JP2021020375A - Molding apparatus and molding method - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、繊維強化樹脂を成形する技術に関し、特に、プレス成形により繊維強化樹脂を成形する技術に関する。 The present invention relates to a technique for molding a fiber reinforced resin, and more particularly to a technique for molding a fiber reinforced resin by press molding.
近年、軽量で強度の高い素材として、炭素繊維強化樹脂(CFRP)が注目されている。なかでもマトリックス材として熱可塑性樹脂を用いた炭素繊維強化熱可塑性樹脂(CFRTP)は、優れた力学特性を持つとともに、キュアリングのために成形が終了した状態で長時間にわたって加熱することを要さず、プレス成形等のサイクルタイムを短縮することが可能な方法で成形できるため、強度の高い部材を低コストで形成することを可能とする材料として期待されている。 In recent years, carbon fiber reinforced resin (CFRP) has been attracting attention as a lightweight and high-strength material. Among them, carbon fiber reinforced thermoplastic resin (CFRTP) using a thermoplastic resin as a matrix material has excellent mechanical properties, and it is necessary to heat it for a long time in a state where molding is completed for curing. However, since it can be molded by a method such as press molding that can shorten the cycle time, it is expected as a material that enables the formation of high-strength members at low cost.
このCFRTP材料を成形する際に、成形対象のCFRTP材料の温度が低下すると、マトリックス材の流動性が低下して、炭素繊維の移動が阻害される。また、温度が十分に低下していない状態で成形後のCFRTP材料を取り出すと、成形されたCFRTP材料が変形する。そのため、CFRTP材料をプレス成形する方法としては、金型を加熱した後に成形を行い、成形終了後に金型を冷却するヒート&クール法が採用されてきた。しかしながら、ヒート&クール法では、金型の昇温および降温に時間がかかるため、プレス成形のサイクルタイムを短縮することは困難であった。 When the CFRTP material is molded, if the temperature of the CFRTP material to be molded is lowered, the fluidity of the matrix material is lowered and the movement of carbon fibers is hindered. Further, if the molded CFRTP material is taken out in a state where the temperature is not sufficiently lowered, the molded CFRTP material is deformed. Therefore, as a method for press-molding the CFRTP material, a heat-and-cool method has been adopted in which molding is performed after heating the mold and the mold is cooled after the molding is completed. However, in the heat and cool method, it is difficult to shorten the cycle time of press molding because it takes time to raise and lower the temperature of the die.
一方、プレス成形を行う場合において、サイクルタイムを短縮するために金型の温度を低温(マトリックス材の溶融点以下)にすると、プレス成形の過程においてCFRTP材料が冷却されるので、成形性を良好に保つことが困難となる。そこで、低温の金型を用いてプレス成形を行う際に、CFRTP材料の温度の低下を抑制し、CFRTP材料の成形性を良好に維持する技術の開発が進められている。例えば、非特許文献1では、温度を室温とした金型を用いてプレス成形を行う際に、炭素繊維シートをシリコンゴムではさむことにより、炭素繊維シートの温度の低下を抑制し、成形性の改善を図ることが試みられている。 On the other hand, in the case of press molding, if the temperature of the die is lowered (below the melting point of the matrix material) in order to shorten the cycle time, the CFRTP material is cooled in the press molding process, so that the moldability is good. It becomes difficult to keep it. Therefore, development of a technique for suppressing a decrease in temperature of a CFRTP material and maintaining good moldability of the CFRTP material when performing press molding using a low-temperature mold is underway. For example, in Non-Patent Document 1, when press molding is performed using a mold whose temperature is room temperature, the carbon fiber sheet is sandwiched between silicon rubbers to suppress a decrease in the temperature of the carbon fiber sheet, resulting in moldability. Attempts are being made to improve.
しかしながら、非特許文献1では、成形性の改善を図るため、炭素繊維シートをシリコンゴムではさみ、炭素繊維シートの温度の低下を抑制しているため、成形が終了した後、炭素繊維シートの温度が十分に低下するまでの時間が長くなる。そのため、非特許文献1の技術を用いてサイクルタイムを十分に短縮することは困難である。この問題は、炭素繊維強化樹脂の成形に限らず、ガラス繊維強化樹脂等を含む、繊維強化樹脂の成形一般に共通する。 However, in Non-Patent Document 1, in order to improve the moldability, the carbon fiber sheet is sandwiched between silicon rubbers to suppress the decrease in the temperature of the carbon fiber sheet. Therefore, after the molding is completed, the temperature of the carbon fiber sheet is suppressed. It takes a long time for the amount to decrease sufficiently. Therefore, it is difficult to sufficiently shorten the cycle time by using the technique of Non-Patent Document 1. This problem is not limited to the molding of carbon fiber reinforced resin, but is common to the molding of fiber reinforced resin including glass fiber reinforced resin and the like.
本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、繊維強化熱可塑性樹脂の成形を行う際のサイクルタイムを短縮する技術を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and an object of the present invention is to provide a technique for shortening a cycle time when molding a fiber-reinforced thermoplastic resin.
上記目的の少なくとも一部を達成するために、本発明は、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。 In order to achieve at least a part of the above object, the present invention can be realized as the following form or application example.
[適用例1]
熱可塑性樹脂のマトリックス材と強化繊維とを含む繊維強化熱可塑性樹脂の被成形材を成形する成形装置であって、フレームと、前記フレームに対する鉛直方向の移動が規制され、雄ねじが形成されたスクリューと、前記雄ねじと噛み合う雌ねじが形成されたスライドと、前記スライドの下方に配置され、前記フレームに固定されたボルスターと、を有し、前記スクリューを回転させることにより前記スライドの昇降を行うように構成されたスクリュープレス装置と、前記ボルスターの上方側に取り付けられたクッション装置と、前記スライドの下方側および前記クッション装置の上方側にそれぞれ取り付けられ、前記マトリックス材の溶融点よりも高い温度に加熱された前記被成形材を挟み込んで前記被成形材を成形する、温度が前記マトリックス材の溶融点以下に設定された上型および下型と、を備え、前記クッション装置は、前記被成形材の成形が終了した際に前記被成形材に加わる成形圧力を蓄積することにより、前記上型と前記下型との間に挟み込まれた前記被成形材に、前記成形圧力以下の保持圧力を加えるように構成されており、前記雄ねじおよび前記雌ねじのリード角は、前記被成形材の成形終了時に前記フレームが鉛直方向に伸長して前記スライドに上方への荷重が加わった際に、前記スクリューと前記スライドとがスティック状態となるように設定されている、成形装置。
[Application example 1]
A molding device for molding a fiber-reinforced thermoplastic resin material to be molded, which includes a thermoplastic resin matrix material and reinforcing fibers, and is a frame and a screw in which vertical movement with respect to the frame is restricted and a male screw is formed. A slide in which a female screw that meshes with the male screw is formed, and a bolster that is arranged below the slide and fixed to the frame, and the slide is moved up and down by rotating the screw. The configured screw press device, the cushion device attached to the upper side of the bolster, the lower side of the slide and the upper side of the cushion device, respectively, are attached and heated to a temperature higher than the melting point of the matrix material. The cushioning device comprises an upper mold and a lower mold whose temperature is set to be equal to or lower than the melting point of the matrix material, which sandwiches the molded material to be molded and forms the material to be molded. By accumulating the molding pressure applied to the material to be molded when the molding is completed, a holding pressure equal to or lower than the molding pressure is applied to the material to be molded sandwiched between the upper mold and the lower mold. The lead angles of the male screw and the female screw are formed on the screw and the screw when the frame extends in the vertical direction and an upward load is applied to the slide at the end of molding of the material to be molded. A molding device in which the slide is set to be in a stick state.
