JP2013126746A - 入れ駒を用いた成形体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】強化繊維と樹脂のプレス成形において、プリプレグの流動性を低下することなく良賦形性を維持した状態でバリの発生を最小限に抑えることが出来る成形体の製造方法を提供する。
【解決手段】平均繊維長１〜１００ｍｍの強化繊維と樹脂とを含んでなるプリプレグを、下記１）〜３）を満たす入れ駒を有し、かつクローズドキャビティ構造を有する金型の内部に配置しプレスする、入れ駒を用いた成形体の製造方法。
１）加熱機構を有し、
２）型閉時に金型と一体となって動作し、
３）プレスの際の金型とのクリアランスが１／１００〜１０／１００ｍｍ
【選択図】図１

Description

本発明は入れ駒を用いた成形体の製造方法に関する。詳しくは、強化繊維と樹脂からなるプリプレグを、入れ駒を有する金型を用いて成形する成形体の製造方法に関し、特に、プリプレグの流動性を維持した状態でかつ、バリが少ない成形体を提供するための製造方法に関する。

従来長繊維と樹脂を複合化した材料をプレスして賦形する技術はSMCに代表される熱硬化性ポリエステル樹脂を溶剤等を用いて含浸させ、その含浸された材料を型内に設置し、プレス機を用いてプレスすることで賦形し、金型温度で固化反応を促進する方法である。この方法は熱硬化性樹脂の特徴である樹脂粘度の低さで十分な流動性を得られるが、その反面、成形品端面にバリを発生させてしまうことが多かった。

近年、ガラス繊維にポリプロピレン樹脂を含浸させた熱可塑性樹脂複合材料も一部市販されているが、利用例が少ないのが現状である。この理由はSMCの賦形方法をそのまま踏襲しているためである。即ち、樹脂を熱可塑性樹脂に変えることで、材料を予め加熱する工程がさらに増え、プレス金型にて賦形した材料を冷却して取り出す。因って、熱硬化性樹脂のような良好な流動性が得られず薄肉化が困難で、得られる特性、強度等が不十分であり、バリの処理も必要であった。バリの処理にはいくつか方法があるが、特許文献１のように金型から取り出した成形品をバリ処理のための装置で加工するため、工程が煩雑になり、生産サイクルが低下してしまう課題がある。また、特許文献２のように金型構造でバリの発生を抑制するものもあるが、金型温度は樹脂の融点以下であるため、長繊維と樹脂の複合材料では流動性が低下し物性も発現しにくい問題がある。

特開２０００−１４１５０１号公報 特開２００７−５５２６６号公報

本発明の目的は、強化繊維と樹脂のプレス成形において、プリプレグの流動性を低下することなく良賦形性を維持した状態でバリの発生を最小限に抑えることが出来る成形体の製造方法を提供するものであり、表面の樹脂ヒケを成形体の片面（入れ駒面）のみに発生させ、もう一方の面は表面性に優れた成形体を提供することが出来る製造方法である。

本発明は以下の通りのものである。
［１］平均繊維長１〜１００ｍｍの強化繊維と樹脂とを含んでなるプリプレグを、下記１）〜３）を満たす入れ駒を有し、かつクローズドキャビティ構造を有する金型の内部に配置しプレスする、入れ駒を用いた成形体の製造方法。
１）加熱機構を有し、
２）型閉時に金型と一体となってまたは金型の動きと独立して動作し、
３）プレスの際の金型とのクリアランスが１／１００〜１０／１００ｍｍ

また、本発明は以下のものも包含する。
［２］並行に相対する２つの平面を有する成形体の一方の面（面Ａ）と、当該一方の面と並行に相対する反対側の面（面Ｂ）における、下記式（１０）で表わされる算術平均粗さＲａの比の値が１．２〜３０であることを特徴とする成形体。
面Ｂの表面粗さ（Ｒａ）／面Ａの表面粗さ（Ｒａ）・・・（１０）
［３］強化繊維と樹脂とを含んでなるプリプレグをプレスにより成形するための金型であって、下記１）〜３）を満たす入れ駒を有し、かつクローズドキャビティ構造を有する金型。
１）加熱機構を有し、
２）型閉時に金型と一体となってまたは金型と独立して動作し、
３）プレスの際の金型とのクリアランスが１／１００〜１０／１００ｍｍ

本発明の製造方法により、樹脂の流動性を損なうことなくプレスすることができるので、物性の低下が防げ、その結果、強度特性等に優れ、特にウェルド部等の強度に優れた成形体を提供することが出来る。また、実質的に入れ駒部分のみを加熱する成形なので成形サイクルも短縮できる。さらに本発明の製造方法によれば、得られる成形体の入れ駒に接する面（入れ駒面）とその反対面とで成形体の冷却速度に差をつけることが出来るため、樹脂ヒケを入れ駒面に集中させ、該入れ駒面と反対面の成形体の表面性を向上させた成形体を提供できる。さらには、機械的には入れ駒部分のみでプリプレグを加圧するため、低い圧力での成形が可能となり、かつバリの発生も抑制することができる。

