JP2522145B2 - 繊維強化熱可塑性樹脂成形品の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、中空の繊維強化熱可塑
性樹脂成形品の製造方法に関し、特に繊維強化熱可塑性
樹脂からなる複数の部分材を接合した際に、接合部位の
表面が連続かつ平滑となり、なおかつ接合部位の機械的
強度にも優れた成形品を得ることができるようにした製
造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ゴルフクラブヘッド（以後ヘッドと略記
する）などの中空品の製造方法として、繊維強化熱可塑
性樹脂プリプレグを用いてそのヘッドを２以上に分割し
た概略形状を有する部分材を成形し、その部分材を仮組
み立てした状態で成形型内に収めて、内圧を印加しつつ
加熱成形する方法が本発明者らによって提案されている
（特願平３−１４０４６３）。図６及び図７は、そのよ
うなヘッドの製造方法の一例を示す図であり、図６は部
分材の形状の例を示す斜視図、図７はその部分材を成形
型内に挿入した状態を示す説明図である。図中符号１１
は部分材であり、その部分材１１は、フェース面１２に
平行な面でヘッドを２分割した概略形状を有するフェー
ス側部分材１とバック側部分材２の２個からなってい
る。そのバック側部分材２のソール面１３には、貫通孔
１５が設けられている。また、これらの部分材１１は、
シート状の繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグを、深しぼ
りによって成形して形成されている。

【０００３】次いで、これらの部分材１１を仮組み立て
した状態で、図７に示すように成形型３内に収める。こ
の成形型３は、その内壁がヘッドの外面形状をなしてい
る中空体であって、その壁面の前記部分材１１の貫通孔
１５に当たる位置に貫通孔１６が設けられている。ま
た、部分材１１の内側にはシリコーン樹脂などからなる
カバーバルーン１８を挿入し、このカバーバルーン１８
の口部は、部分材１１の貫通孔１５及び成形型３の貫通
孔１６を挿通して図示しない加圧装置に接続されてお
り、この加圧装置から加圧媒体をカバーバルーン１８内
部に導入し、部分材１１を内側から加圧できるように構
成されている。さらに、このように構成された成形型３
は、図示しない真空加熱装置内に収められている。

【０００４】この状態で、真空加熱装置内を排気して、
部分材１１と成形型３との間隙を減圧し、カバーバルー
ン１８内に窒素ガス等の加圧媒体を導入して内圧を印加
するとともに加熱する。部分材１１は、この加熱によっ
て再び溶融状態となるとともに、前記排気ならびに加圧
によって、その内方から外方に向けて加圧されることに
なり、成形型３の内面形状に沿った形状に賦型される。
さらに、成形型３を冷却した後、加圧及び減圧状態を解
除してカバーバルーン１８を抜取り、成形型３を脱型す
れば、ヘッド形状を有する中空成形体が得られる。

【０００５】このような方法によって中空成形品を製造
することにより、連続かつ平滑な成形面が得られるとい
う改善が見られた。しかし、ある程度の強度を維持する
ためには、図８に例を示すように、各部分材の接合部
は、その端面をテーパ状に削る、段部を形成する、ある
いは切り込みを入れる等して重なり部分を設ける必要が
あった。そのために、各部分材の接合端面を例えば図８
のように加工するという手間のかかる工程が不可欠であ
った。しかも、このような方法で接合した成形体の強度
が十分でないこともあった。この強度的な問題を解決す
るため、接合部に同質の材料からなる補強片を添えて成
形する試みもなされており、大きな強度を得ることはで
きたが、上記の工程に、さらに補強片を添接するという
工程が加えられたことになり、工程の簡略化という面で
は問題を残していた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明におけ
る課題は、２個以上の部分材に内圧を印加しながら加熱
成形する繊維強化熱可塑性樹脂形状物の製造方法におい
て、工程が簡単であり、なおかつ各部分材の接合部で十
分な強度が保てるような製造方法を提供することにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】かかる課題は、繊維強化
熱可塑性樹脂からなる複数の部分材を接合して中空の成
形品を製造する際に、前記複数の部分材同志を、嵌合し
た状態で成形型内に収め、内圧を印加しつつ加熱して接
合一体化することを特徴とする繊維強化熱可塑性樹脂成
形品の製造方法によって解決できる。

