JP6089093B2 - 成形品の製造方法及び成形品製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、熱可塑性プリプレグを用いて成形品を製造する成形品の製造方法及び成形品製造装置に関する。

従来、金型に熱可塑性プリプレグを配置してプレスすることで熱可塑性プリプレグを賦形し、成形品を製造する技術が知られている。また、熱可塑性プリプレグを賦形し、さらに、射出成形によってボスやリブ等の成形部を形成する成形品を製造する技術も知られている。

熱可塑性プリプレグは、繊維材料と熱可塑性樹脂材料によりシート状に形成されており、加熱することで賦形が可能となる。このような熱可塑性プリプレグの加熱においては、熱可塑性プリプレグを横の姿勢で搬送手段上に載置して搬送する搬送装置により、加熱装置及び金型へ搬送する成形品製造装置が知られている。

また、インサートする熱可塑性プリプレグの表面のみならず、縁部も囲繞することができる大きさを有したキャビティを備える金型に、縁部が解けて「ほつれ」の状態になった熱可塑性プリプレグをインサートして、射出成形することで、熱可塑性プリプレグの表面、縁部を樹脂で被覆した成形品が形成されることが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０−１９４８６３号公報

上述の成形方法では、熱可塑性プリプレグをプレスにより賦形し、その後射出成形を行う際には、プレスによる賦形によって熱可塑性プリプレグに過度な圧力が印加され、繊維材料の部分的なよれやずれなどが生じる虞がある。そして、そのような繊維材料の部分的なよれやずれ等が生じてできた成形品は強度低下や外観不良等により良品とはならず、不良品として扱われ、不良品が多発する虞がある。

そこで、本発明は、不良品の発生を抑制することが可能な成形品の製造方法及び成形品製造装置を提供することを目的としている。

前記課題を解決し目的を達成するために、本発明の成形品の製造方法及び成形品製造装置は次のように構成されている。

本発明の一態様の成形品の製造方法は、加熱装置により、シート状の熱可塑性プリプレグであるインサート部材の周縁部の少なくとも一部を前記インサート部材の他部よりも低い温度で加熱し、前記加熱により前記他部よりも前記周縁部の粘度が高い前記インサート部材を金型のキャビティ内にインサートし、前記金型内にインサートされた前記インサート部材を賦形し、前記インサート部材がインサートされた前記金型内に樹脂材料を射出する。

本発明の一態様の成形品の製造方法は、加熱装置により、シート状の熱可塑性プリプレグであるインサート部材を加熱し、前記インサート部材の加熱後、前記インサート部材の周縁部の少なくとも一部を前記インサート部材の他部よりも低い温度になるように冷却し、周縁部の少なくとも一部を冷却した前記インサート部材を金型のキャビティ内にインサートし、前記金型内にインサートされた前記インサート部材を賦形し、前記インサート部材がインサートされた前記金型内に樹脂材料を射出する。

本発明の一態様の成形品製造装置は、シート状の熱可塑性プリプレグであるインサート部材を加熱する加熱装置と、前記インサート部材を賦形する金型に前記インサート部材を賦形させる力を与える型締装置と、前記インサート部材を前記金型内に配置する前に、前記インサート部材の周縁部の少なくとも一部を前記インサート部材の他部よりも低い温度にする低温化手段と、前記加熱装置及び前記低温化手段により前記他部よりも前記周縁部の粘度が高い前記インサート部材がインサートされた前記金型のキャビティ内に樹脂材料を射出する射出装置と、を備える。

本発明によれば、不良品の発生を抑制することが可能な成形品の製造方法及び成形品製造装置を提供することが可能となる。

本発明の第１の実施形態に係る成形品製造装置の構成を模式的に示す斜視図。 同成形品製造装置に用いられる搬送装置及び加熱装置の構成を模式的に示す正面図。 同成形品製造装置に用いられる要部構成であって、成形品の製造工程の構成を模式的に示す断面図。 本発明の第２の実施形態に係る成形品製造装置に用いられる要部構成であって、成形品の製造工程の構成を模式的に示す断面図。

（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態に係る成形品製造装置１を、図１乃至図３を用いて説明する。
図１は本発明の一実施の形態に関わる成形品製造装置１の構成を模式的に示す斜視図、図２は成形品製造装置１に用いられる搬送装置１２及び加熱装置１３の構成を模式的に示す正面図、図３は成形品製造装置１に用いられる要部構成、具体的には金型５１及び熱可塑性の樹脂材料を含浸したプリプレグ１００の構成であって、成形品の製造工程の構成を模式的に示す断面図である。

図１に示すように、成形品製造装置１は、保管部１１と、搬送装置１２と、加熱装置１３と、金型装置１４と、射出装置１５と、制御装置１９と、を備えている。成形品製造装置１は、工場内等の敷設範囲２に配置されるとともに、金型装置１４及び射出装置１５がベース３上に配置される。成形品製造装置１は、熱可塑性の樹脂材料を含浸したプリプレグ（インサート部材）１００を加熱後に金型装置１４により賦形するとともに、射出装置１５により射出成形することで成形品を製造可能に形成されている。

熱可塑性の樹脂材料を含浸したプリプレグ（インサート部材）１００は、シート状に形成されている。即ち、プリプレグ１００は、ガラスや炭素等の繊維材料及び繊維材料に含浸した熱可塑性の樹脂材料により形成されている。プリプレグ１００は、図１においてはその平面形状を方形状に形成されているが、成形品の形状に賦形するのに適した形状に形成されている。プリプレグ１００は、例えば、方形状、三角形状及び楕円形状等や、成形品を形成可能な異形状に形成される。

保管部１１は、プリプレグ１００を複数保管可能に形成されている。保管部１１は、例えば、プリプレグ１００を縦の姿勢で保管可能に形成されている。なお、保管部１１は、例えば、プリプレグ１００を横の姿勢で保管するとともに横姿勢から縦姿勢に変更可能に形成されている。

ここで、プリプレグ１００の縦姿勢とは、プリプレグ１００の主面が略重力方向に沿った姿勢、即ち、上下方向に延設する姿勢、又は、これら姿勢と同等の姿勢である。また、プリプレグ１００の横の姿勢とは、プリプレグ１００の主面が略水平方向に沿った姿勢、即ち、成形品製造装置１の設置面に沿った姿勢又はこれら姿勢と同等の姿勢である。

