JP4980109B2 - プレス金型及びプレス成形方法 - Google Patents

Description

本発明は、流動性をもつ原料が所定形状の製品になるように挟み込まれて成形される成形空間を形成する雄型と雌型を備えたプレス金型及びこのプレス金型を用いるプレス成形方法に関する。

流動性をもつ原料が所定形状の製品になるように挟み込んでプレス成形するプレス加工方法が広く採用されている。このプレス加工方法では、流動性をもつ原料が挟み込まれて所定形状に成形される成形空間を形成する雄型と雌型を備えたプレス金型が使用される。この流動性をもつ原料の一つとしてスタンパブルシートが知られている。

スタンパブルシートとは、熱可塑性樹脂にガラス繊維などを混合した複合材料のシートであって成形加工前の半製品をいう。このスタンパブルシートをプレス加工するに際しては、スタンパブルシートをヒータ等で加熱して軟化した後、雄型と雌型との間に挟んだ状態でこれら雄型と雌型を接近させる。スタンパブルシートは、雄型と雌型に挟まれた空間（成形空間）内を隅々まで流動し、この空間の形状に倣った製品に成形される。

上記したスタンパブルシートはガラス繊維が混合されているので、このスタンパブルシートを加熱して軟化する際にその厚さは約３倍程度に膨脹し、加熱中のスタンパブルシートには空気が入り込む。従って、半溶融状態の樹脂をプレス加工する場合に比べて、スタンパブルシートをプレス加工するときには成形時の空気やガスの排出量が多い。このため、これら空気やガスを円滑に排出させることがスタンパブルシートの成形時における重要なポイントとなる。

また、スタンパブルシートは、原料自体の重量に５％程度のバラツキがある上、プレス金型（雄型と雌型）を閉じる（接近させる）ときに原料（スタンパブルシート）を流動させるというプレス成形の性質上、金型内に多めの原料を入れて余分な原料を成形時に外部に食み出させる（漏れ出させる）ことも重要なポイントである。この食み出した（漏れ出た）原料は「ばり」になる。この「ばり」は、後工程で取り除く必要がある。この「ばり」取りの工数は多大なものとなる。

この「ばり」取り作業を無くす（又は、容易にする）ために、所定の箇所（オーバーフローゲート）のみから原料を外部に漏れ出させて、この漏れ出た部分をシャーエッジで切断するようにしたプレス金型を使用する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平０９−２６７３４４号公報

しかし、上記した技術では、金型を完全に締め切った時点でも原料は流動性をもっており、上記のオーバーフローゲートから漏れ出た原料をシャーエッジで切断しても、その後に、オーバーフローゲートからは原料が漏れ出して「ばり」になるおそれがある。

本発明は、上記事情に鑑み、「ばり」取り作業が不要となるプレス金型及びプレス成形方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明のプレス金型は、流動性をもつ原料が所定形状の製品になるように挟み込まれて成形される成形空間を形成する雄型と雌型を備え、前記原料を前記成形空間に挟み込んで成形するときに前記成形空間から外部空間に漏れ出た前記原料が、成形後に前記製品を取り出すために前記雄型と前記雌型を離すことにより、該製品から切り離されるプレス金型であって、前記雌型が、前記成形空間を成す内壁面と、前記外部空間を成す外周面と、これら内壁面と外周面を繋いで設けられ、前記雄型と前記雌型を離したとき、前記成形空間内の製品の端部を押さえて製品を前記雌型と一体的に前記雄型から離間するための段差とを有し、前記雄型が、前記成形空間を成す側壁面と、前記外部空間を成す側壁と、該側壁に窪んで形成され、前記成形空間から前記外部空間に漏れ出た前記原料を保持する部分とを有することを特徴とするプレス金型である。

本発明のプレス金型は、前記雄型の前記側壁に窪んで形成された部分が、湾曲面から成っていてもよい。

本発明のプレス金型は、前記雄型が、前記側壁面と前記側壁とを繋ぐ段差を有していてもよい。

本発明のプレス金型は、前記雌型の前記内壁面に、前記外部空間の近傍部分に位置して、外方に向けて削った部分を形成し、該部分と前記外部空間を成す前記雌型の前記外周面とを繋ぐ段差部を設けてもよい。

