JP6190848B2 - 樹脂製品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、基部と、該基部から突出した突起部とを有する樹脂製品の製造方法に関する。

例えば、薄肉で広面積のパネル形状構造体を、マトリックス樹脂中に強化繊維を含めた繊維強化樹脂から形成することがある。この場合、強度や剛性を確保するべく、図７に示すように、板材形状の基部１の一端面にリブやボス等の突起部２を設けて突起部付板材３とし、これをパネル形状構造体とすることが広汎に行われる。

この種の突起部付板材３（パネル形状構造体）は、従来、熱プレス成形によって作製されている。すなわち、強化繊維４を含有した繊維強化樹脂板を成形型のキャビティに配置し、該繊維強化樹脂板に熱を付与しながら成形型で押圧する。繊維強化樹脂板が熱によって軟化するため、マトリックス樹脂の一部がキャビティ内を流動し、突起部２を得るための成形部に導入される。この成形部によって突起部２が成形されるとともに、押圧によって圧潰された繊維強化樹脂板から基部１が成形される。これにより、基部１と突起部２を有する突起部付板材３が得られる。

ここで、繊維強化樹脂板のマトリックス樹脂が押圧されて成形部に流動するときには、該マトリックス樹脂に含まれる強化繊維４も流動する。従って、強化繊維４は、基部１中の突起部２の近傍において、基部１から突起部２に向かうように配向する。換言すれば、強化繊維４の中には、長さ方向の途中で湾曲するものや、基部１と突起部２の双方に跨るものが存在する。

すなわち、この場合、基部１と突起部２の境界で強化繊維４の配向が乱れる。この乱れに起因し、基部１の特に引っ張り強度が低下してしまう。また、引け巣が形成され易くなるので、美観が損なわれる。

以上のような不都合を回避するべく、特許文献１には、溶融した中間材を介して基部１と突起部２を接合することが提案されている。この技術では、基部１から突起部２にマトリックス樹脂や強化繊維４が流動することはない。従って、強化繊維４の配向が乱れることを抑制し得ると考えられる。

特許第５５００１７７号公報

しかしながら、中間材を用いる場合、取り扱う部材の個数が増加するために成形過程が複雑となる。また、突起部付板材の基部と中間部を接合するので、合計厚みや重量が大きくなる。従って、肉厚を小さくすべき製品として得ることや軽量化を図ることが困難である。

本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、突起部の近傍において強化繊維の配向が乱れることが抑制され、しかも、肉厚を小さくすることや軽量化を図ることが可能な樹脂製品の製造方法を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、第１マトリックス樹脂内に第１強化繊維を含有した第１繊維強化樹脂からなる基部と、第２マトリックス樹脂内に第２強化繊維を含有した第２繊維強化樹脂からなり、前記基部から突出するように設けられた突起部とを有する樹脂製品であって、
前記基部に含まれる前記第１強化繊維が前記突起部に進入するのを抑制し、
且つ前記突起部に含まれる前記第２強化繊維が前記基部に進入するのを抑制したことを特徴とする。

すなわち、本発明においては、突起部の近傍で強化繊維の配向が乱れることが防止されている。このため、突起部の近傍で引っ張り強度等の諸特性が低下することが回避される。加えて、引け巣が形成され難くなるので、美観を保つこともできる。

さらに、基部と突起部の間に中間材を介在させる必要は特にない。このため、樹脂製品の肉厚を小さくすることや、軽量化を図ることが可能である。

また、本発明は、第１マトリックス樹脂内に第１強化繊維を含有した第１繊維強化樹脂からなる基部と、第２マトリックス樹脂内に第２強化繊維を含有した第２繊維強化樹脂からなり、前記基部から突出するように設けられた突起部とを有する樹脂製品の製造方法であって、
成形型内で前記第２強化繊維を含む第２繊維強化樹脂を軟化させて押圧し、その後に硬化させることで前記突起部を成形する工程と、
前記成形型内の前記突起部に対して前記基部を載置し、前記第１マトリックス樹脂又は前記第２マトリックス樹脂の双方の融点以上に加熱しながら押圧して、前記突起部を前記基部に接合する工程と、
を有することを特徴とする。

すなわち、本発明においては、基部と突起部を個別に作製した後、これらを接合するようにしている。このため、基部（第１繊維強化樹脂）中の第１強化繊維が突起部に進入することが防止される。同時に、突起部（第２繊維強化樹脂）中の第２強化繊維が基部に進入することも防止される。以上のような理由から、突起部の近傍で強化繊維の配向が乱れることが回避される。

