KR101419812B1

KR101419812B1 - 섬유를 포함하는 수지 성형품의 압축성형 장치 및 압축성형 방법

Info

Publication number: KR101419812B1
Application number: KR1020130034987A
Authority: KR
Inventors: 타케시 카와치; 미키오 나가타
Original assignee: 가부시키가이샤 메이키 세이사쿠쇼
Priority date: 2012-04-13
Filing date: 2013-04-01
Publication date: 2014-07-15
Also published as: US9421702B2; CN103372944A; JP2013220550A; JP5153023B1; CN103372944B; KR20130116015A; EP2650097A1; US20130270730A1; EP2650097B1

Abstract

[과제] 형 개방된 하형에 대하여 재료 공급 장치에 의해 용융 재료를 공급하고, 그 후에 하형과 상형을 폐쇄하여 상기 용융 재료를 압축할 때, 프레스 장치의 구조를 간략하게 하면서 양호한 섬유를 포함하는 성형품을 성형 가능하게 한다.
[해결 수단] 형 개방된 하형(13)에 대하여 재료 공급 장치(15)로부터 섬유를 포함하는 수지 재료(M)를 공급하고, 그 후에 하형(13)과 상형(12)을 폐쇄하고 상기 재료(M)를 압축할 때, 상기 재료(M)를 용융상태로 하는 재료 가열 수단(15)과, 상기 상형(12)이 부착되는 상반(21)과 하형(13)이 부착되는 하반(18)과, 상형(12) 또는 상반(21)과 하형(13) 또는 하반(18) 사이의 거리를 검출하는 3개 이상의 위치 센서(20)와, 상반(21) 또는 하반(18)의 일방에 설치되고 상기 위치 센서(20)의 정보에 의해 개별적으로 제어되는 3개 이상의 압축용 실린더(22)가 설치되어 있다.

Description

섬유를 포함하는 수지 성형품의 압축성형 장치 및 압축성형 방법{COMPRESSION MOLDING APPARATUS AND COMPRESSION MOLDING METHOD OF RESIN MOLDED PRODUCT COMPRISING FIBER}

본 발명은 형 개방된 하형에 대하여 재료 공급 장치에 의해 섬유를 포함하는 수지 재료를 공급하고, 그 후에 하형과 상형을 폐쇄하고 상기 재료를 압축하는 섬유를 포함하는 성형품의 압축성형 장치 및 압축성형 방법에 관한 것이다.

수지 등의 용융 재료를 형 내에서 압축하여 성형하는 방법으로서는 형 폐쇄된 캐버티 내에 용융 재료를 사출 장치로부터 사출하고, 또한 압축하는 사출 압축성형 방법이 알려져 있다. 그러나 상기 사출 압축성형 방법은 사출시에 용융 재료에 고압이 걸려 섬유 재료 등이 손상을 받는 경우가 있다고 하는 문제나 섬유 재료 등에서 용융 재료의 유동성이 나쁜 경우에 사출시에 충전이 곤란한 경우가 있다고 하는 문제가 있었다. 또 상기 이외에는, 형을 연 상태에서 용융 재료를 하형의 캐버티면에 공급 후에 상형과 하형을 폐쇄하고 압축을 행하는 압축성형 방법도 알려져 있다. 압축성형의 경우, 포트로부터 비교적 견고하게 원형을 유지한 용융 재료가 형 내에 공급되는 트랜스퍼 성형이라고도 불리는 압축성형과, 사출 장치 또는 압출 장치로부터 유동상태의 용융 재료가 형 내에 공급되는 스탬핑 성형이라고도 불리는 압축성형이 있다.

상기의 스탬핑 성형의 경우에는, 하형에 공급된 수지는 유동상태이므로, 가동 금형을 고정밀도로 이동시켜 가압하는 것이 바람직하다. 그러한 요구에 따른 것으로서 특허문헌 1에 기재된 것이 알려져 있다. 특허문헌 1에서는, 재료 공급 장치에 의해 공급된 수지 재료에 대하여 금형의 이동을 위치 제어에 의해 고정밀도로 이동시켜 가압하는 것이 가능하게 되어 있다. 그렇지만 특허문헌 1에서는, 성형품의 형상이나, 그것에 대응하는 수지의 공급 위치에 따라서는, 고정 금형에 대한 가동 금형의 평행도를 유지하기 어려운 경우가 발생한다. 즉 스탬핑 성형에서는, 수지 재료가 최초에 가압되는 부분이 금형의 중심이 아니고, 중심 부분 이외로부터 가압이 개시되면 고정 금형과 가동 금형 사이의 평행도가 유지되기 어렵다. 그리고 가압 초기에 고정 금형에 대한 가동 금형의 평행도가 무너지면 최종 성형품의 판 두께를 원하는 상태로 하는 것이 곤란하게 된다는 문제가 있다. 그리고 그것들은 대면적의 성형품이나 탄소 섬유를 포함하는 수지 등과 같은 유동성이 나쁜 재료를 사용한 경우에 현저하게 된다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 특허문헌 2에 기재된 것이 알려져 있다. 특허문헌 2에서는, 베드 위에 출몰할 수 있도록 설치한 평형 지지 장치에 의해, 고정 금형에 대한 가동 금형의 평행도를 유지하는 것이 기재되어 있다. 특허문헌 2에서는, 평형 지지 장치가 긴 스크로크의 가압 실린더와는 별개로 설치되어 있다. 또 특허문헌 2에서는 상기 평형 지지 장치를 사용해서 어떻게 위치 제어하여 가압성형을 행하는 것인지, 스탬핑 성형의 프레스 가압 제어에 관해서는 거의 기재가 되어 있지 않다. 또한 특허문헌 2는 형 개방시에 위치 제어 등을 어떻게 행하는지 기재되어 있지 않다. 또한 성형되는 재료의 종류도 가소성 재료로 기재되어 있을 뿐이며, 어떤 재료를 사용하여 성형하는지 명확하지 않다.

일본 특개 평10-100173호 공보(0026, 도 1) 일본 특개 소60-222215호 공보(2페이지 좌상란, 2페이지 우상란, 3페이지 우상란, 도 1)

상기 특허문헌 2에서는 프레스 성형 장치의 평행도를 유지하기 위한 구조가 베드에 설치되고, 베드로부터 돌출하므로, 베드의 구조가 복잡하게 된다고 하는 문제가 있었다. 또한 하형을 부착하는 볼스터에도 평형 지지 장치의 일부인 중간 지지재가 부착되어, 볼스터의 구조가 복잡하게 된다고 하는 문제가 있었다. 그리고 볼스터를 프레스 장치 내에 반입하고나서 평형 지지 장치의 지지부를 돌출시켜 중간 지지재를 지지하므로, 양자의 조정이 어려운 것이었다. 게다가 하형의 주위에 중간 지지재가 돌출한 모양으로 되므로, 재료를 용융상태로 하여 공급하는 재료 공급 장치의 가열통의 부분이 맞닿거나 하여 방해되는 경우가 있었다.

더욱이, 특허문헌 2에 대해서는, 가압시에 위치 제어 등의 제어를 어떻게 행하는지 기재되어 있지 않아, 당업자는 특허문헌 2를 보았다고 해도 가압 초기부터 가압 종기까지 양호한 성형을 행할 수 없는 것이었다. 또 특허문헌 2는, 2페이지 우상란에 기재되는 바와 같이, 평형 지지 장치는 가압시의 스트로크에 대응하는 것이며, 형 개방시의 사용은 상정되어 있지 않은 것이었다.

