CFRP(炭素繊維強化プラスチック) 高精度・高速油圧プレス

公開日2019.01.31

「鉄の10倍強く、重さは4分の1」といわれる炭素繊維強化プラスチック(CFRP)。スポーツ用品や産業機械、さらには自動車や航空機まで幅広い製品に使われる素材ですが、その加工には高い技術が必要とされます。油圧プレスの製造・販売で国内トップシェアを誇る川崎油工の、CFRP油圧プレスの技に迫ります。

油圧プレス機トップメーカーのノウハウを凝縮

金属や樹脂などの素材に、強い圧力をかけて任意の形に成形するのが「プレス機械」。圧力をかける仕組みの違いで「機械プレス」と「油圧プレス」に大別されます。川崎重工グループのプレス機械メーカー・川崎油工は、油圧プレスでは国内トップシェアを誇ります。海外向け500台を含む約3,000台の納入実績があり、さまざまなものづくりの現場で部品成形の高品質化、作業効率の向上などに貢献しています。

川崎油工は、数値制御方式や高精度レベリング装置(コラム参照)を国内で初めて実用化する一方、世界最高の15万kN(キロニュートン)という成形出力のプレス機を開発するなど業界をリードしてきました。「CFRP(炭素繊維強化プラスチック)高精度・高速油圧プレス」は、新世代の複合材料を研究している名古屋大学ナショナルコンポジットセンターに納入されました。成形出力は3万5,000kN。熱を加えると硬化する熱硬化性、逆に、冷めると硬化する熱可塑性という異なる性質のCFRPの成形の両方ができる「両刀使い」で、川崎油工のノウハウが凝縮されているプレス機です。

プレス成形の仕組み

Kawasakiの技①アキュムレータ
プレス動作速度の秘密はアキュムレータの「風船」

CFRP成形では、加熱された素材の熱が冷めないうちに迅速に金型を閉じ、加圧するスピードが重要。金型を閉塞するシリンダを素早く動かし、力を保持するために活躍するのが、上部にガスボンベが並んでいるように見える「アキュムレータ」です。内部にゴムの風船が入っており、ボンベ内に油を押し込めて風船を縮ませ、解放時の反動力で20MPaという強大な圧力と大容量の油を放出することで、動作を生み出します。

Kawasakiの技②スライド
油圧プレスにしかできない技を極める

3本のシリンダが、金型を素材に押しつけます。毎秒800mmという高速で下降・上昇し、一度減速してから3万5,000kNの高圧を「じっくり、じわっ」や「素早く、ぎゅっ」と素材にかけていきます。このさまざまな動作や加圧保持が油圧プレスならではの機能で、機械プレスではできない技です。

Kawasakiの技③4点高精度レベリングシステム
5/100mmの高精度レベリング装置

樹脂の成形では、加圧面全域に均等に圧力がかからないと製品の厚さにムラが出てしまいます。上下の金型の平行を保ち、樹脂の膨張・収縮の動きに合わせた制御が必要です。そこで平行精度100分の5mmを実現したのが「4点高精度レベリング装置」。機械を支える4本の柱に沿うように配置した各種のセンサーのデータと油圧バルブが精密に連動します。

こんな所にも成形品が!

油圧プレスからは、私たちにとって身近な製品が生み出されています。エコカーのバックドア、シャーシ、ボディーの他、家庭用のキッチンシンク、ユニットバス等々。東京スカイツリーの主柱も、平板を丸く曲げてつくられたものです。

エコカーボディ(CFRP)
キッチンシンク
東京スカイツリーの主柱

プレス機は3層構造

装置は、上部(クラウン)、中部(アプライト)、下部(ベッド)の3層構造になっており、ベッドは地下部分になります。装置は4本の柱で支えられていますが、強い圧力で装置自身が変形しないようにするために、4本の柱の中にはそれぞれ直径約250mm、長さ11mの巨大な棒が貫通して3層をつないでいます。

油圧ユニット

高応答のサーボバルブで油を高精度に制御します。

大容量サーボバルブ

真空脱気装置

成形品の風合いの向上や焼け防止のために、真空脱気装置により金型内に残った空気やガスを金型に設けられた穴を通して抜きます。

金型

プレス機本体と着脱できるようになっています。

次世代の最新機は「ハイブリッド」

油圧プレスと機械プレスの異なる長所を融合し、油交換などのメンテナンスを軽減させる「次世代ハイブリッドプレス機」の開発が佳境を迎えています。川崎油工はすでに、モーターと油圧の両方を活かすことのできる「電・油ハイブリッド制御技術」を確立。試験機を社内に設置し、お客様からのトライアルに活用する予定です。

※イメージ図
川崎油工業株式会社
エンジニアリングサービス部
カスタマーサービス推進課
福田 雅文
川崎油工業株式会社
営業部
グローバル営業推進課
村上 安結美
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