KR20110127697A

KR20110127697A - 수지 성형 장치 및 수지 성형 방법

Info

Publication number: KR20110127697A
Application number: KR1020117021594A
Authority: KR
Inventors: 히데유키 구와하라; 츠타오 카타야마; 카즈토 타나카
Original assignee: 학교법인 도시샤; 히데유키 구와하라
Priority date: 2009-03-12
Filing date: 2010-03-10
Publication date: 2011-11-25
Also published as: EP2407295A1; EP2407295A4; JPWO2010104129A1; US9370884B2; US20120168990A1; EP2407295B1; KR101291263B1; WO2010104129A1; JP5696992B2

Abstract

수지 성형 장치(100)는, 각각 그라운드로부터 절연되도록 절연재(11, 21)를 개재하여 배치된 한 쌍의 금형(10, 20)과, 한 쌍의 금형(10, 20)에 의해 형성되고 수지 재료(30)가 배치되는 성형부(40)를 구비한다. 한 쌍의 금형(10, 20) 중 적어도 한쪽의 금형(10)에는 성형부(40)를 사이에 두는 2점에 전극(50, 60)이 마련된다. 그리고, 이와 같은 2개의 전극(50, 60)에는, 주파수가 10 ㎑ 이상인 고주파 전류를 흘릴 수 있는 고주파 전류 발생 장치(70)가 접속된다.

Description

수지 성형 장치 및 수지 성형 방법{RESIN MOLDING APPARATUS AND RESIN MOLDING METHOD}

본 발명은 수지 성형 장치 및 수지 성형 방법에 관한 것으로, 특히, 열가소성 수지 재료를 프레스 성형하는 수지 성형 장치 및 수지 성형 방법에 관한 것이다. 한편, 본원은 2009년 3월 12일에 출원된 일본 특허출원 2009-060143호를 기초 출원으로 하여 파리 조약 또는 이행하는 국가에서의 법규에 근거하는 우선권을 주장하는 것이다. 당해 기초 출원의 내용은 본원 중에 참조로서 포함된다.

이와 같은 열가소성 수지 재료의 성형 방법으로는, 예를 들면, 사출 성형이 알려져 있다. 사출 성형은 그 성형 사이클이 다른 성형 방법에 비해 매우 짧은 것으로부터, 대량생산에 적합한 방법 중 하나이다. 사출 성형에서는, 사출기 내에서 열가소성 수지를 가열 용융하고 스크류 등으로 기계적으로 혼련해 금형에 사출한다. 그 후, 금형을 냉각하고 성형품을 취출한다. 또한, 다른 성형 방법으로는, 스탬핑 성형이라는 압축 성형법이 있다. 스탬핑 성형은 금형의 밖에서 섬유 강화 열가소성 복합 재료를 열가소성 수지의 융점 이상으로 가열, 용융하고, 열가소성 수지의 융점보다 낮은 온도의 금형에 충전하여, 프레스 성형기에 의해 압축 성형하는 것이다. 스탬핑 성형에 이용되는 가열 수단으로는, 예를 들면, 원적외선 히터(IR 히터)에 의한 가열이 이용된다.

또한, 일본 특허 제3947560호 공보(특허 문헌 1)에는, 열가소성 수지로 이루어지는 부직포와 연속 강화 섬유를 일체화한 복합 시트를 금형 내에 마련하고, 프레스 성형하는 방법이 제안되고 있다. 또한, 금형의 가열 수단으로는 전자 유도 방식의 가열 수단을 들고 있다.

특허 문헌 1: 일본 특허 제3947560호 공보

열가소성 수지 재료(예를 들면, 섬유 강화 열가소성 복합 재료)는 철이나 알루미늄 등의 금속에 비해 경량이며, 필요한 강도를 갖추고 있는 것으로부터, 장래 컴퓨터의 케이스나 자동차 외판 등의 용도로 유용한 소재라고 생각된다. 그러나, 이들 용도로 실용화하기 위해서는 품질을 안정시키고 생산성을 향상시킬 필요가 있다.

