JP2010030264A

JP2010030264A - 折曲用複合シート

Info

Publication number: JP2010030264A
Application number: JP2008222661A
Authority: JP
Inventors: Hiroo Ichikawa; 博夫市川
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-07-24
Filing date: 2008-07-24
Publication date: 2010-02-12

Abstract

【課題】成形時間の短縮、成形型などのシステムの軽便化、成形品肉厚の簿肉化、資材コスト、成形加工コストの削減を可能とする、ＦＲＰの製造方法及び成形体を提供する。
【解決手段】成形工程を簡易なものにするため、その前段階に資材シートの加工工程を設け、資材シートの折曲・固定成形を行う。つまり資材シートの加工工程において、単数又は複数のマトリックス材層部Ａと強化材層部Ｂから構成される複合平板シートＤを用意し、押し込み、切り込み切削除去、切断、溶融、焼却気化などの手段により線状溝１を形成する。
【選択図】図１３

Description

軽量・強靭かつ安価な成形立体を可能とする複合シート技術の提供

本発明に関わる従来例として、合成樹脂などのマトリックス材Ａ′とガラス繊維などの強化材Ｂ′を複合一体化して得られる成形立体Ｅがあるが、その最終製品Ｆの全生産工程の初期段階において、あらかじめ強化材Ｂ′が組込まれた成形型に流動状マトリックス材を充填することにより両材が複合一体化されて上記成形立体Ｅが得られることを最大の特徴としている。それらの成形立体を得るための方法としてハンドレイアップ法、ＲＴＭ法、ＳＭＣ法など多くの技術がすでに実用化されている。しかしそれらの方法に共通する重大な欠点が指摘されている。まづ全生産工程のうちとりわけ成形工程の仕込みから脱型までに多大な時間を要すること。次に成形型が、マトリックス材の高圧流動方式などのため大型かつ耐圧仕様であり、重厚長大なものであること。そして成形立体Ｅの形態とその肉厚に限界が少くないこと。
以上のことからコストのかさむ成形立体を余儀なくされていた。

あらかじめ単数又は複数のマトリックス材層部Ａと強化材層部Ｂから構成される複合平板シートＣ面上の設計・折曲部位に罫線を設けて折曲用複合シートＤを提供する。
罫線が設けられた折曲相当部において面外に折曲形成した上に、固定形成を加え成形立体Ｅを得ることを本発明の折曲用複合シートＤの役割とする。つまり全生産工程の初期段階に資材としてのシートの加工工程を設け、その資材シートを用いて折曲・固定形成のための成形工程を最終段階近くに設けることを可能にするのが本発明の折曲用複合シートＤの特徴である。

発明の課題

課題を列挙すると▲１▼成形立体Ｅの成形時間を短縮すること。▲２▼成形型などのシステムを軽便なものとする▲３▼成形立体Ｅの形態、肉厚を自在かつ必要最小限とすること。▲４▼資材コスト、成形コスト、加工コストなどを削減すること。

課題を解決するための手段

上記課題を解決するには、まづ成形工程を簡易なものにすべく、その前段階に資材シートの加工工程を設けることであり、次に成形工程において、資材シートの折曲・固定成形方式を全用することである。つまりロール加工ラインの前半においてあらかじめ単数又は複数のマトリックス材層部Ａと強化材層部Ｂから構成される複合平板シートＤが用意され、ロール加工ラインの後半においてその所定の設計・折曲部位に線状溝が設けられた折曲用複合シート（ブランクシート）Ｄを提供することである。
提供されたブランクＤは次の成形工程である製凾システム内で折曲・固定形成されて一挙に成形立体Ｅとして得られることに役立てられるとよい。

発明の効果

本発明の折曲用複合シートＤとその一連の加工・成形方法により、複合平板シートにおけるマトリックス材Ａ′、強化材Ｂ′など資材仕様の選択とその層構成、肉厚などの仕様選択が自在となり、同シートＣ仕様の標準化が容易となった。また複合シートＣにおける表面処理、塗装などの一次加工とともに罫線づけとトリミングと孔開けなどの二次加工が高精度かつ高速なるものとなった。さらに折曲用複合シートＤ上に設けられた各種罫線の働きで正確かつ高速の折曲・固定形成が実現し、結果としてほぼ自在な形態、規模の成形立体Ｅが安定的に得られた。それとともに加工、成形両システムが大巾に簡易かつ軽便なものとなった。以上の結果として資材、加工、成形工程の各コストと加工・成形システムの各コストが従来例より大巾に圧縮することが出来た。

