JPWO2017217153A1 - 熱可塑性樹脂複合材の製造方法及び製造装置 - Google Patents

Abstract

本発明の熱可塑性樹脂複合材の製造方法は、熱可塑性樹脂を含む主基材とシート状の補助基材とを一体成形して複合化する熱可塑性樹脂複合材の製造方法であって、前記補助基材を加熱する工程（ステップＳ１）と、加熱した前記補助基材を金型内に配置する工程（ステップＳ２）と、前記金型内に前記補助基材を介して前記主基材を配置する工程（ステップＳ３）と、前記金型を型締めし、前記補助基材と前記主基材とを圧縮して一体成形する工程（ステップＳ４）と、一体成形された前記熱可塑性樹脂複合材を前記金型から取り出す工程と、を有することを特徴とする。

Description

本発明は、熱可塑性樹脂複合材の製造方法及び製造装置に関する。

昨今、エネルギ使用量及びＣＯ_２排出量の削減を目的に、車両などの軽量化を図るための革新的新構造材料の開発が進められている。なかでも炭素繊維強化樹脂材料（ＣＦＲＰ：Carbon Fiber Reinforced Plastics）は、その優れた材料特性によって車両構成部材への応用が期待されている。
従来、炭素繊維強化樹脂材料の製造方法としては、例えばＲＴＭ(Resin Transfer Molding)法、ＳＭＣ(Sheet Molding Compound)法などが知られている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。これらの製造方法によれば、マトリックスとしての熱硬化性樹脂中に炭素繊維を含む熱硬化性樹脂複合材を金型内で成形して得ることができる。

特開２０１０−１５５４０３号公報 特開２００４−２６２１２０号公報

ところが、前記の熱硬化性樹脂複合材は、成形時にマトリックスを硬化させる加熱工程が必要となって、一般に熱可塑性樹脂を使用したプレス成形法などで得られるものと比較して生産性（成形サイクルタイム）に劣る問題がある。
そこで、生産性の向上の観点からマトリックスとしての熱可塑性樹脂に炭素繊維などの補強材を含む熱可塑性樹脂複合材の車両構成部材への応用が考えられる。
一方、この車両用構成部材への応用を考慮すると、生産性のみならず、高強度、不燃性、耐食性、耐衝撃性などの機能をも熱可塑性樹脂複合材には要求される。このような機能を確保するためには、熱可塑性樹脂複合材の補強材の体積分率（Ｖｆ）を比較的高く設定する必要がある。
しかし、熱可塑性樹脂複合材における補強材の体積分率を高くすると、金型内での熱可塑性樹脂の流動性が不十分となってウェルドラインやヒケなどの発生原因となる。

そこで、本発明の課題は、生産性に優れるとともに、金型内での熱可塑性樹脂の流動性を良好に維持することができる熱可塑性樹脂複合材の製造方法及び製造装置を提供することにある。

前記課題を解決する本発明の熱可塑性樹脂複合材の製造方法は、熱可塑性樹脂を含む主基材とシート状の補助基材とを一体成形して複合化する熱可塑性樹脂複合材の製造方法であって、前記補助基材を加熱する工程と、加熱した前記補助基材を金型内に配置する工程と、前記金型内に前記補助基材を介して前記主基材を配置する工程と、前記金型を型締めし、前記補助基材と前記主基材とを圧縮して一体成形する工程と、一体成形された前記熱可塑性樹脂複合材を前記金型から取り出す工程と、を有することを特徴とする。

また、前記課題を解決する本発明の熱可塑性樹脂複合材の製造装置は、熱可塑性樹脂を含む主基材とシート状の補助基材とを一体成形して複合化する熱可塑性樹脂複合材の製造装置であって、前記主基材と前記補助基材とを一体成形する金型と、予め加熱された前記補助基材を前記金型内に配置するとともに、前記金型内に前記補助基材を介して前記主基材を配置する搬送機構と、前記金型内に前記主基材を配置する前に前記補助基材を前記金型に向けて押圧する押圧機構と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、金型内に熱可塑性樹脂を含む主基材が配置される際に、予め加熱された補助基材を介して主基材が配置される。これにより補助基材の熱によって金型内での熱可塑性樹脂の流動性が良好に維持される。
また、本発明では、熱可塑性樹脂を含む主基材と補助基材とを金型内で圧縮し、一体成形することで熱可塑性樹脂複合材が得られる。本発明によれば、熱硬化性樹脂複合材の製造方法（例えば、特許文献１、２参照）と異なって、前記の加熱工程を省略して成形体を得ることができるので、生産性に優れる。

