JP2017205973A - レジントランスファモールディング成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】発泡体を強化繊維織物で覆って成形型内に配置した状態で行うレジントランスファモールディング成形方法において、成形工程を簡略化した成形方法を提供する。
【解決手段】型開閉可能な下型５１と上型５２により形成されるキャビティ内に加熱により発泡する発泡前発泡樹脂シートを強化繊維織物の間に挟んで配置し発泡前発泡樹脂シーが発泡する状態まで加熱した後コア型５２ｂをコアバックして発泡前発泡樹脂シートを発泡させて発泡樹脂シート１１ａとする発泡工程と、コア型５２ｂをコアバックした状態で硬化前エポキシ樹脂Ｌをキャビティ内に注入して硬化させる注入硬化工程と、を有する。
【選択図】図７

Description

本発明は、レジントランスファモールディング成形方法に関する。

炭素繊維などの強化繊維からなる織物を複数枚積層してエポキシ樹脂や不飽和ポリエステル樹脂等のマトリクス樹脂を含浸硬化させることによって成形する繊維強化樹脂成形方法が知られている。特許文献１に記載の技術においては、成形型内にアクリル発泡体などの発泡体を強化繊維織物で覆って配置し、エポキシ樹脂等の熱硬化樹脂を注入してレジントランスファモールディング成形している。

特開２００２−３２１２１５号公報

特許文献１に記載の技術においては、予め所定の形状に成形したアクリル発泡体などの発泡体を強化繊維織物で覆って成形型内に配置しレジントランスファモールディング成形している。したがって、発泡体を成形する型と、レジントランスファモールディング成形を行う型の２つが必要であった。これによって、成形された発泡体をレジントランスファモールディング成形型の所定位置に配置するのに位置合わせが必要である等の成形工程が複雑化するという問題があった。

かかる問題に鑑み本発明の課題は、発泡体を強化繊維織物で覆って成形型内に配置した状態で行うレジントランスファモールディング成形方法において、成形工程を簡略化した成形方法を提供することにある。

本発明の第１発明は、レジントランスファモールディング成形方法であって、型開閉可能な一対の成形型の成形キャビティ内に加熱により発泡する発泡樹脂面状体と該発泡樹脂面状体の両面を覆う強化繊維層とを配置し型閉じして前記発泡樹脂面状体が発泡する状態まで加熱した後前記発泡樹脂面状体に対応する前記成形型の部分であるコア型をコアバックして前記発泡樹脂面状体を発泡させて発泡体とする発泡工程と、前記コア型をコアバックした状態でマトリクス樹脂を前記成形キャビティ内に注入して硬化させる注入硬化工程と、を有することを特徴とする。

第１発明によれば、レジントランスファモールディング成形によって発泡体を内蔵する繊維強化複合樹脂成形体を製造するにあたり、発泡体の成形と繊維強化複合樹脂の成形とが、同一の型内で行われる。これによって、発泡体を成形する型が不要となるとともに、成形後の発泡体をレジントランスファモールディングの成形型内に位置合わせして配置する必要がなくなりレジントランスファモールディング成形の工程を簡略化できる。

本発明の第２発明は、上記第１発明において、前記発泡樹脂面状体はアクリル樹脂製であることを特徴とする。

第２発明によれば、繊維強化複合樹脂成形体の内部を低密度のアクリル発泡体として剛性を確保しながら軽量化が図れるとともに、衝撃吸収機能を付与することができる。

本発明の第３発明は、上記第１発明又は上記第２発明において、前記強化繊維層は炭素繊維織物により形成されていることを特徴とする。

第３発明によれば、発泡樹脂面状体が発泡した発泡体の表面が、炭素繊維織物の強化繊維層にマトリクス樹脂が侵入して固化することによって形成された弾性率の高い繊維強化複合樹脂によって覆われるので、曲げ剛性が高い成形体が製造される。

本発明の第４発明は、上記第１発明から上記第３発明のいずれかにおいて、前記マトリクス樹脂はエポキシ樹脂又は不飽和ポリエステル樹脂であることを特徴とする。

第４発明によれば、マトリクス樹脂としてのエポキシ樹脂又は不飽和ポリエステル樹脂の原液は、強化繊維層への侵入性がよいので高強度高剛性の繊維強化複合樹脂が成形できる。

