JP5046244B2 - サンドイッチ成形品及びチェーン - Google Patents

Description

本発明は、良好な成形性及び性能を有するサンドイッチ成形品及びチェーンに関する。

物品を載置する平坦部を有するリンクを連結ピンで連結したコンベヤチェーンのリンク等は、合成樹脂成形により製造されている。この合成樹脂成形品に摺動特性、帯電防止性、難燃性等の性能を付与するために、合成樹脂（ベース樹脂）に、潤滑剤、帯電防止剤、難燃剤等の機能添加剤を配合することが行われている（例えば特許文献１）。

機能添加剤の中には、成形工程で合成樹脂材料（合成樹脂組成物）の成形性を悪化させて外観不良を発生させたり、合成樹脂の表面に滲出（ブリードアウト）して金型に付着し、汚染を引き起こしたりするものがある。従って、機能添加剤の種類及び配合量は、性能及び性能の持続性という観点ではなく、本来の目的とは異なる成形性等の観点から決定しなければならないという問題があった。
さらに、機能の異なる複数の添加剤を配合する場合、添加剤同士の相性を考慮しないと、成形性が悪化したり、成形品ウエルド部での著しい強度低下を引き起こしたりすることがあるため、機能添加剤の組み合わせ及び配合量が制限されるという問題があった。

ところで、合成樹脂成形の中には、サンドイッチ成形がある。
サンドイッチ成形とは、スキン層（外層）を形成する合成樹脂材料を金型のキャビティ内に注入し、次いでこの合成樹脂材料層の内部にコア層（内層）を形成する合成樹脂材料を注入し、これらの合成樹脂材料を冷却固化することでスキン層の内部にコア層が形成された３層構造の樹脂成形体を形成する成形をいう。

この成形法によれば、通常の単一層からなる成形品よりも高機能化、多目的化を図ることができるという利点がある。例えば、特許文献２には、スキン層に新品の合成樹脂材料を、コア層にリサイクル品の合成樹脂材料を用い、廃プラスチックの活用を図ったサンドイッチ成形品の発明が開示されている。特許文献３には、スキン層に一般的な合成樹脂材料を、コア層に発泡剤を配合した合成樹脂材料を用い、表面平滑性及び外観品位の向上を図ったサンドイッチ成形品の発明が開示されている。特許文献４には、スキン層に一般的な合成樹脂材料を、コア層にガラス繊維を含有する高強度の合成樹脂材料を用い、耐摩耗性と機械的強度との両立を図ったサンドイッチ成形品の発明が開示されている。

サンドイッチ成形品において、機能添加剤の配合によりサンドイッチ成形品の高機能化を図る場合、スキン層の合成樹脂に機能添加剤を配合するのが一般的である。この方法によれば、機能添加剤の配合量は少なくて済むが、機能添加剤による成形性の悪化を抑制することはできず、複数の添加剤を配合することの問題点は解決できていなかった。
特開２０００−７２２１４号公報 特開２００１−２２５３５１号公報 特開２０００−３３６３５号公報 特開２００４−１２５１３９号公報

本発明者は、鋭意検討を行った結果、コア層の合成樹脂に機能添加剤を配合してサンドイッチ成形し、ガラス転移温度（Ｔｇ）以上に加熱することにより、コア層の合成樹脂材料中の機能添加剤がスキン層の非晶部（非晶質部）のブラウン運動によりスキン層表面（成型品表面）に滲出されることを見出した。しかし、スキン層の合成樹脂の種類によっては、機能添加剤が成型品表面に滲出しにくい場合、又は滲出しない場合があったので、さらに検討を行った結果、拡散性が低い合成樹脂に拡散性が高い合成樹脂を滲出助長剤として混合することにより、滲出助長剤が通路的役割を果たし、コア層中の機能添加剤が良好にスキン層表面に拡散することを見出し、本発明を完成するに至った。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、良好に成形することができ、コア層に含まれる機能添加剤が良好にスキン層表面に滲出し、良好な性能が得られて該性能が持続し得るサンドイッチ成形品、及び該サンドイッチ成形品を用いたチェーンを提供することを目的とする。

