JP4084697B2

JP4084697B2 - Molding jig

Info

Publication number: JP4084697B2
Application number: JP2003122613A
Authority: JP
Inventors: 宗仁川上; 裕一石川
Original assignee: Fuji Jukogyo KK
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2003-04-25
Filing date: 2003-04-25
Publication date: 2008-04-30
Anticipated expiration: 2023-04-25
Also published as: JP2004322542A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、成形治具に関し、特に、ＶＡＲＴＭ（Vacuum Assist Resin Transfer Molding）法を採用して断面ハット形の繊維強化樹脂複合材製品を成形する際に用いられる成形治具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車・航空宇宙産業を中心とした各種産業分野において、軽量・高強度の構造材料である繊維強化樹脂複合材が使用されている。かかる繊維強化樹脂複合材の成形法としては、所定の金型内に形成されたキャビティに強化繊維を配置し、このキャビティに溶融樹脂を導入して強化繊維に含浸させ、この溶融樹脂を加熱して硬化させる方法（以下、「ＲＴＭ（Resin Transfer Molding）法」という）が提案され、実用化されている。
【０００３】
前記したＲＴＭ法においては、金型内のキャビティに導入した溶融樹脂を加熱・硬化させるが、この加熱・硬化の際には、樹脂の揮発成分が気化するとともに、液体状態から固体状態への移行に伴う樹脂の硬化収縮が起こるため、成形品の内部や外部にボイドやクラック等が形成される場合がある。
【０００４】
このような不具合を解消する目的で、硬化によって収縮した分の樹脂を補充するための樹脂溜り部を金型の端部に設けているが、樹脂溜り部近傍が最初に加熱され昇温してしまうと、樹脂溜り部近傍の樹脂が硬化して樹脂補充が不可能となる。このため、冷却管や断熱孔を備えた温度制御機構を金型に設け、冷却管に冷媒を流して金型の部位の温度を制御し、樹脂溜り部から遠い部位から昇温させることにより、樹脂補充を効果的に行う成形装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平７−１５６１５４号公報（第１頁、第１図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に記載の成形装置においては、金型（上型及び下型）に冷却管や断熱孔等の温度制御機構を設け、この温度制御機構を制御装置により制御している。このため、金型の各部位の温度制御を的確に行うことができ、大型製品を成形する場合や、同一形状の製品を大量に成形する場合には効果的である。しかし、形状の異なる製品を少量ずつ成形する場合には、金型の製作費用が嵩むとともに、温度制御の設定変更のための手間がかかっていた。
【０００７】
本発明の課題は、成形中の硬化収縮等に起因するボイドやクラックの形成を防止して成形品の高品質化を実現させるとともに、多品種少量生産時における費用及び手間の削減を図ることができる成形治具を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、成形治具であって、熱源を内蔵するベースと、熱伝導材料から構成され中央部分に突出部を有する凸状断面の下型と、前記ベースの上面部に所定間隔をおいて設けられる１対の第１断熱部と、前記下型の前記突出部内に所定間隔をおいて設けられ、前記下型の下面から前記突出部上部まで延在する１対の第２断熱部と、を備え、前記ベースの上に前記下型を載置した際に、前記第１断熱部の一方と前記第２断熱部の一方とが当接するとともに、前記第１断熱部の他方と前記第２断熱部の他方とが当接し、かつ、前記１対の第１断熱部に挟まれた前記ベースの部分と、前記１対の第２断熱部に挟まれた前記下型の部分と、が当接することを特徴とする。
【０００９】
請求項１に記載の発明によれば、ベースの上面部に所定間隔をおいて設けられる１対の第１断熱部と、下型の突出部内に所定間隔をおいて設けられ下型の下面から突出部上部まで延在する１対の第２断熱部と、を備える。そして、ベースの上に下型を載置した際に、第１断熱部の一方と第２断熱部の一方とが当接するとともに、第１断熱部の他方と第２断熱部の他方とが当接し、かつ、１対の第１断熱部に挟まれたベースの部分と、１対の第２断熱部に挟まれた下型の部分と、が当接して、第１断熱部間及び第２断熱部間に熱伝導経路が形成される。このため、ベースの熱源から発する熱は、この熱伝導経路を経由して下型の突出部上部に伝達される。一方、ベースの上面部に設けられた第１断熱部の効果により、ベースの熱源から発する熱は、熱伝導経路が形成される部分を除いて下型に直接的には伝達されない。
【００１０】
従って、ＶＡＲＴＭ法による成形を行う場合（すなわち、下型の上に所定の上型を配置し、この上型の上方に排気口を設けて真空引きを行いつつ、下型の平坦部の周囲に設けられた樹脂導入口から下型と上型の間に樹脂を導入し、樹脂を加熱硬化させる場合）に、下型の突出部上部を最初に加熱することができる。そして、下型の突出部上部に伝達された熱を、徐々に下型の突出部側部を経由させて下型下部へと伝達し、最終的には下型下部の周囲に設けられた樹脂導入口付近を加熱することができる。すなわち、樹脂導入口から最も遠い部位である下型の突出部上部を最初に加熱し、樹脂導入口付近を最後に加熱することができる。
【００１１】
この結果、加熱により樹脂の硬化収縮が発生した場合においても、樹脂導入口から樹脂を補充することができるので、成形品の内部や外部にボイドやクラックが形成されるのを防止することができ、高品質の製品を得ることができる。
【００１２】
