(57)【要約】【課題】樹脂と繊維の混合材料による素材から所望の強度および形状を有する成形品を製造することができる成形品の製造方法を提供すること。【解決手段】樹脂と繊維を混合した混合材料による素材から成形品を製造する方法であって、素材を、金型を用いて、樹脂と繊維を架橋させる第１の加熱温度まで加熱することにより、予備成形品を作る第１成形ステップと、第１成形ステップの後、予備成形品を、金型を用いて、第１の加熱温度よりも高くかつ樹脂同士が架橋して高分子化する第２の加熱温度まで加熱することにより、成形品を作る第２成形ステップと、を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂と繊維を混合した混合材料による素材から成形品を製造する方法であって、
前記素材を、金型を用いて、前記樹脂と前記繊維を架橋させる第１の加熱温度まで加熱することにより、予備成形品を作る第１成形ステップと、
前記第１成形ステップの後、前記予備成形品を、金型を用いて、前記第１の加熱温度よりも高くかつ前記樹脂同士が架橋して高分子化する第２の加熱温度まで加熱することにより、成形品を作る第２成形ステップと、
を含む、成形品の製造方法。
【請求項２】
前記第１成形ステップで用いる前記金型は第１の金型であり、前記第２成形ステップで用いる前記金型は前記第１の金型とは異なる第２の金型であり、
前記第１成形ステップと前記第２成形ステップの間に、前記素材を前記第１の金型から前記第２の金型へ移動させるステップをさらに含む、請求項１に記載の成形品の製造方法。
【請求項３】
前記第１の金型における前記素材の配置領域は、前記第２の金型における前記予備成形品の配置領域よりも水平断面の外形が小さく設定される、請求項２に記載の成形品の製造方法。
【請求項４】
前記第１成形ステップにおける前記素材の昇温速度は、前記第２成形ステップにおける前記予備成形品の昇温速度よりも遅く設定されている、請求項１から３のいずれか１つに記載の成形品の製造方法。
【請求項５】
前記繊維は炭素繊維であり、前記成形品は炭素繊維強化プラスチックである、請求項１から４のいずれか１つに記載の成形品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成形品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、炭素繊維と樹脂材料から構成される炭素繊維強化プラスチック（ＣＲＰＭ）を製造する製造方法が各種提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１は、炭素繊維強化プラスチックの製造方法の一例として、プリプレグと呼ばれる炭素繊維に樹脂が含浸したシート状の材料を用いて炭素繊維強化プラスチックを製造する方法である。特許文献１の製造方法は、シート状体に熱硬化性樹脂組成物を含浸させた後、光を照射することにより、熱硬化性樹脂組成物中の金属ナノ粒子を加熱して熱硬化性樹脂を硬化させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−９１７２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
炭素繊維強化プラスチックは高い強度と軽さを併せ持つ材料であり、所望の強度および形状を有することが求められる。このような炭素繊維強化プラスチックを製造する方法としては、前述した特許文献１のようにプリプレグを用いた方法以外に、炭素樹脂と繊維を混合した混合材料による素材をもとに金型を用いた成形により成形品として製造する方法が考えられる。しかしながら、金型を用いた製造方法によれば、素材の加工が難しく、成形した完成品が多孔質で密度が低いものになる場合も多く、所望の強度および形状を有する炭素繊維強化プラスチックを製造することが難しい。
【０００６】
このように、金型を用いて炭素繊維強化プラスチックなどの成形品を製造する際に、所望の強度および形状を有する成形品を製造することに関して未だ改善の余地があるといえる。
【０００７】
従って、本発明の目的は、前記問題を解決することにあって、樹脂と繊維の混合材料による素材から所望の強度および形状を有する成形品を製造することができる成形品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】
前記目的を達成するために、本発明の成形品の製造方法は、樹脂と繊維を混合した混合材料による素材から成形品を製造する方法であって、前記素材を、金型を用いて、前記樹脂と前記繊維を架橋させる第１の加熱温度まで加熱することにより、予備成形品を作る第１成形ステップと、前記第１成形ステップの後、前記予備成形品を、金型を用いて、前記第１の加熱温度よりも高くかつ前記樹脂同士が架橋して高分子化する第２の加熱温度まで加熱することにより、成形品を作る第２成形ステップと、を含む。
【０００９】
本発明の成形品の製造方法によれば、所望の強度および形状を有する成形品を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態１の成形装置の概略斜視図
【図２】実施の形態１の成形装置の縦断面図
【図３】実施の形態１の成形装置に供給される素材の概略図
【図４Ａ】実施の形態１の予備成形品および成形品の平面図
【図４Ｂ】実施の形態１の予備金型の固定部および本金型の固定部の平面図
【図５Ａ】実施の形態１の成形品の製造方法を説明するための概略図
【図５Ｂ】実施の形態１の成形品の製造方法を説明するための概略図
【図５Ｃ】実施の形態１の成形品の製造方法を説明するための概略図
【図５Ｄ】実施の形態１の成形品の製造方法を説明するための概略図
【図５Ｅ】実施の形態１の成形品の製造方法を説明するための概略図
【図６】実施の形態１の製造方法を実施した際の素材、予備成形品、成形品の温度変化の例を示す図
【図７Ａ】実施の形態２の予備成形品を示す平面図
【図７Ｂ】実施の形態２の予備成形品を示す側面図
【図８Ａ】実施の形態２の成形品を示す平面図
【図８Ｂ】実施の形態２の成形品を示す側面図
【図９】実施の形態２の予備金型を示す縦断面図
【図１０】実施の形態２の本金型を示す縦断面図
【図１１Ａ】実施の形態３の成形品を示す平面図
【図１１Ｂ】実施の形態３の成形品を示す側面図
【図１１Ｃ】実施の形態３の成形品を示す斜視図
【図１２Ａ】実施の形態３の第１の素材を示す平面図
【図１２Ｂ】実施の形態３の第２の素材を示す平面図
【図１３】実施の形態３の予備成形品を示す斜視図
【図１４】実施の形態４の簡易金型を示す斜視図
【図１５】実施の形態４の素材を示す斜視図
【図１６】実施の形態４の粗製品を示す斜視図
【図１７Ａ】実施例１による実験の結果を示す概略図
【図１７Ｂ】実施例１による実験の結果を示す概略図
【図１８】実施例１で用いる第２の成形品の縦断面図
【図１９Ａ】第１の成形品の表面図
【図１９Ｂ】第１の成形品の裏面図
【図１９Ｃ】第１の成形品の縦断面図
【図２０Ａ】第２の成形品の表面図
【図２０Ｂ】第２の成形品の裏面図
【図２０Ｃ】第２の成形品の縦断面図
【図２１Ａ】第３の成形品の表面図
【図２１Ｂ】第３の成形品の裏面図
【図２１Ｃ】第３の成形品の縦断面図
【図２２Ａ】第４の成形品の表面図
【図２２Ｂ】第４の成形品の裏面図
【図２２Ｃ】第４の成形品の縦断面図
【図２３Ａ】第５の成形品の表面図
【図２３Ｂ】第５の成形品の裏面図
【図２３Ｃ】第５の成形品の縦断面図
【図２４】実施例２による実験の結果を示す概略図
