JP2020128012A - 抄造樹脂成型体 - Google Patents

Abstract

【課題】 抄造樹脂成型体に形成した貫通穴の内周面に発生するクラックを抑制することができる。【解決手段】 熱硬化性樹脂と強化繊維Ｆとを液中に分散させて抄造したシート状樹脂Ｓａを複数枚積層させて成形した素形体３を、さらに加熱加圧して製造した抄造樹脂成型体１に関する。上記シート状樹脂Ｓａの積層方向に形成された貫通穴２を備え、当該貫通穴２の近傍に位置する上記強化繊維Ｆが上記積層方向に対して直交する面内を向き、かつ当該貫通穴２の内周面に所要の部分に近接している各強化繊維Ｆの向きが、当該近接した部分の内周面の略接線方向を向いている。【選択図】 図３

Description

本発明は抄造樹脂成型体に関し、詳しくは熱硬化性樹脂と強化繊維とを液中に分散させて抄造したシート状樹脂を複数枚積層させて成形した素形体を、さらに加熱加圧して成形した抄造樹脂成型体に関する。

従来、熱硬化性樹脂と強化繊維とを液中に分散させて抄造したシート状樹脂を複数枚積層させて成形した素形体を、さらに加熱加圧して成形した抄造樹脂成型体が知られている（特許文献１）。
このような上記抄造樹脂成型体を製造する手順は、所要の形状に切断したシート状樹脂を複数枚積層させて素形体を作成し、その後当該素形体を成形装置に投入して加熱加圧するものとなっている。
ここで、素形体を加熱しながら当該素形体を上記シート状樹脂の積層方向に加圧することにより、得られた抄造樹脂成型体の内部における強化繊維の向きは、上記シート状樹脂の積層方向に対して直交する面内においてランダムな方向を向くようになっている。
また上記特許文献１では、予めシート状樹脂に穴を穿設しておき、当該穴の穿設されたシート状樹脂を積層することで貫通穴の形成された素形体を作成し、当該素形体の貫通穴にインサート部材を挿入した状態で素形体を加熱加圧することで、貫通穴の形成された抄造樹脂成型体を得ている。

特開平１１−２０７７３９号公報

一方、抄造樹脂成型体に貫通穴を形成する方法として、抄造樹脂成型体を成形した後に貫通穴を穿設する方法や、図４に示すような上記下型にコアピンを固定した成形装置を用いて、貫通穴を形成しない素形体や、予めコアピンの直径よりも小径の貫通穴を形成した素形体を、上型により加熱加圧しながらコアピンによって下方から貫通穴を形成する方法も考えられる。
しかしながら、抄造樹脂成型体を成形した後に貫通穴を穿設すると、形成した貫通孔の内周面に、貫通穴の加工の際に切断された強化繊維の端部が露出してしまうという問題が発生する。
一方、図４に示す成形装置を用いた場合、素形体を加熱加圧しながら貫通穴を形成する際に、加熱により軟化した樹脂が粘性によってコアピンの進入に伴って流動し、これに伴って樹脂中の強化繊維がコアピンの挿入方向、すなわち素形体を作成する際のシート状樹脂の積層方向に向けて傾いてしまう。
その後、加熱加圧成形後の抄造樹脂成型体を成形装置から取り出すと、加工後の冷却時に生じる収縮や加工の際の残留応力が開放されるが、このような収縮や残留応力が貫通穴に作用すると、当該貫通穴の内周面には径方向への引っ張り力が作用する。
上記貫通穴の周辺の強化繊維はシート状樹脂の積層方向を向いているため、上述したような径方向の引っ張り力が作用すると、隣接する強化繊維と強化繊維との間で樹脂が剥離してしまい、貫通穴の内周面に発生するクラックの原因となる。
このような問題に鑑み、本発明は形成した貫通穴にクラックが生じにくい抄造樹脂成型体を提供するものである。

すなわち請求項１の発明にかかる抄造樹脂成型体は、熱硬化性樹脂と強化繊維とを液中に分散させて抄造したシート状樹脂を複数枚積層させて成形した素形体を、さらに加熱加圧して成形した抄造樹脂成型体において、
上記シート状樹脂の積層方向に向けて形成された貫通穴を備え、
当該貫通穴の近傍に位置する上記強化繊維の向きが、上記積層方向に対して直交する方向であって、かつ当該近接した貫通穴の内周面の部分に対して略接線方向を向いていることを特徴としている。

