分割型金型
【課題】上型と下型をボルト締で接合・固定する形式の金型において、加熱・加圧時に上型と下型の接合部分から樹脂がしみ出し、ボルト穴に溜まって固化しボルトが抜けにくくなり、その結果、金型を損傷する場合があるという問題点を解決するための手段を提供すること。
【解決手段】繊維強化材とマトリックス樹脂とからなる複合材料を成形加工するための複数の部分型からなる分割型金型であって、各部分型をボルト締で接合・固定する形式の金型において、各部分型の接合・固定面のボルト穴の近傍の外周に沿って、Ｏリングを配置したパッキン溝を設けたことを特徴とする分割型金型。
【解決手段】繊維強化材とマトリックス樹脂とからなる複合材料を成形加工するための複数の部分型からなる分割型金型であって、各部分型をボルト締で接合・固定する形式の金型において、各部分型の接合・固定面のボルト穴の近傍の外周に沿って、Ｏリングを配置したパッキン溝を設けたことを特徴とする分割型金型。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維強化材とマトリックス樹脂とからなる複合材料（以下、ＦＲＰということもある）を成形加工するための複数の部分型からなる分割型金型に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＦＲＰは、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂や、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等の熱可塑性樹脂のマトリックス樹脂と、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維等の強化繊維からなるものであり、軽量で且つ強度特性に優れるため、近年、航空宇宙産業から一般産業分野に至るまで、幅広い分野において利用されている。
【０００３】
ＦＲＰの成形品は、例えば、繊維強化材にマトリックス樹脂が含浸された中間製品であるプリプレグから、加熱・加圧といった成形・加工工程を経て成形される。そして、かかる成形加工おいては、複数の部分型からなる分割型金型、例えば、上型と下型とからなる金型を用いてプリプレグから成形される場合が多い。ところが、上型と下型をボルト締で接合・固定する形式の金型を用いる成形の場合、加熱・加圧時に上型と下型の接合部分から樹脂がしみ出し、ボルト穴に溜まって固化しボルトが抜けにくくなり、その結果、金型を損傷する場合があるという問題があった。
【０００４】
従来、例えば、複数の金型を備えたプレス成形機によるプレス成形時に、各金型内のプリフォームに作用する加圧力を均等にするための型締機構（特許文献１）、あるいは、成形機本体の型締め機構を変更することなく、金型を交換するのみで、金型に合わせた型締め力の変更を可能とした連続成形に適した金型（特許文献２）、また、成形品におけるバリの発生を抑制できる金型装置及び金型の拘束方法（特許文献３）において、金型の型締機構について幾つかの提案はなされているが、上型と下型をボルト締で接合・固定する形式の金型を用いる成形において、前記したような問題点が指摘されたことはこれまでになかった。
【特許文献１】特開平５−３４５６２４号公報
【特許文献２】特開平８−３２３７６５号公報
【特許文献３】特開２００３−２９１１８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、上型と下型をボルト締で接合・固定する形式の金型を用いる成形の場合、加熱・加圧時に上型と下型の接合部分から樹脂がしみ出し、ボルト穴に溜まって固化しボルトが抜けにくくなり、その結果、金型を損傷する場合があるという問題点を解決するための手段を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の請求項１に記載された発明は、繊維強化材とマトリックス樹脂とからなる複合材料を成形加工するための複数の部分型からなる分割型金型であって、各部分型をボルト締で接合・固定する形式の金型において、各部分型の接合・固定面のボルト穴の近傍の外周に沿って、Ｏリングを配置したパッキン溝を設けたことを特徴とする分割型金型である。
【０００７】
そして、請求項２に記載された発明は、分割型金型が上下２分割型の金型であって、その下型に、Ｏリングを配置したパッキン溝が設けられていることを特徴とする請求項１記載の分割型金型である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明においては、各部分型をボルト締で接合・固定する形式の金型において、各部分型の接合・固定面のボルト穴の近傍の外周に沿って、パッキン溝が設けられＯリングが配置してある。従って、ＦＲＰを成形加工するに際し、加熱・加圧時に上型と下型の接合部分から樹脂がしみ出しても、しみ出した樹脂はＯリングによって阻まれ、ボルト穴にまで到達することがないので、ボルトに付着・固化することがなく、その結果、金型が損傷を受けることがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の分割型金型について図面を用いながら説明する。図１において、１は分割型金型であり、２は上型、３は下型を示す。図１には、説明を簡単にするために上型と下型の２つの部分型からなる分割型金型を示したが、部分型は幾つあってもかまわない。上型と下型には、共にボルト穴４が設けられており、両者は、例えば、ボルトとナット５（ボルト締機構）によってボルト締で接合・固定できるようになっている。
