JP2022029330A - Ｓｍｃの成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】板厚を安定させることができ、生産コストの増大を抑制することができるＳＭＣの成形方法を提供する。
【解決手段】ＳＭＣの成形方法であって、磁石２２ｃを有する下型２２と、可撓性樹脂からなり磁石２２ｃと対向する位置に配置された鉄板２３ｄを有する上蓋２３とを準備する工程（ステップＳ１）と、ＳＭＣを配置した後、ＳＭＣを覆うようにして上蓋２３を配置する工程（ステップＳ２、Ｓ３）と、上蓋２３を覆うようにしてバッグフィルム２４を配置し、真空引きを行う工程（ステップＳ５、Ｓ６）と、ＳＭＣを硬化させる工程（ステップＳ７）とを有することを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＳＭＣ（Sheet Molding Compound）の成形方法に関する。

この種のＳＭＣの成形方法として、ＳＭＣを上型と下型との間に配置し、配置されたＳＭＣをプレス成形機で加圧して硬化させるプレス成形方法が開示されている（特許文献１参照）。

特開平６－２３７７５号公報

しかしながら、特許文献１に記載のプレス成形方法では、精密な上型と下型からなる金型やプレス成形機が必要になるため、生産コストが上がってしまうという問題がある。プレス成形方法ではなく、真空バッグの中の空気を抜くことで、材料へ均等な圧力を加える真空バッグ成形や、内部を高圧力にすることが可能な耐圧性の装置によるオートクレーブ成形により、積層されたプリプレグなどとＳＭＣを一体成形することが考えられる。しかしながら、真空バッグ成形やオートクレーブ成形によりＳＭＣを成形すると、ＳＭＣの板厚が安定せず、品質が低下してしまうという問題がある。

本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、板厚を安定させることができ、生産コストの増大を抑制することができるＳＭＣの成形方法を提供することを課題とする。

本発明に係るＳＭＣの成形方法は、磁石を有する下型と、可撓性樹脂からなり前記磁石と対向する位置に配置された金属板を有する上蓋とを準備する工程と、前記下型に前記ＳＭＣを配置した後、前記ＳＭＣを覆うようにして前記上蓋を配置する工程と、前記上蓋を覆うようにしてバッグフィルムを配置し、真空引きを行う工程と、前記ＳＭＣを硬化させる工程と、を有することを特徴とする。

本発明に係るＳＭＣの成形方法においては、下型と上蓋とを準備する工程において、下型が準備され、上蓋が作製される。上蓋を配置する工程において、準備された下型にＳＭＣが配置され、ＳＭＣを覆うようにして作製された上蓋が配置される。真空引きを行う工程において、バッグフィルムが上蓋を覆うようにして配置され、バッグフィルム内が減圧され真空状態になることで、バッグフィルムにより上蓋が下型に向かって押圧されるとともに、上蓋によりＳＭＣが下型に向かって押圧される。その結果、バッグフィルム、上蓋およびＳＭＣが密着して下型に向かって押圧され、ＳＭＣが下型の形状に追従する。ＳＭＣを硬化させる工程で、下型の形状に追従した状態でＳＭＣの硬化が行われる。硬化したＳＭＣは下型から取り出されＳＭＣ成形品が得られる。本発明に係るＳＭＣの成形方法においては、ＳＭＣは上蓋により下型に押圧されるので板厚が均一になり、板厚のばらつきの発生が抑制され板厚が安定する。また、下型および上蓋によりＳＭＣが成形されるので、精密な上型と下型からなる金型やプレス成形機によらずにＳＭＣが成形され、生産コストの増大が抑制される。

本発明によれば、板厚を安定させることができ、生産コストの増大を抑制することができるＳＭＣの成形方法を提供することができる。

本発明の実施形態に係るＳＭＣ成形品の断面図。 本発明の実施形態に係るＳＭＣの成形方法の工程図。 本発明の実施形態に係るＳＭＣの成形装置の断面図であり、各構成要素を分解した状態を示す。 本発明の実施形態に係るＳＭＣの成形装置の上蓋の作製方法の工程図。 本発明の実施形態に係るＳＭＣの成形装置の上蓋の作製方法の各工程を説明する説明図であり、図５（ａ）は、形状モデルの断面図を示し、図５（ｂ）は、下型に形状モデルがセットされた状態を示し、図５（ｃ）は、形状モデルの表面に金属板がセットされた状態を示す。 本発明の実施形態に係るＳＭＣの成形装置の上蓋の作製方法の各工程を説明する説明図であり、図６（ａ）は、シリコーン樹脂を形状モデルに塗布する状態を示し、図６（ｂ）は、上蓋が脱型された状態を示す。 本発明の実施形態のＳＭＣの成形方法の各工程を説明する説明図であり、図７（ａ）は、ＳＭＣが下型に仮賦形された状態を示し、図７（ｂ）は、ＳＭＣの上に上蓋が配置された状態を示し、図７（ｃ）は、真空引きを準備する状態を示す。 本発明の実施形態のＳＭＣの成形方法の各工程を説明する説明図であり、図８（ａ）は、バッグフィルムが配置された状態を示し、図８（ｂ）は、バッグ成形が行われている状態を示し、図８（ｃ）は、ＳＭＣ成形品を脱型している状態を示す。

