JPWO2017164324A1 - Ｆｒｐシートプレス成形方法及び装置、並びにｆｒｐ成形品 - Google Patents

Ｆｒｐシートプレス成形方法及び装置、並びにｆｒｐ成形品 Download PDF

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Abstract

製造効率を向上させることが可能なＦＲＰシートプレス成形方法及び装置、並びにＦＲＰ成形品を提供する。
繊維強化プラスチックのシート材ＳＭ１を用いてプレス成形品ＰＭを成形するＦＲＰシートプレス成形方法は、加熱したシート材ＳＭ１を、金型２，３を閉じてキャビティー５内でプレス成形するプレス工程と、金型２，３の閉じた状態をプレス工程から維持したまま、シート材ＳＭ１の一方の面に形成された注入部ＩＰ１から、シート材ＳＭ１の内部ＩＮ１へ溶融樹脂ＭＰを加圧注入する補充工程と、を備えている。

Description

本発明は、繊維強化プラスチックを用いてプレス成形品を成形するＦＲＰシートプレス成形方法及び装置、並びにＦＲＰ成形品に関する。
特許文献１には、ＦＲＰ材料（繊維強化プラスチック）が樹脂を挟み込む３層構造の成形品について、成形技術が開示されている。
特許第２９１７３７２号公報
特許文献１に記載される成形技術を実施するには、２枚のＦＲＰシートを準備する必要があり、製造効率が悪い。
本発明は、製造効率を向上させることが可能なＦＲＰシートプレス成形方法及び装置、並びにＦＲＰ成形品を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため本発明は、繊維強化プラスチック（例えば、後述のシート材ＳＭ，ＳＭ１，ＳＭ２）を用いてプレス成形品（例えば、後述のプレス成形品ＰＭ）を成形するＦＲＰシートプレス成形方法であって、加熱した前記繊維強化プラスチックを、成形型（例えば、後述の金型２，３）を閉じてキャビティー（例えば、後述のキャビティー５）内でプレス成形するプレス工程と、前記成形型の閉じた状態を前記プレス工程から維持したまま、前記繊維強化プラスチックの一方の面（例えば、後述の下面ＬＳ１）に形成された注入部（例えば、後述の注入部ＩＰ１，ＩＰ２）から、前記繊維強化プラスチックの内部（例えば、後述の内部ＩＮ１，ＩＮ２）へ樹脂（例えば、後述の溶融樹脂ＭＰ）を加圧注入する補充工程と、を備え、前記繊維強化プラスチックの層（例えば、後述の表層ＴＬ及び裏層ＢＬ）同士の間に前記樹脂（例えば、後述の樹脂ＰＲ）の層を配置した前記プレス成形品を成形するＦＲＰシートプレス成形方法を提供する。
このように、ＦＲＰシートプレス成形方法によれば、繊維強化プラスチック層の間に樹脂層（プラスチック層）を配置したプレス成形品を成形することができ、必要以上に繊維を使用することなく、十分な強度を有するプレス成形品を成形することが可能である。また、プレス成形品の製造効率を向上させることができる。
あるいは、上記目的を達成するため本発明は、成形型（例えば、後述の金型２，３）を用いて、繊維強化プラスチック（例えば、後述のシート材ＳＭ，ＳＭ１，ＳＭ２）でプレス成形品（例えば、後述のプレス成形品ＰＭ）を成形するＦＲＰシートプレス成形装置であって、前記成形型は、キャビティー（例えば、後述のキャビティー５）に繋がるスプルー（例えば、後述のスプルー７）を備え、加熱した前記繊維強化プラスチックを、前記成形型を閉じて前記キャビティー内でプレス成形してから、前記成