【００１０】
図２は、前記図１のボルト締機構の部分の拡大図であり、ボルト穴４の近傍の外周に沿って、Ｏリング６を配置したパッキン溝７が設けられている。パッキン溝は、各部分型の接合・固定面においてボルト穴の近傍の外周に沿って設けられている限り、その形状、大きさ、位置等特に制限はない。ただ、前記パッキン溝の溝幅は、パッキンとして使用するＯリングの直径から、ＪＩＳ規格等の規格を参照し決定するのが適当である。Ｏリングの断面形状や材質については特に制限はない。また、パッキン溝は、上型及び／又は下型に設けることができるが、図１のような場合には、下型にのみ設ければ十分である。
【００１１】
本発明において、分割型金型の材質としては、特に制限はない。例えば、耐熱鋼、高張力鋼、炭素鋼、ステンレス鋼、チタン合金、アルミニュウム、アルミ合金、銅合金が挙げられる。また、樹脂型でも良い。各部分型をボルト締めするためのボルトの形状、大きさ等についても特に制限はない。
【００１２】
本発明の分割型金型は、ＦＲＰを成形加工するためのものであるが、成形加工方法としては、特に制限はなく、例えば、プリプレグを用いるオートクレーブ成形法、プリプリグを用いないＲＴＭ成形法が挙げられる。プリプレグとは、繊維強化材に、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂などのマトリックス樹脂を含浸させ、流動性や粘着性を除いて取り扱い性を良くした成形中間材であり、かかるプリプリグを金型に敷設・積層して加熱・加圧による成形を行う。ＲＴＭ成形法は、長繊維や短繊維からなる繊維強化材を、成形品形状に賦形したプリフォームあるいはシート状で、上型下型からなる金型内部に配置し、金型を型締めした後、樹脂注入口からマトリックス樹脂を減圧下に注入して繊維強化材に含浸させ、必要なら加熱して硬化の後、金型を開いて脱型する成形方法である。
【００１３】
本発明において用いられる繊維強化材の形態については特に制限はない。繊維強化材は、通常、例えば、平織、綾織、朱子織等の経糸と緯糸から構成されるものの他、繊維束を一方向に引き揃えシート状とし、これを直角方向にステッチ糸で縫合した一軸織物、一方向に引き揃えたシート状物を角度を変えて複数積層し、これを直角方向にステッチ糸で縫合した多軸織物等の形で用いられる。あるいは、繊維束（ストランド）を平行に一方向に引き揃えシート状とし、これに樹脂を含浸させたもの、あるいは、繊維束を±４５度に配列し、これに樹脂を含浸させたテープ状のプリプレグ（バイアステーププリプレグ）等からなるものでも良い。繊維強化材としては、特に制限はなく、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ボロン繊維、金属繊維等が挙げられる。好ましいのは炭素繊維である。
【００１４】
マトリックス樹脂に関しても特に制限はい。熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ビニルエステル樹脂、シアン酸エステル樹脂、ウレタンアクリレート樹脂、フェノキシ樹脂、アルキド樹脂、ウレタン樹脂、マレイミド樹脂とシアン酸エステル樹脂の予備重合樹脂から選ばれる樹脂がある。これらは１種又は２種以上の混合物として用いることもできる。熱可塑性樹脂としては、ポリプロピレン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、芳香族ポリアミド、芳香族ポリエステル、芳香族ポリカーボネート、ポリエーテルイミド、ポリアリーレンオキシド、熱可塑性ポリイミド、ポリアミドイミドがある。これらの樹脂は、２種以上併用しても良い。以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
【実施例】
【００１５】
以下、実施例と比較例により本発明を詳述する。
【００１６】
[実施例１]
図３に示すような５分割型の金型であって、箱形状の成形品を作製するための金型を作製した。各部分型の接合・固定面には、それぞれM１０のボルト穴を設け、ボルトにて接合・固定できるようにした。そして、それぞれのボルト穴の周囲に、ボルト穴の中心から半径６．５ｍｍの円周に沿ってその外側に、幅が３ｍｍ、深さが２ｍｍのパッキン溝を設け、断面の直径が２ｍｍのシリコンゴム製のＯリングを配置した（図２参照）。
【００１７】
予め賦形型に炭素繊維のプリプレグを敷設・積層し、賦形型から外したものを積層品として準備した。炭素繊維のプリプレグとしては、炭素繊維ＨＴＡ３Ｋ（東邦テナックス社製、汎用グレードの炭素繊維、３０００フィラメント）を経糸緯糸とした平織物（東邦テナックス社製、Ｗ−３１０１）に、汎用エポキシ樹脂を含浸させたものを用いた（樹脂含有率：４０％）。このプリプレグを５枚、積層パターンが（０／９０）、（±４５）、（０／９０）、（±４５）、（０／９０）となる様に重ねて敷設・積層した。
