(57)【要約】【課題】  ロール成形型を用いて成形品を製造する際に、得られる成形品中の連続繊維にたわみが生じない成形品を製造可能な一対のロール成形型、ならびに、成形装置および成形品の製造方法の提供。【解決手段】  第一の断熱部、折曲加工部、および、第二の断熱部を、それぞれ、該順に、ロールの回転方向に垂直な方向に隣接して有する一対のロール成形型であって、前記折曲加工部は、山折部と谷折部を含み、前記山折部の折曲角度の合計と、谷折部の折曲角度の合計の差が５度以内である、一対のロール成形型。【選択図】    図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の断熱部、折曲加工部、および、第二の断熱部を、それぞれ、該順に、ロールの回転方向に垂直な方向に隣接して有する一対のロール成形型であって、前記折曲加工部は、山折部と谷折部を含み、前記山折部の折曲角度の合計と、谷折部の折曲角度の合計の差が５度以内である、一対のロール成形型。
【請求項２】
前記一対のロール成形型は、連続繊維強化熱可塑性樹脂シートをロール成形するための一対のロール成形型である、請求項１に記載の一対のロール成形型。
【請求項３】
前記連続繊維強化熱可塑性樹脂シートは、連続繊維が少なくとも一方向に並列している、請求項２に記載の一対のロール成形型。
【請求項４】
さらに、前記一対のロール成形型の少なくとも一方のロール成形型の、前記第一の断熱部および第二の断熱部よりもロール成形型の回転軸に近い領域に、加熱装置を有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の一対のロール成形型。
【請求項５】
前記一対のロール成形型のロールの回転方向に垂直な方向の末端の少なくとも一方は、断熱部である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の一対のロール成形型。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の一対のロール成形型を有する、成形品のロール成形装置。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の一対のロール成形型の間を、シートを搬送させることを含む、成形品の製造方法。
【請求項８】
前記シートは、連続繊維強化熱可塑性樹脂シートであり、該連続繊維強化熱可塑性樹脂シートに含まれる連続繊維は、少なくとも、該シートの搬送方向に垂直な方向に並列している、請求項７に記載の成形品の製造方法。
【請求項９】
前記連続繊維強化熱可塑性樹脂シートに含まれる熱可塑性樹脂が、連続繊維に含浸している、請求項８に記載の成形品の製造方法。
【請求項１０】
前記連続繊維強化熱可塑性樹脂シートの厚さが、０．２〜５．０ｍｍである、請求項８または９に記載の成形品の製造方法。
【請求項１１】
前記熱可塑性樹脂がポリアミド樹脂またはポリプロピレン樹脂を含む、請求項８〜１０のいずれか１項に記載の成形品の製造方法。
【請求項１２】
前記熱可塑性樹脂がジアミン由来の構成単位とジカルボン酸由来の構成単位を含み、ジアミン由来の構成単位の５０モル％以上がキシリレンジアミンに由来するポリアミド樹脂を含む、請求項８〜１０のいずれか１項に記載の成形品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一対のロール成形型、成形装置および成形品の製造方法に関する。特に、連続繊維強化熱可塑性樹脂シート等のシート状の材料を所望の形状に成形するために用いる、一対のロール成形型、成形装置および成形品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、連続繊維強化熱可塑性樹脂シート等のシート状の材料を所望の形状に成形する場合、加熱したシート状の材料を金型に投入した後に型締めにより加圧して成形品を得るスタンピング成形法が用いられている。
スタンピング成形法は、成形品の形状によっては、優れた技術であるが、長尺品やアンダーカット形状の成形品の成形には向かない。
一方、長尺品やアンダーカット形状の成形品の成形方法として、特許文献１には、成形前の繊維強化熱可塑性樹脂シートにおいて成形時に折曲部として加工される局所の両側領域にのみそれぞれ加熱装置により予め加熱する加熱工程と、その加熱工程終了後の繊維強化熱可塑性樹脂シートの前記両側領域をロールフォーミング装置により加工して成形する成形工程とを連続処理することを特徴とする繊維強化熱可塑性樹脂シートの成形方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３-２２０６２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、本発明者が上記特許文献１について、検討を行ったところ、連続繊維強化熱可塑性樹脂シートの折曲加工を行う場合に、繊維のたわみが起きてしまうことが分かった。具体的には、図１を用いて説明する。図１は、一対のロール成形型の間を、連続繊維強化熱可塑性樹脂シートを搬送させながら折曲加工を行う状態を示す断面の一部を示す概略図であって、１１は一対のロール成形型の一方を、１２は一対のロール成形型の他方を示し、１３はロール成形型の折曲加工部を、１４は連続繊維強化熱可塑性樹脂シートを、１５は前記連続繊維強化熱可塑性樹脂シート内に並列している連続繊維をそれぞれ示している。図１に示す形態では、ロール成形型１１・１２の間を連続繊維強化熱可塑性樹脂シート１４が通過する際に、ロール成形型の折曲加工部１３において、連続繊維強化熱可塑性樹脂シート１４が折曲加工される。しかしながら、折曲加工時に、折曲部位の内側に位置する連続繊維１５にたわみが生じる場合があることが分かった。図１では、点線で囲った部分において連続繊維１５にたわみが生じている。このような連続繊維のたわみは、得られる成形品の機械的強度を低下させてしまう。
