JP6762212B2 - 成形体の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、炭素繊維と熱可塑性樹脂とを成形材料を加熱して、加熱された成形材料を、自動移載装置によって保持して成形型へ移載し、圧縮成形によって成形体を製造する方法に関する。
炭素繊維と熱可塑性樹脂とを含む成形体は軽さと強度を兼ね備え、自動車の燃費向上を目的として構造部材等に用いられることが望まれている。特にマトリックス樹脂として熱可塑性樹脂を用いたものは成形タクトの短さから有望な材料とされている。この材料を用いた成形方法の１つとして、成形材料を加熱装置で加熱し、圧縮成形する方法が挙げられる。
タクトタイムの短い材料では、量産化のために成形を自動化する場合が多い。成形体を製造する量産技術としては、加熱された成形材料を非接触で位置検出し、検出された位置でロボットハンドが成形材料を保持し、成形型に成形材料を移載する方法が考えられる（例えば特許文献１）。このような、非接触を用いた位置検出については、例えばガラス曲げ成形方法として特許文献２のような方法がある。
しかしながら、上記特許文献１において、熱可塑性樹脂を含む成形材料は、熱可塑性樹脂の軟化点以上に加熱する必要があり、成形材料が軟化するため、成形材料の形状を保持するのが困難となる。このため、形状を保持できなくなった成形材料は、カメラにより撮影された画像の処理において、成形材料の形状認識が不可能となるため、適切な位置で成形材料を保持できないという問題がある。
更に、成形材料を上下方向から均一に加熱させるため、加熱中は成形材料の支持範囲をできるだけ小さくする必要がある。換言すると、支持体の大きさをできるだけ小さくしながらも、成形材料を形崩れしないよう支持する必要がある。この場合、成形材料が加熱により軟化して垂れるため、やはりカメラによる画像認識において成形材料の形状認識は困難となる。
また、特許文献２に記載の位置検出方法はガラス曲げ成形用途であり、熱可塑性樹脂を移載する際の課題について認識されていない。
特に、機械物性が高い成形体を製造するには、強化繊維として炭素繊維を用い、炭素繊維の繊維体積割合を高くする必要があるが、この場合には成形材料の流動性が低下してしまう。そのため、極めて高い精度で、成形体の形状に合わせて、成形型へ成形材料を移載する必要がある。つまり、成形材料の流動性が低い場合、成形型へ成形材料を正確に移載できないと、目的形状の成形体を製造できない課題が発生する。
そこで、本発明の目的は、加熱されて成形材料を精度よく保持して、圧縮成形する、成形体の製造方法を提供することである。
特に、機械物性が高い成形体を製造するには、強化繊維として炭素繊維を用い、炭素繊維の繊維体積割合を高くする必要があるが、この場合には成形材料の流動性が低下してしまう。そのため、極めて高い精度で、成形体の形状に合わせて、成形型へ成形材料を移載する必要がある。つまり、成形材料の流動性が低い場合、成形型へ成形材料を正確に移載できないと、目的形状の成形体を製造できない課題が発生する。
そこで、本発明の目的は、加熱されて成形材料を精度よく保持して、圧縮成形する、成形体の製造方法を提供することである。
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提供する。
１． 重量平均繊維長１ｍｍ以上１００ｍｍ以下の炭素繊維と熱可塑性樹脂とを含み、炭素繊維体積割合が１０％以上である成形材料を、開孔部を備える支持体に載置して加熱し、加熱された成形材料を、自動移載装置によって保持して成形型へ移載し、圧縮成形して成形体を製造する方法であって、
自動移載装置は、前記加熱された成形材料を、カメラにより撮影された画像の処理結果に基づいて成形材料の位置情報を認識し、成形材料を保持する、
成形体の製造方法。
ただし、前記加熱された成形材料が、加熱軟化によって、支持体の端部から落下する距離（端部落下距離）が１００ｍｍ以下である。
２． 成形材料を載置する範囲において、支持体の成形材料への投影面積が、成形材料面積に対して５０％以下であり、
少なくとも１つの前記開孔部が、開孔部の重心を通る分割線のうち、最短の分割線が１００ｍｍ以下である、
前記１に記載の成形体の製造方法。
３． 前記１又は２いずれか１項に記載された成形体の製造方法であって、
成形材料が、加熱軟化によって、支持体の端部から落下した部分を、矯正台を用いて上昇させた後、成形材料を自動移載によって保持する、成形体の製造方法。
４． 成形材料と、矯正台のグレースケール差が３２以上である前記３に記載の成形体の
製造方法。
５． 前記１乃至４に記載の成形体の製造方法であって、
該成形材料を、成形材料端部を含めて、カメラにより撮影し、画像処理によって成形材料の位置情報を認識し、成形材料を保持する、
成形体の製造方法。
６． 前記１乃至４に記載の成形体の製造方法であって、
該成形材料に基準孔を設け、
該成形材料を、基準孔及び成形材料端部を含めて、カメラにより撮影し、画像処理によって成形材料の位置情報を認識し、成形材料を保持する、
成形体の製造方法。
７． 圧縮成形が、少なくとも以下の工程Ａ−１）〜工程Ａ−３）を含んだコールドプレスである、請求項１乃至６に記載の成形体の製造方法。
工程Ａ−１） 成形材料に含まれる熱可塑性樹脂の軟化温度以上に加熱する工程。
工程Ａ−２） 上記工程Ａ−１）で得られた加熱させた成形材料を、熱可塑性樹脂が軟化温度未満に温度調節された成形型に移載する工程。
工程Ａ−３） 上記工程Ａ−２）で成形型に移載した成形材料を加圧し、成形する工程。
８． 重量平均繊維長１ｍｍ以上１００ｍｍ以下の炭素繊維と熱可塑性樹脂とを含み、炭素繊維体積割合が１０％以上である成形材料を、開孔部を備える支持体に載置して加熱し、加熱された成形材料を、自動移載装置によって保持して成形型へ移載し、圧縮成形して成形体を製造する方法であって、
自動移載装置は、前記加熱された成形材料を、カメラにより撮影された画像の処理結果に基づいて、成形材料を保持する、
成形体の製造方法。
ただし、前記加熱された成形材料が、加熱軟化によって、支持体の端部から落下する距離（端部落下距離）が１００ｍｍ以下であり、
成形材料は、加熱軟化によって、支持体の端部から落下した部分を、矯正台を用いて上昇させた後、成形材料を自動移載によって保持される。
１． 重量平均繊維長１ｍｍ以上１００ｍｍ以下の炭素繊維と熱可塑性樹脂とを含み、炭素繊維体積割合が１０％以上である成形材料を、開孔部を備える支持体に載置して加熱し、加熱された成形材料を、自動移載装置によって保持して成形型へ移載し、圧縮成形して成形体を製造する方法であって、
自動移載装置は、前記加熱された成形材料を、カメラにより撮影された画像の処理結果に基づいて成形材料の位置情報を認識し、成形材料を保持する、
成形体の製造方法。
ただし、前記加熱された成形材料が、加熱軟化によって、支持体の端部から落下する距離（端部落下距離）が１００ｍｍ以下である。
２． 成形材料を載置する範囲において、支持体の成形材料への投影面積が、成形材料面積に対して５０％以下であり、
少なくとも１つの前記開孔部が、開孔部の重心を通る分割線のうち、最短の分割線が１００ｍｍ以下である、
前記１に記載の成形体の製造方法。
３． 前記１又は２いずれか１項に記載された成形体の製造方法であって、
成形材料が、加熱軟化によって、支持体の端部から落下した部分を、矯正台を用いて上昇させた後、成形材料を自動移載によって保持する、成形体の製造方法。
４． 成形材料と、矯正台のグレースケール差が３２以上である前記３に記載の成形体の
