JP2016198905A - プレス成形装置及びプレス成形方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明は、ハードストップの発生を回避できるプレス成形装置及びプレス成形方法を提供することを課題とする。
【解決手段】
本発明に係るプレス成形装置１は、一対の金型２，２を備え、加熱されたスタンパブルシート８０を一対の金型２，２で所定形状にプレス成形するプレス成形装置１であり、一対の金型２，２の少なくとも一方には、可動コア（５〜７）が設けられ、可動コア（５〜７）は、キャビティＳの縁部よりも内側に配置され、所定値以上の圧力が作用した場合にキャビティＳの容量が増える方向に可動することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、プレス成形装置及びプレス成形方法に関する。
近年、車両の軽量化を図るために、構成部品の材料として、ガラス繊維や炭素繊維等の強化繊維と熱可塑性樹脂とを組み合わせてなるスタンパブルシート（繊維強化複合材）が利用されている。スタンパブルシートは、強化繊維に熱可塑性樹脂を含浸させて板状にした基材である。
スタンパブルシートの加工方法として、加熱軟化させたスタンパブルシートを一対の金型でプレスするプレス成形が挙げられる。すなわち、この成形方法では、下金型及び上金型によって形成されるキャビティ内に配置されたスタンパブルシートをプレスすることで、プレスされた部分が逃げたり、又はプレスされた部分が他の部分を引っ張ったりなど、キャビティ内でスタンパブルシートを流動・充填させて、所望の板厚・形状の成形品を得ている。
ここで、スタンパブルシートは、加熱されることによって、強化繊維を拘束していた樹脂が溶融し、強化繊維の拘束が解放されてスプリングバックが生じる。このため、スプリングバックした材料を元の板厚までプレスしないと物性（機械的特性）が回復しない。
しかし、元の板厚までプレスして見た目は金型通りの厚さになったとしても、上述したようにプレス成形時にはキャビティ内でスタンパブルシートが流動するので、単位面積当たりの重量（目付け量）が不足し、材料のスプリングバックが残ったまま（内部にはボイドが残って密度が小さくなったまま）になり、強化樹脂と繊維との結びつき等が低下し、成形品の物性（機械的特性）の低下を招く懸念があった。
なお、成形品の目付け量が不足する原因として成形前のスタンパブルシートの目付バラツキによっても、成形品に同様の現象が発生する懸念がある。
このような事情から、特許文献１では、加熱前のスタンパブルシートの厚みが成形品の厚みよりも大きいものを使用し、キャビティ内の各所で熱可塑性樹脂の容量が不足しないようにしている。
また、特許文献１では、余分な熱可塑性樹脂をキャビティの縁部側から型外に流出させるため、金型の開口部の端縁に切り欠き（オーバーフローゲート）を形成している。
特開平９−２６７３４４号公報
しかしながら、金型には、キャビティの縁部よりも内側に、成形品に形状を付与するための凹凸が形成されている場合がある。そして、このような金型でプレスすると、材料が凹凸によって手繰り寄せられるように流動し、金型の開口部よりも内側に材料の一部が多く滞留してしまう可能性があった。
言い換えると、凹凸があったり、又は面積の大きさによっては材料の流動抵抗の大きさから、余分な熱可塑性樹脂（駄肉）が末端の吐き出し部である金型の開口部まで到達できないおそれがあった。そして、余分な熱可塑性樹脂がオーバーフローゲートを介して型外に流出されず、凹凸近傍に過剰な量の熱可塑性樹脂（以下「過剰部」と称する）が滞留した。
この結果、一対の金型が締まる前に、過剰部から受ける型内圧力（反力）がプレス機のプレス力を超えてしまい、一対の金型が締まらないというハードストップが発生した。
なお、過剰部は、上記した場合以外に、スタンパブルシートに目付けバラツキがある場合などにも発生する可能性がある。
そこで、本発明は、前記する背景に鑑みて創案された発明であって、ハードストップの発生を回避できるプレス成形装置及びプレス成形方法を提供することを課題とする。
前記課題を解決するための手段として、本発明に係るプレス成形装置は、一対の金型を備え、加熱されたスタンパブルシートを前記一対の金型で所定形状にプレス成形するプレス成形装置であり、前記一対の金型の少なくとも一方には、可動コアが設けられ、前記可動コアは、キャビティの縁部よりも内側に配置され、所定値以上の圧力が作用した場合に前記キャビティの容量が増える方向に可動することを特徴とする。
また、前記課題を解決するための手段として、本発明に係るプレス成形方法は、加熱されたスタンパブルシートを一対の金型の間に配置し、前記一対の金型で前記スタンパブルシートを所定形状にプレス成形するプレス成形方法であり、前記一対の金型の少なくとも一方には、可動コアが設けられ、前記可動コアは、キャビティの縁部よりも内側に配置され、所定値以上の圧力が作用した場合に前記キャビティの容量が増える方向に可動することを特徴とする。
