繊維強化熱可塑性樹脂成形品の製造方法、該製造方法で使用される金型、該製造方法で製造される成形品
【課題】連続繊維強化熱可塑性樹脂層と、不連続繊維強化熱可塑性樹脂層とが積層したシート材料を金型でプレス成形した際に、金型を問題なく開くことができ、バリの発生も抑制できる繊維強化熱可塑性樹脂成形品の製造方法と、該製造方法で使用される金型と、該製造方法で製造される成形品との提供。
【解決手段】連続繊維強化熱可塑性樹脂層の少なくとも片面の一部に、不連続繊維強化熱可塑性樹脂層が積層したシート材料をプレス成形し、繊維強化熱可塑性樹脂成形品を製造するための金型として、キャビティの外周縁には、上金型２１と下金型２２とを閉めた時に不連続繊維強化熱可塑性樹脂層のキャビティ外への流出を防止する枠状の堰部３０が、連続繊維強化熱可塑性樹脂層をキャビティ外へと延出させる隙間Ｃを形成しつつ設けられている金型を用いる。
【解決手段】連続繊維強化熱可塑性樹脂層の少なくとも片面の一部に、不連続繊維強化熱可塑性樹脂層が積層したシート材料をプレス成形し、繊維強化熱可塑性樹脂成形品を製造するための金型として、キャビティの外周縁には、上金型２１と下金型２２とを閉めた時に不連続繊維強化熱可塑性樹脂層のキャビティ外への流出を防止する枠状の堰部３０が、連続繊維強化熱可塑性樹脂層をキャビティ外へと延出させる隙間Ｃを形成しつつ設けられている金型を用いる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維強化熱可塑性樹脂成形品の製造方法、該製造方法で使用される金型、該製造方法で製造される成形品に関する。
【背景技術】
【０００２】
強化繊維と熱可塑性樹脂からなる繊維強化熱可塑性樹脂は、例えば雌型と雄型とからなる金型を用いたプレス成形により所望の成形品に成形される材料であり、広く使用されている。
このような繊維強化熱可塑性樹脂においては、強化繊維として連続繊維を用いた連続繊維強化熱可塑性樹脂層と、強化繊維として長さが例えば５〜１００ｍｍの不連続繊維を用いた不連続繊維強化熱可塑性樹脂層とが積層したシート材料をプレス成形することも行われている。このようなシート材料は、機械的物性と賦形性の両方を有するため、例えばフロントサブフレーム、リアサブフレーム、フロントピラー、センターピラー、サイドメンバー、クロスメンバー、サイドシル、ルーフレール、プロペラシャフトなどの自動車部品や、海底油田用のパイプ、電線ケーブルコア、印刷機用ロール・パイプ、ロボットフォーク、航空機の一次構造材、二次構造材などの成形などに好適に用いられる。
【０００３】
金型を用いて繊維強化熱可塑性樹脂をプレス成形する方法として、例えば特許文献１には、金型を閉めた際に、キャビティの外側における両金型間には実質的に隙間が形成されない金型を用いて、長さが３〜５０ｍｍの強化繊維（不連続繊維）を含む熱可塑性樹脂シートを押し広げながらキャビティ内に充満させて、成形する方法が記載されている。
一方、特許文献２には、金型を閉めた際にキャビティの外側における両金型間に、成形品とほぼ同じ厚みの隙間が形成される金型を用いて、長さが３〜５０ｍｍの強化繊維（不連続繊維）を含む熱可塑性樹脂シートを成形する方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−１００１７４号公報
【特許文献２】特開平０７−３２４６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、連続繊維強化熱可塑性樹脂層と不連続繊維強化熱可塑性樹脂層とを含むシート材料を成形材料として、特許文献１および２に記載の金型でプレス成形した場合には、次のような問題が生じた。
すなわち、シート材料のうち不連続繊維強化熱可塑性樹脂層は、含有する強化繊維が短く流動性が高いため、プレス成形時にはキャビティ内で流動して押し広げられ、キャビティ内を満たすように挙動する。そのため、金型を閉める前にキャビティ面にセットされる不連続繊維強化熱可塑性樹脂層の面積は、このように押し広げられることを勘案して、キャビティ面全面を覆う面積よりも小さく設定されることが多い。これに対して、連続繊維強化熱可塑性樹脂層は、連続繊維を含むために流動性が低く、キャビティ内で流動して押し広げられることはほとんどない。そのため、型を閉める前にキャビティ面にセットされる連続繊維強化熱可塑性樹脂層の面積は、余裕を持って、キャビティ面全面を覆う面積よりも大きく、周縁部がキャビティ面よりも外側に延出する大きさに設定される。
【０００６】
ところが、特許文献１に記載された金型は、金型を閉めた際に、キャビティの外側における両金型間には実質的に隙間が形成されない。よって、連続繊維強化熱可塑性樹脂層と不連続繊維強化熱可塑性樹脂層とを含む積層シートをキャビティに配置して金型を閉めた際には、連続繊維強化熱可塑性樹脂層の周縁部がキャビティの外側における両金型間に強固に挟み込まれてしまい、その結果、金型が開かなくなる場合があった。
【０００７】
これに対して、特許文献２に記載された金型は、金型を閉めた際にキャビティの外側に成形品とほぼ同じ厚みの隙間が形成される。よって、特許文献１の金型を使用した場合のように、連続繊維強化熱可塑性樹脂層が強固に挟みこまれて金型が開かなくなるという問題は生じない。ところが、流動性の高い不連続繊維強化熱可塑性樹脂層が隙間から外方に流出してしまい、得られた成形品には流出分の固化によるバリが多量に発生するという問題が生じた。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、連続繊維強化熱可塑性樹脂層と、不連続繊維強化熱可塑性樹脂層とが積層したシート材料を金型でプレス成形した際に、金型を問題なく開くことができ、バリの発生も抑制できる繊維強化熱可塑性樹脂成形品の製造方法と、該製造方法で使用される金型と、該製造方法で製造される成形品との提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の金型は、連続繊維強化熱可塑性樹脂層の少なくとも片面の一部に、不連続繊維強化熱可塑性樹脂層が積層したシート材料をプレス成形し、繊維強化熱可塑性樹脂成形品を製造するための金型であって、キャビティの外周縁には、当該金型を閉めた時に前記不連続繊維強化熱可塑性樹脂層の前記キャビティ外への流出を防止する枠状の堰部が、前記連続繊維強化熱可塑性樹脂層を前記キャビティ外へと延出させる隙間を形成しつつ設けられていることを特徴とする。
前記隙間の高さは調整可能であることが好ましい。
前記隙間の高さは、前記連続繊維強化熱可塑性樹脂層の厚みの８０〜１２０％であることが好ましい。
前記堰部の幅は、１〜２０ｍｍであることが好ましい。
【００１０】
本発明の繊維強化熱可塑性樹脂成形品の製造方法は、本発明の金型を用いて前記シート材料をプレス成形する成形工程を有することを特徴とする。
前記不連続繊維強化熱可塑性樹脂層に含まれる強化繊維は、体積含有率が２０〜６０％で、長さが５〜１００ｍｍであることが好ましい。
前記不連続繊維強化熱可塑性樹脂層は、連続した強化繊維を一方向に引き揃えて熱可塑性樹脂を含浸した厚み３０〜３００μｍ、幅５〜３０ｍｍのテープ状材料を長さ５〜１００ｍｍにカットしてチョップドテープとし、該チョップドテープを分散させて加熱プレス成形したものからなることが好ましい。
前記連続繊維強化熱可塑性樹脂層に含まれる強化繊維は、体積含有率が３０〜７０％であることが好ましい。
前記連続繊維強化熱可塑性樹脂層は、連続した強化繊維を一方向に引き揃えて熱可塑性樹脂を含浸した一方向性のシート材を積層した積層材、連続した強化繊維を一方向に引き揃えて熱可塑性樹脂を含浸したテープ状材料を製織してなるクロス材、強化繊維の織物に熱可塑性樹脂を含浸させたクロス材からなる群より選ばれる１つ以上を加熱プレス成形したものからなることが好ましい。
前記成形工程では、枠体内に設けられた弾性体に前記シート材料の前記連続繊維強化熱可塑性樹脂層を取り付け、前記連続繊維強化熱可塑性樹脂層にテンションを加えながら前記プレス成形することが好ましい。
前記成形工程の前に、前記不連続繊維強化熱可塑性樹脂層と、前記連続繊維強化熱可塑性樹脂層とを別々に赤外線加熱炉で予備加熱する予備加熱工程を有することが好ましい。
あるいは、前記成形工程の前に、前記不連続繊維強化熱可塑性樹脂層と、前記連続繊維強化熱可塑性樹脂層とを重ねて赤外線加熱炉で予備加熱する予備加熱工程を有することが好ましい。
前記予備加熱工程では、枠体内に設けられた弾性体に前記連続繊維強化熱可塑性樹脂層を取り付け、前記連続繊維強化熱可塑性樹脂層にテンションを加えながら予備加熱することが好ましい。
本発明の繊維強化熱可塑性樹脂成形品は、本発明の製造方法により製造されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、連続繊維強化熱可塑性樹脂層と、不連続繊維強化熱可塑性樹脂層とが積層したシート材料を金型でプレス成形した際に、金型を問題なく開くことができ、バリの発生も抑制できる繊維強化熱可塑性樹脂成形品の製造方法と、該製造方法で使用される金型と、該製造方法で製造される成形品とを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明で用いるシート材料の一例を示す斜視図である。
【図２】本発明の金型の一例を示す斜視図である。
【図３】図３の金型のＡ−Ａ’線に沿う縦断面図である。
【図４】図３の金型を閉めた状態を示す縦断面図である。
【図５】成形工程の実施にあたって、シート材料を下金型上にセットした状態を概略的に示す平面図である。
【図６】成形工程を説明する縦断面図である。
【図７】成形工程を説明する縦断面図である。
【図８】成形工程で得られた繊維強化熱可塑性樹脂成形品の斜視図である。
【図９】図８の成形品をトリムした後の斜視図である。
【図１０】本発明で用いるシート材料の他の一例を示す縦断面図である。
【図１１】図１０のシート材料の成形工程を示す縦断面図である。
【図１２】シート材料の連続繊維強化熱可塑製樹脂層を枠体に取り付けた状態を示す斜視図である。
【図１３】連続繊維強化熱可塑製樹脂層を枠体に取り付けたまま行う成形工程を説明する縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を詳細に説明する。
（シート材料）
図１は、本発明の金型でプレス成形されるシート材料の一例を示す斜視図である。この例のシート材料１０は、四角形の連続繊維強化熱可塑性樹脂層（以下、単に連続繊維層という場合がある。）１１の片面における中央を含む一部に、四角形の不連続繊維強化熱可塑性樹脂層（以下、不連続繊維層という場合がある。）１２が積層したシート状物である。このシート材料１０を金型でプレス成形することにより、立体形状の繊維強化熱可塑性樹脂成形品（以下、単に成形品という場合がある。）が製造される。
