JPH0569450A

JPH0569450A - 繊維強化樹脂材の成形方法および成形装置

Info

Publication number: JPH0569450A
Application number: JP4052597A
Authority: JP
Inventors: Yuzo Hayakawa; 雄三早川; Tsuneo Hirai; 恒夫平井; Tsuguo Katayama; 傳生片山
Original assignee: Takeda Chemical Industries Ltd
Current assignee: Takeda Pharmaceutical Co Ltd
Priority date: 1991-03-12
Filing date: 1992-03-11
Publication date: 1993-03-23

Abstract

(57)【要約】【目的】プリプレグシートのＳＭＣ材等から成形品を
得るための繊維強化樹脂材の成形方法および成形装置で
あって、特に、繊維の配向を制御し、方向に対する強度
に等方性あるいは異方性を与えることが出来るように
し、かつ、連続成形も可能とするものである。【構成】半硬化の繊維強化樹脂材を金型とロールの間
で複数回押圧することにより、所定の圧下率として賦形
すると共に繊維方向を制御し、該賦形後に連続して硬化
処理する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、繊維強化樹脂材の成形
方法および成形装置に関し、詳しくは、ガラス繊維等の
強化繊維に、高温硬化剤等を配合した不飽和ポリエステ
ル樹脂あるいはエポキシ樹脂を含浸してなる半硬化成形
材(ＳＭＣ材、ＴＭＣ材)を、所要の形状および所要の繊
維方向で、連続的あるいは定尺で成形する方法および成
形装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種のガラス繊維、カーボン繊
維等の強化繊維、樹脂および硬化剤等の原材料からなる
複合材を所要の形状に成形する方法としては、成形時に
上記原材料を混合しながら成形するウェット材料からの
成形方法と、上記原材料を予め半硬化状のシート状等に
成形したプリプレグシート、例えば、ＳＭＣ材あるいは
ＴＭＣ材等の繊維強化樹脂材を用い、該複合材をプレス
成形するドライ材料からの成形方法とがある。

【０００３】上記した成形方法のうち、ＳＭＣ材等を用
いるドライ材料からの成形方法は、ウェット材料から成
形する場合に生じる環境上の問題がなく、かつ、ＳＭＣ
材等は成形時に取り扱い容易であり、かつ、表面光沢に
優れると共に、寸法精度が高く、複雑な形状の成形品も
成形できる等の利点を有するため、上記複合材の成形方
法として広く用いられる。

【０００４】上記繊維強化樹脂材からなる複合材のドラ
イ成形は、通常、プレス、金型を用いた加熱圧縮成形法
で行っており、例えば、下型の型面に沿った所定形状に
裁断した複合材を下型内部に挿入した後、上型を高圧で
圧下し、該上型の型面と下型の型面とで囲まれたキャビ
ティの形状に沿って複合材を成形している。かつ、該プ
レス成形を高温で行い賦形と同時に硬化している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来のプレス成形方法では、一度に、例えば、１.２Ｍ
Ｐaの高圧を複合材に負荷するために急激な流動が生
じ、該流動で樹脂中の強化繊維の向きが、意図しない特
定方向に偏よる配向性が生じて、繊維の方向性を制御で
きない問題が生じている。通常、このような成形に用い
られる複合材では、繊維は特定方向に配向されておら
ず、略均等に全方向に向けられており、よって、方向に
対する強度が均等な等方性を有する素材として形成され
ている。しかしながら、上記したように、プレス成形時
に繊維が意図しない特定の方向に向いてしまう配向性が
生じる問題がある。よって、例えば、完成した成形品に
おいて等方性の強度が要求される場合に、方向により強
度差が生じて上記要求に応えられない問題が生じる。あ
るいは、特定の一定方向の強度を他の方向よりも大きく
した所謂異方性の強度が要求される場合、上記特定方向
に繊維方向が向くように制御することが困難で、上記要
求に応えられない問題があった。

【０００６】さらに、高エネルギーをかけてプレス成形
で一度に賦形する場合、各部によって流動が不均一に生
じ、そのために、剥離、層間ずれ、層間うねり等が生じ
易いと共に、原材料が均一な分布とならず、成形欠陥が
生じやすい欠点もある。また、ＳＭＣ材等の繊維強化樹
脂材をプレス成形する場合、金型形状の制約により、長
尺の製品の成形が出来ず、定尺物でも制限を受ける。

【０００７】そのため、従来、この種の繊維強化樹脂材
から連続成形品を製造する場合、前記ウエット材料から
の成形方法が用いられ、連続強化繊維を樹脂に含浸させ
た後にダイスの型穴内を大きな引き抜き力をかけて引き
出す方法が用いられている。

【０００８】しかしながら、上記ウエット材料から連続
成形品を成形する場合、大きな引き抜き力を要するため
消費動力が多大となるほか、連続繊維を用いなけらばな
らず、該連続繊維は高価であるため、コストが高くなる
欠点がある。また、複数本の繊維を集合した状態で引き
抜くが、繊維の並びが乱れ易いため、機械的性質に問題
があると共に、大径のものは成形できず、形状が限定さ
れる等の欠点がある。

