JP2015020296A - 板状成形体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】繊維が歪む事態を抑制可能な板状成形体の製造方法を提供する。
【解決手段】熱可塑性樹脂と、所定方向に揃えられた繊維２１と、を含む板状体１１をプレス成形してなる板状成形体２０の製造方法であって、板状体１１の一端部１１Ａを一対のクランプ５１，５２によって保持するとともに、板状体１１の他端部１１Ｂを一対のローラー６１，６２によって保持する保持工程と、一対のクランプ５１，５２及び一対のローラー６１，６２によって保持された板状体１１を加熱する加熱工程と、一対のローラー６１，６２を一対のクランプ５１，５２から遠ざかる方向に移動させることで、板状体１１を引っ張る引張工程と、一対のクランプ５１，５２及び一対のローラー６１，６２によって引っ張られた状態の板状体１１を一対の成形型４０によってプレス成形することで、板状成形体２０を成形する成形工程と、を備えることに特徴を有する。
【選択図】図４

Description

本発明は、板状成形体の製造方法に関する。

従来、熱可塑性樹脂と繊維とを含む板状成形体として、特許文献１に記載のものが知られている。特許文献１では、ブランクシート（板状体）を成形型によってプレス成形し、骨格層（板状成形体）とした後、繊維を含まない熱可塑性樹脂を表皮層として骨格層と一体的に形成するものが記載されている。

特開平０５−１８５４６６号公報

繊維を含む板状成形体の機械的強度をより高くするためには、含まれている繊維が所定方向（一方向）に揃っていることが好ましい。しかしながら、板状体をプレス成形する際には、板状体の変形に伴って、含まれている繊維が歪む（よれる）ことが懸念され、この点において改善の余地があった。

本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、繊維が歪む事態を抑制可能な板状成形体の製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の板状成形体の製造方法は、熱可塑性樹脂と、所定方向に揃えられた繊維と、を含む板状体をプレス成形してなる板状成形体の製造方法であって、前記板状体における前記所定方向の一端部を第１保持部材によって保持するとともに、前記板状体における前記所定方向の他端部を第２保持部材によって保持する保持工程と、前記第１保持部材及び前記第２保持部材によって保持された前記板状体を加熱する加熱工程と、前記加熱工程の後に行われ、前記第２保持部材を前記第１保持部材から遠ざかる方向に移動させることで、前記板状体を引っ張る引張工程と、前記引張工程の後に行われ、前記第１保持部材及び前記第２保持部材によって引っ張られた状態の前記板状体を一対の成形型によってプレス成形することで、前記成形体を成形する成形工程と、を備えることに特徴を有する。

本発明の加熱工程においては、板状体の熱可塑性樹脂が加熱されることで軟化する結果、板状体における長手方向の中央部（保持されていない部分）が自重によって下方に垂れ下がり、含有されている繊維が歪む事態が懸念される。そこで、本発明では、加熱工程の後に、第２保持部材を移動させることで板状体を引っ張っている。これにより、垂れ下がった状態の板状体が引っ張られるため、繊維が歪む事態を抑制することができる。

さらに、成形工程においては、第１保持部材及び第２保持部材によって引っ張られた状態の板状体をプレス成形することとしている。このようにすれば、板状体に含まれる繊維に張力が付与された状態でプレス成形が行われることとなり、繊維が歪む事態を抑制することができる。これにより、板状成形体において、繊維を所定方向に揃った状態とすることができ、板状成形体の機械的強度を確保することができる。

上記構成において、前記第２保持部材は、一対のローラーとされ、前記成形工程では、前記板状体における前記他端部を前記一対のローラーで挟持しつつ、前記一対のローラーを互いに反対方向に回動させることで、前記板状体を引っ張るものとすることができる。

一対のローラーによって板状体を引っ張ることで、板状体に含まれる繊維に対して張力をより確実に付与させることができ、繊維が歪む事態をより確実に抑制することができる。

本発明によれば、繊維が歪む事態を抑制可能な板状成形体の製造方法を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る板状成形体が設けられた基材を示す斜視図 本発明の実施形態１に係る成形装置を示す断面図 引張工程を示す断面図 成形工程を示す断面図 成形工程における成形型を示す断面図（図４のV−V線で切断した図に対応） 成形工程におけるローラーを示す断面図（図４のVI−VI線で切断した図に対応） 本発明の実施形態２に係る成形装置を示す断面図

＜実施形態１＞
本発明の実施形態１を図１ないし図６によって説明する。本実施形態では、板状成形体２０として、例えば、車両用シートを構成する基材１０の背面に取り付けられるものを例示する。

