(57)【要約】【課題】簡単な方法で繊維強化部材の内部に繊維長分布を形成でき、所望の箇所の剛性や強度を容易に高めることのできる繊維強化樹脂材の製造方法を提供する。【解決手段】押出し装置５０に連続繊維材２と熱可塑性樹脂材１を導入し、押出し装置５０内に配置されたスクリュー２０の回転によって連続繊維材２を裁断しながら熱可塑性樹脂材１と混練して混練材料５を生成し、混練材料５を押出し装置５０から押出して成形型３０内に充填し、成形型３０内の混錬材料５をプレス加工して繊維強化樹脂材６を製造する方法であって、押出し装置５０内に配置されたスクリュー２０の回転速度を調整し、連続繊維材２を裁断して形成され且つ熱可塑性樹脂材１と混練される繊維材３の繊維長を調整して繊維強化樹脂材６の内部に繊維長分布を形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
押出し装置に連続繊維材と熱可塑性樹脂材を導入し、押出し装置内に配置されたスクリューの回転によって、連続繊維材を裁断しながら熱可塑性樹脂材と混練して混練材料を生成し、混練材料を押出し装置から押出して成形型内に充填し、成形型内の混錬材料をプレス加工して繊維強化樹脂材を製造する方法であって、
押出し装置内に配置されたスクリューの回転速度を調整し、連続繊維材を裁断して形成され且つ熱可塑性樹脂材と混練される繊維材の繊維長を調整して繊維強化樹脂材の内部に繊維長分布を形成する方法。
【請求項２】
押出し装置内に配置されたスクリューの回転速度を段階的に変更し、熱可塑性樹脂材と混練される繊維材の繊維長を段階的に変更して押出し装置から押出される混練材料に含まれる繊維材の平均繊維長を段階的に変更する請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
異なる平均繊維長を有する繊維材を含む混錬材料同士を成形型内で当接配置してプレス加工する請求項２に記載の製造方法。
【請求項４】
相対的に長い平均繊維長を有する繊維材を含む混錬材料の外側に、相対的に短い平均繊維長を有する繊維材を含む混錬材料を当接配置してプレス加工する請求項３に記載の製造方法。
【請求項５】
押出し装置内に配置されたスクリューの回転速度を連続的に変更し、熱可塑性樹脂材と混練される繊維材の繊維長を連続的に変更して押出し装置から押出される混練材料に含まれる繊維材の平均繊維長を連続的に変更する請求項１に記載の製造方法。
【請求項６】
繊維強化樹脂材の中心部から外側に向かって平均繊維長が傾斜して減少するような繊維長分布を繊維強化樹脂材の内部に形成する請求項５に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は繊維強化樹脂材の製造方法に関し、特に２軸押し出し装置を用いた繊維強化樹脂材の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
樹脂に強化用繊維材が混入されてなる繊維強化樹脂材（繊維強化プラスチック（ＦＲＰ））は、軽量かつ高強度であることから、自動車産業、建設産業、航空産業等、広い産業分野で使用されている。
【０００３】
たとえば自動車産業においては、環境負荷影響等の少ない車両としてハイブリッド自動車や電気自動車が注目されており、その一層の小型化、軽量化、高性能化を目指した開発が自動車メーカー各社、自動車関連メーカー各社で日々進められている。これらの所謂エコカーのみならずその他一般のガソリン車両やディーゼル車両を含む車両全般に対して、車両の軽量化と高剛性化の双方を満足する部材として繊維強化樹脂材を車両ボディー用パネルの一部または全部に適用しようとするニーズが高まっているのが現状である。
【０００４】
ところで、上記するように車両のボディー部材として繊維強化部材が適用される際には、その適用箇所に応じた繊維強化部材の強度設計が必要とされる。そのため、フラットな２次元形状や湾曲した３次元形状、フラットな領域と湾曲した領域からなる３次元形状といった様々な形状を呈するパネルの剛性を高めたり、パネルの曲げ強度やせん断強度といった強度を高めるために、パネルの表面にリブを設けたリブ付き構造の繊維強化樹脂材が適用されることが多い。
【０００５】
一方、特許文献１、２には、繊維強化部材の剛性や強度を高めるために、異なる繊維長を有する繊維材を含む繊維強化樹脂材同士を積層させる技術が開示されている。
【０００６】