搬送装置１２は、プリプレグ１００を縦の姿勢で、プリプレグ１００の保管部１１から加熱装置１３及び金型装置１４へ順次搬送可能に形成されている。具体的には、搬送装置１２は、チャック装置２１と、搬送機構２２と、を備えている。

チャック装置２１は、例えば、搬送機構２２に設けられた支持部３１と、複数のチャック３２と、チャック３２を開閉する開閉手段３３と、冷却装置３４と、を備えている。チャック装置２１は、複数のチャック３２により、プリプレグ１００を複数の位置で挟持可能に形成されている。

支持部３１は、複数のチャック３２を支持可能に形成されている。支持部３１は、搬送機構２２により移動可能に形成される。チャック３２は、例えば、図２に示すように、プリプレグ１００の周縁を複数個所で、例えば上下の複数個所で固定可能に、支持部３１に複数配置される。チャック３２は、開閉手段３３により駆動されることで、その先端を開閉可能に形成されている。チャック３２は、例えば、互いに接近又は離反することで少なくともその先端が開閉する、対向する二つの爪部３２ａから構成される。

チャック３２は、爪部３２ａの先端間にプリプレグ１００の端部が位置した状態で、開閉手段３３により閉状態に駆動され、当該閉状態が維持されることで、プリプレグ１００を保持可能に形成されている。チャック３２は、プリプレグ１００を金型５１に搬送し、インサートするときに、金型５１と干渉しない形状に形成されている。

開閉手段３３は、チャック３２の開閉を行う駆動源であって、例えば、空圧シリンダ等が用いられる。開閉手段３３は、制御装置１９に信号線Ｓを介して電気的に接続されている。

冷却装置（冷却化手段、冷却手段）３４は、チャック３２を冷却可能に形成されている。冷却装置３４は、例えば、エアをチャック３２に噴射することで、チャック３２を冷却可能に形成されている。冷却装置３４は、制御装置１９に信号線Ｓを介して電気的に接続されている。

冷却装置３４は、少なくともチャック３２の爪部３２ａのプリプレグ１００に接触する部位を冷却可能に形成されている。冷却装置３４は、支持部３１に支持されるか、又は、保管部１１にチャック３２が移動する前工程でチャック３２を冷却可能な位置に配置される。なお、冷却装置３４は、加熱装置１３の上部に位置し、プリプレグ１００を加熱している最中も、プリプレグ１００に影響しない範囲で冷却しても良い。

搬送機構２２は、チャック装置２１のチャック３２を保管部１１、加熱装置１３及び金型装置１４へ順次搬送する機構であり、例えば、支持部３１をスライド移動可能に形成されている。搬送機構２２は、例えばレールや、多関節ロボット等である。搬送機構２２は、制御装置１９に信号線Ｓを介して電気的に接続されている。

図１及び図２に示すように、加熱装置１３は、例えば、プリプレグ１００を加熱可能な、間隔を空けて互いに対向する一対の加熱部４１と、加熱部４１を支持する支持部４２と、を備えている。一対の加熱部４１は、プリプレグ１００を加熱する加熱面４１ａが、プリプレグ１００の主面に沿って配置される。

即ち、一対の加熱部４１は、プリプレグ１００と同様に、縦姿勢で（例えば、略重力方向に沿って縦長の直方体で）配置される。一対の加熱部４１は、チャック３２の爪部３２ａ先端の一部及びチャック３２に保持されたプリプレグ１００が通過可能な間隔を有して対向する。

加熱部４１は、それら対向する加熱面４１ａに、例えば、赤外線ヒータ４３が単数又は複数設けられ、加熱部４１間を通過するプリプレグ１００を所定の温度に加熱可能に形成されている。なお、ここで、所定の温度とは、プリプレグ１００を、金型装置１４において所定の形状に賦形（成形）可能な温度である。加熱部４１は、例えば、その上方であって、チャック３２と対向し、且つ、プリプレグ１００とは対向しない範囲に、熱を遮断するカバー４４が設けられている。

また、加熱部４１は、その赤外線ヒータ４３の配置、又は、部分的な出力の変更等によって、プリプレグ１００の加熱分布が、プリプレグ１００の周縁部において他部よりも低温となる分布に加熱可能に形成されている。

このように、加熱装置１３は、赤外線ヒータ４３の配置又は部分的な出力の変更等により所定の温度分布でプリプレグ１００を加熱可能な加熱部４１、及び、プリプレグ１００の周縁部の一部に対向して加熱部４１に設けられたカバー４４の少なくとも一方によって構成される、プリプレグ１００の周縁部を他部よりも低い温度にする低温化手段を備えている。

金型装置１４は、開閉可能な金型５１と、金型５１を開閉する型締装置５２と、を備えている。

金型５１は、固定型５３と、移動型５４と、を備えている。固定型５３は、移動型５４と対向する面に、成形品の一部の形状に形成されたキャビティ５３ａと、キャビティ５３ａに接続され、射出装置１５と対向する面に形成されたゲート５３ｃと、を備えている。また、固定型５３は、例えば、配置されたプリプレグ１００を固定する位置決めピンを備えている。

移動型５４は、固定型５３に対して移動可能に形成されている。移動型５４は、固定型５３に対向する面に、成形品の一部の形状に形成されたキャビティ５４ａを備えている。また、移動型５４は、例えば、成形後の成形品を押圧可能に形成された突き出しピンを備えている。

金型５１は、閉状態において、固定型５３及び移動型５４のキャビティ５３ａ，５４ａによって、成形品の形状の空間が形成される。

型締装置５２は、金型５１を開閉可能、且つ、型締め可能に形成されている。すなわち、型締装置５２は、金型５１にプリプレグ１００を賦形させる力（賦形力）を与えることができる。型締装置５２は、例えば、固定盤５６と、固定盤５６に対して移動可能な移動盤５７と、移動盤５７を移動させるトグル機構５８と、トグル機構５８を駆動させる駆動源５９と、を備えている。型締装置５２は、成形品を成形する成形装置である。

固定盤５６は、固定型５３を支持可能に形成されている。移動盤５７は、移動型５４を支持可能に形成されている。トグル機構５８は、駆動源５９により駆動されることで、移動盤５７を固定盤５６に対して進退させる。駆動源５９は、トグル機構５８を駆動可能に形成されている。駆動源５９は、制御装置１９に信号線Ｓを介して電気的に接続されている。