本願発明に係るプレス成形装置及びプレス成形方法によれば、プレスによって過剰部の型内圧力が所定圧力に到達した場合、可動コアが可動してキャビティの容量が増える。そして、増えたキャビティに過剰部の一部が流出し、過剰部の型内圧力の上昇が抑制される。よって、過剰部の型内圧力が所定圧力に保持され、ハードストップの発生が回避される。
また、前記プレス成形装置及び前記プレス成形方法において、前記所定値は、加熱前の前記スタンパブルシートの機械的特性に戻すために必要な圧力に設定されていることが好ましい。
前記構成によれば、過剰部が加熱前のスタンパブルシートの機械的特性に達するに必要以上の圧力が加わった後に可動コアが可動する。このため、過剰部は、加熱前のスタンパブルシートの機械的特性を備える。
また、前記するプレス成形装置及びプレス成形方法において、前記一対の金型は、下型と、前記下型に対向する上型と、を有し、前記下型のキャビティ面は、第１面と、前記第１面よりも下方に位置する第２面と、を含む複数の面で構成され、前記可動コアは、前記上型において前記第２面に対向する対向面及び前記第２面の少なくとも一方に設けられていることが好ましい。
前記構成によれば、上型において第２面に対向する対向面が熱可塑性樹脂を第２面に向って押圧することで、第１面に当接する熱可塑性樹脂が第２面側に引き寄せられることがある。このため、第２面と対向面との間に過剰部が発生するおそれがある。
このような場合、第２面と対向面との間でプレスされる過剰部の型内圧力が所定値になったとき、第２面及び対向面の少なくとも一方に設けられた可動コアが可動する。このため、型内圧力の上昇が抑制され、ハードストップの発生が回避される。
また、前記するプレス成形装置及びプレス成形方法において、前記スタンパブルシートの厚みは、成形品の厚みよりも大きく、前記一対の金型は、下型と、前記下型に対向する上型と、を有し、前記下型のキャビティ面は、第１面と、前記第１面よりも下方に位置する第２面と、を含む複数の面で構成され、前記第１面は、前記スタンパブルシートが載置される載置面であり、前記可動コアは、前記上型において前記載置面に対向する対向面及び前記載置面の少なくとも一方に設けられていることが好ましい。
前記した熱可塑性樹脂の流出は、載置面と対向面との間で特に発生し易いが、前記構成によれば、厚みが大きいスタンパブルシートを用いているため、載置面と対向面との間には、所望の機械的特性を備えるために必要な容量のスタンパブルシート材（強化繊維も含めた熱可塑性樹脂）が残る。よって、載置面と対向面との間でプレス成形された部分は、所望の機械的特性を備える。
一方で、載置面と対向面との間から熱可塑性樹脂が流出する容量が少ない場合、載置面と対向面との間に過剰部が発生する。
このような場合、載置面と対向面との間でプレスされる過剰部の型内圧力が所定値になったとき、載置面及び対向面の少なくとも一方に設けられた可動コアが可動する。このため、型内圧力の上昇が抑制され、ハードストップの発生が回避される。
また、前記するプレス成形装置及びプレス成形方法において、前記スタンパブルシートは、第１スタンパブルシートと、前記第１スタンパブルシートに重ねられた第２スタンパブルシートと、を備え、前記第２スタンパブルシートの端部のうち少なくても一つは、前記キャビティ内に配置され、前記可動コアは、プレス時において前記第２スタンパブルシートの端部を押圧する端部押圧面に又は前記端部押圧面の近傍に設けられていることが好ましい。
前記構成によれば、第２スタンパブルシートの位置ずれにより、第２スタンパブルシートの端部が所定位置を超えて配置されることがある。このため、第２スタンパブルシートの端部が過剰部になってしまう。
このような場合、過剰部の型内圧力が所定値になったとき、過剰部（第２スタンパブルシートの端部）を押圧する端部押圧面に又は端部押圧面の近傍に配置された可動コアが可動する。このため、型内圧力の上昇が抑制され、ハードストップの発生が回避される。
本発明によれば、ハードストップの発生を回避できるプレス成形装置及びプレス成形方法を提供することを提供することができる。
第１実施形態に係るプレス成形装置を断面視した断面図である。 第１実施形態に係るプレス成形方法の工程図であり、（ａ）はスタンパブルシートが配置された状態を示す断面図であり、（ｂ）はスタンパブルシートに上型が当接した状態を示す断面図であり、（ｃ）はプレスにより熱可塑性樹脂が移動した状態を示す断面図である。 第１実施形態に係るプレス成形方法の工程図であり、（ａ）は過剰部が圧縮され始めた状態を示す断面図であり、（ｂ）は第１減少部及び第２減少部が圧縮され始めた状態を示す断面図であり、（ｃ）は型締めされた状態を示す断面図である。 第１実施形態のプレス成形装置の変更例を断面視した断面図である。 第２実施形態に係るプレス成形装置を断面視した断面図である。 第２実施形態に係るプレス成形装置の上型を下方から視た底面図である。 第２実施形態に係るプレス成形方法の工程図であり、（ａ）はスタンパブルシートが配置された状態を示す断面図であり、（ｂ）はスタンパブルシートに上型が当接した状態を示す断面図であり、（ｃ）は型締めされた状態を示す断面図である。 第２実施形態のプレス成形装置の変更例を断面視した断面図である。 皺部（過剰部）が発生したスタンパブルシートを断面視した断面図である。
