(57)【要約】【課題】簡易な構成で高い生産性を持つ繊維強化樹脂成形体の製造技術を提供する。【解決手段】繊維強化樹脂成形体の製造装置１０において、射出成形機１２は、繊維状補強材に樹脂を絡ませた一体的な不織布シート２２を加熱し、射出圧を加えて金型７０に押し込む。材料導入装置１６は、不織布シート２２を射出成形機１２に導入する。制御装置１８は、射出成形機１２内において不織布シート２２を加熱し且つ射出圧を加えて金型７０に押し込む射出工程の前に繊維強化樹脂成形体が成形される閉鎖状態よりもキャビティ８０が広げられた開放状態に金型７０を移行させるように、金型７０アクチュエータ６０を制御する。制御装置１８は、射出工程の後、金型７０を閉鎖状態に移行させてキャビティ８０に押し込まれた材料を圧縮するように、金型７０アクチュエータ６０を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維状補強材に樹脂を絡ませた一体的な中間材料を射出成形機に導入する導入工程と、
前記射出成形機内において前記中間材料を加熱し且つ射出圧を加えて金型に押し込む射出工程と、
を備えることを特徴とする、繊維強化樹脂成形体の製造方法。
【請求項２】
前記金型は、前記射出成形機から材料が押し込まれるキャビティを有し、且つ、前記繊維強化樹脂成形体が成形される閉鎖状態と、前記閉鎖状態よりも前記キャビティが広げられた開放状態と、にアクチュエータによって移行可能に設けられ、
前記射出工程の前において、前記金型を前記開放状態に移行させる準備工程と、
前記射出工程の後において、前記金型を前記閉鎖状態に移行させて前記キャビティに押し込まれた材料を圧縮する圧縮工程と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の繊維強化樹脂成形体の製造方法。
【請求項３】
前記中間材料は、不織布状に形成されていることを特徴とする、請求項１または２記載の繊維強化樹脂成形体の製造方法。
【請求項４】
前記中間材料は、長尺状に形成されており、
前記導入工程において、前記中間材料を長手方向に前記射出成形機に導入することを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１記載の繊維強化樹脂成形体の製造方法。
【請求項５】
前記導入工程において、複数の前記中間材料を長手方向に同時に前記射出成形機に導入することを特徴とする、請求項４記載の繊維強化樹脂成形体の製造方法。
【請求項６】
繊維状補強材に樹脂を絡ませた一体的な中間材料を加熱し、射出圧を加えて金型に押し込む射出成形機と、
前記中間材料を前記射出成形機に導入する材料導入装置と、
を備えることを特徴とする繊維強化樹脂成形体の製造装置。
【請求項７】
前記金型は、前記射出成形機から材料が押し込まれるキャビティを有し、且つ、前記繊維強化樹脂成形体が成形される閉鎖状態と、前記閉鎖状態よりも前記キャビティが広げられた開放状態と、にアクチュエータによって移行可能に設けられ、
前記金型を前記閉鎖状態及び前記開放状態に移行させるように前記アクチュエータを制御する制御装置をさらに備え、
前記制御装置は、前記射出成形機内において前記中間材料を加熱し且つ射出圧を加えて金型に押し込む射出工程の前に前記金型を前記開放状態に移行させ、前記射出工程の後、前記金型を前記閉鎖状態に移行させて前記キャビティに押し込まれた材料を圧縮するように、前記アクチュエータを制御することを特徴とする、請求項６記載の繊維強化樹脂成形体の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維強化樹脂成形体の製造方法及び製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱可塑性樹脂と繊維とを混練して混練物を生成し、混練物を用いて繊維強化樹脂成形体を製造する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。この技術は、生成された混練物を金型のキャビティに配置して、混練物を加圧成形する工程を備えている。また、熱可塑性繊維強化樹脂を用いた樹脂成形品の成形方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。この方法は、凸成形部が設けられた金型に熱可塑性繊維強化樹脂を供給する工程と、上型を下降させて繊維強化樹脂を加圧し、繊維強化樹脂を金型の形状に合わせて流動させる工程と、を含んでいる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−１４４６１１号公報
