JPH04448B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ スチレンを有するポリエステル樹脂とガラス
繊維を包含するシート状成形コンパウンドのため
の圧縮成形装置において、 上部可動プラテン１４に取り付けられた可動上
型１２と； 下部固定台１８に取り付けられた固定下型１６
と； 上記可動上型１２と固定下型１６は、それらが
閉じた時に一緒になつて摺動可能に組み合う相補
的垂直面２０，２２を有しており； 上部固定プラテン２６と上部可動プラテン１４
との間に連結された第１アクチユエータ２４であ
つて、該第１アクチユエータ２４は、可動上型１
２を、固定下型１６がシート状成形コンパウンド
４４を固定下型１６の上に置くに充分なだけ間隔
を置く上方位置と、可動上型１２が固定下型１６
上のシート状成形コンパウンド４４を押圧する下
方位置との間で移動させ； 固定下型１６の周囲に第一水平面を設ける固定
部材７２と； 可動上型１２から離れているがこれを囲んでい
る垂直可動リング部材６４であつて、該垂直可動
リング部材６４は第一水平面７２と対向した第二
水平面７４を包含し； 第一又は第二水平面７２，７４の少なくともい
ずれか一方の上の弾性シール７３と； 可動リング部材６４に連結され、可動上型１２
の側壁と密閉係合を形成するに充分な距離にわた
つて水平に延びているワイパーシール７０と； 可動上型１２と上部可動プラテン１４が部分的
に閉じた位置に移動し、金型キヤビテイ４６を囲
んで密封真空チヤンバ４７を形成するときに、第
二水平面７４を第一水平面７２に向けて移動させ
てそれらの間にエアシールを形成する、可動リン
グ部材６４に連結された第２アクチユエータ６８
と； 各々が少なくとも真空チヤンバ４７と同じ大き
さの容積を有する複数のタンク５８と； 上記タンク５８内を真空にするための真空ポン
プ手段５６と； 真空チヤンバ４７と複数のタンク５８を連結す
るための管路５０と； 上記複数のタンク５８を真空チヤンバ４７に対
し連続的に開閉して、真空チヤンバ４７を密封し
た後12秒以内であつてかつ可動上型１２がシート
状成形コンパウンドと接触する前に、178mm
（7in）の水銀絶対値の真空を形成するための弁手
段６２とを有し； 真空チヤンバ２４が排気された後に、第１アク
チユエータ２４が可動上型１２を下方位置に移動
させることを特徴とする圧縮成形装置。

２ 上記ワイパーシール７０が、上記可動上型１
２の外部との拭き取り密封係合するための拭き取
りシールを包含する請求項１記載の圧縮成形装
置。

３ 上記垂直可動リング部材６４が、垂直に延び
た部分を含むほぼＬ字形の断面を有し、上記拭き
取りシールが、上記リングの垂直に延びている部
分に取り付けられている請求項２記載の圧縮成形
装置。

４ 上記管路５０が、上記可動上型１２と固定下
型１６が閉じた後に、真空チヤンバを大気に露出
させる大気弁を有している請求項１記載の圧縮成
形装置。

明細書 本発明は、圧縮成形装置、さらに詳しくは、ス
チレンを有するポリエステル樹脂とガラス繊維を
包含するシート状成形コンパウンドのための圧縮
成形装置に関する。

繊維強化熱硬化樹脂材料の成形品は、その商品
としての使用が増加の一途を辿つている。かかる
成形品は金型に装入した、樹脂と強化繊維の混合
物を圧縮することによつて普通には製造される。
金型は成形機内に装着される、全体としてダイセ
ツトと呼ばれる２個以上の部品、すなわち型から
一般には構成される。金型の個々の型を相互に接
近させると、かかる型は成型品の形をした金型キ
ヤビテイを形成する。金型は樹脂材料を加熱、硬
化させて熱硬化状態にする、結合された加熱装置
を有する。この種成形技術でごく普通に使用され
ている材料は、ガラス、ポリアミド、炭素繊維な
どの強化用繊維を含む樹脂である。樹脂材料は、
又１つ以上の固体粒子状充填材を包含する。一般
に、かかるコンパウンドは室温では比較的粘性に
富んでいるが、熱硬化剛性状態に設定した熱金型
を介して加熱するとすぐに硬化する。