本発明によれば、生産性に優れるとともに、金型内での熱可塑性樹脂の流動性を良好に維持することができる熱可塑性樹脂複合材の製造方法及び製造装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る製造方法で得られる熱可塑性樹脂複合材の部分断面図である。 本発明の実施形態に係る熱可塑性樹脂複合材の製造装置の構成説明図である。 図２の製造装置を構成するロボットハンド機構のハンド部の構成説明図である。 本発明の実施形態に係る製造方法の工程説明図である。 本発明の実施形態に係る製造方法の補助基材の配置工程における製造装置の動作説明図である。 本発明の実施形態に係る製造方法の補助基材のプリフォーム工程における製造装置の動作説明図である。 （ａ）から（ｃ）は、補助基材のプリフォーム工程におけるハンド部の動作説明図である。 本発明の実施形態に係る製造方法の主基材の配置工程における製造装置の動作説明図である。

次に、本発明の実施形態に係る熱可塑性樹脂複合材の製造方法及び製造装置について詳細に説明する。以下では、この製造方法で得られる熱可塑性樹脂複合材について説明した後に、製造装置及び製造方法について説明する。

＜熱可塑性樹脂複合材＞
本実施形態での熱可塑性樹脂複合材は、車両構成部材として使用するものを想定している。この車両構成部材としては、例えば、パネル部材や、サイドシル、センタピラー、フロアクロスメンバなどの主要骨格部材が挙げられる。ただし、本実施形態での熱可塑性樹脂複合材の用途は、このような車両構成部材に限定されるものではない。この熱可塑性樹脂複合材は、船舶、航空機のような車両以外の移動体の構成部材のほか、例えば建築物、各種機器装置などの構成部材にも適用することができる。

図１は、本実施形態の製造方法で得られる熱可塑性樹脂複合材１０の部分断面図である。
図１に示すように、熱可塑性樹脂複合材１０は、主基材１１と補助基材１２との一体成形体である。
本実施形態での主基材１１は、熱可塑性樹脂を含んで構成されている。この主基材１１は、熱可塑性樹脂複合材１０の造形を行うものである。つまり、この主基材１１は、後記する熱可塑性樹脂複合材１０の成形時において、金型内で流動することで、補助基材１２と一体になって熱可塑性樹脂複合材１０の略外形を補助基材１２とともに構成する。

主基材１１は、熱可塑性樹脂を含んでいればよく、熱可塑性樹脂単独で構成することができるし、熱可塑性樹脂に加えて充填材を含めることもできる。
熱可塑性樹脂としては、例えば、高密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド樹脂、ポリアセタール、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、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルエーテルケトンなどの結晶性樹脂；ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ＡＳ樹脂、ＡＢＳ樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンエーテルなどの非結晶樹脂が挙げられるがこれらに限定されるものではない。

充填材としては、繊維が望ましい。繊維としては、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維などが挙げられるがこれらに限定されるものではない。
また、繊維としては、炭素繊維が望ましく、繊維長が２０ｍｍ以下の短繊維はさらに望ましい。この炭素繊維としては、ＰＡＮ系、ピッチ系のいずれでも構わない。

主基材１１に充填材を含む場合の当該充填材の含有率は、熱可塑性樹脂複合材１０の用途に応じて適宜に設定することができる。また、車両用構成部材への応用を想定した炭素繊維を含む主基材１１は、炭素繊維の体積分率（Ｖｆ）で２０％以上、６０％以下が望ましい。なお、後記するように補助基材１２に炭素繊維を含む場合には、熱可塑性樹脂複合材１０の全体における炭素繊維の体積分率（Ｖｆ）で２０％以上、６０％以下となるように設定されることが望ましい。この炭素繊維の体積分率（Ｖｆ）は、ＪＩＳ Ｋ ７０３５（２０１４年）に規定される繊維体積含有率（Ｖｆ）と同義である。

本実施形態での補助基材１２は、熱可塑性樹脂複合材１０が車両構成部材として使用された場合に、車両構成部材の表面側を形成するものである。
この補助基材１２は、後に詳しく説明するように、金型のキャビティに沿って配置される。補助基材１２は、シート状を呈しており、金型追従性に富んでいる。

