JP6695259B2 - 複合成形体及びその製造方法、並びに複合成形体製造用金型 - Google Patents

Description

本発明は、複合成形体及びその製造方法、並びに複合成形体製造用金型に関する。

一般に、自動車部品、電気電子部品又は筐体等の種々の樹脂製品を製造する方法として、射出成形法が知られている。射出成形法は、樹脂を溶融状態にして、スプル、ランナー及びゲートを通して、空洞部を有する金型内に射出充填することにより所望の形状に成形する方法であり、低コストで樹脂製品を製造することができるため広く用いられている。
しかしながら、樹脂は溶融状態から冷却されて固化する際に収縮するため、射出成形法で得られた成形体には凹みや穴などのヒケが生じる場合がある。そのため、射出成形法では、ヒケを防いで寸法精度良く成形体を得るための工夫が必要となる。例えば、樹脂の収縮率を見込んで金型を設計したり、射出時の圧力を上げて金型への樹脂の充填量を高くして収縮を起こりにくくしたり、無機充填剤を添加して樹脂の収縮の影響を抑える等の工夫がなされている。特に、厚肉部分を有する成形体を得る場合は、厚肉部分を構成する樹脂の使用量が多いことで収縮の絶対量も大きくなるため、寸法精度良く成形体を得ることがさらに難しくなる。そこで、厚肉部分を有する成形体の寸法精度を向上させるための方法として、内層を一次成形しその周囲に薄肉の外層を二次成形する二段階の射出成形（二重成形）により厚肉の複合成形体とする技術がある（特許文献１〜３）。
特開２０１６−１３０４６３号公報 特開２００７−００２６９０号公報 特公平０７−０９９３４１号公報

本発明は、厚肉部分を有しかつ寸法精度が高い複合成形体及びその製造方法、並びに複合成形体製造用金型を提供することを課題とする。

本発明者は、厚肉部分を有する成形体の寸法精度をより高める方法について検討する過程で、二重成形等の複数回の射出成形を行うことで、各回での成形体、特に最外層の成形体の肉厚が小さくなり、全体的な収縮の絶対量を抑えることができるものの、特に結晶性の熱可塑性樹脂を用いた場合は、外層の成形体における樹脂注入口側の部分とその反対側（樹脂の流動末端側）とが、所望する形状に対し、互いに大きさが違っていたり両端面の平面位置がずれていたりする場合があることを見出した。すなわち、内層部材を外層の成形体で覆うように射出成形する際、外層を構成する樹脂は、金型の樹脂注入口からキャビティ内に射出され、キャビティ内に配置された内層部材に接した後、キャビティと内層部材とがなす空間を内層部材に沿って流動し、内層部材を回り込んで樹脂注入口の反対側（樹脂の流動末端側）に充填されるが、特にその内層部材に接する部分（樹脂注入口側の部分）とその反対側の部分（樹脂の流動末端側の部分）において、所望の寸法精度が得られない場合があることを見出した。さらに研究を進め、外層（二次成形体）に覆われた部分における内層部材（一次成形体）の位置の違いがこれらの寸法精度に影響を与えるとの知見を得た。そして、本発明者は、外層（二次成形体）の厚さが、外層の樹脂注入口側（外層の射出成形に用いる金型の樹脂注入口側）とその反対側（樹脂の流動末端側）とでそれぞれ所定の範囲となり、かつ両者の比率が所定の範囲となる位置に内層部材（一次成形体）を配置することで、結晶性熱可塑性樹脂を用いた場合でも、樹脂注入口側の部分とその反対側の部分の大きさや平面位置に差がでることを防いで寸法精度を高めることができることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明に係る複合成形体の製造方法は、内層部材の存在下、第１の樹脂組成物を射出成形して前記内層部材の少なくとも一部を覆う外層を形成し、前記内層部材からなる内層と前記外層とを有する複合成形体を得る外層形成工程を有し、前記複合成形体の少なくとも一部の肉厚が５．０ｍｍ以上であり、前記内層部材が、互いに反対側を向く面１ａ及び面１ｂを少なくとも一つ有し、前記外層形成工程において、前記外層の樹脂注入口の痕跡が形成される面２ａが前記面１ａの少なくとも一部を覆い、前記面２ａと反対側を向く面２ｂが前記面１ｂの少なくとも一部を覆い、かつ、前記面２ａと該面２ａに最も近い前記面１ａとの距離をａとし、前記面２ｂと該面２ｂに最も近い前記面１ｂとの距離をｂとした場合に、ａ及びｂが、以下の式I〜IIIを満たすように、外層が形成されることを特徴とする。
１．２≦ｂ／ａ≦２．０ ．．．I
０．５ｍｍ≦ａ≦２．０ｍｍ ．．．II
０．６ｍｍ≦ｂ≦３．０ｍｍ ．．．III

本発明において、前記外層形成工程の後に、前記複合成形体の寸法調整を行わないように構成することができる。また、前記外層形成工程の前に、第２の樹脂組成物を射出成形して、前記内層部材を形成する内層形成工程を有するように構成することができる。

本発明において、前記第１の樹脂組成物及び前記第２の樹脂組成物が、熱融着性を有することが好ましい。前記第１の樹脂組成物及び前記第２の樹脂組成物が、結晶性熱可塑性樹脂を含有することが好ましい。前記第２の樹脂組成物が無機充填剤を含有し、前記第１の樹脂組成物が繊維状無機充填剤を含有しないことが好ましい。

本発明に係る複合成形体は、内層と、該内層の少なくとも一部を覆い第１の樹脂組成物を含む外層とを有する複合成形体であって、少なくとも一部の肉厚が５．０ｍｍ以上であり、前記内層が、互いに反対側を向く面１ａ及び面１ｂを少なくとも一つ有し、前記外層が、樹脂注入口の痕跡を有する面２ａ及び該面２ａと反対側を向く面２ｂを有し、前記面２ａが前記面１ａの少なくとも一部を覆い、前記面２ｂが前記面１ｂの少なくとも一部を覆い、かつ、前記面２ａと該面２ａに最も近い前記面１ａとの距離をａとし、前記面２ｂと該面２ｂに最も近い前記面１ｂとの距離をｂとした場合、ａ及びｂが以下の式I〜IIIを満たすことを特徴とする。
１．２≦ｂ／ａ≦２．０ ．．．I
０．５ｍｍ≦ａ≦２．０ｍｍ ．．．II
０．６ｍｍ≦ｂ≦３．０ｍｍ ．．．III