【図２５】実施例２で用いる第５の成形品の縦断面図
【図２６Ａ】実施例３で作成した成形品と同じ形状を有する成形品の表面図
【図２６Ｂ】実施例３で作成した成形品と同じ形状を有する成形品の裏面図
【図２６Ｃ】実施例３で作成した成形品と同じ形状を有する成形品の縦断面図
【図２７Ａ】実施例３で作成した成形品と類似する形状を有する成形品の表面図
【図２７Ｂ】実施例３で作成した成形品と類似する形状を有する成形品の裏面図
【図２７Ｃ】実施例３で作成した成形品と類似する形状を有する成形品の縦断面図
【図２８Ａ】破壊試験機を示す図
【図２８Ｂ】図２８Ａに示す破壊試験機を用いて破壊試験を行った結果を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明に係る成形品の製造方法の例示的な実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。本発明は、以下の実施形態の具体的な構成に限定されるものではなく、同様の技術的思想に基づく構成が本発明に含まれる。
【００１２】
（実施の形態１）
実施の形態１における成形品を製造するための成形装置の概略構成について、図１、図２を用いて説明する。図１は、実施の形態１の成形装置２の概略斜視図であり、図２は、成形装置２の縦断面図である。図２は、図１におけるＹ方向から見た縦断面図である（金型が合わさった状態）。
【００１３】
実施の形態１における成形装置２は、樹脂と繊維を混合した混合材料による素材から、金型を用いて成形品を製造する装置である。実施の形態１における成形装置２は特に、熱硬化性の「フェノール樹脂」と、「炭素繊維」を混合した素材１２（図３）を、熱間プレス成形することにより、炭素繊維強化プラスチックの成形品を製造する。
【００１４】
図３は、フェノール樹脂と炭素繊維を混合した素材１２の例を示す。素材１２は、フェノール樹脂と炭素繊維がそれぞれ常温の固体状態で集められた混合材料である。図３では、素材１２が金型で圧縮される前の状態を示す。金型で圧縮された後の状態では、素材１２は内部に多数の空隙を有する多孔質な材料となる。
【００１５】
図３に示す素材１２を加工・成形する装置として、図１、図２に示す成形装置２は、予備金型（第１の金型）４と、本金型（第２の金型）６とを備える。予備金型４は、素材１２から予備成形品１４を作るための金型である。本金型６は、予備金型４で作られた予備成形品１４をもとに成形品１６を作るための金型である。図１では、予備成形品１４と成形品１６の両方を図示している。以下、予備金型４と本金型６のそれぞれの構成について説明する。
【００１６】
予備金型４は、素材１２から予備成形品１４を作るように、素材１２を圧縮した状態で加熱するように構成された金型である。予備金型４によって、素材１２の熱間プレス成形が行われる。
【００１７】
図１、図２に示すように、予備金型４は、可動部４ａと、固定部４ｂとを備える。上方に配置された可動部４ａは、下方に配置された固定部４ｂに対して上下動可能に構成されている。図１は可動部４ａと固定部４ｂが離れた状態を示し、図２は可動部４ａと固定部４ｂが接触した状態を示す。
【００１８】
可動部４ａは、その底面から下方に突出した凸状のコア５ａを有する。一方で、固定部４ｂは、その上面から下方に凹んだ凹状のキャビティ５ｂを有する。コア５ａの形状はキャビティ５ｂの形状に対応しており、図２に示すようにコア５ａをキャビティ５ｂに配置可能である。
【００１９】
図２に示す状態では、キャビティ５ｂに空洞８が形成されている。空洞８は、素材１２を配置して予備成形品１４を作るための配置領域（予備成形領域）である。空洞８の立体形状は、図１に示す予備成形品１４の立体形状と略同じである。
【００２０】
本金型６は、予備成形品１４から成形品１６を作るように、予備成形品１４を圧縮した状態で加熱するように構成された金型である。本金型６によって、予備成形品１４の熱間プレス成形が行われる。
【００２１】
本金型６は、上方に配置された可動部６ａと、下方に配置された固定部６ｂとを備える。可動部６ａはコア７ａを有し、固定部６ｂはキャビティ７ｂを有する。
【００２２】
図２に示すように、コア７ａがキャビティ７ｂに配置された状態において、キャビティ７ｂには空洞１０が形成される。空洞１０は、予備成形品１４を配置して成形品１６を作るための配置領域（本成形領域）である。空洞１０の立体形状は、図１に示す成形品１６の立体形状と略同じである。
【００２３】
図１に示す予備成形品１４および成形品１６のそれぞれは、Ａ方向に延在する板状の部材である。予備成形品１４および成形品１６のそれぞれは、Ａ方向に直交するＢ方向に幅を有している。
【００２４】
予備成形品１４および成形品１６の平面視における外形に関して、図４Ａ、４Ｂを用いて説明する。
【００２５】
図４Ａは、予備成形品１４および成形品１６の平面図である。図４Ｂは、予備成形品１４に対応する予備金型４の固定部４ｂ、および、成形品１６に対応する本金型６の固定部６ｂの平面図である。
【００２６】
平面視における水平断面の外形に関して、図４Ａ、４Ｂに示すように、予備成形品１４の横方向の長さＡ１および縦方向の長さＢ１は、図４Ｂに示すキャビティ５ｂの横方向の長さＡ１および縦方向の長さＢ１とそれぞれ同じである。同様に、図４Ａに示す成形品１６の横方向の長さＡ２および縦方向の長さＢ２は、図４Ｂに示すキャビティ７ｂの横方向の長さＡ２および縦方向の長さＢ２とそれぞれ同じである。
【００２７】
このような構成において、長さＡ１は長さＡ２よりも短く設定されており、長さＢ１は長さＢ２よりも短く設定されている（例えば約８０％）。また、図４Ｂの点線で示すように、平面視におけるキャビティ５ｂの水平断面の外形は、キャビティ７ｂの水平断面の外形よりも小さく設定されており、キャビティ７ｂの内側に収まる大きさである。これにより、図４Ａの点線で示すように、平面視における予備成形品１４の水平断面の外形は、成形品１６の水平断面の外形よりも小さくなり、成形品１６の内側に収まる大きさとなる。
【００２８】
このような大きさの設定によれば、図４Ａに示す予備成形品１４の水平断面の外形は、図４Ｂに示す本金型６におけるキャビティ７ｂの水平断面の外形よりも小さくなる。よって、予備金型４により作られた予備成形品１４を本金型６のキャビティ７ｂに移す際に、予備成形品１４をキャビティ７ｂに容易に配置することができる。また予備成形品１４は後述するように高い強度を有したものとして成形され、変形しにくいものであるため、前述したような外径の設定により、予備成形品１４をキャビティ７ｂにより確実に配置することができる。
【００２９】
成形品１６は予備成形品１４を厚み方向に圧縮することで作られるため、図４Ａに示すように水平方向の外形は縦方向および横方向ともに大きくなる。一方で、図１に示すように、成形品１６の厚みＣ２は予備成形品１４の厚みＣ１よりも小さくなる（例えば約４０％）。
【００３０】
上述した形状を有する成形品１６は、例えば自動車用のコンロッドに用いることができる。このような用途に炭素繊維強化プラスチックを適用することで、強度と軽量性を両立した材料を適用して安全性と利便性を向上させることができる。
【００３１】
上述した構成を有する成形装置２を用いて素材１２から予備成形品１４を作り、予備成形品１４から成形品１６（炭素繊維強化プラスチック）を作る方法の例について、図５Ａ−５Ｅおよび図６を用いて説明する。
【００３２】
