(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素繊維強化プラスチックからなる被加工物の一方の面に接して静止する刃である静止刃と、
前記被加工物における前記静止刃が位置する側の面である静止刃面の反対側の面である移動刃面側に配設され、前記移動刃面側から前記静止刃面側に向かって移動して前記静止刃と共に前記被加工物に対してせん断力を付与することにより前記被加工物を切断する移動刃と、
前記被加工物を加熱して前記被加工物における切断部分の温度を上昇させる加熱手段と、
前記被加工物に対して前記移動刃の移動方向の押圧力を付与する押圧手段と、
を備え、
前記炭素繊維強化プラスチックが熱硬化型樹脂である場合に、前記加熱手段は、前記被加工物における切断部分を、前記熱硬化型樹脂のガラス転移点の温度を含み、且つ、前記被加工物の物性値が切断に適した値になる温度範囲内まで加熱し、
前記押圧手段は、前記被加工物の切断時に前記被加工物に対して３ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下の範囲内で前記押圧力を付与することを特徴とする炭素繊維強化プラスチック部品用金型。
【請求項２】
前記被加工物に対して押圧力を付与することにより前記被加工物を成形する成形部を有しており、
前記移動刃は、前記成形部によって前記被加工物を成形した後、前記静止刃とによって前記被加工物を切断する請求項１に記載の炭素繊維強化プラスチック部品用金型。
【請求項３】
熱硬化型樹脂である炭素繊維強化プラスチックからなる被加工物を加熱して前記被加工物における切断部分の温度を上昇させ、前記被加工物に対して厚さ方向にせん断力を付与することにより、前記被加工物を切断する際に、前記被加工物における切断部分を、前記熱硬化型樹脂のガラス転移点の温度を含み、且つ、前記被加工物の物性値が切断に適した値になる温度範囲内まで上昇させ、さらに、前記被加工物に対して前記せん断力を付与する方向に３ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下の範囲内で押圧力を付与した状態で、前記被加工物の切断を行うことを特徴とする炭素繊維強化プラスチック部品の製造方法。
【請求項４】
前記被加工物に対して押圧力を付与することにより前記被加工物を成形する手順を含み、
前記被加工物の切断は、前記被加工物の成形を行った金型によって前記被加工物の成形後に行う請求項３に記載の炭素繊維強化プラスチック部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素繊維強化プラスチック部品用金型及び炭素繊維強化プラスチック部品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では、航空機や自動車等の構造部材として、軽量で強度が高い複合部材である、いわゆる炭素繊維強化プラスチック（Ｃａｒｂｏｎ  Ｆｉｂｅｒ  Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  Ｐｌａｓｔｉｃｓ：ＣＦＲＰ）を用いているものがある。このＣＦＲＰは、母体に合成樹脂を使用し、強化材に炭素繊維を用いた複合部材になっており、ゴルフクラブ等、軽さと強度とが求められる様々な分野での構造部材として用いられることが多くなっている。【０００３】
しかし、ＣＦＲＰは強度が高く、製造時における加工が困難なため、従来のＣＦＲＰを用いた構造体の製造時には、金属材料等とは異なる手法で加工を行っているものがある。例えば、特許文献１に記載された複合材料のレーザ加工方法では、ＣＦＲＰをレーザやウォータジェットで切断することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−５６５８３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、レーザやウォータジェットを用いて切断する場合には、レーザ光線やウォータジェットを部材に対して点状に当てながら所望の形状に切断するため、切断作業の開始から完了までに、長い時間を要することになる。このため、短時間で多くのＣＦＲＰを切断するのは困難なものとなり、ＣＦＲＰを用いた部材を量産するのは大変困難なものとなっていた。また、ＣＦＲＰを用いた部材は、このように量産が困難であるため、切断の行い難さは、生産コストの上昇にも繋がっていた。【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ＣＦＲＰの切断を容易に行うことのできる炭素繊維強化プラスチック部品用金型及び炭素繊維強化プラスチック部品の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る炭素繊維強化プラスチック部品用金型は、炭素繊維強化プラスチックからなる被加工物の一方の面に接して静止する刃である静止刃と、前記被加工物における前記静止刃が位置する側の面である静止刃面の反対側の面である移動刃面側に配設され、前記移動刃面側から前記静止刃面側に向かって移動して前記静止刃と共に前記被加工物に対してせん断力を付与することにより前記被加工物を切断する移動刃と、を備えることを特徴とする。【０００８】
また、上記炭素繊維強化プラスチック部品用金型において、前記移動刃は、前記被加工物に接触する刃部の、前記移動刃面に対する前記移動刃の移動方向の傾斜角が１０°未満であることが好ましい。【０００９】
また、上記炭素繊維強化プラスチック部品用金型において、前記移動刃は、移動方向に直交する方向の前記静止刃に対する距離が０．０２５ｍｍより大きく０．０７５ｍｍ未満の範囲内であることが好ましい。【００１０】
また、上記炭素繊維強化プラスチック部品用金型において、前記被加工物を加熱して前記被加工物における切断部分の温度を上昇させる加熱手段を備えることが好ましい。【００１１】
また、上記炭素繊維強化プラスチック部品用金型において、前記炭素繊維強化プラスチックが熱硬化型樹脂である場合に、前記加熱手段は、前記被加工物における切断部分を、前記熱硬化型樹脂のガラス転移点の温度を含み、且つ、前記被加工物の物性値が切断に適した値になる温度範囲内まで加熱することが好ましい。【００１２】
また、上記炭素繊維強化プラスチック部品用金型において、前記被加工物に対して前記移動刃の移動方向の押圧力を付与する押圧手段を有しており、前記押圧手段は、前記被加工物の切断時に前記被加工物に対して３ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下の範囲内で前記押圧力を付与することが好ましい。【００１３】
また、上記炭素繊維強化プラスチック部品用金型において、前記被加工物に対して押圧力を付与することにより前記被加工物を成形する成形部を有しており、前記移動刃は、前記成形部によって前記被加工物を成形した後、前記静止刃とによって前記被加工物を切断することが好ましい。【００１４】
また、上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る炭素繊維強化プラスチック部品の製造方法は、炭素繊維強化プラスチックからなる被加工物に対して厚さ方向にせん断力を付与することにより、前記被加工物を切断することを特徴とする。【００１５】
また、上記炭素繊維強化プラスチック部品の製造方法において、前記被加工物の切断は、前記被加工物の表面に対して、前記せん断力を付与する方向への傾斜角が１０°未満である刃を用いて行うことが好ましい。【００１６】
また、上記炭素繊維強化プラスチック部品の製造方法において、前記被加工物の切断は、前記被加工物の厚さ方向における両側にそれぞれ配設されると共に、前記被加工物に対して前記せん断力を付与する方向に直交する方向の距離が０．０２５ｍｍより大きく０．０７５ｍｍ未満の範囲内である一対の刃を用いて行うことが好ましい。【００１７】
また、上記炭素繊維強化プラスチック部品の製造方法において、前記被加工物を加熱して前記被加工物における切断部分の温度を上昇させる手順を含むことが好ましい。【００１８】
また、上記炭素繊維強化プラスチック部品の製造方法において、前記炭素繊維強化プラスチックが熱硬化型樹脂である場合に、前記被加工物の切断は、前記被加工物における切断部分を、前記熱硬化型樹脂のガラス転移点の温度を含み、且つ、前記被加工物の物性値が切断に適した値になる温度範囲内まで上昇させた状態で行うことが好ましい。【００１９】
また、上記炭素繊維強化プラスチック部品の製造方法において、前記被加工物の切断は、前記被加工物に対して前記せん断力を付与する方向に３ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下の範囲内で押圧力を付与して行うことが好ましい。【００２０】
