JP6499685B2 - 繊維強化樹脂成形品、繊維強化樹脂成形品の製造方法及びその製造装置 - Google Patents
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Description
本発明は、繊維強化樹脂を材料とした繊維強化樹脂成形品、繊維強化樹脂成形品の製造方法及びその製造装置に関する。
繊維強化樹脂を材料とした繊維強化樹脂成形品は、軽量且つ高剛性を有することから様々な用途で使用されている。この種の繊維強化樹脂成形品は、例えば特許文献１に示されるように、異なる３方向の板部が連結し合った異方向合わせ角部を有する３次元形状（箱体）に成形される場合がある。
ところで、成形型のプレス成形により、異方向合わせ角部を有する繊維強化樹脂成形品を製造する場合は、シート状の基材から繊維強化樹脂成形品に折り込むことで、異方向合わせ角部付近の折り畳んだ部分にしわが生じることになる。そして、しわが大きければ基材が折り畳まれた折り畳み部となる。このように折り畳み部が形成されると、プレス成形において折り畳み部を挟み込むことで、折り畳み部に高いプレス圧がかかる一方で、他の部分に小さなプレス圧がかかるようになる。その結果、繊維強化樹脂成形品に意図しない目付の低下が生じ、また発生したしわが成形品の強度を不足させる原因にもなる。
そのため、従来は、シート状の基材を部分的に切断する切断工程をプレス成形前に行って、プレス成形にて繊維強化樹脂成形品に折り畳み部が生じないように製造している。しかしながら、このような切断工程を行うと、成形品の製造時の手間やコストが増加することになる。
本発明は、上記の実情に鑑みてなされたものであって、簡単な構成によって充分な強度を得ると共に、製造時の手間を減らすことが可能な繊維強化樹脂成形品、繊維強化樹脂成形品の製造方法及びその製造装置を提供することを目的とする。
前記の目的を達成するために、本発明は、繊維強化樹脂を含むシート状の基材を元に３次元形状に成形された繊維強化樹脂成形品であって、前記繊維強化樹脂成形品は、相互に異なる３方向以上の板部が連なって構成される異方向合わせ角部を有し、前記異方向合わせ角部は、底壁と一対の側壁とで構成される底部角部を含むと共に、前記一対の側壁の間に形成される側部角部に連なり、前記側部角部には、成形時の前記基材を構成する肉の変動により当該側部角部又は当該側部角部付近の板部から板厚方向に突出するしわと、少なくとも前記しわが形成される部位に積層される肉厚部と、が設けられ、前記肉厚部は、前記底壁から前記繊維強化樹脂成形品の上部まで高さ方向に延在すると共に前記側部角部を一連に覆うように形成されることで、前記高さ方向に延在する前記しわの全長を覆っていることを特徴とする。
上記によれば、繊維強化樹脂成形品は、異方向合わせ角部に形成されたしわを含む部位に肉厚部が積層されていることで、しわの発生を考慮せずに繊維強化樹脂成形品をプレス成形することができる。これにより成形時にプレス圧を設計どおりにかけて成形品を高精度に成形することが可能となる。しかも、肉厚部は、しわが生じることによる繊維強化樹脂成形品の強度低下を抑制する。また、肉厚部は、異方向合わせ角部又は異方向合わせ角部付近の板厚から突出しているしわに対して簡単に積層することが可能であり、繊維強化樹脂成形品の製造工程を簡素化することができる。
そして、前記肉厚部は、射出成形によって前記異方向合わせ角部に一体化された射出成形部であるとよい。
このように射出成形によって、繊維強化樹脂成形品は、肉厚部である射出成形部が簡単に形成され、製造時間の短縮化等を一層図ることができる。
また、前記しわは、前記基材を折り畳んだ折り畳み部を形成しており、前記肉厚部は、前記異方向合わせ角部を含む前記折り畳み部を覆っていることが好ましい。
これにより、折り畳み部が形成されると予測される部位について強度を一層向上させることができる。
ここで、前記異方向合わせ角部には、さらに異なる方向に曲がることで構成されるフランジ部が設けられ、前記肉厚部は、前記フランジ部にも積層されているとよい。
このように、肉厚部は、フランジ部に積層されていることで、フランジ部にも発生する可能性があるしわ（折り畳み部）を覆うことができ、フランジ部付近の強度を合わせて向上させることができる。
また、前記肉厚部の前記異方向合わせ角部の表面からの突出量は、前記フランジ部の突出量よりも大きいことが好ましい。
これにより、肉厚部が異方向合わせ角部のフランジ部を確実に覆うことになり、繊維強化樹脂成形品の強度をより向上させることができる。
