JP6776944B2 - 樹脂成形体の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、樹脂成形体の製造方法に関する。

下記特許文献１には、繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造方法が開示されている。この製造方法では、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が、成形型を用いたプレス成形により製造されている。

特開２０１４−１８８８３１号公報

ところで、繊維強化熱可塑性樹脂材料により形成された樹脂基材が成形温度に加熱されて成形型に配置されると、成形型との接触により成形型へ樹脂基材の熱が奪われる。これにより、樹脂基材の一部、特に樹脂基材の成形型に接触する被加圧成形面の中央部位が成形前に冷却されて硬化してしまう。このため、プレス成形により樹脂基材から繊維強化熱可塑性樹脂体（成形品）を形成すると、成形前に硬化された一部分において厚さが厚くなり、成形品の厚さを精度良く均一に成形することが難しかった。

本発明は上記事実を考慮し、樹脂成形体の厚さを均一に成形することができる樹脂成形体の製造方法を得ることが目的である。

上記課題を解決する樹脂成形体の製造方法は、強化繊維を含む熱可塑性樹脂を主組成とし、被加圧成形面の中央部位に凹部を有する樹脂基材を形成する工程と、成形型の加圧成形面に被加圧成形面を接触させて加圧成形面に樹脂基材を配置し、樹脂基材を成形型により加圧成形して樹脂基材から樹脂成形体を形成する工程と、を備えている。

上記樹脂成形体の製造方法では、まず樹脂基材が形成される。樹脂基材は、強化繊維を含む熱可塑性樹脂を主組成とし、被加圧成形面の中央部位に凹部を有する。次に、樹脂基材の被加圧成形面を成形型の加圧成形面に接触させて、加圧成形面に樹脂基材が配置される。そして、樹脂基材が成形型により加圧成形され、樹脂基材から樹脂成形体が形成される。

ここで、樹脂基材の被加圧成形面の中央部位には凹部が形成される。成形型の加圧成形面に樹脂基材が配置されても、被加圧成形面の中央部位と加圧成形面とが非接触状態となるので、被加圧成形面の中央部位から加圧成形面へ熱が奪われ難くなる。このため、加圧成形前において、被加圧成形面の中央部位に相当する樹脂基材の一部の硬化を効果的に抑制することができる。従って、加圧成形により、被加圧成形面の中央部位からその周囲へ加圧成形面に沿って樹脂基材を均一な厚さで流動させて、樹脂基材から樹脂成形体を成形することができる。

上記樹脂成形体の製造方法は、樹脂成形体の厚さを均一に成形することができるという優れた効果を有する。

（Ａ）は一実施の形態に係る樹脂成形体の製造方法に使用される成形前の樹脂基材の斜視図、（Ｂ）は（Ａ）に示されるＢ−Ｂ切断線で切った拡大断面図、（Ｃ）は一実施の形態に係る樹脂成形体の製造方法を使用して樹脂基材から成形された樹脂成形体の一部を示す斜視図である。 一実施の形態に係る樹脂成形体の製造方法を説明する、樹脂基材及び成形型の断面構造を含む第１工程断面図である。 樹脂成形体の製造方法を説明する、図２に対応する第２工程断面図である。 樹脂成形体の製造方法を説明する、図２に対応する第３工程断面図である。 （Ａ）は第１変形例に係る樹脂成形体の製造方法に使用される図１に対応する樹脂基材の斜視図、（Ｂ）は第２変形例に係る樹脂成形体の製造方法に使用される図１に対応する樹脂基材の斜視図である。

以下、図１〜図５を用いて、本発明の一実施の形態に係る樹脂成形体の製造方法を説明する。ここで、図中、適宜示されている矢印Ｕ方向は、説明の便宜上、上方向を示し、矢印Ｄ方向は下方向を示している。なお、樹脂成形体の製造方法の適用方向が本実施の形態により限定されるものではない。

（樹脂基材の構成）
図１（Ａ）に示されるように、本実施の形態に係る樹脂成形体の製造方法では、プレス成形前の基材として、矩形ブロック状の樹脂基材１０が使用されている。樹脂基材１０は強化繊維を含む熱可塑性樹脂を主組成としたコンポジット材料により形成されている。本実施の形態では、樹脂基材１０にプレス成形を施して、樹脂基材１０から図１（Ｃ）に示される樹脂成形体（成形品）２０が成形されている。樹脂成形体２０は、ここでは自動車等の車両のフロントサイドドアのインナパネルとして使用されている。

