JPS61502951A - 真空を用いる装入物の圧縮成形 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 真空を用いる装入物の圧縮成形 技術分野 本発明は、圧縮成形法に関し、より一層詳細に述べるならば、真空を使用して装 入物を圧縮成形する技術に関する。

背景技術 背景について説明すると、圧縮成形法とは、金型キャビティを画定する加熱され た上下のダイ部材の間に装入物が置かれる部品成形技術である。その後、ダイは 、閉鎖した位置をとるようにされ、この位置において、ダイは、装入物を圧縮し て、装入物が流れて金型キャビティを満たすようにする。樹脂が硬化したのちに 、金型は開放され、仕上り部品が除去される。

圧縮成形技術は、自動車ボデー外板のような比較的平坦な表面を有する部品を製 造するために使用されてきた。

前記部品を製造するために使用される装入物は、一般的に、強化繊維と種々の充 てん材とを含有する熱硬化性樹脂から成る。きわめてしばしば、装入物は、本技 術分野において薄板成形配合物（ＳＭＣ）として知られている薄板に成形される 。遺憾ながら、従来、強化プラスチック（ＦＲＰ）製部品をきわめて平滑な表面 を有するように成形することは、非常に困難であった。きわめてしばしば、成形 された部品は、ふくれがあるか、または粗いか、または多孔である表面を有する 。前記欠陥区域は、主として、成形作業中に装入物内部にとじこめられた空気に より生じると、一般に信じられている。とじこめられる空気を最小限にするため の従来の方法は、成形面の比較的小さい面積を覆う比較的厚い装入物を使用して 、ダイが閉鎖される時装入物中の空気が「押し出される」ようにする方法でおる 。

圧縮成形法実施中における真空の使用は、部品表面の欠陥の数を減少させるのに 有用であり得ることが、認識されている。（例えば、ファゼカス氏等の米国特許 第３．８４０．２３９号、および、本発明の譲受人に譲渡されているエベル氏等 の１９８３年４月２５日出願米国特許出願第４８８．１９４号を参照されたい。

）しかしながら、結果は、常に完全に満足すべきものであったとはいえない。（ プラスチック工業協会強化プラスチック複合物学会１９７８年第３３回年次技術 会議会報ゴーサツチ氏等著「真空および他の成形変数により影響されるＳＭＣ成 形物の表面多孔性と表面平滑性」第９−Ｆ節１頁〜７頁を参照されたい。） さらに近年には、プラスチック工業界は、商業的に受け入れられ得る平滑な仕上 りを有する部品を得るために、［インモールド・コーティングＪ　（”　１ｎ− ａ＋ｏｌｄｃｏａｔｉｎａ　”　）技術として知られているものを使用してきた 。この「インモールド・コーティング」　（“ｉｎ−ｍｏｌｄＣＯａｔｉｎＱ　 ”　）技術は、例えば、パン・エラセン氏等の米国特許第４．０８１，５７８号 に開示されている。、ｌ！Ｉ単にいえば、この方法は、硬化した部品が、金型の 中にとどまり、広がって表面内部へ進入し表面内部の小孔とボイドとを満たす組 成物で被覆される追加的処理工程を使用する。

泣憾ながら、この技術は、いくつかの欠点を有する。

例えば、追加的被覆作業は、貴重な礪械時間を消費し、単−金型当り生産ｍを減 少させる。被覆１力の部品表面への塗布を制御するために、比較的に複雑精巧で ８価な礪構を利用せねばならず、被覆物が部品表面に適正に結合することを確実 にするために、注意を払わねばならない。

当業者は、おそらく、「インモールド・コーティング」（“ｉｎ−ｍｏｌｄ　Ｃ ０ａｔｉｎ（１”　）法の使用に関連するざらに別の問題を知っているであろう 。しかし、これらの問題にも拘らず、プラスチック工業会においては、一般的に 、商業的に受け入れられ得る部品を得るためには、また、少なくとも自動車ボデ ー外板のためには、［インモールド・コーティングＪ　（”　ｉｎ−ｍｏｌｄ　 ｃｏａＮｎｇ　”　）法が必要であると認められている。

発明の要約 本発明によれば、追加的［インモールド・コーティングＪ　（”　ｉｎ−ｍｏｌ ｄ　ｃｏａｔｉｎｇ”　）後処理工程を必要とせずに、部品をきわめて平滑な表 面仕上りで圧縮成形できる。

