JP3184824B2 - 加熱真空成形装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱可塑性合性樹脂
から成る被成形材を加熱軟化させ、成形型に押付け、真
空吸引して型の形状を再現する加熱真空成形装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】サンドイッチ構造のコア材として、近年
ハニカムコアに代えて発泡プラスチックコア（以下、発
泡コアと略す）が注目されており、たとえば、航空機や
高速鉄道車両の外板、またはブレードの芯材として採用
されている。このような発泡コアは、等方性を有し、耐
衝撃性に優れ、複雑な形状に成形可能など、優れた特徴
を備えている。

【０００３】発泡コアの成形方法として、従来から平板
を切断する機械加工法、またはプレス成形法などがあ
る。しかしながら、機械加工法では加工形状に制約があ
り、またプレス成形法ではプレス型（マッチドダイ）が
高価であり、プレス設備を必要とし、コストが高くなる
といった問題がある。これらの問題を解決する方法とし
て、真空成形法（ストレッチ成形法）がある。

【０００４】真空成形法は、真空テーブルと加熱装置を
備え、真空テーブル上に成形型を配置し、加熱装置で、
発泡プラスチックである被成形材を加熱して軟化させ、
この軟化した被成形材を真空テーブル上の成形型に載置
し、さらにその上からストレッチラバーで覆い、真空引
きを行う。真空引きを行うと、ストレッチラバーととも
に軟化した被成形材が成形型に押付けられ、型の形状が
忠実に再現される。その後冷却して硬化させ、型から取
り外し、不要なエキセス部のトリミングを行う。このよ
うにして比較的低コストで、発泡コアを成形することが
できる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、真空成
形法では加熱装置で加熱してから成形型に押し付けるま
での間に被成形材の表面温度が急激に下がり、温度が低
下すると賦形性が悪くなるといった問題を有する。

【０００６】また、従来の真空成形法では型と被成形材
との位置決めが難しいため、被成形材を大きくする必要
があったが、このためにエキセスを広く取らねばならな
いといった問題もあった。

【０００７】本発明の目的は、被成形材を加熱軟化して
から成形型に押し付けるまでのあいだの被成形材の温度
低下を防ぎ、さらに被成形材と成形型との位置ずれを防
ぐことができる加熱真空成形装置を提供することであ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の本発明
は、成形型および加熱手段を有し、熱可塑性合成樹脂か
ら成る板状の被成形材を加熱手段で加熱軟化させ、成形
型に押付け、真空引きして成形する加熱真空成形装置に
おいて、伸縮性、耐熱性および断熱性を有し、成形型に
臨む面に透孔が形成されるシートで、保温のために被成
形材全体を覆った状態で加熱軟化させ、その後、成形型
への押し付け、および真空引きを行うことによって、加
熱された被成形材が保温状態で真空成形されることを特
徴とする加熱真空成形装置である。

【０００９】本発明に従えば、被成形材は伸縮性を有
し、かつ耐熱性を有するシートに覆われた状態で加熱手
段で加熱されて軟化する。その後、シートで覆った状態
で被成形材を成形型へ押しつけ、真空引きして真空成形
を行う。このように、本発明では、加熱軟化した被成形
材は、断熱性を有したシートに覆われた状態で成形型に
押し付けられるので、その間に温度が急激に低下すると
いったことが防がれる。これによって、賦形性の低下を
防ぐことができる。

【００１０】また、成形型へ臨む下側のシートには透孔
が形成されているので、真空引きしたとき、上側のシー
トがストレッチラバーの機能を果たし、成形材を確実に
型面上に押付け、型面の形状を忠実に再現することがで
きる。また、被成形部材はこのようにシートに覆われ保
持されて成形型に押付けられるので、高精度に位置決め
でき、また成形中の位置ずれも防がれ、成形作業が容易
となる。また、このように高精度に位置決めすることが
できることにより、エキセスを広く取る必要がなくな
る。

