(57)【要約】  重量平均繊維長１ｍｍ以上１００ｍｍ以下の強化繊維と熱可塑性樹脂とを含む成形体であって、  前記成形体は、第１の主形状面部と、前記第１の主形状面部と交差する状態で接続される第２の主形状面部と、前記第１の主形状面部と前記第２の主形状面部との両方に接続される接続面部とを備え、  前記接続面部は、前記第１の主形状面部と前記第２の主形状面部が形成する谷側において、前記第１の主形状面部及び前記第２の主形状面部から突出しており、  前記第１の主形状面部と前記接続面部との境界領域、及び前記第２の主形状面部と前記接続面部との境界領域において、強化繊維が面内方向に連続して分散している成形体、及び成形体の製造方法がここに提供される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量平均繊維長１ｍｍ以上１００ｍｍ以下の強化繊維と熱可塑性樹脂とを含む成形体であって、
前記成形体は、第１の主形状面部と、前記第１の主形状面部と交差する状態で接続される第２の主形状面部と、前記第１の主形状面部と前記第２の主形状面部との両方に接続される接続面部とを備え、
前記接続面部は、前記第１の主形状面部と前記第２の主形状面部が形成する谷側において、前記第１の主形状面部及び前記第２の主形状面部から突出しており、
前記第１の主形状面部と前記接続面部との境界領域、及び前記第２の主形状面部と前記接続面部との境界領域において、強化繊維が面内方向に連続して分散している成形体。
【請求項２】
強化繊維は炭素繊維である、請求項１に記載の成形体。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の成形体であって、
前記接続面部は、前記第１の主形状面部と前記第２の主形状面部とが接続される２つの領域の間に配置される成形体。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の成形体であって、
前記第１の主形状面部と前記第２の主形状面部との境界領域において、強化繊維が面内方向に連続して分散している成形体。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の成形体であって、
前記接続面部において、強化繊維が面内方向に連続して分散している成形体。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の成形体であって、
前記第１の主形状面部と前記第２の主形状面部とが形成する谷の角度は、４５度以上１３５度以下である成形体。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の成形体であって、
前記接続面部は、屈曲接続した複数の面状部を含む成形体。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の成形体であって、
前記接続面部は、曲面部を含む成形体。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の成形体であって、厚みの変動係数が、５．５％以下である成形体。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の成形体であって、
前記第１の主形状面部と前記第２の主形状面部の少なくとも一方の端部に、前記谷側に向いた縁形状面部を備え、
前記縁形状面部と前記第１の主形状面部又は前記第２の主形状面部との境界領域において、強化繊維が面内方向に連続して分散している成形体。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の成形体であって、
シート状の成形材料を使用して成形される成形体。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の成形体であって、
前記接続面部と、前記第１の主形状面部と前記第２の主形状面部の少なくとも一方とが形成する谷の角度が９０度超１８０度未満である成形体。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか１項に記載の成形体であって、
前記第１の主形状面部と前記第２の主形状面部との仮想的な交差線からの前記接続面部の突出量の最大値は、成形体の厚さの１０倍以上である成形体。
【請求項１４】
強化繊維と熱可塑性樹脂とを含む成形体の製造方法であって、
加熱軟化させた成形材料を、成形下型のキャビティ形成面以外の部分から突出した成形材料載置部に載置し、
成形材料載置部に載置した成形材料の外周領域の少なくとも一部を、成形材料載置部に固定した状態で成形上型と成形下型とを閉じて、成形材料をプレス成形する成形体の製造方法。
【請求項１５】
強化繊維が、重量平均繊維長１ｍｍ以上１００ｍｍ以下の炭素繊維である、請求項１４に記載の成形体の製造方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の成形体の製造方法であって、
前記成形体は、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の成形体であり、
成形材料載置部に固定する成形材料の外周領域の一部は、前記第１の主形状面部の、前記第２の主形状面部と接続される部分と対向する端部に対応する成形材料の外周領域Ｒ１である成形体の製造方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の成形体の製造方法であって、
成形材料載置部に固定する成形材料の外周領域の一部は、前記第２の主形状面部の端部のうち、前記第１の主形状面部と前記第２の主形状面部とが接続される部分と略直交する端部に対応する成形材料の外周領域Ｒ２である成形体の製造方法。
【請求項１８】
請求項１６又は１７に記載の成形体の製造方法であって、
前記接続面部の平均板厚Ｔｐと、成形材料の平均板厚Ｔｍとの関係が、Ｔｐ／Ｔｍ＜３である成形体の製造方法。
【請求項１９】
請求項１４〜１６のいずれか１項に記載の成形体の製造方法であって、
成形材料は、成形材料載置部への載置時に、成形下型を平面視した場合、成形下型のキャビティ形成面全体を覆っている成形体の製造方法。
【請求項２０】
請求項１４〜１７のいずれか１項に記載の成形体の製造方法であって、
成形材料載置部は、複数の面からなり、少なくとも一つの成形材料載置部は成形下型に対して水平方向又は上下方向の少なくとも一方向に移動可能である成形体の製造方法。
【請求項２１】
請求項２０に記載の成形体の製造方法であって、
移動後の成形材料載置部の高さが、成形下型のキャビティ形成面の高さに対応して変化している成形体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、強化繊維と熱可塑性樹脂とを含む成形体、つまり、繊維強化熱可塑性樹脂成形体及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
炭素繊維等の強化繊維とマトリクスとしての熱可塑性樹脂とを含む繊維強化樹脂の成形材料を成形して成形体を製造する方法として、例えば加熱軟化させた成形材料を、下成形型と上成形型に当接させてプレス成形する、いわゆるスタンピング成形が知られている。この成形体の製造方法では、上成形型及び下成形型によって形成されるキャビティ内に成形材料を充填させて成形することで、所望の形状の成形体を得ることが出来る。【０００３】