特許文献１に開示されている繊維強化樹脂成形品の製造方法は、第１の熱可塑性樹脂材に連続強化繊維が一方向にそろえられた状態で配されている第１の繊維強化樹脂シートと、第２の熱可塑性樹脂材に長さ5mm以上の強化繊維が長さ方向がランダムな状態で配されている第２の繊維強化樹脂シートを、第１の熱可塑性樹脂材が溶融温度未満の温度に保持された状態であって第２の熱可塑性樹脂が溶融温度以上の温度に保持された状態で、双方を重ねてプレス成形する方法である。
【０００７】
また、特許文献２に開示されている熱可塑性樹脂材とガラス繊維からなるシート状複合材料の製造方法は、異なる繊維長を有するガラス繊維を繊維マット状に複数段に配置し、それに熱可塑性樹脂材を含浸させて一体化する方法である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平０５−０３１８１１号公報
【特許文献２】特開平０８−０５２７３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１、２に開示されている製造方法によれば、繊維強化樹脂材の所望の部位に所望の繊維長を有する繊維材を配置することができ、繊維強化樹脂材の内部に繊維長分布を形成して繊維強化樹脂材の所望の部位の剛性や強度を高めることができる。また、特許文献２に開示されている製造方法によれば、相対的に短い繊維長を有するガラス繊維をシート状複合材料の一方の表面側または双方の表面側に多く充填・分散させることで、成形品をスタンピング成形する際に、成形品の表面に形成されるリブやボス、その他の凹凸部や細部のガラス繊維の充填量を増加させることができ、それらの凹凸部や細部の強度を高めることができる。
【００１０】
しかしながら、特許文献１、２に開示されている製造方法においては、予め別個に成形して作製した繊維強化樹脂シート同士や繊維マット同士を積層させて一体化するため、製造工数が増加して製造コストが高騰するといった問題がある。
【００１１】
本発明は上記する問題に鑑みてなされたものであり、簡単な方法で繊維強化部材の内部に繊維長分布を形成でき、所望の箇所の剛性や強度を容易に高めることのできる繊維強化樹脂材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】
【００１２】
前記目的を達成すべく、本発明者等は、長繊維複合成形法の一つであるＬＦＴ−Ｄ法（Long Fiber Thermoplastics - Direct）を改良することによって、容易に繊維強化部材の内部に繊維長分布を形成し得ることを見出した。
【００１３】
すなわち、本発明による繊維強化樹脂材の製造方法は、押出し装置に連続繊維材と熱可塑性樹脂材を導入し、押出し装置内に配置されたスクリューの回転によって、連続繊維材を裁断しながら熱可塑性樹脂材と混練して混練材料を生成し、混練材料を押出し装置から押出して成形型内に充填し、成形型内の混錬材料をプレス加工して繊維強化樹脂材を製造する方法であって、押出し装置内に配置されたスクリューの回転速度を調整し、連続繊維材を裁断して形成され且つ熱可塑性樹脂材と混練される繊維材の繊維長を調整して繊維強化樹脂材の内部に繊維長分布を形成する方法である。
【００１４】
上記する製造方法に適用される熱可塑性樹脂としては、たとえば、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ＡＳ樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリ塩化ビニル、メタクリル樹脂、ポリアミド、ポリエステル、ポリアセタール、ポリカーボネート、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、ポリフッ化ビニリデン、ポリフェニレンオキサイド、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、液晶ポリマー、ポリエーテルイミド、ポリエーテルサルフォン、ポリアミドイミド、熱可塑性エポキシ樹脂などのいずれか一種もしくは２種以上の混合材を挙げることができる。また、前記熱可塑性樹脂を主成分とする共重合体やグラフト樹脂やブレンド樹脂、たとえばエチレン−塩化ビニル共重合体、酢酸ビニル−エチレン共重合体、酢酸ビニル−塩化ビニル共重合体、ウレタン−塩化ビニル共重合体、アクリル酸変性ポリプロピレン、マレイン酸変性ポリエチレンなどを適用することもできる。
【００１５】
また、熱可塑性樹脂内に含有される繊維材としては、熱可塑性樹脂の溶融温度において熱的に安定な繊維材を適用することができ、たとえば、ボロンやアルミナ、炭化ケイ素、窒化ケイ素、ジルコニアなどのセラミック繊維や、ガラス繊維や炭素繊維といった無機繊維、銅や鋼、アルミニウム、ステンレス等の金属繊維、ポリアミドやポリエステルなどの有機繊維のいずれか一種もしくは２種以上の混合材を挙げることができる。
