DE102016209774A1

DE102016209774A1 - Verfahren zum Herstellen eines Harzformkörpers und Pressformvorrichtung

Info

Publication number: DE102016209774A1
Application number: DE102016209774.1A
Authority: DE
Inventors: Tsubasa Ono; Satoshi Yoshizawa; Tadashi IWANUMA
Original assignee: Fuji Jukogyo KK; Toa Industries Co Ltd; Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Toa Industries Co Ltd Ota City Jp; Subaru Corp
Priority date: 2015-06-04
Filing date: 2016-06-03
Publication date: 2016-12-08
Also published as: CN106239878B; JP2017001189A; CN106239878A; US10926448B2; JP6543791B2; US20160354967A1

Abstract

Durch die vorliegende Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines dreidimensionalen faserverstärkten Harzformkörpers durch Pressformen einer erwärmten und erweichten plattenähnlichen Formmatrix unter Verwendung einer Form bereitgestellt, wobei das Verfahren nacheinander die Schritte aufweist: Anordnen der Matrix auf einem unteren Formteil, das ein Stützteil und Formhauptkörper aufweist, durch Anordnen eines Mittelabschnitts der Matrix auf dem Stützteil und Stützen mindestens einer Endseite der Matrix durch mindestens ein Stützelement, das von einer Formungsfläche mindestens eines der Formhauptkörper nach oben hervorsteht, Anordnen eines oberen Formteils und eines unteren Formteils nahe beieinander, um den Mittelabschnitt der Matrix durch das Stützteil und das obere Formteil sandwichartig zu umschließen, weiteres Annähern des oberen Formteils und des unteren Formteils, um das Vorsprungmaß des mindestens einen Stützelements zu vermindern, und Pressen der Matrix unter Verwendung des unteren und des oberen Formteils, um den Formkörper auszubilden.

Description

Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der am 4. Juni 2015 eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2015-113978 , deren gesamter Inhalt hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines faserverstärkten Harzformkörpers und eine Pressformvorrichtung, in der ein faserverstärkter Harzformkörper unter Verwendung einer plattenähnlichen Formmatrix pressgeformt wird.
Herkömmlich sind Strukturteile einer Kraftfahrzeugkarosserie aus Metallmaterialien wie beispielsweise Stahlmaterialien ausgebildet worden. Heutzutage werden, um das Gewicht der Fahrzeugkarosserie zu reduzieren, zunehmend aus faserverstärkten Harzen, wie beispielsweise kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen (CFK), hergestellte Strukturteile mit dreidimensionalen Formen verwendet. Ein aus einem faserverstärkten Harz hergestelltes Strukturteil wird beispielsweise hergestellt durch Erwärmen und Erweichen einer plattenähnlichen Formmatrix, in der faserverstärkte Harzschichten, die mit einem thermoplastischen Matrixharz imprägnierte Verstärkungsfasern aufweisen, stapelförmig angeordnet sind, und anschließendes Ausführen eines Pressformprozesses unter Verwendung einer Form (siehe JP-2014-166702 A ).
Beim Pressformen eines faserverstärkten Harzformkörpers beginnen, wenn eine erwärmte und erweichte Formmatrix direkt auf der Formungsfläche einer Form angeordnet wird, die Kühlung und Verfestigung des thermoplastischen Harzes unmittelbar nach der Anordnung. Wenn ein Harzformkörper mit einer dreidimensionalen Form durch Pressformen hergestellt wird, können das Kühlen und Verfestigen des thermoplastischen Harzes unmittelbar nach dem Anordnen der Formmatrix in Anbetracht der Tatsache, dass die Formungsfläche der verwendeten Form eine konkav-konvexe Form hat, ein Faktor für eine Verminderung der Formbarkeit der Formmatrix sein.
Insbesondere in dem Fall, in dem die Formungsfläche eines unteren Formteils eine nach unten konvexe Form hat, ist, wenn eine Formmatrix angeordnet wird, während das Ende der Formmatrix und das Ende der Formungsfläche des unteren Formteils miteinander ausgerichtet sind, die Fluidität des Materials an einem endseitigen Bereich der Formmatrix aufgrund des Abkühl- und des Verfestigungsvorgangs begrenzt. Daher kann während des Pressvorgangs die Dichte des Materials in dem in einer konkav-konvexen Form ausgebildeten Abschnitt vermindert sein, oder es kann Rissbildung in der Formmatrix auftreten.
Ferner wird in dem Fall, in dem die Formungsfläche eines unteren Formteils eine nach oben konvexe Form hat, wenn eine erwärmte und erweichte Formmatrix angeordnet wird, ein Ende nach unten absinken, so dass es schwierig ist, zu erreichen, dass das Ende der Formmatrix und das Ende der Formungsfläche übereinstimmen. Außerdem können, wenn der Pressvorgang ausgeführt wird, während veranlasst wird, dass das Ende der Formmatrix und das Ende der Formungsfläche miteinander übereinstimmen, abhängig von der Länge der Formmatrix und der Länge des Formkörpers Falten in der Formmatrix auftreten.
Die vorliegende Erfindung wurde hinsichtlich des vorstehend erwähnten Problems entwickelt, und es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen eines faserverstärkten Harzformkörpers und eine Pressformvorrichtung bereitzustellen, die die Formbarkeit bei der Herstellung eines faserverstärkten Harzformkörpers durch Pressformen einer plattenähnlichen Formmatrix verbessern. Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der Ansprüche gelöst.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es wünschenswert, ein Verfahren zum Herstellen eines faserverstärkten Harzformkörpers bereitzustellen, in dem ein faserverstärkter Harzformkörper mit einer dreidimensionalen Form durch Pressformen einer erwärmten und erweichten plattenähnlichen Formmatrix unter Verwendung einer Form hergestellt wird, wobei das Verfahren nacheinander aufweist: (A) einen Schritt, in dem die plattenähnliche Formmatrix auf einem unteren Formteil angeordnet wird, das ein Stützteil in einem Mittelabschnitt und Formhauptkörper auf beiden Seiten des Stützteils aufweist, indem der Mittelabschnitt der plattenähnlichen Formmatrix auf dem Stützteil angeordnet und veranlass wird, dass mindestens eine der beiden Endseiten der plattenähnlichen Formmatrix durch mindestens ein Stützelement gestützt wird, das von einer Formungsfläche mindestens eines der Formhauptkörper nach oben hervorsteht; (B) einen Schritt, in dem ein oberes Formteil und das untere Formteil nahe zueinander gebracht werden, um zu veranlassen, dass der Mittelabschnitt der plattenähnlichen Formmatrix durch das Stützteil und das obere Formteil sandwichartig umschlossen wird; (C) einen Schritt, in dem das obere Formteil und das untere Formteil noch näher zueinander gebracht werden, um das Vorsprungmaß des mindestens einen Stützelements zu vermindern; und (D) einen Schritt, in dem die plattenähnliche Formmatrix unter Verwendung des unteren Formteils und des oberen Formteils gepresst wird, um den faserverstärkten Harzformkörper auszubilden.
In Schritt (A) kann mindestens ein Ende der plattenähnlichen Formmatrix in einem durch das mindestens eine Stützelement gestützten Bereich an einer Außenseite mindestens einer Scherkante angeordnet sein, die in mindestens einem der Formhauptkörper bereitgestellt wird. In Schritt (C) kann das Vorsprungmaß des mindestens einen Stützelements vermindert werden, um das mindestens eine Ende der plattenähnlichen Formmatrix nach unten zu einer Innenseite der mindestens einen Scherkante zu bringen.
