JP2017001189A - 樹脂成形体の製造方法及びプレス成形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】板状の成形基材を金型を用いてプレス成形時の成形性を向上する繊維強化樹脂成形体の製造方法及びプレス成形装置の提供。【解決手段】加熱軟化した板状の成形基材１１０をプレス成形する以下の工程（Ａ）〜（Ｄ）にて繊維強化樹脂成形体に製造する方法。（Ａ）中央部のパッド４２とその両側の型本体５０ａ，ｂとを有する下型４０に対して、板状の成形基材１１０の中央部をパッド４２上に載置し、両端側を型本体５０ａ，ｂの成形面から上方に突出する支持部６６ａ，ｂに支持させて、板状の成形基材１１０をセットする工程（Ｂ）上型２０及び下型４０を近接させて、パッド４２と上型２０とにより板状の成形基材１１０の中央部を挟み込む工程（Ｃ）上型２０及び下型４０をさらに近接させて支持部６６ａ，ｂの突出量を減少させる工程（Ｄ）下型４０と上型２０とにより板状の成形基材１１０をプレスし繊維強化樹脂成形体を形成する工程。【選択図】図９

Description

本発明は、板状の成形基材を用いて繊維強化樹脂成形体をプレス成形する繊維強化樹脂成形体の製造方法及びプレス成形装置に関する。

自動車車体の構造部品は、従来、鋼材等の金属材料により構成されている。近年、車体の軽量化のために、炭素繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ）等の繊維強化樹脂からなる立体形状を有する構造部品が使用されつつある。繊維強化樹脂からなる構造部品は、例えば、強化繊維に熱可塑性のマトリックス樹脂を含浸させた繊維強化樹脂シートを積層した板状の成形基材を加熱軟化した後、金型によりプレス成形することにより製造される。

特開２０１４−１６６７０２号公報

繊維強化樹脂成形体をプレス成形する際に、加熱軟化した成形基材を金型の成形面に直にセットした場合、セットした直後から熱可塑性樹脂の冷却固化が進行し始める。立体形状を有する樹脂成形体をプレス成形により製造する場合、使用される金型の成形面は凹凸形状を有するが、成形基材をセットした直後からの熱可塑性樹脂の冷却固化は、成形基材の成形性を低下させる要因になり得る。

具体的には、下型の成形面が下に向かって凸状を成す場合に、成形基材の端部と下型の成形面の端部とを合わせて成形基材をセットすると、成形基材の端部側領域の材料の流動が冷却固化により制限される。そのため、プレス時に、凹凸状に成形される部分の材料の密度が低くなったり成形基材が裂けたりするおそれがある。

また、下型の成形面が上に向かって凸状を成す場合には、加熱軟化している成形基材をセットする際に端部が下方に垂れるため、成形基材の端部と成形面の端部とを一致させることが困難である。また、成形基材の長さと成形体の長さによっては、成形基材の端部と成形面の端部とを一致させてプレスしたときに、成形基材に皺が生じるおそれがある。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、板状の成形基材をプレス成形することにより繊維強化樹脂成形体を製造する際の成形性を向上させることができる繊維強化樹脂成形体の製造方法及びプレス成形装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、加熱軟化した板状の成形基材を金型を用いてプレス成形することにより立体形状を有する繊維強化樹脂成形体を製造する繊維強化樹脂成形体の製造方法であって、以下の工程（Ａ）〜（Ｄ）を順次に含む、繊維強化樹脂成形体の製造方法が提供される。
（Ａ）中央部のパッドとパッドの両側の型本体とを有する下型に対して、板状の成形基材の中央部をパッド上に載置するとともに、板状の成形基材の両端側を型本体の成形面から上方に突出する支持部に支持させて、板状の成形基材をセットする工程
（Ｂ）上型及び下型を近接させて、パッドと上型とにより板状の成形基材の中央部を挟み込む工程
（Ｃ）上型及び下型をさらに近接させるとともに支持部の突出量を減少させる工程
（Ｄ）下型と上型とにより板状の成形基材をプレスし繊維強化樹脂成形体を形成する工程

工程（Ａ）において、支持部に支持された領域の板状の成形基材の端部は、型本体に設けられたシャーエッジの外側に位置し、工程（Ｃ）において、支持部の突出量を減少させて板状の成形基材の端部をシャーエッジの内側に落とし込んでもよい。

板状の成形基材は一方向に配向された強化繊維にマトリクス樹脂を含浸させた繊維強化樹脂からなり、工程（Ａ）において、一方向に交差する方向の中央部をパッド上に載置するとともに、一方向に交差する方向の両端側を支持部に支持させてもよい。

