(57)【要約】  【課題】一度のプレスで同時に多数の成形品を得られるとともに、外観にボイドやかすれのない製品を生産性良く得ることを目的とする。  【解決手段】強化繊維成形材料を載置する下金型、および強化繊維成形材料を内包し繊維強化成形体に成形するキャビティを備える上金型を備え、前記キャビティは、本体部と端部とからなる製品部と前記製品部の外周の少なくとも一部に設けられる非製品部とからなる強化繊維成形材料のうち、前記本体部をプレス成形する成形領域Ａと前記端部および前記非製品部をプレス成形する成形領域Ｂとを少なくとも有し、前記成形領域Ｂにおける前記キャビティ内表面と前記下金型との距離（キャビティ高さＢ）が、前記成形領域Ａにおける前記キャビティ内表面と前記下金型との距離（キャビティ高さＡ）よりも長くした製造装置。【選択図】図１
2019171740.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上金型、前記上金型に対向して設けられる下金型、前記下金型および前記上金型を上下方向に移動させる駆動手段、並びに前記下金型および前記上金型の温度調整手段を少なくとも具備し、強化繊維基材にマトリックス樹脂を含浸させたプリプレグまたはその積層体を含む強化繊維成形材料をプレスして繊維強化成形体に成形する繊維強化成形体の製造装置であって、
前記強化繊維成形材料を載置する前記下金型、および前記強化繊維成形材料を内包し繊維強化成形体に成形するキャビティを備える前記上金型を備え、
前記キャビティは、本体部と端部とからなる製品部と前記製品部の外周の少なくとも一部に設けられる非製品部とからなる前記強化繊維成形材料のうち、前記本体部をプレス成形する成形領域Ａと前記端部および前記非製品部をプレス成形する成形領域Ｂとを少なくとも有し、
前記成形領域Ｂにおける前記キャビティ内表面と前記下金型との距離（キャビティ高さＢ）が、前記成形領域Ａにおける前記キャビティ内表面と前記下金型との距離（キャビティ高さＡ）よりも長いことを特徴とする繊維強化成形体の製造装置。
【請求項２】
前記キャビティ高さＢの最大値が、前記キャビティ高さＡの最大値の１．０１〜１．２倍である請求項１に記載の繊維強化成形体の製造装置。
【請求項３】
前記上金型は、成形領域に対応した複数の金型要素が一体化した構成であることを特徴とする請求項１または２に記載の繊維強化成形体の製造装置。
【請求項４】
金型要素Ｂ（成形領域Ｂに対応する金型要素）の内表面が、金型要素Ａ（成形領域Ａに対応する金型要素）に向かって前記キャビティ高さＢが低くなる傾斜面を具備することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の繊維強化成形体の製造装置。
【請求項５】
複数の繊維強化成形体を一度に成形可能な大きさを備えたキャビティは、前記製品部と隣接する製品部との間に連結部を更に備える強化繊維成形材料のうち、前記製品部に含まれる前記端部、前記連結部、および隣接する製品部に含まれる端部をプレス成形する成形領域Ｃを更に有し、
前記キャビティを有する上金型は、金型要素Ｃ（成形領域Ｃに対応する金型要素）が隣接する金型要素Ａの間で一体化された構成を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の繊維強化成形体の製造装置。
【請求項６】
前記下金型と接する前記強化繊維成形材料の表面が、前記繊維強化成形体の意匠面側であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の繊維強化成形体の製造装置。
【請求項７】
前記非製品部を切除する切除手段を更に備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の繊維強化成形体の製造装置。
【請求項８】
キャビティを有する上金型と前記上金型に対向して設けられる下金型により、強化繊維基材にマトリックス樹脂を含浸させたプリプレグまたはその積層体を含む強化繊維成形材料をプレス成形する繊維強化成形製品の製造方法であって、以下の工程［１］〜工程［６］を少なくとも有する繊維強化成形製品の製造方法。
［１］前記強化繊維成形材料は、本体部と端部とからなる製品部および前記製品部の外周の少なくとも一部に設けられる非製品部からなり、
前記本体部をプレス成形する成形領域Ａと、前記端部および前記非製品部をプレス成形する成形領域Ｂとを少なくとも有し、前記成形領域Ｂにおける前記キャビティ内表面と前記下金型との距離（キャビティ高さＢ）が、前記成形領域Ａにおける前記キャビティ内表面と前記下金型との距離（キャビティ高さＡ）よりも長い構成を有する前記キャビティ内に前記強化繊維成形材料を載置する工程
［２］前記成形領域Ｂにおける前記キャビティ内表面と前記強化繊維成形材料とが非接触の状態であり、かつ前記成形領域Ａにおける前記キャビティ内表面と前記強化繊維成形材料とが接触する位置まで、前記上金型を駆動し近接させる第１のプレス工程
［３］さらに、前記成形領域Ａの前記強化繊維成形材料を一定の圧力でプレスできる位置まで前記上金型４を駆動させる第２のプレス工程
［４］前記上金型と前記下金型とが閉じられ、前記上金型の駆動を停止し、前記マトリックス樹脂を硬化させる工程
［５］前記上金型を離間させて前記強化繊維成形材料を取り出す工程
［６］前記強化繊維成形材料の前記非製品部を切除して製品を得る工程
