JP2771692B2

JP2771692B2 - 熱可塑性樹脂高性能繊維強化複合材料シートの繊維流動制御方法及びその装置

Info

Publication number: JP2771692B2
Application number: JP2305584A
Authority: JP
Inventors: 寿弘田中; 裕司千葉; 裕司芦辺
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 1990-11-10
Filing date: 1990-11-10
Publication date: 1998-07-02
Anticipated expiration: 2013-07-02
Also published as: JPH04176631A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、熱可塑性樹脂をベースマトリックスとし、
強化繊維に配向性を持たせた高性能繊維強化複合材料シ
ートから、立体的成形品を連続サイクルで加熱圧縮成形
するための繊維流動制御方法及びその装置に関する。

（従来の技術）現在実用化されている樹脂系複合材料の成形方法は、
強化材料の含有率と樹脂の種類により第13図のように分
類することができる。

即ち、熱可塑性樹脂の場合、補強材体積含有率が50％
≦であれば、プリプレグ成形や引き抜き成形、補強材体
積含有率が50％≧であれば、射出成形やスタンパブルシ
ート成形によっている。また、熱硬化性樹脂の場合、補
強材体積含有率が50％≦であれば、フィラメントワイン
ディング成形、引き抜き成形やハンドレイアップ成形、
補強材体積含有率が50％≧であれば、SMC成形、BMC成形
やスプレー成形によっている。

なお、（）内は代表的な含有率％値を示す。

〔TEXXESハイブリッドファブリックの特性と応用井ノ口
博一，工業材料Vol.37,No.1（1989.1）参照〕。

また、主な成形方法における成形品の強度例を第14図
に示す。なお、（）内は予想値を示す〔スタンパブル
シートに関する技術動向，越本勝塑性と加工、Vol.2
9,No.333（1988−10）、及びTEXXES ハイブリッドファ
ブリックの特性と応用、井ノ口博一，工業材料,Vol.37,
No.1（1989.1）参照〕。

ここでは、主として第13図中に示したプリプレグ成形
及び引き抜き成形における熱可塑性樹脂を、ベースマト
リックスとし、強化繊維に配向性を持たせるようにした
高強度成形品の成形を取扱う。

このような高強度成形品の成形方法と従来の強化プラ
スチック（FRP）成形法とを比較すると、樹脂系複合材
料の形成方法の一つとして圧縮形成方法があり、量産品
の形成方法として一般に採用されている。第13図に示す
（ａ）スタンパブルシート成形、（ｂ）SMC成形はこの
一例である。

これらの従来技術としての圧縮成形法は、熱硬化性樹
脂、熱可塑性樹脂のベースマトリックスをガラス・炭素
等の繊維（短繊維、長繊維、長繊維マット）により補強
したものを材料として使用し、相対する型内での圧縮成
形中の材料流動を利用して、対象形状品に成形する方法
であり、良好な流動性を確保するために、繊維含有率は
通常50％以下の材料が使用されている。

樹脂系複合材料に使用される強化繊維（最新複合材料
・技術総覧，最新複合材料・技術総覧編集委員会,1990
年３月,P22（株）産業技術サービスセンター発行参照）
には、第15図に示すように、各形態があるが、従来、圧
縮成形に使用されているのは、短・長チョップドストラ
ンドを混入、又はチョップドストランドや連続ストラン
ドをマット化したものを強化材として使用しているもの
であり、各繊維どうしはベースマトリックスである樹脂
を介在して、成形中に比較的自由に変形できるため、圧
縮成形に適している。

一方、ここで対象とするのは、熱可塑性樹脂をベース
マトリックスとし、強化繊維に配向性をもたせた高性能
繊維強化複合材料シート（一般には先端複合材料と称さ
れるものの一種）の圧縮成形方法である。これらに使用
される強化繊維は、第16図（最新複合材料・技術総覧、
最新複合材料・技術総覧編集委員会、1990年３月,P23
（株）産業技術サービスセンター発行参照）に代表され
る各種配向性を有する繊維（クロス）であり、50％以上
の体積含有率を確保する事も可能である。また、樹脂に
比べ強度レベルの高い繊維が材料全体の強度レベルを支
配するため第14図に示すように、従来の強化プラスチッ
ク成形品に比べ、強度面で優れている。

次に、先端複合材料（ACM）成形法における位置付け
について説明する。

ポリエーテルエーテルケトン（PEEK）などの熱可塑性
樹脂は耐熱性が高く、衝撃に強く、修復も可能なため、
航空機を中心に応用が検討されてきた。しかし炭素，ガ
ラス等の織物に熱可塑性樹脂を含浸したシート（プリプ
レグ）は、室温では硬い板の状態なので、複雑な形状を
した成形型に沿って積層成形するのが難しいと考えられ
ていた。

一方、従来の熱硬化性樹脂を使ったプリプレグは柔ら
かで、しかも粘着性があるので成形は容易であったが、
生産性に問題があった。

従って、熱可塑性樹脂が今後の複合材料市場で熱硬化
性樹脂に取って代わるためには、技術的に簡単で、低コ
ストな成形法が求められた。

そこで登場したのが、熱可塑性樹脂を繊維に加工し
て、炭素，ガラス等の強化繊維と一緒に織り上げた混織
繊物である。織物であるので柔軟性に富み、複雑な形状
にも加工でき、強化繊維と樹脂が両方とも繊維の状態で
からみ合っているので、加熱溶融して複合材料を作る
と、繊維と樹脂の混ざり具合も均一になる。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、混織繊物を成形する場合、素材が柔ら
かいために、ハンドリングが難しく、安定した高サイク
ル生産を行うには、やはり難点があった。

