WO2015064207A1

WO2015064207A1 - 熱可塑性樹脂材料の成形方法

Info

Publication number: WO2015064207A1
Application number: PCT/JP2014/073252
Authority: WO
Inventors: 吉宏岩野
Original assignee: トヨタ自動車株式会社
Priority date: 2013-10-28
Filing date: 2014-09-03
Publication date: 2015-05-07
Also published as: JP2015085537A

Abstract

　熱可塑性樹脂材料（Ｐ）の端部を押し潰さない荷重で、第１金型（４２）と第２金型（４４）とで熱可塑性樹脂材料（Ｐ）を挟持押圧して製品（３０）を成形する成形工程と、成形工程の後、製品（３０）の端部となる部位よりも外側の余剰部（Ｐｒ）を切断する切断工程と、を含む熱可塑性樹脂材料（Ｐ）の成形方法とする。

Description

熱可塑性樹脂材料の成形方法

　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、特開２０１１－２５５５８７号公報参照）。

　ところで、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、製品の端部まで精度良く成形するためには、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、製造コストが増加する要因となってしまう。

　そこで、本発明は、低荷重プレス機であっても、製品の端部まで精度良く成形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、本発明に係る第１の態様の熱可塑性樹脂材料の成形方法は、熱可塑性樹脂材料の端部を押し潰さない荷重で、第１金型と第２金型とで前記熱可塑性樹脂材料を挟持押圧して製品を成形する成形工程と、前記成形工程の後、前記製品の端部となる部位よりも外側の余剰部を切断する切断工程と、を含む。

　本発明に係る第１の態様によれば、成形工程により、熱可塑性樹脂材料の端部を押し潰さない荷重で、第１金型と第２金型とで熱可塑性樹脂材料を挟持押圧して製品を成形する。そして、成形工程の後、切断工程により、製品の端部となる部位よりも外側の余剰部を切断する。つまり、本発明では、熱可塑性樹脂材料の端部を押し潰して製品の端部を成形することはしない。したがって、低荷重プレス機であっても、製品の端部まで精度良く成形される。

　また、本発明に係る第２の態様の熱可塑性樹脂材料の成形方法は、第１の態様の熱可塑性樹脂材料の成形方法であって、前記成形工程において、前記熱可塑性樹脂材料の端部の外側に空隙部が形成された状態が維持される。

　本発明に係る第２の態様によれば、成形工程において、熱可塑性樹脂材料の端部の外側に空隙部が形成された状態が維持される。したがって、成形工程において、押し潰されて延伸された熱可塑性樹脂材料の端部が、第１金型又は第２金型によって位置規制されることで成形される構成に比べて、製品の端部が精度良く成形される。

　また、本発明に係る第３の態様の熱可塑性樹脂材料の成形方法は、第１又は第２の態様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とされている。

　本発明に係る第３の態様によれば、低荷重プレス機であっても、バッテリフレームを構成する熱可塑性樹脂製のパネルの端部が精度良く成形される。

　以上、説明したように、本発明に係る第１の態様によれば、低荷重プレス機であっても、製品の端部まで精度良く成形することができる。

　本発明に係る第２の態様によれば、低荷重プレス機であっても、製品の端部を精度良く成形することができる。

　本発明に係る第３の態様によれば、低荷重プレス機であっても、バッテリフレームを構成する熱可塑性樹脂製のパネルの端部を精度よく成形することができる。

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。コアパネルをプレス成形する前の本実施形態に係る下金型及び上金型を示す側面図である。コアパネルをプレス成形したときの本実施形態に係る下金型及び上金型を示す側面図である。コアパネルをプレス成形する前の比較例に係る下金型及び上金型を示す側面図である。コアパネルをプレス成形したときの比較例に係る下金型及び上金型を示す側面図である。

　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２、図３において適宜示す矢印ＵＰを金型の上方向、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、バッテリとしての燃料電池スタック（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。なお、傾斜壁３６及び上壁３７の車体前後方向両側には、その車体前後方向から見た正面視で略台形状に形成された縦壁３９が一体に連設されている。

　また、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。この端面部３８は、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たときに、側壁部２４に当接されるようになっている。

　そして、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２参照）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。

