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JP5158731B1 - 圧縮成形方法 - Google Patents

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JP5158731B1
JP5158731B1 JP2012092283A JP2012092283A JP5158731B1 JP 5158731 B1 JP5158731 B1 JP 5158731B1 JP 2012092283 A JP2012092283 A JP 2012092283A JP 2012092283 A JP2012092283 A JP 2012092283A JP 5158731 B1 JP5158731 B1 JP 5158731B1
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Abstract

【課題】同一の材料を型に供給する場合に供給開始から供給終了までの時間を短縮し、最初に供給した溶融材料と後に供給した溶融材料の温度の差を小さくした状態かまたは溶融材料の状態の変化を小さくした状態でプレス成形を行うことができるようにする。
【解決手段】型開された下型13に対して材料供給装置15,16から溶融材料Mを供給し、その後に下型13と上型12を閉鎖して前記溶融材料Mを圧縮する圧縮成形装置11において、前記下型13に対して同時に同一の溶融材料Mを供給する複数の材料供給装置15,16が備えられる。
【選択図】図1

Description

本発明は、型開された下型に対して材料供給装置から溶融材料を供給し、その後に下型と上型を閉鎖して前記溶融材料を圧縮する圧縮成形方法に関するものである。
樹脂等の溶融材料を型内で圧縮して成形する方法としては、型閉されたキャビティ内に溶融材料を射出装置から射出し、更に圧縮する射出圧縮成形方法が知られている。しかし前記射出圧縮成形方法は、射出時に溶融材料に高圧が掛かり繊維材料等が損傷を受ける場合があるという問題や溶融材料の流動性が悪い場合に射出時に充填が困難な場合があるという問題があり、型を開いた状態で溶融材料を下型のキャビティ面に供給後に上型と下型を閉鎖して圧縮を行う圧縮成形方法も知られている。後者の圧縮成形の場合、ポットから比較的硬めで原型を留めた溶融材料が型内に供給されるトランスファ成形とも呼ばれる圧縮成形と、射出装置または押出装置から流動状態の溶融材料が型内に供給されるスタンピング成形とも呼ばれる圧縮成形がある。
後者のスタンピング成形の場合は、材料供給装置から下型のキャビティ面に供給された樹脂材料は、外気に触れるとすぐに冷却が開始され、冷却が進行すると圧縮成形を行う際に支障を来たすという問題がある。そして特に大面積や大容積の成形品の場合には、最初に供給した溶融材料の冷却が進行して、後に供給した溶融材料と温度が許容範囲を超えて異なってしまうという問題があった。そして最初に供給した溶融材料と後に供給した材料の温度が許容範囲を超えて異なった状態でプレス成形を行うと、溶融材料の流動性の差から成形品に偏荷重がかかったり、冷却収縮に差が出たりして精度が高い成形品が出来にくいという問題があった。
このようなスタンピング成形に関するものとして、特許文献1、特許文献2に記載されたものが知られている。特許文献1は、材料供給装置である射出機の管体部に複数のノズルを設けることにより、複数のキャビティに対して同時に合成樹脂材を供給可能であることが記載されている。また特許文献2は、2色の異なる樹脂からなる成形品に対してそれぞれの材料供給装置から別個に溶融材料を供給して、その後にプレス成形を行うことが記載されている。
特開平6−55562号公報(請求項1、図1) 特開平9−52245号公報(0018、図2)
