(57)【要約】【課題】シンプルな構造の成形型を使用し、キャビティの壁面温調を速やかにおこなうことができ、もって安価な設備にて熱可塑性樹脂部材を可及的短時間に製造することのできる熱可塑性樹脂部材の製造方法を提供する。【解決手段】上型１と下型２から構成され、キャビティＣを有する成形型１０を型閉めし、キャビティＣに水蒸気Ｖを充填してキャビティＣの壁面を昇温させる第一のステップ、成形型１０を型開きして水蒸気Ｖを放出し、熱可塑性樹脂材料ＭをキャビティＣにチャージし、型閉めして熱可塑性樹脂材料Ｍを成形し、冷却して熱可塑性樹脂部材ＭＢを製造する第二のステップからなる熱可塑性樹脂部材の製造方法である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上型と下型から構成され、キャビティを有する成形型を型閉めし、該キャビティに水蒸気を充填して該キャビティの壁面を昇温させる第一のステップ、
前記成形型を型開きして水蒸気を放出し、熱可塑性樹脂材料を前記キャビティにチャージし、型閉めして該熱可塑性樹脂材料を成形し、冷却して熱可塑性樹脂部材を製造する第二のステップからなる、熱可塑性樹脂部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱可塑性樹脂部材の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
熱可塑性樹脂に繊維補強材が含有されてなる繊維強化樹脂部材（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、自動車産業や建設産業、航空産業など、様々な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、ピラーやロッカー、床下フロアなどの車両の骨格構造部材や、ドアアウターパネルやフードなどの意匠性が要求される非構造部材に上記繊維強化樹脂部材が適用され、車両の強度保証を図りながらその軽量化を実現し、低燃費で環境フレンドリーな車両を製造する試みがおこなわれている。
【０００４】
上記する骨格構造部材においては、炭素繊維やガラス繊維等の繊維補強材であって、長さが50mm以上の連続繊維が一定の配向をもって形成されてなる連続繊維材が適用されることの他にも、50mm未満の繊維長の長繊維やさらに繊維長の短い短繊維をたとえばランダムに配向させた繊維補強材が適用されている。また、非構造部材にあっては、繊維補強材が含有されていない熱可塑性樹脂部材に対して、必要に応じてその一部を連続繊維補強材で補強することもおこなわれている。
【０００５】
これまでの熱可塑性樹脂部材の製造方法は、たとえば繊維補強材が含有された熱可塑性樹脂を成形型のキャビティにチャージし、熱可塑性樹脂を硬化させることによって成形する方法が一般的である。このチャージには、プレヒートされた溶融樹脂の塊をキャビティ内に収容してプレス成形する方法や、溶融樹脂を射出成形する方法、連続繊維補強材や短繊維補強材、長繊維補強材をキャビティ内に収容しておき、溶融樹脂を注入するトランスファー成形などが含まれる。
【０００６】
熱可塑性樹脂部材の製造方法に関し、特許文献１には、上型と下型から構成され、これら上型および下型に多数の配管が埋設された成形型を使用し、この多数の配管に水や油、水蒸気等の熱媒体を循環させることにより、配管の温度をキャビティの壁面に伝熱させて当該キャビティの壁面温度の温調をおこないながら、射出成形にて熱可塑性樹脂部材を製造する方法が開示されている。また、上型や下型にコイルを内蔵させておき、誘導加熱にて温調する方法が特許文献２に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１４−２２６８５１号公報
【特許文献２】特開２０１１−９８５１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１，２に開示の熱可塑性樹脂部材の製造方法では、使用する成形型内に加熱系や冷却系の配管を多数設ける必要があることから、成形型の構造が複雑になり易く、このことに起因して成形型の製作コストが高価になり易いことに加えて、メンテナンス性に難があるといった課題がある。さらに、キャビティの壁面温度を所望温度に昇温もしくは冷却するに当たり、上型や下型に埋設された配管を熱媒体で昇温もしくは冷却した後、上型や下型を介して伝熱させることでキャビティの壁面を昇温もしくは冷却することから、キャビティの壁面の温調に時間を要するといった課題もある。
【０００９】
本発明は上記する問題に鑑みてなされたものであり、シンプルな構造の成形型を使用し、キャビティの壁面の温調を速やかにおこなうことができ、もって安価な設備にて熱可塑性樹脂部材を可及的短時間に製造することのできる熱可塑性樹脂部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】
【００１０】
