ＦＲＰ製の長尺薄物の多段成形方法
【課題】ＦＲＰ製の長尺薄物を上型と下型とからなる金型を用いて成形するに際し、金型のたわみを防止する方法を提供すること。
【解決手段】ＦＲＰ製の長尺薄物を上型と下型とからなる金型を用いて成形するに際し、プリプレグを敷設し型締めした金型を複数段に配設し、これら複数段に配設された金型を、例えば、ボルトとナットからなる固定具で固定し、次いで、固定された複数の金型を加熱・硬化炉で加熱及び／又は加圧することからなるＦＲＰ製の長尺薄物の多段成形方法。
【解決手段】ＦＲＰ製の長尺薄物を上型と下型とからなる金型を用いて成形するに際し、プリプレグを敷設し型締めした金型を複数段に配設し、これら複数段に配設された金型を、例えば、ボルトとナットからなる固定具で固定し、次いで、固定された複数の金型を加熱・硬化炉で加熱及び／又は加圧することからなるＦＲＰ製の長尺薄物の多段成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維強化樹脂（ＦＲＰ）製の長尺薄物を、金型を複数段に配設した多段成形方法により、一度にまとめて成形する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
繊維強化プラスチック（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、ＰＰＳ、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。具体的には、例えば、産業機械分野で、ロボットアーム等の長尺薄物の成形品にも広く用いられるようになってきた。
【０００３】
ＦＲＰ製の長尺薄物は、上型と下型とからなる金型を用いて成形される場合が多いが、かかる場合、長い金型が必要となる。そして、長い金型を用いる成形の場合、加熱硬化時に金型のキヤビティ内圧によって金型にたわみが発生し、その結果、成形品が不良なものになるという問題があった。金型を肉厚なものにすれば問題は解決するものの、それでは、金型が高価格となり、また重くなって取り扱いに支障が生じるという問題がある。
【０００４】
金型のたわみの発生を防止する方法がいくつか提案されている。例えば、金型のキャビティの特定空間に作動油を入れる方法（特許文献１）、金型の型締機構等を工夫したもの（特許文献２〜４）が提案されている。しかし、本発明のような長尺薄物の成形に関しては、必ずしも適切に応用することはできなかった。
【特許文献１】特開昭６３−５３００７号公報
【特許文献２】特開平５−３４５６２４号公報
【特許文献３】特開平８−３２３７６５号公報
【特許文献４】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、ＦＲＰ製の長尺薄物を上型と下型とからなる金型を用いて成形するに際し、金型のたわみを防止する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のうち請求項１記載の発明は、ＦＲＰ製の長尺薄物を上型と下型とからなる金型を用いて成形するに際し、プリプレグを敷設し型締めした金型を複数段に配設し、該複数段に配設された金型を固定具で固定し、次いで、該固定された複数の金型を加熱・硬化炉で加熱及び／又は加圧することを特徴とするＦＲＰ製の長尺薄物の多段成形方法である。
【０００７】
請求項２記載の発明は、金型が、複数取りの金型である請求項１記載のＦＲＰ製の長尺薄物の多段成形方法である。
【０００８】
請求項３記載の発明は、金型が、スペーサーを介して相互に分離して配設されている請求項１又は２記載のＦＲＰ製の長尺薄物の多段成形方法である。
【０００９】
請求項４記載の発明は、スペーサーが、金型の下型の下面に設けられた凸状部からなるものである請求項３記載のＦＲＰ製の長尺薄物の多段成形方法である。
【００１０】
そして、請求項５記載の発明は、固定具が、長尺のボルトとナットである請求項１〜４のいずれか１項記載のＦＲＰ製の長尺薄物の多段成形方法である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、例えば、複数の型を長尺ボルトとナットにて固定（拘束）して一体化することにより金型の剛性を上げ、加熱硬化時のたわみを防止することができる。そして、一度に複数個の長尺薄物の成形品を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明を図面を用いて説明する。図１は、本発明の一実施の態様を説明するための図（正面の断面図）であり、１は金型、２は長尺ボルト、３はスペーサー、４はナット、５は金型を置く台座である。図２は、同じものの平面図である。金型１は、ＦＲＰ製の長尺薄物を成形することのできる上型と下型からなるものであるが、その型形状等に特に制限は無い。金型が、成形品の複数取りの金型であっても良い。図１では、プリプレグを敷設され型締めされた金型が複数段（４段）に配設され、台座５の上に積載されている。