上記発明によれば、上述したような貫通穴の内周面に径方向への引っ張り力が作用しても、上記強化繊維が貫通穴の内周面の部分に対して略接線方向を向いていることから、上記引っ張り力に対して耐えることができ、貫通穴の内周面へのクラックの発生を可及的に抑制することができる。

本実施例にかかる抄造樹脂成型体を側面方向から見た断面図 抄造樹脂成型体を平面方向から見た断面図 抄造樹脂成型体の作成手順を説明する図 従来の抄造樹脂成型体の作成手順を説明する図

以下図示実施例について説明すると、図１は本発明にかかる抄造樹脂成型体１を側面方向から見た断面図を示し、当該抄造樹脂成型体１には図示上下方向に貫通する略円柱状の空間からなる貫通穴２が形成されている。また図２は当該抄造樹脂成型体１を平面方向から見た断面図を示している。
後に詳述するが、図３を用いて上記貫通穴２の形成された抄造樹脂成型体１の製造方法を簡単に説明すると、最初に熱硬化性樹脂や強化繊維Ｆを水に分散し、抄造して得られたシート状樹脂Ｓを所定形状に切断し（図３（ａ））、該所定形状のシート状樹脂Ｓａを軸方向に複数枚積層して立体形状からなる素形体３を成形する（図３（ｂ））。
ここで得られた素形体３には上記貫通穴２は形成されておらず、当該素形体３を以下に説明する図３に示す成形装置１１を用いて加熱加圧しながら上記貫通穴２を形成するようになっている（図３（ｃ）（ｄ））。

図３の（ｃ）（ｄ）に示す成形装置１１は、上記素形体３を収容するとともに抄造樹脂成型体１が成形される成形空間１２ａの形成された下型１２と、上記下型１２の底部に設けられて当該下型１２に対して出没可能に設けたコアピン１３と、上記素形体３を下型１２との間で加圧する上型１４とから構成されている。
上記下型１２の成形空間１２ａは上記素形体３を収容するとともに成形する抄造樹脂成型体１の外形の形状に合わせて形成され、また下型１２は上記成形空間１２ａに収容された素形体３を加熱するための図示しないヒーターによって加熱されるようになっている。
上記上型１４は図示しない昇降手段によって昇降し、上記下型１２に形成された成形空間１２ａ内に挿入されて上記下型１２との間で素形体を加圧するようになっている。また、当該上型１４の下面には、上記コアピン１３の先端部が下方から挿入される逃がし孔１４ａが形成されている。

上記コアピン１３は図示しない昇降手段によって上下に移動可能に設けられており、上記昇降手段は上記コアピン１３を上記下型１２に対する上型１４の動作とは独立して昇降させ、またの昇降速度を任意に設定することが可能となっている。
上記下型１２の成形空間１２ａに素形体３が投入される際、上記コアピン１３は下方に位置しており、その上端部が下型１２の底部と面一以下となる位置で待機するようになっている。
その後、素形体３が下型１２と上型１４との間で加熱加圧され、上記素形体３に含まれる樹脂が軟化すると、コアピン１３が上記昇降手段によって上昇し、素形体３を下方から上方へと貫通することで上記貫通穴２を形成し、またその先端部が上記上型１４の逃がし孔１４ａに挿入される。

次に、図３を用いて上記抄造樹脂成型体１の製造方法を説明する。
まず、図３（ａ）は、シート状樹脂Ｓを抄造により製造するとともに、該シート状樹脂Ｓを所定形状に切断する工程を示している。
最初に、例えば熱硬化性樹脂であるフェノール樹脂粉末と強化繊維Ｆである炭素繊維とアラミドパルプとをそれぞれ水に分散させ、これを抄造することで長方形のシート状樹脂Ｓを製造し、これを加圧プレス機に投入して脱水を行う。
このとき各シート状樹脂Ｓａ内の強化繊維Ｆは、当該シート状樹脂Ｓａの形成される面と略同じ方向を向いており、また上記抄造樹脂成型体１に形成される上記貫通穴２に該当する穴は穿設されていない。
また、ここで得られたシート状樹脂Ｓからは、複数枚の所定形状を有したシート状樹脂Ｓａを得ることが可能であり、切断の後に発生する残材については、リサイクルにより再度上記シート状樹脂Ｓを抄造する際に用いることが可能となっている。