一方、金属成形の分野においては、長い歴史の中で種
々の高サイクル成形技術が確立されてきており、その中
で絞り加工を中心とした板金プレス成形（圧縮成形の一
種）は最も一般的な高サイクル成形方法の一つである。
樹脂系複合材料の分野でも一次素材として、炭素，ガラ
ス等の織物に熱可塑性樹脂を含浸したシート（プリプレ
グ）を使用することができれば、金属成形と同様に、最
も生産性の高い成形手法に成りえる。

ここで、成形に供する素材には、第16図に代表され
る、規則性を有する織物状配向の強化繊維を熱可塑性樹
脂に含浸、凝固させたシートを用いる。

これらの素材をシート成形、つまり、圧縮加工、絞り
加工等の組み合わせ成形する場合、変形は次のようにな
る。（１）繊維自体の伸び、（２）繊維形状の伸び、
（３）剪断すべり、（４）格子効果による変形である。

（１）繊維自体の伸びは、第17図（ａ）に示すように、
成形中に引張力が作用することによる繊維自体の伸び変
形であり、最大ひずみでも約１％であり、全体に占める
影響は少ない。

（２）繊維形状の伸びは、第17図（ｂ）に示すように、
繊維を織った際の、縦・横糸のゆるみが成形中に伸びる
ことによる変形である。

シートの強度を高めるため、シート織の際、これらの
ゆるみは極力少なくなるように管理されており、全体の
変形に占める影響は少ない。

（３）剪断すべりは、第17図（ｃ）に示すように、角部
等急激な変形が生じる箇所で発生する。

（４）格子効果による変形は、第17図（ｄ）に示すよう
に、この変形は金属の剪断ひずみに類似したものであ
り、変形中、繊維は伸びずに配向方向を変化させるだけ
であり、比較的小さな力で大きな変形が得られる。

これらの変形には、各織物形態による変形限界角度が
あり、この角度以上に変形すると、シートには局部的に
座屈が生じ、成形品の表面性状を劣化させる原因とな
る。当該材料シート成形において、変形領域の大部分
は、第17図（ｄ）に示すような、格子効果による変形に
起因している。

従って、シート成形中に局部的なシート座屈がなく、
良好な性状品を得るためには、成形途中に格子変形角度
が一定角以上にならないよう、制御する必要がある（PC
T/EPC89/00428参照）。

そこで、本発明は、成形中にシートをクランプするフ
レーム部において、成形途中でシートの格子変形角度が
一定角度以上にならないように、繊維拘束ピンの突出に
よりシートの必要箇所を拘束するとともに、成形終了時
に成形品を取り出した際、繊維拘束ピンを自動的に元の
位置に復帰させることにより、シートに皺がよることが
なく、連続成形を行い得る熱可塑性樹脂高性能繊維強化
複合材料シートの繊維流動制御方法及びその装置を提供
することを目的としている。

（課題を解決するための手段）本発明は、上記目的を達成するために、熱可塑性樹脂
をベースマトリックスとし、強化繊維に配向性を持たせ
るとともに格子構造を有する高性能繊維強化複合材料シ
ートから、立体的成形品を連続サイクルで加熱圧縮成形
する熱可塑性樹脂高性能繊維強化複合材料シートの繊維
流動制御方法において、成形中に前記シートをクランプ
するフレーム部で繊維拘束ピンにより前記シートを突き
刺し、成形途中で前記シートの格子変形角度が一定角度
以上にならないように、前記繊維拘束ピンに拘束力を付
与するとともに、該繊維拘束ピンを元の位置に復帰させ
るようにしたものである。

また、熱可塑性樹脂をベースマトリックスとし、強化
繊維に配向性を持たせるとともに格子構造を有する高性
能繊維強化複合材料シートから、立体的成形品を連続サ
イクルで加熱圧縮成形する熱可塑性樹脂高性能繊維強化
複合材料シートの繊維流動制御装置において、成形中に
前記シートをクランプするフレーム部で繊維拘束ピンに
より前記シートを突き刺す手段と、成形途中で前記シー
トの格子変形角度が一定角度以上にならないように、前
記繊維拘束ピンに拘束力を付与する拘束力付与手段と、
該繊維拘束ピンを元の位置に復帰させる復帰手段とを設
けるようにしたものである。

（作用）本発明によれば、上記のように、成形中にシートをク
ランプするフレーム部において、成形途中で前記シート
の格子変形角度が一定角度以上にならないように、繊維
拘束ピンの突出によりシートの必要箇所を拘束するとと
もに、成形が終了すると迅速に該繊維拘束ピンを元の位
置への復帰させることにより、シートに皺がよることが
なく、連続成形を確実に行うことができる。

