JP5153023B1

JP5153023B1 - 繊維を含む樹脂成形品の圧縮成形方法

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Publication number: JP5153023B1
Application number: JP2012092075A
Authority: JP
Inventors: 川内健; 幹男永田
Original assignee: 株式会社名機製作所
Priority date: 2012-04-13
Filing date: 2012-04-13
Publication date: 2013-02-27
Anticipated expiration: 2032-04-13
Also published as: CN103372944B; KR101419812B1; EP2650097A1; EP2650097B1; US20130270730A1; US9421702B2; CN103372944A; JP2013220550A; KR20130116015A

Abstract

【課題】型開された下型に対して材料供給装置により溶融材料を供給し、その後に下型と上型を閉鎖して前記溶融材料を圧縮する際に、プレス装置の構造を簡略化しつつ良好な繊維を含む成形品を成形可能とする。
【解決手段】型開された下型１３に対して材料供給装置１５から繊維を含む樹脂材料Ｍを供給し、その後に下型１３と上型１２を閉鎖して前記材料Ｍを圧縮するに際して、前記材料Ｍを溶融状態にする材料加熱手段１５と、前記上型１２が取付けられる上盤２１と下型１３が取付けられる下盤１８と、上型１２または上盤２１と下型１３または下盤１８との間の距離を検出する３個以上の位置センサ２０と、上盤２１または下盤１８の一方に設けられ前記位置センサ２０の情報により個別に制御される３個以上の圧縮用シリンダ２２とが設けられている。
【選択図】図２

Description

本発明は、型開された下型に対して材料供給装置により繊維を含む樹脂材料を供給し、その後に下型と上型を閉鎖して前記材料を圧縮する繊維を含む成形品の圧縮成形方法に関するものである。

樹脂等の溶融材料を型内で圧縮して成形する方法としては、型閉されたキャビティ内に溶融材料を射出装置から射出し、更に圧縮する射出圧縮成形方法が知られている。しかし前記射出圧縮成形方法は、射出時に溶融材料に高圧が掛かり繊維材料等が損傷を受ける場合があるという問題や繊維材料等で溶融材料の流動性が悪い場合に射出時に充填が困難な場合があるという問題があった。また前記以外には、型を開いた状態で溶融材料を下型のキャビティ面に供給後に上型と下型を閉鎖して圧縮を行う圧縮成形方法も知られている。圧縮成形の場合、ポットから比較的硬めで原型を留めた溶融材料が型内に供給されるトランスファ成形とも呼ばれる圧縮成形と、射出装置または押出装置から流動状態の溶融材料が型内に供給されるスタンピング成形とも呼ばれる圧縮成形がある。

前記のスタンピング成形の場合は、下型へ供給された樹脂は流動状態であるので、可動金型を高精度で移動させて加圧することが望ましい。そのような要求に応えたものとして特許文献１に記載されたものが知られている。特許文献１では、材料供給装置により供給された樹脂材料に対して金型の移動を位置制御により高精度に移動させて加圧することが可能となっている。しかしながら特許文献１では、成形品の形状や、それに対応する樹脂の供給位置によっては、固定金型に対する可動金型の平行度や保ちにくい場合が発生する。すなわちスタンピング成形では、樹脂材料が最初に加圧される部分が金型の中心であるとは限らず、中心部分以外から加圧が開始されると固定金型と可動金型の間の平行度が保たれにくい。そして加圧初期に固定金型の可動金型の平行度が崩れると最終成形品の板厚を所望の状態にすることが困難になるという問題がある。そしてそれらは、大面積の成形品や炭素繊維を含む樹脂等の流動性の悪い材料を用いた場合に顕著となる。

このような問題を解決するために特許文献２に記載されたものが知られている。特許文献特許文献２では、ベッド上に出没自在に設けた平衡支持装置により、固定金型に対する可動金型の平行度を保つことが記載されている。特許文献２では、平衡支持装置が長ストロークの加圧シリンダとは別個に設けている。また特許文献２では前記平衡支持装置を用いてどのようにして位置制御して加圧成形を行うのかスタンピング成形のプレス加圧制御に関してはほとんど記載がされていない。更に特許文献２は、型開時に位置制御等をどのように行うか記載されていない。更にまた成形される材料の種類も可塑性材料と記載されているだけで、どういった材料を用いて成形するか明らかでない。

特開平１０−１００１７３号公報（００２６、図１）特開昭６０−２２２２１５号公報（２ページ左上欄、２ページ右上欄、３ページ右上欄、第１図）

前記特許文献２ではプレス成形装置の平行度を保つための構造がベッドに設けられ、ベッドから突出するので、ベッドの構造が複雑化するという問題があった。また下型を取付けるボルスタの側にも平衡支持装置の一部である中間支持材が取付けられ、ボルスタの構造が複雑化するという問題があった。そしてボルスタをプレス装置内に搬入してから平衡支持装置の支持部を突き出して中間支持材を支持するので、両者の調整が難しいものであった。更には下型の周囲に中間指示材が突出した形になるので、材料を溶融状態にして供給する材料供給装置の加熱筒の部分が当接したりして邪魔になる場合があった。

更には特許文献２については、加圧時に位置制御等の制御をどのように行うか記載されておらず、当業者は、特許文献２を見たとしても加圧初期から加圧終期まで良好な成形を行うことができないものであった。また特許文献２は、２ページ右上欄に記載されるように、平衡支持装置は加圧時のストロークに対応するものであり、型開時の使用は想定されていないものであった。

そこで本発明の繊維を含む樹脂成形品の圧縮成形方法は、プレス装置の外部に移動された下型に対して材料供給装置により繊維を含む樹脂材料を供給し、その後にプレス装置の内部に下型を移動させ、その後に下型と上型を閉鎖して前記材料を圧縮して繊維を含む成形品を圧縮成形する際に、加圧時の制御方法を確立し良好な繊維を含む成形品を成形可能とした圧縮成形方法を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に記載の繊維を含む樹脂成形品の圧縮成形方法は、プレス装置の外部に移動された下型に対して材料供給装置により繊維を含む樹脂材料を供給し、その後にプレス装置の内部に下型を移動させ下型と上型を閉鎖して前記材料を圧縮する繊維を含む成形品の圧縮成方法であって、圧縮成形を開始するまでに前記材料を溶融状態にする材料加熱手段が設けられるとともに、プレス装置は、上型が取付けられる上盤と下型が取付けられる下盤と、上型または上盤と下型または下盤との間の距離を検出する３個以上の位置センサと、上盤または下盤の一方に設けられ前記位置センサの情報により個別に制御される３個以上の圧縮用シリンダとが設けられ、前記圧縮用シリンダには作動油の圧力を検出する圧力センサが設けられ、前記下型をプレス装置の上型の下方へ移動させてから行う前記材料の圧縮成形は、前記位置センサの情報により個別に圧縮用シリンダを位置制御または速度制御する第１の加圧工程を行った後、前記圧力センサの情報のみにより個別に圧縮用シリンダを制御するかまたは前記位置センサの情報に前記圧力センサの情報を加えて個別に圧縮用シリンダを制御する第２の加圧工程を行うことを特徴とする。

