WO2021020593A1 - 金型 - Google Patents

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WO2021020593A1
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prepreg
mold
reference surface
curvature
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友明 済藤
祥史 首藤
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株式会社Ｔｈｅ ＭＯＴ Ｃｏｍｐａｎｙ
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    • B29K2105/0872—Prepregs

Definitions

  • the present invention relates to a mold for producing a fiber-reinforced resin molded product having a drawn shape by drawing a prepreg.
  • Fiber reinforced plastics can be molded and molded by heating, have high productivity, are easy to perform secondary processing such as welding, have electrical insulation, are not corroded, and are excellent in recyclability. It is widely used in various fields due to its characteristics.
  • carbon fiber reinforced resin that uses carbon fiber as fiber is lightweight, has high strength and high rigidity, so it includes the above-mentioned automobile industry and aviation industry, as well as the shipping industry and space field, wind power generation and sporting goods. , Applied research has been conducted in a wide range of fields and has already been used.
  • Methods for manufacturing molded products of fiber reinforced plastic include autoclave molding, oven molding, press molding, RTM / VaRTM method, pultrusion molding, filament molding, sheet winding, etc. Among them, high productivity and high quality. Press molding is desirable from the viewpoint of obtaining a fiber-reinforced resin molded product.
  • fibrous reinforcing materials such as glass cloth and carbon fiber are impregnated with a resin mixed with additives such as a curing agent and an adhesive, and heated or dried to be in a semi-cured state.
  • additives such as a curing agent and an adhesive
  • prepreg It is preferable to use prepreg as a material.
  • Patent Document 1 describes a method of manufacturing a fiber-reinforced resin molded product from a fiber-reinforced resin prepreg by setting appropriate conditions.
  • the prepreg Since the prepreg is in a semi-cured state, it is easy to handle at room temperature. However, the prepreg has a structure in which fiber layers are sandwiched between two resin layers, and the fibers constituting the fiber layer are long fibers. It is a fiber. When a prepreg having such a structure is drawn, there is a problem that the fibers are cut at the corners of the mold (where the prepreg is deformed). Therefore, the corners of the mold are generally rounded (chamfered), but it is not possible to obtain a good quality product simply by rounding the corners.
  • the present invention includes the following.
  • a mold comprising a concave mold, a wrinkle suppressor, and a punch passing through the wrinkle suppressor, and for producing a squeezed fiber reinforced resin molded product by drawing a prepreg.
  • the concave mold is The first reference plane and A second reference surface that forms a concave bottom with respect to the first reference surface, It has a standing surface that connects the first reference surface and the second reference surface.
  • the wrinkle suppressor has a wrinkle suppressor surface that sandwiches the prepreg together with the first reference surface.
  • the punch A punch surface that sandwiches the prepreg together with the second reference surface, It has a standing surface and a punch side surface that sandwiches the prepreg.
  • the radius of curvature of the angle formed by the second reference plane and the standing plane is R1
  • the radius of curvature of the angle formed by the punch surface and the punch side surface is R3, Then 0.1 ⁇ R1 / R3 ⁇ 1.0 Satisfy the mold.
  • the punch further includes a third reference surface having the same reference height as the wrinkle suppressing surface.
  • the radius of curvature of the angle formed by the first reference plane and the standing plane is R2, When the radius of curvature of the angle formed by the third reference surface and the punch side surface is R4, 0.1 ⁇ R4 / R2 ⁇ 1.0
  • the mold according to [1] which satisfies the above conditions.
  • a fiber-reinforced resin molded product having a concave mold, a wrinkle suppressor, and a convex mold having a convex portion and having the wrinkle suppressor around the convex portion by drawing a prepreg. It is a mold for manufacturing
  • the concave mold is The first reference plane and A second reference surface that forms a concave bottom with respect to the first reference surface, It has a standing surface that connects the first reference surface and the second reference surface.
  • the wrinkle suppressor has a wrinkle suppressor surface that sandwiches the prepreg together with the first reference surface.
  • the convex mold is A punch surface located on the convex portion of the convex mold and sandwiching the prepreg together with the second reference surface, It forms the side surface of the convex portion of the convex mold, and has the standing surface and the punch side surface that sandwiches the prepreg.
  • the radius of curvature of the angle formed by the second reference plane and the standing plane is R1
  • the radius of curvature of the angle formed by the punch surface and the punch side surface is R3, Then 0.1 ⁇ R1 / R5 ⁇ 1.0 Satisfy the mold.
  • the convex mold further includes a third reference surface having the same reference height as the wrinkle suppressing surface.
  • the radius of curvature of the angle formed by the first reference plane and the standing plane is R2
  • R4 When the radius of curvature of the angle formed by the third reference surface and the punch side surface is R4, 0.1 ⁇ R6 / R2 ⁇ 1.0
  • the radius of curvature of the corners meets certain conditions, and it is possible to obtain good quality products while preventing the fibers that make up the prepreg from breaking. It was.
  • FIG. It is sectional drawing for explanation of the step (a) in the drawing molding of the prepreg made of the fiber reinforced resin by the mold of Example 1.
  • FIG. It is sectional drawing for explanation of the step (b) in the drawing molding of the prepreg made of the fiber reinforced resin by the mold of Example 1.
  • FIG. It is sectional drawing for explanation of the step (c) in the drawing molding of the prepreg made of the fiber reinforced resin by the mold of Example 1.
  • FIG. It is sectional drawing for explanation of the step (d) in the drawing molding of the prepreg made of the fiber reinforced resin by the mold of Example 1.
  • FIG. It is an enlarged view of the part A of FIG. It is an enlarged view of the B part of FIG.