本発明は、かかる課題を解決することを目的とするものであって、ロール成形型を用いて成形品を製造する際に、得られる成形品中の連続繊維にたわみが生じない成形品を製造可能な一対のロール成形型、ならびに、成形装置および成形品の製造方法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】
【０００５】
上記課題のもと、本発明者が検討を行った結果、１つの折曲加工部に山折部と谷折部を設け、山折部の折曲角度の合計と、谷折部の折曲角度の合計の差が概ね０度となるように調整することにより、上記課題を解決しうることを見出した。具体的には、下記手段＜１＞により、好ましくは＜２＞〜＜１２＞により上記課題は解決された。
＜１＞第一の断熱部、折曲加工部、および、第二の断熱部を、それぞれ、前記順に、ロールの回転方向に垂直な方向に隣接して有する一対のロール成形型であって、前記折曲加工部は、山折部と谷折部を含み、前記山折部の折曲角度の合計と、谷折部の折曲角度の合計の差が５度以内である、一対のロール成形型。
＜２＞前記一対のロール成形型は、連続繊維強化熱可塑性樹脂シートをロール成形するための一対のロール成形型である、＜１＞に記載の一対のロール成形型。
＜３＞前記連続繊維強化熱可塑性樹脂シートは、連続繊維が少なくとも一方向に並列している、＜２＞に記載の一対のロール成形型。
＜４＞さらに、前記一対のロール成形型の少なくとも一方のロール成形型の、前記第一の断熱部および第二の断熱部よりもロール成形型の回転軸に近い領域に、加熱装置を有する、＜１＞〜＜３＞のいずれか１つに記載の一対のロール成形型。
＜５＞前記一対のロール成形型のロールの回転方向に垂直な方向の末端の少なくとも一方は、断熱部である、＜１＞〜＜４＞のいずれか１つに記載の一対のロール成形型。
＜６＞＜１＞〜＜５＞のいずれか１つに記載の一対のロール成形型を有する、成形品のロール成形装置。
＜７＞＜１＞〜＜５＞のいずれか１つに記載の一対のロール成形型の間を、シートを搬送させることを含む、成形品の製造方法。
＜８＞前記シートは、連続繊維強化熱可塑性樹脂シートであり、該連続繊維強化熱可塑性樹脂シートに含まれる連続繊維は、少なくとも、該シートの搬送方向に垂直な方向に並列している、＜７＞に記載の成形品の製造方法。
＜９＞前記連続繊維強化熱可塑性樹脂シートに含まれる熱可塑性樹脂が、連続繊維に含浸している、＜８＞に記載の成形品の製造方法。
＜１０＞前記連続繊維強化熱可塑性樹脂シートの厚さが、０．２〜５．０ｍｍである、＜８＞または＜９＞に記載の成形品の製造方法。
＜１１＞前記熱可塑性樹脂がポリアミド樹脂、またはポリプロピレン樹脂を含む、＜８＞〜＜１０＞のいずれか１つに記載の成形品の製造方法。
＜１２＞前記熱可塑性樹脂がジアミン由来の構成単位とジカルボン酸由来の構成単位を含み、ジアミン由来の構成単位の５０モル％以上がキシリレンジアミンに由来するポリアミド樹脂を含む、＜８＞〜＜１０＞のいずれか１つに記載の成形品の製造方法。
【発明の効果】
【０００６】
本発明により、ロール成形型を用いて成形品を製造する際に、得られる成形品中の連続繊維にたわみが生じない成形品を製造可能な一対のロール成形型、ならびに、成形装置および成形品の製造方法を提供可能になった。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】公知のロール成形方法を用いて、連続繊維強化熱可塑性樹脂シートを成形加工する場合の断面概略図である。
【図２】本発明の一対のロール成形型を用いた成形装置の一例を示す概略図である。
【図３】本発明の一対のロール成形型の一例を示す断面概略図である。
【図４】図３のＡの部分の拡大図示す。
【図５】従来のロール成形方法および本発明におけるロール成形方法で製造した成形品の折曲部の一部断面概略図である。
【図６】本発明の一対のロール成形型の他の一例の断面概略図を示す。
【図７】本発明の一対のロール成形型の他の一例の断面概略図を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下において、本発明の内容について詳細に説明する。尚、本明細書において「〜」とはその前後に記載される数値を下限値および上限値として含む意味で使用される。
以下、図面に従って、本発明の一対のロール成形型、ならびに、成形装置および成形品の製造方法について説明する。本発明が図面に記載のものに限定される訳ではないことは言うまでもない。
【０００９】
本発明の実施形態における、一対のロール成形型は、第一の断熱部、折曲加工部、および、第二の断熱部を、それぞれ、前記順に、ロールの回転方向に垂直な方向に隣接して有する一対のロール成形型であって、前記折曲加工部は、山折部と谷折部を含み、前記山折部の折曲角度の合計と、谷折部の折曲角度の合計の差が５度以内であることを特徴とする。
本発明における一対のロール成形型は、通常、ロール成形用の成形装置（ロール成形装置）に装着して用いられる。図２は、本発明の一対ロール成形型を組み込んだ成形装置の一例を示したものである。図２において、２１はシート状の材料であり、２２は一対のロール成形型の一方のロール成形型を示し、２３は他方のロール成形型を示し、２４は成形装置を示す。また、Ｘはシート状の材料の搬送方向である。一対のロール成形型のそれぞれのロール成形型２２・２３の表面には、所望する成形品に応じて、折曲加工部（図示せず）と前記折曲加工部を挟んで断熱部（図示せず）が設けられている。そして、ロール成形型の断熱部よりもロール成形型の回転軸に近い領域に、加熱装置（図示せず）が設けられ、加熱装置によって、ロールの表面のうち、断熱部以外の部分が加熱され、シート状の材料が所望の形状に加工される。尚、加熱装置は、一対のロール成形型とは分離していてもよい。すなわち、一対のロール成形型は加熱装置を有さず、成形装置のロール成形型の取付け部などに加熱装置が内蔵されていてもよい。