Die plattenähnliche Formmatrix kann aus einem faserverstärkten Harz hergestellt sein, in dem in einer Richtung orientierte Verstärkungsfasern mit einem Matrixharz imprägniert sind. In Schritt (A) kann ein Mittelabschnitt der Formmatrix in einer Richtung, die die eine Richtung kreuzt, auf dem Stützteil angeordnet werden, und kann veranlasst werden, dass mindestens eine der beiden Endseiten in der Richtung, die die eine Richtung kreuzt, durch das mindestens eine Stützelement gestützt wird.
In Schritt (D) kann der Pressvorgang ausgeführt werden, nachdem das mindestens eine Stützelement auf die Formoberfläche mindestens eines der Formhauptkörper abgesenkt ist.
In Schritt (A) können eine Oberseite des Stützteils und eine Oberseite des mindestens einen Stützelements über den Formflächen der Formhauptkörper angeordnet sein, kann die plattenähnliche Formmatrix auf dem Stützteil und dem mindestens einen Stützelement angeordnet werden, während ein Bereich der plattenähnlichen Formmatrix zwischen einem auf dem Stützteil angeordneten Abschnitt und einem Abschnitt, der durch das mindestens eine Stützelement gestützt werden soll, mit Hilfe mindestens eines Förderwerkzeugs gestützt wird, und kann dann das mindestens eine Förderwerkzeug von einem Zwischenraum zwischen dem Stützteil und dem mindestens einen Stützelement herausgezogen werden.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es wünschenswert, eine Pressformvorrichtung zum Herstellen eines faserverstärkten Harzformkörpers mit einer dreidimensionalen Form durch Pressformen einer erwärmten und erweichten plattenähnlichen Formmatrix unter Verwendung einer Form bereitzustellen, wobei die Pressformvorrichtung aufweist: ein Stützteil, das in einer Richtung in einem Mittelabschnitt eines unteren Formteils angeordnet ist und auf das eine nach oben gerichtete Kraft ausgeübt wird, Formhauptkörper, die in einer Richtung auf beiden Seiten des unteren Formteils seitlich vom Stützteil angeordnet sind und Formungsflächen an Positionen unter einer Oberseite des Stützteils aufweisen, und mindestens ein Stützelement, das von mindestens einer der Formungsflächen der Formhauptkörper nach oben hervorsteht, und deren Vorsprungmaß abnimmt, wenn ein oberes Formteil und das untere Formteil zueinander gebracht werden.
Wenn das obere Formteil und das untere Formteil nahe zusammengebracht werden, kann mindestens ein zu drückendes Teil, das mit dem mindestens einen Stützelement des unteren Formteils verbunden ist, durch mindestens ein im oberen Formteil vorgesehenes Druckteil gedrückt werden, wodurch das Vorsprungmaß des mindestens einen Stützelements abnimmt.
Ein Abstand zwischen dem mindestens einen Druckteil des oberen Formteils und dem mindestens einen zu drückenden Teil des unteren Formteils kann kleiner sein als ein Abstand zwischen dem Stützteil und dem oberen Formteil.
Die Pressformvorrichtung kann ferner mindestens ein elastisches Teil aufweisen, das eine nach unten gerichtete Kraft auf das mindestens eine Druckteil des oberen Formteils ausübt.
Eine Oberseite des mindestens einen Stützelements kann eine nach oben hervorstehende gekrümmte Fläche sein.
Nachstehend werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass in der vorliegenden Beschreibung und in den beigefügten Zeichnungen Strukturelemente, die im Wesentlichen die gleiche Funktion und Struktur haben, durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind und nicht wiederholt beschrieben werden.
1 zeigt eine perspektivische Ansicht zum Darstellen eines Beispiels eines faserverstärkten Harzformkörpers;
2 zeigt eine Pressformvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3 zeigt eine Draufsicht zum Darstellen eines unteren Formteils der Pressformvorrichtung gemäß der Ausführungsform;
4 zeigt ein Stützelement der Pressformvorrichtung gemäß der Ausführungsform;
5 zeigt Schritt (A) eines Verfahrens zum Herstellen eines faserverstärkten Harzformkörpers gemäß der Ausführungsform;
6 zeigt Schritt (A) eines Verfahrens zum Herstellen eines faserverstärkten Harzformkörpers gemäß der Ausführungsform;
7 zeigt Schritt (B) eines Verfahrens zum Herstellen eines faserverstärkten Harzformkörpers gemäß der Ausführungsform;
8 zeigt Schritt (B) eines Verfahrens zum Herstellen eines faserverstärkten Harzformkörpers gemäß der Ausführungsform;
9 zeigt Schritt (C) eines Verfahrens zum Herstellen eines faserverstärkten Harzformkörpers gemäß der Ausführungsform;
10 zeigt Schritt (C) eines Verfahrens zum Herstellen eines faserverstärkten Harzformkörpers gemäß der Ausführungsform;
11 zeigt Schritt (D) eines Verfahrens zum Herstellen eines faserverstärkten Harzformkörpers gemäß der Ausführungsform; und
12 zeigt Schritt (E) eines Verfahrens zum Herstellen eines faserverstärkten Harzformkörpers gemäß der Ausführungsform.
1. Faserverstärkter Harzformkörper
1 zeigt eine perspektivische Ansicht zum Darstellen eines Beispiels eines faserverstärkten Harzformkörpers 100, der durch ein Verfahren zum Herstellen eines faserverstärkten Harzformkörpers gemäß einer Ausführungsform hergestellt werden kann. Der faserverstärkte Harzformkörper 100 wird unter Verwendung eines faserverstärkten Harzes geformt und hat eine höhere Festigkeit und gleichzeitig ein geringeres Gewicht als ein aus einer Stahlplatte ausgebildeter Strukturkörper. Der faserverstärkte Harzformkörper 100 hat eine dreidimensionale Form mit konkav-konvexen Abschnitten.
Eine plattenähnliche Formmatrix, die zum Pressformen des faserverstärkten Harzformkörpers 100 verwendet wird, hat eine Dicke von beispielsweise 1,0 bis 10,0 mm. Als die plattenähnliche Formmatrix kann beispielsweise eine Stapelstruktur aus mehreren faserverstärkten Harzschichten verwendet werden, die mit einem Matrixharz imprägnierte Verstärkungsfasern aufweisen. Die verwendeten Verstärkungsfasern sind nicht besonders eingeschränkt und können beispielsweise Kohlenstofffasern, Glasfasern, Aramidfasern oder dergleichen sein, oder diese Verstärkungsfasern können in Kombination verwendet werden. Insbesondere haben Kohlenstofffasern ausgezeichnete mechanische Eigenschaften, so dass die Verstärkungsfasern vorzugsweise Kohlenstofffasern enthalten sollten.
In der Ausführungsform werden kontinuierliche Fasern, die von einem Ende zum anderen Ende kontinuierlich sind, als die in der plattenähnlichen Formmatrix enthaltenen Verstärkungsfasern verwendet. Beispielsweise wird eine plattenähnliche Formmatrix, in der mehrere Harzschichten stapelförmig angeordnet sind, die entlang einer Richtung orientierte Verstärkungsfasern enthalten, pressgeformt, wodurch der faserverstärkte Harzformkörper 100 hergestellt wird. Die Verlaufsrichtung einer Ecke 101 in der dreidimensionalen Form des in 1 dargestellten faserverstärkten Harzformkörpers 100 stimmt im Wesentlichen mit der Orientierungsrichtung der Verstärkungsfasern überein.
Ein thermoplastisches Harz wird als das Matrixharz des faserverstärkten Harzes verwendet. Beispiele des Matrixharzes sind ein Polyethylenharz, ein Polypropylenharz, ein Polyvinylchloridharz, ein ABS-Harz, ein Polystyrolharz, ein AS-Harz, ein Polyamidharz, ein Polyacetalharz, ein Polycarbonatharz, ein thermoplastisches Polyesterharz, ein PPS-(Polyphenylensulfid)Harz, ein Fluorharz, ein Polyetherimid-Harz, ein Polyetherketon-Harz, einem Polyimidharz und dergleichen.
