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JP6581619B2 - Molding apparatus and molding method - Google Patents
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Description

この発明は、繊維強化樹脂を成形する技術に関し、特に、プレス成形により繊維強化樹脂を成形する技術に関する。   The present invention relates to a technique for molding a fiber reinforced resin, and particularly to a technique for molding a fiber reinforced resin by press molding.

近年、軽量で強度の高い素材として、炭素繊維強化樹脂(CFRP)が注目されている。なかでも、マトリックス材として熱可塑性樹脂を用いた炭素繊維強化熱可塑性樹脂(CFRTP)は、優れた力学特性を持つとともに、長時間の加熱を要さず、プレス成形等のサイクルタイムを短縮することが可能な方法で成形できるため、強度の高い部材を低コストで形成することを可能とする材料として期待されている。   In recent years, carbon fiber reinforced resin (CFRP) has attracted attention as a lightweight and high strength material. Among them, carbon fiber reinforced thermoplastic resin (CFRTP) using a thermoplastic resin as a matrix material has excellent mechanical properties and does not require heating for a long time, thereby shortening cycle time such as press molding. Therefore, it is expected as a material that makes it possible to form a high-strength member at low cost.

しかしながら、CFRTP材料の成形中に成形対象のCFRTP材料の温度が低下すると、マトリックス材の流動性が低下して、炭素繊維の移動が阻害される。このように、炭素繊維の移動が阻害されると、CFRTP材料の成形性が急激に低下し、CFRTP材料を所望の形状に成形することが困難となる。   However, if the temperature of the CFRTP material to be molded is lowered during the molding of the CFRTP material, the flowability of the matrix material is lowered and the movement of the carbon fibers is inhibited. Thus, when the movement of the carbon fiber is inhibited, the moldability of the CFRTP material is drastically lowered, and it becomes difficult to mold the CFRTP material into a desired shape.

特に、プレス成形を行う場合において、サイクルタイムを短縮するために金型の温度を低温(マトリックス材の溶融点以下)にすると、プレス成形の過程においてCFRTP材料が急速に冷却されるので、成形性を良好に保つことが困難となる。   In particular, when press molding is performed, if the mold temperature is set to a low temperature (below the melting point of the matrix material) in order to shorten the cycle time, the CFRTP material is rapidly cooled during the press molding process. It is difficult to maintain a good state.

そこで、低温の金型を用いてプレス成形を行う際に、CFRTP材料の温度の低下を抑制し、CFRTP材料の成形性を良好に維持する技術の開発が進められている。例えば、非特許文献1では、温度を室温とした金型を用いてプレス成形を行う際に、炭素繊維シートをシリコンゴムではさむことにより、炭素繊維シートの温度の低下を抑制し、成形性の改善を図ることが試みられている。   Therefore, when press molding is performed using a low-temperature mold, development of a technique for suppressing a decrease in the temperature of the CFRTP material and maintaining good moldability of the CFRTP material is underway. For example, in Non-Patent Document 1, when press molding is performed using a mold having a temperature of room temperature, the carbon fiber sheet is sandwiched with silicon rubber to suppress a decrease in the temperature of the carbon fiber sheet. Attempts are being made to improve.

米山猛、外5名、「熱可塑性炭素繊維シートのプレス加工」、塑性と加工(日本塑性加工学会誌)、日本塑性加工学会、平成24年2月、第53巻、第613号、p.55−59Takeshi Yoneyama, 5 others, “Pressing of thermoplastic carbon fiber sheet”, Plasticity and processing (Journal of the Japan Society for Technology of Plasticity), Japan Society for Technology of Plasticity, Vol. 53, No. 613, p. 55-59

しかしながら、非特許文献1に示された技術によっても、低温の金型を用いてプレス成形を行う際の成形性の低下を十分に抑制することは困難である。さらに、非特許文献1では、成形性の改善を図るため、炭素繊維シートをシリコンゴムではさみ、炭素繊維シートの温度の低下を抑制しているため、成形が終了した後から炭素繊維シートの温度が十分に低下するまでの時間が長くなる。そのため、サイクルタイムを十分に短縮することは困難である。この問題は、炭素繊維強化樹脂の成形に限らず、ガラス繊維強化樹脂等を含む、繊維強化樹脂の成形一般に共通する。   However, even with the technique disclosed in Non-Patent Document 1, it is difficult to sufficiently suppress a decrease in formability when performing press molding using a low-temperature mold. Further, in Non-Patent Document 1, in order to improve moldability, the carbon fiber sheet is sandwiched with silicon rubber to suppress a decrease in the temperature of the carbon fiber sheet. It takes a long time to sufficiently decrease. Therefore, it is difficult to sufficiently shorten the cycle time. This problem is not limited to the molding of carbon fiber reinforced resins, but is common to the molding of fiber reinforced resins including glass fiber reinforced resins.

本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、繊維強化樹脂の成形を行う際に、サイクルタイムを短縮しつつ、十分な成形性を確保する技術を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and provides a technique for ensuring sufficient moldability while shortening the cycle time when molding a fiber reinforced resin. Objective.

上記目的の少なくとも一部を達成するために、本発明は、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
本発明の第1形態としての成形装置は、熱可塑性樹脂のマトリックス材と強化繊維とを含む繊維強化熱可塑性樹脂の被成形材を成形する成形装置であって、前記被成形材を前記マトリックス材の溶融点よりも高い温度に加熱する加熱装置と、凹凸が形成された第1の金型と、前記第1の金型の凹凸に対応した凹凸が形成された第2の金型と、前記第1の金型が固定され、前記第1および第2の金型の相対的な位置関係を規定するラムと、前記第2の金型が上部に載置されるボルスターと、前記ラムを上方に押し上げるためのバランサーと、を有するプレス装置と、を備え、前記ボルスターは、前記プレス装置に対して固定されており、前記バランサーは、作動流体を貯留するタンクと、前記作動流体により駆動されるバランスシリンダーとを有し、前記バランスシリンダーの前記ラムが上方に移動する際に体積が縮小するシリンダー室から前記タンクへは、リリーフ弁を介して接続されており、前記第1および第2の金型の温度は、前記マトリックス材の溶融点以下に設定されており、前記プレス装置は、前記ラムを駆動することにより、前記第1および第2の金型の間に前記加熱装置により加熱された被成形材を挟み込んで前記被成形材を成形するように構成されており、前記ラムは、前記被成形材の成形が終了する終端位置の近傍であって前記被成形材の成形が開始される成形開始位置側の終端近傍位置に、前記ラムが到達した時点におけるラム速度である終端速度が100mm/s以上となるように駆動されることを特徴とする。
本発明の第2形態としての成形装置は、熱可塑性樹脂のマトリックス材と強化繊維とを含む繊維強化熱可塑性樹脂の被成形材を成形する成形装置であって、前記被成形材を前記マトリックス材の溶融点よりも高い温度に加熱する加熱装置と、凹凸が形成された第1の金型と、前記第1の金型の凹凸に対応した凹凸が形成された第2の金型と、前記第1および第2の金型の相対的な位置関係を規定するラムを有するプレス装置と、を備え、前記第1および第2の金型の温度は、前記マトリックス材の溶融点以下に設定されており、前記プレス装置は、前記ラムを駆動することにより、前記第1および第2の金型の間に前記加熱装置により加熱された被成形材を挟み込んで前記被成形材を成形するように構成されており、前記ラムは、前記被成形材の成形が終了する終端位置の近傍であって前記被成形材の成形が開始される成形開始位置側の終端近傍位置に、前記ラムが到達した時点におけるラム速度である終端速度が100mm/s以上となるように駆動され、前記ラムは、前記第1の金型が固定される第1のラムと、前記第2の金型が固定される第2のラムと、を有しており、前記プレス装置は、前記第1のラムを駆動することにより前記ラムが前記終端位置に到達した時点以降において、前記第2のラムを前記第1のラムの移動に追随するように駆動することを特徴とする。
これらの第1形態および第2形態の成形装置によれば、成形終了時点において、被成形材は、第1および第2の金型の間に挟み込まれるため、成形終了の後、被成形材が速やかに冷却される。そのため、加熱された被成形材をプレス装置に搬入してから、成形された被成形材を取り出すまでのサイクルタイムを短縮することが可能となる。また、終端速度を100mm/s以上とすることにより、成形開始時点から成形終了時点までのほぼ全期間に亘って、被成形材の温度を十分に高く維持することができ、また、成形に要する時間を短縮することができる。そのため、繊維強化熱可塑性樹脂の被成形材を成形する際において、サイクルタイムを短縮しつつ、十分な成形性を確保することが可能となる。さらに、成形終了時点において2つの金型がバウンドすることが抑制されるので、バウンドにより成形された被成形材に損傷を与える虞を低減することができる。
In order to achieve at least a part of the above object, the present invention can be realized as the following forms or application examples.
A molding apparatus according to a first aspect of the present invention is a molding apparatus for molding a molding material of a fiber reinforced thermoplastic resin including a matrix material of thermoplastic resin and reinforcing fibers, and the molding material is used as the matrix material. A heating device for heating to a temperature higher than the melting point of the first mold, a first mold having projections and depressions, a second mold having projections and depressions corresponding to the projections and depressions of the first mold, A first mold is fixed, a ram defining a relative positional relationship between the first and second molds, a bolster on which the second mold is placed, and the ram above And a press device having a balancer for pushing up, wherein the bolster is fixed to the press device, and the balancer is driven by a tank for storing a working fluid and the working fluid Balance cylinder and The cylinder chamber, whose volume is reduced when the ram of the balance cylinder moves upward, is connected to the tank via a relief valve, and the temperatures of the first and second molds are: It is set below the melting point of the matrix material, and the pressing device sandwiches the molding material heated by the heating device between the first and second molds by driving the ram. And the ram is in the vicinity of the end position where the molding of the molding material is finished and on the molding start position side where the molding of the molding material is started. It is driven so that the terminal speed, which is the ram speed at the time when the ram reaches the position near the terminal, is 100 mm / s or more.
A molding apparatus according to a second aspect of the present invention is a molding apparatus for molding a molding material of a fiber reinforced thermoplastic resin including a matrix material of thermoplastic resin and reinforcing fibers, and the molding material is used as the matrix material. A heating device for heating to a temperature higher than the melting point of the first mold, a first mold having projections and depressions, a second mold having projections and depressions corresponding to the projections and depressions of the first mold, A press device having a ram that defines the relative positional relationship between the first and second molds, and the temperature of the first and second molds is set to be equal to or lower than the melting point of the matrix material. The press device drives the ram so that the material to be molded heated by the heating device is sandwiched between the first and second molds and the material to be molded is formed. The ram is configured to be molded The terminal speed, which is the ram speed at the time when the ram reaches the position near the terminal end on the molding start position side where the molding of the material to be molded is started, is near the terminal position where the molding of the material is finished is 100 mm / s or more And the ram has a first ram to which the first mold is fixed and a second ram to which the second mold is fixed, The pressing device drives the second ram so as to follow the movement of the first ram after the time when the ram reaches the end position by driving the first ram. And
According to the molding apparatuses of these first and second embodiments, the molding material is sandwiched between the first and second molds at the end of molding. Cools quickly. Therefore, it is possible to shorten the cycle time from when the heated workpiece is carried into the press device until the molded workpiece is taken out. In addition, by setting the termination speed to 100 mm / s or more, the temperature of the material to be molded can be maintained sufficiently high over almost the entire period from the molding start time to the molding end time, and it is necessary for molding. Time can be shortened. Therefore, when molding the molding material of fiber reinforced thermoplastic resin, it becomes possible to ensure sufficient moldability while shortening the cycle time. Furthermore, since the two molds are prevented from bouncing at the end of molding, the risk of damaging the molding material molded by the bouncing can be reduced.

[適用例1]
熱可塑性樹脂のマトリックス材と強化繊維とを含む繊維強化熱可塑性樹脂の被成形材を成形する成形装置であって、前記被成形材を前記マトリックス材の溶融点よりも高い温度に加熱する加熱装置と、凹凸が形成された第1の金型と、前記第1の金型の凹凸に対応した凹凸が形成された第2の金型と、前記第1および第2の金型の相対的な位置関係を規定するラムを有するプレス装置と、を備え、前記第1および第2の金型の温度は、前記マトリックス材の溶融点以下に設定されており、前記プレス装置は、前記ラムを駆動することにより、前記第1および第2の金型の間に前記加熱装置により加熱された被成形材を挟み込んで前記被成形材を成形するように構成されており、前記ラムは、前記被成形材の成形が終了する終端位置の近傍であって前記被成形材の成形が開始される成形開始位置側の終端近傍位置に、前記ラムが到達した時点におけるラム速度である終端速度が100mm/s以上となるように駆動される、成形装置。
[Application Example 1]
A molding apparatus for molding a molding material of a fiber reinforced thermoplastic resin including a matrix material of thermoplastic resin and reinforcing fibers, the heating apparatus heating the molding material to a temperature higher than the melting point of the matrix material A first mold in which irregularities are formed, a second mold in which irregularities corresponding to the irregularities in the first mold are formed, and a relative relationship between the first and second molds. A press device having a ram that defines a positional relationship, and the temperatures of the first and second molds are set to be equal to or lower than the melting point of the matrix material, and the press device drives the ram. By doing so, the molding material heated by the heating device is sandwiched between the first and second molds, and the molding material is molded. In the vicinity of the end position where the forming of the material ends. Wherein the end position near the molding start position side molding is started to be profiled, terminal velocity is ram speed at a point of time when the ram has reached is driven so that the 100 mm / s or higher Te, molding apparatus.

この適用例によれば、成形終了時点において、被成形材は、第1および第2の金型の間に挟み込まれるため、成形終了の後、被成形材が速やかに冷却される。そのため、加熱された被成形材をプレス装置に搬入してから、成形された被成形材を取り出すまでのサイクルタイムを短縮することが可能となる。また、終端速度を100mm/s以上とすることにより、成形開始時点から成形終了時点までのほぼ全期間に亘って、被成形材の温度を十分に高く維持することができ、また、成形に要する時間を短縮することができる。そのため、繊維強化熱可塑性樹脂の被成形材を成形する際において、サイクルタイムを短縮しつつ、十分な成形性を確保することが可能となる。   According to this application example, since the material to be molded is sandwiched between the first and second molds at the end of molding, the material to be molded is quickly cooled after the molding is completed. Therefore, it is possible to shorten the cycle time from when the heated workpiece is carried into the press device until the molded workpiece is taken out. In addition, by setting the termination speed to 100 mm / s or more, the temperature of the material to be molded can be maintained sufficiently high over almost the entire period from the molding start time to the molding end time, and it is necessary for molding. Time can be shortened. Therefore, when molding the molding material of fiber reinforced thermoplastic resin, it becomes possible to ensure sufficient moldability while shortening the cycle time.

[適用例2]
前記ラムは、前記成形開始位置におけるラム速度が前記終端速度の2倍以下となるように駆動される、適用例1記載の成形装置。
[Application Example 2]
The molding apparatus according to application example 1, wherein the ram is driven such that a ram speed at the molding start position is not more than twice the terminal speed.

成形開始位置におけるラム速度を終端速度の2倍以下とすることにより、成形開始時点における成形性が低下することを抑制することができる。   By setting the ram speed at the molding start position to be equal to or less than twice the terminal speed, it is possible to suppress a decrease in moldability at the molding start time.

[適用例3]
前記終端近傍位置と前記終端位置との距離は、前記成形開始位置と前記終端位置との距離の1/5以下である、適用例1または2記載の成形装置。
[Application Example 3]
The molding apparatus according to Application Example 1 or 2, wherein a distance between the end vicinity position and the end position is 1/5 or less of a distance between the molding start position and the end position.

終端近傍位置と終端位置との距離を、成形開始位置と終端位置との距離の1/5以下とすることにより、被成形材の温度の維持をより確実に行うことができる。   By setting the distance between the end vicinity position and the end position to 1/5 or less of the distance between the molding start position and the end position, the temperature of the molding material can be more reliably maintained.

[適用例4]
適用例1ないし3のいずれか記載の成形装置であって、前記プレス装置は、さらに、前記プレス装置に対して固定されたボルスターを有し、前記第1の金型は、前記ラムに固定され、前記第2の金型は、クッションを介して前記ボルスター上に載置されている、成形装置。
[Application Example 4]
4. The molding apparatus according to any one of application examples 1 to 3, wherein the press device further includes a bolster fixed to the press device, and the first mold is fixed to the ram. The molding device, wherein the second mold is placed on the bolster via a cushion.

第2の金型をクッションを介してボルスター上に載置することにより、終端速度を十分に高くした状態においても、成形終了時点において2つの金型がバウンドすることを抑制することができる。そのため、バウンドにより成形された被成形材に損傷を与える虞を低減することができる。   By placing the second mold on the bolster via the cushion, it is possible to prevent the two molds from bouncing at the end of molding even when the terminal speed is sufficiently high. Therefore, the possibility of damaging the material to be molded formed by the bounce can be reduced.

[適用例5]
適用例1ないし3のいずれか記載の成形装置であって、前記プレス装置は、さらに、前記プレス装置に対して固定されたボルスターと、前記ラムを上方に押し上げるためのバランサーと、を有し、前記第1の金型は、前記ラムに固定され、前記第2の金型は、前記ボルスター上に載置されており、前記バランサーは、作動流体を貯留するタンクと、前記作動流体により駆動されるバランスシリンダーとを有し、前記バランスシリンダーの前記ラムが上方に移動する際に体積が縮小するシリンダー室から前記タンクへは、リリーフ弁を介して接続されている、成形装置。
[Application Example 5]
The molding apparatus according to any one of Application Examples 1 to 3, wherein the press apparatus further includes a bolster fixed to the press apparatus, and a balancer for pushing the ram upward. The first mold is fixed to the ram, the second mold is placed on the bolster, and the balancer is driven by a tank that stores a working fluid and the working fluid. A forming cylinder, wherein the tank is connected via a relief valve from a cylinder chamber whose volume is reduced when the ram of the balance cylinder moves upward.