【００１４】
不連続繊維層１２は、例えば５〜１００ｍｍの長さに切断された強化繊維を熱可塑性樹脂に分散させた層である。強化繊維は一本ずつ開繊したフィラメントの状態で分散していてもよいし、多数本の強化繊維フィラメントからなる束状で分散していてもよい。開繊したフィラメントや束状の繊維は、熱可塑性樹脂の中に擬似等方的にランダムに分散していることが好ましい。ここでランダムな分散とは、多数本の強化繊維フィラメントからなる束として、強化繊維が特定の方向性を持たずに分散している状態、個々の強化繊維フィラメントとして、特定の方向性を持たずに分散している状態のいずれをも含む。
【００１５】
不連続繊維層１２の具体的な形態としては、連続した強化繊維を一方向に引き揃えて熱可塑性樹脂を含浸した厚み３０〜３００μｍ、幅５〜３０ｍｍのテープ状材料を長さ５〜１００ｍｍにカットしてチョップドテープとし、該チョップドテープを型内にランダムに分散させ、その状態で型内を加熱、加圧、冷却する加熱プレス成形により成形されたものが挙げられる。
【００１６】
不連続繊維層１２における強化繊維の体積含有率（ＪＩＳ Ｋ ７０５２や、Ｋ ７０７５に準じて測定。）は２０〜６０％が好ましく、強化繊維の長さは５〜１００ｍｍが好ましい。強化繊維の体積含有率が２０％以上であると、強化繊維に由来する物性を不連続繊維層１２に発揮させることができる。強化繊維の体積含有率が６０％以下であると、不連続繊維層１２の流動性が保たれる。強化繊維長が５ｍｍ以上であると成形品の物性が優れ、強化繊維の長さが１００ｍｍ以下であると、不連続繊維層１２のプレス成形時における流動性が優れる。
【００１７】
不連続繊維層１２に含まれる熱可塑性樹脂としては、特に制限はなく、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル、ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂、アクリル樹脂、塩化ビニル、ポリアミド６等のポリアミド、ポリカーボネート、ポリフェニレンエーテル、ポリエーテルスルフォン、ポリサルフォン、ポリエーテルイミド、ポリケトン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトンなどを使用できる。また、これら各樹脂の変性体を用いてもよいし、複数種の樹脂をブレンドして用いてもよい。また、熱可塑性樹脂は、各種添加剤、フィラー、着色剤等を含んでいてもよい。
【００１８】
不連続繊維層１２に含まれる強化繊維としては、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維などが挙げられる。
【００１９】
連続繊維層１１とは、熱可塑性樹脂と連続繊維とから形成される層であって、連続繊維とは、当該連続繊維層１１中で途切れのないものを言う。連続繊維層１１は、このような連続繊維を含むため、物性が非常に優れる。
連続繊維層１１の具体的な形態としては、連続した強化繊維を一方向に引き揃えて熱可塑性樹脂を含浸した一方向性のシート材を任意の角度、任意の積層枚数積層した積層材；連続した強化繊維を一方向に引き揃えて熱可塑性樹脂を含浸したテープ状材料を製織してなるクロス材；強化繊維の織物に熱可塑性樹脂を含浸させたクロス材；からなる群より選ばれる１つ以上を加熱プレス成形したものが好ましく例示される。クロス材の織り方としては、例えば、平織、綾織、朱子織、三軸織等が挙げられる。
【００２０】
連続繊維層１１における強化繊維の体積含有率は、３０〜７０％であることが好ましい。強化繊維の体積含有率が３０％以上であると、強化繊維に由来する物性を連続繊維層１１に発揮させることができる。強化繊維の体積含有率が７０％以下であると、連続繊維層１１のプレス成形性を保つことができる。
連続繊維層１１に含まれる熱可塑性樹脂および強化繊維は、例えば不連続繊維層１２について例示したものの中から選択して使用できる。連続繊維層１１と不連続繊維層１２とで含まれる熱可塑性樹脂および強化繊維は、同じであっても、異なっていてもよい。
【００２１】
（成形工程）
図２は、本発明の金型の一例を示す図、図３は図２のＡ−Ａ’線に沿う縦断面図である。この例の金型２０は、互いに近接離間に相対移動する一対の型として、上金型（雄型）２１と下金型（雌型）２２とを備え、シアエッジを持たないものである。
なお、シアエッジとは、キャビティの外側において、上金型と下金型の隙間が例えば０．０５ｍｍ程度とされた箇所であって、成形される繊維強化熱可塑性樹脂のキャビティ外への流出を抑制する目的で設けられるものである。キャビティの外側とは、一対の型の相対移動の方向に対して垂直方向における外側を意味する。
【００２２】
図示例の金型２０では、上金型２１は上金型支持板２３に取り付けられ、下金型２２は下金型支持板２４に取り付けられている。そして、上金型２１および下金型２２の接近の度合いを規制する規制手段として、互いに対向するように上金型支持板２３および下金型支持板２４にそれぞれ立設された４組のストッパＳを備えている。対向する各組のストッパＳは、上金型支持板２３と下金型支持板２４とが所定の距離まで接近すると、その先端同士が当接し、それ以上の接近を規制するものであって、このようにストッパＳの先端同士が当接し、上金型支持板２３と下金型支持板２４とが所定の距離まで接近した状態が、金型２０が閉じた状態である。このように金型２０が閉じることにより、上金型２１のキャビティ面２１ａと下金型２２のキャビティ面２２ａとでキャビティが形成され、シート材料１０はキャビティに沿う形状にプレス成形される。
【００２３】
そして、この例の金型２０においては、キャビティの外周縁に、金型２０と同じ金属からなる枠状の堰部３０が形成されている。堰部３０は、キャビティの外周縁に全周に亘って設けられ、図４に示すように金型２０を閉めた時において、不連続繊維層１２が流動してキャビティ外へと流出しないように堰き止めるものである。この例の堰部３０は、上金型２１のキャビティ面の外周縁において、下方に突出するように形成されている。
また、堰部３０の高さｈ１は、金型２０を閉めた時には、堰部３０の先端面（下面）と下金型２２のキャビティ面２２ａの外周縁との間に隙間Ｃが形成されるように設定されている。この隙間Ｃからは、金型２０を閉めた時に連続繊維層１１がキャビティ外へと延出するようになっている。堰部３０の高さｈ１は、プレス成形後の不連続繊維層１２の厚みに相当し、隙間Ｃの高さｈ２は、詳しくは後述するが、連続繊維層１１の厚みにほぼ相当する。なお、連続繊維層１１の厚みは、プレス前後でほとんど変化しない。
これにより、金型２０を閉めた際には、連続繊維層１１は隙間Ｃから延出し、キャビティの外側において、上金型２１と下金型２２との間に強固に挟み込まれることがない。また、隙間Ｃは連続繊維層１１により塞がれた状態となるため、堰部３０の効果とあいまって、不連続繊維層１２のキャビティ外へ流出も抑制される。
ここで、堰部３０や隙間Ｃの「高さ」とは、一対の型の相対移動の方向に沿って測定される。
【００２４】
この例においては、図５に示すように、シート材料１０を構成する不連続繊維層１２の大きさ（縦Ｌａ、横Ｗａ）、連続繊維層１１の大きさ（縦Ｌｂ、横Ｗｂ）、堰部３０の外縁サイズ（縦Ｌｍ、横Ｗｍ）は、Ｌａ＜Ｌｍ＜Ｌｂ，Ｗa＜Ｗｍ＜Ｗｂの関係を満たしている。これにより、金型２０を閉めた時に、不連続繊維層１２は堰部３０によりキャビティ外への流出が防止され、かつ、連続繊維層１１は、隙間Ｃからキャビティ外へと延出する。
【００２５】
このような金型２０を用いて、図１のシート材料１０をプレス成形する場合には、まず、図６に示すように、この例では上金型２１を上昇させて金型２０を開き、下金型２２上にシート材料１０をセットする。この金型２０は、上金型２１に堰部３０が設けられ、その下方に隙間Ｃが形成されるものである。そのため、シート材料１０は、上側が、堰部３０により流出が防止される不連続繊維層１２となり、下側が、隙間Ｃから延出する連続繊維層１１となるようにセットされる。
【００２６】
ついで、図７に示すように、対向するストッパＳの先端同士が当接するまで上金型２１を下降させて金型２０を閉じ、シート材料１０をプレス成形する（成形工程）。
ここで、この例の金型２０には堰部３０が設けられていて、金型２０を閉じた場合には、堰部３０の先端面と下金型２１との間には隙間Ｃが形成される。そのため、成形工程においてこのように金型２０を閉じると、連続繊維層１１の周縁部は、隙間Ｃからキャビティ外へと延出し、上金型２１と下金型２２との間に強固に挟み込まれることがない。よって、連続繊維層が強固に挟み込まれることにより金型が開かなくなるといった問題は生じない。
一方、不連続繊維層１２は、含有する強化繊維が短く流動性が高いため、キャビティ内で流動するが、キャビティの外周縁には堰部３０が設けられているとともに、隙間Ｃは連続繊維層１１で塞がれているため、キャビティ外へ流出することはない。よって、得られた成形品には、流出分の固化によるバリはほとんど発生しない。
【００２７】
このような成形工程後、上金型２１を上昇させて金型を開き、図８に示す成形品４０’を取り出す。そして、必要に応じて、隙間Ｃから延出した連続繊維層１１などの不要部分をトリムすることにより、図９に示す最終製品である成形品４０を得ることができる。
【００２８】
隙間Ｃの高さは、上述したように、連続繊維層１１の厚みにほぼ相当するように設定されるが、具体的には、連続繊維層１１の厚みの８０〜１２０％に設定されることが好ましく、８０〜１００％に設定されることがより好ましい。８０％以上１００％以下であると、不連続繊維層１２のキャビティ外への流出をほぼ完全に抑制でき、１００％を超えて１２０％以下であると、不連続繊維層１２の流出を極めて小さく抑制できる。
【００２９】
また、隙間Ｃの高さは、調整可能に構成されていることが好ましい。隙間Ｃの高さは、ストッパＳの高さと、堰部３０の高さにより決まる。よって、ストッパＳと堰部３０とをそれぞれ高さ調整可能に構成することにより、不連続繊維層１２の厚みに応じて、隙間Ｃの高さｈ２を適宜調整できる。
上金型２１のストッパＳの高さ調整方法としては、例えば、ストッパＳの下面、または、ストッパＳと上型支持板２３の間、あるいはこれらの両方に、高さ調整用の板を取り付け、高さを大きくする方法がある。また、下金型２１のストッパＳの高さ調整方法としても、同様に、ストッパＳの上面、または、ストッパＳと下型支持板２４の間、あるいはこれらの両方に、高さ調整用の板を取り付け、高さを大きくする方法がある。