つぎに、本発明の第１実施形態及び第２実施形態について、図面を参照しながら説明する。最初に、加工対象となるスタンパブルシート８０，１８０について説明する。
（スタンパブルシート）
スタンパブルシート８０，１８０（図２、図７等参照）は、内部にガラス繊維又は炭素繊維（不図示）が含まれた熱可塑性樹脂を加熱するとともに、所定圧力でスタンプ（圧縮）することで板状に成形された成形物である。
また、スタンパブルシート８０，１８０は、熱可塑性樹脂で形成されていることから、常温で固化している。そして、所定温度に加熱されると軟化して、圧縮圧力が解放されて厚み方向に膨張する。
（第１実施形態）
図１に示すように、第１実施形態に係るプレス成形装置１は、一対の金型２，２と、プレス機（不図示）と、を備えている。プレス成形装置１は、加熱されたスタンパブルシート８０を一対の金型２で所定形状にプレス成形することで、成形品を製造するためのものである。
一対の金型２，２は、図示しない固定台に固定された下型３と、プレス機に支持されて下型３に対向する上型４と、を有している。
下型３の上面３０は、スタンパブルシート８０の下面を成形するキャビティ面である。下型３には凹凸が形成されている。これにより、下型３の上面３０は、スタンパブルシート８０が載置される載置面（第１載置面３２、第２載置面３６）と、載置面よりも下方に位置する底面３４と、を含む複数の面で構成されている。
なお、第１実施形態の載置面（第１載置面３２、第２載置面３６）は、請求項中に記載される「載置面」に相当する構成である。本実施形態の底面３４は、請求項中に記載される「第２面」に相当する構成である。
また、本発明の「載置面」は、下型３の下面３０の上方からスタンパブルシート８０を下げ、スタンパブルシート８０が最初に当接する面、言い換えれば、下型３の下面３０において最も上方に位置する最上面に限定されない。たとえば、最上面に載置されたスタンパブルシート８０が自重により下方に垂れるように変形し、その変形によって載置された面（上型４にプレスされる前に当接する面）も含まれる。
具体的に、下型３には、第１凸部３ａと第２凸部３ｂとが形成されている。この第１凸部３ａと第２凸部３ｂとは、互いに左右に離間し、かつ、下型３の上部から上方に突出している。これにより、下型３の上面３０は、左側から右側に向って順に、傾斜する第１斜面３１と、平坦な第１載置面３２と、傾斜する第２斜面３３と、平坦な底面３４と、傾斜する第３斜面３５と、平坦な第２載置面３６と、傾斜する第４斜面３７と、が並んで構成される。
上型４の下面４０は、スタンパブルシート８０の上面を成形するキャビティ面である。上型４には、下型３の第１凸部３ａ及び第２凸部３ｂに対応する第１凹部４ａと第２凹部４ｂとが形成されている。これにより、下面４０は、載置面（第１載置面３２、第２載置面３６）に対向する載置面用対向面（第１対向面４２、第２対向面４６）と、底面３４に対向する底面用対向面４４と、を含む複数の面で構成されている。
具体的には、第１凹部４ａと第２凹部４ｂとは、互いに左右に離間し、かつ、上型４の下部から上方に窪んでいる。これにより、下型３の下面４０は、左側から右側に向って順に、傾斜する第５斜面４１と、平坦な第１対向面４２と、傾斜する第６斜面４３と、平坦な底面用対向面４４と、傾斜する第７斜面４５と、平坦な第２対向面４６と、傾斜する第８斜面４７と、が並んで構成される。
下型３と上型４とが型締された場合において、上面３０と下面４０との間に形成されるキャビティＳ（図１の破線参照）は、上下方向の長さＬ１が均一であり、成形品の厚みが均一に形成される。
上型４の下面４０の左側には、下方に突出する第１パンチ５０が形成されている。
第１パンチ５０は、型締された場合に下型３の第１斜面３１よりも下方に突出し、余ったスタンパブルシート８０と成形品の左端側を切断する。
また、第１パンチ５０の右面５０ａは、型締めされた場合に下型３の第１斜面３１に連続する。これにより、キャビティＳの左側が閉じられる。
上型４の下面４０の右側には、下方に突出する第２パンチ５１が形成されている。
第２パンチ５１は、型締された場合に下型３の第４斜面３７よりも下方に突出し、余ったスタンパブルシート８０と成形品の右端側を切断する。
また、第２パンチ５１の左面５１ａは、型締めされた場合に下型３の第４斜面３７に連続する。これにより、キャビティＳの右側が閉じられる。
なお、請求項中に記載される「キャビティの縁部」とは、型締めされた場合に下型３の上面３０と上型４の下面４０とが連続する部分Ｐ、Ｑを指す。
