JP6557545B2 - プレス成形装置及びプレス成形方法 - Google Patents

Description

本発明は、繊維強化樹脂からなるワークから樹脂成形品を得るためのプレス成形装置及びプレス成形方法に関する。

例えば、薄肉で広面積のパネル形状構造体を、マトリックス樹脂中に強化繊維を含めた繊維強化樹脂から形成することがある。この種のパネル形状構造体は、例えば、繊維強化樹脂からなるワークに対して熱及び荷重を付与する熱プレス成形によって作製される。

この場合、特許文献１の図２〜図４に示されるように、固定型である下型に載置されたワークに対し、可動型である上型を接近させて型閉じを行う。このときに両金型の温度を上げて樹脂の流動性が高い状態でプレス成形を行うと、成形性が良好となる。同時に、固定型と可動型の摺動面から樹脂が流出し易くなる。

米国特許第５９０８５２４号明細書

ところで、リブやボス等の突起部をはじめとする厚肉部を有するパネル形状構造体を成形する場合、マトリックス樹脂が硬化する際に厚肉部の硬化速度が他の部位と相違することに起因して、該厚肉部に引け巣が発生する。引け巣は、美観を損ねるとともに、強度低下を招く懸念がある。

強化繊維が分散した溶融樹脂を射出する射出成形では、保圧用ガスを供給してキャビティ内に封入することで引け巣の発生を抑制するようにしている。これに対し、熱プレス成形では、保圧用ガスをキャビティ内に封入することが困難である。この理由は、下型と上型の縁部との間に、上記したようにワークが摺動可能に介在しているからである。このため、保圧用ガスをキャビティに供給したとしても、下型と上型の摺動部との間から漏洩が起こる。

このように、保圧用ガスのシール対策を行った熱プレス成形であっても、強度低下の懸念が払拭され且つ美観に優れたパネル形状構造体を得ることが困難であるという不都合がある。

本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、保圧用ガスをキャビティ内に封入することが可能であるとともに、所定の部位に対する選択的な保圧を維持することが可能であり、このために美観に優れ且つ強度低下の懸念が払拭された樹脂成形品を得ることが可能なプレス成形装置及びプレス成形方法を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、位置決め固定された固定型と、前記固定型に対して接近又は離間する可動型とを有し、前記可動型の縁部が繊維強化樹脂からなるワークを押圧するプレス成形装置において、
前記固定型に、該固定型と、前記ワークから得られる樹脂成形品との間に保圧用ガスを供給するためのガス供給路が形成され、
且つ前記固定型、又は前記可動型の少なくともいずれか一方に、キャビティに導入された保圧用ガスを該キャビティ内に封入するための第１シールを有するとともに、前記ワークの、前記縁部に押圧された中実な部位に第２シールが形成され、
前記第１シールと前記第２シールが互いに補完し、前記保圧用ガスを圧入することを特徴とする。

また、本発明は、位置決め固定された固定型と、前記固定型に対して接近又は離間する可動型とを有するプレス成形装置にて、繊維強化樹脂からなるワークを前記可動型の縁部で押圧して成形するプレス成形方法において、
前記固定型と、前記ワークから得られた樹脂成形品との間に供給された保圧用ガスを、前記固定型、又は前記可動型の少なくともいずれか一方に形成した第１シールと、前記ワークの、前記縁部に押圧された中実な部位に形成した第２シールとを互いに補完させることで圧入し、成形品の所定部位を選択的に保圧することを特徴とする。

要するに、本発明においては、固定型又は可動型の少なくともいずれか一方に、公知技術に準じた第１シールを設けるとともに、ワークに第２シールを設け、第１シールと第２シールを互いに補完するようにしている。この補完により、キャビティ内に導入された保圧用ガスが、ワークと固定型又は可動型との間を通過することが困難となる。従って、ワークを、可動型又は固定型に効果的に押し付け続けることができる。換言すれば、キャビティ外に漏洩することが防止されたガスが保圧として作用する。

すなわち、上記の構成により、十分な量の保圧用ガスがキャビティ内の適切な部位に圧入される。このため、前記ワークから得られる樹脂成形品に引け巣が発生することが抑制される。従って、プレス成形でありながら、美観に優れ、且つ強度が確保された樹脂成形品を得ることができる。

