JP5079254B2 - 樹脂中空成形体の成形装置 - Google Patents

Description

本発明は、樹脂製の中空成形体を成形する成形装置に関するものである。

従来より、中空部を形成するように膨張可能な中子の外面に熱硬化性樹脂製のシート材を巻き付けて成形型内に配置した状態で中空部内に圧力流体を導入して加圧膨張させることにより、上記シート材を成形型の成形面に押圧して樹脂製の中空成形体を成形する成形装置は知られている。

例えば、特許文献１では、外周に熱硬化性樹脂シートを巻き付けて成形型内に挿入配置した状態で、内部に圧力流体を導入して加圧膨張させることにより、熱硬化性樹脂シートを成形型の内面に押圧密着させて成形を行う内圧成形用のプレッシャーバッグが開示されている。このプレッシャーバッグでは、外周に巻き付けた熱硬化性樹脂シートの、成形硬化後の変曲点に対応する対応変曲部の膜厚を、周囲の膜厚よりも薄く形成するようになっている。
特許第３３５９７８９号公報

ところで、圧力流体としては、気体と液体が考えられるが、気体だと温度等の影響を受けやすく圧縮されやすい一方、液体は温度の影響を受けにくく、圧縮され難いため、圧力流体として適している。

上記従来の中空成形体の成形装置では、プレッシャーバッグ（中子）内に圧力流体を送り込むための導入管が１本しか設けられず、別にプレッシャーバッグ内の圧力流体を排出するための管が設けられていない。

従来の中空成形体の成形装置において、圧力流体として液体を使用すると、成形のためプレッシャーバック内に導入管から液体を送り込む際、導入管が１本しかないため、プレッシャーバック内のエアを十分に排出することができない。このため、プレッシャーバッグ内に液体を充填することができず、プレッシャーバック内にエアが混在することとなってプレッシャーバッグ内の内圧不足となり、上記樹脂シートによる目的とする中空成形体の成形ができなくなるという問題があった。

また、成形後にプレッシャーバッグ内の液体を排出する際にも導入管が１本しかないためその液体を十分に排出することができず、仮に導入管に負圧を加えて圧力流体を排出しようとすると、中空成形体も凹むなどにより変形してしまって適切ではない。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、中子の中空部内におけるエア及び液体の供給及び排出を効率よく行えるようにすることにある。

上記の目的を達成するために、この発明では、中子の開口部に、エアが流通するエアパイプと液体が流通する液体パイプとを先端が中空部に臨むようにそれぞれ挿入するようにした。

具体的には、第１の発明では、中空部を形成するように膨張可能な中子の外面に樹脂製のシート材を巻き付けて成形型内に配置した状態で該中子の内部に圧力流体を導入して加圧膨張させることにより、上記シート材を成形型の成形面に押圧して樹脂製の中空成形体を成形する成形装置を対象とし、
上記中子は、上記中空部に連通する１つの開口部を有し、該開口部に、エアが流通するエアパイプと上記圧力流体としての液体が流通する液体パイプとを先端が上記中空部に臨むようにそれぞれ挿入され、上記エアパイプ先端が、上記液体パイプ先端よりも上方に位置付けられるように設定し、
上記シート材の加圧成形に際し、加圧された上記液体を上記液体パイプから上記中空部内に送り込んで該中空部内の圧力を高めると共に中空部内のエアを上記エアパイプから排出する一方、上記中空成形体の脱型に際し、上記エアパイプから上記エアを中空部内に送り込んで上記液体パイプから中空部内の液体を排出する制御装置を備えている。

第２の発明では、上記開口部からの中空部内への上記エアパイプの延長長さは、上記液体パイプの延長長さよりも長く設定されている。

上記第１の発明によれば、シート材の加圧成形に際して、加圧された液体を液体パイプから中空部内に送り込んで中空部内のエアをエアパイプから排出するときに中空部内のエアパイプ先端よりも下側に配置された液体パイプ先端から液体が充填され、上側に配置されたエアパイプ先端よりエアを効率よく排出することができる。これにより、シート材を成形型の成形面に中子を介してエアが混入しない液体で高圧で押圧でき、目的とする樹脂中空成形体を高精度に成形することができる。逆に、中空成形体の脱型に際しては、中空部の上側にあるエアパイプ先端からエアを中空部内に送り込んで下側に溜まった液体をエアパイプ先端よりも下側にある液体パイプ先端から効率よく排出することができる。これにより、中子内に残留する液体量がさらに少ない中空成形体を脱型することができ、脱型後に該成形体から残留液体を排出するのに要する時間をさらに低減できる。したがって、中空部内におけるエア及び液体の供給及び排出をさらに効率よく行うことができ、これにより目的とする樹脂中空成形体をさらに効率よく成形することができる。

