JP2013252644A - 樹脂複合体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】より作業性が良く、繊維強化熱可塑性樹脂に含まれている強化繊維がよれることを防止することができる、繊維強化熱可塑性樹脂と射出成型用樹脂との樹脂複合体の製造方法を提供する。
【解決手段】所定方向に揃えた強化繊維を熱可塑性樹脂にてテープ状またはシート状に固めた繊維強化熱可塑性樹脂１０と射出成型用樹脂との樹脂複合体の製造方法において、繊維強化熱可塑性樹脂１０の一方端の側を金型２０に固定し、固定した繊維強化熱可塑性樹脂１０の一方端の側から他方端の側に向かって射出成型用樹脂をゲート３３から流し込んで、繊維強化熱可塑性樹脂と射出成型用樹脂とを一体化する、樹脂複合体の製造方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、強化繊維を熱可塑性樹脂にて固めた繊維強化熱可塑性樹脂と、射出成型用樹脂と、の樹脂複合体の製造方法に関する。

近年、射出成型用樹脂による樹脂成型体の剛性をより向上させる方法として、強化繊維を含む繊維強化熱可塑性樹脂を樹脂成型体の表面に貼り付けるという方法がある。この方法を用いることで、比較的軽量である樹脂成型体の剛性をより向上させることができる。
繊維強化熱可塑性樹脂は、所定方向（例えば一方向）に揃えた強化繊維を熱可塑性樹脂にて固めたテープ状またはシート状の部材であり、一般的には強化繊維の方向を長手方向とするテープ状に形成されており、強化繊維の方向に対する引張り強度を向上させるために用いられる。
この繊維強化熱可塑性樹脂を、樹脂成型体の表面（貼付面）の形状に沿うように密着させて固定することで、樹脂成型体の強度（強化繊維の方向の引張り強度）を向上させることができる。
なお、対象とする樹脂成型体の強度をより向上させるためには、より厚い繊維強化熱可塑性樹脂を貼り付けることが必要であるが、繊維強化熱可塑性樹脂は、常温では厚くなるにしたがって湾曲しにくくなり、樹脂成型体の貼付面が湾曲している場合は密着させることが困難となる。例えば厚さが０．５［ｍｍ］以下の繊維強化熱可塑性樹脂であれば、常温であっても比較的自由に湾曲させることが可能である。しかし、厚さが１［ｍｍ］を超えるような繊維強化熱可塑性樹脂は、常温では自由な形状に湾曲させることが非常に困難であり、無理に湾曲させると折れてしまう。

例えば特許文献１に記載された従来技術では、図６（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、コアインサート１７０を金型１３０にセットし、本皮または合成皮革よりなる表皮１１０の端末部を、コアインサート１７０の外周縁に嵌合する入子１６１、１６２にて金型１３０に固定している。そして、金型１３０と金型１２０とを嵌合させた後、表皮１１０とコアインサート１７０との間に樹脂を充填するステアリングホイールパッドの製造方法が開示されている。
また、例えば特許文献２に記載された従来技術では、厚さが３．８［ｍｍ］のプレート状の繊維強化熱可塑性樹脂を用い、まず繊維強化熱可塑性樹脂を表面温度が２２０［℃］になるまで加熱して軟化させている。そして軟化させた繊維強化熱可塑性樹脂を、上金型と下金型にてプレスして、繊維強化熱可塑性樹脂を折ることなく所望する形状に賦形している。更に、上金型と下金型の間隔が所定間隔となるように金型を離間させるとともに賦形した繊維強化熱可塑性樹脂を下金型に密着させておき、繊維強化熱可塑性樹脂と上金型との間に射出成型用樹脂を充填することで、賦形した繊維強化熱可塑性樹脂と射出成型用樹脂との樹脂複合体を得ている。