열가소성 수지 재료의 성형에서는, 성형품의 기계적 성질(예를 들면, 굴곡 강도, 인장 강도 등)을 향상시키기 위해, 수지 중에 포함되는 강화 섬유를 장(長)섬유로 유지하고자 하는 경우가 있다. 또한, 성형품의 품질을 안정시키기 위해서는, 성형품에서의 강화 섬유의 방향을 가능한 한 제어해야 한다. 일반적인 사출 성형에서는 용융시킨 수지 재료를 스크류 등으로 기계적으로 혼련한 후, 사출기로 금형 내에 사출한다. 이 경우, 용융시킨 수지 재료를 스크류 등으로 기계적으로 혼련할 때, 수지 재료에 포함되는 강화 섬유가 끊어진다. 이 때문에, 수지 재료 중의 강화 섬유를 길게 유지할 수 없다. 또한, 사출기로 금형 내에 사출하기 때문에, 강화 섬유의 방향을 제어하는 것이 매우 어렵다.

또한, 다른 성형 방법으로서 스탬핑 성형은 열가소성 수지 재료를 미리 가열하는 공정과 성형하는 공정을 필요로 하여, 성형 사이클을 짧게 하는데 한계가 있다. 또한 가열하는 공정 후의 열가소성 수지 재료의 취급 등 작업성에도 문제가 있다.

또한, 특허 문헌 1에서는, 금형의 가열 수단으로 전자 유도 방식의 가열 수단을 들고 있지만, 이와 같은 가열 수단은 전자 유도에 의해 금형을 가열하기 때문에, 장치 구성이 크고 복잡하게 된다. 또한, 유도 전류를 일으킬 때 에너지 손실이 생겨, 성형에 필요로 하는 에너지가 대체로 커진다. 이 때문에 에너지 절약 등에 있어서도 개량의 여지가 있다. 따라서, 본 발명은, 상기와 같은 종래의 성형 방법의 문제점을 감안하여, 완전히 새로운 수지 성형 장치를 제안한다.

본 발명에 따른 수지 성형 장치는, 열가소성 수지 재료를 프레스 성형하는 수지 성형 장치이다. 이 수지 성형 장치는, 각각 그라운드로부터 절연되도록 절연재를 개재하여 배치된 한 쌍의 금형을 구비한다. 한 쌍의 금형에 의해 수지 재료가 배치되는 성형부가 형성된다. 한 쌍의 금형 중 적어도 한쪽의 금형에는, 성형부를 사이에 두는 2점에 설치된 전극을 갖는다. 그리고, 성형부를 사이에 두는 2개의 전극에 전기적으로 접속되고, 전극간에 주파수가 10 ㎑ 이상의 고주파 전류를 흘리는 고주파 전류 발생 장치를 구비한다.

상기 수지 성형 장치는, 한 쌍의 금형이 절연재를 개재하여 마련되어 있으므로, 성형부에 수지 재료를 배치한 후, 고주파 전류 발생 장치에 의해 금형에 고주파 전류를 흘려도 단락이 생기지 않는다. 또한, 금형에는 성형부를 사이에 두는 2점에 한 쌍의 전극이 마련되고, 당해 전극에 접속된 고주파 전류 발생 장치에 의해 주파수가 10 ㎑ 이상의 고주파 전류가 흐르게 된다. 이와 같은 구성에 의해 주파수가 10 ㎑ 이상의 고주파 전류가 흐르게 되었을 때에는, 금형의 성형부의 표면이 특히 가열되어 수지 재료를 효율적으로 가열할 수 있다. 또한, 상기 수지 성형 장치에서는, 특히 금형의 표면이 가열되므로 금형의 냉각에 필요로 하는 시간을 짧게 할 수 있어, 성형 사이클을 전체적으로 짧게 할 수 있다.