補助基材１２は、熱可塑性樹脂複合材１０の表面側にあって熱可塑性樹脂複合材１０に付加価値を付与する。具体的には補助基材１２は、熱可塑性樹脂複合材１０の前記した用途に応じて、熱可塑性樹脂複合材１０の表面側に、剛性、不燃性、耐食性、耐衝撃性、意匠性などの機能性を付与する。

この補助基材１２としては、例えば、熱可塑性樹脂含有シート、金属フィルム、樹脂フィルムなどが挙げられるがこれらに限定されるものではない。但し、図１中に示される補助基材１２は、後記の熱可塑性樹脂含有シートを想定して樹脂のハッチングを付している。
車両用構成部材への応用を想定した補助基材１２としては、繊維を含む熱可塑性樹脂含有シートが望ましい。これらの熱可塑性樹脂と繊維とは、主基材１１に使用される前記のものを使用することができる。特に、炭素繊維と熱可塑性樹脂とを含む補助基材１２はさらに望ましい。
また、主基材１１に使用される熱可塑性樹脂と、補助基材１２に使用される熱可塑性樹脂とは、同種であることが望ましい。つまり、主基材１１に例えばポリアミド樹脂が使用される場合には、補助基材１２にもポリアミド樹脂が使用されることが望ましい。

このような補助基材１２における炭素繊維の含有率は、前記のように、熱可塑性樹脂複合材１０の全体における炭素繊維の体積分率（Ｖｆ）が２０％以上、６０％以下となるように設定されることが望ましい。

また、車両用構成部材への応用を想定した補助基材１２は、衝突荷重に対する強度、剛性などを熱可塑性樹脂複合材１０の表面側に付与するために、主基材１１よりも炭素繊維の体積分率（Ｖｆ）を高く設定することが望ましい。

具体的には、主基材１１における炭素繊維の体積分率（Ｖｆ_Ｍ）に対する補助基材１２における炭素繊維の体積分率（Ｖｆ_Ｓ）の比（Ｖｆ_Ｓ／Ｖｆ_Ｍ）は、１を超え、２．５以下の範囲に設定することが望ましい。
本実施形態での熱可塑性樹脂複合材１０は、このような比に設定されることで、衝突荷重を想定した強度、剛性などを一段と高めることができるとともに、後記する成形時における金型内での熱可塑性樹脂の流動性をさらに良好に維持することができる。

また、補助基材１２における炭素繊維の体積分率（Ｖｆ_Ｓ）を主基材１１における炭素繊維の体積分率（Ｖｆ_Ｍ）よりも高く設定することで、補助基材１２における主基材１１側の表面粗度を高くし、主基材１１側の熱可塑性樹脂によるアンカー効果（界面における接合強度向上）を期待することもできる。
この場合、前記の比（Ｖｆ_Ｓ／Ｖｆ_Ｍ）は、１．３以上が望ましい。

＜熱可塑性樹脂複合材の製造装置＞
次に、熱可塑性樹脂複合材の製造装置について説明する。
図２は、本実施形態に係る製造方法で使用する製造装置２０の構成説明図である。図３は、図２の製造装置２０を構成するマテリアルハンドリングロボット４０（搬送機構）のハンド部４３の構成説明図である。

図２に示すように、製造装置２０は、プレス機構３０と、一対のマテリアルハンドリングロボット４０とを備えている。

プレス機構３０は、上型３１ａと下型３１ｂとからなる金型３１と、下型３１ｂを支持するベース３２と、下型３１ｂの上方で上型３１ａを支持するとともに、下型３１ｂに対して上型３１ａを上下移動させる昇降部３３と、を主に備えている。
金型３１には、上型３１ａと下型３１ｂとが上下方向に相互に重ね合わせられた内側にキャビティが形成される。昇降部３３によってベース３２上の下型３１ｂに向けて上型３１ａが所定圧で押圧されることで、キャビティ内に配置された成形材料がプレス成形される。

マテリアルハンドリングロボット４０（搬送機構）は、支持部４１と、アーム部４２と、ハンド部４３と、駆動部（図示省略）と、を主に備えている。
このマテリアルハンドリングロボット４０は、ハンド部４３がアーム部４２を介して支持部４１周りで三次元的に移動するように構成されている。駆動部（図示省略）は、エアシリンダ、ギヤ、カムなどの公知の要素で構成され、ハンド部４３を前記のように三次元的に移動させる。