【０００９】本発明は、上記した種々の問題に鑑みてな
されたものであり、ＳＭＣ材等の繊維強化樹脂材からな
るドライ材料を用いて成形する方法において、前記賦形
時に生じる繊維配向性を制御することにより、等方性あ
るいは異方性の強度を選択的に得ることが出来るように
し、かつ、ドライ材料を用いて連続成形を可能とする成
形方法および成形装置を提供せんとするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、微少加工を重
畳的に施し、繊維強化樹脂材に段階的圧下を加えること
により、前記プレス成形では困難であった繊維配向性の
制御を可能とすると共に、該成形時における不均一な流
動の欠点を解消するものである。

【００１１】即ち、本発明は、対向配置した金型とロー
ルとの間に、強化繊維に樹脂を含浸して形成した半硬化
の繊維強化樹脂材を配置し、上記ロールおよび／あるい
は金型の間で上記繊維強化樹脂材を相対的に移動させ
て、所要の圧下率に達するまで複数回押圧し、該押圧に
より強化繊維に所要の方向を与えると共に繊維強化樹脂
材に所要の形状を賦形することを特徴とする繊維強化樹
脂材の成形方法を提供するものである。

【００１２】上記ロールと対向配置する金型は、平型あ
るいは円形型(ロール型)のいずれでもよく、平型の場合
は該金型あるいは対向するロールを往復移動させる構成
とし、また、円形型では該金型あるいは対向するロール
を移動させたり回転させる構成としている。上記ロール
型の金型の場合、外周面に凹凸等の形状を有するもの、
あるいは凹凸形状を有しないものも含む。よって、表裏
両面が平滑な平板形状が成形品の形状である場合には、
対向配置するロールと同一形状のロール型金型となる。

【００１３】上記繊維強化樹脂材が所要の圧下率に達す
るまで行う複数回の押圧は、従来の一度の押圧で賦形す
る場合に比較して当然のことながら遥かに低圧である。
上記押圧は、最終圧下率が７０％とすることが好まし
い。かつ、該最終圧下率に達するまで低圧で行う１回の
圧下率および圧下回数は形状や厚さに応じて可変である
が、１回の圧下率が小さい程、材料の流動が小さく、繊
維が配向しにくい。よって、例えば、１回の圧下率を最
終圧下率の１／５〜１／１００程度として、この微少圧
下を重畳的に繰り返すことが好ましい。

【００１４】上記半硬化の繊維強化樹脂材を複数回押圧
して、強化繊維に与える方向を全方向に均等に向くよう
に制御し、方向に対する強度が均等な等方性を有する成
形品として賦形する場合には、供給方向に間隔をあけて
多段に配置するロールおよび／あるいは金型の間で上記
繊維強化樹脂材を相対移動させる速度を均一速度と、か
つ、ロール径を均一とすることが好ましい。

【００１５】一方、上記半硬化の繊維強化樹脂材を複数
回押圧して、強化繊維に与える方向を特定の一方向に制
御して、方向に対する強度が異なる異方性を有する成形
品として賦形する場合には、ロールおよび／あるいは金
型の間で繊維強化樹脂材を相対移動させる速度を供給方
向に沿って順次可変となるようにロール回転速度を変
え、あるいは、ロール回転速度は一定としてロール径を
変えることが好ましい。その際、繊維強化樹脂材の供給
方向の上流側を下流側より速度を遅くすることにより、
繊維強化樹脂材の繊維を押出方向に配向させ、押出方向
の強度を他の方向よりも高めることが出来る。逆に、上
流側を下流側より速度を速くすることにより、押出方向
と直交する方向に繊維方向を配向させて、押出方向と直
交する方向の強度を他の方向の強度より高めることが出
来る。

【００１６】上記繊維強化樹脂材は高温硬化剤を含み、
上記金型とロールとによる低圧での賦形は常温の半硬化
状態で行い、賦形後に高温で硬化している。即ち、賦形
と硬化とは別個かつ連続的に行うことを特徴としてい
る。

【００１７】本発明は、上記成形方法を実施する装置と
して、対向配置したロールと金型と、上記ロールあるい
は金型の少なくとも一方を他方に対して押圧する手段
と、上記ロールあるいは金型の少なくとも一方を移動お
よび／あるいは回転させる駆動手段を備え、ロールおよ
び／あるいは金型の間に繊維強化樹脂材を相対的に移動
させて所要の圧下率となるまで複数回押圧し、繊維に所
要の方向を与えると共に繊維強化樹脂材に所要の形状を
賦形する構成としていることを特徴とする繊維強化樹脂
材の成形装置を提供するものである。

【００１８】連続的に繊維強化樹脂製品を製造する装置
においては、上記対向配置するロールと金型を、繊維強
化樹脂材の供給方向に沿って間隔をあけて複数対配置
し、供給側の下流にいくに従って対向配置するロールと
金型の間の距離を狭くして圧下率を高める構成としてい
る。

【００１９】上記繊維強化樹脂材の供給方向に沿って配
置する複数対のロールと金型の移動および／あるいは回
転速度を調整して可変することにより、あるいは／およ
びロール径を変えることにより、前記したように、繊維
の方向を任意の一定方向に制御し、異方性を有する強度
を持たせることが出来る。逆に、上記移動あるいは／お
よび回転速度を一定速度とし、かつ、ロール径を一定と
することにより、繊維の方向を全方向に略均等に配向制
御し、等方性を有する強度を持たせることが出来る。

