JP4330245B2

JP4330245B2 - 繊維強化プラスチック成形方法及び穴形成用カラー

Info

Publication number: JP4330245B2
Application number: JP2000097898A
Authority: JP
Inventors: 信雄三橋
Original assignee: Press Kogyo Co Ltd
Current assignee: Press Kogyo Co Ltd
Priority date: 2000-03-30
Filing date: 2000-03-30
Publication date: 2009-09-16
Anticipated expiration: 2020-03-30
Also published as: JP2001277255A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、繊維強化プラスチック成形品をプレス又は射出成形する方法及び穴付き繊維強化プラスチック成形品を成形する際に用いられる新規な穴形成用カラーに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
樹脂中に強化繊維を混入させてなる繊維強化プラスチック成形品は、一般に、金属並の強度を発揮し、かつ軽量で成形性等に優れていることから、自動車やトラック等のエンジンカバー、プラケット等の各種車両用部品として広く採用されてきている。
【０００３】
そして、このような繊維強化プラスチック成形品のうち、特にシート状のものや５０〜１５０ｍｍ以上の長繊維を用いた繊維強化プラスチック成形品の場合は、一般に射出成形が困難なことからその殆どがプレス成形によって成形されている。
【０００４】
このプレス成形方法としては、先ず図９に示すように、例えばポリプロピレン等からなる熱可塑性樹脂シートＰ，Ｐ，Ｐ間にガラス長繊維等の繊維マットＧ，Ｇを積層した複合材料（スタンパブルシート）Ｓを用意し、これを図１０( １) に示すようにカッターＣによって所定の長さに切断する。次に、このプランクＢ（原料）を図１０( ２) ，( ３) に示すように、ヒータＨによって約２００℃前後に加熱させて軟化させた後、予め所定の温度（４０〜６５℃）に加熱された下金型Ｋ１上にセットする。その後、図１０( ４) に示すように、その上から同じく所定の温度に加熱された上金型Ｋ２を降下させて加圧すると、シート状をしていたブランクＢが放射状に押し広げられるようにしてそのキャビティ内に充填されて所定の形状にプレス成形される。そして、この金型の温度を下げてそのキャビティ内の樹脂を硬化させたならば、図１０( ５) ，( ６) に示すように金型を開いてその成形品Ｒを取り出した後、ピアスパンチＪ等を用いて所定の位置に取付用穴Ｍ等を穿孔することで所定形状をした穴付き繊維強化プラスチック成形品Ｒを得るようにしたものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような従来方法によって得られる繊維強化プラスチック成形品にあっては、プレス成形工程と取付用穴Ｍの穿孔工程といった二段階の工程を経る必要があるため、生産性が芳しくなかった。また、この取付用穴Ｍの穿孔をピアスパンチＪやドリル等によって行っていたことから、穿孔作業の際に割れ等が発生したり、取付用穴Ｍの端面から繊維の一部が突き出し、これが作業員の皮膚を刺激して不快感を与えたり、あるいは不要な削りかすが大量に発生する等といった不都合が生じていた。
【０００６】
また、その穴回りを補強すべく図１１及び図１２（Ａ）に示すように金属製や樹脂製のカラーＤを穴加工後に圧入する場合には、その圧入に際して穴回りに割れが生じたり、圧入後にカラーＤが脱落するなどの問題が発生し、加えて金属製のカラーＤを用いた場合では、リサイクル時にその金属製カラーＤをその都度取り外さなくてはならないため、リサイクルコストが高くなってしまうといった欠点がある。尚、図１２（Ｂ）に示すように、穴回りの肉厚を厚くすることである程度の強度を保つことが可能であるが、樹脂材料が余分に必要になるばかりでなく、周辺のスペースを大きくとる必要があり、また、固定用の部品がボルト等の場合には、無駄に長いものを必要とする問題がある。
【０００７】
そのため、最近では、予めキャビティ内の所定の穿孔位置に穴加工用ピンを設けておき、この穴加工用ピンに穴回り補強部材となる樹脂製のカラーを差し込んでおいてからプレス成形し、プレス成形と同時に必要な数の取付用穴Ｍを形成することで穿孔作業自体を省略し、かつリサイクルも容易とした方法が提案されている。
