(57)【要約】【課題】成形される成形体の密度及び質量のばらつきを容易に抑制して成形体の強度のばらつきを抑えることができる成形体の成形方法を得る。【解決手段】成形型２０のキャビティ２４内における平面視でコマ３０よりも内側の領域である製品成形用領域２４Ｘに、成形体の質量の目標値よりも大きい質量のＳＭＣ１２を配置し、かつ成形型２０でプレス成形した場合に製品成形用領域２４Ｘに成形される成形体の密度及び質量が予め設定した目標値となるようにキャビティ２４内のＳＭＣ１２の質量に応じてコマ３０の突出量を調整した状態で、ＳＭＣ１２を成形型２０でプレス成形する。その後、キャビティ２４内でプレス成形されたもののうち平面視で製品成形用領域２４Ｘよりも外側の部分を切除する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
短繊維と樹脂とを含んで構成された繊維強化樹脂材を成形材料として、密閉可能なキャビティを有する成形型を用いて成形体を成形する成形体の成形方法であって、
前記成形型の前記キャビティ内における平面視での外周側には前記キャビティの深さ方向に沿う方向の突出量を変えることで前記キャビティ内の容積を変更させる容積調整部が全周に亘って設けられており、
前記成形型の前記キャビティ内における平面視で前記容積調整部よりも内側の領域である製品成形用領域に、前記成形体の質量の目標値よりも大きい質量の前記繊維強化樹脂材を配置し、かつ前記成形型でプレス成形した場合に前記製品成形用領域に成形される前記成形体の密度及び質量が予め設定した目標値となるように前記キャビティ内の前記繊維強化樹脂材の質量に応じて前記容積調整部の突出量を調整した状態で、前記繊維強化樹脂材を前記成形型でプレス成形し、その後、前記キャビティ内でプレス成形されたもののうち平面視で前記製品成形用領域よりも外側の部分を切除する、成形体の成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成形体の成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、不連続炭素繊維と樹脂とを含む成形材料を成形型に配置して成形体を製造する方法が開示されている。この技術では、成形型が密閉可能なキャビティとなる部分を有し、成形型に配置する成形材料の投影面積が成形型キャビティの投影面積超となっており、成形材料が流動して成形体の端部を形成し、成形材料の流動する距離が０ｍｍ超１５０ｍｍ以下となっている。これにより、プレス成形後に余肉部分を切除する工程が必要なく、材料ロス及び時間ロスが発生しないようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５９５２５１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記先行技術による場合、配置される成形材料の密度にばらつきがあると、成形される成形体の密度及び質量に影響が出てしまう。このため、成形される成形体の密度及び質量のばらつきを容易に抑制して成形体の強度のばらつきを抑えるという点で改善の余地がある。
【０００５】
本発明は、上記事実を考慮して、成形される成形体の密度及び質量のばらつきを容易に抑制して成形体の強度のばらつきを抑えることができる成形体の成形方法を得ることが目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載する本発明の成形体の成形方法は、短繊維と樹脂とを含んで構成された繊維強化樹脂材を成形材料として、密閉可能なキャビティを有する成形型を用いて成形体を成形する成形体の成形方法であって、前記成形型の前記キャビティ内における平面視での外周側には前記キャビティの深さ方向に沿う方向の突出量を変えることで前記キャビティ内の容積を変更させる容積調整部が全周に亘って設けられており、前記成形型の前記キャビティ内における平面視で前記容積調整部よりも内側の領域である製品成形用領域に、前記成形体の質量の目標値よりも大きい質量の前記繊維強化樹脂材を配置し、かつ前記成形型でプレス成形した場合に前記製品成形用領域に成形される前記成形体の密度及び質量が予め設定した目標値となるように前記キャビティ内の前記繊維強化樹脂材の質量に応じて前記容積調整部の突出量を調整した状態で、前記繊維強化樹脂材を前記成形型でプレス成形し、その後、前記キャビティ内でプレス成形されたもののうち平面視で前記製品成形用領域よりも外側の部分を切除する。なお、請求項１に記載の「平面視で」とは、「キャビティの深さ方向に見て」を意味する（この明細書において同じ）。
【０００７】
