入した後、前記ミキシングドラム中において前記金属粉、前記熱可塑性樹脂粉及び前記添加剤をあらかじめ混練することを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載の金属粉混合樹脂成形体製造方法。
【請求項５】
前記金属粉として、銅粉および銅を主成分とする合金粉のいずれか又はこれらの混合材料を用いることを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項に記載の金属粉混合樹脂成形体製造方法。
【請求項６】
前記銅粉または銅を主成分とする合金粉の粒径は、４５μｍ以下が７５％以上のものを用いることを特徴とする請求項５に記載の金属粉混合樹脂成形体製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、種々の混合用粉末と樹脂粉末とを直接投入して混練・溶融させて射出成形するフリーブレンド方式による金属粉混合樹脂成形体製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
石油を原料とする樹脂は色々な機能を有する多くの種類が開発されており、かつ加工性に優れることから電化製品や家庭用品だけでなく、自動車部品や建築部品等、社会のあらゆる分野に幅広く使用されている。さらに近年では、植物等の自然素材を用いた環境にやさしい樹脂も開発され、樹脂製品は今後ともさらに広く普及することが期待される。
【０００３】
樹脂を用いて目的とする製品を製造する方法として、熱可塑性樹脂を溶融させながら金型に注入して成形加工する射出成形方式がある。射出成形方式は、通常あらかじめ一定の形状に加工されたペレットをホッパーから投入し、スクリューで出口側に移送しながら溶融・混練して、型締めされた金型に注入して成形する方式である。融点や粘度等、色々な特性を有する樹脂材料であっても、あらかじめそれらを一定形状のペレットに加工することにより、同一の樹脂成形機を用いて成形できるという特徴を有するので、多くの樹脂成形体製造において用いられている。
さらに、このような樹脂成形方式において、樹脂に無機材料等の種々の混合物を混合して、機能性を有する樹脂成形体の開発も活発に行われている。
【０００４】
例えば、食品や医薬品等の製造ラインにおいて、使用中の筆記具やその部品であるキャップ等が製造ラインに誤って混入する事故が発生した場合でも、それを異物として検出できれば品質問題の発生を未然防止することができる。このために、磁性を有する金属粉を混合した樹脂成形体からなる筆記具が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、理容用の鋏や医療用のメス等は、形状が複雑でかつ表面が滑らかに湾曲している必要のあるものが多いが、従来はこのような形状であっても鉄鋼やステンレスなどの金属で製造している。このため、製品価格が高くなることが課題であった。この課題に対して、タングステンを樹脂に混合した樹脂成形体を製造し、その表面にメッキを行うことで、複雑形状であっても使い勝手の良い製品を安価に製造する方法が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
樹脂成形体に抗菌性を付与する技術も開発されている。例えば、プリント配線基板として製造するときに生じる銅張積層板の端材を粉砕し、樹脂に混合して金属粉混合樹脂成形体を作ることが開示されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００７】
同じように抗菌性を付与する樹脂成形体の製造方法として、抗菌性金属粉として銅粉、銅合金粉または亜鉛粉を樹脂に混合して押出成形によりペレットを製造し、このペレットを用いて種々の金属粉混合樹脂成形体を製造する方式も開示されている（例えば、特許文献４参照）。
【０００８】
さらに、抗菌性に優れ、外観耐久性を有する樹脂成形体として、銅あるいは銅合金を樹脂に混合した金属粉混合樹脂成形体も開示されている。これは、熱可塑性樹脂を２５〜７０重量％と銅又は銅合金を３０〜７５重量％含有する金属粉混合樹脂成形体である（例えば、特許文献５参照）。
【０００９】
また、樹脂に軟磁性金属粉を混合してリアクトル用のコアを製造する方法も開示されている。この製造方法は、射出成形装置に樹脂投入口と軟磁性金属粉投入口の２か所を設け、それぞれの投入口から樹脂と軟磁性金属粉を投入し、これらをシリンダ内で混練加熱して、軟磁性金属粉が分散混合してから金型内に射出注入して軟磁性金属粉混合樹脂成形体を得るものである（例えば、特許文献６参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１８−０１２３０１号公報
【特許文献２】ＷＯ２０１８／０８３９７２
【特許文献３】特開平０７−２１５８１２号公報
【特許文献４】特開２００４−０３５７７９号公報
【特許文献５】特開２０１９−１５６９０３号公報
【特許文献６】特開２０１４−１５６０５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１に記載の発明は、食品製造ライン等で使用する筆記具あるいはその部品または破片が誤ってライン中に混入しても、異物検査でチェックしやすくするために磁性を有する金属粉を混合することを目的としている。具体的な製造方法としては、磁性を有する金属粉としての酸化鉄粉を６０質量％の含有率で含有する合成樹脂（ポリカーボネート樹脂）を射出成形して製造したことが記載されている（段落００１３）。しかし、酸化鉄粉とポリカーボネート樹脂の比重は５．２と１．２程度であり、比重差が大きい。従来の射出成形機を用いて、金属粉である酸化鉄粉を６０質量％も混合すると、樹脂が溶融したときに比重差による不均一化が生じ、十分な混練ができず、結果として製品ばらつきが大きくなるという課題を有する。