樹脂材料は、取扱の便宜上、成形コンパウンド
のシートに成形されるのが普通であり、かかるシ
ートを数枚積重ねたものが、所定の形に成形され
る完成品よりも大きな厚みを有する装填材料であ
る。かかる装填材料を金型の下型の上に載せ、つ
いで金型を介して加圧すると共に、ゆるやかに加
熱するとすぐに、シート状成形コンパウンドは流
動して金型キヤビテイを充填する。

上記成形技術を使用して製造された成形品は、
形の複雑なことがよくあり、しかも種々のリブ、
ボスなどの突起物、つまり複雑な寸法形状のもの
が含まれているので、金型は、その全体が成形コ
ンパウンドによつて同時に充填されるということ
はない。充填速度が、金型内で同一でないことに
起因して、空気が成形品の内部に閉じ込められ、
そのため相当な多孔度をもつた成形品が製造され
ることになる。充填が均等に行われないため、成
形コンパウンドの構成成分の金型内での分散が不
充分になる。多孔度及び特に、強化用繊維の不均
等分散に起因して、表面欠陥が生じる。シート状
成形コンパウンドの層と層との間に空気が閉じ込
められても、上述の表面欠陥と耐久性の欠除とを
招く。

種々の異なる理由から、成形品の表面欠陥は望
ましいものではない。先ず、組立体の一員として
の成形品を、他の部品と不都合なくとけ合うよう
にするため、成形品は、その多くが塗装金属表面
に共通して施されるような、滑めらかにして、光
沢ある仕上げを受入れ可能なものでなければなら
ない。次に、上記表面欠陥と過剰な多孔度とをも
つ成形品は、最終仕上げの前にかかる欠陥を補修
するため、余分の労力を費して行う作業が必要で
ある。かかる余分の作業段階が加わるため、余分
のコストが相当にかかり、それによつて通常の金
属プレス加工法や溶金鋳造法に比肩し得るシート
状成形コンパウンド成形品の能力が減殺されるこ
とになる。

表面多孔度を減少させ、かつ成形したままの成
形品の平滑度を増すための方法の一つが、ライン
フオースドプラスチツク コンポジツト インス
チチユート（Reinforced Plastic Composite
lnstitute）刊の「第33回アニユアルテクニカルコ
ンフアレンス、1978年（The 33rd Annual
Technical Conference、1978）」の第９−下節、
第１頁乃至第７頁に記載されている。ゴルブチ
（Gorsuch）及び他の執筆による上記報文には、
浅絞りタイプのシート状成形コンパウンドの圧縮
成形を、成形期間中、金型キヤビテイを真空に引
くことによつて行う一つの試みが記載されてい
る。この報文の執筆者達は、成形に関する問題は
改善された面がある反面、「…しかしながら、同
時に、表面粗さと肉眼で見ての多孔度の、一般に
受容できる程の増加が…」認められたと報告して
いる。この論文は、シート状成形コンパウンド技
術の専問家によつて堅持されてきた意見、すなわ
ち真空の作用下で行う成形法は平滑で非孔質の表
面構造を得るには不適当な技術であるという見解
を示唆している。

平滑面を有する成形品を圧縮成形法により製造
する方法は商業的に成功を収めているが、この製
造法は平滑にして、気孔のない表面を得るため、
金型から取出さずに、成形ずみ成形品に被覆を施
すという概念に基づいている。

かかる技術と、同技術に使用して有用なコンパ
ウンドの代表例とが、米国特許第4081578号に開
示されている。この特許には、表面欠陥をなくす
ため、完全に硬化してしまつた圧縮成形品、又は
射出成形品に被覆を施す方法が記載されている。
この方法は、成形品がまだ金型内に保持されてい
る間に、被覆を施すべきかかる成形品の表面に硬
化可能な熱硬化性の被覆用コンパウンドを被覆す
る工程を含んでいる。金型中の成形品に被覆を施
した後、金型を閉じ、この熱硬化性被覆に充分な
圧力を加えて上記被覆用コンパウンドが被覆され
た成形品の表面を概して一様に覆つて該表面に浸
透するようにする。熱硬化性材料の射出成形は熱
金型を使用して行われるので、金型中に蓄えられ
ている熱は被覆用コンパウンドを硬化させ、この
被覆用コンパウンドをその下に横たわる処理さる
べき表面に接着させるために使用される。こうし
て出来た被覆成形品を金型から取出す。被覆を施
すことによつて、気孔や空洞が充填され、概して
平滑な表面をもつた成形品が得られることにな
る。