  • the fiber-reinforced resin molded product is a prepreg obtained by impregnating and drying a fiber bundle, for example, a fiber bundle such as carbon fiber or glass fiber with a thermoplastic resin or a thermosetting resin, and curing the prepreg by heating and cooling.
  • the fiber-reinforced resin molded product is a fiber-reinforced resin composite material or metal-integrated molded product in which a prepreg and a metal such as aluminum, iron, or titanium are heated and pressed to join them.
  • the squeezed shape is a shape made of a single plate, seamless, and having a bottomed container-like shape.
  • the fiber is not basically a short fiber but a long fiber in a fiber bundle, and the prepreg used in the present invention can be a prepreg having a general prepreg structure.
  • the general structure of a prepreg is a structure in which both sides of a fiber layer are sandwiched between resin layers by impregnation.
  • the resin used for the fiber reinforced resin is not particularly limited, and either a thermosetting resin or a thermoplastic resin can be used.
  • the thermosetting resin include epoxy resin, vinyl ester resin, unsaturated polyester resin, polyurethane resin, phenol resin and the like, and these can also be used in combination.
  • the thermoplastic resin include polypropylene, polyethylene, polyvinyl chloride, polystyrene, polyvinyl acetate, polyurethane, Teflon (registered trademark), acrylic, polyamide, polyacetal, polycarbonate, and polyether (polyetheretherketone, polyetherketone, etc.). Polyetherketone etc.), polyester or a combination thereof and the like.
  • the resins may be used alone or in combination of two or more.
  • Example 1 (Constitution)
  • 1 is a die for producing a squeezed fiber reinforced resin molded product
  • 2 is a concave mold
  • 3 is a prepreg
  • 4 is a wrinkle suppressor
  • 5 is a punch. While suppressing the prepreg 3 with the wrinkle suppressor 4, the punch 5 passing through the hole portion of the wrinkle suppressor 4 moves upward, and the central portion of the prepreg 3 is pushed into the concave portion of the concave mold 2 to form a drawing shape.
  • the punch 5 is a mechanism that rises from the bottom to the top, but the punch 5 and the wrinkle suppressor 4 are fixed, and the concave mold 2 is formed by lowering from the top to the bottom.
  • the punch 5 may be placed relative to the concave die 2 and either or both of the punch 5 and the concave die 2 may be moved up and down to perform drawing. Good.
  • the female concave mold 2 is placed on the upper side and the male punch 5 is placed on the lower side.
  • the concave portion of the concave mold 2 is arranged downward, and its size is such that the punch 5 can enter and the fiber reinforced resin molded product 3A can be formed.
  • the pressing side surfaces of the concave mold 2 are the first reference surface 22, the second reference surface 21 forming a concave bottom with respect to the first reference surface 22, the first reference surface 22 and the second reference surface. It is composed of a standing surface 23 that connects the 21 and the standing surface 23.
  • the first reference surface 22 is a portion that sandwiches the prepreg 3 and fixes the prepreg 3 together with the wrinkle suppression surface 41 of the wrinkle suppression 4 and the third reference surface 55 of the punch 5 described later.
  • the second reference surface 21 is a surface in which the punch 5 is raised, the prepreg 3 is deformed by drawing forming, and the portion of the prepreg 3 pushed by the punch 5 is sandwiched together with the punch surface 51 of the punch 5, and the bottom surface of the recess is formed.
  • the second reference plane 21 is a plane parallel to the first reference plane 22.
  • the standing surface 23 is a surface connecting the first reference surface 22 and the second reference surface 21, and the height of the standing surface 23 corresponds to the depth of the recess.
  • the male punch 5 is arranged below the concave mold 2.
  • the shape of the punch 5 is such that a desired drawing shape can be formed, and there are a columnar shape, a square columnar shape, and the like, both of which can be used. The shape can be appropriately adjusted according to the obtained molded product.
  • the concave mold 2 has a male-female relationship.
  • the punch 5 includes a punch surface 51 that comes into contact with the prepreg 3 for drawing.
  • the punch surface 51 comes into contact with the prepreg 3, pushes the prepreg 3 upward, and sandwiches the prepreg 3 together with the second reference surface 21.
  • the punch 5 includes a punch side surface 52 on the side surface.
  • the punch side surface 52 is a surface forming the side surface of the punch 5, and when the punch 5 rises, as a result, the prepreg 3 is sandwiched together with the standing surface 23.
  • the punch 5 further includes a third reference surface 55.
  • the third reference surface 55 is a surface having the same reference height as the wrinkle suppressing surface 41 described later. Specifically, the third reference surface 55 becomes the same reference as the wrinkle suppressing surface 41 when the prepreg 3 is sandwiched between the concave mold 2 (that is, the state of FIG. 3). The prepreg 3 is sandwiched between the third reference surface 55 and the wrinkle suppressing surface 41 together with the first reference surface 22 of the concave mold 2.
  • the wrinkle suppressor 4 sandwiches the prepreg 3 together with the first reference surface 22 of the concave mold 2 by using the wrinkle suppressor surface 41 provided in the wrinkle suppressor 4. Therefore, the wrinkle suppressing surface 41 is a surface that comes into contact with the prepreg 3.
  • the wrinkle suppressor 4 it is possible to suppress the occurrence of wrinkles in the fiber reinforced resin molded product 3A, fix the prepreg 3 around the place to be drawn, and carry out the drawing.
  • the corner 53 formed, the punch side surface 52, and the corner 54 formed by the third reference surface 55 are all chamfered without producing corners to round the corners.
  • the corner 25 is a portion corresponding to the inner end of the concave portion, but is molded so that the corner is not formed (so as to have a radius of curvature). The same applies to the angle 54.