この適用例によっても、成形終了時点において2つの金型がバウンドすることが抑制されるので、バウンドにより成形された被成形材に損傷を与える虞を低減することができる。   Also according to this application example, since the two molds are prevented from bouncing at the end of molding, it is possible to reduce the possibility of damaging the molding material molded by the bouncing.

[適用例6]
適用例1ないし3のいずれか記載の成形装置であって、前記ラムは、前記第1の金型が固定される第1のラムと、前記第2の金型が固定される第2のラムと、を有しており、前記プレス装置は、前記第1のラムを駆動することにより前記ラムが前記終端位置に到達した時点以降において、前記第2のラムを前記第1のラムの移動に追随するように駆動する、成形装置。
[Application Example 6]
4. The molding apparatus according to any one of application examples 1 to 3, wherein the ram includes a first ram to which the first mold is fixed and a second ram to which the second mold is fixed. And the pressing device drives the first ram to move the second ram to the movement of the first ram after the ram reaches the end position. Molding device that drives to follow.

この適用例によっても、成形終了時点において2つの金型がバウンドすることが抑制されるので、バウンドにより成形された被成形材に損傷を与える虞を低減することができる。   Also according to this application example, since the two molds are prevented from bouncing at the end of molding, it is possible to reduce the possibility of damaging the molding material molded by the bouncing.

[適用例7]
前記プレス装置は、スクリュープレス装置であって、サーボモーターによりラムを駆動するサーボスクリュープレス装置である、適用例1ないし6のいずれか記載の成形装置。
[Application Example 7]
7. The molding apparatus according to any one of application examples 1 to 6, wherein the press apparatus is a screw press apparatus that is a servo screw press apparatus that drives a ram by a servo motor.

プレス装置としてサーボスクリュープレス装置を用いることにより、終端速度を100mm/s以上とすることがより容易となる。   By using a servo screw press device as the press device, it becomes easier to set the terminal speed to 100 mm / s or more.

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能である。例えば、繊維強化熱可塑性樹脂の被成形材を成形する成形装置、繊維強化熱可塑性樹脂の被成形材を成形する成形方法、それらの装置や方法を利用した繊維強化熱可塑性樹脂の成形品の製造方法、あるいは、それらの装置や方法を実現するためのプレス装置の制御装置や制御方法等の態様で実現することができる。   Note that the present invention can be realized in various modes. For example, a molding apparatus for molding a fiber-reinforced thermoplastic resin molding material, a molding method for molding a fiber-reinforced thermoplastic resin molding material, and production of a fiber-reinforced thermoplastic resin molded article using these apparatuses and methods The present invention can be realized in the form of a method or a control device or a control method of a press device for realizing those devices and methods.

本発明の第1実施形態としてのCFRTPの成形工程を示す説明図。Explanatory drawing which shows the shaping | molding process of CFRTP as 1st Embodiment of this invention. プレス装置の構成を示す説明図。Explanatory drawing which shows the structure of a press apparatus. 金型の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of a metal mold | die. プリプレグを成形する際の金型の動作を示す説明図。Explanatory drawing which shows operation | movement of the metal mold | die at the time of shape | molding a prepreg. サーボモーターの駆動制御機能の構成を示すブロック図。The block diagram which shows the structure of the drive control function of a servomotor. CFRTPを成形する際のプレス装置の動作条件の一例を示すグラフ。The graph which shows an example of the operating condition of the press apparatus at the time of shape | molding CFRTP. CFRTPの成形過程におけるプレス装置の動作状態を示すグラフ。The graph which shows the operation state of the press apparatus in the formation process of CFRTP. クッションの有無によるラムの挙動変化を評価した結果を示すグラフ。The graph which shows the result of having evaluated the behavior change of the ram by the presence or absence of a cushion. クッションの有無によるラムの挙動変化を評価した結果を示すグラフ。The graph which shows the result of having evaluated the behavior change of the ram by the presence or absence of a cushion. 成形速度と終端速度との実測結果を示すグラフ。 The graph which shows the actual measurement result of forming speed and terminal speed. 成形中における試験材の温度変化の様子を示すグラフ。The graph which shows the mode of the temperature change of the test material during shaping | molding. 成形中における試験材の温度変化の様子を示すグラフ。The graph which shows the mode of the temperature change of the test material during shaping | molding. 成形中における試験材の温度変化の様子を示すグラフ。The graph which shows the mode of the temperature change of the test material during shaping | molding. 成形品の外観評価結果を示す写真。The photograph which shows the external appearance evaluation result of a molded article. 成形品におけるボイド量の評価を行った位置を示す説明図。Explanatory drawing which shows the position which performed evaluation of the void amount in a molded article. ボイド量の評価を行った領域の断面の様子を示す写真。The photograph which shows the mode of the cross section of the area | region which evaluated void amount. ボイド量の評価を行った領域の断面の様子を示す写真。The photograph which shows the mode of the cross section of the area | region which evaluated void amount. ボイド量の評価を行った領域の断面の様子を示す写真。The photograph which shows the mode of the cross section of the area | region which evaluated void amount. バランスシリンダーに接続される油圧回路の構成を示す油圧回路図。The hydraulic circuit diagram which shows the structure of the hydraulic circuit connected to a balance cylinder. 第3実施形態におけるプレス装置の構成を示す説明図。Explanatory drawing which shows the structure of the press apparatus in 3rd Embodiment. 第3実施形態におけるサーボモーターの駆動制御機能の構成を示すブロック図。The block diagram which shows the structure of the drive control function of the servomotor in 3rd Embodiment. 第3実施形態におけるプレス装置の動作の一例を示す説明図。Explanatory drawing which shows an example of operation | movement of the press apparatus in 3rd Embodiment.

以下、本発明を実施するための形態を以下の順序で説明する。
A.第1実施形態:
A1.CFRTPの成形工程:
A2.プレス装置の構成:
A3.金型の構成と動作:
A4.プレス装置の動作:
A5.実施例:
B.第2実施形態:
C.第3実施形態:
D.変形例:
Hereinafter, modes for carrying out the present invention will be described in the following order.
A. First embodiment:
A1. CFRTP molding process:
A2. Configuration of press machine:
A3. Mold configuration and operation:
A4. Press machine operation:
A5. Example:
B. Second embodiment:
C. Third embodiment:
D. Variation:

A.第1実施形態:
A1.CFRTPの成形工程:
図1は、本発明の第1実施形態としての炭素繊維強化熱可塑性樹脂(CFRTP)の成形工程(以下、単に「成形工程」とも呼ぶ)を示す説明図である。この成形工程では、プレス装置100を用いて、成形対象となるCFRTPプリプレグPPGに深絞りを施している。なお、図1では、鉛直上方が紙面の上方となるように描いている。従って、紙面の上下方向は、鉛直方向となり、紙面の左右方向は水平方向となる。同様に、以下においても、特に断らない限り、鉛直方向および水平方向を紙面の上下方向および左右方向として表す。また、以下では、鉛直上方および鉛直下方を、単に、「上方」および「下方」とも呼ぶ。
A. First embodiment:
A1. CFRTP molding process:
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a carbon fiber reinforced thermoplastic resin (CFRTP) molding process (hereinafter also simply referred to as “molding process”) as a first embodiment of the present invention. In this molding process, the press machine 100 is used to deep-draw the CFRTP prepreg PPG to be molded. In addition, in FIG. 1, it draws so that vertical upper direction may become the upper direction of a paper surface. Accordingly, the vertical direction of the paper surface is the vertical direction, and the horizontal direction of the paper surface is the horizontal direction. Similarly, in the following, unless otherwise specified, the vertical direction and the horizontal direction are expressed as the vertical direction and the horizontal direction of the paper. In the following description, the vertically upward and vertically downward directions are also simply referred to as “upward” and “downward”.

図1に示す成形工程では、まず、成形対象であるCFRTPプリプレグ(以下、単に「プリプレグ」とも呼ぶ)PPGを準備する。プリプレグPPGは、強化繊維である炭素繊維の糸を織り上げた炭素繊維織物にマトリックス材を含浸したCFRTPシート(以下、単に「シート」とも呼ぶ)を、複数枚積層した板状の素材である。マトリックス材としては、種々の熱可塑性樹脂が使用できる。マトリックス材としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリカーボネート、アクリロニトリルブタジエンスチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリエーテルエーテルケトン、ポリウレタン、あるいは、ポリアミド(ナイロン)が使用できる。   In the molding step shown in FIG. 1, first, a CFRTP prepreg (hereinafter also simply referred to as “prepreg”) PPG to be molded is prepared. The prepreg PPG is a plate-like material obtained by laminating a plurality of CFRTP sheets (hereinafter also simply referred to as “sheets”) obtained by impregnating a carbon fiber fabric obtained by weaving carbon fiber yarns, which are reinforcing fibers, with a matrix material. Various thermoplastic resins can be used as the matrix material. As the matrix material, for example, polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polycarbonate, acrylonitrile butadiene styrene, polymethyl methacrylate, polyether ether ketone, polyurethane, or polyamide (nylon) can be used.

図1(a)に示すように、準備されたプリプレグPPGは、加熱装置910内に搬入される。プリプレグPPGの加熱装置910内への搬入は、例えば、自動搬送装置を用いて行われる。加熱装置910内において、プリプレグPPGは、マトリックス材の溶融点を超える温度まで加熱される。加熱温度は、成形工程における温度の低下を考慮して、例えば、溶融点よりも50〜70℃高い温度に設定される。   As shown in FIG. 1A, the prepared prepreg PPG is carried into a heating device 910. The prepreg PPG is carried into the heating device 910 using, for example, an automatic conveyance device. In the heating device 910, the prepreg PPG is heated to a temperature exceeding the melting point of the matrix material. The heating temperature is set to, for example, a temperature 50 to 70 ° C. higher than the melting point in consideration of a decrease in temperature in the molding process.

加熱されたプリプレグPPGは、加熱装置910から搬出され、プレス装置100に搬入される。プリプレグPPGの加熱装置910からの搬出およびプレス装置100への搬入は、自動搬送装置を用いて行うことができる。プレス装置100に搬入されたプリプレグPPGは、図1(b)に示すように、プレス装置100のラム120に取り付けられた金型である上型200と、クッション390を介してプレス装置100のボルスター130上に載置された金型である下型300との間に配置される。ボルスター130と下型300との間に配置されたクッション390は、円柱状のウレタンゴムを複数配列することにより構成される。なお、詳細については後述するが、図1の例では、プレス装置100として、フレーム110に取り付けられたサーボモーター153によりラム120の昇降を制御するスクリュープレス装置(サーボスクリュープレス装置)を用いている。また、上型200および下型300の具体的な構成についても、後述する。   The heated prepreg PPG is carried out of the heating device 910 and carried into the press device 100. Carrying out the prepreg PPG from the heating device 910 and carrying it in to the press device 100 can be performed using an automatic conveyance device. As shown in FIG. 1B, the prepreg PPG carried into the press apparatus 100 is a bolster of the press apparatus 100 via an upper mold 200 that is a mold attached to the ram 120 of the press apparatus 100 and a cushion 390. It is arranged between the lower mold 300 which is a mold placed on the 130. The cushion 390 disposed between the bolster 130 and the lower mold 300 is configured by arranging a plurality of cylindrical urethane rubbers. Although details will be described later, in the example of FIG. 1, a screw press device (servo screw press device) that controls the raising and lowering of the ram 120 by a servo motor 153 attached to the frame 110 is used as the press device 100. . The specific configurations of the upper mold 200 and the lower mold 300 will also be described later.

プリプレグPPGを上型200と下型300との間に配置した後、プレス装置100のサーボモーター153を駆動することにより、ラム120を下降させる。ラム120を所定の位置(下端)まで下降させると、プリプレグPPGは、上型200と下型300との間に挟み込まれる。これにより、プリプレグPPGは、図1(c)に示すように、上型200に設けられたダイと、下型300に設けられたパンチと(いずれも図示しない)の形状に応じた形状に成形され、所望の形状に成形されたプリプレグPPFが得られる。なお、下端は、プリプレグPPGの成形が終了し、成形されたプリプレグPPFが得られる位置であるので、「終端」とも謂うことができる。   After the prepreg PPG is disposed between the upper die 200 and the lower die 300, the ram 120 is lowered by driving the servo motor 153 of the press device 100. When the ram 120 is lowered to a predetermined position (lower end), the prepreg PPG is sandwiched between the upper mold 200 and the lower mold 300. As a result, the prepreg PPG is formed into a shape corresponding to the shape of the die provided on the upper die 200 and the punch provided on the lower die 300 (both not shown) as shown in FIG. Thus, a prepreg PPF molded into a desired shape is obtained. Since the lower end is a position where the molding of the prepreg PPG is completed and the molded prepreg PPF is obtained, it can also be called a “termination”.

ラム120を下端まで下降させた後、予め設定された時間(保持時間)が経過するまで、プリプレグPPFに圧力を加えた状態で、ラム120の位置を下端で保持する。上型200および下型300(以下、併せて単に「金型」とも呼ぶ)は、その温度がマトリックス材の溶融点以下に設定されている。そのため、保持時間が経過するまでの間に、プリプレグPPFの温度が低下し、成形されたプリプレグPPFが硬化する。所望の形状に成形されて硬化したプリプレグPPF(成形品)は、保持時間が経過した後、サーボモーター153を駆動してラム120を上昇させることにより、プレス装置100から取り出される。なお、金型の温度は、マトリックス材の溶融点以下であれば任意に設定することが可能であるが、80℃以下とするのが好ましい。金型の温度を80℃以下とすることにより、マトリックス材の金型への付着が抑制されるので、成形品の取り出しを容易にし、また、金型の清掃を省略あるいは金型の清掃頻度を低減することができる。さらに、金型の温度を80℃以下とすれば、保持時間を短縮し、サイクルタイムをより短縮することが可能となる。   After the ram 120 is lowered to the lower end, the position of the ram 120 is held at the lower end while pressure is applied to the prepreg PPF until a preset time (holding time) elapses. The upper mold 200 and the lower mold 300 (hereinafter, also simply referred to as “mold”) have a temperature set below the melting point of the matrix material. Therefore, until the holding time elapses, the temperature of the prepreg PPF decreases and the molded prepreg PPF is cured. The prepreg PPF (molded product) molded into a desired shape and cured is taken out of the press device 100 by driving the servo motor 153 to raise the ram 120 after the holding time has elapsed. The temperature of the mold can be arbitrarily set as long as it is equal to or lower than the melting point of the matrix material, but is preferably set to 80 ° C. or lower. By controlling the temperature of the mold to 80 ° C. or less, the matrix material can be prevented from adhering to the mold, so that the molded product can be easily taken out, and cleaning of the mold can be omitted or the frequency of cleaning the mold can be reduced. Can be reduced. Furthermore, if the mold temperature is set to 80 ° C. or lower, the holding time can be shortened and the cycle time can be further shortened.

A2.プレス装置の構成:
図2は、プレス装置100の構成を示す説明図である。図2では、一点鎖線で示す中心軸の左側にプレス装置100の正面からの外観を示し、右側にプレス装置100の一部の部材を切断した部分断面を示している。この部分断面は、中心軸を通り、正面に平行な面で切断した状態を示している。上述の通り、図2に示すプレス装置100は、サーボモーター153(図1参照)を用いたサーボスクリュープレス装置である。なお、図2では、便宜上、サーボモーター153の図示を省略している。
A2. Configuration of press machine:
FIG. 2 is an explanatory diagram showing the configuration of the press apparatus 100. In FIG. 2, the external appearance from the front of the press apparatus 100 is shown on the left side of the central axis indicated by the alternate long and short dash line, and a partial cross section of a part of the press apparatus 100 is shown on the right side. This partial cross section shows a state cut along a plane passing through the central axis and parallel to the front surface. As described above, the press apparatus 100 shown in FIG. 2 is a servo screw press apparatus using the servo motor 153 (see FIG. 1). In FIG. 2, the servo motor 153 is not shown for convenience.

プレス装置100は、上述したフレーム110、ラム120およびボルスター130のほか、スクリュー140、回転駆動部150、スライドガイド160およびバランサー170を有している。   In addition to the frame 110, the ram 120, and the bolster 130 described above, the press device 100 includes a screw 140, a rotation drive unit 150, a slide guide 160, and a balancer 170.

フレーム110は、鉛直方向に伸びる外殻板111および内殻板112と、外殻板111および内殻板112の上面に配置された天板113と、シャフト固定部材114と、スラストベアリング115と、ブッシング116とを有している。これらの各部材111〜116は、互いに固定されており、いわゆる門型(ブリッジ型)のフレームを構成している。内殻板112には、水平方向に貫通する開口部119が設けられている。また、内殻板112の中心軸側には、鉛直方向に伸びるスライドガイド160が固定されている。   The frame 110 includes an outer shell plate 111 and an inner shell plate 112 extending in a vertical direction, a top plate 113 disposed on the upper surface of the outer shell plate 111 and the inner shell plate 112, a shaft fixing member 114, a thrust bearing 115, And a bushing 116. These members 111 to 116 are fixed to each other and constitute a so-called gate-type (bridge-type) frame. The inner shell plate 112 is provided with an opening 119 penetrating in the horizontal direction. A slide guide 160 extending in the vertical direction is fixed to the central axis side of the inner shell plate 112.