第１発明に係るサンドイッチ成形品は、ポリアセタール及び該ポリアセタールに対して３質量％以上２０質量％以下の機能添加剤を含むコア層と、ポリアセタールを含むスキン層とを備えるサンドイッチ成形品であって、前記スキン層は、前記機能添加剤が該スキン層の表面に滲出するのを助長する滲出助長剤としてのポリエチレン又はポリウレタンを含むことを特徴とする。

コア層に機能添加剤を含有させた場合、該機能添加剤はスキン層の非晶部を通ってスキン層表面に滲出する。しかし、上述したように、スキン層を構成する合成樹脂によっては、機能添加剤がスキン層表面に滲出しにくい場合、又は滲出しない場合がある。
本発明においては、スキン層の合成樹脂に、結晶化度、ガラス転移温度、極性及び機能添加剤との相性等が好転する滲出助長剤を配合しているので、機能添加剤がコア層からスキン層表面に良好に滲出される。このとき、機能添加剤は、スキン層の非晶部に存在する滲出助長剤の非晶部を通って、スキン層表面に滲出するものと考えられる。

第２発明に係るサンドイッチ成形品は、第１発明において、前記スキン層は、第２の機能添加剤を該スキン層のポリアセタールに対して１質量％以上１０質量％以下含むことを特徴とする。

本発明によれば、サンドイッチ成形品において複数の性能を向上させ、相乗効果も付与することができ、より良好に性能を発揮させて、該性能を持続させることができる。

本発明においては、ベース樹脂がポリアセタールであるので、強度、弾性率、及び耐衝撃性等が良好である。

本発明においては、スキン層のポリアセタールにポリエチレン又はポリウレタンを配合することで、スキン層中に点在する滲出助長剤が機能添加剤の通り道となって、コア層からスキン層の表面へ機能性添加剤が良好に滲出される。

第３発明に係るチェーンは、リンクを連結ピンで複数連結してなるチェーンにおいて、前記リンクは、第１又は第２発明のサンドイッチ成形品であることを特徴とする。

本発明においては、目的に応じて、リンクに潤滑性、帯電防止性、難燃性等の性能を付与することができる。

本発明によれば、スキン層中に機能添加剤の拡散性が高い相を点在させる目的で、主成分の合成樹脂に対応して滲出助長剤を選択し、該合成樹脂に配合するので、加熱処理後又は使用中に、コア層の機能添加剤がスキン層の表面に良好に滲出し、所望の性能を発現させることができる。
スキン層には成形性に悪影響を及ぼす機能添加剤を含有せず、機能添加剤を含有する場合には成形性に影響を及ぼさない機能添加剤を含有するので、強度が低下することなく、良好に成形することができ、外観品位が良好なサンドイッチ成形品が得られる。
そして、機能添加剤は、コア層に高濃度に含有させることができるので、性能向上効果を長期に維持することができる。

本発明のサンドイッチ成形品は、搬送分野のコンベヤチェーン及びチェーンガイド、車両エンジン分野のタイミングシステムにおけるテンショナレバー、ケーブル類及びホース等を移動案内させるためのケーブルベア（登録商標）と言われるケーブル類保護案内装置等に適用することができる。

本発明のサンドイッチ成形品は、合成樹脂及び主機能添加剤（機能添加剤）を含むコア層と、前記合成樹脂又は該合成樹脂と異なる合成樹脂、及び滲出助長剤を含むスキン層とを備える。スキン層は副機能添加剤（第２の機能添加剤）をさらに含むことができる。

サンドイッチ成形品のベース樹脂（合成樹脂）としては、ポリアセタール（ＰＯＭ）が挙げられる。スキン層及びコア層のベース樹脂の種類はリサイクル性の観点から同一であるのが好ましい。
ＰＯＭとしては、ホルムアルデヒド若しくはトリオキサンをモノマーとして重合反応により得られる、オキシメチレン基を主成分とするホモポリマー、又は環状エーテル化合物とのコポリマー等が挙げられる。