【０００８】以下に、本発明の製造方法をヘッドの製造
例によって詳細に説明する。まず、所望の厚みを有する
シート状の繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグを用意す
る。このプリプレグは熱可塑性樹脂フィルムと強化繊維
シートとを所望の厚みとなるように複数枚交互に積層さ
せて加圧加熱する方法によって形成した。次に、このプ
リプレグを深しぼりによって、図６に示したものと同様
にヘッドをフェース面に平行な面で切断した概略形状を
有するフェース側部分材１と、バック側部分材２を成形
した。

【０００９】これに続く工程を、図面に従って説明す
る。図１に示したように、上記フェース側部分材１は、
フェース面１２とそのフェース面１２に略垂直に形成さ
れた折り返し部２０とからなっている。この折り返し部
２０の内寸は、バック側部分材２の開口部の外寸とほぼ
同じ寸法に形成されており、バック側部分材２は、その
開口部においてフェイス側部分材１の折り返し部２０に
嵌合される。その際、フェース側部分材１とバック側部
分材２の重なり部分６の幅は、１０ｍｍ以上となるよう
に嵌合されている。この重なり部分の幅が１０ｍｍより
短いと、十分な強度が得られなくなる。この状態を、仮
組み立て状態とする。

【００１０】この仮組み立てされた部分材の内側に、シ
リコーン樹脂などからなるカバーバルーン４を挿入す
る。このカバーバルーン４の口部５は、バック側部分材
２及び成形型３に設けられた図示しない貫通孔を挿通し
て、図示しない加圧装置に接続されている。次に、この
仮組み立てされた部分材を成形型３内に収容する。この
成形型３は、その内壁がヘッドの外部形状をなしてい
る。さらに、このように仮組み立てされた部分材を収容
した成形型３を、図示しない真空加熱装置内に収める。

【００１１】この状態で、真空加熱装置内を排気して、
仮組み立てされた部分材と成形型３との間隙を減圧し、
加圧装置からカバーバルーン４内に窒素ガス等の加圧媒
体を導入して内圧を印加するとともに所定の温度に加熱
する。部分材は、この加熱によって再び溶融状態となる
とともに、前記排気ならびに加圧によって、その内方か
ら外方に向けて加圧されることになり、成形型３の内面
形状に沿った形状に賦型される。所定時間の経過後加熱
を終了し、成形型３が冷却されてから、加圧及び減圧状
態を解除してカバーバルーン４を抜取る。図２は、その
ときの様子を示す説明図である。成形型３の内面に沿っ
た外面形状を有する中空成形体７が成形されている。ま
た、フェース側部分材１とバック側部分材２の接合部８
では、その成形体７の厚さがやや厚くなっているが、そ
の外面は連続かつ平滑である。

【００１２】図３は、その部分材の接合部８の断面を模
式的に示した図である。フェース側部分材１とバック側
部分材２の境界面は、図中点線で示した位置付近に存在
するが、繊維強化熱可塑性樹脂を一度溶融させているた
めに、両部分材が混じり合っており明確な区別はできな
い。また、その境界面付近にも強化繊維９が存在し、な
おかつその強化繊維９が、境界面の両側にわたって配置
されているので、境界面においても強度が保たれれい
る。

【００１３】最後に、成形型３を脱型して、連続かつ平
滑な外表面を有するヘッド形状の中空成形体７を得るこ
とができ、この中空成形体７は、その接合部においても
十分な強度を有している。

【００１４】本発明で用いられる繊維強化熱可塑性樹脂
（以下ＦＲＴＰと略記する）は、強化繊維と熱可塑性樹
脂とからなるもので、熱可塑性樹脂としては、ポリアミ
ド、ポリブチレンテレフタレート、ポリオキシメチレン
（アセタール樹脂）、ポリカーボネート、変性ポリフェ
ニレンスルフィド等のエンジニアプラスチックが好適に
用いられ、これらは単独でも、２種類以上を混合して用
いてもよい。

【００１５】本発明のＦＲＴＰで用いられる強化繊維と
しては、カーボン繊維、アラミド繊維、ガラス繊維等
が、単独使用または２種類以上の併用で用いられる。ま
た、これらの強化繊維の使用形態としては、多数本のフ
ィラメントを一方向に並べたロービングが主に用いられ
るが、それに限られることなく、ロービングクロス等も
好適に使用される。

