JP2020142457A - Production method of fiber reinforced resin molded article, and mold used for production method - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、繊維強化樹脂成形体の製造方法及びその製造方法に用いる成形用金型に関する。 The present invention relates to a method for producing a fiber-reinforced resin molded product and a molding die used in the method for producing the same.
繊維強化樹脂成形体は、他の一般的な樹脂成形体に比べ高強度であり、かつ一般的な金属材料に比べ軽量、高剛性であることから、自動車や、航空機等の様々な用途で用いられている。そのような用途の中には、繊維強化樹脂と金属部材等(以下「インサート部材」と称する。)が一体となった繊維強化樹脂成形体の供給を要請されることがある。 Fiber-reinforced resin molded products have higher strength than other general resin molded products, and are lighter and more rigid than general metal materials, so they are used in various applications such as automobiles and aircraft. Has been done. In such applications, it may be requested to supply a fiber-reinforced resin molded product in which a fiber-reinforced resin and a metal member or the like (hereinafter referred to as “insert member”) are integrated.
繊維強化樹脂成形体の製造方法の一例として、特許文献1、2には、インサート部材と繊維基材が配置された金型内に樹脂を充填して製造する方法が開示されている。 As an example of a method for producing a fiber-reinforced resin molded product, Patent Documents 1 and 2 disclose a method for producing a fiber-reinforced resin molded product by filling a mold in which an insert member and a fiber base material are arranged with a resin.
特許文献1では、まず、凹部を備えるインサート部材と、そのインサート部材を挟み込むように積層された多層の繊維基材と、繊維基材を貫通してインサート部材の凹部に挿入可能な位置決め部材を準備する。位置決め部材は、インサート部材の凹部に挿入される挿入部と、挿入部から突出する突出部からなる。また、その突出部を挿入可能な凹部を備える第1金型と、第1金型に対向する第2金型とを準備する。次に、位置決め部材の挿入部をインサート部材の凹部に挿入する。そして、インサート部材から突出する位置決め部材の突出部が、第1金型の凹部に対向するように、繊維基材を第2金型に配置する。次に、位置決め部材の突出部が第1金型の凹部に挿入されるように、第1金型と第2金型とを接近させて型締めする。次に、第1金型と第2金型との間に樹脂材料を注入する。金型内に注入された樹脂は、繊維基材内部に浸透しながら充填される。このようにして、繊維強化樹脂成形体が成形される。位置決め部材は、金型開放後にインサート部材から取り出される。 In Patent Document 1, first, an insert member having a recess, a multi-layered fiber base material laminated so as to sandwich the insert member, and a positioning member that penetrates the fiber base material and can be inserted into the recess of the insert member are prepared. To do. The positioning member includes an insertion portion that is inserted into the recess of the insert member and a protruding portion that protrudes from the insertion portion. In addition, a first mold having a recess into which the protruding portion can be inserted and a second mold facing the first mold are prepared. Next, the insertion portion of the positioning member is inserted into the recess of the insert member. Then, the fiber base material is arranged in the second mold so that the protruding portion of the positioning member protruding from the insert member faces the recess of the first mold. Next, the first mold and the second mold are brought close to each other and the mold is fastened so that the protruding portion of the positioning member is inserted into the recess of the first mold. Next, the resin material is injected between the first mold and the second mold. The resin injected into the mold is filled while penetrating into the fiber base material. In this way, the fiber reinforced resin molded body is molded. The positioning member is taken out from the insert member after the mold is opened.
また、特許文献2には、樹脂成形体を形成するための上下金型のうち、上側の金型に対してインサート部材を永久磁石で保持し、インサート部材の下面に設けた突起を、下側の金型に配置した長繊維マット材(繊維基材)に貫通させて、インサート部材と長繊維マット材とを一体化した後、上下金型内に樹脂を注入する技術が開示されている。 Further, in Patent Document 2, among the upper and lower dies for forming the resin molded body, the insert member is held by a permanent magnet with respect to the upper die, and the protrusion provided on the lower surface of the insert member is provided on the lower side. A technique is disclosed in which a resin is injected into the upper and lower molds after the insert member and the long fiber mat material are integrated by penetrating the long fiber mat material (fiber base material) arranged in the mold.
