(57)【要約】【課題】  圧材料供給装置から下型等への適切な材料供給を行うことができる圧縮成形システムおよび圧縮成形方法を提供する。【解決手段】  圧縮成形装置１４の型開された下型１３に対して材料供給装置１５から強化繊維を含有する溶融樹脂材料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樹脂材料Ｍを圧縮する強化繊維含有樹脂の圧縮成形システム１１であって、スクリュまたはプランジャを内蔵した加熱シリンダ２８と供給口２７を備えた材料供給装置１５と、前記材料供給装置１５から下型１２等に向けて供給される溶融樹脂材料Ｍを検知する材料検知手段２４と、前記材料検知手段２４による前記溶融樹脂材料Ｍの検知により下型１３等と材料供給装置１５とを相対的に移動させる移動手段３４とを備える。【選択図】図１
2020029060.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮成形装置の型開された下型に対して材料供給装置から強化繊維を含有する溶融樹脂材料を供給し、その後に下型と上型を閉鎖して前記溶融樹脂材料を圧縮する強化繊維含有樹脂の圧縮成形システムであって、
スクリュまたはプランジャを内蔵した加熱シリンダと供給口を備えた材料供給装置と、
前記材料供給装置から下型または材料一時載置部に向けて供給される溶融樹脂材料を検知する材料検知手段と、
前記材料検知手段による前記溶融樹脂材料の検知により下型または材料一時載置部と材料供給装置とを相対的に移動させる移動手段と、を備えたことを特徴とする強化繊維含有樹脂の圧縮成形システム。
【請求項２】
前記材料検知手段は圧縮成形装置に備えられ、下型のキャビティの端部近傍の上方位置において前記材料供給装置から下型に供給される前記溶融樹脂材料を検知するものであることを特徴とする請求項１に記載の強化繊維含有樹脂の圧縮成形システム。
【請求項３】
圧縮成形装置の型開された下型に対して材料供給装置から強化繊維含有する溶融樹脂材料を供給し、その後に下型と上型を閉鎖して前記溶融樹脂材料を圧縮する強化繊維含有樹脂の圧縮成形方法であって、
材料供給装置から供給された溶融樹脂材料を材料検知手段が検知すると、
下型または材料一時載置部と材料供給装置とが相対的に移動開始されることを特徴とする強化繊維含有樹脂の圧縮成形方法。
【請求項４】
前記材料供給装置から供給される溶融樹脂材料は、炭素繊維と熱可塑性樹脂を含む材料であることを特徴とする請求項３に記載の強化繊維含有樹脂の圧縮成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は圧縮成形装置の型開された下型に対して材料供給装置から強化繊維を含有する溶融樹脂材料を供給し、その後に下型と上型を閉鎖して前記溶融樹脂材料を圧縮する強化繊維含有樹脂の圧縮成形システムおよび圧縮成形方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
強化繊維を含有する溶融樹脂材料は、同じ溶融樹脂材料であって強化繊維を含有しない材料よりも流動性が低い。そのため射出成形により成形を行おうとした場合、断面積の小さいスプルやランナを介してキャビティに流動性が悪い強化繊維を含有する溶融樹脂材料を送り込むことは難しく、特に薄肉の成形品などが良好に成形できない場合があった。そこで強化繊維を含有する溶融樹脂材料の成形の分野では、圧縮成形装置の型開された下型のキャビティ面に対して材料供給装置から強化繊維を含有する溶融樹脂材料を供給し、その後に下型と上型を閉鎖して前記溶融樹脂材料を圧縮する強化繊維含有樹脂の圧縮成形システムが特許文献１、特許文献２のように採用されている。
【０００３】
特許文献１は、熱可塑性樹脂及び繊維から物品を形成する圧縮成形システムに関し、押出機から溶融混合材料を押出して、下型のキャビティ面に自然落下させる際に下型を移動させながら供給するものである。そして溶融混合材料の供給された下型はプレス装置に運ばれて上型を押圧して物品が形成される。
【０００４】
特許文献２もまた、下型のキャビティ面に材料供給装置から炭素繊維と樹脂の溶融樹脂材料を供給し下型をプレス装置の加圧位置に移動させて固定し、上型を下降させて前記溶融樹脂材料を圧縮する圧縮成形システムに関するものである。特許文献２は、材料供給装置から溶融樹脂材料を供給する際に、下型の移動と材料供給装置の移動を同時または交互に実行する。これら特許文献１および特許文献２の装置では、下型等を移動させながら溶融樹脂材料を供給するので理論上は溶融樹脂材料が下型のキャビティ面の特定の部分のみに供給されることなく満遍なく供給できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２００６−５０９６４８号公報（請求項１、図６Ａ）
