JPH0665480B2 - 樹脂材料にファイバ繊維等の補強材を混入した板部材の打抜き成形方法及び打抜き成形用金型 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、樹脂材料にファイバ繊維等の補強材を混入し
た板部材の打抜き成形方法及び打抜き成形用金型に関す
るものである。

［従来の技術］ 第３図はこの種のラミネート複合材の一例を示し、この
ラミネート複合材４は、カーボンファイバーをエポキシ
樹脂で固めた板状のCFプリプレグ4aの表裏両面にプラス
チックフィルム4b,4b貼着した積層板（以下CFRP積層板
と称す）で、例えばカメラのシャッター羽根に使用する
ものにあっては、CFプリプレグ4aが１層の厚さが0.02〜
0.2mmで、カーボンファイバーの方向性から直交させて
多層構造とする場合もある。

このようなCFRP積層板４から種々の形状の製品を得るに
は、第11図に示すパンチ１′とダイ２′からなる打抜き
用の金型を用いて種々の形状の製品を打抜き成形するの
が一般的で、ダイ２′上にCFRP積層板４を載置後、パン
チ１′を降下させて打抜く。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、このようなCFRP積層板４を第11図に示す打抜
き用の金型で打抜き加工すると、第８図、第９図に示す
ように、製品の切口端面がプラスチックフィルム4b,4b
が切れないで中心のCFプリプレグ4aが凹んだり、プラス
チックフィルム4b,4bよりCFプリプレグ4aが露出したり
して、製品の切口端面を平滑面に切断することができな
い場合があった。

これは、CFRP積層板４のCFプリプレグ4aがカーボンファ
イバーをエポキシ樹脂で固めた塑性変形しない性状であ
り、また金型はパンチ１′の刃先とダイ２′の刃先とが
切断時においてCFプリプレグ4aの表裏両面側から切断線
にそって食い込み、CFプリプレグ4aに圧縮荷重を切断方
向に沿って作用させ、一度にCFRP積層板４を切断する構
造であることから、切断時の圧縮荷重によりカーボンフ
ァイバーが砕け、その結果CFプリプレグ4aと、その表裏
両面に貼着したプラスチックフィルム4b,4bとが揃って
切断されないことに起因する。

すなわち、CFプリプレグ4aは樹脂材料内にファイバー等
の繊維質を混入したものであり、特にファイバが長いも
のであると、該切断時の圧縮荷重によりファイバが引っ
張られ、所定の切断位置できれいに切断されず、引きち
ぎられて砕かれ、樹脂の中のファイバがCFRP積層板４の
切断面から出っ張たり、引っ込んだりすることになる。

このように切断された打抜き製品の端面を平滑に切断で
きないと、キズの発生、組立不良、プラスチックフィル
ム4bの剥離等が生じ、特にカメラのフォーカルプレーン
シャッターに使用する場合には機能、耐久性等の点から
使用できなくなるという問題があった。

本発明の目的は、樹脂材料にファイバ繊維等の補強材を
混入した板部材の切断面が滑らかとなる打抜き成形方法
及び打抜き成形用金型を提供するものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明の目的を達成するための要旨とするところは、樹
脂材料にファイバ繊維等の補強材を混入した板部材をパ
ンチとダイとを有すると共に、該ダイの刃先よりも外周
側あるいは該パンチの刃先よりも内周側にその刃先に相
似した段差部が形成された打抜き成形用金型で所望形状
の製品に打抜き成形する成形方法において、該パンチが
該段差部の高さ部分の距離を降下してその刃先が該ダイ
の刃先位置に到達する前に、該パンチの降下力を該板材
に作用させて曲げ変形を生じさせ、該打抜き成形部分の
外形線に沿って曲げ応力を集中させて折り、その後該パ
ンチと該ダイにより折り箇所を切断することにより所望
形状の製品を打抜き成形することを特徴とする樹脂材料
にファイバ繊維等の補強材を混入した板部材の打抜き成
形方法にあり、またパンチとダイとを嵌合させ、該パン
チと該ダイとの間に位置せしめた樹脂材料にファイバ繊
維等の補強材を混入した板部材を打抜いて所望形状の製
品を成形する打抜き成形用金型において、該パンチ又は
該ダイのいずれか一方に、その刃先と該板材との間を隔
てて、かつ該パンチ又は該ダイのいずれか他方の刃先に
対して該板材の載置方向に沿って間隔を有する段差部を
設けたことを特徴とする樹脂材料にファイバ繊維等の補
強材を混入した板部材の打抜き成形用金型にある。

