(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
混練機において熱可塑性樹脂と繊維とを混練して、混練物を生成する工程と、
前記混練機から排出された前記混練物を、金型を有する加圧成形部に移動させる工程と、
前記金型のキャビティに前記混練物が配置された状態で前記金型を閉じて、前記混練物を加圧成形する工程とを備え、
前記混練物を加圧成形する工程は、前記熱可塑性樹脂が収縮することにより形成される前記混練物の表面の凹部に、樹脂を充填する工程を含み、
前記金型を構成する上型及び下型の少なくとも一方に、第１剤が供給される第１配管及び第２剤が供給される第２配管が連結された樹脂充填部が取り付けられており、
前記樹脂を充填する工程では、前記混練物の加圧中に前記金型の圧力の減少が感知されると、前記樹脂充填部において、前記第１配管から供給される前記第１剤と前記第２配管から供給される前記第２剤とを混合した前記樹脂の原料を、前記混練物の表面の凹部に注入し、注入された前記原料が前記凹部において重合することによって前記混練物の表面の凹部に前記樹脂が充填される、繊維強化樹脂成形体の製造方法。
【請求項２】
前記樹脂を充填する工程では、前記混練物の表面と前記金型面との隙間を真空引きする、請求項１に記載の繊維強化樹脂成形体の製造方法。
【請求項３】
前記混練物を生成する工程では、前記熱可塑性樹脂としてポリアミド樹脂を用い、
前記樹脂を充填する工程では、前記樹脂としてポリアミド樹脂を用いる、請求項１または２に記載の繊維強化樹脂成形体の製造方法。
【請求項４】
熱可塑性樹脂と繊維とを混練して、混練物を生成する混練機と、
前記混練物を加圧成形する金型を有する加圧成形部と、
前記混練機から排出された前記混練物を前記加圧成形部に移動させる輸送部と、
前記金型を構成する上型及び下型の少なくとも一方に取り付けられ、前記金型内において前記熱可塑性樹脂が収縮することにより形成される前記混練物の表面の凹部に樹脂を充填するための樹脂充填部と、
前記混練物の加圧中に前記金型の圧力の減少が感知されると、前記混練物の凹部に前記樹脂が充填されるように制御する制御部とを備え、
前記樹脂充填部には、第１剤が供給される第１配管及び第２剤が供給される第２配管が連結されており、
前記制御部は、前記金型の圧力の減少が感知されると、前記樹脂充填部において、前記第１配管から供給される前記第１剤と前記第２配管から供給される前記第２剤とを混合させ、前記樹脂充填部から、前記第１剤と前記第２剤とが混合した未重合の前記樹脂の原料を、前記混練物の表面の凹部に注入するように制御する、繊維強化樹脂成形体の製造装置。
【請求項５】
前記混練物の表面と前記金型面との隙間を真空引きする真空ポンプをさらに備える、請求項４に記載の繊維強化樹脂成形体の製造装置。
【請求項６】
前記混練機で混練する前記熱可塑性樹脂及び前記樹脂充填部で充填する前記樹脂は、ポリアミド樹脂である、請求項４または５に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繊維強化樹脂成形体の製造装置に関し、特定的には、樹脂に繊維が混入されてなる成形体材料を用いて繊維強化樹脂成形体を製造する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
樹脂に繊維が混入されてなる成形体材料を用いてなる繊維強化樹脂成形体は、繊維を樹脂の中に入れて強度を向上させているので、自動車の構造部品などに用いられることが期待されている。このような成形体材料を用いて繊維強化樹脂成形体を製造する方法として、例えば、特開２０１５−９３９８０号公報（特許文献１）が挙げられる。特許文献１には、熱可塑性樹脂と、熱伝導性フィラーと、繊維強化フィラーとを混練機で溶融混練して繊維強化樹脂組成物を形成する工程と、その繊維強化樹脂組成物を加熱プレス機などで成形する工程とを備える繊維強化成形体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２０１５−９３９８０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、上記特許文献１では、熱可塑性樹脂と繊維強化フィラーとの線膨張係数の差によって、繊維強化樹脂組成物を成形する工程における冷却過程で、表面に凹凸が発生する。このため、上記特許文献１の繊維強化成形体を、自動車の外板など外観上視認される部品に用いることができない。