特開昭６２−１３２６２２号公報 特開平５−１８５４６６号公報

特許文献１に記載された従来技術において、表皮の代わりに繊維強化熱可塑性樹脂を用いた場合、繊維強化熱可塑性樹脂を予め適切なサイズに切断して外周縁を入子１６１、１６２にて金型１３０に固定する必要がある。しかし、繊維強化熱可塑性樹脂は表皮のような伸縮性を有していないので、長さが長すぎるまたは短すぎる場合、所望する形状の樹脂複合体を得ることができない。繊維強化熱可塑性繊維は表皮と異なり伸縮しないので、外周縁を金型に固定した繊維強化熱可塑性樹脂が短すぎる場合は射出成型用樹脂を充分に充填できずに不良品となる。また、繊維強化熱可塑性樹脂が長すぎる場合は余った繊維強化熱可塑性樹脂が大きな「しわ」となって不良品となる。従って、歩留まりが悪化する。しかし、伸縮しない繊維強化熱可塑性繊維を、たるみを有する状態で固定するとともに、たるみを有する個所の長さをより正確な長さに設定するには、非常に困難であり、作業性が良くない。
また、特許文献２に記載された従来技術では、厚さが３．８［ｍｍ］もある繊維強化熱可塑性樹脂を用いるため、まず繊維強化熱可塑性樹脂の表面が２２０［℃］になるまで加熱して折れないように軟化させている。しかし、加熱された繊維強化熱可塑性樹脂を作業者が金型にチャージするには、温度が高温（２２０［℃］）であるので火傷等の懸念があり、しかも軟化していて扱いづらいためハンドリング性が悪く、作業性が良くない。さらには、繊維強化熱可塑性樹脂が軟化しているので、金型内にチャージする際や、金型にてプレスした際に、繊維強化熱可塑性樹脂に含まれている強化繊維がよれてしまい（強化繊維が一方向に揃っていない状態になり）、所望する強度を得られなくなる可能性がある。
本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、より作業性が良く、繊維強化熱可塑性樹脂に含まれている強化繊維がよれることを防止することができる、繊維強化熱可塑性樹脂と射出成型用樹脂との樹脂複合体の製造方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る樹脂複合体の製造方法は次の手段をとる。
まず、本発明の第１の発明は、所定方向に揃えた強化繊維を熱可塑性樹脂にてテープ状またはシート状に固めた繊維強化熱可塑性樹脂と射出成型用樹脂との樹脂複合体の製造方法において、繊維強化熱可塑性樹脂の一方端の側を金型に固定し、固定した前記繊維強化熱可塑性樹脂の前記一方端の側から他方端の側に向かって前記射出成型用樹脂を流し込んで、前記繊維強化熱可塑性樹脂と前記射出成型用樹脂とを一体化する、樹脂複合体の製造方法である。

この第１の発明によれば、金型に固定した繊維強化熱可塑性樹脂の一方端の側から他方端の側に向かって射出成型用樹脂を流し込むことで、射出成型用樹脂の圧力を利用して、繊維強化熱可塑性樹脂を所望する方向に張るとともに金型の型面に押し付け、射出成型用樹脂の熱を利用して繊維強化熱可塑性樹脂を軟化させるとともに金型の形状に賦形し、樹脂複合体の表面と一体化させる。
このように、金型に繊維強化熱可塑性樹脂をチャージする際は繊維強化熱可塑性樹脂が常温であるので、より作業性が良く、繊維強化熱可塑性樹脂に含まれている強化繊維がよれることを防止することができる、繊維強化熱可塑性樹脂と射出成型用樹脂との樹脂複合体の製造方法を実現することができる。

次に、本発明の第２の発明は、上記第１の発明に係る樹脂複合体の製造方法であって、前記金型に前記射出成型用樹脂を流し込むゲートは、前記繊維強化熱可塑性樹脂の一方端の側であって、且つ前記繊維強化熱可塑性樹脂を挟んで前記繊維強化熱可塑性樹脂を接触させる前記金型の面の側とは反対の側に設けられている、樹脂複合体の製造方法である。

この第２の発明によれば、繊維強化熱可塑性樹脂を、所望する金型の型面に適切に押し付けることが可能であり、繊維強化熱可塑性樹脂に含まれている強化繊維がよれることを防止することができる。

次に、本発明の第３の発明は、前記繊維強化熱可塑性樹脂の厚さが所望する厚さとなるように複数の繊維強化熱可塑性樹脂を重ね、重ねた複数の前記繊維強化熱可塑性樹脂をまとめて第１の発明または第２の発明に記載の樹脂複合体の製造方法を用い、重ねた複数の前記繊維強化熱可塑性樹脂を融着させるとともに融着させた繊維強化熱可塑性樹脂を前記射出成型用樹脂と一体化する、樹脂複合体の製造方法である。

