JP6971179B2 - 樹脂成形体の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、樹脂素材を金型で押圧して成形する方法に関する。

熱可塑性樹脂は、所定の高温温度帯で適度な塑性変形性能ないし流動性能を有し、所望の形状に成形される。つまり熱可塑性樹脂を成形する際には、冷えて固化してしまわないうちに成形を完了する必要がある。特に金型でプレス成形する場合、樹脂素材が金型から熱を奪われるため、プレス成形を迅速に完了する必要がある。

熱可塑性樹脂のプレス成形として特開平９−１０４０２５号公報（特許文献１）および特開２０１７−２２２１２２号公報（特許文献２）に記載の成形方法が知られている。特許文献１では、溶融状態の熱可塑性樹脂を金型内で圧縮流動させる際、最大圧縮速度の７５％の時の加速度および最大圧縮速度の７５％の時の減速度を制御する。

特許文献２では、真空ポンプを用いて減圧された環境を生成し、真空に近い状態で炭素繊維を含む熱可塑性樹脂複合素材をプレス成形する。特許文献２の段落００５１および図６には、プレス装置の上型のプレス位置（下降位置）および時間（下降速度）の関係が説明されている。これによると、減圧室（キャビティ）のシール部材の破損防止・負荷低減のため、上型が減圧室のシール部材に接触するより前に、高速で下降する上型を低速状態まで減速させる。上型がシール部材に接触したまま低速状態で減圧室（キャビティ）に進入すると、減圧室（キャビティ）の減圧が開始される。次に上型は、下型に載置される樹脂材料に接触し、引き続き低速で下降しながら樹脂材料の型締めを開始する。

特開平９−１０４０２５号公報 特開２０１７−２２２１２２号公報 段落００５１ 図６

カーボンファイバーやガラスファイバー等の繊維を含む樹脂は、熱伝導率が高いために冷めやすい。冷めると流動性が低下して所望の成形が困難になる。そこで繊維を含む樹脂については、加熱溶融状態のうちに高速でプレス加工して締固めることが望ましい。

ところが、プレス装置を高速で動かすためには大容量の油圧ポンプが必要になる。大容量の油圧ポンプを駆動するために大出力の電気モータが必要になる。そうすると設備の大型化が必要になって、製造コストが増大するという問題がある。

つまり特許文献１の成形方法において圧縮速度の加速度および減速度を急激なものとし、圧縮速度を単に速くすることのみでは設備の大型化という問題を伴う。

また特許文献２の技術では上型が低速で下降して熱可塑性樹脂複合素材を型締めするため、高温の熱可塑性樹脂複合素材を準備してから成形が完了するまでに時間がかかり、成形時間に改善の余地がある。特に特許文献２の図５に示すように上型が樹脂材料に接触すると樹脂材料の温度低下が促進される。にもかかわらず上型を低速で下降させることは、迅速な成形完了という点から好ましくない。

本発明は、上述の実情に鑑み、プレス加工の速度向上と、プレス成形の所要時間を短縮することと、設備の小型化を図ることができる改良技術を提供することを目的とする。

この目的のため本発明による樹脂成形体の製造方法は、液圧シリンダによって下向きに
加圧される上型と、該上型と間隔を空けて対向する下型の間に、繊維を含み加熱により流
動性を有する樹脂素材を配置する準備工程と、液圧シリンダに作動液を供給する液圧ポン
プを止めるとともに上型を自由落下に基づく第１速度で下降させて樹脂素材に接触させ、
第１速度で利用して樹脂素材を押圧し樹脂素材から気泡を抜く流動成形を実行する工程と、当該流動成形を実行する工程の終了後、液圧ポンプから液圧シリンダに作動液を供給することにより液圧シリンダから上型に圧力を付与して第１速度よりも遅い第２速度で樹脂素材をさらに大きな圧力で押圧する高圧成形を実行する工程とを実行する。

かかる本発明によれば、上型および液圧シリンダ内部のピストンの自重に基づく落下を利用して、樹脂素材を高速で流動成形することができる。これにより、従来よりも、成形に要する時間を短縮化できる。また本発明によれば、樹脂素材を高速で流動変形させることにより樹脂素材の流動性が高まるので、樹脂素材に混入する気泡を樹脂素材から追い出すことができる。また本発明によれば、樹脂素材を予め流動変形させておくため、次の高圧変形させる工程で上型を下降させる距離を短くすることができる。したがって本発明によれば、上型を低速で下降させて高圧変形させる従来の場合と比較して、大容量ポンプおよび大容量モータを必要とせず、設備を小型化してコスト低減が可能になる。

本発明の一局面として樹脂素材の流動成形を実行する工程で、液圧シリンダの背圧室から排出される作動液の流量を絞ることにより上型の第１速度を減速させる。かかる局面によれば、樹脂素材の材質に応じて適切な速度を選定することができる。あるいは本発明の他の局面として樹脂素材の流動成形を実行する工程で、液圧シリンダの背圧室から排出される作動液の流量を最大にすることにより上型の第１速度を自然落下速度に略等しくする。かかる局面によれば、流動成形の工程を速やかに終了することができる。