また、堰部３０高さの調整方法として、堰部そのものを取り外し可能な構造としておいて、高さの異なる堰部を取り付け直す方法や、堰部と上金型２１や下金型２２の間に、高さ調整用の金属の板を挿入できる構造としておいて、挿入する板の厚みにより、堰部の高さを大きくする方法などが例示される。
【００３０】
堰部３０の幅（堰部の延設方向に対して垂直面の幅）Ｗｓは、１〜２０ｍｍとすることが好ましい。幅Ｗｓが１ｍｍ以上であると、不連続繊維層１２の流出を効果的に抑制できる。一方、幅Ｗｓが２０ｍｍ以下であると、堰部３０が連続繊維層１１に食い込んで堰部３０と連続繊維層１１とが強く密着したとしても、金型２０を問題なく開くことができる。
【００３１】
以上の例では、連続繊維層１１の片面のみに不連続繊維層１２が積層したシート材料１０をプレス成形する場合を示したが、図１０に示すように、連続繊維層１１の両面において、その中央を含む一部に不連続繊維層１２が積層したシート材料５０についても、プレス成形することができる。
【００３２】
図１０のシート材料５０のプレス成形には、例えば図１１の金型６０を用いる。この金型６０においては、上金型２１のキャビティ面２１ａの外周縁だけでなく下金型２２のキャビティ面２２ａの外周縁にも堰部３０が設けられ、金型６０を閉じた際には、上下の堰部３０間に連続繊維層１１がキャビティ外へ延出する隙間Ｃが形成される。このような金型６０を用いることにより、金型６０を閉めた時には、上金型２１に設けられた堰部３０は、連続繊維層１１の上面に積層した不連続繊維層１２の流出を抑制し、下金型２２に設けられた堰部３０は、連続繊維層１１の下面に積層した不連続繊維層１２の流出を抑制する。一方、これら堰部３０間の隙間Ｃからは、連続繊維層１１がキャビティ外へ延出する。
このように図１０に示す構成のシート材料５０を用いた場合でも、図１１に示す構成の金型６０を用いることによって、不連続繊維層１２のキャビティ外への流出によるバリの発生や、連続繊維層１１の周縁部が上金型と下金型との間に挟み込まれて金型が開かなくなるといった問題を防止できる。
【００３３】
成形工程におけるプレス成形の条件は、不連続繊維層１２および連続繊維層１１に使用されている熱可塑性樹脂の種類にもよるが、例えば金型２０，６０の設定温度を（樹脂の融点またはガラス転移温度−１００）℃〜（樹脂の融点またはガラス転移温度）℃とし、成形圧力３．０〜３０ＭＰａ、保持時間０．５〜１０分間の条件とすることが好ましい。
【００３４】
また、成形工程においては、得られた成形品における連続繊維層１１の皺の発生を抑制するために、枠体内に設けられた弾性体にシート材料１０，５０の連続繊維層１１を取り付け、連続繊維層１１にテンションを加えながらシート材料１０，５０をプレス成形することが好ましい。
具体的には、例えば図１２に示すように、連続繊維層１１の四つの頂点と四辺の中央部との合計８ヶ所にクランプ７１を取り付け、一方、枠体７２の内側四隅と、縦枠および横枠の内側中央部との合計８ケ所にもクランプ７３を取り付け、対応するクランプ７１，７３にコイルスプリング７４を１つずつ設けることで、連続繊維層１１を含むシート材料１０を枠体７２内に取り付ける。そして、図１３に示すように枠体７２ごと、シート材料１０を下金型２２のキャビティ面上に配置し、ついで、プレス成形する。
【００３５】
なお、この例では、連続繊維層１１の周縁部の８ケ所に略等間隔にコイルスプリング７４を配置することによって、連続繊維層１１全体に対して、できるだけ均質に外方向への張力が加わるようにしているが、コイルスプリング７４の使用数や取付箇所は、連続繊維層１１の形状、枠体７２の形状、得られる成形品の形状などに応じて、適宜設定できる。また、弾性体としても、コイルスプリング７４に限定されず、コイルスプリング以外のバネや、耐熱性のあるゴム体なども使用できるし、その弾性の程度も、材料の種類や、目的とする成形品の形状などに応じて適宜設定できる。
【００３６】
（予備加熱工程）
成形工程の前には、シート材料１０，５０を予備加熱する予備加熱工程を行うことが好ましく、赤外線加熱炉を用いて予備加熱工程を行うことがより好ましい。予備加熱工程を赤外線加熱により行うと、シート材料１０，５０の内部まで均一に加熱でき好適である。予備加熱工程の設定温度は、不連続繊維層１２および連続繊維層１１に使用されている熱可塑性樹脂の種類にもよるが、樹脂の融点またはガラス転移温度〜（樹脂の融点またはガラス転移温度＋１５０）℃の温度である。保持時間は１〜１０分間である。
【００３７】
予備加熱工程では、不連続繊維層１２と連続繊維層１１とを別々に赤外線加熱炉で予備加熱してもよいし、不連続繊維層１２と連続繊維層１１とを重ねてから赤外線加熱炉で予備加熱してもよい。不連続繊維層１２と連続繊維層１１とを別々に予備加熱した場合には、予備加熱後にこれらを重ねて、成形工程を行えばよい。
予備加熱工程においても、連続繊維層１１にはテンションをかけながら予備加熱することが好ましい。これにより、予備加熱工程や予備加熱工程から成形工程への移送途中における連続繊維層１１の変形を抑制できる。具体的には、成形工程と同様に図１２に示すように、枠体７２に取り付けつつ予備加熱する方法が好ましい。このように予備加熱した際には、そのまま枠体７２ごと、シート材料１０，５０を下金型２２のキャビティ面２２ａ上にセットすればよい。
【００３８】
以上の説明では、金型２０，６０の具備する一対の型として、上金型２１が雄型、下金型２２が雌型であり、上金型２１が昇降する上下一対の型を例示したが、これに限定されない。
また、堰部３０は、シート材料１０，５０における不連続繊維層１２に対応するように、シート材料の構成に応じて設けられている限り、一対の型のうち少なくとも一方に形成されていればよい。
【実施例】
【００３９】
以下本発明について、実施例を挙げて具体的に説明する。
（１）不連続繊維強化熱可塑性樹脂からなる不連続繊維層（シート状物（Ａ−１）および（Ａ−２））の製造
強化繊維として炭素繊維（三菱レイヨン社製、品番：ＴＲ５０Ｓ、直径が約７μｍであるフィラメントが１２０００本集束した束状のもの。）を使用し、熱可塑性樹脂としてポリプロピレン（プライムポリマー社製、Ｊ１０８Ｍ、融点１７０℃）を使用し、テープ状材料を得た。具体的には、まず、炭素繊維を開繊しポリプロピレンを含浸させることにより、強化繊維の体積含有率（ＪＩＳ Ｋ ７０７５に準拠）４８％、幅１２ｍｍ、厚み１２０μｍの連続したテープ状材料を製造した。
ついで、この連続したテープ状材料を長さ２５ｍｍに切断してチョップドテープとし、該チョップドテープを二次元的に擬似等方的に分散し、型を用いて加熱プレスし、不連続繊維強化熱可塑性樹脂からなる四角形のシート状物（Ａ−１）を得た。また、同様の手法にて、四角形のシート状物（Ａ−２）を得た。
シート状物（Ａ−１）は、縦Ｌａ３１ｃｍ、横Ｗａ４ｃｍ、厚み４ｍｍ、質量７４ｇ、シート状物（Ａ−２）は、縦Ｌａ３２ｃｍ、横Ｗａ６ｃｍ、厚み４ｍｍ、質量１１５ｇである。
【００４０】
（２）連続繊維強化熱可塑性樹脂からなる連続繊維層（シート状物（Ｂ−１）および（Ｂ−２））の製造
上記（１）で製造したテープ状材料を一方向に引き揃えることにより得られたフィルム状物（縦４７ｃｍ、横１６．８ｃｍ、厚み１２０μｍ）を繊維方向が互いに９０°になるように８枚積層し、加熱プレス成形し、四角形のシート状物（Ｂ−１）を得た。また、積層数を５枚とした以外は同様の手法にて、四角形のシート状物（Ｂ−２）を得た。
シート状物は（Ｂ−１）は、縦Ｌｂ４７ｃｍ、横Ｗｂ１６．８ｃｍ、厚み１ｍｍ、重量１１４ｇ、シート状物（Ｂ−２）は、縦Ｌｂ４７ｃｍ、横Ｗｂ１６．８ｃｍ、厚み０．６ｍｍ、重量７１ｇである。
【００４１】
（３）金型
図２の金型２０を用いた。
ただし、上金型２１に設けられた堰部３０は、その高さｈ１が０〜２ｍｍの間で可変なものであり、高さｈ１に応じて上金型２１のストッパＳと下金型２２のストッパＳとを接触するまで金型２０を閉めた際に形成される隙間の高さｈ２は２〜０ｍｍとなる。また、堰部３０の幅Ｗｓは３ｍｍ、堰部３０の外縁サイズは、縦Ｌｍ４０ｃｍ、横Ｗｍ９．５ｃｍである。
【００４２】
［実施例１］
上述のようにして製造したシート状物（Ａ−１）を２７０℃に加熱した赤外線加熱炉に入れ、３分経過した時に、赤外線加熱炉を開けて、シート状物（Ａ−１）の隣にシート状物（Ｂ−１）を入れて赤外線加熱炉を閉じた。シート状物（Ｂ−１）を入れてから２分間経過した後に、これらシート状物（Ａ−１）および（Ｂ−１）を取り出し、上がシート状物（Ａ−１）、下がシート状物（Ｂ−１）となるように重ねて、図１の構成のシート材料１０とした。
該シート材料１０を下金型２２のキャビティ面２２ａ上に置き、その後、上金型２１のストッパＳと下金型２２のストッパＳとが接触するまで上金型２１を下降させて金型２０を閉め、２分後に金型２０を開き、図８示す成形品（厚み２ｍｍ）４０’を取り出した。
【００４３】
なお、プレス成形前に、上金型２１および下金型２２をあらかじめ１３０℃に加熱しておいた。また、金型２０を閉めた際、シート状物（Ｂ−１）は、隙間Ｃからキャビティ外に延出していた。また、堰部の高さｈ１および隙間Ｃの高さｈ２は、いずれも１ｍｍとしておいた。シート状物（Ｂ−１）の厚みは１ｍｍであるため、隙間Ｃの高さｈ２は、シート状物（Ｂ−１）の厚みの１００％に相当した。
このような実施例１では、何ら問題なく、金型を開くことができた。
【００４４】
得られた成形品４０’において、シート状物（Ａ−１）から形成された部分は、所望のとおり成形でき、トリムする必要はなかった。シート状物（Ｂ−１）から形成された部分については、余分なところをトリムして、図９に示すような最終製品である成形品（縦Ｌ４００ｍｍ、横Ｗ９５ｍｍ、深さＤ２５ｍｍ、質量約１５０ｇ）４０を得た。シート状物（Ｂ−１）から切り落とした部分の質量は約３８ｇであった。
この成形品４０において、シート状物（Ｂ−１）から形成された部分のコーナー部には、皺があった。
実施例１について、表１にまとめる。
【００４５】
[実施例２、３]
堰部の高ｈ１を１．２ｍｍ（実施例２）、０．８ｍｍ（実施例３）とした以外は、実施例１と同様にして、成形品を製造した。この場合、隙間Ｃの高さｈ２は、０．８ｍｍ（実施例２）、１．２ｍｍ（実施例３）となり、それぞれシート状物（Ｂ−１）の厚み（１ｍｍ）の８０％、１２０％に相当した。
実施例２および３について、表１にまとめる。
【００４６】
[実施例４]
シート状物（Ａ−１）を２７０℃に加熱した赤外線加熱炉に入れ、３分経過した時に、赤外線加熱炉を開けて、シート状物（Ａ−１）の隣に、８個のコイルスプリング７４により枠体７２内に取り付けた状態のシート状物（Ｂ−１）を入れて赤外線加熱炉を閉じた。シート状物（Ｂ−１）を入れてから２分間経過した後に、これらシート状物（Ａ−１）および（Ｂ−１）を取り出し、枠体７２に取り付けられたシート状物（Ｂ−１）の上に、シート状物（Ａ−１）を重ねて、図１２のような状態にして、シート材料１０とした。そのシート材料１０を下金型２２のキャビティ面２２ａ上に置いた。それ以降は実施例１と同様にして、成形品４０’を得た。
