(57)【要約】【課題】  繊維材料に対して熱可塑性樹脂が十分に含浸された繊維複合成形品の圧縮成形方法および繊維複合成形品の圧縮成形装置を提供する。【解決手段】一方の金型２３と他方の金型２４の間に形成されるキャビティＣに繊維材料Ｆを配置した状態で供給装置１３から溶融状態の熱可塑性樹脂Ｒを供給して繊維複合成形品を成形する繊維複合成形品の圧縮成形方法において、キャビティＣ内に溶融状態の熱可塑性樹脂Ｒを供給前から一方の金型２３と他方の金型２４の温度を前記熱可塑性樹脂の融点温度ｔ１以上に加熱し、キャビティＣ内に溶融状態の熱可塑性樹脂Ｒを供給後も一定以上の時間Ｔは一方の金型２３と他方の金型２４の温度を前記熱可塑性樹脂の融点温度以上に保持しつつキャビティＣ内の溶融状態の熱可塑性樹脂Ｒと繊維材料Ｆを圧縮する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の金型と他方の金型の間に形成されるキャビティに繊維材料を配置した状態で供給装置から溶融状態の熱可塑性樹脂を供給して繊維複合成形品を成形する繊維複合成形品の圧縮成形方法において、
キャビティ内に溶融状態の熱可塑性樹脂を供給前から一方の金型と他方の金型の温度を前記熱可塑性樹脂の融点温度以上に加熱し、
キャビティ内に溶融状態の熱可塑性樹脂を供給後も一定以上の時間は一方の金型と他方の金型の温度を前記熱可塑性樹脂の融点温度以上に保持しつつキャビティ内の溶融状態の熱可塑性樹脂と繊維材料を圧縮することを特徴とする繊維複合成形品の圧縮成形方法。
【請求項２】
前記一方の金型と他方の金型の少なくとも一方にはホットランナと、
前記ホットランナに接続されキャビティにノズル孔が開口された複数のホットランナノズルとが設けられ、
前記複数のホットランナノズルのノズル孔を介して熱可塑性樹脂がキャビティ内に供給されることを特徴とする請求項１に記載の繊維複合成形品の圧縮成形方法。
【請求項３】
前記一方の金型と他方の金型の温度を熱可塑性樹脂の融点温度以上に保持しつつキャビティ内の溶融状態の熱可塑性樹脂と繊維材料を圧縮する際の面圧は、０．１〜２０ＭＰａであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の繊維複合成形品の圧縮成形方法。
【請求項４】
一方の金型と他方の金型の間に形成されるキャビティに繊維材料を配置した状態で供給装置から溶融状態の熱可塑性樹脂を供給して繊維複合成形品を成形する繊維複合成形品の圧縮成形装置において、
加熱手段が設けられた一方の金型と他方の金型と、
一方の金型または他方の金型の少なくとも一方に設けられたホットランナと、
前記ホットランナに接続されキャビティにノズル孔が開口された複数のホットランナノズルと、
前記複数のホットランナノズルのノズル孔を介してキャビティ内に溶融状態の熱可塑性樹脂を供給する供給装置と、
一方の金型と他方の金型が取付けられキャビティ内の溶融状態の熱可塑性樹脂と繊維材料を圧縮可能な圧縮装置とが設けられ、
キャビティ内に溶融状態の熱可塑性樹脂を供給前から一方の金型と他方の金型の温度を熱可塑性樹脂の融点温度以上に加熱し、
キャビティ内に溶融状態の熱可塑性樹脂を供給後も一定以上の時間は一方の金型と他方の金型の温度を前記熱可塑性樹脂の融点温度以上に保持しつつキャビティ内の溶融状態の熱可塑性樹脂と繊維材料を圧縮することを特徴とする繊維複合成形品の圧縮成形装置。
【請求項５】
前記圧縮装置は縦方向に圧縮を行う縦型の圧縮装置であり、
前記一方の金型と他方の金型は、加熱手段と冷却手段が設けられた上型と下型であり、
前記下型に繊維材料が載置された状態で型閉および圧縮が行われることを特徴とする請求項４に記載の圧縮成形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一方の金型と他方の金型の間に形成されるキャビティに繊維材料を配置した状態で供給装置から溶融状態の熱可塑性樹脂を供給して繊維複合成形品を成形する繊維複合成形品の圧縮成形方法および圧縮成形装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、炭素繊維等の繊維材料をキャビティ内に配置し、熱可塑性樹脂を供給して繊維複合成形品を成形する方法として、特許文献１、特許文献２に記載されたものが知られている。