前記目的を達成すべく、本発明による熱可塑性樹脂部材の製造方法は、上型と下型から構成され、キャビティを有する成形型を型閉めし、該キャビティに水蒸気を充填して該キャビティの壁面を昇温させる第一のステップ、前記成形型を型開きして水蒸気を放出し、熱可塑性樹脂材料を前記キャビティにチャージし、型閉めして該熱可塑性樹脂材料を成形し、冷却して熱可塑性樹脂部材を製造する第二のステップからなるものである。
【００１１】
本発明の熱可塑性樹脂部材の製造方法は、成形型のキャビティの壁面の温調を、キャビティに水蒸気を充填すること、およびキャビティから水蒸気を放出することでおこなうことに特徴を有するものである。
【００１２】
キャビティに水蒸気を充填してキャビティの壁面を昇温し、キャビティから水蒸気を放出してキャビティの壁面を冷却することから、上型および下型の内部に多数の配管を配設する必要がなくなり、成形型の構造もシンプルになってその製作コストも安価になる。
【００１３】
さらに、キャビティへの水蒸気の充填によってキャビティの壁面温度を水蒸気にて直接昇温することから、成形型内に埋設された配管を昇温させ、その熱を成形型内で伝熱させてキャビティの壁面温度を昇温させる従来の方法に比して、壁面温度の昇温速度は格段に速くなる。
【００１４】
同様に、キャビティからの水蒸気の放出により、キャビティの壁面温度の降下速度（冷却速度）も従来の成形型に比して格段に速くなることから、上記するキャビティの壁面温度の昇温速度の向上と相俟って、熱可塑性樹脂部材の製造効率は格段に向上する。
【００１５】
ここで、第二のステップにおける「チャージ」とは、繊維補強材が溶融した熱可塑性樹脂内に含有された熱可塑性樹脂材料をキャビティ内に射出成形すること、繊維補強材を含まない溶融した熱可塑性樹脂材料をキャビティ内にトランスファー成形すること（トランスファーされる熱可塑性樹脂材料内に繊維補強材を含有させたい場合には、短繊維や長繊維を予めキャビティ内に収容しておく）、さらには、溶融した熱可塑性樹脂材料からなる塊やシート（プレヒートによる予備腑形体）をキャビティ内に配しておき、型閉めしてプレス成形すること、のいずれかの方法を示すものである。
【００１６】
また、熱可塑性樹脂としては、たとえば、ポリエチレン（PE）やポリプロピレン（PP）、ポリスチレン（PS）等を適用することができる。さらに、熱可塑性樹脂材料が熱可塑性樹脂と繊維補強材からなる場合、この繊維補強材としては、ボロンやアルミナなどのセラミック繊維、ガラス繊維や炭素繊維といった無機繊維、銅や鋼等の金属繊維、ポリアミドなどの有機繊維のいずれか一種もしくは二種以上の混合材を挙げることができる。
【発明の効果】
【００１７】
以上の説明から理解できるように、本発明の熱可塑性樹脂部材の製造方法によれば、成形型のキャビティの壁面の温調を、キャビティに水蒸気を充填すること、およびキャビティから水蒸気を放出することでおこなうことにより、成形型の構造がシンプルになってその製作コストが安価になるとともに、キャビティの壁面温度の昇温速度と降温速度が速くなることで熱可塑性樹脂部材の製造効率を格段に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の熱可塑性樹脂部材の製造方法の第一のステップを説明した模式図である。
【図２】熱可塑性樹脂部材の製造方法の第二のステップを説明した模式図である。
【図３】図２に続いて製造方法の第二のステップを説明した模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明の熱可塑性樹脂部材の製造方法の実施の形態を説明する。
【００２０】
（熱可塑性樹脂部材の製造方法の実施の形態）
図１は本発明の熱可塑性樹脂部材の製造方法の第一のステップを説明した模式図であり、図２，３は順に製造方法の第二のステップを説明した模式図である。
【００２１】
図示する成形型１０は、上型１とスライド自在な下型２とから構成され、上型１および下型２には温調配管３が埋設され、上型１と下型２が型閉めされて形成されるキャビティＣと温調配管３にそれぞれ通じる水蒸気供給管４，５が制御バルブ６を介してボイラー７に流体連通している。
【００２２】
なお、図示例の成形型１０は、上型１が雌型であり、下型２が雄型であって、上型１に下型２が嵌り込んで熱可塑性樹脂材料Ｍをプレス成形する形態であるが、上型が雄型であり、下型が雌型の形態であってもよいし、上型と下型が相互に嵌り込む形態でなく、キャビティ内に熱可塑性樹脂材料が射出成形される形態であってもよい。
【００２３】
本発明の熱可塑性樹脂部材の製造方法では、まず、図１で示すように、上型１と下型２を型閉めしてキャビティＣを形成した後、ボイラー７を作動させてキャビティＣ内に水蒸気Ｖを充填する（Ｘ１方向）（第一のステップ）。
【００２４】
なお、成形型１０では、水蒸気供給管５を介して温調配管３にも水蒸気が提供可能であるが（Ｘ２方向）、これは温調配管３による温調が必要な場合のみ制御バルブ６を開制御して温調配管３に水蒸気を循環させるものである。
【００２５】
