JP2019093562A

JP2019093562A - 成形装置

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Publication number: JP2019093562A
Application number: JP2017222106A
Authority: JP
Inventors: 宗太加茂; Sota Kamo; 清嘉 ▲高▼木; Kiyoka Takagi; 直元石川; Naomoto Ishikawa; 英毅堀苑; Hideki Horizono; 渉西村; Wataru Nishimura; 西村　　渉; 俊幸高柳; Toshiyuki Takayanagi; 信幸神原; Nobuyuki Kamihara; 直昭藤原; Naoaki Fujiwara; 司勝俣; Tsukasa Katsumata; 一輝大橋
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2017-11-17
Filing date: 2017-11-17
Publication date: 2019-06-20
Anticipated expiration: 2037-11-17
Also published as: JP6975618B2; WO2019097969A1

Abstract

【課題】成形型の製造コストを抑制しつつ、成形品を好適に成形することができる成形装置を提供する。【解決手段】金型１１を用いて成形材（複合材）を成形することで成形品を形成する成形装置１０において、金型１１は、複合材が載置される下型２２と、成形材を挟んで下型２２に対向して設けられる上型２１と、を備え、下型２２及び上型２１の少なくとも一方は、金型本体２５，３１と、複合材を含んで構成され、金型本体２５，３１と成形材との間に設けられ、金型本体２５，３１に着脱自在に設けられる複合材型２６，３２と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、金型を用いて成形材を成形することで成形品を形成する成形装置に関するものである。

従来、成形材を成形する成形装置として、上型と下型とからなる成形型を用いて、複合材をプレス成形する装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１７−４３０９５号公報

一般的に、成形型は、金属を加工して形成されており、製造する成形品毎に用意される。このため、成形品毎に成形型を用意する必要があることから、成形型の製造コストが増大する可能性がある。

そこで、本発明は、成形型の製造コストを抑制しつつ、成形品を好適に成形することができる成形装置を提供することを課題とする。

本発明の成形装置は、金型を用いて成形材を成形することで成形品を形成する成形装置において、前記金型は、前記成形材が載置される下型と、前記成形材を挟んで前記下型に対向して設けられる上型と、を備え、前記下型及び前記上型の少なくとも一方は、金型本体と、複合材を含んで構成され、前記金型本体と前記成形材との間に設けられ、前記金型本体に着脱自在に設けられる複合材型と、を有することを特徴とする。

この構成によれば、成形品に対応させて、複合材型を金型本体に付け替えることができるため、金型を成形品毎に用意する必要がないことから、金型の製造コストの抑制を図ることができる。また、複合材型は、加工が容易であり、また、金属加工と同程度の加工精度を得ることができることから、精度のよい複合材型とすることができるため、成形品を好適に成形することが可能となる。なお、成形材としては、例えば、強化繊維及び樹脂を含む複合材がある。

また、前記複合材型は、ピッチ系炭素繊維を含むことが、好ましい。

この構成によれば、ピッチ系炭素繊維は、熱伝導が高い炭素繊維となるため、成形材を加熱して成形する場合、複合材型から成形材への熱の伝達を好適に行うことができる。

また、前記複合材型は、前記成形材と接する面を被覆する耐熱コーティング層を、さらに有することが、好ましい。

この構成によれば、複合材型を加工することで、複合材に含まれる強化繊維が、複合材型の加工面（特に、成形材と接する面）から毛羽立つ場合であっても、耐熱コーティング層を形成することで、加工面を滑らかにすることができる。このため、成形品を好適に成形することができ、また、複合材型からの成形品の離形性を高めることができる。

また、前記上型及び前記下型に、前記複合材型が設けられる場合、前記下型の前記複合材型は、前記上型の前記複合材型に比して高い剛性となっていることが、好ましい。

この構成によれば、成形材が載置される下型の複合材型の剛性を高くすることで、成形材への押圧により下型の複合材型が変形することを抑制できるため、成形材を好適に成形することができる。

また、前記成形品は、補強部材により補強された補強部位を有し、前記複合材型は、前記補強部位に対応する部位の剛性が、前記補強部位に対応しない部位に比して高くなっていることが、好ましい。

この構成によれば、剛性の高い補強部位に対応する部位の剛性を高くすることで、成形材への押圧により複合材型が変形することを抑制できるため、成形材を好適に成形することができる。