【００１６】
上記する製造方法によれば、押出し装置内に配置されたスクリューの回転速度を調整することによって熱可塑性樹脂材と混練される裁断後の繊維材の繊維長を調整することができ、押出し装置から押出される混錬材料の繊維材の繊維長を調整して成形型内に充填される混錬材料の内部に繊維長分布を形成することができる。したがって、製造工数を増加させることなく、プレス加工後の繊維強化樹脂材の内部に繊維長分布を形成することができ、繊維強化樹脂材の任意の箇所の剛性や強度を効果的に高めることができる。
【００１７】
ここで、上記する製造方法は、押出し装置内に配置されたスクリューの回転速度を段階的に変更し、熱可塑性樹脂材と混練される繊維材の繊維長を段階的に変更して押出し装置から押出される混練材料に含まれる繊維材の平均繊維長を段階的に変更してもよいし、押出し装置内に配置されたスクリューの回転速度を連続的に変更し、熱可塑性樹脂材と混練される繊維材の繊維長を連続的に変更して押出し装置から押出される混練材料に含まれる繊維材の平均繊維長を連続的に変更してもよい。
【００１８】
押出し装置内に配置されたスクリューの回転速度を段階的に変更する場合には、押出し装置の稼動を簡素化することができるとともに、繊維強化樹脂材の特定箇所の剛性や強度を高めることができる。また、押出し装置内に配置されたスクリューの回転速度を連続的に変更し、押出し装置から押出される混練材料に含まれる繊維材の平均繊維長を連続的に変更する場合には、プレス加工後の繊維強化樹脂材の内部に含まれる繊維材の平均繊維長を繊維強化樹脂材全体で傾斜して変化させることができるため、繊維強化樹脂材の剛性や強度を効果的に高めることができる。
【００１９】
また、上記する製造方法は、異なる平均繊維長を有する繊維材を含む混錬材料同士を成形型内で当接配置してプレス加工することが好ましい。
【００２０】
上記する製造方法によれば、プレス加工後の繊維強化樹脂材を複層構造とすることができるため、繊維強化樹脂材の曲げ強度等を効果的に高めることができる。
【００２１】
また、上記する製造方法は、相対的に長い平均繊維長を有する繊維材を含む混錬材料の外側に、相対的に短い平均繊維長を有する繊維材を含む混錬材料を当接配置してプレス加工することが好ましい。
【００２２】
ここで、押出し装置内に配置されたスクリューの回転速度を増加させると、押出し装置に導入された連続繊維材の裁断と開繊（繊維束がバラけること）が促進され、熱可塑性樹脂材と混練される繊維材の繊維長が短くなるとともに、そのスクリューの回転速度の増加に伴って繊維材の分散度が高くなることが本発明者等によって確認されている。
【００２３】
上記する製造方法によれば、プレス加工後の繊維強化樹脂材の表面近傍に相対的に短い平均繊維長を有する繊維材を分布させることができるため、たとえば繊維強化樹脂材の表面にリブやボス等の複雑形状を形成する場合であっても、その複雑形状に対して相対的に短い平均繊維長を有する繊維材を充填することができる。その際、繊維強化樹脂材の表面近傍における繊維材の分散度が高いため、複雑形状に対して均質に繊維材を充填することができ、繊維強化樹脂材の複雑形状における剛性や強度を効果的に高めることができる。また、繊維強化樹脂材の中心部付近においては、相対的に長い平均繊維長を有する繊維材を分布させることができるため、繊維強化樹脂材の中心部付近の剛性を確保することができる。さらに、繊維強化樹脂材の表面が意匠面となり得る場合であっても、意匠面近傍に相対的に短い平均繊維長を有する繊維材を分布させることができるため、意匠面への繊維材の浮き出しを抑制することができるとともに、意匠面近傍の繊維材の分散が略均一化されているため、成形品の意匠性を効果的に高めることができる。
【００２４】
また、上記する製造方法は、繊維強化樹脂材の中心部から外側に向かって平均繊維長が傾斜して減少するような繊維長分布を繊維強化樹脂材の内部に形成してもよい。
【発明の効果】
【００２５】
以上の説明から理解できるように、本発明の繊維強化樹脂材の製造方法によれば、押出し装置内に配置されたスクリューの回転速度を調整するという極めて簡単な改良方法によって、容易に繊維強化部材の内部に繊維長分布を形成することができ、繊維強化部材の所望の箇所の剛性や強度を効果的に高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の繊維強化樹脂材の製造方法を実施するための製造装置の一実施の形態を模式的に示した縦断面図である。
