JP2018083289A

JP2018083289A - 賦形成形型及び賦形成形方法

Info

Publication number: JP2018083289A
Application number: JP2016225610A
Authority: JP
Inventors: 安田　満雄; Mitsuo Yasuda; 満雄安田; 勉小西; Tsutomu Konishi
Original assignee: Sanko Gosei Ltd
Current assignee: Sanko Gosei Ltd
Priority date: 2016-11-21
Filing date: 2016-11-21
Publication date: 2018-05-31
Anticipated expiration: 2036-11-21
Also published as: JP6802047B2

Abstract

【課題】絞り工程とトリム工程と圧縮成形を1つの型で行うことができ、被成形材の乗せ変え工程を省略して被成形材の配置ズレという不具合を解消すると共に高効率に成形できる賦形成形型及び賦形成形方法の提供。【解決手段】上型１０ａと下型１０ｂからなる成形型９のキャビティ９ａより広い積層材料５を、被成形材絞り押え板１０ｃに配置する。該積層材料を該上型と該下型とにより絞る絞り工程によって該積層材料は製品端面形成面１０ｂ−３まで達し、所望の製品の端面が形成される。その後に、該積層材料のトリム工程として該被成形材絞り押え板の貫通孔部１０ｃ−１内側に該下型のバリ押し切り面１０ｂ−４を貫通する。これによって、該製品端面形成面から外にはみ出た該積層材料は切断される。トリム工程後に該キャビティ内の該積層材料を加圧、加熱して織物基材３に付着している樹脂材料を溶融し、繊維間及び成形原反材の層間を接着する圧縮成形を行う。【選択図】図２

Description

本発明は、強化繊維とマトリクス樹脂とからなり、例えば、自動車や航空機などの繊維強化樹脂製部材を賦形型を使用して３次元形状に賦形する賦形成形型及び賦形成形方法に関する。

本出願人は特許文献１に成形原反材を用い強度の強い成形品を形状自由度高くかつ効率よく３次元形状に賦形することができる賦形成形型及び賦形成形方法を開示した。

しかしこの特許文献１に開示された賦形成形型及び賦形成形方法では深い製品の成形は、積層材絞り成形型のキャビティ以外を切断するトリム工程と、圧縮成形工程を分けて成形していた。この場合に積層材をトリムした後、同一の型で圧縮成形すると、トリム工程で未切断となった炭素繊維が干渉することによって型締抵抗力が大きく、完全型締めをすることは困難であった。

特許第5909062号公報

本発明は以上の従来技術における問題に鑑み、絞り工程とトリム工程と、圧縮成形を、1つの型で行うことができ、被成形材の乗せ変え工程を省略して被成形材の配置ズレという不具合を解消すると共に高効率に成形でき、かつ被成形材のトリム工程における未切断炭素繊維を少なくして、必要型締め力を小さくして完全型締し易くした賦形成形型及び賦形成形方法を提供することを目的とする。

すなわち本発明の賦形成形型は、賦形をする上型と下型とからなる成形型と、成形型を加熱、型締し加圧する手段と、成形型を固化温度に冷却して型を開き離型する手段と、前記上型と下型との間に配置されて前記下型が貫通可能な貫通孔部を有する被成形材絞り押え板とを有し、前記上型は型締方向に所定の押し切り勾配で延びる縦押し切り面と、その縦押し切り面に連続して型締方向と交差する方向に外側方向に延びる被成形材絞り押え面を有し、前記被成形材絞り押え板の前記貫通孔部を形成する側面と前記縦押し切り面とに前記下型が嵌合可能にされたことを特徴とする。

さらに本発明の賦形成形型は、賦形をする上型と下型とからなる成形型と、成形型を加熱、型締し加圧する手段と、成形型を固化温度に冷却して型を開き離型する手段と、前記上型と下型との間に配置されて前記下型が貫通可能な貫通孔部を有する被成形材絞り押え板とを有し、前記上型は成形部内側面に型締方向と交差する方向に延出する横押し切り面と、その横押し切り面と連続して型締方向に所定の押し切り勾配で延びる縦押し切り面と、その縦押し切り面に連続して型締方向と交差する方向に外側方向に延びる被成形材絞り押え面を有し、前記被成形材絞り押え板の前記貫通孔部を形成する側面と前記縦押し切り面とに前記下型が嵌合可能にされたことを特徴とする。