樹脂素材の流動成形を実行する工程から高圧成形を実行する工程に切り換えるタイミングとして、幾つかの局面から選択される。本発明の一局面として下型から上型までの距離に基づき、高圧成形を実行する工程を開始する。かかる局面によれば、上型の位置に基づいて流動成形する工程を終了するとともに高圧成形する工程を開始することができる。したがって予め知られている樹脂素材の物性と、樹脂成形体の形状に基づき、流動成形する工程に要する時間および高圧成形する工程に要する時間の合計時間を短くなるよう設定することができる。

本発明の他の局面として上型の位置を検出するセンサを備え、センサの検出結果に基づ
き高圧成形を実行する工程を開始する、かかる局面によれば、上型の減速度に基づき流動成形する工程を終了するとともに高圧成形を開始することができる。

本発明の一局面として流動成形を実行する工程で、上型が樹脂素材に接触後、予め設定された複数の下降速度の群から１の速度を選択可能である。かかる局面によれば、樹脂成形体の上下方向厚みに応じて、適切なプレス成形時間を確保することができる。

このように本発明によれば、プレス成形に要する時間を従来よりも短くすることができる。しかも設備の大型化を要さず、製造コスト上有利である。

プレス成形装置の模式的な構成図である。 本発明の一実施形態になる樹脂成形体製造方法の上型位置、圧力、および時間の関係を示すタイムチャートである。 成形前の繊維強化樹脂を示す拡大断面図である。 プレス成形の際、上型が第１速度で下降して樹脂素材に接触し流動変形を開始する際の状態を表す模式図である。 プレス成形の際、上型が第１速度で下降して樹脂素材を流動変形させる途中状態を表す模式図である。 プレス成形の際、流動変形が終了するとともに高圧変形を開始する際の状態を表す模式図である。 プレス成形装置の模式的な構成図であり、上型が第１速度よりも低速の第２速度で下降する状態を表す。 図６の状態に続き、プレス成形が終了する状態を表す模式図である。 プレス成形装置の模式的な構成図であり、上型が低速の第３速度で上昇する状態を表す。 プレス成形装置の模式的な構成図であり、上型が第３速度よりも高速の第４速度で上昇する状態を表す。 プレス成形装置のストロークとクランク角度の関係を表す図および表である。 本発明の一実施形態になる成形体製造方法のストロークと下降速度の関係を表す図である。 対比例の成形体製造方法の上型位置、圧力、および時間の関係を示すタイムチャートである。

以下、本発明の実施の形態を、図面に基づき詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態になる成形体製造方法を実行するプレス成形装置を示す模式的な構成図である。プレス成形装置１０は、シリンダ１１、ピストン１２、ピストンロッド１３、上型（スライドともいう）１４、下型１５、および油圧回路２１を備える。シリンダ１１は上下方向に延び、ピストン１２を収容する。ピストン１２はシリンダ１１の長手方向に沿って摺動可能である。シリンダ１１の内部空間は、ピストン１２を境界として、正圧室１６および背圧室１７に区画される。

正圧室１６はシリンダ１１の一端（上端）側を占め、油圧回路２１から作動油が供給されることによってピストン１２をシリンダ１１の他端（下端）側へ押圧する。背圧室１７はシリンダ１１の他端側を占め、油圧回路２１から作動油が供給されることによってピストン１２をシリンダ１１の一端側へ押圧する。ピストンロッド１３は背圧室１７に配置されて一端でピストン１２と結合する。ピストンロッド１３は他端側でシリンダ１１の他端を貫通して下方へ延び、上型１４と連結する。

ピストン１２は、図１に示すようにシリンダ１１の一端に最も近くなる上死点と、シリンダ１１の他端に最も近くなる下死点との間を往復する。これに伴いピストンロッド１３および上型１４は、下型１５から最も遠くなったり、下型１５に最も近くなったりするよう変位する。

下型１５は、上型１４よりも下方に配置され、上型１４と対向する。一方の上型１４および他方の下型１５は１対の金型を構成し、高温溶融状態の樹脂素材Ｗを挟み込んで樹脂素材をプレス成形する。下型１５は樹脂素材のプレス成形中に変位しないが、シリンダ１１に対する相対距離を調整可能である。

ピストンロッド１３他端のストローク範囲にはリニアセンサ１８が設けられる。リニアセンサ１８は上型１４の位置を検出する。上型１４の位置とは、下型１５からの距離、または上型１４の上下方向位置と理解されたい。

油圧回路２１は正圧室１６および背圧室１７の一方に作動油を供給しつつ、残る他方から作動油を供給される。このため油圧回路２１は、ポンプＰ、モータＳＭ、ポンプ吸入通路２２、ポンプ吐出通路２３、方向切換弁２４、正圧通路２５、背圧通路２６、排出通路２７，２９、給排通路２８，３０、開閉弁３１、チェック弁３２、絞り弁３３、リリーフ弁３４，３５、および図示しないコントローラを有する。

ポンプ吸入通路２２の入口端はタンクＮ１と接続し、ポンプ吸入通路２２の出口端はポンプＰの吸入口と接続する。ポンプＰはモータＳＭと連結し、モータＳＭによって駆動される。ポンプ吐出通路２３の入口端はポンプＰの吐出口と接続し、ポンプ吐出通路２３の出口端は方向切換弁２４の第１ポートと接続する。