特許文献１は、炭素繊維等の繊維基材に対して熱可塑性樹脂および熱硬化性樹脂のいずれかの樹脂をマトリクス材料として含浸させることが記載されている。そして熱可塑性樹脂をマトリクス材料として用いる場合は、成形型の温度をマトリクス材料の融点以下にすることが記載されている。また特許文献２では、炭素繊維を含有するナイロン系樹脂などを配置した上で、上型と下型からなる金型の型温を８０℃にして射出した上でプレスを行うことが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−５８３７１号公報（請求項１、００２２、図１）
【特許文献２】特開２０１２−７１５９５号公報（請求項１、００２７、図１、図２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のように、特許文献１、特許文献２では、炭素繊維等の繊維材料に対して溶融状態の熱可塑性樹脂を供給して圧縮し、繊維材料に熱可塑性樹脂を含浸させている。しかしながら特許文献１、特許文献２はともに、金型温度が融点温度よりも低いために繊維材料に熱可塑性樹脂を十分に含浸させることはできなかった。またキャビティへのゲートの数は特許文献１では２個、特許文献２では１個のものが開示されているが、特許文献１および特許文献２では、少数のゲートから射出された溶融樹脂が早く冷却される結果、繊維材料に対する熱可塑性樹脂の分布にムラができやすいものであった。すなわちゲートに近い部分では繊維材料に対する熱可塑性樹脂の比率が高く、ゲートから遠い部分では、繊維材料に対する熱可塑性樹脂の比率が低くなりがちであった。
【０００５】
そこで本発明では、繊維材料に対して熱可塑性樹脂が十分に含浸された繊維複合成形品の圧縮成形方法および繊維複合成形品の圧縮成形装置を提供することを目的とする。また特には各部分を比べても繊維材料に対して熱可塑性樹脂が均一に含浸されている繊維複合成形品の圧縮成形方法および繊維複合成形品の圧縮成形装置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】
【０００６】
本発明の請求項１に記載の繊維複合成形品の圧縮成形方法は、一方の金型と他方の金型の間に形成されるキャビティに繊維材料を配置した状態で供給装置から溶融状態の熱可塑性樹脂を供給して繊維複合成形品を成形する繊維複合成形品の圧縮成形方法において、キャビティ内に溶融状態の熱可塑性樹脂を供給前から一方の金型と他方の金型の温度を前記熱可塑性樹脂の融点温度以上に加熱し、キャビティ内に溶融状態の熱可塑性樹脂を供給後も一定以上の時間は一方の金型と他方の金型の温度を前記熱可塑性樹脂の融点温度以上に保持しつつキャビティ内の溶融状態の熱可塑性樹脂と繊維材料を圧縮することを特徴とする。
【０００７】
本発明の請求項２に記載の繊維複合成形品の圧縮成形方法は、請求項１において、前記一方の金型と他方の金型の少なくとも一方にはホットランナと、前記ホットランナに接続されキャビティにノズル孔が開口された複数のホットランナノズルとが設けられ、前記複数のホットランナノズルのノズル孔を介して熱可塑性樹脂がキャビティ内に供給されることを特徴とする。
【０００８】
本発明の請求項３に記載の繊維複合成形品の圧縮成形方法は、請求項１または請求項２において、前記一方の金型と他方の金型の温度を熱可塑性樹脂の融点温度以上に保持しつつキャビティ内の溶融状態の熱可塑性樹脂と繊維材料を圧縮する際の面圧は、０．１〜２０ＭＰａであることを特徴とする。
【０００９】
