JP6988246B2 - 成形物の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、樹脂材料と繊維とを含む成形物の製造方法に関するものである。

熱可塑性樹脂（以下、単に樹脂という）を製品形状に形成する方法として射出成形法が一般的に知られている。射出成形法とは、樹脂のペレット状の原料を加熱、可塑化させて金型の成形空間（キャビティー）内に注入し、所望の形状を得る方法である（特許文献１参照）。近年、合成樹脂にガラス繊維あるいは炭素繊維などの無機質材を繊維状にして含有させるＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ：繊維強化プラスチック）を原料とした射出成形法が、主に機械的な強度を大幅に向上させてより高強度を求められる種々の製品の生産に応用されている。例えば、アルミニウムや鉄等の金属により作製されていた部品に替えて上記射出成型法で得られたＦＲＰ成形物が使用される場合もある。この場合、金属製の部品と比較して軽量化が図られるというメリットがある。例えば、複数の構成部品（基板）を積層して構成される液体噴射ヘッドにおいては、これらの構成部品の一部に上記射出成型法で得られたＦＲＰ成形物が用いられることにより、当該構成部品の強度を向上させつつ液体噴射ヘッド全体の軽量化が可能となる。

国際公開第２０１２／１１７９７５号

上記のように金属製の部品の代替品としてＦＲＰ成形物が使用される場合において、より高い寸法精度が求められる用途では、特に、温度変化による寸法変化をより低減させること、すなわち、線膨張係数（熱膨張率）をより小さくすることが課題となっている。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、線膨張係数がより小さい成形物を得ることが可能な成形物の製造方法、成形物、液体噴射ヘッド、及び、液体噴射装置を提供することを目的とする。

本発明の成形物の製造方法は、上記目的を達成するために提案されたものであり、
樹脂材料と繊維とを含む原料を成形空間に向けて射出して成形する成形物の製造方法であって、
前記成形物は、前記繊維が第１方向に配向している第１の部分と、前記第１方向に配向している前記繊維の割合が前記第１の部分より低い第２の部分と、を有し、
前記第１の部分が含む前記繊維の割合は、１０〔ｖｏｌ％〕以上、３３〔ｖｏｌ％〕以下であることを特徴とする。

本発明によれば、成形物における第１の部分に１０〔ｖｏｌ％〕以上、３３〔ｖｏｌ％〕以下の繊維を含ませることにより、より軽量で、なお且つ、第１方向においてより小さい線膨張係数の成形物が得られる。

上記方法において、前記成形空間に向けて射出する際に、長さが２〔ｍｍ〕以上の前記繊維を前記樹脂材料に含ませることが望ましい。

この方法によれば、長さが２〔ｍｍ〕以上の繊維を樹脂材料に含ませることにより、成形物の線膨張係数をより一層小さくすることが可能となる。

また、上記方法において、前記成形空間に向けて射出する際に、長さの平均値が２〔ｍｍ〕以上の前記繊維を前記樹脂材料に含ませることがより望ましい。

この方法によれば、長さの平均値が２〔ｍｍ〕以上の繊維を樹脂材料に混入させることにより、成形物の線膨張係数をさらに小さくすることが可能となる。

上記各方法において、前記樹脂材料を供給する樹脂材料供給部と前記成形空間との間にある前記樹脂材料に前記繊維を混入させることが望ましい。

この方法によれば、樹脂材料供給部と成形空間との間にある樹脂材料に繊維を混入させることにより、予め繊維が混練された樹脂材料を用いる場合と比較して、繊維の長さをより長くすることが可能となる。

また、上記各方法において、前記成形空間は、前記成形物に対応する形状の第１成形空間と、当該第１成形空間と連通する第２成形空間と、を有し、
前記第２成形空間に射出された前記原料を前記第１成形空間に向けて押圧することが望ましい。

この方法によれば、第１方向に配向している繊維の割合が相対的に高い第１の部分を多く（厚く）成形させることができる。すなわち、第１の部分と比較して第１方向に配向している繊維の割合が低い第２の部分を減少させ、成形物における第１の部分の第２の部分に対する相対的な体積（領域）の割合を多くすることができる。そして、第１の部分を多く備えることで、線膨張係数がさらに一層小さい成形物を得ることができる。

また、本発明に係る成形物は、樹脂材料と繊維とを含む成形物であって、
前記成形物は、前記繊維が第１方向に配向している第１の部分と、前記第１方向に配向している前記繊維の割合が前記第１の部分より低い第２の部分と、を有し、
前記第１の部分が含む前記繊維の割合は、１０〔ｖｏｌ％〕以上、３３〔ｖｏｌ％〕以下であることを特徴とする。

この発明によれば、より軽量で、なお且つ、第１方向においてより小さい線膨張係数の成形物が得られる。

上記構成において、前記繊維の長さは２〔ｍｍ〕以上である構成を採用することが望ましい。

この構成によれば、長さが２〔ｍｍ〕以上の繊維が樹脂材料に混入されていることにより、成形物の線膨張係数をより一層小さくすることが可能となる。

また、上記構成において、前記繊維の長さの平均値は２〔ｍｍ〕以上である構成を採用することがより望ましい。

この構成によれば、長さの平均値が２〔ｍｍ〕以上の繊維が樹脂材料に混入されていることにより、成形物の線膨張係数をさらに小さくすることが可能となる。

さらに、上記構成において、前記第１の部分の体積は、前記第２の部分の体積よりも大きい構成を採用することが望ましい。

この構成によれば、繊維が第１方向に配向している第１の部分の体積が、この第１の部分と比較して第１方向に配向している繊維の割合が低い第２の部分の体積よりも大きいことで、線膨張係数がさらに一層小さい成形物を得ることができる。