本発明において、前記内層が第２の樹脂組成物を含むことが好ましい。

本発明に係る複合成形体製造用金型は、内層部材の存在下、第１の樹脂組成物を射出成形して前記内層部材の少なくとも一部を覆う外層を形成するための外層形成用金型を有し、前記外層形成用金型は、樹脂注入口を通して第１の樹脂組成物が充填される空洞部と、該空洞部内に前記内層部材を保持する保持部と、を有し、前記空洞部の少なくとも一部の幅が５．０ｍｍ以上であり、前記内層部材が、互いに反対側を向く面１ａ及び面１ｂを少なくとも一つ有し、前記保持部は、得られる前記外層の樹脂注入口の痕跡が形成される面２ａが前記面１ａの少なくとも一部を覆い、前記面２ａと反対側を向く面２ｂが前記面１ｂの少なくとも一部を覆う位置であって、かつ前記面２ａと該面２ａに最も近い前記面１ａとの距離をａとし、前記面２ｂと該面２ｂに最も近い前記面１ｂとの距離をｂとした場合に、ａ及びｂが、以下の式I〜IIIを満たす位置に前記内層部材を保持することを特徴とする。
１．２≦ｂ／ａ≦２．０ ．．．I
０．５ｍｍ≦ａ≦２．０ｍｍ ．．．II
０．６ｍｍ≦ｂ≦３．０ｍｍ ．．．III

本発明において、前記保持部が、前記内層部材の位置を変更可能とするように構成されていることが好ましい。また、第２の樹脂組成物を射出成形して前記内層部材を形成するための内層形成用金型を有するように構成することができる。

本発明によれば、厚肉部分を有しかつ寸法精度が高い複合成形体及びその製造方法、並びに複合成形体製造用金型を提供することができる。

複合成形体の一例を示す模式図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＰ−Ｐ線断面図である。 複合成形体の製造方法についての概略説明図であり、（Ａ）〜（Ｃ）は内層形成工程についての説明図、（Ｄ）〜（Ｆ）は外層形成工程についての説明図である。 寸法精度の評価方法について説明する模式図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は（Ａ）の鉛直線Ｍ方向からみた両端面の位置関係を示す図である。

以下、本発明の一実施形態について詳細に説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の効果を阻害しない範囲で適宜変更を加えて実施することができる。

［複合成形体１００］
図１に、本実施形態の複合成形体１００の模式図を示す。複合成形体１００は、図１に示すように、内層部材１からなる内層と外層２とを有する。なお、「寸法精度がよい（優れている、高い）」とは、ここでは、複合成形体に求められる大きさ及び形状等と実際に成形された複合成形体の大きさ及び形状等の差が小さいことを意味している。以下に詳述する本実施形態の複合成形体１００は、特に外層の樹脂注入口側（外層形成用金型の樹脂注入口側）とその反対側（樹脂の流動末端側）とで大きさや平面位置がずれてしまうことが抑制されており、寸法精度が従来よりも優れている。

（内層部材１）
内層部材１は、複合成形体１００の内層を構成するインサート部材である。内層部材１（内層）は、図１（Ｂ）に示すように、互いに反対側を向く面１ａ及び面１ｂを少なくとも一つ有している。なお、以下において、「面」は平面又は略平面であることが好ましい。「略平面」とは、例えば、平面上に多少の凹凸を有していてもよいことを意味している。内層部材１の形状は、得られる複合成形体１００に求められる形状の基礎となるように、複合成形体１００の形状と同じ形状とすることができる。例えば、互いに反対側を向く面１ａ，１ｂを有する形状としては、円柱状や角柱状の他、上面や下面が階段状に形成されている柱状であってもよい。内層部材１の寸法は、複合成形体１００に求められる寸法から後述する外層２の肉厚を差し引いた大きさとする。

内層部材１の材質やその製造方法は特に限定されないが、軽量化やコストの観点で樹脂組成物を含むことが好ましい。なお、後述する外層２を構成する樹脂組成物（「第１の樹脂組成物」又は「樹脂組成物Ｂ」）と区別するため、内層を構成する樹脂組成物を「第２の組成物」又は「樹脂組成物Ａ」という。第２の樹脂組成物（樹脂組成物Ａ）としては、特に限定されないが、射出成形により製造することができる点で、熱可塑性樹脂を含有することが好ましく、得られる複合成形体の強度を高める点で、結晶性熱可塑性樹脂を含有することが好ましい。

熱可塑性樹脂（以下、単に「樹脂」ともいう。）としては、射出成形に供することが可能なものであれば、特に限定されず、例えば、ポリフェニレンサルファイド、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリアミド、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリオキシメチレン、ポリブチレンテレフタレート、ポリエーテルエーテルケトン等が挙げられる。中でも、耐熱性、耐薬品性が優れている点で、ポリフェニレンサルファイド、ポリオキシメチレン、ポリブチレンテレフタレートであることが好ましい。熱可塑性樹脂の含有量は、樹脂組成物Ａ中、１０質量％以上であることが好ましく、２０質量％以上であることがより好ましく、２５質量％以上であることがさらに好ましい。

樹脂組成物Ａは、内層部材１が外層成形に供される樹脂の圧力で変形又は破壊されることを防ぎ、内層部材１自体の成形収縮率や線膨張係数を抑え、さらに最終的な用途において求められる強度を確保するといった目的で、無機充填剤をさらに含有することが好ましい。