ラム120は、中心軸に沿った孔129が設けられたラム本体121と、ラム本体121に固定された雌ねじ板122とを有している。雌ねじ板122は、円筒状の部材であり、その内面に雌ねじ128が形成されている。また、ラム本体121は、その端部においてスライドガイド160に対して摺動する。これにより、ラム120は、中心軸の周りでの回転が規制されるとともに、鉛直方向に移動可能となっている。ボルスター130は、フレーム110に固定されている。   The ram 120 has a ram main body 121 provided with a hole 129 along the central axis, and a female screw plate 122 fixed to the ram main body 121. The female screw plate 122 is a cylindrical member, and a female screw 128 is formed on the inner surface thereof. Further, the ram body 121 slides with respect to the slide guide 160 at its end. Accordingly, the ram 120 is restricted from rotating around the central axis and is movable in the vertical direction. The bolster 130 is fixed to the frame 110.

スクリュー140は、単一の棒材から形成された部材であり、鉛直上方から順に、シャフト141と、シャフト141よりも外径が大きい大径部142と、雄ねじ143とが形成されている。プレス装置100では、シャフト141は、フレーム110のスラストベアリング115に固定され、大径部142は、その上面がフレーム110のブッシング116に接触している。これにより、スクリュー140は、フレーム110に対する鉛直方向の移動が規制されている。また、スクリュー140に設けられた雄ねじ143は、ラム120の雌ねじ板122に設けられた雌ねじ128に噛み合わされている。   The screw 140 is a member formed from a single bar, and is formed with a shaft 141, a large-diameter portion 142 having a larger outer diameter than the shaft 141, and a male screw 143 in this order from vertically above. In the press device 100, the shaft 141 is fixed to the thrust bearing 115 of the frame 110, and the upper surface of the large diameter portion 142 is in contact with the bushing 116 of the frame 110. Accordingly, the vertical movement of the screw 140 with respect to the frame 110 is restricted. Further, the male screw 143 provided on the screw 140 is meshed with the female screw 128 provided on the female screw plate 122 of the ram 120.

回転駆動部150は、プーリー151と、歯付ベルト152とを有している。プーリー151の中心には、スクリュー140のシャフト141が嵌め込まれている。歯付ベルト152は、図2に示すプーリー151と、サーボモーター153(図1)とを架けるように取り付けられている。そのため、サーボモーター153を回転させることにより、プーリー151と、スクリュー140とが中心軸の周りで回転する。そして、スクリュー140が回転することにより、雄ねじ143に噛み合わされた雌ねじ128を有するラム120は、この回転に応じて鉛直方向に移動する。なお、このようにサーボモーター153を回転駆動してラム120を鉛直方向に移動することは、ラム120自体を鉛直方向に駆動しているものと謂うこともできる。   The rotation drive unit 150 includes a pulley 151 and a toothed belt 152. The shaft 141 of the screw 140 is fitted in the center of the pulley 151. The toothed belt 152 is attached so as to span the pulley 151 shown in FIG. 2 and the servo motor 153 (FIG. 1). Therefore, by rotating the servo motor 153, the pulley 151 and the screw 140 rotate around the central axis. When the screw 140 rotates, the ram 120 having the female screw 128 meshed with the male screw 143 moves in the vertical direction in accordance with this rotation. Note that the movement of the ram 120 in the vertical direction by rotationally driving the servo motor 153 in this manner can be said to drive the ram 120 itself in the vertical direction.

このように、ラム120は、サーボモーター153の回転に応じて移動する。そのため、サーボモーター153の回転を制御することにより、ラム120の位置および速度や、成形の際にプリプレグPPGに加わる圧力を制御することができる。なお、このようなプレス装置100の制御については、後述する。   As described above, the ram 120 moves according to the rotation of the servo motor 153. Therefore, by controlling the rotation of the servo motor 153, the position and speed of the ram 120 and the pressure applied to the prepreg PPG during molding can be controlled. Such control of the press apparatus 100 will be described later.

また、上型200は、フレーム110に対して移動するラム120に取り付けられ、下型300は、フレーム110に対して固定されたボルスター130上に載置されている。そのため、2つの金型200,300の相対的な位置は、ラム120により規定されていると謂える。   The upper mold 200 is attached to a ram 120 that moves relative to the frame 110, and the lower mold 300 is placed on a bolster 130 that is fixed to the frame 110. Therefore, it can be said that the relative positions of the two molds 200 and 300 are defined by the ram 120.

バランサー170は、バランスシリンダー171と、バランスシリンダー171から伸びるシリンダーロッド172と、シリンダーロッド172とラム120(ラム本体121)とを接続する接続アーム173とを有している。このバランスシリンダー171の下方から圧縮空気等を用いて圧力を加えることにより、シリンダーロッド172およびラム120は、これらの重量と釣り合うように押し上げられる。このようにシリンダーロッド172およびラム120が押し上げられることにより、ラム120の昇降を制御することがより容易となるとともに、雄ねじ143と雌ねじ128との間でギャップが生じることが抑制される。   The balancer 170 includes a balance cylinder 171, a cylinder rod 172 extending from the balance cylinder 171, and a connection arm 173 that connects the cylinder rod 172 and the ram 120 (ram body 121). By applying pressure from below the balance cylinder 171 using compressed air or the like, the cylinder rod 172 and the ram 120 are pushed up to balance these weights. As the cylinder rod 172 and the ram 120 are pushed up in this way, it is easier to control the raising and lowering of the ram 120 and a gap between the male screw 143 and the female screw 128 is suppressed.

A3.金型の構成と動作:
図3は、金型200,300の構成を示す断面図である。上型200は、基部210と、ダイ220と、ダイ固定部230と、ブランクホルダー240と、シム250とを有している。これらの各部材210〜250は、互いに固定された状態で、図2に示すように、基部210がプレス装置100のラム120に取り付けられる。ダイ220には、プリプレグPPGを成形するための凹部228と、成形の際に凹部228の空気を抜く空気孔229が設けられている。また、この空気孔229に対応して、基部210にも空気孔218が設けられている。ブランクホルダー240は、周縁部に凹部249が設けられており、この凹部249にシム250が取り付けられる。このシム250の厚さを調整することにより、厚さの異なるプリプレグPPGを成形することが可能となっている。
A3. Mold configuration and operation:
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the configuration of the molds 200 and 300. The upper mold 200 includes a base 210, a die 220, a die fixing unit 230, a blank holder 240, and a shim 250. These members 210 to 250 are fixed to each other, and the base 210 is attached to the ram 120 of the press device 100 as shown in FIG. The die 220 is provided with a recess 228 for molding the prepreg PPG and an air hole 229 for venting air from the recess 228 during molding. Corresponding to the air holes 229, the base 210 is also provided with air holes 218. The blank holder 240 is provided with a recess 249 at the periphery, and a shim 250 is attached to the recess 249. By adjusting the thickness of the shim 250, prepreg PPGs having different thicknesses can be formed.

下型300は、基部310と、パンチ320と、ライナー330と、ブランクホルダー340と、ばね押圧部360と、ばね370とを有している。これらの各部材310〜370のうち、パンチ320とばね370とは、基部310に固定されている。パンチ320には、プリプレグPPGを成形するための凸部321が設けられている。ばね370の上部には、ライナー330とブランクホルダー340とばね押圧部360とが、互いに固定された状態で載置されている。   The lower mold 300 includes a base part 310, a punch 320, a liner 330, a blank holder 340, a spring pressing part 360, and a spring 370. Of these members 310 to 370, the punch 320 and the spring 370 are fixed to the base 310. The punch 320 is provided with a convex portion 321 for molding the prepreg PPG. On the top of the spring 370, the liner 330, the blank holder 340, and the spring pressing portion 360 are mounted in a state of being fixed to each other.

ライナー330とブランクホルダー340とには、それぞれ、パンチ320を通すための通し穴338,348が設けられている。そのため、ライナー330と、ブランクホルダー340と、ばね押圧部360とは、それら全体が鉛直方向に移動可能となっている。そして、ばね押圧部360がばね370で上方に押されることにより、圧力が加わっていない状態では、パンチ320の凸部321の上端が、ブランクホルダー340の上面よりも下方に位置するようになっている。   The liner 330 and the blank holder 340 are provided with through holes 338 and 348 for passing the punch 320, respectively. Therefore, the liner 330, the blank holder 340, and the spring pressing part 360 are all movable in the vertical direction. Then, when the spring pressing portion 360 is pushed upward by the spring 370, the upper end of the convex portion 321 of the punch 320 is positioned below the upper surface of the blank holder 340 when no pressure is applied. Yes.

なお、上型200を構成するダイ220には、凹部228のみが設けられ、下型300を構成するパンチ320には、ダイ220の凹部228の形状に対応した凸部321のみが設けられている。しかしながら、凹部229を基準とすれば、ダイ220の下面は凸形状となっており、凸部321を基準とすれば、パンチ320の周縁部は凹形状となる。従って、ダイ220やパンチ320のように、少なくとも1つの凹部228あるいは凸部321が設けられていれば、ダイ220やパンチ320は、対応した形状の凹凸が形成されているとも謂える。   Note that only the recess 228 is provided in the die 220 constituting the upper mold 200, and only the protrusion 321 corresponding to the shape of the recess 228 of the die 220 is provided in the punch 320 constituting the lower mold 300. . However, if the concave portion 229 is used as a reference, the lower surface of the die 220 has a convex shape, and if the convex portion 321 is used as a reference, the peripheral portion of the punch 320 has a concave shape. Therefore, if at least one concave portion 228 or convex portion 321 is provided as in the die 220 or the punch 320, it can be said that the die 220 or the punch 320 is formed with uneven portions having a corresponding shape.

図4は、プリプレグPPGを成形する際の金型200,300の動作を示す説明図である。図3に示す状態から、ラム120を下降させ、上型200を下型300に向かって下降させると、図4(a)に示すように、プリプレグPPGの周縁部は、上型200と下型300とのそれぞれのブランクホルダー240,340に挟み込まれる。この状態からさらに上型200を下降させると、図4(b)に示すように、ばね370が収縮するとともに、下型300のライナー330、ブランクホルダー340およびばね押圧部360が下降する。これにより、パンチ320の上端は、ブランクホルダー340の上面の位置に到達して、プリプレグPPGに接触する。   FIG. 4 is an explanatory diagram showing the operation of the molds 200 and 300 when molding the prepreg PPG. When the ram 120 is lowered from the state shown in FIG. 3 and the upper die 200 is lowered toward the lower die 300, as shown in FIG. 4A, the peripheral portion of the prepreg PPG is the upper die 200 and the lower die. 300 is sandwiched between respective blank holders 240 and 340. When the upper die 200 is further lowered from this state, as shown in FIG. 4B, the spring 370 contracts and the liner 330, the blank holder 340, and the spring pressing portion 360 of the lower die 300 are lowered. As a result, the upper end of the punch 320 reaches the position of the upper surface of the blank holder 340 and comes into contact with the prepreg PPG.

このとき、プリプレグPPGの周縁部には、ブランクホルダー240,340から圧力が加わる。そのため、プリプレグPPGの周縁部がブランクホルダー240,340により挟まれて保持(挟持)されるので、成形を行うことによってプリプレグPPGに皺が発生することが抑制される。なお、ブランクホルダー240,340からプリプレグPPGの周縁部に加わる圧力は、ばね370の反発力によって与えられる。そのため、ブランクホルダー240,340によりプリプレグPPGの周縁部を挟持する力は、ばね370のばね定数を適宜調整することにより所望の強さに設定することができる。   At this time, pressure is applied from the blank holders 240 and 340 to the peripheral portion of the prepreg PPG. Therefore, since the peripheral edge part of the prepreg PPG is sandwiched and held (clamped) by the blank holders 240 and 340, generation of wrinkles in the prepreg PPG is suppressed by molding. Note that the pressure applied from the blank holders 240 and 340 to the peripheral edge of the prepreg PPG is given by the repulsive force of the spring 370. Therefore, the force for clamping the peripheral edge of the prepreg PPG by the blank holders 240 and 340 can be set to a desired strength by appropriately adjusting the spring constant of the spring 370.

図4(b)に示す状態からさらに上型200を下降させると、パンチ320の凸部321(図3)は、ダイ220の凹部228内に押し込まれる。そして、ラム120(図2)が下端に到達すると、図4(c)に示すように、パンチ320の凸部321とダイ220の凹部228とにより、プリプレグPPFが挟み込まれ、プリプレグPPFに圧力が加わる。これにより、成形されたプリプレグPPFの形状は、パンチ320とダイ220の形状に倣った形状となる。なお、第1実施形態では、成形が終了した図4(c)に示す状態から、さらにパンチ320の凸部321がダイ220の凹部228に押し込まれることを抑制するストッパーを設けていないが、このようなストッパーを設けることも可能である。このようなストッパーは、例えば、上型200と下型300との間、あるいは、ラム120とボルスター130との間に配置される。   When the upper die 200 is further lowered from the state shown in FIG. 4B, the convex portion 321 (FIG. 3) of the punch 320 is pushed into the concave portion 228 of the die 220. When the ram 120 (FIG. 2) reaches the lower end, as shown in FIG. 4C, the prepreg PPF is sandwiched between the convex portion 321 of the punch 320 and the concave portion 228 of the die 220, and pressure is applied to the prepreg PPF. Join. Thereby, the shape of the formed prepreg PPF becomes a shape that follows the shape of the punch 320 and the die 220. In the first embodiment, no stopper is provided to prevent the convex portion 321 of the punch 320 from being pushed into the concave portion 228 of the die 220 from the state shown in FIG. It is also possible to provide such a stopper. Such a stopper is disposed between the upper mold 200 and the lower mold 300, or between the ram 120 and the bolster 130, for example.

図4(c)に示すように、第1実施形態では、成形されたプリプレグPPFは、金型200,300に直接接している。そして、上述のように金型200,300の温度は、プリプレグPPFに含まれるマトリックス材の溶融点以下に設定されている。そのため、成形されたプリプレグPPFは急速に冷却されるので、パンチ320の凸部321とダイ220の凹部228とにプリプレグPPFが挟み込んだ状態に保持する保持時間を短縮することができる。第1実施形態では、このように、保持時間を短縮することができるので、加熱されたプリプレグPPGをプレス装置100に搬入してから、成形されたプリプレグPPFを取り出すまでのサイクルタイムを短縮することが可能となる。   As shown in FIG. 4C, in the first embodiment, the molded prepreg PPF is in direct contact with the molds 200 and 300. As described above, the temperatures of the molds 200 and 300 are set to be equal to or lower than the melting point of the matrix material included in the prepreg PPF. Therefore, since the molded prepreg PPF is rapidly cooled, the holding time in which the prepreg PPF is held between the convex portion 321 of the punch 320 and the concave portion 228 of the die 220 can be shortened. In the first embodiment, the holding time can be shortened as described above, and therefore, the cycle time from when the heated prepreg PPG is carried into the press apparatus 100 until the molded prepreg PPF is taken out is shortened. Is possible.

A4.サーボモーターの駆動制御:
図5は、サーボモーター153の駆動制御機能の構成を示すブロック図である。プレス装置100を制御する制御部10は、プレス装置100との信号の授受を行うインターフェースを備えたコンピューターとして実現される。
A4. Servo motor drive control:
FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the drive control function of the servo motor 153. The control unit 10 that controls the press device 100 is realized as a computer that includes an interface that exchanges signals with the press device 100.

制御部10は、機能部として、駆動条件決定部11、速度検出部12、位置検出部13、および、トルク検出部14を備えている。これらの各機能部11〜14は、コンピューターがプログラムを実行することにより実現される。プレス装置100は、制御にかかわる構成要素として、モーター制御部191を備えている。また、サーボモーター153には、制御にかかわる構成要素として、サーボモーター153の回転状態を測定するエンコーダー192が設けられている。   The control unit 10 includes a drive condition determination unit 11, a speed detection unit 12, a position detection unit 13, and a torque detection unit 14 as functional units. Each of these functional units 11 to 14 is realized by a computer executing a program. The press device 100 includes a motor control unit 191 as a component related to control. In addition, the servo motor 153 is provided with an encoder 192 that measures the rotation state of the servo motor 153 as a component related to control.

速度検出部12および位置検出部13は、それぞれ、エンコーダー192からの出力信号に基づいて、サーボモーター153の回転速度および回転角を検出する。トルク検出部14は、モーター制御部191の出力信号に基づいて、サーボモーター153の駆動トルクを検出する。駆動条件決定部11は、このように検出されたサーボモーター153の回転速度、回転角および駆動トルクと、予め設定されたプレス装置100の動作条件に基づいて、サーボモーター153の駆動条件を決定する。   The speed detection unit 12 and the position detection unit 13 detect the rotation speed and rotation angle of the servo motor 153 based on the output signal from the encoder 192, respectively. The torque detector 14 detects the drive torque of the servo motor 153 based on the output signal of the motor controller 191. The drive condition determination unit 11 determines the drive condition of the servo motor 153 based on the rotation speed, rotation angle, and drive torque of the servo motor 153 detected as described above and the preset operation condition of the press device 100. .

モーター制御部191は、駆動条件決定部11により決定されたサーボモーター153の駆動条件に応じて電力をサーボモーター153に供給し、サーボモーター153を駆動制御する。このようにサーボモーター153が駆動制御されることにより、サーボモーター153の回転角、回転速度および駆動トルクが制御される。そして、これらに対応するラム120(図1)の位置および速度と、被加工材であるプリプレグPPGや下型300等に加わる圧力とが、プレス装置100の動作条件に従って制御される。   The motor control unit 191 supplies electric power to the servo motor 153 according to the drive condition of the servo motor 153 determined by the drive condition determination unit 11 to drive and control the servo motor 153. As the servo motor 153 is driven and controlled in this way, the rotation angle, rotation speed, and driving torque of the servo motor 153 are controlled. Then, the position and speed of the ram 120 (FIG. 1) corresponding to these and the pressure applied to the workpiece prepreg PPG, the lower mold 300, and the like are controlled according to the operating conditions of the press device 100.

