JPH11156881A - 繊維強化軽量樹脂成形品およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】面容積の大きい繊維強化軽量樹脂成形品の、均
一性を高め、局部的な応力、捩じれに対しても十分耐え
ることができる軽量成形品およびその効率的な製造方法
を提供する。 【解決手段】空隙を有する繊維強化軽量樹脂成形品の厚
み方向に凹状部を形成する。凹状部は非膨張あるいは低
膨張率の樹脂層で形成されリブとして機能する。製造方
法は、金型キャビティ６に対して凹部形成用凸状部を有
する金型で、可動型３がクリアランスＤ１を残した突出
位置のキャビティ６に、繊維含有溶融熱可塑性樹脂を射
出した後、金型キャビティの容積が拡大する方向に可動
型３を後退させることにより行う。樹脂射出時の金型キ
ャビティとしては、移動型２と可動型３の隙間９を形成
するようにすることが好ましい。また、可動型３の後退
開始後に溶融熱可塑性樹脂にガスを注入することもでき
るものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、繊維強化軽量樹脂
成形品およびその成形方法に関し、詳しくは、軽量化さ
れていながら、特に剛性、曲げ強度、衝撃強度、強度の
均一性、局部的な応力、捩じれに対してすぐれた特性を
有するガラス繊維等の繊維強化軽量樹脂成形品およびそ
の効率的な製造方法に関する。

【０００２】

【背景技術】従来より、ガラス繊維等の繊維を含有させ
ることで強化された繊維強化樹脂成形品が知られてい
る。この繊維強化樹脂成形品は、引張強度、曲げ強度な
どの機械的特性や耐熱性にすぐれているので、インパネ
コア、バンパービーム、ドアステップ、ルーフ・ラッ
ク、リア・クォターパネルおよびエアクリーナ・ケース
等の自動車部品、ならびに、外壁用パネル、間仕切壁用
パネルおよびケーブル・トラフ等の建築・土木用部材等
として広く利用されている。このような繊維強化樹脂成
形品を製造するにあたり、金型の内部に繊維を含んだ溶
融樹脂を射出する射出成形方法を利用することができ
る。この射出成形方法によれば、複雑な形状のものでも
成形できるうえ、所定の成形サイクルを連続して繰り返
すことが可能なため、同一形状のものを大量生産するこ
とができるというメリットがある。

【０００３】射出成形で成形された繊維強化樹脂成形品
は、強度や剛性を向上させるために、繊維量を増やす
と、成形品の重量が増大するとともに、反り変形が大き
くなる傾向にある。このため、重量軽減のために、原材
料に発泡剤を混入させ、成形品となる樹脂を発泡させな
がら成形を行う発泡射出成形方法が提案されている（特
開平７−２４７６７９号公報等）。この発泡射出成形方
法では、軽量化を達成するために、かなりの量の発泡剤
を用いても、十分な発泡倍率を得ることは容易でない。
しかも、発泡倍率が十分得られたとしても、成形品の外
観が発泡により損なわれるうえ、補強用繊維を含有して
いるにもかかわらず、内部に大きな中空部が形成されや
すく、均一性に劣り、強度、剛性および耐衝撃性等の機
械的特性が十分確保できない場合がある。

【０００４】これらの問題点を解消するものとして、強
度、剛性および耐衝撃性等の機械的特性や外観品質を維
持しつつ、軽量化を図るために、（１）比較的長さの長
い繊維を含有した繊維強化樹脂ペレットを用い、含有さ
せた繊維によりスプリングバック現象を発生させ、この
スプリングバック現象で成形中の樹脂を膨張させ、軽量
成形品を得る膨張成形方法、（２）前記（１）における
繊維強化ペレットに発泡剤を混入させ、この発泡剤によ
り樹脂の膨張を補完させ、さらに成形品の軽量化を図る
膨張成形方法が提案されている（国際公開 ＷＯ９７／
２９８９６号公報）。これらの方法によれば、機械的特
性を損なわずに、成形品の軽量化を充分達成できるの
で、繊維強化樹脂成形品の軽量化を図るのに有効である
といえる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記
（１）、（２）に示した成形方法で得られた成形品も軽
量化（膨張）の程度、成形品の形状、たとえば面容積が
大きい場合、曲げ強度、剛性が不十分であったり、局所
的な応力に対して、いまだ十分でないなど強度の均一性
や捩じれに対する抵抗性が低い場合があり、解決が望ま
れている。本発明の目的は、成形品の面容積が大きい場
合であっても、曲げ強度、剛性、衝撃強度、耐熱性等に
すぐれ、しかも局部的な応力や捩じれに対しても十分に
耐えることのできる、均一性にすぐれた繊維強化軽量樹
脂成形品およびその効率的な製造方法を提供することを
目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、このよう
な状況下において、分散した空隙を有する繊維強化軽量
樹脂成形品において成形品の全体的な構造と物性につい
て鋭意研究を重ねた結果、成形品の構造として、空隙が
全体的に均一に分散するのではなく、疎密構造をとり、
しかもリブとしても機能する構造が成形品物性向上に寄
与することを見出した。すなわち、樹脂成形品の周辺部
は未膨張または低膨張部分を形成することができるが、
他の一般部分は、平面構造にあっては均一に近い膨張が
起こる。