【０００５】
また、外観上視認される部品に用いるために、塗装を行うことが考えられる。しかし、塗装によっても成形体表面の凹凸は残ってしまう。さらに、数層の塗装を行うことにより、表面の粗度を改善することが考えられる。しかし、粗度改善のための塗膜の形成には、多くの時間と手間とを要するため、コストが増加してしまう。
【０００６】
本発明は、上記問題点に鑑み、低コストで、かつ表面の平滑性が高い繊維強化樹脂成形体を製造する、繊維強化樹脂成形体の製造方法及び繊維強化樹脂成形体の製造装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の繊維強化樹脂成形体の製造方法は、熱可塑性樹脂と繊維とを混練して、混練物を生成する工程と、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とを備え、混練物を加圧成形する工程は、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を含んでいる。
【０００８】
本発明の繊維強化樹脂成形体の製造装置は、熱可塑性樹脂と繊維とを混練して、混練物を生成する混練機と、混練物を加圧成形する金型と、金型内において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樹脂充填部とを備えている。
【０００９】
本発明の繊維強化樹脂成形体の製造方法及び繊維強化樹脂成形体の製造装置によれば、繊維と熱可塑性樹脂とを混練した混練物を成形体材料として用いている。この混練物を金型で加圧成形する工程において、熱可塑性樹脂が収縮して形成される混練物の表面の凹部に樹脂を充填するので、時間及び手間を低減して、成形体の表面を平滑にできる。したがって、低コストで、かつ表面の平滑性が高い繊維強化樹脂成形体を製造できる。
【００１０】
本発明の繊維強化樹脂成形体の製造方法において好ましくは、樹脂を充填する工程では、混練物の表面と金型面との隙間を真空引きする。
【００１１】
本発明の繊維強化樹脂成形体の製造装置において好ましくは、混練物の表面と金型面との隙間を真空引きする真空ポンプをさらに備えている。
【００１２】
これにより、混練物の表面全体に樹脂を容易に拡散できるので、混練物の表面の凹部に樹脂を容易に充填できる。このため、表面の平滑性がより高い繊維強化樹脂成形体を製造できる。
【００１３】
本発明の繊維強化樹脂成形体の製造方法において好ましくは、樹脂を充填する工程では、金型の圧力の減少が感知されると樹脂が充填されるように制御されている。
【００１４】
本発明の繊維強化樹脂成形体の製造装置において好ましくは、金型の圧力の減少が感知されると樹脂が充填されるように制御する制御部をさらに備えている。
【００１５】
金型内において熱可塑性樹脂が収縮すると、金型の圧力が減少することに本発明者は着目した。このため、金型の圧力の減少が感知されると樹脂が凹部に充填されるように制御することで、混練物の表面の凹部に適切なタイミングで樹脂を充填することができる。これにより、繊維強化樹脂成形体を製造するために要する時間をさらに低減できるので、コストをより低減できる。
【００１６】
本発明の繊維強化樹脂成形体の製造方法において好ましくは、混練物を加圧成形する工程では、上型と下型とのキャビティに混練物を配置して、混練物を加圧し、樹脂を注入する工程では、上型及び下型の少なくとも一方に取り付けられた樹脂充填部において第１剤と第２剤とを混合した樹脂の原料を、混練物の表面の凹部に注入した後、原料が重合することによって混練物の表面の凹部に樹脂が充填される。
【００１７】
本発明の繊維強化樹脂成形体の製造装置において好ましくは、金型は上型と下型とを含み、上型及び下型の少なくとも一方に、樹脂充填部が取り付けられ、樹脂充填部は、第１剤と第２剤とを混合した樹脂の原料を、混練物の表面の凹部に注入した後、原料が重合することによって混練物の表面の凹部に樹脂が充填されるように構成されている。
【００１８】
