JP2008018623A - ラバー成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ラバー成形型から被成形物に付与される成形圧力を、目標とする所定の圧力に安定して制御でき、目標とする所定形状の成形物を、とくに閉空間を有する形状の成形物であっても、安定して成形できるようにしたラバー成形方法を提供する。
【解決手段】ラバー成形型を、剛体からなる外型の内面に当接させて該外型内に配置するとともに、ラバー成形型のキャビティ内に樹脂を含む被成形物を配置し、ラバー成形型の内面と被成形物の表面との間に所定の隙間を設けた状態にて加熱を開始し、ラバー成形型の内方への熱膨張により、ラバー成形型の内面を被成形物の表面に当接させた後、ラバー成形型による成形圧力を被成形物に加えることを特徴とするラバー成形方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、ラバー成形型を用いて繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）等の樹脂を含む被成形物を成形するラバー成形方法に関し、とくに、ラバー成形型の熱膨張による成形圧力が被成形物に均一にかかるようにしたラバー成形方法に関する。

従来から、ラバー成形型を用い、被成形物（例えば、ＦＲＰ成形物）の成形温度におけるラバー成形型の熱膨張に基づき発生する成形圧力を被成形物に付与しながら、被成形物を成形するようにしたラバー成形方法が知られている（例えば、特許文献１、特許文献２）。このラバー成形方法は、一般に、比較的複雑な表面形状を有する被成形物、とくに、ＦＲＰプリプレグを用いた被成形物の成形に適していると言われている。ただし、上記特許文献１に開示のラバー成形方法では、被成形物の成形後に中子を成形物の内部から取り出すようになっているため、閉空間を有する成形物の成形には使用できない。

このような従来のラバー成形方法においては、通常、ラバー成形型を剛体からなる外型（ケーシング）内に隙間をもって設置し、加熱に伴うラバー成形型の熱膨張によりラバー成形型を外型内面に当接させた後、そのラバー成形型のキャビティ内で、ラバー成形型の熱膨張に基づき発生する成形圧力（外型に当接したラバー成形型の熱膨張力の反力として作用する内方への成形圧力）を被成形物に付与しながら、被成形物を成形するようになっている。このラバー成形における加熱時の発生圧力は、主として外型とラバー成形型との間の隙間でコントロールされているが、ラバー成形型が三次元的に熱膨張するため、ラバー成形型の材料の線膨張係数が把握されていたとしても、最適な隙間に設定することは困難である。とくに、ラバー成形型と外型の内面との間の摩擦係数や他の因子でラバー成形型の熱膨張量が部位毎に異なってくる。その結果、被成形物に望ましい均一な成形圧力をかけることが困難となる。このように被成形物に付与される成形圧力がばらつくと、所定形状の成形物が安定して得られないという問題が生じる。とくに、被成形物が中空の閉空間を有する形状の場合に、被成形物の断面変形が大きくなるなどの問題がある。

また、ラバー成形型が加熱開始時から被成形物に当接されているため、多かれ少なかれ成形圧力が初めからかかることになり、被成形物の表面に気泡が取り込まれ外観不良が発生しやすいという問題もある。とくに、ＦＲＰなど、熱硬化性の樹脂を使用した被成形物では、その樹脂の粘度特性が、加熱開始後一旦粘度低下し、その後に粘度上昇して樹脂が硬化されるという特性であることが多いため、比較的粘度の高い加熱開始時に、樹脂の流動性が悪いため気泡が逃げにくく、被成形物の表面に気泡が取り込まれやすい。
特開平３−２７２８３２号公報 特開平４−２９４１２６号公報

そこで本発明の課題は、ラバー成形型から被成形物に付与される成形圧力を、目標とする所定の圧力に安定して制御でき、目標とする所定形状の成形物を、とくに閉空間を有する形状の成形物であっても、安定して成形できるようにしたラバー成形方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係るラバー成形方法は、ラバー成形型を、剛体からなる外型の内面に当接させて該外型内に配置するとともに、ラバー成形型のキャビティ内に樹脂を含む被成形物を配置し、ラバー成形型の内面と被成形物の表面との間に所定の隙間を設けた状態にて加熱を開始し、ラバー成形型の内方への熱膨張により、ラバー成形型の内面を被成形物の表面に当接させた後、ラバー成形型による成形圧力を被成形物に加えることを特徴とする方法からなる。

