JP5158731B1

JP5158731B1 - 圧縮成形方法

Info

Publication number: JP5158731B1
Application number: JP2012092283A
Authority: JP
Inventors: 清司谷澤
Original assignee: 株式会社名機製作所
Priority date: 2012-04-13
Filing date: 2012-04-13
Publication date: 2013-03-06
Anticipated expiration: 2032-04-13
Also published as: JP2013220556A

Abstract

【課題】同一の材料を型に供給する場合に供給開始から供給終了までの時間を短縮し、最初に供給した溶融材料と後に供給した溶融材料の温度の差を小さくした状態かまたは溶融材料の状態の変化を小さくした状態でプレス成形を行うことができるようにする。
【解決手段】型開された下型１３に対して材料供給装置１５，１６から溶融材料Ｍを供給し、その後に下型１３と上型１２を閉鎖して前記溶融材料Ｍを圧縮する圧縮成形装置１１において、前記下型１３に対して同時に同一の溶融材料Ｍを供給する複数の材料供給装置１５，１６が備えられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、型開された下型に対して材料供給装置から溶融材料を供給し、その後に下型と上型を閉鎖して前記溶融材料を圧縮する圧縮成形方法に関するものである。

樹脂等の溶融材料を型内で圧縮して成形する方法としては、型閉されたキャビティ内に溶融材料を射出装置から射出し、更に圧縮する射出圧縮成形方法が知られている。しかし前記射出圧縮成形方法は、射出時に溶融材料に高圧が掛かり繊維材料等が損傷を受ける場合があるという問題や溶融材料の流動性が悪い場合に射出時に充填が困難な場合があるという問題があり、型を開いた状態で溶融材料を下型のキャビティ面に供給後に上型と下型を閉鎖して圧縮を行う圧縮成形方法も知られている。後者の圧縮成形の場合、ポットから比較的硬めで原型を留めた溶融材料が型内に供給されるトランスファ成形とも呼ばれる圧縮成形と、射出装置または押出装置から流動状態の溶融材料が型内に供給されるスタンピング成形とも呼ばれる圧縮成形がある。

後者のスタンピング成形の場合は、材料供給装置から下型のキャビティ面に供給された樹脂材料は、外気に触れるとすぐに冷却が開始され、冷却が進行すると圧縮成形を行う際に支障を来たすという問題がある。そして特に大面積や大容積の成形品の場合には、最初に供給した溶融材料の冷却が進行して、後に供給した溶融材料と温度が許容範囲を超えて異なってしまうという問題があった。そして最初に供給した溶融材料と後に供給した材料の温度が許容範囲を超えて異なった状態でプレス成形を行うと、溶融材料の流動性の差から成形品に偏荷重がかかったり、冷却収縮に差が出たりして精度が高い成形品が出来にくいという問題があった。

このようなスタンピング成形に関するものとして、特許文献１、特許文献２に記載されたものが知られている。特許文献１は、材料供給装置である射出機の管体部に複数のノズルを設けることにより、複数のキャビティに対して同時に合成樹脂材を供給可能であることが記載されている。また特許文献２は、２色の異なる樹脂からなる成形品に対してそれぞれの材料供給装置から別個に溶融材料を供給して、その後にプレス成形を行うことが記載されている。

特開平６−５５５６２号公報（請求項１、図１）特開平９−５２２４５号公報（００１８、図２）

しかしながら特許文献１においては、複数のノズルの間隔は供給中に変更できないので、溶融状態の合成樹脂の供給位置に限定を受けるものであり、１個のキャビティに対して満遍なく溶融材料を供給することは難しいものであった。また大面積や大容積の成形品の場合には、材料供給量が追いつかないという問題があった。またそうであれば単に材料供給装置を大型化すれば材料供給量の問題は事足りるようにも考えられるが、材料供給装置を大型化するに従って供給装置全体やスクリュ等の可動部の重量が重くなり、高速で移動する可動部を精度よく停止させることが慣性力の関係から難しくなる。またそれでも高速で移動する可動部を精度よく停止させようとすると機構は非常に高額なものとなる。また一定以上の大型の材料供給装置は、部品が特注品となる場合が多く、半分の吐出能力の材料供給装置２台よりも高額なものとなる場合も多い。

