JP2011025660A - 複合材成形品の成形方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】排気がスムーズで成形品を効果よく成形し、且つ、成形品にピンホールがなるべく形成されない、複合材成形品の成形方法の提供、並びに、成形と同時に成形品の表面に装飾模様をつけることで、成形後の装飾工程を省くことができる、複合材成形品の成形方法を提供する。
【解決手段】複数層の層状プリプレグを積層してから成形型内に入れて成形／硬化させる複合材成形品の成形方法において、前記成形型は、成形型の内面に、陰刻模様を、前記成形型の成形圧力による、前記積層後の層状プリプレグの外表面の絞り変形より深く、型外と連通するように形成する複合材成形品の成形方法。
【選択図】図１
【解決手段】複数層の層状プリプレグを積層してから成形型内に入れて成形／硬化させる複合材成形品の成形方法において、前記成形型は、成形型の内面に、陰刻模様を、前記成形型の成形圧力による、前記積層後の層状プリプレグの外表面の絞り変形より深く、型外と連通するように形成する複合材成形品の成形方法。
【選択図】図１
Description
本発明は、複合材成形品の成形方法に関し、特に、合成樹脂材料を繊維に含浸させて形成した層状プリプレグを積層してから、複合材成形品に成形する方法に関する。
近年、合成樹脂複合材は、ノートパソコンや、自転車、ゴルフクラブヘッド等、広範な産業分野に利用されるようになってきた（下記特許文献１参照）。
この合成樹脂複合材は、通常、合成樹脂材料を繊維に含浸させて形成した層状プリプレグを複数層積層してから、成形型に入れて成形／硬化させることで、希望する形状の成形品に成形される。このとき、層状プリプレグと層状プリプレグとの層間複合、及び、複合材全体の成形を一つの成形型内で同時に行うことによって、材料の複合と成形品の成形とが共に達成される。
前記成形方法による層状プリプレグの形成／積層、及び、積層プリプレグの型入れなどにおいて、層内、層間又は型内に入り込んだ空気が成形／硬化の際に膨張し、成形の圧力に対抗して、型の成形効率に悪影響を与えたり、成形品の成形材内外にピンホールを形成したりして、品質を低下させるおそれがある。このような問題を防ぐため、従来の成形方法では、成形型の内面に排気溝を形成し、該排気溝により型外への空気の排出を案内する。
しかしながら、この従来の成形方法において利用される成形型の、内面に形成されている排気溝は、しばしば成形時の圧力でプリプレグから沁み出る樹脂によって塞がれ、空気の排出を止めてしまうことがある。このため、やはり、ピンホールが形成されてしまったり、線がはっきりと形成されず見栄えが悪くなったりし、更には、強度を著しく低下させるまでの影響を与えることもある。このような問題は、完成した複合材成形品が、予定水準の品質を維持できない原因となる。
また、視覚上の美観性を向上させるため、この従来の成形方法による複合材成形品の表面に、しばしば塗装で色彩や装飾模様をつけることがあるが、これには、コストアップの原因となる上、環境にも悪影響を与える、という欠点が考えられる。
前記問題点に鑑みて、本発明は、まず、排気がスムーズにできて、成形品を効率よく成形し、且つ、成形品にピンホールがなるべく形成されない、複合材成形品の成形方法の提供を目的とする。
そして、前記目的に加え、成形と同時に、成形品の表面に装飾の模様がつくことで、成形後の装飾工程を省くこともできる、複合材成形品の成形方法の提供を更なる目的とする。
前記目的を達成するために、本発明は、複数層の層状プリプレグを積層してから成形型内に入れて成形／硬化させる複合材成形品の成形方法において、前記成形型は、成形型の内面に、陰刻模様を、前記成形型の成形圧力による、積層後の前記層状プリプレグの外表面の絞り変形より深く、型外と連通するように形成することを特徴とする、複合材成形品の成形方法を提供する。
前記陰刻模様は、成形型の内平面に、直接、それから窪むように形成しても良いが、陽刻模様の形成によって形成しても良く、特に、複数の平行隆線を形成し、且つ、その隆線及び排列が指紋ほど細かい模様を形成し、該隆線模様における隆線間の隙間によって形成することが特に好ましい。
前記隆線は、直線状にしても良いが、他の線状、例えば円弧形又は鋸歯形にしても良い。
前記陰刻模様と型外との連通は、特に成形型に排気口を形成して行っても良いが、上型と下型との間の型境から漏れるようにしても良い。但し、このいずれの方式を利用しても、陰刻模様におけるあらゆる陰刻部分が、排気口又は上下型の間の境面と直接又は間接に連通することができるように形成又は延在させる必要がある。