図５Ａ−５Ｅは、成形装置２による炭素繊維強化プラスチックの製造方法を説明するための概略縦断面図である。図６は、図５Ａ−５Ｅに示す一連の工程における素材１２、予備成形品１４および成形品１６の温度変化を示す図である。
【００３３】
まず、素材１２を準備して、予備金型４に配置する（ステップＳ１）。具体的には、図３に示した素材１２を準備する。素材１２は前述したように、フェノール樹脂と炭素繊維の混合材料によるものである。素材１２は例えば、フェノール樹脂と炭素繊維のそれぞれを単独で準備した後に両者を混ぜ合わせることで準備することができる。
【００３４】
準備した素材１２は、図５Ａに示すように、予備金型４の固定部４ｂのキャビティ５ｂに配置される。キャビティ５ｂに配置される際の素材１２の温度は常温Ｔ０である（図６）。
【００３５】
次に、予備成形を行う（ステップＳ２）。具体的には、図５Ｂに示すように、予備金型４の可動部４ａを下方に移動させて、可動部４ａと固定部４ｂの間で素材１２を加圧する。可動部４ａと固定部４ｂを図示しない熱源により熱することで、加圧状態の素材１２を加熱する（熱間プレス成形）。これにより、予備成形品１４が作られる。
【００３６】
予備成形品１４は、図６に示すように素材１２を所定の昇温速度で加熱するとともに、最終的に第１の加熱温度Ｔ１まで加熱することで作られる。
【００３７】
第１の加熱温度Ｔ１は、素材１２を構成するフェノール樹脂と炭素繊維が架橋する温度に設定される。このような温度まで加熱することにより、フェノール樹脂と炭素繊維を化学的に結合し、所定の強度を有する予備成形品１４が作られる。
【００３８】
樹脂と繊維による混合材料を加熱して成形する際には、樹脂と繊維が組織的に離れやすいために、最終製品である成形品の内部に多数の空隙が生じ、成形品の密度が小さくなり、強度低下につながりやすい。これに対して、上記方法によれば所定の昇温速度により素材１２を加熱しながら、第１の加熱温度Ｔ１まで加熱して樹脂と繊維を確実に架橋させている。これにより、素材１２の中に含まれるガス（加熱によって素材１２自体から生じるガスも含む）を効率的に抜きながら、化学的な結合を形成して強度を向上させることができる。
【００３９】
前述した第１の加熱温度Ｔ１は、フェノール樹脂と炭素繊維が架橋を始める第１の架橋開始温度以上に設定される。また第１の加熱温度Ｔ１は、炭素繊維と架橋した後の熱硬化性樹脂（フェノール樹脂）同士が互いに架橋して高分子化を開始する第２の架橋開始温度未満に設定される。このような温度設定によれば、予備成形品１４に所定の強度を持たせながら、予備成形品１４をさらに加工する余地を持たせることができる。
【００４０】
例えば、フェノール樹脂と炭素繊維の場合、第１の架橋開始温度は約１３５度であり、第２の架橋開始温度は約１５０度であるため、前述した第１の加熱温度Ｔ１は例えば、１３５度以上１５０度未満に設定される。
【００４１】
図６に示すように、予備成形ステップＳ２における（平均）昇温速度は、後述する本成形ステップＳ４における（平均）昇温速度よりも遅く設定されている。このような設定によれば、素材１２に含まれるガスを効率的に抜きながら予備成形品１４を作ることができ、予備成形品１４の密度を向上させることができる。
【００４２】
特に素材１２を熱間プレス成形した場合、素材１２の表面側から中心部に向かって温度が上昇していくため、素材１２の内部温度にばらつきが生じる場合がある。これに対して、予備成形ステップＳ２では素材１２の昇温速度を遅く設定しているため、素材１２をより均一に加熱することができ、素材１２から作られる予備成形品１４の密度をより均一化することができる。
【００４３】
次に、予備成形品１４を移動させる（ステップＳ３）。具体的には、予備金型４で作られた予備成形品１４を、図５Ｃに示すように予備金型４から本金型６へ移動させる。予備成形品１４の移動には、図示しない搬送手段を用いてもよい。その後、予備成形品１４は、本金型６の固定部６ｂのキャビティ７ｂに配置される。
【００４４】
予備金型４から本金型６への移動に伴い、予備成形品１４の温度は低下する。図６に示すように、予備成形品１４の温度は前述した第１の加熱温度Ｔ１よりも低い温度Ｔ３まで下がる。
【００４５】
次に、本成形を行う（ステップＳ４）。具体的には、図５Ｄに示すように、本金型６の可動部６ａを下方に移動させて、可動部６ａと固定部６ｂの間で予備成形品１４を加圧する。可動部６ａと固定部６ｂを図示しない熱源により熱することで、加圧状態の予備成形品１４を加熱する（熱間プレス成形）。これにより、成形品１６が作られる。
【００４６】
図６に示すように、成形品１６は、予備成形品１４を温度Ｔ３から所定の昇温速度で加熱しながら、最終的に第２の加熱温度Ｔ２まで加熱することで作られる。
【００４７】
第２の加熱温度Ｔ２は、炭素繊維と架橋したフェノール樹脂とフェノール樹脂同士が互いに架橋して高分子化する温度に設定される。
【００４８】
第２の加熱温度Ｔ２は、単分子のフェノール樹脂同士が架橋を始める第２の架橋開始温度以上に設定される。また高分子化したフェノール樹脂が分解されることを防止するために、第２の加熱温度Ｔ２は、高分子化されたフェノール樹脂が分解し始める分解開始温度よりも低い温度に設定される。例えば、フェノール樹脂と炭素繊維の場合、第２の架橋開始温度は約１５０度であり、分解開始温度は約１８０度であるため、第２の加熱温度Ｔ２は例えば、１５０度以上１６０度以下に設定される。
【００４９】
なお、第２の加熱温度Ｔ２に到達する直前において、フェノール樹脂と炭素繊維が瞬間的にゲル化して形状が変化しやすくなる状態が存在する。このときに、予備成形品１４を本金型６により加圧することで所望の形状の成形品１６に加工することができる。
【００５０】
また、所定の強度を持たせた予備成形品１４から加工を開始していくため、本成形ステップＳ４を早くかつ容易に行うことができる。
【００５１】
次に、成形品１６を取り出す（ステップＳ５）。具体的には、図５Ｅに示すように、本金型６から成形品１６を取り出す。取り出された成形品１６は、図６に示すように温度が漸減していく。
【００５２】
上記製造方法によれば、炭素繊維とフェノール樹脂の混合材料である素材１２から、所望の強度および形状を有する炭素繊維強化プラスチックの成形品１６を製造することができる。
【００５３】
上述したように、実施の形態１の製造方法は、フェノール樹脂と炭素繊維を混合した混合材料による素材１２から炭素繊維強化プラスチックの成形品１６を製造する方法である。実施の形態１の製造方法は、予備成形ステップＳ２（第１成形ステップ）と、本成形ステップＳ４（第２成形ステップ）とを含む。予備成形ステップＳ２は、素材１２を、予備金型４を用いて、フェノール樹脂と炭素繊維を架橋させる第１の加熱温度Ｔ１まで加熱することにより、予備成形品１４を作るステップである。本成形ステップＳ４は、予備成形ステップＳ２の後、予備成形品１４を、本金型６を用いて、第１の加熱温度Ｔ１よりも高くかつフェノール樹脂同士が架橋して高分子化する第２の加熱温度Ｔ２まで加熱することにより、成形品１６を作るステップである。
【００５４】
上記方法によれば、フェノール樹脂と炭素繊維を架橋させる予備成形ステップＳ２と、フェノール樹脂同士を架橋させて高分子化する本成形ステップＳ４を分けて実施している。このような方法によれば、予備成形ステップＳ２により素材１２の中に含まれるガスを抜きながら所定の強度を持たせた予備成形品１４を作り、この予備成形品１４をもとに本成形ステップＳ４で所望の形状の成形品１６に成形することができる。予備成形ステップＳ２と本成形ステップＳ４を分けずに第２の加熱温度Ｔ２まで連続的に加熱した場合に比べて、素材１２に含まれるガスを効率的に抜いて密度を向上させることができ、所望の強度および形状を有した成形品１６を製造することができる。