なお、図5の例においては、ラム120(図1)の位置および速度と、プリプレグに加わる圧力とに対応するパラメータとして、サーボモーター153の回転角、回転速度および駆動トルクの検出を行っているが、これらの少なくとも一部に換え、また、これらに加えて、ラム120の位置および速度と、圧力とを直接検出することも可能である。この場合、プレス装置100には、ラム120の位置を検出するリニアエンコーダーを設け、あるいは、圧力を検出するストレインゲージが設けられる。   In the example of FIG. 5, the rotation angle, rotation speed, and driving torque of the servo motor 153 are detected as parameters corresponding to the position and speed of the ram 120 (FIG. 1) and the pressure applied to the prepreg. However, it is also possible to directly detect the position and velocity of the ram 120 and the pressure in addition to at least some of these. In this case, the press device 100 is provided with a linear encoder that detects the position of the ram 120 or a strain gauge that detects pressure.

A4.プレス装置の動作:
図6は、CFRTPを成形する際のプレス装置100の動作条件の一例を示すグラフである。図6において、横軸は時間を表し、左の縦軸はラム120(図1)の位置(ラム変位)を表し、右の縦軸はラム120の下降速度(ラム下降速度)。なお、図6において左の縦軸で示すラム120の位置は、鉛直上方が正方向となるようにとっている。そのため、ラム変位は、ラム120が下端に到達した状態で最小値P1をとる。また、ラム速度は、ラム120の下降速度が最大となった状態で、最大値Vxをとる。なお、ラム速度は、通常、成形時のラム120の駆動方向が正の値となるように表記する。そのため、図6において、ラム速度は、0よりも下側が正の値となり、0よりも上側が負の値となる。
A4. Press machine operation:
FIG. 6 is a graph showing an example of operating conditions of the press apparatus 100 when molding CFRTP. In FIG. 6, the horizontal axis represents time, the left vertical axis represents the position (ram displacement) of the ram 120 (FIG. 1), and the right vertical axis represents the lowering speed (ram lowering speed) of the ram 120. Note that the position of the ram 120 indicated by the left vertical axis in FIG. 6 is such that the vertically upward direction is the positive direction. Therefore, the ram displacement takes the minimum value P1 when the ram 120 reaches the lower end. The ram speed takes a maximum value Vx in a state where the descending speed of the ram 120 is maximized. The ram speed is usually expressed so that the driving direction of the ram 120 at the time of molding is a positive value. Therefore, in FIG. 6, the ram speed is a positive value below 0 and a negative value above 0.

図6に示すように、時間が0からT1までの期間(加速期間)において、ラム120は鉛直下方に加速される。この加速期間においては、ラム120が上端P0から下降し、加速期間が終了する時間がT1の時点において、ラム速度は、最大速度Vxとなる。次いで、時間がT1からT2までの期間(空走期間)において、ラム120は、下降し続ける。この空走期間中に、ラム速度は、目的とする速度(成形速度)Vfとなるように調整される。   As shown in FIG. 6, in the period (acceleration period) from time 0 to T1, the ram 120 is accelerated vertically downward. In this acceleration period, the ram 120 is lowered from the upper end P0, and the ram speed becomes the maximum speed Vx at the time point T1 when the acceleration period ends. Next, in the period from time T1 to T2 (idle period), the ram 120 continues to descend. During this idling period, the ram speed is adjusted to be the target speed (molding speed) Vf.

この空走期間中において、上型200と下型300とが接触し、図4(a)に示すように、プリプレグPPGがブランクホルダー240,340により挟持される。そして、空走期間が終了する時間がT2の時点において、図4(b)に示すように、パンチ320がプリプレグPPGに接触し、プリプレグPPGの成形が開始される。なお、このことから明らかなように、成形速度Vfとは、プリプレグPPGの成形が開始された時点におけるラム速度をいう。   During the idling period, the upper mold 200 and the lower mold 300 are in contact with each other, and the prepreg PPG is held between the blank holders 240 and 340 as shown in FIG. Then, at time T2 when the idle running period ends, as shown in FIG. 4B, the punch 320 comes into contact with the prepreg PPG and molding of the prepreg PPG is started. As is apparent from this, the molding speed Vf refers to the ram speed at the time when the molding of the prepreg PPG is started.

時間がT2からT3の期間(成形期間)において、上述のように、プリプレグPPGは、圧力が加わり、変形する。そして、成形期間が終了する時間がT3の時点に近づくと、成形されたプリプレグPPFがパンチ320(図3)の凸部321とダイ220の凹部228とに挟まれた状態となり、変形抵抗が大きくなる。そのため、時間がT3の時点に近づくと、ラム速度は急速に低下する。そして、時間がT3の時点で、ラム120(図1)は、下端P1に到達し、ラム速度が0となる。時間がT3のラム120が下端P1に到達した時点以降(保持期間)において、ラム120は、プリプレグPPFに圧力を加えた状態で、下端P1の位置に保持される。   During the period from time T2 to T3 (molding period), as described above, the prepreg PPG is deformed by pressure. When the time when the molding period ends approaches the time point T3, the molded prepreg PPF is sandwiched between the convex part 321 of the punch 320 (FIG. 3) and the concave part 228 of the die 220, and the deformation resistance is large. Become. Therefore, the ram speed decreases rapidly as the time approaches the time point T3. Then, at time T3, the ram 120 (FIG. 1) reaches the lower end P1, and the ram speed becomes zero. After the time point when the ram 120 of time T3 reaches the lower end P1 (holding period), the ram 120 is held at the position of the lower end P1 with pressure applied to the prepreg PPF.

なお、図6の例では、時間がT1からT2までの空走期間において、ラム速度を調整しているが、ラム速度の調整を省略することも可能である。この場合、成形速度Vfが最大速度Vxとなった状態で成形が開始されるように、ラム120の加速度や、上端P0の位置や、下端P1の位置等が調整される。 In the example of FIG. 6, the ram speed is adjusted in the idling period from time T1 to T2, but adjustment of the ram speed can be omitted. In this case, the acceleration of the ram 120, the position of the upper end P0, the position of the lower end P1, and the like are adjusted so that molding is started in a state where the molding speed Vf reaches the maximum speed Vx.

図7は、CFRTPの成形過程におけるプレス装置の動作状態を示すグラフである。図7のグラフは、図6のグラフにおける成形期間付近を拡大したグラフであるので、ここでは、グラフに関する説明を省略する。   FIG. 7 is a graph showing the operating state of the press device in the molding process of CFRTP. The graph of FIG. 7 is an enlarged graph of the vicinity of the molding period in the graph of FIG.

上述のように、空走期間が終了し、成形期間が始まる時間がT2の時点において、図4(b)に示すようにパンチ320がプリプレグPPGに接触する。この時点においては、パンチ320がダイ220にまだ押し込まれていない状態であるため、ラム120は、下端P1よりも上方の位置(成形開始位置)Pfに位置する。そして、成形期間においては、ラム120は、成形開始位置Pfと下端P1との距離Sfの分だけ下方に移動する。なお、この距離Sfは、ラム120が成形開始位置Pfから下端P1に向かい、プリプレグPPGの成形が行われる行程(ストローク)であるので、「成形ストロークSf」とも謂うことができる。   As described above, the punch 320 comes into contact with the prepreg PPG as shown in FIG. 4B at the time T2 when the idle running period ends and the molding period starts. At this time, since the punch 320 is not yet pushed into the die 220, the ram 120 is located at a position (molding start position) Pf above the lower end P1. During the molding period, the ram 120 moves downward by the distance Sf between the molding start position Pf and the lower end P1. The distance Sf is a stroke (stroke) in which the ram 120 moves from the molding start position Pf toward the lower end P1 and the prepreg PPG is molded, and can also be referred to as a “molding stroke Sf”.

図7に示すように、ラム速度は、ラム120が成形開始位置Pfに到達した時間T2における成形速度Vfから、下端P1の近傍に到達するまでの間、ほぼ一定に保たれる。このように、ラム120が下端P1の近傍に到達するまで、ラム速度が十分に速く維持される。これにより、成形中のプリプレグPPGの温度が十分に高く維持されるので、プリプレグPPGの成形性をより高くすることができ、また、成形に要する時間を短縮することができる。さらに、成形ストロークSf中のほぼ全域に亘って、ラム速度が十分に速く維持されることにより、成形前あるいは成形中に発生した空隙(ボイド)が良好に押しつぶされる。そのため、成形されたプリプレグPPFのボイドの量を低減することができる。   As shown in FIG. 7, the ram speed is kept substantially constant from the molding speed Vf at time T2 when the ram 120 reaches the molding start position Pf to the vicinity of the lower end P1. In this way, the ram speed is maintained sufficiently high until the ram 120 reaches the vicinity of the lower end P1. Thereby, since the temperature of the prepreg PPG during molding is maintained sufficiently high, the moldability of the prepreg PPG can be further increased, and the time required for molding can be shortened. Further, by maintaining the ram speed sufficiently high over almost the entire area of the molding stroke Sf, the voids (voids) generated before or during molding are crushed well. Therefore, the amount of voids in the molded prepreg PPF can be reduced.

これらの効果をより確実に発現させるためには、下端P1の近傍におけるラム速度を一定以上にすればよい。具体的には、下端P1からの距離(終端距離)Stが十分に短い位置(終端近傍位置)におけるラム速度(終端速度)Vtが、100mm/s以上であればよい。この終端距離Stは、成形ストロークSfを基準として(例えば、成形ストロークSfの1/5に)決定することができる。なお、終端距離Stは、短ければ短いほどより確実に上述の効果を発現させることができる。そのため、終端距離Stは、成形ストロークSfの1/5以下とするのが好ましく、1/10以下とするのがより好ましい。   In order to express these effects more reliably, the ram speed in the vicinity of the lower end P1 may be set to a certain level or more. Specifically, the ram speed (terminal speed) Vt at a position where the distance (terminal distance) St from the lower end P1 is sufficiently short (terminal position near the terminal) may be 100 mm / s or more. This end distance St can be determined based on the molding stroke Sf (for example, 1/5 of the molding stroke Sf). In addition, the above-mentioned effect can be expressed more reliably as the terminal distance St is shorter. Therefore, the terminal distance St is preferably set to 1/5 or less of the molding stroke Sf, and more preferably 1/10 or less.

また、上述の通り、成形開始時点(時間がT2の時点)におけるラム速度である成形速度Vfは、終端速度Vtよりも速くなっているが、成形速度Vfが速すぎると、成形開始時点におけるプリプレグPPGの成形性が低下する虞がある。そのため、成形速度Vfは、終端速度Vtに近い速度にするのが好ましい。具体的には、成形速度Vfは、終端速度Vtの2倍以下とするのが好ましく、1.5倍以下とするのがより好ましい。このように成形速度Vfを終端速度Vtに近い速度にすることにより、成形開始時点におけるプリプレグPPGの成形性を良好に維持することができる。   As described above, the molding speed Vf, which is the ram speed at the molding start time (time T2) is faster than the terminal speed Vt. However, if the molding speed Vf is too fast, the prepreg at the molding start time. There is a possibility that the moldability of PPG may decrease. Therefore, the molding speed Vf is preferably set to a speed close to the terminal speed Vt. Specifically, the molding speed Vf is preferably 2 times or less, more preferably 1.5 times or less of the terminal speed Vt. Thus, by making the molding speed Vf close to the terminal speed Vt, the moldability of the prepreg PPG at the molding start time can be maintained well.

このように、第1実施形態によれば、ラム120の終端速度Vtを100mm/s以上とすることにより、成形に要する時間を短縮しつつ、プリプレグPPGの成形性を良好にするとともに、成形されたプリプレグPPF中のボイドの量を低減することができる。さらに、成形開始時点におけるラム速度である成形速度Vfを終端速度Vtに近い速度とすることにより、成形開始時点におけるプリプレグPPGの成形性を良好に維持することができる。   As described above, according to the first embodiment, by setting the terminal speed Vt of the ram 120 to 100 mm / s or more, the molding time of the prepreg PPG is improved and the molding time of the prepreg PPG is improved while reducing the time required for the molding. In addition, the amount of voids in the prepreg PPF can be reduced. Furthermore, by setting the molding speed Vf, which is the ram speed at the molding start time, to be a speed close to the terminal speed Vt, the moldability of the prepreg PPG at the molding start time can be maintained well.

また、上述の通り、第1実施形態では、成形されたプリプレグPPFには、プリプレグPPFが金型200,300(図4)と直接接した状態で圧力が加えられる。そのため、保持期間の長さである保持時間を短縮し、加熱されたプリプレグPPGをプレス装置100に搬入してから、成形されたプリプレグPPFを取り出すまでのサイクルタイムを短縮することが可能となる。   Further, as described above, in the first embodiment, pressure is applied to the molded prepreg PPF in a state where the prepreg PPF is in direct contact with the molds 200 and 300 (FIG. 4). Therefore, the holding time which is the length of the holding period can be shortened, and the cycle time from taking the heated prepreg PPG into the press apparatus 100 until taking out the molded prepreg PPF can be shortened.

第1実施形態によれば、下型300とボルスター130との間にクッション390を配置しているが、クッション390を省略することも可能である。但し、下端に到達した時点において加わる反力でラム120が上昇し、上型200と下型300とが離間すること(バウンド)が抑制され、金型200,300のバウンドにより成形されたプリプレグPPFに損傷を与える虞を低減することができる点で、クッション390を配置するのが好ましい。特に、第1実施形態では、終端速度Vtを高速(100mm/s以上)にしているため、ラム120に加わる反力が大きくなる傾向がある。そのため、第1実施形態のようにプリプレグPPGの成形を行う場合には、クッション390を用いるのが好ましい。   According to the first embodiment, the cushion 390 is disposed between the lower mold 300 and the bolster 130, but the cushion 390 can be omitted. However, the ram 120 is raised by the reaction force applied when reaching the lower end, and the separation (bound) between the upper mold 200 and the lower mold 300 is suppressed, and the prepreg PPF formed by the bounce of the molds 200 and 300 is suppressed. It is preferable to dispose the cushion 390 in that it can reduce the risk of damaging it. In particular, in the first embodiment, since the terminal speed Vt is high (100 mm / s or more), the reaction force applied to the ram 120 tends to increase. Therefore, when forming the prepreg PPG as in the first embodiment, it is preferable to use the cushion 390.

なお、第1実施形態では、クッション390を円柱状のウレタンゴムを複数配列することにより構成しているが、クッションの構成はこれに限らない。たとえば、板状のウレタンゴムをクッションとして使用することも可能であり、また、クッションを他の種類のゴムを使用して形成することも可能である。さらに、クッションとしては、成形されたプリプレグPPFに十分な圧力をかけるため、ラム120が下端に到達した時点の反発力を強くし、その後、反発力が低下するものとするのが好ましい。このようなクッションとしては、ダイラタンシー流体中に弾性体を配置することにより実現することができる。また、このようなクッションは、ストロークが伸びるに従って移動抵抗が低下するような油圧回路を用いて実現することも可能である。   In the first embodiment, the cushion 390 is configured by arranging a plurality of cylindrical urethane rubbers, but the configuration of the cushion is not limited thereto. For example, plate-like urethane rubber can be used as a cushion, and the cushion can be formed using other types of rubber. Furthermore, as a cushion, in order to apply sufficient pressure to the molded prepreg PPF, it is preferable that the repulsive force when the ram 120 reaches the lower end is increased, and then the repulsive force decreases. Such a cushion can be realized by disposing an elastic body in the dilatancy fluid. Such a cushion can also be realized by using a hydraulic circuit whose movement resistance decreases as the stroke increases.

さらに、第1実施形態では、プレス装置100としてサーボスクリュープレス装置を用いているが、クランクをサーボモーターで駆動するサーボクランクプレス等の他のプレス装置を用いることも可能である。但し、クランクを使用したプレス装置では、下端が下死点に設定されるので、下端からある程度離れた位置から下端まで、ラム速度はほぼ線形に変化する。そのため、クランクを使用するプレス装置等を用いて終端速度Vtを十分に速くすることは、困難である。さらに、上述のように、成形速度Vfを終端速度Vtに近い速度にすることを、クランクを用いたプレス装置で実現することは、極めて困難である。従って、第1実施形態で示したように、CFRTPの成形を行うためには、サーボスクリュープレス装置を用いるのが好ましい。   Furthermore, in 1st Embodiment, although the servo screw press apparatus is used as the press apparatus 100, other press apparatuses, such as a servo crank press which drives a crank with a servomotor, can also be used. However, in a press apparatus using a crank, the lower end is set at the bottom dead center, so that the ram speed changes almost linearly from a position somewhat away from the lower end to the lower end. Therefore, it is difficult to sufficiently increase the terminal speed Vt by using a press device using a crank. Furthermore, as described above, it is extremely difficult to achieve the molding speed Vf close to the terminal speed Vt with a press device using a crank. Therefore, as shown in the first embodiment, it is preferable to use a servo screw press device in order to perform CFRTP molding.

A5.実施例:
第1実施形態の実施例として、プリプレグの成形試験を行い、成形試験により得られた成形品の評価を行った。成形試験においては、マトリックス材および強化繊維の構成が異なる3種類のシートを準備し、準備したシートを積層して3種類の試験材(A〜C)を作成した。作成した試験材の構成は、次の表1の通りである。
A5. Example:
As an example of the first embodiment, a prepreg molding test was performed, and a molded product obtained by the molding test was evaluated. In the molding test, three types of sheets having different configurations of the matrix material and the reinforcing fibers were prepared, and the prepared sheets were laminated to prepare three types of test materials (A to C). The composition of the prepared test material is as shown in Table 1 below.