スタンピング成形して成形体を製造する方法に関して、例えば特許文献１、２では、加熱軟化させた成形材料を下成形型に接触するときに成形型に熱を奪われて冷却固化が促進されるのを防止するため、下成形面から昇降可能な複数の載置ピンの上端面に成形材料を載置することで、成形型の型締めに先だって、成形材料がキャビティ形成面に接触して冷却されることを抑制している。また、特許文献３では、３次元形状であっても皺などが無く外観に優れ、かつ角部などにウエルドラインを有しない成形体を製造するため、成形材料を曲げて（予備賦形して）成形型に載置してプレス成形する際、特定領域を重なりあわせてプレス成形することが提案されている。【０００４】
一方、特許文献４では熱可塑性樹脂シートを成形する際、成形品の偏肉を少なくし、成形品の四隅部の厚みをできるだけ厚くするため、加熱軟化させた熱可塑性樹脂シートをクランプにより把持しながら成形型内で成形する方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】日本国特開２０１６−４３６３９号公報
【特許文献２】日本国特開２０１６−３６９６３号公報
【特許文献３】国際公開第２０１７／１１０８１１号
【特許文献４】日本国特開平１０−７６５７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１、２に記載の製造方法では、下型の成形キャビティ面（プレス成形により、成形体を形成する下型の面。以下、単に成形下面と呼ぶ）から突出した載置ピンを用いているため、載置ピンと接触する成形材料の面はやはり冷却固化してしまうし、成形材料への張力が十分に加わらず、成形過程で発生する皺の除去は十分でない。更に、載置ピンは鉛直方向（成形型が閉じる方向）に可動できるものの、水平方向には可動できないため、成形できるデザインに限界がある。【０００７】
また、特許文献３に記載の製造方法では、成形材料を予めパターンカットしておく必要があり、どうしても端材が発生してしまう。更に、成形材料を正確に目的の位置に載置する必要があり、成形する時に成形材料に張力を持たせる機構があまりに複雑になるため、成形材料の張力を制御することを諦める傾向にある。【０００８】
特許文献４に記載の製造方法では、成形材料である熱可塑性樹脂シートを線（成形材料の一辺）で把持しているため、成形材料が破れやすい。また、成形キャビティの高低差が１方向のみであり、成形キャビティの高低差に沿ったクランプ機構により把持する場合には成形できるものの、成形型内で２方向以上に高低差が生じるキャビティを用いた場合、成形するのは困難となる。換言すると、成形キャビティが２方向以上に高低差を有する複雑形状である場合、成形時に発生する面内方向の皺を除去できない。更に、熱可塑性樹脂の延伸性に頼った成形方法であるため、厚みの不均一性を伴う成形手法であり、炭素繊維と熱可塑性樹脂を含む成形材料の場合は延伸限界が低く、特許文献４に記載の成形方法では成形材料が破れてしまう。【０００９】
そこで本発明の目的は、加熱された成形材料の冷却を抑えて成形体を製造することで、意匠性に優れた成形体を提供することであり、またその製造工程において、パターンカット端材量を減少できる製造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】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提供する。
＜１＞
重量平均繊維長１ｍｍ以上１００ｍｍ以下の強化繊維と熱可塑性樹脂とを含む成形体であって、
前記成形体は、第１の主形状面部と、前記第１の主形状面部と交差する状態で接続される第２の主形状面部と、前記第１の主形状面部と前記第２の主形状面部との両方に接続される接続面部とを備え、
前記接続面部は、前記第１の主形状面部と前記第２の主形状面部が形成する谷側において、前記第１の主形状面部及び前記第２の主形状面部から突出しており、
前記第１の主形状面部と前記接続面部との境界領域、及び前記第２の主形状面部と前記接続面部との境界領域において、強化繊維が面内方向に連続して分散している成形体。
＜２＞
強化繊維は炭素繊維である、＜１＞に記載の成形体。
＜３＞
＜１＞又は＜２＞に記載の成形体であって、
前記接続面部は、前記第１の主形状面部と前記第２の主形状面部とが接続される２つの領域の間に配置される成形体。
＜４＞
＜１＞〜＜３＞のいずれか１項に記載の成形体であって、
前記第１の主形状面部と前記第２の主形状面部との境界領域において、強化繊維が面内方向に連続して分散している成形体。
＜５＞
＜１＞〜＜４＞のいずれか１項に記載の成形体であって、
前記接続面部において、強化繊維が面内方向に連続して分散している成形体。
＜６＞
＜１＞〜＜５＞のいずれか１項に記載の成形体であって、
前記第１の主形状面部と前記第２の主形状面部とが形成する谷の角度は、４５度以上１３５度以下である成形体。
＜７＞
＜１＞〜＜６＞のいずれか１項に記載の成形体であって、
前記接続面部は、屈曲接続した複数の面状部を含む成形体。
＜８＞
＜１＞〜＜７＞のいずれか１項に記載の成形体であって、
前記接続面部は、曲面部を含む成形体。
＜９＞
＜１＞〜＜８＞のいずれか１項に記載の成形体であって、
厚みの変動係数が、５．５％以下である成形体。
＜１０＞
＜１＞〜＜９＞のいずれか１項に記載の成形体であって、
前記第１の主形状面部と前記第２の主形状面部の少なくとも一方の端部に、
前記谷側に向いた縁形状面部を備え、
前記縁形状面部と前記第１の主形状面部又は前記第２の主形状面部との境界領域において、強化繊維が面内方向に連続して分散している成形体。
＜１１＞
＜１＞〜＜１０＞のいずれか１項に記載の成形体であって、
シート状の成形材料を使用して成形される成形体。
＜１２＞
＜１＞〜＜１１＞のいずれか１項に記載の成形体であって、
前記接続面部と、前記第１の主形状面部と前記第２の主形状面部の少なくとも一方とが形成する谷の角度が９０度超１８０度未満である成形体。
＜１３＞
＜１＞〜＜１２＞のいずれか１項に記載の成形体であって、
前記第１の主形状面部と前記第２の主形状面部との仮想的な交差線からの前記接続面部の突出量の最大値は、成形体の厚さの１０倍以上である成形体。
＜１４＞
強化繊維と熱可塑性樹脂とを含む成形体の製造方法であって、
加熱軟化させた成形材料を、成形下型のキャビティ形成面以外の部分から突出した成形材料載置部に載置し、
成形材料載置部に載置した成形材料の外周領域の少なくとも一部を、成形材料載置部に固定した状態で成形上型と成形下型とを閉じて、成形材料をプレス成形する成形体の製造方法。
＜１５＞
強化繊維が、重量平均繊維長１ｍｍ以上１００ｍｍ以下の炭素繊維である、＜１４＞に記載の成形体の製造方法。
＜１６＞
＜１５＞に記載の成形体の製造方法であって、
前記成形体は、＜１＞〜＜１３＞のいずれか１項に記載の成形体であり、
成形材料載置部に固定する成形材料の外周領域の一部は、前記第１の主形状面部の、前記第２の主形状面部と接続される部分と対向する端部に対応する成形材料の外周領域Ｒ１である成形体の製造方法。
＜１７＞
＜１６＞に記載の成形体の製造方法であって、
成形材料載置部に固定する成形材料の外周領域の一部は、前記第２の主形状面部の端部のうち、前記第１の主形状面部と前記第２の主形状面部とが接続される部分と略直交する端部に対応する成形材料の外周領域Ｒ２である成形体の製造方法。
＜１８＞
＜１６＞又は＜１７＞に記載の成形体の製造方法であって、
前記接続面部の平均板厚Ｔｐと、成形材料の平均板厚Ｔｍとの関係が、Ｔｐ／Ｔｍ＜３である成形体の製造方法。
＜１９＞
＜１４＞〜＜１６＞のいずれか１項に記載の成形体の製造方法であって、
成形材料は、成形材料載置部への載置時に、成形下型を平面視した場合、成形下型のキャビティ形成面全体を覆っている成形体の製造方法。
＜２０＞
＜１４＞〜＜１７＞のいずれか１項に記載の成形体の製造方法であって、
