JP5443138B2 - 複合積層材料体の成形装置及び方法 - Google Patents
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Description
すなわち、図4において符号1で示されるものは上部金型であり、この上部金型1の壁内には複数のヒータ2及び熱電対3が内蔵されている。
前記上部金型1は、図示しない油圧プレス等の押圧手段により上下動自在に設けられており、この上部金型1の下方位置には、ヒータ4が内蔵された下部金型5が固定配設されている。
すなわち、金型内にヒータが内蔵されているため、ヒータからの熱は金型内を経て複合積層材料体に伝熱されることになり、間接的な加熱方式であることによって熱容量が大きくなっていた。
そのため、各金型間の複合積層材料に対する昇温及び冷却に多大の時間を必要とすることになり、成形速度(成形サイクル)を向上させることが困難であった。
また、前述の図4の構成のように、ヒータを金型の壁内に内蔵させた構成に限ることなく、例えば、各金型の外側で、かつ、各金型に極めて接近又は接触した状態にヒータを配設(図示せず)した構成を用いた場合においても、前述の図4の構成と同様に、金型を通じて複合積層材料体を加熱するため、熱容量が大きく、前述と同様の課題が存在していた。
すなわち、非導電性材料よりなり枠体の下部に設けられた基台上に位置する下部金型と、前記枠体の天板の下面に固定された押圧手段と、前記押圧手段に設けられた上部金型と、前記基台の下方のみに配設され高周波電源に接続された複数のコイルと、からなり、非導電性材料よりなる前記上部金型と前記下部金型との間に設けられた複合積層材料体を、前記各コイルにより加熱した状態下で前記押圧手段により前記上部金型で押圧することによりプレス成形して成形品を得るようにした複合積層材料体の成形装置において、前記上部金型及び下部金型の一方又は両方の表面に形成されるか、又は、前記複合積層材料体の一面又は両面に貼り付けられ前記複合積層材料体と同じ長さの発熱体としての第1、第2磁性材料体と、前記上部金型及び下部金型の外部に配設され前記高周波電源に接続された前記各コイルと、によって前記複合積層材料体を加熱するための加熱手段が形成され、前記第1磁性材料体は前記上部金型と前記複合積層材料体との間に位置し、前記第2磁性材料体は前記複合積層材料体と前記下部金型との間に位置し、前記各磁性材料体は前記高周波電源のオンと同時に加熱されると共に前記複合積層材料体は前記高周波電源及びコイル群による前記各磁性材料体の高周波誘導加熱により加熱され、前記磁性材料体のキュリー温度が熱可塑性樹脂の溶融温度あるいは熱硬化性樹脂の硬化温度以上であることにより、発熱部分は金型表面の磁性材料体のみで複合積層材料体に接しているため、瞬時に加熱することができ、極めて熱容量が小さく、成形速度(成形サイクル)を向上させることができる。
また、前記磁性材料体は、Fe−Ni合金、Ni−Cu合金、Fe−Ni−Cr合金の何れかよりなり、前記Niの含有量を変えることにより、前記キュリー温度を変化できることにより、キュリー点を超えた場合には磁性体でなくなるため、ヒステリシス損失がなくなり、設定されたキュリー点付近の温度で一定に温度制御され、複合積層材料体全体で温度一定の均質な加熱が可能となる。
前記磁性材料体は、前記表面に溶射又はメッキにより形成されていることにより、繰り返し複合積層材料体の迅速な成形が可能となる。
また、前記複合積層材料体には、プリプレグが積層されていることによっても、均一な温度による成形が可能である。
尚、従来例と同一又は同等部分には同一符号を付して説明する。
図1において、符号1で示されるものは成形装置10の油圧プレス等の押圧手段11の下部に設けられ、ゴム又は樹脂からなる上部金型であり、この上部金型1の下方位置には、前記成形装置10の基台12上に設けられ、樹脂(高強度樹脂)からなる下部金型5が配設されている。
尚、前記成形装置10は、全体形状が枠状をなす枠体10Aで構成され、前記押圧手段11は枠体10Aの天板10Bの下面に設けられ、前記下部金型5は枠体10A下部の基台12上に位置している。
尚、上部金型1の材料としては、非導電性材料で、前述のゴム又は樹脂の他に、耐熱ゴム(シリコーンゴム等)、高強度耐熱樹脂(ポリイミド、シリコーン樹脂、フッ素樹脂等)、耐熱性GFRP、セラミック、セメント、高強度硝子、石膏等も用いることができる。
また、下部金型5の材料としては、非導電性材料で、前述の樹脂の他に、高強度耐熱樹脂(ポリイミド、シリコーン樹脂等)、耐熱性GFRP、セラミック、セメント、高強度硝子、石膏等も用いることができる。
