JP2020138386A

JP2020138386A - 成形装置

Info

Publication number: JP2020138386A
Application number: JP2019034364A
Authority: JP
Inventors: 裕希内田; Yuki Uchida; 上野　泰弘; Yasuhiro Ueno; 泰弘上野; 翔太朗石川; Shotaro Ishikawa
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2019-02-27
Filing date: 2019-02-27
Publication date: 2020-09-03

Abstract

【課題】成形精度が向上した成形装置を提供することを課題とする。【解決手段】加熱により軟化した繊維シートを、金型の外形形状に倣わす倣い機構と、前記金型上で倣わせられた状態の前記繊維シートの角部を送風により冷却する冷却機構と、を備えた成形装置。【選択図】図４

Description

本発明は、成形装置に関する。

軟化した繊維シートを、開閉する２つの金型により所定の形状に成形する技術が知られている。例えば、軟化した繊維シートは搬送機構により２つの金型の間まで搬送されて、搬送機構から金型に受け渡される。このように繊維シートが金型に受け渡される際に、繊維シートの位置がずれて金型に受け渡される場合がある。特許文献１では、このような受け渡しの際の繊維シートの位置ずれを抑制するための技術が開示されている。

特開２０１４−２４０１８５号公報

上記の技術により、繊維シートの位置がずれることなく金型に受け渡されても、金型が閉じられる際に繊維シートが変形して、繊維シートの位置がずれた状態で金型が閉じられる虞がある。この場合、成形品の成形精度が低下する可能性がある。

そこで本発明は、成形精度が向上した成形装置を提供することを目的とする。

上記目的は、加熱により軟化した繊維シートを、金型の外形形状に倣わす倣い機構と、前記金型上で倣わせられた状態の前記繊維シートの角部を送風により冷却する冷却機構と、を備えた成形装置によって達成できる。

本発明によれば、成形精度が向上した成形装置を提供できる。

図１Ａ〜図１Ｄは、比較例の成形方法の説明図である。図２は、本実施例の成形装置の説明図である。図３Ａ〜図３Ｃは、本実施例の成形装置を用いた成形方法の説明図である。図４Ａ〜図４Ｃは、本実施例の成形装置を用いた成形方法の説明図である。

［比較例］
本実施例について説明する前に、比較例について説明する。図１Ａ〜図１Ｄは、比較例の成形方法の説明図である。図１Ａに示すように、繊維シート１００は、炉２００上に配置されて軟化する程度にまで加熱されている。図１Ｂに示すように、軟化した繊維シート１００は、保持機構３０ｘの先端に設けられた吸盤により吸着されて、図１Ｃに示すように、金型３００上にまで搬送される。ここで、金型３００の上面には位置決めピン３０５が設けられており、金型３００の上面に軟化した繊維シート１００を配置することにより、位置決めピン３０５が繊維シート１００を貫通する。これにより、金型３００に対して繊維シート１００の位置が固定される。ここで、繊維シート１００が配置される金型３００の上面には部分的に段部３１０が形成されており、図１Ｃに示すように段部３１０と繊維シート１００との間には隙間がある。この状態で、図１Ｄに示すように、金型３００、４００、５００、及び６００により型が閉じられ、繊維シート１００が配置されたキャビティ内に不図示のゲートを介して溶融した樹脂材料が射出される。その後に繊維シート１００及び樹脂材料が冷却されてこれらの金型が開くことにより、繊維シート１００と樹脂材料とが一体成形された成形品が取り出される。

ここで、図１Ｄに示すように、金型が閉じられる際に、繊維シート１００は段部３１０の隙間を埋めるように、金型３００の外形形状に倣うように変形する。しかしながら、金型が閉じられる過程においては、金型３００や金型４００等の角部が先に繊維シート１００に接触するため、図１Ｄの矢印のように、繊維シート１００には角部側に引っ張られるような力が作用する。このため、例えば位置決めピン３０５が挿入された繊維シート１００の穴の形状が変形して、繊維シート１００の位置がずれてこれらの金型が閉じられることが考えられる。繊維シート１００は、その後に冷却されて成形品として金型から取り外される。このように、金型が閉じられる過程で繊維シート１００の位置がずれると、成形品の成形精度が低下する可能性がある。

