(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
強化繊維とマトリックス樹脂を含む熱可塑性繊維強化複合材を、キャビティ形成面を有する金型内に配置し、前記金型内で前記熱可塑性繊維強化複合材を加熱および加圧した後、前記熱可塑性繊維強化複合材を冷却することにより、前記熱可塑性繊維強化複合材からなる成形品を得る成形方法であって、
第１金型と第２金型の型閉め途中で、前記第１金型のキャビティ形成面と前記第２金型のキャビティ形成面のうち、ボスまたはリブを成形するための凹み形状が設けられている一方のキャビティ形成面が、前記熱可塑性繊維強化複合材に接触すると、前記型閉めを一時停止して、その型閉めが停止したときの位置で前記第１金型と前記第２金型を所定期間保持し、前記第１金型と前記第２金型を備える前記金型に設けられた加熱回路により、前記凹み形状が設けられている一方のキャビティ形成面の温度が、他方のキャビティ形成面の温度よりも高く設定されている環境で、前記熱可塑性繊維強化複合材を加熱する加熱工程と、
前記第１金型と前記第２金型とを型閉めして、前記熱可塑性繊維強化複合材を加圧することで、前記金型のキャビティ内で前記熱可塑性繊維強化複合材を流動させ、前記凹み形状内へ前記熱可塑性繊維強化複合材を流入させる加圧工程と、
前記金型に設けられた冷却回路により、前記第１金型のキャビティ形成面と前記第２金型のキャビティ形成面を冷却して、前記熱可塑性繊維強化複合材を冷却する冷却工程と、
前記第１金型と前記第２金型を型開きして、前記成形品を得る工程と、
を具備することを特徴とする繊維強化複合材の成形方法。
【請求項２】
前記加熱工程において、前記凹み形状が設けられている一方のキャビティ形成面の中の、前記凹み形状が設けられている部分の温度が局所的に、その一方のキャビティ形成面の中の他の部分の温度よりも高く設定されていることを特徴とする請求項１に記載の繊維強化複合材の成形方法。
【請求項３】
強化繊維とマトリックス樹脂を含む熱可塑性繊維強化複合材を、キャビティ形成面を有する金型内に配置し、前記金型内で前記熱可塑性繊維強化複合材を加熱および加圧した後、前記熱可塑性繊維強化複合材を冷却することにより、前記熱可塑性繊維強化複合材からなる成形品を得る成形方法であって、
第１金型と第２金型の型閉め途中で、前記第１金型のキャビティ形成面と前記第２金型のキャビティ形成面が前記熱可塑性繊維強化複合材に接触すると、前記型閉めを一時停止して、その型閉めが停止したときの位置で前記第１金型と前記第２金型を所定期間保持し、前記第１金型と前記第２金型を備える前記金型に設けられた加熱回路により、ボスまたはリブを成形するための凹み形状が設けられている前記第１金型のキャビティ形成面と、ボスまたはリブを成形するための凹み形状が設けられている前記第２金型のキャビティ形成面のうち、前記凹み形状の体積が大きい方の一方のキャビティ形成面の温度が、他方のキャビティ形成面の温度よりも高く設定されている環境で、前記熱可塑性繊維強化複合材を加熱する加熱工程と、
前記第１金型と前記第２金型とを型閉めして、前記熱可塑性繊維強化複合材を加圧することで、前記金型のキャビティ内で前記熱可塑性繊維強化複合材を流動させ、前記凹み形状内へ前記熱可塑性繊維強化複合材を流入させる加圧工程と、
前記金型に設けられた冷却回路により、前記第１金型のキャビティ形成面と前記第２金型のキャビティ形成面を冷却して、前記熱可塑性繊維強化複合材を冷却する冷却工程と、
前記第１金型と前記第２金型を型開きして、前記成形品を得る工程と、
を具備することを特徴とする繊維強化複合材の成形方法。
【請求項４】
前記加熱工程において、前記第１金型のキャビティ形成面の中の前記凹み形状が設けられている部分の温度が局所的に、前記第１金型のキャビティ形成面の中の他の部分の温度よりも高く設定され、かつ、前記第２金型のキャビティ形成面の中の前記凹み形状が設けられている部分の温度が局所的に、前記第２金型のキャビティ形成面の中の他の部分の温度よりも高く設定されていることを特徴とする請求項３に記載の繊維強化複合材の成形方法。
【請求項５】
前記加圧工程において、前記凹み形状が設けられたキャビティ形成面における前記凹み形状の外周部に形成された突起部により、その外周部に対向する箇所の前記熱可塑性繊維強化複合材が、前記凹み形状に対向する箇所の前記熱可塑性繊維強化複合材よりも先に加圧されることを特徴とする請求項１または３に記載の繊維強化複合材の成形方法。
【請求項６】
前記凹み形状に対向する箇所の前記熱可塑性繊維強化複合材に第２の熱可塑性繊維強化複合材が部分的に積み重ねられていることを特徴とする請求項１または３に記載の繊維強化複合材の成形方法。
【請求項７】
キャビティ形成面を有する金型を備え、前記金型内に配置された、強化繊維とマトリックス樹脂を含む熱可塑性繊維強化複合材を、加熱および加圧した後、冷却することにより、前記熱可塑性繊維強化複合材からなる成形品を得る成形装置であって、
キャビティ形成面が設けられた第１金型と、
前記第１金型のキャビティ形成面と共にキャビティを形成するキャビティ形成面が設けられた第２金型と、
前記第１金型のキャビティ形成面と前記第２金型のキャビティ形成面のうち、ボスまたはリブを成形するための凹み形状が設けられている一方のキャビティ形成面の温度を、他方のキャビティ形成面の温度よりも高くする加熱回路と、
前記第１金型と前記第２金型の型閉め動作を開始し、その型閉め途中で、前記第１金型のキャビティ形成面と前記第２金型のキャビティ形成面のうち、前記凹み形状が設けられている一方のキャビティ形成面が、前記熱可塑性繊維強化複合材に接触すると、前記型閉め動作を一時停止させ、その型閉め動作が停止したときの位置で前記第１金型と前記第２金型を所定期間保持し、その後、前記第１金型と前記第２金型を型閉めして、前記熱可塑性繊維強化複合材を加圧することで、前記金型のキャビティ内で前記熱可塑性繊維強化複合材を流動させ、前記凹み形状内へ前記熱可塑性繊維強化複合材を流入させる型閉め機構と、
前記型閉め後、前記第１金型のキャビティ形成面と前記第２金型のキャビティ形成面を冷却して、前記熱可塑性繊維強化複合材を冷却する冷却回路と、
前記冷却後、前記第１金型と前記第２金型を型開きする型開き機構と、
を備えることを特徴とする繊維強化複合材の成形装置。
【請求項８】
前記加熱回路は、前記凹み形状が設けられている一方のキャビティ形成面の中の、前記凹み形状が設けられている部分の温度を局所的に、その一方のキャビティ形成面の中の他の部分の温度よりも高くすることを特徴とする請求項７に記載の繊維強化複合材の成形装置。
【請求項９】
キャビティ形成面を有する金型を備え、前記金型内に配置された、強化繊維とマトリックス樹脂を含む熱可塑性繊維強化複合材を、加熱および加圧した後、冷却することにより、前記熱可塑性繊維強化複合材からなる成形品を得る成形装置であって、