板状成形体２０は、例えば、合成樹脂製の基材１０を補強するための補強テープとされる。板状成形体２０は、図１に示すように、長手状をなしており、例えば、基材１０における端部に沿って設けられる。なお、本実施形態では、基材１０に設けられた板状成形体のうち、車幅方向に延びるように配される板状成形体２０を例示する。

板状成形体２０は、基材１０の表面形状に沿った形状をなしている。なお、基材１０は、例えば、板状成形体２０をインサート部材としたインサート成形によって成形される。これにより、板状成形体２０は、基材１０と一体的に設けられる。

板状成形体２０は、所定方向に揃えられた繊維２１（図５参照）に熱可塑性樹脂を含浸させることで構成されたプリプレグを板状に成形してなる板状体１１（図２参照）を、基材１０の表面形状に沿った形状に成形（賦形）することで製造される。なお、本実施形態の板状体１１のように、繊維が所定方向（一方向）に引き揃えられた帯状のプリプレグは、ＵＤテープと呼ばれることがある。

板状体１１を構成する繊維２１（強化繊維）としては、例えば、炭素繊維、ガラス繊維などを挙げることができ、板状体１１を構成する熱可塑性樹脂（マトリックス樹脂）としては、例えば、ポリアミドやポリプロピレンなどを挙げることができる。なお、板状体１１（板状成形体２０）を構成する繊維２１及び熱可塑性樹脂の材質は、上述したものに限定されず適宜変更可能である。

なお、本実施形態の板状体１１では、板状体１１の長手方向に沿って繊維２１が揃えられている。つまり、板状体１１に含まれる各繊維２１の長手方向は、板状体１１の長手方向と一致するものとされる。

板状成形体２０は、図２に示す成形装置３０を用いて製造される。次に成形装置３０の構成について説明する。成形装置３０は、図２に示すように、一対の成形型４０（上型４１及び下型４２）と、一対のクランプ５１，５２（第１保持部材）と、一対のローラー６１，６２（第２保持部材）と、一対の赤外線ヒーター７１，７２と、を備えている。

上型４１は、図示しない駆動装置（例えば、電動モータ、エアシリンダ、油圧シリンダなど）によって、下型４２（固定型）に対して移動可能な可動型とされる。上型４１を下型４２に対して接近離間させることで、一対の成形型４０の型閉じ及び型開きが可能な構成となっている。

上型４１における下型４２との対向面（成形面）には、下方に突き出す突部４１Ａが形成されている。下型４２において突部４１Ａとの対向面（成形面）には、突部４１Ａに倣った形状なす凹部４２Ａが形成されている。

一対のクランプ５１，５２は、図示しない駆動装置によって、それぞれ上下方向に移動可能な構成となっている。一対のクランプ５１，５２を互いに接近させることで板状体１１を挟持可能な構成となっている。

一対のローラー６１，６２は、図示しない駆動装置によって、それぞれ上下方向に移動可能な構成となっている。一対のローラー６１，６２を互いに接近させることで板状体１１を挟持可能な構成となっている。

また、一対のローラー６１，６２は、それぞれ支持部材６３，６３に対して回転可能に取り付けられている。一対のローラー６１，６２は、図示しない駆動装置によって、それぞれ回動可能となっている。また、一対のローラー６１，６２は、その長さＬ１（図６参照）が板状体１１の幅Ｗ１（図５参照）よりも長く設定されている。

一対の赤外線ヒーター７１，７２は、板状体１１を表裏両側から挟むように配置されており、板状体１１に向けて赤外線を放射可能な構成となっている。なお、一対の赤外線ヒーター７１，７２は、図３、図４では図示省略してある。

次に、本実施形態の板状成形体２０の製造方法について説明する。本実施形態の板状成形体２０の製造方法は、板状体１１を保持する保持工程と、板状体１１を加熱する加熱工程と、加熱された板状体１１を引っ張る引張工程と、板状体１１をプレスして板状成形体２０を成形する成形工程と、を備えている。

（保持工程）
保持工程では、図２に示すように、一対のクランプ５１，５２によって板状体１１の長手方向における一端部１１Ａ（所定方向の一端部、長手方向における一端側の部分）を表裏両側から挟んで保持する。また、一対のローラー６１，６２によって板状体１１の長手方向における他端部１１Ｂ（板状体１１の長手方向における他端側の部分）を表裏両側から挟んで保持する。これにより、板状体１１が水平方向に沿った状態で上型４１と下型４２との間に固定される。

（加熱工程）
加熱工程では、図２に示すように、一対のクランプ５１，５２及び一対のローラー６１，６２によって保持された板状体１１を一対の赤外線ヒーター７１，７２によって加熱する。これにより、板状体１１が軟化状態となる。また、一対の赤外線ヒーター７１，７２によって、上型４１、下型４２、及び一対のローラー６１，６２も加熱される。