上記構成によれば、成形型の密閉可能なキャビティ内における平面視での外周側にはキャビティの深さ方向に沿う方向の突出量を変えることでキャビティ内の容積を変更させる容積調整部が全周に亘って設けられている。成形型のキャビティ内における平面視で容積調整部よりも内側の領域である製品成形用領域に、成形体の質量の目標値よりも大きい質量の繊維強化樹脂材を配置し、かつ成形型でプレス成形した場合に製品成形用領域に成形される成形体の密度及び質量が予め設定した目標値となるようにキャビティ内の繊維強化樹脂材の質量に応じて容積調整部の突出量を調整した状態で、繊維強化樹脂材を成形型でプレス成形する。これにより、製品成形用領域に成形される成形体の密度及び質量のばらつきが容易に抑制される。その後、キャビティ内でプレス成形されたもののうち平面視で製品成形用領域よりも外側の部分を切除する。
【発明の効果】
【０００８】
以上説明したように、本発明の成形体の成形方法によれば、成形される成形体の密度及び質量のばらつきを容易に抑制して成形体の強度のばらつきを抑えることができるという優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態に係る成形体の成形方法の圧延成形のイメージを説明するための模式的な平面図である。
【図２】図２（Ａ）はＳＭＣを成形型のキャビティに配置した状態を示す模式的な縦断面図（図１の２Ａ−２Ａ線に沿った位置で切断した拡大縦断面図に相当する図）である。図２（Ｂ）は図２（Ａ）において配置されたＳＭＣをプレス成形している状態を示す模式的な縦断面図である。
【図３】図３（Ａ）は、図２（Ａ）に示されるＳＭＣとは別のＳＭＣを成形型のキャビティに配置した状態を示す模式的な縦断面図である。図３（Ｂ）は図３（Ａ）において配置されたＳＭＣをプレス成形している状態を示す模式的な縦断面図である。
【図４】比較例に係る成形体の成形方法の圧延成形のイメージを説明するための模式的な平面図である。
【図５】図５（Ａ）はＳＭＣを比較例に係る成形型に配置した状態を示す模式的な縦断面図（図４の５Ａ−５Ａ線に沿った位置で切断した拡大縦断面図に相当する図）である。図５（Ｂ）は図５（Ａ）において比較例に係る成形型に配置されたＳＭＣをプレス成形している状態を示す模式的な縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の一実施形態に係る成形体の成形方法について図１〜図５を用いて説明する。図１には、本実施形態に係る成形体の成形方法の圧延成形のイメージを説明するための模式的な平面図が示されている。また、図２には、本実施形態に係る成形体の成形方法における工程が縦断面図で示されている。本実施形態における成形体の成形方法は、短繊維と樹脂とを含んで構成された繊維強化樹脂材としてのシートモールディングコンパウンド（以下、「ＳＭＣ」と略す）１２を成形材料として、密閉可能なキャビティ２４を有する成形型２０（いずれも図２参照）を用いて成形体１０（図２（Ｂ）参照）を成形する方法である。
【００１１】
ＳＭＣに適用される短繊維は、短く切断された（例えば数十ｍｍの）繊維である。この短繊維に適用される強化用の繊維としては、炭素繊維（ＣＦ）、ガラス繊維（ＧＦ）等が挙げられるが、これらのものに限定されるものではない。強化用の繊維は、目的に応じて公知の各種繊維が使用されればよい。なお、本実施形態では、強化用の繊維として、一例として、炭素繊維が使用されている。また、ＳＭＣに適用される樹脂は、本実施形態では、熱硬化性樹脂とされる。なお、ＳＭＣは、例えば市販品の長尺状のＳＭＣを所定のサイズに切り出されたものが使用されるが、その場合には切り出されたＳＭＣ毎に質量及び密度が基本的にばらつくうえ、切り出された各ＳＭＣの部位毎の密度も基本的にばらつく。
【００１２】
本実施形態において成形時に用いられ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（図２（Ｂ）参照）を成形するため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に入り込む凸部であるコア２８が形成されている。なお、上型２６のコア２８及び下型２２のキャビティ２４は、図１では模式化して平面視で三角形状に図示している。
【００１３】
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２４Ａ上に、ＳＭＣ１２が配置される。そして、図２（Ｂ）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等でＳＭＣ１２（図２（Ａ）参照）をプレス成形することにより、成形体１０が成形されるようになっている。
【００１４】