ボスまたはリブを成形するための凹み形状を有するキャビティ形成面が設けられた第１金型と、
ボスまたはリブを成形するための凹み形状を有し且つ前記第１金型のキャビティ形成面と共にキャビティを形成するキャビティ形成面が設けられた第２金型と、
前記第１金型のキャビティ形成面と前記第２金型のキャビティ形成面のうち、前記凹み形状の体積が大きい方の一方のキャビティ形成面の温度を、他方のキャビティ形成面の温度よりも高くする加熱回路と、
前記第１金型と前記第２金型の型閉め動作を開始し、その型閉め途中で、前記第１金型のキャビティ形成面と前記第２金型のキャビティ形成面が前記熱可塑性繊維強化複合材に接触すると、前記型閉め動作を一時停止させ、その型閉め動作が停止したときの位置で前記第１金型と前記第２金型を所定期間保持し、その後、前記第１金型と前記第２金型を型閉めして、前記熱可塑性繊維強化複合材を加圧することで、前記金型のキャビティ内で前記熱可塑性繊維強化複合材を流動させ、前記凹み形状内へ前記熱可塑性繊維強化複合材を流入させる型閉め機構と、
前記型閉め後、前記第１金型のキャビティ形成面と前記第２金型のキャビティ形成面を冷却して、前記熱可塑性繊維強化複合材を冷却する冷却回路と、
前記冷却後、前記第１金型と前記第２金型を型開きする型開き機構と、
を備えることを特徴とする繊維強化複合材の成形装置。
【請求項１０】
前記加熱回路は、前記第１金型のキャビティ形成面の中の前記凹み形状が設けられている部分の温度を局所的に、前記第１金型のキャビティ形成面の中の他の部分の温度よりも高くし、かつ、前記第２金型のキャビティ形成面の中の前記凹み形状が設けられている部分の温度を局所的に、前記第２金型のキャビティ形成面の中の他の部分の温度よりも高くすることを特徴とする請求項９に記載の繊維強化複合材の成形装置。
【請求項１１】
前記凹み形状が設けられたキャビティ形成面における前記凹み形状の外周部に形成された突起部をさらに備え、その外周部に対向する箇所の前記熱可塑性繊維強化複合材を、前記突起部により、前記凹み形状に対向する箇所の前記熱可塑性繊維強化複合材よりも先に加圧することを特徴とする請求項７または９に記載の繊維強化複合材の成形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱可塑性繊維強化複合材の成形方法と、熱可塑性繊維強化複合材の成形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
強化繊維とマトリックス樹脂を含む繊維強化複合材は、比強度、比弾性率が高く、力学特性に優れること、耐候性、耐薬品性などの高機能特性を有することなどから、航空機の部品や、自動車の部品、建材、スポーツ用品などの用途において注目され、その需要は年々高まっている。
【０００３】
繊維強化複合材のプリプレグの製造方法には、例えば、強化繊維のトウまたは織布に未硬化の熱硬化性樹脂を含浸させる方法、強化繊維またはその織物に熱硬化性の樹脂粉末を塗布し、次いで加圧下で該樹脂粉末を溶融して組織に含浸させる方法等がある。しかしながら、これらの方法で製造されるプリプレグは、粘着性であったり、複雑な形状に加工することが困難であるなど、取扱いが容易でなかった。
【０００４】
強化繊維には、ガラス繊維や炭素繊維等の無機繊維や、アラミド繊維などの有機繊維が使用される。また、強化繊維は、その使用形態から、連続繊維と不連続繊維に大別される。連続繊維とは、長さが数ｍ以上の繊維のことである。強化繊維として連続繊維を含む繊維強化複合材からなる成形品は、例えば、ハンドレイアップ法やオートクレーブ法で製造される。ハンドレイアップ法では、織物や編み物等の織布に加工された連続繊維に、未硬化の熱硬化性樹脂を刷毛やローラーなどで塗布した後、該熱硬化性樹脂を硬化させることにより、成形品を製造する。オートクレーブ法では、連続繊維に未硬化の熱硬化性樹脂を含浸させたプリプレグを必要枚数積層してオートクレーブで加熱、加圧して、成形品を製造する。不連続繊維とは、連続繊維を数ｍｍから数ｃｍに切断したもので、チョップド糸、カット糸などと呼ばれる。強化繊維として不連続繊維を含む繊維強化複合材からなる成形品は、例えばハンドレイアップ法では、型内に不連続繊維を規則的あるいは不規則に配向させた後、未硬化の熱硬化性樹脂を刷毛やローラーなどで塗布して、該熱硬化性樹脂を硬化させることにより、製造される。あるいは、未硬化の熱硬化性樹脂と不連続繊維を予め混合したシート状のＳＭＣ（シート・モールディング・コンパウンド）基材、または未硬化の熱硬化性樹脂と不連続繊維を予め混練した塊状のＢＭＣ（バルク・モールディング・コンパウンド）基材を、成形型内で加熱、加圧して、成形品を製造する。
【０００５】
ＳＭＣ基材やＢＭＣ基材といった強化繊維が不連続繊維である基材を用いて成形品を製造する方法は、予め樹脂が強化繊維に含浸されているため工程がシンプル（樹脂を流し込む工程が不要）で生産性が高い、強化繊維が短いため基材が容易に流動して複雑な形状の成形品の製造が可能であるという特長を備え、バスタブなどの建材やスポイラーなどの自動車部品の製造等に広く普及している。
【０００６】
特にＳＭＣ基材は、ポリエステル樹脂やビニルエステル樹脂等の未硬化の熱硬化性樹脂シート上に、１０ｍｍ〜５０ｍｍに切断したガラス繊維や炭素繊維からなる強化繊維を、ランダム、あるいは一方向に散布した、厚さ数ｍｍのシート状の基材であり、ＳＭＣ基材を用いた成形品の製造方法（ＳＭＣ法）では、ＳＭＣ基材が、成形型内に配置され、加熱、加圧されて押し広げられる。これにより、基材が流動して最終形状に賦形されるとともに、加熱により基材が硬化して、成形品が製造される。このようにＳＭＣ法は金属プレス成型法に類似しているため、フードやドアパネルなどの自動車部品の製造に普及し始めている。
【０００７】
また、強化繊維が連続繊維である基材には、連続繊維に未硬化の熱硬化性樹脂を含浸させたプリプレグ以外にも、熱可塑性樹脂繊維と強化繊維またはその混紡糸からなる織物（織布）と熱可塑性樹脂シートとを積層し、特定の温度下で加熱および加圧して成形されたものが知られている（例えば、特許文献１を参照。）。
【０００８】
マトリックス樹脂に熱可塑性樹脂を使用すると、マトリックス樹脂の選択肢が多くなるとともに、エンジニアリング・プラスチックと呼ばれる高性能樹脂を使用することも可能になるため、繊維強化複合材の用途の拡大を見込める。また、熱硬化性樹脂を使用する場合に比べて成形サイクルが格段に短縮されるため、自動車等の大量生産品への繊維強化複合材の適用が期待され、注目されている。
【０００９】