また、上記炭素繊維強化プラスチック部品の製造方法において、前記被加工物に対して押圧力を付与することにより前記被加工物を成形する手順を含み、前記被加工物の切断は、前記被加工物の成形を行った金型によって前記被加工物の成形後に行うことが好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る炭素繊維強化プラスチック部品用金型及び炭素繊維強化プラスチック部品の製造方法は、ＣＦＲＰの切断を容易に行うことができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、実施形態１に係る炭素繊維強化プラスチック部品用金型の模式図である。
【図２】図２は、図１のＡ部詳細図である。
【図３】図３は、図１のＢ部詳細図である。
【図４】図４は、図２のＣ−Ｃ矢視図である。
【図５】図５は、図３のＤ−Ｄ矢視図である。
【図６】図６は、移動刃の刃先状態の試験の結果についての説明図である。
【図７】図７は、クリアランスに対する切断状態試験の条件についての説明図である。
【図８】図８は、押圧力に対する切断状態試験による評価結果についての説明図である。
【図９】図９は、図１に示す金型でＣＦＲＰ材を切断する際の状態を示す説明図である。
【図１０】図１０は、図９に示すＣＦＲＰ材の切断の開始時の状態を示す説明図である。
【図１１】図１１は、図１０に示すＣＦＲＰ材に押圧部で押圧力を付与している状態を示す説明図である。
【図１２】図１２は、図１１に示すＣＦＲＰ材を切断した状態を示す説明図である。
【図１３】図１３は、切断後のＣＦＲＰ部品を取り出す際の説明図である。
【図１４】図１４は、実施形態２に係る炭素繊維強化プラスチック部品用金型の模式図である。
【図１５】図１５は、温度に対する切断状態の試験を行う際における試料の概略図である。
【図１６】図１６は、温度に対する切断状態試験の条件についての説明図である。
【図１７】図１７は、ガラス転移点近傍の温度変化に対する切断状態の良否試験についての説明図である。
【図１８】図１８は、ＣＦＲＰ材の切断時における切断温度範囲についての説明図である。
【図１９】図１９は、図１４に示す金型でＣＦＲＰ材を成形する前の説明図である。
【図２０】図２０は、図１９に示すＣＦＲＰ材の成形を行う際の説明図である。
【図２１】図２１は、図２０に示すＣＦＲＰ材の成形時の説明図である。
【図２２】図２２は、図２１に示す下型素材保持部を降下させた状態を示す説明図である。
【図２３】図２３は、図２２に示すＣＦＲＰ材を切断した状態を示す説明図である。
【図２４】図２４は、切断後のＣＦＲＰ部品を取り出す際の説明図である。
【図２５】図２５は、実施形態１に係る金型の変形例における移動刃の平面図である。
【図２６】図２６は、図２５の移動刃の変形例を示す説明図である。
【図２７】図２７は、実施形態１に係る金型の変形例におけるＣＦＲＰ材と移動刃との相対角度の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に、本発明に係る炭素繊維強化プラスチック部品用金型及び炭素繊維強化プラスチック部品の製造方法の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、或いは実質的に同一のものが含まれる。
【００２４】
〔実施形態１〕
図１は、実施形態１に係る炭素繊維強化プラスチック部品用金型の模式図である。なお、以下の説明では、本実施形態１に係る金型１の通常の使用態様における上側を、金型１の上側とし、金型１の通常の使用態様における下側を金型１の下側として説明する。図１に示す金型１は、ＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）からなる部品等の製造時に用いる装置の要部になっており、相対的に上側に配設される上型４と、上型４の下方に配設される下型１０とを有している。
【００２５】
この金型１には、静止刃２１と移動刃３１とを有する切断機構２０が設けられており、金型１は、切断機構２０により、ＣＦＲＰからなる被加工物であるＣＦＲＰ材５０（図９参照）の所定の部分を切断可能になっている。切断機構２０は、静止刃２１と移動刃３１とのうち、静止刃２１は下型１０に設けられ、移動刃３１は、上型４と下型１０とに設けられている。切断機構２０は、上型４と下型１０とが離れた状態から、上型４が下型１０に近付くことにより、上型４の移動に伴って移動刃３１が静止刃２１に近付く方向に移動し、この移動刃３１と静止刃２１とによってＣＦＲＰ材５０を切断することが可能になっている。
【００２６】
詳しくは、静止刃２１は、下型１０における上型４に対向する側の面である上面側に、上型４に向う方向に凸状になる形態で配設されている。また、移動刃３１のうち、上型４に設けられる移動刃３１である上型側移動刃３２は、上型４における下型１０に対向する側の面である下面側に設けられており、移動刃３１のうち、下型１０に設けられる移動刃３１である下型側移動刃３３は、下型１０における静止刃２１が配設されている側の面に設けられている。
【００２７】
また、金型１には、油圧発生装置（図示省略）によって発生する油圧が供給可能になっており、上型４は、この油圧によって下型１０との距離が変化する方向に移動可能になっている。また、上型４には、移動方向の力を下型１０に伝達可能な作動力伝達部５が形成されている。
【００２８】
この作動力伝達部５は、下型１０の方向に向かって突出しており、下型１０側の端部近傍に、上型４の移動方向に対して傾斜した面である作動力伝達面６が形成されている。詳しくは、作動力伝達部５は、金型１の平面視における位置が、下型１０に配設される静止刃２１の位置とは異なる位置になって上型４に設けられており、作動力伝達面６は、静止刃２１が配設されている側、及び下方側に面して形成されている。即ち、作動力伝達面６は、作動力伝達部５における下方側の端部から上方に向うに従って、金型１の平面視において静止刃２１が配設されている方向に近付く方向に傾斜している。
【００２９】
また、金型１には、ＣＦＲＰ材５０の切断時に、ＣＦＲＰ材５０に対して移動刃３１の移動方向に押圧力を付与する押圧手段である押圧部４０が設けられており、上型４には、押圧部４０のうちの一部の押圧部４０である上型押圧部４１が取り付けられている。この上型押圧部４１は、上型４における下型１０に対向する側の面である下面側に、圧縮ばねからなる弾性手段である上型スプリング８を介して取り付けられている。このため、上型押圧部４１は、上型４に対して上下方向における位置が変位可能になっており、上型スプリング８からは、下型１０に向う方向の付勢力が付与されている。
【００３０】
また、上型押圧部４１は、上型スプリング８が外部からの力によって縮んでいない状態では、下方側の面、即ち、ＣＦＲＰ材５０に接触する側の面が、上型側移動刃３２の先端に形成される移動側刃部３５よりも、下方側に位置している。
【００３１】
また、下型１０には、上型４の移動時に作動力伝達部５から伝達される力により移動可能な下型作動部１１が設けられている。この下型作動部１１は、金型１の平面視における静止刃２１との距離が変化する方向、つまり、上型４の移動方向を上下方向とする場合における水平方向に移動可能に配設されている。下型側移動刃３３は、この下型作動部１１における静止刃２１に対向する面に設けられている。
【００３２】
また、下型作動部１１には、押圧部４０のうちの一部の押圧部４０である作動部押圧部４２が取り付けられている。この作動部押圧部４２は、下型作動部１１における静止刃２１に対向する側の面である側面側に、圧縮ばねからなる弾性手段である作動部スプリング１６を介して取り付けられている。このため、作動部押圧部４２は、下型作動部１１に対して水平方向における位置、即ち、静止刃２１との距離の方向における位置が変位可能になっており、作動部スプリング１６からは、静止刃２１に向う方向の付勢力が付与されている。
【００３３】
また、作動部押圧部４２は、作動部スプリング１６が外部からの力によって縮んでいない状態では、静止刃２１側の面が、下型側移動刃３３の先端に形成される移動側刃部３５よりも、静止刃２１側に位置している。このように設けられる作動部押圧部４２は、下型作動部１１における下型側移動刃３３が配設されている部分よりも上方側に配設されている。
【００３４】
下型作動部１１には、上型４の移動時における移動方向の力を、上型４の作動力伝達部５から受ける作動力受面１２が形成されている。この作動力受面１２は、下型作動部１１における上型４に対向する側、及び静止刃２１が配設されている側の反対側に面しており、上型４の作動力伝達面６に平行な面として形成されている。即ち、作動力受面１２は、下型作動部１１における下方側から上方に向うに従って、金型１の平面視において静止刃２１が配設されている方向に近付く方向に傾斜している。また、下型作動部１１は、作動力受面１２が、上型４の作動力伝達面６よりも静止刃２１寄りに位置するように配設されており、上型４が下型１０から上方に離れている状態では、作動力受面１２は、作動力伝達面６に対して離間している。