工程（Ｄ）において、支持部が型本体の成形面まで後退した後に、プレスを行ってもよい。

工程（Ａ）において、パッドの上面及び支持部の上面は型本体の成形面よりも上方に位置し、板状の成形基材における、パッド上に載置される部分と支持部に支持させる部分との間の領域を搬送用器具により支持して、板状の成形基材をパッド及び支持部上にセットし、搬送用器具を、パッドと支持部との間の空間から引き抜いてもよい。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、加熱軟化した板状の成形基材を金型を用いてプレス成形して立体形状を有する繊維強化樹脂成形体を製造するためのプレス成形装置であって、下型の一方向の中央部に配置され、上方に向けて荷重が付加されるパッドと、パッドを挟んで下型の一方向の両側に配置され、パッドの上面よりも下方の位置に成形面を有する型本体と、型本体の成形面から上方に向けて突出するとともに、上型と前記下型との近接に伴って突出量が減少する支持部と、を備える、プレス成形装置が提供される。

上型と下型とが近接する際に、上型に設けられた押圧部によって、下型の支持部に連結された被押圧部を押圧することにより、支持部の突出量が減少してもよい。

上型の押圧部と下型の被押圧部との距離が、パッドと上型との距離よりも短くてもよい。

上型の押圧部に対して下方に向けて荷重を付加する弾性部を備えてもよい。

支持部の上面が、上方に突出する曲面であってもよい。

以上説明したように本発明によれば、板状の成形基材をプレス成形することにより繊維強化樹脂成形体を製造する際の成形性を向上させることができる。

繊維強化樹脂成形体の一例を示す斜視図である。 本発明の実施の形態に係るプレス成形装置を示す説明図である。 同実施の形態に係るプレス成形装置の下型を示す上面図である。 同実施の形態に係るプレス成形装置の支持部を示す説明図である。 同実施の形態に係る繊維強化樹脂成形体の製造方法の工程（Ａ）を示す説明図である。 同実施の形態に係る繊維強化樹脂成形体の製造方法の工程（Ａ）を示す説明図である。 同実施の形態に係る繊維強化樹脂成形体の製造方法の工程（Ｂ）を示す説明図である。 同実施の形態に係る繊維強化樹脂成形体の製造方法の工程（Ｂ）を示す説明図である。 同実施の形態に係る繊維強化樹脂成形体の製造方法の工程（Ｃ）を示す説明図である。 同実施の形態に係る繊維強化樹脂成形体の製造方法の工程（Ｃ）を示す説明図である。 同実施の形態に係る繊維強化樹脂成形体の製造方法の工程（Ｄ）を示す説明図である。 同実施の形態に係る繊維強化樹脂成形体の製造方法の工程（Ｅ）を示す説明図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。また、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する複数の構成要素を、同一の符号の後に異なるアルファベットを付して区別する場合もある。ただし、実質的に同一の機能構成を有する複数の構成要素の各々を特に区別する必要がない場合、同一符号のみを付する。

＜１．繊維強化樹脂成形体＞
図１は、本実施形態に係る繊維強化樹脂成形体の製造方法により製造し得る繊維強化樹脂成形体１００の一例を示す斜視図である。繊維強化樹脂成形体１００は、繊維強化樹脂を用いて成形され、鋼板からなる構造体と比較して軽量でありつつ、高い強度を有している。繊維強化樹脂成形体１００は凹凸状の部分を含む立体形状を有する。

繊維強化樹脂成形体１００のプレス成形に用いる板状の成形基材は、例えば１．０〜１０．０ｍｍの厚さを有する。係る板状の成形基材は、例えば強化繊維にマトリックス樹脂を含浸させた繊維強化樹脂シートを複数枚積層したものを用いることができる。使用される強化繊維は、特に限定されるものではなく、例えば、炭素繊維やガラス繊維、アラミド繊維等であってもよく、さらにはこれらの強化繊維を組み合わせて使用してもよい。中でも炭素繊維は、機械特性に優れていることから、強化繊維が炭素繊維を含むことが好ましい。

また、本実施形態では、板状の成形基材に含まれる強化繊維は、一端から他端まで連続する連続繊維が用いられる。例えば、強化繊維が一方向に沿って配向した複数枚の繊維強化樹脂シートを積層した板状の成形基材をプレス成形して、繊維強化樹脂成形体１００が製造される。図１に示した繊維強化樹脂成形体１００の立体形状における角部１０１の延在方向は、強化繊維の配向方向と略一致している。

繊維強化樹脂のマトリックス樹脂には熱可塑性樹脂が用いられる。マトリックス樹脂としては、例えば、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリスチレン樹脂、ＡＳ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリカーボネート樹脂、熱可塑性ポリエステル樹脂、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂、フッ素樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリイミド樹脂などが例示される。

マトリックス樹脂は、これらの熱可塑性樹脂うちの１種類、あるいは２種類以上の混合物を使用し得る。あるいは、マトリックス樹脂は、これらの熱可塑性樹脂の共重合体であってもよい。また、マトリックス樹脂をこれらの熱可塑性樹脂の混合物とする場合には相溶化剤を併用してもよい。さらには、マトリックス樹脂は、難燃剤としての臭素系難燃剤や、シリコン系難燃剤、赤燐等を含んでいてもよい。

この場合、使用される熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂、ナイロン６、ナイロン６６等のポリアミド系樹脂、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等のポリエステル系樹脂、ポリエーテルケトン、ポリエーテルスルフォン、芳香族ポリアミド等の樹脂が挙げられる。中でも熱可塑性マトリックス樹脂が、ポリアミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリプロピレン、ポリエーテルエーテルケトン及びフェノキシ樹脂からなる群より選ばれる少なくとも１種であることが好ましい。