しかしながら特許文献1においては、複数のノズルの間隔は供給中に変更できないので、溶融状態の合成樹脂の供給位置に限定を受けるものであり、1個のキャビティに対して満遍なく溶融材料を供給することは難しいものであった。また大面積や大容積の成形品の場合には、材料供給量が追いつかないという問題があった。またそうであれば単に材料供給装置を大型化すれば材料供給量の問題は事足りるようにも考えられるが、材料供給装置を大型化するに従って供給装置全体やスクリュ等の可動部の重量が重くなり、高速で移動する可動部を精度よく停止させることが慣性力の関係から難しくなる。またそれでも高速で移動する可動部を精度よく停止させようとすると機構は非常に高額なものとなる。また一定以上の大型の材料供給装置は、部品が特注品となる場合が多く、半分の吐出能力の材料供給装置2台よりも高額なものとなる場合も多い。
また特許文献2は、2色の異なる樹脂からなる成形品に対してそれぞれの材料供給装置から別個に溶融材料を供給するものであり、本発明が課題とするような最初に供給した樹脂が冷却が進行することによる圧縮成形時の不良対策というようなことは想定されていない。単に材料が異なるのでそれに応じてそれぞれ異なる材料供給装置が必要だというレベルのものであった。
そこで本発明では、同一の材料を型に供給する場合に供給開始から供給終了までの時間を短縮し、最初に供給した溶融材料と後に供給した溶融材料の温度の差を小さくした状態かまたは溶融材料の状態の変化を小さくした状態でプレス成形を行うことができる圧縮成形方法を提供することを目的とする。
本発明の請求項1に記載の圧縮成形方法は、型開された下型に対して材料供給装置から溶融材料を供給し、その後に下型と上型を閉鎖して前記溶融材料を圧縮する圧縮成形方法において、面積1600cm 以上の成形品を成形する下型の1個のキャビティ形成面に対して加熱筒内にスクリュを内蔵し同一の溶融材料を供給する材料供給装置が複数備えられ、前記材料供給装置は溶融材料供給時にそれぞれが独立して移動可能な移動装置を有するともに、前記下型のキャビティ形成面への炭素繊維と樹脂の混合材料からなる溶融材料の供給は前記複数の材料供給装置から同時に領域が区分された別の位置へ行うことを特徴とする。
本発明の請求項2に記載の圧縮成形方法は、請求項1において、前記下型には、炭素繊維またはプリプレグシートが供給されており、そこに炭素繊維を含む樹脂からなる溶融材料を供給することを特徴とする。
本発明の圧縮成形方法は、型開された下型に対して材料供給装置から溶融材料を供給し、その後に下型と上型を閉鎖して前記溶融材料を圧縮する圧縮成形方法において、面積1600cm 以上の成形品を成形する下型の1個のキャビティ形成面に対して加熱筒内にスクリュを内蔵し同一の溶融材料を供給する材料供給装置が複数備えられ、前記材料供給装置は溶融材料供給時にそれぞれが独立して移動可能な移動装置を有するともに、前記下型のキャビティ形成面への炭素繊維と樹脂の混合材料からなる溶融材料の供給は前記複数の材料供給装置から同時に領域が区分された別の位置へ行うので、最初に供給した溶融材料と後に供給した溶融材料の温度の差を小さくした状態でプレス成形することができる。
本実施形態の圧縮成形方法に用いる圧縮成形装置の平面図である。 平面図において矢印A方向から見た側面図である。 2本の材料供給装置からの下型への溶融材料の供給方法を示す図である。
図1、図2により本実施形態の圧縮成形方法に用いる圧縮成形装置11について説明する。本実施形態の圧縮成形方法に用いる圧縮成形装置11は、炭素繊維を含有する樹脂が溶融された溶融材料Mを上型12と下型13の間で圧縮するプレス装置14と、前記溶融材料Mの材料供給装置15,16が設けられている。そしてプレス装置14と第1の材料供給装置15による供給位置a1の間には下型13の移動装置17が設けられている。
プレス装置14について説明すると、図1、図2に示されるように、下盤である固定盤18の四隅近傍には4本のタイバ19が立設されており、タイバ19の上部は、上盤である受圧盤20の四隅近傍に固定されている。また固定盤18と受圧盤20の間には、可動盤21がタイバ19に挿通されて上下方向に移動可能となっている。受圧盤20には加圧機構である圧縮用シリンダ22が設けられ、圧縮用シリンダ22のラムにはハーフナット25が取付けられ、可動盤21の背面に固定されたメカニカルラム23と係合可能となっている。また受圧盤20と可動盤21の間には型開閉機構である型開閉シリンダ24が設けられている。なお圧縮用シリンダ22は、各タイバ19の部分に設けられ平行制御を行えるものでもよい。更に圧縮用シリンダ22および型開閉シリンダ24は電動機構を用いたものでもよく、例えばトグル機構により圧縮成形を行うプレス装置であってもよい。