表1に示すように、試験材A,Bは、マトリックス材としてナイロン6(PA6)を用いた、厚さ0.2mmのシートを10枚積層して作成した。また、試験材Aは、強化繊維が平織りのシートを用いて作成し、試験材Bは、強化繊維が綾織りのシートを用いて作成した。試験材Cは、マトリックス材としてナイロン6,6(PA66)を用いた、厚さ0.25mmのシートを8枚積層して作成した。また、試験材Cは、強化繊維が綾織りのシートを用いて作成した。   As shown in Table 1, the test materials A and B were prepared by laminating 10 sheets of 0.2 mm thick using nylon 6 (PA6) as a matrix material. Further, the test material A was prepared using a sheet in which the reinforcing fibers were plain weave, and the test material B was prepared using a sheet in which the reinforcing fibers were twilled. Test material C was prepared by laminating eight sheets of 0.25 mm thickness using nylon 6,6 (PA66) as a matrix material. Further, the test material C was prepared using a sheet in which the reinforcing fibers are twilled.

<成形試験の概要>
試験材を作成した後、作成した試験材を用いて成形試験を行った。成形試験では、作成した試験材をヒーターで所定の温度まで加熱した。加熱温度は、マトリックス材の種別に応じて設定した。具体的には、マトリックス材としてPA6を用いている試験材(試験材A,B)では、加熱温度を260℃、280℃もしくは300℃に設定し、マトリックス材としてPA66を用いている試験材(試験材C)では、加熱温度を280℃、300℃もしくは320℃に設定した。
<Outline of molding test>
After preparing the test material, a molding test was performed using the prepared test material. In the molding test, the prepared test material was heated to a predetermined temperature with a heater. The heating temperature was set according to the type of matrix material. Specifically, in the test materials using PA6 as the matrix material (test materials A and B), the heating temperature is set to 260 ° C., 280 ° C. or 300 ° C., and the test material using PA66 as the matrix material ( In test material C), the heating temperature was set to 280 ° C, 300 ° C or 320 ° C.

加熱した試験材は、サーボスクリュープレス装置のボルスターの上に載置された下型(図3の下型300)の上部に配置した。なお、試験材が下型に接触することで試験材の温度が低下することを防止するため、試験材の配置は、試験材を中空に浮かすための治具を用いて行った。成形に使用した金型は、試験材を半径約30mmの半球状に成形する、深絞り試験用の金型である。金型温度は、室温(RT)、50℃、100℃および150℃のいずれかに設定した。   The heated test material was placed on the upper part of the lower mold (lower mold 300 in FIG. 3) placed on the bolster of the servo screw press apparatus. In addition, in order to prevent that the temperature of a test material falls because a test material contacts a lower mold | type, the arrangement | positioning of a test material was performed using the jig | tool for floating a test material in a hollow. The mold used for molding is a mold for a deep drawing test in which a test material is molded into a hemisphere having a radius of about 30 mm. The mold temperature was set to room temperature (RT), 50 ° C., 100 ° C., or 150 ° C.

試験材の下型上部への配置の後、スクリュープレス装置(図2)を動作させることにより、試験材を成形した。成形速度(成形開始時点のラム速度)は、150mm/s、250mm/s、300mm/s、350mm/sおよび365mm/sのいずれかに設定した。また、比較例として、成形速度を50mm/sに設定した成形試験も行った。なお、実際の成形試験に先立つ予備試験として、クッションの有無によるラムの挙動変化を評価するとともに、成形速度の実測を行った。 The test material was shape | molded by operating a screw press apparatus (FIG. 2) after arrangement | positioning to the lower mold | type upper part of a test material. The molding speed (ram speed at the start of molding) was set to any one of 150 mm / s, 250 mm / s, 300 mm / s, 350 mm / s and 365 mm / s. As a comparative example, it was also molded test set the forming speed to 50 mm / s. As a preliminary test prior to the actual molding test, the behavior change of the ram with and without the cushion was evaluated and the molding speed was measured.

成形の際には、成形中の試験材の温度変化を評価するため、試験材の温度を測定した。温度の測定は、試験材に熱電対を取り付けることにより行った。試験材の温度は、試験材の中心部分と、ブランクホルダーに近い端部において測定した。以下では、中心部分で測定された温度を中心温度と呼び、端部で測定された温度を端部温度と呼ぶ。   During molding, the temperature of the test material was measured in order to evaluate the temperature change of the test material during molding. The temperature was measured by attaching a thermocouple to the test material. The temperature of the test material was measured at the center of the test material and at the end near the blank holder. Hereinafter, the temperature measured at the central portion is referred to as the central temperature, and the temperature measured at the end is referred to as the end temperature.

試験材の成形が終了した後、10秒間、試験材への加圧を維持し、その後ラムを上昇させて成形された試験材(成形品)を取り出した。このように得られた成形品については、外観の観察による成形性の評価と、断面組織の観察によるボイド量の評価を行った。   After the molding of the test material was completed, the pressure on the test material was maintained for 10 seconds, and then the test material (molded product) molded by raising the ram was taken out. The molded product thus obtained was evaluated for formability by observing the appearance and void amount by observing the cross-sectional structure.

<予備試験結果:ラムの挙動の変化>
クッションの有無によるラムの挙動の変化を評価するため、試験材Bを用いて成形試験を行った。クッションを設けない状態での成形試験は、試験材の加熱温度を300℃とし、クッションを設けた状態での成形試験は、試験材の加熱温度を280℃とした。また、クッションとしては、平板状のウレタンゴムを使用した。金型温度は、クッションを設けた状態と設けない状態とのいずれにおいても、50℃に設定し、成形速度は、150mm/sに設定した。
<Preliminary test results: Change in ram behavior>
In order to evaluate the change in the behavior of the ram depending on the presence or absence of a cushion, a molding test was performed using the test material B. In the molding test without a cushion, the heating temperature of the test material was 300 ° C., and in the molding test with the cushion provided, the heating temperature of the test material was 280 ° C. As the cushion, flat urethane rubber was used. The mold temperature was set to 50 ° C. and the molding speed was set to 150 mm / s in both the state where the cushion was provided and the state where the cushion was not provided.

図8および図9は、クッションの有無によるラムの挙動変化を評価した結果を示すグラフである。図8は、クッションを設けない状態でのラム変位とラム速度との時間変化を示し、図9は、クッションを設けた状態でのラム変位とラム速度との時間変化を示している。なお、図8および図9(a)に示すグラフは、図6に示すグラフと同様に描いており、図9(b)は、図9(a)を拡大したグラフであるので、ここでは、グラフに関する説明を省略する。   8 and 9 are graphs showing the results of evaluating the behavior change of the ram with and without the cushion. FIG. 8 shows the time change of the ram displacement and the ram speed when the cushion is not provided, and FIG. 9 shows the time change of the ram displacement and the ram speed when the cushion is provided. Note that the graphs shown in FIGS. 8 and 9A are drawn in the same manner as the graph shown in FIG. 6, and FIG. 9B is an enlarged graph of FIG. The explanation about the graph is omitted.

図8に示すように、クッションを設けない状態では、ラムが下端に到達すると、ラム速度がマイナス方向(ラムの上昇方向)に大きく振れた。このことから、クッションを設けない場合には、成形速度が150mm/sであっても、金型が大きくバウンドすることが判った。 As shown in FIG. 8, in the state where the cushion is not provided, when the ram reaches the lower end, the ram speed greatly fluctuated in the minus direction (ram rising direction). From this, it was found that when the cushion was not provided, the mold bounced greatly even when the molding speed was 150 mm / s.

一方、図9(a)に示すように、クッションを設けることにより、クッションを設けない状態(図8)において現れた、ラム速度のマイナス方向への大きな振れが現れなかった。このことから、クッションを設けることにより、金型のバウンドが抑制されることが確認できた。なお、図9(b)に示すように、ラム変位は、一旦、0.6mm程度沈み込んでおり、この沈み込みから回復する際に、ラム速度はマイナス方向へ振れている。そのため、クッションを設けた状態におけるラム速度のマイナス方向への振れは、クッションによるスプリングバックによるものと考えられる。このことからも、クッションを設けることにより、金型のバウンドが十分に抑制されることが判った。   On the other hand, as shown in FIG. 9 (a), by providing the cushion, the large fluctuation in the negative direction of the ram speed that appeared in the state where the cushion was not provided (FIG. 8) did not appear. From this, it was confirmed that the bounce of the mold was suppressed by providing the cushion. As shown in FIG. 9 (b), the ram displacement once sinks by about 0.6 mm, and when recovering from this sinking, the ram speed swings in the negative direction. Therefore, it is considered that the ram speed in the minus direction in the state where the cushion is provided is due to the spring back by the cushion. From this, it was found that the bounce of the mold is sufficiently suppressed by providing the cushion.

<予備試験結果:成形速度と終端速度との実測>
クッションの有無によるラムの挙動変化を評価を行った際の測定データを解析し、成形速度と、終端速度との実測を行った。図10は、成形速度と終端速度との実測結果を示すグラフである。図10のグラフにおいて、横軸はラム速度を表し、縦軸はラム変位を表している。なお、図10のグラフでは、ラム変位は、ラムの下端が0mmとなるように描いている。このとき、ラム変位が30mmとなるラムの位置が、パンチと試験材が接触する成形開始位置となる。また、図10のグラフにおいて、実線は、クッションを設けた状態における実測結果を示し、破線は、クッションを設けない状態における実測結果を示している。
<Preliminary test results: actual measurement of molding speed and end speed>
The measurement data when evaluating the behavior change of the ram with and without the cushion were analyzed, and the molding speed and the terminal speed were measured. FIG. 10 is a graph showing actual measurement results of the molding speed and the terminal speed. In the graph of FIG. 10, the horizontal axis represents the ram speed, and the vertical axis represents the ram displacement. In the graph of FIG. 10, the ram displacement is drawn so that the lower end of the ram is 0 mm. At this time, the position of the ram where the ram displacement is 30 mm is the molding start position where the punch and the test material come into contact. In the graph of FIG. 10, a solid line indicates an actual measurement result in a state where the cushion is provided, and a broken line indicates an actual measurement result in a state where the cushion is not provided.

図10に示すように、クッションを設けた状態とクッションを設けない状態とのいずれにおいても、成形開始位置におけるラム速度、すなわち、成形速度は、150mm/sであった。また、終端距離を成形ストロークの1/5、すなわち、6mmとした場合の終端速度は、クッションを設けた状態とクッションを設けない状態とのいずれにおいても、134mm/sであった。このことから、成形速度を150mm/sとすることにより、終端速度を100mm/s以上とすることができることが確認できた。さらに、図10のグラフから分かるように、成形速度を150mm/sとすることにより、下端の直近まで、ラム速度を100mm/s以上にすることが可能であることが判った。 As shown in FIG. 10, the ram speed at the molding start position, that is, the molding speed was 150 mm / s in both the state where the cushion was provided and the state where the cushion was not provided. Further, when the terminal distance is 1/5 of the molding stroke, that is, 6 mm, the terminal speed is 134 mm / s in both the state where the cushion is provided and the state where the cushion is not provided. From this, it was confirmed that the termination speed could be 100 mm / s or more by setting the molding speed to 150 mm / s. Furthermore, as can be seen from the graph of FIG. 10, it was found that by setting the molding speed to 150 mm / s, it is possible to increase the ram speed to 100 mm / s or more up to the vicinity of the lower end.

<成形中の試験材の温度変化>
図11ないし図13は、成形中における試験材の温度変化の様子を示すグラフである。図11ないし図13のグラフにおいて、横軸は時間を表し、左の縦軸は温度を表し、右の縦軸はラム変位を表している。また、図11ないし図13のグラフにおいて、実線は、ラム変位を表し、破線は端部温度を表し、一点鎖線は中心温度を表している。また、これらのグラフにおいて、縦に伸びる2本の点線は、成形開始時点と成形終了時点とを示している。従って、これらの2本の点線で挟まれた範囲が、成形期間に相当する。
<Temperature change of test material during molding>
11 to 13 are graphs showing the temperature change of the test material during molding. In the graphs of FIGS. 11 to 13, the horizontal axis represents time, the left vertical axis represents temperature, and the right vertical axis represents ram displacement. Also, in the graphs of FIGS. 11 to 13, the solid line represents the ram displacement, the broken line represents the end temperature, and the alternate long and short dash line represents the center temperature. In these graphs, two dotted lines extending vertically indicate the molding start time and the molding end time. Therefore, the range between these two dotted lines corresponds to the molding period.

図11に示すように、金型温度を50℃にした場合、成形期間中における端部温度の低下速度は950℃/sに達し、成形終了時点の端部温度は153℃となった。このように金型温度を50℃とした場合、端部温度の低下速度が速いため、成形速度を300mm/sとしても成形終了時点では成形性が低下するものと考えられる。 As shown in FIG. 11, when the mold temperature was set to 50 ° C., the end temperature decreasing rate during the molding period reached 950 ° C./s, and the end temperature at the end of molding became 153 ° C. Thus, when the mold temperature is set to 50 ° C., the rate of decrease in the end temperature is fast, so that it is considered that the moldability is reduced at the end of molding even when the molding speed is set to 300 mm / s.

一方、図12および図13に示すように、金型温度を100℃にした場合、成形期間中における端部温度の低下速度は、金型温度を50℃にした場合の約1/2〜1/3に低下した。また、図12および図13に温度変化を示す成形試験では、成形速度を365mm/sとしている。そのため、成形終了時点での端部温度は、いずれも200℃を超えていた。このことから、金型温度を100℃以上とし、成形速度を300mm/sよりも速くすれば、成形期間の全期間に亘って端部温度を十分に高く維持し、成形性を十分に高くすることが可能であるものと考えられる。 On the other hand, as shown in FIGS. 12 and 13, when the mold temperature is set to 100 ° C., the rate of decrease in the end temperature during the molding period is about 1/2 to 1 when the mold temperature is set to 50 ° C. / 3. In the molding test showing the temperature change in FIGS. 12 and 13, the molding speed is set to 365 mm / s. For this reason, the end temperature at the end of molding exceeded 200 ° C. Therefore, if the mold temperature is set to 100 ° C. or higher and the molding speed is made faster than 300 mm / s, the end temperature is maintained sufficiently high over the entire molding period, and the moldability is sufficiently increased. It is considered possible.

<成形品の外観評価>
図14は、成形品の外観評価結果を示す写真である。図14(a)ないし図14(c)は、それぞれ、金型温度を変化させて成形した成形品の外観を示している。なお、図14で外観を示す成形品は、いずれも、試験材として試験材Bを用い、試験材の加熱温度を280℃とし、成形速度を150mm/sとして成形したものである。
<Appearance evaluation of molded products>
FIG. 14 is a photograph showing the appearance evaluation result of the molded product. FIG. 14A to FIG. 14C each show the appearance of a molded product formed by changing the mold temperature. In addition, all the molded products which show an external appearance in FIG. 14 are molded using the test material B as the test material, the heating temperature of the test material being 280 ° C., and the molding speed being 150 mm / s.

図14に示すように、金型温度を低くするに従って、成形品の表面は光沢を呈さないようになった。このことから、金型温度を低くすると、成形性が低下することが確認できた。このような傾向は、成形中における試験材の温度変化を評価した結果と一致する。但し、図14で外観の評価結果を示した成形品は、図11ないし図13で温度変化の評価結果を示した成形品よりも遅い成形速度で成形しているにもかかわらず、金型温度を室温(RT)としても、成形品を半球状に成形することが可能であった。また、金型温度を100℃とした場合には、光沢を呈する表面が形成された。このように、比較的遅い成形速度(150mm/s)で成形を行っても、ある程度の成形性が確保できているのは、終端速度を十分に速く(100mm/s以上)していることによるものと考えられる。 As shown in FIG. 14, as the mold temperature was lowered, the surface of the molded product did not exhibit gloss. From this, it was confirmed that when the mold temperature was lowered, the moldability was lowered. Such a tendency agrees with the result of evaluating the temperature change of the test material during molding. However, although the molded product showing the appearance evaluation results in FIG. 14 is molded at a lower molding speed than the molded product showing the temperature change evaluation results in FIGS. Even at room temperature (RT), it was possible to mold the molded product into a hemispherical shape. Further, when the mold temperature was 100 ° C., a glossy surface was formed. Thus, even if molding is performed at a relatively slow molding speed (150 mm / s), a certain degree of moldability can be secured because the termination speed is sufficiently high (100 mm / s or more). It is considered a thing.

<ボイド量の評価>
図15は、成形品におけるボイド量の評価を行った位置を示す説明図である。図15(a)は、強化繊維の配列方向によって規定される成形品の方向を示している。通常、CFRTPの成形品の方向は、図15(a)に示すように、繊維の配列方向に平行な方向が0,90°方向と呼ばれ、繊維の配列方向と45°の角度をなす方向が45°方向と呼ばれる。これらの方向のうち、ボイドが発生しやすい方向は、45°方向である。そこで、ボイド量の評価にあたって、まず、成形品の頂点を通り、45°方向に伸びる線に沿って成形品を切断した。そして、切断によって現れた断面の観察を行い、観察した断面におけるボイドの面積率を測定して、ボイド量を評価した。
<Evaluation of void amount>
FIG. 15 is an explanatory view showing a position where the void amount is evaluated in the molded product. FIG. 15A shows the direction of the molded product defined by the arrangement direction of the reinforcing fibers. Normally, as shown in FIG. 15A, the direction of the molded product of CFRTP is a direction parallel to the fiber arrangement direction called 0, 90 ° direction, and forms a 45 ° angle with the fiber arrangement direction. Is called the 45 ° direction. Of these directions, the direction in which voids are likely to occur is the 45 ° direction. Therefore, in evaluating the void amount, first, the molded product was cut along a line passing through the apex of the molded product and extending in the 45 ° direction. And the cross section which appeared by cutting | disconnection was observed, the area ratio of the void in the observed cross section was measured, and the amount of voids was evaluated.