【００１８】
各分割型をボルト締めすることで、金型を完成させ、賦形型に積層した積層品を金型内にセットし、オートクレーブで０．５ＭＰａで加圧し、１００℃で４時間かけて樹脂を硬化させた。硬化後、各型を接合・固定しているボルトを外し、分割させた。金型内からしみ出した樹脂は、パッキン溝にセットしたＯリングによってＯリング外の接合・固定面に残留していた。ボルト及びボルト穴に樹脂が流れてしまうことなく、各型の脱型は容易に行うことができた。また、Ｏリング外周及び金型接合・固定面に付着した樹脂は、容易に清掃・除去することができた。かくして、この分割型の金型は、何の支障もなく繰り返し使用に供することができた。
【００１９】
[比較例１]
図３に示したような５分割型の金型であって、箱形状の成形品を作製するための金型を作製した。各部分型の接合・固定面には、それぞれM１０のボルト穴を設け、ボルトにて接合・固定できるようにした。但し、この金型にはパッキン溝は設けなかった。この金型を用いて、その他は実施例１の場合と同様にして、成形加工を行ったところ、しみ出した樹脂がボルト穴に溜まり固化しており、各型の脱型が非常に困難であった。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】上下２分割型のボルト締で接合・固定する形式の金型の一例を示す図である。
【図２】図２は、図１のボルト締機構の部分の拡大図である。
【図３】実施例で用いた５分割型の金型の配置状態を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２１】
１ 分割型の金型
２ 金型の上型
３ 金型の下型
４ ボルト穴
５ ボルト締
６ Ｏリング
７ パッキン溝
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維強化材とマトリックス樹脂とからなる複合材料（以下、ＦＲＰということもある）を成形加工するための複数の部分型からなる分割型金型に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＦＲＰは、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂や、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等の熱可塑性樹脂のマトリックス樹脂と、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維等の強化繊維からなるものであり、軽量で且つ強度特性に優れるため、近年、航空宇宙産業から一般産業分野に至るまで、幅広い分野において利用されている。
【０００３】
ＦＲＰの成形品は、例えば、繊維強化材にマトリックス樹脂が含浸された中間製品であるプリプレグから、加熱・加圧といった成形・加工工程を経て成形される。そして、かかる成形加工おいては、複数の部分型からなる分割型金型、例えば、上型と下型とからなる金型を用いてプリプレグから成形される場合が多い。ところが、上型と下型をボルト締で接合・固定する形式の金型を用いる成形の場合、加熱・加圧時に上型と下型の接合部分から樹脂がしみ出し、ボルト穴に溜まって固化しボルトが抜けにくくなり、その結果、金型を損傷する場合があるという問題があった。
【０００４】
従来、例えば、複数の金型を備えたプレス成形機によるプレス成形時に、各金型内のプリフォームに作用する加圧力を均等にするための型締機構（特許文献１）、あるいは、成形機本体の型締め機構を変更することなく、金型を交換するのみで、金型に合わせた型締め力の変更を可能とした連続成形に適した金型（特許文献２）、また、成形品におけるバリの発生を抑制できる金型装置及び金型の拘束方法（特許文献３）において、金型の型締機構について幾つかの提案はなされているが、上型と下型をボルト締で接合・固定する形式の金型を用いる成形において、前記したような問題点が指摘されたことはこれまでになかった。
【特許文献１】特開平５−３４５６２４号公報
【特許文献２】特開平８−３２３７６５号公報
【特許文献３】特開２００３−２９１１８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、上型と下型をボルト締で接合・固定する形式の金型を用いる成形の場合、加熱・加圧時に上型と下型の接合部分から樹脂がしみ出し、ボルト穴に溜まって固化しボルトが抜けにくくなり、その結果、金型を損傷する場合があるという問題点を解決するための手段を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の請求項１に記載された発明は、繊維強化材とマトリックス樹脂とからなる複合材料を成形加工するための複数の部分型からなる分割型金型であって、各部分型をボルト締で接合・固定する形式の金型において、各部分型の接合・固定面のボルト穴の近傍の外周に沿って、Ｏリングを配置したパッキン溝を設けたことを特徴とする分割型金型である。