さらに、前記繊維強化樹脂は、強化材として炭素繊維を含むとよい。
このように、繊維強化樹脂成形品は、強化材として炭素繊維を含むことで、充分な強度を有するものとなり、さらに肉厚部によりしわの発生予測箇所を補強することができる。また、前記肉厚部は、前記側部角部及び前記一対の側壁の内側と外側の両方に形成されていることが好ましい。
また、前記の目的を達成するために、本発明は、繊維強化樹脂を含むシート状の基材を元に３次元形状の繊維強化樹脂成形品を成形する繊維強化樹脂成形品の製造方法であって、成形型のプレスにより前記基材を折り込むことで、相互に異なる３方向以上の板部が連なって構成され、且つ底壁と一対の側壁とで構成される底部角部を含むと共に、前記一対の側壁の間に形成される側部角部に連なる異方向合わせ角部と、前記基材を構成する肉の変動により前記側部角部又は前記側部角部付近の板部から板厚方向に突出するしわと、を成形するプレス成形工程と、射出成形機により前記成形型のキャビティに成形材料を射出して、前記キャビティに入り込んだ前記しわが形成される部位に肉厚部を積層する射出成形工程と、を有し、前記肉厚部は、前記底壁から前記繊維強化樹脂成形品の上部まで高さ方向に延在すると共に前記側部角部を一連に覆うように形成されることで、前記高さ方向に延在する前記しわの全長を覆うことを特徴とする。
さらに、前記の目的を達成するために、本発明は、繊維強化樹脂を含むシート状の基材を元に３次元形状の繊維強化樹脂成形品を成形する繊維強化樹脂成形品の製造装置であって、前記基材をプレスにより折り込むことで、相互に異なる３方向以上の板部が連なって構成され、且つ底壁と一対の側壁とで構成される底部角部を含むと共に、前記一対の側壁の間に形成される側部角部に連なる異方向合わせ角部、及び前記基材を構成する肉の変動により前記側部角部又は前記側部角部付近の板部から板厚方向に突出するしわを成形する成形型と、前記成形型に設けられ、プレス時に前記しわが入り込むキャビティと、前記成形型のキャビティに成形材料を射出して、前記キャビティに案内された前記しわが形成される部位に肉厚部を積層する射出成形機と、を有し、前記キャビティ及び前記射出成形機は、前記底壁から前記繊維強化樹脂成形品の上部まで高さ方向に延在すると共に前記側部角部を一連に覆うように前記肉厚部を形成することで、前記高さ方向に延在する前記しわの全長を前記肉厚部により覆うことを特徴とする。
本発明によれば、繊維強化樹脂成形品、繊維強化樹脂成形品の製造方法及びその製造装置は、簡単な構成によって充分な強度を得ると共に、製造時の手間を減らすことができる。
以下、本発明に係る繊維強化樹脂成形品、繊維強化樹脂成形品の製造方法及びその製造装置について好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。
本発明の一実施形態に係る繊維強化樹脂成形品１０（以下、単に成形品ともいう）は、炭素繊維を強化材に用いた炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）からなる製造物である。この成形品１０は、熱可塑性を有するシート状の基材１２（プリプレグ：以下、シート基材ともいう）を元に所定形状に成形される。
なお、繊維強化樹脂成形品１０の強化材については、炭素繊維に限定されず、種々の繊維を適用し得る。強化繊維としては、例えば、ガラス繊維、ボロン繊維、アラミド繊維（ケブラー）、ポリエチレン繊維（ダイニーマ）、ザイロン、炭化珪素繊維、金属繊維、天然繊維、鉱物繊維を適用でき、これらは１種で用いてもよく、或いは２種以上を混合してもよい。強化繊維は、テープ、シート、マット、布帛、ウェブ状、一方向に揃えた長繊維、トウ、織物、ニット、組み紐、及び１０ｍｍ未満の長さにチョップした短繊維等の形態で適用することができる。
また図１に示すように、本実施形態に係る成形品１０は、３次元形状の箱体に成形される本体部２０と、本体部２０の４つの角部に設けられる肉厚部４０とを有する。この成形品１０は、車両のバッテリを保護するバッテリボックスとして用いられる。そのため、成形品１０は、車内においてユーザが通常目にしない位置に取り付けられる。
具体的には、成形品１０の本体部２０は、平面視で方形状の底壁２２と、この底壁２２の４方の側辺に連なり底壁２２と異なる方向（略直交方向）に延びる４つの側壁２４とを備え、底壁２２及び各側壁２４で囲われた内側に空間部２１を有する。各側壁２４は、底壁２２から同じ高さで突出し、各側壁２４の延出端部（底壁２２の反対側の端部）の内側は、空間部２１を開放する開口部（不図示）を構成している。なお、図１中では、成形品１０を底壁２２側から見た斜視図を図示している。