【０００７】しかし、この均一膨張部分に対して、厚み
方向に凹状部を設けることにより、この凹状部が、実質
的にリブに相当する構造となるとともに空隙率の少ない
密な構造をとることを見出した。また、これを実現する
ためには、金型キャビティに対して進退可能な可動型を
備え、成形品に凹状部を形成するための凸状部を有する
金型で形成される金型キャビティに繊維含有溶融熱可塑
性樹脂を射出後に可動型を後退、拡張することにより達
成できることを見出し、本発明を完成したものである。

【０００８】すなわち、本発明は、 （１）空隙を有する繊維強化軽量樹脂成形品であって、
成形品の厚み方向に凹状部を有する繊維強化軽量樹脂成
形品。 （２）凹状部を形成する樹脂部分が他の一般部分より低
い空隙率を有する上記（１）記載の繊維強化軽量樹脂成
形品。 （３）繊維がガラス繊維であり、繊維含有率が成形品の
１０〜７０重量％で、平均繊維長が１〜２０ｍｍである
上記（１）または（２）記載の繊維強化軽量樹脂成形
品。 （４）表皮材が一体化されている上記（１）〜（３）の
いずれかに記載の繊維強化軽量樹脂成形品、および （５）金型キャビティに対して進退可能な可動型を備
え、成形品の厚み方向に凹状部を形成するための凸状部
を有する金型で形成される金型キヤビティに、繊維含有
溶融熱可塑性樹脂を射出し、次いで金型キャビティの容
積が拡大する方向に可動型を後退させる成形品の厚み方
向に凹状部を有する繊維強化軽量樹脂成形品の製造方
法。 （６）固定型、成形品に凹状部を形成するための凸状部
を有する移動型および移動型内を進退可能な可動型とで
形成された金型キャビティに繊維含有溶融熱可塑性樹脂
を射出するものである上記（５）記載の繊維強化軽量樹
脂成形品の製造方法。 （７）移動型の凸状部と可動型による隙間が射出時の金
型キャビティの一部を形成している上記（６）記載の繊
維強化軽量樹脂成形品の製造方法。 （８）金型キヤビティ内の前記繊維含有溶融熱可塑性樹
脂の内部にガスを注入する上記（５）〜（７）のいずれ
かに記載の繊維強化軽量樹脂成形品の製造方法。 （９）あらかじめ表皮材を装着した金型キャビティに繊
維含有溶融熱可塑性樹脂を射出する上記（５）〜（８）
のいずれかに記載の繊維強化軽量樹脂成形品の製造方
法。 （１０）繊維含有溶融熱可塑性樹脂が、２〜１００ｍｍ
の範囲の全長を有するとともに、この全長と等しい長さ
の繊維が互いに平行に配列された状態となって全体の２
０〜８０重量％含有された繊維含有熱可塑性樹脂ペレッ
トまたは他のペレットとの混合物で前記繊維が全体の１
０〜７０重量％とされたものを可塑化、溶融したもので
ある上記（５）〜（９）のいずれかに記載の繊維強化軽
量樹脂成形品の製造方法を提供するものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明について詳細に説明
する。まず、空隙が分散した繊維強化軽量樹脂成形品の
製造方法としては、繊維含有溶融熱可塑性樹脂を金型キ
ャビティに射出充填し、次いで金型キャビティ容積を最
終成形品の容積に拡大するものである。すると溶融熱可
塑性樹脂は含有繊維の絡み合いによるスプリングバック
現象により拡大された容積に膨張し、分散した空隙を有
する繊維強化軽量樹脂成形品が得られる。本発明では、
この際に、金型キャビティ容積の拡大を、成形品の厚み
方向に凹状部を形成したい部分に凸状部を有する金型で
形成される金型キャビティに、溶融樹脂を射出した後、
進退可能となった可動型（中子）を、凸状部を保持した
ままで後退、キャビティを拡張して成形することに特徴
がある。ここにおいて、可動型（中子）を金型キャビテ
ィ全面（平面構造）と等しいもので行ったのでは、ほぼ
均一の膨張倍率の繊維強化軽量樹脂成形品が得られ、ま
た、金型キャビティの側面との間に隙間を設けた可動型
（中子）を用いた場合には、成形品の外周部分は非膨張
ないし低膨張倍率となるが、樹脂成形品の非外周部分、
すなわち他の一般部分は均一な高膨張倍率となる。この
場合、金型キャビティの表面部分は冷却され非膨張のス
キン層が形成され、軽量化にもかかわらず、高い強度と
剛性をもつ樹脂成形品となる。

【００１０】しかし、この成形品が厚み方向のスキン層
／膨張層／スキン層からなる三層構造では、面容積が大
きい場合には剛性的に不足し、局部的な応力や捩じれに
対しても不十分な場合がある。本発明ではこれらの問題
点を解消するために、両表面のスキン層を非膨張ないし
低膨張の樹脂で部分的に結合しようとするものである。
これを達成するために、本発明製造方法では、金型キャ
ビティに対して進退可能となった可動型を備え、成形品
の厚み方向に凹状部を形成するための凸状部を有する金
型で形成された金型キャビティに繊維含有溶融熱可塑性
樹脂を射出した後に、凸状部を保持したままで、金型の
キャビティの容積が拡大する方向に可動型を後退させ、
膨張させるものである。