【特許文献２】特開２０１３−２１５９７１号公報（請求項４、請求項５、図１、図４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら材料供給装置から供給される強化繊維を含有する溶融樹脂材料は、前記したように流動性が低く、供給装置から供給される途中で捻じれ等の変形が発生する場合もあるため材料供給装置が材料供給作動を開始してから下型のキャビティ面に落下する時間にはバラつきがあるのが実状である。そのため供給装置による材料供給作動のタイミング（遅延させる場合も含む）をトリガとして下型または材料供給装置を移動させていたのでは下型のキャビティ面に対して適切な材料供給ができない場合が多かった。
【０００７】
本発明では、上記の問題に鑑みて圧縮成形装置の型開された下型に対して材料供給装置から強化繊維を含有する溶融樹脂材料を供給し、その後に下型と上型を閉鎖して前記溶融樹脂材料を圧縮する強化繊維含有樹脂の圧縮成形システムにおいて、材料供給装置から適切な材料供給を行うことができる圧縮成形システムおよび圧縮成形方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の請求項１に記載の強化繊維含有樹脂の圧縮成形システムは、圧縮成形装置の型開された下型に対して材料供給装置から強化繊維を含有する溶融樹脂材料を供給し、その後に下型と上型を閉鎖して前記溶融樹脂材料を圧縮する強化繊維含有樹脂の圧縮成形システムであって、スクリュまたはプランジャを内蔵した加熱シリンダと供給口を備えた材料供給装置と、前記材料供給装置から下型または材料一時載置部に向けて供給される溶融樹脂材料を検知する材料検知手段と、前記材料検知手段による前記溶融樹脂材料の検知により下型または材料一時載置部と材料供給装置とを相対的に移動させる移動手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
本発明の請求項２に記載の強化繊維含有樹脂の圧縮成形システムは、請求項１において、前記材料検知手段は圧縮成形装置に備えられ、下型のキャビティの端部近傍の上方位置において前記材料供給装置から下型に供給される前記溶融樹脂材料を検知するものであることを特徴とする。
【００１０】
本発明の請求項３に記載の強化繊維含有樹脂の圧縮成形方法は、圧縮成形装置の型開された下型に対して材料供給装置から強化繊維含有する溶融樹脂材料を供給し、その後に下型と上型を閉鎖して前記溶融樹脂材料を圧縮する強化繊維含有樹脂の圧縮成形方法であって、材料供給装置から供給された溶融樹脂材料を材料検知手段が検知すると、下型または材料一時載置部と材料供給装置とが相対的に移動開始されることを特徴とする。
【００１１】
本発明の請求項４に記載の強化繊維含有樹脂の圧縮成形方法は、請求項３において、前記材料供給装置から供給される溶融樹脂材料は、炭素繊維と熱可塑性樹脂を含む材料であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の強化繊維含有樹脂の圧縮成形システムは、圧縮成形装置の型開された下型に対して材料供給装置から強化繊維を含有する溶融樹脂材料を供給し、その後に下型と上型を閉鎖して前記溶融樹脂材料を圧縮する強化繊維含有樹脂の圧縮成形システムであって、スクリュまたはプランジャを内蔵した加熱シリンダと供給口を備えた材料供給装置と、前記材料供給装置から下型または材料一時載置部に向けて供給される溶融樹脂材料を検知する材料検知手段と、前記材料検知手段による前記溶融樹脂材料の検知により下型または材料一時載置部と材料供給装置とを相対的に移動させる移動手段とを備えているので、材料供給装置から適切な材料供給を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態の強化繊維含有樹脂の圧縮成形システムの正面図である。
【図２】本実施形態の強化繊維含有樹脂の圧縮成形装置の要部のＡ−Ａ線の矢視図である。
【図３】本実施形態の強化繊維含有樹脂の圧縮成形システムの要部とその作動を示す説明図である。
【図４】別の実施形態の強化繊維含有樹脂の圧縮成形システムの正面図である。
【図５】更に別の実施形態の強化繊維含有樹脂の圧縮成形システムの正面である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１ないし図３により本実施形態の強化繊維含有樹脂の圧縮成形システム１１について説明する。本実施形態の圧縮成形システム１１は、強化繊維の一種である炭素繊維を含有する樹脂が溶融された溶融樹脂材料Ｍ（以下溶融樹脂材料Ｍという）を上型１２と下型１３の間で圧縮する圧縮成形装置１４と、前記溶融樹脂材料Ｍの材料供給装置１５が設けられている。