正圧通路２５の一端は方向切換弁２４の第４ポートと接続し、正圧通路２５の他端はシリンダ１１の一端と接続して正圧室１６に通じる。正圧通路２５には圧力計Ｍ１が附設される。正圧通路２５の途中には排出通路２７の一端が接続される。排出通路２７の他端はタンクＮ２と接続する。排出通路２７の途中にはリリーフ弁３４が設けられる。排出通路２７は通常状態でリリーフ弁３４によって閉じられている。正圧室１６の圧力が上限値を超えて異常に高くなるとリリーフ弁３４が開き、正圧室１６の圧力を開放する。

給排通路２８の一端はシリンダ１１の一端と接続して正圧室１６に通じる。給排通路２８の他端はタンクＮ３と接続する。給排通路２８の途中には開閉弁３１が設けられる。給排通路２８は通常状態で開閉弁３１によって閉じられている。

背圧通路２６の一端は方向切換弁２４の第３ポートと接続し、背圧通路２６の他端はシリンダ１１の他端と接続して背圧室１７に通じる。背圧通路２６の途中には排出通路２９の一端が接続される。背圧通路２６のうち排出通路２９との接続箇所から背圧通路２６の他端までの間に含まれる箇所には圧力計Ｍ２が附設される。排出通路２９の他端はタンクＮ４と接続する。排出通路２９の途中には絞り弁３３が設けられる。絞り弁３３は開度を調整されて、背圧室１７から排出される作動油の流量を制御する。絞り弁３３は例えば開度調整可能な電磁比例弁であり、図示しないコントローラに制御されて背圧室１７から排出される作動油の流量を絞る。開度を百で表すと、コントローラが絞り弁３３に指令を送信する間、絞り弁３３は開度１（殆ど閉じている）〜開度１００（全開）とされる。絞り弁３３に指令を送信しない間（ＯＦＦ）、絞り弁３３は開度０にされる（完全に閉じられる）。

背圧通路２６と排出通路２９の接続箇所から背圧通路の一端（切換弁２４側）までの区間には、チェック弁３２およびリリーフ弁３５が設けられる。チェック弁３２およびリリーフ弁３５は並列して配置される。チェック弁３２は背圧通路２６の一端（方向切換弁２４）から他端（背圧室１７）への流れを許容し、背圧通路２６の他端（背圧室１７）から一端（方向切換弁２４）への逆流を防止する。背圧室１７の圧力が上限値を超えて異常に高くなるとリリーフ弁３５が開き、背圧室１７の圧力を開放する。背圧通路２６の一端とチェック弁３２の間には圧力計Ｍ３が附設される。

給排通路３０の一端は方向切換弁２４の第２ポートと接続し、給排通路３０の他端はタンクＮ５と接続する。油圧回路２１の運転状況に応じて作動油は、給排通路３０の一端から他端へ、あるいは他端から一端へ流れる。

図示しないコントローラは、圧力計Ｍ１〜Ｍ３から送信される検出結果に基づき、上述した弁を制御する。

次に、プレス成形装置１０を使用する本発明の一実施形態になる樹脂成形体の製造方法につき説明する。

図２は、本発明の一実施形態になる樹脂成形体製造方法の上型位置、圧力、および時間の関係を示すタイムチャートである。図２中、左側の縦軸は上型１４の位置を表し、上死点をＬｕとする。また右側の縦軸は正圧室１６の圧力を示し、圧力計Ｍ１に対応する。横軸は時間（時刻）を表す。図２下部には油圧回路２１の動作状態をＯＮ・ＯＦＦで表す。本実施形態は工程Ｓ１〜Ｓ４を順次実行する。まず図２に図示されない準備工程として、上型１４を上死点または上死点近傍まで上昇させたまま、樹脂素材Ｗを下型１５に載置する（図１）。

準備工程に続く工程Ｓ１（時刻０から時刻Ｔ２まで）では、モータＳＭおよびポンプＰを停止したまま上型１４を自由落下させ、あるいはブレーキを補助的に併用しつつ上型１４を自由落下させることにより、上型１４を樹脂素材Ｗに接触させ、樹脂素材Ｗを流動成形させる。図２に示すように工程Ｓ１では上型１４の位置が急勾配で下降することから、上型１４が高速の第１速度で移動することが理解される。工程Ｓ１では、ポンプＰがＯＦＦにされてモータＳＭに駆動されず、方向切換弁２４が図１に示すようにＯＦＦにされ、絞り弁３３がフィードバック制御される。なお工程Ｓ１中、絞り弁３３の開度を小さくすることにより、上型１４の下降速度にブレーキを適宜かけることができる。

図３は樹脂素材の断面を拡大して示す断面図である。樹脂素材Ｗは、プレス成形前において、熱可塑性樹脂Ｗ１を基材とし、強化繊維Ｗ２および気泡Ｗ３を含む。強化繊維Ｗ２はカーボンファイバーまたはグラスファイバーであり、冷えて固体化する熱可塑性樹脂Ｗ１よりも大きな引張強度を有する。

樹脂素材Ｗの性状として、高速で接近する上型１４によって押圧される間、油圧を要することなく流動変形する。かかる流動変形中、熱可塑性樹脂Ｗ１が流動化して気泡Ｗ３が樹脂素材Ｗの外部へ抜け出す。なお流動変形は、ピストン１２とピストンロッド１３と上型１４の自重で足り、シリンダ１１の油圧を要しない。気泡Ｗ３の大部分が抜け出した後、上型１４およびピストンロッド１３の重量で樹脂素材Ｗを押圧して変形させることは困難になる。そこで後述するようにシリンダ１１の油圧により樹脂素材Ｗを押圧して高圧で変形させる。これを高圧変形という。