本発明の請求項４に記載の繊維複合成形品の圧縮成形装置は、一方の金型と他方の金型の間に形成されるキャビティに繊維材料を配置した状態で供給装置から溶融状態の熱可塑性樹脂を供給して繊維複合成形品を成形する繊維複合成形品の圧縮成形装置において、加熱手段が設けられた一方の金型と他方の金型と、一方の金型または他方の金型の少なくとも一方に設けられたホットランナと、前記ホットランナに接続されキャビティにノズル孔が開口された複数のホットランナノズルと、前記複数のホットランナノズルのノズル孔を介してキャビティ内に溶融状態の熱可塑性樹脂を供給する供給装置と、一方の金型と他方の金型が取付けられキャビティ内の溶融状態の熱可塑性樹脂と繊維材料を圧縮可能な圧縮装置とが設けられ、キャビティ内に溶融状態の熱可塑性樹脂を供給前から一方の金型と他方の金型の温度を熱可塑性樹脂の融点温度以上に加熱し、キャビティ内に溶融状態の熱可塑性樹脂を供給後も一定以上の時間は一方の金型と他方の金型の温度を前記熱可塑性樹脂の融点温度以上に保持しつつキャビティ内の溶融状態の熱可塑性樹脂と繊維材料を圧縮することを特徴とする。
【００１０】
本発明の請求項５に記載の繊維複合成形品の圧縮成形装置は、請求項４において、前記圧縮装置は縦方向に圧縮を行う縦型の圧縮装置であり、前記一方の金型と他方の金型は、加熱手段と冷却手段が設けられた上型と下型であり、前記下型に繊維材料が載置された状態で型閉および圧縮が行われることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の炭素繊維複合成形品の圧縮成形方法および圧縮成形装置は、一方の金型と他方の金型の間に形成されるキャビティに繊維材料を配置した状態で供給装置から溶融状態の熱可塑性樹脂を供給して繊維複合成形品を成形する繊維複合成形品の圧縮成形方法において、キャビティ内に溶融状態の熱可塑性樹脂を供給前から一方の金型と他方の金型の温度を前記熱可塑性樹脂の融点温度以上に加熱し、キャビティ内に溶融状態の熱可塑性樹脂を供給後も一定以上の時間は一方の金型と他方の金型の温度を前記熱可塑性樹脂の融点温度以上に保持しつつキャビティ内の溶融状態の熱可塑性樹脂と繊維材料を圧縮するので、繊維材料に対して熱可塑性樹脂が十分に含浸されている繊維複合成形品を成形することができる。。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態の繊維複合成形品の圧縮成形方法に用いられる圧縮成形装置の説明図である。
【図２】本実施形態の繊維複合成形品の圧縮成形方法に用いられる圧縮成形用の金型の断面図である。
【図３】本実施形態の繊維複合成形品の圧縮成形方法に用いられる圧縮成形用の金型のキャビティ面の図である。
【図４】本実施形態の繊維複合成形品の圧縮成形方法における型位置と金型温度の関係を示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１により本実施形態の繊維複合成形品の圧縮成形装置１１（以下単に圧縮成形装置１１と略す）について説明する。圧縮成形装置１１は、縦型の圧縮装置１２と供給装置である縦型の射出装置１３とを備えている。圧縮装置１２は、ベース１４上に立設されたフレームの上部に固定盤１５が固定されている。また固定盤１５の下方には受圧盤１６が４本のタイバ１７により接続して設けられている。また固定盤１５と受圧盤１６の間には可動盤１８が上下方向に昇降自在に設けられている。また受圧盤１６と可動盤１８との間には繊維材料と熱可塑性樹脂材料を圧縮するための圧縮機構が設けられている。ここでは圧縮機構１９は、圧縮用サーボモータモータ２０とトグル機構２１とからなる。
【００１４】
また可動盤１８の下面側には成形品を突き出すエジェクタ機構２２が設けられている。可動盤１８の上面には図示しない断熱板を介して一方の金型である下型２３（可動金型）が取付けられ、固定盤１５の下面には図示しない断熱板を介して他方の金型である上型２４（固定金型）が取付けられるようになっている。金型について説明すると、金型は下型２３に対して上型２４が嵌合される印籠構造の圧縮成形用の金型である。また前記下型２３と上型２４は、加熱手段と冷却手段を有しており、成形の際に温度を昇降可能となっている。
