(57)【要約】【課題】連続強化繊維と熱可塑性樹脂からなる熱可塑連続強化繊維基材と、溶融した熱可塑性樹脂とを、とくに３次元形状にて溶着部の溶着性を向上させることを目的として、同一型内で一体化可能な複合成形品の製造方法を提供する。【解決手段】連続強化繊維と熱可塑性樹脂Ａからなる熱可塑連続強化繊維基材Ｂを、スライド機構を備えた金型内に設定された、３次元形状を有する第１のキャビティ内に挿入した後、該第１のキャビティ内に溶融した熱可塑性樹脂組成物Ｃを射出充填して１次成形品を成形する１次成形工程と、１次成形後に型内でゲートカットする工程と、前記第１のキャビティを１次成形品とともに第２のキャビティにスライドさせ、前記１次成形品を前記第２のキャビティ内に配置し、該第２のキャビティ内に溶融した熱可塑性樹脂組成物Ｄを射出充填して前記１次成形品と一体化する２次成形工程と、を有することを特徴とする複合成形品の製造方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続強化繊維と熱可塑性樹脂Ａからなる熱可塑連続強化繊維基材Ｂを、スライド機構を備えた金型内に設定された、３次元形状を有する第１のキャビティ内に挿入した後、該第１のキャビティ内に溶融した熱可塑性樹脂組成物Ｃを射出充填して１次成形品を成形する１次成形工程と、１次成形後に型内でゲートカットする工程と、前記第１のキャビティを１次成形品とともに第２のキャビティにスライドさせ、前記１次成形品を前記第２のキャビティ内に配置し、該第２のキャビティ内に溶融した熱可塑性樹脂組成物Ｄを射出充填して前記１次成形品と一体化する２次成形工程と、を有することを特徴とする複合成形品の製造方法。
【請求項２】
ゲートカットする工程において、型開きによってゲートカットを行うことを特徴とする、請求項１に記載の複合成形品の製造方法。
【請求項３】
ゲートカットする工程において、バネを用いてゲートカットを行うことを特徴とする、請求項１または２に記載の複合成形品の製造方法。
【請求項４】
熱可塑連続強化繊維基材Ｂがテープ状基材からなる、請求項１〜３のいずれかに記載の複合成形品の製造方法。
【請求項５】
金型が閉じた状態で、スリット部から熱可塑連続強化繊維基材Ｂを挿入する、請求項１〜４のいずれかに記載の複合成形品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複合成形品の製造方法に関し、とくに、連続強化繊維と熱可塑性樹脂からなる熱可塑連続強化繊維基材と溶融した熱可塑性樹脂組成物とを、複雑な３次元形状でかつ高度に溶着させることが可能な複合成形品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
繊維強化樹脂基材と熱可塑性樹脂成形品とを一体化した複合成形品の製造方法は各種知られているが、３次元形状で一体化した複合成形品を製造する場合に、溶着部の溶着性に課題がある。例えば特許文献１には、複合成形品の製造方法では、連続強化繊維基材をスライド機構を備えた金型内の第１キャビティに挿入し、第１のキャビティ内に溶融した熱可塑性樹脂を射出充填し１次成形を行った後、１次成形品を第２のキャビティにスライドさせ配置し、該第２のキャビティ内に溶融した熱可塑性樹脂を射出充填して１次成形品と一体化する複合成形品の製造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２０１７−１１９３７３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、特許文献１に記載の方法では、材料、および成形条件によっては溶着しない部分が発生する場合があり、特にゲート周りあるいはリブ形状部においては、密着後に剥離する場合がある。
【０００５】
本発明の課題は、上記のような従来技術における問題点に着目し、連続強化繊維と熱可塑性樹脂からなる熱可塑連続強化繊維基材と、溶融した熱可塑性樹脂とを、とくに３次元形状にて溶着部の溶着性を向上させることを目的として、同一型内で一体化可能な複合成形品の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、連続強化繊維と熱可塑性樹脂Ａからなる熱可塑連続強化繊維基材Ｂを、スライド機構を備えた金型内に設定された、３次元形状を有する第１のキャビティ内に挿入した後、該第１のキャビティ内に溶融した熱可塑性樹脂組成物Ｃを射出充填して１次成形品を成形する１次成形工程と、１次成形後に型内でゲートカットする工程と、前記第１のキャビティを１次成形品とともに第２のキャビティにスライドさせ、前記１次成形品を前記第２のキャビティ内に配置し、該第２のキャビティ内に溶融した熱可塑性樹脂組成物Ｄを射出充填して、前記１次成形品と一体化する２次成形工程と、を有することを特徴とする複合成形品の製造方法である。
