(57)【要約】【課題】繊維強化樹脂の成形を行う際に、サイクルタイムを短縮しつつ、十分な成形性を確保する技術を提供する。【解決手段】繊維強化熱可塑性樹脂の被成形材を成形する成形装置は、加熱装置と、対応する凹凸が形成された２つの金型と、当該２つの金型の相対的な位置関係を規定するラムを有するプレス装置とを有している。これら２つ金型の温度は、繊維強化熱可塑性樹脂のマトリックス材の溶融点以下に設定され、プレス装置は、ラムを駆動することにより、２つの金型の間に加熱された被成形材を挟み込んで被成形材を成形するように構成されている。そして、ラムは、被成形材の成形が終了する終端位置Ｐ１の近傍であって被成形材の成形が開始される成形開始位置Ｐｆ側の終端近傍位置に、ラムが到達した時点における速度Ｖｔが１００ｍｍ／ｓ以上となるように駆動される。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性樹脂のマトリックス材と強化繊維とを含む繊維強化熱可塑性樹脂の被成形材を成形する成形装置であって、
前記被成形材を前記マトリックス材の溶融点よりも高い温度に加熱する加熱装置と、
凹凸が形成された第１の金型と、
前記第１の金型の凹凸に対応した凹凸が形成された第２の金型と、
前記第１および第２の金型の相対的な位置関係を規定するラムを有するプレス装置と、
を備え、
前記第１および第２の金型の温度は、前記マトリックス材の溶融点以下に設定されており、
前記プレス装置は、前記ラムを駆動することにより、前記第１および第２の金型の間に前記加熱装置により加熱された被成形材を挟み込んで前記被成形材を成形するように構成されており、
前記ラムは、前記被成形材の成形が終了する終端位置の近傍であって前記被成形材の成形が開始される成形開始位置側の終端近傍位置に、前記ラムが到達した時点におけるラム速度である終端速度が１００ｍｍ／ｓ以上となるように駆動される、
成形装置。
【請求項２】
前記ラムは、前記成形開始位置におけるラム速度が前記終端速度の２倍以下となるように駆動される、請求項１記載の成形装置。
【請求項３】
前記終端近傍位置と前記終端位置との距離は、前記成形開始位置と前記終端位置との距離の１／５以下である、請求項１または２記載の成形装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか記載の成形装置であって、
前記プレス装置は、さらに、前記プレス装置に対して固定されたボルスターを有し、
前記第１の金型は、前記ラムに固定され、
前記第２の金型は、クッションを介して前記ボルスター上に載置されている、
成形装置。
【請求項５】
請求項１ないし３のいずれか記載の成形装置であって、
前記プレス装置は、さらに、前記プレス装置に対して固定されたボルスターと、前記ラムを上方に押し上げるためのバランサーと、を有し、
前記第１の金型は、前記ラムに固定され、
前記第２の金型は、前記ボルスター上に載置されており、
前記バランサーは、作動流体を貯留するタンクと、前記作動流体により駆動されるバランスシリンダーとを有し、
前記バランスシリンダーの前記ラムが上方に移動する際に体積が縮小するシリンダー室から前記タンクへは、リリーフ弁を介して接続されている、
成形装置。
【請求項６】
請求項１ないし３のいずれか記載の成形装置であって、
前記ラムは、前記第１の金型が固定される第１のラムと、前記第２の金型が固定される第２のラムと、を有しており、
前記プレス装置は、前記第１のラムを駆動することにより前記ラムが前記終端位置に到達した時点以降において、前記第２のラムを前記第１のラムの移動に追随するように駆動する、
成形装置。
【請求項７】
前記プレス装置は、スクリュープレス装置であって、サーボモーターによりラムを駆動するサーボスクリュープレス装置である、請求項１ないし６のいずれか記載の成形装置。
【請求項８】
熱可塑性樹脂のマトリックス材と強化繊維とを含む繊維強化熱可塑性樹脂の被成形材を成形する成形方法であって、
前記被成形材を前記マトリックス材の溶融温度よりも高い温度に加熱する加熱工程と、
凹凸が形成された第１の金型と前記第１の金型の凹凸に対応した凹凸が形成された第２の金型との間に、前記加熱された被成形材を挟み込むことにより、前記被成形材を成形する成形工程と、
を備え、
前記第１および第２の金型の温度は、前記マトリックス材の溶融温度以下に設定されており、
前記成形工程において、
前記被成形材は、前記第１と第２の金型の相対的な位置関係を規定するラムを駆動することにより挟み込まれ、
前記ラムは、前記被成形材の成形が終了する終端位置の近傍であって前記被成形材の成形が開始される成形開始位置側の終端近傍位置に、前記ラムが到達した時点におけるラム速度である終端速度が１００ｍｍ／ｓ以上となるように駆動される、
成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、繊維強化樹脂を成形する技術に関し、特に、プレス成形により繊維強化樹脂を成形する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、軽量で強度の高い素材として、炭素繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ）が注目されている。なかでも、マトリックス材として熱可塑性樹脂を用いた炭素繊維強化熱可塑性樹脂（ＣＦＲＴＰ）は、優れた力学特性を持つとともに、長時間の加熱を要さず、プレス成形等のサイクルタイムを短縮することが可能な方法で成形できるため、強度の高い部材を低コストで形成することを可能とする材料として期待されている。
【０００３】
しかしながら、ＣＦＲＴＰ材料の成形中に成形対象のＣＦＲＴＰ材料の温度が低下すると、マトリックス材の流動性が低下して、炭素繊維の移動が阻害される。このように、炭素繊維の移動が阻害されると、ＣＦＲＴＰ材料の成形性が急激に低下し、ＣＦＲＴＰ材料を所望の形状に成形することが困難となる。
【０００４】
特に、プレス成形を行う場合において、サイクルタイムを短縮するために金型の温度を低温（マトリックス材の溶融点以下）にすると、プレス成形の過程においてＣＦＲＴＰ材料が急速に冷却されるので、成形性を良好に保つことが困難となる。
【０００５】
そこで、低温の金型を用いてプレス成形を行う際に、ＣＦＲＴＰ材料の温度の低下を抑制し、ＣＦＲＴＰ材料の成形性を良好に維持する技術の開発が進められている。例えば、非特許文献１では、温度を室温とした金型を用いてプレス成形を行う際に、炭素繊維シートをシリコンゴムではさむことにより、炭素繊維シートの温度の低下を抑制し、成形性の改善を図ることが試みられている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】米山猛、外５名、「熱可塑性炭素繊維シートのプレス加工」、塑性と加工（日本塑性加工学会誌）、日本塑性加工学会、平成２４年２月、第５３巻、第６１３号、ｐ．５５−５９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、非特許文献１に示された技術によっても、低温の金型を用いてプレス成形を行う際の成形性の低下を十分に抑制することは困難である。さらに、非特許文献１では、成形性の改善を図るため、炭素繊維シートをシリコンゴムではさみ、炭素繊維シートの温度の低下を抑制しているため、成形が終了した後から炭素繊維シートの温度が十分に低下するまでの時間が長くなる。そのため、サイクルタイムを十分に短縮することは困難である。この問題は、炭素繊維強化樹脂の成形に限らず、ガラス繊維強化樹脂等を含む、繊維強化樹脂の成形一般に共通する。
【０００８】
本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、繊維強化樹脂の成形を行う際に、サイクルタイムを短縮しつつ、十分な成形性を確保する技術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】
【０００９】
上記目的の少なくとも一部を達成するために、本発明は、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【００１０】
［適用例１］
熱可塑性樹脂のマトリックス材と強化繊維とを含む繊維強化熱可塑性樹脂の被成形材を成形する成形装置であって、前記被成形材を前記マトリックス材の溶融点よりも高い温度に加熱する加熱装置と、凹凸が形成された第１の金型と、前記第１の金型の凹凸に対応した凹凸が形成された第２の金型と、前記第１および第２の金型の相対的な位置関係を規定するラムを有するプレス装置と、を備え、前記第１および第２の金型の温度は、前記マトリックス材の溶融点以下に設定されており、前記プレス装置は、前記ラムを駆動することにより、前記第１および第２の金型の間に前記加熱装置により加熱された被成形材を挟み込んで前記被成形材を成形するように構成されており、前記ラムは、前記被成形材の成形が終了する終端位置の近傍であって前記被成形材の成形が開始される成形開始位置側の終端近傍位置に、前記ラムが到達した時点におけるラム速度である終端速度が１００ｍｍ／ｓ以上となるように駆動される、成形装置。
【００１１】
この適用例によれば、成形終了時点において、被成形材は、第１および第２の金型の間に挟み込まれるため、成形終了の後、被成形材が速やかに冷却される。そのため、加熱された被成形材をプレス装置に搬入してから、成形された被成形材を取り出すまでのサイクルタイムを短縮することが可能となる。また、終端速度を１００ｍｍ／ｓ以上とすることにより、成形開始時点から成形終了時点までのほぼ全期間に亘って、被成形材の温度を十分に高く維持することができ、また、成形に要する時間を短縮することができる。そのため、繊維強化熱可塑性樹脂の被成形材を成形する際において、サイクルタイムを短縮しつつ、十分な成形性を確保することが可能となる。
【００１２】
［適用例２］
前記ラムは、前記成形開始位置におけるラム速度が前記終端速度の２倍以下となるように駆動される、適用例１記載の成形装置。
【００１３】
成形開始位置におけるラム速度を終端速度の２倍以下とすることにより、成形開始時点における成形性が低下することを抑制することができる。
【００１４】
［適用例３］
前記終端近傍位置と前記終端位置との距離は、前記成形開始位置と前記終端位置との距離の１／５以下である、適用例１または２記載の成形装置。
【００１５】
終端近傍位置と終端位置との距離を、成形開始位置と終端位置との距離の１／５以下とすることにより、被成形材の温度の維持をより確実に行うことができる。
【００１６】
［適用例４］
適用例１ないし３のいずれか記載の成形装置であって、前記プレス装置は、さらに、前記プレス装置に対して固定されたボルスターを有し、前記第１の金型は、前記ラムに固定され、前記第２の金型は、クッションを介して前記ボルスター上に載置されている、成形装置。
【００１７】
第２の金型をクッションを介してボルスター上に載置することにより、終端速度を十分に高くした状態においても、成形終了時点において２つの金型がバウンドすることを抑制することができる。そのため、バウンドにより成形された被成形材に損傷を与える虞を低減することができる。
【００１８】
［適用例５］