発明を実施するための最適な形態

本発明と本発明にかかわる実施例図などをごく簡略して説明する。
図１は本発明と関わる加工と成形などの各工程を示すフロー図とその内容であり、図２は従来例に関わる成形と加工などの各工程を示すフロー図とその内容である。
図３〜８は本発明に関わる複合平板シートＣの各種実施例の部分断面図であり、図９〜２４は本発明の折曲用複合シートＤの各種実施例の部分断面図であり、図２５〜３５は本発明に関わる成形立体Ｅの各種実施例の部分断面図である。図３６〜４５は本発明の折曲用複合シートＤ方式にもとずく自動車部品における一連の実施例であり、図３６は折曲用複合シートＤの平面図、図３７は最終製品Ｆの姿図であり、図３８は成形立体Ｅの姿図であり、図３９〜４１は成形立体Ｅの各方向断面図であり、図４２〜４５は上記各方向断面図の主要部詳細断面図などである。

次に請求項などの文言に用いられる用語、本明細書の頭で定義しておく。
＜マトリックス材Ａ′、マトリックス材層部Ａ＞
マトリックス材Ａ′とは強化材Ｂ′とくらべ引張強度に劣り、溶融又は熱可塑性温度などが低いことをその材質的特徴とする石油系又は植物系の不飽和ポリエステル、ビニルエステル、エポキシ、アクリル、フェノール、ポリエチレン、ポリプロピレンなどの樹脂を基材ととしたもの。その他の樹脂を基材としたものやこれらとは別に木質系、紙質系、セラミック系、石膏系を基材としたものも本発明に関わり有効である。マトリックス材層部Ａとは上記マトリックス材Ａ′が層状に形成されたものであり、その他にも上記各基材を豆板状、スポンジ状、ハニカム状、波板状、積層状、サンドウィッチ状に形成されたものや、マトリック材Ａ′に強化材Ｂ′を分散させられたマトリックス材層部Ａなどがあり、上記各基材を適宜組合せたものもあり、いづれも本発明に関り有効である。

＜強化材Ｂ′、強化材層部Ｂ＞
強化材Ｂ′とは、マトリックス材Ａ′とくらべ引張り強度に優れ、溶融軟化温度などが高いことを特徴とするガラス系、カーボン系、アラミド系、ポリエスル系、シリコンカーバーイト系などの繊維を基材としたもの。その他には金属繊維、岩線などを基材としたものがあり、また、上記各基材を適宜組合せたものも本発明に関わり有効である。強化材層部Ｂとは上記各強化材Ｂ′をひも状、織物状、一方向すだれ状、不織布状のシートとしたものやカーボンシート、高張力金属シート、高張力樹脂シートとそれらの穴あきシートなどがあり、その他には前記マトリックス材Ａ′を含浸させ賦形化した強化材層部Ｂは本発明に関り極めて重要である。なお上記各強化材Ｂ′、強化材層部Ｂを適宜組合せたものも本発明に係わり有効である。

＜複合平板シートＣ、資材シート＞
複合平板シートＣとは、マトリックス材Ａ′と強化材Ｂ′の２相を相互に複合一体化されて、単数又は複数のマトリックス材層部Ａと単数又は複数の強化材層部Ｂとからなる平板状シートに形成されたものであり、この他に強化材Ｂ′を分散されたマトリックス材層部Ａもしくはマトリックス材Ａを含浸させられた強化材層部Ｂがあり、それらが単独で上記平板状シートに形成されたものでもよい。
上記各層部Ａ，Ｂが適宜組合されたものも本発明に関わり有効である。なお原則として一貫したロール加工ラインにおいて上記２相以上の複合一体化による層部形成がされることを本複合平板シートＣの特徴としている。図１の生産工程における資材シートと同意語である