그래서 본 발명의 압축성형 장치 및 압축성형 방법은 형 개방된 하형에 대하여 재료 공급 장치에 의해 섬유를 포함하는 수지 재료를 공급하고, 그 후에 하형과 상형을 폐쇄하고 상기 재료를 압축하여 섬유를 포함하는 성형품을 압축성형할 때에, 프레스 장치의 구조를 간략하게 하면서 양호한 섬유를 포함하는 성형품을 성형 가능하게 하는 것을 가능하게 한 압축성형 장치 및 압축성형 방법을 제공하는 것도 목적으로 한다. 또한 제 2 과제로서 가압시의 제어 방법을 확립하여 양호한 섬유를 포함하는 성형품을 성형 가능하게 한 압축성형 장치 및 압축성형 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한 제 3 과제로서 형 개방시의 제어 방법을 확립하여 양호한 섬유를 포함하는 성형품을 성형 가능하게 한 압축성형 장치 및 압축성형 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 청구항 1에 기재된 압축성형 장치는 형 개방된 하형에 대하여 재료 공급 장치에 의해 섬유를 포함하는 수지 재료를 공급하고, 그 후에 하형과 상형을 폐쇄하고 상기 재료를 압축하는 섬유를 포함하는 성형품의 압축성형 장치에 있어서, 압축성형을 개시할 때까지 섬유를 포함하는 수지 재료를 용융상태로 하는 재료 가열 수단과, 상기 상형이 부착되는 상반과 하형이 부착되는 하반과, 상형 또는 상반과 하형 또는 하반 사이의 거리를 검출하는 3개 이상의 위치 센서와, 상반 또는 하반 중 일방에 설치되어 상기 위치 센서의 정보에 의해 개별적으로 제어되는 3개 이상의 압축용 실린더가 설치되고, 상기 압축용 실린더에 의해 상기 재료를 가압하여 압축성형을 행하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 2 항에 기재된 섬유를 포함하는 성형품의 압축성형 장치는, 제 1 항에 있어서, 상기 압축용 실린더에는 작동유의 압력을 검출하는 압력 센서가 설치되고, 상기 압축용 실린더는 상기 압력 센서의 정보에 의해 개별적으로 제어되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 3 항에 기재된 섬유를 포함하는 성형품의 압축성형 방법은 형 개방된 하형에 대하여 재료 공급 장치에 의해 섬유를 포함하는 수지 재료를 공급하고, 그 후에 하형과 상형을 폐쇄하고 상기 재료를 압축하는 섬유를 포함하는 성형품의 압축 성형 방법에 있어서, 압축성형을 개시할 때까지 상기 재료를 용융상태로 하는 재료 가열 수단과, 상형이 부착되는 상반과 하형이 부착되는 하반과, 상형 또는 상반과 하형 또는 하반 사이의 거리를 검출하는 3개 이상의 위치 센서와, 상반 또는 하반 중 일방에 설치되고 상기 위치 센서의 정보에 따라 개별적으로 제어되는 3개 이상의 압축용 실린더가 설치되고, 상기 압축용 실린더에 의해 상기 재료를 가압하여 압축성형을 행하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 4 항에 기재된 압축성형 방법은, 제 3 항에 있어서, 상기 압축용 실린더에는 작동유의 압력을 검출하는 압력 센서가 설치되고, 용융 재료의 압축성형은, 상기 3개 이상의 위치 센서의 정보에 의해 개별적으로 압축용 실린더를 제어하여 위치 제어를 행한 후, 복수의 압력 센서의 정보에만 의해 개별적으로 압축용 실린더를 제어하거나 또는 상기 3개 이상의 위치 센서의 정보에 압력 센서의 정보를 더해서 개별적으로 압축용 실린더를 제어하여 상기 재료의 압축성형을 행하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 섬유를 포함하는 수지 성형품의 압축성형 장치 및 압축성형 방법은 형 개방된 하형에 대하여 재료 공급 장치에 의해 섬유를 포함하는 수지 재료를 공급하고, 그 후에 하형과 상형을 폐쇄하고 상기 재료를 압축하는 섬유를 포함하는 성형품의 압축성형에 있어서, 압축성형을 개시할 때까지 섬유를 포함하는 수지 재료를 용융상태로 하는 재료 가열 수단과, 상기 상형이 부착되는 상반과 하형이 부착되는 하반과, 상형 또는 상반과 하형 또는 하반 사이의 거리를 검출하는 3개 이상의 위치 센서와, 상반 또는 하반 중 일방에 설치되고 상기 위치 센서의 정보에 의해 개별적으로 제어되는 3개 이상의 압축용 실린더가 설치되고, 상기 압축용 실린더에 의해 상기 재료를 가압하여 압축성형을 행하므로, 종래의 장치와 비교하여 프레스 장치의 구조를 간략하게 하면서도 양호한 섬유를 포함하는 수지 성형품을 성형할 수 있다.

도 1은 본 실시형태의 섬유를 포함하는 수지 성형품의 압축성형 장치의 평면도이다.
도 2는 본 실시형태의 섬유를 포함하는 수지 성형품의 압축성형 장치의 정면도이다.
도 3은 본 실시형태의 섬유를 포함하는 수지 성형품의 압축성형 장치의 제어 블럭도이다.
도 4는 본 실시형태의 섬유를 포함하는 수지 성형품의 압축성형 방법을 도시하는 도면으로, 재료 공급 장치에 의해 용융 재료를 공급 개시한 직후의 상태를 도시하는 도면이다.
도 5는 본 실시형태의 섬유를 포함하는 수지 성형품의 압축성형 방법을 도시하는 도면으로, 재료 공급 장치에 의해 용융 재료를 공급 종료하기 직전의 상태를 도시하는 도면이다.
도 6은 본 실시형태의 섬유를 포함하는 수지 성형품의 압축성형 방법을 도시하는 도면으로, 하형이 프레스 장치의 가압 위치로 이동된 상태를 도시하는 도면이다.
도 7은 본 실시형태의 섬유를 포함하는 수지 성형품의 압축성형 방법을 도시하는 도면으로, 하형과 상형 사이에서 용융 재료의 압축성형(스탬핑 성형)이 행해진 상태를 도시하는 도면이다.
도 8은 본 실시형태의 섬유를 포함하는 수지 성형품의 압축성형 방법을 도시하는 도면으로, 압축성형 후에 캐버티면과 압축성형된 1차 성형품 사이에 공간이 형성된 상태를 도시하는 도면이다.
도 9는 본 실시형태의 섬유를 포함하는 수지 성형품의 압축성형 방법을 도시하는 도면으로, 사출 압축성형(사출)이 개시된 상태를 도시하는 도면이다.
도 10은 본 실시형태의 섬유를 포함하는 수지 성형품의 압축성형 방법을 도시하는 도면으로, 사출 압축성형에 있어서의 사출 후의 압축 공정 또는 냉각 공정의 상태를 도시하는 도면이다.
도 11은 본 실시형태의 섬유를 포함하는 수지 성형품의 압축성형 방법을 도시하는 도면으로, 사출 압축성형이 완료되고, 형 개방된 상태를 도시하는 도면이다.
도 12는 본 실시형태의 섬유를 포함하는 수지 성형품의 압축성형 방법을 도시하는 도면으로, 하형이 프레스 장치로부터 반출되고, 복합 성형품이 꺼내지고 있는 상태를 도시하는 도면이다.
도 13은 본 실시형태의 섬유를 포함하는 수지 성형품의 압축성형 방법을 나타내는 표로서, 도 7 또는 도 11의 제어 방법을 나타내는 표이다.

도 1 또는 도 3에 의해 본 실시형태의 섬유를 포함하는 수지 성형품의 압축 장치(11)에 대하여 설명한다. 본 실시형태의 섬유를 포함하는 수지 성형품의 압축 장치(11)는 섬유를 포함하는 수지 재료(M)를 상형(12)과 하형(13) 사이에서 압축하는 버티컬 타입의 프레스 장치(14)와, 섬유를 포함하는 수지 재료(M)를 용융상태로 하는 재료 가열 수단이기도 한 상기 섬유를 포함하는 수지 재료(M)의 재료 공급 장치(15)와, 용융 재료의 사출을 행하는 수평형의 사출 장치(16)가 설치되어 있다. 그리고 프레스 장치(14)와 재료 공급 장치(15)에 의한 하형(13)으로의 섬유를 포함하는 수지 재료(M)의 공급 위치(a1) 사이에는 하형(13)의 이동 장치(17)가 설치되어 있다.

프레스 장치(14)에 대하여 설명하면, 도 2에 도시하는 바와 같이, 하반으로서 하형(13)이 부착되는 고정반(18)의 네 코너 근방에는 압축용 실린더(22)가 설치되어 있다. 그리고 압축용 실린더(22)의 로드가 타이바(19)를 형성하고 있고, 타이바(19)는 상방을 향하여 세워 설치되어 있다. 또 타이바(19)에는 걸어맞춤용의 홈으로 이루어지는 걸어맞춤부(19a)가 형성되어 있다. 그리고 타이바(19)의 상방은 상반으로서 상형이 부착되는 가동반(21)의 네 코너 근방의 구멍에 삽입통과되어 있다. 또 고정반(18)과 가동반(21) 사이에는 형 개폐 기구인 형 개폐용 서보모터(23)가 볼나사, 볼나사 너트 등으로 이루어지는 전동형 개폐 기구(24)가 복수 설치되어 있다. 그리고 상기 전동형 개폐 기구(24)의 작동에 의해 가동반(21)은 타이바(19)를 따라 승강한다. 또한 가동반(21)에는 하프 너트(25)가 부착되고, 타이바(19)에 형성된 걸어맞춤부(19a)에 걸어맞춤가능하게 되어 있다. 또한 압축용 실린더(22)에 대해서는, 상반인 가동반(21)에 설치된 것이어도 되고, 하프 너트(25)가 설치되는 반도 한정되지 않는다. 본 실시형태에서는 압축용 실린더(22)는 고정반(18)의 4개가 설치되지만, 3개 이상의 복수이면 된다. 또한 본 발명의 평행 제어를 행하는 프레스 장치는, 다음과 같은 것이어도 된다. 프레스 장치는 하형이 부착되는 하반과 상형이 부착되는 상반 이외에, 상기 상반의 상부에 수압반(受壓盤)이 설치된 것이어도 된다. 그 경우 수압반과 하반 사이에 타이바가 삽입통과되고, 가동반인 상반은 형 개폐 기구에 의해 타이바를 따라 승강한다. 이 수압반을 갖는 프레스 장치에서는 수압반의 중앙부에 가압용 실린더가 부착되고, 그 램이 상반의 배면에 고정된다. 그리고 상기 가압용 실린더와는 별도로, 상반 및 하반 중 어느 일방에 3개 이상, 바람직하게는 4개의 압축용 실린더의 실린더부가 부착되는 형태로 설치되고, 상반 및 하반 중 어느 하나의 타방에 상기 압축용 실린더의 로드가 부착된다. 또한 프레스 장치에서 평행 제어를 행하지 않는 경우에는, 일반적인 토글식의 형 체결 기구가 설치된 수직형 형 체결 장치나, 형 체결 실린더와 형 개폐 기구가 설치된 수직형 형 체결 장치를 사용해도 된다.