底壁２２の４辺と各側壁２４とは、底部角部２３を介して相互に連続している。また、隣り合う側壁２４同士は、側部角部２５を介して相互に連続している。そのため、底部角部２３と側部角部２５の連結箇所は、異なる３方向の板部（底壁２２、２つの側壁２４）が交わり合った３方向合わせ角部２６（異方向合わせ角部）を構成している。
さらに、この本体部２０は、側壁２４の延出端部の外側に、空間部２１から離れる方向（外方）に突出するフランジ部２７を有する。フランジ部２７は、４つの側壁２４の周方向全体を環状に周回している。このフランジ部２７は、例えば、成形品１０と他の部材とを組み付けるために使用される。
このように、フランジ部２７を有する本体部２０は、側壁２４とフランジ部２７とがフランジ角部２８を介して連続している。すなわち、側部角部２５とフランジ角部２８の連結箇所は、異なる３方向の板部（２つの側壁２４、フランジ部２７）が交わり合った３方向合わせ角部２９（異方向合わせ角部）を構成している。３方向合わせ角部２６と３方向合わせ角部２９は、側部角部２５の高さ方向に隣接している。なお、本実施形態において、底部角部２３、側部角部２５及びフランジ角部２８は、全て丸角に形成されており、そのため３方向合わせ角部２６、２９も丸角に形成されている。
上記の本体部２０は、製造において、加熱膨脹されたシート基材１２がプレス加工されることで形成される。プレス加工において、シート基材１２は、肉が延伸しつつ折り込まれることで、底部角部２３、側部角部２５及びフランジ角部２８を形成する。そしてプレスが進むと、延伸した肉に対して予め設計されたプレス圧がかかることで、底壁２２、４つの側壁２４及びフランジ部２７に成形される。
またプレス加工では、底壁２２を基点にその周囲の側壁２４を折り込んでいくことで、シート基材１２の肉が寄り集まりや延伸等の変動を起こし、３方向合わせ角部２６付近の側壁２４にしわ２４ａが自然に派生する。このしわ２４ａは、側壁２４の板厚方向に突出することになる。特に、しわ２４ａによって生じるシート基材１２の延伸部分は、板厚が少なくなることから強度低下を生じさせる。
そして、３方向合わせ角部２６付近の側壁２４には、シート状のものが３次元形状に折り込まれる過程によって、大きなしわ２４ａが生じると、図２Ａに示すように、基材が折り返された折り畳み部３０が形成される。
また、プレス加工時には、３方向合わせ角部２９付近のフランジ部２７にも、シート基材１２の寄り集まりや延伸が生じて、しわ２７ａが派生する。フランジ部２７のしわ２７ａも大きく形成された場合には、図２Ｂに示すように、基材が折り返された折り畳み部３０となる。この折り畳み部３０は、後述する製造装置５０により、プレスの進行に伴い側壁２４やフランジ部２７の内周面に沿うように折り曲げられる。そのため、３方向合わせ角部２６、２９付近の側壁２４及びフランジ部２７は、折り畳み部３０が折り返した分だけ厚くなっていく。
成形品１０は、上記のようにしわ２４ａ、２７ａによって生じる本体部２０の部分的な強度低下を補強するため、各３方向合わせ角部２６、２９に肉厚部４０を設けている。各肉厚部４０は、主にフランジ部２７の外面側に積層される第１樹脂部４１と、側壁２４に積層される第２樹脂部４２とを含む。第１樹脂部４１と第２樹脂部４２とは、フランジ角部２８において相互に連続している。
図２Ａに示すように、第１樹脂部４１は、側壁２４から外側方向に突出してフランジ部２７を覆う。この際、第１樹脂部４１は、フランジ部２７に形成された折り畳み部３０の隙間にも注入及び積層されることで、フランジ部２７及び３方向合わせ角部２９を補強する。また、第１樹脂部４１は、底壁２２側から見た平面視で、３方向合わせ角部２９を構成する２つの側壁２４の周面の平坦部分から側部角部２５を跨ぐように湾曲している。第１樹脂部４１の外面は、丸角の本体部２０（側壁２４）の周面に沿って滑らかに湾曲形成される。
さらに第１樹脂部４１は、フランジ部２７の突出量よりも大きな突出量で側壁２４から外側方向に突出している。第１樹脂部４１のフランジ部２７から突出した部分の肉厚は、第１樹脂部４１のフランジ部２７に積層されている部分の肉厚に比べて厚くなっている。