本発明のプレス金型は、前記雄型の前記側壁に窪んで形成された部分が、前記雄型の前記雌型に対する離間方向に沿って内方に傾斜して形成されてもよい。

本発明のプレス金型は、前記雌型に設けられた段差が、（前記製品の板厚×前記原料の成形収縮率）以上（前記製品の外寸×前記原料の成形収縮率÷２）以下の範囲内であってもよい。

また、上記目的を達成するための本発明のプレス成形方法は、流動性をもつ原料が所定形状の製品になるように挟み込まれて成形される成形空間を形成する雄型と雌型を用い、前記原料を前記成形空間に挟み込んで成形するときに前記成形空間から外部空間に漏れ出た前記原料が、成形後に前記製品を取り出すために前記雄型と前記雌型を離すことにより、該製品から切り離されるプレス成形方法であって、前記雌型が、前記成形空間を成す内壁面と、前記外部空間を成す外周面と、これら内壁面と外周面を繋ぐ段差とを有し、前記雄型が、前記成形空間を成す側壁面と、前記外部空間を成す側壁と、該側壁に窪んで形成された部分とを有し、前記雄型と前記雌型を離したとき、前記雄型の前記側壁に窪んで形成された部分が、前記成形空間から前記外部空間に漏れ出た前記原料を前記雄型に保持し、前記雌型の前記段差が、前記成形空間内の製品の端部を押さえて製品が前記雌型と一体的に前記雄型から離間することを特徴とするプレス成形方法である。

本発明によれば、プレス成形後に製品を取り出すために雄型と雌型を離す場合、成形空間から外部に漏れ出た原料は製品から切り離される。成形空間から外部に漏れ出た原料は「ばり」となるので、「ばり」取り作業は不要となる。

本発明は、スタンパブルシートをプレス加工する際に使用されるプレス金型に実現された。

図１と図２を参照して、本発明のプレス金型の一例を説明する。

図１（ａ）は、雌型を示す斜視図であり、（ｂ）は、雄型を示す斜視図である。図２は、雄型と雌型の特徴的な部分を拡大して示す側面図である。図１では、雌型及び雄型に形成されている凹凸を誇張して示している。

プレス金型１０は、流動性をもつ原料（例えばスタンパブルシート１２（図３参照））が所定形状の製品になるように挟み込まれて成形される成形空間１４を形成する雄型２０と雌型３０を備えている。ここでいう成形空間１４とは、図３（ｃ）に示す状態のプレス金型１０によって形成される空間であって、製品の形とほぼ同じ形状の空間をいう。雄型２０には、スタンパブルシート１２がプレス加工に先立って載置される直方体状の載置台２２と、この載置台２２の下に連続して位置する下台２４と、これら載置台２２及び下台２４を支える基台２６が形成されている。載置台２２、下台２４、及び基台２６は一体として作製されたものであるが、別々に作製してもよい。

載置台２２の頂面（載置面）２２ａは長方形状であり、載置面２２ａには、この載置面２２ａよりも一回り狭い底面をもつ直方体状のスタンパブルシート１２が載せられる（図３（ａ）参照）。載置台２２の周面は側壁面２２ｂであり、この側壁面２２ｂと載置面２２ａは雌型３０の成形面（内壁面）３２と共に成形空間１４を形成する。即ち、側壁面２２ｂ、載置面２２ａ、及び成形面３２によって取り囲まれた空間が成形空間１４となる。側壁面２２ｂは、目的とする製品の形状に合わせて適宜の形状にされるが、ここでは、凹凸の無い平坦な側壁面２２ｂを示す。

下台２４は、載置台２２の底面よりも一回り広い頂面２４ａと、この頂面２４ａにつながる側壁２４ｂを有しており、側壁２４ｂには凹凸が形成されている。載置台２２の側壁面２２ｂと下台２４の頂面２４ａによって、段差２３が形成されている。この段差２３によって、成形空間１４に隣接する外部空間１６とこの成形空間１４との境界における開口１５が狭められる。なお、開口１５は、後述するように雌型３０の仕切面３４によっても狭まられている。

