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JP2508562B2 - 繊維強化熱可塑性樹脂成形品の製法 - Google Patents

繊維強化熱可塑性樹脂成形品の製法

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JP2508562B2
JP2508562B2 JP4003389A JP338992A JP2508562B2 JP 2508562 B2 JP2508562 B2 JP 2508562B2 JP 4003389 A JP4003389 A JP 4003389A JP 338992 A JP338992 A JP 338992A JP 2508562 B2 JP2508562 B2 JP 2508562B2
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Japan
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thermoplastic resin
partial material
reinforcing
partial
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詠司 安部
敏晴 福島
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Original Assignee
Yamaha Corp
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は中空の繊維強化熱可塑性
樹脂成形品の製法に関し、繊維強化熱可塑性樹脂からな
る複数の部分材を接合する際に、これら部分材の接合部
に繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグからなる補強片を添
え、仮組み立ての状態として成形型内に収め、内圧を印
加しつつ加熱して接合一体化することにより、複雑な形
状の中空品を効率よく製造できるとともに、機械的強度
にも優れた成形品を得ることができるようにしたもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】ゴルフクラブヘッドなどの中空品の製法
として、繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグを用いてヘッ
ドの概略形状を２以上に分割して得られる形状の部分材
を成形し、これを仮組み立ての状態として成形型内に挿
入して、内圧を印加しつつ加熱成形する方法が本発明者
らによって提案されている（特願平３−１４０４６
３）。図６および図７はこのようなゴルフクラブヘッド
（以下、ヘッドと略記する）の製法の例を示したもの
で、図６は部分材の形状の例を示す斜視図、図７は部分
材を成形型内に挿入した状態を示す説明図である。図中
符号１１は部分材、１２はヘッドのフェース面、１３は
ソール、１４はクラウンを示す。このような中空品であ
るヘッドを製造するには、まず、所望の厚みを有するシ
ート状のプリプレグを用意し、これを深しぼりによって
図６に示すようなフェース面１１、ソール１２、クラウ
ン１３をそれぞれ有する形状の部分材１１に成形する。
また、部分材１４の任意の位置に、ヘッドの内部を加圧
させるための貫通孔１５を設ける。
【０００３】次いで、得られた部分材１１を仮組み立て
の状態として、図７に示すような成形型内に装着する。
この成形型は内面がヘッドの形状の中空体であって、そ
の内壁の任意の位置に貫通孔１６が設けられ、この貫通
孔１６からヘッド部内へ加圧媒体を導入してヘッド部内
を加圧できるように構成されている。そして、このよう
な成形型１７全体は図示しない真空加熱装置内に収めら
れている。また、部分材１１の内側にシリコーン樹脂な
どからなるカバーバルーン１８を挿入し、このカバーバ
ルーン１８の口部は、部分材１１および成形型１７の貫
通孔１６を挿通して図示しない加圧装置に接続する。
【０００４】この状態で、成形型１７が収められている
真空加熱装置内を排気して、部分材１１と成形型１７と
の間隙を減圧する。また、カバーバルーン１８内に窒素
ガスなどの加圧媒体を導入して内圧を印加するとともに
加熱を施す。この加熱によって、部分材１１は再び溶融
状態となるとともに、排気ならびに加圧によってっその
内方から外方に向けて加圧されることになり、径方向の