前記陰刻模様は、立方形の成形型を使用する場合、前記排気口が形成してある面又は前記上下型の間の型境から漏れる面に限ってつけても良いが、成形型の六面にもつけても良い。しかし、後者の場合、前記排気口が形成されていない面又は前記上下型の間の漏れでない面には、前記排気口が形成してある面又は上下型の間から漏れる面につける陰刻模様と連通するように陰刻模様をつけることが必要である。
また、前記陰刻模様は、成形型の内面に直接に成形しても良いが、離型フィルムに成形した後、該離型フィルムを前記成形型の内面と、積層後の前記層状プリプレグの外表面との間に入れることで形成しても良い。
前記成形方法によると、複合材成形品の成形時に、成形圧力による、積層後の前記層状プリプレグの外表面の絞り変形は、前記陰刻模様の陰刻部分に沿って隆起されるものの、陰刻部分を完全に塞ぐことはない。このような構造によって、前記陰刻模様は、常に、型内の空気をスムーズに型外へ排出するように案内することができ、また、前記絞り変形は、成形後に、成形品の装飾模様ともなるので、従来の装飾工程を省くことができ、複合材成品の製造コストを大幅に下げることができる。
以下、本発明の複合材成形品の成形方法について、複数の平行隆線からなっており、且つ、その隆線及び排列が指紋ほど細かい隆線形陽刻模様の成形によって、陰刻模様を形成し、該陰刻模様で型内の空気を型外へ排出するように案内する形式の実施形態を挙げて説明する。
〔第１の実施形態〕
まず、図１におけるフローチャートに示されるように、本発明の第１の実施形態における、複合材成形品の成形方法は、成形型の隆線模様付け工程（Ａ）と、層状プリプレグの成形／硬化工程（Ｂ）と、複合材成形品の取り出し工程（Ｃ）とからなっている。
次に、それぞれの工程を説明する。
まず、図１におけるフローチャートに示されるように、本発明の第１の実施形態における、複合材成形品の成形方法は、成形型の隆線模様付け工程（Ａ）と、層状プリプレグの成形／硬化工程（Ｂ）と、複合材成形品の取り出し工程（Ｃ）とからなっている。
次に、それぞれの工程を説明する。
（Ａ）成形型の隆線模様付け工程
工程（Ａ）は、成形型の内面に隆線模様をつける工程である。
まず、成形型３を構成する上型３１と下型３２と（図２参照）を用意し、次に、図に示していないが、下型３２の上型３１との型境（型の境）近くに、従来の案内溝の出口である排気口を形成し、また、下型３２の内面３００を鏡面になるほど研磨してから、コンピュータ数値制御による切削加工、放電加工、エッチング法、又は圧延加工により、複数の平行隆線を形成し、且つ、その隆線及び排列が指紋ほど細かい模様３３（図３参照）になるように全面的に形成する。
工程（Ａ）は、成形型の内面に隆線模様をつける工程である。
まず、成形型３を構成する上型３１と下型３２と（図２参照）を用意し、次に、図に示していないが、下型３２の上型３１との型境（型の境）近くに、従来の案内溝の出口である排気口を形成し、また、下型３２の内面３００を鏡面になるほど研磨してから、コンピュータ数値制御による切削加工、放電加工、エッチング法、又は圧延加工により、複数の平行隆線を形成し、且つ、その隆線及び排列が指紋ほど細かい模様３３（図３参照）になるように全面的に形成する。
この実施形態では、前記隆線模様３３の各隆線を鋸歯形に形成し、隆線模様３３の隆線の間のあらゆる隙間（即ち陰刻部分）が前記排気口と直接又は間接に連通するように形成する。
即ち、この実施形態のこの工程（Ａ）では、陽刻模様としての隆線模様３３の形成によって陰刻模様３４を形成し、該陰刻模様３４の陰刻部分を前記排気口を介して型外と連通させるように構成する。
注意すべきことは、この工程（Ａ）では、前記陰刻模様３４を、その深さが、下記工程（Ｂ）での成形型３の成形圧力による、積層後の層状プリプレグの外表面の絞り変形より深くなるように形成することである。
（Ｂ）層状プリプレグの成形／硬化工程
工程（Ｂ）は、三層の層状炭素繊維プリプレグ４１（図４参照）を積層してから成形型３内に入れ、加熱或いは加圧により成形／硬化させ、複合材成形品４（図５参照）を形成する工程である。
工程（Ｂ）は、三層の層状炭素繊維プリプレグ４１（図４参照）を積層してから成形型３内に入れ、加熱或いは加圧により成形／硬化させ、複合材成形品４（図５参照）を形成する工程である。
（Ｃ）複合材成形品の取り出し工程
工程（Ｃ）は、複合材成形品４を取り出す工程である。