【００１３】
金型は複数段に直接積層して配置されていても良いが、図１に示したようにスペーサー３を介して相互に分離して配設されている方が、加熱硬化時のたわみを防止するのにより効果的である。また、スペーサーによって金型が分離されていると熱効率も良くなる。スペーサーの種類や形状には特に制限はないが、スペーサーが、金型の下型の下面に設けられた凸状部（下駄の歯の形状）からなるもの、即ち、金型の下型がスペーサーの役割も果たすような形状のものが好ましい。
【００１４】
複数段に配設された金型は固定具で固定される。金型の固定の仕方は、特に制限されるものではなく、全部の金型がお互いに固定されるのであればどのような手段・方法であっても良い。図１と図２には、固定具として長尺のボルト２とナット４を用いる方法を示した。図１に示したように、複数段に配設された金型にボルトを貫通させ、ナット４で全部の金型をお互いに固定する方法が便利である。
【００１５】
次いで、本発明においては、上記のごとく固定された複数の金型は、加熱・硬化炉で加熱及び／又は加圧することによってＦＲＰ製の長尺薄物が成形される。加熱・硬化炉で加熱及び／又は加圧する方法としては、特に制限されないが、例えば、通常のオートクレーブによる成形、ホットプレス成形、熱硬化炉による成形等の方法がある。成形条件は、圧力は０．０５〜４ＭＰａ、温度は８０〜２００℃、時間は１〜３時間が適当である。プリプレグを加熱硬化させた後、金型を冷却し、成形品を脱型して取り出す。
【００１６】
本発明において用いられるプリプレグは、どんなものでも良く特に制限されるものではない。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る。本発明においては、プリプレグを形成す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。
【００１７】
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】
【００１８】
長尺薄物のＦＲＰ成形品であるロボットアームを成形する例を示す。金型の上下型に、炭素繊維のプリプレグを敷設し、金型を型締めした。金型の下型は図１に示したように、下面に凸状部を有するものを用いた。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）、（３０／１２０）、（±４５）、（０／９０）となる様に重ねて敷設した。
【００１９】
上記の金型を４つ準備し、４つの金型を図１に示したように積み重ね、台座に積載した。次いで、４つの金型を、図１に示したように長尺ボルトとナットでお互いに固定した。その後、金型をオートクレーブに入れて、圧力４ｋｇｆ／ｃｍ２、温度１３０℃で２時間加熱硬化せしめ、その後冷却、脱形して成形品のロボットアームを得た。成形時に、金型のたわみは防止され、全て均一でたわみのないロボットアームが得られた。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施の態様を説明するための図（正面の断面図）。
【図２】本発明の一実施の態様を説明するための図（平面図）。
【符号の説明】
【００２１】
１ 金型
２ 長尺ボルト
３ スペーサー
４ ナット
５ 台座
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維強化樹脂（ＦＲＰ）製の長尺薄物を、金型を複数段に配設した多段成形方法により、一度にまとめて成形する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
繊維強化プラスチック（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、ＰＰＳ、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。具体的には、例えば、産業機械分野で、ロボットアーム等の長尺薄物の成形品にも広く用いられるようになってきた。
【０００３】