図１は、実施形態１に係る成形装置の模式図である。図２は、実施形態１に係る成形装置の複合材型の取り替え作業を示す説明図である。図３は、実施形態１に係る取り替え後の成形装置の模式図である。図４は、実施形態１に係る他の成形装置の模式図である。図５は、実施形態２に係る他の成形装置の模式図である。

以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能であり、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせることも可能である。

［実施形態１］
実施形態１に係る成形装置１０は、複合材の成形時に用いられるプレス成形装置である。図１は、実施形態１に係る成形装置の模式図である。図２は、実施形態１に係る成形装置の複合材型の取り替え作業を示す説明図である。図３は、実施形態１に係る取り替え後の成形装置の模式図である。

図１に示すように、成形装置１０は、金型を用いて複合材（成形材）をプレス成形することにより成形品を製造する装置である。複合材としては、例えば、強化繊維及び樹脂を含む強化繊維基材としてのプリプレグを積層したものである。成形装置１０は、金型１１と、金型１１を移動させる移動機構１２と、金型１１に組み込まれている加熱機構１３と、移動機構１２及び加熱機構１３を制御する制御部１５と、を備えている。

金型１１は、鉛直方向の上方側に設けられる上型２１と、上型２１に対して鉛直方向の下方側に設けられる下型２２と、を有している。下型２２は、複合材を載置するダイとして機能する凹型の型材であり、上型２１は、下型２２に載置された複合材に対してプレスをするポンチとして機能する凸型の型材である。複合材は、上型２１と下型２２との間に配置され、上型２１と下型２２との間に挟み込まれることで成形される。

上型２１は、上金型本体２５と、上金型本体２５の下方側（複合材側）に設けられる上複合材型２６とを含んで構成され、上複合材型２６は、図示しない締結部材により上金型本体２５に締結固定されている。このため、上複合材型２６は、上金型本体２５に対して着脱自在となっている。上金型本体２５は、金属を用いて構成された型材であり、いずれの成形品においても共通に使用されるものとなっている。上金型本体２５は、鉛直方向の下方側に、上複合材型２６が取り付けられる。上複合材型２６は、上金型本体２６側とは反対側の面、すなわち複合材に接する側の面が上成形面２７となっている。上複合材型２６は、複合材を用いて構成された型材であり、成形品に応じて取り替え可能なものとなっている。このため、上成形面２７は、機械加工によって成形品に応じた形状に形成される。

下型２２は、下金型本体３１と、下金型本体３１の上方側（複合材側）に設けられる下複合材型３２とを含んで構成され、下複合材型３２は、図示しない締結部材により下金型本体３１に締結固定されている。このため、下複合材型３２は、下金型本体３１に対して着脱自在となっている。下金型本体３１は、金属を用いて構成された型材であり、いずれの成形品においても共通に使用されるものとなっている。下金型本体３１は、鉛直方向の下方側に、下複合材型３２が取り付けられる。下複合材型３２は、下金型本体３１側とは反対側の面、すなわち複合材に接する側の面が下成形面３３となっている。下複合材型３２は、複合材を用いて構成された型材であり、上複合材型２６と同様に、成形品に応じて取り替え可能なものとなっている。このため、下成形面３３は、機械加工によって成形品に応じた形状に形成される。なお、上型２１に対して受け側となる下型２２の下複合材型３２は、上複合材型２６に比して高い剛性としてもよい。

ここで、上複合材型２６及び下複合材型３２は、強化繊維と樹脂とを含んで構成された複合材を用いて構成されている。上複合材型２６及び下複合材型３２に用いられる強化繊維としては、例えば、ピッチ系炭素繊維である。ピッチ系炭素繊維は、炭素繊維として一般的なＰＡＮ系炭素繊維に比して熱伝導性（熱伝導率）が高いものとなっている。また、樹脂としては、成形される複合材のガラス転位温度よりも高いガラス転位温度となる耐熱性の高い材料が用いられており、例えば、ＢＭＩ（ビスマレイミド）樹脂が用いられる。

移動機構１２は、ダイとして機能する下型２２に対して、ポンチとして機能する上型２１を移動させる機構となっている。移動機構１２は、制御部１５に電気的に接続されており、制御部１５によって上型２１の移動を制御している。