本発明に用いる金型の代表的な構造図である。 本発明における成形過程中の金型の動きを表わす模式図である。

［金型構造］
本発明における金型構造の一例を図１に示す。以下、金型構造に関して、図１を用いて詳細を説明する。
本発明における金型は、大きく分けて上型（１）と下型（２）から構成されている。プリプレグが充填される空間は入れ駒（３）、コアプレート（５）、キャビプレート（８）に接している。

入れ駒（３）には、当該入れ駒（３）を加熱するための機構が備えてある。加熱するための機構とは、例えば誘導加熱、電気ヒーター加熱、水蒸気加熱、温水加熱等を採用することが出来る。それぞれ単体の方法で加熱しても良いし、それらの組み合わせで使用することも出来る。また、当該入れ駒（３）は、金型の型開時にはコアプレート（５）とは空気の層（１４）で断熱されており、当該入れ駒（３）の熱はコアプレート（５）には伝導しにくい構造となっている。

当該入れ駒（３）の加熱機構は、５０℃〜４５０℃までの範囲に加熱できることが好ましい。かかる温度範囲内で温度制御できるので、種々の樹脂に適用することができる。５０度未満では、安定的に温度を制御することが難しく、４５０℃以上では鋼材の種類によっては、上記入れ駒（３）とコアプレート（５）とのクリアランス（１１）を調整することで成形できる場合もあるが、一般的には入れ駒（３）の熱膨張が大きくなり金型を損傷させてしまう可能性がある。特に好ましくは、１００℃〜２８０℃までの範囲で温度制御することが好ましい。

上記入れ駒（３）の金型上型（１）と向き合う面の形状には特に制限は無いが、入れ駒（３）は高温に加熱されることがあるためかかる形状が多角形であると、角部の線膨張によりコアプレート（５）へ傷をつける恐れがある。そのため、直線と角度を持った多角形よりも円形の方が加工精度も良好なものが作製でき好ましい。

また、上記入れ駒（３）とコアプレート（５）とのクリアランス（１１）は１／１００ｍｍ〜１０／１００ｍｍであり、より好ましくは３／１００ｍｍ〜７／１００ｍｍである。１／１００ｍｍ未満ではコアプレート（５）とのクリアランスが小さすぎるために入れ駒（３）をスムーズに動かすことが難しい。１０／１００ｍｍよりも大きいとクリアランスが大きすぎるため、成形時バリの発生につながる。
上記入れ駒（３）は同一の金型キャビティ内に複数個設けてもよい。

空間維持用装置（４）はコアプレート（５）とサポートプレート（６）の空間（１３）を維持するためのものである。空間維持用装置としてはシリンダー（液圧、空気圧等）、スペーサーブロック、スプリングを好ましく用いることができるが、機構が単純であるためスプリングを用いることがより好ましい。コアプレート（５）とサポートプレート（６）との空間（１３）は入れ駒（３）の移動可能距離（プリプレグ圧縮代）（１２）と等しくなる。エジェクターピン（７）は成形完了後に成形体を取り出す時に使用するものであり、エアシリンダー、油圧シリンダーなどの機構で動作させることが好ましい。

本発明で使用する金型はクローズドキャビティ構造を有している必要があるが、ここで言うクローズドキャビティ構造とはコア型とキャビ型、別の表現をすると上型と下型が合わさった時に１つの閉空間を作ることが出来る構造を有しているものであり、上型と下型をシャー構造にしたり、上型の面と下型の面を合わせる構造にすることで閉空間を作ることができる。シャー構造で閉空間を作ろうとすると上型と下型を擦ってしまい、金型の耐久性が著しく低下してしまう可能性があるため、好ましくは上型の面と下型の面を合わせる構造にすることが好ましい。

［金型／入れ駒材質］
本発明の金型に使用される材料の材質は一般用鋼材であれば特に制限は無いが、硬度４０ＨＲｃ以上のものを使用することが好ましい。具体的には、炭素鋼、合金鋼、超硬鋼等の鋼材を使用することが出来るが、金型の耐久性を向上させるために、例えば、熱処理、窒化処理、めっき処理、またはこれら処理を組み合わせて施すことが好ましい。本発明の入れ駒に使用される材料は、材質が硬度４０HRｃ以上のものが好ましい。硬度４０HRｃより低いと成形時の圧縮流動により金型表面に傷を生じてしまい金型の耐久性が低下する恐れがある。また当該材料は線膨張率が１．２×１０^−５以下であることが好ましい。具体的には、例えば熱間ダイス鋼、冷間ダイス鋼等の合金工具鋼、高速工具鋼、超硬鋼等の鋼材を使用することが出来る。