射出装置１５は、例えば、ハウジング６１と、シリンダ６２と、スクリュ６３と、ホッパ６４と、移動手段６５と、駆動装置６６と、シリンダ加熱装置６７と、を備えている。射出装置１５は、金型装置１４の金型５１内に樹脂材料（成形材料）を射出することで、型締装置５２とともに成形品を成形する成形装置である。

ハウジング６１は、例えば、シリンダ６２、スクリュ６３及びホッパ６４を支持可能、且つ、内部に駆動装置６６を収納可能に形成されている。シリンダ６２は、その内部にスクリュ６３を収納する。シリンダ６２は、その先端に射出ノズル６２ａを備えている。射出ノズル６２ａは、金型５１に形成されたゲート５３ｃに接続可能に形成されている。スクリュ６３は、シリンダ６２内で回転可能、且つ、シリンダ６２に対して進退可能に形成されている。

ホッパ６４は、射出成形を行う、溶融される樹脂材料（成形材料）が収容される。ホッパ６４は、収容された樹脂材料（成形材料）をシリンダ６２内に供給可能に形成されている。

移動手段６５は、例えば、ベース３上に配置され、固定型５３及び固定盤５６に向って延設された複数のレール７１と、ハウジング６１の下部に設けられ、レール７１をスライド移動可能な複数のガイド７２と、を備えている。移動手段６５は、ガイド７２がレール７１に案内されることで、ハウジング６１及びハウジング６１に支持された各構成をレール７１に沿って金型装置１４に進退可能に形成される。

駆動装置６６は、例えば、スクリュ６３を回転させる第１駆動装置７４と、スクリュ６３をシリンダ６２に対して進退させる第２駆動装置７５と、ハウジング６１をレール７１に沿って金型装置１４に対して進退させる第３駆動装置７６と、を備えている。

第１駆動装置７４は、スクリュ６３を回転させることで、ホッパ６４から供給された樹脂材料（成形材料）を定量供給可能に形成されている。第１駆動装置７４、第２駆動装置７５及び第３駆動装置７６は、制御装置１９に信号線Ｓを介して電気的に接続されている。

シリンダ加熱装置６７は、シリンダ６２を加熱可能に形成されている。シリンダ加熱装置６７は、シリンダ６２に装着されている。シリンダ加熱装置６７は、シリンダ６２を加熱することで、ホッパ６４から供給された樹脂材料（成形材料）を溶融可能に形成されている。シリンダ加熱装置６７は、制御装置１９に信号線Ｓを介して電気的に接続されている。

制御装置１９は、搬送装置１２、金型装置１４及び射出装置１５を制御可能に形成されている。具体的には、制御装置１９は、搬送機構２２を制御することで、チャック３２（支持部３１）の移動動作を制御可能に形成されている。制御装置１９は、開閉手段３３を制御することで、チャック３２の開閉動作を制御可能に形成されている。制御装置１９は、冷却装置３４を制御することで、チャック３２の冷却を制御可能に形成されている。

制御装置１９は、駆動源５９を制御することで、トグル機構５８を駆動し、移動型５４の進退動作を制御可能に形成されている。制御装置１９は、第１駆動装置７４、第２駆動装置７５及び第３駆動装置７６を制御することで、スクリュ６３の回転動作及び進退動作、並びに、ハウジング６１の進退動作（射出装置１５の進退動作）を制御可能に形成されている。制御装置１９は、シリンダ加熱装置６７を制御することで、シリンダ６２の加熱動作を制御可能に形成されている。

次に、このように構成された成形品製造装置１を用いて成形品を製造する方法を説明する。
先ず、チャック３２を保管部１１に移動させるとともに、チャック３２を開状態とする。なお、本サイクル前に、プリプレグ１００を加熱装置１３に搬送した場合には、冷却装置３４によりチャック３２を冷却する。

次に、チャック３２をさらに移動させて、プリプレグ１００の周縁に爪部３２ａの先端を位置させる。次に、チャック３２を閉状態とし、プリプレグ１００をチャック３２により保持する。次に、チャック３２を移動させて、プリプレグ１００を一対の加熱部４１の間に移動させ、プリプレグ１００を所定の温度、具体的には、プリプレグ１００を成形可能であって、且つ、プリプレグ１００の周縁部が他部よりも低温となるように加熱する。

なお、他部よりも低温となるようにされるプリプレグ１００の周縁部は、少なくともプリプレグ１００の周縁部の一部であればよいが、プリプレグ１００の周縁部全体であってもよい。

次に、チャック３２を移動させて、プリプレグ１００を金型５１に搬送し、プリプレグ１００を金型５１の固定型５３及び移動型５４間に配置する。このとき、プリプレグ１００が所定の位置となるように、プリプレグ１００を配置する。

次に、トグル機構５８を駆動し、移動型５４を固定型５３に向って移動させる。このとき、プリプレグ１００を固定型５３に設けられた位置決めピンに固定する。次に、チャック３２を開状態としてプリプレグ１００の保持を解除し、チャック３２を金型５１から離反させる。これにより、プリプレグ１００が金型５１にインサートされる。

次に、さらにトグル機構５８を駆動し、移動型５４を固定型５３に向って移動させ、金型５１を閉状態とする。これにより、プリプレグ１００が金型５１によってプレスされ、キャビティ５３ａ，５４ａの形状に賦形される。

併せて、第３駆動装置７６を駆動してハウジング６１を移動させ、固定型５３に形成されたゲート５３ｃに射出ノズル６２ａを接続させるとともに、シリンダ６２内にホッパ６４から供給され溶融された樹脂材料（成形材料）を、ゲート５３ｃを介して金型５１内に射出する。

これにより、図３に示すように、キャビティ５３ａ，５４ａ内に樹脂材料（成形材料）が射出され、キャビティ５３ａ，５４ａの形状に樹脂材料（成形材料）が供給され、賦形されたプリプレグ１００と一体に成形される。

次に、成形されたプリプレグ１００及び樹脂材料（成形材料）を冷却し、成形品が成形される。次に、移動型５４を移動させ、金型５１を開状態とし、移動型５４に設けられた突き出しピンにより成形品を押圧し、金型５１から成形品を取り出す。