本発明の請求項２に記載の繊維を含む樹脂成形品の圧縮成形方法は、請求項１において、前記位置センサの情報に前記圧力センサの情報を加えて個別に圧縮用シリンダを制御する第２の加圧工程を行った後に、更に前記圧力センサの情報のみにより個別に圧縮用シリンダを制御する第３の加圧工程を行うことを特徴とする。

本発明の請求項３に記載の繊維を含む樹脂成形品の圧縮成形方法は、請求項１または請求項２において、前記材料は、炭素繊維を含む樹脂材料であることを特徴とする。

本発明の請求項４に記載の繊維を含む樹脂成形品の圧縮成形方法は、請求項１または請求項２において、下型に供給される前記材料は、固定または半溶融状態のプリプレグシートであり、材料加熱手段により予熱されることを特徴とする。

本発明の繊維を含む樹脂成形品の圧縮成形方法は、プレス装置の外部に移動された下型に対して材料供給装置により繊維を含む樹脂材料を供給し、その後にプレス装置の内部に下型を移動させ下型と上型を閉鎖して前記材料を圧縮する繊維を含む成形品の圧縮成方法であって、圧縮成形を開始するまでに前記材料を溶融状態にする材料加熱手段が設けられるとともに、プレス装置は、上型が取付けられる上盤と下型が取付けられる下盤と、上型または上盤と下型または下盤との間の距離を検出する３個以上の位置センサと、上盤または下盤の一方に設けられ前記位置センサの情報により個別に制御される３個以上の圧縮用シリンダとが設けられ、前記圧縮用シリンダには作動油の圧力を検出する圧力センサが設けられ、前記下型をプレス装置の上型の下方へ移動させてから行う前記材料の圧縮成形は、前記位置センサの情報により個別に圧縮用シリンダを位置制御または速度制御する第１の加圧工程を行った後、前記圧力センサの情報のみにより個別に圧縮用シリンダを制御するかまたは前記位置センサの情報に前記圧力センサの情報を加えて個別に圧縮用シリンダを制御する第２の加圧工程を行うので、従来の装置と比較して良好な繊維を含む樹脂成形品を成形することができる。

本実施形態の繊維を含む樹脂成形品の圧縮成形装置の平面図である。本実施形態の繊維を含む樹脂成形品の圧縮成形装置の正面図である。本実施形態の繊維を含む樹脂成形品の圧縮成形装置の制御ブロック図である。本実施形態の繊維を含む樹脂成形品の圧縮成形方法を示す図であって、材料供給装置により溶融材料を供給開始直後の状態を示す図である。本実施形態の繊維を含む樹脂成形品の圧縮成形方法を示す図であって、材料供給装置により溶融材料を供給終了直前の状態を示す図である。本実施形態の繊維を含む樹脂成形品の圧縮成形方法を示す図であって、下型がプレス装置の加圧位置へ移動された状態を示す図である。本実施形態の繊維を含む樹脂成形品の圧縮成形方法を示す図であって、下型と上型の間で溶融材料の圧縮成形（スタンピング成形）が行われた状態を示す図である。本実施形態の繊維を含む樹脂成形品の圧縮成形方法を示す図であって、圧縮成形後にキャビティ面と圧縮成形された１次成形品との間に空間が形成された状態を示す図である。本実施形態の繊維を含む樹脂成形品の圧縮成形方法を示す図であって、射出圧縮成形（射出）が開始された状態を示す図である。本実施形態の繊維を含む樹脂成形品の圧縮成形方法を示す図であって、射出圧縮成形における射出後の圧縮工程または冷却工程の状態を示す図である。本実施形態の繊維を含む樹脂成形品の圧縮成形方法を示す図であって、射出圧縮成形が完了し、型開された状態を示す図である。本実施形態の繊維を含む樹脂成形品の圧縮成形方法を示す図であって、下型がプレス装置から搬出され、複合成形品の取出しが行われている状態を示す図である。本実施形態の繊維を含む樹脂成形品の圧縮成形方法を示す図であって、図７ないし図１１の制御方法を示す図である。

図１ないし図３により本実施形態の繊維を含む樹脂成形品の圧縮装置１１について説明する。本実施形態の繊維を含む樹脂成形品の圧縮装置１１は、繊維を含む樹脂材料Ｍを上型１２と下型１３の間で圧縮する縦型のプレス装置１４と、繊維を含む樹脂材料Ｍを溶融状態にする材料加熱手段でもある前記繊維を含む樹脂材料Ｍの材料供給装置１５と、溶融材料の射出を行う横型の射出装置１６が設けられている。そしてプレス装置１４と材料供給装置１５による下型１３への繊維を含む樹脂材料Ｍの供給位置ａ１の間には下型１３の移動装置１７が設けられている。

プレス装置１４について説明すると、図２に示されるように、下盤であって下型１３が取付けられる固定盤１８の四隅近傍には圧縮用シリンダ２２が設けられている。そして圧縮用シリンダ２２のロッドがタイバ１９を形成しており、タイバ１９は上方に向けて立設されている。またタイバ１９には係合用の溝からなる係合部１９ａが形成されている。そしてタイバ１９の上方は、上盤であって上型が取付けられる可動盤２１の四隅近傍の孔に挿通されている。また固定盤１８と可動盤２１の間には型開閉機構である型開閉用サーボモータ２３とボールネジ、ボールネジナット等からなる電動型開閉機構２４が複数設けられている。そして前記電動型開閉機構２４の作動によって可動盤２１はタイバ１９に沿って昇降する。また可動盤２１にはハーフナット２５が取付けられ、タイバ１９に形成された係合部１９ａに係合可能となっている。なお圧縮用シリンダ２２については、上盤である可動盤２１に設けられたものでもよく、ハーフナット２５が設けられる盤も限定されない。本実施形態では圧縮用シリンダ２２は固定盤１８の４個が設けられるが、３個以上の複数であればよい。