【００１６】この強化繊維と熱可塑性樹脂とからなるＦ
ＲＴＰプリプレグの形態は、シート状、テープ状等があ
るが、深しぼりによって成形する場合はシート状のもの
が好ましい。プリプレグの製造は、例えば粉末状の熱可
塑性樹脂を強化繊維上に散布し、加熱溶融して含浸せし
める方法や、熱可塑性樹脂をフィラメント化し、そのフ
ィラメントを強化繊維とともにロービング化する方法、
あるいはフィルム状の熱可塑性樹脂とクロス状の強化繊
維とを複数枚交互に重ねて加圧加熱する方法等によって
行われる。また、プリプレグ中の強化繊維量は、体積比
で４０〜７０％程度が好ましい。

【００１７】ＦＲＴＰプリプレグから成形される部分材
の形状は、ヘッドの概略形状を好ましくは２以上に分割
して得られる中空の形状であって、逆テーパ状となる部
分が無くて深しぼりにより成形可能な形状であれば任意
でよいが、各部分材同志を嵌合して仮組み立てできる形
状とするのが好ましい。さらに、打球面となるフェース
面は、打球に対する強度を保つとともに、深しぼりによ
る成形が容易にできるようにするために、その周囲に少
なくとも５ｍｍ以上の折り返し部分を有する形状、ある
いはフェース面とソール面とが一体化された形状である
ことが好ましい。

【００１８】例えば、上記説明では部分材の形状とし
て、ヘッドの概略形状を２分割したものを用いたが、こ
れに限られず任意の位置で複数個に分割した部分材を用
いることができる。また、図４に示したように、嵌合さ
れる部分材の一方または両方に切込み１０を設け、その
切込み１０の部分で嵌合することによって、部分材同志
の位置決めが容易になり、成形後の接合部の厚さと他の
部分の厚さとの差を小さくすることができる。

【００１９】また、ヘッドの内部を加圧させるための貫
通孔は、部分材の任意の位置に設けて良いが、成形後の
外観を考慮するとソール面に設けるのが好ましい。カバ
ーバルーンは、シリコーン樹脂等からなるバルーンであ
り、その厚みは、０．０５〜２ｍｍのもの、好ましくは
０．２〜１ｍｍのものが用いられる。加圧媒体は、空
気、窒素ガス等の気体でもよいが、オイル等の液体であ
ってもよい。

【００２０】成形時の加熱、加圧の条件は、温度２５０
〜２８０℃、圧力８〜１５ｋｇ／ｃｍ² 、時間１０〜３
０分程度が好ましいが、この範囲に限られるものではな
く、使用する熱可塑性樹脂の種類や厚さ、ヘッドの寸法
等に応じて適宜変更することができる。また、部分材と
成形型との間隙の減圧の度合は、０．０１〜１ｋｇ／ｃ
ｍ²程度が好ましい。また、減圧した後、１〜３ｋｇ／
ｃｍ² 程度の予備圧を印加して、２５０℃程度まで昇温
し、その後内圧を上昇させて加圧成形することもでき
る。

【００２１】以下に、実施例を挙げて本発明の製造方法
を説明する。 （実施例１）まず、ポリカーボネートフィルム１３枚
と、カーブンファイバクロス（３Ｋクロス平織り、２０
０ｇ／ｍ² ）１３枚を交互に積層し、２００℃に加熱し
た。この温度を維持した状態で、断続的に加圧を行い、
樹脂の含浸均質化、気泡の除去を行った。この加圧操作
は３０ｋｇ／ｃｍ² の圧力で８回行い、操作時間は１６
分とした。この後、さらに２５０℃まで加熱して、この
温度を維持した状態で１５ｋｇ／ｃｍ² の圧力で２０分
間連続加圧して厚さ３ｍｍのＦＲＴＰプリプレグシート
を形成した。

【００２２】得られたＦＲＴＰプリプレグシートを、深
しぼりによって図６に示したような形状の２種類の部分
材を各々成形した。即ち、上記ＦＲＴＰプリプレグシー
トを、上記部分材各々の形状を有する金型に配し、１８
０℃で６分間放置してプリプレグシートを軟化させた
後、この温度を維持しつつ２分間プレスを行った。得ら
れた成形品の不要な部分を切り落として形状を整えた。