【００３５】
また、静止刃２１における下型側移動刃３３に対向する部分には、下型作動部１１が静止刃２１に近付く方向に移動した際に下型側移動刃３３が静止刃２１に当接しないようにする逃げ部２２が形成されている。逃げ部２２は、静止刃２１における下型作動部１１に対向する面に形成されており、下型側移動刃３３に対向する部分よりも下方側の部分が、下型側移動刃３３に対向する部分よりも上方側の部分よりも、下型作動部１１から離れる方向に凹んで形成されている。
【００３６】
また、静止刃２１における下型作動部１１に対向する面において、逃げ部２２の上方に位置する部分の下端には、ＣＦＲＰ材５０の切断に用いる刃部である静止側刃部２５が形成されている。さらに、静止刃２１には、静止刃２１における上型４に対向する面における上型側移動刃３２が位置する部分側の端部にも同様に、ＣＦＲＰ材５０の切断に用いる刃部である静止側刃部２５が形成されている。
【００３７】
これに対し、上型側移動刃３２及び下型側移動刃３３における静止刃２１側の端部には、ＣＦＲＰ材５０の切断に用いる刃部である移動側刃部３５が形成されている。上型側移動刃３２及び下型側移動刃３３と、静止刃２１とは、それぞれＣＦＲＰ材５０の切断に用いる移動側刃部３５と静止側刃部２５とを有しており、これらの上型側移動刃３２及び下型側移動刃３３と静止刃２１とは、ＣＦＲＰ材５０に対して厚さ方向にせん断力を付与することによりＣＦＲＰ材５０を切断することができる切断機構２０を構成している。即ち、切断機構２０は、静止刃２１と移動刃３１との一対の刃を用いて、ＣＦＲＰ材５０を切断することが可能になっている。
【００３８】
金型１に設けられる押圧部４０は、この静止刃２１と移動刃３１とによってＣＦＲＰ材５０を切断する際にＣＦＲＰ材５０に対してせん断力を付与する方向に、ＣＦＲＰ材５０に対して押圧力を付与することが可能になっている。つまり、上型押圧部４１は、上型４の移動に伴って移動することにより、上型側移動刃３２と静止刃２１とでＣＦＲＰ材５０に対してせん断力を付与する方向への押圧力を、ＣＦＲＰ材５０に対して付与することが可能になっている。同様に、作動部押圧部４２は、上型４に連動する下型作動部１１に伴って移動することにより、下型側移動刃３３と静止刃２１とでＣＦＲＰ材５０に対してせん断力を付与する方向への押圧力を、ＣＦＲＰ材５０に対して付与することが可能になっている。
【００３９】
図２は、図１のＡ部詳細図である。図３は、図１のＢ部詳細図である。上型４の移動に伴って移動可能な移動刃３１は、移動方向に直交する方向における位置が、静止刃２１の静止側刃部２５とは異なっている。詳しくは、上型側移動刃３２は、移動方向に直交する方向における位置、即ち、水平方向における位置が、静止側刃部２５よりも、静止刃２１が位置する側の反対側にずれて配設されている。このため、上型側移動刃３２は、上型側移動刃３２の移動方向において静止側刃部２５が位置する部分にまで移動した場合でも、静止側刃部２５には接触せず、静止側刃部２５から離間して静止側刃部２５の側方に位置するようになっている。
【００４０】
また、下型側移動刃３３は、移動方向に直交する方向における位置、即ち、上下方向における位置が、静止刃２１の逃げ部２２の上端側に形成される静止側刃部２５よりも、逃げ部２２が位置する側にずれて配設されている。このため、下型側移動刃３３は、下型側移動刃３３の移動方向において静止側刃部２５が位置する部分にまで移動した場合でも、静止側刃部２５には接触せず、静止側刃部２５から離間して静止側刃部２５の下方に位置するようになっている。
【００４１】
詳しくは、上型側移動刃３２と下型側移動刃３３との移動刃３１は、それぞれの移動方向において静止刃２１の位置と同じ位置になった場合における、移動刃３１の移動方向に直交する方向の静止刃２１に対する距離である静止刃２１とのクリアランスＴが、０．０２５ｍｍより大きく、０．０７５ｍｍ未満の範囲内になっている。つまり、上型側移動刃３２と下型側移動刃３３とのそれぞれの移動側刃部３５と、各移動側刃部３５に対向する位置に形成される静止側刃部２５とは、それぞれの移動刃３１の移動方向に直交する方向におけるクリアランスＴが、０．０２５ｍｍより大きく、０．０７５ｍｍ未満の範囲内になっている。
【００４２】
また、移動刃３１は、移動側刃部３５の刃先角度が鋭角になって形成されている。つまり、上型側移動刃３２と下型側移動刃３３とは、移動方向における先端で、且つ、移動刃３１の移動方向に直交する方向における静止側刃部２５寄りの位置に移動側刃部３５が形成されており、その断面形状が鋭角になって形成されている。なお、このように鋭角に形成される移動刃３１の刃先角度Ｅは、６０°以上９０°以下の範囲内になっており、６０°が最も好ましい。
【００４３】
図４は、図２のＣ−Ｃ矢視図である。図５は、図３のＤ−Ｄ矢視図である。また、移動刃３１は、刃先が移動刃３１の移動方向に向かって傾斜している。詳しくは、上型側移動刃３２は、先端部分が静止刃２１に向う方向に凸状となり、最も静止刃２１に近い位置から、上型側移動刃３２に対向する静止側刃部２５に沿った水平方向に離れるに従って、静止刃２１から離れる方向に傾斜している。同様に、下型側移動刃３３は、先端部分が静止刃２１に向う方向に凸状となり、最も静止刃２１に近い位置から、下型側移動刃３３に対向する静止側刃部２５に沿った水平方向に離れるに従って、静止刃２１から離れる方向に傾斜している。
【００４４】
即ち、移動刃３１の移動側刃部３５は、移動刃３１の移動方向において最も静止刃２１寄りの位置に山部３６が形成されており、この山部３６から、静止側刃部２５に沿って水平方向に離れるに従って、静止刃２１から離れる方向に傾斜している。このように、山部３６から離れるに従って静止刃２１から離れる方向に傾斜している移動側刃部３５の傾斜角であるシャー角Ｓは、０°より大きく、１０°未満になっている。
【００４５】
また、発明者らは、静止刃２１と移動刃３１とでＣＦＲＰ材に対してせん断力を付与することによってＣＦＲＰ材を切断する際に、適切に切断することができる条件についての試験を行った。次に、この試験の結果について説明する。試験は、移動刃３１の刃先形状に対する切断状態、静止刃２１と移動刃３１とのクリアランスに対する切断状態、ＣＦＲＰ材の切断時にＣＦＲＰ材に付与する押圧力に対する切断状態をそれぞれ観察することにより行った。
【００４６】
まず、移動刃３１の刃先形状に対する切断状態の試験について説明する。試験は、試験機の移動刃として、異なるシャー角を有する複数の移動刃と、静止刃とによってＣＦＲＰ試料を切断する際における移動刃の変位とせん断応力の変化について行う。また、試験は、シャー角が０°、５°、３０°の移動刃を用いて行う。
【００４７】
図６は、移動刃の刃先状態の試験の結果についての説明図である。それぞれのシャー角の移動刃で試験を行った結果、シャー角が０°のものでは、０°時切断状態１５０で示すように、移動刃がＣＦＲＰ試料に接触してからの移動刃の変位に対して、せん断応力が急激に大きくなり、その後、急激に小さくなる。シャー角が５°のものでも同様に、５°時切断状態１５１で示すように、移動刃がＣＦＲＰ試料に接触してからの移動刃の変位に対して、せん断応力が急激に大きくなり、その後、急激に小さくなる。つまり、移動刃のシャー角を０°や５°にした場合は、移動刃がＣＦＲＰ試料に接触後、比較的早期にＣＦＲＰ試料が切断されることがわかった。
【００４８】
これに対し、シャー角が３０°のものでは、３０°時切断状態１５２で示すように、０°や５°のものと比較して、移動刃がＣＦＲＰ試料に接触してからの移動刃の変位に対してせん断応力は大きくなり難く、また、せん断応力は、移動刃の変位量が比較的大きくなっても発生し続ける。つまり、移動刃のシャー角を３０°にした場合は、移動刃がＣＦＲＰ試料に接触した後に、シャー角を０°や５°の場合と比較して、より大きな移動刃の変位を要することがわかった。
【００４９】
次に、静止刃２１と移動刃３１とのクリアランスに対する切断状態の試験について説明する。静止刃２１と移動刃３１とのクリアランスに対する切断状態の試験に用いる試料であるＣＦＲＰ試料は、４０ｍｍ（長さ）×１０ｍｍ（幅）×１．２ｍｍ（０．１５ｍｍ×８層）（厚さ）の矩形の板状のものを使用する。試験は、試験機の移動刃と静止刃とのクリアランスを変化させてＣＦＲＰ試料を切断し、その切断面を観察することにより行う。
【００５０】
図７は、クリアランスに対する切断状態試験の条件についての説明図である。試験の条件としては、切断時の加工速度を１ｍｍ／ｍｉｎ、ＣＦＲＰ試料の押さえ力を１０２ｋｇｆ、押さえ圧を６．６６ＭＰａとした。また、移動刃と静止刃とのクリアランスを３段階で変化させて隙間Ｎｏ．１〜３として試験を行い、各試験でのクリアランスは、隙間Ｎｏ．１では０．０７５ｍｍ、隙間Ｎｏ．２では０．０５０ｍｍ、隙間Ｎｏ．３では０．０２５ｍｍとした。