또한, 상기 수지 성형 장치에 의하면, 예를 들면, 강화 섬유를 소정 방향으로 배치한 수지 재료를 금형의 성형부에 배치한다. 그 후에 금형을 닫고, 고주파 전류 발생 장치에 의해 성형부를 사이에 두는 2개의 전극 사이에 주파수가 10 ㎑ 이상의 고주파 전류를 흘리면 된다. 이에 따라, 금형 표면의 급속 가열에 의해 수지 재료를 용융시켜, 소정의 형상으로 성형할 수 있다. 이 경우, 프레스 성형에 의해 성형되므로, 사출 성형과 비교해도 강화 섬유의 길이를 길게 할 수 있을 뿐만 아니라, 강화 섬유의 방향도 어느 정도 유지되어 섬유를 길게 유지할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 수지 성형 방법은, 각각 그라운드로부터 절연되도록 절연재를 개재하여 배치된 한 쌍의 금형의 성형부에, 열가소성 수지 재료를 배치한다. 다음으로, 한 쌍의 금형에 마련한 전극을 통해, 한 쌍의 금형에 고주파 전류를 흘림으로써 한 쌍의 금형을 가열해, 성형부에 배치된 수지 재료를 성형한다. 이 수지 성형 방법에 의하면, 수지 재료를 효율적으로 가열할 수 있고, 또한 성형 사이클을 전체적으로 짧게 할 수 있다. 또한, 열가소성 수지 재료가 강화 섬유를 포함한 경우라도, 강화 섬유의 길이 및 방향을 어느 정도 유지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 수지 성형 장치를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 수지 성형 장치의 사용 상태를 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 수지 성형 장치의 통전 상태를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 수지 성형 장치의 사용 상태를 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 수지 성형 장치의 통전 상태를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 수지 성형 장치를 나타내는 도면이다.

이하, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 수지 성형 장치를 도면에 근거해 설명한다. 한편, 각 실시 형태를 설명하는 도면에 있어서, 같은 작용을 나타내는 부재, 부위에는, 같은 부호를 부여하고 있다.

도 1은 수지 성형 장치(100)의 구조를 나타내는 개략도이다. 이 수지 성형 장치(100)는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 금형(10, 20)과 고주파 전류 발생 장치(70)를 구비한다.

금형(10, 20)은 각각 그라운드로부터 절연되도록 절연재(11, 21)를 개재하여 배치된다. 본 실시 형태에서 한 쌍의 금형(10, 20)은 프레스 장치(200)에 배치되어 있다. 프레스 장치(200)는 고정된 고정부(210)와, 당해 고정부(210)에 상하로 대향하고, 상하 방향으로 이동 가능한 가동부(220)를 갖고 있다. 프레스 장치(200)는 고정부(210)를 향해 필요한 힘으로 강제적으로 가동부(220)를 강하시킬 수 있다.

한 쌍의 금형(10, 20) 중 상형을 이루는 금형(10)은 절연재(11)를 개재하여 가동부(220)에 설치된다. 또한, 하형을 이루는 금형(20)은 절연재(12)를 개재하여 고정부(210)에 설치된다. 이때, 상하의 금형(10, 20)은 각각 절연재(11, 12)에 의해, 가동부(220)와 고정부(210)로부터 절연된다. 여기에서, 절연재(11, 12)는 절연성을 갖는 수지 재료(예를 들면, 나일론, 테프론(등록상표) 등)나 세라믹스(예를 들면, 알루미나, 마그네시아 등)로 형성하면 된다. 또한, 한 쌍의 금형(10, 20)은 금속 재료, 특히, 철강 재료나 주철, 그 중에서도 금형용 강, 초경 재료, 도전성 세라믹스(예를 들면, TiN, Cr₂N, CrN 등)로 형성되며, 필요한 강성과 도전성을 갖는다. 한편, 절연재(11, 12), 금형(10, 20)의 재료 모두 상기 재료로 한정되지 않고, 필요한 기능을 갖도록 적당한 재료를 선택하면 된다.

이와 같은 한 쌍의 금형(10, 20)은 수지 재료(30)가 배치되고, 당해 수지 재료(30)를 성형하는 성형부(40)를 구비한다. 또한, 한 쌍의 금형(10, 20) 중 적어도 한쪽의 금형(본 실시 형태에서는 상측 금형(10))에, 성형부(40)를 사이에 두는 2점에 전극(50, 60)이 마련된다.

