JP5943777B2

JP5943777B2 - 繊維材料を含む複合成形品の成形装置および成形方法

Info

Publication number: JP5943777B2
Application number: JP2012185296A
Authority: JP
Inventors: 健川内; 幹男永田
Original assignee: 株式会社名機製作所
Priority date: 2012-08-24
Filing date: 2012-08-24
Publication date: 2016-07-05
Anticipated expiration: 2032-04-11
Also published as: JP2013216078A

Description

本発明は、固形または半固形のプリプレグからなる材料を下型に供給し、上型と下型の間で前記固形または半固形のプリプレグからなる材料を圧縮成形した後、更に射出成形または射出圧縮成形して複合成形品を成形する繊維材料を含む複合成形品の成形装置および成形方法に関するものである。

固形または半固形のプリプレグからなる材料を下型に供給し、上型と下型の間でプリプレグからなる材料を圧縮成形した後、更に射出圧縮成形して複合成形品を成形する繊維材料を含む複合成形品の成形装置としては、特許文献１に記載されたものが知られている。特許文献１では、繊維強化熱可塑性プラスチックをスタンピング成形して、骨格層を形成した後、同一の型枠を用いて射出圧縮成形により繊維を含まない熱可塑性のプラスチックの表皮層を繊維強化熱可塑性プラスチックの骨格層の表面に一体的に構成することが記載されている。ところが特許文献１の場合、加熱されたブランクシートをどのようにして成形用金型の間に供給するか等については記載されていない。

また繊維材料を含む成形品に関するものではないが、フロースタンピング成形と射出圧縮成形を行う合成樹脂の複合成形装置としては、特許文献２に記載されたものが知られている。特許文献２については、フロースタンピング成形を行うための材料供給機構と、型締ユニットと、射出圧縮成形用の成形ユニットの関係が図示されている。

特開平５−１８５４６６号公報（請求項１、図１、図２）特開平５−２４１２８号公報（０００５ないし００１４、図１、図２）

しかしながら特許文献１にてプレス装置の間にブランクシートを挿入する場合については、挿入するための装置の侵入スペースが必要となり、プレス装置を大きく型開できるようにプレス装置の高さを高くする必要がある。しかしながら高さを高くしたプレス装置は、次工程で水平方向に設けられた射出装置のノズルが型枠にノズルタッチされ、横方向からの力を受けた際に強度的に不利である。そして高さの高いプレス装置の横方向に対する強度を確保しようとするとタイバを太くするなどコストアップに繋がるものであった。

特許文献２については、下型をプレス外部に引き出してフロースタンピング成形のための材料供給を行うので、プレス装置間に直接材料を供給する際の型開間隔の問題は発生しない。しかし特許文献２は、キャビティ面の形状の異なる２個の下型を使用する必要があり、金型コストが高くなるものであった。また２個の下型が移動するので、下型の移動装置がコストアップする上に下型の移動スペースが両側に広く必要になるという問題もある。また更にはフロースタンピング成形を行うための材料供給機構が設けられる側と反対側も下型の移動スペースとなるので、反対側に射出装置を設けることは現実的には難しい。そのため装置全体の設置スペースがＬ字状となり工場設置上の制約が多くなるという問題もあった。また特許文献２の材料供給方法では溶融樹脂の供給からプレス装置まで移動させるための時間がかかる場合があるという問題もあった。

そこで本発明の圧縮成形装置および圧縮成形方法は、固形または半固形のプリプレグからなる材料を下型に供給し、上型と下型の間でプリプレグからなる材料を圧縮成形した後、更に射出圧縮成形して複合成形品を成形する場合において、装置全体のコストを抑えることが可能な圧縮成形装置および圧縮成形方法を提供することを目的とする。また第２の課題としては、プレス装置外で固形または半固形のプリプレグからなる材料を供給することによってプレス装置の高さを低くすることの可能な圧縮成形装置および圧縮成形方法を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に記載の繊維材料を含む複合成形品の圧縮成形装置は、固形または半固形のプリプレグからなる材料を下型に供給し、上型と下型の間でプリプレグからなる材料を圧縮成形した後、更に射出成形または射出圧縮成形して複合成形品を成形する繊維材料を含む複合成形品の圧縮成形装置において、少なくとも金型加熱を行う圧縮成形と射出後の冷却工程を備えた射出圧縮成形を連続して行う際に加圧を行う縦型のプレス装置と、前記プレス装置に取付けられ加熱から冷却に切換えが可能な上型および下型と、圧縮成形後に型部材移動装置の後退作動によりコアバック成形用の２次キャビティを形成する金型内の型部材と、前記プレス装置の加圧位置とプレス装置外部の材料供給位置の間で下型を移動させる移動装置と、前記材料供給位置で前記下型に固形または半固形のプリプレグからなる材料を供給する材料供給装置と、型部材が後退して形成された上型または下型のキャビティ面と圧縮成形されたプリプレグからなる材料から形成された１次成形品との間に形成される完全に型開されていない前記２次キャビティに溶融材料を射出する射出装置と、が設けられたことを特徴とする。

