JPH05269832A - シートの成型用金型及び成型方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 樹脂を補強繊維に含浸させてなるシートから
プレス成型により成型品を製造する場合において、成型
品の各部分において樹脂と補強繊維の割合が一定であ
り、成型品の表面にしわが生じることがない、成型用金
型及び成型方法を提供する。 【構成】 雄型３と雌型２を有し、該雄型と雌型の間に
シート４をはさんでプレス成型する成型用金型におい
て、雄型と雌型のいずれか一方の型にシート押え部材６
を、両型をシートをはさんで閉じた場合にシート押え部
材６が他方の型の側壁に沿った位置となり、該側壁との
間にシートをはさみ込むように設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は樹脂シートのプレス成型
に用いる成型用金型に関し、特に補強繊維を含有した樹
脂複合材料シートのプレス成型に好適な成型用金型に関
する。また、本発明は、その成型用金型を用いて補強繊
維を含有した樹脂複合材料のシートをプレス成型するシ
ートの成型方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】熱可塑性樹脂の繊維補強樹脂複合材料
は、高強度、耐熱性等の利点から、最近航空分野を初
め、スポーツ、レジャーなど、様々な分野に利用されつ
つある。そしてその成型には、熱可塑性樹脂と補強繊維
とを含んだ成型材料（例えば、熱可塑性樹脂と補強繊維
とからなる織物或いは不織布、熱可塑性樹脂の織物やマ
ット、熱可塑性樹脂シート、補強繊維の織物やマット等
を適当に積層したもの）を加熱、加圧し、熱可塑性樹脂
を補強繊維に含浸させた複合材料のシートを予め作成
し、このシートを加熱し軟化させてから、雄型と雌型の
間でプレスし種々の形に成型する、プレス成型が行われ
ている。

【０００３】従来、複合材料のシートのプレス成型にお
いては、図４に示すように、凹部２ａを有する雌型２を
固定側の型とし、凸部３ａを有する雄型３を移動側の型
とする成型用金型１を用いており、予熱し軟化させたシ
ート４を加熱された成型用金型１の雌型２の上に載置
し、雄型３を下降させて雌型２に閉じ、シート４を雄型
３の凸部３ａによって雌型２の凹部２ａに押し込み、両
型２、３でシート４を加熱、加圧して成型している。

【０００４】ところが、金型の形状が複雑な場合や深絞
りの場合には、金型を閉じ、シート４を雄型３の凸部３
ａで雌型２の凹部２ａに押し込む際に、シート４が所定
の位置からずれて、折れ曲がって重なったり金型内部に
シートの存在しない部分ができたり、更にはそのため溶
融した樹脂のみが金型内を移動して、樹脂と補強繊維の
割合が部分的に異なる成型品を生じることが多いという
問題があった。このような事態を避けようとすれば成型
品に比べて十分大きいシートを用いる必要があり、歩留
りが低下し経済的でない。また、このような全体的なず
れが起こらない場合においても、金型を閉じる時にシー
トに部分的なたるみが生じ、成型品の表面に凹凸を生じ
ることがあるという問題もあった。

【０００５】これに対する対策として、金型の周囲に、
しわ押え装置と呼ばれる、シリンダ機構などによりシー
トを押え、移動しないようにするものを設け、金型を閉
じる際にシートの周囲をそのしわ押え装置で押え、シー
トのたるみやずれの発生を防止することが提案されてい
る。しかしながら、このしわ押え装置を用いた場合に
は、加熱し軟化したシートを金型の雌型の上に載置した
後、そのシートの上にしわ押え装置をセットする必要が
あり、シートのセットに時間がかかり、予熱し軟化させ
たシートが冷却、固化してしまうという問題があった。
また、このしわ押え装置は金型とは別に設けるものであ
り、且つ装置が複雑で高価であり、結局成型装置全体が
高価となるという問題もあった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような現
状に鑑みてなされたものであり、補強繊維を含有する樹
脂複合材料のシートを成型用金型を用いてプレス成型す
る場合において、型閉じ時にシートがずれたり、たるん
だりすることを簡易な手段によって防止することが可能
なシートの成型方法、及びその方法に用いる成型用金型
を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、雄型と雌型を
有し、該雄型と雌型との間にシートをはさんで所定形状
にプレス成型する成型用金型において、前記雄型と雌型
の何れか一方の型にシート押え部材を、両型をシートを
はさんで閉じた場合に当該シート押え部材が、他方の型
の側壁に沿った位置となり、該側壁との間にシートをは
さみ込むように設けたことを特徴とするシートの成型用
金型を提供する。