図３に示すように、ハンド部４３は、本体部４４と、プッシャ４５（押圧機構）と、保持部４６と、ヒータ４７と、を備えている。

本実施形態での本体部４４は、薄い直方体で形成され、ハンド部４３の略外形をなしている。本体部４４の厚さ方向の一端面の略中央に取付部４８は設けられている。この取付部４８は、本体部４４をアーム部４２（図２参照）の先端に取り付けるものである。なお、本実施形態での本体部４４は、所定のアクチュエータ（図示省略）によって、アーム部４２（図２参照）に対する取付角度が変更可能となっている。
なお、後記する製造方法において、主基材１１（図１参照）及び補助基材１２（図１参照）のそれぞれは、本体部４４の厚さ方向の他端面４４ａ（取付部４８が設けられる一端面と反対の面。以下、単に「本体部４４の他端面４４ａ」と称することがある）側に配置される。

プッシャ４５は、ロッド部材４５ａと、アクチュエータ４５ｂとを備えている。
ロッド部材４５ａは、本体部４４を厚さ方向に貫くように配置されている。このロッド部材４５ａは、アクチュエータ４５ｂを介して本体部４４に取り付けられている。
ロッド部材４５ａは、このアクチュエータ４５ｂによって、本体部４４の厚さ方向に移動可能となっている。

図３に示すように、基準位置のロッド部材４５ａは、本体部４４の他端面４４ａ側から突出していない。また、ロッド部材４５ａは、アクチュエータ４５ｂを駆動することによって、本体部４４の他端面４４ａから外側（図３の紙面下側）に突出する。
突出したロッド部材４５ａは、後記するように補助基材１２（図１参照）を下型３１ｂに向けて押圧する。
ちなみに、本実施形態での本体部４４は、１つのプッシャ４５を有するものを想定しているが、２つ以上のプッシャ４５を有する構成とすることもできる。

保持部４６は、一対のニードル部材４６ａと、ニードル部材４６ａごとに設けられるアクチュエータ４６ｂとで構成されている。本実施形態での本体部４４には、２組の保持部４６が設けられている。

一対のニードル部材４６ａは、本体部４４を厚さ方向に貫くように配置されている。さらに具体的には、一対のニードル部材４６ａは、互いの軸線Ａｘ同士が、本体部４４の他端面４４ａ側で交差するように配置されている。軸線Ａｘが交差する側のニードル部材４６ａの先端部は、鋭利に尖っている。

ニードル部材４６ａは、アクチュエータ４６ｂを介して本体部４４に取り付けられている。
各ニードル部材４６ａは、アクチュエータ４６ｂによって、軸線Ａｘ方向に移動可能となっている。

図３に示すように、基準位置のニードル部材４６ａは、本体部４４の他端面４４ａから突出していない。また、ニードル部材４６ａは、アクチュエータ４６ｂを駆動することによって、本体部４４の他端面４４ａから外側（図３の紙面下側）に突出する。

突出したニードル部材４６ａは、後記するように、主基材１１（図１参照）又は補助基材１２（図１参照）を突き刺す。これにより保持部４６は、本体部４４の他端面４４ａ側に主基材１１又は補助基材１２を保持する。
ちなみに、本実施形態での本体部４４は、前記のように２組の保持部４６を有するものを想定しているが、３組以上の保持部４６を有する構成とすることもできる。

また、保持部４６は、主基材１１又は補助基材１２を本体部４４の他端面４４ａ側に保持できれば前記の構成に限定されない。保持部４６は、主基材１１又は補助基材１２の形態に応じて適宜に変更することができ、クランプ機構、吸引機構などを有する他の保持部に変更することもできる。

ヒータ４７は、本体部４４に内蔵されている。このヒータ４７は、本体部４４の他端面４４ａ側に配置された主基材１１（図１参照）又は補助基材１２（図１参照）を保温する。
本実施形態でのヒータ４７は、電熱ヒータを想定しているがこれに限定されるものではなく、温風ヒータ、赤外線ヒータなどを使用することもできる。

＜熱可塑性樹脂複合材の製造方法＞
次に、本実施形態に係る熱可塑性樹脂複合材１０（図１参照）の製造方法について説明する。なお、本実施形態では、熱可塑性樹脂と短炭素繊維とを含む主基材１１（図１参照）と、熱可塑性樹脂と短炭素繊維とを含む熱可塑性樹脂含有シートからなる補助基材１２（図１参照）とを原材料として使用する製造方法を例にとって説明する。