また、炭素繊維を強化繊維とし、ナイロン、ＰＣ（ポリカーボネート）等の熱可塑性樹脂をマトリックス樹脂とする炭素繊維強化熱可塑性樹脂組成物（ＣＦＲＴＰ）が、射出成形法によって複雑な形状の成形であっても柔軟に対応できることから、つまり高い成形性を備えることから、近年、パソコンやＯＡ機器、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、携帯電話、ＡＶ機器、電話機、ファクシミリ、家電製品、玩具用品などの電気または電子機器の部品や、これら部品や高密度実装回路を収容する筐体に使用されるようになってきた（例えば、特許文献２を参照。）。
【００１０】
しかし、電気または電子機器の筐体には、電気または電子機器の部品と筐体との接続部分である、いわゆるボスまたはリブと称される部分を設ける必要があり、強化繊維として連続繊維を含む繊維強化複合材を、ボスまたはリブの形状に賦形することは非常に困難であった。このため、ボスまたはリブについては、マトリックス樹脂が熱可塑性樹脂であり、かつ強化繊維が不連続繊維である繊維強化複合材を材料として別途成形して、筐体の天面部に接着剤等によって一体化させている（例えば、特許文献２を参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開昭６３−８７２２８号公報
【特許文献２】特開２００４−３５８８２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
以上のように、パソコンやＯＡ機器、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、携帯電話、ＡＶ機器、家電製品、玩具用品などの電気または電子機器の筐体の材料に繊維強化複合材を使用する場合、ボスまたはリブと称される細かく複雑な形状に繊維強化複合材を成形する必要がある。しかし、不連続繊維よりも機械的特性に優れる連続繊維を強化繊維として含む繊維強化複合材は、ボスまたはリブの形状への賦形が非常に困難であった。このため、ボスまたはリブについては、強化繊維が不連続繊維である繊維強化複合材を材料として別途成形して、筐体の天面部に接着剤等によって一体化させている。しかしながら、ボスまたはリブを天面部に接着剤等によって一体化させた場合、応力が集中するボスまたはリブの根本部で、該ボスまたはリブが天面部から折れ易くなるという問題があった。また、成形性を優先して、成形型を用いて、強化繊維として不連続繊維を含む熱可塑性繊維強化複合材を、ボスまたはリブを含む筐体の形状に賦形することが考えられるが、強化繊維として不連続繊維を含む繊維強化複合材は、強化繊維として連続繊維を含む繊維強化複合材に比べて、引っ張り強さ等の機械的特性が低いので、この場合であっても、応力が集中するボスまたはリブの根本で、該ボスまたはリブが天面部から折れ易くなるという問題があった。
【００１３】
本発明は、前述した従来の問題を解決するものであり、熱可塑性繊維強化複合材を金型内で加熱し、該熱可塑性繊維強化複合材に含まれるマトリックス樹脂を溶融させ、同時に圧縮することで、マトリックス樹脂を金型のキャビティ内で流動させるとともに、そのマトリックス樹脂の流動を利用して、該熱可塑性繊維強化複合材に含まれる強化繊維も金型のキャビティ内で流動させることにより、強化繊維が連続繊維である熱可塑性繊維強化複合材を成形して、ボスまたはリブなどの細かく複雑な形状を、成形品の本体部と同時に、該成形品と一体形成できる繊維強化複合材の成形方法および繊維強化複合材の成形装置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】
【００１４】
本発明の第１の繊維強化複合材の成形方法は、強化繊維とマトリックス樹脂を含む熱可塑性繊維強化複合材を、キャビティ形成面を有する金型内に配置し、前記金型内で前記熱可塑性繊維強化複合材を加熱および加圧した後、前記熱可塑性繊維強化複合材を冷却することにより、前記熱可塑性繊維強化複合材からなる成形品を得る成形方法であって、第１金型と第２金型の型閉め途中で、前記第１金型のキャビティ形成面と前記第２金型のキャビティ形成面のうち、ボスまたはリブを成形するための凹み形状が設けられている一方のキャビティ形成面が、前記熱可塑性繊維強化複合材に接触すると、前記型閉めを一時停止して、その型閉めが停止したときの位置で前記第１金型と前記第２金型を所定期間保持し、前記第１金型と前記第２金型を備える前記金型に設けられた加熱回路により、前記凹み形状が設けられている一方のキャビティ形成面の温度が、他方のキャビティ形成面の温度よりも高く設定されている環境で、前記熱可塑性繊維強化複合材を加熱する加熱工程と、前記第１金型と前記第２金型とを型閉めして、前記熱可塑性繊維強化複合材を加圧することで、前記金型のキャビティ内で前記熱可塑性繊維強化複合材を流動させ、前記凹み形状内へ前記熱可塑性繊維強化複合材を流入させる加圧工程と、前記金型に設けられた冷却回路により、前記第１金型のキャビティ形成面と前記第２金型のキャビティ形成面を冷却して、前記熱可塑性繊維強化複合材を冷却する冷却工程と、前記第１金型と前記第２金型を型開きして、前記成形品を得る工程と、を具備することを特徴とするものである。
【００１５】
上記本発明の第１の繊維強化複合材の成形方法が具備する前記加熱工程において、前記凹み形状が設けられている一方のキャビティ形成面の中の、前記凹み形状が設けられている部分の温度が局所的に、その一方のキャビティ形成面の中の他の部分の温度よりも高く設定されてもよい。
【００１６】
本発明の第２の繊維強化複合材の成形方法は、強化繊維とマトリックス樹脂を含む熱可塑性繊維強化複合材を、キャビティ形成面を有する金型内に配置し、前記金型内で前記熱可塑性繊維強化複合材を加熱および加圧した後、前記熱可塑性繊維強化複合材を冷却することにより、前記熱可塑性繊維強化複合材からなる成形品を得る成形方法であって、第１金型と第２金型の型閉め途中で、前記第１金型のキャビティ形成面と前記第２金型のキャビティ形成面が前記熱可塑性繊維強化複合材に接触すると、前記型閉めを一時停止して、その型閉めが停止したときの位置で前記第１金型と前記第２金型を所定期間保持し、前記第１金型と前記第２金型を備える前記金型に設けられた加熱回路により、ボスまたはリブを成形するための凹み形状が設けられている前記第１金型のキャビティ形成面と、ボスまたはリブを成形するための凹み形状が設けられている前記第２金型のキャビティ形成面のうち、前記凹み形状の体積が大きい方の一方のキャビティ形成面の温度が、他方のキャビティ形成面の温度よりも高く設定されている環境で、前記熱可塑性繊維強化複合材を加熱する加熱工程と、前記第１金型と前記第２金型とを型閉めして、前記熱可塑性繊維強化複合材を加圧することで、前記金型のキャビティ内で前記熱可塑性繊維強化複合材を流動させ、前記凹み形状内へ前記熱可塑性繊維強化複合材を流入させる加圧工程と、前記金型に設けられた冷却回路により、前記第１金型のキャビティ形成面と前記第２金型のキャビティ形成面を冷却して、前記熱可塑性繊維強化複合材を冷却する冷却工程と、前記第１金型と前記第２金型を型開きして、前記成形品を得る工程と、を具備することを特徴とするものである。