【００１５】
図２に示されるように圧縮成形用の金型の下型２３は、凹状のキャビティ面２５が形成されている。そして下型２３の内部はエジェクタ機構により作動するエジェクタプレート４６とエジェクタピン４７が設けられている。そしてエジェクタピン４７の表面がキャビティ面２５の一部となっている。また下型２３内部のキャビティ面２５の表面から３〜１０ｍｍ離れた位置には加熱手段である電気ヒータ２６が多数本、キャビティ面２５全体をカバーするように埋設されており、キャビティ面２５が加熱可能となっている。またキャビティ面２５を基準にして、前記電気ヒータ２６が埋設されている部分よりも遠い（深い）位置には冷却手段である冷却用媒体を流通させる流路２７がキャビティ面２５全体をカバーするように複数本形成されている。そして流路２７は図示しない冷却媒体の供給装置に接続されている。なお加熱手段である電気ヒータ３０、冷却手段である流路３１はキャビティ面２９を複数に分割して各ゾーン毎にゾーン制御するものでもよい。また下型２３は、図示しない熱電対等の温度センサを備えている。更にまた下型２３の周囲には上型２４との間で真空チャンバを形成する際のＯリング２８が取付けられている。
【００１６】
圧縮成形用の金型の上型２４は、凸状のコア部の前面がキャビティ面２９となっている。そして前記凸状のコア部が下型２３の凹状のキャビティ面２５の部分に嵌合されることにより、凸状のコア部の側面には隙間が形成されずに圧縮成形が可能なキャビティＣが形成される。上型２４も下型２３と同様に、キャビティ面２９の表面近傍には加熱手段である電気ヒータ３０が多数本、キャビティ面２９全体をカバーするように埋設されており、キャビティ面２９が加熱可能となっている。またキャビティ面２９を基準にして、前記電気ヒータ３０が埋設されている部分よりも遠い（深い）位置には冷却手段である冷却用媒体を流通させる流路３１がキャビティ面２９全体をカバーするように複数本形成されている。そして流路３１は図示しない冷却媒体の供給装置に接続されている。また上型２４は、図示しない熱電対等の温度センサを備えている。なお加熱手段である電気ヒータ３０、冷却手段である流路３１はキャビティ面２９を複数に分割して各ゾーン毎にゾーン制御するものでもよい。
【００１７】
また上型２４の上部にはノズルタッチ面３２が形成され、ノズルタッチ面３２の注入孔３３に連通してホットランナ３４が形成されている。ホットランナ３４のマニホールドブロック３５には、それぞれホットランナノズル３６が設けられている。そしてキャビティ面２９には前記ホットランナノズル３６のノズル孔３７がそれぞれ開口されている。またそれぞれのホットランナノズル３６は、油圧シリンダ３８により作動されるゲートバルブ３９により開口が開閉されるようになっている。より具体的には図３に示されるようにホットランナ３４は、注入孔３３に接続されるホットランナ３４から分岐して４本のホットランナ３４のマニホールドブロック３５が形成され、それぞれのマニホールドブロック３５に３個のホットランナノズル３６が設けられている。従って本実施形態では、キャビティ面２９に対して１２個のノズル孔３７が開口形成されている。また電気ヒータ３０は、ホットランナノズル３６およびノズル孔３７の部分を避けるようにキャビティ面２９の全面にほぼ均等になるように配設されている。
【００１８】
なおキャビティ面２９におけるノズル孔３７は、繊維材料複合成形品の各部において繊維材料と熱可塑性樹脂を均等な割合とするために複数設けられることが好ましい。ノズル孔３７の開口部の数は、成形される繊維複合成形品の面積によって限定されない。しかし繊維複合成形品の面積をノズル孔３７の開口部の数で除算することにより求められるノズル孔３７の一個あたりの成形品面積は、２５〜２５００ｃｍ２が望ましい。更には５０〜１０００ｃｍ２がより望ましい。なおこれらのホットランナ３４とそのノズル孔３７は下型２３、または下型２３と上型２４の双方に設けられていてもよく、少なくとも一方の金型に設けられていればよい。ホットランナ３４が双方の金型に設けられる場合、供給装置もそれに対応して設けることが一般的である。
