特開 2024-153438 成形体の製造方法及び製造装置並びに成形体

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024153438

(43)【公開日】2024-10-29

(54)【発明の名称】成形体の製造方法及び製造装置並びに成形体

(51)【国際特許分類】

   B29C 70/42 20060101AFI20241022BHJP

   B29C 70/32 20060101ALI20241022BHJP

【ＦＩ】

B29C70/42

B29C70/32

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023067336

(22)【出願日】2023-04-17

(71)【出願人】

【識別番号】000003137

【氏名又は名称】マツダ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001427

【氏名又は名称】弁理士法人前田特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 博紀

(72)【発明者】

【氏名】森脇 幹文

(72)【発明者】

【氏名】岩本 友之

(72)【発明者】

【氏名】山口 紘次朗

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 孝治

【テーマコード（参考）】

4F205

【Ｆターム（参考）】

4F205AC02

4F205AD16

4F205AG24

4F205AG28

4F205AJ08

4F205HA02

4F205HA08

4F205HA25

4F205HA37

4F205HA45

4F205HB01

4F205HC02

4F205HF05

4F205HK03

4F205HK04

4F205HT22

(57)【要約】

【課題】孔の外周に強化繊維を含む領域と含まない領域とを設けた成形体、それを容易に製造可能な製造方法及び製造装置を提供する。
【解決手段】強化繊維の束に樹脂材料を含浸させた繊維強化樹脂材料２を、前記強化繊維の延伸方向に対して交差する方向に延びるコア部４へ巻き付け、巻回体１０を形成する巻回工程Ｓ１０と、互いに対向する対向面５１０，５２０を有する固定型５２及び可動型５１を備え、固定型及び可動型の間に巻回体を配置した後、可動型を固定型へ接近させて対向面を突き合わせることにより、巻回体を変形させて成形体１００を成形する成形工程Ｓ２０と、を備え、固定型及び可動型の少なくとも一方は、成形体に孔を形成するための突出部５３を有し、突出部は、変形前の巻回体に対して非接触となる位置、かつ、変形後の巻回体に接触する位置において、一方の対向面から他方の対向面へ延びる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

強化繊維と樹脂材料を含む成形体の製造方法であって、
強化繊維の束に樹脂材料を含浸させた繊維強化樹脂材料を、強化繊維の延伸方向に対して交差する方向に延びるコア部へ巻き付け、巻回体を形成する巻回工程と、
互いに対向する対向面を有する固定型及び可動型を備え、前記固定型及び前記可動型の間に前記巻回体を配置した後、前記可動型を前記固定型へ接近させて前記対向面を突き合わせることにより、前記巻回体を変形させて成形体を成形する成形工程と、を備え、
前記固定型及び前記可動型の少なくとも一方は、成形体に孔を形成するための突出部を有し、前記突出部は、変形前の前記巻回体に対して非接触となる位置、かつ、変形後の前記巻回体に接触する位置において、一方の前記対向面から他方の前記対向面へ延びる、成形体の製造方法。

【請求項2】

請求項１に記載の成形体の製造方法において、
前記可動型及び前記固定型が、前記成形工程における成形下死点の位置に至る前、又は、成形下死点の位置に至った後、前記対向面の間に樹脂材料を追加する樹脂追加工程を有する、成形体の製造方法。

【請求項3】

請求項１に記載の成形体の製造方法において、
前記可動型及び前記固定型が、前記成形工程における成形下死点の位置に至るまでに、前記コア部が前記巻回体から引き出されるコア部取出し工程を備える、成形体の製造方法。

【請求項4】

請求項１に記載の成形体の製造方法において、
前記固定型及び前記可動型は、一方が凹部、他方が凸部を備え、前記凹部及び前記凸部はそれぞれ、天板形成部と該天板形成部の両端部から延びる側壁形成部とを有して前記巻回体を断面ハット形状へ成形可能であり、前記巻回体を前記凸部へ配置した後、前記対向面を突き合わせることにより、前記巻回体を前記凸部から外側へ流動させ、
前記突出部は、前記凸部よりも外側に設けられる、成形体の製造方法。

【請求項5】

請求項４に記載の成形体の製造方法において、
前記巻回体は、強化繊維の延伸方向が前記天板形成部と前記側壁形成部との間に形成される角部の延びる方向へ沿うように、前記天板形成部に配置される、成形体の製造方法。

【請求項6】

強化繊維と樹脂材料を含む成形体の製造装置であって、
強化繊維の延伸方向に対して交差する方向に延びる回転軸を有し、互いに離間する複数の折返し部材の外周に、前記強化繊維の束に樹脂材料を含浸させた繊維強化樹脂材料を巻き付け可能に構成されたコア部と、
互いに対向する対向面を有し、前記コア部によって巻回された前記繊維強化樹脂材料の巻回体を、該対向面の間に挟み込んで変形させる固定型及び可動型と、
前記固定型及び前記可動型の少なくとも一方に設けられ、変形前の前記巻回体に対して非接触となる位置、かつ、変形後の前記巻回体に接触する位置において、一方の前記対向面から他方の前記対向面へ延びる突出部と、を備える、成形体の製造装置。