本発明の請求項２に記載の繊維材料を含む複合成形品の圧縮成形装置は、固形または半固形のプリプレグからなる材料を下型に供給し、上型と下型の間でプリプレグからなる材料を圧縮成形した後、更に射出成形または射出圧縮成形して複合成形品を成形する繊維材料を含む複合成形品の圧縮成形装置において、少なくとも金型加熱を行う圧縮成形と射出後の冷却工程を備えた射出成形を連続して行う際に加圧を行う縦型のプレス装置と、前記プレス装置に取付けられ加熱から冷却に切換えが可能な上型および下型と、圧縮成形後に型部材移動装置の後退作動によりコアバック成形用の２次キャビティを形成する金型内の型部材と、前記材料供給位置で前記下型に固形または半固形のプリプレグからなる材料を供給する材料供給装置と、型部材が後退して形成された上型または下型のキャビティ面と圧縮成形された固形または半固形のプリプレグからなる材料から形成された１次成形品との間の完全に型開されていない２次キャビティに溶融材料を射出する射出装置と、が設けられたことを特徴とする。

本発明の請求項３に記載の繊維材料を含む複合成形品の圧縮成形方法は、固形または半固形のプリプレグからなる材料を下型に供給し、上型と下型の間でプリプレグからなる材料を圧縮成形した後、更に射出成形または射出圧縮成形して複合成形品を成形する繊維材料を含む複合成形品の圧縮成形方法において、前記上型と下型は加熱から冷却に切換え可能な金型であって、材料供給装置から下型に固形または半固形のプリプレグからなる材料を供給し、
プレス成形装置を作動させ上型を下降させてプリプレグからなる材料を少なくとも当初加熱された上型および下型の間で圧縮成形を行い、その後に所定時間が経過すると型部材移動装置の後退作動によりコアバック成形用の２次キャビティを形成する金型内の型部材を移動させて上型または下型のキャビティ面と圧縮成形された固形または半固形のプリプレグからなる材料から形成された１次成形品との間に完全に型開されていない２次キャビティを形成し、
前記２次キャビティに射出装置から溶融樹脂を射出し、射出開始と同時または射出後にプレス装置または型部材移動装置を作動させて前記２次キャビティ内に射出された溶融樹脂を圧縮し射出後の冷却工程を経て複合成形品を成形することを特徴とする。

本発明の請求項４に記載の繊維材料を含む複合成形品の圧縮成形方法は、固形または半固形のプリプレグからなる材料を下型に供給し、上型と下型の間でプリプレグからなる材料を圧縮成形した後、更に射出成形または射出圧縮成形して複合成形品を成形する繊維材料を含む複合成形品の圧縮成形方法において、前記上型と下型は加熱から冷却に切換え可能な金型であって、材料供給装置から下型に固形または半固形のプリプレグからなる材料を供給し、プレス成形装置を作動させ上型を下降させてプリプレグからなる材料を少なくとも当初加熱された上型および下型の間で圧縮成形を行い、その後に所定時間が経過すると金型内の型部材を移動させて上型または下型のキャビティ面と圧縮成形された固形または半固形のプリプレグからなる材料から形成された１次成形品との間に完全に型開されていないコアバック成形用の２次キャビティを形成し、前記２次キャビティに射出装置から溶融樹脂を射出し射出後の冷却工程を経て複合成形品を成形することを特徴とする。

本発明の繊維材料を含む複合成形品の圧縮成形装置は、固形または半固形のプリプレグからなる材料を下型に供給し、上型と下型の間でプリプレグからなる材料を圧縮成形した後、更に射出成形または射出圧縮成形して複合成形品を成形する繊維材料を含む複合成形品の圧縮成形装置において、少なくとも金型加熱を行う圧縮成形と射出後の冷却工程を備えた射出圧縮成形を連続して行う際に加圧を行う縦型のプレス装置と、前記プレス装置に取付けられ加熱から冷却に切換えが可能な上型および下型と、圧縮成形後に型部材移動装置の後退作動によりコアバック成形用の２次キャビティを形成する金型内の型部材と、前記プレス装置の加圧位置とプレス装置外部の材料供給位置の間で下型を移動させる移動装置と、前記材料供給位置で前記下型に固形または半固形のプリプレグからなる材料を供給する材料供給装置と、型部材が後退して形成された上型または下型のキャビティ面と圧縮成形されたプリプレグからなる材料から形成された１次成形品との間に形成される完全に型開されていない前記２次キャビティに溶融材料を射出する射出装置と、が設けられているので繊維材料を含む複合成形品が構造を簡略化した圧縮成形装置で成形できる。

本実施形態の繊維材料を含む複合成形品の圧縮成形装置の平面図である。本実施形態の繊維材料を含む複合成形品の圧縮成形装置の正面図である。本実施形態の繊維材料を含む複合成形品の圧縮成形方法を示す図であって、材料供給装置から溶融材料を供給開始直後の状態を示す図である。本実施形態の繊維材料を含む複合成形品の圧縮成形方法を示す図であって、材料供給装置から溶融材料を供給終了直前の状態を示す図である。本実施形態の繊維材料を含む複合成形品の圧縮成形方法を示す図であって、下型がプレス装置の加圧位置へ移動された状態を示す図である。本実施形態の繊維材料を含む複合成形品の圧縮成形方法を示す図であって、下型と上型の間で溶融材料の圧縮成形（スタンピング成形）が行われた状態を示す図である。本実施形態の繊維材料を含む複合成形品の圧縮成形方法を示す図であって、圧縮成形後にキャビティ面と圧縮成形された１次成形品との間に空間が形成された状態を示す図である。本実施形態の繊維材料を含む複合成形品の圧縮成形方法を示す図であって、射出圧縮成形（射出）が開始された状態を示す図である。本実施形態の繊維材料を含む複合成形品の圧縮成形方法を示す図であって、射出圧縮成形における射出後の圧縮工程または冷却工程の状態を示す図である。本実施形態の繊維材料を含む複合成形品の圧縮成形方法を示す図であって、射出圧縮成形が完了し、型開された状態を示す図である。本実施形態の繊維材料を含む複合成形品の圧縮成形方法を示す図であって、下型がプレス装置から搬出され、複合成形品の取出しが行われている状態を示す図である。