【００１９】
上型２４の周囲には、下方に向けてチャンバ形成板４０が形成されている。そして前記したように下型２３の周囲には上型２４との間で真空チャンバを形成する際のＯリング２８が取付けられているので、下型２３が上昇した際に、前記チャンバ形成板４０と下型２３のＯリング２８に摺接して内部に外界と隔離されたチャンバを形成可能となっている。そして上型２４には真空ポンプ４１に接続される管路４２が接続され、上型の内部の管路を介して、パーティング面４４に形成された吸引孔４５に接続されている。従って下型２３が上昇され上型２４と下型２３の間に外界と隔離したチャンバを形成した上で真空ポンプ４１によりチャンバ内を吸引することによりキャビティＣ内を真空にできる。なおキャビティＣの真空構造は、圧縮成形装置１１全体、或いは圧縮成形装置１１の固定盤１５と可動盤１８の間全体を真空にするものでもよい。
【００２０】
また固定盤１５の上部には供給装置である縦型の射出装置１３が設けられている。固定盤１５の上面には縦型の射出装置１３を昇降させ、ノズル５１を上型２４のノズルタッチ面３２に当接させるためのノズルタッチ用シリンダ５２が設けられている。そしてノズルタッチ用シリンダ５２のロッドは射出装置１３のハウジングプレート５３に取付けられている。またハウジングプレート５３の中央には加熱筒５４が下方に向けて固定されている。加熱筒５４の内孔には図示しないスクリュが回転可能かつ前後進可能に設けられている。加熱筒５４の先端には射出孔を有するノズル５１が取付けられている。ハウジングプレート５３には樹脂材料の供給口５５が加熱筒５４に向けて設けられており、供給口５５は図示しない材料供給装置に接続されている。ハウジングプレート５３にはスクリュを前後進させる射出用サーボモータ５６が設けられ、ハウジングプレート５３の上方に設けられたプッシャプレート５７を昇降移動させるようになっている。プッシャプレート５７にはスクリュを回転させる計量用サーボモータ５８が設けられ、その駆動軸がカップリング等の接続手段を介してスクリュ軸の後端に接続されている。なお射出装置１３の構造は上記に限定されず、水平方向に射出装置が設けられたもの等でもよい。
【００２１】
また図示はしないが、圧縮成形装置１１の隣には炭素繊維等の繊維材料を搬入する搬入用ロボットと、成形の完了した繊維複合成形品を取出する搬出用ロボットが設けられている。なおこれらロボットは１台で繊維材料の搬入と繊維複合成形品の取出を共用するものでもよい。
【００２２】
次に本実施形態の圧縮成形装置１１を用いた繊維複合成形品の圧縮成形方法について図４により説明する。本実施形態において使用される繊維材料は炭素繊維が用いられる。またマトリックス樹脂として使用される熱可塑性樹脂はポリアミドである。本実施形態において炭素繊維は、厚みが１〜３０ｍｍ、面積は下型２３のキャビティ面２５の面積に略等しいか僅かに小さい面積の炭素繊維マットＦの形態で用いられる。炭素繊維マットＦは、方向性を持って織られたものでもよく、不織状態のものでもよい。また炭素繊維マットＦの枚数も限定されない。ただし繊維複合成形品が成形された際の総重量に占める炭素繊維の比率が、一例として２５〜７０％、更に望ましくは３５〜６０％にとなるようにすることが望ましい。
【００２３】