本発明の第５発明は、上記第１発明から上記第４発明のいずれかにおいて、前記発泡樹脂面状体は発泡してその体積が１０倍程度の前記発泡体を形成することを特徴とする。

第５発明によれば、発泡体の肉厚を十分確保できるので剛性を高めることができるとともに、軽量化を図ることができる。

本発明の一実施形態に係るレジントランスファモールディング成形方法で製造したシートバックのバックパンを備えた自動車用シートを斜め後から見た斜視図である。 上記実施形態におけるバックパンを斜め前から見た斜視図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視線断面図である。 上記実施形態の成形方法を説明する図である。第１工程を示す。上下方向を拡大して示している。 上記実施形態の成形方法を説明する図である。第２工程を示す。上下方向を拡大して示している。 上記実施形態の成形方法を説明する図である。第３工程を示す。上下方向を拡大して示している。 上記実施形態の成形方法を説明する図である。第４工程を示す。上下方向を拡大して示している。

図１〜図７は、本発明の一実施形態を示す。本実施形態は、自動車用シートのシートバックのバックパンの製造に本発明を適用した例である。図１〜図３において、矢印により自動車のフロアＦに自動車用シート１を取付けた時の自動車用シート１及び自動車の各方向を示している。また、図４〜図７において、矢印により成形型の上下方向を示している。以下の説明において、方向に関する記述は、この方向を基準として行うものとする。

図１に示すように、自動車用シート１は、乗用車用のフロントシートであって、着座部となるシートクッション２と、背もたれとなるシートバック３と、シートクッション２をフロアＦに対して前後方向摺動可能に取付けるスライドレール４と、を備えている。

シートクッション２は、骨格をなすクッションフレーム２１の上にクッション材であるクッションパッド２２を載置して、その上から表皮材であるクッションカバー２３を被せつけた構成とされ、着座者の荷重を弾性的に支持するものである。クッションフレーム２１の後端部には、シートバック３をシートクッション２に対して傾動可能に支持する左右一対のリクライナ５が取付けられている。

シートバック３は、骨格をなすシェルタイプのバックフレームであるバックパン１０
の上にクッション材であるバックパッド３２を載置して、その上から表皮材であるバックカバー３３を被せつけた構成とされ、着座者の背面を支持するものである。

図２に示すように、バックパン１０は着座者の上半身背面の外形に適合するように後方に向って膨らんだ凹面形状に形成されている。バックパン１０は、着座者身体の腰部から頭部にかけての背面を支持するメイン部１１と、着座者身体の腰部から肩部にかけての側面を両側から支持するサイド立ち壁部１２と、を有する。図３に示すように、メイン部１１は、繊維強化樹脂製のパネル状部材の肉厚方向中央部に発泡アクリル樹脂製のシート材である発泡樹脂シート１１ａがインサートされた構造をしている。すなわち、発泡樹脂シート１１ａが、薄肉の繊維強化樹脂製のパネル状部材である前薄肉パネル部１１ｂと後薄肉パネル部１１ｃとによって前後から挟まれたサンドイッチ構造とされている。これは、前薄肉パネル部１１ｂと後薄肉パネル部１１ｃより密度の小さい発泡樹脂シート１１ａを間に挟んで断面係数を大きくすることにより軽量化を図りながらメイン部１１の曲げ剛性を確保するためのものである。サイド立ち壁部１２は、繊維強化樹脂製のパネル状部材により形成されており、その肉厚は前薄肉パネル部１１ｂと後薄肉パネル部１１ｃの合計肉厚とほぼ等しく形成されている。ここで、発泡樹脂シート１１ａが、特許請求の範囲の「発泡体」に相当する。

図２に示すように、メイン部１１の上部で着座者身体の頭部と肩部の間の位置に対応する部分には、貫通孔１３が左右に１個ずつ並んで設けられている。貫通孔１３は、スポーツタイプのシートであることを醸し出す意匠性付与のためのものである。左右のサイド立ち壁部１２には、それぞれ、シートクッション２に対しリクライナ５を介して取付けられた金属板製のアッパアーム３４に対して締結固定するためのボルトを通すボルト孔１４が２つずつ設けられている。図１に示すように、左右のアッパアーム３４に設けられたボルト孔３４ａと、バックパン１０のサイド立ち壁部１２のボルト孔１４とが一致されてボルト及びナットで締結固定されている。図２及び図３に示すように、メイン部１１の上端末部及びサイド立ち壁部１２の前端末部には、後方に向かって折り返された折り返し部１５が設けられている。折り返し部１５は、本体との間で形成される狭窄部にバックカバー３の端末を挿入して固定するためのものである。