また特許文献２は、２色の異なる樹脂からなる成形品に対してそれぞれの材料供給装置から別個に溶融材料を供給するものであり、本発明が課題とするような最初に供給した樹脂が冷却が進行することによる圧縮成形時の不良対策というようなことは想定されていない。単に材料が異なるのでそれに応じてそれぞれ異なる材料供給装置が必要だというレベルのものであった。

そこで本発明では、同一の材料を型に供給する場合に供給開始から供給終了までの時間を短縮し、最初に供給した溶融材料と後に供給した溶融材料の温度の差を小さくした状態かまたは溶融材料の状態の変化を小さくした状態でプレス成形を行うことができる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に記載の圧縮成形方法は、型開された下型に対して材料供給装置から溶融材料を供給し、その後に下型と上型を閉鎖して前記溶融材料を圧縮する圧縮成形方法において、面積１６００ｃｍ ^２以上の成形品を成形する下型の１個のキャビティ形成面に対して加熱筒内にスクリュを内蔵し同一の溶融材料を供給する材料供給装置が複数備えられ、前記材料供給装置は溶融材料供給時にそれぞれが独立して移動可能な移動装置を有するともに、前記下型のキャビティ形成面への炭素繊維と樹脂の混合材料からなる溶融材料の供給は前記複数の材料供給装置から同時に領域が区分された別の位置へ行うことを特徴とする。

本発明の請求項２に記載の圧縮成形方法は、請求項１において、前記下型には、炭素繊維またはプリプレグシートが供給されており、そこに炭素繊維を含む樹脂からなる溶融材料を供給することを特徴とする。

本発明の圧縮成形方法は、型開された下型に対して材料供給装置から溶融材料を供給し、その後に下型と上型を閉鎖して前記溶融材料を圧縮する圧縮成形方法において、面積１６００ｃｍ ^２以上の成形品を成形する下型の１個のキャビティ形成面に対して加熱筒内にスクリュを内蔵し同一の溶融材料を供給する材料供給装置が複数備えられ、前記材料供給装置は溶融材料供給時にそれぞれが独立して移動可能な移動装置を有するともに、前記下型のキャビティ形成面への炭素繊維と樹脂の混合材料からなる溶融材料の供給は前記複数の材料供給装置から同時に領域が区分された別の位置へ行うので、最初に供給した溶融材料と後に供給した溶融材料の温度の差を小さくした状態でプレス成形することができる。

本実施形態の圧縮成形方法に用いる圧縮成形装置の平面図である。平面図において矢印Ａ方向から見た側面図である。２本の材料供給装置からの下型への溶融材料の供給方法を示す図である。

図１、図２により本実施形態の圧縮成形方法に用いる圧縮成形装置１１について説明する。本実施形態の圧縮成形方法に用いる圧縮成形装置１１は、炭素繊維を含有する樹脂が溶融された溶融材料Ｍを上型１２と下型１３の間で圧縮するプレス装置１４と、前記溶融材料Ｍの材料供給装置１５，１６が設けられている。そしてプレス装置１４と第１の材料供給装置１５による供給位置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１、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圧縮用シリンダ２２が設けられ、圧縮用シリンダ２２のラムにはハーフナット２５が取付けられ、可動盤２１の背面に固定されたメカニカルラム２３と係合可能となっている。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。なお圧縮用シリンダ２２は、各タイバ１９の部分に設けられ平行制御を行えるものでもよい。更に圧縮用シリンダ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を含み加圧位置ａ２とプレス装置１４の外部の供給位置ａ１の間で、図１における一側および他側方向であるＸ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がなされる際は、前記バネが収縮されて、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が一側および他側方向のＸ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の構造についてはこれに限定されず、下型１３がＸ方向に加えてＸ方向と直交する方向にも移動するものでもよい。

プレス装置１４に取付けられて使用される金型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。また下型１３は溶融材料Ｍを供給してから移動するので、その間に溶融材料Ｍの固化が過度に進行しないように、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。図示しない突出装置は上下いずれかの金型に設けられる。なお本実施形態では１個の下型１３に１個のキャビティ形成面３４が形成された例について説明したが、上型１２、下型１３、キャビティ形成面３４等の個数は複数であってもよく限定されない。