また、成形型２０のキャビティ２４内における平面視での外周側には、キャビティ２４の深さ方向に沿う方向の突出量を変えることでキャビティ２４内の容積を変更させる容積調整部としてのコマ３０が全周に亘って設けられている。また、図１に示される成形型２０のキャビティ２４内における平面視でコマ３０よりも内側の領域は、製品成形用領域２４Ｘとされ、キャビティ２４内においてコマ３０の直上は、製品外となる製品外領域２４Ｙである。製品成形用領域２４Ｘの平面視の形状（図中ではＳＭＣ１２が配置されている部分の形状）は、成形型２０のキャビティ２４における平面視の形状よりも一回り小さい相似形とされている。
【００１５】
図２（Ａ）に示されるコマ３０は、キャビティ２４の一部を形成する面を備え、昇降機構３２（模式化して図示）によって上下方向に昇降可能に配置されている。昇降機構３２は、制御部３４（ブロック化した図示）に接続されている。制御部３４は、ユーザによって予め入力された最終的な成形体１０（図２（Ｂ）参照）の予定質量と、キャビティ２４に配置されたＳＭＣ１２の質量と、の差分に基づいて、コマ３０が所定位置（キャビティ２４の容積を所望の容積にする位置）に配置されるように、昇降機構３２の作動を制御する。より具体的に説明すると、制御部３４は、成形型２０でプレス成形した場合に製品成形用領域２４Ｘに成形される成形体１０（図２（Ｂ）参照）の密度及び質量が予め設定した目標値となるようにキャビティ２４内のＳＭＣ１２の質量に応じてコマ３０の突出量を調整するように、昇降機構３２の作動を制御する。
【００１６】
なお、図３（Ａ）は、図２（Ａ）に示されるＳＭＣ１２とは別のＳＭＣ１４を成形型２０に配置した状態を示す模式的な縦断面図であり、図３（Ｂ）は図３（Ａ）において配置されたＳＭＣ１４をプレス成形している状態を示す模式的な縦断面図である。補足すると、ＳＭＣ１４はＳＭＣ１２よりも質量が大きく、この場合、キャビティ２４の容積を図２（Ａ）に示されるキャビティ２４の容積よりも大きくする必要があるので、図２（Ａ）に示されるコマ３０の位置よりも図３（Ａ）に示されるコマ３０の位置は下げられている。
【００１７】
また、図２及び図３において、ＳＭＣ１２、１４及び成形体１０の中に示される丸は、短繊維の粗密の一例を模式的に示したものである。図２（Ａ）及び図３（Ａ）において、大きい丸は密の状態、小さい丸は粗の状態を示している。図２（Ｂ）及び図３（Ｂ）に示されるように、プレス成形後は、短繊維の粗密が平均化される。なお、図３（Ｂ）では便宜上、成形された成形体に、図２（Ｂ）に図示される成形体の符号と同じ符号を付している。
【００１８】
次に、図４及び図５に示される比較例に係る成形体の成形方法について概説した後、本実施形態に係る成形体の成形方法について説明する。図４には、比較例に係る成形体の成形方法の圧延成形のイメージを説明するための模式的な平面図が示され、図５には、比較例に係る成形体の成形方法における工程が縦断面図で示されている。
【００１９】
比較例に係る成形体の成形方法は、ＳＭＣ１０２を成形材料として、密閉されないキャビティ１１４を有する成形型１１０（いずれも図５参照）を用いて成形体１００（図５（Ｂ）の二点鎖線Ｃ、Ｄの間の部分）を成形する方法であり、大量生産が可能な方法である。図５（Ａ）に示されるように、比較例に係る成形型１１０は、固定側である下型１１２と、下型１１２に対して昇降移動する可動側である上型１１６と、を有している。下型１１２には、成形体１００（図５（Ｂ）参照）を成形するための凹部であるキャビティ１１４が形成されており、上型１１６は、キャビティ１１４に入り込み可能に配置されている。
【００２０】
図４及び図５（Ａ）に示されるように、下型１１２のキャビティ１１４内における底面１１４Ａの中央部上に、平面視で円形状（つまり平面視で、成形される形状とは異なる形状）に切り出されたＳＭＣ１０２が配置される。比較例で配置されるＳＭＣ１０２の質量は、最終的な成形体１００（図５（Ｂ）の二点鎖線Ｃ、Ｄの間の部分参照）の予定質量と比べて十分に大きく設定されている。そして、図５（Ｂ）に示されるように、上型１１６を下降させつつ、ＳＭＣ１０２（図５（Ａ）参照）をプレス成形すると、成形材料の一部は平面視で上型１１６と重なる領域から外側に流動し（つまりオーバーフローし）、上型１１６と重なる部分（図中の二点鎖線Ｃ、Ｄの間）に成形体１００が成形されるようになっている。
【００２１】
図４において、点線の矢印は、プレス成形時におけるＳＭＣ１０２の繊維の移動方向の例を示し、二点鎖線の矢印１２０、１２２は、オーバーフローする方向の一部を示す。なお、図４及び図５（Ｂ）において、成形材料のうち上型１１６と重ならないオーバーフロー部分は切除される。
【００２２】
この比較例では、成形型１１０のキャビティ１１４が密閉されないので、成形材料のうち上型１１６と重ならない部分では成形圧力が逃げてしまう。このため、上型１１６と重なる部分に形成される成形体１００の全体密度及び質量をコントロールすることができず、成形体１００の各部位の密度のばらつきを抑えることもできない。
【００２３】
