JP7012588B2 - 樹脂成形金型 - Google Patents

Description

本発明は、第１金型および第２金型間に形成されるキャビティ内に強化基材をセットして樹脂を注入することで樹脂製品を成形する樹脂成形金型に関する。

ＲＴＭ（Resin Transfer Molding）を行うための樹脂成形金型において、キャビティに溶融樹脂を注入したときに、キャビティ内に残留するエアをスムーズに排出することができ、かつキャビティからの樹脂の漏れが発生しないように、金型の割り面に配置されてキャビティをシールするシール部材の面圧を調整するものが、下記特許文献１により公知である。

特開平７－６０７６５号公報

ところで、ＲＴＭ成形金型で樹脂製品を成形するとき、本明細書の［発明を実施するための形態］の欄で詳述するように、キャビティ内に注入された樹脂がキャビティ内に配置したプリフォームの外周を取り囲んでしまい、樹脂の注入が完了した状態でプリフォームの内部にエアが取り残されることで、プリフォームに樹脂が含浸しないドライスポットが発生して成形不良の原因となる問題があった。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、樹脂製品の成形時にドライスポットの発生を確実に防止し得る樹脂成形金型を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、第１金型および第２金型間に形成されるキャビティ内に強化基材をセットして樹脂を注入することで樹脂製品を成形する樹脂成形金型であって、前記第１金型および前記第２金型の一方に固定されて前記強化基材の外周部分を押さえる押さえ部材を備え、前記押さえ部材の内側端部は前記強化基材の外周縁よりも内側にあり、前記強化基材は繊維強化基材であり、前記押さえ部材の外側に隣接する位置で前記第１金型および前記第２金型の他方に固定されて一方との間をシールする第１シール部材を備え、前記押さえ部材および前記第１シール部材は相互に当接することを特徴とする樹脂成形金型が提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記押さえ部材および前記第１シール部材のそれぞれが、金型割り面から突出する半円形状断面を有することを特徴とする樹脂成形金型が提案される。

また請求項３に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記第１シール部材よりも外側で前記第１金型および前記第２金型間をシールする第２シール部材を備えることを特徴とする樹脂成形金型が提案される。

また請求項４に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記キャビティ内を真空引きする負圧源を備えることを特徴とする樹脂成形金型が提案される。

また請求項５に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記第１金型および前記第２金型間の隙間を調整するシムを備えることを特徴とする樹脂成形金型が提案される。

また請求項６に記載された発明によれば、請求項１～請求項３の何れか１項の構成に加えて、前記押さえ部材および前記第１シール部材がシリコンゴム製であることを特徴とする樹脂成形金型が提案される。

また請求項７に記載された発明によれば、第１金型および第２金型間に形成されるキャビティ内に強化基材をセットして樹脂を注入することで樹脂製品を成形する樹脂成形金型であって、前記第１金型および前記第２金型の一方に固定されて前記強化基材の外周部分を押さえる押さえ部材を備え、前記押さえ部材の内側端部は前記強化基材の外周縁よりも内側にあり、前記強化基材は繊維強化基材であり、前記押さえ部材の外側に隣接する位置で前記第１金型および前記第２金型の他方に固定されて一方との間をシールする第１シール部材を備え、前記第１金型および前記第２金型の何れか一方は、前記繊維強化基材の製品部分および廃棄部分の境界に当接する突条部を備えることを特徴とする樹脂成形金型が提案される。

また請求項８に記載された発明によれば、請求項１～請求項６の何れか１項の構成に加えて、前記樹脂製品は自動車のフロアパネルあるいはダッシュロアパネルであることを特徴とする樹脂成形金型が提案される。

なお、実施の形態の固定型１１は本発明の第１金型に対応し、実施の形態の可動型１２は本発明の第２金型に対応し、実施の形態のプリフォーム１６は本発明の強化基材あるいは繊維強化基材に対応する。