【特許文献２】特開２０１６−４９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の特許文献１に記載された技術では、熱可塑性樹脂と繊維とを混練するための装置が必要であり、装置の構成が複雑にならざるを得ず、コストの抑制が困難であった。さらにこの技術では、熱可塑性樹脂が収縮することにより形成される混練物の表面の凹部に樹脂を充填する工程が必要なため、高い生産性を実現することは困難であった。
【０００５】
また、上述の特許文献２に記載された方法では、金型に熱可塑性繊維強化樹脂を供給する工程において、熱可塑性繊維強化樹脂を融点まで加熱した後に金型に供給する必要がある。しかしながら、このように加熱した熱可塑性繊維強化樹脂を金型に供給する工程が必要であり、高い生産性を実現することは困難であった。
【０００６】
そこで本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、簡易な構成で高い生産性を持つ繊維強化樹脂成形体の製造技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明に係る繊維強化樹脂成形体の製造方法は、繊維状補強材に樹脂を絡ませた一体的な中間材料を射出成形機に導入する導入工程と、前記射出成形機内において前記中間材料を加熱し且つ射出圧を加えて金型に押し込む射出工程と、を備える。
【０００８】
この態様によれば、繊維状補強材に樹脂を絡ませた一体的な中間材料を用いるため、繊維状補強材と樹脂とを混合する時間を抑制することができ、高い生産性を実現できる。また、繊維状補強材と樹脂とを混合する装置も不要であり、簡易な構成で繊維強化樹脂成形体を製造することができる。
【０００９】
金型は、射出成形機から材料が押し込まれるキャビティを有し、且つ、前記繊維強化樹脂成形体が成形される閉鎖状態と、前記閉鎖状態よりも前記キャビティが広げられた開放状態と、にアクチュエータによって移行可能に設けられていてもよい。本発明に係る繊維強化樹脂成形体の製造方法は、前記射出工程の前において、前記金型を前記開放状態に移行させる準備工程と、前記射出工程の後において、前記金型を前記閉鎖状態に移行させて前記キャビティに押し込まれた材料を圧縮する圧縮工程と、をさらに備えていてもよい。
【００１０】
この態様によれば、圧縮工程によって、繊維状補強材が圧縮方向と略垂直方向に延在するように、繊維状補強材の配列方向を統一させることができる。このため、繊維強化樹脂成形体の剛性を飛躍的に高めることができる。また、金型内において圧縮工程を実施することができるため、圧縮装置を別途設ける必要がなく、簡易な構成で繊維強化樹脂成形体を製造することができる。また、金型内において射出工程と圧縮工程を一連して実施することができるため、高い生産性を実現できる。
【００１１】
前記中間材料は、長尺状に形成されていてもよい。前記導入工程において、前記中間材料を長手方向に前記射出成形機に導入してもよい。発明者らによる鋭意成る研究開発の結果、中間材料を長尺状に形成し、その長手方向に中間材料を射出成形機に導入することにより、中間材料を加熱したときに良好に軟化させることができることが判明した。このためこの態様によれば、品質のよい繊維強化樹脂成形体を高い生産性で製造することができる。
【００１２】
前記導入工程において、複数の前記中間材料を長手方向に同時に前記射出成形機に導入してもよい。発明者らによる鋭意成る研究開発の結果、長尺状に形成された複数の中間材料を同時に射出成形機に導入することにより、より多くの中間材料を良好に軟化させることができることが判明した。このためこの態様によれば、繊維強化樹脂成形体をより高い生産性で製造することができる。
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明に係る繊維強化樹脂成形体の製造装置は、繊維状補強材に樹脂を絡ませた一体的な中間材料を加熱し、射出圧を加えて金型に押し込む射出成形機と、前記中間材料を前記射出成形機に導入する材料導入装置と、を備える。
【００１４】