＜折曲用複合シートＤ、複葉シート＞
折曲用複合シートＤとは、図１に示される通り資材の加工工程において所定２相の複合一体化と含浸、賦形、硬化がされて複合平板シートＣが設けられ、そのシートＣが部分加工程において表面処理、塗装とあわせトリミング、罫線づけ、孔開けなどの加工形成がされて得られるものであり、次の成形工程における確実にして容易な折曲・固定形成を可能にするものである。
複葉シートとは、上記部分工程におけるトリミング、罫線、開孔などの寸法・形態を各シート相互に実質上共通・同等として設けられた部位を局部又は全体に加工形成された複数枚の折曲用複合シートＤであり、その複数シートＤが次工程であらかじめ個別に折曲形成されて設けられた成形途上の各立体Ｅをして、相互に篏合後熱融着などの手段により固定形成することが可能となる。

＜複合一体化＞
複合一体化とは、液体状、粉粒体状、シート状などのマトリックス材Ａ′と繊維状、織物状、シート状などの強化材Ｂ′が、常温又は中高温、低常圧、又は高圧下の分囲気又は装置内条件における融着、接着、圧着、貫入、注入、混合、含浸、分散などの手段もしくはそれらを適宜に選択、組合せた手段により、原則として単一平板シート状と形成されこと。

＜線状溝、罫線＞
線状溝又は罫線とは、複合平板シートＣを構成する単数又は複数のマトリックス材層部Ａと単数又は複数の強化材層部Ｂにおいて特定又は全体の該層部Ａと特定又は全体の該層部Ｂのいずれか一方もしくは双方の設計部位に形成される連続又は継続的溝状変形であり、押し込み、切り込み切削除去、切断、溶融、焼却気化などの手段により形成されるものがある。

＜設計・折曲部位、折曲相当部＞
設計・折曲部位とは、複合平板シートＣ上において設計段階で決定された線状溝の配置予定。
折曲相当部とは、折曲用複合シートＤ上において線状溝が設けられている位置。

＜折曲形成＞
折曲形成とは、折曲用複合シートＤにおいてすでに罫線を設けらた折曲相当部が、その折曲中心を基準にして所定角度に面外変形せられること。またその面外変形は簡易を面外力により実施されながらその成形精度が得られることを特徴としている。

＜固定形成、連結一体化＞
固定形成とは、折曲用複合シートＤにおいて折曲部が所定角度の面外変形を完了させた後、図２５、２６に示される如くその折曲中心３を介してマトリックス層部Ａの線状溝内対向部２が相互に熱融着などの手段で連結一体化されること。これとはちがい実質上共通・同等とした加工形成がされた前記複葉シートにおいて図２９の如く、オス・メス状に折曲形成されてなる、成形途上の両立体Ｅを相互に篏合・組合せして後熱融着などの手段で連結一体化することも固定形成の有力バージヨンである。なお複葉シートには、図４４の如く別個体シートによるケースと図４３、４５の如く連続シートによるケースがありいずれも本発明に関わり有効である。

＜成形立体Ｅ、最終製品Ｆ＞
成形立体Ｅとは、折曲用複合シートＤが成形工程において折曲・固定形成が完了し最終製品に至る一歩手前のスケルトン（架体）などとして得られたものである。最終製品とは、成形立体Ｅが各種ジヨイント部品や他の補助部品、部材とともに組立て工程においてその全体構成を完成されたもの。

