JP3427019B2

JP3427019B2 - 成形型

Info

Publication number: JP3427019B2
Application number: JP27721999A
Authority: JP
Inventors: 俊一佐名
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 1999-09-29
Filing date: 1999-09-29
Publication date: 2003-07-14
Anticipated expiration: 2019-09-29
Also published as: JP2001096613A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、真空成形用の成形
型に関する。

【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、真空成形法
（ストレッチ成型法）がある。真空成型法は、発泡プラ
スチックである被成形材を加熱して軟化させておき、こ
の軟化した被成形材を成形型の上に載置し、さらにその
上からストレッチラバーで覆い、真空引きする。する
と、ストレッチラバーによって軟化した被成形材が成形
型に押付けられ、型面の形状が被成形材に忠実に再現さ
れる。その後冷却して硬化させ、トリミングを行う。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述したように真空成
型法では、成形型を必要とするが、形状の異なるコアを
製造するたびに新たに成形型を製造しなければならな
い。これによって、加工工数が多くなり、また製造コス
トも高くなってしまう。このような現状から、形状の異
なる発泡コア毎に成形型を一から製作するのでなく、型
面の形状のみを自由に変更できる成形型が望まれてい
る。本発明の目的は、型面の形状を変更可能な成形型を
提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、伸縮可能であ
り、端部に支持ヘッドが取付けられる伸縮支持手段を複
数個、相互に平行に縦横に配置し、外方に臨む各支持ヘ
ッドの支持面が、球面の一部を形成し、かつ被成形材を
押付けたとき支持ヘッドの支持面を滑らかに連ねて型面
を形成するように弾性を有する材料から成り、各支持面
が、予め設定された型面の３次元曲面に沿って配置され
るように各伸縮支持手段を伸縮させて型面を形成する形
状変更成形型と、一方が開口する気密な容器とを有し、
支持ヘッドが開口側となるように前記形状変更成形型を
容器に収容し、熱可塑性合成樹脂から成る板状の被成形
材を加熱軟化させて各支持ヘッド上に載置し、容器内を
真空引きして真空成形することを特徴とする成形型であ
る。

【０００６】本発明に従えば、成形型は複数の伸縮支持
手段を有し、各伸縮支持手段の端部には外方に臨む支持
ヘッドが取付けられる。この伸縮支持手段が気密な容器
に縦横に収容され、外方に臨む支持ヘッドの支持面を連
ねた面が型面となる。したがって、設定される型面の３
次元曲面に沿って各支持ヘッドの支持面が配置されるよ
うに、伸縮支持手段を個別に伸縮させることによって、
型面を決定することができる。

【０００７】型面決定後、加熱軟化した被成形材を各支
持ヘッド上に載置し、さらにその上からたとえばストレ
ッチラバーで覆って密封空間を形成し、その後真空引き
することによって、真空成形を行う。

【０００８】このように、本発明の成形型の型面は伸縮
支持手段を伸縮させて形成されるので、容易に型面を変
更することができる。すなわち、形状の異なるコアを製
造するたびに成形型を新たに製造する必要がなく、設定
する型面の３次元曲面を変更するだけで容易に型面を変
更可能で、また，成形時の被成形材肉厚の不均一を防止
でき、加工工数および製造コストを大幅に削減すること
ができる。

【０００９】支持ヘッドの支持面は、球面の一部を形成
し、弾性を有する材料から成り、この弾性というのは、
被成形材を押付けたとき支持ヘッドの支持面を滑らかに
連ねて型面を形成する。こうして支持ヘッドは弾性を有
することにより、角部など、被成形材を押付けたときに
大きな力が作用する部分は凹み、型面を滑らかに連ねて
高精度に型面を形成することができる。本発明は、支持
ヘッドは、ユニバーサルジョイントを介して、伸縮支持
手段の端部に取付けられることを特徴とする。本発明
は、伸縮可能であり、端部に支持ヘッドが、ユニバーサ
ルジョイントを介して、取付けられる伸縮支持手段を複
数個、相互に平行に縦横に配置し、外方に臨む各支持ヘ
ッドの支持面が、予め設定された型面の３次元曲面に沿
って配置されるように各伸縮支持手段を伸縮させて型面
を形成する形状変更成形型と、一方が開口する気密な容
器とを有し、支持ヘッドが開口側となるように前記形状
変更成形型を容器に収容し、熱可塑性合成樹脂から成る
板状の被成形材を加熱軟化させて各支持ヘッド上に載置
し、容器内を真空引きして真空成形することを特徴とす
る成形型である。本発明は、支持ヘッドの支持面は、球
面の一部を形成することを特徴とする。

