JP2019217678A

JP2019217678A - 樹脂成型品、及び、樹脂成型品の製造方法

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Publication number: JP2019217678A
Application number: JP2018116074A
Authority: JP
Inventors: 南　徹; Toru Minami; 徹南; 慎哉菊谷; Shinya Kikutani; 達也北川; Tatsuya Kitagawa; 堀内　秀紀; Hidenori Horiuchi; 秀紀堀内
Original assignee: Starlite Co Ltd
Current assignee: Starlite Co Ltd
Priority date: 2018-06-19
Filing date: 2018-06-19
Publication date: 2019-12-26
Anticipated expiration: 2038-06-19
Also published as: JP7058037B2

Abstract

【課題】繊維を周方向に配向することにより強度を高めることを可能とする、樹脂成型品及びその製造方法を提供する。【解決手段】樹脂成型品であるすべり軸受１は重機等における摺動部材として用いられ、穴部である内周面２、及び、外周面３を備えた円筒形状の部材であり、キャビティＣに繊維配合樹脂Ｒｆを射出する際に可動型２１が回転されることにより、内周面２には繊維Ｆが円周方向に配向され、繊維Ｆは平均繊維長が０．５ｍｍから５．０ｍｍとされる。【選択図】図１

Description

本発明は、樹脂成型品、及び、樹脂成型品の製造方法に関し、具体的には高強度の樹脂成型品を形成する技術に関するものである。

従来、内部にキャビティを有する成形型において、キャビティ内に挿入する芯材を回転させながら中空の成形体を製造する技術が知られている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２００９−１０１５５４号公報

前記特許文献１には、繊維を混合した熱硬化性樹脂が成形原料として記載されている。そして、芯材を回転させながら成形原料の加熱成形を行うことにより、芯材と成形原料との間から蒸気を逃がす構成としている。このように、前記特許文献に記載の技術は、加熱成形時に発生する蒸気によって中空成形体に生じる損傷を抑制するためのものである。

一方、繊維を混合した樹脂成型品を製造する際に、繊維を周方向に配向することにより樹脂成型品の強度を高める技術についても知られている。前記特許文献に記載の技術は、繊維を所定の方向に配向させるためのものではないため、充分に繊維を成形体の周方向に配向することができなかった。

本発明は以上の如き状況に鑑みてなされたものであり、本発明が解決しようとする課題は、繊維を周方向に配向することにより強度を高めることを可能とする、樹脂成型品及びその製造方法を提供することである。

本発明は、前述の課題解決のために、以下の樹脂成型品を構成した。

（１）穴部が設けられた円筒形状の樹脂成型品であって、前記穴部の内周には、繊維が円周方向に配向され、前記繊維は平均繊維長が０．５ｍｍから５．０ｍｍとされる、樹脂成型品。

また、本発明は、前述の課題解決のために、以下の樹脂成型品の製造方法を構成した。

（２）内周面が円筒形状に形成される固定型と、前記固定型の内周側で軸心回りに回転可能に設けられる可動型と、の間に形成されるキャビティに、繊維配合樹脂を射出することにより、穴部が形成された円筒形状の樹脂成型品を成形する、樹脂成型品の製造方法であって、前記キャビティに前記繊維配合樹脂を射出する際に前記可動型を回転させることにより、前記穴部の内周に繊維を円周方向に配向し、前記樹脂成型品に残存する前記繊維の平均繊維長を０．５ｍｍから５．０ｍｍとする、樹脂成型品の製造方法。