無機充填剤としては、（ア）外層２の形成段階で内層部材１が変形又は破壊することを防ぐことができる程度の強度及び剛性を有し、（イ）成形収縮率、線膨張係数が小さく、成形完了後、金型から取り出した時の寸法変化が小さく、（ウ）最終的に得られる複合成形体に求められる強度、剛性を達成可能なものであれば特に限定されるものでない。

無機充填剤としては、例えば、ガラス繊維、炭素繊維、ウィスカー繊維、ガラスフレーク、マイカ、タルク等が挙げられる。中でも、無機充填剤は、複合成形体に引張強度や剛性が求められる場合は、それらを好適に高められる点で高強度な炭素繊維であることが好ましい。また、低コストであることが求められる場合は、無機充填剤は、ガラス繊維であることが好ましい。

無機充填剤の含有量は、特に制限されるものでないが、上記（ア）〜（ウ）を考慮すると、樹脂組成物Ａ中、５質量％以上９０質量％以下であることが好ましく、１０質量％以上８０質量％以下であることがより好ましく、２０質量％以上７５質量％以下であることがさらに好ましい。

樹脂組成物Ａには、必要に応じて、他の添加剤を添加することもできる。他の添加剤としては、酸化防止剤、安定剤、核剤、可塑剤、滑剤、離型剤、耐加水分解性向上剤、流動性改良剤、着色剤、難燃剤、難燃助剤、有機充填剤、金属充填剤、エラストマーや他の樹脂等を挙げることができる。

樹脂組成物Ａを得る方法は、特に限定されず、上記した熱可塑性樹脂及び必要に応じて無機充填剤やその他の添加剤を、例えば、１軸又は２軸押出機等の溶融混練装置を用いて溶融混練して押出した後、得られた樹脂組成物を粉末、フレーク、ペレット等の所望の形態に加工して得ることができる。

内層部材１は、樹脂組成物Ａを用いる場合、射出成形、押出成形、圧縮成形等により形成することができ、それらを切削、接着、溶着等したものを用いてもよい。また、金属やセラミックスを用いる場合、鋳型、焼結等で形成し、樹脂組成物Ａを用いる場合と同様に切削等したものを用いることができる。樹脂組成物Ａを用いる場合の成形条件は、用いる樹脂に応じて適宜設定することができる。内層部材１は、外層２により少なくとも一部が覆われるので、それ自体には多少のヒケや反り等の変形を有していてもよい。なお、内層部材１が、射出成形体である場合は、いずれかの部分に、内層形成用金型の樹脂注入口の痕跡を有している。

（外層２）
外層２は、複合成形体１００の外層（アウター部材）を構成する射出成形体であり、内層部材１（内層）の少なくとも一部を覆うように形成されている。外層２は、内層部材１の全体を覆うように構成することもできる。外層２は、射出成形体であるので、図１（Ｂ）に示すように、いずれかの面に、外層形成用金型の樹脂注入口の痕跡３を少なくとも一つ有している。外層２は、少なくとも、この樹脂注入口の痕跡３を有する面２ａ（以下、「樹脂注入口側の面２ａ」又は、単に「面２ａ」ともいう。）及び該面２ａと反対側を向く面２ｂ（以下、「樹脂の流動末端側の面２ｂ」又は、単に「面２ｂ」ともいう。）を有している。樹脂注入口の痕跡３が複数形成される場合は、面２ａ及び面２ｂは、複数存在することがある。面２ａは内層部材１（内層）の面１ａの少なくとも一部を覆い、面２ｂは内層部材１（内層）の面１ｂの少なくとも一部を覆っている。面２ａ及び面２ｂは、それぞれ、面１ａ及び面１ｂの全体を覆っていることが好ましい。

外層２が上記構成を有するので、少なくとも面２ａ及び面２ｂと、面２ａ及び面２ｂを結ぶ少なくとも一つの面とが存在する領域において、内層部材１（内層）及び外層２で構成される厚肉部を形成することができる。このように内層部材１（内層）及び外層２の複数の層で厚肉部分を構成する場合、予め製造しておいた又は別個に射出成形した内層部材１（内層）の周囲に、外層２を薄い厚さで射出成形して複合成形体１００を形成することができる。この場合、外層２を構成する樹脂の収縮を少なく抑えることができ、その結果、１層で構成する場合よりも（１回の射出成形で構成する場合よりも）樹脂の収縮の影響を少なくして寸法精度を高めることができる。

外層２の厚さについて、「樹脂注入口側の厚さ」及び「樹脂注入口側の反対側の厚さ」、並びに「樹脂注入口側の面２ａと樹脂の流動末端側の面２ｂの間にある面の厚さ」に分けて説明する。

まず、外層２の厚さのうち、「樹脂注入口側の厚さ」及び「樹脂注入口側の反対側の厚さ」（面２ａ側の厚さ及び面２ｂ側の厚さ）は、図１（Ｂ）に示すように、外層２の面２ａと該面２ａに最も近い内層部材１の面１ａとの距離をａとし、面２ａの反対側の面２ｂと該面２ｂに最も近い内層部材１の面１ｂとの距離をｂとした場合、ａ及びｂが以下の式I〜IIIを満たす厚さである。
１．２≦ｂ／ａ≦２．０ ．．．I
０．５ｍｍ≦ａ≦２．０ｍｍ ．．．II
０．６ｍｍ≦ｂ≦３．０ｍｍ ．．．III

「面２ａに最も近い面１ａ」とは、内層部材１が、面１ａを複数有している場合において、樹脂注入口側から樹脂の流動末端側に向かう方向で面２ａに最も近い位置に形成されている面１ａのことを意味している。「面２に最も近い面１ｂ」についても同様である。「距離」は、面２ａ（又は面２ｂ）から面１ａ（又は面１ｂ）に垂直に線を引いた場合の最短距離（長さ）である。