ところで、特許文献1の製造方法では、繊維基材にインサート部材が挟まれている。そのため、型締めを行うと、繊維基材とインサート部材とが密接するように第1金型と第2金型に押圧される。そのため、繊維基材とインサート部材との間に隙間が無くなり、樹脂が流れ込み難いものとなっている。繊維基材とインサート部材との間に十分に樹脂が行き渡らないと、繊維基材とインサート部材との接合強度が低下する虞もある。これは、インサート部材と長繊維マット材とを一体化した後に上下金型内に樹脂を注入する特許文献2の製造方法においても同様である。 By the way, in the manufacturing method of Patent Document 1, the insert member is sandwiched between the fiber base materials. Therefore, when the mold is fastened, the fiber base material and the insert member are pressed against the first mold and the second mold so as to be in close contact with each other. Therefore, there is no gap between the fiber base material and the insert member, and it is difficult for the resin to flow into the fiber base material. If the resin is not sufficiently distributed between the fiber base material and the insert member, the bonding strength between the fiber base material and the insert member may decrease. This also applies to the manufacturing method of Patent Document 2 in which the insert member and the long fiber matte material are integrated and then the resin is injected into the upper and lower dies.
そこで、本願発明の解決すべき課題は、繊維強化樹脂成形体の製造方法及び成形用金型を、インサート部材と繊維基材との間に樹脂が流れ込みやすいものとすることである。 Therefore, the problem to be solved by the present invention is to make the method for manufacturing the fiber-reinforced resin molded body and the molding die easy for the resin to flow between the insert member and the fiber base material.
上記の課題を解決するために、本発明の繊維強化樹脂成形体の製造方法は、インサート部材を挿入可能な凹部、及び前記凹部に前記インサート部材を保持可能な保持機構を備える第1金型と、前記インサート部材に対向するように繊維基材を配置可能な第2金型と、前記インサート部材と、前記繊維基材と、を用い、前記インサート部材を前記凹部に挿入し、かつ前記保持機構によって保持するステップと、前記凹部に対向するように前記繊維基材を前記第2金型に配置するステップと、前記繊維基材と前記インサート部材とに隙間が生じるように、前記第1金型と前記第2金型とを型締めするステップと、型締めした前記第1金型と前記第2金型との間に樹脂を充填するステップと、を備える構成を採用した。 In order to solve the above problems, the method for producing a fiber-reinforced resin molded product of the present invention includes a recess into which an insert member can be inserted and a first mold provided with a holding mechanism capable of holding the insert member in the recess. Using a second mold capable of arranging the fiber base material so as to face the insert member, the insert member, and the fiber base material, the insert member is inserted into the recess and the holding mechanism is used. The step of arranging the fiber base material in the second mold so as to face the recess, and the step of arranging the fiber base material in the second mold, and the first mold so that a gap is formed between the fiber base material and the insert member. A configuration including a step of mold-clamping the second mold and a step of filling a resin between the mold-clamped first mold and the second mold was adopted.
このようにすると、繊維基材とインサート部材とに隙間が生じるように第1金型と第2金型とを型締めすることができる。金型内に充填された樹脂はこの隙間を通過することができるため、繊維基材とインサート部材との間に樹脂が流れ込みやすくなる。 In this way, the first mold and the second mold can be molded so that a gap is formed between the fiber base material and the insert member. Since the resin filled in the mold can pass through this gap, the resin easily flows between the fiber base material and the insert member.
このとき、発明にかかる繊維強化樹脂成形体の製造方法は、前記インサート部材の前記繊維基材との対向面と前記繊維基材とを前記樹脂を介して接着する構成を採用することができる。 At this time, the method for producing the fiber-reinforced resin molded product according to the present invention can adopt a configuration in which the facing surface of the insert member with the fiber base material and the fiber base material are adhered to each other via the resin.
