JP5929871B2 - 熱可塑性樹脂材料の成形方法 - Google Patents

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Description

本発明は、熱可塑性樹脂材料の成形方法に関する。
成形品に皺や捩れ等の製品欠陥が生じ難い熱可塑性樹脂材料の成形方法は、従来から知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０１１−２５５５８７号公報
ところで、多層の熱可塑性樹脂材料を所望とする形状にプレス成形する際に、押圧不足箇所の発生を抑制するためには、比較的高い荷重を付与できる高荷重プレス機が必要となる。しかしながら、高荷重プレス機は高価であり、設備コストが増加する要因となってしまう。
そこで、本発明は、低荷重プレス機でプレス成形しても製品に押圧不足箇所が発生するのを抑制できる熱可塑性樹脂材料の成形方法を得ることを目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明に係る請求項１に記載の熱可塑性樹脂材料の成形方法は、熱可塑性樹脂材料を挟持押圧して製品を成形するための第１金型及び第２金型の少なくとも一方が複数の区画に分割されるとともに、複数の区画に分割された前記第１金型及び前記第２金型の少なくとも一方における一の区画が他の区画に対して出入可能に構成されており、前記一の区画を前記他の区画に対して突出させ、前記一の区画で前記熱可塑性樹脂材料を押圧して前記製品の一部を成形する第１成形工程と、前記第１成形工程の後、前記一の区画を前記他の区画に対して没入させ、前記他の区画で前記熱可塑性樹脂材料を押圧して前記製品の残りの一部を成形する第２成形工程と、を含むことを特徴としている。
請求項１に記載の発明によれば、第１成形工程により、一の区画で熱可塑性樹脂材料を押圧して製品の一部を成形し、第１成形工程の後、第２成形工程により、他の区画で熱可塑性樹脂材料を押圧して製品の残りの一部を成形する。つまり、一の区画と他の区画とが時間差を持って熱可塑性樹脂材料を押圧する。したがって、低荷重プレス機でプレス成形しても、一の区画及び他の区画において、製品に押圧不足箇所が発生するのが抑制される。
また、本発明に係る請求項２に記載の熱可塑性樹脂材料の成形方法は、熱可塑性樹脂材料を挟持押圧して製品を成形するための第１金型及び第２金型の少なくとも一方が複数の区画に分割されるとともに、複数の区画に分割された前記第１金型及び前記第２金型の少なくとも一方における一の区画が他の区画に対して突出されており、前記一の区画で前記熱可塑性樹脂材料を押圧して前記製品の薄板部を成形する第１成形工程と、前記第１成形工程の後、前記他の区画で前記熱可塑性樹脂材料を押圧して前記製品の前記薄板部よりも厚い厚板部を成形する第２成形工程と、を含むことを特徴としている。
請求項２に記載の発明によれば、第１成形工程により、一の区画で熱可塑性樹脂材料を押圧して製品の薄板部を成形し、第１成形工程の後、第２成形工程により、他の区画で熱可塑性樹脂材料を押圧して製品の厚板部を成形する。つまり、一の区画で成形するタイミングと他の区画で成形するタイミングとがずれており、一の区画と他の区画とが時間差を持って熱可塑性樹脂材料を押圧する。したがって、低荷重プレス機でプレス成形しても、一の区画及び他の区画において、製品に押圧不足箇所が発生するのが抑制される。
また、請求項３に記載の熱可塑性樹脂材料の成形方法は、請求項１又は請求項２に記載の熱可塑性樹脂材料の成形方法であって、前記製品が、自動車のバッテリを支持するバッテリフレームを構成するパネルであることを特徴としている。
請求項３に記載の発明によれば、低荷重プレス機でプレス成形しても、バッテリフレームを構成するパネルに押圧不足箇所が発生するのが抑制される。
以上、説明したように、請求項１に係る発明によれば、低荷重プレス機でプレス成形しても、一の区画及び他の区画において、製品に押圧不足箇所が発生するのを抑制することができる。
