(57)【要約】【課題】３次元形状部分を有する繊維強化熱可塑性樹脂成形体を成形するに際し、所定形状の３次元形状部分を低いプレス圧にて確実に成形でき、かつ成形体全体にわたって強度低下を防止可能な方法を提供する。【解決手段】成形型を用いてベース部分上に３次元形状部分を有する繊維強化熱可塑性樹脂成形体をプレス成形により製造する方法であって、成形体のベース部分構成用の第１の材料と３次元形状部分構成用の第２の材料を用い、第１、第２の材料を加熱し、第２の材料を、第１の材料上でかつ、プレス成形時において、第２の材料が３次元形状部分形成用キャビティ部の根元部の片側部位に接しかつ該片側部位から３次元形状部分形成用キャビティ部内に流入可能な位置に配置し、第１の材料と第２の材料を成形型のキャビティ内で一体成形する方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形型を用いてベース部分上に３次元形状部分を有する繊維強化熱可塑性樹脂成形体をプレス成形により製造する方法であって、該成形体のベース部分を構成するための第１の材料と前記３次元形状部分を構成するための第２の材料を用い、第１の材料と第２の材料を加熱し、前記第２の材料を、前記第１の材料上の位置でかつ、前記プレス成形時において、前記第２の材料が前記３次元形状部分を形成する成形型の３次元形状部分形成用キャビティ部のベース部分形成用キャビティ部との境界に位置する３次元形状部分根元部の断面における片側部位に接しかつ該片側部位から３次元形状部分形成用キャビティ部内に流入可能な位置に配置し、第１の材料と第２の材料を成形型のキャビティ内で一体成形することにより、第１の材料により前記ベース部分を形成するとともに該ベース部分上に第２の材料により３次元形状部分を形成することを特徴とする、繊維強化熱可塑樹脂成形体の製造方法。
【請求項２】
前記第２の材料を、前記第１の材料上の位置に、前記３次元形状部分形成用キャビティ部の容積の１．０倍〜５０倍の体積分配置する、請求項１に記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造方法。
【請求項３】
前記プレス成形時において、前記第２の材料を、前記第１の材料の３次元形状部分側の面に沿って流動させる、請求項１または２に記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造方法。
【請求項４】
前記流動の上流側の位置に前記第２の材料を配置し、該位置に配置されていた第２の材料を前記３次元形状部分形成用キャビティ部に向けて流動させる、請求項３に記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造方法。
【請求項５】
前記３次元形状部分形成用キャビティ部内への流入が完了した前記第２の材料を、その流入側先端部から他方の端部まで連続して延在させる、請求項１〜４のいずれかに記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造方法。
【請求項６】
前記３次元形状部分形成用キャビティ部内への流入が完了した前記第２の材料を、該３次元形状部分形成用キャビティ部内においてその容積の９０〜１００％の体積割合で存在させる、請求項１〜５のいずれかに記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造方法。
【請求項７】
前記第１の材料と第２の材料を構成する強化繊維が炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維から選ばれる少なくとも１種の強化繊維からなる、請求項１〜６のいずれかに記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造方法。
【請求項８】
前記第１の材料として、強化繊維がランダムに配向した基材に熱可塑性樹脂を含浸させた繊維強化熱可塑性樹脂を用いる、請求項１〜７のいずれかに記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造方法。
【請求項９】