下型３には、第１可動コア５が設けられている。上型４には、第２可動コア６と第３可動コア７とが設けられている。
なお、第１可動コア５と第２可動コア６と第３可動コア７とは、それぞれ同じ構成である。よって、代表として第１可動コア５を説明し、第２可動コア６と第３可動コア７とについては、第１可動コア５との相違点のみを説明する。
第１可動コア５は、中心軸が上下方向に延びる円柱状を呈し、下型３の円筒穴３ｃに収容されている。第１可動コア５の上面５ａは、下型３の底面３４の一部を構成している。つまり、第１可動コア５は、キャビティＳの縁部Ｐ，Ｑよりも内側に配置されている。
なお、第２可動コア６の下面６ａは、上型４の第１対向面４２の一部を構成している。第３可動コア７の下面７ａは、上型４の第２対向面４６の一部を構成している。よって、第２可動コア６及び第３可動コア７もキャビティＳの縁部Ｐ，Ｑよりも内側に配置されている。
第１可動コア５は、所定値以上の圧力により収縮する第１コイルばね１０によって可動可能に支持されている。これにより、第１可動コア５の上面５ａに、所定値以上の圧力が作用した場合に、第１コイルばね１０が収縮して第１可動コア５が下方に移動する。言い換えると、第１可動コア５は、所定値以上の圧力が作用した場合にキャビティＳの容量が増える方向に可動する。
また、所定値とは、加熱前の前記スタンパブルシート８０の機械的特性に戻すために必要な圧力（以下、「物性回復圧力」と称する）に設定されている。
プレス機は、上型４を移動させる際のプレス力が物性回復圧力よりも高く設定されている。そして、プレス機は、成形対象から受ける型内圧力（反力）の方がプレス力より高くなった場合、プレスを停止するように構成されている。
（プレス成形方法）
つぎに、図２、図３を参照しながら、プレス成形装置１を用いたスタンパブルシート８０のプレス成形方法を説明する。
プレス成形方法は、加熱されたスタンパブルシート８０を一対の金型２，２（下型３と上型４）の間に配置する配置工程と、一対の金型２，２（下型３と上型４）でスタンパブルシート８０を所定形状にプレス成形するプレス工程と、を備えている。
配置工程は、スタンパブルシート８０を下型３の第１載置面３２及び第２載置面３６に載置する（図２（ａ）参照）。
また、本実施形態で使用されるスタンパブルシート８０は、製造しようとする成形品の厚みＬ１よりも厚いものが使用されている。
さらに、スタンパブルシート８０は、所定温度に加熱されている。これにより、スタンパブルシート８０は、軟化し、かつ、厚み方向に膨張している。
プレス工程では、プレス機を駆動させて上型４を下方に移動し、下型３と上型４との型締めを行う。
具体的には、上型４が下方に移動する過程において、最初に、上型４の底面用対向面４４と第１パンチ５０と第２パンチ５１とのそれぞれが、熱可塑性樹脂（スタンパブルシート８０）の上面に当接する。
さらに上型４が下方に移動すると、底面用対向面４４と第１パンチ５０と第２パンチ５１とのそれぞれが、当接している部分を下方に押圧する（図２（ｂ）、（ｃ）参照）。
これにより、熱可塑性樹脂において、底面用対向面４４と第１パンチ５０と第２パンチ５１とのそれぞれに押圧された部分が下方に移動する。
一方で、熱可塑性樹脂において、下型３に押圧されていない部分は、下方に移動する部分に引っ張られて容量が減少する。
つまり、第１載置面３２と第１対向面４２の間に配置された熱可塑性樹脂の一部が左右両側に流出する（図２（ｃ）の矢印Ａ１、Ａ２参照）。以下、第１載置面３２と第１対向面４２の間の熱可塑性樹脂の残部を第１減少部８１と称する。
また、熱可塑性樹脂において、第２載置面３６と第２対向面４６の間に配置された部分の一部が左右両側に流出する（図２（ｃ）の矢印Ａ３、Ａ４参照）。以下、第２載置面３６と第２対向面４６の間に熱可塑性樹脂の残部を第２減少部８２と称する。
この結果、底面３４と底面用対向面４４との間には、熱可塑性樹脂が流入し、多くの熱可塑性樹脂が滞留する。以下、底面３４と底面用対向面４４との間に配置される熱可塑性樹脂を過剰部８３と称する。
なお、実施形態では、過剰部が発生する例として、金型２の押圧によりスタンパブルシート８０を構成する熱可塑性樹脂が移動して過剰部８３が発生した場合を挙げているが、過剰部の発生はこれに限定されない。
例えば、図９に示すように、金型２０２の押圧により手繰り寄せられて（図９の矢印参照）スタンパブルシート２８０に皺部２８１が発生している場合、言い換えると、熱可塑性樹脂とともに強化繊維２８２が移動し、スタンパブルシート２８０の一部が波状を呈している場合も挙げられる。
さらに上型４が下方に移動すると、第１減少部８１と第２減少部８２よりも容量が大きい過剰部８３がプレス（圧縮）され始める（図３（ａ）参照）。この結果、過剰部８３からガスが抜けて密度が高まり、過剰部８３の厚みが次第に小さくなる。