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マトリックス樹脂と強化繊維からなるプリプレグをホットプレス成形法により成形して得られる繊維強化成形体を成形するのに適した繊維強化成形体の製造装置および繊維強化成形製品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境問題への関心の高まりから、部品を軽量化することができる繊維強化プラスチックが材料として広く使用されるようになってきた。繊維強化プラスチックの製造方法は、強化繊維成形材料を所望の形状の成形型の上に沿わせて配置し、賦形した後、強化繊維成形材料に含浸させたマトリックス樹脂を硬化させて強化繊維とマトリクス樹脂を一体化する方法が一般的である。
【０００３】
ノートパソコン筐体などの電気・電子機器用部品として繊維強化成形製品が使用され、これらの用途ではより高品位で安定した成形製品外観が求められており、成形製品表面に発生するボイド（プリプレグの層間や樹脂内部に含まれる気泡の逃がし不足で生じる現象）、かすれ（成形時に樹脂がスムーズに流動せず、プレス圧力が均一にかからないことが原因で生じる現象）又はフクレ（気泡の脱泡不足に起因した表面が水膨れのようになる現象）を抑制することが重要視される。
【０００４】
特許文献１では、「金型の成形面上に繊維強化樹脂層等を積層し、加圧および加熱して複合材料構造体を成形する方法であって、成形面に気泡が生じるエリアから外周縁部まで連通する複数の脱気溝を形成し、加圧および加熱時に、成形面と金属層との間に残留する気泡を前記脱気溝から脱気させる」方法が記載されている。
【０００５】
また、特許文献２では、「不織布に透明樹脂を含浸させたプリプレグシートと樹脂成形材料とを同時に雌雄型で型締めし、加圧加熱して樹脂成形体を製造する方法において、型成形面にその全長及び全幅にわたるリブ状の溝を形成し、加圧成形時における樹脂成形材料内及び該樹脂成形材料とプリプレグシートとの間に存在する空気を、型成形面に沿って中央部から型外へ排出する」方法が記載されている。
【０００６】
また、特許文献３では、「熱硬化性樹脂をマトリックス樹脂とするプリプレグをプレス機により加圧すると同時に加熱硬化して繊維強化複合材料成形品を得るホットプレス成形に用いる成形型であって、製品対応部の間に、製品対応部のプレス部よりも成形型間のクリアランスが大きい気泡誘導部を設ける」方法が記載され「ＦＲＰのプレス成形において、一度のプレスで同時に多数の成形品を得られるとともに、外観にボイドやかすれのない製品を生産性良く得ることができる」効果が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１５−１３９９３２号公報
【特許文献２】特開平８−２５３８７号公報
【特許文献３】特開２００７−３８６６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
マトリックス樹脂と強化繊維からなるプリプレグをプレス成形機によりプレス成形して繊維強化成形品を得るホットプレス成形では、前述した気泡の逃がし等が不十分な場合、成形品表面にボイド、かすれ又はフクレが発生することがあり品位面での問題が発生する場合があった。
【０００９】
しかしながら、特許文献１の方法では、複合材料構造体の表面に対向して接する成形面上に複数の脱気溝を形成しているため、一定量の気泡の脱気を行うことは可能であるが、複合材料構造体の表面に凹凸が残留するとともに、複合材料構造体に不均一に圧縮されない部位が残り、構造体自体の強度に課題があった。
【００１０】
また、特許文献２の方法では、樹脂成形体の逆の裏面を形成する側の型成形面に溝を形成しているため、気泡の脱気を行うことは可能であるが、樹脂成形体の表面に凹凸が残留するとともに、樹脂成形体に不均一に圧縮されない部位が残り、構造体自体の強度に課題があった。
【００１１】
また、特許文献３の方法では、製品対応部の間の配された連結部の内部に気泡誘導部を配置することで、気泡の脱気を行うことは可能であるが、一定幅の気泡誘導部を設けるための距離が必要となる場合があり、それにより非製品部の面積が増大することによる歩留まりに対する改善の余地があった。
【００１２】
そこで本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑み、強化繊維成形材料のプレス成形において、外観にボイド、かすれ又はフクレのない繊維強化成形製品を生産性良く得られ、さらには一度のプレスで同時に多数の繊維強化成形製品を得ることができ、製品間の非製品部分を極小化した繊維強化成形品を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために本発明は以下の手段を採用するものである。すなわち、
（１）上金型、前記上金型に対向して設けられる下金型、前記下金型および前記上金型を上下方向に移動させる駆動手段、及び前記下金型および前記上金型の温度調整手段を少なくとも具備し、強化繊維基材にマトリックス樹脂を含浸させたプリプレグまたはその積層体を含む強化繊維成形材料をプレスして繊維強化成形体に成形する繊維強化成形体の製造装置であって、
前記強化繊維成形材料を載置する下金型、および前記強化繊維成形材料を内包し繊維強化成形体に成形するキャビティを備える上金型を備え、