また、加熱装置は、一対のロール成形型に加え、分離した加熱装置を用いてもよい。特に、ロール成形型の加熱は、ロール成形型の外部からの間接的に加熱する方法でもよい。外部からの間接的な加熱の場合、ヒートコントロールがより容易になる。
本発明のロール成形型は、連続繊維強化熱可塑性樹脂シートの成形に好ましく用いられる。シート状の材料の詳細は後述する。
【００１０】
次に一対のロール成形型の構造の詳細について、図３に従って、説明する。図３は、図２の一対のロール成形型のＹで示す部分の断面概略図である。図３において、３１はロール成形型の一方を、３２はロール成形型の他方を、３３はシート状の材料を、３４は断熱部を、３５は折曲加工部を、３６は加熱装置を、３７はロール成形型の回転軸をそれぞれ示している。
【００１１】
本発明の一対のロール成形型は、断熱部３４、折曲加工部３５、および、断熱部３４を、前記順に、ロールの回転方向に垂直な方向で隣接するように有している。このように、それぞれのロール成形型が、第一の断熱部、折曲加工部、および、第二の断熱部をロールの表面において並設し、かつ、第一の断熱部、折曲加工部、および、第二の断熱部が互いに対向していることにより、ロール成形型３１・３２の間で、折曲加工部の形状に沿うように、成形品の折曲部を加工することが可能になる。
折曲加工工程は、より具体的には、加熱装置３６からの熱が折曲加工部に伝導し、ロール成形型の形状に沿って加工されることにより進行する。ロール成形型は、加熱装置３６からの熱によって、通常、シート状の材料の搬送方向に垂直な方向に、帯状に均一に加熱される。しかしながら、断熱部３４は断熱されているため、加熱装置３６からの熱が伝導しない構成となっている。このような構成とすることにより、シート状材料の折曲加工される領域のみが加熱される。
加熱温度は、シート状の材料の種類に応じて定められる。シート状の材料が熱可塑性樹脂を含む場合、熱可塑性樹脂のガラス転移温度Ｔｇを基準に定めることができる。具体的には、熱可塑性樹脂のＴｇ＋１〜Ｔｇ＋２００℃が好ましく、Ｔｇ＋１０〜Ｔｇ＋１５０℃がより好ましい。また、熱可塑性樹脂が結晶性樹脂の場合、熱可塑性樹脂の融点Ｔｍを基準に定めることもできる。具体的には、熱可塑性樹脂のＴｍ−５０〜Ｔｍ＋５０℃が好ましく、Ｔｍ−３０〜Ｔｍ＋３０℃がより好ましい。シート状の材料が熱可塑性樹脂を２種以上含む場合、シート状の材料に含まれる熱可塑性樹脂のうち、最もＴｇまたはＴｍが高い熱可塑性樹脂のＴｇまたはＴｍが上記範囲であることが好ましい。このような範囲とすることにより、適切に折曲加工工程を進行させることができる。特に、結晶性樹脂を融点よりも低い温度で加熱することにより、より成形性に優れると共に、ロールへのシート状材料のこびりつきを効果的に抑制できる。
なお、ガラス転移温度および融点はＤＳＣ（示差走査熱量測定）法によって、観測される温度をいう。示差走査熱量の測定はＪＩＳ  Ｋ７１２１およびＫ７１２２に準じて行うことができる。示差走査熱量計を用い、ポリアミド樹脂を示差走査熱量計の測定パンに仕込み、窒素雰囲気下にて昇温速度１０℃／分で３００℃まで昇温し、その後１０℃／分で３０℃まで徐冷し前処理を行った後に測定を行う。測定条件は、昇温速度１０℃／分で、３００℃で５分保持した後、降温速度−５℃／分で１００℃まで測定を行い、ガラス転移点、降温時結晶化温度および融点を求める。
示差走査熱量計としては、島津製作所社製「ＤＳＣ−６０」を用いることができる。
【００１２】
本発明では、折曲加工部は、山折部と谷折部を含み、前記山折部の折曲角度の合計と、谷折部の折曲角度の合計の差が５度以内である。このような構成とすることにより、連続繊維強化熱可塑性樹脂シートを成形した時に、成形品の機械的強度を高く維持することができる。この点について、図４を用いて説明する。
図４は、図３の破線で囲った領域Ａの拡大図である。折曲加工部３５は、山折部４５と谷折部４６を有している。本発明では、一対のロール成形型のそれぞれのロール成形型において、前記山折部の折曲角度の合計と、谷折部の折曲角度の合計の差が５度以内であり、３度以内であることが好ましく、１度以内であることがより好ましく、０度であることがさらに好ましい。ここで、折曲角度とは、山折部および谷折部の折曲点を介して形成される角度である。具体的には、山折部の折曲角度は、山折に折れ曲って形成される折角をいい、図４では、αとなる。また、後述する図６では、それぞれ、α１、α２、α３で示される角度が山折部の折曲角度になる。一方、谷折部の折曲角度は、谷折に折れ曲って形成される折角をいい、図４では、α’となる。また、後述する図６では、α１’、α２’、α３’となる。そして、一対のロール成形型のそれぞれについて、山折部の折曲角度の合計と、谷折部の折曲角度の合計の差を５度以内とすることにより、加熱成形時の、連続繊維強化熱可塑性樹脂シート中の連続繊維のたわみを解消できる。つまり、図４では山折部の折曲角度αが９０度であり、谷折部の折曲角度が９０度であり、これらの折曲角度の差が０度となるように設定されている。このような構成とすることにより、得られる成形品中の連続繊維のたわみを抑制できる。
