JP6688964B2 - 熱プレス成形方法および熱プレス成形装置 - Google Patents
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Description
図11は特許文献1などに記載されている熱プレス成形装置である。これは、被加工材14を事前に加熱し、この加熱された被加工材14を、第1金型1と第2金型2の間に設置する。次に、第1金型1を押し込みながら、第2金型2に沿うように被加工材14を変形させ、第1金型1が第2金型2と密着し被加工材14を加圧する。次に、第1金型1と第2金型2で挟んでいる被加工材14を、第1金型1と第2金型2で冷却する。この冷却の後に、第2金型2の表面形状が転写された被加工材14の成形品を、型開きして取り出す。
図1は、本発明の実施の形態1の熱プレス成形装置を示す。
第1金型1には、ヒータ16aと温度センサ17aと冷却水管18aが内蔵されている。この第1金型1は複数の温度制御ゾーン、この実施の形態では第1,第2,第3温度制御ゾーン6,7,8に分割され、ヒータ16aは、各温度制御ゾーン毎に複数本内蔵されている。第1,第2,第3温度制御ゾーン6,7,8毎に温度センサ17aを内蔵している。第1,第2,第3温度制御ゾーン6,7,8毎の温度センサ17aは、温度制御装置4によって読み込まれ、加熱期間おける第1,第2,第3温度制御ゾーン6,7,8毎の温度が目標値に近付くようにヒータ16aへの通電が温度制御装置4によって制御されている。更に、冷却期間には、第1,第2,第3温度制御ゾーン6,7,8毎の温度が目標値に近付くように冷水制御装置5と冷却水バルブ19を介して温度制御装置4によって、冷却水管18aへの通水が制御されている。
第4,第5,第6,第7,第8温度制御ゾーン9,10,11,12,13に分割され、ヒータ16bは、各温度制御ゾーン毎に複数本内蔵されている。第4〜第8温度制御ゾーン9〜13毎に温度センサ17bを内蔵している。第4〜第8温度制御ゾーン9〜13毎の温度センサ17bは、温度制御装置4によって読み込まれ、加熱期間おける第4〜第8温度制御ゾーン9〜13毎の温度が目標値に近付くようにヒータ16bへの通電が制御されている。更に、冷却期間には、第4〜第8温度制御ゾーン9〜13毎の温度が目標値に近付くように冷水制御装置5と冷却水バルブ19を介して温度制御装置4によって、冷却水管18bへの通水が制御されている。
この熱プレス成形装置のシーケンスは、図2(a)〜図2(h)を1サイクルとして実行されている。
図2(c)〜図2(f)の変形加熱工程では、加熱した第1金型1を、加熱した第2金型2に対して下死点まで接近させて、被加工材14を変形および加熱する。図2(c)は変形開始工程、図2(d)は第1金型側変形工程、図2(e)は第2金型側変形工程、図2(f)は熱プレス工程の詳細は、追って説明する。
図2(h)の取り出し工程では、第1金型1と第2金型2とを離間させて、被加工材14が成形されて目的の形状に仕上がった成形品を取り出す。
図2(a)の配置工程は、被加工材14が第2金型2に所定の位置に供給される。この時、第1金型1、第2金型2は被加工材14の樹脂材料の融点より高い所定の温度に制御されている。
図2(c)の変形開始の変形加熱工程は、更に第1金型1と第2金型2を近づけて、型閉めすることにより、被加工材14を曲げ始める。
次に、図2(a)〜図2(h)に示した成形工程の第1金型1と第2金型2の成形動作中の温度プロファイルを図3に基づいて詳しく説明する。
