ホーム > 特許ランキング > 日本ガスケット株式会社
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024006114
(43)【公開日】2024-01-17
(54)【発明の名称】繊維強化樹脂の成形装置
(51)【国際特許分類】
B29C 70/54 20060101AFI20240110BHJP
B29C 43/34 20060101ALI20240110BHJP
【ＦＩ】
B29C70/54
B29C43/34
【審査請求】未請求
【請求項の数】1
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022106704
(22)【出願日】2022-06-30
(71)【出願人】
【識別番号】000228383
【氏名又は名称】日本ガスケット株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100156199
【弁理士】
【氏名又は名称】神崎 真
(72)【発明者】
【氏名】田島 渉
【テーマコード（参考）】
4F204
4F205
【Ｆターム（参考）】
4F204AA36
4F204AB25
4F204AC03
4F204AD16
4F204FA01
4F204FB01
4F204FF05
4F204FG09
4F204FN11
4F204FN15
4F204FQ15
4F205AA36
4F205AB25
4F205AC03
4F205AD16
4F205HA08
4F205HA25
4F205HA33
4F205HA35
4F205HA45
4F205HB01
4F205HC08
4F205HF05
4F205HK03
4F205HK04
4F205HK31
(57)【要約】
【課題】 強度の高い屈曲部４ｃを備えた繊維強化樹脂４を成形する。
【解決手段】 補強繊維Ｆと樹脂粉末とを水に分散混合した混合液を抄造して作成した素形体を上型２と下型３との間で加熱加圧して所要形状からなる繊維強化樹脂４に成形する成形装置１に関する。
上記繊維強化樹脂４に断面略Ｌ字形の屈曲部４ｃを形成するため、上型２と下型３に、接近方向に対して略直交する水平面２ａ、３ａと、上記接近方向と略同じ方向に形成された垂直面２ｂ、３ｂとを設け、このうち上記垂直面２ｂ、３ｂを上記接近方向に対して傾斜させて形成し、かつ上記水平面２ａ、３ａと垂直面２ｂ、３ｂとの境界部分にコーナーＲを設けた
【選択図】 図１
【解決手段】 補強繊維Ｆと樹脂粉末とを水に分散混合した混合液を抄造して作成した素形体を上型２と下型３との間で加熱加圧して所要形状からなる繊維強化樹脂４に成形する成形装置１に関する。
上記繊維強化樹脂４に断面略Ｌ字形の屈曲部４ｃを形成するため、上型２と下型３に、接近方向に対して略直交する水平面２ａ、３ａと、上記接近方向と略同じ方向に形成された垂直面２ｂ、３ｂとを設け、このうち上記垂直面２ｂ、３ｂを上記接近方向に対して傾斜させて形成し、かつ上記水平面２ａ、３ａと垂直面２ｂ、３ｂとの境界部分にコーナーＲを設けた
【選択図】 図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
相互に接近可能に設けられた上型と下型とを備え、補強繊維と樹脂粉末とを水に分散混合した混合液を抄造して作成した素形体を、上記上型と下型とを接近させて加熱加圧することにより、所要形状の繊維強化樹脂を成形する繊維強化樹脂の成形装置において、
上記繊維強化樹脂に断面略Ｌ字形の屈曲部を形成するため、上記上型および下型のそれぞれに、上型と下型との接近方向に対して略直交する水平面と、上記接近方向と略同じ方向に形成された垂直面とを設け、
このうち上記垂直面を上記接近方向に対して傾斜させて形成し、かつ上記水平面と垂直面との境界部分にコーナーＲを設けたことを特徴とする繊維強化樹脂の成形装置。