工程Ｓ１に続く工程Ｓ２（時刻Ｔ２から時刻Ｔ５まで）では、シリンダ１１の油圧により上型１４をさらに下降させて、樹脂素材Ｗを高圧成形させる。上型１４が下死点まで下降すると工程Ｓ２が完了する。図２に示すように工程Ｓ２では上型１４の位置が緩勾配で下降し、次にゼロ勾配になることから、上型１４が低速の第２速度で移動し、シリンダ１１（図１）の下死点で停止することが理解される。工程Ｓ２では、ポンプＰがＯＮにされてモータＳＭに駆動され、方向切換弁２４が図７に示すようにＯＮにされ、絞り弁３３が一定開度のＯＮにされる。絞り弁３３を完全に閉じる（ＯＦＦ）場合と比較して、一定開度のＯＮにすることにより、背圧室１７の異常な圧力上昇を防止できる。

工程Ｓ２に続く工程Ｓ３（時刻Ｔ５から時刻Ｔ６まで）では、上型１４を低速あるいは中速で上昇させる。図２に示すように工程Ｓ３では上型１４の位置が緩勾配で上昇する（第３速度）。工程Ｓ３では、ポンプＰがＯＮにされてモータＳＭに駆動され、方向切換弁２４が図９に示すようにＯＦＦにされ、絞り弁３３がＯＦＦにされる。

工程Ｓ３に続く工程Ｓ４（時刻Ｔ６から時刻Ｔ７まで）では、上型１４を高速で上昇させる。図２に示すように工程Ｓ４では上型１４の位置が急勾配で上昇する（第４速度）。工程Ｓ４では、ポンプＰがＯＮにされてモータＳＭに駆動され、方向切換弁２４が図１０に示すようにＯＦＦにされ、絞り弁３３がＯＦＦにされる。上型１４が上死点まで上昇すると工程Ｓ４が終了する。工程Ｓ４終了後、ポンプＰ、方向切換弁２４、絞り弁３３、および開閉弁３１をＯＦＦにする。あるいは以下同様に、工程Ｓ１〜工程Ｓ４を繰り返す。

上述した各弁のＯＮ・ＯＦＦ切り換えは瞬時に実行される。またポンプＰのＯＮ・ＯＦＦ切り換えは、瞬時にＯＮ・ＯＦＦ切り換え可能なモータＳＭに依る。

次に各工程を詳細に説明する。

時刻０で工程Ｓ１を開始する。工程Ｓ１で、ピストン１２、ピストンロッド１３、および上型１４を自重により落下させる。この自由落下により上型１４の下降速度は最も速くなる。具体的には図１に示すように方向切換弁２４の第１ポートおよび第３ポートを接続するとともに第２ポートおよび第４ポートを接続し（ＯＦＦ）、絞り弁３３をフィードバック制御により開き、ポンプＰおよびモータＳＭを停止し（ＯＦＦ）、開閉弁３１を開く（ＯＮ）。このとき図１に示すように作動油は、タンクＮ５から給排通路３０と、方向切換弁２４と、正圧通路２５を順次流れ、正圧室１６に供給される。また作動油は、タンクＮ３から給排通路２８を流れ、正圧室１６に供給される。これにより正圧室１６には単位時間当たりに大量の作動油が供給されてピストン１２の高速下降が実現する。一方で作動油は、背圧室１７から背圧通路２６と、絞り弁３３と、排出通路２９を流れ、ピストン１２、ピストンロッド１３、および上型１４の重量によってタンクＮ４に排出される。シリンダ１１の正圧室１６および背圧室１７は無圧（大気圧）か略無圧であり、圧力計Ｍ１，Ｍ２は０か略０を表示する。なお工程Ｓ１中、絞り弁３３の開度を小さくして、排出通路２９の流量を少なくしてもよく、これにより上型１４の下降速度にブレーキをかけることができる。絞り弁３３の開度調整は例えば、リニアセンサ１８によって検出される上型１４の位置に基づくフィードバック制御である。あるいは例えば、圧力計Ｍ２によって検出される背圧に基づくフィードバック制御である。

図４は工程Ｓ１中、上型１４が高速で落下しながら樹脂素材Ｗに接触する瞬間（時刻Ｔ１）を示す模式図である。流動成形は時刻Ｔ１から開始される。図５は工程Ｓ１中、流動成形の途中状態を示す模式図である。上型１４は図４に続いて高速（第１速度）で落下しながら樹脂素材Ｗを押圧する。樹脂素材Ｗに接触する直前と対比して、上型１４の下降速度は減速する。

工程Ｓ１中、シリンダ１１の圧力は０ないし略０である。

流動成形がある程度進行すると、速度を伴う上型１４の自重のみで樹脂素材Ｗを押圧しても高速で変形し難くなり、時刻Ｔ２で図５の流動成形が終了する。これにより工程Ｓ１が終了する。

時刻Ｔ２で工程Ｓ１を終了するとともに工程Ｓ２を開始する。工程Ｓ２を開始するタイミングは、例えば下死点０から上型１４までの距離が所定値に達したときである。かかる所定値として例えば、後述する上下方向位置Ｌｂ（図１２）が挙げられる。あるいはこのタイミングは例えば、上型１４の下降速度が所定値を下回るときである。