適用例１ないし３のいずれか記載の成形装置であって、前記プレス装置は、さらに、前記プレス装置に対して固定されたボルスターと、前記ラムを上方に押し上げるためのバランサーと、を有し、前記第１の金型は、前記ラムに固定され、前記第２の金型は、前記ボルスター上に載置されており、前記バランサーは、作動流体を貯留するタンクと、前記作動流体により駆動されるバランスシリンダーとを有し、前記バランスシリンダーの前記ラムが上方に移動する際に体積が縮小するシリンダー室から前記タンクへは、リリーフ弁を介して接続されている、成形装置。
【００１９】
この適用例によっても、成形終了時点において２つの金型がバウンドすることが抑制されるので、バウンドにより成形された被成形材に損傷を与える虞を低減することができる。
【００２０】
［適用例６］
適用例１ないし３のいずれか記載の成形装置であって、前記ラムは、前記第１の金型が固定される第１のラムと、前記第２の金型が固定される第２のラムと、を有しており、前記プレス装置は、前記第１のラムを駆動することにより前記ラムが前記終端位置に到達した時点以降において、前記第２のラムを前記第１のラムの移動に追随するように駆動する、成形装置。
【００２１】
この適用例によっても、成形終了時点において２つの金型がバウンドすることが抑制されるので、バウンドにより成形された被成形材に損傷を与える虞を低減することができる。
【００２２】
［適用例７］
前記プレス装置は、スクリュープレス装置であって、サーボモーターによりラムを駆動するサーボスクリュープレス装置である、適用例１ないし６のいずれか記載の成形装置。
【００２３】
プレス装置としてサーボスクリュープレス装置を用いることにより、終端速度を１００ｍｍ／ｓ以上とすることがより容易となる。
【００２４】
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能である。例えば、繊維強化熱可塑性樹脂の被成形材を成形する成形装置、繊維強化熱可塑性樹脂の被成形材を成形する成形方法、それらの装置や方法を利用した繊維強化熱可塑性樹脂の成形品の製造方法、あるいは、それらの装置や方法を実現するためのプレス装置の制御装置や制御方法等の態様で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１実施形態としてのＣＦＲＴＰの成形工程を示す説明図。
【図２】プレス装置の構成を示す説明図。
【図３】金型の構成を示す断面図である。
【図４】プリプレグを成形する際の金型の動作を示す説明図。
【図５】サーボモーターの駆動制御機能の構成を示すブロック図。
【図６】ＣＦＲＴＰを成形する際のプレス装置の動作条件の一例を示すグラフ。
【図７】ＣＦＲＴＰの成形過程におけるプレス装置の動作状態を示すグラフ。
【図８】クッションの有無によるラムの挙動変化を評価した結果を示すグラフ。
【図９】クッションの有無によるラムの挙動変化を評価した結果を示すグラフ。
【図１０】成型速度と終端速度との実測結果を示すグラフ。
【図１１】成形中における試験材の温度変化の様子を示すグラフ。
【図１２】成形中における試験材の温度変化の様子を示すグラフ。
【図１３】成形中における試験材の温度変化の様子を示すグラフ。
【図１４】成形品の外観評価結果を示す写真。
【図１５】成形品におけるボイド量の評価を行った位置を示す説明図。
【図１６】ボイド量の評価を行った領域の断面の様子を示す写真。
【図１７】ボイド量の評価を行った領域の断面の様子を示す写真。
【図１８】ボイド量の評価を行った領域の断面の様子を示す写真。
【図１９】バランスシリンダーに接続される油圧回路の構成を示す油圧回路図。
【図２０】第３実施形態におけるプレス装置の構成を示す説明図。
【図２１】第３実施形態におけるサーボモーターの駆動制御機能の構成を示すブロック図。
【図２２】第３実施形態におけるプレス装置の動作の一例を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明を実施するための形態を以下の順序で説明する。
Ａ．第１実施形態：
Ａ１．ＣＦＲＴＰの成形工程：
Ａ２．プレス装置の構成:
Ａ３．金型の構成と動作：
Ａ４．プレス装置の動作：
Ａ５．実施例：
Ｂ．第２実施形態：
Ｃ．第３実施形態：
Ｄ．変形例：
【００２７】
Ａ．第１実施形態：
Ａ１．ＣＦＲＴＰの成形工程：
図１は、本発明の第１実施形態としての炭素繊維強化熱可塑性樹脂（ＣＦＲＴＰ）の成形工程（以下、単に「成形工程」とも呼ぶ）を示す説明図である。この成形工程では、プレス装置１００を用いて、成形対象となるＣＦＲＴＰプリプレグＰＰＧに深絞りを施している。なお、図１では、鉛直上方が紙面の上方となるように描いている。従って、紙面の上下方向は、鉛直方向となり、紙面の左右方向は水平方向となる。同様に、以下においても、特に断らない限り、鉛直方向および水平方向を紙面の上下方向および左右方向として表す。また、以下では、鉛直上方および鉛直下方を、単に、「上方」および「下方」とも呼ぶ。
【００２８】
図１に示す成形工程では、まず、成形対象であるＣＦＲＴＰプリプレグ（以下、単に「プリプレグ」とも呼ぶ）ＰＰＧを準備する。プリプレグＰＰＧは、強化繊維である炭素繊維の糸を織り上げた炭素繊維織物にマトリックス材を含浸したＣＦＲＴＰシート（以下、単に「シート」とも呼ぶ）を、複数枚積層した板状の素材である。マトリックス材としては、種々の熱可塑性樹脂が使用できる。マトリックス材としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリカーボネート、アクリロニトリルブタジエンスチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリエーテルエーテルケトン、ポリウレタン、あるいは、ポリアミド（ナイロン）が使用できる。
【００２９】
図１（ａ）に示すように、準備されたプリプレグＰＰＧは、加熱装置９１０内に搬入される。プリプレグＰＰＧの加熱装置９１０内への搬入は、例えば、自動搬送装置を用いて行われる。加熱装置９１０内において、プリプレグＰＰＧは、マトリックス材の溶融点を超える温度まで加熱される。加熱温度は、成形工程における温度の低下を考慮して、例えば、溶融点よりも５０〜７０℃高い温度に設定される。
【００３０】
加熱されたプリプレグＰＰＧは、加熱装置９１０から搬出され、プレス装置１００に搬入される。プリプレグＰＰＧの加熱装置９１０からの搬出およびプレス装置１００への搬入は、自動搬送装置を用いて行うことができる。プレス装置１００に搬入されたプリプレグＰＰＧは、図１（ｂ）に示すように、プレス装置１００のラム１２０に取り付けられた金型である上型２００と、クッション３９０を介してプレス装置１００のボルスター１３０上に載置された金型である下型３００との間に配置される。ボルスター１３０と下型３００との間に配置されたクッション３９０は、円柱状のウレタンゴムを複数配列することにより構成される。なお、詳細については後述するが、図１の例では、プレス装置１００として、フレーム１１０に取り付けられたサーボモーター１５３によりラム１２０の昇降を制御するスクリュープレス装置（サーボスクリュープレス装置）を用いている。また、上型２００および下型３００の具体的な構成についても、後述する。
【００３１】
プリプレグＰＰＧを上型２００と下型３００との間に配置した後、プレス装置１００のサーボモーター１５３を駆動することにより、ラム１２０を下降させる。ラム１２０を所定の位置（下端）まで下降させると、プリプレグＰＰＧは、上型２００と下型３００との間に挟み込まれる。これにより、プリプレグＰＰＧは、図１（ｃ）に示すように、上型２００に設けられたダイと、下型３００に設けられたパンチと（いずれも図示しない）の形状に応じた形状に成形され、所望の形状に成形されたプリプレグＰＰＦが得られる。なお、下端は、プリプレグＰＰＧの成形が終了し、成形されたプリプレグＰＰＦが得られる位置であるので、「終端」とも謂うことができる。
【００３２】
ラム１２０を下端まで下降させた後、予め設定された時間（保持時間）が経過するまで、プリプレグＰＰＦに圧力を加えた状態で、ラム１２０の位置を下端で保持する。上型２００および下型３００（以下、併せて単に「金型」とも呼ぶ）は、その温度がマトリックス材の溶融点以下に設定されている。そのため、保持時間が経過するまでの間に、プリプレグＰＰＦの温度が低下し、成形されたプリプレグＰＰＦが硬化する。所望の形状に成形されて硬化したプリプレグＰＰＦ（成形品）は、保持時間が経過した後、サーボモーター１５３を駆動してラム１２０を上昇させることにより、プレス装置１００から取り出される。なお、金型の温度は、マトリックス材の溶融点以下であれば任意に設定することが可能であるが、８０℃以下とするのが好ましい。金型の温度を８０℃以下とすることにより、マトリックス材の金型への付着が抑制されるので、成形品の取り出しを容易にし、また、金型の清掃を省略あるいは金型の清掃頻度を低減することができる。さらに、金型の温度を８０℃以下とすれば、保持時間を短縮し、サイクルタイムをより短縮することが可能となる。
【００３３】
Ａ２．プレス装置の構成:
図２は、プレス装置１００の構成を示す説明図である。図２では、一点鎖線で示す中心軸の左側にプレス装置１００の正面からの外観を示し、右側にプレス装置１００の一部の部材を切断した部分断面を示している。この部分断面は、中心軸を通り、正面に平行な面で切断した状態を示している。上述の通り、図２に示すプレス装置１００は、サーボモーター１５３（図１参照）を用いたサーボスクリュープレス装置である。なお、図２では、便宜上、サーボモーター１５３の図示を省略している。
【００３４】
プレス装置１００は、上述したフレーム１１０、ラム１２０およびボルスター１３０のほか、スクリュー１４０、回転駆動部１５０、スライドガイド１６０およびバランサー１７０を有している。
【００３５】
フレーム１１０は、鉛直方向に伸びる外殻板１１１および内殻板１１２と、外殻板１１１および内殻板１１２の上面に配置された天板１１３と、シャフト固定部材１１４と、スラストベアリング１１５と、ブッシング１１６とを有している。これらの各部材１１１〜１１６は、互いに固定されており、いわゆる門型（ブリッジ型）のフレームを構成している。内殻板１１２には、水平方向に貫通する開口部１１９が設けられている。また、内殻板１１２の中心軸側には、鉛直方向に伸びるスライドガイド１６０が固定されている。
【００３６】
ラム１２０は、中心軸に沿った孔１２９が設けられたラム本体１２１と、ラム本体１２１に固定された雌ねじ板１２２とを有している。雌ねじ板１２２は、円筒状の部材であり、その内面に雌ねじ１２８が形成されている。また、ラム本体１２１は、その端部においてスライドガイド１６０に対して摺動する。これにより、ラム１２０は、中心軸の周りでの回転が規制されるとともに、鉛直方向に移動可能となっている。ボルスター１３０は、フレーム１１０に固定されている。
【００３７】
スクリュー１４０は、単一の棒材から形成された部材であり、鉛直上方から順に、シャフト１４１と、シャフト１４１よりも外径が大きい大径部１４２と、雄ねじ１４３とが形成されている。プレス装置１００では、シャフト１４１は、フレーム１１０のスラストベアリング１１５に固定され、大径部１４２は、その上面がフレーム１１０のブッシング１１６に接触している。これにより、スクリュー１４０は、フレーム１１０に対する鉛直方向の移動が規制されている。また、スクリュー１４０に設けられた雄ねじ１４３は、ラム１２０の雌ねじ板１２２に設けられた雌ねじ１２８に噛み合わされている。
【００３８】