ＦＲＰ製の長尺薄物は、上型と下型とからなる金型を用いて成形される場合が多いが、かかる場合、長い金型が必要となる。そして、長い金型を用いる成形の場合、加熱硬化時に金型のキヤビティ内圧によって金型にたわみが発生し、その結果、成形品が不良なものになるという問題があった。金型を肉厚なものにすれば問題は解決するものの、それでは、金型が高価格となり、また重くなって取り扱いに支障が生じるという問題がある。
【０００４】
金型のたわみの発生を防止する方法がいくつか提案されている。例えば、金型のキャビティの特定空間に作動油を入れる方法（特許文献１）、金型の型締機構等を工夫したもの（特許文献２〜４）が提案されている。しかし、本発明のような長尺薄物の成形に関しては、必ずしも適切に応用することはできなかった。
【特許文献１】特開昭６３−５３００７号公報
【特許文献２】特開平５−３４５６２４号公報
【特許文献３】特開平８−３２３７６５号公報
【特許文献４】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、ＦＲＰ製の長尺薄物を上型と下型とからなる金型を用いて成形するに際し、金型のたわみを防止する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のうち請求項１記載の発明は、ＦＲＰ製の長尺薄物を上型と下型とからなる金型を用いて成形するに際し、プリプレグを敷設し型締めした金型を複数段に配設し、該複数段に配設された金型を固定具で固定し、次いで、該固定された複数の金型を加熱・硬化炉で加熱及び／又は加圧することを特徴とするＦＲＰ製の長尺薄物の多段成形方法である。
【０００７】
請求項２記載の発明は、金型が、複数取りの金型である請求項１記載のＦＲＰ製の長尺薄物の多段成形方法である。
【０００８】
請求項３記載の発明は、金型が、スペーサーを介して相互に分離して配設されている請求項１又は２記載のＦＲＰ製の長尺薄物の多段成形方法である。
【０００９】
請求項４記載の発明は、スペーサーが、金型の下型の下面に設けられた凸状部からなるものである請求項３記載のＦＲＰ製の長尺薄物の多段成形方法である。
【００１０】
そして、請求項５記載の発明は、固定具が、長尺のボルトとナットである請求項１〜４のいずれか１項記載のＦＲＰ製の長尺薄物の多段成形方法である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、例えば、複数の型を長尺ボルトとナットにて固定（拘束）して一体化することにより金型の剛性を上げ、加熱硬化時のたわみを防止することができる。そして、一度に複数個の長尺薄物の成形品を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明を図面を用いて説明する。図１は、本発明の一実施の態様を説明するための図（正面の断面図）であり、１は金型、２は長尺ボルト、３はスペーサー、４はナット、５は金型を置く台座である。図２は、同じものの平面図である。金型１は、ＦＲＰ製の長尺薄物を成形することのできる上型と下型からなるものであるが、その型形状等に特に制限は無い。金型が、成形品の複数取りの金型であっても良い。図１では、プリプレグを敷設され型締めされた金型が複数段（４段）に配設され、台座５の上に積載されている。
【００１３】
金型は複数段に直接積層して配置されていても良いが、図１に示したようにスペーサー３を介して相互に分離して配設されている方が、加熱硬化時のたわみを防止するのにより効果的である。また、スペーサーによって金型が分離されていると熱効率も良くなる。スペーサーの種類や形状には特に制限はないが、スペーサーが、金型の下型の下面に設けられた凸状部（下駄の歯の形状）からなるもの、即ち、金型の下型がスペーサーの役割も果たすような形状のものが好ましい。
【００１４】
複数段に配設された金型は固定具で固定される。金型の固定の仕方は、特に制限されるものではなく、全部の金型がお互いに固定されるのであればどのような手段・方法であっても良い。図１と図２には、固定具として長尺のボルト２とナット４を用いる方法を示した。図１に示したように、複数段に配設された金型にボルトを貫通させ、ナット４で全部の金型をお互いに固定する方法が便利である。
【００１５】
次いで、本発明においては、上記のごとく固定された複数の金型は、加熱・硬化炉で加熱及び／又は加圧することによってＦＲＰ製の長尺薄物が成形される。加熱・硬化炉で加熱及び／又は加圧する方法としては、特に制限されないが、例えば、通常のオートクレーブによる成形、ホットプレス成形、熱硬化炉による成形等の方法がある。成形条件は、圧力は０．０５〜４ＭＰａ、温度は８０〜２００℃、時間は１〜３時間が適当である。プリプレグを加熱硬化させた後、金型を冷却し、成形品を脱型して取り出す。
【００１６】