図４は、本実施形態の製造方法の工程説明図である。図５は、製造方法の補助基材１２（図１参照）の配置工程における製造装置２０（図２参照）の動作説明図である。図６は、製造方法の補助基材１２（図１参照）のプリフォーム工程における製造装置２０（図２参照）の動作説明図である。図７（ａ）から（ｃ）は、補助基材１２（図１参照）のプリフォーム工程におけるハンド部４３（図３）の動作説明図である。図８は、製造方法の主基材１１（図１参照）の配置工程における製造装置２０（図２参照）の動作説明図である。

図４に示すように、本実施形態での製造方法は、補助基材の加熱工程（ステップＳ１）と、金型内への補助基材の配置工程（ステップＳ２）と、補助基材を介しての金型内への主基材の配置工程（ステップＳ３）と、金型内での補助基材と主基材との圧縮一体成形工程（ステップＳ４）と、を有している。なお、補助基材の配置工程（ステップＳ２）は、後記の補助基材のプリフォーム工程をも含んでいる。

本実施形態における製造方法では、まず補助基材１２（図１参照）が予め加熱される（図４のステップＳ１参照）。

この加熱工程は、後記する主基材１１がこの補助基材１２に重ねられる前に、補助基材１２が結果的に加熱されていればよいが、金型３１（図２参照）内に配置される前に、補助基材１２が加熱されていることが望ましい。

本実施形態での加熱工程は、補助基材１２の製造装置（図示省略）内で行われるものを想定している。具体的には、例えば補助基材１２の製造装置（図示省略）内で熱可塑性樹脂を含む原材料が加熱下に混練されて補助基材１２として製造装置外に押し出されていく直前までの工程を意味している。

なお、補助基材１２の製造装置としては、例えば、熱可塑性樹脂ペレットの二軸スクリュー型溶融混練機と、炭素繊維ロービングから繰り出される長炭素繊維の細断機とを組み合わせたＬＦＴ−Ｄ（Long Fiber Thermoplastic-Direct）押出機を好適に使用することができる。

また、補助基材１２の加熱工程は、補助基材１２を押出機とは別のヒータで加熱するものであってもよい。

次に、本実施形態における製造方法では、加熱された補助基材１２（図１参照）が金型３１（図２参照）内に配置される（図４のステップＳ２参照）。

この補助基材１２の配置工程においては、図５に示すように、製造装置２０の一対のマテリアルハンドリングロボット４０のうちの一方が、加熱された補助基材１２を金型３１内に搬送する。具体的には、例えば前記のＬＦＴ−Ｄ押出機から押し出されたフトン状（大型クッション状）の可塑化した補助基材１２（図５中、二点鎖線で表す）をマテリアルハンドリングロボット４０（図５中、二点鎖線で表す）のハンド部４３（図５中、二点鎖線で表す）が本体部４４の他端面４４ａ側で保持する。
製造装置２０の一対のマテリアルハンドリングロボット４０のうちの他方は、待機状態にあって、ハンド部４３が、プレス機構３０から離れた位置に止め置かれている。

この際、図３に示すハンド部４３の保持部４６を構成するニードル部材４６ａは、アクチュエータ４６ａによって、本体部４４の他端面４４ａから突出することで補助基材１２（図５参照）を突き刺す。補助基材１２を突き刺したニードル部材４６ａは、軸線Ａｘが本体部４４の他端面４４ａ側で交差するように本体部４４に配置されている。これにより、突き刺された補助基材１２は、このニードル部材４６ａによって本体部４４の他端面４４ａ側に拘束される。つまり、保持部４６は、ニードル部材４６ａで突き刺した補助基材１２を本体部４４の他端面４４ａ側に保持する。なお、補助基材１２が他端面４４ａ側に保持されている状態では、プッシャ４５のロッド部材４５ａは、図３に示すように、他端面４４ａから突き出していない。

そして、図５に示すように、マテリアルハンドリングロボット４０は、ハンド部４３で保持した補助基材１２の保温を開始する。具体的には、本体部４４（図３参照）に内蔵されたヒータ４７（図３参照）が補助基材１２を加熱する。これによりＬＦＴ−Ｄ押出機から押し出された補助基材１２は、可塑化された状態が維持される。
次いで、マテリアルハンドリングロボット４０は、補助基材１２を保持したハンド部４３を、三次元的に移動させて、補助基材１２を金型３１内に配置する。