なお、シート材料１０を下金型２２のキャビティ面２２ａ上に置いた際、シート材料１０の下面と下金型２２におけるキャビティ面の外側の部分との図１３に示す距離Ｌαは、１０ｍｍであった。
得られた成形品４０’において、シート状物（Ａ−１）から形成された部分は、所望のとおり成形でき、トリムする必要はなかった。シート状物（Ｂ−１）から形成された部分については、余分なところをトリムし、成形品４０を得た。シート状物（Ｂ−１）からトリムした部分の質量は約３８ｇであった。
この成形品４０において、シート状物（Ｂ−１）から形成された部分には皺がなく、外観が良好であった。
実施例４について、表１にまとめる。
【００４７】
[比較例１]
堰部が設けられていない金型を用いた以外は、実施例１と同様にして成形品を製造した。使用した金型は、堰部が設けられていないため、金型を閉めた際に、キャビティの外縁部における上金型と下金型の間には、２ｍｍの隙間が生じ、プレス成形時には、この隙間からシート状物（Ａ−１）が多量に流出した。そのため、成形品にはバリが多く認められ、シート状物（Ａ―１）から形成された部分の端面もトリムする必要が生じた。
比較例１について、表１にまとめる。
【００４８】
[比較例２]
堰部の高さｈ１を２ｍｍとした以外は、実施例１と同様にして成形品を製造した。堰部の高さｈ１が２ｍｍであるため、金型を閉めた際に、キャビティの外縁部における上金型と下金型の間には隙間が生じず、そのため、この部分にシート状物（Ｂ−１）が強固に挟み込まれ、金型が開かなくなった。
比較例２について、表１にまとめる。
【００４９】
【表１】
【００５０】
［実施例５］
シート状物（Ａ−１）に代えてシート状物（Ａ−２）を用い、シート状物（Ｂ−１）に代えてシート状物（Ｂ−２）を用い、堰部の高さｈ１を１．４ｍｍ、隙間Ｃの高さｈ２を０．６ｍｍとし、赤外線加熱炉にシート材料（Ａ−２）を入れた後３．５分経過した時にシート状物（Ｂ−２）を入れ、シート状物（Ｂ−２）を入れてから１．５分間経過した後にシート状物（Ａ−２）および（Ｂ−２）を取り出した以外は、実施例１と同様にして成形品４０’を得た。隙間Ｃの高さｈ２は、シート状物（Ｂ−２）の厚み（０．６ｍｍ）の１００％に相当した。
得られた成形品４０’において、シート状物（Ａ−２）から形成された部分は、所望のとおり成形でき、トリムする必要はなかった。シート状物（Ｂ−２）から形成された部分については、余分なところをトリムして、最終製品である成形品（縦Ｌ４００ｍｍ、横Ｗ９５ｍｍ、深さＤ２５ｍｍ、質量約１５０ｇ）４０を得た。シート状物（Ｂ−２）から切り落とした部分の質量は約３６ｇであった。
この成形品４０において、シート状物（Ｂ−２）から形成された部分のコーナー部には、皺があった。
実施例５について、表２にまとめる。
【００５１】
［実施例６、７］
堰部の高ｈ１を１．５ｍｍ（実施例６）、１．３ｍｍ（実施例７）とした以外は、実施例５と同様にして、成形品４０を製造した。この場合、隙間Ｃの高さｈ２は、０．５ｍｍ（実施例６）、０．７ｍｍ（実施例７）となり、それぞれシート状物（Ｂ−２）の厚み（０．６ｍｍ）の８３％、１１７％に相当した。
実施例６および７について、表２にまとめる。
【００５２】
［実施例８］
シート状物（Ａ−２）を２７０℃に加熱した赤外線加熱炉に入れ、３．５分経過した時に、赤外線加熱炉を開けて、シート状物（Ａ−２）の隣に、８個のコイルスプリング７４により枠体７２内に取り付けた状態のシート状物（Ｂ−２）を入れて赤外線加熱炉を閉じた。シート状物（Ｂ−２）を入れてから２分間経過した後に、これらシート状物（Ａ−２）および（Ｂ−２）を取り出し、枠体に取り付けられたシート状物（Ｂ−２）の上に、シート状物（Ａ−２）を重ねて、図１２のような状態にして、シート材料１０とした。そのシート材料１０を下金型２２のキャビティ面２２ａ上に置いた。それ以降は実施例５と同様にして、成形品４０’を得た。
なお、シート材料１０を下金型２２のキャビティ面上に置いた際、シート材料１０の下面と下金型２２におけるキャビティ面の外側の部分との図１３に示す距離Ｌαは、１０ｍｍであった。
得られた成形品４０’において、シート状物（Ａ−２）から形成された部分は、所望のとおり成形でき、トリムする必要はなかった。シート状物（Ｂ−２）から形成された部分については、余分なところをトリムし、成形品４０を得た。シート状物（Ｂ−２）からトリムした部分の質量は約３６ｇであった。
この成形品４０において、シート状物（Ｂ−２）から形成された部分には皺がなく、外観が良好であった。
実施例８について、表２にまとめる。
【００５３】
[比較例３]
堰部が設けられていない金型を用いた以外は、実施例５と同様にして成形品を製造した。使用した金型は、堰部が設けられていないため、金型を閉めた際に、キャビティの外縁部における上金型と下金型の間には、２ｍｍの隙間が生じ、プレス成形時には、この隙間からシート状物（Ａ−２）が多量に流出した。そのため、成形品にはバリが多く認められ、シート状物（Ａ―２）から形成された部分の端面もトリムする必要が生じた。
比較例３について、表２にまとめる。
【００５４】
[比較例４]
堰部の高さｈ１を２ｍｍとした以外は、実施例５と同様にして成形品を製造した。堰部の高さｈ１が２ｍｍであるため、金型を閉めた際に、キャビティの外縁部における上金型と下金型の間には隙間が生じず、そのため、この部分にシート状物（Ｂ−２）が強固に挟み込まれ、金型が開かなくなった。
比較例４について、表２にまとめる。
【００５５】
【表２】
【符号の説明】
【００５６】
１０，５０ シート材料
１１ 連続繊維層
１２ 不連続繊維層
２１ 上金型
２２ 下金型
２３ 上金型支持板
２４ 下金型支持板
３０ 堰部
４０’，４０ 成形品
７４ コイルスプリング（弾性体）
７２ 枠体
７１、７３ クランプ
Ｃ 隙間
Ｓ ストッパ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維強化熱可塑性樹脂成形品の製造方法、該製造方法で使用される金型、該製造方法で製造される成形品に関する。
【背景技術】
【０００２】
強化繊維と熱可塑性樹脂からなる繊維強化熱可塑性樹脂は、例えば雌型と雄型とからなる金型を用いたプレス成形により所望の成形品に成形される材料であり、広く使用されている。
このような繊維強化熱可塑性樹脂においては、強化繊維として連続繊維を用いた連続繊維強化熱可塑性樹脂層と、強化繊維として長さが例えば５〜１００ｍｍの不連続繊維を用いた不連続繊維強化熱可塑性樹脂層とが積層したシート材料をプレス成形することも行われている。このようなシート材料は、機械的物性と賦形性の両方を有するため、例えばフロントサブフレーム、リアサブフレーム、フロントピラー、センターピラー、サイドメンバー、クロスメンバー、サイドシル、ルーフレール、プロペラシャフトなどの自動車部品や、海底油田用のパイプ、電線ケーブルコア、印刷機用ロール・パイプ、ロボットフォーク、航空機の一次構造材、二次構造材などの成形などに好適に用いられる。
【０００３】
金型を用いて繊維強化熱可塑性樹脂をプレス成形する方法として、例えば特許文献１には、金型を閉めた際に、キャビティの外側における両金型間には実質的に隙間が形成されない金型を用いて、長さが３〜５０ｍｍの強化繊維（不連続繊維）を含む熱可塑性樹脂シートを押し広げながらキャビティ内に充満させて、成形する方法が記載されている。
一方、特許文献２には、金型を閉めた際にキャビティの外側における両金型間に、成形品とほぼ同じ厚みの隙間が形成される金型を用いて、長さが３〜５０ｍｍの強化繊維（不連続繊維）を含む熱可塑性樹脂シートを成形する方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−１００１７４号公報
【特許文献２】特開平０７−３２４６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、連続繊維強化熱可塑性樹脂層と不連続繊維強化熱可塑性樹脂層とを含むシート材料を成形材料として、特許文献１および２に記載の金型でプレス成形した場合には、次のような問題が生じた。
すなわち、シート材料のうち不連続繊維強化熱可塑性樹脂層は、含有する強化繊維が短く流動性が高いため、プレス成形時にはキャビティ内で流動して押し広げられ、キャビティ内を満たすように挙動する。そのため、金型を閉める前にキャビティ面にセットされる不連続繊維強化熱可塑性樹脂層の面積は、このように押し広げられることを勘案して、キャビティ面全面を覆う面積よりも小さく設定されることが多い。これに対して、連続繊維強化熱可塑性樹脂層は、連続繊維を含むために流動性が低く、キャビティ内で流動して押し広げられることはほとんどない。そのため、型を閉める前にキャビティ面にセットされる連続繊維強化熱可塑性樹脂層の面積は、余裕を持って、キャビティ面全面を覆う面積よりも大きく、周縁部がキャビティ面よりも外側に延出する大きさに設定される。
【０００６】
ところが、特許文献１に記載された金型は、金型を閉めた際に、キャビティの外側における両金型間には実質的に隙間が形成されない。よって、連続繊維強化熱可塑性樹脂層と不連続繊維強化熱可塑性樹脂層とを含む積層シートをキャビティに配置して金型を閉めた際には、連続繊維強化熱可塑性樹脂層の周縁部がキャビティの外側における両金型間に強固に挟み込まれてしまい、その結果、金型が開かなくなる場合があった。
【０００７】
これに対して、特許文献２に記載された金型は、金型を閉めた際にキャビティの外側に成形品とほぼ同じ厚みの隙間が形成される。よって、特許文献１の金型を使用した場合のように、連続繊維強化熱可塑性樹脂層が強固に挟みこまれて金型が開かなくなるという問題は生じない。ところが、流動性の高い不連続繊維強化熱可塑性樹脂層が隙間から外方に流出してしまい、得られた成形品には流出分の固化によるバリが多量に発生するという問題が生じた。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、連続繊維強化熱可塑性樹脂層と、不連続繊維強化熱可塑性樹脂層とが積層したシート材料を金型でプレス成形した際に、金型を問題なく開くことができ、バリの発生も抑制できる繊維強化熱可塑性樹脂成形品の製造方法と、該製造方法で使用される金型と、該製造方法で製造される成形品との提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の金型は、連続繊維強化熱可塑性樹脂層の少なくとも片面の一部に、不連続繊維強化熱可塑性樹脂層が積層したシート材料をプレス成形し、繊維強化熱可塑性樹脂成形品を製造するための金型であって、キャビティの外周縁には、当該金型を閉めた時に前記不連続繊維強化熱可塑性樹脂層の前記キャビティ外への流出を防止する枠状の堰部が、前記連続繊維強化熱可塑性樹脂層を前記キャビティ外へと延出させる隙間を形成しつつ設けられていることを特徴とする。