一方、第２樹脂部４２は、本体部２０の側壁２４（側部角部２５を含む）に積層されると共に、側壁２４の折り畳み部３０の隙間３１に注入及び積層される。すなわち、第２樹脂部４２は、第１樹脂部４１と共に、折り畳み部３０により強度が低くなる側壁２４を補強する。この第２樹脂部４２は、本体部２０の空間部２１側に折り畳まれる折り畳み部３０を、本体部２０の内周面から埋めるように設けられると共に、側壁２４の外周面上にも設けられる。ここで、側壁２４及び側部角部２５は、プレス成形時にキャビティ６０の影響により、平面断面視（図２Ａ参照）で内側に多少よれて成形される可能性がある。第２樹脂部４２は、このような側壁２４及び側部角部２５の外周面及び内周面を全体的に覆うことになる。特に、第２樹脂部４２は、側部角部２５を挟んだ各側壁２４の折り畳み部３０間に設けられることで、周方向に隣接する折り畳み部３０による側部角部２５の板厚の減少を埋める。
４つの肉厚部４０（第１樹脂部４１、第２樹脂部４２）は、それぞれ成形材料がインサート成形されることで、本体部２０に強固に固着される。肉厚部４０を構成する成形材料は、特に限定されず、本体部２０（繊維強化樹脂）に固着可能であり、且つ充分な剛性を有する材料（例えば、樹脂材料）が適用されることが好ましい。
肉厚部４０は、３方向合わせ角部２９の外側のフランジ部２７を厚い第１樹脂部４１により部分的に覆い、側壁２４の内周面及び外周面を薄い第２樹脂部４２により部分的に覆うことで、成形品１０全体としての軽量化を図ることができる。また上述したように、成形品１０は、ユーザの目に触れない箇所に設けられるので、上記のような肉厚部４０を設けたとしても車両の美観等に影響することがない。なお、肉厚部４０は、インサート成形時の金型によって、適宜の意匠に形成されてもよい。
成形品１０は、上述したように美観等を考慮しないため、折り畳み部３０の発生箇所を露出しているが、この形状に限定されるものではない。例えば、成形品１０は、フランジ部２７（フランジ角部２８）から底壁２２（底部角部２３）の高さまでの範囲を肉厚部４０で一連に覆ってもよい。
以上の成形品１０を形成するため、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、本実施形態に係る製造装置５０は、プレス加工を実施して本体部２０を成形すると共に、プレス加工中にインサート成形によって肉厚部４０を成形する装置に構成されている。具体的には、製造装置５０は、プレス用の金型５１（成形型）として、固定型５２と、可動アクチュエータ５３に設けられ固定型５２に対し相対的に移動可能な可動型５４とを有する。また、製造装置５０は、肉厚部４０を設けるための１以上（図３Ａ中では２台）の射出成形機５５を備える。
固定型５２は、ブロック状に形成され、製造装置５０の基台に固定されている。この固定型５２は、本体部２０の内側を形成するメインブロック５７と、メインブロック５７の側方に設けられた成形溝５８と、成形溝５８の側方に設けられたサブブロック５９と、を有している。
メインブロック５７は、可動型５４と協働して本体部２０の底壁２２を形成するブロックであり、平面視で、長方形状に形成されている。メインブロック５７の上面は、平坦状に形成されており、加熱膨脹されたシート基材１２が配置される。また、メインブロック５７は、シート基材１２よりも小さく設計されており、上面に配置されたシート基材１２は、その周囲が自重により下方にたれ下がっている。
メインブロック５７の角部には、図３Ｂに示すように、成形品１０のプレス時に折り畳み部３０を受容する凹部５７ａが設けられている。凹部５７ａは、平面視で、角部の周方向の所定範囲を内側に窪ませることで構成され、成形溝５８に対し空間的に連続している。
成形溝５８は、プレス時に可動型５４が挿入される部分であり、平坦状に形成された下底部において成形品１０のフランジ部２７を形成する。また、成形溝５８の下底部は、型締め状態で、所定間隔離れていることで、プレス中に射出成形機５５がインサート成形を行うキャビティ６０を形成する。
サブブロック５９は、可動型５４に向かってメインブロック５７よりも大きく突出している。このサブブロック５９の突出端には、型締め時に、可動型５４の下死点を調整するためのスペーサ６１が設けられている。
一方、製造装置５０の可動型５４は、ブロック状に形成され、プレス時に固定型５２のメインブロック５７及びシート基材１２が挿入されるプレス用空間６２を内側に有する。プレス用空間６２は、成形品１０（本体部２０）の外側を成形するため、角部が丸い長方形状に形成されて可動型５４の下面に開口している。このプレス用空間６２は、メインブロック５７の外周面よりも本体部２０の側壁２４の厚み分だけ大きなサイズに形成されている。プレス用空間６２を構成する可動型５４の底部（上底）は、本体部２０の底壁２２を形成し、プレス用空間６２を構成する可動型５４の周壁６３の内面は、本体部２０の側壁２４を形成する。さらに、可動型５４の周壁６３よりも外側には、型締め時に固定型５２のスペーサ６１が当接する当接部５４ａが設けられている。