成形材料載置部は、複数の面からなり、少なくとも一つの成形材料載置部は成形下型に対して水平方向又は上下方向の少なくとも一方向に移動可能である成形体の製造方法。
＜２１＞
＜２０＞に記載の成形体の製造方法であって、
移動後の成形材料載置部の高さが、成形下型のキャビティ形成面の高さに対応して変化している成形体の製造方法。
【発明の効果】
【００１１】
本発明における成形体及びその製造方法によれば、成形体においてウエルドがほとんど無く、前記第１の主形状面部と前記接続面部との境界領域、及び前記第２の主形状面部と前記接続面部との境界領域において、炭素繊維が面内方向に連続して分散しているため、従来の成形体よりも同じ機械物性で成形体重量を軽量化でき、成形工程におけるパターンカット端材を低減できる。【００１２】
また、複雑形状にパターンカットして成形材料を準備する必要がないため、搬送装置を単純化でき、搬送装置の制御が煩雑にならず、搬送システムを安定化できる。【００１３】
更に、本発明の一実施形態としての好ましい製造方法では、成形材料が加圧される直前まで成形型との接触を防止することで、成形可能な温度保持時間が長くでき、成形可能なデザイン自由度が高くなる。換言すると、成形工程における温度環境の変化によって成形プロセスに影響与えることを阻止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】プレス成形前に、成形下型に沿って成形材料が予備賦形されている様子を示す模式図。
【図２】図２Ａは成形材料載置部に成形材料を載置してプレス成形する模式図（成形材料載置部の動作の初期）である。図２Ｂは成形材料載置部に成形材料を載置してプレス成形する模式図（成形材料載置部の動作の後期）である。
【図３】図３Ａは成形体の一例の模式図である。図３Ｂは成形体の一例の模式図である。図３Ｃは成形体の一例の模式図である。図３Ｄは成形体の一例の模式図である。図３Ｅは成形体の一例の模式図である。
【図４】ピン状の成形材料載置部を成形下型に設けた模式図。
【図５】枠状の載置部設置台を設けた成形下型の模式図。
【図６】枠状の載置部設置台に、成形材料載置部（ピン状）を設けた模式図。
【図７】枠状の載置部設置台のうち、高低差が大きい場所を示した模式図。
【図８】枠状の載置部設置台の高さが、成形下型のキャビティ形成面の高さに対応して変化している模式図。
【図９】図９Ａは成形下型を上から見たとき、載置部設置台に設けられた成形材料載置部（ピン状）の配置の一例を描いた模式図である。図９Ｂは成形下型を上から見たとき、載置部設置台に設けられた成形材料載置部（ピン状）の配置の一例を描いた模式図である。図９Ｃは成形下型を上から見たとき、載置部設置台に設けられた成形材料載置部（ピン状）の配置の一例を描いた模式図である。図９Ｄは成形下型を上から見たとき、載置部設置台に設けられた成形材料載置部（ピン状）の配置の一例を描いた模式図である。図９Ｅは成形下型を上から見たとき、載置部設置台に設けられた成形材料載置部（ピン状）の配置の一例を描いた模式図である。
【図１０】成形材料載置部を用いないで成形しようとした場合の模式図。成形上型の下降を途中で止め、固化した成形材料を取り出して観察したもの。
【図１１】成形材料載置部を用いて成形しようとした場合の模式図。成形上型の下降を途中で止め、固化した成形材料を取り出して観察したもの。
【図１２】図３Ｂの成形体を例に、成形体の板厚みの測定場所Ａ〜Ｈを示した模式図。
【図１３】プレス成形する際の成形下型の傾きを示した模式図。
【図１４】図１４Ａは矩形の材料からパターンカットされた成形材料を切出した模式図である。図１４Ｂはパターンカットされた成形材料を取り出した後に残る端材を示した模式図である。図１４Ｃは複雑にパターンカットされていない成形材料の模式図である。
【図１５】面内方向に炭素繊維が分散している様子を示した模式図。成形体（又は成形材料）の面内方向とはＸ−Ｙ平面方向である。Ｚ軸方向はＸ−Ｙ平面に対して垂直な方向である。
【図１６】図１６Ａは図３Ｂの成形体を例に、成形体の各領域を説明するための模式図である。図１６Ｂは図３Ｂの成形体を例に、成形体の各領域を説明するための模式図である。図１６Ｃは図３Ｂの成形体を例に、成形体の各領域を説明するための模式図である。図１６Ｄは図３Ｂの成形体を例に、成形体の各領域を説明するための模式図である。図１６Ｅは図３Ｂの成形体を例に、成形体の各領域を説明するための模式図である。
【図１７】図１７Ａは、成形体とＡ−Ｂ方向の説明図である。図１７Ｂは、図１７Ａに描かれた成形体を製造する際、断面方向から観察したときの成形材料の配置について、成形材料が折り畳まれて炭素繊維の面内方向が崩れ、第１の主形状面部と接続面部との境界領域（第２の主形状面部と接続面部との境界領域）で、炭素繊維が面内方向に連続して分散しなくなる様子を示した模式図である。
【図１８】図１８Ａは成形材料を成形材料載置部に載置したときを示す模式図である。図１８Ｂはプレスされている成形材料を示す模式図である。
【図１９】図１９Ａは、成形材料載置部の間の距離を広げ、成形下型のキャビティから離れた場所に成形材料載置部があることを描いた模式図である。図１９Ｂは、成形上型が下降すると共に、成形材料載置部が水平方向に動いてプレス成形している様子を示した模式図である。図１９Ｃは、成形上型が下降すると共に、成形材料載置部が水平方向に動いてプレス成形している様子であって、図１９Ｂに示された状態から更に成形上型と成形材料載置部の動作が進んだ状態を示した模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
［強化繊維］
本発明の実施形態に係る強化繊維は、炭素繊維、アラミド繊維、およびガラス繊維からなる群から選ばれる少なくとも一種であることが好ましい。これらは併用することもでき、なかでも炭素繊維、ガラス繊維又はガラス繊維と炭素繊維の両方を強化繊維として含まれる成形体は、特に軽量でありながら強度に優れたものとなり好ましい。ガラス繊維としては、Ｅガラス、Ｃガラス、Ｓガラス、Ｄガラス、Ｔガラス、石英ガラス、ホウケイ酸ガラス等からなる群より選ばれる１種類以上のガラスからなるものが好ましいものとして挙げられる。
［炭素繊維］
上記のとおり、本発明に用いられる強化繊維としては材料の種類は問わないが、炭素繊維が好ましく、用いられる炭素繊維にも特に限定は無いが、引張強度に優れる点でポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系炭素繊維を用いることが好ましい。本発明に用いられる炭素繊維は、表面にサイジング剤が付着しているものであってもよい。
［炭素繊維の繊維長］
本発明に用いられる炭素繊維は、重量平均繊維長Ｌｗが１〜１００ｍｍの不連続炭素繊維である。不連続炭素繊維の重量平均繊維長は、３〜８０ｍｍであることがより好ましく、５〜６０ｍｍであることがさらに好ましい。重量平均繊維長が１００ｍｍ以下であれば、成形材料の流動性が低下せず、プレス成形の際に所望の成形体形状を得られる。一方、重量平均繊維長が１ｍｍ以上の場合、成形体の機械強度が低下せずに好ましい。
［炭素繊維の繊維径］
本発明に用いられる炭素繊維の単繊維径は、炭素繊維の種類に応じて適宜決定すればよく、特に限定されるものではない。平均単繊維径は、通常、３μｍ〜５０μｍの範囲内であることが好ましく、４μｍ〜１２μｍの範囲内であることがより好ましく、５μｍ〜８μｍの範囲内であることがさらに好ましい。
［強化繊維体積割合］
本発明において、下記式（１）で定義される、成形材料（又は成形体）に含まれる強化繊維体積割合（以下、単に「Ｖｆ」ということがある）に特に限定は無いが、強化繊維体積割合（Ｖｆ）は、１０〜６０Ｖｏｌ％であることが好ましく、２０〜５０Ｖｏｌ％であることがより好ましく、２５〜４５Ｖｏｌ％であればさらに好ましい。