なお、第２シールの好適な一例としては、可動型の縁部に形成されたシボ成形部が挙げられる。この場合、シールは、前記シボ成形部の転写によって成形されたシボである。

第２シールは、可動型の縁部に形成されて固定型から離間する方向に延在する凹部であってもよい。この構成では、シールは、前記凹部に繊維強化樹脂が進入することで該樹脂成形品の縁部に形成された突出部である。

さらに、第２シールは、固定型の、可動型の縁部に対向するとともに該縁部に指向して突出した突部であってもよい。この場合、樹脂成形品の、突部と前記縁部によって成形されて他の部位に比して厚みが小さい肉薄部がシールとなる。

本発明によれば、固定型又は可動型の少なくともいずれか一方に第１シールを設けるとともに、ワークに第２シールを設け、第１シールと第２シールで互いを補完するようにしている。この相互補完により、キャビティ内に導入された保圧用ガスが、ワークと固定型又は可動型との間を通過することが困難となるので、十分な量の保圧用ガスがキャビティ内の適正部位に圧入される。

このため、ワークから得られる樹脂成形品に引け巣が発生することが抑制される。従って、美観に優れ、且つ強度が確保された樹脂成形品が得られる。

本発明の実施の形態に係る熱プレス成形装置の要部概略断面図である。 図１の熱プレス成形装置の、第２シール近傍の要部拡大断面図である。 図１から、出発材（ワーク）に荷重を付与して樹脂成形品を成形した状態を示す要部概略断面図である。 第２シールの別の一例を示す要部拡大断面図である。 第２シールのまた別の一例を示す要部拡大断面図である。

以下、本発明に係るプレス成形方法につき、それを実施することが可能なプレス成形装置との関係で好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本実施の形態に係る熱プレス成形装置１０（プレス成形装置）の要部概略断面図である。この熱プレス成形装置１０は、位置決め固定された固定型である下型１２と、昇降動作によって該下型１２に対して接近又は離間する可動型としての上型１４とを有する。下型１２又は上型１４の少なくともいずれか一方には、第１シールが設けられる。この種の第１シールは公知であり、従って、図示及び詳細な説明を省略する。

下型１２には、紙面に直交する方向に沿って、又は紙面に直交する方向に対して傾斜するように延在する３本のリブ成形部１６が形成されている。下型１２には、さらに、リブ成形部１６よりも一層陥没した凹部１８が形成されるとともに、図示しないノックアウトピンが設けられる。

下型１２には、図示しないガス供給源から供給された保圧用ガスを供給するためのガス流通路２０が形成される。ガス流通路２０は、下型１２内で分岐し、キャビティ形成面の複数箇所で開口する。従って、保圧用ガスは、キャビティ２２内の複数箇所に導出される。なお、保圧用ガスとしては、窒素やアルゴン等の不活性ガスを選定すればよい。一般的には、大気を圧縮して酸素を分離することで得られた圧縮窒素が用いられる。

そして、下型１２のキャビティ形成面の近傍には、温調用流路２４が形成されている。この温調用流路２４には、温調用オイルが流通される。

一方の上型１４の縁部には、下型１２の前記凹部１８に進入して樹脂成形品２６（図３参照）の縁部を押圧する凸部２８が突出形成される。この上型１４は、図示しない昇降機構の作用下に昇降動作することが可能である。上型１４が下降して下型１２に接近することに伴い、型閉じがなされてキャビティ２２が形成される。これとは逆に、上型１４が上昇して下型１２から離間することにより、型開きがなされる。

前記凸部２８のキャビティ形成面には、図２に示すように、複数個の凹部と凸部によるシボ成形部３０が設けられている。後述するように、このシボ成形部３０が保圧用ガスを圧入する際に第２シールとして機能する。