［プリプレグ］
本発明で使用するプリプレグは、通常、成形体製造用のシート材料であり、厚みが０．１ｍｍ〜１０ｍｍの範囲内のものである。好ましい厚みは０．５ｍｍ〜８．０ｍｍ、より好ましくは１．０ｍｍ〜６．０ｍｍである。０．１ｍｍより厚みが薄い場合は成形時に流動をさせることが実質的に困難であり、１０ｍｍよりも厚みが厚い場合は、プリプレグの均一な加熱が困難となる。
本発明におけるプリプレグは、強化繊維と樹脂とを含んでなる。ここで、強化繊維としては、例えば炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、バサルト繊維を使用することが出来るが、比強度、比剛性が高い炭素繊維を使用することが好ましい。

上記強化繊維の形態としては不連続繊維であり、平均繊維長１ｍｍ〜１００ｍｍのものを使用する。平均繊維長が１ｍｍ未満であると強化繊維による補強の効果が低くなり、１００ｍｍよりも長くなると流動性が低下し十分な流動を得られなくなる。好ましくは、平均繊維長５ｍｍ〜５０ｍｍである。なお、本発明で用いる強化繊維は平均繊維長が上記範囲であればよいが、長さが１ｍｍ以下の不連続繊維や１００ｍｍ以上の不連続繊維は強化繊維全体の２０重量％以下の割合で含んでもよいが、成形性に影響を及ぼすことがあるので、実質的には含まないことが好ましい。
上記強化繊維には、カップリング剤による処理、サイジング剤による処理、添加剤の付着処理などの表面処理が施されていてもよい。また、かかる強化繊維は、１種類を単独で用いてもよいし、２種類以上を併用してもよい。

また、本発明により機械強度にいっそう優れた成形体を得ようとする場合、好ましくは強化繊維の開繊程度をコントロールし、特定本数以上からなる強化繊維束と、それ以外の開繊された強化繊維を特定の割合で含むプリプレグを用いることが望ましい。すなわち、本発明に用いるプリプレグにおいては、下記式（１）
臨界単糸数＝６００／Ｄ （１）
（ここでＤは強化繊維の平均繊維径（μｍ）である）
で定義する臨界単糸数以上で構成される強化繊維束（Ａ）について、強化繊維全量に対する割合が２０Ｖｏｌ％以上９９Ｖｏｌ％以下であることが、より優れた機械物性を得る目的において好ましい。なお、かかるプリプレグには、強化繊維束（Ａ）以外の強化繊維として、単糸の状態または臨界単糸数未満で構成される繊維束が存在する。よりいっそう機械物性に優れた成形体を得ようとする場合の、強化繊維束（Ａ）の割合はより好ましくは３０Ｖｏｌ％以上９０Ｖｏｌ％未満であり、さらに好ましくは３０Ｖｏｌ％以上８０Ｖｏｌ％未満である。

さらに臨界単糸数以上で構成される強化繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）が下記式（２）
０．７×１０^４／Ｄ^２＜Ｎ＜１×１０^５／Ｄ^２ （２）
（ここでＤは強化繊維の平均繊維径（μｍ）である）
を満たすことが好ましい。上記式（２）は、下記式（２’）
０．７×１０^４／Ｄ^２＜Ｎ＜６．０×１０^４／Ｄ^２ （２’）
を満たすことがより好ましい。
強化繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）が０．７×１０^４／Ｄ^２以下の場合、高い繊維体積含有率（Ｖｆ）を得ることが困難となる。また強化繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）が６．０×１０^４／Ｄ^２以上、特に１×１０^５以上の場合、プリプレグや最終製品である成形体において局部的に厚い部分が生じ、ボイド生成の原因となりやすい。

プリプレグを構成する樹脂としては、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂のいずれであってもよいが、成形サイクルが早いことや、金型の清掃が簡素化できること等の理由で熱可塑性樹脂が好適である。以下、本発明では樹脂として熱可塑性樹脂を用いた場合について説明する。
上記熱可塑性樹脂としては、特に制限は無いが、例えばポリプロピレン等のポリオレフィン、ナイロン等のポリアミド、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレートあるいはポリブチレンテレフタレート等のポリエステル、ポリ乳酸、ポリアセタール、ポリフェニレンスルフィド、ポリ（スチレン−アクリロニトリル−ブタジエン）系共重合体（ＡＢＳ樹脂）、ポリ（アクリロニトリル−スチレン）系共重合体（ＡＳ樹脂）あるいはハイインパクトポリスチレン（ＨＩＰＳ）等のスチレン系樹脂、ポリメチルメタクリレート等のアクリル系樹脂等を好ましく挙げることができる。これらの樹脂は２種類以上を組み合わせて（例えばブレンド）用いてもよい。