詳しく説明すると、樹脂基材１０の強化繊維としては炭素繊維（CF：Carbon Fiber）が使用されている。つまり、本実施の形態では、樹脂基材１０として炭素繊維強化プラスチック（CFRP：Carbon Fiber Reinforced Plastic）が使用されている。炭素繊維は５ｍｍ〜２０ｍｍの長さを有する長繊維とされている。長繊維が使用されることにより、プレス成形時において樹脂基材１０の流動性が改善されている。
炭素繊維強化プラスチックは、複雑な形状を容易に作成可能であり、強度が高く、かつ、例えば金属材料に比べて軽く、車両のパネル材として最適である。また、炭素繊維強化プラスチックは車室内の意匠面（加飾面）としても使用可能である。
なお、強化繊維としては、炭素繊維に代えて、ガラス繊維（GF：Glass Fiber）、アラミド繊維、バサルト繊維、竹繊維、鉄等の金属繊維、セルロース繊維、ポリプロピレン繊維（自己補強タイプ）のいずれかの繊維が使用可能である。

熱可塑性樹脂としては、ポリプロピレン樹脂、ポリアミド樹脂（例えば、略号PA6、PA66、PA610、PA10T等）、芳香族ポリアミド樹脂、半芳香族ポリアミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド（PPS）樹脂、ポリエチレンテレフタラート（PET）樹脂、ポリブチレンテレフタラート（PBT）樹脂、ポリカーボネート樹脂（PC）、アクリル（PMMA）樹脂、ABS樹脂、熱可塑性エポキシ樹脂のいずれかの樹脂材料が使用可能である。

図１（Ｂ）に示されるように、樹脂基材１０は、図示を省略した強化繊維が一方向に配向された１ｍｍ〜２ｍｍの厚さを有するシート状の樹脂材料１０Ｃを、強化繊維の配向の方向を変えて、数枚〜数十枚重合わせて形成されている。強化繊維の配向の方向は３次元方向とされている。ここで、本実施の形態では、樹脂基材１０の厚さｔ１は例えば２０ｍｍに設定されている。

図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示されるように、樹脂基材１０の上面は水平方向に広がる矩形状の第１被加圧成形面１０Ａとされている。また、樹脂基材１０の下面は、第１被加圧成形面１０Ａと対向して配置され、第１被加圧成形面１０Ａに対して平行に広がる矩形状の第２被加圧成形面１０Ｂとされている。第１被加圧成形面１０Ａは、図２に示される成形型３０の第１成形型（上成形型）３６の第１加圧成形面３８に接触し、第１加圧成形面３８によりプレス成形される面である。第２被加圧成形面１０Ｂは、成形型３０の第２成形型（下成形型）３２の第２加圧成形面３４に接触し、第２加圧成形面３４によりプレス成形される面である。

第１被加圧成形面１０Ａは、プレス成形後には、図１（Ｃ）に示される第１被加圧成形面２０Ａとされる。同様に、第２被加圧成形面１０Ｂはプレス成形後には第２被加圧成形面２０Ｂとされる。樹脂成形体２０の厚さｔ２は樹脂基材１０の厚さｔ１に対して約３分の１の６ｍｍ〜８ｍｍに形成される。

図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に戻って、樹脂基材１０において、第１被加圧成形面１０Ａの中央部位には第１被加圧成形面１０Ａから内部側（下方側）へ凹む凹部１２が形成されている。ここでは、凹部１２の平面視における開口形状は第１被加圧成形面１０Ａと同様の矩形状とされている。同様に、第２被加圧成形面１０Ｂの中央部位には第２被加圧成形面１０Ｂから内部側（上方側）へ凹む凹部１４が形成されている。凹部１４は、凹部１２の開口形状と同様に平面視において矩形状とされ、本実施の形態では凹部１２の開口寸法と同一開口寸法に設定されている。

