(57)【要約】【課題】  従来のプレス用金型では、加圧成形時に成形素材流動により、該成形素材の繊維状態が不均一となるため、必要な強度や特性を備えた成形品を得られない場合がある。【解決手段】  柱状に形成され成形素材２１がセットされるコア部５のコア型１１と、成形面２ａ・３ａを有する上型２および下型３とを備え、上型２と下型３とは互いの成形面を２ａ・３ａ対向して配置され、コア型１１は、上型２と下型３との間に、該コア型１１の外周面１１ａを各型２・３の成形面２ａ・３ａに対峙させて配置され、シート状に形成された成形素材２１を前記コア型１１の外周面１１ａに巻き付けてセットした後に、上型２と下型３とを閉じることにより、該成形素材２１を、上型２と下型３との成形面２ａ・３ａとコア型１１の外周面１１ａとの間で厚み方向に圧縮成形する。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
柱状に形成され成形素材がセットされるコア部と、成形面を有する第１の成形型および第２の成形型とを備え、
第１の成形型と第２の成形型とは互いの成形面を対向して配置され、
コア部は、第１の成形型と第２の成形型との間に、該コア部の外周面を各成形型の成形面に対峙させて配置され、
シート状に形成された成形素材を前記コア部の外周面に巻き付けてセットした後に、第１の成形型と第２の成形型とを閉じることにより、
該成形素材を、第１の成形型および第２の成形型の成形面とコア部の外周面との間で厚み方向に圧縮成形することを特徴とするプレス成形用金型。
【請求項２】
前記プレス成形用金型は、
繊維強化熱可塑性樹脂シート、繊維強化熱硬化性樹脂シート、または、繊維強化熱可塑性樹脂シートもしくは繊維強化熱硬化性樹脂シートと補強材とで構成される積層材を成形素材として用いることを特徴とする請求項１に記載のプレス成形用金型。
【請求項３】
前記第１の成形型および第２の成形型の成形面には、凹凸模様が形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプレス成形用金型。
【請求項４】
請求項１〜請求項３の何れかに記載のプレス成形用金型を備えたことを特徴とするプレス成形装置。
【請求項５】
コア部にセットされた成形素材を、該コア部の両側に配置された第１の成形型および第２の成形型の成形面により圧縮成形して構成したプレス成形品であって、
柱状に形成されたコア部に巻き付けてセットされたシート状の成形素材を、
その成形面がコア部の外周面と対峙して配置される第１の成形型と第２の成形型とを閉じることにより、
第１の成形型および第２の成形型の成形面とコア部の外周面との間で厚み方向に圧縮成形して構成されたことを特徴とするプレス成形品。
【請求項６】
前記プレス成形品は、
繊維強化熱可塑性樹脂シート、繊維強化熱硬化性樹脂シート、または、繊維強化熱可塑性樹脂シートもしくは繊維強化熱硬化性樹脂シートと補強材とで構成される積層材からなる成形素材を成形して構成されたことを特徴とする請求項５に記載のプレス成形品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮成形により中空構造を有するプレス成形品、ならびに、そのプレス成形品の成形を行うためのプレス成形用金型およびプレス成形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、繊維強化熱可塑性樹脂シートや繊維強化熱硬化性樹脂シート等のシート状の成形素材を、上型の成形面と下型の成形面とでプレスすることにより成形品を成形するスタンピング成形等のプレス成形が行われている。
このようなプレス成形を行うための金型としては、例えば図８に示すように、上型１０１と、下型１０２と下型１０２上に突出しているコア部１０３とを備えた金型１００がある。コア部１０３は、その軸心が上下方向、つまり金型１００の開閉方向と平行な方向に位置するように縦配置されている。
【０００３】
金型１００においては、コア部１０３の上部成形面１０３ａと上型１０１の成形面１０１ａとの間に成形素材を載置投入した後に、該上型１０１と下方１０２とを閉じて、該上部成形面１０３ａと成形面１０１ａとの間で成形素材を圧縮成形することで、成形品を成形するようにしている。