請求項１および請求項７の構成によれば、樹脂成形金型は、第１金型および第２金型間に形成されるキャビティ内に強化基材をセットして樹脂を注入することで樹脂製品を成形する。第１金型および第２金型の一方に固定されて強化基材の外周部分を押さえる押さえ部材を備え、押さえ部材の内側端部は強化基材の外周縁よりも内側にあるので、強化基材の外周部とキャビティとの間に樹脂が流れる環状の空間が形成されるのを防止し、キャビティに注入された樹脂が強化基材に含浸する前に環状の空間を流れて（レーストラッキング）強化基材を取り囲んでしまい、樹脂が行き渡らないドライスポットが形成されて成形不良が発生する事態を回避することができる。

また請求項１の構成によれば、強化基材は繊維強化基材であり、押さえ部材の外側に隣接する位置で第１金型および第２金型の他方に固定されて一方との間をシールする第１シール部材を備えるので、第１シール部材でキャビティからの樹脂の漏れを防止できるだけでなく、押さえ部材およびシール部材を相互に接近させて樹脂成形金型を小型化することができる。

更に請求項１の構成によれば、、押さえ部材および第１シール部材は相互に当接するので、シール部材および押さえ部材間と、シール部材および一方の金型間との２カ所でシール機能が発揮されてシール性が一層向上する。

また請求項２の構成によれば、押さえ部材および第１シール部材のそれぞれが、金型割り面から突出する半円形状断面を有するので、押さえ部材および第１シール部材に作用する応力を軽減して耐久性を高めることができる。

また請求項３の構成によれば、第１シール部材よりも外側で第１金型および第２金型間をシールする第２シール部材を備えるので、樹脂が万一第１シール部材を通過しても、それを第２シール部材で阻止して樹脂成形金型の外部への漏れを防止することができる。

また請求項４の構成によれば、キャビティ内を真空引きする負圧源を備えるので、キャビティ内を負圧にして樹脂を積極的に充填することで、成形不良の発生を一層確実に防止することができる。

また請求項５の構成によれば、第１金型および第２金型間の隙間を調整するシムを備えるので、押さえ部材および第１シール部材の潰れ量を容易に調整して樹脂の漏れを一層確実に阻止することができる。

また請求項６の構成によれば、押さえ部材および第１シール部材がシリコンゴム製であるので、押さえ部材および第１シール部材が容易に変形して相互の形状に追従し易くなることで、樹脂の漏れを一層確実に阻止することができる。

また請求項７の構成によれば、第１金型および第２金型の何れか一方は、繊維強化基材の製品部分および廃棄部分の境界に当接する突条部を備えるので、製品の脱型後に製品部分を目視で確認できるだけでなく、突条部が製品部分および廃棄部分の境界を押して薄肉にするので、廃棄部分の切断作業が容易になる。

また請求項８の構成によれば、樹脂製品は自動車のフロアパネルあるいはダッシュロアパネルであるので、大型部品であっても成形不良のない高品質な製品を製造することができる。

ＲＴＭ成形金型の縦断面図である。（第１の実施の形態） 図１の２－２線矢視図である。（第１の実施の形態） 図１の３部拡大図である。（第１の実施の形態） 図３に対応する図である。（第２、第３の実施の形態）

第１の実施の形態

以下、図１～図３に基づいて本発明の第１の実施の形態を説明する。

本実施の形態のＲＴＭ成形金型は樹脂成形方法の一つであるＲＴＭ（Resin Transfer Molding）を行うもので、補強繊維を予め所定形状に賦形したプリフォームを金型内に挿入した後、樹脂の含浸を促進してドライスポットの発生を抑制するために、キャビティ内を真空引きした状態で溶融樹脂を注入して加熱硬化させるものである。本実施の形態のＲＴＭ成形金型で成形される製品は、例えば自動車のフロアパネルあるいはダッシュロアパネルである。

図１～図３に示すように、ＲＴＭ成形金型は、固定型１１と、固定型１１の上方に配置された可動型１２とを備えており、可動型１２は図示せぬ油圧ラムに接続されて昇降し、固定型１１に対して型締めおよび型開きが可能である。固定型１１および可動型１２の割り面１１ａ，１２ａ間にキャビティ１３が形成されており、キャビティ１３には可動型１２に設けた負圧源１４および樹脂供給源１５が接続される。