【請求項7】

請求項６に記載の成形体の製造装置において、
前記固定型及び前記可動型は、一方が凹部、他方が凸部を備え、前記巻回体を断面ハット形状へ成形可能に、天板形成部、前記天板形成部の両端部から延びる側壁形成部、及び前記側壁形成部から延びるフランジ形成部を有し、
前記突出部は、前記フランジ形成部に設けられる、成形体の製造装置。

【請求項8】

強化繊維及び樹脂材料を含む成形体であって、
天板部、該天板部の両端から延びる側壁部、及び該側壁部の両側から延びるフランジ部を備え、前記フランジ部に孔を有する断面ハット形状であり、
前記強化繊維が、前記天板部と前記側壁部との間に形成される稜線部の延びる方向に沿って延伸するとともにその延伸方向に複数回折り返されて補強部を構成し、
前記フランジ部は、前記孔の外周において、前記天板部から離れる方向に前記強化繊維を含まない非補強部を有する、成形体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

ここに開示された技術は、成形体の製造方法及び製造装置並びに成形体に関する技術分野に属する。

【背景技術】

【0002】

繊維強化樹脂材料を含む成形体は、軽量かつ高強度な製品として、様々な分野で活用されている。一般的に、繊維強化樹脂材料は、強化繊維の束を樹脂へ含浸させて生成される。このような繊維強化樹脂材料をプレス成形して成形体が製造されるが、成形体には孔の形成を必要とするものがある。

【0003】

繊維強化樹脂材料を含み、孔を有する成形体の製造方法としては、例えば特許文献１に開示の方法がある。特許文献１には、ＦＲＰ製板バネの製造において、円筒状の型に突起が設けてあり、樹脂を含侵させた強化繊維束をその型に巻き付ける際、突起を避けて巻き付けることで、その突起部分によって孔を形成する方法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開昭６０－１３２１４０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

プレス成形後に孔を開けると、孔の形成部分において強化繊維を破断させることになる。特許文献１の方法では、強化繊維の破断を防ぐことは可能であるが、突起を避けて繊維強化樹脂材料を巻き付けるには細かい調整が必要である。また、成形体は、孔の周りにおいて、強化繊維を含む領域と含まない領域を設けることにより、部品としての強度を有しつつも、取り外し時に破断させ易くすることが可能である。しかしながら、特許文献１の方法では、突起周辺で強化繊維を含まない領域を設けるように制御することは困難である。

【0006】

ここに開示された技術は斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、繊維強化樹脂材料を含み、孔を有する高強度の成形体を容易に製造可能とし、さらに孔の外周の所定の領域において強化繊維を含まない高機能な成形体を容易に製造可能な製造方法及び製造装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

前記課題を解決するために、ここに開示された技術は、強化繊維と樹脂材料を含む成形体の製造方法であって、強化繊維の束に樹脂材料を含浸させた繊維強化樹脂材料を、前記強化繊維の延伸方向に対して交差する方向に延びるコア部へ巻き付け、巻回体を形成する巻回工程と、互いに対向する対向面を有する固定型及び可動型を備え、前記固定型及び前記可動型の間に前記巻回体を配置した後、前記可動型を前記固定型へ接近させて前記対向面を突き合わせることにより、前記巻回体を変形させて成形体を成形する成形工程と、を備え、前記固定型及び前記可動型の少なくとも一方は、成形体に孔を形成するための突出部を有し、前記突出部は、変形前の前記巻回体に対して非接触となる位置、かつ、変形後の前記巻回体に接触する位置において、一方の前記対向面から他方の前記対向面へ延びる構成とした。

【0008】

上記の構成によれば、突出部は変形前の巻回体に対して非接触となる位置、かつ、変形後の巻回体に接触する位置に延びるため、巻回体の変形によって流動する繊維強化樹脂材料に外周を囲まれて孔を形成する。そのため、繊維強化樹脂材料中の強化繊維が破断することを防ぎ、孔を有する高強度の成形体を容易に製造可能となる。また、このような位置に設けられることで、突出部は、巻回体の変形によって流動する強化繊維の移動を規制するため、成形体の孔周りにおいて、強化繊維を含む領域と含まない領域を容易に設けることが可能となる。

【0009】

一実施形態では、前記可動型及び前記固定型が、前記成形工程における成形下死点の位置に至る前、又は、成形下死点の位置に至った後、前記対向面の間に樹脂材料を追加する樹脂追加工程を有する構成としてもよい。