前記キャビティは、本体部と端部とからなる製品部と前記製品部の外周の少なくとも一部に設けられる非製品部とからなる前記強化繊維成形材料のうち、前記本体部をプレス成形する成形領域Ａと前記端部および前記非製品部をプレス成形する成形領域Ｂとを少なくとも有し、
前記成形領域Ｂにおける前記キャビティ内表面と前記下金型との距離（キャビティ高さＢ）が、前記成形領域Ａにおける前記キャビティ内表面と前記下金型との距離（キャビティ高さＡ）よりも長いことを特徴とする繊維強化成形体の製造装置。
（２）前記キャビティ高さＢの最大値が、前記キャビティ高さＡの最大値の１．０１〜１．２倍である（１）に記載の繊維強化成形体の製造装置。
（３）前記上金型は、成形領域に対応した複数の金型要素が一体化した構成であることを特徴とする（１）または（２）に記載の繊維強化成形体の製造装置。
（４）金型要素Ｂ（成形領域Ｂに対応する金型要素）の内表面が、金型要素Ａ（成形領域Ａに対応する金型要素）に向かって前記キャビティ高さＢが低くなる傾斜面を具備することを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の繊維強化成形体の製造装置。
（５）複数の繊維強化成形体を一度に成形可能な大きさを備えたキャビティは、前記製品部と隣接する製品部との間に連結部を更に備える強化繊維成形材料のうち、前記製品部に含まれる前記端部、前記連結部、および隣接する製品部に含まれる端部をプレス成形する成形領域Ｃを更に有し、
前記キャビティを有する上金型は、金型要素Ｃ（成形領域Ｃに対応する金型要素）が隣接する金型要素Ａの間で一体化された構成を有することを特徴とする（１）〜（４）のいずれかに記載の繊維強化成形体の製造装置。
（６）前記下金型と接する前記強化繊維成形材料の表面が、前記繊維強化成形体の意匠面側であることを特徴とする（１）〜（５）のいずれかに記載の繊維強化成形体の製造装置。
（７）前記非製品部を切除する切除手段を更に備えることを特徴とする（１）〜（６）のいずれかに記載の繊維強化成形体の製造装置。
（８）キャビティを有する上金型と前記上金型に対向して設けられる下金型により、強化繊維基材にマトリックス樹脂を含浸させたプリプレグまたはその積層体を含む強化繊維成形材料をプレス成形する繊維強化成形製品の製造方法であって、以下の工程［１］〜工程［６］を少なくとも有する繊維強化成形製品の製造方法。
［１］前記強化繊維成形材料は、本体部と端部とからなる製品部および前記製品部の外周の少なくとも一部に設けられる非製品部からなり、
前記本体部をプレス成形する成形領域Ａと、前記端部および前記非製品部をプレス成形する成形領域Ｂとを少なくとも有し、前記成形領域Ｂにおける前記キャビティ内表面と前記下金型との距離（キャビティ高さＢ）が、前記成形領域Ａにおける前記キャビティ内表面と前記下金型との距離（キャビティ高さＡ）よりも長い構成を有する前記キャビティ内に前記強化繊維成形材料を載置する工程
［２］前記成形領域Ｂにおける前記キャビティ内表面と前記強化繊維成形材料とが非接触の状態であり、かつ前記成形領域Ａにおける前記キャビティ内表面と前記強化繊維成形材料とが接触する位置まで、前記上金型を駆動し近接させる第１のプレス工程
［３］さらに、前記成形領域Ａの前記強化繊維成形材料を一定の圧力でプレスできる位置まで前記上金型４を駆動させる第２のプレス工程
［４］前記上金型と前記下金型とが閉じられ、前記上金型の駆動を停止し、前記マトリックス樹脂を硬化させる工程
［５］前記上金型を離間させて前記強化繊維成形材料を取り出す工程
［６］前記強化繊維成形材料の前記非製品部を切除して製品を得る工程
【発明の効果】
【００１４】
外観にボイド、かすれ又はフクレのない繊維強化成形製品を生産性良く得ることができる。また、一度のプレスで同時に多数の成形製品を得られる。また、成形型を入れ子型の分割とすることにより成形型の製造も容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本願発明に係る繊維強化成形体の製造装置の概略構成断面図である。
【図２】［１］は下金型上に強化繊維成形材料を載置した状態を示す平面図、［２］は側面断面図である。
【図３】［１］は下金型上に載置した強化繊維成形材料をプレス成形する上金型を配置した状態を示す側面断面図、［２］は上金型を下から見た底面図である。
【図４】［１］はプレス成形途中の段階の上金型の成形領域Ａが強化繊維成形材料の本体部と接触した時の側面断面図、［２］はプレス成形が終了した段階での側面断面図、［３］は上金型を取り外してプレス成形された強化繊維成形材料の状態を示す平面図である。
【図５】一部が本体部に向けて傾斜する構造とした上金型を使用して強化繊維成形材料のプレス成形の各段階での状態を示し、［１］はプレス成形開始前の段階、［２］はプレス成形の途中の段階、［３］プレス成形が終了した段階を示す側面断面図である。
【図６】成形領域Ｂの型構造が三次元形状を有する構成とした上下金型を使用して強化繊維成形材料の各段階での状態を示し、［１］はプレス成形開始前の段階、［２］はプレス成形の途中の段階、［３］プレス成形が終了した段階を示す側面断面図である。
【図７】成形領域Ｂの型構造が図６と逆の上向きに三次元形状を有する構成とした上下金型を使用して強化繊維成形材料のプレス成形の各段階での状態を示し、［１］はプレス成形開始前の段階、［２］はプレス成形の途中の段階、［３］プレス成形が終了した段階を示す側面断面図である。