［作 用］ 上記した本発明の打抜き成形方法は、パンチの刃先がダ
イの刃先に達する前に、該パンチの降下力と段差部とを
利用して板材に曲げ応力を作用させて製品の外形形状に
合わせて折り、その後該折り箇所を切断するので、ファ
イバ繊維が長い場合でも、従来のようにファイバが引き
ちぎられることが非常に少なくなり、その折られた断面
も砕かれた状態にはならなくなる。そして、その折断面
を次にパンチとダイで切断する際、ファイバ繊維には引
っ張り力がもはや作用しないので、製品の外形形状に沿
って滑らかに切断でき、例えばこの板材の表面に樹脂フ
ィルムを設けても該フィルムをきれいに切断することが
できることとなる。

また、上記した金型は板材の切断が行われる前に、板材
に曲げ応力を簡単な構造で与え、しかも製品の外形に合
わせて曲げ応力を集中させて折ることができる。

［実施例］ 以下本発明を図面に示す実施例に基づいて詳細に説明す
る。

第１図は本発明による打抜き用金型の一実施例を示す一
部断面図である。

この打抜き用金型は、ダイ２上に、開口部3aを有する金
属又はプラスチック板製の段差プレート３を不図示のネ
ジにより固定し、第７図に示すようにプレス装置の下型
ダイセット9bに取り付けられ、またパンチ１はパンチホ
ルダー７を介して上型ダイセット9aに取り付けらる。

上下に離隔対向する上型ダイセット9aと下型ダイセット
9bとは支柱８を介して連結され、不図示の荷重発生機構
を動作させると、上型ダイセット9aが支柱８に装着され
るスプリング8aを縮めながら該支柱８に案内されて降下
し、ダイ２上の段差プレート３上に載置したCFRP積層板
４を打抜いて所定形状の製品が成形される。成形後、上
型ダイセット9aはスプリング8aの弾性力により上昇し、
それにともなって下型ダイセット9b内から上昇するノッ
クアウト６によって成形された製品がダイ２内から取り
出される。また、打抜き後パンチ１にからむCFRP積層板
４のカスはパンチ１の上昇時にストリッパ５に阻止され
てパンチ１から取り除かれる。

段差プレート３の開口部3aは製品の外形状に相似し、か
つ大サイズに形成されていて、ダイ２の型開口と同心的
に配置され、ダイ２の表面に、高さＨ（段差プレート３
の肉厚）の段差及び、パンチ１の刃先から幅Ｂの窪み部
を形成してCFRP積層板４を載置するようになっており、
例えばカメラのフォーカルプレーンシャッターのシャッ
ター羽根を打抜き成形する場合には、第６図に示すよう
な形状に形成されている。

次に、このように構成した金型によるCFRP積層板４の打
抜きを説明する。

先ずCFRP積層板４を段差プレート３上に載置する。そし
て、上型ダイセット9aを降下させると、ストリッパ５に
よりCFRP積層板４が段差プレート３に押し付けられて固
定される。ここで、打ち抜き製品の外形形状を規定する
ダイ２の外周端よりも外側に、パンチ１の刃先から幅Ｂ
の間隔で段差プレート３の内周端が配置されているの
で、CFRP積層板４の該打ち抜き製品部分はこれに該幅Ｂ
で続く連接部分の外周端の間で両端支持された状態にあ
る。その際、ノックアウト６はダイ２の下方位置に待機
している。