【０００７】
そして、請求項２に記載された発明は、分割型金型が上下２分割型の金型であって、その下型に、Ｏリングを配置したパッキン溝が設けられていることを特徴とする請求項１記載の分割型金型である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明においては、各部分型をボルト締で接合・固定する形式の金型において、各部分型の接合・固定面のボルト穴の近傍の外周に沿って、パッキン溝が設けられＯリングが配置してある。従って、ＦＲＰを成形加工するに際し、加熱・加圧時に上型と下型の接合部分から樹脂がしみ出しても、しみ出した樹脂はＯリングによって阻まれ、ボルト穴にまで到達することがないので、ボルトに付着・固化することがなく、その結果、金型が損傷を受けることがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の分割型金型について図面を用いながら説明する。図１において、１は分割型金型であり、２は上型、３は下型を示す。図１には、説明を簡単にするために上型と下型の２つの部分型からなる分割型金型を示したが、部分型は幾つあってもかまわない。上型と下型には、共にボルト穴４が設けられており、両者は、例えば、ボルトとナット５（ボルト締機構）によってボルト締で接合・固定できるようになっている。
【００１０】
図２は、前記図１のボルト締機構の部分の拡大図であり、ボルト穴４の近傍の外周に沿って、Ｏリング６を配置したパッキン溝７が設けられている。パッキン溝は、各部分型の接合・固定面においてボルト穴の近傍の外周に沿って設けられている限り、その形状、大きさ、位置等特に制限はない。ただ、前記パッキン溝の溝幅は、パッキンとして使用するＯリングの直径から、ＪＩＳ規格等の規格を参照し決定するのが適当である。Ｏリングの断面形状や材質については特に制限はない。また、パッキン溝は、上型及び／又は下型に設けることができるが、図１のような場合には、下型にのみ設ければ十分である。
【００１１】
本発明において、分割型金型の材質としては、特に制限はない。例えば、耐熱鋼、高張力鋼、炭素鋼、ステンレス鋼、チタン合金、アルミニュウム、アルミ合金、銅合金が挙げられる。また、樹脂型でも良い。各部分型をボルト締めするためのボルトの形状、大きさ等についても特に制限はない。
【００１２】
本発明の分割型金型は、ＦＲＰを成形加工するためのものであるが、成形加工方法としては、特に制限はなく、例えば、プリプレグを用いるオートクレーブ成形法、プリプリグを用いないＲＴＭ成形法が挙げられる。プリプレグとは、繊維強化材に、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂などのマトリックス樹脂を含浸させ、流動性や粘着性を除いて取り扱い性を良くした成形中間材であり、かかるプリプリグを金型に敷設・積層して加熱・加圧による成形を行う。ＲＴＭ成形法は、長繊維や短繊維からなる繊維強化材を、成形品形状に賦形したプリフォームあるいはシート状で、上型下型からなる金型内部に配置し、金型を型締めした後、樹脂注入口からマトリックス樹脂を減圧下に注入して繊維強化材に含浸させ、必要なら加熱して硬化の後、金型を開いて脱型する成形方法である。
【００１３】
本発明において用いられる繊維強化材の形態については特に制限はない。繊維強化材は、通常、例えば、平織、綾織、朱子織等の経糸と緯糸から構成されるものの他、繊維束を一方向に引き揃えシート状とし、これを直角方向にステッチ糸で縫合した一軸織物、一方向に引き揃えたシート状物を角度を変えて複数積層し、これを直角方向にステッチ糸で縫合した多軸織物等の形で用いられる。あるいは、繊維束（ストランド）を平行に一方向に引き揃えシート状とし、これに樹脂を含浸させたもの、あるいは、繊維束を±４５度に配列し、これに樹脂を含浸させたテープ状のプリプレグ（バイアステーププリプレグ）等からなるものでも良い。繊維強化材としては、特に制限はなく、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ボロン繊維、金属繊維等が挙げられる。好ましいのは炭素繊維である。
【００１４】
マトリックス樹脂に関しても特に制限はい。熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ビニルエステル樹脂、シアン酸エステル樹脂、ウレタンアクリレート樹脂、フェノキシ樹脂、アルキド樹脂、ウレタン樹脂、マレイミド樹脂とシアン酸エステル樹脂の予備重合樹脂から選ばれる樹脂がある。これらは１種又は２種以上の混合物として用いることもできる。熱可塑性樹脂としては、ポリプロピレン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、芳香族ポリアミド、芳香族ポリエステル、芳香族ポリカーボネート、ポリエーテルイミド、ポリアリーレンオキシド、熱可塑性ポリイミド、ポリアミドイミドがある。これらの樹脂は、２種以上併用しても良い。以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