次に、冷却装置３４によりチャック３２を冷却し、再びプリプレグ１００を加熱装置１３に搬送し、以後、同様の工程を繰り返す。これらの工程の繰り返しにより成形品が製造される。

このように構成された成形品製造装置１によれば、加熱装置１３により、プリプレグ１００を賦形可能な温度であって、周縁の温度を他部の温度よりも低温とすることで、周縁の強度又は粘度を他部よりも高くすることが可能となる。さらに、チャック３２によりプリプレグ１００を保持することで、プリプレグ１００での当該保持した部位では、加熱部４１からの熱を直接的には受けなくなり、当該保持した部位の強度又は粘度を他部よりも高くすることが可能となる。これらの構成により、不良品の多発を防止することができる。

具体的には、プレスによる賦形によってプリプレグ１００が過度な圧力が印加され、金型５１とプリプレグ１００がこすれると、繊維材料の部分的なよれや、端部の繊維材料にほつれやずれ等が発生する場合があり、これらが起きて成形された成形品は不良品となる虞がある。

しかし、加熱装置１３、及び、チャック３２によって、加熱によるプリプレグ１００の加熱分布を異ならせることで、加熱後のプリプレグ１００の周縁部及びチャック３２で保持された部位においては、加熱後のプリプレグ１００の他部よりも強度又は粘度を高くすることが可能となる。即ち、加熱温度を異ならせることで、プリプレグ１００の周縁部においては、加熱後のプリプレグ１００の粘度を他部よりも高くし、賦形時に、周縁部で繊維材料のずれが発生することを防止することができる。これにより、成形品の強度の向上及び成形品の外観（外観性）の向上を図ることができ、不良品の発生を抑制することができる。

さらに、これらの構成によってプリプレグ１００の繊維材料のほつれを防止することができ、当該ほつれにより発生する金型５１の繊維材料の挟み込みを防止することができる。結果、金型５１の寿命が向上し、メンテナンス回数の低減となる。これにより、成形品製造装置１のランニングコストの低減にもなる。

上述したように本発明の第１の実施形態に係る成形品製造装置１によれば、加熱装置１３（より具体的には、低温化手段）によって熱可塑性の樹脂材料を含浸したプリプレグ１００を用いて成形された成形品における不良品の発生を抑制することができる。

なお、成形品製造装置１は、図示しない、加熱されていない金属部材を具備する低温化手段を備える構成であってもよい。即ち、低温化手段である当該金属部材を、プリプレグ１００を加熱した後であって、チャック３２を移動させてプリプレグ１００を金型５１に搬送している間又は搬送後で金型５１内にプリプレグ１００を配置する前に、プリプレグ１００の周縁部に当接させる（接触させる）ことで、プリプレグ１００の周縁部を冷却する構成であってもよい。このような構成とすることで、プリプレグ１００の周縁部が上述した成形品製造装置１と同様に、周縁の温度を他部の温度よりも低温とすることが可能となる。

（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態に係る成形品製造装置１を、図１、図２及び図４を用いて説明する。

第２の実施形態に係る成形品製造装置１は、上述した第１の実施形態に係る成形品製造装置１と同様に、図１及び図２を用いて以下説明する。

図４は本発明の第２の実施形態に係る成形品製造装置１に用いられる要部構成、具体的には金型５１及び熱可塑性の樹脂材料を含浸したプリプレグ１００の構成であって、成形品の製造工程の構成を模式的に示す断面図である。

図１に示すように、成形品製造装置１は、保管部１１と、搬送装置１２と、加熱装置１３と、金型装置１４と、射出装置１５と、制御装置１９と、を備えている。成形品製造装置１は、工場内等の敷設範囲２に配置されるとともに、金型装置１４及び射出装置１５がベース３上に配置される。成形品製造装置１は、熱可塑性の樹脂材料を含浸したプリプレグ（インサート部材）１００を加熱後に金型装置１４により賦形するとともに、射出装置１５により射出成形することで成形品を製造可能に形成されている。

熱可塑性の樹脂材料を含浸したプリプレグ（インサート部材）１００は、シート状に形成されている。プリプレグ１００は、ガラスや炭素等の繊維材料及び繊維材料に含浸した熱可塑性の樹脂材料により形成されている。プリプレグ１００は、図１においてはその平面形状を方形状に形成されているが、成形品の形状に賦形するのに適した形状に形成されている。プリプレグ１００は、例えば、方形状、三角形状及び楕円形状等や、成形品を形成可能な異形状に形成される。

保管部１１は、プリプレグ１００を複数保管可能に形成されている。保管部１１は、例えば、プリプレグ１００を縦の姿勢で保管可能に形成されている。なお、保管部１１は、例えば、プリプレグ１００を横の姿勢で保管するとともに横姿勢から縦姿勢に変更可能に形成されていてもよい。

ここで、プリプレグ１００の縦姿勢とは、プリプレグ１００の主面が略重力方向に沿った姿勢、即ち、上下方向に延設する姿勢、又は、これら姿勢と同等の姿勢である。また、プリプレグ１００の横の姿勢とは、プリプレグ１００の主面が略水平方向に沿った姿勢、即ち、成形品製造装置１の設置面に沿った姿勢又はこれら姿勢と同等の姿勢である。

搬送装置１２は、プリプレグ１００を縦の姿勢で、プリプレグ１００の保管部１１から加熱装置１３及び金型装置１４へ順次搬送可能に形成されている。具体的には、搬送装置１２は、チャック装置２１と、搬送機構２２と、を備えている。

チャック装置２１は、例えば、搬送機構２２に設けられた支持部３１と、複数のチャック３２と、チャック３２を開閉する開閉手段３３と、冷却装置３４と、を備えている。チャック装置２１は、複数のチャック３２により、プリプレグ１００を複数の位置で挟持可能に形成されている。

支持部３１は、複数のチャック３２を支持可能に形成されている。支持部３１は、搬送機構２２により移動可能に形成される。チャック３２は、図２に示すように、プリプレグ１００の周縁（縁部、端部）を複数個所、例えば上下の複数個所で固定可能に、支持部３１に複数配置される。チャック３２は、開閉手段３３により駆動されることで、その先端を開閉可能に形成されている。チャック３２は、例えば、互いに接近又は離反することで少なくともその先端が開閉する、対向する二つの爪部３２ａから構成される。

