JP2014156012A - 熱可塑性樹脂成形体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】凹凸形状を有するシート状熱可塑性樹脂成形体を成形するに際し、凹凸部の肉厚変化が少なく、外観や強度に優れた成形品を容易にかつ確実に成形することが可能な方法を提供する。
【解決手段】キャビティに凹凸形状がある上型と下型からなる成形型を用い、該成形型内に加熱、溶融した熱可塑性樹脂シートを設置し、型締めした後、加圧し冷却固化して熱可塑性樹脂成形体を得るスタンピング成形を行うに際し、キャビティの凹凸形状部において、熱可塑性樹脂シートを、投影長さより実シート長が長くなる状態で成形型内に設置してスタンピング成形することを特徴とする熱可塑性樹脂成形体の製造方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱可塑性樹脂成形体の製造方法に関し、とくに、凹凸形状を有するシート状成形体のスタンピング成形に好適な熱可塑性樹脂成形体の製造方法に関する。

シート状や板状の熱可塑性樹脂を深い凹部や高い凸部を有する成形体に成形する方法として、深絞り成形方法が知られている（例えば、特許文献１）。一方、凹凸形状を有する（つまり、複数の凹凸を有する）シート状成形体の成形においては、とくに、キャビティに高い凹凸がある成形型でスタンピング成形する場合には、非常に高いプレス圧を必要とするため、一般的に、基材を流動させない絞り成形を行っている。

例えば図３に示すように、キャビティに凹凸形状がある上型１０１と下型１０２からなる成形型１０３を用い、該成形型１０３の下型１０２上に、加熱、溶融した熱可塑性樹脂シート１０４からなる基材を設置し（図３（Ａ））、型締めを開始する（図３（Ｂ））。このとき、上型１０１と下型１０２の凹凸部間で熱可塑性樹脂シート１０４が絞られ、例えば延伸部１０５で延伸される。その後、型締めを進め、加圧（プレス）し、冷却固化して、例えば薄肉化部１０６を有する凹凸形状のシート状熱可塑性樹脂成形体１０７がスタンピング成形される（図３（Ｃ））。

しかしながら、図３に示したような絞り成形の場合、絞り部の基材が延伸されて薄肉化し、プレス圧が十分かからなくなる傾向にある。その結果、成形品に望ましくない肉厚変化や外観不良、ボイド等が発生し、それらに起因する強度低下を招く懸念があった。

特開平８−１１２８５６号公報

そこで本発明の課題は、上記のような問題点に着目し、凹凸形状を有するシート状熱可塑性樹脂成形体を成形するに際し、凹凸部の肉厚変化が少なく、外観や強度に優れた成形品を容易にかつ確実に成形することが可能な熱可塑性樹脂成形体の製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る熱可塑性樹脂成形体の製造方法は、キャビティに凹凸形状がある上型と下型からなる成形型を用い、該成形型内に加熱、溶融した熱可塑性樹脂シートを設置し、型締めした後、加圧し冷却固化して熱可塑性樹脂成形体を得るスタンピング成形を行うに際し、前記キャビティの凹凸形状部において、前記熱可塑性樹脂シートを、投影長さより実シート長が長くなる状態で成形型内に設置してスタンピング成形することを特徴とする方法からなる。

このような本発明に係る熱可塑性樹脂成形体の製造方法においては、キャビティの凹凸形状部において、成形のための基材となる熱可塑性樹脂シートが、その投影長さより実シート長が長くなる状態で（つまり、熱可塑性樹脂シートがいずれかの形状に撓められた状態で）成形型内に設置され、その状態にて成形型が型締めされてスタンピング成形されるので、成形時に熱可塑性樹脂シートが長さに関して予め余裕を与えられた状態でスタンピング成形されることになり、例えば図３（Ｂ）に示したような延伸部での絞り比が小さくなって（延伸部での延伸が小さく抑えられて）、この部分の肉厚の変化が小さく抑えられて成形が円滑に行われ、肉厚がより均一化された成形体に成形される。その結果、凹凸部における肉厚の望ましくない変化が少なく、ボイド等の発生が抑えられ、強度上も局部的に弱い部位が生じるのが防止されて、外観や強度にも優れた熱可塑性樹脂成形体を容易にかつ確実に成形することが可能になる。