請求項２に係る発明によれば、低荷重プレス機でプレス成形しても、一の区画及び他の区画において、製品に押圧不足箇所が発生するのを抑制することができる。
請求項３に係る発明によれば、低荷重プレス機でプレス成形しても、バッテリフレームを構成するパネルに押圧不足箇所が発生するのを抑制することができる。
コアパネルを備えたバッテリフレームの分解斜視図である。 コアパネルを成形する第１実施形態に係る金型を示す正面図である。 コアパネルを成形する第１実施形態に係る金型を示す側面図である。 コアパネルを成形する第１実施形態に係る下金型の平面図である。 コアパネルを成形する第１実施形態に係る金型による第１成形工程を示す正面図である。 コアパネルを成形する第１実施形態に係る金型による第２成形工程を示す正面図である。 （Ａ）コアパネルを成形する第２実施形態に係る金型を示す側面図である。（Ｂ）コアパネルを成形した第２実施形態に係る金型を示す断面図である。
以下、本発明に係る実施の形態について、図面を基に詳細に説明する。なお、説明の便宜上、図１において適宜示す矢印ＵＰを車体上方向、矢印ＦＲを車体前方向、矢印ＬＥを車体左方向（車幅方向左側）とする。そして、図１を除く各図において適宜示す矢印ＵＰを金型の上方向、矢印ＦＲを金型の前方向、矢印ＬＥを金型の左方向とする。
電気自動車等の車両におけるフロアパネル（図示省略）の車体下方側には、燃料電池スタック（図示省略）を車体下方側から支持するためのバッテリフレーム（スタックフレーム）１０が配置されている。図１に示されるように、バッテリフレーム１０は、アッパパネル１２と、ロアパネル２０と、アッパパネル１２とロアパネル２０との間に設けられる補強部材としてのコアパネル３０と、を含んで構成されている。
アッパパネル１２は、矩形平板状の天部１４と、天部１４の車幅方向両端部に、後述する傾斜壁３６に沿うように車幅方向外側上方へ斜めに一体に連設された矩形平板状の傾斜部１６と、傾斜部１６の車幅方向両端部に、後述する上壁３７に沿うように車幅方向外側へ略水平に一体に連設された矩形平板状のフランジ部１８と、を有している。
ロアパネル２０は、矩形平板状の底部２２と、底部２２の車幅方向両端部に、車体上方側へ略垂直に一体に連設された矩形平板状の側壁部２４と、側壁部２４の上端部に車幅方向外側上方へ斜めに一体に連設された矩形平板状の傾斜部２６と、傾斜部２６の車幅方向両端部に車幅方向外側へ略水平に一体に連設された矩形平板状のフランジ部２８と、を有している。
コアパネル３０は、車幅方向に沿って延在する断面略ハット型形状の凸部３３が車体前後方向に複数列（例えば５列）並ぶように形成された本体部３２と、本体部３２の車幅方向両端部で、かつ凸部３３の上壁３４から連続して車体上方側へ突出するように形成された突出部３５と、を有している。
突出部３５の車幅方向内側は、凸部３３の上壁３４から連続して車幅方向外側上方へ向けて延在する傾斜壁３６とされており、傾斜壁３６の上端部には、車幅方向外側へ向けて略水平に延在する上壁３７が一体に連設されている。そして、突出部３５の車幅方向外側端部は、本体部３２に対して略垂直な断面となる端面部３８とされている。つまり、この突出部３５は、車体前後方向から見た正面視で略台形状に形成されている。
また、コアパネル３０の各凸部３３（各上壁３４）、各傾斜壁３６、各上壁３７の上面に、アッパパネル１２の天部１４、傾斜部１６、フランジ部１８の下面がそれぞれ接着剤によって接合され、コアパネル３０の本体部３２の下面に、ロアパネル２０の底部２２の上面が接着剤によって接合されて、端面部３８が側壁部２４に当接されるようになっている。これにより、矩形閉断面構造のバッテリフレーム１０が概ね構成されるようになっている。