本発明に係るＳＭＣの成形方法を適用した実施形態に係るＳＭＣの成形方法について図面を参照して説明する。まず、ＳＭＣの成形方法により成形されるＳＭＣ成形品１０について説明する。

ＳＭＣ成形品１０は、図１に示すように、ＳＭＣを用いて成形され、均一な板厚を有し形状デザインの自由度の高い成形品からなる。ＳＭＣ成形品１０としては、例えば、自動車の内装部品、住宅関連部材および家電製品のハウジングなどが挙げられる。ＳＭＣ成形品１０は、優れた機械的特性、成形性および意匠性などから幅広い分野で利用されている。

ＳＭＣは、例えば、不飽和ポリエステル樹脂と炭酸カルシウムなどの充填材を配合した混合材料、即ちコンパウンドをガラス繊維に含浸させ、数ミリの厚みの薄板状にした成形材料からなる。

ＳＭＣには、繊維強化材として炭素繊維が配合されたＣ-ＳＭＣ（Carbon fiber-Sheet Molding Compound）材料がある。なお、Ｃ-ＳＭＣは、炭素繊維が配合されており、比較に高い弾性率を有し、成形品の厚みを薄くすることができる。

次いで、実施形態に係るＳＭＣの成形方法について、図面を参照して説明する。なお、本実施形態で成形されるＳＭＣは、ＳＭＣのみによって構成されるものに限定されず、ＳＭＣとプリプレグを組み合わせた構成のものも含まれる。

ＳＭＣの成形方法における各工程は、成形装置２０によって行われ、図２に示すように、準備の工程（ステップＳ１）と、仮賦形の工程（ステップＳ２）と、上蓋の配置の工程（ステップＳ３）と、真空引き準備の工程（ステップＳ４）と、バッグフィルムの配置の工程（ステップＳ５）と、バッグ成形の工程（ステップＳ６）と、硬化の工程（ステップＳ７）と、脱型の工程（ステップＳ８）とを含んで構成されており、各工程は、順に行われる。

なお、実施形態に係る準備の工程（ステップＳ１）は、本発明のＳＭＣの成形方法における準備する工程に対応し、仮賦形の工程（ステップＳ２）および上蓋の配置の工程（ステップＳ３）は、上蓋を配置する工程に対応する。また、バッグフィルムの配置の工程（ステップＳ５）およびバッグ成形の工程（ステップＳ６）は、真空引きを行う工程に対応する。

まず、ＳＭＣを成形する成形装置２０の構成について図面を参照して説明する。
成形装置２０は、図３に示すように、ベース板２１と、下型２２と、上蓋２３と、バッグフィルム２４と、シール部材２５と、真空機構２６とにより構成されている。

成形装置２０は、ベース板２１とバッグフィルム２４との間に形成された空間内を真空機構２６で真空にすることにより、バッグフィルム２４で上蓋２３を下型２２に向かって押圧することができる。上蓋２３の押圧力（ＭＰａ）により、下型２２と上蓋２３との間に挟み込まれたＳＭＣが圧縮され成形される。

ベース板２１は優れた機械的強度を有する平板状の部材で構成されており、床などの静止部材に固定されている。下型２２は、例えば、ケミカルウッドなどの加工性に優れた材料で形成されている。ケミカルウッドは、ポリウレタンなどのプラスチックを材料として、人工的に木材のような性質を持たせた硬質の素材からなる。下型２２は、固定部２２ａと、固定部２２ａと一体的に形成された成形部２２ｂとを有している。固定部２２ａは、ベース板２１に密着して固定されており、成形部２２ｂは、固定部２２ａの上部に突出して形成されている。成形部２２ｂは複数の磁石２２ｃを有しており、磁石２２ｃは、それぞれ成形部２２ｂの上面および両側面に埋め込まれている。