（引張工程）
板状体１１が軟化状態となることで、板状体１１の長手方向における中央部は、図２の２点鎖線に示すように、自重によって垂れ下がる。そこで、加熱工程の後に行われる引張工程では、図３に示すように、板状体１１を挟んだ状態の一対のローラー６１，６２を下方（一対のクランプ５１，５２から遠ざかる方向）に移動させる。これにより、板状体１１が、その長手方向に引っ張られ、垂れ下がった状態が解除される。

なお、引張工程における一対のローラー６１，６２の対向間隔Ｔ２は、例えば、板状体１１の厚さＴ１よりも小さくなるように設定されている。これにより、板状体１１における一対のローラー６１，６２に挟まれた部分は、その周囲よりも板厚が小さくなる。

（成形工程）
引張工程の後に行われる成形工程では、まず、ローラー６１を反時計回り（図４の矢線Ｐ１で示す方向）に回動させ、ローラー６２を時計回り（図４の矢線Ｐ２で示す方向）に回動させる。つまり、一対のローラー６１，６２を互いに反対方向に回動させる。これによって、一対のローラー６１，６２に挟持された板状体１１は、長手方向における他端側（図４の右側）に引っ張られる。

次に、一対のローラー６１，６２を回動させた状態（板状体１１が引っ張られた状態）で、図４及び図５に示すように、上型４１及び下型４２を型閉じする。これにより、軟化状態の板状体１１が上型４１及び下型４２の形状に倣った形状にプレス成形され、板状成形体２０となる。そして、上型４１及び下型４２に接触することで板状成形体２０が冷却され、板状成形体２０の製造が完了する。

次に、本実施形態の効果について説明する。本実施形態の加熱工程においては、板状体１１の熱可塑性樹脂が加熱されることで軟化する結果、板状体１１における長手方向の中央部（保持されていない部分）が自重によって下方に垂れ下がり、含有されている繊維２１が歪む事態が懸念される。そこで、本実施形態では、加熱工程の後に、一対のローラー６１，６２を下方に移動させることで板状体１１を引っ張っている。これにより、垂れ下がった状態の板状体１１が引っ張られるため、繊維２１が歪む事態を抑制することができる。

さらに、成形工程においては、一対のクランプ５１，５２及び一対のローラー６１，６２によって引っ張られた状態の板状体１１をプレス成形することとしている。このようにすれば、板状体１１に含まれる繊維２１に張力が付与された状態でプレス成形が行われることとなり、繊維２１が歪む事態を抑制することができる。これにより、板状成形体２０（成形後の板状体１１）において、繊維２１を所定方向に揃った状態とすることができ、板状成形体２０の機械的強度を確保することができる。

また、成形工程では、板状体１１における他端部１１Ｂを一対のローラー６１，６２で挟持しつつ、一対のローラー６１，６２を互いに反対方向に回動させることで、板状体を引っ張っている。

一対のローラー６１，６２によって板状体１１を引っ張ることで、板状体１１に含まれる繊維２１に対して張力をより確実に付与させることができ、プレス成形時に、繊維２１が歪む事態をより確実に抑制することができる。

なお、本実施形態では、成形後の板状体１１（板状成形体２０）の中央部が一方（図４では下方）に屈曲された形状をなしている。直線状に延びる板状体１１をプレス成形によって屈曲させる際（板状成形体２０の形状に成形する際）には、板状体１１の下面付近の繊維２１は引っ張られる一方で、板状体１１の上面付近の繊維２１は縮む。このため、板状体１１の上面付近の繊維２１が特に歪み易くなる。本実施形態では、一対のローラー６１，６２によって繊維２１に張力を付与させた状態でプレス成形を行うため、プレス成形時に繊維２１が縮む事態を抑制することができる。

また、一対のローラー６１，６２としては、回転トルク（又は回転数）をそれぞれ調節可能なものを用いることが好ましい。このようにすれば、成形する板状成形体２０の形状に応じてローラー６１，６２の回転トルクをそれぞれ調節することができる。例えば、板状体１１の上面側（繊維２１が比較的縮み易い側）に配されたローラー６１の回転トルクをローラー６２の回転トルクより大きく設定することで、縮み易い側の繊維２１に対して、より強い張力を付与させることができる。

また、本実施形態において、一対のローラー６１，６２で板状体１１を引っ張る際には、一対のローラー６１，６２によって、板状体１１の他端部１１Ｂ（一対のローラー６１，６２によって挟持される部分）をプレスして、その板厚を小さくしている（図６参照）。

