JPWO2019189384A1 - 成形品の製造方法 - Google Patents

Abstract

プレス成形によって、強化繊維とマトリックス樹脂とを含む成形基材（Ａ）から凹凸部を有する成形品を製造する方法であって、上型と下型からなる金型の間に成形基材（Ａ）を配置して、加熱、加圧することで面内方向に変形させる工程（Ｉ）と、工程（Ｉ）に続いて金型を除圧することで面外方向に変形させる工程（ＩＩ）と、を含み、下記式（１）で示される変形率比Ｔが０．１〜１の範囲内である、成形品の製造方法。Ｔ＝Ｘ／Ｚ・・・（１）面内変形率Ｘ＝｛（凹部の表面積）／（前記凹部を有する金型の凹部の開口部の、原材料であった成形基材（Ａ）の面外方向への投影面積）｝1/2面外変形率Ｚ＝（前記成形品の最大肉厚）／（前記成形基材（Ａ）の厚みP）厚みP＝（前記成形基材（Ａ）の質量）／（見かけ密度）／（前記成形基材（Ａ）の面積）

Description

本発明は、強化繊維とマトリックス樹脂とを含む成形基材から成形品を製造する方法に関するものである。

近年、自動車、航空機、スポーツ製品等の産業用製品については、軽量性に対する市場要求が年々高まっている。このような要求に応えるべく、軽量であり、力学特性に優れる繊維強化樹脂を用いたプレス成形品が、各種産業用途に幅広く利用されている。具体的には、軽量性を満足させるために、空隙を有する構造体を利用することが広く検討されている（特許文献１参照）。ここで、プレス成形とは、加工機械および型、工具等を用いて金属、プラスチック材料、セラミック材料などに例示される各種材料に曲げ、せん断、圧縮等の変形を与え、成形、加工を行う方法であり、射出成形とは異なり、大型部材の成形に優れている。強化繊維と熱可塑性樹脂を用いた成形材料のプレス成形において、溶融温度以上に予備加熱して軟化状態にある該成形材料を、凹部を有する金型と凸部を有する金型の間に供給し、次いでプレス成形して所望の形状の成形体を得る成形方法は周知である（特許文献２、３）。

国際公開２０１７／１１０５３２号 特開２００９−１９６１４５号公報 特開２０１４−２０８４１９号公報

産業用製品に用いられる構造体は、部品の力学特性および機能性向上のために、ボスリブ形状や深絞り部などの凹凸部を有することが求められており、プレス成形では平板形状だけでなく、金型の凹部への精密な賦形が求められているが、特許文献１ではその要求を必ずしも満たさないものであった。

特許文献２に記載の発明では、繊維強化された熱可塑性樹脂成形材料のプレス成形では金型凹部の形状に賦形されにくく、得られた成形体の表面外観にしわが生じたり、金型凹部への賦形により成形品厚みが薄くなったりしてしまうという課題があった。

さらには多くの技術が空隙を含まない成形品に関するものであるが、この場合、軽量性を満足しないものであった。以上のことから、軽量であり複雑形状を有するプレス成形品を提供することが急務となっていた。

そこで本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、強化繊維とマトリックス樹脂とを含み、シワなどの外観品位、軽量性を改善した、凹凸部を有するプレス成形品の製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は以下の構成からなる。
（１）プレス成形によって、強化繊維とマトリックス樹脂とを含む成形基材（Ａ）から凹凸部を有する成形品を製造する方法であって、
上型と下型とからなる金型のいずれかの金型に成形基材（Ａ）を配置して、前記成形基材（Ａ）を加熱し、かつ金型で加圧することで、前記成形基材（Ａ）をその面内方向に変形させる工程（Ｉ）と、
工程（Ｉ）に続いて、金型を除圧することで、面内方向に変形された前記成形基材（Ａ）をその面外方向に変形させる工程（ＩＩ）と、を含み、
下記式（１）で示される変形率比Ｔが０．１〜１である、成形品の製造方法。

Ｔ＝Ｘ／Ｚ・・・（１）
面内変形率Ｘ＝｛（凹部を有する金型の凹部の表面積）／（前記凹部を有する金型の凹部の開口部の、原材料であった成形基材（Ａ）の面外方向への投影面積）｝^1/2
面外変形率Ｚ＝（前記成形品の最大肉厚）／（前記成形基材（Ａ）の厚みＰ）
厚みＰ＝（前記成形基材（Ａ）の質量）／（見かけ密度）／（前記成形基材（Ａ）の面積）
（２） 面外変形率Ｚが１．５以上である、前記成形品の製造方法。
（３） 成形基材（Ａ）は前記強化繊維と前記マトリックス樹脂とを含む複数の成形基材を積層してなる、前記いずれかの成形品の製造方法。
（４） 工程（Ｉ）の前に、成形基材（Ａ）が（前記マトリックス樹脂の溶融温度Ｔａ）以上に加熱される工程（０）をさらに含む、前記いずれかの成形品の製造方法。
（５） 工程（ＩＩ）と同時または工程（ＩＩ）の完了後に、成形基材（Ａ）を｛（前記マトリックス樹脂の溶融温度Ｔａ）−１０℃｝以下に冷却する工程（ＩＩＩ）をさらに含む、前記いずれかの成形品の製造方法。
（６） 前記成形基材（Ａ）を、少なくともその１層における２箇所以上を把持して成形する、前記いずれかの成形品の製造方法。
（７） 前記成形基材（Ａ）がシート状であり、その面積が、金型の凹部の成形基材（Ａ）の面外方向での投影面積以上である、前記いずれかの成形品の製造方法。
（８） 前記金型の断面における金型が有する凹部の開口部での最大直線距離をＬ、凹部の深さをＤとしたとき、
Ｄ／Ｌ＞０．２
である、前記いずれかの成形品の製造方法。
（９） 前記強化繊維が炭素繊維であり、質量平均繊維長さが１〜１５ｍｍである、前記いずれかの製造方法。
（１０）前記強化繊維が略モノフィラメント状である、前記いずれかの成形品の製造方法。
（１１）前記強化繊維がランダムに分散している、請求項１〜１０のいずれかに記載の成形品の製造方法。
（１２） 前記マトリックス樹脂が、熱可塑性樹脂である、前記いずれかの成形品の製造方法。
（１３） 前記成形品が空隙を有し、前記成形品における前記空隙が１０〜９７体積％の範囲内である、前記いずれかの成形品の製造方法。
（１４） 前記成形品の曲げ弾性率をＥｃ、前記成形品の密度をρとしたとき、
Ｅｃ１／３・ρ−１により表される比曲げ剛性が３〜２０の範囲内にあり、且つ、
前記部位の曲げ弾性率Ｅｃが３ＧＰａ以上である、前記いずれかの成形品の製造方法。
（１５） 前記加圧の前後の成形基材（Ａ）の伸長率Ｙが以下の式（２）を満たす、前記いずれかの成形品の製造方法。
Ｘ≧Ｙ＞１・・・（２）

本発明に係る成形品の一例の断面図である。 本発明に係る成形品における強化繊維の分散状態の一例を示す模式図である。 本発明に係る成形品の製造方法における金型の一例を示す平面図および断面図である。 本発明に係る成形品の製造方法における金型の一例を示す平面図および断面図である。 本発明に係る成形品の製造方法における把持フレームおよびそれに把持された成形基材（Ａ）の状態の一例を示す平面図である。

以下、本発明に係る成形品について図１を用いて説明する。

本発明に係る成形品１は、凹凸部５を有する。強化繊維２とマトリックス樹脂３とを含む成形基材（Ａ）をプレス成形することにより得られる。成形品１は強化繊維２とマトリックス樹脂３とを含有する。