【００５５】
素材１２は前述したように、内部に空隙を多く含んだ多孔質なものであるため、素材１２を単純に熱間プレス成形した場合には、作られる成形品の内部に多くのガスが含まれることで密度が低下して、所望の強度が得られない場合がある。これに対して本実施の形態１の製造方法によれば、予備成形ステップＳ２では素材１２を所定の昇温速度で加熱しながら第１の加熱温度Ｔ１まで加熱することにより、フェノール樹脂と炭素繊維を架橋させている。これにより、素材１２に含まれるガスを精度良く抜きながら、所定の強度を有する予備成形品１４を作ることができる。さらに本成形ステップＳ４では、予備成形品１４を第２の加熱温度Ｔ２まで加熱することにより、単分子のフェノール樹脂同士を架橋させて高分子化している。このように、高い密度を有した予備成形品１４をベースとして最終成形品である成形品１６を作ることにより、所望の強度と形状を両立した成形品１６を作ることができる。
【００５６】
さらに本実施の形態１では、予備成形ステップＳ２の平均昇温速度を本成形ステップＳ４の平均昇温速度よりも遅い値に設定している。このため、素材１２の中に含まれるガスをより精度良く抜くことができ、高い密度を有した予備成形品１４および成形品１６を作ることができる。
【００５７】
また実施の形態１における製造方法は、特許文献１のようにプリプレグを用いた炭素繊維強化プラスチックの製造方法とは異なり、金型を用いた熱間プレス成形による製造方法である。金型を用いた製造方法であるため、炭素繊維強化プラスチックの製造コストを低減することができる。
【００５８】
さらに実施の形態１における製造方法は、予備成形ステップＳ２と本成形ステップＳ４で、それぞれ異なる金型（予備金型４、本金型６）を用いている。また予備成形ステップＳ２と本成形ステップＳ４の間で、素材１２を予備金型４から本金型６へ移動させている。
【００５９】
上記方法によれば、予備成形ステップＳ２と本成形ステップＳ４を別々の金型で行うことで、当該ステップで作られる予備成形品１４および成形品１６のサイズを異ならせることができる。これにより、図４Ａ、４Ｂを参照しながら説明した予備成形品１４と成形品１６の外形の設定が可能となり、それぞれのステップに適した所望の形状とすることができる。
【００６０】
さらに実施の形態１における製造方法によれば、それぞれの金型の温度変化域を小さくすることができ、量産時における生産性を向上させることができる。具体的には、図６に示すように、予備成形ステップＳ２における予備金型４の温度変化域は、常温Ｔ０から第１の加熱温度Ｔ１までの範囲であり、本成形ステップＳ４における本金型６の温度変化域は、温度Ｔ３から第２の加熱温度Ｔ２までの範囲である。同じ金型を用いて予備成形ステップＳ２と本成形ステップＳ４を連続的に行う場合には、金型の温度変化域が常温Ｔ０から第２の加熱温度Ｔ２までという幅広い範囲となる。これに対して、図６に示す予備金型４および本金型６の各温度変化域は小さい範囲であるため、それぞれの金型で１回の成形にかかる加熱時間を短くすることができる。これにより、量産時における１回の成形にかかるタクトタイムを短くすることができ、生産性を向上させることができる。
【００６１】
一般的な樹脂の成形方法として、熱可塑性の樹脂による素材を加熱して溶融させたものを金型内に流動させて成形品を作る方法が知られている。しかしながら、炭素繊維強化プラスチックの場合には樹脂だけでなく炭素繊維も含んだ素材１２を使用するため、加熱しても十分な流動性は得られない。よって従来の一般的な方法をそのまま適用して炭素繊維強化プラスチックを製造することは非常に困難である。これに対して、実施の形態１の製造方法は、素材１２を流動させるのではなくプレス成形することにより、予備成形品１４および炭素繊維プラスチックの成形品１６を作る方法である。このように、従来の一般的な樹脂の成形方法とは全く異なる方法により、所望の強度および形状を有する炭素繊維プラスチックを製造することができる。
【００６２】
また従来の一般的な樹脂の成形方法は樹脂を流動させればよいため、１つの金型に樹脂を流し込む。これに対して実施の形態１の製造方法は、予備金型４および本金型６という２つの金型を用いた製造方法であり、従来の一般的な樹脂の成形方法の発想とは大きく異なるものである。
【００６３】
上記の通り、実施の形態１の製造方法によれば、従来非常に難しいとされていた炭素繊維強化プラスチックのプレス成形を容易に行うことができ、不良品の少ない、信頼性に優れた炭素繊維強化プラスチックの製造方法を提供することができる。
【００６４】
以上、実施の形態１の予備成形品１４、成形品１６の構成およびその製造方法について説明したが、様々な変形例が可能である。例えば、予備成形品１４、成形品１６の形状については図１、図４Ａに示した形状に限らず、様々な変形例が可能である。その具体的な変形例について、以下の実施の形態２、３を参照しながら説明する。実施の形態２、３では、主に実施の形態１と異なる点について説明し、実施の形態１と重複する内容については説明を省略する。
【００６５】
（実施の形態２）
本発明に係る実施の形態２における予備成形品３４を図７Ａ、７Ｂに示し、成形品３６を図８Ａ、８Ｂに示す。図７Ａは、予備成形品３４の平面図であり、図７Ｂは、予備成形品３４の側面図である。図８Ａは、成形品３６の平面図であり、図８Ｂは、成形品３６の側面図である。
【００６６】
図８Ａ、８Ｂに示す成形品３６は、自動車のコンロッド（コネクティングロッド）として使用されるものである。このようなコンロッドは一般的に金属などで構成されており、比重が重いために、自動車の加速を妨げるという課題がある。このようなコンロッドに炭素繊維強化プラスチック製の成形品３６を使用すれば、コンロッドの必要な強度を保ちながらも大幅な軽量化を実現することができ、安全性を担保しつつ自動車の加速性を向上させることができる。
【００６７】
図７Ａ、７Ｂに示すように、予備成形品３４は、中央部３４ａと、両端部３４ｂとを備える。中央部３４ａは板状に形成された部分であり、図７Ｂに示すように厚みＸ１を有する。両端部３４ｂは中央部３４ａの両端で環状に形成された部分であり、円柱状の空洞３４ｃを形成する。図７Ｂに示すように両端部３４ｂは厚みＸ２を有する。
【００６８】
図７Ａ、７Ｂに示す予備成形品３４を、実施の形態１で説明した本成形ステップＳ４と同様の方法で加工することにより、図８Ａ、８Ｂに示す成形品３６を作ることができる。
【００６９】
図８Ａ、８Ｂに示すように、成形品３６は、中央部３６ａと、両端部３６ｂとを備える。中央部３６ａは板状に形成された部分であり、図８Ｂに示すように厚みＸ３を有する。両端部３６ｂは中央部３６ａの両端で環状に形成された部分であり、円柱状の空洞３６ｃを形成する。図８Ｂに示すように両端部３６ｂは厚みＸ４を有する。
【００７０】
図８Ａ、８Ｂに示す成形品３６の厚みＸ３、Ｘ４は、予備成形品３４の厚みＸ１、Ｘ２のそれぞれよりも小さくなっている。
【００７１】
図７Ａ、７Ｂに示す予備成形品３４を製造するための予備金型２４、および、図８Ａ、８Ｂに示す成形品３６を製造するための本金型２６の構成について、図９、図１０を用いて説明する。
【００７２】
図９は、実施の形態１と同様の素材１２から予備成形品３４を作るための予備金型２４の拡大縦断面図であり、図１０は、予備成形品３４から成形品３６を作るための本金型２６の拡大縦断面図である。