上蓋２３は、平坦部２３ａと、平坦部２３ａからほぼ直角に折れ曲がった側面部２３ｂと、側面部２３ｂからほぼ直角に折れ曲がり、平坦部２３ａとほぼ平行な底面部２３ｃとを有しており、シリコーンやゴムなどの可撓性のある樹脂で形成されている。平坦部２３ａ、側面部２３ｂおよび底面部２３ｃには、鋼などの磁性材料からなる鉄板２３ｄがそれぞれ埋め込まれている。上蓋２３への鉄板２３ｄの埋め込みにより、上蓋２３の平坦部２３ａおよび側面部２３ｂの剛性を高め、ＳＭＣ成形品１０の板厚の安定化が図られている。

上蓋２３の角部は、可撓性のある樹脂のみで形成されているので、上蓋２３を角部で弾性的に撓ませることができ、側面部２３ｂを上蓋２３の中心部分から外側に拡げることができる。なお、実施形態に係るＳＭＣの成形方法の鉄板２３ｄは、本発明に係るＳＭＣの成形方法の金属板に対応する。鉄板２３ｄに代えてアルミニウムなどの金属材料からなる金属板であってもよい。

上蓋２３は、可撓性のある樹脂で形成されているので、ＳＭＣが圧縮されて発生する可能性のあるシワを吸収する機能を有している。また、上蓋２３は、バッグフィルム２４で下型２２に向かって押圧されるように構成されているので、側面部２３ｂが平坦部２３ａからほぼ直角に折れ曲がっている形状、即ち角度０°であっても、側面部２３ｂに面圧（ＭＰａ）を付与することができる。

なお、上蓋２３が、全て金属材料で形成されていると、バッグフィルム２４が圧縮により上蓋２３を下型２２に向かって押圧しても、上蓋２３が動かずＳＭＣに圧力が伝わらないことがある。一方、上蓋２３が、全て可撓性のある樹脂で形成されていると、全体が軟らかくなり、ＳＭＣ成形品１０の板厚がばらつくことがある。

バッグフィルム２４は、柔軟性のあるプラスチックフィルムなどの公知のフィルムで構成されている。バッグフィルム２４は、上蓋２３を覆うようにしてセットされる。セットされた状態で、バッグフィルム２４内の空間が真空機構２６により真空状態になり、いわゆる真空バッグが形成される。真空バッグが形成されると、バッグフィルム２４は、上蓋２３の外形に追従して上蓋２３に密着し、上蓋２３を下型２２に向かって押圧する。

シール部材２５は、シリコーンゴムやニトリルゴムなどの弾力性のある材料で形成されている。シール部材２５は、バッグフィルム２４とベース板２１との間に配置されている。シール部材２５は、真空機構２６によりバッグフィルム２４内の空間を真空状態にする際に、バッグフィルム２４内の圧力と外気圧との差圧を利用して外気がバッグフィルム２４内に流入するのをシールする自封作用を有している。シール部材２５によりバッグフィルム２４内の気密が確保される。

真空機構２６は、図３、図８（ａ）および図８（ｂ）に示すように、バッグフィルム２４内の空間に開口する吸引部２６ａと吸引部２６ａに接続された図示しない真空タンクおよび真空ポンプとにより構成されている。真空機構２６は、真空ポンプの駆動により吸引部２６ａを介してバッグフィルム２４内の圧力を減圧することにより、真空引きを行うように構成されている。吸引部２６ａは、バッグフィルム２４を貫通してバッグフィルム２４内に露出している。吸引部２６ａがバッグフィルム２４を貫通する貫通部分は図示しないパッキンなどのシール部材でシールされており、バッグフィルム２４内の気密が確保されている。

次いで、ＳＭＣの成形方法における各工程について図面を参照して説明する。
準備の工程（ステップＳ１）においては、下型２２が稼働可能な状態にセットされる。次いで、下型２２を用いて上蓋２３が作製される。上蓋２３の作製方法は、図４に示すように、形状モデルの作製の工程（ステップＳ１１）と、下型への形状モデルのセットの工程（ステップＳ１２）と、鉄板のセットの工程（ステップＳ１３）と、シリコーン樹脂の塗布の工程（ステップＳ１４）と、上蓋２３の脱型の工程（ステップＳ１５）とを含んで構成されており、各工程は、順に行われる。

形状モデルの作製の工程（ステップＳ１１）においては、図５（ａ）に示すように、ＳＭＣ成形品１０と同形状の形状モデルＫＭが作製される。形状モデルＫＭは、例えばコンピュータ上で作成した三次元データを基にして、所定の厚みの断面形状を印刷することにより順次積層していくことで立体物を形成する３Ｄプリンタにより作製することができる。