外層２を構成する樹脂組成物Ｂは、外層形成用金型の樹脂注入口から射出された後、内層部材１の端面である面１ａに接した後、その部分を起点として分流し、内層部材１の周囲を回り込んで、樹脂注入口がある側の反対側で樹脂の流動末端が再び合流することにより、少なくとも面２ａ及び面２ｂが内層部材１を覆う外層２を形成する。このとき、樹脂として、後述するように、結晶性熱可塑性樹脂を用いる場合、分子鎖の配向の仕方の違い（特に樹脂組成物Ｂが繊維状無機充填剤を含む場合は、繊維状無機充填剤の配向の違いも影響する）によって、面２ａ付近と面２ｂ付近とで、外層の収縮率に差が生じる。理論的には、通常、面２ａ付近の樹脂は、面２ｂ付近の樹脂よりも収縮率がやや大きくなり、結果として面２ａ側の部分の寸法（図１（Ｂ）のＸ）が面２ｂ側の部分の寸法（図１（Ｂ）のＹ）よりも若干小さくなる傾向にある。

そこで、ｂ／ａの値を１．２以上２．０以下（式I）として樹脂注入口側の反対側の厚さｂを厚くすることで、あえて、樹脂注入口側の反対側（面２ｂ側）の樹脂の収縮を大きくさせる。その結果、面２ｂ付近の寸法がやや小さくなり面２ａ側の寸法に近づいてバランスが取れ、寸法精度が向上する。ｂ／ａが１．２未満であると、その効果が得られず、分子鎖の配向の仕方の違いにより、樹脂注入口側（面２ａ側）の寸法Ｘが小さく、その反対側（面２ｂ側）の寸法Ｙが大きいままとなってしまう。ｂ／ａが２．０を超えると、樹脂注入口側の反対側の厚さが厚くなりすぎて、面２ｂにヒケが発生してしまう場合がある。

面２ａの厚さは、上記ａの値として、０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下（式II）である。ａが、０．５ｍｍ未満である場合、樹脂注入口側の肉厚が薄くなることで、圧力損失が大きくなり、全体のヒケが出やすくなり、寸法Ｘと寸法Ｙの精度が低くなるとともに、得られる複合成形体１００の樹脂注入口側の部分と樹脂注入口側の反対側の部分とで、平面視した位置にずれが生じる（円筒度が悪化する）場合がある。

面２ｂの厚さは、上記ｂの値として、０．６ｍｍ以上３．０ｍｍ以下（式III）である。ｂが０．６ｍｍ未満である場合、面２ｂを満たすように樹脂を充填することが困難となり、非常に高圧で樹脂を射出し充填しなければならないため、形状が安定しない。また、内層部材１が歪みを有する場合にその歪みが複合成形体１００に残ってしまう場合があり好ましくない。ｂが３．０ｍｍを超える場合、外層を成形する部分の肉厚が厚すぎてヒケが生じてしまう場合があり好ましくない。

以上のように、ａ，ｂがI〜IIIを満たすので、樹脂組成物Ｂに結晶性熱可塑性樹脂を含む場合でも、面２ａ側の部分の寸法（図１（Ｂ）のＸ）と、面２ｂ側の部分の寸法（図１（Ｂ）のＹ）とに差が生じることを防いで寸法精度をより高めることができる。また、面２ａ側の部分を平面視した位置と、面２ｂ側の部分を平面視した位置との差（以下、「円筒度」ともいう。）を小さくして寸法精度をさらに高めることができる。なお、寸法Ｘ，Ｙの差（Ｙ−Ｘ）は、複合成形体が樹脂注入口側と樹脂の流動末端側とで均一な厚さで成形されているかを判定する指標である。端面２ａ，２ｂの平面位置の差（円筒度）は、複合成形体が歪みなく形成されているかを判定する指標である。いずれも、後述する方法により測定することができる。

次に、外層２の厚さのうち、「樹脂注入口側の面２ａと樹脂の流動末端側の面２ｂの間にある面の厚さ」は、特に限定されないが、それぞれで略一定であることが好ましい。また、厚すぎると、ヒケ量（肉厚方向の収縮量）が大きくなり、十分に高い寸法精度を得られない可能性があるので、好ましくは、０．５ｍｍ以上３．０ｍｍ以下である。

外層２は、第１の樹脂組成物（以下、「樹脂組成物Ｂ」ともいう。）を含む。第１の組成物（樹脂組成物Ｂ）としては、特に限定されないが、射出成形により製造することができる点で、熱可塑性樹脂を含有することが好ましく、得られる複合成形体の強度を高める点で、結晶性熱可塑性樹脂を含有することが好ましい。

熱可塑性樹脂としては、射出成形に供することが可能なものであれば、特に限定されず、上記内層部材１で述べた熱可塑性樹脂と同様のものを用いることができる。中でも、樹脂組成物Ａと樹脂組成物Ｂとが熱融着する場合、内層部材１と外層２との一体性に優れることから、樹脂組成物Ｂ（第１の樹脂組成物）に含まれる樹脂と樹脂組成物Ａ（第２の樹脂組成物）に含まれる樹脂との組合せが、熱融着性の（相溶性を有する）組合せであることが好ましい。

特に、（ア）界面での融着性が高まり、内層部材１との熱融着性をよりいっそう高められること、及び（イ）金型温度をはじめとした成形条件として、内層成形での条件と外層成形での条件とで略同じ条件を利用できることから、樹脂組成物Ｂに含まれる熱可塑性樹脂は、樹脂組成物Ａと同じ樹脂を含有することが好ましい。その点で、樹脂組成物Ｂに含まれる熱可塑性樹脂もまた、ポリフェニレンサルファイド、ポリオキシメチレン、ポリブチレンテレフタレートであることが好ましい。熱可塑性樹脂の含有量は、樹脂組成物Ｂ中、１０質量％以上であることが好ましく、２０質量％以上であることがより好ましく、２５質量％以上であることがさらに好ましい。