より具体的には、図５を用いて説明する。すなわち、図５（ａ）に示すように、山折部の折曲角度の合計と谷折部の折曲角度の合計の差が０度でない場合、得られる成形品５１中において、連続繊維５２のうち、折曲部の内側の領域では連続繊維がたわみ（図５の５３）、折曲部の外側では連続繊維が緊張状態（図５の５４）となっていた。これに対し、本発明では、図５（ｂ）に示すように、山折部の折曲角度αの合計と谷折部の折曲角度のα’の合計の差を概ね０度となるように設定することにより、１つの折曲加工部において、連続繊維のたわみと緊張状態を相殺させて成形することができる。この結果、成形品の機械的強度を向上させることができる。
【００１３】
ここで折曲角度は、ぞれぞれ独立に、０度を超え１８０度未満の範囲で適宜定めることができ、１０〜１７０度が好ましく、２０〜１５０度がより好ましく、２５〜１３０度および３０〜１２０度がさらに好ましい。このような折曲角度において、連続繊維のたわみが起きやすいため、本発明の一対のロール成形型を用いることが相応しい。
【００１４】
尚、上記図３〜５では、折曲加工部における折曲角度を有する部位は、２つとなっているが、必ずしも２つである必要はない。折曲角度の数は、２〜１０個が好ましく、２〜８個がより好ましい。
図６は、２つの断熱部の間に位置する折曲加工部の山折部の折曲角度の合計と谷折部の折曲角度の合計の差が概ね０となる他の一例である。図６では、６１が断熱部であり、６２が折曲加工部である。図６では、α１〜α３で表される山折部の折曲角度と、α１’〜α３’で表される谷折部の折曲角度があり、これらの山折部の折曲角度の合計と谷折部の折曲角度の合計の差が概ね０度となっている。
本発明では、折曲加工部の山折部の折曲角度の合計と谷折部の折曲角度の合計の差が概ね０度であればよいが、複雑な形状では山折部の折曲角度の合計と谷折部の折曲角度の合計の差が概ね０度になるところで断熱部を設け、折曲加工部の幅および表面長さを短くすることが好ましい。
また、折曲加工部の表面に形成される折曲は、必ずしも直線状である必要はない。例えば、図７に示すように曲面状の折曲加工部を含んでいてもよい。図７において、７１が断熱部であり、７２が折曲加工部である。曲面状の折曲加工部における折曲角度は、折曲加工部の極大点または極小点（例えば、図７の７３）と、前記折曲加工部に隣接する折曲加工部の頂点（曲面の場合は極大点または極小点、例えば、図７の７４・７５）をそれぞれ線で結んで形成される折角（例えば、図７のα４’）をいう。また、図7に示すように、断熱部に隣接する折曲加工部が曲面状である場合、断熱部につながる直線に対し、折曲加工部の屈曲開始点（例えば、図７の７５）と前記折曲加工部に隣接する折曲加工部の頂点（曲面の場合は極大点または極小点、例えば、図７の７３）を結ぶ直線の折角（例えば、図７のα４）をいう。
さらに、図７に記載の折曲加工部では、上記α４およびα４’に加え、折曲角度がα５である山折部、および、折曲角度がα５’である谷折部も有している。そして、山折部の折曲角度の合計（α４とα５の合計）と、谷折部の折曲角度の合計（α４’とα５’の合計）の差が概ね０度となる。
【００１５】
また、１つの一対のロール成形型において、断熱部と断熱部の間に位置する折曲加工部は１つであってもよいし、２つ以上あってもよい。上述の図３では、断熱部と断熱部の間に位置する折曲加工部３５が２つ設けられている。このような構成とすることにより、より複雑な形状を成形可能になる。
【００１６】
ロール成形型は、通常、金属、テフロン（登録商標）などの樹脂等の材料から構成される。また、ロール成形型の表面に、離型剤、潤滑剤等が塗布されていてもよい。このような構成とすることにより、ロール成形型とシート状の材料が密着するのを効果的に抑制することが可能になる。
【００１７】
折曲加工部のロールの回転方向に垂直な方向の長さ、すなわち、折曲加工部の幅（例えば、図４の４１）も、成形品の形状によって定められるが、０．５〜５ｃｍのものが加工適正に優れる。
前記折曲加工部の幅（例えば、図４の４１）に対する、折曲加工部の表面長さ（例えば、図４の４２から２つの折曲点を経て４３までの距離）の長さの比率（折曲加工部の幅／折曲加工部の表面長さ）は、１：１．５〜１：２０が好ましく、１：２〜１：１０がより好ましい。このような範囲とすることにより、より機械的強度に優れた成形品が得られる。
【００１８】
断熱部のロールの回転方向に垂直な方向における長さ、すなわち、断熱部の幅は、成形品の形状によって定められるが、１〜２０ｃｍのものが加工適正に優れる。断熱部の表面は、通常は、折曲加工部とは異なり、凹凸を有していない、平滑な面であるが、本発明の趣旨を逸脱していない範囲で凹凸を有していてもよい。特に、予備加熱ゾーンでシート状の材料を予備加熱している場合には、断熱部に凹凸を設けても成形加工できる場合もあろう。
【００１９】
一対のロール成形型の間の距離、すなわち、シート状の材料が通過する部分の距離（例えば、図４の４４）は、シート状の材料の厚さに応じて定められる。好ましくは０．２〜５．０ｍｍであり、より好ましくは０．５〜２．０ｍｍであり、さらに好ましくは１．０〜２．０ｍｍである。
【００２０】
本発明では、また、一対のロール成形型のロールの回転方向に垂直な方向の末端の少なくとも一方は、断熱部であることが好ましく、両末端が断熱部であることがより好ましい。このような構成とすることにより、成形品の端部において、連続繊維がたわむのをより効果的に抑制できる。
【００２１】