チャック３２は、爪部３２ａの先端間にプリプレグ１００の端部が位置した状態で、開閉手段３３により閉状態に駆動され、当該閉状態が維持されることで、プリプレグ１００を保持可能に形成されている。チャック３２は、プリプレグ１００を金型５１に搬送し、インサートするときに、金型５１と干渉しない形状に形成されている。

開閉手段３３は、チャック３２の開閉を行う駆動源であって、例えば、空圧シリンダ等が用いられる。開閉手段３３は、制御装置１９に信号線Ｓを介して電気的に接続されている。

冷却装置３４は、チャック３２を冷却可能に形成されている。冷却装置３４は、例えば、エアをチャック３２に噴射することで、チャック３２を冷却可能に形成されている。冷却装置３４は、制御装置１９に信号線Ｓを介して電気的に接続されている。

冷却装置３４は、少なくともチャック３２の爪部３２ａのプリプレグ１００に接触する部位を冷却可能に形成されている。冷却装置３４は、支持部３１に支持されるか、又は、保管部１１にチャック３２が移動する前工程でチャック３２を冷却可能な位置に配置される。なお、冷却装置３４は、加熱装置１３の上部に位置し、プリプレグ１００を加熱している最中も、プリプレグ１００に影響しない範囲で冷却しても良い。

搬送機構２２は、チャック装置２１のチャック３２を保管部１１、加熱装置１３及び金型装置１４へ順次搬送する機構であり、例えば、支持部３１をスライド移動可能に形成されている。搬送機構２２は、例えばレールや、多関節ロボット等である。搬送機構２２は、制御装置１９に信号線Ｓを介して電気的に接続されている。

図１及び図２に示すように、加熱装置１３は、例えば、プリプレグ１００を加熱可能な、間隔を空けて互いに対向する一対の加熱部４１と、加熱部４１を支持する支持部４２と、を備えている。一対の加熱部４１は、プリプレグ１００を加熱する加熱面４１ａが、プリプレグ１００の主面に沿って配置される。

即ち、一対の加熱部４１は、プリプレグ１００と同様に、縦姿勢で（例えば、略重力方向に沿って縦長の直方体で）配置される。一対の加熱部４１は、チャック３２の爪部３２ａ先端の一部及びチャック３２に保持されたプリプレグ１００が通過可能な間隔を有して対向する。

加熱部４１は、それら対向する加熱面４１ａに、例えば、赤外線ヒータ４３が単数又は複数設けられ、加熱部４１間を通過するプリプレグ１００を所定の温度に加熱可能に形成されている。なお、ここで、所定の温度とは、プリプレグ１００を、金型装置１４において所定の形状に賦形（成形）可能な温度である。加熱部４１は、例えば、その上方であって、チャック３２と対向し、且つ、プリプレグ１００とは対向しない範囲に、熱を遮断するカバー４４が設けられている。

また、加熱部４１は、その赤外線ヒータ４３の配置、又は、部分的な出力の変更等によって、プリプレグ１００の加熱分布が、プリプレグ１００の周縁部において他部よりも低温となる分布に加熱可能に形成されている。

金型装置１４は、開閉可能な金型５１と、金型５１を開閉する型締装置５２と、を備えている。

金型５１は、固定型５３と、移動型５４と、を備えている。固定型５３は、移動型５４と対向する面に、成形品の一部の形状に形成されたキャビティ５３ａと、キャビティ５３ａのプリプレグ１００の周縁と対向する位置に設けられた逃げ部５３ｂと、キャビティ５３ａに接続され、射出装置１５と対向する面に形成されたゲート５３ｃと、を備えている。また、固定型５３は、例えば、配置されたプリプレグ１００を固定する位置決めピンを備えている。

移動型５４は、固定型５３に対して移動可能に形成されている。移動型５４は、固定型５３に対向する面に、成形品の一部の形状に形成されたキャビティ５４ａと、キャビティ５４ａのプリプレグ１００の周縁と対向する位置に設けられた逃げ部５４ｂと、を備えている。また、移動型５４は、例えば、成形後の成形品を押圧可能に形成された突き出しピンを備えている。

金型５１は、閉状態において、固定型５３及び移動型５４のキャビティ５３ａ，５４ａによって、成形品の形状の空間が形成される。また、金型５１は、閉状態において、逃げ部５３ｂ，５４ｂによって、内部にインサートされたプリプレグ１００の周縁と非接触、又は、過度な加圧を行わない状態でプリプレグ１００を賦形可能に形成される。

型締装置５２は、金型５１を開閉可能、且つ、型締め可能に形成されている。型締装置５２は、例えば、固定盤５６と、固定盤５６に対して移動可能な移動盤５７と、移動盤５７を移動させるトグル機構５８と、トグル機構５８を駆動させる駆動源５９と、を備えている。型締装置５２は、成形品を成形する成形装置である。

固定盤５６は、固定型５３を支持可能に形成されている。移動盤５７は、移動型５４を支持可能に形成されている。トグル機構５８は、駆動源５９により駆動されることで、移動盤５７を固定盤５６に対して進退させる。駆動源５９は、トグル機構５８を駆動可能に形成されている。駆動源５９は、制御装置１９に信号線Ｓを介して電気的に接続されている。

射出装置１５は、例えば、ハウジング６１と、シリンダ６２と、スクリュ６３と、ホッパ６４と、移動手段６５と、駆動装置６６と、シリンダ加熱装置６７と、を備えている。射出装置１５は、金型装置１４の金型５１内に樹脂材料（成形材料）を射出することで、型締装置５２とともに成形品を成形する成形装置である。

ハウジング６１は、例えば、シリンダ６２、スクリュ６３及びホッパ６４を支持可能、且つ、内部に駆動装置６６を収納可能に形成されている。シリンダ６２は、その内部にスクリュ６３を収納する。シリンダ６２は、その先端に射出ノズル６２ａを備えている。射出ノズル６２ａは、金型５１に形成されたゲート５３ｃに接続可能に形成されている。スクリュ６３は、シリンダ６２内で回転可能、且つ、シリンダ６２に対して進退可能に形成されている。

ホッパ６４は、射出成形を行う、溶融される樹脂材料（成形材料）が収容される。ホッパ６４は、収容された樹脂材料（成形材料）をシリンダ６２内に供給可能に形成されている。