なお、複数枚の繊維強化樹脂シートを積層して繊維強化樹脂成形体１００を成形する場合、それぞれの繊維強化樹脂シートに含まれる強化繊維の種類や含有率等が異なっていてもよい。また、積層される複数枚の繊維強化樹脂シートにおいて、マトリックス樹脂が相溶性を有する異なる材料同士であってもよく、あるいは、同一のマトリックス樹脂に対して異なる添加物等が混合されていてもよい。この場合においても、成形基材の溶融及び硬化を効率的に行えるように、融点が近似するマトリックス樹脂を用いることが好ましい。

繊維強化樹脂シートは、例えば、一般的なフィルム含浸法や溶融含浸法等のプロセスにより、強化繊維を連続的に送り出しながらマトリックス樹脂を当該強化繊維に含浸させる方法により製造される。この繊維強化樹脂シートを所望のサイズに切断することにより、成形素材としての繊維強化樹脂シートが得られる。所望のサイズに切断した複数枚の繊維強化樹脂シートの幅方向の端部を接着剤等により互いに接合して、所望の幅及び長さの繊維強化樹脂シートを形成してもよい。繊維強化樹脂シートの厚さは、例えば、０．０３〜０．５ｍｍの範囲内の値とすることができる。

本実施形態では、複数枚の繊維強化樹脂シートを積層した板状の成形基材を加熱軟化した後、当該板状の成形基材をプレス成形装置により型圧縮することによって、所望の立体形状を有する繊維強化樹脂成形体１００が得られる。ただし、板状の成形素材は、繊維強化樹脂シートの積層体に限られず、所定の厚さを有する単一層の成形素材であってもよい。以下、繊維強化樹脂成形体１００の製造に使用可能なプレス成形装置の例を説明した後に、当該プレス成形装置を用いた繊維強化樹脂成形体１００の製造方法を説明する。

＜２．プレス成形装置＞
図２は、本実施形態に係るプレス成形装置１０の構成例を示す説明図である。図２は、図１に示した繊維強化樹脂成形体１００を製造するためのプレス成形装置１０の断面図を示す。プレス成形装置１０は、上型２０及び下型４０を備え、上型２０及び下型４０により板状の成形基材を挟み込んでプレスすることにより、所望の形状の繊維強化樹脂成形体１００を製造する装置である。

なお、以下の説明において、上型２０及び下型４０の「中央部」及び「両端部」とは、図２等に示したプレス成形装置１０の左右方向の中央部及び両端部、すなわち、図１に示した繊維強化樹脂成形体１００の角部１０１の延在方向に対して交差する方向の中央部及び両端部を意味する。また、当該プレス成形装置１０の左右方向、あるいは、繊維強化樹脂成形体１００の角部１０１の延在方向に対して直交する方向を、幅方向と言う場合がある。

（２−１．上型）
上型２０は、下型４０に対向する面に、製造する繊維強化樹脂成形体１００の立体形状に対応する成形面２２を有する。成形面２２の裏側には、金型を加熱及び保温するためのヒータ等の熱源が埋め込まれる。さらに、成形面２２の裏側に、冷却剤が流通する冷却剤通路３０が備えられていてもよい。成形素材の体積が大きく、金型が熱を受けすぎる場合には、冷却剤通路３０に冷却剤を流通させることにより、成形面２２を低温にし、加熱軟化した成形基材を冷却固化させることができる。

上型２０の両端部には、押圧部支持孔２４ａ，２４ｂ内を進退動可能に保持された押圧部２８ａ，２８ｂを備える。押圧部２８ａ，２８ｂは、コイルばね２６ａ，２６ｂによって押圧部支持孔２４ａ，２４ｂ内に懸架されている。コイルばね２６ａ，２６ｂは、押圧部２８ａ，２８ｂに対して下方に向けて荷重を付加可能な加圧部として機能する。係る加圧部は、コイルばね２６ａ，２６ｂに限られず、板ばね等であってもよいし、その他の圧力供給源を用いて構成されてもよい。

本実施形態では、押圧部２８ａ，２８ｂは、棒状のピンからなる。また、図２では、押圧部２８ａ，２８ｂは、上型２０の両端部にそれぞれ一つ示されているが、押圧部２８ａ，２８ｂは図面の奥行き方向に複数設けられている。また、本実施形態に係るプレス成形装置１０では、上型２０が上下方向に進退動可能に構成され、プレス成形時において、上型２０に対して下方向の荷重がかけられるようになっている。

（２−２．下型）
下型４０は、パッド４２と、型本体５０ａ，５０ｂと、支持機構６０とを備える。パッド４２は、下型４０の中央部に設けられ、コイルばね４６により上方に向けて荷重が付加される。パッド４２は、上型２０に対向する上面に、製造する繊維強化樹脂成形体１００の中央部の形状に対応するパッド成形面４２ａを有する。パッド成形面４２ａの裏側には、金型を加熱及び保温するためのヒータ等の熱源が埋め込まれる。さらに、パッド成形面４２ａの裏側には、冷却剤が流通する冷却剤通路３２が備えられてもよい。成形基材の体積が大きく、金型が熱を受けすぎる場合には、冷却剤通路３２に冷却剤を流通させることにより、パッド成形面４２ａを低温にし、加熱軟化した成形基材を冷却固化させることができる。