前記基材を構成する強化繊維の繊維長が１０ｍｍ〜１００ｍｍの範囲にある、請求項８に記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維強化熱可塑樹脂成形体の製造方法に関し、とくに、ベース部分上にリブ等の３次元形状部分を有する繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ベース部分上にリブ等の３次元形状部分を有する繊維強化熱可塑性樹脂成形体を成形するに際しては、例えば図５に示すように、一枚物の平板状の材料１０１（例えば、強化繊維基材に熱可塑性樹脂を含浸させたもの）を、上型１０２と下型１０３からなる成形型１０４(金型)内に配置し（図５（Ａ））、型を閉じて高圧のプレスにより材料１０１を大きく流動させて成形していた（図５（Ｂ）、（Ｃ））。図示例では、上型１０２にリブ等の３次元形状部分を成形するための３次元形状部分形成用キャビティ部１０５が形成されており、プレスにより材料１０１の一部をこのキャビティ部１０５内に流入させるようにしている。
【０００３】
しかしこのような従来の成形方法においては、図５（Ｃ）に示すように、強化繊維と熱可塑性樹脂からなる材料１０１が３次元形状部分形成用キャビティ部１０５内に十分に充填されないことがあり、所定形状の３次元形状部分を成形できないおそれがある。また、図５（Ｄ）に示すように、３次元形状部分形成用キャビティ部１０５内に押し込まれる材料１０１のうち樹脂が先に流動し、流動側先端部に樹脂リッチ部１０６が生じてしまい、その部分の強度が低下するおそれもある。
【０００４】
さらに、これらの他にも、３次元形状のプレス成形に相当高圧が必要になり、設備的な負荷が大きくなるという問題、プレス時に成形用の材料１０１の平面部を強く流動させることとなるため成形品の物性の低下が懸念されるという問題、３次元形状部位に強化繊維と熱可塑性樹脂からなる材料１０１の基材を流し込むこととなるためベース部分（３次元形状部分以外の部分）の強度が低下するおそれがあるという問題もある。
【０００５】
上記のような従来技術の他に、異なる複合材料からなる部材を一体化した成形体（特許文献１）や、リブを形成するための素材の強化繊維の重量平均繊維長をベース部を形成するための素材の強化繊維の重量平均繊維長よりも短くし、両素材をプレス加工により一体化する技術（特許文献２）も知られている。しかし、とくにこの特許文献２に記載の技術では、３次元形状部分形成用キャビティ部内への素材の流動や該キャビティ部内での成形状態等については考慮されていないため、前述の図５（Ｃ）や図５（Ｄ）に示したような問題や上述した問題が発生するおそれは残されており、このような問題の解消には至っていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】ＷＯ２００９／１４２２９１Ａ１号公報
【特許文献２】特開２０１２−１４８４４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで本発明の課題は、３次元形状部分を有する繊維強化熱可塑性樹脂成形体を成形するに際し、所定形状の３次元形状部分を所望の複合組成でかつ低いプレス圧にて確実に成形でき、かつ成形体全体にわたって強度低下を防止可能な繊維強化熱可塑樹脂成形体の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明に係る繊維強化熱可塑樹脂成形体の製造方法は、成形型を用いてベース部分上に３次元形状部分を有する繊維強化熱可塑性樹脂成形体をプレス成形により製造する方法であって、該成形体のベース部分を構成するための第１の材料と前記３次元形状部分を構成するための第２の材料を用い、第１の材料と第２の材料を加熱し、前記第２の材料を、前記第１の材料上の位置でかつ、前記プレス成形時において、前記第２の材料が前記３次元形状部分を形成する成形型の３次元形状部分形成用キャビティ部のベース部分形成用キャビティ部との境界に位置する３次元形状部分根元部の断面における片側部位に接しかつ該片側部位から３次元形状部分形成用キャビティ部内に流入可能な位置に配置し、第１の材料と第２の材料を成形型のキャビティ内で一体成形することにより、第１の材料により前記ベース部分を形成するとともに該ベース部分上に第２の材料により３次元形状部分を形成することを特徴とする方法からなる。
【０００９】