上記第２の発明によれば、制御装置の作動により、シート材の加圧成形に際し、加圧された液体をエアパイプよりも短い液体パイプの先端から中空部内の全体に送り込んで中空部内の圧力を高めると共に中空部内のエアを、液体パイプ先端から離れたエアパイプ先端から排出することができる。これにより、シート材を成形型の成形面に中子を介して十分に押圧でき、目的とする形状の樹脂中空成形体を成形することができる。中空成形体の脱型に際しては、エアパイプ先端からエアを中空部の奥側から中空部内に送り込んで開口部に近い液体パイプ先端から中空部内の液体を排出することができる。これにより、中子内に残留液体の少ない樹脂中空成形体を脱型することができ、脱型後に該成形体から残留液体を排出するのに要する時間を低減できる。したがって、中空部内におけるエア及び液体の供給及び排出を効率よく行うことができ、これにより、目的とする樹脂成形体を効率よく成形することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は本発明の実施形態の樹脂中空成形体の成形装置１０における成形型１の一部を拡大して示す。図２は、導入ノズル１１の平面図を示す。図３は、樹脂中空成形体の成形装置１０を示す。

図１に示すように、成形型１は、上型３及び下型５を備え、これら上型３と下型５との間には、容器状の樹脂製の中空成形体７を成形するためのキャビティ９が形成されている。図５に示すように、中空成形体７は、フェノール樹脂（ＰＦ）、エポキシ樹脂（ＥＰ）、メラミン樹脂（ＭＦ）等の熱硬化性樹脂よりなり、この実施形態では、矩形状の底部７ａ、矩形筒状側部７ｂ、先端に向かって細くなるテーパ部７ｃ及び該テーパ部７ｃに成形体開口部７ｄを備えた有底四角形筒状の形状を有している。

上型３には、上記中空成形体７を、その中心線を通り長手方向に伸びる平面で切断したときの一方の外表面を形成するための第１成形面３ａが形成され、下型５には、中空成形体７の他方の外表面を形成するための第２成形面５ａが形成されている。上記第１及び第２成形面３ａ，５ａで形成されるキャビティ９は、成形型１の外部に連通し、その外部と連通する部分に導入ノズル１１が挿入されるようになっている。

図２に示すように、上記導入ノズル１１は、円柱状のノズル本体１３と、該ノズル本体１３の長手方向中間外周部に凸条に形成されたノズル側鍔部１５と、ノズル本体１３の長手方向に貫通し、エアが流通するエアパイプ２１と圧力流体としての液体が流通する液体パイプ２３とがそれぞれ挿通されるエアパイプ挿通孔１７及び液体パイプ挿通孔１９とがそれぞれ成形されている。

上記液体パイプ２３は、ノズル本体１３から水平に突出し、エアパイプ２１に比べて短いものとなっている。上記エアパイプ２１は、ノズル本体１３から上記液体パイプ２３の先端２３ａ対応位置までは水平に突出し、該液体パイプ先端２３ａから上方に向かって徐々に上型３の第１成形面３ａに近付くように折り曲げられ、その先端２１ａが、上記液体パイプ先端２３ａよりも上方に位置付けられている。図１及び図２に示すように、開口部２７ｃからの中空部２５内へのエアパイプ２１の延長長さＬ１は、液体パイプ２３の延長長さＬ２よりも長く設定されている（Ｌ１＞Ｌ２）。つまり、中空部２５内へのエアパイプ２１の延長長さＬ１は、液体パイプ２３の延長長さＬ２よりも長く突出している。