形型の閉じた状態を維持したまま、前記繊維強化プラスチックの一方の面（例えば、後述の下面ＬＳ１）に形成された注入部（例えば、後述の注入部ＩＰ１，ＩＰ２）から、前記繊維強化プラスチックの内部（例えば、後述の内部ＩＮ１，ＩＮ２）へ前記スプルーを介して樹脂（例えば、後述の溶融樹脂ＭＰ）を加圧注入し、前記繊維強化プラスチックの層（例えば、後述の表層ＴＬ及び裏層ＢＬ）同士の間に前記樹脂（例えば、後述の樹脂ＰＲ）の層を配置した前記プレス成形品するように用いるＦＲＰシートプレス成形装置を提供する。
このように、ＦＲＰシートプレス成形装置によれば、繊維強化プラスチック層の間に樹脂層（プラスチック層）を配置したプレス成形品を成形することができ、必要以上に繊維を使用することなく、十分な強度を有するプレス成形品を成形することが可能である。また、プレス成形品の製造効率を向上させることができる。
あるいは、上記目的を達成するため本発明は、成形型（例えば、後述の金型２，３）のキャビティー（例えば、後述のキャビティー５）内でプレス成形された繊維強化プラスチック（例えば、後述のシート材ＳＭ，ＳＭ１，ＳＭ２）と、前記繊維強化プラスチックの一方の面（例えば、後述の下面ＬＳ１）に形成された注入部（例えば、後述の注入部ＩＰ１，ＩＰ２）から、前記繊維強化プラスチックの内部（例えば、後述の内部ＩＮ１，ＩＮ２）へ加圧注入された樹脂（例えば、後述の溶融樹脂ＭＰ）と、を備え、前記繊維強化プラスチックの層（例えば、後述の表層ＴＬ及び裏層ＢＬ）同士の間に前記樹脂（例えば、後述の樹脂ＰＲ）の層を配置したＦＲＰ成形品を提供する。
このように、ＦＲＰ成形品によれば、繊維強化プラスチック層の間に樹脂層（プラスチック層）を配置しているので、必要以上に繊維を使用することなく製造することができ、そして、十分な強度を有することができる。また、このようなＦＲＰ成形品であれば、製造が容易であり、製造効率を向上させることができる。
本発明によれば、製造効率を向上させることが可能なＦＲＰシートプレス成形方法及び装置、並びにＦＲＰ成形品を提供することができる。
本発明の一実施形態に係るＦＲＰシートプレス成形装置１を示す縦断面図である。 シート材ＳＭの特性を示す断面図であり、（Ａ）は加熱前の状態を示し、（Ｂ）は加熱後の状態を示す。 プレス成形品ＰＭを成形する流れを示すＦＲＰシートプレス成形装置１の拡大図であり、（Ａ）はシート材ＳＭの表層ＴＬ及び裏層ＢＬの温度が低下した状態を示し、（Ｂ）はシート材ＳＭがプレスされた状態を示し、（Ｃ）はシート材ＳＭの内部へ溶融樹脂ＭＰが加圧注入される状態を示す。 プレス成形品ＰＭを成形する流れを示すＦＲＰシートプレス成形装置１の拡大図であり、（Ａ）はシート材ＳＭの内部ＩＮ１へ溶融樹脂ＭＰが加圧注入される直前の状態を示し、（Ｂ）はシート材ＳＭの内部ＩＮ１へ溶融樹脂ＭＰが加圧注入される状態を示す。 プレス成形品ＰＭの断面図である。 プレス成形品ＰＭの断面写真であり、（Ａ）は縦断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）における矢印VIＢ−VIＢ方向に視た断面図であり、（Ｃ）は（Ａ）における矢印VIＣ−VIＣ方向に視た断面図であり、（Ｄ）は（Ａ）における矢印VIＤ−VIＤ方向に視た断面図である。 ２枚重ねのシート材ＳＭ１，ＳＭ２の特性を示す断面図であり、（Ａ）は加熱前の状態を示し、（Ｂ）は加熱後の状態を示す。 別のプレス成形品を成形する流れを示すＦＲＰシートプレス成形装置１の拡大図であり、（Ａ）はシート材ＳＭ１，ＳＭ２の内部ＩＮ２へ溶融樹脂ＭＰが加圧注入される前の状態を示し、（Ｂ）はシート材ＳＭ１，ＳＭ２の内部ＩＮ２へ溶融樹脂ＭＰが加圧注入された状態を示す。