고주파 전류 발생 장치(70)는 고주파 전류를 발생시키는 장치로서, 금형(10)에 마련된 전극(50, 60) 사이에 전기적으로 접속된다. 이 고주파 전류 발생 장치(70)는 당해 한 쌍의 전극(50, 60) 사이에 고주파 전류를 흘릴 수 있다. 이와 같은 고주파 전류 발생 장치(70)는 고주파 전류의 주파수나, 전압을 조정할 수 있는 장치를 이용하면 된다. 예를 들면, 고주파 전류 발생 장치(70)로는 고슈하네쯔렌 가부시키가이샤(NETUREN Co., Ltd.)의 제품 MK3, MK12, MK15, MK16A, MK18, MK19, MK20, MK22, MK22A, MK24, MK30, MK40, MK50-51 등을 이용할 수 있다. 본 실시 형태에서, 고주파 전류 발생 장치(70)는 금형(10)에 마련된 전극(50, 60) 사이에 전기적으로 접속된다. 이 때문에 고주파 전류 발생 장치(70)에는, 적절한 탱크 회로(tank circuit)를 조합하여 이용하면 된다. 한편, 탱크 회로에 대해서는 도시를 생략하였다.

수지 성형 장치(100)에 의하면, 도 1에 나타내는 바와 같이, 한 쌍의 금형(10, 20)을 연 상태에서 성형부(40)에 수지 재료(30)를 배치한다. 수지 재료(30)는, 예를 들면, 열가소성 수지와 강화 섬유를 포함하는 수지 재료를 이용하면 된다. 이와 같은 수지 재료(30)로는 여러 가지 수지 재료를 이용할 수 있지만, 바람직하게는 강화 섬유를 소정의 방향으로 배치한 수지 재료를 금형의 성형부(40)에 배치하면 된다. 수지 재료(30)의 바람직한 일례로는, 강화 섬유의 직물에 열가소성 수지를 미리 함침시킨 프리프레그를 들 수 있다. 프리프레그는 강화 섬유에 열가소성 수지가 미리 함침되어 있어, 강화 섬유의 방향이 미리 유지되고 있다. 또한, 금형 내에서 성형될 때 재가열됨으로써, 열가소성 수지가 한층 더 강화 섬유에 함침되므로, 강화 섬유와 열가소성 수지의 결합 정도가 강고하게 된다.

또한, 수지 재료(30)의 다른 바람직한 일례로는, 예를 들면, 전술한 특허 문헌 1에서 제안하고 있는 복합 시트를 이용할 수 있다. 이 복합 시트는 연속 강화 섬유를 각 층에서 일정한 방향으로 늘어놓고, 각 층마다 연속 강화 섬유의 방향을 다르게 해 적층함과 함께 연속 강화 섬유와 함께 열가소성 수지로 이루어지는 부직포를 적층한 후, 스티칭하여 연속 강화 섬유와 부직포를 일체화하고 있다. 본 실시 형태에서는, 수지 재료(30)로서 이와 같은 복합 시트가 이용된다. 도 3에서, 도면 부호 34는 연속 강화 섬유가 적층된 적층 부분을 나타내고, 도면 부호 32는 스티칭이 실시되어 연속 강화 섬유와 일체화된 열가소성 수지로 이루어지는 부직포를 나타낸다. 이 복합 시트(30)는 연속 강화 섬유가 적층된 적층부(34)에 열가소성 수지로 이루어지는 부직포(32)가 중첩되어 있다. 이 경우, 도 3에 나타내는 바와 같이, 열가소성 수지로 이루어지는 부직포(32)를 금형(10)(상형)을 향해 성형부(40)에 배치하면 된다.

본 실시 형태에서는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 성형부(40)에 수지 재료(30)를 배치한 후, 한 쌍의 금형(10, 20)을 닫는다. 그리고, 고주파 전류 발생 장치(70)에 의해, 금형(10)의 한 쌍의 전극(50, 60) 사이에 고주파 전류를 흘린다. 고주파 전류로는 예를 들면, 주파수가 10 ㎑ 이상의 고주파 전류를 흘리면 된다. 보다 바람직하게는 100 ㎑ 이상의 고주파 전류를 흘리면 좋다. 또한, 고주파 전류는 적절한 출력이 얻어지도록, 보다 바람직하게는 400 ㎑ 이하의 고주파 전류를 흘리면 좋다.