この適用例によれば、雄ねじおよび雌ねじのリード角を、フレームが鉛直方向に伸長してスライドに上方への荷重が加わった際にスクリューとスライドとがスティック状態となるように設定しているので、上型と下型との間に挟み込まれた成形直後の被成形材に十分に高い成形圧力を加えることができる。そのため、成形された被成形材に、上型および下型の形状を良好に転写することができる。そして、成形された被成形材には、十分に高い保持圧力を加えることができるので、上型および下型と成形後の被成形材との間の熱伝達係数を高くして、当該被成形材を速やかに冷却することができるので、成形を行う際のサイクルタイムをより短縮することが可能となる。また、この適用例では、フレームが鉛直方向に伸長してスライドに上方への荷重が加わった際にスクリューとスライドとがスティック状態となるので、被成形材の成形が終了した際に2つの金型が離間するバウンドを抑制することができる。 According to this application example, the lead angles of the male and female threads are set so that the screw and the slide are in a stick state when the frame extends in the vertical direction and an upward load is applied to the slide. , A sufficiently high molding pressure can be applied to the material to be molded immediately after molding sandwiched between the upper mold and the lower mold. Therefore, the shapes of the upper mold and the lower mold can be satisfactorily transferred to the molded material to be molded. Then, since a sufficiently high holding pressure can be applied to the molded material to be molded, the heat transfer coefficient between the upper and lower dies and the material to be molded after molding is increased, and the molded material is said to be molded. Since the material can be cooled quickly, the cycle time at the time of molding can be further shortened. Further, in this application example, when the frame extends in the vertical direction and an upward load is applied to the slide, the screw and the slide are in a stick state, so that two dies are formed when the molding of the material to be molded is completed. Bounce that separates the molds can be suppressed.
[適用例2]
前記スクリューと前記スライドとのスティック状態は、前記保持圧力が前記被成形材に加えられた状態において維持されている、請求項1記載の成形装置。
[Application example 2]
The molding apparatus according to claim 1, wherein the stick state of the screw and the slide is maintained in a state where the holding pressure is applied to the material to be molded.
この適用例によれば、保持圧力が被成形材に加えられた状態においても、スクリューとスライドとがスティック状態となっているので、保持圧力を被成形材に加えることがより容易となる。 According to this application example, even when the holding pressure is applied to the material to be molded, the screw and the slide are in the stick state, so that it is easier to apply the holding pressure to the material to be molded.
[適用例3]
前記クッション装置は、前記保持圧力が調整可能となるように構成されている、適用例1または2記載の成形装置。
[Application example 3]
The molding device according to Application Example 1 or 2, wherein the cushion device is configured so that the holding pressure can be adjusted.
この適用例によれば、保持圧力を適宜調整することにより、被成形材が上型および下型に挟み込まれた際に上型から下型に加わる衝撃力を十分に緩和することができる。そのため、被成形材の成形が終了した際のバウンドの発生をより確実に抑制することができる。 According to this application example, by appropriately adjusting the holding pressure, the impact force applied from the upper mold to the lower mold when the material to be molded is sandwiched between the upper mold and the lower mold can be sufficiently relaxed. Therefore, it is possible to more reliably suppress the occurrence of bounce when the molding of the material to be molded is completed.
[適用例4]
適用例1ないし3のいずれか記載の成形装置であって、前記クッション装置は、液室が形成され、前記ボルスターに取り付けられるシリンダー部と、前記液室に収容され、前記液室中の作動液体の圧力により上方に向かう荷重を発生させる受圧部と、前記受圧部の上方側に設けられ、前記下型が取り付けられる金型取付部と、を有するピストン部と、前記ピストン部の前記液室に接続された流体回路と、を有しており、前記流体回路は、前記作動液体に初期圧力が加えられた状態で、前記液室に接続された接続流路が閉止可能となるように構成されている、成形装置。
[Application example 4]
A molding apparatus according to any one of Application Examples 1 to 3, wherein a liquid chamber is formed, a cylinder portion attached to the bolster, and a working fluid contained in the liquid chamber and contained in the liquid chamber. In the piston portion having a pressure receiving portion that generates an upward load by the pressure of the above, a mold mounting portion provided on the upper side of the pressure receiving portion and to which the lower mold is mounted, and the liquid chamber of the piston portion. It has a connected fluid circuit, and the fluid circuit is configured so that the connection flow path connected to the liquid chamber can be closed while the initial pressure is applied to the working liquid. Molding equipment.
この適用例によれば、簡単な構成のクッション装置により、成形圧力を蓄積して、成形後の被成形材に保持圧力を加えることができるので、被成形材を速やかに冷却して成形を行う際のサイクルタイムをより短縮するとともに、バウンドを抑制することがより容易となる。 According to this application example, the cushioning device having a simple structure can accumulate the molding pressure and apply the holding pressure to the molded material after molding, so that the molded material is quickly cooled and molded. It becomes easier to suppress the bounce while shortening the cycle time.
[適用例5]
前記流体回路は、前記接続流路に接続されたアキュムレーターを有している、適用例4記載の成形装置。
[Application example 5]
The molding apparatus according to Application Example 4, wherein the fluid circuit has an accumulator connected to the connection flow path.
アキュムレーターを用いるこの適用例によれば、保持圧力を適宜設定することがより容易となる。 According to this application example using an accumulator, it becomes easier to set the holding pressure appropriately.
[適用例6]
前記スライドは、前記被成形材の成形が終了する前記スライドの下端位置の近傍における下降速度が100mm/s以上となるように駆動される、適用例1ないし5のいずれか記載の成形装置。
[Application example 6]
The molding apparatus according to any one of Application Examples 1 to 5, wherein the slide is driven so that the lowering speed in the vicinity of the lower end position of the slide at which molding of the material to be molded is completed is 100 mm / s or more.
この適用例によれば、成形後の被成形材において、皺やボイドの発生等の品質低下を抑制することができる。 According to this application example, it is possible to suppress quality deterioration such as wrinkles and voids in the material to be molded after molding.
[適用例7]
前記スクリュープレス装置は、前記スクリューの回転駆動をサーボモーターによって行うサーボスクリュープレス装置である、適用例1ないし6のいずれか記載の成形装置。
[Application 7]
The molding device according to any one of Application Examples 1 to 6, wherein the screw press device is a servo screw press device that drives the rotation of the screw by a servo motor.
この適用例によれば、スライドの下降速度を適切に制御することが可能となるので、成形後の被成形材の品質をより高くすることができる。 According to this application example, since the descending speed of the slide can be appropriately controlled, the quality of the material to be molded after molding can be further improved.
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能である。例えば、繊維強化熱可塑性樹脂の被成形材を成形する成形装置や成形方法、その装置や方法を利用した繊維強化熱可塑性樹脂の成形品の製造装置や製造方法等の態様で実現することができる。 The present invention can be realized in various aspects. For example, it can be realized by a molding device or a molding method for molding a material to be molded of a fiber-reinforced thermoplastic resin, a manufacturing device or a manufacturing method of a molded product of a fiber-reinforced thermoplastic resin using the device or method. ..