【００５１】
この条件でＣＦＲＰ試料を切断し、切断後の各観測位置の切断面をマイクロスコープで観察した結果、隙間Ｎｏ．１では、層間剥離は特になく、ケバも少ないが、切断時における寸法誤差が大きくなることが確認された。また、隙間Ｎｏ．３では、切断時における寸法誤差は小さいが、層間剥離が部分的に発生し、ケバも多くなることが確認された。これに対し、隙間Ｎｏ．２では、層間剥離は特になく、ケバも少なく、切断時における寸法誤差も小さいことが確認された。このため、試験より、移動刃と静止刃とのクリアランスは、０．０５ｍｍ程度にすることにより、切断面が良好な状態で切断することができ、寸法誤差も小さくすることが可能になることがわかった。
【００５２】
次に、ＣＦＲＰ材の切断時にＣＦＲＰ材に付与する押圧力に対する切断状態の試験について説明する。ＣＦＲＰ材に付与する押圧力に対する切断状態の試験に用いる試料であるＣＦＲＰ試料は、４０ｍｍ（長さ）×１０ｍｍ（幅）×１．１ｍｍ（０．１５ｍｍ×８層）（厚さ）の矩形の板状のものを使用する。試験は、試験機でＣＦＲＰ試料を切断する際におけるＣＦＲＰ試料に付与する押圧力を変化させてＣＦＲＰ試料を切断し、その切断面を観察することにより行う。
【００５３】
図８は、押圧力に対する切断状態試験による評価結果についての説明図である。押圧力を変化させてＣＦＲＰ試料を切断し、切断後の各観測位置の切断面をマイクロスコープで観察した結果について説明する。この押圧力に対する切断試験では、切断面の層間剥離の長さと、寸法誤差と、ケバの長さについて観察し、その度合いに基づいて、４段階で評価した。評価結果は、図８では評価が悪い側から良い側に向うに従って×、△、○、◎の記号で示した。
【００５４】
図８で示した評価結果より、剥離長さについては、２ＭＰａ〜１２ＭＰａが許容値となり、５ＭＰａ〜９ＭＰａが推奨値となる。また、寸法誤差については、３ＭＰａ〜１２ＭＰａが許容値となり、５ＭＰａ〜９ＭＰａが推奨値となる。また、ケバ長さについては、１ＭＰａ〜１２ＭＰａが許容値となり、２ＭＰａ未満、または１１ＭＰａ以上が推奨値となる。これらより、各評価結果を総合すると、ＣＦＲＰ材の押さえ圧は、３ＭＰａ〜１０ＭＰａが許容値となり、５ＭＰａ〜９ＭＰａが推奨値となることがわかった。
【００５５】
本実施形態１に係る金型１は、以上のごとき構成からなり、以下、その作用、及び本実施形態１に係るＣＦＲＰ部品の製造方法について説明する。図９は、図１に示す金型でＣＦＲＰ材を切断する際の状態を示す説明図である。本実施形態１に係る金型１では、ＣＦＲＰ材５０において、その後の工程で使用する被成形部５１の周囲の不要部分である除去部５６を、被成形部５１から切断することにより除去する。除去部５６の切断を行う際には、上型４を下型１０から離間させた状態で、ＣＦＲＰ材５０の成形用の他の金型で成形を行った後のＣＦＲＰ材５０を、上型４と下型１０との間に配置する。詳しくは、下型１０に凸状に形成される静止刃２１に、成形後のＣＦＲＰ材５０を被せる。
【００５６】
図１０は、図９に示すＣＦＲＰ材の切断の開始時の状態を示す説明図である。ＣＦＲＰ材５０の除去部５６を切断する際には、静止刃２１上にＣＦＲＰ材５０を配置した状態で、油圧発生装置で発した油圧によって上型４を下方に移動させる。これにより、上型側移動刃３２と上型押圧部４１とは、共にＣＦＲＰ材５０に近付く。
【００５７】
また、上型４を下方に移動させた場合、作動力伝達部５の作動力伝達面６が、下型作動部１１の作動力受面１２に接触する。作動力受面１２は、作動力伝達面６よりも静止刃２１寄りに配設されており、作動力伝達面６と作動力受面１２とは、共に下方側から上方に向うに従って、静止刃２１が配設されている方向に近付く方向に傾斜している。
【００５８】
このため、上型４が下方に移動することにより、作動力伝達面６が作動力受面１２に接触した場合、作動力伝達部５を介して下型作動部１１に伝達される上型４からの力は、下型作動部１１を静止刃２１側に移動させる力として下型作動部１１に対して伝達される。これにより、下型作動部１１は、下型側移動刃３３及び作動部押圧部４２と共に、静止刃２１に近付く方向に移動する。
【００５９】
図１１は、図１０に示すＣＦＲＰ材に押圧部で押圧力を付与している状態を示す説明図である。上型４を下方に移動させた場合、上型押圧部４１はＣＦＲＰ材５０に対向する面である下面側がＣＦＲＰ材５０に接触するが、その状態で上型４をさらに下方に移動させると、上型スプリング８には圧縮力が作用し、上型スプリング８は、この力によって縮む。一方、上型押圧部４１は、縮んでいる上型スプリング８からの付勢力により、ＣＦＲＰ材５０に押し付けられ、ＣＦＲＰ材５０に対して押圧力を付与する状態になる。
【００６０】
また、作動力伝達面６が、下型作動部１１の作動力受面１２に接触した状態で上型４を下方に移動させた場合、下型作動部１１は、作動力伝達面６から作動力受面１２に伝達される力により、静止刃２１に近付く方向にさらに移動する。これにより、作動部押圧部４２は、ＣＦＲＰ材５０に対向する面がＣＦＲＰ材５０に接触するが、その状態で上型４をさらに下方に移動させ、下型作動部１１がさらに移動すると、作動部スプリング１６には圧縮力が作用し、作動部スプリング１６は、この力によって縮む。一方、作動部押圧部４２は、縮んでいる作動部スプリング１６からの付勢力により、ＣＦＲＰ材５０に押し付けられ、ＣＦＲＰ材５０に対して押圧力を付与する状態になる。
【００６１】
ＣＦＲＰ材５０を切断するために、上型４を下型１０側に移動させた場合には、上型押圧部４１と作動部押圧部４２とからＣＦＲＰ材５０に対して押圧力を付与するが、この場合における押圧力は、３ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下の範囲内とし、好ましくは、５ＭＰａ以上９ＭＰａ以下の範囲内にすることが望ましい。
【００６２】
図１２は、図１１に示すＣＦＲＰ材を切断した状態を示す説明図である。これらの押圧部４０によってＣＦＲＰ材５０に押圧力を付与した状態で、上型４を下型１０の方向にさらに移動させることにより、上型側移動刃３２を静止刃２１の方向に移動させる。つまり、上型側移動刃３２は、ＣＦＲＰ材５０における静止刃２１が位置する側の表面である静止刃面５４の反対側の表面である移動刃面５５側に配設されており、ＣＦＲＰ材５０の切断時は、上型４を下型１０に向かって移動させる。これにより、上型側移動刃３２を、ＣＦＲＰ材５０における移動刃面５５側から静止刃面５４側に向かって移動させる。
【００６３】
ＣＦＲＰ材５０の厚さ方向における両側にそれぞれ配設されている上型側移動刃３２と静止刃２１とは、上型側移動刃３２の移動方向に直交する方向における位置がずれており、上型側移動刃３２の移動側刃部３５と、上型側移動刃３２に対向する静止側刃部２５とのクリアランスは０．０２５ｍｍより大きく、０．０７５ｍｍ未満の範囲内になっている。このため、上型側移動刃３２をＣＦＲＰ材５０に向かって移動させ、ＣＦＲＰ材５０の両面から上型側移動刃３２と静止刃２１とで挟み込むことにより、上型側移動刃３２と静止刃２１とでＣＦＲＰ材５０に対してせん断力を付与することができる。
【００６４】
切断機構２０は、ＣＦＲＰ材５０における切断部５７の両側から、上型側移動刃３２と静止刃２１とによって挟み込み、切断部５７にせん断力を付与することにより、切断部５７でＣＦＲＰ材５０を切断する。切断機構２０は、このように切断部５７でＣＦＲＰ材５０を切断することにより、被成形部５１から除去部５６を切り離す。
【００６５】
また、下型側移動刃３３は、ＣＦＲＰ材５０における静止刃２１が位置する側の表面である静止刃面５４の反対側の表面である移動刃面５５側に配設されており、下型作動部１１は、上型４の移動に伴って静止刃２１の方向に移動する。このため、下型側移動刃３３は、ＣＦＲＰ材５０の移動刃面５５側から、静止刃面５４側に向かって移動する。
【００６６】
また、下型側移動刃３３の移動側刃部３５と、下型側移動刃３３に対向する静止側刃部２５とも、下型側移動刃３３の移動方向に直交する方向における位置がずれており、双方のクリアランスも、０．０２５ｍｍより大きく、０．０７５ｍｍ未満の範囲内になっている。このため、下型側移動刃３３をＣＦＲＰ材５０に向かって移動させ、ＣＦＲＰ材５０の両面から下型側移動刃３３と静止刃２１とで挟み込むことにより、下型側移動刃３３と静止刃２１とでＣＦＲＰ材５０に対してせん断力を付与することができる。切断機構２０は、このせん断力により、ＣＦＲＰ材５０の切断部５７でＣＦＲＰ材５０を切断し、切断部５７でＣＦＲＰ材５０を切断することにより、被成形部５１から除去部５６を切り離す。
【００６７】