回転駆動部１５０は、プーリー１５１と、歯付ベルト１５２とを有している。プーリー１５１の中心には、スクリュー１４０のシャフト１４１が嵌め込まれている。歯付ベルト１５２は、図２に示すプーリー１５１と、サーボモーター１５３（図１）とを架けるように取り付けられている。そのため、サーボモーター１５３を回転させることにより、プーリー１５１と、スクリュー１４０とが中心軸の周りで回転する。そして、スクリュー１４０が回転することにより、雄ねじ１４３に噛み合わされた雌ねじ１２８を有するラム１２０は、この回転に応じて鉛直方向に移動する。なお、このようにサーボモーター１５３を回転駆動してラム１２０を鉛直方向に移動することは、ラム１２０自体を鉛直方向に駆動しているものと謂うこともできる。
【００３９】
このように、ラム１２０は、サーボモーター１５３の回転に応じて移動する。そのため、サーボモーター１５３の回転を制御することにより、ラム１２０の位置および速度や、成形の際にプリプレグＰＰＧに加わる圧力を制御することができる。なお、このようなプレス装置１００の制御については、後述する。
【００４０】
また、上型２００は、フレーム１１０に対して移動するラム１２０に取り付けられ、下型３００は、フレーム１１０に対して固定されたボルスター１３０上に載置されている。そのため、２つの金型２００，３００の相対的な位置は、ラム１２０により規定されていると謂える。
【００４１】
バランサー１７０は、バランスシリンダー１７１と、バランスシリンダー１７１から伸びるシリンダーロッド１７２と、シリンダーロッド１７２とラム１２０（ラム本体１２１）とを接続する接続アーム１７３とを有している。このバランスシリンダー１７１の下方から圧縮空気等を用いて圧力を加えることにより、シリンダーロッド１７２およびラム１２０は、これらの重量と釣り合うように押し上げられる。このようにシリンダーロッド１７２およびラム１２０が押し上げられることにより、ラム１２０の昇降を制御することがより容易となるとともに、雄ねじ１４３と雌ねじ１２８との間でギャップが生じることが抑制される。
【００４２】
Ａ３．金型の構成と動作：
図３は、金型２００，３００の構成を示す断面図である。上型２００は、基部２１０と、ダイ２２０と、ダイ固定部２３０と、ブランクホルダー２４０と、シム２５０とを有している。これらの各部材２１０〜２５０は、互いに固定された状態で、図２に示すように、基部２１０がプレス装置１００のラム１２０に取り付けられる。ダイ２２０には、プリプレグＰＰＧを成形するための凹部２２８と、成形の際に凹部２２８の空気を抜く空気孔２２９が設けられている。また、この空気孔２２９に対応して、基部２１０にも空気孔２１８が設けられている。ブランクホルダー２４０は、周縁部に凹部２４９が設けられており、この凹部２４９にシム２５０が取り付けられる。このシム２５０の厚さを調整することにより、厚さの異なるプリプレグＰＰＧを成形することが可能となっている。
【００４３】
下型３００は、基部３１０と、パンチ３２０と、ライナー３３０と、ブランクホルダー３４０と、ばね押圧部３６０と、ばね３７０とを有している。これらの各部材３１０〜３７０のうち、パンチ３２０とばね３７０とは、基部３１０に固定されている。パンチ３２０には、プリプレグＰＰＧを成形するための凸部３２１が設けられている。ばね３７０の上部には、ライナー３３０とブランクホルダー３４０とばね押圧部３６０とが、互いに固定された状態で載置されている。
【００４４】
ライナー３３０とブランクホルダー３４０とには、それぞれ、パンチ３２０を通すための通し穴３３８，３４８が設けられている。そのため、ライナー３３０と、ブランクホルダー３４０と、ばね押圧部３６０とは、それら全体が鉛直方向に移動可能となっている。そして、ばね押圧部３６０がばね３７０で上方に押されることにより、圧力が加わっていない状態では、パンチ３２０の凸部３２１の上端が、ブランクホルダー３４０の上面よりも下方に位置するようになっている。
【００４５】
なお、上型２００を構成するダイ２２０には、凹部２２８のみが設けられ、下型３００を構成するパンチ３２０には、ダイ２２０の凹部２２８の形状に対応した凸部３２１のみが設けられている。しかしながら、凹部２２９を基準とすれば、ダイ２２０の下面は凸形状となっており、凸部３２１を基準とすれば、パンチ３２０の周縁部は凹形状となる。従って、ダイ２２０やパンチ３２０のように、少なくとも１つの凹部２２８あるいは凸部３２１が設けられていれば、ダイ２２０やパンチ３２０は、対応した形状の凹凸が形成されているとも謂える。
【００４６】
図４は、プリプレグＰＰＧを成形する際の金型２００，３００の動作を示す説明図である。図３に示す状態から、ラム１２０を下降させ、上型２００を下型３００に向かって下降させると、図４（ａ）に示すように、プリプレグＰＰＧの周縁部は、上型２００と下型３００とのそれぞれのブランクホルダー２４０，３４０に挟み込まれる。この状態からさらに上型２００を下降させると、図４（ｂ）に示すように、ばね３７０が収縮するとともに、下型３００のライナー３３０、ブランクホルダー３４０およびばね押圧部３６０が下降する。これにより、パンチ３２０の上端は、ブランクホルダー３４０の上面の位置に到達して、プリプレグＰＰＧに接触する。
【００４７】
このとき、プリプレグＰＰＧの周縁部には、ブランクホルダー２４０，３４０から圧力が加わる。そのため、プリプレグＰＰＧの周縁部がブランクホルダー２４０，３４０により挟まれて保持（挟持）されるので、成形を行うことによってプリプレグＰＰＧに皺が発生することが抑制される。なお、ブランクホルダー２４０，３４０からプリプレグＰＰＧの周縁部に加わる圧力は、ばね３７０の反発力によって与えられる。そのため、ブランクホルダー２４０，３４０によりプリプレグＰＰＧの周縁部を挟持する力は、ばね３７０のばね定数を適宜調整することにより所望の強さに設定することができる。
【００４８】
図４（ｂ）に示す状態からさらに上型２００を下降させると、パンチ３２０の凸部３２１（図３）は、ダイ２２０の凹部２２８内に押し込まれる。そして、ラム１２０（図２）が下端に到達すると、図４（ｃ）に示すように、パンチ３２０の凸部３２１とダイ２２０の凹部２２８とにより、プリプレグＰＰＦが挟み込まれ、プリプレグＰＰＦに圧力が加わる。これにより、成形されたプリプレグＰＰＦの形状は、パンチ３２０とダイ２２０の形状に倣った形状となる。なお、第１実施形態では、成形が終了した図４（ｃ）に示す状態から、さらにパンチ３２０の凸部３２１がダイ２２０の凹部２２８に押し込まれることを抑制するストッパーを設けていないが、このようなストッパーを設けることも可能である。このようなストッパーは、例えば、上型２００と下型３００との間、あるいは、ラム１２０とボルスター１３０との間に配置される。
【００４９】
図４（ｃ）に示すように、第１実施形態では、成形されたプリプレグＰＰＦは、金型２００，３００に直接接している。そして、上述のように金型２００，３００の温度は、プリプレグＰＰＦに含まれるマトリックス材の溶融点以下に設定されている。そのため、成形されたプリプレグＰＰＦは急速に冷却されるので、パンチ３２０の凸部３２１とダイ２２０の凹部２２８とにプリプレグＰＰＦが挟み込んだ状態に保持する保持時間を短縮することができる。第１実施形態では、このように、保持時間を短縮することができるので、加熱されたプリプレグＰＰＧをプレス装置１００に搬入してから、成形されたプリプレグＰＰＦを取り出すまでのサイクルタイムを短縮することが可能となる。
【００５０】
Ａ４．サーボモーターの駆動制御：
図５は、サーボモーター１５３の駆動制御機能の構成を示すブロック図である。プレス装置１００を制御する制御部１０は、プレス装置１００との信号の授受を行うインターフェースを備えたコンピューターとして実現される。
【００５１】
制御部１０は、機能部として、駆動条件決定部１１、速度検出部１２、位置検出部１３、および、トルク検出部１４を備えている。これらの各機能部１１〜１４は、コンピューターがプログラムを実行することにより実現される。プレス装置１００は、制御にかかわる構成要素として、モーター制御部１９１を備えている。また、サーボモーター１５３には、制御にかかわる構成要素として、サーボモーター１５３の回転状態を測定するエンコーダー１９２が設けられている。
【００５２】
速度検出部１２および位置検出部１３は、それぞれ、エンコーダー１９２からの出力信号に基づいて、サーボモーター１５３の回転速度および回転角を検出する。トルク検出部１４は、モーター制御部１９１の出力信号に基づいて、サーボモーター１５３の駆動トルクを検出する。駆動条件決定部１１は、このように検出されたサーボモーター１５３の回転速度、回転角および駆動トルクと、予め設定されたプレス装置１００の動作条件に基づいて、サーボモーター１５３の駆動条件を決定する。
【００５３】
モーター制御部１９１は、駆動条件決定部１１により決定されたサーボモーター１５３の駆動条件に応じて電力をサーボモーター１５３に供給し、サーボモーター１５３を駆動制御する。このようにサーボモーター１５３が駆動制御されることにより、サーボモーター１５３の回転角、回転速度および駆動トルクが制御される。そして、これらに対応するラム１２０（図１）の位置および速度と、被加工材であるプリプレグＰＰＧや下型３００等に加わる圧力とが、プレス装置１００の動作条件に従って制御される。
【００５４】
なお、図５の例においては、ラム１２０（図１）の位置および速度と、プリプレグに加わる圧力とに対応するパラメータとして、サーボモーター１５３の回転角、回転速度および駆動トルクの検出を行っているが、これらの少なくとも一部に換え、また、これらに加えて、ラム１２０の位置および速度と、圧力とを直接検出することも可能である。この場合、プレス装置１００には、ラム１２０の位置を検出するリニアエンコーダーを設け、あるいは、圧力を検出するストレインゲージが設けられる。
【００５５】
Ａ４．プレス装置の動作：
図６は、ＣＦＲＴＰを成形する際のプレス装置１００の動作条件の一例を示すグラフである。図６において、横軸は時間を表し、左の縦軸はラム１２０（図１）の位置（ラム変位）を表し、右の縦軸はラム１２０の下降速度（ラム下降速度）。なお、図６において左の縦軸で示すラム１２０の位置は、鉛直上方が正方向となるようにとっている。そのため、ラム変位は、ラム１２０が下端に到達した状態で最小値Ｐ１をとる。また、ラム速度は、ラム１２０の下降速度が最大となった状態で、最大値Ｖｘをとる。なお、ラム速度は、通常、成形時のラム１２０の駆動方向が正の値となるように表記する。そのため、図６において、ラム速度は、０よりも下側が正の値となり、０よりも上側が負の値となる。
【００５６】
図６に示すように、時間が０からＴ１までの期間（加速期間）において、ラム１２０は鉛直下方に加速される。この加速期間においては、ラム１２０が上端Ｐ０から下降し、加速期間が終了する時間がＴ１の時点において、ラム速度は、最大速度Ｖｘとなる。次いで、時間がＴ１からＴ２までの期間（空走期間）において、ラム１２０は、下降し続ける。この空走期間中に、ラム速度は、目的とする速度（成形速度）Ｖｆとなるように調整される。
【００５７】
この空走期間中において、上型２００と下型３００とが接触し、図４（ａ）に示すように、プリプレグＰＰＧがブランクホルダー２４０，３４０により挟持される。そして、空走期間が終了する時間がＴ２の時点において、図４（ｂ）に示すように、パンチ３２０がプリプレグＰＰＧに接触し、プリプレグＰＰＧの成形が開始される。なお、このことから明らかなように、成形速度Ｖｆとは、プリプレグＰＰＧの成形が開始された時点におけるラム速度をいう。