【０００８】本発明はまた、補強繊維を含有した樹脂複
合材料のシートを請求項１に記載の成型用金型を構成す
る雌型と雄型の間に位置させ、次いで該雌型と雄型をシ
ートをはさんで閉じ、加熱、加圧してプレス成型するこ
とを特徴とするシートの成型方法を提供する。

【０００９】

【作用】上記構成の成型用金型では、雌型と雄型の間に
成型するためのシートを配置し、金型を閉じていくと、
まず、シート押え部材の先端が、相手側の型の側壁にか
ぶさって行き、その側壁との間にシートをはさみ込み、
その後、雄型の凸部がシートを雌型の凹部に押し込んで
行く。このため、シートは、金型の凹部、凸部に向い合
う部分の外側の部分を、シート押え部材と側壁との間に
はさみ付けられ、その間から引き出されながら、中央の
部分が雌型の凹部内に押し込まれることとなり、常に緊
張した状態に保たれる。従って、型閉じ中に、シートが
ずれたり、シートにしわが発生することがない。ここ
で、シート押え部材と型の側壁との間隔は、その間には
さみ込まれたシートが適当な張力で引き出されるように
定められている。なお、この成型用金型は、樹脂複合材
料のシートの成型に好適であるが、この用途に限らず、
他の樹脂シートの成型に使用してもよい。

【００１０】また、上記構成のシートの成型方法では、
上記構成の成型用金型を用いているので、複合材料のシ
ートを雌型と雄型の間に配置し、金型を閉じた際に、そ
のシートにずれやしわが生じることがなく、そのため、
良好な形状の成型品を成型できる。ここで使用するシー
トとしては、熱可塑性樹脂と補強繊維との複合材料が好
適であるが、これに限らず、熱硬化性樹脂と補強繊維と
の複合材料でもよい。熱可塑性樹脂と補強繊維との複合
材料のシートとしては、通常、補強繊維に樹脂を含浸さ
せた形態のものが、成型を敏速に行うことができるので
好ましいが、それ以外にも、樹脂繊維と補強繊維とから
なる織物や不織布、マット状物等を用いてもよい。更
に、補強繊維に熱可塑性樹脂を含浸させたシートを用い
る場合には、通常、そのシートが硬くて変形しにくいの
で、金型にセットする前に予熱して軟化しておくことが
好ましい。熱硬化性樹脂と補強繊維との複合材料を用い
る場合には、通常、予熱は必要ない。

【００１１】

【実施例】以下、図面の実施例を参照して本発明を更に
詳細に説明する。図１は本発明の一実施例による成型用
金型の概略断面図であり、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそ
れぞれ異なる作動状態を示している。図２はその成型用
金型の雄型の下面図である。なお、図４に示す従来例と
同一若しくは同様な部品には同一符号を付けて示してい
る。図１、図２において、成型用金型１Ａは固定型とし
て使用される雌型２と移動型として使用される雄型３と
からなり、その雌型２、雄型３は、水平断面がほぼ等し
い矩形状のものである。雌型２は凹部２ａと、平坦な接
合面２ｂと、垂直な側壁２ｃを有しており、雄型３は凸
部３ａと、接合面３ｂと、垂直な側壁３ｃを有してい
る。更に、雄型３の側壁３ｃには、その４隅にＬ字形の
シート押え部材６がスペーサ７を介してねじ止め等によ
り垂設されている。シート押え部材６は、雌型２の上に
シート４を載置し、その上から雄型を下降させて閉じる
際に、そのシート４の外縁近傍を雌型２の側壁２ｃとの
間にはさみ込むためのものであり、図１（ｂ）、（ｃ）
に示すように、雌型２と雄型３を閉じた場合にシート押
え部材６が雌型２の側壁２ｃに沿った位置となるように
設けている。

【００１２】ここで、金型を閉じた状態でのシート押え
部材６と雌型２の側壁２ｃとの間隔は、両者の間にはさ
み込まれたシートが適当な張力で引き出されるのを許容
するように定められるものである。この間隔は、成型す
べきシートの厚みに応じて調節する必要があるが、スペ
ーサ７の厚みを変えることにより、容易に調整可能であ
る。シート押え部材６の長さ或いは取付位置は、雄型３
を下降させた際に、シート押え部材６の下端が凸部３ａ
の下端よりも先に、シート４に接触するように定められ
ている。