（３）前記繊維配合樹脂として、繊維長が５ｍｍから２０ｍｍの繊維を一方向に配向したペレット状樹脂を用いる、（２）に記載の樹脂成型品の製造方法。

（４）前記ペレット状樹脂は、連続する繊維とともに押出成形した樹脂ストランドを断続的に切断して形成される、（３）に記載の樹脂成型品の製造方法。

（５）ディスクゲートを介して、前記繊維配合樹脂を前記キャビティに射出する、（２）から（４）の何れか一に記載の樹脂成型品の製造方法。

（６）前記ディスクゲートを、前記キャビティの側が拡径した円錐形状とする、（５）に記載の樹脂成型品の製造方法。

本発明に係る樹脂成型品、及び、樹脂成型品の製造方法によれば、繊維を周方向に配向することにより樹脂成型品の強度を高めることが可能となる、という効果を奏する。

本実施形態に係る樹脂成型品であるすべり軸受を示す斜視図。樹脂成型品を製造する成形装置を示した斜視図。成形装置の部分断面図。射出成型時の成形装置を示す部分断面図。成形装置から型抜きした樹脂を示す斜視図。各条件で成形したすべり軸受の圧環強度を比較した図。

まず、図１から図５を用いて、本実施形態に係る樹脂成形品であるすべり軸受１、及び、すべり軸受１を製造する成形装置１０について説明する。図１に示す如く、すべり軸受１は穴部である内周面２、及び、外周面３を備えた円筒形状の部材であり、重機等における摺動部材として用いられる。本実施形態に係るすべり軸受１の内周面２には、繊維Ｆが円周方向に配向されている。詳細には図１中の拡大図に示す如く、繊維Ｆはすべり軸受１の内周面２において円周方向に沿った斜め方向に配向される。なお、後述するように繊維Ｆを円周方向とほぼ平行に配向することも可能である。すべり軸受１においては、繊維Ｆの平均繊維長が０．５ｍｍから５．０ｍｍとなるように構成されている。

図２に示す如く、成形装置１０は複数の金属部材が直方体形状に組み合わされた装置である。本実施形態においては、図２中の矢印で成形装置１０の前後方向を規定する。具体的に、成形装置１０は、成形装置１０の後端部分と前端部分にそれぞれ配置される後端部材１１及び前端部材１２と、後端部材１１と前端部材１２との間に配置される第一〜第六部材１３〜１８と、第二〜第六部材１４〜１８の各部材を貫通して回動可能に配置される可動型２１と、前端部材１２、第六部材１８、及び第五部材１７の内部に配置される固定型３０と、を主な構成要素として備えている。

図２に示す如く、後端部材１１、前端部材１２、及び、第一〜第六部材１３〜１８は、第一〜第六部材１３〜１８が後端部材１１と前端部材１２との間に挟まれた状態で前後方向に並べられ、それぞれを貫通する図示しない固定柱により固定される。第一部材１３には外部からの駆動力を伝達するために上側に開口部１３ａが形成されている。第二〜第六部材１４〜１８は前後方向に厚さ方向を向けた板状に形成されている。

前端部材１２の前面における中央部分には、射出装置Ｍｉ（図４を参照）の射出口を組付けるための受け部材１９が設けられる。また、前端部材１２の前面における受け部材１９の内周部分には筒状のガイド部材２０が組付けられる。図３及び図４に示す如く、ガイド部材２０の内部には、射出装置Ｍｉから射出される繊維配合樹脂ＲｆをキャビティＣに注入する際の注入経路２０ａが形成されている。

成形装置１０は、成形装置１０の内部において前後方向に向けた軸心回りに回動可能とされる可動型２１を備えている。図３及び図４に示す如く、可動型２１は軸受４１を介して第四部材１６に組付けられている。可動型２１の後端部分は第一部材１３の開口部１３ａに延出されるとともに入力ギヤ２２が固定されている。入力ギヤ２２は図示しない駆動装置に連結されており、この駆動装置からの駆動力が伝達されることにより、入力ギヤ２２及び可動型２１が図４中の矢印に示す如く軸心回りに回動する。可動型２１の前端部分の表面は外周面が円柱形状に形成された型表面２１ａが形成されており、型表面２１ａの前端面は前方に突出する円錐形状に形成されている。