形状モデルＫＭの表面には、３Ｄプリンタで作製する際に、上蓋２３に埋め込む鉄板２３ｄの位置決め用のマークであるケガキＫが形成される。ケガキＫは、鉄板２３ｄが、図３に示す下型２２の成形部２２ｂに埋め込まれた複数の磁石２２ｃに対向する位置に配置されるように、形状モデルＫＭの表面に形成される。

下型への形状モデルのセットの工程（ステップＳ１２）においては、図５（ｂ）に示すように、作製された形状モデルＫＭが、下型２２の成形部２２ｂに嵌め込まれる。形状モデルＫＭが下型２２にセットされると、ケガキＫは、下型２２の成形部２２ｂに埋め込まれた複数の磁石２２ｃとそれぞれ対応する位置に配置される。

鉄板のセットの工程（ステップＳ１３）においては、図５（ｃ）に示すように、複数の鉄板２３ｄが、ケガキＫを目印としてそれぞれ形状モデルＫＭの表面にセットされる。各鉄板２３ｄは、下型２２の成形部２２ｂに埋め込まれた複数の磁石２２ｃに吸引されることで、形状モデルＫＭに仮固定される。

なお、上蓋２３の底面部２３ｃに配置される鉄板２３ｄに対向する下型２２には、磁石が埋め込まれていないので、仮接着などの仮固定手段により、形状モデルＫＭに仮固定される。また、鉄板２３ｄがアルミニウムなどの非磁性材料で形成されている金属板の場合にも、各金属板は、仮接着などの仮固定手段により、形状モデルＫＭに仮固定される。なお、上蓋２３が作製されて形状モデルＫＭから脱型される際に、各鉄板２３ｄは上蓋２３とともに脱型され、磁石２２ｃから離脱される。仮接着などの仮固定手段により、形状モデルＫＭに仮固定された上蓋２３の底面部２３ｃの鉄板２３ｄや非磁性材料で形成されている金属板も、上蓋２３とともに脱型される。

シリコーン樹脂の塗布の工程（ステップＳ１４）においては、図６（ａ）に示すように、塗布装置Ｔにより、鉄板２３ｄが仮固定された形状モデルＫＭの外周表面に、シリコーン樹脂がスプレーにより塗布される。シリコーン樹脂の塗布により、所定の厚み（ｍｍ）を有する上蓋２３が作製される。

上蓋２３の脱型の工程（ステップＳ１５）においては、図６（ｂ）に示すように、シリコーン樹脂の塗布の工程（ステップＳ１４）で形成された上蓋２３は、形状モデルＫＭから脱型される。なお、塗布されたシリコーン樹脂と各鉄板２３ｄが剥がれないように、予め各鉄板２３ｄにおけるシリコーン樹脂の塗布面に接着剤を塗布しておいてもよい。また、シリコーン樹脂と各鉄板２３ｄが剥がれないようにするために、シリコーン樹脂を塗布する際に、各鉄板２３ｄと形状モデルＫＭとの間にシリコーン樹脂が入り込み、各鉄板２３ｄの一部がシリコーン樹脂で包まれるように、形状モデルＫＭおよび各鉄板２３ｄの構造を変形させるようにしてもよい。

仮賦形の工程（ステップＳ２）においては、図７（ａ）に示すように、所定の大きさに形成されたＳＭＣが、下型２２の成形部２２ｂを覆うようにして配置され、ＳＭＣが下型２２に仮賦形される。即ち、ＳＭＣが下型２２に対して簡易的に成形される。

上蓋の配置の工程（ステップＳ３）においては、図７（ｂ）に示すように、下型２２に仮賦形されたＳＭＣを覆うようにして上蓋２３が配置される。上蓋２３をＳＭＣの上に配置する際に、上蓋２３の角部を撓ませて上蓋２３の両側面部２３ｂが上蓋２３の中心部から外側に拡げられる。なお、ＳＭＣと上蓋２３との間に、脱型を容易にするため、リリースフィルムの配置や離型剤の塗布を行ってもよく、エア抜き経路確保のため、不織布を配置してもよい。

真空引き準備の工程（ステップＳ４）においては、図７（ｃ）に示すように、ＳＭＣを覆うようにして配置された上蓋２３が、さらに下型２２の成形部２２ｂに対して押圧される。上蓋２３の押圧により、上蓋２３の鉄板２３ｄと、下型２２の磁石２２ｃとが互いに引き付けられ、上蓋２３が下型２２に保持される。