図15(b)は、上述のように切断された成形品の切断面の様子を示している。図15(b)において示されている数値は、頂点からの距離を表している。本実施例のように、深絞りを行って半球状に試験材を成形した場合、頂点からの距離が30mmよりも内側の位置では、成形過程において強化繊維の間隔が拡げられる。一方、頂点からの距離が40mmから外側の位置においては、強化繊維が外方から引き込まれるので、強化繊維の間隔は狭められる。このように、頂点からの距離が30mmから40mmの領域の内側と外側とでは、強化繊維にかかる力の方向が反転するため、矢印で示す領域は、ボイドが発生やすい。そこで、ボイド量の評価は、図15(b)において矢印で示す領域について行った。   FIG. 15B shows the state of the cut surface of the molded product cut as described above. The numerical value shown in FIG. 15B represents the distance from the vertex. When the test material is molded into a hemispherical shape by deep drawing as in this example, the distance between the reinforcing fibers is increased in the molding process at a position inside the distance from the apex of 30 mm. On the other hand, when the distance from the apex is 40 mm, the reinforcing fibers are drawn from the outside, so that the interval between the reinforcing fibers is narrowed. Thus, since the direction of the force applied to the reinforcing fibers is reversed between the inside and outside of the region having a distance from the apex of 30 mm to 40 mm, voids are easily generated in the region indicated by the arrow. Therefore, the void amount was evaluated for the region indicated by the arrow in FIG.

図16ないし図18は、ボイド量の評価を行った領域の断面の様子を示す写真である。図16は、試験材として試験材Cを用い、試験材の加熱温度を280℃とし、成形速度を150mm/sとして成形した成形品の断面を示している。図17は、試験材として試験材Bを用い、試験材の加熱温度を280℃とし、成形速度を365mm/sとして成形した成形品の断面を示している。また、図18は、比較例として、試験材として試験材Bを用い、試験材の加熱温度を280℃とし、成形速度を50mm/sとして成形した成形品の断面を示している。なお、図16(a)、図17(a)および図18(a)は、加熱のみを行い、成形を行っていない試験材の断面の様子を示し、図16、図17および図18のその他の写真は、金型温度を変化させて成形した試験材の断面の様子を示している。 16 to 18 are photographs showing the state of the cross section of the region where the void amount was evaluated. FIG. 16 shows a cross section of a molded product molded using the test material C as the test material, the heating temperature of the test material being 280 ° C., and the molding speed being 150 mm / s. FIG. 17 shows a cross section of a molded product molded using the test material B as the test material, the heating temperature of the test material being 280 ° C., and the molding speed being 365 mm / s. Further, FIG. 18, as a comparative example, a test material B used as a test material, the heating temperature of the test material and 280 ° C., shows a molded product of a cross section obtained by molding the molding rate as 50 mm / s. 16 (a), 17 (a), and 18 (a) show the state of the cross section of the test material that was only heated and not molded, and the others of FIGS. 16, 17, and 18. These photographs show the state of the cross section of the test material molded by changing the mold temperature.

図16に示すように、成形速度を150mm/sとした場合、加熱のみを行った試験材のボイド面積率が6.96%であったのに対し、成形品では、ボイド面積率が、0.07%から0.54%と大きく低下した。このことから、終端速度を十分に速くすることにより、成形品中のボイドの量を低減することが可能であることが確認できた。また、ボイドの量を低減する効果は、金型温度を低下させるに従って増強されることが判った。 As shown in FIG. 16, when the molding speed was set to 150 mm / s, the void area ratio of the test material subjected to heating alone was 6.96%, whereas in the molded product, the void area ratio was 0. It decreased greatly from 0.07% to 0.54%. From this, it was confirmed that the amount of voids in the molded product can be reduced by sufficiently increasing the termination speed. It was also found that the effect of reducing the amount of voids was enhanced as the mold temperature was lowered.

図17に示すように、成形速度を365mm/sとした場合においても、加熱のみを行った試験材のボイド面積率が12.74%であったのに対し、成形品では、ボイド面積率が、0.32%から0.78%と大きく低下した。また、成形速度を150mm/sとした場合と同様に、ボイドの量を低減する効果が、金型温度を低下させるに従って増強されるという傾向がみられた。 As shown in FIG. 17, even when the molding speed was set to 365 mm / s, the void area ratio of the test material that was only heated was 12.74%, whereas the molded article had a void area ratio of 12.74%. , Greatly decreasing from 0.32% to 0.78%. Further, similar to the case where the molding speed was set to 150 mm / s, there was a tendency that the effect of reducing the amount of voids was enhanced as the mold temperature was lowered.

一方、比較例として成形速度を50mm/sとした場合、図18に示すように、成形によりボイド面積率は、12.74%から約3%程度までには低下するものの、その低減の程度は、成形速度を150mm/sとした場合や364mm/sとした場合ほど大きくなかった。このことから、ボイド量の低減効果を発現させるためには、成形速度を一定以上に速くすることが重要であることが判った。また、一般的に、ボイドは成形中にも発生するが、本実施例では、成形品のボイド量を十分に低減することができた。これらのことから、成形品中のボイド量をより確実に低減するためには、終端速度を十分に速くすることが重要であるものと推定される。 On the other hand, when the extrusion rate and 50 mm / s as the comparative example, as shown in FIG. 18, the void area ratio by molding, although decreases from 12.74% to about 3%, the degree of reduction The molding speed was not as large as 150 mm / s or 364 mm / s. From this, it was found that it is important to increase the molding speed to a certain level or more in order to exhibit the effect of reducing the void amount. In general, voids are also generated during molding, but in this example, the amount of voids in the molded product could be sufficiently reduced. From these facts, it is estimated that it is important to sufficiently increase the terminal speed in order to more reliably reduce the amount of voids in the molded product.

B.第2実施形態:
第1実施形態においては、図2に示すように、金型200,300のバウンドを抑制するため、下型300とボルスター130との間にクッション390を配置しているが、他の方法により金型のバウンドを抑制することも可能である。具体的には、クッション390を省略するとともに、バランスシリンダー171に換えて適宜設計された油圧回路に接続された油圧シリンダー(ラム停止装置付バランスシリンダー)を用いることにより金型のバウンドを抑制することができる。他の構成、機能および効果等は、第1実施形態と同様であるので、ここではその説明を省略する。
B. Second embodiment:
In the first embodiment, as shown in FIG. 2, a cushion 390 is disposed between the lower mold 300 and the bolster 130 in order to suppress the bounce of the molds 200, 300. It is also possible to suppress the bounce of the mold. Specifically, the cushion 390 is omitted, and the bounce of the mold is suppressed by using a hydraulic cylinder (balance cylinder with a ram stop device) connected to an appropriately designed hydraulic circuit instead of the balance cylinder 171. Can do. Other configurations, functions, effects, and the like are the same as those in the first embodiment, and thus description thereof is omitted here.

図19は、ラム停止装置付バランスシリンダー171a(以下、単に「バランスシリンダー171a」とも呼ぶ)に接続される油圧回路20aの構成を示す油圧回路図である。油圧回路20aは、タンク21aと、電磁弁付リリーフ弁22a(以下、単に「リリーフ弁22a」とも呼ぶ)と、逆止弁23aと、コック弁24aとを有している。   FIG. 19 is a hydraulic circuit diagram showing a configuration of a hydraulic circuit 20a connected to a balance cylinder 171a with a ram stop device (hereinafter also simply referred to as “balance cylinder 171a”). The hydraulic circuit 20a includes a tank 21a, a relief valve 22a with an electromagnetic valve (hereinafter also simply referred to as “relief valve 22a”), a check valve 23a, and a cock valve 24a.

タンク21aには、リリーフ弁22aのPポートと、逆止弁23aの入口ポートと、コック弁24aの第1のポートとが接続されている。また、タンク21aには、バランスシリンダー171aの下部シリンダー室に接続されている。一方、バランスシリンダー171aの上部シリンダー室には、リリーフ弁22aのTポートと、逆止弁23aの出口ポートと、コック弁24aの第2のポートが接続されている。なお、コック弁24aは、通常、クローズ状態となっているので、ここではその説明を省略する。   The tank 21a is connected to the P port of the relief valve 22a, the inlet port of the check valve 23a, and the first port of the cock valve 24a. The tank 21a is connected to the lower cylinder chamber of the balance cylinder 171a. On the other hand, a T port of the relief valve 22a, an outlet port of the check valve 23a, and a second port of the cock valve 24a are connected to the upper cylinder chamber of the balance cylinder 171a. Since the cock valve 24a is normally in a closed state, the description thereof is omitted here.

タンク21aには、油圧回路20aの作動油が貯留されている。そして、圧縮空気によりタンク21aの内部は、加圧された状態となっている。このタンク21aに接続された逆止弁23aを介してバランスシリンダー171aの上部シリンダー室に作動油が流れることにより、バランスシリンダー171aのシリンダーロッド172aを下降させ、ラム120を下降させることができる。   The tank 21a stores hydraulic oil for the hydraulic circuit 20a. The inside of the tank 21a is pressurized by the compressed air. The hydraulic oil flows into the upper cylinder chamber of the balance cylinder 171a through the check valve 23a connected to the tank 21a, so that the cylinder rod 172a of the balance cylinder 171a can be lowered and the ram 120 can be lowered.

なお、図19に示すように、タンク21aとバランスシリンダー171aの上部シリンダー室とが逆止弁23aを介して接続されているが、上部シリンダー室には、シリンダーロッド172aが接続されているため、シリンダーの断面積が小さくなる。そのため、タンク21aの内部を加圧することにより、シリンダーロッド172aには上方に押し上げる力が働き、ラム120(図2)等の重量を支えることができる。また、これに加え、逆止弁23aを介して接続された上部シリンダー室への流路の抵抗は、タンク21aに直接接続された下部シリンダーへの流路の抵抗よりも高くなる。この流路抵抗の差も、ラム120等の重量を支えることに寄与する。   As shown in FIG. 19, the tank 21a and the upper cylinder chamber of the balance cylinder 171a are connected via a check valve 23a, but since the cylinder rod 172a is connected to the upper cylinder chamber, The cross-sectional area of the cylinder is reduced. Therefore, by pressurizing the inside of the tank 21a, a force that pushes the cylinder rod 172a upward acts and can support the weight of the ram 120 (FIG. 2) and the like. In addition, the resistance of the flow path to the upper cylinder chamber connected via the check valve 23a is higher than the resistance of the flow path to the lower cylinder directly connected to the tank 21a. This difference in flow path resistance also contributes to supporting the weight of the ram 120 and the like.

リリーフ弁22aは、プレス装置100の操作電源が切断されると電磁弁がクローズ状態となる。このとき、TポートからPポートへは、作動油が流れ、PポートからTポートへは、作動油が流れない状態となる。すなわち、クローズ状態のリリーフ弁22aは、Tポートを入口ポートとし、Pポートを出口ポートとする逆止弁として機能する。   In the relief valve 22a, when the operation power supply of the press apparatus 100 is cut off, the electromagnetic valve is closed. At this time, the hydraulic oil flows from the T port to the P port, and the hydraulic oil does not flow from the P port to the T port. That is, the relief valve 22a in the closed state functions as a check valve having the T port as an inlet port and the P port as an outlet port.

一方、プレス装置100の操作電源が投入されると電磁弁がオープン状態となる。このとき、リリーフ弁22aは、Pポートに対するTポートの差圧が予め設定された圧力(リリーフ圧)となるまでTポートからPポートへの作動油の流れを阻止する。そして、当該差圧がリリーフ圧を超えると、TポートからPポートに作動油が流れるように作用する。すなわち、プレス装置100の操作電源が投入され、プレス装置100が動作する状態においては、電磁弁付リリーフ弁22aは、Tポートを入口ポートとしPポートを出口ポートとする一般的なリリーフ弁と同等である。従って、第2実施形態においては、バランスシリンダー171aの上部シリンダー室からタンク21aへは、リリーフ弁を介して接続されていると謂うことができる。また、ラム120が上方に移動する際にはシリンダーロッド172aが上方に移動するので、上部シリンダー室は、ラムが上方に移動する際に体積が縮小する。   On the other hand, when the operation power of the press apparatus 100 is turned on, the solenoid valve is opened. At this time, the relief valve 22a blocks the flow of hydraulic oil from the T port to the P port until the differential pressure of the T port with respect to the P port reaches a preset pressure (relief pressure). When the differential pressure exceeds the relief pressure, the hydraulic oil flows from the T port to the P port. That is, when the operation power of the press device 100 is turned on and the press device 100 operates, the relief valve 22a with a solenoid valve is equivalent to a general relief valve having a T port as an inlet port and a P port as an outlet port. It is. Therefore, in the second embodiment, it can be said that the tank 21a is connected to the tank 21a from the upper cylinder chamber of the balance cylinder 171a through the relief valve. Further, since the cylinder rod 172a moves upward when the ram 120 moves upward, the volume of the upper cylinder chamber is reduced when the ram moves upward.

このようにリリーフ弁22aが作用するとともに、逆止弁23aではバランスシリンダー171aの上部シリンダー室からタンク21aへの作動油の流れが阻止される。そのため、バランスシリンダー171aの下部シリンダー室に対する上部シリンダー室の差圧がリリーフ弁22aのリリーフ圧を超えるまで、上部シリンダー室からタンク21aへの作動油の流れは阻止される。   In this way, the relief valve 22a acts, and the check valve 23a blocks the flow of hydraulic oil from the upper cylinder chamber of the balance cylinder 171a to the tank 21a. Therefore, the flow of hydraulic oil from the upper cylinder chamber to the tank 21a is blocked until the differential pressure in the upper cylinder chamber with respect to the lower cylinder chamber of the balance cylinder 171a exceeds the relief pressure of the relief valve 22a.

通常、ラム120に加わる反力は、プレス装置100を作動させることにより発生する圧力よりも小さい。そのため、リリーフ弁22aのリリーフ圧を適宜設定することにより、反力によるラム120の上昇が抑制され、金型のバウンドが抑制される。一方、スクリュー140を回転させてラム120を上昇させる場合には、バランスシリンダー171aの下部シリンダー室に対する上部シリンダー室の差圧が十分大きくなる。そのため、第2実施形態を適用しても、ラム120を上昇させる動作には、影響が生じない。   Usually, the reaction force applied to the ram 120 is smaller than the pressure generated by operating the press device 100. Therefore, by appropriately setting the relief pressure of the relief valve 22a, the rise of the ram 120 due to the reaction force is suppressed, and the bounce of the mold is suppressed. On the other hand, when the ram 120 is raised by rotating the screw 140, the pressure difference between the upper cylinder chamber and the lower cylinder chamber of the balance cylinder 171a becomes sufficiently large. Therefore, even if the second embodiment is applied, the operation of raising the ram 120 is not affected.

このように、第2実施形態によっても、金型のバウンドを抑制することができるので、終端速度Vtを十分に速くすることが可能となる。そのため、第1実施形態と同様に、プリプレグPPGの成形性を高めるととともに、成形されたプリプレグPPF中のボイドの量を低減することができる。さらに、第2実施形態は、ラム120が下端に到達した時点においてプリプレグPPFに加わる圧力をより高くできる点で、第1実施形態よりも好ましい。一方、第1実施形態は、金型のバウンドの抑制をより簡単に行うことができる点で、第2実施形態よりも好ましい。   Thus, also by 2nd Embodiment, since the bound of a metal mold | die can be suppressed, it becomes possible to make terminal speed Vt sufficiently quick. Therefore, as in the first embodiment, the moldability of the prepreg PPG can be improved and the amount of voids in the molded prepreg PPF can be reduced. Furthermore, the second embodiment is preferable to the first embodiment in that the pressure applied to the prepreg PPF can be increased when the ram 120 reaches the lower end. On the other hand, 1st Embodiment is more preferable than 2nd Embodiment at the point which can suppress the bounce of a metal mold | die more easily.

なお、第2実施形態において、バランスシリンダー171aの上部シリンダー室からタンク21aへは、リリーフ弁22aを介して接続され、タンク21aから上部シリンダー室へは、逆止弁23aを介して接続されているが、一般的には、上部シリンダー室からタンク21aへリリーフ弁22aを介して接続されていればよい。この場合、逆止弁23aに換えて電磁弁を設け、当該電磁弁をラム120が下端に到達した際にクローズ状態にするようにしても良く、また、バランスシリンダー171aの上部シリンダー室と下部シリンダー室との間を逆止弁あるいは電磁弁で接続するものとしても良い。   In the second embodiment, the balance cylinder 171a is connected from the upper cylinder chamber to the tank 21a via a relief valve 22a, and is connected from the tank 21a to the upper cylinder chamber via a check valve 23a. However, in general, it is only necessary that the upper cylinder chamber is connected to the tank 21a via the relief valve 22a. In this case, an electromagnetic valve may be provided instead of the check valve 23a, and the electromagnetic valve may be closed when the ram 120 reaches the lower end, and the upper cylinder chamber and the lower cylinder of the balance cylinder 171a. The chamber may be connected by a check valve or a solenoid valve.

C.第3実施形態:
図20は、第3実施形態におけるプレス装置100bの構成を示す説明図である。第3実施形態は、第1実施形態および第2実施形態と異なる態様で、金型200,300のバウンドを抑制する。
C. Third embodiment:
FIG. 20 is an explanatory diagram illustrating a configuration of a press device 100b according to the third embodiment. 3rd Embodiment suppresses the bounce of the metal mold | die 200,300 in a different aspect from 1st Embodiment and 2nd Embodiment.

第3実施形態のプレス装置100bは、ボルスター130に換えて、鉛直方向に移動可能に構成されたラム(下側ラム)130bと、下側ラム130bを鉛直方向に移動させる送りねじ機構180bとを有している点と、下側ラム130bの中心軸に対する回転を抑制するため、スライドガイド160bを鉛直下方に延長している点とで、第1実施形態のプレス装置100(図2)と異なっている。他の構成、機能および効果等は、第1実施形態と同様であるので、ここではその説明を省略する。   In the press device 100b of the third embodiment, instead of the bolster 130, a ram (lower ram) 130b configured to be movable in the vertical direction and a feed screw mechanism 180b for moving the lower ram 130b in the vertical direction are provided. It differs from the press device 100 (FIG. 2) of the first embodiment in that it has the slide guide 160b extending vertically downward in order to suppress the rotation of the lower ram 130b with respect to the central axis. ing. Other configurations, functions, effects, and the like are the same as those in the first embodiment, and thus description thereof is omitted here.

