JP5896251B2 - プレス成形装置 - Google Patents

Description

本発明は、プレス成形装置に関するものである。

例えば、特許文献１では、Ｃ／Ｃ成形素材を成形用金型に入れたのち、高温で押圧用金型によりホットプレスしてＣ／Ｃ成形体に成形するに際し、Ｃ／Ｃ成形素材の側縁部と成形用金型との間に、ホットプレス後の冷却時におけるＣ／Ｃ成形体と成形用金型との間の熱膨張係数の違いにより生ずる熱収縮差を吸収するテーパー面をそなえた熱収縮吸収部材を介在させると共に、Ｃ／Ｃ成形素材の押圧用ホットプレスすることを特徴とするＣ／Ｃ成形体のホットプレス成形方法として開示されている。

特開平７−２７７８４５号公報

本発明は、炭素繊維強化熱可塑性プラスチックを効率的に加工できるプレス成形装置を提供することを目的とする。

本発明に係るプレス成形装置は、熱可塑性樹脂を含む被成形物をプレス加工するプレス成型装置であって、前記被成形物が押し込まれる第１の型部材と、前記被成形物を前記第１の型に押し込む第２の型部材とを有し、前記第２の型部材により押し込まれる領域に対する加圧力と、押し込まれる領域の外側にある外縁領域に対する加圧力との比率が、プレス加工の段階によって変化するように構成される。

好適には、前記第１の型部材、又は、前記第２の型部材は、被成形物が押し込まれる領域を加圧するための押し込み領域加圧部材と、前記被成形物の外縁領域を加圧するための外縁加圧部材とを含み、被成形物の押し込みが完了したときに、前記外縁加圧部材による被成形物への加圧力を増加するように構成されてなる。

好適には、被成形物の押し込みが完了するまでの間、前記外縁加圧部材と、これにプレス面との間を離間させる離間手段をさらに有し、前記外縁加圧部材は、前記被成形物の押し込みが完了した後で、前記離間手段による離間作用が解消されることによって、被成形物の外縁領域を加圧する。

また、本発明に係るプレス成形装置は、前記被成形物が押し込まれる第１の型部材と、前記被成形物を前記第１の型部材に押し込む第２の型部材とを有し、前記第１の型部材は、前記第２の型部材と熱膨張係数の異なる材料で構成されてなる。

好適には、前記第１の型部材は、前記第２の型部材よりも熱膨張係数の高い材料で構成されてなる。

好適には、前記第１の型部材の少なくとも一部は、アルミニウム合金で構成され、前記第２の型部材は、アルミニウム合金以外の金属で構成される。

また、本発明に係るプレス成形方法は、熱可塑性樹脂を含む被成形物をプレス加工する工程であって、前記被成形物のうち、型の凹部に押し込まれる領域を、前記型の凹部からはみ出した領域よりも強い加圧力で加圧する第１の加圧工程と、前記第１の加圧工程後に、前記型の凹部からはみ出した領域に対する加圧力を増加させて、少なくとも、この領域を加圧する第２の加圧工程とを有する。

好適には、前記第２の加圧工程において、前記被成形物のうち、前記型の凹部に押し込まれる領域と、前記型の凹部からはみ出す領域とを、略同じ加圧力で加圧する。

本発明によれば、炭素繊維強化熱可塑性プラスチックを効率的に加工できる。

本実施形態に係る成形装置１の構成を例示する図である。 本実施形態に係る成形装置１の内部構成を例示する図である。 本実施形態に係る成形装置１の成形開始時の状態を例示する図である。 本実施形態に係る成形装置１の成形時の状態を例示する図である。 本実施形態に係る成形装置１の被成形物２の取出し状態を例示する図である。 上型１ａの降下による成形状態を模式的に例示する図である。 施工工程Ｓ１００を説明するフローチャートである。 従来の金属材料のプレス絞り加工工程を説明する図である。

本実施形態の背景と概要とについて説明する。
例えば、自動車に使用される部品には、車体部品、駆動部品、懸架部品、又は、機構部品がある。これらの部品には、搭乗者の安全面の観点から、衝撃に耐えるよう部品の高硬度化が必要である。また、これらの部品は、高硬度化することにより伴う重量の増加を抑えるため、軽量化も求められる。さらに、これらの部品は、車輌の受けた衝撃を吸収するための適度な柔軟性を必要とする。

