JP2013208847A - プレス成形装置及びプレス成形品の成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】繊維強化プラスチック材をプレス成形する際にプレス成形品の物性値が低下するのを防止する。
【解決手段】ホルダ７のホルダ孔部７ａ周りにおける成形部２０ａのコーナー部に対応する部分を除く箇所には、型閉じ状態でダイ５のホルダ面５ｃとで繊維強化プラスチック材１０を挟圧保持する４つの挟持部７ｂが互いに離間して設けられる。各挟持部７ｂ間における成形部２０ａのコーナー部に対応する箇所には、ダイ５及びホルダ７の型閉じ状態でパンチ８がダイ５のダイ孔部５ａへ進出する際に、繊維強化プラスチック材１０の挟持部７ｂに対応する部分を除く箇所から上記ホルダ孔部７ａに向かって流動する繊維強化プラスチック材１０を上記繊維強化プラスチック材１０を挟持部７ｂに挟持される部分に侵入させないように滞留させる侵入阻止凹部７ｃが凹設される。
【選択図】図１

Description

本発明は、連続繊維を複合したシート状の繊維強化プラスチック材をプレス成形するプレス成形装置及び繊維強化プラスチック材からなるプレス成形品の成形方法に関する。

従来より、例えば、自動車や飛行機といった機械及び構造物は、強度安全性の向上や軽量化による燃費向上等が求められ、これらの要求を達成するために、上記機械及び構造物の製造に使用する材料として、軽量で、且つ、優れた力学的特性を有する繊維強化プラスチック材が一般的に使用されている。

該繊維強化プラスチック材の成形装置は様々なものがあり、その中の１つに連続繊維を複合したシート状の繊維強化プラスチック材をプレス成形するプレス成形装置がある。例えば、特許文献１のプレス成形装置は、繊維強化プラスチック材の一方の面を挟圧保持するホルダ面を有するダイと、該ダイに対向配置され、上記繊維強化プラスチック材の他方の面を挟圧保持するホルダとを備えている。上記ダイには、プレス成形品の成形部に対応する凹部が凹設され、上記ホルダには、プレス成形品の成形部に対応する孔部が形成されている。

そして、上記ホルダの孔部には、パンチが進退可能に配置され、加熱したシート状の繊維強化プラスチック材を型開きした上記ダイ及びホルダ間に搬入し、上記ダイ及びホルダの型閉じ動作によりダイのホルダ部及びホルダで繊維強化プラスチック材の外周を挟持した状態で、上記パンチを上記ダイの凹部へ進出させることにより、上記繊維強化プラスチック材を所定形状にプレス成形するようになっている。

特開２００８−６８５３２号公報（段落００１４，００１５欄、図３）

しかし、特許文献１のプレス成形装置でプレス成形を行うと、プレス成形時に上記繊維強化プラスチック材の上記挟持部に対応する部分から上記孔部に向かって流動する材料のうち、成形部のコーナー部に対応する部分は、当該部分の両隣の材料の流動によって行き場が無くなって孔部に向かって流動し難くなるので、流動し易い部分とし難い部分とによって、成形後のプレス成形品における上記ダイ及びホルダの挟持部分に対応する部分の繊維が湾曲したり蛇行したりしてしまう。プレス成形品の繊維が湾曲したり蛇行すると、当該部分の物性値が低下してしまうので、所望する適用部品に適用できなくなるおそれがある。

本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、繊維強化プラスチック材をプレス成形する際にプレス成形品の物性値が低下するのを防止することにある。

上記の目的を達成するために、本発明は、ダイ及びホルダの少なくとも一方に繊維強化プラスチック材を挟持する部分を複数離間した位置に設け、該各挟持する部分の間に凹部を設けたことを特徴とする。

具体的には、加熱したシート状の繊維強化プラスチック材の一方の面を挟圧保持するホルダ面を有するダイと、該ダイに対向配置され、上記繊維強化プラスチック材の他方の面を挟圧保持するホルダとを備え、上記ダイ及びホルダには、成形部にコーナー部を有するプレス成形品の成形部に対応する孔部が形成され、上記ホルダの孔部には、パンチが進退可能に配置され、上記ダイ及び上記ホルダを互いに接近させて上記繊維強化プラスチック材を挟圧保持した型閉じ状態で、上記パンチを進出させることにより、上記繊維強化プラスチック材を所定形状にプレス成形するプレス成形装置において、次のような解決手段を講じた。