또한 고정반(18)과 가동반(21) 사이에는, 고정반(18)과 가동반(21) 사이의 거리를 측정하는 위치 센서(20)가 설치되어 있다. 위치 센서(20)의 수는 압축용 실린더(22)의 수에 대응하여 설치하는 것이 바람직하고, 본 실시형태에서는 4개가 설치되지만, 3개 이상의 복수이면 된다. 그리고 각각의 위치 센서(20)는 제어 장치(34)에 접속되어 있고, 위치 센서(20)에 의해 검출된 위치 정보가 제어 장치(34)에 보내지게 되어 있다. 프레스 장치(14)에 있어서, 위치 센서(20)를 설치하는 위치는 타이바(19)에 근접하여 각각 설치하는 것이 바람직하다. 또 위치 센서(20)에 대해서는, 상형(12)과 하형(13) 사이의 거리를 검출하는 것이어도 되고, 상형(12)과 하반, 하형(13)과 상반 사이의 거리를 검출하는 것이어도 된다. 위치 센서(20)의 종류에 대해서는 한정되지 않으며, 검출 장치와 스케일에 대해서도, 각각이 어느 반에 설치된 것이어도 된다. 고정반(18)과 가동반(21) 사이에는, 4개소에 위치 센서(20)가 설치되어 있다.

다음에 압축용 실린더(22)의 유압 회로와 제어에 대하여 설명한다. 도 3에 도시하는 바와 같이, 고정반(18)에 설치되는 4개의 압축용 실린더(22)에 대하여 탱크(81)로부터 작동유를 공급하는 펌프(82)가 설치되고, 펌프(82)에 접속되는 주관로(主管路)(83)에는 체크 밸브(84) 등이 설치되어 있다. 또한 주관로(83)로부터 분기된 관로에는 릴리프 밸브(85)가 설치되어, 주관로(83)의 작동유의 압력의 상한을 제어한다. 릴리프 밸브(85)를 압력 제어 가능하게 하거나, 또는 별도의 압력 제어용 밸브에 의해, 압축용 실린더(22)에 공급하는 작동유의 압력을 일괄하여 또는 개별적으로 제어할 수 있다. 주관로(83)로부터 분기하여, 각각의 압축용 실린더(22)로의 분기 관로에는 서보 밸브(86)가 각각 설치되고, 분기관로는 서보 밸브(86)의 P 포트에 접속되어 있다. 또 서보 밸브(86)의 A 포트와 B 포트로부터는 각각 관로에 의해 압축용 실린더(22)의 압축측 오일실(22a)과 압축용 실린더(22)의 형 개방측 오일실(22b)에 접속되어 있다. 더욱 서보 밸브(86)의 P포트는 탱크(81)에 접속되어 있다. 압축용 실린더(22)의 압축측 오일실(22a)로의 관로에는 압력 센서(87)가 설치되고, 형 개방측 오일실(22b)로의 관로에는 유압 센서(88)가 설치되어 있다.

압력 센서(87, 88)는 각각 제어 장치(34)에 접속되어 있고, 압력 센서(87, 88)에 의해 검출된 압력 정보는 제어 장치(34)에 보내지게 되어 있다. 또 제어 장치(34)로부터는 각 서보 밸브(86)로의 지령이 보내지게 되어 있다. 따라서 각 압축용 실린더(22)는 각 서보 밸브(86)에 의해 개별적으로 제어된다. 본 실시형태에서 제어 장치(34)는 서보 앰프를 포함하는 넓은 개념의 제어 장치를 포함하고, 타이머의 기능도 가지고 있다. 또 제어 장치(34)는 압력 제어 밸브 등을 설치하는 경우는 그것들의 제어도 행한다.

프레스 장치(14)의 하형(13)은 하형 부착판(26)에 부착되고, 프레스 장치(14)의 내부의 가압 위치(a2)와 프레스 장치(14)의 외부의 공급 위치(a1) 사이에서, 도 1에 있어서의 X축 방향으로 이동가능한 것이다. 그리고 고정반(18)의 일측(도 1에 있어서 좌측)에는 하형(13)의 이동 장치(17)가 연결·고정되어 있다. 상기 하형(13)의 이동 장치(17)의 상면은 고정반(18)의 상면과 동일한 높이로 되어 있고, 하형(13)을 이동시키기 위한 2개의 가이드 레일(27)이 양쪽의 상면에 걸쳐서 설치되어 있다. 그리고 상기 가이드 레일(27)을 따라 하형 부착판(26)이 이동되게 되어 있다. 도시는 하지 않지만, 하형 부착판(26)의 하면측은 스프링을 통하여 전동 롤링볼 또는 차축과 차륜이 설치되어 있고, 하형 부착판(26)이 하형(13)을 프레스 장치(14)의 내부의 가압 위치(a2)와 프레스 장치(14)의 외부의 공급 위치(a1) 사이에서 이동하는 경우에는, 고정반(18)의 상면이나 이동 장치(17)의 상면으로부터 하형 부착판(26)의 하면이 들뜨게 되어 있다. 또 고정반(18)의 가압 위치(a2)에서 상형(12)과 하형(13)이 형 폐쇄되고 압축성형(사출 압축성형을 포함함)이 될 때는, 상기 스프링이 수축됨과 아울러 도시하지 않은 클램프에 의해 클램프되어, 고정반(18)의 상면과 하형 부착판(26)의 하면이 밀착하게 되어 있다.

하형(13)의 이동 장치(17)의 구동원은 서보모터(28)이며, 이동 장치(17)의 공급 위치(a1)측의 측면에 서보모터(28)가 고정되어 있다. 그리고 상기 가이드 레일(27)과 평행하게 볼나사(29)가 설치되고, 볼나사(29)의 일방은 베어링을 통하여 이동 장치(17)의 상면에 회전 가능하게 고정되고, 타방은 베어링을 통하여 고정반(18)의 상면에 회전 가능하게 고정되어 있다. 또한 상기 베어링보다도 더욱 일방 근처인 볼나사(29)의 단부 근방에는 종동 풀리(30)가 고정되고, 서보모터(28)의 구동 풀리(31)와의 사이에 구동력 전달용의 타이밍벨트(32)가 건너 걸쳐져 있다. 또한 상기 하형 부착판(26)의 측면에는 볼나사 너트(33)가 고정되고, 볼나사 너트(33)에는 상기 볼나사(29)가 삽입통과되어 있다. 그리고 서보모터(28)가 구동되면, 볼나사(29)가 회전되어, 볼나사 너트(33)와 하형 부착판(26)과 하형(13)이 X축 방향으로 직선운동되도록 되어 있다. 또한 하형(13)의 이동 장치(17)의 볼나사 너트(33)는 하형 부착판(26)의 이면에 부착해도 되고, 구조에 대해서는 이것에 한정되지 않는다. 또 하형(13)은 로터리 테이블에 의해 프레스 장치(14) 밖으로 끌어 내지는 것이어도 되며, 이 경우의 이동 장치에 의한 하형의 이동궤적은 원호가 된다.

프레스 장치(14)에 부착되어 사용되는 금형(12, 13)에 대하여 설명하면, 하형(13)은 공급한 용융상태의 섬유를 포함하는 수지 재료(M)(섬유와 수지 재료)가 흘러내리지 않도록 오목형(캐버티형)으로 하는 것이 바람직하고, 상형(12)은 볼록형(코어형)으로 하는 것이 바람직하다. 또한 하형(13)은 섬유를 포함하는 수지 재료(M)를 공급하고나서 이동하므로, 그 동안에 용융상태의 섬유를 포함하는 수지 재료(M)의 고화가 진행되지 않도록, 가열 기구를 갖는 것이 바람직하다. 가열 기구로서는 히터나, 금형 내에 공급되는 매체를 가열 매체와 냉각 매체로 전환할 수 있는 기구가 사용된다. 또 하형(13)의 이동 장치(17)의 상방에 공급한 섬유를 포함하는 수지 재료(M)의 고화가 진행되지 않도록 적외선 조사나 히터 등의 열원을 설치해도 된다. 그리고 하형(13)에 가열 기구가 설치되는 경우에는, 성형품의 휨의 발생의 문제 때문에, 상형(12)에도 가열 기구가 설치되는 것이 바람직하다.