【図２】図１で示す製造装置を用いて繊維強化樹脂材を製造する方法の実施の形態１の各工程を模式的に説明した図であり、（ａ）は混錬材料を押出し装置から押出して成形型内に充填する工程を説明した図、（ｂ）は成形型内に充填された混錬材料を説明した図、（ｃ）は図２（ｂ）で示す混錬材料をプレス加工して繊維強化樹脂材を製造する工程を説明した図である。
【図３】図２（ａ）のＡ−Ａ矢視図である。
【図４】図２（ｃ）のＢ−Ｂ矢視図であり、その一部を拡大して示した一部拡大図である。
【図５】図１で示す製造装置を用いて繊維強化樹脂材を製造する方法の実施の形態２の各工程を模式的に説明した図であり、（ａ）は混錬材料を押出し装置から押出して成形型内に充填する工程を説明した図、（ｂ）は成形型内に充填された混錬材料を説明した図、（ｃ）は図５（ｂ）で示す混錬材料をプレス加工して繊維強化樹脂材を製造する工程を説明した図である。
【図６】繊維長測定で用いた実施例の試験体の形状と寸法を説明した斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、図面を参照して本発明の繊維強化樹脂材の製造方法の実施の形態を説明する。
【００２８】
［繊維強化樹脂材の製造装置］
図１は、本発明の繊維強化樹脂材の製造方法を実施するための製造装置の一実施の形態を模式的に示した図である。
【００２９】
図示する製造装置１００は、主として押出し装置５０と、押出し装置５０内に溶融した熱可塑性樹脂材１を供給する樹脂用供給装置６０と、押出し装置５０内に連続繊維材２を供給する繊維用供給装置７０と、から構成されている。
【００３０】
押出し装置５０は、シリンダ１０と、該シリンダ１０の内部にその軸心Ｌ１に沿って配置されたスクリュー２０と、を備えている。シリンダ１０の側面には、樹脂用供給装置６０から供給された熱可塑性樹脂材１を押出し装置５０の内部に導入するための樹脂導入口１６と、繊維用供給装置７０から供給された連続繊維材２を押出し装置５０の内部に導入するための繊維導入口１７が設けられ、スクリュー２０の繊維導入口１７に対応する部分には、押出し装置５０の内部に導入された連続繊維材２を所定の繊維長に裁断するための裁断手段２１が設けられている。なお、シリンダ１０の後端１１とスクリュー２０の間には、シリンダ１０の内部空間を密封するためのシール部材１２が設けられている。
【００３１】
ここで、スクリュー２０の後端２２は、スクリュー２０を所定の回転方向で且つ所定の回転速度で回転駆動するための駆動部２３と接続されており、駆動部２３によってスクリュー２０が回転駆動することによって、樹脂導入口１６を介して樹脂用供給装置６０から押出し装置５０のシリンダ１０内に導入された熱可塑性樹脂材１は軸心Ｌ１に沿って押出し方向（図中、Ｘ１方向）へ搬送されるようになっている（樹脂搬送領域Ｒ１）。また、スクリュー２０の回転駆動によって、繊維導入口１７を介して繊維用供給装置７０から押出し装置５０のシリンダ１０内に導入された連続繊維材２は、スクリュー２０に設けられた裁断手段２１によって所定の繊維長に裁断されるようになっており（繊維裁断領域Ｒ２）、軸心Ｌ１に沿って押出し方向へ搬送された溶融した熱可塑性樹脂材１と所定の繊維長に裁断された繊維材３は、スクリュー２０の回転駆動によって混錬されながら押出し方向（図中、Ｘ１方向）へ搬送されるようになっている（混錬領域Ｒ３）。そして、溶融した熱可塑性樹脂材１と連続繊維材２が所定の繊維長に裁断されて形成された繊維材３が混練されて生成された混練材料５は、シリンダ１０の押出し方向の先端１３に設けられた押出し口１４を介してシリンダ１０の外部へ押出されるようになっている。
【００３２】
押出し口１４を介して押出し装置５０のシリンダ１０の外部へ押出された混練材料５は、載置台３１上に載置された所定形状の成形型３０内に充填されるようになっており、成形型３０内に充填された混錬材料５は、所定条件下におけるプレス加工によって所定形状の繊維強化樹脂材６に成形されるようになっている（図２（ｃ）参照）。
【００３３】
また、押出し装置５０内に溶融した熱可塑性樹脂材１を供給するための樹脂用供給装置６０は、シリンダ６１と、該シリンダ６１の内部にその軸心Ｌ２に沿って配置されたスクリュー６２と、を備えており、シリンダ６１の側面には、熱可塑性樹脂材１の元となる樹脂ペレットを溶融した状態でシリンダ６１内に供給するための供給口６３が設けられている。
【００３４】