【００１７】
上記本発明の第２の繊維強化複合材の成形方法が具備する前記加熱工程において、前記第１金型のキャビティ形成面の中の前記凹み形状が設けられている部分の温度が局所的に、前記第１金型のキャビティ形成面の中の他の部分の温度よりも高く設定され、かつ、前記第２金型のキャビティ形成面の中の前記凹み形状が設けられている部分の温度が局所的に、前記第２金型のキャビティ形成面の中の他の部分の温度よりも高く設定されてもよい。
【００１８】
上記本発明の第１または第２の繊維強化複合材の成形方法が具備する前記加圧工程において、前記凹み形状が設けられたキャビティ形成面における前記凹み形状の外周部に形成された突起部により、その外周部に対向する箇所の前記熱可塑性繊維強化複合材が、前記凹み形状に対向する箇所の前記熱可塑性繊維強化複合材よりも先に加圧されてもよい。
【００１９】
上記本発明の第１または第２の繊維強化複合材の成形方法において、前記凹み形状に対向する箇所の前記熱可塑性繊維強化複合材に第２の熱可塑性繊維強化複合材が部分的に積み重ねられていてもよい。
【００２０】
本発明の第１の繊維強化複合材の成形装置は、キャビティ形成面を有する金型を備え、前記金型内に配置された、強化繊維とマトリックス樹脂を含む熱可塑性繊維強化複合材を、加熱および加圧した後、冷却することにより、前記熱可塑性繊維強化複合材からなる成形品を得る成形装置であって、キャビティ形成面が設けられた第１金型と、前記第１金型のキャビティ形成面と共にキャビティを形成するキャビティ形成面が設けられた第２金型と、前記第１金型のキャビティ形成面と前記第２金型のキャビティ形成面のうち、ボスまたはリブを成形するための凹み形状が設けられている一方のキャビティ形成面の温度を、他方のキャビティ形成面の温度よりも高くする加熱回路と、前記第１金型と前記第２金型の型閉め動作を開始し、その型閉め途中で、前記第１金型のキャビティ形成面と前記第２金型のキャビティ形成面のうち、前記凹み形状が設けられている一方のキャビティ形成面が、前記熱可塑性繊維強化複合材に接触すると、前記型閉め動作を一時停止させ、その型閉め動作が停止したときの位置で前記第１金型と前記第２金型を所定期間保持し、その後、前記第１金型と前記第２金型を型閉めして、前記熱可塑性繊維強化複合材を加圧することで、前記金型のキャビティ内で前記熱可塑性繊維強化複合材を流動させ、前記凹み形状内へ前記熱可塑性繊維強化複合材を流入させる型閉め機構と、前記型閉め後、前記第１金型のキャビティ形成面と前記第２金型のキャビティ形成面を冷却して、前記熱可塑性繊維強化複合材を冷却する冷却回路と、前記冷却後、前記第１金型と前記第２金型を型開きする型開き機構と、を備えることを特徴とするものである。
【００２１】
上記本発明の第１の繊維強化複合材の成形装置において、前記加熱回路は、前記凹み形状が設けられている一方のキャビティ形成面の中の、前記凹み形状が設けられている部分の温度を局所的に、その一方のキャビティ形成面の中の他の部分の温度よりも高くしてもよい。
【００２２】
本発明の第２の繊維強化複合材の成形装置は、キャビティ形成面を有する金型を備え、前記金型内に配置された、強化繊維とマトリックス樹脂を含む熱可塑性繊維強化複合材を、加熱および加圧した後、冷却することにより、前記熱可塑性繊維強化複合材からなる成形品を得る成形装置であって、ボスまたはリブを成形するための凹み形状を有するキャビティ形成面が設けられた第１金型と、ボスまたはリブを成形するための凹み形状を有し且つ前記第１金型のキャビティ形成面と共にキャビティを形成するキャビティ形成面が設けられた第２金型と、前記第１金型のキャビティ形成面と前記第２金型のキャビティ形成面のうち、前記凹み形状の体積が大きい方の一方のキャビティ形成面の温度を、他方のキャビティ形成面の温度よりも高くする加熱回路と、前記第１金型と前記第２金型の型閉め動作を開始し、その型閉め途中で、前記第１金型のキャビティ形成面と前記第２金型のキャビティ形成面が前記熱可塑性繊維強化複合材に接触すると、前記型閉め動作を一時停止させ、その型閉め動作が停止したときの位置で前記第１金型と前記第２金型を所定期間保持し、その後、前記第１金型と前記第２金型を型閉めして、前記熱可塑性繊維強化複合材を加圧することで、前記金型のキャビティ内で前記熱可塑性繊維強化複合材を流動させ、前記凹み形状内へ前記熱可塑性繊維強化複合材を流入させる型閉め機構と、前記型閉め後、前記第１金型のキャビティ形成面と前記第２金型のキャビティ形成面を冷却して、前記熱可塑性繊維強化複合材を冷却する冷却回路と、前記冷却後、前記第１金型と前記第２金型を型開きする型開き機構と、を備えることを特徴とするものである。
【００２３】
上記本発明の第２の繊維強化複合材の成形装置において、前記加熱回路は、前記第１金型のキャビティ形成面の中の前記凹み形状が設けられている部分の温度を局所的に、前記第１金型のキャビティ形成面の中の他の部分の温度よりも高くし、かつ、前記第２金型のキャビティ形成面の中の前記凹み形状が設けられている部分の温度を局所的に、前記第２金型のキャビティ形成面の中の他の部分の温度よりも高くしてもよい。
【００２４】
上記本発明の第１または第２の繊維強化複合材の成形装置は、前記凹み形状が設けられたキャビティ形成面における前記凹み形状の外周部に形成された突起部をさらに備え、その外周部に対向する箇所の前記熱可塑性繊維強化複合材を、前記突起部により、前記凹み形状に対向する箇所の前記熱可塑性繊維強化複合材よりも先に加圧してもよい。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、強化繊維が連続繊維である熱可塑性繊維強化複合材を成形して、ボスまたはリブなどの細かく複雑な形状を、成形品の本体部と同時に、該成形品と一体形成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施の形態１における繊維強化複合材の成形装置の一構成例の主要部を示す断面図
【図２】本発明の実施の形態１における繊維強化複合材の成形装置の型閉め途中の断面図
【図３】本発明の実施の形態１における繊維強化複合材の成形装置の型閉め時の断面図
【図４】本発明の実施の形態１における繊維強化複合材の成形装置から取り出された成形品の一例の断面図
【図５】本発明の実施の形態１における成形品のボスまたはリブの一例を示す断面図
【図６】本発明の実施の形態１における成形品のボスまたはリブの他例を示す断面図
【図７】本発明の実施の形態１における繊維強化複合材の一構成例を示す模式図
【図８】本発明の実施の形態１における成形品のボスまたはリブの成形プロセスを説明するための断面図
【図９】本発明の実施の形態１における繊維強化複合材の成形方法の一例を示すフローチャート
【図１０】本発明の実施の形態１における繊維強化複合材の成形装置の変形例の主要部を示す断面図