型本体５０ａ，５０ｂは、パッド４２を挟んで、下型４０の両端側に設けられる。型本体５０ａ，５０ｂは、上型２０に対向する上面に、製造する繊維強化樹脂成形体１００の両端部の形状に対応する成形面５２ａ，５２ｂを有する。成形基材のプレス成形時において、成形基材が成形面よりも外側にはみ出さないようにして型圧縮するために、成形面５２ａ，５２ｂの外側端部には、シャーエッジ５６ａ，５６ｂが設けられている。成形面５２ａ，５２ｂの裏側には、金型を加熱及び保温するためのヒータ等の熱源が埋め込まれる。さらに、成形面５２ａ，５２ｂの裏側には、冷却剤が流通する冷却剤通路３４が備えられてもよい。成形基材の体積が大きく、金型が熱を受けすぎる場合には、冷却剤通路３４に冷却剤を流通させることにより、成形面５２ａ，５２ｂを低温にし、加熱軟化した成形基材を冷却固化させることができる。

パッド４２は、型本体５０ａ，５０ｂの間に、極小の隙間を介して配置されている。パッド４２は、型本体５０ａ，５０ｂに対して相対的に上下動可能になっている。プレス成形前の状態において、パッド成形面４２ａの高さ位置は、型本体５０ａ，５０ｂの成形面５２ａ，５２ｂの高さ位置よりも高くなっている。また、パッド４２は、プレス成形時に、上型２０及び下型４０の近接に伴って、パッド成形面４２ａと当該パッド成形面４２ａに対向する上型２０の中央部の面２２ａとにより成形基材が圧縮される際に、コイルばね４６の付勢力に抗して、下方に押し下げられる。

支持機構６０は、基板６２と、基板６２の上面に固定された支持部６６ａ，６６ｂ及び被押圧部６４ａ，６４ｂとを有する。支持機構６０は、図示しない負荷手段により上方側に付勢されており、支持機構６０は、型本体５０ａ，５０ｂに対して相対的に上下動可能になっている。支持機構６０を付勢する負荷手段は特に制限されるものではなく、例えば、コイルばねや板ばね等を用いたものであってもよいし、油圧シリンダ等の他の圧力供給源を用いたものであってもよい。

支持部６６ａ，６６ｂは、板状の成形基材の端部側を支持する部分である。プレス成形前の状態において、支持部６６ａ，６６ｂは、型本体５０ａ，５０ｂの成形面５２ａ，５２ｂから上方に突出する。支持部６６ａ，６６ｂは、型本体５０ａ，５０ｂに設けられた支持部保持孔５４ａ，５４ｂに保持されている。

被押圧部６４ａ，６４ｂは、上型２０及び下型４０を近接させる際に、支持機構６０を相対的に下方へ移動させるために設けられた部分である。被押圧部６４ａ，６４ｂの上面は、上型２０の押圧部２８ａ，２８ｂの下面に対向し、上型２０及び下型４０を近接させる際に、上型２０の押圧部２８ａ，２８ｂにより下型４０の被押圧部６４ａ，６４ｂが押圧され得る。被押圧部６４ａ，６４ｂを押圧する荷重の大きさが、支持機構６０を上方側に付勢する荷重を上回ると、支持機構６０は下方向に移動する。

本実施形態に係るプレス成形装置１０では、型本体５０ａ，５０ｂは固定されており、パッド４２及び支持機構６０が、型本体５０ａ，５０ｂに対して相対的に上下動する。パッド４２と支持機構６０とは、互いに独立して上下動可能になっている。また、プレス成形前の状態において、パッド成形面４２ａのうちの最も上方に位置する部分と、支持部６６ａ，６６ｂの上面とは、略同じ高さとなっている。

図３は、本実施形態に係るプレス成形装置１０の下型４０を上型２０側から見た上面図を示す。この下型４０は、図１に示す繊維強化樹脂成形体１００を成形するための金型であって、中央部のパッド４２と、パッド４２の両側の型本体５０ａ，５０ｂとを備える。パッド４２及び型本体５０ａ，５０ｂはそれぞれ長尺の平面形状を有する。型本体５０ａ，５０ｂは、支持機構６０の支持部６６ａを保持する複数の支持部保持孔５４ａ，５４ｂを有する。支持機構６０の被押圧部６４ａ，６４ｂは、パッド４２及び型本体５０ａ，５０ｂの外側に設けられている。

本実施形態に係るプレス成形装置１０では、支持機構６０の支持部６６ａ，６６ｂは、棒状のピンからなる。支持部６６ａ，６６ｂがピンであれば、成形基材を小さい面積で支持することができる。したがって、プレス成形時における成形基材のずれを抑制することができる。このとき、図４に示すように、支持部６６ａ，６６ｂの上面が、上方に向けて突出する曲面であることが好ましい。支持部６６ａ，６６ｂの上面が曲面であれば、プレス成形時において支持部６６ａ，６６ｂ上の成形基材１１０が引きずられても、成形基材が支持部６６ａ，６６ｂに引っ掛かることを防ぐことができる。