また、バッテリフレーム１０を構成するアッパパネル１２、ロアパネル２０、コアパネル３０は、それぞれ例えば炭素繊維が混入されて強化された熱可塑性樹脂材料（炭素繊維強化樹脂材料：ＣＦＲＰ）で成形されている。換言すれば、熱可塑性樹脂材料（ＣＦＲＰ）で矩形平板状に形成された一定板厚のシート材Ｐ（図５参照）がプレス成形されることによってアッパパネル１２、ロアパネル２０、コアパネル３０が製造されている。そこで次に、コアパネル３０を例に採り、プレス成形用の金型４０について説明する。
＜第１実施形態＞
まず、第１実施形態について説明する。図２、図３に示されるように、コアパネル３０を成形する金型４０は、固定側である第１金型としての下金型４２と、可動側である第２金型としての上金型４４と、を有している。そして、上金型４４の中央部は、上金型４４の周縁部である外金型４６と分離（分割）されて、外金型４６に対して出入（上下方向に移動）可能に構成された一の区画としての内金型４８とされている。
図４に示されるように、内金型４８で成形する領域Ａは、コアパネル３０の各突出部３５（各傾斜壁３６）よりも内側の本体部３２、即ち各凸部３３とされている。そして、他の区画としての外金型４６で成形する領域は、コアパネル３０の傾斜壁３６及び上壁３７を含む各突出部３５とされている。なお、コアパネル３０の端面部３８は、成形後に各上壁３７の車幅方向外側端部が切断されることで形成されるようになっている。
また、コアパネル３０の各凸部３３及び各突出部３５（各傾斜壁３６及び各上壁３７）を成形するために、下金型４２には、複数列（例えば５列）の凹部４３が形成されており、上金型４４（外金型４６及び内金型４８）には、複数列（例えば５列）の凸部４７、４９が形成されている。また、外金型４６に対して内金型４８を出入可能にする構成は、ボールネジ等を設けて昇降させるなど、公知の昇降機構（図示省略）を用いればよい。
以上のような構成の第１実施形態に係る金型４０において、次にコアパネル３０（熱可塑性樹脂材料）の成形方法について説明する。
まず、図２、図３に示されるように、内金型４８を外金型４６に対して下降させる（下方へ突出させる）とともに、下金型４２の上面に熱可塑性樹脂材料としての矩形平板状のシート材Ｐを配置する。そして、図５に示されるように、内金型４８が外金型４６よりも下方へ突出した状態で、上金型４４を下金型４２に対して接近させるように下降させる。
これにより、下金型４２に支持されたシート材Ｐの中央部（一部）が内金型４８によって上方から加圧され（下金型４２に支持されたシート材Ｐの中央部が、その下金型４２の凹部４３と内金型４８の凸部４９とで挟持押圧され）、コアパネル３０の各凸部３３がプレス成形される（第１成形工程）。
次に、図６に示されるように、内金型４８を外金型４６に対して上昇させる（上方へ没入させる）とともに、上金型４４を更に下降させる。これにより、下金型４２に支持されたシート材Ｐの周縁部（残りの一部）が外金型４６によって上方から加圧され（下金型４２に支持されたシート材Ｐの周縁部が、その下金型４２の凹部４３と外金型４６の凸部４７とで挟持押圧され）、コアパネル３０の傾斜壁３６及び上壁３７を含む各突出部３５がプレス成形される（第２成形工程）。
このように、上金型４４の内金型４８と外金型４６とにより、下金型４２に支持された一定板厚のシート材Ｐに対して２段階に分けて（時間差を持って）加圧する構成になっていると、上金型４４による加圧力は、内金型４８のときと外金型４６のときとに分けられるので、上金型４４と下金型４２とで１段階で加圧する構成に比べて、その加圧力が低減される。
したがって、上金型４４に加圧力を付与するプレス機が、安価な低荷重プレス機（図示省略）であっても、製品としてのコアパネル３０を成形することができる。つまり、低荷重プレス機によってプレス成形されたコアパネル３０において、押圧不足箇所が発生するのを抑制又は防止することができる。なお、図５、図６に示されるコアパネル３０は、図１に示されるコアパネル３０と、上下逆になっている。