また、具体的には、（１）繊維拘束ピンに、ぜんまいバネ、コイルバネ、板
バネ、空気圧、又は電動サーボモータを用いて反力を発
生させ、成形中のピン挿入部シート近傍を拘束すること
により、成形中の繊維配向の制御を行うことができる。
また、成形終了時に成形品を取り出した際、繊維拘束ピ
ンを自動的に元の位置に復帰させることにより、連続成
形を行うことができる。

（２）回転中心となる固定端を有し、繊維拘束ピンに拘
束力付与手段及び復帰手段を有するガイド本体をフレー
ム部に具備することにより、固定端を支点として繊維拘
束ピンがコイルバネの反力に逆らいながら、成形時に繊
維を引っ張り、直線運動を行うとともに、固定端を中心
とする回転運動とによる複雑な動きを可能にすることが
できる。つまり、繊維拘束ピンは、直線運動のみなら
ず、固定端を軸とする回転運動も行うことができる。ま
た、繊維拘束ピンのストロークは、カバーの取替えもし
くは調整軸の調整により任意に設定することができる。

（３）前記繊維拘束ピンをフレーム部に多数配置し、該
多数配置された繊維拘束ピンを同時に制御する制御機構
を具備することにより、個々の繊維拘束ピンを同時に確
実に復帰させることができる。

（実施例）以下、本発明の実施例について図面を参照しながら詳
細に説明する。

まず、その基本成形プロセスについて、第１図を用い
て説明する。

この図において、１は上フレーム、２は上スライド、
３はシリンダ、４は下フレーム、５は下スライド、６は
モールド、７はモールドベース、8,9はシリンダ、10は
シートクランプ、11はシート、12はヒータ、13は成形品
である。

まず、第１図（ａ）に示すように、装置が元位置にセ
ットされる。

次に、第１図（ｂ）に示すように、シート11の両端は
シートクランプ10によりクランプされる。

次に、第１図（ｃ）に示すように、搬送装置（図示な
し）にてシート11が加熱・成形ゾーン（図示なし）に搬
送される。そこで、シート11はヒータ12により所定の温
度に昇温される。

昇温後、ヒータ12が退避し、第１図（ｄ）に示すよう
に、シリンダ３及び８を駆動して、上下フレーム1,4に
てシート11をクランプする。ここで、シリンダ９を駆動
してモールド６もシート11に接近させる。なお、シート
11は加熱前に上下フレーム1,4によってクランプされ、
上下フレーム1,4からの接触加熱により昇温させること
も可能である。クランプ後、シート11はフレーム部から
突出する繊維拘束ピン（図示なし）により、局部的に破
損し、ピンの先端がシート11に突き刺さる。

この状態から、第１図（ｅ）に示すように、モールド
６が最適な速度で上昇し、モールド６により絞り成形が
行われ、クランプ部のシートはモールド６のストローク
に応じて、内側に絞り込まれ、シート成形が行われる。

この際、シートは繊維拘束ピンにより、成形挙動を拘
束され、ピンの位置に応じた変形挙動を示す。

次に、第１図（ｆ）に示すように、シリンダ９を駆動
してモールド６が降下後、シリンダ３及び８の駆動によ
り上下フレーム1,4が開き、成形品13の取り出しが可能
になる。

〔第１形態の発明〕第２図は本発明の第１の実施例を示す繊維拘束ピンの
拘束力発生及び連続成形工程に必要な繊維拘束ピンの復
帰機構を示す斜視図である。

第２図（ａ）はゼンマイ式であり、固定部材21に固定
された板ばねゼンマイ22の先端は歯車24の回転軸23に巻
回される。歯車24は繊維拘束ピン26が植設されたラック
25と噛合されている。

第２図（ｂ）はコイルバネ式であり、対向する固定部
材31,32間にガイドシャフト33が渡され、そのガイドシ
ャフト33に繊維拘束ピン35が植設された移動プレート34
が装着され、固定部材32と移動プレート34間にはコイル
バネ36が配設されている。

第２図（ｃ）は板バネ式であり、基部41にはガイド溝
42が形成され、そのガイド溝42には繊維拘束ピン44が植
設された移動プレート43が装着され、その移動プレート
43の方側には固定部材45にその一端を固定された板バネ
46の自由端が当接している。ガイド溝42の他端にはマグ
ネット47が配置される。

第２図（ｄ）はエアー駆動式であり、基部51にはスラ
イドチャンバ52が形成され、そのチャンバ52内には繊維
拘束ピン55が植設された移動プレート54が装着される。
また、スライドチャンバ52の上方には繊維拘束ピン55の
ガイド溝53が形成されている。更に、移動プレート54を
貫通してエア管56が配設され、チャンバ52の後端にはエ
ア溜め部57が形成されている。なお、58はマグネットで
ある。

第１図（ｄ）に示すように、シリンダ３及び８を駆動
して、上下フレーム1,4にてシート11をクランプする
と、シート11をクランプするフレーム部からは繊維拘束
ピンが突出し、熱可塑性樹脂高性能繊維強化複合材料シ
ートに突き刺さっている。そこで、第１図（ｅ）に示す
ように、モールド６が最適な速度で上昇し、モールド６
により絞り成形が行われるが、この時、シートは流動し
ようとする。つまり、第２図（ａ）〜（ｄ）に示すよう
に、黒矢印方向にシートが移動しようとする。すると、
第２図（ａ）〜（ｄ）に示す機構により、白矢印方向に
繊維を拘束する力が働く。

