JP2019202509A - 繊維強化樹脂成形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】成形性の悪化を抑制することができる繊維強化樹脂成形装置を提供する。【解決手段】繊維強化樹脂成形装置１は、加熱された熱可塑性繊維強化樹脂シートＳを成形する。繊維強化樹脂成形装置１は、下型２と、下型２との間で熱可塑性繊維強化樹脂シートＳをプレスする上型３と、下型２及び上型３の周囲に設けられ、複数の繊維５が掛け渡された繊維保持体４と、を備える。複数の繊維５は、下型２と上型３との間において下型２及び上型３から離間して、下型２と上型３とのプレス方向に交差する方向に掛け渡されている。下型２及び上型３は、複数の繊維５上に下型２及び上型３から離間して載置された状態の熱可塑性繊維強化樹脂シートＳをプレス可能に設けられている。【選択図】図２

Description

本開示は、繊維強化樹脂成形装置に関する。

加熱された熱可塑性繊維強化樹脂シートを成形する繊維強化樹脂成形装置が知られている。例えば特許文献１に開示される装置は、下型と上型とを備え、加熱された熱可塑性繊維強化樹脂シートが下型上に載置されるとともに当該熱可塑性繊維強化樹脂シート上に複数の連続繊維が載置される。そして、この状態で下型及び上型により熱可塑性繊維強化樹脂シートをプレスすることで、複数の連続繊維同士の間隙に熱可塑性繊維強化樹脂が含浸し、剛性及び強度に優れた繊維強化樹脂が成形される。

特開２０１５−１７８２４１号公報

ところで、上述したような装置では、下型は、加熱された熱可塑性繊維強化樹脂シートと比較して温度が低い。このため、加熱された熱可塑性繊維強化樹脂シートが下型上に載置されると、下型及び上型がプレスされるまでの間に熱可塑性繊維強化樹脂シートから下型に熱が逃げることで、熱可塑性繊維強化樹脂シートの温度が低下する場合がある。この場合、上述した装置では、温度が低下した熱可塑性繊維強化樹脂シートをプレスすることとなるため、成形性が悪化するおそれがある。

そこで、本開示は、成形性の悪化を抑制することができる繊維強化樹脂成形装置を提供することを目的とする。

本開示の一態様に係る繊維強化樹脂成形装置は、加熱された熱可塑性繊維強化樹脂シートを成形する繊維強化樹脂成形装置であって、下型と、下型との間で熱可塑性繊維強化樹脂シートをプレスする上型と、下型及び上型の周囲に設けられ、複数の繊維が掛け渡された繊維保持体と、を備え、複数の繊維は、下型と上型との間において下型及び上型から離間して、下型と上型とのプレス方向に交差する方向に掛け渡され、下型及び上型は、複数の繊維上に下型及び上型から離間して載置された状態の熱可塑性繊維強化樹脂シートをプレス可能に設けられている。

本開示の一態様によれば、成形性の悪化を抑制することが可能となる。

図１は、本実施形態に係る繊維強化樹脂成形装置を示す図である。 図２は、繊維強化樹脂成形装置の繊維上に熱可塑性繊維強化樹脂シートが載置された状態を示す図である。 図３は、繊維強化樹脂成形装置により熱可塑性繊維強化樹脂シートがプレスされた状態を示す図である。 図４は、変形例に係る繊維強化樹脂成形装置を示す図である。

以下、図面を参照して、例示的な実施形態について説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本実施形態に係る繊維強化樹脂成形装置１を示す図である。図２は、繊維強化樹脂成形装置１の繊維５上に熱可塑性繊維強化樹脂シートＳが載置された状態を示す図である。図３は、繊維強化樹脂成形装置１により熱可塑性繊維強化樹脂シートＳがプレスされた状態を示す図である。図１〜図３に示される繊維強化樹脂成形装置１は、加熱された熱可塑性繊維強化樹脂シートＳを成形する装置である。より具体的には、繊維強化樹脂成形装置１は、加熱された熱可塑性繊維強化樹脂シートＳを型でプレスすることにより、型の形状に応じた所望の形状となるように熱可塑性繊維強化樹脂シートＳを成形する。熱可塑性繊維強化樹脂シートＳは、例えば熱可塑性樹脂が軟化してプレスにより成形可能となる温度まで、予め加熱炉等により加熱される。

熱可塑性繊維強化樹脂シートＳは、シート状に成形された熱可塑性繊維強化樹脂である。熱可塑性繊維強化樹脂は、熱可塑性樹脂に繊維材が混入された材料である。熱可塑性繊維強化樹脂としては、公知の材料を用いることができる。熱可塑性繊維強化樹脂の熱可塑性樹脂としては、例えばＰＡ６、ＰＡ６６、ＡＢＳ、ＰＰ、ＰＰＳ等が挙げられる。また、熱可塑性繊維強化樹脂の繊維材としては、例えば炭素繊維、セルロース系繊維、ナイロン、アラミド、ＰＥ等が挙げられる。より具体的に、炭素繊維はポリアクリロニトリル繊維、ピッチ繊維等であってもよく、セルロース系繊維はレーヨン等であってもよい。