樹脂組成物Ｂは、得られる複合成形体が、摺動する部材として用いられる場合のように、周囲を構成する部材の磨耗が問題となる際には、繊維状無機充填剤を含有しないことが望ましい。繊維状無機充填剤を含有しないことにより、周囲を構成する部材が繊維状無機充填剤によって削られることがない。なお、「繊維状無機充填剤を含有しない」とは、ガラス繊維やカーボン繊維等のアスペクト比が大きい繊維状の無機充填剤を含有しないことをいい、本発明の効果を阻害しない範囲で、タルクやグラファイト等の板状、ガラスビーズや球状グラファイト等の球状の無機充填剤を含有する態様や、寸法精度に大きな影響を及ぼさない範囲でのティスモ等の直径１μｍ以下の少量の微細繊維を含有する態様を排除するものではない。また、樹脂組成物Ｂは、必要に応じて、上記した樹脂組成物Ａに含むことができるその他の添加剤を含むこともできる。その他の添加剤は、上記したものと同じものを用いることができる。樹脂組成物Ｂを得る方法についても、上記した樹脂組成物Ａと同じである。

（複合成形体１００）
複合成形体１００は、内層部材１からなる内層及び外層２を有し、少なくとも一部の肉厚が５．０ｍｍ以上である。複合成形体１００は、少なくとも一部の肉厚が８．０ｍｍ以上であるように構成することもできる。複合成形体１００は、肉厚が５．０ｍｍ以上である厚肉部分を有しているにもかかわらず、内層と外層との複数の層で構成されていることに加えて、外層に覆われている内層の位置を適切に調整しているので、寸法精度が従来よりも優れている。

［複合成形体１００の製造方法］
図２は、複合成形体１００の製造方法を示す概略説明図である。本実施形態の複合成形体１００の製造方法は、内層部材１の存在下、第１の樹脂組成物（樹脂組成物Ｂ）を射出成形して内層部材の少なくとも一部を覆う外層２を形成し複合成形体１００を得る外層形成工程（図２（Ｄ）〜（Ｆ））を有する。内層及び外層２を連続で形成する場合は、外層形成工程の前に、第２の樹脂組成物（樹脂組成物Ａ）を射出成形して内層部材１を形成する内層形成工程（図２（Ａ）〜（Ｃ））を有していてもよい。なお、樹脂組成物Ａ，Ｂ、内層部材１及び外層２については、上記のとおりであるから、ここでは記載を省略する。以下、内層形成工程、外層形成工程の順に説明する。

（内層形成工程）
内層形成工程では、まず、複合成形体１００の内層となる内層部材１を成形するための内層形成用金型１０を用意する（図２（Ａ））。内層形成用金型１０の構成については後述する。そして、内層形成用金型１０を取り付けた射出成形機から、内層形成用金型１０の樹脂注入口１１を通して内層形成用金型１０の空洞部１２内に樹脂組成物Ａを射出充填し、冷却して、内層部材１を形成する（図２（Ｂ））。その後、パーティングラインＰＬ１で内層形成用金型１０を分割して内層部材１を取り出すことで、内層部材１を得る（図２（Ｃ））。射出成形の条件は、用いる樹脂によって適宜選択することができる。

（外層形成工程）
外層形成工程では、まず、外層２を成形するための外層形成用金型２０を射出成形機に取り付ける（図２（Ｄ））。外層形成用金型２０の構成については後述する。内層形成工程で得られた内層部材１又は別に準備した内層部材１の、少なくとも一部、好ましくは全体を、外層形成用金型２０の空洞部２２内に配置し、射出成形機から、外層形成用金型２０の樹脂注入口２１を通して樹脂組成物Ｂを外層形成用金型２０の空洞部２２内に射出充填し、冷却して、内層部材１と一体化した外層２を形成する（図２（Ｅ））。射出成形の条件は、用いる樹脂によって適宜選択することができる。その後、パーティングラインＰＬ２で外層形成用金型２０を分割して外層２が形成された成形体を取り出すことで、内層部材１からなる内層及び外層２が一体化された複合成形体１００を得る（図２（Ｆ））。

外層形成工程において、外層２の樹脂注入口の痕跡３が形成される面２ａが内層部材１の面１ａの少なくとも一部を覆い、面２ａと反対側を向く面２ｂが内層部材１の面１ｂの少なくとも一部を覆うように、かつ、面２ａと面２ａに最も近い面１ａとの距離をａとし、面２ｂと面２ｂに最も近い面１ｂとの距離をｂとした場合に、ａ及びｂが、以下の式I〜IIIを満たすように外層２を形成する。
１．２≦ｂ／ａ≦２．０ ．．．I
０．５ｍｍ≦ａ≦２．０ｍｍ ．．．II
０．６ｍｍ≦ｂ≦３．０ｍｍ ．．．III

ａ，ｂが上記式I〜IIIを満たすように外層２を形成するので、上記のように、樹脂注入口側の部分及び樹脂注入口側の反対側の部分の寸法及び平面位置に、分子及び／又は充填剤の配向の違いによる差が生じることを防いで寸法精度がよい複合成形体１００を得ることができる。

（その他の工程）
本実施形態の複合成形体の製造方法は、必要に応じて、さらに金属部品をインサート成形する工程、内層部材及び／又は複合成形体を、切削する工程、他の部材と嵌合及び／又は接着する工程、他の樹脂成形体と溶着する工程等の他の工程を有していてもよい。

本実施形態の複合成形体１００の製造方法は、予め製造しておいた内層部材１の周りに外層２を射出成形するか、又は、内層が樹脂組成物で構成される場合は、内層形成工程及び外層形成工程を有する複数回の射出成形により複合成形体１００を形成するので、厚肉部を有する複合成形体１００を形成する場合でも、全体の収縮を抑えて寸法精度を高めることができる。これに加え、外層２に覆われた部分における内層部材１の位置を調整しているので、樹脂注入口側の部分及び樹脂注入口側の反対側の部分の寸法及び平面位置に差が生じることを防いで寸法精度がよい複合成形体１００を得ることができる。