本発明の一実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るＦＲＰシートプレス成形装置１を示す縦断面図である。図２は、シート材ＳＭの特性を示す断面図である。図２（Ａ）は、加熱前の状態を示す。図２（Ｂ）は、加熱後の状態を示す。図３は、プレス成形品ＰＭを成形する流れを示すＦＲＰシートプレス成形装置１の拡大図である。図３（Ａ）は、シート材ＳＭの表層ＴＬ及び裏層ＢＬの温度が低下した状態を示す。図３（Ｂ）は、シート材ＳＭがプレスされた状態を示す。図３（Ｃ）は、シート材ＳＭの内部ＩＮ１へ溶融樹脂ＭＰが加圧注入される状態を示す。図４は、プレス成形品ＰＭを成形する流れを示すＦＲＰシートプレス成形装置１の拡大図である。図４（Ａ）は、シート材ＳＭの内部ＩＮ１へ溶融樹脂ＭＰが加圧注入される直前の状態を示す。図４（Ｂ）は、シート材ＳＭの内部ＩＮ１へ溶融樹脂ＭＰが加圧注入される状態を示す。図５は、プレス成形品ＰＭの断面図である。図６は、プレス成形品ＰＭの断面写真である。図６（Ａ）は、縦断面図である。図６（Ｂ）は、図６（Ａ）における矢印VIＢ−VIＢ方向に視た断面図である。図６（Ｃ）は、図６（Ａ）における矢印VIＣ−VIＣ方向に視た断面図である。図６（Ｄ）は、図６（Ａ）における矢印VIＤ−VIＤ方向に視た断面図である。
図１に示すＦＲＰシートプレス成形装置１は、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ：Fiber Reinforced Plastics）のシート材（ＦＲＰ（Ｇｌａｓｓ／Ｃａｒｂｏｎ）シート材）ＳＭをプレス成形する等してプレス成形品（ＦＰＲ成形品）ＰＭ（図５参照）を製造する際に用いられる。具体的に、ＦＲＰシートプレス成形装置１は、上下一対の金型２，３と射出成形機（図示省略）等を備えている。
上下一対の金型２，３は、射出成形機（図示省略）によって、互いに当接させられて数百トン以上の力が掛けられる。これら上下一対の金型２，３は、互いの間に、シート材ＳＭ１をプレスする空間となるキャビティー５を構成する。下側の金型３は、キャビティー５に繋がるスプルー７を有する。キャビティー５には、シート材ＳＭが配置されると共に、スプルー７を介して、射出成形機から溶融樹脂ＭＰが加圧注入される。
射出成形機（図示省略）は、上下一対の金型２，３を互いに当接させて数百トン以上の力を掛ける。この射出成形機は、上下一対の金型２，３の互いの間に構成されたキャビティー５に対し、スプルー７を介して溶融樹脂ＭＰを加圧注入する。
詳細は後述するが、キャビティー５に加圧注入された溶融樹脂ＭＰは、シート材ＳＭの一方の面である下面ＬＳ１に形成された注入部ＩＰ１から、シート材ＳＭの内部ＩＮ１へ浸入する。すなわち、射出成形機（図示省略）は、シート材ＳＭの下面ＬＳ１に形成された注入部ＩＰ１から、シート材ＳＭの内部ＩＮ１へスプルー７を介して溶融樹脂ＭＰを加圧注入する。
このように、ＦＲＰシートプレス成形装置１は、シート材ＳＭの表層ＴＬ及び裏層ＢＬの間に樹脂ＰＲ（図５参照）の層を配置したプレス成形品ＰＭ（図５参照）を成形する。
次に、図２及び図３を参照しながら、ＦＲＰシートプレス成形装置１によるＦＲＰシートプレス成形方法について説明する。