そして、上型ダイセット9aの降下によりストリッパ５が
CFRP積層板４を段差プレート３上に押し付けて固定した
後、パンチ１が降下し、その刃先がCFRP積層板４の片面
側に当接して荷重が加わる。ここで、CFRP積層板４はプ
リプレグ4aが非塑性変形性を有するため、剪断方向に荷
重を加えると折れることとなる。その際、プリプレグ4a
が折れる場所は該荷重による応力が集中した箇所とな
り、この場合パンチ１の刃先が当たる箇所に該荷重の応
力が集中し、パンチ１の刃先が当たる箇所の反対面側か
ら亀裂が入って折れることとなる。

すなわち、CFRP積層板４は段差プレート３の開口3aの周
縁により両端支持状態で固定されているので、パンチ１
により下方に押されれることにより曲げ応力が加わって
曲げ変形が生じ、曲げ応力が最も集中するパンチ１の刃
先の当たる箇所、つまり打ち抜き製品の外形縁の箇所で
CFRP積層板４のプリプレグ4aが折れることになる。

したがって、ここまでの段階では、パンチ１の刃先はCF
RP積層板４を切断するのではなく、CFRP積層板４のプリ
プレグ4aを折るという作用を果たしている。なお、パン
チ１の刃先が当たる箇所における曲げ応力は段差プレー
ト３の開口3aの高さ（Ｈ）と幅（Ｂ）の寸法に左右され
る。

次いで、CFRP積層板４のプリプレグ4aがパンチ１の刃先
によって折られた後、CFRP積層板４のプラスチックフィ
ルム4b,4bがプリプレグ4aの折れた箇所と共に、パンチ
１とダイ２により切断されて製品が打ち抜き成形され
る。

すなわち、CFRP積層板４のCFプリプレグ4aとプラスチッ
クフィルム4bとを一度に切断するのではなく、曲げ応力
でCFRP積層板４を折り、その後プラスチックフィルム4b
を切断するので、打抜き成形された製品は、第４図に示
すように平滑な端面となる。

ところで、第10図に示すように、 Ｈ／Ｂ＝tanθとすると、θの値により製品端面の平滑
度が左右され、実験によればCFRP積層板４のプラスチッ
クフィルム4bの厚みが０〜0.03mm,CFプリプレグ4aの厚
みが0.02〜0.5mm、の場合、θ＝30゜〜45゜の間で良好
な平滑度が得られた。

下表は、0.1mmのCFRP積層板４を用いて、上記したＢ、
Ｈを種々変えて切断面の状態を評価したもので、切断部
分の突出端と引っ込み端との長さｌを平滑度とし、この
長さｌが0.1mm以下を良好（○）、0.1mm以上を不良
（×）として評価した。

このように、段差プレート３をダイ２の表面に取り付
け、ダイ２の刃先とCFRP積層板４との間に段差を設ける
ことにより、ダイ２を加工して段差を設ける場合よりも
金型の製作が容易であり、また従来のダイ２をそのまま
使用できる。さらに、パンチ１及びダイ２は製品の主産
数と共に刃先の摩耗が進み、製品の寸法精度、バリ，か
えり高さに影響が出、特にCFRP積層板４のように固くて
脆い材料の加工はパンチ１及びダイ２の刃先の摩耗が著
しく、再研摩する回数も多くなるが、再研摩時に段差プ
レート３をダイ２から取り外せば、通常の金型と同様に
再研摩が可能となり、何等特殊な方法を必要としない。

なお、上記した実施例において、ダイ２の表面に段差プ
レート３を取付け、ダイ２の刃先とCFRP積層板４との間
に段差（高さＨ、幅Ｂ）を設けているが、第５図に示す
ように、ダイ２にその刃先から角度θの傾斜面3aを設け
た段差プレート３″を取り付けるようにしてもよい。