前記隙間の高さは調整可能であることが好ましい。
前記隙間の高さは、前記連続繊維強化熱可塑性樹脂層の厚みの８０〜１２０％であることが好ましい。
前記堰部の幅は、１〜２０ｍｍであることが好ましい。
【００１０】
本発明の繊維強化熱可塑性樹脂成形品の製造方法は、本発明の金型を用いて前記シート材料をプレス成形する成形工程を有することを特徴とする。
前記不連続繊維強化熱可塑性樹脂層に含まれる強化繊維は、体積含有率が２０〜６０％で、長さが５〜１００ｍｍであることが好ましい。
前記不連続繊維強化熱可塑性樹脂層は、連続した強化繊維を一方向に引き揃えて熱可塑性樹脂を含浸した厚み３０〜３００μｍ、幅５〜３０ｍｍのテープ状材料を長さ５〜１００ｍｍにカットしてチョップドテープとし、該チョップドテープを分散させて加熱プレス成形したものからなることが好ましい。
前記連続繊維強化熱可塑性樹脂層に含まれる強化繊維は、体積含有率が３０〜７０％であることが好ましい。
前記連続繊維強化熱可塑性樹脂層は、連続した強化繊維を一方向に引き揃えて熱可塑性樹脂を含浸した一方向性のシート材を積層した積層材、連続した強化繊維を一方向に引き揃えて熱可塑性樹脂を含浸したテープ状材料を製織してなるクロス材、強化繊維の織物に熱可塑性樹脂を含浸させたクロス材からなる群より選ばれる１つ以上を加熱プレス成形したものからなることが好ましい。
前記成形工程では、枠体内に設けられた弾性体に前記シート材料の前記連続繊維強化熱可塑性樹脂層を取り付け、前記連続繊維強化熱可塑性樹脂層にテンションを加えながら前記プレス成形することが好ましい。
前記成形工程の前に、前記不連続繊維強化熱可塑性樹脂層と、前記連続繊維強化熱可塑性樹脂層とを別々に赤外線加熱炉で予備加熱する予備加熱工程を有することが好ましい。
あるいは、前記成形工程の前に、前記不連続繊維強化熱可塑性樹脂層と、前記連続繊維強化熱可塑性樹脂層とを重ねて赤外線加熱炉で予備加熱する予備加熱工程を有することが好ましい。
前記予備加熱工程では、枠体内に設けられた弾性体に前記連続繊維強化熱可塑性樹脂層を取り付け、前記連続繊維強化熱可塑性樹脂層にテンションを加えながら予備加熱することが好ましい。
本発明の繊維強化熱可塑性樹脂成形品は、本発明の製造方法により製造されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、連続繊維強化熱可塑性樹脂層と、不連続繊維強化熱可塑性樹脂層とが積層したシート材料を金型でプレス成形した際に、金型を問題なく開くことができ、バリの発生も抑制できる繊維強化熱可塑性樹脂成形品の製造方法と、該製造方法で使用される金型と、該製造方法で製造される成形品とを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明で用いるシート材料の一例を示す斜視図である。
【図２】本発明の金型の一例を示す斜視図である。
【図３】図３の金型のＡ−Ａ’線に沿う縦断面図である。
【図４】図３の金型を閉めた状態を示す縦断面図である。
【図５】成形工程の実施にあたって、シート材料を下金型上にセットした状態を概略的に示す平面図である。
【図６】成形工程を説明する縦断面図である。
【図７】成形工程を説明する縦断面図である。
【図８】成形工程で得られた繊維強化熱可塑性樹脂成形品の斜視図である。
【図９】図８の成形品をトリムした後の斜視図である。
【図１０】本発明で用いるシート材料の他の一例を示す縦断面図である。
【図１１】図１０のシート材料の成形工程を示す縦断面図である。
【図１２】シート材料の連続繊維強化熱可塑製樹脂層を枠体に取り付けた状態を示す斜視図である。
【図１３】連続繊維強化熱可塑製樹脂層を枠体に取り付けたまま行う成形工程を説明する縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を詳細に説明する。
（シート材料）
図１は、本発明の金型でプレス成形されるシート材料の一例を示す斜視図である。この例のシート材料１０は、四角形の連続繊維強化熱可塑性樹脂層（以下、単に連続繊維層という場合がある。）１１の片面における中央を含む一部に、四角形の不連続繊維強化熱可塑性樹脂層（以下、不連続繊維層という場合がある。）１２が積層したシート状物である。このシート材料１０を金型でプレス成形することにより、立体形状の繊維強化熱可塑性樹脂成形品（以下、単に成形品という場合がある。）が製造される。
【００１４】
不連続繊維層１２は、例えば５〜１００ｍｍの長さに切断された強化繊維を熱可塑性樹脂に分散させた層である。強化繊維は一本ずつ開繊したフィラメントの状態で分散していてもよいし、多数本の強化繊維フィラメントからなる束状で分散していてもよい。開繊したフィラメントや束状の繊維は、熱可塑性樹脂の中に擬似等方的にランダムに分散していることが好ましい。ここでランダムな分散とは、多数本の強化繊維フィラメントからなる束として、強化繊維が特定の方向性を持たずに分散している状態、個々の強化繊維フィラメントとして、特定の方向性を持たずに分散している状態のいずれをも含む。
【００１５】
不連続繊維層１２の具体的な形態としては、連続した強化繊維を一方向に引き揃えて熱可塑性樹脂を含浸した厚み３０〜３００μｍ、幅５〜３０ｍｍのテープ状材料を長さ５〜１００ｍｍにカットしてチョップドテープとし、該チョップドテープを型内にランダムに分散させ、その状態で型内を加熱、加圧、冷却する加熱プレス成形により成形されたものが挙げられる。
【００１６】
不連続繊維層１２における強化繊維の体積含有率（ＪＩＳ Ｋ ７０５２や、Ｋ ７０７５に準じて測定。）は２０〜６０％が好ましく、強化繊維の長さは５〜１００ｍｍが好ましい。強化繊維の体積含有率が２０％以上であると、強化繊維に由来する物性を不連続繊維層１２に発揮させることができる。強化繊維の体積含有率が６０％以下であると、不連続繊維層１２の流動性が保たれる。強化繊維長が５ｍｍ以上であると成形品の物性が優れ、強化繊維の長さが１００ｍｍ以下であると、不連続繊維層１２のプレス成形時における流動性が優れる。
【００１７】
不連続繊維層１２に含まれる熱可塑性樹脂としては、特に制限はなく、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル、ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂、アクリル樹脂、塩化ビニル、ポリアミド６等のポリアミド、ポリカーボネート、ポリフェニレンエーテル、ポリエーテルスルフォン、ポリサルフォン、ポリエーテルイミド、ポリケトン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトンなどを使用できる。また、これら各樹脂の変性体を用いてもよいし、複数種の樹脂をブレンドして用いてもよい。また、熱可塑性樹脂は、各種添加剤、フィラー、着色剤等を含んでいてもよい。
【００１８】
不連続繊維層１２に含まれる強化繊維としては、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維などが挙げられる。
【００１９】
連続繊維層１１とは、熱可塑性樹脂と連続繊維とから形成される層であって、連続繊維とは、当該連続繊維層１１中で途切れのないものを言う。連続繊維層１１は、このような連続繊維を含むため、物性が非常に優れる。
連続繊維層１１の具体的な形態としては、連続した強化繊維を一方向に引き揃えて熱可塑性樹脂を含浸した一方向性のシート材を任意の角度、任意の積層枚数積層した積層材；連続した強化繊維を一方向に引き揃えて熱可塑性樹脂を含浸したテープ状材料を製織してなるクロス材；強化繊維の織物に熱可塑性樹脂を含浸させたクロス材；からなる群より選ばれる１つ以上を加熱プレス成形したものが好ましく例示される。クロス材の織り方としては、例えば、平織、綾織、朱子織、三軸織等が挙げられる。
【００２０】
連続繊維層１１における強化繊維の体積含有率は、３０〜７０％であることが好ましい。強化繊維の体積含有率が３０％以上であると、強化繊維に由来する物性を連続繊維層１１に発揮させることができる。強化繊維の体積含有率が７０％以下であると、連続繊維層１１のプレス成形性を保つことができる。
連続繊維層１１に含まれる熱可塑性樹脂および強化繊維は、例えば不連続繊維層１２について例示したものの中から選択して使用できる。連続繊維層１１と不連続繊維層１２とで含まれる熱可塑性樹脂および強化繊維は、同じであっても、異なっていてもよい。
【００２１】
（成形工程）
図２は、本発明の金型の一例を示す図、図３は図２のＡ−Ａ’線に沿う縦断面図である。この例の金型２０は、互いに近接離間に相対移動する一対の型として、上金型（雄型）２１と下金型（雌型）２２とを備え、シアエッジを持たないものである。
なお、シアエッジとは、キャビティの外側において、上金型と下金型の隙間が例えば０．０５ｍｍ程度とされた箇所であって、成形される繊維強化熱可塑性樹脂のキャビティ外への流出を抑制する目的で設けられるものである。キャビティの外側とは、一対の型の相対移動の方向に対して垂直方向における外側を意味する。
【００２２】
図示例の金型２０では、上金型２１は上金型支持板２３に取り付けられ、下金型２２は下金型支持板２４に取り付けられている。そして、上金型２１および下金型２２の接近の度合いを規制する規制手段として、互いに対向するように上金型支持板２３および下金型支持板２４にそれぞれ立設された４組のストッパＳを備えている。対向する各組のストッパＳは、上金型支持板２３と下金型支持板２４とが所定の距離まで接近すると、その先端同士が当接し、それ以上の接近を規制するものであって、このようにストッパＳの先端同士が当接し、上金型支持板２３と下金型支持板２４とが所定の距離まで接近した状態が、金型２０が閉じた状態である。このように金型２０が閉じることにより、上金型２１のキャビティ面２１ａと下金型２２のキャビティ面２２ａとでキャビティが形成され、シート材料１０はキャビティに沿う形状にプレス成形される。
【００２３】
そして、この例の金型２０においては、キャビティの外周縁に、金型２０と同じ金属からなる枠状の堰部３０が形成されている。堰部３０は、キャビティの外周縁に全周に亘って設けられ、図４に示すように金型２０を閉めた時において、不連続繊維層１２が流動してキャビティ外へと流出しないように堰き止めるものである。この例の堰部３０は、上金型２１のキャビティ面の外周縁において、下方に突出するように形成されている。