得られた上記シート状樹脂Ｓａからは乾燥等の手段により水分を除去し、その後図３（ｂ）に示すように当該シート状樹脂Ｓａを複数枚積層させて上記素形体３を成形する。
水分を除去したシート状樹脂Ｓａを複数枚積層させたら、これを図示しない金型へ投入し、フェノール樹脂が軟化する温度で加熱しながら積層方向に圧縮することで、熱硬化性樹脂が一部軟化して隣接するシート状樹脂Ｓａ同士が接着し、所定形状の素形体３が得られる。
またその際、素形体３に含まれる強化繊維Ｆは、軟化した樹脂の内部で圧縮により水平方向、すなわちシート状樹脂Ｓａの積層方向に対して直交する面内でランダムな方向を向くようになっている。
そして成形された素形体３は、積層方向の厚みは成形後の抄造樹脂成型体１の厚みより厚いものの、横方向の寸法は成形後の抄造樹脂成型体１とほとんど変わらず、またこの素形体３にも上記貫通穴２に相当する穴は形成されていない。

そして、図３（ｃ）は、上記素形体３を上記成形装置１１に投入し、下型１２によって素形体３を加熱しながら、当該素形体３を下型１２と上型１４とによって加圧している状態を示している。
最初に、上記下型１２の成形空間１２ａに上記素形体３をセットし、続いて上記下型１２をヒーターによって加熱することにより、素形体３が所定温度まで加熱され、素形体３に含まれる熱硬化性樹脂が一旦軟化する。
この状態で、上記上型１４を下降させることで、成形空間１２ａの内部で素形体３を下型１２と上型１４との間で加圧し、これにより軟化した素形体３を図３（ｂ）で作成した時の厚さから、製品としての抄造樹脂成型体１の厚さまで圧縮し、このとき強化繊維Ｆの向きは上記積層方向に対して直交する面内を維持するようになっている。
またこの時、コアピン１３は上記昇降手段によって下方に位置しており、当該コアピン１３の先端部は下型１２の底面と面一以下となる位置に退避している。従って、この状態では加熱により軟化した素形体３にコアピン１３が挿入されないようになっている。

そして、図３（ｄ）は、上記軟化した素形体３をコアピン１３によって貫通させ、その後素形体３の熱硬化性樹脂を架橋反応により固化させて上記抄造樹脂成型体１が成形される状態を示している。
上記加熱により軟化した素形体３が下型１２と上型１４とによって加圧され、かつ素形体３の熱硬化性樹脂が架橋反応により固化する前の状態で、上記コアピン１３を昇降手段によって上昇させる。
コアピン１３は軟化している樹脂を押し分けながら素形体３を下方から上方へと上昇するが、このときコアピン１３の上昇する速度を制御することにより、当該コアピン１３が通過する位置の強化繊維Ｆは剪断されずに、通過したコアピン１３の周囲にとどまり、各強化繊維Ｆの向きは、それぞれ上記コアピン１３の外周面に接近した位置において、当該コアピン１３の外周面の略接線方向を向くようになっている。
そして、上記素形体３は下型１２と上型１４とによって加圧され、かつコアピン１３の上昇する速度を制御することで、上記強化繊維Ｆの向きを素形体３を構成するシート状樹脂Ｓａの積層方向に対して直交する面内に維持させることができる。

このようにして上記コアピン１３が素形体３を通過した後、上型１４と下型１２とによる加熱加圧を維持すると、素形体３の熱硬化性樹脂が架橋反応により固化し、これにより上記コアピン１３の貫通した位置に上記貫通穴２が形成された抄造樹脂成型体１が得られることとなる。
換言すると、本実施例のようにコアピン１３によって貫通穴２を穿設することで、強化繊維Ｆの向きは、上記積層方向に対して直交する方向を維持するとともに、貫通穴２の外周面の略接線方向を向いてに並ぶようになっている。
上記成形装置１１より抄造樹脂成型体１を取り出したら、当該抄造樹脂成型体１を冷却するとともに、当該抄造樹脂成型体１を再度加熱してアニールを行い、さらに必要に応じてバリ取りなどの仕上げを行う。