これにより、樹脂の原料として粘度の低い原料を用いることができるので、混練物の表面全体に樹脂を容易に拡散することができるので、混練物の表面の凹部に樹脂を容易に充填できる。
【００１９】
本発明の繊維強化樹脂成形体の製造方法において好ましくは、混練物を得る工程では、熱可塑性樹脂としてポリアミド樹脂を用い、樹脂を充填する工程では、樹脂としてポリアミド樹脂を用いる。
【００２０】
本発明の繊維強化樹脂成形体の製造装置において好ましくは、混練機で混練する熱可塑性樹脂及び樹脂充填部で充填する樹脂は、ポリアミド樹脂である。
【００２１】
ポリアミド樹脂の粘度は低いので、充填する樹脂として用いることで、混練物の表面全体に樹脂を容易に拡散することができるので、混練物の表面の凹部に樹脂を容易に充填できる。また、成形体の原料である熱可塑性樹脂と、充填する樹脂とが同じポリアミド樹脂であるので、成形体として良好である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の繊維強化樹脂成形体の製造方法及び繊維強化樹脂成形体の製造装置によれば、低コストで、かつ表面の平滑性が高い繊維強化樹脂成形体を製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態における繊維強化樹脂成形体の製造装置を示す模式図である。
【図２】本発明の実施の形態における金型、樹脂充填部及び注入ユニットを示す模式図である。
【図３】本発明の実施の形態における繊維強化樹脂成形体の製造工程を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照符号を付しその説明は繰り返さない。また、本明細書において、原料が導入される方を上流側とし、原料が排出される方を下流側とする。
【００２５】
図１及び図２を参照して、本発明の一実施形態の繊維強化樹脂成形体の製造装置について説明する。
【００２６】
図１に示すように、本実施の形態の繊維強化樹脂成形体の製造装置１は、混練機２と、輸送部３と、加圧成形部４とを備えている。混練機２は、熱可塑性樹脂と繊維とを混練して、混練物を生成する。この混練物を、輸送部３は加圧成形部４に輸送する。加圧成形部４は、混練物を加圧成形する。図２に示すように、加圧成形部４は、混練物を加圧成形する金型５０と、この金型５０内において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樹脂充填部６０とを含んでいる。
【００２７】
＜混練機＞
混練機２は、ＬＦＴＤ（Long Fiber Thermoplastics Direct）法により、熱可塑性樹脂に繊維が混入されてなる成形体材料としての混練物を生成する装置である。つまり、熱可塑性樹脂と複数本の連続した繊維の束とを導入し、繊維を裁断しながら開繊させ、樹脂と繊維とを混練して混練物を生成する。熱可塑性樹脂及び繊維は特に限定されないが、熱可塑性樹脂はポリアミド樹脂であることが好ましく、繊維はガラス繊維、炭素繊維などであることが好ましい。炭素繊維を用いた場合には、製造装置１において熱可塑性ＣＦＲＰ（繊維強化プラスチック：Fiber Reinforced Plastics）成形体が製造される。
【００２８】
混練機２は、第１混練機１０と、第２混練機２０と、繊維供給部３０とを含んでいる。第１混練機１０は、熱可塑性樹脂と繊維とを混練する。第２混練機２０は、第１混練機１０に導入される熱可塑性樹脂を、第１混練機１０内での繊維との混練に先立って、混練・溶融する。繊維供給部３０は、第１混練機１０に繊維を供給する。
【００２９】
第１混練機１０は、混練軸１１と、シリンダー１２と、駆動部１３ａと、減速機１３ｂと、堰体１４と、ダイ１５と、切断部１６とを含んでいる。
【００３０】
混練軸１１は、スクリュー１１ａと、回転軸１１ｂとを有している。第１混練機１０は、１本の混練軸１１を有する単軸混練機であってもよく、複数本の混練軸１１を含む多軸混練機であってもよいが、本実施の形態では、互いに並列に配置された２本の混練軸１１を含んだ２軸混練機としている。２本の回転軸１１ｂは、軸方向に相互に回転可能に配設されており、互いの回転方向は同じであってもよく、異なっていてもよい。