プレス装置14の可動盤21の下面には上型12が取付け可能となっている。また固定盤18の上面の加圧位置a2には下型13が固定可能となっている。プレス装置14の下型13は、下型取付板26に取付けられ、プレス装置14の内部の加圧位置a2を含み加圧位置a2とプレス装置14の外部の供給位置a1の間で、図1における一側および他側方向であるX方向に移動可能なものである。そして固定盤18の一側(図1において左側)には、下型13の移動装置17が連結・固定されている。前記下型13の移動装置17の上面は、固定盤18の上面と同じ高さとなっており、下型13を移動させるための2本のガイドレール27が両方の上面に亘って設けられている。そして前記ガイドレール27に沿って下型取付板26が移動されるようになっている。図示はしないが、下型取付板26の下面側は、バネを介して転動ボールまたは車軸と車輪が設けられており、下型取付板26が下型13をプレス装置14の内部の加圧位置a2とプレス装置14の外部の供給位置a1の間で移動する場合は、固定盤18の上面や移動装置17の上面から下型取付板26の下面が浮き上がるようになっている。また固定盤18の加圧位置a2で上型12と下型13が型閉され圧縮成形がなされる際は、前記バネが収縮されて、固定盤18の上面と下型取付板26の下面が密着するようになっている。
下型13の移動装置17の駆動源はサーボモータ28であって、移動装置17の供給位置a1側の側面にサーボモータ28が固定されている。そして前記ガイドレール27と平行にボールネジ29が設けられ、ボールネジ29の一方はベアリングを介して移動装置17の上面に回転自在に固定され、他方はべリングを介して固定盤18の上面に回転自在に固定されている。また前記ベアリングよりも更に一方寄りのボールネジ29の端部近傍には従動プーリ30が固定され、サーボモータ28の駆動プーリ31との間に駆動力伝達用のタイミングベルト32が掛け渡されている。更に前記下型取付板26の側面にはボールネジナット33が固定され、ボールネジナット33には前記ボールネジ29が挿通されている。そしてサーボモータ28が駆動されると、ボールネジ29が回転され、ボールネジナット33と下型取付板26と下型13が一側および他側方向のX方向に直線運動されるようになっている。なお下型13の移動装置17の構造についてはこれに限定されず、下型13がX方向に加えてX方向と直交する方向にも移動するものでもよい。
プレス装置14に取付けられて使用される金型13,14について説明すると、下型13は供給した溶融材料Mがこぼれないように凹型(キャビ型)にすることが望ましく、上型12は凸型(コア型)にすることが望ましい。また下型13は溶融材料Mを供給してから移動するので、その間に溶融材料Mの固化が過度に進行しないように、加熱機構を有することが望ましい。加熱機構としてはヒータや、金型内に供給される媒体を加熱媒体と冷却媒体に切換えられる機構が用いられる。また下型13の移動装置17の上方に供給した溶融材料Mの固化が進行しないように赤外線照射やヒータなどの熱源を設けてもよい。そして下型13に加熱機構が設けられる場合は、成形品の反りの発生の問題から、上型12にも加熱機構が設けられることが望ましい。図示しない突出装置は上下いずれかの金型に設けられる。なお本実施形態では1個の下型13に1個のキャビティ形成面34が形成された例について説明したが、上型12、下型13、キャビティ形成面34等の個数は複数であってもよく限定されない。