【0010】

上記の構成によれば、樹脂材料を追加することで、巻回体が変形する際に巻回体から染み出る樹脂だけで成形するよりも、確実に成形体を成形できる。

【0011】

一実施形態では、前記可動型及び前記固定型が、前記成形工程における成形下死点の位置に至るまでに、前記コア部が前記巻回体から引き出されるコア部取出し工程を備える構成としてもよい。

【0012】

上記の構成によれば、可動型が固定型へ向かって移動している間にコア部が引き出されることにより、複数の工程が連続して、又は、一部並行して行われるため、製造効率を高めることができる。

【0013】

一実施形態では、前記固定型及び前記可動型は、一方が凹部、他方が凸部を備え、前記凹部及び前記凸部はそれぞれ、天板形成部と該天板形成部の両端部から延びる側壁形成部とを有して前記巻回体を断面ハット形状へ成形可能であり、前記巻回体を前記凸部へ配置した後、前記対向面を突き合わせることにより、前記巻回体を前記凸部から外側へ流動させ、前記突出部は、前記凸部よりも外側に設けられる構成としてもよい。

【0014】

上記の構成によれば、高強度な断面ハット形状の成形体を容易に製造可能となる。また、巻回体を構成する強化繊維及び樹脂材料が流動する方向である凸部の外側に突出部が設けられることにより、突出部の外周、つまり、成形体の孔の外周において強化繊維を含む領域と含まない領域を設けることが容易となる。

【0015】

一実施形態では、前記巻回体は、強化繊維の延伸方向が前記天板形成部と前記側壁形成部との間に形成される角部の延びる方向へ沿うように、前記天板形成部に配置される構成としてもよい。

【0016】

上記の構成によれば、強化繊維の延伸方向を天板形成部と側壁形成部との間の角部の延びる方向へ沿わせることで、強化繊維が樹脂材料とともに天板形成部から側壁形成部を介して外側へ向かって流動し、突出部へ到達し易くなるため、孔の外周において強化繊維を含む領域と含まない領域をより確実に設けることができる。

【0017】

さらに、前記課題を解決するために、ここに開示された技術は、強化繊維と樹脂材料を含む成形体の製造装置であって、強化繊維の延伸方向に対して交差する方向に延びる回転軸を有し、互いに離間する複数の折返し部材の外周に、前記強化繊維の束に樹脂材料を含浸させた繊維強化樹脂材料を巻き付け可能に構成されたコア部と、互いに対向する対向面を有し、前記コア部によって巻回された前記繊維強化樹脂材料の巻回体を、該対向面の間に挟み込んで変形させる固定型及び可動型と、前記固定型及び前記可動型の少なくとも一方に設けられ、変形前の前記巻回体に対して非接触となる位置、かつ、変形後の巻回体に接触する位置において、一方の前記対向面から他方の前記対向面へ延びる突出部と、を備える構成とした。

【0018】

上記の構成によれば、突出部は変形前の巻回体に対して非接触となる位置、かつ、変形後の巻回体に接触する位置に延びるため、巻回体の変形によって流動した繊維強化樹脂材料に外周を囲まれて孔を形成する。そのため、繊維強化樹脂材料中の強化繊維が破断することを防ぎ、孔を有する高強度の成形体を容易に製造可能となる。また、このような位置に設けられることで、突出部は、巻回体の変形によって流動する強化繊維の移動を規制するため、成形体の孔周りにおいて、強化繊維を含む領域と含まない領域を容易に設けることが可能となる。

【0019】

一実施形態では、前記固定型及び前記可動型は、一方が凹部、他方が凸部を備え、前記巻回体を断面ハット形状へ成形可能に、天板形成部、前記天板形成部の両端部から延びる側壁形成部、及び前記側壁形成部から延びるフランジ形成部を有し、前記突出部は、前記フランジ形成部に設けられる構成としてもよい。

【0020】

上記の構成によれば、高強度な断面ハット形状の成形体を容易に製造可能となる。また、突出部はフランジ形成部に設けられることにより、孔の外周において強化繊維を含む領域と含まない領域とをより容易に設けることが可能となる。

【0021】

さらに、前記課題を解決するために、ここに開示された技術は、強化繊維及び樹脂材料を含む成形体であって、天板部、該天板部の両端から延びる側壁部、及び該側壁部の両側から延びるフランジ部を備え、前記フランジ部に孔を有する断面ハット形状であり、前記強化繊維が、前記天板部と前記側壁部との間に形成される稜線部の延びる方向に沿って延伸するとともにその延伸方向に複数回折り返されて補強部を構成し、前記フランジ部は、前記孔の外周において、前記天板部から離れる方向に前記強化繊維を含まない非補強部を有する構成とした。