【図８】［１］は長方形の複数の製品部を、連結部を介して二次元的に並べて配した構成の側面断面図、［２］は上金型を上から見た平面図である。
【図８−３】［３］は上金型を取り外してプレス成形された強化繊維成形材料の状態を示す平面図である。
【図９】図８の領域１５を拡大した強化繊維成形材料のプレス成形の各段階での状態を示し、［１］はプレス成形開始前の段階、［２］はプレス成形の途中の段階、［３］プレス成形が終了した段階を示す側面断面図である。
【図１０】図９の成形領域Ｂの型構造が三次元形状を有する構成とした上下金型を使用して強化繊維成形材料のプレス成形の各段階での状態を示し、［１］はプレス成形開始前の段階、［２］はプレス成形の途中の段階、［３］プレス成形が終了した段階を示す側面断面図である。
【図１１】成形領域Ｂの型構造が図１０と逆の上向きに三次元形状を有する構成とした上下金型を使用して強化繊維成形材料のプレス成形の各段階での状態を示し、［１］はプレス成形開始前の段階、［２］はプレス成形の途中の段階、［３］プレス成形が終了した段階を示す側面断面図である。
【図１２】成形領域Ｂの上金型４ｃが連結部のみの幅とした入れ子型としたときの上下金型を使用して強化繊維成形材料のプレス成形の各段階での状態を示し、［１］はプレス成形開始前の段階、［２］はプレス成形の途中の段階、［３］プレス成形が終了した段階を示す側面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、本発明の実施の形態について順次説明する。本実施形態は本発明を実施する一例であって、本発明は本実施例形態に限定されるものではない。
【００１７】
本発明に係る繊維強化成形体の製造装置は、上金型４、上金型４に対向して設けられる下金型２、下金型２および上金型４を上下方向に移動させる駆動手段２０、及び下金型２および上金型４の温度調整手段を少なくとも具備し、強化繊維にマトリックス樹脂を含浸させたプリプレグまたはその積層体を含む強化繊維成形材料３をプレスして繊維強化成形体に成形する繊維強化成形体の製造装置であって、強化繊維成形材料３を載置する下金型２、および強化繊維成形材料３を内包し繊維強化成形体に成形するキャビティを備える上金型４を備え、キャビティは、本体部６と端部７とからなる製品部９と製品部９の外周の少なくとも一部に設けられる非製品部８とからなる強化繊維成形材料３のうち、本体部６をプレス成形する成形領域Ａと端部７および非製品部８をプレス成形する成形領域Ｂとを少なくとも有し、成形領域Ｂにおけるキャビティ内表面と下金型との距離（キャビティ高さＢ）が、成形領域Ａにおけるキャビティ内表面と下金型との距離（キャビティ高さＡ）よりも長いことを特徴とするものである。
【００１８】
図を用いて本発明に係る実施形態を説明する。図１に示す成形体の製造装置は、成形型は上金型４と下金型２と構成され、本実施形態では下金型２は固定型であり、上金型４は可動型であって、プレスラム２１が装着された油圧シリンダを具備したシリンダ装置のような駆動手段２０により上金型４が上下方向に移動するようになっている。駆動手段２０は圧力制御バルブ２２をプレス圧力コントローラ２３により制御され、上金型４の移動位置は金型変位計２４により追跡される。また、温度調整手段は少なくとも加熱媒体供給手段２５と温度コントローラ２６から構成され、上金型４には加熱媒体供給手段２５から加熱媒体を上金型４に流すことにより加温できる構成であり、温度センサーにより上金型４の温度を検知して、温度コントローラ２６により熱媒体の温度が一定範囲に制御される。上金型４の加熱は上金型４内へ加熱媒体を直接供給する方法や、上金型４と接触するプレスラム２１の先端に装着された加熱冷却盤２７へ加熱媒体を供給して上金型４を加温する方法等があり、上金型４を加熱する方法であれば限定しない。
【００１９】
繊維強化成形体は、図２に示した下金型２上に配置した強化繊維成形材料３を、図３示すように、上金型４と下金型２との型締めによりプレス成形して生成される。上金型４は、成形された繊維強化成形体の本体部６に対応する上金型の成形領域Ａ４ａと、繊維強化成形体の端部７と非製品部８に対応する上金型の成形領域Ｂ４ｂとから構成される。
【００２０】
便宜上、強化繊維成形材料３の製品部６や端部７、非製品部８という表現を使用するときがあるが、これらは、プレス成形して得られる繊維強化成形体の製品部６や端部７、非製品部８に相当する箇所を示している。また、本願発明において、繊維強化成形体はプレス成形された最終形態に賦形された成形体、繊維強化成形製品は繊維強化成形体から非製品部を切除した製品、強化繊維成形材料３は、金型に載置されて、型締めによりプレス成形して繊維強化成形体が成形されるまでの前駆体材料と定義する。
【００２１】
図４に示すように、本願発明に係る製造装置では、上金型４と下金型２とによって強化繊維成形材料３を型締めして繊維強化成形体が成形される。製品部９と、製品部９の外周部の一部に非製品部８を設けた形態となる。また、製品部９は本体部６と端部７から構成される。非製品部８は最終的に切除される箇所であるため、区別しやすいように図４以降の図では表示形態を変えて図示しているが、同じ強化繊維成形材料３の一部である。
【００２２】