次に主に図１、図２により第１の材料供給装置１５について説明する。第１の材料供給装置１５は、移動装置３５により、下型１３の移動装置１７および移動方向と略水平面上において交差方向に移動可能となっている。本実施形態において第１の材料供給装置１５は、下型１３の移動方向であるＸ方向に直交するＹ１方向に移動される。しかし発明としては直交方向に移動されるものに限定されず、下型１３の移動方向Ｘに対して交差方向に移動するものでもよい。第１の材料供給装置１５の移動方向の角度は、４５度以上の角度であることが望ましく、更には６０度以上がより一層望ましい。そして直交する９０度が最も望ましい。また図１等のように下型１３を一側および他側方向へ移動させるものとは異なるが、下型が加圧位置からロータリテーブル等により１点を中心として円弧方向にプレス装置の外部に移動される場合は、その円弧の移動軌跡に対して中心からの放射方向の線に沿って第１の材料供給装置を移動させることが望ましく、その場合も交差方向に移動に該当する。そして前記放射方向の線に対して４５度以内に第１の材料供給装置が移動する場合も望ましい例に含まれる。

図２に示されるように第１の材料供給装置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上を第１の材料供給装置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、第１の材料供給装置１５の基台３７とボールネジナット５０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。

第１の材料供給装置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ほぼ同じ機能を有する可塑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。本実施形態のノズル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。そしてノズル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３４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（ノズル４７ごと交換する場合も含む）。またダイ４９は、溶融材料Ｍの流動性や溶融材料Ｍに含まれる炭素繊維等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５１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。なお第１の材料供給装置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第１の材料供給装置として用いてもよい。

第２の材料供給装置１６は、前記第１の材料供給装置１５と向かい合う形（ノズル４７ａとノズル４７ｂが近接してそれぞれ供給位置ａ１に向けられた形）に配置されている。第２の材料供給装置１５は、第２の材料供給装置１５とほぼ同じ構造であるので、細部の説明を省略する。そして第２の材料供給装置１６は、第１の材料供給装置１５と同様に、下型１３の移動方向であるＸ方向に直交するＹ２方向に移動されるようになっている。なお第２の材料供給装置１６の移動方向はＸ方向に交差する方向であってもよく、下型１３と同じＸ方向であってもよい。

本実施形態では、第２の材料供給装置１６は、第１の材料供給装置１５と同じ大きさで同じ吐出量のものが設けられているが、異なる大きさで異なる吐出量のものや異なる性格のものを設置してもよい。第２の材料供給装置１６は、ノズル４７ｂごと全部、またはノズル４７ｂのダイ４９ｂだけを用途に応じて別のものに交換できる点においても第１の材料供給装置１５と同じである。そして第１の材料供給装置１５のダイ４９ａと第２の材料供給装置１６のダイ４９ｂは、供給量または供給幅が同じものが使用されることもあるが、別のものが使用されることもある。

次に本実施形態の圧縮成形装置１１を用いた圧縮成形について説明する。本実施形態では使用される材料として熱可塑性樹脂（たとえばポリカーボネート）に炭素繊維を配合した混合材料（ＣＦＲＰ）を使用した例について記載する。前記混合材料としては、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。また流動性の悪い材料としては、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や、カーボンと樹脂の混合物などがあげられ、本実施形態の圧縮成形方法に用いる圧縮成形装置１１は、それらの成形材料の成形にも向いている。

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。下型１３の供給位置ａ１への移動までに第１の材料供給装置１５と第２の材料供給装置１６は、それぞれ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）が行われている。第１の材料供給装置１５と第２の材料供給装置１６から供給される溶融材料Ｍは同一の溶融材料Ｍである。そして溶融材料Ｍの供給時の温度も同一であることが望ましい。そして図３に示されるように、第１の供給装置１５のノズル４７ａのダイ４９は、供給位置ａ１の上方のうち領域１（図３において斜線部分）の上方で待機している。また第２の供給装置１６のノズル４７ｂのダイ４９ｂは、供給位置ａ１の上方のうち領域２の上方で待機している。なお第１の供給装置１５は、ノズル４７ａのダイ４９ａが領域１の上方に位置した状態で計量を行ってもよく、供給位置ａ１以外で計量を行い計量後に領域１の上方に移動するものでもよい。また第２の材料供給装置１６についても同様である。