＜強化繊維＞
強化繊維の種類としては、アルミニウム、黄銅、ステンレス等の金属繊維、ＰＡＮ系、レーヨン系、リグニン系、ピッチ系の炭素繊維、黒鉛繊維、ガラス等の絶縁性繊維、アラミド、ＰＢＯ、ポリフェニレンスルフィド、ポリエステル、アクリル、ナイロン、ポリエチレン等の有機繊維、シリコンカーバイト、シリコンナイトライド等の無機繊維を例示できる。

これらの繊維は１種類を単独で用いてもよいし、２種類以上を併用してもよい。中でも、軽量化効果の観点から、比強度、比剛性に優れるＰＡＮ系、ピッチ系、レーヨン系等の炭素繊維が好ましく用いられる。また、成形品の熱伝導性を向上させる観点からは、ＰＡＮ系、ピッチ系、レーヨン系等の炭素繊維あるいは金属繊維が好ましい。また、得られる成形品の経済性を高める観点からは、ガラス繊維が好ましく用いられ、とりわけ力学特性と経済性とのバランスから炭素繊維とガラス繊維とを併用することが好ましい。さらに、得られる成形品の衝撃吸収性や賦形性を高める観点からは、アラミド繊維が好ましく用いられ、とりわけ力学特性と衝撃吸収性とのバランスから炭素繊維とアラミド繊維とを併用することが好ましい。また、得られる成形品の導電性を高める観点からは、ニッケルや銅やイッテルビウム等の金属を被覆した強化繊維を用いることもできる。これらの中で、強度と弾性率等の力学的特性に優れるＰＡＮ系の炭素繊維をより好ましく用いることができる。

また、これらの繊維に表面処理が施されているものであってもよい。表面処理としては、導電体として金属の被着処理の他に、カップリング剤による処理、サイジング剤による処理、結束剤による処理、添加剤の付着処理等がある。

成形品中の強化繊維の形態としては、成形基材（Ａ）自身と同程度の長さの連続強化繊維、又は、所定長に切断された有限長の不連続性強化繊維のいずれであってもよいが、マトリックス樹脂を容易に含浸させたり、その量を容易に調整できたりする観点からは、不連続強化繊維であることが好ましい。このとき、強化繊維の質量平均繊維長は１〜１５ｍｍにあることが好ましい。これにより、強化繊維による補強効率を高めることができ、成形品に優れた力学特性を与えられる。質量平均繊維長は、成形品のマトリックス樹脂成分を焼き飛ばしや溶出等の方法により取り除き、残った強化繊維から無作為に４００本を選択し、その長さを１０μｍ単位まで測定し、それらの平均長さとして算出できる。

強化繊維は、不連続である場合、強化繊維単糸が５００本未満の細繊度ストランドであることが好ましい。以下この細繊度ストランドの状態を略モノフィラメント状という。強化繊維をかかる形態とすることで、成形基材（Ａ）に外力を加えて成形する場合に、複雑形状への賦形が容易とになるのみならず、面外方向に変形しやすくなる。ここで、面外方向とは、注目している材料の面の厚み方向、すなわち垂直方向を指す。なお面内方向とは注目している材料の面のその方向を指す。

略モノフィラメント状としては望ましくは、単糸として分散していることである。

また、略モノフィラメント状、又は、単糸として分散しているとは、成形品中にて任意に選択した強化繊維について、その二次元配向角が１°以上である単繊維の割合（以下、繊維分散率とも称す）が８０％以上であることを指し、言い換えれば、成形品中において単繊維の２本以上が接触して平行した束が２０％未満であることをいう。したがって、ここでは、少なくとも強化繊維におけるフィラメント数１００本以下の繊維束の質量分率が１００％に該当するものが特に好ましい。

さらに、強化繊維はランダムに分散していることが、とりわけ望ましい。かかる態様とすることで、成形基材（Ａ）が賦形時に破れにくくなり賦形性が向上するだけでなく、空隙が形成される場合に成形品に小さいサイズの空隙が均質に形成される。強化繊維がランダムに分散して状態としては成形品における無作為に選択した強化繊維の二次元配向角の算術平均値が３０°〜６０°にあることが好ましい。かかる二次元配向角とは、強化繊維の単繊維とこの単繊維と交差する単繊維とで形成される角度のことであり、交差する単繊維同士が形成する角度のうち、０°〜９０°にある鋭角側の角度と定義する。

この二次元配向角について、図面を用いてさらに説明する。図２は、本発明に係る成形品における強化繊維の分散状態の一例を示す模式図であり、図２（ａ）は面方向、図２（ｂ）は厚み方向から見た図である。図２の（ａ）、（ｂ）において、単繊維２ａを基準とすると、単繊維２ａは他の単繊維２ｂ〜２ｆと交差している。ここで、交差とは、観察する二次元平面において、基準とする単繊維が他の単繊維と交わって観察される状態のことを意味し、単繊維２ａと単繊維２ｂ〜２ｆとが必ずしも接触している必要はなく、投影して見た場合に交わって観察される状態についても例外ではない。つまり、基準となる単繊維２ａについて見た場合、単繊維２ｂ〜２ｆの全てが二次元配向角の評価対象であり、図２（ａ）中において二次元配向角は交差する２つの単繊維が形成する２つの角度のうち、０°〜９０°の鋭角側の角度αである。

二次元配向角を測定する方法としては、特に制限はないが、例えば、構成要素の表面から強化繊維の配向を観察する方法を例示でき、上述した二次元接触角の測定方法と同様の手段をとることができる。二次元配向角の平均値は、次の手順で測定できる。無作為に選択した単繊維（図２における単繊維２ａ）に対して交差している全ての単繊維（図２における単繊維２ｂ〜２ｆ）との二次元配向角の平均値を測定する。ある単繊維に交差する別の単繊維が多数の場合には、交差する別の単繊維を無作為に２０本選び測定した算術平均値を代用する。この測定を別の単繊維を基準として合計５回繰り返し、その算術平均値を二次元配向角の算術平均値として算出する。

強化繊維が略モノフィラメント状、または／およびランダムに分散していることで、上述した略モノフィラメント状に分散した強化繊維により与えられる性能を最大限まで高めることができる。また、成形基材（Ａ）の面内変形性、面外変形性を高めることができる。かかる観点から、強化繊維の繊維分散率は９０％以上であることが望ましく、１００％に近づくほどより望ましい。また、強化繊維の二次元配向角の算術平均値は、４０°〜５０°の範囲内にあることが望ましく、理想的な角度である４５°に近づくほど望ましい。二次元配向角の好ましい範囲としては、上記した上限のいずれの値を上限としてもよく、上記した下限のいずれの値を下限としてもよい。

前述の通り、成形品中の強化繊維の体積含有率は、０．５〜５５体積％であることが好ましい。強化繊維の体積含有率が０．５体積％未満である場合、強化繊維に由来する補強効果を十分なものとすることができないことがある。一方、強化繊維の体積含有率が５５体積％より大きい場合には、強化繊維に対するマトリックス樹脂の体積含有率が相対的に少なくなるため、成形品中の強化繊維同士を結着し、強化繊維の補強効果を十分なものとすることができないことがあり、成形品の力学特性、とりわけ曲げ特性を満足できなくなることがある。また、強化繊維の体積含有率が５５体積％を超える場合は、成形基材（Ａ）における強化繊維の割合が多くなるため、プレス成形中、図３に例示される金型の凹部への賦形時に成形基材（Ａ）が破れやすくなることがあり、そうなると成形品の外観品位を満足できなくなる傾向がある。

＜マトリックス樹脂＞
ここで、マトリックス樹脂の種類としては、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂を例示できる。また、マトリックス樹脂は、熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂との混合物でもよい。

本発明におけるマトリックス樹脂に用いることができる熱可塑性樹脂としては、以下のものが例示される。
ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリトリメチレンテレフタレート（ＰＴＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、液晶ポリエステル等のポリエステル。
ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリブチレン等のポリオレフィン。
ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）等のポリアリーレンスルフィド。
ポリケトン（ＰＫ）、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）、ポリエーテルニトリル（ＰＥＮ）。ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系樹脂、液晶ポリマー（ＬＣＰ）等。
これらは一般的に結晶性の樹脂である。