ＦＲＰシートプレス成形装置１によるＦＲＰシートプレス成形方法は、シート材ＳＭを用いてプレス成形品ＰＭを成形する方法である。このＦＲＰシートプレス成形方法は、プレス工程と、補充工程とを備えている。
シート材ＳＭは、加熱することでボイド（気泡）を発生させながら膨張し、フェルト状になって柔らかくなる（図２（Ａ）→図２（Ｂ）参照）。
プレス工程では、図３（Ａ）に示すように、加熱したシート材ＳＭを、金型２，３を閉じてキャビティー５内に配置する。シート材ＳＭは、金型２，３に触れることで表層ＴＬ及び裏層ＢＬの温度が下がり、表層ＴＬ及び裏層ＢＬが収縮して固くなる。その後、図３（Ｂ）に示すように、所定の製品板厚のクリアランスまで上側の金型２を下げ、シート材ＳＭをキャビティー５内でプレスする。
補充工程では、図３（Ｃ）に示すように、金型２，３の閉じた状態をプレス工程から維持したまま、スプルー７を介してキャビティー５へ溶融樹脂ＭＰを加圧注入する。これにより、シート材ＳＭの一方の面である下面ＬＳ１に、注入部ＩＰ１となる孔が形成され、当該注入部ＩＰ１から、シート材ＳＭの内部ＩＮ１に溶融樹脂ＭＰが加圧注入される。すなわち、補充工程では、金型２，３の閉じた状態をプレス工程から維持したまま、シート材ＳＭの一方の面である下面ＬＳ１に形成された注入部ＩＰ１から、シート材ＳＭの内部ＩＮ１へ溶融樹脂ＭＰを加圧注入する。
溶融樹脂ＭＰが冷えて固まることにより、シート材ＳＭの表層ＴＬ及び裏層ＢＬの間に樹脂ＰＲ（図５参照）の層を配置したプレス成形品ＰＭ（図５参照）が成形される。
次に、図４を参照しながら、ＦＲＰシートプレス成形装置１によるＦＲＰシートプレス成形方法において、注入部ＩＰ１が形成されるメカニズムについて説明する。
プレス工程においてスプルー７を介してキャビティー５へ加圧注入された溶融樹脂ＭＰは、図４（Ａ）に示すように、仮に裏層ＬＳ１と下側の金型３との間に流れ込んだとしても、金型３に冷やされて固化し、裏層ＬＳ１と金型３との間における流動は止まる。
そして、図４（Ｂ）に示すように、注入部ＩＰ１となる孔が形成され、スプルー７を介してキャビティー５へ加圧注入された溶融樹脂ＭＰは、より抵抗の少ない方に流れていくので、流動抵抗の少ないシート材ＳＭの内部ＩＮ１に流れ、３層構造ができる。
次に、図５及び図６を参照しながら、ＦＲＰシートプレス成形装置１を用いて、ＦＲＰシートプレス成形方法によって成形されたプレス成形品ＰＭの構造について説明する。
図５及び図６に示すように、プレス成形品（ＦＲＰ成形品）ＰＭは、シート材ＳＭの表層ＴＬ及び裏層ＢＬの間に樹脂ＰＲの層を配置した３層構造を有する。シート材ＳＭは、金型２，３のキャビティー５内でプレス成形されたものである。樹脂ＰＲは、シート材ＳＭの一方の面である下面ＬＳ１（図１参照）に形成された注入部ＩＰ１（図１参照）から、シート材ＳＭの内部ＩＮ１（図１参照）へ加圧注入された後に、冷やされて固化したものである。
以上説明した本実施形態のＦＲＰシートプレス成形方法によれば、以下のような効果を奏する。
すなわち、ＦＲＰシートプレス成形方法は、繊維強化プラスチックのシート材ＳＭを用いてプレス成形品ＰＭを成形する方法であって、加熱したシート材ＳＭを、金型２，３を閉じてキャビティー５内でプレス成形するプレス工程と、金型２，３の閉じた状態をプレス工程から維持したまま、シート材ＳＭの一方の面である下面ＬＳ１に形成された注入部ＩＰ１から、シート材ＳＭの内部ＩＮ１へ溶融樹脂ＭＰを加圧注入する補充工程と、を備え、シート材ＳＭの表層ＴＬ及び裏層ＢＬの間に樹脂ＰＲの層を配置したプレス成形品ＰＭを成形する。