  • the radius of curvature of the angle 25 is R1 and the radius of curvature of the angle 53 is R3 (see FIGS.
  • FIG. 4 is an enlarged view of a portion surrounded by the line of FIG. 1 and marked with A.
  • the above formula means that R3 has the same or larger R1 and its ratio (R1 / R3) is the same as or larger than 0.1.
  • R1 is larger than R3
  • the prepreg 3 comes into contact with the corner having a smaller radius of curvature, the constituent fibers are damaged, and the appearance is deteriorated.
  • R1 is extremely smaller than R3 (the ratio is smaller than 0.1)
  • R1 and R3 are not particularly limited because they vary depending on the product shape and size, but for example, R1 and R3 can be adapted to about 0.1 mm to 50 mm, respectively. Think.
  • the radius of curvature of the angle 26 formed by the first reference surface 22 and the standing surface 23 is R2
  • the radius of curvature of the angle formed by the third reference surface 55 and the punch side surface 52 is R4. (See FIGS. 5 and 6) 0.1 ⁇ R4 / R2 ⁇ 1.0 Meet. This means that R2 is equal to or greater than R4, and R4 / R2 is equal to or greater than 0.1.
  • R4 is larger than R2 (that is, R4 / R2 is larger than 1)
  • the prepreg 3 comes into contact with the corner 26 (R2) having a small radius of curvature first, which is not preferable because excessive tension is applied.
  • R4 / R2 is smaller than 0.1, the cost of manufacturing the mold becomes high, and the radius of curvature of R4 becomes too small, resulting in fibers. May cause damage.
  • the size of the concave mold 2 is not particularly limited, but for example, it is 200 mm to 1500 mm in both the vertical and horizontal directions, and the height is 50 to 500 mm.
  • the depth of the recess is also not particularly limited, and is, for example, about 30 to 300 mm.
  • the width and height of the recess are not particularly limited, and both are about 100 mm to 800 mm.
  • the drawing process using the mold 1 of the first embodiment is performed as follows. First, as shown in FIG. 1, the prepreg 3 is arranged on the wrinkle suppression surface 41 of the wrinkle suppression 4 and the punch surface 51 of the punch 5 that have risen to a predetermined temperature (step (a)), and the wrinkle suppression 4 and Raise both punches 5.
  • the wrinkle suppression 4 is stopped.
  • the punch 5 continues to rise and lifts the portion of the prepreg 3 where the punch surface 51 hits (see step (b) in FIG. 2).
  • the corner 53 of the prepreg 3 contacts the corner 25 before the corner 25, and the corner 26 contacts the corner 54 before the corner 54. Therefore, these corners have a radius of curvature more than the other corners. Is preferably larger. Then, the punch 5 rises to the highest position and is held at that position (step (c) in FIG. 3).
  • step (d) After a certain period of time, the temperature was lowered and the wrinkle suppressor 4 and the punch 5 were moved downward while confirming that the resin did not flow, and the fiber reinforced resin molded product 3A was moved downward. Take out (step (d)).
  • the concave mold 2, the wrinkle suppressor 4, and the punch 5 may be provided with a heater capable of raising the temperature to a predetermined temperature so that the resin can be formed, and a heater can be provided around them. Can also be placed to raise the temperature. If the molding temperature is too high, in the case of a thermoplastic fiber reinforced resin molded product, it causes burning and poor gloss, and if the holding temperature is too low, the fluidity of the resin deteriorates, which causes distortion and whitening.
  • the prepreg 3 is 600 mm ⁇ 400 mm manufactured by Mitsubishi Chemical (twill weave, 0.23 mm per sheet) so that the thickness of the reinforced resin molded product after completion is 1.6 mm.
  • a plurality of sheets were laminated, it is also applicable to a quadrangular prepreg having a side of about 100 mm to 2000 mm.
  • a prepreg having a shape other than a quadrangle can also be used, but the size of the prepreg in that case is preferably the same area as that of a quadrangle having a side of 100 mm to 2000 mm.
  • the technique disclosed in the present specification can be used up to a thickness of 0.2 to 5.0 mm of the fiber reinforced resin molded product, and the thickness of the finished product can be adjusted by the number of laminated prepregs. it can.
  • an adhesive and / or an adhesive resin sheet may be arranged between the prepregs to increase the laminating strength of the prepregs (make it difficult for the prepregs to peel off from each other).
  • the adhesive resin sheet for example, an acrylic adhesive or an acrylic adhesive resin sheet can be used, and the adhesive resin sheet may be placed between all the prepregs to be laminated, or between the prepregs. Of these, the adhesive resin sheet may be placed only where necessary.
  • the mold temperature does not need to be returned to room temperature, and may be, for example, 60 to 90 ° C. If the temperature is high to some extent, the time for reheating can be shortened and the energy required can be reduced.
  • Example 2 7 and 8 are aspects of the second embodiment of the present invention.
  • the convex mold 7 (convex punch) is used instead of the columnar or prismatic punch of the first embodiment.
  • a wrinkle suppressor 9 is provided around the convex portion of the convex mold 7 via the telescopic portion 8 (see FIG. 5A).
  • the prepreg 3 is placed on the heated convex mold 7 and the wrinkle suppressor 9 and raised.
  • the expansion / contraction portion 8 shrinks, so that the wrinkle suppressor 9 does not apply pressure to the prepreg more than necessary.
  • the convex mold 7 rises and the prepreg 3 is drawn and molded so as to have a predetermined shape (see FIG. 6B).
  • the concave mold 2 is the same as that of the first embodiment.