まず圧縮装置１２の型開位置ｐ１において停止された下型２３の上に、図示しない搬入用ロボットにより、前記炭素繊維マットＦを載置する。この際に既に下型２３および上型２４は電気ヒータ２６，３０に通電して昇温が開始されているか昇温完了していることが成形サイクルを早くするために望ましい。そして炭素繊維マットＦが載置された後、下型２３が型開位置ｐ１から上昇開始されると、次に上型２４と下型２３の間に外界と隔離したチャンバが形成されるチャンバ形成位置ｐ２において一旦下型２３の上昇を停止する。そしてチャンバ形成位置ｐ２において真空ポンプ４１とチャンバを接続し、チャンバ内を真空ポンプ４１により吸引して真空状態とする。このチャンバ形成位置ｐ２においては僅かに上型２４と下型２３は嵌合され、上型２４のキャビティ面２９の外側に位置するパーティング面４４の吸引孔４５から吸引することにより、炭素繊維の吸引孔４５への目詰まりが防止される。チャンバの真空度については限定されるものではないが、一例として１０ｈＰａ〜１００ｈＰａに真空化される。そして更に下型２３を上昇させて、溶融樹脂の射出（供給）を開始する射出開始位置ｐ３（供給開始位置）に到達すると下型２３の上昇を停止させる。この際の射出開始位置ｐ３は、圧縮用サーボモータ２０によりクローズドループ制御により位置制御され正確な位置に停止される。
【００２４】
そして溶融状態の熱可塑性樹脂Ｒの供給前には、下型２３と上型２４は電気ヒータ２６，３０への通電を継続し、金型温度（熱電対等のセンサにより検出される温度）を熱可塑性樹脂（ポリアミド）の融点温度以上に加熱しておく。この際下型２３および上型２４の温度は温度センサにより検出され、ＰＩＤ制御がなされる。本発明においてこの際の金型温度としては、少なくとも融点温度〜融点プラス１００℃の範囲が望ましく、更には融点温度〜融点プラス８０℃の範囲が望ましい。従って本実施形態では２２５〜３２５℃の範囲内の温度にまで昇温がされる。
【００２５】
次に射出装置１３の射出用サーボモータ５６を回転駆動させスクリュを前進させて計量された溶融状態の熱可塑性樹脂ＲをキャビティＣ内に射出（供給）する。この際にホットランナ３４（マニホールド３５を含む）とホットランナノズル３６も熱可塑性樹脂の融点温度以上に制御されており、ホットランナ３４内の溶融状態の熱可塑性樹脂Ｒも融点温度以上の温度となっている。そして射出装置１３により射出開始と同時にゲートバルブ３９を後退させてホットランナノズル３６をキャビティＣに連通させノズル孔３７から溶融状態の熱可塑性樹脂ＲをキャビティＣ内に射出する。この際の射出速度は、キャビティＣ内に配置された炭素繊維マットＦの位置をずらしてしまわないように比較的低速であることが望ましい。一例として射出速度（供給速度）は、スクリュの前進速度において５〜１００ｍｍ／ｓｅｃが望ましい。
【００２６】
この際にキャビティ面２９に対して複数設けられたノズル孔３７から満遍なく溶融状態の熱可塑性樹脂Ｒが供給されるので、繊維複合成形品の各部の繊維材料と樹脂材料の比率を略均等にすることができる。そしてスクリュが所定位置まで前進したら圧縮機構１９を作動させて下型２３を上昇させ、キャビティＣ内の繊維材料と溶融状態の熱可塑性樹脂Ｒに圧縮を加える。この際のタイミングとしては、上記の方法の他、射出開始と同時、射出中、射出後のいずれでもよい。またキャビティＣ内の樹脂圧を検出して樹脂圧により圧縮を開始するもの等でもよい。また保圧については、ゲートバルブ３９を閉鎖せずに、射出装置１３側からの溶融状態の熱可塑性樹脂Ｒの供給を継続して保圧を行うものでもよく、射出後すぐにゲートバルブ３９を閉鎖して圧縮装置１２の圧縮機構１９のみにより圧縮することにより、保圧を行わないか保圧を短い間で終らせるものでもよい。
【００２７】
本発明では、射出後（供給後）も一定以上の時間Ｔは、下型２３および上型２４の温度を熱可塑性樹脂の融点温度以上に保持する。そしてキャビティＣ内の熱可塑性樹脂が溶融状態のまま炭素繊維マットＦ（繊維材料）とともに圧縮し、炭素繊維マットＦへの熱可塑性樹脂の含浸を図る。本発明では、射出開始時を基点として、射出開始から１０秒後以上であって射出開始から４００秒以下の範囲の時間は、金型温度を熱可塑性樹脂の融点温度以上の状態を保持して炭素繊維マットＦ（繊維材料）への熱可塑性樹脂の含浸を図る。図４に示されるように圧縮装置１２による圧縮は当初キャビティＣ内に空間がある際は急速に型位置が移動されて圧縮がなされる。そして圧力制御開始位置ｐ４においてキャビティＣ内がほとんど溶融状態の熱可塑性樹脂Ｒと炭素繊維マットＦ（繊維材料）で満たされると圧縮制御（圧力制御）が開始される。
