JP3843705B2 - 貼合わせ成形方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、横型締めタイプの射出成形機を使用して、樹脂製加飾層を有する表皮材をプレス成形によりコア材溶融樹脂と融着一体化して表皮貼合わせ樹脂成形品を製造する貼合わせ成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車、家電，建材等に使用される樹脂成形品は、装飾性や触感等の付加価値を付けて成形品品質や付加価値を高めたり、成形工程の省工程化によるコストダウンを図るために、樹脂製加飾層を有する表皮材を熱可塑性樹脂からなるコア材の表面に融着一体化する貼合わせ成形方法（多層成形方法）により生産されることが多くなっている。
【０００３】
表皮材を貼合わせる代表的な成形方法としては、特開昭５９−１５０７４０号公報「多層成形品の製造方法」に記載された技術がある。即ち、この先行技術においては、雌型に移動自在に取り付けられ、かつ、雄型が摺動貫通する摺動口を有する表皮材固定枠と雌型との間に表皮材の周縁部を挟持した後、この表皮材と雄型との間に溶融樹脂を供給し、雌型と雄型とを型閉めして表皮材を貼合わせて溶着一体化することが記載されている。
【０００４】
更に、表皮材の損傷のない風合の優れた多層成形品を製造する方法は色々と提案されている。これらの先行技術において、コア材溶融樹脂の供給条件に着目したものとしては、特公平５−８３０５８号「多層成形品の製造方法」がある。この先行技術においては、雄型と雌型の型締めを開始し、型締め動作を途中で一時停止させるかまたは型締め速度を３０ｍｍ／ｓｅｃ以下にした状態で、雄型と雌型のキャビティクリアランスが５〜１００ｍｍの間で表皮材と雄型との間にコア材溶融樹脂を供給することにより風合の優れた多層成形品を安定して製造できることが記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この先行技術は堅型締めのプレス成形機を使用した表皮材の貼合わせ成形方法であり、この技術を横型締めの射出成形機（またはプレス成形機）に適用した場合には下記の問題点があった。即ち、横型締めタイプの射出成形機において金型を大きく開いた状態（例えば５０ｍｍ以上）で溶融樹脂を射出充填すると、金型内に射出充填された溶融樹脂は重力の影響により下方へ垂れる。この結果、溶融樹脂の不均一充填による製品肉厚のバラツキ、金型割面や食い切り部への樹脂の侵入によりバリの発生等の成形不良が発生し、風合の優れた多層成形品を効率的に製造することはできなかった。
【０００６】
また、横型締めタイプの射出成形機を使用し表皮材固定枠等を用いないで貼合わせ成形を行なう場合には、金型を大きく開いた状態で溶融樹脂を充填すると、表皮材は金型キャビティに入り込まず、型閉めによって表皮材が成形品形状に近い状態になじまないので、型内で表皮材が余る状態となり、溶融樹脂の充填により、余分な表皮材が加熱延伸されて、表皮にしわが発生してしまい、表面外観が著しく悪くなる。
さらに、射出による溶融樹脂の垂れ下がりを防止するために、金型を小さく開いた状態（例えば５ｍｍ以下）のまま射出充填すると、射出された溶融樹脂によってゲート付近の表皮材が溶融損傷してしまうという問題があった。
【０００７】
以上のように、横型締めタイプの射出成形機を使用して貼合わせ成形を行なう場合には、射出した溶融樹脂の垂下がりをなくするとともに、ゲート部付近の表皮材の損傷を防止することが必要となり、従来の成形方法においては、この問題を解決することはできなかった。
本発明の目的は、横型締めタイプの射出成形機を使用して貼合わせ成形を行なう場合に、風合の優れた多層成形品を効率的に製造できる貼合わせ成形方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
以上のような課題を解決するために本発明においては、横型締めタイプの射出成形機を用いて表皮材とコア材となる溶融樹脂を溶着一体化する貼合わせ成形方法であって、前記表皮材を可動金型に配設した後可動金型と固定金型の両金型隙間が所定の値（好ましくは２〜２５ｍｍの範囲）になるように可動金型を型閉めし、引続き溶融樹脂の射出充填を開始して充填開始から一定時間経過後に射出充填の進行に応じて前記金型隙間を所定の値になるまで開くとともに、射出完了後に両金型を再型締めして賦形を完了し、引続き予め設定したタイミングで可動金型を開いて表皮材と可動金型間に空気断熱層を有する隙間を形成して、コア材溶融樹脂の顕熱により前記表皮材の温度を前記表皮材のガラス転移点以上になるまで所定時間保持することとした。
【０００９】
【作用】
横型締めタイプの射出成形機においては、金型を開きすぎると射出された溶融樹脂は自重により下方に垂下する。この垂下がりは溶融樹脂粘度が低くなると顕著になる。更に、樹脂が金型キャビティ内で垂下がると金型割面や食い切り部にまで侵入することになり、金型を閉じることができなくなる。また、溶融樹脂の不均一充填により製品肉厚のバラツキや局部的な過充填による表皮材の風合の低下が発生する。
【００１０】
一方、射出開始時に金型隙間を小さくしておけば、射出された溶融樹脂が垂下がる前に反射出側（可動側）の金型に配設された表皮材に到達することができる。これにより、金型内に射出充填された溶融樹脂は、金型と表皮材の両方に接続しブリッジ効果により垂下がりを防止することができる。射出充填開始直後に溶融樹脂が表皮材に到達し、表皮材と溶融樹脂が一体化してブリッジ効果を発揮した後は射出圧力により表皮材に過度の面圧が負荷されないように射出充填の進行に応じて可動金型を開くようにする。このようにして、バリの発生を防止するとともに表皮材のゲート部付近の樹脂圧過大による溶損も防止することができる。