Das Matrixharz kann alleine oder als eine Mischung aus zwei oder mehr dieser thermoplastischen Harze verwendet werden. Alternativ kann das Matrixharz ein Copolymer aus diesen thermoplastischen Harzen sein. In dem Fall, in dem das Matrixharz eine Mischung aus diesen thermoplastischen Harzen ist, kann in Kombination damit ein Kompatibilisierungsmittel verwendet werden. Das Matrixharz kann ein Flammschutzmittel auf Brombasis, ein Flammschutzmittel auf Siliziumbasis, roten Phosphor oder dergleichen als ein Flammschutzmittel aufweisen.
In diesem Fall werden als das verwendete thermoplastische Harz beispielsweise Harze auf Polyolefinbasis, wie Polyethylen und Polypropylen, Harze auf Polyamidbasis, wie Nylon 6 und Nylon 66, Harze auf Polyesterbasis, wie Polyethylenterephthalat und Polybutylenterephthalat, und Harze wie beispielsweise ein Polyetherketon, ein Polyethersulfon und ein aromatisches Polyamid erwähnt. Insbesondere sollte das thermoplastische Matrixharz vorzugsweise mindestens ein aus der Gruppe bestehend aus einem Polyamid, Polyphenylensulfid, Polypropylen, einem Polyetheretherketon, und einem Phenoxyharz ausgewähltes Matrixharz sein.
In dem Fall, in dem der faserverstärkte Harzformkörper 100 unter Verwendung mehrerer stapelförmig angeordneter faserverstärkter Harzschichten geformt ist, können die Typen, die Mengenanteile usw. der in den faserverstärkten Harzschichten enthaltenen Verstärkungsfasern verschieden sein. In den mehreren stapelförmig angeordneten faserverstärkten Harzschichten können die Matrixharze verschiedene kompatible Materialien sein, oder verschiedene Additive usw. können mit dem gleichen Matrixharz vermischt sein. Auch in diesem Fall sollten vorzugsweise Matrixharze mit nahe beieinander liegenden Schmelzpunkten verwendet werden, so dass das Schmelzen und Aushärten der Formmatrix effizient ausgeführt werden können.
Die faserverstärkte Harzschicht wird beispielsweise basierend auf dem Prozess eines herkömmlichen Filmimprägnierungsverfahrens, eines Schmelzimprägnierungsverfahrens oder dergleichen hergestellt durch ein Verfahren, bei dem ein Matrixharz in die Verstärkungsfasern imprägniert wird, während die Verstärkungsfasern kontinuierlich zugeführt werden. Die faserverstärkte Harzschicht wird in eine gewünschte Größe geschnitten, wodurch eine faserverstärkte Harzschicht als ein Formungsmaterial erhalten wird. Endabschnitte in der Breitenrichtung mehrerer faserverstärkter Harzschichten, die in eine gewünschten Größe geschnitten sind, können durch einen Klebstoff oder dergleichen miteinander verbunden werden, wodurch faserverstärkte Harzschichten mit einer gewünschten Breite und Länge erhalten werden. Die Dicke der faserverstärkten Harzschicht kann beispielsweise im Bereich von 0,03 bis 0,5 mm liegen.
In der Ausführungsform wird eine plattenähnliche Formmatrix, in der mehrere faserverstärkte Harzschichten stapelförmig angeordnet sind, erwärmt und erweicht, und dann wird die plattenähnliche Formmatrix durch eine Pressformvorrichtung formgepresst, wodurch der faserverstärkte Harzformkörper 100 mit einer gewünschten dreidimensionalen Form erhalten wird. Die plattenähnliche Formmatrix ist jedoch nicht auf einen Stapelkörper aus faserverstärkten Harzschichten beschränkt, sondern kann eine einzelne Lage einer Formmatrix mit einer vorgegebene Dicke sein. Nachstehend wird ein Beispiel der Pressformvorrichtung beschrieben, die zum Herstellen des faserverstärkten Harzformkörpers 100 verwendbar ist, und dann wird ein Verfahren zum Herstellen des faserverstärkten Harzformkörpers 100 unter Verwendung der Pressformvorrichtung beschrieben.
2. Pressformvorrichtung
2 zeigt ein Konfigurationsbeispiel einer Pressformvorrichtung 10 gemäß der Ausführungsform. 2 zeigt eine Querschnittansicht der Pressformvorrichtung 10 zum Herstellen des in 1 dargestellten faserverstärkten Harzformkörpers 100 1. Die Pressformvorrichtung 10 ist eine Vorrichtung, die ein oberes Formteil 20 und ein unteres Formteil 40 aufweist und den faserverstärkten Harzformkörper 100 mit einer gewünschten Form herstellt durch sandwichartiges Anordnen und Pressen einer plattenähnlichen Formmatrix unter Verwendung des oberen Formteils 20 und des unteren Formteils 40.
In der folgenden Beschreibung bezeichnen ein ”Mittelabschnitt” und ”beide Endabschnitte” des oberen Formteils 20 und des unteren Formteils 40 einen Mittelabschnitt und beide Endabschnitte in der Links-Rechts-Richtung der in 2 dargestellten Pressformvorrichtung 10, d. h., einen Mittelabschnitt und beide Endabschnitte in einer Richtung, die die Verlaufsrichtung der Ecke 101 des in 1 dargestellten faserverstärkten Harzformkörpers 100 kreuzt. Die Links-Rechts-Richtung der Pressformvorrichtung 10 oder eine Richtung senkrecht zur Verlaufsrichtung der Ecke 101 des faserverstärkten Harzformkörpers 100 kann als Breitenrichtung bezeichnet werden.
2-1. Oberes Formteil
Das obere Formteil 20 weist auf der dem unteren Formteil 40 zugewandten Fläche eine der dreidimensionalen Form des herzustellenden faserverstärkten Harzformkörpers 100 entsprechende Formungsfläche 22 auf. Auf der Rückseite der Formungsfläche 22 ist eine Wärmequelle, wie beispielsweise eine Heizeinrichtung, zum Erwärmen und Warmhalten der Form eingebettet. Ferner können auf der Rückseite der Formungsfläche 22 Kühlmittelkanäle 30 bereitgestellt werden, durch die ein Kühlmittel zirkulieren kann. Wenn das Volumen der Formmatrix groß ist und die Form zu viel Wärme empfängt, kann Kühlmittel durch die Kühlmittelkanäle 30 zirkulieren, wodurch die Formungsfläche 22 auf eine niedrige Temperatur gebracht werden kann und die erwärmte und erweichte Formmatrix gekühlt und verfestigt werden kann.
In beiden Endabschnitten des oberen Formteils 20 sind Druckteile 28a und 28b vorgesehen, die durch Drückteilhaltelöcher 24a und 24b vorwärts und rückwärts beweglich gehalten werden. Die Druckteile 28a und 28b sind in den Drückteilhaltelöchern 24a und 24b über Spiralfedern 26a und 26b aufgehängt. Die Spiralfedern 26a und 26b dienen als druckausübende Elemente, die zum Ausüben einer nach unten gerichteten Kraft auf die Druckteile 28a und 28b geeignet sind. Die druckausübenden Elemente sind nicht auf die Spiralfedern 26a und 26b beschränkt, und es können auch Blattfedern oder dergleichen verwendet werden, oder die druckausübenden Elemente können unter Verwendung anderer druckerzeugender Quellen ausgebildet sein. In einer Ausführungsform können die Spiralfedern 26a und 26b als in den beigefügten Ansprüchen dargestellte elastische Teile dienen.