近時、高硬度、及び、軽量を兼ねる性質を有する炭素繊維強化複合材料が使用される。
炭素繊維強化複合材料には、熱硬化性樹脂を用いた炭素繊維強化複合材料が用いられることが多い。熱硬化性樹脂を用いた炭素繊維強化複合材料の成形には、加熱、及び、加圧を同時に行うオートクレーブ装置を使用する。熱硬化性樹脂を用いた炭素繊維強化複合材料の成形は、真空引き後に高温高圧ガスを注入することにより、熱硬化性樹脂を成形し、高温高圧ガスを排出後に冷却することにより、形状を固定させる。このため、熱硬化性樹脂を用いた炭素繊維強化複合材料の成形は、設備費や、大量の高温高圧気体の充填及び排出をおこなうために成形時間がかかるため、安価に大量生産を行うには難しい。また、熱硬化性樹脂を用いた炭素繊維強化複合材料は、冷却することにより硬化するため、適度は柔軟性を得るには難しい。

そこで、本実施形態では、熱可塑性樹脂を用いた炭素繊維強化複合材料を用いる。
熱可塑性樹脂を用いた炭素繊維強化複合材料は、大気中で加熱し、プレス加工により成形することができる。プレス加工を行うことにより成形時間を短縮することができる。このように、熱可塑性樹脂を用いた炭素繊維強化複合材料は、設備費及び成形時間を抑えることができる。また、熱可塑性樹脂を用いた炭素繊維強化複合材料は、リサイクル性も高い。

また、一般的に、熱可塑性樹脂の成形は、射出成形を行う。射出成形は、大きく分けて６つの工程があり、型締め工程、射出工程、保圧工程、冷却工程、型開き工程、及び、成形品の取出し工程である。これらの工程のうち、保圧工程は、金型である凸型（コア）と凹型（キャビティー）とを組み合せて形成される射出空間内の圧力を既定圧力に保持する。保圧工程では、冷却工程により熱可塑性樹脂の収縮に追随して内部圧力の低下を防止するため、減圧する圧力を既定圧力に保持する。このとき、保圧工程で行う加圧は、熱可塑性樹脂の射出口から行うため、金型の構造によって成形品の面に対して必ずしも直角に加圧できるとは限らない。また、保圧工程により行う加圧は、成形品の全面に対して均一の圧力を加えることは難しい。

そこで、本実施形態では、成形を行う金型は、熱可塑性樹脂の熱膨張係数と比較した場合に、熱膨張係数の近い金属部材と、この金属部材の熱膨張係数と異なる金属部材とで構成する。この金型を用いることにより、熱可塑性樹脂の冷却時に伴う収縮に応じて、金型も冷却時に収縮することにより、射出空間内にある成形品の全面に対して、圧力を均一に加えることができる。また、成形品に対して、圧力を均一に加えることで、樹脂密度を最適に保ち、強度のある成形品を成形することができる。

まず、従来の金属材料のプレス加工工程について説明する。
図８は、従来の金属材料のプレス絞り加工工程を説明する図である。
図８に例示するように、従来のプレス絞り加工は、大きく分けて４つの工程があり、図８（ａ）材料投入工程、図８（ｂ）上金型の降下工程、図８（ｃ）絞り工程、及び、図８（ｄ）取出し工程である。

まず、絞り加工の成形に用いられる金型について説明する。
絞り加工の成形に用いられる金型は、上金型１００ａ、及び、下金型１００ｂで構成される。
上金型１００ａは、少なくとも、ダイ（ダイス）１０３、及び、ノックアウトピン１０６で構成される。
ダイ（ダイス）１０３は、後述するパンチ１０４と対となる受け金型である。
ダイ（ダイス）１０３は、例えば、金属部材で構成される。ダイ１０３は、被成形物１０２を包みこみ、形状・寸法を定めるための成形用金型である。ダイ１０３は、後述するパンチ１０４を内部に挿入することできる凹部を有する。
ノックアウトピン１０６は、例えば、金属部材で構成される。ノックアウトピン１０６は、ダイ１０３の内部に付着する被成形物１０２を離すために、スライド内に設けられる棒状の部品である。ノックアウトピン１０６は、ダイ１０３の内部で摺動する。