【０００７】
このような製造方法によれば、１次成形後、成形体と繋がっているゲートをカットすることで、ゲート部の熱可塑性樹脂による収縮や変形を抑えることができ、溶着後に発生する熱可塑連続強化繊維基材の剥離を抑制することが可能になる。
【０００８】
本発明においては、ゲートカットする工程において、型開きによってゲートカットを行うことが好ましい。型開きによってゲートカットを行うことにより、金型に特殊な機構を用いることなく、短時間でゲートカットできるとともに、ゲート部の熱可塑性樹脂による収縮や変形を抑えることが可能となる場合がある。
【０００９】
本発明においては、金型内に設置したバネを用いてゲートカットを行うことが好ましい。金型内に設置したバネを用いてゲートカットを行うことにより、金型にかかる負荷を低減することができ、また短時間でのゲートカットが可能となる。
【００１０】
本発明においては、熱可塑連続強化繊維基材Ｂがテープ状基材からなることが好ましい。テープ状基材を用いた場合、複合成形体における熱可塑熱可塑連続強化基材の使用量を最小限に抑えるとともに、最適かつ効率的に複合成形体の剛性、強度を向上させることが可能となる場合がある。
【００１１】
本発明においては、金型が閉じた状態で、スリットから熱可塑連続強化繊維基材Ｂを挿入することが好ましい。金型が閉じた状態で、スリットから熱可塑連続強化繊維基材Ｂを挿入することで、複雑形状の金型内に短時間で熱可塑連続強化繊維基材Ｂを挿入することができ、また金型設置時の熱可塑連続強化繊維基材Ｂの破損を抑制できるとともに、熱可塑連続強化繊維基材Ｂが均一に加熱されることで、製造した複合成形体の剥離を抑制できる場合がある。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、連続強化繊維と熱可塑性樹脂からなる連続強化繊維基材と、射出樹脂からなる複合成形品において、ゲート周りの溶着部の溶着性を向上させ、溶着後に発生する熱可塑連続強化繊維基材の剥離を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】複合成形品の製造方法における１次成形工程を示す概略図である。
【図２】１次成形工程後の型開きによるゲートカット方法を示す概略図である。
【図３】１次成形工程に続いて行われる２次成形工程を示す概略図である。
【図４】１次成形品の１例を示す斜視図である。
【図５】２次成形品としての複合成形品の一例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１５】
本発明に係る複合成形品の製造方法は、連続強化繊維と熱可塑性樹脂Ａからなる熱可塑連続強化繊維基材Ｂを、スライド機構を備えた金型内に設定された、３次元形状を有する第１のキャビティ内に挿入した後、該第１のキャビティ内に溶融した熱可塑性樹脂組成物Ｃを射出充填して１次成形品を成形する１次成形工程と、１次成形後に型内でゲートカットする工程と、前記第１のキャビティを１次成形品とともに第２のキャビティにスライドさせ、前記１次成形品を前記第２のキャビティ内に配置し、該第２のキャビティ内に溶融した熱可塑性樹脂組成物Ｄを射出充填して前記１次成形品と一体化する２次成形工程からなり、熱可塑連続強化繊維基材Ｂ、熱可塑性樹脂組成物Ｃおよび熱可塑性樹脂組成物Ｄからなる複合成形品が成形される。
【００１６】
（１）１次成形工程（１次成形品の成形）
本発明に係る複合成形品の製造方法に用いられる金型は、例えば図１（Ａ）に示すように構成されている。図１（Ａ）に型開きされた状態の金型（１）を示すように、金型（１）は、複数の構成部材で構成されており、これら構成部材を大きく分けると、金型１は上型（２）と下型（３）から構成されている。また、金型（１）は、後述するようなスライド機構を備えている。本実施態様では、上型（２）内に、３次元形状を有する第１のキャビティ（４）を形成する空間を有しており、下型（３）内には、熱可塑性樹脂組成物Ｃの射出用樹脂注入路（５）を有している。第１のキャビティ（４）は、本実施態様では、横断面が狭幅板状の空間で、それが環状に、あるいは環状形状の一部分として延び、該延設部位の一部において図に示す縦断面における姿勢、とくに傾きが変わるように形成されている。