このような補助基材１２の配置工程においては、前記のように、補助基材１２（図１参照）のプリフォーム工程が並行して行われる（図４のステップＳ２参照）。

図６に示すように、プリフォーム工程における製造装置２０は、マテリアルハンドリングロボット４０がハンド部４３に保持した補助基材１２をプッシャ４５によって下型３１ｂに移行させる。

このプリフォーム工程における製造装置２０の動作についてさらに詳しく説明する。
図７（ａ）に示すように、プリフォーム工程におけるハンド部４３は、金型３１（下型３１ｂ）の所定の位置に補助基材１２を移動させる。
この際、保持部４６のニードル部材４６ａは、前記のように、補助基材１２を突き刺して本体部４４の他端面４４ａに保持している。プッシャ４５のロッド部材４５ａは、前記の基準位置にあって他端面４４ａから突き出していない。

次に、このプリフォーム工程では、図７（ｂ）に示すように、保持部４６のニードル部材４６ａは、本体部４４内に後退することで補助基材１２を保持部４３から解放する。そして、プッシャ４５のロッド部材４５ａは、他端面４４ａから突き出すことで、補助基材１２を金型３１（下型３１ｂ）側に向けて押圧する。これにより、補助基材１２は、本体部４４の他端面４４ａ側から離脱して金型３１の下型３１ｂに移行する。

そして、図７（ｃ）に示すように、プッシャ４５のロッド部材４５ａは、補助基材１２を下型３１ｂに押圧するように駆動する。この際、ハンド部４３は、駆動部（図示を省略）及びアーム部４２によってキャビィティ内壁面に沿って移動しながら、ロッド部材４５ａを進退させて補助基材１２を下型３１ｂに複数回押し付ける。ロッド部材４５ａの先端は、キャビィティ内壁面に形成される入り隅や凹部に補助基材１２が入り込んで密着するように補助基材１２を押圧する。これにより補助基材１２は、下型３１ｂのキャビティ形成面に沿うように追従変形してプリフォーム工程は終了する。

次に、本実施形態における製造方法では、主基材１１（図１参照）が金型３１（図２参照）内に配置される（図４のステップＳ３参照）。

この主基材１１の配置工程は、加熱された補助基材１２（図１参照）を介して金型３１（下型３１ｂ）上に可塑化した主基材１１を配置することで行われる。この際、主基材１１は、金型３１（下型３１ｂ）に接触しないように、補助基材１２上に配置されることが望ましい。
この主基材１１の配置工程においては、図８に示すように、製造装置２０の一対のマテリアルハンドリングロボット４０のうちの他方が、加熱された主基材１２を金型３１内に搬送する。

具体的には、例えば前記のＬＦＴ−Ｄ押出機から押し出されたフトン状（大型クッション状）の可塑化した主基材１２（図８中、二点鎖線で表す）をマテリアルハンドリングロボット４０（図８中、二点鎖線で表す）のハンド部４３（図８中、二点鎖線で表す）が本体部４４の他端面４４ａ側で保持する。このハンド部４３による主基材１２の保持動作は、前記の補助基材１２の保持動作と同様に実行される。そして、マテリアルハンドリングロボット４０は、ヒータ４７（図３参照）で保温して可塑化状態を維持した主基材１１を金型３１内に配置する。

次に、本実施形態における製造方法では、金型３１内での補助基材１２と主基材１１との圧縮一体成形が行われる（図４のステップＳ４）。

この一体成形工程においては、補助基材１２上に主基材１１を配置したハンド部４３の待機位置への移動終了後、下型３１ｂと上型３１ａとの間に補助基材１２と主基材１１とを挟んで圧縮することで行われる。

この際、昇降部３３は、上型３１ａを下型３１ｂに向けて下降させるとともに、上型３１ａを下型３１ｂに対して所定圧で押圧する。これにより主基材１１が金型３１内で流動し、補助基材１２と一体となって金型３１内のキャビティ内に補助基材１２と主基材１１との一体成形体である熱可塑性樹脂複合材１０（図１参照）を形成する。
なお、部品の形状制約等により補助基材１２上に主基材１１を配置する事ができず、主基材１１の流動により補助基材１２が形態を保持できず、流動による変形、配置乱れ、層間剥離などの不具合を生じる場合、上型３１ａに補助基材１２の形態維持の為にパッド、ピンなどの位置保持用可動機構を備えている事がさらに望ましい。
ちなみに、本実施形態での金型３１の温度としては、使用する熱可塑性樹脂の種類に応じて、例えば１００℃〜２００℃程度を想定しているがこれに限定されるものではない。