主機能添加剤とは、サンドイッチ成形品に、摺動特性、帯電防止性、難燃性、抗菌・防カビ性等の付加価値を発現させるために合成樹脂に配合するものをいう。具体的には、炭化水素系潤滑剤、脂肪酸系潤滑剤、脂肪酸アミド系潤滑剤、エステル系潤滑剤等の潤滑剤；カチオン活性剤、アニオン活性剤、両性活性剤等の帯電防止剤；塩素系難燃剤、臭素系難燃剤、リン系難燃剤、無機系難燃剤等の難燃剤；有機系抗菌・防カビ剤、無機系抗菌・防カビ剤等の抗菌・防カビ剤等が挙げられる。
潤滑剤の具体例としては、アルキルエステル、エチレングリコールジステアレート等の一塩基性脂肪酸と２価アルコールとのエステル、エルカ酸アミド、オレイン酸アミド、エチレンビスステアロアマイド（ＥＢＳ）、ポリオレフィンワックス等が挙げられる。ポリオレフィンワックスとしては、Ｍｎ／Ｍｗ＝２０００／１２０００以下であり、ベース樹脂がＰＯＭである場合、ＰＯＭとの極性面を考慮して、わずかに極性を有する酸化型ＰＥワックスが好ましい。

上述の主機能添加剤はスキン層の合成樹脂に配合した場合、成形性が悪化するが、コア層の合成樹脂に配合するので、成形品外観には影響しない。従って、この主機能添加剤の合成樹脂材料（合成樹脂組成物）中の含有量を多くすることができ、添加剤の効果を長期に維持することができる。
主機能添加剤は、スキン層の非晶部を構成する滲出助長剤を通って、スキン層表面に滲出するので、分子量が大きすぎないものを選択する。
良好な性能の発揮及び維持という観点から、主機能添加剤は、コア層の合成樹脂材料中に３質量％以上２０質量％以下含有させるのが好ましい。

副機能添加剤とは、主機能添加剤とは異なる添加剤であって、スキン層に配合しても成形に悪影響を及ぼさないものをいう。具体的には、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、カーボン、二硫化モリブテン、シリコーンポリマー等の固体潤滑剤；導電ポリマー等が挙げられる。シリコーンポリマーとしては、ポリジメチルシロキサン基を有するジメチルシリコーンポリマー等のストレートシリコーンポリマー、側鎖又は末端に有機基が導入された変性シリコーンポリマー等が挙げられる。
良好な性能の発揮及び維持、並びに良好な成形性の保有という観点から、副機能添加剤は、スキン層の合成樹脂材料中に１質量％以上１０質量％以下含有させるのが好ましい。

コア層に含まれる主機能添加剤の拡散を容易にするために、スキン層の厚みは薄い方が好ましく、再薄部分の厚みが略１ｍｍ以下であるのがより好ましい。そして、スキン層を薄くするために、コア層の合成樹脂材料の粘度をスキン層の合成樹脂材料の粘度より高くするのが好ましい。

スキン層の滲出助長剤は、ベース樹脂の結晶化度、Ｔｇ、極性、及び主機能添加剤との相性等により選択する。ベース樹脂がＰＯＭである場合、滲出助長剤として、例えばポリエチレン（ＰＥ）、及びポリウレタン（ＰＵＲ）が挙げられる。ベース樹脂に該滲出助長剤を配合することにより、コア層の主機能添加剤が、スキン層の非晶部に存在する滲出助長剤の非晶部を通ってスキン層表面へ滲出し易くなる。
滲出助長剤がＰＥである場合、分子量が数万以下であるＬＤＰＥ（低密度ＰＥ）及びＨＤＰＥ（高密度ＰＥ）、分子量が４００万程度である超高分子量ＰＥのいずれのＰＥを用いてもスキン層表面に主機能添加剤が滲出するのが確認されている。高分子量ＰＥの場合、主機能添加剤の滲出に時間を要するが、サンドイッチ成形品の性能の向上という観点からＰＥの種類を選択する。
サンドイッチ成形品の強度が良好に保持されるように、スキン層合成樹脂材料の滲出助長剤の含有量の上限は１０質量％とするのが好ましい。