従って、突起部の近傍で引っ張り強度等の諸特性が低下することが回避されるとともに、引け巣が形成されることが抑制されて美観に優れる樹脂製品を容易に得ることができる。

なお、突起部は成形型で成形すればよいが、当該成形型は、突起部と基部を接合するときに用いる成形型と同一のものであってもよいし、別個のものであってもよい。

樹脂製品は、突起部に連なり且つ該突起部と同一の第２繊維強化樹脂からなるとともに、該突起部に比して幅広且つ薄肉の介在部を有するものであってもよい。この場合においては、介在部は、基部と突起部の間に介在する。そして、介在部に含まれる第２強化繊維は、基部に進入することが抑制されている。勿論、基部に含まれる第１強化繊維は、介在部に進入することが抑制されている。

この構成は、特に、突起部を複数個作製するときに有効である。すなわち、複数個の突起部同士を連結させた方が、取り扱いが容易になるからである。

本発明によれば、突起部の近傍で強化繊維の配向が乱れることを防止するようにしているので、突起部の近傍で引っ張り強度等の諸特性が低下することが回避される。しかも、引け巣が形成され難くなる。その結果として、諸特性及び美観に優れた樹脂製品が得られる。

また、基部と突起部の間に中間材を介在させる必要が特にないので、樹脂製品の肉厚を小さくすることや軽量化を図ることが可能となる。

本発明の実施の形態に係る樹脂製品であるパネル形状構造体の概略全体斜視図である。 図１のパネル形状構造体の要部拡大正面図である。 図１のパネル形状構造体を得るための熱プレス成形装置に、出発材を収容した状態を示す要部概略断面図である。 図３から上型を下降させて出発材を圧潰し、中間成形品を得た状態を示す要部概略断面図である。 図４から上型を上昇させ、さらに、基部を収容した状態を示す要部概略断面図である。 図５から上型を下降させて基部を成形するとともに、該基部と中間成形品を互いに接合してパネル形状構造体を得た状態を示す要部概略断面図である。 従来技術に係るパネル形状構造体の要部拡大正面図である。

以下、本発明に係る樹脂製品の製造方法につき、それによって得られる樹脂製品との関係で好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。なお、この実施の形態では、樹脂製品としてパネル形状構造体を例示する。

図１は、本実施の形態に係るパネル形状構造体１０（樹脂製品）の概略全体斜視図である。このパネル形状構造体１０は、基部１２と、突起部としての湾曲状リブ１４、第１直線状リブ１６、第２直線状リブ１８及び第３直線状リブ２０とを有する。さらに、図２に詳細を示すように、湾曲状リブ１４、第１直線状リブ１６、第２直線状リブ１８及び第３直線状リブ２０は、介在部２２を介して互いに連なっている。

基部１２は、平板部２４の一端部近傍が約９０°折曲されることで立ち上がり部２６が形成され、さらに、該立ち上がり部２６が約９０°折曲されることで短尺縁部２８が形成された形状となっている。平板部２４の図１における下端面が、ユーザーが視認する意匠面となる。一方、平板部２４の図１における上端面は、前記介在部２２に覆われる。すなわち、介在部２２は平板部２４に溶着（接合）している。湾曲状リブ１４、第１直線状リブ１６、第２直線状リブ１８及び第３直線状リブ２０は、介在部２２の上端面から突出するように設けられている。

略半円環形状をなす湾曲状リブ１４は、図１における下端面が平板部２４の上端面に連接する。また、内周壁側から外周壁側に向かう方向に切り欠かれることで形成される２個の厚み方向側面が、立ち上がり部２６に連接する。すなわち、湾曲状リブ１４は、立ち上がり部２６に溶着（接合）している。

さらに、湾曲状リブ１４の外周壁の同一箇所から、第１直線状リブ１６、第２直線状リブ１８及び第３直線状リブ２０が放射状に突出する。これら第１直線状リブ１６、第２直線状リブ１８及び第３直線状リブ２０の下端面が、介在部２２の上端面に連接する。

介在部２２は、第１直線状リブ１６、第２直線状リブ１８及び第３直線状リブ２０に比して幅広且つ肉薄である。介在部２２の厚みＴ（図２参照）は、典型的には１ｍｍ以下に設定される。金型（後述の下型４２、上型４４）を保護する観点から、厚みＴを０．２ｍｍ程度とすることが好ましい。