また、堰部３０の高さｈ１は、金型２０を閉めた時には、堰部３０の先端面（下面）と下金型２２のキャビティ面２２ａの外周縁との間に隙間Ｃが形成されるように設定されている。この隙間Ｃからは、金型２０を閉めた時に連続繊維層１１がキャビティ外へと延出するようになっている。堰部３０の高さｈ１は、プレス成形後の不連続繊維層１２の厚みに相当し、隙間Ｃの高さｈ２は、詳しくは後述するが、連続繊維層１１の厚みにほぼ相当する。なお、連続繊維層１１の厚みは、プレス前後でほとんど変化しない。
これにより、金型２０を閉めた際には、連続繊維層１１は隙間Ｃから延出し、キャビティの外側において、上金型２１と下金型２２との間に強固に挟み込まれることがない。また、隙間Ｃは連続繊維層１１により塞がれた状態となるため、堰部３０の効果とあいまって、不連続繊維層１２のキャビティ外へ流出も抑制される。
ここで、堰部３０や隙間Ｃの「高さ」とは、一対の型の相対移動の方向に沿って測定される。
【００２４】
この例においては、図５に示すように、シート材料１０を構成する不連続繊維層１２の大きさ（縦Ｌａ、横Ｗａ）、連続繊維層１１の大きさ（縦Ｌｂ、横Ｗｂ）、堰部３０の外縁サイズ（縦Ｌｍ、横Ｗｍ）は、Ｌａ＜Ｌｍ＜Ｌｂ，Ｗa＜Ｗｍ＜Ｗｂの関係を満たしている。これにより、金型２０を閉めた時に、不連続繊維層１２は堰部３０によりキャビティ外への流出が防止され、かつ、連続繊維層１１は、隙間Ｃからキャビティ外へと延出する。
【００２５】
このような金型２０を用いて、図１のシート材料１０をプレス成形する場合には、まず、図６に示すように、この例では上金型２１を上昇させて金型２０を開き、下金型２２上にシート材料１０をセットする。この金型２０は、上金型２１に堰部３０が設けられ、その下方に隙間Ｃが形成されるものである。そのため、シート材料１０は、上側が、堰部３０により流出が防止される不連続繊維層１２となり、下側が、隙間Ｃから延出する連続繊維層１１となるようにセットされる。
【００２６】
ついで、図７に示すように、対向するストッパＳの先端同士が当接するまで上金型２１を下降させて金型２０を閉じ、シート材料１０をプレス成形する（成形工程）。
ここで、この例の金型２０には堰部３０が設けられていて、金型２０を閉じた場合には、堰部３０の先端面と下金型２１との間には隙間Ｃが形成される。そのため、成形工程においてこのように金型２０を閉じると、連続繊維層１１の周縁部は、隙間Ｃからキャビティ外へと延出し、上金型２１と下金型２２との間に強固に挟み込まれることがない。よって、連続繊維層が強固に挟み込まれることにより金型が開かなくなるといった問題は生じない。
一方、不連続繊維層１２は、含有する強化繊維が短く流動性が高いため、キャビティ内で流動するが、キャビティの外周縁には堰部３０が設けられているとともに、隙間Ｃは連続繊維層１１で塞がれているため、キャビティ外へ流出することはない。よって、得られた成形品には、流出分の固化によるバリはほとんど発生しない。
【００２７】
このような成形工程後、上金型２１を上昇させて金型を開き、図８に示す成形品４０’を取り出す。そして、必要に応じて、隙間Ｃから延出した連続繊維層１１などの不要部分をトリムすることにより、図９に示す最終製品である成形品４０を得ることができる。
【００２８】
隙間Ｃの高さは、上述したように、連続繊維層１１の厚みにほぼ相当するように設定されるが、具体的には、連続繊維層１１の厚みの８０〜１２０％に設定されることが好ましく、８０〜１００％に設定されることがより好ましい。８０％以上１００％以下であると、不連続繊維層１２のキャビティ外への流出をほぼ完全に抑制でき、１００％を超えて１２０％以下であると、不連続繊維層１２の流出を極めて小さく抑制できる。
【００２９】
また、隙間Ｃの高さは、調整可能に構成されていることが好ましい。隙間Ｃの高さは、ストッパＳの高さと、堰部３０の高さにより決まる。よって、ストッパＳと堰部３０とをそれぞれ高さ調整可能に構成することにより、不連続繊維層１２の厚みに応じて、隙間Ｃの高さｈ２を適宜調整できる。
上金型２１のストッパＳの高さ調整方法としては、例えば、ストッパＳの下面、または、ストッパＳと上型支持板２３の間、あるいはこれらの両方に、高さ調整用の板を取り付け、高さを大きくする方法がある。また、下金型２１のストッパＳの高さ調整方法としても、同様に、ストッパＳの上面、または、ストッパＳと下型支持板２４の間、あるいはこれらの両方に、高さ調整用の板を取り付け、高さを大きくする方法がある。
また、堰部３０高さの調整方法として、堰部そのものを取り外し可能な構造としておいて、高さの異なる堰部を取り付け直す方法や、堰部と上金型２１や下金型２２の間に、高さ調整用の金属の板を挿入できる構造としておいて、挿入する板の厚みにより、堰部の高さを大きくする方法などが例示される。
【００３０】
堰部３０の幅（堰部の延設方向に対して垂直面の幅）Ｗｓは、１〜２０ｍｍとすることが好ましい。幅Ｗｓが１ｍｍ以上であると、不連続繊維層１２の流出を効果的に抑制できる。一方、幅Ｗｓが２０ｍｍ以下であると、堰部３０が連続繊維層１１に食い込んで堰部３０と連続繊維層１１とが強く密着したとしても、金型２０を問題なく開くことができる。
【００３１】
以上の例では、連続繊維層１１の片面のみに不連続繊維層１２が積層したシート材料１０をプレス成形する場合を示したが、図１０に示すように、連続繊維層１１の両面において、その中央を含む一部に不連続繊維層１２が積層したシート材料５０についても、プレス成形することができる。
【００３２】
図１０のシート材料５０のプレス成形には、例えば図１１の金型６０を用いる。この金型６０においては、上金型２１のキャビティ面２１ａの外周縁だけでなく下金型２２のキャビティ面２２ａの外周縁にも堰部３０が設けられ、金型６０を閉じた際には、上下の堰部３０間に連続繊維層１１がキャビティ外へ延出する隙間Ｃが形成される。このような金型６０を用いることにより、金型６０を閉めた時には、上金型２１に設けられた堰部３０は、連続繊維層１１の上面に積層した不連続繊維層１２の流出を抑制し、下金型２２に設けられた堰部３０は、連続繊維層１１の下面に積層した不連続繊維層１２の流出を抑制する。一方、これら堰部３０間の隙間Ｃからは、連続繊維層１１がキャビティ外へ延出する。
このように図１０に示す構成のシート材料５０を用いた場合でも、図１１に示す構成の金型６０を用いることによって、不連続繊維層１２のキャビティ外への流出によるバリの発生や、連続繊維層１１の周縁部が上金型と下金型との間に挟み込まれて金型が開かなくなるといった問題を防止できる。
【００３３】
成形工程におけるプレス成形の条件は、不連続繊維層１２および連続繊維層１１に使用されている熱可塑性樹脂の種類にもよるが、例えば金型２０，６０の設定温度を（樹脂の融点またはガラス転移温度−１００）℃〜（樹脂の融点またはガラス転移温度）℃とし、成形圧力３．０〜３０ＭＰａ、保持時間０．５〜１０分間の条件とすることが好ましい。
【００３４】
また、成形工程においては、得られた成形品における連続繊維層１１の皺の発生を抑制するために、枠体内に設けられた弾性体にシート材料１０，５０の連続繊維層１１を取り付け、連続繊維層１１にテンションを加えながらシート材料１０，５０をプレス成形することが好ましい。
具体的には、例えば図１２に示すように、連続繊維層１１の四つの頂点と四辺の中央部との合計８ヶ所にクランプ７１を取り付け、一方、枠体７２の内側四隅と、縦枠および横枠の内側中央部との合計８ケ所にもクランプ７３を取り付け、対応するクランプ７１，７３にコイルスプリング７４を１つずつ設けることで、連続繊維層１１を含むシート材料１０を枠体７２内に取り付ける。そして、図１３に示すように枠体７２ごと、シート材料１０を下金型２２のキャビティ面上に配置し、ついで、プレス成形する。
【００３５】
なお、この例では、連続繊維層１１の周縁部の８ケ所に略等間隔にコイルスプリング７４を配置することによって、連続繊維層１１全体に対して、できるだけ均質に外方向への張力が加わるようにしているが、コイルスプリング７４の使用数や取付箇所は、連続繊維層１１の形状、枠体７２の形状、得られる成形品の形状などに応じて、適宜設定できる。また、弾性体としても、コイルスプリング７４に限定されず、コイルスプリング以外のバネや、耐熱性のあるゴム体なども使用できるし、その弾性の程度も、材料の種類や、目的とする成形品の形状などに応じて適宜設定できる。
【００３６】
（予備加熱工程）
成形工程の前には、シート材料１０，５０を予備加熱する予備加熱工程を行うことが好ましく、赤外線加熱炉を用いて予備加熱工程を行うことがより好ましい。予備加熱工程を赤外線加熱により行うと、シート材料１０，５０の内部まで均一に加熱でき好適である。予備加熱工程の設定温度は、不連続繊維層１２および連続繊維層１１に使用されている熱可塑性樹脂の種類にもよるが、樹脂の融点またはガラス転移温度〜（樹脂の融点またはガラス転移温度＋１５０）℃の温度である。保持時間は１〜１０分間である。
【００３７】
予備加熱工程では、不連続繊維層１２と連続繊維層１１とを別々に赤外線加熱炉で予備加熱してもよいし、不連続繊維層１２と連続繊維層１１とを重ねてから赤外線加熱炉で予備加熱してもよい。不連続繊維層１２と連続繊維層１１とを別々に予備加熱した場合には、予備加熱後にこれらを重ねて、成形工程を行えばよい。
予備加熱工程においても、連続繊維層１１にはテンションをかけながら予備加熱することが好ましい。これにより、予備加熱工程や予備加熱工程から成形工程への移送途中における連続繊維層１１の変形を抑制できる。具体的には、成形工程と同様に図１２に示すように、枠体７２に取り付けつつ予備加熱する方法が好ましい。このように予備加熱した際には、そのまま枠体７２ごと、シート材料１０，５０を下金型２２のキャビティ面２２ａ上にセットすればよい。
【００３８】
以上の説明では、金型２０，６０の具備する一対の型として、上金型２１が雄型、下金型２２が雌型であり、上金型２１が昇降する上下一対の型を例示したが、これに限定されない。
また、堰部３０は、シート材料１０，５０における不連続繊維層１２に対応するように、シート材料の構成に応じて設けられている限り、一対の型のうち少なくとも一方に形成されていればよい。
【実施例】
【００３９】
以下本発明について、実施例を挙げて具体的に説明する。
（１）不連続繊維強化熱可塑性樹脂からなる不連続繊維層（シート状物（Ａ−１）および（Ａ−２））の製造
