特開 2024-78894 プレス成形装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024078894

(43)【公開日】2024-06-11

(54)【発明の名称】プレス成形装置

(51)【国際特許分類】

   B29C 43/58 20060101AFI20240604BHJP

   B30B 15/22 20060101ALI20240604BHJP

   B30B 9/00 20060101ALI20240604BHJP

【ＦＩ】

B29C43/58

B30B15/22 B

B30B9/00 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】1

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022191492

(22)【出願日】2022-11-30

(71)【出願人】

【識別番号】000199810

【氏名又は名称】川崎油工株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000556

【氏名又は名称】弁理士法人有古特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】魚住 幸弘

(72)【発明者】

【氏名】松井 正俊

(72)【発明者】

【氏名】吉岡 練

【テーマコード（参考）】

4E089

4F204

【Ｆターム（参考）】

4E089EA01

4E089EB03

4E089EC03

4E089ED03

4E089FA02

4E089FB03

4E089FC01

4F204AC03

4F204AD16

4F204AR02

4F204AR07

4F204FA01

4F204FB01

4F204FG09

4F204FN11

4F204FN15

4F204FQ09

(57)【要約】

【課題】塗料注入前のスライドのリフト量である金型開き量を設定値通りとすることができるプレス成形装置を提供する。
【解決手段】プレス成形装置１は、フレーム１０、スライド１５、加圧シリンダ１４、複数のレベリングシリンダ４および制御装置８を含む。制御装置８は、圧力センサ６で検出されるレベリングシリンダ４の受圧室４４の圧力が減少から増加に転じるまでは位置検出器７で検出されるレベリングシリンダ４のロッド４２の上端位置に基づいてレベリングシリンダ４用のサーボバルブ５を制御し、その後は圧力センサ６で検出される圧力に基づいてサーボバルブ５を制御する。さらに、制御装置８は、ＦＲＰ材２を成形する一次加圧後に加圧シリンダ１４の負荷を除去する際も圧力センサ６で検出される圧力に基づいたサーボバルブ５の制御を継続することで、プレス構造体の撓み開放による変形に応じてレベリングシリンダ４のロッド４２を上昇させる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

軟化したＦＲＰ材を下金型と上金型で形成されるキャビティの形状に成形し、その後に前記ＦＲＰ材の上面を塗装するプレス成形装置であって、
ベッド、前記ベッドの上方に位置するクラウン、および前記ベッドから立ち上がって前記クラウンを支持するアップライトを含むフレームと、
前記フレーム内に配置されたスライドと、
前記ベッドに取り付けられた前記下金型と、
前記スライドに取り付けられた前記上金型と、
前記スライドを昇降させる加圧シリンダと、
上端が前記スライドと当接した後に前記スライドと共に下降するロッドを含む複数のレベリングシリンダと、
前記複数のレベリングシリンダへの作動油の供給および前記複数のレベリングシリンダからの作動油の排出を制御する複数のサーボバルブと、
前記複数のレベリングシリンダの前記ロッドの上端位置を検出する複数の位置検出器と、
前記複数のレベリングシリンダの受圧室の圧力を検出する複数の圧力センサと、
前記複数の圧力センサで検出される圧力が減少から増加に転じるまでは前記複数の位置検出器で検出される前記ロッドの上端位置に基づいて前記複数のサーボバルブを制御し、前記複数の圧力センサで検出される圧力が減少から増加に転じた後は前記複数の圧力センサで検出される圧力に基づいて前記複数のサーボバルブを制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記ＦＲＰ材を成形する一次加圧後に前記加圧シリンダの負荷を除去する際も前記複数の圧力センサで検出される圧力に基づいた前記複数のサーボバルブの制御を継続することで、前記フレーム、前記スライド、前記下金型および前記上金型で構成されるプレス構造体の撓み開放による変形に応じて前記複数のレベリングシリンダのロッドを上昇させ、その後に前記複数のレベリングシリンダのロッドを所定ストローク上昇させることで、前記スライドを前記所定ストロークに等しいリフト量で上昇させ、前記ＦＲＰ材と前記上金型との間に塗料注入用の空間を形成する、プレス成形装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastic）材を成形するプレス成形装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、炭素繊維やガラス繊維などの繊維を含む、軟化したＦＲＰ材を、下金型と上金型とで形成されるキャビティ形状に成形するプレス成形装置が知られている。このようなプレス成形装置は、ベッド、前記ベッドの上方に位置するクラウン、および前記ベッドから立ち上がって前記クラウンを支持するアップライトを有するフレームと、前記フレーム内に配置されるスライドを含む。そして、前記ベッドに下金型が取り付けられ、前記スライドに上金型が取り付けられる。