【００１２】
また、特許文献２に記載の発明は、金属で製造されている複雑形状の鋏等を樹脂成形品に置き換えることを目的としている。このため、使用時に従来の金属製とおなじような使用感を得ることが必要であり、タングステンを７０重量％〜９５重量％混合した高比重樹脂材を射出成形により成形している（段落００２１）。しかし、タングステンとナイロン樹脂の比重は、１９．３と１．１３程度であり、大きな比重差を有する。このような比重差の大きな材料をペレット化して従来の射出成形機のスクリュー中で溶融・混錬すると、上記と同様に比重差による不均一化が生じて製品ばらつきや強度のばらつきが大きくなるという課題を有する。
【００１３】
さらに、特許文献３に記載の発明は、サニタリー製品として使用することを目的としている。そして、銅張積層板を粉砕し、これを熱可塑性樹脂などに混合して成形している（段落０００６）。しかし、銅の比重は８．５であり、熱可塑性樹脂の比重は材料により異なるが１．０〜１．２程度である。このような比重差の大きな材料をペレット化して従来の射出成型機で成形しようとしても均一な混練ができず、製品ばらつきや強度ばらつきが大きくなるという課題を有する。
【００１４】
また、特許文献4に記載の発明は、樹脂に銅等の抗菌性金属粉を混合した樹脂成形品を得ることを目的としている。そして、抗菌性金属粉を樹脂に混合するために押出成形方式によりペレットを作製し、このペレットを用いて種々の成形品を製造することが記載されているが、それらの製造方法については特に記載がない。射出成形方式を用いる場合には、上記と同様に製品ばらつきが大きくなるという課題を有する。
【００１５】
また、特許文献５に記載の発明は、抗菌性を有する金属粉混合樹脂成形体とその製造方法を開示しており、熱可塑性樹脂と銅および／又は銅合金ともにそれぞれ粉末状のものを使用している（段落００２８、００３６）。これらの粉末材料を用いて成形品を製造する方法としては、射出成形、押出成形、ブロー成形、真空成形、発泡成形など通常の方法で成形することで可能であることが記載されている（段落００５２）。しかし、ペレットを用いる従来の射出成形機では、熱可塑性樹脂粉と金属粉との混合・混練が不均一になりやすい。特に、金属粉の混合量を大きくするほど不均一になり、結果として製品ばらつきが大きくなるという課題を有する。
【００１６】
特許文献６に記載の発明は、射出成形装置に樹脂を投入する投入口と軟磁性金属粉を投入する投入口をそれぞれ設け、別々の投入口から樹脂粉と軟磁性金属粉とを投入してシリンダ中で混練と溶融をして成形する製造方法を開示している。この製造方法は、樹脂と軟磁性金属粉との両方を粉末で扱っているが、投入口を別々にした射出成形機であっても比重差を考慮したスクリュー形状でなければ十分な混練がなされず、製品ばらつきが大きくなるという課題を有する。
【００１７】
従来の射出成形機及びその製造方法は、予めペレットを作り、そのペレットを混合・混練して成形する方式がほとんどであり、ペレットを用いることを前提としたシリンダ構造となっている。このため、ペレットとすることなく粉末状態でシリンダに投入しても比重差の大きな材料の混練は十分にできず、製造バラつきが大きくなってしまうという課題を有する。
【００１８】
本発明は、金属粉だけでなく熱可塑性樹脂も粉状としたものを直接射出成型機に投入して成形する場合に、十分な混練・混合を可能とし、かつ、金属粉の混合量を大きくしても製品ばらつきの小さい金属粉混合樹脂成形体を製造することができるフリーブレンド方式の樹脂成形体製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記課題を解決するために、本発明の金属粉混合樹脂成形体（以下、単に「成形体」とよぶ。）製造方法は、金属粉、熱可塑性樹脂粉及び添加剤を含む成形用材料を混錬して射出成形により金属粉混合樹脂成形体を製造する方法において、射出成形機のシリンダの内部で回転する成形用スクリューが、連続的に一体として設けられた供給部、圧縮部および計量部とを備え、供給部と圧縮部とは一条の螺旋状のフライトにより構成されている。そして、圧縮部のフライトは、スクリュー軸方向に螺旋状に形成された複数のサブフライトを有し、かつ、それらのサブフライトは角部（かどぶ）に丸みを有する多角形状からなる。さらに、複数のサブフライトは、それらの角部がスクリュー軸の円周方向にそれぞれ設定された角度に偏って配置されており、角部とシリンダの内面との間隔が最も狭く、角部間の中央部とシリンダの内面との間隔が最も大きくなるように形成された構成からなる。また、計量部は、スクリュー軸の円周方向に歯車状の凸凹を有する配合整列部を複数設けた構成からなる。このような構成からなる成形用スクリューが配設された射出成形機により成形することを特徴とする。
【００２０】
このような形状を有する成形用スクリューが配設された射出成形機により成形体を製造すれば、１つの成形体中における金属粉の混合ばらつきを低減できるだけでなく、大量に生産した成形体間においても金属粉の混合ばらつきを低減することができる。
【００２１】