製造方法。
５． 前記１乃至４に記載の成形体の製造方法であって、
該成形材料を、成形材料端部を含めて、カメラにより撮影し、画像処理によって成形材料の位置情報を認識し、成形材料を保持する、
成形体の製造方法。
６． 前記１乃至４に記載の成形体の製造方法であって、
該成形材料に基準孔を設け、
該成形材料を、基準孔及び成形材料端部を含めて、カメラにより撮影し、画像処理によって成形材料の位置情報を認識し、成形材料を保持する、
成形体の製造方法。
７． 圧縮成形が、少なくとも以下の工程Ａ−１）〜工程Ａ−３）を含んだコールドプレスである、請求項１乃至６に記載の成形体の製造方法。
工程Ａ−１） 成形材料に含まれる熱可塑性樹脂の軟化温度以上に加熱する工程。
工程Ａ−２） 上記工程Ａ−１）で得られた加熱させた成形材料を、熱可塑性樹脂が軟化温度未満に温度調節された成形型に移載する工程。
工程Ａ−３） 上記工程Ａ−２）で成形型に移載した成形材料を加圧し、成形する工程。
８． 重量平均繊維長１ｍｍ以上１００ｍｍ以下の炭素繊維と熱可塑性樹脂とを含み、炭素繊維体積割合が１０％以上である成形材料を、開孔部を備える支持体に載置して加熱し、加熱された成形材料を、自動移載装置によって保持して成形型へ移載し、圧縮成形して成形体を製造する方法であって、
自動移載装置は、前記加熱された成形材料を、カメラにより撮影された画像の処理結果に基づいて、成形材料を保持する、
成形体の製造方法。
ただし、前記加熱された成形材料が、加熱軟化によって、支持体の端部から落下する距離（端部落下距離）が１００ｍｍ以下であり、
成形材料は、加熱軟化によって、支持体の端部から落下した部分を、矯正台を用いて上昇させた後、成形材料を自動移載によって保持される。
本発明における成形体の製造方法を用いれば、自動移載装置が成形材料を効率よく、かつ精度高く保持できるため、安定して成形体を製造することができる。また、成形材料を加熱する際には、開孔部を有する支持体を用いることができるため、成形材料を上下方向から加熱することができる。
本発明における成形体の製造方法は、炭素繊維と熱可塑性樹脂とを含む成形材料を、開孔部を備える支持体に載置して加熱し、加熱された成形材料を、自動移載装置によって保持して成形型へ移載し、圧縮成形して成形体を製造する方法である。
［成形材料の加熱］
成形材料の加熱手段に特に限定はなく、いかなる方法の利用も可能である。具体的には、熱風加熱（例えば飽和蒸気や過熱蒸気、窒素ガス、アルゴンガスなどの不活性ガスを用いる方法）、赤外線加熱、誘導加熱（ＩＨ）、熱板や熱ローラなどに挟んで加熱する方法、が例示される。この中でも、熱風加熱、赤外線加熱が好ましい。
加熱源の場所に制限は無いが、例えば図１の１０４のように、成形材料の上下２カ所から加熱すると良い。熱風加熱による加熱の場合は、加熱装置の外から、熱風を導入するため、成形材料の周囲全体から加熱できる。このように加熱することで、成形材料を均一に加熱できる。
成形材料の加熱手段に特に限定はなく、いかなる方法の利用も可能である。具体的には、熱風加熱（例えば飽和蒸気や過熱蒸気、窒素ガス、アルゴンガスなどの不活性ガスを用いる方法）、赤外線加熱、誘導加熱（ＩＨ）、熱板や熱ローラなどに挟んで加熱する方法、が例示される。この中でも、熱風加熱、赤外線加熱が好ましい。
加熱源の場所に制限は無いが、例えば図１の１０４のように、成形材料の上下２カ所から加熱すると良い。熱風加熱による加熱の場合は、加熱装置の外から、熱風を導入するため、成形材料の周囲全体から加熱できる。このように加熱することで、成形材料を均一に加熱できる。
成形材料の加熱温度は、圧縮成形できる程度に熱可塑性樹脂が軟化する温度（以下、軟化温度と呼ぶ場合がある）であれば特に限定はない。より具体的には、成形材料を構成する熱可塑性樹脂が結晶性である場合は融点以上であり、熱可塑性樹脂が非晶性である場合は、ガラス転移温度以上である。温度上限としては、熱可塑性樹脂の加熱分解を防ぐため４００℃以下とすることが好ましい。
［支持体］
支持体とは、成形材料を加熱時に支えると同時に搬送するものであり、例えばベルトコンベア、ワイヤコンベア、ローラコンベア、又はトレイ搬送式のものが挙げられる。図１の１０２には、ワイヤコンベア式の支持体の例を示す。
支持体は、加熱装置に成形材料とともに搬入、搬出されるため、加熱温度以上の耐熱性を持っていると良い。支持体の材質とてして特に限定はないが、ステンレス等の金属材料で４００℃以上の耐熱性のある材料が挙げられる。
本発明における支持体は、開孔部を備えている。加熱源が上下に存在している場合や、熱風加熱を用いて成形材料を加熱する場合、開孔部から成形材料を加熱できるため、上下方向から成形材料を均一に加熱できる。詳細については後述する。
支持体とは、成形材料を加熱時に支えると同時に搬送するものであり、例えばベルトコンベア、ワイヤコンベア、ローラコンベア、又はトレイ搬送式のものが挙げられる。図１の１０２には、ワイヤコンベア式の支持体の例を示す。
支持体は、加熱装置に成形材料とともに搬入、搬出されるため、加熱温度以上の耐熱性を持っていると良い。支持体の材質とてして特に限定はないが、ステンレス等の金属材料で４００℃以上の耐熱性のある材料が挙げられる。
本発明における支持体は、開孔部を備えている。加熱源が上下に存在している場合や、熱風加熱を用いて成形材料を加熱する場合、開孔部から成形材料を加熱できるため、上下方向から成形材料を均一に加熱できる。詳細については後述する。
（端部落下距離）
成形材料を上下方向から均一に加熱させるため、成形材料の支持範囲はできるだけ小さくすることが好ましい。しかしながら、支持体の大きさを小さくしすぎると、成形材料が加熱により軟化して垂れてしまい、成形材料は形を崩してしまう。この結果、カメラによる画像認識において成形材料の形状認識は困難となる。
したがって、本発明における成形材料は、加熱された成形材料が、加熱軟化によって、支持体の端部から落下する距離（端部落下距離）が１００ｍｍ以下である。
端部落下距離とは、加熱軟化によって支持体の端部から落下する距離であるが、加熱前の成形材料の端部の位置と、加熱して軟化することによって成形材料の端部が垂れ下がった位置との差と一致する。端部落下距離は、例えば図５の５０１で示される。
成形材料の端部とは、板状の成形材料の端を指し、例えば図５（ｃ）の５０２で示される。
成形材料を上下方向から均一に加熱させるため、成形材料の支持範囲はできるだけ小さくすることが好ましい。しかしながら、支持体の大きさを小さくしすぎると、成形材料が加熱により軟化して垂れてしまい、成形材料は形を崩してしまう。この結果、カメラによる画像認識において成形材料の形状認識は困難となる。
したがって、本発明における成形材料は、加熱された成形材料が、加熱軟化によって、支持体の端部から落下する距離（端部落下距離）が１００ｍｍ以下である。
端部落下距離とは、加熱軟化によって支持体の端部から落下する距離であるが、加熱前の成形材料の端部の位置と、加熱して軟化することによって成形材料の端部が垂れ下がった位置との差と一致する。端部落下距離は、例えば図５の５０１で示される。
成形材料の端部とは、板状の成形材料の端を指し、例えば図５（ｃ）の５０２で示される。
（自動移載装置による搬送）
加熱された成形材料は、後述する自動移載装置により成形型へ移載される。加熱された成形材料は、支持体に載っているため、自動移載装置は支持体に支持されている成形材料を保持しに行くことが好ましい。