再び図２に戻り、本発明の成形装置の詳細について説明する。本発明の成形装置では、通常、一対のロール成形型（２２・２３）が複数直列している。このような構成とすることにより、複雑な形状の成形品を成形可能になる。また、一対のロール成形型の前、間あるいは後に、搬送ロールを有していてもよい。搬送ロールを設けることにより、シート状材料の搬送をよりスムーズに行うことができる。但し、本発明では、一対のロール成形型が搬送機能を有することから、搬送ロールを設けない構成とすることも可能である。
また、シート状の材料の搬送速度は、０．１〜１００ｍ／分であることが好ましい。
【００２２】
さらに、本発明の成形装置は、予備加熱ゾーンを有していてもよい。予備加熱ゾーンは、通常、材料が一対のロール成形型に搬送させる前に通過させることが好ましい。このような構成とすることにより、一対のロール成形型を搬送させる際に、成形がより容易になる。また、予備加熱などで、融点付近で加熱しておくことにより、結晶性樹脂を含むシート状材料において、融点よりも低い温度で、かつ、結晶化が急速に進行しない温度で加工することができる。
加えて、本発明の成形装置は含浸工程を含んでいてもよい。含浸工程とは、熱可塑性樹脂を連続繊維に含浸させる工程をいう。例えば、連続繊維束を開繊しつつ、溶融した熱可塑性樹脂を押出し、加圧して含浸させる工程などが挙げられる。また、シート状の連続繊維に、溶融した熱可塑性樹脂を押出し、あるいは、加熱した熱可塑性樹脂フィルムを適用し、熱プレスする工程などが挙げられる。含浸工程と折曲加工工程を連続して行うことにより、熱エネルギーを効率的に利用でき、省コスト化を達成できる。
さらにまた、本発明の成形装置は、シート状の材料を供給する供給部や加熱成形後の成形品を冷却する冷却装置を含んでいてもよい。さらに、シート状の材料として、熱可塑性樹脂シートや連続繊維強化熱可塑性樹脂シートを用いる場合、シート状の材料の巻出部などを有していてもよい。シート状の材料を巻いて保存することにより、成形装置の省スペース化が達成できる。
【００２３】
次に、シート状の材料について、説明する。
本発明において、成形品の製造に用いる材料は、シート状の材料であれば特に定めるものではないが、熱可塑性樹脂シートであることが好ましく、連続繊維強化熱可塑性樹脂シートであることがより好ましい。本発明で用いるシート状の材料に含まれる熱可塑性樹脂は１種であってもよいし、２種以上であってもよい。
【００２４】
本発明で用いるシート状の材料は、熱可塑性樹脂に加え、連続繊維を含むことが好ましい。連続繊維は、少なくとも一方向に並列していることが好ましい。特に、連続繊維は、成形装置において、シート状の材料の搬送方向と垂直な方向、すなわち、一対のロール成形型の幅方向で並列していることが好ましい。ここでの並列とは、幾何学的な意味での並列のほか、本発明の技術分野において、当業者に一般的に並列していると解釈されるものも含む趣旨である。例えば、繊維ロービングを開繊しながら、熱可塑性樹脂を含浸させて得られる材料における連続繊維は並列している例に該当する。また、連続繊維を経糸および緯糸とした織物における、経糸および緯糸、さらには多軸織物における３０〜６０度を含む各軸の糸も、連続繊維が並列している例に該当する。
【００２５】
本発明で用いるシート状の材料は、上述のとおり、熱可塑性樹脂が連続繊維中に、一部または全部が含浸していることが好ましい。このような構成とすることにより、シート中の連続繊維を移動しにくくできる。
【００２６】
本発明では、含浸の状態について、本発明で用いるシート状の材料をエポキシ樹脂で包埋し、前記包埋した材料の連続繊維の長手方向に垂直な断面を研磨し、断面図を超深度カラー３Ｄ形状測定顕微鏡ＶＫ−９５００（コントローラー部）／ＶＫ−９５１０（測定部）（キーエンス社製）を使用して撮影することによって、確認することができる。
さらに、含浸率を求める場合は、得られた材料の断面の写真に対し、ポリアミド樹脂が溶融し含浸した領域を、画像解析ソフトＩｍａｇｅＪを用いて選択し、その面積を測定して算出することができる。
含浸率＝（撮影断面におけるポリアミド樹脂が連続繊維に含浸している領域）／（撮影断面積）×１００（単位％）として示すことができる。
本発明では、含浸率が７０％以上であることが好ましく、８０％以上であることがより好ましく、９０％以上であることがさらに好ましい。
【００２７】
本発明で用いるシート状の材料の好ましい実施形態としては、以下のものが例示される。
（１）連続繊維を一方向に並列させたものに、熱可塑性樹脂を含浸させた材料
（２）連続繊維を経糸および緯糸とした織物に熱可塑性樹脂を含浸させた材料
（３）連続繊維と連続熱可塑性樹脂繊維の一方を経糸、他方を緯糸とした織物
（４）連続繊維と連続熱可塑性樹脂繊維を含む混繊糸を経糸および緯糸の両方に用いた織物
（５）連続繊維と連続熱可塑性樹脂繊維を含む混繊糸を経糸および緯糸の一方に用い、他方に、連続繊維および／または連続熱可塑性樹脂繊維を用いた織物
（６）上記（３）〜（５）において、熱可塑性樹脂繊維を連続繊維に含浸させた材料
ここで、織物とは、平織、綾織の他、繻子織、魚子織などの経糸と緯糸を交錯させる織物の他、経糸と緯糸を交錯させず、ステッチで固定するノンクリンプファブリックを含む。
【００２８】
シート状の材料の厚さは、成形品の形状等によって適宜定められるが、好ましくは０．２〜５．０ｍｍであり、より好ましくは０．５〜２．０ｍｍである。
本発明で用いるシート状の材料の幅は、好ましくは５〜１００ｃｍであり、より好ましくは１０〜５０ｃｍである。
また、本発明で用いるシート状の材料の長さは、好ましくは０．１ｍ〜１０ｍであり、より好ましくは０．２〜５ｍである。
【００２９】
次に、シート状の材料に用いることができる熱可塑性樹脂について説明する。
