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JP5866398B2 - 成形システム及び成形品の製造方法 - Google Patents

成形システム及び成形品の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、シート状のインサート部材と成形材料とを複合して、成形品を製造する成形システム及び成形品の製造方法に関する。
シート状のプリプレグを成形する方法としてプレス成形が知られている。
なお、プリプレグシートの加熱・インサート成形については、様々なタイプのものが知られている（例えば、特許文献１，２参照。）。また、射出成形後の後工程についても、様々なタイプのものが知られている（例えば、特許文献３参照。）。
特開平６−２７０１９９号公報 特開２０１２−１７９７７３号公報 特開平８−３３６８３３号公報
しかしながら、従来のプリプレグでは熱硬化性樹脂をベースとする材料を使用しているため成形時間が長く、また、生産性が低かった。そのため、生産された成形品の単価が高くなってしまい、小型自動車等の大量生産品への使用が難しく、飛行機や高級自動車等の少量生産品への適用に留まっていた。
本発明は、シート状のインサート部材と成形材料とを複合する際に直接射出成形法を用いることで、高い生産性を実現できる成形システム及び成形品の製造方法を提供することを目的とする。
本発明の成形システムは、シート状のインサート部材と成形材料とを一体に成形して成形品を製造する成形システムであって、所定の基準位置の周囲に配置され、前記インサート部材を供給するシート供給部と、前記インサート部材を加熱するシート加熱部と、前記インサート部材と前記成形材料とを一体に成形して前記成形品を形成する成形装置と、前記シート加熱部と前記成形装置との間で前記インサート部材を搬送するとともに、前記成形装置から前記成形品を取り出して搬送する取出機と、前記基準位置の周囲に配置され、前記成形品を搬送する搬送装置と、前記基準位置に設けられ、前記シート供給部、前記取出機、及び前記搬送装置の相互間で、前記インサート部材又は前記成形品を搬送する搬送ロボットとを備えていることを特徴とする。
また、本発明の成形システムは、シート状のインサート部材と成形材料とを一体に成形して成形品を製造する成形システムであって、所定の基準位置の周囲に配置され、前記インサート部材を供給するシート供給部と、前記インサート部材を加熱するシート加熱部と、前記インサート部材と前記成形材料とを一体に成形して前記成形品を形成する成形装置と、前記シート加熱部と前記成形装置との間で前記インサート部材を搬送するとともに、前記成形装置から前記成形品を取り出して搬送する取出機と、前記基準位置の周囲に配置され、前記成形品に付着したゲートを切断するゲートカット装置と、前記基準位置に設けられ、前記シート供給部、前記取出機、及び前記ゲートカット装置の相互間で、前記インサート部材又は前記成形品を搬送する搬送ロボットとを備えていることを特徴とする。
本発明の成形品の製造方法は、シート状のインサート部材と成形材料とを一体に成形して成形品を製造する成形品の製造方法であって、所定の基準位置の周囲に配置されたシート供給部から前記インサート部材を供給し、前記インサート部材をシート加熱部で加熱し、前記インサート部材と前記成形材料とを成形装置で一体に成形して前記成形品を形成し、前記基準位置の周囲に形成された受渡位置を有する取出機で、前記インサート部材又は前記成形品のうちの少なくとも一方を搬送し、前記基準位置の周囲に配置された搬送装置で前記成形品を搬送し、さらに前記基準位置に設けられた搬送ロボットにより、前記シート供給部、前記取出機、及び前記搬送装置の相互間で、前記インサート部材又は前記成形品のうちの少なくとも一方を搬送することを特徴とする。