上記熱可塑性樹脂の形態としては特に制限が無く、例えば、フィルム、不織布、パウダー、繊維状のものが使用できるが、プリプレグを安定的に得るためにはフィルム、パウダーを使用することが好ましい。
プリプレグを構成する上記熱可塑性樹脂と上記強化繊維との量比に特に限定はないが、強化繊維１００容量部に対し、熱可塑性樹脂１００〜１０００容量部であることが好ましく、さらには熱可塑性樹脂１５０〜５００容量部であることが好ましい。
なお、上記プリプレグ中には、本発明の目的を損なわない範囲内で（例えば、強化繊維の量と上記樹脂の量の合計量の２０Ｖｏｌ％以下、好ましくは１０Ｖｏｌ％以下、より好ましくは５Ｖｏｌ％以下、さらにより好ましくは１Ｖｏｌ％以下の割合）、必要に応じて、例えば耐候安定剤、離型剤、樹脂着色剤、あるいはこれらの混合物を含んでいてもよい。

プリプレグの製造方法としては特に制限は無いが、例えば、強化繊維と熱可塑性樹脂とを重ね合わせた状態のものを加熱し加圧することにより得ることができる（以下、含浸成形体ということがある）。加熱温度としては、熱可塑性樹脂が結晶性の場合は融点以上の温度まで、非晶性の場合はガラス転移温度以上である。加熱方法としては、例えばオイルヒーター、電気ヒーター、誘導加熱、蒸気等を用いることができ、それらを組み合わせて用いることもできる。加圧方法は加圧機、例えばプレス機による加圧、スチールベルトによる加圧、ローラーによる加圧等を用いることができるが、安定的な含浸成形体を得るためにはプレス機を用いることが好ましい。
加熱・加圧完了後、当該含浸成形体の温度を固化温度以下まで冷却する。この時圧力はかけていてもかけていなくても構わないが、均一な含浸成形体を得るためには冷却している間も圧力をかけることが好ましい。

本発明におけるプリプレグは熱可塑性樹脂が完全に含浸したものを用いなくても良く、含浸率５０％〜１００％のものを用いることが出来るが好ましくは完全含浸させたものを用いるのが良い。ここで、含浸率とは含浸成形体の体積を１００％とし、含浸成形体に含まれる空気の体積を求め、含浸成形体の体積から減算することで求めることが出来る。上記の方法等により得られたプリプレグは、下記で説明する成形工程の「（ａ）プリプレグ投入工程」において、所望の温度に暖められた状態で金型に配置することで、良好な成形性と優れた生産性に寄与する。ここで所望の温度とは、用いられるプリプレグを構成する樹脂の種類、製造スピード、目的の成形体の形状などによって適宜設定される。

［成形工程］
以下、図２の（ａ）〜（ｅ）に基づき、本発明の成形工程に関して詳細を説明する。
（ａ）プリプレグ投入工程
所定の温度に加熱（ＯＮ状態）された入れ駒（３）の上部（金型上型（１）と向き合う面）に、所望の温度に加熱され軟化状態にあるプリプレグ（１５）を配置する。この時のプリプレグ（１５）の大きさ（面積）は入れ駒（３）部分の投影面積により決定することができる。ここで言う入れ駒（３）部分の投影面積とは入れ駒（３）を抜き方向から投影した面積を表す。プリプレグ（１５）を配置する際のプリプレグ（１５）は、入れ駒の当該投影面積に対して１００％以下の大きさ（面積）であることが好ましい。また下限値としては、２０％が好ましい。より好ましくは２０％〜８０％の範囲である。プリプレグ（１５）を配置する上記面積が２０％より小さいと流動距離が長くなり繊維配向や成形体の末端が流動不良になることがある。また８０％よりも大きいとプリプレグ（１５）の配置が難しくなることがある。

入れ駒（３）の加熱温度は、熱可塑性樹脂が結晶性樹脂であれば融点以上、非晶性樹脂であれば、ガラス転移温度以上であることにより樹脂の流動性が良好であり成形性も良好であるので望ましい。入れ駒（３）は下型（２）と下型空間（４）により断熱状態を保持でき、下型（２）への熱伝導は比較的小さい。上型（１）と下型（２）の温度は特に制限は無いが、成形サイクルを向上させるためには一定温度であることが好ましく、より好ましくは使用する熱可塑性樹脂の固化温度以下であることが好ましい。
例えば、熱可塑性樹脂が結晶性の場合は、加熱温度は融点温度〜融点温度＋６０℃であることが好ましく、熱可塑性樹脂が非晶性の場合は、加熱温度はガラス転移点温度〜ガラス転移点温度＋１３０℃であることが好ましい。具体的には、熱可塑性樹脂としてナイロン６を用いる場合には、加熱温度は２２０〜２８０℃の範囲が好ましく、熱可塑性樹脂としてポリカーボネートを用いる場合には、加熱温度は１５０〜２８０℃の範囲が好ましい。