すなわち、第１発明では上記ダイのホルダ部及び上記ホルダの少なくとも一方の孔部周りの上記コーナー部に対応する部分を除く箇所には、型閉じ状態で上記ダイのホルダ部及び上記ホルダの他方とで上記繊維強化プラスチック材を挟圧保持する複数の挟持部が互いに離間して設けられ、該各挟持部間の上記コーナー部に対応する箇所には、上記ダイ及び上記ホルダの型閉じ状態で上記パンチが上記ダイの孔部へ進出する際に、上記挟持部に対応する部分を除く箇所から上記孔部に向かって流動する上記繊維強化プラスチック材を上記挟持部に挟持される部分に侵入させないように滞留させる侵入阻止凹部が凹設されていることを特徴とする。

また、本発明は、成形部にコーナー部を有するプレス成形品の成形方法をも対象とし、次のような解決手段を講じた。

すなわち、第２の発明は、加熱したシート状の繊維強化プラスチック材の上記コーナー部の両側に対応する部分を挟圧保持した型閉じ状態で、パンチを進出させることにより、上記繊維強化プラスチック材の上記コーナー部に対応する非挟持部分から上記挟持部分に上記繊維強化プラスチック材を流動させないようにプレス成形し、成形部にコーナー部を有するプレス成形品を得ることを特徴とする。

本発明では、成形部のコーナー部に対応する繊維強化プラスチック材が孔部に向かって流動する際に、行き場が無くなっても挟持部に挟持される部分に侵入せずに侵入阻止凹部に滞留するようになる。したがって、挟持部から孔部に向かう材料の流動が孔部周りに略均一となり、成形後のプレス成形品の上記挟持部に対応する部分の繊維が湾曲したり蛇行しなくなるので、成形後のプレス成形品における上記ダイのホルダ部及びホルダの挟持部に対応する部分の物性値の低下を防止することができる。

本発明の実施形態に係るプレス成形装置の斜視図である。 （ａ）は、図１のＡ−Ａ線における断面図、（ｂ）は、図１のＢ−Ｂ線における断面図であり、型開き状態でダイ及びホルダ間に繊維強化プラスチック材を搬入した直後の状態を示す。 図２の状態からダイ及びホルダを互いに接近させて繊維強化プラスチック材をダイのホルダ部とホルダとで挟持した直後の状態である。 図３の状態からパンチをダイの孔部に進出させて繊維強化プラスチック材を所定形状にプレス成形した直後の状態である。 図４の状態からダイ及びホルダを型開きした直後の状態である。 本発明の実施形態に係るプレス成形装置で成形したプレス成形品であり、（ａ）は、プレス成形品全体の平面視の写真を、（ｂ）は、プレス成形品を斜め上方から見た写真をそれぞれ示す。 従来のプレス成形装置で成形したプレス成形品であり、（ａ）は、プレス成形品全体の平面視の写真を、（ｂ）は、プレス成形品を斜め上方から見た写真をそれぞれ示す。 本発明の実施形態の変形例におけるホルダ周りの拡大斜視図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎない。

図１乃至図５は、本発明の実施形態に係るプレス成形装置１を示す。該プレス成形装置１は、連続繊維が複合されたシート状の繊維強化プラスチック材１０（図２参照）を加熱した状態でプレス成形して所定形状のプレス成形品２０（図５及び図７参照）を得る装置であり、床面に設置された略直方体形状の基台３及び該基台３の上方に対向配置された昇降台４を有する装置本体２を備え、図示しない昇降機構により、上記昇降台４は上記基台３に対して上下に昇降可能となっている。

上記昇降台４下面には、直方体形状のダイ５が取り付けられている。該ダイ５の中央下部には、上方が閉塞するとともに下方に開口するダイ孔部５ａが形成され、該ダイ孔部５ａは、上記プレス成形品２０の成形部２０ａに対応している。

また、上記ダイ孔部５ａ開口寄りの内側面には、矩形の環状突条部５ｂが突設され、上記ダイ孔部５ａの開口周りには、型閉じ状態で上記繊維強化プラスチック材１０の上面（一方の面）を挟圧保持するフラットなホルダ面５ｃが設けられている。