この第３の発明によれば、例えば常温であっても比較的自由に湾曲可能な厚さの繊維強化熱可塑性樹脂を、所望する厚さとなるように複数重ねる。
それぞれの繊維強化熱可塑性樹脂は常温であっても比較的自由に湾曲可能であるので、それぞれの繊維強化熱可塑性樹脂は、折れることなく射出成型用樹脂の圧力にて金型の型面に押し付けられる。そして、重ねられた繊維強化熱可塑性樹脂は、射出成型用樹脂の熱にて融着するとともに金型の形状に賦形され、所望する厚さを有する１本の繊維強化熱可塑性樹脂となる。
このように、より作業性が良く、繊維強化熱可塑性樹脂に含まれている強化繊維がよれることを防止することができる、繊維強化熱可塑性樹脂と射出成型用樹脂との樹脂複合体の製造方法を実現することができる。

本発明の樹脂複合体の製造方法を説明する図であり、金型２０、金型３０、繊維強化熱可塑性樹脂１０、チャック４１、４２等の外観の例を説明する斜視図である。 繊維強化熱可塑性樹脂１０の一方端の側を金型２０に固定した状態を説明する断面図である。 図２に対して、ゲート３３から射出成型用樹脂５０を、金型２０と金型３０に囲まれた型空間Ｃに流し込んでいる状態を説明する断面図である。 図３に対して、金型２０と金型３０に囲まれた型空間Ｃが、射出成型用樹脂５０にて充填された状態を説明する断面図である。 射出成型用樹脂５０による成型体の表面（貼付面）に、繊維強化熱可塑性樹脂１０を密着及び固定させた樹脂複合体６０の外観の例を説明する斜視図である。 従来の、樹脂複合体の製造方法の例を説明する図である。

以下に本発明を実施するための形態を図面を用いて説明する。なお、各図においてＸ軸とＹ軸とＺ軸は互いに直交しており、Ｘ軸は前後方向を示しており、Ｙ軸は左右方向を示しており、Ｚ軸は上下方向を示している。
●［繊維強化熱可塑性樹脂１０と射出成型用樹脂５０との樹脂複合体の製造方法（図１〜図４）］
繊維強化熱可塑性樹脂は、所定方向（例えば一方向）に揃えた複数の強化繊維（例えば炭素繊維）を熱可塑性樹脂にて固めたテープ状またはシート状の部材であり、強化繊維の方向における引張り強度が非常に大きい。
図５に示すように、射出成型用樹脂５０による成型体において、強度（引張り強度）の向上を所望する個所（貼付面）に、繊維強化熱可塑性樹脂１０を密着させて固定することで、対象物の強度（引張り強度）を向上させることができる。なお貼付面は、対象物にもよるが、通常は直線状の平面でなく、図５の例に示すように湾曲あるいは屈曲していることが多い。

繊維強化熱可塑性樹脂１０は、厚さが例えば０．５［ｍｍ］以下であれば、常温であっても比較的自由に湾曲させることが可能である。しかし、厚さが例えば１［ｍｍ］を越えるような繊維強化熱可塑性樹脂は、常温では直線状の状態から湾曲させることが非常に困難であり、無理に湾曲させると折れてしまう。
対象物の強度をより向上させるためには、より厚い繊維強化熱可塑性樹脂１０が必要である。しかし、より厚い（例えば厚さが１［ｍｍ］以上）繊維強化熱可塑性樹脂を用いる際、対象物の貼付面が湾曲あるいは屈曲している場合は、この湾曲形状あるいは屈曲形状に沿うように、繊維強化熱可塑性樹脂１０を賦形する必要がある。

