JP6726766B2 - 繊維強化樹脂製品の成形方法 - Google Patents

Description

本発明は、繊維強化樹脂製品の成形方法に関する。

断面Ｕ字状の繊維強化樹脂製品を成形する方法として、断面Ｕ字状を呈したプリフォーム品をシェアエッジ構造を有した成形型で加圧成形するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。シェアエッジ構造は、型閉めの際にキャビティからエアをスムースに排出するとともにプリフォーム品がキャビティから実質的に流出しないように設けられている。

特開２００９−２９８０６９号公報

しかしながら、プリフォーム品を成形型にセットするに際して正規の位置からずれた場合、一方のシェアエッジ部でプリフォーム品の流出が生じ他方のシェアエッジ部で欠肉が生じるおそれがある。プリフォーム品は概して剛性（形状安定性）が低いため、成形型の正規の位置に精度良くセットすることが困難であり、プリフォーム品のサイズが大きいほどこの問題は顕在化する。

また、成形品の断面Ｕ字形状部が非対称である場合、型閉めの際、プリフォーム品の両側の立ち上がり部が成形型から互いに異なる押圧力（せん断力）を受けるか、或いは異なるタイミングで押圧力を受けることになる。そのため、たとえ型閉め前の段階でプリフォーム品が成形型に正規の位置でセットされたとしても、型閉め時に位置がずれ、同様に一方のシェアエッジ部でプリフォーム品の流出が生じ他方のシェアエッジ部で欠肉が生じるおそれがある。

本発明はこのような課題を解決するために創作されたものであり、シェアエッジ構造を有する成形型の加圧成形工程を備えた繊維強化樹脂製品の成形方法において、成形型上でのプリフォーム品の位置ずれの影響を受けず、成形品を精度良く成形できる繊維強化樹脂製品の成形方法を提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明は、強化繊維を含む樹脂シートから成形品を成形する繊維強化樹脂製品の成形方法であって、前記樹脂シートから本体部と鍔部とを有するプリフォーム品を賦形するプリフォーム工程と、前記鍔部の端部が成形型のシェアエッジ面に接触するか、或いはわずかな隙間をあけて対向するように前記プリフォーム品を前記成形型にセットするセット工程と、前記成形型で前記プリフォーム品を加圧成形する加圧成形工程と、前記加圧成形工程の後に前記鍔部を切断する切断工程と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、成形型上でのプリフォーム品の位置ずれの影響を受けず、成形品を精度良く成形できる。

また、本発明は、前記本体部は断面Ｕ字状または断面Ｖ字状を呈する部位を含んで構成されていることを特徴とする。
さらに、本発明は、前記本体部は断面クランク形状を呈する部位を含んで構成されていることを特徴とする。

本発明によれば、断面Ｕ字状または断面Ｖ字状を呈する部位を含む成形品や断面クランク形状を呈する部位を含む成形品を精度良く成形できる。

本発明によれば、成形型上でのプリフォーム品の位置ずれの影響を受けず、成形品を精度良く成形できる。

本実施形態に係るプリフォーム品の断面図である。 （ａ），（ｂ），（ｃ）はそれぞれ本実施形態のセット工程、加圧成形工程、切断工程を示す断面図である。 シェアエッジ部周りの拡大図である。 変形例に係る図面であり、断面クランク形状を呈した成形品におけるプリフォーム品の斜視図である。 （ａ），（ｂ），（ｃ）はそれぞれ変形例のセット工程、加圧成形工程、切断工程を示す断面図である。

本発明は、強化繊維を含む樹脂シートから断面Ｕ字状の成形品を成形する強化繊維樹脂製品の成形方法に関する。樹脂シートは、ガラス繊維や炭素繊維などの強化繊維と熱可塑性樹脂あるいは熱硬化性樹脂とで構成される複合材料からなる平板状部材である。熱可塑性の樹脂シートは、常温では固化しており、所定温度に加熱されることで軟化してプレス成形等の加工が可能となる。熱硬化性の樹脂シートは、常温では変形容易であり、所定温度で加熱加圧することで硬化する。それにより、所望の形状の製品が成形される。

図１および図２において、本発明の成形方法は、複数の樹脂シートを積層させた積層体から一対の鍔部６，７を有する断面ハット状のプリフォーム品１を賦形するプリフォーム工程と、鍔部６，７の端部６Ａ，７Ａが成形型１０のシェアエッジ部４０，４１に臨むようにプリフォーム品１を成形型１０にセットするセット工程と、成形型１０でプリフォーム品１を加圧成形する加圧成形工程と、加圧成形工程の後に断面Ｕ字状となるように鍔部６，７を切断する切断工程と、を備えている。