上型１４には、キャビティ形成面の近傍に温調用流路３２（図１参照）が形成される。この温調用流路３２にも、温調用流路２４と同様に温調用オイルが流通される。

次に、上記のように構成される熱プレス成形装置１０の作用効果につき、本実施の形態に係る熱プレス成形方法（プレス成形方法）との関係で説明する。

パネル形状構造体等の樹脂成形品２６を得るには、先ず、ワークとしての出発材４０を下型１２の所定位置に配置する。ここで、出発材４０は、マトリックス樹脂内に強化繊維（図示せず）を含有した繊維強化樹脂からなる。マトリックス樹脂の好適な例としては、熱可塑性のナイロン樹脂や熱硬化性のエポキシ樹脂等が挙げられ、強化繊維の好適な例としては炭素繊維やガラス繊維が挙げられる。強化繊維は、長繊維であってもよいし、短繊維であってもよい。また、強化繊維は、マトリックス樹脂内で所定方向に指向するように配向していてもよいし、指向方向がランダムであってもよい。

その後、温調用流路２４、３２に温オイルを流通させる。出発材４０のマトリックス樹脂が６ナイロン樹脂である場合には、温オイルの温度を、融点（約２２０℃）を超えるように設定すればよい。なお、出発材４０を下型１２上に載置する前に、温調用流路２４、３２に温オイルを流通させるようにしてもよい。

温オイルが流通することにより、下型１２及び上型１４の温度が上昇する。これに伴って、出発材４０に熱が付与される。下型１２及び上型１４の温度が所定の温度まで上昇した後、前記昇降機構の作用下に上型１４を下降させて型閉じを行い、図１に示すように、下型１２と上型１４で出発材４０を挟持した状態とする。この時点で、下型１２と上型１４の温度が前記熱可塑性マトリックス樹脂の融点以上、例えば、６ナイロン樹脂である場合には、約２２０℃以上となっていることが好ましい。

なお、マトリックス樹脂が、ポリカーボネート（ＰＣ）やアクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体（ＡＢＳ）等の非晶性樹脂からなる場合、下型１２と上型１４の温度を、マトリックス樹脂が流動性を示す程度に低粘度となる温度以上に設定すればよい。以下、この温度を「軟化温度」と表記する。結晶性樹脂の軟化温度が融点であることは勿論である。

この後にさらに上型１４を下降させると、出発材４０に荷重が付与される。この荷重付与前に下型１２と上型１４の温度が熱可塑性マトリックス樹脂の軟化点以上となっている場合、荷重付与に追従して出発材４０が迅速に圧潰される。出発材４０が下型１２及び上型１４によって既に十分に加熱されているので、軟化しているからである。

出発材４０が圧潰されると、図３に示すように、該出発材４０がキャビティ２２に沿って展延する。展延した出発材４０（マトリックス樹脂及び強化繊維）は、リブ成形部１６に流入する。これにより、リブ成形部１６に対応する形状のリブ４２が成形される。また、リブ成形部１６に流入しなかった残余の出発材４０は、下型１２と上型１４の間のクリアランスに残留する。この残留した出発材４０により、略平板形状をなす基部４４が成形される。すなわち、基部４４とリブ４２を有する樹脂成形品２６が得られる。

出発材４０の、凹部１８まで延展した縁部は、上型１４の縁部である凸部２８によって押圧され、凹部１８に進入する。これにより、出発材４０の縁部は、凹部１８及び凸部２８の形状に対応する形状に成形される。

凸部２８のキャビティ形成面には、上記したようにシボ成形部３０（第２シール）が設けられている。従って、樹脂成形品２６の縁部には、シボ成形部３０の形状が転写されることでシボ４６（第２シール）が形成される。従って、シボ成形部３０とシボ４６が互いに噛み合った状態となる。換言すれば、シボ成形部３０とシボ４６が係合し、これにより、樹脂成形品２６の縁部の上端面（シボ４６）と、凸部２８の下端面（シボ成形部３０）との間にラビリンス構造が形成される。

成形が終了した後、温調用流路２４、３２に流通する温調用オイルを冷オイルに切り換える。冷オイルの温度は、例えば、３０℃程度とすればよい。これにより下型１２及び上型１４の温度が低下するので、樹脂成形品２６の熱が下型１２及び上型１４に奪取されるようになる。その結果として、樹脂成形品２６の温度も低下する。樹脂成形品２６の温度がマトリックス樹脂の融点を下回ると、該樹脂成形品２６が硬化する。