また、本発明の液体噴射ヘッドは、複数の構成部品を積層して構成される液体噴射ヘッドであって、
前記複数の構成部品は、上記の何れかの構成の成形物を含むことを特徴とする。

本発明によれば、線膨張係数がより小さく且つより軽量の成形物を構成部品として備えることにより、液体噴射ヘッドの軽量化が図れると共に、温度変化による構成部材の反り等の不具合を抑制することができる。

そして、本発明の液体噴射装置は、上記構成の液体噴射ヘッドを備えることを特徴とする。

成形物の一例を説明する斜視図である。 図１におけるＡ面部に対応する射出成型用金型の断面図である。 図１におけるＢ面部に対応する射出成型用金型の断面図である。 射出成型用金型の動作を説明する断面図である。 射出成型用金型の動作を説明する断面図である。 射出成形機の一形態について説明する模式図である。 成形方法について説明するフローチャートである。 成形物の製造方法による製造工程について説明する工程図である。 成形物の製造方法による製造工程について説明する工程図である。 成形物の製造方法による製造工程について説明する工程図である。 成形物の製造方法による製造工程について説明する工程図である。 図１０における領域Ｃの拡大図である。 図１１における領域Ｄの拡大図である。 成形物の製造方法による製造工程について説明する工程図である。 成形物の配向層における混練繊維の体積比と、成形物の第１方向における線膨張係数との関係の一例について説明するグラフである。 液体噴射装置（プリンター）の一形態について説明する斜視図である。 液体噴射ヘッド（記録ヘッド）の一形態について説明する分解斜視図である。

以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照して説明する。なお、以下に述べる実施の形態では、本発明の好適な具体例として種々の限定がされているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。

図１は、本発明に係る射出成型用金型を用いて成型される製品の一例としての射出成形物１（以下、成形物１）を示す外観斜視図である。本実施形態における成形物１は、貫通孔２ａを有する円筒形の第１継手部３と、貫通孔２ｂを有する円筒形の第２継手部４と、第１継手部３と第２継手部４とを接続する腕部５と、を備えている。この成形物１は、例えば他の部品と連結されるための連結ピン（図示せず）等が貫通孔２ａ，２ｂにそれぞれ挿通されて、他の部品に連結されることで使用される部分である。したがって、腕部５には、継手部３，４に掛かる負荷に対して十分に耐えうる強度が要求される。また、成形物１の長手方向における温度変化による寸法変化、すなわち、継手部３，４の間隔の変化を可及的に抑えることが要求される。本実施形態において、成形物１は、高強度のＦＲＰを原料として成形される。

図２は、成形物１を成形するための射出成型用金型７（以下、金型７）を示す図であり、図１における成形物１のＡ面部に対応する断面図である。また、図３は、図１における成形物１のＢ面部に対応する金型７の断面図である。これらの図に示されるように、金型７は、第１金型８と、第２金型９と、を有する。第１金型８は、第１ベース金型１０と、圧縮金型の一つとしての第１プレス金型１１と、を備えている。同様に、第２金型９は、第２ベース金型１２と、圧縮金型の一つとしての第２プレス金型１３と、を備えている。後述するように、プレス金型１１，１３は、ベース金型１０，１２に形成された挿通孔２０，２３にそれぞれ挿入される。

第１ベース金型１０は、第２ベース金型１２に対向する第１合わせ面１４を有している。同様に、第２ベース金型１２は、第１ベース金型１０の第１合わせ面１４に対向する第２合わせ面１５を有している。これらの合わせ面１４，１５は、互いに対向した状態で当接可能となっている。また、第１ベース金型１０における第１合わせ面１４側には、当該第１合わせ面１４に開口した第１凹部１７が形成されている。同様に、第２ベース金型１０における第２合わせ面１５側には、当該第２合わせ面１５に開口した第２凹部１８が形成されている。これらの第１ベース金型１０の第１合わせ面１４と第２ベース金型１２の第２合わせ面１５とが当接して第１凹部１７と第２凹部１８とが互いに連通すると、成形物１（図２における２点鎖線及びハッチングで示される部分）を成形するための第１成形空間１６の一部が画成される。

第１ベース金型１０には、第１プレス金型１１が組み込まれる貫通孔としての第１挿通孔２０が形成されている。そして第１プレス金型１１の第１挿入部２１は、第１挿通孔２０の内壁面との間に僅かに隙間を形成した状態ではめ込まれている。第１挿入部２１の第１成形空間１６に対向する第１プレス面２２は、第１ベース金型１０の第１凹部１７と共に第１成形空間１６の一部を画成する。同様に、第２ベース金型１２には、第２プレス金型１３が組み込まれる貫通孔としての第２挿通孔２３が形成されている。そして第２プレス金型１３の第２挿入部２４は、第２挿通孔２３の内壁面との間に僅かに隙間を形成した状態ではめ込まれている。第２挿入部２４の第１成形空間１６に対向する第２プレス面２５は、第２ベース金型１２の第２凹部１８と共に、第１成形空間１６の一部を画成する。第１プレス面２２及び第２プレス面２５は、成形物１の腕部５の一部の面を成形する金型面となる。

金型７の一側（図２中、右側）には、第１成形空間１６と連通して当該第１成形空間１６内に射出原料を注入するための開口する材料注入口となるゲート２７が形成されている。なお、ゲート２７は第１ベース金型１０と、第２ベース金型１２と、に形成された凹部により構成されているが、これに限定されず、第１成形空間１６に連通する開口であれば、位置、大きさ、形状は適宜設定される。