【００２０】上記した成形装置においては、いずれも賦
形手段に連続して、成形した繊維強化樹脂材を加熱して
硬化する硬化手段を連設している。かつ、賦形手段に
は、金型とロールとによる繊維強化樹脂材の賦形時にロ
ール押圧方向以外の方向に繊維強化樹脂材が変形するの
を拘束する拘束ロールを設けている。

【００２１】上記本発明に係わる成形装置で使用される
繊維強化樹脂材としては、チョップドストランドに不飽
和ポリエステル樹脂と充填剤、増粘剤、離型剤、顔料な
どを混合した樹脂コンパウンドを含浸し、ポリエチレン
シートで両面をおおい、次に熟成温度 (約４０℃）で樹
脂コンパウンドを増粘し、非粘着化したシート材料から
なるＦＲＰの一種であるＳＭＣ (シート・モルディング
・コンパウンド）材が好適に用いられる。

【００２２】

【作用】上記のように、本発明に係る成形方法では、所
定の最終圧下率に達するまで、低圧で複数回の圧下を行
うため、材料の流動が少なく、材料の不均一な分布を防
止出来ると共に、ロール径および／あるいは一回の圧下
量、ロール回転速度を変えることにより繊維の配向を制
御することが可能となる。例えば、上記複数対配置する
ロールおよび／或いは金型とによる繊維強化樹脂材に与
える移動速度を制御することにより、強化繊維が特定の
方向に流れて配向が生じるのを防止して、機械的強度の
等方性を確保し、所要の強度に達しない方向を無くして
強度を向上することが出来る。あるいは、特定の方向に
大きな強度を有するようにすることも可能であり、成形
品の機械的性質を任意に制御して、向上させることがで
きる。

【００２３】また、ドライ材料からなる繊維強化樹脂材
を用いた連続成形が可能となり、しかも、押し出し成形
であるため、引き抜き成形と比較して、繊維強化樹脂材
を搬送するための消費動力を低減出来る。

【００２４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図１から図６は第１実施例に係わる定尺物の成形
品の成形装置および成形方法を示すものである。図中、
１は平型の金型、２はロール、３は所定寸法に裁断した
ＳＭＣ材であり、上記金型１とロール２とは常温でＳＭ
Ｃ材に対して所定の形状を賦形する賦形手段を構成し、
図６に示すように、賦形手段に連続して加熱装置からな
る硬化手段４を設けている。

【００２５】上記金型１とロール２とからなる賦形手段
は、断面矩形状のＳＭＣ材３を図５に示す如き、プレー
ト部３ｃの下面中央よりリブ部３ｄを突出させた断面Ｔ
字状に成形するものである。固定した金型１は上面に開
口したキャビティ１ａの底面１ｂの中央部に、長さ方向
に沿って凹部１ｃを有する形状としている。ＳＭＣ材３
は上記キャビティ１ａ内に、図１および図３に示すよう
に、その下面３ａをキャビティ底面１ｂ上に載置した状
態で挿入される。ロール２は金型１の上面開口１ｄより
キャビティ１ａ内に嵌入させており、上方に配置する押
圧手段(図示せず)と連結してキャビティの底面側(型面
側)に押圧されると共に、駆動手段(図示せず)と連結し
て、回転しながら矢印方向に往復移動させるようにして
いる。

【００２６】上記成形装置により賦形する際、ロール２
を圧下しながら回転および往復移動させる。ロール２が
金型１の一端より他端まで回転移動する間に低圧での圧
下が１回行われ、折り返して回転移動する間に次回の圧
下がなされ、これを繰り返すことにより、最終圧下率に
達するまで、低圧で所要回数の圧下がなされる。このロ
ール２による圧下で、キャビティ底面１ｂ上に載置され
たＳＭＣ材３は、その底面３ａが凹部１ｃ内に徐々に流
入してリブ部３ｄを成形すると共に、底面１ｂ上のプレ
ート部３ｃの厚さが減少し、最終的には図４で示すよう
に、凹部１ｃ内にＳＭＣ材３が完全に充填されて断面Ｔ
字状に賦形される。

【００２７】上記した金型１とロール２とによる賦形は
常温下でＳＭＣ材の半硬化状態を保持しつつなされ、賦
形完了後に、図６に示すように、金型１に保持した状態
でＳＭＣ材をコンベア５で硬化手段４へ搬入する。該硬
化手段４内でヒータあるいは温風器等の加熱手段６によ
り８０〜１５０℃程度で所要時間加熱し、高温硬化剤を
添加しているＳＭＣ材３を賦形した状態で硬化する。こ
のように、金型内で保持したＳＭＣ材が硬化が完了した
後、硬化手段４より搬出し、続いて、次のＳＭＣ材を保
持した金型を硬化手段４へ搬入してＳＭＣ材を硬化し
て、硬化処理を行っている。