［本実施例］
次に、本実施例の成形装置１について説明する。図２は、本実施例の成形装置１の説明図である。成形装置１は、コントローラ５、ステージ１０、押え機構２０、保持機構３０及び４０、倣い機構５０及び６０等を含む。ステージ１０は、不図示の搬送機構により、水平方向及び鉛直方向に移動可能に支持されている。搬送機構は、ステージ１０を移動するためのアクチュエータを備えている。ステージ１０の下面には、押え機構２０、保持機構３０及び４０、倣い機構５０及び６０が取り付けられている。

押え機構２０は、本体部２２及び押圧部２４を含む。本体部２２は、ステージ１０に固定されており鉛直方向に延びている。押圧部２４は、本体部２２に対して鉛直方向に所定範囲を出没可能に保持されており、本体部２２内に配置されたバネにより、鉛直下方に付勢されている。従って、押圧部２４に対して鉛直上方の力が作用していない場合には、本体部２２からの押圧部２４の突出量は最大となり、押圧部２４に対してバネの付勢力に抗して鉛直上方の力が作用した場合には、本体部２２からの押圧部２４の突出量が減少するように押圧部２４は本体部２２に没入される。

保持機構３０及び４０は、押え機構２０を水平方向から挟むように設けられている。保持機構３０は、シリンダ部３２、ロッド部３４、及び吸盤３６を含む。シリンダ部３２は、ステージ１０に保持されている。ロッド部３４は、空気圧によりシリンダ部３２に対して鉛直方向に進退可能に設けられている。吸盤３６は、シリンダ部３２の鉛直下方の端部に設けられている。保持機構４０も、同様にシリンダ部４２、ロッド部４４、及び吸盤４６を含む。尚、保持機構３０及び４０は互いに同一の機構であるが、説明の便宜上異なる符号を付している。

倣い機構５０及び６０は、保持機構３０及び４０を水平方向から挟むように設けられている。倣い機構５０は、本体部５２、アーム部５４、及びローラ５６を含む。本体部５２は、ステージ１０に固定されている。アーム部５４は、本体部５２に内蔵された複数アクチュエータにより本体部５２に対して突出及び揺動可能である。具体的には、本体部５２内には、アクチュエータにより鉛直方向の所定範囲内を移動可能な可動部材が保持されている。アーム部５４は、他のアクチュエータによりアーム部５４の基端を支点として所定範囲内を揺動可能に、この可動部材に連結されている。ローラ５６は、アーム部５４の下端に自由回転可能に支持されている。ローラ５６は、円柱状であり、外周面にはテフロン（登録商標）加工が施されており、軟化した繊維シート１００がローラ５６の外周面に粘着することが防止されている。倣い機構６０も、同様に本体部６２、アーム部６４、及びローラ６６を含む。尚、倣い機構５０及び６０は互いに同一の機構であるが、説明の便宜上異なる符号を付している。

コントローラ５は、ステージ１０を駆動するアクチュエータや、保持機構３０及び４０、倣い機構５０及び６０等に電気的に接続されており、成形装置１全体の動作を制御する。コントローラ５は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ(Random Access Memory)、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及び記憶装置等を備える。

尚、繊維シート１００を構成する連続繊維としては、たとえば、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維等が挙げられる。また、連続繊維の形態としては、連続繊維を経糸（たていと）と緯糸（よこいと）に交互に配向（織る）させたクロス材であってもよいし、連続繊維を一方向に配向させたＵＤ（Uni Direction）材であってもよい。また、繊維シート１００の形状は、例えば、矩形状、三角形状、円形状、楕円形状等やそれ以外であってもよい。

次に、本実施例の成形装置１を用いた成形方法について説明する。図３Ａ〜４Ｃは、本実施例の成形装置１を用いた成形方法の説明図である。図３Ａに示すように、炉２００上の繊維シート１００に、吸盤３６及び４６を吸着させて、繊維シート１００を炉２００から取り外す。２つの吸盤３６及び４６に繊維シート１００が吸着されるため、繊維シート１００の２つの吸盤３６及び４６の間の部分は、水平方向に維持された状態で搬送される。ここで、押え機構２０の押圧部２４が繊維シート１００に接触しないように、または、押圧部２４が繊維シート１００に接触するが、押圧部２４の付勢力により繊維シート１００が湾曲しない程度に、ロッド部３４及び４４の長さを調整することが好ましい。また、押え機構２０が繊維シート１００の中心に位置する状態で、吸盤３６及び４６に繊維シート１００を吸着させることが好ましい。