하형(13)에는 캐버티면(13a)과 노즐 터치면(75) 사이를 연통하여 핫 러너(76)가 설치되어 있다. 핫 러너(76)에는 도시하지 않은 게이트 밸브가 설치되고, 압축성형 시에는 게이트 밸브는 폐쇄되어 있다.

하형(13)에는 이젝터 장치(61)의 이젝터 판과 이젝터 판에 복수 세워 설치된 돌출 핀(62)이 내장되어 있다. 또 이동 장치(17)의 재료공급 위치(a1)의 하방에는, 이젝터 장치(61)의 구동원(63)과 이젝터 로드가 설치되어 있다. 그리고 복합 성형품(P)은, 하형(13)이 재료공급 위치(a1)에 도달하면, 이젝터 장치(61)가 작동하여 복합 성형품(P)의 하형(13)으로부터의 돌출이 된다. 또한 이젝터 장치(61)가 설치되는 위치는 프레스 장치(14)의 고정반(18)측이나 가동반(21)측이어도 된다. 또한 금형의 캐버티는 진공상태로 하는 것이 가능하도록 해도 된다. 구체적으로는, 상형과 하형이 끼워맞추어졌을 때에 형성되는 캐버티는 시일 부재에 의해 실링되어, 외계와 격리되도록 한다. 이 경우, 캐버티 또는 씨일 중의 일부로부터 관로를 통하여, 진공펌프에 의해 캐버티의 진공 처리를 할 수 있도록 한다. 또는 금형 전체부를 덮는 형태나, 프레스 장치(14) 전체를 덮는 형태로, 진공실에 설치하는 것에 의해서도 캐버티 내의 진공화는 달성할 수 있다.

또한 이동 장치(17)의 재료공급 위치(a1)의 상방에는 취출기(64)가 이동 가능하게 되어 있다. 취출기(64)는 도시하지 않은 서보모터에 의해 수평방향 및 수직방향으로 이동 가능하고, 부압 흡인 수단에 접속되어 부압 흡인되는 흡반(65)에 의해 복합 성형품(P)의 흡인을 행한다.

따라서, 본 실시형태에서는, 재료 공급 위치(a1)는 복합 성형품(P)의 취출 위치이기도 하여, 재료 공급 위치(a1)의 상방의 스페이스는 취출기(64)와 재료 공급 장치(15)가 번갈아 침입하는 형태가 된다(도 1에서는 취출기(64)는 생략하여 기재하고, 도 2에서는 취출기(64)는 재료 공급 장치(15)의 상방에서 대기한 상태를 도시하고 있다.). 이와 같이 프레스 장치(14) 밖에서 하나의 하형(13)으로의 스탬핑 성형용의 섬유를 포함하는 수지 재료(M)의 공급이나 복합 성형품(P)의 취출을 행함으로써, 프레스 장치(14)의 형 개방 간격이 작아도 되므로, 프레스 장치(14)의 높이를 낮게 할 수 있다.

다음에 도 1, 도 2에 의해 재료 가열 수단이기도 한 재료 공급 장치(15)에 대하여 설명한다. 재료 공급 장치(15)는, 전후진용의 이동 장치(35)에 의해, 하형(13)의 이동 장치(17) 및 이동방향과 동일한 방향인 X축 방향으로 이동가능하게 되어 있다.

도 2에 도시하는 바와 같이, 재료 공급 장치(15)의 이동 장치(35)는 베이스 또는 바닥면 위에 2개의 가이드 레일(36)이 설치되고, 가이드 레일(36) 위를 재료 공급 장치(15)의 받침대(基台)(37)가 이동가능하게 되어 있다. 또 베이스 또는 바닥면 위에는, 볼나사(38)가 회전가능하게 배치되고, 받침대(37)에 고정된 볼나사 너트(50)가 상기 볼나사(38)에 삽입통과되어 있다. 또 볼나사(38)의 단부 근방에는 종동 풀리(39)가 고정되고, 서보모터(40)의 구동 풀리(41)와의 사이에는 타이밍벨트(42)가 건너 걸쳐져 있다. 따라서 서보모터(40)의 구동에 의해, 재료 공급 장치(15)의 받침대(37)와 볼나사 너트(50)가 직선운동되도록 되어 있다. 또한 이동 장치(35)는 받침대(37)와 이동 장치(17)의 측면 사이에 부착해도 되고, 구조에 대해서는 한정되지 않는다.

재료 공급 장치(15)의 받침대(37) 위에 재치되어 있는 것은 사출성형기의 사출 장치와 거의 동일한 기능을 갖는 가소화 기능과 사출 기능을 갖는 장치이다. 받침대(37) 위에 고정적으로 세워 설치된 전측 플레이트(43)에는 히터(재료 가열 수단)가 부착된 가열통(44)이 삽입통과되어 있다. 또한 전측 플레이트(43)에는 수직방향으로 성형 재료의 공급구(45)가 설치되고, 공급구(45)의 하방은 가열통(44)의 구멍을 통하여 가열통 내부에 연통되어 있다. 또 공급구(45)의 상방에는 피드 스크루를 갖는 성형 재료 피드 장치(46)가 접속되어 있다. 가열통(44)의 선단에는 히터가 부착된 노즐(47)이 부착되어 있다. 노즐(47)의 선단에는 공급구멍(48)이 하방을 향하게 한 다이(49)가 부착되어 있다. 다이(49)의 공급구멍(48)은 소정의 폭과 길이를 가지고 있다. 본 실시형태에서는, 하형(13)의 직사각형의 캐버티면(13a)의 X축 방향에 직교하는 방향의 길이에 대하여 약간 짧은 길이의 공급구멍(48)을 갖는 다이(49)가 부착되어 있다. 따라서 캐버티면(13a)의 X축 방향에 직교하는 방향의 길이보다 약간 짧은 길이의 섬유를 포함하는 수지 시트를 연속해서 공급할 수 있다. 또한 노즐(47)의 선단에 부착되는 다이(49)의 부분은 하형(13)의 캐버티면(13a)의 형상이나 면적에 따라 최적인 것으로 교환 가능하게 되어 있다. 또 다이(49)는 섬유를 포함하는 수지 재료(M)의 유동성이나 섬유를 포함하는 수지 재료(M)에 포함되는 섬유의 잘림 등의 문제로부터, 성형 재료에 따라서도 상이한 다이(49)로 교환된다. 노즐(47)의 선단의 다이(49) 또는 그 바로 전의 노즐(47) 부분에는, 유로를 개폐하는 밸브(도시 생략)가 설치되는 경우가 많다.

전측 플레이트(43)의 후방에는 소정의 거리를 두고 전측 플레이트와 평행하게 후측 플레이트(51)가 설치되어 있다. 전측 플레이트(43)의 전면측의 가열통(44)의 양측에는, 각각 사출용의 서보모터(52)가 설치되고, 후측 플레이트(51)의 양측에도 각각 볼나사 너트(53)가 설치되어 있다. 그리고 상기 서보모터(52)의 구동축에 직결되는 볼나사(54)가 상기 볼나사 너트(53)에 삽입통과되어 있다. 또 가열통(44)의 내부에는 역류방지 밸브가 부착된 사출성형용으로서 일반적인 스크루(도시 생략)가 배치되고, 스크루의 축의 후단은 슬리브나 커플링 등을 통하여 후측 플레이트(51)의 후면에 고정된 계량용의 서보모터(55)의 구동축에 고정되어 있다.

따라서 가열통 내의 스크루는 상기 계량용의 서보모터(55)의 구동에 의해 회전되고, 사출용의 서보모터(52)의 구동에 의해, 전후진되게 되어 있다. 또한 재료 공급 장치(15)의 구조는 상기한 것에 한정되지 않고, 3장의 플레이트를 갖는 것이어도 되고, 사출용의 서보모터는 1개이어도 된다. 또 사출용이나 계량용의 구동원은 유압을 사용한 것이어도 된다. 게다가 섬유를 포함하는 수지 재료(M)를 플런저로 압출하는 재료 공급 장치나, 가열통 내의 스크루가 회전만 하여 용융 재료를 압출하는 압출식의 재료 공급 장치를 재료 공급 장치로서 사용해도 된다.

또한 본 실시형태에서는 버티컬 타입의 프레스 장치(14)의 타측(도 1에서 우측)에는 수평형의 사출 장치(16)가 배치되어 있다. 따라서 프레스 장치(14)를 사이에 끼고 일측에는 용융 재료의 재료 공급 장치(15)가 설치되고, 타측에는 노즐(58)을 프레스 장치(14)를 향한 수평형의 사출 장치(16)가 설치되어 있다. 사출 장치(16)의 구조에 대해서는, 재료 공급 장치인 재료 공급 장치(15)와 유사하므로, 개략을 기재한다. 사출 장치(16)의 전후진 장치는 받침대(56)에 시프트 실린더(57)의 실린더 통(57a)이 고정되고, 고정반(18)의 측면에 시프트 실린더(57)의 로드(57b)가 고정되어 있다. 그리고 시프트 실린더(57)는 사출 장치(16)의 노즐(58)을 하형(13)의 노즐 터치면(75)에 맞닿게 할 때의 노즐 터치면 힘을 발생시킨다.