そして、本実施形態における製造方法は、一体成形された熱可塑性樹脂複合材１０を金型３１から取り出すことで一連の工程を終了する。

＜作用効果＞
次に、本実施形態の製造方法及び製造装置が奏する作用効果について説明する。
本実施形態に係る製造方法及び製造装置では、金型３１（下型３１ｂ）内に熱可塑性樹脂を含む主基材１１が配置される際に、予め加熱された補助基材１２を介して主基材１１が配置される。このような本実施形態によれば、補助基材１２の熱によって金型３１内での熱可塑性樹脂の流動性が良好に維持される。

また、本実施形態では、熱可塑性樹脂を含む主基材１１と補助基材１２とを金型３１内で圧縮し、一体成形することで熱可塑性樹脂複合材１０が得られる。本実施形態では、従来の技術（例えば、特許文献１、２参照）と異なって、熱硬化性樹脂を硬化させるための加熱工程を省略することができるので、生産性に優れる。

また、一般に、機械的強度の高い樹脂複合材を金型内で圧縮成形して得ようとすると、原材料の金型追従性が不十分なため、例えばシート状の原材料を細分化したものを金型内に配置する方法がとられることがあった。そのため、この方法では樹脂複合材の生産性に乏しい問題があった。これに対して本実施形態では、金型３１内での熱可塑性樹脂の流動性が良好に維持されるので、シート状の原材料を細分化する必要もない。よって、本実施形態では、細分化工程が省略されて熱可塑性樹脂複合材１０の生産性に優れる。

また、熱可塑性樹脂をマトリックスとし、これに炭素繊維を加えた樹脂成形品の強度を高めようとすると、前記のとおり、金型内での熱可塑性樹脂の流動性が不十分となってウェルドラインやヒケなどの発生原因となる。また、このような熱可塑性樹脂の流動性を改善するために、ヒートアンドクール金型を使用した成形法が考えられる。この成形法では、樹脂成形品の成形時には金型温度を高くして金型内での熱可塑性樹脂の流動性を良好に維持し、その後、金型温度を低くして金型内の熱可塑性樹脂を冷却・固化させてから金型から樹脂成形品を取り出す。しかし、この成形法では、金型温度の昇降に時間を要するため成形サイクルタイムが延びる問題があった。

これに対して、本実施形態では、成形時の型締めから成形品の取り出しの型開きまで、金型温度を昇降させる必要がないので、成形サイクルタイムが延びることもなく生産性に優れる。
なお、本実施形態は、金型の冷却を排除するものではなく、金型を冷却する構成を含むこともできる。

また、一般に金型内にシート状の原材料を配置してこれを圧縮成形する場合、このシート状の原材料をプリフォームする方法がある。このプリフォーム法は、シート状の原材料の金型追従性を補うもので、原材料を金型に配置する前に、別の金型を使用して原材料に予備成形を加える。このプリフォーム法は、原材料の金型追従性が不十分なものに好適に使用される。
しかし、このプリフォーム法は、別の金型やプレス機が必要になるため製造設備が大きくなり、成形品の製造コストも増大する問題がある。また、プリフォーム法は、別の金型でプリフォームを行った後に本成形の金型に原材料を移すため、成形サイクルタイムが延びる問題もある。
これに対して、本実施形態は、熱可塑性樹脂複合材１０の成形に使用する金型３１内でプリフォームも行うため、成形品の製造コストが増大することもなく、成形サイクルタイムが延びる問題もない。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々変更することができる。
前記実施形態の製造方法では、製造装置２０（図２参照）を使用した製造方法について説明したが、前記の工程を行うものであれば、この製造装置２０に限定されるものではなく、他の構成の製造装置を使用することもできる。

前記実施形態の製造装置２０（図２参照）は、マテリアルハンドリングロボット（搬送機構）のハンド部４３がプッシャ４５（押圧機構）を有する構成となっている。つまり、製造装置２０（図２参照）では、マテリアルハンドリングロボット４０（搬送機構）とプッシャ４５（押圧機構）とが一体になっている。しかし、本発明の製造装置は、搬送機構と押圧機構とを別体で備えることもできる。このような搬送機構とは別体の押圧機構としては、図示は省略するが、例えば、アーム部４２（図２参照）とは別のアーム部によって三次元的に移動可能なベース部材と、このベース部材に取り付けられるにロッド部材４５ａ（図２参照）及びアクチュエータ４５ｂ（図２参照）を備えるものが挙げられる。