下金型１００ｂは、少なくとも、パンチ１０４、及び、しわ押え部１０５で構成される。
パンチ１０４は、例えば、金属部材で構成される。パンチ１０４は、棒状の形状であり、被成形物の内部の形状・寸法を定める。パンチ１０４は、ダイ１０３の有する凹部に挿入され、ダイ１０３と挟み込んだ被成形物１０２を加圧する。
しわ押え部１０５は、例えば、金属部材で構成される。しわ押え部１０５は、被成形物１０２の周縁部を挟み込み、被成形物の板厚方向に適度な圧力を一定に掛けるため、絞り加工時の被成形物１０２の周縁部に発生する重層、又は、波形のような変形を防止する。

次に、従来の金属材料のプレス絞り加工工程を説明する。
図８に示すように、図８（ａ）材料投入工程において、下金型１００ｂは、被成形物１０２を載置される。下金型１００ｂは、被成形物１０２を載置されるとき、しわ押え部１０５の既定の領域内に被成形物１０２を載置される。
図８（ｂ）上金型の降下工程において、上金型１００ａは、下金型１００ｂの鉛直方向に位置する。具体的には、ダイ１０３は、パンチ１０４の鉛直上方にあり、ダイ１０３の有する凹部に、パンチ１０４を挿入されるような位置に配置される。また、ダイ１０３は、しわ押え部１０５の鉛直上方に位置し、降下することにより被成形物１０２をしわ押え部１０５と挟み込める位置に配置される。
上金型１００ａは、下金型１００ｂに鉛直下方に向かって降下する。上金型１００ａ、及び、しわ押え部１０５は、被成形物１０２を挟み込む。このとき、しわ押え部１０５は、ダイクッション（不図示）により被成形物１０２を押える圧力を調整される。ここで、鋼板の一般的絞り加工における押え圧力は、１平方センチメートル辺り１００〜２００Ｎの圧力となるよう設定される。また、しわ押え部１０５は、被成形物１０２を押える圧力を、図８（ｃ）絞り工程においてもほぼ一定に保つ。
図８（ｃ）絞り工程において、上金型１００ａは、下降限界範囲まで下降する。ダイ１０３は、ダイ１０３の有する凹部にパンチ１０４を挿入される。ダイ１０３は、パンチ１０４の上方に載置される被成形物１０２の領域と、パンチ１０４とを凹部に挿入されることにより、被成形物１０２を内部に引き込み加圧する。
また、しわ押え部１０５、及び、ダイ１０３は、被成形物１０２の周縁部を押えており、成形過程においてほぼ一定に圧力を掛けることにより、被成形物１０２の変形を防止する。
図８（ｄ）取出し工程において、上金型１００ａは、鉛直上方に上昇する。具体的には、しわ押え部１０５、及び、ダイ１０３は、被成形物１０２の周縁部を押えた状態を保ちながら上昇し、被成形物１０２をパンチ１０４から取り外す。このとき、ダイ１０３は、被成形物１０２を凹部に挿入された状態で上昇する。ノックアウトピン１０６は、被成形物１０２を取り出せる距離を確保してから、被成形物１０２を押し出す。
以上、説明したように、従来の金属材料のプレス絞り加工は、上金型１００ａの移動する鉛直方向の圧力を被成形物１０２に加えることができる。

次に、本実施形態について説明する。
以下、本発明の実施形態の構成を、図面を参照して説明する。ただし、本発明の範囲は、図示例に限定されるものではない。
本実施形態では、合成樹脂を用いた繊維強化複合材料の成形について説明する。合成樹脂を用いた複合材料には、繊維強化熱硬化性プラスチック（ＦＲＰ：Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）、及び、繊維強化熱可塑性プラスチック（ＦＲＴＰ：Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｔｈｅｒｍｏ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）があり、本実施形態では、繊維強化熱可塑性プラスチックについて説明する。
また、本実施形態では、繊維強化熱可塑性プラスチックを用いるため、合成樹脂に熱可塑性樹脂を用いて説明する。熱可塑性樹脂には、例えば、メタクリル酸メチル、又は、メチルメタアクリレートなどが含まれる。また、繊維強化熱可塑性プラスチックに用いられる繊維素材には、例えば、天然繊維、ガラス繊維、化学繊維、及び、炭素繊維が含まれる。本実施形態では、繊維素材に炭素繊維を用いて説明する。従って、本実施形態では、本発明に係る被成形物の一例として、炭素繊維強化熱可塑性プラスチック（ＣＦＲＴＰ：Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｔｈｅｒｍｏ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）を成形素材として説明する。