  • the wrinkle suppressor 9 is provided with a wrinkle suppressor surface 91 in contact with the prepreg 3, and is substantially the same as the wrinkle suppressor 4 of the first embodiment, but is provided with an elastic portion 8 connected to the convex mold 7. different.
  • the convex mold 7 has a convex portion for pushing the prepreg 3, and supports the wrinkle suppressing 9 at a portion other than the convex portion. Similar to the punch 5 of the first embodiment, the convex portion of the convex mold 7 has a shape capable of forming a desired drawing shape, and has a columnar shape, a square columnar shape, and the like, both of which can be used. Monkey.
  • the convex mold 7 includes a punch surface 71 that comes into contact with the prepreg 3 for drawing.
  • the punch surface 71 is in contact with the prepreg 3, pushes up the prepreg 3 upward, and is in a state of sandwiching the prepreg 3 together with the second reference surface 21.
  • the convex mold 7 includes a punch side surface 72 on the side surface of the convex portion.
  • the punch side surface 72 is a surface forming the side surface of the convex portion, and when the convex mold 7 is raised, as a result, the prepreg 3 is sandwiched together with the standing surface 23.
  • the convex mold 7 further includes a third reference surface 75.
  • the third reference surface 75 is a surface having the same reference height as the wrinkle suppressing surface 91.
  • the third reference surface 75 and the wrinkle suppressing surface 91 sandwich the prepreg 3 together with the first reference surface 22 of the concave mold 2.
  • the corners 25, 26, 73, and 74 are chamfered and rounded instead of being 90 degrees.
  • the mold 1 of the first embodiment is 0.1 ⁇ R1 / R5 ⁇ 1.0 Meet.
  • the radius of curvature of the angle 26 formed by the first reference surface 22 and the standing surface 23 is R2
  • the radius of curvature of the angle 74 formed by the third reference surface 75 punch side surface 72 is R6. If, 0.1 ⁇ R6 / R2 ⁇ 1.0 Meet.
  • Mold 2 Concave mold 3: Prepreg 3A: Fiber reinforced plastic molded product 4, 9: Wrinkle suppression 5: Punch 7: Convex mold 8: Telescopic part

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Abstract

【課題】　樹脂を流出しない、または従来よりも少量の排出量で樹脂に形成されるボイド数を激減することができるプレス装置を提供する。 【解決手段】　凹状金型と、しわ抑えと、前記しわ抑えの中を通過するパンチとからなり、プリプレグを絞り加工によって絞り形状の繊維強化樹脂成形品を製造するための金型であって、前記凹状金型は、第一基準面と、前記第一基準面に対して凹状の底部を形成する第二基準面と、前記第一基準面と前記第二基準面とをつなげる立ち面とを有し、前記しわ抑えは、前記第一基準面とともにプリプレグを挟み込むしわ抑え面を有し、前記パンチは、前記第二基準面とともにプリプレグを挟み込こむパンチ面と、前記立ち面とプリプレグを挟み込むパンチ側面とを有し、前記第二基準面と前記立ち面とで形成される角の曲率半径であるＲ１と、前記パンチ面と前記パンチ側面とで形成される角の曲率半径でありＲ３とが、所定の関係を有する、金型。

