JP2019171760A - ギャップｒｔｍ成形金型 - Google Patents

Abstract

【課題】 ギャップＲＴＭ成形金型のシール部材に、ギャップ形成状態および型締め状態の両方で充分なシール性を発揮させる。【解決手段】 ギャップＲＴＭ成形金型は、シール部材１７を有する第１金型１１と、シール部材１７が当接する第２金型１２との間に形成されるキャビティ１４に溶融樹脂および液体樹脂を注入して繊維強化樹脂部材を成形する。シール部材１７の自由状態での断面形状は、第１金型１１に形成したシール溝１１ｂに嵌合する略四角形断面の第１中空部２１と、第１中空部２１に連結されてシール溝１１ｂの外側に突出する略円形断面の第２中空部２２とからなるので、大きい潰れストロークの全域で充分なシール性を発揮し、第１金型１１および第２金型１２のギャップ形成時にキャビティ１４内の負圧を維持することができるだけでなく、型締め時に樹脂の漏れを防止することができる。【選択図】 図３

Description

本発明は、シール部材を有する第１金型と、前記シール部材が当接する第２金型との間に形成されるキャビティに溶融樹脂および液体樹脂を注入して繊維強化樹脂部材を成形するギャップＲＴＭ成形金型に関する。

インサート部材の表面を樹脂製の含浸層で含浸した製品を金型で成形する際に、金型のキャビティから樹脂が漏れるのを防止するために、固定型および可動型間に挟持されるインサート部材の外周部にキャビティを取り囲むように突条よりなるシール部を形成したものが、下記特許文献１により公知である。

特開２００６−２１８６６６号公報

ところで、樹脂成形方法の一つであるＲＴＭ（Resin Transfer Molding）は、補強繊維を予め所定形状に賦形したプリフォームを金型内に挿入した後、樹脂の含浸を促進してエアボイドの発生を抑制するために、キャビティ内を真空引きした状態で溶融樹脂および液体樹脂を注入して加熱硬化させるものである。ＲＴＭ成形を低コストで行うには、キャビティへの樹脂注入を高速化してサイクルタイムを減少させることが必要であるが、そのためには樹脂を高圧注入する設備や、金型を高圧で型締めするプレス機が必要になる問題がある。

そこで提案されたギャップＲＴＭは、固定型および可動型間にギャップを形成した状態でキャビティ内に溶融樹脂および液体樹脂を注入し、その後の型締め工程で樹脂を補強繊維に含浸させてキャビティ内に充填するものである。この手法により、高速で樹脂を注入しても金型の内圧を低く抑えることができるので、設備費を節減しながらサイクルタイムを減少させることが可能となる。

しかしながら、ギャップＲＴＭは、金型にギャップを形成した状態でキャビティ内を真空引きしたときに、ギャップを通してキャビティ内に空気が侵入しないようにシールする必要があり、かつ型締め後にキャビティに溶融樹脂および液体樹脂を注入する際に、キャビティから樹脂が漏れないようにシールする必要がある。このようにギャップＲＴＭに用いられるシール部材は、ギャップ形成状態から型締め状態までの長いストロークの全域にわたってシール性を維持する必要があり、通常のＯリングのようなシール部材では対処できないという問題があった。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、ギャップＲＴＭ成形金型のシール部材に、ギャップ形成状態および型締め状態の両方で充分なシール性を発揮させることを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、シール部材を有する第１金型と、前記シール部材が当接する第２金型との間に形成されるキャビティに溶融樹脂および液体樹脂を注入して繊維強化樹脂部材を成形するギャップＲＴＭ成形金型であって、前記シール部材の自由状態での断面形状は、前記第１金型に形成したシール溝に嵌合する略四角形断面の第１中空部と、前記第１中空部に連結されて前記シール溝の外側に突出する略円形断面の第２中空部とからなることを特徴とするギャップＲＴＭ成形金型が提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記第１中空部は前記シール溝の開口に沿って直線状に延びる連結部を備え、前記第２中空部は前記連結部の中央に連結されることを特徴とするギャップＲＴＭ成形金型が提案される。

また請求項３に記載された発明によれば、請求項１または請求項２の構成に加えて、前記第１金型および前記第２金型の型締め時に、前記第１中空部および前記第２中空部は潰れ変形して前記シール溝に収納されることを特徴とするギャップＲＴＭ成形金型が提案される。