「プリフォーム工程」
プリフォーム工程で賦形されるプリフォーム品１は、後工程である加圧成形工程で加熱加圧成形される。したがって、プリフォーム品１は、成形型１０に良好にセット可能な程度の形状であればよく、賦形方法は公知のプレス方法等を適用できる。図１に示すように、プリフォーム品１は、底部２と底部２の両側から立ち上がる一対の立ち上がり部３，４とで構成されるＵ字状部５と、立ち上がり部３，４の各端部から略直交して外側に延びる鍔部６，７とを備えている。

本実施形態では、底部２と立ち上がり部３，４とは、それぞれ略平面状に延びている。また、立ち上がり部３，４は、底部２から立ち上がるにしたがい互いの間隔が拡がるようにそれぞれ傾斜状に形成されている。さらに、一方の立ち上がり部３と他方の立ち上がり部４とは互いの長さが異なるように形成されている。

「セット工程」
図２において、成形型１０は、上型（雌型）の第１成形型１１と下型（雄型）の第２成形型１２とを備えている。第１成形型１１は例えばプレス方向に移動する可動型から構成され、第２成形型１２は固定型から構成されている。勿論両方とも可動型であっても構わない。第１成形型１１は、プリフォーム品１の底部２を加熱加圧する底部キャビティ面１３と、立ち上がり部３，４をそれぞれ加熱加圧する立ち上がり部キャビティ面１４，１５と、立ち上がり部キャビティ面１４，１５の各端部から外側に延び鍔部６，７を加熱加圧する鍔部キャビティ面１６，１７とを備える。さらに、第１成形型１１は、鍔部キャビティ面１６，１７の各端部から第１成形型１１の型開き方向に延びるシェアエッジ面１８，１９と、シェアエッジ面１８，１９の各基部からそれぞれ外側に延びる型合わせ面２０，２１とを備える。第２成形型１２は、第１成形型１１の各面に対向するように、底部キャビティ面２３と、立ち上がり部キャビティ面２４，２５と、鍔部キャビティ面２６，２７と、シェアエッジ面２８，２９と、型合わせ面３０，３１とを備えている。

第１成形型１１のシェアエッジ面１８と第２成形型１２のシェアエッジ面２８とによって一方のシェアエッジ部４０が構成される。図３に拡大して示すように、シェアエッジ部４０は、キャビティから離れるにしたがい、シェアエッジ面１８とシェアエッジ面２８との間隔Ｌが大きくなるように形成されており、両面が摺動することによりキャビティの容積が変化するようになっている。なお、図３では間隔Ｌを誇張して図示している。また、第１成形型１１のシェアエッジ面１９と第２成形型１２のシェアエッジ面２９とによって他方のシェアエッジ部４１が構成される。シェアエッジ部４１も、キャビティから離れるにしたがい、シェアエッジ面１９とシェアエッジ面２９との間隔Ｌが大きくなるように形成されている。シェアエッジ部４０，４１は、型閉めの際にキャビティからエアをスムースに排出するとともにプリフォーム品１がキャビティから実質的に流出しないように設けられる。シェアエッジ部４０，４１は、一般にシェアエッジ構造と称され、くい切り構造とも称される。

以上の構成を有した成形型１０に対し、セット工程では、図２（ａ）に示すように型開きの状態において、鍔部６，７の端部６Ａ，７Ａがそれぞれシェアエッジ部４０，４１に臨むように、プリフォーム品１を第２成形型１２にセット（載置）する。より詳しくは、底部キャビティ面２３、立ち上がり部キャビティ面２４，２５と、プリフォーム品１の底部２、立ち上がり部３，４とがそれぞれ接触するとともに、鍔部キャビティ面２６，２７と、鍔部６，７とがそれぞれ接触する。また、鍔部６の端部６Ａとシェアエッジ面２８及び鍔部７の端部７Ａとシェアエッジ面２９とは接触するか、わずかな隙間をあけて対向する。

「加圧成形工程」
図２（ｂ）に示すように、加圧成形工程では、第１成形型１１が閉じて、プリフォーム品１が加熱された状態で第１成形型１１と第２成形型１２とにより加圧成形される。加熱手段としては、第１成形型１１、第２成形型１２に内蔵された加熱手段でプリフォーム品１を加熱する態様であってもよいし、成形型１０とは別体に設けた熱源により予めプリフォーム品１を加熱したうえで、プリフォーム品１を第２成形型１２に載置する態様であってもよい。また、型合わせ面２０，３０間と型合わせ面２１，３１間とにシール材３５を介設し、面同士の間に形成される隙間３６を真空引きする構成にしてもよい。