（ｂ）型閉め工程
この型閉め工程においては、金型の上型（１）が下方に降り、キャビプレート（８）とコアプレート（５）が接触して型閉される。これにより上記工程（ａ）で金型内にセットされたプリプレグ（１５）が配置された空間がクローズド構造になる。この時の型閉速度は５０ｍｍ／ｓｅｃ〜１０００ｍｍ／ｓｅｃであることが好ましく、より好ましくは１００ｍｍ／ｓｅｃ〜５００ｍｍ／ｓｅｃである。５０ｍｍ／ｓｅｃより遅い速度では成形サイクルが長くなり生産性が低下する傾向となる。１０００ｍｍ／ｓｅｃより早い速度ではキャビプレート（８）とコアプレート（５）が接触する衝撃で金型を傷つけてしまうことがある。

（ｃ）プリプレグ圧縮（プレス）工程
この工程では、入れ駒（３）を動作させるための構造によりプリプレグ（１５）の加圧タイミングを制御することができる。入れ駒を動作させるために油圧ユニットを使用した場合、型閉時に金型の動きとは独立してする入れ駒の動作が、プレスの動作とは別に入れ駒がプリプレグを加圧（押圧）することが可能となるため、入れ駒は任意のタイミングでプリプレグ（１５）を加圧することが出来る。また、スプリングやスペーサーブロックを使用した場合、金型内の入れ駒が、型閉時に金型と一体となって、プレス動作に伴い入れ駒がプリプレグ（１５）を加圧（押圧）して動作する。そのため加圧のタイミングは任意に設定することは出来ない。以下本発明の好ましい方法として、スプリングを使用した場合の具体的な動作方法を示す。

プレス機による加圧を開始することで空間維持用装置（４）により保たれていた隙間が小さくなっていき、それに伴い、入れ駒（３）が上昇してプリプレグ（１５）を圧縮する。この時の加圧速度は１ｍｍ／ｓｅｃ〜１００ｍｍ／ｓｅｃであることが好ましく、１０ｍｍ／ｓｅｃ〜５０ｍｍ／ｓｅｃであることがより好ましい。加圧力については入れ駒（３）部分の面積に対して１ＭＰａ〜５０ＭＰａの力で加圧することが好ましく、３ＭＰａ〜３０ＭＰａの力で加圧することがより好ましい。空間維持用装置（４）の隙間が小さくなりながら、入れ駒がプリプレグ（１５）を圧縮していき、金型キャビティ内へプリプレグ（１５）が流動し、充填されていく。空間維持装置（４）はスプリングや油圧機械的なものから、スペーサーブロックの様な構造的なものを使用することが出来が、装置が大掛かりにならなく、機構も単純であるスプリングを使用することが簡便で好ましい。

（ｄ）プリプレグ圧縮（プレス）完了と冷却工程
空間維持用装置（４）の隙間が無くなると、プリプレグ（１５）が金型キャビティ内へ完全充填される。入れ駒（３）以外の金型温度は熱可塑性樹脂の固化温度以下であるためプリプレグ（１５）は冷却固化する。次いで、入れ駒（３）部分の加熱をＯＦＦにし、入れ駒（３）部分を熱可塑性樹脂の固化温度以下まで冷却する。入れ駒（３）部分の冷却は（ｃ）の工程において加熱ＯＦＦにすることも可能である。入れ駒（３）の冷却には水、油、空気、金型やプリプレグ（１５）からの熱伝導等を用いることができるが本金型の入れ駒（３）は部分的であるため熱容量が小さく、型が開いている時は断熱されているため熱伝導が少ないが、プリプレグ圧縮時（ｃ）〜（ｄ）では金型本体への熱伝導や熱拡散により入れ駒の冷却が促進されるので冷却時間が短縮される。型閉時にはキャビプレート（８）とコアプレート（５）が接触しており、入れ駒（３）はプリプレグ（１５）、キャビプレート（８）及びコアプレート（５）と接しているため、特に媒体や金型への加工の必要の無い金型やプリプレグ（１５）からの熱伝導を用いることが好ましい。

（ｅ）成形体取り出し工程
入れ駒（３）の冷却が完了したら上型と下型を開き、エジェクターピン（７）で成形体（１６）を突き出し、取り出す。エジェクターピン（７）の動作は型開きと連動させることも独立で動作させることも可能である。独立で動作させる機構としては油圧、空気等の媒体を使用することができる。図２の（ｅ）の工程では独立で動作させる機構を用いているが、独立で動作させるためには金型内に新たに機構を設ける必要があるため型開と連動させることが好ましい。成形体（１６）取り出し後、（ａ）の工程に戻ることで連続して生産することが可能である。