図１、図２により本実施形態の繊維材料を含む複合成形品の圧縮成形装置１１について説明する。本実施形態の繊維材料を含む複合成形品の圧縮成形装置１１は、繊維材料を含む溶融材料Ｍを上型１２と下型１３の間で圧縮する縦型のプレス装置１４と、前記繊維材料を含む溶融材料Ｍの材料供給装置１５と、溶融材料の射出を行う横型の射出装置１６が設けられている。そしてプレス装置１４と材料供給装置１５による下型１３への繊維材料を含む溶融材料Ｍの供給位置ａ１の間には下型１３の移動装置１７が設けられている。

プレス装置１４について説明すると、図２に示されるように、下盤である固定盤１８の四隅近傍には４本のタイバ１９が立設されており、タイバ１９の上部は、上盤である受圧盤２０の四隅近傍に固定されている。また固定盤１８と受圧盤２０の間には、可動盤２１がタイバ１９に挿通されて上下方向に移動可能となっている。受圧盤２０には加圧機構である型締シリンダ２２（加圧用シリンダ）が設けられ、型締シリンダ２２のラム２３は可動盤２１の背面に固定されている。また受圧盤２０と可動盤２１の間には型開閉機構である型開閉シリンダ２４が設けられている。また可動盤２１にはハーフナット２５が取付けられ、タイバ１９に形成された図示しない係合溝に係合可能となっている。なお型締シリンダ２２および型開閉シリンダ２４は電動機構を用いたものでもよく、例えばトグル機構により圧縮成形を行うプレス装置であってもよい。

プレス装置１４の可動盤２１の下面には上型１２が取付け可能となっている。また固定盤１８の上面の加圧位置ａ２には下型１３が固定および移動可能となっている。プレス装置１４の下型１３は、下型取付板２６に取付けられ、プレス装置１４の内部の加圧位置ａ２とプレス装置１４の外部の供給位置ａ１の間で、図１におけるＸ軸方向に移動可能なものである。そして固定盤１８の一側（図１において左側）には、下型１３の移動装置１７が連結・固定されている。前記下型１３の移動装置１７の上面は、固定盤１８の上面と同じ高さとなっており、下型１３を移動させるための２本のガイドレール２７が両方の上面に亘って設けられている。そして前記ガイドレール２７に沿って下型取付板２６が移動されるようになっている。図示はしないが、下型取付板２６の下面側は、バネを介して転動ボールまたは車軸と車輪が設けられており、下型取付板２６が下型１３をプレス装置１４の内部の加圧位置ａ２とプレス装置１４の外部の供給位置ａ１の間で移動する場合は、固定盤１８の上面や移動装置１７の上面から下型取付板２６の下面が浮き上がるようになっている。また固定盤１８の加圧位置ａ２で上型１２と下型１３が型閉され圧縮成形（射出圧縮成形を含む）がなされる際は、前記バネが収縮されるとともに図示しないクランプによりクランプされて、固定盤１８の上面と下型取付板２６の下面が密着するようになっている。

下型１３の移動装置１７の駆動源はサーボモータ２８であって、移動装置１７の供給位置ａ１側の側面にサーボモータ２８が固定されている。そして前記ガイドレール２７と平行にボールネジ２９が設けられ、ボールネジ２９の一方はベアリングを介して移動装置１７の上面に回転自在に固定され、他方はべリングを介して固定盤１８の上面に回転自在に固定されている。また前記ベアリングよりも更に一方寄りのボールネジ２９の端部近傍には従動プーリ３０が固定され、サーボモータ２８の駆動プーリ３１との間に駆動力伝達用のタイミングベルト３２が掛け渡されている。更に前記下型取付板２６の側面にはボールネジナット３３が固定され、ボールネジナット３３には前記ボールネジ２９が挿通されている。そしてサーボモータ２８が駆動されると、ボールネジ２９が回転され、ボールネジナット３３と下型取付板２６と下型１３がＸ軸方向に直線運動されるようになっている。なお下型１３の移動装置１７のボールネジナット３３は、下型取付板２６の裏面に取付けてもよく、構造についてはこれに限定されない。また下型１３は、ロータリテーブルによりプレス装置１４外へ引き出されるものでもよく、この場合の移動装置による下型の移動軌跡は円弧となる。

プレス装置１４に取付られ使用される金型１３，１４について説明すると、下型１３は供給した繊維材料を含む溶融材料Ｍがこぼれないように凹型（キャビ型）にすることが望ましく、上型１２は凸型（コア型）にすることが望ましい。更に下型１３は繊維材料を含む溶融材料Ｍを供給してから移動するので、その間に繊維材料を含む溶融材料Ｍの固化が進行しないように、加熱機構を有することが望ましい。加熱機構としてはヒータや、金型内に供給される媒体を加熱媒体と冷却媒体に切換えられる機構が用いられる。また下型１３の移動装置１７の上方に供給した繊維材料を含む溶融材料Ｍの固化が進行しないように赤外線照射やヒータなどの熱源を設けてもよい。そして下型１３に加熱機構が設けられる場合は、成形品の反りの発生の問題から、上型１２にも加熱機構が設けられることが望ましい。

