(57)【要約】【課題】  本発明は、登山や釣りあるいはヨットクルージングなどの屋外活動において使われる軽量かつ強度と剛性の高い食器類及びそのプレス成型方法を提供する。【解決手段】  炭素繊維と熱可塑性樹脂とを含む複合材料からなる食器類であって、食事時に唇や指に接触する食器類周辺端部の複合材料をプレス圧縮して端部に押出し、この端面の他の領域が前記熱可塑性樹脂に覆われるようプレス加工する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素繊維と熱可塑性樹脂とを含む複合材料板を可塑化する可塑化工程と、可塑化した複合材料板をプレスし、食器類を成形するプレス工程とを有し、前記プレス工程において、前記食器類の外形をトリミングするための外形トリミング線部板厚を０．１ｍｍ以下に圧縮する成形方法。
【請求項２】
プレス加工によって成形される、炭素繊維と熱可塑性樹脂とを含む複合材料からなる食器類であって、切断された少なくとも一部の端面において、炭素繊維が端部にプレス圧縮され、この端面の他の領域が前記熱可塑性樹脂に覆われている食器類。
【請求項３】
前記複合材料に含まれる炭素繊維は、平織又は綾織の織パターンが樹脂膜を通して見える請求項１又は２に記載の食器類。  
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素繊維複合材料製食器類のプレス成形方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１では、直径０．２μｍ以下の炭素繊維と樹脂とを含有する樹脂組成物で作る保持器を成形する方法が開示されている。
例えば、特許文献２では、炭素繊維からなる芯材をインサート成形した樹脂製転がり軸受保持器を成形する方法が開示されている。
例えば、特許文献３では、炭素繊維充填樹脂を射出成形する際、ウエルドマークを発生させないで成形する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１９０８０７号公報
【特許文献２】特開２０１２−２１１６２２号公報
【特許文献３】特開２０１３−２２４７３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、登山や釣りあるいはヨットクルージングなどの屋外活動において使われる軽量かつ強度と剛性の高い食器類（箸やフォーク等）を成形することができるプレス成型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】
【０００５】
本発明に係る成形方法は、炭素繊維と熱可塑性樹脂とを含む複合材料板を可塑化する可塑化工程と、可塑化した複合材料板をプレスし、食器類を成形するプレス工程とを有し、前記プレス工程において、前記食器類の外形をトリミングするための外形トリミング線部の板厚を０．０１ｍｍ程度までに圧縮する。これにより、例えば、上型と下型の直接の接触を無くし、金型凸部の摩耗や欠けを抑制できる。なお、複合材料板に含まれる炭素繊維は、炭素繊維織布に限定されるものではなく、炭素繊維の不織布や、短い炭素繊維（フィラー）を含む。食器類の強度面からは、炭素繊維織布であることが好ましい。
【０００６】
本発明に係る食器類は、プレス加工によって成形される、炭素繊維と熱可塑性樹脂とを含む複合材料からなる食器類であって、食事時に唇や指に接触する食器類周辺端部の複合材料をプレス圧縮して端部に押出し、この端面の他の領域が前記熱可塑性樹脂に覆われている。なお、複合材料に含まれる炭素繊維は、炭素繊維織布に限定されるものではなく、炭素繊維の不織布や、短い炭素繊維（フィラー）を含む。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、炭素繊維強化熱可塑性プラスチックを効率的に加工し、軽量かつ剛性の高い保持器を成形することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態における製造方法の概要を説明する模式図である。