次に図４および図５を用いて第１プレス金型１１及び第２プレス金型１３の動作について説明する。図４は、図１におけるＡ面部に対応する断面図である。図５は、図１におけるＢ面部に対応する断面図である。なお、合わせ面１４，１５及びプレス面２２，２５に直交する方向を上下方向として説明する。各図には、上側の第１金型８と下側の第２金型９とが組付けられた状態で、射出成形機３０（後述）の原料射出ノズルＮから射出原料Ｍ（本発明における原料に相当）がゲート２７を通じて注入される状態が示されている。この時、第１プレス金型１１の第１プレス面２２は、第１成形空間１６を画成する位置Ｐ１１から、第１成形空間１６を拡大する方向（上方向）に移動量ｄ１だけ移動した位置Ｐ１２に配置される。これにより、金型７の内部に第２成形空間２８の一部を構成する第１圧縮空間２８ａが形成される。

同様に、第２プレス金型１３の第２プレス面２５は、第１成形空間１６を画成する位置Ｐ２１から、第１成形空間１６を拡大する方向（下方向）に移動量ｄ２だけ移動した位置Ｐ２２に配置される。これにより、第２成形空間２８の一部を構成する第２圧縮空間２８ｂが形成される。なお、第１プレス金型１１の位置Ｐ１１と位置Ｐ１２との間の移動、および第２プレス金型１３の位置Ｐ２１と位置Ｐ２２との間の移動は、図示しないプレス金型駆動装置によって行われる。すなわち、金型７において第１プレス金型１１と、第２プレス金型１３と、は、それぞれ第１成形空間１６に連通する第２成形空間２８として第１圧縮空間２８ａと第２圧縮空間２８ｂと、を画成するように互いに離隔する方向に移動される。

図４および図５に示す状態の金型７に射出原料Ｍが充填された後、第１プレス金型１１および第２プレス金型１３は、それぞれ第１成形空間１６を画成するように互いに近接する方向に移動される。すなわち、第１プレス面２２が位置Ｐ１２から位置Ｐ１１に、第２プレス面２５が位置Ｐ２２から位置Ｐ２１にそれぞれ移動される。これにより、第２成形空間２８である第１圧縮空間２８ａ及び第２圧縮空間２８ｂに充填された射出原料Ｍが第１成形空間１６まで圧縮されて、所謂インジェクションプレス成形される。

次に、上記の金型７を用いた成形物の製造方法（以下、単に成形方法という）、および、その成形方法によって得られる成形物について説明する。具体的には、上記金型７を射出成形機３０に装着し、図１に示される成形物１を成形する。

ここで、従来のＦＲＰによる射出成型方法においては、強化繊維を基材樹脂に混練し、ペレット状にした射出原料を加熱、注入する方法が一般的であった。この方法では、ペレット状にする段階で含有される強化繊維は混練時に切断されているので、ペレットの大きさよりも長い強化繊維を得ることができなかった。これに対し、本実施形態においては、強化繊維をロープ状にして、基材樹脂の加熱、注入時にブレンドしながら射出成形する、射出成形機３０による成形によって、より長い強化繊維を含有させた成形物を得ることができる。以下、この点について説明する。

図６は、射出成形機３０の一例を示す模式図である。同図に示されるように、射出成形機３０では、内部に樹脂材料Ｍｐを射出口まで送出するスクリュー３１が挿通されるシリンダー３２を備えている。このシリンダー３２は、原料供給部３３（本発明における樹脂材料供給部に相当）から金型７の内部の成形空間（成形空間３７）までの原料供給経路の一部を構成している。スクリュー３１の一端（シリンダー３２の射出口側の端とは反対側の端）は、射出駆動装置３６に接続されており、当該射出駆動装置３６によって回転駆動される。上記シリンダー３２に、ペレット状に成形された樹脂材料Ｍｐが原料供給部３３から所定の量が投入され、シリンダー３２の周囲に配置されたヒーター３４によって、シリンダー３２内の樹脂材料Ｍｐは加熱されて可塑化され、材料送出方向（図中矢印）へスクリュー３１の回転によって送出される。シリンダー３２の途中には、繊維供給部３５が接続されており、当該繊維供給部３５から強化繊維Ｍｆ（本発明における繊維に相当）が可塑化された樹脂材料Ｍｐに混入されてスクリュー３１によって混練される。

射出原料Ｍのベースである樹脂材料Ｍｐは、例えば、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂、ポリアミド（ＰＡ）樹脂、ポリプロピレン（ＰＰ）樹脂、アクリル（ＰＭＭＡ）樹脂、ポリカーボネートＡＢＳ（ＰＣ−ＡＢＳ）樹脂等の熱可塑性樹脂が用いられる。本実施形態においては、樹脂材料ＭｐとしてＰＰＳ樹脂が用いられる。また、強化繊維であるフィラーとしての強化繊維Ｍｆは、連続したフィラメント、いわゆるフィラメントロービング繊維であり、例えば炭素繊維、あるいはガラス繊維の１種、あるいは、例えば炭素繊維とガラス繊維とを複合させた２種以上の繊維から構成される。２種以上の繊維を含有させる場合、第１のフィラーとして炭素繊維と、その他のフィラーとしてガラス繊維などの強化繊維と、を含有させることが好ましい。これにより、高強度の炭素繊維によって高強度のＦＲＰ成形物を得ることができる。この強化繊維Ｍｆは、繊維供給部３５から連続してシリンダー３２内に供給することができる。供給された強化繊維Ｍｆは、スクリュー３１の送出駆動によってシリンダー３２内で切断されつつ混練繊維ｍｆとなって樹脂材料Ｍｐと混練され射出原料Ｍとされ、金型７の成形空間に射出（注入）される。

