JP2022062870A - 繊維強化樹脂材の成形品製造装置および成形品の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
プレス成形は、一対の金型(一般的には、一方:雌形状の上金型(キャビティ)、他方:雄形状の下金型(コア))を油圧シリンダあるいは電動モータで駆動されるスライドで上下させ、前記一対の金型の間(下金型の上)に挿置した加工素材(例えばプリプレグ)をプレスで加熱圧縮して所要の形状に成形し、冷却した後に上下の金型を開いて製品として取り出す。
特許文献1では、成型素材に所要の形状を付与するための一対の金型の一方の転写成型部と他方の転写成型部に加熱手段(ヒーター)が埋設されており、成型素材に直接的に熱エネルギーを供給するように隣接配置されている。一方、冷却手段としての冷水の流路は可動金型と固定金型の上記転写成型部とは反対側、すなわち、加熱手段の外側に設けられている。
上下一対の金型に熱エネルギーを供給する加熱手段を前記一対の金型を冷却する冷却手段を介して当該一対の金型の各背面に設置すると共に、前記冷却手段とは接離可能に配置したことを特徴とする繊維強化樹脂材の成形品製造装置。
前記上金型は、前記キャビティとは反対側である背面に接合配置された上冷却プレートと、前記上冷却プレートに対して接離可能に熱的接触配置された上加熱プレートとで上側ユニットを構成し、前記下金型は、前記コアとは反対側である背面に接合配置された下冷却プレートと、前記下冷却プレートに対して接離可能に熱的接触配置された下加熱プレートとで下側ユニットを構成してなり、
前記上側ユニットを構成する前記上金型のキャビティと前記下側ユニットを構成する前記下金型のコアの間で当該下金型の前記コアの上に繊維強化樹脂素材を挿置する素材挿置工程と、
前記上側ユニットを構成する前記上金型の背面に接合されている上冷却プレートに接して設けられた前記上加熱プレートおよび前記下金型の背面に接合されている前記下冷却プレートに接して設けられた下加熱プレートを介して、前記上金型と前記下金型に熱エネルギーを伝達・供給した状態で前記繊維強化樹脂素材を加圧して加熱・圧縮しながらプレス成形するヒート工程と、
所要の加熱・圧縮処理の時間経過後、前記上金型と前記下金型への熱エネルギーの供給を停止すると共に、前記上冷却プレートおよび前記下冷却プレートに冷却媒体を供給して前記上金型と前記下金型および前記繊維強化樹脂素材を所与の温度に冷却するクール工程と、
前記繊維強化樹脂素材が所要の温度に冷却された時点で前記上側ユニットと前記下側ユニットとの加圧を解除して前記上金型と前記下金型を開き、繊維強化樹脂材成形品を取り出す成形品取出す工程と、
を含むことを特徴とする繊維強化樹脂材の成形品の製造方法。
図1は、本発明に係る繊維強化樹脂材の成形品製造装置の一実施例を示し、プレス機のベース13に設置されて、キャビティ1aを有する上金型1とコア2aを有する下金型2からなる上下一対の金型を用いたプレス成形装置である。なお、本実施例では、上金型1側に形成される雌(凹)形状をキャビティ1aとし、下金型2に形成される雄(凸)形状をコア2aとして説明しているが、キャビティ1a及びコア2aは、上下金型のいずれに形成されてもよく、特に限定するものではない。
加熱手段(5、6)は金型(1、2)を冷却する冷却手段(3、4)を介して当該一対の金型(1、2)の各背面に設置すると共に、加熱手段(5、6)を冷却手段(3、4)とは接離可能に配置している。
上加熱プレート5の四隅に穿設された上側ピン溝(ピン挿通穴)8a~8dには、図3に詳しく示したように、上側ユニットピン7a~7d(7c~7dは不図示)が上下移動可能かつ抜け出しが制限された状態で挿通している(図1参照)。
また、下加熱プレート6についても同様の構造となっていて、四隅に穿設された下側ピン溝(ピン挿通穴)10a~10dには、下側ユニットピン9a~9dが上下移動可能し、横ずれを抑制した状態で挿通している。下側ユニットピン9a~9dも、抜け出し可能になるように設置することができる。