また、請求項１に記載の発明によれば、ボイドやクラック等の形成を阻止するための下型の温度制御を、２種類の断熱部の組み合わせによって実現させている。従って、金型の温度制御のために従来要していた冷却管や断熱孔等の温度制御機構や制御装置が不要となり、治具の構成を格段に簡素化することができる。この結果、形状の異なる製品を少量ずつ成形する場合（多品種少量生産を行う場合）における費用及び手間を削減することができる。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、成形治具であって、熱源を内蔵するベースと、熱伝導材料から構成され中央部分に突出部を有する凸状断面の下型と、前記下型の前記突出部下方の下面部に所定間隔をおいて一端が配置され、前記下型側端部まで延在するように設けられる１対の第１断熱部と、前記下型の前記突出部内に所定間隔をおいて設けられ、前記１対の第１断熱部に各々当接して前記突出部上部まで延在する１対の第２断熱部と、を備え、前記ベースの上に前記下型を載置した際に、前記１対の第２断熱部に挟まれた前記下型の部分が、前記ベースに当接することを特徴とする。
【００１４】
請求項２に記載の発明によれば、下型の突出部下方の下面部に所定間隔をおいて一端が配置され、下型側端部まで延在するように設けられる１対の第１断熱部と、下型の突出部内に所定間隔をおいて設けられ、１対の第１断熱部に各々当接して突出部上部まで延在する１対の第２断熱部と、を備える。そして、ベースの上に下型を載置した際に、１対の第２断熱部に挟まれた下型の部分がベースに当接して、第１断熱部間及び第２断熱部間に熱伝導経路が形成されている。このため、ベースの上に下型を載置した際に、ベースの熱源から発する熱を、この熱伝導経路を経由させて下型の突出部上部に伝達することができる。一方、第１断熱部の効果により、ベースの熱源から発する熱は下型の上方に直接的には伝達されない。
【００１５】
従って、ＶＡＲＴＭ法による成形を行う場合に、樹脂導入口から最も遠い部位である下型の突出部上部を最初に加熱し、樹脂導入口付近を最後に加熱することができる。この結果、加熱により樹脂の硬化収縮が発生した場合においても、樹脂導入口から樹脂を補充することができるので、成形品の内部や外部にボイドやクラックが形成されるのを防止することができ、高品質の製品を得ることができる。
【００１６】
また、請求項２に記載の発明によれば、ボイドやクラック等の形成を阻止するための下型の温度制御を、２種類の断熱部の組み合わせによって実現させている。従って、金型の温度制御のために従来要していた冷却管や断熱孔等の温度制御機構や制御装置が不要となり、治具の構成を格段に簡素化することができる。この結果、形状の異なる製品を少量ずつ成形する場合（多品種少量生産を行う場合）における費用及び手間を削減することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。本実施の形態に係る成形治具は、ＶＡＲＴＭ法を採用して、断面ハット形のストリンガ（繊維強化樹脂複合材製品）を成形する際に用いられるものである。
【００１８】
[第１の実施の形態]
最初に、第１の実施の形態に係る成形治具１の構成について、図１及び図２を用いて説明する。本実施の形態に係る成形治具１は、図１及び図２に示すように、所定位置に配置されるベース２と、ベース２の上に配置される下型３と、下型３の上に配置される上型４と、を備えている。
【００１９】
ベース２は、図１及び図２に示すような平板状の部材又は緩やかな曲面を有する部材であり、比較的高い熱伝導率を有する鉄合金やアルミニウム合金で構成されている。ベース２の内部には、図示されていない熱源が内蔵されており、熱源から発する熱により下型３を介して樹脂を加熱することができる。本実施の形態においては、熱源として、通電により発熱する電熱線（ニクロム線）を採用している。
【００２０】
ベース２の上面には、図２に示すように、１対の第１断熱部５が所定間隔をおいて設けられており、これら第１断熱部５に挟まれた上面部分は、第１断熱部５と面一にして残されている。第１断熱部５は、ベース２の熱源から発する熱が下型３に伝達されるのを部分的に遮断するものである。本実施の形態においては、図１に示すようにベース２に所定間隔をおいて凹部を設け、この凹部を第１断熱部５として機能させている。
【００２１】
ベース２の上に下型３を載置すると、ベース２の熱源から発する熱は、ベース２上面の第１断熱部５が設けられている部分で遮断され、下型３の平坦部３ａに直接的には伝達されない。一方、ベース２の熱源から発する熱は、ベース２上面の第１断熱部５が設けられていない部分（以下、「伝導部」という）２ａから下型３の平坦部３ａに直接的に伝達される。
【００２２】
下型３は、図１及び図２に示すように、両側の平坦部３ａと、中央部分に設けられた突出部３ｂと、を有する断面凸形状の部材であり、アルミニウム合金で構成されている。下型３は、上型４と組み合わせられて、樹脂が導入されるキャビティを形成するものである。なお、比較的高い熱伝導率を有する他の材料（例えば鉄合金）で下型３を構成することもできる。
【００２３】
下型３の突出部３ｂ内には、図２に示すように、下型３の下面（ベース２の上面と面接触する面）から突出部３ｂの上方へと延在する１対の第２断熱部６が、所定間隔をおいて設けられている。第２断熱部６は、下型３に伝達された熱の伝導経路を形成するためのものである。本実施の形態においては、図１に示すように下型３の突出部３ｂに所定間隔をおいて中空部を設け、この中空部を第２断熱部６として機能させている。
【００２４】
第２断熱部６間の間隔は、図２に示すように、前記したベース２の第１断熱部５間の間隔とほぼ同一寸法とされている。このため、ベース２の上に下型３を載置した際に、第１断熱部５の一方と第２断熱部６の一方とが当接するとともに、第１断熱部５の他方と第２断熱部６の他方とが当接する（図２参照）。従って、ベース２の上に下型３を載置して、ベース２の伝導部２ａから下型３に直接的に伝達された熱は、第２断熱部６間に形成された熱伝導経路３ｃを経由して、突出部３ｂの上部へと伝達される。
【００２５】
上型４は、図１及び図２に示すように、下型３の上面に平行な内面を有する部材であり、耐熱性を有するフッ素ゴムで構成されている。上型４は、下型３と組み合わせられて、樹脂が導入されるキャビティを形成するものである。なお、変形自在なバギングフィルムを上型４として採用することもできる。
【００２６】
上型４の頂部には、図１及び図２に示すように、真空引き用の排気口４ａが複数設けられている。また、上型４の側方には、下型３と上型４との間に形成されたキャビティに樹脂を導入するための樹脂導入管４ｂが複数設けられている。各樹脂導入管４ｂは、樹脂を貯留した図示されていない樹脂タンクに接続されている。また、各樹脂導入管４ｂには、成形時に硬化して収縮した分の樹脂を補充するための樹脂溜り４ｃが設けられている。なお、キャビティに導入される樹脂は、加熱により硬化するエポキシ樹脂、フェノール樹脂、架橋ポリエチレン、ポリイミド等の熱硬化性樹脂とする。
【００２７】
次に、本実施の形態に係る成形治具１を用いてＶＡＲＴＭ法により断面ハット形のストリンガを成形する手順を説明する。
【００２８】