「切断工程」
加圧成形工程で加圧成形された成形品は、成形型１０から取り出された後、図２（ｃ）に示すように、鍔部６，７が切断装置（図示せず）により切断される。これにより、底部２と一対の立ち上がり部３，４とで構成されるＵ字状部５を備えた成形品５０が得られる。

以上の工程を備える成形方法によれば、セット工程において、底部キャビティ面２３、立ち上がり部キャビティ面２４，２５と、プリフォーム品１の底部２、立ち上がり部３，４とをそれぞれ接触させるとともに、鍔部キャビティ面２６，２７と、鍔部６，７とをそれぞれ接触させることにより、プリフォーム品１を第２成形型１２に精度よく載置することができる。
仮に、セット工程においてプリフォーム品１が第２成形型１２に位置ずれして載置された場合、或いは第１成形型１１が閉まる際にプリフォーム品１が位置ずれした場合、一方の鍔部（例えば鍔部６とする）の端部６Ａにおいては一部がシェアエッジ部４０から流出し、他方の鍔部７が欠肉状態になることがある。しかしながら、鍔部６，７は切断工程で切断されるので、一定の最終形状であるＵ字状部５を備えた成形品５０を得ることができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明した。本発明は図面に記載したものに限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な設計変更が可能である。

「成形品の変形例」
図４および図５を参照して、成形品の形状を変えた例について説明する。図１、図２で説明した成形品５０（図２（ｃ））の本体部は、Ｕ字状部５（図１）を備えた形状、つまり断面Ｕ字状を呈していたのに対し、変形例に係る成形品６０の本体部６２は、断面クランク形状を呈している。

本変形例においても、成形品６０の成形方法は、樹脂シートから本体部６２と一対の鍔部６３，６４とを有するプリフォーム品６１を賦形するプリフォーム工程と、鍔部６３，６４の端部６３Ａ，６４Ａが成形型７０のシェアエッジ部４０に臨むようにプリフォーム品６１を成形型７０にセットするセット工程と、成形型７０でプリフォーム品６１を加圧成形する加圧成形工程と、加圧成形工程の後に鍔部６３，６４を切断する切断工程と、を備えている。

「プリフォーム工程」
図４に示すように、プリフォーム工程で賦形されるプリフォーム品６１は、略平面状に延びる基面部６５と基面部６５の両端から略直交して互いに反対方向に延びる一対の立ち上がり部６６，６７とで構成されるクランク形状部６８と、立ち上がり部６６，６７の各端部から外側に延びる鍔部６３，６４とを備えている。

「セット工程」
図５において、成形型７０は、上型の第１成形型７１と下型の第２成形型７２とを備えている。第１成形型７１は例えばプレス方向に移動する可動型から構成され、第２成形型７２は固定型から構成されている。勿論両方とも可動型であっても構わない。第１成形型７１は、プリフォーム品６１の基面部６５を加熱加圧する基面部キャビティ面７３と、立ち上がり部６６，６７をそれぞれ加熱加圧する立ち上がり部キャビティ面７４，７５と、立ち上がり部キャビティ面７４，７５の各端部から外側に延び鍔部６３，６４を加熱加圧する鍔部キャビティ面７６，７７とを備える。鍔部キャビティ面７６，７７は水平状に形成され、基面部キャビティ面７３は水平方向に対して傾斜状に形成され、立ち上がり部キャビティ面７４，７５は鉛直方向に対して傾斜状に形成されている。

さらに、第１成形型７１は、鍔部キャビティ面７６，７７の各端部から第１成形型７１の型開き方向に延びるシェアエッジ面７８，７９と、シェアエッジ面７８，７９の各基部からそれぞれ外側に延びる型合わせ面８０，８１とを備える。第２成形型７２は、第１成形型７１の各面に対向するように、基面部キャビティ面８３と、立ち上がり部キャビティ面８４，８５と、鍔部キャビティ面８６，８７と、シェアエッジ面８８，８９と、型合わせ面９０，９１とを備えている。

シェアエッジ面７８とシェアエッジ面８８とによって一方のシェアエッジ部４０が構成され、シェアエッジ面７９とシェアエッジ面８９とによって他方のシェアエッジ部４１が構成される。シェアエッジ部４０，４１は、型閉めの際にキャビティからエアをスムースに排出するとともにプリフォーム品６１がキャビティから実質的に流出しないように設けられる。