【００１１】可動型（中子）の形状や個数は、成形品の
大きさ、要求特性などにより適宜決定される。また、凹
状部形成のための凸状部もその位置、形状、大きさ、
数、分布等は任意であり、成形品の形状、厚み、面容
積、軽量化の程度、使用場所、要求性能などを考慮して
適宜決定される。一般的には、位置としては成形品の裏
面に凹状部を形成し、形状としては、幅が２〜１０ｍｍ
程度で、長さが１０ｍｍ以上の溝状である。また、方向
としては、縦、横、斜めに連続、または断続の形態に形
成することが好ましい。この凹状部の低部と反対側の成
形品表面の間の樹脂層は、実質的に空隙のない、または
少ない樹脂に近い層とすることが好ましい。また凹状部
を形成するための凸状部を持つ金型は、一般的には、移
動型とされ、この移動型内を進退可能に設けられた可動
型と固定型により金型キャビティを形成する。この凸状
部を移動型に設けるのは、この凸状部をキャビティ内に
突出した状態で、溶融樹脂の射出、可動型の後退を行う
ことができ、凸状部を固定した状態で、任意のキャビテ
ィ容積に膨張させることが容易となるからである。した
がって、軽量化の程度によっては、反対側の固定型に凸
状部を設けることもできる。

【００１２】移動型に凸状部を設ける場合には、凸状部
を設けた移動型内を可動型が進退可能になるように金型
が構成される。この場合にこの凸状部と可動型との間で
隙間を設け、この隙間が溶融樹脂の射出時の金型キャビ
ティの一部を形成するようにすることができる。これに
より、凸状部のキャビティ面が溶融樹脂の射出時に最終
成形品として賦形されることになり、後の可動型の後退
時の影響を受けなくなるとともに、スキン層が明瞭に形
成されることとなる。次に、この凹状部形成のための凸
状部の金型キャビティへの突出位置や可動型の突出位置
も同様に適宜決定されるが、一般的には、対向する金型
表面との間に適度のクリアランスを持った位置とされ
る。

【００１３】また、可動型の後退による金型キャビティ
の拡大開始時点から終了時、または終了後に窒素などの
ガスをキャビティ内の繊維含有溶融熱可塑性樹脂に注入
することもできる。これにより、繊維含有樹脂の膨張を
助けるとともに、溶融熱可塑性樹脂を金型成形面に向か
って押圧することになり、樹脂が金型面に密着した状態
で冷却されるので成形品の表面にヒケが生じない。ま
た、このガスを金型内に流通させれば成形品の冷却が促
進され成形サイクルが短縮する。この際に、揮発性の水
などの液体を同伴させるとより冷却効果を向上すること
もできる。

【００１４】本発明では、このような繊維強化軽量樹脂
成形品の製造において、金型に表皮材を予め装着するこ
とにより、表皮材が一体化した繊維強化軽量樹脂成形品
とすることもできる。表皮材を一体化する場合には、凹
状部は表皮材面の反対側の裏面に一般に形成される。さ
らに、本発明の好適な製造方法として、繊維含有溶融熱
可塑性樹脂が、２〜１００ｍｍの範囲の全長と等しい長
さの繊維が互いに平行に配列された状態となって全体の
２０〜８０重量％含有された繊維含有熱可塑性樹脂ペレ
ットまたは他のペレットとの混合物で前記繊維が全体の
１０〜７０重量％とされた原料樹脂を可塑化、溶融した
ものであることが好ましい。この原料選択によって、ス
プリングバック現象にすぐれた、すなわち、射出成形時
の可塑化溶融熱可塑性樹脂中のガラス繊維などの繊維長
を長く保つとともに、分散性が良好になるため好まし
い。この原料樹脂には必要により、膨張を補完するため
に少量（３重量％以下）の発泡剤を添加することもでき
る。

【００１５】本発明の繊維強化軽量樹脂成形品は、その
軽量化は、含有する繊維の種類や含有量、目的とする成
形品の要求特性によっても異なるが、膨張倍率として
１．５〜８倍（平均空隙率として、約３３〜８８％）の
範囲で選択される。膨張倍率が１．５倍未満では軽量化
の効果が小さく、８倍を越えると表面の平滑性が低下
し、表面の緻密なスキン層が薄くなり、強度的にも弱く
なる。なお、成形品の凹状部を形成する樹脂部分の空隙
率は、他の一般部分の空隙率より低くなるようにするこ
とが好ましい。また、樹脂成形品中の平均繊維長として
は、たとえばガラス繊維の場合では１〜２０ｍｍの範
囲、好ましくは２〜１５ｍｍである。ここで１ｍｍ未満
では、繊維の絡み合いが不十分となり、膨張性が不足す
るとともに、強度、剛性、耐衝撃性の点でも好ましくな
い。また、２０ｍｍを越えると分散性が十分でないとと
もに、溶融時の流動性が不十分となり、成形品の薄肉部
や末端部に樹脂が流れにくくなり、成形不良が発生する
場合がある。さらに、ガラス繊維の場合の繊維含有量と
しては、通常１０〜７０重量％、好ましくは１５〜６０
重量％の範囲である。１０重量％未満では、膨張性、強
度、剛性、耐熱性が十分でなく、７０重量％を越えると
溶融時の流動性が低下し、膨張性、成形性が低下する場
合がある。