上述の被覆技術を使用すれば、成形品のもつ欠
陥を覆い隠くした、平滑な成形表面が一般には得
られるけれども、かかる解決法を取る限り、成形
品を金型中に残すことが必要であり、しかも被覆
を施すという第２の操作が必要になる。成形品に
対して余分の操作を行わなければならないという
ことは貴重な機械占有時間を浪費することである
し、このことは又単一金型を使用して獲得可能で
あつた生産量を減少させることにもなる。その
上、この種技術に依存する限り、被覆すべき成形
品の表面に被覆が不都合なく接着されるように
し、しかもかかる被覆が被覆すべき表面の気泡に
対し相容性を有すると共に、かかる気泡を充填可
能とするためには、高度に複雑な被覆技術を使用
しなければならない。その上、この技術を使用す
る限り、被覆が処理すべき表面を均等に覆うよう
に適正な用量の被覆用コンパウンドを成形金型内
に正しく分散させるためには、高度に複雑な被覆
塗布機構が必要である。

要約すると、本発明によれば、肉眼で見ての多
孔度や表面粗さを実質的に増大させることなく、
シート状成形コンパウンドを真空の作用下で成形
することのできる方法及び装置が開発されたので
あつて、それによれば塗装などの仕上げを施すこ
とが可能であるのみならず、余分の仕上げ段階、
つまり金型内で、又は金型から取出して行う被覆
作業を何ら必要とせずに製造することが可能であ
る満足な成形品が得られる。

本明細書には、シート状成形コンパウンドに本
発明に使用される真空を適当に作用させることに
より、上記コンパウンド中の樹脂に含まれている
揮発性成分の揮発による損失を最少限にする装置
が開示されている。

添付図面について説明する。

第１図は本発明の方法を説明する工程系統図で
ある。

第２図は圧縮成形に先立ち、シート状成形コン
パウンドを装填した、開いた金型の断面図であ
る。

第３図は部分的に閉じた、排気位置にある第２
図の金型の側断面図である。

第４図は完全に閉じた、圧縮成形位置にある第
３図の金型の側断面図である。

第５図は本発明を実行する上で有用な、金型キ
ヤビテイを排気する装置を示す略線図である。

第６図は金型キヤビテイを密封する装置を示
す。

第２図乃至第４図は、本発明の工程を実行する
過程で使用される一連の成形操作のうち、主要段
階を描いたものである。圧縮成形用金型１０は、
上部可動プラテンに装着された可動上型１２と、
下部固定台１８に装着された固定下型１６とを有
する。

上型１２と下型１６は対になつていて、型の閉
じた位置において、金型を形成する。対の上型１
２及び下型１６は、入れ子方式で嵌め合わされる
時は対の垂直面２０及び２２にそつて滑動可能で
あつて、第３図に示す半ば閉じた位置から第４図
に示す完全に閉じた位置まで移動する。

上型１２は、油圧アクチユエータ、又は空気圧
アクチユエータなどのアクチユエータ装置の作用
を受けて、固定下型１６に対して垂直に移動す
る。かかるアクチユエータ装置は、上部固定プラ
テン２６に取付けられていて、上部可動プラテン
１４に取付けられた１個乃至数個のラムを介して
作動する。上型１２とこれに結合された可動プラ
テン１４は、上型と下型とを整合関係に維持す
る、垂直な固定案内部材２８にそつて、垂直に移
動する。案内部材２８の下端は、下部固定台１８
に強固に取付けられている。