また、前記実施形態の製造装置２０（図２参照）においては、一対のマテリアルハンドリングロボット４０（図２参照）のうちの一方が補助基材１２（図５参照）を搬送し、他方が主基材１１（図８参照）を搬送する構成となっている。しかし、本発明の他の構成の製造装置においては、単一のマテリアルハンドリングロボット４０が主基材１１及び補助基材１２のそれぞれを搬送する構成とすることもできる。つまり、本発明の製造装置は、単一のマテリアルハンドリングロボット４０のみを有する構成とすることもできるし、２以上のマテリアルハンドリングロボット４０を有する構成とすることもできる。

また、前記実施形態の製造方法では、補助基材１２の配置工程における製造装置２０の動作（図５参照）、及び主基材１１の配置工程における製造装置２０の動作（図８参照）において、一対のマテリアルハンドリングロボット４０のうちのいずれかは動作を停止すること（待機状態）を想定している。
しかし、本発明の製造方法は、待機状態にあるマテリアルハンドリングロボット４０に、次の工程で必要になる主基材１１又は補助基材１２が予め準備されるように、各ハンド部４３に主基材１１又は補助基材１２を保持する動作を行わせることができる。これにより成形サイクルタイムはさらに短縮される。

１０ 熱可塑性樹脂複合材
１１ 主基材
１２ 補助基材
２０ 製造装置
３０ プレス機構
３１ 金型
３１ａ 上型
３１ｂ 下型
３２ ベース
３３ 昇降部
４０ マテリアルハンドリングロボット（搬送機構）
４１ 支持部
４２ アーム部
４３ ハンド部
４４ 本体部
４５ プッシャ（押圧機構）
４５ａ ロッド部材
４５ｂ アクチュエータ
４６ 保持部
４６ａ ニードル部材
４６ｂ アクチュエータ
４７ ヒータ
４８ 取付部
Ａｘ 軸線

Claims (7)

1. 熱可塑性樹脂を含む主基材とシート状の補助基材とを一体成形して複合化する熱可塑性樹脂複合材の製造方法であって、
   前記補助基材を加熱する工程と、
   加熱した前記補助基材を金型内に配置する工程と、
   前記金型内に前記補助基材を介して前記主基材を配置する工程と、
   前記金型を型締めし、前記補助基材と前記主基材とを圧縮して一体成形する工程と、
   一体成形された前記熱可塑性樹脂複合材を前記金型から取り出す工程と、
   を有することを特徴とする熱可塑性樹脂複合材の製造方法。
2. 請求項１に記載の熱可塑性樹脂複合材の製造方法において、
   加熱した前記補助基材を前記金型内に配置する工程の後、前記金型内に前記主基材を配置する前に、前記補助基材を前記金型に向けて押圧する工程を有することを特徴とする熱可塑性樹脂複合材の製造方法。
3. 請求項１又は請求項２に記載の熱可塑性樹脂複合材の製造方法において、
   前記補助基材を加熱する工程の後、加熱した前記補助基材を保温しながら前記金型内に配置することを特徴とする熱可塑性樹脂複合材の製造方法。
4. 請求項１から請求項３のいずれか1項に記載の熱可塑性樹脂複合材の製造方法において、
   前記主基材には、前記熱可塑性樹脂に所定長さの炭素繊維が分散して含まれていることを特徴とする熱可塑性樹脂複合材の製造方法。
5. 熱可塑性樹脂を含む主基材とシート状の補助基材とを一体成形して複合化する熱可塑性樹脂複合材の製造装置であって、
   前記主基材と前記補助基材とを一体成形する金型と、
   予め加熱された前記補助基材を前記金型内に配置するとともに、前記金型内に前記補助基材を介して前記主基材を配置する搬送機構と、
   前記金型内に前記主基材を配置する前に前記補助基材を前記金型に向けて押圧する押圧機構と、
   を備えることを特徴とする熱可塑性樹脂複合材の製造装置。
6. 請求項５に記載の熱可塑性樹脂複合材の製造装置において、
   前記搬送機構は、少なくとも予め加熱された前記補助基材を保温するヒータをさらに備えることを特徴とする熱可塑性樹脂複合材の製造装置。
7. 請求項５又は請求項６に記載の熱可塑性樹脂複合材の製造装置において、
   前記金型は、少なくとも予め加熱された前記補助基材の形態を維持する位置保持用可動機構をさらに備えることを特徴とする熱可塑性樹脂複合材の製造装置。

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