下型１３にはキャビティ面１３ａとノズルタッチ面７５の間を連通してホットランナ７６が設けられている。ホットランナ７６には図示しないゲートバルブが設けられ、圧縮成形の際はゲートバルブは閉鎖されている。

下型１３にはエジェクタ装置６１のエジェクタ板とエジェクタ板に複数立設された突出ピン６２が内蔵されている。また移動装置１７の材料供給位置ａ１の下方には、エジェクタ
装置６１の駆動源６３とエジェクタロッドが設けられている。そして複合成形品Ｐが下型１３が材料供給位置ａ１に到達するとエジェクタ装置６１が作動して複合成形品Ｐの下型１３からの突出がされる。なおエジェクタ装置６１が設けられる位置は、プレス装置１４の固定盤１８側や可動盤２１側であってもよい。

また移動装置１７の材料供給位置ａ１の上方には、取出機６４が移動可能となっている。取出機６４は、図示しないサーボモータにより水平方向および垂直方向に移動可能であり、負圧吸引手段に接続され負圧吸引される吸盤６５により複合成形品Ｐの吸引を行う。
従って、本実施形態では、材料供給位置ａ１は、複合成形品Ｐの取出位置でもあり、材料供給位置ａ１の上方のスペースは、取出機６４と材料供給装置１５が交互に侵入する形になる（図１においては取出機６４は省略して記載し、図２においては取出機６４は材料供給装置１５の上方で待機した状態を示している。）。このようにプレス装置１４外で一つの下型１３へのスタンピング成形用の繊維材料を含む溶融材料Ｍの供給や複合成形品Ｐの取出を行うことにより、プレス装置１４の型開間隔が小さくて済むので、プレス装置１４の高さを低くすることができる。

次に図１、図２により材料供給装置１５について説明する。材料供給装置１５は、前後進用の移動装置３５により、下型１３の移動装置１７および移動方向と同方向であるＸ軸方向に移動可能となっている。

図２に示されるように材料供給装置１５の移動装置３５は、ベースまたは床面上に２本のガイドレール３６が設けられ、ガイドレール３６上を材料供給装置１５の基台３７が移動可能となっている。またベースまたは床面上には、ボールネジ３８が回転可能に配置され、基台３７に固定されたボールネジナット５０が前記ボールネジ３８に挿通されている。またボールネジ３８の端部近傍には従動プーリ３９が固定され、サーボモータ４０の駆動プーリ４１との間にはタイミングベルト４２が掛け渡されている。従ってサーボモータ４０の駆動により、材料供給装置１５の基台３７と図示しないボールネジナットとが直線運動されるようになっている。なお移動装置３５は、基台３７と移動装置１７の側面の間に取り付けてもよく、構造については限定されない。

材料供給装置１５の基台３７上に載置されているのは、射出成形機の射出装置と略同じ機能を有する可塑化機能と射出機能を有する装置である。基台３７上に固定的に立設された前プレート４３にはヒータが取付けられた加熱筒４４が挿通されている。また前プレート４３には垂直方向に成形材料の供給口４５が設けられ、供給口４５の下方は加熱筒４４の孔を通じて加熱筒内部に連通している。また供給口４５の上方には、フィードスクリュを有する成形材料フィード装置４６が接続されている。加熱筒４４の先端にはヒータが取付けられたノズル４７が取付けられている。ノズル４７の先端には、供給孔４８が下方を向けられたダイ４９が取付けられている。ダイ４９の供給孔４８は所定の幅と長さを有している。本実施形態では、下型１３の矩形のキャビティ面１３ａのＸ軸方向に直交する方向の長さに対して僅かに短い長さの供給孔４８を有するダイ４９が取付られている。従ってキャビティ面１３ａのＸ軸方向に直交する方向の長さより僅かに短い長さの繊維材料を含む樹脂シートを連続して供給することができる。なおノズル４７の先端に取付られるダイ４９の部分は、下型１３のキャビティ面１３ａの形状や面積に応じて最適なものに交換可能となっている。またダイ４９は、繊維材料を含む溶融材料Ｍの流動性や繊維材料を含む溶融材料Ｍに含まれる繊維の切れ等の問題から、成形材料によっても異なるダイ４９に交換される。ノズル４７の先端のダイ４９またはその手前のノズル４７の部分には、流路を開閉するバルブ（図示せず）が設けられることが多い。

前プレート４３の後方には所定の距離を隔てて前プレートと平行に後プレート５１が設けられている。前プレート４３の前面側の加熱筒４４の両側には、それぞれ射出用のサーボモータ５２が設けられ、後プレート５１の両側にもそれぞれボールネジナット５３が設けられている。そして前記サーボモータ５２の駆動軸に直結されるボールネジ５４が前記ボールネジナット５３に挿通されている。また加熱筒４４の内部には逆流防止弁が取付けられた射出成形用として一般的なスクリュ（図示せず）が配置されて、スクリュの軸の後端は、スリーブやカップリング等を介して後プレート５１の後面に固定された計量用のサーボモータ５５の駆動軸に固定されている。

従って加熱筒内のスクリュは、前記計量用のサーボモータ５５の駆動により回転され、射出用のサーボモータ５２の駆動により、前後進されるようになっている。なお材料供給装置１５の構造は前記したものに限定されず、３枚のプレートを有するものでもよく、射出用のサーボモータは１個でもよい。また射出用や計量用の駆動源は油圧を用いたものでもよい。更には繊維材料を含む溶融材料Ｍをプランジャで押出す材料供給装置や、加熱筒内のスクリュが回転のみして溶融材料を押出す押出式の材料供給装置を材料供給装置として用いてもよい。