ここで、成形中にシートをクランプするフレーム部か
らは、繊維拘束ピンの先端部のみを突出させ、上記した
拘束力発生部は、フレーム中又はフレームを取りつける
取付板に内蔵する。繊維拘束ピンは上下フレームの何れ
か片側又は両側に設置することができる。

また、上記駆動方法の他に、小型サーボモータを用い
ることにより、成形途中の繊維拘束力を遠隔制御するこ
とも可能である。

更に、このサーボモータを２軸に配置することによ
り、成形中の拘束位置の遠隔操作も可能である。

第３図は本発明の第２の実施例を示す繊維拘束ピンの
拘束力発生及び連続成形工程に必要な繊維拘束ピンの復
帰機構を示す図であり、第３図（ａ）は平面図、第３図
（ｂ）は正面図、第３図（ｃ）は第３図（ａ）のＡ−Ａ
線断面図である。

図中、60は基部、61,62は固定部材、63はガイドシャ
フト、64はガイドシャフト63にガイドされる移動プレー
ト、65は移動プレート64に植設される繊維拘束ピン、66
は固定部材、67は一端は固定部材66に固定され、他端が
移動プレート64に取り付けられるコイルバネ、68は基部
60に形成されるガイド溝であり、繊維拘束ピン65をガイ
ドする。なお、1,4は皺押さえ板としての上下フレーム
である。

この図に示すように、コイルバネ67により、ガイドシ
ャフト63を介して、移動プレート64に植設された繊維拘
束ピン65を引っ張るようにしている。

従って、第１図（ｅ）に示すように、モールド６が最
適な速度で上昇し、モールド６により絞り成形が行われ
るが、この時、シートは流動しようとする。つまり、第
３図（ａ）〜（ｂ）に示す繊維拘束ピン65が左方向へ移
動しようとする。すると、コイルバネ67の引っ張り力が
働き、シートは拘束される。

第４図は本発明の第３の実施例を示す繊維拘束ピンの
拘束力発生及び連続成形工程に必要な繊維拘束ピンの復
帰機構を示す図であり、第４図（ａ）は正面図、第４図
（ｂ）は右側面図である。

図中、70は垂直枠板、71はベース板、72はスライドガ
イド部、73はガイド溝、74は移動プレート、75は繊維拘
束ピン、76はその一端を移動プレート74に取り付けたワ
イヤ、77はプーリ、78はその一端がワイヤ76に取り付け
られるコイルバネ、79はコイルバネ78の他端を固定する
バネ固定板、80はバネ固定板79を固定するボルト、81は
ボルト80が螺合され、垂直枠板70にボルト82にて固定さ
れるＬ型固定部材である。

この図に示すように、コイルバネ78を繊維拘束ピン75
の拘束力を生じるように用いる。つまり、反力源として
利用し、フレーム４の外側からワイヤ76を介して繊維拘
束ピン75を取りつけた移動プレート74を拘束する。移動
プレート74はフレーム４に設けたスライドガイド部72に
ガイドされて移動可能である。繊維拘束ピン75のストロ
ークは、移動プレート74の作動端を機械的に位置決めす
ることによって決められる。

上記したように構成することにより、繊維拘束ピンに
ぜんまい、コイルバネ、板ばね又は、エアーの力を用い
て矢印方向の反力を発生させ、成形中のピン挿入部シ
ート近傍を拘束することにより、成形中の繊維配向の制
御を可能とする。また、成形終了時に成形物を取り出し
た際、繊維拘束ピンが自動的に元の位置に戻ることによ
り、連続成形を可能にする。上記駆動方法の他に、小型
サーボモータを用いることにより、成形途中の繊維拘束
力を遠隔制御することも可能である。また、このサーボ
モータを２軸に配置することにより、成形中の拘束位置
の遠隔操作も可能である。

〔第２形態の発明〕第５図は本発明の第４の実施例を示す繊維拘束ピンの
拘束力発生及び連続成形工程に必要な繊維拘束ピンの復
帰機構を示す図であり、第５図（ａ）は第２のカバーの
斜視図、第５図（ｂ）は第１のカバーの斜視図、第５図
（ｃ）は本体部の斜視図である。

図中、100は本体（ガイド）、101は固定端、102はそ
の本体100の両側面に形成されるねじ孔、103はその本体
の端部、104はその端部103間に渡されるガイドシャフ
ト、105はそのガイドシャフトに装着される移動プレー
ト、106はその移動プレートに植設される繊維拘束ピ
ン、107はその移動プレート105と端部103との間に装着
される繊維拘束ピン106の移動用圧縮コイルバネ、110は
第１のカバー、111はそのカバーの両側面に形成される
孔であり、前記本体のねじ孔102と一致させ、ねじ（図
示なし）により本体100に固定される。112は第１のカバ
ー110の上面に形成される繊維拘束ピン106のガイド溝、
113はx₁位置端、114はx₂位置端である。

また、120は第２のカバー、121はそのカバーの両側面
に形成される孔であり、前記本体のねじ孔102と一致さ
せ、ねじ（図示なし）により本体100に固定される。122
は第２のカバー120の上面に形成される繊維拘束ピン106
のガイド溝、123はx₁位置端、124はx₂位置端である。