【００１１】請求項２記載の本発明は、被成形材を挟持
せず、被成形材を覆うシートを利用して被成形材を保持
することを特徴とする。

【００１２】被成形材を挟持して成形型に押付け、真空
成形を行うと、成形材は移動できないため、成形時に引
き伸ばされる部分とあまり引き伸ばされない部分とが生
じた場合に、引き伸ばされる部分では厚みが薄くなり、
全体的に厚みに偏りが生じてしまう。これに対し本発明
では、被成形材を覆うシートのみを保持するので、被成
形材はシート内で移動可能となる。したがって、成形時
に引き延ばされる側に被成形材が移動し、ほぼ均一な厚
みに成形することができる。また、被成形材を挟持しな
いことにより、挟持するための部分を予め設ける必要が
なくなり、これによってエキセスがさらに減少する。

【００１３】請求項３記載の本発明の前記シートは、シ
リコンゴムから成ることを特徴とする。

【００１４】本発明に従えば、シリコンゴムは伸縮性を
有するとともに、耐熱性および断熱性も優れるので、被
成形材を覆って加熱し、成形時に引き伸ばされるシート
として好適であり、また繰り返し使用することができ
る。

【００１５】請求項４記載の本発明の被成形材は、サン
ドイッチ構造の発泡プラスチックコアであることを特徴
とする。

【００１６】本発明の加熱真空成形装置は、特にサンド
イッチ構造の発泡プラスチックコアの成形に好適であ
る。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の一形態で
ある加熱真空成形装置１の概略的な構成を示す断面図で
ある。本実施形態の真空成形装置１は、サンドイッチ構
造の発泡コアを成形するものとする。

【００１８】真空成形装置１は、大きく加熱部Ａ、真空
成形部Ｂおよび型形成トリム部Ｃの３つの部分から構成
される。加熱部Ａには加熱装置２が配置され、熱可塑性
発泡合成樹脂からなる被成形材である発泡コア５はここ
で加熱軟化される。

【００１９】型形成トリム部Ｃには形状変更成形型１６
が配置され、ここで真空成形用の型が形成される。つま
りここで、製造する発泡コアの形状に応じて成形型１６
の型面の形状を変更する。

【００２０】加熱部Ａと型形成トリム部Ｃとの間に真空
成形部Ｂがあり、型形成トリム部Ｃで形成された成形型
１６が真空成形部Ｂに移動し、加熱部Ａで加熱された発
泡コア５が真空成形部Ｂの成形型１６まで搬送され、真
空成形部Ｂで真空成形が行われる。

【００２１】発泡コア５は矩形板状の発泡合成樹脂であ
り、一対のシリコンゴムシート６，７で覆われる。発泡
コア５の上面を覆うシリコンゴムシート６は矩形状の外
枠８を有し、同様に発泡コア５の下面を覆うシリコンゴ
ムシート７も矩形状の外枠９を有する。したがって、発
泡コア５を下側のシリコンゴムシート７上に載置し、上
側のシリコンゴムシート６をかぶせ、下側の外枠９と上
側の外枠８とを重ねて挟持することによって、シリコン
ゴムシート６，７間が気密に接合される。また下側のシ
リコンゴムシート７には、複数の透孔１０が形成されて
いる。

【００２２】本実施形態の加熱装置２は、上面盤１１お
よび下面盤１２を有し、上面盤１１および下面盤１２に
はそれぞれヒータが内蔵されている。また、上面盤１１
は上面盤昇降モータ１３によって昇降可能となってい
る。したがって、上面盤１１を上昇させた状態でシリコ
ンゴムシート６，７で覆われた発泡コア５を下面盤１２
に載置し、上面盤１１を下降させて発泡コア５を加熱装
置にセットし、セットした発泡コア５を所定時間加熱す
ることによって発泡コア５を軟化させることができる。

【００２３】加熱部Ａで加熱された発泡コア５は、本実
施形態では搬送手段３で真空成形部Ｂまで搬送される。
搬送手段３は加熱部Ａから真空成形部Ｂまで搬送する水
平搬送部と、成形型１６上に搬送された発泡コア５を成
形型１６まで降下させる昇降搬送部とを有する。搬送中
には発泡コア５はシリコンゴムシート６，７によって覆
われているので、加熱軟化した発泡コア５の温度が搬送
中に急激に低下すると言ったことが防がれる。また、搬
送作業は、発泡コア５を挟持せず、シリコンゴムシート
６，７の外枠８，９を把持して搬送するので、搬送中に
発泡コア５の変形、位置ずれなどが防がれる。