上記ノズル本体１３のノズル側鍔部１５よりも先端側（中空部２５側）には、中空部２５を有する、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂製の膨張可能な中子２７が取り付けられている。この中子２７は、中空部２５を有する大径部２７ａと、該中空部２５に連通して１つの上記開口部２７ｃを有する小径部２７ｂ、これら大径部２７ａ及び小径部２７ｂ間のテーパ部２７ｅとが一体に形成され、さらに上記大径部２７ａに底壁部２７ｄが一体に形成された大径部角状、小径部円形状の容器形状をなしている。そして、上記小径部２７ｂにノズル本体１３の中空部２５側が押入されている。上記開口部２７ｃ近傍に凸条の中子側鍔部２７ｆが形成され、該中子側鍔部２７ｆに当接するように内側Ｏリング３１が上記小径部２７ｂに嵌め込まれている。ノズル本体１３の上記ノズル側鍔部１５の基端側には、該ノズル側鍔部１５に当接するように外側Ｏリング３３が嵌め込まれている。上記内側Ｏリング３１及び外側Ｏリング３３は、成形型１を型閉じしたとき、上型３の第１小径内面３ｂ及び下型５の第２小径内面５ｂによって押圧され、このことにより、中子２７内（中空部２５内）の液体やエアが中子２７外に漏れないようになっている。すなわち、内側Ｏリング３１により液体やエアが中子２７の大径部２７ａと上記第１成形面３ａ及び第２成形面５ａとの間に漏れないようにすると共に、外側Ｏリング３３により、液体やエアがノズル本体１３の基端側（図１において左側）から型外に漏れないようにしている。

上記中子２７の外面には、中空成形体７の材料である、熱硬化性樹脂製のシート材３５が巻き付けられている。このシート材３５は、例えば図４に示す展開図のように中子２７の上記底壁部２７ｄに対応する底部３５ａ、中子２７の大径部２７ａに対応する側部３５ｂ及び中子２７のテーパ部２７ｅに対応する先端部３５ｃの形状は、切断及び巻き付けしやすいように、矩形や台形によって構成されている。シート材３５は、熱硬化性樹脂にカーボンファイバーやガラスファイバーなどの強化繊維が混合されたシートでもよく、熱硬化性樹脂単体のシートに強化繊維シートを積層して形成したシートでもよい。

樹脂中空成形体の成形装置１０は、制御装置４３を備えている。上記シート材３５を中子２７外面に巻き付けて成形型１内に配置した状態で、制御装置４３の制御により、中子２７の内部に液体（圧力流体）としての機械油を導入して加圧膨張させることにより、シート材３５を成形型１の第１及び第２成形面３ａ，５ａに押圧して樹脂製の中空成形体７を成形するようになっている。なお、中子２７の小径部２７ｂは、脱型後に切断される。

−作動−
次に、本実施形態にかかる中空成形体７の成形装置１０の油圧回路の作動について図３を用いて詳しく説明する。

（１）中子２７及びシート材３５の準備
まず、中子２７の小径部２７ｂに内側Ｏリング３１を中子側鍔部２７ｆに当接するように嵌め込み、エアパイプ２１及び液体パイプ２３が取り付けられたノズル本体１３を、これらパイプ２１，２３を中子２７の開口部２７ｃから中空部２５内へ挿入しながら小径部２７ｂ内に差し込む。この差し込み量は、小径部２７ｂの先端がノズル側鍔部１５に当接するまで差し込む。その後、外側Ｏリング３３をノズル側鍔部１５に当接するようにノズル本体１３に嵌め込む。なお、外側Ｏリング３３は、ノズル本体１３を中子の小径部２７ｂに差し込む前にノズル本体１３に予め差し込んでいてもよい。

次いで、中子２７の外周にシート材３５を巻き付ける。

導入ノズル１１のエアパイプ２１を回路Ｋ１に、及び液体パイプ２３を回路Ｋ２にそれぞれ接続しておく。

次に、シート材３５が巻き付けられた中子２７を略水平になるように成形型１の下型５に配置して、上型３及び下型５を型閉じする。

（２）中子２７の中空部２５内の加圧動作
油タンク４１には、機械油が貯留され、該油タンク４は大気開放口（図示せず）を備えている。制御装置４３から、電動機４５に信号が送られ、該電動機４５が駆動されると、油圧ポンプ４７により機械油が加圧される。