キャビティは、本体部６と端部７とからなる製品部９と製品部９の外周の少なくとも一部に設けられる非製品部８とからなる繊維強化成形体のうち、本体部６をプレス成形する成形領域Ａと端部７および非製品部８をプレス成形する成形領域Ｂとを少なくとも有し、成形領域Ｂにおけるキャビティ内表面と下金型２の上面との距離であるキャビティ高さＢ１０が、成形領域Ａにおけるキャビティ内表面と下金型２の上面との距離であるキャビティ高さＡ１１よりも長い構成である。キャビティの高さは上金型と下金型の間の距離を示し、キャビティの高さＡ１１は上金型の成形領域Ａ４ａと下金型２の間の空間の距離、キャビティの高さＢ１０は上金型の成形領域Ｂ４ｂと下金型２の間の空間の距離を示す。
【００２３】
図４［１］はプレス成形途中の段階を示した概略断面図であり、上金型の成形領域Ａ４ａが強化繊維成形材料３の本体部６と接触した時点を示している。このとき、上金型の成形領域Ｂ４ｂは端部７及び非製品部８に接触することなく、一定の空隙１２が形成した状態である。
【００２４】
さらに、上金型４と下金型２とが閉じられて、プレス成形が終了した段階を図４［２］に示す。この段階では、上金型の成形領域Ａ４ａが強化繊維成形材料３の本体部６を一定の圧力でプレス成形され、一定の形状に賦形される。
【００２５】
上金型の成形領域Ｂ４ｂは端部７及び非製品部８に接触状態又は非接触で近接状態となっていてもかまわないが、接触状態の場合は成形領域Ａよりも低いプレス圧力がかかる状態であることが好ましい。この状態により、気泡の型外への排出をより確実なものとすることができる。
【００２６】
図４［１］から図４［２］に至るプレス成形の段階において、上金型の成形領域Ａ４ａが強化繊維成形材料３の本体部６を一定の圧力でプレスし続ける。そのため、プレス成形中は上金型の成形領域Ａ４ａからのプレス圧により、成形領域Ａの本体部６から成形領域Ｂの端部７と非製品部８を介して空隙１２へ樹脂内に含まれる気泡や積層工程においてプリプレグの層間に含まれた気泡を少量の樹脂と共に押し出すことができる。空隙１２はプレス中に徐々に狭くなりながら、上金型の成形領域Ｂ４ｂが端部７及び非製品部８に接触又は近接してプレス成形が終了するまで気泡を逃がし続けることができる。
【００２７】
その結果、成形製品のボイド発生やかすれ、厚み不均一を防ぎ、安定した成形製品を得ることができる。空隙１２が形成されるのは非製品部８のみならず、非製品部８と繋がる製品部９の端部７の上部にも気泡を排出する空隙１２を形成することにより、気泡を排出する逃げ道を広げることができ、ボイド発生の低減の効果を高めることができる。
【００２８】
このように、成形金型内でキャビティ高さを部分的に異なる箇所を設けることにより、上金型の成形領域Ｂ４ｂと強化繊維成形材料３との間に空隙１２を形成し、成形時に樹脂内に含まれる気泡や積層工程においてプリプレグの層間に含まれた気泡を少量の樹脂と共に排出することができ、成形体のボイド発生を抑制でき、最終得られる繊維強化成形体の外観意匠性を向上させることができる。
【００２９】
上述のようにして強化繊維成形材料３をプレス成形した後、上金型４を取り外し、下金型に載置された強化繊維成形材料３の平面図を図４［３］に示す。
【００３０】
本発明で用いる強化繊維成形材料３は、熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂をマトリックス樹脂とするプリプレグまたはその積層体である。プリプレグの強化繊維はガラス繊維、アラミド繊維、炭素繊維等が挙げられるが、剛性、軽量性、電磁波シールド性が要求される電子機器筐体用途には、炭素繊維が好ましい。また、本発明におけるプリプレグのマトリックス樹脂として使用される熱硬化樹脂はエポキシ樹脂、フェノール樹脂又はビニルエステル樹脂、熱可塑性樹脂としてはナイロン樹脂、ポリプロピレン樹脂又はポリフェニレンスルファイド（ＰＰＳ）樹脂等が挙げられるが、成形品の表面品位、成形性の観点からエポキシ樹脂が好ましく例示することができる。
【００３１】
また、本発明において、成形領域Ｂのキャビティの高さＢ１０の最大値が、成形領域Ａのキャビティの高さＡ１１の最大値の１．０１〜１．２倍であることが好ましい。
【００３２】
これにより、強化繊維成形材料３の厚さの誤差や、プレス機や金型の精度、加圧力や温度等の成形条件の微小な変動の最小限に抑えることができ、気泡を残存させない条件範囲が広く採れて成形条件設定の自由度が広げることができる。１．０１倍未満であると、気泡を十分に排出できない場合があり、１．２倍を超えると、空隙１２への樹脂の流れ込みが大きくなることから、これらの領域では、プレス圧や加圧タイミングなどの厳密な制御が必要となり、製造工程が複雑になる場合がある。好ましくは１．０２〜１．１５倍、より好ましくは１．０３〜１．１倍である。
【００３３】
また、本発明において、上金型４は、成形領域に対応した複数の金型要素を一体化した構成であることが好ましい。
【００３４】
キャビティの高さを変える金型要素である成形領域Ｂの上金型４ｂと、成形領域Ａの上金型４ａとを別個に作成したあと、成形時には強固に接合可能な接合方法で一体化して稼動させる構成とすることが好ましい。金型を別個に作成することで、金型の寸法精度を高められるとともに、金型の一部に寸法誤りが生じた場合、全体の金型の修正ではなく、作成し直すのは一部の金型に留めることができ、使用材料費の効率化に繋げることができる。接合方法としては特に制限はなく、ネジ止め、磁石、凹凸等の嵌合機構、またはこれらの組合せ等が例示できる。
【００３５】
また、本発明において、金型要素Ｂ（成形領域Ｂに対応する金型要素）の内表面が、金型要素Ａ（成形領域Ａに対応する金型要素）に向かってキャビティ高さＢ１０が低くなる傾斜面１６を具備することが好ましい。