またスチレン系樹脂の他、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリサルホン（ＰＳＵ）、ポリエーテルサルホン、ポリアリレート（ＰＡＲ）等。
これらは一般的に非晶性の樹脂である。

その他、フェノール系樹脂、フェノキシ樹脂、さらにポリスチレン系、ポリオレフィン系、ポリウレタン系、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリブタジエン系、ポリイソプレン系、フッ素系樹脂、及びアクリロニトリル系等の熱可塑エラストマー等や、これらの共重合体及び変性体等から選ばれる熱可塑性樹脂を例示できる。

これらの中でも、得られる成形品の軽量性の観点からはポリオレフィンが好ましく、強度の観点からはポリアミドが好ましく、表面外観の観点からポリカーボネートやスチレン系樹脂のような非晶性樹脂が好ましく、耐熱性の観点からポリアリーレンスルフィドが好ましく、連続使用温度の観点からポリエーテルエーテルケトンが好ましく、さらに耐薬品性の観点からフッ素系樹脂が好ましく用いられる。

マトリックス樹脂に用いられる熱硬化性樹脂としては、不飽和ポリエステル、ビニルエステル、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、熱硬化性ポリイミド、これらの共重合体、変性体、及びこれらの少なくとも２種類をブレンドした樹脂が例示される。

また、本発明の目的を損なわない範囲で、マトリックス樹脂は、エラストマー又はゴム成分等の耐衝撃性向上剤、その他、充填材や添加剤を含有してもよい。充填材や添加剤の例としては、無機充填材、難燃剤、導電性付与剤、結晶核剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、制振剤、抗菌剤、防虫剤、防臭剤、着色防止剤、熱安定剤、離型剤、帯電防止剤、可塑剤、滑剤、着色剤、顔料、染料、発泡剤、制泡剤、または、カップリング剤を例示できる。

マトリックス樹脂は、特に限定されないが、フィルム状、液体状、繊維状、粒子状の状態から強化繊維と一体化して、室温では固体である成形基材（Ａ）となる。２種類以上のマトリックス樹脂および／または前記充填材や前記添加剤を用いる場合は、予め混練されて、フィルム状、液状、繊維状となっていても良く、多層のフィルム状や、２相の液体状、芯鞘の繊維状や２種以上の繊維状になっていても良い。

本発明の目的を損なわない範囲で、強化繊維、マトリックス樹脂の他にバインダー樹脂を含んでいても良い。バインダー樹脂は、マトリックス樹脂と強化繊維との接着性および、強化繊維のみを目止めし、ハンドリング性を確保する観点から、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂のいずれから選択することが好ましい。マトリックス樹脂と強化繊維との接着性の観点から、マトリックス樹脂と同種または相溶性を有する樹脂が選択され、強化繊維のハンドリング性を確保する観点からは、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂の水溶液、ディスパージョン、エマルジョンを選択する事が好ましい。

＜空隙＞
図１を再度参照されたい。本発明の成形品１は、空隙４を有することで、成形基材（Ａ）の面に対する面外方向の変形性が向上するため好ましい。空隙４を含む場合、空隙４は、マトリックス樹脂３により被覆された強化繊維２が柱状の支持体となり、それが重なり合い、又は、交差することにより形成されている。例えば強化繊維２にマトリックス樹脂３が予め含浸された成形基材（Ａ）を加熱して成形品１を得る場合、加熱に伴うマトリックス樹脂３の溶融ないしは軟化により、強化繊維２が起毛し、その結果空隙４が形成されることが好ましい。これは、成形基材（Ａ）において、加圧により圧縮状態とされていた内部の強化繊維２が、その弾性率に由来する起毛力によって起毛する性質に基づく。

成形品１中の空隙４の体積含有率は、１０〜９７体積％であることが好ましい。空隙４の体積含有率が小さい場合、成形品１の密度が高くなるため軽量性を満足できないことがある。一方、空隙４の体積含有率が大きい場合には、強化繊維２の周囲に被覆されたマトリックス樹脂３の厚みが薄くなるため、成形品１中における強化繊維２同士の補強が十分に行われず、力学特性が低くなることがある。ここでいう体積含有率は成形品１を構成するマトリックス樹脂３と強化繊維２と空隙４の全ての体積含有率の合計を１００体積％とする。

＜成形品＞
本発明の成形品１は、成形品１全体の体積を１００体積％とした際に、強化繊維２の体積含有率が０．５〜５５体積％、マトリックス樹脂３の体積含有率が２．５〜８５体積％、空隙４の体積含有率が１０〜９７体積％であることが好ましい。力学特性と軽量性の両立の観点から、空隙４の体積含有率２０〜９０体積％であることが好ましく、より好ましくは３３〜８４体積％であり、空隙４の体積含有率の好ましい範囲としては、上記した上限のいずれの値を上限としてもよく、上記した下限のいずれの値を下限としてもよい。マトリックス樹脂３の体積含有率が小さすぎる場合、成形品１中の強化繊維２同士を結着し、強化繊維２の補強効果を十分なものとすることができないことがある。この結果成形品１の力学特性が満足できないことがある。一方、マトリックス樹脂３の体積含有率が大きすぎる場合には、空隙構造をとることが困難となることがある。

成形品１において、強化繊維２はマトリックス樹脂３に被覆されており、強化繊維２を被覆するマトリックス樹脂３の被覆厚みが１〜１５μｍにあることが好ましい。マトリックス樹脂３に被覆された強化繊維２の被覆状態は、少なくとも成形品１を構成する強化繊維２の単繊維同士の交差する点が被覆されていれば、成形品１の形状安定性や、厚み制御の容易さ及び自由度の観点から十分である。さらに好ましい態様としては、強化繊維２がマトリックス樹脂３により上記の被覆厚みで被覆された状態であることが好ましい。この状態は、強化繊維２の表面がマトリックス樹脂３によって被覆され露出していないことである。言い換えれば、強化繊維２がマトリックス樹脂３によりビニールコードのように覆われてしていることを意味する。このことにより、成形品１は、マトリックス樹脂３が軟化したときに、成形基材（Ａ）の破れのない、金型の凹部への優れた賦形性及び面外への優れた変形性を示すと共に、マトリックス樹脂３が固化した際に力学特性の発現を十分なものとすることができるため、軽量高剛性となる。また、強化繊維２の全てにおいてマトリックス樹脂３で被覆されている必要は無く、成形品１の形状安定性や、圧縮弾性率、曲げ弾性率、曲げ強度を損なわない範囲内であればよい。つまり本発明においては、成形品１中の強化繊維２の少なくとも一部がマトリックス樹脂３に被覆されており、マトリックス樹脂３による被覆厚みが上記の範囲内となっている部分を少なくとも有することが好ましい。

本発明の成形品は、曲げ弾性率をＥｃ、密度をρとしたとき、Ｅｃ^１／３・ρ^−１として表される比曲げ剛性が３〜２０にあることが好ましい。上記の範囲内であることで、軽量と高剛性を両立した成形品となる。より優れた軽量性と力学特性の兼備という観点から、５〜１５が好ましく、より好ましくは８〜１２であり、比曲げ剛性の好ましい範囲としては、上記した上限のいずれの値を上限としてもよく、上記した下限のいずれの値を下限としてもよい。

また、成形品の曲げ弾性率Ｅｃは、３ＧＰａ以上であることが好ましく、さらに好ましくは６ＧＰａ以上であるとよい。成形品１の曲げ弾性率Ｅｃが３ＧＰａ未満である場合、成形品１として使用する範囲に制限が生じるため好ましくない。また、成形品の設計を容易にするために、曲げ弾性率Ｅｃは等方性を有している、つまり、いずれの方向でも前記Ｅｃを有していることが好ましい。曲げ弾性率Ｅｃの上限については制限を設けないが、一般的に強化繊維とマトリックス樹脂とからなる成形品では、その構成成分である強化繊維及びマトリックス樹脂の種類により、上限が決定される。本発明に係る成形品は、成形品を単独で使用する場合においても、他の部材とあわせて使用する場合においても、成形品１自身の曲げ弾性率Ｅｃを用いて部材の設計を行い、実用に供するためには５ＧＰａもあれば十分である。曲げ弾性率Ｅｃは、ＩＳＯ１７８法（１９９３）に準じて測定する。