＜一連の全生産工程における本発明の折曲用複合シートＤの働き＞
本発明の折曲用複合シートＤ（以下省略して本発明シートＤと云う。）とそれを加工するための複合平板シートＣなどについて最適な形態構成を説明するに先だち、最終製品Ｆののための全体生産工程において、複合平板シートＣから本発明シートＤが設けられるままでの一連の加工作業に重点をおき、従来例との差異を明らかにする。
図２には従来例の全生産工程が示されており、成形工程（２）が加工工程（３）に先行しており、３の成形工程（２）における一連の作業が断続的かつ極端に低速であることを余儀なくされている。それに対して図１に示される本発明シートＤにかかわる全生産工程の中では成形工程（３）が加工工程（２）の後にまわり、その成形工程（３）における一連の作業は連続的であるとともに高速であることを特長としている。さらに従来例の加工工程（３）内の各作業が不連続的かつ低速であるが、それに対して本発明に関わる加工工程（２）の作業は連続的かつ超高速であることを最大の特長としている。
次に本発明シートＤの加工から成形に至る各工程内の諸作業とその内容を説明する。図１に示される加工工程（２）において、第一ステップは経続的な各種マトリックス材Ａ′と強化材Ｂ′のコルゲーティング、含浸、賦形、硬化を行うことにより、資材シート（複合平板シートＣ）形成のための基本加工作業であり、第二ステップはその資材シートに対する経続的な表面処理、塗装、印刷などの部分加工作業（１）であり、第三ステップはトリミング、罫線、開孔などを資材シートＣに同時実施し形成する部分加工作業（２）であり、これら全ステップの作業が一貫ラインの高速ロールにおいて円滑かつ確実に実施され本発明シートＤが得られる。得られた本発明シートＤは単一ラインシステム内の成形工程において所定の折曲・固定の両形成作業が実施され所定の成形立体Ｅとして得られる。さらにその下流の組立工程においてこの成形立体Ｅとジヨイントなどの各部品、部材との構成一体化が図られ、最終製品Ｆが完成して得られる。

＜最適な複合平板シートＣの各種形態構成＞
図３〜８において本発明に関わる複合平板シートＣのマトリックス材層部Ａと強化材層部Ｂの各種断面形態が示されており、図３、４、５、８には単数の強化材層部Ｂが、図６、７には複数の強化材層部Ｂが単数又は複数のマトリックス材層部Ａと複合一体化される。
上記複合平板シートＣには、原則としてマトリックス材層部Ａが含浸しやすく賦形化の容易な、織物状、マット状などのカーボン繊維、グラス繊維の強化材層部Ｂが用いられてよい。図３〜７では賦形化された強化材層部Ｂとマトリックス材層部Ａとから構成されてなる実施施例が、図８ではマトリックス材Ａ′を含浸、賦形化されてなる強化材層部Ｂが単独で用いられる実施例が示され、いずれも本発明に関わる複合平板シートＣとして有効である。なお複合平板シートＣには上記実施例以外に多様な変形タイプがあり、それを構成するマトリックス材Ａ′と同層部Ａ、強化材Ｂ′と同層部Ｂが前段の用語説明にある通り素材とその物性、断面形態、同寸法比率などの選択が自在であり、それら適宜組合せて得られるものも本発明に関り有効である。また複合平板シート自体の肉厚、巾員、延長も自在であり、平坦状シート以外に内方向又は延長方向に湾曲状、折曲状としたものも本発明に関わり有効である。
なお、図示されないが上記各平板シートＣが両表面材として用いられ、その中間部にハニカム状、スポンジ状、フオーム状、波板状など、各種素材による心材がサンドウィッチされて設けられるものも本発明に関わる複合平板シートＣとして有効である。

＜最適な折曲用複合シートＤの各種形態構成＞
図９〜２４には複合平板シートＣに線状溝などが加工形成されてなる本発明の折曲用複合シートＤの罫線部断面形態が示されており、図９、１０、１１、１３、１４、１７の実施例には押し込み型の線状溝１が、図１２、２４には切削除去型又はレーザー光などによる焼却気化型の線状溝１が、図１５、１６には切断又は切り込み型の線状溝１が設けられること特徴としている。図１７ではマトリックス材Ａ′を含浸され賦形化された強化材層部Ｂが主としてマトリックス材Ａ′への押し込み型の線状溝１を設けられる実施例である。図１７の実施例は単独で、本発明の折曲用複合シートＤとして有効である。
また図１８〜２３の実施例では、図１０の実施例の、各層構成を維持した上で、線状溝１の各種変化タイプが示されており、図１８はレーザー光などによる焼却気化型、図１９は、切り込み型、図２０、２１は広巾の押し込み型、図２２は両面深度押し込み型などであり、図２３は図２２の局部拡大図である。
図２４の実施例は上記各実施例とことなりあらかじめ単数の強化材層部Ｂとマトリックス材層部Ａとからなる複合平板シートＣが線状溝１を設けられた後、更に賦形化された強化材層部Ｂと連結一体化されて得られるものである。その他に様々な折曲用複合シートＤの断面形態が容易に考案されいずれも本発明に有効である。なお、上図すべてに罫線部１が示されてはいるが本発明の折曲用複合シートＤにはかかすことの出来ないトリミング端部と開孔部などは省略されて示されない。