【００１６】
強化繊維体積割合（Ｖｆ）＝１００×強化繊維体積／（強化繊維体積＋熱可塑性樹脂体積）・・・式（１）
成形材料（又は成形体）における強化繊維体積割合（Ｖｆ）が１０Ｖｏｌ％以上の場合、所望の機械特性が得られやすい。一方で、成形材料（又は成形体）における強化繊維体積割合（Ｖｆ）が６０Ｖｏｌ％を超えない場合、プレス成形等に使用する際の流動性が良好で、所望の機械物性を得られやすい。本発明の実施形態に係る成形材料や成形体が含む強化繊維が主として炭素繊維の場合、上記のＶｆを炭素繊維体積割合と称することがある。
［繊維形態］
本発明に用いられる強化繊維、特に炭素繊維は、単糸状のもののみであってもよく、繊維束状のもののみであってもよく、両者が混在していてもよい。本発明に用いられる炭素繊維が繊維束状である場合、各繊維束を構成する単繊維（単糸など  とも称される）の数は特に限定されるものではないが、通常、１０００本〜１０万本の範囲内とされる。一般的に、炭素繊維は、数千〜数万本の単繊維が集合した繊維束状となっている。炭素繊維として炭素繊維を用いる場合に、炭素繊維をこのまま使用すると、繊維束の交絡部が局部的に厚くなり薄肉の衝撃吸収部材を得ることが困難になる場合がある。このため、炭素繊維として炭素繊維を用いる場合は、繊維束を拡幅したり、又は開繊したりして使用するのが通常である。
［強化繊維の配向］
本発明における成形体は、成形体の少なくとも一部において強化繊維(例：好炭素繊維)が面内方向に連続して分散している。
【００１７】
面内方向とは、成形体の板厚方向に直交する方向である（図１５のＸ−Ｙ方向）。成形体の面内方向をＸ−Ｙ軸、板厚方向をＺ軸としたとき、不連続な強化繊維がＸ−Ｙ方向（面内方向）に分散している例を、図１５に模式的に示す。
【００１８】
また、本発明において、成形体の材料、つまり成形材料に含まれる強化繊維も、成形材料の面内方向に分散している。強化繊維が面内方向に分散していれば、面内での配向に特に限定は無く、特定方向に配向しながら分散していても良い。
【００１９】
機械強度の均一性の観点からは、強化繊維が一方向のような特定方向に配向せず、無秩序に配向し、全体的には特定の方向性を示すことなく成形材料の面内に配置されている状態が好ましい。強化繊維が無秩序に分散した場合、成形材料は、面内に異方性を有しない、実質的に等方性の成形材料となる。
【００２０】
強化繊維の配向度は、互いに直交する二方向の引張弾性率の比を求めることで評価する。成形材料の任意の方向、及びこれと直交する方向について、それぞれ測定した引張弾性率の値のうち大きいものを小さいもので割った（Ｅδ）比が１０以下であることが好ましい。５以下であれば更に好ましく、２以下であれば更に好ましく、１．３以下であればより一層好ましい。
［熱可塑性樹脂］
本発明に用いられる熱可塑性樹脂は特に限定されるものではなく、所望の軟化温度を有するものを適宜選択して用いることができる。ここで言う熱可塑性樹脂とは、特段の言及が無い場合、複合材料におけるマトリクスとしての熱可塑性樹脂のことであり、「強化繊維と熱可塑性樹脂を含む」と言う場合は、成形材料や成形体が繊維強化熱可塑性樹脂で出来ていることを意味する。
【００２１】
上記熱可塑性樹脂としては、通常、軟化温度が１８０℃〜３５０℃の範囲内のものが用いられるが、これに限定されるものではない。
［成形体］
本発明の成形体は、重量平均繊維長１ｍｍ以上１００ｍｍ以下の強化繊維と熱可塑性樹脂とを含む成形体であって、第１の主形状面部と、第２の主形状面部と、接続面部とを備える。第１の主形状面部と第２の主形状面部とは、交差する状態で接続され、接続面部は、第１の主形状面部と第２の主形状面部の両方に接続される。接続面部は、第１の主形状面部と前記第２の主形状面部が形成する谷側において、前記第１の主形状面部及び前記第２の主形状面部から突出している。そして、第１の主形状面部と接続面部との境界領域、及び第２の主形状面部と接続面部との境界領域において、強化繊維が面内方向に連続して分散している。
【００２２】
第１の主形状面部と接続面部との境界領域、及び第２の主形状面部と接続面部との境界領域において、強化繊維が面内方向に連続して分散することで、当該部分の機械物性が均一になり好ましい。
【００２３】
また、第１の主形状面部と第２の主形状面部との境界領域において、強化繊維が面内方向に連続して分散していると、当該部分の機械物性が均一になり好ましい。
【００２４】
図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃ、図３Ｄ、及び図３Ｅに、成形体の例を模式的に示す。これらの成形体は、平面状の第１の主形状面部３０１と、第１の主形状面部３０１と交差する状態で接続された平面状の第２の主形状面部３０２と、第１の主形状面部３０１と第２の主形状面部３０２との両方に接続された接続面部３０３を備える。第１の主形状面部３０１と第２の主形状面部３０２とは、屈曲状に接続しており、第１の主形状面部３０１と第２の主形状面部３０２とが形成する谷の角度は、略９０度である。
【００２５】
接続面部３０３は、第１の主形状面部３０１と第２の主形状面部３０２とが接続される２つの領域の間に配置される。すなわち、第１の主形状面部３０１と第２の主形状面部３０２が接続される領域の中間部分に配置される。接続面部３０３は、複数の平面状部材が屈曲状に接続された形状である。
【００２６】
図３Ａ、図３Ｃ、及び図３Ｄに示す成形体は、直方体を構成する４つの面と同様の形状の接続面部３０３が第１の主形状面部３０１又は第２の主形状面部３０２に接続され、図３Ｂに示す成形体は、台形台を構成する４つの面と同様の形状の接続面部３０３が第１の主形状面部３０１又は第２の主形状面部３０２に接続された形状を有する。
【００２７】
なお、各部材が屈曲状に接続されているとは、厳密に屈曲である必要はなく、適当な大きさのＲ部を有していてもよい。
【００２８】
本発明の実施形態に係る成形体は、接続面部と、第１の主形状面部と第２の主形状面部の少なくとも一方とが形成する谷の角度が９０度超１８０度未満のものであると好ましく、９０度超１３５度未満のものであるとより好ましく、９０度超１２０度未満であると更に好ましい。
【００２９】
本発明の一実施形態に係る成形体においては、接続面部と第１の主形状面部とが形成する谷の角度及び接続面部と第２の主形状面部とが形成する谷の角度の両方が上記範囲内にあってもよい。
【００３０】
図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃ、図３Ｄ、及び図３Ｅの成形体は、第１の主形状面部３０１と第２の主形状面部３０２とが形成する谷の角度が略９０度であるが、９０度に限らず、任意の角度でよく、好ましくは、４５度以上１３５度以下である。また、接続面部３０３と第１の主形状面部３０１又は第２の主形状面部３０２と形成する谷の角度も任意の角度でよく、好ましくは９０度超１８０度未満である。
【００３１】
第１の主形状面部と第２の主形状面部とが形成する谷の角度が４５度未満の場合、成形圧力を成形材料に均一な圧力を加えるため、第１の主形状面部と第２の主形状面部が形成する谷側を鉛直下向きにして成形体を製造する必要がある。より具体的には、谷の角度が４５度未満の場合、図１３に描かれている成形を紙面方向の上下を逆にする必要があり、「谷」の面側は成形下型に最初に接触して固化しやすいため、意匠面としにくい。換言すると、第１の主形状面部と第２の主形状面部とが形成する谷の角度が４５度以上の場合には、谷側を意匠面とすることが容易になる。なお、ヒート＆クール装置などを使用することで、谷の角度が４５度未満であっても、成形体の両面を意匠面とすることは可能となるが、装置や条件などが煩雑となる。
【００３２】