移動手段６５は、例えば、ベース３上に配置され、固定型５３及び固定盤５６に向って延設された複数のレール７１と、ハウジング６１の下部に設けられ、レール７１をスライド移動可能な複数のガイド７２と、を備えている。移動手段６５は、ガイド７２がレール７１に案内されることで、ハウジング６１及びハウジング６１に支持された各構成をレール７１に沿って金型装置１４に進退可能に形成される。

駆動装置６６は、スクリュ６３を回転させる第１駆動装置７４と、スクリュ６３をシリンダ６２に対して進退させる第２駆動装置７５と、ハウジング６１をレール７１に沿って金型装置１４に対して進退させる第３駆動装置７６と、を備えている。

第１駆動装置７４は、スクリュ６３を回転させることで、ホッパ６４から供給された樹脂材料（成形材料）を定量供給可能に形成されている。第１駆動装置７４、第２駆動装置７５及び第３駆動装置７６は、制御装置１９に信号線Ｓを介して電気的に接続されている。

シリンダ加熱装置６７は、シリンダ６２を加熱可能に形成されている。シリンダ加熱装置６７は、シリンダ６２に装着されている。シリンダ加熱装置６７は、シリンダ６２を加熱することで、ホッパ６４から供給された樹脂材料（成形材料）を溶融可能に形成されている。シリンダ加熱装置６７は、制御装置１９に信号線Ｓを介して電気的に接続されている。

制御装置１９は、搬送装置１２、金型装置１４及び射出装置１５を制御可能に形成されている。具体的には、制御装置１９は、搬送機構２２を制御することで、チャック３２（支持部３１）の移動動作を制御可能に形成されている。制御装置１９は、開閉手段３３を制御することで、チャック３２の開閉動作を制御可能に形成されている。制御装置１９は、冷却装置３４を制御することで、チャック３２の冷却を制御可能に形成されている。

制御装置１９は、駆動源５９を制御することで、トグル機構５８を駆動し、移動型５４の進退動作を制御可能に形成されている。制御装置１９は、第１駆動装置７４、第２駆動装置７５及び第３駆動装置７６を制御することで、スクリュ６３の回転動作及び進退動作、並びに、ハウジング６１の進退動作（射出装置１５の進退動作）を制御可能に形成されている。制御装置１９は、シリンダ加熱装置６７を制御することで、シリンダ６２の加熱動作を制御可能に形成されている。

次に、このように構成された成形品製造装置１を用いて成形品を製造する方法を説明する。
先ず、チャック３２を保管部１１に移動させるとともに、チャック３２を開状態とする。なお、本サイクル前に、プリプレグ１００を加熱装置１３に搬送した場合には、冷却装置３４によりチャック３２を冷却する。

次に、チャック３２をさらに移動させて、プリプレグ１００の周縁に爪部３２ａの先端を位置させる。次に、チャック３２を閉状態とし、プリプレグ１００をチャック３２により保持する。次に、チャック３２を移動させて、プリプレグ１００を一対の加熱部４１の間に移動させ、プリプレグ１００を所定の温度に加熱、具体的には、プリプレグ１００を成形可能であって、且つ、プリプレグ１００の周縁部が他部よりも低温となるように加熱する。

なお、他部よりも低温となるようにされるプリプレグ１００の周縁部は、少なくともプリプレグ１００の周縁部の一部であればよいが、プリプレグ１００の周縁部全体であってもよい。

次に、チャック３２を移動させて、プリプレグ１００を金型５１に搬送し、プリプレグ１００を金型５１の固定型５３及び移動型５４間に配置する。このとき、プリプレグ１００が所定の位置となるように、プリプレグ１００を配置する。

次に、トグル機構５８を駆動し、移動型５４を固定型５３に向って移動させる。このとき、プリプレグ１００を固定型５３に設けられた位置決めピンに固定する。次に、チャック３２を開状態としてプリプレグ１００の保持を解除し、チャック３２を金型５１から離反させる。これにより、プリプレグ１００が金型５１にインサートされる。

次に、さらにトグル機構５８を駆動し、移動型５４を固定型５３に向って移動させ、金型５１を閉状態とする。これにより、プリプレグ１００が金型５１によってプレスされ、キャビティ５３ａ，５４ａの形状に賦形される。このとき、プリプレグ１００の周縁は、逃げ部５３ｂ，５４ｂによって過度なプレスが成されず、所定の形状に賦形される。

併せて、第３駆動装置７６を駆動してハウジング６１を移動させ、固定型５３に形成されたゲート５３ｃに射出ノズル６２ａを接続させるとともに、シリンダ６２内にホッパ６４から供給され溶融された樹脂材料（成形材料）を、ゲート５３ｃを介して金型５１内に射出する。

これにより、図４に示すように、キャビティ５３ａ，５４ａ内に樹脂材料（成形材料）が射出され、キャビティ５３ａ，５４ａ及び逃げ部５３ｂ，５４ｂの形状に樹脂材料（成形材料）が供給され、賦形されたプリプレグ１００と一体に成形される。

次に、成形されたプリプレグ１００及び樹脂材料（成形材料）を冷却し、成形品が成形される。次に、移動型５４を移動させ、金型５１を開状態とし、移動型５４に設けられた突き出しピンにより成形品を押圧し、金型５１から成形品を取り出す。

次に、冷却装置３４によりチャック３２を冷却し、再びプリプレグ１００を加熱装置１３に搬送し、以後、同様の工程を繰り返す。これらの工程の繰り返しにより成形品が製造される。

このように構成された成形品製造装置１によれば、プリプレグ１００の賦形時に、逃げ部５３ｂ，５４ｂによってプリプレグ１００の周縁のプレスを避けることが可能となり、金型５１とプリプレグ１００の周縁とのこすれ防止が可能となる。また、加熱装置１３により、プリプレグ１００を賦形可能な温度であって、周縁の温度を他部の温度よりも低温とすることで、プリプレグ１００の周縁部の強度又は粘度を他部よりも高くすることが可能となる。さらに、チャック３２によりプリプレグ１００を保持することで、プリプレグ１００での当該保持した部位では、加熱部４１からの熱を直接的には受けなくなり、当該保持した部位の強度又は粘度を他部よりも高くすることが可能となる。これらの構成により、不良品の多発を防止することができる。

