JP6611910B2 - Ｆｒｐシートプレス成形方法及び装置 - Google Patents

Ｆｒｐシートプレス成形方法及び装置 Download PDF

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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。
ＦＲＰ材料（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技術は、プレス成形する型内に樹脂を充填する工程を有している（例えば、特許文献１参照）。
特開平０５−１８５４６６号公報
特許文献１に記載される技術は、特に表面外観の向上を狙いとするものであり、その実施には、型閉じ時に、一定距離型開きする工程を加える必要がある。また、材料の強度によっては、スタンピング時に表裏のキャビティーに材料が完全には当接できず、プレス成形品の裏面に凹凸が生じてしまう。このため、プレス成形品の歩留まりが悪い。
本発明は、型締め後に型の開閉調整を行うことなく歩留まり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）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と前記キャビティーとの間に生じている隙間（例えば、後述の隙間ＩＳ）に樹脂（例えば、後述の溶融樹脂ＭＰ）を加圧注入して、前記繊維強化プラスチックの面及び前記樹脂の面を前記キャビティーに当接させる補充工程と、を備えることを特徴とする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が絞られて密度が低下した部分に対し、樹脂を加圧注入することで、繊維強化プラスチックの密度を上げる（戻す）ことができる。このため、成形型の型締め後に型の開閉調整を行うことなく、キャビティーの成形面形状に沿ったプレス成形品を成形することができる。ひいては、プレス成形品の歩留まりを向上させることができる。
そして、前記キャビティーは、複数のリブ成形用溝（例えば、後述のリブ成形用溝６）を備え、前記補充工程では、前記複数のリブ成形用溝を樹脂充填用のランナーとして用いることが好ましい。
これにより、繊維強化プラスチックとキャビティーとの間に生じている隙間が小さくて、加圧注入した樹脂の流動距離が短く、リブ成形用溝が存在しない場合に未充填となる部分が想定されるときであっても、確実に樹脂を充填することができる。また、製造されたプレス成形品については、リブによる基材自体の強度・剛性の補強効果も期待できる。
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）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と前記キャビティーとの間に生じている隙間（例えば、後述の隙間ＩＳ）に前記スプルーを介して樹脂（例えば、後述の溶融樹脂ＭＰ）を加圧注入して、前記繊維強化プラスチックの面及び前記樹脂の面を前記キャビティーに当接させるように用いる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が絞られて密度が低下した部分に対し、樹脂を加圧注入することで、繊維強化プラスチックの密度を上げる（戻す）ことができる。このため、成形型の型締め後に型の開閉調整を行うことなく、キャビティーの成形面形状に沿ったプレス成形品を成形することができる。ひいては、プレス成形品の歩留まりを向上させることができる。
そして、前記キャビティーは、複数のリブ成形用溝（例えば、後述のリブ成形用溝６）を備え、前記複数のリブ成形用溝は、樹脂充填用のランナーとして用いられることが好ましい。
これにより、繊維強化プラスチックとキャビティーとの間に生じている隙間が小さくて、加圧注入した樹脂の流動距離が短く、リブ成形用溝が存在しない場合に未充填となる部分が想定されるときであっても、確実に樹脂を充填することができる。また、製造されたプレス成形品については、リブによる基材自体の強度・剛性の補強効果も期待できる。
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）と、前記繊維強化プラスチックと前記キャビティーとの間に生じていた隙間（例えば、後述の隙間ＩＳ）に加圧注入されて、前記繊維強化プラスチックの面及び自身の面を前記キャビティーに当接させていた樹脂（例えば、後述の溶融樹脂ＭＰ）と、を備える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が絞られて密度が低下していた部分に対して、樹脂が加圧注入されて、繊維強化プラスチックの密度が戻されている。このため、成形型の型締め後に型の開閉調整を行うことなく、キャビティーの成形面形状に沿ったものとすることができる。ひいては、歩留まりを向上させて製造することができる。
そして、前記樹脂は、樹脂充填用のランナーとして前記キャビティーが備える複数のリブ成形用溝（例えば、後述のリブ成形用溝６）を流れていたものであることが好ましい。
これにより、リブによる基材自体の強度・剛性の補強効果が期待できる。