【0022】

上記の構成によれば、成形体は、孔の外周において、強化繊維を含む領域と含まない領域を含むため、部品としての強度を有しつつも、取り外し時に破断させ易い。

【発明の効果】

【0023】

以上説明したように、ここに開示された成形体の製造方法及び製造装置によると、繊維強化樹脂材料を含み、孔の外周の所定の領域において強化繊維を含まない高機能な成形体を容易に製造可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】成形体の製造装置の例示的な概略図である。

【図2】プレス機の概略断面図である。

【図3】図２のIII-III矢視図である。

【図4】成形工程前のプレス機の概略断面図である。

【図5】図４のV-V矢視図である。

【図6】突出部挿通工程におけるプレス機の概略断面図である。

【図7】図６のVII-VII線断面図である。

【図8】コア部取出し工程後におけるプレス機の概略断面図である。

【図9】図８のIX-IX線断面図である。

【図10】樹脂追加工程及び硬化工程におけるプレス機の概略断面図である。

【図11】硬化工程後の固定型及び成形体の平面図である。

【図12】成形体の斜視図である。

【図13】成形体の製造方法の一例を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0025】

以下、例示的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。以下の説明では、左右、上下、前後といった方向を示す用語を用いるが、これらの方向を示す用語は構成要素の配置や製造装置の駆動方向を限定するものではない。また、説明の便宜上、各構成の縮尺は適宜変更しており、必ずしも厳密に図示されたものではない。

【0026】

図中に示すＸ，Ｙ及びＺは、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向を示す。下記の実施形態において、Ｘ軸方向は左右方向を示し、Ｙ軸方向は前後方向を示し、Ｚ軸方向は上下方向を示す。これらの方向は実施形態によって変更可能であり、製造装置の駆動方向を限定するものではない。

【0027】

図１は、成形体の製造装置の例示的な概略図である。製造装置１は、強化繊維と樹脂材料を含む成形体の製造装置であって、強化繊維の束に樹脂材料を含浸させた繊維強化樹脂材料２を所定の形に成形するとともに、孔を形成した成形体の製造装置である。製造装置１は、繊維強化樹脂材料２を巻き出す巻出ロール３と、繊維強化樹脂材料２を巻き付け可能に構成されたコア部４と、成形体を成形するプレス機５を備える。

【0028】

強化繊維は、繊維強化樹脂材料として使用可能なものであれば特に限定されないが、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、又は、アクリル、竹若しくはヘンプを原料とする繊維を用いることができる。強化繊維の太さは、例えば、１～３５０μｍｍのもの、好ましくは１～５０μｍｍである。強化繊維は何色であってもよい。また、強化繊維は、巻き取り可能であればその硬度は問わないが、例えば最小曲げ半径が１ｍｍ以上であることが好ましい。強化繊維が樹脂材料によって束にされることで、強化繊維の延伸方向（図１ではＸ軸方向）に沿って延びる繊維強化樹脂材料２が生成される。

【0029】

樹脂材料は、繊維強化樹脂材料として使用可能なものであれば特に限定されないが、例えば、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂のいずれでもよい。熱硬化性樹脂のみ、熱可塑性樹脂のみ、又は、熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂の両方を用いてもよい。樹脂材料には着色剤や他の添加剤を加えてもよい。

【0030】

熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂、アクリレート樹脂、フェノキシ樹脂、ウレタン樹脂、シアネート樹脂等を用いることができる。熱硬化性樹脂は、１種でもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。熱硬化性樹脂は、粘度が１００～１０，０００Ｐａ・ｓｅｃであることが好ましい。

【0031】

熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリエステル系樹脂、スチレン系樹脂、フッ素樹脂、オレフィン系樹脂等を用いることができる。熱可塑性樹脂は、１種でもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。熱可塑性樹脂は、ＭＦＲ（メルトフローレート）が５～６０ｇ／１０ｍｉｎであることが好ましい。

【0032】

巻出ロール３は、円柱状であり、外周に強化繊維の束に樹脂材料を含浸させた繊維強化樹脂材料２を巻き付けてある。巻出ロール３は、回転しながら繊維強化樹脂材料２を巻き出し、巻き出された繊維強化樹脂材料２はコア部４に巻き付けられる。強化繊維の延伸方向は、繊維強化樹脂材料２の延伸方向と略平行であり、本実施形態においてはＸ軸方向である。巻出ロール３の設置は任意であり、例えば、繊維強化樹脂材料２は、強化繊維の束に樹脂を含浸させて生成される工程から、連続的にコア部４へ巻き付けられてもよい。

【0033】

コア部４は、巻出ロール３の巻き出し方向に配置される。コア部４は、繊維強化樹脂材料２を巻き付けて巻回体１０を形成する。コア部４は、強化繊維の延伸方向に対して交差する方向に延びて設けられる。具体的には、コア部４は強化繊維の延伸方向に対して交差する方向に延びる回転軸４ａと、回転軸４ａを挟んで両側に、互いに離間する複数の折返し部材４１，４１を備える。コア部４は回転軸４ａを中心に回転することにより、折返し部材４１，４１の外周に繊維強化樹脂材料２を巻き付ける。本実施形態において、コア部４は、強化繊維の延伸方向に対して略垂直方向に延びて設けられており、その延設方向はＹ軸方向である。