なお、第１減少部８１と第２減少部８２は、容量が小さいため、過剰部８３のプレス開始時点でプレスされない（図３（ａ）参照）。
さらに上型４が下方に移動し、過剰部８３から下型３及び上型４に作用する型内圧力が物性回復圧力になった場合に、過剰部８３は加熱前のスタンパブルシート８０の機械的特性を備える。
そして、過剰部８３が加熱前のスタンパブルシート８０の機械的特性を備えた後に、さらに上型４が下方に移動すると、過剰部８３の型内圧力が所定値を超え、第１可動コア５が可動する。そして、過剰部８３の一部が円筒穴３ｃに流入し（図３（ｂ）参照）、過剰部８３の型内圧力が物性回復圧力に維持される。
この結果、プレス機は、過剰部８３の型内圧力によりハードストップすることなく、上型４の下方への移動を継続し、第１減少部８１と第２減少部８２とのプレス（圧縮）が行われる。
なお、第１減少部８１と第２減少部８２とのプレス（圧縮）が行われる時点において、第１パンチ５０と第２パンチ５１とにより、熱可塑性樹脂（スタンパブルシート８０）が切断され、キャビティＳが閉じる。これにより、キャビティＳの縁部Ｐ、Ｑから熱可塑性樹脂が型外に流出しない。
第１減少部８１と第２減少部８２とのそれぞれは、容量が減少しているものの（図２（ｃ）の矢印Ａ１〜Ａ４参照）、成形品の厚みＬ１よりも厚いものが使用されている。このため、型締めされた際に少なくても加熱前のスタンパブルシート８０の機械的特性を備えるための容量が確保されている。
よって、上型４が下方に移動する過程において、第１減少部８１と第２減少部８２とのそれぞれは、加熱前のスタンパブルシート８０の機械的特性を備える。
そして、第１減少部８１と第２減少部８２とのそれぞれが加熱前のスタンパブルシート８０の機械的特性を備えた後に、さらに上型４が下方に移動すると、第１減少部８１と第２減少部８２とのそれぞれの型内圧力が所定値を超え、第２可動コア６と第３可動コア７とが可動する。
そして、第１減少部８１の一部が円筒穴４ｃに流入し、第１減少部８１の型内圧力が物性回復圧力に維持される。
同様に、第２減少部８２の一部が円筒穴４ｄに流入し、第２減少部８２の型内圧力が物性回復圧力に維持される。
この結果、プレス機は、第１減少部８１と第２減少部８２との型内圧量によりハードストップすることなく、上型４の下方への移動を継続し、確実に型締めされる（図３（ｃ）参照）。
そして、型開き後に型抜きを行い、成形品の突起（円筒穴３ｃ、４ｃ、４ｄに流入して成形された部位）を切削し、成形品が製造される。なお、成形品が外部に視認されない部材である場合、突起の切削作業は不要である。
以上、第１実施形態のプレス成形装置１及びプレス成形方法によれば、ハードストップの発生を回避できる。また、加熱前のスタンパブルシート８０の機械的特性を備えた成形品を製造することができる。
以上、第１実施形態のプレス成形装置１及びプレス成形方法について説明したが、本発明は実施形態で説明した例に限定されない。
たとえば、過剰部８３をプレスする底面（第２面）３４及び底面用対向面４４のうち、底面（第２面）３４の方に第１可動コア５が設けられているが、底面用対向面４４の方に第１可動コア５を設けてもよい。つまり、底面（第２面）３４及び底面用対向面４４の少なくとも一方に第１可動コア５が設けられていれば、過剰部８３の型内圧力の上昇を抑制することができる。
また、第１減少部８１をプレスする第１載置面（載置面）３２及び第１対向面４２のうち、第１対向面４２の方に第２可動コア６が設けられているが、第１載置面（載置面）３２の方に第２可動コア６を設けてもよい。つまり、第１載置面（載置面）３２及び第１対向面４２の少なくとも一方に第２可動コア６が設けられていれば、第１減少部８１の型内圧力の上昇を抑制することができる。
また、実施形態では、下型３と上型４の両方に可動コア（第１可動コア５〜第３可動コア７）が設けられているが、本発明の可動コアは、一対の金型２，２の少なくとも一方に設けられていればよく、実施形態の例に限定されない。
また、実施形態では、可動コア（第１可動コア５〜第３可動コア７）が可動する場合の所定値を物性回復圧力に設定しているが、本発明はこれに限定されない。
本発明では、可動コアが可動する場合の所定圧力が、ハードストップする場合の限界圧力未満に設定されていればよい。よって、可動コアが可動する場合の所定圧力を物性回復圧力未満に設定してもよい。ただし、このように設定した場合、成形品は、加熱前のスタンパブルシート８０の機械的特性を備えない。
なお、本発明において、可動コアが可動する場合の所定圧力が、ハードストップする場合の限界圧力未満であって、その限界圧力近傍の値に設定されることが好ましい。これによれば、可動コアが可動し難く、過剰部８３の樹脂が第１減少部８１や第２減少部８２の方に戻り易くなる。この結果、熱可塑性樹脂が円筒穴３ｃ等に入り込み難くなり、言い換えると、円筒穴３ｃ等で成形された突起が生成され難くなり、型抜き後に切削する作業を回避できる。