側壁２４ｂの凹凸は、図１（ｂ）と図２に示すように、頂面２４ａの周縁から下方に延びながら内側に向けて湾曲している湾曲面２４ｃと、湾曲面２４ｃの下端につながって下方に延びる平滑面２４ｄから構成されている。平滑面２４ｄは、載置台２２の側壁面２２ｂに平行である。平滑面２４ｄの下端は基台２６の頂面２６ａにつながっている。

雌型３０には、図１（ａ）と図２に示すように、直方体状の空間（この空間の一部が成形空間１４を構成する）の上面と外壁面を取り囲むように形成された成形面３２と、この空間の底面の周縁部に相当する位置にあって、成形面３２の下端に直交して広がる仕切面３４とが形成されている。成形面３２の下端部と仕切面３４とによって段差３６が形成されている。また、雌型３０には、仕切面３４の周縁から直角に折れ曲がって下方に延びる外周面３８が形成されている。図２及び図３（ｃ）に示す位置に雄型２０と雌型３０が位置するときは、雄型２０の湾曲面２４ｃと平滑面２４ｄは、雌型３０の外周面３８に対向しており、これら湾曲面２４ｃ、平滑面２４ｄ、及び外周面３８に囲まれた空間が外部空間１６となる。なお、雌型３０には、基台２６の頂面２６ａに向き合う底面３９も形成されている。

ここで、上記の段差３６を構成する仕切面３４の幅Ｗ（成形面３２の下端部からの突出量）について説明する。

仕切面３４の幅Ｗ（段差ともいう）は、（製品の板厚ｔ×スタンパブルシート１２の成形収縮率）以上であり、（製品の外寸Ｌ×スタンパブルシート１２の成形収縮率÷２）以下であることが好ましい。ここで、製品の板厚ｔは、成形空間１４と外部空間との境界における製品の厚さをいい、図３（ｅ）に示すｔであり、図２のＴ（成形空間１４の幅）よりも僅かに小さい。例えば成形収縮率が５／１０００、板厚ｔ、外寸Ｌがそれぞれ３ｍｍ、３００ｍｍの場合は、段差は０．０１５ｍｍ以上０．７５ｍｍ以下の範囲内であればよいが、成形型の加工性や磨耗等を考慮し、０．２ｍｍ以上０．５ｍｍ以下の範囲内とすることが好ましい。

図３と図４を参照して、プレス金型１０によるプレス加工方法を説明する。

図３（ａ）は、雄型に原料を載せた状態を示す側面図であり、（ｂ）は、雄型に載せられた原料に雌型が接近してやや押し潰した状態を示す側面図であり、（ｃ）は、原料が雄型と雌型に挟み込まれて成形され終わった状態を示す側面図であり、（ｄ）は、原料が製品に成形され終わって雌型を雄型からやや離した状態を示す側面図であり、（ｅ）は、成形後に雄型から雌型を離した状態を示す側面図である。図４（ａ）〜（ｅ）は、図３の（ａ）〜（ｅ）に対応させて成形空間と外部空間の境界とその近傍を拡大して示す断面図である。これらの図では、図１と図２に示す構成要素と同じ構成要素には同じ符号が付されている。

スタンパブルシート１２を所定形状（ここでは、直方体状の箱型）の製品にプレス加工するに際しては、先ず、スタンパブルシート１２を所定温度に予熱して軟化しておき、図３と図４の（ａ）に示すように、この軟化したものを雄型２０の載置面２２ａに載せる。この載せたスタンパブルシート１２の量は、製品１２’の量よりも多少多い。続いて、雌型３０をプレス機（図示せず）で雄型２０に接近させて、図３と図４の（ｂ）に示すように、スタンパブルシート１２を圧縮して成形し始める。これによりスタンパブルシート１２は流動して成形空間１４に倣うように成形される。この圧縮に起因して発生したガスやエアーは開口１５から外部空間１６に排出される。