このとき、端部落下距離が１００ｍｍより大きい場合、認識すべき成形材料の形状が維持されていないため、後述するカメラにより撮影された画像の処理結果に基づいて、成形材料を保持することはできない。特に、加熱前の成形材料を、支持体へ載置する際、厳密な位置決め精度で載置できない場合、この課題は顕著なものとなる。
加熱された成形材料は、後述する自動移載装置により成形型へ移載される。加熱された成形材料は、支持体に載っているため、自動移載装置は支持体に支持されている成形材料を保持しに行くことが好ましい。
このとき、端部落下距離が１００ｍｍより大きい場合、認識すべき成形材料の形状が維持されていないため、後述するカメラにより撮影された画像の処理結果に基づいて、成形材料を保持することはできない。特に、加熱前の成形材料を、支持体へ載置する際、厳密な位置決め精度で載置できない場合、この課題は顕著なものとなる。
本発明における成形材料の端部落下距離が１００ｍｍ以下に設計するためには、炭素繊維体積割合を１０％以上に設計する必要がある。炭素繊維体積割合が１０％よりも小さい場合、成形材料の一部が、支持体の開孔部より脱落してしまう。なお、炭素繊維体積割合に関しては後述する。
好ましい端部落下距離は、５０ｍｍ以下であり、より好ましくは２０ｍｍ以下である。
加熱された成形材料の一部が、支持体の開孔部より脱落することを防止するためには、炭素繊維は互いに交絡していることが好ましい。
好ましい端部落下距離は、５０ｍｍ以下であり、より好ましくは２０ｍｍ以下である。
加熱された成形材料の一部が、支持体の開孔部より脱落することを防止するためには、炭素繊維は互いに交絡していることが好ましい。
（矯正台）
本発明における成形体の製造方法では、支持体に支持されている成形材料が、加熱軟化によって、支持体の端部から落下した部分を、矯正台を用いて上昇させた後、成形材料を自動移載装置によって保持することが好ましい（例えば図６の６０１、以下単に矯正台と呼ぶ場合がある）。
なお、端部落下距離が１００ｍｍ以上である場合、矯正台によって落下した成形材料を上昇させても、成形材料の端部付近（図６の６０２）に皺が入るため、成形材料の形状が不規則となり、カメラにより撮影された画像を処理できない。
本発明における成形体の製造方法では、支持体に支持されている成形材料が、加熱軟化によって、支持体の端部から落下した部分を、矯正台を用いて上昇させた後、成形材料を自動移載装置によって保持することが好ましい（例えば図６の６０１、以下単に矯正台と呼ぶ場合がある）。
なお、端部落下距離が１００ｍｍ以上である場合、矯正台によって落下した成形材料を上昇させても、成形材料の端部付近（図６の６０２）に皺が入るため、成形材料の形状が不規則となり、カメラにより撮影された画像を処理できない。
（矯正台の色）
カメラによる撮像条件をより有利にするためには、成形材料と背景の色のコントラスト差を大きくすることが好ましい。炭素繊維と熱可塑性樹脂を含む成形材料が黒色に近い色である場合、矯正台の色は白色に近い色であることが望まれる。具体的には、後述するグレースケールを用いた時、成形材料と前述の矯正台のグレースケール差が３２以上であることが好ましい。より好ましくは６４以上、さらに好ましくは９６以上である。
カメラによる撮像条件をより有利にするためには、成形材料と背景の色のコントラスト差を大きくすることが好ましい。炭素繊維と熱可塑性樹脂を含む成形材料が黒色に近い色である場合、矯正台の色は白色に近い色であることが望まれる。具体的には、後述するグレースケールを用いた時、成形材料と前述の矯正台のグレースケール差が３２以上であることが好ましい。より好ましくは６４以上、さらに好ましくは９６以上である。
（その他の実施態様）
なお、開孔部を備える支持体に載置して加熱した後に、加熱された成形材料を、受取台に受け渡し、受取台に載った成形材料を、自動移載装置によって掴んでも良い。受け渡す際には、受取台が上昇する必要は無い。成形材料が、加熱軟化によって、支持体の端部から落下する距離（端部落下距離）が１００ｍｍ以下であれば、皺が発生せずに受取台に成形材料を受け渡す事ができる。
なお、開孔部を備える支持体に載置して加熱した後に、加熱された成形材料を、受取台に受け渡し、受取台に載った成形材料を、自動移載装置によって掴んでも良い。受け渡す際には、受取台が上昇する必要は無い。成形材料が、加熱軟化によって、支持体の端部から落下する距離（端部落下距離）が１００ｍｍ以下であれば、皺が発生せずに受取台に成形材料を受け渡す事ができる。
（支持体の開孔部、支持体の成形材料への投影面積）
開孔部を有する支持体の形状に特に限定は無いが、円形、楕円形、三角形、四角形、五角形、各種多角形、扇形、不定形状などが挙げられる。開孔部の形状の例を、図３（ａ）〜（ｅ）に挙げる。
支持体の大きさに特に限定は無いが、支持体の成形材料への投影面積が、成形材料面積に対して５０％以下であると、開孔部の面積が大きくなり、成形材料の下方からの加熱を効率的に行うことができる。なお、支持体の成形材料への投影面積とは、成形材料の板厚方向から見た、成形材料が接触している支持体部分の２次元の面積であって、例えば図４の４０１の点線で示した範囲内の支持体の面積である。
開孔部を有する支持体の形状に特に限定は無いが、円形、楕円形、三角形、四角形、五角形、各種多角形、扇形、不定形状などが挙げられる。開孔部の形状の例を、図３（ａ）〜（ｅ）に挙げる。
支持体の大きさに特に限定は無いが、支持体の成形材料への投影面積が、成形材料面積に対して５０％以下であると、開孔部の面積が大きくなり、成形材料の下方からの加熱を効率的に行うことができる。なお、支持体の成形材料への投影面積とは、成形材料の板厚方向から見た、成形材料が接触している支持体部分の２次元の面積であって、例えば図４の４０１の点線で示した範囲内の支持体の面積である。
ただし、成形材料への投影面積が、成形材料面積に対して５０％以下であると、加熱された成形材料が、熱可塑性樹脂の軟化により垂れやすく、端部落下距離が大きくなるという、新しい課題が発生する。
支持体の成形材料の投影面積は、成形材料面積に対して２０％以下がより好ましく、１０％以下が更に好ましく、５％以下がより一層好ましい。
支持体の成形材料の投影面積は、成形材料面積に対して２０％以下がより好ましく、１０％以下が更に好ましく、５％以下がより一層好ましい。
（開孔部の重心を通る分割線）
この場合、少なくとも１つの前記開孔部が、開孔部の重心を通る分割線のうち、最短の分割線が１００ｍｍ以下であると好ましい。
開孔部の重心を通る分割線とは、重心を通り、開孔部を分割できる直線をいい、例えば図７の７０２や７０４で示される分割線である。図３の（ｅ）の場合（平行なワイヤが支持体となっている）、開孔部の重心を通る分割線のうち、最短の分割線は、ワイヤ間の距離となる。
少なくとも１つの前記開孔部が、開孔部の重心の分割線が１００ｍｍ以下であれば、この開孔部部分に成形材料を配置することで、好適に端部落下距離を短くできる。
最短の分割線の好ましい距離は、５０ｍｍ以下がより好ましく、３０ｍｍ以下が更に好ましい。
この場合、少なくとも１つの前記開孔部が、開孔部の重心を通る分割線のうち、最短の分割線が１００ｍｍ以下であると好ましい。
開孔部の重心を通る分割線とは、重心を通り、開孔部を分割できる直線をいい、例えば図７の７０２や７０４で示される分割線である。図３の（ｅ）の場合（平行なワイヤが支持体となっている）、開孔部の重心を通る分割線のうち、最短の分割線は、ワイヤ間の距離となる。
少なくとも１つの前記開孔部が、開孔部の重心の分割線が１００ｍｍ以下であれば、この開孔部部分に成形材料を配置することで、好適に端部落下距離を短くできる。