Description

金型
　本発明は、プリプレグを絞り加工によって絞り形状の繊維強化樹脂成形品を製造するための金型に関する。
　近年、環境問題から、自動車業界や航空業界等において燃費向上への取り組みが進められている。その中で、車体や機体の軽量化のため、金属から繊維強化樹脂への代替が期待されていて、注目が大きくなっている。
　繊維強化樹脂は、加熱により成形や賦型が可能で、高い生産性を有し、溶着等の二次加工が容易であり、電気絶縁性を有し、また腐食せずリサイクル性にも優れる等の特徴から様々な分野で広く使用されている。
　また、繊維として炭素繊維を使った炭素繊維強化樹脂は、軽量であり、高強度高剛性であることから、前述の自動車業界や航空業界をはじめ、船舶業界や宇宙分野、風力発電やスポーツ用品等、幅広い分野で適用研究が行われ既に使用されている。
　繊維強化樹脂の成形品の製造方法としては、オートクレーブ成形、オーブン成形、プレス成形、ＲＴＭ／ＶａＲＴＭ法、引き抜き成形、フィラメントワイディング、シートワインディングなどがあるが、この中でも、生産性が高く、良質な繊維強化樹脂成形品が得られるという観点から、プレス成形が望ましいとされている。
　繊維強化樹脂成型品の成形は、ガラスクロス、炭素繊維のような繊維状補強材に、硬化剤や接着剤などの添加物を混合した樹脂を含浸させ、加熱又は乾燥して半硬化状態にしたプリプレグプリプレグを材料として行うことが好ましい。
　例えば、特許文献１では、適切な条件に設定することで、繊維強化樹脂のプリプレグから、繊維強化樹脂成型品を製造する方法が記載されている。
特許第６６５６７０２号
　プリプレグは、半硬化状態であるため常温では取り扱いしやすいが、プリプレグは、２つの樹脂層で繊維層をサンドイッチした構造になっており、繊維層を構成する繊維は、繊維束となっている長繊維である。このような構造を有するプリプレグを絞り加工すると、金型の角（プリプレグが変形する箇所）で、繊維が切れてしまうという課題がある。そのため、金型の角には、一般的には角をとって丸く加工（面取り加工）するが、単に丸くするだけでは、良品質の製品を得ることができない。
　そこで、一つの角に着目するのではなく、金型全体の角を見直した結果、ある特定の条件を満たすことにより、良品質の製品を得ることが判明した。
　すなわち、本発明は以下を包含する。
［１］　凹状金型と、しわ抑えと、前記しわ抑えの中を通過するパンチとからなり、プリプレグを絞り加工によって絞り形状の繊維強化樹脂成形品を製造するための金型であって、
　前記凹状金型は、
　　第一基準面と、
　　前記第一基準面に対して凹状の底部を形成する第二基準面と、
　　前記第一基準面と前記第二基準面とをつなげる立ち面とを有し、
　前記しわ抑えは、前記第一基準面とともにプリプレグを挟み込むしわ抑え面を有し、
　前記パンチは、
　　前記第二基準面とともにプリプレグを挟み込こむパンチ面と、
　　前記立ち面とプリプレグを挟み込むパンチ側面とを有し、
　前記第二基準面と前記立ち面とで形成される角の曲率半径をＲ１、
前記パンチ面と前記パンチ側面とで形成される角の曲率半径をＲ３、
とすると、
　０．１≦Ｒ１／Ｒ３≦１．０
を満たす、金型。
［２］　前記パンチが、前記しわ抑え面と同じ基準の高さとなる第三基準面をさらに備え、
　前記第一基準面と前記立ち面とで形成される角の曲率半径をＲ２、
　前記第三基準面と前記パンチ側面とで形成される角の曲率半径をＲ４とした場合、
　０．１≦Ｒ４／Ｒ２≦１．０
を満たす、［１］に記載の金型。
［３］　凹状金型と、しわ抑えと、凸部を有し、前記しわ抑えを前記凸部の周囲に備える凸状金型とからなり、プリプレグを絞り加工によって絞り形状の繊維強化樹脂成形品を製造するための金型であって、
　前記凹状金型は、
　　第一基準面と、
　　前記第一基準面に対して凹状の底部を形成する第二基準面と、
　　前記第一基準面と前記第二基準面とをつなげる立ち面とを有し、
　前記しわ抑えは、前記第一基準面とともにプリプレグを挟み込むしわ抑え面を有し、
　前記凸状金型は、
　　前記凸状金型の凸部に位置し、前記第二基準面とともにプリプレグを挟み込こむパンチ面と、
　　前記凸状金型の凸部の側面を形成し、前記立ち面とプリプレグを挟み込むパンチ側面とを有し、
　前記第二基準面と前記立ち面とで形成される角の曲率半径をＲ１、
　前記パンチ面と前記パンチ側面とで形成される角の曲率半径をＲ３、
とすると、
　０．１≦Ｒ１／Ｒ５≦１．０
を満たす、金型。
［４］　前記凸状金型が、前記しわ抑え面と同じ基準の高さとなる第三基準面をさらに備え、
　前記第一基準面と前記立ち面とで形成される角の曲率半径をＲ２、
　前記第三基準面と前記パンチ側面とで形成される角の曲率半径をＲ４とした場合、
　０．１≦Ｒ６／Ｒ２≦１．０
を満たす、［３］に記載の金型。
　金型全体の角の面取りを見直した結果、角の曲率半径が、一定の条件を満たすことにおり、プリプレグを構成する繊維が切れてしまうことを防止しつつ、良品質の製品を得ることできた。
実施例１の金型による繊維強化樹脂から成るプリプレグの絞り成形における工程（ａ）の説明用断面図である。 実施例１の金型による繊維強化樹脂から成るプリプレグの絞り成形における工程（ｂ）の説明用断面図である。 実施例１の金型による繊維強化樹脂から成るプリプレグの絞り成形における工程（ｃ）の説明用断面図である。 実施例１の金型による繊維強化樹脂から成るプリプレグの絞り成形における工程（ｄ）の説明用断面図である。 図１のＡ部分の拡大図である。 図１のＢ部分の拡大図である。 実施例２の金型による繊維強化樹脂から成るプリプレグの絞り成形における工程（ａ）の説明用断面図である。 実施例２の金型による繊維強化樹脂から成るプリプレグの絞り成形における工程（ｂ）の説明用断面図である。