그리고 받침대(56) 위에 고정적으로 세워 설치된 전측 플레이트(66)에는 히터가 부착된 가열통(67)이 삽입통과되어 있다. 또한 전측 플레이트(66)에는 수직방향에 성형 재료의 공급구멍(68)이 설치되고, 공급구멍(68)의 하방은 가열통(67)의 구멍을 통하여 가열통 내부에 연통되어 있다. 또 공급구멍(68)의 상방에는, 피드 스크루를 갖는 성형 재료 피드 장치(69)가 접속되어 있다. 가열통(44)의 선단에는 히터가 부착된 노즐(58)이 부착되어 있다.

전측 플레이트(66)의 후방에는 소정의 거리를 두고 전측 플레이트(66)와 평행하게 후측 플레이트(70)가 설치되어 있다. 전측 플레이트(66)의 전면측의 가열통(67)의 양측에는, 각각 사출용의 서보모터(71)가 설치되고, 후측 플레이트(70)의 양측에도 각각 볼나사 너트(72)가 설치되어 있다. 그리고 상기 사출용의 서보모터(71)의 구동축에 직결되는 볼나사(73)가 상기 볼나사 너트(72)에 삽입통과되어 있다. 또한 가열통(67)의 내부에는 역류방지 밸브가 부착된 사출성형용으로서 일반적인 스크루(도시 생략)가 배치되고, 스크루의 축의 후단은 슬리브나 커플링 등을 통하여 후측 플레이트(70)의 후면에 고정된 계량용의 서보모터(74)의 구동축에 고정되어 있다.

따라서 가열통(67) 내의 스크루는 상기 계량용의 서보모터(74)의 구동에 의해 회전되고, 사출용의 서보모터(71)의 구동에 의해, 전후진되게 되어 있다. 또한 사출 장치(16)의 구조와 배치에 대해서는 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면, 사출 장치(16)는 수직방향에 설치되고, 고정반 또는 가동반의 중앙 등에 설치된 구멍을 통하여, 노즐이 금형에 맞닿아지는 것이어도 된다. 그렇지만 사출 장치(16)의 메인터넌스의 용이함이나 공장의 천정 높이와의 관계에서, 사출 장치(16)는 수평형의 사출 장치인 것이 바람직하다.

또한 사출 장치(16)의 노즐(58)에 대해서는, 교환 가능하며, 재료 공급 장치(15)와 같은 다이(49)를 부착하여 스탬핑 성형용의 2차 성형의 재료를 공급하는 것도 가능하다. 또 압축성형 장치(11)의 하형(13)을 고정적으로 설치하고, 압축성형 장치(11)를 단독의 사출성형기(사출 압축성형기를 포함함)로서 이용하거나, 여러 사용방법이 가능하다.

다음에 본 실시형태의 섬유를 포함하는 수지 성형품의 압축 장치(11)를 사용한 섬유를 포함하는 수지 성형품의 압축성형에 대하여 도 4 또는 도 13에 의해 설명한다. 본 실시형태에서는 사용되는 재료로서 열가소성 수지(예를 들면, 폴리카보네이트)에 탄소 섬유를 포함하는 수지 재료(M)를 사용한 예(CFRTP)에 대하여 기재한다. 섬유를 포함하는 수지 재료의 바인더 수지로서는, 열가소성 수지인 경우에는, 폴리카보네이트 외에, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리아미드, ABS 등의 적어도 1종류의 수지를 들 수 있다. 또 열경화성 수지의 경우에는, 에폭시, 폴리우레탄, 페놀 등의 적어도 1종류의 수지로부터 선택되고, 열가소성과 열경화성 수지의 혼합 수지이어도 된다. 또 섬유로서는 탄소 섬유 외에, 유리 섬유, 식물섬유, 화학 섬유 등의 다른 섬유를 함유하는 것이어도 된다. 또한 카본과 수지의 혼합물 등의 유동성이 나쁜 재료와 수지의 혼합물의 성형에도 본 실시형태의 섬유를 포함하는 수지 성형품의 압축 장치(11)는 적합하다.

성형의 수순으로서는 우선 프레스 장치(14)가 형 개방된 상태에서, 서보모터(28)가 구동되어 하형 부착판(26)과 하형(13)이 프레스 장치(14)의 외부의 공급 위치(a1)로 이동되고, 일단 위치 결정되고 정지된다. (복합 성형품(P)의 취출에 대해서는 후술한다.) 하형(13)의 공급 위치(a1)로의 이동까지 재료 공급 장치(15)는 계량용의 서보모터(40)를 회전시킴과 아울러 사출용의 서보모터(52)로 배압을 가하여, 가열통(44) 내의 스크루의 전방으로의 섬유를 포함하는 수지 재료(M)인 탄소 섬유 함유된 폴리카보네이트 수지의 계량(저류)이 행해지고, 공급 위치(a1)에서 대기하고 있다. 재료 공급 장치(15)는, 재료 공급 위치(a1)에서 복합 성형품(P)의 취출을 행하도록 하는 경우에는, 취출 중은 후방 위치에 있고, 취출 후에 X축 방향을 따라 전진하여 공급 위치에 도달한다. 재료 공급 장치(15)의 정지 위치는 프레스 장치(14)와 그 상형(12)과 하형(13)의 위치관계에서 결정되지만, 프레스 장치(14)에 가능한 한 가까운 위치인 편이 하형(13)의 이동거리를 단축할 수 있으므로 바람직하다.

상기한 바와 같이 이 때의 하형(13)은 캐버티면(13a)이 가열되어 있다. 그리고 하형(13)의 캐버티면(13a)의 위에 재료 공급 장치(15)로부터 용융상태의 탄소 섬유를 포함하는 수지 재료(M)(탄소 섬유와 수지 재료)가 공급된다. 탄소 섬유를 포함하는 수지 재료(M)의 공급은 재료 공급 장치(15)의 노즐(47)의 도시하지 않은 밸브가 열리고, 사출용의 서보모터(52)가 구동되어 스크루가 전진 이동되고, 다이(49)의 공급구멍(48)으로부터 탄소 섬유를 포함하는 수지 재료(M)가 낙하됨으로써 행해진다. 본 실시형태의 다이(49)의 공급구멍(48)의 길이(X축에 직교하는 방향의 길이)는, 상기한 바와 같이, 대략 직사각형의 캐버티면(13a)의 X축에 직교하는 방향의 길이보다도 짧게 되어 있다. 따라서 공급되는 탄소 섬유를 포함하는 수지 재료(M)는 캐버티면(13a)을 덮도록 시트 형상으로 공급된다.

도 4에 도시하는 바와 같이, 본 실시형태의 재료 공급 장치(15)로부터 하형(13)으로의 용융상태의 탄소 섬유를 포함하는 수지 재료(M)의 공급은 하형(13)의 캐버티면(13a)의 전단 근방(프레스 장치(14)에 가까운 측)에 최초에 탄소 섬유를 포함하는 수지 재료(M)가 낙하하도록 행해진다. 그리고 재료 공급 장치(15)를 현위치에 정지한 상태에서, 이동 장치(17)의 서보모터(28)를 구동시켜 하형(13)을 프레스 장치(14)측으로 이동시킴으로써, 하형(13)의 캐버티면(13a)의 과반 부분을 덮도록 탄소 섬유를 포함하는 수지 재료(M)를 공급할 수 있다. 또한 탄소 섬유를 포함하는 수지 재료(M)의 공급은 하형(13) 및 재료 공급 장치(15)를 고정하고 행해도 되고, 재료 공급 장치(15)를 이동시키면서 행해도 된다. 게다가 하형(13)을 프레스 장치(14)를 향하여 전진시키면서 재료 공급 장치(15)를 후퇴시키는 등, 양자를 이동시켜도 된다. 또 하형(13) 및 재료 공급 장치(15)의 이동은 X축 방향에 직교하는 방향 등 다른 방향으로 이동하는 것이어도 된다.

다음에 도 5에 도시되는 바와 같이, 하형(13)이 전진하여 캐버티면(13a)의 후단 근방(프레스 장치(14)에서 보아 먼 쪽)의 상방에 재료 공급 장치(15)의 다이(49)의 공급구멍(48)이 위치하는 상태가 되면, 재료 공급 장치(15)로부터의 재료 공급이 정지된다. 재료 공급 장치(15) 측에서 설명하면, 도 4의 위치에 하형(13)이 도달할 때에, 가열통(44) 내의 스크루가 소정 위치까지 전진되어, 노즐(47)의 밸브가 폐쇄되도록 제어가 행해진다.