本発明の方法は、プラスチック工業界の過去の傾向から逸脱しており、前記傾向 に反して再び、圧縮成形法実施中に真空を使用するものである。装入物が金型表 面積の予選択された百分率を覆うように、装入物をダイのうちの一方のダイの成 形面の上に置くことにより、仕上り部品の表面粗さと表面波むらとを予期しない 程度まで減少させ得ることが、発見されている。好適には、装入物被覆率は、上 ダイの成形面と協動して金型キャビティを形成する下ダイの成形面の表面積の４ ０％から８０％までである。

好ましい実施例においては、協働して金型キャビティを画定する対向する成形面 を具備した上グイと下ダイとを有する金型が開放されて、装入物が、下ダイの上 に置かれ得るようにされる。装入物は、装入物が下ダイの成形面の表面積の４０ ％から８０％までを覆うように配置された、１つ以上のＳＭＣ材料製層から成る 。ダイは、相互に向かって動かされ、部分的に閉鎖した位置へ動かされる。前記 の部分的に閉鎖した位置においては、金型キャビティは、本質的に画定されるが 、他方のダイは、装入物から隔置されている。金型キャビティは、好適には、１ ０秒未満の時間の間に少なくとも絶対水銀柱２５．４ｃｍ（１０インチ）まで排 気され真空化される。

金型キャビティが排気されたのちに、ダイは、−緒に動いて装入物を圧縮し、装 入物が流れて金型キャビティを満たすようにする。樹脂ｔよ、加熱加圧下に硬化 するようにされる。樹脂が硬化したら、金型が開放され、部品が除去される。

なぜ装入物被覆率が、表面欠陥を排除する上でこれほど重要であるのかは、完全 には分っていない。考え１！７る１つの説明は、次の通りである。すなわち、装 入物被覆率が約４０％未満である場合には、必然的により一層厚くなる装入物が 、金型ダイにより圧縮されて流れると、ガラス繊維は、乱れようとする。この結 果、Ｉ維は、不均一な方向に配置されるか、またはガラス結集部を形成し、表面 波むらとなって現われる。装入物被覆率が低すぎる場合には、部品の周囲部の黒 いはん点も時々認められる。装入物被覆率が高い場合、すなわち、約８０％を超 える場合には、装入物は、ガラス束を平滑にするために必要な若干の運動を行な うのに充分な程度に流れることができず、このため、部品が従来形着色装買で塗 装された時に「浮き出る」可能性のある区域が生じる。これに加えて、成形作業 中に真空を使用すると、とじこめられた空気に起因するふくれと多孔性との発生 をさらに一層減少させる傾向が得られる。

いずれにせよ、本発明を使用すれば、時間を消費し且つしばしば制御が困難であ る［インモールド・コーティングＪ　（”　ｉｎ−ｍｏｌｄ　Ｃ０ａｔｉｎＱ　 ”　）後処理作業を必要とせずに、きわめて平滑な表面仕上りを有する部品を製 造できる。

図面の簡単な説明 以下の明細書を読み図面を参照することにより、種々の他の利点は、当業者にと り明らかとなろう。

第１図は、本発明の方法を実施する際の好ましい工程を示す流れ工程図表、 第２（ハ）図から第２　（０図は、成形法の種々の工程における金型の横断面図 、および、 第３図は、装入物が下ダイの成形面を覆う状態を示す、第２（ハ）図の線（３− ３）に沿って見た平面図である。

第１図の工程１１を第２の）図を参照して説明する。最初の一般的工程は、全体 として番号１２で示された圧縮金型を開放することである。金型１２は、上ダイ １４と下ダイ１６とを有する。下ダイ１６は、固定台（図示せず）に装着されて いる。これに対し、上ダイ１４は、可動プラテン１８に結合されおり、前記可動 プラテン１８は、ラム２０等の作用の下に作動して、２つのダイの間の相対運動 を制御する。ダイ運動を制御する方式は、当業者の技術の範囲内にあるので、こ こに詳細に説明する必要はない。