まず、ベース２の上に下型３を載置する。この際、図２の紙面左側に配置された第１断熱部５と第２断熱部６とが当接するとともに、図２の紙面右側に配置された第１断熱部５と第２断熱部６とが当接するようにする。このように第１断熱部５と第２断熱部６とが当接して、ベース２の伝導部２ａと、下型３の熱伝導経路３ｃと、が接続される。
【００２９】
次いで、下型３の上面にストリンガ成形用のプリフォーム（強化繊維織物）を配置する。なお、プリフォームとしては、３方向（縦、横、垂直）の強化繊維を立体的に織り合せた三次元織物や、二次元織物を複数枚積層してステッチングしたもの等を採用することができる。また、プリフォームを構成する強化繊維の種類としては、ガラス繊維、カーボン繊維、アラミド繊維、アルミナ繊維等が挙げられる。
【００３０】
次いで、下型３及びプリフォームの上に上型４を配置して、樹脂を導入するためのキャビティを形成する。次いで、上型４の上方に設けられた排気口４ａに、図示されていない排気管を介してバキューム装置を接続し、このバキューム装置によって真空引きを行ってキャビティ内から空気を排出する。そして、このバキューム装置による真空圧により、樹脂タンク内の溶融した樹脂を、樹脂導入管４ｂを介してキャビティ内に導入し、この樹脂をプリフォームに含浸させる。
【００３１】
次いで、ベース２に内蔵された電熱線（熱源）に通電して発熱させる。電熱線から発した熱は、まず、ベース２の伝導部２ａから、下型３の突出部３ｂの下部Ａに伝達された後、熱伝導経路３ｃを経由して突出部３ｂの上部Ｂに伝達される（図２参照）。続いて、下型３の突出部３ｂの上部Ｂに伝達された熱は、第２断熱部６の上方を経由して、下型３の突出部３ｂの側部Ｃ及び下部Ｄに順次伝達され、最終的に下型３の平坦部３ａの端部Ｅに伝達される（図２参照）。
【００３２】
この結果、キャビティ内に導入された樹脂のうち、下型３の突出部３ｂの上部Ｂ付近（すなわち上型４の排気口４ａ近傍）に導入された樹脂が最初に硬化を開始する。続いて、下型３の突出部３ｂの側部Ｃ近傍及び下部Ｄ近傍の樹脂が硬化し、最終的に、下型３の平坦部３ａの端部Ｅ付近（すなわち上型４の樹脂導入管４ｂ近傍）の樹脂が硬化することとなる。なお、樹脂を加熱している間は、バキューム装置による真空引きを継続させるため、加熱により樹脂が硬化収縮した場合においても、その収縮した部分に樹脂溜り４ｃ内の樹脂を充填することができる。その後、上型４を取り外し、所要のトリミングを行って、断面ハット形のストリンガＳを得る。
【００３３】
以上の実施の形態に係る成形治具１においては、１対の第１断熱部５がベース２の上面に所定間隔をおいて設けられ、下型３の下面から突出部３ｂの上部Ｂまで延在する１対の第２断熱部６が下型３の突出部３ｂ内に所定間隔をおいて設けられる。そして、ベース２の上に下型３を載置した際に、ベース２に設けられた第１断熱部５の一方と下型３に設けられた第２断熱部６の一方とが当接するとともに、第１断熱部５の他方と第２断熱部６の他方とが当接する。
【００３４】
このため、ベース２の熱源から発する熱は、第１断熱部５間に形成された伝導部２ａ及び第２断熱部６間に形成された熱伝導経路３ｃを経由して、下型３の突出部３ｂの上部Ｂに伝達される。一方、ベース２の上面に設けられた第１断熱部５の効果により、ベース２の熱源から発する熱は、伝導部２ａ以外の部分からは下型３に直接的には伝達されない。
【００３５】
従って、下型３の上に配置した上型４の排気口４ａから真空引きを行って樹脂導入口４ｂからキャビティに樹脂を導入し、この樹脂を加熱硬化させる際に、下型３の突出部３ｂの上部Ｂ付近（上型４の排気口４ａ近傍）の樹脂を最初に加熱することができる（図２参照）。そして、下型３の突出部３ｂの上部Ｂに伝達された熱を、徐々に下型３の突出部３ｂの下方へと伝達して、最終的には下型３の平坦部３ａの端部Ｅ付近（上型４の樹脂導入管４ｂ近傍）を加熱することができる。すなわち、樹脂導入口から最も遠い部位である下型３の突出部３ｂの上部を最初に加熱し、樹脂導入口付近を最後に加熱することができる。
【００３６】
この結果、加熱により樹脂の硬化収縮が発生した場合においても、樹脂導入管４ｂから樹脂を補充することができるので、ストリンガＳの内部や外部にボイドやクラックが形成されるのを防止することができ、高品質の製品を得ることができる。
【００３７】
また、本実施の形態に係る成形治具１においては、ボイドやクラック等の形成を阻止するための下型３の温度制御を、２種類の断熱部（第１断熱部５及び第２断熱部６）の組み合わせによって実現させている。従って、金型の温度制御のために従来要していた冷却管や断熱孔等の温度制御機構や制御装置が不要となり、治具の構成がきわめて簡素となる。この結果、形状の異なる小型製品を少量ずつ成形する場合（多品種少量生産を行う場合）における費用及び手間を削減することができる。
【００３８】
[第２の実施の形態]
次に、第２の実施の形態に係る成形治具１０について、図３を用いて説明する。本実施の形態に係る成形治具１０は、第１の実施の形態に係る成形治具１のベース２及び下型３の構成を変更することにより、第１断熱部の位置を変更したものである。
【００３９】
本実施の形態に係る成形治具１０は、図３に示すように、所定位置に配置されるベース２０と、ベース２０の上に配置される下型３０と、下型３０の上に配置される上型４０と、を備えている。上型４０は、第１の実施の形態における上型４と実質的に同一である。
【００４０】
ベース２０は、図３に示すような平板状の部材であり、比較的高い熱伝導率を有する鉄合金又はアルミニウム合金で構成されている。ベース２０の内部には、図示されていない熱源が内蔵されており、熱源から発する熱により下型３を介して樹脂を加熱することができる。本実施の形態におけるベース２０には、第１の実施の形態におけるベース２と異なり、第１断熱部が設けられていない（図３参照）。
【００４１】
下型３０は、図３に示すように、両側の平坦部３０ａと、中央部分に設けられた突出部３０ｂと、を有する断面凸形状の部材であり、アルミニウム合金で構成されている（図３参照）。
【００４２】
下型３０の下面部には、図３に示すように、１対の第１断熱部５０が所定間隔をおいて設けられている。第１断熱部５０は、ベース２０の熱源から発する熱が下型３０の上部に伝達されるのを部分的に遮断するものである。本実施の形態においては、下型３０の突出部３０ｂ下方の下面部に所定間隔をおいて一端が配置され、平坦部３０ａの両端部まで延在するように埋設されたシリコン製の板状体を第１断熱部５０として機能させている。
【００４３】
また、下型３０の突出部３０ｂ内には、第１断熱部５０の内側の端面に当接し、突出部３０ｂ上部へと延在する１対の第２断熱部６０が、所定間隔をおいて設けられている。第２断熱部６０は、下型３０に伝達された熱の伝導経路を形成するためのものである。本実施の形態においては、下型３０の突出部３０ｂに所定間隔をおいて埋設したシリコン製の板状体を第２断熱部６０として機能させている。