その際に、上型側移動刃３２と下型側移動刃３３とは、共に移動側刃部３５のシャー角Ｓが１０°未満であるため、ＣＦＲＰ材５０の移動刃面５５に対する移動刃３１の移動方向の傾斜角が１０°未満になる。これにより、切断時におけるＣＦＲＰ材５０の変形を小さくして切断することができる。
【００６８】
図１３は、切断後のＣＦＲＰ部品を取り出す際の説明図である。上型４と下型１０とで、ＣＦＲＰ材５０の除去部５６を切り離したら、上型４を上方に移動させ、上型４を下型１０から離間させる。これにより、ＣＦＲＰ材５０における被成形部５１を取り出す。この被成形部５１は、不要部分である除去部５６が切断されて除去されているため、ＣＦＲＰを用いた部材の製造時における後工程で使用するＣＦＲＰ部品６０として用いられる。
【００６９】
以上の実施形態１に係る金型１は、ＣＦＲＰ材５０に対して静止刃２１と移動刃３１とによってせん断力を付与することによりＣＦＲＰ材５０を切断しているため、ＣＦＲＰ材５０を、短時間で切断することができる。この結果、ＣＦＲＰ材５０の切断を容易に行うことができる。
【００７０】
また、移動刃３１は、移動側刃部３５のシャー角Ｓが１０°未満であるため、ＣＦＲＰ材５０の変形を小さくして切断することができる。この結果、ＣＦＲＰ材５０の変形に起因するケバや層間剥離を抑制することができ、ＣＦＲＰ材５０の切断を、より確実に容易に行うことができる。
【００７１】
また、移動刃３１は、静止刃２１とのクリアランスＴが０．０２５ｍｍより大きく、０．０７５ｍｍ未満の範囲内であるため、ＣＦＲＰ材５０の切断面の層間剥離やケバを低減し、寸法誤差も小さい状態で切断することができる。この結果、切断面の状態がより良好な状態で、ＣＦＲＰ材５０を切断することができる。
【００７２】
また、移動刃３１の刃先角度Ｅを６０°以上９０°以下の範囲内にすることにより、ＣＦＲＰ材５０を潰して変形させることなく切断することができる。この結果、切断面のケバや層間剥離を、より確実に抑制してＣＦＲＰ材５０を切断することができる。
【００７３】
また、ＣＦＲＰ材５０の切断時は、押圧部４０でＣＦＲＰ材５０に対して３ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下の範囲内で押圧力を付与するため、層間剥離、切断面のケバ、寸法誤差が、それぞれ大きくなり過ぎることなく、全て許容範囲内に収めることができる。この結果、切断面の状態がより良好な状態で、ＣＦＲＰ材５０を切断することができる。さらに、ＣＦＲＰ材５０に対して付与する押圧力を５ＭＰａ以上９ＭＰａ以下の範囲内にした場合には、層間剥離、切断面のケバ、寸法誤差を、より適切な範囲内に収めることができ、切断面の状態を、より良好な状態にして切断することができる。
【００７４】
また、以上の本実施形態１に係るＣＦＲＰ部品６０の製造方法は、ＣＦＲＰ材５０に対して厚さ方向にせん断力を付与することによりＣＦＲＰ材５０を切断しているため、短時間で切断することができる。この結果、ＣＦＲＰ材５０の切断を容易に行うことができる。
【００７５】
また、本実施形態１に係るＣＦＲＰ部品６０の製造方法では、ＣＦＲＰ材５０の切断は、シャー角Ｓが１０°未満である移動刃３１を用いて行うため、切断時におけるＣＦＲＰ材５０の変形を小さくすることができる。この結果、ＣＦＲＰ材５０の変形に起因するケバや層間剥離を低減することができ、ＣＦＲＰ材５０の切断を、より確実に容易に行うことができる。
【００７６】
また、本実施形態１に係るＣＦＲＰ部品６０の製造方法では、せん断力の方向に直交する方向のクリアランスＴが０．０２５ｍｍより大きく、０．０７５ｍｍ未満の範囲内である静止刃２１と移動刃３１とを用いてＣＦＲＰ材５０の厚さ方向における両側からＣＦＲＰ材５０を切断するため、切断面の層間剥離やケバを低減し、切断時の寸法誤差も小さくすることができる。この結果、切断面の状態がより良好な状態で、ＣＦＲＰ材５０を切断することができる。
【００７７】
また、本実施形態１に係るＣＦＲＰ部品６０の製造方法では、ＣＦＲＰ材５０の切断時は、ＣＦＲＰ材５０に対してせん断力を付与する方向に３ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下の範囲内で押圧力を付与するため、層間剥離、切断面のケバ、寸法誤差を、全て許容範囲内に収めることができる。この結果、切断面の状態がより良好な状態で、ＣＦＲＰ材５０を切断することができる。
【００７８】
〔実施形態２〕
実施形態２に係る金型７０は、実施形態１に係る金型１と略同様の構成であるが、ＣＦＲＰ材５０を成形することができる点に特徴がある。他の構成は実施形態１と同様なので、その説明を省略すると共に、同一の符号を付す。
【００７９】
図１４は、実施形態２に係る炭素繊維強化プラスチック部品用金型の模式図である。本実施形態２に係る金型７０は、実施形態１に係る金型１と同様に、ＣＦＲＰからなる部品等の製造時に用いる装置の要部になっており、相対的に上側に配設される上型７１と、上型７１の下方に配設される下型７５とを有している。
【００８０】
また、この金型７０も、静止刃８１と移動刃９１とを有する切断機構８０を有しており、金型７０は、切断機構８０により、ＣＦＲＰ材５０を切断可能になっている。切断機構８０を構成する静止刃８１と移動刃９１とのうち、静止刃８１は下型７５に設けられ、移動刃９１は、上型７１に設けられており、上型７１が下型７５に近付くことにより、移動刃９１と静止刃８１とによってＣＦＲＰ材５０を切断することが可能になっている。
【００８１】
また、移動刃９１は、実施形態１に係る金型１の移動刃３１と同様に、刃先角度は６０°以上９０°以下の範囲内で、６０°が最も好ましく、また、シャー角は、０°より大きく、１０°未満になっている。また、移動刃９１と静止刃８１とは、実施形態１に係る金型１の移動刃３１及び静止刃２１と同様に、移動刃９１の移動方向に直交する方向における移動刃９１と静止刃８１とのクリアランスが、０．０２５ｍｍより大きく、０．０７５ｍｍ未満の範囲内になっている。
【００８２】
また、上型７１には、ＣＦＲＰ材５０の切断時に、ＣＦＲＰ材５０に対して移動刃９１の移動方向に押圧力を付与する押圧手段である押圧部１００が設けられている。この押圧部１００は、上型７１における下型７５に対向する側の面である下面側に、圧縮ばねからなる弾性手段である押圧部スプリング１０５を介して取り付けられている。このため、押圧部１００は、上型７１に対して上下方向における位置が変位可能になっており、押圧部スプリング１０５からは、下型７５に向う方向の付勢力が付与されている。
【００８３】
また、この押圧部１００における下型７５に対向する側の面は、ＣＦＲＰ材５０の成形時にＣＦＲＰ材５０に接触し、ＣＦＲＰ材５０の成形を行う上型成形面１０１として形成されている。
【００８４】
一方、下型７５には、上型成形面１０１との間にＣＦＲＰ材５０を挟み込むことによりＣＦＲＰ材５０を成形する下型成形面１１１を有する下型成形部１１０が設けられている。この下型成形部１１０は、下型７５における上型７１に対向する面に、上型７１側に向う方向に凸状になる形態で配設されており、下型成形面１１１は、下型成形部１１０における上型７１に対向する側の面になっている。これらの上型成形面１０１と、下型成形面１１１とは、双方でＣＦＲＰ材５０を挟み込むことにより、ＣＦＲＰ材５０を所望の形状に成形することができる形状になっている。即ち、上型成形面１０１と下型成形面１１１とは、金型７０においてＣＦＲＰ材５０を成形する成形部となっている。
【００８５】
静止刃８１は、水平方向における下型成形部１１０の周囲に配設されており、静止側刃部８２は、静止刃８１における上型７１側の面で、水平方向における外周側に形成されている。この静止刃８１の上面側の形状は、下型成形部１１０の下型成形面１１１から連続する形状で形成されている。
【００８６】
また、移動刃９１は、上型７１における下型７５に対向する側の面である下面側で、且つ、静止側刃部８２に対向する位置付近に、下方に向かって設けられている。この移動刃９１の下型７５寄りの端部には、静止側刃部８２とによってＣＦＲＰ材５０を切断する移動側刃部９２が形成されている。
【００８７】
押圧部１００は、押圧部スプリング１０５が外部からの力によって縮んでいない状態では、下方側の面、即ち、ＣＦＲＰ材５０に接触する側の面が、移動刃９１の先端に形成される移動側刃部９２よりも、下方側に位置している。
【００８８】
さらに、本実施形態２に係る金型７０は、ＣＦＲＰ材５０の成形時にＣＦＲＰ材５０を保持する上型素材保持部１２１と下型素材保持部１２５とを有している。このうち、上型素材保持部１２１は、上型７１における下型７５に対向する側の面である下面側に、水平方向における移動刃９１の外側、即ち、移動刃９１から見て、押圧部１００が位置する側の反対側に配設されている。また、上型素材保持部１２１は、押圧部１００と同様に、圧縮ばねからなる弾性手段である上型保持部スプリング１２２を介して、上型７１の下面側に取り付けられている。このため、上型素材保持部１２１は、上型７１に対して上下方向における位置が変位可能になっており、上型保持部スプリング１２２からは、下型７５に向う方向の付勢力が付与されている。