次に主に図1、図2により第1の材料供給装置15について説明する。第1の材料供給装置15は、移動装置35により、下型13の移動装置17および移動方向と略水平面上において交差方向に移動可能となっている。本実施形態において第1の材料供給装置15は、下型13の移動方向であるX方向に直交するY1方向に移動される。しかし発明としては直交方向に移動されるものに限定されず、下型13の移動方向Xに対して交差方向に移動するものでもよい。第1の材料供給装置15の移動方向の角度は、45度以上の角度であることが望ましく、更には60度以上がより一層望ましい。そして直交する90度が最も望ましい。また図1等のように下型13を一側および他側方向へ移動させるものとは異なるが、下型が加圧位置からロータリテーブル等により1点を中心として円弧方向にプレス装置の外部に移動される場合は、その円弧の移動軌跡に対して中心からの放射方向の線に沿って第1の材料供給装置を移動させることが望ましく、その場合も交差方向に移動に該当する。そして前記放射方向の線に対して45度以内に第1の材料供給装置が移動する場合も望ましい例に含まれる。
図2に示されるように第1の材料供給装置15の移動装置35は、ベースまたは床面上に2本のガイドレール36が設けられ、ガイドレール36上を第1の材料供給装置15の基台37が移動可能となっている。またベースまたは床面上には、ボールネジ38が回転可能に配置され、基台37に固定されたボールネジナット50が前記ボールネジ38に挿通されている。またボールネジ38の端部近傍には従動プーリ39が固定され、サーボモータ40の駆動プーリ41との間にはタイミングベルト42が掛け渡されている。従ってサーボモータ40の駆動により、第1の材料供給装置15の基台37とボールネジナット50とが直線運動されるようになっている。なお移動装置35は、基台37と移動装置17の側面の間に取り付けてもよく、構造については限定されない。
第1の材料供給装置15の基台37上に載置されているのは、射出成形機の射出装置とほぼ同じ機能を有する可塑機能と射出機能を有する装置である。基台37上に固定的に立設された前プレート43にはヒータが取付けられた加熱筒44が挿通されている。また前プレート43には垂直方向に成形材料の供給口45が設けられ、供給口45の下方は加熱筒44の孔を通じて加熱筒内部に連通している。また供給口45の上方には、フィードスクリュを有する成形材料フィード装置46が接続されている。加熱筒44の先端にはヒータが取付けられたノズル47が取付けられている。本実施形態のノズル47の先端には、供給孔48が下方を向けられたダイ49が取付けられている。ダイ49の供給孔48は所定の幅と長さを有している。そしてノズル47の先端に取付られるダイ49の部分は、下型13のキャビティ面34の形状や面積に応じて最適なものに交換可能となっている(ノズル47ごと交換する場合も含む)。またダイ49は、溶融材料Mの流動性や溶融材料Mに含まれる炭素繊維等の切れ等の問題から、成形材料によっても異なるダイ49に交換される。ノズル47の先端のダイ49、またはその手前のノズル47の部分には、流路を開閉するバルブ(図示せず)が設けられることが多い。
前プレート43の後方には所定の距離を隔てて前プレートと平行に後プレート51が設けられている。前プレート51の前面側の加熱筒44の両側には、それぞれ射出用のサーボモータ52が設けられ、後プレート51の両側にもそれぞれボールネジナット53が設けられている。そして前記サーボモータ52の駆動軸に直結されるボールネジ54が前記ボールネジナット53に挿通されている。また加熱筒44の内部には逆流防止弁が取付けられた射出成形用として一般的なスクリュ(図示せず)が配置されて、スクリュの軸の後端は、スリーブやカップリング等を介して後プレート51の後面に固定された計量用のサーボモータ55の駆動軸に固定されている。
従って加熱筒内のスクリュは、前記計量用のサーボモータ55の駆動により回転され、射出用のサーボモータ52の駆動により、前後進されるようになっている。なお第1の材料供給装置15の構造は前記したものに限定されず、3枚のプレートを有するものでもよく、射出用のサーボモータは1個でもよい。また射出用や計量用の駆動源は油圧を用いたものでもよい。更には溶融材料Mをプランジャで押出す材料供給装置や、加熱筒内のスクリュが回転のみして溶融材料を押出す押出式の材料供給装置を第1の材料供給装置として用いてもよい。