さらに、上記ダイ孔部５ａには、略直方体形状のカウンターパンチ６が上下に進退可能に配置されている。

上記カウンターパンチ６下半部分の外周面は、上記環状突条部５ｂの先端位置に対応していて、上記カウンターパンチ６上半部分の外周面より内側に位置しており、上記カウンターパンチ６の上半部分及び下半部分の境目には、段差部６ａが形成されている。そして、上記カウンターパンチ６が下方に進出する際、上記段差部６ａが上記環状突条部５ｂに当接し、上記カウンターパンチ６がそれ以上下方への進出するのを規制するようになっている。

上記ダイ孔部５ａ上方の閉塞部分と上記カウンターパンチ６上端との間には、複数の第１コイルバネ１１が配設され、該各第１コイルバネ１１は上記カウンターパンチ６を下方付勢している。

上記基台３は、上側基台３ａと、該上側基台３ａに対向する下側基台３ｂとで構成され、当該上側基台３ａ及び下側基台３ｂの外周には、上記下側基台３ｂに対して上記上側基台３ａを上方付勢する複数の第２コイルバネ１２が互いに離間した位置に取り付けられている。

上記上側基台３ａの上面中央には、厚みのある略正方形板状のホルダ７が上記ダイ５に対向するように配置され、上記ホルダ７は、型閉じ状態で上記繊維強化プラスチック材１０の下面（他方の面）を挟圧保持するようになっている。

上記上側基台３ａ及び上記ホルダ７の各々の中央部分には、図２乃至図５に示すように、上記ダイ５のダイ孔部５ａに対向する位置に略矩形状の基台孔部３ｃ及びホルダ孔部７ａが互いに連通形成され、当該基台孔部３ｃ及びホルダ孔部７ａは、上記プレス成形品２０の成形部２０ａに対応している。

上記ホルダ７上面の上記ホルダ孔部７ａ周りには、上記ダイ５及び上記ホルダ７の型閉じ状態で上記ダイ５のホルダ面５ｃとで上記繊維強化プラスチック材１０を挟圧保持する４つの挟持部７ｂが互いに離間して設けられている。

該挟持部７ｂは、平面視で略矩形状をなしていて、上記ホルダ孔部７ａの各辺に対応する位置にそれぞれ設けられている。

上記各挟持部７ｂの間、すなわち、上記ホルダ７の四隅には、平面視で略矩形状の侵入阻止凹部７ｃが凹設されている。

上記基台孔部３ｃ及びホルダ孔部７ａには、上端に成形面８ａを有する略直方体形状のパンチ８が進退可能に配置され、該パンチ８の下端は上記下側基台３ｂに固定されている。

そして、型開き状態の上記ダイ５及びホルダ７間に加熱した上記繊維強化プラスチック材１０を搬入した状態で、図示しない昇降機構により、上記昇降台４を下降させて上記ダイ５及びホルダ７を互いに接近させることにより、上記繊維強化プラスチック材１０を上記ダイ５のホルダ面５ｃ及びホルダ７の各挟持部７ｂで挟圧保持するようになっている。

また、上記ダイ５及びホルダ７の型閉じ状態で、図示しない昇降機構により、さらに上記昇降台４を下降させると、上記各第２コイルバネ１２の付勢力に抗して上記上側基台３ａが下方に移動することにより上記パンチ８が上記ダイ孔部５ａに進出するようになっていて、上記パンチ８の上記ダイ孔部５ａへの進出動作により、上記繊維強化プラスチック材１０を所定形状にプレス成形するようになっている。

さらに、上記ダイ５及びホルダ７の型閉じ状態で上記パンチ８が上記ダイ５のダイ孔部５ａへ進出する際に、上記繊維強化プラスチック材１０の上記挟持部７ｂに対応する部分を除く箇所（非挟持部分１０ａ）から上記ホルダ孔部７ａに向かって流動する上記繊維強化プラスチック材１０を上記挟持部７ｂに挟持される部分（挟持部分１０ｂ）に侵入させないように上記各侵入阻止凹部７ｃに滞留させるようになっている。

次に、上記プレス成形装置１でシート状の繊維強化プラスチック材１０からプレス成形品２０を成形する方法について説明する。

まず、上記繊維強化プラスチック材１０を図示しない加熱炉等で加熱した後、図２に示すように、型開きしたダイ５及びホルダ７間に搬入して当該ホルダ７上に載置する。

次に、図示しない昇降機構により、昇降台４を下降させて上記ダイ５を上記ホルダ７に接近させる。すると、図３に示すように、上記ダイ５のホルダ面５ｃが上記繊維強化プラスチック材１０の上面に接触するとともに、上記ホルダ７の各挟持部７ｂが上記繊維強化プラスチック材１０の下面に接触して、当該繊維強化プラスチック材１０を上記ホルダ面５ｃ及び上記各挟持部７ｂで挟圧保持する。