本発明のサンドイッチ成形品においては、上述したように、コア層に主機能添加剤、スキン層に副機能添加剤を含有することで、同時にベース樹脂に配合した場合、成形に悪影響を及ぼしたり成形品の強度低下を及ぼしたりするおそれがあるとされていた機能添加剤を組み合わせることができる。
例えば、スキン層に副機能添加剤として、上述のＰＴＦＥ、カーボン、二硫化モリブテン、シリコーンポリマー等の固体潤滑剤を配合し、コア層に主機能添加剤としてオレフィン系ワックス及び脂肪酸エステル等の半固体潤滑剤又は液体潤滑剤を配合し、「低面圧・高速」及び「高面圧・低速」のいずれの条件でも高摺動特性を長時間維持できるように組み合わせることができる。

また、スキン層に摺動添加剤を配合し、コア層に界面活性剤系の帯電防止剤を配合し、摺動特性と帯電防止性とを併せ持つように組み合わせることができる。
そして、スキン層に導電ポリマーを配合し、コア層に半固体潤滑剤又は液体潤滑剤を配合し、摺動特性と帯電防止性とを併せ持つように組み合わせることができる。

また、コア層及びスキン層の合成樹脂には、機能添加剤及び滲出助長剤の他に、加工安定剤、充填剤、分散剤等の一般的に使用される添加剤を用いることができる。

サンドイッチ成形の後処理工程として加熱処理する場合、合成樹脂材料のＴｇ以上、溶融温度未満で行う。加熱処理温度は、Ｔｇ以上、（Ｔｇ＋２０〜３０℃）以下であるのがより好ましい。加熱処理は、コア層の主機能添加剤がスキン層表面に滲出するのに十分な時間行う。
そして、加熱処理をサンドイッチ成形後の後処理工程として実施せずに、サンドイッチ成形品の使用に際して発生する熱を利用することにしてもよい。サンドイッチ成形品が、例えば搬送分野の合成樹脂製チェーン及びチェーンガイド等の摺動部品として用いられる場合、使用時の摺動熱により主機能添加剤の拡散が進行する。また、サンドイッチ成形品が車両エンジン分野のタイミングシステムにおけるテンショナレバー等の灼熱雰囲気下で使用する部品として用いられる場合、使用時の灼熱により拡散が進行するので、使用前の加熱処理を省略することができる。

以下に、本発明のサンドイッチ成形品をコンベヤチェーンに適用した場合について説明する。
図１は本発明の実施の形態に係るコンベヤチェーン１を示す正面図、図２はコンベヤチェーン１を示す平面図、図３はコンベヤチェーン１を示す裏面図である。
コンベヤチェーン１は、サンドイッチ成形品のリンク２を合成樹脂製又は金属製の連結ピン８により無端状に連結してなる。リンク２は、平面視が矩形状であるリンク本体３の上側に、物品を載置するトッププレート７を一体成形してなる。

トッププレート７の一長辺の略中央部には、ピン穴４ａ，４ａが設けられた一対のヒンジ部４，４が形成されている。トッププレート７の他長辺の、ヒンジ部４，４の間に対応する位置には、ピン穴５ａが設けられたヒンジ部５が形成され、ヒンジ部４，４のリンク長手方向の両側に対応する位置にはピン穴６ａ，６ａが設けられたヒンジ部６，６が形成されている。

コンベヤチェーン１は、隣り合うリンク２のヒンジ部４，４と、ヒンジ部５及びヒンジ部６，６とを、各ピン孔４ａ，４ａ，５ａ，６ａ，６ａに連結ピン８を挿入してヒンジ連結することにより連結される。ヒンジ部は他の位置に設けたものでもよく、隣り合うトッププレート７が連結ピン８によりヒンジ連結されるものであればよい。

目的に対応して、リンク２のコア層に上述の主機能添加剤を含有させ、必要に応じスキン層に副機能添加剤を含有させ、滲出助長剤により主機能添加剤をスキン層表面に滲出させることで、リンク２の性能が向上する。
例えば、リンク２のコア層に潤滑剤等の主機能添加剤を含有させ、スキン層表面に滲出させることで、リンク２の摺動特性が向上する。従って、物品の搬送時及びスリップ時に物品の転倒を防止することができ、物品の搬送中にストップバーで物品の流れを止める場合に、物品をチェーン上で良好にスリップさせて待機させること等ができる。
また、コア層及びスキン層に、潤滑剤及び帯電防止剤を分離して含有させることで、物品の搬送中にコンベヤチェーン１及び物品が帯電するのを防止することができる。