第１の主形状面部と第２の主形状面部とが形成する谷の角度が１３５度以下の場合、第１主形状面部と第２主形状面部と境界領域において、皺の発生が抑制できるため好ましい。
【００３３】
接続面部３０３は、第１の主形状面部３０１及び第２の主形状面部３０２から成形体として意義のある形状となる距離だけ突出している。具体的には、第１の主形状面部と前記第２の主形状面部との仮想的な交差線からの接続面部の突出量の最大値は、成形体の厚さの１０倍以上であると好ましく、２０倍以上であるとより好ましく、５０倍以上であると更に好ましく、７０倍以上であると特に好ましい。ここで仮想的な交差線とは、図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃ、図３Ｄ、及び図３Ｅの成形体では、第１の主形状面部３０１と第２の主形状面部３０２との屈曲状接続部を結んだ線（屈曲部がＲ部を有する場合は、Ｒ部の中心を結んだ線）である。接続面部３０３の突出量は、仮想的な交差線からのいずれかの垂線と接続面部３０３が交差する点との距離である。成形体として意義のある形状は、通常、第１の主形状面部３０１と第２の主形状面部３０２が形成する谷の角度の中心方向の垂線と接続面部３０３が交差する点との距離が、成形体の厚さの１０倍以上であるので、判断基準は、中心方向の垂線である。
【００３４】
第１の主形状面部３０１と第２の主形状面部３０２が形成する谷の角度の中心方向の垂線とは、第１の主形状面部３０１と第２の主形状面部３０２の２等分線ともいえる。
【００３５】
ただし、他の方向の垂線に基づく判断でもよいし、複数方向の垂線を利用した判断でもよい。
【００３６】
また、仮想的な交差線と接続面部３０３との距離は、材料の厚さ方向中心からの距離である。
【００３７】
図３Ｃ及び図３Ｄの成形体は、更に、第１の主形状面部３０１又は第２の主形状面部３０２端部に、第１の主形状面部３０１と第２の主形状面部３０２が形成する谷側に向いた平面状の縁形状面部を備える。図３Ｃの成形体は、第１の主形状面部３０１の端部と第２の主形状面部３０２端部との両方に接続された縁形状面部３０４を備える。また、図３Ｄの成形体は、第１の主形状面部３０１の端部と第２の主形状面部３０２端部との両方に接続された縁形状面部３０４と、第１の主形状面部３０１の端部のみに接続された縁形状面部３０５とを備え、縁形状面部３０４と縁形状面部３０５とは接続されている。
【００３８】
縁形状面部３０４、３０５と第１の主形状面部３０１又は第２の主形状面部３０２との境界領域においては、強化繊維が面内方向に連続して分散していてよい。強化繊維が面内方向に連続して分散することで、当該部分の機械物性が均一になり好ましい。
【００３９】
各部材が屈曲状に接続されている場合の境界領域は、屈曲部であり、Ｒ部を有して接続されている場合は、Ｒ部を含む領域が境界領域である。
【００４０】
また、境界領域だけでなく、境界領域に接続される第１の主形状面部３０１、第２の主形状面部３０２、接続面部３０３、及び縁形状面部３０４、３０５においても、境界領域を挟んで強化繊維が面内方向に連続することが好ましい。この場合、境界領域から、少なくとも強化繊維長の３０倍程度の距離の領域まで、境界領域を挟んで強化繊維が面内方向に連続することが好ましい。
【００４１】
強化繊維が境界領域において面内方向に連続して分散しているとは、例えば図１６Ａの１６０１や１６０２、図１６Ｂの１６０３で例示されるように、少なくとも境界領域の一部において連続分散していれば良く、境界領域全体において連続して分散している必要はない。
【００４２】
更に、図１６Ｃに示すように、接続面部において、強化繊維が面内方向に連続して分散していると、接続面部の機械物性が均一になり好ましい。
【００４３】
以上、平面状の第１の主形状面部と平面状の第２の主形状面部が屈曲状に接続され、第１の主形状面部と第２の主形状面部とが接続される２つの領域の間に、接続面部が配置された成形体について説明したが、成形体は、このような形状に限らない。
【００４４】
接続面部が配置される位置は、第１の主形状面部と第２の主形状面部とが接続される２つの領域の間でなく、少なくとも一方の側に接続領域があればよい。また、接続面部は、１つに限らず複数配置してもよい。
【００４５】
第１の主形状面部と第２の主形状面部の少なくとも一方が曲面状の部材であってもよい。また、接続面部も、複数の平板状部材だけでなく曲面状部材を含んでいてよいし、曲面状部材のみから形成され、全体として曲面状であってもよい。更に、任意に設けられる縁形状面部についても、曲面状の部材であってもよい。
【００４６】
曲面状部材が接続された場合に形成された角度は、境界領域近傍における各部材の接線が形成する角度である。
【００４７】
また、第１の主形状面部、第２の主形状面部、接続面部、及び縁形状面部は、板状のものに限らず、少なくとも一部の部材が、強度強化等のための凹凸部、リブ等を有していてもよい。
【００４８】
また、第１の主形状面部、第２の主形状面部、接続面部、及び縁形状面部の接続は、Ｒ部を有する又はＲ部を有しない屈曲接続に限らず、任意の曲面形状の接続部材を介した接続であってもよい。この場合の境界領域は、曲面形状の接続部材を含む部分である。
【００４９】
なお、本発明における成形体は、図３Ｅのような形状であっても良い。
［面内方向への連続分散領域］
第１の主形状面部と前記接続面部との境界領域、及び前記第２の主形状面部と前記接続面部との境界領域において、炭素繊維が面内方向に連続して分散しているとは、例えば図１６Ａの１６０１や１６０２で例示されるように、少なくとも一部において連続分散していれば良く、全面において連続して分散している必要は無い。
【００５０】
第１の主形状面部と前記接続面部との境界領域、及び前記第２の主形状面部と前記接続面部との境界領域において、炭素繊維が面内方向に連続して分散することで、当該部分の機械物性が均一になり好ましい。
【００５１】
また、前記第１の主形状面部と前記第２の主形状面部との境界領域において、炭素繊維が連続して分散している成形体が好ましい。具体的には、図１６Ｂの１６０３で例示される領域で炭素繊維が連続して分散していると良い。
【００５２】
更に、前記接続面部において、炭素繊維が面内方向に分散している成形体であっても好ましい。具体的には、図１６Ｃの１６０４で例示される領域で炭素繊維が連続分散していると好ましい。
【００５３】
ある領域において、炭素繊維が面内方向に連続して分散している場合、当該領域において成形材料が折れ重なって（例えば図１７Ｂの１７０１）プレス成形されていない事を意味している。折れ重ならずにプレス成形できれば、成形体の重量を軽減でき、特に自動車部品などに用いた場合は軽量化に貢献できる。
［成形体の厚みの変動係数］
成形体は、その厚みの変動係数が小さいものであるとより美しい外観となり好ましい。成形体の厚みの変動係数は５．５％以下であると好ましく、５．０％以下であるとより好ましく、４．５％以下であると更に好ましい。
【００５４】
なお、厚みの変動係数の測定方法については後述する。
【００５５】
［成形体の実平均板厚と設計板厚との関係］
本発明における成形体は、成形体の実平均板厚÷設計板厚の値が、好ましくは０．９以上１．１５未満、より好ましくは０．９５以上１．１０未満である。
［成形材料の製造方法］
本明細書で示す「成形材料」とは、成形体を成形するための材料を指す。
本発明に用いられる成形材料は、一般的に公知の方法を用いて製造することができ、例えば、成形材料前駆体である２次元ランダム配列マットおよびその製造法については、米国特許第８９４６３４２号、日本国特許公開公報特開２０１３−４９２０８号公報の明細書に詳しく記載されている。
［成形体の製造方法］