シート状の材料に用いることができる熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリオキシメチレン樹脂、ポリエーテルケトン、ポリエーテルスルフォン、熱可塑性ポリエーテルイミド等が例示され、ポリアミド樹脂、ポリプロピレン樹脂であることが好ましく、ポリアミド樹脂であることがより好ましい。
【００３０】
本発明で用いるポリアミド樹脂としては、ポリアミド４、ポリアミド６、ポリアミド１１、ポリアミド１２、ポリアミド４６、ポリアミド６６、ポリアミド６１０、ポリアミド６１２、ポリヘキサメチレンテレフタラミド（ポリアミド６Ｔ）、ポリヘキサメチレンイソフタラミド（ポリアミド６Ｉ）、ポリアミド６６／６Ｔ、ポリキシリレンアジパミド、ポリキシリレンセバカミド、ポリキシリレンドデカミド、ポリアミド９Ｔ、ポリアミド９Ｉ／９Ｔ、ポリアミド６Ｉ／６Ｔ、ポリアミド１，３−ビス（アミノメチル）シクロヘキサンとアジピン酸から構成されるポリアミド（１，３−ＢＡＣ６）、ポリアミド１，３−ＢＡＣ６Ｉ、ポリアミド１，３−ビス（アミノメチル）シクロヘキサンとセバシン酸から構成されるポリアミド（ポリアミド１，３−ＢＡＣ１０）、ポリアミド１，３−ＢＡＣ１０Ｉ、ポリアミド１，４−ＢＡＣ６、ポリアミド１，４−ＢＡＣ６Ｉ、ポリアミド１，４−ＢＡＣ１０、ポリアミドキシリレン６Ｉ、ポリアミドキシリレン１０Ｉ、これらポリアミドを１種以上含む共重合体、およびこれらポリアミドの混合物等が挙げられる。
【００３１】
上記のようなポリアミド樹脂の中でも、成形性、耐熱性の観点から、ジアミン由来の構成単位とジカルボン酸由来の構成単位を含み、ジアミン由来の構成単位の５０モル％以上がキシリレンジアミンに由来するポリアミド樹脂（以下、「ＸＤ系ポリアミド」ということがある）であることが好ましい。
また、ポリアミド樹脂が混合物である場合は、ポリアミド樹脂中のＸＤ系ポリアミドの比率が５０質量％以上であることが好ましく、８０質量％以上であることがより好ましい。
【００３２】
ＸＤ系ポリアミドは、好ましくはジアミン由来の構成単位の７０モル％以上、より好ましくは８０モル％以上、さらに好ましくは９０モル％以上、特に好ましくは９５モル％以上がメタキシリレンジアミンおよび／またはパラキシリレンジアミンに由来し、ジカルボン酸由来の構成単位の好ましくは５０モル％以上、より好ましくは７０モル％以上、さらに好ましくは８０モル％以上、一層好ましくは９０モル％、より一層好ましくは９５モル％以上が、炭素原子数が４〜２０のα，ω−直鎖脂肪族ジカルボン酸に由来する。
【００３３】
ＸＤ系ポリアミドの原料ジアミン成分として用いることができるメタキシリレンジアミンおよびパラキシリレンジアミン以外のジアミンとしては、テトラメチレンジアミン、ペンタメチレンジアミン、２−メチルペンタンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、ヘプタメチレンジアミン、オクタメチレンジアミン、ノナメチレンジアミン、デカメチレンジアミン、ドデカメチレンジアミン、２，２，４−トリメチル−ヘキサメチレンジアミン、２，４，４−トリメチルヘキサメチレンジアミン等の脂肪族ジアミン、１，３−ビス（アミノメチル）シクロヘキサン、１，４−ビス（アミノメチル）シクロヘキサン、１，３−ジアミノシクロヘキサン、１，４−ジアミノシクロヘキサン、ビス（４−アミノシクロヘキシル）メタン、２，２−ビス（４−アミノシクロヘキシル）プロパン、ビス（アミノメチル）デカリン、ビス（アミノメチル）トリシクロデカン等の脂環式ジアミン、ビス（４−アミノフェニル）エーテル、パラフェニレンジアミン、ビス（アミノメチル）ナフタレン等の芳香環を有するジアミン等を例示することができ、１種または２種以上を混合して使用できる。
ジアミン成分として、キシリレンジアミン以外のジアミンを用いる場合は、ジアミン由来の構成単位の５０モル％未満であり、３０モル％以下であることが好ましく、より好ましくは１〜２５モル％、さらに好ましくは５〜２０モル％の割合で用いる。
【００３４】
ポリアミド樹脂の原料ジカルボン酸成分として用いるのに好ましい炭素原子数４〜２０のα，ω−直鎖脂肪族ジカルボン酸としては、例えばコハク酸、グルタル酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、アジピン酸、セバシン酸、ウンデカン二酸、ドデカン二酸等の脂肪族ジカルボン酸が例示でき、１種または２種以上を混合して使用できるが、これらの中でもポリアミド樹脂の融点が成形加工するのに適切な範囲となることから、アジピン酸またはセバシン酸が好ましい。
【００３５】
上記炭素原子数４〜２０のα，ω−直鎖脂肪族ジカルボン酸以外のジカルボン酸成分としては、イソフタル酸、テレフタル酸、オルソフタル酸等のフタル酸化合物、１，２−ナフタレンジカルボン酸、１，３−ナフタレンジカルボン酸、１，４−ナフタレンジカルボン酸、１，５−ナフタレンジカルボン酸、１，６−ナフタレンジカルボン酸、１，７−ナフタレンジカルボン酸、１，８−ナフタレンジカルボン酸、２，３−ナフタレンジカルボン酸、２，６−ナフタレンジカルボン酸、２，７−ナフタレンジカルボン酸といった異性体等のナフタレンジカルボン酸等を例示することができ、１種または２種以上を混合して使用できる。
【００３６】
ジカルボン酸成分として、炭素原子数４〜２０のα，ω−直鎖脂肪族ジカルボン酸以外のジカルボン酸を用いる場合は、成形加工性、バリア性の点から、テレフタル酸、イソフタル酸を用いることが好ましい。テレフタル酸、イソフタル酸の割合は、好ましくはジカルボン酸構成単位の３０モル％以下であり、より好ましくは１〜３０モル％、さらに好ましくは５〜２０モル％の範囲である。
【００３７】