以上の構成において、前記基部１２（平板部２４、立ち上がり部２６及び短尺縁部２８）は、第１マトリックス樹脂内に、図２に示す第１強化繊維３０を含有した第１繊維強化樹脂からなる。第１マトリックス樹脂としては、例えば、ε−カプロラクタム（ナイロン）樹脂やエポキシ樹脂等が挙げられる。また、第１強化繊維３０の好適な例としては炭素繊維やガラス繊維が挙げられる。特に、長さが５ｍｍ〜十数ｍｍである長繊維や連続繊維であるとよい。

第１強化繊維３０は、基部１２の長手方向に指向して延在するように配向していてもよいし、指向方向がランダムであってもよい。又は、クロス材であってもよい。

一方、湾曲状リブ１４、第１直線状リブ１６、第２直線状リブ１８、第３直線状リブ２０及びこれらを連結する介在部２２は、第２マトリックス樹脂内に第２強化繊維３２を含有した第２繊維強化樹脂からなる。第２マトリックス樹脂は、第１マトリックス樹脂と同一の樹脂であってもよいし、異種の樹脂であってもよい。

また、第２強化繊維３２も、第１強化繊維３０と同一の繊維であってもよいし、異種の繊維であってもよい。ただし、第２強化繊維３２は、長さが１ｍｍに満たない短繊維であることが好ましい。第２強化繊維３２は、各リブ１４、１６、１８、２０の長手方向に指向して延在するように配向していてもよいし、指向方向がランダムであってもよい。

平板部２４、介在部２２及び第２直線状リブ１８の接合箇所の近傍を、図２に拡大して模式的に示す。この図２に示すように、第１強化繊維３０は平板部２４に主に存在し、介在部２２及び第２直線状リブ１８に進入することが抑制されている。同様に、第２強化繊維３２は介在部２２及び第２直線状リブ１８に主に存在し、平板部２４に進入することが抑制されている。なお、残余の湾曲状リブ１４、第１直線状リブ１６、第３直線状リブ２０についても上記と同様である。

要するに、第１強化繊維３０と第２強化繊維３２は別部位に個別に存在しており、同一部位に混在し難い。すなわち、第１強化繊維３０及び第２強化繊維３２が基部１２と介在部２２（ないし各リブ１４、１６、１８、２０）に跨る可能性は低い。しかも、第１強化繊維３０が各リブ１４、１６、１８、２０に指向して湾曲したり、第２強化繊維３２が基部１２の長手方向に沿って湾曲したりすることが抑制される。

第１強化繊維３０が平板部２４にのみ存在し、介在部２２及び各リブ１４、１６、１８、２０に進入しておらず、且つ第２強化繊維３２が介在部２２及び各リブ１４、１６、１８、２０にのみ存在し、平板部２４に進入していないことが最も好ましい。

このように、本実施の形態に係るパネル形状構造体１０では、基部１２と各リブ１４、１６、１８、２０の境界で第１強化繊維３０及び第２強化繊維３２の配向が乱れることが防止されている。従って、引っ張り強度等の諸特性が低下することが回避される。加えて、引け巣が形成されることも回避されるので、美観が保たれるという利点もある。

次に、本実施の形態に係る樹脂製品の製造方法につき、上記したパネル形状構造体１０の製造過程との関係で説明する。

パネル形状構造体１０は、例えば、図３に要部概略断面が示される熱プレス成形装置４０によって得ることができる。この熱プレス成形装置４０につき概略説明すると、該熱プレス成形装置４０は、位置決め固定された下型４２（成形型）と、昇降動作によって該下型４２に対して接近又は離間する上型４４（成形型）とを有する。

下型４２には、湾曲状リブ１４、第１直線状リブ１６、第２直線状リブ１８及び第３直線状リブ２０の各々を成形するためのリブ成形部が形成される。ただし、図３においては、視線の関係上、第１直線状リブ１６、第２直線状リブ１８及び第３直線状リブ２０を成形する直線状リブ成形部４６のみを示している。下型４２には、さらに、直線状リブ成形部４６よりも一層陥没した凹部４８が形成されるとともに、図示しないノックアウトピンが設けられる。