金型５１は、図４に示す型締め状態で、固定型５２のメインブロック５７と、可動型５４の周壁６３との間に成形品１０の側壁２４を配置することになり、この状態でプレスにより生じたしわ２４ａ（折り畳み部３０）を凹部５７ａに収容する。凹部５７ａは、メインブロック５７の外周面に対して、成形予定の本体部２０における側壁２４の肉厚の３倍より若干大きい深さに設計されており、折り畳み部３０を収容してもなお余裕を持っている。従って、折り畳み部３０が３方向合わせ角部２６、２９付近の側壁２４に生じても、固定型５２と可動型５４とのプレスを邪魔することが抑制される。
なお、凹部５７ａには、該凹部５７ａに入り込んだ折り畳み部３０を、本体部２０の側壁２４の内周面に接触するように折り込むためのガイド機構（不図示）が設けられていてもよい。例えば、ガイド機構としては、凹部５７ａ内に上下動可能に配置されて、可動型５４のプレスの実施中に折り畳み部３０を折り曲げつつ、プレス圧によって移動するガイドブロックを適用することができる。
一方、キャビティ６０は、平面視で、固定型５２の成形溝５８の押し曲げによって形成されたフランジ部２７の肉厚よりも充分な高さに（フランジ部２７の肉厚の３倍より若干大きく）形成される。このため、仮に、フランジ部２７にしわ２７ａ（折り畳み部３０）が形成されても、キャビティ６０内に折り畳み部３０を確実に収容することができる。さらにキャビティ６０には、肉厚部４０をインサート成形可能な余白が残る。また、金型５１は、型締め状態で、サブブロック５９と周壁６３が相互に接触し合うことで、キャビティ６０を密閉空間とする。
図３Ａ及び図３Ｂに戻り、射出成形機５５は、固定型５２を挟むように基台上に一対で設けられている。各射出成形機５５は、射出成形本体部６４と、射出成形本体部６４から延出して固定型５２の内部に挿入される一対のランナー６５（射出用筒）とを有する。なお、射出成形機５５は、金型５１の複数のキャビティ６０に対応して同数設けられてもよい。
射出成形本体部６４は、肉厚部４０を形成するための樹脂材料を加熱して溶湯を生成し、生成した溶湯を一対のランナー６５に供給する。各ランナー６５は、射出口を先端部に有し、この先端部が固定型５２のスプール６６、ノズル６７、ゲート６８を介してキャビティ６０にそれぞれ連通している（図４も参照）。スプール６６は、固定型５２の下部側で適宜の経路に形成され、ノズル６７は、成形溝５８の下方位置で上方に向かって樹脂材料を流動させる経路に形成されている。また、ランナー６５は、その内部に溶湯の流動路及びスクリューを有し、スクリューの回転駆動下に溶湯を流動させ、先端部の射出口から溶湯を射出する。射出成形機５５は、一対のランナー６５から２つのキャビティ６０各々に同タイミングで溶湯を射出する構成であると、製造時間を短縮化することができる。
本実施形態に係る成形品１０及びその製造装置５０は、以上のように構成され、以下その動作（繊維強化樹脂成形品１０の製造方法）及び効果について説明する。
図５Ａに示すように、成形品１０の製造では、まず成形品１０のシート基材１２を製造するシート基材取得工程を実施する。次に、シート基材１２を加熱してシート基材１２を膨脹させる加熱工程を実施する。そして加熱工程後に、加熱状態のシート基材１２をプレスすることで本体部２０をプレス成形し、さらに肉厚部４０をインサート成形する成形工程を実施する。
具体的には、シート基材取得工程では、公知の方法によりシート基材１２を製造する。例えば、結晶性熱可塑性樹脂をフィルム状に成形し、一方向又はランダムに配向したシート状の炭素繊維（強化材）を結晶性熱可塑性樹脂で挟み、この状態で加熱及び加圧を行うことで、相互に含浸させてシート基材１２とする。また、シート基材取得工程では、複数のフィルムを積層して一体化することで、１つのシート基材１２を得てもよい。或いは、シート基材取得工程では、他の工場等で製造されたシート基材１２を得てもよい。
そして、加熱工程は、シート基材取得工程で取得したシート基材１２を所定の温度（熱可塑性樹脂の溶融温度以上）で加熱して、シート基材１２を膨脹及び軟化させる。加熱を行う装置は特に限定されず、遠赤外線ヒータ、加熱板、高温オーブン、誘電加熱等を行う装置が適用される。加熱工程は、シート基材１２を図３Ａに示す製造装置５０に搬送する間に実施してもよい。