上記製造方法において、さらに圧縮部のサブフライトは４個からなり、それぞれのサブフライトは全体として正四角形状であり、角部はスクリュー軸の円周方向にそれぞれ２２．５°ずつ偏って配置されたものとしてもよい。このような形状のスクリューが配設された射出成形機により成形体を製造すれば、金属粉の混合ばらつきをさらに抑制でき、混合量を増加させても強度が大きく、かつ強度ばらつきの小さな成形体を製造することができる。
【００２２】
また上記製造方法において、計量部は複数の配合整列部が同一形状からなり、かつその凸凹の位置がそれぞれ一致するように配置されたものとしてもよい。このような形状のスクリューが配設された射出成形機により成形体を製造すれば、配合整列部でさらに配合と均一化が促進されるので金属粉の混合ばらつきをさらに小さくすることができ、混合量を増加させても強度が大きく、かつ強度ばらつきの小さな成形体を安定して製造することができる。
【００２３】
さらに上記製造方法において、射出成形機のホッパーに成形用材料を投入する前に、成形用材料である金属粉、熱可塑性樹脂粉及び添加剤をそれぞれ計量してミキシングドラムに投入した後、ミキシングドラム中において金属粉、熱可塑性樹脂粉及び添加剤をあらかじめ混練する方法としてもよい。
【００２４】
本発明においては、成形用材料が金属粉と熱可塑性樹脂粉であり、両方ともに粉末であることからミキシングドラム中でも均一な混錬がされやすい。あらかじめ十分に混錬された金属粉と熱可塑性樹脂粉とを射出成形用ホッパーに投入して、成形用スクリューでさらに混練・溶融させれば配合の均一化をより促進することができる。この結果として金属粉の混合ばらつきをさらに低減させることができる。
【００２５】
なお、金属粉の表面に例えばシラン系の材料をコーティングしておくことも有効である。これにより、混練中に金属粉と熱可塑性樹脂粉との接着が生じるので均一な混練と均一な配合がよりやりやすくなる。
【００２６】
さらに上記製造方法において、金属粉として銅粉および銅を主成分とする合金粉のいずれか又はこれらの混合材料を用いてもよい。この場合、銅粉または銅を主成分とする合金粉の粒径は、４５μｍ以下が７５％以上のものを用いてもよい。
【００２７】
銅粉の粒径として４５μｍ以下の形状のものが７５％以上であれば、熱可塑性樹脂粉中に銅粉を混合して混練する場合に均一な混練と均一な配合がなされやすくなる。しかし、７５％より少ない粒径分布とすると、比較的大きな粒径の銅粉は射出成形機のスクリュー中で安定して移送されにくくなるので均一な混練と配合の妨げになる。さらに、４５μｍよりも大きな粒径、例えば１００μｍ以下あるいは１５０μｍ以下とすると、この場合も射出成形機のスクリュー中で安定して移送されにくくなるので均一な混練と配合の妨げになる。安定して均一な混練と配合を実現するためには、４５μｍ以下の形状のものが７５％以上含まれることが好ましい。さらに８０％以上であるとより好ましい。
【００２８】
銅は抗菌性を有することが知られており、銅を混合した樹脂成形体もすでに開示されている。しかし、製造ばらつきの課題については具体的な方法は開示されていない。本発明は、新しく開発した形状を有するスクリューが配設された射出成形機により製造することにより、1つの成形体だけでなく大量生産した成形体間の金属粉の混合ばらつきを低減している。これにより、大量に成形体を製造しても銅の抗菌作用を安定に、かつ、長期間発現させることのできる成形体を得ることができる。
【００２９】
さらに、本発明の成形体は、上記記載の成形体製造方法により成形したことを特徴とする。このような製造方法により得られた成形体は、従来の方法により製造されたものに比べて1つの成形体中のばらつきの低減だけでなく、大量生産された成形体間の混合量のばらつきも低減できるので、強度が大きく、品質ばらつきの小さな成形体を製造することができ幅広い分野への応用が可能である。
【００３０】
さらに、本発明の抗菌性を有する成形体は、金属粉として銅粉および銅を主成分とする合金粉のいずれか又はこれらの混合材料を用いて上記記載の成形体製造方法により製造されたことを特徴とする。
【００３１】
このような製造方法により製造された成形体は、従来の射出成形機により製造された成形体よりも、1つの成形体中だけでなく成形体間の金属粉の混合ばらつきが小さいので混合した金属粉が有する機能（例えば、抗菌性。）のばらつきも抑えることができる。
【００３２】
なお、本発明において金属粉は、鉄、銅、金、銀、ニッケル、チタン、クロム、コバルト、アルミニウム、亜鉛などの単一金属からなるものだけでなく、これらを含む合金素材も含む概念である。合金の例としては、例えばステンレス、炭素鋼、クロム鋼などの鉄を主成分とする合金や、ニクロムなどのニッケルを含む合金や、黄銅、リン青銅、洋白などの銅を含む合金や、ジュラルミンなどのアルミニウムを含む合金や、チタン合金などのチタンを含む合金など、一般に合金とよばれる素材を含む。ただし、単一金属からなるものとは、純金属のみでなく、一般的に不純物として認識されている程度の他の元素が含まれているものも包含するものとする。
【００３３】
また、銅粉は一般に純銅とよばれるものだけでなく、少なくとも９０％以上の銅を含む場合をいうものとする。銅を主体とする合金は、合金成分中において銅が最も成分比率の高いものをいい、例えば黄銅（Ｃｕ−Ｚｎ合金）、洋白（Ｃｕ−Ｚｎ−Ｎｉ−Ｍｎ合金）、青銅（Ｃｕ−Ｓｎ合金）、アルミニウム合金（Ｃｕ−Ａｌ合金）、白銅（Ｃｕ−Ｎｉ−Ｆｅ−Ｍｎ合金）などが例示される。
【００３４】