【００８９】
また、上型素材保持部１２１におけるＣＦＲＰ材５０に接触する側の面である下方側の面は、押圧部１００の上型成形面１０１よりも、下型７５寄りに位置するように配設されている。
【００９０】
また、下型素材保持部１２５は、下型７５における上型７１に対向する側の面である上面側に、上型素材保持部１２１に対向する位置付近に配設されている。また、下型素材保持部１２５は、油圧や電磁力等によって上下方向に伸縮可能な下型保持部ダンパ１２６を介して、下型７５の上面側に取り付けられている。このため、下型素材保持部１２５は、下型７５に対して上下方向における位置が変位可能に配設されている。なお、下型保持部ダンパ１２６は、下型素材保持部１２５を積極的に移動させるもの以外のものでもよい。下型保持部ダンパ１２６は、例えば、ガススプリングによって下方から上方への付勢力を付与する状態で下型素材保持部１２５を支持し、下型素材保持部１２５に対して下側方向への外力の入力によって下型保持部ダンパ１２６が縮むことにより、下型素材保持部１２５を上下方向に変位可能に保持するものでもよい。
【００９１】
さらに、本実施形態２に係る金型７０は、熱硬化型樹脂からなるＣＦＲＰ材５０の切断を容易に行うことが可能になっている。このため、押圧部１００と下型成形部１１０とには、それぞれの内部に、ＣＦＲＰ材５０を加熱する加熱手段であるヒータ１３０が設けられている。このヒータ１３０は、高温の機械油が内部を循環可能に構成されており、機械油の熱を伝達することにより、切断機構８０によって切断するＣＦＲＰ材５０における切断部分を加熱することができるようになっている。
【００９２】
また、発明者らは、静止刃８１と移動刃９１とでＣＦＲＰ材に対してせん断力を付与することによってＣＦＲＰ材を切断する際に、適切に切断することができる条件についての試験として、ＣＦＲＰ材の温度に対する切断状態についての試験を行った。次に、この温度に対する切断状態の試験について説明する。
【００９３】
図１５は、温度に対する切断状態の試験を行う際における試料の概略図である。ＣＦＲＰ材の温度に対する切断状態の試験に用いる試料であるＣＦＲＰ試料１４０は、１３０ｍｍ（長さ）×４０ｍｍ（幅）×０．７０ｍｍ（０．１４ｍｍ×５層）（厚さ）の矩形の板状のものを使用する。試験は、このＣＦＲＰ試料１４０を、試験機（図示省略）の移動刃（図示省略）と静止刃（図示省略）とによるせん断力により、ＣＦＲＰ試料１４０の長さ方向がコの字の深さ方向になる向きで略コの字状に切断し、その切断面を観察することにより行う。
【００９４】
観察する位置は、コの字の開口部分の端部に相当する位置を基準位置１４１とし、基準位置１４１から長さ方向における複数の位置での、コの字の開口幅方向のそれぞれ２箇所を観察することにより行う。具体的には、基準位置１４１からの距離が９５ｍｍの位置でのコの字の開口幅方向の２箇所の位置をＬ１、Ｒ１とし、同様に基準位置１４１からの距離が５５ｍｍの位置をＬ２、Ｒ２、基準位置１４１からの距離が１０ｍｍの位置をＬ３、Ｒ３とする。
【００９５】
温度に対する切断状態を判断するためにＣＦＲＰ試料１４０を加熱する熱源としては、電気ヒータ（図示省略）を使用する。試験機において、この電気ヒータが配設される位置である熱源位置１４２は、ＣＦＲＰ試料１４０の長さ方向においてＬ１、Ｒ１が位置する部分と、基準位置１４１よりも、長さ方向において各観測位置が位置する側の反対側における基準位置１４１の近傍に位置する状態にする。
【００９６】
図１６は、温度に対する切断状態試験の条件についての説明図である。試験の条件としては、切断時の加工速度を５００ｍｍ／ｍｉｎ、切断をする際にＣＦＲＰ試料１４０を押さえる押さえ力を１０００ｋｇｆ、押さえ圧を２．１６ＭＰａとした。また、ＣＦＲＰ試料１４０を加熱する際における熱源の出力を５段階で変化させて加熱Ｎｏ．１〜５として試験を行った。さらに、熱源の出力ごとに、ＣＦＲＰ試料１４０の炭素繊維の向きを変化させた試験を行い、積層される最上位の繊維方向がＣＦＲＰ試料１４０の長さ方向に並行になったものと、長さ方向に垂直になったものとについてそれぞれ行った。また、この試験を行った際における各観測位置での温度については、図１６に示す。
【００９７】
この条件でＣＦＲＰ試料１４０を切断し、切断後の各観測位置の切断面をマイクロスコープで観察した結果、加熱Ｎｏ．１では、切断面の炭素繊維がささくれ立ち、いわゆるケバが多く発生していることが確認された。また、加熱Ｎｏ．３〜５は、積層される炭素繊維の層間剥離が発生していることが確認された。これに対し、加熱Ｎｏ．２は、切断面が良好な状態になっていることが確認された。
【００９８】
この試験を行った場合におけるＣＦＲＰ試料１４０の各観測位置での実際の温度は、加熱Ｎｏ．１では８２℃〜１０１℃、加熱Ｎｏ．２では１００℃〜１３１℃、加熱Ｎｏ．３〜５では１３２℃〜２１７℃になっている。これらの温度について検討した結果、加熱Ｎｏ．２での各観測位置の温度は、ＣＦＲＰ材のガラス転移点近傍の温度、詳しくは、ＣＦＲＰ材を構成する合成樹脂のガラス転移点近傍の温度であることがわかった。この試験より、ＣＦＲＰ材は、ＣＦＲＰ材の温度をガラス転移点近傍の温度まで上昇させた状態で切断を行うことにより、切断時における切断面にケバや層間剥離を発生させることなく、切断面が良好な状態で切断することが可能になることがわかった。
【００９９】
ＣＦＲＰ材をガラス転移点近傍の温度まで上昇させて切断することにより、良好な切断を行うことが可能であることを認識できた発明者らは、さらに、ガラス転移点近傍の温度で切断する際の温度変化に対する切断状態の良否についての試験を行った。次に、このガラス転移点近傍での温度変化に対する切断状態の良否試験について説明する。
【０１００】
図１７は、ガラス転移点近傍の温度変化に対する切断状態の良否試験についての説明図である。ガラス転移点近傍の温度変化に対する試験は、試験をＣＦＲＰ材の構成やガラス転移点が異なるものの１０種類について行い、この１０種類を試験片Ｎｏ．１〜１０として行った。このうち、試験片Ｎｏ．１〜６は、プレスによってＣＦＲＰ材を成形し、試験片Ｎｏ．７〜１０は、オートクレーブによってＣＦＲＰ材を成形したものになっている。
【０１０１】
また、これらのＣＦＲＰ材は層数も異なっており、試験片Ｎｏ．１、２、５、６は層数が５層、試験片Ｎｏ．３、４は層数が７層、試験片Ｎｏ．７〜１０は層数が８層になっている。さらに、これらのＣＦＲＰ材はガラス転移点も異なっており、試験片Ｎｏ．１〜６はガラス転移点が１１０℃、試験片Ｎｏ．７、８はガラス転移点が１１５℃、試験片Ｎｏ．９、１０はガラス転移点が１４０℃になっている。
【０１０２】
なお、ガラス転移点の温度は、ＣＦＲＰ材を構成する樹脂の硬化状況によって変化し、例えば、試験片Ｎｏ．１〜８では、同じ素材を使用しているが、成形手段が異なっているため、ガラス転移点の温度が異なっている。ガラス転移点は、一般的には、ＣＦＲＰ材を構成する樹脂の架橋が強固であるほど、温度が高くなる。
【０１０３】
これらの試験片Ｎｏ．１〜１０について、温度を変化させながら切断試験を行い、各温度について切断試験を行った際における切断状態について確認した結果、図１７に示すような結果を得ることができた。図１７では、切断面に剥離等があまりなく、切断結果が良好なものを○、切断面に剥離等が発生することにより、切断結果が良好ではないと判断したものを×の記号で示している。
【０１０４】
図１７に示すように、試験片Ｎｏ．１〜１０のいずれにおいても、常温では切断状態は悪くなる。また、それぞれガラス転移点の温度で切断すると、良好な切断状態で切断をすることが可能になる。さらに、良好な切断状態を得ることができる温度としては、いずれの試験片においても、ガラス転移点の温度よりも低い所定の温度領域で良好な切断状態を得ることがわかった。このように、良好な切断状態を得ることができる温度範囲としては、試験片によって温度範囲が異なっているが、いずれの試験片においても、ガラス転移点の温度より３０℃低い温度から、ガラス転移点の温度までの温度範囲で切断を行うことにより、良好な切断状態を得ることができた。
【０１０５】
なお、試験片Ｎｏ．９、１０では、他の試験片よりも、ガラス転移点の温度から低い温度まで良好な切断状態を得ることができたが、この試験片Ｎｏ．９、１０は、ＣＦＲＰ材を構成する樹脂に剥離抑止成分を配合した特殊材料になっている。このため、試験片Ｎｏ．９、１０は、通常の材料よりも剥離量が少なく、切断状態の結果が良好である領域が広くなっている。
【０１０６】