다음에 도 6에 도시하는 바와 같이, 탄소 섬유를 포함하는 수지 재료(M)의 공급이 완료된 하형(13)은 이동 장치(17)에 의해 연속하여 프레스 장치(14)의 가압 위치(a2)로 이동된다. 프레스 장치(14)의 가압 위치(a2)에서 하형 부착판(26)은 위치 결정되어 정지되고, 또한 도시하지 않은 위치 결정 핀이나 클램프 등으로 고정된다. 이러한 재료 공급 방법을 채용함으로써, 하형(13)에 탄소 섬유를 포함하는 수지 재료(M)가 공급되고나서 하형(13)이 프레스 장치(14)의 가압 위치(a2)에 도달할 때까지의 시간을 단축할 수 있다. 또 이때 상기의 공급 위치(a1)에서 성형을 완료한 탄소 섬유를 포함하는 복합 성형품(P)을 취출하는 경우에는, 취출기(64)의 진입에 대비하여, 재료 공급 장치(15)는 후퇴시켜 둔다. 또한 탄소 섬유만을 미리 하형(13) 위에 공급해 두고, 재료 공급 장치(15)로부터 용융상태의 수지 재료를 공급하여 탄소 섬유를 포함하는 수지 재료(M)로 하는 것이어도 된다.

다음에 도 2, 도 3, 도 7, 도 13에 도시하는 바와 같이, 프레스 장치(14)의 형 개폐 기구인 서보모터(23)가 작동되어 상형(12)이 하강되고, 상형(12)의 볼록부가 하형(13)의 오목부와 끼워맞추어지거나 그 직전에, 하프 너트(25)가 작동되어 하프 너트(25)와 타이바(19)의 걸어맞춤부(19a)가 걸어맞추어진다. 이때는 아직 용융상태의 수지 재료(M)의 가압이 행해지고 있지 않는 것이 바람직하다. 이 상태에서 캐버티 내를 진공화해도 된다. 캐버티 내를 진공화함으로써, 용융상태의 섬유를 포함하는 수지 재료(M)를 가압할 때에, 기포 등이 빠져서, 섬유 재료와 수지 재료의 밀착성이 양호하게 된다. 또는 가압을 행하지 않은 상태에서 소정 시간을 들여 용융상태, 반용융상태, 비용융상태 중 어느 하나의 상태의 수지 재료(M)를 가열만 행해도 된다. 그리고 다음에 압축용 실린더(22)가 작동되어 압축성형이 개시된다. 압축용 실린더(22)의 작동은 펌프(82)로부터의 작동유가 각각 서보 밸브(86)를 통하여 압축측 오일실(22a)에 보내짐으로써 행해진다. 압축성형에 있어서의 제 1 가압 공정은 위치 제어에 의해 행해지고, 위치 센서(25)의 위치를 검출하고서의 피드백 제어가 이루어진다. 이때 제어 장치(34)에 의해 계측되는 시간에 따라 지령 위치로의 제어가 이루어진다. 또한 제 1 가압 공정에서는 속도 제어를 행해도 된다.

또한 이때는 위치 센서(20)의 값(원점으로부터의 값)이 동일한 값이 되도록 위치 제어가 되고, 고정반(18)에 대한 가동반(21)의 평행도가 유지되도록 평행 제어가 행해진다. 또는 고정 금형인 하형(13)에 대하여 가동 금형인 상형(12)이 평행하게 되도록 평행 제어가 행해진다. 게다가 섬유를 포함하는 복합 성형품(P)의 판 두께의 실측치 등으로부터 설정한 제어 원점에 대하여 평행하게 되도록 평행 제어가 이루어진다. 위치 센서(20)에 의한 평행 제어는 여러 방법이 있으며, 1축의 압축용 실린더(22)를 마스터 실린더로 하여 서보 밸브(86)에 의해 위치 제어하고, 다른 압축용 실린더는 슬레이브 실린더로 하여 마스터 실린더에 추종하는 방식으로 서보 밸브(86)를 제어해도 된다. 또는 각각의 압축용 실린더(22)의 평균치를 목표 위치로 하고, 각 압축용 실린더(22)가 목표 위치에 도달하도록 서보 밸브(86)를 제어하여 위치 제어하는 방식이어도 된다. 후자의 경우, 각 위치 센서(20)와 목표 위치의 차분(差分)을 구하여 제어 신호를 생성하고, 각 압축용 실린더(22)의 서보 밸브(86)를 제어하는 형태로 피드백 제어를 행한다. 또한 전자, 후자 모두, 이것들일 때에 일률적으로 각 압축용 실린더(22)에 피드 포워드 요소를 더하는 등 하여 전진 속도를 확보하도록 해도 된다.

그리고 이렇게 하여 압축성형에 있어서의 제 1 가압 공정을 행함으로써, 상형(12)의 캐버티면(12a)이 용융상태의 섬유를 포함하는 수지 재료(M)를 눌러 찌부러뜨리면서 하강하는데, 이때에 하형(13)에 대한 상형(12)의 평행도가 유지됨과 아울러, 바람직한 속도로 가압을 행할 수 있다. 다음의 도 13에 도시되는 바와 같이, 가동반(21)의 위치가 설정 위치까지 전진한 것을 위치 센서(20) 중 어느 하나가 검출하거나 또는 위치 센서(20)의 평균치가 설정 위치에 도달한 경우, 및/또는 압축용 실린더(22)의 압축측 오일실(22a)의 작동유를 검출하는 압력 센서(87) 중 어느 하나가 설정 압력을 검출하거나 또는 압력 센서(87)의 평균치가 설정 압력에 도달한 경우에, 압축용 실린더(22)의 제어는 위치 제어(속도 제어)뿐인 것으로부터 위치 제어(속도 제어)와 압력 제어를 병용한 제 2 가압 공정으로 전환된다. 그 경우도 위치 제어(속도 제어)의 요소는 마스터 축의 압축용 실린더(22)에 다른 압축용 실린더(22)의 위치(위치 센서(20)에 의해 검출됨)를 맞추는 방식을 사용해도 되고, 각 축의 평균치의 목표 위치에 대하여 각 압축용 실린더(22)의 위치(위치 센서(20)에 의해 검출됨)가 도달하도록 제어하는 방식을 사용해도 된다.

또 압력 제어에 대해서는, 압축용 실린더(22)의 압축측 오일실(22a)의 작동유의 압력을 압력 센서(87)에 의해 검출하고, 그 평균치를 산출하여 피드백 제어에 사용한다. 그리고 목표가 되는 압력과의 차분을 취하여 압력 루프의 제어 신호를 생성한다. 이 압력 제어 시에는 형 개방측 오일실(22b)의 작동유의 압력도 압력 센서(88)에 의해 검출하여 제어에 사용하는 것이 바람직하다. 그리고 압력 루프에 의한 제어 신호는 상기의 위치 루프에 의한 제어 신호에 가산되어 압축성형의 제 2 가압 공정에 사용된다. 또한 압력 제어에 대해서는, 각 압력 센서(87)의 값이 목표 압력이 되도록 각 압축용 실린더(22)마다 서보 밸브(86)를 개별적으로 제어하도록 해도 된다. 그 경우도 개별의 압축용 실린더(22)의 압력 제어의 제어 신호에 속도 제어(위치 제어)의 요소를 가산하여 압축 성형에 사용된다.

따라서 본 실시형태의 압축성형의 제 2 가압 공정에서는 위치 제어(속도 제어)에 의해 고정반(18)에 대한 가동반(21)의 평행도를 확보하면서, 압력 제어를 행할 수 있어, 유동성에 문제가 있는 성형품이어도 평행도를 확보할 수 있다.

게다가 제 2 가압 공정의 뒤에, 압력 센서(87)의 압력이 설정 압력으로 된 것을 검출하여, 제 3 가압 공정으로서 압력 제어만을 행해도 된다. 압력 제어에만 의해 압축용 실린더를 제어하는 경우에는, 목표 압력에 대하여, 각 압축용 실린더의 압축측 오일실(22a)의 압력이 도달하도록 서보 밸브(86)를 제어함으로써, 균등한 가압이 가능하게 된다. 또는 각 압축용 실린더마다 개별적으로 목표 압력을 정하여 제어하도록 해도 된다. 더욱이 제 2 가압 공정, 제 3 가압 공정 모두, 각 위치 센서(20)의 값 사이의 차분이 소정값을 초과하는 경우에는, 이상으로 간주하여 성형을 중지하도록 해도 된다. 또한 상기의 위치 제어에 의한 제 1 가압 공정의 뒤에, 위치 제어(속도 제어)의 요소를 사용하지 않고 상기의 압력 제어에만 의한 제 2 가압 공정을 행하도록 해도 된다. 그 경우도 제어 변경의 트리거가 되는 것은 상기와 동일하다.

또한 하형(13)과 상형(12)이 당초 가열되어 있는 경우에는, 압축되고 있는 도중부터 냉각으로 전환되어, 탄소 섬유를 포함하는 수지 재료(M)의 냉각 고화가 촉진되고, 탄소 섬유를 포함하는 1차 성형품(M1)이 성형된다. 또한 버티컬 타입의 프레스 장치(14)의 형 폐쇄 시의 형의 이동은 하형(13)이 상승하여 상형(12)과 형 폐쇄되는 것이어도 된다.