【００３１】
スクリュー１１ａは、回転することによって熱可塑性樹脂と繊維とを混練する。このスクリュー１１ａは、回転軸１１ｂに組み込まれている。スクリュー１１ａは、混練軸１１において上流側の端部と下流側の端部に配置されていれば特に限定されず、スクリュー１１ａのみが回転軸１１ｂに組み込まれていてもよく、中間部にはパドルが組み込まれていてもよい。
【００３２】
この２本の混練軸１１を内部に収容するようにシリンダー１２が設けられている。シリンダー１２と混練軸１１との隙間は、熱可塑性樹脂及び／または繊維が通過する流路となる。シリンダー１２は、第２混練機２０から供給される熱可塑性樹脂を第１混練機１０内に導入するための樹脂供給口１２ａと、繊維供給部３０から供給される複数本の連続した繊維を第１混練機１０内に導入するための繊維供給口１２ｂとを有している。繊維供給口１２ｂには、導入される連続した繊維を切断するための部材が設けられてもよいが、本実施の形態ではそのような部材は省略されており、繊維供給部３０から導入される連続した繊維をそのまま第１混練機１０内へ送る。
【００３３】
混練軸１１の一方（上流側）の軸端には、混練軸１１にトルクを分配する減速機１３ｂを経由して駆動部１３ａが接続されている。減速機１３ｂは、混練軸１１を所定の回転速度で同期させて回転させる。
【００３４】
混練軸１１の他方（下流側）の軸端側には、堰体１４が接続されている。堰体１４は、ブレーカープレートと中間軸受とを兼用でき、流路と交差する方向に延びるように配置されているので、熱可塑性樹脂と繊維との混練物に背圧を与える。
【００３５】
堰体１４は、混練物の流路となる開口部を有している。本実施の形態の堰体１４は、２本の混練軸１１のスクリュー１１ａのそれぞれの回転方向に沿う円弧状の開口部を複数有している。開口部は、混練軸１１ごとに対応して設けられている。
【００３６】
この堰体１４においてスクリュー１１ａと反対側には、ダイ１５が設けられている。ダイ１５は、混練物を排出する排出口１５ａを有している。排出口１５ａから排出された混練物を所定の大きさに切断するために、切断部１６が設けられている。切断部１６は、例えば、切断刃を有するカッターである。
【００３７】
第２混練機２０は、上述した第１混練機１０のシリンダー１２の樹脂供給口１２ａに導入される熱可塑性樹脂を予め溶融し、スクリュー２１ａを有する混練軸２１と、シリンダー２２と、駆動部２３ａと、減速機２３ｂと、ホッパー２４とを含んでいる。第２混練機２０は、１本の混練軸２１を有する単軸混練機であってもよく、複数本の混練軸２１を含む多軸混練機であってもよい。混練軸２１は、スクリュー２１ａのみが回転軸２１ｂに組み込まれていてもよく、中間部にはスクリューに代えてパドルが組み込まれていてもよい。シリンダー２２は、溶融された熱可塑性樹脂を第１混練機１０に供給する排出口２２ａを有している。駆動部２３ａ及び減速機２３ｂは、混練軸２１を所定の回転速度で回転させる。ホッパー２４は、混練軸２１とシリンダー２２との間で混練される熱可塑性樹脂の原料２５を受ける。
【００３８】
繊維供給部３０は、上述した第１混練機１０のシリンダー１２の繊維供給口１２ｂに導入される繊維原料３２を供給する。繊維供給部３０は、図１に示すように、複数本の連続する繊維の束が巻回された繊維原料３２を載置する載置部３１を含んでいる。載置部３１は、繊維原料３２から繊維の束の先端を取り出し、第１混練機１０のシリンダー１２の繊維供給口１２ｂに導入するための第１及び第２案内部３１ａ、３１ｂを有している。
【００３９】
＜輸送部＞
輸送部３は、混練機２の切断部１６で所定の大きさに切断された混練物を加圧成形部４に移動する。輸送部３は、混練物を輸送するコンベアと、輸送部３において混練物が冷えて固まらないように混練物を加熱する加熱部（図示せず）とを含んでいる。加熱部は、例えば混練物に過熱蒸気を加えて保温する機能を有している。本実施の形態の輸送部３は、トンネル炉である。
【００４０】
＜加圧成形部＞
加圧成形部４は、混練物を加圧成形して、繊維強化樹脂成形体を製造する。加圧成形部４は、第１載置部４１と、第１把持部４２と、スライド部４３と、ホルダ４４と、プレート４５と、第２把持部４６と、第２載置部４７と、上型５１と下型５２とを有する金型５０と、樹脂充填部６０（図２参照）と、注入ユニット７０（図２参照）と、真空ポンプ（図示せず）と、制御部（図示せず）とを含んでいる。