寸法が拡がり、成形型１７の内面の形状にそった形状に
賦型される。さらに、成形型１７を冷却した後、加圧状
態を解除してカバーバルーン１８を抜き取り、成形型１
７を脱型すれば、ヘッド形状の中空成形体が得られる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】このような方法によっ
て中空成形品を成形する場合、図８に例を示すように、
各部分材１１の接合部はその端面をテーパ状に削ぐ、あ
るいは段部を形成する、切り込みを入れるなどして重な
り部（図中符号Ｌ）を設けることによって、接合部にお
ける強度が得られるように形成されている。しかしなが
ら、このような接合方法ではある程度の強度は得られる
ものの、大きな力が加わった際にはこの接合部分で破損
する可能性があり、さらなる強度の向上が望まれてい
た。
【０００６】この発明は前記事情に鑑みてなされたもの
で、繊維強化熱可塑性樹脂からなる複数の部分材を接合
して、中空の成形品を製造する際に、接合部分の強度を
向上せしめることができるようにした繊維強化熱可塑性
樹脂成形品の製法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この発明の繊維強化熱可
塑性樹脂成形品の製法は、繊維強化熱可塑性樹脂からな
る複数の部分材を接合して、中空の成形品を製造する際
に、部分材の接合部に、強化繊維に熱可塑性樹脂を含浸
したプリプレグからなる補強片を添え、中空の仮組み立
ての状態として成形型内に収め、内圧を印加しつつ加熱
して接合一体化することを前記課題の解決手段とした。
【０００８】
【実施例】以下、この発明を詳しく説明する。図１およ
び図２は本発明の製法の一実施例として、中空のゴルフ
クラブヘッドを製造する工程の例を示したもので、図１
は部分材の形状の例を示す斜視図、図２（Ａ）は部分材
を成形型内に挿入した状態を示す説明図、（Ｂ）は成形
品の説明図である。図中符号１は部分材、２フェース
面、３はソール、４はクラウン、５は補強片をそれぞれ
示す。
【０００９】本発明で用いられる繊維強化熱可塑性樹脂
（ＦＲＴＰ）は、強化繊維と熱可塑性樹脂とからなるも
ので、熱可塑性樹脂としては、ポリアミド、ポリブチレ
ンテレフタレート、ポリオキシメチレン（アセタール樹
脂）ポリカーボネイト、変性ポリフェニレンスルファイ
ドなどのエンジニアリングプラスチックであって、特に
その熱変形温度（ＡＳＴＭＤ６４８，１８．６kg／c
m2）が１４０℃以下のものが好適である。これらは単独
で用いられてもよく、２種類以上のブレンドポリマーと
して用いられてもよい。
【００１０】また、本発明で用いられる強化繊維として
は、カーボン繊維、アラミド繊維、ガラス繊維等が用い
られ、これらの単独使用または２種類以上の併用使用の
いずれかでもよい。また、強化繊維の形態としては、多
数本のフィラメントを一方向に並べたロービングが主に
用いられるがこれ以外にロービングクロス等を用いるこ
とができる。
【００１１】この強化繊維と熱可塑性樹脂とからなるＦ
ＲＴＰプレプレグの形態はシート状、テープ状などがあ
るが、深しぼりによって成形する場合はシート状のもの
が好ましい。プリプレグの製造は、例えば粉末状の熱可
塑性樹脂を強化繊維上に散布し、加熱溶融して含浸せし
める方法や、熱可塑性樹脂をフィラメント化し、このフ
ィラメントを強化繊維とともにロービング化する方法、
あるいはフィルム状の熱可塑性樹脂とクロス状の強化繊
維とを複数枚、交互に重ねて加圧加熱する方法などによ
って行われる。また、プリプレグ中の強化繊維量は体積
比で４０〜８０％程度が好ましい。
【００１２】まず、部分材１を成形する。所望の厚みを
有するシート状のプリプレグを用意する。このプリプレ
グはフィルム状の熱可塑性樹脂とシート状の強化繊維と
を所望の厚みとなるように、複数枚を交互に重ねて、加
圧加熱する方法によって形成することができる。
【００１３】次にプリプレグを深しぼりによって部分材
１の形状に成形する。図１は部分材１の形状の例を示し
たものである。これらはヘッドの概略形状を３分割して
得られるもので、フェース面２、ソール３、クラウン４
をそれぞれ有する形状のものである。ここで成形される
部分材１の形状はヘッドの概略形状を好ましくは２以上
に分割して得られる中空の形状であって、逆テーパー状
となる部分がなくて深しぼりによって成形可能な形状で
あれば任意でよいが、打球面となるフェース面２は、打
球に対する強度を図るとともに、深しぼりによる成形が