樹脂製品の成形時に、キャビティ１３の底部にはカーボン繊維やガラス繊維のような補強繊維を予め所定形状に賦形したプリフォーム１６がセットされる。固定型１１の割り面１１ａには、シリコンゴムで断面半円形状に形成された環状の第１シール部材１７がプリフォーム１６の外周に沿うように設けられる。また可動型１２の割り面１２ａには、シリコンゴムで断面半円形状に形成された環状の押さえ部材１８が、型締め時にプリフォーム１６の外周縁に当接可能に設けられる。第１シール部材１７の内側部分と押さえ部材１８の外側部分とは、型締め時に相互に当接可能である。

固定型１１の割り面１１ａにおける押さえ部材１８の内側には環状の突条部１１ｂが設けられており、この突条部１１ｂは型締め時にプリフォーム１６の外周部下面に食い込むようになっている。プリフォーム１６の突状部１１ｂよりも内側の部分は、成形完了後に製品となる製品部分２１を構成し、プリフォーム１６の突状部１１ｂよりも外側の部分は、成形完了後に廃棄される廃棄部分２２を構成する。

また押さえ部材１８および第１シール部材１７の外側の固定型１１の割り面１１ａには、型締め時に固定型１１および可動型１２間をシールすべく、シリコンゴムで断面半円形状に形成された環状の第２シール部材１９が設けられる。第２シール部材１９は、固定型１１の割り面１１ａではなく、可動型１２の割り面１２ａに設けても良い。さらに第２シール部材１９の外側の固定型１１の割り面１１ａには、型締め時における固定型１１および可動型１２の間隔を調整するためのシム２０が設けられる。シム２０は、固定型１１の割り面１１ａではなく、可動型１２の割り面１２ａに設けても良い。

次に、上記構成を備えた本発明の第１の実施の形態の作用を説明する。

本実施の形態のＲＴＭ成形金型で樹脂部品を成形するには、先ず図１（Ａ）に示すように、可動型１２を固定型１１に対して型開きした状態で、固定型１１のキャビティ１３内にプリフォーム１６をセットする。この状態でプリフォーム１６の外周縁は第１シール部材１７の内周に沿っている。続いて図１（Ｂ）および図３に示すように、固定型１１に対して可動型１２を下降させて型締めすると、可動型１２の割り面１２ａに設けた押さえ部材１８がプリフォーム１６の外周縁を固定型１１の割り面１１ａに押し付けて固定する。これと同時に、押さえ部材１８が固定型１１の割り面１１ａに設けた第１シール部材１７に当接してシール機能を発揮するとともに、第１シール部材１７が可動型１２の割り面１２ａに当接してシール機能を発揮する。

また固定型１１の割り面１１ａに設けた突条部１１ｂがプリフォーム１６の外周部に食い込み、プリフォーム１６の内側の製品部分２１および外側の廃棄部分２２間に溝を形成する。さらに固定型１１の割り面１１ａに設けた第２シール部材１９が可動型１２の割り面１２ａに当接してシール機能を発揮する。この型締め時に、固定型１１の割り面１１ａに設けたシム２０が可動型１２の割り面１２ａに当接し、固定型１１および可動型１２間の距離を規制することで、第１シール部材１７、押さえ部材１８および第２シール部材１９の面圧が適切な大きさに確保される。

このようにしてＲＴＭ成形金型の型締めが完了すると、負圧源１４を作動させてキャビティ１３内を真空引きした状態で、予め加熱しておいたＲＴＭ成形金型のキャビティ１３へ樹脂供給源１５から溶融した樹脂を注入する。このとき、キャビティ１３内は負圧になっているため、注入された樹脂は速やかにキャビティ１３内に拡散してプリフォーム１６に含浸し、成形のサイクルタイムが削減される。そして樹脂を硬化させた後、固定型１１から可動型１２を型開きして製品を取り出すことができる。