【００１６】上記において、膨張倍率とは、〔膨張後の
容積／膨張前の空隙を有さない容積〕を示し、空隙率
（％）とは、〔（成形品の容積−空隙を有さない場合の
容積）／成形品の容積〕×１００を示す。本発明に用い
られる熱可塑性樹脂としては、特に、制限はないが、例
えば、ポリプロピレン、プロピレン−エチレンブロック
共重合体、プロピレン−エチレンランダム共重合体、ポ
リエチレン等のポレオレフィン系樹脂、ポリスチレン系
樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリアミド
系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアセタール系樹脂、
ポリカーボネート系樹脂、ポリ芳香族エーテルまたはチ
オエーテル系樹脂、ポリ芳香族エステル系樹脂、ポリス
ルホン系樹脂およびアクリレート系樹脂等が採用でき
る。ここで、上記熱可塑性樹脂は、単独で用いることが
もできるが、二種類以上を組み合わせて用いてもよい。
このような熱可塑性樹脂のうち、ポリプロピレン、プロ
ピレンと他のオレフィンとのブロック共重合体、ランダ
ム共重合体、あるいは、これらの混合物などのポリプロ
ピレン系樹脂、ポリアミド系樹脂が好ましく、特に、不
飽和カルボン酸、または、その誘導体で変性された酸変
性ポリオレフィン系樹脂を含有するポリプロピレン系樹
脂が好適である。

【００１７】また、繊維としては、セラミック繊維：ボ
ロン繊維、炭化ケイ素繊維、アルミナ繊維、チッ化ケイ
素繊維、ジルコニア繊維、無機繊維：ガラス繊維、炭素
繊維、金属繊維：銅繊維、黄銅繊維、鋼繊維、ステンレ
ス繊維、アルミニウム繊維、アルミニウム合金繊維、有
機繊維：ポリエステル繊維、ポリアミド繊維、ポリアリ
レート繊維などを例示できる。これらのなかでもガラス
繊維が好ましく用いられる。

【００１８】さらに、繊維含有熱可塑性樹脂の原料とし
ては、２〜１００ｍｍの範囲の全長を有するとともに、
この全長と等しい長さの繊維が互いに平行に配列された
状態となって全体の２０〜８０重量％含有された前記繊
維含有熱可塑性樹脂ペレットまたは他のペレットとの混
合物で前記繊維が全体の１０〜７０重量％とされたもの
であることが好ましい。繊維が互いに平行に配列された
状態となって全体の２０〜８０重量％含有されたペレッ
トを用いれば、射出装置のスクリューで可塑化・混練を
行っても、繊維の破断が起こりにくく、また分散性も良
好となる。これにより、キャビティ中の溶融樹脂のスプ
リングバック現象が良好となるとともに、最終成形品中
で残存する繊維長が長くなり、物性の向上、表面外観が
向上する。なお、射出成形機の可塑化スクリューとして
は、圧縮比の比較的低いタイプの使用が、繊維の破断を
抑制する点で好ましい。

【００１９】ここで、ガラス繊維としては、Ｅ−ガラス
またはＳ−ガラスのガラス繊維であって、その平均繊維
径が２５μｍ以下のもの、好ましくは３〜２０μｍの範
囲のものが好ましく採用できる。ガラス繊維の径が３μ
ｍ未満であると、ペレット製造時にガラス繊維が樹脂に
なじまず、樹脂の含浸が困難となる一方、２０μｍを超
えると、溶融混練時に切断、欠損が起こりやすくなる。
これらの熱可塑性樹脂およびガラス繊維を用い、引き抜
き成形法等でペレットを製造するにあたり、ガラス繊維
は、カップリング剤で表面処理した後、収束剤により、
１００〜１００００本、好ましくは、１５０〜５０００
本の範囲で束ねておくことが望ましい。

【００２０】カップリング剤としては、いわゆるシラン
系カップリング剤、チタン系カップリング剤として従来
からあるものの中から適宜選択することができる。例え
ば、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−β−
（アミノエチル）−γ−アミノプロピルトリメトキシシ
ラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、
β−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリメ
トキシシラン等のアミノシランやエポキシシランが採用
できる。特に、前記アミノ系シラン化合物を採用するの
が好ましい。

【００２１】収束剤としては、例えば、ウレタン系、オ
レフィン系、アクリル系、ブタジエン系およびエポキシ
系等が採用でき、これらのうち、ウレタン系およびオレ
フィ系が採用できる。これらのうち、ウレタン系収束剤
は、通常、ジイソシアネート化合物と多価アルコールと
の重付加反応により得られるポリイソシアネート５０重
量％以上の割合に含有するものであれば、油変性型、湿
気硬化型およびブロック型等の一液タイプ、および、触
媒硬化型およびポリオール硬化型等の二液タイプのいず
れもが採用できる。一方、オレフィン系収束剤として
は、不飽和カルボン酸またはその誘導体で変性された変
性ポリオレフィン系樹脂が採用できる。