In der Ausführungsform sind die Druckteile 28a und 28b aus einem stabförmigen Stift ausgebildet. Obwohl in 2 ein Drückteil 28a und ein Drückteil 28b in den beiden Endabschnitten des oberen Formteils 20 einzeln dargestellt sind, sind in der Tiefenrichtung der Zeichnung mehrere Druckteile 28a und mehrere Druckteile 28b vorgesehen. In der Pressformvorrichtung 10 gemäß der Ausführungsform ist das obere Formteil 20 in der vertikalen Richtung vorwärts und rückwärts beweglich konfiguriert und derart ausgebildet, dass während des Pressformens eine nach unten gerichtete Kraft auf das obere Formteil 20 ausgeübt wird.
2-2. Unteres Formteil
Das untere Formteil 40 weist ein Stützteil 42, Formhauptkörpern 50a und 50b und einen Stützmechanismus 60 auf. Das Stützteil 42 ist im mittleren Abschnitt des unteren Formteils 40 angeordnet, und auf das Stützteil 42 wird durch eine Spiralfeder 46 eine nach oben gerichtete Kraft ausgeübt. Das Stützteil 42 weist auf der dem oberen Formteil 20 zugewandten Fläche eine der Form des Mittelabschnitts des herzustellenden faserverstärkten Harzformkörpers 100 entsprechende Stützteilformungsfläche 42a auf. Auf der Rückseite der Stützteilformungsfläche 42a ist eine Wärmequelle, wie beispielsweise eine Heizeinrichtung, zum Erwärmen und Warmhalten der Form eingebettet. Außerdem können auf der Rückseite der Stützteilformungsfläche 42a Kühlmittelkanäle 32 ausgebildet sein, durch die ein Kühlmittel zirkulieren kann. Wenn das Volumen der Formmatrix groß ist und die Form zu viel Wärme empfängt, kann Kühlmittel durch die Kühlmittelkanäle 32 zirkulieren, wodurch die Stützteilformungsfläche 42a auf einer niedrigen Temperatur gehalten und die erwärmte und erweichte Formmatrix abgekühlt und verfestigt werden kann.
Die Formhauptkörper 50a und 50b sind an beiden Endseiten des unteren Formteils 40 seitlich vom Stützteil 42 angeordnet. Die Formhauptkörper 50a und 50b weisen auf der dem oberen Formteil 20 zugewandten Oberseite den Formen der beiden Endabschnitte des herzustellenden faserverstärkten Harzformkörpers 100 entsprechende Formungsflächen 52a und 52b auf. Scherkanten 56a und 56b sind an den Enden an der Außenseite der Formungsflächen 52a und 52b vorgesehen, um dafür zu sorgen, dass während des Pressformens der Formmatrix die Formmatrix formgepresst werden kann, ohne dass sie von der Formungsfläche nach außen hervorsteht. Auf der Rückseite der Formungsflächen 52a und 52b ist eine Wärmequelle, wie beispielsweise eine Heizeinrichtung, zum Erwärmen und Warmhalten der Form eingebettet. Ferner können auf der Rückseite der Formungsflächen 52a und 52b Kühlmittelkanäle 34 ausgebildet sein, durch die ein Kühlmittel zirkulieren kann. Wenn das Volumen der Formmatrix groß ist und die Form zu viel Wärme empfängt, kann Kühlmittel durch die Kühlmittelkanäle 34 zirkulieren, wodurch die Formungsflächen 52a und 52b bei einer niedrigen Temperatur gehalten werden können und die erwärmte und erweichte Formmatrix abgekühlt und verfestigt werden kann.
Das Stützteil 42 ist über sehr kleine Spalten zwischen den Formhauptkörpern 50a und 50b angeordnet. Das Stützteil 42 ist relativ zu den Formhauptkörpern 50a und 50b vertikal beweglich. Im Zustand vor dem Pressformen ist die Höhenposition der Stützteilformungsfläche 42a höher als die Höhenposition der Formungsflächen 52a und 52b der Formhauptkörper 50a und 50b. Während des Pressformens kommen das obere Formteil und das untere Formteile 40 nahe zueinander, so dass die Formmatrix durch die Stützteilformungsfläche 42a und eine der Stützteilformungsfläche 42a zugewandte Fläche 22a des Mittelabschnitts des oberen Formteils 20 zusammengedrückt wird; zu diesem Zeitpunkt wird das Stützteil 42 gegen die Vorspannkraft der Spiralfeder 46 nach unten gedrückt.
Der Stützmechanismus 60 weist ein Substrat 62, Stützelemente 66a und 66b, die an der Oberseite des Substrats 62 befestigt sind, und zu drückende Teile 64a und 64b auf. Der Stützmechanismus 60 wird durch ein nicht dargestelltes krafterzeugendes Medium nach oben vorgespannt, und der Stützmechanismus 60 ist relativ zu den Formhauptkörpern 50a und 50b vertikal beweglich. Das krafterzeugende Medium, das den Stützmechanismus 60 vorspannt, ist nicht besonders eingeschränkt und kann beispielsweise ein Medium sein, das eine Spiralfeder, eine Blattfeder oder dergleichen verwendet, oder ein Medium, das eine andere druckausübende Quelle verwendet, wie beispielsweise einen Hydraulikzylinder.
Die Stützelemente 66a und 66b sind Abschnitte, die die Endseiten der plattenähnlichen Formmatrix stützen. In dem Zustand vor dem Pressformen stehen die Stützelemente 66a und 66b von den Formungsflächen 52a und 52b der Formhauptkörper 50a und 50b nach oben hervor. Die Stützelemente 66a und 66b werden durch in den Formhauptkörpern 50a und 50b ausgebildete Stützelementhaltelöcher 54a und 54b gehalten.
Die zu drückenden Teile 64a und 64b sind Abschnitte, die vorgesehen sind, um den Stützmechanismus 60 relativ nach unten zu bewegen, wenn das obere Formteil 20 und das untere Formteil 40 nahe zusammengebracht werden. Die Oberseiten der zu drückenden Teile 64a und 64b sind den Unterseiten der Druckteile 28a und 28b des oberen Formteils 20 zugewandt, und wenn das obere Formteil 20 und das untere Formteil 40 nahe zusammengebracht werden, können die zu drückenden Teile 64a und 64b des unteren Formteils 40 durch die Druckteile 28a und 28b des oberen Formteils 20 gedrückt werden.
Wenn die Größe der Kraft, die die zu drückenden Teile 64a und 64b drückt, größer ist als die Größe der Kraft, die den Stützmechanismus 60 nach oben vorspannt, bewegt sich der Stützmechanismus 60 nach unten.
In der Pressformvorrichtung 10 gemäß der Ausführungsform sind die Formhauptkörper 50a und 50b fixiert, und das Stützteil 42 und der Stützmechanismus 60 bewegen sich relativ zu den Formhauptkörpern 50a und 50b vertikal. Das Stützteil 42 und der Stützmechanismus 60 sind unabhängig voneinander vertikal bewegbar. Im Zustand vor dem Pressformen befinden sich ein am weitesten oben angeordneter Abschnitt der Stützteilformungsfläche 42a und die Oberseite der Stützelemente 66a und 66b im Wesentlichen auf der gleichen Höhe.
3 zeigt eine Draufsicht des unteren Formteils 40 der Pressformvorrichtung 10 gemäß der Ausführungsform betrachtet von der Seite des oberen Formteils 20. Das untere Formteil 40 ist ein Formteil zum Formen des in 1 dargestellten faserverstärkten Harzformkörpers 100 und weist das Stützteil 42 im Mittelabschnitt und die Formhauptkörper 50a und 50b auf beiden Seiten des Stützteils 42 auf. Das Stützteil 42 und die Formhauptkörper 50a und 50b haben eine ebene Form mit einer großen Länge. Die Formhauptkörper 50a und 50b weisen mehrere Stützelementhaltelöcher 54a und 54b auf, die die Stützelemente 66a und 66b des Stützmechanismus 60 halten. Die zu drückenden Teile 64a und 64b des Stützmechanismus 60 sind an der Außenseite des Stützteils 42 und des Formhauptkörpers 50a und 50b angeordnet.