【0003】

例えば、特許文献１には、複数のレベリングシリンダを用いてスライドの平衡を保ちながらスライドを下降させるプレス成形装置が開示されている。各レベリングシリンダへの作動油の供給および当該レベリングシリンダからの作動油の排出はサーボバルブにより制御される。

【0004】

具体的に、各レベリングシリンダは、上端がスライドと当接した後にスライドと共に下降するロッドを含む。ロッドの上端位置は位置検出器によって検出され、ロッドがスライドと共に下降する際はロッドの上端位置に基づいてサーボバルブが制御される。つまり、ロッドの下降速度（ロッドの上端位置の時間変化率）が設定速度となるようにレベリングシリンダからの作動油の排出量が調整される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開昭６０－２２２２１６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

プレス成形装置に対しては、ＦＲＰ材の成形とその後の塗装とを連続して行いたいという要望がある。これを実現するには、ＦＲＰ材を成形する一次加圧後にスライドを所定のリフト量だけ上昇させてＦＲＰ材と上金型との間に空間を形成し、その空間に塗料を注入することが考えられる。塗料注入後はスライドを下降させて二次加圧を行いながら塗料を硬化させる。

【0007】

上記の一次加圧後のスライドの上昇に関しては、正確なリフト量でスライドを上昇させるという観点からレベリングシリンダでスライドを上昇させることが望ましい。このためには、一次加圧後に、まずスライドを昇降させる加圧シリンダの負荷を除去し、その後にレベリングシリンダのロッドを上昇させる。加圧シリンダの負荷の除去は、例えば加圧シリンダが油圧シリンダの場合は一次加圧時に高圧であった加圧シリンダの受圧室の圧力を低下させることによって行われる。

【0008】

しかしながら、加圧シリンダの負荷を除去したときには、フレーム、スライド、下金型および上金型で構成されるプレス構造体の撓みが解放されてプレス構造体が変形し、スライドがレベリングシリンダから浮き上がることがある。この場合、その後にレベリングシリンダのロッドを所定ストローク上昇させると、スライドはその所定ストロークから浮き上がり量を差し引いたリフト量だけしか上昇せず、実際のリフト量が設定リフト量である所定ストロークからずれることになる。

【0009】

そこで、本発明は、塗料注入前のスライドのリフト量である金型開き量を設定値通りとすることができるプレス成形装置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】

【0010】

本発明は、軟化したＦＲＰ材を下金型と上金型で形成されるキャビティの形状に成形し、その後に前記ＦＲＰ材の上面を塗装するプレス成形装置であって、ベッド、前記ベッドの上方に位置するクラウン、および前記ベッドから立ち上がって前記クラウンを支持するアップライトを含むフレームと、前記フレーム内に配置されたスライドと、前記ベッドに取り付けられた前記下金型と、前記スライドに取り付けられた前記上金型と、前記スライドを昇降させる加圧シリンダと、上端が前記スライドと当接した後に前記スライドと共に下降するロッドを含む複数のレベリングシリンダと、前記複数のレベリングシリンダへの作動油の供給および前記複数のレベリングシリンダからの作動油の排出を制御する複数のサーボバルブと、前記複数のレベリングシリンダの前記ロッドの上端位置を検出する複数の位置検出器と、前記複数のレベリングシリンダの受圧室の圧力を検出する複数の圧力センサと、前記複数の圧力センサで検出される圧力が減少から増加に転じるまでは前記複数の位置検出器で検出される前記ロッドの上端位置に基づいて前記複数のサーボバルブを制御し、前記複数の圧力センサで検出される圧力が減少から増加に転じた後は前記複数の圧力センサで検出される圧力に基づいて前記複数のサーボバルブを制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記ＦＲＰ材を成形する一次加圧後に前記加圧シリンダの負荷を除去する際も前記複数の圧力センサで検出される圧力に基づいた前記複数のサーボバルブの制御を継続することで、前記フレーム、前記スライド、前記下金型および前記上金型で構成されるプレス構造体の撓み開放による変形に応じて前記複数のレベリングシリンダのロッドを上昇させ、その後に前記複数のレベリングシリンダのロッドを所定ストローク上昇させることで、前記スライドを前記所定ストロークに等しいリフト量で上昇させ、前記ＦＲＰ材と前記上金型との間に塗料注入用の空間を形成する、プレス成形装置を提供する。