図１は、本実施形態に係る成形装置１の構成を例示する図である。
図２は、本実施形態に係る成形装置１の内部構成を例示する図である。
図１、及び、図２に例示するように、本実施形態のプレス成形装置１は、上型１ａ、及び、下型１ｂを有する。
上型１ａは、本発明に係る第１の型部材の一例である。
上型１ａは、ダイ３、ダイホルダ４、及び、上部ダイプレート６を有する。
ダイ３は、例えば、金属部材で構成される。具体的には、ダイ３は、少なくとも一部をアルミニウム合金により構成される。ダイ３は、後述するパンチ２２より、熱膨張係数の高い材料で構成される。
ここで、本実施形態で用いられるアルミニウム合金は、被成形物２であるＣＦＲＴＰに使用される熱可塑性樹脂の熱膨張係数（約２０×１０^−６）と近似するために選択される。また、成形する成形素材の熱膨張係数に合わせて、適宜にダイ３の構成素材を変更することもできる。
ダイ３は、被成形物２と熱膨張係数が近似する金属部材を用いることにより、被成形物２の冷却を行う場合に、被成形物２と、ダイ３とが略等しい割合で収縮するため、被成形物２に対して一定の圧力をそれぞれの面に対して直角に加圧する。

ダイ３は、成形後の被成形物２の形状、及び、寸法を定める成形用凹型金型である。ダイ３は、凹部、及び、平面部のプレス面を有する。ダイ３は、被成形物２をパンチ２２ａ、及び、コーナーパンチ２２ｂとにより押し込まれる凹部を有する。ダイ３は、凹部を成形したい形状に適宜に変更することができる。
また、ダイ３は、凹部の外縁に平面部を有する。ダイ３は、凹部よりはみ出した被成形物２をしわ押え板２０と加圧を行うための平面部を有する。
ダイ３は、ダイホルダ４に設置される。具体的には、ダイ３は、凹部分を下型１ｂに対向するように設置される。さらに具体的には、ダイ３は、パンチ２２ａにより凹部分を加圧されるように鉛直上方の位置に設置される。
また、ダイ３は、後述するキラーピン８、及び、ノックアウトピン１０を内部に具備する。さらに、ダイ３は、冷却流体用流路４０、ヒーター４１、及び、温度センサー４２を具備する。

ここで、冷却流体用流路４０、ヒーター４１、及び、温度センサー４２について説明する。
冷却流体用流路４０は、冷却装置の一例である。
冷却流体用流路４０は、金型の温度を降下させるために設けられた穴部である。本実施形態では、冷却流体用流路４０は、穴部に冷却媒体を循環させるより、金型の温度を降下させる。冷却流体用流路４０は、金型の温度を降下させる効果を有するならば、適宜に設置方法、設置場所、及び、装置を適宜に変更することができる。
ヒーター４１は、加熱装置の一例である。
ヒーター４１は、金型の温度を上昇させる装置である。ヒーター４１は、例えば、金型に穴部を設けてから設置される。ヒーター４１は、金型の温度を上昇させる機能を有するならば、設置方法、設置場所、及び、装置を適宜に変更することができる。
温度センサー４２は、温度測定装置の一例である。
温度センサー４２は、金型の温度を測定する装置である。温度センサー４２は、金型の温度を測定し、測定結果を制御装置（不図示）に出力する。温度センサー４２は、金型の温度を測定できる機能を有するならば、適宜に変更できる。また、温度センサー４２は、金型の温度を測定できる位置に設置されるならば、適宜に設置場所を変更することができる。

ダイホルダ４は、例えば、金属部材で構成される。具体的には、ダイホルダ４は、鉄、又は、鋼などの合金により構成される。ダイホルダ４は、ダイ３を支持する。また、ダイホルダ４は、ダイ３と上部ダイプレート６とに挟み込まれるように設置される。
また、ダイホルダ４は、後述するキラーピン８、及び、ノックアウトピン１０を内部に具備する。

上部ダイプレート６は、例えば、金属部材で構成される。具体的には、上部ダイプレート６は、鉄、又は、鋼などの合金により構成される。上部ダイプレート６は、ダイホルダ４を支持する。