前記下型は上型との対向面から連続して型締方向と一致する方向に延びる側壁面と、その側壁面に連続して型締方向と交差する方向に延出する製品端面形成面とを有し、前記製品端面形成面に連続して型締方向と一致する方向に延びるバリ押し切り面を形成してなるようにすることによって製品端面形成面からはみ出したバリは縦押し切り面とバリ押し切り面間で押し切られるようにすることができる。

前記被成形材絞り押え板は前記貫通孔部を囲む薄肉部と前記薄肉部を囲む厚肉部とを有するものとすることができる。

また本発明の賦形成形方法は、複数本の強化繊維束を含む織物基材に熱可塑性樹脂を主成分とする樹脂材料が付着された成形原反材を裁断し積層した積層成形材を成形型に投入配置し、加圧、加熱して複数本の強化繊維束を含む織物基材に付着している樹脂材料を溶融して繊維間及び成形原反材の層間を接着する賦形成形方法において、上型と下型とからなる成形型を溶融温度に昇温する工程と、積層成形材を成形型へ投入配置して予熱する予熱工程と、成形型を型締し加圧する工程と、成形型を固化温度に冷却して型を開き離型する工程とを有し、前記成形型は上型と下型との間に配置されて前記下型が貫通可能な貫通孔部を有する被成形材絞り押え板を有し、一方前記下型はバリ押し切り面を有し、前記上型と下型とにより形成される成形型のキャビティより広い積層材料を、前記被成形材絞り押え板に配置し、所定時間上下型で予熱し、前記積層材料を前記上型と下型により絞る絞り工程後に、前記被成形材絞り押え板の前記貫通孔部内側面内側に前記下型のバリ押し切り面を嵌合して前記キャビティ外の前記積層材料を切断するトリム工程を行うことを特徴とする。

前記トリム工程後に前記キャビティ内の前記積層材料に対して加圧、加熱して複数本の強化繊維束を含む織物基材に付着している樹脂材料を溶融して繊維間及び成形原反材の層間を接着する圧縮成形工程を行うことができる。

前記トリム工程と連続して、圧縮成形工程を行う際に、型締力を付加した後に、前記上型と前記被成形材絞り押え板との接触が維持される範囲で一旦型締め力を落とし、その後再度型締力を増やす弛緩工程を行うことができる。

前記成形型を固化温度に冷却して型を開き離型する工程を、所定時間加熱圧縮し、熱硬化後型開き離形する工程とすることができる。

さらに本発明の賦形成形方法は、複数本の強化繊維束を含む織物基材に熱硬化性樹脂を主成分とする樹脂材料が付着された成形原反材を裁断し積層した積層成形材を成形型に投入配置し、加圧、加熱して複数本の強化繊維束を含む織物基材に付着している樹脂材料を溶融して繊維間及び成形原反材の層間を接着する賦形成形方法において、上型と下型とからなる成形型を溶融温度に昇温する工程と、積層成形材を成形型へ投入配置して予熱する予熱工程と、成形型を型締し加圧する工程と、型を開き離型する工程とを有し、前記成形型は上型と下型との間に配置されて前記下型が貫通可能な貫通孔部を有する被成形材絞り押え板を有し、一方前記下型はバリ押し切り面を有し、前記上型と下型とにより形成される成形型のキャビティより広い積層材料を、前記被成形材絞り押え板に配置し、所定時間上下型で予熱し、前記積層材料を前記上型と下型により絞る絞り工程後に、前記被成形材絞り押え板の前記貫通孔部内側面内側に前記下型のバリ押し切り面を嵌合して前記キャビティ外の前記積層材料を切断するトリム工程を行うことを特徴とする。

本発明に係る賦形成形型及び賦形成形方法によれば、絞り工程とトリム工程と、圧縮成形を、1つの型で行うことができ、被成形材の乗せ変え工程を省略して被成形材の配置ズレという不具合を解消すると共に高効率に成形でき、かつ被成形材のトリム工程における未切断炭素繊維を少なくして、必要型締め力を小さくして完全型締し易くすることができる。