強化繊維として炭素繊維（三菱レイヨン社製、品番：ＴＲ５０Ｓ、直径が約７μｍであるフィラメントが１２０００本集束した束状のもの。）を使用し、熱可塑性樹脂としてポリプロピレン（プライムポリマー社製、Ｊ１０８Ｍ、融点１７０℃）を使用し、テープ状材料を得た。具体的には、まず、炭素繊維を開繊しポリプロピレンを含浸させることにより、強化繊維の体積含有率（ＪＩＳ Ｋ ７０７５に準拠）４８％、幅１２ｍｍ、厚み１２０μｍの連続したテープ状材料を製造した。
ついで、この連続したテープ状材料を長さ２５ｍｍに切断してチョップドテープとし、該チョップドテープを二次元的に擬似等方的に分散し、型を用いて加熱プレスし、不連続繊維強化熱可塑性樹脂からなる四角形のシート状物（Ａ−１）を得た。また、同様の手法にて、四角形のシート状物（Ａ−２）を得た。
シート状物（Ａ−１）は、縦Ｌａ３１ｃｍ、横Ｗａ４ｃｍ、厚み４ｍｍ、質量７４ｇ、シート状物（Ａ−２）は、縦Ｌａ３２ｃｍ、横Ｗａ６ｃｍ、厚み４ｍｍ、質量１１５ｇである。
【００４０】
（２）連続繊維強化熱可塑性樹脂からなる連続繊維層（シート状物（Ｂ−１）および（Ｂ−２））の製造
上記（１）で製造したテープ状材料を一方向に引き揃えることにより得られたフィルム状物（縦４７ｃｍ、横１６．８ｃｍ、厚み１２０μｍ）を繊維方向が互いに９０°になるように８枚積層し、加熱プレス成形し、四角形のシート状物（Ｂ−１）を得た。また、積層数を５枚とした以外は同様の手法にて、四角形のシート状物（Ｂ−２）を得た。
シート状物は（Ｂ−１）は、縦Ｌｂ４７ｃｍ、横Ｗｂ１６．８ｃｍ、厚み１ｍｍ、重量１１４ｇ、シート状物（Ｂ−２）は、縦Ｌｂ４７ｃｍ、横Ｗｂ１６．８ｃｍ、厚み０．６ｍｍ、重量７１ｇである。
【００４１】
（３）金型
図２の金型２０を用いた。
ただし、上金型２１に設けられた堰部３０は、その高さｈ１が０〜２ｍｍの間で可変なものであり、高さｈ１に応じて上金型２１のストッパＳと下金型２２のストッパＳとを接触するまで金型２０を閉めた際に形成される隙間の高さｈ２は２〜０ｍｍとなる。また、堰部３０の幅Ｗｓは３ｍｍ、堰部３０の外縁サイズは、縦Ｌｍ４０ｃｍ、横Ｗｍ９．５ｃｍである。
【００４２】
［実施例１］
上述のようにして製造したシート状物（Ａ−１）を２７０℃に加熱した赤外線加熱炉に入れ、３分経過した時に、赤外線加熱炉を開けて、シート状物（Ａ−１）の隣にシート状物（Ｂ−１）を入れて赤外線加熱炉を閉じた。シート状物（Ｂ−１）を入れてから２分間経過した後に、これらシート状物（Ａ−１）および（Ｂ−１）を取り出し、上がシート状物（Ａ−１）、下がシート状物（Ｂ−１）となるように重ねて、図１の構成のシート材料１０とした。
該シート材料１０を下金型２２のキャビティ面２２ａ上に置き、その後、上金型２１のストッパＳと下金型２２のストッパＳとが接触するまで上金型２１を下降させて金型２０を閉め、２分後に金型２０を開き、図８示す成形品（厚み２ｍｍ）４０’を取り出した。
【００４３】
なお、プレス成形前に、上金型２１および下金型２２をあらかじめ１３０℃に加熱しておいた。また、金型２０を閉めた際、シート状物（Ｂ−１）は、隙間Ｃからキャビティ外に延出していた。また、堰部の高さｈ１および隙間Ｃの高さｈ２は、いずれも１ｍｍとしておいた。シート状物（Ｂ−１）の厚みは１ｍｍであるため、隙間Ｃの高さｈ２は、シート状物（Ｂ−１）の厚みの１００％に相当した。
このような実施例１では、何ら問題なく、金型を開くことができた。
【００４４】
得られた成形品４０’において、シート状物（Ａ−１）から形成された部分は、所望のとおり成形でき、トリムする必要はなかった。シート状物（Ｂ−１）から形成された部分については、余分なところをトリムして、図９に示すような最終製品である成形品（縦Ｌ４００ｍｍ、横Ｗ９５ｍｍ、深さＤ２５ｍｍ、質量約１５０ｇ）４０を得た。シート状物（Ｂ−１）から切り落とした部分の質量は約３８ｇであった。
この成形品４０において、シート状物（Ｂ−１）から形成された部分のコーナー部には、皺があった。
実施例１について、表１にまとめる。
【００４５】
[実施例２、３]
堰部の高ｈ１を１．２ｍｍ（実施例２）、０．８ｍｍ（実施例３）とした以外は、実施例１と同様にして、成形品を製造した。この場合、隙間Ｃの高さｈ２は、０．８ｍｍ（実施例２）、１．２ｍｍ（実施例３）となり、それぞれシート状物（Ｂ−１）の厚み（１ｍｍ）の８０％、１２０％に相当した。
実施例２および３について、表１にまとめる。
【００４６】
[実施例４]
シート状物（Ａ−１）を２７０℃に加熱した赤外線加熱炉に入れ、３分経過した時に、赤外線加熱炉を開けて、シート状物（Ａ−１）の隣に、８個のコイルスプリング７４により枠体７２内に取り付けた状態のシート状物（Ｂ−１）を入れて赤外線加熱炉を閉じた。シート状物（Ｂ−１）を入れてから２分間経過した後に、これらシート状物（Ａ−１）および（Ｂ−１）を取り出し、枠体７２に取り付けられたシート状物（Ｂ−１）の上に、シート状物（Ａ−１）を重ねて、図１２のような状態にして、シート材料１０とした。そのシート材料１０を下金型２２のキャビティ面２２ａ上に置いた。それ以降は実施例１と同様にして、成形品４０’を得た。
なお、シート材料１０を下金型２２のキャビティ面２２ａ上に置いた際、シート材料１０の下面と下金型２２におけるキャビティ面の外側の部分との図１３に示す距離Ｌαは、１０ｍｍであった。
得られた成形品４０’において、シート状物（Ａ−１）から形成された部分は、所望のとおり成形でき、トリムする必要はなかった。シート状物（Ｂ−１）から形成された部分については、余分なところをトリムし、成形品４０を得た。シート状物（Ｂ−１）からトリムした部分の質量は約３８ｇであった。
この成形品４０において、シート状物（Ｂ−１）から形成された部分には皺がなく、外観が良好であった。
実施例４について、表１にまとめる。
【００４７】
[比較例１]
堰部が設けられていない金型を用いた以外は、実施例１と同様にして成形品を製造した。使用した金型は、堰部が設けられていないため、金型を閉めた際に、キャビティの外縁部における上金型と下金型の間には、２ｍｍの隙間が生じ、プレス成形時には、この隙間からシート状物（Ａ−１）が多量に流出した。そのため、成形品にはバリが多く認められ、シート状物（Ａ―１）から形成された部分の端面もトリムする必要が生じた。
比較例１について、表１にまとめる。
【００４８】
[比較例２]
堰部の高さｈ１を２ｍｍとした以外は、実施例１と同様にして成形品を製造した。堰部の高さｈ１が２ｍｍであるため、金型を閉めた際に、キャビティの外縁部における上金型と下金型の間には隙間が生じず、そのため、この部分にシート状物（Ｂ−１）が強固に挟み込まれ、金型が開かなくなった。
比較例２について、表１にまとめる。
【００４９】
【表１】
【００５０】
［実施例５］
シート状物（Ａ−１）に代えてシート状物（Ａ−２）を用い、シート状物（Ｂ−１）に代えてシート状物（Ｂ−２）を用い、堰部の高さｈ１を１．４ｍｍ、隙間Ｃの高さｈ２を０．６ｍｍとし、赤外線加熱炉にシート材料（Ａ−２）を入れた後３．５分経過した時にシート状物（Ｂ−２）を入れ、シート状物（Ｂ−２）を入れてから１．５分間経過した後にシート状物（Ａ−２）および（Ｂ−２）を取り出した以外は、実施例１と同様にして成形品４０’を得た。隙間Ｃの高さｈ２は、シート状物（Ｂ−２）の厚み（０．６ｍｍ）の１００％に相当した。
得られた成形品４０’において、シート状物（Ａ−２）から形成された部分は、所望のとおり成形でき、トリムする必要はなかった。シート状物（Ｂ−２）から形成された部分については、余分なところをトリムして、最終製品である成形品（縦Ｌ４００ｍｍ、横Ｗ９５ｍｍ、深さＤ２５ｍｍ、質量約１５０ｇ）４０を得た。シート状物（Ｂ−２）から切り落とした部分の質量は約３６ｇであった。
この成形品４０において、シート状物（Ｂ−２）から形成された部分のコーナー部には、皺があった。
実施例５について、表２にまとめる。
【００５１】
［実施例６、７］
堰部の高ｈ１を１．５ｍｍ（実施例６）、１．３ｍｍ（実施例７）とした以外は、実施例５と同様にして、成形品４０を製造した。この場合、隙間Ｃの高さｈ２は、０．５ｍｍ（実施例６）、０．７ｍｍ（実施例７）となり、それぞれシート状物（Ｂ−２）の厚み（０．６ｍｍ）の８３％、１１７％に相当した。
実施例６および７について、表２にまとめる。
【００５２】
［実施例８］
シート状物（Ａ−２）を２７０℃に加熱した赤外線加熱炉に入れ、３．５分経過した時に、赤外線加熱炉を開けて、シート状物（Ａ−２）の隣に、８個のコイルスプリング７４により枠体７２内に取り付けた状態のシート状物（Ｂ−２）を入れて赤外線加熱炉を閉じた。シート状物（Ｂ−２）を入れてから２分間経過した後に、これらシート状物（Ａ−２）および（Ｂ−２）を取り出し、枠体に取り付けられたシート状物（Ｂ−２）の上に、シート状物（Ａ−２）を重ねて、図１２のような状態にして、シート材料１０とした。そのシート材料１０を下金型２２のキャビティ面２２ａ上に置いた。それ以降は実施例５と同様にして、成形品４０’を得た。
なお、シート材料１０を下金型２２のキャビティ面上に置いた際、シート材料１０の下面と下金型２２におけるキャビティ面の外側の部分との図１３に示す距離Ｌαは、１０ｍｍであった。
得られた成形品４０’において、シート状物（Ａ−２）から形成された部分は、所望のとおり成形でき、トリムする必要はなかった。シート状物（Ｂ−２）から形成された部分については、余分なところをトリムし、成形品４０を得た。シート状物（Ｂ−２）からトリムした部分の質量は約３６ｇであった。
この成形品４０において、シート状物（Ｂ−２）から形成された部分には皺がなく、外観が良好であった。
実施例８について、表２にまとめる。
【００５３】
[比較例３]
堰部が設けられていない金型を用いた以外は、実施例５と同様にして成形品を製造した。使用した金型は、堰部が設けられていないため、金型を閉めた際に、キャビティの外縁部における上金型と下金型の間には、２ｍｍの隙間が生じ、プレス成形時には、この隙間からシート状物（Ａ−２）が多量に流出した。そのため、成形品にはバリが多く認められ、シート状物（Ａ―２）から形成された部分の端面もトリムする必要が生じた。
比較例３について、表２にまとめる。
【００５４】
[比較例４]
堰部の高さｈ１を２ｍｍとした以外は、実施例５と同様にして成形品を製造した。堰部の高さｈ１が２ｍｍであるため、金型を閉めた際に、キャビティの外縁部における上金型と下金型の間には隙間が生じず、そのため、この部分にシート状物（Ｂ−２）が強固に挟み込まれ、金型が開かなくなった。
比較例４について、表２にまとめる。
【００５５】
【表２】
【符号の説明】
【００５６】
１０，５０ シート材料
１１ 連続繊維層
１２ 不連続繊維層
２１ 上金型
２２ 下金型
２３ 上金型支持板
２４ 下金型支持板
３０ 堰部