雌型３０を雄型２０に更に接近させることにより成形空間１４が形成され、これにより、図３と図４の（ｃ）に示すように、スタンパブルシート１２が成形空間１４の端末まで流動して、余分な部分１３は開口１５から外部空間１６に漏れ出る。この状態では、製品１２’は完成しているが、製品１２’の端部には余分な部分１３（「ばり」になる部分）がつながったままである。製品１２’が十分に固まった後、雄型２０を動かさずに雌型３０を上昇させて雄型２０から離す。このように雌型３０を雄型２０から離す場合、図３と図４の（ｄ）に示すように、製品１２’の下端面の縁部が、雌型３０の仕切面３４に引っ掛かって雌型３０と共に製品１２’も上昇する。ここで、成形空間１４と外部空間１６の境界面においては、図２に明確に示されるように、外部空間１６の空間面積は成形空間１４の空間面積よりも狭くなっており、両空間１４，１６は狭い開口１５で接続されている（つながっている）。換言すれば、雄型３０と雌型２０には、成形空間１４に隣接する外部空間１６と成形空間１４との境界における開口１５を狭める段差２３，３６が形成されている。即ち、雌型３０には、雄型２０に向かって突出して境界面を形成する段差３６が形成されており、雄型２０には、雌型３０に向かって突出して境界面を形成する段差２３が形成されている。従って、図３と図４の（ｄ）に示すように、雌型３０を雄型２０から引き離す際に、余分な部分１３は狭い開口１５を通り抜けることができずに雄型２０の側壁２４bの湾曲面２４cに捕捉され、引っ張られて製品１２’から切り離される。

上記のようにして余分な部分１３が切り離された製品１２’には、図３と図４の（ｅ）に示すように、雌型３０を更に引き上げることにより雄型２０の拘束力が作用しなくなるので、製品１２’がやや収縮して、この製品１２’の下端面が仕切面３４から外れて製品１２’が落下する。これにより、製品１２’だけを取り出せることとなる。なお、仕切面３４の幅が狭すぎる（段差３６が小さすぎる）ときは、雌型３０が上昇したときに段差３６以上に収縮して、製品１２’が雌型３０と共に引き上げられずに雄型２０に残ったままとなって、製品１２’から余分な部分１３（「ばり」）が切断されないこととなる。この逆に、仕切面３４の幅が広すぎる（段差３６が多きすぎる）ときは、製品１２’が雌型３０と共に引き上げられて製品１２’から余分な部分１３（「ばり」）が切断されるものの、製品１２’の下端面が仕切面３４から外れずに製品１２’が落下しないこととなり、製品１２’を雌型３０から取り外せない。

図５を参照して、プレス金型の他の例を説明する。

図５は、プレス金型の他の例を示す断面図である。

他の例のプレス金型６０では、雄型２０は、図１等に示す雄型２０と同一形状であるが、雌型４０は、図１等に示す雌型３０とは異なる形状である。この雌型４０の特徴は、開口１５を形成するために、雌型４０のうち開口１５になる近傍部分４２を削った点にある。この近傍部分４２を削ることにより、図２等に示す段差３６に相当する段差４４を形成している。このように雌型４０の一部を削ることにより製品６１’の外周端部は外側に広がることとなるが、雌型の改造は容易にでき、改造に伴う費用の発生を最小限に抑制できる。

図６を参照して、プレス金型のさらに他の例を説明する。

図６は、プレス金型のさらに他の例を示す断面図である。

更に他の例のプレス金型７０では、図１等に示す外部空間１６を下方になるほど深く（広く）なるようにした外部空間７１に特徴がある。このような外部空間７１を形成するために、その内側に向かって凹となった雄型５０を作製した。外部空間７１は下方に行くほど広いので、切断された余分な部分１３は外部空間１６の同じ場所にとどまらなくなって「ばり」の除去が容易となる。二点鎖線で示す余分な部分１３は、実線で示す余分な部分１３が落下している状態を示す。

なお、上記した各例では、雄型と雌型で形成する成形空間と外部空間との境界面及びその近傍の全周にわたり（一周にわたって）仕切面３４や側壁２４ｂの凹凸などを形成したが、これらを部分的に形成して、残りの部分では、開口１５を狭くしても良く、この場合は、「ばり」を製品全周で連続させないようにすることができるので、切断後の「ばり」が極めて容易に落下する。