また、本発明の成形品の製造方法は、シート状のインサート部材と成形材料とを一体に成形して成形品を製造する成形品の製造方法であって、所定の基準位置の周囲に配置されたシート供給部から前記インサート部材を供給し、前記インサート部材をシート加熱部で加熱し、前記インサート部材と前記成形材料とを成形装置で一体に成形して前記成形品を形成し、前記基準位置の周囲に形成された受渡位置を有する取出機で、前記インサート部材又は前記成形品のうちの少なくとも一方を搬送し、前記基準位置の周囲に配置されたゲートカット装置で、前記成形品に付着したゲートを切断し、さらに前記基準位置に設けられた搬送ロボットにより、前記シート供給部、前記取出機、及び前記ゲートカット装置の相互間で、前記インサート部材又は前記成形品のうちの少なくとも一方を搬送することを特徴とする。
本発明によれば、シート状のインサート部材と成形材料とを複合する際に直接射出成形法を用いることで、高い生産性を実現できる。
本発明の一実施の形態に係るハイブリッド成形システムを模式的に示す斜視図。 同ハイブリッド成形システムを模式的に示す平面図。 同ハイブリッド成形システムにおけるインサート動作を模式的に示す側面図。 同ハイブリッド成形システムにおけるインサート動作を模式的に示す側面図。 同ハイブリッド成形システムにおけるインサート動作を模式的に示す側面図。 同ハイブリッド成形システムの動作フローを示す説明図。
図１は本発明の一実施の形態に係り、シート（シート状のインサート部材）Ｓと樹脂材（成形材料）Ｒとを一体に成形して成形品Ｑを製造するハイブリッド成形システム１０を示す斜視図、図２は、同ハイブリッド成形システムを模式的に示す平面図、図３は同ハイブリッド成形システムに組み込まれた金型部の動作を模式的に示す側面図、図４は同ハイブリッド成形システムに組み込まれた金型部の動作を模式的に示す側面図、図５は同ハイブリッド成形システムに組み込まれた金型部の動作を模式的に示す側面図、図６は同ハイブリッド成形システムの動作フローを示す説明図である。
なお、これらの図中矢印ＸＹＺは互いに直交する三方向を示しており、特に矢印ＸＹは水平方向、矢印Ｚは鉛直方向を示している。
ハイブリッド成形システム（成形システム）１０は、基準位置Ｐの周囲に配置され、シートＳを供給するシート供給部２０と、シートＳを加熱するシート加熱部３０と、シートＳと樹脂材（成形材料）Ｒとを一体に成形して成形品Ｑを形成する射出成形機（成形機，成形装置）１００と、基準位置Ｐの周囲に形成された受渡位置を有し、シート加熱部３０、射出成形機１００との間でシートＳ及び成形品Ｑを搬送する取出機２００と、基準位置Ｐの周囲に配置され、成形品Ｑに付着したゲートを切断するゲートカット装置３００と、基準位置Ｐの周囲に配置され、成形品Ｑを搬送する搬送装置４００と、基準位置Ｐに設けられ、シート供給部２０、取出機２００、ゲートカット装置３００、搬送装置４００の相互間で、シートＳ又は成形品Ｑを保持して搬送する搬送ロボット５００とを備えている。シート（シート状のインサート部材）Ｓは、例えば、シート状の熱可塑性プリプレグである。
シート供給部２０は、シートＳを、シート供給位置２１において搬送ロボット５００に受け渡す機能を有している。
シート加熱部３０は、取出機２００によって保持されたシートＳを電熱器で加熱する機能を有している。なお、図２中３１はシート加熱部３０への電源供給部を示している。
射出成形機１００は、ベース１２０と、射出装置１３０と、型締装置１４０とを備えている。ベース１２０の上には、レール１２１が設けられている。レール１２１は、ベース１２０の長手方向に延びている。射出装置１３０は、レール１２１上に配置されており、レール１２１に沿って移動可能である。
射出装置１３０は、例えば、ハウジング１３０ａと、内部にスクリュ１３１ａを収容するシリンダ１３１と、ハウジング１３０ａ内に収容されるシリンダ１３１内でスクリュ１３１ａを回転させる駆動装置１３２と、ホッパ１３３と、ハウジング１３０ａ内に収容されるスクリュ１３１ａを進退させる駆動装置１３５を備えている。
シリンダ１３１の先端には、射出ノズル１３４が設けられている。ホッパ１３３内には、溶融される材料の一例である樹脂が収容されている。ホッパ１３３内から材料である樹脂がシリンダ１３１内に供給される。射出装置１３０は、図示しない駆動装置１３６を駆動することで、射出ノズル１３４が後述される固定型１５５と移動型１５６内のキャビティ内に連通するように、移動される。