スクリュー６２の後端（不図示）は、スクリュー６２を所定の回転方向で且つ所定の回転速度で回転駆動するための駆動部（不図示）と接続されており、溶融槽６４内で溶融され、供給口６３を介してシリンダ６１内に供給された熱可塑性樹脂材１は、スクリュー６２の回転駆動によって軸心Ｌ２に沿って押出し方向（図中、Ｘ２方向）へ搬送され、シリンダ６１の先端６５に設けられた押出し口６６へ搬送されるとともに、該押出し口６６と接続された押出し装置５０の樹脂導入口１６を介して、押出し装置５０内に供給されるようになっている。
【００３５】
ここで、樹脂用供給装置６０から押出し装置５０のシリンダ１０内に供給される熱可塑性樹脂としては、たとえば、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ＡＳ樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリ塩化ビニル、メタクリル樹脂、ポリアミド、ポリエステル、ポリアセタール、ポリカーボネート、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、ポリフッ化ビニリデン、ポリフェニレンオキサイド、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、液晶ポリマー、ポリエーテルイミド、ポリエーテルサルフォン、ポリアミドイミド、熱可塑性エポキシ樹脂などのいずれか一種もしくは２種以上の混合材を挙げることができる。また、前記熱可塑性樹脂を主成分とする共重合体やグラフト樹脂やブレンド樹脂、たとえばエチレン−塩化ビニル共重合体、酢酸ビニル−エチレン共重合体、酢酸ビニル−塩化ビニル共重合体、ウレタン−塩化ビニル共重合体、アクリル酸変性ポリプロピレン、マレイン酸変性ポリエチレンなどを供給することもできる。
【００３６】
また、押出し装置５０内に連続繊維材２を供給するための繊維用供給装置７０は、複数のボビン７１〜７３に巻回された繊維材２ａ〜２ｃを束ねて連続繊維材２を生成し、この連続繊維材２を繊維導入口１７を介して押出し装置５０内に供給するようになっている。ここで、連続繊維材２は、押出し装置５０内のスクリュー２０に噛み込ませて押出し装置５０内へ導入されるようになっており、押出し装置５０への連続繊維材２の導入量はスクリュー２０の回転速度（回転数）に略比例するため、たとえば押出し装置５０への連続繊維材２の導入量を略一定とするために、連続繊維材２を構成する繊維材の基数は、押出し装置５０のスクリュー２０の回転速度（回転数）に応じて変更できるようになっている。なお、連続繊維材２を構成する繊維材の基数は、成形される繊維強化樹脂材の要求特性に応じて適宜設定することができるとともに、連続繊維材２は、同一の種類の繊維材から構成してもよいし、異なる種類の繊維材から構成してもよい。
【００３７】
ここで、繊維用供給装置７０から押出し装置５０のシリンダ１０内に供給される繊維材としては、熱可塑性樹脂の溶融温度において熱的に安定な繊維材を適用することができ、たとえば、ボロンやアルミナ、炭化ケイ素、窒化ケイ素、ジルコニアなどのセラミック繊維や、ガラス繊維や炭素繊維といった無機繊維、銅や鋼、アルミニウム、ステンレス等の金属繊維、ポリアミドやポリエステルなどの有機繊維のいずれか一種もしくは２種以上の混合材を挙げることができる。
【００３８】
次に、図２〜図５を参照して、図１で示す製造装置１００を用いて繊維強化樹脂材を製造する方法の実施の形態１、２を説明する。
【００３９】
［繊維強化樹脂材の製造方法の実施の形態１］
図２は、図１で示す製造装置を用いて繊維強化樹脂材を製造する方法の実施の形態１の各工程を模式的に説明した図であり、図２（ａ）は混錬材料を押出し装置から押出して成形型内に充填する工程を説明した図、図２（ｂ）は成形型内に充填された混錬材料を説明した図、図２（ｃ）は図２（ｂ）で示す混錬材料をプレス加工して繊維強化樹脂材を製造する工程を説明した図である。また、図３は、図２（ａ）のＡ−Ａ矢視図であり、図４は、図２（ｃ）のＢ−Ｂ矢視図であり、その一部を拡大して示した一部拡大図である。
【００４０】
まず、上記するように、押出し装置５０に連続繊維材２と熱可塑性樹脂材１を導入し、連続繊維材２を押出し装置５０のシリンダ１０内に配置されたスクリュー２０の回転によって所定の繊維長に裁断しながら熱可塑性樹脂材１と混練して混練材料５を生成し、この混練材料５を押出し装置５０の押出し口１４から押出して成形型３０内に充填する。その際、図２（ａ）で示すように、スクリュー２０の駆動部２３（図１参照）を用いて押出し装置５０内に配置されたスクリュー２０の回転速度を調整しながら混練材料５を押出し口１４から押出し、繊維材の繊維長が調整された混錬材料５が成形型３０内で複層構造となるように該成形型３０内に充填する。
【００４１】