そのため、本実施形態の複合成形体１００の製造方法は、外周面及び端面の旋盤加工をはじめとした後加工による寸法調整を行わなくても、十分な寸法精度を得ることができる。よって、後加工に係るコストを削減できる点で、外層形成工程の後、複合成形体１００の寸法調整を行わないことが好ましい。後加工による寸法調整の有無は、例えば、複合成形体１００に現れる後加工の跡の有無で確認できる。しかしながら、複合射出成形体１００に後加工の跡が形成されていたとしても、後加工前の複合成形体１００がすでに好適な寸法精度を有しており、寸法精度が不十分である場合に比べて後加工に係る負担を軽減できるという効果を奏することから、後加工の跡を有する態様が本件発明の技術的範囲から外れるわけではない。

［複合成形体製造用金型］
本実施形態の複合成形体製造用金型は、図２（Ｄ）に示すように、樹脂組成物Ｂを含む外層２を射出成形するための外層形成用金型２０を有する。複合成形体製造用金型は、さらに、図２（Ａ）に示すように、樹脂組成物Ａを含む内層部材１を射出成形するための内層形成用金型１０を有していてもよい。樹脂部材Ａ，Ｂ、内層部材１及び外層２については、上記のとおりであるから、ここでは記載を省略する。以下、内層形成用金型１０、外層形成用金型２０の順に説明する。

（内層形成用金型１０）
内層形成用金型１０は、内層部材１の形成用の金型であり、図２（Ａ）に示すように、射出成形機から樹脂注入口１１を通して樹脂組成物Ａが充填される空洞部１２を有する。本実施形態において、空洞部１２は、キャビティブロック１４及び可動式のコアブロック１５で構成されている。

空洞部１２の寸法（高さ及び幅）は、複合成形体１００の寸法から、後述する外層成形工程で得られる外層２の、樹脂注入口側の面の厚さａ、樹脂注入口側の反対側（樹脂の流動末端側の面）の厚さｂ、及び樹脂注入口側の面と樹脂の流動末端側の面の間にある面の厚さを差し引いた上で、樹脂組成物Ａの収縮率を見込んだ寸法とする。

内層形成用金型１０は、得られる内層部材１を保持するための保持部１３を有していてもよい。保持部１３を有する場合、保持部１３を可動式のコアブロック１５に一体的に形成することで、得られた内層部材１を保持部１３で保持したまま、可動式のコアブロック１５ごと内層成形工程から外層成形工程に移動させることができる。保持部１３は、内層部材１の位置を変更可能に構成されていることが好ましい。保持部１３が内層部材１の位置を変更可能に構成されている場合、後述する外層形成用金型における保持部２３としても用いることができ、２段階の射出成形を一連の流れで行うことができる。

本実施形態の内層形成用金型１０は、樹脂注入口１１から樹脂組成物Ａが充填された後、樹脂組成物Ａが固まり内層部材１が形成されると、パーティングラインＰＬ１でキャビティブロック１４及びコアブロック１５が分離することで内層部材１を取り出すことができる。

（外層形成用金型２０）
外層形成用金型２０は、外層の形成用の金型であり、図２（Ｄ）に示すように、樹脂組成物Ａを含む内層部材１の少なくとも一部を覆うように、射出成形機から外層形成用金型２０の樹脂注入口２１を通して樹脂組成物Ｂが充填される空洞部２２と、内層部材を該空洞部内に保持する保持部２３と、を有する。

本実施形態において、空洞部２２は、キャビティブロック２４及びコアブロック２５で構成されている。空洞部２２の幅（樹脂注入口２１が延びる方向に垂直方向の長さ）は、得られる複合成形体の少なくとも一部の肉厚（図１（Ａ）中のｗ１）が５．０ｍｍ以上となるように、少なくとも一部の幅ｗ２が５．０ｍｍ以上である。この幅ｗ２は、８．０ｍｍ以上とすることもできる。また、空洞部２２の高さ（樹脂注入口２１が延びる方向の長さ）は、得られる複合成形体１００に求められる寸法に、樹脂の収縮率を見込んだ大きさとすればよい。

保持部２３は、得られる外層２の樹脂注入口の痕跡３が形成される面２ａが内層部材１の面１ａの少なくとも一部を覆い、面２ａと反対側を向く面２ｂが、内層部材１の面１ｂの少なくとも一部を覆う位置であって、面２ａと面２ａに最も近い面１ａとの距離をａとし、面２ｂと面２ｂに最も近い面１ｂとの距離をｂとした場合に、ａ及びｂが、以下の式I〜IIIを満たす位置に内層部材１を保持する。
１．２≦ｂ／ａ≦２．０ ．．．I
０．５ｍｍ≦ａ≦２．０ｍｍ ．．．II
０．６ｍｍ≦ｂ≦３．０ｍｍ ．．．III

ａ，ｂが上記数値範囲内となるように空洞部２２内に配置される内層部材１の位置は、内層部材１の面１ａ，１ｂと、空洞部２２の内面２０ａ，２０ｂとのそれぞれの距離ａ’，ｂ’（図２（Ｄ））を、ａ，ｂの数値範囲に樹脂の収縮率を見込んだ位置とすればよい。なお、樹脂の収縮率は、樹脂の種類及び複合成形体１００の大きさによって異なるが、例えば、ポリフェニレンサルファイドの場合、樹脂の流動方向に０．２％〜０．８％程度の収縮を見込むことができる。

保持部２３は、内層部材１の位置を変更可能とするように構成されていることが好ましい。例えば、保持部２３を上下に伸縮するように構成することで、内層形成用金型１０に必要に応じて設けることができる保持部１３としても用いることができるとともに、外層形成用金型２０において、上記ａ，ｂの値が所定の範囲内になるように内層部材１の位置を空洞部２２内で容易に調整することが可能となる。例えば、図２（Ｃ），（Ｄ）において、内層形成用金型１０のコアブロック１５は、保持部１３が内層部材１を保持した状態で外層形成用金型２０に移動する。保持部１３は、外層形成用金型２０において、上記ａ，ｂが上記数値範囲となる位置に突き出て保持部２３となり、空洞部２２内に内層部材１を保持する。

