JP6959775B2 - 繊維強化樹脂の製造装置及び繊維強化樹脂の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、強化繊維を樹脂中に入れて強度を向上させた繊維強化樹脂の製造装置及び繊維強化樹脂の製造方法に関する。

強化繊維等のシート材を樹脂と一体的に成形する方法として、シート材を下金型と上金型の間に挟んで型閉めしてキャビティ部を形成し、ついで、キャビティ部内に溶融樹脂を射出し、溶融樹脂を冷却固化させる方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、これとは別の繊維強化樹脂の製造方法として、下金型の成形面上に強化繊維を配置しておき、強化繊維の上方から溶融樹脂を下金型内に流入させ、上金型を下降させて樹脂を強化繊維と一体的にプレスする方法が知られている。この製造方法では、プレス時に溶融樹脂が成形面上の全体に行き渡り、加圧して硬化されることで、下金型及び上金型の成形面に沿った形状に成形される。

特開平６−１９８６７３号公報

しかしながら、この製造方法では、下金型の成形面が傾斜している場合、プレス前に溶融樹脂の多くが成形面の低い位置へ流れてしまい、プレス時に樹脂が成形面の高い位置まで十分に行き渡らず、傾斜部分より高い位置において樹脂の厚さが薄くなってしまうという問題点があった。

本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、下金型の成形面が傾斜していても、製造される繊維強化樹脂の全体にわたって樹脂の厚さを安定させることのできる繊維強化樹脂の製造装置及び繊維強化樹脂の製造方法を提供することにある。

本発明によれば、少なくとも一部が傾斜した成形面を有する下金型と、前記成形面に沿って強化繊維が配置された状態で、所定の流入位置から前記強化繊維上に流入された溶融樹脂を、前記下金型に対して相対的に下降させられることにより前記強化繊維と一体的にプレスする上金型と、前記成形面における最低位置と前記流入位置の間に上下方向へ移動自在に設けられ、上方へ移動した際に前記強化繊維を持ち上げる支持部材と、前記支持部材を、前記溶融樹脂の流入時に上方へ移動させ、前記溶融樹脂のプレス時に下方へ移動させる移動機構と、を備えた繊維強化樹脂の製造装置が提供される。

この繊維強化樹脂の製造装置によれば、流入位置から強化繊維上に流入された溶融樹脂は、強化繊維上を広がっていく。このとき、支持部材により強化繊維が持ち上げられていることから、持ち上げられた部分を超える溶融樹脂の量が制限され、低い方向への溶融樹脂の流入が抑制される。これにより、所定量の溶融樹脂を持ち上げられた部分に留まらせ、プレス時に溶融樹脂を比較的高い位置まで十分に行き渡らせることができる。ここで、プレス時に支持部材は下方へ移動することから、支持部材により成形に支障が生ずることはない。

上記繊維強化樹脂の製造装置において、前記成形面は、高い位置から低い位置へ向かう方向について、傾斜が大きくなる傾斜変化部を有し、前記支持部材は、前記傾斜変化部の近傍に配置されてもよい。

この繊維強化樹脂の製造装置によれば、溶融樹脂が流れ落ちやすい傾斜変化部の近傍に支持部材が配置されているので、低い位置への溶融樹脂の流入を効果的に抑制することができる。

上記繊維強化樹脂の製造装置において、前記移動機構は、前記上金型の上下動と前記支持部材の上下動を連動させる連動機構を有してもよい。

この繊維強化樹脂の製造装置によれば、支持部材の上下動が上金型の上下動と連動しているので、的確なタイミングで支持部材を移動させることができ、製品の品質を向上させることができる。また、常に同じタイミングで支持部材が移動することから、製品の品質がばらつくこともない。

上記繊維強化樹脂の製造装置において、前記連動機構は、前記下金型と前記支持部材の間に設けられ、前記支持部材を上方へ付勢する弾性部材と、前記上金型に設けられ、前記上金型の下降時に前記弾性部材の付勢力に抗して前記支持部材を下降させる下降部材と、を有してもよい。

この繊維強化樹脂の製造装置によれば、上金型が離隔している状態では、支持部材は弾性部材の付勢力により上方に位置している。そして、上金型が下降すると、下降部材の抗力により弾性部材が弾性変形して支持部材は下降する。