より具体的には、駆動部２３（図１参照）を用いて押出し装置５０内に配置されたスクリュー２０の回転速度を第１の回転速度に設定し、スクリュー２０の回転によって所定の繊維長に裁断された繊維材３ａと熱可塑性樹脂材１を混練して混練材料５を生成し、この混練材料５を押出し装置５０の押出し口１４から押出して成形型３０の底面上に充填する。その際、載置台３１を押出し装置５０の押出し方向（図中、Ｘ１方向）へ稼動することによって、第１の平均繊維長を有する繊維材３ａを含む混練材料５の第１の層５ａが成形型３０内に形成される。
【００４２】
次いで、駆動部２３（図１参照）を用いて押出し装置５０内に配置されたスクリュー２０の回転速度を前記第１の回転速度よりも遅い第２の回転速度に設定し、熱可塑性樹脂材１と混練される繊維材３の繊維長が前記所定の繊維長よりも長くなるようにし、スクリュー２０の回転によって裁断された繊維材３ｂと熱可塑性樹脂材１を混練して生成された混練材料５を押出し装置５０の押出し口１４から押出して、成形型３０内の第１の層５ａ上に充填する。その際、載置台３１を押出し装置５０の押出し方向（図中、Ｘ１方向）とは反対方向へ稼動することによって、前記第１の平均繊維長よりも相対的に長い第２の繊維長を有する繊維材３ｂを含む混練材料５の第２の層５ｂが、成形型３０内の第１の層５ａ上に連続的に形成される。
【００４３】
さらに、駆動部２３（図１参照）を用いて押出し装置５０内に配置されたスクリュー２０の回転速度を前記第２の回転速度よりも速い第３の回転速度に設定し、スクリュー２０の回転によって所定の繊維長に裁断された繊維材３ｃと熱可塑性樹脂材１を混練して生成された混練材料５を押出し装置５０の押出し口１４から押出して成形型３０内の第２の層５ｂ上に充填する。その際、載置台３１を押出し装置５０の押出し方向（図中、Ｘ１方向）へ稼動することによって、前記第２の平均繊維長よりも相対的に長い第３の繊維長を有する繊維材３ｃを含む混練材料５の第３の層５ｃが、成形型３０内の第２の層５ｂ上に形成される。
【００４４】
このように、押出し装置５０内に配置されたスクリュー２０の回転速度を段階的に変更し、熱可塑性樹脂材１と混練される繊維材３の繊維長を段階的に変更して押出し装置５０から押出される混練材料５に含まれる繊維材３の平均繊維長を段階的に変更することによって、図２（ｂ）で示すように、平均繊維長の異なる繊維材３ａ〜３ｃを含む層５ａ〜５ｃからなる複層構造の混錬材料５が成形型３０内に当接配置されることとなる。なお、成形型３０内でプレス加工されるまでは、各繊維材３ａ〜３ｃを含む層５ａ〜５ｃは硬化しないようになっている。
【００４５】
なお、押出し装置５０の押出し口１４の形状や大きさは、適宜設定することができるものの、本実施の形態１においては、図２（ｂ）で示すような複層構造の混錬材料５を成形型３０内で形成し易くするために、図３で示すように、押出し装置５０の押出し口１４は鉛直断面で略矩形状を呈している。
【００４６】
そして、図２（ｂ）で示す複層構造の混錬材料５を所定条件下においてプレス加工することによって、図２（ｃ）で示すように、リブ７付き構造の繊維強化樹脂材６が成形される。
【００４７】
上記するリブ付き構造の繊維強化樹脂材６においては、図４で具体的に示すように、その上下の表面近傍、すなわちリブ部７に相対的に短い平均繊維長を有する繊維材３ａ、３ｃが分布され、その中心部（コア部）、すなわち平板部８付近に相対的に長い平均繊維長を有する繊維材３ｂが分布されることとなる。
【００４８】
したがって、リブ部７においては、たとえば相対的に長い平均繊維長を有する繊維材を充填する場合と比較して、相対的に短い平均繊維長を有する繊維材３ａ、３ｃの充填量を高めることができ、平板部８付近においては、たとえば相対的に短い平均繊維長を有する繊維材を充填する場合と比較して、曲げ強度や剪断強度といった強度を高めることができる。このように、図４で示すリブ付き構造の繊維強化樹脂材６においては、リブ部７と平板部８の双方の剛性や強度を高めることができ、繊維強化樹脂材６に対して相対的に長い平均繊維長を有する繊維材と相対的に短い平均繊維長を有する繊維材の双方の特性を付与することができるため、繊維強化樹脂材６全体の剛性や強度を効果的に高めることができる。
【００４９】
なお、上記するように、スクリュー２０の回転速度の増加に伴って混錬材料５の表面近傍における繊維材３ａ、３ｃの分散度は高くなっているため、繊維強化樹脂材６のリブ部７の繊維材３ａ、３ｃは均質に分布されることとなる。
【００５０】