図１（Ｂ）に示されるように、凹部１２の断面形状は逆台形状又は矩形状に形成されている。凹部１４の断面形状は台形状又は矩形状に形成されている。凹部１２の深さｄ１、凹部１４の深さｄ２はここでは同一寸法に設定され、深さｄ１及び深さｄ２の合計寸法は樹脂基材１０の３分の１〜５分の１に設定されている。例えば、樹脂基材１０の厚さｔ１が２０ｍｍに設定されているので、深さｄ１、深さｄ２のそれぞれは３．３ｍｍ〜２．０ｍｍに設定されている。本実施の形態では、深さｄ１、深さｄ２のそれぞれは２．５ｍｍに設定されている。
第１被加圧成形面１０Ａに凹部１２が形成されると、樹脂基材１０の第１被加圧成形面１０Ａの中央部位において第１成形型３６の第１加圧成形面３８（図２参照）との接触が無くなる。つまり、樹脂基材１０の一部（中間部位１０Ｆ）から第１成形型３６へ熱が奪われ難くなり、樹脂基材１０の一部のプレス成形前の硬化を効果的に抑制することができる。同様に、第２被加圧成形面１０Ｂに凹部１４が形成されると、樹脂基材１０の第２被加圧成形面１０Ｂの中央部位において第２成形型３２の第２加圧成形面３４との接触が無くなる。従って、樹脂基材１０の一部（中間部位１０Ｆ）から第２成形型３２へ熱が奪われ難くなり、樹脂基材１０の一部のプレス成形前の硬化を効果的に抑制することができる。

また、本実施の形態では、樹脂基材１０において、凹部１４の開口寸法は凹部１２の開口寸法に対して大きい設定としてもよい。さらに、樹脂基材１０において、凹部１４の深さｄ２は凹部１２の深さｄ１に対して大きい設定としてもよい。このように構成すれば、樹脂基材１０が第１成形型３６に接触する時間よりも第２成形型３２に接触する時間が長いので、樹脂基材１０から第２成形型３２へ奪われる熱量を小さくすることができる。

（樹脂成形体の製造方法）
本実施の形態に係る樹脂成形体の製造方法は以下の通りである。この製造方法は、図１（Ａ）〜図１（Ｃ）を参照しつつ、図２〜図４を用いて説明する。
最初に、図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示される樹脂基材１０が形成される。樹脂基材１０は、前述の通り、強化繊維を含む熱可塑性樹脂を主組成として形成されている。樹脂基材１０は、図示を省略した混練機を用いて形成され、混練機から吐出後にプリフォーム用プレス機を用いて所定の形状、具体的には矩形ブロック状に成形される。さらに、プリフォーム用プレス機では、樹脂基材１０の全体的な形状の成形と共に、樹脂基材１０の上面側の第１被加圧成形面１０Ａの中央部位に凹部１２が形成され、かつ、下面側の第２被加圧成形面１０Ｂの中央部位に凹部１４が形成される。このとき、樹脂基材１０は例えば２２０℃〜２６０℃の温度範囲内に保温されている。

全体的なプレス成形機の形状は省略するが、図２に示されるように、プレス成形機に装着された成形型３０において第２成形型３２の第２加圧成形面３４に樹脂基材１０が配置される。樹脂基材１０は、その第２被加圧成形面１０Ｂを第２加圧成形面３４に接触させて、第２成形型３２に配置される。第２成形型３２は、樹脂基材１０の温度よりも低い、例えば１５０℃〜１９０℃の温度に加熱されている。
ここで、樹脂基材１０の第２被加圧成形面１０Ｂでは、凹部１４が形成されているので、第２加圧成形面３４との接触面積が小さくなり、かつ、中央部位において第２加圧成形面３４との接触が無い。このため、樹脂基材１０から第２成形型３２への熱が奪われ難くなる。言い換えれば、樹脂基材１０の第２被加圧成形面１０Ｂにおいて、熱を奪われ冷却されたことにより形成される一部硬化領域１０Ｄは凹部１４の周囲だけになって、一部硬化領域１０Ｄの面積（体積）を極力小さくすることができる。

図３に示されるように、樹脂基材１０の第１被加圧成形面１０Ａに第１成形型３６の第１加圧成形面３８を接触させ、引き続き第１成形型３６を下方へ移動させて、樹脂基材１０が成形型３０により加圧成形される。加圧成形条件として、例えば加圧力Ｐが９８００ｋＮ〜１９６００ｋＮ、型保持時間が２分である。