また、実施形態では、可動コア（第１可動コア５〜第３可動コア７）を可動可能に支持するための部品として、コイルばね（第１コイルばね１０〜第３コイルばね１２）を用いているが、これに代えてシリンダ（ガスシリンダ、油圧シリンダ）を用いてもよい。
なお、コイルばねとシリンダにおいては、構成の簡易性から、コイルばねを用いた方が好ましい。
また、実施形態では、平坦面に形成されてスタンパブルシート８０との当接面積が比較的大きい載置面（第１載置面３２、第２載置面３６）を本発明の載置面に相当する構成として挙げているが、本発明はこれに限定されない。たとえば、ビードやボスなど突起状の部材の頂面など、スタンパブルシート８０との当接面積が極めて小さいものも、本発明の載置面に含まれる。
また、実施形態の載置面（第１載置面３２、第２載置面３６）は、配置工程の段階でスタンパブルシート８０に当接しているが、本発明にはこれに限定されない。下型３の上面３０において、プレス工程の初期段階にスタンパブルシート８０が当接する当接面も本発明の「載置面」に含まれる。
なお、プレス工程の初期段階にスタンパブルシート８０が当接する当接面として、図４に示す変形例が挙げられる。
変形例の下型３は、図４に示すように、上面３０の当接面（第１当接面３２Ａ、第２当接面３６Ａ）よりも上方に突出する複数のピン６０と、ピン６０を上下動させる複数の駆動部６１と、を備えている。
また、変形例の下型３Ａでは、プレス工程の開始により上型４が下方へ移動し始めると、駆動部６１により各ピン６０が下方へ移動する（図４の矢印参照）。そして、スタンパブルシート８０に上型４の下面４０が接する直前にピン６０が下型３に収容され、スタンパブルシート８０が下型３の当接面（第１載置面３２、第２載置面３６）に載置される。
このような変形例によれば、スタンパブルシート８０が下型３に当接することが遅れ、スタンパブルシート８０の冷却を遅らせることができる。
また、実施形態では、平坦な面（第１対向面４２、底面３４、第２対向面４６）可動コア（第１可動コア５〜第３可動コア７）が設けられているが、第１斜面３１などの斜面に可動コアを設けてもよい。ただし、型抜きを考慮すると、型抜き方向に可動するように可動コアを設けるのが好ましい。
なお、可動コアが設けられる箇所に関し、本実施形態の底面３４のように、載置面（第１載置面３２、第２載置面３６）の間の面に設けられるのが好ましい。
理由は、実施形態で説明したように、載置面から底面３４に向って熱可塑性樹脂が流出し易いところ、第１載置面３２、第２載置面３６の間に設けられた場合には、より多くの底面３４に向って熱可塑性樹脂が流出する（図２（ｃ）の矢印Ａ２，Ａ３参照））。このため、実施形態の底面３４に可動コアを設けると、効果的にハードストップを回避することができる。そして、より好ましくは、全周が載置面に囲まれた底面に可動コアが設けられるのが好ましい。
そのほか、本実施形態では、スタンパブルシート８０を構成する熱可塑性樹脂の移動により発生した過剰部８３に対して適用した例を挙げているが、本発明は、熱可塑性樹脂とともに強化繊維２８２が手繰り寄せられるように移動することで発生した皺部（過剰部）２８１に対しても適用することができる（図９参照）。
（第２実施形態）
つぎに、第２実施形態について説明する。
図５に示すように、第２実施形態のプレス成形では、第２実施形態のプレス成形装置１０１は、一対の金型１０２，１０２と、図示しないプレス機と、を備えている。
また、プレス成形装置１０１によって加工されるスタンパブルシート１８０は、第１スタンパブルシート１８１と、第１スタンパブルシート１８１に重ねられた第２スタンパブルシート１８２と、を備えている（図７参照）。
なお、第２実施形態のプレス成形装置１０１の説明では、第１実施形態のプレス成形装置１との相違点である一対の金型１０２，１０２に限定して説明する。
一対の金型１０２，１０２は、図示しない固定台に固定された下型１０３と、プレス機に支持されて下型１０３に対向する上型１０４と、を有している。
下型１０３の上面１３０は、平坦面に形成されている。
上型１０４の下面１４０は、第１平面１４１と、第１平面１４１よりも上方に位置する第２平面１４２と、上下方向に延びて第１平面１４１と第２平面１４２とを連続する上下面１４３と、を備えている。
上面１３０と下面１４０との間に形成されるキャビティＳ（図５の破線参照）において、上面１３０と第１平面１４１とによって圧縮される上下方向の長さはＬ２に設定されている。
さらに、キャビティＳにおいて、上面１３０と第２平面１４２とによって圧縮される上下方向の長さからＬ２を引いた長さは、Ｌ３に設定されている。
図５、図６に示すように、上型１０４には、複数の第４可動コア８が設けられている。この第４可動コア８は、第１実施形態において説明したものと同一構成である。なお、複数の第４可動コア８が設けられている位置については後述する。
（プレス成形方法）
