熱可塑性PEEK樹脂の超流動性を活用した高速・高性能プレス成形装置の開発

2003年の創業以来、航空宇宙の開発技術を応用した炭素繊維強化PEEK樹脂複合材による人工股関節ステムの研究開発に取り組み、設計・研究試作や特許出願、成型ノウハウの蓄積を進めてきた。国内産業界の複合材製品の設計力向上を目指して設計法の教育や訓練、コンサルティングや個別案件の設計請負も行っている。熱可塑性複合材の成形は主にオートクレーブ法が採用されており、ヨーロッパでは PEEK樹脂の超流動性を活用した製品が現れていた。

PEEK樹脂の超流動性（チキソトロピー）を活用し、炭素繊維強化PEEK樹脂複合材用の高速・高性能プレス成形装置を開発した。加圧ボールネジとサーボモータによる加圧機構、プリヒーターと加圧成形ヒーターを備えた装置を試作し、試験したところ約30分に1個の生産が可能だった。金型の冷却が時間の大部分を占めるため、空冷・水冷の冷却装置を組み合わせれば成形時間を大幅に短縮できると判断された。同形状の供試体をオートクレーブ法と比較したところ、破壊靭性値GIIcはオートクレーブ法が1.396kJ/m2、高速プレス法が1.370kJ/m2で同等の強度が得られた。X線による内部検査では気泡（ボイド）がなく、高品質の熱可塑性複合材製品が得られることを確認した。

開発した高速プレス装置では、オートクレーブ法で約6時間かかっていた成形工程を約30分に1個の生産まで短縮でき、冷却装置の追加により数分内での成形を目指している。破壊靭性はオートクレーブ法と同等で、内部検査でも気泡がなく高品質の製品が得られた。医療用の骨固定具（先端部補強用プレート）の試作では製品品質が非常に良好で、大量生産時のばらつきも少ないと予想され、量産に適した装置であることが確認された。

今後は装置の諸改良により30分に1個の状況から数分内での成形を実現し、量産を想定して装置運転を含む成形工程の全自動化を図る。現状は100×100mm程度以内の成形を対象としているため、大型の高速プレス成形装置の開発も進める予定である。