　図２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。なお、図２では下金型４２と上金型４４の右端部（周縁部）が拡大されて示されている。したがって、以下においては、コアパネル３０の各突出部３５、即ち傾斜壁３６、上壁３７、端面部３８、縦壁３９の成形について説明する。

　コアパネル３０の傾斜壁３６、上壁３７、縦壁３９を形成するために、下金型４２の上面には、左右方向に延在する複数列（例えば５列）の凸部４６が形成されており、上金型４４の下面には、各凸部４６に対応して左右方向に延在する複数列（例えば５列）の凹部４８が形成されている。

　また、下金型４２の凸部４６の外周縁部には、所定深さの凹部５２が周方向に形成されており、上金型４４の凹部４８の外周縁部には、凹部５２に挿入される凸部５４が周方向に形成されている。そして、下金型４２と上金型４４とでシート材Ｐをプレス成形（挟持押圧）したときに、少なくとも凸部５４の内周面５４Ａと、凹部５２の内周面５２Ａとの間には、隙間５０（図２Ｂ参照）が形成されるようになっている。

　つまり、シート材Ｐの端部（周縁部）の外側に、空隙部Ｓが形成された状態が維持されるようになっており、上金型４４の凸部５４の内周面５４Ａで、シート材Ｐの端部（周縁部）の位置が規制されないようになっている。なお、コアパネル３０の端面部３８は、金型４０による成形後に、各上壁３７が所定位置（図２Ｂにおいて一点鎖線Ｋで示す）で切断されることによって形成されるようになっている。

　以上のような構成とされた金型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３に示される比較例に係る成形方法について説明する。図３に示されるように、コアパネル３０を成形する比較例に係る金型１００は、固定側である下金型１０２と、可動側である上金型１０４と、を有している。そして、コアパネル３０の傾斜壁３６、上壁３７、縦壁３９を形成するために、下金型１０２の上面には、左右方向に延在する複数列（例えば５列）の凸部１０６が形成されており、上金型１０４の下面には、各凸部１０６に対応して左右方向に延在する複数列（例えば５列）の凹部１０８が形成されている。

　また、下金型１０２の凸部１０６の外周縁部には、所定深さの凹部１１２が周方向に形成されており、上金型１０４の凹部１０８の外周縁部には、凹部１１２に嵌合される凸部１１４が周方向に形成されている。そして、下金型１０２と上金型１０４とでシート材Ｐをプレス成形したときに、少なくとも凸部１１４の内周面１１４Ａが、凹部１１２の内周面１１２Ａに密接するようになっている。このような構成の比較例に係る金型１００では、次のようにしてコアパネル３０（各突出部３５）がプレス成形される。

　まず、図３Ａに示されるように、下金型１０２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、上金型１０４を下金型１０２に対して接近させるように下降させ、上金型１０４に対して上方から加圧力を付与する。これにより、シート材Ｐが、下金型１０２（凸部１０６）と上金型１０４（凹部１０８）とによって挟持押圧され、コアパネル３０（各突出部３５）がプレス成形される。

　ここで、図３Ｂに示されるように、シート材Ｐが、下金型１０２（凸部１０６）と上金型１０４（凹部１０８）とでプレス成形されたときには、シート材Ｐの端部（周縁部）が押し潰されて外側へ延伸するようになっている。つまり、この比較例に係る成形方法では、高荷重プレス機（図示省略）によってプレス成形することにより、シート材Ｐの端部（周縁部）を外側へ向けて延伸させている。

　そして、その延伸されたシート材Ｐの端部（周縁部）が、凸部１１４の内周面１１４Ａに当接して位置規制されることにより、所望とするコアパネル３０の外形寸法が得られるようになっている。つまり、このコアパネル３０では、少なくとも所定量Ｐｎ分は延伸されたシート材Ｐの端部（周縁部）により、上壁３７及び縦壁３９の外側部分（一部）が形成され、上金型１０４の凸部１１４の内周面１１４Ａにシート材Ｐの端面が当接することにより、コアパネル３０の端面部３８が形成されている。