第2の材料供給装置16は、前記第1の材料供給装置15と向かい合う形(ノズル47aとノズル47bが近接してそれぞれ供給位置a1に向けられた形)に配置されている。第2の材料供給装置15は、第2の材料供給装置15とほぼ同じ構造であるので、細部の説明を省略する。そして第2の材料供給装置16は、第1の材料供給装置15と同様に、下型13の移動方向であるX方向に直交するY2方向に移動されるようになっている。なお第2の材料供給装置16の移動方向はX方向に交差する方向であってもよく、下型13と同じX方向であってもよい。
本実施形態では、第2の材料供給装置16は、第1の材料供給装置15と同じ大きさで同じ吐出量のものが設けられているが、異なる大きさで異なる吐出量のものや異なる性格のものを設置してもよい。第2の材料供給装置16は、ノズル47bごと全部、またはノズル47bのダイ49bだけを用途に応じて別のものに交換できる点においても第1の材料供給装置15と同じである。そして第1の材料供給装置15のダイ49aと第2の材料供給装置16のダイ49bは、供給量または供給幅が同じものが使用されることもあるが、別のものが使用されることもある。
次に本実施形態の圧縮成形装置11を用いた圧縮成形について説明する。本実施形態では使用される材料として熱可塑性樹脂(たとえばポリカーボネート)に炭素繊維を配合した混合材料(CFRP)を使用した例について記載する。前記混合材料としては、熱可塑性樹脂の場合は、ポリカーボネートの他、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリアミド、ABS等の少なくとも一種類の樹脂が選ばれる。また熱硬化性樹脂の場合は、エポキシ、ポリウレタン、フェノール等の少なくとも一種類の樹脂から選ばれ、熱可塑性と熱硬化性樹脂の混合樹脂でもよい。また流動性の悪い材料としては、炭素繊維の他、ガラス繊維、植物繊維、化学繊維等の別の繊維を含有するものや、カーボンと樹脂の混合物などがあげられ、本実施形態の圧縮成形方法に用いる圧縮成形装置11は、それらの成形材料の成形にも向いている。
成形の手順としてはまず、プレス装置14が型開された状態で、サーボモータ28が駆動されて下型取付板26と下型13がプレス装置14の外部の供給位置a1へ移動され、一旦位置決め停止される。下型13の供給位置a1への移動までに第1の材料供給装置15と第2の材料供給装置16は、それぞれ計量用のサーボモータ40を回転させるとともに射出用のサーボモータ52で背圧を加えて、加熱筒44内のスクリュの前方への溶融材料Mである炭素繊維含有のポリカーボネート樹脂の計量(貯留)が行われている。第1の材料供給装置15と第2の材料供給装置16から供給される溶融材料Mは同一の溶融材料Mである。そして溶融材料Mの供給時の温度も同一であることが望ましい。そして図3に示されるように、第1の供給装置15のノズル47aのダイ49は、供給位置a1の上方のうち領域1(図3において斜線部分)の上方で待機している。また第2の供給装置16のノズル47bのダイ49bは、供給位置a1の上方のうち領域2の上方で待機している。なお第1の供給装置15は、ノズル47aのダイ49aが領域1の上方に位置した状態で計量を行ってもよく、供給位置a1以外で計量を行い計量後に領域1の上方に移動するものでもよい。また第2の材料供給装置16についても同様である。
なお材料供給装置15,16の数は2本に限定されず3本以上の複数であってもよい。3本の場合は、図1において下型13に対して3方向からノズルが向けられるように第3の材料供給装置が配置される。3本以上の材料供給装置から溶融材料Mを供給する場合は、少なくとも2本が同一の溶融材料Mを供給する裁量供給装置であればよく、他の種類の溶融材料を供給するものを除外するものではない。