また、本実施形態に係るプレス成形装置１０では、支持機構６０の被押圧部６４ａ，６４ｂは、棒状のピンからなる。被押圧部６４ａ，６４ｂは、上型２０及び下型４０を近接させたときに上型２０の押圧部２８ａ，２８ｂと当接可能になっていればよい。ただし、支持部６６ａ，６６ｂ及び被押圧部６４ａ，６４ｂを棒状のピンにより構成することによって、支持機構６０の軽量化が図られるとともに、コストを抑制することができる。

図３に示した例では、支持部６６ａ，６６ｂが型本体５０ａ，５０ｂにそれぞれ７本、計１４本設けられ、被押圧部６４ａ，６４ｂが両端部にそれぞれ３本、計６本設けられている。ただし、支持部６６ａ，６６ｂ及び被押圧部６４ａ，６４ｂの数は特に限定されない。また、支持機構６０の基板６２は、パッド４２及び型本体５０ａ，５０ｂの下部に、図示しない開口部を有し、パッド４２に荷重を与えるコイルばね４６が当該開口部を通過して設けられている。なお、コイルばね４６の代わりに、他の圧力供給源を用いてもよい。

＜３．繊維強化樹脂成形体の製造方法＞
次に、上述したプレス成形装置１０を用いて行われる繊維強化樹脂成形体１００の製造方法について説明する。本実施形態に係る繊維強化樹脂成形体１００の製造方法は、強化繊維にマトリックス樹脂を含浸させた繊維強化樹脂シートを積層した成形基材を金型を用いてプレスすることによって繊維強化樹脂成形体１００を成形する方法に関するものである。

本実施形態に係る繊維強化樹脂成形体１００の製造方法は、少なくとも以下の工程（Ａ）〜（Ｄ）を含む。
（Ａ）中央部のパッド４２とパッド４２の両側の型本体５０ａ，５０ｂとを有する下型４０に対して、板状の成形基材１１０の中央部をパッド４２上に載置するとともに、板状の成形基材１１０の両端側を型本体５０ａ，５０ｂの成形面５２ａ，５２ｂから上方に突出する支持部６６ａ，６６ｂに支持させて、板状の成形基材１１０をセットする工程
（Ｂ）上型２０及び下型４０を近接させて、パッド４２と上型２０とにより板状の成形基材１１０の中央部を挟み込む工程
（Ｃ）上型２０及び下型４０をさらに近接させるとともに支持部６６ａ，６６ｂの突出量を減少させる工程
（Ｄ）下型４０と上型２０とにより板状の成形基材１１０をプレスし繊維強化樹脂成形体１００を形成する工程

以下、図１に示した立体形状を有する繊維強化樹脂成形体１００の製造方法について、図５〜図１２を適宜参照しながら、工程順に説明する。

（３−１．加熱工程）
加熱工程は、板状の成形基材１１０を加熱して軟化する工程である。加熱工程では、例えば、板状の成形基材１１０が加熱装置に投入される。本実施形態では、それぞれ連続繊維が一方向に配向した繊維強化樹脂シートを任意に積層した板状の成形基材１１０が用いられる。板状の成形素材１１０は繊維強化樹脂成形体１００を展開した形状に略一致することから、成形基材１１０の幅方向の長さは、繊維強化樹脂成形体１００の幅方向の長さよりも長くなる。本実施形態では、下型４０にシャーエッジ５６ａ，５６ｂが設けられており、係る成形素材１１０は成形領域内で型圧縮される。したがって、成形される繊維強化樹脂成形体１００において、樹脂材料の充填率の低下や裂け等の成形不良が低減される。

加熱工程では、例えば、板状の成形基材１１０が、上面側及び下面側から、電熱線や遠赤外線ヒータ、熱風等の加熱手段によって加熱される。加熱手段の温度は、マトリックス樹脂の融点以上に設定される。加熱工程では、マトリックス樹脂が分解しないように、成形基材１１０が溶融状態にされる。用いられる加熱装置は、特に限定されない。

（３−２．プレス工程）
プレス工程は、上記の工程（Ａ）〜（Ｄ）を含み、溶融状態の板状の成形基材１１０をプレスし、所望の立体形状を有する繊維強化樹脂成形体１００を製造する工程である。プレス工程では、プレス成形装置１０の上型２０及び下型４０の表面温度がマトリックス樹脂の融点未満にされる。係るプレス工程において、下型４０上に溶融状態の成形基材１１０がセットされた後に、対向する上型２０及び下型４０が互いに近接させられて成形基材１１０がプレスされる。これにより、成形基材１１０が冷却固化して、所望の形状の繊維強化樹脂成形体１００が得られる。