【００７３】
図９に示すように、予備金型２４は、上方の可動部２４ａと下方の固定部２４ｂが接触した状態において、その間に空洞２８を形成する。空洞２８は、前述した予備成形品３４と略同形状である。このような形状の空洞２８を形成するために、可動部２４ａの底面２４ｃおよび固定部２４ｂの上面２４ｄのそれぞれに凹凸が設けられている。特に、可動部２４ｂの上面２４ｄには、上方に延びるとともに水平方向に間隔を空けて配置された円柱状の２本の突起２９が設けられている。突起２９を設けることで、図７Ａ、７Ｂに示す予備成形品３４の両端部３４ｂに空洞３４ｃが形成される。
【００７４】
図１０に示すように、本金型２６は、上方の可動部２６ａと下方の固定部２６ｂが接触した状態において、その間に空洞３０を形成する。空洞３０は、前述した成形品３６と略同形状である。このような形状の空洞３０を形成するために、可動部２６ａの底面２６ｃおよび固定部２６ｂの上面２６ｄのそれぞれに凹凸が設けられている。特に、可動部２６ｂの上面２６ｄには、上方に延びるとともに水平方向に間隔を空けて配置された円柱状の２本の突起３１が設けられている。突起３１を設けることで、図８Ａ、８Ｂに示す成形品３６の両端部３６ｂに空洞３６ｃが形成される。
【００７５】
上述した予備金型２４における底面２４ｃおよび上面２４ｄの形状、並びに、本金型２６における底面２６ｃおよび上面２６ｄの形状を適宜変更すれば、図８Ａ、８Ｂに示す形状に限らず、様々な用途に応じた所望の形状の炭素繊維プラスチックを製造可能である。
【００７６】
（実施の形態３）
本発明に係る実施の形態３における成形品４６を図１１Ａ―１１Ｃに示す。
【００７７】
図１１Ａは、成形品４６の平面図であり、図１１Ｂは、成形品４６の側面図であり、図１１Ｃは、成形品４６の斜視図である。
【００７８】
図１１Ａ―１１Ｃに示す成形品４６は、実施の形態２の成形品３６と同様に、自動車用のコンロッドとして使用されるものである。
【００７９】
実施の形態３の成形品４６は、中央部を構成するハニカム部４８と、両端部５０とを備える。
【００８０】
前述した実施の形態２の成形品３６は中央部３６ａが厚みの略一定な板状であったのに対し（図８Ｂ）、実施の形態３の成形品４６はハニカム部４８が中央部を構成する点が異なる。
【００８１】
図１１Ａ、１１Ｃに示すように、ハニカム部４８の表面にはハニカム形状５２が形成されている。ハニカム形状５２は強度補強用のリブ形状である。図１１Ａ、１１Ｃでは、ハニカム部４８の表面側のみを図示しているが、ハニカム部４８の裏面にもハニカム形状５２が形成されている。
【００８２】
ハニカム形状５２を形成するには、前述した実施の形態２の予備金型２４における底面２４ｃおよび上面２４ｄの形状、並びに、本金型２６における底面２６ｃおよび上面２６ｄの形状において、ハニカム形状５２に対応する凹凸を形成すればよい。
【００８３】
図１１Ａ−１１Ｃに示す成形品４６およびその予備成形品（図示せず）は、上述した実施の形態１、２の製造方法と同様の製造方法により作ることができる。
【００８４】
実施の形態１、２の製造方法によれば、予備成形品の段階で既に大部分のガスを抜いているため、ハニカム形状５２のような微細形状も強度を低下させずに高い強度のものを成形することができる。
【００８５】
このようなハニカム形状５２を有するハニカム部４８を設けることにより、実施の形態２の成形品３６と比べて、成形品４６の強度をさらに向上させることができる。これにより、特に高い強度が求められる炭素繊維強化プラスチックにおいてさらに高い強度を実現することができる。
【００８６】
上述したハニカム形状５２を有する成形品４６を製造するための素材の例について、図１２Ａ、１２Ｂについて説明する。図１２Ａは、第１の素材６０を示し、図１２Ｂは、第２の素材６２を示す。
【００８７】
本実施の形態３の製造方法では、第１の素材６０および第２の素材６２という２種類の材料を予備金型に入れてプレス成形することにより、予備成形品を作る。さらに、その予備成形品を本金型に入れてプレス成形することにより、成形品４６を製造するものである。
【００８８】
図１２Ａに示す第１の素材６０は、炭素繊維とフェノール樹脂による混合材料を半ゲル状態としたシート状の部材である。図１２Ａに示す第１の素材６０は、内側部分６４と、外側部分６６とを備える。前述したシート状の混合材料を切断することにより、内側部分６４と外側部分６６に分けられる。内側部分６４は前述した予備金型のキャビティ（図示せず）に収容可能な形状である。一方で、外側部分６６は予備金型のキャビティよりも大きな外形を有しており、キャビティに収容することができない。外側部分６６は本来では廃材として捨てられる部分であるが、本実施の形態３の製造方法では、廃材である外側部分６６を細かく砕くことにより、予備金型のキャビティに収容可能な細切れの形態として利用する（図示せず）。
【００８９】
図１２Ｂに示す第２の素材６２は、カーボンクロスとフェノール樹脂と硬化剤による混合材料をシート状とした部材である。カーボンクロスは、炭素繊維を織り込んだものである。図１２Ｂに示す第２の素材６２は、内側部分６８と、外側部分７０とを備える。前述したシート状の混合材料を切断することにより、内側部分６８と外側部分７０に分けられる。外側部分７０は、前述した第１の素材６０の外側部分６６と同様に廃材として本来では捨てられる部分であるが、外側部分７０を細かく砕くことにより、予備金型のキャビティに収容可能な細切れの形態として利用する。
【００９０】
本実施の形態３では特に、下方から順に、内側部分６８を２枚、外側部分７０を細切れにしたもの、内側部分６４を１枚、外側部分６６を細切れにしたもの、内側部分６４を１枚、外側部分７０を細切れにしたもの、内側部分６８を２枚、積層する。このように積層したものを予備金型（図示せず）においてプレス成形することにより、図１３に示すような予備成形品７２を作る。予備成形品７２をさらに、本金型（図示せず）に入れてプレス成形することで、図１１Ａ−１１Ｃに示すような成形品４６を作ることができる。
【００９１】
前述した積層パターンに限らず、第１の素材６０および第２の素材６２を任意のパターンに組み合わせて積層したものを予備金型でプレス成形してもよい。
【００９２】
上述した製造方法によれば、本来では廃棄される第１の素材６０の外側部分６６および第２の素材６２の外側部分７０を細かく砕いて細切れの状態として予備成形品を作る素材として利用することができる。このような廃材の利用によって成形品４６の製造コストを低減することができる。
【００９３】
さらに、図１２Ｂに示すカーボンクロスを用いた第２の素材６２は第１の素材６０に比べて高強度であるため、第２の素材６２の内側部分６８を上下端部に配置して成形品４６を製造することにより、成形品４６の表面強度を向上させることができる。一方で、第２の素材６２は高価であるため、第１の素材６０を内側に配置することにより、第２の素材６２によって表面強度を保ちながらコスト低減を図ることができる。
【００９４】
（実施の形態４）
本発明に係る実施の形態４による成形品の製造方法について、図１４−１６を用いて説明する。
【００９５】
図１４は、簡易金型８０を示し、図１５は、簡易金型８０に投入される素材８２を示す。図１４に示す簡易金型８０は、図１５に示す素材８２をもとに、前述した図１などに示す予備金型４に投入するための素材を成形するための金型である。実施の形態４は、前述した予備金型４および本金型６に加えて簡易金型８０を用いる点が、実施の形態１と異なる。