【００４４】
下型３０の突出部３０ｂ内に設けられた第２断熱部６０間の間隔は、第１断熱部５０間の間隔とほぼ同一寸法とされており、図３の紙面左側に配置された第１断熱部５０と第２断熱部６０とが当接するとともに、図３の紙面右側に配置された第１断熱部５０と第２断熱部６０が当接している。
【００４５】
以上の実施の形態に係る成形治具１０においては、１対の第１断熱部５０が下型３０の下面部に所定間隔をおいて設けられ、下型３０の平坦部３０ａ下面から突出部３０ｂ上部へと延在する１対の第２断熱部６０が下型３０の突出部３０ｂ内に所定間隔をおいて設けられる。そして、第１断熱部５０の一方と第２断熱部６０の一方とが当接するとともに、第１断熱部５０の他方と第２断熱部６０の他方とが当接して、第１断熱部５０間及び第２断熱部６０間に熱伝導経路３０ｃが形成されている。
【００４６】
このため、ベース２０の上に下型３０を載置した際に、ベース２０の熱源から発する熱は、この熱伝導経路３０ｃを経由して下型３０の突出部３０ｂ上部に伝達される。一方、下型３０の下面部に第１断熱部５０が設けられているので、ベース２０の熱源から発する熱は、熱伝導経路３０ｃが形成される部分を除いて、下型３０の上方に直接的には伝達されない。
【００４７】
従って、ＶＡＲＴＭ法による成形を行う場合に、樹脂導入口から最も遠い部位である下型３０の突出部３０ｂ上部を最初に加熱し、樹脂導入口付近を最後に加熱することができる。この結果、加熱により樹脂の硬化収縮が発生した場合においても、樹脂導入管４０ｂから樹脂を補充することができるので、成形品の内部や外部にボイドやクラックが形成されるのを防止することができ、高品質の製品を得ることができる。
【００４８】
また、本実施の形態に係る成形治具１０においては、ボイドやクラック等の形成を阻止するための下型の温度制御を、２種類の断熱部（第１断熱部５０及び第２断熱部６０）の組み合わせによって実現させている。従って、金型の温度制御のために従来要していた冷却管や断熱孔等の温度制御機構や制御装置が不要となり、治具の構成を格段に簡素化することができる。この結果、形状の異なる製品を少量ずつ成形する場合（多品種少量生産を行う場合）における費用及び手間を削減することができる。
【００４９】
【発明の効果】
本発明によれば、ベース又は下型に設けられた第１断熱部と、下型に設けられた第２断熱部と、が当接して、ベースの熱源から発する熱を下型の突出部上方に伝達する熱伝導経路が形成される。従って、ＶＡＲＴＭ法による成形を行う場合に、樹脂導入口から最も遠い部位である下型の突出部上部を最初に加熱し、樹脂導入口付近を最後に加熱することができる。この結果、加熱により樹脂の硬化収縮が発生した場合においても、樹脂導入口から樹脂を補充することができるので、成形品の内部や外部にボイドやクラックが形成されるのを防止することができ、高品質の製品を得ることができる。
【００５０】
また、本発明によれば、ボイドやクラック等の形成を阻止するための下型の温度制御を２種類の断熱部の組み合わせによって実現させているので、治具の構成を格段に簡素化することができる。この結果、多品種少量生産時における費用及び手間を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る成形治具の斜視図である。
【図２】図１のII−II部分の断面図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る成形治具の断面図である。
【符号の説明】
１、１０成形治具
２、２０ベース
３、３０下型
３ｂ、３０ｂ突出部
５、５０第１断熱部
６、６０第２断熱部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a molding jig, and more particularly, to a molding jig used when molding a fiber reinforced resin composite material having a cross-sectional hat shape by employing a VARTM (Vacuum Assist Resin Transfer Molding) method.
[0002]
[Prior art]
In recent years, fiber reinforced resin composites, which are lightweight and high-strength structural materials, have been used in various industrial fields such as the automobile and aerospace industries. As a method of molding such a fiber reinforced resin composite material, a reinforcing fiber is placed in a cavity formed in a predetermined mold, a molten resin is introduced into the cavity and impregnated into the reinforcing fiber, and the molten resin is heated. A curing method (hereinafter referred to as “RTM (Resin Transfer Molding) method”) has been proposed and put into practical use.
[0003]
In the RTM method described above, the molten resin introduced into the cavity in the mold is heated and cured. During this heating and curing, the volatile component of the resin is vaporized and the liquid state is changed to the solid state. As the resin shrinks due to curing, voids, cracks, etc. may be formed inside or outside the molded product.