最短の分割線の好ましい距離は、５０ｍｍ以下がより好ましく、３０ｍｍ以下が更に好ましい。
［自動移載装置］
本発明における加熱された成形材料は、自動移載装置によって保持して成形型（例えば図２の２０５の成形型下型）へ移載するものであり、例えば図２の２０１で示される。
加熱された成形材料を、自動移載装置によって保持する開始場所に特に限定は無く、例えば図１に示すように、加熱装置の外であっても良いが、加熱装置の中まで自動移載装置が入り込んで成形材料の保持を開始しても良い。
複雑形状の成形体をロスなく容易に成形するためには、成形材料の温度が下がらないよう工夫することが重要であるため、移載速度は速いほど好ましい。
本発明における加熱された成形材料は、自動移載装置によって保持して成形型（例えば図２の２０５の成形型下型）へ移載するものであり、例えば図２の２０１で示される。
加熱された成形材料を、自動移載装置によって保持する開始場所に特に限定は無く、例えば図１に示すように、加熱装置の外であっても良いが、加熱装置の中まで自動移載装置が入り込んで成形材料の保持を開始しても良い。
複雑形状の成形体をロスなく容易に成形するためには、成形材料の温度が下がらないよう工夫することが重要であるため、移載速度は速いほど好ましい。
（保持）
自動移載装置によって、成形材料を保持する方法に特に限定は無く、例えば複数の針状の物を成形材料に挿入して、成形材料を保持しても良いし、成形材料を掴んだり、すくい上げる機構を有する自動移載装置を利用したりして、成形材料を保持しても良い。図２の２０４での保持は、一例として針を成形材料に挿入しているものを示す。
自動移載装置によって、成形材料を保持する方法に特に限定は無く、例えば複数の針状の物を成形材料に挿入して、成形材料を保持しても良いし、成形材料を掴んだり、すくい上げる機構を有する自動移載装置を利用したりして、成形材料を保持しても良い。図２の２０４での保持は、一例として針を成形材料に挿入しているものを示す。
［カメラにより撮影された画像の処理］
本発明におけるカメラは、撮影された画像の処理ができるものであれば、特に限定はなく、公知のものを利用できる。
カメラの場所は、自動移載装置が成形材料を保持する開始場所を撮影できれば良く、例えば図２の２０２のように、成形材料を保持する開始場所の直上に設置すれば良い。
なお、撮影された画像は、カメラ外にあるコントローラによって処理されることが好ましい。コントローラは、カメラで撮影された画像を基に、成形材料の大きさ、形状を解析して、自動移載装置が成形材料の保持を開始する場所を指示できるとよい。
使用するカメラは１台であっても、複数台であっても良い。また、撮影する成形材料の範囲は、成形材料全体であっても良く、一部であっても良い。一部撮影する場合は、成形材料の形状が特徴的な部分を撮影することが好ましい。例えば基準孔などを成形材料に予め設けておけば良い。
本発明におけるカメラは、撮影された画像の処理ができるものであれば、特に限定はなく、公知のものを利用できる。
カメラの場所は、自動移載装置が成形材料を保持する開始場所を撮影できれば良く、例えば図２の２０２のように、成形材料を保持する開始場所の直上に設置すれば良い。
なお、撮影された画像は、カメラ外にあるコントローラによって処理されることが好ましい。コントローラは、カメラで撮影された画像を基に、成形材料の大きさ、形状を解析して、自動移載装置が成形材料の保持を開始する場所を指示できるとよい。
使用するカメラは１台であっても、複数台であっても良い。また、撮影する成形材料の範囲は、成形材料全体であっても良く、一部であっても良い。一部撮影する場合は、成形材料の形状が特徴的な部分を撮影することが好ましい。例えば基準孔などを成形材料に予め設けておけば良い。
［圧縮成形］
（圧縮成形：コールドプレス）
本発明の成形材料は、自動移載装置によって保持して成形型へ移載され、圧縮成形して成形体となる。
コールドプレス法は、加熱された成形材料を、所定温度に設定された成形型内に投入した後、加圧・冷却を行う。一般的に、コールドプレス法は、少なくとも以下の工程Ａ−１）〜工程Ａ−３）を含んでいる。
工程Ａ−１） 成形材料に含まれる熱可塑性樹脂の軟化温度以上に加熱する工程。
工程Ａ−２） 上記工程Ａ−１）で得られた加熱させた成形材料を、熱可塑性樹脂が軟化温度未満に温度調節された成形型に移載する工程。
工程Ａ−３） 上記工程Ａ−２）で成形型に移載した成形材料を加圧し、成形する工程
（圧縮成形：コールドプレス）
本発明の成形材料は、自動移載装置によって保持して成形型へ移載され、圧縮成形して成形体となる。
コールドプレス法は、加熱された成形材料を、所定温度に設定された成形型内に投入した後、加圧・冷却を行う。一般的に、コールドプレス法は、少なくとも以下の工程Ａ−１）〜工程Ａ−３）を含んでいる。
工程Ａ−１） 成形材料に含まれる熱可塑性樹脂の軟化温度以上に加熱する工程。
工程Ａ−２） 上記工程Ａ−１）で得られた加熱させた成形材料を、熱可塑性樹脂が軟化温度未満に温度調節された成形型に移載する工程。
工程Ａ−３） 上記工程Ａ−２）で成形型に移載した成形材料を加圧し、成形する工程
成形体の量産性を確保するためには、ホットプレス法よりもコールドプレス法が好まれるが、炭素繊維を含む成形材料をコールドプレス法を用いて成形する場合、成形型温度を低く設定する必要があるため、流動性が低下してしまう。従って、コールドプレスのような、成形時の流動性が低下するような製造方法を用いた場合には、成形材料を成形型に移載する位置の精度を高くする必要があり、本発明の製造方法を用いれば、コールドプレス時に特有の課題を解決でき、格別な効果を奏する。
（圧縮成形：ホットプレス法）
ホットプレス法は、少なくとも以下の工程Ｂ−１）〜工程Ｂ−３）を含んでいるが、工程Ｂ−１の前に成形材料を加熱する場合は、本発明における成形体の製造方法を好適に用いることができる。
工程Ｂ−１） 成形材料を成形型に移載する工程
工程Ｂ−２） 成形型を熱可塑性樹脂の軟化温度以上まで昇温し、加圧する工程
工程Ｂ−３） 熱可塑性樹脂の軟化点未満に成形型の温度を調節して成形する工程
ホットプレス法は、少なくとも以下の工程Ｂ−１）〜工程Ｂ−３）を含んでいるが、工程Ｂ−１の前に成形材料を加熱する場合は、本発明における成形体の製造方法を好適に用いることができる。
工程Ｂ−１） 成形材料を成形型に移載する工程
工程Ｂ−２） 成形型を熱可塑性樹脂の軟化温度以上まで昇温し、加圧する工程
工程Ｂ−３） 熱可塑性樹脂の軟化点未満に成形型の温度を調節して成形する工程
（圧縮成形：両者のプレス方法に共通事項に関して）
なお、成形型に投入する際、加熱された成形材料は、対象の成形体の板厚に合わせて、単独（１枚で）又は複数枚用いられる。複数枚用いる場合、複数枚を予め積層して加熱してもよいし、加熱された成形材料を積層した後に成形型内に投入してもよいし、加熱された成形材料を成形型内に順次積層してもよい。
なお、成形型に投入する際、加熱された成形材料は、対象の成形体の板厚に合わせて、単独（１枚で）又は複数枚用いられる。複数枚用いる場合、複数枚を予め積層して加熱してもよいし、加熱された成形材料を積層した後に成形型内に投入してもよいし、加熱された成形材料を成形型内に順次積層してもよい。
［成形材料］
本発明に用いられる成形材料は、炭素繊維と熱可塑性樹脂を含むものである。
本発明に用いられる成形材料は、炭素繊維と熱可塑性樹脂を含むものである。
１．炭素繊維
炭素繊維の種類は、熱可塑性樹脂の種類や成形材料の用途等に応じて適宜選択することができるものであり、特に限定されるものではない。