　本発明を実施するための形態を、実施例の図に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は、実施例に限定されるものではなく、当業者に周知された範囲で適宜設計変更等することが可能である。
　本明細書において、繊維強化樹脂成形品とは、繊維束、例えば、カーボンファイバー、ガラスファイバー等の繊維束を熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂で含浸・乾燥させたプリプレグを加熱及び冷却により硬化させて得られる成形品であり、また、繊維強化樹脂成形品には、プリプレグ及びアルミ、鉄、チタン等の金属を加熱・加圧して接合させた繊維強化樹脂複合材料・金属一体化成形品とを含むものとする
　本発明において、絞り形状とは、一枚の板からできており継ぎ目がなく、底つきの容器状の形状を有する形状である。
　なお、繊維は、基本的には短繊維ではなく、繊維束となっている長繊維であり、本発明で使用されるプリプレグは、一般的なプリプレグの構造のプリプレグを用いることができる。一般的なプリプレグの構造とは、繊維層の両側を、含浸により樹脂層でサンドイッチした構造である。
　本発明において、繊維強化樹脂に使用される樹脂は特に限定されるものではなく、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂のいずれでも使用することができる。
　熱硬化性樹脂としては、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、ポリウレタン樹脂、フェノール樹脂等が挙げられ、これらを組み合わせて使用することもできる。
　また、熱可塑性樹脂としては、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリ酢酸ビニル、ポリウレタン、テフロン（登録商標）、アクリル、ポリアミド、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリエーテル（ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルスルホン等）、ポリエステル又はこれらの組み合わせ等が挙げられる。
　樹脂は、これらは単独で用いてもよく、また、複数混合して用いてもよい。
実施例１
（構成）
　図１中、１は絞り形状の繊維強化樹脂成形品を製造するための金型、２は凹状金型、３はプリプレグ、４はしわ抑え、５はパンチである。プリプレグ３をしわ抑え４で抑えながら、しわ抑え４の穴の部分を通過するパンチ５が上方に向かって移動し、プリプレグ３の中心部分を凹状金型２の凹部分に押し込み、絞り形状を形成する。なお、本実施例では、パンチ５が下から上に向かて上昇する機構であるが、パンチ５及びしわ抑え４を固定し、凹状金型２を上から下に向かって下降させて形成してもよく、また、パンチ５を凹状金型２に対して相対的に上に配置し、パンチ５又は凹状金型２のいずれか、または両方を上下動させて、絞り加工を実施してもよい。
（凹状金型）
　実施例１では、雌の凹状金型２を上側に配置し、雄のパンチ５を下に配置する。凹状金型２の凹部分は、下向きに配置されており、その大きさは、パンチ５が入り込み、繊維強化樹脂成型品３Ａを形成できるサイズとなっている。
　凹状金型２のプレスする側の面は、第一基準面２２と、第一基準面２２に対して凹状の底部を形成する第二基準面２１と、第一基準面２２と第二基準面２１とをつなげる立ち面２３とから構成されている。
　第一基準面２２は、しわ抑え４のしわ抑え面４１及び後述するパンチ５の第三基準面５５とともに、プリプレグ３を挟みこみ、プリプレグ３を固定する部分である。第二基準面２１は、パンチ５が上昇し、絞り成形によりプリプレグ３が変形し、パンチ５に押されたプリプレグ３の部分を、パンチ５のパンチ面５１とともに挟み込む面であり、凹部分の底面に相当する。実施例１では、第二基準面２１は第一基準面２２と平行な面である。立ち面２３は、第一基準面２２と第二基準面２１とを接続する面であり、立ち面２３の高さは、凹部の深さに相当する。パンチ５が上方向に移動したときに、パンチ５のパンチ側面５２とともに、プリプレグ３を挟み込む。
（パンチ）
　実施例１では、雄のパンチ５は、凹状金型２に対して下側に配置する。パンチ５の形状は、所望の絞り形状を形成できるような形であり、円柱状、四角柱状などがあり、どちらも使用可能でさる。なお、形状については、得られる成形品に応じて適宜調整できる。凹状金型２とは、雄雌の関係になっている。
　パンチ５は、絞り成形するためにプリプレグ３と接触するパンチ面５１を備える。パンチ面５１は、プリプレグ３と接し、上方向にプリプレグ３を押し上げ、第二基準面２１とともに、プリプレグ３とを挟み込む状態になる。
　パンチ５は、側面にパンチ側面５２を備える。パンチ側面５２は、パンチ５の側面を形成する面であり、パンチ５が上昇した場合は、結果的に、プレプレグ３を立ち面２３とともに挟み込む。
　パンチ５は、さらに、第三基準面５５を備える。第三基準面５５は、後述するしわ抑え面４１と同じ基準の高さとなる面である。具体的には、第三基準面５５は、プリプレグ３を凹状金型２と挟み込んでいるときに（すなわち、図３の状態）、しわ抑え面４１と同じ基準になる。第三基準面５５としわ抑え面４１とは、凹状金型２の第一基準面２２とともに、プレプレグ３を挟み込む。
（しわ抑え）
　しわ抑え４は、しわ抑え４が備えるしわ抑え面４１を用いて、凹状金型２の第一基準面２２とともに、プリプレグ３を挟み込む。したがって、しわ抑え面４１は、プリプレグ３と接触する面である。しわ抑え４を設けることにより、繊維強化樹脂成型品３Ａのしわの発生を抑えるとともに、プリプレグ３を絞り加工の対象となる場所の周囲を固定し、絞り加工を実施することを可能とする。