ダイ３、及び、ダイホルダ４の内部には、キラーピン８、及び、ノックアウトピン１０を具備する。
キラーピン８は、本発明に係る離間手段の一例である。
キラーピン８は、例えば、金属部材で構成される。キラーピン８は、弾性部材をダイホルダ４の内部に、棒状部材をダイ３の内部に設置される。ここで、キラーピン８は、しわ押え板２０を加圧できるならば、設置場所、及び、個数を適宜に変更することができる。キラーピン８は、ダイホルダ４の内部に設置される弾性部材を調節することにより、しわ押え板２０を加圧する力を適宜に変更することができる。
キラーピン８は、上型１ａの内部に設置され、棒状部材を既定の長さだけダイ３の端面より突出した状態で設置される。キラーピン８の突出量は、素材寸法と、成形品のフランジ寸法との関係によって決められる。
キラーピン８は、上型１ａが鉛直方向に下降した場合に、ダイ３の端面より突出した棒状部材の端面を、しわ押え板２０の上端平面部に接触させ、既定の圧力でしわ押え板２０を加圧する。（図３）キラーピン８は、ダイ３と、パンチ２２ａとによる被成形物２の過度の挟み付けを防止する。

ノックアウトピン１０は、例えば、金属部材で構成される。ノックアウトピン１０は、ダイホルダ４の内部に動作を行う機構部材が設置され、棒状部材をダイ３に内部に設置される。ノックアウトピン１０は、成形後にダイ３の凹部に付着する被成形物２を離型させる。ノックアウトピン１０は、成形後の凹部に付着する被成形物２を離型させる機能を有するならば適宜に変更することができる。

下型１ｂは、本発明に係る第２の型部材の一例である。
下型１ｂは、しわ押え板２０、パンチ２２、パンチホルダ２４、下部ダイプレート２６、及び、クッションピン２８を有する。
しわ押え板２０は、本発明に係る外縁加圧部材の一例である。
しわ押え板２０は、例えば、金属部材で構成される。具体的には、しわ押え板２０は、鉄、又は、鋼などの合金により構成される。
しわ押え板２０は、パンチ２２ａ、及び、コーナーパンチ２２ｂを挿入できる穴部を有する。しわ押え板２０は、被成形物２を載置でき、ダイ３の平面部との加圧を行うために対向して設置される。しわ押え板２０は、ダイ３の凹部よりはみ出した被成形物２の外縁部分を、ダイ３の平面部と挟み込み加圧する。しわ押え板２０は、ダイ３の凹部に被成形物２の押し込みが完了したときに、被成形物２の外縁部分の加圧を増加させる。
また、しわ押え板２０は、ヒーター４１、冷却流体用流路４０、及び、温度センサー４２を具備する。

パンチ２２は、本発明に係る押し込み領域加圧部材の一例である。
パンチ２２は、パンチ２２ａ及びコーナーパンチ２２ｂで構成される。
パンチ２２ａは、例えば、金属部材で構成される。具体的には、パンチ２２ａは、アルミニウム合金以外の金属で構成され、例えば、鉄、又は、鋼などの合金により構成される。ここで、パンチ２２ａは、ダイ３よりも熱膨張係数の低い材料で構成され、例えば、鉄、及び、鋼の熱膨張係数は約１２×１０^−６である。
パンチ２２ａは、ダイ３の凹部に対応する先端形状を有する。本実施形態では、パンチ２２ａは、略円柱形状をしており、平面を有する上端面と、上端面から胴部にかけて、連続して滑らかな円弧を描くような角部を形成する。
パンチ２２ａは、被成形物２の形状に応じて適宜に形状を変更することができる。
また、パンチ２２ａは、ヒーター４１、冷却流体用流路４０、及び、温度センサー４２を内部に具備する。

コーナーパンチ２２ｂは、例えば、金属部材で構成される。具体的には、コーナーパンチ２２ｂは、鉄、又は、鋼などの合金により構成される。コーナーパンチ２２ｂは、筒部と、脚部とを有する。コーナーパンチ２２ｂは、パンチ２２ａの外径より大きい内径を有し、しわ押え板２０の穴部の内径より小さい外径をする筒部である。コーナーパンチ２２ｂは、パンチ２２ａより短筒であり、内径から外径に向かってテーパ加工される。コーナーパンチ２２ｂは、ダイ３の凹部から平面部に連続する角部を加圧するため、ダイ３の凹部から平面部に連続する角部に応じた形状をする。また、コーナーパンチ２２ｂは、筒部を支持する脚部をさらに有する。