この本発明に係るラバー成形方法においては、従来方法がラバー成形型と外型の内面との間に隙間を持たせ、ラバー成形型を被成形物に当接させて加熱成形を開始していたのに比べ、ラバー成形型を外型の内面に当接させラバー成形型の内面と被成形物の表面との間に所定の隙間を設けた状態にて加熱成形を開始するようにしたもので、この隙間のコントロールにより成形圧力とその発生開始のタイミングを制御するようにした方法である。ラバー成形型の外方に向かう熱膨張を加熱成形開始時から外型によって規制し、内方に向かう熱膨張量のみを利用して加熱成形を行うようにしたので、ラバー成形型と外型内面との間の摩擦係数等が成形とは無関係になり、被成形物への成形圧力を制御しやすくなる。したがって、ラバー成形型の内面と被成形物の表面との間の隙間を適切に設定できれば、所望の均一な成形圧力に制御できるようになるとともに、およびその成形圧力の発生開始タイミングを望ましいタイミングに調整できるようになる。

上記所定の隙間としては、被成形物の成形面全面にわたって均一な隙間になるように設定することが好ましい。これによって、所望の均一な成形圧力が得られやすくなる。

また、上記成形圧力の発生開始のタイミングは、上記隙間の初期設定値によって調整することが可能である。成形圧力の発生開始タイミングを樹脂の特性（とくに、後述の樹脂の粘度特性）に応じて最適なタイミングに調整することにより、気泡の巻き込み等を抑制でき、成形物の表面特性の向上をはかることができる。

また、被成形物の成形温度における成形圧力も、上記隙間の初期設定値によって調整することが可能である。すなわち、ラバー成形型の材料の線膨張係数を考慮し、初期設定された隙間分の熱膨張量が生じた後、成形温度に至った際の残りの熱膨張量を算出すれば、成形温度における成形圧力を予め最適な成形圧力に設定することが可能になる。

この本発明に係るラバー成形方法は、とくに上記被成形物における樹脂が、加熱に伴い一旦粘度が低下し、その後に粘度上昇する樹脂からなる場合、成形圧力が被成形物に加えられるタイミングを最適なタイミングに設定することで、被成形物の表面への気泡の取り込みを防止し、成形物の表面特性の向上をはかることが可能になる。この最適なタイミングは、上記所定の隙間を、加熱に伴う上記被成形物における樹脂の粘度挙動において最低粘度点を経た後の時点でラバー成形型の内面が被成形物の表面に当接し被成形物に加えられる成形圧力が発生開始するように設定することにより、設定可能である。とくに、最低粘度点を経た後の時点のうち、その最低粘度点近傍の状態にある樹脂に対して成形圧力を付与開始することが好ましい。樹脂が低粘度で高い流動性を有する状態にあるときには、気泡が取り込まれにくいので容易に逃がされ、その状態で加熱硬化されていくので、優れた表面状態となる。

本発明に係るラバー成形方法は、とくに上記被成形物が繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）からなる場合に好適なものである。ＦＲＰには熱硬化性樹脂が使用されることが多いので、上記のような樹脂粘度特性を有する場合、上記の最適な成形圧力発生タイミングの設定手法を有効に採用できることになる。

ＦＲＰからなる被成形物の成形方法としては、たとえば、繊維強化プリプレグを含む被成形物を成形する方法が含まれる。従来から、ラバー成形方法は繊維強化プリプレグを含む被成形物の成形に適していると認識されているので、本発明は、とくに、従来のラバー成形方法における問題点を効果的に解決できる。

また、本発明に係るラバー成形方法は、とくに、内部に閉空間を有する被成形物を成形するのに適している。すなわち、内部に閉空間を有する被成形物の外表面側から最適な成形圧力を最適なタイミングで付与開始できるので、目標とする形態の成形物を効率よく得ることが可能になる。

このように、本発明に係るラバー成形方法によれば、成形圧力を所望の圧力に制御するとともに、被成形物に対して均一に付与することが可能になり、目標とする良好な成形品を安定して得ることが可能になる。とくに、内部に閉空間を有する被成形物の成形において、断面の好ましくない変形等を発生させることなく、望ましい成形を行うことができる。さらに、樹脂の粘度特性に応じて最適なタイミングで被成形物への成形圧力の付与を開始することで、気泡の巻き込みを防止して優れた表面状態の成形品を得ることが可能になる。

以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
まず、本発明に係るラバー成形方法の有効性を説明するために、従来のラバー成形方法と比較する。図１（Ａ）、（Ｂ）は従来のラバー成形方法の概略構成を示しており、図１（Ｃ）は本発明に係るラバー成形方法の概略構成を示している。図２は、これら図１（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示す方法における、加熱成形時の温度特性、成形圧力特性、樹脂粘度特性を加熱の進行時間に対して示したものである。