さらに、ジアミン成分、ジカルボン酸成分以外にも、ポリアミド樹脂を構成する成分として、本発明の効果を損なわない範囲でε−カプロラクタムやラウロラクタム等のラクタム類、アミノカプロン酸、アミノウンデカン酸等の脂肪族アミノカルボン酸類も共重合成分として使用できる。
【００３８】
本発明で用いるポリアミド樹脂は、数平均分子量（Ｍｎ）が６，０００〜３０，０００であることが好ましく、より好ましくは８，０００〜２８，０００であり、さらに好ましくは９，０００〜２６，０００であり、一層好ましくは１０，０００〜２４，０００であり、より一層好ましくは１１，０００〜２２，０００である。このような範囲であると、耐熱性、弾性率、寸法安定性、成形加工性がより良好となる。
【００３９】
なお、ここでいう数平均分子量（Ｍｎ）とは、ポリアミド樹脂の末端アミノ基濃度［ＮＨ2］（μ当量／ｇ）と末端カルボキシル基濃度［ＣＯＯＨ］（μ当量／ｇ）から、次式で算出される。
数平均分子量（Ｍｎ）＝２，０００，０００／（［ＣＯＯＨ］＋［ＮＨ2］）
【００４０】
ポリプロピレン樹脂としては、アイソタクチックポリプロピレン、シンジオタクチックポリスチレン、アタクチックポリプロピレン、ポリプロピレン系ポリマーアロイ等が挙げられる。
【００４１】
上記ポリプロピレン樹脂の中でも結晶性、熱物性、加工性、機械物性の観点からアイソタクチックポリプロピレンが好ましく用いられる。アイソタクチックポリプロピレンはホモポリマー、ブロックコポリマー、ランダムコポリマーに大別されるが、中でもホモポリマーや、無水マレイン酸などの官能基をグラフト化したブロックコポリマーなどが特に好ましく用いられる。
【００４２】
本発明で用いる熱可塑性樹脂には、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、他の成分を配合してもよい。他の成分としては、離型剤、光安定剤、熱安定剤、エラストマー、顔料、アルカリ、紫外線吸収剤、蛍光増白剤、滴下防止剤、帯電防止剤、防曇剤、滑剤、アンチブロッキング剤、流動性改良剤、可塑剤、分散剤、防菌剤などが挙げられる。これらは２種以上を併用してもよい。
これらの記載は、国際公開ＷＯ２０１２／１２８２１９号パンフレットの段落番号００２７、００２８、００３８〜００５４、特開２００７−３１４７６６号公報、特開２００８−１２７４８５号公報および特開２００９−５１９８９号公報、特開２０１２−７２３３８号公報等の記載を参酌でき、これらの内容は本明細書に組み込まれる。
本発明で用いるシート状の材料は、熱可塑性樹脂を１５〜７０質量％含むことが好ましい。前記熱可塑性樹脂の含有量の下限は、２０質量％以上が好ましく、２４質量％以上がより好ましい。また、前記熱可塑性樹脂の含有量の上限は、６０質量％以下が好ましく、５０質量％未満がより好ましく、４５質量％以下がさらに好ましく、４２質量％以下が一層好ましい。
【００４３】
次に、本発明で用いる連続繊維の詳細について述べる。
本発明における連続繊維は、長さが１０ｃｍ以上のものであり、好ましくは長さが５０ｃｍ以上のものをいい、より好ましくは１ｍ以上のものをいう。上限については、特に定めるものではないが、芯材への巻きとりやすさの観点から、１００００ｍ以下が好ましく、１０００ｍ以下がより好ましい。本発明で用いられる連続繊維の例は、ロービング状のものである。
本発明に用いる連続繊維の材質としては、ガラス繊維、炭素繊維、植物繊維（ケナフ（Ｋｅｎａｆ）、竹繊維等を含む）、アルミナ繊維、ボロン繊維、セラミック繊維、金属繊維（スチール繊維等）、アラミド繊維、ポリオキシメチレン繊維、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール繊維、超高分子量ポリエチレン繊維、バサルト繊維などが挙げられる。なかでも、炭素繊維およびガラス繊維から選択されることが好ましく、ガラス繊維がより好ましい。
連続繊維は、表面処理剤または集束剤で表面処理したものを用いてもよい。
【００４４】
本発明で用いるシート状の材料における連続繊維の量は、材料の３０〜８５質量％が好ましい。前記連続繊維の含有量の下限は、４０質量％以上が好ましく、５０質量％を超えることがより好ましく、５５質量％以上がさらに好ましく、５８質量％以上が一層好ましい。上記連続繊維の含有量の上限は、８０質量％以下が好ましく、７６質量％以下がより好ましい。
また、本発明で用いるシート状の材料は、その構成成分の９０質量％以上が、熱可塑性樹脂（好ましくは、ポリアミド樹脂およびポリプロピレン樹脂の少なくとも１種、さらに好ましくはポリアミド樹脂の少なくとも1種）と連続繊維からなることが好ましい。
【００４５】
本発明の成形品の製造方法によって得られる成形品は、自動車、船舶、航空機、電気製品、建築物、家具、オフィス備品などの部品などが例示される。
【００４６】
本発明の成形品の製造方法によって、成形品を製造した後、さらに、前記成形品に射出成形を行ってもよい。具体的には、射出成形により、本発明の製造方法で得られた成形品を補強したり、さらなる部位を付加したりすることができる。特に、本発明の成形品の製造方法に連続して、射出成形を行うことができる。このような構成とすることにより、成形品に効率的に各種機能を付与することができ、低コスト化が可能になる。
【００４７】
その他、本発明では、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、特開平７−３２３９７号公報、特開２００７−２６８７９９号公報、特開２００９−２４９８７７号公報、特開平１１−１９９９８号公報、特開２０１３−６３８９号公報の記載を参酌でき、これらの内容は本明細書に組み込まれる。
【実施例】
【００４８】