つまり、図９に示すように、まず、繊維強化熱可塑性樹脂シート等で構成される成形素材１０４を加熱溶融した状態で、下型１０２から突出するコア部１０３の上部成形面１０３ａ上に載置する（図９（ａ）図示）。この場合の成形素材１０４のシート面積は、例えば上部成形面１０３ａと側部成形面１０３ｂとを合わせた面積の５割〜８割程度の面積となるように設定されている。
【０００４】
次に、図９（ｂ）に示すように、プレス装置に装着された上型１０１が、プレス装置の作動に伴って下降し、その後、上型１０１の成形面１０１ａとコア部１０３の上部成形面１０３ａとの間に成形素材１０４を挟んだ状態で、下型１０２に着地して閉型する。
この際に、成形素材１０４が上部成形面１０３ａ上で押しつぶされて側部成形面１０３ｂ側へ流動することで成形が行われ、その後上型１０１を上昇して型開きを行うと、図９（ｃ）に示すように、成形品１０５を得ることができる。
【０００５】
また、プレス成形は、特許文献１に記載されるように行われるものもある。
つまり、上型１０１と下型１０２のコア部１０３により成形される成形素材１０４として、繊維強化樹脂積層シートの補強繊維の向く方向が渦巻きの中心軸方向となるように、該シートを断面渦巻き上に巻いたものを用いて、成形品の成形が行われている。
【特許文献１】特開平７−１６８５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述の図２に示したようなプレス成形法は、射出成形方法に比べて成形圧力が低くすむため、金型費を含めた設備費が比較的安くつくととともに、大型成形品を容易に形成するこができるという特徴を有している。また、一般的に成形素材として繊維強化樹脂ペレットを用いる射出成形のように、成形素材の過疎化工程におけるスクリューによるせん断過程がないため、繊維の残留繊維長が非常に長く、強度の高い成形品を得ることが可能となっている。
【０００７】
しかし、従来のプレス成形は以下に示すような欠点を有している。
前記金型１００により成形される成形品は、中空構造を有する成形品となるが、コア部１０３における上部成形面１０３ａに載置した成形素材１０４が、上型１０１の閉型により側部成形面１０３ｂへ流動することにより得られるものであるため、成形時における成形素材１０４の繊維の流動状態が安定せず、成形品の各部分における強度にバラツキが生じる場合がある。
【０００８】
例えば、図１０に示すように、金型１００にて成形された、上端が閉じた円筒形状の成形品１０５は、成形素材１０４が投入された箇所である投入部１０５ａと、成形時に成形素材１０４が流動して形成された流動部１０５ｂとで構成されている。
この投入部１０５ａは、成形素材１０４の繊維状態が保持されて均一な繊維状態となっているが、流動部１０５ｂでは、成形素材１０４の流動により繊維状態が部分的に不均一となっている。特に、繊維が規則的にクロス又は一方向に編まれたシートにて成形素材１０４が構成されていた場合は、成形素材１０４の流動により規則的な繊維方向を得ることができない。
これにより、必要な強度や特性を備えた成形品を得られない場合がある。
【０００９】
また、特許文献１に記載されるように、複数層の繊維シートを積層して構成されるシートを渦巻き状に巻いた成形素材をプレス成形した場合でも、成形素材１０４の流動に伴って生じる不均一な繊維状態を避けることはできない。
そこで、本発明においては、多様な中空構造を有した成形品に対応が可能であるとともに、強度バラツキが少なく、かつ繊維が規則的にクロス又は一方向に編まれたシートにて成形素材が構成されていた場合でも、規則的な繊維方向を維持した成形品を得ることができるプレス成形用金型、プレス成形装置、およびプレス成形品を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するプレス成形用金型、プレス成形装置、およびプレス成形品は、以下の特徴を有する。
即ち、請求項１記載の如く、柱状に形成され成形素材がセットされるコア部と、成形面を有する第１の成形型および第２の成形型とを備え、第１の成形型と第２の成形型とは互いの成形面を対向して配置され、コア部は、第１の成形型と第２の成形型との間に、該コア部の外周面を各成形型の成形面に対峙させて配置され、シート状に形成された成形素材を前記コア部の外周面に巻き付けてセットした後に、第１の成形型と第２の成形型とを閉じることにより、該成形素材を、第１の成形型および第２の成形型の成形面とコア部の外周面との間で厚み方向に圧縮成形する。