【図２】第１の実施形態における箸７を例示する図である。
【図３】第１の実施形態におけるプレス工程を例示する斜視図である。
【図４】図３に例示するプレス工程の金型内部を説明する図である。
【図５】図４に例示するＧ部及びＨ部の部分拡大図である。
【図６】第１の実施形態におけるプレス成形装置１を例示する図である。
【図７】プレス成形装置１の下型を例示する平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
［背景］
まず、本発明がなされた背景を説明する。
登山や釣りあるいはキャンピングやヨットクルージングなど屋外活動において使われる食器類は、軽量さと強度・剛性が求められる。従来、登山や釣りで使われる食器類を含む道具類は、人自身が持ち運ばなければならないため軽量を求めていたが、最近は屋外バーベキューでも軽量と再使用が可能な強度と剛性が求められるようになった。
【００１０】
本発明では主に食器類の皿や器、箸やフォーク類を対象として成形方法を説明するが、テント緊張部品などのキャンピング用品も成形できる成形方法に関する発明である。
【００１１】
登山やキャンピングなど屋外活動における飲食用食器類は当事者の人力運搬が主であるため、軽量性、コンパクト性、パッキングや運搬時の衝撃にも耐える強度が当然必要であると共に、手や唇あるいは舌などに接した時に怪我をしない安全性が求められると共に、人体や臓器に害を及ぼす事のない安全性も不可欠である。
【００１２】
炭素繊維は軽量で強度が大きい素材であるが単体では食器類の形状にできず、樹脂と複合することが必要である。炭素繊維の高強度と人体臓器に安全であるためには、食器類に内蔵された炭素繊維が長いまま樹脂と複合され、人体臓器と接する箇所に炭素繊維が露出しないようにしなければならないが、従来法では十分とは言えない状態であった。
【００１３】
［発明の概要］
次に、本発明に係る実施形態の概要を簡単に説明する。
本実施形態の成形方法は、繊維強化プラスチックをプレス加工するプレス工程と、プレス加工した繊維強化プラスチックの一部を切断する後工程とを１つの金型で行う。
後工程で切断する領域は、プレス加工によって、近傍領域よりも板厚が薄くなった部分（例えば、図１（Ａ）の外形トリミング線部８０）である。より具体的には、切断する領域は、図１（Ｂ）に例示するように、繊維強化プラスチック内の繊維糸（素線太さ１０μｍ前後）の厚み程度であり、例えば、０．０１ｍｍ以上０．１０ｍｍ以下が望ましい。
上型１Ａの凸部３２０の先端部３２１、及び、下型１Ｂの凸部２２０の先端部２２１は、例えば、半径０．２ｍｍ程度の円弧、あるいは、先端の幅０．２ｍｍ程度の平坦とするとよい。
【００１４】
図１に例示する外形トリミング線部８０は、プレス加工の圧縮力によって、可塑化された樹脂がトリミング線外方近傍に流出しているため、外形トリミング線部８０はほとんど炭素繊維糸のみが存在する状態となっている。
【００１５】
炭素繊維は引っ張り強度が鋼の５倍以上、硬さも焼き入れ鋼より硬いから、切断パンチ及びダイの切刃の摩耗が激しく、鋼のプレス抜き型のような長寿命は得られない。したがって、炭素繊維を直接切断しない方法が必要である。
【００１６】
炭素繊維は高い引張強度を有する材料であるが、素線太さに近い半径（例えば、１０μｍ＝０．０１ｍｍ）で曲げると簡単に折れてしまい分離することができるから、プレス成型品の不要部をトリミングするときにこの原理を使うことによって切り刃を使わずにトリミングすることができる。
外形をトリミングする領域のプレス加工で、薄く厚みを残すことによって、上型と下型の直接接触を無くし、金型凸部２２０の摩耗や欠けを制御でき、金型切り刃を長寿命化できる。
【００１７】
このように、炭素繊維素線は「折りに対する」脆さを併せ持つので、樹脂が流出して炭素繊維のみになった外形トリミング線部８０は折るように切断加工する。
【００１８】
ここで、本実施形態では、被成形物の一例として、樹脂を用いた繊維強化複合材料を成形する。具体的には、繊維強化熱硬化性プラスチック、又は、繊維強化熱可塑性プラスチックを成形する。