上ダイ１４は、メス成形面２２を有し、下ダイ１６は、オス成形面２４を有する 。成形面２２．２４は、協動して、製造されるべき部品の所要の形状に対応する 形状を有する金型キャビティを画定する。いうまでもなく、成形面の形状は、最 終部品の形状により異なる。しかし、本発明は、０．１８６０５０ｍ２　（２平 方フイート）を超える表面積を有する比較的大きく全体として平坦な表面を有す る部品の成形に、特に適している。前記の種類の部品の非限定的例は、フード、 デツキ・リッド（ｄｅｃｋｌｉｄ）、屋根等の自動車ボデー外板を包含する。第 ３図は、これらの種類の自動車ボデー仮を成形するように設計された下ダイ１６ のための成形面２４の輪郭を概略的に示す。本発明の目的のためには、成形面と は、他方のダイ部材の対向する表面と協働して金型キャビティを形成する一方の ダイ部材の表面のことである。

開放位置においては、ダイ１４．１６は、第１図の工程１３により示したように 、装入物２６が下ダイ１６の成形面２４の上に置かれ得るに充分な距離だけ、隔 置されている。本発明の目的のためには、「挿入物」という用語は、゛硬化して 剛性固体状態となる樹脂を含有する材料を意味する。使用され得る樹脂は、成形 されるべき複合物品のための必要な結合と強度とを与える任意の材料であってよ い。代表的な樹脂としては、ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、ツバラッ ク形樹脂、エポキシ樹脂がある。好ましい樹脂材料は、熱硬化したポリエステル 樹脂である。本発明は、１枚以上の薄板成形配合物（ＳＭＣ）材料製薄板の形態 をなした装入物の圧縮成形に、特に有益である。ＳＭＣ材料は、所要形状に切断 されて金型の中にコかれることの可能な半固体薄板または半固体層を形成するよ うに強化繊維と種々の充てん材とが温合されている熱硬化性樹脂を包含する。代 表的な繊維は、ポリイミド繊維、ポリエステルＩＩ、ポリアミド繊維、天然繊維 、余尺繊維を包含する。好適には、繊維は、ガラス繊維ストランドと炭素ストラ ンドとである。

ガラス繊維は、現在、最も好ましい材料である。市販されているＳＭＣ材料の非 限定的例は、パッド社の［クラスへ２０００ｊ　ＳＭＣ、プレミックス社の［パ ーミグラスＪ　ＳＭＣ，オウエンズ・コーニング・ファイバーグラス社の［平滑 面Ｊ　ＳＭＣを包含する。

本発明は、熱硬化性ＳＭＣ材料と共に使用されることに特に適しているが、バル ク・モールディング・コンパウンド（ｂｕｌｋ　ｍｏｌｄｉｎａ　ｃｏｍｐｏｕ ｎｄ　）　、シック−モー／Ｌ７Ｔ’イング・フンバウンド（ｔｈｉＣｋ　ｍｏ ｌｄｉｎｏ　ｃｏｍｐｏｕｎｄ）、ＰＰＧ産業社の連続繊維ＳＭＣの商品名であ るＸＭＣ材料のような他の種類の装入物と共に本発明を使用しても、良好な結果 が得られるものと考えられる。

第２（ハ）図および第３図においては、装入物２６は、２枚のＳＭＣ材料製薄板 ２８．３０の形態をなしている。

本発明によれば、薄板２８．３０は、装入物が成形面２４の全面の４０％から８ ０％までを覆うように、成形面２４上に買かれる。すでに検討したように、装入 物被覆率が４０％未満であるかまたは８０％を超えていると、仕上り部品の表面 波むらと表面欠陥とが、許容できない程度まで増加する。はとんどの自動車ボデ ー外板の場合、好ましい装入物被覆率は、５０％から７５％までである。

当業者が知っているように、成形面上の装入物の厚さと［１と冒き方とは、最終 部品の形状により異なり得る。

一般的には、２枚以上の薄板が使用される場合には、装入物は、薄板２８．３０ 間の若干の重なりにより示されているように、各薄板間にわずかな空間があるか または各薄板間に空間がない状態で、はぼ中央に位置すべきである。装入物２６ の図示の薄板２８．３０の各々は、好適には、１つから４つまでの上下に積み重 ねられたＳＭＣ材料製層から成る。この場合、各層の厚さは、約３．１７５緬か ら約６．３５０ｍまで（約１／８インチから約１／４インチまで）である。これ は、６つから１０までの層が表面積の約２５％のみを覆うはるかに厚い装入物を 構成するいくつかの代表的手順に対して対照をなす。

工程１５に示した通り、次の一般的工程は、第２の）図に示したように金型を部 分的に閉鎖した位置へ動かすことである。部分的に閉鎖した位置においては、金 型キャビティ３２は、本質的にダイにより画定されるが、上ダイ１４は、装入物 ２６から隔置された状態にとどまる。