また請求項４に記載された発明によれば、請求項１〜請求項３の何れか１項の構成に加えて、前記第１金型および前記第２金型間に、所定値未満の型締め荷重でギャップを保持し、所定値以上の型締め荷重でギャップを消滅させるガススプリングを配置したことを特徴とするギャップＲＴＭ成形金型が提案される。

なお、実施の形態の固定型１１は本発明の第１金型に対応し、実施の形態の可動型１２は本発明の第２金型に対応する。

請求項１の構成によれば、ギャップＲＴＭ成形金型は、シール部材を有する第１金型と、シール部材が当接する第２金型との間に形成されるキャビティに溶融樹脂および液体樹脂を注入して繊維強化樹脂部材を成形する。シール部材の自由状態での断面形状は、第１金型に形成したシール溝に嵌合する略四角形断面の第１中空部と、第１中空部に連結されてシール溝の外側に突出する略円形断面の第２中空部とからなるので、シール部材は大きい潰れストロークの全域で充分なシール性を発揮し、第１金型および第２金型のギャップ形成時にキャビティ内の負圧を維持することができるだけでなく、型締め時に樹脂の漏れを防止することができる。

また請求項２の構成によれば、第１中空部はシール溝の開口に沿って直線状に延びる連結部を備え、第２中空部は連結部の中央に連結されるので、第１金型および第２金型のギャップ形成時に、第１中空部の連結部をシール溝内に向けて変形させるとともに第２中空部を圧縮変形させることでシール部材に充分な反力を発生させ、ギャップを有する第１金型および第２金型間を確実にシールしてキャビティ内の負圧を維持することができる。

また請求項３の構成によれば、第１金型および第２金型の型締め時に、第１中空部および第２中空部は潰れ変形してシール溝に収納されるので、型締め時にシール部材に充分な反力を発生させて樹脂の漏れを防止することができる。

また請求項４の構成によれば、第１金型および第２金型間に、所定値未満の型締め荷重でギャップを保持し、所定値以上の型締め荷重でギャップを消滅させるガススプリングを配置したので、キャビティ内を負圧にしたときに発生する荷重に対してはギャップを保持しながら、型締め時に油圧ラムの荷重でギャップを消滅させることが可能になる。その結果、位置制御可能なサーボ機構を備える油圧ラムが不要になってコストダウンが可能になる。

ギャップＲＴＭ成形金型の縦断面図である。 図１の２部拡大図である。 シール部材の作用説明図である。

以下、図１〜図３に基づいて本発明の実施の形態を説明する。

図１に示すように、ギャップＲＴＭ成形金型は、固定型１１と、固定型１１の上方に配置された可動型１２とを備えており、可動型１２は油圧ラム１３に接続されて昇降し、固定型１１に対して型締めおよび型開きが可能である。固定型１１および可動型１２の割り面１１ａ，１２ａにはキャビティ１４が形成されており、キャビティ１４には可動型１２に設けた真空源１５および樹脂供給源１６が接続される。

固定型１１の割り面１１ａには、キャビティ１４の周囲を取り囲むように環状のシール部材１７が設けられるとともに、シール部材１７の周囲を所定間隔で取り囲むように複数のガススプリング１８…が設けられる。

図２に示すように、シリコンゴムのような弾性材料で紐状に形成されたしシール部材１７は長手方向に一定断面を有するもので、固定型１１の割り面１１ａにキャビティ１４を取り囲むように形成された四角断面のシール溝１１ｂに嵌合して保持される第１中空部２１と、第１中空部２１に連結されて固定型１１の割り面１１ａから可動型１２側に突出する第２中空部２２とを備える。

概略四角形断面の第１中空部２１は、底壁部２１ａと、底壁部２１ａの両端から立ち上がる一対の側壁部２１ｂ，２１ｂと、一対の側壁部２１ｂ，２１ｂの上端間を接続する連結部２１ｃとを備えており、底壁部２１ａおよび一対の側壁部２１ｂ，２１ｂがシール溝１１ｂの内壁に当接するように嵌合することで、シール部材１７がシール溝１１ｂに保持される。この状態でシール溝１１ｂの開口に沿うように配置されるシール部材１７の連結部２１ｃは、シール溝１１ｂの溝底に向かって下向きに突出するように弧状に湾曲しており、一対の側壁部２１ｂ，２１ｂに連結する位置に鋭角に屈曲する一対のショルダー部２１ｄ，２１ｄが形成される。