中でも、引張強度に優れる点でポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系炭素繊維を用いることが好ましい。炭素繊維としてＰＡＮ系炭素繊維を用いる場合、その引張弾性率は１００〜６００ＧＰａの範囲内であることが好ましく、２００〜５００ＧＰａの範囲内であることがより好ましく、２３０〜４５０ＧＰａの範囲内であることがさらに好ましい。また、引張強度は２０００〜６０００ＭＰａの範囲内であることが好ましく、３０００〜６０００ＭＰａの範囲内であることがより好ましい。
炭素繊維の種類は、熱可塑性樹脂の種類や成形材料の用途等に応じて適宜選択することができるものであり、特に限定されるものではない。
中でも、引張強度に優れる点でポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系炭素繊維を用いることが好ましい。炭素繊維としてＰＡＮ系炭素繊維を用いる場合、その引張弾性率は１００〜６００ＧＰａの範囲内であることが好ましく、２００〜５００ＧＰａの範囲内であることがより好ましく、２３０〜４５０ＧＰａの範囲内であることがさらに好ましい。また、引張強度は２０００〜６０００ＭＰａの範囲内であることが好ましく、３０００〜６０００ＭＰａの範囲内であることがより好ましい。
（炭素繊維の繊維長）
本発明における炭素繊維の重量平均繊維長は１ｍｍ以上１００ｍｍ以下である。炭素繊維の重量平均繊維長が１ｍｍよりも小さいと、成形材料の一部が、支持体の開孔部より脱落してしまう。成形材料の端部落下距離が１００ｍｍ以下に設計するためには、炭素繊維の重量平均繊維長は１ｍｍ以上に設計する必要がある。炭素繊維の重量平均繊維長は３ｍｍ以上７０ｍｍ以下が好ましく、５ｍｍ以上５０ｍｍ以下がより好ましい。
本発明における炭素繊維の重量平均繊維長は１ｍｍ以上１００ｍｍ以下である。炭素繊維の重量平均繊維長が１ｍｍよりも小さいと、成形材料の一部が、支持体の開孔部より脱落してしまう。成形材料の端部落下距離が１００ｍｍ以下に設計するためには、炭素繊維の重量平均繊維長は１ｍｍ以上に設計する必要がある。炭素繊維の重量平均繊維長は３ｍｍ以上７０ｍｍ以下が好ましく、５ｍｍ以上５０ｍｍ以下がより好ましい。
炭素繊維の平均繊維長は、ロータリーカッター等で炭素繊維を一定長に切断して用いた場合は、そのカット長が平均繊維長にあたり、これは数平均繊維長でもあり、重量平均繊維長でもある。個々の炭素繊維の繊維長をＬｉ、測定本数をｊとすると、数平均繊維長（Ｌｎ）と重量平均繊維長（Ｌｗ）とは、以下の式（２），（３）により求められる（一定カット長の場合は、数平均繊維長（Ｌｎ）の計算式（２）で重量平均繊維長（Ｌｗ）を算出していることにもなる）。
Ｌｎ＝ΣＬｉ／ｊ ・・・式（２）
Ｌｗ＝（ΣＬｉ２）／（ΣＬｉ）・・・式（３）
繊維長は互いに異なる炭素繊維を併用してもよい。換言すると、炭素繊維は、平均繊維長に単一のピークを有するものであってもよく、あるいは複数のピークを有するものであってもよい。
Ｌｎ＝ΣＬｉ／ｊ ・・・式（２）
Ｌｗ＝（ΣＬｉ２）／（ΣＬｉ）・・・式（３）
繊維長は互いに異なる炭素繊維を併用してもよい。換言すると、炭素繊維は、平均繊維長に単一のピークを有するものであってもよく、あるいは複数のピークを有するものであってもよい。
（炭素繊維の繊維形態）
炭素繊維は、その種類の関わらず単糸からなる単糸状であってもよく、複数の単糸からなる繊維束状であってもよい。
炭素繊維は、単糸状のもののみであってもよく、繊維束状のもののみであってもよく、両者が混在していてもよい。ここで示す繊維束とは２本以上の単糸が集束剤や静電気力等により近接している事を示す。繊維束状のものを用いる場合、各繊維束を構成する単糸の数は、各繊維束においてほぼ均一であってもよく、あるいは異なっていてもよい。炭素繊維が繊維束状である場合、各繊維束を構成する単糸の数は特に限定されるものではないが、通常、２本〜１０万本の範囲内とされる。
炭素繊維は、その種類の関わらず単糸からなる単糸状であってもよく、複数の単糸からなる繊維束状であってもよい。
炭素繊維は、単糸状のもののみであってもよく、繊維束状のもののみであってもよく、両者が混在していてもよい。ここで示す繊維束とは２本以上の単糸が集束剤や静電気力等により近接している事を示す。繊維束状のものを用いる場合、各繊維束を構成する単糸の数は、各繊維束においてほぼ均一であってもよく、あるいは異なっていてもよい。炭素繊維が繊維束状である場合、各繊維束を構成する単糸の数は特に限定されるものではないが、通常、２本〜１０万本の範囲内とされる。
一般的に、炭素繊維は、数千〜数万本の単糸（フィラメント）が集合した繊維束状となっている。炭素繊維をこのまま使用すると、繊維束の交絡部が局部的に厚くなり薄肉の成形材料を得ることが困難になる場合がある。このため、繊維束を拡幅したり、又は開繊したりして使用するのが通常である。
成形材料における炭素繊維の配向状態としては、例えば、炭素繊維の長軸方向が一方向に配列した一方向配列や、上記長軸方向が成形材料の板厚面内方向においてランダムに配列した２次元ランダム配列を挙げることができる。
成形材料における炭素繊維の配向状態としては、例えば、炭素繊維の長軸方向が一方向に配列した一方向配列や、上記長軸方向が成形材料の板厚面内方向においてランダムに配列した２次元ランダム配列を挙げることができる。
炭素繊維の配向状態は、上記一方向配列又は２次元ランダム配列のいずれであってもよい。また、上記一方向配列と２次元ランダム配列の中間の無規則配列（強化繊維の長軸方向が完全に一方向に配列しておらず、かつ完全にランダムでない配列状態）であってもよい。さらに、炭素繊維の繊維長によっては、炭素繊維の長軸方向が成形材料の面内方向に対して角度を有するように配列していてもよく、繊維が綿状に絡み合うように配列していてもよく、さらには繊維が平織や綾織などの二方向織物、多軸織物、不織布、マット、ニット、組紐、炭素繊維を抄紙した紙等のように配列していてもよい。
成形材料内における炭素繊維の配向態様は、例えば、成形材料の任意の方向、及びこれと直行する方向を基準とする引張試験を行い、引張弾性率を測定した後、測定した引張弾性率の値のうち大きいものを小さいもので割った比（Ｅδ）を測定することで確認できる。弾性率の比が１に近いほど、炭素繊維が２次元ランダム配列していると評価できる。直交する２方向の弾性率の値のうち大きいものを小さいもので割った比が２を超えないときに等方性であるとされ、この比が１．３を超えないときは等方性に優れていると評価される。
（炭素繊維の体積含有率（Ｖｆ））
本発明における成形材料は、式（１）で定義される、成形材料に含まれる炭素繊維体積割合（Ｖｆ）は１０％以上である。炭素繊維体積割合（Ｖｆ）は１０〜５０％であることが好ましく、２０〜５０％であることがより好ましく、３０〜４０％が更に好ましい。
１００×炭素繊維体積／（炭素繊維体積＋熱可塑性樹脂体積） ・・・ 式（１）
炭素繊維体積割合（Ｖｆ）が１０％以上であれば、補強効果が十分に発現しやすくなる。反対に、Ｖｆが５０％以下であれば、得られる成形材料にボイドが発生しにくくなり、物性が向上しやすい。
本発明における成形材料は、式（１）で定義される、成形材料に含まれる炭素繊維体積割合（Ｖｆ）は１０％以上である。炭素繊維体積割合（Ｖｆ）は１０〜５０％であることが好ましく、２０〜５０％であることがより好ましく、３０〜４０％が更に好ましい。
１００×炭素繊維体積／（炭素繊維体積＋熱可塑性樹脂体積） ・・・ 式（１）