シリンダ１３１には、加熱装置が設けられている。図示しない加熱装置によってシリンダ１３１が加熱されている。ホッパ１３３より供給された材料である樹脂（成形材料）は、駆動装置１３２によってスクリュ１３１ａが回転することにより、シリンダ１３１内を射出ノズル１３４に向って移動する。この移動により、シリンダ１３１の熱が樹脂に伝わり、樹脂が溶融される。溶融された樹脂は、射出ノズル１３４付近に蓄えられる。樹脂が蓄えられるにつれて、蓄えられた樹脂の圧力によりスクリュ１３１ａはホッパ１３３の方へ押し戻される。溶融した樹脂は、所定量蓄えられると、駆動装置１３５によってスクリュ１３１ａを射出ノズル１３４の方へ押し出すことにより、型締装置１４０に取り付けられる固定型１５５と移動型１５６との間に形成されるキャビティ内に、射出される。
型締装置１４０は、例えば、固定盤１４１と、固定盤１４１に対して進退可能な移動盤１４２とを備えている。固定盤１４１には、固定型１５５が取り付けられている。移動盤１４２には、移動型１５６が取り付けられている。移動盤１４２は、例えば、トグル機構と、このトグル機構を伸縮する駆動装置とによって、固定盤１４１に対して進退する。トグル機構は、移動盤１４２に連結されている。
固定型１５５と移動型１５６のそれぞれには、内側に、成形すべき製品に対応するキャビティが形成されている。移動盤１４２が固定盤１４１に向って移動した後、移動型１５６が固定型１５５に接触すると、固定型１５５と移動型１５６とにより、成形品Ｑに対応するキャビティが形成される。
取出機２００は、例えば、矢印Ｚ方向に沿って配置された架台２１０と、この架台２１０に設けられたガイド２２０と、このガイド２２０に矢印Ｙ方向に案内され、互いに矢印Ｘ方向に隣接した一対の保持機構２３０、２４０とを備えている。
ガイド２２０は、加熱位置２２１、搬送ロボット５００との間でシートＳまたは成形品Ｑの受渡しが行われる受渡位置（シート受渡位置・成形品受渡位置）２２２と、インサート位置２２３の各位置を有している。
保持機構２３０は、例えば、高さ位置調整機構２３１と、この高さ位置調整機構２３１の下端に設けられた保持ハンド２３２とを備えている。保持機構２４０は、高さ位置調整機構２４１と、この高さ位置調整機構２４１の下端に設けられた保持ハンド２４２とを備えている。なお、保持機構２３０及び保持機構２４０はそれぞれ独立に動作することが可能であり、保持機構２３０及び保持機構２４０のガイド２２０に対する位置は、常に同位置であってもよく、そうでなくてもよい。
ゲートカット装置３００は、搬送ロボット５００に保持された成形品ＱからゲートＱａをゲートカット位置３０１にて切断する機能を有している。搬送装置４００は、例えばベルトコンベア等で、システム外部に成形品Ｑを搬送する機能を有している。
搬送ロボット５００は、例えば６軸ロボット等の多関節ロボットであり、床面に固定された矢印Ｚ方向の回転軸が基準位置Ｐを通るロボット本体５１０と、このロボット本体５１０の先端に設けられたチャック５２０とを備えている。チャック５２０は、シートＳや成形品Ｑを保持できるものであれば、挟持チャック、真空チャックのいずれでもよい。
なお、搬送ロボット５００は、そのチャック５２０をシート供給部２０のシート供給位置２１、取出機２００の受渡位置２２２、ゲートカット装置３００のゲートカット位置３０１と、搬送装置４００の各位置に位置決めすることが可能である。
このように構成されたハイブリット成形システム１０では、次のようにして成形品Ｑを生産する。なお、図６に示すチャートは、各装置の動作を示している。図６中Ｓ１はシートＳのうち任意のシート、Ｓ２はＳ１の次に処理されるシートを示している。
搬送ロボット５００は、シート供給部２０のシート供給位置２１においてシートＳ（Ｓ１）を受け取る。次に、取出機２００の受渡位置２２２まで移動し、シートＳを取出機２００の保持機構２３０の保持ハンド２３２に受け渡す。次に、保持機構２３０をガイド２２０に沿って動作させ、加熱位置２２１上で停止させる。次に高さ位置調整機構２３１によりシート加熱部３０の内部にシートＳを下降させて、適温まで加熱する。なお、シートの受渡し位置でのシートの高さがシート加熱部３０でのシートを加熱することができる高さと同じである場合には、高さ位置調整機構２３１による高さ調整動作を省略することができる。
次に、シートＳを上昇させ、続いて、保持機構２３０をインサート位置２２３まで移動する。