図4に、第1温度制御ゾーン6、第2温度制御ゾーン7、第3温度制御ゾーン8の温度を均一にする場合の実施例を記す。この図4は、3つのゾーンでの事例を示すが、この数や組み合わせに限るものではない。第1〜第8温度制御ゾーン6〜13においては、ヒータと金型の接触度合い、金型の材料による熱伝導率のばらつきのため、ヒータの加熱に対しての金型表面の昇温速度が場所によって異なったり、また、ヒータの昇温よりも実際の金型表面温度が遅れて昇温することがある。そのため、図4では、第1温度制御ゾーン6の昇温が早く、第3温度制御ゾーン8がヒータ加熱よりも遅れて昇温する場合、第1温度制御ゾーン6はヒータ加熱を、第2温度制御ゾーン7よりも早くヒータ加熱を停止して冷却に入り、第3温度制御ゾーン8は、ヒータ停止後、放置時間を設定し、ヒータから金型表面に熱が伝導するのを待つことで、金型表面の温度を所定の温度に制御するようにしている。一方、冷却時も同様に、第1温度制御ゾーン6,第2温度制御ゾーン7は、冷却動作に入った後、所定の温度まで下がるように冷却水を通水するが、第1温度制御ゾーン6の方が昇温が早い場合は、冷却終了後、第2温度制御ゾーン7を先に加熱開始し、第1温度制御ゾーン6は所定の放置時間終了後、加熱し、成形時に所定の温度になるように温度制御する。一方、第3温度制御ゾーン8については、金型表面温度がヒータ温度よりも遅く変化する場合、冷却動作と加熱動作を同時に行うことにより、加熱時の時間ロスを吸収している。
図7(a)は第1金型1におけるヒータの配置を示す平面図、図7(b)は図7(a)の断面図である。第1金型1は凸部一端の幅W1が凸部の他端の幅W2よりも狭い扇状である。第1金型1の第1,第2,第3温度制御ゾーン6,7,8には、それぞれ複数本のヒータ16aが扇状の凸部に沿って埋め込まれている。複数本のヒータ16aの一端の幅W3は他端の幅W4よりも狭い。
2 第2金型
4 温度制御装置
5 冷却水制御装置
6 第1温度制御ゾーン
7 第2温度制御ゾーン
8 第3温度制御ゾーン
9 第4温度制御ゾーン
10 第5温度制御ゾーン
11 第6温度制御ゾーン
12 第7温度制御ゾーン
13 第8温度制御ゾーン
14 被加工材
15 成形品
16a,16b ヒータ
17a,17b 温度センサ
18a,18b 冷却水管
19 冷却水バルブ
20 樹脂層
21 繊維層
22 樹脂層
Claims (6)
- 凸形状を有する第1金型と凹形状を有する第2金型との間に被加工材を配置する配置工程と、
前記第1金型と第2金型とを接近させて、前記第1金型の凸形状の頂点と前記被加工材とを接触させる接触工程と、
加熱した前記被加工材を、加熱した第2金型に対して下死点まで接近させて、前記被加工材を変形および加熱する変形加熱工程と、
前記第1金型と前記第2金型とを冷却して、前記被加工材を冷却する冷却工程と、
前記第1金型と前記第2金型とを離間させて成形が完了した前記被加工材の成形が完了した成形品を取り出す取り出し工程と、
を有し、
前記変形加熱工程での前記第1金型の前記被加工材との接触面の温度は、前記第2金型の前記被加工材との接触面の温度より低く、
前記第1金型と前記第2金型の加熱および冷却は、それぞれの複数の温度制御ゾーンに分けて個別に行い、
凸形状を有する前記第1金型の温度制御ゾーンの数は、凹形状を有する前記第2金型の温度制御ゾーンの数より少ないことを特徴とする、熱プレス成形方法。 - 凸形状を有する第1金型と凹形状を有する第2金型との間に被加工材を配置する配置工程と、
前記第1金型と第2金型とを接近させて、前記第1金型の凸形状の頂点と前記被加工材とを接触させる接触工程と、
加熱した前記被加工材を、加熱した第2金型に対して下死点まで接近させて、前記被加工材を変形および加熱する変形加熱工程と、
前記第1金型と前記第2金型とを冷却して、前記被加工材を冷却する冷却工程と、