【００９６】
図１４に示す簡易金型８０は、可動部８４と、固定部８６とを備える。可動部８４はコア８４Ａを有し、固定部８６はキャビティ８６Ａを有する。図１４では、可動部８４のコア８４Ａと固定部８６のキャビティ８６Ａが対向しない状態を示すが、使用時にはコア８４Ａがキャビティ８６Ａに対向した状態となる。
【００９７】
図１５に示す素材８２は、図１４に示す予備金型４に投入するための素材である。素材８２は、前述の図１２Ａに示した第１の素材６０の外側部分６６などと同様に、本来であれば廃材として廃棄される部分である。図１５に示す素材８２は、第１の素材８２Ａと、第２の素材８２Ｂと、第３の素材８２Ｃとを備える。第１の素材８２Ａ、第２の素材８２Ｂおよび第３の素材８２Ｃは異なる形状に切断されているが、いずれも同じシート状の材料から切断されたものである。具体的には、炭素長繊維にフェノール樹脂を含浸させたシート状の基材を切断することにより、第１の素材８２Ａ、第２の素材８２Ｂおよび第３の素材８２Ｃなどに分けられる。
【００９８】
図１５に示す素材８２のそれぞれを細かく砕いて細切れ状とし、図１４に示す簡易金型８０の固定部８６のキャビティ８６Ａに投入する。可動部８４および固定部８６を用いて素材８２をプレス成形することにより、図１６に示すような粗製品８８が作られる。
【００９９】
粗製品８８はその後、図１などに示した予備金型４に投入される素材１２として使用される。すなわち、粗製品８８を素材１２として、前述した予備成形品１４および成形品１６を製造することができる。
【０１００】
（実施例１）
次に、実施例１について説明する。実施例１は、前述した実施の形態３で説明した方法により作成した複数の成形品に関して、寸法精度を検証する実験を行ったものである。
【０１０１】
図１７Ａ、１７Ｂは、実施例１による実験の結果を示す概略図である。図１７Ａ、１７Ｂに示すように、実施例１では、実施の形態３で説明した方法により作成した第１の成形品９０および第２の成形品９２を用いる。
【０１０２】
第１の成形品９０は、両面にハニカム面９０Ａ、９０Ｂを有する。第２の成形品９２は、片面にハニカム面９２Ａを有し、もう片面に平坦面９２Ｂを有する。
【０１０３】
図１７Ａ、１７Ｂに示すように、第１の成形品９０の両端部９０Ｃおよび第２の成形品９２の両端部９２Ｃにそれぞれ２本の試験棒９４を挿入する。試験棒９４のそれぞれは、挿通部９４Ａと、ヘッド９４Ｂとを備える。挿通部９４Ａは、第１の成形品９０の両端部９０Ｃおよび第２の成形品９２の両端部９２Ｃに挿通される部分である。ヘッド９４Ｂは、挿通部９４Ａよりも大きな直径を有する部分である。
【０１０４】
図１７Ａ、１７Ｂに示すように、第１の成形品９０および第２の成形品９２に対して、２本の試験棒９４が同時に挿通されている。第１の成形品９０の寸法と第２の成形品９２の寸法にわずかな差でもあれば、２本の試験棒９４を同時に挿通するのが困難となるのに対して、それぞれの成形品９０、９２の寸法を略同じ寸法に成形できていることがわかる。
【０１０５】
ここで、第２の成形品９２の縦断面図を図１８に示す。図１８に示すように、第２の成形品９２の内層には、炭素繊維９６と、フェノール樹脂９８とが含まれている。第２の成形品９２の厚み方向Ｐ１におけるそれぞれの層では、炭素繊維９６が横方向に概ね分断されずに端部から端部に向かって延びていることがわかる。このように炭素繊維９６が配置されることで、第２の成形品９２の高い強度を実現することができる。
【０１０６】
（実施例２）
次に、実施例２について説明する。実施例２は実施例１と同様に、前述した実施の形態３で説明した方法により作成した複数の成形品に関して寸法精度を検証する実験を行ったものである。実施例１では、２つの成形品９０、９２を用いたのに対して、実施例２では、５つの成形品１００、１０２、１０４、１０６、１０８を用いる点が主に異なる。
【０１０７】
５つの成形品１００、１０２、１０４、１０６、１０８のそれぞれを図１９Ａ−２３Ｃに示す。具体的には、図１９Ａ−１９Ｃに第１の成形品１００を示し、図２０Ａ−２０Ｃに第２の成形品１０２を示し、図２１Ａ−２１Ｃに第３の成形品１０４を示し、図２２Ａ−２２Ｃに第４の成形品１０６を示し、図２３Ａ−２３Ｃに第４の成形品１０８を示す。これらの図において、Ａは表面図、Ｂは裏面図、Ｃは縦断面図に対応する。
【０１０８】
図１９Ａ−１９Ｃに示すように、第１の成形品１００は、両面にハニカム面１００Ａ、１００Ｂを有し、さらに両端部１００Ｃを有する。ハニカム面１００Ａとハニカム面１００Ｂは、略同一パターンのハニカム形状を有する。
【０１０９】
図２０Ａ−２０Ｃに示すように、第２の成形品１０２は、両面にハニカム面１０２Ａ、１０２Ｂを有し、さらに両端部１０２Ｃを有する。ハニカム面１０２Ａとハニカム面１０２Ｂは、略同一パターンのハニカム形状を有する。
【０１１０】
図２１Ａ−２１Ｃに示すように、第３の成形品１０４は、片面にハニカム面１０４Ａを有し、もう片面にＲ面１０４Ｂを有し、さらに両端部１０４Ｃを有する。図２１Ｃに示すように、Ｒ面１０４Ｂは下方に向かって僅かに突出しながら滑らかに湾曲した曲面で構成される。
【０１１１】
図２２Ａ−２２Ｃに示すように、第４の成形品１０６は、片面にハニカム面１０６Ａを有し、もう片面にＲ面１０６Ｂを有し、さらに両端部１０６Ｃを有する。図２２Ｃに示すように、Ｒ面１０６Ｂは下方に向かって僅かに突出しながら滑らかに湾曲した曲面で構成される。
【０１１２】
図２３Ａ−２３Ｃに示すように、第５の成形品１０８は、片面にハニカム面１０８Ａを有し、もう片面にサインカーブ面１０８Ｂを有し、さらに両端部１０８Ｃを有する。図２３Ｃに示すように、サインカーブ面１０８Ｂは、その断面においてサインカーブを描くように湾曲した曲面で構成される。
【０１１３】
上述した５つの成形品１００、１０２、１０４、１０６、１０８に対して、実施例１と同様に２本の試験棒１１０を挿入する。挿入した状態を図２４に示す。
【０１１４】
図２４に示すように、成形品１００、１０２、１０４、１０６、１０８が上から順に並べられるとともに、それぞれの端部を貫通するように２本の試験棒１１０が同時に挿通されている。これより、それぞれの成形品１００、１０２、１０４、１０６、１０８の寸法を略同じ寸法に成形できていることがわかる。
【０１１５】
ここで、第５の成形品１０８の縦断面図の例を図２５に示す。図２５に示すように、第５の成形品１０８の内層には、炭素繊維１１１と、フェノール樹脂１１２とが含まれる。第５の成形品１０８の厚み方向Ｐ２におけるそれぞれの層では、炭素繊維１１１が横方向に概ね分断されずに端部から端部に向かって延びていることがわかる。このように炭素繊維１１１が配置されることで、第５の成形品１０８の高い強度を実現することができる。
【０１１６】
（実施例３）
次に、実施例３について説明する。実施例３は、実施例２で説明した第５の成形品１０８と同様に片面にハニカム面を有してもう片面にサインカーブ面を有する成形品を実際に作成した結果を示すものである。実施例３では特に、第５の成形品１０８と同じ形状を有する成形品１２０と、第５の成形品１０８に類似する形状を有する成形品１２２を作成した。図２６Ａ−２６Ｃに成形品１２０を示し、図２７Ａ−２７Ｃに成形品１２２を示す。これらの図において、Ａは表面図、Ｂは裏面図、Ｃは縦断面図に対応する。
【０１１７】
図２６Ａ−２６Ｃに示すように、成形品１２０は、片面にハニカム面１２０Ａを有し、もう片面にサインカーブ面１２０Ｂを有し、さらに両端部１２０Ｃを有する。図２６Ｃに示すように、ハニカム面１２０Ａは、成形品１２０の幅方向Ｘ１に並ぶように３本の溝１２１Ａ、１２１Ｂ、１２１Ｃを形成する。