【図１１】本発明の実施の形態１における繊維強化複合材の成形装置の他の変形例を説明するための拡大断面図
【図１２】本発明の実施の形態２における繊維強化複合材の成形装置の一構成例を説明するための拡大断面図
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、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。但し、同じ構成要素には同じ符号を付して、重複する説明を省略する場合もある。また、図面は、理解し易くするために、それぞれの構成要素を主体に模式的に示す。また、図示された各構成要素の厚み、長さ等は図面作成の都合上から、実際とは異なる。なお、以下の実施の形態で示す各構成要素の形状や寸法等は一例であって特に限定されるものではなく、本発明の効果から実質的に逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。また、以下の実施の形態で説明される事項は、適宜組み合わせることが可能である。
【００２８】
（実施の形態１）
図１は本実施の形態１における繊維強化複合材の成形装置の一構成例の主要部を示す断面図である。この成形装置は、キャビティ形成面を有する金型を備え、該金型内に配置された、強化繊維（連続繊維）とマトリックス樹脂（熱可塑性樹脂）を含む熱可塑性繊維強化複合材を、加熱および加圧した後、冷却することにより、該熱可塑性繊維強化複合材からなる成形品を得るものである。以下、この実施の形態１における繊維強化複合材の成形装置について詳細に説明する。
【００２９】
図１に示すように、第１金型の一例である固定側金型１０に凹形状のキャビティ形成面１１が形成されており、第２金型の一例である可動側金型１２に凸形状のキャビティ形成面１３が形成されている。凸形状のキャビティ形成面１３は、凹形状のキャビティ形成面１１と共に、成形品を成形するための成形空間（キャビティ）を形成する。また、凸形状のキャビティ形成面１３は、ボスまたはリブを成形するための凹み形状１４を有している。
【００３０】
金型内にて熱可塑性繊維強化複合材１５を加熱または冷却するために、可動側金型１２の凸形状のキャビティ形成面１３および固定側金型１０の凹形状のキャビティ形成面１１のそれぞれの最近傍に、電気式ヒーター等の加熱回路１６ａおよび１６ｂがそれぞれ配置されており、加熱回路１６ａおよび１６ｂのそれぞれの外側に、冷却回路１７ａおよび１７ｂがそれぞれ配置されている。なお、図１に示す配置とは逆に、冷却回路１７ａおよび１７ｂがそれぞれ、加熱回路１６ａおよび１６ｂよりもキャビティ形成面１３および１１に近い位置に配置されてもよい。
【００３１】
図２は本実施の形態１における繊維強化複合材の成形装置の型閉め途中の断面図である。図２に示すように、固定側金型１０側に配置されている被加工材押さえプレート１８は固定側金型１０へ向けて移動して、熱可塑性繊維強化複合材１５を凹形状のキャビティ形成面１１の周囲で被加工材押さえプレート１８と固定側金型１０との間に挟み込んで、熱可塑性繊維強化複合材１５を拘束する。なお、被加工材押さえプレート１８は省略されてもよい。
【００３２】
被加工材押さえプレート１８が熱可塑性繊維強化複合材１５を拘束した後、図示しない型閉め機構により、凸形状のキャビティ形成面１３が熱可塑性繊維強化複合材１５に接触する位置まで可動側金型１２が固定側金型１０へ向けて移動して、その位置で所定期間保持される。このとき、加熱回路１６ａにより、凸形状のキャビティ形成面１３は、熱可塑性繊維強化複合材１５に含まれるマトリックス樹脂の溶融温度以上、かつ熱可塑性繊維強化複合材１５に含まれる強化繊維の溶融温度未満の範囲内の温度に加熱されている。これにより、ボスまたはリブを成形するための凹み形状１４が形成された凸形状のキャビティ形成面１３の側の熱可塑性繊維強化複合材１５の表面温度が、熱可塑性繊維強化複合材１５に含まれるマトリックス樹脂の溶融温度以上となり、凸形状のキャビティ形成面１３の側の熱可塑性繊維強化複合材１５の流動性が高まる。
【００３３】
図３は本実施の形態１における繊維強化複合材の成形装置の型閉め時の断面図である。固定側金型１０と可動側金型１２は、型閉め途中の状態で前記した所定の期間保持された後、図示しない型閉め機構により型閉めされる。このとき、熱可塑性繊維強化複合材１５は、熱可塑性繊維強化複合材１５に含まれるマトリックス樹脂の溶融温度以上で、且つ熱可塑性繊維強化複合材１５に含まれる強化繊維の溶融温度未満に加熱されており、熱可塑性繊維強化複合材１５が型締め力によって加圧されることで、マトリックス樹脂が金型のキャビティ内で流動するとともに、そのマトリックス樹脂の流動によって、強化繊維も金型のキャビティ内で流動する。また、このとき、固定側金型１０に配置された加熱回路１６ｂは、熱可塑性繊維強化複合材１５に含まれるマトリックス樹脂の溶融温度以上で、かつ、可動側金型１２に配置された加熱回路１６ａの温度よりも低い温度に設定されている。これにより、凹形状のキャビティ形成面１１の側の熱可塑性繊維強化複合材（マトリックス樹脂）１５の粘性（溶融度）が、凸形状のキャビティ形成面１３の側の熱可塑性繊維強化複合材（マトリックス樹脂）１５の粘性（溶融度）よりも高くなり（低くなり）、凸形状のキャビティ形成面１３の側へのマトリックス樹脂および強化繊維の流動が促進され、この結果、ボスまたはリブを成形するための凹み形状１４の細かく複雑な隙間にもマトリックス樹脂および強化繊維が流入することができ、ボスまたはリブの成形性が向上する。
【００３４】
この金型の型閉め時には、熱可塑性繊維強化複合材１５の内部では、マトリックス樹脂が溶融状態になっており、強化繊維は、この溶融状態のマトリックス樹脂の中で浮遊しているような状態になっている。そして、ボスまたはリブを成形するための凹み形状１４の空間へ、先ず始めに、加圧によってマトリックス樹脂が流入する。そして、このマトリックス樹脂の流入につられて、強化繊維も凹み形状１４の空間へ流入する。
【００３５】
この後、可動側金型１２および固定側金型１０にそれぞれ配置された冷却回路１７ａおよび１７ｂにより、可動側金型１２の凸形状のキャビティ形成面１３と固定側金型１０の凹形状のキャビティ形成面１１が冷却され、これにより、熱可塑性繊維強化複合材１５に含まれるマトリックス樹脂が固化される。
【００３６】
この後、図示しない型開き機構によって可動側金型１２が固定側金型１０から遠ざかり、固定側金型１０と可動側金型１２が型開きする。この型開き後、マトリックス樹脂の固化温度以下の成形品が金型内から取り出される。図４は本実施の形態１における繊維強化複合材の成形装置から取り出された成形品１９の断面図である。
【００３７】