炭素繊維体積割合（Ｖｆ）が１０％以上であれば、補強効果が十分に発現しやすくなる。反対に、Ｖｆが５０％以下であれば、得られる成形材料にボイドが発生しにくくなり、物性が向上しやすい。
２．熱可塑性樹脂
熱可塑性樹脂は、所望の強度を有する成形材料を得ることができるものであれば特に限定されるものではなく、成形材料の用途等に応じて適宜選択して用いることができる。
上記熱可塑性樹脂は特に限定されるものではなく、成形材料の用途等に応じて所望の軟化点又は融点を有するものを適宜選択して用いることができる。通常、軟化点が１８０℃〜３５０℃の範囲内のものが用いられるが、これに限定されるものではない。
熱可塑性樹脂は、所望の強度を有する成形材料を得ることができるものであれば特に限定されるものではなく、成形材料の用途等に応じて適宜選択して用いることができる。
上記熱可塑性樹脂は特に限定されるものではなく、成形材料の用途等に応じて所望の軟化点又は融点を有するものを適宜選択して用いることができる。通常、軟化点が１８０℃〜３５０℃の範囲内のものが用いられるが、これに限定されるものではない。
上記熱可塑性樹脂としては、ポリオレフィン樹脂、ポリスチレン樹脂、熱可塑性ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアセタール樹脂（ポリオキシメチレン樹脂）、ポリカーボネート樹脂、（メタ）アクリル樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエーテルニトリル樹脂、フェノキシ樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリケトン樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、熱可塑性ウレタン樹脂、フッ素系樹脂、熱可塑性ポリベンゾイミダゾール樹脂、ビニル系樹脂等を挙げることができる。
上記ポリオレフィン樹脂としては、例えば、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリブタジエン樹脂、ポリメチルペンテン樹脂等を上げることができる。
上記ビニル系樹脂としては、塩化ビニル樹脂、塩化ビニリデン樹脂、酢酸ビニル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂等を挙げることができる。
上記ポリスチレン樹脂としては、例えば、ポリスチレン樹脂、アクリロニトリル−スチレン樹脂（ＡＳ樹脂）、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン樹脂（ＡＢＳ樹脂）等を挙げることができる。
上記ポリアミド樹脂としては、例えば、ポリアミド６樹脂（ナイロン６）、ポリアミド１１樹脂（ナイロン１１）、ポリアミド１２樹脂（ナイロン１２）、ポリアミド４６樹脂（ナイロン４６）、ポリアミド６６樹脂（ナイロン６６）、ポリアミド６１０樹脂（ナイロン６１０）等を挙げることができる。
上記ビニル系樹脂としては、塩化ビニル樹脂、塩化ビニリデン樹脂、酢酸ビニル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂等を挙げることができる。
上記ポリスチレン樹脂としては、例えば、ポリスチレン樹脂、アクリロニトリル−スチレン樹脂（ＡＳ樹脂）、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン樹脂（ＡＢＳ樹脂）等を挙げることができる。
上記ポリアミド樹脂としては、例えば、ポリアミド６樹脂（ナイロン６）、ポリアミド１１樹脂（ナイロン１１）、ポリアミド１２樹脂（ナイロン１２）、ポリアミド４６樹脂（ナイロン４６）、ポリアミド６６樹脂（ナイロン６６）、ポリアミド６１０樹脂（ナイロン６１０）等を挙げることができる。
上記ポリエステル樹脂としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ボリブチレンテレフタレート樹脂、ポリトリメチレンテレフタレート樹脂、液晶ポリエステル等を挙げることができる。上記（メタ）アクリル樹脂としては、例えば、ポリメチルメタクリレートを挙げることができる。
上記ポリフェニレンエーテル樹脂としては、例えば、変性ポリフェニレンエーテル等を挙げることができる。上記熱可塑性ポリイミド樹脂としては、例えば、熱可塑性ポリイミド、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂等を挙げることができる。上記ポリスルホン樹脂としては、例えば、変性ポリスルホン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂等を挙げることができる。
上記ポリエーテルケトン樹脂としては、例えば、ポリエーテルケトン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリエーテルケトンケトン樹脂を挙げることができる。上記フッ素系樹脂としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン等を挙げることができる。
上記ポリフェニレンエーテル樹脂としては、例えば、変性ポリフェニレンエーテル等を挙げることができる。上記熱可塑性ポリイミド樹脂としては、例えば、熱可塑性ポリイミド、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂等を挙げることができる。上記ポリスルホン樹脂としては、例えば、変性ポリスルホン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂等を挙げることができる。
上記ポリエーテルケトン樹脂としては、例えば、ポリエーテルケトン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリエーテルケトンケトン樹脂を挙げることができる。上記フッ素系樹脂としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン等を挙げることができる。
本発明に用いられる熱可塑性樹脂は１種類のみであってもよく、２種類以上であってもよい。２種類以上の熱可塑性樹脂を併用する態様としては、例えば、相互に軟化点又は融点が異なる熱可塑性樹脂を併用する態様や、相互に平均分子量が異なる熱可塑性樹脂を併用する態様等を挙げることができるが、この限りではない。
（その他の剤）
本発明で用いる成形材料中には、本発明の目的を損なわない範囲で、有機繊維または無機繊維の各種繊維状または非繊維状のフィラー、難燃剤、耐ＵＶ剤、安定剤、離型剤、顔料、軟化剤、可塑剤、界面活性剤等の添加剤を含んでいてもよい。
本発明で用いる成形材料中には、本発明の目的を損なわない範囲で、有機繊維または無機繊維の各種繊維状または非繊維状のフィラー、難燃剤、耐ＵＶ剤、安定剤、離型剤、顔料、軟化剤、可塑剤、界面活性剤等の添加剤を含んでいてもよい。
（成形材料の製造方法）
本発明に用いられる成形材料は、一般的に公知の方法を用いて製造することができ、例えば、ＷＯ２０１２／１０５０８０パンフレット、特開２０１３−４９２９８号公報に記載の等方性基材を好ましく用いられる。該等方性基材を使用した成形材料は、その面内において、炭素繊維が特定の方向に配向しておらず、無作為な方向に分散して配置されている。