以下、本発明を実施するための形態を以下の順序で説明する。
A.実施形態:
A1.CFRTPの成形工程:
A2.成形装置の構成:
A3.クッション装置の構成:
A4.成形装置の動作:
A5.成形装置の動作の評価:
B.変形例:
Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in the following order.
A. Embodiment:
A1. CFRTP molding process:
A2. Molding equipment configuration:
A3. Cushion device configuration:
A4. Molding equipment operation:
A5. Evaluation of molding equipment operation:
B. Modification example:
A.実施形態:
A1.CFRTPの成形工程:
図1は、本発明の一実施形態としての成形装置10を用いて炭素繊維強化熱可塑性樹脂(CFRTP)を成形する様子を示す説明図である。図1(a)ないし図1(c)は、成形対象となるCFRTPプリプレグ(以下、単に「プリプレグ」とも呼ぶ)PPGを成形し、成形されたプリプレグPPFを得る成形工程の概略を表している。なお、図1では、鉛直上方が紙面の上方となるように描いている。そのため、紙面の上下方向は、鉛直方向となり、紙面の左右方向は水平方向となる。同様に、以下においても、特に断らない限り、鉛直方向および水平方向を紙面の上下方向および左右方向として表す。また、以下では、鉛直上方および鉛直下方を、単に、「上方」および「下方」とも呼ぶ。
A. Embodiment:
A1. CFRTP molding process:
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a state in which a carbon fiber reinforced thermoplastic resin (CFRTP) is molded using the
図1に示す成形工程では、まず、成形対象であるプリプレグPPGを準備する。プリプレグPPGは、強化繊維である炭素繊維の糸を織り上げた炭素繊維織物にマトリックス材を含浸したCFRTPシートを、複数枚積層した板状の素材である。マトリックス材としては、種々の熱可塑性樹脂が使用できる。具体的にいえば、マトリックス材としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリカーボネート、アクリロニトリルブタジエンスチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリエーテルエーテルケトン、ポリウレタン、あるいは、ポリアミド(ナイロン)等が使用できる。 In the molding process shown in FIG. 1, first, a prepreg PPG to be molded is prepared. The prepreg PPG is a plate-shaped material in which a plurality of CFRTP sheets impregnated with a matrix material are laminated on a carbon fiber woven fabric in which carbon fiber threads, which are reinforcing fibers, are woven. As the matrix material, various thermoplastic resins can be used. Specifically, as the matrix material, polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polycarbonate, acrylonitrile butadiene styrene, polymethyl methacrylate, polyetheretherketone, polyurethane, polyamide (nylon) and the like can be used.
図1(a)に示すように、準備されたプリプレグPPGは、加熱装置910内に搬入される。加熱装置910内において、プリプレグPPGは、所定の加熱温度まで加熱される。加熱温度は、マトリックス材の溶融点を超える温度であれば適宜設定可能であるが、成形工程における温度の低下を考慮して、溶融点よりも50〜70℃高い温度に設定するのが好ましい。加熱されたプリプレグPPGは、加熱装置910から搬出され、図1(b)に示す成形装置10に搬入される。なお、プリプレグPPGの加熱装置910内への搬入や、プリプレグPPGの加熱装置910からの搬出および成形装置10への搬入は、自動搬送装置等を用いて行うことができる。
As shown in FIG. 1A, the prepared prepreg PPG is carried into the
図1(b)に示すように、成形装置10は、プレス装置100と、上型200および下型300(以下、併せて「金型」とも呼ぶ)と、クッション装置400とを有している。プレス装置100は、サーボモーター153を用いたスクリュープレス装置(サーボスクリュープレス装置)であり、フレーム110と、フレーム110に対して鉛直方向(上下方向)に移動可能なスライド120と、フレーム110に固定的に取り付けられたボルスター130およびサーボモーター153とを有している。
As shown in FIG. 1 (b), the
プレス装置100のスライド120の下方側には、上型200が取り付けられており、ボルスター130の上方側には、クッション装置400および下型300がこの順で取り付けられている。プレス装置100に搬入されたプリプレグPPGは、図1(b)に示すように、上型200と下型300との間に配置される。
The
プリプレグPPGの配置の後、スライド120の昇降を制御するサーボモーター153を駆動することにより、スライド120を所定の位置(下端位置)まで下降させる。スライド120が下端位置まで下降すると、成形中のプリプレグ(図示しない)は、上型200と下型300との間に挟み込まれる。これにより、プリプレグは、図1(c)に示すように、上型200と下型300の形状に応じた形状に成形され、所望の形状に成形されたプリプレグPPFが得られる。なお、このように、成形中のプリプレグが上型200と下型300との間に挟み込まれた状態は、当該プリプレグの形状が所望の形状に成形された状態となっているので、プリプレグの成形が終了した状態であると謂うこともできる。
After the arrangement of the prepreg PPG, the
スライド120を下端位置まで下降させた後、予め設定された時間(保持時間)が経過するまで、成形されたプリプレグPPFに圧力(保持圧力)を加えた状態が維持される。上型200および下型300は、その温度がマトリックス材の溶融点以下に設定されているため、保持時間が経過するまでの間に、プリプレグPPFの温度が低下し、プリプレグPPFが硬化する。所望の形状に成形されて硬化したプリプレグPPF(成形品)は、保持時間が経過した後、サーボモーター153を駆動してスライド120を上昇させることにより、プレス装置100から取り出される。
After lowering the
なお、金型の温度は、マトリックス材の溶融点以下であれば任意に設定することが可能であるが、80℃以下とするのが好ましい。金型の温度を80℃以下とすることにより、マトリックス材の金型への付着が抑制されるので、成形品の取り出しを容易にし、また、金型の清掃を省略あるいは金型の清掃頻度を低減することができる。さらに、金型の温度を80℃以下とすれば、保持時間を短縮し、サイクルタイムをより短縮することが可能となる。 The temperature of the mold can be arbitrarily set as long as it is below the melting point of the matrix material, but it is preferably 80 ° C. or lower. By setting the temperature of the mold to 80 ° C or lower, adhesion of the matrix material to the mold is suppressed, so that the molded product can be easily taken out, and cleaning of the mold can be omitted or the frequency of cleaning the mold can be reduced. It can be reduced. Further, if the temperature of the mold is set to 80 ° C. or lower, the holding time can be shortened and the cycle time can be further shortened.
