JP2019119161A - 穴あき部を有する繊維強化樹脂成形品を製造する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複雑な構成の成形型を用いることなく、穴あき部を有する繊維強化樹脂成形品を容易に製造することのできる製造方法を提供する。【解決手段】成形型１０を用いて、穴あき部５１を有する繊維強化樹脂成形品５０Ａを製造する方法であって、一方の成形型２０における、成形する繊維強化樹脂成形品５０Ａの穴あき部５１に対応する部位に、型締め前に、弾性部材４０を設置する工程と、設置した弾性部材４０を型締め時に圧縮変形させる工程とを備えるとともに、弾性部材４０として、圧縮前は繊維強化樹脂成形品の穴あき部５１の内径よりも小さい外径であり、型締め時での圧縮変形により外形が穴あき部５１の内径と同じとなる弾性部材４０を用いる。【選択図】図１

Description

本発明は、穴あき部を有する繊維強化樹脂成形品を製造する方法に関する。

ＣＦＲＰをはじめとする繊維強化樹脂を、第１の成形型と第２の成形型との間に配置して型締めをし、配置した繊維強化樹脂を加熱圧縮して、所要形状に賦形した後、脱型することで、繊維強化樹脂成形品を製造することは、広く行われている。穴あき部を有する繊維強化樹脂成形品を必要とする場合には、脱型後の繊維強化樹脂成形品に対して、後加工として穴加工を行っている。

生産効率を向上させる観点から、成形型内に穴加工用の手段を一体に組み付けておき、加熱圧縮成形と同時に成形型内で成形品に対して穴加工を施すようにした、同時穴加工用成形型あるいは成形方法が提案されており、その一例が、特許文献１あるいは特許文献２に記載されている。

特許文献１に記載の成形型では、穴加工用のスライドコアを一方の成形型にスライド可能に取り付けておき、型締めするとき、スライドコアを下方にスライドさせながら、キャビティ内に配置した繊維強化樹脂を圧縮成形するようにしている。

特許文献２に記載の穴開き部を有する繊維強化樹脂成形品の製造方法では、一方の成形型に、得ようとする繊維強化樹脂の穴開き部に相当する箇所にピン穴を設け、該ピン穴にピンを着脱自在に配置し、そのピンで前記繊維強化樹脂を穿設し、しかる後、他方の成形型を型締めして繊維強化樹脂を加熱圧縮して成形し、次いで、前記ピンを抜いた跡の穴を利用して、所望の穴開き部を形成するようにしている。前記ピンには、ピン穴への樹脂の浸入（侵入）を防止するためのＯリング溝を設けることも記載されている。

特開平１０−１００１７５号公報 特開２００９−２２６６５４号公報

繊維強化樹脂材料において、母材であるマトリックス樹脂が熱硬化性樹脂の場合、流動性が高い。そのために、特許文献１に記載のように、穴加工用のスライドコアを一方の成形型にスライド可能に取り付けた形態の同時穴加工用成形型においては、スライドコアと成形型との摺動面に溶融した樹脂が入り込み易く、スライドコアが移動し難くなって、作動不良が起こりやすい。また、通常、成形型にはイジェクタピンが設けられるが、イジェクタピンと成形型との摺動面に溶融した樹脂が浸入してイジェクタピンの作動が不安定となり、脱型不良を引き起こす恐れもある。

特許文献２に記載の製造方法では、穴形成用のピンを用い、かつピン穴への樹脂の浸入を防止するためにピンにＯリングを取り付けるようにしており、溶融した熱硬化性樹脂に起因して穴形成用のピンの着脱が不自由になることはある程度は回避できる。しかし、一対の成形型にピン取り付け用のピン穴を形成し、他方の成形型には、型締め時に、一方の成形型に立設された穴形成用のピンの先端側を受け入れるためのピン受け穴を形成すること、着脱自在のピンを用いること、Ｏリングを使用すること等、が必要であり、成形型の構成が複雑化するのを避けられない。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、複雑な構成の成形型を用いることなく、穴あき部を有する繊維強化樹脂成形品を容易に製造することのできる製造方法を提供することを課題とする。

