JP6872210B1 - 繊維強化樹脂材の成形品製造装置および成形品の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】プレスによる繊維強化樹脂材の成形品製造におけるサイクルタイムを短縮してハイサイクルな量産化を促進可能とする、繊維強化樹脂材の成形品の製造装置及び製造方法を提供する。
【解決手段】上下一対の金型１、２に熱エネルギーを供給する加熱手段が、各金型の背面に切離可能に配置されている加熱プレート５、６であり、加熱・圧縮時は伸縮部材１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂが接続されている金型１、２と加熱プレート５、６とは熱的接合しており、加熱圧縮成形の処理後に相対的に離れると、前記一対の各金型を冷却する冷却手段を介して当該上下の金型を所与の温度に冷却する、繊維強化樹脂材の成形品製造装置である。
【選択図】図１
【解決手段】上下一対の金型１、２に熱エネルギーを供給する加熱手段が、各金型の背面に切離可能に配置されている加熱プレート５、６であり、加熱・圧縮時は伸縮部材１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂが接続されている金型１、２と加熱プレート５、６とは熱的接合しており、加熱圧縮成形の処理後に相対的に離れると、前記一対の各金型を冷却する冷却手段を介して当該上下の金型を所与の温度に冷却する、繊維強化樹脂材の成形品製造装置である。
【選択図】図１
Description
本発明は、ガラス繊維や炭素繊維などの繊維と組み合わせることで強度を高めた繊維強化樹脂材の成形品製造装置およびこの成形品製造装置を用いた繊維強化樹脂材の成形品の製造方法に関する。
上記のガラス繊維、炭素繊維の他、使用される繊維としてはセルロース、ボロンやアラミド等の合成樹脂の繊維が知られている。これらの繊維を連続繊維あるいは不連続繊維（短繊維）として熱硬化性樹脂あるいは熱可塑性樹脂を含浸もしくは混合した素材は、プリプレグやシートモールディング・コンパウンド（ＳＭＣ）、あるいはテープ状、シート状、マット状などの形態とした繊維強化樹脂材（加工材）で提供される。
上記の素材をプレスで所望の形状に成形して繊維強化樹脂材（ＦＲＰ）成形品として製造され、建材や船舶あるいは航空機の構成材などの広い分野に供給されている。
プレス成形は、一対の金型（一般的には、一方：雌形状の上金型（キャビティ）、他方：雄形状の下金型（コア））を油圧シリンダあるいは電動モータで駆動されるスライドで上下させ、前記一対の金型の間（下金型の上）に挿置した加工素材（例えばプリプレグ）をプレスで加熱圧縮して所要の形状に成形し、冷却した後に上下の金型を開いて製品として取り出す。
プレス成形は、一対の金型（一般的には、一方：雌形状の上金型（キャビティ）、他方：雄形状の下金型（コア））を油圧シリンダあるいは電動モータで駆動されるスライドで上下させ、前記一対の金型の間（下金型の上）に挿置した加工素材（例えばプリプレグ）をプレスで加熱圧縮して所要の形状に成形し、冷却した後に上下の金型を開いて製品として取り出す。
この種の先行技術を開示したものとしては、特許文献１を挙げることができる。特許文献１は入駒を使用したプレスでの加圧と加温の不均一による樹脂含浸のばらつきを入駒と加熱手段の間に弾性体を設けることで解消したプレス成形金型とそれを用いた成形方法を開示する。
プレスでプリプレグなどの成形素材を成形する際の金型による加熱圧縮の後に、製品を取り出すまでの形状安定に要する金型の冷却時間は生産時間（プロセスタイム、サイクルタイム）に大きく依存する。
特許文献１では、成型素材に所要の形状を付与するための一対の金型の一方の転写成型部と他方の転写成型部に加熱手段（ヒーター）が埋設されており、成型素材に直接的に熱エネルギーを供給するように隣接配置されている。一方、冷却手段としての冷水の流路は可動金型と固定金型の上記転写成型部とは反対側、すなわち、加熱手段の外側に設けられている。
特許文献１では、成型素材に所要の形状を付与するための一対の金型の一方の転写成型部と他方の転写成型部に加熱手段（ヒーター）が埋設されており、成型素材に直接的に熱エネルギーを供給するように隣接配置されている。一方、冷却手段としての冷水の流路は可動金型と固定金型の上記転写成型部とは反対側、すなわち、加熱手段の外側に設けられている。