前記したようにこの際の下型13は、キャビティ面34が加熱されている。そして下型13のキャビティ面34の上に第1の材料供給装置15と第2の材料供給装置16から同時に同一の溶融材料Mである炭素繊維を含有した樹脂が供給される。第1の材料供給装置15からの溶融材料Mの供給は、ノズル47aの図示しないバルブが開かれ、射出用のサーボモータ52が駆動されてスクリュが前進移動され、ダイ49aの供給孔48aから溶融材料Mが下型13のキャビティ面34の領域1に落下されることにより行われる。また第2の材料供給装置16からは、前記第1の材料供給装置15と同一の溶融材料Mがキャビティ面の領域2に供給される。この際の第1の材料供給装置15と第2の材料供給装置16からの溶融材料Mの供給は、同時に行われる。しかしそのタイミングは、供給時間の短縮を目的として同時に供給がなされている時間があればよく、それぞれの供給開始時間や供給終了時間は同一でなくてもよい(本発明の同時とは、開始時間および終了時間の一致を意味するものではない)。
本実施形態では第1の材料供給装置15と第2の材料供給装置16から下型13のキャビティ面34への溶融材料Mの供給は、図3のように行われる。即ち第1の材料供給装置15は供給孔48aがキャビティ外側寄りの1Aの位置から溶融材料Mの供給を開始し、第1の材料供給装置15がY1方向へ前進して供給孔48aがキャビティ中心寄りの1Bの位置で移動を停止する。一方同じタイミングで第2の材料供給装置16は供給孔48bがキャビティ中心寄りの2Aの位置から溶融材料Mの供給を開始し、第2の材料供給装置16がY2方向へ後退して供給孔48bがキャビティ外側寄りの2Bの位置で移動を停止する。そしてそれぞれの材料供給装置15,16の前進または後退を停止させた状態(溶融材料Mの供給は継続した状態)で、下型移動装置17のサーボモータ28を作動させて下型13をX方向のうちのプレス14に向けて一定距離移動させる。そのことにより第1の材料供給装置15の供給孔48aは、1Cの位置に相対的に移動され、また第2の材料供給装置16の供給孔48bは、2Cの位置へ移動される。そして次に下型13の移動装置17を停止させた状態で、第1の材料供給装置15を後退させ、第2の材料供給装置16を前進させる。そのような材料供給装置15,16と下型13の移動装置17の移動を繰り返して、下型13の上方で供給孔48a,48bを図3に示される点線のように移動させる。
そして第1の材料供給装置15の供給孔48aが1Dの位置に到達し、第2の材料供給装置16供給孔48bが2Dの位置に到達するまでに、両方の供給装置15,16の加熱筒44内のスクリュが所定位置まで前進されるように制御し、正確な量の溶融材料Mが下型13上に供給される。溶融材料Mの供給が終了すると第1の材料供給装置15と第2の材料供給装置16のノズル47a,47bは、それぞれバルブが閉鎖され、下型13上のキャビティ面34への溶融材料Mの供給が終了される。
このようにして第1の材料供給装置15、第2の材料供給装置16、下型13の移動装置17を移動させることにより、第1の材料供給装置15からは領域1内にほぼ満遍なく溶融材料Mが供給され、第2の材料供給装置16からは領域2内にほぼ満遍なく溶融材料Mが供給される。またこの際に制御により、両方のノズル47a,49bが干渉することはない。そして本発明は、課題の欄でも記載したように、全体の供給時間を短縮でき、下型13に最初に供給した溶融材料M1と後に供給した溶融材料M1の温度の差(特に表面温度の差)または溶融材料Mの状態の変化を小さくを小さくできる。よって本発明では、一つの設定温度にしか制御できない下型13を使用した場合も溶融材料Mの温度低下を抑制することができる。そして本発明の圧縮成形方法は、面積の大きい成形品の成形に有利であり、1600cm 以上の場合が一定以上の効果があり、2500cm以上の場合は非常に効果が大きい。容積についてもそれ以下の容積のものを否定するものではないが、容積の大きい成形品の成形に有利であり、一例として800cm以上の場合が効果が大きく、1250cm以上の場合は非常に効果が大きい。