一方の上型４４には、下型４２の前記凹部４８に進入する凸部５０が突出形成される。この上型４４は、図示しない昇降機構の作用下に昇降動作することが可能である。上型４４が下降して下型４２に接近することに伴い、型閉じがなされてキャビティが形成される。これとは逆に、上型４４が上昇して下型４２から離間することにより、型開きがなされる。

下型４２及び上型４４には、キャビティ形成面の近傍に温調用流路５２、５４がそれぞれ形成される。これら温調用流路５２、５４には、温調用オイルが流通される。

パネル形状構造体１０を得るには、先ず、第２繊維強化樹脂からなる出発材５６を下型４２の所定位置に配置するとともに、温調用流路５２、５４に温オイルを流通させる。温オイルの温度は、出発材５６の第２マトリックス樹脂が下型４２及び上型４４から熱を受けて軟化し得るように設定する。

温オイルが流通することにより、下型４２及び上型４４の温度が上昇する。下型４２及び上型４４の温度が所定の温度まで上昇した後、前記昇降機構の作用下に上型４４を下降させて型閉じを行い、図３に示すように、下型４２と上型４４で出発材５６を挟持した状態とする。この時点で、下型４２と上型４４の温度が第２マトリックス樹脂の融点以上、例えば、６−ナイロン樹脂の場合は約２２０℃以上となっていることが好ましい。

この後にさらに上型４４を下降させると、出発材５６に荷重が付与される。この荷重付与前に下型４２と上型４４の温度が第２マトリックス樹脂の融点以上となっている場合、荷重付与に追従して出発材５６が迅速に圧潰される。出発材５６が下型４２及び上型４４によって既に十分に加熱されているので、軟化可能となっているからである。

出発材５６が圧潰されると、図４に示すように、該出発材５６がキャビティに沿って展延する。展延した出発材５６（第２マトリックス樹脂及び第２強化繊維３２）は、直線状リブ成形部４６をはじめとするリブ成形部に流入する。これにより、湾曲状リブ１４、第１直線状リブ１６、第２直線状リブ１８及び第３直線状リブ２０が成形される。なお、図示の例では、出発材５６は凹部４８に到達していないが、凹部４８まで展延させるようにしてもよい。

また、リブ成形部に流入されなかった残余の出発材５６は、キャビティ中、下型４２と上型４４の間のクリアランスに残留する。この残留した出発材５６により、介在部２２が成形される。すなわち、湾曲状リブ１４、第１直線状リブ１６、第２直線状リブ１８及び第３直線状リブ２０と、これらのリブ１４、１６、１８、２０と一体的に連なる介在部２２を有する中間成形品５８が得られる。この時点で、介在部２２の厚みは、金型保護のために設定した略０．２ｍｍとなる。

展延が完了する前、又は完了した後に、温調用流路５２、５４に流通する温調用オイルを冷オイルに切り換える。冷オイルの温度は、例えば、３０℃程度とすればよい。これにより下型４２及び上型４４の温度が低下するので、中間成形品５８の熱が下型４２及び上型４４に奪取されるようになる。その結果として、中間成形品５８の温度も低下する。中間成形品５８の温度が第２マトリックス樹脂の融点を下回ると、中間成形品５８が硬化する。

次に、前記昇降機構の作用下に上型４４を上昇させ、図５に示すように型開きを行う。さらに、第１繊維強化樹脂からなる基部１２を、中間成形品５８の介在部２２上に載置する。これに先んじ、温調用流路５２、５４に流通する温調用オイルを温オイルに切り換えておく。なお、基部１２を介在部２２上に載置した後に、温調用オイルを温オイルに切り換えるようにしてもよい。また、基部１２を外部熱源によって予備加熱しておくことも可能である。

温オイルが再流通することにより、下型４２及び上型４４の温度が再上昇する。下型４２及び上型４４の温度が所定の温度まで上昇した後、前記昇降機構の作用下に上型４４を下降させて型閉じを行い、図６に示すように、下型４２と上型４４で中間成形品５８及び基部１２を挟持した状態とする。この時点で、下型４２と上型４４の温度が第１マトリックス樹脂及び第２マトリックス樹脂の双方の融点以上となっていることが好ましい。