（ａ）本発明の賦形成形方法で用いる成形原反材の概念図である。（ｂ）図１（ａ）に示す成形原反材を構成する織物基材の概念図である。（ａ）本発明の第一の実施の形態の賦形成形型の説明図である。（ｂ）図２（ａ）に示す賦形成形型の部分拡大図である。図２（ａ）に示す賦形成形型の他の部分拡大図である。図２に示す賦形成形型を用いて行われる本発明の第一の実施の形態の賦形成形方法の各工程を示し、図４（ａ）は材料投入予熱工程、図４（ｂ）絞り工程、図４（ｃ）はトリム工程、図４（ｄ）は成形工程、図４（ｅ）は離型工程を示す。図２に示す賦形成形型のさらに他の説明図である。本発明の第二の実施の形態の賦形成形方法を示す説明図である。本発明の第二の実施の形態の賦形成形型の説明図である。図７に示す賦形成形型の部分拡大図である。図７に示す賦形成形型の他の説明図である。本発明の実施例で製造した製品の写真である。本発明の実施例で生じた残滓の写真である。

本発明の賦形成形方法は、図１（ａ）に示す成形原反材１を用いて行う。図１（ａ）に示すように、成形原反材１は、複数本の強化繊維束２を含む織物基材３の少なくとも一方の表面に熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂を主成分とする樹脂材料４が付着してなる。

織物基材３は、図１（ｂ）に示すように互いに平行となるよう一方向に引き揃えられた複数本の強化繊維束２を直交する二方向に織成してなる二方向性織物である。二方向性織物は、強化繊維束２間の相対位置の変化による変形がしやすく立体形状に変形しやすいこと、少ない枚数で力学的に擬似等方性を有する積層成形材を得やすい利点がある。
強化繊維束２を用いることにより、最終製品である繊維強化樹脂成形品の力学特性を高いものとすることができる。
強化繊維束２は、炭素繊維束、黒鉛繊維束、ガラス繊維束、または、アラミド繊維束などを用いることができ、炭素繊維束であることが好ましい。炭素繊維束を用いることにより、最終製品である繊維強化樹脂成形品の力学特性を高いものとすることができる。

織物基材３の表面に付着している樹脂材料４は、織物基材３の層間を接着する作用を得ることができる熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂を主成分とする。熱可塑性樹脂を用いる場合には、用いる熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリプロピレン、アクリル、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレ−ト、ポリフェニレンサルファイドなどがある。
そのように特に樹脂材料４を熱可塑性樹脂を主成分とするものとすることによって成形原反材１を積層して、立体形状へと変形させた後に織物基材３の層間を接着させる場合の取り扱い性が向上し、生産性が向上する。なお、主成分とは樹脂材料４を構成する成分の中で、その割合が最も多い成分である。

なお以上では、熱可塑性樹脂を主成分とする樹脂材料を用いる場合について用いられる熱可塑性樹脂の例を具体的に示したが本発明は、その実施の態様によっては熱硬化性樹脂を主成分とする樹脂材料を用いることもできる。

以下に本発明の第一の実施の形態の賦形成形型を図２〜図５を参照して詳述する。
図２〜図５に示す様に成形型９は上型１０ａと下型１０ｂと、上型１０ａと下型１０ｂとの間に配置されて被成形材である積層成形材５を載置する被成形材絞り押え板１０ｃを有する。
上型１０ａはその内側面に型締方向の所定長さに設けた最低抜け勾配１度程度の側壁面１０ａ−１と、その側壁面１０ａ−１に連続する絞り用ガイドR１０ａ−４と、その絞り用ガイドR１０ａ−４に連続して型締方向と交差する方向に外側方向に延びる上型底面１０ａ−５を有する。

被成形材絞り押え板１０ｃには下型１０ｂが貫通可能な貫通孔部１０ｃ−１が設けられ、またその貫通孔部１０ｃ−１を囲む薄肉部１０ｃ−２と薄肉部１０ｃ−２を囲んで段差１０ｃ−３を介して連続する厚肉部１０ｃ−４を有する。