[0004]
For the purpose of eliminating such problems, a resin reservoir is provided at the end of the mold to replenish the resin that has shrunk due to curing, but the vicinity of the resin reservoir is first heated to raise the temperature. As a result, the resin in the vicinity of the resin reservoir is hardened and it becomes impossible to replenish the resin. For this reason, a temperature control mechanism having a cooling pipe and a heat insulating hole is provided in the mold, and the temperature of the mold part is controlled by flowing a coolant through the cooling pipe to raise the temperature from a part far from the resin reservoir, A molding apparatus that effectively replenishes a resin has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
[0005]
[Patent Document 1]
JP 7-156154 A (first page, FIG. 1)
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In the molding apparatus described in Patent Document 1, a temperature control mechanism such as a cooling pipe or a heat insulating hole is provided in a mold (upper mold and lower mold), and this temperature control mechanism is controlled by the control apparatus. For this reason, temperature control of each part of a metal mold | die can be performed exactly, and it is effective when shape | molding a large sized product or a lot of products of the same shape. However, when molding products with different shapes in small amounts, the manufacturing cost of the mold increases and it takes time and effort to change the temperature control settings.
[0007]
It is an object of the present invention to prevent the formation of voids and cracks due to curing shrinkage during molding, to realize high quality of molded products, and to reduce costs and labor at the time of high-mix low-volume production. It is to provide a forming jig that can be used.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, the invention described in claim 1 is a forming jig, and includes a base having a built-in heat source, and a projecting section having a projecting portion at a central portion, which is made of a heat conductive material. A mold, a pair of first heat insulating portions provided at a predetermined interval on the upper surface portion of the base, and a predetermined interval provided in the projecting portion of the lower mold, the projecting portion from the lower surface of the lower mold A pair of second heat insulating portions extending to the top, and when the lower mold is placed on the base, one of the first heat insulating portions and one of the second heat insulating portions are in contact with each other. The first heat insulating portion and the other of the second heat insulating portion are in contact with each other, the base portion sandwiched between the pair of first heat insulating portions, and the pair of second heat insulating portions. The lower mold part sandwiched between the parts contacts each other.
[0009]
According to the first aspect of the present invention, the pair of first heat insulating portions provided at a predetermined interval on the upper surface portion of the base and the lower surface of the lower die provided at a predetermined interval in the protruding portion of the lower die. A pair of second heat insulating portions extending to the upper portion of the protruding portion. When the lower mold is placed on the base, one of the first heat insulating parts and one of the second heat insulating parts come into contact with each other, and the other of the first heat insulating parts and the other of the second heat insulating parts are in contact with each other. The base portion sandwiched between the pair of first heat insulation portions and the lower mold portion sandwiched between the pair of second heat insulation portions abut each other between the first heat insulation portions and the second. A heat conduction path is formed between the heat insulating portions. For this reason, the heat generated from the heat source of the base is transmitted to the upper part of the lower mold protrusion via this heat conduction path. On the other hand, due to the effect of the first heat insulating portion provided on the upper surface portion of the base, the heat generated from the heat source of the base is not directly transmitted to the lower mold except for the portion where the heat conduction path is formed.
[0010]
Therefore, when molding by the VARTM method (that is, a predetermined upper mold is disposed on the lower mold, an exhaust port is provided above the upper mold, and vacuuming is performed around the flat portion of the lower mold. When the resin is introduced between the lower mold and the upper mold from the provided resin inlet and the resin is heat-cured), the upper portion of the protruding portion of the lower mold can be heated first. Then, the heat transferred to the upper part of the lower mold is gradually transferred to the lower part of the lower mold via the side of the lower mold and finally the resin provided around the lower part of the lower mold. The vicinity of the inlet can be heated. That is, it is possible to first heat the upper part of the lower mold protrusion, which is the part farthest from the resin inlet, and finally heat the vicinity of the resin inlet.
[0011]
As a result, even when curing shrinkage of the resin occurs due to heating, the resin can be replenished from the resin inlet, so that voids and cracks can be prevented from being formed inside and outside the molded product. You can get a high quality product.
[0012]
According to the first aspect of the present invention, the temperature control of the lower mold for preventing the formation of voids, cracks and the like is realized by a combination of two types of heat insulating portions. Therefore, a temperature control mechanism and a control device such as a cooling pipe and a heat insulating hole, which are conventionally required for controlling the temperature of the mold, are unnecessary, and the configuration of the jig can be greatly simplified. As a result, it is possible to reduce costs and labor in the case where products having different shapes are molded in small amounts (when multi-product small-volume production is performed).
[0013]
The invention according to claim 2 is a forming jig, a base having a built-in heat source, a lower mold having a convex cross section made of a heat conductive material and having a protrusion at a central portion, and the protrusion of the lower mold One end is arranged at a predetermined interval on the lower surface portion below the portion, and a pair of first heat insulating portions provided to extend to the lower mold side end portion and a predetermined interval in the protruding portion of the lower mold And a pair of second heat insulating portions that respectively contact the pair of first heat insulating portions and extend to the upper portion of the protruding portion, and the lower mold is placed on the base In this case, the lower mold portion sandwiched between the pair of second heat insulating portions is in contact with the base.
[0014]
According to the second aspect of the present invention, a pair of first heat insulations are provided such that one end is disposed at a predetermined interval on the lower surface part below the projecting part of the lower mold and extends to the lower mold side end part. And a pair of second heat insulating portions provided at predetermined intervals in the lower mold protrusion and extending to the upper portion of the protrusion in contact with the pair of first heat insulating portions. When the lower mold is placed on the base, the lower mold portion sandwiched between the pair of second heat insulating portions abuts on the base, and heat is generated between the first heat insulating portions and between the second heat insulating portions. A conduction path is formed. For this reason, when a lower mold | type is mounted on a base, the heat | fever emitted from the heat source of a base can be transmitted to the upper part of the protrusion part of a lower mold | type via this heat conduction path | route. On the other hand, due to the effect of the first heat insulating portion, heat generated from the heat source of the base is not directly transmitted to the upper side of the lower mold.
[0015]
Therefore, when molding by the VARTM method, it is possible to first heat the upper part of the protrusion of the lower mold, which is the part farthest from the resin inlet, and finally heat the vicinity of the resin inlet. As a result, even when curing shrinkage of the resin occurs due to heating, the resin can be replenished from the resin inlet, so that voids and cracks can be prevented from being formed inside and outside the molded product. You can get a high quality product.