【００５８】
時間がＴ２からＴ３の期間（成形期間）において、上述のように、プリプレグＰＰＧは、圧力が加わり、変形する。そして、成形期間が終了する時間がＴ３の時点に近づくと、成形されたプリプレグＰＰＦがパンチ３２０（図３）の凸部３２１とダイ２２０の凹部２２８とに挟まれた状態となり、変形抵抗が大きくなる。そのため、時間がＴ３の時点に近づくと、ラム速度は急速に低下する。そして、時間がＴ３の時点で、ラム１２０（図１）は、下端Ｐ１に到達し、ラム速度が０となる。時間がＴ３のラム１２０が下端Ｐ１に到達した時点以降（保持期間）において、ラム１２０は、プリプレグＰＰＦに圧力を加えた状態で、下端Ｐ１の位置に保持される。
【００５９】
なお、図６の例では、時間がＴ１からＴ２までの空走期間において、ラム速度を調整しているが、ラム速度の調整を省略することも可能である。この場合、成型速度Ｖｆが最大速度Ｖｘとなった状態で成形が開始されるように、ラム１２０の加速度や、上端Ｐ０の位置や、下端Ｐ１の位置等が調整される。
【００６０】
図７は、ＣＦＲＴＰの成形過程におけるプレス装置の動作状態を示すグラフである。図７のグラフは、図６のグラフにおける成形期間付近を拡大したグラフであるので、ここでは、グラフに関する説明を省略する。
【００６１】
上述のように、空走期間が終了し、成形期間が始まる時間がＴ２の時点において、図４（ｂ）に示すようにパンチ３２０がプリプレグＰＰＧに接触する。この時点においては、パンチ３２０がダイ２２０にまだ押し込まれていない状態であるため、ラム１２０は、下端Ｐ１よりも上方の位置（成形開始位置）Ｐｆに位置する。そして、成形期間においては、ラム１２０は、成形開始位置Ｐｆと下端Ｐ１との距離Ｓｆの分だけ下方に移動する。なお、この距離Ｓｆは、ラム１２０が成形開始位置Ｐｆから下端Ｐ１に向かい、プリプレグＰＰＧの成形が行われる行程（ストローク）であるので、「成形ストロークＳｆ」とも謂うことができる。
【００６２】
図７に示すように、ラム速度は、ラム１２０が成形開始位置Ｐｆに到達した時間Ｔ２における成形速度Ｖｆから、下端Ｐ１の近傍に到達するまでの間、ほぼ一定に保たれる。このように、ラム１２０が下端Ｐ１の近傍に到達するまで、ラム速度が十分に速く維持される。これにより、成形中のプリプレグＰＰＧの温度が十分に高く維持されるので、プリプレグＰＰＧの成形性をより高くすることができ、また、成形に要する時間を短縮することができる。さらに、成形ストロークＳｆ中のほぼ全域に亘って、ラム速度が十分に速く維持されることにより、成形前あるいは成形中に発生した空隙（ボイド）が良好に押しつぶされる。そのため、成形されたプリプレグＰＰＦのボイドの量を低減することができる。
【００６３】
これらの効果をより確実に発現させるためには、下端Ｐ１の近傍におけるラム速度を一定以上にすればよい。具体的には、下端Ｐ１からの距離（終端距離）Ｓｔが十分に短い位置（終端近傍位置）におけるラム速度（終端速度）Ｖｔが、１００ｍｍ／ｓ以上であればよい。この終端距離Ｓｔは、成形ストロークＳｆを基準として（例えば、成形ストロークＳｆの１／５に）決定することができる。なお、終端距離Ｓｔは、短ければ短いほどより確実に上述の効果を発現させることができる。そのため、終端距離Ｓｔは、成形ストロークＳｆの１／５以下とするのが好ましく、１／１０以下とするのがより好ましい。
【００６４】
また、上述の通り、成形開始時点（時間がＴ２の時点）におけるラム速度である成形速度Ｖｆは、終端速度Ｖｔよりも速くなっているが、成形速度Ｖｆが速すぎると、成形開始時点におけるプリプレグＰＰＧの成形性が低下する虞がある。そのため、成形速度Ｖｆは、終端速度Ｖｔに近い速度にするのが好ましい。具体的には、成形速度Ｖｆは、終端速度Ｖｔの２倍以下とするのが好ましく、１．５倍以下とするのがより好ましい。このように成形速度Ｖｆを終端速度Ｖｔに近い速度にすることにより、成形開始時点におけるプリプレグＰＰＧの成形性を良好に維持することができる。
【００６５】
このように、第１実施形態によれば、ラム１２０の終端速度Ｖｔを１００ｍｍ／ｓ以上とすることにより、成形に要する時間を短縮しつつ、プリプレグＰＰＧの成形性を良好にするとともに、成形されたプリプレグＰＰＦ中のボイドの量を低減することができる。さらに、成形開始時点におけるラム速度である成形速度Ｖｆを終端速度Ｖｔに近い速度とすることにより、成形開始時点におけるプリプレグＰＰＧの成形性を良好に維持することができる。
【００６６】
また、上述の通り、第１実施形態では、成形されたプリプレグＰＰＦには、プリプレグＰＰＦが金型２００，３００（図４）と直接接した状態で圧力が加えられる。そのため、保持期間の長さである保持時間を短縮し、加熱されたプリプレグＰＰＧをプレス装置１００に搬入してから、成形されたプリプレグＰＰＦを取り出すまでのサイクルタイムを短縮することが可能となる。
【００６７】
第１実施形態によれば、下型３００とボルスター１３０との間にクッション３９０を配置しているが、クッション３９０を省略することも可能である。但し、下端に到達した時点において加わる反力でラム１２０が上昇し、上型２００と下型３００とが離間すること（バウンド）が抑制され、金型２００，３００のバウンドにより成形されたプリプレグＰＰＦに損傷を与える虞を低減することができる点で、クッション３９０を配置するのが好ましい。特に、第１実施形態では、終端速度Ｖｔを高速（１００ｍｍ／ｓ以上）にしているため、ラム１２０に加わる反力が大きくなる傾向がある。そのため、第１実施形態のようにプリプレグＰＰＧの成形を行う場合には、クッション３９０を用いるのが好ましい。
【００６８】
なお、第１実施形態では、クッション３９０を円柱状のウレタンゴムを複数配列することにより構成しているが、クッションの構成はこれに限らない。たとえば、板状のウレタンゴムをクッションとして使用することも可能であり、また、クッションを他の種類のゴムを使用して形成することも可能である。さらに、クッションとしては、成形されたプリプレグＰＰＦに十分な圧力をかけるため、ラム１２０が下端に到達した時点の反発力を強くし、その後、反発力が低下するものとするのが好ましい。このようなクッションとしては、ダイラタンシー流体中に弾性体を配置することにより実現することができる。また、このようなクッションは、ストロークが伸びるに従って移動抵抗が低下するような油圧回路を用いて実現することも可能である。
【００６９】
さらに、第１実施形態では、プレス装置１００としてサーボスクリュープレス装置を用いているが、クランクをサーボモーターで駆動するサーボクランクプレス等の他のプレス装置を用いることも可能である。但し、クランクを使用したプレス装置では、下端が下死点に設定されるので、下端からある程度離れた位置から下端まで、ラム速度はほぼ線形に変化する。そのため、クランクを使用するプレス装置等を用いて終端速度Ｖｔを十分に速くすることは、困難である。さらに、上述のように、成形速度Ｖｆを終端速度Ｖｔに近い速度にすることを、クランクを用いたプレス装置で実現することは、極めて困難である。従って、第１実施形態で示したように、ＣＦＲＴＰの成形を行うためには、サーボスクリュープレス装置を用いるのが好ましい。
【００７０】
Ａ５．実施例：
第１実施形態の実施例として、プリプレグの成形試験を行い、成形試験により得られた成形品の評価を行った。成形試験においては、マトリックス材および強化繊維の構成が異なる３種類のシートを準備し、準備したシートを積層して３種類の試験材（Ａ〜Ｃ）を作成した。作成した試験材の構成は、次の表１の通りである。
【表１】
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【００７１】
表１に示すように、試験材Ａ，Ｂは、マトリックス材としてナイロン６（ＰＡ６）を用いた、厚さ０．２ｍｍのシートを１０枚積層して作成した。また、試験材Ａは、強化繊維が平織りのシートを用いて作成し、試験材Ｂは、強化繊維が綾織りのシートを用いて作成した。試験材Ｃは、マトリックス材としてナイロン６，６（ＰＡ６６）を用いた、厚さ０．２５ｍｍのシートを８枚積層して作成した。また、試験材Ｃは、強化繊維が綾織りのシートを用いて作成した。
【００７２】
＜成形試験の概要＞
試験材を作成した後、作成した試験材を用いて成形試験を行った。成形試験では、作成した試験材をヒーターで所定の温度まで加熱した。加熱温度は、マトリックス材の種別に応じて設定した。具体的には、マトリックス材としてＰＡ６を用いている試験材（試験材Ａ，Ｂ）では、加熱温度を２６０℃、２８０℃もしくは３００℃に設定し、マトリックス材としてＰＡ６６を用いている試験材（試験材Ｃ）では、加熱温度を２８０℃、３００℃もしくは３２０℃に設定した。
【００７３】
加熱した試験材は、サーボスクリュープレス装置のボルスターの上に載置された下型（図３の下型３００）の上部に配置した。なお、試験材が下型に接触することで試験材の温度が低下することを防止するため、試験材の配置は、試験材を中空に浮かすための治具を用いて行った。成形に使用した金型は、試験材を半径約３０ｍｍの半球状に成形する、深絞り試験用の金型である。金型温度は、室温（ＲＴ）、５０℃、１００℃および１５０℃のいずれかに設定した。
【００７４】
試験材の下型上部への配置の後、スクリュープレス装置（図２）を動作させることにより、試験材を成形した。成型速度（成形開始時点のラム速度）は、１５０ｍｍ／ｓ、２５０ｍｍ／ｓ、３００ｍｍ／ｓ、３５０ｍｍ／ｓおよび３６５ｍｍ／ｓのいずれかに設定した。また、比較例として、成型速度を５０ｍｍ／ｓに設定した成形試験も行った。なお、実際の成形試験に先立つ予備試験として、クッションの有無によるラムの挙動変化を評価するとともに、成型速度の実測を行った。
【００７５】
成形の際には、成形中の試験材の温度変化を評価するため、試験材の温度を測定した。温度の測定は、試験材に熱電対を取り付けることにより行った。試験材の温度は、試験材の中心部分と、ブランクホルダーに近い端部において測定した。以下では、中心部分で測定された温度を中心温度と呼び、端部で測定された温度を端部温度と呼ぶ。
【００７６】
試験材の成形が終了した後、１０秒間、試験材への加圧を維持し、その後ラムを上昇させて成形された試験材（成形品）を取り出した。このように得られた成形品については、外観の観察による成形性の評価と、断面組織の観察によるボイド量の評価を行った。
【００７７】
＜予備試験結果：ラムの挙動の変化＞
クッションの有無によるラムの挙動の変化を評価するため、試験材Ｂを用いて成形試験を行った。クッションを設けない状態での成形試験は、試験材の加熱温度を３００℃とし、クッションを設けた状態での成形試験は、試験材の加熱温度を２８０℃とした。また、クッションとしては、平板状のウレタンゴムを使用した。金型温度は、クッションを設けた状態と設けない状態とのいずれにおいても、５０℃に設定し、成型速度は、１５０ｍｍ／ｓに設定した。
【００７８】
図８および図９は、クッションの有無によるラムの挙動変化を評価した結果を示すグラフである。図８は、クッションを設けない状態でのラム変位とラム速度との時間変化を示し、図９は、クッションを設けた状態でのラム変位とラム速度との時間変化を示している。なお、図８および図９（ａ）に示すグラフは、図６に示すグラフと同様に描いており、図９（ｂ）は、図９（ａ）を拡大したグラフであるので、ここでは、グラフに関する説明を省略する。
【００７９】