【０００８】
しかしながら、このように予めキャビティ内に穴加工用ピンＮやカラーＤを設けておくと、例えば、図１３に示すような形状でその周縁部に多数の取付用穴Ｍを有する成形品Ｒ等をプレス成形した場合に、図１４に示すように穴加工用ピンＮ側に流れてきた樹脂ＦがそのカラーＤによって左右に振り分けられ、このカラーＤを回り込むようにそれぞれその下流側に流れた後、その下流側中央部で合流することで図１４( ５) 及び図１５に示すようにその先端に部分的に縦方向（厚み方向）に延びる矩形状のウェルド（繊維のつながりのない樹脂リッチ部分）Ｗが形成されて穴回りの強度が著しく低下してしまうといった問題がある。
【０００９】
そこで、本発明はこのような課題を有効に解決するために案出されたものであり、その目的は、穴回りの強度を十分に確保できる新規な繊維強化プラスチック成形方法及び穴形成用カラーを提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために第一及び第二の発明は、請求項１及び２に示すように、長さ５０〜１５０以上ｍｍの長繊維を含む熱可塑性又は熱硬化性の強化繊維含有樹脂を金型間に位置させた後、それら金型を接近させてそのキャビティ内に充填して所望形状の繊維強化プラスチック成形品をプレス成形する方法において、予め上記キャビティ内の所定の位置に穴加工用ピンを立設すると共に、その穴加工用ピンに、これに差し込まれる筒状のカラー本体とこのカラー本体で左右に振り分けられた強化繊維含有樹脂をさらにそれぞれ厚み方向上下のいずれかに振り分けるように整流するリブとからなる穴形成用カラーを取り付けてからプレス成形するようにしたものである。
【００１１】
すなわち、上述したように単にキャビティ内の所定の位置に立設された穴加工用ピンに筒状のカラーを取り付けた状態でプレス成形すると、このカラー側に流れてきた樹脂がここで左右に振り分けられた後、その下流側でそのまま合流することで厚み方向に延びるウェルドが形成されて部分的に繊維の絡み合いがなくなるため、穴回りの強度が著しく低下することになる。
【００１２】
これに対し、本発明方法は、筒状のカラー本体とこのカラー本体で左右に振り分けられた樹脂をさらにそれぞれ厚み方向上下のいずれかに振り分けるためのリブとからなる穴形成用カラーを用いたことから、カラー本体で左右に振り分けられた樹脂が直ちにこのリブによってさらにそれぞれ厚み方向上下のいずれかに振り分けられた後、その下流側で厚み方向上下に重なり合うように合流することになる。この結果、樹脂中の強化繊維が穴回りに充分に回り込むことになり、厚み方向に延びるウェルドの位置を分散させ、穴回りの強度を十分に確保することができる。
【００１３】
また、第三の発明は、請求項３に示すように、加熱軟化した熱可塑性又は加熱前の軟らかい熱硬化性の強化繊維含有樹脂をキャビティ内に射出して所望形状の繊維強化プラスチック成形品を射出成形する方法において、予め上記キャビティ内の所定の位置に穴加工用ピンを立設すると共に、その穴加工用ピンに、これに差し込まれる筒状のカラー本体とこのカラー本体で左右に振り分けられた強化繊維含有樹脂をさらにそれぞれ厚み方向上下のいずれかに振り分けるように整流するリブとからなる穴形成用カラーを取り付けてから射出成形するようにしたものである。
【００１４】
すなわち、前述した問題は特に長さ５０〜１５０ｍｍ以上の長繊維を用いてプレス成形した場合に顕著に発生するが、射出成形の場合や短繊維を用いた場合であってもウェルド部の強度低下は同様に発生する。そのため、請求項３に示すように、射出成形の場合でも同様に穴加工用ピンに差し込まれるカラー本体の側面にリブを備えた穴形成用カラーを取り付けてから射出成形することによって、射出成形で得られる繊維強化プラスチック成形品であってもその穴回りの強度を十分に確保することが可能となる。
【００１５】
そして、請求項４に示すように、上記穴形成用カラーを、上記強化繊維含有樹脂から成形すると共にその強化繊維含有率を上記繊維強化プラスチック成形品よりも高くすることでその繊維強化プラスチック成形品の穴部回りを十分に補強できると同時にリサイクル時の取り外し作業も不要となるため、リサイクルコストを安価にすることができる。
【００１６】