また、本実施形態では、皺やボイドの発生等の成形後のプリプレグPPFの品質低下を抑制するため、スライド120が下端位置の近傍に到達するまで、スライド120を十分に高い下降速度(以下、スライド120の下降速度を、単に「下降速度」とも謂う)で下降させている。ここで下端位置の近傍とは、成形中のプリプレグの形状が、成形が終了したプリプレグPPFの形状に十分近くなる位置を謂う。一般的なプリプレグの成形条件においては、下端位置の近傍は、下端位置からの距離が、成形前のプリプレグPPGと金型200,300とが接触して成形が開始される位置(成形開始位置)から成形が終了する下端位置までの距離の1/5以下となる位置である。
Further, in the present embodiment, in order to suppress deterioration of the quality of the prepreg PPF after molding such as the generation of wrinkles and voids, the
スライド120が下端位置の近傍に到達した時点における下降速度は、100mm/s以上とするのが好ましい。但し、プリプレグの厚さが薄くなるに従って成形性が低下する傾向があるので、より確実に成形後のプリプレグPPFの品質低下を抑制するため、スライド120が下端位置の近傍に到達した時点における下降速度は、300mm/s以上とするのが好ましい。
The descending speed at the time when the
このように、本実施形態では、下端位置の近傍に到達するまでスライド120の下降速度を高くしているため、スライド120が下端位置に到達して、成形中のプリプレグが金型200,300に挟み込まれると、成形されたプリプレグPPFには強い成形圧力が加わる。また、スライド120には、プリプレグPPFに加わる成形圧力に対応して、スライド120を押し上げる強い反力が加わる。このように強い反力がスライド120に加わると、プリプレグが金型200,300に挟み込まれた直後にスライド120が上昇し、上型200と下型300とが離間する現象(バウンド)が発生する虞がある。そこで、本実施形態の成形装置10においては、後述するようにプレス装置100の構成を一般的なスクリュープレス装置から変更するとともに、下型300とボルスター130との間にクッション装置400を配置することにより、バウンドの抑制を行っている。
As described above, in the present embodiment, since the lowering speed of the
なお、本実施形態では下端位置の近傍に到達するまでスライド120の下降速度を高くしているが、下端位置の近傍におけるスライド120の下降速度が高くない場合(例えば、100mm/s未満とした場合)においても、バウンドが発生する虞がある。従って、後述するようにプレス装置100の構成を変更するとともに、下型300とボルスター130との間にクッション装置400を配置するという、本実施形態において採用しているバウンドの抑制手段は、下端位置の近傍におけるスライド120の下降速度が高くない場合においても適用することが好ましい。但し、皺やボイドの発生等の成形後のプリプレグPPFの品質低下を抑制することが可能となる点で、スライド120の下降速度は、下端位置の近傍に到達するまで、十分に高くするのが好ましい。
In the present embodiment, the descending speed of the
A2.成形装置の構成:
図2は、成形装置10の構成を示す説明図である。図2において、成形装置10を構成するプレス装置100については、サーボモーター153の図示を省略するとともに、一点鎖線で示す中心軸の左側にその正面からの外観を示し、右側にその一部の部材を切断した部分断面を示している。この部分断面は、中心軸を通り、正面に平行な面で切断した状態を示している。
A2. Molding equipment configuration:
FIG. 2 is an explanatory diagram showing the configuration of the
図2に示すように、プレス装置100は、上述したフレーム110、スライド120およびボルスター130のほか、スクリュー140、回転駆動部150、スライドガイド160およびバランサー170を有している。
As shown in FIG. 2, the
フレーム110は、鉛直方向に延びる外殻板111および内殻板112と、外殻板111および内殻板112の上面に配置された天板113と、シャフト固定部材114と、スラストベアリング115と、ブッシング116とを有している。これらの各部材111〜116は、互いに固定されており、いわゆる門型(ブリッジ型)のフレームを構成している。内殻板112には、水平方向に貫通する開口部119が設けられている。また、内殻板112の中心軸側には、鉛直方向に延びるスライドガイド160が固定されている。
The
スライド120は、中心軸に沿った孔129が設けられたスライド本体121と、スライド本体121に固定された雌ねじ板122とを有している。雌ねじ板122は、円筒状の部材であり、その内面に雌ねじ128が形成されている。このようにスライド120は、雌ねじ128が形成された雌ねじ板122を有しているので、スライド120自体に雌ねじ128が形成されていると謂うこともできる。
The
スライド本体121は、その端部においてスライドガイド160に対して摺動するように構成されている。そのため、スライド120は、中心軸の周りでの回転が規制されるとともに、鉛直方向に移動可能となっている。これに対し、鉛直方向に移動しないボルスター130は、フレーム110に固定されている。
The
スクリュー140は、単一の棒材から形成された部材であり、鉛直上方から順に、シャフト141と、シャフト141よりも外径が大きい大径部142と、雄ねじ143とが形成されている。プレス装置100では、シャフト141は、フレーム110のスラストベアリング115に固定され、大径部142は、その上面がフレーム110のブッシング116に接触している。これにより、スクリュー140は、フレーム110に対する鉛直方向の移動が規制されている。また、スクリュー140に設けられた雄ねじ143は、スライド120の雌ねじ板122に設けられた雌ねじ128に噛み合わされている。
The
本実施形態において使用されるプレス装置100では、スクリュー140に形成された雄ねじ143と、雌ねじ板122に設けられた雌ねじ128とのそれぞれのリード角(以下、「スクリューのリード角」とも謂う)を、一般的なスクリュープレス装置よりも小さい角度(例えば、7°)に設定している。
In the
このように、スクリューのリード角を十分に小さい角度(例えば、9°以下)とすることにより、スライド120に加わる鉛直方向の荷重の大半が、スクリュー140に形成された雄ねじ143と、スライド120(雌ねじ板122)に形成された雌ねじ128との間の摩擦力を発生させる垂直抗力として働くようになる。そのため、スクリュー140の回転が抑制された状態、すなわち、スクリュー140とスライド120とがスティックした状態とすることが可能となる。
By setting the lead angle of the screw to a sufficiently small angle (for example, 9 ° or less) in this way, most of the vertical load applied to the
なお、スクリューのリード角が過度に小さくなると、スライド120の昇降速度を所望の速度とするためにサーボモーター153(図1)の回転速度を高くすることが必要となる。また、後述するバランサー170によりスライド120に加えられる上方への荷重と、スライド120等の重量とのバランスの崩れによりスライド120の昇降が困難となる虞がある。そのため、スクリューのリード角は、5°以上とするのが好ましい。
If the lead angle of the screw becomes excessively small, it is necessary to increase the rotation speed of the servomotor 153 (FIG. 1) in order to make the ascending / descending speed of the slide 120 a desired speed. Further, the
回転駆動部150は、プーリー151と、歯付ベルト152とを有している。プーリー151の中心には、スクリュー140のシャフト141が嵌め込まれている。歯付ベルト152は、図2に示すプーリー151と、サーボモーター153(図1)とを架けるように取り付けられている。そのため、サーボモーター153を回転させることにより、プーリー151と、スクリュー140とが中心軸の周りで回転する。そして、スクリュー140が回転することにより、雄ねじ143に噛み合わされた雌ねじ128を有するスライド120は、この回転に応じて鉛直方向に移動する。
The
バランサー170は、バランスシリンダー171と、バランスシリンダー171から延びるシリンダーロッド172と、シリンダーロッド172とスライド120(スライド本体121)とを接続する接続アーム173とを有している。このバランスシリンダー171の下方から圧縮空気等を用いて圧力を加えることにより、シリンダーロッド172およびスライド120は、これらの重量と釣り合うように押し上げられる。このようにシリンダーロッド172およびスライド120が押し上げられることにより、スライド120の昇降を制御することがより容易となるとともに、雄ねじ143と雌ねじ128との間でギャップが生じることが抑制される。
The