保持部１３，２３の形状は、特に限定されないが、内層部材１の内部に刺さる側の一部を削りアンダーカットを設けることで、外層形成用金型２０で空洞部２２に充填される樹脂組成物Ｂの樹脂圧で位置がずれてしまうことを防ぐことができる。保持部１３，２３の長さ及び幅は、特に限定されず、得られる複合成形体１００の大きさや内層部材１及び複合成形体１００を保持するために必要な強度に合わせて適宜選択することができる。

本実施形態では、保持部２３は、コアブロック２５と一体的に形成されていてもよい。この外層形成用金型２０は、樹脂注入口２１から樹脂組成物Ｂが充填された後、樹脂組成物Ｂが固まり外層２が形成されると、パーティングラインＰＬ２でキャビティブロック２４及びコアブロック２５が分離するように構成することができる。複合成形体１００は、コアブロック２５に設けられている保持部２３に保持されており、複合成形体１００の端部に力を加えて複合成形体１００を引き抜くことで、内層部材１からなる内層及び外層２を有する複合成形体１００を得ることができる。なお、こうして得られた複合成形体１００には、保持部２３の痕跡４が窪み状に形成されている。

以下に実施例を示して本発明を更に具体的に説明するが、これらの実施例により本発明の解釈が限定されるものではない。

［実施例１〜５、比較例１〜４］
第１の樹脂組成物（樹脂組成物Ｂ）及び第２の樹脂組成物（樹脂組成物Ａ）として以下の樹脂組成物を用いて、後述する方法により内層部材及び外層を有する複合成形体を得た。
第１の樹脂組成物（樹脂組成物Ｂ）：ポリプラスチック株式会社製「ジュラファイドＰＰＳ（登録商標）０２２０Ａ９」、繊維状無機充填剤を含有しないポリフェニレンサルファイド樹脂
第２の樹脂組成物（樹脂組成物Ａ）：７０質量％の上記樹脂組成物Ｂと、タルク（粒子径Ｄ５０：３μｍ）３０質量％とを配合したもの

（内層形成工程）
キャビティ及びコアブロックにより空洞部を形成する内層形成用の金型を準備した。コアブロックに直径２．５ｍｍのピンを３ｍｍ突出させた状態で、金型を射出成形機（ファナック株式会社製）に取り付け、射出成形機のノズルから上記樹脂組成物Ａを金型の空洞部に射出し、直径６ｍｍ×高さ９ｍｍの円柱形状の内層部材を得た。なお、内層部材は、樹脂の流動末端側の端面から３ｍｍの深さでピンに保持された状態となっている。射出成形の条件を以下に示す。
予備乾燥：１２０℃、６時間
シリンダー温度：３２０℃
金型温度：１４０℃
射出速度：５０ｍｍ／ｓｅｃ
保圧：５０ＭＰａ（５００ｋｇ／ｃｍ^２）

（外層形成工程）
キャビティブロック及びコアブロックにより空洞部を形成する外層形成用の金型を準備した。内層部材を、コアブロックのピンで保持した状態で外層形成用の金型の空洞部内に移動した。内層部材を保持した状態のピンをさらに突き出すように高さを調整して、得られる外層の厚さ（以下のａ，ｂ）が表１に示す値となるようにピンの突き出る高さを調整して内層部材を金型の空洞内に配置した。
ａ：外層の樹脂注入口の痕跡を有する面と該面に近接する内層部材の面（上面）との距離（ｍｍ）
ｂ：外層の樹脂注入口の痕跡を有する面の反対側の面と該面に近接する内層部材１の面（下面）との距離（ｍｍ）

次いで、射出成形機のノズルから上記樹脂組成物Ｂを金型の空洞部に射出し、内層部材の周囲を覆うように外層を形成し、冷却後、複合成形体を金型から取り出しピンから引き抜いて、図１に示す内層部材及び外層が一体化した直径１０ｍｍ×高さ１３ｍｍの円柱形状の複合成形体を得た。射出成形の条件は、内層成形工程と同じ条件とした。この複合成形体は、直径が１０ｍｍであり、厚肉であるといえる。なお、複合成形体の内層には内層部材が存在するため、外層のみに着目すると、その形状は円筒形状となっていた。また、複合成形体の樹脂の流動末端側の端面には、内層部材を保持したピンの痕跡である窪みが形成されていた。

［評価］
（樹脂注入口側の厚さ及びその反対側の厚さ）
実施例及び比較例で得られた複合成形体について、図１に示すＰ−Ｐ線で切断し、外層の樹脂注入口側の面２ａ及びその反対側の面２ｂから、それぞれ内層部材の面のうち樹脂注入口側から樹脂の流動末端側に向かう方向において最も近い面までの距離ａ，ｂを計測した。結果を表１に示した。

（複合成形体の寸法Ｘ，Ｙ）
図１（Ｂ）及び図３を参照して、複合成形体の寸法Ｘ，Ｙの測定方法を説明する。実施例及び比較例で得られた複合成形体について、上記のように測定した距離ａ，ｂにおける最小外接円２００ａ，２００ｂを作成し、その直径Ｘ，Ｙを計測してその差Ｙ−Ｘを算出した。結果を表１に示した。
Ｙ−Ｘの値が負の場合、その複合成形体は樹脂注入口側の部分が、反対側よりも太いことを意味している。一方、Ｙ−Ｘの値が正の場合、樹脂注入口側の反対側の部分が、樹脂注入口側の部分よりも太いことを意味している。よって、Ｙ−Ｘの値が０に近い程、均一な太さの複合成形体が得られていると評価できる。

（円筒度）
図３を参照して、円筒度の測定方法を説明する。ここでいう円筒度は、上記の最小外接円２００ａ，２００ｂを、鉛直線Ｍ方向から見た場合のずれ（差）ｔの最大値を算出したものである。ｔの値が小さい程、複合成形体の樹脂注入行側の部分の平面位置と、樹脂注入口の反対側の部分の平面位置とのずれが少なく均一に形成されており、寸法精度が高いと評価できる。一方、ｔの値が大きい程、複合成形体の樹脂注入行側の部分の平面位置と、樹脂注入口の反対側の部分の平面位置とがずれて形成されており、寸法精度が低いと評価できる。