（曲率半径）
　凹状金型２の内側の第二基準面２１と立ち面２３とで形成される角２５、第一基準面２２と立ち面２３とで形成される角２６、パンチ面５１とパンチ側面５２とで形成される角５３、パンチ側面５２と第三基準面５５とで形成される角５４は、いずれも、角を出さずに面取りをして角を丸くする。なお、角２５については、凹部の内側の端に当たる部分であるが、角がでないように（曲率半径を有するように）、成形してある。角５４についても同様である。
　そして、本実施例においては、角２５の曲率半径をＲ１とし、角５３の曲率半径をＲ３とした場合（図５及び図６参照）、実施例１の金型１は、
　０．１≦Ｒ１／Ｒ３≦１．０
を満たす。Ｒ３、Ｒ１については、図４を参照できる。図４は、図１の線で囲まれてＡを付されている部分の拡大図である。上記式は、Ｒ３がＲ１が同じかそれよりも大きく、かつ、その比率（Ｒ１／Ｒ３）が、０．１と同じかそれよりも大きいことを意味する。角２５（Ｒ１）と角５３（Ｒ３）は絞り加工をする場合、まず、角５３に接触している部分に圧力がかかり、その後、樹脂が溶融等をしながら、角２５に接する（この状態図２に示す）。したがって、角５３は、角２５よりも先にプリプレグに接触する。本発明では、先に接触する方の角の曲率半径を小さくする方が、繊維が切れず、得られる製品の外観が優れていることを見出した。
　Ｒ１がＲ３よりも大きいと、より曲率半径の小さい角にプリプレグ３が接触し、構成する繊維が損傷し、外観が悪くなってしまう。また、Ｒ１がＲ３よりも極めて小さい場合は（比率が０．１より小さい）、金型製造が困難を極める上、Ｒ１の面取りが小さくなりすぎる場合があり、プリプレグ３の繊維が傷つきやすくなる。
　なお、Ｒ１、Ｒ３のそれぞれの大きさは、製品形状と大きさによって変わるため、特に限定されるものではないが、例えば、Ｒ１，Ｒ３はそれぞれ、０．１ｍｍ～５０ｍｍ程度まで適応可能であると考える。
　さらに、好ましい態様であるが、第一基準面２２と立ち面２３とで形成される角２６の曲率半径をＲ２、第三基準面５５とパンチ側面５２とで形成される角の曲率半径をＲ４とした場合（図５、図６参照）、
　０．１≦Ｒ４／Ｒ２≦１．０
を満たす。これは、Ｒ２がＲ４と同じかよりも大きく、かつＲ４／Ｒ２が０．１と同じかそれより大きいことを意味する。Ｒ４がＲ２よりも大きい場合（すなわちＲ４／Ｒ２が１より大きい）、は、プリプレグ３が小さい曲率半径の角２６（Ｒ２）に先に接触してしまうため、過度の張力がかかるため好ましくない。また、Ｒ２がＲ４よりも大きい場合であっても、Ｒ４／Ｒ２が、０．１よりも小さい場合は、金型製作の費用が高価となる上、Ｒ４の曲率半径が小さくなりすぎ、繊維に損傷を与える可能性がある。
　なお、凹状金型２の大きさは特に限定されるものではないが、例えば、縦、及び横ともに、２００ｍｍ～１５００ｍｍであり、高さは５０～５００ｍｍである。凹部の深さについても、特に限定されるものではなく、例えば、３０～３００ｍｍ程度である。凹部の横幅、縦幅についても特に限定はなく、いずれも、１００ｍｍ～８００ｍｍ程度である。
［絞り加工方法］
　実施例１の金型１を用いた絞り加工は以下のように行われる。
　まず、図１に示すように、所定の温度に上がったしわ抑え４のしわ抑え面４１及びパンチ５のパンチ面５１の上に、プリプレグ３を配置し（工程（ａ））、しわ抑え４及びパンチ５の両方を上昇させる。
　プリプレグ３が、所定の温度の凹状金型２の第一基準面２２に接触し、一定の圧力がかかったところで、しわ抑え４を停止させる。一方、パンチ５は引き続き上昇を続け、プリプレグ３のパンチ面５１があたる部分を持ち上げる（図２の（ｂ）工程参照）。なお、プリプレグ３を持ち上げたとき、プリプレグ３は、角５３は角２５よりも先に接触し、角２６は角５４よりも先に接触するため、これらの角は、その他の角よりも曲率半径は大きい方が好ましい。そして、パンチ５は、最も高い位置まで上昇し、その場所で保持する（図３工程（ｃ））。
　一定時間経過後、温度を低下させ、樹脂が流動しない状態になったことを確認しながら、図４で示すように、しわ抑え４及びパンチ５を下方に移動させ、繊維強化樹脂成形品３Ａを取り出す（（ｄ）工程）。
　図示されないが、凹状金型２、しわ抑え４、パンチ５には、樹脂を成形することができるように、所定の温度まで上昇させることができるヒーターを備えることもできるし、これらの周囲にヒーターを配置して、温度を上昇させることもできる。成型温度が高すぎると、熱可塑性繊維強化樹脂成型品の場合、焼けや光沢不良の原因となり、保持温度が低すぎると樹脂の流動性が悪くなるため、ひずみや白化の原因となる。
　なお、本実施例においてプリプレグ３は、６００ｍｍ×４００ｍｍ三菱ケミカル製（綾織り、１枚あたり０．２３ｍｍ）を使用し、完成後の維強化樹脂成型品の厚さが１．６ｍｍになるように複数枚積層して実施したが、一辺１００ｍｍ～２０００ｍｍ程度の四角形のプリプレグでも適用可能である。なお四角形以外の形状のプリプレグも使用できるがその場合のプリプレグの大きさは一辺１００ｍｍ～２０００ｍｍの四角形と同じ面積であることが好ましい。なお、本明細書に開示の技術は、繊維強化樹脂成型品の厚さが０．２～５．０ｍｍの厚さまで使用可能であり、プリプレグの積層枚数により完成品の厚さを調整することができる。さらには、プリプレグを積層する際に、プリプレグとプリプレグの間に接着剤及び／又は接着剤樹脂シートを配置して、プリプレグの積層強度を高める（プリプレグ同士を剥がれにくくする）こともできる。接着剤樹脂シートとして、例えば、アクリル系接着剤や、アクリル系接着剤樹脂シートを使用することができ、積層するすべてのプリプレグとプリプレグの間に配置してもよいし、プリプレグとプリプレグの間のうち、必要な箇所のみ接着剤樹脂シートを配置してもよい。