上記繊維強化樹脂に断面略Ｌ字形の屈曲部を形成するため、上記上型および下型のそれぞれに、上型と下型との接近方向に対して略直交する水平面と、上記接近方向と略同じ方向に形成された垂直面とを設け、
このうち上記垂直面を上記接近方向に対して傾斜させて形成し、かつ上記水平面と垂直面との境界部分にコーナーＲを設けたことを特徴とする繊維強化樹脂の成形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は繊維強化樹脂の成形装置に関し、より詳しくは、補強繊維と樹脂粉末とを水に分散混合した混合液を抄造して作成した素形体を加熱加圧して成形する繊維強化樹脂の成形装置に関する。
【背景技術】
【0002】
補強繊維と樹脂粉末とを水に分散混合した混合液を抄造して素形体を作成し、当該素形体を加熱加圧することにより、上記補強繊維を含んだ繊維強化樹脂を成形することが行われており、このような上記繊維強化樹脂を成形する際には、上記素形体を上型と下型とを接近させながら加熱加圧する成形装置が用いられている（特許文献１）。
ここで、上記素形体を加熱加圧して繊維強化樹脂を成形する際、素形体に対して十分な圧縮力を作用させないと、成形後の繊維強化樹脂の内部で補強繊維の向きが揃わず、当該部分の強度が十分に得られないという問題が指摘されていた。
そこで上記特許文献１では、屈曲部などの複雑な形状を有した繊維強化樹脂を成形するために、上型と下型との少なくともいずれか一方に、上型と下型との接近方向とは異なる方向に移動する可動部材を設けて、最初に上型と下型とで上記素形体の一部分を加圧成形してから、可動部材を作動させて他の部分を加圧するようにしていた。
上記特許文献１の成形装置によれば、上型と下型とを接近させただけでは十分に素形体を加圧できない部分であっても、上記可動部材を用いることで素形体に十分な圧縮力を作用させることが可能であった。
ここで、上記素形体を加熱加圧して繊維強化樹脂を成形する際、素形体に対して十分な圧縮力を作用させないと、成形後の繊維強化樹脂の内部で補強繊維の向きが揃わず、当該部分の強度が十分に得られないという問題が指摘されていた。
そこで上記特許文献１では、屈曲部などの複雑な形状を有した繊維強化樹脂を成形するために、上型と下型との少なくともいずれか一方に、上型と下型との接近方向とは異なる方向に移動する可動部材を設けて、最初に上型と下型とで上記素形体の一部分を加圧成形してから、可動部材を作動させて他の部分を加圧するようにしていた。
上記特許文献１の成形装置によれば、上型と下型とを接近させただけでは十分に素形体を加圧できない部分であっても、上記可動部材を用いることで素形体に十分な圧縮力を作用させることが可能であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１２－５２６５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、上記特許文献１の成形装置は、成形する繊維強化樹脂の形状が複雑な場合、必要な位置に可動部材を設けることができない場合があり、また可動部材を備えることから成形装置が複雑になるといった問題があった。
このような問題に鑑み、本発明は屈曲部における補強繊維を揃えた状態で繊維強化樹脂を成形することが可能な成形装置を提供するものである。
このような問題に鑑み、本発明は屈曲部における補強繊維を揃えた状態で繊維強化樹脂を成形することが可能な成形装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【0005】
すなわち請求項１の発明は、相互に接近可能に設けられた上型と下型とを備え、補強繊維と樹脂粉末とを水に分散混合した混合液を抄造して作成した素形体を、上記上型と下型とを接近させて加熱加圧することにより、所要形状の繊維強化樹脂を成形する繊維強化樹脂の成形装置において、