以下、本発明の実施例を具体的に説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
［実施例１］
コア層のベース樹脂として「ジュラコンＭ９０−４４」（コポリマーのＰＯＭ：ポリプラスチックス株式会社製）を用い、該ベース樹脂に主機能添加剤の脂肪酸エステルとしての「エマノーン ３２０１ＭＨ−Ｖ」（エチレングリコールジステアレート：花王株式会社製）を配合して、コア層の合成樹脂材料を調整した。合成樹脂材料中の「エマノーン ３２０１ＭＨ−Ｖ」の含有量は５質量％である。
そして、スキン層の合成樹脂材料として、ベース樹脂としてのコポリマーのＰＯＭにＰＥが配合されている「ジュラコンＮＷ−０２」（ポリプラスチックス株式会社製）を用いた。本実施例においては、ＰＥが滲出助長剤として機能する。「ジュラコンＮＷ−０２」は、本来、本実施例のように、主機能添加剤の滲出助長を目的としてＰＯＭにＰＥを配合しているのではない。

前記スキン層の合成樹脂材料を金型のキャビティ内に注入し、この合成樹脂材料層の内部にコア層の合成樹脂材料を注入し、これらの合成樹脂材料を冷却固化することでスキン層の内部にコア層が形成された３層構造のサンドイッチ成形品を得た。

図４は、実施例１のサンドイッチ成形品１０を示す一部破断模式的斜視図である。
サンドイッチ成形品１０は、上述したように、ＰＯＭ１３にエチレングリコールジステアレート１４を配合したコア層１１の外側に、ＰＯＭ１３にＰＥ１５を配合したスキン層１２を形成してなる。

図４の拡大部分中、色の濃い部分はエチレングリコールジステアレート１４の濃度が高く、色の薄い部分はエチレングリコールジステアレート１４の濃度が低いことを示す。白矢印の実線部分（ＰＥ１５の内部）はエチレングリコールジステアレート１４の拡散速度が高く、白矢印の破線部分は拡散速度が低いことを示す。
エチレングリコールジステアレート１４のスキン層１２中の拡散は非常に遅い。
図４の拡大部分に示すように、スキン層１２に点在するＰＥ１５内においては、ＰＥ１５の非晶部のブラウン運動によりエチレングリコールジステアレート１４の拡散は速く、短時間で濃度が均一になる。図４の白矢印で示すように、ＰＥ１５の粒子が近接してスキン層１２の内外方向に並んでいる場合、ＰＥ１５を通路として、コア層１１からのエチレングリコールジステアレート１４の拡散が加速度的に進行し、エチレングリコールジステアレート１４はスキン層１２の表面まで良好に拡散する。

［実施例２］
コア層のベース樹脂として「デルリン１００Ｐ」（ホモポリマーのＰＯＭ：デュポン株式会社製）を用い、該ベース樹脂に主機能添加剤としての前記「エマノーン ３２０１ＭＨ−Ｖ」を配合して、コア層の合成樹脂材料を調整した。合成樹脂材料中の「エマノーン ３２０１ＭＨ−Ｖ」の含有量は５質量％である。
そして、スキン層の合成樹脂材料として、ベース樹脂としてのホモポリマーのＰＯＭにＰＵＲが配合されている「デルリン１００ＳＴ」（デュポン株式会社製）を用いた。本実施例においては、ＰＵＲが滲出助長剤として機能する。「デルリン１００ＳＴ」は、本来、本実施例のように、主機能添加剤の滲出助長を目的としてＰＯＭにＰＵＲを配合しているのではない。
前記コア層の合成樹脂材料及びスキン層の合成樹脂材料を用いて、実施例１と同様にして実施例２のサンドイッチ成形品を作製した。