In der Pressformvorrichtung 10 gemäß der Ausführungsform sind die Stützelemente 66a und 66b des Stützmechanismus 60 aus einem stabförmigen Stift ausgebildet. Wenn die Stützelemente 66a und 66b Stifte sind, kann die Formmatrix durch eine kleine Fläche gestützt werden. Dadurch kann eine Maßabweichung der Formmatrix während des Pressformens unterdrückt werden. Zu diesem Zeitpunkt sollte, wie in 4 dargestellt ist, die Oberseite der Stützelemente 66a und 66b vorzugsweise eine nach oben hervorstehende gekrümmte Fläche sein. Wenn die Oberseite der Stützelemente 66a und 66b eine gekrümmte Fläche ist, kann verhindert werden, dass eine Formmatrix 110 an den Stützelementen 66a und 66b hängen bleibt, auch wenn die Formmatrix 110 während des Pressformens auf den Stützelementen 66a und 66b mitgezogen wird.
In der Pressformvorrichtung 10 gemäß der Ausführungsform sind die zu drückenden Teile 64a und 64b des Stützmechanismus 60 aus einem stabförmigen Stift ausgebildet. Es genügt, wenn die zu drückenden Teile 64a und 64b in der Lage sind, mit den Druckteilen 28a und 28b des oberen Formteils 20 in Kontakt zu kommen, wenn das obere Formteil 20 und das untere Formteil 40 nahe zusammengebracht werden. Allerdings können durch Ausbilden der Stützelemente 66a und 66b und der zu drückenden Teile 64a und 64b aus einem stabförmigen Stift das Gewicht des Stützmechanismus 60 vermindert und die Kosten gesenkt werden.
In dem in 3 dargestellten Beispiel sind jeweils 7 Stützelemente 66a und 66b in den Formhauptkörpern 50a bzw. 50b vorgesehen, d. h. insgesamt 14, und es sind jeweils 3 zu drückende Teile 64a und 64b an beiden Enden vorgesehen, d. h. insgesamt 6. Die Anzahl der Stützelemente 66a und 66b und der zu drückenden Teile 64a und 64b ist jedoch nicht besonders eingeschränkt. Das Substrat 62 des Stützmechanismus 60 weist eine nicht dargestellte Öffnung unterhalb des Stützteils 42 und des Formhauptkörpers 50a und 50b auf, und durch die Öffnung hindurch ist eine Spiralfeder 46 angeordnet, die eine Kraft auf das Stützteil 42 ausübt. Anstelle der Spiralfeder 46 können andere druckerzeugende Quellen verwendet werden.
3. Verfahren zum Herstellen eines faserverstärkten Harzformkörpers
Als nächstes wird ein Verfahren zum Herstellen des faserverstärkten Harzformkörpers 100 unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Pressformvorrichtung 10 beschrieben. Das Verfahren zum Herstellen des faserverstärkten Harzformkörpers 100 gemäß der Ausführungsform betrifft ein Verfahren, bei dem der faserverstärkte Harzformkörper 100 durch Pressen einer Formmatrix, in der faserverstärkte Harzschichten stapelförmig angeordnet sind, die mit einem Matrixharz imprägnierte Verstärkungsfasern enthalten, unter Verwendung einer Form geformt wird.
Das Verfahren zum Herstellen des faserverstärkten Harzformkörpers 100 gemäß der Ausführungsform weist mindestens die nachstehenden Schritte (A) bis (D) auf:

(A) einen Schritt, in dem die plattenähnliche Formmatrix 110 auf dem unteren Formteil 40 angeordnet wird, das das Stützteil 42 im Mittelabschnitt und die Formhauptkörper 50a und 50b auf beiden Seiten des Stützteils 42 aufweist, indem der Mittelabschnitt der plattenähnlichen Formmatrix 110 auf dem Stützteil 42 angeordnet und veranlasst wird, dass die beiden Endseiten der plattenähnlichen Formmatrix 110 durch die Stützelemente 66a und 66b gestützt werden, die von den Formungsflächen 52a und 52b der Formhauptkörper 50a und 50b nach oben hervorstehen.
(B) einen Schritt, in dem das obere Formteil 20 und das untere Formteil 40 nahe zueinander gebracht werden, um zu veranlassen, dass der Mittelabschnitt der plattenähnlichen Formmatrix 110 durch das Stützteil 42 und das obere Formteil 20 sandwichartig umschlossen wird,
(C) einen Schritt, in dem das obere Formteil 20 und das untere Formteil 40 noch weiter zueinander gebracht werden, um das Vorsprungmaß der Stützelemente 66a und 66b zu vermindern, und
(D) einen Schritt, in dem die plattenähnliche Formmatrix 110 unter Verwendung des unteren Formteils 40 und des oberen Formteils 20 gepresst wird, um den faserverstärkten Harzformkörper 100 auszubilden.

Nachstehend wird ein Verfahren zum Herstellen des in 1 dargestellten faserverstärkten Harzformkörpers 100 mit einer dreidimensionalen Form in der Folge der Schritte unter Bezug auf die 5 bis 12 beschrieben.
3-1. Erwärmungsprozess
Der Erwärmungsprozess ist ein Prozess, in dem die plattenähnliche Formmatrix 110 erwärmt und erweicht wird. Im Erwärmungsprozess wird beispielsweise die plattenähnliche Formmatrix 110 in einer Heizeinrichtung angeordnet. In der Ausführungsform wird eine plattenähnliche Formmatrix 110 verwendet, in der faserverstärkte Harzschichten, die jeweils in einer Richtung orientierte kontinuierliche Fasern aufweisen, beliebig stapelförmig angeordnet sind. Die Form der plattenähnlichen Formmatrix 110 stimmt im Wesentlichen mit der entwickelten Form des faserverstärkten Harzformkörpers 100 überein, so dass die Länge in der Breitenrichtung der Formmatrix 110 länger ist als die Länge in der Breitenrichtung des faserverstärkten Harzformkörpers 100. In der Ausführungsform sind die Scherkanten 56a und 56b im unteren Formteil 40 angeordnet und wird die Formmatrix 110 im Formbereich zusammengedrückt. Daher werden im zu formenden faserverstärkten Harzformkörper 100 die Verminderung der Füllrate des Harzmaterials und Formdefekte, wie beispielsweise Rissbildung, verringert.
Im Erwärmungsprozess wird die plattenähnliche Formmatrix 110 beispielsweise von der Oberseite und von der Unterseite durch ein Heizmedium, wie beispielsweise durch einen Heizdraht, eine Infrarot-Heizeinrichtung oder Heißluft, erwärmt. Die Temperatur des Heizmediums wird derart eingestellt, dass sie nicht niedriger ist als der Schmelzpunkt des Matrixharzes. Im Erwärmungsprozess wird die Formmatrix 110 auf einen geschmolzenen Zustand gebracht, so dass das Matrixharz sich nicht zersetzt. Die verwendete Heizeinrichtung ist nicht besonders eingeschränkt.
3-2. Pressprozess
Der Pressprozess beinhaltet die vorstehend erwähnten Schritte (A) bis (D) und ist ein Prozess, in dem die plattenähnliche Formmatrix 110 in einem geschmolzenen Zustand gepresst wird, um den faserverstärkten Harzformkörper 100 mit einer gewünschten dreidimensionalen Form herzustellen. Im Pressprozess 20 sind die Oberflächentemperaturen des oberen Formteils 20 und des unteren Formteils 40 der Pressformvorrichtung 10 derart eingestellt, dass sie niedriger sind als der Schmelzpunkt des Matrixharzes. Im Pressprozess wird die Formmatrix 110 in einem geschmolzenen Zustand auf dem unteren Formteil 40 angeordnet, und dann werden das obere Formteil 20 und das untere Formteil 40, die einander zugewandt sind, nahe zusammengebracht, um die Formmatrix 110 zu pressen. Dadurch wird die Formmatrix 110 abgekühlt und verfestigt und wird der faserverstärkte Harzformkörper 100 mit einer gewünschten Form erhalten.