図４〜図７に基づいてバックパン１０の製造方法について説明する。バックパン１０は、本発明に係るレジントランスファモールディング成形方法により製造されている。ここで、図４〜図７はバックパン１０の図３に示す断面部分に対応する断面であって、説明をわかりやすくするために上下方向に２倍に引き伸ばして表示している。なお、図４〜図７においては、バックパン１０の後面が下型５１のキャビティ面である上面５１ａに当接し、バックパン１０の前面が上型５２のキャビティ面である下面５２ａ１、５２ｂ１に当接して成形されるので型５０の上下方向を上下として表示する。

まず、図４に基づいてバックパン１０の製造に用いる型５０について説明する。型５０は、下型５１と上型５２とを有する。下型５１は、その上面５１ａがバックパン１０の後面形状に対応してキャビティ面として形成されている。下型５１は、金属製又は樹脂製で主として上面５１ａ近傍部を加熱することができる加熱手段５１ｂが配設されている。加熱手段５１ｂは、電熱線であっても温調された熱媒体を通す管であってもよい。加熱手段５１ｂは、後述する発泡前発泡樹脂シート１１ａ１を配設する部位である中央部５１ａ１において他の部位である外周部５１ａ２より高密度に配設されている。これによって、発泡前発泡樹脂シート１１ａ１が十分加熱されるようになっている。ここで、型５０と発泡前発泡樹脂シート１１ａ１が、それぞれ、特許請求の範囲の「一対の成形型」と「発泡樹脂面状体」に相当する。

上型５２は、メイン型５２ａとコア型５２ｂとを有する。コア型５２ｂは、下型５１の中央部５１ａ１に対向する下面５２ｂ１がバックパン１０のメイン部１１の前面形状に対応してキャビティ面として形成されている。コア型５２ｂは、金属製又は樹脂製で主として下面５２ｂ１近傍部を加熱することができる加熱手段５２ｂ２が配設されている。加熱手段５２ｂ２は、電熱線であっても温調された熱媒体を通す管であってもよい。加熱手段５２ｂ２は、下型５１の中央部５１ａ１と同程度の密度に配設されている。これによって、発泡前発泡樹脂シート１１ａ１が十分加熱されるようになっている。コア型５２ｂの左右方向中央部には上下に貫通して樹脂注入孔５２ｂ３が形成されている。メイン型５２ａは、下型５１の外周部５１ａ２に対向する下面５２ａ１がバックパン１０のサイド立ち壁部１２の前面形状に対応してキャビティ面として形成されている。メイン型５２ａは、金属製又は樹脂製で主として下面５２ａ１近傍部を加熱することができる加熱手段５２ａ２が配設されている。加熱手段５２ａ２は、電熱線であっても温調された熱媒体を通す管であってもよい。加熱手段５２ａ２は、下型５１の外周部５１ａ２と同程度の密度に配設されている。コア型５２ｂは、メイン型５２ａに対して上下方向に移動可能となっている。

図５に示すように、下型５１に対して上型５２が閉じられコア型５２ｂがメイン型５２ａに対して最下端位置に配置されたとき、下型５１の上面５１ａは、コア型５２ｂの下面５２ｂ１とメイン型５２ａの下面５２ａ１とに対向して第１のキャビティＣ１を形成する。また、図６に示すように、下型５１に対して上型５２が閉じられコア型５２ｂがメイン型５２ａに対して最上端位置に配置されたとき、下型５１の上面５１ａは、コア型５２ｂの下面５２ｂ１とメイン型５２ａの下面５２ａ１とに対向して第２のキャビティＣ２を形成する。すなわち、下型５１に対して上型５２が閉じられたとき、コア型５２ｂは、第１のキャビティＣ１を形成する位置から第２のキャビティＣ２を形成するする位置までコアバックできるように形成されている。ここで、第１のキャビティＣ１と第２のキャビティＣ２とが、特許請求の範囲の「成形キャビティ」に相当する。