（ａ）は、雌型を示す斜視図であり、（ｂ）は、雄型を示す斜視図である。 雄型と雌型の特徴的な部分を拡大して示す側面図である。 （ａ）は、雄型に原料を載せた状態を示す側面図であり、（ｂ）は、雄型に載せられた原料に雌型が接近してやや押し潰した状態を示す側面図であり、（ｃ）は、原料が雄型と雌型に挟み込まれて成形され終わった状態を示す側面図であり、（ｄ）は、原料が製品に成形され終わって雌型を雄型からやや離した状態を示す側面図であり、（ｅ）は、成形後に雄型から雌型を離した状態を示す側面図である。 （ａ）〜（ｅ）は、図３の（ａ）〜（ｅ）に対応させて成形空間と外部空間の境界とその近傍を拡大して示す断面図である。 プレス金型の他の例を示す断面図である。 プレス金型のさらに他の例を示す断面図である。

符号の説明

１０ プレス金型
１２ スタンパブルシート
１４ 成形空間
１６ 外部空間
２０ 雄型
２３、３６ 段差
３０ 雌型

Claims (7)

1. 流動性をもつ原料が所定形状の製品になるように挟み込まれて成形される成形空間を形成する雄型と雌型を備え、前記原料を前記成形空間に挟み込んで成形するときに前記成形空間から外部空間に漏れ出た前記原料が、成形後に前記製品を取り出すために前記雄型と前記雌型を離すことにより、該製品から切り離されるプレス金型であって、
   前記雌型が、前記成形空間を成す内壁面と、前記外部空間を成す外周面と、これら内壁面と外周面を繋いで設けられ、前記雄型と前記雌型を離したとき、前記成形空間内の製品の端部を押さえて製品を前記雌型と一体的に前記雄型から離間するための段差とを有し、
   前記雄型が、前記成形空間を成す側壁面と、前記外部空間を成す側壁と、該側壁に窪んで形成され、前記成形空間から前記外部空間に漏れ出た前記原料を保持する部分とを有する
   ことを特徴とするプレス金型。
2. 前記雄型の前記側壁に窪んで形成された部分が、湾曲面から成る請求項１に記載のプレス金型。
3. 前記雄型が、前記側壁面と前記側壁とを繋ぐ段差を有する請求項１又は２に記載のプレス金型。
4. 前記雌型の前記内壁面に、前記外部空間の近傍部分に位置して、外方に向けて削った部分を形成し、
   該部分と前記外部空間を成す前記雌型の前記外周面とを繋ぐ段差部を設けた請求項１から３の何れか１項に記載のプレス金型。
5. 前記雄型の前記側壁に窪んで形成された部分が、前記雄型の前記雌型に対する離間方向に沿って内方に傾斜して形成された請求項１に記載のプレス金型。
6. 前記雌型に設けられた段差が、（前記製品の板厚×前記原料の成形収縮率）以上（前記製品の外寸×前記原料の成形収縮率÷２）以下の範囲内であることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載のプレス金型。
7. 流動性をもつ原料が所定形状の製品になるように挟み込まれて成形される成形空間を形成する雄型と雌型を用い、前記原料を前記成形空間に挟み込んで成形するときに前記成形空間から外部空間に漏れ出た前記原料が、成形後に前記製品を取り出すために前記雄型と前記雌型を離すことにより、該製品から切り離されるプレス成形方法であって、
   前記雌型が、前記成形空間を成す内壁面と、前記外部空間を成す外周面と、これら内壁面と外周面を繋ぐ段差とを有し、
   前記雄型が、前記成形空間を成す側壁面と、前記外部空間を成す側壁と、該側壁に窪んで形成された部分とを有し、
   前記雄型と前記雌型を離したとき、
   前記雄型の前記側壁に窪んで形成された部分が、前記成形空間から前記外部空間に漏れ出た前記原料を前記雄型に保持し、
   前記雌型の前記段差が、前記成形空間内の製品の端部を押さえて製品が前記雌型と一体的に前記雄型から離間する
   ことを特徴とするプレス成形方法。

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