【００１５】
圧縮成形装置１４について説明すると、下盤である固定盤１６の四隅近傍には４本のタイバ１７が立設されており、タイバ１７の上部は、上盤である受圧盤１８の四隅近傍に固定されている。また固定盤１６と受圧盤１８の間には、可動盤１９がタイバ１７に挿通されて上下方向に移動可能となっている。受圧盤１８には圧縮手段である圧縮用シリンダ２０が設けられ、圧縮用シリンダ２０のラム２１は可動盤１９の背面に固定されている。また受圧盤１８と可動盤１９の間には型開閉手段である型開閉シリンダ２２が設けられている。なお圧縮用シリンダ２０および型開閉シリンダ２２は電動機構を用いたものでもよく、例えばトグル機構やクランク機構により圧縮成形を行う圧縮成形装置であってもよい。圧縮成形装置１４の可動盤１９の下面の定位置には可動金型である上型１２が取付け可能となっている。また固定盤１６の上面の定位置には固定金型である下型１３が取付可能となっている。
【００１６】
次に固定盤１６に取付けられている材料検知手段２４について説明する。材料検知手段２４は、材料供給装置１５から下型１３のキャビティ面１３ａに向けて供給される溶融樹脂材料Ｍを下型１３のキャビティ面１３ａの端部近傍の上方位置において検知するものである。固定盤１６の上面において下型１３が取付けられる部分の両側近傍には、材料検知手段２４の支持台２５、２５がそれぞれ取付けられている。そして一方の支持台２５の上には光電管２６の投光器２６ａが取付けられ他方の支持台２５の上には光電管２６の受光器２６ｂが取付けられている。これら光電管２６の取付位置は、下型１３、材料供給装置１５の供給口２７、供給される材料等の変更に対応してその高さ方向の位置や水平方向の位置が調整可能となっている。
【００１７】
なお材料検知手段２４のセンサは溶融樹脂材料Ｍが検知できるものであれば光電管２６には限定されない。一例としてＣＣＤカメラ、超音波センサ、静電容量型磁気センサ、赤外線センサなどでもよい。また加熱された溶融樹脂材料Ｍが接近したことを感知する温度センサや下型１３上に溶融樹脂材料Ｍが落下開始したことを検知するロードセル等でもよい。また材料検知手段２４は圧縮成形装置１４の一部である下型１３に直接取付けられたものや、圧縮成形装置１４の外部の部材に取付けられたものであってもよい。
【００１８】
次に材料供給装置１５について説明する。材料供給装置１５は、圧縮成形装置１４の一側に設けられ、図示しないスクリュを内蔵した加熱筒２８の先端に下向きの供給口２７を備えたノズル２９が取付けられている。このノズル２９の部分はダイとも呼ばれ、下型１３や供給される材料に応じて異なるノズル２９に交換可能となっている。なおノズル２９の供給口２７の部分には溶融樹脂材料Ｍの供給を遮断するカッタ（図示せず）を設けてもよい。
【００１９】
また材料供給装置１５の本体３０には、いずれも図示しないがスクリュを回転させるスクリュ回転モータやスクリュを前進させるスクリュ前進用のモータなどを備えている。また材料供給装置１５の本体３０には材料を供給するホッパ３１等が取付けられている。材料供給装置１５についてはその機構は限定されず、スクリュを内包した加熱筒２８で可塑化した溶融樹脂材料Ｍをピストン式のプランジャに送り、プランジャから下型１３に向けて供給するものや、スクリュを有さずにプランジャのみを内包した加熱筒からなるものなどでもよい。
【００２０】
材料供給装置１５は基台３２のガイドレール３３上に載置され、圧縮成形装置１４に対して移動手段により進退移動されるようになっている。具体的には材料供給装置１５の本体３０下部には油圧シリンダ３４のシリンダ部３４ａが取付けられ、ロッド部３４ｂは圧縮成形装置１４の固定盤１６の側面に固定されている。なお移動手段は電動機とボールねじ機構を用いたものなどでもよくその機構は限定されない。
【００２１】
次に本実施形態の強化繊維含有樹脂の圧縮成形システム１１を用いた圧縮成形方法について説明する。図１の前の状態であって、圧縮成形装置１４の上型１２と下型１３の間で前回の成形品が圧縮成形されている際に、並行して材料供給装置１５においては図示しないスクリュ回転用モータの作動によりスクリュが回転されて次に供給する溶融樹脂材料Ｍの可塑化が行われる。その際スクリュはスクリュ前進用モータにより背圧が制御されながら後退される。そしてスクリュは所定の後退位置に到達すると回転が停止され、可塑化が完了する。このとき基台３２に対する材料供給装置１５の位置は、ガイドレール３３の一側側（後部側）であって、圧縮成形装置１４から最も後退した位置に停止している。可塑化の完了と前後して圧縮成形装置１４において成形が完了すると型開閉シリンダ２２等が作動して固定盤１６および下型１３に対して可動盤１９および上型１２が上昇され型開が行われる。そしていずれか一方の金型１２，１３に貼り付いた成形品が図示しない取出装置により取り出される。