この構成では、加熱圧縮で所要の成型処理をした後に、冷却手段が金型（転写成型部）と成型品の温度を下げて金型を開いて成型品の取り出しができるまでにかなりの時間が必要となる。すなわち、ヒーターへの電力を停止して冷却手段に冷水を流しても金型（入駒）には相当量の余熱が残留しているので、冷却手段はこの余熱の吸い出しもしなければならず、金型の温度が成型品を取出し可能な値にさがるまでに長時間を必要とする。このことは、製造プロセスのサイクルタイム短縮の障害となり、所謂ハイサイクルを達成するために解決すべき課題となっている。
本発明は、上記した先行技術の課題を解決し、プレスによる繊維強化樹脂材の成形品製造におけるサイクルタイムを短縮してハイサイクルな量産化を促進可能とすることにある。
上記目的を達成するため、本発明は、上下一対の金型のそれぞれに冷却手段を備え、また、熱エネルギーを供給する加熱手段を備える加熱プレートを金型の各背面に接離可能に配置した点を特徴とする。本発明は、以下を包含する。
［１］ キャビティを有する上金型とコアを有する下金型からなる上下一対の金型を用いたプレス成形による繊維強化樹脂材の成形品製造装置であって、
内部に冷却手段を備えている上金型と、
内部に冷却手段を備えている下金型と、
前記上金型の背面に切離可能に配置されており、加熱手段を備える上加熱プレートと、
前記下金型の背面に切離可能に配置されており、加熱手段を備える下加熱プレートと、
前記上金型と前記上加熱プレートとかなる上側ユニット、及び、前記下金型と前記下加熱プレートとからなる下側ユニットの少なくともいずれか一方のユニットにおいて、金型とプレートとを接続する少なくとも一つの伸縮部材とを備え、
加熱・圧縮時は前記伸縮部材が接続されている金型と加熱プレートとは熱的接合しており、
加熱・圧縮後、前記上側ユニットと、前記下側ユニットとが相対的に離れると、前記伸縮部材の付勢により、繊維強化樹脂材を前記上金型及び前記下金型で挟み込んだ状態で、前記伸縮部材が接続されている金型と、前記伸縮部材が接続する加熱プレートとが離間する、繊維強化樹脂材の成形品製造装置。
内部に冷却手段を備えている上金型と、
内部に冷却手段を備えている下金型と、
前記上金型の背面に切離可能に配置されており、加熱手段を備える上加熱プレートと、
前記下金型の背面に切離可能に配置されており、加熱手段を備える下加熱プレートと、
前記上金型と前記上加熱プレートとかなる上側ユニット、及び、前記下金型と前記下加熱プレートとからなる下側ユニットの少なくともいずれか一方のユニットにおいて、金型とプレートとを接続する少なくとも一つの伸縮部材とを備え、
加熱・圧縮時は前記伸縮部材が接続されている金型と加熱プレートとは熱的接合しており、
加熱・圧縮後、前記上側ユニットと、前記下側ユニットとが相対的に離れると、前記伸縮部材の付勢により、繊維強化樹脂材を前記上金型及び前記下金型で挟み込んだ状態で、前記伸縮部材が接続されている金型と、前記伸縮部材が接続する加熱プレートとが離間する、繊維強化樹脂材の成形品製造装置。
［２］ 前記加熱手段が、前記加熱プレートに設けた空洞に装填したカートリッジヒーター又は高周波電源であることを特徴とする［１］に記載の繊維強化樹脂材の成形品製造装置。
［３］ 前記冷却手段が、前記上金型及び前記下金型に埋設されており、冷水又は油を流すための蛇管であることを特徴とする［１］又は［２］に記載の繊維強化樹脂材の成形品製造装置。
［３］ 前記冷却手段が、前記上金型及び前記下金型に埋設されており、冷水又は油を流すための蛇管であることを特徴とする［１］又は［２］に記載の繊維強化樹脂材の成形品製造装置。
［４］ キャビティを有する上金型とコアを有する下金型を用いたプレス成形による繊維強化樹脂材の成形品製造方法であって、
内部に冷却手段を備えている上金型と、前記上金型の背面に切離可能に配置されており、加熱手段を備える上加熱プレートとで構成される上側ユニットと、
内部に冷却手段を備えている下金型と、前記下金型の背面に切離可能に配置されており、加熱手段を備える下加熱プレートとで構成される下側ユニットとを備える成形品製造装置において、
前記上側ユニットを構成する前記上金型のキャビティと前記下側ユニットを構成する前記下金型のコアの間で当該下金型の前記コアの上に繊維強化樹脂素材を挿置する素材挿置工程と、
前記上側ユニットを構成する前記上金型の背面に接して設けられた前記上加熱プレートおよび前記下金型の背面に接して設けられた前記下加熱プレートにより、前記上金型及び前記下金型へ熱エネルギーを伝達・供給した状態で前記繊維強化樹脂素材を加圧して加熱・圧縮しながらプレス成形するヒート工程と、