このようにすることで、インサート部材の繊維基材との対向面が、繊維基材とインサート部材との隙間に流れ込む樹脂を介して繊維基材に接着される態様の繊維強化樹脂成形体の製造が可能になる。 By doing so, the production of a fiber-reinforced resin molded product in which the facing surface of the insert member with the fiber base material is adhered to the fiber base material via the resin flowing into the gap between the fiber base material and the insert member. Becomes possible.
また、インサート部材を挿入可能な凹部を備える第1金型と、前記凹部内に前記インサート部材を保持可能な保持機構と、前記インサート部材に対向するように繊維基材を配置可能な第2金型と、を備え、前記インサート部材と前記繊維基材とに隙間が生じるように、前記第1金型と前記第2金型とを型締め可能な構成を採用することができる。 Further, a first mold having a recess into which the insert member can be inserted, a holding mechanism capable of holding the insert member in the recess, and a second mold capable of arranging a fiber base material so as to face the insert member. It is possible to adopt a configuration in which the first mold and the second mold can be molded so as to provide a mold and a gap between the insert member and the fiber base material.
この成形用金型の第1金型の凹部は、第2金型に対向する。そのため、凹部内のインサート部材に対向するよう第2金型上に繊維基材を配置することができる。従って、繊維基材とインサート部材とに隙間を形成するように第1金型と第2金型とを型締めすることが可能なものとなる。 The concave portion of the first mold of the molding mold faces the second mold. Therefore, the fiber base material can be arranged on the second mold so as to face the insert member in the recess. Therefore, it is possible to mold the first mold and the second mold so as to form a gap between the fiber base material and the insert member.
このとき、前記保持機構は、前記インサート部材を前記凹部内に吸引可能な磁力を備えた磁性体である構成を採用することができる。 At this time, the holding mechanism can adopt a configuration in which the insert member is a magnetic material having a magnetic force capable of attracting the insert member into the recess.
このようにすると、インサート部材が磁性体であれば、磁力によって凹部内に吸引することが可能になる。 In this way, if the insert member is a magnetic material, it can be attracted into the recess by magnetic force.
また、前記第1金型は、前記凹部が設けられた入れ子と、前記入れ子を収容可能な収容溝と、を備える構成を採用することができる。 Further, the first mold can adopt a configuration including a nest provided with the recess and a storage groove capable of accommodating the nest.
このようにすると、数種のインサート部材ごとの形状に合わせた複数の入れ子を用意しておき、入れ子を取り換えて、多様な繊維強化樹脂成形体を製造することが可能になる。入れ子を取り換えるだけで、第1金型の態様に変更を加えることなく様々なインサート部材に変更可能であるため、第1金型の製造コストの増大を防ぐことができる。 In this way, it becomes possible to prepare a plurality of nests according to the shape of each of several types of insert members and replace the nests to manufacture various fiber-reinforced resin molded bodies. Since it is possible to change to various insert members by simply replacing the nest without changing the mode of the first mold, it is possible to prevent an increase in the manufacturing cost of the first mold.
繊維基材とインサート部材とに隙間が生じるように型締めするステップを備えることで、繊維基材とインサート部材との間に樹脂が流れ込みやすい繊維強化樹脂成形体の製造方法及び成形用金型とすることが可能になる。 By providing a step of molding so that a gap is formed between the fiber base material and the insert member, a method for manufacturing a fiber reinforced resin molded body in which resin easily flows between the fiber base material and the insert member, and a molding die. It becomes possible to do.