本発明によれば、型締め後に型の開閉調整を行うことなく歩留まり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。 （Ａ）はＦＲＰシートプレス成形装置１の要部を示す拡大断面図であり、（Ｂ）は比較例の要部を示す拡大断面図である。 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の拡大断面図であり、（Ａ）は複数のリブ成形用溝６に溶融樹脂ＭＰを充填した状態を示し、（Ｂ）は複数のリブ成形用溝６から、シート材ＳＭとキャビティー５との間に生じている隙間ＩＳに溶融樹脂ＭＰを加圧充填している状態を示し、（Ｃ）はシート材ＳＭとキャビティー５との間に生じている隙間ＩＳに対する溶融樹脂ＭＰの充填が完了した状態を示す。 （Ａ）は成形中のシート材ＳＭ及び溶融樹脂ＭＰの形状を示す概略図であり、（Ｂ）はシート材ＳＭ及び溶融樹脂ＭＰの密度の分布を示すグラフである。 プレス成形品ＰＭの外観斜視図である。
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（Ａ）は、ＦＲＰシートプレス成形装置１の要部を示す拡大断面図である。図２（Ｂ）は、比較例の要部を示す拡大断面図である。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の拡大断面図である。図３（Ａ）は、複数のリブ成形用溝６に溶融樹脂ＭＰを充填した状態を示す。図３（Ｂ）は、複数のリブ成形用溝６から、シート材ＳＭとキャビティー５との間に生じている隙間ＩＳに溶融樹脂ＭＰを加圧充填している状態を示す。図３（Ｃ）は、シート材ＳＭとキャビティー５との間に生じている隙間ＩＳに対する溶融樹脂ＭＰの充填が完了した状態を示す。図４（Ａ）は、成形中のシート材ＳＭ及び溶融樹脂ＭＰの形状を示す概略図である。図４（Ｂ）は、シート材ＳＭ及び溶融樹脂ＭＰの密度の分布を示すグラフである。図５は、プレス成形品ＰＭの外観斜視図である。
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（ＦＲＰ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４等を備えている。
上下一対の金型２，３は、射出成形機４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ＳＭ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、上側の金型２と対面してキャビティー５を構成する部分であって、且つプレスされたシート材ＳＭが絞られて密度が低下する箇所に対応する部分に、複数のリブ成形用溝６を格子状（ワッフル状）に有する。また、下側の金型３は、複数のリブ成形用溝６等に繋がるスプルー７、すなわちキャビティー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及び複数のリブ成形用溝６を介して、射出成形機４から溶融樹脂ＭＰが加圧注入される。複数のリブ成形用溝６は、樹脂充填用のランナーとして用いられる。
射出成形機４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４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及び複数のリブ成形用溝６を介して溶融樹脂ＭＰを加圧注入する。
次に、図１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を用いた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。
プレス工程では、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内でプレスする。
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とキャビティー５との間に生じている隙間ＩＳ（図３参照）に溶融樹脂ＭＰを加圧注入して、シート材ＳＭの面及び溶融樹脂ＭＰの面をキャビティー５に当接させる。
次に、図２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の着想のポイントについて説明する。
通常、加圧注入した溶融樹脂ＭＰの流動距離Ｌは、溶融樹脂ＭＰの種類ごとに、溶融樹脂ＭＰを注入した空間の厚み（板厚）Ｔとの関係Ｌ／Ｔで決まっている。この関係Ｌ／Ｔは、ポリアミド樹脂（ＰＡ）の場合、Ｌ／Ｔ＝３００である。例えば、ポリアミド樹脂である溶融樹脂ＭＰを広範囲（Ｌ＝６００ｍ）に流す場合には、図２（Ｂ）に示すように、板厚Ｔ＝２ｍｍが必要となる。すなわち、薄肉（例えば、１ｍｍ）のシート材ＳＭを加圧するために２ｍｍ厚の溶融樹脂ＭＰを加圧注入する必要があり、プレス成形品ＰＭが重くなると共にコストが高くなってしまう。
このため、加圧するためだけの層の厚みＴは出来るだけ薄くすることが考えられるが、この場合、上記の関係Ｌ／Ｔから溶融樹脂ＭＰの流動距離Ｌが短くなり、未充填の空間が想定される。そこで、図２（Ａ）に示すように、複数のリブ成形用溝６をワッフル状に配置し、当該複数のリブ成形用溝６をランナーとして活用することで、実質流動距離を短くし、薄肉の加圧層成形を可能にする。
次に、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おける補充工程のメカニズムについて説明する。
スプルー７（図１参照）を介して加圧注入された溶融樹脂ＭＰは、図３（Ａ）に示すように、比較的空間の大きいリブ成形用溝６に充填される。そして、リブ成形用溝６に充填された溶融樹脂ＭＰは、図３（Ｂ）に示すように、リブ成形用溝６から、シート材ＳＭとキャビティー５との間に生じている隙間ＩＳに充填加圧される。この時、溶融樹脂ＭＰの実質流動距離は短い。その後、図３（Ｃ）に示すように、溶融樹脂ＭＰの充填が完了する。