また固定盤１８と可動盤２１の間には、固定盤１８と可動盤２１の間の距離を測定する位置センサ２０が設けられている。位置センサ２０の数は圧縮用シリンダ２２の数に対応して設けることが望ましく、本実施形態では４個が設けられるが、３個以上の複数であればよい。そしてそれぞれの位置センサ２０は、制御装置３４に接続されており、位置センサ２０により検出された位置情報が制御装置３４へ送られるようになっている。プレス装置１４において、位置センサ２０を設ける位置は、タイバ１９に近接してそれぞれ設けることが望ましい。また位置センサ２０については、上型１２と下型１３の間の距離を検出するものでもよく、上型１２と下盤、下型１３と上盤の間の距離を検出するものでもよい。位置センサ２０の種類については限定されず、検出装置とスケールについても、それぞれがどちらの盤に設けたものでもよい。固定盤１８と可動盤２１の間には、４箇所に位置センサ２０が設けられている。

次に圧縮用シリンダ２２の油圧回路と制御について説明する。図３に示されるように固定盤１８に設けられる４個の圧縮用シリンダ２２に対してタンク８１から作動油を供給するポンプ８２が設けられ、ポンプ８２に接続される主管路８３には逆止バルブ８４等が設けられている。また主管路８３から分岐した管路にはリリーフバルブ８５が設けられ、主管路８３の作動油の圧力の上限を制御する。リリーフバルブ８５を圧力制御可能とするか、または別途の圧力制御用バルブにより、圧縮用シリンダ２２へ供給する作動油の圧力を一括してまたは個別に制御することができる。主管路８３から分岐してそれぞれの圧縮用シリンダ２２への分岐管路にはサーボバブル８６がそれぞれ設けられ、分岐管路はサーボバルブ８６のＰポートに接続されている。またサーボバルブ８６のＡポートとＢポートからはそれぞれ管路により圧縮用シリンダ２２の圧縮側油室２２ａと圧縮用シリンダ２２の型開側油室２２ｂに接続されている。更にサーボバルブ８６のＰポートはタンク８１に接続されている。圧縮用シリンダ２２の圧縮側油室２２ａへの管路には圧力センサ８７が設けられ、型開側油室２２ｂへの管路には油圧センサ８８が設けられている。

圧力センサ８７，８８は、それぞれ制御装置３４に接続されており、圧力センサ８７，８８により検出された圧力情報は制御装置３４へ送られるようになっている。また制御装置３４からは、各サーボバルブ８６への指令が送られるようになっている。従って各圧縮用シリンダ２２は、各サーボバルブ８６により個別に制御される。本実施形態において制御装置３４はサーボアンプを含む広い概念の制御装置を含み、タイマの機能も有している。また制御装置３４は、圧力制御バルブ等を設ける場合はそれらの制御も行う。

プレス装置１４の下型１３は、下型取付板２６に取付けられ、プレス装置１４の内部の加圧位置ａ２とプレス装置１４の外部の供給位置ａ１の間で、図１におけるＸ軸方向に移動可能なものである。そして固定盤１８の一側（図１において左側）には、下型１３の移動装置１７が連結・固定されている。前記下型１３の移動装置１７の上面は、固定盤１８の上面と同じ高さとなっており、下型１３を移動させるための２本のガイドレール２７が両方の上面に亘って設けられている。そして前記ガイドレール２７に沿って下型取付板２６が移動されるようになっている。図示はしないが、下型取付板２６の下面側は、バネを介して転動ボールまたは車軸と車輪が設けられており、下型取付板２６が下型１３をプレス装置１４の内部の加圧位置ａ２とプレス装置１４の外部の供給位置ａ１の間で移動する場合は、固定盤１８の上面や移動装置１７の上面から下型取付板２６の下面が浮き上がるようになっている。また固定盤１８の加圧位置ａ２で上型１２と下型１３が型閉され圧縮成形（射出圧縮成形を含む）がなされる際は、前記バネが収縮されるとともに図示しないクランプによりクランプされて、固定盤１８の上面と下型取付板２６の下面が密着するようになっている。

下型１３の移動装置１７の駆動源はサーボモータ２８であって、移動装置１７の供給位置ａ１側の側面にサーボモータ２８が固定されている。そして前記ガイドレール２７と平行にボールネジ２９が設けられ、ボールネジ２９の一方はベアリングを介して移動装置１７の上面に回転自在に固定され、他方はべリングを介して固定盤１８の上面に回転自在に固定されている。また前記ベアリングよりも更に一方寄りのボールネジ２９の端部近傍には従動プーリ３０が固定され、サーボモータ２８の駆動プーリ３１との間に駆動力伝達用のタイミングベルト３２が掛け渡されている。更に前記下型取付板２６の側面にはボールネジナット３３が固定され、ボールネジナット３３には前記ボールネジ２９が挿通されている。そしてサーボモータ２８が駆動されると、ボールネジ２９が回転され、ボールネジナット３３と下型取付板２６と下型１３がＸ軸方向に直線運動されるようになっている。なお下型１３の移動装置１７のボールネジナット３３は、下型取付板２６の裏面に取付けてもよく、構造についてはこれに限定されない。また下型１３は、ロータリテーブルによりプレス装置１４外へ引き出されるものでもよく、この場合の移動装置による下型の移動軌跡は円弧となる。

プレス装置１４に取付られ使用される金型１３，１４について説明すると、下型１３は供給した溶融状態の繊維を含む樹脂材料Ｍがこぼれないように凹型（キャビ型）にすることが望ましく、上型１２は凸型（コア型）にすることが望ましい。更に下型１３は繊維を含む樹脂材料Ｍを供給してから移動するので、その間に溶融状態の繊維を含む樹脂材料Ｍの固化が進行しないように、加熱機構を有することが望ましい。加熱機構としてはヒータや、金型内に供給される媒体を加熱媒体と冷却媒体に切換えられる機構が用いられる。また下型１３の移動装置１７の上方に供給した繊維を含む樹脂材料Ｍの固化が進行しないように赤外線照射やヒータなどの熱源を設けてもよい。そして下型１３に加熱機構が設けられる場合は、成形品の反りの発生の問題から、上型１２にも加熱機構が設けられることが望ましい。