[0016]
According to the second aspect of the present invention, the temperature control of the lower mold for preventing the formation of voids, cracks and the like is realized by a combination of two types of heat insulating portions. Therefore, a temperature control mechanism and a control device such as a cooling pipe and a heat insulating hole, which are conventionally required for controlling the temperature of the mold, are unnecessary, and the configuration of the jig can be greatly simplified. As a result, it is possible to reduce costs and labor in the case where products having different shapes are molded in small amounts (when multi-product small-volume production is performed).
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The forming jig according to the present embodiment is used when a stringer (fiber reinforced resin composite material product) having a cross-sectional hat shape is formed using the VARTM method.
[0018]
[First embodiment]
Initially, the structure of the shaping | molding jig 1 which concerns on 1st Embodiment is demonstrated using FIG.1 and FIG.2. As shown in FIGS. 1 and 2, the forming jig 1 according to the present embodiment includes a base 2 disposed at a predetermined position, a lower mold 3 disposed on the base 2, and an upper surface of the lower mold 3. And an upper mold 4 disposed on the surface.
[0019]
The base 2 is a flat member as shown in FIGS. 1 and 2 or a member having a gently curved surface, and is made of an iron alloy or an aluminum alloy having a relatively high thermal conductivity. A heat source (not shown) is built in the base 2, and the resin can be heated via the lower mold 3 by heat generated from the heat source. In the present embodiment, a heating wire (nichrome wire) that generates heat when energized is employed as a heat source.
[0020]
As shown in FIG. 2, a pair of first heat insulating portions 5 are provided on the upper surface of the base 2 at a predetermined interval, and the upper surface portion sandwiched between the first heat insulating portions 5 is the first heat insulating portion. It is left flush with the part 5. The first heat insulating portion 5 partially blocks heat transmitted from the heat source of the base 2 from being transmitted to the lower mold 3. In the present embodiment, as shown in FIG. 1, a recess is provided in the base 2 at a predetermined interval, and this recess functions as the first heat insulating portion 5.
[0021]
When the lower mold 3 is placed on the base 2, the heat generated from the heat source of the base 2 is blocked at the portion where the first heat insulating portion 5 on the upper surface of the base 2 is provided, and directly on the flat portion 3 a of the lower mold 3. Is not transmitted. On the other hand, the heat generated from the heat source of the base 2 is directly transmitted from the portion (hereinafter referred to as “conductive portion”) 2 a on the upper surface of the base 2 where the first heat insulating portion 5 is not provided to the flat portion 3 a of the lower mold 3. The
[0022]
As shown in FIGS. 1 and 2, the lower mold 3 is a member having a convex cross section having flat portions 3a on both sides and a protruding portion 3b provided in the central portion, and is made of an aluminum alloy. . The lower mold 3 is combined with the upper mold 4 to form a cavity into which resin is introduced. In addition, the lower mold | type 3 can also be comprised with the other material (for example, iron alloy) which has comparatively high heat conductivity.
[0023]
In the protrusion 3b of the lower mold 3, as shown in FIG. 2, a pair of second lines extending from the lower surface of the lower mold 3 (the surface in surface contact with the upper surface of the base 2) to the upper side of the protrusion 3b. The heat insulation part 6 is provided at predetermined intervals. The second heat insulating portion 6 is for forming a conduction path for heat transmitted to the lower mold 3. In the present embodiment, as shown in FIG. 1, a hollow portion is provided in the protruding portion 3 b of the lower mold 3 at a predetermined interval, and this hollow portion functions as the second heat insulating portion 6.
[0024]
As shown in FIG. 2, the distance between the second heat insulating portions 6 is substantially the same as the distance between the first heat insulating portions 5 of the base 2 described above. For this reason, when the lower mold | type 3 is mounted on the base 2, while one side of the 1st heat insulation part 5 and one side of the 2nd heat insulation part 6 contact | abut, the other side of the 1st heat insulation part 5 and 2nd heat insulation are carried out. The other part 6 contacts (see FIG. 2). Therefore, when the lower mold 3 is placed on the base 2, the heat directly transferred from the conductive portion 2 a of the base 2 to the lower mold 3 is a heat conduction path 3 c formed between the second heat insulating portions 6. Is transmitted to the upper portion of the protruding portion 3b.
[0025]
As shown in FIGS. 1 and 2, the upper mold 4 is a member having an inner surface parallel to the upper surface of the lower mold 3 and is made of heat-resistant fluoro rubber. The upper mold 4 is combined with the lower mold 3 to form a cavity into which resin is introduced. A deformable bagging film can also be adopted as the upper mold 4.
[0026]
As shown in FIGS. 1 and 2, a plurality of exhaust ports 4 a for evacuation are provided at the top of the upper mold 4. A plurality of resin introduction pipes 4 b for introducing resin into a cavity formed between the lower mold 3 and the upper mold 4 are provided on the side of the upper mold 4. Each resin introduction pipe 4b is connected to a resin tank (not shown) that stores the resin. Each resin introduction tube 4b is provided with a resin reservoir 4c for replenishing the resin that has been cured and contracted during molding. The resin introduced into the cavity is a thermosetting resin such as an epoxy resin, a phenol resin, a crosslinked polyethylene, or a polyimide that is cured by heating.
[0027]
Next, a procedure for forming a hat-shaped stringer by the VARTM method using the forming jig 1 according to the present embodiment will be described.
[0028]
First, the lower mold 3 is placed on the base 2. At this time, the first heat insulating portion 5 and the second heat insulating portion 6 arranged on the left side of the paper surface of FIG. 2 come into contact with each other, and the first heat insulating portion 5 and the second heat insulating portion 6 arranged on the right side of the paper surface of FIG. To make contact. Thus, the 1st heat insulation part 5 and the 2nd heat insulation part 6 contact | abut, and the conduction part 2a of the base 2 and the heat conduction path | route 3c of the lower mold | type 3 are connected.