これらの試験結果より、ガラス転移点の温度より３０℃低い温度から、ガラス転移点の温度までの温度範囲では、弾性率や強度等の物性値が切断に適した値になることにより、ＣＦＲＰ材の切断時における剥離等の発生が少なく、良好な切断状態を得ることができ、ＣＦＲＰ材の切断に適した温度であることを確認することができた。このため、ＣＦＲＰ材を切断する際には、ＣＦＲＰ材のガラス転移点の温度を含み、且つ、弾性率や強度等の物性値が切断に適した値になる温度範囲を切断温度範囲Ｒｃとし、この切断温度範囲Ｒｃ内までＣＦＲＰ材を加熱して切断するのが好ましい。具体的には、切断温度範囲Ｒｃは、ガラス転移点の温度より３０℃低い温度から、ガラス転移点の温度までの範囲とし、ＣＦＲＰ材をこの切断温度範囲Ｒｃ内の温度まで加熱して切断するのが好ましい。
【０１０７】
図１８は、ＣＦＲＰ材の切断時における切断温度範囲についての説明図である。ＣＦＲＰ材の温度に対する硬度１６０の変化について説明すると、ＣＦＲＰ材は常温から温度を上昇させた場合には、所定の温度までは温度が上昇するに従って硬度１６０が急激に低下し、その後は、温度の上昇に伴って緩やかに硬度１６０が低下する。この状態でＣＦＲＰ材を上昇させ続けると、温度の上昇に伴う硬度１６０の低下の度合いが大きくなる温度範囲が存在する。
【０１０８】
詳しくは、ＣＦＲＰ材のガラス転移点Ｔｇの温度から、その温度よりも低い所定の温度範囲では、この温度範囲よりも温度が低い場合や、ガラス転移点Ｔｇの温度よりも高い場合と比較して、温度の変化に対する硬度１６０の変化の度合いが大きくなっている。このように、温度の変化に対する硬度１６０の変化の度合いが大きくなっている温度範囲が、ＣＦＲＰ材を良好な切断状態で切断することのできる切断温度範囲Ｒｃになっている。この切断温度範囲Ｒｃでは、ＣＦＲＰ材の弾性率や強度等の物性値が切断に適した値となるため、ＣＦＲＰ材は、この切断温度範囲Ｒｃ内まで加熱して切断するのが好ましい。
【０１０９】
本実施形態２に係る金型７０は、以上のごとき構成からなり、以下、その作用、及び本実施形態２に係るＣＦＲＰ部品の製造方法について説明する。図１９は、図１４に示す金型でＣＦＲＰ材を成形する前の説明図である。本実施形態２に係る金型７０で、熱硬化型樹脂からなるＣＦＲＰ材５０の成形を行う際には、まず、ヒータ１３０によって押圧部１００と下型成形部１１０の温度を上昇させる。押圧部１００と下型成形部１１０の温度が上昇したら、上型７１を下型７５から離間させた状態で、下型成形面１１１をＣＦＲＰ材５０で覆う。詳しくは、炭素繊維をシート状にしたものに合成樹脂を浸透させた、いわゆるプリプレグを、加熱装置（図示省略）で加熱し、温度が高い状態のプリプレグによって、下型成形面１１１を覆う。
【０１１０】
図２０は、図１９に示すＣＦＲＰ材の成形を行う際の説明図である。成形前のＣＦＲＰ材５０であるプリプレグを下型成形部１１０の下型成形面１１１に載置した状態で、油圧発生装置で発した油圧によって上型７１を下方に移動させることにより、上型素材保持部１２１の下面が、ＣＦＲＰ材５０における上面側に接触する。
【０１１１】
この状態で上型７１を下方に移動させると、ＣＦＲＰ材５０における上型素材保持部１２１が接触している部分は、下方側に撓む。これにより、ＣＦＲＰ材５０は、下面側が下型素材保持部１２５の上面に接触し、上型素材保持部１２１と下型素材保持部１２５とによって両面から挟まれた状態になる。
【０１１２】
このように、上型素材保持部１２１と下型素材保持部１２５とでＣＦＲＰ材５０を挟んだ状態で上型７１を下方に移動させると、上型素材保持部１２１と上型７１との間に位置する上型保持部スプリング１２２が弾性変形をして縮み、ＣＦＲＰ材５０には、上型素材保持部１２１から下方側への付勢力が付与される。
【０１１３】
下型保持部ダンパ１２６は、ＣＦＲＰ材５０の成形時には、下型素材保持部１２５における上面側が、下型成形部１１０や静止刃８１の上面側に連続する高さになる長さになっている。このため、ＣＦＲＰ材５０は、下面側が下型素材保持部１２５に接触して下型素材保持部１２５に保持されている。従って、上型素材保持部１２１から付勢力が付与されたＣＦＲＰ材５０は、この付勢力により、上型素材保持部１２１と下型素材保持部１２５とによって上下方向から挟み込まれた状態になり、上型素材保持部１２１と下型素材保持部１２５とにより固定される。
【０１１４】
図２１は、図２０に示すＣＦＲＰ材の成形時の説明図である。ＣＦＲＰ材５０を成形する際には、上型素材保持部１２１と下型素材保持部１２５とでＣＦＲＰ材５０を固定した状態で、上型７１を下方に移動させることにより、押圧部１００の上型成形面１０１をＣＦＲＰ材５０に接触させる。この状態で、油圧によって上型７１をさらに下方に移動させ、押圧部１００の上型成形面１０１からＣＦＲＰ材５０に対して下型成形部１１０への圧力を付与することにより、ＣＦＲＰ材５０は、両面が上型成形面１０１と下型成形面１１１とにより加圧される。これにより、ＣＦＲＰ材５０は、上型成形面１０１と下型成形面１１１との形状に沿って変形する。その際に、ＣＦＲＰ材５０には、押圧部１００と下型成形部１１０の熱が伝達されるため、ＣＦＲＰ材５０は、上型成形面１０１と下型成形面１１１とから付与される圧力と、これらから伝達される熱により、樹脂の化学反応が始まる。このため、ＣＦＲＰ材５０は、樹脂が硬化し、上型成形面１０１と下型成形面１１１との形状に沿って変形した状態で硬化する。これらにより、ＣＦＲＰ材５０の被成形部５１は、所望の形状に成形される。
【０１１５】
図２２は、図２１に示す下型素材保持部を降下させた状態を示す説明図である。ＣＦＲＰ材５０を硬化させたら、下型保持部ダンパ１２６を縮めることにより、下型素材保持部１２５を降下させる。これにより、下型素材保持部１２５をＣＦＲＰ材５０から下方に離間させ、ＣＦＲＰ材５０の切断が可能な状態にする。
【０１１６】
図２３は、図２２に示すＣＦＲＰ材を切断した状態を示す説明図である。ＣＦＲＰ材５０を成形して硬化させ、下型素材保持部１２５をＣＦＲＰ材５０から離間させたら、次に、切断機構８０によってＣＦＲＰ材５０を切断する。ＣＦＲＰ材５０を切断する際には、まず、温度が高くなっているＣＦＲＰ材５０の切断部５７を、ＣＦＲＰ材５０のガラス転移点近傍の温度まで冷却する。詳しくは、切断部５７の温度を、ＣＦＲＰ材５０を構成する合成樹脂のガラス転移点近傍の温度になるように、温度を調節する。
【０１１７】
即ち、押圧部１００と下型成形部１１０との内部に設けられているヒータ１３０によって、ガラス転移点の温度以上に温度が上昇したＣＦＲＰ材５０を冷却することにより、切断部５７の温度を、ＣＦＲＰ材５０のガラス転移点の温度より３０℃低い温度からガラス転移点の温度の範囲内まで低下させる。ＣＦＲＰ材５０は、このように切断部５７の温度が、ＣＦＲＰ材５０のガラス転移点近傍の温度になっている状態で切断をする。換言すると、ヒータ１３０は、ＣＦＲＰ材５０の切断部５７の温度を、少なくともＣＦＲＰ材５０のガラス転移点の温度を含み、且つ、弾性率や強度等の物性値が切断に適した値になる切断温度範囲Ｒｃ内まで加熱することができるようになっている。
【０１１８】
なお、このようにヒータ１３０で加熱する切断部５７の温度は、例えば、予め温度試験を行うことによりヒータ１３０の出力の制御量と切断を行うタイミングを求めておき、求めた制御量とタイミングで制御を行って切断することにより、切断時の温度を調節してもよい。また、温度センサ（図示省略）を設けて、切断部５７、またはその近傍の温度を検出しながら、ヒータ１３０の出力や切断するタイミングを調節してもよい。切断部５７の温度を、ＣＦＲＰ材５０のガラス転移点近傍まで上昇させた状態で切断することができれば、その手法は問わない。
【０１１９】
切断部５７の温度を上昇させたら、上型７１を下型７５の方向に移動させることにより、移動刃９１を静止刃８１の方向に移動させる。これにより、押圧部１００はＣＦＲＰ材５０に対し押し付けられ、下面側が下型成形部１１０で保持されているＣＦＲＰ材５０に対する押圧力が高くなる。この場合における押圧力は、実施形態１に係る金型１での切断時と同様に、３ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下の範囲内とし、好ましくは、５ＭＰａ以上９ＭＰａ以下の範囲内にすることが望ましい。
【０１２０】
これらの状態で、移動刃９１を、ＣＦＲＰ材５０における移動刃面５５側から静止刃面５４側に向かって移動させることにより、移動刃９１と静止刃８１とでＣＦＲＰ材５０の切断部５７に対してせん断力を付与する。これより、ＣＦＲＰ材５０を切断部５７で切断し、被成形部５１から除去部５６を切り離す。
【０１２１】
図２４は、切断後のＣＦＲＰ部品を取り出す際の説明図である。上型７１と下型７５とで、ＣＦＲＰ材５０の除去部５６を切り離したら、上型７１を上方に移動させ、上型７１を下型７５から離間させる。これにより、ＣＦＲＰ材５０の被成形部５１を取り出し、被成形部５１は、ＣＦＲＰ部品６０として後工程で使用する。