【００２２】上述のような収束剤で収束したガラス繊維
に熱可塑性樹脂を付着・含浸させることにより、ガラス
繊維を含有する樹脂ペレットが製造される。ガラス繊維
に熱可塑性樹脂を付着・含浸させる方法としては、例え
ば、溶融樹脂の中に繊維束を通し、繊維に樹脂を含浸さ
せる方法、コーティング用ダイに繊維束を通して含浸さ
せる方法、あるいは、ダイで繊維の周りに付着した溶融
樹脂を押し広げて繊維束に含浸させる方法等が採用でき
る。ここで、繊維束と樹脂とをよくなじませる、すなわ
ち濡れ性を向上するために、内周に凹凸部が設けられた
ダイの内部に、張力が加えられた繊維束を通して引き抜
くことで、溶融樹脂を繊維束に含浸させた後、さらに、
この繊維束を加圧ローラでプレスする工程が組み込まれ
た引抜成形法も採用できる。なお、ガラス繊維と溶融樹
脂とが互いによくなじむ、濡れ性のよいものであれば、
溶融樹脂がガラス繊維に容易に含浸され、ペレットの製
造が容易となるので、前述の収束剤で繊維を収束する工
程は、省略できる場合がある。ここで、互いによくなじ
ませる方法としては、樹脂に極性を付与したり、ガラス
繊維の表面にカップリング剤と反応する官能基をグラフ
トしたりする方法が有効である。

【００２３】以上のような方法で、樹脂が含浸された長
尺繊維束（ストランド等）を、繊維の長手方向に沿って
切断すれば、ペレットの全長と同じ長さの長繊維を含ん
だ樹脂ペレットを得ることができる。この際、樹脂ペレ
ットとしては、繊維束がストランドにされ、その断面形
状が略円形となった樹脂含有長尺繊維束を切断したもの
に限らず、繊維を平たく配列することにより、シート
状、テープ状またはバンド状になった樹脂含有長尺繊維
束を所定の長さに切断したものでもよい。

【００２４】また、前記原料には、３重量％以下の発泡
剤を含ませることができる。発泡剤を含有させれば、ス
プリングバック現象における繊維の復元力（膨張）が不
足する場合においても、発泡剤の発泡力が繊維の復元力
を補完するので、可動型が後退するのに応じて、成形品
に応じた容積にまで繊維含有熱可塑性溶融樹脂が確実に
膨張するようになる。なお、発泡剤の含有量が３重量部
を超えると、シルバーマークが生じる場合があり、外観
品質上の不具合が生じるおそれがあるうえ、成形品の内
部に大きな中空部が発生し、強度や剛性が著しく低下す
る場合がある。こうした理由で、発泡剤の含有は、スプ
リングバック現象の補完のためであることから、その含
有量は、必要最低限に留めるのが好ましい。具体的に
は、０．０１〜３重量％の発泡剤を含ませることが好ま
しい。ここで、発泡剤の種類は、熱により分解してガス
を発生するものであれば、限定されない。例えば、シュ
ウ酸誘導体、アゾ化合物、ヒドラジン誘導体、セミカル
バジド、アジド化合物、ニトロソ化合物、トリアゾー
ル、尿素およびその関連化合物、亜硝酸塩、水素化物、
炭酸塩ならびに重炭酸塩等が採用できる。さらに具体的
に例示すれば、アゾジカルボンアミド（ＡＤＣＡ）、ベ
ンゼンスルホヒドラジド、Ｎ，Ｎ−ジニトロペンタメチ
レンテトラミン、テレフタルアジド等が採用できる。ま
た、必要により、安定剤、帯電防止剤、耐候剤、着色
剤、短繊維、タルク等の充填剤を加えることもできる。

【００２５】次に、キャビティ内の繊維含有溶融熱可塑
性樹脂に注入する前記ガスとしては、温度が１５℃以
下、好ましくは、０℃以下の冷却用ガスを採用するのが
好ましい。さらに、前記ガスは、前記繊維含有溶融熱可
塑性樹脂を可塑化して射出する射出装置のノズルの内部
に設けられたガスノズル、または、前記金型の内部に設
けられたスプル、ランナーおよびキャビティのいずれか
に開口されるガスピンから、溶融樹脂の内部へ注入する
ことができる。これらのなかでも、金型に設けられたガ
スピン、特に、キャビティに開口されたガスピンから注
入するのが好ましい。

【００２６】また、前記ガスの圧力としては、０．０１
〜２０ＭＰａの範囲、特に、０．１〜２ＭＰａの範囲に
設定されていることが好ましい。すなわち、注入するガ
スの圧力値は、成形品の大きさ、形状および膨張倍率、
ならびに、溶融樹脂の流動性、粘度および含有繊維量、
さらには、金型の形状等に応じて設定するものである。
一般的には、ガスの圧力をより低圧にすれば、溶融樹脂
内部に大きな中空部が発生する可能性が小さくなり、強
度確保がより確実となるうえ、溶融樹脂の表面と金型の
成形面との間へガスが漏洩しにくくなり、シルバーマー
ク等の不具合発生の可能性がより小さくなる。