本実施形態では、樹脂に熱可塑性樹脂を採用する。また、繊維素材には、例えば、天然繊維、ガラス繊維、化学繊維、及び、炭素繊維が含まれ、本実施形態では、繊維素材に炭素繊維を採用する。従って、炭素繊維強化熱可塑性プラスチックを成形素材として説明する。
成形法には、射出成形法、バルク圧縮成形法、シート圧縮成形法などがあるが、本願は、シート状複合材料のプレス圧縮成形法である。プレスは、加圧成形方向が上から下に、離形は下から上に向けて、一方向往復で行われる。
【実施例１】
【００１９】
以下、本実施形態を詳細に説明する。
本実施形態では、炭素繊維織布強化熱可塑性プラスチック（以下ＣＦＲＴＰ）を用いて、登山やアウトドア用食器類の形状、プレス加工で生産性良く加工できる形状およびその成形方法提供することを目的としている。
【００２０】
本実施形態における箸７は、例えば、ＣＦＥＴＰ材から成形された食器類の一例である。食器類には、箸のほかに、皿や器、または、スプーンやフォーク類も含まれる。
本例では、図２に例示する箸７を具体例として説明する。箸７は、２本で１組の棒体（箸本体７０）で構成されている。そのうち１本の箸本体７０に着目すると、その外形形状は、箸頭から箸先の方向に徐々に細くなるよう成形されている。
さらに、箸本体７０は、部分的に断面形状が異なるよう成形されている。具体的には、箸本体７０の箸頭近傍の断面形状は、多角形断面に成形され、例えば角丸四角形断面（図２に例示するＥ部）に成形される。また、箸本体７０の中央部近傍の断面形状は、多角形断面又は円形断面に成形され、例えば円形断面（図２に例示するＦ部）に成形される。このように、本例の箸７における箸本体７０は、異なる断面形状を備えかつ徐々に細くなるよう成形されている。
【００２１】
本実施形態に係る成形方法は、ＣＦＲＴＰの板材を加熱して可塑化する可塑化工程と、可塑化したＣＦＲＴＰ板材をプレス金型によって圧縮成形するプレス工程とを有する成形方法である。さらに後工程によって、外形トリミング線部８０を切断することにより、図２に例示する箸本体７０が成形される。
【００２２】
具体的には、可塑化工程によって、後述するプレス成形装置１の下型１Ｂのプレス面上に、ＣＦＲＴＰ板材を配置し、配置したＣＦＲＴＰ板材を加熱して熱可塑性樹脂を可塑化させる。
【００２３】
次に、プレス工程によって、図３に例示するように、熱可塑性樹脂を可塑化させたＣＦＲＴＰ板材をプレス金型によって圧縮成形する。プレス成形装置１の上型１Ａを下型１Ｂの方向（プレス加圧方向）に降下させ、ＣＦＲＴＰ板材を圧縮成形する。圧縮成形することにより、図４に例示するように、箸本体７０と、切り離されるスクラップ領域８５とが外形トリミング線部８０により連結されたような成形物が成形される。
この外形トリミング線部８０は、プレス加工の圧縮力によって可塑化された樹脂がトリミング線外方近傍（図４のＧ部及びＨ部における、切り離されるスクラップ領域８５）に流出し、ほとんど炭素繊維糸のみが存在する状態となっている。外形トリミング線部８０の厚み（寸法ｔ）は、図５に例示するように、炭素繊維強化ブラスチック内の繊維糸の厚み程度となり、例えば０．０１ｍｍ以上０．１０ｍｍ以下となっている。
また、外形トリミング線部８０の幅（寸法Ｗ）は、上型１Ａの凸部３２０の先端部３２１、及び、下型１Ｂの凸部２２０の先端部２２１の形状に合わせた幅となり、例えば０．２ｍｍ以上０．３ｍｍ以下程度である。
【００２４】
これに対して、後工程によって、外形トリミング線部８０にて露出した炭素繊維を切断し、箸本体７０と、切り離されるスクラップ領域８５とを切り離す。具体的には、成形された被成形品を冷却し熱可塑性樹脂を硬化させた後に、外形トリミング線部８０に衝撃を与えて露出した炭素繊維を切断する。このとき、作業者がプレス成形装置１を操作して金型内で繊維を切断する。つまりプレス工程と後工程とを１つの金型で行うことができる。なお、作業者が手で直接的に繊維を切断してもよいし、下型１Ｂのブレス面に置かれた状態で治具等を用いて繊維を切断してもよい。これにより、図２に例示する箸本体７０を得ることができる。成形された箸本体７０は、例えば平織又は綾織の織パターンの炭素繊維を用いることにより、樹脂膜を通して織パターンを視認することができる。