3-2-1. Schritt (A)
Schritt (A) ist ein Schritt, in dem die Formmatrix 110 auf dem unteren Formteil 40 angeordnet wird. 5 und 6 zeigen eine Ausführungsweise von Schritt (A). Zunächst wird, wie in 5 dargestellt ist, die erwärmte und erweichte plattenähnliche Formmatrix 110 in einem geschmolzenen Zustand durch Förderwerkzeuge 80 gestützt und auf das untere Formteil 40 transportiert. Zu diesem Zeitpunkt sind die Stützteilformungsfläche 42a des unteren Formteils 40 und die Oberseite der Stützelemente 66a und 66b oberhalb der Höhenposition der Formungsflächen 52a und 52b der Formhauptkörper 50a und 50b angeordnet. Im in 5 dargestellten Beispiel stimmen die Höhenpositionen der Stützteilformungsfläche 42a und der Oberseite der Stützelemente 66a und 66b im Wesentlichen überein. Die Höhenposition der Stützteilformungsfläche 42a und die Höhenposition der Oberseite der Stützelemente 66a und 66b müssen nicht exakt übereinstimmen.
Die Förderwerkzeuge 80 sind mehrere (in der Zeichnung zwei) Transportstifte, die sich in der Längsrichtung des Stützteils 42 erstrecken, die eine große Ausdehnung in der Längenrichtung hat, und stützen die plattenähnliche Formmatrix 110 über die gesamte Länge. Es ist bevorzugt, wenn mindestens die Oberseite des Förderwerkzeugs 80 in einer gekrümmten Oberflächenform ausgebildet ist. Daher tritt an der Unterseite der Formmatrix 110 während des Transports weniger wahrscheinlich eine Vertiefung auf. Die Formmatrix 110 in einem geschmolzenen Zustand erfährt eine kleine Biegung in dem Zustand, in dem sie durch die Förderwerkzeuge gestützt wird, sie wird aber ohne Kontakt mit dem oberen Formteil 20 oder mit dem unteren Formteil 40 auf das untere Formteil 40 transportiert. Die Formmatrix 110 kann durch eine Bedienungsperson transportiert werden, die das Förderwerkzeug 80 bedient, oder die Formmatrix 110 kann unter Verwendung einer Fördervorrichtung transportiert werden, die das Förderwerkzeug 80 aufweist.
Die beiden Förderwerkzeuge 80 stützen die Formmatrix 110 einzeln an den Positionen, die den Bereichen zwischen dem Stützteil 42 und den Formhauptkörpern 50a und 50b des unteren Formteils 40 entsprechen. Daher werden, wie in 6 dargestellt ist, nachdem die Formmatrix 110 auf das untere Formteil 40 transportiert wurde, die Förderwerkzeuge 80 abgesenkt, wodurch die Formmatrix 110 auf der Stützteilformungsfläche 42a und den Stützen 66a und 66b abgesetzt wird. Die Förderwerkzeuge 80 werden aus den Spalten zwischen dem Stützteil 42 und den Formhauptkörpern 50a und 50b in der axialen Richtung herausgezogen.
Zu diesem Zeitpunkt kann veranlasst werden, dass der Abstand zwischen den beiden Förderwerkzeugen 80 mit der Breite des Stützteils 42 übereinstimmt, wodurch die Positionierung der Formmatrix 110 zum Zeitpunkt des Absetzens der Formmatrix 110 exakt erfolgen kann. Insbesondere werden, wenn die Montageposition der Formmatrix 110 bezüglich den Förderwerkzeugen 80 im Voraus festgelegt wird, auch wenn die Positionen der Förderwerkzeuge 80 über dem unteren Formteil 40 abweichen, die Förderwerkzeuge 80 entlang beiden Seiten des Stützteils 42 nach unten abgesenkt, während die Positionen beim Absenken der Förderwerkzeuge 80 korrigiert werden, und die Formmatrix 110 wird an einer vorgegebenen Position abgesetzt.
3-2-2. Schritt (B)
Schritt (B) ist ein Schritt, in dem das obere Formteil 20 und das untere Formteil 40 nahe zusammengebracht werden, um zu veranlassen, dass der Mittelteil der plattenähnlichen Formmatrix 110 durch die Stützteilformungsfläche 42a und die Oberseite 22a des Mittelabschnitts des oberen Formteils 20 sandwichartig umschlossen wird. Die 7 und 8 zeigen eine Ausführungsweise von Schritt (B). In der Pressformvorrichtung 10 gemäß der Ausführungsform bewegt sich das obere Formteil 20 durch Ausüben einer nach unten gerichteten Kraft auf das obere Formteil 20 nach unten, so dass das obere Formteil 20 und das untere Formteil 40 nahe zusammengebracht werden.
Wenn das obere Formteil 20 nach unten auf ein vorgegebenes Niveau abgesenkt ist, wie in 7 dargestellt ist, kommen die Druckteile 28a und 28b des oberen Formteils 20 mit den gedrückten Teilen 64a und 64b des unteren Formteils 40 in Kontakt. Daher wird durch fortgesetztes Absenken des oberen Formteils 20 der Stützmechanismus 60 des unteren Formteils 40 nach unten gedrückt. Zu diesem Zeitpunkt ist der Abstand zwischen den Druckteilen 28a und 28b des oberen Formteils 20 und den gedrückten Teilen 64a und 64b des unteren Formteils 40 kleiner als der Abstand zwischen dem Stützteil 42 und dem oberen Formteil 20, so dass der Stützmechanismus 60 nach unten gedrückt wird, bevor die plattenähnliche Formmatrix 110 sandwichartig umschlossen wird. Dadurch beginnen die Stützelemente 66a und 66b sich abzusenken, und die Endseiten der plattenähnlichen Formmatrix 110 beginnen sich nach unten zu bewegen. Zu diesem Zeitpunkt steht der auf dem Stützteil 42 angeordnet Mittelabschnitt der plattenähnlichen Formmatrix 110 nicht mit dem oberen Formteil 20 in Kontakt.
Wenn das obere Formteil 20 weiter nach unten bewegt wird, wie in 8 dargestellt ist, bewegen sich die Stützelemente 66a und 66b des unteren Formteils 40 weiter nach unten, und beide Endabschnitte der plattenähnlichen Formmatrix 110 werden weiter nach unten abgesenkt. Zu diesem Zeitpunkt werden die Spiralfedern 26a und 26b, die eine nach unten gerichtet Kraft auf die Druckteile 28a und 28b des oberen Formteils 20 ausüben, zusammengedrückt, so dass das Absenkmaß der Stützelemente 66a und 66b kleiner ist als das Absenkmaß des oberen Formteils 20 (das Hubmaß).
Der auf dem Stutzteil 42 angeordnet Mittelabschnitt der plattenähnlichen Formmatrix 110 wird gegen die Oberfläche 22a des Mittelabschnitts des oberen Formteils 20 gedrückt und beginnt Druck von der Kraft des Stützteils 42 zu empfangen. Dadurch beginnt der Mittelabschnitt der plattenähnlichen Formmatrix 110 abzukühlen und sich zu verfestigen, während er formgepresst wird. Daraufhin werden das obere Formteil 20 und das untere Formteil 40 in dem Zustand nahe zusammengebracht, in dem der Mittelabschnitt der Formmatrix 110 durch das Stützteil 42 und das obere Formteil 20 sandwichartig umschlossen ist.