【００４１】
第１載置部４１は、輸送部３から輸送された混練物を載置する台である。この第１載置部４１に載置された混練物を把持して金型５０に投入するために、第１把持部４２が設けられている。第１把持部４２は、例えばロボットアームである。
【００４２】
第１把持部４２により、混練物は、スライド部４３上に載置された金型５０の下型５２上に配置される。スライド部４３は、水平方向に移動可能に構成されており、下型５２をホルダ４４上に移動させる。スライド部４３は、例えばスライドテーブルである。
【００４３】
スライド部４３により混練物が配置された下型５２をホルダ４４が支持する。金型５０の上型５１をプレート４５が支持する。
【００４４】
金型５０は、上型５１と下型５２とを含み、上型５１と下型５２との空洞部分であるキャビティに混練物が配置され、上型５１と下型５２とが閉じられることにより、この混練物を加圧成形する。
【００４５】
金型５０により製造された繊維強化樹脂成形体を把持するために、第２把持部４６が設けられている。第２把持部４６により把持された繊維強化樹脂成形体を、第２載置部４７に載置する。第２載置部４７は、完成品である繊維強化樹脂成形体を載置する台である。
【００４６】
図２に示すように、この金型５０内において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、樹脂を充填するために樹脂充填部６０が設けられている。樹脂充填部６０は、例えばミキシングヘッドである。充填される樹脂は特に限定されないが、熱可塑性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。
【００４７】
樹脂充填部６０は、上型５１及び下型５２の少なくとも一方に取り付けられている。樹脂充填部６０は、高い平滑性が要求される表面と対向する型に取り付けられる。樹脂充填部６０は、本実施の形態では上型５１に取り付けられているが、下型５２に取り付けられていてもよく、両方に取り付けられていてもよい。
【００４８】
樹脂充填部６０は、圧力計（図示せず）を含んでおり、金型５０内の圧力を感知する。金型５０内で混練物中の熱可塑性樹脂が収縮すると、金型５０内の圧力が減少する。
【００４９】
樹脂充填部６０は、混練物の表面の凹部に、重合された樹脂を注入してもよく、重合前の樹脂原料を注入してもよい。本実施の形態の樹脂充填部６０は、第１剤と第２剤とを混合した樹脂の原料を、混練物の表面の凹部に注入した後、原料が重合することによって混練物の表面の凹部に樹脂が充填されるように構成されている。具体的には、図２に示すように、樹脂充填部６０には注入ユニット７０が取り付けられている。
【００５０】
注入ユニット７０は、第１剤が充填された第１タンク７１と、第２剤が充填された第２タンク７２と、第１タンク７１と樹脂充填部６０とを連結する第１配管７３と、第２タンク７２と樹脂充填部６０とを連結する第２配管７４とを含んでいる。樹脂を凹部に充填する際には、第１タンク７１からの第１剤及び第２タンク７２からの第２剤が、第１及び第２配管７３、７４を介して樹脂充填部６０に供給される。
【００５１】
また、本実施の形態の繊維強化樹脂成形体の製造装置１は、金型５０の圧力の減少が感知されると樹脂が充填されるように制御する制御部をさらに備えている。金型５０の圧力は、樹脂充填部６０に装備された圧力計で測定される。本実施の形態では、金型５０が所定の圧力未満であると感知されると、注入ユニット７０から供給された第１剤と第２剤とが樹脂充填部６０内で混合され、混合された樹脂原料が樹脂充填部６０から混練物の表面の凹部に注入される。注入された後、凹部において樹脂原料は重合されて、重合された樹脂が凹部を埋める。
【００５２】
また、本実施の形態の繊維強化樹脂成形体の製造装置１は、混練物の表面と金型面との隙間を真空引きする真空ポンプをさらに備えている。本実施の形態では、上型５１の金型面における中央領域に樹脂充填部６０が取り付けられ、上型５１金型面における周辺領域に真空引きする流路が設けられている。換言すると、金型面において樹脂充填部６０に対して互いに対向する位置から真空引きをしている。さらに換言すると、図２に示すように、金型には、中央部分に設けられ、かつ樹脂充填部６０が取り付けられる取付部５３と、この取付部５３の外周領域に設けられ、かつ真空ポンプと接続されて内部を真空にする接続部５４とを含んでいる。また、混練物の表面と交差する方向から真空引きをしている。
