JP6753351B2 - 繊維強化熱可塑性樹脂成形体の成形方法 - Google Patents

Description

本発明は、繊維強化熱可塑性樹脂成形体の成形方法に関する。

成形体のベース部分を構成するための第１の材料と３次元形状部分を構成するための第２の材料とを加熱し、プレス成形時において、第１の材料と第２の材料とを成形型のキャビティ内で一体成形することにより、ベース部分上に３次元形状部分を有する繊維強化熱可塑性樹脂成形体を製造する方法は、従来から知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１４−１８８８３１号公報

しかしながら、繊維強化熱可塑性樹脂材料を平面視で矩形状にプレス成形する場合、その繊維強化熱可塑性樹脂材料の流動性を考慮すると、所望とする矩形状に精度良く成形することは難しい。すなわち、平面視で矩形状となる繊維強化熱可塑性樹脂成形体の各角部までを精度良く成形することは難しく、各角部までを精度良く成形できる成形方法の確立が望まれている。

そこで、本発明は、平面視で矩形状に精度良く成形できる繊維強化熱可塑性樹脂成形体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に記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形体の成形方法は、繊維強化熱可塑性樹脂材料の融点よりも高い温度を保ちつつ、平面視で矩形状に形成された前記繊維強化熱可塑性樹脂材料の各角部に外方へ向けて突出する突出部を形成する突出部形成工程と、前記突出部が形成された前記繊維強化熱可塑性樹脂材料を平面視で矩形状のキャビティを有する成形型に配置してプレス成形し、平面視で矩形状とされる繊維強化熱可塑性樹脂成形体の各角部を前記突出部で形成する成形工程と、を含む。

請求項１に記載の発明によれば、平面視で、繊維強化熱可塑性樹脂材料の各角部に、外方へ向けて突出する突出部が形成され、プレス成形時に、その突出部で繊維強化熱可塑性樹脂成形体の各角部が形成される。したがって、繊維強化熱可塑性樹脂成形体が、平面視で矩形状に精度良く成形される。

以上のように、本発明によれば、繊維強化熱可塑性樹脂成形体を平面視で矩形状に精度良く成形することができる。

（Ａ）プレス成形する前の本実施形態に係る繊維強化熱可塑性樹脂材料を示す平面図である。（Ｂ）プレス成形した後の本実施形態に係る繊維強化熱可塑性樹脂成形体を示す平面図である。 （Ａ）〜（Ｃ）本実施形態に係る繊維強化熱可塑性樹脂材料を成形型でプレス成形して本実施形態に係る繊維強化熱可塑性樹脂成形体を成形する工程を示す説明図である。 （Ａ）プレス成形する前の比較例に係る繊維強化熱可塑性樹脂材料を示す平面図である。（Ｂ）プレス成形した後の比較例に係る繊維強化熱可塑性樹脂成形体を示す平面図である。

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、各図において適宜示す矢印ＵＰを成形型２０の上方向、矢印ＦＲを成形型２０の前方向、矢印ＬＥを成形型２０の左方向とするが、これらの各方向に特に限定されるものではない。

また、本実施形態における成形方法は、平面視で矩形状となる繊維強化熱可塑性樹脂成形体（以下、単に「成形体」という）１０を成形する方法である。したがって、以下においては、矩形状の一例として、長方形状となる成形体１０について説明するが、成形体１０は、例えば正方形状であっても同様である。

更に、混練機（図示省略）により、熱可塑性樹脂と強化繊維とを混ぜ合わせて、熱可塑性樹脂中に強化繊維がランダムに配向された繊維強化熱可塑性樹脂材料（以下、単に「樹脂材料」という）１４を生成するが、本実施形態において、樹脂材料１４に含まれる強化繊維の含有率は、５質量％〜５０質量％が好ましく、１０質量％〜５０質量％がより好ましい。

熱可塑性樹脂としては、例えばポリカーボネート（ＰＣ）樹脂、ポリアミド（ＰＡ）樹脂、ポリウレタン（ＰＵ）樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体（ＡＢＳ）樹脂及びポリプロピレン（ＰＰ）樹脂などが挙げられ、特にＰＡ樹脂及びＰＰ樹脂が好適であるが、これらのものに限定されるものではない。

強化繊維としては、例えばアラミド繊維、セルロース繊維、ナイロン繊維、ビニロン繊維、ポリエステル繊維、ポリオレフィン繊維、レーヨン繊維等の樹脂繊維、炭素繊維（ＣＦ）、ガラス繊維（ＧＦ）及び金属繊維などが挙げられ、特に高い機械的強度を実現可能な炭素繊維が好適であるが、これらのものに限定されるものではない。強化繊維は、目的に応じて公知の各種繊維が使用されればよい。

まず、本実施形態におけるプレス機の成形型２０について説明する。図２に示されるように、成形型２０は、固定側である下型２２と、下型２２に対して昇降移動する可動側である上型２６と、を有している。下型２２には、成形体１０を成形するための平面視長方形状（矩形状）の凹部であるキャビティ２４が形成されており、上型２６には、キャビティ２４に嵌合する底面視長方形状（矩形状）の凸部であるコア２８が形成されている。

したがって、図２（Ａ）に示されるように、下型２２のキャビティ２４内における底面２４Ｂの中央部上に、後述する樹脂材料１４を配置し、図２（Ｂ）、図２（Ｃ）に示されるように、上型２６を下降させつつ、そのコア２８の下面２８Ａで樹脂材料１４をプレス成形する（キャビティ２４の底面２４Ｂとコア２８の下面２８Ａとで挟持押圧する）ことにより、成形体１０が成形（製造）されるようになっている。