【００３６】
図５に示すように、成形領域Ｂ４ｂの上金型の金型要素Ｂの内表面が、成形領域Ａ４ａの上金型の金型要素Ａに向うに従って傾斜する傾斜面１６とすることにより、キャビティの高さＢ１０が非製品部８から本体部６に向かうにつれて低くさせることができ、これにより、製品本体部と端部の境界で急激な厚み変化を避けることができ、傾斜によりスムーズな気泡の排出を促すことができる。キャビティ高さＢ１０は、上金型４が上下する方向と平行な方向における距離である。
【００３７】
図５［１］はプレス成形開始前の段階、図５［２］はプレス成形の途中の段階をそれぞれ図示したものであり、上金型の成形領域Ａ４ａが本体部６と接触し、上金型の成形領域Ｂ４ｂは端部７及び非製品部８に接触することなく、空隙１２を形成した状態を示す。上金型の成形領域Ｂ４ｂの金型要素Ｂと上金型の成形領域Ａ４ａの金型要素Ａと接する箇所ではキャビティ高さＡ１１はキャビティ高さＢ１０とは同じか、又は低い構成とすることが好ましい。［３］は上金型４と下金型２とが閉じられて、プレス成形が終了した段階であり、上金型の成形領域Ａ４ａが本体部６を一定の圧力でプレスし、上金型の成形領域Ｂ４ｂが端部７及び非製品部８の少なくとも一部と接触した状態である。上金型の成形領域Ｂ４ｂが端部７及び非製品部８と接触していない箇所が存在しても構わないが、気泡が排出されることを確実なものとするために、成形領域Ａよりも低いプレス圧力がかかるような接触状態となる箇所が一部にあることも好ましい。
【００３８】
また、本発明において、成形領域Ｂが三次元形状を有する構成としてもよい。
【００３９】
図４の領域１３を三次元形状とした成形領域Ｂの拡大断面図を図６に示す。プレス成形後の繊維強化成形体の最終形状が三次元形状を有する形態であり、成形領域Ｂの端部７が屈曲形状または湾曲形状をした三次元形状を有する構成である。図６［１］、図６［２］及び図６［３］は、図５に示すプレス形成での各段階を示す図５［１］、図５［２］及び図５［３］と同じ段階を示したものである。上金型４と下金型２とが閉じられてプレス成形が終了するまで、成形領域Ａの本体部６から成形領域Ｂの屈曲形状をした端部７と非製品部８を介して気泡が空隙１２へ押し出すことができる。空隙１２はプレス中に徐々に狭くなりながら、プレス成形が終了するまで気泡を逃がし続けることができる。
【００４０】
また、図７は成形領域Ｂの型構造が図６と逆の上向きをした三次元形状を有し、かつ、上金型の成形領域Ｂ４ｂの金型要素Ｂの端部７に対応する内表面が、成形領域Ａ４ａの上金型の金型要素Ａに向うに従って、キャビティ内表面と下金型２との距離が減少するような傾斜面１６を有する構造を示している。これにより、キャビティの高さＢ１０が非製品部８から本体部６に向かうにつれて低くさせることができる。キャビティ高さＢ１０は、下金型の内表面と上金型の内表面との距離で、上金型４が上下する方向と平行な方向における距離を示す。
【００４１】
この構成では上金型の成形領域Ａ４ａのプレス圧により、本体部６が下金型２の方向へ押し付けられ、それに伴って、端部７が下金型２に沿って屈曲した形状となる。成形領域Ｂではキャビティ高さＢ１０は、成形領域Ａでの上金型４ａのキャビティ高さＡ１１よりも傾斜的に高くなっているため、プレス成形の途中の段階の状態を示す［２］では、上金型の成形領域Ｂ４ｂは端部７及び非製品部８と接触しない箇所があり、空隙１２が端部７及び非製品部８の上部に形成されることになる。そして、上金型４と下金型２とが閉じられてプレス成形が終了した状態を示す［３］に至るまで、成形領域Ａの本体部６から成形領域Ｂの屈曲形状をした端部７と非製品部８を介して気泡が空隙部１２へ押し出すことができる。空隙１２はプレス中に徐々に狭くなりながら、プレス成形が終了するまで気泡を逃がし続けることができる。
【００４２】
また、本発明において、下金型２と接する強化繊維成形材料３の表面が、繊維強化成形体の意匠面側であることが好ましい。
【００４３】
また、強化繊維成形材料３が発泡フォームをコア層とするサンドイッチ構成体である場合には、発泡フォームから発生する気泡が製品内にとどまり、フクレ不良を発生させることがあるが、本発明により気泡の製品外部への排出を促され、フクレのないプレス成形品を提供することができる。
【００４４】
また、本発明において、複数の繊維強化成形体を一度に成形可能な大きさを備えたキャビティは、製品部９と隣接する製品部９との間に連結部１４を更に備える強化繊維成形材料３のうち、製品部９に含まれる端部７、連結部１４、および隣接する製品部９に含まれる端部７をプレス成形する成形領域Ｃを更に有し、キャビティを有する上金型４ｃは、金型要素Ｃ（成形領域Ｃに対応する金型要素）が隣接する金型要素Ａの間で一体化された構成を有することが好ましい。
【００４５】
複数の製品部９を平面状に連結部１４を介して連結した構成とすることで、一度の成形で複数の製品部９を含んだ繊維強化成形体を得ることができ、製品１個当たりの成形時間を短縮でき、また、製品として活用できない連結部の面積を最小限に抑えられる。平面状とは、複数の製品が一方向に並ぶものや二次元的な広がりをもって並ぶことを示す。例えば、長方形の複数の製品が連結部を介して一列に並んだ態様や、長方形の複数の製品が碁盤目状に整列した態様が挙げられる。
【００４６】
