| 研究課題/領域番号 |
20K04212
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| 研究機関 | 日本工業大学 |
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研究代表者 |
村田 泰彦 日本工業大学, 基幹工学部, 教授 (00200303)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | プラスチック / 射出成形 / 金型 / 加熱・冷却ハイブリッド成形 / 赤外線ヒータ / 輻射加熱 / 炭素繊維強化熱可塑性シート |
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| 研究実績の概要 |
炭素繊維強化熱可塑性樹脂CFRTPシートを、シートの融点以上に金型を加熱しながら圧縮成形した後に、圧縮成形品上にリブ等の立体形状を射出成形により付加し、高い比強度に加えて、良好な外観品質を有した複雑立体形状のプラスチック成形品を成形する加熱・冷却ハイブリッド射出成形法が提案されている。しかし、本成形法では、シートへの金型キャビティ面形状の転写をはじめとする成形加工現象の系統的な解明が遅れており、成形品の形状や外観に不良が発生した際に、抜本的な対策がはかれないことが問題となっている。そこで、本研究では、赤外線ヒータを用いたCFRTPシートと金型キャビティ面の同時輻射加熱により、簡易的に加熱・冷却ハイブリッド射出成形が実施できる新規金型を設計・製作すること、そして、本金型を用いて、各種センサによる温度・圧力計測を援用しつつ、上記成形加工現象を系統的に解明することを目的としている。令和2年度は、炭素繊維強化熱可塑性樹脂CFRTPシートと立体キャビティプレートを同時に加熱することができるシートインサート機構と、リブやボス等の複雑な立体形状が設けられたキャビティ入れ子の設計・製作を行った。そして、上記シートインサート機構とキャビティ入れ子が組み込まれた金型と、遠赤外線ヒータとを用いて試運転を行い、ハイブリッド成形品が成形できることを確認した。また、立体キャビティプレートとCFRTPシートの加熱温度や圧縮成形完了から射出までの経過時間によって、CFRTPシート表面に欠陥が生じることが明らかとなった。さらに、立体キャビティプレート内とシート表面に素線熱電対を設置して、成形工程の温度変化を計測することにより、上記欠陥の発生原因を考察した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
令和2年度は、(1)CFRTPシートを立体キャビティプレートごと加熱できるシートインサート機構と、リブやボス等の複雑な立体形状が設けられたキャビティ入れ子の設計・製作を行い、金型を完成することができた。そして、(2)上記シートインサート機構とキャビティ入れ子が組み込まれた金型と、遠赤外線ヒータとを用いて試運転を行い、本金型によりハイブリッド成形品が成形できることを確認することができた。また、立体キャビティプレートとCFRTPシートの加熱温度や圧縮成形完了から射出までの経過時間によって、CFRTPシート表面に欠陥が生じることが明らかとなった。さらに、立体キャビティプレート内とシート表面に素線熱電対を設置して、成形工程におけるそれらの温度変化を計測することにより、上記欠陥の発生原因を考察した。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和3年度は、令和2年度に完成した金型を用いて、シートの厚みとその加熱温度、立体キャビティプレートの加熱温度、そして、圧縮成形完了から射出までの経過時間、射出率、保持圧力等の成形条件を変化させながら成形を行う。得られた成形品の形状・寸法精度や表面性状、炭素繊維足の配向状況と、上記成形条件との相関関係を明らかにする予定である。
なお、得られた成果は、一般社団法人プラチック成形加工学会、あるいは、精密工学会、型技術ワークショップ等にて発表する予定である。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
研究を進めて行く上で必要に応じて研究費を執行したため当初見込額と執行額は多少異なったが、研究計画に変更はなく、前年度の研究費も含め、当初予定通りの計画を進めて行く。
(使用計画)
令和3年度予算は、金型の試運転により明らかとなった金型機構上の不具合の改善に対応するための金型部品の製作費、そして、CFRTPシートや射出成形樹脂の購入費、学会発表のための旅費に充てる予定である。
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