かかる構成によれば、熱可塑性繊維強化複合材１５を金型内で加熱し、該熱可塑性繊維強化複合材１５に含まれるマトリックス樹脂を溶融させ、同時に圧縮することで、マトリックス樹脂を金型のキャビティ内で流動させるとともに、そのマトリックス樹脂の流動を利用して、該熱可塑性繊維強化複合材１５に含まれる強化繊維も金型のキャビティ内で流動させることにより、強化繊維が連続繊維である熱可塑性繊維強化複合材１５を、ボスまたはリブなどの細かく複雑な形状に賦形できるので、ボスまたはリブの中に連続繊維を有した成形品１９を得ることが可能となる。
【００３８】
なお、ボスまたはリブを成形するための凹み形状１４は固定側金型１０の凹形状のキャビティ形成面１１に形成されていてもよく、この場合、加熱回路１６ｂにより、凹形状のキャビティ形成面１１が、熱可塑性繊維強化複合材１５に含まれるマトリックス樹脂の溶融温度以上、かつ熱可塑性繊維強化複合材１５に含まれる強化繊維の溶融温度未満の範囲内の温度に加熱されるとともに、加熱回路１６ａにより、可動側金型１２の凸形状のキャビティ形成面１３が、熱可塑性繊維強化複合材１５に含まれるマトリックス樹脂の溶融温度以上で、固定側金型１０の凹形状のキャビティ形成面１１の温度よりも低い温度に加熱される。そして、固定側金型１０と可動側金型１２の型閉め途中で、固定側金型１０の凹形状のキャビティ形成面１１が熱可塑性繊維強化複合材１５に接触すると、型閉めが一時停止されて、その型閉めが停止したときの位置で固定側金型１０と可動側金型１２が所定期間保持される。この金型の型閉め動作は、図示しない型閉め機構によって実施される。
【００３９】
また、ボスまたはリブを成形するための凹み形状１４は、固定側金型１０の凹形状のキャビティ形成面１１と可動側金型１２の凸形状のキャビティ形成面１３の両方に形成されていてもよい。この場合、加熱回路１６ａおよび１６ｂにより、凸形状のキャビティ形成面１３と凹形状のキャビティ形成面１１がそれぞれ、熱可塑性繊維強化複合材１５に含まれるマトリックス樹脂の溶融温度以上、かつ熱可塑性繊維強化複合材１５に含まれる強化繊維の溶融温度未満の範囲内の温度に加熱される。また、加熱回路１６ａおよび１６ｂにより、凹み形状１４の空間の合計の体積が大きくなる一方のキャビティ形成面１１または１３の温度が、他方のキャビティ形成面１３または１１の温度よりも高くされ、固定側金型１０と可動側金型１２の型閉め途中で、固定側金型１０の凹形状のキャビティ形成面１１と可動側金型１２の凸形状のキャビティ形成面１３が熱可塑性繊維強化複合材１５に接触すると、型閉めが一時停止されて、その型閉めが停止したときの位置で固定側金型１０と可動側金型１２が所定期間保持される。この金型の型閉め動作は、図示しない型閉め機構によって実施される。
【００４０】
また、凹形状のキャビティ形成面１１が可動側金型１２に形成され、凸形状のキャビティ形成面１３が固定側金型１０に形成されていてもよい。
【００４１】
図５は本実施の形態１における成形品のボスまたはリブの一例を示す断面図である。図５に示すように、ボスまたはリブ２０は、例えば、幅ｔまたは直径φｔが１ｍｍ程度、高さｈが１０ｍｍ程度の、平面部から突出した形状を持つ。但し、これらの具体的な寸法は一例であり、ｈ／ｔの値が約１０程度となる形状が成形可能である。また、ボスまたはリブ２０は、図６に示すようなアンダーカット形状であってもよい。アンダーカット形状のボスまたはリブ２０は、スライドコアを備えた金型によって成形可能である。
【００４２】
図７は強化繊維として連続繊維を含む熱可塑性繊維強化複合材１５の一構成例を示す模式図である。強化繊維が連続繊維である熱可塑性繊維強化複合材１５は、Ａ部の拡大図に示すように、数千本の連続繊維が束ねられた繊維束２１が縦横方向に配列された織物２２が、Ｂ部の拡大図に示すように、何層にも重ねされて、連続繊維の周囲が、マトリックス樹脂（熱可塑性樹脂）により覆われたものであってもよい。また、Ｂ部の拡大図に示すように、織物２２の層の間は、微視的に見ればマトリックス樹脂２３によって埋められている。織物２２を重ねる枚数は、所望の厚み等により変わる。なお、繊維束２１は、一方向に配列されてもよい。
【００４３】
図８（ａ）〜図８（ｄ）は本実施の形態１におけるボスまたはリブの成形プロセスを説明するための断面図である。なお、図８（ａ）〜図８（ｄ）では、加熱回路１６ａおよび１６ｂと冷却回路１７ａおよび１７ｂは図示していない。上記した通り、熱可塑性繊維強化複合材１５が加圧されるとき、可動側金型１２側の熱可塑性繊維強化複合材１５の表面の溶融度が、固定側金型１０側の熱可塑性繊維強化複合材１５の表面の溶融度よりも高くなっており、可動側金型１２の凸形状のキャビティ形成面側の熱可塑性繊維強化複合材１５の流動性が高まっている。これによって、ボスまたはリブを成形するための凹み形状１４へのマトリックス樹脂２３および織物２２の流動が促進されて、図８（ｂ）〜（ｄ）に示すように、熱可塑性繊維強化複合材１５が型締め力によって加圧されることで、マトリックス樹脂２３が凹み形状１４へ流入し、このマトリックス樹脂２３の流入につられて、織物２２も凹み形状１４の空間へ流入する。
【００４４】
この結果、図８（ｄ）に示すように、連続繊維からなる織物２２の層が重なった状態でボスまたはリブ２０の断面形状に沿って分布し、連続繊維が、ボスまたはリブ２０の断面形状の全範囲に行き渡る。また、ボスまたはリブ２０の根元部２４では、他の部分と比較して、ボスまたはリブ２０の外表面近傍において織物２２の層が密に分布している。これにより、ボスまたはリブ２０の剛性が高まる。
【００４５】
ボスまたはリブ２０の根元部２４における連続繊維の分布は、図８（ｂ）〜図８（ｄ）に示すように、凹み形状１４へ流入するマトリックス樹脂２３によって引っ張られた複数の織物２２ａ〜２２ｃの層が、凹み形状１４の側に配置されている織物２２ａから順次、凹み形状１４の空間内へ流入して、ボスまたはリブ２０の根元部２４に、複数の織物２２ａ〜２２ｃの層が寄せられることにより、当初の織物２０の層の分布とは異なる密な分布になる。なお、凹み形状１４から離れた織物２２ｃが凹み形状１４の空間内へ流入する量は、織物２２ａよりも少なくなる。
【００４６】
また、織物の場合、連続繊維の繊維束が直交する２方向に配置されているため、ボスまたはリブ２０において連続繊維は直交する２方向に配置されて、ボスまたはリブ２０の内部に、連続繊維の繊維束が３次元的に分布される。
【００４７】
かかる構成によれば、強化繊維として連続繊維を含む熱可塑性繊維強化複合材１５からなる成形品１９においても、ボスまたはリブ２０の断面形状の全範囲に連続繊維が分布し、かつ、ボスまたはリブ２０の根元部２４では、他の部分と比較して、ボスまたはリブ２０の外表面近傍において連続繊維が密に分布するため、ボスまたはリブ２０の剛性が高まる。また、特許文献２に記載されているように、繊維強化複合材からなる筐体とは別に、ボスまたはリブを射出成形等によって形成した場合、ボスまたはリブと筐体との境界面の強度は、樹脂の強度に依存することになる。これに対して、この実施の形態１によれば、ボスまたはリブ２０と成形品１９の本体部との境界面は連続繊維でつながっており、熱可塑性繊維強化複合材１５の機械的特性を十分に活かすことができる。