これにより、従来の金型のようにコア部を縦配置した構造と比較して、成形時の成形素材の流動距離を小さく抑えることができ、成形品における繊維の分散が均一となって、強度および特性の向上および安定化が図られた中空構造体となる成形品を得ることが可能である。
【００１１】
また、請求項２記載の如く、前記プレス成形用金型は、繊維強化熱可塑性樹脂シート、繊維強化熱硬化性樹脂シート、または、繊維強化熱可塑性樹脂シートもしくは繊維強化熱硬化性樹脂シートと補強材とで構成される積層材を成形素材として用いる。
これにより、成形素材と補強材とを積層した積層シートから、繊維の分散が均一な、強度および特性の向上および安定化が図られた成形品を容易に得ることもでき、強度が必要とされる様々な用途に用いられる中空構造体を、本プレス用金型により成形することが可能となる。
【００１２】
また、請求項３記載の如く、前記第１の成形型および第２の成形型の成形面には、凹凸模様が形成されている。
これにより、成形品の表面に成形面の凹凸模様が転写され、美しい外観を有した中空構造体となる成形品を得ることができる。
【００１３】
また、請求項４記載の如く、プレス成形装置は、請求項１〜請求項３の何れかに記載のプレス成形用金型を備える。
これにより、該プレス成形装置により、従来のコア部を縦配置した構造の金型を備えたプレス成形装置と比較して、強度および特性の向上および安定化が図られた中空構造体となる成形品を得ることが可能である。
【００１４】
また、請求項５記載の如く、コア部にセットされた成形素材を、該コア部の両側に配置された第１の成形型および第２の成形型の成形面により圧縮成形して構成したプレス成形品であって、柱状に形成されたコア部に巻き付けてセットされたシート状の成形素材を、その成形面がコア部の外周面と対峙して配置される第１の成形型と第２の成形型とを閉じることにより、第１の成形型および第２の成形型の成形面とコア部の外周面との間で厚み方向に圧縮成形して構成されたプレス成形品である。
これにより、従来のコア部を縦配置した構造の金型を用いて成形された成形品と比較して、繊維の分散が均一で、強度および特性の向上および安定化が図られた中空構造体となる成形品を得ることが可能である。
【００１５】
また、請求項６記載の如く、前記プレス成形品は、繊維強化熱可塑性樹脂シート、繊維強化熱硬化性樹脂シート、または、繊維強化熱可塑性樹脂シートもしくは繊維強化熱硬化性樹脂シートと補強材とで構成される積層材からなる成形素材を成形して構成された。
これにより、成形素材と補強材とを積層した積層シートから、繊維の分散が均一な、強度および特性の向上および安定化が図られた成形品を容易に得ることができ、強度が必要とされる様々な用途に用いられる中空構造体を得ることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、成形時の成形素材の流動距離を小さく抑えることができ、成形品における繊維の分散が均一となって、強度および特性の向上および安定化が図られた中空構造体となる成形品を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
次に、本発明を実施するための形態を、添付の図面を用いて説明する。
【００１８】
まず、本発明にかかるプレス用金型の構成について説明する。
図１に示すように、プレス用金型１は、第１の成形型である上型２、第２の成形型である下型３、およびコア部５から成り、該コア部５は、柱状形状に形成されるコア型１１、およびコア型１１を支持する支持部１２・１２を備えており、種々の公知のプレス装置に装着可能である。
【００１９】
上型２および下型３には、それぞれ成形面２ａおよび成形面３ａが形成されており、コア部５のコア型１１の外周面１１ａが成形面となっている。
コア型１１は、例えば円柱形状、楕円柱形状、または多角柱形状に形成されている。また、本例における柱状形状とは、内部が詰まった純粋な柱形状のみならず、内部に空間を有する管形状のものも含む。
【００２０】
前記コア部５は、支持部１２を下型３の支持孔３ｂに嵌挿することで、該下型３に着脱自在に設置される。