以上の構成を有した成形型７０に対し、セット工程では、図５（ａ）に示すように型開きの状態において、鍔部６３，６４の端部６３Ａ，６４Ａがそれぞれシェアエッジ部４０，４１に臨むように、プリフォーム品６１を第２成形型７２にセット（載置）する。より詳しくは、基面部キャビティ面８３、立ち上がり部キャビティ面８４，８５と、プリフォーム品６１の基面部６５、立ち上がり部６６，６７とがそれぞれ接触するとともに、鍔部キャビティ面８６，８７と、鍔部６３，６４とがそれぞれ接触する。また、鍔部６３の端部６３Ａとシェアエッジ面８８及び鍔部６４の端部６４Ａとシェアエッジ面８９とは接触するか、わずかな隙間をあけて対向する。

「加圧成形工程」
図５（ｂ）に示すように、加圧成形工程では、第１成形型７１が閉じて、プリフォーム品６１が加熱された状態で第１成形型７１と第２成形型７２とにより加圧成形される。加熱手段としては、第１成形型７１、第２成形型７２に内蔵された加熱手段でプリフォーム品６１を加熱する態様であってもよいし、成形型７０とは別体に設けた熱源により予めプリフォーム品６１を加熱したうえで、プリフォーム品６１を第２成形型７２に載置する態様であってもよい。また、型合わせ面８０，９０間と型合わせ面８１，９１間とにシール材９２を介設し、面同士の間に形成される隙間９３を真空引きする構成にしてもよい。

「切断工程」
加圧成形工程で加圧成形された成形品は、成形型７０から取り出された後、図５（ｃ）に示すように、鍔部６３，６４が切断装置（図示せず）により切断される。これにより、クランク形状部６８を備えた成形品６０が得られる。

以上の工程を備える成形方法によれば、セット工程において、基面部キャビティ面８３、立ち上がり部キャビティ面８４，８５と、プリフォーム品６１の基面部６５、立ち上がり部６６，６７とをそれぞれ接触させるとともに、鍔部キャビティ面８６，８７と、鍔部６３，６４とをそれぞれ接触させることにより、プリフォーム品６１を第２成形型７２に精度よく載置することができる。
仮に、セット工程においてプリフォーム品６１が第２成形型７２に位置ずれして載置された場合、或いは第１成形型７１が閉まる際にプリフォーム品６１が位置ずれした場合、一方の鍔部（例えば鍔部６３とする）の端部６３Ａにおいては一部がシェアエッジ部４０から流出し、他方の鍔部６４が欠肉状態になることがある。しかしながら、鍔部６３，６４は切断工程で切断されるので、一定の最終形状であるクランク形状部６８を備えた成形品６０を得ることができる。

以上、Ｕ字状部５を含む成形品５０と、クランク形状部６８を含む成形品６０とについて説明したが、成形品は、本体部がＶ字状を呈する部位を含むものでもよい。また、クランク形状部６８は、略Ｚ字状、略Ｓ字状を呈していてもよい。

１ プリフォーム品
２ 底部
３，４ 立ち上がり部
５ Ｕ字状部
６，７ 鍔部
１０ 成形型
１１ 第１成形型
１２ 第２成形型
４０，４１ シェアエッジ部
５０，６０ 成形品
６１ プリフォーム品
６２ 本体部
６３，６４ 鍔部
６５ 基面部
６６，６７ 立ち上がり部
６８ クランク形状部
７０ 成形型
７１ 第１成形型
７２ 第２成形型

Claims (3)

1. 強化繊維を含む樹脂シートから成形品を成形する繊維強化樹脂製品の成形方法であって、
   前記樹脂シートから本体部と鍔部とを有するプリフォーム品を賦形するプリフォーム工程と、
   前記鍔部の端部が成形型のシェアエッジ面に接触するか、或いはわずかな隙間をあけて対向するように前記プリフォーム品を前記成形型にセットするセット工程と、
   前記成形型で前記プリフォーム品を加圧成形する加圧成形工程と、
   前記加圧成形工程の後に前記鍔部を切断する切断工程と、
   を備えることを特徴とする繊維強化樹脂製品の成形方法。
2. 前記本体部は断面Ｕ字状または断面Ｖ字状を呈する部位を含んで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の繊維強化樹脂製品の成形方法。
3. 前記本体部は断面クランク形状を呈する部位を含んで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の繊維強化樹脂製品の成形方法。

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