この図に示すように、繊維拘束ピン106はガイドシャ
フト104上を滑動し、圧縮コイルバネ107にてx₁位置端11
3或いは123側に押しつけられる。繊維拘束ピン106は、x
₁位置端113或いは123から、x₂位置端114或いは124間を
移動可能であり、その移動距離はカバーに形成されるガ
イド溝112或いは122の溝の位置、長さで調節することが
できる。

なお、金型への取付けは、本体100の固定端101、１カ
所をボルトで固定することにより行う（第８図参照）。
このように、一端固定構造の為、平面方向での回転自由
度を大きくとることができ、カバー110,120の代わりに
複雑形状のフレーム溝をピンガイドとして利用し、直線
以外の任意軌跡の位置制御も可能になる。

第６図は本発明の第５の実施例を示す繊維拘束ピンの
拘束力発生及び連続成形工程に必要な繊維拘束ピンの復
帰機構を示す図であり、第６図（ａ）はその分解斜視
図、第６図（ｂ）はその本体部の断面（Ａ−Ａ線断面）
図である。

図中、130は本体（ガイド）、131はその本体の固定
端、132はその本体の両側面に形成されるねじ孔、133は
端面、134は内軸、135は移動プレート、136はその移動
プレートに植設される繊維拘束ピン、137はピン移動用
圧縮コイルバネ、138は外筒、139はx₁位置端、140はx₂
位置端、141はx₂位置端調整つまみ、142はx₁位置端調整
つまみである。145はカバー、146はその両側面に形成さ
れる孔であり、本体130のねじ孔132と一致させ、ねじ
（図示なし）により本体130に固定される。147は繊維拘
束ピン136のガイド溝である。

この図に示すように、繊維拘束ピン136の位置は、x₁
位置端調整つまみ142及び／又はx₂位置端調整つまみ141
を操作することにより、任意に調節することができる。
x₁位置端調整つまみ142とx₂位置端調整つまみ141は同軸
状に配置される。その他の点は第５図と同様である。

第７図は本発明の第６の実施例を示す繊維拘束ピンの
拘束力発生及び連続成形工程に必要な繊維拘束ピンの復
帰機構を示す図であり、第７図（ａ）はその斜視図、第
７図（ｂ）はそのＡ−Ａ線断面図である。

図中、150は本体（ガイド）、151はその本体150の固
定端、152は端面、153はガイドシャフト、154は移動プ
レート、155は繊維拘束ピン、156はピン移動用圧縮コイ
ルバネ、157はx₁位置調整ねじ軸、158はx₂位置調整ねじ
軸、159はx₁位置端、160はx₂位置端、161はx₁位置端調
整つまみ、162はx₂位置端調整つまみである。

この図に示すように、繊維拘束ピン155の位置、移動
距離の調整は、両方向に別個のx₁位置調整ねじ軸157とx
₂位置調整ねじ軸158とを配置し、それぞれx₁位置端調整
つまみ161とx₂位置端調整つまみ162とによって行う。そ
の他の点は第６図と同様であり、カバーは図示が省略さ
れている。

第８図は本発明の第７の実施例を示す第５図乃至第７
図に示された機構をフレーム上へセットした状態を示す
図であり、第８図（ａ）はその平面図、第８図（ｂ）は
その断面図である。

図中、170はフレーム、171はそのフレームに形成され
る扇状の凹所、180は上記した本体（ガイド）、181は本
体180の固定端、182は固定軸、183は本体180の上面に形
成されるガイド溝、184は繊維拘束ピン、185は本体180
の側面に設けられるバネの取付部、186はフレーム170に
設けられるバネの固定部、187は本体180のバネの取付部
185とバネの固定部186間に掛けられたバネである。

この図に示すように、繊維拘束ピン184を有する本体1
80はフレーム170に形成される扇状の凹所171内にセット
され、本体180は固定軸182を中心として本体180の端部
を回転させることが可能である。

このように構成することにより、固定端を支点として
繊維拘束ピンがコイルバネの反力に逆らいながら、成形
時に繊維を引っ張り、直線運動を行うとともに、固定端
を中心とする回転運動とによる複雑な動きを可能にする
ことができる。

つまり、繊維拘束ピンは、直線運動のみならず、固定
端を軸とする回転運動も行うことができる。また、繊維
拘束ピンのストローク（移動範囲）は、カバーの取替え
又は調整つまみにより任意に設定することができる。

〔第３の形態の発明〕第９図は本発明の第８の実施例を示す繊維拘束ピンの
拘束機構の構成図、第10図はフレームに繊維拘束ピンと
カムロッドを組み込んだ状態を示す図である。

図中、201はバネ、202はガイドシャフト、203はガイ
ド固定板、204はカムロッド、205はフレーム（皺押え
板：上板）、206は繊維拘束ピン（皺押えピン）、207は
繊維拘束ピン206のガイド溝、208はヒータ及びカムロッ
ド取付板、209は移動プレートである。

これらの図に示すように、フレーム205面にガイド溝2
07を設け、繊維拘束ピン206をガイド溝207にそって移動
可能とする。成形終了後、この繊維拘束ピン206はカム
ロッド204を介してバネ201の反力にて元位置へ押拡げら
れる。カムロッド204はガイドシャフト202によりスライ
ドし、ガイド固定板203に接して止まる。各繊維拘束ピ
ン206は第10図に示すように、フレーム205に繊維拘束ピ
ン206とカムロッド204とが組み込まれる。