本発明における成形体は、加熱軟化させた成形材料を、成形下型のキャビティ形成面以外の部分から突出した成形材料載置部に載置し、成形材料載置部に載置した成形材料の外周領域の少なくとも一部を、成形材料載置部に固定した状態で成形上型と下型とを閉じて、成形材料をプレス成形することが好ましい。
【００５６】
なお、固定した状態で成形上型と下型を閉じるのが好ましいものの、成形が完了するまで固定を維持しておく必要は無い。
［成形材料の加熱］
成形体の製造における成形材料の加熱温度は、圧縮成形できる程度に熱可塑性樹脂が軟化する温度であり、且つ、成形体に品質異常をもたらすような著しい加熱分解が起こるほど非常な高温でない温度であると好ましい。
【００５７】
成形材料の加熱温度としては、熱可塑性樹脂の軟化温度以上、且つ、４００℃以下の温度であると好ましい。加熱温度が４００℃以下、好ましくは３５０℃以下であると、熱可塑性樹脂の加熱分解が、成形体に品質異常をもたらさない程度で済む場合が多い。ここで、熱可塑性樹脂の軟化温度は、熱可塑性樹脂が結晶性の場合は結晶溶解温度、いわゆる融点でよく、熱可塑性樹脂が非晶性の場合はガラス転移点でよい。
［プレス成形］
成形材料を用いて成形体を製造するにあたっての好ましい成形方法としては、プレス成形（圧縮成形と呼ぶこともある）が利用され、ホットプレス成形やコールドプレス成形などの成形方法を利用できる。
【００５８】
本発明においては、とりわけコールドプレスを用いたプレス成形が好ましい。コールドプレス法は、例えば、第１の所定温度に加熱した成形材料を第２の所定温度に設定された成形型内に投入した後、加圧・冷却を行う。
【００５９】
具体的には、成形材料を構成する熱可塑樹脂が結晶性である場合、第１の所定温度は融点以上（結晶溶解温度以上）であり、第２の所定温度は融点未満（結晶溶解温度未満）である。熱可塑樹脂が非晶性である場合、第１の所定温度はガラス転移温度以上であり、第２の所定温度はガラス転移温度未満である。すなわち、コールドプレス法は、少なくとも以下の工程（Ａ−１）〜（Ａ−２）を含んでいる。
【００６０】
工程（Ａ−１）  成形材料を、熱可塑性樹脂が結晶性の場合は融点以上分解温度以下、非晶性の場合はガラス転移温度以上分解温度以下に加温する工程。
【００６１】
工程（Ａ−２）  上記工程（Ａ−１）で加温された成形材料を、熱可塑性樹脂が結晶性の場合は融点未満（結晶溶解温度未満）、非晶性の場合はガラス転移温度未満に温度調節された成形型に配置し、加圧する工程。
【００６２】
これらの工程を行うことで、成形材料の成形を完結させることができる。
【００６３】
上記の各工程は、上記の順番で行う必要があるが、各工程間に他の工程を含んでもよい。他の工程とは、例えば、工程Ａ−２）の前に、工程Ａ−２）で利用される成形型と別の賦形型を利用して、成形型のキャビティの形状に予め賦形する賦形工程等がある。また、工程Ａ−２）は、成形材料に圧力を加えて所望形状の成形体を得る工程であるが、このときの成形圧力については特に限定はしないが、成形型キャビティ投影面積に対して２０ＭＰａ未満が好ましく、１０ＭＰａ以下であるとより好ましい。
【００６４】
また、当然のことであるが、プレス成形時に種々の工程を上記の工程間に入れてもよく、例えば真空にしながらプレス成形する真空プレス成形を用いてもよい。
［コールドプレス法の特有の課題］
コールドプレス法を用いた場合、前記工程（Ａ−２）において、成形材料は成形型で冷却されることになる。冷却速度が速い場合、加圧前に成形材料が固化してしまい、成形材料の賦形性や流動性が低下する傾向にある。
【００６５】
成形材料の賦形性や流動性の観点では、成形材料が加圧される直前まで冷却されず、工程（Ａ−１）で加熱された温度を維持していることが好ましい。
［成形下型のキャビティ形成面］
一般的に、キャビティとは、成形上型と成形下型が閉じたときに形成される空間のうち、目的とする成形体の形状を形成するための空間部分をいう。成形キャビティの容積は、目的とする成形体の体積にほぼ等しい。従って、当該空間部分を形成するために用いられる成形下型の面を、本発明においては成形下型のキャビティ形成面と呼ぶ。反対に、成形下型のキャビティ形成面以外の部分とは、キャビティの形成に寄与しない面を指し、非キャビティ形成面とも呼ぶ。
【００６６】
より具体的には、図４の４０１が成形下型のキャビティ形成面であり、図４の４０２が成形下型の非キャビティ形成面である。
［成形材料載置部の形状］
成形材料載置部は、図４の４０２で示されるように部分的に複数のピン状の成形材料載置部を突出させて配置されていても良いし、図５の５０１で示されるように成形下型のキャビティ形成面を取り囲むように配置し、載置部設置台から、成形材料をひっかけるための成形材料載置部が突出していても良い（図６の６０１）。
【００６７】
載置部設置台とは、例えばピン状の成形材料載置部（図６の６０１）を設置するための台である。
【００６８】
コールドプレス成形法を用いる場合、このようにキャビティ形成面の外側から上方に突出した成形材料載置部に成形材料を載置することで、下成形型及び上成形型の型締めに先立って、成形材料が下成形型キャビティ形成面に接触し、冷却固化されることを抑制できる。同時に、成形材料に圧力が加えられる前に流動性が低下する部位が生じることが抑制でき、成形材料の全体の流動性を良好に保ったまま型締めすることができる。すなわち、成形材料の全体に対して十分な大きさの加圧力を均等に付与して加圧できる。
【００６９】
特に、成形材料載置部が成形下型キャビティから突出して配置されているのではなく、成形下型のキャビティ形成面の周囲に成形材料載置部を配置するため、成形下型に接触して得られる成形体の全面について、意匠性を良好に保つことが出来る。
【００７０】
なお、成形材料載置部に成形材料を載置する際、成形材料の全ての部位において、成形下型のキャビティ形成面との接触が回避されている必要はない。すなわち、流動性が大きく悪化しない程度に、成形材料の一部が成形下型のキャビティ形成面に接触していてもよい。
［成形材料載置部の効果］
本発明において、加熱軟化させた成形材料は、成形下型のキャビティ形成面以外の部分から突出した成形材料載置部に載置し、成形材料載置部に載置した成形材料の外周領域の少なくとも一部を、成形材料載置部に固定した状態で成形上型と下型とを閉じて、成形材料をプレス成形することが好ましい。
【００７１】
この操作により、成形材料がキャビティ内でプレス成形される際、成形材料が折れ重なることを低減できる。成形材料の外周領域を、成形材料載置部に固定せずにプレス成形した場合、成形型が閉じるに従い、成形材料がずり落ちて接続面部で折れ重なる傾向にある（例えば、図１０の１００１領域や、図１７Ｂ）。成形材料が折れ重なったままプレス成形した場合、得られた成形体の第１の主形状面部と接続面部との境界領域、及び第２の主形状面部と接続面部との接続領域において、炭素繊維が３次元に配向する場所が発生してしまう。すなわち、図１７Ｂのように成形材料が折れ重なっていた場合、炭素繊維は折れた部分でＢ軸方向に配向する。この場合、成形体の厚みが局所的に増してしまい、成形体重量が増加すると共に、機械物性の不均一や低下が生じる。この結果軽量化が求められる自動車などの部品要求を満たしにくい。
【００７２】
本発明における好ましい成形方法を用いれば、図１１の１１０１領域で示されるように、成形材料が折り畳まれるのを防止することができる。
［成形材料を成形材料載置部に固定する位置］
成形材料載置部に固定する成形材料の外周領域の一部は、前記第１の主形状面部の、前記第２の主形状面部と接続される部分と対向する端部に対応する成形材料の外周領域Ｒ１であることが好ましい。具体的には図９Ａ、図９Ｂ、及び図９Ｃの９０１に描かれた場所に、成形材料載置部を設けるのが好ましい。なお、図９Ａ、図９Ｂ、図９Ｃ、図９Ｄ及び図９Ｅは、図５に描かれた成形下型の様々な実施形態を鉛直上方向から見た模式図である。