【００２４】形状変更成形型１６は、多数の伸縮支持手
段２５から構成される。伸縮支持手段２５は上下に伸縮
可能なシリンダから成り、ユニバーサルジョイントによ
って回動自在に支持ヘッド２６が上端部に取付けられ
る。この複数の伸縮支持手段２６は真空成形容器１５
で、相互に平行に縦横に密に収容され、上方に臨む各支
持ヘッド２６の支持面２６ａを連ねた３次元曲面が成形
型１６の型面となる。したがって、各支持ヘッド２６の
高さを調整することで型面の形状を変更することができ
る。そのために、型形成トリム部Ｃにはヘッド高さ調整
ロボット１７が設けられる。また、成形後の発泡コア５
をトリムするトリムロボット１８も型成形トリム部Ｃに
設けられる。

【００２５】図２は、型形成トリム部Ｃの構成を示す斜
視図である。型形成トリム部Ｃにはフレーム３６が設け
られ、このフレーム３６の下に形状変更成形型１６が配
置される。フレーム３６上にはＸ−Ｙテーブル３５が設
置され、このＸ−Ｙテーブル３５にヘッド高さ調整ロボ
ット１７およびトリムロボット１８が水平面内で移動可
能に支持される。

【００２６】ヘッド高さ調整ロボット１７は、たとえば
上下に伸縮自在のロボットであり、下端部にハンド２０
が装着され、このハンド２０で支持ヘッド２６を把持し
て上方への引上げるか、下方へ押込むか、もしくは支持
ヘッド２６を回転させて上下させることによって支持ヘ
ッド２６の高さを調整することができる。ヘッド高さ調
整ロボット１７は前述したようにＸ−Ｙテーブル３５で
移動可能に設けられるので、成形型１６の全ての支持ヘ
ッド２６の高さを調整することが可能である。

【００２７】トリムロボット１８は多関節型ロボットで
あり、手首部に超音波カッタ２１を備える。トリム作業
は、成形後の発泡コア５からシリコンゴムシート６，７
を外し、成形型１６上に再び載置し、超音波カッタ２１
で発泡コアを切断しながらＸ−Ｙテーブル３５でトリム
ロボット１８を移動させることによって、所定の形状に
発泡コア５を切断し、トリム作業を行うことができる。

【００２８】また、トリム作業の他の方法として、超音
波カッタに代えて、トリムロボット１８の手首にエンド
ミルなどの回転切削刃を設け、これによってトリム作業
を行うように構成してもよい。

【００２９】図３は、伸縮支持手段２５の構成を示す正
面図である。本実施形態では、伸縮支持手段２５は伸縮
シリンダ２７の上端部にユニバーサルジョイント２８を
介して支持ヘッド２６が回動自在に取付けられて構成さ
れる。

【００３０】本実施形態では、支持ヘッド２８は回動自
在に伸縮シリンダ２７に取付けられるが、成形ケースに
よっては、たとえば限定された軸方向のみ角変位可能に
支持、または伸縮シリンダ２７に完全に固定される場合
もある。

【００３１】また本実施形態では、伸縮シリンダ２７に
は、伸縮シリンダ２７の伸縮を阻止するロック機構（図
示せず）が備えられる。したがって、ロック機構を解除
した状態でヘッド高さ調整ロボット１７で支持ヘッド２
６を上下させて支持ヘッド２６の高さ位置を調整した
後、ロック機構を作動させることによって、支持ヘッド
２６の高さ位置が決められる。なお、本実施形態では、
伸縮支持手段２５の伸縮量は一例として０〜３００ｍｍ
である。