下型１３にはキャビティ面１３ａとノズルタッチ面７５の間を連通してホットランナ７６が設けられている。ホットランナ７６には図示しないゲートバルブが設けられ、圧縮成形の際はゲートバルブは閉鎖されている。

下型１３にはエジェクタ装置６１のエジェクタ板とエジェクタ板に複数立設された突出ピン６２が内蔵されている。また移動装置１７の材料供給位置ａ１の下方には、エジェクタ
装置６１の駆動源６３とエジェクタロッドが設けられている。そして複合成形品Ｐが下型１３が材料供給位置ａ１に到達するとエジェクタ装置６１が作動して複合成形品Ｐの下型１３からの突出がされる。なおエジェクタ装置６１が設けられる位置は、プレス装置１４の固定盤１８側や可動盤２１側であってもよい。

また移動装置１７の材料供給位置ａ１の上方には、取出機６４が移動可能となっている。取出機６４は、図示しないサーボモータにより水平方向および垂直方向に移動可能であり、負圧吸引手段に接続され負圧吸引される吸盤６５により複合成形品Ｐの吸引を行う。
従って、本実施形態では、材料供給位置ａ１は、複合成形品Ｐの取出位置でもあり、材料供給位置ａ１の上方のスペースは、取出機６４と材料供給装置１５が交互に侵入する形になる（図１においては取出機６４は省略して記載し、図２においては取出機６４は材料供給装置１５の上方で待機した状態を示している。）。このようにプレス装置１４外で一つの下型１３へのスタンピング成形用の繊維を含む樹脂材料Ｍの供給や複合成形品Ｐの取出を行うことにより、プレス装置１４の型開間隔が小さくて済むので、プレス装置１４の高さを低くすることができる。

次に図１、図２により材料加熱手段でもある材料供給装置１５について説明する。材料供給装置１５は、前後進用の移動装置３５により、下型１３の移動装置１７および移動方向と同方向であるＸ軸方向に移動可能となっている。

図２に示されるように材料供給装置１５の移動装置３５は、ベースまたは床面上に２本のガイドレール３６が設けられ、ガイドレール３６上を材料供給装置１５の基台３７が移動可能となっている。またベースまたは床面上には、ボールネジ３８が回転可能に配置され、基台３７に固定されたボールネジナット５０が前記ボールネジ３８に挿通されている。またボールネジ３８の端部近傍には従動プーリ３９が固定され、サーボモータ４０の駆動プーリ４１との間にはタイミングベルト４２が掛け渡されている。従ってサーボモータ４０の駆動により、材料供給装置１５の基台３７とボールネジナット５０とが直線運動されるようになっている。なお移動装置３５は、基台３７と移動装置１７の側面の間に取り付けてもよく、構造については限定されない。

材料供給装置１５の基台３７上に載置されているのは、射出成形機の射出装置と略同じ機能を有する可塑化機能と射出機能を有する装置である。基台３７上に固定的に立設された前プレート４３にはヒータ（材料加熱手段）が取付けられた加熱筒４４が挿通されている。また前プレート４３には垂直方向に成形材料の供給口４５が設けられ、供給口４５の下方は加熱筒４４の孔を通じて加熱筒内部に連通している。また供給口４５の上方には、フィードスクリュを有する成形材料フィード装置４６が接続されている。加熱筒４４の先端にはヒータが取付けられたノズル４７が取付けられている。ノズル４７の先端には、供給孔４８が下方を向けられたダイ４９が取付けられている。ダイ４９の供給孔４８は所定の幅と長さを有している。本実施形態では、下型１３の矩形のキャビティ面１３ａのＸ軸方向に直交する方向の長さに対して僅かに短い長さの供給孔４８を有するダイ４９が取付られている。従ってキャビティ面１３ａのＸ軸方向に直交する方向の長さより僅かに短い長さの繊維を含む樹脂シートを連続して供給することができる。なおノズル４７の先端に取付られるダイ４９の部分は、下型１３のキャビティ面１３ａの形状や面積に応じて最適なものに交換可能となっている。またダイ４９は、繊維を含む樹脂材料Ｍの流動性や繊維を含む樹脂材料Ｍに含まれる繊維の切れ等の問題から、成形材料によっても異なるダイ４９に交換される。ノズル４７の先端のダイ４９またはその手前のノズル４７の部分には、流路を開閉するバルブ（図示せず）が設けられることが多い。

前プレート４３の後方には所定の距離を隔てて前プレートと平行に後プレート５１が設けられている。前プレート４３の前面側の加熱筒４４の両側には、それぞれ射出用のサーボモータ５２が設けられ、後プレート５１の両側にもそれぞれボールネジナット５３が設けられている。そして前記サーボモータ５２の駆動軸に直結されるボールネジ５４が前記ボールネジナット５３に挿通されている。また加熱筒４４の内部には逆流防止弁が取付けられた射出成形用として一般的なスクリュ（図示せず）が配置されて、スクリュの軸の後端は、スリーブやカップリング等を介して後プレート５１の後面に固定された計量用のサーボモータ５５の駆動軸に固定されている。

従って加熱筒内のスクリュは、前記計量用のサーボモータ５５の駆動により回転され、射出用のサーボモータ５２の駆動により、前後進されるようになっている。なお材料供給装置１５の構造は前記したものに限定されず、３枚のプレートを有するものでもよく、射出用のサーボモータは１個でもよい。また射出用や計量用の駆動源は油圧を用いたものでもよい。更には繊維を含む樹脂材料Ｍをプランジャで押出す材料供給装置や、加熱筒内のスクリュが回転のみして溶融材料を押出す押出式の材料供給装置を材料供給装置として用いてもよい。

また本実施形態では縦型のプレス装置１４の他側（図１において右側）には横型の射出装置１６が配置されている。従ってプレス装置１４を挟んで一側には溶融材料の材料供給装置１５が設けられ、他側にはノズル５８をプレス装置１４に向けた横型の射出装置１６が設けられている。射出装置１６の構造については、材料供給装置である材料供給装置１５と類似するので、概略を記載する。射出装置１６の前後進装置は、基台５６にシフトシリンダ５７のシリンダ筒５７ａが固定され、固定盤１８の側面にシフトシリンダ５７のロッド５７ｂが固定されている。そしてシフトシリンダ５７は、射出装置１６のノズル５８を下型１３のノズルタッチ面７５へ当接させる際のノズルタッチ力を発生させる。