しかる後、図示しない昇降機構により、さらに昇降台４をさらに下降させると、図４に示すように、ダイ５のホルダ面５ｃが繊維強化プラスチック材１０を介してホルダ７を下方に押し下げる。

すると、該ホルダ７及び上側基台３ａが上記各第２コイルバネ１２の付勢力に抗して下方に移動するのに伴って、上記パンチ８が上記ダイ孔部５ａに進出するとともに、繊維強化プラスチック材１０の反パンチ８側に接触するカウンターパンチ６が上記各第１コイルバネ１１の付勢力に抗して上方に移動することにより、図５に示すように、成形部２０ａを有するプレス成形品２０を得る。

このとき、上記繊維強化プラスチック材１０の上記各挟持部７ｂに対応する部分を除く箇所（非挟持部分１０ａ）から上記ホルダ孔部７ａに向かって流動する上記繊維強化プラスチック材１０を上記挟持部７ｂに挟持される部分（挟持部分１０ｂ）に侵入させないように上記各侵入阻止凹部７ｃに滞留させる。

その後、図示しない戻り止め機構により上側基台３ａを固定するとともに、図示しない昇降機構により昇降台４を上昇させる。すると、上記ホルダ７からダイ５が離間するとともに、上記カウンターパンチ６が上記各第１コイルバネ１１の付勢力で下方に移動して段差部６ａが上記環状突条部５ｂに当接する。

しかる後、型開きした状態のダイ５及びホルダ７間からプレス成形品２０を搬出してプレス成形を終了する。

次に、本発明のプレス成形装置１を用いて実験した結果について説明する。

図６は、シート状の熱可塑性繊維強化プラスチック材１０（板厚：１ｍｍ、２辺の各長さ：１４０ｍｍ）を上記プレス成形装置１でプレス成形して、扁平な直方体形状の成形部２０ａ（高さ：２０ｍｍ、２辺の各長さ：６０ｍｍ）を成形した結果を示す。

矢印Ｃの部分、すなわち、繊維強化プラスチック材１０の上記各挟持部７ｂに対応する部分は、繊維が真っ直ぐなままで、成形前後で繊維配向が変化していない。これは、プレス成形時において、図６（ｂ）に示すように、成形部２０ａのコーナー部に対応する部分（Ｄ部分）の行き場のない材料が矢印Ｘ１のように移動してＣ１部分に侵入することなく滞留するからだと考えられる。

一方、図７は、シート状の熱可塑性繊維強化プラスチック材１０（板厚：１ｍｍ、２辺の各長さ：１４０ｍｍ）を従来のプレス成形装置でプレス成形して、扁平な直方体形状の成形部２０ａ（高さ：２０ｍｍ、２辺の各長さ：６０ｍｍ）を成形した結果を示す。

この実験結果では、成形後に矢印Ｅの部分の繊維が大きく湾曲することを確認した。

以上より、本発明では、成形部２０ａのコーナー部に対応する繊維強化プラスチック材１０がホルダ孔部７ａに向かって流動する際に、行き場が無くなっても各挟持部７ｂに挟圧保持される部分に侵入せず侵入阻止凹部７ｃに滞留するようになる。したがって、各挟持部７ｂからホルダ孔部７ａに向かう繊維強化プラスチック材１０の流動がホルダ孔部７ａ周りに略均一となり、成形後のプレス成形品２０の上記挟持部７ｂに対応する部分の繊維が湾曲したり蛇行しなくなるので、成形後のプレス成形品２０における上記ダイ５のホルダ面５ｃ及びホルダ７の挟持部７ｂに対応する部分の物性値の低下を防止することができる。

図８は、本発明の実施形態の変形例を示す。この変形例では、以下の点が上記で詳述した実施形態と異なっている。すなわち、変形例のホルダ７上面には、ホルダ孔部７ａの４つの角部から外側方に略Ｌ字状に延びる４つの溝状の侵入阻止凹部７ｄが凹設され、上記ホルダ７の四隅に平面視で略矩形状の挟持部７ｅが設けられている。尚、上記侵入阻止凹部７ｄは、プレス成形時に繊維強化プラスチック材１０が特に行き場を無くす部分（集まり易い部分）に対応している。