所要の加熱・圧縮処理の時間経過後、前記上金型と前記下金型への熱エネルギーの供給を停止すると共に、前記上金型および前記下金型の冷却手段に冷却媒体を供給して前記上金型と前記下金型と前記繊維強化樹脂素材とを所与の温度に冷却するクール工程と、
前記繊維強化樹脂素材が所要の温度に冷却された時点で、前記上金型と前記下金型を開き、繊維強化樹脂材成形品を取り出す成形品取出す工程と、
を含み、
さらに、前記上金型と前記下金型への熱エネルギーの供給を停止する際に、前記上加熱プレートと前記上金型との熱接合、及び／又は前記下加熱プレートと前記下金型とを解除する加熱プレート退避工程を含む、繊維強化樹脂材の成形品の製造方法。
内部に冷却手段を備えている上金型と、前記上金型の背面に切離可能に配置されており、加熱手段を備える上加熱プレートとで構成される上側ユニットと、
内部に冷却手段を備えている下金型と、前記下金型の背面に切離可能に配置されており、加熱手段を備える下加熱プレートとで構成される下側ユニットとを備える成形品製造装置において、
前記上側ユニットを構成する前記上金型のキャビティと前記下側ユニットを構成する前記下金型のコアの間で当該下金型の前記コアの上に繊維強化樹脂素材を挿置する素材挿置工程と、
前記上側ユニットを構成する前記上金型の背面に接して設けられた前記上加熱プレートおよび前記下金型の背面に接して設けられた前記下加熱プレートにより、前記上金型及び前記下金型へ熱エネルギーを伝達・供給した状態で前記繊維強化樹脂素材を加圧して加熱・圧縮しながらプレス成形するヒート工程と、
所要の加熱・圧縮処理の時間経過後、前記上金型と前記下金型への熱エネルギーの供給を停止すると共に、前記上金型および前記下金型の冷却手段に冷却媒体を供給して前記上金型と前記下金型と前記繊維強化樹脂素材とを所与の温度に冷却するクール工程と、
前記繊維強化樹脂素材が所要の温度に冷却された時点で、前記上金型と前記下金型を開き、繊維強化樹脂材成形品を取り出す成形品取出す工程と、
を含み、
さらに、前記上金型と前記下金型への熱エネルギーの供給を停止する際に、前記上加熱プレートと前記上金型との熱接合、及び／又は前記下加熱プレートと前記下金型とを解除する加熱プレート退避工程を含む、繊維強化樹脂材の成形品の製造方法。
上記構成における上下の金型に設けるキャビティ１ａとコア２ａは上下何れの金型に形成してもよい。また、本発明は入駒を用いる方式の金型にも適用できる。
本発明は上記の構成及び後述する実施の形態で説明する実施例の構成に限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲内で種々の変形が可能である。
本発明によれば、冷却時に加熱プレートと金型とを離すことができる構成としたことで、プレス加工における金型の冷却時間が大幅短縮され、ハイサイクルな量産化が実現できる。
以下、本発明に係る繊維強化樹脂材の成形品製造装置と製造方法について、実施例の図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明に係る繊維強化樹脂材の成形品製造装置（プレス機）の全体構成を説明する模式図、図２は図１に示した本発明に係る繊維強化樹脂材の成形品製造装置の上面図である。図３は本発明に係る繊維強化樹脂材の成形品製造装置を構成する上側ユニットの上金型を除いた構造の説明図、そして図４は本発明に係る繊維強化樹脂材の成形品製造装置を構成する下側ユニットの上金型を除いた構造の説明図である。
図１は、本発明に係る繊維強化樹脂材の成形品製造装置の一実施例を示し、プレス機のベース１３に設置されて、キャビティ１ａを有する上金型１とコア２ａを有する下金型２からなる上下一対の金型を用いたプレス成形装置である。なお、本実施例では、上金型１側に形成される雌（凹）形状をキャビティ１ａとし、下金型２に形成される雄（凸）形状をコア２ａとして説明しているが、キャビティ１ａ及びコア２ａは、上下金型のいずれに形成されてもよく、特に限定するものではない。
図１は、本発明に係る繊維強化樹脂材の成形品製造装置の一実施例を示し、プレス機のベース１３に設置されて、キャビティ１ａを有する上金型１とコア２ａを有する下金型２からなる上下一対の金型を用いたプレス成形装置である。なお、本実施例では、上金型１側に形成される雌（凹）形状をキャビティ１ａとし、下金型２に形成される雄（凸）形状をコア２ａとして説明しているが、キャビティ１ａ及びコア２ａは、上下金型のいずれに形成されてもよく、特に限定するものではない。