【００４８】
続いて、以上説明した繊維強化複合材の成形装置を用いた繊維強化複合材の成形方法について説明する。この成形方法は、強化繊維（連続繊維）とマトリックス樹脂（熱可塑性樹脂）を含む熱可塑性繊維強化複合材を、キャビティ形成面を有する金型内に配置し、その金型内で熱可塑性繊維強化複合材を加熱および加圧した後、該熱可塑性繊維強化複合材を冷却することにより、熱可塑性繊維強化複合材からなる成形品を得るものである。以下、この実施の形態１における繊維強化複合材の成形方法について、図９を用いて詳細に説明する。図９は本実施の形態１における成形方法の一例を示すフローチャートである。
【００４９】
まず、ステップＳ１において、熱可塑性繊維強化複合材１５を金型内へ搬送する。このとき、熱可塑性繊維強化複合材１５は、固定側金型１０と被加工材押さえプレート１８との間に搬送される。なお、熱可塑性繊維強化複合材１５は、例えば、ロボット・アーム等によってクランピングして、金型内へ搬送すればよい。
【００５０】
次に、ステップＳ２において、環状の被加工材押さえプレート１８が移動して、固定側金型１０と共に熱可塑性繊維強化複合材１５を挟み込んで、熱可塑性繊維強化複合材１５を拘束する。
【００５１】
次に、ステップＳ３において、金型の型閉め動作を開始して、可動側金型１２の凸形状のキャビティ形成面１３が熱可塑性繊維強化複合材１５に接する位置まで、可動側金型１２を移動させ、その位置で可動側金型１２を一時保持し、熱可塑性繊維強化複合材１５に含まれるマトリックス樹脂の溶融温度以上、熱可塑性繊維強化複合材１５に含まれる強化繊維の溶融温度未満の温度にまで、熱可塑性繊維強化複合材１５を加熱する。このとき、可動側金型１２の凸形状のキャビティ形成面１３は、熱可塑性繊維強化複合材１５に含まれるマトリックス樹脂の溶融温度以上、熱可塑性繊維強化複合材１５に含まれる強化繊維の溶融温度未満の温度になっており、固定側金型１０の凹形状のキャビティ形成面１１は、熱可塑性繊維強化複合材１５に含まれるマトリックス樹脂の溶融温度以上で、可動側金型１２の凸形状のキャビティ形成面１３の温度よりも低い温度になっている。
【００５２】
次に、ステップＳ４において、金型の型閉め動作を再開して、固定側金型１０と可動側金型１２を型閉めし、熱可塑性繊維強化複合材１５を加圧することにより、マトリックス樹脂を金型のキャビティ内で流動させるとともに、そのマトリックス樹脂の流動を利用して強化繊維も金型のキャビティ内で流動させる。これにより、ボスまたはリブを成形するための凹み形状１４内へマトリックス樹脂と強化繊維が流入する。
【００５３】
次に、ステップＳ５において、可動側金型１２と固定側金型１０にそれぞれ配置された冷却回路１７ａおよび１７ｂにより、可動側金型１２の凸形状のキャビティ形成面１３と固定側金型１０の凹形状のキャビティ形成面１１を冷却して、熱可塑性繊維強化複合材１５を冷却し、マトリックス樹脂を固化させる。
【００５４】
次に、ステップＳ６において、固定側金型１０と可動側金型１２を型開きして、可動側金型１２の凸形状のキャビティ形成面１３に付着した成形品１９を取り出す。
【００５５】
なお、ボスまたはリブを成形するための凹み形状１４が、固定側金型１０の凹形状のキャビティ形成面１１と可動側金型１２の凸形状のキャビティ形成面１３の両方に形成されている場合は、前記したステップＳ３において、固定側金型１０と可動側金型１２の型閉め途中で、固定側金型１０のキャビティ形成面１１と可動側金型１２のキャビティ形成面１３が熱可塑性繊維強化複合材１５に接触すると、型閉めを一時停止して、その型閉めが停止したときの位置で固定側金型１０と可動側金型１２を所定期間保持し、熱可塑性繊維強化複合材１５を加熱すればよい。このとき、固定側金型１０のキャビティ形成面１１と可動側金型１２のキャビティ形成面１３のうち、凹み形状１４の空間の体積が大きい方の一方のキャビティ形成面１１または１３の温度が、他方のキャビティ形成面１３または１１の温度よりも高く設定されている。
【００５６】
続いて、本実施の形態１の変形例について、図１０を参照して説明する。図１０は本実施の形態１における繊維強化複合材の成形装置の変形例の主要部を示す断面図である。図１０に示す成形装置では、ボスまたはリブを成形するための凹み形状１４の近傍に配置される加熱回路２５が、他の加熱回路１６ａとは別回路で構成されており、この加熱回路２５の温度は、マトリックス樹脂の溶融温度以上、強化繊維の溶融温度未満の範囲内で、加熱回路１６ａの温度よりも高く設定される。加熱回路１６ａの温度は、上記したように、マトリックス樹脂の溶融温度以上、強化繊維の溶融温度未満の温度に設定される。
【００５７】
かかる構成によれば、可動側金型１２の凸形状のキャビティ形成面１３のうち、ボスまたはリブを成形するための凹み形状１４が設けられている部分の温度が、その凸形状のキャビティ形成面１３の中の他の部分の温度よりも高くなり、凹み形状１４の近傍において、マトリックス樹脂の流動性が増し、かつ、凹み形状１４から離れるにつれて、マトリックス樹脂の粘性が高くなる。このため、熱可塑性繊維強化複合材１５の加圧時にマトリックス樹脂および強化繊維が粘性の低い凹み形状１４の側へ流動するので、ボスまたはリブの成形性がより向上する。
【００５８】
なお、ボスまたはリブを成形するための凹み形状１４が固定側金型１０の凹形状のキャビティ形成面１１に形成されている場合も同様に、固定側金型１０の凹み形状１４の近傍に、加熱回路１６ｂとは別回路の加熱回路を配置して、固定側金型１０のキャビティ形成面１１の中の凹み形状１４が設けられている部分の温度を局所的に、そのキャビティ形成面１１の中の他の部分の温度よりも高くすればよい。上記したように、加熱回路１６ａおよび１６ｂの温度は、いずれも、マトリックス樹脂の溶融温度以上、強化繊維の溶融温度未満の温度に設定される。
【００５９】
また、ボスまたはリブを成形するための凹み形状１４が、固定側金型１０の凹形状のキャビティ形成面１１と可動側金型１２の凸形状のキャビティ形成面１３の両方に形成されている場合は、可動側金型１２の凹み形状１４の近傍に、加熱回路１６ａとは別回路の加熱回路を配置し、かつ、固定側金型１０の凹み形状１４の近傍に、加熱回路１６ｂとは別回路の加熱回路を配置して、可動側金型１２のキャビティ形成面１３の中の凹み形状１４が設けられている部分の温度を局所的に、そのキャビティ形成面１３の中の他の部分の温度よりも高くし、かつ、固定側金型１０のキャビティ形成面１１の中の凹み形状１４が設けられている部分の温度を局所的に、そのキャビティ形成面１１の中の他の部分の温度よりも高くすればよい。上記したように、加熱回路１６ａおよび１６ｂの温度は、いずれも、マトリックス樹脂の溶融温度以上、強化繊維の溶融温度未満の温度に設定される。