容易にできるようにするために、その周囲に少なくとも
５mm以上の折り返し部分２ａを有する形状、あるいはフ
ェース面２とソール３とが連続した形状が好ましい。ま
た、部分材１の任意の位置に、ヘッドの内部を加圧させ
るための貫通孔６を設ける。この貫通孔６は例えばソー
ル３に設けることができる。また、ここで成形される部
分材１の外寸は所望のヘッドの外寸よりも小さく形成さ
れ、その差は０．５mm程度が好ましい。さらに各部分材
１相互の接合部分には、端面をテーパ状に切削して重な
り部を形成するのが好ましい。
【００１４】続いて、このようにして成形された部分材
１の接合部に補強片５を添える。この補強片５は、強化
繊維に熱可塑性樹脂を含浸したプリプレグからなる小片
であって、好ましくは部分材１と同様の熱可塑性樹脂を
用いて、これを強化繊維クロスに含浸してなるプリプレ
グが用いられる。補強片５は部分材１を仮組み立てした
際に、接合される両部材に架け渡して当接されるように
添えられ、その位置がずれないように、予め補強片５の
一部分を部分材に固着させておくのが好ましい。このと
きの固着は、好ましくは融着によってなされる。また、
この補強片５は接合部における部分材１の片面あるいは
両面に添えることができる。そして、強度的には接合部
において部分材１の内外両面に添えるのが好ましく、片
面に添える場合は、部分材１を接合して製品としたとき
に、接合部に加わる曲げ力によって、引張力を受ける側
に添えるのが好ましい。補強片５を添える方法としては
任意の方法を用いることができるが、例えば図１に示す
ように、各部分材１の外面あるいは内面の周縁部であっ
て、他の部分材１と接合される部分に、補強片５の一部
分を融着し、補強片５が部分材１の周縁部から外方へ伸
びるように融着させることができる。ここで、小片状に
形成した補強片５を部分材１の周縁部に隙間なく一列に
並べて融着することによって、部分材１の曲面の部分に
対しても補強片５をその形状に沿わせることができる。
また、接合部の両面に補強片５を添える場合は、接合さ
れる一方の部分材１には、その外面に補強片５を固着さ
せ、他方の部分材１には、その内面に補強片５を固着さ
せることによって、これらを接合したときに接合部の内
外両面に補強片を添えることができる。
【００１５】このようにして、補強片５の一部分が固着
された部分材１を、その接合面が当接するように組み立
てて仮組み立ての状態として、図２（Ａ）に示すように
成形型７内に装着する。成形型７は内面がヘッド形状の
中空体であって、ヘッド部をなす内壁の任意の位置に貫
通孔８が設けられ、この貫通孔８からヘッド部内へ加圧
媒体を導入してヘッド部内を加圧できるようになってい
る。この貫通孔８は例えばソールの位置に設けることが
できる。また、このような成形型７全体は真空加熱装置
（図示せず）内に収められている。
【００１６】このように部分材１が成形型７内に収めら
れた状態で、接合部においては、両部分材１，１の接合
面同士が当接されるとともに、その接合部の内外両面あ
るいは片面に補強片５が添えられた状態となっている。
そして部分材１の内側にはシリコーン樹脂などからなる
カバーバルーン９を挿入し、このカバーバルーン９の口
部は、部分材１および成形型７の貫通孔６，８を挿通し
て図示しない加圧装置に接続する。このカバーバルーン
９の厚みは０．０５〜２mmのものを用いることができ、
好ましくは０．２〜１mmのものが用いられる。この状態
で、真空加熱装置内を排気して部分材１と成形型１７と
の間隙を減圧する。また、カバーバルーン９内に加圧媒
体を導入して内圧を印加するとともに加熱を施す。この
際の加圧媒体としては空気、窒素ガス等の気体でもよい
が、オイルなどの液体であってもよい。
【００１７】この加熱によって、部分材１および補強片
５は再び溶融状態となるとともに、排気ならびに加圧に
よってその内方から外方に向けて加圧されることにな
り、径方向の寸法が拡がり、成形型の内面の形状にそっ
た形状に賦型される。この時、同時に部分材１および補
強片５内の強化繊維も径方向外方の力を受け、同様に拡
がろうとしてゆるみのない緊張状態となる。この加圧状
態を維持したまま、成形型を冷却すれば、強化繊維が緊
張状態のままマトリックスの熱可塑性樹脂中に固定され
ることになる。
【００１８】この加圧加熱の条件は、温度２５０〜２８
０℃、圧力８〜１５kg／cm2、時間１０〜３０分程度と
されるが、この範囲に限られるものではなく、使用する
熱可塑性樹脂の種類やヘッドの寸法、強化繊維量などに