本発明によれば、本発明の金型構造を用いることで、プリプレグの冷却・放熱を抑制してその流動性を損なうことなくプレス成形が可能となり、物性の低下も防ぎ、ウェルド部等の通常強度低下の恐れがある箇所においても、安定的な物性を有する成形体を得ることができる。また、流動成形の過程で生じるウェルド部位も、プリプレグがより高温の状態で形成されることから、物性低下をより抑えることが可能である。さらには入れ駒部分を高温に加熱してプレスするため、表面性が良好であり、かつ入れ駒面と反対面で成形体の冷却速度に差をつけることが出来るため、つまりは、入れ駒面が高温であり、反対面は入れ駒面と比較して低温であるため、成形体の冷却・固化は入れ駒面とは反対面から開始する。そのため、得られる成形体は、入れ駒に接していた面（面Ａ）と反対側の面（面Ｂ）における表面粗さ（算術平均粗さＲａ）が、反対側の面（面Ｂ）に対する入れ駒に接する面（面Ａ）の比で１．２〜３０の範囲の値である成形体を得ることが出来る。すなわち、並行に相対する２つの平面を有する成形体の一方の面（面Ａ）と、当該一方の面と並行に相対する反対側の面（面Ｂ）における、下記式（１０）
面Ｂの表面粗さ（Ｒａ）／面Ａの表面粗さ（Ｒａ）・・・（１０）
で表わされる算術平均粗さＲａの比の値が１．２〜３０である成形体が得られる。これは、成形体の表面の欠陥である樹脂ヒケを成形体の入れ駒面に接する面に集中させることが出来るので、かかる入れ駒と接していた成形体の反対面は極めて表面平滑性に優れるものとなると推測する。

また、入れ駒部分のみの加熱であるので金型全体を高温に加熱する成形と比較しても成形サイクルも短縮することが可能である。また、機械的には入れ駒部分のみでプリプレグを加圧するため、より低圧力での成形が可能となる。その結果加工のコストを低減することができ、機械特性に優れた成形体を得ることができる。
本発明の製造方法により製造された成形体はパソコンなどの電子機器筐体や自動車部品、例えば内板（内装パネル等）、外板（ルーフ、ボンネット、バンパー等）、構成部材（ピラー、フロア等）等に広く適用することが可能である。

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。
［プリプレグの作製］
（１）炭素繊維（東邦テナックス社製：テナックスＳＴＳ４０−２４ＫＳ（繊維径７μｍ、繊維幅１０ｍｍ））を２０ｍｍ幅に開繊しながら、繊維長１０ｍｍにカットした。ついで、炭素繊維の供給量を３０１ｇ／ｍｉｎでテーパー管内に導入し、テーパー管内で空気を炭素繊維に吹き付けて繊維束を部分的に開繊しつつ、テーパー管出口の下部に設置したテーブル上に散布した。
一方、マトリックス樹脂として、平均粒径が約７１０μｍに冷凍粉砕したポリカーボネート樹脂（帝人化成社製のポリカーボネート：パンライトＬ−１２２５Ｌ ガラス転移温度１４５〜１５０℃、熱分解温度３５０℃）を準備した。これを４８０ｇ／ｍｉｎでテーパー管内に供給し、上記炭素繊維と同時に散布することで、平均繊維長１０ｍｍの炭素繊維とポリカーボネートが混合されたマットを得た。得られたマットの臨界単糸数は８６であり、強化繊維束（Ａ）について、マットの繊維全量に対する体積割合は３５％、強化繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）は２４０であった。
このマットを４枚積層して３００℃、２ＭＰａでホットプレスして厚さ１．６ｍｍのプリプレグＡを作製した。このプリプレグＡの含浸率は９７％であった。

（２）炭素繊維（東邦テナックス社製：テナックスＳＴＳ４０−２４ＫＳ（繊維径７μｍ、繊維幅１０ｍｍ））を２０ｍｍ幅に開繊しながら、繊維長２０ｍｍにカットした。ついで、炭素繊維の供給量を３０１ｇ／ｍｉｎでテーパー管内に導入し、テーパー管内で空気を炭素繊維に吹き付けて繊維束を部分的に開繊しつつ、テーパー管出口の下部に設置したテーブル上に散布した。
一方、マトリックス樹脂として、ＰＡ６６繊維（以下ポリアミド）（旭化成せんい製 Ｔ５ナイロン １４００ｄＴｅｘ、融点２６０℃）を準備した。これを４８０ｇ／ｍｉｎでテーパー管内に供給し、炭素繊維と同時に散布することで、平均繊維長２０ｍｍの炭素繊維とポリアミドが混合されたマットを得た。得られたマットの臨界単糸数は８６であり、強化繊維束（Ａ）について、マットの繊維全量に対する体積割合は３０％、強化繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）は１９０であった。
このマットを４枚積層して３００℃、２ＭＰａでホットプレスして厚さ１．６ｍｍのプリプレグＢを作製した。このプリプレグＢの含浸率は９８％であった。