図20に示すように、下側ラム130bは、中心軸に沿った孔139bが設けられたラム本体131bと、ラム本体131bに取り付けられた圧力センサー132bとを有している。ラム本体131bは、その端部において、スライドガイド160bに対して摺動する。これにより、下側ラム130bは、中心軸の周りでの回転が規制されるとともに、鉛直方向に移動可能となっている。   As shown in FIG. 20, the lower ram 130b has a ram body 131b provided with a hole 139b along the central axis, and a pressure sensor 132b attached to the ram body 131b. The ram body 131b slides with respect to the slide guide 160b at its end. Thus, the lower ram 130b is restricted from rotating around the central axis and is movable in the vertical direction.

送りねじ機構180bは、一体に形成されたシャフト181bおよびスクリュー182bと、プーリー183bと、歯付ベルト184bとを有している。また、図示を省略しているが、送りねじ機構180bには、図1に示す第1実施形態のプレス装置100に設けられたサーボモーター153(以下、「上側サーボモーター」とも呼ぶ)に加え、さらに別のサーボモーター(以下、「下側サーボモーター」とも呼ぶ)が設けられている。シャフト181bは、ラム本体131bに設けられた孔139bに嵌め込まれている。スクリュー182bには、雄ねじが形成されている。   The feed screw mechanism 180b includes an integrally formed shaft 181b and screw 182b, a pulley 183b, and a toothed belt 184b. Although not shown, the feed screw mechanism 180b includes a servo motor 153 (hereinafter also referred to as “upper servo motor”) provided in the press device 100 of the first embodiment shown in FIG. Further, another servo motor (hereinafter also referred to as “lower servo motor”) is provided. The shaft 181b is fitted into a hole 139b provided in the ram body 131b. A male screw is formed on the screw 182b.

プーリー183bには、中心軸に沿った孔189bが設けられている。この孔189bの内面には、スクリュー182bに設けられた雄ねじと噛み合う雌ねじが形成されている。歯付ベルト184bは、プーリー183bと、図示しない下側サーボモーターとを架けるように取り付けられている。そのため、下側サーボモーターを回転させることにより、プーリー183bは、中心軸の周りで回転する。   The pulley 183b is provided with a hole 189b along the central axis. On the inner surface of the hole 189b, a female screw that meshes with a male screw provided on the screw 182b is formed. The toothed belt 184b is attached so as to bridge the pulley 183b and a lower servo motor (not shown). Therefore, by rotating the lower servo motor, the pulley 183b rotates around the central axis.

また、図示しないがプーリー183bは、鉛直方向の移動が規制されている。そのため、プーリー183bが回転すると、プーリー183bの雌ねじに噛み合わされた雄ねじを有するスクリュー182bと、スクリュー182bと一体に形成されたシャフト181bと、シャフト181bが嵌め込まれた下側ラム130bとは、この回転に応じて鉛直方向に移動する。   Although not shown, the pulley 183b is restricted from moving in the vertical direction. Therefore, when the pulley 183b rotates, the screw 182b having a male screw meshed with the female screw of the pulley 183b, the shaft 181b integrally formed with the screw 182b, and the lower ram 130b in which the shaft 181b is fitted are rotated. It moves in the vertical direction according to.

図20に示すように、第3実施形態のプレス装置100bでは、下側ラム130bが上側ラム120よりも小型で、軽量となっている。さらに、下側ラム130bを移動させるためのスクリュー182bおよびプーリー183bは、上側ラム120を移動させるためのスクリュー140およびプーリー150よりも小型となっている。そのため、下側ラム130b、スクリュー182bおよびプーリー183bを全体としてみた下側ラム駆動系のイナーシャーは、上側ラム120、スクリュー140およびプーリー150を全体としてみた上側ラム駆動系のイナーシャーよりも小さくなっている。   As shown in FIG. 20, in the press device 100 b according to the third embodiment, the lower ram 130 b is smaller and lighter than the upper ram 120. Furthermore, the screw 182b and the pulley 183b for moving the lower ram 130b are smaller than the screw 140 and the pulley 150 for moving the upper ram 120. Therefore, the inertia of the lower ram drive system when the lower ram 130b, the screw 182b and the pulley 183b are viewed as a whole is smaller than the inertia of the upper ram drive system when the upper ram 120, the screw 140 and the pulley 150 are viewed as a whole. .

なお、図20に示すように、金型200,300は、プレス装置100bの上側のラム120(以下、「上側ラム120」とも呼ぶ)と下側ラム130bとにそれぞれ取り付けられている。そのため、2つのラム120,130bは、2つの金型200,300の相対的な位置を規定していると謂える。   As shown in FIG. 20, the molds 200 and 300 are respectively attached to an upper ram 120 (hereinafter also referred to as “upper ram 120”) and a lower ram 130b of the press device 100b. Therefore, it can be said that the two rams 120 and 130b define the relative positions of the two molds 200 and 300.

図21は、第3実施形態におけるサーボモーターの駆動制御機能の構成を示すブロック図である。上述のように、第3実施形態のプレス装置100bは、サーボモーター185bが追加されている。そのため、モーター制御部191bは、2つのサーボモーター153,185bを駆動制御するように構成されている。また、追加されたサーボモーター185bにも、エンコーダー192bが設けられている。このエンコーダー192bの出力信号は、制御部10bの速度検出部12bと位置検出部13bとに供給される。また、下側ラム130bに設けられた圧力センサー132bの出力信号は、制御部10bに追加された圧力検出部15bに供給される。   FIG. 21 is a block diagram illustrating the configuration of the servo motor drive control function in the third embodiment. As described above, the servo motor 185b is added to the press device 100b of the third embodiment. Therefore, the motor control unit 191b is configured to drive and control the two servo motors 153 and 185b. The added servo motor 185b is also provided with an encoder 192b. The output signal of the encoder 192b is supplied to the speed detector 12b and the position detector 13b of the controller 10b. The output signal of the pressure sensor 132b provided in the lower ram 130b is supplied to the pressure detection unit 15b added to the control unit 10b.

第3実施形態の制御部10bは、速度検出部12bと、位置検出部13bと、トルク検出部14bとを有している。これらの機能部12b〜14bは、第1実施形態の制御部10において対応する機能部12〜14が存在し、それらの機能は、2つのサーボモーター153,185bに対応するように構成が変更されている他は、第1実施形態と同様である。第3実施形態の制御部10bにおいて追加された圧力検出部15bは、圧力センサー132bの出力信号に基づいて、下側ラム130b(図20)に加わる圧力を検出する。   The control part 10b of 3rd Embodiment has the speed detection part 12b, the position detection part 13b, and the torque detection part 14b. These functional units 12b to 14b have corresponding functional units 12 to 14 in the control unit 10 of the first embodiment, and the configuration of these functional units is changed to correspond to the two servo motors 153 and 185b. Other than that, the second embodiment is the same as the first embodiment. The pressure detector 15b added in the controller 10b of the third embodiment detects the pressure applied to the lower ram 130b (FIG. 20) based on the output signal of the pressure sensor 132b.

第3実施形態の制御部10bが有する駆動条件決定部11bは、速度検出部12b、位置検出部13bおよびトルク検出部14bが検出した、2つのサーボモーター153,185bの、それぞれの回転角、回転速度および駆動トルクと、圧力検出部15bが検出した下側ラム130bに加わる圧力と、予め設定されたプレス装置100bの動作条件とに基づいて、2つのサーボモーター153,185bの駆動条件を決定する。これにより、上側ラム120および下側ラム130bの、それぞれの位置および速度と、被加工材であるプリプレグPPGや下型300等に加わる圧力とが制御される。   The drive condition determination unit 11b included in the control unit 10b according to the third embodiment includes the rotation angles and rotations of the two servo motors 153 and 185b detected by the speed detection unit 12b, the position detection unit 13b, and the torque detection unit 14b. Based on the speed and driving torque, the pressure applied to the lower ram 130b detected by the pressure detector 15b, and the preset operating conditions of the press device 100b, the driving conditions of the two servo motors 153 and 185b are determined. . Thereby, the respective positions and speeds of the upper ram 120 and the lower ram 130b and the pressure applied to the prepreg PPG, the lower mold 300, etc., which are workpieces, are controlled.

図22は、第3実施形態におけるプレス装置100bの動作の態様を示す説明図である。なお、図22では、図示の便宜上、プレス装置100bのうち、その動作の態様を説明するために必要な部分のみを図示し、また、上型200と下型300とについても、ダイ220(図3)とパンチ320のみを図示している。   FIG. 22 is an explanatory diagram illustrating an operation mode of the press apparatus 100b according to the third embodiment. In FIG. 22, for convenience of illustration, only the portion of the press device 100 b necessary for explaining the mode of operation is illustrated, and the die 220 (see FIG. 3) and only the punch 320 are shown.

プレス装置100bでは、その初期状態において、図22(a)に示すように、上側ラム120が位置(初期位置)UP0に位置し、下側ラム130bが位置(初期位置)LP1に位置している。また、成形対象のプリプレグPPGは、上型200と下型300との間に位置している。プレス装置100bの運転を開始すると、上側ラム120を移動させる上側サーボモーター153が駆動され、上側ラム120が下降を開始する。   In the press apparatus 100b, in the initial state, as shown in FIG. 22A, the upper ram 120 is located at the position (initial position) UP0, and the lower ram 130b is located at the position (initial position) LP1. . In addition, the prepreg PPG to be molded is located between the upper mold 200 and the lower mold 300. When the operation of the press device 100b is started, the upper servo motor 153 that moves the upper ram 120 is driven, and the upper ram 120 starts to descend.

上側ラム120が位置UP1まで下降すると、図22(b)に示すように、金型、すなわち、上型200(ダイ220)および下型300(パンチ320)と、プリプレグPPGとが接触し、プリプレグPPGの成形が開始される。金型とプリプレグPPGとの接触は、圧力センサー132bにより検知された圧力(検知圧力)が予め設定された圧力の閾値(圧力閾値)を超えたか否かによって判断される。   When the upper ram 120 is lowered to the position UP1, as shown in FIG. 22B, the mold, that is, the upper mold 200 (die 220) and the lower mold 300 (punch 320), and the prepreg PPG come into contact with each other. PPG molding is started. The contact between the mold and the prepreg PPG is determined based on whether or not the pressure (detected pressure) detected by the pressure sensor 132b exceeds a preset pressure threshold (pressure threshold).

検知圧力が圧力閾値を超えた場合、金型とプリプレグPPGとが接触したものと判断され、下側サーボモーター185bは、下側ラム130bを上昇させる方向に駆動される。このとき、下側サーボモーター185bは、圧力センサー132bに加わる圧力が、予め設定された圧力値となるように制御(圧力制御)される。このように、下側サーボモーター185bを圧力制御することにより、プリプレグPPGの成形に必要な圧力は、下側サーボモーター185bによっても提供される。   When the detected pressure exceeds the pressure threshold, it is determined that the mold and the prepreg PPG are in contact with each other, and the lower servo motor 185b is driven in a direction to raise the lower ram 130b. At this time, the lower servo motor 185b is controlled (pressure control) so that the pressure applied to the pressure sensor 132b becomes a preset pressure value. Thus, by controlling the pressure of the lower servo motor 185b, the pressure necessary for forming the prepreg PPG is also provided by the lower servo motor 185b.

なお、図22の例では、金型とプリプレグPPGとが接触した時点から下側サーボモーター185bの駆動を開始しているが、下側サーボモーター185bの駆動は、図4(a)に示すように、プリプレグPPGがブランクホルダー240,340により挟み込まれた時点、あるいは、パンチ320の一部がダイ220が押し込まれた時点から下側サーボモーター185bの駆動を開始することも可能である。この場合、下側サーボモーター185bの駆動を開始する時点に応じて、圧力閾値を調整すればよい。   In the example of FIG. 22, the drive of the lower servo motor 185b is started from the time when the mold and the prepreg PPG come into contact with each other, but the drive of the lower servo motor 185b is as shown in FIG. In addition, the driving of the lower servo motor 185b can be started when the prepreg PPG is sandwiched between the blank holders 240 and 340, or when a part of the punch 320 is pushed into the die 220. In this case, the pressure threshold value may be adjusted according to the time point when the lower servo motor 185b starts to be driven.

プリプレグPPGの成形が開始された後、上側ラム120および下側ラム130bはそれぞれ鉛直方向に移動し、図22(c)に示すように、上側ラム120が位置UP2に、下側ラム130bが位置LP2に到達する。上側ラム120および下側ラム130bがそれぞれ位置UP2,LP2に到達すると、プリプレグPPGの成形は終了し、成形されたプリプレグPPFが上型200(ダイ220)および下型300(パンチ320)に挟み込まれた状態となる。なお、この時点における上側ラム120と下側ラム130bとのそれぞれの位置UP2,LP2は、終端の位置にあると謂うことができる。上述のように、下側サーボモーター185bは、圧力制御されるので、プレス装置100bの動作条件を適宜設定することにより、成形中にプリプレグPPGに加わる圧力を変化させることができる。例えば、プリプレグPPGがより速く成形されるように、成形中の圧力を高くするようにしても良く、また、後述するバウンドの抑制効果をより高くするように、成形終了時点の圧力を高くするようにしても良い。   After molding of the prepreg PPG is started, the upper ram 120 and the lower ram 130b each move in the vertical direction, and as shown in FIG. 22 (c), the upper ram 120 is in the position UP2 and the lower ram 130b is in the position. LP2 is reached. When the upper ram 120 and the lower ram 130b reach the positions UP2 and LP2, respectively, the molding of the prepreg PPG is finished, and the molded prepreg PPF is sandwiched between the upper mold 200 (die 220) and the lower mold 300 (punch 320). It becomes a state. It can be said that the positions UP2 and LP2 of the upper ram 120 and the lower ram 130b at this point are at the end positions. As described above, since the pressure of the lower servo motor 185b is controlled, the pressure applied to the prepreg PPG during molding can be changed by appropriately setting the operating conditions of the press device 100b. For example, the pressure during molding may be increased so that the prepreg PPG is molded faster, and the pressure at the end of molding is increased so as to increase the bounce suppression effect described later. Anyway.

図22(c)に示すように、上型200と下型300とが接触すると、上側ラム120には上側ラム120を上方に押し上げる反力が加わり、上側ラム120の下降速度が低下する。そこで、第3実施形態では、上型200と下型300とが接触した際に、反力による上側ラム120の下降速度の低下を補償するように下側ラム130bを駆動する。このように、上側ラム120の下降速度の低下を補償するように、すなわち、上側ラム120の移動に追随するように、下側ラム130bを駆動することで、金型のバウンドを抑制することができる。   As shown in FIG. 22C, when the upper mold 200 and the lower mold 300 come into contact with each other, a reaction force that pushes the upper ram 120 upward is applied to the upper ram 120, and the lowering speed of the upper ram 120 decreases. Therefore, in the third embodiment, when the upper mold 200 and the lower mold 300 come into contact with each other, the lower ram 130b is driven so as to compensate for the decrease in the lowering speed of the upper ram 120 due to the reaction force. In this way, the lower ram 130b is driven so as to compensate for the decrease in the lowering speed of the upper ram 120, that is, to follow the movement of the upper ram 120, thereby suppressing the bounce of the mold. it can.

なお、上述のように、第3実施形態においては、下側ラム駆動系のイナーシャーが上側ラム駆動系のイナーシャーよりも小さくなっているので、下側ラム130bの速度は、上側ラム120よりも容易に制御できる。そのため、第3実施形態によれば、上側ラム120の下降速度の低下をより確実に補償し、金型のバウンドをより確実に抑制することができる。さらに、下側ラム130bは、その速度の制御が容易となっているため、プリプレグPPGの成形中における上側ラム120と下側ラム130bとの相対的な速度(第1実施形態のラム速度に相当する)の調整が容易となる。そのため、終端距離Stをさらに短くし、あるいは、終端速度Vtをさらに速くすることが可能となり、成形されたプリプレグPPF中のボイドの量をより確実に低減することができる。   As described above, in the third embodiment, since the inertia of the lower ram drive system is smaller than the inertia of the upper ram drive system, the speed of the lower ram 130b is easier than that of the upper ram 120. Can be controlled. Therefore, according to the third embodiment, it is possible to more reliably compensate for a decrease in the lowering speed of the upper ram 120 and to more reliably suppress the mold bounce. Further, since the speed of the lower ram 130b is easy to control, the relative speed between the upper ram 120 and the lower ram 130b during molding of the prepreg PPG (corresponding to the ram speed of the first embodiment). Adjustment) becomes easy. As a result, the termination distance St can be further shortened, or the termination speed Vt can be further increased, and the amount of voids in the molded prepreg PPF can be more reliably reduced.

図22(c)に示すように上型200と下型300とが接触した後、上側ラム120は減速するように駆動され、下側ラム130bは、上側ラム120の下降に追随するように駆動される。これにより、上型200と下型300とが接触した状態を維持し、成形されたプリプレグPPFに圧力を加え続けることができる。   After the upper mold 200 and the lower mold 300 are in contact with each other as shown in FIG. 22C, the upper ram 120 is driven to decelerate, and the lower ram 130b is driven to follow the lowering of the upper ram 120. Is done. Thereby, the state which the upper mold | type 200 and the lower mold | type 300 contacted can be maintained, and a pressure can be continuously applied to the shape | molded prepreg PPF.