以下に実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り、適宜、変更することができる。従って、本発明の範囲は以下に示す具体例に限定されるものではない。
【００４９】
＜ポリアミド樹脂＞
ポリアミド樹脂にＭＰＸＤ１０を用いた。
ＭＰＸＤ１０の合成
撹拌機、分縮器、冷却器、温度計、滴下装置および窒素導入管、ストランドダイを備えた内容積５０Ｌの反応容器に、精秤したセバシン酸８９５０ｇ（４４．２５ｍｏｌ）、次亜リン酸カルシウム１２．５４ｇ（０．０７４ｍｏｌ）、酢酸ナトリウム６．４５ｇ（０．０７９ｍｏｌ）を秤量して仕込んだ。反応容器内を十分に窒素置換した後、窒素で０．４ＭＰａに加圧し、撹拌しながら２０℃から１９０℃に昇温して５５分間でセバシン酸を均一に溶融した。次いでメタキシリレンジアミン４１７２ｇ（３０．６３ｍｏｌ）とパラキシリレンジアミン１７８８ｇ（１３．１３ｍｏｌ）の混合ジアミンを撹拌下で滴下した。この間、反応容器内温は２９３℃まで連続的に上昇させた。滴下工程では圧力を０．４２ＭＰａに制御し、生成水は分縮器および冷却器を通して系外に除いた。分縮器の温度は１４５〜１４７℃の範囲に制御した。混合ジアミン滴下終了後、反応容器内圧力０．４２ＭＰａにて２０分間重縮合反応を継続した。この間、反応容器内温は２９６℃まで上昇させた。その後、３０分間で反応容器内圧力を０．４２ＭＰａから０．１２ＭＰａまで減圧した。この間に内温は２９８℃まで昇温した。その後０．００２ＭＰａ／分の速度で減圧し、２０分間で０．０８ＭＰａまで減圧し、分子量１，０００以下の成分量を調整した。減圧完了時の反応容器内の温度は３０１℃であった。その後、系内を窒素で加圧し、反応容器内温度３０１℃、樹脂温度３０１℃で、ストランドダイからポリマーをストランド状に取出して２０℃の冷却水にて冷却し、これをペレット化し、約１３ｋｇのポリアミド樹脂（以下、「ＭＰＸＤ１０」ということがある）を得た。得られたＭＰＸＤ１０は、融点２１３℃、降温時結晶化温度１６２℃、数平均分子量１６３００であった。
【００５０】
＜連続繊維＞
ガラス繊維織物、日東紡績製、ＫＳ１２１０  １０８０Ｓ−９３５Ｎ、目付９０ｇ／ｍ2、１枚当たりの厚さ０．０８ｍｍを用いた。
【００５１】
実施例１
＜ポリアミド樹脂フィルムの製造＞
上記ポリアミド樹脂ＭＰＸＤ１０を用いて、それぞれ、以下の方法により、フィルムを製造した。
真空乾燥機により乾燥したポリアミド樹脂を、直径３０ｍｍのスクリューを有する単軸押出機にて溶融押出しし、５００ｍｍ幅のＴダイを介して押出成形し、表面に凹凸状シボを設けたステンレス製の対ロールにより、ロール温度７０℃、ロール圧０．４ＭＰａで加圧し、フィルム表面にシボを有するフィルムを成形した。
得られたポリアミド樹脂フィルムの平均厚さは５０μｍであった。
【００５２】
＜シート状の材料の作製＞
上記ポリアミド樹脂フィルムと、上記ガラス繊維織物を、交互にそれぞれ１４枚積層し、搬送速度１．０分／ｍでＨＥＬＤ社製のダブルベルトプレス機のスチールベルト間に投入し、３００℃、４ＭＰａの圧力で２分間連続熱プレスし、ポリアミド樹脂フィルムをガラス繊維織物に含浸させ、連続して４ＭＰａに加圧したまま１４０℃で１分間冷却し、繊維強化熱可塑性樹脂シートを得た。得られたシート状材料中のガラス繊維の割合は６１質量％であり、シートの厚さは１．５ｍｍであった。
【００５３】
＜ロールフォーミング成形＞
上記で得られたシート状の材料を、シート表面温度が２２０℃になるまで予備加熱した後に、断熱部と断熱部の間に、山折部（折曲角度９０度）を１か所、および、谷折部（折曲角度９０度）を１か所有する一対のロール成形型の間に搬送し、ロール表面温度が２００℃になるように加熱装置で成形した後、室温で冷却した。得られた成形品を確認したところ、成形品の折曲加工された部位において、連続繊維がたわまず、各折曲げ加工された部位のたわみが相殺されていることを確認した。
【００５４】
実施例２
シート状材料に、ＬＡＮＸＥＳＳ社製ＴｅｐｅｘR  ｄｙｎａｌｉｔｅ  １０４（樹脂成分の主成分は、ポリプロピレン樹脂である、ガラス繊維の割合７１質量％、シート厚１．０ｍｍ）をシート表面温度１６５℃になるまで予備加熱した後に、断熱部と断熱部の間に、山折部（折曲角度９０度）を１か所、および、谷折部（折曲角度９０度）を１か所有する一対のロール成形型の間に搬送し、ロール表面温度が１４５℃になるように加熱装置で成形した後、室温で冷却した。得られた成形品を確認したところ、成形品の折曲加工された部位において、連続繊維がたわまず、各折曲げ加工された部位のたわみが相殺されていることを確認した。
【００５５】
比較例１
実施例１で得られたシート状の材料を、シート表面温度が２２０℃になるまで予備加熱した後に、断熱部と断熱部の間に、山折部（折曲角度９０度）を１か所有する折曲加工部を有する一対のロール成形型の間に搬送し、ロール表面温度が２００℃になるように加熱装置で成形した後、室温で冷却した。得られた成形品を確認したところ、成形品の折曲加工された部位において、連続繊維がたわんでいることが確認された。
【符号の説明】
【００５６】
１１・１２・２２・２３・３１・３２  ロール成形型
１３  折曲加工部
１４  連続繊維強化熱可塑性樹脂シート
１５・５２  連続繊維
２１・３３  シート状の材料
２４  成形装置
３６  加熱装置
３７  ロールの回転軸
３４・６１・７１  断熱部
３５・６２・７２  折曲加工部
４５  山折部
４６  谷折部
５１  成形品
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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