その一方で、ガス供給源からガス流通路２０を介してキャビティ２２に保圧用ガスを導入する。保圧用ガスの一部は、下型１２の凹部１８の上端面と、樹脂成形品２６の縁部の下端面との間を通過し、樹脂成形品２６の縁部の上端面と、上型１４の凸部２８の下端面との間に到達する。

ここで、樹脂成形品２６の縁部の上端面はシボ４６であり、上記したように凸部２８の下端面（シボ成形部３０）とともにラビリンス構造を形成している。このため、保圧用ガスがラビリンス構造を通過することは困難である。すなわち、保圧用ガスが、互いに噛み合った（係合した）シボ４６とシボ成形部３０の間を通過することが防止される。

このように、本実施の形態においては、上型１４にシボ成形部３０（第２シール）を設けるとともに、出発材４０の、上型１４の縁部である凸部２８に押圧される部位にシボ４６（第２シール）を設け、且つシボ成形部３０とシボ４６を互いに係合させてラビリンス構造を形成するようにしている。このラビリンス構造によって、凸部２８と樹脂成形品２６との間がシールされる。従って、両者の間を保圧用ガスが通過することが回避される。

その一方で、前記第１シールによって保圧用ガスが漏洩することが防止される。すなわち、第１シールと第２シールの相互補完により、十分な量の保圧用ガスがキャビティ２２の適正な部位に圧入される。このため、樹脂成形品２６が、保圧用ガスから十分な圧力、すなわち、保圧を受ける。

樹脂成形品２６が硬化した後、前記昇降機構の作用下に上型１４を上昇させて型開きを行い、さらに、前記ノックアウトピンを作動させる。樹脂成形品２６は、このノックアウトピンから押圧を受けることで下型１２から離間する。

この樹脂成形品２６では、引け巣が発生することが抑制されている。上記したように、樹脂成形品２６の冷却硬化時に保圧用ガスで保圧されているからである。従って、美観に優れる。また、十分な強度が確保されるので、強度低下が起こる懸念が払拭される。

以上のように、本実施の形態によれば、熱プレス成形を行うにも関わらず、美観に優れ且つ強度低下の懸念が払拭された樹脂成形品２６を得ることが可能となる。

第１シール及び第２シールは、互いに補完し合うものであればよく、第２シールは、上記したシボ成形部３０及びシボ４６に限定されるものではない。第２シールの別の一例としては、図４に示すものが挙げられる。

この場合、第２シールは、上型１４の凸部２８の側壁に形成された凹溝５０（凹部）と、基部４４から突出した突出部５２である。すなわち、この場合、突出部５２が前記凹溝５０に進入することで、突出部５２と凹溝５０が互いに係合している。

この構成では、凹溝５０内の各壁と、該凹溝５０に進入した突出部５２との接触面積が大きい。加えて、突出部５２の剛性が低いので、該突出部５２と上型１４との間に流れ込んだガスの圧力により、突出部５２が凹溝５０に押し付けられる。このため、保圧用ガスが凹溝５０と突出部５２の間を通過することが困難である。すなわち、この場合においても、上型１４の凸部２８（縁部）と樹脂成形品２６の縁部との間がシールされる。また、前記第１シールによってガスが下型１２及び上型１４から漏洩することが回避される。その結果、十分な量の保圧用ガスがキャビティ２２を選択的に保圧するので、引け巣が発生することが抑制されて外観が良好な樹脂成形品２６が得られる。

なお、突出部５２は、成形時に出発材４０の一部が凹溝５０内に流動し、その後に冷却硬化することによって成形される。

図５は、第２シールのまた別の一例である。この例では、下型１２において、上型１４の凸部２８に対向する位置に、該凸部２８に指向して突出した突部６０を設けている。これら凸部２８及び突部６０で成形される部位は、他の部位に比して肉薄に設定される。換言すれば、当該成形部位は最薄板厚部である。