【実施例】
【００１５】
以下、実施例と比較例により本発明を詳述する。
【００１６】
[実施例１]
図３に示すような５分割型の金型であって、箱形状の成形品を作製するための金型を作製した。各部分型の接合・固定面には、それぞれM１０のボルト穴を設け、ボルトにて接合・固定できるようにした。そして、それぞれのボルト穴の周囲に、ボルト穴の中心から半径６．５ｍｍの円周に沿ってその外側に、幅が３ｍｍ、深さが２ｍｍのパッキン溝を設け、断面の直径が２ｍｍのシリコンゴム製のＯリングを配置した（図２参照）。
【００１７】
予め賦形型に炭素繊維のプリプレグを敷設・積層し、賦形型から外したものを積層品として準備した。炭素繊維のプリプレグとしては、炭素繊維ＨＴＡ３Ｋ（東邦テナックス社製、汎用グレードの炭素繊維、３０００フィラメント）を経糸緯糸とした平織物（東邦テナックス社製、Ｗ−３１０１）に、汎用エポキシ樹脂を含浸させたものを用いた（樹脂含有率：４０％）。このプリプレグを５枚、積層パターンが（０／９０）、（±４５）、（０／９０）、（±４５）、（０／９０）となる様に重ねて敷設・積層した。
【００１８】
各分割型をボルト締めすることで、金型を完成させ、賦形型に積層した積層品を金型内にセットし、オートクレーブで０．５ＭＰａで加圧し、１００℃で４時間かけて樹脂を硬化させた。硬化後、各型を接合・固定しているボルトを外し、分割させた。金型内からしみ出した樹脂は、パッキン溝にセットしたＯリングによってＯリング外の接合・固定面に残留していた。ボルト及びボルト穴に樹脂が流れてしまうことなく、各型の脱型は容易に行うことができた。また、Ｏリング外周及び金型接合・固定面に付着した樹脂は、容易に清掃・除去することができた。かくして、この分割型の金型は、何の支障もなく繰り返し使用に供することができた。
【００１９】
[比較例１]
図３に示したような５分割型の金型であって、箱形状の成形品を作製するための金型を作製した。各部分型の接合・固定面には、それぞれM１０のボルト穴を設け、ボルトにて接合・固定できるようにした。但し、この金型にはパッキン溝は設けなかった。この金型を用いて、その他は実施例１の場合と同様にして、成形加工を行ったところ、しみ出した樹脂がボルト穴に溜まり固化しており、各型の脱型が非常に困難であった。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】上下２分割型のボルト締で接合・固定する形式の金型の一例を示す図である。
【図２】図２は、図１のボルト締機構の部分の拡大図である。
【図３】実施例で用いた５分割型の金型の配置状態を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２１】
１ 分割型の金型
２ 金型の上型
３ 金型の下型
４ ボルト穴
５ ボルト締
６ Ｏリング
７ パッキン溝
【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維強化材とマトリックス樹脂とからなる複合材料を成形加工するための複数の部分型からなる分割型金型であって、各部分型をボルト締で接合・固定する形式の金型において、各部分型の接合・固定面のボルト穴の近傍の外周に沿って、Ｏリングを配置したパッキン溝を設けたことを特徴とする分割型金型。
【請求項２】
分割型金型が上下２分割型の金型であって、その下型に、Ｏリングを配置したパッキン溝が設けられていることを特徴とする請求項１記載の分割型金型。
【請求項１】
繊維強化材とマトリックス樹脂とからなる複合材料を成形加工するための複数の部分型からなる分割型金型であって、各部分型をボルト締で接合・固定する形式の金型において、各部分型の接合・固定面のボルト穴の近傍の外周に沿って、Ｏリングを配置したパッキン溝を設けたことを特徴とする分割型金型。
【請求項２】
分割型金型が上下２分割型の金型であって、その下型に、Ｏリングを配置したパッキン溝が設けられていることを特徴とする請求項１記載の分割型金型。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００９−２２６６５３（Ｐ２００９−２２６６５３Ａ）
【公開日】平成２１年１０月８日（２００９．１０．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−７２６４３（Ｐ２００８−７２６４３）
【出願日】平成２０年３月２０日（２００８．３．２０）
【出願人】（０００００３０９０）東邦テナックス株式会社 (246)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月８日（２００９．１０．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月２０日（２００８．３．２０）
【出願人】（０００００３０９０）東邦テナックス株式会社 (246)
【Ｆターム（参考）】
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