キャビティＣに水蒸気Ｖが充填されることにより、キャビティＣの壁面が所定温度まで昇温される。
【００２６】
すなわち、従来の成形型のように、成形型に多数の温調配管を埋設しておき、熱媒体を各温調配管に提供して各温調配管を温めた後、温調配管の熱を伝熱させてキャビティの壁面を昇温させる場合に比して、キャビティＣの壁面温度の昇温を格段に短時間でおこなうことが可能になる。
【００２７】
次に、図２で示すように、下型２を下方へ移動させて（Ｙ１方向）成形型１０を型開きして水蒸気を放出し（Ｚ方向）、熱可塑性樹脂材料Ｍを下型２のキャビティの壁面ＣＷ上にチャージする。
【００２８】
熱可塑性樹脂材料Ｍは、熱可塑性樹脂Ｒ内に繊維補強材Ｆが含有された材料である。なお、熱可塑性樹脂材料が繊維補強材を含まない熱可塑性樹脂のみからなる場合であってもよい。
【００２９】
ここで、熱可塑性樹脂Ｒとしては、分子鎖が規則正しく配列された結晶領域の量の比率が高く、結晶化度の高い結晶性プラスチックである、ポリエチレン(PE)やポリプロピレン(PP)、ナイロン(PA：ナイロン6、ナイロン66など)、ポリアセタール(POM)、ポリエチレンテレフタレート(PET)や、結晶化度が極めて低いか、結晶化状態にならない非結晶性プラスチックである、ポリスチレン(PS)やポリ塩化ビニル(PVC)、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ABS樹脂、熱可塑性エポキシなどのうちのいずれか一種を使用することができる。
【００３０】
また、繊維補強材Ｆとしては、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二種以上の混合材を挙げることができる。なお、繊維補強材Ｆが連続繊維補強材の場合、熱可塑性樹脂材料Ｍは連続繊維補強材がマトリックス樹脂内に含有されてなるプリプレグ材等であり、JISで規定するように50mmを超える連続繊維補強材がマトリックス樹脂内に一方向に配向された一方向材（UD材）であってもよいし、擬似等方材（多軸積層材や経糸および緯糸からなる織物など）であってもよい。
【００３１】
図２の状態においては、水蒸気Ｖが逃げることでキャビティの壁面ＣＷの温度が急速に冷却される。ここで、温調配管３に提供される水蒸気の温度は、目標冷却時間と最終的に製造される熱可塑性樹脂部材の状態を総合勘案して設定されるのがよい。
【００３２】
上型１と下型２双方のキャビティの壁面ＣＷの温度が所定の成形温度まで冷却されたら、次に、下型２を上昇させ（図３、Ｙ２方向）、画成されたキャビティＣ内で熱可塑性樹脂材料Ｍの塊がプレス成形される。
【００３３】
このように、図示例における「チャージ」とは、溶融状態の熱可塑性樹脂材料Ｍの塊をキャビティに収容し、下型２を作動することで溶融状態の熱可塑性樹脂材料Ｍの塊をプレス成形することを意味している。なお、別途のチャージ形態である、射出成形やトランスファー成形などを適用して熱可塑性樹脂材料Ｍを成形してもよく、射出成形の場合には、たとえば不図示のスクリュー内で繊維補強材と溶融した熱可塑性樹脂を混合してキャビティ内へ射出する方法によっておこなわれ、トランスファー成形の場合には、繊維補強材を先行してキャビティ内に収容しておき、溶融した熱可塑性樹脂をキャビティ内に注入する方法によっておこなわれる。
【００３４】
図３の状態を所定時間保持する保圧をおこない、冷却することで熱可塑性樹脂部材ＭＢが製造される（第二のステップ）。
【００３５】
成形型１０では、キャビティＣの壁面温度の昇温をキャビティＣに充填した水蒸気Ｖによっておこなっていることから、上型１と下型２はともにその内部まで昇温されておらず、基本的にはキャビティの壁面ＣＷのみが昇温されている。そのため、図３の状態における成形型１０のキャビティの壁面温度が冷却される速度も従来の製造方法に比して格段に速くなる。
【００３６】
このように、図示する熱可塑性樹脂部材の製造方法によれば、成形型１０のキャビティＣの壁面の温調を、キャビティＣに水蒸気を充填すること、およびキャビティＣから水蒸気を放出することでおこなうことにより、多数の温調配管を埋設することが不要となり、成形型１０の構造をシンプルなものにすることができ、成形型１０の製作コストが安価になる。
【００３７】
さらに、キャビティＣの壁面温度の昇温速度と降温速度が速くなることで、熱可塑性樹脂部材ＭＢの製造効率を格段に向上させることができる。
【００３８】
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】
【００３９】
１…上型、２…下型、３…温調配管、４，５…水蒸気供給管、６…制御バルブ、７…ボイラー、１０…成形型、Ｃ…キャビティ、ＣＷ…キャビティの壁面、Ｖ…水蒸気、Ｆ…繊維補強材、Ｒ…熱可塑性樹脂、Ｍ…熱可塑性樹脂材料、ＭＢ…熱可塑性樹脂部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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