【００２８】
本実施形態の圧縮制御は圧縮用のサーボモータ２０によってクローズドループ制御により圧力制御が行われる。圧力制御についてはキャビティＣ内圧を測定する方法の他、タイバセンサにより型締力を測定する方法や、圧縮用のサーボモータ２０のトルクを制御する方法などが想定される。また圧縮装置に油圧シリンダを設けたものでは、クローズドループ制御が可能なサーボバルブやそれに類するバルブを使用し、圧縮用シリンダの圧力を設定圧力に制御することが望ましい。ただし本発明としてクローズドループ制御は必須ではない。
【００２９】
圧縮制御時のキャビティＣ内の溶融状態の熱可塑性樹脂Ｒと炭素繊維マットＦ（繊維材料）を圧縮する際の面圧は、０．１〜２０ＭＰａであることが望ましく、更には０．３〜１０ＭＰａであることがより望ましい。本実施形態では、このように金型温度を融点温度以上として一定以上の時間Ｔ圧縮を図ることにより、繊維材料への熱可塑性樹脂の含浸が良好になるほか、多点からの射出を行ってもウエルドが発生しないかまたはウエルドの影響を極めて小さくすることができる。そして圧縮成形開始位置ｐ４からも熱可塑性樹脂の融点以上の金型温度により圧縮されることにより、溶融状態の熱可塑性樹脂Ｒと炭素繊維マットＦ（繊維材料）の間に存在していたボイドは解消され、僅かづつキャビティＣの容積が減少され型位置ｐ４は型閉方向へ移動する。そして予めタイマにより設定された所定時間Ｔ１（一定時間）が経過するか所定の型位置に到達すると、電気ヒータ２６，３０への通電を停止し、同時に金型２３，２４内の流路２７，３１へ冷却媒体を流通させて金型２３，２４を冷却開始する。
【００３０】
金型２３，２４の冷却を開始すると温度センサにより測定される金型温度は、熱可塑性樹脂の融点温度ｔ１を下回って更に下降を続け、熱変形温度ｔ２を下回る。融点温度ｔ１を下回ると溶融樹脂の冷却固化が開始されるが、冷却固化に伴い収縮が発生するから、圧縮機構１９によるキャビティ面２５への圧縮は継続する必要がある。そして所定の時間が経過すると金型２３，２４のチャンバ内の真空状態を解消させ、圧縮成形装置１１の圧縮用サーボモータ２０を駆動させて可動盤１８と下型２３を下降させる。所定の型開位置ｐ１まで下型２３が下降されるとエジェクタ機構２２が作動されて下型２３から繊維複合成形品が突き出され、図示しない取出機により炭素繊維複合成形品が取出される。なお取出しが行われるとすぐに次のサイクルのために金型２３，２４の昇温が開始される。
【００３１】
または別の実施形態としては、圧縮装置は、固定盤または可動盤の四隅に圧縮用シリンダが設けられ、型締用シリンダのロッドがタイバとなっているタイプの圧縮装置を用いてもよい。その場合、固定盤に対する可動盤の四隅の位置（または固定金型に対する可動金型の四隅の位置）をそれぞれ検出して、固定盤と可動盤の間で平行制御を行いながら位置制御を行う。溶融状態の熱可塑性樹脂の圧縮は、圧縮シリンダの作動油の圧力を制御（フィードフォーワード制御では圧力制御）に加えて、固定盤に対する可動盤の四隅の位置をそれぞれ検出して、固定盤に対する可動盤の四隅の距離がそれぞれ等しくなるように平行制御（フィードバック制御）がなされることが望ましい。
【００３２】
また本発明については、繊維複合成形品に更に熱可塑性樹脂のみによる表面層を追加形成するものでもよい。その手順としては、本発明と同様にキャビティＣ内で繊維樹脂複合成形品の冷却が完了されてから、僅かに下型２３を表面層の厚みに対応して数ミリ程度下降させる。この際に繊維複合成形品はノズル孔３７が形成された金型（上型２４）とは反対側の金型（下型２３）のキャビティ面２５に保持され、繊維複合成形品と上型２４のキャビティ面２９の間には間隙が形成されるようにする。そしてそこへ再び射出装置１３からノズル孔３７を介して溶融樹脂を射出充填する。この際は熱可塑性樹脂は繊維材料を含浸させる目的はなく、すぐに冷却固化されてもよいので、金型温度は、融点温度ｔ１以上まで昇温する必要はない。