この成形品製造装置は、金型の加熱と冷却を行うヒートアンドクール成形に好適な装置であり、上下一対の金型（上金型１、下金型２）に熱エネルギーを供給する加熱プレート（上加熱プレート５、下加熱プレート６）を備える。また、上金型１と下金型２には、それぞれ、冷却手段（上冷却手段２０、下冷却手段２１）を備える。
加熱プレート（５、６）は当該一対の金型（１、２）の各背面に設置すると共に、加熱プレート（５、６）は金型（１、２）とは接離可能に配置している。なお、背面とは、金型の繊維強化樹脂材が接している側ではなく、それとは反対側の面をいう。
加熱プレート（５、６）は当該一対の金型（１、２）の各背面に設置すると共に、加熱プレート（５、６）は金型（１、２）とは接離可能に配置している。なお、背面とは、金型の繊維強化樹脂材が接している側ではなく、それとは反対側の面をいう。
図２の上面図（上加熱プレート５の平面を示す）に示したように、本実施例の成形品製造装置は、矩形の上下金型に積層された上下加熱プレート（５、６）を積層した構造である。
上加熱プレート５の四隅に穿設された上側ピン溝（ピン挿通穴）８ａ〜８ｄには、図３に詳しく示したように、上側ユニットピン７ａ〜７ｄ（７ｃ〜７ｄは不図示）が上下移動可能かつ抜け出しが制限された状態で挿通している（図１参照）。
また、下加熱プレート６についても同様の構造となっていて、四隅に穿設された下側ピン溝（ピン挿通穴）１０ａ〜１０ｄには、下側ユニットピン９ａ〜９ｄが上下移動可能し、横ずれを抑制した状態で挿通している。下側ユニットピン９ａ〜９ｄも、抜け出し可能になるように設置することができる。
上加熱プレート５の四隅に穿設された上側ピン溝（ピン挿通穴）８ａ〜８ｄには、図３に詳しく示したように、上側ユニットピン７ａ〜７ｄ（７ｃ〜７ｄは不図示）が上下移動可能かつ抜け出しが制限された状態で挿通している（図１参照）。
また、下加熱プレート６についても同様の構造となっていて、四隅に穿設された下側ピン溝（ピン挿通穴）１０ａ〜１０ｄには、下側ユニットピン９ａ〜９ｄが上下移動可能し、横ずれを抑制した状態で挿通している。下側ユニットピン９ａ〜９ｄも、抜け出し可能になるように設置することができる。
このように、上金型１は、上金型１内に配置される上冷却手段２０と、上金型１に対して接離可能に熱的接触配置された上加熱プレート５とで構成した上側ユニット１００を有する。
また、下金型２は、下金型２内に配置される下冷却手段２１と、下金型２に対して接離可能に熱的接触配置された下加熱プレート６とで構成した下側ユニット２００を有する。ここで、「金型内に配置される冷却手段」とは、金型の外側から冷却するものではなく、金型に内部に冷却手段を配置して、内部から金型及び繊維強化樹脂材を冷却する手段をいう。
また、下金型２は、下金型２内に配置される下冷却手段２１と、下金型２に対して接離可能に熱的接触配置された下加熱プレート６とで構成した下側ユニット２００を有する。ここで、「金型内に配置される冷却手段」とは、金型の外側から冷却するものではなく、金型に内部に冷却手段を配置して、内部から金型及び繊維強化樹脂材を冷却する手段をいう。
上金型１のキャビティ１ａと下金型２のコア２ａの間に挿置したプリプレグ等の繊維強化樹脂素材１４ａを、上加熱プレート５と下加熱プレート６による加熱と、上金型１と下金型２との圧縮押圧でプレスし、上加熱プレート５と下加熱プレート６との接触を解除した状態で、かつ上下の金型はプレス状態を維持するようにロックした状態（中間ロック）で上冷却手段２０と下冷却手段２１とで上金型１と下金型２を冷却して繊維強化樹脂材を成形加工品とする。
図３と図４を参照して本実施例における繊維強化樹脂材の成形品製造装置を構成する上側ユニット１００と下側ユニット２００を説明する。
なお、上側ユニット１００と下側ユニット２００は上下を反転した状態では同じ構造であるので、主として上側ユニット１００について説明する。
なお、上側ユニット１００と下側ユニット２００は上下を反転した状態では同じ構造であるので、主として上側ユニット１００について説明する。
図１で説明したように、上側ユニット１００は、図１に示した上金型１のキャビティ１ａとは反対側である背面に接離可能に熱的接触配置される上加熱プレート５とで構成される。同様に、下金型２は、コア２ａとは反対側である背面に接離可能に熱的接触配置される下加熱プレート６とで構成される。