そこで、図１〜図４に示す繊維強化熱可塑性樹脂と射出成型用樹脂との樹脂複合体の製造方法を用いる。
金型２０及び金型３０にて囲まれる型空間Ｃ（図２参照）は、射出成型用樹脂による成型体の形状を有している。
また金型２０には、繊維強化熱可塑性樹脂１０の一方端の側を固定したチャック４２を収容可能なチャック収容部２３が形成されている。
なお本実施の形態の説明では、繊維強化熱可塑性樹脂１０を金型２０の型面２２に密着させるので、射出成型用樹脂５０を流し込むゲート３３は、金型３０に設けられている。
ゲート３３は、金型２０に固定された繊維強化熱可塑性樹脂１０の一方端の側であって、且つ繊維強化熱可塑性樹脂１０を挟んで、繊維強化熱可塑性樹脂を接触させる金型２０の型面２２の側とは反対の側に設けられている。
チャック４１とチャック４２は、繊維強化熱可塑性樹脂１０の一方端の側を挟持する。そしてチャック４２は、金型２０のチャック収容部２３に収容される。これにより、繊維強化熱可塑性樹脂１０の一方端の側が金型２０に固定される。
なお、本実施の形態では、繊維強化熱可塑性樹脂１０の一方端の側をチャック４１、４２及びネジ４３にて金型２０に固定する例を説明するが、繊維強化熱可塑性樹脂１０の一方端の側を金型２０に固定する方法は、チャックに限定されず、種々の方法が考えられる。
また、繊維強化熱可塑性樹脂１０は、所望する厚さとなるように単数または複数枚が重ねられる。なお、図１の例では３枚の繊維強化熱可塑性樹脂１０を重ねた例を示しているが、３枚に限定されず、１枚でも良いし、２枚以上の複数枚であってもよい。

以下、約３［ｍｍ］の厚さの繊維強化熱可塑性樹脂１０を、射出成型用樹脂による成型体の表面に密着及び固定させた、樹脂複合体の製造方法の例について説明する。
まず、作業者は、常温であっても比較的自由に湾曲可能な厚さを有する繊維強化熱可塑性樹脂１０を、所望する厚さとなる枚数分、用意する。
例えば、比較的自由に湾曲可能な約０．３［ｍｍ］の厚さの繊維強化熱可塑性樹脂１０を１０枚重ねて、所望する３［ｍｍ］の厚さとする。この場合、繊維強化熱可塑性樹脂１０のそれぞれは０．３［ｍｍ］の厚さであるので、重ねた状態であっても、それぞれの繊維強化熱可塑性樹脂１０を、比較的自由に湾曲させることができる。
そして作業者は、常温において、重ねた１０枚の繊維強化熱可塑性樹脂１０の一方端をチャック４１、４２にて挟持して、金型２０のチャック収容部２３にチャック４２を収容する。そして作業者は、金型３０を金型２０に嵌合させる。この状態の断面図を図２に示す。
なお、この時点において金型２０及び金型３０は加熱されてなく、常温である。つまり、繊維強化熱可塑性樹脂１０も金型２０、３０も常温であるので、作業者は火傷の心配がなく、安全に作業することが可能であり、作業性が良い。また繊維強化熱可塑性樹脂１０が常温であり、繊維強化熱可塑性樹脂１０が軟化していないのでハンドリング性が良く、しかも強化繊維がよれることもない。更に、繊維強化熱可塑性樹脂１０のそれぞれは０．３［ｍｍ］の厚さであるので、常温でも比較的自由に湾曲させることができる。

次に作業者は、溶融して所定温度の射出成型用樹脂５０を所定の圧力にてゲート３３から流し込む。すると図３に示すように、ゲート３３から金型２０及び金型３０に囲まれた型空間Ｃに流し込まれた射出成型用樹脂５０は、繊維強化熱可塑性樹脂１０の一方端の側から他方端の側に向かって充填されていく。
このとき、流し込まれた射出成型用樹脂５０は、圧力Ｐにて繊維強化熱可塑性樹脂１０を金型２０の型面２２に押し付けながら、繊維強化熱可塑性樹脂１０の他方端の側へと充填されていく。ゲート３３が、繊維強化熱可塑性樹脂１０の一方端の側であって、且つ繊維強化熱可塑性樹脂１０を挟んで、繊維強化熱可塑性樹脂を接触させる金型２０の型面２２の側とは反対の側に設けられているので、繊維強化熱可塑性樹脂を張りたい方向へと射出成型用樹脂５０を流すことができる。また、複数の繊維強化熱可塑性樹脂１０のそれぞれは常温であっても比較的自由に湾曲可能な厚さであるので、型面２２の形状に沿って所望する形へと賦形される。
このように、繊維強化熱可塑性樹脂１０は、射出成形用樹脂５０にて、他方端の側に向かって張られるように金型２０の型面２２に押し付けられるとともに、射出成形用樹脂５０の熱にて互いに融着するとともに型面２２の形状に沿って賦形されていく。
更に射出成形用樹脂５０がゲート３３から流し込まれると、やがて図４に示すように、金型２０及び金型３０にて囲まれた型空間Ｃは、射出成形用樹脂５０にて充填される。
その後は、所定の温度管理を行って徐々に冷却（除熱）すればよい。そして、図５の例に示すように、射出成形用樹脂５０の成型体における所望する表面に、所望する厚さの繊維強化熱可塑性樹脂１０が賦形されて密着及び固定された樹脂複合体６０を得ることができる。