また、上金型４４の分割位置は、中央部と周縁部とに限定されるものではなく、成形し難い部位（面）を先に成形できるように分割されていればよい。つまり、コアパネル３０の場合には、各凸部３３が成形困難部位であるため、上金型４４を中央部の内金型４８と周縁部の外金型４６とに分割し、各凸部３３が各突出部３５よりも先に成形されるように、内金型４８を下方（下金型４２側）へ突出させている。
また、このような２段階加圧方式の成形方法で成形されると、先に成形される各凸部３３と後に成形される各突出部３５とでは、成形時のシート材Ｐに温度差が生じるため、コアパネル３０における各凸部３３と各突出部３５との境界部には、製品に影響しない薄い筋が形成される。この筋の有無を調べることにより、第１実施形態によって成形されたコアパネル３０か否かを判別することができる。
＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態について説明する。なお、上記第１実施形態と同等の部位には、同じ符号を付して詳細な説明（共通する作用も含む）は適宜省略する。
図７（Ａ）に示されるように、コアパネル３０を成形する金型４０は、固定側である第１金型としての下金型４２と、可動側である第２金型としての上金型４４と、を有している。そして、この第２実施形態に係る上金型４４の中央部は、上金型４４の周縁部である外金型４６よりも下方へ突出されるように形成された一の区画としての内金型４８とされている。
なお、第１実施形態と同様に、内金型４８で成形する領域Ａは、コアパネル３０の各突出部３５（各傾斜壁３６）よりも内側の本体部３２、即ち各凸部３３とされている。そして、他の区画としての外金型４６で成形する領域は、コアパネル３０の傾斜壁３６及び上壁３７を含む各突出部３５とされている。
また、コアパネル３０の各凸部３３及び各突出部３５（各傾斜壁３６及び各上壁３７）を成形するために、下金型４２には、複数列（例えば５列）の凹部４３が形成されており、上金型４４（外金型４６及び内金型４８）には、複数列（例えば５列）の凸部４７、４９が形成されている。
以上のような構成の第２実施形態に係る金型４０において、次にコアパネル３０（熱可塑性樹脂材料）の成形方法について説明する。
まず、図７（Ａ）に示されるように、下金型４２の上面に熱可塑性樹脂材料としての矩形平板状のシート材Ｐを配置する。そして、内金型４８が外金型４６よりも下方へ突出されている上金型４４を、下金型４２に対して接近させるように下降させる。
これにより、下金型４２に支持されたシート材Ｐの中央部（一部）が内金型４８によって上方から加圧され（下金型４２に支持されたシート材Ｐの中央部が、その下金型４２の凹部４３と内金型４８の凸部４９とで挟持押圧され）、コアパネル３０の各凸部３３がプレス成形される（第１成形工程）。
次いで、下金型４２に支持されたシート材Ｐの周縁部（残りの一部）が外金型４６によって上方から加圧され（下金型４２に支持されたシート材Ｐの周縁部が、その下金型４２の凹部４３と外金型４６の凸部４７とで挟持押圧され）、コアパネル３０の傾斜壁３６及び上壁３７を含む各突出部３５がプレス成形される（第２成形工程）。
ここで、コアパネル３０の各凸部３３における上壁３４は、図７（Ｂ）に示されるように、他の部位（例えば凸部３３を除く本体部３２）よりも板厚の薄い薄板部として形成される。したがって、下金型４２に支持された一定板厚のシート材Ｐを上金型４４でプレス成形する際、上記の通り、内金型４８で成形するタイミングと外金型４６で成形するタイミングとをずらすことができる。
このように、上金型４４の内金型４８と外金型４６とにより、下金型４２に支持された一定板厚のシート材Ｐに対して２段階に分けて（時間差を持って）加圧する構成になっていると、上金型４４による加圧力は、内金型４８のときと外金型４６のときとに分けられるので、上金型４４と下金型４２とで１段階で加圧する（凸部３３の上壁３４を、凸部３３を除く本体部３２と同じ厚板部に成形する）構成に比べて、その加圧力が低減される。