上下の金型（１、２）と上下の加熱プレート（５、６）が“熱的接合で配置”されるとは、上下の金型（１、２）と上下の加熱プレート（５、６）とが良好な熱伝導するような一体的結合がなされていることを意味する。
ここで、上下の金型（１、２）は、それぞれ冷却手段（２１、２２）を備えており、冷却手段（２１、２２）により、上下の金型（１、２）は、冷却がスムーズに行うことができる。
また、上下金型（１、２）と加熱プレート（５、６）とが“熱的接触配置”されるとは、上記の“熱的接合で配置”の状態を作るが、その接触が解除可能とされるように構成されていることを意味する。
ここで、上下の金型（１、２）は、それぞれ冷却手段（２１、２２）を備えており、冷却手段（２１、２２）により、上下の金型（１、２）は、冷却がスムーズに行うことができる。
また、上下金型（１、２）と加熱プレート（５、６）とが“熱的接触配置”されるとは、上記の“熱的接合で配置”の状態を作るが、その接触が解除可能とされるように構成されていることを意味する。
プレスの開始時には、図示しないスライドによって上加熱プレート５は、伸縮部材である上側ユニットバネ１１ａ〜１１ｄ（１１ｃ、１１ｄの位置は図２参照）に抗して上金型１に接触して一体となって下側ユニット２００に載置された繊維強化樹脂素材１４ａを圧縮するように下降する。
上側ユニットバネ１１ａ〜１１ｄは、上加熱プレート５が上金型１と圧接した状態ではバネ収容部１８（上加熱プレートにのみ符号を付してある）に収容されるようになっている。
上加熱プレート５は、上側ユニットピン７ａ〜７ｄ（７ｃ、７ｄは図示せず）が上下距離制限のための段差のある上側ピン溝８ａを滑動することによって、上金型１と接離するようになっている。
なお、上加熱プレート５と上金型１との間隔をＤ１、上側ユニットピン７ａ〜７ｄの上面と上加熱プレート５の背面（スライドで押される面）との距離ｄ１は、Ｄ１≦ｄ１で、例えば１ｍｍ≦Ｄ１≦３０ｍｍである（本実施例では５ｍｍ）。
上加熱プレート５は、上側ユニットピン７ａ〜７ｄ（７ｃ、７ｄは図示せず）が上下距離制限のための段差のある上側ピン溝８ａを滑動することによって、上金型１と接離するようになっている。
なお、上加熱プレート５と上金型１との間隔をＤ１、上側ユニットピン７ａ〜７ｄの上面と上加熱プレート５の背面（スライドで押される面）との距離ｄ１は、Ｄ１≦ｄ１で、例えば１ｍｍ≦Ｄ１≦３０ｍｍである（本実施例では５ｍｍ）。
図５は、本発明に係る繊維強化樹脂材の成形品製造装置を構成する冷却手段の一例を説明する断面模式図、図６は本発明に係る繊維強化樹脂材の成形品製造装置を構成する加熱プレートの一例を説明する断面模式図である。
図５において、金属バルク材からなる上下冷却手段２１、２２として蛇管（冷却媒体流路）が形成されており、本実施例ではこの中を冷却媒体として冷水を流す。なお、冷却媒体は冷却できるものであれば、特に限定されず、例えば、油であってもよい。
この冷却媒体は、冷却媒体源／開閉手段２８から冷却媒体流路を通り回収手段３０に流通することで上下の金型（１、２）の温度を下げる。
なお、図５においては、上金型の断面を示しているが、明確性のため、上側ユニットピン７ａ〜７ｄ等の記載は省略する。
図５において、金属バルク材からなる上下冷却手段２１、２２として蛇管（冷却媒体流路）が形成されており、本実施例ではこの中を冷却媒体として冷水を流す。なお、冷却媒体は冷却できるものであれば、特に限定されず、例えば、油であってもよい。
この冷却媒体は、冷却媒体源／開閉手段２８から冷却媒体流路を通り回収手段３０に流通することで上下の金型（１、２）の温度を下げる。
なお、図５においては、上金型の断面を示しているが、明確性のため、上側ユニットピン７ａ〜７ｄ等の記載は省略する。
図６において、上下の加熱プレート（５、６）には、複数本のカートリッジヒーター（２６、２７）が設置されて加熱プレート（５、６）を加熱している。
加熱プレート（５、６）が上下の金型（１、２）に熱エネルギーを供給している期間では冷却媒体の供給を停止する。
カートリッジヒーター（２６、２７）は、制御手段などで発熱コントロールとオン・オフが制御される。
加熱プレート（５、６）が上下の金型（１、２）に熱エネルギーを供給している期間では冷却媒体の供給を停止する。
カートリッジヒーター（２６、２７）は、制御手段などで発熱コントロールとオン・オフが制御される。