本実施例における抄造樹脂成型体１は、素形体３におけるシート状樹脂Ｓａの積層方向に形成された貫通穴２を備え、この貫通穴２の近傍に位置する上記強化繊維Ｆの向きは、上記積層方向に対して直交する方向であって、かつ当該近接した貫通穴２の内周面の部分に対して略接線方向を向いている。
ここで、上記成形装置１１において抄造樹脂成型体１を成形した後、当該抄造樹脂成型体１を取り出して冷却すると、抄造樹脂成型体１を構成する樹脂が収縮したり内部に残留していた応力が開放され、上記貫通穴２の内周面に当該貫通穴２を径方向に引っ張る力が作用する。
これに対し、本実施例の抄造樹脂成型体１は、上記強化繊維Ｆが貫通穴２の内周面に対して略接線方向を向いており、上述した径方向への引っ張り力に抵抗することができる。
その結果、このような引っ張り力による樹脂の剥離等が発生しにくく、貫通穴２の内周面に発生するクラックを抑制することができる。

一方、図４は下型１２にコアピン１３が固定された成形装置１１を用いて、上記コアピン１３により貫通穴２を形成しながら抄造樹脂成型体１を成形する場合の断面図を示している。
このような構成の場合、下型１２の成形空間１２ａに投入された素形体３は、下型１２の底部に対して上方に突出したコアピン１３の先端に接触した状態から、上記上型１４との間で加圧されることとなる。
上記上型１４を下降させると、上型１４の下降速度とコアピン１３による素形体３への進入速度は同じであることから、素形体３に進入するコアピン１３に従って、加熱により粘性を有した樹脂が移動し、これに伴って樹脂中の強化繊維Ｆがコアピン１３の進行方向、すなわちシート状樹脂の積層方向に向かって傾くこととなる。
上記上型１４が下死点に到達すると、同時にコアピン１３が素形体３を貫通するが、これ以降の上型１４およびコアピン１３の移動がないことから、その後の素形体３内部における樹脂の流動は生じず、このため貫通穴２の周囲の強化繊維Ｆは上記積層方向を向いたまま上記熱硬化性樹脂が硬化することとなる。換言すると、貫通穴２を形成した結果、抄造樹脂成型体１における貫通穴２周辺の強化繊維Ｆの向きが積層方向を向くこととなる。
この場合、抄造樹脂成型体１の冷却による収縮や残留応力の開放によって、上記貫通穴２内周面に引っ張り力が作用すると、積層方向を向いた強化繊維Ｆと強化繊維Ｆとが離隔する方向に引っ張られ、これらの間に位置する樹脂が剥離してしまい、貫通穴２の内周面にクラックを生じさせてしまう。

なお、上記実施例では下型１２に一つのコアピン１３を設けて、抄造樹脂成型体１に一つの貫通穴２を形成しているが、複数のコアピン１３によって複数の貫通穴２を形成することも可能である。
また上記実施例では、貫通穴の形成されていない素形体３を作成して、当該素形体を上記成形装置１１に投入しているが、予めコアピン１３の直径よりも小径の貫通穴を素形体３に形成しておき、当該貫通穴の形成された素形体３を上記成形装置１１で成形してもよい。

１ 抄造樹脂成型体 ２ 貫通穴
３ 素形体 １１ 成形装置
１２ 下型 １３ コアピン
１４ 上型 Ｆ 強化繊維
Ｓ、Ｓａ シート状樹脂

Claims (1)

1. 熱硬化性樹脂と強化繊維とを液中に分散させて抄造したシート状樹脂を複数枚積層させて成形した素形体を、さらに加熱加圧して成形した抄造樹脂成型体において、
   上記シート状樹脂の積層方向に向けて形成された貫通穴を備え、
   当該貫通穴の近傍に位置する上記強化繊維の向きが、上記積層方向に対して直交する方向であって、かつ当該近接した貫通穴の内周面の部分に対して略接線方向を向いていることを特徴とする抄造樹脂成型体。

Images