【００２８】図７及び図８は本発明の第２実施例を示
し、断面矩形状のＳＭＣ材３を第１実施例と同様のプレ
ート部とリブ部とからなる断面Ｔ字形状に成形するもの
である。該第２実施例では、金型保持テーブル１０を設
置し、該テーブル１０上に第１実施例と同一の断面形状
を有する平型の金型１１を移動自在に載置し、かつ、該
テーブル１０の搬送経路に沿って、図示の如き、上部ロ
ール１２および下部ロール１３とを備えた賦形手段を設
置し、該賦形手段で金型１１内のＳＭＣ材３に段階的に
低圧の圧下をかけると共に、金型１１を下流側へ搬送す
るようにしている。

【００２９】即ち、テーブル１０の下面側に下部ロール
１３を設置し、該下部ロール１３の支軸１３ａにギヤ１
４を固定し、該ギヤ１４をモータ１５により回転される
ギヤ１６と噛み合わせて、下部ロール１３を図中矢印方
向へ回転させている。テーブル１０の下面側には切欠部
１０ａを設け、下部ロール１３の上端面を金型１１の下
面に当接させ、金型１１を下部ロール１３の回転反力に
より矢印方向へ押し出すようにしている。

【００３０】上記下部ロール１３と対向した上方位置に
上部ロール１２を回転自在に支軸１２ａで支持して配置
し、該上部ロール１２が金型１１のキャビテイ１１ａ内
に嵌入し、キャビテイ１１ａ内に挿入されるＳＭＣ材３
を圧下するようにしている。かつ、上部ロール１２の支
軸１２ａの軸受１７に圧下用送りねじ機構１８の作動ロ
ッド１９の下端を連結し、該送りねじ機構１８により所
要の圧下率で上部ロール１２を圧下している。尚、搬送
経路の下流端に熱風炉からなる硬化手段(図示せず)を配
置し、金型１１のキャビテイ１１ａ内で所定の形状を賦
形されたＳＭＣ材３を加熱して硬化処理するようにして
いる。

【００３１】尚、上記圧下用送りねじ機構の代わりに、
エアシリンダ等の他の適宜な手段を用いてもよい。

【００３２】上記第２実施例においては、金型１１のキ
ャビテイ１１ａ内に挿入されたＳＭＣ材３は、金型１１
が下部ロール１３の回転により搬送されることにより、
金型１１内に挿入された状態で、搬送経路に沿って搬送
される。搬送途中で上下ロール設置部において、上部ロ
ール１２により低圧で圧下され、該圧下が順次配置した
上部ロール１２により段階的になされる。この時、上記
したように、送りねじ機構１８により圧下しているた
め、高精度での圧下が可能であると共に、ＳＭＣ材から
の反力が精度に及ぼす影響を低減することができる。最
終ロールにより最終圧下率に達して、所定の形状に賦形
され、続いて、加熱手段により硬化が為される。

【００３３】図９、図１０および図１１は本発明の第３
実施例を示し、円筒形状のＳＭＣ材３’を所定長さで裁
断した定尺物に対して、図１１に示すような、外周面の
中央部に突出したリブ部３'aを成形するものである。図
中、２０は円形の金型、２１がロールであり、金型２０
は外周面の中央部に環状に凹設したキャビティ２０ａを
設け、該キャビティ２０ａの底面の中央に更に環状の凹
部２０ｂを形成している。該金型２０は押圧手段(図示
せず)により矢印方向に押圧していると共に、回転手段
(図示せず)により矢印方向に回転させている。該金型２
０の外周の一側方に対向してロール２１を回転自在に配
置しており、金型２０を上記押圧手段によりロール２１
側に押圧している。

【００３４】該第３実施例では、上記ＳＭＣ材３’を金
型２０とロール２１の間に配置し、外周部の一部を金型
２０のキャビティ２０ａ内に挿入する。該状態で金型２
０をロール２１側に押圧すると共に回転することによ
り、キャビティ２０ａ内のＳＭＣ材３’は金型２０とロ
ール２１との間で低圧で押圧され、キャビティ２０ａの
底面の凹部２０ｂ内にＳＭＣ材３’が流動していく。ま
た、金型２０の回転の反力によりＳＭＣ材３’は逆方向
に回転され、ＳＭＣ材３’の外周が順次金型２０とロー
ル２１との間で押圧される。ＳＭＣ材３’が１回転する
間に金型２０とロール２１とで全周にわたる円環状の圧
下が１回なされ、該回転を所要回数行うことによりＳＭ
Ｃ材３’は所定の圧下率に達し、図１１に示すように中
央部にリブ部３'aを突出した形状に賦形される。この賦
形は常温で半硬化状態でなされ、賦形完了後に、加熱し
て硬化処理している。

【００３５】図１２、図１３および図１４は本発明の第
４実施例を示し、断面矩形のＳＭＣ材３”を連続的に供
給して、図１３に示す如き湾曲した曲線部材とすると共
に、図１４に示すごとき、曲線部材の外周面に外方へ突
出したリブ部３"aを成形するものである。

【００３６】上記第４実施例では、湾曲させた搬送経路
にそって、金型３０とロール３１とからなる賦形兼押出
手段を所要間隔をあけて設置している。金型３０は上記
第３実施例と同様な形状であり、押圧手段(図示せず)に
よりロール３１側に押圧すると共に、回転駆動手段(図
示せず)で矢印方向に回転させている。ロール３１は所
定位置で矢印方向に回転させている。