上記繊維強化樹脂の製造装置において、前記下降部材は、前記弾性部材よりも大きな付勢力で前記支持部材を下方へ付勢する第２の弾性部材であってもよい。

この繊維強化樹脂の製造装置によれば、上金型側の第２の弾性部材の方が下金型側の弾性部材よりも付勢力が大きいため、上金型が下降して支持部材に両方の付勢力が作用すると、まず下金型側の弾性部材が弾性変形して支持部材が下降する。そして、下金型側の弾性部材の弾性変形が完了すると、上金型側の第２の弾性部材が弾性変形する。これにより、上金型が完全に下降する前に、支持部材を先行して下方へ移動させることができ、強化繊維の持ち上げられた部分に留まっていた溶融樹脂を各所に行き渡らせることができる。

上記繊維強化樹脂の製造装置において、前記強化繊維上に流入する溶融樹脂に関する情報を取得する情報取得部と、前記情報取得部にて取得された情報に基づいて、前記支持部材の上下動を制御する制御部と、を有してもよい。

この繊維強化樹脂の製造装置によれば、流入する溶融樹脂の状態に基づいて、支持部材の上下動を細やかに制御することができる。

また、本発明では、上記繊維強化樹脂の製造装置を用いた繊維強化樹脂の製造方法であって、前記強化繊維を前記成形面上に前記支持部材により持ち上げられた状態とする準備工程と、前記準備工程の後、前記流入位置から前記溶融樹脂を前記強化繊維上に流入させる樹脂流入工程と、前記樹脂流入工程の後、前記支持部材を下降させた状態で、前記溶融樹脂を前記強化繊維と一体的にプレスするプレス工程と、を含む繊維強化樹脂の製造方法が提供される。

本発明によれば、下金型の成形面が傾斜していても、製造される繊維強化樹脂の全体にわたって樹脂の厚さを安定させることができる。

図１は、本発明の一実施形態を示す繊維強化樹脂の製造装置の模式断面図である。 図２は、下金型の模式平面図である。 図３は、図２のＡ−Ａ断面において下金型の本体を省略した説明図である。 図４は、強化繊維上に流入された溶融樹脂の流れを示す説明図である。 図５は、比較例であって、下金型に支持部材が設けられていない場合の強化繊維上に流入された溶融樹脂の流れを示す説明図である。 図６は、上金型の下降時の連動機構の動作を示す説明図であり、（Ａ）は上金型が下金型から十分に離隔している状態、（Ｂ）は上金型側の下降部材が下金型側の駆動部材と接触した状態、（Ｃ）は下金型側の第１ばね部材が完全に弾性変形した状態、（Ｄ）は上金型と下金型の外枠部が接触した状態を示している。 図７は、溶融樹脂が強化繊維とともにプレスされる状態を示す繊維強化樹脂の製造装置の模式断面図である。 図８は、変形例を示す繊維強化樹脂の製造装置の模式断面図である。

図１から図４、図６及び図７は本発明の一実施形態を示すものであり、図１は繊維強化樹脂の製造装置の模式断面図、図２は下金型の模式平面図、図３は図２のＡ−Ａ断面において下金型の本体を省略した説明図、図４は強化繊維上に流入された溶融樹脂の流れを示す説明図、図６は上金型の下降時の連動機構の動作を示す説明図であり、（Ａ）は上金型が下金型から十分に離隔している状態、（Ｂ）は上金型側の下降部材が下金型側の駆動部材と接触した状態、（Ｃ）は下金型側の第１ばね部材が完全に弾性変形した状態、（Ｄ）は上金型と下金型の外枠部が接触した状態を示し、図７は溶融樹脂が強化繊維とともにプレスされる状態を示す繊維強化樹脂の製造装置の模式断面図である。

図１に示すように、この繊維強化樹脂の製造装置１０は、一部が傾斜した成形面２１を有する下金型２０と、成形面２１に沿って炭素繊維、ガラス繊維等の強化繊維１００が配置された状態で成形面２１上の溶融樹脂２００をプレスする上金型３０と、を備える。繊維強化樹脂に用いられる樹脂は、熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂のどちらでもよい。上金型３０には、下金型２０の成形面２１に対応する成形面３１が形成される。図２に示すように、成形面２１は、平面視にて、矩形状に形成され、４つの壁面２２により包囲される。下金型２０における各壁面２２の外側には、プレス時に上金型３０と当接する略水平の外枠部２３が形成されている。本実施形態においては、成形面２１は全体として所定方向について傾斜しており、ここでは、成形面２１の傾斜方向を前後方向として説明することとする。