また本実施形態では縦型のプレス装置１４の他側（図１において右側）には横型の射出装置１６が配置されている。従ってプレス装置１４を挟んで一側には溶融材料の材料供給装置１５が設けられ、他側にはノズル５８をプレス装置１４に向けた横型の射出装置１６が設けられている。射出装置１６の構造については、材料供給装置である材料供給装置１５と類似するので、概略を記載する。射出装置１６の前後進装置は、基台５６にシフトシリンダ５７のシリンダ筒５７ａが固定され、固定盤１８の側面にシフトシリンダ５７のロッド５７ｂが固定されている。そしてシフトシリンダ５７は、射出装置１６のノズル５８を下型１３のノズルタッチ面７５へ当接させる際のノズルタッチ力を発生させる。

そして基台５６上に固定的に立設された前プレート６６にはヒータが取付けられた加熱筒６７が挿通されている。また前プレート６６には垂直方向に成形材料の供給口６８が設けられ、供給口６８の下方は加熱筒６７の孔を通じて加熱筒内部に連通している。また供給口６８の上方には、フィードスクリュを有する成形材料フィード装置６９が接続されている。加熱筒４４の先端にはヒータが取付けられたノズル５８が取付けられている。

前プレート６６の後方には所定の距離を隔てて前プレート６６と平行に後プレート７０が設けられている。前プレート６６の前面側の加熱筒６７の両側には、それぞれ射出用のサーボモータ７１が設けられ、後プレート７０の両側にもそれぞれボールネジナット７２が設けられている。そして前記射出用のサーボモータ７１の駆動軸に直結されるボールネジ７３が前記ボールネジナット７２に挿通されている。また加熱筒６７の内部には逆流防止弁が取付けられた射出成形用として一般的なスクリュ（図示せず）が配置されて、スクリュの軸の後端は、スリーブやカップリング等を介して後プレート７０の後面に固定された計量用のサーボモータ７４の駆動軸に固定されている。

従って加熱筒６７内のスクリュは、前記計量用のサーボモータ７４の駆動により回転され、射出用のサーボモータ７１の駆動により、前後進されるようになっている。なお射出装置１６の構造と配置については限定されるものではないが、例えば射出装置１６は、垂直方向に設けられ、固定盤または可動盤の中央などに設けられた孔を介して、ノズルが金型に当接されるものでもよい。しかしながら射出装置１６のメンテナンスの容易さや工場の天井の高さとの関係からは、射出装置１６は横型の射出装置であることが望ましい。

また射出装置１６のノズル５８については、交換可能であって、材料供給装置１５のようなダイ４９を取付けてスタンピング成形用の２次成形の材料を供給することも可能である。また圧縮成形装置１１の下型１３を固定的に設けて、圧縮成形装置１１を単独の射出成形機（射出圧縮成形機を含む）として利用したり、種々の使用方法が可能である。

次に本実施形態の圧縮成形装置１１を用いた複合成形品の圧縮成形について図３ないし図１１により説明する。本実施形態では使用される材料として熱可塑性樹脂（例えばポリカーボネート）に炭素繊維材料を含む溶融材料Ｍを使用した例について記載する。成形材料としては、熱可塑性樹脂の場合は、ポリカーボネートの他、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリアミド、ＡＢＳ等の少なくとも一種類の樹脂が選ばれる。また熱硬化性樹脂の場合は、エポキシ、ポリウレタン、フェノール等の少なくとも一種類の樹脂から選ばれ、熱可塑性と熱硬化性樹脂の混合樹脂でもよい。また繊維材料としては、炭素繊維の他、ガラス繊維、植物繊維、化学繊維等の別の繊維を含有するものであってもよい。またカーボンと樹脂の混合物などの流動性の悪い材料と樹脂の混合物の成形にも本実施形態の圧縮成形装置１１は適している。

成形の手順としてはまず、プレス装置１４が型開された状態で、サーボモータ２８が駆動されて下型取付板２６と下型１３がプレス装置１４の外部の供給位置ａ１へ移動され、一旦位置決め停止される。（複合成形品Ｐの取出については後述する。）下型１３の供給位置ａ１への移動までに材料供給装置１５は計量用のサーボモータ４０を回転させるとともに射出用のサーボモータ５２で背圧を加えて、加熱筒４４内のスクリュの前方への繊維材料を含む溶融材料Ｍである炭素繊維含有のポリカーボネート樹脂の計量（貯留）が行われ、供給位置ａ１で待機している。材料供給装置１５は、材料供給位置ａ１で複合成形品Ｐの取出を行うようにする場合は、取出中は後方位置にあり、取出後にＸ軸方向に沿って前進して供給位置に付く。材料供給装置１５の停止位置は、プレス装置１４とその上型１２と下型１３の位置関係で決められるが、プレス装置１４になるべく近い位置のほうが下型１３の移動距離を短縮できる関係から望ましい。

前記したようにこの際の下型１３は、キャビティ面１３ａが加熱されている。そして下型１３のキャビティ面１３ａの上に材料供給装置１５から炭素繊維材料を含む溶融材料Ｍが供給される。炭素繊維材料を含む溶融材料Ｍの供給は、材料供給装置１５のノズル４７の図示しないバルブが開かれ、射出用のサーボモータ５２が駆動されてスクリュが前進移動され、ダイ４９の供給孔４８から炭素繊維材料を含む溶融材料Ｍが落下されることにより行われる。本実施形態のダイ４９の供給孔４８の長さ（Ｘ軸に直交する方向の長さ）は、上記したように、略矩形のキャビティ面１３ａのＸ軸に直交する方向の長さよりも短くなっている。従って供給される炭素繊維材料を含む溶融材料Ｍは、キャビティ面１３ａを覆うようにシート状に供給される。