次の工程Ｓ２で、シリンダ１１の圧力を用いて上型１４を低速（第２速度）で下降させ、樹脂素材Ｗの押圧を続行する。図６は工程Ｓ２中、樹脂素材Ｗを高圧成形する状態を示す模式図である。図７は、工程Ｓ２における作動油の流れを示す説明図である。工程Ｓ２の高圧成形において、方向切換弁２４の第１ポートおよび第４ポートを接続するとともに第２ポートおよび第３ポートを接続し（ＯＮ）、絞り弁３３を開き、開閉弁３１を閉じ（ＯＦＦ）、モータＳＭを駆動させてポンプＰにより作動油をタンクＮ１からシリンダ１１の正圧室１６へ供給する。このとき図７に示すように作動油は、タンクＮ１からポンプ吸入通路２２と、ポンプＰと、ポンプ吐出通路２３と、方向切換弁２４と、正圧通路２５を順次流れ、高い正圧によって正圧室１６に供給される。

また作動油は、背圧室１７から、排出通路２９を流れ、リリーフ弁３５を経由して、方向切換弁２４に至る。次に作動油は、方向切換弁２４の第３ポートから第２ポートに流れ、給排通路３０を経て、タンクＮ５に戻される。工程Ｓ２中、ピストン１２は第１速度（図１）よりも低速の第２速度で下降し、上型１４に油圧を付与する。

工程Ｓ２中、シリンダ１１の圧力は０（あるいは略０）から徐々に増加する。具体的には、時刻Ｔ２から時刻Ｔ３までの間に増加する。時刻Ｔ３で上型１４は下死点に到達する。

シリンダ１１の圧力は時刻Ｔ３以降も増加し、続く時刻Ｔ４で成形荷重に達する。なお図示しない変形例として、上型１４が下死点に到達すると同時に（時刻Ｔ３で）シリンダ１１の正圧が成形荷重に達してもよい。

時刻Ｔ４に続く時刻Ｔ５まで、上型１４は下死点に保持されるとともにシリンダ１１の正圧は最大値に保持される。

図８は工程Ｓ２中、樹脂素材Ｗの高圧成形が終了した状態を示す模式図である。ピストン１２が下死点まで下降し、所定時間（Ｔ５―Ｔ３）が経過すると、樹脂素材Ｗの高圧成形が終了し、プレス成形が完了する。そして樹脂素材Ｗから樹脂成形体が形成される。

時刻Ｔ５で工程Ｓ２を終了するとともに工程Ｓ３を開始する。工程Ｓ２を終了するタイミングは、例えば、上型１４が停止して所定時間が経過したときである。あるいはこのタイミングは例えば、下死点０から上型１４までの距離が所定値に達したときである。かかる所定値は例えば０が挙げられる。

次の工程Ｓ３で、シリンダ１１の作用により上型１４を低速あるいは中速で上昇させ、上型１４を樹脂成形体から離間させる。図９は、工程Ｓ３における作動油の流れを示す説明図である。工程Ｓ３の上型１４の低速上昇工程において、方向切換弁２４の第１ポートおよび第３ポートを接続するとともに第２ポートおよび第４ポートを接続し（ＯＦＦ）、絞り弁３３を閉じ、開閉弁３１を閉じ（ＯＦＦ）、モータＳＭを駆動させてポンプＰにより作動油をタンクＮ１からシリンダ１１の背圧室１７へ供給する。このとき図９に示すように作動油は、タンクＮ１からポンプ吸入通路２２と、ポンプＰと、ポンプ吐出通路２３と、方向切換弁２４と、背圧通路２６を順次流れ、高い正圧によって背圧室１７に供給される。

また作動油は、正圧室１６から、正圧通路２５と、方向切換弁２４と、給排通路３０を順次流れ、タンクＮ５に戻される。工程Ｓ３中、ピストン１２は低速または中速（第３速度）で上昇する。

時刻Ｔ６で工程Ｓ３を終了するとともに工程Ｓ４を開始する。工程Ｓ３を終了するタイミングは、特に限定されないが、工程Ｓ３の開始後、速やかであることが好ましい。工程Ｓ４を速やかに開始すれば、上型１４を上死点Ｌｕに早期に復帰させることができるからである。

次の工程Ｓ４で、シリンダ１１の作用により上型１４を高速で上昇させる。図１０は、工程Ｓ４における作動油の流れを示す説明図である。工程Ｓ４の上型１４の高速上昇工程において、方向切換弁２４の第１ポートおよび第３ポートを接続するとともに第２ポートおよび第４ポートを接続し（ＯＦＦ）、絞り弁３３を閉じ、モータＳＭを駆動させてポンプＰにより作動油をタンクＮ１からシリンダ１１の背圧室１７へ供給する。このとき図９に示すように作動油は、タンクＮ１からポンプ吸入通路２２と、ポンプＰと、ポンプ吐出通路２３と、方向切換弁２４と、背圧通路２６を順次流れ、高い正圧によって背圧室１７に供給される。

また工程Ｓ４では開閉弁３１を開（ＯＮ）にして、作動油が正圧通路２５から分岐して給排通路２８を流れ、開閉弁３１を経てタンクＮ３に戻される。工程Ｓ４中、ピストン１２は高速（第４速度）で上昇し、上死点に復帰する。