板状体１１の板厚が大きいと、板厚方向における板状体１１の中央部（表面より遠い部分）に配されている繊維２１には、一対のローラー６１，６２からの力が作用し難く、張力を付与させることが困難となる。

図６に示すように、一対のローラー６１，６２によって、板状体１１の他端部１１Ｂをプレスし、その板厚を小さくすることで、一対のローラー６１，６２からの力を板状体１１に含まれている繊維２１のそれぞれに作用させることができる。これにより、繊維２１の各々に対して、張力を確実に付与させることができる。なお、この時の板状体１１の他端部１１Ｂにおける板厚Ｔ２の値は、適宜設定可能であるが、例えば、板状体１１の厚さＴ１の１／１０〜１／２となる範囲で設定することが好ましい。

＜実施形態２＞
次に、本発明の実施形態２を図７によって説明する。上記実施形態と同一部分には、同一符号を付して重複する説明を省略する。本実施形態では、成形装置１３０の構成が上記実施形態と異なる。

本実施形態では、第２保持部材として、一対のローラー６１，６２の代わりに一対のクランプ１６１，１６２を備えている。一対のクランプ１６１，１６２は、図示しない駆動装置によって、互いに接近又は離間する方向に移動可能となっている。

一対のクランプ１６１，１６２間に板状体１１を配した状態で、一対のクランプ１６１，１６２を接近させることで板状体１１を挟持可能な構成となっている。

一対のクランプ１６１，１６２は、板状体１１に向かうにつれて、一対のクランプ５１，５２から遠ざかる方向に傾斜する形で延びている。これにより、一対のクランプ１６１，１６２を、それぞれ延設方向（図７の矢線Ｐ３、Ｐ４参照）に沿って駆動させることで、板状体１１の他端部を挟持しつつ、板状体１１を引っ張ることができる。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

（１）板状成形体２０の形状及び用途は、上記実施形態で例示したものに限定されず、適宜変更可能である。また、一対の成形型４０における成形面の形状も上記実施形態で例示した形状に限定されず、板状成形体２０の形状に合わせて適宜変更可能である。

（２）上記実施形態では、板状体１１を加熱する加熱装置として、赤外線ヒーターを例示したが、これに限定されない。加熱装置として、例えば、熱風を吹き付けることで板状体１１を加熱可能な送風装置などを用いてもよい。

（３）上記実施形態では、引張工程において、一対のローラー６１，６２を下方に移動させる方法を例示したが、一対のローラー６１，６２の移動方向は、下方に限定されない。引張工程における一対のローラー６１，６２の移動方向は、一対のクランプ５１，５２から遠ざかる方向であればよく、例えば、上方であってもよいし、板状体１１の長手方向における他端側（図３に示す右側）であってもよい。

（４）上記実施形態では、第１保持部材として、一対のクランプ５１，５２を例示したが、これに限定されない。第１保持部材として、例えば、一対のローラーを用いてもよい。

（５）上記実施形態では、繊維２１の長手方向（所定方向）が板状成形体２０（板状体１１）の長手方向と一致する構成を例示したが、これに限定されない。

１１…板状体、１１Ａ…板状体の一端部、１１Ｂ…板状体の他端部、２０…板状成形体、２１…繊維、４０…一対の成形型、５１…クランプ（第１保持部材）、５２…クランプ（第１保持部材）、６１…ローラー（第２保持部材）、６２…ローラー（第２保持部材）、１６１…クランプ（第２保持部材）、１６２…クランプ（第２保持部材）

Claims (2)

1. 熱可塑性樹脂と、所定方向に揃えられた繊維と、を含む板状体をプレス成形してなる板状成形体の製造方法であって、
   前記板状体における前記所定方向の一端部を第１保持部材によって保持するとともに、前記板状体における前記所定方向の他端部を第２保持部材によって保持する保持工程と、
   前記保持工程の後に行われ、前記第１保持部材及び前記第２保持部材によって保持された前記板状体を加熱する加熱工程と、
   前記加熱工程の後に行われ、前記第２保持部材を前記第１保持部材から遠ざかる方向に移動させることで、前記板状体を引っ張る引張工程と、
   前記引張工程の後に行われ、前記第１保持部材及び前記第２保持部材によって引っ張られた状態の前記板状体を一対の成形型によってプレス成形することで、前記板状成形体を成形する成形工程と、を備える板状成形体の製造方法。
2. 前記第２保持部材は、一対のローラーとされ、
   前記成形工程では、前記板状体における前記他端部を前記一対のローラーで挟持しつつ、前記一対のローラーを互いに反対方向に回動させることで、前記板状体を引っ張る請求項１に記載の板状成形体の製造方法。

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