【００３７】上記ＳＭＣ材３”は上記金型３０とロール
３１との間を挿通する際、ロール３１と金型３０との間
で押圧されて、金型３０の型面に沿って賦形されると共
に、金型３０とロール３１との回転反力により矢印で示
す下流側へ押し出される。金型３０とロール３１とを湾
曲した搬送経路に沿って配置していることにより、押し
出されるＳＭＣ材３”は曲線状に湾曲していく。上記金
型３０とロール３１とによる低圧の押圧を段階的にかけ
て所定の圧下率に達するまで行う。所定の圧下率に達し
て、賦形作用が完了すると、続いて、加熱して硬化処理
している。

【００３８】図１５及び図１６は本発明の第５実施例を
示す。該第５実施例は前記第３実施例と同様な円筒状の
ＳＭＣ材３’”を同様な金型２０とロール２１とで賦形
するものであり、該賦形時に金型２０とロール２１によ
る押圧で、押圧方向以外の方向、例えば押圧方向と直交
する方向に変形しないようにする一対の拘束ロール２５
を配置している。該拘束ロール２５は、固定軸２６に回
転自在に軸支しており、ＳＭＣ材３'"の端面部３'"bに
当接するように配置している。

【００３９】図１６に示すように、ＳＭＣ材３'"が金型
２０とロール２１の間を通過して矢印２８で示す方向に
押圧された際、該押圧方向とは直交する方向２７にも力
が加わり、該方向に伸張しようとする。しかしながら、
上記拘束ロール２５を設けていることにより、上記矢印
２７方向の力によるＳＭＣ材３'"の変形は拘束され、リ
ブ部３'"aへの充填性が向上する。

【００４０】第５実施例のその他の構成及び作動は、上
記第３実施例と同様であるので、同様の符号を付して説
明を省略する。尚、上記拘束ロールは、上記した他の実
施例にも適用することができる。例えば、上記図１２か
ら図１４に示す第４実施例においても、対向配置した金
型３０とロール３１からなる賦形兼押出手段に拘束ロー
ルを付設してもよい。

【００４１】前記第１実施例から第５実施例では、いず
れも駆動側ロールの回転速度は一定速度とし、ＳＭＣ材
を上流端より硬化手段に連続する下流端まで一定速度で
搬送している。上記したロールを均一速度で回転するこ
とにより、ＳＭＣ材を均一速度で搬送するようにした上
記実施例についての実験例について、下記に記載する

【００４２】

【実験例】図１７に示す如きＳＭＣ材からなるテストピ
ース４０を設け、該テストピース４０を前記第２実施例
で示す成形装置により図１８に示す如き断面Ｔ字形状に
成形し、該成形品４１の密度および曲げ強度を測定し
た。

【００４３】上記テストピース４０は断面矩形状の平板
形状で、長さＬは３００mm、幅Ｂは５０mm、厚さＷ１は
１０mmである。一方、成形品４１はその上面プレート部
４１ａの厚さＷ２は３mm又は５mmであり、下面より突出
したリブ４１ｂの幅Ｂrを１０mm、高さＨrを８mmとして
いる。

【００４４】上記テストピース４０の組成は不飽和ポリ
エステル樹脂１４.３重量％、熱可塑性樹脂溶液、硬化
剤、その他１４.３重量％、炭酸カルシウム５１.４重量
％、ガラス繊維２０重量％であり、ガラスファイバーの
繊維長さは１インチである。上記硬化剤としては、ＴＢ
ＰＢ(ターシャリ−ブチルパーオキシンベンゾエイト)を
使用している。

【００４５】上記テストピースの成形は、圧下率Ｒにつ
いてはＲ＝０.５０とＲ＝０.７０、毎回の圧下量Ｅにつ
いてはＥ＝０.２５mm、Ｅ＝０.５０mm、ロール径Ｄにつ
いてはＤ＝φ６０、Ｄ＝φ１２０のそれぞれ２種を設定
し、それぞれの条件を変更して成形を行った。上記圧下
率Ｒは加工前の素材初期厚さをto、加工後の厚さをtと
する時、Ｒ＝(to−ｔ)／toとしている。また、圧下量Ｅ
は１パス当たりの圧下量である。

【００４６】圧下回数は、Ｅ＝０.２５mmの場合には、
Ｗ2が３mmのときは２８回、５mmのときは２０回であ
り、Ｅ＝０．５０mmの場合には、Ｗ2が３mmのときは１
４回、５mmのときは１０回である。

【００４７】強度試験は３点曲げテストで、成形品の長
手方向に対しプレート部についてＪＩＳ．Ｋ７０５５に
基づいて行った。

【００４８】まず、圧下率が密度および強度に及ぼす影
響について測定した。即ち、Ｄ＝φ６０のロールを用い
た成形品の平均密度および最大曲げ応力の値を毎回の圧
下量別に測定した。該測定結果を図１９に示す。図１９
より明らかなように、密度についてはＥ＝０.５０mm、
Ｅ＝０.２５mmとも、Ｒ＝０.５０よりもＲ＝０.７０の
ものが高い値を示している。これは圧下率を大きく設定
するほど密度も増加し、内部状態の良い成形品が得られ
ることを示している。しかしながら、圧下率がＲ＝０.
７０を越えると、成形段階でＳＭＣ材の剥離、層間ズ
レ、しゅう曲などが同時におこり、成形不能となる。一
方、最大曲げ応力についても、密度と同様に圧下率の高
いものが高い値を示しており、これは密度の増加に起因
して最大曲げ応力も高くなるとみなされる。該実験結果
より、最終圧下率を７０％とすることが好適であること
が判明した。