【0011】

上記の構成によれば、一次加圧後もレベリングシリンダに対して圧力センサの検出結果に基づく圧力制御を継続することで、レベリングシリンダのロッドをプレス構造体の撓み解放による変形に追従して上昇させることができる。その結果、塗料注入前のスライドのリフト量である金型開き量を設定値通りとすることができる。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、塗料注入前のスライドのリフト量である金型開き量を設定値通りとすることができるプレス成形装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の一実施形態に係るプレス成形装置の概略構成図である。

【図2】レベリングシリンダのロッドの上端位置であるレベリング位置、およびスライドにおけるレベリングシリンダで受けられる位置であるスライド位置の経時的変化を示すグラフである。

【図3】一次加圧開始前後の、レベリング位置およびレベリングシリンダの受圧室の圧力の経時的変化を示すグラフである。

【図4】（ａ）は前記実施形態における一次加圧後にスライドを上昇させる際のスライド位置およびレベリング位置の経時的変化を示すグラフ、（ｂ）は比較形態における一次加圧後にスライドを上昇させる際のスライド位置およびレベリング位置の経時的変化を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0014】

図１に、本発明の一実施形態に係るプレス成形装置１を示す。このプレス成形装置１は、軟化したＦＲＰ材２（未成形の原材料）を下金型３１と上金型３２で形成されるキャビティ３０の形状に成形し、その後にＦＲＰ材２の上面を塗装するものである。

【0015】

原材料であるＦＲＰ材２は、例えばシート状であるが、不定形のゲル状であってもよい。ＦＲＰ材２中の繊維は、方向性を有してもよいし、方向性を有さなくてもよい。ＦＲＰ材２中の繊維が方向性を有する場合、原材料であるＦＲＰ材２の大きさは、キャビティ３０を平面展開した大きさとほぼ同じであってもよい。

【0016】

本実施形態では、ＦＲＰ材２のマトリクス樹脂が熱硬化性樹脂である。このような熱硬化性樹脂としては、エポキシ（ＥＰ）、ポリエステル（ＰＥｓ）、フェノール（ＰＨ）などが挙げられる。ただし、ＦＲＰ材２のマトリクス樹脂は熱可塑性樹脂であってもよい。このような熱可塑性樹脂としては、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリカーボネイト（ＰＣ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）などが挙げられる。

【0017】

ＦＲＰ材２のマトリクス樹脂が熱硬化性樹脂である場合、ＦＲＰ材２の軟化はマトリクス樹脂の流動性によってもたらされ、ＦＲＰ材２のマトリクス樹脂が熱可塑性樹脂の場合、ＦＲＰ材２がマトリクス樹脂のガラス転移点または融点以上に加熱されることで軟化する。

【0018】

具体的に、プレス成形装置１は、ベッド１１、ベッド１１の上方に位置するクラウン１３、およびベッド１１の四隅から立ち上がってクラウン１３を支持するアップライト１２を有するフレーム１０を含む。また、プレス成形装置１は、フレーム１０内に配置されたスライド１５と、クラウン１３に設けられた、スライド１５を昇降させる少なくとも１つの加圧シリンダ１４を含む。さらに、プレス成形装置１は、塗料注入装置１６を含む。

【0019】

ベッド１１の上面には下金型３１が取り付けられ、スライド１５の下面には上金型３２が取り付けられている。塗料注入装置１６は、ＦＲＰ材２を成形する一次加圧後であってスライド１５が上昇された後に、上金型３２に設けられた注入路およびこの注入路を開閉する注入ヘッドを通じて上金型３２の下面に面する空間へ塗料を注入する。

【0020】

スライド１５を昇降させる加圧シリンダ１４の数は１つであってもよいし、複数であってもよい。本実施形態では、加圧シリンダ１４が油圧シリンダであるが、加圧シリンダ１４は電動シリンダであってもよい。