成形装置10を構成するクッション装置400は、機構部としてのピストン部410、シリンダー部420および押さえリング430と、図示しない油圧回路を有している。詳細については後述するが、本実施形態においては、このクッション装置400を用いるとともに、上述のようにスクリューのリード角を小さくして、スライド120に上方への荷重が加わった際にスクリュー140とスライド120とがスティックした状態(スティック状態)を発生させることを可能とすることにより、スライド120が下端位置に到達した際のバウンドが抑制される。
The
A3.クッション装置の構成:
図3は、クッション装置400の構成を示す説明図である。上述の通り、クッション装置400は、機構部としてのピストン部410、シリンダー部420および押さえリング430と、油圧回路440とを有している。なお、図3においては、機構部410,420,430についてはその構成を模式的に示し、油圧回路440についてはその構成を回路図で示している。
A3. Cushion device configuration:
FIG. 3 is an explanatory diagram showing the configuration of the
ピストン部410は、外径が大きく油圧が作用する受圧部411と、受圧部411の上方側に形成され、下型300(図2)が取り付けられる金型取付部412とを有する部材である。
The
シリンダー部420は、ピストン部410の受圧部411を収容するとともに、作動油が貯留される穴(油室)429が形成された部材である。このシリンダー部420に形成された油室429は、油圧回路440に接続される接続ポート428と連通している。そのため、油圧回路440により作動油の圧力を調整することにより、ピストン部410の受圧部411に加わる圧力、すなわち、金型取付部412が下型300に伝達する荷重を調整することできる。
The
押さえリング430は、ピストン部410の受圧部411よりも内径が小さく、かつ、金型取付部412よりも内径が大きい環状の部材であり、シリンダー部420の上側に固定的に取り付けられている。このように押さえリング430をシリンダー部420に取り付けることにより、ピストン部410のシリンダー部420からの脱出が抑制される。
The
油圧回路440は、オイルタンク441と、双方向ポンプ442と、双方向ポンプ442を駆動するサーボモーター443と、電磁弁444と、アキュムレーター445とを有している。図3に示すように、双方向ポンプ442は、その一方のポートがオイルタンク441に接続され、他方のポートが電磁弁444に接続されている。電磁弁444は、双方向ポンプ442に接続された入口ポートと、アキュムレーター445およびシリンダー部420の接続ポート428に接続された出口ポートとの間の開閉状態を切り替える。アキュムレーター445は、ダイアフラム型の気体式アキュムレーターであり、電磁弁444とシリンダー部420との間に接続されている。
The
なお、図3の例では、アキュムレーター445として、ダイアフラム型の気体式アキュムレーターを用いているが、プラダ型やピストン型の気体式アキュムレーターや、ガス容器を外部に設けたアキュムレーターを用いることも可能である。また、図3の例で示す電磁弁444を、開閉状態が切替可能な種々の電磁弁や空圧弁に置き換えることも可能である。また、本実施形態では、クッション装置400に使用される作動液体として油(作動油)を使用しているが、作動液体としては、油のほか、水等の種々の液体を使用することも可能である。
In the example of FIG. 3, a diaphragm type gas accumulator is used as the
A4.成形装置の動作:
図4は、本実施形態の成形装置10の動作を示す説明図である。図4(a)ないし図4(d)は、プリプレグを成形する際の成形装置10の一連の動作を、時系列的に示している。なお、図4においては、成形装置10が有するプレス装置100(図2)の図示を省略している。また、図4に描いた黒塗りの矢印は、作動油が流れる方向を示している。
A4. Molding equipment operation:
FIG. 4 is an explanatory diagram showing the operation of the
図4(a)に示すように、本実施形態では、プリプレグPPGの成形に先だって、アキュムレーター445に初期圧力を加える。具体的には、電磁弁444を開状態にするとともに、双方向ポンプ442を駆動して、オイルタンク441から電磁弁444に向かって作動油を送出する。これにより、アキュムレーター445に作動油が流入し、アキュムレーター445の圧力が上昇する。また、シリンダー部420の油室429にも作動油が流入することにより、ピストン部410は押し上げられた状態となる。
As shown in FIG. 4A, in this embodiment, an initial pressure is applied to the
アキュムレーター445の圧力が上昇して所定の初期圧力に到達した後、図4(b)に示すように、双方向ポンプ442を停止するとともに、電磁弁444を閉状態にする。これにより、シリンダー部420の油室429(図3)に接続された接続流路、すなわち、電磁弁444から接続ポート428に至る流路は、作動油の流出入が停止された閉止状態となる。
After the pressure of the
このように、電磁弁444を閉状態にして接続流路を閉止状態にした後、スライド120(図2)の下降を開始すると、上型200は、下方に位置する下型300に向かって移動する。なお、この状態において、アキュムレーター445、油室429(図3)および接続流路中の作動油には、アキュムレーター445と同一の圧力(すなわち、初期圧力)が加えられている。そのため、図4(b)に示す状態は、作動油に初期圧力が加えられた状態であると謂うこともできる。
In this way, when the slide 120 (FIG. 2) is started to descend after the
図4(b)に示す状態からさらに上型200が下降して、プリプレグの成形が終了すると、図4(c)に示すように、上型200と下型300との間にプリプレグPPFが挟み込まれる。このとき、回転駆動部150、スクリュー140およびスライド120(いずれも、図2参照)に蓄積された運動エネルギーにより、フレーム110が鉛直方向に引き伸ばされる。また、運動エネルギーがフレーム110の伸長に使用されることにより、回転駆動部150およびスクリュー140の回転が停止する。
When the
フレーム110が鉛直方向に引き伸ばされることにより、その反力が上型200および下型300に加わり、プリプレグPPFに強い成形圧力が加わる。このように、プリプレグの成形が終了した時点、すなわち、プリプレグPPFへの加圧が開始された時点において、プリプレグPPFに強い成形圧力を加えることにより、プリプレグPPFには金型200,300の形状が良好に転写される。
When the
このとき、スライド120には、プリプレグPPFに加わる強い成形圧力に対応して、上方への大きな荷重が加わる。また、本実施形態では、スクリューのピッチ角を小さくしているため、当該荷重の大半が、スクリュー140に形成された雄ねじ143と、スライド120に形成された雌ねじ128との間の摩擦力を発生させる垂直抗力として働く。そして、プリプレグの成形が終了した時点においては、スクリュー140の回転が停止しているため、雄ねじ143と雌ねじ128との間には強い静止摩擦力が働き、スクリュー140とスライド120とがスティックした状態となる。このように、スクリュー140とスライド120とがスティック状態となることにより、スライド120の上昇が抑制されるので、バウンドが抑制される。
At this time, a large upward load is applied to the
また、プリプレグPPFに加わった成形圧力は、成形圧力に対応する荷重として下型300およびピストン部410を介して、シリンダー部420に貯留された作動油に伝達される。成形圧力がシリンダー部420に貯留された作動油に伝達されると、シリンダー部420に貯留された作動油の圧力(以下、「シリンダー部420の圧力」とも謂う)がアキュムレーター445の圧力よりも高くなる。そのため、図4(c)において矢印で示すように、シリンダー部420に貯留されていた作動油がアキュムレーター445に流入して、アキュムレーター445の圧力が上昇する。なお、このようなアキュムレーター445の圧力の上昇は、プリプレグPPFに強い成形圧力が加わることにより発生するので、成形圧力を蓄積しているものと捉えることができる。
Further, the molding pressure applied to the prepreg PPF is transmitted to the hydraulic oil stored in the
作動油の流入によりアキュムレーター445の圧力が上昇して、シリンダー部420の圧力と同圧になると、アキュムレーター445への作動油の流入が停止する。この状態において、下型300および下型300が取り付けられているピストン部410は、作動油の流出に伴って下方に向かって移動する。また、ピストン部410の下面には、アキュムレーター445の圧力と同一の圧力が加わるため、上型200と下型300に挟み込まれたプリプレグPPFには、アキュムレーター445の圧力に対応する保持圧力が加わり、スライド120(図2)には、プリプレグPPFを挟み込んでいる上型200を介して上方への荷重が加わる。
When the pressure of the