よって、上金型４４に加圧力を付与するプレス機が、安価な低荷重プレス機であっても、製品としてのコアパネル３０を成形することができる。つまり、低荷重プレス機によってプレス成形されたコアパネル３０において、押圧不足箇所が発生するのを抑制又は防止することができる。
また、このような２段階加圧方式の成形方法で成形されると、成形困難部位である各凸部３３の上壁３４が、各凸部３３を除く本体部３２よりも板厚の薄い薄板部として形成されるため、製品とされたコアパネル３０の凸部３３における上壁３４の板厚と、凸部３３を除く本体部３２の板厚と、を比較することにより、第２実施形態によって成形されたコアパネル３０か否かを判別することができる。
以上、本実施形態に係る熱可塑性樹脂材料の成形方法について図面を基に説明したが、本実施形態に係る熱可塑性樹脂材料の成形方法は、図示のものに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、適宜設計変更可能なものである。例えば、本実施形態に係る熱可塑性樹脂材料の成形方法で成形される製品としては、バッテリフレーム１０のコアパネル３０に限定されるものではない。
また、上金型４４を内金型４８と外金型４６の２つに分割したが、その分割数は２つに限定されるものではなく、製品における成形困難部位に応じて適宜設定されればよい。また、上金型４４を複数に（内金型４８と外金型４６とに）分割したが、下金型４２を複数に（内金型４８と外金型４６とに）分割してもよい。更に、上金型４４と下金型４２の両方をそれぞれ複数に分割してもよい。但し、この場合、上金型４４において出入又は突出させる区画と、下金型４２において出入又は突出させる区画と、が平面視で重なることはない。
また、第２実施形態に係る熱可塑性樹脂材料の成形方法では、薄板部と、薄板部よりも厚い厚板部と、を有する製品に限って成形することが可能となるが、第１実施形態に係る熱可塑性樹脂材料の成形方法では、製品の板厚に関係なく成形することが可能となる利点がある。
１０ バッテリフレーム
３０ コアパネル（製品）
４０ 金型
４２ 下金型（第１金型）
４４ 上金型（第２金型）
４６ 外金型（他の区画）
４８ 内金型（一の区画）
Ｐ シート材（熱可塑性樹脂材料）

Claims (3)

  1. 熱可塑性樹脂材料を挟持押圧して製品を成形するための第１金型及び第２金型の少なくとも一方が複数の区画に分割されるとともに、複数の区画に分割された前記第１金型及び前記第２金型の少なくとも一方における一の区画が他の区画に対して出入可能に構成されており、
    前記一の区画を前記他の区画に対して突出させ、前記一の区画で前記熱可塑性樹脂材料を押圧して前記製品の一部を成形する第１成形工程と、
    前記第１成形工程の後、前記一の区画を前記他の区画に対して没入させ、前記他の区画で前記熱可塑性樹脂材料を押圧して前記製品の残りの一部を成形する第２成形工程と、
    を含むことを特徴とする熱可塑性樹脂材料の成形方法。
  2. 熱可塑性樹脂材料を挟持押圧して製品を成形するための第１金型及び第２金型の少なくとも一方が複数の区画に分割されるとともに、複数の区画に分割された前記第１金型及び前記第２金型の少なくとも一方における一の区画が他の区画に対して突出されており、
    前記一の区画で前記熱可塑性樹脂材料を押圧して前記製品の薄板部を成形する第１成形工程と、
    前記第１成形工程の後、前記他の区画で前記熱可塑性樹脂材料を押圧して前記製品の前記薄板部よりも厚い厚板部を成形する第２成形工程と、
    を含むことを特徴とする熱可塑性樹脂材料の成形方法。
  3. 前記製品が、自動車のバッテリを支持するバッテリフレームを構成するパネルであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の熱可塑性樹脂材料の成形方法。
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