図３Ｂに示すように、ステージ１０が繊維シート１００を金型３００上にまで搬送する。この際に、繊維シート１００が金型３００上に配置された状態で押圧部２４が繊維シート１００に接触するように、ロッド部３４及び４４の長さと成形装置１の鉛直方向の高さ位置とを調整する。これにより、押圧部２４の付勢力は繊維シート１００を金型３００側に押圧するように作用する。これにより、繊維シート１００は金型３００に押圧され、金型３００に対して繊維シート１００の位置がずれるのが抑制される。上述したように押圧部２４はバネの付勢力を利用しているため、簡易な機構により繊維シート１００を金型３００に押さえつけることができ、成形装置１の製造コストの増大が抑制されている。

次に、図３Ｃに示すように、押圧部２４により繊維シート１００が金型３００側に押圧された状態で、吸盤３６及び４６が繊維シート１００から離脱するようにロッド部３４及び４４を退避させる。これにより、位置ずれが生じないように金型３００に繊維シート１００が受け渡される。ここで、吸盤３６及び４６の繊維シート１００への吸着力は、押圧部２４の繊維シート１００への付勢力よりも小さいことが好ましい。

次に、図４Ａに示すように、繊維シート１００が金型３００の外形形状に倣うように、繊維シート１００の外側の面をローラ５６及び６６により押圧させる。ここで、上述したように押圧部２４により繊維シート１００は金型３００側に押圧されているため、繊維シート１００の位置ずれを抑制しながら繊維シート１００を金型３００の外形形状に倣わすことができる。また、倣い機構６０は、図４Ｂに示すように、繊維シート１００と金型３００の段部３１０との間の隙間を埋めるように、繊維シート１００は金型３００の外形形状に倣う。

尚、図４Ａ及び図４Ｂに示したように、ローラ５６及び６６は、押圧部２４により押圧された繊維シート１００の位置から外側に向けて順に、ローラ５６及び６６により金型３００に倣わすことが好ましい。これにより、押圧部２４に押圧されている位置を基準として繊維シート１００を金型３００に適切に倣わすことができ、繊維シート１００にしわが発生すること等を抑制できる。

次に、図４Ｃに示すように、冷却ノズル８１〜８３により、繊維シート１００の角部に向けて送風する。冷却ノズル８１〜８３は、不図示の送風機に接続されている。冷却ノズル８１〜８３は、冷却機構の一例である。冷却ノズル８１〜８３は、ステージ１０に駆動アームなどを介して支持されていてもよいし、ステージ１０とは別の部位に設けられており、作業者が手動で冷却ノズル８１〜８３を用いてもよい。これにより、繊維シート１００の角部を繊維シート１００の他の部分よりも優先させて硬化させることができる。その後に成形装置１は繊維シート１００及び金型３００から退避し、上述した図１Ｄに示したように、金型４００、５００、及び６００を用いてこれらの金型を閉じて、繊維シート１００を冷却し、理型されることにより成形品が製造される。

上述のように冷却ノズル８１〜８３からの空気により繊維シート１００の角部が優先的に硬化する。このため、金型３００等が閉じる際に繊維シート１００の位置がずれることが抑制され、成形精度が向上する。

以上のように、成形品の成形精度が向上するため、成形品は予定されていた強度を確保することができる。尚、上記の成形品は、例えば電池ケースや、インバータケース、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）のケース等であるが、これに限定されない。

上記実施例での保持機構３０及び４０はそれぞれ吸盤３６及び４６を用いるが、代わりに軟質の繊維シート１００に挿入可能な針を用いてもよい。

上記実施例では、ローラ５６及び６６を用いた倣い機構５０及び６０により繊維シート１００を金型３００の外形形状に倣わしたが、これに限定されない。例えば、ドライヤなどを用いて加熱空気を繊維シート１００に噴射することにより、繊維シート１００を金型３００の外形形状に倣わしてもよい。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１成形装置
１０ステージ
２０押え機構
３０、４０保持機構
５０、６０倣い機構
８１〜８３冷却ノズル（冷却機構）
１００繊維シート

Claims

加熱により軟化した繊維シートを、金型の外形形状に倣わす倣い機構と、
前記金型上で倣わせられた状態の前記繊維シートの角部を送風により冷却する冷却機構と、を備えた成形装置。