上記繊維強化樹脂に断面略Ｌ字形の屈曲部を形成するため、上記上型および下型のそれぞれに、上型と下型との接近方向に対して略直交する水平面と、上記接近方向と略同じ方向に形成された垂直面とを設け、
このうち上記垂直面を上記接近方向に対して傾斜させて形成し、かつ上記水平面と垂直面との境界部分にコーナーＲを設けたことを特徴とするものである。
上記繊維強化樹脂に断面略Ｌ字形の屈曲部を形成するため、上記上型および下型のそれぞれに、上型と下型との接近方向に対して略直交する水平面と、上記接近方向と略同じ方向に形成された垂直面とを設け、
このうち上記垂直面を上記接近方向に対して傾斜させて形成し、かつ上記水平面と垂直面との境界部分にコーナーＲを設けたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【0006】
上記発明によれば、繊維強化樹脂に断面略Ｌ字形の屈曲部を成形するために、上記上型および下型に上記屈曲部に対応した形状を有する水平面と垂直面とを形成し、このうち垂直面を上型と下型との接近方向に対して傾斜させたものとなっている。
これにより、上型と下型とを接近させて素形体を変形させると、上記垂直面において素形体に上型と下型とからの圧縮力を作用させることができ、補強繊維の配列を揃えることができる。
また、上記水平面と垂直面との境界部分にコーナーＲを設けたことにより、屈曲部のコーナーＲ部分に補強繊維を入り込ませることができ、屈曲部の強度を得ることが可能となっている。
これにより、上型と下型とを接近させて素形体を変形させると、上記垂直面において素形体に上型と下型とからの圧縮力を作用させることができ、補強繊維の配列を揃えることができる。
また、上記水平面と垂直面との境界部分にコーナーＲを設けたことにより、屈曲部のコーナーＲ部分に補強繊維を入り込ませることができ、屈曲部の強度を得ることが可能となっている。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下図示実施例について本発明を説明すると、図１において、成形装置１は上型２と下型３とを備えており、上型２は図示しない昇降手段によって垂直方向上下に移動可能に設けられている。
本実施例の成形装置１は、補強繊維と樹脂粉末とを水に分散混合した混合液を抄造して作成した素形体を、上記上型２と下型３とで加熱加圧することにより、所要形状の繊維強化樹脂４を成形するものとなっている。
本実施例で成形する繊維強化樹脂４は、一例として、中央部が下方に向けて膨出したドーム状部４ａと、当該ドーム状部４ａを囲繞するフランジ部４ｂとを備えており、上記ドーム状部４ａとフランジ部４ｂとの境界部分には、断面略Ｌ字形を有する屈曲部４ｃが形成されている。
本実施例の成形装置１は、補強繊維と樹脂粉末とを水に分散混合した混合液を抄造して作成した素形体を、上記上型２と下型３とで加熱加圧することにより、所要形状の繊維強化樹脂４を成形するものとなっている。
本実施例で成形する繊維強化樹脂４は、一例として、中央部が下方に向けて膨出したドーム状部４ａと、当該ドーム状部４ａを囲繞するフランジ部４ｂとを備えており、上記ドーム状部４ａとフランジ部４ｂとの境界部分には、断面略Ｌ字形を有する屈曲部４ｃが形成されている。
【0009】
本実施例で使用する上記素形体は、例えばフェノール樹脂といった熱硬化性樹脂と、カーボン繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ビニロン繊維、セラミック繊維といった補強繊維Ｆとが配合されたものから構成されている。
そして上記素形体の作成方法としては、上記補強繊維Ｆと樹脂粉末とを水に分散混合した混合液を抄造して抄造シートを作成し、必要に応じて当該抄造シートを複数枚積層させた後、これを加熱加圧して上記樹脂が架橋されない程度に硬化させる方法が知られ、また、立体的に形成した空間内に上記混合液を投入して、立体的な形状を有する素形体を一度に作成する方法も採用することができる。