금형(10)의 한 쌍의 전극(50, 60) 사이에 고주파 전류가 흐르면, 도 3에 나타내는 바와 같이, 고주파 전류의 특성으로서 고주파 전류의 대부분은 금형(10)의 표피 부분(16)(표면으로부터 일정한 깊이의 층)을 흐른다. 표피 부분(16)의 깊이 δ(㎝)는, 이론적으로는 수식 1에 의해 구해진다. 수식 1 중 'δ(㎝)'는 전체 전류의 73%의 전류가 흐르는 표면으로부터의 층의 깊이이다. 'ρ(μΩ-㎝)'는 금형(10)에 이용되는 금속의 고유 저항값이다. f(㎐)는 주파수이다. 'μ'는 비투자율이다. 그리고, 당해 표피 부분(16)에서 생기는 열량 Q는, 이론적으로는 수식 2에 의해 구해진다. 수식 2 중 R(Ω)는 당해 표피 부분(16)의 저항값을, i(A)는 당해 표피 부분(16)을 흐르는 전류치를, t(s)는 고주파 전류가 흐른 시간을, 각각 나타낸다.

이 경우, 수식 1로부터도 알 수 있듯이, 고주파 전류 발생 장치(70)에 의해 금형(10)의 한 쌍의 전극(50, 60) 사이에 흐르는 고주파 전류의 주파수 f가 높아질수록 δ가 작아져, 고주파 전류의 대부분이 흐르는 표피 부분(16)이 얕아진다. 이 때문에, 금형(10)의 표층이 발열하기 쉬워진다.

본 실시 형태에서는, 금형(10)에 강재(본 실시 형태에서는 SUS430)가 이용된다. 금형(10)의 고유 저항 ρ(μΩ-㎝)는 약 60 내지 70(μΩ-㎝)이다. 또한, 금형(10)의 비투자율은 약 20이다. 또한, 고주파 전류로서 10 ㎑ 이상의 고주파 전류가 흐른다. 이 때문에, 고주파 전류의 약 63%가 흐르는 표피 부분(16)의 깊이 δ는 약 0.09㎝ 이하가 된다. 이때, 고주파 전류의 주파수를 높게 할수록 고주파 전류의 대부분이 흐르는 표피 부분(16)이 얕아져, 금형(10)의 표피에서 발열하기 쉬워진다. 이와 같이 고주파 전류의 작용에 의해, 도 3에 나타내는 바와 같이, 금형(10)의 성형부(40)의 표피 부분(16)이 발열한다. 이때, 금형(10)의 표피 부분(16)은 급속히 발열한다. 고주파 전류를 흘리는 시간은 수지 재료(30) 중의 열가소성 수지를 충분히 용융시켜 성형할 수 있는 정도로 조정하면 된다.

열가소성 수지 재료에 이용되는 일반적인 금형 재료는, 예를 들면, 공구강으로서 이용되는 SKS, SKD, SKT, SKH나, 특수용도강에 이용되는 SUS나 SUH 등이다. 이들의 고유 저항 ρ(μΩ-㎝)는 약 8 내지 120(μΩ-㎝)이며, 비투자율은 약 300 내지 1이다. 고주파 전류 발생 장치(70)는 주파수가 10 ㎑ 이상의 고주파 전류를 금형에 흘릴 수 있다. 이 경우, 금형 재료의 고유 저항 ρ(μΩ-㎝)나 비투자율에 비해 고주파 전류의 주파수가 너무나 높기 때문에, 상기의 수식 1로부터도 알 수 있듯이, 고주파 전류의 대부분이 흐르는 표피 부분(16)의 깊이 δ는 대체로 금형에 흐르는 고주파 전류의 주파수에 의해 정해진다. 10 ㎑ 이상의 고주파 전류를 금형에 흘리면, 일반적인 금형 재료라면, 고주파 전류의 대부분이 흐르는 표피 부분(16)의 깊이 δ는 약 0.009㎝ 이하로 할 수 있다.

이 수지 성형 장치(100)에 의하면, 주로 금형(10) 성형부(40)의 표피 부분(16)이 발열하므로, 수지 재료(30)를 급속히 가열할 수 있다. 또한, 금형(10)의 표피 부분(16)이 발열하고, 금형(10)의 내부는 그 전열에 의해 가열될 뿐으로, 금형(10) 전체가 수지를 용융시키는 정도까지 가열되지는 않는다. 이 때문에, 냉각 공정에서도 금형(10) 및 수지 재료(30)를 급속히 냉각시킬 수 있다. 이와 같은 금형(10)의 냉각 구조는, 도시는 생략하지만, 예를 들면 금형(10) 내에 유로를 형성하고, 당해 유로에 냉각수를 통과시켜 금형을 냉각해도 된다.