図８に示すように、クッションを設けない状態では、ラムが下端に到達すると、ラム速度がマイナス方向（ラムの上昇方向）に大きく振れた。このことから、クッションを設けない場合には、成型速度が１５０ｍｍ／ｓであっても、金型が大きくバウンドすることが判った。
【００８０】
一方、図９（ａ）に示すように、クッションを設けることにより、クッションを設けない状態（図８）において現れた、ラム速度のマイナス方向への大きな振れが現れなかった。このことから、クッションを設けることにより、金型のバウンドが抑制されることが確認できた。なお、図９（ｂ）に示すように、ラム変位は、一旦、０．６ｍｍ程度沈み込んでおり、この沈み込みから回復する際に、ラム速度はマイナス方向へ振れている。そのため、クッションを設けた状態におけるラム速度のマイナス方向への振れは、クッションによるスプリングバックによるものと考えられる。このことからも、クッションを設けることにより、金型のバウンドが十分に抑制されることが判った。
【００８１】
＜予備試験結果：成型速度と終端速度との実測＞
クッションの有無によるラムの挙動変化を評価を行った際の測定データを解析し、成型速度と、終端速度との実測を行った。図１０は、成型速度と終端速度との実測結果を示すグラフである。図１０のグラフにおいて、横軸はラム速度を表し、縦軸はラム変位を表している。なお、図１０のグラフでは、ラム変位は、ラムの下端が０ｍｍとなるように描いている。このとき、ラム変位が３０ｍｍとなるラムの位置が、パンチと試験材が接触する成形開始位置となる。また、図１０のグラフにおいて、実線は、クッションを設けた状態における実測結果を示し、破線は、クッションを設けない状態における実測結果を示している。
【００８２】
図１０に示すように、クッションを設けた状態とクッションを設けない状態とのいずれにおいても、成形開始位置におけるラム速度、すなわち、成型速度は、１５０ｍｍ／ｓであった。また、終端距離を成形ストロークの１／５、すなわち、６ｍｍとした場合の終端速度は、クッションを設けた状態とクッションを設けない状態とのいずれにおいても、１３４ｍｍ／ｓであった。このことから、成型速度を１５０ｍｍ／ｓとすることにより、終端速度を１００ｍｍ／ｓ以上とすることができることが確認できた。さらに、図１０のグラフから分かるように、成型速度を１５０ｍｍ／ｓとすることにより、下端の直近まで、ラム速度を１００ｍｍ／ｓ以上にすることが可能であることが判った。
【００８３】
＜成形中の試験材の温度変化＞
図１１ないし図１３は、成形中における試験材の温度変化の様子を示すグラフである。図１１ないし図１３のグラフにおいて、横軸は時間を表し、左の縦軸は温度を表し、右の縦軸はラム変位を表している。また、図１１ないし図１３のグラフにおいて、実線は、ラム変位を表し、破線は端部温度を表し、一点鎖線は中心温度を表している。また、これらのグラフにおいて、縦に伸びる２本の点線は、成形開始時点と成形終了時点とを示している。従って、これらの２本の点線で挟まれた範囲が、成形期間に相当する。
【００８４】
図１１に示すように、金型温度を５０℃にした場合、成形期間中における端部温度の低下速度は９５０℃／ｓに達し、成形終了時点の端部温度は１５３℃となった。このように金型温度を５０℃とした場合、端部温度の低下速度が速いため、成型速度を３００ｍｍ／ｓとしても成形終了時点では成形性が低下するものと考えられる。
【００８５】
一方、図１２および図１３に示すように、金型温度を１００℃にした場合、成形期間中における端部温度の低下速度は、金型温度を５０℃にした場合の約１／２〜１／３に低下した。また、図１２および図１３に温度変化を示す成形試験では、成型速度を３６５ｍｍ／ｓとしている。そのため、成形終了時点での端部温度は、いずれも２００℃を超えていた。このことから、金型温度を１００℃以上とし、成型速度を３００ｍｍ／ｓよりも速くすれば、成形期間の全期間に亘って端部温度を十分に高く維持し、成形性を十分に高くすることが可能であるものと考えられる。
【００８６】
＜成形品の外観評価＞
図１４は、成形品の外観評価結果を示す写真である。図１４（ａ）ないし図１４（ｃ）は、それぞれ、金型温度を変化させて成形した成形品の外観を示している。なお、図１４で外観を示す成形品は、いずれも、試験材として試験材Ｂを用い、試験材の加熱温度を２８０℃とし、成型速度を１５０ｍｍ／ｓとして成形したものである。
【００８７】
図１４に示すように、金型温度を低くするに従って、成形品の表面は光沢を呈さないようになった。このことから、金型温度を低くすると、成形性が低下することが確認できた。このような傾向は、成形中における試験材の温度変化を評価した結果と一致する。但し、図１４で外観の評価結果を示した成形品は、図１１ないし図１３で温度変化の評価結果を示した成形品よりも遅い成型速度で成形しているにもかかわらず、金型温度を室温（ＲＴ）としても、成形品を半球状に成形することが可能であった。また、金型温度を１００℃とした場合には、光沢を呈する表面が形成された。このように、比較的遅い成型速度（１５０ｍｍ／ｓ）で成形を行っても、ある程度の成形性が確保できているのは、終端速度を十分に速く（１００ｍｍ／ｓ以上）していることによるものと考えられる。
【００８８】
＜ボイド量の評価＞
図１５は、成形品におけるボイド量の評価を行った位置を示す説明図である。図１５（ａ）は、強化繊維の配列方向によって規定される成形品の方向を示している。通常、ＣＦＲＴＰの成形品の方向は、図１５（ａ）に示すように、繊維の配列方向に平行な方向が０，９０°方向と呼ばれ、繊維の配列方向と４５°の角度をなす方向が４５°方向と呼ばれる。これらの方向のうち、ボイドが発生しやすい方向は、４５°方向である。そこで、ボイド量の評価にあたって、まず、成形品の頂点を通り、４５°方向に伸びる線に沿って成形品を切断した。そして、切断によって現れた断面の観察を行い、観察した断面におけるボイドの面積率を測定して、ボイド量を評価した。
【００８９】
図１５（ｂ）は、上述のように切断された成形品の切断面の様子を示している。図１５（ｂ）において示されている数値は、頂点からの距離を表している。本実施例のように、深絞りを行って半球状に試験材を成形した場合、頂点からの距離が３０ｍｍよりも内側の位置では、成形過程において強化繊維の間隔が拡げられる。一方、頂点からの距離が４０ｍｍから外側の位置においては、強化繊維が外方から引き込まれるので、強化繊維の間隔は狭められる。このように、頂点からの距離が３０ｍｍから４０ｍｍの領域の内側と外側とでは、強化繊維にかかる力の方向が反転するため、矢印で示す領域は、ボイドが発生やすい。そこで、ボイド量の評価は、図１５（ｂ）において矢印で示す領域について行った。
【００９０】
図１６ないし図１８は、ボイド量の評価を行った領域の断面の様子を示す写真である。図１６は、試験材として試験材Ｃを用い、試験材の加熱温度を２８０℃とし、成型速度を１５０ｍｍ／ｓとして成形した成形品の断面を示している。図１７は、試験材として試験材Ｂを用い、試験材の加熱温度を２８０℃とし、成型速度を３６５ｍｍ／ｓとして成形した成形品の断面を示している。また、図１８は、比較例として、試験材として試験材Ｂを用い、試験材の加熱温度を２８０℃とし、成型速度を５０ｍｍ／ｓとして成形した成形品の断面を示している。なお、図１６（ａ）、図１７（ａ）および図１８（ａ）は、加熱のみを行い、成形を行っていない試験材の断面の様子を示し、図１６、図１７および図１８のその他の写真は、金型温度を変化させて成形した試験材の断面の様子を示している。
【００９１】
図１６に示すように、成型速度を１５０ｍｍ／ｓとした場合、加熱のみを行った試験材のボイド面積率が６．９６％であったのに対し、成形品では、ボイド面積率が、０．０７％から０．５４％と大きく低下した。このことから、終端速度を十分に速くすることにより、成形品中のボイドの量を低減することが可能であることが確認できた。また、ボイドの量を低減する効果は、金型温度を低下させるに従って増強されることが判った。
【００９２】
図１７に示すように、成形速度を３６５ｍｍ／ｓとした場合においても、加熱のみを行った試験材のボイド面積率が１２．７４％であったのに対し、成形品では、ボイド面積率が、０．３２％から０．７８％と大きく低下した。また、成型速度を１５０ｍｍ／ｓとした場合と同様に、ボイドの量を低減する効果が、金型温度を低下させるに従って増強されるという傾向がみられた。
【００９３】
一方、比較例として成型速度を５０ｍｍ／ｓとした場合、図１８に示すように、成形によりボイド面積率は、１２．７４％から約３％程度までには低下するものの、その低減の程度は、成型速度を１５０ｍｍ／ｓとした場合や３６４ｍｍ／ｓとした場合ほど大きくなかった。このことから、ボイド量の低減効果を発現させるためには、成型速度を一定以上に速くすることが重要であることが判った。また、一般的に、ボイドは成形中にも発生するが、本実施例では、成形品のボイド量を十分に低減することができた。これらのことから、成形品中のボイド量をより確実に低減するためには、終端速度を十分に速くすることが重要であるものと推定される。
【００９４】
Ｂ．第２実施形態：
第１実施形態においては、図２に示すように、金型２００，３００のバウンドを抑制するため、下型３００とボルスター１３０との間にクッション３９０を配置しているが、他の方法により金型のバウンドを抑制することも可能である。具体的には、クッション３９０を省略するとともに、バランスシリンダー１７１に換えて適宜設計された油圧回路に接続された油圧シリンダー（ラム停止装置付バランスシリンダー）を用いることにより金型のバウンドを抑制することができる。他の構成、機能および効果等は、第１実施形態と同様であるので、ここではその説明を省略する。
【００９５】
図１９は、ラム停止装置付バランスシリンダー１７１ａ（以下、単に「バランスシリンダー１７１ａ」とも呼ぶ）に接続される油圧回路２０ａの構成を示す油圧回路図である。油圧回路２０ａは、タンク２１ａと、電磁弁付リリーフ弁２２ａ（以下、単に「リリーフ弁２２ａ」とも呼ぶ）と、逆止弁２３ａと、コック弁２４ａとを有している。
【００９６】
タンク２１ａには、リリーフ弁２２ａのＰポートと、逆止弁２３ａの入口ポートと、コック弁２４ａの第１のポートとが接続されている。また、タンク２１ａには、バランスシリンダー１７１ａの下部シリンダー室に接続されている。一方、バランスシリンダー１７１ａの上部シリンダー室には、リリーフ弁２２ａのＴポートと、逆止弁２３ａの出口ポートと、コック弁２４ａの第２のポートが接続されている。なお、コック弁２４ａは、通常、クローズ状態となっているので、ここではその説明を省略する。
【００９７】
タンク２１ａには、油圧回路２０ａの作動油が貯留されている。そして、圧縮空気によりタンク２１ａの内部は、加圧された状態となっている。このタンク２１ａに接続された逆止弁２３ａを介してバランスシリンダー１７１ａの上部シリンダー室に作動油が流れることにより、バランスシリンダー１７１ａのシリンダーロッド１７２ａを下降させ、ラム１２０を下降させることができる。
【００９８】
なお、図１９に示すように、タンク２１ａとバランスシリンダー１７１ａの上部シリンダー室とが逆止弁２３ａを介して接続されているが、上部シリンダー室には、シリンダーロッド１７２ａが接続されているため、シリンダーの断面積が小さくなる。そのため、タンク２１ａの内部を加圧することにより、シリンダーロッド１７２ａには上方に押し上げる力が働き、ラム１２０（図２）等の重量を支えることができる。また、これに加え、逆止弁２３ａを介して接続された上部シリンダー室への流路の抵抗は、タンク２１ａに直接接続された下部シリンダーへの流路の抵抗よりも高くなる。この流路抵抗の差も、ラム１２０等の重量を支えることに寄与する。