繊維強化樹脂成形装置１は、下型２、上型３、及び繊維保持体４を備えている。下型２は、例えば下型支持部６により下側から支持されている。上型３は、例えば上型支持部７により上側から支持されている。下型２及び上型３は、対面するように配置された一対の型である。下型２及び上型３の少なくともいずれかがプレス方向（型閉じする方向）に移動することで、下型２及び上型３が型閉じする。例えば、上型３は下型２の鉛直方向上方に配置されており、「プレス方向」は鉛直方向である。ここでは、上型３が鉛直方向下方に移動することで、下型２及び上型３が型閉じする。なお、繊維強化樹脂成形装置１は、下型２及び上型３の少なくともいずれかをプレス方向に移動させるアクチュエータ（不図示）を更に備えていてもよい。

下型２は、熱可塑性繊維強化樹脂シートＳをプレスするための一対の型のうちの一方の型である。下型２は、下型基部２ａ及び下型凸部２ｂを有している。下型基部２ａは、例えばブロック状に形成されている。下型基部２ａは、直方体状をなしていてもよい。下型凸部２ｂは、下型基部２ａの上面（すなわち、上型３側の面）に突出するように形成された部分である。下型基部２ａ及び下型凸部２ｂは、単一部材として一体的に形成されている。

上型３は、熱可塑性繊維強化樹脂シートＳをプレスするための一対の型のうちの他方の型である。上型３は、下型２との間で熱可塑性繊維強化樹脂シートＳをプレスする。上型３は、ブロック状に形成されている。上型３は、直方体状をなしていてもよい。上型３の下面（すなわち、下型２側の面）には、上方に向かって窪んだ上型凹部Ｃが形成されている。下型２及び上型３が型閉じするときには、下型凸部２ｂが上型凹部Ｃに入り込む。このとき、下型凸部２ｂと上型凹部Ｃとの間には熱可塑性繊維強化樹脂シートＳを成形するための微小な隙間が形成される。

繊維保持体４は、下型２及び上型３の周囲に設けられ、複数の繊維５が掛け渡された部材である。例えば、繊維保持体４は、第１繊維保持部４ａ、第２繊維保持部４ｂ、第３繊維保持部４ｃ、及び第４繊維保持部４ｄを有している。第１繊維保持部４ａ、第２繊維保持部４ｂ、第３繊維保持部４ｃ、及び第４繊維保持部４ｄは、下型２の四隅側に、下型２に対する相対位置が変化しないようにそれぞれ配置された支柱であり、鉛直方向にそれぞれ延在している。第１繊維保持部４ａ及び第４繊維保持部４ｄは、下型２に関して対称の位置に配置されている。また、第２繊維保持部４ｂ及び第３繊維保持部４ｃは、下型２に関して対称の位置に配置されている。

第１繊維保持部４ａと第４繊維保持部４ｄとの間には、例えば２本の第１繊維（繊維）５ａが掛け渡されている。２本の第１繊維５ａは、互いに平行且つ同じ高さに設けられている。より具体的には、第１繊維５ａは、下型２と上型３との間において下型２及び上型３から離間して、下型２と上型３とのプレス方向に交差する方向に掛け渡されている。「プレス方向に交差する方向」は、ここでは水平方向であるが、水平方向から多少傾いた方向であってもよい。

第２繊維保持部４ｂと第３繊維保持部４ｃとの間には、例えば２本の第２繊維（繊維）５ｂが掛け渡されている。２本の第２繊維５ｂは、互いに平行且つ同じ高さに設けられている。より具体的には、第２繊維５ｂは、下型２と上型３との間において下型２及び上型３から離間して、下型２と上型３とのプレス方向に交差する方向に掛け渡されている。第２繊維５ｂは、第１繊維５ａと同じ高さに設けられている。

上述したように、第１繊維保持部４ａ及び第４繊維保持部４ｄは下型２に関して対称の位置に配置されており、第２繊維保持部４ｂ及び第３繊維保持部４ｃは下型２に関して対称の位置に配置されている。これにより、第１繊維５ａと第２繊維５ｂとは、下型２の下型凸部２ｂの上方の交差領域Ｘにおいて互いに交差している。