図１（Ａ）に示す従来のラバー成形方法（その１）においては、被成形物１に当接させてラバー成形型２ａを配置し、ラバー成形型２ａの表面（外面）に外型３の内面が当接した状態にて外型３を配置し、加熱して、該加熱に伴うラバー成形型２ａの熱膨張（矢印で示すような内外両方向への熱膨張）により、剛体からなる外型３に当接しているラバー成形型２ａに発生する熱膨張力の外型３からの反力として発生する成形圧力を被成形物１に加えて成形するようになっている。図１（Ｂ）に示す従来のラバー成形方法（その２）においては、被成形物１に当接させてラバー成形型２ｂを配置するとともに、ラバー成形型２ｂの表面（外面）と外型３の内面との間に隙間４を形成した状態にて（図示例では上面側のみに隙間４を形成した状態）外型３を配置し、加熱して、該加熱に伴うラバー成形型２ｂの熱膨張（矢印で示すような外方向への熱膨張）により、まず隙間４を埋めてラバー成形型２ｂの表面を外型３の内面に当接させ、引き続く加熱によるラバー成形型２ｂの熱膨張に伴い発生する成形圧力を被成形物１に加えて成形するようになっている。この隙間４により、成形圧力を制御するようになっているが、前述の如く、ラバー成形型２ｂと外型３との間の摩擦係数や他の因子による影響により、所定の成形圧力に制御することが困難である。

これら従来方法に対し、図１（Ｃ）に示す本発明に係るラバー成形方法においては、ラバー成形型２ｃの表面（外面）と外型３の内面を当接させるとともに、ラバー成形型２ｃの内面と被成形物１との間に隙間５を形成して（好ましくは、均一な隙間５を形成して）ラバー成形型２ｃのキャビティ内に被成形物１を配置し、加熱して、該加熱に伴うラバー成形型２ｃの熱膨張によりラバー成形型２ｃの内面を被成形物１に当接させた後、引き続く熱膨張により発生する成形圧力を被成形物１に加えて成形するようになっている。この隙間５により、被成形物１にかかる成形圧力と、その発生のタイミングを制御することができる。

すなわち、図２（Ａ）に示すように、図１（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示したいずれの方法においても、加熱による温度は図２（Ａ）に示すように上昇されるが、図２（Ｂ）に示すように、図１（Ａ）に示した従来方法においては、ラバー成形型２ａの内外面が最初から被成形物１および外型３に当接されているため、加熱開始時から被成形物１に対して成形圧力が発生し、三次元形状のラバー成形型２ａの各方向への熱膨張量を均一に制御し、被成形物１に対して均一な成形圧力を発生させることは困難である。

また、図２（Ｂ）に示すように、図１（Ｂ）に示した従来方法においては、ラバー成形型２ｂが熱膨張し隙間４を埋めてその外面が外型３の内面に当接したときから、実質的な成形圧力が被成形物１に対して加えられることになるが、ラバー成形型２ｂと外型３との間の摩擦係数や他の因子による影響により成形圧力が不安定に変動するため、安定して所定の成形圧力に制御することが困難である。

これらに対し、図２（Ｂ）に示すように、図１（Ｃ）に示した本発明に係るラバー成形方法においては、ラバー成形型２ｃが熱膨張し隙間５を埋めてその内面が被成形物１に当接されたときから成形圧力が被成形物１に対して加えられることになり、それまでの熱膨張に多少の不均一性があってもそれが隙間５で吸収された後成形圧力が発生することになるから、以降に熱膨張に基づいて発生する成形圧力は不安定な変動を生じることなく上昇していくことになる。その結果、所定の値へと上昇していく成形圧力が均一に被成形物１に加わることになり、望ましい形状の成形品が得られることになる。

また、この本発明に係るラバー成形方法においては、隙間５の値を調整することで、熱膨張したラバー成形型２ｃの内面が被成形物１の表面に当接するタイミングを制御でき、それによって該当接による成形圧力の発生の開始タイミングを制御できることになる。

とくに図２（Ｃ）に示すように、被成形物１に使用されている樹脂の粘度特性が、加熱に伴い一旦粘度が低下し、その後に粘度上昇する特性である場合、上記成形圧力の発生開始タイミングが最低粘度を経た直後の時点、あるいは最低粘度近傍時点となるように隙間５の初期設定値を設定することにより、気泡の巻き込み等を抑制して良好な表面状態の成形品を得ることが可能になる。

上記のような本発明に係るラバー成形方法は、とくにＦＲＰ成形品の製造に、中でも、閉空間を有する中空構造の被成形物の成形に好適なものである。ＦＲＰとしてはとくに限定されず、その強化繊維としては例えば炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、あるいはこれらを組み合わせたハイブリッド構成の繊維形態などを使用でき、マトリックス樹脂としては、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ビニルエステル樹脂等を使用できる。

図３に、本発明に係るラバー成形方法を適用した、閉空間を有する被成形物の成形の一例を示す。本実施態様においては、被成形物１１は、予め硬化されたＦＲＰ製あるいは樹脂製の閉空間１４を有する成形体１２の外周側に、未硬化の強化繊維プリプレグ１５が単層あるいは複数層積層の形態で、鉢巻き状に巻かれたものからなる。