本発明に用いられる成形材料は、一般的に公知の方法を用いて製造することができ、例えば、ＷＯ２０１２／１０５０８０パンフレット、特開２０１３−４９２９８号公報に記載の等方性基材を好ましく用いられる。該等方性基材を使用した成形材料は、その面内において、炭素繊維が特定の方向に配向しておらず、無作為な方向に分散して配置されている。
［評価・分析方法］
以下に実施例を示すが、本発明はこれらに制限されるものではない。なお、本実施例における各値は、以下の方法に従って求めた。
以下に実施例を示すが、本発明はこれらに制限されるものではない。なお、本実施例における各値は、以下の方法に従って求めた。
（１）炭素繊維体積割合（Ｖｆ）の分析
成形材料を５００℃×１時間、炉内にて熱可塑性樹脂を燃焼除去し、処理前後の試料の質量を秤量することによって炭素繊維分と熱可塑性樹脂の質量を算出した。次に、各成分の比重を用いて、炭素繊維と熱可塑性樹脂の体積割合を算出した。
Ｖｆ＝１００×炭素繊維体積／（炭素繊維体積＋熱可塑性樹脂体積） ・・・式（１）
成形材料を５００℃×１時間、炉内にて熱可塑性樹脂を燃焼除去し、処理前後の試料の質量を秤量することによって炭素繊維分と熱可塑性樹脂の質量を算出した。次に、各成分の比重を用いて、炭素繊維と熱可塑性樹脂の体積割合を算出した。
Ｖｆ＝１００×炭素繊維体積／（炭素繊維体積＋熱可塑性樹脂体積） ・・・式（１）
（２）成形材料に含まれる炭素繊維の重量平均繊維長の分析
成形材料に含まれる炭素繊維の重量平均繊維長は、５００℃×１時間程度、炉内にて熱可塑性樹脂を除去した後、無作為に抽出した炭素繊維１００本の長さをノギスおよびルーペで１ｍｍ単位まで測定して記録し、測定した全ての炭素繊維の長さ（Ｌｉ、ここでｉ＝１〜１００の整数）から、次式により重量平均繊維長（Ｌｗ）を求めた。
Ｌｗ＝（ΣＬｉ２）／（ΣＬｉ） ・・・式（３）
成形材料に含まれる炭素繊維の重量平均繊維長は、５００℃×１時間程度、炉内にて熱可塑性樹脂を除去した後、無作為に抽出した炭素繊維１００本の長さをノギスおよびルーペで１ｍｍ単位まで測定して記録し、測定した全ての炭素繊維の長さ（Ｌｉ、ここでｉ＝１〜１００の整数）から、次式により重量平均繊維長（Ｌｗ）を求めた。
Ｌｗ＝（ΣＬｉ２）／（ΣＬｉ） ・・・式（３）
（３）端部落下距離
成形材料を図３（ｅ）に示す支持体上に載置し、ＮＧＫキルンテック製のＩＲオーブンを用いて３００℃に加熱した。このとき、支持体の素材はステンレス製のワイヤであった。加熱後、端部落下距離（図５の５０１）を定規で測定した。
成形材料を図３（ｅ）に示す支持体上に載置し、ＮＧＫキルンテック製のＩＲオーブンを用いて３００℃に加熱した。このとき、支持体の素材はステンレス製のワイヤであった。加熱後、端部落下距離（図５の５０１）を定規で測定した。
（４）グレースケール
一般的に画像は赤、緑、青の各要素（Ｒ、Ｇ、Ｂ）で表すことができる。Ｒ，Ｇ、Ｂの各要素は０〜２５５で表され、グレースケール（Ｇｓ）はこの各要素の平均で次式により表すことができる。
Ｇｓ＝（Ｒ＋Ｇ＋Ｂ）／３ ・・・式（４）
（ただし、Ｒ：レッド、Ｇ：グリーン、Ｂ：ブルー）
各実施例・比較例において、成形材料のエッジ付近と、矯正台のグレースケール（Ｇｓ）を測定し、その差を求めた。
一般的に画像は赤、緑、青の各要素（Ｒ、Ｇ、Ｂ）で表すことができる。Ｒ，Ｇ、Ｂの各要素は０〜２５５で表され、グレースケール（Ｇｓ）はこの各要素の平均で次式により表すことができる。
Ｇｓ＝（Ｒ＋Ｇ＋Ｂ）／３ ・・・式（４）
（ただし、Ｒ：レッド、Ｇ：グリーン、Ｂ：ブルー）
各実施例・比較例において、成形材料のエッジ付近と、矯正台のグレースケール（Ｇｓ）を測定し、その差を求めた。
［成形材料の製造例１］
強化繊維として、東邦テナックス社製の炭素繊維“テナックス”（登録商標）ＳＴＳ４０−２４ＫＳ（平均繊維径７μｍ）をナイロン系サイジング剤処理したものを使用し、熱可塑性樹脂として、ユニチカ社製のナイロン６樹脂Ａ１０３０（融点：２３０℃）を用いて、ＷＯ２０１２／１０５０８０パンフレットに記載された方法に基づき、等方性材料を作成し、２４０℃で９０ｓ間予熱後、２．０ＭＰａの圧力をかけながら１８０ｓ間、２４０℃にてホットプレスした。ついで、加圧状態で５０℃まで冷却し、炭素繊維体積割合Ｖｆ＝３５％、炭素繊維の重量平均繊維長２０ｍｍ、板厚２ｍｍ、の平板を得た。これに基準孔（図８の８０２）を切削加工で設け、成形材料１とした。なお、成形材料の面積は２８８，０００ｍｍ２であった。
強化繊維として、東邦テナックス社製の炭素繊維“テナックス”（登録商標）ＳＴＳ４０−２４ＫＳ（平均繊維径７μｍ）をナイロン系サイジング剤処理したものを使用し、熱可塑性樹脂として、ユニチカ社製のナイロン６樹脂Ａ１０３０（融点：２３０℃）を用いて、ＷＯ２０１２／１０５０８０パンフレットに記載された方法に基づき、等方性材料を作成し、２４０℃で９０ｓ間予熱後、２．０ＭＰａの圧力をかけながら１８０ｓ間、２４０℃にてホットプレスした。ついで、加圧状態で５０℃まで冷却し、炭素繊維体積割合Ｖｆ＝３５％、炭素繊維の重量平均繊維長２０ｍｍ、板厚２ｍｍ、の平板を得た。これに基準孔（図８の８０２）を切削加工で設け、成形材料１とした。なお、成形材料の面積は２８８，０００ｍｍ２であった。
［実施例１］
１．加熱装置の準備
（１）加熱源 ＮＧＫキルンテック製のＩＲオーブン。
（２）カメラ キーエンス製 ＣＶ‐２００Ｃ
（３）コントローラ キーエンス製 ＣＶ‐Ｘ１５０
（４）支持体
支持体としては、図３（ｅ）に示す形状で、開孔部の重心を通る分割線のうち、最短の分割線距離を５０ｍｍにした（ワイヤ間距離が５０ｍｍとした）。支持体の成形材料への投影面積は１０，０００ｍｍ２であったため、支持体の成形材料への投影面積は、成形材料面積に対して３．５％であった。
１．加熱装置の準備
（１）加熱源 ＮＧＫキルンテック製のＩＲオーブン。
（２）カメラ キーエンス製 ＣＶ‐２００Ｃ
（３）コントローラ キーエンス製 ＣＶ‐Ｘ１５０
（４）支持体
支持体としては、図３（ｅ）に示す形状で、開孔部の重心を通る分割線のうち、最短の分割線距離を５０ｍｍにした（ワイヤ間距離が５０ｍｍとした）。支持体の成形材料への投影面積は１０，０００ｍｍ２であったため、支持体の成形材料への投影面積は、成形材料面積に対して３．５％であった。
２．成形体の製造
成形材料１を、支持台に載置した。この際、ワイヤ位置から５ｍｍ（図の８の８０１の距離）手前の位置に成形材料の端部が来るように載置した。
支持台に載置した成形材料を加熱装置に供給し、３００℃まで加熱したところ、熱可塑性樹脂は軟化したため、成形材料端部は落下し、端部落下距離は２０ｍｍであった。加熱後、矯正台を上昇させ、落下した成形材料端部を戻した。該成形材料を基準孔及び成形材料端部を含めて、カメラにより撮影し、画像処理によって位置情報を正確に認識した。
自動移載装置は、正確に成形材料を保持することができたため、成形型（型温度１５０℃に設定）へ極めて高い位置精度で成形材料を配置できた。その後、５ＭＰａで３０秒間、圧縮成形して、成形体を得た。
なお、成形材料と矯正台のグレースケール差を任意で３点測定したところ、９０、９６、８５であった。１００回同じ動作を繰り返したところ、１００回とも、極めて高い位置精度で成形材料を成形型に配置できた。
成形材料１を、支持台に載置した。この際、ワイヤ位置から５ｍｍ（図の８の８０１の距離）手前の位置に成形材料の端部が来るように載置した。
支持台に載置した成形材料を加熱装置に供給し、３００℃まで加熱したところ、熱可塑性樹脂は軟化したため、成形材料端部は落下し、端部落下距離は２０ｍｍであった。加熱後、矯正台を上昇させ、落下した成形材料端部を戻した。該成形材料を基準孔及び成形材料端部を含めて、カメラにより撮影し、画像処理によって位置情報を正確に認識した。