本発明による製造方法は、第１の成形型と第２の成形型との間に繊維強化樹脂を配置して型締めをし、前記繊維強化樹脂を加熱加圧した後、脱型する工程を経て、穴あき部を有する繊維強化樹脂成形品を製造する方法であって、前記方法は、少なくとも一方の前記成形型における、前記繊維強化樹脂成形品の前記穴あき部に対応する部位に、型締め前に、弾性部材を設置する工程と、前記設置した弾性部材を型締め時に圧縮変形させる工程と、をさらに備えるとともに、前記弾性部材として、圧縮前は前記繊維強化樹脂成形品の前記穴あき部の内径よりも小さい外径であり、型締め時での圧縮変形により外形が前記繊維強化樹脂成形品の前記穴あき部の内径と同じとなる弾性部材を用いる、ことを特徴とする。

本発明による穴あき部を有する繊維強化樹脂成形品を製造する方法によれば、穴形成用の部材として、成形型に対して摺動する部材を備えず、また、成形型に立設するピン等を備えない成形型を用いて、穴あき部を有する繊維強化樹脂成形品を製造することができるので、穴あき部を有する繊維強化樹脂成形品の製造がきわめて容易となる。

本発明による穴あき部を有する繊維強化樹脂成形品を製造する方法の第１実施の形態を説明するための図であり、型が開いた状態での成形型および繊維強化樹脂を概略断面で示している。 図１の一部を拡大して示す概略断面図。 図１における下型の部分を上から見て示す平面図。 第１実施の形態での型が閉じられた状態を示す断面図。 第１実施の形態の変形例を説明する図３に相当する図。 第２実施の形態を説明するための図１に相当する図。 第２実施の形態での型が閉じられた状態を示す図４に相当する図。 第３実施の形態を説明するための図１に相当する図。 第３実施の形態での型が閉じられた状態を示す図４に相当する図。 第４実施の形態を説明するための図１に相当する図。 第４実施の形態での型が閉じられた状態を示す図４に相当する図。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。

［第１実施の形態］
図１〜図４を参照して、本発明の第１実施の形態を説明する。第１実施の形態での穴あき部を有する繊維強化樹脂成形品を製造する方法（以下、単に製造方法という場合もある）は、基本的に、第１の成形型と第２の成形型とからなる成形型１０を用いる。図示の例では、第１の成形型は雄型である下型２０であり、第２の成形型は雌型である上型３０である。下型２０の成形面２１の一部には、図２の一部拡大図に示すように、高さｈｐであり外径ｄｐである円柱状のピン２２が一体形成されている。後記するように、このピン２２の位置は、製造される穴あき部を有する繊維強化樹脂成形品５０Ａにおける穴あき部の位置に相当する。

型が開いている状態で、下型２０の成形面２１の上に、シート状の繊維強化樹脂５０を配置する。用いる繊維強化樹脂５０に制限はなく任意のものを用いることができる。一例として、エポキシ樹脂やフェノール樹脂のような熱硬化性樹脂中に炭素繊維を混入したＣＦＲＰを挙げることができる。繊維強化樹脂５０を成形面２１の上に配置したときに、前記ピン２２に対応することとなる部位には、予め、円形の穴５１を形成しておく。穴５１の内径は、ピン２２の外形ｄｐよりも大きいことが望ましい。また、配置するシート状の繊維強化樹脂５０の厚さＨ１は、前記ピン２２の高さｈｐよりも大きく、配置した状態で、繊維強化樹脂５０の上面５２とピン２２の天面２３との間には、Ｈ１−ｈｐの空間が存在する。

繊維強化樹脂５０を配置した後、ピン２２の天面２３上に、円柱状の弾性部材４０を、中心軸が一致するようにして、配置する。弾性部材４０の素材には、配置した繊維強化樹脂５０が加熱圧縮されるときの熱および圧力に耐えることのできる材料を用いる。一例として、フッ素系樹脂やシリコン系樹脂が挙げられる。弾性部材４０の外径ｄｅはピン２２の外径ｄｐよりも小さい。また、弾性部材４０の高さｈｅは、ピン２２の天面２３上に立てた状態での合計高さｈｐ＋ｈｅが、繊維強化樹脂５０の厚さＨ１よりも高くなるように設定する。