このようなオンラインブレンドによって射出原料Ｍ内に強化繊維（混練繊維ｍｆ）を含有させる射出成形において、上記金型７を用いることにより、繊維が所定の方向（第１方向）に整列配向される領域を高い割合で形成させることができ、より高い強度を有する領域を有する成形物１を得ることができる。また、原料供給経路内の樹脂材料Ｍｐに強化繊維を混入させることにより、予め繊維が混練されたペレット状の樹脂材料を用いる場合と比較して、最終的な成形物１に含まれる混練繊維ｍｆの長さをより長くすることが可能となる。

図７は、本実施形態に係る成形方法について説明するフローチャートである。また、図８〜図１１、及び図１４は本実施形態に係る成形方法の製造工程を示す断面図である。さらに、図１２および図１３は、製造工程における成形物の状態を説明する部分拡大断面図である。
本実施形態に係る成形方法では、金型７は、上記の射出成形機３０に取り付けられることで、成形物１の射出成形が行われる。射出成形機３０に取り付けられた金型７は、図８に示されるように、第１合わせ面１４と第２合わせ面１５とが突き当たるまで、第１金型８及び第２金型９の何れか一方又は両方が互いに近接する方向に相対的に移動されて金型７が閉じられる（金型閉工程Ｓ１）。金型７が閉じられると、第１成形空間１６と、第２成形空間２８（第１圧縮空間２８ａ及び第２圧縮空間２８ｂ）と、からなる成形空間３７が画成される。

金型７が閉じられて成形空間３７が構成されると、図９に示されるように、金型７のゲート２７にシリンダー３２（図６参照）の原料射出ノズルＮが接続され、射出工程が行われる（射出工程Ｓ２）。この射出工程では、原料射出ノズルＮから送出される射出原料Ｍがゲート２７から成形空間３７内に注入される。また、射出工程では、上述したように、ペレット状に成形された樹脂材料Ｍｐがシリンダー３２の周囲に配置されたヒーター３４によって加熱されて可塑化されると共に、シリンダー３２の途中に接続された繊維供給部３５から強化繊維Ｍｆが可塑化された樹脂材料Ｍｐに混入されてスクリュー３１によって混練される（繊維混入工程）。すなわち、原料供給部３３と成形空間３７との間にある樹脂材料Ｍｐに強化繊維Ｍｆが混入される。これにより、混練繊維ｍｆと樹脂材料Ｍｐとが混練された射出原料Ｍが成形空間３７に注入されることになる。これにより、ペレットの粒径或は長さ以上の繊維長の混練繊維ｍｆを得ることが可能となる。射出原料Ｍの射出は、図１０に示されるように、成形空間３７の全体に射出原料Ｍが充填されるまで実行される。

図１２は、図１０における領域Ｃの拡大図である。同図において、成形空間３７内における射出原料Ｍの状態が模式図的に示されている。
図１２に示されるように、成形空間３７に加熱されて流動性が付与された射出原料Ｍが注入されると、ゲート２７側から成形空間３７を埋めるように流入してくる。成形空間３７に注入された射出原料Ｍは、金型７の成形空間３７において、射出原料Ｍの流動方向（図１２における横方向であり、本発明における第１方向に相当）に交差する方向（図１２における上下方向）において、混練繊維ｍｆの配向の傾向が異なる複数の層が形成される。すなわち、金型７の成形空間３７に面する金型面（第１プレス面２２及び第２プレス面２５）に近い位置には、スキン層Ｌｓが形成される。スキン層Ｌｓは、金型７の金型面に触れることによって射出原料Ｍが初めに冷却され、射出原料Ｍのベースである樹脂材料Ｍｐが凝固し、形成される層である。また、成形空間３７の上下方向における中央領域、すなわち成形空間３７の金型面より離間した領域では、射出原料Ｍの冷却が遅く、また、原料射出ノズルＮから高圧注入された射出原料Ｍの流路となって、凝固した領域のコア層Ｌｃ（本発明における第２の部分に相当）が形成される。そして、コア層Ｌｃと、スキン層Ｌｓと、の間には配向層Ｌｄ（本発明における第１の部分に相当）が形成される。

これらのスキン層Ｌｓ、配向層Ｌｄ、及びコア層Ｌｃでは、それぞれ混練繊維ｍｆの配合状態に特徴を有している。スキン層Ｌｓでは、上述したように最初に射出原料Ｍが凝固し始める領域であり、混練繊維ｍｆの含有割合は他の層と比較して著しく少ない層である。コア層Ｌｃは、上述したように成形空間３７内において、射出原料Ｍの高い温度が維持されながら、成形空間３７内を流動する領域であることから、混練繊維ｍｆの配向については規則性がない。すなわち、コア層Ｌｃでは、第１方向に配向している混練繊維ｍｆの割合が、以下で説明する配向層Ｌｄと比較して低い。一方、配向層Ｌｄでは、スキン層Ｌｓとコア層Ｌｃとの中間に位置し、混練繊維ｍｆは射出原料Ｍの流動方向（すなわち、第１方向）に沿って配向される。すなわち、配向層Ｌｄでは、第１方向に配向している混練繊維ｍｆの割合が、他の層と比較して高い。ここで、混練繊維ｍｆが第１方向に配向された状態とは、第１方向を０°として、当該第１方向に対して±４５°以内の角度で混練繊維ｍｆが配向している状態である。このように、第１方向に配向された混練繊維ｍｆの割合が高い配向層Ｌｄでは、混練繊維ｍｆの持つ高い強度を十分に発揮させることができ、特に第１方向における線膨張係数を低減させることができる。この配向層Ｌｄの領域を成形物１において高い割合で形成させる（すなわち、成形物１における配向層Ｌｄの体積の割合を大きくする）ことが、成形物１の線膨張係数の低減に寄与することになる。