図３に示されるように、本実施形態の材料供給装置１５から下型１３への炭素繊維材料を含む溶融材料Ｍの供給は、下型１３のキャビティ面１３ａの前端近傍（プレス装置１４に近い側）に最初に炭素繊維材料を含む溶融材料Ｍが落下するように行われる。それから材料供給装置１５を現位置に停止した状態で、移動装置１７のサーボモータ２８を駆動させて下型１３をプレス装置１４側へ移動させることにより、下型１３のキャビティ面１３ａの過半の部分を覆うように炭素繊維材料を含む溶融材料Ｍを供給することができる。なお炭素繊維材料を含む溶融材料Ｍの供給は、下型１３および材料供給装置１５を固定して行ってもよいし、材料供給装置１５を移動させて行ってもよい。更には下型１３をプレス装置１４に向かって前進させながら材料供給装置１５を後退させるなど、両者を移動させてもよい。また下型１３および材料供給装置１５の移動は、Ｘ軸方向に直交する方向など別の方向へ移動するものでもよい。

次に図４に示されるように、下型１３が前進してキャビティ面１３ａの後端近傍（プレス装置１４から見て遠い側）の上方に材料供給装置１５のダイ４９の供給孔４８が位置する状態となると、材料供給装置１５からの材料供給が停止される。材料供給装置１５の側から説明すれば、図４の位置に下型１３が到達する際に、加熱筒４４内のスクリュが所定位置まで前進され、ノズル４７のバルブが閉鎖されるように制御がなされる。

次に図５に示されるように、炭素繊維材料を含む溶融材料Ｍの供給が完了した下型１３は、移動装置１７により連続してプレス装置１４の加圧位置ａ２に移動される。プレス装置１４の加圧位置ａ２において下型取付板２６は位置決め停止され、更に図示しない位置決めピンやクランプ等で固定される。このような材料供給方法を採用することにより、下型１３に炭素繊維材料を含む溶融材料Ｍが供給されてから下型１３がプレス装置１４の加圧位置ａ２に到達するまでの時間を短縮することができる。またこの際に前記の供給位置ａ１で成形を完了した複合成形品Ｐを取出す場合は、取出機６４の進入に備えて、材料供給装置１５は後退させておく。

次に図２、図６に示されるように、プレス装置１４の型開閉シリンダ２４が作動して上型１２が下降し、上型の凸部が下型１３の凹部と嵌合されるかその直前で、ハーフナット２５が作動されてハーフナット２５とタイバ１９の係合溝が係合される。そして次に型締シリンダ２２が駆動される。その際に固定盤１８に対して僅かに浮上している下型取付板２６が固定盤１８と密着され、加圧力が固定盤１８に伝達されることは上記した通りである。そして下型１３の凹部のキャビティ面１３ａと上型のキャビティ面の凸部が嵌合されてその間に形成されたキャビティ内で炭素繊維材料を含む溶融材料Ｍは加圧されて圧縮され、附形される。なお下型１３と上型１２とが当初加熱されている場合は、圧縮されている途中から冷却に切換えられ、炭素繊維材料を含む溶融材料Ｍの冷却固化が促進され、炭素繊維材料を含む１次成形品Ｍ１が成形される。なお縦型のプレス装置１４の型閉の際の型の移動は下型１３が上昇して上型１２と型閉されるものでもよい。

次に図７に示されるように、所定時間が経過するとプレス装置１４の型締シリンダ２２を型開方向に作動させて、下型１３から上型１２を完全に型開されない状態で僅かに上昇させる。その際には下型１３に炭素繊維材料を含む１次成形品Ｍ１が残置され、前記１次成形品Ｍ１と上型１２のキャビティ面１２ａとの間が離型されて高さＨの空間Ｃ（２次キャビティ）が形成される。なおこの際上型１２に１次成形品Ｍ１を貼り付けて離型し、炭素繊維材料を含む１次成形品Ｍ１と下型１３のキャビティ面１３ａの間に空間Ｃ（２次キャビティ）が形成されるようにしてもよい。またはプレス装置１４の作動ではなく、金型内の型の部材（入れ子）を型部材移動装置により後退作動させて空間Ｃ（２次キャビティ）を形成するようにしてもよい（コアバック成形）。更にまた射出装置１６による射出とほぼ同時に型を僅かに開くものでもよい。

次に図８に示されるように、下型１３の他方（図１において右側）の側面に形成されたノズルタッチ面７５に射出装置１６のノズル５８を当接させる。そして下型１３のホットランナ７６のゲートバルブを開放する。そして射出装置１５の射出は、射出用のサーボモータ７１を作動させて加熱筒６７内の図示しないスクリュを前進させる。そのことによりホットランナを介して、下型１３上の１次成形品Ｍ１と上型１２のキャビティ面１２ａの間に形成された空間Ｃ（２次キャビティ）に溶融樹脂Ｍ２の射出を開始する。本実施形態では、１次成形（圧縮成形）に炭素繊維材料と共にバインダ樹脂として用いられたポリカーボネートを、２次成形にも使用する。しかし１次成形で用いられた炭素繊維材料を含む樹脂Ｍ１のバインダ樹脂と、２次成形で用いる樹脂Ｍ２を異なる樹脂としてもよい。