（３−２−１．工程（Ａ））
工程（Ａ）は、成形基材１１０を下型４０上にセットする工程である。図５及び図６は、工程（Ａ）の様子を示す説明図である。まず、図５に示すように、加熱軟化した溶融状態の板状の成形基材１１０を、搬送用器具８０により支持して、下型４０上に搬送する。このとき、下型４０のパッド成形面４２ａ及び支持部６６ａ，６６ｂの上面は、型本体５０ａ，５０ｂの成形面５２ａ，５２ｂの高さ位置よりも上方に位置する。図５に示した例では、パッド成形面４２ａ及び支持部６６ａ，６６ｂの上面の高さ位置は、略一致している。なお、パッド成形面４２ａの高さ位置と、支持部６６ａ，６６ｂの上面の高さ位置とは、完全に一致していなくてもよい。

搬送用器具８０は、長尺のパッド４２の長手方向に延在し、板状の成形基材１１０を全長に渡って支持する複数（図では２本）の搬送ピンである。搬送用器具８０の少なくとも上面が曲面状に構成されるとよい。したがって、搬送時において、成形基材１１０の下面に凹みが生じにくくなっている。溶融状態の成形基材１１０は、搬送用器具８０に支持された状態で若干の撓みが生じるものの、上型２０及び下型４０のいずれにも接することなく下型４０上に搬送される。搬送用器具８０を作業者が把持して成形基材１１０を搬送してもよいし、搬送用器具８０を有する搬送装置を用いて成形基材１１０を搬送してもよい。

二本の搬送用器具８０は、それぞれ下型４０のパッド４２と型本体５０ａ，５０ｂとの間の領域に対応する位置において成形基材１１０を支持する。したがって、図６に示すように、成形基材１１０を下型４０上に搬送した後、搬送用器具８０を下げることによって、成形基材１１０が、パッド成形面４２ａ及び支持部６６ａ，６６ｂ上にセットされる。搬送用器具８０は、パッド４２と型本体５０ａ，５０ｂとの間の隙間から軸方向に引き抜かれる。

このとき、二本の搬送用器具８０の間の距離をパッド４２の幅に合わせておくことによって、成形基材１１０をセットする際に、成形基材１１０の位置合わせを正確に行うことができる。具体的には、搬送用器具８０に対する成形基材１１０の載置位置があらかじめ決められていれば、下型４０上での搬送用器具８０の位置がずれていたとしても、搬送用器具８０を下げる際に、搬送用器具８０がパッド４２の両側部に沿って位置を修正しながら下降し、成形基材１１０が所定位置にセットされる。

（３−２−２．工程（Ｂ））
工程（Ｂ）は、上型２０と下型４０とを近接させて、パッド成形面４２ａと上型２０の中央部の面２２ａとにより板状の成形基材１１０の中央部を挟み込む工程である。図７及び図８は、工程（Ｂ）の様子を示す説明図である。本実施形態に係るプレス成形装置１０では、上型２０に対して下方に向かって荷重をかけることにより、上型２０が下方に移動し、上型２０と下型４０とが近接する。

上型２０が所定程度下降すると、図７に示すように、上型２０の押圧部２８ａ，２８ｂが下型４０の被押圧部６４ａ，６４ｂに当接する。したがって、上型２０を引き続き下降させることによって、下型４０の支持機構６０が下方に押圧される。このとき、上型２０の押圧部２８ａ，２８ｂと下型４０の被押圧部６４ａ，６４ｂとの距離が、パッド４２と上型２０との距離よりも短いため、板状の成形基材１１０が挟み込まれるより前に、支持機構６０が下方に押圧される。これにより、支持部６６ａ，６６ｂが下降し始め、板状の成形基材１１０の端部側が下方に垂れ始める。このとき、パッド４２上に載置されている板状の成形基材１１０の中央部は上型２０に接していない。

さらに上型２０を下方に移動させると、図８に示すように、下型４０の支持部６６ａ，６６ｂがさらに下降し、板状の成形基材１１０の両端部がさらに下方に下げられる。このとき、上型２０の押圧部２８ａ，２８ｂに対して下方に向けて荷重を付与するコイルばね２６ａ，２６ｂが圧縮するため、支持部６６ａ，６６ｂの下降量は上型２０の下降量（ストローク量）よりも小さくなる。

また、パッド４２上に載置された板状の成形基材１１０の中央部は、上型２０の中央部の面２２ａに押し付けられ、パッド４２の荷重により加圧され始める。これにより、板状の成形基材１１０の中央部が型圧縮されつつ冷却固化し始める。以降は、成形基材１１０の中央部が、パッド４２と上型２０とで挟み込まれた状態で、上型２０と下型４０とが近づけられる。

なお、プレス成形時においては、上型２０の成形面２２、下型４０のパッド４２の成形面４２ａ及び型本体５０ａ，５０ｂの成形面５２ａ，５２ｂは、成形素材１１０のマトリックス樹脂の融点未満の温度に加熱あるいは保温されている。したがって、マトリックス樹脂の融点以上に予熱されていた溶融状態の成形基材１１０は、上型２０又は下型４０の成形面に接触することによって、冷却される。上述のとおり、成形基材１１０の体積が大きい場合には、冷却剤通路３０，３２，３４に冷却剤を流通させて、成形基材１１０を冷却してもよい。