上型４４を下降させることにより、中間成形品５８に対して基部１２が押し付けられる。また、基部１２がキャビティの形状に対応する形状に変形することにより、立ち上がり部２６及び短尺縁部２８が成形される。下型４２と上型４４の温度が第１マトリックス樹脂及び第２マトリックス樹脂の融点以上となっている場合、中間成形品５８と基部１２が速やかに軟化し、互いに溶着する。すなわち、介在部２２が基部１２に溶着するとともに、湾曲状リブ１４の厚み方向側面が立ち上がり部２６に溶着する。さらに、基部１２の一部が上型４４の凸部５０に押圧され、下型４２の凹部４８に進入する。その結果、基部１２、介在部２２及び各リブ１４、１６、１８、２０を有するパネル形状構造体１０が成形されるに至る。

タクトタイムを可及的に短縮するときには、溶着の開始と同時、又は直後に、温調用流路５２、５４に流通する温調用オイルを冷オイルに切り換える。このため、下型４２及び上型４４の温度が速やかに低下するとともに、パネル形状構造体１０の熱が下型４２及び上型４４に奪取される。従って、パネル形状構造体１０が効率よく硬化する。

さらに、前記昇降機構の作用下に上型４４を上昇させて型開きを行った後、前記ノックアウトピンを作動させる。パネル形状構造体１０は、このノックアウトピンから押圧を受けることで下型４２から離型する。

以上のように、この製造方法では、各リブ１４、１６、１８、２０及び介在部２２を先ず成形して中間成形品５８を得た後、該中間成形品５８を基部１２に溶着するようにしている。このため、中間成形品５８に含まれる第２強化繊維３２が基部１２に進入することや、基部１２に含まれる第１強化繊維３０が介在部２２ないし各リブ１４、１６、１８、２０に進入することが回避される。換言すれば、基部１２と各リブ１４、１６、１８、２０の境界で第１強化繊維３０及び第２強化繊維３２の配向が乱れることが防止される。これにより、引っ張り強度等の諸特性が低下することが回避される。また、引け巣が形成され難くなる。

しかも、基部１２と突起部の間に中間部を介在させる必要がないので、パネル形状構造体１０の肉厚を小さくすることや、軽量化を図ることができる。

本発明は、上記した実施の形態に特に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

例えば、樹脂製品は、図１に示されるパネル形状構造体１０に特に限定されるものではなく、リブやボス等の突起部が存在するものであればよい。

また、介在部２２を設ける必要は特にない。すなわち、例えば、複数個の出発材５６から第１直線状リブ１６、第２直線状リブ１８、第３直線状リブ２０と、これらに連なる湾曲状リブ１４とを成形し、各リブ１４、１６、１８、２０を基部１２に溶着するようにしてもよい。

さらにまた、下型４２及び上型４４の温度調節（昇温及び降温）は、オイル媒体によるものに特に限定されるものではない。そして、下型４２と上型４４を個別に温度調節するようにしてもよいし、下型４２又は上型４４の温度調整を部分的に行うようにしてもよい。

１０…パネル形状構造体 １２…基部
１４、１６、１８、２０…リブ ２２…介在部
３０…第１強化繊維 ３２…第２強化繊維
４０…熱プレス成形装置 ４２…下型
４４…上型 ４６…直線状リブ成形部
５６…出発材 ５８…中間成形品

Claims (3)

1. 第１マトリックス樹脂内に第１強化繊維を含有した第１繊維強化樹脂からなる基部と、第２マトリックス樹脂内に第２強化繊維を含有した第２繊維強化樹脂からなり、前記基部から突出するように設けられた突起部とを有する樹脂製品の製造方法であって、
   成形型内で前記第２強化繊維を含む第２繊維強化樹脂を軟化させて押圧し、その後に硬化させることで前記突起部を成形する工程と、
   前記成形型内の前記突起部に対して前記基部を載置し、前記第１マトリックス樹脂又は前記第２マトリックス樹脂の双方の融点以上に加熱しながら押圧して、前記突起部を前記基部に接合する工程と、
   を有することを特徴とする樹脂製品の製造方法。
2. 請求項１記載の製造方法において、前記突起部を成形する際、前記突起部から前記第２マトリックス樹脂及び前記第２強化繊維を流動させることで、該突起部と同一の第２繊維強化樹脂からなるとともに、該突起部に比して幅広且つ薄肉の介在部を設け、
   前記介在部を前記基部に接合することを特徴とする樹脂製品の製造方法。
3. 請求項２記載の製造方法において、前記突起部を複数個同時に成形するとともに、前記介在部を介して前記複数個の突起部同士を連結することを特徴とする樹脂製品の製造方法。

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