JP2022163237A - 電磁波成形装置及び電磁波成形方法 - Google Patents
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成形用材料から成形体が成形されるキャビティ、及び前記キャビティと外表面とに繋がる減圧経路を有する成形型と、
可撓性を有するシート材によって袋形状に形成され、前記成形型を内部に収容する減圧バッグと、
前記キャビティ内の成形用材料及び前記成形型の少なくとも一方を加熱する加熱源と、
前記減圧バッグ内を減圧するとともに、前記減圧経路を介して前記キャビティ内を減圧する減圧ポンプと、
前記減圧バッグ内に一部が配置され、前記減圧経路と前記減圧ポンプとに接続された減圧配管と、を備え、
前記減圧配管には、前記減圧バッグによって閉じられることなく前記減圧ポンプによって前記キャビティ内を減圧するために用いられる先端開口と、前記減圧ポンプによって前記減圧バッグ内を減圧するために用いられ、前記減圧バッグ内が減圧されたときに前記減圧バッグによって閉じられる通気孔とが形成されている、電磁波成形装置にある。
可撓性を有するシート材によって袋形状に形成された減圧バッグ内に、成形用材料がキャビティ内に配置された成形型が配置される配置工程と、
前記減圧バッグ内及び前記キャビティ内が減圧され、前記減圧バッグが前記成形型に密着して前記減圧バッグによる型締め力が前記成形型に作用する減圧工程と、
前記キャビティ内の成形用材料及び前記成形型の少なくとも一方が加熱されて、前記キャビティ内の成形用材料が溶融する加熱工程と、
前記型締め力が前記成形型に作用する状態において、前記キャビティ内の溶融した成形用材料が冷却されて成形体が成形される冷却工程と、を含み、
前記配置工程においては、前記成形型における前記キャビティに繋がる減圧経路と、前記減圧バッグの外部に配置された減圧ポンプとに接続され、前記キャビティ内を減圧するための先端開口及び前記減圧バッグ内を減圧するための通気孔が形成された減圧配管の一部が、前記減圧バッグ内に配置され、
前記減圧工程においては、前記通気孔を介して前記減圧バッグ内が減圧されるとともに前記先端開口及び前記減圧経路を介して前記キャビティ内が減圧された後、前記減圧バッグによって前記通気孔が閉じられて、前記先端開口及び前記減圧経路を介して前記キャビティ内が減圧される、電磁波成形方法にある。
前記電磁波成形装置は、可撓性を有するシート材によって袋状に形成された減圧バッグを用いることにより、成形型の型締め及び成形型のキャビティ内の減圧状態の維持の両方を可能にし、大型、複雑形状等の成形体の成形を可能にする。
前記電磁波成形方法においては、配置工程、減圧工程、加熱工程及び冷却工程が行われて、成形用材料から成形体が成形される。特に、減圧工程においては、可撓性を有するシート材によって袋状に形成された減圧バッグが用いられて、成形型の型締め及び成形型のキャビティ内の減圧状態の維持の両方が行われる。
<実施形態1>
本形態の電磁波成形装置1は、図1~図3及び図10~図12に示すように、成形型2、減圧バッグ3、加熱源6A,6B及び減圧ポンプ4を備える。成形型2は、成形用材料80から成形体8が成形されるキャビティ20と、キャビティ20と外表面201とに繋がる減圧経路22とを有する。減圧バッグ3は、可撓性を有するシート材30によって袋形状に形成されており、成形型2を内部に収容する。加熱源6A,6Bは、キャビティ20内の成形用材料80及び成形型2の少なくとも一方を加熱する。減圧ポンプ4は、減圧バッグ3内を減圧するとともに、減圧経路22を介してキャビティ20内を減圧する。
図8に示すように、電磁波成形装置1は、例えば、成形体8を少量生産する用途、金型の製作に不向きな複雑形状を有する成形体8を成形する用途、大型の成形体8を成形する用途等に用いてもよい。電磁波成形装置1は、例えば、車両、電化製品、種々の試作品等として用いられる成形体8を成形するために用いてもよい。図8には、電磁波成形装置1によって成形する成形体8の一例を概略的に示す。