［主機能添加剤の滲出の確認］
実施例１のサンドイッチ成形品につき、加熱処理を施し、その前後の表面をＦＴ−ＩＲ（フーリエ変換型赤外分光）分析し、スキン層１２の合成樹脂材料のみを成形したものにつき、前記加熱処理を施した後の表面をＦＴ−ＩＲ分析して、それぞれ主機能添加剤の滲出の有無を確認した。また、実施例２のサンドイッチ成形品につき、前記加熱処理を施した後の表面、及びスキン層の合成樹脂材料のみを成形したものにつき、前記加熱処理を施した後の表面それぞれをＦＴ−ＩＲ分析して、主機能添加剤の滲出の有無を確認した。その結果を図５及び図６に示す。

図５（ａ）は実施例１のサンドイッチ成形品１０の加熱処理前のＩＲチャートを示すグラフ、図５（ｂ）はスキン層１２の合成樹脂材料のみを成形したものにつき、加熱処理を施した後のＩＲチャートを示すグラフ、図５（ｃ）はサンドイッチ成形品１０の加熱処理後のＩＲチャートを示すグラフである。
図６（ａ）は実施例２のスキン層の合成樹脂材料のみを成形したものにつき、加熱処理を施した後のＩＲチャートを示すグラフ、図６（ｂ）はサンドイッチ成形品の加熱処理後のＩＲチャートを示すグラフである。
主機能添加剤に起因するエステル特有の１７３５〜１７４０ｃｍ^-1（図５及び図６中、破線の楕円で示す範囲）のピークの有無の判断により、主機能添加剤の滲出の有無を判断した。

図５より、サンドイッチ成形品１０を加熱処理することにより、コア層から成形品表面に主機能添加剤が滲出することが確認された。
また、図６より、サンドイッチ成形品を加熱処理することにより、コア層から成形品表面に主機能添加剤が滲出することが確認された。

以上より、スキン層に滲出助長剤を含むサンドイッチ成形品を加熱処理することにより、コア層から成形品表面に主機能添加剤が良好に滲出することが確認され、所望の性能が発揮されることが確認された。

本発明の実施の形態に係るコンベヤチェーンを示す正面図である。 本発明の実施の形態に係るコンベヤチェーンを示す平面図である。 本発明の実施の形態に係るコンベヤチェーンを示す裏面図である。 実施例１のサンドイッチ成形品を示す一部破断模式的斜視図である。 （ａ）は実施例１のサンドイッチ成形品の加熱処理前のＩＲチャートを示すグラフ、（ｂ）はスキン層の合成樹脂材料のみを成形したものにつき、加熱処理を施した後のＩＲチャートを示すグラフ、（ｃ）はサンドイッチ成形品の加熱処理後のＩＲチャートを示すグラフである。 （ａ）は実施例２のスキン層の合成樹脂材料のみを成形したものにつき、加熱処理を施した後のＩＲチャートを示すグラフ、（ｂ）はサンドイッチ成形品の加熱処理後のＩＲチャートを示すグラフである。

符号の説明

１ コンベヤチェーン
２ リンク
３ リンク本体
４、５、６ ヒンジ部
４ａ、５ａ、６ａ ピン穴
７ トッププレート
８ 連結ピン
１０ サンドイッチ成形品
１１ コア層
１２ スキン層
１３ ＰＯＭ
１４ エチレングリコールジステアレート
１５ ＰＥ

Claims (3)

1. ポリアセタール及び該ポリアセタールに対して３質量％以上２０質量％以下の機能添加剤を含むコア層と、ポリアセタールを含むスキン層とを備えるサンドイッチ成形品であって、
   前記スキン層は、前記機能添加剤が該スキン層の表面に滲出するのを助長する滲出助長剤としてのポリエチレン又はポリウレタンを含むことを特徴とするサンドイッチ成形品。
2. 前記スキン層は、第２の機能添加剤を該スキン層のポリアセタールに対して１質量％以上１０質量％以下含むことを特徴とする請求項１に記載のサンドイッチ成形品。
3. リンクを連結ピンで複数連結してなるチェーンにおいて、
   前記リンクは、請求項１又は２に記載のサンドイッチ成形品であることを特徴とするチェーン。

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