パンチホルダ２４は、例えば、金属部材で構成される。具体的にはパンチホルダ２４は、鉄、又は、鋼などの合金により構成される。
パンチホルダ２４は、パンチ２２ａを支持する。また、パンチホルダ２４は、パンチ２２ａの具備するヒーター４１、冷却流体用流路４０、及び、温度センサー４２の穴部を備えてもよい。パンチホルダ２４は、穴部の方向や数を適宜に変更することができる。
また、パンチホルダ２４は、しわ押え板２０の降下を制限する。パンチホルダ２４は、しわ押え板２０の上昇降下を補助するクッションピン２８、及び、ダイクッションピン３０を内部に設置するための貫通孔を有する。パンチホルダ２４は、貫通孔の大きさや数を、適宜に変更することができる。

下部ダイプレート２６は、例えば、金属部材で構成される。具体的には下部ダイプレート２６は、鉄、又は、鋼などの合金により構成される。下部ダイプレート２６は、パンチホルダ２４を支持する。下部ダイプレート２６は、パンチホルダ２４と同様に、しわ押え板２０の上昇降下を補助するクッションピン２８、及び、ダイクッションピン３０を内部に設置するための貫通孔を具備してもよい。

クッションピン２８は、例えば、金属部材で構成される。具体的にはクッションピン２８は、鉄、又は、鋼などの合金により構成される。クッションピン２８は、しわ押え板２０により鉛直下方に加えられる圧力をダイクッションピン３０に伝達する。クッションピン２８は、スプリング３２の代用として弾性部材を纏わせてもよい。具体的には、クッションピン２８は、例えば、ばねやゴムなどの弾性性能を有する部材をピンに纏わせ、しわ押え板２０の降下に対応してもよい。本実施例のクッションピン２８は、しわ押え板２０を支える機能を有する一例である。クッションピン２８は、しわ押え板２０に固定されることにより、しわ押え板２０の脱落を防止する。

ダイクッションピン３０は、例えば、金属部材で構成される。具体的にはダイクッションピン３０は、鉄、又は、鋼などの合金により構成される。ダイクッションピン３０は、クッションピン２８より伝達された鉛直下方の圧力を、クッション３２に伝達する。ダイクッションピン３０は、クッションピン２８と一体としてもよい。

クッション３２は、鉛直下方の圧力を緩衝する弾性部材の一例であり、適宜に仕様形態を変更できる。例えば、クッションピン２８に弾性部材を纏わせて、代用してもよい。クッション３２は、上型１ａにより鉛直下方の圧力を下型１ｂに加えた場合に、鉛直下方の圧力を緩衝する機能を有する。

次に、本実施形態の流れについて説明する。
図３は、本実施形態に係る成形装置１の成形開始時の状態を例示する図である。
図４は、本実施形態に係る成形装置１の成形時の状態を例示する図である。
図５は、本実施形態に係る成形装置１の被成形物２の取出しの状態を例示する図である。
図６は、上型１ａの降下による成形状態を模式的に例示する図である。
図７は、施工工程Ｓ１００を説明するフローチャートである。
図３、図４、図５、及び、図６は、模式的に機構部分と、流体部分との内部構造を例示したものである。

図７に例示するように、ステップ１００（Ｓ１００）において、ダイ３、しわ押え板２０、及び、パンチ２２は、内臓されるヒーター４１により、予熱される。
ステップ１０２（Ｓ１０２）において、しわ押え板２０は、被成形物２を設置される。このとき、パンチ２２ａの中心と、被成形物２の中心とを合わせるようにして設置される。

ステップ１０４（Ｓ１０４）において、ダイ３、しわ押え板２０、及び、パンチ２２は、ヒーター４１により被成形物２の成形しやすい温度になるように加熱される。ダイ３、しわ押え板２０、及び、パンチ２２は、加熱されることにより、温度上昇に伴って長さ・体積などが増加する（熱膨張）。ここで、ダイ３は、少なくとも一部をアルミニウム合金で構成される。また、パンチ２２は、鉄、又は、鋼により構成される。ダイ３は、パンチ２２より熱膨張係数の高い部材を用いて構成されることにより、加熱時に、パンチ２２より長さ・体積などを増加させることができる。

ステップ１０６（Ｓ１０６）において、図３に例示するように、上型１ａは、鉛直下方に降下する。キラーピン８は、上型１ａの鉛直下方に降下することにより、ダイ３の端面より突出した棒状部材の端面を、しわ押え板２０の平面部の上端に接触させ、既定の圧力でしわ押え板２０を加圧する。キラーピン８は、弾性体により棒状部材を用いてしわ押え板２０の平面部の上端にかける圧力を調節され、ダイ３と、しわ押え板２０とを離間させる。