下型１０ｂは上型１０ａとの対向面１０ｂ−１から連続して型締方向と一致する方向若しくは製品形状に応じた所要の勾配を持って延びる側壁面１０ｂ−２と、その側壁面１０ｂ−２に連続して型締方向と交差する方向に延出する製品端面形成面１０ｂ−３とを有する。さらに下型１０ｂは製品端面形成面１０ｂ−３に連続して型締方向と一致する方向に延びているバリ押し切り面１０ｂ−４を備える。係るバリ押し切り面１０ｂ−４は被成形材絞り押え板１０ｃの貫通孔部１０ｃ−１に貫通可能な外径をもって形成される。

以下に本発明の第一の実施の形態の賦形成形方法を図２〜図５を参照して詳述する。
（１）材料投入予熱工程（図４（ａ））
先ず材料投入予熱工程では上型１０ａと下型１０ｂとにより形成される成形型９のキャビティ９ａより広い積層材料５を、被成形材絞り押え板１０ｃに配置し予熱する。積層材料５の外周縁部５ａは被成形材絞り押え板１０ｃの薄肉部１０ｃ−２の上面に載置され、収納される。
（２）絞り工程（図４（ｂ））
その後、上型１０ａと下型１０ｂとを型合わせする絞り工程を行う。その上型１０ａと下型１０ｂとが型合わせされる過程で、上型１０ａと下型１０ｂとの型合わせ面から積層材料５に圧力が加わり、圧力が加えられた積層材料５は上型側壁面１０ａ−１と下型側壁面１０ｂ−２によって絞られる。この積層材料５を上型１０ａと下型１０ｂとによって絞る絞り工程によって積層材料５は製品端面形成面１０ｂ−３まで達し、所望の製品の端面が形成される。
（３）トリム工程（図４（ｃ））
その後に、キャビティ９ａ外にはみ出た積層材料５のトリム工程として被成形材絞り押え板１０ｃの貫通孔部１０ｃ−１内側に下型１０ｂのバリ押し切り面１０ｂ−４を貫通させ、上型側壁面１０ａ−１内側に嵌合させる。これによってキャビティ９ａ外の積層材料５であって、製品端面形成面１０ｂ−３から外にはみ出た積層材料５は切断される。

（４）成形工程（図４（ｄ））
次いで以上のトリム工程と連続して、トリム工程後にキャビティ９ａ内の積層材料５に対して加圧、加熱して複数本の強化繊維束２を含む織物基材３に付着している樹脂材料４を溶融して繊維間及び成形原反材１の層間を接着する圧縮成形工程を行う。
（５）離型工程（図４（ｅ））
成形工程に引き続き離型工程を行い、製品５ｂの取り出しを行う。

次に本発明の第二の実施の形態の賦形成形方法を図６を参照して詳述する。
本実施の形態では、他は上述の実施の形態と同様にして、圧縮成形工程を行う際に、被成形材絞り押え板１０ｃの貫通孔部１０ｃ−１内側に下型１０ｂのバリ押し切り面１０ｂ−４を貫通するトリム工程と連続して、圧縮成形工程を行う際に一旦、上型１０ａと下型１０ｂとによる型締め力を落す、弛緩工程を行い、その後、再度型締めを再開し、再度型締力を増やす。これによって確実なトリムが行われる。この一旦型締め力を落す程度は例えば上型１０ａの上型底面１０ａ−５と被成形材絞り押え板１０ｃの厚肉部１０ｃ−４の上面との接触が維持される範囲とする。
この弛緩工程は図に示されるように、ポンプＰによって加えられる油圧力を圧力SW１、圧力ＳＷ２で検知し、圧抜き弁によって圧抜きを行って圧力を下げることによって行うことができる。この様に型締圧を弛緩させると、積層材料５を構成する織物基材３の未剪断炭素繊維が剪断され、バリ押し切り面１０ｂ−４に付着する炭素繊維がバリとして流出し、完全型締が可能となる。

以下に本発明の第二の実施の形態の賦形成形型を図７〜図９を参照して詳述する。
本実施の形態の賦形成形型では他は第一の実施の形態の賦形成形型と同様にして、上型１０ａの側壁面１０ａ−１に連続する横押し切り面１０ａ−２と、その横押し切り面１０ａ−２と連続し型締方向の所定長さに設けた縦押し切り面１０ａ−３とを有する点で異なる。