以下、図面を参照しつつ、この発明の第1実施形態について説明する。 Hereinafter, the first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1には、インサート部材40とともに内部に配置された繊維基材50へ樹脂Rを充填して繊維強化樹脂成形体を製造するための成形用金型1を示している。成形用金型1は、金属製のインサート部材40を挿入可能な凹部11aを備える第1金型10と、インサート部材40を凹部11aに保持することができる保持機構20と、第1金型10に上下方向に対向する第2金型30とを備える。第1金型10は、第2金型30との対向面11を備える。第2金型30は、対向面11に対向する対向面31を備える。
FIG. 1 shows a molding die 1 for manufacturing a fiber-reinforced resin molded body by filling the
インサート部材40は磁性体からなる金属製の部材である。インサート部材40は、第1金型10との対向面40a、側面40b、及び第2金型30との対向面40cを備えている。なお、インサート部材40は直方体状である態様が示されているが、これに限られず様々な形状とすることができる。繊維基材50は、繊維強化樹脂の芯材に用いられる一般的な繊維材であり、例えば、ガラス繊維や炭素繊維などからなる。繊維基材50の第1金型10との対向面50aは、第1金型10の対向面11に平行な面をなす。樹脂Rは、一般的なものに比べて粘性の低いものが好ましく、例えば、熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂を採用することができる。エポキシ樹脂は、いわゆる2液硬化型のものを採用することで、金型内に充填させるために好適な粘性に調整することが可能になる。
The
凹部11aは、第1金型10の対向面11から図示上方に窪んでいる。凹部11aの内面は、インサート部材40の対向面40a、及び側面40bに沿った形状をなす。その内面は、底面11bと、その底面11bから下方に立ち上がる側壁面11cから形成される。また、凹部11aの深さは、インサート部材40の上下方向の厚みに等しい。凹部11aにインサート部材40が挿入されると、インサート部材40の対向面40aと、凹部11aの底面11bが当接し、インサート部材40の側面40bと凹部11aの側壁面11cが当接する。よって、凹部11a内に挿入されたインサート部材40は、左右方向の位置が定まる。このとき、凹部11aに挿入されたインサート部材40の対向面40cは、第1金型10の対向面11と同一平面上に位置する。
The
凹部11aの底面11bには、上方に窪んだ溝部11dが設けられる。保持機構20は、溝部11d内に固定された磁石(永久磁石)であって、その磁力によってインサート部材40を吸引可能な吸引力を備える。凹部11a内に挿入されたインサート部材40は、保持機構20の吸引力によって吸引され、対向面40aと凹部11aの底面11bが当接した状態で落ちないように保持される。そのため、凹部11a内に挿入されたインサート部材40は、図示上下方向の位置が定まる。
A
第2金型30には、凹部11aと対向する位置に繊維基材50を配置可能である。なお、図では省略しているが、第2金型30は、繊維基材50の左右方向の位置決め用の構成を備えるものであってもよい。
In the
第1金型10の凹部11a内にインサート部材40を保持し、第2金型30の上に繊維基材50を配置した状態で型締めを行うと、インサート部材40と繊維基材50とに、隙間Lが形成される。この隙間Lの大きさは1mm以下であってもよい。
When the
第1実施形態の成形用金型1の構成は以上のようであり、この成形用金型1を用いた繊維強化樹脂成形体の製造方法を、図1、図2を参照しつつ説明する。 The configuration of the molding die 1 of the first embodiment is as described above, and a method of manufacturing a fiber-reinforced resin molded body using the molding die 1 will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
上述の第1金型10、第2金型30、インサート部材40、及び繊維基材50を準備する。次に、図1の(b)のように、インサート部材40を凹部11aに挿入する。すると、保持機構20によってインサート部材40は凹部11a内に保持される。この時、インサート部材40は、上述の通り左右方向、及び上下方向の位置決めがなされる。次に、凹部11a、及びインサート部材40に対向するように、繊維基材50を第2金型30の上に配置する。上述の通り、繊維基材50の対向面50aは、第1金型10の対向面11に平行な面であるから、インサート部材40の対向面40cに平行なものとなる。