【００９９】
リリーフ弁２２ａは、プレス装置１００の操作電源が切断されると電磁弁がクローズ状態となる。このとき、ＴポートからＰポートへは、作動油が流れ、ＰポートからＴポートへは、作動油が流れない状態となる。すなわち、クローズ状態のリリーフ弁２２ａは、Ｔポートを入口ポートとし、Ｐポートを出口ポートとする逆止弁として機能する。
【０１００】
一方、プレス装置１００の操作電源が投入されると電磁弁がオープン状態となる。このとき、リリーフ弁２２ａは、Ｐポートに対するＴポートの差圧が予め設定された圧力（リリーフ圧）となるまでＴポートからＰポートへの作動油の流れを阻止する。そして、当該差圧がリリーフ圧を超えると、ＴポートからＰポートに作動油が流れるように作用する。すなわち、プレス装置１００の操作電源が投入され、プレス装置１００が動作する状態においては、電磁弁付リリーフ弁２２ａは、Ｔポートを入口ポートとしＰポートを出口ポートとする一般的なリリーフ弁と同等である。従って、第２実施形態においては、バランスシリンダー１７１ａの上部シリンダー室からタンク２１ａへは、リリーフ弁を介して接続されていると謂うことができる。また、ラム１２０が上方に移動する際にはシリンダーロッド１７２ａが上方に移動するので、上部シリンダー室は、ラムが上方に移動する際に体積が縮小する。
【０１０１】
このようにリリーフ弁２２ａが作用するとともに、逆止弁２３ａではバランスシリンダー１７１ａの上部シリンダー室からタンク２１ａへの作動油の流れが阻止される。そのため、バランスシリンダー１７１ａの下部シリンダー室に対する上部シリンダー室の差圧がリリーフ弁２２ａのリリーフ圧を超えるまで、上部シリンダー室からタンク２１ａへの作動油の流れは阻止される。
【０１０２】
通常、ラム１２０に加わる反力は、プレス装置１００を作動させることにより発生する圧力よりも小さい。そのため、リリーフ弁２２ａのリリーフ圧を適宜設定することにより、反力によるラム１２０の上昇が抑制され、金型のバウンドが抑制される。一方、スクリュー１４０を回転させてラム１２０を上昇させる場合には、バランスシリンダー１７１ａの下部シリンダー室に対する上部シリンダー室の差圧が十分大きくなる。そのため、第２実施形態を適用しても、ラム１２０を上昇させる動作には、影響が生じない。
【０１０３】
このように、第２実施形態によっても、金型のバウンドを抑制することができるので、終端速度Ｖｔを十分に速くすることが可能となる。そのため、第１実施形態と同様に、プリプレグＰＰＧの成形性を高めるととともに、成形されたプリプレグＰＰＦ中のボイドの量を低減することができる。さらに、第２実施形態は、ラム１２０が下端に到達した時点においてプリプレグＰＰＦに加わる圧力をより高くできる点で、第１実施形態よりも好ましい。一方、第１実施形態は、金型のバウンドの抑制をより簡単に行うことができる点で、第２実施形態よりも好ましい。
【０１０４】
なお、第２実施形態において、バランスシリンダー１７１ａの上部シリンダー室からタンク２１ａへは、リリーフ弁２２ａを介して接続され、タンク２１ａから上部シリンダー室へは、逆止弁２３ａを介して接続されているが、一般的には、上部シリンダー室からタンク２１ａへリリーフ弁２２ａを介して接続されていればよい。この場合、逆止弁２３ａに換えて電磁弁を設け、当該電磁弁をラム１２０が下端に到達した際にクローズ状態にするようにしても良く、また、バランスシリンダー１７１ａの上部シリンダー室と下部シリンダー室との間を逆止弁あるいは電磁弁で接続するものとしても良い。
【０１０５】
Ｃ．第３実施形態：
図２０は、第３実施形態におけるプレス装置１００ｂの構成を示す説明図である。第３実施形態は、第１実施形態および第２実施形態と異なる態様で、金型２００，３００のバウンドを抑制する。
【０１０６】
第３実施形態のプレス装置１００ｂは、ボルスター１３０に換えて、鉛直方向に移動可能に構成されたラム（下側ラム）１３０ｂと、下側ラム１３０ｂを鉛直方向に移動させる送りねじ機構１８０ｂとを有している点と、下側ラム１３０ｂの中心軸に対する回転を抑制するため、スライドガイド１６０ｂを鉛直下方に延長している点とで、第１実施形態のプレス装置１００（図２）と異なっている。他の構成、機能および効果等は、第１実施形態と同様であるので、ここではその説明を省略する。
【０１０７】
図２０に示すように、下側ラム１３０ｂは、中心軸に沿った孔１３９ｂが設けられたラム本体１３１ｂと、ラム本体１３１ｂに取り付けられた圧力センサー１３２ｂとを有している。ラム本体１３１ｂは、その端部において、スライドガイド１６０ｂに対して摺動する。これにより、下側ラム１３０ｂは、中心軸の周りでの回転が規制されるとともに、鉛直方向に移動可能となっている。
【０１０８】
送りねじ機構１８０ｂは、一体に形成されたシャフト１８１ｂおよびスクリュー１８２ｂと、プーリー１８３ｂと、歯付ベルト１８４ｂとを有している。また、図示を省略しているが、送りねじ機構１８０ｂには、図１に示す第１実施形態のプレス装置１００に設けられたサーボモーター１５３（以下、「上側サーボモーター」とも呼ぶ）に加え、さらに別のサーボモーター（以下、「下側サーボモーター」とも呼ぶ）が設けられている。シャフト１８１ｂは、ラム本体１３１ｂに設けられた孔１３９ｂに嵌め込まれている。スクリュー１８２ｂには、雄ねじが形成されている。
【０１０９】
プーリー１８３ｂには、中心軸に沿った孔１８９ｂが設けられている。この孔１８９ｂの内面には、スクリュー１８２ｂに設けられた雄ねじと噛み合う雌ねじが形成されている。歯付ベルト１８４ｂは、プーリー１８３ｂと、図示しない下側サーボモーターとを架けるように取り付けられている。そのため、下側サーボモーターを回転させることにより、プーリー１８３ｂは、中心軸の周りで回転する。
【０１１０】
また、図示しないがプーリー１８３ｂは、鉛直方向の移動が規制されている。そのため、プーリー１８３ｂが回転すると、プーリー１８３ｂの雌ねじに噛み合わされた雄ねじを有するスクリュー１８２ｂと、スクリュー１８２ｂと一体に形成されたシャフト１８１ｂと、シャフト１８１ｂが嵌め込まれた下側ラム１３０ｂとは、この回転に応じて鉛直方向に移動する。
【０１１１】
図２０に示すように、第３実施形態のプレス装置１００ｂでは、下側ラム１３０ｂが上側ラム１２０よりも小型で、軽量となっている。さらに、下側ラム１３０ｂを移動させるためのスクリュー１８２ｂおよびプーリー１８３ｂは、上側ラム１２０を移動させるためのスクリュー１４０およびプーリー１５０よりも小型となっている。そのため、下側ラム１３０ｂ、スクリュー１８２ｂおよびプーリー１８３ｂを全体としてみた下側ラム駆動系のイナーシャーは、上側ラム１２０、スクリュー１４０およびプーリー１５０を全体としてみた上側ラム駆動系のイナーシャーよりも小さくなっている。
【０１１２】
なお、図２０に示すように、金型２００，３００は、プレス装置１００ｂの上側のラム１２０（以下、「上側ラム１２０」とも呼ぶ）と下側ラム１３０ｂとにそれぞれ取り付けられている。そのため、２つのラム１２０，１３０ｂは、２つの金型２００，３００の相対的な位置を規定していると謂える。
【０１１３】
図２１は、第３実施形態におけるサーボモーターの駆動制御機能の構成を示すブロック図である。上述のように、第３実施形態のプレス装置１００ｂは、サーボモーター１８５ｂが追加されている。そのため、モーター制御部１９１ｂは、２つのサーボモーター１５３，１８５ｂを駆動制御するように構成されている。また、追加されたサーボモーター１８５ｂにも、エンコーダー１９２ｂが設けられている。このエンコーダー１９２ｂの出力信号は、制御部１０ｂの速度検出部１２ｂと位置検出部１３ｂとに供給される。また、下側ラム１３０ｂに設けられた圧力センサー１３２ｂの出力信号は、制御部１０ｂに追加された圧力検出部１５ｂに供給される。
【０１１４】
第３実施形態の制御部１０ｂは、速度検出部１２ｂと、位置検出部１３ｂと、トルク検出部１４ｂとを有している。これらの機能部１２ｂ〜１４ｂは、第１実施形態の制御部１０において対応する機能部１２〜１４が存在し、それらの機能は、２つのサーボモーター１５３，１８５ｂに対応するように構成が変更されている他は、第１実施形態と同様である。第３実施形態の制御部１０ｂにおいて追加された圧力検出部１５ｂは、圧力センサー１３２ｂの出力信号に基づいて、下側ラム１３０ｂ（図２０）に加わる圧力を検出する。
【０１１５】
第３実施形態の制御部１０ｂが有する駆動条件決定部１１ｂは、速度検出部１２ｂ、位置検出部１３ｂおよびトルク検出部１４ｂが検出した、２つのサーボモーター１５３，１８５ｂの、それぞれの回転角、回転速度および駆動トルクと、圧力検出部１５ｂが検出した下側ラム１３０ｂに加わる圧力と、予め設定されたプレス装置１００ｂの動作条件とに基づいて、２つのサーボモーター１５３，１８５ｂの駆動条件を決定する。これにより、上側ラム１２０および下側ラム１３０ｂの、それぞれの位置および速度と、被加工材であるプリプレグＰＰＧや下型３００等に加わる圧力とが制御される。
【０１１６】
図２２は、第３実施形態におけるプレス装置１００ｂの動作の態様を示す説明図である。なお、図２２では、図示の便宜上、プレス装置１００ｂのうち、その動作の態様を説明するために必要な部分のみを図示し、また、上型２００と下型３００とについても、ダイ２２０（図３）とパンチ３２０のみを図示している。
【０１１７】
プレス装置１００ｂでは、その初期状態において、図２２（ａ）に示すように、上側ラム１２０が位置（初期位置）ＵＰ０に位置し、下側ラム１３０ｂが位置（初期位置）ＬＰ１に位置している。また、成形対象のプリプレグＰＰＧは、上型２００と下型３００との間に位置している。プレス装置１００ｂの運転を開始すると、上側ラム１２０を移動させる上側サーボモーター１５３が駆動され、上側ラム１２０が下降を開始する。
【０１１８】
上側ラム１２０が位置ＵＰ１まで下降すると、図２２（ｂ）に示すように、金型、すなわち、上型２００（ダイ２２０）および下型３００（パンチ３２０）と、プリプレグＰＰＧとが接触し、プリプレグＰＰＧの成形が開始される。金型とプリプレグＰＰＧとの接触は、圧力センサー１３２ｂにより検知された圧力（検知圧力）が予め設定された圧力の閾値（圧力閾値）を超えたか否かによって判断される。
【０１１９】
検知圧力が圧力閾値を超えた場合、金型とプリプレグＰＰＧとが接触したものと判断され、下側サーボモーター１８５ｂは、下側ラム１３０ｂを上昇させる方向に駆動される。このとき、下側サーボモーター１８５ｂは、圧力センサー１３２ｂに加わる圧力が、予め設定された圧力値となるように制御（圧力制御）される。このように、下側サーボモーター１８５ｂを圧力制御することにより、プリプレグＰＰＧの成形に必要な圧力は、下側サーボモーター１８５ｂによっても提供される。
【０１２０】
なお、図２２の例では、金型とプリプレグＰＰＧとが接触した時点から下側サーボモーター１８５ｂの駆動を開始しているが、下側サーボモーター１８５ｂの駆動は、図４（ａ）に示すように、プリプレグＰＰＧがブランクホルダー２４０，３４０により挟み込まれた時点、あるいは、パンチ３２０の一部がダイ２２０が押し込まれた時点から下側サーボモーター１８５ｂの駆動を開始することも可能である。この場合、下側サーボモーター１８５ｂの駆動を開始する時点に応じて、圧力閾値を調整すればよい。