＜本発明に関わる成形立体Ｅ＞
図２５〜３５には、本発明に関わる成形立体Ｅの局部である折曲部の断面形態が各種示されている。図２５、２６、２８、３０、３２、３３には折曲角度を９０°とし、図２７、３１、３４、３５には折曲角度を１８０°とした折曲部断面図である。図２５、３０、３１には、折曲用複合シートＤの図９、１０実施例を折曲・固定形成して得られる成形立体Ｅの折曲断面が示され、図２６、２７には折曲用複合シートＤの図２０、２１に準ずる実施例を折曲・固定形成して得られる折曲断面が、図２８、３３、３４には折曲用複合シートＤの図１５に準ずるものの折曲・断面が図３５には折曲用複合シートＤの図１６に準ずるものの折曲断面が、各々示されている。
図２９には、図８の実施例にある折曲用複合シートＤを２葉用意し、所定の９０°折曲形成の後、両マトリックス層部Ａが介在する様に交互に篏合・密着した上、両マトリックス材層部Ａの表面を相互に連結一体化手段により固定形成されて得られた、新たな成形立体Ｅの折曲部断面が示されている。図示されないがこの他に様々な折曲部断面形態が容易に着想されいずれも本発明に有効である。なお上記固定形成されるべき部位は、折曲部周辺めた両層部Ａの全密着部にまで及ぶことが望ましい。
図２９に示された２葉複合シートＤによるＬ字型折曲部とした成形立体Ｅとはちがい、３葉又は４葉複合シートＤから成るＴ字型又は十字型折曲部とした新成形立体Ｅがあり、図示されないがその構成法は容易に着想され本発明に有効である

＜本発明に関わる成形立体Ｅ及び最終製品Ｆの実施例＞
本発明により、もたらされる最終製品Ｆの実施例は図３７の自動車用ボンネットであるが、それを得るための折曲用複合シートＤは図３６のボンネット用ブランクであり、その複合シートＤが所定の折曲・固定形成されて得られる成形立体Ｅは図３８のボンネット・スケルトンであり、それがジヨイント用ビスなどの付属部品とともに組立てられて最終製品Ｆとしてのボンネットが提供される。
より詳しく述べると、図示されていないがあらかじめ用意された複合平板シートＣから、切断部５とともにトリミングされ、各種罫線１づけがされて設けられたのが図３６の折曲複合シートＤであり、ただしビス穴など省略されている。その複合シートＤから折曲・固定形成された図３８の成形立体Ｅは一部の直行状折曲部と大部分の湾曲折曲部とから成り、結果として、実質的に面内の延伸変形にたよらないトポロジカルな曲面構成の立体が得られた。
また図３９の直行状折曲端部（ロ）と図４１の湾曲状折曲端部（イ）において設けられた折り返えし形成により、上記トポロジカルな曲面構成が安定的に組まされた。
図４２、４３、４４には直行状折曲端部の折り返えし詳細が、図４５には、湾曲状・折曲端部の折り返えし詳細の実施例が示されている。ただし図４３、４４の詳細は、図３６の折曲用複合シートＤの罫線仕様とは異り参考までに例示した。なお図４４の折曲・固定形成方法は図４２、４３、４５といささかことなり、２葉の折曲用複合シートを用い、それを２段階の折曲形成をしたあと篏合密着し固定形成して得られるものである。
本実施例では自動車のボンネット部品がとりあげられたがこの他に屋根部、後ボンネット部、ドア部、シヤーシー部などにも本発明の折曲用複合シート方式が有効であることは云うまでもない。