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けるシート材ＳＭの密度の回復について説明する。
図４（Ａ）に示すように、下側の金型３は、平面部３ａ，３ｂ同士の間に、絞り賦形（ハット形状断面）を構成する絞り部３ｃを備え、当該絞り部３ｃに複数のリブ成形用溝６を有している。
プレス工程を経たシート材ＳＭは、図４（Ｂ）に実線で示すように、金型３の絞り部３ｃに対応する部分を中心に、絞られることによって密度が低下する。その後、補充工程を経たシート材ＳＭは、図４（Ｂ）に一点鎖線で示すように、加圧注入された溶融樹脂ＭＰを媒体として、低下していた密度が上がる（戻る）。
次に、図５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に示すように、プレス成形品（ＦＲＰ成形品）ＰＭは、シート材ＳＭとＩＮＪ成形部位ＰＲとを備えている。
シート材ＳＭは、金型２，３（図３参照）のキャビティー５（図３参照）内でプレス成形された繊維強化プラスチックである。
ＩＮＪ成形部位ＰＲは、シート材ＳＭとキャビティー５との間に生じていた隙間ＩＳ（図３参照）に加圧注入されて、シート材ＳＭの面及び自身の面をキャビティー５に当接させていた溶融樹脂ＭＰが硬化したものである。このＩＮＪ成形部位ＰＲは、格子状の複数のリブＰＲ１と薄肉加圧層ＰＲ２とが一体に形成されたワッフル状のものである。
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とキャビティー５との間に生じている隙間ＩＳに溶融樹脂ＭＰを加圧注入して、シート材ＳＭの面及び溶融樹脂ＭＰの面をキャビティー５に当接させる補充工程と、を備えている。
このように、ＦＰＲＰシートプレス成形方法によれば、シート材ＳＭが絞られて密度が低下した部分に対し、溶融樹脂ＭＰを加圧注入することで、シート材ＳＭの密度を上げる（戻す）ことができる。このため、金型２，３の型締め後に型の開閉調整を行うことなく、キャビティー５の成形面形状に沿ったプレス成形品ＰＭを成形することができる。ひいては、プレス成形品ＰＭの歩留まりを向上させることができる。
そして、キャビティー５は、複数のリブ成形用溝６を備え、補充工程では、複数のリブ成形用溝を樹脂充填用のランナーとして用いることが好ましい。
これにより、シート材ＳＭとキャビティー５との間に生じている隙間ＩＳが小さくて、加圧注入した溶融樹脂ＭＰの流動距離が短く、リブ成形用溝６が存在しない場合に未充填となる部分が想定されるときであっても、確実に溶融樹脂ＭＰを充填することができる。また、製造されたプレス成形品ＰＭについては、リブＰＲ１による基材自体の強度・剛性の補強効果も期待できる。
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）
３ａ，３ｂ 平面部
３ｃ 絞り部
４ 射出成形機
５ キャビティー
６ リブ成形用溝
７ スプルー
ＳＭ シート材（繊維強化プラスチック）
ＭＰ 溶融樹脂（樹脂）
ＰＲ ＩＮＪ成形部位（樹脂）
ＰＲ１ リブ
ＰＲ２ 薄肉加圧層
ＩＳ 隙間
ＰＭ プレス成形品（ＦＲＰ成形品）

Claims (2)

  1. 繊維強化プラスチックのシート材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、複数の平面部と、前記平面部同士の間で前記シート材の状態を基準に前記平面部と高さ位置が異なる平面を形成する絞り部とを備えた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と前記キャビティーとの間に生じている隙間に樹脂を加圧注入して、前記繊維強化プラスチックの面及び前記樹脂の面を前記キャビティーに当接させる補充工程と、を備え、
    前記プレス工程では、前記繊維強化プラスチックの前記絞り部に対応する部分を中心に、前記高さ位置が異なる平面の形成箇所の前記繊維強化プラスチックが絞られることによって密度が低下し、
    前記補充工程では、プレスされた前記繊維強化プラスチックが絞られて密度が低下する前記高さ位置が異なる平面の形成箇所に対応する部分に格子状に備えられた複数のリブ成形用溝を樹脂充填用のランナーとして用いる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のシート材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と、複数の平面部と、前記平面部同士の間で前記シート材の状態を基準に前記平面部と高さ位置が異なる平面を形成する絞り部とを備え、
    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、前記繊維強化プラスチックの前記絞り部に対応する部分を中心に、前記高さ位置が異なる平面の形成箇所の前記繊維強化プラスチックが絞られることによって密度を低下させてから、
    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と前記キャビティーとの間に生じている隙間に前記スプルーを介して樹脂を加圧注入して、前記繊維強化プラスチックの面及び前記樹脂の面を前記キャビティーに当接させ、
    プレスされた前記繊維強化プラスチックが絞られて密度が低下する前記高さ位置が異なる平面の形成箇所に対応する部分に格子状に備えられた複数のリブ成形用溝を樹脂充填用のランナーとして用いるＦＲＰシートプレス成形装置。
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