前記第1金型と前記第2金型とを離間させて成形が完了した前記被加工材の成形が完了した成形品を取り出す取り出し工程と、
を有し、
前記変形加熱工程での前記第1金型の前記被加工材との接触面の温度は、前記第2金型の前記被加工材との接触面の温度より低く、
前記第1金型と前記第2金型の加熱および冷却は、それぞれの複数の温度制御ゾーンに分けて個別に行い、
前記接触工程は、
前記第1金型の加熱は、前記被加工材が第1金型に接した後に加熱を停止し、接する順に前記各温度制御ゾーン毎に加熱を停止し、第2金型については、先に接触する端部から順に前記各温度制御ゾーン毎に加熱を停止し、シート表面に投入される加熱エネルギーを均等にすることを特徴とする、熱プレス成形方法。 - 凸形状を有する第1金型と凹形状を有する第2金型との間に被加工材を配置する配置工程と、
前記第1金型と第2金型とを接近させて、前記第1金型の凸形状の頂点と前記被加工材とを接触させる接触工程と、
加熱した前記被加工材を、加熱した第2金型に対して下死点まで接近させて、前記被加工材を変形および加熱する変形加熱工程と、
前記第1金型と前記第2金型とを冷却して、前記被加工材を冷却する冷却工程と、
前記第1金型と前記第2金型とを離間させて成形が完了した前記被加工材の成形が完了した成形品を取り出す取り出し工程と、
を有し、
前記変形加熱工程での前記第1金型の前記被加工材との接触面の温度は、前記第2金型の前記被加工材との接触面の温度より低く、
前記第1金型と前記第2金型の加熱および冷却は、それぞれの複数の温度制御ゾーンに分けて個別に行い、
前記変形加熱工程は、
加圧圧縮開始時に前記各温度制御ゾーン毎に所定の温度に制御され、前記第2金型または前記第1金型を、前記被加工材の融点以上に加熱し、加熱圧縮後に、冷却させることを特徴とする、熱プレス成形方法。 - 凸形状を有する第1金型と凹形状を有する第2金型との間に被加工材を配置する配置工程と、
前記第1金型と第2金型とを接近させて、前記第1金型の凸形状の頂点と前記被加工材とを接触させる接触工程と、
加熱した前記被加工材を、加熱した第2金型に対して下死点まで接近させて、前記被加工材を変形および加熱する変形加熱工程と、
前記第1金型と前記第2金型とを冷却して、前記被加工材を冷却する冷却工程と、
前記第1金型と前記第2金型とを離間させて成形が完了した前記被加工材の成形が完了した成形品を取り出す取り出し工程と、
を有し、
前記変形加熱工程での前記第1金型の前記被加工材との接触面の温度は、前記第2金型の前記被加工材との接触面の温度より低く、
前記第1金型と前記第2金型の加熱および冷却は、それぞれの複数の温度制御ゾーンに分けて個別に行い、
前記冷却工程は、前記第1金型を前記第2金型よりも先に冷却を開始することを特徴とする、熱プレス成形方法。 - 前記冷却工程は、
前記第1金型および前記第2金型内で、それぞれ金型毎に冷却しながら、あわせて前記ゾーン毎で同時に加熱を入り切りすることにより、冷却時に所定の温度を維持し、一定の冷却速度で冷却することを特徴とする、請求項4に記載の熱プレス成形方法。 - 凸形状を有する第1金型と凹形状を有する第2金型と、
前記第1金型を加熱した前記第2金型に対して下死点まで接近させて被加工材を変形および加熱する際に、前記第1金型の前記被加工材との接触面の温度を、前記第2金型の前記被加工材の接触面の温度より低くなるように温度制御する温度制御装置とを有し、
前記温度制御装置による前記第1金型と前記第2金型の加熱および冷却は、各々複数のゾーンに分けて個別に行い、
前記第1金型のゾーンの数は、前記第2金型のゾーンの数より少ないことを特徴とする、熱プレス成形装置。
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