【００１０】各支持ヘッド上に被成形材が載置されて押
付けられるとき、加熱軟化している被成形材が押し広げ
られる。このとき、支持ヘッドがユニバーサルジョイン
ト２８によって回動自在に支持されるので、支持面が滑
らかに連なるように各支持ヘッドが回動して位置決めさ
れる。このようにして、支持ヘッドの支持面が設定され
た３次元曲面に沿うように、いわば自動的に位置決めさ
れ、高精度に型面を形成することができる。

【００１１】

【００１２】

【００１３】

【００１４】

【００１５】

【００１６】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の一形態で
ある形状変更成形型１６を用いた真空成形装置１の概略
的な構成を示す断面図である。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。

【００１７】真空成形装置１は、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。

【００１８】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。

【００１９】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。

【００２０】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。

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】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２８
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。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】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。

【００２７】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。

【００２８】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。

【００２９】本実施形態では、支持ヘッド２６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支持ヘッド２
６を角変位可能に支持、または伸縮シリンダ２７に完全
に固定される場合もある。

【００３０】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。

【００３１】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４
００ｍｍ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。

【００３２】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。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】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。

【００３７】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。

【００３８】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。

【００３９】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。

【００４０】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。

【００４１】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。

【００４２】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。

【００４３】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。

【００４４】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を硬化させ、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。

【００４５】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。

【００４６】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。

【００４７】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。

【００４８】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。

【００４９】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。

【００５０】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。

【００５１】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。

【００５２】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。

【００５３】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。

【００５４】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。

【００５５】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真空成
形であれば適用可能である。

【００５６】

【発明の効果】以上のように本発明の成形型は、支持ヘ
ッドを有する複数の伸縮支持手段を用いて型面を自由に
変更できるので、発泡コアの形状が異なるたびに成形型
を製造する必要がなく、たとえば上述した実施形態で
は、成形型費用をコア加工工数およびトータル時間を大
幅に削減することができる。

【００５７】支持ヘッドの支持面は、球面の一部を形成
し、かつ弾性を有する材料から成り、この弾性というの
は、被成形材を押付けたとき支持ヘッドの支持面を滑ら
かに連ねて型面を形成し、したがって成形材が不所望に
凹むことなく成形することができるようになる。

【００５８】支持ヘッドは、伸縮支持手段に、ユニバー
サルジョイントを介して回動自在に取付けられ、成形精
度を良好にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態の形状変更成形型１６を
用いる真空成形装置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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B29C 51/36 B29C 51/10 B29C 51/42

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】伸縮可能であり、端部に支持ヘッドが取
付けられる伸縮支持手段を複数個、相互に平行に縦横に
配置し、外方に臨む各支持ヘッドの支持面が、球面の一
部を形成し、かつ被成形材を押付けたとき支持ヘッドの
支持面を滑らかに連ねて型面を形成するように弾性を有
する材料から成り、各支持面が、予め設定された型面の
３次元曲面に沿って配置されるように各伸縮支持手段を
伸縮させて型面を形成する形状変更成形型と、一方が開口する気密な容器とを有し、支持ヘッドが開口側となるように前記形状変更成形型を
容器に収容し、熱可塑性合成樹脂から成る板状の被成形材を加熱軟化さ
せて各支持ヘッド上に載置し、容器内を真空引きして真
空成形することを特徴とする成形型。
【請求項２】支持ヘッドは、ユニバーサルジョイント
を介して、伸縮支持手段の端部に取付けられることを特
徴とする請求項１記載の成形型。
【請求項３】伸縮可能であり、端部に支持ヘッドが、
ユニバーサルジョイントを介して、取付けられる伸縮支
持手段を複数個、相互に平行に縦横に配置し、外方に臨
む各支持ヘッドの支持面が、予め設定された型面の３次
元曲面に沿って配置されるように各伸縮支持手段を伸縮
させて型面を形成する形状変更成形型と、一方が開口する気密な容器とを有し、支持ヘッドが開口側となるように前記形状変更成形型を
容器に収容し、熱可塑性合成樹脂から成る板状の被成形材を加熱軟化さ
せて各支持ヘッド上に載置し、容器内を真空引きして真
空成形することを特徴とする成形型。
【請求項４】支持ヘッドの支持面は、球面の一部を形
成することを特徴とする請求項３記載の成形型。