【００１７】
上記金型（１）が開かれた状態にて、図１（Ｂ）に示すように、金型（１）内に設定された第１のキャビティ（４）内に、連続強化繊維と熱可塑性樹脂Ａからなる熱可塑連続強化繊維基材（６）が挿入される。このとき、第１のキャビティ（４）内に挿入された連続強化繊維基材（６）を、例えば次の型閉まで、第１のキャビティ（４）内でピン等の固定具（図示略）により固定しておくこともできる。熱可塑連続強化繊維基材（６）は、本実施態様では、テープ状に延び、そのテープ状長手方向に連続強化繊維（例えば、連続炭素繊維）が一方向に配列された一方向基材に構成されている。
【００１８】
熱可塑連続強化繊維基材（６）が第１のキャビティ４内に挿入された後、図１（Ｃ）に示すように、金型（１）が閉じられ、熱可塑連続強化繊維基材（６）は第１のキャビティ（４）内に保持される。金型（１）が所定温度に加熱されるとともに、閉じられた金型（１）の第１のキャビティ（４）内に、図１（Ｄ）に示すように、下型（３）に設けられた射出用樹脂注入路（５）を通して熱可塑性樹脂組成物Ｃ（７）が射出されて充填され、１次成形品（８）が成形される。
【００１９】
例えば、熱可塑連続強化繊維基材（６）の熱可塑性樹脂Ａ（マトリクス樹脂）がポリアミド６からなり、強化繊維である炭素繊維を５０体積％含むテープ状の熱可塑連続強化繊維基材を用い、熱可塑性樹脂組成物Ｃ（７）としてガラス繊維４５％強化ポリアミド６を用いる場合、射出成形機のシリンダー温度は２８０℃、金型（１）の温度は１１０℃程度、射出圧は１５０ＭＰａ、保圧は６０ＭＰａに設定され、充填された熱可塑性樹脂組成物Ｃ（７）の熱と樹脂圧および金型（１）の熱により、１次成形品（８）が賦形されて成形される。
【００２０】
金型（１）の温度は９０〜１４０℃であることが好ましく、１００〜１２０℃であることがさらに好ましい。金型温度が９０℃未満の場合、溶着が不十分で剥離部が発生する場合があり、金型温度が１５０℃を超えると、樹脂の収縮が大きくなることで、かえって剥離部が発生する場合がある。
【００２１】
射出圧は５０〜２００ＭＰａであることが好ましく、８０〜１５０ＭＰａであることがさらに好ましい。射出圧が５０ＭＰａ未満の場合、溶着が不十分で剥離部が発生する場合があり、射出圧が２００ＭＰａを超えると、樹脂圧力により熱可塑連続強化繊維基材が破断してしまう場合がある。
【００２２】
保圧は４０〜１８０ＭＰａであることが好ましく、５０〜１５０ＭＰａであることがさらに好ましい。保圧が４０ＭＰａ未満の場合、熱可塑性樹脂組成物の充填が不十分となり、特にゲート部における収縮が大きくなるために剥離が発生する場合があり、保圧が１８０ＭＰａを超えると、樹脂圧力により熱可塑連続強化繊維基材が破断してしまう場合がある。
【００２３】
この１次成形工程においては、３次元形状を有する第１のキャビティ（４）内の所定位置に挿入された熱可塑連続強化繊維基材（６）が、第１のキャビティ（４）内に射出充填される熱可塑性樹脂組成物Ｃ（７）の射出樹脂圧によって第１のキャビティ（４）内面に押し付けられて所定の３次元形状に精度よく賦形される同時に熱可塑性樹脂組成物Ｃが溶着され、連続強化繊維基材（６）と熱可塑性樹脂組成物Ｂが一体化された３次元形状の１次成形品（８）が高精度で成形される。
【００２４】
（２）１次成形後、型内でゲートカットする工程
金型構造として、図２に示すようにゲートカット機構が設けられている上型（２）とゲートカットプレート（９）の間にバネ（１０）が設置されており、１次成形後に上型（２）が開くとともに、上型（２）とゲートカットプレート（９）間もバネ（１０）の反力によって開く事で、第１のキャビティ（４）とゲート（１１）が切り離されてゲートカットを行い、ゲート（１１）が切り落とされた１次成形品（８）を得る。
【００２５】
（３）２次成形工程（２次成形品としての複合成形品の成形）
上記の型内でゲートカットする工程に続き、同一の金型（１）を使用して、例えば図３に示すように２次成形工程が実施される。図３（Ａ）に示すように、１次成形後に金型（１）が開かれ、図３（Ｂ）（図３（Ａ）に対し直角方向（９０度異なる方向）からみた横断面図）に示すように、金型１のスライド機構（あるいはスライド兼回動機構）により、金型部位（１２）が金型部位（１３）に対し矢印のように回動されるとともに紙面における手前側にスライド移動され、これら金型部位（１２）、（１３）に対し金型部位（１４）が開かれる。
【００２６】