なお材料供給装置１５，１６の数は２本に限定されず３本以上の複数であってもよい。３本の場合は、図１において下型１３に対して３方向からノズルが向けられるように第３の材料供給装置が配置される。３本以上の材料供給装置から溶融材料Ｍを供給する場合は、少なくとも２本が同一の溶融材料Ｍを供給する裁量供給装置であればよく、他の種類の溶融材料を供給するものを除外するものではない。

前記したようにこの際の下型１３は、キャビティ面３４が加熱されている。そして下型１３のキャビティ面３４の上に第１の材料供給装置１５と第２の材料供給装置１６から同時に同一の溶融材料Ｍである炭素繊維を含有した樹脂が供給される。第１の材料供給装置１５からの溶融材料Ｍの供給は、ノズル４７ａ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４９ａの供給孔４８ａから溶融材料Ｍが下型１３のキャビティ面３４の領域１に落下されることにより行われる。また第２の材料供給装置１６からは、前記第１の材料供給装置１５と同一の溶融材料Ｍがキャビティ面の領域２に供給される。この際の第１の材料供給装置１５と第２の材料供給装置１６からの溶融材料Ｍの供給は、同時に行われる。しかしそのタイミングは、供給時間の短縮を目的として同時に供給がなされている時間があればよく、それぞれの供給開始時間や供給終了時間は同一でなくてもよい（本発明の同時とは、開始時間および終了時間の一致を意味するものではない）。

本実施形態では第１の材料供給装置１５と第２の材料供給装置１６から下型１３のキャビティ面３４への溶融材料Ｍの供給は、図３のように行われる。即ち第１の材料供給装置１５は供給孔４８ａがキャビティ外側寄りの１Ａの位置から溶融材料Ｍの供給を開始し、第１の材料供給装置１５がＹ１方向へ前進して供給孔４８ａがキャビティ中心寄りの１Ｂの位置で移動を停止する。一方同じタイミングで第２の材料供給装置１６は供給孔４８ｂがキャビティ中心寄りの２Ａの位置から溶融材料Ｍの供給を開始し、第２の材料供給装置１６がＹ２方向へ後退して供給孔４８ｂがキャビティ外側寄りの２Ｂの位置で移動を停止する。そしてそれぞれの材料供給装置１５，１６の前進または後退を停止させた状態（溶融材料Ｍの供給は継続した状態）で、下型移動装置１７のサーボモータ２８を作動させて下型１３をＸ方向のうちのプレス１４に向けて一定距離移動させる。そのことにより第１の材料供給装置１５の供給孔４８ａは、１Ｃの位置に相対的に移動され、また第２の材料供給装置１６の供給孔４８ｂは、２Ｃの位置へ移動される。そして次に下型１３の移動装置１７を停止させた状態で、第１の材料供給装置１５を後退させ、第２の材料供給装置１６を前進させる。そのような材料供給装置１５，１６と下型１３の移動装置１７の移動を繰り返して、下型１３の上方で供給孔４８ａ，４８ｂを図３に示される点線のように移動させる。

そして第１の材料供給装置１５の供給孔４８ａが１Ｄの位置に到達し、第２の材料供給装置１６供給孔４８ｂが２Ｄの位置に到達するまでに、両方の供給装置１５，１６の加熱筒４４内のスクリュが所定位置まで前進されるように制御し、正確な量の溶融材料Ｍが下型１３上に供給される。溶融材料Ｍの供給が終了すると第１の材料供給装置１５と第２の材料供給装置１６のノズル４７ａ，４７ｂは、それぞれバルブが閉鎖され、下型１３上のキャビティ面３４への溶融材料Ｍの供給が終了される。

このようにして第１の材料供給装置１５、第２の材料供給装置１６、下型１３の移動装置１７を移動させることにより、第１の材料供給装置１５からは領域１内にほぼ満遍なく溶融材料Ｍが供給され、第２の材料供給装置１６からは領域２内にほぼ満遍なく溶融材料Ｍが供給される。またこの際に制御により、両方のノズル４７ａ，４９ｂが干渉することはない。そして本発明は、課題の欄でも記載したように、全体の供給時間を短縮でき、下型１３に最初に供給した溶融材料Ｍ１と後に供給した溶融材料Ｍ１の温度の差（特に表面温度の差）または溶融材料Ｍの状態の変化を小さくを小さくできる。よって本発明では、一つの設定温度にしか制御できない下型１３を使用した場合も溶融材料Ｍの温度低下を抑制することができる。そして本発明の圧縮成形方法は、面積の大きい成形品の成形に有利であり、１６００ｃｍ ^２以上の場合が一定以上の効果があり、２５００ｃｍ^２以上の場合は非常に効果が大きい。容積についてもそれ以下の容積のものを否定するものではないが、容積の大きい成形品の成形に有利であり、一例として８００ｃｍ^３以上の場合が効果が大きく、１２５０ｃｍ^３以上の場合は非常に効果が大きい。