成形工程では、図示しない搬送装置又は人手によって、固定型５２のメインブロック５７の上面にシート基材１２を配置する。配置状態では、シート基材１２の周囲が垂れて（塑性変形して）、メインブロック５７に倣った形状となる。その後、製造装置５０は、プレス成形（プレス成形工程）及びインサート成形（射出成形工程）を行う。プレス成形では、可動型５４を固定型５２に向けて移動することで、可動型５４がシート基材１２に接触し、さらにプレス用空間６２に向けてシート基材１２を押し込む。これにより、メインブロック５７で底壁２２を形成しつつ、メインブロック５７及び周壁６３においてシート基材１２を折り曲げて底部角部２３及び４方の側壁２４を形成していく。４方の側壁２４の形成時には、３方合わせ角部２６、２９付近において折り畳み部３０（しわ２４ａ、２７ａ）を生じさせる。なお、しわ２４ａ、２７ａは、折り畳まれる程の大きさにならない場合もあるが、以下の説明では折り畳み部３０が生じたものとして詳述していく。
ここで図３Ｂに示すように、固定型５２のメインブロック５７の角部には、凹部５７ａが形成されている。そのため、プレスによって生じる側壁２４の折り畳み部３０は、凹部５７ａ内にスムーズに入り込む（案内される）。つまり、可動型５４の移動に対し、折り畳み部３０が邪魔することがなくなり、製造装置５０の稼働停止等の不具合が抑制される。
また、固定型５２及び可動型５４は、可動型５４が固定型５２に最も押し込まれた下死点（型締め状態）で、折り畳み部３０の厚みの影響を抑えて、予め設計した圧力分布でシート基材１２をプレスすることが可能である。すなわち、仮に凹部５７ａを備えていない製造装置では、折り畳み部３０が生じて厚みが増すと、その部分の圧力が増加する一方で、他の部分（底壁２２や側壁２４）の圧力が不足してしまう。これにより、プレスによる本体部２０の目付等が設計したものとならないおそれがある。これに対し、本実施形態に係る製造装置５０は、折り畳み部３０が凹部５７ａに収容されるため、他の部分に圧力の不足が生じず本体部２０を精度よく成形することができる。
また、製造装置５０は、可動型５４がプレスの下死点に近づくと、成形溝５８の下底部が側壁２４を折り曲げてフランジ角部２８及びフランジ部２７を形成していく。そして、可動型５４が下死点に達すると、固定型５２の成形溝５８の上面と、可動型５４の周壁６３の下面によって、密閉状態のキャビティ６０が形成される。この状態において、キャビティ６０は、フランジ部２７に生じた折り畳み部３０を受容し、さらにその周辺部に溶湯が流動可能な空間を構築する。そして、製造装置５０の射出成形機５５は、ランナー６５を介して溶湯をキャビティ６０内に射出することで、肉厚部４０をインサート成形する。
インサート成形では、射出成形機５５が溶湯を吐出することで、密閉されたキャビティ６０全体に溶湯を行き渡らせる。これにより、溶湯は冷却に伴いキャビティ６０の形状に応じた肉厚部４０に形成される。例えば図２Ａに示すように、肉厚部４０の第１樹脂部４１が、３方向合わせ角部２９（側壁２４及びフランジ部２７）の外周面にわたって積層される。
また、キャビティ６０に流動した溶湯は、射出成形の注入圧によって側壁２４の外周面に至り、側部角部２５（３方向合わせ角部２６、２９）の外周面を覆うと共に、折り畳み部３０の隙間３１にも入り込む。さらに溶湯は、キャビティ６０内で折り畳み部３０がない箇所から側壁２４の内側にも流動して、折り畳み部３０の隙間３１に入り込むと共に、その内周面に積層された状態となる。つまり、第２樹脂部４２は、３方向合わせ角部２６、２９を挟んだ側壁２４の内側において各折り畳み部３０を埋め、さらに各折り畳み部３０の反対側にも形成される。これによりしわ２４ａ、２７ａ等の発生により強度が低下している部分を補強する。
そして、製造装置５０は、肉厚部４０の形成後に、固定型５２と相対的に可動型５４を上方向に移動することで型締め状態を解除する。固定型５２に対する可動型５４の離間に伴い、固定型５２から成形品１０が露出され、この露出状態で固定型５２に設けられたエジェクト機構によりプレス用空間６２及びキャビティ６０から成形品１０が取り出される。固定型５２から取り出された成形品１０は、図１に示すように、３次元形状の本体部２０の３方向合わせ角部２６、２９に肉厚部４０が設けられた状態となっている。