そして上記素形体の作成方法としては、上記補強繊維Ｆと樹脂粉末とを水に分散混合した混合液を抄造して抄造シートを作成し、必要に応じて当該抄造シートを複数枚積層させた後、これを加熱加圧して上記樹脂が架橋されない程度に硬化させる方法が知られ、また、立体的に形成した空間内に上記混合液を投入して、立体的な形状を有する素形体を一度に作成する方法も採用することができる。
【0010】
上記成形装置１を構成する上記上型２および下型３は、それぞれ成形すべき繊維強化樹脂４の形状に応じた形状を有しており、また図示しないが上型２または下型３の少なくともいずれか一方には加熱手段が設けられている。
上記繊維強化樹脂４を上型２および下型３によって成形する際には、上記加熱手段によって上型２または下型３を加熱した状態で、上記上型２を下降させて下型３に接近させ、これにより上記素形体を上型２と下型３とによって変形させながら加熱する。
これにより上記素形体が圧縮されながら変形し、これに伴って素形体に含まれる熱硬化性樹脂が架橋しながら硬化して、上記繊維強化樹脂４が成形されるようになっている。
上記繊維強化樹脂４を上型２および下型３によって成形する際には、上記加熱手段によって上型２または下型３を加熱した状態で、上記上型２を下降させて下型３に接近させ、これにより上記素形体を上型２と下型３とによって変形させながら加熱する。
これにより上記素形体が圧縮されながら変形し、これに伴って素形体に含まれる熱硬化性樹脂が架橋しながら硬化して、上記繊維強化樹脂４が成形されるようになっている。
【0011】
図２は、本実施例にかかる上記繊維強化樹脂４の屈曲部４ｃと、当該屈曲部４ｃを成形している状態の上型２および下型３の拡大図を示している。また図３は従来の成形装置１によって成形中の繊維強化樹脂４の屈曲部４ｃと、上型２および下型３の拡大図を示している。
本実施例の成形装置１の上型２および下型３には、上記繊維強化樹脂４の屈曲部４ｃを成形するために、水平を向いた上記フランジ部４ｂを成形するための水平面２ａ、３ａと、上記ドーム状部４ａの上端部分を成形するための垂直面２ｂ、３ｂとが形成されている。なお上記垂直面２ｂ、３ｂよりも下方側の部分は製品形状に従って断面円弧状に形成されている。
また図２、図３には、繊維強化樹脂４の内部の補強繊維Ｆの向きを示しており、以下の説明において、補強繊維Ｆの向きが揃った状態とは、図２に示すように、素形体が圧縮される方向に対して直交する面内でランダムな方向を向いており、これが層状に並んだ状態をいう。
これに対し、補強繊維Ｆの向きが揃っていない状態とは、図３に示すように、補強繊維Ｆが繊維強化樹脂４の内部でランダムな方向を向いており、また補強繊維Ｆが位置しない疎の部分が形成されるような状態をいう。
そして、成形された繊維強化樹脂４において、上記補強繊維Ｆの向きが揃っている場合には、当該部分の強度は高くなり、これに対し補強繊維Ｆの向きが揃っていない場合には、当該部分の強度は低くなる傾向にあることが知られている。
本実施例の成形装置１の上型２および下型３には、上記繊維強化樹脂４の屈曲部４ｃを成形するために、水平を向いた上記フランジ部４ｂを成形するための水平面２ａ、３ａと、上記ドーム状部４ａの上端部分を成形するための垂直面２ｂ、３ｂとが形成されている。なお上記垂直面２ｂ、３ｂよりも下方側の部分は製品形状に従って断面円弧状に形成されている。
また図２、図３には、繊維強化樹脂４の内部の補強繊維Ｆの向きを示しており、以下の説明において、補強繊維Ｆの向きが揃った状態とは、図２に示すように、素形体が圧縮される方向に対して直交する面内でランダムな方向を向いており、これが層状に並んだ状態をいう。