上記被成形物１１は、本実施態様では、ラバー成形型は分割型からなる上ラバー成形型１７と下ラバー成形型１８とからなり、上ラバー成形型１７及び下ラバー成形型１８によって形成されるキャビティ１９内に、キャビティ１９内面（ラバー成形型の内面）との間に隙間２２を形成した状態にて配置されている。上ラバー成形型１７及び下ラバー成形型１８は、剛体からなる外型としての上ケーシング２０と下ケーシング２１内に、これらケーシング２０、２１の内面に当接されて配置されている。この上ラバー成形型１７及び下ラバー成形型１８は、例えばシリコーンゴムから構成されている。この状態で、被成形物１１の成形に必要な温度（成形温度）まで加熱され、成形が行われる。

上ラバー成形型１７及び下ラバー成形型１８は、剛体からなる上ケーシング２０と下ケーシング２１に当接されているので、加熱されると、上ケーシング２０と下ケーシング２１の内面を基準面として、実質的にキャビティ１９方向のみに熱膨張する。ラバー成形型１７、１８は、まず隙間２２を埋めるように熱膨張し、ラバー成形型１７、１８が被成形物１１に接触した時点から、熱膨張に基づき発生する成形圧力が被成形物１１に付与され、前述の如く被成形物１１が目標とする形状の成形物へと成形される。

上記隙間２２の初期値を適切に設定することにより、成形圧力の値、とくに成形温度における成形圧力の値と、成形圧力の発生開始タイミングを制御することができる。とくにＦＲＰのマトリックス樹脂が、前述のような加熱に伴い一旦粘度が低下し、その後に粘度上昇する粘度特性を有する樹脂の場合には、成形圧力の発生開始タイミングを適切に制御することで、気泡の巻き込み等を抑制し、優れた成形品の表面状態を得ることができるようになる。

本発明に係るラバー成形方法は、あらゆるラバー成形用途に適用でき、とくに閉空間を有する複雑な形状のＦＲＰのラバー成形に好適なものである。

図１はラバー成形方法を示しており、（Ａ）、（Ｂ）は従来のラバー成形方法（その１、その２）を示す概略構成図であり、（Ｃ）は本発明に係るラバー成形方法を示す概略構成図である。 図１の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示したラバー成形方法における加熱成形時の温度特性（図２（Ａ））、成形圧力特性（図２（Ｂ））、樹脂粘度特性（図２（Ｃ））を加熱の進行時間に対して示した特性図である。 本発明の一実施例に係るラバー成形方法を示す概略断面図である。

符号の説明

１ 被成形物
２ａ、２ｂ、２ｃ ラバー成形型
３ 外型
４、５ 隙間
１１ 被成形物
１２ 成形体
１４ 閉空間
１５ 未硬化の強化繊維プリプレグ
１７ 上ラバー成形型
１８ 下ラバー成形型
１９ キャビティ
２０ 外型としての上ケーシング
２１ 外型としての下ケーシング
２２ 隙間

Claims (9)

1. ラバー成形型を、剛体からなる外型の内面に当接させて該外型内に配置するとともに、ラバー成形型のキャビティ内に樹脂を含む被成形物を配置し、ラバー成形型の内面と被成形物の表面との間に所定の隙間を設けた状態にて加熱を開始し、ラバー成形型の内方への熱膨張により、ラバー成形型の内面を被成形物の表面に当接させた後、ラバー成形型による成形圧力を被成形物に加えることを特徴とするラバー成形方法。
2. 前記所定の隙間を、被成形物の成形面全面にわたって均一な隙間になるように設定する、請求項１に記載のラバー成形方法。
3. 前記成形圧力の発生開始のタイミングを、前記隙間の初期設定値によって調整する、請求項１または２に記載のラバー成形方法。
4. 被成形物の成形温度における前記成形圧力を、前記隙間の初期設定値によって調整する、請求項１〜３のいずれかに記載のラバー成形方法。
5. 前記被成形物における樹脂が、加熱に伴い一旦粘度が低下し、その後に粘度上昇する樹脂からなる、請求項１〜４のいずれかに記載のラバー成形方法。
6. 前記所定の隙間を、加熱に伴う前記被成形物における樹脂の粘度挙動において最低粘度点を経た後の時点でラバー成形型の内面が被成形物の表面に当接し被成形物に加えられる成形圧力が発生開始するように設定する、請求項５に記載のラバー成形方法。
7. 前記被成形物が繊維強化プラスチックからなる、請求項１〜６のいずれかに記載のラバー成形方法。
8. 繊維強化プリプレグを含む被成形物を成形する、請求項７に記載のラバー成形方法。
9. 内部に閉空間を有する被成形物を成形する、請求項１〜８のいずれかに記載のラバー成形方法。

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