さらに、上シール・ホース４０が下シール・リング５２と接触すると、金型キャ ビティ３２を包囲する密閉真空室３４が創り出される。部分的に閉鎖した位置に おけるダイ間の間隔は、排気を必要とする容積を最小限にするため、できるだけ 小さく保持されるべきである。数インチの間隔が、はぼ満足な間隔である。

好ましい成形装置は、上ダイ１４を包囲する環状リング３６を包含する。リング ３６は、この実施例においては、はぼ水平な平坦面３８をその下部分に形成して いる長方彫金Ｂ管の形態をなす。たわみシール・ホース４０は、表面３８に装着 される。リング３６は、複数個の空気または油圧で作８′？ｊるシリンダの作用 の下に、上ダイ１４に対して自由に動く。２本のシリンダ４２．４４を図面に示 す。通常、金型が開放している時は、シリンダは、第２（ハ）図に影線で示した ように伸長している。たわみダイヤフラムまたはだわみベロー４６の内縁は、フ ランジ部材４８を介してダイ１４の周囲部に強固に結合される。たわみべ０−４ ６の外縁は、リング３６から伸長するフランジ５０に結合される。

第２■図に示した位置に到着するには、ラム２０が作動されて、上ダイ１４をボ ース・シール４０がリング５０と接触する部分的に閉鎖した位置へ動かす。こう して、上ダイ１４、ベロー４６、密閉リング３６、圧縮シールとして役立つホー ス４０．部材５４、下ダイ１６により、真空室３４が画定される。シリンダ４２ ．４４によりもたらされる下向き力は、終始−具して信頼できるシールが金型キ ャビティ３２のまわりに形成されることを確実にすることに役立つ。さらに、シ リンダは、リング３６を上ダイ１４に対して（第２（へ）図に示したように）上 向きに動かして、ｈ］除とすえ付けとの目的で、また、容易な接近が有利である 他の理由により２、ダイ１４への容易な接近を可能にするためにも使用され得る 。

空３４が密閉されると、次の工程は、第１図の工程１７により示したように金型 キャビティを排気することである。１０秒未満の時間の間に金型キャビテイ３２ 内部を少なくとも絶対水銀柱２５．４ｃｍ（１０インチ）まで真空化することに より、満足すべき結果が１ｑられる。しかし、好適には、ダイかそれらの部分的 に閉鎖した位置に到着したのちに、５秒間以内に水銀柱１２．７ｃｍ（５インチ ）まで真空化する。これは、弁６２を介して真空室３４に結合された真空［６０ により達成され得る。好適には、真空ＶＡ６０は、真空室３４に連続的に結合さ れた複数個の前もって排気されているタンク（図示せず）から成る。比較的大き い管６４が、中空管５４に結合される。中空管５４は、その表面５２の内側区域 に複数個の開口部６６を包含する。こうして、真空タンクと空３４との間に流体 連絡が成立する。真空密閉装置の一部分（表面５２を介して）として、および、 真空化用の比較的大きい導管としての中空管５４の二重使用は、特に有利な構造 である。

金型キャビティが排気されると、上ダイは、ダイの完全に閉鎖した位置へ向かっ て動ぎ始める。上ダイは、金型閉鎖工程中に装入物２６と接触して、装入物２６ が広がり金型キャビティ３４を満たすようにする。上ダイ警よ、その下向き移動 中に、部分的に閉鎖した位置において完全に停止する必要はないことを理解すべ きである。これは、大形プレスの場合、前記完全停止は非実用的作動となり得る ためである。ダイが装入物と接触する前に真空室が＠閉され排気されることが、 必要なすべてである。

装入物２６中の樹脂が熱硬化性である場合には、上ダイと下ダイとを加熱するた めに装置（図示せず）が配置される。典型的なＳＭＣ装入物を加工する際には、 ダイは、摂氏１４０度から１６０度までに加熱されるべきであり、６．４５１６ ｃｍ２当り２２７Ｋｇから６８１　Ｋｇまで〈５０Ｑｐｓｉから１５００ｐｓｉ まで）の成形圧力を創り出すべきである。