【0034】

複数の折返し部材４１，４１は、強化繊維の延伸方向に対して交差する方向に延びて設けられる。折返し部材４１は、長細い円柱状の部材である。繊維強化樹脂材料２は、複数の折返し部材４１，４１の外周に巻き付けられて巻回体１０を形成する。この、コア部４へ繊維強化樹脂材料２を巻き付けて巻回体１０を形成する工程を巻回工程と呼ぶ。図１に示すように、折返し部材４１，４１は、繊維強化樹脂材料２を折返し部材４１の延設方向に少しずつ位置をずらしながら巻き付けられることにより、折返し部材４１の延設方向に所定の幅を有する巻回体１０を形成する。

【0035】

巻回体１０は、繊維強化樹脂材料２がその延伸方向に複数回折り返されるとともに、巻き回されて繊維強化樹脂材料２の延伸方向と交差する方向（図１ではＹ軸方向）に配列する。巻回体１０は、折返し部材４１への繊維強化樹脂材料２の巻き付け量を増やすことにより、成形体が含有する繊維強化樹脂材料２の量を増やし、成形体における巻き回された強化繊維を増やすことができるため、成形体の強度を高めることが容易となる。繊維強化樹脂材料２は、複数の折返し部材４１，４１の外周に巻き付けられることにより、折返し部材４１，４１において、強化繊維及び繊維強化樹脂材料２の折返し部２ａ，２ａが形成される。折返し部２ａ、２ａは、強化繊維及び繊維強化樹脂材料２の延伸方向に複数形成される。

【0036】

プレス機５は、コア部４に隣接して配置される。プレス機５は、互いに対向する対向面５１０，５２０を有する可動型５１及び固定型５２と、樹脂注入装置５５を備える。コア部４は、可動型５１及び固定型５２の間へ進入可能であるとともに、可動型５１及び固定型５２の間から外側へ退避可能である。プレス機５は、可動型５１及び固定型５２の間に巻回体１０を配置した後、可動型５１を固定型５２へ接近させて対向面５１０,５２０を突き合わせることにより、巻回体１０を挟み込んで変形させ、成形体を成形する。この、可動型５１及び固定型５２により巻回体１０を挟み込んで変形させ、成形体を成形する工程を成形工程と呼ぶ。

【0037】

図２は、可動型５１及び固定型５２の概略断面図であり、図３は図２のIII-III矢視図である。本実施形態の可動型５１は、図２に示すように、固定型５２の上方に配置され、上下動可能な金型である。固定型５２は、可動型５１の下方に固定された金型である。可動型５１及び固定型５２は、巻回体１０を、天板部と該天板部の両端から延びる側壁部とを有する断面ハット形状の成形体へ成形可能に構成される。

【0038】

可動型５１の対向面５１０は、上方に凹む凹部を有する。その凹部は、天板形成部５１ａと、天板形成部５１ａの前後方向両端部から下方へ傾斜する側壁形成部５１ｂ，５１ｂから構成される。天板形成部５１ａ及び側壁形成部５１ｂの境界に角部５１ｄが延びる。本実施形態において角部５１ｄは左右方向に延びる。側壁形成部５１ｂの下端部から、前後方向外側にフランジ形成部５１ｃが延びる。天板形成部５１ａは成形体の天板部の上面を形成し、角部５１ｄは成形体の稜線部の外面を形成し、側壁形成部５１ｂは成形体の側壁部の外面を形成し、フランジ形成部５１ｃは成形体のフランジ部の上面を形成する。

【0039】

可動型５１は、成形体に孔を形成するための突出部５３を有する。突出部５３は、コア部４の延設方向に対して交差する方向に延びる。突出部５３は、変形前の巻回体１０に対して非接触となり、かつ、変形後の巻回体１０に接触する位置であるフランジ形成部５１ｃにおいて、可動型５１の対向面５１０から固定型５２の対向面５２０へ向かって下方へ延びる。突出部５３は針状であり、下端が先細る。突出部５３は、少なくともコア部４の延設方向に複数設けられることが好ましい。前後２箇所の各フランジ形成部５１ｃ，５１ｃにおいて、突出部５３は、繊維強化樹脂材料２の延びる方向（図１ではＸ軸方向）、つまり、左右方向に２つ形成されている。突出部５３は、可動型５１の上下動に伴い、可動型側から巻回体１０に対して相対移動する。可動型５１は、樹脂注入孔５１ｅを有する。樹脂注入孔５１ｅは、天板形成部５１ａにおいて対向面５１０からその反対側面へ連通する。