具体的には、プレスによる賦形によってプリプレグ１００が過度な圧力が印加され、金型５１とプリプレグ１００がこすれると、繊維材料の部分的なよれや、端部の繊維材料にほつれやずれ等が発生する場合があり、これらが起きて成形された成形品は不良品となる虞がある。

しかし、逃げ部５３ｂ，５４ｂによって金型５１及びプリプレグ１００の周縁のこすれが防止され、繊維材料のほつれやずれ等の発生を防止することができる。また、加熱装置１３、及び、チャック３２によって、加熱によるプリプレグ１００の加熱分布を異ならせることで、加熱後のプリプレグ１００の周縁部及びチャック３２で保持される部位においては加熱後のプリプレグ１００の他部よりも強度又は粘度を高くすることが可能となる。即ち、加熱温度を異ならせることで、プリプレグ１００の周縁部においては加熱後のプリプレグ１００の粘度を他部よりも高くすることが可能となる。これにより、不良品の発生を抑制することができる。

また、成形品製造装置１は、金型５１の逃げ部５３ｂ，５４ｂに射出成形時に樹脂を供給することで、プリプレグ１００の成形不良が発生しやすい周縁部を樹脂によって覆うことが可能となる。プリプレグ１００の周縁部を樹脂によって覆うことで、プリプレグ１００の周縁部の強度の向上及び外観性の向上が可能となる。また、繊維材料のよれ、ほつれ及びずれ等の成形不良が賦形時に発生したとしても、樹脂材料（成形材料）により当該部位を覆うことで、強度の向上及び外観の向上が可能となり、不良品の発生を抑制することができる。

さらに、これらの構成によってプリプレグ１００の繊維材料のほつれを防止可能となり、当該ほつれにより発生する金型５１の繊維材料の挟み込みを防止可能となり、結果、金型５１の寿命が向上し、メンテナンス回数の低減となる。これにより、成形品製造装置１のランニングコストの低減にもなる。

上述したように本発明の第２の実施形態に係る成形品製造装置１によれば、逃げ部５３ｂ，５４ｂ及び加熱装置１３によって熱可塑性の樹脂材料を含浸したプリプレグ１００を用いて成形された成形品における不良品の発生を抑制することができる。また、成形品製造装置１によれば、逃げ部５３ｂ，５４ｂに樹脂材料（成形材料）を射出して熱可塑性の樹脂材料を含浸したプリプレグ１００の周縁を樹脂材料（成形材料）で覆うことで、熱可塑性の樹脂材料を含浸したプリプレグ１００を用いて成形された成形品における不良品の発生を抑制することができ、また、ボス等の三次元形状の追加及び外観品質の向上を図ることができる。

なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではない。例えば、上述した例では、成形品製造装置１は、金型５１により熱可塑性の樹脂材料を含浸したプリプレグ１００を賦形後に射出装置１５により射出成形を行う構成を説明したがこれに限定されない。例えば、成形品製造装置１は、射出装置１５を備えない構成、即ち射出成形を行わず、金型５１による熱可塑性の樹脂材料を含浸したプリプレグ１００の賦形のみを行う構成（例えば、プレス機（プレス成形機））であってもよい。

このような構成であっても、第２の実施形態に係る成形品製造装置１は、逃げ部５３ｂ，５４ｂ、加熱装置１３及びチャック３２によって、成形品での不良品の発生を抑制することができる。同様に、第１の実施形態に係る成形品製造装置１は、加熱装置１３によって、成形品での不良品の発生を抑制することができる。

また、上述した例では、搬送装置１２は、複数のチャック３２によってプリプレグ１００の周縁の上下を保持する構成を説明したが、上下のみでなく全周縁のそれぞれで一部を保持する構成であってもよく、また、全周縁を保持する構成であってもよい。

さらに、上述した例では、第２の実施形態に係る成形品製造装置１は、金型５１に逃げ部５３ｂ，５４ｂを設ける構成を説明したが、当該逃げ部は固定型５３及び移動型５４のいずれか一方にのみ設ける構成であってもよい。

また、上述した例では、プリプレグ１００の周縁の強度を他部よりも高くする方法として、プリプレグ１００を加熱する際に、プリプレグ１００の周縁部を他部よりも低温となるように加熱する構成、及び、プリプレグ１００の周縁部をチャック３２により保持することで、チャック３２によりプリプレグ１００の周縁部を覆い、プリプレグ１００を直接加熱しないようにする構成を説明したが、本発明はこれらの構成に限定されない。

つまり、本発明の低温化手段は、これらの構成に限定されない。

例えば、プリプレグ１００を加熱した後であって、チャック３２を移動させてプリプレグ１００を金型５１に搬送している間又は搬送後に、チャック装置２１の冷却装置３４を用いてプリプレグ１００の周縁部を冷却する構成であってもよい。即ち、冷却装置３４を加熱装置１３の構成の一として用い、冷却装置３４によりプリプレグ１００の周縁部を低温にする構成であってもよい。冷却装置３４が例えばエアにより冷却する構成である場合には、プリプレグ１００の周縁部にのみエアを吹き付けることで、プリプレグ１００の周縁部のみを、他部よりも低温にすることが可能となる。

また、例えば、チャック３２の爪部３２ａの周辺に、図示しないプレート等の平面状の構造物を別途設け、プリプレグ１００を加熱するときに、当該構造物によりプリプレグ１００の周縁部と加熱部４１とを遮断し、プリプレグ１００の周縁部を直接加熱しない構成であってもよい。

また、第２の実施形態に係る成形品製造装置１は、金型５１の逃げ部５３ｂ，５４ｂ及び加熱装置１３によって成形品における不良品の発生を抑制する構成を説明したが、これに限定されない。例えば、成形品製造装置１は、金型５１の逃げ部５３ｂ，５４ｂを備えるとともに、プリプレグ１００を加熱装置１３によって一様に加熱する構成であってもよい。即ち、成形品製造装置１は、加熱装置１３によってプリプレグ１００の周縁部で粘度を高くせず、粘度が一様となるように加熱する構成であってもよい。

このような構成であっても、金型５１の逃げ部５３ｂ，５４ｂによってプリプレグ１００の周縁部において金型５１とプリプレグ１００の周縁とのこすれ防止が可能となるとともに、チャック３２により保持した部位の粘度を高くすることが可能となる。