前記上型２は、下型３に対して近づく方向および離れる方向に移動可能であり、上型２が下型３に対して近づく方向に移動した状態が、プレス用金型１が閉じた状態となり、上型２が下型３から離れる方向に移動した状態が、プレス用金型１が開いた状態となる。
また、上型２には支持凹部２ｂが形成されており、プレス用金型１閉じた際に、コア部５の支持部１２上端が該支持凹部２ｂに嵌挿されるように構成されている。
【００２１】
このように構成されるプレス用金型１においては、上型２の成形面２ａと下型３の成形面３ａとは対向して配置され、該上型２と下型３との間に配置されるコア型１１の外周面１１ａは、上型２の成形面２ａおよび下型３の成形面３ａに対峙している。
つまり、コア型１１は、コア型１１の軸心がプレス用金型１の開閉方向に対して直交する方向に位置するように横配置されている。
【００２２】
また、プレス用金型１を閉じた状態では、成形面２ａ・３ａとコア型１１の周面１１ａとの間に所定の厚み寸法ｄ１を有する空間１６が存在するように構成されている。
そして、この所定の空間１６の部分に介装される後述の成形素材２１を、成形面２ａ・３ａとコア型１１の外周面１１ａとで圧縮して、成形素材２１の成形を行うようにしている。
【００２３】
次に、プレス用金型１を用いて行われるプレス成形について具体的に説明する。
図２に示すように、まず、前記コア型１１の外周面１１ａにシート状に形成された成形素材２１を巻き付けてセットする。
なお、成形素材２１が巻き付けられるコア型１１の外周面１１ａには、柱状軸方向の一端側から他端側にかけてテーパーが形成されている。そのテーパー角は例えば１°程度以上に設定されている。
また、成形素材２１のコア型１１への巻き付けは、成形素材２１を加熱炉等の加熱装置により溶融点または軟化点に達する温度にまで加熱し、外成形素材２１に可撓性を付与した状態で行われる。
【００２４】
成形素材２１は、繊維強化熱可塑性樹脂シートや繊維強化熱硬化性樹脂シート等のシート状部材にて構成されている。
これらのシート状部材の補強用繊維としては、強度上、コスト上の理由からガラス長繊維を用いるのが好ましく、一般的にシート状部材は、このガラス繊維等の長繊維で構成された不織布状のマットに熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂を含浸させて構成したシート状の複合材料となっている。
【００２５】
次に、上型２が下型３から離れた位置にあるプレス用金型１が開いた状態で、成形素材２１が巻き付けられたコア部５の支持部１２・１２を、下型３の支持孔３ｂ・３ｂに嵌挿して、該コア部５を下型３に設置する。
その後、上型２を下型３に対して近づく方向へ移動させると、図３、図４に示すように、上型２が下型３に着地し、プレス用金型１が閉じた状態となる。
【００２６】
プレス用金型１が閉じた状態では、上型２および下型３の成形面２ａ・３ａとコア型１１の外周面１１ａとの空間１６の厚み寸法ｄ１よりも、成形素材２１の厚み寸法ｄ２の法が大きく構成されているので、プレス用金型１が閉じると、成形素材２１に対して厚み方向にプレス圧力が負荷される。
これにより、成形素材２１が厚み方向に押し潰されて圧縮成形される。
【００２７】
成形素材２１の成形が終了した後、上型２を下方３から離れる方向へ移動させてプレス用金型１を開き、コア型１１から成形された成形素材２１を取り外すと、図５に示すように、円筒状または多角筒状等の筒形状の中空構造を有した成形品３１得ることができる。
【００２８】
このように、上型２および下型３の成形面２ａ・３ａとコア型１１の外周面１１ａとにより、成形素材２１を厚み方向に圧縮して成形を行うことで、成形素材２１の流動距離を小さく抑えることができる。成形素材２１は圧縮時にコア型１１の軸方向に若干流動するが、特に、成形素材２１の繊維方向がコア型１１の軸方向となっている場合には、成形素材２１の流動により繊維分布が影響を受けることは殆どなく、均一な繊維状態を保持した成形品３１を得ることができる。また、成形素材２１が不織布状シートであった場合でも繊維が成形品３１内に均一に分布することとなる。
【００２９】
また、成形品３１を得るための素材としては、図６に示すように、前記成形素材２１と補強材２２とを複数層に積層して構成した積層シート２３を用いることもできる。