（３−２−３．工程（Ｃ））
工程（Ｃ）は、上型２０と下型４０とをさらに近接させて、型本体５０ａ，５０ｂの成形面５２ａ，５２ｂからの支持部６６ａ，６６ｂの突出量をさらに減少させる工程である。図９及び図１０は、工程（Ｃ）の様子を示す説明図である。前工程（Ｂ）において板状の成形基材１１０の中央部がパッド４２と上型２０とで挟み込まれた後、本工程（Ｃ）において、上型２０及び下型４０をさらに近接させることにより、支持機構６０がさらに下方に押し込まれる。

これにより、型本体５０ａ，５０ｂの成形面５２ａ，５２ｂからの支持部６６ａ，６６ｂの突出量がさらに減少する。これに伴って、上型２０の押圧部２８ａ，２８ｂに対して下向きの荷重を付与するコイルばね２６ａ，２６ｂもさらに圧縮する。このとき、板状の成形基材１１０のうち、パッド４２と上型２０とで挟み込まれた中央部と下方に垂れている両端部との間に高低差が生じており、板状の成形基材１１０の両端部は、型本体５０ａ，５０ｂのシャーエッジ５６ａ，５６ｂの位置に落とし込まれる。

この間、上型２０の成形面２２と型本体５０ａ，５０ｂの成形面５２ａ，５２ｂとの距離が徐々に小さくなって、板状の成形基材１１０の両端側が、上型２０の成形面２２又は下型４０の型本体５０ａ，５０ｂの成形面５２ａ，５２ｂに接し始める。そして、図１０に示すように、板状の成形基材１１０の両端部がシャーエッジ５６ａ，５６ｂの位置に落とし込まれた後は、成形基材１１０は、上型２０及び下型４０により挟み込まれるにつれて中央部側に押し込まれるようになる。ただし、本工程（Ｃ）においても、板状の成形基材１１０の両端側が上型２０及び下型４０に接している面積は小さく、成形基材１１０の冷却固化が進行しにくい状態となっている。

（３−２−４．工程（Ｄ））
工程（Ｄ）は、上型２０と下型４０とにより成形基材１１０をプレスし、繊維強化樹脂成形体１００を形成する工程である。図１１は、工程（Ｄ）の様子を示す説明図である。本工程（Ｄ）では、上型２０及び下型４０をさらに近接させることにより、上型２０及び下型４０によって囲まれる閉空間内で成形基材１１０が型圧縮される。これにより、成形基材１１０が全体的に冷却固化し、繊維強化樹脂成形体１００が形成される。

このとき、上型２０の押圧部２８ａ，２８ｂに対して下向きの荷重を付与するコイルばね２６ａ，２６ｂの圧縮により、支持部６６ａ，６６ｂの上面の高さ位置が、型本体５０ａ，５０ｂの成形面５２ａ，５２ｂの高さ位置に略一致する。そのため、成形基材１１０が型圧縮される状態では、支持部６６ａ，６６ｂの上面は成形面の一部となり得る。したがって、繊維強化樹脂成形体１００の表面に、支持部保持孔５４ａ，５４ｂの跡が残されにくくなっている。

成形基材１１０を型圧縮した状態で所定時間保持した後、上型２０を上昇させて、成形された繊維強化樹脂成形体１００を取り出す。このとき、図１２に示すように、繊維強化樹脂成形体１００は、支持部６６ａ，６６ｂ上に載った状態となる。したがって、繊維強化樹脂成形体１００の下方の空間に搬送用器具を挿し入れやすくなっており、繊維強化樹脂成形体１００を容易に搬送させることができる。

以上説明したように、本実施形態にかかる繊維強化樹脂成形体１００の製造方法及びプレス成形装置１０によれば、加熱軟化した板状の成形基材１１０の中央部がパッド４２上に載置され、両端部が支持部６６ａ，６６ｂ上に載置される。したがって、板状の成形基材１１０の両端側が冷却固化し始める時期を遅らせることができる。これにより、成形基材１１０が型圧縮されるまで、成形基材１１０が軟化した状態を保つことができ、成形性を低下させる要因を防ぐことができる。

また、本実施形態にかかる繊維強化樹脂成形体１００の製造方法及びプレス成形装置１０によれば、支持部６６ａ，６６ｂにより支持した板状の成形基材１１０の両端部が徐々に下げられ、下型４０の型本体５０ａ，５０ｂのシャーエッジ５６ａ，５６ｂに落とし込まれる。したがって、成形領域の幅よりも大きい（長い）幅の板状の成形基材１１０の両端部を、シャーエッジ５６ａ，５６ｂの位置に位置合わせして、下型４０の型本体５０ａ，５０ｂの成形面５２ａ，５２ｂ上に載置することができる。