次いで、図３（Ｃ）に示すように、金型（１）が閉じられて、金型（１）内に上記１次成形品（８）とともに第１のキャビティ（４）がスライドされて形成される２次成形用の第２のキャビティ（１５）が設定され、第２のキャビティ（１５）内の所定位置に、１次成形品（８）が配置され、第２のキャビティ（１５）内に射出用樹脂注入路（１６）を介して熱可塑性樹脂組成物Ｄ（１７）を射出する。
【００２７】
熱可塑性樹脂組成物Ｄ（１７）がガラス繊維４５％強化ポリアミド６からなる場合、例えば、射出成形機のシリンダー温度は２８０℃、金型１の温度は１１０℃、射出圧は１５０ＭＰａ、保圧は１００ＭＰａに設定される。金型１の温度は９０〜１４０℃であることが好ましく、１００〜１２０℃であることがさらに好ましい。金型温度が９０℃未満の場合、溶着が不十分で剥離部が発生する場合があり、金型温度が１５０℃を超えると、樹脂の収縮が大きくなることで、かえって剥離部が発生する場合がある。
【００２８】
射出圧は５０〜２００ＭＰａであることが好ましく、８０〜１５０ＭＰａであることがさらに好ましい。射出圧が５０ＭＰａ未満の場合、溶着が不十分で剥離部が発生する場合があり、射出圧が２００ＭＰａを超えると、樹脂圧力により熱可塑連続強化繊維基材が破断してしまう場合がある。
【００２９】
保圧は４０〜１８０ＭＰａであることが好ましく、５０〜１５０ＭＰａであることがさらに好ましい。保圧が４０ＭＰａ未満の場合、熱可塑性樹脂組成物の充填が不十分となり、特にゲート部における収縮が大きくなるために剥離が発生する場合があり、保圧が１８０ＭＰａを超えると、樹脂圧力により熱可塑連続強化繊維基材が破断してしまう場合がある。
【００３０】
このようにして熱可塑性樹脂組成物Ｄ（１７）と１次成形品（８）とが一体化され、２次成形品としての複合成形品（１８）が成形される。
【００３１】
成形された複合成形品（１８）は、図３（Ｄ）に示すように、金型（１）が開かれて、外部に取り出される。このとき、より容易に取り出すことができるように、金型（１）に取り出し用の押し出しピン（１９）等を設けておいてもよい。なお、図３（Ｄ）における取り出された複合成形品（１８）に一点鎖線を付してあるのは、この一点鎖線に対し反対側にも対称に複合成形品（１８）の部位が存在していることを示しており、複合成形品（１８）の一形状例を示すためである。
【００３２】
このような２次成形工程においては、先に１次成形工程で高精度に３次元形状を有する１次成形品（８）が成形されており、先に高精度に成形された１次成形品（８）は、第２のキャビティ（１４）内にて射出充填された熱可塑性樹脂組成物Ｄ（１７）と一体化される際に、形状が崩れたり、流出したりすることはなく、射出充填された熱可塑性樹脂組成物Ｄ（１７）と所定の位置にて、つまり、高精度で位置決めされた状態にて、高い接合強度をもって一体化される。したがって、最終的に成形される２次成形品としての複合成形品（１８）においては、３次元形状を有する１次成形品（８）、とくに１次成形品（８）を構成する熱可塑連続強化繊維基材（６）が、目標とする所定の位置に高精度で高い接合強度をもって一体化された形態の複合成形品（１８）が実現される。
【００３３】
上記のような成形工程により成形される成形品の例を図４に示す。図５は、２次成形工程により成形された最終的な複合成形品（２１）の一例を示している。図５に例示されるように、本発明では複雑な３次元形状を有し、その３次元形状の所望の部位、とくに３次元形状を有する所望の部位に高精度で高い接合強度をもって熱可塑連続強化繊維基材を一体化した複合成形品を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明に係る複合成形品の製造方法は、熱可塑連続強化繊維基材を３次元形状にて高接合強度と高精度をもって射出樹脂成形品と一体化することが望まれるあらゆる複合成形品の製造に適用可能である。
【符号の説明】
【００３５】
１  金型
２  上型
３  下型
４  第１のキャビティ
５  射出用樹脂注入路
６  連続強化繊維基材
７  溶融熱可塑性樹脂組成物Ｃ
８  １次成形品
９  ゲートカットプレート
１０  バネ
１１  ゲート
１２、１３、１４  金型部位
１５  第２のキャビティ
１６  射出用樹脂注入路
１７  溶融熱可塑性樹脂組成物Ｄ
１８  複合成形品
１９  押し出しピン
２０  １次成形品
２１  複合成形品
【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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