配向層Ｌｄは、成形空間３７の図示する上下方向の空間領域（以下、キャビティー高さという）に依存する。図４に示される第１プレス金型１１の第１プレス面２２の位置Ｐ１２と第２プレス金型１３の第２プレス面２５の位置Ｐ２２とによって規定されるキャビティー高さをＴ１、同じく第１プレス金型１１の第１プレス面２２の位置Ｐ１１と第２プレス金型１３の第２プレス面２５の位置Ｐ２１とによって規定されるキャビティー高さ（図１における成形物１の腕部５を形成するキャビティー高さ）をＴ２、そして成形物１の継手部３，４を形成する第１ベース金型１０と第２ベース金型１２とによって構成されるキャビティー高さをＴ３とする。本実施形態においては、Ｔ１＞Ｔ３＞Ｔ２の関係にキャビティー高さは設定されている。

キャビティー高さＴ１は、コア層Ｌｃの厚さｔｃ１、配向層Ｌｄの厚さｔｄ１１，ｔｄ１２、及び、スキン層Ｌｓの厚さｔｓ１１，ｔｓ１２に配分される。同様に、キャビティー高さＴ２は、コア層Ｌｃの厚さｔｃ２、配向層Ｌｄの厚さｔｄ２１，ｔｄ２２、及び、スキン層Ｌｓの厚さｔｓ２１，ｔｓ２２に配分される。そして、キャビティー高さＴ３は、コア層Ｌｃの厚さｔｃ３、配向層Ｌｄの厚さｔｄ３１，ｔｄ３２、そしてスキン層Ｌｓの厚さｔｓ３１，ｔｓ３２ｔと、に配分される。

スキン層Ｌｓの厚さｔｓ１１，ｔｓ１２，ｔｓ２１，ｔｓ２２，ｔｓ３１，ｔｓ３２は、概ね同程度の厚さで成形される。一方、配向層Ｌｄの厚さは、キャビティー高さの高い領域ほど厚く形成される。すなわち、上述したように、キャビティー高さの「Ｔ１＞Ｔ３＞Ｔ２」の関係から、配向層Ｌｄの厚さは、「（ｔｄ１１＋ｔｄ１２）＞（ｔｄ３１＋ｔｄ３２）＞（ｔｄ２１＋ｔｄ２２）」の関係となる。また、混練繊維ｍｆの配向に規則性を有さないコア層Ｌｃにおいても、キャビティー高さが高いほど厚く形成される。すなわち、「ｔｃ１＞ｔｃ３＞ｔｃ２」の関係を有して形成される。

成形物１においては、第１方向に配向している混練繊維ｍｆの割合が高い配向層Ｌｄの領域を多く形成させることで、混練繊維ｍｆが備える高強度特性を成形物１の第１方向における線膨張係数の低減に寄与することが可能となる。そこで、本実施形態においては、図１１に示されるように第１プレス金型１１、および第２プレス金型１３を駆動させて成形空間３７を減少させる圧縮工程が行われる（圧縮工程Ｓ３）。この圧縮工程では、上述したように、第１プレス金型１１および第２プレス金型１３が、それぞれ第１成形空間１６を画成するように互いに近接する方向に移動される。すなわち、第１プレス面２２が位置Ｐ１２から位置Ｐ１１に、第２プレス面２５が位置Ｐ２２から位置Ｐ２１にそれぞれ移動される。これにより、第２成形空間２８である第１圧縮空間２８ａ及び第２圧縮空間２８ｂに充填された射出原料Ｍが第１成形空間１６まで押圧されて圧縮される。

図１３は、図１２における領域Ｄの拡大図であり、圧縮工程後における第１成形空間１６内における射出原料Ｍの状態を模式的に示したものである。
圧縮後においては、既に凝固しているスキン層Ｌｓ及び配向層Ｌｄでは、その厚さは圧縮前の厚さと同程度に維持される。ここで、圧縮工程を経て形成されるスキン層Ｌｓ及び配向層Ｌｄの厚さを、それぞれｔｓｐ１，ｔｓｐ２及びｔｄｐ１，ｔｄｐ２とすると、「ｔｓｐ１≒ｔｓ１１」、「ｔｓｐ２≒ｔｓ１２」、「ｔｄｐ１≒ｔｄ１１」、「ｔｄｐ２≒ｔｄ１２」となる。一方、コア層Ｌｃでは、金型７の金型面より離間しており、射出原料Ｍの高温度の領域であることから、圧縮工程の段階で流動性が維持されている。このため、第１プレス金型１１と第２プレス金型１３とによって圧縮された第２成形空間２８の領域は、コア層Ｌｃの圧縮に転嫁される。すなわち、圧縮空間２８ａ，２８ｂの分だけコア層Ｌｃが圧縮されてその体積が減少される。例えば、コア層Ｌｃの体積を配向層Ｌｄの体積の５０％以下まで減少させることができる。