また、繊維強化樹脂材の表面を意匠面とする場合であっても、意匠面近傍に相対的に短い平均繊維長を有する繊維材が分布されることとなり、意匠面への繊維材の浮き出しを抑制して成形品の意匠性を高めることができる。
【００５１】
このように、本実施の形態１の製造方法によれば、押出し装置５０内に配置されたスクリュー２０の回転速度を調整することによって熱可塑性樹脂材１と混練される裁断後の繊維材３の繊維長を調整することができ、押出し装置５０から押出される混錬材料５の繊維材３の繊維長を調整して成形型３０内に充填される混錬材料５の内部に繊維長分布を形成することができる。したがって、たとえば予め別個に成形して作製したシート同士を積層させて一体化する場合と比較して、製造工数を増加させることなく、プレス加工後の繊維強化樹脂材６の内部に繊維長分布を形成することができ、繊維強化樹脂材６の任意の箇所の剛性や強度を効果的に高めることができる。
【００５２】
［繊維強化樹脂材の製造方法の実施の形態２］
図５は、図１で示す製造装置を用いて繊維強化樹脂材を製造する方法の実施の形態２の各工程を模式的に説明した図であり、図５（ａ）は混錬材料を押出し装置から押出して成形型内に充填する工程を説明した平面図、図５（ｂ）は成形型内に充填された混錬材料を説明した図、図５（ｃ）は図５（ｂ）で示す混錬材料をプレス加工して繊維強化樹脂材を製造する工程を説明した図である。
【００５３】
図５で示す実施の形態２の製造方法は、図２〜図４で示す実施の形態１の製造方法に対して、押出し装置から押出した混錬材料を成形型内に充填する工程が相違しており、その他の工程は、実施の形態１の製造方法とほぼ同様であるため、その詳細な説明は省略する。
【００５４】
本実施の形態２の製造方法においては、図５（ａ）と図５（ｂ）で示すように、駆動部２３（図１参照）を用いて押出し装置５０内に配置されたスクリュー２０の回転速度を調整しながら混練材料５Ａを押出し、相対的に長い平均繊維長を有する繊維材３Ａａを含む混練材料５Ａａの外側に相対的に短い平均繊維長を有する繊維材３Ａｂを含む混錬材料５Ａｂが配置されるように、成形型３０内に混練材料５Ａを充填する。
【００５５】
より具体的には、駆動部２３（図１参照）を用いて押出し装置５０内に配置されたスクリュー２０の回転速度を所定の回転速度に設定し、スクリュー２０の回転によって所定の繊維長に裁断された繊維材３Ａａと熱可塑性樹脂材を混練して混練材料５Ａａを生成し、この混練材料５Ａａを押出し装置５０から押出して成形型３０の中央近傍に充填する。その際、成形型３０を載置するための載置台３１（図１参照）を適宜の方向に稼動させてもよい。
【００５６】
次いで、駆動部２３（図１参照）を用いて押出し装置５０内に配置されたスクリュー２０の回転速度を前記所定の回転速度よりも速い回転速度に設定し、熱可塑性樹脂材と混練される繊維材の繊維長が前記所定の繊維長よりも短くなるようにし、スクリュー２０の回転によって裁断された繊維材３Ａｂと熱可塑性樹脂材を混練して生成された混練材料５Ａｂを押出し装置５０から押出して、成形型３０内の混練材料５Ａａの外側に充填する。その際、成形型３０を載置するための載置台３１（図１参照）を適宜の方向に稼動させてもよい。
【００５７】
そして、相対的に長い平均繊維長を有する繊維材３Ａａを含む混練材料５Ａａの外側に相対的に短い平均繊維長を有する繊維材３Ａｂを含む混錬材料５Ａｂが配置された混錬材料５Ａを所定条件下においてプレス加工することによって、図５（ｃ）で示すように、リブ７Ａ付き構造の繊維強化樹脂材６Ａが成形される。
【００５８】
この実施の形態２の製造方法を用いて製造されるリブ付き構造の繊維強化樹脂材６Ａにおいても、図４で示すリブ付き構造の繊維強化樹脂材６と同様に、その表面近傍、すなわちリブ部７Ａに相対的に短い平均繊維長を有する繊維材３Ａｂが分布され、その中心部（コア部）、すなわち平板部８Ａ付近に相対的に長い平均繊維長を有する繊維材３Ａａが分布されることとなるため、リブ部７Ａと平板部８Ａの双方の剛性や強度を高めることができ、繊維強化樹脂材６Ａ全体の剛性や強度を効果的に高めることができる。
【００５９】
なお、上記する実施の形態１、２においては、押出し装置内に配置されたスクリューの回転速度を段階的に変更し、熱可塑性樹脂材と混練される繊維材の繊維長を段階的に変更して押出し装置から押出される混練材料に含まれる繊維材の平均繊維長を段階的に変更する形態について説明したが、たとえば押出し装置内に配置されたスクリューの回転速度を連続的に変更し、熱可塑性樹脂材と混練される繊維材の繊維長を連続的に変更して押出し装置から押出される混練材料に含まれる繊維材の平均繊維長を連続的に変更してもよい。このような形態とすれば、製造される繊維強化樹脂材の内部の繊維長分布を傾斜して変化させることができ、繊維強化樹脂材の内部の応力集中を抑制して繊維強化樹脂材全体の剛性や強度を効果的に高めることができる。