図４に第１工程を示す。下型５１に対して上型５２を開いた状態において、下型５１の上面５１ａに所定枚数のカーボンファイバー製の強化繊維織物６０ａを載置する。次に、中央部５１ａ１の上面に載置された強化繊維織物６０ａの上に発泡前発泡樹脂シート１１ａ１を載置する。ここで、発泡前発泡樹脂シート１１ａ１はアクリル樹脂製のシート材で加熱することにより発泡して発泡樹脂シート１１ａを形成するもので肉厚が０．５ｍｍ程度のものである。さらに、発泡前発泡樹脂シート１１ａ１及び強化繊維織物６０ａの上に所定枚数のカーボンファイバー製の強化繊維織物６０ｂを載置する。これによって、下型５１の中央部５１ａ１においては強化繊維織物６０ａと強化繊維織物６０ｂとの間に発泡前発泡樹脂シート１１ａ１が挟まれた状態となり、下型５１の外周部５１ａ２においては強化繊維織物６０ａと強化繊維織物６０ｂが重ねられた状態となる。なお、強化繊維織物６０ａと強化繊維織物６０ｂとは、それぞれ、肉厚が０．７５ｍｍ程度のものである。ここで、強化繊維織物６０ａと強化繊維織物６０ｂとが、特許請求の範囲の「強化繊維層」に相当する。

図５に第２工程を示す。下型５１の上面５１ａに強化繊維織物６０ａ、発泡前発泡樹脂シート１１ａ１、強化繊維織物６０ｂを重ねて配置した状態で下型５１に対して上型５２を閉じる。このとき、下型５１に対して上型５２は第１のキャビティＣ１を形成し、上型５２は、コア型５２ｂがメイン型５２ａに対して最下端位置に配置された状態とされている。このとき、下型５１の上面５１ａと上型５２のメイン型５２ａの下面５２ａ１との間の上下方向のクリアランスは４ｍｍ程度であり、下型５１の上面５１ａと上型５２のコア型５２ｂの下面５２ｂ１との間の上下方向のクリアランスは５ｍｍ程度である。この状態で下型５１の加熱手段５１ｂと、上型５２の加熱手段５２ａ２、５２ｂ２を作動させてキャビティ内を９０℃程度に加熱する。このとき、発泡前発泡樹脂シート１１ａ１が配置された下型５１の中央部５１ａ１と上型５２のコア型５２ｂとには高密度で加熱手段５１ｂ、５２ｂ２が配設されているのでより早く加熱される。

図６に第３工程を示す。下型５１の上面５１ａ及び上型５２の下面５２ａ１、５２ｂ１からの加熱により発泡前発泡樹脂シート１１ａ１が十分加熱されて発泡圧が高まった状態でコア型５２ｂをメイン型５２ａに対して４．５ｍｍ程度コアバックする。このとき、下型５１に対して上型５２は第２のキャビティＣ２を形成し、発泡前発泡樹脂シート１１ａ１は約１０倍に発泡して発泡樹脂シート１１ａとなる。ここで、第１工程〜第３工程が、特許請求の範囲の「発泡工程」に相当する。

図７に第４工程を示す。コア型５２ｂの樹脂注入孔５２ｂ３から液状の硬化前エポキシ樹脂Ｌを第２のキャビティＣ２内に注入する。注入された液状の硬化前エポキシ樹脂Ｌは、強化繊維織物６０ａと強化繊維織物６０ｂに対して侵入して反応固化する。そして、発泡樹脂シート１１ａを挟んで繊維強化樹脂層である後薄肉パネル部１１ｃと前薄肉パネル部１１ｂとが形成される。この発泡樹脂シート１１ａを後薄肉パネル部１１ｃと前薄肉パネル部１１ｂとが挟んで形成されたサンドイッチ構造部がバックパン１０のメイン部１１である。発泡樹脂シート１１ａを挟まない部分、すなわち、バックパン１０のサイド立ち壁部１２において、強化繊維織物６０ａと強化繊維織物６０ｂとが重なった状態で硬化前エポキシ樹脂Ｌが侵入して反応固化し一体とされた部分がサイド立ち壁部１２である。ここで、第４工程が、特許請求の範囲の「注入硬化工程」に相当する。また、硬化前エポキシ樹脂Ｌが、特許請求の範囲の「マトリクス樹脂」に相当する。