つまり、キャビティー高さＴ１（図１２参照）部分が、圧縮工程においてキャビティー高さＴｐ（図１３参照）までに変化した際、第１プレス金型１１と第２プレス金型１３とが移動する量を圧縮量δとすると、「δ＝Ｔ１−Ｔｐ」である。ここで、圧縮工程によって成形されるコア層Ｌｃの厚みｔｃｐは、「ｔｃｐ＝Ｔｐ−（ｔｓｐ１＋ｔｓｐ２＋ｔｄｐ１＋ｔｄｐ２）」であるが、上述した通り、「ｔｓｐ１≒ｔｓ１１」、「ｔｓｐ２≒ｔｓ１２」、「ｔｄｐ１≒ｔｄ１１」、「ｔｄｐ２≒ｔｄ１２」の関係から、「ｔｃｐ≒Ｔｐ−（ｔｓ１１＋ｔｓ１２＋ｔｄ１１＋ｔｄ１２）」であることから、「ｔｃｐ≒（Ｔ１−δ）−（ｔｓ１１＋ｔｓ１２＋ｔｄ１１＋ｔｄ１２）」となる。ここで、「Ｔ１−（ｔｓ１１＋ｔｓ１２＋ｔｄ１１＋ｔｄ１２）＝ｔｃ」であることから、「ｔｃｐ≒ｔｃ−δ」であると言える。すなわち、第１プレス金型１１と第２プレス金型１３とが第２成形空間２８を圧縮する際の移動量である圧縮量δ分は、コア層Ｌｃを圧縮することとなる。

なお、図示しないが、金型７には、圧縮工程によってコア層Ｌｃが圧縮されることで生じる余剰材料、すなわち第２成形空間２８の容積に相当する体積分の射出原料Ｍが排出される排出空間が形成されていることが好ましい。また、第２成形空間２８が、射出工程における最終充填領域（最終充填位置）となるように、ゲート２７の位置、数、方向を設定することが好ましい。このようにすることで、圧縮工程において第２成形空間２８が圧縮される際に、第１成形空間１６に対応するコア層Ｌｃには、充填直後の射出原料Ｍが存在し、十分な流動性が得られる温度が保持され、第２成形空間２８の圧縮を容易に実行することができる。また、ゲート２７の位置や個数によっては、射出成形時の射出原料Ｍの流動方向、すなわち、第１方向を成形物１に複数持たせることができる。このため、製品（成形物１）について線膨張係数を低減させたい方向が複数ある場合にも本発明を適用することが可能となる。つまり、第１方向に配向している混練繊維ｍｆの割合が相対的に高い配向層Ｌｄを複数有する成形物１を得ることができる。

圧縮工程の後、図１４に示されるように、第１金型８が第２金型９から離間させるように第１金型８が上方に移動される（金型開工程Ｓ４）。勿論、第１金型８及び第２金型９の両方が、互いに離間するように移動されてもよい。本実施形態において、成形物１は第２金型９に残留される。その後、成形物１が第２金型９から取り出される（離形工程Ｓ５）。成形物１の取出しは、例えば、第２金型９から成形物１を押し出すピンを備えた冶具等が用いられる。或は、第２金型９と成形物１との境界に圧縮空気を噴射させて成形物１を取り出すこともできる。なお、金型７（第２金型９）から取り出された成形物１は、ゲート除去、バリ除去などの仕上げ加工が施される。

以上のようにしてベース材料である樹脂材料Ｍｐに混練繊維ｍｆを混練して得られた成形物１においては、例えば、アルミニウム（以下、アルミ）や鉄といった金属材料を用いて作製された同形状の製品と比較してより軽量化が図れ、また、線膨張係数をより小さくすることが可能となる。特に、成形物１の長手方向（以下、第１方向）の線膨張係数を小さくするには、樹脂材料Ｍｐに混練される混練繊維ｍｆの量（体積比）、長さ、及び、配向が重要となる。

図１５は、成形物１の配向層Ｌｄにおける混練繊維ｍｆの体積比と、成形物１の第１方向における線膨張係数との関係の一例について説明するグラフである。同図において、横軸は配向層Ｌｄにおける混練繊維ｍｆの体積比であり、縦軸は成形物１の第１方向における線膨張係数（×１０^−６〔℃〕）である。また、直線Ｌｅｃ１は、成形物１をアルミで成形した場合における線膨張係数（約２３．９×１０^−６〔℃〕）を示し、直線Ｌｅｃ２は、成形物１を鉄で成形した場合における線膨張係数（約１１．７×１０^−６〔℃〕）を示している。さらに、本例では、樹脂材料ＭｐとしてはＰＰＳ樹脂が用いられている。同図に示されるように、樹脂材料Ｍｐに混練される混練繊維ｍｆの量（体積比）が多いほど、成形物１の線膨張係数が小さくなることがわかる。但し、混練繊維ｍｆの量（体積比）が３５〔ｖｏｌ％〕を超えると、樹脂材料Ｍｐの比率が低下することにより成形が困難となる。特に、射出成形機３０のスクリュー３１の回転トルクが上がり、当該射出成形機３０の故障に繋がるおそれがある。基本的に、樹脂材料Ｍｐの材料として他の熱可塑性樹脂を使用した場合においても同様な傾向が得られる。このような観点から、樹脂材料Ｍｐに混練される混練繊維ｍｆの量（体積比）は、１０〔ｖｏｌ％〕以上、３３〔ｖｏｌ％〕以下の範囲であることが望ましい。これにより、アルミにより成形物１を成形した場合と比較して、より軽量（例えば、アルミの半分以下の比重）且つより小さい線膨張係数の成形物１が得られる。より望ましくは、混練繊維ｍｆの量（体積比）は、２４〔ｖｏｌ％〕以上、３３〔ｖｏｌ％〕以下の範囲である。これにより、鉄により成形物１を成形した場合よりも小さい線膨張係数（１１．７×１０^−６〔℃〕以下）の成形物１が得られる。すなわち、成形物１の第１方向における線膨張係数をさらに小さくすることが可能となる。このように、従来は金属製が一般的であった製品にも本発明に係る成形物１を採用することが可能となる。