【００２７】この比較的低圧でのガス注入が可能な理由
は、繊維のスプリングバック現象を利用するため、相互
に連続する多数の空隙が成形品の内部に確保されるため
である。一方、従来の短繊維での発泡剤による軽量化で
は、独立気泡しか形成することができないため、所定量
のガスを注入するには、独立気泡を膨張させる必要があ
るため、注入ガスにより大きな中空部が形成されてしま
う。すなわち大中空部によるか、連続均一分散によるか
で、軽量化の形態が全く異なる。なお、ガスの圧力が２
０ＭＰａを越えてしまうと、溶融樹脂の表面と金型成形
面との間にガスが漏れたり、大きな中空部が生じたりす
る場合が多く、シルバーマーク等の外観上の不具合や、
大きな中空部による強度低下等の機能上の不具合が発生
する可能性が著しく高くなるが、本発明でのガス注入
は、膨張の補完であり、かかる高い圧力を必要としな
い。また、成形品の冷却行程において、ガスを流通排出
させて溶融樹脂を短時間で冷却することが好ましい。

【００２８】さらに、前記金型には、成形品の表面を被
覆一体化するための表皮材を、成形前に予め装着させる
ことができる。このように、予め成形前に表皮材が装着
された金型を用いれば、表面が表皮材で被覆された繊維
強化軽量樹脂積層成形品が得られるようになる。ここ
で、表皮材としては、織布や不織布等の布、熱可塑性樹
脂シート、フイルム、熱可塑性樹脂の発泡シート、およ
び、模様等が印刷されたフィルム等の単層材、ならび
に、熱可塑性エラストマーや塩化ビニル樹脂等の表皮材
に、熱可塑性樹脂や熱可塑性樹脂の発泡体シート等から
まる裏地材を裏打ちした多層材が採用できる。なお、表
皮材は成形品に全面被覆することもできるし、部分被覆
することもできる。

【００２９】以下に本発明の実施の各形態を図面に基づ
いて説明する。図１は、本発明の繊維強化軽量樹脂成形
品の製造方法の第１実施態様例を概念的に示す。図１
（ａ）は、繊維含有溶融熱可塑性樹脂を射出し、射出成
形金型のキャビティ容積を拡大する前の状態を示し、図
（ｂ）は射出成形金型のキャビティ容積を拡大した後の
金型開放前の成形品の賦形完了時の状態を示す。図１
（ａ）において、１は固定型、２は移動型、３は可動
型、４は金型凸状部、５は樹脂流路、６はキャビティ、
７はガス注入口、８はガス排出口である。本発明の繊維
強化軽量樹脂成形品の製造にあっては、固定型１と凸状
部を有する移動型２を型締めし、可動型３をキャビティ
６の中に突出させて、射出時のキャビティ容積を決定す
る。この場合に可動型の突出位置は成形品の厚み方向に
対して、クリアランスＤ１になるようにする。なお、凸
状部の先端は図１（ａ）にあっては、可動型の面と同一
になっているが、この関係は成形品の膨張倍率、凹状部
周辺の膨張倍率をどのようにするかによって適宜決定す
ることができる。同様にこのクリアランスＤ１や可動型
の形状は、最終成形品の形状や軽量化の程度などにより
適宜決定することができる。

【００３０】この初期の状態のキャビティに対して、繊
維含有溶融熱可塑性樹脂は図示しない可塑化装置のノズ
ルから樹脂流路５を介して射出される。射出された溶融
樹脂は、金型との接触部分から冷却が始まる。ついで、
溶融樹脂が完全に冷却、硬化する前に、図（ｂ）に示す
ように、可動型３を後退させ、Ｄ２の位置、すなわち、
最終成形品となるキャビティ容積になるように後退、拡
張する。この可動型３の後退によって、溶融状態の繊維
含有熱可塑性樹脂は、含まれる繊維のからみあいによ
る、スプリングバック現象により膨張して最終成形品の
形状になり、この膨張力によって金型壁面に押しつけら
れ賦形される。このとき、移動型の凸状部分は保持され
た状態で成形されるので、これに相当する部分に凹状部
を持つ成形品となる。冷却後に金型が開放されて、繊維
強化軽量樹脂成形品が取り出される。

【００３１】本発明では、キャビティの厚み方向に於い
て、金型外周部以外の例えば中央部に、凸状部を持つ型
を突出させて樹脂の射出を行い、外周部以外の一般平面
構造部分中の凸状部においても、樹脂の冷却を行うもの
である。ついで、可動型を後退させて溶融樹脂を膨張さ
せるものである。この樹脂の冷却による溶融樹脂の温度
低下による溶融粘度の上昇により、この部分の膨張を実
質的に膨張できないようにしたり、あるいは、膨張して
もその程度が他の部分に於ける膨張度と全くことなり、
低い膨張度とするものである。これにより、成形品の高
膨張部分である疎な構造（Ｈ）とともに、成形品の外周
部のみでなく、凹状部の周辺部にも繊維含有樹脂の緻密
な構造（Ｌ）が形成され、これにより、凹部構造とあい
まってあたかもリブを有する構造と類似の構造、効果が
得られるものである。