【００４９】また、上記図１９から、毎回圧下量をＥ＝
０.５０mm、Ｅ＝０.２５mmと変えても、密度に対する影
響は小さいものであることがわかる。しかし、毎回圧下
量を大きく設定したＥ＝０.５０mmの方がプレート部の
最大曲げ応力が高くなることが顕著にあらわれている。

【００５０】次に、ロール径Ｄ＝φ６０、Ｄ＝φ１２０
による成形品の密度および最大曲げ応力への影響を測定
した。その結果を図２０に示す。図２０より明らかなよ
うに、ロール径を大きくするとリブ部に対してプレート
部の密度が大きくなり、逆にロール径を小さくするとリ
ブ部に対してプレート部の密度が小さくなっている。こ
れは、加工速度の差によりロール径が小さい時には材料
は断面リブ方向、即ち、圧下方向へ流動する。一方、ロ
ール径が大きい時は長手方向へ流動すると見られる。同
様に、プレート部における最大曲げ応力もロール径が小
さいものより大きいものが高い値を示している。

【００５１】上記の実験結果より、毎回圧下量が大き
く、かつ、ロール径を大きく設定するほど、材料は長手
方向に流れる傾向が大となり、同時にガラス繊維配向は
水平方向に２次元的に配向しやすくなるため、プレート
部の曲げ強度が増加すると見られる。逆に毎回圧下量を
小さく、かつ、ロール径を小さく設定する程、材料は断
面リブ方向へ流れる傾向が大きくなり、よって、プレー
ト部ではガラス繊維が２次元的に配向せず、曲げ強度が
小さいことが確認できた。

【００５２】上記した実験より、ロールの回転速度は一
定とした場合、圧下量およびロール径を適宜に設定する
ことにより、繊維の配向を制御して、目的に応じた強度
を有する成形品を得ることができることが判明した。即
ち、所要の特定方向に大きな強度を持つ異方性を有する
成形品の成形が可能となることが確認できた。また逆
に、材料の流れが長手方向および断面リブ方向へと全体
に渡って均一に流れるようにして、補強繊維の配向をな
くし、全方向における強度が均一な等方性を有する成型
品を成形出来ることも確認できた。

【００５３】図２１から図２６は本発明の第６実施例お
よびその変形例を示す。上記したように、第１実施例か
ら第５実施例ではＳＭＣ材を搬送するロールを一定速度
で回転し、よって、ＳＭＣ材を一定速度で搬送しながら
微少の押圧を多段に作用させている。これらの実施例に
おいては、ロール径を一定とした場合、ＳＭＣ材の内部
の強化繊維を特定の方向に偏らせずに、全方向に均等に
配向され、強度的に等方性を有する成形品を成形するこ
とが出来る。よって、特定の一方向に繊維方向を偏らせ
る場合には、ロール径を変えて繊維方向を偏らせて、強
度的に異方性を有するようにしている。

【００５４】上記第６実施例では、供給方向に沿って並
設する複数対のロールとロール型金型の径は一定とし
て、同一径のロールを用いて、その回転速度を変えるこ
とにより、繊維方向を特定の一定方向に偏らせて強度的
に異方性を賦与するものである。

【００５５】即ち、図２１において、４段に配置するロ
ール５０Ａと円形金型５１Ａ,５０Ｂと５１Ｂ,５０Ｃと
５１Ｃ,５０Ｄと５１ＤによるＳＭＣ材３の移動速度を
可変としている。図中、下側に配置するロール５０Ａ〜
５０Ｄは固定して、夫々連結した駆動手段(図示せず)に
よって矢印方向に回転し、かつ、その回転速度は上流端
側のロール５０Ａを最も遅くし、下流側に向かって順次
速くして、下流端のロール５０Ｄを最も高速で回転させ
ている。尚、ＳＭＣ材の移動速度は平均０.５〜２ｍ／
ｍｉｎ(最大５ｍ／ｍｉｎ)であり、この範囲の移動速度
となるように、上記ロール５０Ａ〜５０Ｄの夫々の回転
速度を設定している。

【００５６】上側に配置する金型５１Ａ〜５１Ｄは図２
２に示すように外周面の両側部に環状の溝５２を有する
円形ロールからなり、回転自在に支持されている。か
つ、各金型５１Ａ〜５１Ｄは前記図７および図８に示す
送りねじ機構１８により調節し上流端の金型５１Ａより
下流端の金型５１Ｄにかけて順次ロール５０Ａ〜５０Ｄ
の夫々の間の距離Ｓを狭くしている。

【００５７】上記ロールと金型間の距離Ｓは、その隣接
する距離Ｓの差を、本実施例では２〜２５mmの範囲で順
次狭くしている。この隙間距離の差は急激に狭くするよ
り緩やかに狭くする方が好ましく、よって、ＳＭＣ材の
厚さと成形品の厚さの差が大きい場合には、対向配置す
るロールと金型の個数を増加させれることが好ましい。