前記金型は、射出成形機から材料が押し込まれるキャビティを有し、且つ、前記繊維強化樹脂成形体が成形される閉鎖状態と、前記閉鎖状態よりも前記キャビティが広げられた開放状態と、にアクチュエータによって移行可能に設けられていてもよい。前記金型を前記閉鎖状態及び前記開放状態に移行させるように前記アクチュエータを制御する制御装置をさらに備えていてもよい。前記制御装置は、前記射出成形機内において前記中間材料を加熱し且つ射出圧を加えて金型に押し込む射出工程の前に前記金型を前記開放状態に移行させ、前記射出工程の後、前記金型を前記閉鎖状態に移行させて前記キャビティに押し込まれた材料を圧縮するように、前記アクチュエータを制御してもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、簡易な構成で高い生産性を持つ繊維強化樹脂成形体の製造技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本実施形態に係る繊維強化樹脂成形体の製造装置を示す図である。
【図２】（ａ）は、開放状態にある金型を示す図であり、（ｂ）は、閉鎖状態にある金型を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、本実施形態に係る繊維強化樹脂成形体の製造装置１０（以下、単に「製造装置１０」という）を示す図である。製造装置１０は、射出成形機１２、金型装置１４、材料導入装置１６、及び制御装置１８を有する。射出成形機１２、金型装置１４、及び材料導入装置１６は、ともにベース部材２０に取り付けられている。
【００１８】
本実施形態では、繊維状補強材に樹脂を絡ませた一体的な中間材料として不織布シート（以下、「シート」と呼ぶ）２２が使用されている。具体的には、本実施形態に係るシート２２は、炭素繊維強化熱可塑性樹脂（ＣＦＲＴＰ（Carbon Fiber Reinforced Thermo Plastics））を成形するための中間材料である。
【００１９】
シート２２は、本実施形態では、湿式抄紙技術により繊維長６ｍｍの不連続炭素繊維（繊維状補強材）と熱可塑性樹脂繊維を抄き込んだマット状の複合材料であり、熱可塑性樹脂、炭素繊維体積含有率３０％、目付１２０ｇ／ｃｍ３、厚さ約１ｍｍのものを用いた。熱可塑性樹脂には、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリアミド（ＰＡ）のそれぞれの材料について確認を行った。その他、中間材料には、繊維状補強材と樹脂繊維が絡ませられて一体的となった一般に不織布状と言われる形態で他の製法によるものを用いることが可能である。
【００２０】
射出成形機１２は、シリンダ３０、スクリュ３２、ヒータ３４、及びスクリュアクチュエータ３６を有する。シリンダ３０は、円筒状に設けられ、内部にシリンダ室３０ａが形成されている。シリンダ３０には、一端周辺に外部とシリンダ室３０ａとを繋ぐ材料導入孔３０ｂが設けられている。この孔からシート２２が導入される。シリンダ室３０ａはシリンダ３０の他端において先細りになっており、当該他端に設けられた射出孔３０ｃに繋がっている。
【００２１】
シリンダ３０の外周面には複数のヒータ３４が取り付けられている。ヒータ３４は、シート２２に含まれる樹脂の融点より高い温度にシリンダ室３０ａが達するようにシリンダ３０を加熱して、シート２２をシリンダ室３０ａ内部で軟化させる。シリンダ室３０ａ内でシート２２が加熱されて軟化した材料は、射出圧を与えられて射出孔３０ｃから射出される。
【００２２】
スクリュ３２は、主軸３２ａ及び凸部３２ｂを有する。スクリュ３２は、その外周とシリンダ室３０ａの内周との間に間隔が生じるように、シリンダ室３０ａよりも小さい径を有する。凸部３２ｂは、主軸３２ａの外周から突出しており、らせんを描くように主軸３２ａの外周上に延在している。スクリュアクチュエータ３６は、スクリュ３２を回転駆動する。スクリュ３２が回転駆動されると、シリンダ室３０ａに導入されたシート２２は、ヒータ３４による加熱によって軟化しながら、スクリュ３２によって射出孔３０ｃに向かって運搬される。
【００２３】
金型装置１４は、固定盤５０、可動盤５２、型締め盤５４、駆動装置５６、及びリニアガイド５８を有する。固定盤５０及び型締め盤５４は、厚い板状の部材であり、垂直に立つようにベース部材２０にその一端縁が固定されている。可動盤５２もまた厚い板状の部材である。可動盤５２は、垂直に維持された状態で固定盤５０と型締め盤５４との間を水平に移動できるように、リニアガイド５８によって案内される。
【００２４】
固定盤５０及び可動盤５２に、金型７０が取り付けられる。金型７０は、第１の金型７２及び第２の金型７４を有する。第１の金型７２は、固定盤５０に取り付けられており、固定金型として機能する。第２の金型７４は、可動盤５２に取り付けられており、可動金型として機能する。
【００２５】
