JP5577632B2 - 圧縮成形用型および圧縮成形方法 - Google Patents

Description

本発明は、熱硬化性樹脂や、熱硬化性樹脂を備えた複合材料の中間体などの樹脂材料を成形するために好適に使用される圧縮成形用型と、これを使用した圧縮成形方法に関する。

従来から、熱硬化性樹脂や、熱硬化性樹脂を備えた複合材料の中間体などの樹脂材料を所望の形状に成形する方法として、相対移動自在な上型と下型とを有する圧縮成形用型を使用して、加熱下で樹脂材料を成形する圧縮成形法がある。
圧縮成形用型としては、図３に示すように、上型３１と下型３２とが上下に相対接近してキャビティ３３を形成し、キャビティ３３内で対象物を成形するものが一般に知られている（特許文献１参照。）。図３の例の圧縮成形用型３０は、図４に示すように、周縁の一部に立ち上がり部４１を有する形状の成形体４０を成形するためのキャビティ３３を備えている。

このような圧縮成形用型３０では、上型３１と下型３２は、これらが上下に相対接近してキャビティ３３を形成した際に、キャビティ３３の外周縁部において上型３１と下型３２とが上下方向に延びたガス抜き用の間隔３４を形成しつつ、嵌合されるようになっている。この間隙３４は、通常、加熱により流動性が高くなった樹脂材料がキャビティ３３内の余分なガスとともに僅かに流れる程度の距離Ｃ（例えば、０．０５〜０．５ｍｍ）に設定されている。このような間隙３４が形成される部分はシェアエッジ部と呼ばれている。

特開２００４−３４５１１５号公報

しかしながら、図４に示すように、このような圧縮成形用型３０を用いて成形された成形体４０は、その一端に形成された立ち上がり部４１の先端が角部４１ａ、４１ｂを有する形状となる。
このような角部４１ａ、４１ｂを有する形状は、この成形体４０が人の手などに触れるものである場合には、角部４１ａ、４１ｂが怪我の原因となる可能性がある点や、角部４１ａ、４１ｂが製造時に欠損しやすい点などから、好適ではない。

そこで、図５に示すように、立ち上がり部５１の先端が丸みを帯び、角部のない成形体５０が求められる。
立ち上がり部５１の先端が丸みを帯びた形状にする方法の１つとして、成形体４０の角部４１ａ、４１ｂを切削加工などの後処理で削り落とし、丸める方法が考えられる。ところが、このような切削加工は非常に手間がかかり、生産性の点で問題がある。
そこで、このような切削加工による後処理をしなくてもよいように、図６に示すように、キャビティ６３の形状自体を図示のように変更した圧縮成形用型６０を用いて、はじめから先端に角部のない形状の成形体を成形する方法が考えられる。

ところが、このようなキャビティ６３が形成される圧縮成形用型６０は、図５のように立ち上がり部５１の先端が丸みを帯び、角部のない成形体５０を成形できるものの、その下型６２は先端が鋭利なエッジ部６４を備えた形状になってしまう。
このようなエッジ部６４は破損しやすく、エッジ部６４を備えた圧縮成形用型６０は耐久性の点で問題がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、立ち上がり部の先端が丸みを帯びた形状の成形体を成形でき、しかも耐久性も備えた圧縮成形用型と、これを使用した圧縮成形方法の提供を課題とする。

本発明の圧縮成形用型は、周縁の少なくとも一部に立ち上がり部を有する形状の成形体を成形するための圧縮成形用型であって、相対移動自在な一対の型を有し、前記一対の型は、相対接近してキャビティを形成した際に、前記キャビティにおける前記立ち上がり部を成形する部分の外周縁部で、相対移動の方向に対して垂直方向に延びる一定間隔の間隙を介して対向する一対の対向面をそれぞれ有し、前記間隙はシェアエッジ構造を経て型外に通じ、下型の前記対向面と下型の前記キャビティを成形する面の接する部分のなす角が鋭角でなく、 前記対向面の外方向の長さが２〜２０ｍｍであることを特徴とする。
前記対向面の外方向の長さは、５〜１５ｍｍであることがより好ましい。
本発明の圧縮成形方法は、前記圧縮成形用型により、樹脂材料を圧縮成形することを特徴とする。