そして基台５６上に固定的に立設された前プレート６６にはヒータが取付けられた加熱筒６７が挿通されている。また前プレート６６には垂直方向に成形材料の供給口６８が設けられ、供給口６８の下方は加熱筒６７の孔を通じて加熱筒内部に連通している。また供給口６８の上方には、フィードスクリュを有する成形材料フィード装置６９が接続されている。加熱筒４４の先端にはヒータが取付けられたノズル５８が取付けられている。

前プレート６６の後方には所定の距離を隔てて前プレート６６と平行に後プレート７０が設けられている。前プレート６６の前面側の加熱筒６７の両側には、それぞれ射出用のサーボモータ７１が設けられ、後プレート７０の両側にもそれぞれボールネジナット７２が設けられている。そして前記射出用のサーボモータ７１の駆動軸に直結されるボールネジ７３が前記ボールネジナット７２に挿通されている。また加熱筒６７の内部には逆流防止弁が取付けられた射出成形用として一般的なスクリュ（図示せず）が配置されて、スクリュの軸の後端は、スリーブやカップリング等を介して後プレート７０の後面に固定された計量用のサーボモータ７４の駆動軸に固定されている。

従って加熱筒６７内のスクリュは、前記計量用のサーボモータ７４の駆動により回転され、射出用のサーボモータ７１の駆動により、前後進されるようになっている。なお射出装置１６の構造と配置については限定されるものではないが、例えば射出装置１６は、垂直方向に設けられ、固定盤または可動盤の中央などに設けられた孔を介して、ノズルが金型に当接されるものでもよい。しかしながら射出装置１６のメンテナンスの容易さや工場の天井の高さとの関係からは、射出装置１６は横型の射出装置であることが望ましい。

また射出装置１６のノズル５８については、交換可能であって、材料供給装置１５のようなダイ４９を取付けてスタンピング成形用の２次成形の材料を供給することも可能である。また圧縮成形装置１１の下型１３を固定的に設けて、圧縮成形装置１１を単独の射出成形機（射出圧縮成形機を含む）として利用したり、種々の使用方法が可能である。

次に本実施形態の繊維を含む樹脂成形品の圧縮装置１１を用いた繊維を含む樹脂成形品の圧縮成形について図４ないし図１３により説明する。本実施形態では使用される材料として熱可塑性樹脂（例えばポリカーボネート）に炭素繊維を含む樹脂材料Ｍを使用した例（ＣＦＲＴＰ）について記載する。繊維を含む樹脂材料のバインダ樹脂としては、熱可塑性樹脂の場合は、ポリカーボネートの他、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリアミド、ＡＢＳ等の少なくとも一種類の樹脂が選ばれる。また熱硬化性樹脂の場合は、エポキシ、ポリウレタン、フェノール等の少なくとも一種類の樹脂から選ばれ、熱可塑性と熱硬化性樹脂の混合樹脂でもよい。また繊維としては、炭素繊維の他、ガラス繊維、植物繊維、化学繊維等の別の繊維を含有するものであってもよい。またカーボンと樹脂の混合物などの流動性の悪い材料と樹脂の混合物の成形にも本実施形態の繊維を含む樹脂成形品の圧縮装置１１は適している。

成形の手順としてはまず、プレス装置１４が型開された状態で、サーボモータ２８が駆動されて下型取付板２６と下型１３がプレス装置１４の外部の供給位置ａ１へ移動され、一旦位置決め停止される。（複合成形品Ｐの取出については後述する。）下型１３の供給位置ａ１への移動までに材料供給装置１５は計量用のサーボモータ４０を回転させるとともに射出用のサーボモータ５２で背圧を加えて、加熱筒４４内のスクリュの前方への繊維を含む樹脂材料Ｍである炭素繊維含有のポリカーボネート樹脂の計量（貯留）が行われ、供給位置ａ１で待機している。材料供給装置１５は、材料供給位置ａ１で複合成形品Ｐの取出を行うようにする場合は、取出中は後方位置にあり、取出後にＸ軸方向に沿って前進して供給位置に付く。材料供給装置１５の停止位置は、プレス装置１４とその上型１２と下型１３の位置関係で決められるが、プレス装置１４になるべく近い位置のほうが下型１３の移動距離を短縮できる関係から望ましい。

前記したようにこの際の下型１３は、キャビティ面１３ａが加熱されている。そして下型１３のキャビティ面１３ａの上に材料供給装置１５から溶融状態の炭素繊維を含む樹脂材料Ｍが供給される。炭素繊維を含む樹脂材料Ｍの供給は、材料供給装置１５のノズル４７の図示しないバルブが開かれ、射出用のサーボモータ５２が駆動されてスクリュが前進移動され、ダイ４９の供給孔４８から炭素繊維を含む樹脂材料Ｍが落下されることにより行われる。本実施形態のダイ４９の供給孔４８の長さ（Ｘ軸に直交する方向の長さ）は、上記したように、略矩形のキャビティ面１３ａのＸ軸に直交する方向の長さよりも短くなっている。従って供給される炭素繊維を含む樹脂材料Ｍは、キャビティ面１３ａを覆うようにシート状に供給される。

図４に示されるように、本実施形態の材料供給装置１５から下型１３への溶融状態の炭素繊維を含む樹脂材料Ｍの供給は、下型１３のキャビティ面１３ａの前端近傍（プレス装置１４に近い側）に最初に炭素繊維を含む樹脂材料Ｍが落下するように行われる。それから材料供給装置１５を現位置に停止した状態で、移動装置１７のサーボモータ２８を駆動させて下型１３をプレス装置１４側へ移動させることにより、下型１３のキャビティ面１３ａの過半の部分を覆うように炭素繊維を含む樹脂材料Ｍを供給することができる。なお炭素繊維を含む樹脂材料Ｍの供給は、下型１３および材料供給装置１５を固定して行ってもよいし、材料供給装置１５を移動させて行ってもよい。更には下型１３をプレス装置１４に向かって前進させながら材料供給装置１５を後退させるなど、両者を移動させてもよい。また下型１３および材料供給装置１５の移動は、Ｘ軸方向に直交する方向など別の方向へ移動するものでもよい。