ここで、本実施形態の製造方法の比較例として、折り畳み部３０が生じないように成形品１０を製造する一般的な（従来の）製造方法について、図５Ｂを参照して説明する。従来の製造方法では、シート基材取得工程の後に、シート基材１２に対して折り畳み部３０の形成予定箇所を切断する切断工程を実施する。これにより、本体部２０には折り畳み部３０がなくなるため、加熱工程及び成形工程（本体部２０のプレス成形）において、設計されたプレス圧を与えて成形品１０を成形することができる。また、この製造方法では、本体部２０のプレス成形後、隣接し合う側壁２４同士（側部角部２５）を接合する接合工程を実施することになる。以上のことから、従来の製造方法では、切断工程、接合工程を設けることによって、製造作業に余計な手間が生じることになる。
これに対し、本実施形態に係る製造装置５０は、図５Ａに示すように、切断工程を行わずに、シート基材取得工程、加熱工程、成形工程を実施する。これにより、製造時の手間が低減されて、また成形品１０を精度よく製造することが可能となる。
以上のように、本実施形態に係る成形品１０は、３方向合わせ角部２６、２９に形成された折り畳み部３０が形成される部位に肉厚部４０が積層されることで、折り畳み部３０（基材のしわ２４ａ、２７ａ）の発生を考慮せずにプレス成形を行うことができる。これにより成形時にプレス圧を設計どおりにかけて成形品１０を高精度に成形することが可能となる。しかも肉厚部４０は、折り畳み部３０が生じることによる成形品１０の強度低下を抑制する。また、肉厚部４０は、３方向合わせ角部２９から突出しているフランジ部２７に対し簡単に積層することが可能であり、成形品１０の製造工程を簡素化することができる。従って、成形品１０を効率よく大量生産することが可能となる。
特に、成形品１０は、肉厚部４０が射出成形によって一体化された射出成形部であると、製造時間の短縮化等を一層図ることができる。そして、成形品１０は、強化材として炭素繊維を含むことで、シート状の基材をプレスによって折り曲げて、充分な強度を得ることができる。
また、１つの肉厚部４０が、３方向合わせ角部２９を間においた２つの折り畳み部３０にわたって形成されることで、３方向合わせ角部２９全体の強度を向上させることができる。さらに、肉厚部４０は、３方向合わせ角部２９の表面からの突出量がフランジ部２７の突出量よりも大きいことで、フランジ部２７を確実に覆うことができ、成形品１０の強度をより向上させることができる。
なお、本発明は、上述の実施形態に限定されず、発明の要旨に沿って種々の改変が可能なことは勿論である。例えば、本実施形態に係る成形品１０は、本体部２０（側壁２４）の内側に折り畳み部３０を折り畳んで肉厚部４０により覆った構成としているが、成形品１０は、本体部２０の外側に折り畳み部３０を生じさせた構成でもよい。この場合でも、例えば可動型５４の周壁６３の内側に凹部を形成することで折り畳み部３０を案内することができ、この凹部に肉厚部４０を射出成形することで、側壁２４の外側を肉厚部４０によって覆うことができる。
また例えば、製造装置５０は、成形工程において金型５１のキャビティ６０に樹脂材料を射出する構成に限定されるものではない。例えば、固定型５２のメインブロック５７の上面に溶湯を射出するランナー６７ａ、ゲート６８ａが設けられてもよい（図４参照）。この場合、製造装置５０は、可動型５４を型締めする前（可動型５４が固定型５２から多少離れた位置）で溶湯を射出することにより、折り畳み部３０の隙間やキャビティ６０に溶湯を導くことができる。この溶湯の注入後に、製造装置５０は型締めを行えばよい。
さらに、成形品１０に形成される折り畳み部３０（基材のしわ２４ａ、２７ａ）は、３方向合わせ角部２６、２９に形成されるだけでなく、４以上の板部が交わる異方向合わせ角部にも生じる。本発明では、折り畳み部３０が生じるあらゆる異方向合わせ角部に対して肉厚部４０を設けること（インサート成形すること）ができる。例えば、金型５１に設けるキャビティ６０は、シート基材１２が過剰となる部位を予測ツール等により予測して、その予測に応じて適切な形状で金型５１に形成すればよい。
なお、３方向合わせ角部２９（異方向合わせ角部）への肉厚部４０の形成は、本体部２０のプレス成形と異なる装置及び工程で実施してもよい。つまり、先にプレス装置により本体部２０をプレス成形して該本体部２０を取り出し、次に射出成形装置に本体部２０をセットして肉厚部４０を射出成形する製造方法であってもよい。
１０…繊維強化樹脂成形品 １２…シート基材
２０…本体部 ２２…底壁
２４…側壁 ２６、２９…３方向合わせ角部
２７…フランジ部 ３０…折り畳み部
４０…肉厚部 ５０…製造装置
５１…金型 ５２…固定型
５４…可動型 ５５…射出成形機
６０…キャビティ ６２…プレス用空間
２０…本体部 ２２…底壁