また、この比較例では、図４に示されるように、平面視において、プレス成形するために配置されたＳＭＣ１０２の周端から上型１１６の周端までの距離が大きくばらついている。例えば、平面視において、上型１１６の周端のうちコーナ側では、ＳＭＣ１０２の周端からの距離が長く、上型１１６の周端のうち直線部の中央部側では、ＳＭＣ１０２の周端からの距離が短い。つまり、この比較例では、上型１１６と重なる領域には、ＳＭＣ１０２の外周側で充填可能空間が大きい領域（プレス成形時に上型１１６と重なる領域でのＳＭＣ１０２の流動量が大きくなるコーナ側の領域）とＳＭＣ１０２の外周側で充填可能空間が小さい領域（プレス成形時に上型１１６と重なる領域でのＳＭＣ１０２の流動量が小さくなる非コーナ側の領域）とが存在する。このため、この比較例では、オーバーフローする材料が多いエリア（例えば図５の二点鎖線の矢印１２０参照）とオーバーフローする材料が少ないエリア（例えば図５の二点鎖線の矢印１２２参照）とが生じる。
【００２４】
以上により、前記比較例では、流動に伴って成形体における強化繊維の配向がばらつく領域、言い換えれば、成形体の異方性の領域が大きくなり、成形精度や材料物性への影響が大きくなる。また、無駄な材料が多く発生し、歩留まりが悪い。
【００２５】
これに対し、本実施形態では、次のようにして成形体１０（図２（Ｂ）参照）が成形される。まず、図１に示される成形型２０のキャビティ２４内における平面視でコマ３０よりも内側の領域である製品成形用領域２４Ｘに、成形体１０（図２（Ｂ）参照）の質量の目標値よりも大きい質量のＳＭＣ１２を配置し、かつ成形型２０でプレス成形した場合に製品成形用領域２４Ｘに成形される成形体１０（図２（Ｂ）参照）の密度及び質量が予め設定した目標値となるようにキャビティ２４内のＳＭＣ１２の質量に応じて図２（Ａ）に示されるようにコマ３０の突出量を調整した状態で、ＳＭＣ１２を成形型２０でプレス成形する（図２（Ｂ）参照）。これにより、図２（Ｂ）に示される製品成形用領域２４Ｘに成形される成形体１０の密度及び質量のばらつきが容易に抑制される。なお、熱硬化性樹脂を含んで構成されたＳＭＣ１２は加熱により硬化される。その後、キャビティ２４内でプレス成形されたもののうち平面視で製品成形用領域２４Ｘよりも外側の部分（図２（Ｂ）では二点鎖線Ａ、Ｂに対してそれぞれ製品成形用領域２４Ｘの側とは反対側に配置される部分）を切除する。
【００２６】
また、本実施形態では、図１に示されるＳＭＣ１２の平面視の形状は、製品成形用領域２４Ｘと同様の形状、言い換えれば、成形型２０のキャビティ２４における平面視の形状よりも一回り小さい相似形とされており、平面視で成形型２０のキャビティ２４の中心位置とＳＭＣ１２の中心位置とが一致するように、ＳＭＣ１２を成形型２０に配置している。なお、ＳＭＣ１２の平面視の形状は、製品成形用領域２４Ｘの形状よりも一回り小さい形状とされてもよい。その場合も、平面視で成形型２０のキャビティ２４の中心位置とＳＭＣ１２の中心位置とが一致するように、ＳＭＣ１２を成形型２０に配置するのが好ましい。
【００２７】
以上により、本実施形態では、成形体１０の成形時に、成形材料に作用する成形圧力を逃がさずかつ短繊維がキャビティ２４の周端側に流動する距離を全周に亘って小さくできる。補足すると、本実施形態では、成形体１０の成形時に、短繊維の配向が変化し得るような短繊維の流動量が抑えられるので、異方性をもつ領域を小さく抑えることができる。なお、図中では、短繊維の移動方向の例を直線状の実線の矢印で示している。
【００２８】
以上説明したように、本実施形態の成形体の成形方法によれば、成形される成形体１０（図２（Ｂ）参照）の密度及び質量のばらつきを容易に抑制して成形体１０（図２（Ｂ）参照）の強度のばらつきを抑えることができる。すなわち、本実施形態では、成形体（図２（Ｂ）参照）の密度及び質量のばらつきを抑制するために、ＳＭＣをマニュアルで部分的に切除したり追加したりする必要がないので、効率良く製品精度を安定化することができ、高精度の成形体１０（図２（Ｂ）参照）を成形するための時間及びコストを抑えることができる。
【００２９】
以上、本発明の一例について説明したが、本発明は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。
【符号の説明】
【００３０】
１０    成形体
１２    シートモールディングコンパウンド（繊維強化樹脂材）
１４    シートモールディングコンパウンド（繊維強化樹脂材）
２０    成形型
２４    キャビティ
２４Ｘ  製品成形用領域
３０    コマ（容積調整部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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