【0021】

図示は省略するが、下金型３１および上金型３２にはヒータが組み込まれている。上述したように、本実施形態ではＦＲＰ材２のマトリクス樹脂が熱硬化性樹脂であるため、ヒータは下金型３１および上金型３２をＦＲＰ材２のマトリクス樹脂の硬化に適した温度（例えば、マトリクス樹脂がＥＰである場合は１８０℃）に保つ役割を果たす。ＦＲＰ材２のマトリクス樹脂が熱可塑性樹脂である場合、ヒータは下金型３１および上金型３２をマトリクス樹脂のガラス転移点または融点未満の成形温度（例えば、マトリクス樹脂がＰＰである場合は１４０℃）に保つ役割を果たす。

【0022】

さらに、ベッド１１には、スライド１５の下面の四隅に対応する位置に、４つ（図１ではそのうちの２つのみを図示）のレベリングシリンダ４が設けられている。各レベリングシリンダ４は、上下方向に延びる管体ならびにこの管体の両端を閉塞する上カバーおよび下カバーを有するハウジング４１と、ハウジング４１内に配置されたピストン４３と、ピストン４３から上向きに延びてハウジング４１の上カバーを貫通するロッド４２を含む。ピストン４３とハウジング４１の下カバーとの間には受圧室４４が形成されている。

【0023】

本実施形態では、ロッド４２がピストン４３から下向きにも延びてハウジング４１の下カバーも貫通している。ただし、ロッド４２は、ピストン４３から上向きのみに延びてもよい。

【0024】

各レベリングシリンダ４のロッド４２は、受圧室４４に作動油が供給されることによって上昇し、上端がスライド１５と当接した後にスライド１５と共に下降する。各レベリングシリンダ４には、受圧室４４への作動油の供給および受圧室４４からの作動油の排出を制御するサーボバルブ５が設けられている。サーボバルブ５は制御装置８により制御される。

【0025】

制御装置８は、レベリングシリンダ４にそれぞれ設けられた４つの位置検出器７、およびレベリングシリンダ４にそれぞれ設けられた４つの圧力センサ６と電気的に接続されている。各位置検出器７は、対応するレベリングシリンダ４のロッド４２の上端位置であるレベリング位置を検出し、各圧力センサ６は、対応するレベリングシリンダ４の受圧室４４の圧力を検出する。例えば、位置検出器７は、ロッド４２の内部に配置されたリニアスケールである。

【0026】

例えば、制御装置８は、ＲＯＭやＲＡＭなどのメモリと、ＨＤＤやＳＳＤなどのストレージと、ＣＰＵを有するコンピュータであり、ＲＯＭまたはストレージに格納されたプログラムがＣＰＵにより実行される。

【0027】

次に、制御装置８が行う制御を具体的に説明する。本実施形態では、図２に示すように、一次加圧、塗料注入および二次加圧がこの順に行われる。図２は、レベリング位置、およびスライド１５におけるレベリングシリンダ４で受けられる位置であるスライド位置の経時的変化を示す。なお、図２では、理解が容易となるようにスライド位置とレベリング位置とを離間させて描いているが、実際にはスライド１５がレベリングシリンダ４に当接してから離間するまではスライド位置とレベリング位置は一致している。この点は、図４（ａ）および図４（ｂ）でも同じである。

【0028】

制御装置８は、使用者から図略の入力装置（例えば、押しボタン）を介して成形開始が入力されると、図略の切換弁を制御して加圧シリンダ１４を伸長させることでスライド１５を下降させるとともに、サーボバルブ５を制御して各レベリングシリンダ４の受圧室４４へ作動油を供給することで各レベリングシリンダ４のロッド４２を上昇させる。

【0029】

スライド１５が下降して全てのレベリングシリンダ４のロッド４２の上端に当接した後は、制御装置８は、まずは、各圧力センサ６で検出される受圧室４４の圧力が減少から増加に転じるまでは各位置検出器７で検出されるロッド４２の上端位置に基づいて対応するサーボバルブ５を制御する。すなわち、制御装置８はレベリングシリンダ４に対して位置検出器７の検出結果に基づく位置制御を行う。具体的には、受圧室４４からの作動油の排出量が、ロッド４２の上端位置の時間変化率、すなわちロッド４２の下降速度が設定速度となるように調整される。これにより、ロッド４２およびスライド１５が同一速度で下降する。

【0030】

上金型３２がＦＲＰ材２に当接すると、スライド１５に対する反力の一部をＦＲＰ材２が負担するため、レベリングシリンダ４の受圧室４４の圧力が減少する。その後、キャビティ３０内にＦＲＰ材２が充填されると、レベリングシリンダ４の受圧室４４の圧力が増加する。