概略円形断面の第２中空部２２は、その下部が僅かに下向きに尖る卵形であり、その尖った下端部２２ａが第１中空部２１の連結部２１ｃの中央に一体に連結される。第２中空部２２の上部には、その内周側に突出して肉厚になった突起部２２ｂが形成されており、従って第２中空部２２の内周はハート形を成している。

ガススプリング１８はシリンダ部１８ａと、シリンダ部１８ａから伸縮自在に突出するロッド部１８ｂとを有する周知の構造のものであり、シリンダ部１８ａが固定型１１の内部に埋め込まれ、ロッド部１８ｂが固定型１１の割り面１１ａから上方に突出して可動型１２の割り面１２ａに当接可能に対向する。

ガススプリング１８の伸縮特性は、収縮方向の荷重が所定値未満のときには、ロッド部１８ｂはシリンダ部１８ａに対して移動せず、ロッド部１８ｂの突出量は一定に維持され、また収縮方向の荷重が所定値以上になると、ロッド部１８ｂはシリンダ部１８ａの内部に押し込まれ、固定型１１の割り面１１ａからのロッド部１８ｂの突出量はゼロまで減少する。

本実施の形態では、油圧ラム１３が作動せず、ガススプリング１８…に可動型１２の重量のみが作用するとき、各ガススプリング１８のロッド部１８ｂのシリンダ部１８ａからの突出量は、固定型１１および可動型１２間に所定のギャップＧ（例えば、５ｍｍ）が形成される大きさに設定される。そして油圧ラム１３が作動して可動型１２を固定型１１に向けて付勢すると、各ガススプリング１８のロッド部１８ｂのシリンダ部１８ａの内部に押し込まれ、固定型１１および可動型１２の割り面１１ａ，１２ａが当接して型締めが行われる。

次に、上記構成を備えた本発明の実施の形態の作用を説明する。

ギャップＲＴＭ成形金型でＣＦＲＰ（カーボン繊維強化樹脂）製品を成形するには、先ず、図１に示すように、固定型１１に対して可動型１２を上昇させて型開きした状態で、予め製品の形状に賦形したカーボン繊維のプリフォーム１９を固定型１１のキャビティ１４上に載置し、油圧ラム１３の付勢力を作用させずに可動型１２を重力で下降させて固定型１１に接近させる。その結果、可動型１２の割り面１２ａが固定型１１の各ガススプリング１８のロッド部１８ｂの上端に当接するとともに、固定型１１のシール部材１７が所定量だけ押し潰されてキャビティ１４をシールする状態となり、固定型１１および可動型１２がギャップＧを介して対峙する。

図３（Ａ）は、固定型１１および可動型１２間にギャップＧが形成された状態を示すもので、可動型１２の割り面１２ａにより第２中空部２２の上端を下向きに押圧されたシール部材１７は、第１中空部２１の上部の低剛性の連結部２１ｃが、その両側の一対の高剛性のショルダー部２１ｄ，２１ｄに対して下方に撓むように変形し、第２中空部２２の下端部２２ａは、第１中空部２１の一対のショルダー部２１ｄ，２１ｄ間に挟まれるように幅を狭めながら下方に移動する。

この状態で、真空源１５を駆動してキャビティ１４内を真空引きするが、シール部材１７が可動型１２の割り面１２ａに充分な面圧で当接してシール機能を発揮するため、キャビティ１４内に必要な負圧を発生させることができる。またキャビティ１４内が負圧になることで、大気圧が可動型１２を固定型１１に対して下向きに押し付ける荷重が発生するが、可動型１２の重量による下向きの荷重と、キャビティ１４の負圧による下向きの荷重との和はガススプリング１８…を収縮させる荷重未満であるため、固定型１１および可動型１２間のギャップＧは減少することなく、自動的に当初の大きさに維持される。

続いて、樹脂供給源１６からキャビティ１４内に溶融樹脂および液体樹脂を注入するが、キャビティ１４内は負圧になっているため、溶融樹脂および液体樹脂はキャビティ１４内に速やかに行き渡ってプリフォーム１９に含浸する。