本実施形態では、第１の材料供給装置１５のＹ１方向の移動および第２の材料供給装置１６のＹ２方向の移動と、下型１３のＸ方向の移動を組合わせることにより、供給のバリエーションを拡げることができる。上記においてノズル４７ａ，４７ｂを移動停止した状態での下型１３の移動装置１７の移動距離を長くするとともに、その次に移動装置１７を移動停止した状態でノズル４７ａ，４７ｂの移動距離を短くしてもよい。また比較的温度が低下しにくい中央部から周辺部に向けて溶融材料Ｍを供給するものでもよい。上記以外に第１の材料供給装置１５のＹ１方向への移動または第２の材料供給装置１６のＹ２方向の移動と、下型１３のＸ方向への移動を同時に行って下型１３に対する供給孔４８ａ，４８ｂの相対的な移動方向を斜め方向へ行うこともでき、二次元方向の水平面をカバーしてキャビティ面３４の所望の場所に自在な供給を行うことができる。

そして本実施形態では、ノズル４７ａ，４７ｂの供給孔４８ａ，４８ｂと下型１３のキャビティ面３４の相対的な移動は、サーボモータ４０，４０とサーボモータ２８によってそれぞれ制御されて移動されるので高速にて正確な移動を行うことができる。この際に材料供給装置１５，１６を１台の場合と比較して小さくすることができ、汎用性のある装置を用いるとコストダウンとなる場合も多い。更には溶融材料Ｍの供給時のＸ方向の移動は下型１３をプレス装置１４の外部へ引き出すための移動装置１７の移動機構を使用するので、わざわざ材料供給装置１５，１６側に２方向に向けて移動する機構を設ける必要がない。そのため重量物である材料供給装置１５，１６が複雑化しない（ただし材料供給装置１５，１６がＸ方向に移動するものを除外しない）。

また上記の実施形態ではキャビティ面３４に対して、第１の材料供給装置１５と第２の材料供給装置１６から供給される領域が完全に区分されているが、重複するものでもよい。一例としては、第１の材料供給装置１５から溶融材料Ｍを供給した上に、更に全体に対してか、または部分的に第２の材料供給装置１６から樹脂材料Ｍを供給してもよい。また第１の材料供給装置１５の４７ａの供給孔４８ａと第２の材料供給装置１６のノズル４８ｂの供給孔４８ｂの形状を相違させてもよい。その場合は、成形品の形状が不定形であって面積の小さい部分や細く突出した部分があったとしても、それぞれのノズル４８ａ，４８ｂを使い分けることにより、溶融材料Ｍの良好な供給が可能となる。また前記のものは、リブや肉厚部がある場合であっても、幅広の供給孔からシート状の供給された溶融材料Ｍの上に、幅狭の供給孔から帯状または点状等に溶融材料Ｍを追加供給することもできる。従って材料供給装置１５，１６からの溶融材料Ｍの供給は、時間短縮のためには連続的に行うことが望ましいが、一部において断続的に行ってもよい。

また上記の実施形態では、第１の材料供給装置１５、第２の材料供給装置１６、下型１３が移動されるものについて記載したが、前記のうちの少なくとも一つ（全てを含む）は移動停止した状態で溶融材料Ｍを供給するものでもよい。その場合でも下型１３上には材料供給装置１５，１６の数に応じて材料供給地点ができるので、１本の材料供給装置の場合よりも有利である。また炭素繊維は樹脂と混合されてＣＦＲＰの状態で供給される例について記載したが、最初から炭素繊維等の繊維のみ、またはプリプレグシート状のものが下型１３に供給されており、そこに炭素繊維等の繊維を含む樹脂か或いは炭素繊維等の繊維含まない樹脂からなる溶融材料Ｍを供給するものでもよい。