カートリッジヒーター（２６、２７）はジュール熱を熱源とするが、これに代えて高周波加熱コイルを用いた高周波電源等を用いることができる。すなわち、熱エネルギーを供給する手段は、加熱することができる加熱機器等、特に限定されるものではない。また、加熱油や、加熱蒸気を上記した冷却媒体流路と同様の蛇管に流して加熱をすることもできる。
次に、上記した本発明にかかる成形品製造装置を用いた繊維強化樹脂素材からその成形品を製造する方法のプロセスの一実施例を説明する。
図７Ａは、本発明に係る繊維強化樹脂材の成形品製造工程を説明する模式図、図７Ｂは図７Ａに続く成形品製造工程を説明する模式図である。そして、図８は本発明に係る繊維強化樹脂材の成形品製造手順の一例を記述する流れ図である。
以下、図７Ａと図７Ｂ及び図８を参照して本発明に係る製造方法の１実施例を説明する。
以下、図７Ａと図７Ｂ及び図８を参照して本発明に係る製造方法の１実施例を説明する。
初期状態では、図示しないスライドは待機位置に停止しており、上側ユニット１００と下側ユニット２００は、図１に示したように上金型１のキャビティ１ａと下金型２のコア２ａとが離間した状態となっている。
上金型１の背面には、上加熱プレート５が上側ユニットバネ１１ａ〜１１ｄ（１１ｃ〜１１ｄは不図示）の伸張で離間された状態で設置されている。
上金型１の背面には、上加熱プレート５が上側ユニットバネ１１ａ〜１１ｄ（１１ｃ〜１１ｄは不図示）の伸張で離間された状態で設置されている。
なお、下金型２についても同様に、下金型１の背面に下加熱プレート６が伸縮部材である下側ユニットバネ１２ａ〜１２ｄ（１２ｃ〜１２ｄは不図示）の伸張で離間した状態で設置されている。この状態で上下ユニット（１００、２００）がスタンバイしている（図８のプロセス１（以下、Ｐ１のように記す））。
そして、次のプロセスで、スタンバイ状態にある上下の金型（１、２）の間隙（キャビティ１ａとコア２ａの間）に加工素材（繊維強化樹脂素材１４ａ）を挿置する（図８のＰ２）。
次に、図示しないスライドを動作させ、スライドを全降下する。降下の途上は、一段降下で上下加熱プレート（５、６）を上下金型（１、２）に接触させ、最終的な降下で上下の金型（１、２）に対して互いに押圧する力を与える。これにより、加工素材（繊維強化樹脂素材１４ａ）を挟み、圧縮する（図７Ａの（ａ））。（図８のＰ３）。
そして、上下の加熱プレート（５、６）の加熱手段（カートリッジヒーター）に電流を流して加熱し、加工素材（繊維強化樹脂素材１４ａ）を高温処理する（図７Ａの（ｂ）：ヒート工程）。（図８のＰ４）。
なお、前記Ｐ３からＰ４のプロセスに入る時点で、加熱手段（カートリッジヒーター）の事前加熱を行って上下金型（１、２）の温度を予め上昇させておくのが望ましい。
加工素材の成形に必要とされる所要の時間の経過後、スライドを一段戻して（すなわち、上下ユニット（１００、２００）が互いに少し離れる）、上下加熱プレート（５、６）への電流を遮断し、上下加熱プレート（５、６）を上下金型（１、２）との接触を断ち、離間させ、上下冷却手段（２１、２２）に冷却媒体（例えば、０℃〜１０℃の冷水）を流して加工素材（繊維強化樹脂素材１４ａ）の温度を下げる（図７Ｂの（ｃ）：クール工程）。（図８のＰ５）。
前記“スライドを一段戻す”とは、それによってユニットバネが伸びて上下の加熱プレート（５、６）は、上下の金型（１、２）との接触が解除されるが、上下の金型（１、２）は、加工素材を挟み込む状態で保持している状態を意味する。
すなわち、上下の金型（１、２）は、依然として加工素材（繊維強化樹脂素材１４ａ）を挟み込んでいる状態を保持している。Ｐ５の段階では、加工素材（繊維強化樹脂素材１４ａ）は、挟み込まれた状態であり、その成形状態を保持される。
すなわち、上下の金型（１、２）は、依然として加工素材（繊維強化樹脂素材１４ａ）を挟み込んでいる状態を保持している。Ｐ５の段階では、加工素材（繊維強化樹脂素材１４ａ）は、挟み込まれた状態であり、その成形状態を保持される。
上下の冷却手段（２１、２２）による冷却により、上下の金型（１、２）の温度が所要値（例えば８０℃等）に低下した時点で、上下冷却手段（２１、２２）への冷却媒体の供給を遮断し、スライドを初期位置に戻す。
これにより、上下の金型（１、２）が開き、成形された加工品、すなわち繊維強化樹脂材１４が取り出される（脱型される）（図７Ｂの（ｄ））。（図８のＰ６）。
これにより、上下の金型（１、２）が開き、成形された加工品、すなわち繊維強化樹脂材１４が取り出される（脱型される）（図７Ｂの（ｄ））。（図８のＰ６）。
上記したプロセスを経ることで、加熱圧縮して加工した繊維強化樹脂素材の熱処理（加熱→冷却）に要するサイクルタイムを大幅に短縮することができ、ハイサイクルの生産を実現できる。