なお、上下金型(1、2)は、それぞれ上下冷却プレート(3、4)と連結ネジ15で一体結合している。
また、下金型2は、コア2aとは反対側である背面に接合配置された下冷却プレート4と、下冷却プレート4に対して接離可能に熱的接触配置された下加熱プレート6とで構成した下側ユニット200を有する。
なお、上側ユニット100と下側ユニット200は上下を反転した状態では同じ構造であるので、主として上側ユニット100について説明する。
通常、金型と冷却プレートは別部品として製作される。これをプレス装置に組み込むときに、金型と冷却プレートとを熱移動がスムーズとなるように接触配置する。
また、冷却プレート(3、4)と加熱プレート(5、6)が “熱的接触配置”されるとは、上記の“熱的接合で配置”の状態を作るが、その接触が解除可能とされるように構成されていることを意味する。
上加熱プレート5は、上側ユニットピン7a~7d(7c、7dは図示せず)が上下距離制限のための段差のある上側ピン溝8aを滑動することによって、上冷却プレート3と接離するようになっている。
なお、上加熱プレート5と上冷却プレート3との間隔をD1、上側ユニットピン7a~7dの上面と上加熱プレート5の背面(スライドで押される面)との距離d1は、D1≦d1で、例えば1mm≦D1≦30mmである(本実施例では5mm)。
図5において、金属バルク材からなる上下冷却プレート(3、4)の内部には蛇管(冷却媒体流路)24、25が形成されており、本実施例ではこの中を冷却媒体として冷水を流す。なお、冷却媒体は冷却できるものであれば、特に限定されず、例えば、油であってもよい。
この冷却媒体は、冷却媒体源/開閉手段28から冷却媒体流路24、25を通り回収手段30に流通することで上下の金型(1、2)の温度を下げる。
加熱プレート(5、6)が冷却プレート(3、4)を介して上下の金型(1、2)に熱エネルギーを供給している期間では、上下の冷却プレート(3、4)への冷却媒体の供給を停止する。
カートリッジヒーター(26、27)は、制御手段などで発熱コントロールとオン・オフが制御される。
以下、図7Aと図7B及び図8を参照して本発明に係る製造方法の1実施例を説明する。
上金型1の背面には、上冷却プレート3が接合されており、この上冷却プレート3の背面に上加熱プレート5が上側ユニットバネ11a~11d(11c~11dは不図示)の伸張で離間された状態で設置されている。
すなわち、上下の金型(1、2)は、依然として加工素材(繊維強化樹脂素材14a)を圧縮状態に維持している状態を保持している。P5の段階では、上下の金型(1、2)による加工素材(繊維強化樹脂素材14a)への圧縮は維持される。
これにより、上下の金型(1、2)が開き、成形された加工品、すなわち繊維強化樹脂材14が取り出される(脱型される)(図7Bの(d))。(図8のP6)。
これにより、成形品の単価を削減することが可能となり、全体のコスト低減に寄与することができる。
(2)上側ユニット100を構成する上金型1の背面に接合されている上冷却プレート3に接して設けられた上加熱プレート5、及び下金型2の背面に接合されている下冷却プレート4に接して設けられた下加熱プレート6を介して、上金型1と下金型2に熱エネルギーを伝達・供給した状態で繊維強化樹脂素材を加熱・圧縮しながらプレス成形するヒート工程と、
(3)所要の加熱・圧縮処理の時間経過後、上金型1と下金型2への熱エネルギーの供給を停止すると共に、上冷却プレート3及び下冷却プレート4に冷却媒体(公的には冷水又は油)を供給して上金型1と下金型2及び繊維強化樹脂素材14aを所要の温度に冷却するクール工程と、
(4)繊維強化樹脂素材14aが所要の温度に冷却された時点で、上側ユニット100と下側ユニット200とを圧縮する加圧力を解除して、上金型1と前記下金型2を開き、繊維強化樹脂材成形品14を取り出す成形品取出す工程。
1a・・・キャビティ
2・・・下金型
2a・・・コア
3・・・上冷却プレート