次に、高さ位置調整機構２３１によりシートＳを下降させ、図３に示すように、固定型１５５と移動型１５６の間に位置決めする。そして、型締装置１４０を動作させ、図４に示すように、固定型１５５と移動型１５６を型締めしてシートＳの形状を形成する。次に、溶融した樹脂材を射出し、シートＳと樹脂材とを一体化して成形品Ｑを成形する。
次に、図５に示すように、固定型１５５と移動型１５６を型開きし、保持機構２４０により成形品Ｑを取り出す。このとき、次のシートＳ（Ｓ２）を固定型１５５と移動型１５６の間に位置決めする。
次に、保持機構２４０を受渡位置２２２まで移動し、搬送ロボット５００により成形品Ｑを保持する。そして、搬送ロボット５００は、成形品Ｑをゲートカット装置３００のゲートカット位置３０１まで搬送し、ゲートカット装置３００は、成形品ＱからゲートＱａを切除し、その後、搬送ロボット５００は、成形品Ｑを搬送装置４００に載せる。以上で、ハイブリット成形による成形品Ｑを１つ製造するための工程が完了する。
なお、製造工程は図６に示すように、任意のシートＳ１と、次のシートＳ２の動作を一部オーバーラップして行うことができる。例えば、射出成形機１００が型閉、射出、冷却、型開、押出を行っている最中に、搬送ロボット５００では次のシートＳ（Ｓ２）をシート供給部２０から受け取り、シートＳを取出機２００に受け渡し、また、取出機２００より成形品Ｑを受け取り、成形品Ｑをゲートカット装置３００に受け渡し、さらに、ゲートカット装置３００から成形品Ｑを受け取り、成形品Ｑを搬送装置４００に受け渡す。取出機２００では搬送ロボット５００より次のシートＳ（Ｓ２）を受け取り、シート加熱部３０で次のシートＳ（Ｓ２）を加熱する。また、取出機２００ではシート加熱部３０で次のシートＳ（Ｓ２）を加熱後、次のシートＳ（Ｓ２）を射出成形機１００内、（より具体的には、射出成形機１００に取り付けられた金型内）にインサートする。また、取出機２００では、射出成形機１００で成形された成形品Ｑを射出成形機１００から取り出し（受け取り）、その成形品Ｑを搬送ロボット５００へと受け渡す。シート加熱部３０では、取出機２００により次のシートＳ（Ｓ２）が運ばれてきたら、次のシートＳ（Ｓ２）を加熱する。シート供給部２０では、次のシートＳ（Ｓ２）を搬送ロボット５００へ受け渡したら、さらに次のシートＳを搬送ロボット５００との所定の受け渡し位置に準備する（配置する）。ゲートカット装置３００では、搬送ロボット５００より成形品Ｑを受け取り、成形品Ｑに付着したゲートを切断した後、再度、搬送ロボット５００に成形品Ｑを受け渡す。搬送装置４００では、搬送ロボット５００より成形品Ｑを受け取り、成形品Ｑを搬送する。
上述したように、本実施の形態に係るハイブリット成形システム１０によれば、シート状の熱可塑性プリプレグを加熱して、そのまま射出成形機の金型にインサートし、型締めして熱可塑性プリプレグを賦形し、その後の射出により樹脂材と複合することができる。このため、熱硬化性プリプレグのシートを用いた場合と異なり、プレス機が不要となり、また硬化時間を短縮することができる。したがって、シート状の熱可塑性プリプレグと樹脂材とを複合する際に高い生産性を実現することができる。また、直接射出成形法を用いることで、機械物性の高い成形品を成形することができる。
また、搬送ロボット５００を中心として、シート供給部２０、シート加熱部３０、射出成形機１００、取出機２００、ゲートカット装置３００、及び搬送装置４００が、搬送ロボット５００の搬送可能な範囲内に設けられているため、装置全体の設置スペースを節約することが可能となる。また、この周辺設備を含めた成形システム全体の設置スペースを節約することにより、各々の装置間の間が短くなり、効率的な生産を行うことができ、成形品の１つ当たりの製造時間の短縮化を図ることができる。
なお、ゲートを切断する必要がない成形品が成形される場合には、ゲートカット装置を無くすこともできる。これにより、さらに、装置全体の設置スペースを節約することができる。
また、成形品をハイブリッド成形システムの外部に搬送する必要がなければ、搬送装置を無くすこともできる。これにより、さらに、装置全体の設置スペースを節約することができる。