【００２２】
次に材料供給装置１５の移動手段の油圧シリンダ３４が作動されて材料供給装置１５が圧縮成形装置１４に向けて前進される。そして材料供給装置１５のノズル２９の供給口２７が下型１３のキャビティ面１３ａの他側の端部近傍の上方位置に到達すると材料供給装置１５の前進は停止される。次に材料供給装置１５の図示しないスクリュ前進用モータが作動されてスクリュが前進され、図３に示されるように、ノズル２９の供給口２７から下型１３のキャビティ３３ａ面に向けて溶融樹脂材料Ｍが落下するように供給される。なお溶融樹脂材料Ｍの供給はスクリュを回転させて行うものでもよい。この際供給された溶融樹脂材料Ｍはポリアミドやポリプロピレン等の熱可塑性樹脂に炭素繊維等の繊維材料を含み容易に流動する材料ではないので、スクリュ前進作動から下型１３のキャビティ面１３ａへの落下までの時間や落下の仕方に微妙な差がある。そこで本発明では材料供給装置１５から下型１３に向けて供給される溶融樹脂材料Ｍを上記した材料検知手段２４により検知する。本実施形態では下型１３の上面１３ｂよりも僅かに上方を走査する光電管２６，２６により材料の通過を検知する。なお材料供給装置１５から下型１３のキャビティ面１３ａへの溶融樹脂材料Ｍの供給は落下ではなく傾斜した滑り板などを用い、前記滑り板の上を溶融樹脂材料Ｍを重力により滑らせながら供給するものでもよい。
【００２３】
本実施形態において図３に示されるように圧縮成形装置１４の下型１３の上面１３ｂの位置よりも僅かに上方で材料検知手段２４により溶融樹脂材料Ｍの検知を行うのは、下型１３の凹状のキャビティ面１３ａの内部を溶融樹脂材料Ｍが通過するを光電管２６によって検知することが難しいからである。従って溶融樹脂材料Ｍが下型１３のキャビティ面１３ａに到達した瞬間かその直前を検知しようとする場合は、ＣＣＤカメラと画像解析システム等を用いてもよい。
【００２４】
そして材料検知手段２４による溶融樹脂材料Ｍの検知とともに材料供給装置１５の後退移動を開始させ、ノズル２９の供給口２７から落下する溶融樹脂材料Ｍがキャビティ面１３ａ上の他側（図１においては左側）位置から一側位置（図１においては右側）まで万遍なく供給されるようにする。或いは成形物の肉厚や形状に応じて材料供給装置１５の移動速度を変化させ、最適な位置に最適な量を供給するようにする。このことによりキャビティ面１３ａ上の意図しない箇所に溶融樹脂材料Ｍが多く供給されたりすることが無くなる。またこの際、本実施形態のように材料供給装置１５とそのノズル２９を後退させながら材料供給することが一般的であるが、下型１３のキャビティ面１３ａの一側から他側（図１では右から左）に向けて材料供給装置１５を前進させながら溶融樹脂材料Ｍを供給するようにしてもよい。
【００２５】
そして所定量の溶融樹脂材料Ｍが供給されると材料供給装置１５のノズル２９は更に高速で圧縮成形装置１４の外部まで後退し、次に型開閉手段の型開閉シリンダ２２の作動により可動盤１９が下降し、圧縮手段の圧縮用シリンダ２０により溶融樹脂材料Ｍの圧縮成形が行われる。圧縮成形については位置制御や圧力制御により行われるがここでは詳細な説明は省略する。
【００２６】
なお本発明は、材料検知手段２４による溶融樹脂材料Ｍの検知がトリガとなるものであれば、溶融樹脂材料Ｍの検知から僅かに遅延させてから材料供給装置１５と下型１３を相対的に移動開始させてもよい。また材料検知手段２４が溶融樹脂材料Ｍを検知する前から微速で材料供給装置１５を前進移動または後退移動させたり、下型１３を振動等の移動をさせるものを除外するものではない。
【００２７】
次に図４に示される第２の実施形態の圧縮成形システム４１について相違点を中心に説明する。第２の実施形態の圧縮成形装置４２では下型１３が移動手段４５により水平移動する構造が図１の実施形態と相違している。しかしその他の構成は、図１の本実施形態と同様であるため、同一符号を用いてそれらの説明を省略する。圧縮成形装置４２の下側の固定盤１３には材料供給装置１５の側に基台４３が延長して設けられている。そして圧縮成形装置４２の基台４３の上面と固定盤１６の上面に亘って移動手段４５であるガイドレール４６またはコロ等が設けられている。そして圧縮成形装置４２は、前記ガイドレール４６等の上をボルスタ４７に載置された下型１３が往復移動可能となっている。また前記ボルスタ４７の下部には油圧シリンダ４８等の下型１３の移動手段４５が取付けられ、下型１３がボルスタ４７とともに圧縮成形装置４２のタイバ１７のエリア内の成形位置４４とエリア外の材料供給位置４９の間を往復移動可能となっている。