【００７３】
更に、成形材料載置部に固定する成形材料の外周領域の一部は、前記第２の主形状面部の端部のうち、前記第１の主形状面部と前記第２の主形状面部とが接続される部分と略直交する端部に対応する成形材料の外周領域Ｒ２であることが好ましい。具体的には、図９Ｄの９０２や図９Ｅの９０３に描かれた場所に、成形材料載置部を設けるのが好ましい。
［成形材料載置部の動作］
成形材料載置部は、複数の面からなり、少なくとも一つの成形材料載置部は成形下型に対して水平方向又は上下方向の少なくとも一方向に移動可能であることが好ましい。
（１）垂直方向
垂直方向に移動出来れば、大きい成形材料を用いて接続面部の突出量が小さい成形体を製造する場合であっても、成形材料が成形下型に接触することなく成形材料を成形材料載置部に載置できる。
【００７４】
具体的な垂直方向の動作を、図２Ａ及び図２Ｂを用いて説明する。図２Ａの２０１と２０２は、２０３の矢印方向（上下方向）に移動可能である。２０１の先端を載置台として成形材料を載置した後、成形上型が下降して２０２に接触し、２０１と連動させることで、図２Ｂに例示されているように載置台（２０１の先端）を下降させれば良い。
【００７５】
特に、成形下型の投影最大距離Ｌと、当該２点間の成形下型の沿面距離Ｌ２の関係がＬ１×１．１＜Ｌ２の場合、成形材料の破れが発生するおそれがあるが、上記構成により当該課題を顕著に解決できる。Ｌ１×１．３＜Ｌ２であった場合には、より顕著に課題を解決できる。
（２）水平方向
水平方向に移動できれば、成形材料載置部の間隔を図１９Ａに描かれているように広げることができ、成形材料載置部に成形材料を載置した際、成形下型成形面に成形材料が接触しにくくなる。成形材料を載置した後、成形下型と上型が閉じるに従って、成形材料載置部が下型成形キャビティに近づくように動くことで、成形材料が成形上型によって必要以上に延ばされることが無くなる。
【００７６】
具体的な水平方向の動作を、図１８Ａ及び図１８Ｂ、並びに図１９Ａ、図１９Ｂ、及び図１９Ｃを用いて説明する。図１８Ａ及び図１８Ｂのように最初から成形材料載置部を成形下型キャビティに近づけて成形した場合、成形材料が部分的に伸びて成形される。一方、図１９Ａ、図１９Ｂ、及び図１９Ｃのように、成形下型キャビティから上下方向及び水平方向に遠い位置にある成形材料載置部が、成形上型が閉じるに従って、成形下型キャビティに近づく操作であれば、成形材料が部分的に引き延ばされることなく成形可能となる。この結果、部分的な成形材料の破れを防止できる。図１９Ａの１９０１は、成形材料載置部が成形下型キャビティに近づくことを描いた矢印である。
［成形材料載置部の高さ］
成形材料載置部が成形下型に対して水平方向又は上下方向の少なくとも一方向に移動可能である場合、移動後の成形材料載置部の高さが、成形下型のキャビティ形成面の高さに対応して変化していることが好ましい。図８に、成形下型のキャビティ形成面の高さに対応して変化させた載置部設置台を例示する。
【００７７】
載置部設置台を、図７の７０１から図８の８０１のように変化させることで、成形型に近い形状まで成形材料を載置できるため、成形時に成形材料が伸びすぎて破れてしまう怖れを低減できる。換言すると、薄肉の成形材料であっても十分に成形可能であるため、成形体の余肉部分を減少できる。
［接続面部の平均板厚Ｔｐと、成形材料の平均板厚Ｔｍとの関係］
接続面部の平均板厚Ｔｐと、成形材料の平均板厚Ｔｍとの関係は、Ｔｐ／Ｔｍ＜３であることが好ましい。本発明における好ましい成形方法を用いた場合、特定の成形材料の端部が成形材料載置部に固定されているため、図１８に模式的に示したように、キャビティ内で成形材料が折れ曲げられずにプレス可能である。この場合、接続面部の平均板厚Ｔｐと、成形材料の厚みＴｍとの関係を、Ｔｐ／Ｔｍ＜３とすることができる。好ましくは、Ｔｐ／Ｔｍ＜２である。ここで、勿論、ＴｐとＴｍは同じ単位で示された数値であり、ｍｍ単位で示された数値である場合が多い。
【００７８】
なお、接続面部の平均板厚の測定方法は後述する。
［成形材料の載置方法］
成形材料載置部への載置時に、成形下型を平面視した場合、成形材料が成形下型のキャビティ形成面全体を覆っていることが好ましい。
【００７９】
例えば、図１４Ａに記載された成形材料１０１を用いた場合、成形下型を平面視した場合、形成下型のキャビティ形成面全体を覆うことはない。本明細書において、成形型に沿わせて予備賦形するために予め成形材料をカットしたものを、パターンカット材料と呼ぶ。
【００８０】
図１４Ａに描かれた成形材料１０１（図１４Ａの黒塗り部分）を使用した場合、成形材料を成形型へ沿わせて予備賦形すれば、前記Ｔｐ／Ｔｍ＜３を満たすことは可能である。ただしこの場合には、以下（i）〜（ｉｖ）の課題が発生する。
【００８１】
（ｉ）厳密な予備賦形プロセスが必要になり、プロセスが複雑になる。
【００８２】
（ｉｉ）予備賦形時に成形材料は成形型に接しているため、コールドプレス法を用いた場合、成形材料の賦形性や流動性が低下しやすい。
【００８３】
（ｉｉｉ）複雑にパターンカット（特に成形材料内部にまで切欠きが入るようにパターンカット）された成形材料を用いた場合、成形体には機械物性が弱いウエルド部が発生する。
【００８４】
（ｉｖ）図１４Ａの成形材料１０１は矩形の材料から切り出すため、図１４Ｂの１４０１（斜線領域）で示された端材が発生する。
【００８５】
一方、図１４Ｃに描かれているような成形材料を、加熱軟化し、成形下型のキャビティ形成面以外の部分から突出した成形材料載置部に載置し、成形材料載置部に載置した成形材料の外周領域の少なくとも一部を、成形材料載置部に固定した状態で成形上型と下型とを閉じて、成形材料をプレス成形すれば、上記（ｉ）乃至（ｉｖ）の課題は解消する。図１４Ｃに描かれているような成形材料では、成形材料載置部への載置時に、成形下型を平面視した場合、成形下型のキャビティ形成面全体を覆っていることとなる。
［プレス方向］
本発明におけるプレス成形は、成形上下型からの圧力を成形材料全体に加えやすいように、図１３に描かれているように、水平方向から角度θ傾けてプレス成形すれば好ましい。
【実施例】
【００８６】
以下、本発明について実施例を用いて具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
１．以下の製造例、実施例で用いた原料は以下の通りである。なお、分解温度は、熱重量分析による測定結果である。【００８７】
・強化繊維（ＰＡＮ系炭素繊維）
帝人株式会社製のＰＡＮ系炭素繊維“テナックス”（登録商標）ＳＴＳ４０−２４Ｋ（平均単繊維径７μｍ）
・ポリアミド６（以下、ＰＡ６と略する場合がある。）
結晶性樹脂、融点２２５℃、分解温度（空気中）３００℃。
２．本実施例における各値は、以下の方法に従って求めた。
（１）炭素繊維体積割合（Ｖｆ）の分析
成形体を５００℃×１時間、炉内にて熱可塑性樹脂を燃焼除去し、処理前後の試料の質量を秤量することによって炭素繊維分と熱可塑性樹脂の質量を算出した。次に、各成分の比重を用いて、炭素繊維と熱可塑性樹脂の体積割合を算出した。成形材料に関しても、含有する炭素繊維体積割合をＶｆ（下記式）で表す。【００８８】
Ｖｆ＝１００×炭素繊維体積／（炭素繊維体積＋熱可塑性樹脂体積）
（２）成形体に含まれる炭素繊維の重量平均繊維長の分析
成形体に含まれる炭素繊維の重量平均繊維長は、５００℃×１時間程度、炉内にて熱可塑性樹脂を除去した後、無作為に抽出した炭素繊維１００本の長さをノギスおよびルーペで１ｍｍ単位まで測定して記録し、測定した全ての炭素繊維の長さ（Ｌｉ、ここでｉ＝１〜１００の整数）から、次式により重量平均繊維長（Ｌｗ）を求めた。【００８９】