その縦押し切り面１０ａ−３に連続して絞り用ガイドR１０ａ−４と、その絞り用ガイドR１０ａ−４に連続して型締方向と交差する方向に外側方向に延びる上型底面１０ａ−５が形成される。

この第二の実施の形態の賦形成形型を用いる場合には、前述の本発明の第一、二の実施の形態の賦形成形方法と他は同様にして、キャビティ９ａ外にはみ出た積層材料５のトリム工程として被成形材絞り押え板１０ｃの貫通孔部１０ｃ−１内側に下型１０ｂのバリ押し切り面１０ｂ−４を貫通させ、さらに縦押し切り面１０ａ−３内側に嵌合させ、横押し切り面１０ａ−２に対し、下型１０ｂの製品端面形成面１０ｂ−３の一部を当接させる。
これによってキャビティ９ａ外の積層材料５であって、製品端面形成面１０ｂ−３から外にはみ出た積層材料５が切断される。

二方向性織物基材３の一方の表面に、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）を主成分とする樹脂材料４が表面に付着した１００ｍｍ×１００ｍｍの大きさの正方形の成形原反材１を複数用意した。この各成形原反材１は正方形の辺の方向をそれぞれ０°、９０°方向としたときに、繊維軸方向が概ね０°、９０°方向となるものとした。
この各成形原反材１を、最上面の強化繊維織物のみ樹脂材料４が付着した面を下側にし、それ以外は樹脂材料４が付着した面を上側にして積層した積層成形材１４を得た。

その積層成形材５を熱盤上に配置し、上部より近赤外線放射装置によって近赤外線で積層成形材５を加熱した。遠赤外線温度センサ−で積層成形材５の温度を検知し、近赤外線放射装置による近赤外線の強度を調整し積層成形材５を昇温させ予熱した。
近赤外線の強度は、近赤外線放射装置への通電圧の連続降下で調整した。

一方、製品部型１０と、蓄熱盤とからなり、製品部型１０に備えたヒ−タ−と蓄熱盤よりの熱伝導で成形型９の型温を昇温させて予熱した。次いでこの予熱された成形型９のキャビティ９ａより広い積層材料５を、被成形材絞り押え板１０ｃに配置した。
その状態で積層材料５を上型１０ａと下型１０ｂとにより絞り、その後に、被成形材絞り押え板１０ｃの貫通孔部１０ｃ−１内側に下型１０ｂのバリ押し切り面１０ｂ−４を嵌合した。次いで以上のトリム工程と連続して、トリム工程後にキャビティ９ａ内の積層材料５に対して加圧、加熱して圧縮成形工程を行った。
その被成形材絞り押え板１０ｃの貫通孔部１０ｃ−１内側に下型１０ｂのバリ押し切り面１０ｂ−４を嵌合するトリム工程と連続して、圧縮成形工程を行う際に一旦型締め力を落し再度型締めを再開した。
得られた成型品を図１０に、積層材料５からトリムされた残滓を図１１に示す。

１・・・成形原反材、２・・・強化繊維束、３・・・織物基材、４・・・樹脂材料、５・・・積層成形材、９・・・成形型、９ａ・・・キャビティ、１０・・・製品部型、１０ａ・・・上型、１０ｂ・・・下型、１０ｃ・・・被成形材絞り押え板、１０ａ−１・・・側壁面、１０ａ−２・・・横押し切り面、１０ａ−３・・・縦押し切り面、１０ｂ−４・・・バリ押し切り面。