バッグフィルムの配置の工程（ステップＳ５）においては、図８（ａ）に示すように、バッグフィルム２４が上蓋２３を覆うようにして配置される。バッグフィルム２４は、シール部材２５により気密が確保され、バッグフィルム２４と真空機構２６との間は、図示しないシール部材でシールされ気密が確保される。

バッグ成形の工程（ステップＳ６）においては、バッグフィルム２４の配置後に真空機構２６が動作し、吸引部２６ａから空気が吸引されバッグフィルム２４内の圧力が減圧される。即ち、真空機構２６による真空引きが行われる。真空引きにより、図８（ｂ）に示すように、バッグフィルム２４は、上蓋２３を下型２２に向かって押圧し、ＳＭＣは、上蓋２３に押圧され、バッグフィルム２４、上蓋２３、ＳＭＣおよび下型２２の成形部２２ｂが互いに密着する。

硬化の工程（ステップＳ７）においては、バッグ成形の工程（ステップＳ６）により、バッグフィルム２４、上蓋２３、ＳＭＣおよび下型２２の成形部２２ｂが互いに密着した状態で、加熱などによりＳＭＣを硬化させる。または、オートクレーブ成形によってＳＭＣを硬化させるようにしてもよい。

オートクレーブ成形においては、バッグフィルム２４、上蓋２３、ＳＭＣおよび下型２２の成形部２２ｂが互いに密着した状態で、成形専用の機器内、いわゆるオートクレーブ内に成形装置２０が載置される。載置された成形装置２０に対して、圧力（ＭＰａ）が加えられ、加熱されてＳＭＣに化学反応が起き、ＳＭＣが硬化し成形される。

脱型の工程（ステップＳ８）においては、図８（ｃ）に示すように、硬化の工程（ステップＳ７）で成形されたＳＭＣ成形品１０は、成形装置２０から脱型される。即ち、成形装置２０からバッグフィルム２４が取り除かれ、上蓋２３の角部を撓ませて上蓋２３の両側面部２３ｂが上蓋２３の中心部から外側に拡げられ、上蓋２３が成形されたＳＭＣ成形品１０から取り除かれる。次いで、ＳＭＣ成形品１０の下型２２の成形部２２ｂからの脱型が行われ、ＳＭＣ成形品１０が成形装置２０から取り出されて、ＳＭＣ成形品１０の成形が完了する。

以上のように構成された実施形態に係るＳＭＣの成形方法の効果について説明する。
本実施形態に係るＳＭＣの成形方法は、準備の工程（ステップＳ１）と、仮賦形の工程（ステップＳ２）と、上蓋の配置の工程（ステップＳ３）と、真空引き準備の工程（ステップＳ４）と、バッグフィルムの配置の工程（ステップＳ５）と、バッグ成形の工程（ステップＳ６）と、硬化の工程（ステップＳ７）と、脱型の工程（ステップＳ８）とを含んで構成されている。

本実施形態に係るＳＭＣの成形方法は、上蓋２３に鉄板２３ｄが埋め込まれており、上蓋２３の剛性が部分的に高められており、より詳しくは、上蓋２３の平坦部２３ａおよび側面部２３ｂの剛性が高められているので、ＳＭＣが上蓋２３により下型２２に押圧された際に、板厚が均一になり、板厚のばらつきの発生が抑制され板厚が安定するという効果が得られる。また、本実施形態に係るＳＭＣの成形方法は、下型２２および上蓋２３によりＳＭＣが成形されるので、精密な上型と下型からなる金型やプレス成形機を用いずにＳＭＣが成形され、生産コストの増大が抑制されるという効果が得られる。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。

１０・・・ＳＭＣ成形品、２０・・・成形装置、２１・・・ベース板、２２・・・下型、２２ａ・・・固定部、２２ｂ・・・成形部、２２ｃ・・・磁石、２３・・・上蓋、２３ａ・・・平坦部、２３ｂ・・・側面部、２３ｃ・・・底面部、２３ｄ・・・鉄板（金属板）、２４・・・バッグフィルム、２５・・・シール部材、２６・・・真空機構、２６ａ・・・吸引部

Claims (1)

1. ＳＭＣの成形方法であって、
   磁石を有する下型と、可撓性樹脂からなり前記磁石と対向する位置に配置された金属板を有する上蓋とを準備する工程と、
   前記下型に前記ＳＭＣを配置した後、前記ＳＭＣを覆うようにして前記上蓋を配置する工程と、
   前記上蓋を覆うようにしてバッグフィルムを配置し、真空引きを行う工程と、
   前記ＳＭＣを硬化させる工程と、
   を有することを特徴とするＳＭＣの成形方法。

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