成形装置１０の内部において、可動型２１の前端部分の周囲にはゲートＧ及びキャビティＣが形成される。具体的には図３に示す如く、第五部材１７、第六部材１８、及び、前端部材１２の内部に、第一型３１、第二型３２、及び、第三型３３で構成される固定型３０が組付けられる。本実施形態において、第一型３１は第五部材１７に、第二型３２は第六部材１８に、第三型３３は前端部材１２に、それぞれ図示しないボルトを介して固定されている。固定型３０のうち、第二型３２の内周面は円筒形状に形成されている。また、第三型３３の内周面は円錐形状に形成されている。

固定型３０の内周側には、可動型２１の前端部分が挿入される。これにより、第二型３２の内周面と、可動型２１の型表面２１ａとの間に、円筒形状のキャビティＣが形成される。また、第三型３３の内周面と、可動型２１の前端部分の型表面２１ａとの間は、キャビティＣの側が拡径した円錐形状のゲート（より詳細には、円錐形状に変形したディスクゲート）Ｇとして形成される。なお、図３に示す如く、第六部材１８の内周面と第二型３２の外周面との間にはシール部材４２が設けられている。

上記の成形装置１０において、図４に示す如く射出装置ＭｉからキャビティＣに、ガイド部材２０の注入経路２０ａ及びゲートＧを介して繊維配合樹脂Ｒｆを射出する。これにより、注入経路２０ａ、ゲートＧ、及び、キャビティＣには図５に示す形状の樹脂Ｒが充填される。

図５に示す如く、樹脂Ｒのうち、キャビティＣに注入される部分は円筒部Ｒ１として形成される。また、ゲートＧに残留する部分は中空の円錐部Ｒ２として形成される。また、注入経路２０ａの内部に残留する部分は柱部Ｒ３として形成される。樹脂Ｒを成形装置１０から取り出す際には、前端部材１２及び第三型３３、第六部材１８及び第二型３２、第五部材１７及び第一型３１を順に、他の部材から分離する。第五部材１７を第四部材１６から分離する際に、樹脂Ｒも同時に離型する。

上記のように形成された樹脂Ｒにおいて、円筒部Ｒ１と、円錐部Ｒ２及び柱部Ｒ３と、を切り離す。これにより、円筒部Ｒ１を、穴部が形成された円筒形状の樹脂成形品であるすべり軸受１として形成するのである。

本実施形態において上記の如く構成された成形装置１０では、キャビティＣに繊維配合樹脂Ｒｆを射出する際に、可動型２１を図４中の矢印に示す如く回転させる構成としている。これにより、すべり軸受１における穴部である内周面２に位置する繊維Ｆは可動型２１の回転に沿って円周方向に配向される。より詳細には、繊維Ｆは射出装置Ｍｉの射出による繊維配合樹脂Ｒｆの後方への流動と、可動型２１の周方向への回転とにより、繊維Ｆはすべり軸受１の内周面２において円周方向に沿った斜め方向に配向される（図１を参照）。なお、射出速度と可動型２１の回転速度とを調整することにより、円周方向とほぼ平行となるように繊維Ｆを配向することも可能である。

本実施形態に係る成形装置１０ですべり軸受１を製造する際には、射出装置Ｍｉにおいて図示しないペレット状樹脂を溶融させた繊維配合樹脂ＲｆをキャビティＣに射出する。この繊維配合樹脂Ｒｆの原料であるペレット状樹脂は、繊維長が５ｍｍから２０ｍｍの繊維を一方向に配向したもの（長繊維ペレット）が用いられる。また、ペレット状樹脂は、連続する繊維とともに押出成形した樹脂ストランドを断続的に切断して形成される。繊維長が５ｍｍから２０ｍｍのペレット状樹脂を原料として用いた場合、射出装置Ｍｉからの射出の際に繊維が折れたり切れたりするため、樹脂成型品であるすべり軸受１に残存する繊維Ｆの平均繊維長は０．５ｍｍから５．０ｍｍの範囲内となる。

本願出願人は、成形装置１０で製造したすべり軸受に関して、条件を変更して射出成形を行った場合の圧環強度を測定する試験を行った。圧環強度は、円筒状のすべり軸受に対して半径方向に圧縮応力を負荷した際にすべり軸受が破断した時の荷重と、すべり軸受の軸方向長さ、外径、及び、壁厚と、から算出される。