【００６０】
また、凹形状のキャビティ形成面１１が可動側金型１２に形成され、凸形状のキャビティ形成面１３が固定側金型１０に形成されていてもよい。
【００６１】
続いて、本実施の形態１の他の変形例について、図１１を参照して説明する。図１１は本実施の形態１における繊維強化複合材の成形装置の他の変形例を説明するための拡大断面図である。但し、図１１には、図１または図１０に示す構成と異なる部分を説明するのに必要な構成のみを示す。図１１に示す成形装置では、ボスまたはリブを成形するための凹み形状１４の外周部のキャビティ形成面に突起部２６を設ける。この突起部２６は、凹み形状１４から５〜２５ｍｍ程度離れた位置に配置する。また、突起部２６の高さは０．１ｍｍ〜凹み形状１４周辺の両側のキャビティ形成面１１、１３間の間隙２７の１/３程度に設定し、突起部２６の幅２８は０．５ｍｍ程度以上に設定する。固定側金型１０と可動側金型１２の型閉め途中で、この突起部２６が可動側金型１２の凸形状のキャビティ形成面１３に接触すると、型閉めが一時停止されて、その型閉めが停止したときの位置で固定側金型１０と可動側金型１２が所定期間保持される。
【００６２】
かかる構成によれば、熱可塑性繊維強化複合材１５が加圧されたときに、ボスまたはリブを成形するための凹み形状１４の周辺よりも先に突起部２６が熱可塑性繊維強化複合材１５を圧縮するため、マトリックス樹脂および強化繊維が凹み形状１４の側へ流入し、次に、凹み形状１４の周辺の熱可塑性繊維強化複合材１５が圧縮される際には、可動側金型１２の突起部２６と固定側金型１０のキャビティ形成面１１との間の隙間２９が、凹み形状１４周辺の両側のキャビティ形成面１１、１３間の隙間２７よりも薄くなっているために、凹み形状１４の周辺のマトリックス樹脂および強化繊維は突起部２６の側へ流出し難く、凹み形状１４へのマトリックス樹脂および強化繊維の流動が促進されるので、ボスまたはリブの成形性がより向上する。
【００６３】
なお、ボスまたはリブを成形するための凹み形状１４が固定側金型１０の凹形状のキャビティ形成面１１に形成されている場合や、ボスまたはリブを成形するための凹み形状１４が、固定側金型１０の凹形状のキャビティ形成面１１と可動側金型１２の凸形状のキャビティ形成面１３の両方に形成されている場合も同様に、凹み形状１４の外周部のキャビティ形成面に突起部２６を設ければよい。
【００６４】
また、凹形状のキャビティ形成面１１が可動側金型１２に形成され、凸形状のキャビティ形成面１３が固定側金型１０に形成されていてもよい。
【００６５】
（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２について、図１２を参照して、前述した実施の形態１とは異なる事項を説明する。図１２は本実施の形態２における繊維強化複合材の成形装置を説明するための拡大断面図である。但し、図１２には、前述した実施の形態１で説明した構成と異なる部分を説明するのに必要な構成のみを示す。図１２に示すように、この実施の形態２の成形装置では、ボスまたはリブを成形するための凹み形状１４に対向する位置に熱可塑性繊維強化複合材が部分的に積み重ねられる。熱可塑性繊維強化複合材１５に積み重ねる第２の熱可塑性繊維強化複合材３０の体積は、凹み形状１４の体積よりも大きくする。固定側金型１０と可動側金型１２の型閉め途中で、この第２の熱可塑性繊維強化複合材３０が可動側金型１２の凸形状のキャビティ形成面１３に接触すると、型閉めが一時停止されて、その型閉めが停止したときの位置で固定側金型１０と可動側金型１２が所定期間保持される。第２の熱可塑性繊維強化複合材３０以外の構成や成形方法は実施の形態１と同様である。
【００６６】
かかる構成によれば、熱可塑性繊維強化複合材１５および３０が加圧されたときに、ボスまたはリブを成形するための凹み形状１４内に、容易にマトリックス樹脂および強化繊維が流入し、ボスまたはリブの成形性がより向上する。また、熱可塑性繊維強化複合材１５に積み重ねられた第２の熱可塑性繊維強化複合材３０と、第２の熱可塑性繊維強化複合材３０が積み重ねられた熱可塑性繊維強化複合材１５との境界面は、加熱と加圧によって一体化される。
【００６７】
なお、第２の熱可塑性繊維強化複合材３０は、例えば、熱可塑性繊維強化複合材１５が金型内に搬送される前に、熱可塑性繊維強化複合材１５に例えば接着剤等で仮固定されてもよい。また、例えば、熱可塑性繊維強化複合材１５と第２の熱可塑性繊維強化複合材３０は、いずれか一方を先にして、順番に金型内に搬送されてもよい。あるいは、熱可塑性繊維強化複合材１５と第２の熱可塑性繊維強化複合材３０は、例えばロボット・アーム等によって一括してクランピングされて、同時に金型内へ搬送されてもよい。
【００６８】
また、ボスまたはリブを成形するための凹み形状１４が固定側金型１０の凹形状のキャビティ形成面１１に形成されている場合や、ボスまたはリブを成形するための凹み形状１４が、固定側金型１０の凹形状のキャビティ形成面１１と可動側金型１２の凸形状のキャビティ形成面１３の両方に形成されている場合も同様に、凹み形状１４に対向する箇所に第２の熱可塑性繊維強化複合材３０を積み重ねればよい。
【００６９】
また、凹形状のキャビティ形成面１１が可動側金型１２に形成され、凸形状のキャビティ形成面１３が固定側金型１０に形成されていてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明にかかる繊維強化複合材の成形方法および繊維強化複合材の成形装置は、強化繊維が連続繊維である熱可塑性繊維強化複合材を成形して、ボスまたはリブなどの細かく複雑な形状を、成形品の本体部と同時に、該成形品と一体形成することができ、軽量・薄型・高剛性が必要とされる様々な成形品に有用である。
【符号の説明】
【００７１】
１０    固定側金型
１１    凹形状のキャビティ形成面
１２    可動側金型
１３    凸形状のキャビティ形成面
１４    凹み形状
１５    熱可塑性繊維強化複合材
１６ａ、１６ｂ、２５    加熱回路
１７ａ、１７ｂ    冷却回路
１８    被加工材押さえプレート
１９    成形品
２０    ボスまたはリブ
２１    繊維束
２２、２２ａ〜２２ｃ    織物
２３    マトリックス樹脂
２４    ボスまたはリブの根元部
２６    突起部
２７    凹み形状周辺の両側のキャビティ形成面間の隙間
２８    突起部の幅
２９    突起部と固定側金型との間の隙間
３０    第２の熱可塑性繊維強化複合材
ｔ      ボスまたはリブの幅または直径
ｈ      ボスまたはリブの高さ
【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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