上金型３０は、下金型２０の成形面２１に沿って強化繊維１００が配置された状態で、強化繊維１００上に流入された溶融樹脂２００を、強化繊維１００と一体的にプレスする。上金型３０は上下に移動可能であり、下降させられることにより溶融樹脂２００をプレスする。尚、上金型３０は下金型２０に対して相対的に下降すればよく、例えば、下金型２０を上昇させてプレスするようにしてもよい。上金型３０は、下金型２０の外枠部２３に対応する外枠部３３を有し、プレス時に各外枠部２３，３３同士が面接触をする。

図１に示すように、成形面２１は、略水平の底面２４と、第１傾斜面２５と、第１水平面２６と、第２傾斜面２７と、第２水平面２８と、をこの順で前側から有する。すなわち、本実施形態においては、成形面２１は、高い位置から低い位置へ向かう方向について、傾斜が大きくなる傾斜変化部２１ａ，２１ｂを２箇所有している。具体的には、第１傾斜面２５と第１水平面２６の接続部分が第１傾斜変化部２１ａをなし、第２傾斜面２７と第２水平面２８の接続部分が第２傾斜変化部２１ｂをなしている。本実施形態においては、繊維強化樹脂の製造にあたり、第２水平面２８の上方から溶融樹脂２００が流入される。

繊維強化樹脂の製造装置１０は、下金型２０の成形面２１に形成された穴部２１ｃに配置され、成形面２１上に出没自在の支持部材４０を有する。本実施形態においては、穴部２１ｃ及び支持部材４０は、第１水平面２６に設けられる。すなわち、穴部２１ｃ及び支持部材４０は、成形面２１における最低位置と溶融樹脂２００の流入位置の間で、第１傾斜変化部２１ａの近傍に設けられる。支持部材４０は、上下方向へ移動自在に設けられ、上方へ移動した際に強化繊維１００を持ち上げ、下方へ移動すると成形面２１上の空間から没する。本実施形態においては、各支持部材４０は、上下方向へ長尺に形成される。図２に示すように、穴部２１ａ及び支持部材４０は、左右方向に並んで複数設けられる。

また、繊維強化樹脂の製造装置１０は、支持部材４０を樹脂２００の流入時に上方へ移動させ、樹脂２００のプレス時に下方へ移動させる移動機構５０を有する。図３に示すように、本実施形態においては、移動機構５０は、各支持部材４０の下端に接続され左右方向へ延びる連結部材５１と、連結部材５１の左右両端と接続される駆動部材５２と、を有する。すなわち、各駆動部材５２が上下動すると、各支持部材４０も上下動するよう構成されている。図２に示すように、本実施形態においては、平面視にて、連結部材５１は成形面２１の左右外側まで延び、各駆動部材５２は外枠部２３に配置される。

図６（Ａ）に示すように、移動機構５０は、上金型３０の上下動と支持部材４０の上下動を連動させる連動機構６０を有する。本実施形態においては、連動機構６０は、下金型２０と支持部材４０の間に設けられ支持部材４０を上方へ付勢する弾性部材としての第１ばね部材６１と、上金型３０に設けられ上金型３０の下降時に第１ばね部材６１の付勢力に抗して支持部材４０を下降させる下降部材６２と、を有する。

第１ばね部材６１は、各駆動部材５２と下金型２０の間にそれぞれ介装され、各駆動部材５２及び連結部材５１とともに各支持部材４０を上方へ付勢する。下降部材６２は、上金型３０における各駆動部材５２の上方に下方へ突出して設けられ、上金型３０の下降時に各駆動部材５２と接触する。本実施形態においては、下降部材６２は、第１ばね部材６１よりも大きな付勢力を生じる第２ばね部材である。

以上のように構成された繊維強化樹脂の製造装置１０を用いた繊維強化樹脂の製造方法を図４を参照して説明する。
まず、強化繊維１００を配置するための下金型２０を用意する。初期の状態では、各支持部材４０は各第１ばね部材６１の付勢力により、所定の上昇位置に位置している。このように各支持部材４０が成形面２１から突出した状態で、強化繊維１００を成形面２１上に配置し、強化繊維１００を成形面２１上に支持部材４０により持ち上げられた状態とする（準備工程）。そして、強化繊維１００の上端側の上方（本実施形態においては第２水平面２８の上方）から溶融樹脂２００を強化繊維１００上に流入させる（樹脂流入工程）。尚、溶融樹脂２００の強化繊維１００上への流入位置は任意であり、例えば、強化繊維１００の中央側の上方（本実施形態においては第１水平面２６の上方）から流入させてもよい。

