成形加工②

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成形加工②
A−5
熱可塑性炭素繊維シートのプレス成形
Press Forming of Carbon Fiber Reinforced Thermoplastic Sheet
増
米
伊
西
〔Komatsu Industries Corp．
〕コマツ産機㈱ 長
岡
〔Kanazawa University〕金沢大学
健 太＊
猛＊＊
拓 実＊＊＊
嘉 隆＊＊＊＊
重 憲＊＊＊＊＊
雅 之＊＊＊＊＊＊
澤
山
藤
原
島
本
1．はじめに
プレシートは平織の炭素繊維 4 層からなり、板厚は
炭素繊維強化プラスチック（CFRP）は軽量で強度
1．
05 mm から 1．
11 mm である。
が高いことから、航空機部材やスポーツ用品などに幅
炭素繊維方向に沿った縦横長さ 120 mm の正方形
広く使用され、最近では環境負荷の低減のため自動車
プレシートから、対角長さを 110 mm に切断した八
への応用が注目されている。自動車向けではハイサイ
角形のシートをプレス成形の供試材とした（図 1）
。
クル成形が求められるため、従来の熱硬化性樹脂を用
いた CFRP よりも短時間で成形が可能な熱可塑性樹
脂を用いた CFRP の開発が進んでいる。
（２） 成形装置
プレスに用いた金型を図 2 に示す。球面と円錐面
およびフランジ面からなるカップ形状の成形品（図 3）
自動車用板金部品の多くがプレスを用いて生産され
となるように金型を作製した。上型は半径 64 mm の
ていることを踏まえ、本研究では炭素繊維強化熱可塑
球面と 60°の円錐面およびフランジ面からなり、下
性プラスチック（CFRTP）のプレス成形方法の開発
型は半径 63 mm の球面と円錐面およびフランジ面か
を進めている1）、2）。本稿では、CFRTP の織物シート
らなる。上下のフランジ面での間隔を 1 mm とした
をプレス成形し、成形品形状の評価を行い、考察を行
ときに、上型と下型のクリアランスが 1 mm となる
う。
ようにした。フランジ面から球面の頂点までの高さは
2．実
験
25 mm である。下型フランジ面の外径は 90 mm と
（１） プレシート
し、上型と下型で直接挟み込む外径 90 mm のフラン
本研究では、平織の炭素繊維（連続繊維）に熱可塑
ジ部までを成形部分と考える。上型が板抑えと当たる
性樹脂を含浸させたシートを作製し、これをプレスに
面は深さ 1 mm にくぼませ、厚さ 1 mm のシリコー
よって成形した。この基材をプレシートと呼ぶ。
ンゴムシートが収まるようにした。金型にはヒータは
プレシートは一村産業㈱により製作された。炭素繊
組み込まず室温で成形する。プレス装置には 450 kN
維には T 300−3 K（東レ）を使用し、樹脂には PA 6
のサーボプレスと空気圧制御のダイクッションを使用
を使用した。炭素繊維の体積割合 Vf は 50％ である。 した。
中心にφ92 mmの穴をあけた厚さ 1 mm のドーナツ
＊
Kenta Masuzawa、＊＊＊Takumi Itou：大学院自然科学研究科人間・機械
科学専攻
＊＊
Takeshi Yoneyama：理工研究域機械工学系
〒920−1167 石川県金沢市角間町
＊＊＊＊
Yoshitaka Nishihara：開発本部開発部 部長
＊＊＊＊＊
Shigenori Nagashima：同副部長
＊＊＊＊＊＊
Masayuki Okamoto：同周辺機開発グループ
〒920−0225 石川県金沢市大野町新町 1−1
状のシリコーンゴムシートを上型フランジ面と板抑え
面の間に入れた。シリコーンゴムを介して板抑えした
状態で、上型と板抑えを下降させて成形を行う。シリ
コーンゴムを介して板抑えを行うのは、金型内に試料
が絞り込まれる前に試料が冷えないようにするためで
プレシート
上型
°
60
R63
11
下型
R64
ゴムシート
25
0
120
φ78.85
φ90
板抑え
（単位：mm）
図 1 プレシート
０１８
図 2 成形金型