この構成では、図５に示すように、樹脂成形品２６の縁部が、突部６０と凸部２８で押圧される。従って、該縁部の肉厚が、基部４４に比して小さくなる。その結果、基部４４と薄肉の縁部との間に段差が形成される。この段差に、突部６０が進入する。すなわち、下型１２の突部６０に対し、段差が生じた縁部が係合する。この係合により、突部６０と縁部の間がシールされる。さらに、硬化収縮時のプレス力が樹脂成形品２６の最薄板厚部に作用するので、第２シールでは、プレス圧によって硬化時もシール力が保持される。

従って、この場合においても、キャビティ２２を選択的に保圧するので、樹脂成形品２６は外観が良好であり、且つ引け巣が発生することも抑制される。

なお、図２、図４及び図５に示した構成の２種以上を採用するようにしてもよいことは勿論である。

本発明は、上記した実施の形態に特に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

例えば、樹脂成形品は、パネル形状構造体に特に限定されるものではなく、如何なる形状のものであってもよい。

１０…熱プレス成形装置 １２…下型
１４…上型 １６…リブ成形部
１８…凹部 ２０…ガス流通路
２２…キャビティ ２４、３２…温調用流路
２６…樹脂成形品 ２８…凸部
３０…シボ成形部 ４０…出発材
４２…リブ ４４…基部
４６…シボ ５０…凹溝
５２…突出部 ６０…突部

Claims (8)

1. 位置決め固定された固定型と、前記固定型に対して接近又は離間する可動型とを有し、前記可動型の縁部が繊維強化樹脂からなるワークを押圧するプレス成形装置において、
   前記固定型に、該固定型と、前記ワークから得られる樹脂成形品との間に保圧用ガスを供給するためのガス供給路が形成され、
   且つ前記固定型、又は前記可動型の少なくともいずれか一方に、キャビティに導入された保圧用ガスを該キャビティ内に封入するための第１シールを有するとともに、前記ワークの、前記縁部に押圧された中実な部位に第２シールが形成され、
   前記第１シールと前記第２シールが互いに補完し、前記保圧用ガスを圧入することを特徴とするプレス成形装置。
2. 請求項１記載のプレス成形装置において、前記第２シールが、前記可動型の前記縁部に形成されたシボ成形部と、前記シボ成形部の転写によって成形されたシボであることを特徴とするプレス成形装置。
3. 請求項１記載のプレス成形装置において、前記第２シールが、前記可動型の前記縁部に形成されて前記固定型から離間する方向に延在する凹部と、前記凹部に前記繊維強化樹脂が進入することで前記樹脂成形品の縁部に形成された突出部であることを特徴とするプレス成形装置。
4. 請求項１記載のプレス成形装置において、前記第２シールが、前記固定型の、前記可動型の前記縁部に対向するとともに前記縁部に指向して突出した突部と、前記突部と前記縁部によって成形されて他の部位に比して厚みが小さい肉薄部であることを特徴とするプレス成形装置。
5. 位置決め固定された固定型と、前記固定型に対して接近又は離間する可動型とを有するプレス成形装置にて、繊維強化樹脂からなるワークを前記可動型の縁部で押圧して成形するプレス成形方法において、
   前記固定型と、前記ワークから得られた樹脂成形品との間に供給された保圧用ガスを、前記固定型、又は前記可動型の少なくともいずれか一方に形成した第１シールと、前記ワークの、前記縁部に押圧された中実な部位に形成した第２シールとを互いに補完させることで圧入し、成形品の所定部位を選択的に保圧することを特徴とするプレス成形方法。
6. 請求項５記載のプレス成形方法において、前記第２シールを、前記可動型の前記縁部に形成したシボ成形部と、前記シボ成形部の転写によって成形されたシボとすることを特徴とするプレス成形方法。
7. 請求項５記載のプレス成形方法において、前記第２シールを、前記可動型の前記縁部に形成されて前記固定型から離間する方向に延在する凹部と、前記凹部に前記繊維強化樹脂が進入することで前記樹脂成形品の縁部に形成した突出部とすることを特徴とするプレス成形方法。
8. 請求項５記載のプレス成形方法において、前記第２シールを、前記固定型の、前記可動型の前記縁部に対向するとともに前記縁部に指向して突出した突部と、前記突部と前記縁部によって成形されて他の部位に比して厚みが小さい肉薄部とすることを特徴とするプレス成形方法。

Images