これにより、成形品の単価を削減することが可能となり、全体のコスト低減に寄与することができる。
これにより、成形品の単価を削減することが可能となり、全体のコスト低減に寄与することができる。
上記の製造プロセスを工程の概念でさらに説明すると以下のようになる。すなわち、本実施例に係る繊維強化樹脂成形品の製造は、次の工程を含む。
（１）上側ユニット１００を構成する上金型１のキャビティ１ａと下側ユニット２００を構成する下金型２のコア２ａの間で当該下金型２の前記コア２ａの上に繊維強化樹脂素材１４ａを挿置する素材挿置工程と、
（２）上側ユニット１００を構成する上金型１の背面に接して設けられた上加熱プレート５および下金型２の背面に接して設けられた下加熱プレート６により、上金型１及び前記下金型２へ熱エネルギーを伝達・供給した状態で繊維強化樹脂素材を加圧して加熱・圧縮しながらプレス成形するヒート工程と、
（３）所要の加熱・圧縮処理の時間経過後、上金型１と下金型２への熱エネルギーの供給を停止すると共に、上金型１および下金型２の冷却手段２１、２２に冷却媒体を供給して上金型１と下金型２および前記繊維強化樹脂素材１４ａを所与の温度に冷却するクール工程と、
（４）繊維強化樹脂素材１４ａが所要の温度に冷却された時点で、上側ユニット１００と下側ユニット２００との加圧を解除して上金型１と下金型２を開き、繊維強化樹脂材成形品１４を取り出す成形品取出す工程とを含み、
さらに、上金型１と下金型２への熱エネルギーの供給を停止する際に、上加熱プレート５および下加熱プレート６のそれぞれと上金型１および下金型２との熱接合を解除する加熱プレート退避工程を含む。
（２）上側ユニット１００を構成する上金型１の背面に接して設けられた上加熱プレート５および下金型２の背面に接して設けられた下加熱プレート６により、上金型１及び前記下金型２へ熱エネルギーを伝達・供給した状態で繊維強化樹脂素材を加圧して加熱・圧縮しながらプレス成形するヒート工程と、
（３）所要の加熱・圧縮処理の時間経過後、上金型１と下金型２への熱エネルギーの供給を停止すると共に、上金型１および下金型２の冷却手段２１、２２に冷却媒体を供給して上金型１と下金型２および前記繊維強化樹脂素材１４ａを所与の温度に冷却するクール工程と、
（４）繊維強化樹脂素材１４ａが所要の温度に冷却された時点で、上側ユニット１００と下側ユニット２００との加圧を解除して上金型１と下金型２を開き、繊維強化樹脂材成形品１４を取り出す成形品取出す工程とを含み、
さらに、上金型１と下金型２への熱エネルギーの供給を停止する際に、上加熱プレート５および下加熱プレート６のそれぞれと上金型１および下金型２との熱接合を解除する加熱プレート退避工程を含む。
また、上記の上金型１と下金型２に熱エネルギーを伝達・供給した状態には、繊維強化樹脂素材１４ａを上金型１と下金型２でのプレス工程前に、上金型１の温度を予備加熱する工程、あるいは必要により当該繊維強化樹脂素材に含浸される樹脂のガラス移転点又は溶融点温度より若干高く加熱する事前加熱工程を含ませることができる。
以上説明した実施例によれば、冷却工程の開始前に加熱プレートを金型ユニットから退避させる構成としたことで、プレス加工における金型の冷却時間が大幅短縮され、ハイサイクルな量産化が実現できる。
１・・・上金型
１ａ・・・キャビティ
２・・・下金型
２ａ・・・コア
５・・・上加熱プレート
６・・・下加熱プレート
７（ａ〜ｄ）・・・上側ユニットピン
８（ａ〜ｄ）・・・上側ピン溝
９（ａ〜ｄ）・・・下側ユニットピン
１０（ａ〜ｄ）・・・下側ピン溝
１１（ａ〜ｄ）・・・上側ユニットバネ
１２（ａ〜ｄ）・・・下側ユニットバネ
１３・・・ベース
１４・・・繊維強化樹脂加工品（成形品）
１４ａ・・・繊維強化樹脂素材
１５・・・連結ネジ
１６・・・上金型との接合面
１７・・・下金型との接合面
１８・・・バネ収容部
２０・・・上冷却手段
２１・・・下冷却手段
２２・・・上加熱手段
２３・・・下加熱手段
２４，２５・・・冷却媒体流路（蛇管）
２６，２７・・・加熱手段（カートリッジヒーター又は高周波電源）
２８・・・冷却媒体源／開閉手段
３０・・・回収手段
１００・・・上側ユニット
２００・・・下側ユニット
１ａ・・・キャビティ
２・・・下金型
２ａ・・・コア
５・・・上加熱プレート
６・・・下加熱プレート
７（ａ〜ｄ）・・・上側ユニットピン
８（ａ〜ｄ）・・・上側ピン溝
９（ａ〜ｄ）・・・下側ユニットピン