【００３２】支持ヘッド２６は前述したようにユニバー
サルジョイント２８を介して伸縮シリンダ２７の上端部
に回動自在、本実施形態では一例として±４５°の範囲
で回動自在に取付けられる。また、支持ヘッド２６は、
一例として、直径約８０ｍｍ、厚さ２０ｍｍの板状のシ
リコンゴムから成り、弾力性を有する。また、型面を形
成する支持ヘッド２６の支持面２６ａは、一例として約
４００ｍｍの曲率半径を有する球面の一部を形成する。
本実施形態では、このような直径８０ｍｍの支持ヘッド
を有する伸縮支持手段２５が縦横に１００ｍｍの間隔を
あけ、真空成形容器１５内全面に均一に立設されて収容
される。なお、本実施形態の真空成形容器１５の大きさ
は、一例として縦３０００ｍｍ、横１５５０ｍｍであ
る。

【００３３】また、回動自在に取付けられる本実施形態
の支持ヘッド２６は、外力が作用しない状態では中立位
置、たとえば、水平状態から±１０°以内の範囲に戻る
ようにばね付勢されて構成される。

【００３４】このよう支持ヘッド２６の高さ調整は、設
定される型面の３次元曲面上に各支持ヘッドの支持面２
６ａの中央が配置されるように調整する。この状態で発
泡コア５を各支持ヘッド２６上に押付けると、各支持ヘ
ッドの支持面２６ａが滑らかに連なるように支持ヘッド
２６が回動し、滑らかな型面が形成される。また支持ヘ
ッド２６は弾発性を有するので、角部などが存在する
と、この角部がへこみ、これによっても型面が滑らかに
形成される。

【００３５】図４は、真空成形容器１５の構造を示す断
面図である。真空成形容器１５は、上方が開口する気密
な四角箱状であり、底部に支持台４０が敷設される。支
持台４０は、底壁４３から離間して配置され、各伸縮支
持手段２５を垂直に立設して支持する。

【００３６】また、支持台４０には複数の透孔４５が形
成される。この支持台４０と真空成形容器１５の底壁４
３との間の空間に臨んで真空ホース接続口４２が真空成
形容器１５の側壁４４に取付けられる。このような構成
によって、効率良く真空引きを行うことができる。

【００３７】真空成形容器１５の側壁４４の上端部に
は、全周にわたってシール材１９が設けられる。このシ
ール材１９は、発泡コア５が真空成形容器１５にセット
されたときに、発泡コア５を覆うシリコンゴムシート
６，７の下側の外枠９に気密に接触する。これによっ
て、真空成形容器１５内に密閉した空間を形成すること
ができる。

【００３８】また真空成形容器１５の下部には移動手段
４１が取付られ、これによって真空成形容器１５は図１
の成形部Ｂと型形成トリム部Ｃとの間を移動可能とな
る。

【００３９】次に図５に示すフローチャートを参照して
真空成形装置１による発泡コア５の製造方法について説
明する。

【００４０】まず、ステップａ１において、真空成形装
置１に設定された型面の３次元曲面に基づいて形状変更
成形型１６の型面を形成する。すなわち、ヘッド高さ調
整ロボット１７を用いて全ての支持ヘッド２６の高さを
個別に調整する。

【００４１】次にステップａ２において型が決定した成
形型１６を真空成形容器１５ごと真空成形部Ｂに移動し
て所定の位置にセットし、真空ポンプ４７の真空ホース
４８を真空ホース接続口４２に接続する。

【００４２】ステップａ１の型形成作業と平行して、ス
テップａ３で発泡コア５をシリコンゴムシート６，７で
挟み込み、これを加熱装置２にセットし、ステップａ４
で加熱装置２の上面盤１１を降下させ、所定温度に加熱
する。所定温度になった後、一定時間保持し、熱可塑性
発泡合成樹脂から成る発泡コア５を軟化させる。

【００４３】このように、本実施形態では時間を要する
型形成作業、および加熱作業を同時に行うことができる
ので、効率的である。

【００４４】次のステップａ５で、加熱終了後、上面盤
１１を上昇させ、搬送手段３の水平搬送部でで発泡コア
５を真空成形部Ｂに移動させる。このときの移動は、シ
リコンゴムシート６，７の外枠９，１０を保持して搬送
する。このように発泡コア５を挟持しないことにより、
軟化した発泡コア５が移動中に変形するといったことが
防がれる。