流入位置から強化繊維１００上に流入された溶融樹脂２００は、強化繊維１００上を広がっていく。本実施形態においては、成形面２１の一部が傾斜しているので、溶融樹脂２００は強化繊維１００上を流れ落ちていく。このとき、各支持部材４０により強化繊維１００が持ち上げられていることから、持ち上げられた部分を超える溶融樹脂２００の量が制限され、低い方向への溶融樹脂２００の流入が抑制される。特に、溶融樹脂２００が流れ落ちやすい傾斜変化部２１ａの近傍に支持部材４０が配置されているので、低い位置への溶融樹脂２００の流入を効果的に抑制することができる。

これに対し、図５に示すように、下金型２０に支持部材４０が設けられていない場合、溶融樹脂２００の多くが成形面２００の底面２４側へ流れてしまう。図５は、比較例であって、下金型に支持部材が設けられていない場合の強化繊維上に流入された溶融樹脂の流れを示す説明図である。

所定流量の樹脂２００を下金型２００に流入させた後、上金型３０を下降させる。このとき、上金型３０の下降と連動して、各支持部材４０も下降する。このときの各支持部材４０の動きを図６（Ｂ）、図６（Ｃ）、図６（Ｄ）を参照して説明する。
上金型３０が下降すると、図６（Ｂ）に示すように、まず、下降部材６２の下端が駆動部材５２の上端と接触する。この状態からさらに上金型３０が下降すると、図６（Ｃ）に示すように、下降部材６２の抗力により第１ばね部材６１が弾性変形して支持部材４０は下降する。本実施形態においては、下降部材６２が第１ばね部材６１よりも付勢力が大きい第２ばね部材であることから、上金型３０が下降して駆動部材５２、連結部材５１及び支持部材４０に両方の付勢力が作用すると、まず下金型２０の第１ばね部材６１が弾性変形して支持部材４０が下降する。

そして、図６（Ｄ）に示すように、下金型２０の第１ばね部材６１の弾性変形が完了した後、上金型３０の第２ばね部材が弾性変形する。これにより、上金型３０が完全に下降する前に、支持部材４０を先行して下方へ移動させることができ、強化繊維１００の持ち上げられた部分に留まっていた溶融樹脂２００を各所に行き渡らせることができる。上金型３０の外枠部３３と下金型２０の外枠部２３が接触すると、上金型３０の下降が完了する。

図７に示すように、上金型３０が完全に下降した状態で、溶融樹脂２００は強化繊維１００と一体的にプレスされる（プレス工程）。溶融樹脂２００が熱硬化性樹脂の場合、プレス時に溶融樹脂２００は所定の硬化温度まで加熱され、溶融樹脂２００が熱可塑性樹脂の場合、プレス時に溶融樹脂２００は所定の硬化温度まで冷却される。このとき、所定量の溶融樹脂２００は強化繊維１００が強化持ち上げられた部分に留まっていたので、プレス時に溶融樹脂２００を高い位置まで十分に行き渡らせることができる。また、プレス時に支持部材４０は下方へ移動しているので、支持部材４０により成形に支障が生ずることはない。

以上説明したように、本実施形態によれば、下金型２０の成形面２１が傾斜していても、製造される繊維強化樹脂の全体にわたって樹脂の厚さを安定させることができる。また、支持部材４０の上下動が上金型３０の上下動と連動しているので、的確なタイミングで支持部材４０を移動させることができ、製品の品質を向上させることができる。また、常に同じタイミングで支持部材４０が移動することから、製品の品質がばらつくこともない。