さらに、熱可塑性樹脂粉末としては、オレフィン系樹脂であるポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、スチレン系樹脂であるポリスチレン（ＰＳ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリアミド（ＰＡ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）など、一般に樹脂成形体を製造するときに用いられる樹脂材料で、かつ粉末化できるものであれば特に問題なく用いることができる。
【００３５】
また、添加剤は、一般に成形加工時の高温や使用時の紫外線曝露などによる酸化劣化防止、樹脂が本来有する物性などを維持するために添加する安定剤、および、樹脂成形体の機械的強度の向上、柔軟性や難燃性付与のために添加する機能付与剤がある。例えば、酸化防止剤としてはフェノール系材料等、耐候性改良としては紫外線吸収材料等、柔軟性向上としては可塑剤等、一般に樹脂成形用の添加剤として使用されているものを適宜選択して用いることができる。また、金属粉と熱可塑性樹脂との接着性を改善する粉体又は液状物も添加剤であり、後述するシラン系材料も添加剤の一つである。
【００３６】
本発明においてフリーブレンド方式とは、あらかじめペレット化することなく樹脂と混合材料とをどちらも粉末状態あるいは樹脂粉末と繊維状態の混合材料をそのまま射出成形機に投入して成形加工する方式をいう。
【発明の効果】
【００３７】
本発明の成形体製造方法は、金属粉と熱可塑性樹脂粉というように両方ともに粉末素材を用いても、射出成形された成形体中における金属粉の偏りが小さく、かつ、大量生産した場合であっても成形体間の金属粉混合量の偏りが小さい成形体を得ることができ、品質の安定化が可能という大きな効果を奏する。また、金属粉の混合割合を大きくしても、金属粉の偏りを小さくでき品質ばらつきを抑えることができるという効果も奏する。
【００３８】
さらに、金属粉として銅または銅を主成分とする合金粉を用いれば、銅または銅を主成分とする合金粉を大量に添加することも容易にでき、抗菌性能をより効果的に発揮させることができるだけでなく長期間継続してその機能を発揮させることもできるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本実施の形態に係る成形体製造方法に用いる射出成形機２３０の構成を示す図であり、（ａ）は射出成型機２３０の概略側面図、（ｂ）はホッパー１６０から成形用材料２２０を投入して成形用スクリュー１００で圧縮、混練しながら金型に移送するシリンダ部１５０の断面概略図である。
【図２】同実施の形態の製造方法で用いる混練部２１０の構成を示す図である。
【図３】同実施の形態の製造方法で用いる射出成形機２３０に配設された成形用スクリューの構成を示す図であり、（ａ）は成形用スクリューの概略斜視図、（ｂ）は（ａ）に示すＡ部分の拡大斜視図、（ｃ）は圧縮部Ｎのサブフライトの形状を示す図である。
【図４】同実施の形態において、計量部Ｓの配合整列部４０の形状と配置構成を示す図であり、（ａ）は計量部Ｓの側面図で、（ｂ）はＡ−Ａ断面図である。
【図５】同実施の形態の実施例１において、水を交換しないで２０日間放置した場合の水中の銅イオン濃度の変化を、銅粉混合量を変えて求めた結果である。
【図６】同実施例１において、銅粉混合量が２０重量％と６０重量％について、１週間ごとに水を入れかえて銅イオン濃度の長期検出可能性を求めた結果である。
【図７】同実施例１において、表面殺菌効果の試験結果を示す図であり、（ａ）は一般生菌、（ｂ）は真菌、（ｃ）は大腸菌についての結果である。
【図８】スクリュー形状の種々の組み合わせを示す図で、圧縮部Ｎの種々のサブフライト形状を示す図である。
【図９】スクリュー形状の種々の組み合わせを示す図で、計量部Ｓの種々の配合整列部の形状を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
（実施の形態）
【００４１】
本発明の成形体製造方法について、図面を参照しながら以下詳細に説明する。図１は、本実施の形態に係る成形体製造方法に用いる射出成形機２３０の構成を示す図であり、（ａ）は射出成型機２３０の概略側面図、（ｂ）はホッパー１６０から成形用材料２２０を投入して成形用スクリュー１００で圧縮、混練しながら金型に移送するシリンダ部１５０の断面概略図である。図２は、本実施の形態の製造方法で用いる混練部２１０の構成を示す図である。図３は、本実施の形態の製造方法で用いる射出成形機２３０に配設された成形用スクリューの構成を示す図であり、（ａ）は成形用スクリューの概略斜視図、（ｂ）は（ａ）に示すＡ部分の拡大斜視図、（ｃ）は圧縮部Ｎのサブフライトの形状を示す図である。図４は、計量部Ｓの配合整列部４０の形状と配置構成を示す図であり、（ａ）は計量部Ｓの側面図で、（ｂ）はＡ−Ａ断面図である。  
【００４２】
本実施の形態の製造方法で用いる射出成形機２３０は、内部を加熱するためのヒータ１２０が配置されたシリンダ１１０と、シリンダ１１０内に回転可能に設けられた成形用スクリュー１００と、シリンダ１１０に成形用材料２２０を投入するための成形機用ホッパー１６０とを有する。さらに、成形用スクリュー１００を回転駆動するための駆動部と成形用スクリューを金型（図示せず）に向けて押し出すための背圧を印加する背圧印加部とを含んでなる射出部１７０を有する。また、成形用スクリュー１００の先端部側に、流動性を高めた成形用材料２２０が注入されるキャビティを有する金型（図示せず）を備えている。