上側ラム120を減速するように駆動し、下側ラム130bを上側ラム120の下降に追随するように駆動することにより、図22(d)に示すように、上側ラム120と下側ラム130bとは、それぞれ位置UP3,LP3に到達して停止する。上側ラム120と下側ラム130bとが停止した後、成形されたプリプレグPPFの温度が十分に低下するまで、プリプレグPPFには圧力が加え続けられるように、上側ラム120と下側ラム130bとは、それぞれ位置UP3,LP3に保持される。   By driving the upper ram 120 to decelerate and driving the lower ram 130b to follow the lowering of the upper ram 120, as shown in FIG. 22 (d), the upper ram 120 and the lower ram 130b Respectively reach positions UP3 and LP3 and stop. After the upper ram 120 and the lower ram 130b are stopped, the upper ram 120 and the lower ram 130b are maintained so that pressure is continuously applied to the prepreg PPF until the temperature of the molded prepreg PPF sufficiently decreases. Are held at the positions UP3 and LP3, respectively.

なお、以上の説明から明らかなように、第3実施形態におけるラムの位置は、上側ラム120と下側ラム130bとの相対的な位置関係によって規定することができる。そのため、図22(d)に示すように、上側ラム120と下側ラム130bとがそれぞれ位置UP3,LP3にある状態も、上側ラム120と下側ラム130bとがそれぞれ位置UP2,LP2にある状態(図22(c))と同様に、ラムが終端に位置した状態であると謂うことができる。   As is clear from the above description, the position of the ram in the third embodiment can be defined by the relative positional relationship between the upper ram 120 and the lower ram 130b. Therefore, as shown in FIG. 22 (d), when the upper ram 120 and the lower ram 130b are at the positions UP3 and LP3, respectively, the upper ram 120 and the lower ram 130b are at the positions UP2 and LP2, respectively. Similar to (FIG. 22C), it can be said that the ram is located at the end.

上側ラム120と下側ラム130bとをそれぞれ位置UP3,LP3に保持した状態で予め設定された保持時間が経過すると、保持時間が経過するまでの間に、プリプレグPPFの温度が低下し、成形されたプリプレグPPFが硬化する。そして、所望の形状に成形されて硬化したプリプレグPPFは、保持時間が経過した後、上側ラム120と下側ラム130bとをそれぞれ初期位置UP0,LP1に戻すことにより、プレス装置100bから取り出される。   When a preset holding time elapses with the upper ram 120 and the lower ram 130b held at the positions UP3 and LP3, respectively, the temperature of the prepreg PPF is lowered and molded until the holding time elapses. The prepreg PPF cured. The prepreg PPF molded and cured in a desired shape is taken out of the press device 100b by returning the upper ram 120 and the lower ram 130b to the initial positions UP0 and LP1 after the holding time has elapsed.

このように、第3実施形態によっても、金型のバウンドを抑制することができる。そのため、終端速度Vtを十分に速くすることが可能となるので、第1実施形態および第2実施形態と同様に、プリプレグPPGの成形性を高めるととともに、成形されたプリプレグPPFのボイドの量を低減することができる。   As described above, the bounce of the mold can be suppressed also by the third embodiment. Therefore, it is possible to sufficiently increase the terminal velocity Vt, so that the moldability of the prepreg PPG is improved and the amount of voids in the molded prepreg PPF is reduced as in the first and second embodiments. Can be reduced.

さらに、第3実施形態においては、下側ラム駆動系のイナーシャーが上側ラム駆動系のイナーシャーよりも小さいため、下側ラム130bは、上側ラム120よりも容易に速度が調整できる。そのため、プリプレグPPGの成形中におけるラム速度の調整がより容易となり、終端距離Stをさらに短くし、あるいは、終端速度Vtをさらに速くすることが可能となるので、成形されたプリプレグPPF中のボイドの量をさらに確実に低減することができる。この点において、第3実施形態は、第1実施形態および第2実施形態よりも好ましい。一方、第1実施形態および第2実施形態は、プレス装置の構成およびその制御方法をより簡単にすることができる点で、第3実施形態よりも好ましい。   Furthermore, in the third embodiment, since the inertia of the lower ram drive system is smaller than the inertia of the upper ram drive system, the speed of the lower ram 130b can be adjusted more easily than the upper ram 120. Therefore, it becomes easier to adjust the ram speed during molding of the prepreg PPG, and the terminal distance St can be further shortened or the terminal speed Vt can be further increased, so that the voids in the molded prepreg PPF can be reduced. The amount can be further reliably reduced. In this respect, the third embodiment is preferable to the first embodiment and the second embodiment. On the other hand, 1st Embodiment and 2nd Embodiment are more preferable than 3rd Embodiment at the point which can make the structure of a press apparatus and its control method simpler.

なお、一般的には、下側ラム130bの速度の調整をより容易にするためには、下側ラム駆動系のイナーシャーを上側ラム駆動系のイナーシャーよりも小さくすればよい。従って、第3実施形態のように、下側ラム駆動系を構成する各部130b,182b,183bのそれぞれが上側ラム駆動系を構成する各部120,140,150よりも小型である必要はない。また、必ずしも、下側ラム駆動系のイナーシャーを、上側ラム駆動系のイナーシャーよりも小さくする必要はない。但し、終端距離Stをさらに短くし、あるいは、終端速度Vtをさらに速くするため、下側ラム駆動系のイナーシャーを、上側ラム駆動系のイナーシャーよりも小さくするのが好ましい。   Generally, in order to make the adjustment of the speed of the lower ram 130b easier, the inertia of the lower ram drive system may be made smaller than the inertia of the upper ram drive system. Therefore, unlike the third embodiment, each of the parts 130b, 182b, 183b constituting the lower ram drive system need not be smaller than the parts 120, 140, 150 constituting the upper ram drive system. In addition, the inertia of the lower ram drive system is not necessarily smaller than the inertia of the upper ram drive system. However, it is preferable to make the inertia of the lower ram drive system smaller than the inertia of the upper ram drive system in order to further shorten the end distance St or further increase the end speed Vt.

D.変形例:
本発明は上記各実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
D. Variation:
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be implemented in various modes without departing from the gist thereof. For example, the following modifications are possible.

D1.変形例1:
上記各実施形態では、本発明を炭素繊維織物にマトリックス材を含浸したシートを積層したプリプレグPPGの成形に適用しているが、本発明は、このようなプリプレグPPGの成形の他、一方向に配列された炭素繊維の束にマトリックス材を含浸したシートを積層したプリプレグ、CFRTPの単層のシート、あるいは、マトリックス材の一部分のみに炭素繊維が含まれるシートやプリプレグの成形、もしくは、既に成形されたCFRTP素材の追加成形にも適用できる。なお、これらのプリプレグ、単層のシート、CFRTP素材等は、いずれも、成形の対象であるので、「被成形材」と総称することができる。
D1. Modification 1:
In each of the above embodiments, the present invention is applied to the molding of a prepreg PPG in which a carbon fiber fabric is impregnated with a sheet impregnated with a matrix material, but the present invention is applied in one direction in addition to the molding of such a prepreg PPG. A prepreg formed by laminating sheets of carbon fiber impregnated into a bundle of arranged carbon fibers, a single layer sheet of CFRTP, or a sheet or prepreg containing carbon fibers only in a part of the matrix material, or already molded It can also be applied to additional molding of CFRTP materials. Note that these prepregs, single-layer sheets, CFRTP materials, and the like are all objects of molding and can be collectively referred to as “materials to be molded”.

D2.変形例2:
上記各実施形態では、本発明をCFRTPの成形に適用しているが、本発明は、CFRTPのほか、強化繊維としてガラス繊維を用いたガラス繊維強化熱可塑性樹脂や、強化繊維として芳香族ポリアミド系樹脂の繊維を用いた繊維強化熱可塑性樹脂等、種々の繊維強化熱可塑性樹脂の成形に適用できる。
D2. Modification 2:
In each of the above embodiments, the present invention is applied to the molding of CFRTP. However, the present invention is not limited to CFRTP, but a glass fiber reinforced thermoplastic resin using glass fibers as reinforcing fibers, and an aromatic polyamide system as reinforcing fibers. The present invention can be applied to molding various fiber reinforced thermoplastic resins such as fiber reinforced thermoplastic resins using resin fibers.

D3.変形例3:
上記各実施形態では、本発明をCFRTPの深絞りに適用しているが、本発明は、深絞りのほか、スタンピング等の成形一般に適用することができる。なお、スタンピング等の成形を行う場合には、成形中の皺の発生を抑制するために金型200,300に設けられたブランクホルダー240、340は、省略することも可能である。
D3. Modification 3:
In each of the above embodiments, the present invention is applied to CFRTP deep drawing. However, the present invention can be applied to general forming such as stamping in addition to deep drawing. In the case of molding such as stamping, the blank holders 240 and 340 provided in the molds 200 and 300 in order to suppress generation of wrinkles during molding can be omitted.

10,10b…制御部
11,11b…駆動条件決定部
12,12b…速度検出部
13,13b…位置検出部
14,14b…トルク検出部
15b…圧力検出部
20a…油圧回路
21a…タンク
22a…電磁弁付リリーフ弁
23a…逆止弁
24a…コック弁
100,100b…プレス装置
110…フレーム
111…外殻板
112…内殻板
113…天板
114…シャフト固定部材
115…スラストベアリング
116…ブッシング
119…開口部
120…ラム
121…ラム本体
122…雌ねじ板
128…雌ねじ
129…孔
130…ボルスター
130b…ラム
131b…ラム本体
132b…圧力センサー
139b…孔
140…スクリュー
141…シャフト
142…大径部
143…雄ねじ
150…回転駆動部
151…プーリー
152…歯付ベルト
153…サーボモーター
160,160b…スライドガイド
170…バランサー
171,171a…バランスシリンダー
172,172a…シリンダーロッド
173…接続アーム
180b…送りねじ機構
181b…シャフト
182b…スクリュー
183b…プーリー
184b…歯付ベルト
185b…サーボモーター
189b…孔
191,191b…モーター制御部
192,192b…エンコーダー
200…上型
210…基部
218…空気孔
220…ダイ
228…凹部
229…空気孔
230…ダイ固定部
240…ブランクホルダー
249…凹部
250…シム
300…下型
310…基部
320…パンチ
321…凸部
330…ライナー
338,348…穴
340…ブランクホルダー
360…ばね押圧部
390…クッション
910…加熱装置
PPF,PPG…プリプレグ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10, 10b ... Control part 11, 11b ... Drive condition determination part 12, 12b ... Speed detection part 13, 13b ... Position detection part 14, 14b ... Torque detection part 15b ... Pressure detection part 20a ... Hydraulic circuit 21a ... Tank 22a ... Electromagnetic Relief valve with valve 23a ... Check valve 24a ... Cock valve 100, 100b ... Press device 110 ... Frame 111 ... Outer shell plate 112 ... Inner shell plate 113 ... Top plate 114 ... Shaft fixing member 115 ... Thrust bearing 116 ... Bushing 119 ... Opening 120 ... Ram 121 ... Ram main body 122 ... Female screw plate 128 ... Female screw 129 ... Hole 130 ... Bolster 130b ... Ram 131b ... Ram main body 132b ... Pressure sensor 139b ... Hole 140 ... Screw 141 ... Shaft 142 ... Large diameter part 143 ... Male screw 150: Rotation drive unit 151: Pulley 1 2 ... toothed belt 153 ... servo motor 160, 160b ... slide guide 170 ... balancer 171, 171a ... balance cylinder 172, 172a ... cylinder rod 173 ... connection arm 180b ... feed screw mechanism 181b ... shaft 182b ... screw 183b ... pulley 184b ... Toothed belt 185b ... servo motor 189b ... hole 191,191b ... motor control unit 192,192b ... encoder 200 ... upper mold 210 ... base 218 ... air hole 220 ... die 228 ... concave 229 ... air hole 230 ... die fixing part 240 ... Blank holder 249 ... Concavity 250 ... Shim 300 ... Lower mold 310 ... Base 320 ... Punch 321 ... Convex part 330 ... Liner 338, 348 ... Hole 340 ... Blank holder 360 ... Spring pressing part 39 ... cushion 910 ... heating device PPF, PPG ... prepreg

Claims (5)

熱可塑性樹脂のマトリックス材と強化繊維とを含む繊維強化熱可塑性樹脂の被成形材を成形する成形装置であって、
前記被成形材を前記マトリックス材の溶融点よりも高い温度に加熱する加熱装置と、
凹凸が形成された第1の金型と、
前記第1の金型の凹凸に対応した凹凸が形成された第2の金型と、
前記第1の金型が固定され、前記第1および第2の金型の相対的な位置関係を規定するラムと、前記第2の金型が上部に載置されるボルスターと、前記ラムを上方に押し上げるためのバランサーと、を有するプレス装置と、
を備え、
前記ボルスターは、前記プレス装置に対して固定されており、
前記バランサーは、作動流体を貯留するタンクと、前記作動流体により駆動されるバランスシリンダーとを有し、
前記バランスシリンダーの前記ラムが上方に移動する際に体積が縮小するシリンダー室から前記タンクへは、リリーフ弁を介して接続されており、
前記第1および第2の金型の温度は、前記マトリックス材の溶融点以下に設定されており、
前記プレス装置は、前記ラムを駆動することにより、前記第1および第2の金型の間に前記加熱装置により加熱された被成形材を挟み込んで前記被成形材を成形するように構成されており、
前記ラムは、前記被成形材の成形が終了する終端位置の近傍であって前記被成形材の成形が開始される成形開始位置側の終端近傍位置に、前記ラムが到達した時点におけるラム速度である終端速度が100mm/s以上となるように駆動される、
成形装置。
A molding apparatus for molding a fiber-reinforced thermoplastic resin molding material including a matrix material of thermoplastic resin and reinforcing fibers,
A heating device for heating the molding material to a temperature higher than the melting point of the matrix material;
A first mold formed with irregularities;
A second mold in which irregularities corresponding to the irregularities of the first mold are formed;
A ram that fixes the first mold and defines a relative positional relationship between the first and second molds, a bolster on which the second mold is mounted, and the ram A press device having a balancer for pushing up ,
With
The bolster is fixed with respect to the press device,
The balancer has a tank for storing a working fluid, and a balance cylinder driven by the working fluid,
The cylinder chamber whose volume is reduced when the ram of the balance cylinder moves upward is connected to the tank through a relief valve.
The temperatures of the first and second molds are set to be equal to or lower than the melting point of the matrix material,
The pressing device is configured to drive the ram so as to form the molding material by sandwiching the molding material heated by the heating device between the first and second molds. And
The ram has a ram speed at the time when the ram reaches a position near the terminal end on the molding start position side where the molding of the molding material is started, near the terminal position where the molding of the molding material is finished. It is driven so that a certain terminal speed is 100 mm / s or more.
Molding equipment.
熱可塑性樹脂のマトリックス材と強化繊維とを含む繊維強化熱可塑性樹脂の被成形材を成形する成形装置であって、
前記被成形材を前記マトリックス材の溶融点よりも高い温度に加熱する加熱装置と、
凹凸が形成された第1の金型と、
前記第1の金型の凹凸に対応した凹凸が形成された第2の金型と、
前記第1および第2の金型の相対的な位置関係を規定するラムを有するプレス装置と、
を備え、
前記第1および第2の金型の温度は、前記マトリックス材の溶融点以下に設定されており、
前記プレス装置は、前記ラムを駆動することにより、前記第1および第2の金型の間に前記加熱装置により加熱された被成形材を挟み込んで前記被成形材を成形するように構成されており、
前記ラムは、前記被成形材の成形が終了する終端位置の近傍であって前記被成形材の成形が開始される成形開始位置側の終端近傍位置に、前記ラムが到達した時点におけるラム速度である終端速度が100mm/s以上となるように駆動され、
前記ラムは、前記第1の金型が固定される第1のラムと、前記第2の金型が固定される第2のラムと、を有しており、
前記プレス装置は、前記第1のラムを駆動することにより前記ラムが前記終端位置に到達した時点以降において、前記第2のラムを前記第1のラムの移動に追随するように駆動する、
成形装置。
A molding apparatus for molding a fiber-reinforced thermoplastic resin molding material including a matrix material of thermoplastic resin and reinforcing fibers,
A heating device for heating the molding material to a temperature higher than the melting point of the matrix material;
A first mold formed with irregularities;
A second mold in which irregularities corresponding to the irregularities of the first mold are formed;
A pressing device having a ram defining a relative positional relationship between the first and second molds;
With
The temperatures of the first and second molds are set to be equal to or lower than the melting point of the matrix material,
The pressing device is configured to drive the ram so as to form the molding material by sandwiching the molding material heated by the heating device between the first and second molds. And
The ram has a ram speed at the time when the ram reaches a position near the terminal end on the molding start position side where the molding of the molding material is started, near the terminal position where the molding of the molding material is finished. It is driven so that a certain terminal speed is 100 mm / s or more ,
The ram has a first ram to which the first mold is fixed, and a second ram to which the second mold is fixed;
The pressing device drives the second ram so as to follow the movement of the first ram after the time when the ram reaches the end position by driving the first ram.
Molding equipment.
前記ラムは、前記成形開始位置におけるラム速度が前記終端速度の2倍以下となるように駆動される、請求項1または2記載の成形装置。 The ram, the ram speed in the forming start position are driven to be equal to or less than 2 times the terminal velocity, the molding apparatus according to claim 1 or 2 wherein. 前記終端近傍位置と前記終端位置との距離は、前記成形開始位置と前記終端位置との距離の1/5以下である、請求項1ないし3のいずれか記載の成形装置。 Distance between the end position and the end position near is 1/5 of the distance between the end position and the forming start position, the molding apparatus according to any one of claims 1 to 3. 前記プレス装置は、スクリュープレス装置であって、サーボモーターによりラムを駆動するサーボスクリュープレス装置である、請求項1ないしのいずれか記載の成形装置。 The press apparatus is a screw press apparatus, the servo motor is a servo screw press apparatus for driving a ram, molding apparatus according to any one of claims 1 to 4.
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