このように、カムロッド204を用いるため個々の繊維
拘束ピン206を確実に引き戻すことができる。また、バ
ネ201をフレーム205の外に取りつけられるため、フレー
ム205の加工が容易で、板厚も薄くできる。フレーム予
熱システムの省エネルギー効果がある。多数の繊維拘束
ピン206を同時に制御できるため、個々の繊維拘束ピン
に駆動部を配置する必要がなくなり、駆動部のスペース
を小さくすることができる。

第11図は本発明の第９の実施例を示す繊維拘束ピンの
拘束力発生及び連続成形工程に必要な繊維拘束ピンの復
帰機構を示す図、第12図はその機構の分解斜視図であ
る。

図中、300は金型、301は繊維拘束ピン、302は回転ロ
ーラ、303はスチールテープ、304は上部ピンガイドプレ
ート、305はその上部ピンガイドプレート304に形成され
るガイド溝、306は下部ピンガイドプレート、307はその
下部ピンガイドプレート306に形成されるガイド溝、308
は回転ローラ302の支承孔である。

これらの図に示すように、スチールテープ303にはエ
アシリンダ等により一定荷重が付与されている。このス
チールテープ303は回転ローラ302を屈曲線として、数個
の繊維拘束ピン301（ここでは１個のみを示している）
に巻き付け、各ピンを相対する回転ローラ302の中心方
向（第11図の矢印方向）に向けてスライドさせる。この
スライド力はスチールテープ303の端部に張力を付与す
るエアシリンダの能力により調整可能である。

このように構成された機構を、第４図に示すように、
金型に組み込む。即ち、繊維拘束ピン301は金型（フレ
ーム）300の両面に取り付けられる上部ピンガイドプレ
ート304及び下部ピンガイドプレート306のカイド溝305,
307の形状に沿ってスライドする。回転ローラ302はガイ
ドプレートに加工した支承孔308を中心にスチールテー
プ303と摩擦力により回転し、テープ張力を有効に繊維
拘束ピン301に伝える役目を果たす。

以下、この機構の作用について説明する。

ここでは、フレーム部は下部ピンガイドプレート306
に相当する。

成形前、フレーム部の所定位置、長さに設けたガイド
溝307に沿って、繊維拘束ピン301を予め外側位置にセッ
トしておく。成形時、繊維の変形挙動により繊維拘束ピ
ン301が移動し、スライド中はスチールテープ303を介し
てシリンダ能力に相当する拘束反力を、スライドストロ
ーク端に到達後は、繊維拘束ピン301近傍の繊維が局部
的に破断しながらシートの繊維配列方向に拘束反力を与
える。素材が成形完了し、一定温度に冷却後、成形品を
取り外せば、シリンダに端部張力を付与されるスチール
テープ反力により、繊維拘束ピンは元位置に戻り、工程
にそなえる。

このように構成することにより、繊維拘束ピンに回転
ローラ、スチールテープを介してシリンダの力を用い矢
印方向の反力を発生させ、成形中のピン挿入部シート近
傍を拘束することにより、成形中の繊維配向の制御を可
能とする。また、成形終了時に成形品を取り出した際、
皺押さえピンが自動的に元の位置に戻ることにより、連
続成形を可能にする。

シリンダ駆動であるため繊維の流動制御に充分な拘束
力を発生することができる。また、スチールテープを介
在させて張力を伝達させるため、金型中の占有スペース
が少なく、金型設計の制約が少ない。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではな
く、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、そ
れらを本発明の範囲から排除するものではない。

（発明の効果）以上、詳細に説明したように、本発明によれば、成形
中にシートをクランプするフレーム部において、成形途
中でシートの格子変形角度が一定角度以上にならないよ
うに、繊維拘束ピンの突出によりシートの必要箇所を拘
束するとともに、成形が終了すると迅速に該繊維拘束ピ
ンを元の位置への復帰させることにより、シートに皺が
よることがなく、確実な連続成形を行うことができる。
また、具体的には、以下のような効果を奏することがで
きる。

（１）繊維拘束ピンに、ぜんまいバネ、コイルバネ、板
バネ、空気圧、又は電動サーボモータを用いて反力を発
生させ、成形中のピン挿入部シート近傍を拘束すること
により、成形中の繊維配向の制御を行うことができる。
また、成形終了時に成形品を取り出した際、繊維拘束ピ
ンを自動的に元の位置に復帰させることにより、連続成
形を行うことができる。

（２）回転中心となる固定端を有し、繊維拘束ピンに拘
束力付与手段及び復帰手段を有するガイド本体をフレー
ム部に具備することにより、固定端を支点として繊維拘
束ピンがコイルバネの反力に逆らいながら、成形時に繊
維を引っ張り、直線運動を行うとともに、固定端を中心
とする回転運動とによる複雑な動きを可能にすることが
できる。

従って、繊維拘束ピンは、直線運動のみならず、固定
端を軸とする回転運動も行うことができる。また、繊維
拘束ピンのストロークは、カバーの取替えもしくは調整
軸の調整により任意に設定することができる。