前述の耐熱性GFRPは、耐熱性の硝子繊維+耐熱樹脂で構成されている。
すなわち、第1磁性材料体13は上部金型1と複合積層材料体6との間に位置し、前記第2磁性材料体14は複合積層材料体6と下部金型5との間に位置している。
また、図2のように各磁性材料体13,14と複合積層材料体6の長さは同じである。
尚、前述の加熱状態となる前記発熱体20としての各磁性材料体13,14は、その厚さが極めて薄く形成され、従来のように各金型1,5を加熱する構成ではないため、熱容量が極めて小さく、高周波電源15のオン/オフに連動して瞬時の加熱及び冷却を達成することができる。
尚、前記複合積層材料体6は、周知のプリプレグ等を積層させたFRP等で形成されている。
この磁性材料は、Fe−Cu合金、Ni−Cu合金、Fe−Ni−Cr合金等の何れかを使用しており、Ni含有量を変えることによって前記キュリー温度を変化させることが可能で、例えば、このNiを図3の特性図で示すように、20%〜100%の間で変えることにより、そのキュリー温度を変化させることができるものである。
また、前記発熱体20に対して、高周波磁界がかかったときに、基本的にジュール損とヒステリシス損失が発生する。この周波数が高いときには、ヒステリシス損失が発熱に支配的になる前記発熱体20の周りの温度が、キュリー温度以上になった場合、磁性体でなくなるため、ヒステリシス損失はなくなり、発熱量は抑えられる。このため、発熱体20及びその周りの温度上昇はほぼなくなる。
逆に前記発熱体20の周りの温度がキュリー点以下になった場合は、再び磁性体に戻り、ヒステリシス損失が発生し、再び発熱するようになる。このように発熱体20及び周りの温度は、キュリー点の付近の温度に発熱体20全面にわたり一様に自己制御される。
すなわち、各磁性材料体13,14はキュリー温度を超えた場合には磁性体でなくなるため、ヒステリシス損失がなくなり、設定されたキュリー温度でほぼ一定に温度制御され、複合積層材料体6全体で温度一定な均質な加熱が可能である。
また、図2に示される各磁性材料体13,14を両面に有する複合積層材料体6の場合においては、プレス成形時の構成は図1のプレス成形時の構成と同様で簡単にプレス成形することができる。
(1) 熱可塑性樹脂
PA(ポリアミド)6:225℃、PA66:265℃、PA11:187℃、PA12:176℃、PBT(ポリブチレンテレフチレート):224℃、PET(ポリエチレンテレフタレート):225℃、PEEK(ポリエーテルエーテルケトン):340℃、PEKK(ポリエーテルケトンケトン):360℃
(2) 熱硬化性樹脂
例えば、フェノール樹脂、エポキシ樹脂等では硬化を促進するために用いられるため、決まった温度はなく、例えば、フェノール樹脂であれば、150℃、200℃、250℃等がある。
1a 下面
4 加熱手段
5 下部金型
5a 上面
6 複合積層材料体
10 成形装置
10A 枠体
10B 天板
11 押圧手段
12 基台
13 第1磁性材料体
14 第2磁性材料体
15 高周波電源
16 コイル群
16a コイル
20 発熱体
Claims (10)
- 非導電性材料よりなり枠体(10A)の下部に設けられた基台(12)上に位置する下部金型(5)と、前記枠体(10A)の天板(10B)の下面に固定された押圧手段(11)と、前記押圧手段(11)に設けられた上部金型(1)と、前記基台(12)の下方のみに配設され高周波電源(15)に接続された複数のコイル(16a)と、からなり、非導電性材料よりなる前記上部金型(1)と前記下部金型(5)との間に設けられた複合積層材料体(6)を、前記各コイル(16a)により加熱した状態下で前記押圧手段(11)により前記上部金型(1)で押圧することによりプレス成形して成形品を得るようにした複合積層材料体の成形装置において、
前記上部金型(1)及び下部金型(5)の一方又は両方の表面に形成されるか、又は、前記複合積層材料体(6)の一面又は両面に貼り付けられ前記複合積層材料体(6)と同じ長さの発熱体(20)としての第1、第2磁性材料体(13,14)と、前記上部金型(1)及び下部金型(5)の外部に配設され前記高周波電源(15)に接続された前記各コイル(16a)と、によって前記複合積層材料体(6)を加熱するための加熱手段(4)が形成され、前記第1磁性材料体(13)は前記上部金型(1)と前記複合積層材料体(6)との間に位置し、前記第2磁性材料体(14)は前記複合積層材料体(6)と前記下部金型(5)との間に位置し、