【０１２１】
プリプレグＰＰＧの成形が開始された後、上側ラム１２０および下側ラム１３０ｂはそれぞれ鉛直方向に移動し、図２２（ｃ）に示すように、上側ラム１２０が位置ＵＰ２に、下側ラム１３０ｂが位置ＬＰ２に到達する。上側ラム１２０および下側ラム１３０ｂがそれぞれ位置ＵＰ２，ＬＰ２に到達すると、プリプレグＰＰＧの成形は終了し、成形されたプリプレグＰＰＦが上型２００（ダイ２２０）および下型３００（パンチ３２０）に挟み込まれた状態となる。なお、この時点における上側ラム１２０と下側ラム１３０ｂとのそれぞれの位置ＵＰ２，ＬＰ２は、終端の位置にあると謂うことができる。上述のように、下側サーボモーター１８５ｂは、圧力制御されるので、プレス装置１００ｂの動作条件を適宜設定することにより、成形中にプリプレグＰＰＧに加わる圧力を変化させることができる。例えば、プリプレグＰＰＧがより速く成形されるように、成形中の圧力を高くするようにしても良く、また、後述するバウンドの抑制効果をより高くするように、成形終了時点の圧力を高くするようにしても良い。
【０１２２】
図２２（ｃ）に示すように、上型２００と下型３００とが接触すると、上側ラム１２０には上側ラム１２０を上方に押し上げる反力が加わり、上側ラム１２０の下降速度が低下する。そこで、第３実施形態では、上型２００と下型３００とが接触した際に、反力による上側ラム１２０の下降速度の低下を補償するように下側ラム１３０ｂを駆動する。このように、上側ラム１２０の下降速度の低下を補償するように、すなわち、上側ラム１２０の移動に追随するように、下側ラム１３０ｂを駆動することで、金型のバウンドを抑制することができる。
【０１２３】
なお、上述のように、第３実施形態においては、下側ラム駆動系のイナーシャーが上側ラム駆動系のイナーシャーよりも小さくなっているので、下側ラム１３０ｂの速度は、上側ラム１２０よりも容易に制御できる。そのため、第３実施形態によれば、上側ラム１２０の下降速度の低下をより確実に補償し、金型のバウンドをより確実に抑制することができる。さらに、下側ラム１３０ｂは、その速度の制御が容易となっているため、プリプレグＰＰＧの成形中における上側ラム１２０と下側ラム１３０ｂとの相対的な速度（第１実施形態のラム速度に相当する）の調整が容易となる。そのため、終端距離Ｓｔをさらに短くし、あるいは、終端速度Ｖｔをさらに速くすることが可能となり、成形されたプリプレグＰＰＦ中のボイドの量をより確実に低減することができる。
【０１２４】
図２２（ｃ）に示すように上型２００と下型３００とが接触した後、上側ラム１２０は減速するように駆動され、下側ラム１３０ｂは、上側ラム１２０の下降に追随するように駆動される。これにより、上型２００と下型３００とが接触した状態を維持し、成形されたプリプレグＰＰＦに圧力を加え続けることができる。
【０１２５】
上側ラム１２０を減速するように駆動し、下側ラム１３０ｂを上側ラム１２０の下降に追随するように駆動することにより、図２２（ｄ）に示すように、上側ラム１２０と下側ラム１３０ｂとは、それぞれ位置ＵＰ３，ＬＰ３に到達して停止する。上側ラム１２０と下側ラム１３０ｂとが停止した後、成形されたプリプレグＰＰＦの温度が十分に低下するまで、プリプレグＰＰＦには圧力が加え続けられるように、上側ラム１２０と下側ラム１３０ｂとは、それぞれ位置ＵＰ３，ＬＰ３に保持される。
【０１２６】
なお、以上の説明から明らかなように、第３実施形態におけるラムの位置は、上側ラム１２０と下側ラム１３０ｂとの相対的な位置関係によって規定することができる。そのため、図２２（ｄ）に示すように、上側ラム１２０と下側ラム１３０ｂとがそれぞれ位置ＵＰ３，ＬＰ３にある状態も、上側ラム１２０と下側ラム１３０ｂとがそれぞれ位置ＵＰ２，ＬＰ２にある状態（図２２（ｃ））と同様に、ラムが終端に位置した状態であると謂うことができる。
【０１２７】
上側ラム１２０と下側ラム１３０ｂとをそれぞれ位置ＵＰ３，ＬＰ３に保持した状態で予め設定された保持時間が経過すると、保持時間が経過するまでの間に、プリプレグＰＰＦの温度が低下し、成形されたプリプレグＰＰＦが硬化する。そして、所望の形状に成形されて硬化したプリプレグＰＰＦは、保持時間が経過した後、上側ラム１２０と下側ラム１３０ｂとをそれぞれ初期位置ＵＰ０，ＬＰ１に戻すことにより、プレス装置１００ｂから取り出される。
【０１２８】
このように、第３実施形態によっても、金型のバウンドを抑制することができる。そのため、終端速度Ｖｔを十分に速くすることが可能となるので、第１実施形態および第２実施形態と同様に、プリプレグＰＰＧの成形性を高めるととともに、成形されたプリプレグＰＰＦのボイドの量を低減することができる。
【０１２９】
さらに、第３実施形態においては、下側ラム駆動系のイナーシャーが上側ラム駆動系のイナーシャーよりも小さいため、下側ラム１３０ｂは、上側ラム１２０よりも容易に速度が調整できる。そのため、プリプレグＰＰＧの成形中におけるラム速度の調整がより容易となり、終端距離Ｓｔをさらに短くし、あるいは、終端速度Ｖｔをさらに速くすることが可能となるので、成形されたプリプレグＰＰＦ中のボイドの量をさらに確実に低減することができる。この点において、第３実施形態は、第１実施形態および第２実施形態よりも好ましい。一方、第１実施形態および第２実施形態は、プレス装置の構成およびその制御方法をより簡単にすることができる点で、第３実施形態よりも好ましい。
【０１３０】
なお、一般的には、下側ラム１３０ｂの速度の調整をより容易にするためには、下側ラム駆動系のイナーシャーを上側ラム駆動系のイナーシャーよりも小さくすればよい。従って、第３実施形態のように、下側ラム駆動系を構成する各部１３０ｂ，１８２ｂ，１８３ｂのそれぞれが上側ラム駆動系を構成する各部１２０，１４０，１５０よりも小型である必要はない。また、必ずしも、下側ラム駆動系のイナーシャーを、上側ラム駆動系のイナーシャーよりも小さくする必要はない。但し、終端距離Ｓｔをさらに短くし、あるいは、終端速度Ｖｔをさらに速くするため、下側ラム駆動系のイナーシャーを、上側ラム駆動系のイナーシャーよりも小さくするのが好ましい。
【０１３１】
Ｄ．変形例：
本発明は上記各実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【０１３２】
Ｄ１．変形例１：
上記各実施形態では、本発明を炭素繊維織物にマトリックス材を含浸したシートを積層したプリプレグＰＰＧの成形に適用しているが、本発明は、このようなプリプレグＰＰＧの成形の他、一方向に配列された炭素繊維の束にマトリックス材を含浸したシートを積層したプリプレグ、ＣＦＲＴＰの単層のシート、あるいは、マトリックス材の一部分のみに炭素繊維が含まれるシートやプリプレグの成形、もしくは、既に成形されたＣＦＲＴＰ素材の追加成形にも適用できる。なお、これらのプリプレグ、単層のシート、ＣＦＲＴＰ素材等は、いずれも、成形の対象であるので、「被成形材」と総称することができる。
【０１３３】
Ｄ２．変形例２：
上記各実施形態では、本発明をＣＦＲＴＰの成形に適用しているが、本発明は、ＣＦＲＴＰのほか、強化繊維としてガラス繊維を用いたガラス繊維強化熱可塑性樹脂や、強化繊維として芳香族ポリアミド系樹脂の繊維を用いた繊維強化熱可塑性樹脂等、種々の繊維強化熱可塑性樹脂の成形に適用できる。
【０１３４】
Ｄ３．変形例３：
上記各実施形態では、本発明をＣＦＲＴＰの深絞りに適用しているが、本発明は、深絞りのほか、スタンピング等の成形一般に適用することができる。なお、スタンピング等の成形を行う場合には、成形中の皺の発生を抑制するために金型２００，３００に設けられたブランクホルダー２４０、３４０は、省略することも可能である。
【符号の説明】
【０１３５】
１０，１０ｂ…制御部
１１，１１ｂ…駆動条件決定部
１２，１２ｂ…速度検出部
１３，１３ｂ…位置検出部
１４，１４ｂ…トルク検出部
１５ｂ…圧力検出部
２０ａ…油圧回路
２１ａ…タンク
２２ａ…電磁弁付リリーフ弁
２３ａ…逆止弁
２４ａ…コック弁
１００，１００ｂ…プレス装置
１１０…フレーム
１１１…外殻板
１１２…内殻板
１１３…天板
１１４…シャフト固定部材
１１５…スラストベアリング
１１６…ブッシング
１１９…開口部
１２０…ラム
１２１…ラム本体
１２２…雌ねじ板
１２８…雌ねじ
１２９…孔
１３０…ボルスター
１３０ｂ…ラム
１３１ｂ…ラム本体
１３２ｂ…圧力センサー
１３９ｂ…孔
１４０…スクリュー
１４１…シャフト
１４２…大径部
１４３…雄ねじ
１５０…回転駆動部
１５１…プーリー
１５２…歯付ベルト
１５３…サーボモーター
１６０，１６０ｂ…スライドガイド
１７０…バランサー
１７１，１７１ａ…バランスシリンダー
１７２，１７２ａ…シリンダーロッド
１７３…接続アーム
１８０ｂ…送りねじ機構
１８１ｂ…シャフト
１８２ｂ…スクリュー
１８３ｂ…プーリー
１８４ｂ…歯付ベルト
１８５ｂ…サーボモーター
１８９ｂ…孔
１９１，１９１ｂ…モーター制御部
１９２，１９２ｂ…エンコーダー
２００…上型
２１０…基部
２１８…空気孔
２２０…ダイ
２２８…凹部
２２９…空気孔
２３０…ダイ固定部
２４０…ブランクホルダー
２４９…凹部
２５０…シム
３００…下型
３１０…基部
３２０…パンチ
３２１…凸部
３３０…ライナー
３３８，３４８…穴
３４０…ブランクホルダー
３６０…ばね押圧部
３９０…クッション
９１０…加熱装置
ＰＰＦ，ＰＰＧ…プリプレグ
【図１】
2018202784.tif 000004
【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】
2018202784.tif 000010
【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】
2018202784.tif 000016
【図１４】
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【図１５】
2018202784.tif 000018
【図１６】
2018202784.tif 000019
【図１７】
2018202784.tif 000020
【図１８】
2018202784.tif 000021
【図１９】
2018202784.tif 000022
【図２０】
2018202784.tif 000023
【図２１】
2018202784.tif 000024
【図２２】
2018202784.tif 000025
【手続補正書】
【提出日】平成30年6月11日(2018.6.11)
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
【図１】本発明の第１実施形態としてのＣＦＲＴＰの成形工程を示す説明図。
【図２】プレス装置の構成を示す説明図。
【図３】金型の構成を示す断面図である。
【図４】プリプレグを成形する際の金型の動作を示す説明図。
【図５】サーボモーターの駆動制御機能の構成を示すブロック図。
【図６】ＣＦＲＴＰを成形する際のプレス装置の動作条件の一例を示すグラフ。
【図７】ＣＦＲＴＰの成形過程におけるプレス装置の動作状態を示すグラフ。
【図８】クッションの有無によるラムの挙動変化を評価した結果を示すグラフ。
【図９】クッションの有無によるラムの挙動変化を評価した結果を示すグラフ。
【図１０】成形速度と終端速度との実測結果を示すグラフ。