4・・・下冷却プレート
5・・・上加熱プレート
6・・・下加熱プレート
7(a~d)・・・上側ユニットピン
8(a~d)・・・上側ピン溝
9(a~d)・・・下側ユニットピン
10(a~d)・・・下側ピン溝
11(a~d)・・・上側ユニットバネ
12(a~d)・・・下側ユニットバネ
13・・・ベース
14・・・繊維強化樹脂加工品(成形品)
14a・・・繊維強化樹脂素材
15・・・連結ネジ
16・・・上金型との接合面
17・・・下金型との接合面
18・・・バネ収容部
20・・・上冷却手段(上冷却プレート)
21・・・下冷却手段(下冷却プレート)
22・・・上加熱手段(上加熱プレート)
23・・・下加熱手段(下加熱プレート)
24,25・・・冷却媒体流路(蛇管)
26,27・・・加熱手段(カートリッジヒーター又は高周波電源)
28・・・冷却媒体源/開閉手段
30・・・回収手段
100・・・上側ユニット
200・・・下側ユニット
Claims (5)
- キャビティを有する上金型とコアを有する下金型からなる上下一対の金型を用いたプレス成形による繊維強化樹脂材の成形品製造装置であって、
上下一対の金型に熱エネルギーを供給する加熱手段を前記一対の金型を冷却する冷却手段を介して当該一対の金型の各背面に設置すると共に、前記冷却手段とは接離可能に配置したことを特徴とする繊維強化樹脂材の成形品製造装置。 - 前記上金型と前記下金型に熱エネルギーを供給する手段が、前記上下加熱プレートに設けた空洞に装填したカートリッジヒーター又は高周波電源であることを特徴とする請求項1に記載の繊維強化樹脂材の成形品製造装置。
- 前記上冷却プレートと前記下冷却プレートとで前記上金型と前記下金型を冷却する冷却手段が、前記上冷却プレートと前記下冷却プレートに埋設した蛇管を流れる冷水又は油であることを特徴とする請求項2に記載の繊維強化樹脂材の成形品製造装置。
- キャビティを有する上金型とコアを有する下金型を用いたプレス成形による繊維強化樹脂材の成形品製造方法であって、
前記上金型は、前記キャビティとは反対側である背面に接合配置された上冷却プレートと、前記上冷却プレートに対して接離可能に熱的接触配置された上加熱プレートとで上側ユニットを構成し、前記下金型は、前記コアとは反対側である背面に接合配置された下冷却プレートと、前記下冷却プレートに対して接離可能に熱的接触配置された下加熱プレートとで下側ユニットを構成してなり、
前記上側ユニットを構成する前記上金型のキャビティと前記下側ユニットを構成する前記下金型のコアの間で当該下金型の前記コアの上に繊維強化樹脂素材を挿置する素材挿置工程と、
前記上側ユニットを構成する前記上金型の背面に接合されている上冷却プレートに接して設けられた前記上加熱プレートおよび前記下金型の背面に接合されている前記下冷却プレートに接して設けられた下加熱プレートを介して、前記上金型と前記下金型に熱エネルギーを伝達・供給した状態で前記繊維強化樹脂素材を加圧して加熱・圧縮しながらプレス成形するヒート工程と、
所要の加熱・圧縮処理の時間経過後、前記上金型と前記下金型への熱エネルギーの供給を停止すると共に、前記上冷却プレートおよび前記下冷却プレートに冷却媒体を供給して前記上金型と前記下金型および前記繊維強化樹脂素材を所与の温度に冷却するクール工程と、
前記繊維強化樹脂素材が所要の温度に冷却された時点で前記上側ユニットと前記下側ユニットとの加圧を解除して前記上金型と前記下金型を開き、繊維強化樹脂材成形品を取り出す成形品取出す工程と、
を含むことを特徴とする繊維強化樹脂材の成形品の製造方法。 - 前記上金型と前記下金型への熱エネルギーの供給を停止する際に、前記上加熱プレートおよび前記下加熱プレートのそれぞれと前記上冷却プレートおよび前記下冷却プレートとの熱接合を解除する加熱プレート退避工程を含むことを特徴とする請求項に記載の繊維強化樹脂材の成形品の製造方法。
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