前記各磁性材料体(13,14)は前記高周波電源(15)のオンと同時に加熱されると共に前記複合積層材料体(6)は前記高周波電源(15)及びコイル群(16)による前記各磁性材料体(13,14)の高周波誘導加熱により加熱され、前記磁性材料体(13,14)のキュリー温度が熱可塑性樹脂の溶融温度あるいは熱硬化性樹脂の硬化温度以上であることを特徴とする複合積層材料体の成形装置。 - 前記上部金型(1)の前記非導電性材料は、シリコーンゴム、ポリイミド、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、耐熱性GFRP、セラミック、セメント、高強度硝子、石膏の何れかよりなり、前記下部金型(5)の前記非導電性材料は、ポリイミド、シリコーン樹脂、耐熱性GFRP、セラミック、セメント、高強度硝子、石膏の何れかよりなることを特徴とする請求項1記載の複合積層材料体の成形装置。
- 前記磁性材料体(13,14)は、Fe−Ni合金、Ni−Cu合金、Fe−Ni−Cr合金の何れかよりなり、前記Niの含有量を変えることにより、前記キュリー温度を変化できることを特徴とする請求項1又は2記載の複合積層材料体の成形装置。
- 前記磁性材料体(13,14)は、前記表面に溶射又はメッキにより形成されていることを特徴とする請求項1ないし3の何れかに記載の複合積層材料体の成形装置。
- 前記複合積層材料体(6)には、プリプレグが積層されていることを特徴とする請求項1ないし4の何れかに記載の複合積層材料体の成形装置。
- 非導電性材料よりなり枠体(10A)の下部に設けられた基台(12)上に位置する下部金型(5)と、前記枠体(10A)の天板(10B)の下面に固定された押圧手段(11)と、前記押圧手段(11)に設けられた上部金型(1)と、前記基台(12)の下方のみに配設され高周波電源(15)に接続された複数のコイル(16a)と、からなり、非導電性材料よりなる前記上部金型(1)と前記下部金型(5)との間に設けられた複合積層材料体(6)を、前記各コイル(16a)により加熱した状態下で前記押圧手段(11)により前記上部金型(1)で押圧することによりプレス成形して成形品を得るようにした複合積層材料体の成形方法において、
前記上部金型(1)及び下部金型(5)の一方又は両方の表面に形成されるか、又は、前記複合積層材料体(6)の一面又は両面に貼り付けられ前記複合積層材料体(6)と同じ長さの発熱体(20)としての第1、第2磁性材料体(13,14)と、前記上部金型(1)及び下部金型(5)の外部に配設され前記高周波電源(15)に接続された前記各コイル(16a)と、によって前記複合積層材料体(6)を加熱するための加熱手段(4)が形成され、前記第1磁性材料体(13)は前記上部金型(1)と前記複合積層材料体(6)との間に位置し、前記第2磁性材料体(14)は前記複合積層材料体(6)と前記下部金型(5)との間に位置し、
前記各磁性材料体(13,14)は前記高周波電源(15)のオンと同時に加熱されると共に前記複合積層材料体(6)は前記高周波電源(15)及びコイル群(16)による前記各磁性材料体(13,14)の高周波誘導加熱により加熱され、前記磁性材料体(13,14)のキュリー温度が熱可塑性樹脂の溶融温度あるいは熱硬化性樹脂の硬化温度以上であることを特徴とする複合積層材料体の成形方法。 - 前記上部金型(1)の前記非導電性材料は、シリコーンゴム、ポリイミド、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、耐熱性GFRP、セラミック、セメント、高強度硝子、石膏の何れかよりなり、前記下部金型(5)の前記非導電性材料は、ポリイミド、シリコーン樹脂、耐熱性GFRP、セラミック、セメント、高強度硝子、石膏の何れかよりなることを特徴とする請求項6記載の複合積層材料体の成形方法。
- 前記磁性材料体(13,14)は、Fe−Ni合金、Ni−Cu合金、Fe−Ni−Cr合金の何れかよりなり、前記Niの含有量を変えることにより、前記キュリー温度を変化できることを特徴とする請求項6又は7記載の複合積層材料体の成形方法。
- 前記磁性材料体(13,14)は、前記表面に溶射又はメッキにより形成されていることを特徴とする請求項6ないし8の何れかに記載の複合積層材料体の成形方法。
- 前記複合積層材料体(6)には、プリプレグが積層されていることを特徴とする請求項6ないし9の何れかに記載の複合積層材料体の成形方法。
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