【００６０】
［試験体による繊維強化樹脂材内部の平均繊維長を測定した実験とその結果］
本発明者等は、上記する実施の形態１の製造方法の一部を用いて異なる繊維長を有する繊維材を含む試験体（実施例）を作製し、その試験体の所定箇所に含まれる繊維材の平均繊維長測定を実施した。
【００６１】
［実施例］
まず、実施例の試験体の作製方法を概説すると、シリンダ径がφ47mmの２軸スクリュー式押出し装置（日本製鋼所製）とポリプロピレン樹脂からなる熱可塑性樹脂材（プライムポリマー製）とガラス繊維からなる連続繊維材（オーウェンスコーニング製）を用意し、前記押出し装置の押出し量が60kg/h、押出される混錬材料のガラス繊維含有率が30%となるように、前記押出し装置に対してガラス繊維とポリプロピレン樹脂を導入した。
【００６２】
その際、最初に２軸押出し装置のスクリューの回転速度を100rpmに設定して回転駆動するとともに、２軸押出し装置のガラス繊維導入口から９本の束（ロービング）からなるガラス繊維を導入した。そして、９本の束（ロービング）からなるガラス繊維をスクリューの回転によって裁断しながらポリプロピレン樹脂と混練して混練材料を生成し、混練材料を押出し装置から押出して所定形状の成形型内に充填した。
【００６３】
上記条件にて所定時間混錬した後、２軸押出し装置のスクリューの回転速度を300rpmに設定して回転駆動した。その際、ガラス繊維はスクリューに噛み込ませて押出し装置に導入しており、ガラス繊維の導入量はスクリューの回転速度に略比例するため、スクリューの回転速度を増加させると噛み込まれるガラス繊維の量が増加する。したがって、２軸押出し装置に略一定の量のガラス繊維（ガラス繊維含有率が30%）を導入するため、ガラス繊維供給束の基数を減少させ、３本の束（ロービング）からなるガラス繊維を２軸押出し装置のガラス繊維導入口から導入した。そして、３本の束（ロービング）からなるガラス繊維をスクリューの回転によって裁断しながらポリプロピレン樹脂と混練して混練材料を生成し、混練材料を押出し装置から押出して所定形状の成形型内に充填した。
【００６４】
そして、ガラス繊維長の長い繊維材を含む混錬材料とガラス繊維長の短い繊維材を含む混錬材料を成形型内で当接配置し、所定条件下でプレス加工して、図６で示すような函型の内側にリブ部１０７を有する繊維強化樹脂材からなる成形品１０６を作製した。なお、函型の内側に対応する位置にガラス繊維長の短い繊維材を含む混錬材料を配置してプレス加工した。
【００６５】
［繊維強化樹脂材内部の平均繊維長を測定した実験とその結果］
本発明者等は、上記する作製方法で作製した試験体に対してその中心部と表面近傍を切り出して平均繊維長測定を実施した。
【００６６】
その結果、中心部の平均繊維長は30mm、表面近傍の平均繊維長は8mmであった。また、図６で示す成形品１０６のリブ部１０７を切り出して内部を確認した結果、そのリブ部１０７の内部に繊維長の短いガラス繊維が充填されていることが確認された。
【００６７】
この実験結果より、押出し装置内に配置されたスクリューの回転速度を調整するという簡単な改良方法によって、容易に繊維強化樹脂材に含まれる繊維材の繊維長を調整することができ、繊維強化樹脂材の内部に所望の繊維長分布を形成できることが実証された。
【００６８】
以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。
【符号の説明】
【００６９】
１…熱可塑性樹脂材
２…連続繊維材
２ａ、２ｂ、２ｃ…連続繊維材を構成する繊維材
３…裁断された繊維材
５…混錬材料
６…繊維強化樹脂材
７…繊維強化樹脂材のリブ部
８…繊維強化樹脂材の平板部
１０…シリンダ
１１…シリンダの後端
１２…シール部材
１３…シリンダの先端
１４…押出し口
１６…樹脂導入口
１７…繊維導入口
２０…スクリュー
２１…裁断手段
２２…スクリューの後端
２３…スクリューの駆動部
３０…成形型
３１…載置台
５０…押出し装置
６０…樹脂用供給装置
６１…シリンダ
６２…スクリュー
６３…供給口
６４…溶融槽
６５…シリンダの先端
６６…押出し口
７０…繊維用供給装置
７１、７２、７３…ボビン
１００…繊維強化樹脂材の製造装置
【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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