さらに、上金型４は、成形領域Ａに対応する金型要素Ａ４ａと、成形領域Ｃに対応する金型要素４ｃとを別個に作成したあと、成形時には適当な接合方法で、金型要素Ａ４ａの間に金型要素Ｃ４ｃが介挿される入れ子型の態様で一体化して可動させる構成とすることが好ましい。
【００４７】
図８［１］はプレス成形開始前の段階であり、長方形の複数の製品部９を、連結部１４を介して並べて配した構成で、連結部１４は図４に示す非製品部８に相当し、最終的には繊維強化成形体から切除により取り除かれるものである。
【００４８】
図８［２］に、金型要素Ｃ４ｃを金型要素Ａ４ａの間に介挿した入れ子型の上金型４を上から見た平面図を示す。金型要素４ｃは金型要素Ａ４ａの間に挿入する金型要素と定め、前述した金型要素Ｂ４ｂと区別する。金型要素Ａ４ａ６個を同一平面に配置し、その金型要素Ａ４ａの間に金型要素４ｃを介挿した。本実施形態では、金型要素４ｃは、中央横方向に金型要素Ａ４ａの間に１つと、その前後に金型要素Ａ４ａを左右にはさむように４つ配置している。金型要素Ｂ４ｂは、金型要素Ａ４ａの外周辺部に４つ配置している。金型要素Ａ４ａ、金型要素Ｂ４ｂ及び金型要素Ｃ４ｃの上面は面一となるように一体化され、また、金型要素４ｃと金型要素Ｂ４ｂのそれぞれの内表面は下金型２との距離が同じとなるように設計される。
【００４９】
さらに、図８［３］は、強化繊維成形材料３をプレス成形した後、上金型４を取り外し製品部９が複数個２次元的に形成された強化繊維成形材料３の平面図を示している。
【００５０】
図９に、図８の領域１５を拡大した断面図を示し、図９［１］、図９［２］及び図９［３］は、図５に示すプレス形成での各段階を示す図５［１］、図５［２］及び図５［３］と同じ段階を示したものである。上金型４と下金型２とが閉じられてプレス成形が終了するまで、成形領域Ａの本体部６から成形領域Ｃの端部７と連結部１４を介し、さらに成形領域Ｂの端部７と非製品部８を介して気泡が空隙１２へ押し出すことができる。さらに成形領域Ｂの端部７と非製品部８を介して気泡が成型機外へ排出される。空隙１２はプレス中に徐々に狭くなりながら、プレス成形が終了するまで気泡を逃がし続けることができる。
【００５１】
また、本発明の別の態様として、成形体の最終形状が三次元形状を有する形状となる場合を図１０に示す。この場合、成形領域Ｃの成形型構造が三次元形状を有する構成とした上下金型を使用してプレス成形を行うものである。
【００５２】
この構成では、上金型の成形領域Ｃ４ｃのプレス圧により、成形領域Ｃが押し下げられ、端部７が上金型４ｂに沿って屈曲した形状となる。その後上金型の成形領域Ａ４ａのプレス圧により本体部６が下金型２に押し付けられる。このとき、上金型の成形領域Ｃ４ｃの内表面と下金型２とのキャビティ高さＢ１０は、上金型の成形領域Ａ４ａと下金型２とのキャビティ高さＡ１１よりも高いため、下金型２に端部７及び連結部１４は接触せず、空隙部１２が端部７及び連結部１４の下部に形成されることになる。このキャビティ高さＢ１０は上金型の成形領域Ｂ４ｂの内表面と下金型２との距離と同じとしているため、キャビティ高さＢで表現している。
【００５３】
その後、上金型４と下金型２とが閉じられてプレス成形が終了するまで、成形領域Ａの本体部６から成形領域Ｃの屈曲形状をした端部７と非製品部８を介して気泡が空隙１２へ押し出すことができる。空隙１２はプレス中に徐々に狭くなりながら、プレス成形が終了するまで気泡を逃がし続けることができる。
【００５４】
また、本発明の別の態様として、図１１に、上金型の成形領域Ｃ４ｃにおいて、端部７を本体部６に向けて傾斜する傾斜面１６とした側面断面図を示す。図７に示す態様と同様にキャビティの高さＢ１０が非製品部８から本体部６に向かうにつれて減少させる構成である。
【００５５】
また、本発明の別の態様として、図１２に、成形領域Ｃに対応する金型要素４ｃが連結部のみの幅とした入れ子型の成形型とした構成で、強化繊維成形材料３のプレス成形前後の状態を示す拡大断面図を示す。この構成により、金型を部品毎に別々に製作することが可能になるため、型の製造が容易に行うことができる。
【００５６】
また、成形した繊維強化成形体の非製品部８及び／又は連結部１４を切除して取り除く切断手段を具備することが好ましい。この切断手段により、最終製品形態である繊維強化成形製品を得ることができる。切断手段としては、ＮＣ(数値制御)加工機、ウォータージェット加工機、打ち抜き加工等が好ましく用いることができる。
【００５７】
また、本発明に係る繊維強化成形体の製造方法は、キャビティを有する上金型４と上金型４に対向して設けられる下金型２により、強化繊維成形材料３にマトリックス樹脂を含浸させたプリプレグまたはその積層体を含む強化繊維成形材料３をプレス成形する繊維強化成形体の製造方法であって、以下の工程［１］〜工程［６］を少なくとも有する方法である。
［１］強化繊維成形材料３は、本体部６と端部７とからなる製品部９および製品部９の外周の少なくとも一部に設けられる非製品部８からなり、本体部６をプレス成形する成形領域Ａと、端部７および非製品部８をプレス成形する成形領域Ｂとを少なくとも有し、成形領域Ｂにおけるキャビティ内表面と下金型２との距離（キャビティ高さＢ１０）が、成形領域Ａにおけるキャビティ内表面と下金型２との距離（キャビティ高さＡ１１）よりも長い構成を有するキャビティ内に強化繊維成形材料３を載置する工程