図６では、積層シート２３は、２枚の成形素材２１・２１の間に補強材２２を介装した３層構造としているが、これに限るものではなく、成形素材２１および補強材２２の積層枚数や積層順序等は、成形品３１が必要とする特性や機能に応じて任意に設定することが可能である。
なお、補強材２２としては、例えば、不織布や、繊維をクロス編みにしたシート状部材を用いることができ、繊維素材としてはガラス繊維やカーボン繊維やアラミド繊維等が用いられる。
【００３０】
このような積層シート２３を用いて、本プレス用金型１により成形品３１を成形した場合も、補強材２２のクロス編みされたガラス繊維等に分布の乱れはなく、均一な強度および特性を有した成形品３１を得ることが可能である。
また、コア型１１から成形された成形素材２１を取り出す際には、該コア型１１の外周面１１ａにはテーパーが形成されているので、成形された成形素材２１をコア型１１の外径の小さな側へ抜き出すことで、成形された成形素材２１のコア型１１からの取り出しをスムーズに行うことが可能となっている。
【００３１】
以上の如く、柱状形状のコア型１１を、該コア型１１の軸心がプレス用金型１の開閉方向に対して直交する方向に位置するように配置し（つまり、コア型１１をプレス用金型１の開閉方向に対して横配置し）、コア型１１と上型２および下型３とで、成形素材２１の厚み方向にプレス圧力をかけて成形を行うことで、従来の金型のようにコア部を縦配置した構造と比較すると、成形素材２１の流動距離を小さく抑えることができ、成形品３１における繊維の分散が均一となって、強度および特性の向上および安定化が図られた中空構造体となる成形品を得ることが可能である。
また、成形素材２１と補強材２２とを積層した積層シート２３から、繊維の分散が均一な、強度および特性の向上および安定化が図られた成形品を容易に得ることもでき、強度が必要とされる様々な用途に用いられる中空構造体を、本プレス用金型１により成形することが可能となる。
【００３２】
また、図１に示すように、本例におけるプレス用金型１の上型２の成形面２ａおよび下型３の成形面３ａは平坦な面に形成されているが、図７に示すように、該上型２および下型３の成形面２ａ・３ａに凹凸模様を形成することも可能である。
このように、成形面２ａ・３ａに凹凸模様の加工を施すことにより、成形品３１の表面に成形面２ａ・３ａの凹凸模様が転写され、美しい外観を有した中空構造体となる成形品３１を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明にかかるプレス用金型を示す側面断面図である。
【図２】コア型に成形素材が巻き付けられた状態のプレス用金型を示す側面断面図である。
【図３】プレス用金型を閉じて成形素材が圧縮成形されている状態を示す側面断面図である。
【図４】プレス用金型を閉じて成形素材が圧縮成形されている状態を示す正面断面図である。
【図５】本発明にかかるプレス用金型により成形された成形品を示す斜視図である。
【図６】成形素材と補強材とを積層して構成される積層シートを示す側面断面図である。
【図７】上型と下型との成形面に凹凸模様を形成したプレス用金型を示す側面断面図である。
【図８】従来のプレス用金型を示す側面断面図である。
【図９】従来のプレス用金型による成形過程を示す側面断面図である。
【図１０】従来のプレス用金型により成形された成形品を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３４】
１    プレス用金型
２    上型
２ａ  成形面
３    下型
３ａ  成形面
５    コア部
１１    コア型
１１ａ  外周面
２１    成形素材
２２    補強材
２３    積層シート
３１    成形品
【図１】
2006205419.tif 000003
【図２】
2006205419.tif 000004
【図３】
2006205419.tif 000005
【図４】
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【図５】
2006205419.tif 000007
【図６】
2006205419.tif 000008
【図７】
2006205419.tif 000009
【図８】
2006205419.tif 000010
【図９】
2006205419.tif 000011
【図１０】
2006205419.tif 000012