本願出願人は本試験において、繊維長が１１ｍｍの長繊維ペレットと、繊維長が０．５ｍｍの短繊維ペレットと、のそれぞれを繊維配合樹脂Ｒｆの原料として射出を行い、また、それぞれのケースにおいて、キャビティＣに繊維配合樹脂Ｒｆを射出する際に、可動型２１を回転させてすべり軸受の周方向に繊維Ｆを配向させた場合と、可動型２１を回転させずにすべり軸受に繊維Ｆをランダムに配置した場合と、について比較を行った。

図６を用いて、本試験の結果について説明する。本試験の結果、長繊維ペレットを原料として可動型２１を回転させた場合の圧環強度は２９２ＭＰａであった。また、長繊維ペレットを原料として可動型２１を回転させなかった場合の圧環強度は２３１ＭＰａであった。また、短繊維ペレットを原料として可動型２１を回転させた場合の圧環強度は２３０ＭＰａであった。また、短繊維ペレットを原料として可動型２１を回転させなかった場合の圧環強度は１９０ＭＰａであった。

上記の如く、本試験の結果、成形装置１０ですべり軸受１を製造するに際して、繊維長が５ｍｍから２０ｍｍの繊維を一方向に配向した長繊維ペレットを繊維配合樹脂Ｒｆの原料として採用し、キャビティＣに繊維配合樹脂Ｒｆを射出する際に可動型２１を回転させてすべり軸受１の内周面２に繊維Ｆを円周方向に配向させた場合に、最も高い圧環強度を得られることが確かめられた。このように、本実施形態に係る樹脂成型品であるすべり軸受１、及び、すべり軸受１の製造方法によれば、繊維Ｆを周方向に配向することにより、すべり軸受の圧環強度を高めることができたのである。なお、上記試験において、長繊維ペレットを原料として可動型２１を回転させた場合にすべり軸受１に残存する繊維の平均繊維長は２．１２ｍｍであった。

また、本実施形態に係る成形装置１０においては、ディスクゲートであるゲートＧを介して繊維配合樹脂ＲｆをキャビティＣに射出する構成としている。これにより、一般的なゲート方式である８点ピンゲートと比較して、繊維を滑らかにキャビティＣまで流動させることができる。即ち、繊維配合樹脂ＲｆがキャビティＣに射出されるまでの間に繊維が折れたり切れたりすることを抑制できるため、すべり軸受１に残存する繊維長を長くすることができる。

さらに、成形装置１０においてはゲートＧの形状を、キャビティＣの側が拡径した円錐形状としている。これにより、通常のディスクゲートのように繊維が直角に流動することがない。つまり、本実施形態においては円錐形状のゲートＧを採用することにより、繊維をより滑らかにキャビティＣに射出することができるため、すべり軸受１に残存する繊維長をさらに長くして強度を大きくすることができる。具体的に、成形装置１０で製造したすべり軸受１においては、８点ピンゲートを採用して製造したすべり軸受に対して残存する繊維長を１．３６倍にすることができた。

なお、成形装置１０で製造する樹脂成型品はすべり軸受１のような円筒形状に限定されない。即ち、円筒穴部があり、可動型２１を回転させて成形できるものであれば、成形装置１０で製造することが可能である。例えば、成形装置１０における樹脂成形品として、チェーン、リンク、カム、歯車等を製造することができる。本実施形態に係る樹脂成形品は高強度であるため、特に高い面圧特性が要求される重機、工業用ロボットのすべり軸受として採用することが好適である。

また、樹脂成形品に形成される円筒穴部は複数でもあってもよい。この場合、二以上の可動型２１を同時に回転させて樹脂成型品を成形する事もできる。また、円筒穴部の形状として、円柱形のほかに円錐形、半球形を採用することも可能である。この場合、可動型２１の型表面２１ａの形状も、それぞれの円筒穴部と同じ円錐形又は半球形に形成される。