以上のように構成される本実施形態は、以下のような作用効果を奏する。発泡樹脂シート１１ａを内蔵する繊維強化複合樹脂製のバックパン１０をレジントランスファモールディング成形によって製造するにあたり、発泡樹脂シート１１ａの成形と、繊維強化複合樹脂の後薄肉パネル部１１ｃ、前薄肉パネル部１１ｂ、サイド立ち壁部１２の成形とが、同一の型内で行われる。これによって、発泡樹脂シート１１ａを成形する型が不要となるとともに、成形後の発泡樹脂シート１１ａをレジントランスファモールディング成形の型５０内に位置合わせして配置する必要がなくなりレジントランスファモールディング成形の工程を簡略化できる。また、発泡樹脂シート１１ａは、発泡倍率が１０倍程度のアクリル樹脂製であるので、後薄肉パネル部１１ｃと前薄肉パネル部１１ｂとの間を低密度のアクリル発泡体として、バックパン１０の剛性を確保しながら軽量化が図れるとともに、衝撃吸収機能を付与することができる。さらに、強化繊維織物６０ａと強化繊維織物６０ｂとが、炭素繊維織物により形成されているので、発泡樹脂シート１１ａの表面が、弾性率の高い繊維強化複合樹脂によって覆われて曲げ剛性が高いバックパン１０が製造される。加えて、マトリクス樹脂としてエポキシ樹脂を使用しているので、強化繊維織物６０ａと強化繊維織物６０ｂへの侵入性がよく、高強度高剛性の繊維強化複合樹脂が成形できる。

以上、特定の実施形態について説明したが、本発明は、それらの外観、構成に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。例えば、次のようなものが挙げられる。

１．上記実施形態においては、強化繊維層としてカーボンファイバー製の織物を、マトリクス樹脂としてエポキシ樹脂を、発泡樹脂シート１１ａとしてアクリル樹脂発泡体を、採用した。しかし、これに限らず、強化繊維層としてガラスファイバー製の織物や編物又はアラミドファイバー製の織物や編物等を使用してもよい。また、マトリクス樹脂として不飽和ポリエステル樹脂等の熱硬化性樹脂を使用することもできるし、発泡樹脂シート１１ａとしてウレタン樹脂発泡体等を使用することもできる。

２．上記実施形態においては、上型５２のコア型５２ｂに樹脂注入孔５２ｂ３を設けたが、上型５２のメイン型５２ａに設けてもよいし下型５１に設けてもよい。また、これらを組み合わせて複数設けてもよい。

３．上記実施形態では、本発明を自動車用シート１のバックパン１０の製造に適用したが、これに限らず、各種自動車部品の製造に適用してもよいし、自動車以外の部品に適用してもよい。

１０ バックパン
１１ メイン部
１１ａ 発泡樹脂シート（発泡体）
１１ａ１ 発泡前発泡樹脂シート（発泡樹脂面状体）
１１ｂ 前薄肉パネル部
１１ｃ 後薄肉パネル部
１２ サイド立ち壁部
５０ 型（一対の成形型）
５１ 下型
５１ａ１ 中央部
５１ａ２ 外周部
５２ 上型
５２ｂ コア型
５２ａ メイン型
６０ａ 強化繊維織物（強化繊維層）
６０ｂ 強化繊維織物（強化繊維層）
Ｃ１ 第１のキャビティ（成形キャビティ）
Ｃ２ 第２のキャビティ（成形キャビティ）
Ｌ 硬化前エポキシ樹脂（マトリクス樹脂）

Claims (5)

1. レジントランスファモールディング成形方法であって、
   型開閉可能な一対の成形型の成形キャビティ内に加熱により発泡する発泡樹脂面状体と該発泡樹脂面状体の両面を覆う強化繊維層とを配置し型閉じして前記発泡樹脂面状体が発泡する状態まで加熱した後前記発泡樹脂面状体に対応する前記成形型の部分であるコア型をコアバックして前記発泡樹脂面状体を発泡させて発泡体とする発泡工程と、
   前記コア型をコアバックした状態でマトリクス樹脂を前記成形キャビティ内に注入して硬化させる注入硬化工程と、
   を有するレジントランスファモールディング成形方法。
2. 請求項１において、前記発泡樹脂面状体はアクリル樹脂製であるレジントランスファモールディング成形方法。
3. 請求項１又は２において、前記強化繊維層は炭素繊維織物により形成されているレジントランスファモールディング成形方法。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記マトリクス樹脂はエポキシ樹脂又は不飽和ポリエステル樹脂であるレジントランスファモールディング成形方法。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、前記発泡樹脂面状体は発泡してその体積が１０倍程度の前記発泡体を形成するレジントランスファモールディング成形方法。
   

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