また、プリプレグの成形が終了した時点から、アキュムレーター445とシリンダー部420との圧力が同圧になった後も、スライド120には、保持圧力に対応する十分に大きな荷重が上方に向かって加わり続ける。そのため、スクリュー140とスライド120とのスティック状態が維持され、スライド120の上昇が抑制され続けるので、プリプレグPPFに保持圧力を加え続けることが可能となる。
Further, even after the pressures of the
プリプレグPPFに加えられる保持圧力は、成形圧力以下であれば、スクリュー140とスライド120とのスティック状態が維持される範囲内で、適宜調整することができる。保持圧力の調整は、例えば、アキュムレーター445の気体室に封入するガス圧(封入ガス圧)を適宜調整することにより行うことができる。但し、保持圧力は、必ずしも調整可能とする必要はない。
The holding pressure applied to the prepreg PPF can be appropriately adjusted as long as it is equal to or lower than the molding pressure, as long as the stick state of the
また、上述のように、プリプレグの成形が終了した時点では、シリンダー部420の圧力がアキュムレーター445の圧力より高くなるため、保持圧力は成形圧力よりも低くなるが、アキュムレーター445の封入ガス圧を十分に高くするとともに、シリンダー部420とアキュムレーター445とを接続する接続流路の断面を十分大きくすることにより、保持圧力を成形圧力と略同一にすることができる。
Further, as described above, when the molding of the prepreg is completed, the pressure of the
但し、保持圧力を高くするためにアキュムレーター445の封入ガス圧を過度に高くすると、シリンダー部420からアキュムレーター445への作動油の流入が抑制される。そのため、プリプレグが金型200,300に挟み込まれた際に上型200から下型300に加わる衝撃力を十分に緩和することができなくなり、スクリューのリード角によってはバウンドの抑制が十分にできなくなる虞がある。そのため、保持圧力は、成形圧力よりも低くなるように設定するのが好ましい。
However, if the filling gas pressure of the
このように、本実施形態では、成形が終了した際にプリプレグに加わる成形圧力をアキュムレーター445に蓄積することにより、バウンドを抑制するとともに、アキュムレーター445の圧力に対応する保持圧力を成形されたプリプレグPPFに加えることができる。一般に、金型200,300からプリプレグPPFに加えられる圧力を高くすると、金型200,300とプリプレグPPFとの間の熱伝達係数を高くすることができる。そのため、本実施形態によれば、十分に高い保持圧力をプリプレグPPFに加えてプリプレグPPFをより速やかに冷却することができるので、成形終了後の保持時間を短縮することができる。
As described above, in the present embodiment, the molding pressure applied to the prepreg when the molding is completed is accumulated in the
本実施形態においては、図4(c)に示すようにプリプレグの成形が終了した時点から、予め設定された保持時間が経過した後、図4(d)に示すように、電磁弁444を開状態にするとともに、双方向ポンプ442を駆動して電磁弁444側からオイルタンク441に作動油を送出する。これにより、アキュムレーター445から作動油が流出するので、アキュムレーター445の圧力が低下し、ピストン部410を押し上げる荷重が低下する。そのため、下型300と、プリプレグPPFと、上型200とを介してピストン部410からスライド120(図2)に加わる上方への荷重が低下し、スクリュー140とスライド120とのスティック状態が解除される。
In the present embodiment, the
このように、スクリュー140とスライド120とのスティック状態が解除されることにより、スクリュー140を回転させることが可能となる。そこで、スクリュー140を回転させて、スライド120および上型200を上昇させ、成形されたプリプレグPPFを取り出すことにより、成形工程が終了する。
By releasing the stick state of the
A5.成形装置の動作の評価:
図5は、本実施形態の成形装置10(図2)の動作を評価した結果を示すグラフである。図5に示すグラフは、下型300に加わる荷重と、スライド120の位置(スライド位置)の時間変化を表している。なお、図5のグラフにおいて、横軸は時間を表し、左縦軸および右縦軸はそれぞれ荷重およびスライド位置を表している。
A5. Evaluation of molding equipment operation:
FIG. 5 is a graph showing the result of evaluating the operation of the molding apparatus 10 (FIG. 2) of the present embodiment. The graph shown in FIG. 5 shows the load applied to the
評価においては、まず、アキュムレーター445(図3)に作動油を供給してアキュムレーター445の圧力を上昇させ、作動油の初期圧力によりピストン部410に加わる荷重を10kNとした。次に、スライド120を下降させて上型200を下型300に直接(すなわち、プリプレグを挟み込むことなく)接触させた。そして、これらの一連の過程において、下型300に加わる荷重と、スライド120の位置とを実測した。
In the evaluation, first, hydraulic oil was supplied to the accumulator 445 (FIG. 3) to increase the pressure of the
その結果、図5のグラフに示すように、下型300に加わる荷重は、金型200,300が接触した時点t1から上昇し、その後0.017s経過した時点t2でピークの1440kNを示した。そして、荷重がピークを示した時点t2から0.026s経過した時点t3まで、荷重は漸次低下し、その後、荷重はほぼ440kNに保持された。
As a result, as shown in the graph of FIG. 5, the load applied to the
一方、スライド位置は、金型200,300が接触した時点t1以降も、ピストン部410の下降(図4(c)参照)に伴って下降し、荷重がピークを示した時点t2、すなわち、スライド120が下端位置に到達してプリプレグの成形が終了した時点に相当する時点において一旦沈み込んだ。その後、スライド位置は、一旦沈み込んだ状態から上方に戻った。なお、このようなスライド位置の沈み込みは、金型200,300が接触した時点t1から時点t2の直前(フレーム120が下端位置の近傍に到達する時点)までの間においてスライド120が十分に高い下降速度で下降しているため、上型200から下型300に強い衝撃力が加わり、その衝撃力および反力により、フレーム110が鉛直方向に伸長することにより発生したものと考えられる。
On the other hand, the slide position is lowered with the lowering of the piston portion 410 (see FIG. 4C) even after the time t1 when the
このように、下型300に加わる荷重は、荷重が立ち上がる時点t1から、時点t2でピークを示した後、440kNに保持された。また、スライド位置は、時点t2においてフレーム110の伸長による若干の沈み込みが見られたものの、バウンドに伴う上方への移動は見られなかった。これらの結果から、本実施形態を適用することにより、バウンドの発生を良好に抑制できることが確認できた。
In this way, the load applied to the
また、時点t2において荷重がピークを示した後、荷重が漸減した時点t3以降において、下型300に加わる荷重(成形されたプリプレグPPFに加わる圧力に対応する)を十分に高い状態に保持することができた。このことから、本実施形態を適用すれば、成形されたプリプレグPPFの冷却速度をより速くし、プリプレグ成形後の保持時間および成形工程全体のサイクルタイムをより短くすることが可能となることが確認できた。 Further, after the load peaks at the time point t2 and after the time point t3 when the load gradually decreases, the load applied to the lower mold 300 (corresponding to the pressure applied to the molded prepreg PPF) is maintained in a sufficiently high state. Was made. From this, it was confirmed that if the present embodiment is applied, the cooling rate of the molded prepreg PPF can be made faster, and the holding time after the prepreg molding and the cycle time of the entire molding process can be shortened. did it.