次に図５に示されるように、下型１３が前進してキャビティ面１３ａの後端近傍（プレス装置１４から見て遠い側）の上方に材料供給装置１５のダイ４９の供給孔４８が位置する状態となると、材料供給装置１５からの材料供給が停止される。材料供給装置１５の側から説明すれば、図４の位置に下型１３が到達する際に、加熱筒４４内のスクリュが所定位置まで前進され、ノズル４７のバルブが閉鎖されるように制御がなされる。

次に図６に示されるように、炭素繊維を含む樹脂材料Ｍの供給が完了した下型１３は、移動装置１７により連続してプレス装置１４の加圧位置ａ２に移動される。プレス装置１４の加圧位置ａ２において下型取付板２６は位置決め停止され、更に図示しない位置決めピンやクランプ等で固定される。このような材料供給方法を採用することにより、下型１３に炭素繊維を含む樹脂材料Ｍが供給されてから下型１３がプレス装置１４の加圧位置ａ２に到達するまでの時間を短縮することができる。またこの際に前記の供給位置ａ１で成形を完了した炭素繊維を含む複合成形品Ｐを取出す場合は、取出機６４の進入に備えて、材料供給装置１５は後退させておく。なお炭素繊維のみを予め下型１３上に供給しておき、材料供給装置１５から溶融状態の樹脂材料を供給して炭素繊維を含む樹脂材料Ｍとするものでもよい。

次に図２、図３、図７、図１３に示されるように、プレス装置１４の型開閉機構であるサーボモータ２３が作動されて上型１２が下降され、上型１２の凸部が下型１３の凹部と嵌合されるかその直前で、ハーフナット２５が作動されてハーフナット２５とタイバ１９の係合部１９ａが係合される。この際にはまだ溶融状態の樹脂材料Ｍの加圧が行われていないことが望ましい。そして次に圧縮用シリンダ２２が作動されて圧縮成形が開始される。圧縮用シリンダ２２の作動は、ポンプ８２からの作動油がそれぞれサーボバルブ８６を介して圧縮側油室２２ａへ送られることにより行われる。圧縮成形における第１の加圧工程は位置制御により行われ、位置センサ２５の位置を検出してのフィードバック制御がなされる。この際制御装置３４により計測される時間に応じて指令位置への制御がなされる。なお第１の加圧工程では速度制御を行ってもよい。

またこの際には、位置センサ２０の値（原点からの値）が同じ値となるように位置制御がされ、固定盤１８に対する可動盤２１の平行度が保たれるように平行制御が行われる。または固定金型である下型１３に対して可動金型である上型１２が平行となるように平行制御が行われる。更には繊維を含む複合成形品Ｐの板厚の実測値等から設定した制御原点に対して平行となるように平行制御がなされる。位置センサ２０による平行制御は、種々の方法があり、１軸の圧縮用シリンダ２２をマスターシリンダとしてサーボバルブ８６により位置制御し、他の圧縮用シリンダはスレイブシリンダとしてマスターシリンダに追従する方式でサーボバルブ８６を制御してもよい。またはそれぞれの圧縮用シリンダ２２の平均値を目標位置とし、各圧縮用シリンダ２２が目標位置に到達するようにサーボバルブ８６を制御し位置制御する方式でもよい。後者の場合、各位置センサ２０と目標位置の差分を求めて制御信号を生成し、各圧縮用シリンダ２２のサーボバルブ８６を制御する形でフィードバック制御を行う。また前者、後者おともに、これらの際に一律に各圧縮用シリンダ２２にフィードフォーワード要素を加えるなどして前進速度を確保するようにしてもよい。

そしてこのようにして圧縮成形における第１の加圧工程を行うことにより、上型１２のキャビティ面１２ａが溶融状態の繊維を含む樹脂材料Ｍを押しつぶしながら下降するが、この際に下型１３に対する上型１２の平行度が保たれるとともに、望ましい速度で加圧を行うことができる。次の図１３に示されるように可動盤２１の位置が設定位置まで前進したことを位置センサ２０のいずれかが検出するかまたは位置センサ２０の平均値が設定位置に到達した場合、および／または圧縮用シリンダ２２の圧縮側油室２２ａの作動油を検出する圧力センサ８７のいずれかが設定圧力を検出するかまたは圧力センサ８７の平均値が設定圧力に到達した場合に、圧縮用シリンダ２２の制御は、位置制御（速度制御）のみから位置制御（速度制御）と圧力制御を併用した第２の加圧工程に切換えられる。その場合も位置制御（速度制御）の要素は、マスター軸の圧縮用シリンダ２２に他の圧縮用シリンダ２２の位置（位置センサ２０により検出される）を合わせる方式を用いてもよく、各軸の平均値の目標位置に対して各圧縮用シリンダ２２の位置（位置センサ２０により検出される）が到達するように制御する方式を用いてもよい。

また圧力制御については、圧縮用シリンダ２２の圧縮側油室２２ａの作動油の圧力を圧力センサ８７により検出し、その平均値を算出してフィードバック制御に用いる。そして目標となる圧力との差分を取って圧力ループの制御信号を生成する。この圧力制御の際には型開側油室２２ｂの作動油の圧力も圧力センサ８８により検出して制御に使用することが望ましい。そして圧力ループによる制御信号は、上記の位置ループによる制御信号に加算されて圧縮成形の第２の加圧工程に使用される。なお圧力制御については、各圧力センサ８７の値が目標圧力となるように各圧縮用シリンダ２２毎にサーボバルブ８６を個別に制御するようにしてもよい。その場合も個別の圧縮用シリンダ２２の圧力制御の制御信号に速度制御（位置制御）の要素を加算して圧縮成形に使用される。

従って本実施形態の圧縮成形の第２の加圧工程では、位置制御（速度制御）により固定盤１８に対する可動盤２１の平行度を確保しながら、圧力制御を行うことができ、流動性に問題がある成形品であっても平行度を確保することができる。

更には第２の加圧工程の後に、圧力センサ８７の圧力が設定圧力となったことを検出して、
第３の加圧工程として圧力制御のみを行ってもよい。圧力制御のみにより圧縮用シリンダを制御する場合は、目標圧力に対して、各圧縮用シリンダの圧縮側油室２２ａの圧力が到達するようにサーボバルブ８６を制御することにより、均等な加圧が可能となる。または各圧縮用シリンダ毎に個別に目標圧力を定めて制御するようにしてもよい。更には第２の加圧工程、第３の加圧工程ともに、各位置センサ２０の値の間おの差分が所定値を超えた場合は、異常であるとして成形を中止するようにしてもよい。また上記の位置制御による第１の加圧工程の後に、位置制御（速度制御）の要素を用いずに前記の圧力制御のみによる第２の加圧工程を行うようにしてもよい。その場合も制御変更のトリガとなるものは上記と同じである。