加圧された機械油は、逆止弁４９を通り、四ポート三位置切換弁５１に流れる。

四ポート三位置切換弁５１の手前には、リリーフ弁５３が設けられ、所定圧力以上において、油タンク４１にリリーフされる。

制御装置４３から四ポート三位置切換弁５１のソレノイドｂに信号が送られ、スプールが左に移動して、加圧された機械油がＢポートを通って逆止弁付絞り弁５５に至る。

次いで、逆止弁付絞り弁５５で流量調整される。この流量調整された機械油は、第１ソレノイドバルブ５７に至る。

第１ソレノイドバルブ５７内では、機械油がＡポートを通って回路Ｋ２から成形型１に流れ込む。

成形型１内で液体パイプ２３から機械油が中子２７の中空部２５内に導入される。このとき、加圧された機械油がエアパイプ２１よりも短い液体パイプ先端２３ａから中空部２５内の全体に送り込まれ、中空部２５内の圧力が高められ、中子２７が加圧膨張され、シート材３５が第１及び第２成形面３ａ，５ａに押圧される。この際、中空部２５内のエアは、液体パイプ先端２３ａから離れたエアパイプ先端２１ａからエアパイプ２１、回路Ｋ１を経て第２ソレノイドバルブ５９のＡポート及び第３ソレノイドバルブ６１のＡポートを通って油タンク４１に流出する。このとき、中空部２５内のエアパイプ先端２１ａよりも下側に配置された液体パイプ先端２３ａから液体が充填され、上側に配置されたエアパイプ先端２１ａよりエアを排出するので、エアが効率よく排出される。

次いで、中空部２５内に残ったエアは、機械油と共に上記エアの排出経路と同一の経路を通って油タンク４１に排出される。

中空部２５内のエアが十分に排出されると、すなわち上記四ポート三位置切換弁５１のソレノイドｂに信号が送られてから設定時間が経過すると、制御装置４３から第２ソレノイドバルブ５９に信号が送られ、スプールが左に移動し、回路Ｋ１が遮断されて成形型１からの機械油の排出が止まり、中空部２５内が一定の圧力に保たれる。油圧ポンプ４７からの機械油は、リリーフ弁５３からリリーフされる。この中空部２５が一定圧力に保たれることにより、シート材３５が所定の温度で第１及び第２成形面３ａ，５ａに押圧されながら一定時間加圧され、中空成形体７が成形される。中空部２５内には、エアは残っていないので、シート材３５を成形型１の第１及び第２成形面３ａ，５ａに中子２７を介してエアが混入しない液体で高圧で押圧でき、目的とする形状の樹脂中空成形体７を成形することができる。なお、例えば、成形型１は、約１１０〜１５０℃、機械油は約１００〜１１０℃に加熱される。

（３）中子２７の中空部２５内の減圧動作
次いで、成形後の脱型作業について説明する。

上記のようにして、シート材３５による中空成形体が成形されると、すなわち第２ソレノイドバルブ５９に回路Ｋ１の遮断信号が送られてから設定時間が経過すると、制御装置４３から電動機４５に信号が送られ、該電動機４５の駆動を停止する。

次いで、制御装置４３から第１ソレノイドバルブ５７に信号が送られ、スプールが左に移動し、回路Ｋ２がＢポートに連通して油タンク４１に連通する。これと同期して第２ソレノイドバルブ５９に信号が送られ、スプールが右に移動し、回路Ｋ１がＡポートに連通すると共に、第３ソレノイドバルブ６１に信号が送られ、スプールが左に移動し、回路Ｋ１が第２ソレノイドバルブ５９を介してＢポートに連通する。

次に、エア供給口６３からエアを供給し、エアを第３ソレノイドバルブ６１のＢポート、第２ソレノイドバルブ５９のＡポート及び回路Ｋ１を通して、エアパイプ２１から中空部２５内に送り込む。すなわち、中空部２５の上側にあるエアパイプ先端２１ａからエアを中空部２５内に送り込み、これにより中空部２５内の機械油が液体パイプ先端２３ａから排出される。このとき、液体パイプ先端２３ａよりも下側に溜まった機械油の大部分は、高圧エアにより液体パイプ２３から排出される。この液体パイプ２３から成形型１外へ抜け出した機械油は、回路Ｋ２及び第１ソレノイドバルブ５７のＢポートを通り、油タンク４１に排出される。