B.変形例:
本発明は上記実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
B. Modification example:
The present invention is not limited to the above embodiment, and can be implemented in various aspects without departing from the gist thereof. For example, the following modifications are also possible.
B1.変形例1:
上記実施形態では、図4(d)に示すように、保持時間が経過した後、アキュムレーター445からオイルタンク441に作動油を流出させてアキュムレーター445の圧力を低下させ、シリンダー部420の圧力を低下させているが、一般的には、シリンダー部420の圧力を低下させることが可能であれば良い。例えば、アキュムレーター445とシリンダー部420の接続ポート428(図3)との間に第1の電磁弁を設けるとともに、第1の電磁弁と接続ポート428との中間部と、オイルタンク441との間に第2の電磁弁を有する流路を設けるものとしても良い。このようにすれば、第1の電磁弁を閉状態にした後、第2の電磁弁を開状態にすることにより、アキュムレーター445の圧力を低下させることなく、シリンダー部420の圧力を低下させることができる。
B1. Modification 1:
In the above embodiment, as shown in FIG. 4D, after the holding time has elapsed, the hydraulic oil is discharged from the
B2.変形例2:
上記実施形態では、図3に示すように、電磁弁444から接続ポート428に至る流路、すなわち、シリンダー部420の油室429に接続された接続流路にアキュムレーター445を接続しているが、アキュムレーター445を省略することも可能である。但し、この場合、保持圧力の調整が困難になるとともに、接続流路中の作動油に加わる初期圧力等の設定によっては、成形圧力の蓄積が適切に行えなくなる虞がある。そのため、上記実施形態のように、接続流路には、アキュムレーター445を接続するのが好ましい。
B2. Modification 2:
In the above embodiment, as shown in FIG. 3, the
B3.変形例3:
上記実施形態では、図3に示すように、ピストン部410、シリンダー部420および油圧回路440を有するクッション装置を用いて、成形終了時にプリプレグに加わる強い成形圧力を蓄積して、金型200,300(図4)の間に挟み込まれたプリプレグPPFに保持圧力を加えているが、成形装置としては、成形圧力を蓄積して保持圧力を加えることが可能であれば良い。例えば、シリンダー部に成形圧力を蓄積する機構を設け、当該機構を利用して保持圧力を加えるようにすることも可能である。
B3. Modification 3:
In the above embodiment, as shown in FIG. 3, a cushion device having a
B4.変形例4:
上記実施形態では、プリプレグPPFに保持圧力が加わった状態において、スクリュー140とスライド120とのスティック状態が維持されているが、スクリューのリード角を大きめに調整し、あるいは、保持圧力を低めに設定して、プリプレグPPFに加わる圧力が保持圧力となった状態で、スクリュー140とスライド120とのスティック状態が解除されるようにすることもできる。但し、この場合、プリプレグPPFに保持圧力を加えるため、スクリュー140にトルクを与えるようにサーボモーター153を駆動する必要が生じ、サーボモーター153の制御が複雑になる。そのため、上記実施形態のように、プリプレグPPFに保持圧力が加わった状態において、スクリュー140とスライド120とのスティック状態が維持されるようにするのが好ましい。
B4. Modification 4:
In the above embodiment, the stick state of the
B5.変形例5:
上記実施形態では、プレス装置100(図2)として、スクリュー140の駆動をサーボモーター153(図1)で行うサーボスクリュープレス装置を使用しているが、プレス装置としては、サーボスクリュープレス装置のほか、フライホイールを用いたスクリュープレス装置等、種々のスクリュープレス装置を利用することも可能である。但し、スライド120の下降速度を制御して、より
品質の高いプリプレグ製品を製造することが可能となる点で、プレス装置としてはサーボスクリュープレス装置を用いるのが好ましい。
B5. Modification 5:
In the above embodiment, the press device 100 (FIG. 2) uses a servo screw press device in which the
B6.変形例6:
上記実施形態では、本発明を炭素繊維織物にマトリックス材を含浸したCFRTPシート(以下、単に「シート」とも呼ぶ)を積層したプリプレグPPGの成形に適用しているが、本発明は、このようなプリプレグPPGの成形の他、一方向に配列された炭素繊維の束にマトリックス材を含浸したシートを積層したプリプレグ、CFRTPの単層のシート、あるいは、マトリックス材の一部分のみに炭素繊維が含まれるシートやプリプレグの成形、もしくは、既に成形されたCFRTP素材の追加成形にも適用できる。なお、これらのプリプレグ、単層のシート、CFRTP素材等は、いずれも、成形の対象であるので、「被成形材」と総称することができる。
B6. Modification 6:
In the above embodiment, the present invention is applied to the molding of a prepreg PPG in which a CFRTP sheet (hereinafter, also simply referred to as “sheet”) impregnated with a matrix material is laminated on a carbon fiber woven fabric. In addition to molding prepreg PPG, prepreg in which a sheet impregnated with a matrix material is laminated on a bundle of carbon fibers arranged in one direction, a single-layer sheet of CFRTP, or a sheet in which carbon fibers are contained only in a part of the matrix material. It can also be applied to the molding of prepreg, or the additional molding of already molded CFRTP material. Since these prepregs, single-layer sheets, CFRTP materials, etc. are all objects of molding, they can be collectively referred to as "materials to be molded".
B7.変形例7:
上記実施形態では、本発明をCFRTPの成形に適用しているが、本発明は、CFRTPのほか、強化繊維としてガラス繊維を用いたガラス繊維強化熱可塑性樹脂や、強化繊維として芳香族ポリアミド系樹脂の繊維を用いた繊維強化熱可塑性樹脂等、種々の繊維強化熱可塑性樹脂の成形に適用できる。
B7. Modification 7:
In the above embodiment, the present invention is applied to the molding of CFRTP, but in addition to CFRTP, the present invention includes a glass fiber reinforced thermoplastic resin using glass fiber as a reinforcing fiber and an aromatic polyamide resin as a reinforcing fiber. It can be applied to the molding of various fiber-reinforced thermoplastic resins such as fiber-reinforced thermoplastic resins using the above fibers.
B8.変形例8:
上記実施形態では、本発明をCFRTPのスタンピング成形に適用しているが、本発明は、スタンピング成形のほか、深絞り等の成形一般に適用することができる。
B8. Modification 8:
In the above embodiment, the present invention is applied to stamping molding of CFRTP, but the present invention can be generally applied to molding such as deep drawing in addition to stamping molding.