本実施形態では、第1の材料供給装置15のY1方向の移動および第2の材料供給装置16のY2方向の移動と、下型13のX方向の移動を組合わせることにより、供給のバリエーションを拡げることができる。上記においてノズル47a,47bを移動停止した状態での下型13の移動装置17の移動距離を長くするとともに、その次に移動装置17を移動停止した状態でノズル47a,47bの移動距離を短くしてもよい。また比較的温度が低下しにくい中央部から周辺部に向けて溶融材料Mを供給するものでもよい。上記以外に第1の材料供給装置15のY1方向への移動または第2の材料供給装置16のY2方向の移動と、下型13のX方向への移動を同時に行って下型13に対する供給孔48a,48bの相対的な移動方向を斜め方向へ行うこともでき、二次元方向の水平面をカバーしてキャビティ面34の所望の場所に自在な供給を行うことができる。
そして本実施形態では、ノズル47a,47bの供給孔48a,48bと下型13のキャビティ面34の相対的な移動は、サーボモータ40,40とサーボモータ28によってそれぞれ制御されて移動されるので高速にて正確な移動を行うことができる。この際に材料供給装置15,16を1台の場合と比較して小さくすることができ、汎用性のある装置を用いるとコストダウンとなる場合も多い。更には溶融材料Mの供給時のX方向の移動は下型13をプレス装置14の外部へ引き出すための移動装置17の移動機構を使用するので、わざわざ材料供給装置15,16側に2方向に向けて移動する機構を設ける必要がない。そのため重量物である材料供給装置15,16が複雑化しない(ただし材料供給装置15,16がX方向に移動するものを除外しない)。
また上記の実施形態ではキャビティ面34に対して、第1の材料供給装置15と第2の材料供給装置16から供給される領域が完全に区分されているが、重複するものでもよい。一例としては、第1の材料供給装置15から溶融材料Mを供給した上に、更に全体に対してか、または部分的に第2の材料供給装置16から樹脂材料Mを供給してもよい。また第1の材料供給装置15の47aの供給孔48aと第2の材料供給装置16のノズル48bの供給孔48bの形状を相違させてもよい。その場合は、成形品の形状が不定形であって面積の小さい部分や細く突出した部分があったとしても、それぞれのノズル48a,48bを使い分けることにより、溶融材料Mの良好な供給が可能となる。また前記のものは、リブや肉厚部がある場合であっても、幅広の供給孔からシート状の供給された溶融材料Mの上に、幅狭の供給孔から帯状または点状等に溶融材料Mを追加供給することもできる。従って材料供給装置15,16からの溶融材料Mの供給は、時間短縮のためには連続的に行うことが望ましいが、一部において断続的に行ってもよい。
また上記の実施形態では、第1の材料供給装置15、第2の材料供給装置16、下型13が移動されるものについて記載したが、前記のうちの少なくとも一つ(全てを含む)は移動停止した状態で溶融材料Mを供給するものでもよい。その場合でも下型13上には材料供給装置15,16の数に応じて材料供給地点ができるので、1本の材料供給装置の場合よりも有利である。また炭素繊維は樹脂と混合されてCFRPの状態で供給される例について記載したが、最初から炭素繊維等の繊維のみ、またはプリプレグシート状のものが下型13に供給されており、そこに炭素繊維等の繊維を含む樹脂か或いは炭素繊維等の繊維含まない樹脂からなる溶融材料Mを供給するものでもよい。
本発明において下型13は、プレス装置14に固定状態に取付けられて移動しないものでもよい。その場合は、下型14をプレス装置14から引き出す移動装置17が不要となる。ただしその場合、第1の材料供給装置15と第2の材料供給装置16のノズル47a,47bをプレス装置14内で型開された上型12と下型13の間に侵入させる必要があるので、プレス装置14の型開量を大きくする必要がある。また下型13は移動不能なので、下型13を移動させながら溶融材料Mを供給することはできなくなる。