金型が、第２　（０図に示したように完全に閉鎖した位置に到着したら、金型キ ャビティは、大気圧へ戻されてよい。これは、弁６２を閉鎖し、大気圧に結合さ れた弁７２を開放することにより達成され得る。弁６２が閉鎖されると、真空タ ンクは、次の成形サイクルの準備を開始するために、真空ポンプにより排気され 得る。

樹脂が硬化したならば、第１図の工程２３に示したように、金型を開放して部品 の除去を可能にする。典型的には、ＳＭＣ装入物の場合、キュア時間は、成形部 品の厚さの各３．１７５Ｍ（１／８インチ）当り１分から３分までである。

本発明に従い製造された部品は、著しい表面平滑性を示すと共に、広く社会に受 け入れられ得る部品を得るために「インモールド・コーティングＪ　（”　１ｎ −ａ＋ｏｌｄｃｏａＮｎｇ　”　）工程の使用が一般的に要求されない程度まで 、あばたとふくれとを減少される。従って、インモールド・コーティング（”　 １ｎ−Ｉｌｌｏｌｄ　ｃｏａｔｉｎｇ　”　）法に関連する追加的費用と追加的 困難とを避けることができる。

当業者【よ、以下の請求の範囲に規定された本発明の精神から逸脱せずに、ここ に説明した特定例の他の利点と変形とを得ることができることを認識し得よう。

国際調査報告

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. １．ａ．部品の所要形状に対応する形状を有した金型キヤビテイを協働して画定 する対向成形面を具備した上ダイと下ダイとを備える金型を開放することと、ｂ ．装入物が成形面の表面積の４０％から８０％までを覆うように装入物をダイの うちの一方のダイの成形面の上に置くことと、ｃ．ダイを相互に向けて動かして 金型キヤビテイは木質的に画定されているが他方のダイは装入物から隔置されて いる部分的に閉鎖した状態にすることと、ｄ．金型キヤビテイを排気することと 、ｅ．金型を閉鎖してダイが装入物を圧縮し装入物に金型キヤビテイを満たさせ るようにすることと、ｆ．樹脂が硬化するように樹脂を放置することと、ｇ．金 型を開放して部品を除去することとから成る、硬化し得る樹脂を含有する装入物 を圧縮成形して平滑な表面を備えた部品を製造する方法。
2. ２．請求の範囲第１項に記載の方法において、装入物は熱硬化し得る樹脂と強化 繊維とを含有する薄板成形配合物（ＳＭＣ）から成ることを特徴とする方法。
3. ３．請求の範囲第２項に記載の方法において、金型キヤビテイは工程（ｄ）にお いて１０秒未満の時間の間に少なくとも絶対水銀柱２５．４ｃｍ（１０インチ） まで排気されることを特徴とする方法。
4. ４．ａ．協働して板の所要形状に対応する形状を有する金型キヤビテイを画定す る対向する成形面を具備した上ダイと下ダイとを有する金型を開放することと、 ｂ．装入物が成形面の表面積の４０％から８０％までを覆うように薄板成形配合 物（ＳＭＣ）の装入物がダイのうちの一方のダイの成形面の上に置くことと、ｃ ．ダイを相互に向けて動かして金型キヤビテイは本質的に画定されているが他方 のダイは装入物から隔置されている部分的に閉鎖した状態にすることと、ｄ．１ ０秒未満の時間の間に金型キヤビテイを少なくとも絶対水銀柱２５．４ｃｍ（１ ０インチ）まで排気することと、ｅ．金型を閉鎖してダイが装入物を圧縮し装入 物に金型キヤビテイを満たさせるようにすることと、ｆ．６．４５１６ｃｍ２当 り２２７ｋｇから６８１ｋｇまで（５００ｐｓｉから１５００ｐｓｉまで）のダ イ間圧力の下で装入物を摂氏１４０度から１６０度までに加熱することと、ｇ． 金型を開放して板を除去することとから成る、平滑な仕上りを有することを必要 とする０．１８６０５０ｍ２（２平方フイート）を越える表面積を有する全体と して平坦な表面を特徴とする自動車ボデー外板を製造する方法。
5. ５．請求の範囲第４項に記載の方法において、装入物は４つ以下のＳＭＣ材料製 層から成り、前記層の各々の厚さは約３．１７５ｍｍから約６．３５ｍｍまで（ 約１／８インチから約１／４インチまで）であることを特徴とする方法。
6. ６．請求の範囲第４項に記載の方法において、装入物は成形面の５０％から７５ ％までを覆うことを特徴とする方法。