このように、ＦＲＰシートプレス成形方法によれば、シート材ＳＭの表層ＴＬ及び裏層ＢＬの間に樹脂ＰＲ層を配置したプレス成形品ＰＭを成形することができ、必要以上に繊維を使用することなく、十分な強度を有するプレス成形品ＰＭを成形することが可能である。また、プレス成形品ＰＭの製造効率を向上させることができる。
次に、本発明の別の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図７は、２枚重ねのシート材ＳＭ１，ＳＭ２の特性を示す断面図である。図７（Ａ）は、加熱前の状態を示す。図７（Ｂ）は、加熱後の状態を示す。図８は、別のプレス成形品（図示省略）を成形する流れを示すＦＲＰシートプレス成形装置１の拡大図である。図８（Ａ）は、シート材ＳＭ１，ＳＭ２の内部ＩＮ２へ溶融樹脂ＭＰが加圧注入される前の状態を示す。図８（Ｂ）は、シート材ＳＭ１，ＳＭ２の内部ＩＮ２へ溶融樹脂ＭＰが加圧注入された状態を示す。なお、本実施形態に係るＦＲＰシートプレス成形装置１は、上述のＦＲＰシートプレス成形装置１と同一の構成であり、上述のシート材ＳＭに代えて、２枚重ねのシート材ＳＭ１，ＳＭ２を用いてプレス成形品（図示省略）を成形する。
詳細は後述するが、キャビティー５に加圧注入された溶融樹脂ＭＰは、２枚重ねのシート材ＳＭ１，ＳＭ２の一方の面である下面ＬＳ２に形成された注入部ＩＰ２から、２枚重ねのシート材ＳＭ１，ＳＭ２の内部ＩＮ２へ浸入する。すなわち、射出成形機（図示省略）は、２枚重ねのシート材ＳＭ１，ＳＭ２の下面ＬＳ２に形成された注入部ＩＰ２から、２枚重ねのシート材ＳＭ１，ＳＭ２の内部ＩＮ２へスプルー７を介して溶融樹脂ＭＰを加圧注入する。
このように、ＦＲＰシートプレス成形装置１は、２枚重ねのシート材ＳＭ１，ＳＭ２の間に樹脂の層を配置したプレス成形品（図示省略）を成形する。
次に、図７及び図８を参照しながら、ＦＲＰシートプレス成形装置１によるＦＲＰシートプレス成形方法について説明する。
ＦＲＰシートプレス成形装置１によるＦＲＰシートプレス成形方法は、２枚重ねのシート材ＳＭを用いてプレス成形品（図示省略）を成形する方法である。
２枚重ねのシート材ＳＭ１，ＳＭ２は、上述のシート材ＳＭ（図２参照）とは異なり、加熱した場合であっても、膨張することはない（図７（Ａ）→図７（Ｂ）参照）。
プレス工程では、図８（Ａ）に示すように、加熱した２枚重ねのシート材ＳＭ１，ＳＭ２を、金型２，３を閉じてキャビティー５内に配置する。この際、２枚重ねのシート材ＳＭ１，ＳＭ２の下面ＬＳ２に形成された注入部ＩＰ２を、スプルー７に連続させる。
補充工程では、図８（Ｂ）に示すように、金型２，３の閉じた状態をプレス工程から維持したまま、スプルー７を介してキャビティー５へ溶融樹脂ＭＰを加圧注入する。これにより、２枚重ねのシート材ＳＭ１，ＳＭ２の下面ＬＳ２に形成された注入部ＩＰ２から、２枚重ねのシート材ＳＭ１，ＳＭ２の内部ＩＮ２に溶融樹脂ＭＰが加圧注入される。すなわち、補充工程では、金型２，３の閉じた状態をプレス工程から維持したまま、２枚重ねのシート材ＳＭ１，ＳＭ２の一方の面である下面ＬＳ２に形成された注入部ＩＰ２から、２枚重ねのシート材ＳＭ１，ＳＭ２の内部ＩＮ２へ溶融樹脂ＭＰを加圧注入する。