次に下型13の移動装置17のサーボモータ28が駆動され、下型取付板26と下型13がプレス装置14の加圧位置a2に移動される。なおサーボモータ28は、溶融材料Mの供給時から連続的に駆動され下型13が停止せずにそのまま加圧位置a2へ移動されるものでもよい。前記において溶融材料Mの供給とともに下型13をプレス装置14側へ近づけておくと、プレス装置14への下型13の移動時間を短縮できる。そしてプレス装置14の加圧位置a2において下型取付板26は位置決め停止され、更に図示しない位置決めピン等で固定される。そして型開閉シリンダ24が作動して上型12が下降し、上型の凸部が下型13の凹部と嵌合されるかその直前で、ハーフナット25が作動されてハーフナット25とメカニカルラム23の係合溝が係合される。そして次に圧縮用シリンダ22が駆動される。その際に固定盤18に対して僅かに浮上している下型取付板26が固定盤18とは密着され、加圧力が固定盤18に伝達されることは上記した通りである。
そして下型13の凹部のキャビティ面34と上型のキャビティ面の凸部が嵌合されてその間に形成されたキャビティ内で溶融材料Mは圧縮され、附形される。なお下型13と上型12とが当初加熱されている場合は、圧縮されている途中から冷却に切換えられ、溶融材料Mの冷却固化が促進される。そして所定時間が経過するとプレス装置14の圧縮用シリンダ22および型開閉シリンダ24が型開方向に作動して、下型13から上型12が上昇し、成形品が取出し可能となる。なお上型12はプレス装置14に固定的に取付られていてプレス装置14内で下型13と型閉されるのが一般的であるが、型開閉機能を有する下型と上型の組合せがプレス装置14の外部に移動できるものや溶融材料Mが供給された下型13上に対してプレス装置14とは別の位置で上型12を型閉するものでもよい。
更には図1の実施形態、供給位置a1において、下型取付板26等と下型13等を第1の材料供給装置15に対して上下方向に移動させるようにしてもよい。
また更には下型取付板26等または下型13等にバイブレータを取付けることにより、下型13等のキャビティ面34等に供給された溶融材料Mに下型を介して振動を与えることができる。溶融材料Mに振動を与えることにより、溶融材料Mの流動化を促進することができる。
本発明については、一々列挙はしないが、上記した本実施形態のものに限定されず、当業者が本発明の趣旨を踏まえて変更を加えたものについても、適用されることは言うまでもないことである。本発明に用いられる成形材料は、流動性の低いものであって、炭素繊維、ガラス繊維、その他の繊維等を含むものが想定されるがそれらに限定されず、一例としてセラミックス、含水有機材料等の成形材料も用いることができる。
また本発明により成形される炭素繊維を含む成形品としては、航空機や自動車等の車輌の外郭構造体や部品、パレット、建築部材等の軽量化と強度の両方を求められるものが主に成形される。また本発明は、その中でも特に面積または容積が大きい成形品に対して有効である。
11 圧縮成形装置
12 上型
13 下型
14 プレス装置
15 第1の材料供給装置
16 第2の材料供給装置
17 移動装置
18 固定盤
21 可動盤
26 下型取付板
34 キャビティ面
47a,4b ノズル
48a,48b 供給孔
1,2 溶融材料が供給される領域
M 溶融材料(炭素繊維を含む溶融材料)
X 下型の移動方向(一側および他側方向)
Y1 第1の材料供給装置の移動方向
Y2 第2の材料供給装置の移動方向

Claims (2)

  1. 型開された下型に対して材料供給装置から溶融材料を供給し、その後に下型と上型を閉鎖して前記溶融材料を圧縮する圧縮成形方法において、
    面積1600cm 以上の成形品を成形する下型の1個のキャビティ形成面に対して加熱筒内にスクリュを内蔵し同一の溶融材料を供給する材料供給装置が複数備えられ、前記材料供給装置は溶融材料供給時にそれぞれが独立して移動可能な移動装置を有するともに、
    前記下型のキャビティ形成面への炭素繊維と樹脂の混合材料からなる溶融材料の供給は前記複数の材料供給装置から同時に領域が区分された別の位置へ行うことを特徴とする圧縮成形方法。
  2. 前記下型には、炭素繊維またはプリプレグシートが供給されており、そこに炭素繊維を含む樹脂からなる溶融材料を供給することを特徴とする請求項1に記載の圧縮成形方法。
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