【００２３】このようにして得られた部分材を嵌合し、
成形型内に収納した。また、その部分材内に、厚さ０．
５ｍｍのシリコーンバルーンを挿入し、その口部は貫通
孔を挿通して加圧装置に接続した。さらに、その成形型
を、真空加熱装置内に収容し、その真空加熱装置内を約
−１ｋｇ／ｃｍ²に減圧した。次いで、上記シリコーン
バルーン内に窒素ガスを導入して予備圧を印加し、部分
材の内圧を３ｋｇ／ｃｍ² にするとともに予備加熱を行
い、装置内を２５０℃とした。さらに、真空加熱装置内
を２７０℃に昇温させるとともにシリコーンバルーン内
に窒素ガスを導入して内圧を１０ｋｇ／ｃｍ²にし、こ
の状態で２０分間放置した。その後真空状態を破り、成
形型を真空加熱装置から取り出し冷却した。成形型の温
度が約８０℃まで冷却された時点で、加圧状態を解除し
て成形型を脱型し、シリコーンバルーンを抜き取ってヘ
ッド形状の中空成形体を得た。

【００２４】（試験例１）実施例１と同様の、厚さ３ｍ
ｍのＦＲＴＰプリルレグシートを２枚用意し、その２枚
のプリプレグシートを、端が１０ｍｍの幅で重なるよう
に滑らかな平板上に配置した。その重なり部分に、１０
ｋｇ／ｃｍ²の圧力を印加するとともに２５０℃に加熱
した状態で２０分間おき、重なり部分において接合され
たＦＲＴＰ平板を作製した。重なり部分の幅を２０、３
０、４０、５０、６０そして７０ｍｍとした以外は上記
と同様の方法で、６種類の接合したＦＲＴＰ平板を作製
した。

【００２５】次に、これらの接合したＦＲＴＰ平板を幅
２０ｍｍにし、その曲げ強度を、以下の手順で測定し
た。まず、接合したＦＲＴＰ平板を、接合部が中心位置
になるように、１２０ｍｍの間隔をあけた２点において
３Ｒの曲面で下方から支持する。次に、その中心点に、
５Ｒの曲面を用いて上方から力を印加し、板が破断した
ときの力の値を曲げ強度とする。その結果を、接合部の
重なり部分の幅を横軸に、曲げ強度を縦軸にとってプロ
ットすると図５のようになる。また、比較のため、接合
部を持たないＦＲＴＰ平板についても同様の測定を行っ
たところ、その曲げ強度は４５ｋｇであった。それを図
５に点線で示す。さらに、ゴルフクラブヘッドとして必
要な強度（３０ｋｇ）を一点鎖線で示す。

【００２６】これらの結果からも明らかなように、接合
部の重なり部分の幅を約１０ｍｍ以上とすることによ
り、ゴルフクラブヘッドとして必要な、あるいはそれ以
上の曲げ強度が得られることがわかる。

【発明の効果】以上述べたように、本発明の繊維強化熱
可塑性樹脂の製造方法は、ゴルフクラブヘッドのような
複雑な形状を有し、なおかつ機械的強度を要求される中
空成形品の製造に際し、繊維強化熱可塑性樹脂からなる
複数の部分材同志を嵌合した状態で成形型内に収め、内
圧を印加しつつ加熱して接合一体化するものである。従
って、本発明の製造方法によれば、連続かつ平滑な外表
面をもつ成形品が得られ、また、各部分材を嵌合して成
形するという簡単な工程で効率よく製造することができ
る。さらに、嵌合した際の各部分材同志の重なり部分の
幅を１０ｍｍ以上とすると、それらを接合して得られた
成形品は、ゴルフクラブヘッドとして必要な強度を有す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の製造方法の一実施例で、部分材を成
形型内に収容した状態を示す説明図である。

【図２】 本発明の製造方法の一実施例で、成形後の状
態を示す説明図である。

【図３】 本発明の製造方法の一実施例に従って製造し
た成形品の接合部示す断面模式図である。

【図４】 本発明の製造方法に用いる部分材の一例を示
す断面模式図である。

【図５】 部分材同志の重なり部分の幅と曲げ強度との
関係を示すグラフである。図６は、従来の製造方法の部
分材の形状を示す斜視図である。

【図７】 従来の製造方法の一例で、部分材を成形型内
に収容した状態を示す説明図である。

【図８】 従来の製造方法の一例で、部分材の接合部の
例を示す断面模式図である。

【符号の説明】

１…フェース側部分材、２…バック側部分材、３…成形
型、４…カバーバルーン、６…重なり部分、

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 繊維強化熱可塑性樹脂からなる複数の部
   分材を接合して中空の成形品を製造する際に、前記複数
   の部分材同志を、嵌合した状態で成形型内に収め、内圧
   を印加しつつ加熱して接合一体化することを特徴とする
   繊維強化熱可塑性樹脂成形品の製造方法