（３）炭素繊維（東邦テナックス社製：テナックスＳＴＳ４０−２４ＫＳ（繊維径７μｍ、繊維幅１０ｍｍ））を２０ｍｍ幅に開繊しながら、繊維長２００ｍｍにカットした。ついで、炭素繊維の供給量を３０１ｇ／ｍｉｎでテーパー管内に導入し、テーパー管内で空気を炭素繊維に吹き付けて繊維束を部分的に開繊しつつ、テーパー管出口の下部に設置したテーブル上に散布した。
一方、マトリックス樹脂として、平均粒径が約７１０μｍに冷凍粉砕したポリカーボネート樹脂（帝人化成社製のポリカーボネート：パンライトＬ−１２２５Ｌ ガラス転移温度１４５〜１５０℃、熱分解温度３５０℃）を準備した。これを４８０ｇ／ｍｉｎでテーパー管内に供給し、上記炭素繊維と同時に散布することで、平均繊維長２００ｍｍの炭素繊維とポリカーボネートが混合されたマットを得た。得られたマットの臨界単糸数は８６であり、強化繊維束（Ａ）について、マットの繊維全量に対する体積割合は７０％、強化繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）は１９００であった。
このマットを４枚積層して３００℃、２ＭＰａでホットプレスして厚さ１．６ｍｍのプリプレグＣを作製した。このプリプレグＣの含浸率は９０％であった。

［実施例１］
プリプレグＡを２枚、赤外線加熱炉の中で３００℃まで加熱した。加熱完了後、金型内へ２枚を重ねた状態で図１の金型内に搬送し、搬送が完了後、型閉を行った。この時の金型温度は１００℃、入れ駒の温度は２１０℃であった。金型は温水にて加熱し、入れ駒はヒーターにより加熱を行った。また、入れ駒の材質は（日立金属製プリハードン鋼ＣＥＮＡ１、ＨＲｃ４０相当）を使用した。金型と入れ駒のクリアランスは３／１００ｍｍで設計した。型閉めが完了し金型から入れ駒への熱伝導により、入れ駒の温度を冷却した。入れ駒の温度が１３０℃以下まで冷却した後、金型を開きエジェクターピンを動作させ成形体を得た。得られた成形体は末端までプリプレグが充填されバリの発生も無かった。また、表面粗度計（Ｍｉｔｕｔｏｙｏ製 ＦＯＲＭＴＲＡＳＥＲ ＳＶ．Ｃ６２４）により、入れ駒に接する面とその反対側の成形体の表面粗さの比を測定した結果、２．３であった。

［実施例２］
プリプレグＢを２枚、赤外線加熱炉の中で２８０℃まで加熱した。加熱完了後、金型内へ２枚を重ねた状態で図１の金型内に搬送し、搬送が完了後、型閉を行った。この時の金型温度は１００℃、入れ駒の温度は２６０℃であった。金型は温水にて加熱し、入れ駒はヒーターにより加熱を行った。また、入れ駒の材質は（大同特殊鋼製ダイス鋼ＰＤ６１３、ＨＲｃ６０）を使用した。金型と入れ駒のクリアランスは３／１００ｍｍで設計した。型閉めが完了し金型から入れ駒への熱伝導により、入れ駒の温度を冷却した。入れ駒の温度が１３０℃以下まで冷却した後、金型を開きエジェクターピンを動作させ成形体を得た。得られた成形体は末端までプリプレグが充填されバリの発生も無かった。また、表面粗度計（Ｍｉｔｕｔｏｙｏ製 ＦＯＲＭＴＲＡＳＥＲ ＳＶ．Ｃ６２４）により、入れ駒に接する面とその反対側の成形体の表面粗さの比を測定した結果、１．７であった。

［比較例１］
プリプレグＣを２枚、赤外線加熱炉の中で３００℃まで加熱し、加熱完了後、金型内へ２枚を重ねた状態で搬送し、搬送が完了後、型閉を行った。この時の金型温度は１００℃、入れ駒の温度は２１０℃であった。金型は温水にて加熱し、入れ駒はヒーターにより加熱を行った。また、入れ駒の材質は（日立金属製プリハードン鋼ＣＥＮＡ１、ＨＲｃ４０相当）を使用した。金型と入れ駒のクリアランスは３／１００ｍｍで設計した。型閉めが完了し金型から入れ駒への熱伝導により、入れ駒の温度を冷却した。入れ駒の温度が１３０℃以下まで冷却した後、金型を開きエジェクターピンを動作させ成形体を得た。強化繊維の繊維長が長すぎたためと推測されるが、得られた成形体は末端までプリプレグが充填されておらず、一部樹脂のみの流動が確認できる箇所があり、成形体として不良であった。また、表面粗度計（Ｍｉｔｕｔｏｙｏ製 ＦＯＲＭＴＲＡＳＥＲ ＳＶ．Ｃ６２４）により、入れ駒に接する面とその反対側の成形体の表面粗さの比を測定した結果、２．８であった。