図１１はプレス成形装置のストロークとクランク角度の関係を表す図および表である。図１１における図横軸はピストン１２（図１）および上型１４（図１）の往復運動を３６０°で表す。図１１における図縦軸は上型１４（およびピストン１２）の下死点０から上死点Ｌｕまでの位置を表す。

工程Ｓ１で、上型１４がクランク角度０°の上死点Ｌｕから下降し、上型１４のクランク角度ｄ１、上下方向位置Ｌａで樹脂素材に接触する（図４）。クランク角度ｄ１は１４０°以上１５０°以下の範囲に含まれる所定値である。工程Ｓ１中、クランク角度０°からクランク角度ｄ１までの範囲を工程Ｓ１１という。

次に上型１４は下降し続けて樹脂素材を流動成形し（図５）、上型１４のクランク角度ｄ２の上下方向位置Ｌｂで流動成形が終了する（Ｌｕ＞Ｌａ＞Ｌｂ＞０）。クランク角度ｄ２は１６０°以上１７０°以下の範囲に含まれる所定値であって、クランク角度ｄ１よりも大きい。工程Ｓ１中、クランク角度ｄ１からクランク角度ｄ２までの範囲を工程Ｓ１２という。

次の工程Ｓ２で、上型１４は下降し続けて樹脂素材を高圧成形し、クランク角度１８０°の下死点０で高圧成形が終了する。

次の工程Ｓ３および工程Ｓ４で、上型１４はクランク角度１８０°の下死点０から上昇へ転じ、クランク角度３６０°の上死点Ｌｕに復帰する。なお境界になるクランク角度ｄ３は特に限定されない。変形例として、工程Ｓ３を省略し、工程Ｓ２の次に工程Ｓ４を連続して実行してもよい。

図１１に示す表は、工程Ｓ１１、工程Ｓ１２、工程Ｓ２、および工程Ｓ４それぞれの速度を単位ＳＰＭ（シリンダ１１の毎分当たりの往復回数）で表す。この表は、本実施形態の実施例１〜実施例４について表す。

実施例１では、工程Ｓ１１で上型１４を１０［ＳＰＭ］の高速で下降させ、工程Ｓ１２で上型１４を０．５［ＳＰＭ］の中速で下降させ、工程Ｓ２で上型１４を０．２［ＳＰＭ］の低速で下降させ、工程Ｓ３を省略し、工程Ｓ４で上型１４を１０［ＳＰＭ］の高速で上昇させる。

実施例２では、工程Ｓ１１で上型１４を１０［ＳＰＭ］の高速で下降させ、工程Ｓ１２で上型１４を３．９［ＳＰＭ］の中速で下降させ、工程Ｓ２で上型１４を０．２［ＳＰＭ］の低速で下降させ、工程Ｓ３を省略し、工程Ｓ４で上型１４を１０［ＳＰＭ］の高速で上昇させる。

実施例３では、工程Ｓ１１で上型１４を１０［ＳＰＭ］の高速で下降させ、工程Ｓ１２で上型１４を６．２［ＳＰＭ］の中速で下降させ、工程Ｓ２で上型１４を０．２［ＳＰＭ］の低速で下降させ、工程Ｓ３を省略し、工程Ｓ４で上型１４を１０［ＳＰＭ］の高速で上昇させる。

実施例４では、工程Ｓ１１で上型１４を１０［ＳＰＭ］の高速で下降させ、工程Ｓ１２で上型１４を９．２［ＳＰＭ］の中速で下降させ、工程Ｓ２で上型１４を０．２［ＳＰＭ］の低速で下降させ、工程Ｓ３を省略し、工程Ｓ４で上型１４を１０［ＳＰＭ］の高速で上昇させる。

この他にも表示はしなかったが、工程Ｓ１〜工程Ｓ４の各工程では、上述した実施例１〜実施例４以外の速度で上型１４を下降および上昇させてよい。また下降中の上型１４の速度［ＳＰＭ］を図１１に示すように位置Ｌａ（接触位置）で変化させる他、図示しない変形例として位置Ｌａよりも上方の非接触位置で、上型１４の下降速度［ＳＰＭ］を変化させてもよいし、あるいは他の変形例として位置Ｌａ（接触位置）を通過する前後で上型１４の速度［ＳＰＭ］は同一であってもよい。

図１２は、本発明の一実施形態になる成形体製造方法のストロークと下降速度の関係を表す図であり、上述した図１１の表に示す実施例１〜実施例４に対応する。図１２の横軸は、上型のスライド速度を表し、原点を０とする。図１２の縦軸は、下死点０から上型までの距離を表し、図１１における図縦軸の原点（下死点０）近傍を拡大したものである。

図１２を参照して、上型１４（図１）は、１０ＳＰＭで下降する工程Ｓ１１で、下死点０に近づくほど徐々に減速する。次に上型１４は、上下方向位置Ｌａを通過する前後、換言すると工程Ｓ１１を終了し工程Ｓ１２を開始する前後、で断続的に減速する。次に上型１４は、上下方向位置Ｌａから上下方向位置Ｌｂまで移動する際、換言すると工程Ｓ１２の開始から終了まで、下死点０に近づくほど徐々に減速する。このように工程Ｓ１における上型１４の第１速度は、幅を持った速度帯であると理解されたい。