本発明の成形品は、密度ρは０．０１〜１．０ｇ／ｃｍ^３にあることが好ましい。成形品の密度ρが１．０ｇ／ｃｍ^３より大きい場合、成形品とした場合の質量が増すことを意味し、結果、製品とした場合の質量の増加を招くこととなるので好ましくない。また、成形品の密度ρは、使用する強化繊維やマトリックス樹脂により異なるが、成形品の力学特性を保持するという観点から、０．０１ｇ／ｃｍ^３以上であることが好ましい。本発明に係る成形品は、成形品を単独で使用する場合においても、他の部材とあわせて使用する場合においても、成形品の密度は、軽量性の観点から、０．０１〜０．８ｇ／ｃｍ^３であることが好ましい。上記の上限と下限のいずれを組み合わせた範囲であってもよい。

本発明においては、本発明の特徴を損なわない範囲において、前記成形品又は成形基材（Ａ）をコア層に用い、且つ、連続した強化繊維にマトリックス樹脂を含浸せしめたシート状中間基材をスキン層に用いたサンドイッチ構造体とすることもできる。成形品をかかる構造体とするとき、予めスキン層となる中間基材を成形基材（Ａ）に積層した状態でプレスして成形品をサンドイッチ構造体としてもよく、成形品にスキン層となる基材を積層し、一体化することサンドイッチ構造体としてもよい。ここで、連続した強化繊維とは、少なくとも一方向に１００ｍｍ以上の長さで連続したものであり、その多数本が一方向に配列した集合体、いわゆる強化繊維束は、サンドイッチ構造体の全長にわたり連続している。連続した強化繊維からなるシート状中間基材の形態としては、多数本の連続した強化繊維からなる強化繊維束から構成されたクロス、多数本の連続した強化繊維が一方向に配列された強化繊維束（一方向性繊維束）、この一方向性繊維束から構成された一方向性クロス等である。強化繊維は、同一の形態の複数本の繊維束から構成されていても、又は、異なる形態の複数本の繊維束から構成されていてもよい。一つの強化繊維束を構成する強化繊維数は、通常、３００〜４８，０００本であるが、プリプレグの製造やクロスの製造を考慮すると、好ましくは３００〜２４，０００本であり、より好ましくは１，０００〜１２，０００本である。

連続性強化繊維を使用する場合、前記成形品の曲げ弾性率をコントロールするために、強化繊維の方向を変えて積層する形態が好ましく用いられる。特に、サンドイッチ構造体の弾性率や強度を効率的に高める上で、繊維束を一方向に引きそろえた連続した強化繊維を使用し、強化繊維の配向方向を変えて積層することが好ましい。

＜成形品の製造方法＞
続いて、本発明の実施に係る成形品の製造方法について説明する。

本発明の実施に係る凹凸部を有する成形品の製造方法では、強化繊維とマトリックス樹脂とを含む成形基材（Ａ）を、上型６と下型７からなる金型のいずれかの金型に配置して、前記成形基材（Ａ）を加熱し、かつ金型で加圧することで、前記成形基材（Ａ）をその面内方向に変形させる工程（Ｉ）と、続いて金型を除圧させることで、面内方向に変形された前記成形基材（Ａ）をその面外方向に変形させる工程（ＩＩ）と、を含む。

＜金型＞
本発明における金型について、図４を用いて説明する。本発明における金型８はふたつの金型から構成され、図４（ｂ）の上型６と図４（ａ）の下型７とを有する。図４（ａ）において下の図が平面図、および図４（ｂ）において下の図が底面図である。図４（ａ）および図４（ｂ）の上のはＡ−Ａ’断面図またはＢ−Ｂ’断面図である。成形品１が図１に示した凹凸部５を有するように、図４に示すように下型７には１箇所凹部を有しており、もう一方にはその凹部に対応する凸部を有している。成形において、なお凹部は図と異なり上型に形成されていてもよい。ここで、図１に示す成形品１にある凹凸部５としては、ボス形状やリブ形状、テーパー部、深絞り部、フランジ部、波状部、エンボス形状など、少なくとも平板形状のみでは、形成されていない形状が例示される。上型６と下型７はそれぞれ、プレス成形機（図示していない）の可動上盤面１１、一方が非可動下盤面に固定される。

図３に示す、凹部を有する金型８’の凹部９の開口部の上の最大直線距離をＬ、凹部９の深さをＤとしたとき、Ｄ／Ｌは０．２よりも大きいことが好ましい。成形品強度の形状効果の観点から、０．２５よりも大きいことが好ましく、より好ましくは０．３よりも大きい範囲である。ここで、開口部とは凹部９と金型の平面部の境界に囲まれた部分を意味し、Ｄはこの境界面上の２点を結ぶ最大長さとする。また凹部９の深さは凹部９の出口端面を基準面とする凹部の最大深さとする。かかる範囲とすることで、成形品は成形基材（Ａ）の面外方向への強度を確保できる。上限は特に制約はないが、成形性の観点から、５よりも小さいことが好ましく、成形再現性の高さの観点から、２よりも小さいことが特に好ましい。

＜積層＞
本発明における成形基材（Ａ）は１層からなっていても、強化繊維とマトリックス樹脂とを含む複数の成形基材を積層したものからなっていても良い。１層の場合、ハンドリングしやすくなるため、成形性が向上する。ここで、成形基材（Ａ）は後述する加圧工程により凹凸形状に賦形するが、面内変形を伴って形状賦形するため、厚みが薄くなる。従って、成形基材（Ａ）が複数層からなっていることで、厚みバラツキや破れを防止することができるため好ましい。
＜把持＞
本発明では、成形基材（Ａ）がシート状であって、２箇所以上で金型や冶具などに把持されたまま成形されることが好ましい。把持されたまま成形されることで、平面部と凹凸部の境界部でのしわを抑制することができ、さらに、成形再現性も向上する。把持の形態としては、ばねやクリップなどの冶具を別途準備し、基材端部を把持しても、金型の機構により端部を把持しても良い。成形基材（Ａ）が複数層を有する場合、把持は少なくとも１層に施され、把持されない層が存在することがより好ましい。把持されない層が存在することで、把持されない層が把持される層の面内の変形に追従する必要が無くなる。そして把持される層と把持されない層が独立して変形する。その結果、面内変形により厚みが薄くなった箇所には、把持されていない層のマトリックス樹脂が流動して充填していき、成形品の破れが低減する。基材を把持する部位は特に限定はされないが、ハンドリング性がよい、および伸長しやすいという観点から成形基材（Ａ）の端部が把持されることが好ましい。把持により成形基材（Ａ）が伸長するよう、少なくとも２箇所が把持されたまま成形されることが好ましく、成形再現性および伸張性の観点から４箇所以上が把持されることがより好ましい。成形基材（Ａ）が複数層からなり、その一部の層について把持する場合、把持される層はしわが抑制され、外観品位が向上するため、把持される層が最外層の意匠面となることが好ましい。

＜予熱＞
本発明における成形基材（Ａ）は工程（Ｉ）の前に、前記成形基材（Ａ）が前記マトリックス樹脂の溶融温度Ｔａ以上に予熱される工程（０）をさらに含むことが好ましい。基材が予熱されてから工程（Ｉ）に供されることで、前記成形基材（Ａ）の金型が有する凹部への賦形性が向上する。