さらに、上述した実施形態では、冷却装置３４は、チャック３２の爪部３２ａのプリプレグ１００に接触する部位を冷却可能に形成された構成を用いて説明したがこれに限定されない。例えば、冷却装置３４は、さらに開閉手段３３を冷却可能な構成であってもよい。この構成により、加熱装置１３の加熱部４１より発せられた熱が開閉手段３３に伝わることをより防止することが可能となり、チャック装置２１、特にチャック装置２１の開閉手段３３が熱により故障することを防ぐことができる。結果、メンテナンスコストを抑えることができるだけでなく、成形品の生産性の低下も防ぐことが可能となる。この他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能である。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］ 加熱装置により、シート状のインサート部材の周縁部の少なくとも一部を前記インサート部材の他部よりも低い温度で加熱し、
加熱した前記インサート部材を金型内にインサートし、
前記金型内にインサートされた前記インサート部材を賦形する、
ことを特徴とする成形品の製造方法。
［２］ 加熱装置により、シート状のインサート部材を加熱し、
前記インサート部材の加熱後、前記インサート部材の周縁部の少なくとも一部を前記インサート部材の他部よりも低い温度になるように冷却し、
周縁部の少なくとも一部を冷却した前記インサート部材を金型内にインサートし、
前記金型内にインサートされた前記インサート部材を賦形する、
ことを特徴とする成形品の製造方法。
［３］ シート状のインサート部材を加熱する加熱装置と、
前記インサート部材を賦形する金型に前記インサート部材を賦形させる力を与える型締装置と、
前記インサート部材を前記金型内に配置する前に、前記インサート部材の周縁部の少なくとも一部を前記インサート部材の他部よりも低い温度にする低温化手段と、
を備えることを特徴とする成形品製造装置。
［４］ 前記低温化手段は、前記インサート部材を加熱するときに、前記インサート部材の周縁部の少なくとも一部を前記インサート部材の他部よりも低い温度で加熱する前記加熱装置であることを特徴とする［３］に記載の成形品製造装置。
［５］ 前記低温化手段は、冷却手段により前記インサート部材の周縁部の少なくとも一部を他部よりも低い温度に冷却することを特徴とする［３］に記載の成形品製造装置。
［６］ 前記低温化手段は、前記インサート部材の周縁部の少なくとも一部と対向する熱を遮断するカバーを備える前記加熱装置であることを特徴とする［３］に記載の成形品製造装置。
［７］ 前記低温化手段は、前記インサート部材の周縁部の少なくとも一部と当接することで前記インサート部材を冷却することを特徴とする［３］に記載の成形品製造装置。

１…成形品製造装置、２…敷設範囲、３…ベース、１１…保管部、１２…搬送装置、１３…加熱装置、１４…金型装置、１５…射出装置、１６…穿孔手段、１９…制御装置、２１…チャック装置、２２…搬送機構、３１…支持部、３２…チャック、３２ａ…爪部、３３…開閉手段、３４…冷却装置、４１…加熱部、４１ａ…加熱面、４２…支持部、４３…赤外線ヒータ、４４…カバー、５１…金型、５２…型締装置、５３…固定型、５３ａ…キャビティ、５３ｂ…逃げ部、５３ｃ…ゲート、５４…移動型、５４ａ…キャビティ、５４ｂ…逃げ部、５４ｂ…逃げ部、５６…固定盤、５７…移動盤、５８…トグル機構、５９…駆動源、６１…ハウジング、６２…シリンダ、６２ａ…射出ノズル、６３…スクリュ、６４…ホッパ、６５…移動手段、６６…駆動装置、６７…シリンダ加熱装置、７１…レール、７２…ガイド、７４…第１駆動装置、７５…第２駆動装置、７６…第３駆動装置、１００…熱可塑性の樹脂材料を含浸したプリプレグ（インサート部材）、Ｓ…信号線。

Claims (7)

1. 加熱装置により、シート状の熱可塑性プリプレグであるインサート部材の周縁部の少なくとも一部を前記インサート部材の他部よりも低い温度で加熱し、
   前記加熱により前記他部よりも前記周縁部の粘度が高い前記インサート部材を金型のキャビティ内にインサートし、
   前記金型内にインサートされた前記インサート部材を賦形し、
   前記インサート部材がインサートされた前記金型内に樹脂材料を射出する、
   ことを特徴とする成形品の製造方法。
2. 加熱装置により、シート状の熱可塑性プリプレグであるインサート部材を加熱し、
   前記インサート部材の加熱後、前記インサート部材の周縁部の少なくとも一部を前記インサート部材の他部よりも低い温度になるように冷却し、
   周縁部の少なくとも一部を冷却した前記インサート部材を金型のキャビティ内にインサートし、
   前記金型内にインサートされた前記インサート部材を賦形し、
   前記インサート部材がインサートされた前記金型内に樹脂材料を射出する、
   ことを特徴とする成形品の製造方法。
3. シート状の熱可塑性プリプレグであるインサート部材を加熱する加熱装置と、
   前記インサート部材を賦形する金型に前記インサート部材を賦形させる力を与える型締装置と、
   前記インサート部材を前記金型内に配置する前に、前記インサート部材の周縁部の少なくとも一部を前記インサート部材の他部よりも低い温度にする低温化手段と、
   前記加熱装置及び前記低温化手段により前記他部よりも前記周縁部の粘度が高い前記インサート部材がインサートされた前記金型のキャビティ内に樹脂材料を射出する射出装置と、
   を備えることを特徴とする成形品製造装置。
4. 前記低温化手段は、前記インサート部材を加熱するときに、前記インサート部材の周縁部の少なくとも一部を前記インサート部材の他部よりも低い温度で加熱する前記加熱装置であることを特徴とする請求項３に記載の成形品製造装置。
5. 前記低温化手段は、冷却手段により前記インサート部材の周縁部の少なくとも一部を他部よりも低い温度に冷却することを特徴とする請求項３に記載の成形品製造装置。
6. 前記低温化手段は、前記インサート部材の周縁部の少なくとも一部と対向する熱を遮断するカバーを備える前記加熱装置であることを特徴とする請求項３に記載の成形品製造装置。
7. 前記低温化手段は、前記インサート部材の周縁部の少なくとも一部と当接することで前記インサート部材を冷却することを特徴とする請求項３に記載の成形品製造装置。