図4に示すように、成形型2は、金属以外の絶縁性を有する種々の材料によって構成される。成形型2には、電磁波Xの照射、交番電界Yの印加等を受けたときに、成形用材料80と異なる加熱特性を有し、かつ成形された成形体8を離型可能な性質を有する種々の材料が用いられる。成形型2は、例えば、ゴム材料によって形成されたゴム型、樹脂材料によって形成された樹脂型、セラミックス材料によって構成されたセラミックス型、セメント材料によって形成されたセメント型、又は石膏材料によって形成された石膏型等によって構成してもよい。
図1及び図2に示すように、成形用材料80の種類は、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂等の樹脂の他、金属化合物等を含むセラミックス粒子等としてもよい。セラミックス粒子には、熱可塑性樹脂等の樹脂のバインダーが含有されていてもよい。成形用材料80の形態は、不定形の粒子、所定形状を有する固形物、加熱溶融された液状物等としてもよい。また、粒子、固形物、液状物等の形態を有する成形用材料80は、互いに組み合わされて用いられてもよい。
図1及び図3に示すように、加熱源6A,6Bは、減圧バッグ3の表面に電磁波Xを照射する電磁波照射源6A、又は、図12に示すように、成形型2の両側に配置された一対の電極61間に加わる交流電圧によって、キャビティ20内の成形用材料80及び成形型2に交番電界Yを印加する誘電加熱源6Bによって構成されている。電磁波照射源6Aは、電磁波Xとしての近赤外線又はマイクロ波を用いたものとし、誘電加熱源6Bは、一対の電極61によって交番電界Yを発生させる、電磁波としての高周波を用いたものとする。図1~図3は、電磁波照射源6Aが用いられた電磁波成形装置1について示し、図10~図12は、誘電加熱源6Bが用いられた電磁波成形装置1について示す。
また、図示は省略するが、加熱源には、3MHzよりも小さな周波数の電磁波、換言すれば100mを超える波長領域を含む電磁波を用いた誘導加熱源を用いてもよい。この場合には、電気伝導性を有する導電部材が内部又は外部に配置された成形型を用いる。導電部材は、成形型の材料に含有された導電性フィラーであってもよく、成形型の外部に配置されたプレート等であってもよい。
図1に示すように、減圧ポンプ4は、真空ポンプとも呼ばれ、減圧バッグ3内及び成形型2のキャビティ20内の真空引きを行うものである。減圧ポンプ4は、減圧バッグ3内のガス(残留気体)を吸い出して、減圧バッグ3内及び成形型2のキャビティ20内を大気圧よりも低い減圧状態(真空状態)にする。
図1に示すように、本形態の電磁波成形装置1は、減圧ポンプ4によって減圧バッグ3内を減圧するための減圧配管5を備える。減圧配管5は、減圧バッグ3内に配置された成形型2の減圧経路22と、減圧バッグ3の外部に配置された減圧ポンプ4とに接続されている。減圧配管5の一部は減圧バッグ3内に配置されており、減圧配管5の残部は減圧バッグ3の外部に配置されている。減圧配管5は、減圧ポンプ4によって、減圧バッグ3内の真空引きと成形型2のキャビティ20内の真空引きとを行うために用いられる。換言すれば、本形態の減圧配管5は、成形型2のキャビティ20内と減圧バッグ3内との両方を減圧する構成を有する。
図6及び図7に示すように、減圧バッグ3を構成するシート材30は、可撓性を有するシリコーンフィルムによって形成されている。シリコーンフィルムは、シリコーンシート、シリコーンゴムフィルム、シリコーンゴムシート等とも呼ばれる。シート材30には、透明又は半透明のシリコーンフィルムを用いることができる。この場合には、成形型2に透明又は半透明のシリコーンゴムを用いることができる。そして、減圧バッグ3の外部から、減圧バッグ3及び成形型2を透かし見て、キャビティ20内の成形用材料80の成形状態を確認することができる。