予熱手段は特に限定されないが、遠赤外線ヒーター、加熱板、高温オーブン、誘導加熱による予熱が例示される。

マトリックス樹脂が熱硬化性樹脂を含む場合、溶融温度Ｔａはその最低粘度の観測温度±２０℃とすることが好ましい。熱硬化性樹脂は、加熱によって熱硬化する前に流動性を有する状態となるので、予熱温度を溶融温度Ｔａ以上とすることで、金型の凹部への賦形性が向上する。さらに、速硬化性の観点から予熱温度は、溶融温度Ｔａ＋１０℃以上であることが好ましい。

熱硬化性樹脂の最低粘度の観測温度はレオメーター（回転型動的粘度弾性測定装置）を用いて、１．５℃／分の速度にて４０℃から２５０℃まで温度を上げた際の熱硬化性樹脂の粘度が最低となる時点での観測温度を観測することで評価できる。

マトリックス樹脂が熱可塑性樹脂を含む場合、溶融温度Ｔａは熱可塑性樹脂の融点（Ｔｍ）とすることとし、予熱温度を溶融温度Ｔａ以上とすることが好ましい。かかる範囲とすることで、熱可塑性樹脂は流動性を有する状態となるので、成形基材（Ａ）が優れた形状賦形性を示すようになる。さらに、目的とする成形品が複雑な形状の場合には、賦形性の観点から、予熱後の基材搬送中の基材温度の低下を考慮し、予熱温度は溶融温度Ｔａ＋１０℃以上であることが好ましい。上限は限定されないが、熱可塑性樹脂が熱分解を生じる温度未満であることが好ましく、より好ましくは、Ｔａ＋３０℃以下とすることが好ましい。かかる範囲とすることで、成形中に基材に外力が付与された際に、基材が過度に軟化していないために荷重伝達して均質に伸長するため、破れが生じにくくなる。

熱可塑性樹脂の融点（Ｔｍ）は、示差走査熱量測定（ＤＳＣ：Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｃａｌｏｒｉｍｅｔｒｙ）により求めることができる。昇温速度１０℃／ｍｉｎの昇温条件にて得られた熱量カーブにおける融解ピークのピークトップをＴｍとして取り扱う。

熱可塑性樹脂が熱分解を生じる温度としては、熱重量測定（ＴＧ：Ｔｈｅｒｍｏ Ｇｒａｖｉｍｅｔｒｙ）により求めることができる。熱可塑性樹脂を真空乾燥機中にて１２時間以上乾燥させた試料について、１０℃／ｍｉｎの昇温条件にて得られた減量カーブにおける重量が昇温開始重量の９９％に到達した温度を、熱可塑性樹脂が熱分解を生じる温度として取り扱う。

＜基材配置＞
予熱された成形基材（Ａ）は、上型と下型の間に配置され、加圧工程に供される。基材配置の仕方は特に限定されないが、下型の上に直接置かれる場合は成形容易性の観点で好ましい。冶具を用いて、基材が上型もしくは下型と接触することなく配置される場合は、金型との熱の間のやり取りを最小限に抑えることができ、基材温度制御性の観点で好ましい。

成形基材（Ａ）はシート状である場合、その基材としての面積は、金型の凹部の成形基材（Ａ）の面外方向での投影面積以上であることが好ましい。かかる面積とすることにより、プレス成形において、成形基材（Ａ）が加圧時に凹部内に伸長しながら引き込まれて金型の凹部に賦形されるため、得られる成形品の一部、特に立ち壁部、深絞り部、張り出し部などの形成が容易であり、得られる成形体の外観品位が向上する。

＜加熱・加圧＞
続いて、本発明に係る成形品の製造方法では、工程（Ｉ）として、成形基材（Ａ）を上型と下型からなる金型の間に配置して、加熱・加圧することで成形基材（Ａ）の面内方向に変形させる。可動上盤面が非可動下盤面に接近することで金型の型締めが行われ、金型の間に配置された成形基材（Ａ）は金型の凹部に賦形される。凹部とは凹部の開口部より凹んだ側の領域を指し、かかる賦形時、成形基材（Ａ）は、凹部の中へ引き込まれるだけでなく、前述の把持による抵抗および／または金型との摩擦力により、引き伸ばされる力が働き、伸長する。引き込まれる量を金型の凹部の形態に注目し、面内変形率Ｘとして以下のように算出する。
面内変形率Ｘ＝｛（凹部の表面積）／（凹部の開口部の、原材料であった成形基材（Ａ）の面外方向への投影面積）｝^１／２
凹部の開口部の、原材料であった成形基材（Ａ）の面外方向への投影面積とは、図４（ａ）の例だと、下にある平面図の二重丸の外側の円の面積となり、凹部の開口部の、上型と下型からなる金型の間に配置した時点での成形基材（Ａ）の面外方向への投影面積といえることもある。

かかるパラメータを算出することにより、凹凸部を有する成形品の製造工程において、成形基材（Ａ）が面内方向にどの程度変形したかを評価することができるとともに、成形品の立体性、面外力学特性の指標となる。本発明における面内変形率Ｘは面外力学特性の観点から１．０５以上が好ましく、破れのない成形品という外観品位の観点から５以下であることが好ましい。成形品強度の形状効果の観点から、より好ましくは１．５以上であり、２．０以上がとりわけ好ましい。また、賦形性の観点から、４以下が撚り好ましく、３以下がとりわけ好ましい。面内変形率の好ましい範囲としては、上記した上限のいずれの値を上限としてもよく、上記した下限のいずれの値を下限としてもよい。

さらに、成形基材（Ａ）の面内変形率に関し、成形基材の面内変形のうち基材把持および／または金型との摩擦による基材の伸長率Ｙが
Ｘ≧Ｙ＞１
を満たすことが好ましい。シワや破れなどの外観不良を減らすという観点から、２．０≧Ｙ＞１が好ましく、外観品位を改善しつつ、基材の等方性を維持するという観点からより好ましくは１．７５≧Ｙ＞１、さらには１．６≧Ｙ≧１．２が特に好ましく、伸長率Ｙの好ましい範囲としては、上記した上限のいずれの値を上限としてもよく、上記した下限のいずれの値を下限としてもよい。

また、成形基材（Ａ）は２層以上層を設ける場合、金型の凹部側ともう一方の側で各層の伸長率Ｙが異なることがある。かかる場合、金型の凹部への優れた賦形性と面外への優れた変形性を両立させるために、金型の凹部側の最外層の成形基材の伸長率Ｙ１と他方の最外層の成形基材の伸長率Ｙ２は、それぞれ、２．０≧Ｙ１＞１、１．３≧Ｙ２≧１を満たすことが好ましい。伸長率Ｙ２につき、より優れた面外変形率の観点から、より好ましくは１．１５≧Ｙ２＞１である。

かかる伸長率Ｙは成形前後での成形基材（Ａ）にプロットした２点間の距離で測定できる。工程（Ｉ）に供される前に、成形基材（Ａ）に任意の２点をマークしておき、成形に供与する。この任意の２点間距離を用いて、（成形後の２点間距離）／（成形前の２点間距離）の比を測定する。この測定を成形品凹凸部の無作為の２０箇所について測定し、その算術平均値を伸長率Ｙとする。

また、加圧時の金型の温度は、予熱された成形基材（Ａ）が型締めまでに冷えて流動性を失わないよう、マトリックス樹脂の溶融温度Ｔａ以上とすることが好ましい。より好ましくは、Ｔａ＋２０℃以上であり、この範囲とすることで、型締め後にマトリックス樹脂が流動し、成形品の表面品位が向上する。

＜除圧＞
続いて、本発明に係る成形品の製造方法では、工程（ＩＩ）として、金型を除圧させることで面外方向に成形基材（Ａ）を変形させる。工程（Ｉ）にて得られた金型に賦形された成形基材（Ａ）を加熱された状態で除圧、厚み調整をすることにより膨張させる工程である。