　これにより、コアパネル３０の各突出部３５の形状が精度良く成形されるようにしているが、比較例に係る成形方法で成形されたコアパネル３０の端面部３８には、製品ごとに寸法ばらつきが発生する可能性がある。コアパネル３０の端面部３８に寸法ばらつきがあると、車幅方向外側から入力される荷重に対する強度（剛性）に影響が出るおそれがある。また、コアパネル３０の上壁３７及び縦壁３９には、延伸された外側部分の根元Ｐｏに、製品に影響しない薄い筋（線）が形成される。

　これに対し、本実施形態に係る金型４０では、次のようにしてコアパネル３０（各突出部３５）がプレス成形される。まず、図２Ａ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、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、上金型４４に対して上方から加圧力を付与する。

　これにより、シート材Ｐが、下金型４２（凸部４６）と上金型４４（凹部４８）とによって挟持押圧され、コアパネル３０（各突出部３５）がプレス成形される（成形工程）。なお、このとき、シート材Ｐの端部（周縁部）が押し潰されて外側へ延伸することはなく、シート材Ｐの端部（周縁部）の外側に、空隙部Ｓが形成された状態が維持される（シート材Ｐの端部（周縁部）が上金型４４の凸部５４の内周面５４Ａによって位置規制されない）。

　ここで、このシート材Ｐは、少なくとも左右方向の長さが、図３に示されているシート材Ｐよりも予め長く形成されており、図２Ｂに示される一点鎖線Ｋの位置が、所望とするコアパネル３０の外形寸法となっている。そのため、シート材Ｐは、金型４０による成形工程の後、一点鎖線Ｋの位置で切断されることで、それよりも外側の部位である余剰部Ｐｒが除去される（切断工程）。

　これにより、コアパネル３０の上壁３７及び縦壁３９が形成され、その切断された部位（一点鎖線Ｋの位置）における端面が、コアパネル３０の端面部３８とされる。したがって、コアパネル３０の端面部３８が、製品によらず均一になり、車幅方向外側から入力される荷重に対する強度（剛性）に影響を及ぼすおそれのある寸法ばらつきが発生しない（強度（剛性）が安定化される）。

　そして、本実施形態に係る成形方法によれば、シート材Ｐの端部（周縁部）を押し潰して延伸させる必要がないので、プレス成形時に上金型４４に対して付与する加圧力を、比較例に係る上金型１０４に対して付与する加圧力に比べて低減させることができる。具体的には、比較例に係る成形方法では、例えば１５００ｔの加圧力が必要であったが、本実施形態に係る成形方法では、例えば８００ｔの加圧力で済む。

　つまり、本実施形態に係る成形方法によれば、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、コアパネル３０（製品）の各突出部３５（端部）を精度良く成形することができる。なお、シート材Ｐの端部（周縁部）を「押し潰さない荷重」とは、シート材Ｐに対する曲げ加工だけに必要な荷重である。

　また、本実施形態に係る成形方法で成形されたコアパネル３０の上壁３７及び縦壁３９には、薄い筋（線）が形成されない。したがって、コアパネル３０の上壁３７や縦壁３９に、薄い筋（線）が形成されているか否かを調べることにより、本実施形態に係る成形方法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、日本国特許出願ＮＯ．２０１３－２２３４０３の開示は、その全体が参照により本明細書に取り込まれる。本明細書に記載された全ての文献、特許出願、及び技術規格は、個々の文献、特許出願、及び技術規格が参照により取り込まれることが、具体的かつ個々に記載された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。

Claims

　熱可塑性樹脂材料の端部を押し潰さない荷重で、第１金型と第２金型とで前記熱可塑性樹脂材料を挟持押圧して製品を成形する成形工程と、
　前記成形工程の後、前記製品の端部となる部位よりも外側の余剰部を切断する切断工程と、
　を含む熱可塑性樹脂材料の成形方法。
　前記成形工程において、前記熱可塑性樹脂材料の端部の外側に空隙部が形成された状態が維持される請求項１に記載の熱可塑性樹脂材料の成形方法。
　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とされている請求項１又は請求項２に記載の熱可塑性樹脂材料の成形方法。
　前記荷重は、前記熱可塑性樹脂材料に対する曲げ加工のみに必要な荷重とされている請求項１～請求項３の何れか１項に記載の熱可塑性樹脂材料の成形方法。