【００４３】
なお、図１においてシリンダ部１５０は、シリンダ１１０、ヒータ１２０、逆流防止弁１３０および成形用スクリュー１００を含むものをいう。また、金型を開けたり閉めたりするための型締め装置１９０と金型（図示せず）部分を安全保護するための安全窓１８０も備えており、これらが一体としてベッド２００上に設置されている。
【００４４】
混練部２１０は、熱可塑性樹脂粉を投入する樹脂粉投入ホッパー２１１、金属粉を投入する金属粉投入ホッパー２１２、これらを計量する計量ホッパー２１４、添加剤を投入する添加剤投入ホッパー２１３、およびミキシングドラム２１５により構成されている。熱可塑性樹脂粉と金属粉とを、それぞれ、樹脂粉投入ホッパー２１１と金属粉投入ホッパー２１２に投入し、計量ホッパー２１４で計量する。その後、これらの材料をミキシングドラム２１５に入れる。この時、添加剤投入ホッパー２１３から必要な量の添加剤も投入する。そして、ミキシングドラム２１５によりこれらを混練する。これにより、成形用材料２２０は成形機用ホッパー１６０に投入されるときには均一に混合され、金属粉が添加剤により熱可塑性樹脂粉と接着した状態とすることができる。このため、金属粉が鉄粉、銅粉や銅合金粉など種々の金属材料からなる粉末であっても、成形用スクリュー内で混練・溶融させるとさらに均一な配合状態を得ることができる。なお、金属粉を金属粉投入ホッパーに投入する前にシラン系材料により表面コーティングしておいてもよい。このようにコーティングしておけば、樹脂粉との接着性がより改善できるので均一化に有効である。
【００４５】
図３（ａ）に示すように、成形用スクリュー１００は、成形用材料２２０を移送する供給部Ｍと、この供給部Ｍから連続的に設けられた圧縮部Ｎと計量部Ｓとを備え、供給部Ｍと圧縮部Ｎは一条の螺旋状のフライト２０、３０により構成されている。なお、成形用スクリュー１００は、射出部１７０において背圧印加部、および、駆動部と成形用スクリュー１００を接続するための軸１０を有する軸部Ｌも有している。
【００４６】
圧縮部Ｎには、図３（ｂ）および（ｃ）に示すようにサブフライトが設けられている。圧縮部Ｎのサブフライト３１、３２、３３、３４は４個からなり、それぞれのサブフライト３１、３２、３３、３４は全体として正四角形状で、丸みを有する角部はスクリュー軸の円周方向に２２．５°ずつ偏って配置されている構造からなる。なお、本実施の形態では、圧縮部Ｎのフライト３０は７個配置したものを示しているが、７個に限定されるものではない。金属粉の材質、粒径分布などに応じて個数をかえてもよい。
【００４７】
計量部Ｓは、図４に示すように同一形状の配合整列部４０が凸凹の位置を同じになるように７個設けられた構成としているが、７個に限定されることはない。金属粉の材質、粒径分布などに応じて個数をかえてもよい。配合整列部４０は、凸部４１と凹部４２とが円周方向に沿って設けられており全体として歯車形状からなる。
【００４８】
成形用スクリュー１００は、シリンダ１１０とサブフライト３１、３２、３３、３４との間の間隔が狭い領域（すなわち、角部３１ａ、３２ａ、３３ａ、３４ａとシリンダ１１０の内面との間隔）では、成形用材料に対して圧縮力が強く作用するとともに溶融した熱可塑性樹脂の流れは速くなる。一方、間隔の広い領域（サブフライト３１、３２、３３、３４の底部３１ｂ、３２ｂ、３３ｂ、３４ｂとシリンダ１１０の内面との間隔）では、成形用材料に加わる圧縮力は相対的に小さくなるとともにゆっくりと動く。
【００４９】
一般に金属粉と熱可塑性樹脂粉とでは比重の差が大きい。例えば、銅粉の比重は８．５であり熱可塑性樹脂粉の比重はおおよそ１．１である。このように比重の差が大きく、かつ一方は溶融しない粉末を均一に配合することが要求される。本実施の形態のスクリューは、サブフライト３１、３２、３３、３４の角部３１ａ、３２ａ、３３ａ、３４ａとシリンダ１１０の内面との間隔が狭いため、この領域では圧縮力が加わるとともにヒータ１２０からの熱を受けて熱可塑性樹脂粉が溶融し、粘度が低くなり金属粉に比べて流れが速くなる。しかし、間隔の広い領域にくると、熱可塑性樹脂の流れはゆっくりとなり、金属粉との混合が促進される。このように、熱可塑性樹脂の流れが速い領域と遅い領域とを作ることで、金属粉との均一な配合を実現している。
【００５０】
このような製造方法とすることにより、金属粉を少量混合しても、また大量に混合しても、均一配合ができる。したがって、射出成形された成形体の金属粉混合量のばらつきも抑制できる。すなわち、１つの成形体中の金属粉の分布を均一化できるだけでなく、大量に製造しても成形体間の金属粉の混合量のばらつきも低減することができる。
（実施例１）
以下、金属粉として銅粉を用いた場合の具体的な製造方法と成形品について説明する。
【００５１】
本実施例では、銅粉として水アトマイズ法により作製した銅粉（純銅）を篩分けして粒径が４５μｍ以下のものが８０％以上含むものを用いた（福田金属箔粉工業（株）製）。この銅粉の混合量を１０〜６０重量％変化させて銅粉混合の成形体を製造した。熱可塑性樹脂としては、ポリプロピレン（ＰＰ）を用いた。
【００５２】
銅粉とポリプロピレン粉と添加剤とを混練部２１０であらかじめ混練した後に、射出成形機２３０のホッパー１６０に投入し、成形用スクリュー１００で混練して成形体を製造した。製造した成形体は、銅粉を１０、２０、３０、４０、５０、６０重量％混合した６種であり、比較例としてポリプロピレン（ＰＰ）のみ（すなわち、銅粉混合量０重量％）のものも製造した。