厚み制御を行う方法としては、加熱される成形基材（Ａ）を目的の厚みに制御できれば方法によらないが、所望の厚さのスペーサを挟んだ２枚の金属板の間に挟み、加圧する方法、成形基材（Ａ）に付与する圧力を減少させることにより厚みを制御する方法等が製造の簡便さの観点から好ましい方法として例示される。かかる工程により、成形基材（Ａ）は面外方向へと変形する。この時の面外方向への変形量を面外変形率Ｚとして、以下の式で算出する。
面外変形率Ｚ＝（成形品の最大肉厚）／（成形基材（Ａ）の平均厚み）
ここで、成形品の最大肉厚は、脱型後の成形品の凹凸部の厚みの最大値とする。

成形基材（Ａ）の厚みPは以下の式より算出される。
厚みP＝（成形基材（Ａ）の質量）／（見かけ密度）／（成形基材（Ａ）の面積）
かかるＰの測定方法は、成形基材（Ａ）の見かけ密度およびその密度測定に用いた成形基材（Ａ）の質量および面積から求められる。見かけ密度の測定はJIS Z ８８０７（２０１２）記載の液中ひょう量法による密度測定方法に準じて求められ、成形基材（Ａ）から１０ｍｍ×１０ｍｍの試験片を１０箇所切り出しそれぞれについて以下の式より求めた厚みｐ［ｃｍ］の算術平均値を厚みＰ［ｍｍ］とすることができる。
厚みｐ［ｃｍ］＝（空気中での試験片の質量［ｇ］）／（密度［ｇ／ｃｍ^３］）／１［ｃｍ^２］
かかる測定方法とすることで、成形基材（Ａ）が空隙を多く含む場合も成形基材（Ａ）の厚みＰを算出することができる。

面外変形率Ｚは大きい場合、成形品厚みが分厚くなることを意味しており、曲げ変形に優位となるため、１．５以上であることが好ましく、１．８以上がより好ましい。上限は１０以下であることが好ましく、より好ましくは８以下であり、面外変形率Ｚの好ましい範囲としては、上記した上限のいずれの値を上限としてもよく、上記した下限のいずれの値を下限としてもよい。

また、本発明では、成形基材（Ａ）の面内変形率をＸおよび面外変形率をＺとしたとき、Ｘ／Ｚとして表される変形率比Ｔが０．１〜１の範囲内である。変形率比が０．１未満である場合、相対的に面内方向への変形が小さく、面外方向への変形が大きいため、凹凸形状と厚みのバランスが悪く、成形品全体の構造設計として力学特性が劣ることがあるため望ましくない。一方、変形率比が１よりも大きい場合、相対的に成形基材（Ａ）は面内方向に変形が大きく、面外変形量が少ないため、面内への過剰変形による凹凸部の破れといった外観品位が低下する可能性が考えられ、または／および面外変形量が小さく軽量性に劣ることがあるため望ましくない。複雑形状への賦形および軽量性・力学特性全てを適えるという観点から、より好ましくは０．１２５〜１、さらには０．１５〜０．７５が好ましく、０．２〜０．４が特に好ましい。上記の上限と下限のいずれを組み合わせた範囲であってもよい。

＜冷却・脱型＞
工程（ＩＩ）に続き、工程（ＩＩＩ）として、金型は冷却され、成形品が脱型される。工程（ＩＩ）と同時にかかる冷却工程が行われてもよい。この時の金型温度は、取り扱い性の観点から、溶融温度Ｔａ−２０℃以下であることが好ましい。

＜用途＞
成形品は、例えば、「パソコン、ディスプレイ、ＯＡ機器、携帯電話、携帯情報端末、ＰＤＡ（電子手帳等の携帯情報端末）、ビデオカメラ、音響機器、光学機器、オーディオ、エアコン、照明機器、娯楽用品、玩具用品、その他家電製品等の筐体、トレイ、シャーシ、内装部材、又はそのケース」等の電気、電子機器部品、「各種メンバ、各種フレーム、各種ヒンジ、各種アーム、各種車軸、各種車輪用軸受、各種ビーム」、「フード、ルーフ、ドア、フェンダ、トランクリッド、サイドパネル、リアエンドパネル、フロントボディー、アンダーボディー、各種ピラー、各種メンバ、各種フレーム、各種ビーム、各種サポート、各種レール、各種ヒンジ等の、外板、又は、ボディー部品」、「バンパー、バンパービーム、モール、アンダーカバー、エンジンカバー、整流板、スポイラー、カウルルーバー、エアロパーツ等の外装部品」、「インストルメントパネル、シートフレーム、ドアトリム、ピラートリム、ハンドル、各種モジュール等の内装部品」、又は、「モーター部品、ＣＮＧタンク、ガソリンタンク」等の自動車、二輪車用構造部品、「バッテリートレイ、ヘッドランプサポート、ペダルハウジング、プロテクター、ランプリフレクター、ランプハウジング、ノイズシールド、スペアタイヤカバー」等の自動車、二輪車用部品、「遮音壁、防音壁等の壁内部材」等の建材、「ランディングギアポッド、ウィングレット、スポイラー、エッジ、ラダー、エレベーター、フェイリング、リブ、シート、小型無人航空機のボディー」等の航空機用部品、「義肢、プロテクター、サポーター、医療機器、衝撃吸収部材」等の医療用部品などに用いることができる。力学特性の観点からは、本発明の製造方法により得られる成形品は、自動車内外装、電気・電子機器筐体、自転車、スポーツ用品用構造材、航空機内装材、輸送用箱体、建材に好ましく用いられる。なかでも、とりわけ複数の部品から構成されるモジュール部材に好適である。

以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。

（１）密度ρ
成形品の後述する平面部の任意の２０箇所から立方体の試験片を切り出し、ＪＩＳ Ｋ７２２２（２００５）を参考にして成形品の見かけ密度を測定した。試験片の縦、横、厚みをマイクロメーターで測定し、得られた値より試験片の体積Ｖを算出した。また、切り出した試験片の質量Ｍを電子天秤で測定した。得られた質量Ｍ及び体積Ｖを次式に代入することにより試験片の密度ρをそれぞれ算出し、２０箇所の平均を採った。
ρ［ｇ／ｃｍ^３］＝１０^３×Ｍ［ｇ］／Ｖ［ｍｍ^３］。

（２）質量あたりの圧縮強度
成形品から平面部を切り落とすことで試験片を作製する。ここで、試験片作製方法を図１を用いて説明する。試験片は図１における凹凸部５の部分を意味しており、成形品１から凹凸部５と平面部１４との境界である凹凸部端部をカットすることにより凹凸部５からなる試験片を得ることができる。得られた試験片につき、凹凸部端部を支持側、凹凸部頂点を圧子側として、圧縮強度を、万能試験機を用いて測定した。試験速度は１ｍｍ／ｍｉｎとし、この時の変形率５０％時に到達した最大の力Ｆ_ｍと試験片質量Ｍとを用いて、次式より質量あたりの圧縮強度を算出した。測定装置としては“インストロン（登録商標）”５５６５型万能材料試験機（インストロン・ジャパン（株）製）を使用した。
（質量あたりの圧縮強度）［Ｎ／ｇ］＝Ｆ_ｍ［Ｎ］／Ｍ［ｇ］。

（３）空隙率
成形品の平面部１４の５箇所を無作為に立方体の試験片を切り出し、表面に露わした成形品断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）（（株）日立ハイテクノロジーズ製 Ｓ−４８００型）により観察した。試験片の表面から、等間隔に１０箇所を１０００倍の倍率で撮影した。それぞれの画像について、画像内の空隙の面積Ａ_ａを求めた。さらに、空隙の面積Ａ_ａを画像全体の面積で除することにより各々の空隙率を試験片ごとに算出し、５箇所の試験片の空隙率の算術平均を成形品の空隙率とした。