上記本発明に係る熱可塑性樹脂成形体の製造方法においては、上記熱可塑性樹脂シートを、上記下型の凹凸形状に沿った波形状態に設置してスタンピング成形することができる。熱可塑性樹脂シートを波形状態にしておくことで、熱可塑性樹脂シートに長さに関して予め余裕を与えておくことができ、その状態でスタンピング成形することができる。この場合、例えば、上記上型に熱可塑性樹脂シートを上記下型の凹凸形状に沿って押し込むための可動ピンを有する成形型を用いてスタンピング成形することが好ましい。このような可動ピンを作動させることにより、容易に熱可塑性樹脂シートを望ましい波形状態にすることが可能になる。

あるいは、上記本発明に係る熱可塑性樹脂成形体の製造方法においては、上記熱可塑性樹脂シートを、上記下型上に弓なり状態に設置してスタンピング成形することもできる。熱可塑性樹脂シートを弓なり状態にしておくことで、熱可塑性樹脂シートに長さに関して予め余裕を与えておくことができ、その状態でスタンピング成形することができる。この場合、例えば、上記下型に熱可塑性樹脂シートを弓なり状態に上記下型上に設置するための可動ピンを有する成形型を用いてスタンピング成形することが好ましい。このような可動ピンを作動させることにより、容易に熱可塑性樹脂シートを望ましい弓なり状態にすることが可能になり、さらには、後述の実施形態に示すように、続いてその弓なり状態から例えば下型の凹凸形状に沿った望ましい波形状態にすることが可能になる。熱可塑性樹脂シートを下型上に弓なり状態に設置する場合には、上記弓なり状態に設置した熱可塑性樹脂シートの弦長と弧長の比が、例えば１：１．１〜１：１．５の範囲にあることが好ましい。このような範囲にすることで、熱可塑性樹脂シートに長さに関して予め十分な余裕を容易に与えておくことができる。

本発明に係る熱可塑性樹脂成形体の製造方法は、上記キャビティの凹凸形状の凹凸の大きさが２０ｍｍ以上である場合に、特に有効である。換言すれば、図３に示したような従来の方法においては、キャビティの凹凸形状の凹凸の大きさが２０ｍｍ以上の場合に前述したような問題が生じやすかったが、本発明に係る方法により、上記キャビティの凹凸形状の凹凸の大きさが２０ｍｍ以上である場合にも、そのような問題の発生が防止される。

また、本発明に係る熱可塑性樹脂成形体の製造方法において、使用する上記熱可塑性樹脂シートとしては、樹脂のみからなる熱可塑性樹脂シートを使用する場合は勿論のこと、強化繊維で補強された繊維強化熱可塑性樹脂シートを使用する場合にも本発明は適用できる。むしろ、熱可塑性樹脂シートの場合の方が、前述したようなキャビティの凹凸形状に起因する問題が発生しやすい場合もあるので、そのような場合に対して本発明は特に有効である。

上記のように繊維強化熱可塑性樹脂シートを成形用基材として使用する場合、繊維強化熱可塑性樹脂シートを構成する強化繊維としては、特に限定されないが、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維のいずれかから選ばれる１つ以上を使用することができる。とくに炭素繊維を含む場合、機械特性に優れた繊維強化熱可塑性樹脂成形体を製造することができる。

また、繊維強化熱可塑性樹脂シートを成形用基材として使用する場合、上記繊維強化熱可塑性樹脂シートが、強化繊維がランダムに配向した強化繊維層に熱可塑性樹脂を含浸させた繊維強化熱可塑性樹脂からなるものであることが好ましい。強化繊維がランダムに配向していることにより、スタンピング成形時に熱可塑性樹脂とともに強化繊維が均一に流動、分散しやすくなり、成形後の成形体の強度や外観の均一性も確保しやすくなる。

また、その場合、スタンピング成形時の基材の流動性を一層良好に保つために、上記強化繊維層を構成する強化繊維の繊維長が１０ｍｍ〜１００ｍｍの範囲にあることが好ましい。

本発明における上記熱可塑性樹脂シートを構成する熱可塑性樹脂としては特に限定されないが、成形容易性の面から、とくにスタンピング成形の容易性の面から、例えば、ポリアミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミドのいずれかから選ばれる少なくとも一つからなることが好ましい。

このように、本発明に係る熱可塑性樹脂成形体の製造方法によれば、熱可塑性樹脂シートを投影長さより実シート長が長くなる、長さに関して予め余裕を与えられた状態にしてスタンピング成形するようにしたので、凹凸部における肉厚変化が少なく、外観と強度にも優れた熱可塑性樹脂成形体を容易にかつ確実に成形することが可能になる。