加熱機構１３は、成形される複合材に対してガラス転位温度以上となるように加熱して、複合材に含まれる樹脂を熱硬化させている。加熱機構１３は、上金型本体２５の内部に設けられる上側加熱部３６と、下金型本体３１の内部に設けられる下側加熱部３７とを有している。なお、実施形態１では、上側加熱部３６及び下側加熱部３７を設けたが、少なくとも一方を設ければよい。加熱機構１３は、制御部１５に電気的に接続されており、制御部１５によって加熱機構１３の温度を制御している。

制御部１５は、移動機構１２を制御して、下型２２に載置された複合材に対して、上型２１を移動させ、上型２１と下型２２とにより複合材をプレスする。また、制御部１５は、加熱機構１３を制御して、プレス状態の複合材を加熱する。これにより、複合材は、プレスされた状態で熱硬化されることで成形品となる。

次に、図２を参照して、上複合材型２６及び下複合材型３２の取り替え作業について説明する。成形装置１０で成形する成形品（第１成形品という）が、異なる種類の成形品（第２成形品という）となった場合、成形装置１０では、第１成形品に対応する上複合材型２６及び下複合材型３２を、第２成形品に対応する上複合材型２６及び下複合材型３２に取り替える。

ここで、第１成形品は、例えば、厚さ方向に直交する面において延在する平板形状の成形品となっている。また、第２成形品は、例えば、屈曲する部位が付与された形状となる成形品となっている。

具体的に、取り替え作業を行う場合、先ず、第１成形品に対応する上複合材型２６及び下複合材型３２と、上金型本体２５及び下金型本体３１とを締結固定している締結部材の締結を解除する。この後、第１成形品に対応する上複合材型２６及び下複合材型３２を、上金型本体２５及び下金型本体３１からそれぞれ取り外す。続いて、第２成形品に対応する上複合材型２６及び下複合材型３２を、上金型本体２５及び下金型本体３１にそれぞれ装着する。そして、第２成形品に対応する上複合材型２６及び下複合材型３２と上金型本体２５及び下金型本体３１とを締結部材により締結することで、上金型本体２５及び下金型本体３１に、第２成形品に対応する上複合材型２６及び下複合材型３２を締結固定する。

図３は、第２成形品に対応する上複合材型２６及び下複合材型３２を装着した成形装置１０となっている。第２成形品に対応する上複合材型２６及び下複合材型３２は、例えば、複合材に屈曲した形状を付与して第２成形品を成形する型となっている。

また、図４は、第３成形品に対応する上複合材型２６及び下複合材型３２を装着した成形装置１０となっている。第３成形品は、例えば、平板形状となる部位に、補強部となるリブ部を組み合わせた形状となる成形品となっている。図３では、屈曲する部位が付与された形状の第２成形品となっており、図４では、リブ部を含む形状の第３成形品となっているが、この形状に特に限定されず、いずれの形状の成形品であってもよい。つまり、上複合材型２６及び下複合材型３２を、いずれの成形品に対応させて用意してもよい。

以上のように、実施形態１によれば、成形品に対応させて、各複合材型２６，３２を各金型本体２５，３１に付け替えることができるため、金型１１を成形品毎に用意する必要がないことから、金型１１の製造コストの抑制を図ることができる。また、各複合材型２６，３２のみを入れ替えればよいため、金型本体２５，３１に設けられる加熱機構１３または図示しない冷却装置等の配線を、成形品ごとに付け替えることがないことから、型を交換する時間を抑制することができる。さらに、通常、複合材成形では、型が十分冷却されるまで脱型できず、次の成形を行うことができない。しかしながら、冷却時に複合材型２６，３２のみを取り外すことにより、新しい複合材型２６，３２を使用して、次の成形を行うことができる。このため、成形品ごと取り外した複合材型２６，３２を別の場所で冷却することができるため、製造時間の短縮、及び冷却効率の向上を図ることができる。また、各複合材型２６，３２は、加工が容易であり、また、金属加工と同程度の加工精度を得ることができることから、精度のよい複合材型２６，３２とすることができるため、成形品を好適に成形することが可能となる。