【００３２】本発明では、成形品の軽量化の程度にもよ
るが、その膨張性の高い溶融樹脂のキャビティ内への射
出が必要であり、このためには前記したように、射出樹
脂中の繊維、たとえばガラス繊維の平均繊維長が長いこ
とが望ましい。また、空隙率の高い成形品を得るために
は、その膨張力を補完し、また、金型表面への樹脂の押
しつけ賦形による、ヒケの防止のために、少量の発泡剤
を添加することもできる。また、可動型の後退開始後に
おいて、ガス排出口８を閉じた状態で、ガス注入口７か
ら１Ｍｐａ以下の比較的低圧のガスを注入することがで
きる。さらに、ガス排出口の圧力をある圧力に保ちなが
ら、排出してガスを流通することで、成形品の冷却を促
進するとともに、表面のヒケ発生の防止ができる。本発
明の繊維強化軽量樹脂成形品は、一般の発泡剤を用いた
軽量化の場合の独立気泡とは異なり、溶融樹脂は含有繊
維の絡み合いの回復により、繊維をもとに連続した空隙
が形成され、成形品の膨張部分の均一化を図りながら、
ガスが注入できるという大きな特徴があり、ガスの流通
で内部から冷却でき成形サイクルを大幅に短縮できると
いう特徴がある。本発明の金型の凸状部により形成され
る凹状部周辺は、低膨張部分ないし未膨張部分となる。
なお、ガスを注入する場合には、成形品が低膨張部分を
有しながら全体としては、ガスの流通が可能な空隙で連
通していることが好ましい。

【００３３】図２は、本発明の繊維強化軽量樹脂成形品
の製造方法の第２実施態様例を概念的に示す。図１と異
なる点は、可動型３の突出時に、移動型２と可動型３と
の間に側面隙間９を設け、最終成形品の外周部、凹状形
成部の金型面でもって樹脂射出時の金型キャビティを形
成するものである。この態様においては、次いでなされ
る溶融樹脂の射出により、溶融樹脂は最終成形品の主要
な外表面が高い圧力により金型に賦形され、金型の冷却
によりある程度冷却固定され、可動型の後退時に成形表
面への悪影響がなく、図１の場合にくらべて可動型の後
退による側面外観が良好となる。

【００３４】図３は、本発明の繊維強化軽量樹脂成形品
の製造方法の第３実施態様例を概念的に示す。図２と異
なる点は、可動型３の反対側の固定型１の表面に予め、
表皮材１０を装着することによって、表皮材１０が一体
に結合した成形品を成形するものである。この例では、
表皮材を固定型に設けたので、樹脂の射出ゲートをサイ
ドゲートとしてある。成形法にあっては、表皮材を挿入
すること以外は、第２の実施態様と実質同様であるの
で、説明は省略する。なお本発明における、可動型の前
進、後退は、たとえば、移動型と移動型取り付け盤の間
に装着された、可動型を前進、後退する機能を有する、
金型可動装置を用いることにより成形される。

【００３５】

【実施例】次に、本発明の効果を具体的な実施例に基づ
いて説明するが、本発明はこれらの例によってなんら限
定されるものではない。 実施例１ ガラス繊維が平行に配列し、その含有量が６０重量％、
長さが１２ｍｍであるガラス繊維強化ポリプロピレンペ
レット（無水マレイン酸変性ポリプロピレンを３重量％
含有）６５重量部とメルトインデックス（ＭＩ：２３０
℃、２．１６ｋｇ荷重）が３０ｇ／１０分のポリプロピ
レンペレット３５重量部をドライブレンドしたものを成
形用原料とした。射出成形機は、型締力：８５０ｔ、ガ
ラス繊維の破断を少なくするために圧縮比：１．９のス
クリューを用いた。金型として図２（ａ）に示すよう
に、凸状部をもつ可動型３がキャビティ６の内部に突出
した状態（金型の固定金型と可動型の突出部および凸状
部のクリアランス（Ｄ１）は４ｍｍとした。）で型締め
し、成形原料を可塑化計量して射出した。充填完了の２
秒後に可動型３を、図２（ｂ）に示すような位置まで後
退させて拡張、膨張させて、冷却し厚み（Ｄ２）が８ｍ
ｍの６００ｍｍ×３００ｍｍの板状成形品（凹部：４ｍ
ｍ×６ｍｍ×２４０ｍｍ）を得た。成形品を切り出して
成形品の膨張状況を調べたところ、高膨張部分（Ｈ）の
膨張倍率は約２．０倍であり、成形品を灰化後残存繊維
の平均繊維長を測定した結果、７．２ｍｍであった。凹
状部の周辺、外周部、両表面部は実質的に膨張が見られ
ない緻密な層で形成されており、特に、凹部はリブの機
能を有していた。