以上、本実施の形態にて説明した樹脂複合体の製造方法では、金型に繊維強化熱可塑性樹脂をチャージした後に溶融した射出成形用樹脂を流し込んでおり、繊維強化熱可塑性樹脂を軟化させた状態で金型にチャージするわけではないので、ハンドリング性が良い。
また、金型にチャージする際は常温であり繊維強化熱可塑性樹脂が軟化していないので強化繊維がよれることがない。また、溶融した射出成形用樹脂を充填させて繊維強化熱可塑性樹脂を軟化させる場合は、ゲート３３の位置を適切な位置に設けているので、射出成形用樹脂の流れにて、繊維強化熱可塑性樹脂を一方端の側から他方端の側に向かって適度に張ることが可能であり、強化繊維がよれることがない。
また、所望する厚さの繊維強化熱可塑性樹脂が比較的自由に湾曲可能でない厚さである場合、比較的自由に湾曲可能な厚さの繊維強化熱可塑性樹脂を、所望する厚さとなるように複数枚重ねることで、繊維強化熱可塑性樹脂を折ることなく加熱（融着）して、所望する厚さを有して所望する形状に賦形された繊維強化熱可塑性樹脂を容易に得ることができる。そして、重ねた複数の繊維強化熱可塑性樹脂を融着させるとともに融着させた繊維強化熱可塑性樹脂を射出成型用樹脂と一体化した樹脂複合体を、容易に得ることができる。
また、本実施の形態の説明では、繊維強化熱可塑性樹脂に含まれている強化繊維の方向が一方向の例を用いて説明したが、複数方向（所定方向）に強化繊維が含まれている繊維強化熱可塑性樹脂に適用することも可能である。この場合、特に強度を必要とする方向の強化繊維の方向に沿って繊維強化熱可塑性樹脂を金型にセットすればよい。

本発明の樹脂複合体の製造方法は、本実施の形態で説明した方法、治具（金型等）に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。
また、本実施の形態の説明に用いた数値は一例であり、この数値に限定されるものではない。

１０ 繊維強化熱可塑性樹脂
２０、３０ 金型
２２、３２ 型面
３３ ゲート
４１、４２ チャック
５０ 射出成型用樹脂
６０ 樹脂複合体
Ｃ 型空間

Claims (3)

1. 所定方向に揃えた強化繊維を熱可塑性樹脂にてテープ状またはシート状に固めた繊維強化熱可塑性樹脂と射出成型用樹脂との樹脂複合体の製造方法において、
   繊維強化熱可塑性樹脂の一方端の側を金型に固定し、
   固定した前記繊維強化熱可塑性樹脂の前記一方端の側から他方端の側に向かって前記射出成型用樹脂を流し込んで、前記繊維強化熱可塑性樹脂と前記射出成型用樹脂とを一体化する、
   樹脂複合体の製造方法。
2. 請求項１に記載の樹脂複合体の製造方法であって、
   前記金型に前記射出成型用樹脂を流し込むゲートは、前記繊維強化熱可塑性樹脂の一方端の側であって、且つ前記繊維強化熱可塑性樹脂を挟んで前記繊維強化熱可塑性樹脂を接触させる前記金型の面の側とは反対の側に設けられている、
   樹脂複合体の製造方法。
3. 前記繊維強化熱可塑性樹脂の厚さが所望する厚さとなるように複数の繊維強化熱可塑性樹脂を重ね、
   重ねた複数の前記繊維強化熱可塑性樹脂をまとめて請求項１または２に記載の樹脂複合体の製造方法を用い、重ねた複数の前記繊維強化熱可塑性樹脂を融着させるとともに融着させた繊維強化熱可塑性樹脂を前記射出成型用樹脂と一体化する、
   樹脂複合体の製造方法。
   
   

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