上型１２及び下型１６は、かかる型と結合した
真空シール装置３０を有する。第２図乃至第４図
に示すように、上記真空シール装置の、上型１２
に取付けられている部分はＬ形ブラケツト部材３
２を包含し、このブラケツト部材は上型１２に取
付けられた垂直脚部３４と、上型１２から、上型
に対して垂直外方に延びる水平脚部３６とを有す
る。このＬ形ブラケツト部材３２は固着管状部材
３８を有する。真空シール装置３０の下部は、下
型１６から、下型に対して垂直外方に延びる垂直
配線の棚部材４０と、この棚部材に載設された光
頭突起状ビード４２とを包含する。このビード４
２は、型が完全に閉じて金型１０内の金型キヤビ
テイ４６が部分として含まれる密封真空室４７を
形成するに至る前に、第３図に示す中間位置にお
いて、管状部材３８と係合可能である。管状部材
３８の直径は、成形コンパウンド４４が流動して
金型を充填するに至る前に真空シールを形成する
に充分な大きさであるが、真空シールに充分な行
程を許容するに足る大きさであり、従つて型は真
空シールを損傷せずに完全に閉じることが可能で
ある。

シート状成形コンパウンド４４の一片が、型が
完全に開いている時、型の片方の上、又は型の中
に装填される。型を閉じて上型１２と下型１６
が、第４図に示す、閉じた圧縮成形位置になる
と、上型と下型との間に形成された金型キヤビテ
イ内に装填されていたシート状成形コンパウンド
４４はゆるやかに押広げられて、この金型キヤビ
テイ４６を充填する。

圧縮成形技術に共通することであるが、シート
状成形コンパウンド中に含まれている樹脂を硬い
熱硬化状態にするに充分なエネルギを得るため、
型を蒸気、オイルなどの加熱装置によつて加熱す
る。

第１図に示すフローダイヤグラムを参照して説
明する。どんな圧縮成形工程を行うにしても、ま
ず最初に取るべき段階は、適当な成形機と共に、
型と硬化基材とを準備することである。そのため
の成形機としては、金型を閉じた時、シート状成
形コンパウンド（SMC）を金型キヤビテイ内に
行きわたらせるに必要な圧力が印加可能なものを
使用する。圧縮成形工程は、一般には、型が開い
た位置にある段階５０から出発する。この段階に
おいて、金型は、普通には一枚以上のシートとし
て装填される所定量のシート状成形コンパウンド
を、金型の上型と下型との間に装入する（段階５
２）に充分な間隔が設けられている状態にある。
金型に装填される成形コンパウンドは、方形に造
形する必要はなく、上から見て犬の骨に似た形を
していても、或は型の中を流動する成形材料が描
くような別の形をしていてもよい。造形装填材料
がよく使用されるが、これは装填材料から流出す
る成形コンパウンドが金型の外部に到達するまで
にかかる時間を等しくするためである。

次に、金型１０が閉じられ、型は真空シール装
置３０が係合状態になり、しかも金型の内部キヤ
ビテイ４６が真空室４７の一部として大気から実
質的に密封されている排気位置に到達する。これ
が段階５４である。この排気位置には、上型１２
がSMCと接触する前に到達する。本発明を実施
する場合、SMCの可塑性流れは真空室４７内に
維持されている実質的に減圧された環境中に主と
して存在していることが望ましい。

段階５６において、真空室４７は排気されて、
所定の動作圧に達する。一般に、金型キヤビテイ
内の圧力は、水銀柱約178ミリメートル（７イン
チ）絶対圧以下に、シート状成形コンパウンドを
硬化させる最終成形工程に先立ち減圧される。シ
ート状成形コンパウンドは、溶媒、反応体、架橋
剤、触媒などとして使用される若干量の低分子量
モノマー材料、又はポリマー材料を含んでいるこ
とが多いため、シート状成形コンパウンドを硬化
させる工程に先立ちかかるコンパウンドが減圧に
暴露される時間を最少限にすることが望ましい。
減圧に暴露される時間を最少限にすれば、シート
状成形コンパウンドの母材から減圧作用により引
出される低分子量成分の量も当然最少限になる。
低分子量成分を減圧大気中で気化させることは周
知の事実であり、従つてこれ以上詳しく論じる必
要はない。特に、低い収縮性を有するポリエステ
ル材料は、主成分としてのポリエステル反応体及
び熱可塑性材料に加えて、若干量のスチレンモノ
マーを含んでいる。過剰な量のスチレンが成形品
の表面から引出されると、成形品は肉眼で見ての
多孔度を増したり、変色する恐れを生じたりす
る。従つて、ポリエステルを使用する場合、真空
室の排気時間は20秒を超えぬように制限すること
が望ましい。