本発明において下型１３は、プレス装置１４に固定状態に取付けられて移動しないものでもよい。その場合は、下型１４をプレス装置１４から引き出す移動装置１７が不要となる。ただしその場合、第１の材料供給装置１５と第２の材料供給装置１６のノズル４７ａ，４７ｂをプレス装置１４内で型開された上型１２と下型１３の間に侵入させる必要があるので、プレス装置１４の型開量を大きくする必要がある。また下型１３は移動不能なので、下型１３を移動させながら溶融材料Ｍを供給することはできなくなる。

次に下型１３の移動装置１７のサーボモータ２８が駆動され、下型取付板２６と下型１３がプレス装置１４の加圧位置ａ２に移動される。なおサーボモータ２８は、溶融材料Ｍの供給時から連続的に駆動され下型１３が停止せずにそのまま加圧位置ａ２へ移動されるものでもよい。前記において溶融材料Ｍの供給とともに下型１３をプレス装置１４側へ近づけておくと、プレス装置１４への下型１３の移動時間を短縮できる。そしてプレス装置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等で固定される。そして型開閉シリンダ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とメカニカルラム２３の係合溝が係合される。そして次に圧縮用シリンダ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とは密着され、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３４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溶融材料Ｍは圧縮され、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、溶融材料Ｍの冷却固化が促進される。そして所定時間が経過するとプレス装置１４の圧縮用シリンダ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、成形品が取出し可能となる。なお上型１２はプレス装置１４に固定的に取付られていてプレス装置１４内で下型１３と型閉されるのが一般的であるが、型開閉機能を有する下型と上型の組合せがプレス装置１４の外部に移動できるものや溶融材料Ｍが供給された下型１３上に対してプレス装置１４とは別の位置で上型１２を型閉するものでもよい。

更には図１の実施形態、供給位置ａ１において、下型取付板２６等と下型１３等を第１の材料供給装置１５に対して上下方向に移動させるようにしてもよい。

また更には下型取付板２６等または下型１３等にバイブレータを取付けることにより、下型１３等のキャビティ面３４等に供給された溶融材料Ｍに下型を介して振動を与えることができる。溶融材料Ｍに振動を与えることにより、溶融材料Ｍの流動化を促進することができる。

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。本発明に用いられる成形材料は、流動性の低いものであって、炭素繊維、ガラス繊維、その他の繊維等を含むものが想定されるがそれらに限定されず、一例としてセラミックス、含水有機材料等の成形材料も用いることができる。

また本発明により成形される炭素繊維を含む成形品としては、航空機や自動車等の車輌の外郭構造体や部品、パレット、建築部材等の軽量化と強度の両方を求められるものが主に成形される。また本発明は、その中でも特に面積または容積が大きい成形品に対して有効である。

１１圧縮成形装置
１２上型
１３下型
１４プレス装置
１５第１の材料供給装置
１６第２の材料供給装置
１７移動装置
１８固定盤
２１可動盤
２６下型取付板
３４キャビティ面
４７ａ，４ｂノズル
４８ａ，４８ｂ供給孔
１，２溶融材料が供給される領域
Ｍ溶融材料（炭素繊維を含む溶融材料）
Ｘ下型の移動方向（一側および他側方向）
Ｙ１第１の材料供給装置の移動方向
Ｙ２第２の材料供給装置の移動方向

Claims

型開された下型に対して材料供給装置から溶融材料を供給し、その後に下型と上型を閉鎖して前記溶融材料を圧縮する圧縮成形方法において、
面積１６００ｃｍ ^２以上の成形品を成形する下型の１個のキャビティ形成面に対して加熱筒内にスクリュを内蔵し同一の溶融材料を供給する材料供給装置が複数備えられ、前記材料供給装置は溶融材料供給時にそれぞれが独立して移動可能な移動装置を有するともに、
前記下型のキャビティ形成面への炭素繊維と樹脂の混合材料からなる溶融材料の供給は前記複数の材料供給装置から同時に領域が区分された別の位置へ行うことを特徴とする圧縮成形方法。
前記下型には、炭素繊維またはプリプレグシートが供給されており、そこに炭素繊維を含む樹脂からなる溶融材料を供給することを特徴とする請求項１に記載の圧縮成形方法。