駆動装置５６は、金型アクチュエータ６０及び伝達部６２を有する。金型アクチュエータ６０は型締め盤５４に取り付けられている。伝達部６２は、一端が金型アクチュエータ６０に取り付けられており、他端が可動盤５２に取り付けられている。伝達部６２は、金型アクチュエータ６０が作動することにより伸縮し、可動盤５２を水平方向に移動させる。これにより、第１の金型７２に対し第２の金型７４が移動し、金型７０が開閉する。
【００２６】
第１の金型７２と第２の金型７４との間には、キャビティ８０が形成される。第１の金型７２には、開口７２ａが設けられている。射出成形機１２から射出孔３０ｃを通じて射出された軟化材料は、この開口７２ａを通じてキャビティ８０に導入される。
【００２７】
材料導入装置１６は、電動モータ９０、駆動ローラ９２、従動ローラ９４、及び複数の材料取付け軸９６を有する。駆動ローラ９２は電動モータ９０の駆動軸に直接取り付けられており、電動モータ９０が作動することにより回転する。従動ローラ９４は、駆動ローラ９２に向かって移動可能に支持されており、駆動ローラ９２に向かってバネなどの付勢部材によって付勢されている。従動ローラ９４は、駆動ローラ９２の回転に従動する。駆動ローラ９２及び従動ローラ９４は、シリンダ３０の材料導入孔３０ｂの外部近傍に配置されている。
【００２８】
シート２２は、不織布状且つ長尺状に形成されている。本実施形態では、シート２２は、幅が３０ｍｍの長尺状に形成されている。なお、シート２２の幅がこれに限定されないことはもちろんである。射出成形機１２に導入しやすいように、シート２２は巻回されている。巻回されたシート２２は、複数の材料取付け軸９６の各々に回転可能に取り付けられる。
【００２９】
本実施形態では、材料取付け軸９６は８つ設けられている。発明者らによる鋭意成る研究開発の結果、材料取付け軸９６が８つのときに、最も効率的にシート２２を射出成形機１２内で軟化させ、軟化材料を金型７０のキャビティ８０に射出することができた。なお、材料取付け軸９６の数が８つに限定されないことはもちろんであり、８つよりも多くても少なくてもよい。
【００３０】
材料取付け軸９６は、４つの材料取付け軸９６を含む２つのグループに分けられている。１つのグループは、材料導入孔３０ｂよりも射出孔３０ｃから近い位置に配置され、他のグループは、材料導入孔３０ｂよりも射出孔３０ｃから遠い位置に配置されている。各々のグループは、上下及び水平方向に２つずつ並ぶように配置されている。材料取付け軸９６に取り付けられたシート２２は、変向ローラ９８によって最初水平方向に案内されてから、駆動ローラ９２と従動ローラ９４との間に向かって変向される。こうして、巻回された状態で材料取付け軸９６に取り付けられたシート２２は、駆動ローラ９２と従動ローラ９４との間に案内される。駆動ローラ９２が作動すると、駆動ローラ９２及び従動ローラ９４によって挟持された８本の長尺状のシート２２は、材料導入孔３０ｂから射出成形機１２内に同時に導入される。
【００３１】
制御装置１８は、製造装置１０を制御する制御装置であり、ＣＰＵ（中央演算装置）、メモリ、記憶装置などのハードウェアと、記憶装置に格納されたソフトウェアを有し、コンピュータとして機能する。制御装置１８は、ハードウェアとソフトウェアとの協働により、製造装置１０の作動を制御する。具体的には、制御装置１８は、ヒータ３４、スクリュアクチュエータ３６、金型アクチュエータ６０、及び電動モータ９０に接続されており、これらの作動またはオン・オフを制御する。
【００３２】
制御装置１８は、入力装置（図示せず）及び出力装置（図示せず）を有する。入力装置は、キーボードやボタンなどによって構成される。ユーザは、この入力装置を用いて制御装置１８に製造装置１０を稼働させるための情報を入力することができる。制御装置１８は、入力された情報にしたがって製造装置１０を制御する。出力装置は、ディスプレイによって構成される。出力装置は、ユーザによって入力された情報や、製造装置１０の稼働状況を示す情報を表示する。
【００３３】
まず、制御装置１８は、シート２２を射出成形機１２に導入する導入工程において、材料導入装置１６がシート２２を射出成形機１２に導入するように、材料導入装置１６の作動を制御する。繊維状補強材に樹脂を絡ませた一体的な中間材料であるシート２２を用いるため、繊維状補強材と樹脂とを混合する必要がなく、高い生産性を実現できる。また、繊維状補強材と樹脂とを混合する装置も不要であり、簡易な構成で繊維強化樹脂成形体を製造することができる。
【００３４】
この導入工程において、材料導入装置１６は、長尺状の複数のシート２２を長手方向に同時に射出成形機１２に導入する。発明者らによる鋭意成る研究開発の結果、長尺状に形成された複数のシート２２を同時に射出成形機１２に導入することにより、より多くのシート２２を良好に軟化させることができることが判明した。したがって、繊維強化樹脂成形体をより高い生産性で製造することができる。