これに対し、補強繊維Ｆの向きが揃っていない状態とは、図３に示すように、補強繊維Ｆが繊維強化樹脂４の内部でランダムな方向を向いており、また補強繊維Ｆが位置しない疎の部分が形成されるような状態をいう。
そして、成形された繊維強化樹脂４において、上記補強繊維Ｆの向きが揃っている場合には、当該部分の強度は高くなり、これに対し補強繊維Ｆの向きが揃っていない場合には、当該部分の強度は低くなる傾向にあることが知られている。
【0012】
まず、上記上型２および下型３における上記水平面２ａ、３ａを構成する部分は、上記上型２の下降方向に対して略直交する方向に設けられている。
このような構成により、素形体を上型２と下型３とによって挟持した際に、素形体に作用する圧縮力が上型２の下降方向と同じ垂直方向に作用するため、大きな圧縮力を作用させることができる。
その結果、素形体が圧縮される間に、素形体中の補強繊維Ｆの向きが揃えられ、成形後の繊維強化樹脂４において補強繊維Ｆの向きを揃えることが可能となっている。
なお本実施例において、上記水平面２ａ、３ａは図示水平方向を向いているが、製品形状に合わせて、水平面２ａ、３ａを上型２と下型３との接近方向に対して多少傾斜させてもよい。
このような構成により、素形体を上型２と下型３とによって挟持した際に、素形体に作用する圧縮力が上型２の下降方向と同じ垂直方向に作用するため、大きな圧縮力を作用させることができる。
その結果、素形体が圧縮される間に、素形体中の補強繊維Ｆの向きが揃えられ、成形後の繊維強化樹脂４において補強繊維Ｆの向きを揃えることが可能となっている。
なお本実施例において、上記水平面２ａ、３ａは図示水平方向を向いているが、製品形状に合わせて、水平面２ａ、３ａを上型２と下型３との接近方向に対して多少傾斜させてもよい。
【0013】
次に、上記上型２および下型３における上記垂直面２ｂ、３ｂは、上型２の下降方向に対して傾斜して設けられており、かつ上型２の下降方向に対するなす角を３０°以上とすることが望ましい。
このように上記なす角を３０°以上に設定することで、成形装置１による加工の際に素形体を上型２と下型３とによって挟持すると、上型２の下降方向に対して斜めの方向に圧縮力が作用することとなる。
この圧縮力は、上型２および下型３の水平面２ａ、３ａによって素形体を圧縮する場合よりも低いものの、この圧縮力を素形体に作用させることで、圧縮中の素形体の補強繊維Ｆの向きを揃えることが可能となる。
これに対し、なす角を３０°未満に設定してしまうと、素形体に圧縮力を十分に作用させることができなくなる。具体的に説明すると、例えば図３のように垂直面２ｂ、３ｂが上型２の下降方向と同じ垂直方向を向いている場合、上型２が下降して素形体が上型２と下型３との間で変形しても、垂直面２ｂと垂直面３ｂとの間に位置する素形体には圧縮力が作用しないこととなる。
その結果、圧縮力により補強繊維Ｆの向きを揃えるという効果が得られず、変形中の素形体の内部で補強繊維Ｆが遊走してしまうため、補強繊維Ｆの向きがランダムとなってしまう。
このように上記なす角を３０°以上に設定することで、成形装置１による加工の際に素形体を上型２と下型３とによって挟持すると、上型２の下降方向に対して斜めの方向に圧縮力が作用することとなる。
この圧縮力は、上型２および下型３の水平面２ａ、３ａによって素形体を圧縮する場合よりも低いものの、この圧縮力を素形体に作用させることで、圧縮中の素形体の補強繊維Ｆの向きを揃えることが可能となる。
これに対し、なす角を３０°未満に設定してしまうと、素形体に圧縮力を十分に作用させることができなくなる。具体的に説明すると、例えば図３のように垂直面２ｂ、３ｂが上型２の下降方向と同じ垂直方向を向いている場合、上型２が下降して素形体が上型２と下型３との間で変形しても、垂直面２ｂと垂直面３ｂとの間に位置する素形体には圧縮力が作用しないこととなる。