【0031】

制御装置８は、各圧力センサ６で検出される受圧室４４の圧力が減少から増加に転じた後は、各圧力センサ６で検出される受圧室４４の圧力に基づいて対応するサーボバルブ５を制御する。すなわち、制御装置８はレベリングシリンダ４に対して圧力センサ６の検出結果に基づく圧力制御を行う。本実施形態では、ＦＲＰ材２のマトリクス樹脂が熱硬化性樹脂であるので、ＦＲＰ材２がキャビティ３０充填後のゲル化によって膨張する。このため、レベリングシリンダ４の受圧室４４の圧力は膨張が収まるまで増加した後に減少する。

【0032】

制御装置８は、各圧力センサ６で検出される受圧室４４の圧力が設定値Ｐｓまで減少すると、各圧力センサ６で検出される受圧室４４の圧力が設定値Ｐｓに維持されるように対応するサーボバルブ５を制御する。すなわち、受圧室４４への作動油の供給量または受圧室４４からの作動油の排出量が調整される。これにより、スライド１５に対する反力が一定に保たれる。

【0033】

その後、制御装置８は、ＦＲＰ材２がある程度硬化または完全硬化して一次加圧が完了したときに、加圧シリンダ１４の負荷を除去する。本実施形態では、加圧シリンダ１４が油圧シリンダであるので、制御装置８は図略の切換弁を制御して、一次加圧時に高圧であった加圧シリンダ１４の受圧室を作動油タンクと連通させる。

【0034】

一次加圧の完了に関しては、制御装置８は設定時間が経過したときにＦＲＰ材２がある程度硬化または完全硬化したと判定してもよい。あるいは、制御装置８は、レベリングシリンダ４のロッド４２の上端位置が、圧力センサ６で検出される受圧室４４の圧力が設定値Ｐｓになったときから所定量だけ下降したときに、ＦＲＰ材２がある程度硬化または完全硬化したと判定してもよい。

【0035】

本実施形態では、制御装置８が、加圧シリンダ１４の負荷を除去する際も、図４（ａ）に示すようにレベリングシリンダ４に対して圧力センサ６の検出結果に基づく圧力制御を継続する。これにより、フレーム１０、スライド１５、下金型３１および上金型３２で構成されるプレス構造体の撓み開放による変形に応じてレベリングシリンダ４のロッド４２が上昇する。

【0036】

その後、制御装置８は、サーボバルブ５を制御してレベリングシリンダ４のロッド４２を所定ストローク上昇させる。これにより、スライド１５が前記所定ストロークに等しいリフト量で上昇し、ＦＲＰ材２と上金型３２との間に塗料注入用の空間が形成される。この空間に塗料注入装置１６から塗料が注入される。塗料注入後はスライド１５を下降させて二次加圧を行いながら塗料を硬化させる。

【0037】

レベリングシリンダ４のロッド４２を所定ストローク上昇させるときは、レベリングシリンダ４に対して位置検出器７の検出結果に基づく位置制御が行われる。また、所定ストロークは、例えば５０μｍ～５ｍｍである。

【0038】

図４（ｂ）に示す比較形態のように、一次加圧後の加圧シリンダ１４の負荷を除去する際にレベリングシリンダ４のロッド４２の位置を保持した場合には、プレス構造体の撓み解放による変形によってスライド１５がレベリングシリンダ４から浮き上がることがある。

【0039】

これに対し、本実施形態では、一次加圧後もレベリングシリンダ４に対して圧力センサ６の検出結果に基づく圧力制御を継続することで、レベリングシリンダ４のロッド４２をプレス構造体の撓み解放による変形に追従して上昇させることができる。その結果、塗料注入前のスライド１５のリフト量である金型開き量を設定値通りとすることができる。

【0040】

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

【符号の説明】

【0041】

１ プレス成形装置
１０ フレーム
１１ ベッド
１２ アップライト
１３ クラウン
１４ 加圧シリンダ
１５ スライド
２ ＦＲＰ材
３０ キャビティ
３１ 下金型
３２ 上金型
４ レベリングシリンダ
４２ ロッド
４４ 受圧室
５ サーボバルブ
６ 圧力センサ
７ 位置検出器
８ 制御装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】