また、第五の発明は、請求項５に示すように、穴付き繊維強化プラスチック成形品をプレス又は射出成形する際にそのキャビティ内の穴加工用ピンに予め取り付けられて用いられる穴形成用カラーにおいて、上記穴加工用ピンに差し込まれる筒状のカラー本体と、その横方向から流れてくる強化繊維含有樹脂を上下に振り分けるように整流するリブと、そのリブの回転を規制する回り止めとを備えたものであり、このような穴形成用カラーを用いることにより、上記発明方法のような優れた作用・効果を得ることができるため、穴回りの強度に優れた繊維強化プラスチック成形品を容易にプレス成形によって得ることができる。
【００１７】
そして、このような機能を発揮するための具体的なリブ形状としては、請求項６に示すように上記カラー本体の両側にそれぞれ設けられた上下一対の堰状板、又は請求項７に示すように上記カラー本体の両側にそれぞれ設けられた一対の傾斜羽根、あるいは請求項８に示すように上記カラー本体の下流側に螺旋状に設けられた傾斜板等を用いることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を実施する好適実施の一形態を添付図面を参照しながら説明する。
【００１９】
図１は本発明に係る穴形成用カラー１の実施の一形態を示したものである。
【００２０】
図示するように、この穴形成用カラー１は、金型Ｋのキャビティ内に立設された穴形成用ピンＮに差し込まれる円筒状のカラー本体２と、このカラー本体２の両側に設けられ、樹脂を整流するためのリブ３，３と、その差込み端部に設けられた回り止め４とから主に構成されている。
【００２１】
このリブ３，３は、それぞれ矩形状をした一対の堰状板３ａ，３ｂから形成されており、一方の堰状板３ａはカラー本体２の上端側に、他方の堰状板３ｂはカラー本体２の下端側にそれぞれ設けられている。そして、これら各堰状板３ａ，３ｂによってカラー本体２で左右に振り分けられた樹脂をそれぞれ上下部分で堰き止めてその下部又は上部からカラー本体２の下流側に整流するようになっている。
【００２２】
また、回り止め４はカラー本体２の差込み端部から広がるフランジ状の鍔部４ａの一部に切り欠き５を形成したものであり、この切り欠き５を穴形成用ピンＮの近傍に設けられた突起６に嵌め合わせることでリブ３，３の位置決めを行うと共にリブ３，３及びカラー本体２の回転を防止するようになっている。
【００２３】
そして、本発明方法は前述した繊維強化樹脂材料（ブランクＢ）をプレス成形するに際してこのような形状をした穴形成用カラー１を図１〜図３に示すように金型Ｋのキャビティ内に立設された穴形成用ピンＮに差し込んで取り付けた後、従来と同様にプレス成形を行うことで成形と同時に必要な箇所に必要な取付用穴Ｍを形成するようにしたものである。
【００２４】
すなわち、プレスの圧力によってこの穴形成用カラー１付近に流れてきた樹脂は、先ずカラー本体２によって左右に振り分けられた直後、その下端部側（回り止め４側）にあっては、図５に示すように、左右に振り分けられた一方の樹脂中の繊維が樹脂Ｆと共に堰状板３ｂによって堰き止められてその流れが規制されるのに対し、他方の樹脂中の繊維は樹脂と共にそのままカラー本体２の側部を回り込んでこれを抱きかかえるようにカラー本体２の下流側に流れ、そのままカラー本体２に沿って堰状板３ｂの背面側に達することになる。
【００２５】
一方、その上端部側にあっては、図６に示すように、左右に振り分けられ他方の樹脂中の繊維が樹脂と共に堰状板３ａによって堰き止められてその流れが規制されるのに対し、堰状板３ｂで堰き止められていた一方の樹脂中の繊維は樹脂と共にそのままカラー本体２の側部を回り込んでカラー本体２の下流側に流れ、そのままカラー本体２に沿って堰状板３ａの背面側に達することになる。
【００２６】
そのため、このようにして成形された成形品Ｒは、図４に示すようにカラー本体２の下流側にその周方向に延びるウェルドラインＷが形成されて、樹脂は勿論、その樹脂中の強化繊維が上下に分割してカラー本体２を上下に囲むように効果的に流れることになる。この結果、長繊維からなる強化繊維であってもそれが樹脂と共に穴回りに十分に到達するようになるため、穴回りにおいて繊維強化樹脂本来の充分な強度を確保することが可能となる。
【００２７】
言い換えれば、従来方法ではウェルドラインＷが図１５に示すようにその厚さ方向に延びる断面矩形状となってしまうのに対し、本発明方法ではそのウェルドラインＷが主にカラー本体２の周方向に延びるように形成され、穴回り全体に強化繊維が均一に存在するため、特に穴回りに集中しやすい引張り力等に対して優れた強度を発揮することができる。