다음에 도 8, 도 13에 도시하는 바와 같이, 소정 시간이 경과하면 프레스 장치(14)의 압축용 실린더(22)를 형 개방 방향으로 작동시켜, 하형(13)으로부터 상형(12)을 완전히 형 개방되지 않은 상태에서 약간 상승시킨다. 그때에 압축용 실린더(22)는 속도 제어(위치 제어)에 의해 작동되어, 각 위치 센서(20)의 값을 검출하고 압축용 실린더(22)가 개별적으로 제어된다. 제어의 방식은 제 1 가압 공정과 동일하지만, 작동유를 주로 공급하는 오일실은 형 개방측 오일실(22b)이다. 이때 하형(13)에 탄소 섬유를 포함하는 1차 성형품(P)이 남겨지고, 상기 1차 성형품(P)과 상형(12)의 캐버티면(12a) 사이가 이형되어 높이(H)의 공간(C)(2차 캐버티)이 형성된다. 또한 이때 상형(12)에 1차 성형품(P)을 붙여서 이형하여, 탄소 섬유를 포함하는 1차 성형품(P)과 하형(13)의 캐버티면(13a)의 사이에 공간(C)(2차 캐버티)이 형성되도록 해도 된다. 어떻든 아직 연한 상태의 탄소 섬유를 포함하는 1차 성형품(P)으로부터 균등하게 금형의 캐버티면(12a 또는 13a)을 이형할 수 있으므로 1차 성형품(P)을 양호한 상태로 유지할 수 있다.

다음에 도 9, 도 13에 도시하는 바와 같이, 하형(13)의 타방(도 1에서 우측)의 측면에 형성된 노즐 터치면(75)에 사출 장치(16)의 노즐(58)을 맞닿게 한다. 그리고 하형(13)의 핫 러너(76)의 게이트 밸브를 개방한다. 그리고 사출 장치(15)의 사출은 사출용의 서보모터(71)를 작동시켜 가열통(67) 내의 도시하지 않은 스크루를 전진시킨다. 그것에 의해 핫 러너를 통하여, 하형(13) 위의 1차 성형품(P)과 상형(12)의 캐버티면(12a) 사이에 형성된 공간(C)(2차 캐버티)에 용융 수지(M2)의 사출을 개시한다. 본 실시형태에서는, 1차 성형(압축성형)에 탄소 섬유와 함께 바인더 수지로서 사용된 폴리카보네이트를 2차 성형에도 사용한다. 그러나 1차 성형에서 사용된 탄소 섬유를 포함하는 수지(M1)의 바인더 수지와, 2차 성형에서 사용하는 수지(M2)를 상이한 수지로 해도 된다.

이때의 금형(12, 13)의 형상과 사출 장치(16)의 노즐(58)의 맞닿음 위치에 대해서는 상기에 한정되지 않고, 여러 가지의 것을 사용 가능하다. 예를 들면, 파팅면에 노즐(58)을 맞닿게 하는 것이나 고정반(18), 가동반(21), 상형(12) 중 어느 하나의 측면에 노즐(58)을 맞닿게 하는 것이어도 된다. 또한 금형(12, 13)은 상형(12)과 하형(13)이 끼워맞추어지는 인로우(in low) 타입의 금형이어도, 상형(12)과 하형(13)이 맞닿는 평면닿음 타입의 금형이어도 된다. 평면닿음 금형의 경우에는, 하형(13)(또는 상형(12))의 캐버티면(13a) 등의 주위의 측벽이 스프링에 의해 상하이동하여, 상형(12)(또는 하형(13))의 캐버티면(12a) 등의 주위의 부분이 상기 측벽의 맞닿음면과 면닿음 한다.

다음에 도 10에 도시하는 바와 같이, 프레스 장치(14)의 압축용 실린더(22)의 작동을 개시하는데, 작동 개시의 타이밍은 사출과 동시 또는 사출중에 스크루 위치 등을 검출하여 압축용 실린더(22)에 의해 압축성형(사출 압축성형)을 개시하는 것이 바람직하다. 그리고 압축용 실린더(22)의 작동에 의해 상형(12)을 다시 하강시켜, 공간(C)(2차 캐버티)에 사출한 용융 수지(M2)를 가압하여 압축한다. 이와 같이 최초의 단계에서 공간(C)(2차 캐버티)을 넓혀 놓고나서 사출을 개시함으로써, 용융 수지(M2)를 양호하게 사출하기 쉬워진다. 또 도중의 단계부터 프레스 장치(14)에 의한 압축성형(사출 압축성형)을 개시함으로써, 용융 수지(M2)를 공간(C)(2차 캐버티)의 단부까지 유동 촉진할 수도 있다. 그리고 탄소 섬유를 포함하는 1차 성형품(M1)과 용융 수지(M2)에 압축을 가함으로써, 탄소 섬유를 포함하는 1차 성형품(M1)의 면과 2차 사출한 용융 수지(M2)의 층의 밀착성이 양호하게 된다.

이 사출 압축성형의 전반에서는, 도 13에 도시하는 바와 같이, 아직 공간(C) (2차 캐버티)이 열려 있으므로, 압축용 실린더(22)에 의해 제 1 가압 공정인 위치 제어(속도 제어)가 행해진다. 사출 압축성형의 전반에서는 사출 장치(16)로부터의 사출압에 의해, 가동 금형인 상형(12)이 치우친 힘을 받아 고정 금형인 하형(13)에 대한 평행도가 상실되는 경우가 많다. 그러나 위치 제어(속도 제어)에 의해 각 압축용 실린더(22)를 제어하여, 고정반(18)에 대한 가동반(21)의 평행 제어를 행함으로써, 1차 성형품(M1)에 대하여 균일한 두께의 수지(M2)의 층을 형성할 수 있다. 그리고 공간(C)(2차 캐버티)에 용융 수지(M2)가 충만되면, 본 실시형태에서는, 다음의 제 2 가압 공정으로서, 위치 제어(속도 제어)와 압력 제어를 병용하여 압축성형을 행한다. 그리고 또한 최후는 압력 제어에만 의해 냉각에 의한 수축분을 가압한다. 또한 위치 제어(속도 제어)만의 평행 제어로부터 직접, 압력 제어만의 제어로 직접 전환해도 되는 것은 상기의 섬유를 포함하는 수지 성형품의 압축성형시와 동일하다.

그리고 금형(12, 13)이 가열되어 있었던 것은 압축성형(사출 압축성형)의 도중부터 냉각으로 전환되어, 용융상태이었던 섬유를 포함하는 수지 재료(M)의 냉각고화가 촉진된다. 또는 가열 기능이 없는 금형의 경우에는 그대로 냉각된다. 따라서 본 실시형태에서는, 하형(13)과 상형(12) 사이에서 완전히 형 개방되지 않은 상태에서 압축성형과 공간형성과 사출 압축성형이 연속해서 행해진다. 그리고 상기 공정 모두에서 각 압축용 실린더(22)를 피드백 제어한 위치 제어 또는 속도 제어에 의해, 평행 제어가 행해진다.

도 12에 도시하는 바와 같이, 소정 시간이 경과하면 프레스 장치(14)의 각 압축용 실린더(22)가 작동하여 이형을 행한다. 이때도 압축성형 후에 공간형성을 행했을 때와 동일하게 피드백 제어를 사용한 위치 제어(속도 제어)에 의해 평행 제어가 행해진다. 그것에 의해 상형(12)이 하형(13)으로부터 평행한 상태를 유지한 채 형 개방되어, 탄소 섬유를 포함하는 복합 성형품(P)의 수지(M2)의 층도 양호한 이형을 행할 수 있다. 그리고 다음에 형개폐 기구의 서보모터(23)가 작동하여, 하형(13)으로부터 상형(12)이 상승하여, 하형(13)에 남겨진 탄소 섬유를 포함하는 복합 성형품(P)이 취출 가능하게 된다.

다음에 도 2, 도 12에 도시하는 바와 같이, 이동 장치(17)의 서보모터(28)의 구동에 의해, 탄소 섬유를 포함하는 복합 성형품(P)이 캐버티면(13a)의 위에 유지된 하형(13)이 가압 위치(a2)로부터 재료공급 위치(a2)(취출 위치)로 이동된다. 그리고 이젝터 장치(61)의 구동원(63)이 구동되어 이젝터 로드, 이젝터 판을 통하여 돌출 핀(62)이 돌출되고, 탄소 섬유를 포함하는 복합 성형품(P)이 캐버티면(13a)으로부터 밀어내진다. 그것과 거의 동시에, 취출기(64)의 흡반(65)이 탄소 섬유를 포함하는 복합 성형품(P)의 상면에 흡착되어, 탄소 섬유를 포함하는 복합 성형품(P)를 유지하고 별도의 공정으로 반출한다. 또한 이때, 탄소 섬유를 포함하는 복합 성형품(P)은 이면이 되는 탄소 섬유를 포함하는 1차 성형품(M1)의 측이 돌출 핀(62)에 의해 밀어내지므로, 약간 돌출 자국가 남아도 사용상의 문제는 없다.