【００２８】
図４に示されるように材料検知手段５０は、圧縮成形装置４２の基台４３上の材料供給位置４９に設けられている。材料検知手段は、引き出された下型１３が停止される位置の両側近傍に支持台５１がそれぞれ固定され、その上部に光電管５２等のセンサが取付けられている。第２の実施形態もセンサの種類を問わないことや下型１３や圧縮成形装置４２外部にセンサを取付けてもよい点は図１の実施形態と同じである。なお第２の実施形態においては材料供給装置１５の移動手段は必須ではない。
【００２９】
またこれらの変形例として下型１３がロータリテーブルを用いた移動手段により圧縮成形装置４２の外部に移動されるものでもよい。また前記のロータリテーブルの例も含め、材料供給位置４９で材料供給装置１５を移動させて溶融樹脂材料Ｍを供給するものでもよい。またこの際、下型１３と材料供給装置１５の双方を移動させながら溶融樹脂材料Ｍを供給するものでもよい。従って本発明では、下型１３または材料供給装置１５とが相対的に移動されるものであればよい。
【００３０】
次に図５に示される第３の実施形態の圧縮成形システム６１について相違点を中心に説明する。第３の実施形態の圧縮成形システム６１では溶融樹脂材料Ｍは、材料供給装置１５から直接下型１３のキャビティ面１３ａに供給されず、材料一時載置部６３に向けて供給される点が図１の実施形態と相違している。しかしその他の構成は、図１の本実施形態と同様であるため、同一符号を用いてそれらの説明を省略する。第３の実施形態の圧縮成形システム６１は、材料供給装置１５と圧縮成形装置１４の間に設けられる基台６２上には材料一時載置部６３を移動させるローラ等の移動手段６４が設けられている。ぞして材料一時載置部６３は図示しない駆動手段により、移動手段６４上を材料一時載置部６３に溶融樹脂材料Ｍを載置する載置位置６５と材料一時載置部６３から圧縮成形装置１４に向けて溶融樹脂材料Ｍを搬出する搬出位置６６の間で往復移動可能となっている。
【００３１】
この際、移動手段６４における載置位置６５の近傍に本発明の溶融樹脂材料Ｍの検知手段６７が配置されている。そして材料供給装置１５からの材料一時載置部６３に向けて供給された溶融樹脂材料Ｍを検知すると、材料一時載置部６３または材料供給装置１５の少なくとも一方を移動させることにより両者は相対的に移動され、材料一時載置部６３の上に万遍なく溶融樹脂材料Ｍが供給される。そして材料一時載置部６３に載置された溶融樹脂材料Ｍは、必須ではないが予熱装置６８で予熱された後、搬送用のフォーク６９等により圧縮成形装置１４に供給される。
【００３２】
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、および上記の実施形態の各部分を組み合わせたものについても、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樹脂は熱可塑性樹脂が主に想定されるが、熱硬化性樹脂を含む熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂であってもよい。また繊維については、炭素繊維、ガラス繊維等の強化繊維の他、その他の強化繊維、または複数種の繊維を組み合わせたものが想定される。繊維の含有率や長さについては成形に支障が無いものであればよく、射出成形よりも繊維の含有率を高めたり繊維の長さを確保することができる。
【符号の説明】
【００３３】
１１  圧縮成形システム
１２  上型
１３  下型
１４  圧縮成形装置
１５  材料供給装置
１６  固定盤
１９  可動盤
２０  圧縮用シリンダ
２４  材料検知手段
２６  光電管（センサ）
２７  供給口
２８  加熱筒
２９  ノズル
３４  油圧シリンダ（移動手段）
６３  材料一時載置部
Ｍ    炭素繊維を含有する樹脂が溶融された溶融樹脂材料（溶融樹脂材料）
【図１】
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【図２】
2020029060.tif 000004
【図３】
2020029060.tif 000005
【図４】
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【図５】
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