【００３６】実施例２ 実施例１で用いた、成形原料と射出成形機、および図３
に示す金型を用いて成形を行った。可動型が突出した状
態で表皮材（１０倍発泡ポリプロピレン／ポリ塩化ピニ
ルレザー：２ｍｍ）を図３（ａ）に示すように装着し、
表皮材を除くクリアランス（Ｄ１）を２ｍｍとして溶融
樹脂を射出した後、図３（ｂ）に示す表皮材を除く厚み
（Ｄ２）を１２ｍｍになる位置まで可動型を後退させて
拡張、膨張させた。なお、可動型の後退開始２秒後にガ
スピンより、窒素ガスを０．０８ＭＰａにて３０秒間注
入した。冷却後型を開き、表皮付きの１２ｍｍ（表皮部
を除く）×６００ｍｍ×３００ｍｍの板状成形品（凹
部：１０ｍｍ×８ｍｍ×２５０ｍｍ）を得た。成形品を
切り出して成形品の膨張状況を調べたところ、高膨張部
分（Ｈ）の膨張倍率は約６倍であり、成形品を灰化後残
存繊維の平均繊維長を測定した結果、６．９ｍｍであっ
た。凹状部の周辺部、外周部、両表面部は実質的に膨張
が見られない強固な層で形成されており、特に凹状部は
実質的にリブの機能を有していた。

【００３７】

【発明の効果】成形品の面容積が大きい場合であって
も、リブ類似の効果により曲げ強度、剛性、衝撃性、耐
熱性にすぐれ、しかも局部的な応力や捩じれに対しても
十分耐え、均質性にすぐれるとともに、表面特性にすぐ
れる繊維強化軽量樹脂成形品が得られる。またその製造
方法にあっては、軽量化の程度を任意に制御できるとと
もに、軽量化率の高い成形品にあってもすぐれた表面性
を維持できるとともに、冷却効率の向上、成形サイクル
の短縮により生産性を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態例の概念図であり、
（ａ）は射出成形金型のキャビティ容積を拡大する前の
状態であり、（ｂ）は拡大後の状態である。

【図２】本発明の第２実施形態例の概念図であり、
（ａ）は射出成形金型のキャビティ容積を拡大する前の
状態であり、（ｂ）は拡大後の状態である。

【図３】本発明の第２実施形態例である表皮一体成形の
概念図であり、（ａ）は射出成形金型のキャビティ容積
を拡大する前の状態であり、（ｂ）は拡大後の状態であ
る。

【符号の説明】

１：固定型 ２：移動型 ３：可動型 ４：金型凸状部 ５：樹脂流路 ６：キャビティ ７：ガス注入口 ８：ガス排出口 ９：側面隙間 １０：表皮材 Ｈ：高膨張部 Ｌ：低、非膨張部

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】空隙を有する繊維強化軽量樹脂成形品であ
   って、成形品の厚み方向に凹状部を有する繊維強化軽量
   樹脂成形品。
2. 【請求項２】凹状部を形成する樹脂部分が他の一般部分
   より低い空隙率を有する請求項１記載の繊維強化軽量樹
   脂成形品。
3. 【請求項３】繊維がガラス繊維であり、繊維含有率が成
   形品の１０〜７０重量％で、平均繊維長が１〜２０ｍｍ
   である請求項１または２記載の繊維強化軽量樹脂成形
   品。
4. 【請求項４】表皮材が一体化されている請求項１〜３の
   いずれかに記載の繊維強化軽量樹脂成形品。
5. 【請求項５】金型キャビティに対して進退可能な可動型
   を備え、成形品の厚み方向に凹状部を形成するための凸
   状部を有する金型で形成される金型キヤビティに、繊維
   含有溶融熱可塑性樹脂を射出し、次いで金型キャビティ
   の容積が拡大する方向に可動型を後退させる成形品の厚
   み方向に凹状部を有する繊維強化軽量樹脂成形品の製造
   方法。
6. 【請求項６】固定型、成形品に凹状部を形成するための
   凸状部を有する移動型および移動型内を進退可能な可動
   型とで形成された金型キャビティに繊維含有溶融熱可塑
   性樹脂を射出するものである請求項５記載の繊維強化軽
   量樹脂成形品の製造方法。
7. 【請求項７】移動型の凸状部と可動型による隙間が射出
   時の金型キャビティの一部を形成している請求項６記載
   の繊維強化軽量樹脂成形品の製造方法。
8. 【請求項８】金型キャビティ内の前記繊維含有溶融熱可
   塑性樹脂の内部にガスを注入する請求項５〜７のいずれ
   かに記載の繊維強化軽量樹脂成形品の製造方法。
9. 【請求項９】あらかじめ表皮材を装着した金型キャビテ
   ィに繊維含有溶融熱可塑性樹脂を射出する請求項５〜８
   のいずれかに記載の繊維強化軽量樹脂成形品の製造方
   法。
10. 【請求項１０】繊維含有溶融熱可塑性樹脂が、２〜１０
    ０ｍｍの範囲の全長を有するとともに、この全長と等し
    い長さの繊維が互いに平行に配列された状態となって全
    体の２０〜８０重量％含有された繊維含有熱可塑性樹脂
    ペレットまたは他のペレットとの混合物で前記繊維が全
    体の１０〜７０重量％とされたものを可塑化、溶融した
    ものである請求項５〜９のいずれかに記載の繊維強化軽
    量樹脂成形品の製造方法。