弾性部材４０の外径ｄｅの寸法および高さｈｅは、素材を軸方向に圧縮したときの径方向への変形量との関係によって設定する。具体的には、弾性部材４０をピン２２の天面２３の上に立てた状態とし、その状態で、弾性部材４０の天面４１の高さが、図４に示すように、製造する繊維強化樹脂成形品５０Ａの上面と同じ高さとなるまで軸方向に圧縮したときに、その外径が、ピン２２の外径ｄｐとほぼ同じ外径となるように、予め、計算により設定する。

上記のように、下型２０の成形面２１に、予め穴５１を開けておいたシート状の繊維強化樹脂５０を配置し、ピン２２の天面２３に弾性部材４０を立設した状態で、成形型１０を適宜の手段により繊維強化樹脂５０の溶融温度まで加熱するとともに、型締めを行う。型締めにより、軟化した繊維強化樹脂５０は圧縮を受け、予め設定された厚みにまで圧縮成形される。同時に、弾性部材４０も圧縮され変形する。その状態が、図４に示される。軟化した繊維強化樹脂５０の流動により、下型２０と上型３０とで形成される成形用キャビティの形状に繊維強化樹脂５０は賦形される。

賦形時に、前記ピン２２の外周と繊維強化樹脂５０の穴５１との間の隙間は、軟化流動した繊維強化樹脂５０によって埋められる。また、型締め時に、ピン２２の上に立設している弾性部材４０は軸方向に圧縮されて径方向に膨張する。弾性部材４０の軸方向の圧縮は、製造される繊維強化樹脂成形品５０Ａの上面と同じ高さまでであり、弾性部材４０の径方向の膨張は、前記したように、ピン２２の外径とほぼ同じ寸法までである。それにより、加熱圧縮されて所要形状に賦形された繊維強化樹脂成形品５０Ａには、その厚み方向に、ピン２２の外径と同じ内径の貫通孔が形成される。なお、繊維強化樹脂５０の賦形時に弾性部材４０がピン２２の上面２３上で面方向に不用意に移動しないように、ボルトやスクリュー等で、弾性部材４０をピン２２に固定しておくことが好ましい。

必要に応じて冷却を行い、型を開き、図示しないイジェクタピンを操作して賦形後の繊維強化樹脂５０を脱型することにより、穴あき部を有する繊維強化樹脂成形品５０Ａが製造される。

［他の製造方法との比較］
弾性部材４０を用いずに、前記ピン２２の高さｈｐを穴あき部を有する繊維強化樹脂成形品５０Ａの厚みＨ１の高さまで高くすることでも、同様な穴あき部を有する繊維強化樹脂成形品５０Ａを製造することは、一応可能である。しかし、実際の製造においては、配置するシート状の繊維強化樹脂５０の厚みを適切に整えることは容易でなく、十分な圧縮が得られなかったり（厚みが少ない場合）、穴の上部にバリが生じたり（厚みが大きすぎる場合）、が生じることから、第１実施の形態のように弾性部材４０を用いることは、極めて有効である。

［第１実施の形態の変形例］
図５は、第１実施の形態の変形例を説明する図３に相当する図である。ここでは、繊維強化樹脂５０として、１枚ものではなく、複数に分割した繊維強化樹脂の片５０ｐを下型２０の成形面２１の上に配置するようにしている。製造しようとする繊維強化樹脂成形品５０の形状によっては、このような分割した片５０ｐを配置する方法が好適な場合が起こり得る。

［第２実施の形態］
図６と図７は、本発明の第２実施の形態を示しており、それぞれ、第１実施の形態での図１および図４に相当する。図６と図７において、第１実施の形態で用いたと同じ部材には同じ符号を付しており、説明は省略する。

第２実施の形態では、図示のように、ピン２２が、下型２０の成形面２１にではなく、上型３０の天面３１に、下型２０の天面に向かうようにして、一体に形成されている。そして、ピン２２の下面側に前記した弾性部材４０が取り付けられている。下型２０の成形面２１に配置する繊維強化樹脂５０の形状や厚みＨ１、繊維強化樹脂５０の厚みＨ１とピン２２および弾性部材４０との寸法関係は、第１実施の形態と同様である。

第２実施の形態においても、第１実施の形態と同様の手順を踏んで各製造工程を行うことにより、第１実施の形態で得られたと同じ形状の穴あき部を有する繊維強化樹脂成形品５０Ａを得ることができる。