［２］成形領域Ｂにおけるキャビティ内表面と強化繊維成形材料３とが非接触の状態であり、かつ成形領域Ａにおけるキャビティ内表面と強化繊維成形材料３とが接触する位置まで、上金型４を駆動し近接させる第1のプレス工程
［３］さらに、成形領域Ａの強化繊維成形材料３を一定の圧力でプレスできる位置まで上金型４を駆動させる第2のプレス工程
［４］上金型４と下金型２とが閉じられ、上金型４を停止し、マトリックス樹脂を硬化させる工程
［５］上金型４を離間させて強化繊維成形材料３を取り出す工程
［６］強化繊維成形材料３の非製品部８を切除して製品を得る工程
工程［２］では、上金型の成形領域Ｂ４ｂは端部７及び非製品部８に接触することなく、一定の空隙１２が形成され、さらに、工程［３］へと続く際に、上金型の成形領域Ａ４ａが強化繊維成形材料３の本体部６を一定の圧力でプレスし続け、成形領域Ａの本体部６から成形領域Ｂの端部７と非製品部８を介して気泡を空隙１２へ排出することができる。少なくとも工程［２］と工程［３］は連続して行われることが好ましい。気泡の排出を促進できるとともに生産時間の無駄を無くすことができる。
【実施例】
【００５８】
次に、本発明を実施例によって説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００５９】
（実施例１）
図１に示す製造装置と、図８及び図９に示す成形型１を使用した。プレス成形する強化繊維成形材料３が、２行３列に並んだ６箇所の本体部６と、本体部６間は端部７と連結部１４で連結し、本体部６の他の外側の外周部には端部７と非製品部８を有する構成とした。上金型４としては、本体部６に対応する成形領域４Ａを成形する金型要素４ａと、その間に端部７及び連結部１４に対応する成形領域４Ｃを成形する金型要素４ｃと、本体部６の外側の外周部に位置する端部７及び非製品部８に対応する成形領域４Ｂを成形する金型要素４ｂとから構成されたものであった。
【００６０】
製品部６と端部７からなる製品部９の寸法はいずれも２７０ｍｍ×２７０ｍｍ、製品部６の寸法はいずれも２６０ｍｍ×２６０ｍｍ、端部７の幅は５ｍｍ、連結部１４と非製品部８の幅はいずれも１０ｍｍであった。下金型２の寸法は６２０ｍｍ×８８０ｍｍであった。
【００６１】
また、成形領域４Ｂ及び成形領域４Ｃのキャビティ高さＢ１０は１．５８ｍｍ、成形領域４Ａのキャビティ高さＡ１１は１．５ｍｍとなるように、上金型４の外周部の上金型４ｂは下方に張り出し、成形領域４Ｂ及び成形領域４Ｃは、成形領域４Ａのキャビティ高さに対して１．０５倍のキャビティ高さを有する構造であった。
【００６２】
まず、下金型２に、東レ（株）製「“トレカ”プリプレグ」（“トレカ”は東レ（株）の登録商標）を１１枚積層した、５７０ｍｍ×８５０ｍｍの強化繊維成形材料３を、その両面に離型フィルムを配置した状態でセットし、加圧力６０ｔ、型温度１３０℃にて３０分プレスすることにより硬化させた後、成形型から繊維強化成形体５を取り出した。
【００６３】
その後、切断加工にて連結部１４及び非製品部８に相当する箇所を取り除き、寸法２７０ｍｍ×２７０ｍｍの最終製品形態である繊維強化成形製品を得た。得られた繊維強化成形製品の外観は６体ともフクレやボイド、かすれのない良好な状態であった。
【００６４】
（比較例１）
成形領域Ｂ及び成形領域Ｃを有せずキャビティ高さに変化がない成形型を使用した他は実施例１と同様にして、成形型に、東レ（株）製「トレカプリプレグ」を５枚積層した、３００ｍｍ×７００ｍｍｍのＦＲＰ基材を、その両面に離型フィルムを配置した状態でセットし、加圧力６０ｔ、型温度１３０℃にて３０分プレスすることにより硬化させ、型から取り出した後に切断加工にて寸法２７０ｍｍ×１５０ｍｍの繊維強化成形製品を得た。
【００６５】
得られた製品は、成形型の３体は、ボイド・カスレが散在しており、製品として、良好なものを得ることができなかった。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明の一体化成形体は、自動車内外装、電気・電子機器筐体、自転車、スポーツ用品用構造材、航空機内装材、輸送用箱体等に有効に使用できる。
【符号の説明】
【００６７】
１  成形金型
２  下金型
３  強化繊維成形材料
４  上金型
４ａ  本体部をプレス成形する上金型の成形領域Ａ
４ｂ  端部及び非製品部をプレス成形する上金型の成形領域Ｂ
４ｃ  端部及び連結部をプレス成形する上金型の成形領域Ｃ
５  繊維強化成形体
６  本体部
７  端部
８  非製品部
９  製品部
１０  成形領域Ｂのキャビティの高さＢ
１１  成形領域Ａのキャビティの高さＡ
１２  空隙
１３  拡大箇所
１４  連結部
１５  拡大箇所
１６  傾斜面
【図１】
2019171740.tif 000003
【図２】
2019171740.tif 000004
【図３】
2019171740.tif 000005
【図４】
2019171740.tif 000006
【図５】
2019171740.tif 000007
【図６】
2019171740.tif 000008
【図７】
2019171740.tif 000009
【図８】
2019171740.tif 000010
【図８−３】
2019171740.tif 000011
【図９】
2019171740.tif 000012
【図１０】
2019171740.tif 000013
【図１１】
2019171740.tif 000014
【図１２】
2019171740.tif 000015