なお下型１３と上型１２とが当初加熱されている場合は、圧縮されている途中から冷却に切換えられ、炭素繊維を含む樹脂材料Ｍの冷却固化が促進され、炭素繊維を含む１次成形品Ｍ１が成形される。なお縦型のプレス装置１４の型閉の際の型の移動は下型１３が上昇して上型１２と型閉されるものでもよい。

次に図８、図１３に示されるように、所定時間が経過するとプレス装置１４の圧縮用シリンダ２２を型開方向に作動させて、下型１３から上型１２を完全に型開されない状態で僅かに上昇させる。その際に圧縮用シリンダ２２は、速度制御（位置制御）により作動され、各位置センサ２０の値を検出して圧縮用シリンダ２２が個別に制御される。制御の方式は、第１の加圧工程と同様であるが、作動油を主として供給する油室は型開側油室２２ｂである。この際下型１３に炭素繊維を含む１次成形品Ｐが残置され、前記１次成形品Ｐと上型１２のキャビティ面１２ａとの間が離型されて高さＨの空間Ｃ（２次キャビティ）が形成される。なおこの際上型１２に１次成形品Ｐを貼り付けて離型し、炭素繊維を含む１次成形品Ｐと下型１３のキャビティ面１３ａの間に空間Ｃ（２次キャビティ）が形成されるようにしてもよい。いずれにしてもまだ軟らかい状態の炭素繊維を含む１次成形品Ｐから均等に金型のキャビティ面１２ａまたは１３ａを離型できるので１次成形品Ｐを良好な状態に保つことができる。

次に図９，図１３に示されるように、下型１３の他方（図１において右側）の側面に形成されたノズルタッチ面７５に射出装置１６のノズル５８を当接させる。そして下型１３のホットランナ７６のゲートバルブを開放する。そして射出装置１５の射出は、射出用のサーボモータ７１を作動させて加熱筒６７内の図示しないスクリュを前進させる。そのことによりホットランナを介して、下型１３上の１次成形品Ｐと上型１２のキャビティ面１２ａの間に形成された空間Ｃ（２次キャビティ）に溶融樹脂Ｍ２の射出を開始する。本実施形態では、１次成形（圧縮成形）に炭素繊維と共にバインダ樹脂として用いられたポリカーボネートを、２次成形にも使用する。しかし１次成形で用いられた炭素繊維を含む樹脂Ｍ１のバインダ樹脂と、２次成形で用いる樹脂Ｍ２を異なる樹脂としてもよい。

この際の金型１２，１３の形状と射出装置１６のノズル５８の当接位置については上記に限定されず、種々のものが使用可能である。例えばパーティング面にノズル５８を当接させるものや固定盤１８、可動盤２１、上型１２のいずれかの側面にノズル５８を当接させるものでもよい。また金型１２，１３は、上型１２と下型１３が嵌合されるインロータイプの金型であっても、上型１２と下型１３が当接される平当タイプの金型であってもよい。平当金型の場合は、下型１３（または上型１２）のキャビティ面１３ａ等の周囲の側壁がバネによって上下移動し、上型１２（または下型１３）のキャビティ面１２ａ等の周囲の部分が前記側壁の当接面と面当接する。

次に図１０に示されるように、プレス装置１４の圧縮用シリンダ２２の作動を開始するが、作動開始のタイミングは、射出と同時または射出中にスクリュ位置等を検出して圧縮用シリンダ２２により圧縮成形（射出圧縮成形）を開始することが望ましい。そして圧縮用シリンダ２２の作動により上型１２を再度下降させ、空間Ｃ（２次キャビティ）に射出した溶融樹脂Ｍ２を加圧して圧縮する。このように最初の段階で空間Ｃ（２次キャビティ）を拡げておいてから射出を開始することにより、溶融樹脂Ｍ２を良好に射出しやすくなる。また途中の段階からプレス装置１４による圧縮成形（射出圧縮成形）を開始することにより、溶融樹脂Ｍ２を空間Ｃ（２次キャビティ）の端部まで流動促進することもできる。そして炭素繊維を含む１次成形品Ｍ１と溶融樹脂Ｍ２に圧縮を加えることにより、炭素繊維を含む１次成形品Ｍ１の面と２次射出した溶融樹脂Ｍ２の層の密着性が良好になる。

この射出圧縮成形の前半では、図１３に示されるようにまだ空間Ｃ（２次キャビティ）が開いているので、圧縮用シリンダ２２により第１の加圧工程である位置制御（速度制御）が行われる。射出圧縮成形の前半では射出装置１６からの射出圧により、可動金型である上型１２が偏った力を受けて固定金型である下型１３に対する平行度が失われることが多い。しかし位置制御（速度制御）により各圧縮用シリンダ２２を制御し、固定盤１８に対する可動盤２１の平行制御を行うことにより、１次成形品Ｍ１に対して均一な厚みの樹脂Ｍ２の層を形成することができる。そして空間Ｃ（２次キャビティ）に溶融樹脂Ｍ２が充満されると、本実施形態では、次の第２の加圧工程として、位置制御（速度制御）と圧力制御を併用して圧縮成形を行う。そして更に最後は圧力制御のみにより冷却による収縮分を押圧する。なお位置制御（速度制御）のみの平行制御から直接、圧力制御のみの制御へ直接切換てもよいことは上記の繊維を含む樹脂成形品の圧縮成形の際と同様である。

そして金型１２，１３が加熱されていたものは、圧縮成形（射出圧縮成形）の途中から冷却に切換えられ、溶融状態であった繊維を含む樹脂材料Ｍの冷却固化が促進される。または加熱機能がない金型の場合はそのまま冷却される。従って本実施形態では、下型１３と上型１２との間で完全に型開されない状態で圧縮成形と空間形成と射出圧縮成形とが連続して行われる。そして前記工程の全てにおいて各圧縮用シリンダ２２をフィードバック制御しての位置制御または速度制御により、平行制御が行われる。