ここで、加圧成形途中の樹脂基材１０及び成形型３０が図３に示されている。樹脂基材１０では、第２被加圧成形面１０Ｂと同様に、第１被加圧成形面１０Ａの中央部位に凹部１２が形成されている。このため、樹脂基材１０から第１成形型３６への熱が奪われ難くなり、熱を奪われ冷却されたことにより形成される一部硬化領域１０Ｅは凹部１２の周囲だけになって、一部硬化領域１０Ｅの面積（体積）を極力小さくすることができる。
加えて、加圧成形では、第２成形型３２と第１成形型３６との間に樹脂基材１０が挟まれて、第１加圧成形面３８及び第２加圧成形面３４に沿って樹脂基材１０が加圧されて流動する。樹脂基材１０の凹部１２と凹部１４との間の中間部位１０Ｆでは、最も厚さが厚くなり易い。本実施の形態では、樹脂基材１０に凹部１２及び凹部１４が予め形成されているので、樹脂基材１０の中間部位１０Ｆの厚さは元々薄くされている。さらに、中間部位１０Ｆが第１加圧成形面３８、第２加圧成形面３４のそれぞれに接触し、熱を奪われて硬化するタイミングが、凹部１２及び凹部１４を形成しているので、第１被加圧成形面１０Ａの周辺部位、第２被加圧成形面１０Ｂの周辺部位のそれぞれに比して遅くなる。このため、第１加圧成形面３８、第２加圧成形面３４のそれぞれに沿って、樹脂基材１０が均一な厚さによりスムーズに流動する。

そして、第２成形型３２に対して第１成形型３６が予め設定された位置まで型締めされる。これにより、図１（Ｃ）及び図４に示されるように、樹脂基材１０から厚さｔ２が均一とされた樹脂成形体２０を精度良く成形することができる。

（本実施の形態の作用及び効果）
本実施の形態に係る樹脂成形体の製造方法では、図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示されるように、まず樹脂基材１０が形成される。樹脂基材１０は、強化繊維を含む熱可塑性樹脂を主組成とし、少なくとも第２被加圧成形面１０Ｂの中央部位に凹部１４を有する。次に、図２に示されるように、樹脂基材１０の第２被加圧成形面１０Ｂを第２成形型３２の第２加圧成形面３４に接触させて、第２加圧成形面３４に樹脂基材１０が配置される。そして、図３及び図４に示されるように、樹脂基材１０が第２成形型３２（及び第１成形型３６）により加圧成形され、樹脂基材１０から図１（Ｃ）に示される樹脂成形体２０が形成される。

ここで、樹脂基材１０の第２被加圧成形面１０Ｂの中央部位には凹部１４が形成される。第２成形型３２の第２加圧成形面３４に樹脂基材１０が配置されても、第２被加圧成形面１０Ｂと第２加圧成形面３４とが非接触状態になるので、第２被加圧成形面１０Ｂの中央部位から第２加圧成形面３４へ熱が奪われ難くなる。このため、加圧成形前において、樹脂基材１０の一部、特に図２に示される中間部位１０Ｆの硬化を効果的に抑制することができる。従って、加圧成形により、第２被加圧成形面１０Ｂの中央部位からその周囲へ第２加圧成形面３４に沿って樹脂基材１０を均一な厚さで流動させて、樹脂基材１０から樹脂成形体２０を成形することができる。
これにより、樹脂成形体２０の厚さを均一に成形することができる。表現を代えれば、厚さを均一に成形することができるので、樹脂成形体２０の成形精度を向上させることができる。

また、上記樹脂成形体の製造方法では、樹脂基材１０の第１被加圧成形面１０Ａの中央部位にも凹部１２が形成される。このため、より一層、樹脂成形体２０の厚さを均一に成形することができる。

（第１変形例）
本実施の形態の第１変形例に係る樹脂成形体の製造方法では、図５（Ａ）に示されるように、第１被加圧成形面１０Ａに凹部１２Ａを有し、第２被加圧成形面１０Ｂに凹部１４Ａを有する樹脂基材１０が使用されている。凹部１２Ａは、第１被加圧成形面１０Ａの一端から対向する他端まで延設された溝状とされている。同様に、凹部１４Ａは、第２被加圧成形面１０Ｂの一端から対向する他端まで延設された溝状とされている。矢印Ｃ方向から見て、樹脂基材１０はＨ型形状に形成されている。

凹部１２Ａ及び凹部１４Ａは、上記実施の形態において説明したプリフォーム用プレス機により形成されている。なお、混練機の吐出口にＨ型形状の口金を装着し、混練機から樹脂基材１０が吐出されると同時に、口金を用いて樹脂基材１０に凹部１２Ａ及び凹部１４Ａが形成される方式が採用されてもよい。