【００４５】次のステップａ６において搬送手段３の昇
降搬送部で発泡コア５を降下させ、コアを成形型にセッ
トする。このとき、コア５はシリコンゴムシート６，７
によって覆われて保持されているので、位置ずれするこ
となく、高精度に位置決めを行うことができる。また、
前述したように外枠９が真空成形容器１５のシール材１
９に押付けられることによって真空成形容器内に密封空
間が形成される。その後、真空ポンプ４７を駆動して真
空引きを開始し、真空成形を行う。発泡コア５を覆う下
側のゴムシート７には複数の透孔１０が形成されている
ので、この真空成形時には上側のシリコンゴムシート６
によって発泡コア５が型面に押付けられ、密着する。ま
た、このとき、コア５はシリコンゴムシート６，７内に
覆われて移動可能に保持されているので、型面の形状に
よって成形時に大きな引張り力が作用すると、シート
６、７内でコア５が移動し、これによってコア５の厚み
をほぼ均一にすることができる。

【００４６】次のステップａ７で、シリコンゴムシート
６，７の表面温度が６０℃以下に冷却するまで真空引き
を継続する。冷却後、真空引きを止め、大気に開放し、
シート外枠８，９を利用して搬送手段３の昇降搬送部で
成形後の発泡コア５を上昇させる。

【００４７】次のステップａ８では、まず上側のシリコ
ンゴムシート６を取外して発泡コア５を一旦取外し、さ
らに下側のシリコンゴムシート７を取外す。

【００４８】次のステップａ９において、成形型１６を
再び型形成トリム部Ｃに移動し、所定の位置にセットす
る。次に、数個の支持ヘッド２６を、発泡コア５を保持
可能な支持ヘッド(図示せず)に交換する。本実施形態で
は、発泡コア保持可能な支持ヘッドは、支持ヘッド上に
突出する針を有し、この針に成形後の発泡コア５を突き
刺して発泡コア５を保持する。

【００４９】このようにして、交換した複数の支持ヘッ
ドで発泡コア５を固定させ、シリコンゴムシート６，７
を外した発泡コア５を成形型１６にセットする。その
後、トリムロボット１８を用いてコアエキセス部をトリ
ムする。

【００５０】次のステップａ１０において、トリムが完
了した発泡コア５を針から慎重に持ち上げ、トリムが完
全に完了していない部分を手作業でカットし、発泡コア
５が完成する。

【００５１】この後、完成した発泡コア５の両表面に、
強化繊維２４に樹脂を含浸させた半硬化状のプリプレグ
を複数枚貼りつけ、さらにこれをオートクレーブに挿入
して樹脂を加熱硬化させて、発泡コアを有するサンドイ
ッチ構造が完成する。

【００５２】上述した本実施形態では、加熱装置２で加
熱し、搬送装置３で成形型１６まで搬送する構成とした
が、本発明はこのような形態に限らず、図６に示す他の
実施形態のように、移動可能な加熱装置２ａおよび昇降
可能な成形型１６ａを用いる構成としてもよい。

【００５３】加熱装置２ａは、真空成形部Ｂで、成形型
１６ａの上方に配置され、シリコンゴムシート６，７に
覆われた発泡コア５を上下に挟み、ヒータで加熱、軟化
させる。発泡コア５が軟化すると、発泡コア５を外枠３
０で保持し、加熱装置２ａの上下ヒータをそれぞれ上下
に離脱させ、水平方向に退避させる。その後、成形型１
６ａを上昇させ、発泡コア５を成形型１６ａに押しつけ
るとともに、シール材１９と外枠９とを密着させて発泡
コア５を成形型１６にセットする。その後、前述と同様
に真空引きを行い、真空成形する。