この発明は、上述した実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上述した実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、上述した実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除しても良い。さらに、異なる実施形態の構成を組み合わせてもよい。
１０…ハイブリッド成形システム、２０…シート供給部、３０…シート加熱部、１００…射出成形機（成形装置、成形機）、２００…取出機、３００…ゲートカット装置、４００…搬出装置、５００…搬送ロボット。

Claims (4)

  1. シート状のインサート部材と成形材料とを一体に成形して成形品を製造する成形システムであって、
    所定の基準位置の周囲に配置され、前記インサート部材を供給するシート供給部と、
    前記インサート部材を加熱するシート加熱部と、
    前記インサート部材と前記成形材料とを一体に成形して前記成形品を形成する成形装置と、
    前記シート加熱部と前記成形装置との間で前記インサート部材を搬送するとともに、前記成形装置から前記成形品を取り出して搬送する取出機と、
    前記基準位置の周囲に配置され、前記成形品を搬送する搬送装置と、
    前記基準位置に設けられ、前記シート供給部、前記取出機、及び前記搬送装置の相互間で、前記インサート部材又は前記成形品を搬送する搬送ロボットとを備えていることを特徴とする成形システム。
  2. シート状のインサート部材と成形材料とを一体に成形して成形品を製造する成形システムであって、
    所定の基準位置の周囲に配置され、前記インサート部材を供給するシート供給部と、
    前記インサート部材を加熱するシート加熱部と、
    前記インサート部材と前記成形材料とを一体に成形して前記成形品を形成する成形装置と、
    前記シート加熱部と前記成形装置との間で前記インサート部材を搬送するとともに、前記成形装置から前記成形品を取り出して搬送する取出機と、
    前記基準位置の周囲に配置され、前記成形品に付着したゲートを切断するゲートカット装置と、
    前記基準位置に設けられ、前記シート供給部、前記取出機、及び前記ゲートカット装置の相互間で、前記インサート部材又は前記成形品を搬送する搬送ロボットとを備えていることを特徴とする成形システム。
  3. シート状のインサート部材と成形材料とを一体に成形して成形品を製造する成形品の製造方法であって、
    所定の基準位置の周囲に配置されたシート供給部から前記インサート部材を供給し、
    前記インサート部材をシート加熱部で加熱し、
    前記インサート部材と前記成形材料とを成形装置で一体に成形して前記成形品を形成し、
    前記基準位置の周囲に形成された受渡位置を有する取出機で、前記インサート部材又は前記成形品のうちの少なくとも一方を搬送し、
    前記基準位置の周囲に配置された搬送装置で前記成形品を搬送し、
    さらに前記基準位置に設けられた搬送ロボットにより、前記シート供給部、前記取出機、及び前記搬送装置の相互間で、前記インサート部材又は前記成形品のうちの少なくとも一方を搬送することを特徴とする成形品の製造方法。
  4. シート状のインサート部材と成形材料とを一体に成形して成形品を製造する成形品の製造方法であって、
    所定の基準位置の周囲に配置されたシート供給部から前記インサート部材を供給し、
    前記インサート部材をシート加熱部で加熱し、
    前記インサート部材と前記成形材料とを成形装置で一体に成形して前記成形品を形成し、
    前記基準位置の周囲に形成された受渡位置を有する取出機で、前記インサート部材又は前記成形品のうちの少なくとも一方を搬送し、
    前記基準位置の周囲に配置されたゲートカット装置で、前記成形品に付着したゲートを切断し、
    さらに前記基準位置に設けられた搬送ロボットにより、前記シート供給部、前記取出機、及び前記ゲートカット装置の相互間で、前記インサート部材又は前記成形品のうちの少なくとも一方を搬送することを特徴とする成形品の製造方法。
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