【００３５】
次に制御装置１８は、射出工程において、射出成形機１２が、射出成形機１２内においてシート２２を加熱し且つ射出圧を加えて金型７０に押し込むように、ヒータ３４のオン・オフ、及びスクリュアクチュエータ３６の作動を制御する。このように射出成形機１２がシート２２を加熱し且つ射出圧を加えて金型７０に押し込むことにより、シート２２を軟化させるための別の装置を設ける必要がない。このため、コストを抑制することができ、また高い生産性を実現できる。
【００３６】
図２（ａ）は、開放状態にある金型７０を示す図であり、図２（ｂ）は、閉鎖状態にある金型７０を示す図である。金型７０は、閉鎖状態と、開放状態と、に金型アクチュエータ６０によって移行可能に設けられている。金型７０が閉鎖状態のとき、繊維強化樹脂成形体が成形される。開放状態は、閉鎖状態よりもキャビティ８０が広げられた状態である。具体的には、開放状態では、第２の金型７４が第１の金型７２から所定の距離だけ離されることにより、キャビティ８０が広げられている。
【００３７】
制御装置１８は、射出工程の前の準備工程において、図２（ａ）に示すように、金型７０が開放状態となるように、金型アクチュエータ６０を作動させて第２の金型７４を所定の開放位置に移動させて第２の金型７４を第１の金型７２から所定距離だけ離す。次に制御装置１８は、射出工程において、スクリュアクチュエータ３６を作動させて、シリンダ３０内でシート２２が軟化された軟化材料２４を射出孔３０ｃから第１の金型７２の開口７２ａに射出する。射出成形機１２から射出された軟化材料２４は、第１の金型７２の開口７２ａを通じてキャビティ８０に押し込まれる。所定量の軟化材料２４がキャビティ８０に押し込まれると、制御装置１８はスクリュアクチュエータ３６の作動を停止し、キャビティ８０への軟化材料２４の供給を停止する。
【００３８】
次に制御装置１８は、射出工程の後の圧縮工程において、金型７０を閉鎖状態に移行させてキャビティ８０に押し込まれた材料を圧縮するように、金型アクチュエータ６０を制御する。具体的には、制御装置１８は金型アクチュエータ６０を作動させて第２の金型７４を閉鎖位置まで移動させる。これにより、キャビティ８０が狭められ、開放状態においてキャビティ８０に押し込まれた軟化材料２４が、キャビティ８０全体に充填される。こうして、繊維強化樹脂成形体がキャビティ８０内で成形される。
【００３９】
このように、射出工程の後に金型７０を閉鎖状態にしてキャビティ８０内の軟化材料２４を圧縮することにより、軟化材料２４内の繊維状補強材が圧縮方向と略垂直方向に延在するように、繊維状補強材の配列方向を統一させることができる。このため、繊維強化樹脂成形体の剛性を飛躍的に高めることができる。また、金型７０内において圧縮工程を実施することができるため、圧縮装置を別途設ける必要がなく、簡易な構成で繊維強化樹脂成形体を製造することができる。また、金型７０内において射出工程と圧縮工程を一連して実施することができるため、高い生産性を実現できる。
【００４０】
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、実施形態の構成を適宜組み合わせたものや置換したものについても本発明に含まれるものである。また、当業者の知識に基づいて実施形態における組合せや処理の順番を適宜組み替えることや各種の設計変更等の変形を実施形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施形態も本発明の範囲に含まれうる。
【符号の説明】
【００４１】
１０  製造装置，１２  射出成形機，１４  金型装置，１６  材料導入装置，１８  制御装置，２０  ベース部材，２２  シート，２４  軟化材料，３０  シリンダ，３０ａ  シリンダ室，３０ｂ  材料導入孔，３０ｃ  射出孔，３２  スクリュ，３２ａ  主軸，３２ｂ  凸部，３４  ヒータ，３６  スクリュアクチュエータ，５０  固定盤，５２  可動盤，５４  型締め盤，５６  駆動装置，５８  リニアガイド，６０  金型アクチュエータ，６２  伝達部，７０  金型，７２  第１の金型，７４  第２の金型，８０  キャビティ，９０  電動モータ，９２  駆動ローラ，９４  従動ローラ，９６  材料取付け軸，９８  変向ローラ
【図１】
2020049890.tif 000003
【図２】
2020049890.tif 000004