溶融樹脂ＭＰが冷えて固まることにより、２枚重ねのシート材ＳＭ１，ＳＭ２の間に樹脂（図示省略）の層を配置したプレス成形品（図示省略）が成形される。
以上説明した本実施形態のＦＲＰシートプレス製造方法によれば、以下のような効果を奏する。
すなわち、ＦＲＰシートプレス成形方法は、繊維強化プラスチックの２枚重ねのシート材ＳＭ１，ＳＭ２を用いてプレス成形品（図示省略）を成形する方法であって、加熱した２枚重ねのシート材ＳＭ１，ＳＭ２を、金型２，３を閉じてキャビティー５内でプレス成形するプレス工程と、金型２，３の閉じた状態をプレス工程から維持したまま、２枚重ねのシート材ＳＭ１，ＳＭ２の一方の面である下面ＬＳ１に形成された注入部ＩＰ２から、２枚重ねのシート材ＳＭ１，ＳＭ２の内部ＩＮ２へ溶融樹脂ＭＰを加圧注入する補充工程と、を備え、２枚重ねのシート材ＳＭ１，ＳＭ２の間に樹脂（図示省略）を配置したプレス成形品（図示省略）を成形する。
このように、ＦＲＰシートプレス成形方法によれば、２枚重ねのシート材ＳＭ１，ＳＭ２の間に樹脂（図示省略）層を配置したプレス成形品（図示省略）を成形することができ、必要以上に繊維を使用することなく、十分な強度を有するプレス成形品を成形することが可能である。また、プレス成形品の製造効率を向上させることができる。
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。
１ ＦＲＰシートプレス成形装置
２，３ 金型（成形型）
５ キャビティー
７ スプルー
ＳＭ，ＳＭ１，ＳＭ２ シート材（繊維強化プラスチック）
ＬＳ１，ＬＳ２ 下面（一方の面）
ＩＰ１，ＩＰ２ 注入部
ＩＮ１，ＩＮ２ 内部
ＴＬ 表層
ＢＬ 裏層
ＭＰ 溶融樹脂（樹脂）
ＰＲ 樹脂
ＰＭ プレス成形品（ＦＲＰ成形品）

Claims (3)

  1. 繊維強化プラスチックを用いてプレス成形品を成形するＦＲＰシートプレス成形方法であって、
    加熱した前記繊維強化プラスチックを、成形型を閉じてキャビティー内でプレス成形するプレス工程と、
    前記成形型の閉じた状態を前記プレス工程から維持したまま、前記繊維強化プラスチックの一方の面に形成された注入部から、前記繊維強化プラスチックの内部へ樹脂を加圧注入する補充工程と、を備え、
    前記繊維強化プラスチックの層同士の間に前記樹脂の層を配置した前記プレス成形品を成形するＦＲＰシートプレス成形方法。
  2. 成形型を用いて、繊維強化プラスチックでプレス成形品を成形するＦＲＰシートプレス成形装置であって、
    前記成形型は、キャビティーに繋がるスプルーを備え、
    加熱した前記繊維強化プラスチックを、前記成形型を閉じて前記キャビティー内でプレス成形してから、
    前記成形型の閉じた状態を維持したまま、前記繊維強化プラスチックの一方の面に形成された注入部から、前記繊維強化プラスチックの内部へ前記スプルーを介して樹脂を加圧注入し、
    前記繊維強化プラスチックの層同士の間に前記樹脂の層を配置した前記プレス成形品を成形するように用いるＦＲＰシートプレス成形装置。
  3. 成形型のキャビティー内でプレス成形された繊維強化プラスチックと、
    前記繊維強化プラスチックの一方の面に形成された注入部から、前記繊維強化プラスチックの内部へ加圧注入された樹脂と、を備え、
    前記繊維強化プラスチックの層同士の間に前記樹脂の層を配置したＦＲＰ成形品。
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