金型を適当に排気して金型内の圧力を水銀柱約
178ミリメートル（約７インチ）絶対圧以下に減
圧した後型を閉じ、シート状成形コンパウンドを
押広げて金型キヤビテイに充填させる段階５８の
硬化位置に型をもたらす。

成形機は、圧力がシート状成形コンパウンドの
すみからすみまで一様に行きわたるように型に圧
力を加え続けて、段階６０の間、型を閉じた硬化
位置に維持する。硬化して熱硬化性材料になる熱
硬化性樹脂の成分間に化学反応を起させるため、
型は加圧と同時に加熱される。こうして、熱硬化
性樹脂は団結し、繊維強化材を強固な団結状態に
保持する。

型が第４図に示すように完全に閉じてしまえ
ば、真空室４７内の圧力は大気圧に戻されるが、
それは成形材料が押広げられて金型キヤビテイを
完全に充填してしまえば、真空はもはや不要であ
り、実はむしろ有害となるからである。

金型キヤビテイ４６、真空室４７及び結合され
た真空装置４８の略線図である第５図を参照して
説明する。真空装置は真空貯蔵タンク、真空ポン
プ、複数個の弁から成る。第５図の金型キヤビテ
イ４６は、第３図と第４図に示すような金型が真
空室４７内に配設されているところを略図で描い
たものである。この真空室４７はその内部から発
する真空管路５０を有する。真空管路５０はこの
管路５０に取付けられた大気暴露弁５４を有し、
この大気暴露弁は大気中の空気を（真空管路中に
設けられた）上記大気暴露弁に流入させる第１の
開いた位置と、空気が大気中から真空管路の中に
流入するのを阻止する第２の閉じた位置とに切換
えて動作可能である。

制御弁５４が、真空貯蔵タンク５８の結合され
た真空ポンプ５６と大気暴露弁５２との間で、真
空管路５０中に設けられている。開いた位置で、
制御弁５４は、真空ポンプ５６とこれに結合され
た真空貯蔵タンク５８とを、真空管路５０に接続
する。閉じた位置で、制御弁５４は、真空ポンプ
５６とこれに結合された真空貯蔵タンク５８と
を、真空系の残余から遮断する。

管路中に配設された第２の制御弁を有する第２
の真空管路６０を介して、３個の真空貯蔵タンク
５８が第１の真空管路５０にそれぞれ個別に接続
されている。開いた位置で、この第２の制御弁６
２は、第２の真空管路６０を、この管路に結合さ
れた真空貯蔵タンク５８の中に存在している真空
に露出させる。閉じた位置で、この第２の制御弁
６２は、この結合された真空貯蔵タンク５８を、
この真空系の残余から遮断する。

真空ポンプ５６は、真空管路５０の末端に恒久
的に接続されている。本発明で使用を考えている
真空ポンプは、オイルシール付きで、水冷方式の
回転羽根式容積形ポンプである。かかるポンプは
当該技術分野で周知の標準タイプのものである。
他のタイプの真空ポンプも又使用可能なことは言
うまでもない。

使用の真空貯蔵タンク５８は標準の水タンク、
又はプロパンガス用タンクであつてよいが、かか
るタンクは真空室４７の内部が排気されて水銀柱
約178ミリメートル（７インチ）の絶対圧になつ
ている時大気圧に充分耐え得る強度を有するもの
とする。