本発明によれば、立ち上がり部の先端が丸みを帯びた形状の成形体を成形でき、型の耐久性にも優れる。

圧縮成形用型の一例を示す縦断面図である。 図１の圧縮成形用型がキャビティを形成した際の様子を示す（ａ）縦断面図と、（ｂ）要部拡大縦断面図である。 圧縮成形用型の他の一例を示す（ａ）縦断面図と、（ｂ）要部拡大縦断面図である。 図３の圧縮成形用型で成形される成形体の一例を示す斜視図である。 図１の圧縮成形用型で製造される成形体の一例を示す斜視図である。 圧縮成形用型の他の一例を示す縦断面図である。

以下本発明について詳細に説明する。
図１は本発明の圧縮成形用型の一例を示す縦断面図であって、この圧縮成形用型１０は、図５に示すように、周縁の一部に立ち上がり部５１を有し、立ち上がり部５１の先端が丸みを帯びた形状の成形体５０を成形するために使用されるものである。

この圧縮成形用型１０は、一対の型として上型１１と下型１２とを備え、この例では、下型１２に対して上型１１が鉛直方向に昇降することで、相対移動自在、すなわち相対接近および相対離間が可能とされている。上型１１と下型１２には、成形面１３、１４がそれぞれ形成され、図２に示すように、上型１１と下型１２とが相対接近することにより、これら成形面１３、１４で囲まれたキャビティ１５が形成される。キャビティ１５内では、樹脂材料などの対象物が加熱されながら圧縮され、図５の成形体５０が成形される。なお、この例では、対象物を加熱する手段は図示していない。

そして、この圧縮成形用型１０は、上型１１と下型１２とがそれぞれ対向面１１ａ、１２ａを有しており、図２に示すように、上型１１と下型１２とが相対接近してキャビティ１５を形成した際には、この一対の対向面１１ａ、１２ａが対向するようになっている。
具体的には、この対向面１１ａ、１２ａは、相対移動の方向に対して垂直な面（この例では水平面）であり、立ち上がり部５１を成形する部分のキャビティ１５の外周縁部において、相対移動の方向に対して垂直方向（この例では水平方向）に延びる間隙１６を介して、互いに対向するように形成されている。対向面１１ａ、１２ａの間に形成された間隙１６は、成形の対象物が樹脂材料である場合に、この樹脂材料が加熱されて流動性が高くなったとしてもキャビティ１５内の余分なガスとともに僅かに流れる程度の距離Ｄ（例えば、０．０５〜０．５ｍｍ）に設定されている。
なお、この例の圧縮成形用型１０では、間隙１６は、対向面１１ａ、１２ａにおいて水平方向に延びた後、垂下した部分１７を経て型外に通じるように形成されている。垂下した部分１７は、いわゆるシェアエッジ構造で、図３（ｂ）における間隔３４と同等のものである。

このような圧縮成形用型１０によれば、周縁の一部に立ち上がり部５１を有する成形体５０を製造するに際して、立ち上がり部５１の先端が丸みを帯びた形状に成形できる。しかも、上型１１と下型１２とが相対接近してキャビティ１５を形成した場合には、立ち上がり部５１を成形する部分のキャビティ１５の外周縁部において、面状の対向面１１ａ、１２ａが互いに対向するようにされているため、この部分に鋭利なエッジ部６４を備えている図６のような圧縮成形用型６０に比べて、欠損しにくく、型としての耐久性が優れる。

ここで対向面１１ａ、１２ａが対向することにより形成される間隔１６は、ガス抜き用として作用するものであるため、この間隔１６からは、圧縮成形用型１０外に円滑にガスが抜けていく必要がある。そのような観点から、対向面１１ａ、１２ａの外方向の長さは、２０ｍｍ以下に形成されることが好ましく、より好ましくは１５ｍｍ以下である。一方、対向面１１ａ、１２ａの外方向の長さが小さすぎると、対向面１１ａ、１２ａは欠損しやすくなり、圧縮成形用型１０の耐久性が低下する傾向にある。そのような観点から、対向面１１ａ、１２ａの外方向の長さは、２ｍｍ以上に形成されることが好ましく、より好ましくは５ｍｍ以上である。
なお、ここで外方向の長さとは、この圧縮成形型１０の中心から外側に向かう方向に沿って測定された長さであり、図２（ｂ）に示されているように、上型１１の対向面１１ａの外方向の長さＲ１と、下型１２の対向面１２ａの外方向の長さＲ２とが、垂下した部分１７の分（ここでは水平方向の長さの分）だけ異なる場合には、これらの平均値を採用する。
また、外方向の長さは、対向面１１ａ、１２ａの全ての箇所において、上記範囲とされることが好ましい。