【００５８】上記ロール５０Ａ〜５０Ｄおよび金型５１
Ａ〜５１Ｄの直径は、本実施例ではφ２００の一定に設
定している。また、下側の隣接するロール間にはＳＭＣ
材をガイドする回転自在で小径の保持ロール５５を配置
している。

【００５９】上記構成の賦形手段に連続して、硬化手段
４、切断手段５６、完成品載置台５７を配置しており、
これらは、賦形手段より連続的に賦形されて搬送されて
くるＳＭＣ材を連続的に硬化し、この硬化した成形品を
所定長さで切断し、かつ、切断した完成品を載置台に順
次搭載するものである。上記賦形手段により成形される
成形品３'"の形状は図２３に示す凹形状である。よっ
て、硬化手段４には図２４に示すように凹形状のガイド
穴５８を貫通して形成している。該硬化手段４は上流端
より下流端に向けて、ガイド部４Ａ、１次硬化部４Ｂ、
２次硬化部４Ｃ、３次硬化部４Ｄを構成し、上記ガイド
穴５８のガイド部４Ａ、１次硬化部４Ｂでは賦形手段で
賦形された外周面との間にクリアランスを有する寸法に
設定しているが、２次硬化部４ＣではＳＭＣ材の熱的特
性に応じて、その外周面より一回り小さい寸法あるいは
一回り大きい寸法に設定している。尚、硬化手段４内の
温度は本実施例においては１５０℃に設定している。

【００６０】上記構成とした第７実施例によれば、下流
側のロールの回転速度を上流側のロールの回転速度より
も速くしているため、（図２５（Ａ）において太線矢印
が回転速度の速い方を示している）ＳＭＣ材３に下流方
向への引張りが生じて、図２５(Ｂ)に示すように、ＳＭ
Ｃ材の内部の強化繊維Ｆは引張方向に配向する、即ち、
図中、水平方向に配向するようになる。この作用が多段
配置のロールと金型の間で連続的になされることによ
り、下流端のロールと金型の間を通過したＳＭＣ材で
は、その内部の強化繊維Ｆの方向が水平方向の特定の一
方向に揃った状態となる。

【００６１】上記した状態で、硬化手段４を通過して硬
化させた後、切断装置５６で所定長さに切断される。そ
の際、硬化手段４の第２硬化部４Ｃにおいて表面に平滑
性が賦与される。上記のように製造された成形品は、繊
維が配向した方向が他の方向と比較して強度が高い異方
性を有する製品となる。

【００６２】図２６は第６実施例の変形例を示し、上記
実施例とは逆に、上流端に配置するロール５０Ａの回転
速度を全ロール中で最大に速く設定し、下流端に行くに
従い順次回転速度が遅くなるように設定している。即
ち、図中、太線で示す方が回転速度が速いことを現して
いる。

【００６３】上記のように、下流側の回転速度を遅くす
ると、上流側に向かって圧縮が生じることとなり、図２
６(Ｂ)に示すように、ＳＭＣ材３の内部の強化繊維Ｆは
押し出し方向とは直交する方向に配向するようになる。
この作用を多段に配置したロールと金型の間で順次行う
ことにより、下流端のロールと金型間を通過したＳＭＣ
材の強化繊維Ｆの向きは上記押し出し方向と直交する方
向に揃うこととなる。よって、完成した成形品において
は、上記ＳＭＣ材の押し出し方向と直交する方向が強度
の大きな異方性を有する製品となる。

【００６４】尚、上記強化繊維の配向は順次生じるもの
であり、よって、多段に配置するロールと金型の個数あ
るいは回転速度を調整することにより、図２５(Ｂ)と図
２６(Ｂ)に示す方向の中間の傾斜方向に繊維の向きを揃
えることも出来る。即ち、任意の特定方向に繊維方向を
配向させることが可能となり、成形品の用途に応じて所
要の方向の強度を他の方向より強度を高めることが出来
る。

【００６５】上記したように、賦形手段として種々の構
成のものを用いることが出来ると共に、硬化手段とし
て、図２７に示す装置を用いることが出来る。上記図２
７に示す硬化装置は円筒形状に成形したＳＭＣ材３を硬
化するものであり、円筒形状のＳＭＣ材３の内周側を保
持する内周面保持ロール６０と外周面を保持する外周面
保持ロール６１を設け、これら保持ロール６０と６１を
所要温度に加熱している。

【００６６】上記した保持ロール６０,６１で保持され
るＳＭＣ材は、前記硬化手段４と同様に、順次、形状保
持、１次硬化、表面平滑性を与える２次硬化、最終の３
次硬化がなされる。

【００６７】

【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
に係わる繊維強化樹脂材の成形方法および成形装置を用
いると、プリプレグシートからなるＳＭＣ材、ＴＭＣ材
などのドライ材料から成形品を成形する際に、強化繊維
の方向性を制御することが可能で、意図しない方向に繊
維が偏る配向性を生じさせることなく成形出来る。よっ
て、例えば、繊維が全方向に均等に向く等方性を有する
成形品を得ることが出来ると共に、所要の特定方向に繊
維方向を向ける異方性を有する成形品を得ることも出来
る。

【００６８】上記のように繊維の配向性を制御して成形
品に所要の強度を与えることが出来るために、良好な機
械的性質を有するものを得ることが出来る。また、圧下
率を増加させるに従い、密度および最大曲げ応力を増加
することが出来る利点もある。