図１２に示されるように、所定時間が経過するとプレス装置１４の各圧縮用シリンダ２２が作動して離型を行う。この際も圧縮成形後に空間形成を行った際と同様にフィードバック制御を用いた位置制御（速度制御）により平行制御が行われる。そのことにより上型１２が下型１３から平行な状態を保ったまま型開され、炭素繊維を含む複合成形品Ｐの樹脂Ｍ２の層も良好な離型が行うことができる。そして次に型開閉機構のサーボモータ２３が作動して、下型１３から上型１２が上昇し、下型１３に残置された炭素繊維を含む複合成形品Ｐが取出し可能となる。

次に図２、図１２に示されるように、移動装置１７のサーボモータ２８の駆動により、炭素繊維を含む複合成形品Ｐがキャビティ面１３ａ上に保持された下型１３が加圧位置ａ２から材料供給位置ａ２（取出位置）へ移動される。そしてエジェクタ装置６１の駆動源６３が駆動されエジェクタロッド、エジェクタ板を介して突出ピン６２が突出され、炭素繊維を含む複合成形品Ｐがキャビティ面１３ａから突き出される。それと略同時に、取出機６４の吸盤６５が炭素繊維を含む複合成形品Ｐの上面に吸着し、炭素繊維を含む複合成形品Ｐを保持して別の工程へ搬出する。なおこの際、炭素繊維を含む複合成形品Ｐは、裏面となる炭素繊維を含む１次成形品Ｍ１の側が突出ピン６２により突き出されるので、僅かに突出跡が残っても使用上の問題はない。

本発明については、一々列挙はしないが、上記した本実施形態のものに限定されず、当業者が本発明の趣旨を踏まえて変更を加えたものについても、適用されることは言うまでもないことである。本実施形態においては材料加熱手段でもある材料供給装置１５から溶融状態の炭素繊維を含む樹脂材料Ｍを供給し、プレス装置１４で圧縮成形した後、連続して射出圧縮成形して炭素繊維を含む複合成形品Ｐを成形する例について記載した。しかしながら本発明は炭素繊維を含む成形品Ｐを複数の圧縮用シリンダ２２により金型１２，１３間の平行度を保ちながら成形することを目的とするものであって、炭素繊維を含む樹脂材料Ｍの圧縮成形のみを行って成形が完了するものでもよい。

また本発明は、別の把持・搬送用ロボット等の供給装置により一例として炭素繊維を含むエポキシ等の樹脂からなる固形または半溶融状態のプリプレグシート（ＣＦＲＰ）を下型１３に供給するものでもよい。それらの場合においてプリプレグシートは、更に下型１３上で図示しない材料加熱手段である赤外線加熱装置等を用いて予熱が加えられ、プレス装置１４で附形可能な溶融状態まで溶融されることが望ましい。そしてプレス装置１４において半溶融状態または溶融状態のプリプレグシートを加圧成形（圧縮成形）がなされる際についても、第１の加圧工程において、固定金型である下型１３に対する可動金型である上型１２の平行度を保って上型１２を下降させることが必要となる。よってプリプレグシートを供給して圧縮成形するタイプの炭素繊維を含む樹脂成形品の圧縮成形装置および圧縮成形方法においても、複数（３個以上）の位置センサ２０と、複数（３個以上）の圧縮用シリンダ２２とが設けられ、前記圧縮用シリンダ２２は前記位置センサ２０の情報により個別に制御されるプレス装置１４を用いて圧縮成形を行うことが良好な繊維を含む成形品Ｐを成形する上で重要となる。

更に本発明は、材料供給装置１５または別の把持・搬送用ロボット等の供給装置からプレス装置１４に固定された下型１３の上に繊維を含む樹脂材料Ｍ（プリプレグシート等）を直接供給するものでもよい。その場合も前記繊維を含む樹脂材料Ｍは、圧縮成形を開始するまでに材料加熱手段により十分溶融状態にされる。

１１圧縮成形装置
１２上型
１２ａ，１３ａキャビティ面
１３下型
１４プレス装置
１５材料供給装置（材料加熱手段）
１８固定盤
２０位置センサ
２１可動盤
２２圧縮用シリンダ
３４制御装置
８６サーボバルブ
８７，８８圧力センサ
Ｍ繊維を含む樹脂材料（炭素繊維を含む樹脂材料）
Ｍ１１次成形品
Ｍ２溶融樹脂
Ｐ繊維を含む複合成形品（炭素繊維を含む複合成形品）

Claims

プレス装置の外部に移動された下型に対して材料供給装置により繊維を含む樹脂材料を供給し、その後にプレス装置の内部に下型を移動させ下型と上型を閉鎖して前記材料を圧縮する繊維を含む樹脂成形品の圧縮成方法であって、
圧縮成形を開始するまでに前記材料を溶融状態にする材料加熱手段が設けられるとともに、
プレス装置は、上型が取付けられる上盤と下型が取付けられる下盤と、
上型または上盤と下型または下盤との間の距離を検出する３個以上の位置センサと、
上盤または下盤の一方に設けられ前記位置センサの情報により個別に制御される３個以上の圧縮用シリンダとが設けられ、
前記圧縮用シリンダには作動油の圧力を検出する圧力センサが設けられ、
前記下型をプレス装置の上型の下方へ移動させてから行う前記材料の圧縮成形は、前記位置センサの情報により個別に圧縮用シリンダを位置制御または速度制御する第１の加圧工程を行った後、前記圧力センサの情報のみにより個別に圧縮用シリンダを制御するかまたは前記位置センサの情報に前記圧力センサの情報を加えて個別に圧縮用シリンダを制御する第２の加圧工程を行うことを特徴とする繊維を含む樹脂成形品の圧縮成形方法。
前記位置センサの情報に前記圧力センサの情報を加えて個別に圧縮用シリンダを制御する第２の加圧工程を行った後に、更に前記圧力センサの情報のみにより個別に圧縮用シリンダを制御する第３の加圧工程を行うことを特徴とする請求項１に記載の繊維を含む樹脂成形品の圧縮成形方法。
前記材料は、炭素繊維を含む樹脂材料であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の繊維を含む樹脂成形品の圧縮成形方法。
下型に供給される前記材料は、固定または半溶融状態のプリプレグシートであり、材料加熱手段により予熱されることを特徴とする請求項１ないし請求項３に記載の繊維を含む樹脂成形品の圧縮成形方法。