Während des Pressformens werden die Formungsfläche 22 des oberen Formteils 20, die Formungsfläche 42a des Stützteils 42 des unteren Formteils 40 und die Formungsflächen 52a und 52b der Formhauptkörper 50a und 50b erwärmt oder warm gehalten bei einer Temperatur, die niedriger ist als der Schmelzpunkt des Matrixharzes der Formmatrix 110. Daher wird die Formmatrix 110 in einem geschmolzenen Zustand, die bei einer Temperatur vorgewärmt worden ist, die nicht niedriger ist als der Schmelzpunkt des Matrixharzes, durch Inkontaktbringen mit der Formungsfläche des oberen Formteils 20 oder des unteren Formteils 40 abgekühlt. Wie vorstehend beschrieben wurde, kann, wenn das Volumen der Formmatrix 110 groß ist, ein Kühlmittel durch die Kühlmittelkanäle 32 und 34 zirkulieren, um die Formmatrix 110 zu kühlen.
3-2-3. Schritt (C)
Schritt (C) ist ein Schritt, in dem das obere Formteil 20 und das untere Formteil 40 noch näher zusammengebracht werden, um das Vorsprungmaß der Stützelemente 66a und 66b von den Formungsflächen 52a und 52b der Formhauptkörper 50a und 50b weiter zu vermindern. Die 9 und 10 zeigen eine Ausführungsweise von Schritt (C). Nachdem der Mittelabschnitt der plattenähnlichen Formmatrix 110 durch das Stützteil 42 und das obere Formteil 20 im vorangehenden Schritt (B) sandwichartig umschlossen wurde, werden das obere Formteil 20 und das untere Formteil 40 in diesem Schritt (C) noch näher zusammengebracht, wodurch der Stützmechanismus 60 weiter nach unten gedrückt wird.
Dadurch wird das Vorsprungmaß der Stützelemente 66a und 66b von den Formungsflächen 52a und 52b der Formhauptkörper 50a und 50b weiter vermindert. Infolgedessen werden auch die Spiralfedern 26a und 26b, die eine nach unten gerichtete Kraft auf die Druckteile 28a und 28b des oberen Formteils 20 ausüben, weiter zusammengedrückt. Zu diesem Zeitpunkt ist ein Höhenunterschied der plattenähnlichen Formmatrix 110 zwischen dem durch das Stützteil 42 und das obere Formteil 20 sandwichartig umschlossenen Mittelabschnitt und den beiden nach unten abgesenkten Endabschnitten erzeugt worden, und beide Endabschnitte der plattenähnlichen Formmatrix 110 werden nach unten auf die Positionen der Scherkanten 56a und 56b der Hauptformkörper 50a und 56b gebracht.
Während dieser Zeit nimmt der Abstand zwischen der Formungsfläche 22 des oberen Formteils 20 und den Formungsflächen 52a und 52b der Formhauptkörper 50a und 50b allmählich ab, und beide Endseiten der plattenähnlichen Formmatrix 110 beginnen mit der Formungsfläche 22 des oberen Formteils 20 oder mit den Formungsflächen 52a und 52b der Formhauptkörper 50a und 50b des unteren Formteils 40 in Kontakt zu kommen. Dann werden, wie in 10 dargestellt ist, beide Endabschnitte der plattenähnlichen Formmatrix 110 nach unten zu den Positionen der Scherkanten 56a und 56b gebracht, und dann wird die Formmatrix 110 durch das obere Formteil 20 und das untere Formteil 40 sandwichartig umschlossen und entsprechend zur Seite des Mittelabschnitts gedrückt. Aber auch in diesem Prozess (C) ist die Fläche, über die beiden Endseiten der plattenähnlichen Formmatrix 110 mit dem oberen Formteil 20 und dem unteren Formteil 40 in Kontakt stehen, klein, so dass ein Abkühlen und Verfestigen der Formmatrix 110 weniger wahrscheinlich stattfinden.
3-2-4. Schritt (D)
Schritt (D) ist ein Schritt, in dem die Formmatrix 110 unter Verwendung des oberen Formteils 20 und des unteren Formteils 40 gepresst wird, um den faserverstärkten Harzformkörper 100 auszubilden. 11 zeigt eine Ausführungsweise von Schritt (D). In diesem Schritt (D) werden das obere Formteil 20 und das untere Formteil 40 noch näher zusammengebracht, wodurch die Formmatrix 110 in dem durch das obere Formteil 20 und das untere Formteil 40 umschlossenen Raum formgepresst wird. Dadurch wird die Formmatrix 110 vollständig abgekühlt und verfestigt und wird der faserverstärkte Harzformkörper 100 ausgebildet.
Zu diesem Zeitpunkt stimmt durch das Zusammendrücken der Spiralfedern 26a und 26b, die eine nach unten gerichtete Kraft auf die Druckteile 28a und 28b des oberen Formteils 20 ausüben, die Höhenposition der Oberseite der Stützelemente 66a und 66b mit der Höhenposition der Formungsflächen 52a und 52b der Formhauptkörper 50a und 50b im Wesentlichen überein. Daher können in dem Zustand, in dem die Formmatrix 110 formgepresst wird, die Oberseiten der Stützelemente 66a und 66b Teile der Formungsfläche sein. Daher ist es weniger wahrscheinlich, dass Markierungen der Stützelementhaltelöcher 54a und 54b auf der Oberfläche des faserverstärkten Harzformkörpers 100 verbleiben.
Die Formmatrix 110 wird für eine vorgegebene Zeitdauer im formgepressten Zustand gehalten, und dann wird das obere Formteil 20 angehoben und wird der geformte faserverstärkte Harzformkörper 100 entnommen. Zu diesem Zeitpunkt befindet sich, wie in 12 dargestellt ist, der faserverstärkte Harzformkörper 100 in einem Zustand, in dem er auf den Stützelementen 66a und 66b angeordnet ist. Daher können die Förderwerkzeuge leicht in den Raum unterhalb des faserverstärkten Harzformkörpers 100 eingeführt werden, so dass der faserverstärkte Harzformkörper 100 leicht abtransportiert werden kann.
Wie vorstehend beschrieben wurde, wird durch das Verfahren zum Herstellen des faserverstärkten Harzformkörpers 100 und die Pressformvorrichtung 10 gemäß der Ausführungsform der Mittelteil der erwärmten und erweichten plattenähnlichen Formmatrix 110 auf dem Stützteil 42 angeordnet und werden beide Endabschnitte auf den Stützelementen 66a und 66b angeordnet. Daher kann der Zeitpunkt, zu dem die beiden Endseiten der plattenähnlichen Formmatrix 110 beginnen abzukühlen und sich zu verfestigen, verzögert werden. Dadurch kann die Formmatrix 110 den Zustand, in dem sie erweicht ist, aufrechterhalten, bis die Formmatrix 110 formgepresst wird, so dass eine Verminderung der Formbarkeit verhindert werden kann.
Außerdem werden durch das Verfahren zum Herstellen des faserverstärkten Harzformkörpers 100 und die Pressformvorrichtung 10 gemäß der Ausführungsform die beide Endabschnitte der plattenähnlichen Formmatrix 110, die durch die Stützelemente 66a und 66b gestützt werden, langsam abgesenkt und zu den Scherkanten 56a und 56b des Formhauptkörpern 50a und 50b des unteren Formteils 40 nach unten versetzt. Daher können beide Endabschnitte der plattenähnlichen Formmatrix 110, die eine Breite hat, die größer (länger) ist als die Breite des Formungsbereichs, auf den Formungsflächen 52a und 52b der Formhauptkörper 50a und 50b des unteren Formteils 40 angeordnet werden, während sie mit den Positionen der Scherkanten 56a und 56b ausgerichtet sind.