２４…側壁 ２６、２９…３方向合わせ角部
２７…フランジ部 ３０…折り畳み部
４０…肉厚部 ５０…製造装置
５１…金型 ５２…固定型
５４…可動型 ５５…射出成形機
６０…キャビティ ６２…プレス用空間
Claims (9)
- 繊維強化樹脂を含むシート状の基材を元に３次元形状に成形された繊維強化樹脂成形品であって、
前記繊維強化樹脂成形品は、
相互に異なる３方向以上の板部が連なって構成される異方向合わせ角部を有し、
前記異方向合わせ角部は、底壁と一対の側壁とで構成される底部角部を含むと共に、前記一対の側壁の間に形成される側部角部に連なり、
前記側部角部には、成形時の前記基材を構成する肉の変動により当該側部角部又は当該側部角部付近の板部から板厚方向に突出するしわと、
少なくとも前記しわが形成される部位に積層される肉厚部と、が設けられ、
前記肉厚部は、前記底壁から前記繊維強化樹脂成形品の上部まで高さ方向に延在すると共に前記側部角部を一連に覆うように形成されることで、前記高さ方向に延在する前記しわの全長を覆っている
ことを特徴とする繊維強化樹脂成形品。 - 請求項１記載の繊維強化樹脂成形品において、
前記肉厚部は、射出成形によって前記異方向合わせ角部に一体化された射出成形部である
ことを特徴とする繊維強化樹脂成形品。 - 請求項１又は２記載の繊維強化樹脂成形品において、
前記しわは、前記基材を折り畳んだ折り畳み部を形成しており、
前記肉厚部は、前記異方向合わせ角部を含む前記折り畳み部を覆っている
ことを特徴とする繊維強化樹脂成形品。 - 請求項１〜３のいずれか１項に記載の繊維強化樹脂成形品において、
前記異方向合わせ角部には、さらに異なる方向に曲がることで構成されるフランジ部が設けられ、
前記肉厚部は、前記フランジ部にも積層されている
ことを特徴とする繊維強化樹脂成形品。 - 請求項４記載の繊維強化樹脂成形品において、
前記肉厚部の前記異方向合わせ角部の表面からの突出量は、前記フランジ部の突出量よりも大きい
ことを特徴とする繊維強化樹脂成形品。 - 請求項１〜５のいずれか１項に記載の繊維強化樹脂成形品において、
前記繊維強化樹脂は、強化材として炭素繊維を含む
ことを特徴とする繊維強化樹脂成形品。 - 請求項１〜６のいずれか１項に記載の繊維強化樹脂成形品において、
前記肉厚部は、前記側部角部及び前記一対の側壁の内側と外側の両方に形成されている
ことを特徴とする繊維強化樹脂成形品。 - 繊維強化樹脂を含むシート状の基材を元に３次元形状の繊維強化樹脂成形品を成形する繊維強化樹脂成形品の製造方法であって、
成形型のプレスにより前記基材を折り込むことで、相互に異なる３方向以上の板部が連なって構成され、且つ底壁と一対の側壁とで構成される底部角部を含むと共に、前記一対の側壁の間に形成される側部角部に連なる異方向合わせ角部と、前記基材を構成する肉の変動により前記側部角部又は前記側部角部付近の板部から板厚方向に突出するしわと、を成形するプレス成形工程と、
射出成形機により前記成形型のキャビティに成形材料を射出して、前記キャビティに入り込んだ前記しわが形成される部位に肉厚部を積層する射出成形工程と、を有し、
前記肉厚部は、前記底壁から前記繊維強化樹脂成形品の上部まで高さ方向に延在すると共に前記側部角部を一連に覆うように形成されることで、前記高さ方向に延在する前記しわの全長を覆う
ことを特徴とする繊維強化樹脂成形品の製造方法。 - 繊維強化樹脂を含むシート状の基材を元に３次元形状の繊維強化樹脂成形品を成形する繊維強化樹脂成形品の製造装置であって、
前記基材をプレスにより折り込むことで、相互に異なる３方向以上の板部が連なって構成され、且つ底壁と一対の側壁とで構成される底部角部を含むと共に、前記一対の側壁の間に形成される側部角部に連なる異方向合わせ角部、及び前記基材を構成する肉の変動により前記側部角部又は前記側部角部付近の板部から板厚方向に突出するしわを成形する成形型と、
前記成形型に設けられ、プレス時に前記しわが入り込むキャビティと、
前記成形型のキャビティに成形材料を射出して、前記キャビティに案内された前記しわが形成される部位に肉厚部を積層する射出成形機と、を有し、
前記キャビティ及び前記射出成形機は、前記底壁から前記繊維強化樹脂成形品の上部まで高さ方向に延在すると共に前記側部角部を一連に覆うように前記肉厚部を形成することで、前記高さ方向に延在する前記しわの全長を前記肉厚部により覆う
ことを特徴とする繊維強化樹脂成形品の製造装置。
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