前記実施形態の過程によると、複合材成形品４の成形時に、成形型３における下型３２の内面３００に、深さが、成形型３の成形圧力による、積層後の三層の層状プリプレグの外表面の絞り変形より深い陰刻模様３４がついているので、該絞り変形が、陰刻模様３４の陰刻部分に沿って隆起しても、陰刻模様３４を完全に塞ぐことはない。このため、型内の空気は、常に、陰刻模様３４の陰刻部分に沿って、前記排気口を経由して、スムーズに型外に排出することができる。更に、プリプレグ４１上の隆線がはっきりと形成され、且つ、構造内外にピンホールのない複合材成形品４を成形することが可能になる。即ち、完成の複合材成形品４は、構造が従来より強い上、見栄えも従来より美しい。
工程（Ｃ）は、複合材成形品４を取り出す工程である。
前記実施形態の過程によると、複合材成形品４の成形時に、成形型３における下型３２の内面３００に、深さが、成形型３の成形圧力による、積層後の三層の層状プリプレグの外表面の絞り変形より深い陰刻模様３４がついているので、該絞り変形が、陰刻模様３４の陰刻部分に沿って隆起しても、陰刻模様３４を完全に塞ぐことはない。このため、型内の空気は、常に、陰刻模様３４の陰刻部分に沿って、前記排気口を経由して、スムーズに型外に排出することができる。更に、プリプレグ４１上の隆線がはっきりと形成され、且つ、構造内外にピンホールのない複合材成形品４を成形することが可能になる。即ち、完成の複合材成形品４は、構造が従来より強い上、見栄えも従来より美しい。
また、前記絞り変形は、成形後、複合材成形品４の装飾模様４２（図５参照）としての効果もあるので、複合材成形品自体の美観性を向上させ、従来の装飾工程を省いて製造コストを大幅に下げることもできる。
〔第２の実施形態〕
本発明の第２の実施形態の成形方法は、ほぼ第１の実施形態の成形方法と同様であり、以下、第１の実施形態と異なる部分のみを説明する。
本発明の第２の実施形態の成形方法は、ほぼ第１の実施形態の成形方法と同様であり、以下、第１の実施形態と異なる部分のみを説明する。
図に示していないが、この実施形態の工程（Ｂ）では、成形後の成形品と成形型３とを容易に分離させるため、積層後の炭素繊維プリプレグ４１を成形型３内に入れる前に、先にその外表面４１０に離型フィルム（図示にせず）を貼り付ける。
この実施形態の工程（Ｃ）では、複合材成形品４を取り出し、その外表面４１０に貼り付いている離型フィルムを剥がし取る。
〔第３の実施形態〕
本発明の第３の実施形態の成形方法は、工程（Ａ）における隆線による模様付けを、直接、成形型３の内面３００に行うのではなく、第２の実施形態の工程（Ｂ）に使う離型フィルムを工程（Ａ）に移してから、該離型フィルムを介して間接的に行う。
以下、第１及び第２の実施形態と異なる部分のみを説明する。
本発明の第３の実施形態の成形方法は、工程（Ａ）における隆線による模様付けを、直接、成形型３の内面３００に行うのではなく、第２の実施形態の工程（Ｂ）に使う離型フィルムを工程（Ａ）に移してから、該離型フィルムを介して間接的に行う。
以下、第１及び第２の実施形態と異なる部分のみを説明する。
（Ａ）成形型の隆線模様付け工程
工程（Ａ）は、まず、第１の実施形態における工程（Ａ）と同様に、排気口を有する成形型３を用意し、更に、第２の実施形態における工程（Ｂ）で使う離型フィルムとほぼ同様の離型フィルム（図にせず）を用意し、次に、ステレオリソグラフィー又は圧延で、離型フィルムの一面に第１の実施形態と同様の隆線模様３３を形成する工程である。それに続いて、離型フィルムの、前記隆線模様３３が形成された一面を、積層後の層状炭素繊維プリプレグ４１の外表面４１０に貼り付けてから、成形型３内に入れて型閉じをする。
工程（Ａ）は、まず、第１の実施形態における工程（Ａ）と同様に、排気口を有する成形型３を用意し、更に、第２の実施形態における工程（Ｂ）で使う離型フィルムとほぼ同様の離型フィルム（図にせず）を用意し、次に、ステレオリソグラフィー又は圧延で、離型フィルムの一面に第１の実施形態と同様の隆線模様３３を形成する工程である。それに続いて、離型フィルムの、前記隆線模様３３が形成された一面を、積層後の層状炭素繊維プリプレグ４１の外表面４１０に貼り付けてから、成形型３内に入れて型閉じをする。
前記離型フィルムとしては、ポリエチレンテレフタラート及びオルトフェニルフェノールからなる群より選ばれた少なくとも一つの構成材料を使用することが好ましい。