そして、上記ダイ５及びホルダ７の型閉じ状態で上記パンチ８が上記ダイ５のダイ孔部５ａへ進出する際に、上記繊維強化プラスチック材１０の上記挟持部７ｂに対応する部分を除く箇所から上記ホルダ孔部７ａに向かって流動する上記繊維強化プラスチック材１０を上記挟持部７ｂ、７ｅに挟持される部分に侵入させないように上記各侵入阻止凹部７ｄに滞留させるようになっている。

尚、変形例のプレス成形装置１を用いて繊維強化プラスチック材１０をプレス成形する方法は、上記繊維強化プラスチック材１０の上記各挟持部７ｂに対応する部分を除く箇所から上記ホルダ孔部７ａに向かって流動する上記繊維強化プラスチック材１０を上記挟持部７ｂに挟持される部分に侵入させないようにするのが侵入阻止凹部７ｃではなく侵入阻止凹部７ｄである点が実施形態１と異なるだけで、その他は実施形態１と同じであるので、詳細な説明は省略する。

したがって、本発明の変形例では、シート状の繊維強化プラスチック材１０から直方体形状の成形部２０ａを成形する際、繊維強化プラスチック材１０が特に行き場を無くす部分（集まりやすい部分）にだけ対応するように侵入阻止凹部７ｄを設けても、上述の実施形態と同様の効果を得ることができる。

尚、本発明では、侵入阻止凹部７ｃ、７ｄをホルダ７に設けているが、ダイ５のホルダ面５ｃに設けてもいいし、ダイ５及びホルダ７の両方に設けてもよい。

本発明は、連続繊維を複合したシート状の繊維強化プラスチック材をプレス成形するプレス成形装置及び繊維強化プラスチック材からなるプレス成形品の成形方法に適している。

１ プレス成形装置
５ ダイ
５ａ ダイ孔（孔部）
５ｃ ホルダ面
７ ホルダ
７ａ ホルダ孔（孔部）
７ｂ 挟持部
７ｃ、７ｄ 侵入阻止凹部
８ パンチ
１０ 繊維強化プラスチック材
１０ａ 非挟持部分
１０ｂ 挟持部分
２０ プレス成形品
２０ａ 成形部

Claims (2)

1. 加熱したシート状の繊維強化プラスチック材の一方の面を挟圧保持するホルダ面を有するダイと、
   該ダイに対向配置され、上記繊維強化プラスチック材の他方の面を挟圧保持するホルダとを備え、
   上記ダイ及びホルダには、成形部にコーナー部を有するプレス成形品の成形部に対応する孔部が形成され、
   上記ホルダの孔部には、パンチが進退可能に配置され、
   上記ダイ及び上記ホルダを互いに接近させて上記繊維強化プラスチック材を挟圧保持した型閉じ状態で、上記パンチを進出させることにより、上記繊維強化プラスチック材を所定形状にプレス成形するプレス成形装置であって、
   上記ダイのホルダ部及び上記ホルダの少なくとも一方の孔部周りの上記コーナー部に対応する部分を除く箇所には、型閉じ状態で上記ダイのホルダ部及び上記ホルダの他方とで上記繊維強化プラスチック材を挟圧保持する複数の挟持部が互いに離間して設けられ、
   該各挟持部間の上記コーナー部に対応する箇所には、上記ダイ及び上記ホルダの型閉じ状態で上記パンチが上記ダイの孔部へ進出する際に、上記挟持部に対応する部分を除く箇所から上記孔部に向かって流動する上記繊維強化プラスチック材を上記挟持部に挟持される部分に侵入させないように滞留させる侵入阻止凹部が凹設されていることを特徴とするプレス成形装置。
2. 成形部にコーナー部を有するプレス成形品の成形方法であって、
   加熱したシート状の繊維強化プラスチック材の上記コーナー部の両側に対応する部分を挟圧保持した型閉じ状態で、
   パンチを進出させることにより、上記繊維強化プラスチック材の上記コーナー部に対応する非挟持部分から上記挟持部分に上記繊維強化プラスチック材を流動させないようにプレス成形し、成形部にコーナー部を有するプレス成形品を得ることを特徴とするプレス成形品の成形方法。