The above-mentioned
次に、図2の(a)のように第1金型10を下降させ、第1金型10と第2金型30とを型締めする。型締めをすると、インサート部材40の対向面40cと繊維基材50の対向面50aとに隙間Lが形成される。
Next, as shown in FIG. 2A, the
次に、図2の(b)のように、型締めした第1金型10と第2金型30の間に樹脂Rを充填する。この時、金型内に流し込まれた樹脂Rは、隙間Lを流路とするように金型内に充填される。そのため、このような隙間Lを設けずに行われる繊維強化樹脂成形体の製造方法に比べ、繊維基材50とインサート部材40との間に樹脂Rが流れ込みやすくなる。
Next, as shown in FIG. 2B, the resin R is filled between the
次に、隙間Lが小さくなるように第1金型10をさらに下降させる。すると、繊維基材50とインサート部材40との間の樹脂Rが繊維基材50の内部へと押圧される。この工程により、樹脂Rが繊維基材50の繊維内により浸透する。その後、樹脂Rは金型からの加熱によって硬化する(樹脂Rに熱可塑性の樹脂を採用した場合、温度低下によって硬化させる。)
Next, the
次に、第1金型10を上昇させ、金型を開放する。ここで、保持機構20の吸引力は、樹脂Rとインサート部材40との間の接合力より小さい。そのため、図2の(c)のように、第1金型10が第2金型30から離れると、インサート部材40は、繊維基材50と一体になって凹部11aから取り出される。
Next, the
このように、インサート部材40の対向面40cと繊維基材50の対向面50aとに隙間Lが形成されることで、インサート部材40の対向面40cと、繊維基材50の対向面50aとの間に、樹脂Rが十分に行き渡り、インサート部材40と繊維基材50とがより強固に接着される。
By forming a gap L between the facing
次に、本発明の第2実施形態について説明する。 Next, the second embodiment of the present invention will be described.
図3のように、凹部11aの側壁面11cには、図示左右方向に窪んだ溝部11eが対向一対に設けられる。溝部11e内には、インサート部材40に当接可能な保持部21と、保持部21をインサート部材40に押圧可能な付勢部22とを備えた保持機構20が収容される。凹部11a内に挿入されたインサート部材40は、左右方向から保持部21に押圧される。この押圧力によって、保持機構20は、インサート部材40を凹部11a内に保持することが可能になっている。この押圧力は、インサート部材40と繊維基材50との接合力よりも小さい。そのため、金型内に樹脂Rが充填された後に、第1金型10が第2金型30から離れると、インサート部材40は、繊維基材50と一体になって凹部11aから取り出される。
As shown in FIG. 3, the
第1実施形態のインサート部材40は磁性体からなる金属製の部材としていたが、第2実施形態のインサート部材40は磁性体の部材に限られない。上述のような保持機構20を備える構成とすることで、インサート部材40が磁性体の部材でなくとも、そのインサート部材40を凹部11a内に保持することができる。
The
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。 Next, a third embodiment of the present invention will be described.
図4のように、凹部11aは、底面11bに開口し、その開口から第1金型10内を通じて外部まで延伸する吸気通路12を備える。吸気通路12は、第1金型10の外部で吸気装置(図示省略。)に連結される。吸気装置は、吸気通路12を通じて開口から吸気可能なものであって、凹部11a内に挿入されたインサート部材40を吸引可能な吸引力を備える。凹部11a内に挿入されたインサート部材40は、この吸気装置によって凹部11a内に保持される。この吸引力は、インサート部材40と繊維基材50との接合力よりも小さい。そのため、金型内に樹脂Rが充填された後に、第1金型10が第2金型30から離れると、インサート部材40は、繊維基材50と一体になって凹部11aから取り出される。
As shown in FIG. 4, the
第3実施形態に係るインサート部材40は、第2実施形態と同様に磁性体の部材に限られない。上述のような吸気通路12を備える構成とすることで、インサート部材40が磁性体の部材でなくとも、そのインサート部材40を凹部11a内に保持することができる。
The
次に、第4の実施形態について説明する。 Next, a fourth embodiment will be described.