【００６９】また、この種の繊維強化樹脂材から連続成
形を行うことが出来ると共に、該連続成形時に引き抜き
力をかけて繊維強化樹脂材を引き抜く必要がなく、賦形
手段により押し出されるために、繊維強化樹脂材の搬送
に要する消費動力を大幅に減少出来る。さらに、該連続
成形により成形される形状に殆ど制限を受けない。

【００７０】特に、本発明ではドライ材料からなる繊維
強化樹脂材からの成形方法および成形装置であるため、
ウエット材料からの成形の場合と比較して、環境上の問
題がないと共に、成形品を精度よく成形出来る等の種々
の利点を有するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の成形装置を示す概略正
面図である。

【図２】図１の平面図である。

【図３】図１の断面図である。

【図４】賦形完了時の図３と同様な図面である。

【図５】第１実施例で成形された成形品の斜視図であ
る。

【図６】賦形手段に硬化手段を連続配置した成形装置
の概略図である。

【図７】本発明の第２実施例の成形装置を示す正面図
である。

【図８】図７の断面図である。

【図９】本発明の第３実施例の概略正面図である。

【図１０】図９の平面図である。

【図１１】第３実施例の成形品を示す断面図である。

【図１２】本発明の第４実施例の概略構成図である。

【図１３】第４実施例の成形品を示す一部平面図であ
る。

【図１４】図１３の断面図である。

【図１５】第５実施例を示す概略図である。

【図１６】図１５の一部断面図である。

【図１７】実験例のテストピースの素材を示す斜視図
である。

【図１８】上記テストピースの成形品を示す断面図で
ある。

【図１９】実験例の実験結果を示すグラフである。

【図２０】同上

【図２１】第６実施例の製造装置を示す全体図であ
る。

【図２２】第６実施例のロールと金型を示す図面であ
る。

【図２３】第６実施例の成形品の断面図である。

【図２４】第６実施例の硬化手段の断面図である。

【図２５】 (Ａ)(Ｂ)は第６実施例の作用を説明する図
面である。

【図２６】 (Ａ)(Ｂ)は第６実施例の変形例の作用を説
明する図面である。

【図２７】硬化手段の変形例を示す断面図である。

【符号の説明】

１,１１金型２,１２ロール３ＳＭＣ材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｂ２９Ｋ 105:10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】対向配置した金型とロールとの間に、強
化繊維に樹脂を含浸して形成した半硬化の繊維強化樹脂
材を配置し、上記ロール及び／あるいは金型の間で上記
繊維強化樹脂材を相対的に移動させて、所要の圧下率に
達するまで複数回押圧し、該押圧により強化繊維に所要
の方向を与えると共に繊維強化樹脂材に所要の形状を賦
形することを特徴とする繊維強化樹脂材の成形方法。
【請求項２】上記複数回の押圧により強化繊維に与え
る方向は、強化繊維を全方向に均等に配向させ、方向に
対する強度が均等な等方性を有する成形品として賦形し
ていることを特徴とする請求項１記載の成形方法。
【請求項３】上記複数回の押圧により強化繊維に与え
る方向は、特定の一方向とし、方向に対する強度が異な
る異方性を有する成形品として賦形していることを特徴
とする請求項１記載の成形方法。
【請求項４】金型とロールとによる賦形後に、連続し
て硬化処理することを特徴とする前記請求項のいずれか
１項に記載の成形方法。
【請求項５】対向配置したロールと金型と、上記ロールあるいは金型の少なくとも一方を他方に対し
て押圧する手段と、上記ロールあるいは金型の少なくとも一方を移動および
／あるいは回転させる駆動手段を備え、ロールと金型の間に繊維強化樹脂材を相対的に移動させ
て所要の圧下率となるまで複数回押圧し、繊維に所要の
方向を与えると共に繊維強化樹脂材に所要の形状を賦形
する構成としていることを特徴とする繊維強化樹脂材の
成形装置。
【請求項６】上記対向配置するロールと金型は繊維強
化樹脂材の供給方向に沿って間隔をあけて複数対配置
し、供給下流に行くに従って対向配置するロールと金型
の間の距離を狭くして圧下率を高める構成としている請
求項５記載の成形装置。
【請求項７】上記繊維強化樹脂材の供給方向に沿って
配置する複数対のロールの回転速度を可変して繊維の方
向を任意の一定方向に制御する構成としている請求項
５、６のいずれか１項に記載の成形装置。
【請求項８】上記繊維強化樹脂材の供給方向に沿って
配置する複数対のロールと金型の移動速度および／ある
いは回転速度を可変して繊維の方向を任意の一定方向に
制御する構成としている請求項５、６のいずれか１項に
記載の成形装置。
【請求項９】上記金型とロールとからなる賦形手段
に連続して、賦形した繊維強化樹脂材を加熱して硬化す
る硬化手段を連設している請求項５、６、７、８のいず
れか１項に記載の成形装置。
【請求項１０】上記金型とロールとによる賦形時に繊
維強化樹脂材が押圧方向以外の方向に変形するのを抑止
する拘束ロールを設けていることを特徴とする請求項
５、６、７、８、９のいずれか１項に記載の成形装置。