[0029]
Next, a stringer-forming preform (reinforced fiber fabric) is placed on the upper surface of the lower mold 3. As the preform, a three-dimensional fabric obtained by three-dimensionally weaving reinforcing fibers in three directions (longitudinal, lateral, and vertical), or a stitch formed by stacking a plurality of two-dimensional fabrics may be used. it can. Examples of the types of reinforcing fibers constituting the preform include glass fibers, carbon fibers, aramid fibers, and alumina fibers.
[0030]
Next, the upper mold 4 is disposed on the lower mold 3 and the preform to form a cavity for introducing the resin. Next, a vacuum device is connected to an exhaust port 4a provided above the upper mold 4 via an exhaust pipe (not shown), and vacuum is drawn by the vacuum device to discharge air from the cavity. Then, the molten resin in the resin tank is introduced into the cavity through the resin introduction pipe 4b by the vacuum pressure by the vacuum device, and the preform is impregnated with the resin.
[0031]
Next, a heating wire (heat source) built in the base 2 is energized to generate heat. The heat generated from the heating wire is first transmitted from the conductive portion 2a of the base 2 to the lower portion A of the protruding portion 3b of the lower mold 3, and then transferred to the upper portion B of the protruding portion 3b through the heat conduction path 3c. (See FIG. 2). Subsequently, the heat transferred to the upper part B of the protruding part 3 b of the lower mold 3 is sequentially transferred to the side part C and the lower part D of the protruding part 3 b of the lower mold 3 via the upper part of the second heat insulating part 6. Finally, it is transmitted to the end E of the flat portion 3a of the lower mold 3 (see FIG. 2).
[0032]
As a result, among the resins introduced into the cavity, the resin introduced near the upper portion B of the protruding portion 3b of the lower mold 3 (that is, near the exhaust port 4a of the upper mold 4) starts to harden first. Subsequently, the resin in the vicinity of the side portion C and the vicinity of the lower portion D of the protruding portion 3b of the lower die 3 is cured, and finally the vicinity of the end portion E of the flat portion 3a of the lower die 3 (that is, the resin introduction tube of the upper die 4). The resin in the vicinity of 4b) is cured. Since the vacuuming by the vacuum device is continued while the resin is being heated, even when the resin is cured and contracted by heating, the contracted portion can be filled with the resin in the resin reservoir 4c. Thereafter, the upper mold 4 is removed and necessary trimming is performed to obtain a stringer S having a hat-shaped cross section.
[0033]
In the forming jig 1 according to the above embodiment, a pair of first heat insulating portions 5 are provided on the upper surface of the base 2 at a predetermined interval and extend from the lower surface of the lower mold 3 to the upper portion B of the protruding portion 3b. A pair of existing second heat insulating portions 6 are provided in the protruding portion 3b of the lower mold 3 at a predetermined interval. When the lower die 3 is placed on the base 2, one of the first heat insulating portions 5 provided on the base 2 comes into contact with one of the second heat insulating portions 6 provided on the lower die 3. The other of the first heat insulating part 5 and the other of the second heat insulating part 6 are in contact with each other.
[0034]
For this reason, the heat generated from the heat source of the base 2 is projected from the lower mold 3 via the conduction part 2a formed between the first heat insulation parts 5 and the heat conduction path 3c formed between the second heat insulation parts 6. It is transmitted to the upper part B of the part 3b. On the other hand, due to the effect of the first heat insulating portion 5 provided on the upper surface of the base 2, heat generated from the heat source of the base 2 is not directly transmitted to the lower mold 3 from a portion other than the conductive portion 2 a.
[0035]
Therefore, when the vacuum is drawn from the exhaust port 4a of the upper die 4 disposed on the lower die 3 to introduce the resin into the cavity from the resin inlet 4b, and the resin is heated and cured, the protruding portion of the lower die 3 The resin in the vicinity of the upper part B of 3b (in the vicinity of the exhaust port 4a of the upper mold 4) can be heated first (see FIG. 2). Then, the heat transmitted to the upper part B of the protruding part 3b of the lower mold 3 is gradually transmitted to the lower part of the protruding part 3b of the lower mold 3, and finally the end of the flat part 3a of the lower mold 3 The vicinity of E (the vicinity of the resin introduction tube 4b of the upper mold 4) can be heated. That is, the upper part of the protrusion 3b of the lower mold 3, which is the part farthest from the resin introduction port, can be heated first, and the vicinity of the resin introduction port can be heated last.
[0036]
As a result, even when the resin is cured and contracted by heating, the resin can be replenished from the resin introduction tube 4b, so that voids and cracks can be prevented from being formed inside and outside the stringer S. And high quality products can be obtained.
[0037]
Further, in the forming jig 1 according to the present embodiment, the temperature control of the lower mold 3 for preventing the formation of voids, cracks and the like is performed using two types of heat insulating portions (first heat insulating portion 5 and second heat insulating portion). This is realized by the combination of 6). Therefore, a temperature control mechanism and control device such as a cooling pipe and a heat insulating hole, which have been conventionally required for temperature control of the mold, are not required, and the configuration of the jig becomes very simple. As a result, it is possible to reduce costs and labor in the case where small products having different shapes are molded in small amounts (when a variety of products are produced in small quantities).
[0038]
[Second Embodiment]
Next, a forming jig 10 according to a second embodiment will be described with reference to FIG. The forming jig 10 according to the present embodiment is obtained by changing the position of the first heat insulating portion by changing the configuration of the base 2 and the lower mold 3 of the forming jig 1 according to the first embodiment. is there.
[0039]
As shown in FIG. 3, the forming jig 10 according to the present embodiment is disposed on a base 20 disposed at a predetermined position, a lower mold 30 disposed on the base 20, and a lower mold 30. And an upper die 40. The upper die 40 is substantially the same as the upper die 4 in the first embodiment.
[0040]
The base 20 is a flat member as shown in FIG. 3 and is made of an iron alloy or aluminum alloy having a relatively high thermal conductivity. A heat source (not shown) is built in the base 20, and the resin can be heated via the lower mold 3 by heat generated from the heat source. Unlike the base 2 in the first embodiment, the base 20 in the present embodiment is not provided with the first heat insulating portion (see FIG. 3).
[0041]
As shown in FIG. 3, the lower mold 30 is a member having a convex cross section having flat portions 30a on both sides and a protruding portion 30b provided in the central portion, and is made of an aluminum alloy (FIG. 3). reference).