【０１１８】
図２７Ａ−２７Ｃに示すように、成形品１２２は、片面に凹凸面１２２Ａを有し、もう片面にサインカーブ面１２２Ｂを有し、さらに両端部１２２Ｃを有する。図２７Ｃに示すように、凹凸面１２２Ａは、成形品１２２の幅方向Ｘ２に並ぶように２本の溝１２３Ａ、１２３Ｂを形成する。
【０１１９】
成形品１２０の幅方向Ｘ１の寸法と、成形品１２２の幅方向Ｘ２の寸法は略同じである。これに対して、成形品１２０のハニカム面１２０Ａには３本の溝１２１Ａ、１２１Ｂ、１２１Ｃが形成され、成形品１２２の凹凸面１２２Ａには２本の溝１２３Ａ、１２３Ｂが形成される。
【０１２０】
本発明者らが成形品１２０と成形品１２２の強度試験を行った結果、成形品１２０よりも成形品１２２の方が高い強度を有するという結論に至った。この要因は、成形品１２０に比べて、成形品１２２の凹凸面１２２Ａに形成する溝１２３Ａ、１２３Ｂの本数が少ないために、凹凸面１２２Ａの近傍に存在する炭素繊維が幅方向Ｘ２に分断されずに延在しやすく、強度を確保しやすいためと考えられる。
【０１２１】
また、上述した実施例３の成形品１２２は、カーボンクロスシート基材とＳＭＣシート基材の複合積層基材から作られる。具体的には、カーボンクロスシート基材を６〜７枚、ＳＭＣシート基材（厚み１．５〜２．５ｍｍ）を５枚、交互に予備金型４に配置したものを成形して作られる。このような材料から成形することで、カーボンクロスシート基材のみあるいはＳＭＣシート基材のみから積層して作る場合に比べて、炭素繊維をより分断せずに延在させることができ、高い強度の成形品１２２を作ることができる。
【０１２２】
他の実施例では説明を省略したが、実施例３の成形品１２２と同様にカーボンクロスシート基材とＳＭＣシート基材の複合積層基材から成形して作ることで、成形品の強度を飛躍的に向上させることができる。
【０１２３】
また図２７Ｃに示した凹凸面１２２Ａの断面形状およびサインカーブ面１２２Ｂの断面形状によれば、成形品１２２の内部において炭素繊維を横方向に分断せずに沿うように配置することができる。このような表面と裏面の形状の設定、および、上述した材料の選択によって、成形品１２２の強度を飛躍的に向上させることができる。
【０１２４】
このように作られた成形品１２２の曲げ破壊試験を行った結果について、図２８Ａ、２８Ｂを用いて説明する。
【０１２５】
図２８Ａは、曲げ破壊試験機１３０を示す図である。図２８Ｂは、曲げ破壊試験機１３０を用いて行った曲げ破壊試験の結果の一例を示すグラフである。
【０１２６】
図２８Ａに示す曲げ破壊試験機１３０は、下方に配置した成形品１２２を下方に押圧して、成形品１２２に対して所定の外力（試験力）を加える機械である。
【０１２７】
図２８Ｂに示すグラフは、縦軸に曲げ破壊試験機１３０の試験力（単位：Ｎ）を表し、横軸に曲げ破壊試験機１３０の上下方向の変位量（単位：ｍｍ）を表す。図２８Ｂに示す結果に関して、主な項目を以下の表１に示す。
【０１２８】
【表１】
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【０１２９】
上記表１の通り、比例限界における試験力は２５４．００Ｎ、変位は１．４８ｍｍであった。また、降伏点および最大点における試験力は８０４．００Ｎ、変位は２．７３ｍｍであった。また、弾性率は、６８３．３ＭＰａであった。
【０１３０】
上記結果のうち、特に、成形品１２２の降伏点における試験力が８０４Ｎであり、これより、成形品１２２の降伏強度に関して非常に高い降伏強度を実現できていることがわかる。
【０１３１】
上述した方法によれば、予備金型４および本金型６に加えて簡易金型８０を用いることにより、より所望の形状の成形品１６を製造することが可能となる。
【０１３２】
以上、上述の実施の形態１−４を挙げて本発明を説明したが、本発明は上述の実施の形態１−３に限定されない。例えば、実施の形態１―３では、フェノール樹脂と炭素繊維を混合した素材１２をもとに炭素繊維強化プラスチックを成形する場合について説明したが、このような場合に限らない。フェノール樹脂と炭素繊維に限らず、任意の樹脂（例えばエポキシ樹脂、シアネート樹脂、マレイミド樹脂などを含む熱硬化性樹脂）および任意の繊維を混合した素材から、炭素繊維強化プラスチック以外の成形品を製造する場合であってもよい。なお、熱硬化性樹脂の中でも特にフェノール樹脂を用いることで、製造コストを低減することができる。また樹脂と繊維の２種類のみに限らず、その他の材料がさらに混合されてもよい。ただし、実施の形態１−３のように、フェノール樹脂と炭素繊維を混合した素材１２から炭素繊維強化プラスチックを成形する場合には、特に高い強度が求められる炭素繊維強化プラスチックにおいて所望の強度および形状を実現することができる。
【０１３３】
また実施の形態１−４では、予備金型４と本金型６という２つの金型を用いて予備成形ステップＳ２と本成形ステップＳ４を別々に時間間隔を空けて行う場合について説明したが、このような場合に限らない。１つの金型を用いて予備成形ステップＳ２と本成形ステップＳ４を同じ金型で実行してもよい。この場合でも、予備成形ステップＳ２と本成形ステップＳ４を時間間隔を空けて分けて行うことで、実施の形態１と同様に炭素繊維強化プラスチックの成形品を製造することができる。ただし、実施の形態１のように予備金型４と本金型６の２つの金型に分けて、予備成形ステップＳ２と本成形ステップＳ４を別々に行う方が、予備成形品１４および成形品１６のサイズを変更することができ、それぞれのステップに適した所望の形状とすることができる。また１つの金型で連続的に成形する場合と比べて、それぞれの金型の温度変化域を小さくすることができるため、それぞれの金型における加熱・冷却時間を短くすることができ、１回の成形にかかるタクトタイムを短くし、生産性を向上させることができる。
【０１３４】
また実施の形態１−４では、図４Ｂに示す素材１２を配置するためのキャビティ５ｂの水平断面の外形が、予備成形品１４を配置するためのキャビティ７ｂの水平断面の外形よりも小さく設定される場合について説明したが、このような場合に限らない。それぞれの外形を略同じに設定してもよい。このような場合でも、予備成形品を本金型のキャビティに配置可能である。ただし、実施の形態１のように、キャビティ５ｂの水平断面の外形をキャビティ７ｂの水平断面の外形よりも小さく設定した方が、予備成形品１４をキャビティ７ｂに確実に配置することができる。
【０１３５】
また実施の形態１−４では、１つの予備成形品１４をもとに１つの成形品１６を作る場合について説明したが、このような場合に限らず、複数の予備成形品を組み合わせて１つの成形品を作るようにしてもよい。この場合、１つの本金型６に対して複数の予備金型を設ければよい。このような方法によれば、多様な仕様の成形品を作ることができる。ただし、実施の形態１−３のように１つの予備成形品１４をもとに１つの成形品１６を作った場合、製造プロセスを簡素化することができる。
【０１３６】
本開示は、添付図面を参照しながら好ましい実施の形態に関連して充分に記載されているが、この技術の熟練した人々にとっては種々の変形や修正は明白である。そのような変形や修正は、添付した特許請求の範囲による本開示の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。また、各実施の形態における要素の組合せや順序の変化は、本開示の範囲及び思想を逸脱することなく実現し得るものである。