［第３実施の形態］
図８と図９は、本発明の第３実施の形態を示しており、それぞれ、第１実施の形態での図１および図４に相当する。図８と図９において、第１実施の形態で用いたと同じ部材には同じ符号を付しており、説明は省略する。

第３実施の形態では、成形型１０として、下型２０および上型３０のいずれにも穴形成用のピン２２が一体形成されていない成形型を用いる。一方、弾性部材４０は、円筒形の部材であるが、その軸方向の長さは、下型２０の成形面２１上に配置する繊維強化樹脂５０の厚さＨ１よりも長く、また、その外径ｄｅは、繊維強化樹脂５０に予め形成されている穴５１の内径よりも小さい。

ここでも、弾性部材４０の外径ｄｅをどの程度とするかは、図９に示すように、型締め時に軸方向に所定距離だけ圧縮されて、径方向に膨張したときの外径寸法が、得ようとする穴あき部を有する繊維強化樹脂成形品５０Ａにおける穴５１の内径にほぼ一致するように、計算により設定することとなる。

なお、図示の例では、弾性部材４０は、下型２０の成形面２１上に立設されているが、上型３０の天面３１側に固定するようにしても、同じ結果が得られる。

［第４実施の形態］
図１０と図１１は、本発明の第４実施の形態を示しており、それぞれ、第１実施の形態での図１および図４に相当する。第４実施の形態では、第１実施の形態の製造方法と第３実施の形態の製造方法とを、一つの成形型１０で、同時に実行するようにしている。ここでも、第１実施の形態と第３実施の形態で使用したと同じ部材には、同じ符号を付しており、説明は省略する。

第４実施の形態では、異なる手法で形成した２種類の穴を有する穴あき部を有する繊維強化樹脂成形品５０Ａを、一度の製造プロセスで製造することができる。なお、第４実施の形態において、ピン２２の上に弾性部材４０を立設したときの全体の高さと、下型２０の成形面２１の上に直接立設した弾性部材４０の高さとは同じであってもよいが、異なっていてもよい。ただし、いずれの高さも、下型２０の成形面２１上に配置する繊維強化樹脂５０の厚さＨ１よりも、高いことは必要である。

［他の実施の形態］
上記の説明では、ピン２２および弾性部材４０をいずれも円柱状のものとして説明したが、弾性部材４０は、軸方向の圧縮を受けたときに、圧縮前の径方向の断面形状と相似した断面形状をほぼ維持できるものであれば、必ずしも、円柱状のものでなくてもよい。径方向の断面が楕円形や多角形の弾性部材４０を用いることもできる。その場合であっても、ピン２２を一体形成した成形型１０を用いる場合には、ピンの径方向の断面が弾性部材の径方向の断面と一致したものであることは、極めて望ましい。

１０…成形型、
２０…下型、
２１…下型の成形面、
２２…ピン、
２３…ピンの天面、
３０…上型、
３１…上型の天面、
４０…弾性部材、
４１…弾性部材の天面、
５０Ａ…製造される穴あき部を有する繊維強化樹脂成形品、
５０…繊維強化樹脂、
５０ｐ…繊維強化樹脂の片、
５１…繊維強化樹脂に予め形成された穴、
Ｈ１…繊維強化樹脂の厚さ、
ｈｐ…ピンの高さ、
ｄｐ…ピンの外径、
ｈｅ…弾性部材の高さ（ｈｐ＋ｈｅ＞Ｈ１）
ｄｅ…弾性部材の外径（＜ｄｐ）。

Claims (1)

1. 第１の成形型と第２の成形型との間に繊維強化樹脂を配置して型締めをし、前記繊維強化樹脂を加熱加圧した後、脱型する工程を経て、穴あき部を有する繊維強化樹脂成形品を製造する方法であって、
   前記方法は、少なくとも一方の前記成形型における、前記繊維強化樹脂成形品の前記穴あき部に対応する部位に、型締め前に、弾性部材を設置する工程と、
   前記設置した弾性部材を型締め時に圧縮変形させる工程と、をさらに備えるとともに、
   前記弾性部材として、圧縮前は前記繊維強化樹脂成形品の前記穴あき部の内径よりも小さい外径であり、型締め時での圧縮変形により外形が前記繊維強化樹脂成形品の前記穴あき部の内径と同じとなる弾性部材を用いる、
   ことを特徴とする、穴あき部を有する繊維強化樹脂成形品を製造する方法。

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