또한, 본 실시 형태에서는, 금형(10)의 표피 부분(16)에 고주파 전류의 대부분이 흐른다. 이와 같은 표피 부분(16)의 깊이 δ는 약 0.009㎝ 이하이며, 금형(10)은 이 표피 부분(16)을 중심으로 발열한다. 금형(10)의 표피 부분(16)은, 수지 재료의 성형에 필요한 온도가 되면 된다. 이 경우, 표피 부분(16)을 제외한 금형(10)이 너무 고온이 되지 않도록 금형(10)에의 통전을 제어하면 좋다. 이에 따라, 표피 부분(16)을 제외한 금형(10)이 너무 고온이 되지 않도록 할 수 있다. 이 경우, 금형(10)의 강성에 대한 온도 의존성을 고려할 필요가 적어진다. 이 때문에, 금형(10)에 보다 큰 압력을 가해 성형해도, 금형(10)의 변형, 손상을 억제할 수 있다. 이와 같이, 수지 성형 장치(100)에 의하면, 금형(10)에 보다 큰 압력을 가해 성형할 수 있기 때문에, 성형 능력을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 하측 금형(20)에 전극이 없어 직접 통전되지는 않지만, 강화 섬유를 통해 하측 금형(20)으로 전기가 흘러도 단락이 생기지 않는다. 금형(10, 20)은 전기적으로 절연되어 있어, 강화 섬유를 통해 하측 금형(20)으로 전기가 흘러도 마찬가지로 강화 섬유를 통해 상측 금형(10)으로 전기가 흐르기(되돌아오기) 때문에, 금형(10)과 금형(20)에 단락을 일으키는 전위차는 생기지 않는다. 이 수지 성형 장치(100)는 금형(10, 20)이 닫혀 있는 상태에는, 단락을 일으키지 않고, 성형부(40)에 놓인 수지 재료(30)를 적절히 가열할 수 있다.

또한, 수지 성형 장치(100)에 의하면, 상측 금형(10)에 성형부(40)를 사이에 두고 마련된 전극(50, 60)이 고주파 전류로 통전된다. 이 경우, 수지 재료(30)의 강화 섬유에는, 유리 섬유와 같이 도전성이 없는 섬유가 이용되는 경우도 있지만, 탄소 섬유와 같이 도전성이 높은 섬유가 이용되는 경우가 있다. 강화 섬유로서 도전성을 갖는 섬유가 이용되는 경우에는, 당해 섬유를 통해 수지 재료(30)에도 고주파 전류가 흐르는 경우가 있다. 상하의 금형(10, 20)은 절연재(11, 12)에 의해 그라운드로부터 완전하게 절연되고 있다. 이 때문에, 강화 섬유를 통해 수지 재료(30)에 고주파 전류가 흐른 경우에도, 당해 강화 섬유를 통해 금형(10)에 전기가 돌아오므로, 단락이 생기지 않는다. 또한, 당해 강화 섬유에 고주파 전류가 흐르는 경우에는, 강화 섬유 자체를 발열시킬 수 있다. 또한, 강화 섬유의 주위에서 열가소성 수지가 가열되므로, 수지의 점도가 저하해 당해 수지의 유동성이 향상된다. 이에 따라 강화 섬유의 주위에 열가소성 수지가 함침되기 쉬워진다. 또한, 강화 섬유와 열가소성 수지의 결합 정도가 좋아져, 성형품의 기계적 성질도 향상된다.

또한, 다른 실시 형태에 따른 수지 성형 장치(100A)에서는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 한 쌍의 금형(10, 20)의 성형부(40)를 사이에 두는 2점에 각각 전극(50, 52, 60, 62)이 마련된다. 이 경우, 상기 고주파 전류 발생 장치(70)는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 상측 금형(10)에 성형부(40)를 사이에 두고 마련된 전극(50, 60)을 접속하는 회로에 대해, 상측 금형(10)에 성형부(40)를 사이에 두고 마련된 전극(52, 62)을 병렬로 접속하면 된다. 이 경우, 도 5에 나타내는 바와 같이, 상하의 금형(10, 20)에 각각 고주파 전류가 흐르지만, 상기와 같이 상하의 금형(10, 20)은 고주파 전류 발생 장치(70)에 병렬로 접속되고 있으므로, 상하의 금형(10, 20)에 단락을 일으키게 하는 전위차는 생기지 않는다. 이 수지 성형 장치(100A)는 단락을 일으키지 않고 성형부(40)에 놓인 수지 재료(30)를 적절히 가열할 수 있다. 이 경우, 상하 금형(10, 20)의 표피 부분(16)이 각각 가열되어, 조기에 수지 재료(30)를 가열할 수 있다.