（３）制御繊維拘束ピンをフレーム部に多数配置し、該
多数配置された繊維拘束ピンを同時に制御する制御機構
を具備することにより、個々の繊維拘束ピンを同時に確
実に復帰させることができる。従って、個々の繊維拘束
ピンに駆動部を配置する必要がなくなり、駆動部のスペ
ースを小さくすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の熱可塑性樹脂高性能繊維強化複合材料
シートの成形装置の基本成形プロセスの説明図、第２図
は本発明の第１の実施例を示す繊維拘束ピンの拘束力発
生及び連続成形工程に必要な繊維拘束ピンの復帰機構を
示す斜視図、第３図は本発明の第２の実施例を示す繊維
拘束ピンの拘束力発生及び連続成形工程に必要な繊維拘
束ピンの復帰機構を示す図、第４図は本発明の第３の実
施例を示す繊維拘束ピンの拘束力発生及び連続成形工程
に必要な繊維拘束ピンの復帰機構を示す図、第５図は本
発明の第４の実施例を示す繊維拘束ピンの拘束力発生及
び連続成形工程に必要な繊維拘束ピンの復帰機構を示す
図、第６図は本発明の第５の実施例を示す繊維拘束ピン
の拘束力発生及び連続成形工程に必要な繊維拘束ピンの
復帰機構を示す図、第７図は本発明の第６の実施例を示
す繊維拘束ピンの拘束力発生及び連続成形工程に必要な
繊維拘束ピンの復帰機構を示す図、第８図は本発明の第
７の実施例を示す第５図乃至第７図に示された機構をフ
レーム上へセットした状態を示す図、第９図は本発明の
第８の実施例を示す繊維拘束ピンの拘束機構の構成図、
第10図はフレームに繊維拘束ピンとカムロッドを組み込
んだ状態を示す図、第11図は本発明の第９の実施例を示
す繊維拘束ピンの拘束力発生及び連続成形工程に必要な
繊維拘束ピンの復帰機構を示す図、第12図はその機構の
分解斜視図、第13図は従来の成形法とベースマトリック
ス及び補強材含有率との関係を示す図、第14図は従来の
各成形方法を用いた成形品の強度例を示す図、第15図は
従来のガラス繊維の各種形態への加工と使用分野の例を
示す図、第16図は従来のガラスクロスの代表的織り組織
を示す図、第17図はシート成形中の繊維変形挙動を示す
図である。１…上フレーム、２…上スライド、3,8,9…シリンダ、
４…下フレーム、５…下スライド、６…モールド、７…
モールドベース、10…シートクランプ、11…シート、12
…ヒータ、13…成形品、21,31,32,45,61,62,66…固定部
材、22…板ばねゼンマイ、23…回転軸、24…歯車、25…
ラック、26,35,44,55,65,75,106,136,155,184,206,301
…繊維拘束ピン、33,63,104,153,202…ガイドシャフ
ト、34,43,54,64,74,105,135,154,209…移動プレート、
36,67,78…コイルバネ、41,51,60…基部、42,53,68,73,
112,122,147,183,207,305,307…ガイド溝、46…板バ
ネ、47,58…マグネット、52…スライドチャンバ、56…
エア管、57…エア溜め部、70…垂直枠板、71…ベース
板、72…スライドガイド部、76…ワイヤ、77…プーリ、
79…バネ固定板、80,82…ボルト、81…Ｌ型固定部材、1
00,130,150,180…本体（ガイド）、101,131,151,181…
固定端、102,132…ねじ孔、103…本体の端部、107…繊
維拘束ピンの移動用圧縮コイルバネ、110…第１のカバ
ー、111,121,146…孔、113,123,139,159…x₁位置端、11
4,124,140,160…x₂位置端、120…第２のカバー、133,15
2…端面、134…内軸、137,156…ピン移動用圧縮コイル
バネ、138…外筒、141,162…x₂位置端調整つまみ、142,
161…x₁位置端調整つまみ、145…カバー、157…x₁位置
調整ねじ軸、158…x₂位置調整ねじ軸、170,205…フレー
ム、171…扇状の凹所、182…固定軸、185…バネの取付
部、186…バネの固定部、187,201…バネ、203…ガイド
固定板、204…カムロッド、208…ヒータ及びカムロッド
取付板、300…金型、302…回転ローラ、303…スチール
テープ、304…上部ピンガイドプレート、306…下部ピン
ガイドプレート、308…支承孔。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平２−196622（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−222234（ＪＰ，Ａ) 実開昭56−21508（ＪＰ，Ｕ) 特表平３−501589（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B29C 51/26,51/12,51/46,51/38 B29C 67/14 B29C 43/32 B29K 105:06 - 105:14