この際の金型１２，１３の形状と射出装置１６のノズル５８の当接位置については上記に限定されず、種々のものが使用可能である。例えばパーティング面にノズル５８を当接させるものや固定盤１８、可動盤２１、上型１２のいずれかの側面にノズル５８を当接させるものでもよい。またゲートを１次成形品Ｍ１の面と直交する方向であって中央に設けることにより溶融材料Ｍ２を均等に流すことができ、炭素繊維材料を含む樹脂Ｍ１との接着性を良好にすることができる。また金型１２，１３は、上型１２と下型１３が嵌合されるインロータイプの金型であっても、上型１２と下型１３が当接される平当タイプの金型であってもよい。平当金型の場合は、下型１３（または上型１２）のキャビティ面１３ａ等の周囲の側壁がバネによって上下移動し、上型１２（または下型１３）のキャビティ面１２ａ等の周囲の部分が前記側壁の当接面と面当接する。

次に図９に示されるように、プレス装置１４の型締シリンダ２２を作動させ、上型１２を再度下降させ、空間Ｃ（２次キャビティ）に射出した溶融樹脂Ｍ２を加圧して圧縮する。その際、射出と同時または射出中にスクリュ位置等により型締シリンダ２２により圧縮成形（射出圧縮成形）を開始することが望ましい。最初の段階で空間Ｃ（２次キャビティ）を拡げておくことにより、溶融樹脂Ｍ２を良好に射出しやすくなる。また途中の段階からプレス装置１４による圧縮成形（射出圧縮成形）を開始することにより、溶融樹脂Ｍ２を空間Ｃ（２次キャビティ）の端部まで流動促進することもできる。そして炭素繊維を含む１次成形品Ｍ１と溶融樹脂Ｍ２に圧縮を加えることにより、炭素繊維を含む１次成形品Ｍ１の面と２次射出した溶融樹脂Ｍ２の層の密着性が良好になる。そして金型１２，１３が加熱されていたものは、圧縮成形（射出圧縮成形）の途中から冷却に切換えられ、溶融材料Ｍの冷却固化が促進される。または加熱機能がない金型の場合はそのまま冷却される。従って本実施形態では、下型１３と上型１２との間で完全に型開されない状態で圧縮成形と射出圧縮成形とが連続して行われる（型開せずに空間Ｃを形成する工程を挟むものは連続して成形の範疇に含まれる）。

なお上記のコアバック成形を行う場合は、金型内の型部材を別の型部材移動装置により前進させるかプレス装置１４の型締シリンダ２２を作動させることにより、型部材が後退して形成された空間Ｃ（２次キャビティ）内の溶融材料Ｍ２の射出圧縮成形を行うが、圧縮を伴わない射出成形を行ってもよい。

図１０に示されるように、所定時間が経過するとプレス装置１４の型締シリンダ２２および型開閉シリンダ２４が型開方向に作動して、下型１３から上型１２が上昇し、下型１３に残置された炭素繊維材料を含む複合成形品Ｐが取出し可能となる。

次に図２、図１１に示されるように、移動装置１７のサーボモータ２８の駆動により、炭素繊維材料を含む複合成形品Ｐがキャビティ面１３ａ上に保持された下型１３が加圧位置ａ２から材料供給位置ａ２（取出位置）へ移動される。そしてエジェクタ装置６１の駆動源６３が駆動されエジェクタロッド、エジェクタ板を介して突出ピン６２が突出され、炭素繊維材料を含む複合成形品Ｐがキャビティ面１３ａから突き出される。それと略同時に、取出機６４の吸盤６５が炭素繊維材料を含む複合成形品Ｐの上面に吸着し、炭素繊維材料を含む複合成形品Ｐを保持して別の工程へ搬出する。なおこの際、炭素繊維材料を含む複合成形品Ｐは、裏面となる炭素繊維材料を含む１次成形品Ｍ１の側が突出ピン６２により突き出されるので、僅かに突出跡が残っても使用上の問題はない。

また本実施形態では、材料供給装置１５とともに取出機６４がプレス装置１４内に挿入されないので、縦型のプレス装置１４の型開間隔は小さくて済み、その結果、縦型のプレス装置１４の高さを低くすることができる。そしてプレス装置１４のタイバ１９の方向と直交する方向から、横型の射出装置１６によるノズルタッチ力を受ける際にも、縦型のプレス装置１４の高さが低いために強度を低くすることができ、コストダウンに繋げることができる。

本発明については、一々列挙はしないが、上記した本実施形態のものに限定されず、当業者が本発明の趣旨を踏まえて変更を加えたものについても、適用されることは言うまでもないことである。本実施形態においては、炭素繊維材料を含む樹脂Ｍに対して樹脂層Ｍ２を多層に重ねる例について説明したが、２回の型開を行うことにより、繊維材料を含む樹脂Ｍに対して両面に樹脂層Ｍ２を被覆することも可能である。また樹脂層Ｍ２については、層状に被覆せずに、一例として周囲の部分のみというように、部分的に接合して繊維を含む複合成形品Ｐを成形したものでもよい。更には射出圧縮成形される材料も繊維材料を含むようにしてもよい。その場合、炭素繊維の含有量は１次成形品よりも低下させることが望ましい。また射出圧縮成形用の射出装置は１本に限らず、多層や多材により繊維層を含む複合成形品を成形するようにしてもよい。