【００１３】次に、上記構成の成型用金型１Ａを用い
て、熱可塑性樹脂と補強繊維を含有した複合材料のシー
トより成型品を成型する方法について説明する。

【００１４】まず、熱可塑性樹脂と補強繊維とを含有す
る複合材料のシートを用意する。ここで使用するシート
としては、例えば熱可塑性樹脂と補強繊維とからなる織
物或いは不織布、熱可塑性樹脂の織物やマット、熱可塑
性樹脂シート、補強繊維の織物やマット等を適当に積層
したものを加熱、加圧し、熱可塑性樹脂を補強繊維に含
浸させて得られる。また、熱可塑性樹脂と補強繊維とか
らなる織物或いは不織布をそのままシートとして使用す
ることも可能である。補強繊維としては、ガラス繊維、
炭素繊維、ケプラ繊維等従来公知のものを用いることが
できる。

【００１５】次に、シートをオーブン等で加熱して軟化
させる。なお、シートが適当な柔らかさを有している場
合にはこの工程は省略してもよい。

【００１６】次に、図１（ａ）に示すように、軟化した
シート４を、所定温度に加熱している固定側の雌型２の
上に載置する。このシート４は、雌型２の上面よりわず
かに大きい面積のものである。次に、所定温度に加熱し
ている雄型３を下降させて型閉じを行う。この時、ま
ず、図１（ｂ）に示すように、シート押え部材６の下端
がシート４に接触し且つ雌型２の側壁２ｃにかぶさって
行き、その間にシート４をはさみ込む。これにより、シ
ート４の雌型２の上面に位置する部分には適当な張力が
付与される。その後、雄型３の凸部３ａがシート４に接
触し、そのシート４を雌型２の凹部２ａに押し込んで行
く。この時、シート４の４隅がシート押え部材６と側壁
２ｃではさまれているが、シート４の中央部が凸部３ａ
で押されるにつれて、シート４の周囲がシート押え部材
６と側壁２ｃの間から引き出され、このため、シート４
の雄型３と雌型２の間に位置する部分は常に適当な緊張
状態に保たれ、シートにずれやたるみが生じない。

【００１７】その後、図１（ｃ）に示す状態まで金型を
閉じ、シート４を雌型２と雄型３ではさみ付け、所定の
時間、所定の成型温度、成型圧力に加熱、加圧し、プレ
ス成型する。これらの条件は樹脂の通常の成型条件に従
えばよい。冷却後、金型を開き、成型品を取り出す。以
上により、１回の成型動作が終了する。以上のようにし
て得た成型品は、型閉め時にシート４にずれやたるみが
生じないので、外観が良好で且つ樹脂含有率が均一とな
っている。

【００１８】なお、上記実施例では、雌型２を固定型と
して使用したが、雌型２と雄型３の位置を入れ換えるこ
とも可能である。図３はその場合の実施例を示すもので
あり、この実施例による成型用金型１Ｂでは、雄型３が
固定型として下側に配置され、雌型２が移動型として上
側に配置されている。更に、その雌型２の４隅にシート
押え部材６がスペーサ７を介して垂設されており、その
シート押え部材６がシート４を、雄型３の側面３ｃとの
間にはさみ込むようになっている。この実施例の成型用
金型１Ｂにおいても、図１の実施例と同様にシート４を
雌型２の凹部２ａに押し込む際に、シート４を適当な緊
張状態に保つことができ、ずれやしわの発生を防止し、
良好な成型品を得ることができる。以上の実施例はいず
れも、上方の移動側の型にシート押え部材を取り付けて
いるが、この代わりに固定側の型にシート押え部材を取
り付ける構成としてもよい。

【００１９】上記実施例の成型用金型１Ａ、１Ｂはいず
れも、水平断面が矩形状の雌型２又は雄型３の４隅全部
に、シート押え部材６を設けているが、このシート押え
部材６は必ずしも４隅全部に設ける必要はなく、対角線
上の２隅に設けるのみでもよい。また、シート押え部材
６は必ずしも金型の隅部に配置する必要はなく、平坦な
側壁２ｃ或いは３ｃに沿うよう、単に平坦な形状のもの
であってもよい。その場合においても、シート押え部材
の配置位置は、金型の４個の側壁全部に対向するように
設けてもよいし、中心をはさんだ２個の側壁のみに対向
するように設けてもよい。更に、シート押え部材を雄
型、雌型の全周に設けてもよい。