つぎに、図７を参照しながら、プレス成形装置１０１を用いたプレス成形方法を説明する。プレス成形装置１０１を用いたプレス成形方法は、配置工程と、プレス工程と、を備えている。
配置工程は、図７（ａ）に示すように、加熱された第１スタンパブルシート１８１を下型１０３の上面１３０に載置する。つぎに、加熱された第２スタンパブルシート１８２を第１スタンパブルシート１８１の上に重ねる。
なお、加熱前の第１スタンパブルシート１８１の厚みは、Ｌ２（図５参照）と同一のものを使用している。また、加熱前の第２スタンパブルシート１８２の厚みは、Ｌ３（図５参照）と同一のものを使用している。
また、第２スタンパブルシート１８２の左端部１８５をキャビティＳ内に配置する。そして、第２スタンパブルシート１８２の左端１８２ａが、第１平面１４１の右端１４１ａを超えて左側に位置するように位置合わせする（図７（ａ）の直線Ｈ参照）。
これによれば、プレスした際に、熱可塑性樹脂（第２スタンパブルシート１８２）を上下面１４３まで確実に充填することができる。つまり、型締された場合に、成形品と上下面１４３との間に隙間が生じない。
なお、第１スタンパブルシート１８１において左端部１８５と上下方向に重なり合う部分を重なり部１８６と称する。
また、左端部１８５と重なり部１８６とを併せて過剰部１８７と称する。
第１平面１４１において、左端部１８５を押圧する部位を端部押圧面１４４と称する。
第４可動コア８は、左端部１８５を押圧する端部押圧面１４４に設けられている（特に図６参照）。
プレス工程では、プレス機を駆動させて上型１０４を下方に移動し、下型１０３と上型１０４との型締めを行う。
具体的には、上型１０４が下方に移動する過程において、最初に、端部押圧面１４４が左端部１８５に当接する（図７（ｂ）参照）。
さらに上型１０４が下方に移動すると、過剰部１８７のみがプレスされる。この結果、過剰部１８７の一部が周辺に流出しつつも、ガスが抜けて過剰部１８７の厚みが次第に小さくなる。
さらに上型１０４の移動が進み、過剰部１８７から下型１０３及び上型１０４に作用する型内圧力が物性回復圧力になった場合、過剰部１８７が加熱前のスタンパブルシート１８０の機械的特性を備える。
また、過剰部１８７が加熱前のスタンパブルシート１８０の機械的特性を備えた後に、上型１０４がさらに下方に移動すると、過剰部１８７の型内圧力が上昇し、複数の第４可動コア８が上方に押圧される。これにより、過剰部１８７の一部が第１平面１４１に形成された円筒穴１０４ａ内に流入し、過剰部１８７の型内圧力が物性回復圧力に維持される。この結果、上型１０４の下方への移動が継続され、他の部位のプレス（圧縮）が確実に行われる。
また、他の部位には、過剰部１８７から流出しているものの、左端部１８５の容量自体が少量であるため、型内圧力が物性回復圧力を大きく超えない。この結果、上型１０４の下方への移動を継続されて、確実に型締めされる（図７（ｃ）参照）。
そして、型開き後に型抜きを行い、成形品の突起（円筒穴１０４ａに流入して成形された部位）を切削し、成形品が製造される。
以上、第２実施形態のプレス成形装置１０１及びプレス成形方法によれば、ハードストップの発生を回避できる。また、各部位が加熱前のスタンパブルシート１８０の機械的特性を備えた成形品を製造することができる。さらに、上下面１４３に対して隙間なく熱可塑性樹脂が充填され、所望の形状の成形品を製造することができる。
以上、第２実施形態のプレス成形装置１０１及びプレス成形方法について説明したが、本発明は実施形態で説明した例に限定されない。
たとえば、配置工程では、第２スタンパブルシート１８２の左端１８２ａが、上下面１４３と上下方向で重なるようにしてもよい。
この場合において、第２スタンパブルシート１８２の位置ずれによって、第２スタンパブルシート１８２の左端１８２ａが第１平面１４１の右端１４１ａを超えてしまい、左端部１８５が発生した場合に有効である。
また、第４可動コア８を設ける位置は、左端部１８５を押圧する端部押圧面１４４に限定されない。たとえば、図８に示すように、端部押圧面１４４の近傍である第２平面１４２の左端部１４２ａに第４可動コア８に設けてもよい。又は、特に図示しないが、下型１０３の上面１３０において重なり部１８６に当接する部位に第４可動コアを設けてもよく、端部押圧面１４４の近傍であれば特に限定されない。
なお、第１実施形態及び第２実施形態の可動コア（第１可動コア５〜第４可動コア８）は、円柱状であったが、本発明において、可動コアの形状について特に限定されない。たとえば、キャビティ面に沿って延びる直方体状（ブロック状）の可動コアであってもよい。
１，１Ａ プレス成形装置
２，１０２，２０２ 金型
３，１０３ 下型
４，１０４ 上型
５〜８ 可動コア（第１可動コア〜第４可動コア）
３０ 上面
３２，３２Ａ 第１載置面（載置面、第１面）
３４ 底面（第２面）
３６，３６Ａ 第２載置面（載置面、第１面）
４０ 下面
４２ 第１対向面（対向面）
４４ 底面用対向面（対向面）