また、実施形態１によれば、各複合材型２６，３２に含まれる強化繊維を、ピッチ系炭素繊維とすることで、熱伝導性を高めることができるため、加熱機構１３により加熱された各金型本体２５，３１から、各複合材型２６，３２を介して、成形される複合材への熱の伝達を好適に行うことができる。

また、実施形態１によれば、複合材が載置される下型２２の下複合材型２６の剛性を高くすることで、上型２１から複合材へのプレス圧により、下型２２の下複合材型２６が変形することを抑制できるため、複合材を好適に成形することができる。

なお、実施形態１では、各複合材型２６，３２のそれぞれの剛性について、特に限定しなかったが、例えば、第３成形品のように、補強部を有する成型品である場合、各複合材型２６，３２は、補強部に対応する部位の剛性が、補強部に対応しない部位に比して高くなるようにしてもよい。

この構成によれば、剛性の高い補強部に対応する部位の剛性を高くすることで、上型２１から複合材へのプレス圧により、各複合材型２６，３２が変形することを抑制できるため、複合材を好適に成形することができる。

また、実施形態１の成形装置１０において、各複合材型２６，３２を、成形装置１０に比べて長尺の複合材型とし、複合材型を移動させながら成形を行うことで、成形装置１０及び金型１１よりも大きな成形品を製造してもよい。

［実施形態２］
次に、図５を参照して、実施形態２に係る成形装置５０について説明する。なお、実施形態２では、重複した記載を避けるべく、実施形態１と異なる部分について説明し、実施形態１と同様の構成である部分については、同じ符号を付して説明する。図５は、実施形態２に係る他の成形装置の模式図である。

実施形態２の成形装置５０は、各複合材型２６，３２の各成形面２７，３３のそれぞれに、耐熱コーティング層５１を設けたものとなっている。耐熱コーティング層５１は、各複合材型２６，３２に含まれる樹脂と同一のものであり、例えば、ＢＭＩ（ビスマレイミド）樹脂が用いられる。耐熱コーティング層５１は、各成形面２７，３３の機械加工時において、各成形面２７，３３が強化繊維で毛羽立つことを抑制するために形成される。このため、耐熱コーティング層５１が形成された各成形面２７，３３は、滑らかな面となる。なお、耐熱コーティング層５１として、ＢＭＩ樹脂より硬度、耐熱性のある樹脂（ＰＥＥＫ等）を適用してもよいし、金属めっき等を用いてもよいし、無機物の材料を用いてもよい。

以上のように、実施形態２によれば、各複合材型２６，３２の加工面となる各成形面２７，３３から強化繊維が毛羽立つ場合であっても、耐熱コーティング層５１を形成することで、各成形面２７，３３を滑らかにすることができる。なお、耐熱コーティング層５１には、離形材を含ませてもよい。この場合、金型１１から成形品を離形させる場合、各複合材型２６，３２からの成形品の離形性を高めることができる。

１０成形装置
１１金型
１２移動機構
１３加熱機構
１５制御部
２１上型
２２下型
２５上金型本体
２６上複合材型
２７上成形面
３１下金型本体
３２下複合材型
３３下成形面
３６上側加熱部
３７下側加熱部
５０成形装置
５１耐熱コーティング層

Claims

金型を用いて成形材を成形することで成形品を形成する成形装置において、
前記金型は、
前記成形材が載置される下型と、
前記成形材を挟んで前記下型に対向して設けられる上型と、を備え、
前記下型及び前記上型の少なくとも一方は、
金型本体と、
複合材を含んで構成され、前記金型本体と前記成形材との間に設けられ、前記金型本体に着脱自在に設けられる複合材型と、を有することを特徴とする成形装置。
前記複合材型は、ピッチ系炭素繊維を含むことを特徴とする請求項１に記載の成形装置。
前記複合材型は、前記成形材と接する面を被覆する耐熱コーティング層を、さらに有することを特徴とする請求項１または２に記載の成形装置。
前記上型及び前記下型に、前記複合材型が設けられる場合、
前記下型の前記複合材型は、前記上型の前記複合材型に比して高い剛性となっていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の成形装置。
前記成形品は、補強部材により補強された補強部位を有し、
前記複合材型は、前記補強部位に対応する部位の剛性が、前記補強部位に対応しない部位に比して高くなっていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の成形装置。