ステップ１０８（Ｓ１０８）において、キラーピン８は、クッションピン２８、ダイクッションピン３０、及び、クッション３２による鉛直上方の圧力より強い圧力をしわ押え板２０にかける。そのため、キラーピン８は、パンチホルダ２４によるしわ押え板２０の降下を制限される直前まで、ダイ３の端面より棒状部材を突出した状態を維持し、しわ押え板２０を加圧する。

ステップ１１０（Ｓ１１０）において、図４に例示するように、上型１ａの降下によって、下型１ｂと接触することにより、被成形物２を加圧する。キラーピン８は、鉛直下方に降下する上型１ａにあるダイ３の内部に棒状部材を収納される。
ここで、図６に例示するように、上型１ａ、及び、下型１ｂは、図６（ａ）、及び、図６（ｂ）の工程を経て、被成形物２を加圧する。
図６（ａ）に例示するように、ヒーター４１は、ダイ３、しわ押え板２０、及び、パンチ２２ａを加熱し、被成形物２の熱可塑性樹脂を軟化させる。そのため、パンチ２２ａは、しわ押え板２０の降下により、軟化し変形する被成形物２を、平面状である上端面で支える。
図６（ｂ）に例示するように、上型１ａは、鉛直下方に降下し、下型１ｂに接近する。そのため、ダイ３は、凹部に被成形物２と、パンチ２２ａとを押し込まれる。このとき、ダイ３、及び、しわ押え板２０は、キラーピン８によるしわ押え板２０の加圧により、被成形物２の外縁部を加圧しないように既定の間隔を保つことができる。そのため、ダイ３は、パンチ２２ａを押込まれることより、被成形物２の底面部、側面部、及び、鍔部（フランジ部）にかけて順に圧力を加えることができる。ダイ３は、パンチ２２ａにより被成形物２を押し込まれてから、まだ押し込まれていない被成形物２の外縁部であるフランジ部をしわ押え板２０と加圧する。このとき、キラーピン８は、ダイ３に被成形物２の押し込みを完了した後で、離間作用を解消する。

このように、ダイ３は、パンチ２２ａにより被成形物２を凹部に押込まれ、被成形物２に対して、順に圧力を掛けることができる。ダイ３は、凹部にパンチ２２ａを押し込まれることにより、被成形物２を加圧する。ダイ３は、パンチ２２ａにより凹部を加圧されてから、ダイ３の凹部の外縁にある平面部と、しわ押え板２０とにより、被成形物２のフランジ部を加圧する。
ダイ３は、成形物２に対して、順に圧力を掛けることにより、ダイ３の内部に押込まれた部分に引っ張られて生ずる圧縮力をフランジ部に発生することを防止する。具体的には、ダイ３は、成形物２に対して、順に圧力を掛けることにより、ダイ３と被成形物２との接触面の摩擦力、及び、しわ押え板２０と被成形物２との接触面との摩擦力による熱可塑性樹脂の静止する力と、被成形物２の成形による炭素繊維のダイ３の内部に引き込まれる力とによるせん断応力との発生を減少させることができる。また、ダイ３、及び、しわ押え板２０は、被成形物２に対して、過度な圧力を掛けることを防止でき、被成形物２の重層、又は、波形のような変形の発生を減少させることができる。

ステップ１１２（Ｓ１１２）において、ダイ３、しわ押え板２０、及び、パンチ２２は、被成形物２を加圧した状態で、冷却流体用流路４０に流れる冷却媒体により、冷却される。冷却流体用流路４０は、被成形物２の固化しうる温度になるまで、ダイ３、しわ押え板２０、及び、パンチ２２ａを冷却する。冷却流体用流路４０は、熱可塑性樹脂の性質、板厚、及び、成形形状により、軟化時間、流動性、及び、冷却条件も変化するため、適宜に温度制御を行う。
ダイ３は、熱可塑性樹脂の熱膨張係数と近似するアルミニウム合金を採用することにより、冷却時に被成形物２と同様に、形状の収縮を行う。そのため、ダイ３は、冷却によるダイ３と、被成形物２とによる隙間の発生を減少させる。従って、ダイ３は、ダイ３に接触する被成形物２の接触面に対して、垂直方向に圧力を均一に掛けることができる。

ステップ１１４（Ｓ１１４）において、図５に例示するように、上型１ａは、上昇を行う。上型１ａは、上昇することにより、ダイ３の内部からキラーピン８の棒状部材を排出する。しわ押え板２０は、キラーピン８の棒状部材の端面の上昇に伴って、クッションピン２８、ダイクッションピン３０、及び、クッション３２による鉛直上方の圧力を受けて上昇する。