本発明において用いられるプリプレグは、どんなものでも良く特に制限されるものではない。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る。本発明においては、プリプレグを形成す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。
【００１７】
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】
【００１８】
長尺薄物のＦＲＰ成形品であるロボットアームを成形する例を示す。金型の上下型に、炭素繊維のプリプレグを敷設し、金型を型締めした。金型の下型は図１に示したように、下面に凸状部を有するものを用いた。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）、（３０／１２０）、（±４５）、（０／９０）となる様に重ねて敷設した。
【００１９】
上記の金型を４つ準備し、４つの金型を図１に示したように積み重ね、台座に積載した。次いで、４つの金型を、図１に示したように長尺ボルトとナットでお互いに固定した。その後、金型をオートクレーブに入れて、圧力４ｋｇｆ／ｃｍ２、温度１３０℃で２時間加熱硬化せしめ、その後冷却、脱形して成形品のロボットアームを得た。成形時に、金型のたわみは防止され、全て均一でたわみのないロボットアームが得られた。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施の態様を説明するための図（正面の断面図）。
【図２】本発明の一実施の態様を説明するための図（平面図）。
【符号の説明】
【００２１】
１ 金型
２ 長尺ボルト
３ スペーサー
４ ナット
５ 台座
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＦＲＰ製の長尺薄物を上型と下型とからなる金型を用いて成形するに際し、プリプレグを敷設し型締めした金型を複数段に配設し、該複数段に配設された金型を固定具で固定し、次いで、該固定された複数の金型を加熱・硬化炉で加熱及び／又は加圧することを特徴とするＦＲＰ製の長尺薄物の多段成形方法。
【請求項２】
金型が、複数取りの金型である請求項１記載のＦＲＰ製の長尺薄物の多段成形方法。
【請求項３】
金型が、スペーサーを介して相互に分離して配設されている請求項１又は２記載のＦＲＰ製の長尺薄物の多段成形方法。
【請求項４】
スペーサーが、金型の下型の下面に設けられた凸状部からなるものである請求項３記載のＦＲＰ製の長尺薄物の多段成形方法。
【請求項５】
固定具が、長尺のボルトとナットである請求項１〜３のいずれか１項記載のＦＲＰ製の長尺薄物の多段成形方法。
【請求項１】
ＦＲＰ製の長尺薄物を上型と下型とからなる金型を用いて成形するに際し、プリプレグを敷設し型締めした金型を複数段に配設し、該複数段に配設された金型を固定具で固定し、次いで、該固定された複数の金型を加熱・硬化炉で加熱及び／又は加圧することを特徴とするＦＲＰ製の長尺薄物の多段成形方法。
【請求項２】
金型が、複数取りの金型である請求項１記載のＦＲＰ製の長尺薄物の多段成形方法。
【請求項３】
金型が、スペーサーを介して相互に分離して配設されている請求項１又は２記載のＦＲＰ製の長尺薄物の多段成形方法。
【請求項４】
スペーサーが、金型の下型の下面に設けられた凸状部からなるものである請求項３記載のＦＲＰ製の長尺薄物の多段成形方法。
【請求項５】
固定具が、長尺のボルトとナットである請求項１〜３のいずれか１項記載のＦＲＰ製の長尺薄物の多段成形方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００７−１６８２３１（Ｐ２００７−１６８２３１Ａ）
【公開日】平成１９年７月５日（２００７．７．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３６８０１５（Ｐ２００５−３６８０１５）
【出願日】平成１７年１２月２１日（２００５．１２．２１）
【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１９年７月５日（２００７．７．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１２月２１日（２００５．１２．２１）
【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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