【０１２２】
以上の実施形態２に係る金型７０は、ＣＦＲＰ材５０における切断部分である切断部５７をＣＦＲＰ材５０の温度を上昇させるヒータ１３０を備えているため、静止刃８１と移動刃９１とによってＣＦＲＰ材５０を切断する際に、切断面を良好な状態にして切断することができる。この結果、ＣＦＲＰ材５０の切断を容易に行うことができる。
【０１２３】
また、ヒータ１３０は、ＣＦＲＰ材５０の切断時に切断部５７がＣＦＲＰ材５０のガラス転移点の温度を含み、且つ、弾性率や強度等の物性値が切断に適した値になる切断温度範囲Ｒｃ内の温度になるようにＣＦＲＰ材５０を加熱するため、ＣＦＲＰ材５０を切断する際に、切断部分にケバや層間剥離を発生させることなく切断することができる。この結果、ＣＦＲＰ材５０の切断を容易に行うことができる。
【０１２４】
また、金型７０は、上型成形面１０１と下型成形面１１１、及び切断機構８０を有しており、上型成形面１０１と下型成形面１１１とでＣＦＲＰ材５０を成形した後、切断機構８０で除去部５６の切断を行うため、１つの金型７０で成形から切断まで行うことができる。この結果、ＣＦＲＰ材５０の切断を、より確実に容易に行うことができる。
【０１２５】
また、以上の本実施形態２に係るＣＦＲＰ部品６０の製造方法は、ＣＦＲＰ材５０を加熱して切断部５７をガラス転移点近傍の温度を含み、且つ、弾性率や強度等の物性値が切断に適した値になる切断温度範囲Ｒｃ内の温度に調節した後、ＣＦＲＰ材５０に対してせん断力を付与することによって切断するため、ケバや層間剥離を発生させることなくＣＦＲＰ材５０を切断することができる。この結果、ＣＦＲＰ材５０の切断を容易に行うことができる。
【０１２６】
また、本実施形態２に係るＣＦＲＰ部品６０の製造方法では、ＣＦＲＰ材５０の成形を行った金型７０により、ＣＦＲＰ材５０の成形後にＣＦＲＰ材５０を切断するため、１つの金型７０で成形から切断まで行うことができる。この結果、ＣＦＲＰ材５０の切断を、より確実に容易に行うことができる。
【０１２７】
〔変形例〕
なお、上述した金型１、７０では、移動刃３１、９１の山部３６は、１つの移動刃３１、９１に１つが設けられているのみであるが、山部３６は、１つの移動刃３１、９１に複数が設けられていてもよい。図２５は、実施形態１に係る金型の変形例における移動刃の平面図である。例えば、移動刃３１の移動側刃部３５は、静止側刃部２５に沿った水平方向に向うに従って静止刃２１との距離が離れたり近付いたりする凹凸状に形成されることにより、複数の山部３６が形成されていてもよい。つまり、移動刃３１は、山部３６と山部３６との間に、静止刃２１から離れる方向に凸状となる谷部３７が形成され、山部３６と谷部３７とが交互に形成されていてもよい。山部３６が複数の場合も、シャー角Ｓは１０°未満が好ましく、また、静止側刃部２５に沿った水平方向における傾斜の長さ、即ち、山部３６と谷部３７とのピッチＰは、３０ｃｍ以内にするのが好ましい。
【０１２８】
移動刃３１と静止刃２１とで切断するＣＦＲＰ材５０の長さが長い場合には、このように山部３６を複数設けることにより、切断時にはＣＦＲＰ材５０に対して付与する荷重を分散することができ、複数の箇所から切断することができる。これにより、ＣＦＲＰ材５０の切断時にＣＦＲＰ材５０に対して移動刃３１が食い込む量を低減することができ、切断面を、より良好な状態にすることができる。
【０１２９】
また、移動刃３１の移動側刃部３５に形成される山部３６や谷部３７は、曲線によって形成してもよい。図２６は、図２５の移動刃の変形例を示す説明図である。山部３６や谷部３７は、角によって形成するのではなく、図２６に示すように、山部３６の両側に位置する直線状の刃の部分を曲線で繋ぐことによって形成したり、谷部３７の両側に位置する直線状の刃の部分を曲線で繋ぐことによって形成したりしてもよい。また、山部３６や谷部３７は、双方を曲線にするのではなく、一方を曲線で形成し、他方を角によって形成してもよい。山部３６や谷部３７を曲線で形成した場合でも、ＣＦＲＰ材５０の切断時における剥離等の発生が少なく、良好な切断結果を得ることができるため、山部３６や谷部３７は、これらの両側に位置する直線状の刃の部分を曲線で繋ぐことにより形成してもよい。
【０１３０】
また、実施形態１に係る金型１では、切断機構２０は、ＣＦＲＰ材５０を垂直方向、及び水平方向に切断する構造になっており、実施形態２に係る金型７０では、切断機構８０は、ＣＦＲＰ材５０を垂直方向に切断する構造になっているが、これらの形態は、実施形態１、２のものにはとらわれない。金型１、７０によってＣＦＲＰ材５０を切断する向きは、ＣＦＲＰ部品６０の形状に応じて、適宜設定することができる。
【０１３１】
また、上述した金型１、７０では、切断機構２０、８０は、ＣＦＲＰ材５０の被成形部５１の周囲に存在する不要部分である除去部５６を切断しているが、切断機構２０、８０は、被成形部５１の周囲の不要部分以外の部分を切断する構造であってもよい。例えば、被成形部５１に穴加工をする際に、移動刃３１、９１と静止刃２１、８１とのせん断力でＣＦＲＰ材５０を切断することにより、穴加工を行ってもよい。
【０１３２】
また、上述した金型１、７０では、ＣＦＲＰ材５０の切断時は、移動刃３１、９１は単に静止刃２１、８１との距離が変化する方向に移動するのみであるが、移動刃３１、９１は、ＣＦＲＰ材５０の切断時にＣＦＲＰ材５０に対して回転モーメントを付与してもよい。このように、ＣＦＲＰ材５０に回転モーメントを付与しながら切断をすることにより、ＣＦＲＰ材５０の切断時にＣＦＲＰ材５０に対して複数の方向の荷重を付与することが可能になる。これにより、ＣＦＲＰ材５０の切断面を、より良好な状態にすることができる。
【０１３３】
また、上述した金型１、７０では、ＣＦＲＰ材５０の切断時におけるＣＦＲＰ材５０と移動刃３１、９１との相対角度は、特に規定していないが、ＣＦＲＰ材５０と移動刃３１、９１との相対角度は、所定の範囲内にするのが好ましい。図２７は、実施形態１に係る金型の変形例におけるＣＦＲＰ材と移動刃との相対角度の説明図である。例えば、ＣＦＲＰ材５０と移動刃３１との相対角度は、ＣＦＲＰ材５０と移動刃３１とが直交するか、ＣＦＲＰ材５０の除去部５６が移動刃３１から離れる側に位置する向きで若干傾斜する向きで傾斜するようにするのが好ましい。詳しくは、ＣＦＲＰ材５０と移動刃３１との相対角度は、除去部５６と静止刃２１とにより画成される角度である切断角度Ｃが、７５°以上９０°以下になるようにするのが好ましい。
【０１３４】
切断角度Ｃが、７５°以上９０°以下の範囲内になるようにすることにより、ＣＦＲＰ材５０の切断時に、ＣＦＲＰ材５０の除去部５６側が静止刃２１側に倒れこむ際における変位量を小さくすることができる。従って、ＣＦＲＰ材５０の切断時におけるＣＦＲＰ材５０の変形を抑えることができ、良好な切断面を得ることができる。
【０１３５】
また、上述した金型１、７０では、ＣＦＲＰ材５０の切断時や押圧時、成形時の動力源として油圧発生装置を用いているが、動力源は、油圧発生装置以外のものを用いてもよく、例えば、ガススプリングやコイルスプリングによって押圧力等を発生させてもよい。動力源の形態等に関わらず、それぞれ上述した作用を実現できるものであれば、その形態は問わない。また、ヒータ１３０は、機械油の熱によって加熱するものを用いているが、ヒータ１３０は、ＣＦＲＰ材５０を加熱することができるものであれば、これ以外の形態であってもよい。
【０１３６】
また、ＣＦＲＰ部品６０用の金型１、７０やＣＦＲＰ部品６０の製造方法は、上述した実施形態１、２、及び変形例で用いられている構成や方法等を適宜組み合わせてもよく、または、上述した構成や方法以外を用いてもよい。ＣＦＲＰ部品６０用の金型１、７０やＣＦＲＰ部品６０の製造方法の構成や方法は、上述した形態に関わらず、ＣＦＲＰ材５０の切断時に、せん断力によって切断することにより、ＣＦＲＰ材５０の切断を容易に行うことができる。
【符号の説明】
【０１３７】
１、７０  金型
４、７１  上型
１０、７５  下型
１１  下型作動部
２０、８０  切断機構
２１、８１  静止刃
３１、９１  移動刃
３２  上型側移動刃
３３  下型側移動刃
３６  山部
４０、１００  押圧部（押圧手段）
４１  上型押圧部
４２  作動部押圧部
５０  ＣＦＲＰ材（被加工物）
５１  被成形部
５４  静止刃面
５５  移動刃面
５６  除去部
５７  切断部
６０  ＣＦＲＰ部品
１０１  上型成形面（成形部）
１１０  下型成形部
１１１  下型成形面（成形部）
１３０  ヒータ（加熱手段）
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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