このような本発明に係る繊維強化熱可塑樹脂成形体の製造方法においては、成形体のベース部分を構成するための第１の材料と３次元形状部分を構成するための第２の材料を加熱して成形型のキャビティ内で一体成形するに際し、第２の材料を、３次元形状部分形成用キャビティ部内に流入可能な位置に配置する。この流入可能な配置位置として、第１の材料上の位置でかつ、プレス成形時において、第２の材料が成形体の３次元形状部分を形成する成形型の３次元形状部分形成用キャビティ部のベース部分形成用キャビティ部との境界に位置する３次元形状部分根元部の断面における片側部位に接しかつ該片側部位から３次元形状部分形成用キャビティ部内に流入可能な位置としている。すなわち、第２の材料が、３次元形状部分形成用キャビティ部の全体から同時に流入するような位置ではなく、３次元形状部分形成用キャビティ部の片側から順次流入可能な位置に配置される。第２の材料は、プレス成形前には、上記３次元形状部分根元部の断面における片側部位から離れた位置に配置されていてもよい。この第２の材料の配置、およびその配置に基づいてプレス成形時に３次元形状部分形成用キャビティ部内に流入する第２の材料の流入形態により、比較的低いプレス圧であっても、第２の材料はその複合組成を崩すことなく、容易に、３次元形状部分形成用キャビティ部内全体にわたって十分に充填され、成形体の３次元形状部分が確実に所望強度にかつ所定形状に成形される。また、第１の材料と第２の材料は別材料として準備され、基本的に、第１の材料を、上記第２の材料の３次元形状部分形成用キャビティ部内への流入のために流動させる必要はないから、第１の材料により形成されるベース部分にも物性低下、とくに強度低下が生じるおそれはなく、成形体全体にわたって所望の強度が確保される。
【００１０】
上記本発明に係る繊維強化熱可塑樹脂成形体の製造方法においては、上記第２の材料を、上記第１の材料上の位置に、上記３次元形状部分形成用キャビティ部の容積の１．０倍〜５０倍の体積分配置することが好ましい。１．０倍未満であると、第２の材料の半分以上が３次元形状部分の形成に使用され、第１の材料との接合強度が十分に確保できないおそれがあるため、一体化成形体の強度が全体にわたって確保されないおそれがある。また、５０倍を超えると、第１の材料上での第２の材料の流動が不十分あるいは不安定になるおそれがあり、第２の材料が３次元形状部分形成用キャビティ部内へ十分に充填されないおそれがある。
【００１１】
また、上記プレス成形時においては、上記第２の材料を、上記第１の材料の３次元形状部分側の面に沿って流動させることが好ましい。とくに、その流動の上流側の位置に第２の材料を配置し、該位置に配置されていた第２の材料を上記３次元形状部分形成用キャビティ部に向けて流動させることが好ましい。このようにすることにより、第２の材料の３次元形状部分形成用キャビティ部内への流入をより望ましい状態で安定して円滑に行うことができ、かつ、第２の材料の流動の第１の材料への影響を抑えて、第１の材料によるベース部分の成形も安定して行うことができるようになる。
【００１２】
また、本発明に係る繊維強化熱可塑樹脂成形体の製造方法においては、上記３次元形状部分形成用キャビティ部内への流入が完了した上記第２の材料を、その流入側先端部から他方の端部まで連続して延在させることが好ましい。このようにすることにより、３次元形状部分の少なくとも主要部分が連続した第２の材料で構成されることになり、３次元形状部分の所望強度がより確実に確保されるとともに、３次元形状部分とベース部分との一体化強度の向上も可能になる。
【００１３】
また、上記３次元形状部分形成用キャビティ部内への流入が完了した上記第２の材料を、該３次元形状部分形成用キャビティ部内においてその容積の９０〜１００％の体積割合で存在させることが好ましい。このようにすることにより、３次元形状部分の大部分が、該３次元形状部分形成用の材料として準備した第２の材料で構成されることになり、３次元形状部分の所望強度がより確実に確保される。
【００１４】
また、本発明に係る繊維強化熱可塑樹脂成形体の製造方法において、上記第１の材料と第２の材料を構成する強化繊維としては特に限定されず、任意の強化繊維の使用が可能であるが、とくに成形体の強度確保や良好な成形性確保の面からは、とくに炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維から選ばれる少なくとも１種の強化繊維からなることが好ましい。また、繊維強化熱可塑樹脂成形体の熱可塑性樹脂としては、特に限定されないが、成形容易性の面から、例えば、ポリアミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミドのいずれかから選ばれる少なくとも一つからなることが好ましい。
【００１５】
また、上記第１の材料としては、例えば、強化繊維がランダムに配向した基材に熱可塑性樹脂を含浸させた繊維強化熱可塑性樹脂を用いることが好ましい。この基材を構成する強化繊維としては、例えば、繊維長が１０ｍｍ〜１００ｍｍの範囲にあるものが好ましい。このような範囲の繊維長としておくことにより、プレス成形の際の良好な成形性が得られ、強化繊維による優れた補強効果が得られる。上記第２の材料における強化繊維の繊維長については、例えば、０．１ｍｍ〜１００ｍｍの範囲にあることが好ましい。このような範囲の繊維長としておくことにより、３次元形状部分の良好な成形、さらには全体として円滑な成形が可能になる。