【0040】

固定型５２の対向面５２０は、上方に突出する凸部を有する。その凸部は、天板形成部５２ａと、天板形成部５２ａの前後方向両端部から下方へ傾斜する側壁形成部５２ｂ，５２ｂから構成される。天板形成部５２ａ及び側壁形成部５２ｂの境界に角部５２ｅが左右方向に延びて形成される。実施形態において角部５２ｅは左右方向に延びて形成される。側壁形成部５２ｂの下端部から、前後方向外側にフランジ形成部５２ｃが延びる。フランジ形成部５２ｃの外側には、フランジ形成部５２ｃよりも上方に当接部５２ｄが形成される。図３に示すように、当接部５２ｄは対向面５２０の外周縁部に形成される。天板形成部５２ａは成形体の天板部の下面を形成し、角部５２ｅは成形体の稜線部の内面を形成し、側壁形成部５２ｂは成形体の側壁部の内面を形成し、フランジ形成部５２ｃは成形体のフランジ部の下面を形成する。当接部５２ｄは、成形下死点において、可動型５１のフランジ形成部５１ｃの外周縁部に当接する。

【0041】

固定型５２のフランジ形成部５２ｃには、下方へ延びる長細い受孔５４が設けられる。受孔５４は突出部５３に対向する位置に設けられる。可動型５１が下降すると、突出部５３は受孔５４へ挿入される。

【0042】

樹脂注入装置５５は、可動型５１の上部に設けられる。樹脂注入装置５５には、追加用の樹脂材料が収容される。樹脂注入装置５５は、樹脂注入孔５１ｅを介して、樹脂を可動型５１と固定型５２の間に注入可能に構成される。

【0043】

本実施形態では、固定型に受孔を設け、成形体に孔を形成するための突出部を可動型に設けたが、突出部は、固定型又は可動型の少なくとも一方に設けられていればよい。また、突出部は、固定型側又は可動型側のいずれかの方向から巻回体に対して相対移動可能であればよい。例えば、可動型に受孔を設け、固定型に突出部を設けてもよく、突出部は固定型側から巻回体に対して相対移動してもよい。また例えば、可動型及び固定型の両方に突出部及び受孔を設けてもよい。本実施形態では、固定型が凸部、可動型が凹部を備えるが、固定型及び可動型は、一方が凹部、他方が凸部を備えればよい。本実施形態では、樹脂注入孔は可動型に設けたが、固定型に設けられてもよく、樹脂注入装置も固定型側に設けてもよい。

【0044】

次に、製造装置１による巻回体１０の成形方法について説明する。

【0045】

図４は、成形工程前のプレス機の概略断面図であり、図５は、図４のV-V矢視図である。図４及び図５に示すように、可動型５１及び固定型５２が上下方向に十分な距離を開け、突出部５３が固定型５２の天板形成部５２ａから間隔を開けて上方に位置するとき、コア部４は、可動型５１及び固定型５２の間へ進入可能である。コア部４は、巻回体１０を巻き付けた状態で可動型５１及び固定型５２の間へ進入する。本実施形態において、コア部４は前後方向に平行移動して、可動型５１及び固定型５２の間へ進入する。コア部４は、天板形成部５１ａ，５２ａと側壁形成部５１ｂ，５２ｂとの境界である角部５１ｄ，５２ｅが延びる方向（図１ではＸ軸方向）と、コア部４の延設方向（図１ではＹ軸方向）とが略垂直となる角度で、可動型５１及び固定型５２の間へ進入する。

【0046】

コア部４は、天板形成部５２ａ上へ巻回体１０を配置する。巻回体１０は、強化繊維及び繊維強化樹脂材料２の延伸方向が、天板形成部５１ａ，５２ａと側壁形成部５１ｂ，５２ｂとから形成される角部５１ｄ，５２ｅが延びる方向と略平行となるよう配置される。折返し部材４１，４１は、天板形成部５２ａの左右両端部に配置される。強化繊維及び繊維強化樹脂材料２の折返し部２ａ、２ａは、天板形成部５２ａの左右両端部に位置する。

【0047】

図６は、突出部挿通工程におけるプレス機の概略断面図であり、図７は、図６のVII-VII線断面図である。図４に示した状態から、可動型５１の下降に伴って、突出部５３が下降し、固定型５２の受孔５４へ挿入される。この時、突出部５３は、天板形成部５１ａに配置された変形前の巻回体１０に対して非接触状態である。この、突出部５３を受孔５４へ挿通させる工程を、突出部挿通工程と呼ぶ。

【0048】

突出部挿通工程において、巻回体１０は、可動型５１と固定型５２のいずれか一方の対向面５１０，５２０に配置されればよい。本実施形態では、巻回体１０は、固定型５２の天板形成部５２ａ上へ配置したが、これに限らず、可動型の天板形成部５１ａに配置してもよい。