【００２５】
このように、本実施形態に係る成形方法は、炭素繊維を織った織布と熱可塑性樹脂とを複合して板材状としたＣＦＲＴＰ板材をプレス加工して食器類を得る成形方法に関するものである。
【００２６】
［プレス成形装置］
図６及び図７は、本実施形態に係るプレス成形装置１の構成を例示する図である。
図６に例示するように、プレス成形装置１は、上型１ａ、及び、下型１ｂを有する。
上型１ａは、ダイ３、ダイホルダ４、上部ノックアウト５、及び、上部ダイプレート６を有する。
ダイ３は、プレス成形後のＣＦＲＴＰ板材の形状、及び、寸法を定める成形用金型である。ダイ３は、凹部、及び、凸部３２０を備えたプレス面を有する。本例では、ダイ３は、箸本体７０の形状に応じた凹部形状を有する。またダイ３は、外形トリミング線部８０を成形する凸部３２０を有する。
ダイ３は、ダイホルダ４に設置される。具体的には、ダイ３は、凹部分を下型１ｂに対向するように設置される。より具体的には、ダイ３は、凸部３２０とパンチ２２の凸部２２０とが同じ位置で加圧できるように鉛直上方の位置に設置される。ダイ３は、被成形物の必要形状に応じて適宜に形状を変更することができる。  
【００２７】
ダイホルダ４は、ダイ３を支持する。また、ダイホルダ４は、ダイ３と上部ダイプレート６とに挟み込まれるように設置される。
上部ノックアウト５は、ダイ３から被成形物を離型させるブロックである。
上部ダイプレート６は、例えば、ダイホルダ４を支持する。
【００２８】
下型１ｂは、パンチ２２、パンチホルダ２３、及び、下部ダイプレート２６を有する。
パンチ２２は、図７に例示するように、ダイ３と同様に凹部、及び、凸部２２０を備えたプレス面を有する。本例でのパンチ２２は、箸本体７０の形状に応じた凹部形状を有する。また、パンチ２２は、外形トリミング線部８０を成形する凸部２２０を有する。パンチ２２は、被成形物の必要形状に応じて適宜に形状を変更することができる。  
【００２９】
パンチホルダ２３は、図６に例示するように、パンチ２２を支持する。下部ダイプレート２６は、パンチホルダ２３等を支持する。
下部ダイプレート２６は、パンチホルダ２４を支持する。
【００３０】
［効果］
本成形方法のように、ＣＦＲＴＰ板材に対してプレス加工工程と後工程とを同時に実施して箸７のような食器類を成形することによって、食器類成形後に繊維端を除去するなどの工程を追加することなく、樹脂面から炭素繊維端面が露出していない箸７を得ることができる。
また、外形をトリミングしても炭素繊維端の露出が極めて少ない箸７を得ることができる。この部分の露出は、炭素繊維端が樹脂面より突出するような露出ではないから、指や唇あるいは舌などと直接接触することはない。よって、怪我又は人体や臓器に害を及ぼす事のない安全性を確保した箸７を得ることができる。
また、外形をトリミングする領域の厚みを炭素繊維端程度の厚みを残してプレス加工することにより、上型と下型との接触を無くし、金型の凸部の摩耗や欠けを抑制できる。よって、金型の長寿命化が可能となる。
以上、本発明に係る実施形態について説明したが、これらに限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更、追加等が可能である。
【符号の説明】
【００３１】
１      プレス成形装置
１Ａ    上型
１Ｂ    下型
２２０、３２０  凸部
７        箸
７０      箸本体
８０      外形トリミング線部
８５      切り離されるスクラップ領域
【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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