　連続的にプレスを行う場合、金型温度は室温に戻す必要はなく、例えば、６０～９０℃であってもよい。ある程度高い温度であれば、再加熱する時間を短縮し、必要とするエネルギーを減少させることができる。
実施例２
　図７、図８は、本発明の実施例２の態様である。実施例２における金型１Ａでは、実施例１の円柱状、または角柱状のパンチではなく、凸状金型７（凸状パンチ）を用いる。そして、凸状金型７の凸部の周囲には、伸縮部８を介して、しわ抑え９を備えている（図５（ａ）参照）。
　加工については、実施例１と同様に、加熱した凸状金型７及びしわ抑え９の上にプリプレグ３を配置し、上昇させる。プリプレグ３に接触したあと、所定の圧力に到達したときに、伸縮部８が縮むことで、しわ抑え９は必要以上に圧力をプリプレグにかからないようにする。一方、凸状金型７は上昇し、プリプレグ３を所定の形状になるように絞り成形する（図６（ｂ）参照）。
　凹状金型２は、実施例１と同じである。しわ抑え９は、プリプレグ３と接触するしわ抑え面９１を備え、実質的に実施例１のしわ抑え４と同じであるが、凸状金型７に接続されている伸縮部８を備える点で異なる。
　凸状金型７は、プリプレグ３を押し込む凸部を有し、凸部以外の部分でしわ抑え９を支えている。凸状金型７の凸部は、実施例１のパンチ５と同様に、所望の絞り形状を形成できるような形を有しており、円柱状、四角柱状などがあり、どちらも使用可能でさる。
　凸状金型７は、絞り成形するためにプリプレグ３と接触するパンチ面７１を備える。パンチ面７１は、プリプレグ３と接し、上方向にプリプレグ３を押し上げ、第二基準面２１とともに、プリプレグ３とを挟み込む状態になる。
　凸状金型７は凸部の側面にパンチ側面７２を備える。パンチ側面７２は、凸部の側面を形成する面であり、凸状金型７が上昇した場合は、結果的に、プレプレグ３を立ち面２３とともに挟み込む。
　凸状金型７は、さらに、第三基準面７５を備える。第三基準面７５は、しわ抑え面９１と同じ基準の高さとなる面である。第三基準面７５としわ抑え面９１とは、凹状金型２の第一基準面２２とともに、プレプレグ３を挟み込むものである。
　実施例２においても、角２５、角２６、角７３、角７４は、９０度にせずに面取りをして角を丸くする。
　そして、角２５の曲率半径をＲ１とし、角７３の曲率半径をＲ５とした場合、実施例１の金型１は、
　０．１≦Ｒ１／Ｒ５≦１．０
を満たす。
　さらに、好ましい態様であるが、第一基準面２２と立ち面２３とで形成される角２６の曲率半径をＲ２、第三基準面７５パンチ側面７２とで形成される角７４の曲率半径をＲ６とした場合、
　０．１≦Ｒ６／Ｒ２≦１．０
を満たす。
　　１、１Ａ：金型　
　　２：凹状金型
　　３：プリプレグ
　　３Ａ：繊維強化樹脂成型品
　　４、９：しわ抑え
　　５：パンチ
　　７：凸状金型
　　８：伸縮部
 

Claims (4)

  1. 　凹状金型と、しわ抑えと、前記しわ抑えの中を通過するパンチとからなり、一辺１００～２０００ｍｍ、厚さ０．２～５．０ｍｍのプリプレグを絞り加工によって絞り形状の繊維強化樹脂成形品を製造するための金型であって、
    　前記凹状金型は、
    　　第一基準面と、
    　　前記第一基準面に対して凹状の底部を形成する第二基準面と、
    　　前記第一基準面と前記第二基準面とをつなげる立ち面とを有し、
    　前記しわ抑えは、前記第一基準面とともにプリプレグを挟み込むしわ抑え面を有し、
    　前記パンチは、
    　　前記第二基準面とともにプリプレグを挟み込こむパンチ面と、
    　　前記立ち面とプリプレグを挟み込むパンチ側面とを有し、
    　前記第二基準面と前記立ち面とで形成される角の曲率半径をＲ１、
    　前記パンチ面と前記パンチ側面とで形成される角の曲率半径をＲ３、
    とすると、
    　０．１≦Ｒ１／Ｒ３＜１．０
    を満たす、金型。
  2. 　前記パンチが、前記しわ抑え面と同じ基準の高さとなる第三基準面をさらに備え、
    　前記第一基準面と前記立ち面とで形成される角の曲率半径をＲ２、
    　前記第三基準面と前記パンチ側面とで形成される角の曲率半径をＲ４とした場合、
    　０．１≦Ｒ４／Ｒ２＜１．０
    を満たす、請求項１に記載の金型。
  3. 　凹状金型と、しわ抑えと、凸部を有し、前記しわ抑えを前記凸部の周囲に備える凸状金型とからなり、一辺１００～２０００ｍｍ、厚さ０．２～５．０ｍｍのプリプレグを絞り加工によって絞り形状の繊維強化樹脂成形品を製造するための金型であって、
    　前記凹状金型は、
    　　第一基準面と、
    　　前記第一基準面に対して凹状の底部を形成する第二基準面と、
    　　前記第一基準面と前記第二基準面とをつなげる立ち面とを有し、
    　前記しわ抑えは、前記第一基準面とともにプリプレグを挟み込むしわ抑え面を有し、
    　前記凸状金型は、
    　　前記凸状金型の凸部に位置し、前記第二基準面とともにプリプレグを挟み込こむパンチ面と、
    　　前記凸状金型の凸部の側面を形成し、前記立ち面とプリプレグを挟み込むパンチ側面とを有し、
    　前記第二基準面と前記立ち面とで形成される角の曲率半径をＲ１、
    　前記パンチ面と前記パンチ側面とで形成される角の曲率半径をＲ５、
    とすると、
    　０．１≦Ｒ１／Ｒ５＜１．０
    を満たす、金型。
  4. 　前記凸状金型が、前記しわ抑え面と同じ基準の高さとなる第三基準面をさらに備え、
    　前記第一基準面と前記立ち面とで形成される角の曲率半径をＲ２、
    　前記第三基準面と前記パンチ側面とで形成される角の曲率半径をＲ６とした場合、
    　０．１≦Ｒ６／Ｒ２＜１．０
    を満たす、請求項３に記載の金型。
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