金型キヤビテイを排気する装置（第５図）の動
作について説明する。金型１０が第３図に示す排
気位置にあり、しかも真空シールを備えていると
き、大気暴露弁５２は閉じ真空管路５０に接続さ
れた制御弁５４は開いて金型キヤビテイの内部を
真空ポンプ５６のポンプ作用にさらす。真空貯蔵
タンク５８に結合された制御弁６２が、たとえば
約１秒乃至４秒の短い時間、開き、次に閉じ、真
空室４７中に含まれていた相当量の空気を取込み
上記真空貯蔵タンクに閉じ込める。第２の真空貯
蔵タンク５８に結合された制御弁６２が約１秒乃
至４秒の間開き、真空室４７に含まれている残余
の大気の相当部分を引出して上記第２の真空貯蔵
タンクの中に取込む。この時、上記第２の制御弁
は閉じ第３の制御弁が開き、真空室４７をこの第
３の制御弁に結合された第３の真空貯蔵タンクへ
の迅速排気作用にまかせる。上記３個の真空貯蔵
タンクが順次開いてしまつてから後も、真空ポン
プは金型キヤビテイ４６が所定の減圧に達する迄
尚も排気も続ける。この減圧状態に到達した時、
型は閉じて第４図に示す圧縮成形位置、つまり成
形品を成形する位置に到達する。この完全に閉じ
た位置に金型１０が到達してしまうと、真空管路
に接続されている第１の制御弁５４は閉じて真空
ポンプとこれに結合された真空貯蔵タンクとを真
空系から遮断すると共に、大気暴露弁５２は開い
て大気圧にある空気を真空室４７の中に流入させ
る。真空管路に接続されている第１の制御弁５４
が閉じてしまうと、真空貯蔵タンク５８に結合さ
れている、３個の制御弁６２は開き真空ポンプ５
６は次の成形サイクルに備えて３つの真空貯蔵タ
ンクを排気して空にする。

一般に、使用すべき真空貯蔵タンクの容積は、
型が排気位置にある時の金型キヤビテイの容積に
依存する。排気すべき真空室と略等しい容積を有
する真空貯蔵タンクを使用すれば、排気しつつあ
る真空貯蔵タンクを排気系に露出させる度毎に約
１／２の比率で真空室内の圧力を減ずることが可能
である。従つて、３個の真空貯蔵タンクを使用す
ることによつて、金型キヤビテイ内の圧力をおよ
そ３秒乃至12秒で当初の圧力の約1/8に減圧する
ことが可能である。もつと大きく減圧する必要が
あれば、より大きな容積の真空室を使用するか、
それともより多くの数の真空室を使用すればよ
い。

所望の圧力を達成するため真空室から排出すべ
きガス量を減らすための別法は、金型キヤビテイ
の内容積を減ずることである。真空シール装置３
０が型の周縁にそつて配設されているため、真空
シール内に含まれている真空室の容積は相当な量
になる。これは特にその通りであつて、シールの
形と金型の上におけるシールの位置とに関して若
干の妥協が必要となる成形機の中で機能し得るよ
うな形にシールを造形しなければならないことを
考えれば明らかである。圧縮作用を受けない真空
室の部分は、その全部又は一部を、独立気泡フオ
ーム材料で充填することが可能であり、こうする
ことによつて排気サイクル中に排気すべき容積が
有効に減少する。

第５図から明らかなように、図示の排気系には
３個の真空貯蔵タンクが使用されている。より多
数の真空貯蔵タンクを必要に応じて使用すること
もできるが、約４個乃至５個を超える数の真空貯
蔵タンクを使用すれば真空室を排気するため相当
数の操作が必要になり、又３個以上の真空貯蔵タ
ンクを使用することは生産上の見地から一般に好
ましくない。金型キヤビテイ内の排気すべき空所
に等しい容積の真空貯蔵タンクを唯一個だけ使用
すれば圧力を1/2の比率で減少させることができ
るに過ぎないけれども、かかる真空貯蔵タンクを
複数個使用すれば、不当に複雑な機械装置や制御
機構を用いずに、真空室を所望通り迅速に排気し
得ることが分かつた。

第６図において、上型１２の外面は平滑にして
平行な状態に仕上げられている。可動リング６４
が、成形機のフレーム（図示せず）に取付けられ
た空気圧シリンダ６８から半径方向内側に延びる
水平アーム部材６４に装着されている。この可動
リング６４は、上型１２の側壁に接触するような
位置に配設されたワイパーブレード兼用シール７
０を有する。下型は、その外表面に、型壁から外
側に垂直に延びる１つのフランジを備えた（断面
が）Ｌ形のカラー７２が取付けられている。この
カラー７２の上表面には、シリコンチユーブなど
のストリツプ状のチユーブ７３が載設されてい
て、この載設位置において上記チユーブ７３は可
動リング６４の水平に延びるフランジ７４と接触
する。型が閉じて排気位置に達すると、フランジ
７４はチユーブ７３と接触する。

種々の変更および修正を本発明の精神と範囲に
もとることなく実行できることは、当業者にとつ
て明らかである。本発明は、以上述べた例示とし
ての実施態様に限定されるものではないと解すべ
きである。