【図１１】成形中における試験材の温度変化の様子を示すグラフ。
【図１２】成形中における試験材の温度変化の様子を示すグラフ。
【図１３】成形中における試験材の温度変化の様子を示すグラフ。
【図１４】成形品の外観評価結果を示す写真。
【図１５】成形品におけるボイド量の評価を行った位置を示す説明図。
【図１６】ボイド量の評価を行った領域の断面の様子を示す写真。
【図１７】ボイド量の評価を行った領域の断面の様子を示す写真。
【図１８】ボイド量の評価を行った領域の断面の様子を示す写真。
【図１９】バランスシリンダーに接続される油圧回路の構成を示す油圧回路図。
【図２０】第３実施形態におけるプレス装置の構成を示す説明図。
【図２１】第３実施形態におけるサーボモーターの駆動制御機能の構成を示すブロック図。
【図２２】第３実施形態におけるプレス装置の動作の一例を示す説明図。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５９】
なお、図６の例では、時間がＴ１からＴ２までの空走期間において、ラム速度を調整しているが、ラム速度の調整を省略することも可能である。この場合、成形速度Ｖｆが最大速度Ｖｘとなった状態で成形が開始されるように、ラム１２０の加速度や、上端Ｐ０の位置や、下端Ｐ１の位置等が調整される。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７４】
試験材の下型上部への配置の後、スクリュープレス装置（図２）を動作させることにより、試験材を成形した。成形速度（成形開始時点のラム速度）は、１５０ｍｍ／ｓ、２５０ｍｍ／ｓ、３００ｍｍ／ｓ、３５０ｍｍ／ｓおよび３６５ｍｍ／ｓのいずれかに設定した。また、比較例として、成形速度を５０ｍｍ／ｓに設定した成形試験も行った。なお、実際の成形試験に先立つ予備試験として、クッションの有無によるラムの挙動変化を評価するとともに、成形速度の実測を行った。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７７】
＜予備試験結果：ラムの挙動の変化＞
クッションの有無によるラムの挙動の変化を評価するため、試験材Ｂを用いて成形試験を行った。クッションを設けない状態での成形試験は、試験材の加熱温度を３００℃とし、クッションを設けた状態での成形試験は、試験材の加熱温度を２８０℃とした。また、クッションとしては、平板状のウレタンゴムを使用した。金型温度は、クッションを設けた状態と設けない状態とのいずれにおいても、５０℃に設定し、成形速度は、１５０ｍｍ／ｓに設定した。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７９】
図８に示すように、クッションを設けない状態では、ラムが下端に到達すると、ラム速度がマイナス方向（ラムの上昇方向）に大きく振れた。このことから、クッションを設けない場合には、成形速度が１５０ｍｍ／ｓであっても、金型が大きくバウンドすることが判った。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８１】
＜予備試験結果：成形速度と終端速度との実測＞
クッションの有無によるラムの挙動変化を評価を行った際の測定データを解析し、成形速度と、終端速度との実測を行った。図１０は、成形速度と終端速度との実測結果を示すグラフである。図１０のグラフにおいて、横軸はラム速度を表し、縦軸はラム変位を表している。なお、図１０のグラフでは、ラム変位は、ラムの下端が０ｍｍとなるように描いている。このとき、ラム変位が３０ｍｍとなるラムの位置が、パンチと試験材が接触する成形開始位置となる。また、図１０のグラフにおいて、実線は、クッションを設けた状態における実測結果を示し、破線は、クッションを設けない状態における実測結果を示している。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８２】
図１０に示すように、クッションを設けた状態とクッションを設けない状態とのいずれにおいても、成形開始位置におけるラム速度、すなわち、成形速度は、１５０ｍｍ／ｓであった。また、終端距離を成形ストロークの１／５、すなわち、６ｍｍとした場合の終端速度は、クッションを設けた状態とクッションを設けない状態とのいずれにおいても、１３４ｍｍ／ｓであった。このことから、成形速度を１５０ｍｍ／ｓとすることにより、終端速度を１００ｍｍ／ｓ以上とすることができることが確認できた。さらに、図１０のグラフから分かるように、成形速度を１５０ｍｍ／ｓとすることにより、下端の直近まで、ラム速度を１００ｍｍ／ｓ以上にすることが可能であることが判った。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８４】
図１１に示すように、金型温度を５０℃にした場合、成形期間中における端部温度の低下速度は９５０℃／ｓに達し、成形終了時点の端部温度は１５３℃となった。このように金型温度を５０℃とした場合、端部温度の低下速度が速いため、成形速度を３００ｍｍ／ｓとしても成形終了時点では成形性が低下するものと考えられる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８５】
一方、図１２および図１３に示すように、金型温度を１００℃にした場合、成形期間中における端部温度の低下速度は、金型温度を５０℃にした場合の約１／２〜１／３に低下した。また、図１２および図１３に温度変化を示す成形試験では、成形速度を３６５ｍｍ／ｓとしている。そのため、成形終了時点での端部温度は、いずれも２００℃を超えていた。このことから、金型温度を１００℃以上とし、成形速度を３００ｍｍ／ｓよりも速くすれば、成形期間の全期間に亘って端部温度を十分に高く維持し、成形性を十分に高くすることが可能であるものと考えられる。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８６】
＜成形品の外観評価＞
図１４は、成形品の外観評価結果を示す写真である。図１４（ａ）ないし図１４（ｃ）は、それぞれ、金型温度を変化させて成形した成形品の外観を示している。なお、図１４で外観を示す成形品は、いずれも、試験材として試験材Ｂを用い、試験材の加熱温度を２８０℃とし、成形速度を１５０ｍｍ／ｓとして成形したものである。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８７】
図１４に示すように、金型温度を低くするに従って、成形品の表面は光沢を呈さないようになった。このことから、金型温度を低くすると、成形性が低下することが確認できた。このような傾向は、成形中における試験材の温度変化を評価した結果と一致する。但し、図１４で外観の評価結果を示した成形品は、図１１ないし図１３で温度変化の評価結果を示した成形品よりも遅い成形速度で成形しているにもかかわらず、金型温度を室温（ＲＴ）としても、成形品を半球状に成形することが可能であった。また、金型温度を１００℃とした場合には、光沢を呈する表面が形成された。このように、比較的遅い成形速度（１５０ｍｍ／ｓ）で成形を行っても、ある程度の成形性が確保できているのは、終端速度を十分に速く（１００ｍｍ／ｓ以上）していることによるものと考えられる。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９０】
図１６ないし図１８は、ボイド量の評価を行った領域の断面の様子を示す写真である。図１６は、試験材として試験材Ｃを用い、試験材の加熱温度を２８０℃とし、成形速度を１５０ｍｍ／ｓとして成形した成形品の断面を示している。図１７は、試験材として試験材Ｂを用い、試験材の加熱温度を２８０℃とし、成形速度を３６５ｍｍ／ｓとして成形した成形品の断面を示している。また、図１８は、比較例として、試験材として試験材Ｂを用い、試験材の加熱温度を２８０℃とし、成形速度を５０ｍｍ／ｓとして成形した成形品の断面を示している。なお、図１６（ａ）、図１７（ａ）および図１８（ａ）は、加熱のみを行い、成形を行っていない試験材の断面の様子を示し、図１６、図１７および図１８のその他の写真は、金型温度を変化させて成形した試験材の断面の様子を示している。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９１】
図１６に示すように、成形速度を１５０ｍｍ／ｓとした場合、加熱のみを行った試験材のボイド面積率が６．９６％であったのに対し、成形品では、ボイド面積率が、０．０７％から０．５４％と大きく低下した。このことから、終端速度を十分に速くすることにより、成形品中のボイドの量を低減することが可能であることが確認できた。また、ボイドの量を低減する効果は、金型温度を低下させるに従って増強されることが判った。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９２】
図１７に示すように、成形速度を３６５ｍｍ／ｓとした場合においても、加熱のみを行った試験材のボイド面積率が１２．７４％であったのに対し、成形品では、ボイド面積率が、０．３２％から０．７８％と大きく低下した。また、成形速度を１５０ｍｍ／ｓとした場合と同様に、ボイドの量を低減する効果が、金型温度を低下させるに従って増強されるという傾向がみられた。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９３】
一方、比較例として成形速度を５０ｍｍ／ｓとした場合、図１８に示すように、成形によりボイド面積率は、１２．７４％から約３％程度までには低下するものの、その低減の程度は、成形速度を１５０ｍｍ／ｓとした場合や３６４ｍｍ／ｓとした場合ほど大きくなかった。このことから、ボイド量の低減効果を発現させるためには、成形速度を一定以上に速くすることが重要であることが判った。また、一般的に、ボイドは成形中にも発生するが、本実施例では、成形品のボイド量を十分に低減することができた。これらのことから、成形品中のボイド量をより確実に低減するためには、終端速度を十分に速くすることが重要であるものと推定される。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１１】
2018202784.tif 000026
【手続補正１８】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１２】
2018202784.tif 000027
【手続補正１９】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１３】
2018202784.tif 000028
【手続補正２０】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１４】
2018202784.tif 000029
【手続補正２１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１６】
2018202784.tif 000030
【手続補正２２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１７】
2018202784.tif 000031
【手続補正２３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１８】
2018202784.tif 000032