（１）成形体の銅粉混合量ばらつきの測定
【００５３】
異なる混合量からなる６種類の成形体について、成形体中の銅粉混合量ばらつきおよび成形体間の混合量ばらつきを調べた。成形体間の銅粉混合量のばらつきは、それぞれの混合量の異なる成形体を複数の日数をかけてそれぞれ１０００個成形し、その中から３００個を抽出して重量計測を行って重量ばらつきにより評価した。
【００５４】
また、成形体中の銅粉混合量ばらつきについては、さらに３０個を抽出して１個の成形体ごとに１０か所を切断し、断面を顕微鏡で観察して銅粉の数を計測して、１０か所の平均値とばらつきにより評価した。なお、観察はすべて同一倍率として約1,0００μｍ□の範囲を写真にとり、その中に含まれる銅粉の個数を求めた。この場合に、重なっているものや微小すぎて判断しにくいものは除外した。
【００５５】
１つの成形体中の銅粉混合量のばらつきは、銅混合量が１０重量％〜６０重量％の全てにおいて１０か所のばらつきが±１％以下で、かつ３０個の成形体間でも±１％以下のばらつきであった。また、成形体間の銅粉混合量のばらつきを重量計測により求めた結果でも、３００個の重量ばらつきが±１％以下であることを確認した。
【００５６】
これにより、銅粉を混合して成形する場合、熱可塑性樹脂粉に対する銅粉の混合量割合が異なるものであっても、混合量のばらつきを小さくでき、品質安定性が高く、信頼性に優れた成形体を製造できることを確認した。
（２）銅粉混合樹脂成形体の抗菌特性
（２−１）水中への銅イオンの溶出特性の評価
【００５７】
銅粉を１０重量％〜６０重量％それぞれ混合した容器を成形し、それらの容器に水を入れておき、水中の銅イオン濃度を２０日間にわたり計測した。さらに、銅混合量が２０重量％と６０重量％の成形体については、容器に水を入れ、１週間ごとに水を交換して水中の銅イオン濃度の変化を長期間にわたり計測した。
【００５８】
図５は、水を交換しないで２０日間放置した場合の水中の銅イオン濃度の変化を、銅粉混合量を変えて求めた結果である。銅粉の混合量が１０重量％では、２日間程度までは銅イオンが検出されないが、その後徐々に検出されていき濃度が増加していくことが確認された。また、銅粉混合量の割合が大きくなるほど水中への銅イオン濃度が増加し、３０重量％以上では１日目から銅イオンの検出が確認された。
【００５９】
図６は、銅粉混合量が２０重量％と６０重量％について、１週間ごとに水を入れかえて銅イオン濃度の長期検出可能性を求めた結果である。銅粉混合量が６０重量％では３２０日後でも比較的高い銅イオン濃度を検出した。また、２０重量％の混合品では、徐々に銅イオン濃度が減少する傾向がみられるが、３２０日経過後でも銅イオンが検出できた。この結果から、本実施の形態で製造した成形体は、長期間にわたり銅イオンが溶出し続けることが確認された。  
（２−２）銅イオンの水中での殺菌効果の測定
【００６０】
水中への銅イオン溶出量計測結果に基づき、真菌（カビ菌）、大腸菌および一般生菌（雑菌）に対する殺菌効果を調べた結果を表１から表３に示す。試験方法は銅粉混合量が１０重量％から６０重量％の成形体容器を作製し、これらの容器に水と菌液を入れて菌のＣＦＵ（ｃｏｌｏｎｙ−ｆｏｒｍｉｎｇ  ｕｎｉｔ）個数を確認した。なお、比較例としてポリプロピレンのみの樹脂単独成形品も作製して比較評価を行った。
【００６１】
表１は真菌についての結果であり、銅混合量が０重量％、すなわちポリプロピレン１００％のものは１１日経過しても菌が残っているが、１０重量％以上混合した成形体では、２日経過時点でＣＦＵが０個となり、殺菌されることが確認された。なお、１０重量％、２０重量％および３０重量％の成形品において、６日経過時に１２０個、１個、１個が検出されているが、汚染によるものと思われる。また、2日経過時点ではじめてＣＦＵが０個となったのではなく、もっと早い段階で０個になったものと思われるが、中間での測定をしていないので明確ではない。
【００６２】
【表１】
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【００６３】
表２は大腸菌について調べた結果であり、大腸菌の場合には４０重量％以上混合すれば２日でＣＦＵは０個になり、殺菌できた。しかし、それ以下の混合量の場合には少なくとも４日以上の日数を必要とすることが分かった。
【００６４】
【表２】
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【００６５】
さらに、表３は一般生菌について調べた結果である。一般生菌の場合には、６０重量％でも、２日間経過時点でＣＦＵが１０個であり、０個になるのは４日間経過時点であった。また、ＣＦＵが０個になる日数を見ると、２０重量％では１４日、３０重量％では９日、４０重量％では６日、５０重量％では６日、６０重量％では４日となっており、銅粉混合量割合が多くなるほど一般生菌に対する殺菌効果が大きくなることが見いだされた。
【００６６】
【表３】
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【００６７】
これらの結果を総合的にみると、殺菌効果を短期間に有効に発現させるためには、少なくとも４０重量％以上混合することが望ましく、さらには５０重量％以上混合することが好ましいことを確認した。
（２−３）銅粉混合成形体の表面殺菌効果の測定
【００６８】