【０１３７】
なお、前記様々な実施の形態および変形例のうちの任意の実施の形態あるいは変形例を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１３８】
本発明は、成形品の製造方法であれば適用可能である。
【符号の説明】
【０１３９】
２  成形装置
４  予備金型（第１の金型）
４ａ  可動部
４ｂ  固定部
５ａ  コア
５ｂ  キャビティ
６  本金型（第２の金型）
６ａ  可動部
６ｂ  固定部
７ａ  コア
７ｂ  キャビティ
８  空洞（配置領域）
１０  空洞（配置領域）
１２  素材
１４  予備成形品
１６  成形品
２４  予備金型（第１の金型）
２４ａ  可動部
２４ｂ  固定部
２６  本金型（第２の金型）
２６ａ  可動部
２６ｂ  固定部
２６ｃ  底面
２６ｄ  上面
２８  空洞
３０  空洞
３１  突起
３４  予備成形品
３４ａ  中央部
３４ｂ  両端部
３６  成形品
３６ａ  中央部
３６ｂ  両端部
４６  成形品
４８  ハニカム部
５０  両端部
５２  ハニカム形状
６０  第１の素材
６２  第２の素材
６４  内側部分
６６  外側部分
６８  内側部分
７０  外側部分
７２  予備成形品
８０  簡易金型
８２  素材
８２Ａ  第１の素材
８２Ｂ  第２の素材
８２Ｃ  第３の素材
８４  可動部
８４Ａ  コア
８６  固定部
８６Ａ  キャビティ
８８  粗製品
９０  第１の成形品
９０Ａ、９０Ｂ  ハニカム面
９０Ｃ  両端部
９２  第２の成形品
９２Ａ  ハニカム面
９２Ｂ  平坦面
９２Ｃ  両端部
９４  試験棒
９４Ａ  挿通部
９４Ｂ  ヘッド
９６  炭素繊維
９８  フェノール樹脂
１００  第１の成形品
１００Ａ、１００Ｂ  ハニカム面
１００Ｃ  両端部
１０２  第２の成形品
１０２Ａ、１０２Ｂ  ハニカム面
１０２Ｃ  両端部
１０４  第３の成形品
１０４Ａ  ハニカム面
１０４Ｂ  Ｒ面
１０４Ｃ  両端部
１０６  第４の成形品
１０６Ａ  ハニカム面
１０６Ｂ  Ｒ面
１０６Ｃ  両端部
１０８  第５の成形品
１０８Ａ  ハニカム面
１０８Ｂ  サインカーブ面
１０８Ｃ  両端部
１１０  試験棒
１１１  炭素繊維
１１２  フェノール樹脂
１２０  成形品
１２０Ａ  ハニカム面
１２０Ｂ  サインカーブ面
１２０Ｃ  両端部
１２１Ａ、１２１Ｂ、１２１Ｃ  溝
１２２  成形品
１２２Ａ  凹凸面
１２２Ｂ  サインカーブ面
１２２Ｃ  両端部
１２３Ａ、１２３Ｂ  溝
１３０  曲げ破壊試験機
【図１】
2019025890.tif 000004
【図２】
2019025890.tif 000005
【図３】
2019025890.tif 000006
【図４Ａ】
2019025890.tif 000007
【図４Ｂ】
2019025890.tif 000008
【図５Ａ】
2019025890.tif 000009
【図５Ｂ】
2019025890.tif 000010
【図５Ｃ】
2019025890.tif 000011
【図５Ｄ】
2019025890.tif 000012
【図５Ｅ】
2019025890.tif 000013
【図６】
2019025890.tif 000014
【図７Ａ】
2019025890.tif 000015
【図７Ｂ】
2019025890.tif 000016
【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
2019025890.tif 000018
【図９】
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【図１０】
2019025890.tif 000020
【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７Ａ】
2019025890.tif 000030
【図１７Ｂ】
2019025890.tif 000031
【図１８】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図１９Ｃ】
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【図２０Ａ】
2019025890.tif 000036
【図２０Ｂ】
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【図２０Ｃ】
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【図２１Ａ】
2019025890.tif 000039
【図２１Ｂ】
2019025890.tif 000040
【図２１Ｃ】
2019025890.tif 000041
【図２２Ａ】
2019025890.tif 000042
【図２２Ｂ】
2019025890.tif 000043
【図２２Ｃ】
2019025890.tif 000044
【図２３Ａ】
2019025890.tif 000045
【図２３Ｂ】
2019025890.tif 000046
【図２３Ｃ】
2019025890.tif 000047
【図２４】
2019025890.tif 000048
【図２５】
2019025890.tif 000049
【図２６Ａ】
2019025890.tif 000050
【図２６Ｂ】
2019025890.tif 000051
【図２６Ｃ】
2019025890.tif 000052
【図２７Ａ】
2019025890.tif 000053
【図２７Ｂ】
2019025890.tif 000054
【図２７Ｃ】
2019025890.tif 000055
【図２８Ａ】
2019025890.tif 000056
【図２８Ｂ】
2019025890.tif 000057
【手続補正書】
【提出日】平成30年5月25日(2018.5.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱硬化性樹脂と繊維を混合した混合材料による素材から成形品を製造する方法であって、
前記素材を、第１の金型を用いて、前記熱硬化性樹脂と前記繊維を架橋させる第１の加熱温度まで加熱することにより、予備成形品を作る第１成形ステップと、
前記第１成形ステップの後、前記素材を前記第１の金型から前記第１の金型とは異なる第２の金型へ移動させる移動ステップと、
前記移動ステップの後、前記予備成形品を、前記第２の金型を用いて、前記第１の加熱温度よりも高くかつ前記熱硬化性樹脂同士が架橋して高分子化する第２の加熱温度まで加熱することにより、成形品を作る第２成形ステップと、
を含み、
前記第１成形ステップにおける前記素材の昇温速度は、前記第２成形ステップにおける前記予備成形品の昇温速度よりも遅く設定されている、成形品の製造方法。
【請求項２】
前記第１の金型における前記素材の配置領域は、前記第２の金型における前記予備成形品の配置領域よりも水平断面の外形が小さく設定される、請求項１に記載の成形品の製造方法。
【請求項３】
前記熱硬化性樹脂はフェノール樹脂、前記繊維は炭素繊維であり、前記成形品は炭素繊維強化プラスチックであり、
前記第１の加熱温度は１３５度以上１５０度未満、前記第２の加熱温度は１５０度以上１６０度以下に設定される、請求項１又は２に記載の成形品の製造方法。