図5のように、第1金型10は、図示上方に窪んだ収容溝13と、収容溝13に収容可能な入れ子14を備える。入れ子14は、収容溝13内に着脱可能に保持される。入れ子14は、インサート部材40を挿入可能な凹部11aを備える。凹部11aは、インサート部材40の輪郭に対応するように窪んでおり、凹部11aの底面11bには上方に窪む溝部11dが設けられる。溝部11d内には保持機構20が保持される。
As shown in FIG. 5, the
凹部11aの内面の形状を変更した種々な入れ子14を準備し、繊維強化樹脂成形体の態様に合わせてその入れ子14を取り換えて使用することが可能となっている。
なお、本発明の実施形態について説明したが、本発明の範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形例が適用可能である。 Although the embodiment of the present invention has been described, the scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be applied.
図1の第1実施形態の溝部11dは、底面11bから上方に窪むような態様で示されているが、これに限られない。例えば、底面11bを挟んで凹部11aに対向するように、第1金型10の内部に設けられた空洞であってもよい。この空洞は、第1金型10の外部に通じており、外部から磁性体である保持機構20を挿入し、インサート部材40と対向する位置に保持機構20を配置可能な構成を採用することができる。
The
上述の各実施形態では、第1金型10と第2金型30とを型締めする際に、第1金型10を下降させる構成が示されているが、第1金型10は下降させずに、第2金型30を上昇させて型締めを行うものであってもよい。同様に、第1金型10を下降させるとともに、第2金型30も上昇させて型締めを行うものであってもよい。
In each of the above-described embodiments, a configuration is shown in which the
10 第1金型
11 対向面
11a 凹部
13 収容溝
14 入れ子
20 保持機構
30 第2金型
40 インサート部材
50 繊維基材
L 隙間
R 樹脂
10
Claims (5)
前記インサート部材(40)を前記凹部(11a)に挿入し、かつ前記保持機構(20)によって保持するステップと、
前記凹部(11a)に対向するように前記繊維基材(50)を前記第2金型(30)に配置するステップと、
前記繊維基材(50)と前記インサート部材(40)とに隙間(L)が生じるように、前記第1金型(10)と前記第2金型(30)とを型締めするステップと、
型締めした前記第1金型(10)と前記第2金型(30)との間に樹脂(R)を充填するステップと、を備える繊維強化樹脂成形体の製造方法。 A first mold (10) provided with a recess (11a) into which the insert member (40) can be inserted, a holding mechanism (20) capable of holding the insert member (40) in the recess (11a), and the insert member. Using the second mold (30) in which the fiber base material (50) can be arranged so as to face (40), the insert member (40), and the fiber base material (50),
A step of inserting the insert member (40) into the recess (11a) and holding it by the holding mechanism (20).
A step of arranging the fiber base material (50) in the second mold (30) so as to face the recess (11a), and
A step of molding the first mold (10) and the second mold (30) so that a gap (L) is formed between the fiber base material (50) and the insert member (40).
A method for producing a fiber-reinforced resin molded product, comprising a step of filling a resin (R) between the first mold (10) and the second mold (30) that have been molded.
前記凹部(11a)内に前記インサート部材(40)を保持可能な保持機構(20)と、
前記インサート部材(40)に対向するように繊維基材(50)を配置可能な第2金型(30)と、
を備え、
前記インサート部材(40)と前記繊維基材(50)とに隙間(L)が生じるように、前記第1金型(10)と前記第2金型(30)とを型締め可能な成形用金型。 A first mold (10) provided with a recess (11a) into which the insert member (40) can be inserted, and
A holding mechanism (20) capable of holding the insert member (40) in the recess (11a),
A second mold (30) capable of arranging the fiber base material (50) so as to face the insert member (40), and
With
For molding in which the first mold (10) and the second mold (30) can be molded so that a gap (L) is formed between the insert member (40) and the fiber base material (50). Mold.
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