【0049】

図６の状態から、さらに可動型５１が降下し、可動型５１の対向面５１０がコア部４へ衝突する前に、可動型５１と固定型５２の間からコア部４が取り出される。より具体的には、突出部５３が受孔５４へ挿通されながら、可動型５１及び固定型５２が成形下死点の位置に至るまでに、コア部４が巻回体１０から引き出される。コア部４は、巻回体１０を天板形成部５２ａ上に残して、可動型５１と固定型５２の間から取り出される。この、巻回体１０からコア部４を引き出す工程をコア部取出し工程と呼ぶ。

【0050】

図８は、コア部取出し工程後におけるプレス機の概略断面図であり、図９は、図８のIX-IX線断面図であって、可動型を省略した図である。

【0051】

図１０は、樹脂追加工程及び硬化工程におけるプレス機の概略断面図である。コア部４が引き出された後、可動型５１のフランジ形成部５１ｃの一部が固定型５２の当接部５２ｄに当接し、図１０に示す成形下死点の位置となる。可動型５１及び固定型５２が、成形下死点へ至る前、又は、成形下死点へ至った後、樹脂注入装置５５から追加の樹脂材料が、樹脂注入孔５１ｅを介して可動型５１と固定型５２の間の空間へ注入される。この、対向面５１０，５２０の間に樹脂材料を追加する工程を樹脂追加工程と呼ぶ。その後、成形下死点において、可動型５１及び固定型５２が加熱されることにより、巻回体１０は変形及び硬化されて成形体１００となる。この、巻回体１０を硬化させる工程を硬化工程と呼ぶ。硬化工程では、例えば、加熱処理、若しくは、常温で長時間放置するなど、使用する樹脂材料の種類に応じた硬化方法で繊維強化樹脂材料を硬化させる。

【0052】

図１１は、硬化工程後の固定型及び成形体の平面図である。固定型５２及び可動型５１は、巻回体１０を凸部へ配置した後、対向面５１０，５２０を突き合わせることにより、強化繊維及び樹脂材料を凸部から外側へ流動させて、巻回体１０を変形させる。硬化工程の前、繊維強化樹脂材料２は、巻回体１０として固定型５２の天板形成部５２ａ上に配置されるが、可動型５１及び固定型５２によってプレスされ、熱を加えられることで、強化繊維及び樹脂材料が流動及び硬化し、成形体１００となる。繊維強化樹脂材料２中の強化繊維は、強化繊維の配列方向に流動する。本実施形態の巻回体１０では、強化繊維が、角部５１ｄ，５２ｅが延びる方向を延伸方向として折り返されるとともに、巻き返されて角部５１ｄ，５２ｅが延びる方向に対して略垂直な方向へ配列する。そのため、繊維強化樹脂材料２中の強化繊維は、樹脂材料とともに、角部５１ｄ，５２ｅが延びる方向に対して略垂直な方向、つまり、天板形成部５２ａからフランジ形成部５２ｃへ流動して成形体１００となる。突出部５３は、凸部よりも外側、つまり、強化繊維及び樹脂材料の流動方向において天板形成部５１ａ及び側壁形成部５１ｂよりも外側（下流側）となるフランジ形成部５１ｃに設けられる。天板形成部５２ａからフランジ形成部５１ｃへ流動した強化繊維は、突出部５３によって流動を規制されるとともに、突出部５３のない領域において外側へ流動する。成形体１００は、突出部５３を抜き取った箇所に孔１０４を有する。

【0053】

図１２は、成形体の斜視図である。上記の製造装置１によって製造した成形体１００は、天板部１０１と、該天板部１０１の両端から下方に延びる側壁部１０２と、天板部１０１及び側壁部１０２の間に形成される稜線部１０５と、側壁部１０２の下端部から外側に延びるフランジ部１０３を有する。成形体１００は、例えば自動車のピラー等に用いられる断面ハット形状の部材である。

【0054】

成形体１００は、補強部１００ａと非補強部１００ｂを有する。補強部１００ａとは、強化繊維が、その延伸方向に複数回折り返されるとともに、巻き回されてその延伸方向と交差する方向に配列する領域である。補強部１００ａにおいて、強化繊維は、天板部１０１と側壁部１０２から形成される稜線部１０５の延びる方向に沿って延びる。非補強部１００ｂは、強化繊維を含まない領域である。フランジ部１０３は孔１０４を有する。本実施形態において、繊維強化樹脂材料２は天板部１０１からフランジ部１０３に亘って流動するため、天板部１０１からフランジ部１０３に亘って補強部１００ａが存在するが、フランジ部１０３において、突出部５３が強化繊維の流動を規制するため、フランジ部１０３の一部の領域は非補強部１００ｂである。フランジ部１０３は、孔１０４の外周において、天板部１０１から離れる方向、つまり、強化繊維の流動方向における外側に強化繊維を含まない非補強部１００ｂを有する。孔１０４は補強部１００ａと非補強部１００ｂとの境界に位置する。補強部１００ａと非補強部１００ｂとの境界は波状である。成形体１００は、補強部１００ａによって部品としての強度を備えつつ、孔１０４の外周の一部に形成された非補強部１００ｂによって、取り外しの際に容易に破断させることが可能である。