銅粉混合量が３０重量％の成形体とポリプロピレン１００％の樹脂単独成形品の２種類を製造し、これらの表面に菌液を播種し、菌の繁殖状態の時間経過を調べた。菌液は一般生菌(雑菌)、大腸菌、真菌(カビ菌)の３種類である。各スポットには菌液１ｍＬずつ播種し、菌を含む水が表面上で乾いたときを殺菌試験開始時とした。図７は表面殺菌効果の試験結果を示す図であり、（ａ）は一般生菌、（ｂ）は真菌、（ｃ）は大腸菌についての結果である。縦軸はＣＦＵ（ｃｏｌｏｎｙ−ｆｏｒｍｉｎｇ  ｕｎｉｔ）カウント数で、横軸は経過時間である。ポリプロピレン１００％のものは、すべての菌において殺菌作用はみられない。しかし、銅粉混合量が３０重量％のものでは、２時間経過時点でカウント数が大幅に減少しており、殺菌効果が得られることを確認した。
【００６９】
これらの結果から、殺菌効果については、銅粉混合量は３０重量％以上、より好ましくは４０重量％以上、さらに好ましくは５０重量％以上とすることが、より良好な効果を得るために望ましいことが分かった。本製造方法によれば、銅粉混合量として６０重量％を超えて混合した成形体も容易に製造することもできる。しかし、銅粉混合量を増やすと、成形体の重量増が生じることとコストアップになることが問題となる。これらの制約がない場合には、９０重量％程度までは、成形体中および成形体間において均一な配合を実現でき、安定した強度の成形体を得ることができる。
【００７０】
なお、本実施例では銅粉を用いたが、本発明は銅粉に限定されることはない。銅を含む合金からでも銅イオンが生成されるので銅を含む合金粉を用いてもよい。例えば、黄銅（Ｃｕ−Ｚｎ合金）、洋白（Ｃｕ−Ｚｎ−Ｎｉ−Ｍｎ合金）、青銅（Ｃｕ−Ｓｎ合金）、アルミニウム合金（Ｃｕ−Ａｌ合金）、白銅（Ｃｕ−Ｎｉ−Ｆｅ−Ｍｎ合金）などの合金粉を用いても同様の抗菌効果を得ることができる。さらに、銅粉と銅を含む合金粉との混合粉を用いてもよい。
【００７１】
これらの粉形状は不定形状、フレーク状、球状等、いずれの形状であってもそれに合わせてスクリューの圧縮部のサブフライト形状とフライトの個数および計量部の配合整列部の形状と配置個数等を設定すればばらつきが少なく均一配合した金属粉混合樹脂成形体を製造することができる。
【００７２】
また、銅粉および合金粉の製造方法も本実施例の水アトマイズ方式に限定されることはなく、ガスアトマイズ方式、電解方式、粉砕方式などで製造したものでもよい。さらに、銅粉および合金粉は、廃材や端材などを粉砕方式で製造したものであってもよい。
【００７３】
銅の抗菌作用を利用した製品としては、例えば病院等で使用する筆記具の軸体への利用、洗面台、シャワーヘッド、ドアの押し板、ドアノブ、手すり、処置室の床や壁などへの利用が効果的であるが、これらは家庭用としても利用できる。さらに、ボウフラの発生やぬめり等を防ぐための花瓶や種々の容器、レストランのバイキング料理やパン屋等で色々な人が使用するトング、家庭のキッチンで使用する三角コーナーやまな板等、電車のつり革、スーパーマーケットの買い物かごの持ち手部分、エスカレータやエレベータなどの手で触る部分等、抗菌性を必要とするあらゆる分野で利用が可能である。なお、本実施の形態の銅粉および銅合金粉を混合した成形体は、硬質状物だけでなく、柔軟性を有するものも含む。
（実施例２）
【００７４】
次に、銅粉以外の金属粉を混合した成形体の製造方法と製造された成形体について説明する。本実施例では、熱可塑性樹脂粉としてアクリルニトリル・ブタジエン・スチレン（ＡＢＳ）樹脂粉を４６．７重量％、金属粉としてステンレス（ＳＵＳ）粉を５０重量％、さらに添加剤を３．３重量％とした成形用材料を用いてＳＵＳ粉混合の金属粉混合樹脂成形体を製造した。なお、本実施例で用いたＳＵＳ粉は、廃材を粉砕処理することにより製造されたものであり、粒径は５０μｍ以下が７５％以上のものを用いた。
上記の成形用材料を実施例１で説明した成形用スクリュー１００を配設した射出成形機２３０のホッパー１６０に投入して、銅粉の場合と同じ条件で製造した。
【００７５】
製造された成形体は、比重が３．６、引張強度が９０ＭＰａ、曲げ強度が１１２ＭＰａ、シャルピー衝撃強度が１８．５ｋＪ／ｍ２であった。また、実施例１の場合と同様に大量に生産してばらつきを調べたが、成形体中および成形体間のばらつきは実施例１と同様の結果を得た。
【００７６】
本発明の成形体製造方法は、実施の形態で説明したスクリュー形状に限定されることはなく、圧縮部Ｎのフライトの個数、サブフライトの個数と多角形状、計量部Ｓの配合整列部の個数、および、配合整列部の歯車状の凸凹の形状・個数・そのスクリュー軸方向の長さのうち、いずれかを変化させたものを用いてもよい。例えば、図８に示す圧縮部Ｎの種々のサブフライト形状と図９に示す計量部Ｓの種々の配合整列部の形状をそれぞれ組み合わせて用いてもよい。
【００７７】
図８（ａ）は、圧縮部Ｎのフライトに設けられたサブフライトの形状とスクリュー軸の円周方向に偏って配置するときの角度を示す断面図である。図８（ａ）において、サブフライトは全体として三角形状であり、１つのフライトに４個のサブフライトが設けられ、それぞれのサブフライトはスクリュー軸の円周方向にそれぞれ３０°ずつ偏って配置された構成からなる。
【００７８】
図８（ｂ）は、サブフライトが全体として四角形状であり、１つのフライトに４個のサブフライトが設けられ、それらがスクリュー軸の円周方向にそれぞれ２２．５°ずつ偏って配置した場合の角度を示す断面図である。これは、本実施の形態で用いたサブフライトと同じである。