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】熱可塑性樹脂をベースマトリックスとし、
強化繊維に配向性を持たせるとともに格子構造を有する
高性能繊維強化複合材料シートから、立体的成形品を連
続サイクルで加熱圧縮成形する熱可塑性樹脂高性能繊維
強化複合材料シートの繊維流動制御方法において、成形
中に前記シートをクランプするフレーム部で繊維拘束ピ
ンにより前記シートを突き刺し、成形途中で前記シート
の格子変形角度が一定角度以上にならないように、前記
繊維拘束ピンに拘束力を付与するとともに、該繊維拘束
ピンを元の位置に復帰させる熱可塑性樹脂高性能繊維強
化複合材料シートの繊維流動制御方法。
【請求項２】熱可塑性樹脂をベースマトリックスとし、
強化繊維に配向性を持たせるとともに格子構造を有する
高性能繊維強化複合材料シートから、立体的成形品を連
続サイクルで加熱圧縮成形する熱可塑性樹脂高性能繊維
強化複合材料シートの繊維流動制御装置において、成形
中に前記シートをクランプするフレーム部で繊維拘束ピ
ンにより前記シートを突き刺す手段と、成形途中で前記
シートの格子変形角度が一定角度以上にならないよう
に、前記繊維拘束ピンに拘束力を付与する拘束力付与手
段と、該繊維拘束ピンを元の位置に復帰させる復帰手段
とを具備する熱可塑性樹脂高性能繊維強化複合材料シー
トの繊維流動制御装置。
【請求項３】前記繊維拘束ピンの拘束力付与手段及び復
帰手段は該繊維拘束ピンが取り付けられる移動ラックに
噛合する歯車に巻回されるぜんまいバネである請求項２
記載の熱可塑性樹脂高性能繊維強化複合材料シートの繊
維流動制御装置。
【請求項４】前記繊維拘束ピンの拘束力付与手段及び復
帰手段はガイドシャフトに装着される該繊維拘束ピンが
取り付けられる移動プレートに当接するコイルバネであ
る請求項２記載の熱可塑性樹脂高性能繊維強化複合材料
シートの繊維流動制御装置。
【請求項５】前記繊維拘束ピンの拘束力付与手段及び復
帰手段はガイド溝に装着される該繊維拘束ピンが取り付
けられる移動プレートにその自由端が当接する板バネで
ある請求項２記載の熱可塑性樹脂高性能繊維強化複合材
料シートの繊維流動制御装置。
【請求項６】前記繊維拘束ピンの拘束力付与手段及び復
帰手段はスライドチャンバに装着される該繊維拘束ピン
が取り付けられる移動プレートの移動に反力を与える空
気圧である請求項２記載の熱可塑性樹脂高性能繊維強化
複合材料シートの繊維流動制御装置。
【請求項７】前記繊維拘束ピンの拘束力付与手段及び復
帰手段は電動サーボモータである請求項２記載の熱可塑
性樹脂高性能繊維強化複合材料シートの繊維流動制御装
置。
【請求項８】前記繊維拘束ピンの拘束力付与手段及び復
帰手段は該繊維拘束ピンが取りつけられる移動プレート
をガイドするガイドシャフトと、該ガイドシャフトに並
設される前記繊維拘束ピンをガイドするガイド溝、前記
移動プレートを該ガイド溝の一方側に引っ張るコイルバ
ネを具備する請求項２記載の熱可塑性樹脂高性能繊維強
化複合材料シートの繊維流動制御装置。
【請求項９】前記繊維拘束ピンの拘束力付与手段及び復
帰手段は該繊維拘束ピンが取りつけられる移動プレート
をガイドするフレームに形成されるガイド溝を設け、前
記移動プレートを該ガイド溝の一方側に引っ張るコイル
バネを具備する駆動機構を前記フレームの外部に配置し
てなる請求項２記載の熱可塑性樹脂高性能繊維強化複合
材料シートの繊維流動制御装置。
【請求項１０】回転中心となる固定端を有し、繊維拘束
ピンに拘束力付与手段及び復帰手段を有するガイド本体
をフレーム部に具備する請求項２記載の熱可塑性樹脂高
性能繊維強化複合材料シートの繊維流動制御装置。
【請求項１１】前記繊維拘束ピンのストローク調整機構
を有する請求項10記載の熱可塑性樹脂高性能繊維強化複
合材料シートの繊維流動制御装置。
【請求項１２】前記繊維拘束ピンのストロークをカバー
に形成されるガイド溝の長さによって調整してなる請求
項11記載の熱可塑性樹脂高性能繊維強化複合材料シート
の繊維流動制御装置。
【請求項１３】前記繊維拘束ピンのストロークを同軸状
に配置された調整軸により調整してなる請求項11記載の
熱可塑性樹脂高性能繊維強化複合材料シートの繊維流動
制御装置。
【請求項１４】前記繊維拘束ピンのストロークを並設さ
れた調整軸により調整してなる請求項11記載の熱可塑性
樹脂高性能繊維強化複合材料シートの繊維流動制御装
置。
【請求項１５】前記繊維拘束ピンをフレーム部に多数配
置し、該多数配置された繊維拘束ピンを同時に制御する
制御機構を有する請求項２記載の熱可塑性樹脂高性能繊
維強化複合材料シートの繊維流動制御装置。
【請求項１６】前記制御機構は繊維拘束ピンに同時に当
接するカムロッドである請求項15記載の熱可塑性樹脂高
性能繊維強化複合材料シートの繊維流動制御装置。
【請求項１７】前記制御機構は繊維拘束ピンに同時に当
接するシリンダにより駆動されるスチールテープである
請求項15記載の熱可塑性樹脂高性能繊維強化複合材料シ
ートの繊維流動制御装置。