【発明の効果】
【００１６】
このように、本発明に係る繊維強化熱可塑樹脂成形体の製造方法によれば、成形体が複雑な３次元形状部分を有する場合にあっても、所定形状の３次元形状部分を所望の複合組成を維持しつつ低いプレス圧にて容易にかつ確実に成形できる。また、ベース部分の今日を維持しつつ、かつ、成形体全体にわたって強度低下を防止しつつ、所定の繊維強化熱可塑樹脂成形体を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施態様に係る繊維強化熱可塑樹脂成形体の製造方法を示す概略構成図である。
【図２】本発明の別の実施態様に係る繊維強化熱可塑樹脂成形体の製造方法を示す概略構成図である。
【図３】本発明のさらに別の実施態様に係る繊維強化熱可塑樹脂成形体の製造方法を示す概略構成図である。
【図４】本発明における第２の材料の配置例を示す概略構成図である。
【図５】従来の繊維強化熱可塑樹脂成形体の製造方法の一例を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施態様に係る繊維強化熱可塑樹脂成形体の製造方法を示している。図１（Ａ）に示すように、上型１と下型２からなる成形型３(金型) を用いて、ベース部分上に３次元形状部分を有する繊維強化熱可塑性樹脂成形体をプレス成形により製造するに際し、成形体のベース部分を構成するための第１の材料４と３次元形状部分を構成するための第２の材料５を用いて、成形型３内で第１の材料４と第２の材料５を加熱し、あるいは成形型３の外で予め第１の材料４と第２の材料５を加熱してからそれらを成形型３内に配置する。このとき、第２の材料５を、第１の材料４上の位置でかつ、プレス成形時において、第２の材料５が３次元形状部分を形成する成形型３の３次元形状部分形成用キャビティ部６（上型１に形成されたキャビティ部６）のベース部分形成用キャビティ部７との境界に位置する３次元形状部分根元部８の断面における片側部位に接しかつ該片側部位から３次元形状部分形成用キャビティ部６内に流入可能な位置に配置し、図１（Ｂ）に示すように、プレス成形により、第１の材料４と第２の材料５を成形型３のキャビティ９内で一体成形することにより、第１の材料４によりベース部分１０を形成するとともに該ベース部分１０上に第２の材料５により３次元形状部分１１を形成した繊維強化熱可塑樹脂成形体１２を製造する（図１（Ｃ））。
【００１９】
上記実施態様では、第２の材料５が、一つの材料として、２つの３次元形状部分形成用キャビティ部６間の位置で、かつ、第１の材料４上の位置に配置され、プレス成形時に第２の材料５が分かれて第１の材料４上を流動し、分かれた第２の材料５がそれぞれ対応する３次元形状部分形成用キャビティ部６内へと流動するようになっている。
【００２０】
上記分かれた第２の材料５は、対応する３次元形状部分形成用キャビティ部６に向けて第１の材料４上を流動し、３次元形状部分根元部８の片側部位から３次元形状部分形成用キャビティ部６内に連続的に流入して、３次元形状部分１１を形成することとなる。
【００２１】
上記第２の材料の配置および流動については、例えば図２(図２（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）)に別の実施態様を示すように、３次元形状部分形成用キャビティ部６間に２つの第２の材料２１を配置し、プレス成形時に各第２の材料２１がそれぞれ対応する３次元形状部分形成用キャビティ部６内へと流動するようにしてもよい。
【００２２】
また、例えば図３(図３（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）)にさらに別の実施態様を示すように、両３次元形状部分形成用キャビティ部６の外側に２つの第２の材料３１を配置し、プレス成形時に各第２の材料３１がそれぞれ対応する３次元形状部分形成用キャビティ部６内へと流動するようにしてもよい。
【００２３】