図6に示すように、減圧バッグ3は、真空パックとも呼ばれ、減圧バッグ3内を大気圧よりも低い減圧状態(真空状態)に維持することができるものである。減圧バッグ3は、成形型2を型締めする機能と、成形型2のキャビティ20内を減圧状態に維持する機能とを有する。
次に、電磁波成形装置1を用いた電磁波成形方法について詳説する。
電磁波成形方法においては、配置工程、減圧工程、加熱工程及び冷却工程が行われて、成形用材料80から成形体8が成形される。
配置工程においては、図2及び図6に示すように、可撓性を有するシート材30によって袋形状に形成された減圧バッグ3内に、成形用材料80がキャビティ20内に配置された成形型2が配置される。
図3に示すように、減圧工程においては、減圧バッグ3内及びキャビティ20内が減圧され、減圧バッグ3が成形型2に密着して減圧バッグ3による型締め力が成形型2に作用する。減圧工程においては、減圧ポンプ4によって減圧配管5を介して減圧バッグ3内のガス及び成形型2のキャビティ20内のガスが吸引される。このとき、減圧配管5の通気孔52から減圧バッグ3内のガスが吸引され、また、減圧配管5の先端部51の先端開口511からキャビティ20内のガスが吸引される。そして、減圧バッグ3によって通気孔52が閉じられて、減圧バッグ3内のガス抜きが停止された後、キャビティ20内のガス抜きが継続される。
加熱工程においては、キャビティ20内の成形用材料80及び成形型2の少なくとも一方が加熱されて、キャビティ20内の成形用材料80が溶融する。加熱工程においては、電磁波照射源6A又は誘電加熱源6Bが用いられる。電磁波照射源6Aとして近赤外線が用いられる場合には、キャビティ20内の成形用材料80が近赤外線を吸収することによって、成形用材料80が発熱して溶融する。
冷却工程においては、型締め力が成形型2に作用する状態において、キャビティ20内の溶融した成形用材料80が冷却されて固化し、成形体8が得られる。冷却工程においては、減圧バッグ3、成形型2及び成形用材料80に残留する熱が、空気の自然対流によって放熱されてもよく、ファン等による空気の強制対流によって放熱されてもよい。
本形態の電磁波成形装置1は、可撓性を有するシート材30によって袋状に形成された減圧バッグ3を用いることにより、成形型2の型締め及び成形型2のキャビティ20内の減圧の両方を可能にし、大型、複雑形状等の成形体8の成形を可能にする。
本形態においては、減圧バッグ3から成形型2に、型締め力をより適切に作用させるための工夫をしている。
成形型2には、形成されたキャビティ20の形状によって、部分的な強度の違いがある。特に、キャビティ20の形状に応じて、成形型2を構成する材料の厚みが薄い部位の強度が、他の部位に比べて低くなる。そして、減圧バッグ3によって成形型2が型締めされるときには、成形型2の部分的な強度の違いによって成形型2が変形しやすくなる。
本形態においては、キャビティ20の形状を受けて成形型2が変形しやすい場合であっても、一対の型締め部材25を用いて成形型2の強度を補う。成形型2は、キャビティ20を開放可能にするよう、2つ又は3つ以上の分割型部21に分割されている。図13及び図14に示すように、本形態の成形型2における、複数の分割型部21の分割方向の両側には、成形型2よりも硬い材料によって構成された型締め部材25が一対に配置される。一対の型締め部材25は、減圧バッグ3内に成形型2が配置されるときに、成形型2を間に挟み込むように成形型2の両側に配置される。そして、一対の型締め部材25は、成形型2とともに減圧バッグ3内に配置される。
キャビティ20に連通する減圧経路22の形成部位は、成形型2の外表面201の複数箇所に形成してもよい。この場合には、減圧バッグ3内が真空引きされる際に、複数箇所の減圧経路22からキャビティ20内を真空引きすることができる。特に、複数の減圧経路22は、図1に示すように、キャビティ20における行き詰まりとなる端部203に連通される位置に形成してもよい。