４０’，４０ 成形品
７４ コイルスプリング（弾性体）
７２ 枠体
７１、７３ クランプ
Ｃ 隙間
Ｓ ストッパ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続繊維強化熱可塑性樹脂層の少なくとも片面の一部に、不連続繊維強化熱可塑性樹脂層が積層したシート材料をプレス成形し、繊維強化熱可塑性樹脂成形品を製造するための金型であって、
キャビティの外周縁には、当該金型を閉めた時に前記不連続繊維強化熱可塑性樹脂層の前記キャビティ外への流出を防止する枠状の堰部が、前記連続繊維強化熱可塑性樹脂層を前記キャビティ外へと延出させる隙間を形成しつつ設けられている金型。
【請求項２】
前記隙間の高さが調整可能である、請求項１に記載の金型。
【請求項３】
前記隙間の高さは、前記連続繊維強化熱可塑性樹脂層の厚みの８０〜１２０％である、請求項１または２に記載の金型。
【請求項４】
前記堰部の幅は、１〜２０ｍｍである、請求項１ないし３のいずれか一項に記載の金型。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか一項に記載の金型を用いて前記シート材料をプレス成形する成形工程を有する、繊維強化熱可塑性樹脂成形品の製造方法。
【請求項６】
前記不連続繊維強化熱可塑性樹脂層に含まれる強化繊維は、体積含有率が２０〜６０％で、長さが５〜１００ｍｍである、請求項５に記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形品の製造方法。
【請求項７】
前記不連続繊維強化熱可塑性樹脂層は、連続した強化繊維を一方向に引き揃えて熱可塑性樹脂を含浸した厚み３０〜３００μｍ、幅５〜３０ｍｍのテープ状材料を長さ５〜１００ｍｍにカットしてチョップドテープとし、該チョップドテープを分散させて加熱プレス成形したものからなる、請求項５または６のいずれか一項に記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形品の製造方法。
【請求項８】
前記連続繊維強化熱可塑性樹脂層に含まれる強化繊維は、体積含有率が３０〜７０％である、請求項５ないし７のいずれか一項に記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形品の成形方法。
【請求項９】
前記連続繊維強化熱可塑性樹脂層は、
連続した強化繊維を一方向に引き揃えて熱可塑性樹脂を含浸した一方向性のシート材を積層した積層材、連続した強化繊維を一方向に引き揃えて熱可塑性樹脂を含浸したテープ状材料を製織してなるクロス材、強化繊維の織物に熱可塑性樹脂を含浸させたクロス材からなる群より選ばれる１つ以上を加熱プレス成形したものからなる、請求項５ないし８のいずれか一項に記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形品の成形方法。
【請求項１０】
前記成形工程では、枠体内に設けられた弾性体に前記シート材料の前記連続繊維強化熱可塑性樹脂層を取り付け、前記連続繊維強化熱可塑性樹脂層にテンションを加えながら前記プレス成形する、請求項５ないし９のいずれか一項に記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形品の成形方法。
【請求項１１】
前記成形工程の前に、前記不連続繊維強化熱可塑性樹脂層と、前記連続繊維強化熱可塑性樹脂層とを別々に赤外線加熱炉で予備加熱する予備加熱工程を有する、請求項５ないし１０のいずれか一項に記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形品の製造方法。
【請求項１２】
前記成形工程の前に、前記不連続繊維強化熱可塑性樹脂層と、前記連続繊維強化熱可塑性樹脂層とを重ねて赤外線加熱炉で予備加熱する予備加熱工程を有する、請求項５ないし１０のいずれか一項に記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形品の製造方法。
【請求項１３】
前記予備加熱工程では、枠体内に設けられた弾性体に前記連続繊維強化熱可塑性樹脂層を取り付け、前記連続繊維強化熱可塑性樹脂層にテンションを加えながら予備加熱する、請求項１１または１２のいずれか一項に記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形品の製造方法。
【請求項１４】
請求項５ないし１３のいずれか一項に記載の製造方法により製造された、繊維強化熱可塑性樹脂成形品。
【請求項１】
連続繊維強化熱可塑性樹脂層の少なくとも片面の一部に、不連続繊維強化熱可塑性樹脂層が積層したシート材料をプレス成形し、繊維強化熱可塑性樹脂成形品を製造するための金型であって、
キャビティの外周縁には、当該金型を閉めた時に前記不連続繊維強化熱可塑性樹脂層の前記キャビティ外への流出を防止する枠状の堰部が、前記連続繊維強化熱可塑性樹脂層を前記キャビティ外へと延出させる隙間を形成しつつ設けられている金型。
【請求項２】
前記隙間の高さが調整可能である、請求項１に記載の金型。
【請求項３】
前記隙間の高さは、前記連続繊維強化熱可塑性樹脂層の厚みの８０〜１２０％である、請求項１または２に記載の金型。
【請求項４】
前記堰部の幅は、１〜２０ｍｍである、請求項１ないし３のいずれか一項に記載の金型。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか一項に記載の金型を用いて前記シート材料をプレス成形する成形工程を有する、繊維強化熱可塑性樹脂成形品の製造方法。
【請求項６】
前記不連続繊維強化熱可塑性樹脂層に含まれる強化繊維は、体積含有率が２０〜６０％で、長さが５〜１００ｍｍである、請求項５に記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形品の製造方法。
【請求項７】
前記不連続繊維強化熱可塑性樹脂層は、連続した強化繊維を一方向に引き揃えて熱可塑性樹脂を含浸した厚み３０〜３００μｍ、幅５〜３０ｍｍのテープ状材料を長さ５〜１００ｍｍにカットしてチョップドテープとし、該チョップドテープを分散させて加熱プレス成形したものからなる、請求項５または６のいずれか一項に記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形品の製造方法。
【請求項８】
前記連続繊維強化熱可塑性樹脂層に含まれる強化繊維は、体積含有率が３０〜７０％である、請求項５ないし７のいずれか一項に記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形品の成形方法。
【請求項９】
前記連続繊維強化熱可塑性樹脂層は、
連続した強化繊維を一方向に引き揃えて熱可塑性樹脂を含浸した一方向性のシート材を積層した積層材、連続した強化繊維を一方向に引き揃えて熱可塑性樹脂を含浸したテープ状材料を製織してなるクロス材、強化繊維の織物に熱可塑性樹脂を含浸させたクロス材からなる群より選ばれる１つ以上を加熱プレス成形したものからなる、請求項５ないし８のいずれか一項に記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形品の成形方法。
【請求項１０】
前記成形工程では、枠体内に設けられた弾性体に前記シート材料の前記連続繊維強化熱可塑性樹脂層を取り付け、前記連続繊維強化熱可塑性樹脂層にテンションを加えながら前記プレス成形する、請求項５ないし９のいずれか一項に記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形品の成形方法。
【請求項１１】
前記成形工程の前に、前記不連続繊維強化熱可塑性樹脂層と、前記連続繊維強化熱可塑性樹脂層とを別々に赤外線加熱炉で予備加熱する予備加熱工程を有する、請求項５ないし１０のいずれか一項に記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形品の製造方法。
【請求項１２】
前記成形工程の前に、前記不連続繊維強化熱可塑性樹脂層と、前記連続繊維強化熱可塑性樹脂層とを重ねて赤外線加熱炉で予備加熱する予備加熱工程を有する、請求項５ないし１０のいずれか一項に記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形品の製造方法。
【請求項１３】
前記予備加熱工程では、枠体内に設けられた弾性体に前記連続繊維強化熱可塑性樹脂層を取り付け、前記連続繊維強化熱可塑性樹脂層にテンションを加えながら予備加熱する、請求項１１または１２のいずれか一項に記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形品の製造方法。
【請求項１４】
請求項５ないし１３のいずれか一項に記載の製造方法により製造された、繊維強化熱可塑性樹脂成形品。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１３−６７０５１（Ｐ２０１３−６７０５１Ａ）
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０６０４０（Ｐ２０１１−２０６０４０）
【出願日】平成２３年９月２１日（２０１１．９．２１）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２２年度独立行政法人新エネルギー・産業技術開発機構 サステナブルハイパーコンポジット技術の開発における委託研究による発明で産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願である。
【出願人】（０００００６０３５）三菱レイヨン株式会社 (2,875)
【出願人】（０００００３１６０）東洋紡株式会社 (3,622)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２１日（２０１１．９．２１）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２２年度独立行政法人新エネルギー・産業技術開発機構 サステナブルハイパーコンポジット技術の開発における委託研究による発明で産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願である。
【出願人】（０００００６０３５）三菱レイヨン株式会社 (2,875)
【出願人】（０００００３１６０）東洋紡株式会社 (3,622)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]