次に上型１４は、上下方向位置Ｌｂを通過する前後、換言すると工程Ｓ１２を終了し工程Ｓ２を開始する前後、で断続的に減速する。次に上型１４は、上下方向位置Ｌｂから下死点０まで移動する際、換言すると工程Ｓ２の開始から終了まで、下死点０に近づくほど徐々に減速する。そして上型１４は下死点０で停止する。このように工程Ｓ２における上型１４の第２速度は、幅を持った速度帯であると理解されたい。

図１２に示すように本実施形態では、樹脂素材をプレス成形する間、上型１４の下降速度が２度断続的に変化し、３段階で連続的に変化する。具体的には工程Ｓ１１、工程Ｓ１２、および工程Ｓ２の各段階で連続的に変化し、工程が変更する際に断続的に変化する。

参考のため、低速で下降しながら樹脂素材をプレス成形する対比例の速度を図１２に破線で示す。対比例では上型が樹脂素材に接触するよりも前に、上型の速度が１度のみ断続的に変化する。また対比例では上型が樹脂素材に接触する間、上型の速度が断続的に変化しない。

図１３上側は、対比例の成形体製造方法の上型位置、圧力、および時間の関係を示すタイムチャートであり、比較のため図２に示すタイムチャートを下側に示す。対比例では、まず時刻０でポンプＰ（図１）を停止（ＯＦＦ）し、方向切換弁２４を停止（ＯＦＦ）し、絞り弁３３を前述したようにフィードバック制御し、開閉弁を開き（ＯＮ）、上死点Ｌｕに位置する上型１４の自由落下を開始する。

続く時刻Ｔ１１（上型１４が樹脂素材Ｗに接触するよりも前）でポンプＰ（図７）を停止（ＯＦＦ）し、方向切換弁２４を切り換え（ＯＮ）、絞り弁３３を閉じ（ＯＦＦ）、開閉弁３１を閉じる（ＯＦＦ）。これにより上型を停止する。

続く時刻Ｔ１２（上型１４が樹脂素材Ｗに接触するよりも前）でポンプＰ（図７）を作動（ＯＮ）させ、方向切換弁２４を切り換え（ＯＮ）、絞り弁３３を開いて（ＯＮ）開度一定とし、開閉弁３１を閉じる（ＯＦＦ）。上型１４を再び下降させる。かかる下降速度は、時刻０から時刻Ｔ１１までの落下速度よりも低速である。

続く時刻Ｔ１３で上型１４が樹脂素材Ｗに接触し、樹脂素材Ｗの流動成形を開始する。続く時刻Ｔ１４で樹脂素材Ｗの流動成形が終了し、時刻０から時刻Ｔ１４まで０または略０だったシリンダ１１の圧力が増加し始める。つまり時刻Ｔ１４から樹脂素材Ｗの高圧成形を開始する。

続く時刻Ｔ１５で上型１４が下死点０に到達し、シリンダ１１の圧力が成形荷重に達する。時刻Ｔ１５で、ポンプＰ（図１）を動作（ＯＮ）したまま、方向切換弁２４を切り換えたまま（ＯＮ）、絞り弁３３を開度一定にしたまま（ＯＮ）、開閉弁３１を閉じたまま（ＯＦＦ）にする。これにより、続く時刻Ｔ１６まで上型１４は下死点０に保持され、シリンダ１１の圧力は成形荷重に保持される。

時刻Ｔ１６で、ポンプＰ（図１）を動作（ＯＮ）したまま、方向切換弁２４を停止（ＯＦＦ）し、絞り弁３３を閉じ（ＯＦＦ）、開閉弁３１を閉じたまま（ＯＦＦ）とし、樹脂素材Ｗの高圧成形を終了する。これにより、上型１４は下死点０から低速で上昇を開始する。

続く時刻Ｔ１７で、ポンプＰ（図１）を動作（ＯＮ）したまま、方向切換弁２４を停止したまま（ＯＦＦ）、絞り弁３３を閉じたまま（ＯＦＦ）、開閉弁を開く（ＯＦＦ）。これにより、上型１４は高速で上昇し、続く時刻Ｔ１８で上死点Ｌｕに到達する。

時刻Ｔ１８で、ポンプＰ（図１）を停止（ＯＦＦ）し、方向切換弁２４を停止（ＯＦＦ）したまま、絞り弁３３を閉じたまま（ＯＦＦ）、開閉弁３１を閉じる（ＯＦＦ）。これにより、１サイクルのプレス成形が終了する。

図１３上側の対比例と、図１３下側の本実施形態を比較すると、上型１４が上死点Ｌｕから下降して樹脂素材Ｗに接触する時刻が、対比例で時刻Ｔ１３であり、本実施形態で時刻Ｔ１であり、本実施形態の方が早いことが理解される。

また樹脂素材Ｗの流動成形が終了して高圧成形を開始する時刻が、対比例で時刻Ｔ１４であり、本実施形態で時刻Ｔ２であり、本実施形態の方が早いことが理解される。

また上型１４が下死点０に到達する時刻が、対比例で時刻Ｔ１５であり、本実施形態で時刻Ｔ３であり、本実施形態の方が早いことが理解される。

また樹脂素材Ｗの高圧成形を終了する時刻が、対比例で時刻Ｔ１６であり、本実施形態で時刻Ｔ５であり、本実施形態の方が早いことが理解される。

本実施形態になる樹脂成形体の製造方法によれば、液圧のシリンダ１１によって下向きに加圧される上型１４と、上型１４と間隔を空けて対向する下型１５の間に、繊維を含み加熱により流動性を有する樹脂素材Ｗを配置する準備工程と、上型１４を自重による落下に基づく第１速度で下降させて樹脂素材Ｗに接触させ樹脂素材Ｗを第１速度で流動成形する工程Ｓ１と、流動成形する工程の終了後、シリンダ１１を駆動して第１速度よりも遅い第２速度で樹脂素材Ｗを高圧成形する工程Ｓ４とを順次実行する。これにより上型１４が樹脂素材Ｗに接触するより前に上型の下降速度を低速に切り替える対比例と比較して、迅速にプレス成形を完了することができる。したがって温度低下するよりも前に樹脂成形体を製造することができる。