上型１１と下型１２の材質としては、圧縮成形時に溶融したり変形したりしないものであればよく、好ましくは金属が用いられるが、場合によっては樹脂であってもよい。
金型は必要に応じて、蒸気や電気ヒーターによって温度調節を行うための調整機能、成形体を脱型するために必要な圧縮空気または油圧によるエジェクター機能、ボイドやピンホールを抑制するために成形時に型内を真空引きできる機能などを持つことができる。

このような圧縮成形用型１０を用いて、樹脂材料などの対象物を圧縮成形する場合には、まず、予め上型１１と下型１２とを所定の温度（成形温度）まで加熱する。ついで、対象物を下型１２の成形面１４上に配置した後、上型１１を下型１２の方に降下させて圧縮成形用型１０を型締めし、上型１１および下型１２により形成されるキャビティ１５内で、対象物を加熱しながら圧縮する。
こうして圧縮成形した後、上型１１を上昇させて圧縮成形型１０を型開きし、成形された成形体１０を取り出す。
取り出された成形体１０には、圧縮成形中に間隙１６の部分に樹脂材料などの対象物がはみ出したことによるバリが形成されていることがあるが、その場合には、バリを落とすための研磨などを必要に応じて行う。

成形される対象物としては、特に制限はないが、熱硬化性樹脂；熱硬化性樹脂を備えた複合材料の中間体；などの樹脂材料が好適に例示できる。
熱硬化性樹脂としては、例えばエポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、マレイミド樹脂、フェノール樹脂等が挙げられる。

熱硬化性樹脂を備えた複合材料の中間体としては、例えば、短繊維と熱硬化性樹脂からなるシートモールディングコンパウンド（ＳＭＣ）；一方向に引き揃えられた長繊維に熱硬化性樹脂を含浸した一方向プリプレグ；長繊維の織物に熱硬化性樹脂を含浸したファブリックプリプレグ；などの繊維強化プラスチック用中間体等が好適に例示できる。
また、使用される短繊維および長繊維としては、例えば炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ボロン繊維、炭化珪素繊維、高強度ポリエチレン、ＰＢＯ繊維、ステンレススチール繊維等が挙げられる。

以上の説明では、圧縮成形用型１０の備える一対の型として、上型１１と下型１２からなり、上下に相対移動自在なものを例示したが、一対の型は上型と下型とに限定されず、相対移動の方向も上下方向に限定されない。また、上型と下型からなり、上下に相対移動自在なものの場合でも、上型が昇降するのではなく、下型が昇降するものでもよいし、上型および下型のいずれもが昇降するものでもよい。
また、成形される成形体の形状としても、周縁の少なくとも一部に立ち上がり部を有する形状のものであればよく、図５のように、周縁の一部が立ち上がり部５１になっている成形体５０でもよいし、周縁の全周が立ち上がり部になっている形状の成形体でもよい。また、周縁の一部が立上がり部５１になっている成形体５０を成形する場合には、立上がり部５１を成形する部分については、図１のような対向面１１ａ、１２ａを有する形状とされ、立上がり部５１以外を成形する部分については、図３のようなシェアエッジ部を有する形状とされた圧縮成形用型とすることもできる。
また、以上の例では、圧縮成形用型１０について、特に立ち上がり部５１の先端が丸みを帯びた形状の成形体５０を成形する場合を例示して説明したが、本発明の圧縮成形用型は、立ち上がり部の先端が角部を有する形状の成形体であっても成形でき、立ち上がり部を有するものであればいかなる形状のものでも成形できる。

１０ 圧縮成形用型
１１ａ、１２ａ 対向面
１５ キャビティ
１６ 間隙
５０ 成形体
５１ 立ち上がり部

Claims (2)

1. 周縁の少なくとも一部に立ち上がり部を有する形状の成形体を成形するための圧縮成形用型であって、
   相対移動自在な一対の型を有し、前記一対の型は、相対接近してキャビティを形成した際に、前記キャビティにおける前記立ち上がり部を成形する部分の外周縁部で、相対移動の方向に対して垂直方向に延びる一定間隔の間隙を介して対向する一対の対向面をそれぞれ有し、前記間隙はシェアエッジ構造を経て型外に通じ、下型の前記対向面と下型の前記キャビティを成形する面の接する部分のなす角が鋭角でなく、
   前記対向面の外方向の長さが２〜２０ｍｍであることを特徴とする圧縮成形用型。
2. 請求項１に記載の圧縮成形用型により、樹脂材料を圧縮成形することを特徴とする圧縮成形方法。

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