[0042]
As shown in FIG. 3, a pair of first heat insulating portions 50 are provided on the lower surface portion of the lower mold 30 at a predetermined interval. The first heat insulating part 50 partially blocks the heat generated from the heat source of the base 20 from being transmitted to the upper part of the lower mold 30. In the present embodiment, a silicon plate-like body having one end arranged at a predetermined interval on the lower surface of the lower mold 30 below the protrusion 30b and extending to both ends of the flat portion 30a. Is functioning as the first heat insulating part 50.
[0043]
Moreover, in the protrusion part 30b of the lower mold | type 30, a pair of 2nd heat insulation parts 60 which contact | abut to the inner end surface of the 1st heat insulation part 50 and are extended to the upper part of the protrusion part 30b are spaced apart by predetermined spacing. Is provided. The second heat insulating portion 60 is for forming a conduction path for heat transmitted to the lower mold 30. In the present embodiment, a silicon plate-like body embedded in the protruding portion 30 b of the lower mold 30 at a predetermined interval is caused to function as the second heat insulating portion 60.
[0044]
The interval between the second heat insulating portions 60 provided in the protruding portion 30b of the lower mold 30 is substantially the same as the interval between the first heat insulating portions 50, and is arranged on the left side of FIG. While the heat insulation part 50 and the 2nd heat insulation part 60 contact | abut, the 1st heat insulation part 50 and the 2nd heat insulation part 60 which are arrange | positioned on the paper surface right side of FIG.
[0045]
In the forming jig 10 according to the above embodiment, a pair of first heat insulating portions 50 are provided at a predetermined interval on the lower surface portion of the lower mold 30, and the protruding portion 30 b from the lower surface of the flat portion 30 a of the lower mold 30. A pair of second heat insulating portions 60 extending upward is provided in the protruding portion 30b of the lower mold 30 at a predetermined interval. And while one side of the 1st heat insulation part 50 and one side of the 2nd heat insulation part 60 contact | abut, the other side of the 1st heat insulation part 50 and the other side of the 2nd heat insulation part 60 contact | abut, between the 1st heat insulation parts 50 In addition, a heat conduction path 30 c is formed between the second heat insulating portion 60.
[0046]
For this reason, when the lower mold | type 30 is mounted on the base 20, the heat | fever emitted from the heat source of the base 20 is transmitted to the protrusion part 30b upper part of the lower mold | type 30 via this heat conduction path | route 30c. On the other hand, since the first heat insulating portion 50 is provided on the lower surface portion of the lower die 30, the heat generated from the heat source of the base 20 is directly above the lower die 30 except for the portion where the heat conduction path 30c is formed. Is not transmitted.
[0047]
Therefore, when molding by the VARTM method, the upper portion of the protrusion 30b of the lower mold 30, which is the part farthest from the resin introduction port, can be heated first, and the vicinity of the resin introduction port can be heated last. As a result, even when the resin is cured and contracted by heating, the resin can be replenished from the resin introduction tube 40b, so that voids and cracks can be prevented from being formed inside and outside the molded product. And high quality products can be obtained.
[0048]
Further, in the forming jig 10 according to the present embodiment, the temperature control of the lower mold for preventing the formation of voids, cracks and the like is performed using two types of heat insulating portions (the first heat insulating portion 50 and the second heat insulating portion 60). ). Therefore, a temperature control mechanism and a control device such as a cooling pipe and a heat insulating hole, which are conventionally required for controlling the temperature of the mold, are unnecessary, and the configuration of the jig can be greatly simplified. As a result, it is possible to reduce costs and labor in the case where products having different shapes are molded in small amounts (when multi-product small-quantity production is performed).
[0049]
【The invention's effect】
According to the present invention, the first heat insulating part provided in the base or the lower mold and the second heat insulating part provided in the lower mold come into contact with each other to generate heat generated from the heat source of the base above the protruding part of the lower mold. A heat conduction path is formed for transmission to the. Therefore, when molding by the VARTM method, it is possible to first heat the upper part of the lower mold, which is the part farthest from the resin inlet, and finally heat the vicinity of the resin inlet. As a result, even when curing shrinkage of the resin occurs due to heating, the resin can be replenished from the resin inlet, so that voids and cracks can be prevented from being formed inside and outside the molded product. You can get a high quality product.
[0050]
Further, according to the present invention, the temperature control of the lower mold for preventing the formation of voids, cracks and the like is realized by a combination of two types of heat insulating parts, so that the configuration of the jig can be greatly simplified. Can do. As a result, it is possible to reduce the cost and labor at the time of multi-product small-volume production.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of a forming jig according to a first embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view taken along a line II-II in FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view of a forming jig according to a second embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1, 10 Molding jig 2, 20 Base 3, 30 Lower mold 3b, 30b Protruding part 5, 50 First heat insulating part 6, 60 Second heat insulating part

Claims

A base with a built-in heat source,
A lower mold of a convex cross section made of a heat conductive material and having a protrusion in the central portion;
A pair of first heat insulating portions provided at predetermined intervals on the upper surface portion of the base;
A pair of second heat insulating portions provided at predetermined intervals in the protrusion of the lower mold and extending from the lower surface of the lower mold to the upper portion of the protrusion;
With
When the lower mold is placed on the base, one of the first heat insulating parts and one of the second heat insulating parts come into contact with each other, and the other of the first heat insulating parts and the second heat insulating part The base part sandwiched between the pair of first heat insulation parts and the lower mold part sandwiched between the pair of second heat insulation parts are in contact with each other. Characteristic forming jig.

A base with a built-in heat source,
A lower mold of a convex cross section made of a heat conductive material and having a protrusion in the central portion;
A pair of first heat insulating portions provided with one end disposed at a predetermined interval on the lower surface portion of the lower mold below the protruding portion and extending to the lower mold side end;
A pair of second heat insulating portions provided at predetermined intervals in the projecting portion of the lower mold and extending to the upper portions of the projecting portions in contact with the pair of first heat insulating portions;
With
When the lower mold is placed on the base, a portion of the lower mold sandwiched between the pair of second heat insulating portions comes into contact with the base.