Claims

賦形をする上型と下型とからなる成形型と、成形型を加熱、型締し加圧する手段と、成形型を固化温度に冷却して型を開き離型する手段と、前記上型と下型との間に配置されて前記下型が貫通可能な貫通孔部を有する被成形材絞り押え板とを有し、前記上型は型締方向に所定の押し切り勾配で延びる縦押し切り面と、その縦押し切り面に連続して型締方向と交差する方向に外側方向に延びる被成形材絞り押え面を有し、前記被成形材絞り押え板の前記貫通孔部を形成する側面と前記縦押し切り面とに前記下型が嵌合可能にされたことを特徴とする賦形成形型。
賦形をする上型と下型とからなる成形型と、成形型を加熱、型締し加圧する手段と、成形型を固化温度に冷却して型を開き離型する手段と、前記上型と下型との間に配置されて前記下型が貫通可能な貫通孔部を有する被成形材絞り押え板とを有し、前記上型は成形部内側面に型締方向と交差する方向に延出する横押し切り面と、その横押し切り面と連続して型締方向に所定の押し切り勾配で延びる縦押し切り面と、その縦押し切り面に連続して型締方向と交差する方向に外側方向に延びる被成形材絞り押え面を有し、前記被成形材絞り押え板の前記貫通孔部を形成する側面と前記縦押し切り面とに前記下型が嵌合可能にされたことを特徴とする賦形成形型。
前記下型は上型との対向面から連続して型締方向と一致する方向に延びる側壁面と、その側壁面に連続して型締方向と交差する方向に延出する製品端面形成面とを有し、前記製品端面形成面に連続して型締方向と一致する方向に延びるバリ押し切り面を形成してなる請求項１又は請求項２記載の賦形成形型。
前記被成形材絞り押え板は前記貫通孔部を囲む薄肉部と前記薄肉部を囲む厚肉部とを有する請求項１〜請求項３のいずれか一に記載の賦形成形型。
複数本の強化繊維束を含む織物基材に熱可塑性樹脂を主成分とする樹脂材料が付着された成形原反材を裁断し積層した積層成形材を成形型に投入配置し、加圧、加熱して複数本の強化繊維束を含む織物基材に付着している樹脂材料を溶融して繊維間及び成形原反材の層間を接着する賦形成形方法において、上型と下型とからなる成形型を溶融温度に昇温する工程と、積層成形材を成形型へ投入配置して予熱する予熱工程と、成形型を型締し加圧する工程と、成形型を固化温度に冷却して型を開き離型する工程とを有し、前記成形型は上型と下型との間に配置されて前記下型が貫通可能な貫通孔部を有する被成形材絞り押え板を有し、一方前記下型はバリ押し切り面を有し、前記上型と下型とにより形成される成形型のキャビティより広い積層材料を、前記被成形材絞り押え板に配置し、所定時間上下型で予熱し、前記積層材料を前記上型と下型により絞る絞り工程後に、前記被成形材絞り押え板の前記貫通孔部内側面内側に前記下型のバリ押し切り面を嵌合して前記キャビティ外の前記積層材料を切断するトリム工程を行うことを特徴とする賦形成形方法。
前記トリム工程後に前記キャビティ内の前記積層材料に対して加圧、加熱して複数本の強化繊維束を含む織物基材に付着している樹脂材料を溶融して繊維間及び成形原反材の層間を接着する圧縮成形工程を行う請求項５記載の賦形成形方法。
前記トリム工程と連続して、圧縮成形工程を行う際に、型締力を付加した後に、前記上型と前記被成形材絞り押え板との接触が維持される範囲で一旦型締め力を落とし、その後再度型締力を増やす弛緩工程を行う請求項５又は請求項６記載の賦形成形方法。
前記成形型を固化温度に冷却して型を開き離型する工程を、所定時間加熱圧縮し、熱硬化後型開き離形する工程とする請求項５〜請求項７のいずれか一に記載の賦形成形方法。
複数本の強化繊維束を含む織物基材に熱硬化性樹脂を主成分とする樹脂材料が付着された成形原反材を裁断し積層した積層成形材を成形型に投入配置し、加圧、加熱して複数本の強化繊維束を含む織物基材に付着している樹脂材料を溶融して繊維間及び成形原反材の層間を接着する賦形成形方法において、上型と下型とからなる成形型を溶融温度に昇温する工程と、積層成形材を成形型へ投入配置して予熱する予熱工程と、成形型を型締し加圧する工程と、型を開き離型する工程とを有し、前記成形型は上型と下型との間に配置されて前記下型が貫通可能な貫通孔部を有する被成形材絞り押え板を有し、一方前記下型はバリ押し切り面を有し、前記上型と下型とにより形成される成形型のキャビティより広い積層材料を、前記被成形材絞り押え板に配置し、所定時間上下型で予熱し、前記積層材料を前記上型と下型により絞る絞り工程後に、前記被成形材絞り押え板の前記貫通孔部内側面内側に前記下型のバリ押し切り面を嵌合して前記キャビティ外の前記積層材料を切断するトリム工程を行うことを特徴とする賦形成形方法。