上記のような第２の材料５、２１、３１の第１の材料４上での流動、３次元形状部分根元部８の片側部位からの３次元形状部分形成用キャビティ部６内への流入により、第２の材料５、２１、３１が確実にキャビティ部６内に充填され、所定形状の３次元形状部分１１が確実に成形される。すなわち、図１に示した形態について図１（Ｄ）に示すように、第２の材料５が確実に３次元形状部分形成用キャビティ部６内に十分に充填され、樹脂リッチ部が空間部を形成することなく、所定形状の３次元形状部分１１が確実に成形される。このことは、図１（Ｄ）と図５（Ｄ）との比較からも理解できる。また、第２の材料５、２１、３１の流動、流入は連続的に行われるので、３次元形状部分形成用キャビティ部６内で成形される第２の材料も、その流入側端部から反対側端部まで連続的に延在することになる。その結果、第２の材料５、２１、３１により形成される３次元形状部分１１の高い強度が確保される。また、第２の材料５、２１、３１は、第１の材料４に対しては基本的に第１の材料４上を流動すればよいので、第１の材料４によるベース部分１０の成形に対しては実質的に悪影響を及ぼさない。また、第２の材料５、２１、３１と第１の材料４は成形型３のキャビティ９内で一体成形されるので、両材料間には十分に高い接合強度が確保される。したがって、成形を完了した成形体１２は、全体にわたって、所定の形状と所望の高い強度を有することになる。
【００２４】
このような優れた作用、効果を奏するには、とくに第２の材料５、２１、３１を第１の材料４上に配置する際の３次元形状部分形成用キャビティ部６に対する位置関係が重要である。どのような位置関係にすれば、上記のような優れた作用、効果を奏することができるのかについて、図４に例示する。図４においては、図１で用いた符号を利用して各部を表示しており、図４において、「ＯＫ」と表示されている形態は、本発明で目標とした優れた作用、効果を奏することができるものであり、「ＮＧ」と表示されている形態は、そのような優れた作用、効果を奏することができないものである。
【００２５】
図４（Ａ）に示すように、第１の材料４上でかつ３次元形状部分形成用キャビティ部６の３次元形状部分根元部８の近傍に第２の材料５が配置された形態では、プレス成形時に第２の材料５がキャビティ部６の３次元形状部分根元部８の断面における片側部位に接しかつ該片側部位から３次元形状部分形成用キャビティ部６内に流入可能となるので、本発明で目標とした優れた作用、効果を奏することができる。
【００２６】
また、図４（Ｂ）に示すように、第１の材料４上でかつ３次元形状部分形成用キャビティ部６の３次元形状部分根元部８の片側に接するように第２の材料５が配置された形態では、プレス成形時に第２の材料５がキャビティ部６の３次元形状部分根元部８の片側部位から３次元形状部分形成用キャビティ部６内に流入可能となるので、本発明で目標とした優れた作用、効果を奏することができる。
【００２７】
しかし、図４（Ｃ）に示すように、第１の材料４上でかつ３次元形状部分形成用キャビティ部６の両側の３次元形状部分根元部８を超えるまで延びるように第２の材料５が配置された形態では、プレス成形時に第２の材料５がキャビティ部６の３次元形状部分根元部８の片側部位から３次元形状部分形成用キャビティ部６内に流入することができず、第１の材料４上で第２の材料５が適切に流動することができないので、本発明で目標とした優れた作用、効果を奏することができない。
【００２８】
また、図４（Ｄ）に示すように、第１の材料４上でかつ３次元形状部分形成用キャビティ部６の両側の３次元形状部分根元部８間にいずれの３次元形状部分根元部８にも接しないように第２の材料５が配置された形態では、プレス成形時に第２の材料５がキャビティ部６の３次元形状部分根元部８の片側部位から３次元形状部分形成用キャビティ部６内に流入することができず、第１の材料４上で第２の材料５が適切に流動することができないので、本発明で目標とした優れた作用、効果を奏することができない。
【００２９】
このように、本発明においては、プレス成形時に第２の材料５がキャビティ部６の３次元形状部分根元部８の断面における片側部位に接しかつ該片側部位から３次元形状部分形成用キャビティ部６内に流入することが重要な要件となる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明に係る繊維強化熱可塑樹脂成形体の製造方法は、ベース部分上にリブ等の３次元形状部分を有するあらゆる繊維強化熱可塑性樹脂成形体のプレス成形に適用可能である。
【符号の説明】
【００３１】
１  上型
２  下型
３  成形型
４  第１の材料
５、２１、３１  第２の材料
６  ３次元形状部分形成用キャビティ部
７  ベース部分形成用キャビティ部
８  ３次元形状部分根元部
９  成形型のキャビティ
１０  ベース部分
１１  ３次元形状部分
１２  繊維強化熱可塑樹脂成形体
【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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