【００７９】
図８（ｃ）は、サブフライトの多角形状が三角形状であり、１つのフライトに３個のサブフライトが設けられている場合において、それらを偏って配置した場合の角度を示す断面図である。この場合には、サブフライトはそれぞれ４５°ずつ偏って配置されている。
【００８０】
図８では、サブフライトの形状として、全体として正三角形状と正四角形状について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。例えば、正五角形、正六角形状であってもよい。本発明でいう多角形状とは、正三角形状から正八角形状までを含む概念である。
【００８１】
図９（ａ）は、同一形状の配合整列部が凸凹の位置を同じになるように７個設けられている構成を示す側面図とＡ−Ａ断面図であり、本実施の形態で用いた配合整列部と同じである。
【００８２】
図９（ｂ）は、スクリュー軸方向に長さの異なる配合整列部６０、６５が交互に配列されており、凸凹の位置は同じになるようにして合計５個設けられている構成を示す側面図とＢ−Ｂ断面図である。凸部６１と凹部６２とは円周方向に沿って一定ピッチで設けられ、全体として歯車形状からなる。
【００８３】
図９（ｃ）は、凸凹の数の異なる配合整列部７５、８０が交互に７個配列されている構成を示す側面図、Ｃ−Ｃ断面図およびＤ−Ｄ断面図である。配合整列部８０の凸部８１の数は、配合整列部７５の凸部７６に比べて少なくなっており、配合整列部８０の凹部８１は配合整列部７５の凹部７７に比べて幅広になっていることが特徴である。
【００８４】
図９（ｄ）は、凸凹の個数は同じだが、凸凹の高さの異なる配合整列部９０、９５が交互に配列されており、凸凹の位置は同じになるようにして７個設けられている構成を示す側面図、Ｅ−Ｅ断面図およびＦ−Ｆ断面図である。配合整列部９０の凸部９１の高さは、配合整列部９５の凸部９６の高さよりも小さくなっているが、配合整列部９０の凹部９２と配合整列部９５の凹部９７との底部は中心からの距離が同じになるように設定されている。
【００８５】
例えば、タングステンのように非常に硬い金属粉を用いる場合には、図８（ｂ）のサブフライト形状と図９（ｄ）の形状の配合整列部の組合せを用いるとよい。また、インジウムと錫からなる比較的低融点の合金粉末を用いる場合には、図８（ｃ）のサブフライト形状と図９（ｃ）の形状の配合整列部の組合せを用いるとよい。さらに、細長の繊維状の金属粉を用いる場合には、図８（ｂ）のサブフライト形状と図９（ｂ）の形状の配合整列部の組合せを用いるとよい。
【００８６】
このように、金属粉の材質、形状、粒度分布に合わせて、図８および図９に示すサブフライトと配合整列部との組み合わせを選択すれば、高品質で、ばらつきの少ない成形体を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
本発明の成形体製造方法によれば、形状、粒径分布、材質等の異なる種々の金属粉を用いても、成形体中の金属粉混合量ばらつきおよび成形体間の金属粉混合量ばらつきを小さくでき、大量生産しても品質ばらつきが小さな成形体を製造できる。さらに、均一配合が可能であるので金属粉の混合量を増やしても強度が大きく、かつ強度ばらつきの小さな成形体を製造できる。そして、金属素材と同じような重量感や手触り感、さらには銅粉を用いる場合のように抗菌性能を改善することができるので、医療用分野、家庭用品、建築用品等、幅広い分野に有用である。
【符号の説明】
【００８８】
１０  軸
２０、３０  フライト
３１、３２、３３、３４  サブフライト
３１ａ、３２ａ、３３ａ、３４ａ  角部
３１ｂ、３２ｂ、３３ｂ、３４ｂ  底部
４０、６０、６５、７５、８０、９０、９５  配合整列部
４１、６１、７６、８１、９１、９６  凸部
４２、６２、７７、８２、９２、９７  凹部
１００  成形用スクリュー
１１０  シリンダ
１２０  ヒータ
１３０  逆流防止弁
１５０  シリンダ部
１６０  ホッパー
１７０  射出部
２１０  混練部
２１１  樹脂ホッパー
２１２  混合材料ホッパー
２１３  添加剤ホッパー
２１４  計量ホッパー
２１５  ミキシングドラム
２２０  成形用材料
２３０  フリーブレンド方式用射出成形機
Ｌ  軸部
Ｍ  供給部
Ｎ  圧縮部
Ｓ  計量部
【要約】      （修正有）【課題】金属粉だけでなく粉状樹脂を直接射出成型機に投入して成形する場合、金属粉の混合量を大きくしても製品ばらつきの小さい成形体を製造できる方法の提供。【解決手段】金属粉、熱可塑性樹脂粉及び添加剤を含む成形用材料を混錬した成形体の製造方法において、射出成形機の成形用スクリューが連続的に一体として設けられた供給部Ｍ、圧縮部Ｎおよび計量部Ｓを備え、供給部と圧縮部とは一条の螺旋状のフライト２０、３０により構成され、圧縮部のフライトはスクリュー軸方向に螺旋状に形成された複数のサブフライト３１〜３４を有し、サブフライトは角部３１ａ〜３４ａに丸みを有する多角形状であり、角部がスクリュー軸の円周方向に設定された角度に偏った位置となるようにサブフライトが配置され、計量部はスクリュー軸の円周方向に歯車状の凸凹を有する配合整列部４０を複数設けた構成からなる成形用スクリューが配設された射出成形機により成形する。【選択図】図３【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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