また、混練繊維ｍｆの長さは、できるだけ長いほど線膨張係数をより小さくすることができる。この点に関し、本実施形態における成形方法では、原料供給部３３から金型７の成形空間３７までの原料供給経路内（シリンダー３２内）の樹脂材料Ｍｐに強化繊維Ｍｆを含有させるオンラインブレンドが採用されているので、成形物１に含有される混練繊維ｍｆの長さをより長くすることができる。すなわち、例えば、強化繊維を基材樹脂に混練してペレット状にした原料を用いて成形する従来の方法では、成形物に含まれる繊維の長さの平均が０．５〔ｍｍ〕程度で、最大でもペレットの長さ以下（例えば１〔ｍｍ〕以下）であるのに対し、本実施形態における成形方法によれば、長さが２〔ｍｍ〕以上の混練繊維ｍｆが成形物１に含まれる。これにより、成形物１の線膨張係数をより一層小さくすることが可能となる。本実施形態においては、最小で０．１７〔ｍｍ〕、最大で約１２〔ｍｍ〕の混練繊維ｍｆが得られる。そして、混練繊維ｍｆの長さの平均値が２〔ｍｍ〕以上であることが望ましい。これにより、成形物１の線膨張係数をさらに小さくすることが可能となる。

そして、本実施形態に係る成形方法では、成形物１における、より機械的強度を必要とする領域である腕部５を成形する方法として、金型内に射出注入された射出原料に圧縮成形の工程を組み入れる、所謂インジェクションプレス法を取り込んでいる。これにより、射出原料ＭであるＦＲＰに混練されている強化繊維である混練繊維ｍｆの配向に規則性の無い、すなわち、第１方向に配向している混練繊維ｍｆの割合が相対的に低いコア層Ｌｃを圧縮し、射出原料Ｍの流動方向である第１方向に配向している混練繊維ｍｆの割合が相対的に高い配向層Ｌｄの領域を相対的に増加させることができる。すなわち、成形物１における配向層Ｌｄのコア層Ｌｃに対する相対的な領域の割合を多くすることができる。そして、配向層Ｌｄを多く備えることで、線膨張係数がさらに一層小さい成形物１を得ることができる。

次に、本発明に係る成形方法により成形された成形物を液体噴射装置の一種であるインクジェット式記録装置（以下、プリンター４０）が搭載する液体噴射ヘッドの一種であるインクジェット式記録ヘッド（以下、記録ヘッド４１）に適用した例について説明する。
図１６は、プリンター４０の一形態について説明する斜視図である。また、図１７は、記録ヘッド４１の一形態について説明する分解斜視図である。プリンター４０は、記録紙等の記録媒体Ｓの表面に液体状のインクを噴射して画像等の記録を行う装置である。このプリンター４０は、複数のヘッドユニット４２２を備える記録ヘッド４１、記録媒体Ｓを搬送する搬送機構４３、及び、ヘッドユニット４２（図２参照）の各ノズル面に対向する位置に搬送された記録媒体Ｓを支持する媒体支持部６（プラテンとも呼ばれる）等を装置本体４５の内部に備えている。

本実施形態における記録ヘッド４１は、記録媒体Ｓの搬送方向に交差（本実施形態においては直交）する方向（第１方向）に長尺なラインヘッドである。この記録ヘッド４１には、液体の一種であるインクを貯留した図示しないインクカートリッジの内部と連通する液体供給チューブ４６が接続されている。インクカートリッジからのインクは、液体供給チューブ４６を介して後述する流路部材４７に供給される。なお、インクカートリッジを記録ヘッド４１の上面に装着する構成を採用することもできる。また、記録ヘッド４１には、制御部からの駆動信号等を記録ヘッドに供給するＦＦＣ等の図示しない外部配線が、ケーブル挿通口４８を通じて後述する回路基板４９のコネクター５０に接続されるように構成されている。

記録ヘッド４１は、各ヘッドユニット４２へインクを供給する流路が内部に形成された流路部材４７と、カバー部材５１と、ホルダー部材５２と、回路基板４９と、ヘッドユニット４２と、固定板５３と、からなる各構成部材を積層した状態で備えている。

ホルダー部材５２は、上記第１方向に長尺な略直方体上の部材であり、上記構成のＦＲＰを材料として成形方法により射出成形された成形物の一種である。このホルダー部材５２の下面側には、複数のヘッドユニット４２が取り付けられる。より具体的には、ホルダー部材５２の下面側には、ヘッドユニット４２を収容可能な図示しない凹部が形成されており、固定板５３に固定された複数のヘッドユニット４２が凹部内に収容される。すなわち、ホルダー部材５２の下面側の凹部の開口が固定板５３によって封止され、当該凹部と固定板５３とによって区画された空間内に各ヘッドユニット４２が収容される。また、ホルダー部材５２の上面側にも凹部が形成されており、当該凹部内には、制御部からの外部配線が接続されるコネクター５０や電子部品や配線等が設けられた回路基板４９が配置される。

ホルダー部材５２には、複数のヘッドユニット４２が当該第１方向に沿って互い違いに配置されている。ヘッドユニット４２は、複数のノズルが形成されたノズルプレートや、ノズルに連通する流路が形成された流路基板や、ノズルからインクを噴射させるための駆動源（アクチュエーター）として機能する圧電素子等がユニット化されたヘッドチップである。