ステップ１１６（Ｓ１１６）において、ノックアウトピン１０は、被成形物２をダイ３の凹部より離型する。

以上、説明したように、本実施形態の成形装置１は、被成形物２であるＣＦＲＴＰの成形に適したものである。
成形装置１は、上型１ａにキラーピン８を有する。成形装置１は、キラーピン８をしわ押え板２０に接触させ、しわ押え板２０をパンチホルダ２４に接触するまで押し下げる。成形装置１は、キラーピン８を既定量だけ突出させた状態で、しわ押え板２０をパンチホルダ２４に接触するまで押し下げることにより、既定の間隔を保持できるため過度な圧力を被成形物２に掛けることを防止する。また、成形装置１は、しわ押え板２０をパンチホルダ２４に接触するまで押し下げることにより、ダイ３による被成形物２の成形時に、底面部、側面部、及び、鍔部（フランジ部）にかけて順に圧力を掛けることができるため、被成形物２の内部に発生するせん断応力、及び、被成形物２に発生するしわや割れを抑えることができる。

また、成形装置１は、ダイ３と、パンチ２２とを熱膨張係数の異なる材料で構成し、上型１ａにあるダイ３の構成部材を、被成形物２の熱膨張係数と近似する構成部材であるアルミニウム合金を用いることにより、金型、及び、被成形物２の冷却時に生ずる隙間を減少させることができる。成形装置１は、被成形物２の熱膨張係数と近似する構成部材を用いることにより、ダイ３に接触する被成形物２の接触面に対して、垂直方向に圧力を均一に掛けることができるため。板厚の均一化を図ることができる。
以上、本発明に係る実施形態について説明したが、これらに限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更、追加等が可能である。

１ａ 上型
３ ダイ
４ ダイホルダ
６ 上部ダイプレート
８ キラーピン
１０ ノックアウトピン
４０ 冷却流体用流路
４１ ヒーター
４２ 温度センサー
４３ エアー通路
１ｂ 下型
２０ しわ押え板
２２ａ パンチ
２４ パンチホルダ
２６ 下部ダイプレート
２８ クッションピン
３０ ダイクッションピン
３２ クッション

Claims (6)

1. 熱可塑性樹脂を含む被成形物をプレス加工するプレス成型装置であって、
   前記被成形物が押し込まれる第１の型部材と、
   前記被成形物を前記第１の型部材に押し込む第２の型部材と
   を有し、
   前記第２の型部材は、前記第１の型部材と熱膨張係数の異なる材料で、構成され、
   前記第１の型部材は、アルミニウム合金で構成されてなる
   プレス成型装置。
2. 熱可塑性樹脂を含む被成形物をプレス加工するプレス成型装置であって、
   前記被成形物が押し込まれる第１の型部材と、
   前記被成形物を前記第１の型部材に押し込む第２の型部材と
   を有し、
   前記第１の型部材は、前記第２の型部材と熱膨張係数の異なる材料で、構成され、
   前記第１の型部材は、前記第２の型部材よりも熱膨張係数の高い材料で構成されてなる
   プレス成型装置。
3. 前記第１の型部材は、アルミニウム合金で構成され、
   前記第２の型部材は、アルミニウム合金以外の金属で構成される
   請求項２に記載のプレス成型装置。
4. 前記第２の型部材により押し込まれる領域に対する加圧力と、押し込まれる領域の外側にある外縁領域に対する加圧力との比率が、プレス加工の段階によって変化するように構成された
   請求項３に記載のプレス成型装置。
5. 前記第１の型部材、又は、前記第２の型部材は、被成形物が押し込まれる領域を加圧するための押し込み領域加圧部材と、前記被成形物の外縁領域を加圧するための外縁加圧部材とを含み、
   被成形物の押し込みが完了したときに、前記外縁加圧部材による被成形物への加圧力を増加するように構成されてなる
   請求項４に記載のプレス成型装置。
6. 被成形物の押し込みが完了するまでの間、前記外縁加圧部材と、これにプレス面との間を離間させる離間手段
   をさらに有し、
   前記外縁加圧部材は、前記被成形物の押し込みが完了した後で、前記離間手段による離間作用が解消されることによって、被成形物の外縁領域を加圧する
   請求項５に記載のプレス成型装置。

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