또한, 다른 실시 형태에 따른 수지 성형 장치(100B)에서는, 도 6에 나타내는 바와 같이, 금형(10B, 20B) 성형부(40B)의 표면이 서로 다른 형상이다. 한편, 도 6에는 도시하지 않지만, 금형(10B, 20B)은 각각 그라운드로부터 절연되도록 절연재(미도시)를 개재하여 배치되고 있다. 도 6에 나타내는 예에서 성형부(40B)는, 상하의 금형(10B, 20B)을 맞추어 단면이 원형인 성형 공간을 형성한다. 이 수지 성형 장치(100B)에서 상기 고주파 전류 발생 장치(70)는, 한 쌍의 금형(10B, 20B)의 성형부(40B)를 사이에 두는 2개의 전극(50, 52, 60, 62)에 병렬로 접속된다. 이 경우, 금형(10B, 20B) 성형부(40B)의 표피 부분에 고주파 전류가 흐르는 성질을 이용하여, 금형(10B, 20B) 성형부(40B)의 표피 부분을 가열한다. 이 때문에 성형부(40B)의 형상과는 특별히 관계없이, 성형부(40B)의 표피 부분이 적절히 가열된다. 따라서, 성형품의 형상이 서로 다른 형상이라도 성형이 가능하다. 이 수지 성형 장치에 의하면, 전극의 배치에 자유도가 있기 때문에 성형품의 두께를 고려하지 않고 그 형상만을 고려해 형태를 설계할 수 있다. 이 때문에, 성형품의 형상도 자유도가 높다.

이상과 같이, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 수지 성형 장치는, 각각 그라운드로부터 절연되도록 절연재(11, 21)를 개재하여 배치된 한 쌍의 금형(10, 20)과, 한 쌍의 금형(10, 20)에 의해 형성되고 수지 재료(30)가 배치되는 성형부(40)를 구비한다. 한 쌍의 금형(10, 20) 중 적어도 한쪽의 금형(10)에는, 성형부(40)를 사이에 두는 2점에 전극(50, 60)이 마련된다. 그리고, 이와 같은 2개의 전극(50, 60)에는, 주파수가 10 ㎑ 이상의 고주파 전류를 흘릴 수 있는 고주파 전류 발생 장치(70)가 접속된다.

이와 같은 수지 성형 장치에서는, 한 쌍의 금형(10, 20)이 절연재(11, 12)를 개재하여 마련되어 있으므로, 성형부(40)에 수지 재료(30)를 배치하고, 금형(10, 20)을 닫은 상태로 금형(10, 20)에 고주파 전압을 인가할 수 있다. 이때, 금형(10, 20)에 고주파 전류를 흘려도, 금형(10, 20)은 절연재(11, 21)에 의해 각각 그라운드로부터 절연되므로 단락이 생기지 않는다. 또한, 금형(10, 20)에는 성형부(40)를 사이에 두는 2점에 한 쌍의 전극(50, 60)이 마련되고, 당해 전극(50, 60)에 접속된 고주파 전류 발생 장치(70)에 의해 주파수가 10 ㎑ 이상인 고주파 전류가 흐르게 된다.

이와 같은 구성에 의해 주파수가 10 ㎑ 이상의 고주파 전류가 흐르게 되었을 때에는, 특히 금형(10, 20) 성형부(40)의 표면이 가열된다. 이 때문에, 수지 성형 장치는 수지 재료(30)를 효율적으로 가열할 수 있다. 또한, 이 수지 성형 장치(100)에서는 금형(10, 20)의 표면만이 특히 가열될 뿐이므로, 금형(10, 20)의 냉각에 필요로 하는 시간을 짧게 할 수 있고, 또한 성형 사이클을 전체적으로 짧게 할 수 있다. 또한, 수지 성형 장치에서는, 예를 들면, 가동금형은 고정금형보다 얇게 하여 경량화를 도모해도 된다. 이 경우, 가동금형을 구동시키는 구동 장치(예를 들면, 프레스 장치)의 부담을 경감할 수 있다. 이에 따라, 수지 성형의 에너지 코스트를 저감시킬 수 있다.