本発明の一実施態様に係る熱可塑性樹脂成形体の製造方法を動作順に示した概略断面図である。 本発明の別の実施態様に係る熱可塑性樹脂成形体の製造方法を動作順に示した概略断面図である。 従来の熱可塑性樹脂成形体の製造方法を動作順に示した概略断面図である。

以下に、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施態様に係る熱可塑性樹脂成形体の製造方法を動作順に示している。図１（Ａ）に示すように、キャビティ１に凹凸形状がある上型２と下型３からなる成形型４を用い、該成形型４内に加熱、溶融した熱可塑性樹脂シート５（例えば、繊維強化熱可塑性樹脂シート）を設置するに際し、熱可塑性樹脂シート５を、その投影長さより実シート長が長くなる状態で成形型４内に設置する。本実施態様では、熱可塑性樹脂シート５を、下型３の凹凸形状に沿った波形状態に設置する。この波形状態の形成は、本実施態様では、上型２に設けられた複数の可動ピン６を用い、可動ピン６を下方に向けて下型３の各凸部間に少し入り込むように作動させ、それによって対応する熱可塑性樹脂シート５の各部を下型３の凹凸形状に沿わせて押し込むことにより達成される。押し込んだ後、図１（Ｂ）に示すように可動ピン６を上方に退避させると、下型３の凹凸形状に沿って波形状態とされた熱可塑性樹脂シート５が下型３上に残される。この状態にて、図１（Ｃ）に示すように、下型３に対し上型２を型締めし、所定のプレス圧で加圧し冷却固化して、下型３上に配置されていた波形状態の熱可塑性樹脂シート５をキャビティ１の所定の凹凸形状に沿うようにスタンピング成形する。成形された熱可塑性樹脂シート５は、所定の凹凸形状を有する所定の肉厚のシート状熱可塑性樹脂成形体７となる。

図２は、本発明の別の実施態様に係る熱可塑性樹脂成形体の製造方法を動作順に示している。図２（Ａ）に示すように、キャビティ１１に凹凸形状がある上型１２と下型１３からなる成形型１４を用い、該成形型１４内に加熱、溶融した熱可塑性樹脂シート１５（例えば、繊維強化熱可塑性樹脂シート）を設置するに際し、熱可塑性樹脂シート１５を、その投影長さより実シート長が長くなる状態で成形型１４内に設置する。本実施態様では、熱可塑性樹脂シート１５を、下型１３上に、上方に向けて凸形状の弓なり状態に設置する。この弓なり状態の形成は、本実施態様では、下型１３に設けられた複数の可動ピン１６を用い、可動ピン１６を上方に向けて突き上げるように作動させ、それによって熱可塑性樹脂シート１５の全体を弓なり状態に撓ませることにより達成される。突き上げた後、図２（Ｂ）に示すように可動ピン１６を下方に退避させると、弓なり状態に撓んでいた熱可塑性樹脂シート１５の中央部が下方に変位され、変位された中央部が下型１３上で下型１３の凹凸形状に沿って波形状態とされる。この状態にて、図２（Ｃ）に示すように、下型１３に対し上型１２を型締めし、所定のプレス圧で加圧し冷却固化して、下型１３上に配置されていた波形状態の熱可塑性樹脂シート１５をキャビティ１１の所定の凹凸形状に沿うようにスタンピング成形する。成形された熱可塑性樹脂シート１５は、所定の凹凸形状を有する所定の肉厚のシート状熱可塑性樹脂成形体１７となる。上記成形において、弓なり状態に設置した熱可塑性樹脂シート１５の弦長と弧長の比は、前述したように、１：１．１〜１：１．５の範囲にあることが好ましい。