Außerdem kann durch Ausführen des Formpressvorgangs, während die Enden der plattenähnlichen Formmatrix 110, die eine Breite hat, die größer ist als die Breite des Formbereichs, zu den Scherkanten 56a und 56b nach unten gebracht werden, das Material formgepresst werden, während es zur Seite des Mittelabschnitts gedrückt wird. Dadurch können eine Verminderung der Füllrate des Materials in einem Teil des faserverstärkten Harzformkörpers 100 und eine Rissbildung in der Formmatrix 110 verhindert werden. Dadurch kann die Formbarkeit bei der Herstellung des faserverstärkten Harzformkörpers 100 verbessert werden.
Obwohl die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben worden sind, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Für Fachleute ist offensichtlich, dass innerhalb des technischen Umfangs der beigefügten Ansprüche oder ihrer Äquivalente verschiedene Modifikationen oder Änderungen möglich sind. Es wird darauf hingewiesen, dass derartige Modifikationen oder Änderungen ebenfalls innerhalb des technischen Umfangs der vorliegenden Erfindung liegen.
Beispielsweise drücken in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform die Druckteile 28a und 28b die zu drückenden Teile 64a und 64b des Stützmechanismus 60 gemäß dem Absenken des oberen Formteils 20, so dass das Vorsprungmaß der Stützelemente 66a und 66b von den Formungsflächen 52a und 52b der Formhauptkörper 50a und 50b vermindert wird, die vorliegende Erfindung ist aber nicht auf dieses Beispiel beschränkt. Beispielsweise kann die Vorrichtung als eine Vorrichtung konfiguriert sein, bei der ein Steuermechanismus zum Absenken der Stützelemente 66a und 66b gemäß dem Absenken des oberen Formteils 20 verwendet wird. Auch durch diese Konfiguration kann die Wirkung der vorliegenden Erfindung erzielt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2015-113978 [0001]
JP 2014-166702 A [0003]

Claims

Verfahren zum Herstellen eines faserverstärkten Harzformkörpers, in dem ein faserverstärkter Harzformkörper mit einer dreidimensionalen Form durch Pressformen einer erwärmten und erweichten plattenähnlichen Formmatrix unter Verwendung einer Form hergestellt wird; wobei das Verfahren nacheinander aufweist: (A) einen Schritt, in dem die plattenähnliche Formmatrix auf einem unteren Formteil angeordnet wird, das ein Stützteil in einem Mittelabschnitt und Formhauptkörper auf beiden Seiten des Stützteils aufweist, indem ein Mittelabschnitt der plattenähnlichen Formmatrix auf dem Stützteil angeordnet und veranlasst wird, dass mindestens eine von zwei Endseiten der plattenähnlichen Formmatrix durch mindestens ein Stützelement gestützt wird, das von einer Formungsfläche des Formhauptkörpers nach oben hervorsteht; (B) einen Schritt, in dem ein oberes Formteil und das untere Formteil nahe zueinander gebracht werden, um zu veranlassen, dass der Mittelabschnitt der plattenähnlichen Formmatrix durch das Stützteil und das obere Formteil sandwichartig umschlossen wird; (C) einen Schritt, in dem das obere Formteil und das untere Formteil noch näher zueinander gebracht werden, um das Vorsprungmaß des mindestens einen Stützelements zu vermindern; und (D) einen Schritt, in dem die plattenähnliche Formmatrix unter Verwendung des unteren Formteils und des oberen Formteils gepresst wird, um den faserverstärkten Harzformkörper auszubilden.
Verfahren zum Herstellen eines faserverstärkten Harzformkörpers nach Anspruch 1, wobei in Schritt (A) mindestens ein Ende der plattenähnlichen Formmatrix in einem durch das mindestens eine Stützelement gestützten Bereich an einer Außenseite mindestens einer Scherkante angeordnet ist, die in mindestens einem der Formhauptkörper bereitgestellt wird, und in Schritt (C) das Vorsprungmaß des mindestens einen Stützelements vermindert wird, um das mindestens eine Ende der plattenähnlichen Formmatrix nach unten zu einer Innenseite der mindestens einen Scherkante zu bringen.
Verfahren zum Herstellen eines faserverstärkten Harzformkörpers nach Anspruch 1 oder 2, wobei die plattenähnliche Formmatrix aus einem faserverstärkten Harz hergestellt ist, in dem in einer Richtung orientierte Verstärkungsfasern mit einem Matrixharz imprägniert sind, und in Schritt (A) ein Mittelabschnitt der Formmatrix in einer Richtung, die die eine Richtung kreuzt, auf dem Stützteil angeordnet und veranlasst wird, dass mindestens eine der beiden Endseiten in der Richtung, die die einen Richtung kreuzt, durch das mindestens eine Stützelement gestützt wird.
Verfahren zum Herstellen eines faserverstärkten Harzformkörpers nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei in Schritt (D) der Pressvorgang ausgeführt wird, nachdem das mindestens eine Stützelement auf die Formungsfläche mindestens eines der Formhauptkörper abgesenkt wurde.
Verfahren zum Herstellen eines faserverstärkten Harzformkörpers nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei in Schritt (A) eine Oberseite des Stützteils und eine Oberseite des mindestens einen Stützelements oberhalb der Formungsflächen der Formhauptkörper angeordnet sind, die plattenähnliche Formmatrix auf dem Stützteil und dem mindestens einen Stützelement angeordnet wird, während ein Bereich der plattenähnlichen Formmatrix zwischen einem auf dem Stützteil angeordnet Abschnitt und einem Abschnitt, der durch das mindestens eine Stützelement gestützt werden soll, durch mindestens ein Förderwerkzeug gestützt wird, und dann das mindestens eine Förderwerkzeug aus einem Raum zwischen dem Stützteil und dem mindestens einen Stützelement herausgezogen wird.
Pressformvorrichtung zum Herstellen eines faserverstärkten Harzformkörpers mit einer dreidimensionalen Form durch Pressformen einer erwärmten und erweichten plattenähnlichen Formmatrix unter Verwendung einer Form, wobei die Pressformvorrichtung aufweist: ein Stützteil, das in einem Mittelabschnitt eines unteren Formteils in einer Richtung angeordnet ist, und auf das eine nach oben gerichtete Kraft ausgeübt wird; Formhauptkörper, die auf beiden Seiten des unteren Formteils in einer Richtung seitlich vom Stützteil angeordnet sind und Formungsflächen an Positionen unterhalb einer Oberseite des Stützteils aufweisen; und mindestens ein Stützelement, das von mindestens einer der Formungsflächen der Formhauptkörper nach oben hervorsteht und deren Vorsprungmaß abnimmt, wenn ein oberes Formteil und ein unteres Formteil zueinander gebracht werden.
Pressformvorrichtung nach Anspruch 6, wobei wenn das obere Formteil und das untere Formteil nahe zueinander gebracht sind, mindestens ein zu drückendes Teil, das mit dem mindestens einen Stützelement des unteren Formteils verbunden ist, durch mindestens ein im oberen Formteil bereitgestelltes Druckteil gedrückt wird, wodurch das Vorsprungmaß des mindestens einen Stützelements vermindert wird.
Pressformvorrichtung nach Anspruch 7, wobei ein Abstand zwischen dem mindestens einen Druckteil des oberen Formteils und dem mindestens einen zu drückenden Teil des unteren Formteils kleiner ist als ein Abstand zwischen dem Stützteil und dem oberen Formteil.
Pressformvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, ferner mit mindestens einem elastischen Teil, das eine nach unten gerichtete Kraft auf das mindestens eine Druckteil des oberen Formteils ausübt.
Pressformvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei eine Oberseite des mindestens einen Stützelements eine nach oben hervorstehende gekrümmte Fläche ist.