【００２８】
ここで、本発明に係る穴形成用カラー１はプレス成形後において成形品Ｒと一体化されるため、リサイクル性等を考慮すると、成形品Ｒと同じ材料の強化繊維含有樹脂から形成することが望ましい。例えば、この成形品Ｒを構成する樹脂としては一般的に、ポリプロピレン、ポリアミド，ポリブチレンテレフタレート，ポリエチレンテレフタレート等の熱可塑性樹脂や不飽和ポリエステル，エポキシフェノール等の熱硬化性樹脂が挙げられるため、穴形成用カラー１を構成する樹脂もこれら樹脂を用いることが好ましい。また、この樹脂中に配合される強化繊維としては、ガラス繊維，ポリエステル繊維，炭素繊維が多用されているため、穴形成用カラー１に混入される強化繊維もこれらの強化繊維を用いることが望ましい。
【００２９】
また、この穴形成用カラー１は、強度の要求される取付用穴Ｍの穴回りの補強部材として用いられることになるため、少なくとも成形品Ｒの母材強度よりも強度を高くすべくその強化繊維の配合量を多くする必要がある。例えば、車両用部品として用いられる繊維強化プラスチック成形品Ｒの強化繊維配合量は、約３０ｗｔ％前後のものが一般的であるため、それに用いる穴形成用カラー１中の強化繊維含有量は少なくとも３０ｗｔ％以上とする必要がある。これにより、成型品Ｒの強化繊維含有量は増やさず、軽量で高強度の製品を安価に製造することが可能となる。
【００３０】
次に、図７及び図８は、本発明に係る穴形成用カラー１の他の実施の形態を示したものである。
【００３１】
先ず、図７に示す穴形成用カラー１にあっては、カラー本体２の側面に形成されるリブ３として、カラー本体２の側面からほぼ水平に突き出し、かつ下端部から上端部側に斜めに延びる傾斜板３ｃを採用すると共に、回り止め４としてカラー本体２の上流側に縦方向に延びる回り止め板４ｂを採用したものである。
【００３２】
これによって、図示矢印に示すようにカラー本体２によって左右に振り分けられた一方の樹脂は、傾斜板３ｃの下に潜り込むように流れ、他方の樹脂は、傾斜板３ｃに沿ってせり上げられるように流れるようになるため、上記実施の形態と同様にカラー本体２の周囲にこれを抱き込むように効果的に強化繊維が流れ、その穴回りの強度を十分に確保することが可能となる。しかも本実施の形態に係る穴形成用カラー１にあっては、上記実施の形態のように樹脂の一部を堰き止める方法に比べて穴回りの樹脂の流れがスムーズになるため、より高品質の成形品Ｒを得ることが可能となる。
【００３３】
一方、図８に示す穴形成用カラー１にあっては、カラー本体２の側面にそれぞれ上下方向に傾斜させた一対の傾斜板３ｄ，３ｅを備えたものであり、いわば図７に示す穴形成用カラー１の中間部（下流側）の一部を除去したようなものである。これによって、図７に示す穴形成用カラー１と同様な樹脂の流れが得られて同様な効果を得ることができる上に、本実施の形態にあっては、図７に示す穴形成用カラー１の樹脂流れのスムースさに加え、使用する材料も減らすことも可能となる。
【００３４】
尚、上記実施の形態では、プレス成形による場合について説明したが、穴回りに形成されるウェルドラインＷの繊維不足は射出成形の場合や短繊維を用いた場合であっても同様に発生するため、射出成形の場合でも上記と同様に穴加工用ピンＮに対して、予め穴形成用カラー１を差し込んで取り付けてから射出成形することによって射出成形で得られる繊維強化プラスチック成形品であってもその穴回りの強度を十分に確保できる。
【００３５】
また、この穴形成用カラー１を形成するカラー本体２は円筒状に限られるものではなく、例えば、穴形成用ピンＮと共にその断面形状を楕円や多角形状の筒状体にすれば、穴形成用ピンＮに差し込んだ状態で回転が規制されることになるため、回り止め４自体も省略することが可能となる。
【００３６】
また、この穴形成用カラー１を構成する材料としては、リサイクル性を犠牲にすれば、特に前述したような樹脂に限られるものでなく、他の材料、例えば、金属やセラミック等の強度や耐摩耗性等に優れた材料を用いても良い。さらに、この穴形成用カラー１を構成するカラー本体２及びリブ３をそれぞれ別の材料、例えば、カラー本体２側を金属、リブ３側を樹脂等によって形成することも可能である。
【００３７】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、穴回りに強化繊維が充分に回り込むように流すことが可能となるため、穴加工を成形と同時に行っても穴回りの強度を低下させることなく、繊維強化プラスチック本来の強度を十分に確保できる等といった優れた効果を発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る穴形成用カラーの実施の一形態を示す斜視図である。