本発明の折曲用複合シート方式の応用は前記自動車部品分野にかぎられず、航空機、船舶や各種家電、産業機器の部品、筺体や輸送用コンテナー、通い凾をし建築分野の部品、軸組、床版、壁体、内装家具などにも可能であり、それら分野における部品、本体の軽量、高剛性化と並び美匠化、コストカットそしてこれまでのＦＲＰ製品には期待出来なかった低炭素排出レベル達成による環境対応に資する役割は小さくない。

は本発明に関わる加工と成形の各工程図は従来例に関わる成形と加工の各工程図は本発明に関わる複合平板シートＣの断面図は本発明に関わる複合平板シートＣの断面図は本発明に関わる複合平板シートＣの断面図は本発明に関わる複合平板シートＣの断面図は本発明に関わる複合平板シートＣの断面図は本発明に関わる複合平板シートＣの断面図は本発明の折曲用複合シートＤの断面図は本発明の折曲用複合シートＤの断面図は本発明の折曲用複合シートＤの断面図は本発明の折曲用複合シートＤの断面図は本発明の折曲用複合シートＤの断面図は本発明の折曲用複合シートＤの断面図は本発明の折曲用複合シートＤの断面図は本発明の折曲用複合シートＤの断面図は本発明の折曲用複合シートＤの断面図は本発明の折曲用複合シートＤの断面図は本発明の折曲用複合シートＤの断面図は本発明の折曲用複合シートＤの断面図は本発明の折曲用複合シートＤの断面図は本発明の折曲用複合シートＤの断面図は本発明の折曲用複合シートＤの断面図は本発明の折曲用複合シートＤの断面図は本発明に関わる成形立体Ｅの断面図は本発明に関わる成形立体Ｅの断面図は本発明に関わる成形立体Ｅの断面図は本発明に関わる成形立体Ｅの断面図は本発明に関わる成形立体Ｅの断面図は本発明に関わる成形立体Ｅの断面図は本発明に関わる成形立体Ｅの断面図は本発明に関わる成形立体Ｅの断面図は本発明に関わる成形立体Ｅの断面図は本発明に関わる成形立体Ｅの断面図は本発明に関わる成形立体Ｅの断面図は本発明の自動車ボンネット用ブランクである折曲用複合シートＤの平面図。は本発明に関わる自動車ボンネットである最終製品Ｆの姿図は本発明に関わるボンネット・スケルトンである成形立体Ｅの姿図は本発明に関わるボンネット・スケルトンである成形立体ＥのＳ_１−Ｓ_１断面図は本発明に関わるボンネット・スケルトンである成形立体ＥのＳ_２−Ｓ_２断面図は本発明に関わるボンネット・スケルトンである成形立体ＥのＳ_３−Ｓ_３断面図は図４１の（ロ）部分の詳細図は図４１の（ロ）部分の詳細図は図４１の（ロ）部分の詳細図は図３９の（イ）部分の詳細図

符号の説明

Ａ………マトリックス材層部
Ａ′……マトリックス材
Ｂ………強化材層部
Ｂ′……強化材
Ｃ………複合平板シート
Ｄ………折曲用複合シート
Ｅ………成形立体
Ｆ………最終製品
１、……線状溝、罫線、設計、折曲部位、折曲相当部折曲部
２………折曲中心
３………線状溝の対向側壁、単葉シート自体の固定形成部
４………折曲形成された複葉シートが相互に篏合密着され、固定形成された部位

Claims

マトリックス材Ａ′と強化材Ｂ′の２相を相互に複合一体化されることにより単数又は複数のマトリックス材層部Ａと単数又は複数の強化材層部Ｂから構成される複合平板シートＣが、トリミングされるとともに特定又は全体の該マトリックス層部Ａと特定又は全体の該強化材層部Ｂのいずれか一方もしくは双方の設計・折曲部位において線状溝を設けられて得られる折曲用複合シートＤ。
線状溝が設けられた折曲相当部において、折曲形成されるとともに固定形成されることにより成形立体Ｅを得られることを特徴とする第１項記載の折曲用複合シートＤに関する。
複葉シートが、又は単葉シートから折たたまれてなる複葉シートが個別に折曲形成されてのち、交互に篏合・密着されたその折曲部周辺において固定形成されることにより成形立体Ｅをして得ることを特徴とする第一項又は第二項記載の折曲用複合シートＤに関する。