2 成形型
20 キャビティ
201 外表面
202 成形面
21 分割型部
210 一般部
211 成形表面層
22 減圧経路
23 装着部
25 型締め部材
3 減圧バッグ
30 シート材
31 開口部
32 開口チャック
321 雌側チャック部
322 雄側チャック部
33 挿入口
4 減圧ポンプ
5 減圧配管
51 先端部
511 先端開口
52 通気孔
53 バルブ
6A 電磁波照射源
6B 誘電加熱源
61 電極
8 成形体
80 成形用材料
X 電磁波
Y 交番電界
Claims (5)
- 成形用材料から成形体が成形されるキャビティ、及び前記キャビティと外表面とに繋がる減圧経路を有する成形型と、
可撓性を有するシート材によって袋形状に形成され、前記成形型を内部に収容する減圧バッグと、
前記キャビティ内の成形用材料及び前記成形型の少なくとも一方を加熱する加熱源と、
前記減圧バッグ内を減圧するとともに、前記減圧経路を介して前記キャビティ内を減圧する減圧ポンプと、
前記減圧バッグ内に一部が配置され、前記減圧経路と前記減圧ポンプとに接続された減圧配管と、を備え、
前記減圧配管には、前記減圧バッグによって閉じられることなく前記減圧ポンプによって前記キャビティ内を減圧するために用いられる先端開口と、前記減圧ポンプによって前記減圧バッグ内を減圧するために用いられ、前記減圧バッグ内が減圧されたときに前記減圧バッグによって閉じられる通気孔とが形成されている、電磁波成形装置。 - 前記減圧バッグは、前記成形型の出し入れを可能にするための開口部と、前記開口部を閉じて、前記減圧バッグ内を密封するための開口チャックとを有する、請求項1に記載の電磁波成形装置。
- 前記加熱源は、前記減圧バッグを介して前記成形型に電磁波を照射する電磁波照射源、又は前記成形型の両側に配置された一対の電極間に加わる交流電圧によって前記キャビティ内の成形用材料及び前記成形型に交番電界を印加する誘電加熱源によって構成されている、請求項1又は2に記載の電磁波成形装置。
- 可撓性を有するシート材によって袋形状に形成された減圧バッグ内に、成形用材料がキャビティ内に配置された成形型が配置される配置工程と、
前記減圧バッグ内及び前記キャビティ内が減圧され、前記減圧バッグが前記成形型に密着して前記減圧バッグによる型締め力が前記成形型に作用する減圧工程と、
前記キャビティ内の成形用材料及び前記成形型の少なくとも一方が加熱されて、前記キャビティ内の成形用材料が溶融する加熱工程と、
前記型締め力が前記成形型に作用する状態において、前記キャビティ内の溶融した成形用材料が冷却されて成形体が成形される冷却工程と、を含み、
前記配置工程においては、前記成形型における前記キャビティに繋がる減圧経路と、前記減圧バッグの外部に配置された減圧ポンプとに接続され、前記キャビティ内を減圧するための先端開口及び前記減圧バッグ内を減圧するための通気孔が形成された減圧配管の一部が、前記減圧バッグ内に配置され、
前記減圧工程においては、前記通気孔を介して前記減圧バッグ内が減圧されるとともに前記先端開口及び前記減圧経路を介して前記キャビティ内が減圧された後、前記減圧バッグによって前記通気孔が閉じられて、前記先端開口及び前記減圧経路を介して前記キャビティ内が減圧される、電磁波成形方法。 - 前記加熱工程においては、前記減圧バッグの表面に電磁波を照射する電磁波照射源、又は前記成形型の両側に配置された一対の電極間に加わる交流電圧によって、前記キャビティ内の成形用材料及び前記成形型に交番電界を印加する誘電加熱源を用いる、請求項4に記載の電磁波成形方法。
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