（４）表面外観
得られた成形体の凹凸部につき、以下の評価基準により定性評価を実施した。
Ａ：図１における凹凸部５の未充填部分、破れ部分およびカスレ部分がいずれも無く、優れた成形体の表面外観である。
Ｂ：実用上問題はないものの、図１における凹凸部５にはカスレ状の跡が見られる。
Ｃ：図１における凹凸部５に未充填や穴あきがあり、劣る。

（５）曲げ弾性率Ｅｃ、比曲げ剛性
成形品から試験片を切り出し、ＩＳＯ１７８法（１９９３）に準じて曲げ弾性率を測定した。試験片は、測定数ｎ＝５とし、算術平均値を曲げ弾性率Ｅｃとした。測定装置としては“インストロン（登録商標）”５５６５型万能材料試験機（インストロン・ジャパン（株）製）を使用した。得られた結果より次式により、成形品の比曲げ剛性を算出した。
（比曲げ剛性）［ＭＰａ^１／３／（ｇ／ｃｍ^３）］＝Ｅｃ^１／３／ρ
（６）使用した材料、器具
［炭素繊維（１）］
ポリアクリロニトリルを主成分とする共重合体から紡糸、焼成処理、及び表面酸化処理を行い、総単糸数１２，０００本の連続炭素繊維を得た。この連続炭素繊維の特性は次に示す通りであった。
単繊維径：７μｍ
密度：１．８ｇ／ｃｍ^３
引張強度：４６００ＭＰａ
引張弾性率：２２０ＧＰａ。

［ＰＰ樹脂］
未変性ポリプロピレン樹脂（プライムポリマー（株）製“プライムポリプロ”（登録商標）Ｊ１０５Ｇ）８０質量％と、酸変性ポリプロピレン樹脂（三井化学（株）製“アドマー”ＱＢ５１０）２０質量％とからなる目付１００ｇ／ｍ^２のシート（融点１６０℃）を作製した。

［強化繊維マット（１）］
炭素繊維（１）をカートリッジカッターで５ｍｍにカットし、チョップド炭素繊維を得た。水と界面活性剤（ナカライテクス（株）製、ポリオキシエチレンラウリルエーテル（商品名））とからなる濃度０．１質量％の分散液を作製し、この分散液とチョップド炭素繊維とから、強化繊維マットの製造装置を用いて、強化繊維マットを製造した。製造装置は、分散槽としての容器下部に開口コックを有する直径１０００ｍｍの円筒形状の容器と、分散槽と抄紙槽とを接続する直線状の輸送部（傾斜角３０°）を備えている。分散槽の上面の開口部には撹拌機が付属し、開口部からチョップド炭素繊維及び分散液（分散媒体）を投入可能である。抄紙槽が、底部に幅５００ｍｍの抄紙面を有するメッシュコンベアを備える槽であり、炭素繊維基材（抄紙基材）を運搬可能なコンベアをメッシュコンベアに接続している。抄紙は分散液中の炭素繊維濃度を０．０５質量％として行った。抄紙した炭素繊維基材は２００℃の乾燥炉で３０分間乾燥し、強化繊維マット（１）を得た。得られたマットの目付は５０ｇ／ｍ^２であった。

［強化繊維マット（２）］
炭素繊維（１）をカートリッジカッターで５ｍｍにカットし、チョップド炭素繊維を得た。得られたチョップド炭素繊維を８０ｃｍ高さから自由落下させて、チョップド炭素繊維がランダムに分布した強化繊維マット（２）を得た。得られたマットの目付は５０ｇ／ｍ^２であった。

［成形基材（１）］
強化繊維マットとして強化繊維マット（１）、樹脂シートとしてＰＰ樹脂をもちいた。［樹脂シート／強化繊維マット／樹脂シート／強化繊維マット／樹脂シート／強化繊維マット／樹脂シート／強化繊維マット／強化繊維マット／樹脂シート／強化繊維マット／樹脂シート／強化繊維マット／樹脂シート／強化繊維マット／樹脂シート］の順番に配置した積層物を作製した。次いで、以下の工程（ｉ）〜（ｉｖ）を経ることにより、シート状の成形基材（１）を得た。
（ｉ）積層物を２３０℃に予熱したプレス成形用金型内に配置して金型を閉じる。
（ｉｉ）次いで、１２０秒間保持した後、３ＭＰａの圧力を付与してさらに６０秒間保持する。
（ｉｉｉ）その後、圧力を保持した状態で金型の温度を５０℃まで冷却する。
（ｉｖ）金型を開いて成形基材を取り出す。

［成形基材（２）］
強化繊維マットとして強化繊維マット（１）を使用し、積層構成を、［樹脂シート／強化繊維マット／樹脂シート／強化繊維マット／強化繊維マット／樹脂シート／強化繊維マット／樹脂シート］とした以外は成形基材（１）と同様にプレス成形して成形基材（２）を得た。

［成形基材（３）］
強化繊維マットとして強化繊維マット（２）を使用した以外は成形基材（１）と同様にして成形基材（３）を得た。

［金型（１）］
プレス成形に使用する金型として、下記に示す寸法を有する、図４（ａ）の形態の凹型金型、図４（ｂ）の形態の凸型金型の組み合わせの金型（１）を準備した。
Ｗ１＝Ｗ２＝Ｗ３＝Ｗ４＝３００ｍｍ
Ｄ１＝Ｄ３＝１００ｍｍ、Ｄ２＝Ｄ４＝２９ｍｍ
Ｒ１＝Ｒ３＝９０ｍｍ、Ｒ２＝Ｒ４＝５０ｍｍ。

［金型（２）］
プレス成形に使用する金型として、下記に示す寸法を有する、図４（ａ）の形態の凹型金型、図４（ｂ）の形態の凸型金型の組み合わせの金型（２）を準備した。
Ｗ１＝Ｗ２＝Ｗ３＝Ｗ４＝３００ｍｍ
Ｄ１＝Ｄ３＝１００ｍｍ、Ｄ２＝Ｄ４＝４９ｍｍ
Ｒ１＝Ｒ３＝９０ｍｍ、Ｒ２＝Ｒ４＝５０ｍｍ。
７．実施例、比較例
（実施例１）
金型（１）を用いた。凹型金型を下型としてプレス機の非可動下盤面に固定し、凸型金型を上型としてプレス機の可動上盤面に固定し、成形を行った。

成形基材（Ａ）として成形基材（３）を用いて、以下の工程（０）〜（ＩＶ）を経ることにより、成形品を得た。得られた成形品の特性を表１に示す。
（０）３００ｍｍ四方にカットした成形基材（Ａ）を該成形基材の厚み方向に中心が１６０℃になるまで遠赤外線ヒーターを具備したオーブン中で１２０秒予熱する。尚、該オーブンは該成形基材が１２０秒後に１６０℃であるよう、事前に温度を調整した。なお、１２０秒後に１６０℃であれば、それよりも早い時期に１６０℃に到達する条件であっても良い。
（Ｉ）次いで、成形基材（Ａ）を１８０℃に予熱された金型の下型の投影面に配置し、その後直ちに２０ｍｍ／ｓの速度で上型を降下させ、５０ｋＮの圧力で型締めを行い、成形基材（Ａ）を賦形する。
（ＩＩ）１２０秒のプレス成形による賦形後、除圧し、上型金型を上昇させ、金型の間の端部に厚さ１．５ｍｍの金属スペーサを挿入する。
（ＩＩＩ）その後、再度、上型を降下させ、圧力を保持した状態で金型温度を５０℃まで冷却する。
（ＩＶ）上型金型を上昇させ、成形品を取り出す。

（実施例２）
成形基材（Ａ）として成形基材（１）を用いたこと以外は、実施例１と同様にして成形品を得た。得られた成形品の特性を表１に示す。

（実施例３）
工程（ＩＩ）における金属スペーサを厚さ２．５ｍｍとしたこと以外は、実施例２と同様にして成形品を得た。得られた成形品の特性を表１に示す。

（実施例４）
工程（０）における基材を予熱する温度を２３０℃とし、工程（ＩＩ）における金属スペーサを厚みが５．０ｍｍとしたこと以外は、実施例３と同様にして成形品を得た。得られた成形品の特性を表１に示す。