図１、図２に示したような上記各実施態様に係る方法においては、キャビティ１、１１の凹凸形状部において、成形のための基材となる熱可塑性樹脂シート５、１５が、下型３の凹凸形状に沿った波形状態や、一旦弓なり状態とされ、その弓なり状態から下型１３の凹凸形状に沿った波形状態とされることにより、熱可塑性樹脂シート５、１５の投影長さより実シート長が長くなる状態が実現され、熱可塑性樹脂シート５、１５が長さに関して余裕を与えられた状態とされる。その状態にて成形型４、１４が型締めされてスタンピング成形されるので、すなわち、成形時に熱可塑性樹脂シート５、１５が長さに関して予め余裕を与えられた状態でスタンピング成形されるので、とくに上型２、１２と下型３，１３の凹凸部が互いに係合し合う延伸部での絞り比が小さくなって、この部分で成形される成形体の肉厚の変化が小さく抑えられ、肉厚がより均一化された成形体７、１７に成形される。その結果、凹凸部における望ましくない肉厚変化が抑えられ、ボイド等の発生も抑えられ、強度上も局部的に弱い部位が生じるのが防止されるとともに、外観や強度にも優れた熱可塑性樹脂成形体７、１７が容易にかつ確実に成形される。

そして、熱可塑性樹脂シート５、１５を波形状態や弓なり状態とするための可動ピン６、１６を設けておくことにより、熱可塑性樹脂シート５、１５の成形型４、１４内への配置から型締め、スタンピング成形までの一連の所望の状態、動作が容易にかつ確実に行われる。

本発明に係る熱可塑性樹脂成形体の製造方法は、凹凸形状を有するあらゆるシート状熱可塑性樹脂成形体の製造に適用でき、とくに、繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造に好適なものである。

１、１１ キャビティ
２、１２ 上型
３、１３ 下型
４、１４ 成形型
５、１５ 熱可塑性樹脂シート
６、１６ 可動ピン
７、１７ 熱可塑性樹脂成形体

Claims (12)

1. キャビティに凹凸形状がある上型と下型からなる成形型を用い、該成形型内に加熱、溶融した熱可塑性樹脂シートを設置し、型締めした後、加圧し冷却固化して熱可塑性樹脂成形体を得るスタンピング成形を行うに際し、前記キャビティの凹凸形状部において、前記熱可塑性樹脂シートを、投影長さより実シート長が長くなる状態で成形型内に設置してスタンピング成形することを特徴とする、熱可塑性樹脂成形体の製造方法。
2. 前記熱可塑性樹脂シートを、前記下型の凹凸形状に沿った波形状態に設置してスタンピング成形する、請求項１に記載の熱可塑性樹脂成形体の製造方法。
3. 前記上型に熱可塑性樹脂シートを前記下型の凹凸形状に沿って押し込むための可動ピンを有する成形型を用いてスタンピング成形する、請求項２に記載の熱可塑性樹脂成形体の製造方法。
4. 前記熱可塑性樹脂シートを、前記下型上に弓なり状態に設置してスタンピング成形する、請求項１に記載の熱可塑性樹脂成形体の製造方法。
5. 前記下型に熱可塑性樹脂シートを弓なり状態に前記下型上に設置するための可動ピンを有する成形型を用いてスタンピング成形する、請求項４に記載の熱可塑性樹脂成形体の製造方法。
6. 前記弓なり状態に設置した熱可塑性樹脂シートの弦長と弧長の比が、１：１．１〜１：１．５の範囲にある、請求項４または５に記載の熱可塑性樹脂成形体の製造方法。
7. 前記キャビティの凹凸形状の凹凸の大きさが２０ｍｍ以上である、請求項１〜６のいずれかに記載の熱可塑性樹脂成形体の製造方法。
8. 前記熱可塑性樹脂シートが強化繊維で補強された繊維強化熱可塑性樹脂シートからなる、請求項１〜７のいずれかに記載の熱可塑性樹脂成形体の製造方法。
9. 前記繊維強化熱可塑性樹脂シートを構成する強化繊維が炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維のいずれかから選ばれる１つ以上からなる、請求項８に記載の熱可塑性樹脂成形体の製造方法。
10. 前記繊維強化熱可塑性樹脂シートが、強化繊維がランダムに配向した強化繊維層に熱可塑性樹脂を含浸させた繊維強化熱可塑性樹脂からなる、請求項８または９に記載の熱可塑性樹脂成形体の製造方法。
11. 前記強化繊維層を構成する強化繊維の繊維長が１０ｍｍ〜１００ｍｍの範囲にある、請求項１０に記載の熱可塑性樹脂成形体の製造方法。
12. 前記熱可塑性樹脂シートを構成する熱可塑性樹脂が、ポリアミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミドのいずれかから選ばれる少なくとも一つからなる、請求項１〜１１のいずれかに記載の熱可塑性樹脂成形体の製造方法。

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