カバー部材５１は、第１方向に長尺な直方体状の部材であり、例えば、合成樹脂から作製されている。このカバー部材５１は、ホルダー部材５２の上部開口を塞ぐ状態で、接着剤による接着、ネジ止め、又は溶着等の固定手法によりホルダー部材５２に固定されている。このカバー部材５１の内部には、ホルダー部材５２の各ヘッドユニット４２にインクを供給する供給流路５５が設けられている。

固定板５３は、平面視において第１方向に長尺な金属製の板材である。この固定板５３は、ホルダー部材５２の下面に接着等により固定される。固定板５３には、各ヘッドユニット４２のノズルが形成されたノズル面を露出させる開口部５６が、ヘッドユニット４２毎に設けられている。固定板５３の上面（ホルダー部材５２側の面）において開口部５６の周縁部にヘッドユニット４２がそれぞれ接着剤等により固定される。

本実施形態において、カバー部材５１の上面には、合計４つの流路部材４７が配置されている。各流路部材４７の上面には、流路部材４７の液体供給チューブ４６に対応する流入口５７が開口している。流入口５７は、流路部材４７の内部に形成された液体流路を介してカバー部材５１の上面に開口した供給流路５５と連通されている。この流路部材４７は、液体供給チューブ４６から供給されたインクについてヘッドユニット４２側への供給圧力を調整すると共に、図示しないフィルターにより当該インクをろ過する機能を有している。そして、流路部材４７から供給流路５５を通じて各ヘッドユニット４２にインクが供給される。

このように、複数の構成部品を積層して構成される記録ヘッド４１の一部、すなわち、本例では、ホルダー部材５２として、本発明に係る成形方法により射出成形された成形物を採用することにより、すなわち、線膨張係数がより小さく且つより軽量の成形物としてのホルダー部材５２を構成部品として備えることにより、記録ヘッド４１の軽量化が図れると共に、温度変化による構成部材の反り等の不具合を抑制することができる。特に、本例では、ホルダー部材５２に複数のヘッドユニット４２が取り付けられている構成であって、ホルダー部材５２の第１方向（長手方向）の変形や反りが抑えられるので、温度変化による各ヘッドユニット４２の相対位置のずれや、各ヘッドユニット４２のノズル面の傾き等の不具合を低減することが可能となる。このため、より信頼性の高いプリンター４０を提供することが可能となる。

なお、本発明に係る成形物は、上記に例示したものには限られず、金属製の部品の代替品としてＦＲＰ成形物が使用される場合において、より高い寸法精度が求められる用途に応用することが可能である。

１…成形物，２…貫通孔，３…第１継手部，４…第２継手部，５…腕部，７…射出成型用金型，８…第１金型，９…第２金型，１０…第１ベース金型，１１…第１プレス金型，１２…第２ベース金型，１３…第２プレス金型，１４…第１合わせ面，１５…第２合わせ面，１６…第１成形空間，１７…第１凹部，１８…第２凹部，２０…第１挿通孔，２１…第１挿入部，２２…第１プレス面，２３…第２挿通孔，２４…第２挿入部，２５…第２プレス面，２７…ゲート，３０…射出成型機，３１…スクリュー，３２…シリンダー，３３…原料供給部，３４…ヒーター，３５…繊維供給部，３６…射出駆動装置，３７…成形空間，４０…プリンター，４１…記録ヘッド，４２…ヘッドユニット，４３…搬送機構，４４…媒体支持部，４５…装置本体，４６…液体供給チューブ，４７…流路部材，４８…ケーブル挿通口，４９…回路基板，５０…コネクター，５１…カバー部材，５２…ホルダー部材，５３…固定板，５４…凹部，５５…供給流路，５６…開口部，５７…流入口

Claims (4)

1. 樹脂材料と繊維とを含む原料を成形空間に向けて射出する射出成形機に取り付けられる射出成型用金型を用いた成形物の製造方法であって、
   前記射出成型用金型は、
   第１ベース金型と、
   前記第１ベース金型に対向する第２ベース金型と、
   前記第１ベース金型に形成された第１貫通孔に組み込まれ、前記第１貫通孔内を移動可能に構成された第１プレス金型と、
   前記第２ベース金型に形成された第２貫通孔に組み込まれ、前記第２貫通孔内を移動可能に構成された第２プレス金型と、を備え、
   前記第１ベース金型、前記第２ベース金型、前記第１プレス金型、及び、前記第２プレス金型によって区画された前記成形空間に前記原料を射出する射出工程と、
   前記成形空間の容積を減少させるように、前記第１プレス金型及び前記第２プレス金型を移動させて、充填された前記原料を圧縮する圧縮工程と、を含み、
   前記成形物は、前記繊維が第１方向に配向している第１の部分と、前記第１方向に配向している前記繊維の割合が前記第１の部分より低い第２の部分と、を有し、
   前記第１の部分が含む前記繊維の割合は、１０〔ｖｏｌ％〕以上、３３〔ｖｏｌ％〕以下であることを特徴とする成形物の製造方法。
2. 前記射出工程において、長さが２〔ｍｍ〕以上の前記繊維を前記樹脂材料に含ませる工程を有することを特徴とする請求項１に記載の成形物の製造方法。
3. 前記射出工程において、長さの平均値が２〔ｍｍ〕以上の前記繊維を前記樹脂材料に含ませる工程を有することを特徴とする請求項２に記載の成形物の製造方法。
4. 前記射出工程において、前記樹脂材料を供給する樹脂材料供給部と前記成形空間との間にある前記樹脂材料に前記繊維を混入させる工程を有することを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の成形物の製造方法。

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