第１変形例では、樹脂基材１０の凹部１２Ａ及び凹部１４Ａの形状が異なるだけで、樹脂成形体の製造方法は上記実施の形態に係る樹脂成形体の製造方法と同様である。従って、第１変形例に係る樹脂成形体の製造方法では、上記実施の形態に係る樹脂成形体の製造方法により得られる作用及び効果と同様の作用及び効果を得ることができる。
また、第１変形例における樹脂基材１０では、第１被加圧成形面１０Ａ、第２被加圧成形面１０Ｂのそれぞれの面積が上記実施の形態における樹脂基材１０に比べて小さくなる。このため、樹脂成形体２０の厚さをより一層均一に成形することができる。

（第２変形例）
本実施の形態の第２変形例に係る樹脂成形体の製造方法では、図５（Ｂ）に示されるように、第１被加圧成形面１０Ａに凹部１２Ｂを有し、第２被加圧成形面１０Ｂに凹部１４Ｂを有する樹脂基材１０が使用されている。凹部１２Ｂは、第１被加圧成形面１０Ａの一端から対向する他端まで延設された溝と、この溝と交差して第１被加圧成形面１０Ａの他の一端から対向する他の他端まで延設された溝とを有し、平面視において十字溝状とされている。同様に、凹部１４Ｂは、凹部１２Ｂと同様に、第２被加圧成形面１０Ｂに形成された十字溝状とされている。矢印Ｄ方向、矢印Ｅ方向のいずれから見ても、樹脂基材１０はＨ型形状に形成されている。

凹部１２Ｂ及び凹部１４Ｂは、上記実施の形態において説明したプリフォーム用プレス機により形成されている。また、第１変形例における口金を用いた方式とプリフォーム用プレス機とを併用して、凹部１２Ｂ及び凹部１４Ｂが形成されてもよい。

第２変形例では、樹脂基材１０の凹部１２Ｂ及び凹部１４Ｂの形状が異なるだけで、樹脂成形体の製造方法は上記実施の形態に係る樹脂成形体の製造方法と同様である。従って、第２変形例に係る樹脂成形体の製造方法では、上記実施の形態に係る樹脂成形体の製造方法により得られる作用及び効果と同様の作用及び効果を得ることができる。
また、第２変形例における樹脂基材１０では、第１変形例における樹脂基材１０に比べて、第１被加圧成形面１０Ａ、第２被加圧成形面１０Ｂのそれぞれの面積が更に小さくなる。このため、樹脂成形体２０の厚さを更に均一に成形することができる。

［上記実施の形態の補足説明］
本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。
例えば、上記実施の形態、第１変形例及び第２変形例では、樹脂基材の第１被加圧成形面、第２被加圧成形面のそれぞれに凹部が形成されているが、本発明では、成形型との接触時間が長くなる樹脂基材の下面側の第２被加圧成形面だけに凹部が形成されてもよい。
また、本発明では、平面視、底面視のそれぞれにおいて、樹脂基材の凹部の開口形状が、五角形以上の多角形状、円形状、楕円形状、若しくはこれらの形状を複数組み合わせた形状とされてもよい。
さらに、本発明は、フロントサイドドアのインナパネルを樹脂成形体とする製造方法に限定されるものではない。本発明は、例えば、リアサイドドア、バックドア等のインナパネル、又はフード、フロントサイドドア、リアサイドドア、バックドア等のアウタパネル、インストルメントパネル等の加飾パネルを樹脂成形体として、この樹脂成形体の製造方法に適用してもよい。

１０ 樹脂基材
１０Ａ、２０Ａ 第１被加圧成形面
１０Ｂ、２０Ｂ 第２被加圧成形面
１２、１２Ａ、１２Ｂ、１４、１４Ａ、１４Ｂ 凹部
２０ 樹脂成形体
３０ 成形型
３２ 第２成形型
３４ 第２加圧成形面
３６ 第１成形型
３８ 第１加圧成形面

Claims (2)

1. 強化繊維を含む熱可塑性樹脂を主組成とし、被加圧成形面の中央部位に凹部を有する樹脂基材を形成する工程と、
   成形型の加圧成形面に前記被加圧成形面を接触させて前記加圧成形面に前記樹脂基材を配置し、当該樹脂基材を前記成形型により加圧成形して前記樹脂基材から樹脂成形体を形成する工程と、
   を備え、
   前記樹脂基材を形成する工程で、前記凹部の底を平面状に形成すると共に、前記凹部の底の面積を前記被加圧成形面の面積よりも大きく形成する樹脂成形体の製造方法。
2. 前記樹脂基材を形成する工程で、前記凹部を前記被加圧成形面の一端から他端まで形成する請求項１に記載の樹脂成形体の製造方法。