【００２０】雄型３の凸部形状、雌型２の凹部形状は、
図示した半球状に限るものでないことは勿論であり、種
々の形状のものに適用できる。凹面の一部に凸面を有す
る複雑な形状のもの、深絞りの場合にも好適に適用でき
る。また、雌型２、雄型３は必ずしも、矩形状断面のも
のに限らず、他の形状であってもよく、更には、雌型２
の雄型３とは同一断面形状である必要もない。更に、シ
ート押え部材を雄型又は雌型と一体構造に製造してもよ
い。要するに、雌型と雄型の一方に設けたシート押え部
材が、両型を接合させた場合に他方の型の側壁に沿った
位置となり、その側壁との間にシートをはさみ込むこと
ができる構成となっておればよい。

【００２１】次に、具体的な実施例を説明する。

【００２２】実施例１ 成型用金型として、図１、図２に示す形状の金型１Ａを
用いる。雌型２に形成した凹部２ａは半径５０ｍｍの半
球状である。雄型３の４隅に取り付けたＬ字形のシート
押え部材６は長さ１００ｍｍである。

【００２３】成型に用いるシートとしては、ガラスクロ
ス（ＷＥ１８Ｗ１０５ 日東紡績株式会社製）にポリア
ミド６を含浸させて得た、シート中の樹脂含量が４０重
量％のものを用いた。

【００２４】この成型用シートを３００°Ｃのオーブン
で１分間加熱して軟化させた後、２００°Ｃに加熱され
た雌型２にセットした。次に雄型３を２００°Ｃに加熱
して、雌型２の上方から下降させて型閉めを行い、圧力
２０ｋｇｆ／ｃｍ² で約１０秒間ホールドすることによ
ってプレス成型した。その後、金型を冷却させ、型開き
して成型品を得た。このプレス成型を１０回行い、１０
個の成型品を得た。

【００２５】成型品を観察したところ、その表面は平滑
であり、すべて外観良好であった。また、成型品におけ
る補強材として用いたガラスクロスの状態を調べるた
め、成型品をバーナー及び高熱灯で焼き、樹脂を除去し
て残存するガラスクロスの形状を観察したところ、全体
が型に沿って均一に残存しており、ガラスクロスの変形
を起こっていなかった。このことは、プレス時において
シートのずれが起こらないことを示すものである。

【００２６】比較例 シート押え部材を設けない金型を用いた外は実施例１と
同様にして、プレス成型を行い、成型品を得た。プレス
成型は１０回行い、１０個の成型品を得た。得られた成
型品について実施例１と同様の観察を行ったところ、す
べての成型品の表面にしわが発生し、また１０個のうち
３個は補強材であるガラスクロスに変形が起こってい
た。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように本発明の成型方法に
よれば、成型材料である補強繊維を有するシートは金型
を閉じる過程において絶えず緊張した状態を保ちつつ雌
型凹部に押し込まれるので、成型中にしわが発生するこ
とがなく、従って表面の平滑な成型品を得ることができ
る。また、シートが所定の位置からずれたり、折れ曲が
って重なったり、更にはそのため溶融した樹脂のみが金
型内を移動して、樹脂と補強繊維の割合が部分的に異な
る成型品を生じることがなく、均一な外観の良い成型品
を得ることができる。

【００２８】また、本発明の成型用金型は、簡単な構造
のシート押え部材を設けるだけで、上記したようにシー
トにしわ、ずれ、たるみ等を防止でき、簡単な手段によ
って高品質の成型品を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による成型用金型の概略断面
図であり、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ異なる作
動状態を示す。

【図２】上記実施例の雄型の下面図

【図３】本発明の他の実施例による成型用金型の概略断
面図

【図４】従来の成型用金型の概略断面図

【符号の説明】

１、１Ａ、１Ｂ 成型用金型 ２ 雌型 ２ａ 凹部 ２ｃ 側壁 ３ 雄型 ３ａ 凸部 ３ｃ 側壁 ４ シート ６ シート押え部材 ７ スペーサ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 雄型と雌型を有し、該雄型と雌型との間
   にシートをはさんで所定形状にプレス成型する成型用金
   型において、前記雄型と雌型の何れか一方の型にシート
   押え部材を、両型をシートをはさんで閉じた場合に当該
   シート押え部材が、他方の型の側壁に沿った位置とな
   り、該側壁との間にシートをはさみ込むように設けたこ
   とを特徴とするシートの成型用金型。
2. 【請求項２】 補強繊維を含有した樹脂複合材料のシー
   トを請求項１に記載の成型用金型を構成する雌型と雄型
   の間に位置させ、次いで該雌型と雄型をシートをはさん
   で閉じ、加熱、加圧してプレス成型することを特徴とす
   るシートの成型方法。