続いて、油圧ラム１３を作動させて可動型１２を固定型１１に向かって下向きに付勢すると、可動型１２の重量による下向きの荷重と、油圧ラム１３の作動による下向きの荷重との和がガススプリング１８…を収縮させる荷重以上になるため、固定型１１および可動型１２間のギャップＧが消滅して型締めが行われ、溶融樹脂および液体樹脂の供給圧を特に強めることなく、キャビティ１４の内圧を高めて溶融樹脂および液体樹脂をプリフォーム１９に更に確実に含浸させることができる。

このとき、図３（Ｂ）に示すように、型締めによってシール部材１７の第２中空部２２は下向きに押され、第１中空部２１の連結部２１ｃの内面が底壁部２１ａおよび一対の側壁部２１ｂ，２１ｂの内面に接するように変形するとともに、第２中空部２２の下端部２２ａが第１中空部２１の連結部２１ｃの外面に密着するように変形し、さらに第２中空部２２の突起部２２ｂがＶ字状に折れ曲がった連結部２１ｃの内面に嵌まるように変形する。その結果、シール部材１７は殆ど隙間がなくなるまで圧縮されて固定型１１のシール溝１１ｂ内に押し込まれ、強い反力で可動型１２の割り面１２ａに当接することで溶融樹脂および液体樹脂の漏れを確実に阻止するシール性を発揮することができる。

そして型締めした固定型１１および可動型１２を加熱して樹脂を硬化させた後、固定型１１および可動型１２を型開きして成形した繊維強化樹脂製品を取り出す。

以上のように、本実施の形態によれば、シール部材１７が大きい潰れストロークの全域で充分なシール性を発揮するので、固定型１１および可動型１２間にギャップＧを形成するときにキャビティ１４内の負圧を確実に維持することができるだけでなく、固定型１１および可動型１２を型締めしたときにキャビティ１４からの溶融樹脂および液体樹脂の漏れを防止することができる。

また固定型１１および可動型１２間に、所定値未満の型締め荷重でギャップＧを保持し、所定値以上の型締め荷重でギャップＧを消滅させるガススプリング１８…を配置したので、キャビティ１４内を負圧にしたときに発生する荷重に対してはギャップＧを保持しながら、油圧ラム１３の荷重でギャップＧを消滅させて型締めすることが可能になる。これにより、位置制御可能なサーボ機構を備える油圧ラムでギャップを制御する必要がなくなり、通常の油圧ラム１３が使用可能になってコストダウンに寄与することができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、実施の形態の繊維強化樹脂製品はカーボン繊維を補強材としているが、ガラス繊維等の他種の繊維を補強材とするものでも良い。

１１ 固定型（第１金型）
１１ｂ シール溝
１２ 可動型（第２金型）
１４ キャビティ
１７ シール部材
１８ ガススプリング
２１ 第１中空部
２１ｃ 連結部
２２ 第２中空部
Ｇ ギャップ

Claims (4)

1. シール部材（１７）を有する第１金型（１１）と、前記シール部材（１７）が当接する第２金型（１２）との間に形成されるキャビティ（１４）に溶融樹脂および液体樹脂を注入して繊維強化樹脂部材を成形するギャップＲＴＭ成形金型であって、
   前記シール部材（１７）の自由状態での断面形状は、前記第１金型（１１）に形成したシール溝（１１ｂ）に嵌合する略四角形断面の第１中空部（２１）と、前記第１中空部（２１）に連結されて前記シール溝（１１ｂ）の外側に突出する略円形断面の第２中空部（２２）とからなることを特徴とするギャップＲＴＭ成形金型。
2. 前記第１中空部（２１）は前記シール溝（１１ｂ）の開口に沿って直線状に延びる連結部（２１ｃ）を備え、前記第２中空部（２２）は前記連結部（２１ｃ）の中央に連結されることを特徴とする、請求項１に記載のギャップＲＴＭ成形金型。
3. 前記第１金型（１１）および前記第２金型（１２）の型締め時に、前記第１中空部（２１）および前記第２中空部（２２）は潰れ変形して前記シール溝（１１ｂ）に収納されることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のギャップＲＴＭ成形金型。
4. 前記第１金型（１１）および前記第２金型（１２）間に、所定値未満の型締め荷重でギャップ（Ｇ）を保持し、所定値以上の型締め荷重でギャップ（Ｇ）を消滅させるガススプリング（１８）を配置したことを特徴とする、請求項１〜請求項３の何れか１項に記載のギャップＲＴＭ成形金型。

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