이상, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 수지 성형 장치 및 수지 성형 방법을 설명했지만, 본 발명에 따른 수지 성형 장치 및 수지 성형 방법은, 전술한 실시 형태로 한정되지 않는다.

예를 들면, 전술한 실시 형태에서는, 열가소성 수지 재료로서 섬유 강화 열가소성 복합 재료를 예시했다. 이와 같은 섬유 강화 열가소성 복합 재료로는, 예를 들면, 특허 문헌 1에 개시된 바와 같은, 열가소성 수지로 이루어지는 부직포와 연속 강화 섬유를 일체화한 복합 시트가 포함된다.

또한, 열가소성 수지 재료는 섬유 강화 열가소성 복합 재료를 들 수 있다. 섬유 강화 열가소성 복합 재료에 포함되는 강화 섬유로는, 탄소 섬유, 유리 섬유를 예시하였다. 섬유 강화 열가소성 복합 재료에 포함되는 강화 섬유는, 이것으로 한정되지 않고, 예를 들면, 식물 유래의 섬유라도 무방하다.

또한, 열가소성 수지 재료로는, 상기에 한정하지 않고, 여러 가지의 열가소성 수지 재료가 포함된다. 본 발명에 따른 수지 성형 장치 및 수지 성형 방법에 따라 성형하기에 적합한 열가소성 수지 재료로는, 예를 들면, 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀계 수지, 나일론 6, 나일론 66, 나일론 12, 나일론 46으로 대표되는 폴리아미드계 수지, 폴리에틸렌 테레프탈레이트나 폴리부틸렌 테레프탈레이트 등의 폴리에스테르계 수지, 폴리에테르케톤 수지, 폴리페닐렌 설파이드 수지, 폴리에테르이미드 수지, 폴리카보네이트 수지 등을 들 수 있지만, 특히 이것들로 한정되는 것은 아니다.

10, 10B 금형
11, 12 절연재
16 표피 부분
20, 20B 금형
30 복합 시트(수지 재료)
32 부직포
34 적층부
40, 40B 성형부
50, 52, 60, 62 전극
70 고주파 전류 발생 장치
100, 100A, 100B 수지 성형 장치
200 프레스 장치
210 고정부
220 가동부

Claims

열가소성 수지 재료를 프레스 성형하는 수지 성형 장치로서,
각각 그라운드로부터 절연되도록 절연재를 개재하여 배치된 한 쌍의 금형과,
상기 한 쌍의 금형에 의해 형성되고, 상기 수지 재료가 배치되는 성형부와,
상기 한 쌍의 금형 중 적어도 한쪽의 금형에서, 상기 성형부를 사이에 두는 2점에 설치된 전극과,
상기 성형부를 사이에 두는 2개의 전극에 전기적으로 접속되어, 상기 전극 사이에 주파수가 10 ㎑ 이상의 고주파 전류를 흘릴 수 있는 고주파 전류 발생 장치를 구비한 수지 성형 장치.
제1항에 있어서,
상기 한 쌍의 금형은, 각각 상기 성형부를 사이에 두는 2점에 전극이 마련되고,
상기 고주파 전류 발생 장치는, 한 쌍의 금형의 성형부를 사이에 두는 2개의 전극에 병렬로 접속되는 수지 성형 장치.
각각 그라운드로부터 절연되도록 절연재를 개재하여 배치된 한 쌍의 금형의 성형부에, 열가소성 수지 재료를 배치하는 공정과,
상기 한 쌍의 금형에 마련한 전극을 통해, 상기 한 쌍의 금형에 주파수가 10 ㎑ 이상의 고주파 전류를 흘림으로써 상기 한 쌍의 금형을 가열해 상기 성형부에 배치된 수지 재료를 성형하는 공정을 구비한 수지 성형 방법.