また、第１図に示す実施例では、ダイ２に段差プレート
３を取り付けているが、第２図に示すように、パンチ１
に段差プレート３′を取り付けてもよい。この場合の段
差プレート３′は製品の形状と相似形状で小サイズに形
成されてパンチと同心的に取り付けられ、第１図の実施
例とは逆に、ダイ２の刃先に沿ってCFRP積層板４のCFプ
リプレグ4aを折り、その後プラスチックフィルム4bを切
断する。この場合は金型上に残ったものが製品となる。

すなわち、第１図に示す実施例の場合は、パンチ１の刃
先をCFRP積層板４の片面に先ず押し付けることにより、
CFRP積層板４に曲げ応力を与え、該刃先に当接する箇所
を折るようにしているが、第２図に示す実施例の場合
は、パンチ１に取付けた段差プレート３′がCFRP積層板
４を下方に押し下げてCFRP積層板４に曲げ応力を与え、
この場合ストリッパ５とダイ２に固定されている挟持端
である打ち抜き製品の外形縁の箇所に曲げ応力が集中し
て折れることとなる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の方法によれば、ファイバ
繊維等の強度補強剤を混入した板材をパンチとダイとの
かみ合いによる切断工程が行われる前に製品形状に合わ
せて折ってしまうので、該切断工程時にファイバに大き
な引っ張り力が作用することがなくなり、滑らかな切断
面の打抜き製品を得ることができる。

また本発明の成形用金型によれば、ファイバ繊維等の強
度補強剤を混入した板材の切断が行われる前に、板材に
曲げ応力を簡単な構造で与え、しかも製品の外形に合わ
せて曲げ応力を集中させて折ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による金型の一実施例の一部を示す概略
断面図、第２図は他の実施例の一部を示す概略断面図、
第３図はCFRP積層板の断面図、第４図は本発明により成
形された打抜き製品の断面図、第５図は他の実施例の一
部を示す概略断面図、第６図は段差プレートを示し、第
６図（ａ）は平面図、第６図（ｂ）は側面図を示してい
る。第７図はプレス装置の概略正面図、第８図及び第９
図は従来の打抜き型により成形された製品の断面図、第
10図は段差の定量化を示すための図、第11図は従来の打
抜き用金型の一部を示す概略断面図である。 １……パンチ、２……ダイ ３……段差プレート、４……CFRP積層板 ５……ストリッパ、６……ノックアウト。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】樹脂材料にファイバ繊維等の補強材を混入
   した板部材をパンチとダイとを有すると共に、該ダイの
   刃先よりも外周側あるいは該パンチの刃先よりも内周側
   にその刃先に相似した段差部が形成された打抜き成形用
   金型で所望形状の製品に打抜き成形する成形方法におい
   て、 該パンチが該段差部の高さ部分の距離を降下してその刃
   先が該ダイの刃先位置に到達する前に、該パンチの降下
   力を該板材に作用させて曲げ変形を生じさせ、該打抜き
   成形部分の外形線に沿って曲げ応力を集中させて折り、
   その後該パンチと該ダイにより折り箇所を切断すること
   により所望形状の製品を打抜き成形することを特徴とす
   る樹脂材料にファイバ繊維等の補強材を混入した板部材
   の打抜き成形方法。
2. 【請求項２】パンチとダイとを嵌合させ、該パンチと該
   ダイとの間に位置せしめた樹脂材料にファイバ繊維等の
   補強材を混入した板部材を打抜いて所望形状の製品を成
   形する打抜き成形用金型において、該パンチ又は該ダイ
   のいずれか一方に、その刃先と該板材との間を隔てて、
   かつ該パンチ又は該ダイのいずれか他方の刃先に対して
   該板材の載置方向に沿って間隔を有する段差部を設けた
   ことを特徴とする樹脂材料にファイバ繊維等の補強材を
   混入した板部材の打抜き成形用金型。