また、成形領域の幅よりも大きい幅の板状の成形基材１１０の端部をシャーエッジ５６ａ，５６ｂに落とし込んで型圧縮することにより、材料を中央部側に押し込みながら型圧縮することができる。したがって、繊維強化樹脂成形体１００の一部の材料の充填率が低くなったり、成形基材１１０が裂けたりすることを防ぐことができる。これにより、繊維強化樹脂成形体１００を製造する際の成形性を向上させることができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上記実施の形態では、上型２０の下降に伴って、押圧部２８ａ，２８ｂが支持機構６０の被押圧部６４ａ，６４ｂを押圧することで、型本体５０ａ，５０ｂの成形面５２ａ，５２ｂからの支持部６６ａ，６６ｂの突出量を小さくしていたが、本発明は係る例に限られない。例えば、上型２０の下降に合わせて、制御機構を用いて支持部６６ａ，６６ｂを下降させる装置として構成されていてもよい。係る構成によっても、本発明の効果を得ることができる。

１０ プレス成形装置
２０ 上型
２２ 成形面
２４ａ，２４ｂ 押圧部支持孔
２８ａ，２８ｂ 押圧部
３０，３２，３４ 冷却剤通路
４０ 下型
４２ パッド
４２ａ パッド成形面
４６ コイルばね
５０ａ，５０ｂ 型本体
５２ａ，５２ｂ 成形面
５４ａ，５４ｂ 支持部保持孔
６０ 支持機構
６４ａ，６４ｂ 被押圧部
６６ａ，６６ｂ 支持部
８０ 搬送用器具
１００ 繊維強化樹脂成形体
１１０ 板状の成形基材

Claims (10)

1. 加熱軟化した板状の成形基材を金型を用いてプレス成形することにより立体形状を有する繊維強化樹脂成形体を製造する繊維強化樹脂成形体の製造方法であって、以下の工程（Ａ）〜（Ｄ）を順次に含む、繊維強化樹脂成形体の製造方法。
   （Ａ）中央部のパッドと前記パッドの両側の型本体とを有する下型に対して、前記板状の成形基材の中央部を前記パッド上に載置するとともに、前記板状の成形基材の両端側を前記型本体の成形面から上方に突出する支持部に支持させて、前記板状の成形基材をセットする工程
   （Ｂ）上型及び前記下型を近接させて、前記パッドと前記上型とにより前記板状の成形基材の中央部を挟み込む工程
   （Ｃ）前記上型及び前記下型をさらに近接させるとともに前記支持部の突出量を減少させる工程
   （Ｄ）前記下型と前記上型とにより前記板状の成形基材をプレスし前記繊維強化樹脂成形体を形成する工程
2. 前記工程（Ａ）において、前記支持部に支持された領域の前記板状の成形基材の端部は、前記型本体に設けられたシャーエッジの外側に位置し、
   前記工程（Ｃ）において、前記支持部の突出量を減少させて前記板状の成形基材の端部を前記シャーエッジの内側に落とし込む、請求項１に記載の繊維強化樹脂成形体の製造方法。
3. 前記板状の成形基材は一方向に配向された強化繊維にマトリックス樹脂を含浸させた繊維強化樹脂からなり、
   前記工程（Ａ）において、前記一方向に交差する方向の中央部を前記パッド上に載置するとともに、前記一方向に交差する方向の両端側を前記支持部に支持させる、請求項１又は２に記載の繊維強化樹脂成形体の製造方法。
4. 前記工程（Ｄ）において、前記支持部が前記型本体の成形面まで後退した後に、前記プレスを行う、請求項１〜３のいずれか１項に記載の繊維強化樹脂成形体の製造方法。
5. 前記工程（Ａ）において、前記パッドの上面及び前記支持部の上面は前記型本体の成形面よりも上方に位置し、
   前記板状の成形基材における、前記パッド上に載置される部分と前記支持部に支持させる部分との間の領域を搬送用器具により支持して、前記板状の成形基材を前記パッド及び前記支持部上にセットした後、
   前記搬送用器具を、前記パッドと前記支持部との間の空間から引き抜く、請求項１〜４のいずれか１項に記載の繊維強化樹脂成形体の製造方法。
6. 加熱軟化した板状の成形基材を金型を用いてプレス成形して立体形状を有する繊維強化樹脂成形体を製造するためのプレス成形装置であって、
   下型の一方向の中央部に配置され、上方に向けて荷重が付加されるパッドと、
   前記パッドを挟んで前記下型の前記一方向の両側に配置され、前記パッドの上面よりも下方の位置に成形面を有する型本体と、
   前記型本体の成形面から上方に向けて突出するとともに、上型と前記下型との近接に伴って突出量が減少する支持部と、
   を備える、プレス成形装置。
7. 前記上型と前記下型とが近接する際に、前記上型に設けられた押圧部によって、前記下型の前記支持部に連結された被押圧部を押圧することにより、前記支持部の突出量が減少する、請求項６に記載のプレス成形装置。
8. 前記上型の押圧部と前記下型の被押圧部との距離が、前記パッドと前記上型との距離よりも短い、請求項７に記載のプレス成形装置。
9. 前記上型の前記押圧部に対して下方に向けて荷重を付加する弾性部を備える、請求項７又は８に記載のプレス成形装置。
10. 前記支持部の上面が、上方に突出する曲面である、請求項６〜９のいずれか１項に記載のプレス成形装置。
    

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