ところで、キャビティ１３内に溶融した樹脂を注入するとき、仮にプリフォーム１６の外周部とキャビティ１３の内周部との間に、プリフォーム１６が存在しない環状の空間が形成されていると、樹脂は流動抵抗の大きいプリフォーム１６に含浸することなく環状の空間に流れ込んでしまい、樹脂が含浸しないプリフォーム１６の外周部が環状の空間に流れ（レーストラッキング）込んだ樹脂で囲まれてしまう場合がある。このような状態で更に樹脂が注入されると、環状の空間から溢れ出た樹脂がプリフォーム１６の外周部から内側へと含浸してゆき、プリフォーム１６の内部に取り残されたエアが一カ所に集まって樹脂が含浸しないドライスポットが形成されてしまい、製品に成形不良が発生する可能性がある。

しかしながら、本実施の形態によれば、図３に示すように、押さえ部材１８の内側端部ａがプリフォーム１６の外周縁ｂよりも内側にあるため、型締め時に押さえ部材１８がプリフォーム１６の外周縁を押さえて固定型１１の割り面１１ａに固定し、かつ押さえ部材１８と第１シール部材１７とが協働してキャビティ１３をシールするので、プリフォーム１６の外周部を取り囲む環状の空間が形成されることがなくなり、これによりプリフォーム１６に樹脂が行き渡らないドライスポットが形成されて成形不良が発生する事態を確実に防止することができる。

このとき、第１シール部材１７および押さえ部材１８は柔軟で変形し易いシリコンゴムで形成されているので、第１シール部材１７および押さえ部材１８は互いの形状に追従して変形することで高いシール性を発揮することができる。しかも第１シール部材１７および押さえ部材１８は断面半円形状に形成されているので、相互に当接して変形したときに応力の集中が防止されて耐久性が向上する。

また仮に第１シール部材１７を廃止して、押さえ部材１８だけでプリフォーム１６の押さえ機能およびシール機能を発揮させようとすると、その押さえ部材１８が大きな負荷を受けて損傷し易くなるが、第１シール部材１７および押さえ部材１８が協働してプリフォーム１６の押さえ機能およびシール機能を発揮することで、第１シール部材１７および押さえ部材１８の負荷を低減して耐久性を高めることができる。

特に、第１シール部材１７および押さえ部材１８を相互に接近して配置し、第１シール部材１７と押さえ部材１８とを当接させ、かつ第１シール部材１７と可動型１２の割り面１２ａとを当接させたので、二つのシール部により確実なシールを可能にすることができる。しかも第１シール部材１７の外側に更に第２シール部材１９を配置したので、万一第１シール部材１７から樹脂が漏れても、それを第２シール部材１９で阻止してＲＴＭ成形金型の外部への樹脂の漏れを一層確実に防止することができる。さらに第１シール部材１７および押さえ部材１８を相互に接近して配置したことで、ＲＴＭ成形金型の小形化を図ることができる。

しかも固定型１１はプリフォーム１６の製品部分２１および廃棄部分２２の境界に当接する突条部１１ｂを備えるので、脱型後の製品に突条部１１ｂにより溝が形成されることで、製品部分２１を目視で確認できるだけでなく、製品部分２１および廃棄部分２２の境界の溝により廃棄部分２２の切断作業が容易になる。

以上のように、本実施の形態によれば、自動車のフロアパネルあるいはダッシュロアパネルのような大型の樹脂製品であっても、成形時にドライスポットによる成形不良の発生するのを防止し、高品質な製品を製造することができる。

第２、第３の実施の形態

次に、図４に基づいて本発明の第２、第３の実施の形態を説明する。

第１の実施の形態の第１シール部材１７および押さえ部材１８は半円形状の断面を有しているが、図４（Ａ）に示す第２の実施の形態の第１シール部材１７および押さえ部材１８は多角形状の断面を有しており、図４（Ｂ）に示す第３の実施の形態の第１シール部材１７および押さえ部材１８は長軸に沿って切断した半割楕円形状の断面を有している。

この第２、第３の実施の形態によっても、第１の実施の形態と同様の作用効果を達成することができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、請求項２の発明では、押さえ部材１８および第１シール部材１７は相互に当接する必要はなく、押さえ部材１８の内側端部ａがプリフォーム１６の外周縁ｂよりも内側にあれば良い（図３参照）。