中空部２５内の機械油が十分に排出されると、制御装置４３から第３ソレノイドバルブ６１に信号が送られ、スプールが右に移動してＡポートが連通する。これにより、エアの供給がストップし、エアが油タンク４１側に流れて、中空部２５内の圧力が下がる。このように、無理に中子２７に負圧を加えて液体を排出させることはないので、中空成形体７が凹んで変形するという悪影響を受けることはない。

次いで、成形型１を型開きし、中子２７と一体になった中空成形体７を取り出して、中子２７の小径部２７ｂを切断することにより、容器状の中空成形体７が完成する。

したがって、本実施形態にかかる中空成形体７の成形装置１０によると、中子２７内の機械油の大部分を排出して、中子２７内に残留する機械油の量がさらに少ない中空成形体７を脱型することがでる。このため、脱型後に中空成形体７から残留液体を排出するに要する時間をさらに低減できる。このように、中子２７の中空部２５内におけるエア及び機械油の供給及び排出を効率よく行って、目的とする樹脂中空成形体７を効率よく成形することができる。

（その他の実施形態）
本発明は、上記実施形態について、以下のような構成としてもよい。

すなわち、上記実施形態では、中空成形体７を成形する材料として、熱硬化性樹脂からなるシート材３５を使用したが、該シート材３５は、ポリアミド樹脂、ポリプロピレン樹脂等の熱可塑性樹脂からなるシート材であってもよい。この場合、成形型は２２０〜３００℃、機械油１００〜１１０℃に加熱する。

また、上記実施形態では、シート材３５を中子２７の底壁部２７ｄにも被覆したが、該底壁部２７ｄには被覆しないようにしてもよい。

また、上記実施形態では、液体として機械油を使用しているが、水やその他の液体でもよい。この場合、液体は上記実施形態と同様の温度に加熱しておく必要がある。また、エアとして、空気を使用しているが、窒素ガス等でもよい。

さらに、上記実施形態では、中空成形体としてテーパ部７ｃを有する有底四角形筒状の容器を示しているが、テーパ部７ｃを有しない形状や円筒状などの形状でもよく、その形状には限定されず、インパネレインフォースメントやサイドドアのレインフォースメントのような有底の複雑な断面構造を持つものでもよい。

なお、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物や用途の範囲を制限することを意図するものではない。

本発明の実施形態の樹脂中空成形体の成形装置における成形型の一部を拡大して示す断面図である。 導入ノズルの平面図である。 中空成形体の成形装置を示す油圧回路図である。 シート材の展開平面図である。 中空成形体の斜視図である。

１ 成形型
３ａ 第１成形面
５ａ 第２成形面
７ 中空成形体
２１ エアパイプ
２１ａ エアパイプ先端
２３ 液体パイプ
２３ａ 液体パイプ先端
２５ 中空部
２７ 中子
２７ｃ 開口部
３５ シート材
４３ 制御装置

Claims (2)

1. 中空部を形成するように膨張可能な中子の外面に樹脂製のシート材を巻き付けて成形型内に配置した状態で該中子の内部に圧力流体を導入して加圧膨張させることにより、上記シート材を成形型の成形面に押圧して樹脂製の中空成形体を成形する成形装置であって、
   上記中子は、上記中空部に連通する１つの開口部を有し、該開口部に、エアが流通するエアパイプと上記圧力流体としての液体が流通する液体パイプとを先端が上記中空部に臨むようにそれぞれ挿入され、上記エアパイプ先端が、上記液体パイプ先端よりも上方に位置付けられるように設定し、
   上記シート材の加圧成形に際し、加圧された上記液体を上記液体パイプから上記中空部内に送り込んで該中空部内の圧力を高めると共に中空部内のエアを上記エアパイプから排出する一方、上記中空成形体の脱型に際し、上記エアパイプから上記エアを中空部内に送り込んで上記液体パイプから中空部内の液体を排出する制御装置を備えている
   ことを特徴とする樹脂中空成形体の成形装置。
2. 請求項１に記載の樹脂中空成形体の成形装置において、
   上記開口部からの中空部内への上記エアパイプの延長長さは、上記液体パイプの延長長さよりも長く設定されている
   ことを特徴とする樹脂中空成形体の成形装置。

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