熱可塑性繊維強化樹脂シートＳは、下型２及び上型３によりプレスされる前に、加熱された状態で繊維５上の交差領域Ｘに載置される。ここで、繊維５は、適度な撓みを有して繊維保持体４に掛け渡されており、下型２及び上型３が型閉じされる際にも繊維５には過剰な張力が加わらず、且つ、熱可塑性繊維強化樹脂シートＳの重みにより鉛直方向下方に押し下げられても下型２には接触しない。熱可塑性繊維強化樹脂シートＳは、下型２及び上型３が型閉じしたときに、下型凸部２ｂと上型凹部Ｃとの間の適切な位置となるように、交差領域Ｘに載置される。

交差領域Ｘに載置された熱可塑性繊維強化樹脂シートＳは、加熱されて軟化している。このため、下型２及び上型３が型閉じされると、下型２及び上型３から離間して繊維５上の交差領域Ｘに載置された熱可塑性繊維強化樹脂シートＳは、下型２及び上型３により押し潰されながら下型凸部２ｂと上型凹部Ｃとの間の微小な隙間に充填される。このようにして、熱可塑性繊維強化樹脂シートＳは、下型２及び上型３によりプレスされて、下型２及び上型３の形状に応じた所望の形状となるように成形される。換言すると、下型２及び上型３は、複数の繊維５上に下型２及び上型３から離間して載置された状態の熱可塑性繊維強化樹脂シートＳをプレス可能に設けられている。

以上説明したように、繊維強化樹脂成形装置１によれば、加熱された熱可塑性繊維強化樹脂シートＳは、複数の繊維５上に下型２及び上型３から離間して載置された状態で、下型２及び上型３によりプレスされる。このため、加熱された熱可塑性繊維強化樹脂シートＳは、当該熱可塑性繊維強化樹脂シートＳよりも温度の低い下型２上に接触しないため、プレスされるまでの間に熱可塑性繊維強化樹脂シートＳから下型２に熱が逃げて熱可塑性繊維強化樹脂シートＳの温度が低下することが抑制される。よって、繊維強化樹脂成形装置１によれば、熱可塑性繊維強化樹脂シートＳの成形性の悪化を抑制することが可能となる。

上述した実施形態は、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した様々な形態で実施することができる。

例えば、繊維保持体は、上記実施形態に示されるような構成に限定されない。繊維保持体は、掛け渡された複数の繊維５上に下型２及び上型３から離間して熱可塑性繊維強化樹脂シートＳが載置可能となるように構成されていればよい。図４は、変形例に係る繊維強化樹脂成形装置１Ａを示す図である。例えば図４に示されるように、繊維保持体は、複数の繊維５として２本の第３繊維５ｃのみを掛け渡されていてもよい。２本の第３繊維５ｃは、互いに平行且つ同じ高さに設けられている。より具体的には、第３繊維５ｃは、下型２と上型３との間において下型２及び上型３から離間して、下型２と上型３とのプレス方向に交差する方向に掛け渡されている。そして、熱可塑性繊維強化樹脂シートＳは、２本の第３繊維５ｃ上に、当該第３繊維５ｃの延在方向に沿って載置されている。このような構成を備える繊維強化樹脂成形装置１Ａにおいても、上述した繊維強化樹脂成形装置１と同様の作用及び効果が奏される。

また、繊維保持体４は、下型２及び上型３の周囲に設けられ、複数の繊維５が掛け渡されていればよく、必ずしも上記実施形態に示されるような支柱でなくてもよい。また、繊維保持体４は、第１繊維保持部４ａ、第２繊維保持部４ｂ、第３繊維保持部４ｃ、及び第４繊維保持部４ｄのように別体の部材として構成されていなくてもよく、例えば下型２及び上型３を連続的に包囲する一体の部材として構成されていてもよい。

また、複数の繊維５は、下型２と上型３との間において下型２及び上型３から離間して、下型２と上型３とのプレス方向に交差する方向に掛け渡されていればよく、繊維５の本数及び繊維保持体４に掛け渡される態様は、上記実施形態に限定されない。

１，１Ａ…繊維強化樹脂成形装置、２…下型、３…上型、４…繊維保持体、５…繊維、Ｓ…熱可塑性繊維強化樹脂シート。

Claims (1)

1. 加熱された熱可塑性繊維強化樹脂シートを成形する繊維強化樹脂成形装置であって、
   下型と、
   前記下型との間で前記熱可塑性繊維強化樹脂シートをプレスする上型と、
   前記下型及び前記上型の周囲に設けられ、複数の繊維が掛け渡された繊維保持体と、を備え、
   複数の前記繊維は、前記下型と前記上型との間において前記下型及び前記上型から離間して、前記下型と前記上型とのプレス方向に交差する方向に掛け渡され、
   前記下型及び前記上型は、複数の前記繊維上に前記下型及び前記上型から離間して載置された状態の前記熱可塑性繊維強化樹脂シートをプレス可能に設けられている、繊維強化樹脂成形装置。

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