更には本実施形態では１次成形品は材料供給装置１５から溶融状態で供給されるが、固形または半固形のプリプレグ等の繊維材料を含む材料をプレス装置１４の外部の供給位置ａ１で供給するようにしたものでもよい。その場合、供給位置ａ１、プレス装置１４の加圧位置ａ２と供給位置ａ１の間、プレス装置１４の加圧位置ａ２のいずれかの位置で更に、固形または半固形のプリプレグ等の繊維材料を含む材料を予熱することが望ましい。その後の圧縮成形および射出圧縮成形については上記の実施形態と同じである。

１１圧縮成形装置
１２上型
１２ａ，１３ａキャビティ面
１３下型
１４プレス装置
１５材料供給装置
１６射出装置
１７移動装置
１８固定盤
２１可動盤
２６下型取付板
４７，５８ノズル
４８供給孔
Ｍ繊維を含む溶融材料（炭素繊維を含む溶融材料）
Ｍ１１次成形品
Ｍ２溶融樹脂
Ｐ繊維材料を含む複合成形品（炭素繊維材料を含む複合成形品）
Ｘ下型の移動方向

Claims

固形または半固形のプリプレグからなる材料を下型に供給し、上型と下型の間でプリプレグからなる材料を圧縮成形した後、更に射出成形または射出圧縮成形して複合成形品を成形する繊維材料を含む複合成形品の圧縮成形装置において、
少なくとも金型加熱を行う圧縮成形と射出後の冷却工程を備えた射出圧縮成形を連続して行う際に加圧を行う縦型のプレス装置と、
前記プレス装置に取付けられ加熱から冷却に切換えが可能な上型および下型と、
圧縮成形後に型部材移動装置の後退作動によりコアバック成形用の２次キャビティを形成する金型内の型部材と、
前記プレス装置の加圧位置とプレス装置外部の材料供給位置の間で下型を移動させる移動装置と、
前記材料供給位置で前記下型に固形または半固形のプリプレグからなる材料を供給する材料供給装置と、
型部材が後退して形成された上型または下型のキャビティ面と圧縮成形されたプリプレグからなる材料から形成された１次成形品との間に形成される完全に型開されていない前記２次キャビティに溶融材料を射出する射出装置と、
が設けられたことを特徴とする繊維材料を含む複合成形品の圧縮成形装置。
固形または半固形のプリプレグからなる材料を下型に供給し、上型と下型の間でプリプレグからなる材料を圧縮成形した後、更に射出成形または射出圧縮成形して複合成形品を成形する繊維材料を含む複合成形品の圧縮成形装置において、
少なくとも金型加熱を行う圧縮成形と射出後の冷却工程を備えた射出成形を連続して行う際に加圧を行う縦型のプレス装置と、
前記プレス装置に取付けられ加熱から冷却に切換えが可能な上型および下型と、
圧縮成形後に型部材移動装置の後退作動によりコアバック成形用の２次キャビティを形成する金型内の型部材と、
前記材料供給位置で前記下型に固形または半固形のプリプレグからなる材料を供給する材料供給装置と、
型部材が後退して形成された上型または下型のキャビティ面と圧縮成形された固形または半固形のプリプレグからなる材料から形成された１次成形品との間の完全に型開されていない２次キャビティに溶融材料を射出する射出装置と、
が設けられたことを特徴とする繊維材料を含む複合成形品の圧縮成形装置。
固形または半固形のプリプレグからなる材料を下型に供給し、上型と下型の間でプリプレグからなる材料を圧縮成形した後、更に射出成形または射出圧縮成形して複合成形品を成形する繊維材料を含む複合成形品の圧縮成形方法において、
前記上型と下型は加熱から冷却に切換え可能な金型であって、
材料供給装置から下型に固形または半固形のプリプレグからなる材料を供給し、
プレス成形装置を作動させ上型を下降させてプリプレグからなる材料を少なくとも当初加熱された上型および下型の間で圧縮成形を行い、
その後に所定時間が経過すると型部材移動装置の後退作動によりコアバック成形用の２次キャビティを形成する金型内の型部材を移動させて上型または下型のキャビティ面と圧縮成形された固形または半固形のプリプレグからなる材料から形成された１次成形品との間に完全に型開されていない２次キャビティを形成し、
前記２次キャビティに射出装置から溶融樹脂を射出し、
射出開始と同時または射出後にプレス装置または型部材移動装置を作動させて前記２次キャビティ内に射出された溶融樹脂を圧縮し射出後の冷却工程を経て複合成形品を成形することを特徴とする繊維材料を含む複合成形品の圧縮成形方法。
固形または半固形のプリプレグからなる材料を下型に供給し、上型と下型の間でプリプレグからなる材料を圧縮成形した後、更に射出成形または射出圧縮成形して複合成形品を成形する繊維材料を含む複合成形品の圧縮成形方法において、
前記上型と下型は加熱から冷却に切換え可能な金型であって、
材料供給装置から下型に固形または半固形のプリプレグからなる材料を供給し、
プレス成形装置を作動させ上型を下降させてプリプレグからなる材料を少なくとも当初加熱された上型および下型の間で圧縮成形を行い、
その後に所定時間が経過すると金型内の型部材を移動させて上型または下型のキャビティ面と圧縮成形された固形または半固形のプリプレグからなる材料から形成された１次成形品との間に完全に型開されていないコアバック成形用の２次キャビティを形成し、
前記２次キャビティに射出装置から溶融樹脂を射出し射出後の冷却工程を経て複合成形品を成形することを特徴とする繊維材料を含む複合成形品の圧縮成形方法。