JP6764179B1 - 金型 - Google Patents
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Abstract
Description
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。
[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。
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。
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。
(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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)。
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。
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。
0.1≦R6/R2≦1.0
を満たす。
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)
- 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。 - 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。 - 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。 - 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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