また実施の形態では押さえ部材１８を可動型１２側に設け、第１シール部材１７を固定型１１側に設けているが、その位置関係を逆にし、押さえ部材１８を固定型１１側に設け、第１シール部材１７を可動型１２側に設けても良い。

また実施の形態では突条部１１ｂが固定型１１側に設けられているが、それを可動型１２側に設けても良い。

また第２シール部材１９は必ずしも必要ではなく、廃止することも可能である。

また本発明の樹脂製品は自動車のフロアパネルやダッシュロアパネルに限定されるものではない。

１１ 固定型（第１金型）
１１ａ 割り面
１１ｂ 突条部
１２ 可動型（第２金型）
１２ａ 割り面
１３ キャビティ
１４ 負圧源
１６ プリフォーム（強化基材あるいは繊維強化基材）
１７ 第１シール部材
１８ 押さえ部材
１９ 第２シール部材
２０ シム
２１ 製品部分
２２ 廃棄部分

Claims (8)

1. 第１金型（１１）および第２金型（１２）間に形成されるキャビティ（１３）内に強化基材（１６）をセットして樹脂を注入することで樹脂製品を成形する樹脂成形金型であって、
   前記第１金型（１１）および前記第２金型（１２）の一方に固定されて前記強化基材（１６）の外周部分を押さえる押さえ部材（１８）を備え、前記押さえ部材（１８）の内側端部は前記強化基材（１６）の外周縁よりも内側にあり、
   前記強化基材（１６）は繊維強化基材（１６）であり、前記押さえ部材（１８）の外側に隣接する位置で前記第１金型（１１）および前記第２金型（１２）の他方に固定されて一方との間をシールする第１シール部材（１７）を備え、
   前記押さえ部材（１８）および前記第１シール部材（１７）は相互に当接することを特徴とする樹脂成形金型。
2. 前記押さえ部材（１８）および前記第１シール部材（１７）のそれぞれが、金型割り面（１１ａ，１２ａ）から突出する半円形状断面を有することを特徴とする、請求項１に記載の樹脂成形金型。
3. 前記第１シール部材（１７）よりも外側で前記第１金型（１１）および前記第２金型（１２）間をシールする第２シール部材（１９）を備えることを特徴とする、請求項１に記載の樹脂成形金型。
4. 前記キャビティ（１３）内を真空引きする負圧源（１４）を備えることを特徴とする、請求項１に記載の樹脂成形金型。
5. 前記第１金型（１１）および前記第２金型（１２）間の隙間を調整するシム（２０）を備えることを特徴とする、請求項１に記載の樹脂成形金型。
6. 前記押さえ部材（１８）および前記第１シール部材（１７）がシリコンゴム製であることを特徴とする、請求項１～請求項３の何れか１項に記載の樹脂成形金型。
7. 第１金型（１１）および第２金型（１２）間に形成されるキャビティ（１３）内に強化基材（１６）をセットして樹脂を注入することで樹脂製品を成形する樹脂成形金型であって、
   前記第１金型（１１）および前記第２金型（１２）の一方に固定されて前記強化基材（１６）の外周部分を押さえる押さえ部材（１８）を備え、前記押さえ部材（１８）の内側端部は前記強化基材（１６）の外周縁よりも内側にあり、
   前記強化基材（１６）は繊維強化基材（１６）であり、前記押さえ部材（１８）の外側に隣接する位置で前記第１金型（１１）および前記第２金型（１２）の他方に固定されて一方との間をシールする第１シール部材（１７）を備え、
   前記第１金型（１１）および前記第２金型（１２）の何れか一方は、前記繊維強化基材（１６）の製品部分（２１）および廃棄部分（２２）の境界に当接する突条部（１１ｂ）を備えることを特徴とする樹脂成形金型。
8. 前記樹脂製品は自動車のフロアパネルあるいはダッシュロアパネルであることを特徴とする、請求項１～請求項７の何れか１項に記載の樹脂成形金型。

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