【００５３】
なお、本明細書における「真空」とは、大気圧よりも圧力の低い状態を意味する。
【００５４】
続いて、本実施の形態の繊維強化樹脂成形体の製造方法について、図１〜図３を参照して説明する。図３（Ａ）及び（Ｂ）は金型５０内の成形体を示し、図３（Ｃ）は金型５０内の成形体、上型５１及び注入ユニットを示し、図３（Ｄ）は金型５０により製造された成形体を示す。なお、図３においては、理解容易のため、製造する成形体を板状として図示している。
【００５５】
まず、熱可塑性樹脂と繊維とを混練して、混練物を生成する。この工程では、図１に示す混練機２により、以下のように、成形体材料としての混練物を生成する。
【００５６】
第２混練機２０のホッパー２４を経由して熱可塑性樹脂の原料２５を供給する。駆動部２３ａ及び減速機２３ｂを用いて混練軸２１を所定の回転速度で回転させ、混練軸２１によりシリンダー２２内の熱可塑性樹脂の原料２５を溶融・混練する。
【００５７】
また、複数本の連続した繊維原料３２を準備する。複数本とは、例えば１万２千本以上であり、２万４千本以上であってもよく、５万本以上であってもよい。本実施の形態では、繊維原料３２として、１万２千本以上の繊維の束（ロービング）とし、この繊維の束を複数束準備する。複数本の連続した繊維が巻回された繊維原料３２を繊維供給部３０の載置部３１に載置し、繊維原料３２の先端部を第１案内部３１ａに通し、第２案内部３１ｂに支持させる。
【００５８】
次に、第１混練機１０に、第２混練機２０で混練した樹脂と、繊維供給部３０で準備した複数本の連続した繊維とを導入する。この工程では、第２混練機２０の排出口２２ａから排出される溶融された樹脂を、第１混練機１０の樹脂供給口１２ａに導入する。また、繊維供給部３０の第１案内部３１ａ及び第２案内部３１ｂから導かれる複数本の繊維の先端部を、第１混練機１０の繊維供給口１２ｂに導入する。
【００５９】
次に、繊維を裁断しながら熱可塑性樹脂と繊維とを混練することで混練物を製造する。具体的には、駆動部１３ａを用いて回転軸１１ｂを回転させることにより、混練軸１１を所定の回転速度で回転させる。混練軸１１のスクリュー１１ａ（パドルを含む場合はスクリュー１１ａ及びパドル）の回転によって、混練軸１１とシリンダー１２との間に形成される流路を移動する樹脂及び繊維に圧力が加えられるので、繊維を裁断しながら、樹脂と繊維とを混練する。
【００６０】
スクリュー１１ａの回転に伴って、混練軸１１とシリンダー１２との間の流路を移動した混合物は、最下流に位置するスクリュー１１ａと堰体１４との間に充満され、スクリュー１１ａが回転しない領域で適度な背圧が加えられるので、ショートパスした未開繊の繊維をばらばらにできる。開繊された繊維には、樹脂を含浸させる。この混練物は、堰体１４の開口部を通過し、ダイ１５の排出口１５ａから排出される。排出された混練物は、切断部１６で所定の大きさに切断される。
【００６１】
次に、図１に示すように、混練物を加圧成形部４の金型５０のキャビティに配置する。具体的には、輸送部３で、混練物が冷却されない状態を維持しながら、第１載置部４１に搬送する。そして、第１載置部４１上に載置された混練物を第１把持部４２が把持して、スライド部４３上に配置された下型５２に移動させる。スライド部４３により、混練物が配置された下型５２をホルダ４４上に位置させる。
【００６２】
次に、混練物を加圧成形する。具体的には、プレート４５に取り付けられた上型５１を下方に移動させて、上型５１と下型５２とを合わせて加圧する。加圧開始時点では、図３（Ａ）に示すように混練物１００はキャビティの形状に沿った形状を有している。しかし、加圧により、繊維は収縮しない一方、熱可塑性樹脂は収縮するので、図３（Ｂ）に示すように、混練物１００の表面１０１に凹部が形成される。これは、金型５０の圧力の減少が感知されることでも把握できる。このため、金型の圧力の減少が感知されると樹脂が充填されるように制御部により制御されている。