尚、前記実施形態においては、支持部材４０の上下動を、弾性部材の付勢力、上金型３０から加えられる抗力等により機械的に行うものを示したが、支持部材４０を油圧、空気圧、電気等の他の駆動源を利用して動作させるようにしてもよい。この場合、上金型３０の上下位置をセンサー等により検知し、上金型３０の位置に応じて支持部材４０を移動させることが好ましい。また、この場合、強化繊維１００上に流入する溶融樹脂２００の流量、重量、温度等の状態に応じて、支持部材４０の上下動を制御することがより好ましい。すなわち、強化繊維１００上に流入する溶融樹脂２００に関する情報を取得する情報取得部と、情報取得部にて取得された情報に基づいて支持部材４０の上下動を制御する制御部と、を有する構成とすることができる。これによれば、流入する溶融樹脂２００の状態に基づいて、支持部材４０の上下動を細やかに制御することができる。

また、前記実施形態においては、成形面２１が所定方向について一方的に下るよう傾斜したものを示したが、例えば図８に示すように所定方向について中央側に成形面１２１の底面１２４が存在するような下金型１２０であってもよい。図８の繊維強化樹脂の製造装置１１０においては、成形面１２１は、略水平の底面１２４の両端からそれぞれ延びる一対の傾斜面１２５と、各傾斜面１２５から延びる一対の水平面１２６と、を有し、一対の傾斜変化部１２１ａを有している。そして、支持部材１４０及び連結部材１５１は、傾斜変化部１２１ａの近傍に設けられている。

また、前記実施形態においては、支持部材４０を成形面２１の水平部分に配置したものを示したが、成形面２１の傾斜部分に配置してもよい。ここで、前記実施形態においては、下金型２０の成形面２１の一部が傾斜しているものを示したが、全部が傾斜している成形面であっても本発明を適用することができる。また、支持部材４０の移動方向も厳密に上下方向である必要はなく、成形面上に出没するよう構成されていれば上下方向に対して傾いた方向に移動するものであってもよい。さらに、支持部材４０は、プレス後に成形品を取り出す際のイジェクタピンと兼用であってもよい。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、上記に記載した実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。

１０ 繊維強化樹脂の製造装置
２０ 下金型
２１ 成形面
２１ａ 傾斜変化部
２１ｂ 傾斜変化部
２１ｃ 穴部
２２ 壁面
２３ 外枠部
２４ 底面
２５ 第１傾斜面
２６ 第１水平面
２７ 第２傾斜面
２８ 第２水平面
３０ 上金型
３１ 成形面
３３ 外枠部
４０ 支持部材
５０ 移動機構
５１ 連結部材
５２ 駆動部材
６０ 連動機構
６１ 第１ばね部材
６２ 下降部材
１００ 強化繊維
１１０ 繊維強化樹脂の製造装置
１２０ 下金型
１２１ 成形面
１２１ａ 傾斜変化部
１２４ 底面
１２５ 傾斜面
１２６ 水平面
１３０ 上金型
１４０ 支持部材
１５１ 連結部材
２００ 溶融樹脂

Claims (5)

1. 少なくとも一部が傾斜した成形面を有する下金型と、
   前記成形面に沿って強化繊維が配置された状態で、所定の流入位置から前記強化繊維上に流入された溶融樹脂を、前記下金型に対して相対的に下降させられることにより前記強化繊維と一体的にプレスする上金型と、
   前記成形面における最低位置と前記流入位置の間に上下方向へ移動自在に設けられ、上方へ移動した際に前記強化繊維を持ち上げる支持部材と、
   前記支持部材を、前記溶融樹脂の流入時には上方へ位置させ、前記溶融樹脂のプレス時には下方へ位置させる移動機構と、を備えた繊維強化樹脂の製造装置。
2. 前記成形面は、高い位置から低い位置へ向かう方向について、傾斜が大きくなる傾斜変化部を有し、
   前記支持部材は、前記傾斜変化部の近傍に配置される請求項１に記載の繊維強化樹脂の製造装置。
3. 前記移動機構は、前記上金型の上下動と前記支持部材の上下動を連動させる連動機構を有する請求項１または２に記載の繊維強化樹脂の製造装置。
4. 前記連動機構は、
   前記下金型と前記支持部材の間に設けられ、前記支持部材を上方へ付勢する弾性部材と、
   前記上金型に設けられ、前記上金型の下降時に前記弾性部材の付勢力に抗して前記支持部材を下降させる下降部材と、を有する請求項３に記載の繊維強化樹脂の製造装置。
5. 前記強化繊維上に流入する溶融樹脂に関する情報を取得する情報取得部と、
   前記情報取得部にて取得された情報に基づいて、前記支持部材の上下動を制御する制御部と、を有する請求項１または２に記載の繊維強化樹脂の製造装置。

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