次に、以上のような成形型２０を用いて成形体１０を成形（製造）する成形方法について説明する。

まず、図３に示される比較例に係る繊維強化熱可塑性樹脂成形体（以下、単に「成形体」という）３０について説明する。図３（Ａ）に示されるように、この比較例に係る成形体３０を成形（製造）するための繊維強化熱可塑性樹脂材料（以下、単に「樹脂材料」という）３４は、平面視で略長方形状に形成されている。

この樹脂材料３４を、成形型２０の下型２２のキャビティ２４内における底面２４Ｂの中央部上にロボットアーム等の供給手段（図示省略）により配置し、図２で示した上型２６を下降させて、そのコア２８の下面２８Ａでプレス成形する。すると、図３（Ｂ）に示されるように、樹脂材料３４は、平面視で外方（上下方向と直交する方向であり、矢印で示す前後方向や左右方向など）に向かって流動する。

ここで、この樹脂材料３４は、各コーナー部３６において、その流動速度が他の部位よりも遅い（圧力分布が相対的に低い）。したがって、図示のように、プレス成形されつつ、融点を下回るまで成形型２０で冷却された（固化された）成形体３０の各コーナー部３２は、その流動長が短いことから、平面視で外方側へ凸となる円弧状に（角が欠損した形状に）形成され、全体として成形体３０が所望とする長方形状に形成されない（全体として成形体３０が略楕円形状に形成されてしまう）。

換言すれば、樹脂材料３４の各コーナー部３６は、キャビティ２４内における平面視直角形状の各角部２４Ａまで到達せず（行き渡らず）、成形体３０の各コーナー部３２における平面視円弧状の外縁部３２Ａとキャビティ２４内における各角部２４Ａとの間で、平面視略直角三角形状となる空間部Ｓが形成されてしまい、成形体３０の各コーナー部３２が平面視で略直角形状にならない（角部にならない）。

これに対し、本実施形態に係る成形体１０は、次のようにして成形（製造）される。まず、図１（Ａ）に示されるように、成形型２０とは別のプリフォーム用のプレス機の成形型（図示省略）により、樹脂材料１４の融点よりも高い温度を保ちつつ、平面視で略長方形状に形成された樹脂材料１４の各角部１６（仮想線にて示す）に、外方へ向けて突出（延長）する突出部１８を一体に形成する（突出部形成工程）。

突出部１８は、平面視で略楕円形状に突出されており、長径を対称の軸として略線対称形状に形成されている。なお、突出部１８の形状は、図示の平面視略楕円形状に限定されるものではなく、各角部１６の流動長の短さを補える形状であれば、例えば平面視略菱形形状等に形成されていてもよいし、略線対称形状に形成されていなくてもよい。また、この樹脂材料１４の体積は、突出部１８を形成しても、比較例に係る樹脂材料３４の体積と同等になっており、図２（Ａ）に示されるように、この樹脂材料１４は、突出部１８まで同じ高さに形成されている。

樹脂材料１４の各角部１６に突出部１８を一体に形成したら（樹脂材料１４を平面視略「Ｘ」字状に形成したら）、図２（Ａ）、図１（Ｂ）に示されるように、その樹脂材料１４を、成形型２０の下型２２のキャビティ２４内における底面２４Ｂの中央部上にロボットアーム等の供給手段により配置する。そして、図２（Ｂ）に示されるように、成形型２０の上型２６のコア２８を、下型２２のキャビティ２４内に向けて下降させ、そのコア２８の下面２８Ａで樹脂材料１４をプレス成形する（成形工程）。

すると、その成形工程により、図２（Ｃ）、図１（Ｂ）に示されるように、樹脂材料１４（突出部１８を含む）が、平面視で外方（上下方向と直交する方向であり、矢印で示す前後方向や左右方向など）に向かって流動しつつ、融点を下回るまで成形型２０で冷却され（固化され）、平面視で所望の略長方形状となる成形体１０が精度良く成形（製造）される（上記の欠損が低減された形状に形成される）。

つまり、樹脂材料１４の各角部１６に突出部１８を形成することにより、流動速度が他の部位よりも遅い（圧力分布が相対的に低い）角部１６であっても、その流動長の短さを補うことができ、上記した空間部Ｓを埋めるように（キャビティ２４内の各角部２４Ａに到達するまで）樹脂材料１４（突出部１８を含む）を効率よく流動させる（行き渡らせる）ことができる。よって、成形体１０の各角部１２を平面視で略直角形状に精度良く成形することができる。

以上、本実施形態に係る繊維強化熱可塑性樹脂成形体１０の成形方法について、図面を基に説明したが、本実施形態に係る繊維強化熱可塑性樹脂成形体１０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、樹脂材料１４には、熱可塑性樹脂及び強化繊維以外に、添加剤、フィラー、着色剤などのその他の成分が必要に応じて含まれていてもよい。

１０ 繊維強化熱可塑性樹脂成形体
１２ 角部
１４ 繊維強化熱可塑性樹脂材料
１６ 角部
１８ 突出部
２０ 成形型
２４ キャビティ

Claims (1)

1. 繊維強化熱可塑性樹脂材料の融点よりも高い温度を保ちつつ、平面視で矩形状に形成された前記繊維強化熱可塑性樹脂材料の各角部に外方へ向けて突出する突出部を形成する突出部形成工程と、
   前記突出部が形成された前記繊維強化熱可塑性樹脂材料を平面視で矩形状のキャビティを有する成形型に配置してプレス成形し、平面視で矩形状とされる繊維強化熱可塑性樹脂成形体の各角部を前記突出部で形成する成形工程と、
   を含む繊維強化熱可塑性樹脂成形体の成形方法。