【００６３】
混練物１００の表面１０１に凹部が形成されると、図３（Ｃ）に示すように、凹部に樹脂を充填する。このとき、混練物１００の表面１０１と金型面との隙間を真空引きする。真空引きは、樹脂の充填と同時であってもよく、樹脂の充填の前に行ってもよく、樹脂の充填開始直後に行ってもよい。図３（Ｃ）に示すように、混練物１００の表面１０１の中央領域に樹脂または樹脂原料を注入しつつ、混練物１００の両端部から、混練物１００の表面１０１と金型面との隙間の空気を外部に排出している。これにより、樹脂または樹脂原料を表面方向（図３における左右方向）に拡散して、表面１０１全体に樹脂または樹脂原料を配置できる。このため、図３（Ｄ）に示すように、熱可塑性樹脂が収縮した混練物の表面１０１の凹部を樹脂充填部６０から供給された樹脂で埋めることができる。したがって、熱可塑性樹脂が収縮した混練物１００と、その表面１０１の凹部に充填された樹脂層１０２とを備える繊維強化樹脂成形体１０３を製造できる。特に、金型５０のキャビティ中央に成形体原料である混練物を投入し、混練物の表面の中央部に向けて樹脂または樹脂原料を注入し、その注入位置から離れた外周領域から真空引きをすることによって、表面の平滑性がより高い繊維強化樹脂成形体を製造できる。
【００６４】
また、樹脂を充填する工程では、混練物の表面の凹部に、重合された樹脂を注入してもよく、重合前の樹脂原料を注入してもよい。本実施の形態では、上型５１及び下型５２の少なくとも一方に取り付けられた樹脂充填部６０において第１剤と第２剤とを混合した樹脂の原料を、混練物１００の表面１０１の凹部に注入した後、原料が重合することによって混練物１００の表面１０１の凹部に樹脂が充填されている。
【００６５】
次に、表面の平滑性が向上した繊維強化樹脂成形体１０３を、図１に示すように第２把持部４６で把持し、第２載置部４７上に載置する。
【００６６】
ここで、本実施の形態の繊維強化樹脂成形体の製造装置１及び製造方法について、具体例を挙げて、以下説明する。
【００６７】
熱可塑性樹脂として、ポリアミド樹脂を用い、繊維として炭素繊維を用いる。混練機２でポリアミド樹脂と炭素繊維とが混練された混練物としてのポリアミド系ＬＦＴＤを生成する。
【００６８】
輸送部３により、この混練物を２５０℃〜３００℃に加熱された状態で第１載置部４１に輸送し、第１把持部４２によりスライド部４３上の下型５２に移動する。スライド部４３により下型５２をホルダ４４上にセットし、上型５１と対向させる。金型５０の温度を１６０℃とし、金型５０を締めて、約５ＭＰａに保圧する。
【００６９】
また、図２に示す注入ユニット７０において、第１タンク７１にはεカプロラクタム及び活性剤としてのイソシアネートが充填されており、第２タンク７２にはεカプロラクタム及び触媒としての強アルカリ金属ナトリウムが充填されている。つまり、第１剤はεカプロラクタム及びイソシアネートであり、第２剤はεカプロラクタム及びアルカリ金属ナトリウムである。
【００７０】
金型５０が所定の圧力以上を維持している場合には、第１剤は、第１タンク７１と第１配管７３とを含む系で循環し、第２剤は、第２タンク７２と第２配管７４とを含む系で循環しており、ノズルによって第１剤と第２剤との混合は阻止されている（図示せず）。それぞれの系においては、約１１０℃の温度を維持するように制御する。また、第１及び第２タンク７１、７２は、反応阻害を回避する観点から、水分が２００ｐｐｍ以下になるように除湿管理する。
【００７１】
保圧過程で混練物１００は冷却され、熱可塑性樹脂は硬化収縮を発生する。硬化収縮が発生すると、金型５０内の圧力は低下する。樹脂充填部６０に装備された圧力計において金型５０の圧力が所定の圧力まで低下したと感知されると、第１剤と第２剤との混合を阻止するノズルが後退して、第１剤と第２剤とが樹脂充填部６０で衝突混合される。高圧下で衝突混合させて第１剤と第２剤とが混合された樹脂原料を金型５０内に吐出する。金型５０内への樹脂原料の吐出が終了したら、樹脂充填部６０は、セルフクリーニングされる。
【００７２】