また、本実施形態において繊維配合樹脂Ｒｆの原料として採用されるペレット状樹脂に配向される繊維には、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維等が用いられる。ペレット状樹脂における繊維長は、流動性と、繊維が切れないという成形性と、の観点より、５ｍｍから２０ｍｍが好適であるが、樹脂成形品の大きさ等に応じて２０ｍｍ以上の繊維を用いることも可能である。

また、ペレット状樹脂に採用される樹脂は、ポリアミド（ＰＡ６６、ＰＡ６、ＰＡ１２）、ＰＰＳ、ＰＥＥＫ、ポリアセタール、ポリイミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネイト、ＡＢＳ、ＰＦＡ等、射出成形できる樹脂であれば何でも良い。本実施形態においては、ポリアミドであるダイセルポリマー株式会社製のプラストロン（登録商標）（ＰＡ６６−ＧＦ６０、ＰＡ６６−ＣＦ４０）を用いた。

成形装置１０において、可動型２１の回転速度は、１０〜２００ｒｐｍが望ましく、必要に応じて１０〜１０００ｒｐｍの範囲で成形することが可能である。なお、上記試験においては、可動型２１の回転速度を６０ｒｐｍとして行った。また、成形装置１０に繊維配合樹脂Ｒｆを射出する際、射出装置Ｍｉにおけるシリンダー温度は３００℃程度として行った。また、固定型３０及び可動型２１の温度は１００℃前後とした。これらの射出条件は、射出装置Ｍｉで採用する樹脂製品の品質に応じて設定することが好ましい。なお、成形装置１０で樹脂成型品を製造するに際して、難燃剤、着色剤、耐熱剤、耐候剤等の添加剤を加えて成形する事も可能である。

１すべり軸受（樹脂成型品）２内周面
３外周面１０成型装置
１１後端部材１２前端部材
１３第一部材１３ａ開口部
１４第二部材１５第三部材
１６第四部材１７第五部材
１８第六部材１９受け部材
２０ガイド部材２０ａ注入経路
２１可動型２１ａ型表面
２２入力ギヤ３０固定型
３１第一型３２第二型
３３第三型４１軸受
４２シール部材Ｃキャビティ
Ｆ繊維Ｇゲート
Ｍｉ射出装置Ｒｆ繊維配合樹脂
Ｒ樹脂Ｒ１円筒部
Ｒ２円錐部Ｒ３柱部

Claims

穴部が設けられた円筒形状の樹脂成型品であって、
前記穴部の内周には、繊維が円周方向に配向され、
前記繊維は平均繊維長が０．５ｍｍから５．０ｍｍとされる、樹脂成型品。
内周面が円筒形状に形成される固定型と、前記固定型の内周側で軸心回りに回転可能に設けられる可動型と、の間に形成されるキャビティに、繊維配合樹脂を射出することにより、穴部が形成された円筒形状の樹脂成型品を成形する、樹脂成型品の製造方法であって、
前記キャビティに前記繊維配合樹脂を射出する際に前記可動型を回転させることにより、前記穴部の内周に繊維を円周方向に配向し、
前記樹脂成型品に残存する前記繊維の平均繊維長を０．５ｍｍから５．０ｍｍとする、樹脂成型品の製造方法。
前記繊維配合樹脂の原料として、繊維長が５ｍｍから２０ｍｍの繊維を一方向に配向したペレット状樹脂を用いる、請求項２に記載の樹脂成型品の製造方法。
前記ペレット状樹脂は、連続する繊維とともに押出成形した樹脂ストランドを断続的に切断して形成される、請求項３に記載の樹脂成型品の製造方法。
ディスクゲートを介して、前記繊維配合樹脂を前記キャビティに射出する、請求項２から請求項４の何れか１項に記載の樹脂成型品の製造方法。
前記ディスクゲートを、前記キャビティの側が拡径した円錐形状とする、請求項５に記載の樹脂成型品の製造方法。