工程（Ａ）によると、その一面に隆線模様３３が形成されている離型フィルムが、成形型の内面と、積層後の層状プリプレグの外表面との間に介入されるので、間接的に、隆線模様３３が、実施形態１及び２と同様、成形型３の内面３００に形成される。
（Ｂ）層状プリプレグの成形／硬化工程
工程（Ｂ）は、型閉じをした成形型３に加熱或いは加圧を加えることにより、その中の層状炭素繊維プリプレグ４１を成形／硬化させて複合材成形品４（図５参照）を形成する工程である。
工程（Ｂ）は、型閉じをした成形型３に加熱或いは加圧を加えることにより、その中の層状炭素繊維プリプレグ４１を成形／硬化させて複合材成形品４（図５参照）を形成する工程である。
（Ｃ）複合材成形品の取り出し工程
工程（Ｃ）は、複合材成形品４を取り出してから、その外表面４１０に貼り付いている離型フィルムを剥がし取る工程である。
工程（Ｃ）は、複合材成形品４を取り出してから、その外表面４１０に貼り付いている離型フィルムを剥がし取る工程である。
上述のように、本発明の成形方法によると、複合材成形品の成形時に、成形圧力による、積層後の前記層状プリプレグの外表面の絞り変形は、前記陰刻模様の陰刻部分に沿って隆起されるものの、該陰刻部分を完全に塞ぐことはないので、前記陰刻模様の影刻部分は、常に、型内の空気をスムーズに型外へ排出するように案内することができ、また、前記絞り変形は、成形後に、成形品の装飾模様となるので、従来の装飾工程を省くことができ、複合材成品の製造コストを大幅に下げることができる。更に、成形品の装飾模様により成形品自体の強度を強化することもでき、産業上の利用にとても有利である。
３ 成形型
３００ 内面
３１ 上型
３２ 下型
３３ 隆線模様
３４ 陰刻模様
４ 複合材成形品
４１ プリプレグ
４１０ 積層後のプリプレグの外表面
４２ 装飾模様
３００ 内面
３１ 上型
３２ 下型
３３ 隆線模様
３４ 陰刻模様
４ 複合材成形品
４１ プリプレグ
４１０ 積層後のプリプレグの外表面
４２ 装飾模様
Claims (11)
- 複数層の層状プリプレグを積層してから成形型内に入れて成形／硬化させる複合材成形品の成形方法において、
前記成形型は、成形型の内面に、陰刻模様を、前記成形型の成形圧力による、積層後の前記層状プリプレグの外表面の絞り変形より深く、型外と連通するように形成することを特徴とする複合材成形品の成形方法。 - 前記成形型に、前記陰刻模様の陰刻部分と連通する排気口を形成することを特徴とする請求項１に記載の複合材成形品の成形方法。
- 前記成形型を、上型と下型とで構成し、上下型の間の型境から空気が漏れるように形成し、且つ、前記陰刻模様の陰刻部分が、空気が漏れる該上下型の間の型境と連通するように形成することを特徴とする請求項１に記載の複合材成形品の成形方法。
- 前記陰刻模様は、前記成形型の陽刻模様を形成することによって陽刻模様の複数の線状の間に形成されることを特徴とする、請求項２又は請求項３に記載の複合材成形品の成形方法。
- 前記陽刻模様を、複数の平行隆線で形成し、且つ、その隆線及び排列が指紋ほど細かい隆線模様を成形することを特徴とする、請求項４に記載の複合材成形品の成形方法。
- 前記平行隆線を鋸歯形にすることを特徴とする、請求項５に記載の複合材成形品の成形方法。
- 前記成形型の内面への前記隆線模様の形成は、前記成形型の内面と、前記積層後の層状プリプレグの外表面との間に、一面に前記隆線模様が形成されている離型フィルムを介入することで実施されることを特徴とする、請求項６に記載の複合材成形品の成形方法。
- 前記成形型の内面と、前記積層後の層状プリプレグの外表面との間への、前記離型フィルムの介入は、前記離型フィルムを、前記一面で、前記積層後の層状プリプレグの外表面に貼り付けてから、前記成形型内に入れて型閉じをすることで行うことを特徴とする、請求項７に記載の複合材成形品の成形方法。
- 前記離型フィルムとして、ポリエチレンテレフタラート及びオルトフェニルフェノールからなる群より選ばれた少なくとも一つの構成材料を使用することを特徴とする請求項８に記載の複合材成形品の成形方法。
- 前記成形型の内面への前記隆線模様の形成は、コンピュータ数値制御による切削加工、放電加工、エッチング法、又は圧延加工で、前記隆線模様を、直接、前記成形型の内表面に形成することを特徴とする請求項５に記載の複合材成形品の成形方法。
- 前記離型フィルムへの前記隆線模様の形成は、ステレオリソグラフィー又は圧延で行うことを特徴とする、請求項７に記載の複合材成形品の成形方法。
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