そして前記間隙へ射出された溶融樹脂は圧縮することが望ましいが、キャビティ間隙を一定を保ち、射出装置側から保圧を加えるだけのものでもよい。このようにして表面に熱可塑性樹脂のみからなる層が形成され、美観に優れた繊維複合成形品を成形することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明については、一々列挙はしないが、上記した本実施形態のものに限定されず、当業者が本発明の趣旨を踏まえて変更を加えたものについても、適用されることは言うまでもないことである。まず圧縮装置については電動、油圧に関わらず、上方の可動盤と可動金型（上型）が、下方の固定盤と固定金型（下型）に向けて型開閉移動されるものでもよい。また圧縮装置の下型は、圧縮装置の加圧位置から圧縮装置の外へ水平方向に移動可能なものでもよい。その場合、炭素繊維マットＦ（繊維材料）の載置や、複合成形品の取出しは、圧縮装置の外で行うこともでき、下型と上型の交換やメンテナンスも容易になる。更に圧縮装置は、水平方向に可動盤が移動するものでもよい。
【００３４】
金型は、図１のような印籠構造のものでなく、コア部に対してその周囲の外周枠の部分が相対的に移動可能であって、外周枠の部分が他の金型と樹脂が漏れないように当接されるものでもよい。金型の加熱手段は、流路内に熱媒油または蒸気を供給するものでもよく、抵抗発熱する板状のヒータ、赤外線ヒータ、誘導加熱等により金型を加熱するものでもよい。また金型自体に温度センサを設けることは必須ではない。金型自体に温度センサが設けられていない場合は、供給される熱媒油等の供給装置や供給管に温度センサを取付けて温度測定を行い、その温度により本発明の金型温度が融点温度ｔ１以上かどうかを判断する。また電気ヒータを使用したものにおいてはＯＮ、ＯＦＦタイプのサーモスタットを用いたものでもよい。また金型は、取付面の側に断熱板を取付けたものでもよい。
【００３５】
供給装置は、上記の本実施形態では射出装置を使用して射出を行っているが、ピストンにより単に押出しのみを行うプランジャにより溶融状態の熱可塑性樹脂を供給するものや、回転機能のみを有するスクリュが設けられた押出機により溶融状態の熱可塑性樹脂を供給するものでもよい。また供給装置を高圧としキャビティ内を真空状態として差圧により溶融状態の熱可塑性樹脂を供給する供給装置などでもよい。
【００３６】
使用される繊維材料は、炭素繊維の他、ガラス繊維、ケプラー繊維、アルミ等の金属繊維、天然繊維等の他の種類の繊維材料であってもよい。更には使用される熱可塑性樹脂についても限定はされず、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂、ＡＳ樹脂、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリアミド、ポリアセタール、ポリフェニレンサルファイド、ポリフェニレンエーテル、熱可塑ポリウレタン等が代表的なものとして挙げられ、他の種類の熱可塑性樹脂でもよい。また熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂との混合材料でもよい。
【符号の説明】
【００３７】
１１  圧縮成形装置
１２  圧縮装置
１３  射出装置（供給装置）
１９  圧縮機構
２３  下型（一方の金型）
２４  上型（他方の金型）
２５，２９  キャビティ面
２６，３０  電気ヒータ（加熱手段）
２７，３１  流路（冷却手段）
３４  ホットランナ
３６  ホットランナノズル
３７  ノズル孔
Ｃ  キャビティ
Ｆ  炭素繊維マット（繊維材料）
Ｒ  溶融状態の熱可塑性樹脂
Ｔ  一定以上の時間
ｔ１  熱可塑性樹脂の融点温度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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