その結果、圧縮力により補強繊維Ｆの向きを揃えるという効果が得られず、変形中の素形体の内部で補強繊維Ｆが遊走してしまうため、補強繊維Ｆの向きがランダムとなってしまう。
【0014】
次に、図２に示すように、上記成形装置１における上記水平面２ａ、３ａと垂直面２ｂ、３ｂとの境界部分にはコーナーＲが設けられており、当該コーナーＲは半径３ｍｍ以上とすることが望ましい。
具体的には、図２に示す本実施例の構成の場合、下型３における水平面２ａ、３ａと垂直面２ｂ、３ｂとのコーナーＲの半径を３ｍｍ以上に設定すればよく、上型２におけるコーナーＲについては、下型３のコーナーＲと成形される繊維強化樹脂４の板厚等に応じて設定すればよい。
このようにすることで、上型２と下型３とによって素形体を圧縮した際に、補強繊維Ｆが上型２や下型３のコーナーＲ部分に入り込むことが可能となり、水平面２ａ、３ａと垂直面２ｂ、３ｂとの境界部分において補強繊維Ｆの向きを揃えることができる。
一方、コーナーＲを半径３ｍｍ未満にすると、当該コーナーＲ部分に補強繊維Ｆが入り込めなくなることから、当該部分が補強繊維Ｆの位置しない疎の部分（図示破線部分）となり、当該部分の強度が低下することとなる。
具体的には、図２に示す本実施例の構成の場合、下型３における水平面２ａ、３ａと垂直面２ｂ、３ｂとのコーナーＲの半径を３ｍｍ以上に設定すればよく、上型２におけるコーナーＲについては、下型３のコーナーＲと成形される繊維強化樹脂４の板厚等に応じて設定すればよい。
このようにすることで、上型２と下型３とによって素形体を圧縮した際に、補強繊維Ｆが上型２や下型３のコーナーＲ部分に入り込むことが可能となり、水平面２ａ、３ａと垂直面２ｂ、３ｂとの境界部分において補強繊維Ｆの向きを揃えることができる。
一方、コーナーＲを半径３ｍｍ未満にすると、当該コーナーＲ部分に補強繊維Ｆが入り込めなくなることから、当該部分が補強繊維Ｆの位置しない疎の部分（図示破線部分）となり、当該部分の強度が低下することとなる。
【0015】
以上のように、本実施例の成形装置１によれば、繊維強化樹脂４に屈曲部４ｃを成形する際、垂直面２ｂ、３ｂを傾斜させて設けたことにより、当該部分で挟持した素形体に対して十分に圧縮力を作用させて補強繊維Ｆの向きを揃えることが可能となっている。
また水平面２ａ、３ａと垂直面２ｂ、３ｂとの境界部分にコーナーＲを設けたことで、上記境界部分に補強繊維Ｆを入り込ませることができ、補強繊維Ｆが適切に配置された高い強度を有する屈曲部４ｃを備えた繊維強化樹脂４を成形することができる。
また水平面２ａ、３ａと垂直面２ｂ、３ｂとの境界部分にコーナーＲを設けたことで、上記境界部分に補強繊維Ｆを入り込ませることができ、補強繊維Ｆが適切に配置された高い強度を有する屈曲部４ｃを備えた繊維強化樹脂４を成形することができる。
【0016】
なお、上記実施例における繊維強化樹脂４はドーム状部４ａとフランジ部４ｂとから構成されており、ドーム状部４ａを下方に向けたものとなっているが、ドーム状部４ａを上方に向けた状態であっても成形は可能である。
また、その他の形状であっても、略Ｌ字形の屈曲部４ｃを備えた繊維強化樹脂４を成形するために、当該形状に合わせて上型２および下型３に上記水平面２ａ、３ａおよび垂直面２ｂ、３ｂを設けて、屈曲部４ｃを高い強度で成形することが可能となる。
また、その他の形状であっても、略Ｌ字形の屈曲部４ｃを備えた繊維強化樹脂４を成形するために、当該形状に合わせて上型２および下型３に上記水平面２ａ、３ａおよび垂直面２ｂ、３ｂを設けて、屈曲部４ｃを高い強度で成形することが可能となる。
【符号の説明】
【0017】
１ 成形装置 ２ 上型
３ 下型 ２ａ、３ａ 水平面
２ｂ、３ｂ 垂直面 ４ 繊維強化樹脂
４ｃ 屈曲部 Ｆ 補強繊維
Ｒ コーナーＲ
３ 下型 ２ａ、３ａ 水平面
２ｂ、３ｂ 垂直面 ４ 繊維強化樹脂
４ｃ 屈曲部 Ｆ 補強繊維
Ｒ コーナーＲ
【図1】
【図2】
【図3】