본 발명에 대해서는, 일일이 열거는 하지 않지만, 상기한 본 실시형태의 것에 한정되지 않고, 당업자가 본 발명의 취지를 근거로 하여 변경을 가한 것에 대해서도, 적용되는 것은 말할 필요도 없는 것이다. 본 실시형태에서는 재료 가열 수단이기도 한 재료 공급 장치(15)로부터 용융상태의 탄소 섬유를 포함하는 수지 재료(M)를 공급하고, 프레스 장치(14)로 압축성형한 후, 연속해서 사출 압축성형하여 탄소 섬유를 포함하는 복합 성형품(P)을 성형하는 예에 대하여 기재했다. 그렇지만 본 발명은 탄소 섬유를 포함하는 성형품(P)을 복수의 압축용 실린더(22)에 의해 금형(12, 13) 간의 평행도를 유지하면서 성형하는 것을 목적으로 하는 것이며, 탄소 섬유를 포함하는 수지 재료(M)의 압축성형만을 행하여 성형이 완료되는 것이어도 된다. 용융상태의 탄소 섬유를 포함하는 수지 재료(M)를 프레스 장치(14)로 평행 제어에 의해 압축성형하는 것으로서는 성형품의 종류는 한정되지 않지만, 자동차의 외판(도어를 포함함)이 상정된다.

또한 본 발명은 별도의 파지·반송용 로봇 등의 공급 장치에 의해 일례로서 탄소 섬유를 포함하는 에폭시 등의 수지로 이루어지는 고형 또는 반용융 상태의 프리프레그 시트(CFRP)(열경화성 수지 또는 열가소성 수지로 이루어짐)를 하형(13)에 공급하는 것이어도 된다. 그것들의 경우에 있어서 프리프레그 시트는 또한 하형(13) 위에서 도시하지 않은 재료 가열 수단인 적외선 가열 장치 등을 사용하여 예열이 가해지고, 프레스 장치(14)로 부형 가능한 용융상태까지 용융되는 것이 바람직하다. 그리고 프레스 장치(14)에서 반용융상태 또는 용융상태의 프리프레그 시트를 가압성형(압축성형)이 될 때에 대해서도, 제 1 가압 공정에 있어서, 고정 금형인 하형(13)에 대한 가동 금형인 상형(12)의 평행도를 유지하고 상형(12)을 하강시키는 것이 필요하게 된다. 따라서 프리프레그 시트를 공급하여 압축성형하는 타입의 탄소 섬유를 포함하는 수지 성형품의 압축성형 장치 및 압축성형 방법에서도, 복수(3개 이상)의 위치 센서(20)와, 복수(3개 이상)의 압축용 실린더(22)가 설치되고, 상기 압축용 실린더(22)는 상기 위치 센서(20)의 정보에 의해 개별적으로 제어되는 프레스 장치(14)를 사용하여 압축성형을 행하는 것이 양호한 섬유를 포함하는 성형품(P)을 성형하는데 중요하게 된다. 게다가 탄소 섬유를 포함하는 수지 재료(M)는 공급 장치에 의해, 각각 탄소 섬유와 수지 재료가 각각 하형 위에 공급되는 것도 포함된다. 구체적으로는 탄소 섬유의 매트와 수지판을 각각 1매 이상 포갠 것을 하형 위에 공급해도 된다. 또한 탄소 섬유를 포함하는 수지 재료(M)는 탄소 섬유와 용융 수지가 각각 별도로 하형 위에 공급되는 것도 포함된다.

또한 본 발명은 재료 공급 장치(15)로부터 프레스 장치(14)에 고정된 하형(13)의 위에 용융상태의 섬유를 포함하는 수지 재료(M)를 직접 공급하는 것이어도 된다. 그 경우는, 하형(13)의 위에 용융상태의 섬유를 포함하는 수지 재료(M)의 공급이 완료되면 재료 공급 장치(15)가 프레스 장치(14) 밖으로 이동하고, 곧바로 프레스 장치(14)에 의해 용융상태의 섬유를 포함하는 수지 재료(M)의 가압이 행해진다. 그때도 평행 제어에 의해 가압을 행하는 것이 바람직하다. 게다가 본 발명은 별도의 파지·반송용 로봇 등의 공급 장치로부터 프레스 장치(14)에 고정된 하형(13)의 위에 섬유를 포함하는 수지 재료(M)인 프리프레그 시트를 직접 공급하는 것이어도 된다. 그 경우도 상기 섬유를 포함하는 수지 재료(M)는 압축성형을 개시할 때까지 재료 가열 수단에 의해 충분히 용융상태로 된다.

11 압축성형 장치
12 상형
12a,13a 캐버티면
13 하형
14 프레스 장치
15 재료 공급 장치(재료 가열 수단)
18 고정반
20 위치 센서
21 가동반
22 압축용 실린더
34 제어 장치
86 서보 밸브
87, 88 압력 센서
M 섬유를 포함하는 수지 재료(탄소 섬유를 포함하는 수지 재료)
M1 1차 성형품
M2 용융 수지
P 섬유를 포함하는 복합 성형품(탄소 섬유를 포함하는 복합 성형품)

Claims

프레스 장치의 외부로 이동된 하형에 대하여 재료 공급 장치에 의해 섬유를 포함하는 수지 재료를 공급하고, 그 후에 프레스 장치의 내부로 하형을 이동시켜 하형과 상형을 폐쇄하고 상기 재료를 압축하는 섬유를 포함하는 수지 성형품의 압축성형 장치로서,
압축성형을 개시할 때까지 상기 재료를 용융상태로 하는 재료 가열 수단이 설치됨과 아울러,
프레스 장치는, 상형이 부착되는 상반과 하형이 부착되는 하반과,
상형 또는 상반과 하형 또는 하반 사이의 거리를 검출하는 3개 이상의 위치 센서와,
상반 또는 하반 중 일방에 설치되고 상기 위치 센서의 정보에 의해 개별적으로 제어되는 3개 이상의 압축용 실린더가 설치되고,
상기 압축용 실린더에는 적어도 압축측 오일실의 작동유의 압력을 검출하는 압력 센서가 설치되고,
상기 하형을 프레스 장치의 상형의 하방으로 이동시키고나서 행하는 상기 재료의 압축성형은, 상기 위치 센서의 정보에 의해 개별적으로 압축용 실린더를 위치 제어 또는 속도 제어하는 제 1 가압 공정을 행한 후, 상기 압력센서의 정보에만 의해 개별적으로 압축용 실린더를 피드백 제어하거나 또는 상기 위치 센서의 정보에 상기 압력 센서의 정보를 더하여 개별적으로 압축용 실린더를 피드백 제어하는 제 2 가압공정을 행하는 것을 특징으로 하는 섬유를 포함하는 수지 성형품의 압축성형 장치.
프레스 장치의 외부로 이동된 하형에 대하여 재료 공급 장치에 의해 섬유를 포함하는 수지 재료를 공급하고, 그 후에 프레스 장치의 내부로 하형을 이동시켜 하형과 상형을 폐쇄하고 상기 재료를 압축하는 섬유를 포함하는 수지 성형품의 압축성형 방법으로서,
압축성형을 개시할 때까지 상기 재료를 용융상태로 하는 재료 가열 수단이 설치됨과 아울러,
프레스 장치는, 상형이 부착되는 상반과 하형이 부착되는 하반과,
상형 또는 상반과 하형 또는 하반 사이의 거리를 검출하는 3개 이상의 위치 센서와,
상반 또는 하반 중 일방에 설치되고 상기 위치 센서의 정보에 의해 개별적으로 제어되는 3개 이상의 압축용 실린더가 설치되고,
상기 압축용 실린더에는 적어도 압축측 오일실의 작동유의 압력을 검출하는 압력 센서가 설치되고,
상기 하형을 프레스 장치의 상형의 하방으로 이동시키고나서 행하는 상기 재료의 압축성형은, 상기 위치 센서의 정보에 의해 개별적으로 압축용 실린더를 위치 제어 또는 속도 제어하는 제 1 가압 공정을 행한 후, 상기 압력센서의 정보에만 의해 개별적으로 압축용 실린더를 피드백 제어하거나 또는 상기 위치 센서의 정보에 상기 압력 센서의 정보를 더하여 개별적으로 압축용 실린더를 피드백 제어하는 제 2 가압공정을 행하는 것을 특징으로 하는 섬유를 포함하는 수지 성형품의 압축성형 방법.
제 2 항에 있어서, 상기 위치 센서의 정보에 상기 압력 센서의 정보를 더하여 개별적으로 압축용 실린더를 피드백 제어하는 제 2 가압공정을 행한 후에, 상기 압력센서의 정보만에 의해 개별적으로 압축용 실린더를 제어하는 제 3 가압공정을 더 행하는 것을 특징으로 하는 섬유를 포함하는 수지 성형품의 압축성형 방법.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 재료는 탄소 섬유를 포함하는 수지 재료인 것을 특징으로 하는 섬유를 포함하는 수지 성형품의 압축성형 방법.