（実施例５）
成形基材（Ａ）として成形基材（２）を２層重ねたものを用いたこと以外は、実施例４と同様にして成形品を得た。得られた成形品の特性を表１に示す。

（実施例６）
３５０ｍｍ四方にカットされ、その端部が図５に示されるようなアルミ製の把持フレーム１３によって基材の角が把持された成形基材（２）と、３００ｍｍ四方にカットされた、上記把持フレームによって把持されない成形基材（２）とをそれぞれ１層ずつ重ねたものを成形基材（Ａ）として用いたこと、および工程（ＩＩ）における金属スペーサにより、得られる成形品の厚みが４．８ｍｍとなるように調整したこと以外は、実施例５と同様にして成形品を得た。得られた成形品の特性を表１に示す。

（比較例１）
金型として金型（２）を使用したこと以外は、実施例２と同様にして成形品を得た。得られた成形品は絞り部で破れており、圧縮強度も低い値を示した。得られた成形品の特性を表１に示す。

（比較例２）
金型として金型（１）を使用し、成形基材（Ａ）としてφ５０ｍｍにカットした成形基材（１）を３層用いて、以下の工程（０）〜（ＩＶ）を経ることにより、成形品を得た。得られた成形品は、樹脂および強化繊維がフローした痕が表面にスジとして残っており、外観が不良であった。また、面外変形についても、プレス時のフローに伴う基材ムラにより、平滑な表面が出ていなかった。得られた成形品の特性を表１に示す。
（０）３００ｍｍ四方にカットした成形基材（Ａ）を該成形基材の厚み方向に中心が２３０℃になるまで遠赤外線ヒーターを具備したオーブン中で１２０秒予熱する。
（Ｉ）次いで、成形基材（Ａ）を１００℃に予熱された金型の下型の中央に重ねて配置し、その後直ちに２０ｍｍ／ｓの速度で上型を降下させ、１０００ｋＮの圧力で型締めを行い、成形基材（Ａ）を賦形する。
（ＩＩ）１２０秒後、除圧し、上型を上昇させ、金型間端部に金属スペーサを挿入し、成形品を得る際の厚みが１．０ｍｍとなるように調整する。
（ＩＩＩ）その後、再度、上型を降下させ、圧力を保持した状態で金型温度を５０℃まで冷却する。
（ＩＶ）上型を上昇させ、成形品を取り出す。

８．検討
実施例１〜２と比較例１〜２の比較により、本発明により得られる成形品が外観・比強度ともに優れることが示された。特に、比較例１では、賦形性が十分でないために、金属スペーサを挿入しても、成形基材が面外方向へ十分に変形しなかった。実施例３においては、さらに面外方向に変形させることで、より軽量効果を得ることができることが示された。実施例４においては、予熱条件の適性化により、凹凸形状を有する成形品に対する成形基材（Ａ）の賦形性が向上し、実施例１〜３よりも面外変形率が増大するとともに外観性が向上することが明らかになった。実施例５においては、成形基材（Ａ）を複数層重ねて本発明の製造方法に供することにより、成形品の外観品位がより向上することが示された。また実施例６においては、強化繊維とマトリックス樹脂が含まれる成形基材（Ａ）を把持しながら成形することにより、シワなどの不良が低減し、さらに質量も軽くなり力学特性を維持したまま品位を向上させることができた。

本発明に係る成形品の製造方法によれば、シワなどの外観品位、軽量性に優れるプレス成形品を提供できる。

Ａ：成形基材
１：成形品
２：強化繊維
３：マトリックス樹脂
４：空隙
５：凹凸部
６：上型
７：下型
８：金型
８’：凹部を有する金型
９：凹部
１０： プレス成形機
１１：可動上盤面
１２：非可動下盤面
１３：把持フレーム
１４：平面部

Claims (15)

1. プレス成形によって、強化繊維とマトリックス樹脂とを含む成形基材（Ａ）から凹凸部を有する成形品を製造する方法であって、
   上型と下型とからなる金型のいずれかの金型に成形基材（Ａ）を配置して、前記成形基材（Ａ）を加熱し、かつ金型で加圧することで、前記成形基材（Ａ）をその面内方向に変形させる工程（Ｉ）と、
   工程（Ｉ）に続いて、金型を除圧することで、面内方向に変形された前記成形基材（Ａ）をその面外方向に変形させる工程（ＩＩ）と、を含み、
   下記式（１）で示される変形率比Ｔが０．１〜１である、成形品の製造方法。
   Ｔ＝Ｘ／Ｚ・・・（１）
   面内変形率Ｘ＝｛（凹部を有する金型の凹部の表面積）／（前記凹部を有する金型の凹部の開口部の、原材料であった成形基材（Ａ）の面外方向への投影面積）｝^1/2
   面外変形率Ｚ＝（前記成形品の最大肉厚）／（前記成形基材（Ａ）の厚みＰ）
   厚みＰ＝（前記成形基材（Ａ）の質量）／（見かけ密度）／（前記成形基材（Ａ）の面積）
2. 面外変形率Ｚが１．５以上である、請求項１に記載の成形品の製造方法。
3. 成形基材（Ａ）は前記強化繊維と前記マトリックス樹脂とを含む複数の成形基材を積層してなる、請求項１または２に記載の成形品の製造方法。
4. 工程（Ｉ）の前に、成形基材（Ａ）が（前記マトリックス樹脂の溶融温度Ｔａ）以上に加熱される工程（０）をさらに含む、請求項１〜３のいずれかに記載の成形品の製造方法。
5. 工程（ＩＩ）と同時または工程（ＩＩ）の完了後に、成形基材（Ａ）を｛（前記マトリックス樹脂の溶融温度Ｔａ）−１０℃｝以下に冷却する工程（ＩＩＩ）をさらに含む、請求項１〜４のいずれかに記載の成形品の製造方法。
6. 前記成形基材（Ａ）を、少なくともその１層における２箇所以上を把持して成形する、請求項１〜５のいずれかに記載の成形品の製造方法。
7. 前記成形基材（Ａ）がシート状であり、その面積が、金型の凹部の成形基材（Ａ）の面外方向での投影面積以上である、請求項１〜６のいずれかに記載の成形品の製造方法。
8. 前記金型の断面における金型が有する凹部の開口部での最大直線距離をＬ、凹部の深さをＤとしたとき、
   Ｄ／Ｌ＞０．２
   である、請求項１〜７のいずれかに記載の成形品の製造方法。
9. 前記強化繊維が炭素繊維であり、質量平均繊維長さが１〜１５ｍｍである、請求項１〜８のいずれかに記載の成形品の製造方法。
10. 前記強化繊維が略モノフィラメント状である、請求項１〜９のいずれかに記載の成形品の製造方法。
11. 前記強化繊維がランダムに分散している、請求項１〜１０のいずれかに記載の成形品の製造方法。
12. 前記マトリックス樹脂が、熱可塑性樹脂である、請求項１〜１１のいずれかに記載の成形品の製造方法。
13. 前記成形品が空隙を有し、前記成形品における前記空隙が１０〜９７体積％の範囲内である、請求項１〜１２のいずれかに記載の成形品の製造方法。
14. 前記成形品の曲げ弾性率をＥｃ、前記成形品の密度をρとしたとき、
    Ｅｃ^１／３・ρ^−１により表される比曲げ剛性が３〜２０の範囲内にあり、且つ、
    前記部位の曲げ弾性率Ｅｃが３ＧＰａ以上である、請求項１〜１３のいずれかに記載の成形品の製造方法。
15. 前記加圧の前後の成形基材（Ａ）の伸長率Ｙが以下の式（２）を満たす、請求項１〜１４のいずれかに記載の成形品の製造方法。
    Ｘ≧Ｙ＞１・・・（２）