10…成形装置
100…プレス装置
110…フレーム
111…外殻板
112…内殻板
113…天板
114…シャフト固定部材
115…スラストベアリング
116…ブッシング
119…開口部
120…スライド
121…スライド本体
122…雌ねじ板
128…雌ねじ
129…孔
130…ボルスター
140…スクリュー
141…シャフト
142…大径部
143…雄ねじ
150…回転駆動部
151…プーリー
152…歯付ベルト
153…サーボモーター
160…スライドガイド
170…バランサー
171…バランスシリンダー
172…シリンダーロッド
173…接続アーム
200…上型
300…下型
400…クッション装置
410…ピストン部
411…受圧部
412…金型取付部
420…シリンダー部
428…接続ポート
429…油室
430…押さえリング
440…油圧回路
441…オイルタンク
442…双方向ポンプ
443…サーボモーター
444…電磁弁
445…アキュムレーター
910…加熱装置
PPG,PPF…プリプレグ
10 ...
Claims (8)
フレームと、前記フレームに対する鉛直方向の移動が規制され、雄ねじが形成されたスクリューと、前記雄ねじと噛み合う雌ねじが形成されたスライドと、前記スライドの下方に配置され、前記フレームに固定されたボルスターと、を有し、前記スクリューを回転させることにより前記スライドの昇降を行うように構成されたスクリュープレス装置と、
前記ボルスターの上方側に取り付けられたクッション装置と、
前記スライドの下方側および前記クッション装置の上方側にそれぞれ取り付けられ、前記マトリックス材の溶融点よりも高い温度に加熱された前記被成形材を挟み込んで前記被成形材を成形する、温度が前記マトリックス材の溶融点以下に設定された上型および下型と、
を備え、
前記クッション装置は、前記被成形材の成形が終了した際に前記被成形材に加わる成形圧力を蓄積することにより、前記上型と前記下型との間に挟み込まれた前記被成形材に、前記成形圧力以下の保持圧力を加えるように構成されており、
前記雄ねじおよび前記雌ねじのリード角は、前記被成形材の成形終了時に前記フレームが鉛直方向に伸長して前記スライドに上方への荷重が加わった際に、前記スクリューと前記スライドとがスティック状態となるように設定されている、
成形装置。 A molding device for molding a fiber-reinforced thermoplastic resin to be molded material containing a thermoplastic resin matrix material and reinforcing fibers.
A frame, a screw in which vertical movement with respect to the frame is restricted and a male screw is formed, a slide in which a female screw that meshes with the male screw is formed, and a bolster arranged below the slide and fixed to the frame. And a screw press device configured to raise and lower the slide by rotating the screw.
A cushion device attached to the upper side of the bolster and
The matrix is formed by sandwiching the material to be molded, which is attached to the lower side of the slide and the upper side of the cushion device, respectively, and heated to a temperature higher than the melting point of the matrix material. Upper and lower molds set below the melting point of the material,
With
The cushioning device accumulates the molding pressure applied to the material to be molded when the molding of the material to be molded is completed, so that the material to be molded is sandwiched between the upper mold and the lower mold. It is configured to apply a holding pressure equal to or lower than the molding pressure.
The lead angles of the male screw and the female screw are such that the screw and the slide are in a stick state when the frame extends in the vertical direction and an upward load is applied to the slide at the end of molding of the material to be molded. Is set to be,
Molding equipment.
前記クッション装置は、
液室が形成され、前記ボルスターに取り付けられるシリンダー部と、
前記液室に収容され、前記液室中の作動液体の圧力により上方に向かう荷重を発生させる受圧部と、前記受圧部の上方側に設けられ、前記下型が取り付けられる金型取付部と、を有するピストン部と、
前記ピストン部の前記液室に接続された流体回路と、
を有しており、
前記流体回路は、前記作動液体に初期圧力が加えられた状態で、前記液室に接続された接続流路が閉止可能となるように構成されている、
成形装置。 The molding apparatus according to any one of claims 1 to 3.
The cushion device is
A cylinder part where a liquid chamber is formed and attached to the bolster,
A pressure receiving portion housed in the liquid chamber and generating an upward load by the pressure of the working liquid in the liquid chamber, a mold mounting portion provided on the upper side of the pressure receiving portion and to which the lower mold is mounted, and a mold mounting portion. And the piston part with
A fluid circuit connected to the liquid chamber of the piston portion and
Have and
The fluid circuit is configured so that the connection flow path connected to the liquid chamber can be closed while the initial pressure is applied to the working liquid.
Molding equipment.
前記被成形材を前記マトリックス材の溶融点よりも高い温度に加熱する加熱工程と、
温度が前記マトリックス材の溶融点よりも低い温度に設定された上型と下型との間に、前記加熱された被成形材を挟み込むことにより、前記被成形材を成形する成形工程と、
を備え、
前記成形工程は、フレームと、前記フレームに対する鉛直方向の移動が規制され、雄ねじが形成されたスクリューと、前記雄ねじと噛み合う雌ねじが形成され、前記上型が取り付けられたスライドと、前記下型が取り付けられ、前記スライドの下方において前記フレームに固定されたボルスターと、を有し、前記スクリューを回転させることにより前記スライドの昇降を行うように構成されたスクリュープレス装置を用いて実行され、
前記成形工程は、
前記被成形材の成形が終了した際に前記被成形材に加わる成形圧力を蓄積し、
蓄積された前記成形圧力により、前記上型と前記下型との間に挟み込まれた前記被成形材に、前記成形圧力以下の保持圧力を加える、
工程を含んでおり、
前記雄ねじおよび前記雌ねじのリード角は、前記被成形材の成形終了時に前記フレームが鉛直方向に伸長して前記スライドに上方への荷重が加わった際に、前記スクリューと前記スライドとがスティック状態となるように設定されている、
成形方法。 A molding method for molding a fiber-reinforced thermoplastic resin to be molded material containing a thermoplastic resin matrix material and reinforcing fibers.
A heating step of heating the material to be molded to a temperature higher than the melting point of the matrix material, and
A molding step of molding the material to be molded by sandwiching the heated material to be molded between the upper mold and the lower mold whose temperature is set to a temperature lower than the melting point of the matrix material.
With
In the molding step, the frame, the screw in which the vertical movement with respect to the frame is restricted, the screw on which the male screw is formed, the female screw that meshes with the male screw are formed, the slide to which the upper mold is attached, and the lower mold It is performed using a screw press device that has a bolster attached and secured to the frame below the slide and is configured to raise and lower the slide by rotating the screw.
The molding process is
When the molding of the material to be molded is completed, the molding pressure applied to the material to be molded is accumulated to accumulate the molding pressure.
Due to the accumulated molding pressure, a holding pressure equal to or lower than the molding pressure is applied to the material to be molded sandwiched between the upper mold and the lower mold.
Including the process,
The lead angles of the male screw and the female screw are such that the screw and the slide are in a stick state when the frame extends in the vertical direction and an upward load is applied to the slide at the end of molding of the material to be molded. Is set to be,
Molding method.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019138190A JP2021020375A (en) | 2019-07-26 | 2019-07-26 | Molding apparatus and molding method |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114872348A (en) * | 2022-05-27 | 2022-08-09 | 景德镇华迅特种陶瓷有限公司 | Vacuum hot-pressing curing process for carbon fiber product |
-
2019
- 2019-07-26 JP JP2019138190A patent/JP2021020375A/en active Pending
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