１．上型
２．下型
３．入れ駒
４．空間維持用装置
５．コアプレート
６．サポートプレート
７．エジェクターピン
８．キャビプレート
９．金型キャビティ内
１０．シリンダー
１１．クリアランス
１２．入れ駒移動可能距離
１３．コアプレートとサポートプレートとの空間
１４．入れ駒とコアプレートとの空間
１５．プリプレグ
１６．成形体

Claims (14)

1. 平均繊維長１〜１００ｍｍの強化繊維と樹脂とを含んでなるプリプレグを、下記１）〜３）を満たす入れ駒を有し、かつクローズドキャビティ構造を有する金型の内部に配置しプレスする、入れ駒を用いた成形体の製造方法。
   １）加熱機構を有し、
   ２）型閉時に金型と一体となってまたは金型と独立して動作し、
   ３）プレスの際の金型とのクリアランスが１／１００〜１０／１００ｍｍ
2. 強化繊維が炭素繊維である、請求項１に記載の成形体の製造方法。
3. プリプレグは、下記式（１）で定義される臨界単糸数以上で構成される強化繊維束（Ａ）を含み、かつ、当該プリプレグ中の繊維全量に対する割合が２０Ｖｏｌ％以上９０Ｖｏｌ％未満であり、かつ、当該強化繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）が下記式（２）を満たす請求項１または２に記載の成形体の製造方法。
   臨界単糸数＝６００／Ｄ （１）
   ０．７×１０^４／Ｄ^２＜Ｎ＜１×１０^５／Ｄ^２ （２）
   （ここで、Ｄは強化繊維の平均繊維径（μｍ）である）
4. 型閉時に金型と一体となってまたは金型と独立してする動作が、プレスの動作とは別に、入れ駒がプリプレグを加圧（押圧）して動くものである、請求項１〜３のいずれかに記載の成形体の製造方法。
5. 型閉時に金型と一体となってまたは金型と独立してする動作が、プレスに伴い、入れ駒がプリプレグを加圧（押圧）して動くものである、請求項１〜３のいずれかに記載の成形体の製造方法。
6. 入れ駒の有する加熱機構が、５０℃〜４５０℃までの範囲に加熱できる構造である、請求項１〜５のいずれかに記載の成形体の製造方法。
7. 樹脂が熱可塑性樹脂であって、該熱可塑性樹脂が結晶性であれば融点以上に、非晶性であればガラス転移温度以上に、入れ駒を加熱する、請求項６に記載の成形体の製造方法。
8. プリプレグの大きさ（面積）が入れ駒の投影面積の１００％以下の範囲である、請求項１〜７のいずれかに記載の成形体の製造方法。
9. 入れ駒の加熱機構が、誘導加熱、電気ヒーター加熱、水蒸気加熱または温水加熱であり、かつ当該加熱機構が当該金型と断熱されている構造を有する、請求項１〜８のいずれかに記載の成形体の製造方法。
10. 入れ駒の表面硬度が硬度４０ＨＲｃ以上である、請求項１〜７のいずれかに記載の成形体の製造方法。
11. 入れ駒を動かす機構にスプリング、油圧またはスペーサーブロックを使用する、請求項１〜１０のいずれかに記載の成形体の製造方法。
12. 並行に相対する２つの平面を有する成形体の一方の面（面Ａ）と、当該一方の面と並行に相対する反対側の面（面Ｂ）における、下記式（１０）で表わされる算術平均粗さＲａの比の値が１．２〜３０であることを特徴とする成形体。
    面Ｂの表面粗さ（Ｒａ）／面Ａの表面粗さ（Ｒａ）・・・（１０）
13. 強化繊維と樹脂とを含んでなるプリプレグをプレスにより成形するための金型であって、下記１）〜３）を満たす入れ駒を有し、かつクローズドキャビティ構造を有する金型。
    １）加熱機構を有し、
    ２）型閉時に金型と一体となってまたは金型と独立して動作し、
    ３）プレスの際の金型とのクリアランスが１／１００〜１０／１００ｍｍ
14. 入れ駒の有する加熱機構が、５０℃〜４５０℃までの範囲に加熱できる構造である、請求項１３に記載の金型。