また、混練物の表面と金型面との隙間を真空引きする。金型５０内に吐出された樹脂原料は、非常に低粘度であるので、混練物１００の表面１０１の微細な凹部まで充填される。そして、約５分後に樹脂原料は、ポリアミド樹脂に重合されて、凹部を埋める。これにより、表面平滑性の高いポリアミド樹脂層１０２を形成することができる。したがって、熱可塑性樹脂と繊維との混練物を用いた成形体の表面凹凸及び寸法精度の問題を回避できる。
【００７３】
続いて、本実施の形態の繊維強化樹脂成形体の製造方法及び繊維強化樹脂成形体の製造装置１についての効果を説明する。
【００７４】
本発明の繊維強化樹脂成形体の製造方法は、熱可塑性樹脂と繊維とを混練して、混練物を生成する工程と、混練物を金型５０のキャビティに配置して、混練物を加圧成形する工程とを備え、混練物を加圧成形する工程は、熱可塑性樹脂が収縮することにより形成される混練物１００の表面１０１の凹部に、樹脂を充填する工程を含んでいる。
【００７５】
本発明の繊維強化樹脂成形体の製造装置１は、熱可塑性樹脂と繊維とを混練して、混練物を生成する混練機２と、混練物を加圧成形する金型５０と、金型５０内において熱可塑性樹脂が収縮することにより形成される混練物１００の表面１０１の凹部に樹脂を充填する樹脂充填部６０とを備えている。
【００７６】
本発明の繊維強化樹脂成形体の製造方法及び繊維強化樹脂成形体の製造装置１によれば、繊維と熱可塑性樹脂とを混練した混練物を成形体材料として用いているので、安価に繊維強化樹脂成形体を製造できる。また、繊維強化樹脂成形体は、鉄製の成形体に比べて、防錆処理が不要である点で有利である。
【００７７】
しかし、混練物を金型５０で加圧成形し、金型５０内で混練物が冷却されると、熱可塑性樹脂と繊維との線膨張率差から、熱可塑性樹脂のみが収縮することにより、混練物１００の表面１０１に凹部が形成されてしまう。塗装をしても、成形体表面に凹部が残ってしまい、凹凸面となる。凹凸を低減するために、塗装を繰り返して表面粗度を徐々に向上させると、多くの時間と手間とを要するため、コストが増加してしまう。さらに、塗装により防食処理が不要である繊維強化樹脂成形体の特徴を損なってしまう。また、研磨により成形体表面を平滑にする技術が考えられるが、この技術では繊維が毛羽立ってしまう。
【００７８】
そこで、本実施の形態では、金型５０での加圧工程において混練物１００の表面１０１に凹部が形成されたときに、この凹部に樹脂を充填することで、成形体の表面粗度を改善している。このため、時間及び手間を低減して、繊維強化樹脂成形体の表面を平滑にできる。
【００７９】
したがって、本実施の形態の繊維強化樹脂成形体の製造方法及び繊維強化樹脂成形体の製造装置１は、低コストで、かつ表面の平滑性が高い繊維強化樹脂成形体を製造できる。このため、本実施の形態により製造された繊維強化樹脂成形体は、自動車外板に必要とされるクラスＡサーフェイスの実現も可能であるので、自動車の用途などに好適に用いることができる。
【００８０】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００８１】
１  製造装置、２  混練機、３  輸送部、４  加圧成形部、１０  第１混練機、１１，２１  混練軸、１１ａ，２１ａ  スクリュー、１１ｂ，２１ｂ  回転軸、１２，２２  シリンダー、１２ａ  樹脂供給口、１２ｂ  繊維供給口、１３ａ，２３ａ  駆動部、１３ｂ，２３ｂ  減速機、１４  堰体、１５  ダイ、１５ａ，２２ａ  排出口、１６  切断部、２０  第２混練機、２４  ホッパー、２５  原料、３０  繊維供給部、３１  載置部、３１ａ  第１案内部、３１ｂ  第２案内部、３２  繊維原料、４１  第１載置部、４２  第１把持部、４３  スライド部、４４  ホルダ、４５  プレート、４６  第２把持部、４７  第２載置部、５０  金型、５１  上型、５２  下型、５３取付部、５４  接続部、６０  樹脂充填部、７０  注入ユニット、７１  第２タンク、７２  第２タンク、７３  第１配管、７４  第２配管、１００  混練物、１０１  表面、１０２  樹脂層、１０３  成形体。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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