また本実施形態によれば、上型１４を高速の第１速度で樹脂素材Ｗに衝突させることから、樹脂素材Ｗから気泡Ｗ３を抜き出すことができる。したがって樹脂成形体を緻密にすることができる。

また本実施形態によれば、樹脂素材Ｗを流動成形する工程Ｓ１で、シリンダ１１の背圧室１７から排出される作動油の流量を絞り弁３３で絞ることにより上型１４の第１速度を減速させることができる。

また本実施形態によれば、下型１５から上型１４までの距離に基づき、高圧成形する工程Ｓ２の開始時刻Ｔ２を設定する。具体的には上型１４の位置を検出するリニアセンサ１８を備え、リニアセンサ１８の検出結果に基づき高圧成形する工程の開始時刻Ｔ２を設定する。リニアセンサ１８の検出結果により、下型１５から上型１４までの距離を求めることができるし、上型１４の下降速度を求めることができる。図示しないコントローラは、上型１４の位置および／または下降速度に基づいて開始時刻Ｔ２を設定する。

また本実施形態によれば、樹脂素材Ｗを流動成形する工程Ｓ２で、上型１４が樹脂素材Ｗに接触後の第１速度は、図１２に示す予め設定された複数の下降速度の群（０．５［ＳＰＭ］、３．９［ＳＰＭ］、６．２［ＳＰＭ］、９．２［ＳＰＭ］）から選択される。これにより樹脂成形体の上下方向厚みに応じて、適切なプレス成形時間を確保することができる。

以上、図面を参照して本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、図示した実施の形態のものに限定されない。図示した実施の形態に対して、本発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。例えば上述した１の実施形態から一部の構成を抜き出し、上述した他の実施形態から他の一部の構成を抜き出し、これら抜き出された構成を組み合わせてもよい。

本発明になる方法は、コンポジット成形の流動を伴う成形、例えばＬＦＴ−Ｄ、ＳＭＣ、ＢＭＣ、プリプレグ成形等のプレス加工において有利に利用される。

１０ プレス成形装置、 １１ シリンダ、 １２ ピストン、
１３ ピストンロッド、 １４ 上型、 １５ 下型、
１６ 正圧室、 １７ 背圧室、 １８ リニアセンサ、
２１ 油圧回路、 ２２ ポンプ吸入通路、 ２３ ポンプ吐出通路、
２４ 方向切換弁、 ２５ 正圧通路、 ２６ 背圧通路、
２７，２９ 排出通路、 ２８，３０ 給排通路、
３１ 開閉弁、 ３２ チェック弁、 ３３ 絞り弁（電磁比例弁）、
３４，３５ リリーフ弁、 Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３ 圧力計、
Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３，Ｎ４，Ｎ５ タンク、 Ｐ ポンプ、
ＳＭ モータ、 Ｔ２ 開始時刻、 Ｗ 樹脂素材、
Ｗ１ 熱可塑性樹脂、 Ｗ２ 強化繊維、 Ｗ３ 気泡。

Claims (5)

1. 液圧シリンダによって下向きに加圧される上型と、前記上型と間隔を空けて対向する下
   型の間に、繊維を含み加熱により流動性を有する樹脂素材を配置する準備工程と、
   前記液圧シリンダに作動液を供給する液圧ポンプを止めるとともに前記上型を自由落下
   に基づく第１速度で下降させて前記樹脂素材に接触させ、前記第１速度を利用して前記樹脂素材を押圧し前記樹脂素材から気泡を抜く流動成形を実行する工程と、
   前記流動成形する工程の終了後、前記液圧ポンプから前記液圧シリンダに作動液を供給
   することにより前記液圧シリンダから前記上型に圧力を付与して前記第１速度よりも遅い
   第２速度で前記樹脂素材をさらに大きな圧力で押圧する高圧成形を実行する工程とを実行する、樹脂成形体の製造方法。
2. 前記流動成形を実行する工程で、前記液圧シリンダの背圧室から排出される作動液の流量を絞ることにより前記第１速度を減速させる、請求項１に記載の樹脂成形体の製造方法。
3. 前記下型から前記上型までの距離に基づき、前記高圧成形を実行する工程を開始する、請求項１または２に記載の樹脂成形体の製造方法。
4. 前記上型の位置を検出するセンサを備え、前記センサの検出結果に基づき前記高圧成形を実行する工程を開始する、請求項１〜３のいずれかに記載の樹脂成形体の製造方法。
5. 前記流動成形を実行する工程で、前記上型が前記樹脂素材に接触後の前記第１速度は、予め設定された複数の下降速度の群から選択される、請求項１〜４のいずれかに記載の樹脂成形体の製造方法。
   

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