表１から明らかなように、実施例１〜５の複合成形体は、５．０ｍｍ以上の厚肉部分を有するにも関わらず、Ｙ−Ｘの値及び円筒度の値が小さく寸法精度が優れていた。

１ 内層部材（内層）
２ 外層
３ 樹脂注入口の痕跡
４ 保持部の痕跡
１０ 内層形成用金型
２０ 外層形成用金型
１１，２１ 樹脂注入口
１２，２２ 空洞部
１３，２３ 保持部
１４，２４ キャビティブロック
１５，２５ コアブロック
ＰＬ１，ＰＬ２ パーティングライン
１００ 複合成形体
Ａ 樹脂組成物Ａ
Ｂ 樹脂組成物Ｂ

Claims (11)

1. 内層部材の存在下、第１の樹脂組成物を射出成形して前記内層部材の少なくとも一部を覆う外層を形成し、前記内層部材からなる内層と前記外層とを有する複合成形体を得る外層形成工程を有し、
   前記複合成形体の少なくとも一部の肉厚が５．０ｍｍ以上であり、
   前記内層部材が、互いに反対側を向く面１ａ及び面１ｂを少なくとも一つ有し、
   前記外層形成工程において、前記外層の樹脂注入口の痕跡が形成される面２ａが前記面１ａの少なくとも一部を覆い、前記面２ａと反対側を向く面２ｂが前記面１ｂの少なくとも一部を覆い、かつ、前記面２ａと該面２ａに最も近い前記面１ａとの距離をａとし、前記面２ｂと該面２ｂに最も近い前記面１ｂとの距離をｂとした場合に、ａ及びｂが、以下の式I〜IIIを満たすように、外層が形成されることを特徴とする、複合成形体の製造方法。
   １．２≦ｂ／ａ≦２．０ ．．．I
   ０．５ｍｍ≦ａ≦２．０ｍｍ ．．．II
   ０．６ｍｍ≦ｂ≦３．０ｍｍ ．．．III
2. 前記外層形成工程の後に、前記複合成形体の寸法調整を行わない、請求項１に記載の複合成形体の製造方法。
3. 前記外層形成工程の前に、第２の樹脂組成物を射出成形して、前記内層部材を形成する内層形成工程を有する、請求項１又は２に記載の複合成形体の製造方法。
4. 前記第１の樹脂組成物及び前記第２の樹脂組成物が、熱融着性を有する、請求項３に記載の複合成形体の製造方法。
5. 前記第１の樹脂組成物及び前記第２の樹脂組成物が、結晶性熱可塑性樹脂を含有する、請求項３又は４に記載の複合成形体の製造方法。
6. 前記第２の樹脂組成物が無機充填剤を含有し、前記第１の樹脂組成物が繊維状無機充填剤を含有しない、請求項３から５のいずれか一項に記載の複合成形体の製造方法。
7. 内層と、該内層の少なくとも一部を覆い第１の樹脂組成物を含む外層とを有する複合成形体であって、
   少なくとも一部の肉厚が５．０ｍｍ以上であり、
   前記内層が、互いに反対側を向く面１ａ及び面１ｂを少なくとも一つ有し、
   前記外層が、樹脂注入口の痕跡を有する面２ａ及び該面２ａと反対側を向く面２ｂを有し、
   前記面２ａが前記面１ａの少なくとも一部を覆い、前記面２ｂが前記面１ｂの少なくとも一部を覆い、かつ、前記面２ａと該面２ａに最も近い前記面１ａとの距離をａとし、前記面２ｂと該面２ｂに最も近い前記面１ｂとの距離をｂとした場合、ａ及びｂが以下の式I〜IIIを満たすことを特徴とする、複合成形体。
   １．２≦ｂ／ａ≦２．０ ．．．I
   ０．５ｍｍ≦ａ≦２．０ｍｍ ．．．II
   ０．６ｍｍ≦ｂ≦３．０ｍｍ ．．．III
8. 前記内層が第２の樹脂組成物を含む、請求項７に記載の複合成形体。
9. 複合成形体製造用金型であって、
   内層部材の存在下、第１の樹脂組成物を射出成形して前記内層部材の少なくとも一部を覆う外層を形成するための外層形成用金型を有し、
   前記外層形成用金型は、樹脂注入口を通して第１の樹脂組成物が充填される空洞部と、該空洞部内に前記内層部材を保持する保持部と、を有し、
   前記空洞部の少なくとも一部の幅が５．０ｍｍ以上であり、
   前記内層部材が、互いに反対側を向く面１ａ及び面１ｂを少なくとも一つ有し、
   前記保持部は、得られる前記外層の樹脂注入口の痕跡が形成される面２ａが前記面１ａの少なくとも一部を覆い、前記面２ａと反対側を向く面２ｂが前記面１ｂの少なくとも一部を覆う位置であって、かつ前記面２ａと該面２ａに最も近い前記面１ａとの距離をａとし、前記面２ｂと該面２ｂに最も近い前記面１ｂとの距離をｂとした場合に、ａ及びｂが、以下の式I〜IIIを満たす位置に前記内層部材を保持することを特徴とする、複合成形体製造用金型。
   １．２≦ｂ／ａ≦２．０ ．．．I
   ０．５ｍｍ≦ａ≦２．０ｍｍ ．．．II
   ０．６ｍｍ≦ｂ≦３．０ｍｍ ．．．III
10. 前記保持部が、前記内層部材の位置を変更可能とするように構成されている、請求項９に記載の複合成形体製造用金型。
11. 第２の樹脂組成物を射出成形して前記内層部材を形成するための内層形成用金型を有する、請求項９又は１０に記載の複合成形体製造用金型。

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