自動移載装置は、正確に成形材料を保持することができたため、成形型（型温度１５０℃に設定）へ極めて高い位置精度で成形材料を配置できた。その後、５ＭＰａで３０秒間、圧縮成形して、成形体を得た。
なお、成形材料と矯正台のグレースケール差を任意で３点測定したところ、９０、９６、８５であった。１００回同じ動作を繰り返したところ、１００回とも、極めて高い位置精度で成形材料を成形型に配置できた。
［実施例２］
部分的に矯正台を上昇させないこと以外は実施例１と同様に成形体を得る。成形材料の外周部分のうち、５０％に相当する部分の矯正台を上昇させない場合でも、該成形材料を基準孔及び成形材料端部を含めて、カメラにより撮影し、画像処理によって位置情報を正確に認識することができる。ただし、１００回同じ動作を繰り返したところ、１回程度は失敗する。
部分的に矯正台を上昇させないこと以外は実施例１と同様に成形体を得る。成形材料の外周部分のうち、５０％に相当する部分の矯正台を上昇させない場合でも、該成形材料を基準孔及び成形材料端部を含めて、カメラにより撮影し、画像処理によって位置情報を正確に認識することができる。ただし、１００回同じ動作を繰り返したところ、１回程度は失敗する。
［実施例３］
背景となる矯正台の色を部分的に黒色にし、矯正台と、成形材料のエッジ付近とのグレースケール差は３２未満とする。この場合、該成形材料を基準孔および成形材料端部を含めて、カメラにより撮影し、画像処理によって位置情報を正確に認識することができるものの、１００回の認識にうち、１０回程度は失敗する。
背景となる矯正台の色を部分的に黒色にし、矯正台と、成形材料のエッジ付近とのグレースケール差は３２未満とする。この場合、該成形材料を基準孔および成形材料端部を含めて、カメラにより撮影し、画像処理によって位置情報を正確に認識することができるものの、１００回の認識にうち、１０回程度は失敗する。
［比較例１］
支持体の最短の分割線距離（ワイヤ間の距離）を、１３０ｍｍにしたこと以外は、実施例１と同様にして、成形材料を加熱した。
加熱後の端部落下距離は１０５ｍｍであったため、矯正台によって垂れた成形材料を平面に戻せなかった（皺が発生した）。そのため、成形材料の位置情報を正確に認識できず、自動移載装置によって保持できなかった。３０回同じ動作を繰り返したものの、１回程度も成功しなかったため、検討を中止した。
支持体の最短の分割線距離（ワイヤ間の距離）を、１３０ｍｍにしたこと以外は、実施例１と同様にして、成形材料を加熱した。
加熱後の端部落下距離は１０５ｍｍであったため、矯正台によって垂れた成形材料を平面に戻せなかった（皺が発生した）。そのため、成形材料の位置情報を正確に認識できず、自動移載装置によって保持できなかった。３０回同じ動作を繰り返したものの、１回程度も成功しなかったため、検討を中止した。
本発明の成形体の製造方法を用いて得られた成形体は、各種構成部材、例えば自動車の内板、外板、構造部材、また各種電気製品、機械のフレームや筐体等に用いることができる。好ましくは、自動車部品として利用できる。
１０１ 成形材料
１０２ 支持体
１０３ 加熱装置
１０４ 加熱源
２０１ 自動移載装置
２０２ カメラ
２０３ 圧縮成形装置
２０４ 成形材料の保持
２０５ 成形型の下型
４０１ 支持体の成形材料への投影面積を計測する範囲
５０１ 端部落下距離
５０２ 成形材料の端部
５０３ 基準孔
６０１ 矯正台
６０２ 成形材料の端部付近
７０１ 開孔部の形状
７０２ 分割線
７０３ 開孔部の形状
７０４ 分割線
８０１ ワイヤ位置と、成形材料の端部との距離
８０２ 基準孔
８０３ ワイヤ （支持体の一部）
１０２ 支持体
１０３ 加熱装置
１０４ 加熱源
２０１ 自動移載装置
２０２ カメラ
２０３ 圧縮成形装置
２０４ 成形材料の保持
２０５ 成形型の下型
４０１ 支持体の成形材料への投影面積を計測する範囲
５０１ 端部落下距離
５０２ 成形材料の端部
５０３ 基準孔
６０１ 矯正台
６０２ 成形材料の端部付近
７０１ 開孔部の形状
７０２ 分割線
７０３ 開孔部の形状
７０４ 分割線
８０１ ワイヤ位置と、成形材料の端部との距離
８０２ 基準孔
８０３ ワイヤ （支持体の一部）
Claims (8)
- 重量平均繊維長１ｍｍ以上１００ｍｍ以下の炭素繊維と熱可塑性樹脂とを含み、炭素繊維体積割合が１０％以上である成形材料を、開孔部を備える支持体に載置して加熱し、加熱された成形材料を、自動移載装置によって保持して成形型へ移載し、圧縮成形して成形体を製造する方法であって、
自動移載装置は、前記加熱された成形材料を、カメラにより撮影された画像の処理結果に基づいて成形材料の位置情報を認識し、成形材料を保持する、
成形体の製造方法。
ただし、前記加熱された成形材料が、加熱軟化によって、支持体の端部から落下する距離（端部落下距離）が１００ｍｍ以下である。 - 成形材料を載置する範囲において、支持体の成形材料への投影面積が、成形材料面積に対して５０％以下であり、
少なくとも１つの前記開孔部が、開孔部の重心を通る分割線のうち、最短の分割線が１００ｍｍ以下である、
請求項１に記載の成形体の製造方法。 - 請求項１又は２いずれか１項に記載された成形体の製造方法であって、
成形材料が、加熱軟化によって、支持体の端部から落下した部分を、矯正台を用いて上昇させた後、成形材料を自動移載によって保持する、成形体の製造方法。 - 成形材料と、矯正台のグレースケール差が３２以上である請求項３に記載の成形体の製造方法。
- 請求項１乃至４に記載の成形体の製造方法であって、
該成形材料を成形材料端部を含めて、カメラにより撮影し、画像処理によって成形材料の位置情報を認識し、成形材料を保持する、
成形体の製造方法。 - 請求項１乃至４に記載の成形体の製造方法であって、
該成形材料に基準孔を設け、
該成形材料を基準孔及び成形材料端部を含めて、カメラにより撮影し、画像処理によって成形材料の位置情報を認識し、成形材料を保持する、
成形体の製造方法。 - 圧縮成形が、少なくとも以下の工程Ａ−１）〜工程Ａ−３）を含んだコールドプレスである、請求項１乃至６に記載の成形体の製造方法。
工程Ａ−１） 成形材料に含まれる熱可塑性樹脂の軟化温度以上に加熱する工程。
工程Ａ−２） 上記工程Ａ−１）で得られた加熱させた成形材料を、熱可塑性樹脂が軟化温度未満に温度調節された成形型に移載する工程。
工程Ａ−３） 上記工程Ａ−２）で成形型に移載した成形材料を加圧し、成形する工程。 - 重量平均繊維長１ｍｍ以上１００ｍｍ以下の炭素繊維と熱可塑性樹脂とを含み、炭素繊維体積割合が１０％以上である成形材料を、開孔部を備える支持体に載置して加熱し、加熱された成形材料を、自動移載装置によって保持して成形型へ移載し、圧縮成形して成形体を製造する方法であって、
自動移載装置は、前記加熱された成形材料を、カメラにより撮影された画像の処理結果に基づいて、成形材料を保持する、
成形体の製造方法。
ただし、前記加熱された成形材料が、加熱軟化によって、支持体の端部から落下する距離（端部落下距離）が１００ｍｍ以下であり、
成形材料は、加熱軟化によって、支持体の端部から落下した部分を、矯正台を用いて上昇させた後、成形材料を自動移載によって保持される。
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2016
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