応じて適宜変更することができる。また、部分材１と成
形型７との間隙の減圧の度合は、０．０１〜１mmＨｇ程
度でよい。また減圧した後、１〜３kg／cm2程度の予備
圧を印加して、２５０℃程度まで昇温し、この後に、内
圧を上昇させて加圧成形することもできる。そして、成
形型の冷却を５０〜８０℃程度になるまで行った後、加
圧状態を解除してカバーバルーンを抜き取り、成形型を
脱型すれば、図２（Ｂ）に示すようなヘッド形状の中空
成形体が得られる。この成形品は、接合部に補強片５が
添えられ、かつ表面は補強片による凹凸がなく滑らかな
ものとなる。
【００１９】尚、上記実施例では部分材１の形状として
ヘッドの概略形状を図１のように３分割して得られるも
のを示したが、この部分材１の形状はこれに限らず、適
宜の位置で複数に分割することができる。図３は部分材
１の形状の他の例を示したものである。図３に示したも
のは、ヘッドの概略形状を２分割して得られるもので、
フェース面２、ソール３の一部およびクラウン４の一部
を有する形状のものと、ソール３の一部とクラウン４の
一部を有する形状のものである。図４に示したものはヘ
ッドの概略形状を２分割して得られるもので、フェース
面２およびソール３を有する形状のものと、クラウン４
を有する形状のものである。
【００２０】（実施例１）まず、シート状のプリプレグ
を用意した。ポリカーボネイトフィルム７枚と、カーボ
ンファイバクロス（ＣＦクロス ８ＨＳ、３９６ｇ／ｍ
2）７枚を交互に重ね、２００℃に加熱した。この温度
を維持した状態で、断続的に加圧を行い、樹脂の含浸均
質化、気泡の除去を行った。この加圧操作は３０kg／cm
2の圧力で８回行い、操作時間は１６分とした。この
後、さらに２５０℃まで加熱して、この温度を維持した
状態で、１５kg／cm2の圧力で２０分間連続して加圧を
行い、プリプレグシートを形成した。
【００２１】得られたプリプレグシートを用いて、深し
ぼりによって図１に示すような形状の部分材をそれぞれ
成形した。このとき、フェース面を有する部分材の形状
は、その周囲に５mmの折り返し部分を有するものとし、
ソールを有する部分材には貫通孔を設けた。また、部分
材の外寸は最終成形の際に用いられる成形型の内寸より
も小さく、その差は０．５mmとした。まず、上記プリプ
レグシートを上記部分材の形状を有する金型に配し、１
８０℃で６分間放置してプリプレグシートを軟化させた
後、この温度を維持しつつ、２分間プレスを行った。得
られた成形品の不要な端部を切り落として形を整えた。
さらに、各部分材相互の接合面をテーパ状に切削して幅
５mmの重なり部を形成した。
【００２２】一方、補強片を用意した。朱子織カーボン
ファイバクロスにポリカーボネイトを含浸してプリプレ
グシート（厚さ：０．５mm、繊維量：５０体積％）と
し、これを小片にカットして補強片とした。この補強片
の形状は長辺が約４０mm、短辺が約２０mmの長方形とし
た。このような補強片の長辺部分を部分材の周縁部に融
着させた。このとき、補強片はそれぞれの接合部の内外
両面に沿うように配置した。
【００２３】このようにして得られた部分材を仮組み立
ての状態として成形型内に装着した。また、部分材内に
厚さが０．５mmのシリコーンバルーンを挿入し、その口
部は貫通孔を挿通して加圧装置に接続した。さらに、成
形型を真空加熱装置内に収容し、この真空加熱装置内を
−７００mmＨｇに減圧した。次いで、上記シリコーンバ
ルーン内に窒素ガスを導入して予備圧を印加し、部分材
の内圧を３kg／cm2にするとともに、予備加熱を行い、
この装置内を２５０℃にした。さらに真空加熱装置内を
昇温させてその温度を２７０℃とし、シリコーンバルー
ン内に窒素ガスを導入して内圧を１０kg／cm2にし、こ
の状態で、２０分間放置した。この後真空状態を破り、
成形型を真空加熱装置から取り出し、これを冷却した。
成形型の温度が約８０℃になった時点で、加圧状態を解
除して成形型を脱型し、シリコーンバルーンを抜き取っ
てヘッド形状の中空成形体を得た。このようにして得ら
れた中空成形体は、その接合部において幅５mm重なり部
を有して接合一体化されるとともに、その内外両面に
は、接合部にそって幅２５mmの帯状に補強片が融着され
たものであった。
【００２４】（実施例２）上記実施例１において、補強
片を接合部の外面、すなわち成形した際に引張力を受け
る側に沿わせ、その補強片の厚さを１．０mmとした他は
同様にして、ヘッド形状の中空成形体を製造した。