【0055】

図１３は、成形体の製造方法の一例を示すフローチャートである。上記したように、本開示の成形体の製造方法は、巻回工程Ｓ１０と、成形工程Ｓ２０とを備える。成形工程Ｓ２０は、突出部挿通工程Ｓ１１、コア部取出し工程Ｓ１２、樹脂追加工程Ｓ１３及び硬化工程Ｓ１４を含む。

【0056】

巻回工程Ｓ１０は、強化繊維の束に樹脂材料を含浸させた繊維強化樹脂材料２を、強化繊維の延伸方向に対して交差する方向に延設されたコア部４へ巻き付け、巻回体１０を生成する工程である。この工程により、繊維強化樹脂材料２中の強化繊維を切断することなく成形体の原料となる巻回体１０を形成できる。

【0057】

突出部挿通工程Ｓ１１は、突出部５３を受孔５４へ挿通させる工程である。突出部挿通工程Ｓ１１において、突出部５３は、天板形成部５１ａに配置された変形前の巻回体１０に対して非接触である。硬化工程Ｓ１４の前に突出部５３を配置しておき、硬化工程Ｓ１４の後、突出部５３が引き抜かれることで、突出部５３の位置に孔１０４が形成される。この工程により、成形体１００の孔１０４となる部分を容易に形成可能であり、強化繊維の破断を防止できる。

【0058】

コア部取出し工程Ｓ１２は、突出部挿通工程Ｓ１１の後、硬化工程Ｓ１４の前に、固定型５２及び可動型５１が硬化工程Ｓ１４における成形下死点の位置に至るまでに、コア部４が巻回体から引き出される工程である。可動型５１が固定型５２へ向かって移動している間にコア部４が引き出されることにより、複数の工程が連続して、又は、一部並行して行われるため、製造効率を高めることができる。

【0059】

樹脂追加工程Ｓ１３は、可動型５１及び固定型５２が、成形下死点へ至る前、又は、成形下死点へ至った後、樹脂注入装置５５から追加の樹脂材料が、樹脂注入孔５１ｅを介して可動型５１と固定型５２の間の空間へ注入される工程である。巻回体１０がプレスされることで巻回体１０から染み出る樹脂材料だけでも成形体１００を成形可能であるが、樹脂材料を追加することで、より確実に成形体１００を成形できる。

【0060】

硬化工程Ｓ１４は、孔を形成した巻回体１０を硬化させる工程である。本実施形態では、プレス機５により巻回体１０を成形するとともに熱硬化させる。巻回体１０は、プレス機５により変形され、突出部５３の外周へ強化繊維及び樹脂材料を流動させた状態で硬化される。

【0061】

上記のように構成した製造方法及び製造装置によれば、繊維強化樹脂材料中の強化繊維が破断することを防ぎ、孔を有する高強度の成形体を容易に製造可能となる。また、このような位置に設けられることで、突出部は、巻回体の変形によって流動する強化繊維の移動を規制するため、成形体の孔周りにおいて、強化繊維を含む領域と含まない領域を容易に設けることが可能となる。さらに、強化繊維を切断することなく、折り返されるとともに巻き回された強化繊維により補強部を構成するため、この製造方法及び製造装置によって製造した成形体をリサイクルする場合、樹脂材料を溶融させると、強化繊維が容易に解け、長い強化繊維を回収することが可能となるため、リサイクル性が非常に高い。

【0062】

前述の実施形態は単なる例示に過ぎず、本開示の範囲を限定的に解釈してはならない。本開示の範囲は請求の範囲によって定義され、請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本開示の範囲内のものである。

【産業上の利用可能性】

【0063】

ここに開示された技術は、繊維強化樹脂材料を含み、孔を有する成形体の製造方法及び製造装置として好適に利用される。

【符号の説明】

【0064】

１ 製造装置
２ 繊維強化樹脂材料
２ａ 折返し部
３ 巻出ロール
４ コア部
４ａ 回転軸
５ プレス機
１０ 巻回体
４１ 折返し部材
５１ 可動型
５２ 固定型
５３ 突出部
５４ 受孔
５５ 樹脂注入装置
１００ 成形体
１００ａ 補強部
１００ｂ 非補強部
１０１ 天板部
１０２ 側壁部
１０３ フランジ部
１０４ 孔
１０５ 稜線部
Ｓ１０ 巻回工程
Ｓ１１ 突出部挿通工程
Ｓ１２ コア部取出し工程
Ｓ１３ 樹脂追加工程
Ｓ１４ 硬化工程
Ｓ２０ 成形工程

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】