１０（ａ〜ｄ）・・・下側ピン溝
１１（ａ〜ｄ）・・・上側ユニットバネ
１２（ａ〜ｄ）・・・下側ユニットバネ
１３・・・ベース
１４・・・繊維強化樹脂加工品（成形品）
１４ａ・・・繊維強化樹脂素材
１５・・・連結ネジ
１６・・・上金型との接合面
１７・・・下金型との接合面
１８・・・バネ収容部
２０・・・上冷却手段
２１・・・下冷却手段
２２・・・上加熱手段
２３・・・下加熱手段
２４，２５・・・冷却媒体流路（蛇管）
２６，２７・・・加熱手段（カートリッジヒーター又は高周波電源）
２８・・・冷却媒体源／開閉手段
３０・・・回収手段
１００・・・上側ユニット
２００・・・下側ユニット
Claims (4)
- キャビティを有する上金型とコアを有する下金型からなる上下一対の金型を用いたプレス成形による繊維強化樹脂材の成形品製造装置であって、
内部に冷却手段を備えている上金型と、
内部に冷却手段を備えている下金型と、
前記上金型の背面に切離可能に配置されており、加熱手段を備える上加熱プレートと、
前記下金型の背面に切離可能に配置されており、加熱手段を備える下加熱プレートと、
前記上金型と前記上加熱プレートとからなる上側ユニット、及び、前記下金型と前記下加熱プレートとからなる下側ユニットの少なくともいずれか一方のユニットにおいて、金型とプレートとを接続する少なくとも一つの伸縮部材と、
前記上金型と前記上加熱プレートとを接続し、前記上金型から抜け出しが制限されている上側ユニットピンと、
前記下金型と前記下加熱プレートとを接続し、前記下加熱プレートと前記下金型との横ずれを抑制する下側ユニットピンとを備え、
加熱・圧縮時は前記伸縮部材が接続されている金型と加熱プレートとは熱的接合しており、
加熱・圧縮後、前記上側ユニットと、前記下側ユニットとが相対的に離れると、前記伸縮部材の付勢により、繊維強化樹脂材を前記上金型及び前記下金型で挟み込んだ状態で、前記伸縮部材が接続されている金型と、前記伸縮部材が接続する加熱プレートとが離間する、繊維強化樹脂材の成形品製造装置。 - 前記加熱手段が、前記加熱プレートに設けた空洞に装填したカートリッジヒーター又は高周波電源であることを特徴とする請求項１に記載の繊維強化樹脂材の成形品製造装置。
- 前記冷却手段が、前記上金型及び前記下金型に埋設されており、冷水又は油を流すための蛇管であることを特徴とする請求項１又は２に記載の繊維強化樹脂材の成形品製造装置。
- キャビティを有する上金型とコアを有する下金型を用いたプレス成形による繊維強化樹脂材の成形品製造方法であって、
内部に冷却手段を備えている上金型と、前記上金型の背面に切離可能に配置されており、加熱手段を備える上加熱プレートとで構成される上側ユニットと、
内部に冷却手段を備えている下金型と、前記下金型の背面に切離可能に配置されており、加熱手段を備える下加熱プレートとで構成される下側ユニットとを備える成形品製造装置において、
前記上側ユニットを構成する前記上金型のキャビティと前記下側ユニットを構成する前記下金型のコアの間で当該下金型の前記コアの上に繊維強化樹脂素材を挿置する素材挿置工程と、
前記上側ユニットを構成する前記上金型の背面に接して設けられた前記上加熱プレートおよび前記下金型の背面に接して設けられた前記下加熱プレートにより、前記上金型及び前記下金型へ熱エネルギーを伝達・供給した状態で前記繊維強化樹脂素材を加圧して加熱・圧縮しながらプレス成形するヒート工程と、
所要の加熱・圧縮処理の時間経過後、前記上金型と前記下金型への熱エネルギーの供給を停止すると共に、前記上金型および前記下金型の冷却手段に冷却媒体を供給して、前記上金型と前記下金型と前記繊維強化樹脂素材とを所与の温度に冷却するクール工程と、
前記繊維強化樹脂素材が所要の温度に冷却された時点で、前記上金型と前記下金型を開き、繊維強化樹脂材成形品を取り出す成形品取出す工程と、
を含み、
さらに、前記上金型と前記下金型への熱エネルギーの供給を停止する際に、前記上加熱プレートと前記上金型との熱接合、及び／又は前記下加熱プレートと前記下金型とを解除する加熱プレート退避工程を含み、
前記上金型から抜け出しが制限されている上側ユニットピンが、前記上金型と前記上加熱プレートとを接続し、前記下加熱プレートと前記下金型の横ずれを抑制する下側ユニットピンが、前記下金型と前記下加熱プレートとを接続している、繊維強化樹脂材の成形品の製造方法。
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