４６ 第２対向面（対向面）
６０ ピン
８０，１８０，２８０ スタンパブルシート
８１ 第１減少部
８２ 第２減少部
８３，１８７ 過剰部
２８１ 皺部（過剰部）
１４１ 第１平面
１４２ 第２平面
１４３ 上下面
１４４ 端部押圧面
１８５ 延出部
１８６ 重なり部
Ｓ キャビティ

Claims (10)

  1. 一対の金型を備え、加熱されたスタンパブルシートを前記一対の金型で所定形状にプレス成形するプレス成形装置であり、
    前記一対の金型の少なくとも一方には、可動コアが設けられ、
    前記可動コアは、キャビティの縁部よりも内側に配置され、所定値以上の圧力が作用した場合に前記キャビティの容量が増える方向に可動することを特徴とするプレス成形装置。
  2. 前記所定値は、加熱前の前記スタンパブルシートの機械的特性に戻すために必要な圧力に設定されていることを特徴とする請求項１に記載のプレス成形装置。
  3. 前記一対の金型は、下型と、前記下型に対向する上型と、を有し、
    前記下型のキャビティ面は、第１面と、前記第１面よりも下方に位置する第２面と、を含む複数の面で構成され、
    前記可動コアは、前記上型において前記第２面に対向する対向面及び前記第２面の少なくとも一方に設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のプレス成形装置。
  4. 前記スタンパブルシートの厚みは、成形品の厚みよりも大きく、
    前記一対の金型は、下型と、前記下型に対向する上型と、を有し、
    前記下型のキャビティ面は、第１面と、前記第１面よりも下方に位置する第２面と、を含む複数の面で構成され、
    前記第１面は、前記スタンパブルシートが載置される載置面であり、
    前記可動コアは、前記上型において前記載置面に対向する対向面及び前記載置面の少なくとも一方に設けられていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のプレス成形装置。
  5. 前記スタンパブルシートは、第１スタンパブルシートと、前記第１スタンパブルシートに重ねられた第２スタンパブルシートと、を備え、
    前記第２スタンパブルシートの端部のうち少なくても一つは、前記キャビティ内に配置され、
    前記可動コアは、プレス時において前記第２スタンパブルシートの端部を押圧する端部押圧面に又は前記端部押圧面の近傍に設けられていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のプレス成形装置。
  6. 加熱されたスタンパブルシートを一対の金型の間に配置し、前記一対の金型で前記スタンパブルシートを所定形状にプレス成形するプレス成形方法であり、
    前記一対の金型の少なくとも一方には、可動コアが設けられ、
    前記可動コアは、キャビティの縁部よりも内側に配置され、所定値以上の圧力が作用した場合に前記キャビティの容量が増える方向に可動することを特徴とするプレス成形方法。
  7. 前記所定値は、加熱前の前記スタンパブルシートの機械的特性に戻すために必要な圧力に設定されていることを特徴とする請求項６に記載のプレス成形方法。
  8. 前記一対の金型は、下型と、前記下型に対向する上型と、を有し、
    前記下型のキャビティ面は、第１面と、前記第１面よりも下方に位置する第２面と、を含む複数の面で構成され、
    前記可動コアは、前記上型において前記第２面に対向する対向面及び前記第２面の少なくとも一方に設けられていることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載のプレス成形方法。
  9. 前記スタンパブルシートの厚みは、成形品の厚みよりも大きく、
    前記一対の金型は、下型と、前記下型に対向する上型と、を有し、
    前記下型のキャビティ面は、第１面と、前記第１面よりも下方に位置する第２面と、を含む複数の面で構成され、
    前記第１面は、前記スタンパブルシートが載置される載置面であり、
    前記可動コアは、前記上型において前記載置面に対向する対向面及び前記載置面の少なくとも一方に設けられていることを特徴とする請求項６から請求項８のいずれか１項に記載のプレス成形方法。
  10. 前記スタンパブルシートは、第１スタンパブルシートと、前記第１スタンパブルシートに重ねられた第２スタンパブルシートと、を備え、
    前記第２スタンパブルシートの端部のうち少なくても一つは、前記キャビティ内に配置され、
    前記可動コアは、プレス時において前記第２スタンパブルシートの端部を押圧する端部押圧面に又は前記端部押圧面の近傍に設けられていることを特徴とする請求項６から請求項９のいずれか１項に記載のプレス成形方法。
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