【００５４】このようにして、搬送装置３で加熱軟化し
た発泡コア５を搬送するのでなく、発泡コア５は移動さ
せず、加熱装置２ａおよび成形型１６ａを移動させて加
熱軟化した発泡コア５を成形型１６ａにセットすること
によって、加熱軟化してから成形型１６ａにセットする
までの発泡コア５の温度低下をさらに抑制することがで
きる。

【００５５】また、本実施形態では、支持ヘッド２６の
高さ調整はヘッド高さ調整ロボット１７によって１本ず
つ高さ調整を行ったが、本発明はこのような形態に限ら
ず、たとえば伸縮支持手段２５を油圧シリンダによって
構成し、支持ヘッド２６の高さをそれぞれ各油圧シリン
ダを制御して調整するように構成してもよい。これによ
って、ヘッド高さを同時に調整することができ、型形成
を迅速に行うことができる。

【００５６】また、本実施形態の真空成形装置はサンド
イッチ構造の発泡コアの真空成形装置として説明した
が、本発明はこれに限らず、熱可塑性合成樹脂の成形で
あれば適用可能である。

【００５７】また、本実施形態では支持ヘッド２６の高
さを調整することによって型面を変更可能な形状変更成
形型１６を用いたが、本発明はこのように形状変更成形
型を用いる形態に限らず、真空テーブル上に成形型を配
置し、真空引きする従来の真空成形方法であっても適用
可能である。

【００５８】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、加熱軟化
した被成形材はシートによって覆われるので、加熱して
から成形型に押し付けるまでの間に温度が急激に低下す
るといったことが防がれ、賦形性の低下を防ぐことがで
きる。また、シートに覆われることにより、成形型への
位置決めおよび成形中の位置ずれを防ぐことができ、成
形作業を容易に行うことができ、またエキセス部を低減
することができる。

【００５９】また本発明によれば、搬送および成形時の
被成形材の保持はシートを利用して行うので、被成形材
をほぼ均一な厚みに成形することができ、またエキセス
部も減少させることができる。

【００６０】また被成形材を覆うシートはシリコンゴム
から成るので、耐熱性も優れ、繰返し使用することがで
きる。このような本発明の加熱真空成形装置は、特にサ
ンドイッチ構造の発泡プラスチックコアの成形に好適に
用いることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態である加熱真空成形装置
１の全体の構成を示す断面図である。

【図２】型形成トリム部Ｃの構成を示す斜視図である。

【図３】伸縮支持手段２５を示す正面図である。

【図４】真空成形容器１５を示す断面図である。

【図５】真空成形装置１による発泡コア５の製造工程を
示すフローチャートである。

【図６】本発明の他の実施形態で用いる加熱装置２ａお
よび成形型１６ａを示す断面図である。

【符号の説明】

１ 加熱真空成形装置 ２，２ａ 加熱装置 ３ 搬送装置 ５ 発泡コア ６，７ シリコンゴムシート ８，９，３０ 外枠 １５ 真空成形容器 １６，１６ａ 形状変更成形型 １７ ヘッド高さ調整ロボット １８ トリムロボット ２５ 伸縮支持手段 ２６ 支持ヘッド

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 成形型および加熱手段を有し、熱可塑性
   合成樹脂から成る板状の被成形材を加熱手段で加熱軟化
   させ、成形型に押付け、真空引きして成形する加熱真空
   成形装置において、 伸縮性、耐熱性および断熱性を有し、成形型に臨む面に
   透孔が形成されるシートで、保温のために被成形材全体
   を覆った状態で加熱軟化させ、その後、成形型への押し
   付け、および真空引きを行うことによって、加熱された
   被成形材が保温状態で真空成形されることを特徴とする
   加熱真空成形装置。
2. 【請求項２】 被成形材を挟持せず、被成形材を覆うシ
   ートを利用して被成形材を保持することを特徴とする請
   求項１記載の加熱真空成形装置。
3. 【請求項３】 前記シートは、シリコンゴムから成るこ
   とを特徴とする請求項１または２記載の加熱真空成形装
   置。
4. 【請求項４】 被成形材は、サンドイッチ構造の発泡プ
   ラスチックコアであることを特徴とする請求項１〜３の
   いずれか１つに記載の加熱真空成形装置。