Ｌｗ＝（ΣＬｉ２）／（ΣＬｉ）
なお、成形材料に含まれる炭素繊維の重量平均繊維長についても上記と同様の方法で測定することができる。
（３）炭素繊維の面内分散
得られた成形体より、下記の部位を切出して加熱し、図１７Ｂのように成形材料が折れ重なっていないか調べた。成形材料が折れ重なっていた場合には、炭素繊維の面内分散は「不連続」とし、折れ重なっていない場合には「連続分散」とした。【００９０】
・第１の主形状面部と接続面部との境界領域（図１６Ａの１６０１）
・第２の主形状面部と接続面部との境界領域（図１６Ａの１６０２）
・第１の主形状面部と第２の主形状面部との境界領域（図１６Ｂの１６０３）
・接続面部（図１６Ｃの１６０４）
（４）ウエルド
成形体を外観観察し、ウエルドの有無を評価した。
（５）成形体の板厚
作成した成形体形状は図１２に描かれたものである。図１２のＡ〜Ｈの箇所の板厚をそれぞれ測定した。測定結果より、成形体の平均板厚（ｍｍ）、成形体の厚みの変動係数を求めた。また、設計板厚に対する成形体実測平均板厚を求めた。
［成形材料の製造例１］
強化繊維として、平均繊維長２０ｍｍにカットした帝人株式会社製のＰＡＮ系炭素繊維“テナックス”（登録商標）ＳＴＳ４０−２４Ｋ（平均繊維径７μｍ、単繊維数２４，０００本）を使用し、樹脂として、ユニチカ社製のナイロン６樹脂Ａ１０３０を用いて、米国特許第８９４６３４２号に記載された方法に基づき、二次元ランダムに炭素繊維が配向した炭素繊維およびナイロン６樹脂の成形材料前駆体を作成した。得られた成形材料前駆体を２６０℃に加熱したプレス装置にて、２．０ＭＰａにて５分間加熱し、平均厚み２．２ｍｍの成形材料（ｉ）を得た。炭素繊維体積割合（Ｖｆ）は３５％、炭素繊維の繊維長は一定長であり、重量平均繊維長は２０ｍｍであった。
［成形材料の製造例２］
成形材料の平均厚みを２．７ｍｍとしたこと以外は、製造例１と同様にして成形材料（ｉｉ）を得た。なお一般的に、プレス後の成形体の板厚は、成形材料に比べてやや薄くなる。
［実施例１］
図１２に描かれた概念の一実施形態としての成形体を製造するための成形上下型を準備し、成形上下型はともに１５０℃に予め設定した。成形体の具体的な形状に関して以下に示す。
・接続面部と、第１の主形状面部とが形成する谷の角度は９３度である。
・接続面部と、第２の主形状面部とが形成する谷の角度は９６度である。
・第１の主形状面部と第２の主形状面部とが形成する谷の角度は９０度である。
・第１の主形状面部と第２の主形状面部との仮想的な交差線からの接続面部の突出量は２３４ｍｍであり、成形体の厚さ２．５ｍｍの９３．６倍である。【００９１】
成形材料（ｉ）を矩形状に切り出し、３００℃までＩＲオーブンを用いて加熱し、図９Ｃの９０１に描かれている載置台（４個）の上に突き刺して固定し、成形下型に成形材料を載置した。成形材料載置部への載置時に成形下型を平面視した際、成形材料は成形下型のキャビティ形成面全体を覆っていた。成形上型を下げるとともに、載置台を動かすことはせずに成形材料をコールドプレス成形し、成形体を作成した。得られた成形体の評価を表１に示す。
［実施例２］
成形材料（ｉｉ）を矩形状に切り出し、図９Ｄに描かれている成形材料載置台（６個）の上に突き刺した後、図１９Ａ、図１９Ｂ、及び図１９Ｃに描かれているように、つまり、成形上型を下降させるとともに、成形材料載置台を成形型キャビティへ近づけるように動かしたこと以外は、実施例１と同様にして図１２に描かれた形状の成形体を製造した。得られた成形体の評価を表１に示す。なお、図９Ｄに描かれている成形材料載置台の位置は、移動後の位置である。
［実施例３］
図９Ｅに描かれている載置台（８個）の上に成形材料を突き刺したこと以外は、実施例２と同様にして図１２に描かれた成形体を製造した。得られた成形体の評価を表１に示す。実施例２と同様、図９Ｅの９０３に描かれている成形材料載置台は、成形上型を下降させるとともに、成形型キャビティへ近づけた後の位置である。
[比較例１]
成形下型に成形材載置台を設けず、直接成形下型に成形材料を載置したこと以外は、実施例２と同様にしてコールドプレスして図１２に描かれた成形体を製造した。結果を表１に示す。
[比較例２]
成形下型に成形材載置台を設けず、成形材料（ｉｉ）を図１４Ａのようにパターンカットし、国際公開第２０１７／１０４８５７号に記載のロボットアームを用いて、成形下型に成形材料を正確に予備賦形したこと以外は、実施例２と同様にしてコールドプレス成形して図１２に描かれた成形体を製造した。結果を表１に示す。また、パターンカットしたため、図１４Ｂの１４０１に示す部分が廃棄物として発生した。【００９２】
【表１】
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【符号の説明】
【００９３】
１０１  成形材料
１０２  成形上型
１０３  成形下型
１０４  成形キャビティ
２０１  成形材料載置部（ピン状）
２０２  成形上型が接触した後、下降する補助ピン（成形材料載置部と連動して上下方向に動く）
２０３  ２０１の成形材料載置部、２０２の補助ピンの動作方向を示す矢印
３０１  第１の主形状面部
３０２  第２の主形状面部
３０３  接続面部
３０４  縁形状面部
３０５  縁形状面部
４０１  成形下型キャビティ形成面
４０２  成形下型の非キャビティ形成面
５０１  成形下型のキャビティ形成面を取り囲むように配置された、成形材料載置部を設置するための台（載置部設置台）
６０１  載置部載置台の上に設けられた、ピン状の成形材料載置台
７０１  成形下型のキャビティ形成面の高さに対応しておらず、高さが変化していない載置部設置台
８０１  成形下型のキャビティ形成面の高さに対応して変化している、載置部設置台
９０１、９０２、９０３  成形材料載置部
１００１  成形材料が折り畳まれている領域
１１０１  成形材料が折り畳まれていない領域
１４０１  パターンカットして取り出した成形材料（図１４Ａの１０１）の残りの部分（端材、廃棄物）
１５０１  強化繊維
１５０２  強化繊維が面内方向に分散している成形体又は成形材料
１６０１  第１の主形状面部と接続面部との境界領域
１６０２  第２の主形状面部と接続面部との境界領域
１６０３  第１の主形状面部と第２の主形状面部との境界領域
１６０４  接続面部
１７０１  成形材料が折れ重なっている様子
１９０１  成形材料を載置した後、上型が閉じるに従って、載置部が動く方向
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ  成形体の板厚みの測定場所
２００１  成形体
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図９Ｅ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１５】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１６Ｃ】
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【図１６Ｄ】
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【図１６Ｅ】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図１９Ｃ】
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【国際調査報告】
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