【図２】本発明方法で得られた繊維強化プラスチック成形品の穴回り付近を示す平面図である。
【図３】本発明方法で得られた繊維強化プラスチック成形品の穴回り付近を示す断面図である。
【図４】本発明方法で得られた繊維強化プラスチック成形品の穴回り付近のウェルドラインを示す概念図である。
【図５】図３中Ａ−Ａ線位置における樹脂の流れを示す概念図である。
【図６】図３中Ｂ−Ｂ線位置における樹脂の流れを示す概念図である。
【図７】本発明に係る穴形成用カラーの他の実施の一形態を示す斜視図である。
【図８】本発明に係る穴形成用カラーの他の実施の一形態を示す斜視図である。
【図９】プレス成形による繊維強化プラスチック成形品の材料となる複合材料（スタンパブルシート）の一例を示す斜視図である。
【図１０】従来のプレス成形による繊維強化プラスチック成形工程の一例を示す説明図である。
【図１１】従来の繊維強化プラスチック成形によって得られた繊維強化プラスチック成形品の穴回り付近を示す平面図である。
【図１２】従来の繊維強化プラスチック成形によって得られた繊維強化プラスチック成形品の穴回り付近を示す断面図である。
【図１３】従来の繊維強化プラスチック成形品の一例であるバッテリークランプを示す斜視図である。
【図１４】従来のプレス成形による穴回りの樹脂の流れを示す概念図である。
【図１５】従来のプレス成形で得られた穴回り付近のウェルドラインを示す概念図である。
【符号の説明】
１穴形成用カラー
２カラー本体
３リブ
3a,3b 堰状板
3c 傾斜板
3d,3e 傾斜羽根
４回り止め
4a 鍔部
4b 回り止め板
５切り欠き
６突起
Ｆ樹脂
Ｋ金型
Ｍ取付用穴
Ｎ穴形成用ピン
Ｗウェルドライン

Claims

加熱軟化した熱可塑性又は加熱前の軟らかい熱硬化性の強化繊維含有樹脂を金型間に位置させた後、それら金型を接近させてそのキャビティ内に充填して所望形状の繊維強化プラスチック成形品をプレス成形する方法において、予め上記キャビティ内の所定の位置に穴加工用ピンを立設すると共に、その穴加工用ピンに、これに差し込まれる筒状のカラー本体とこのカラー本体で左右に振り分けられた強化繊維含有樹脂をさらにそれぞれ厚み方向上下のいずれかに振り分けるように整流するリブとからなる穴形成用カラーを取り付けてからプレス成形するようにしたことを特徴とする繊維強化プラスチック成形方法。
上記強化繊維として長さ５０〜１５０ｍｍ以上の長繊維を用いたことを特徴とする請求項１に記載の繊維強化プラスチック成形方法。
加熱軟化した熱可塑性又は加熱前の軟らかい熱硬化性の強化繊維含有樹脂をキャビティ内に射出して所望形状の繊維強化プラスチック成形品を射出成形する方法において、予め上記キャビティ内の所定の位置に穴加工用ピンを立設すると共に、その穴加工用ピンに、これに差し込まれる筒状のカラー本体とこのカラー本体で左右に振り分けられた強化繊維含有樹脂をさらにそれぞれ厚み方向上下のいずれかに振り分けるように整流するリブとからなる穴形成用カラーを取り付けてから射出成形するようにしたことを特徴とする繊維強化プラスチック成形方法。
上記穴形成用カラーを上記強化繊維含有樹脂から成形すると共にその強化繊維含有率を上記繊維強化プラスチック成形品よりも高くしたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の繊維強化プラスチック成形方法。
穴付き繊維強化プラスチック成形品をプレス又は射出成形する際にそのキャビティ内の穴加工用ピンに予め取り付けられて用いられる穴形成用カラーにおいて、上記穴加工用ピンに差し込まれる筒状のカラー本体と、そのカラー本体で左右に振り分けられた強化繊維含有樹脂をさらに上下いずれかに振り分けるように整流するリブと、そのリブの回転を規制する回り止めとを備えたことを特徴とする穴形成用カラー。
上記リブは、上記カラー本体の両側にそれぞれ設けられた上下一対の堰状板からなっていることを特徴とする請求項５に記載の穴形成用カラー。
上記リブは、上記カラー本体の両側にそれぞれ設けられた一対の傾斜羽根からなっていることを特徴とする請求項５に記載の穴形成用カラー。
上記リブは、上記カラー本体の下流側面に螺旋状に設けられた傾斜板からなっていることを特徴とする請求項５に記載の穴形成用カラー。