【００２５】（実施例３）上記実施例１において、補強
片を接合部の外面、すなわち成形した際に引張力を受け
る側に沿わせた他は同様にしてヘッド形状の中空成形体
を製造した。
【００２６】（比較例１）上記実施例１において、補強
片を接合部の内面、すなわち成形した際に圧縮力を受け
る側に沿わせ、その補強片の厚さを１．０mmとした他は
同様にして、ヘッド形状の中空成形体を製造した。
【００２７】（比較例２）上記実施例１において、補強
片を接合部の内面、すなわち成形した際に圧縮力を受け
る側に沿わせた他は同様にしてヘッド形状の中空成形体
を製造した。
【００２８】（比較例３）実施例１において、接合部の
内外両面いずれにも補強片を沿わせない構成とするとと
もに、接合部の重なり部分の幅を１０mmとした他は同様
にして、ヘッド形状の中空成形体を製造した。
【００２９】（比較例４）実施例１において、接合部の
内外両面いずれにも補強片を沿わせない構成とした他は
同様にして、ヘッド形状の中空成形体を製造した。
【００３０】（試験例）上記実施例１〜３および比較例
１〜４で得られた中空成形体について、その接合部にお
ける曲げ破断荷重を調べ、これによって、それぞれの接
合強度を評価した。尚、曲げ破断荷重は試験を１０回行
った結果、その最大値、最小値、平均値をそれぞれ調べ
た。尚、参考例として、同様の繊維強化熱可塑性樹脂を
用い、接合せずに成形したものの曲げ破断強度を同様に
して調べた。結果を下記第１表に示す。さらに、第１表
の結果をグラフに表し図５に示した。図５において、縦
軸に曲げ破断荷重をとり、実施例１〜３、比較例１〜４
および参考例の試験結果をそれぞれ示した。＋は最大
値、○は最小値、□は平均値をそれぞれ表す。
【００３１】
【表１】
【００３２】これらの結果より、実施例１のように、接
合部の両面に補強片を沿わせた場合には、比較例３およ
び４のように、接合部に重なり部分を設けて接合させた
だけの場合よりも接合強度が向上することが認められ、
また参考例のように接合せずに成形した場合とほぼ同様
の強度が得られることが認められた。また、実施例２、
３および比較例１、２の結果より、補強片を接続部の片
面にのみ沿わせる場合には、曲げによって圧縮力を受け
る側（内面）ではなく、引張力を受ける側（外面）に補
強片を沿わせることによって接合強度を向上せしめるこ
とができることが認められた。
【００３３】
【発明の効果】以上説明したように本発明の繊維強化熱
可塑性樹脂成形品の製法は、繊維強化熱可塑性樹脂から
なる複数の部分材を接合して、中空の成形品を製造する
際に、上記部分材の接合部に、強化繊維に熱可塑性樹脂
を含浸したプリプレグからなる補強片を添え、中空の仮
組み立ての状態として成形型内に収め、内圧を印加しつ
つ加熱して接合一体化するものである。したがって、複
雑な形状の中空品であっても、繊維強化熱可塑性樹脂の
素材強度を損なうことなく、効率よく成形ができる。ま
た、部分材の接合部においても機械的強度に優れるとと
もに、補強片による凹凸もなく、連続かつ平滑な成形面
を有する良好な成形品が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の製法の一例で部分材の形状の例を示
す斜視図である。
【図２】 本発明の製法の一例で（Ａ）は部分材を成形
型内に挿入した状態を示す説明図、（Ｂ）は成形品を示
す説明図である。
【図３】 本発明の製法の部分材の形状の例を示す斜視
図である。
【図４】 本発明の製法の部分材の形状の例を示す斜視
図である。
【図５】 試験例の結果を示す図である。
【図６】 従来の製法の部分材の形状の例を示す斜視図
である。
【図７】 従来の製法の一例で部分材を成形型内に挿入
した状態を示す説明図である。
【図８】 従来の製法の一例で部分材の接合部の例を示
す断面図である。
【符号の説明】
１…部分材、５…補強片、７…成形型

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 繊維強化熱可塑性樹脂からなる複数の部
    分材を接合して、中空の成形品を製造する際に、 上記部分材の接合部に、強化繊維に熱可塑性樹脂を含浸
    したプリプレグからなる補強片を添え、中空の仮組み立
    ての状態として成形型内に収め、内圧を印加しつつ加熱
    して接合一体化することを特徴とする繊維強化熱可塑性
    樹脂成形品の製法。
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