【００１１】
なお、前述のブリッジ効果とは、金型内に射出された樹脂が表皮材を介して両金型によって両側から挟み込まれた状態となり、樹脂の垂下がりを防止できることをいう。これを判りやすく説明するために図３を記載した。すなわち、図３（Ａ）の状態では金型の隙間が適切に保持されており、射出された溶融樹脂が団子状態に保持されており、樹脂の垂下がりは発生していない。しかし、（Ｂ）の状態では金型の隙間が過大になっており、射出された溶融樹脂が下方に垂下がり金型の噛合い部まで達しており、成形ができなくなっている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に、図面に基づいて本発明の実施形態について説明する。図１〜図２は本発明の実施例に係り、図１は本発明に使用する横型締めタイプの射出成形機の全体構成図、図２は本発明に係る可動金型の動作経過を示すタイムチャート図である。また、図３はブリッジ効果の説明用の図面である。
本発明は、以下に説明するような実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲でさまざまな様態で実施できるものである。
また、本発明における射出成形装置および成形方法は以下の説明に記載されている項目以外はごく一般的なものであり、詳細な説明は省略する。
【００１３】
最初に本発明に使用する横型締めタイプの射出成形機の構成について説明する。図１に示すように、本発明に使用する横型締めタイプの射出成形機１００は射出装置３０、型締装置２０、金型装置１０、制御装置６０とで構成されている。金型装置１０は、固定盤１に取り付けられた固定金型３と可動盤２に取り付けられた可動金型４とからなり、可動盤２および可動金型４は型締装置の型締シリンダ２２で前後進できるように構成されている。
型締装置２０は、金型装置の金型の型開、型閉を作動する型締シリンダ２２を備えており、可動金型が固定金型に対して図示しないタイバーに案内されて前後進する。
【００１４】
射出装置３０は、射出ユニット４０と射出シリンダー４１および油圧モータ４２とで構成されている。
一方、制御装置６０は、図１に示すように、成形材料樹脂の可塑化と溶融樹脂の金型キャビティ内への射出を制御する射出制御部６１、金型の開閉や型締力を制御する型締制御部６２およびタイマ６６等から構成されている。
【００１５】
なお、本実施例では、直圧式の型締装置を有する射出成形機を用いたが、トグル式型締装置の射出成形機や電動式の型締装置を有する射出成形機を使用してもよい。
【００１６】
次に、本発明の横型締めタイプの射出成形機を使用して表皮材とコア材となる溶融樹脂をプレス成形により融着一体化する貼合わせ成形方法について説明する。本発明の成形方法は、下記の工程よりなっている。
（ａ）金型を開いた状態で表皮材を金型の所定の位置に挿入・配設する工程
（ｂ）所定の型締位置まで金型を閉じる工程
（ｃ）コア材となる溶融樹脂を金型と表皮材とで形成された空間部に射出充填する工程
（ｄ）溶融樹脂の射出充填中に、射出開始より所定の時間経過後に所定の型締位置まで金型を開く工程
（ｅ）溶融樹脂の射出充填後に金型を閉じて所定の型締力を負荷する工程
（ｆ）予め設定したタイミングで金型を開いて表皮材と金型キャビティ面との間に隙間を形成させ、所定時間保持する工程
（ｇ）金型を開いて成形品を取り出す工程
【００１７】
次に、各工程について図２を参照しながら説明する。
工程（ａ）では、可動金型４は型締位置Ｓ３にあり、型開限の状態である。この状態で、表皮材５を可動金型に配設する。表皮材は図示しない可動金型に設置した表皮材固定枠で挟持することもできるが表皮材固定枠を使用しなくても金型隙間を適切な値に保つことにより固定金型と可動金型で表皮材を挟持することができる。
【００１８】
可動金型内に表皮材を配設した後に、工程（ｂ）に移り可動金型４を型締位置Ｓ０まで型締めする。この型締位置Ｓ０は金型隙間Ｓが２〜２５ｍｍの範囲にあるのが好ましい。金型隙間Ｓが２ｍｍより小さいと表皮材が固定金型と可動金型に拘束されるので、溶融樹脂の射出時に金型キャビティに沿うように自由に移動できなくなり、表皮材にシワが入ったり、部分的に引き伸ばされて良品の成形が困難となる。なお、ここでいう金型隙間とは最終製品寸法まで両金型を型締めした状態を金型間の隙間が０とし、この状態より型開き方向へ移動した距離を金型隙間と言う。
一方、金型隙間Ｓが２５ｍｍ以上になると固定金型と可動金型による表皮材の挟持が困難になるとともに、溶融樹脂の射出初期に形成するブリッジ効果が弱くなり、溶融樹脂の垂下がりが発生する。前述のブリッジ効果とは以下のようなものである。即ち、固定金型側から射出された溶融樹脂が表皮材に到達して、射出圧力で表皮材を可動金型側に押し当てることにより突っ張り作用により溶融樹脂の垂下を防止するものである。
【００１９】
次に、工程（ｃ）に移り、射出装置３０により計量された所定量の溶融樹脂を固定金型と表皮材で形成されたキャビティ空間内に射出する。射出のタイミングは、可動金型が型締位置Ｓ０に到達した時点で起動するタイマのタイムアウト信号により行なう。
【００２０】
工程（ｄ）においては、射出された溶融樹脂が表皮材に到達し、ブリッジ効果が発揮できるタイミングで可動金型を型締位置Ｓ１まで後退（型開き）させる。型開きのタイミングは可動金型が型締位置Ｓ０に到達した時点で起動するタイマのタイムアウト信号により行なう。この時間の設定は製品形状や成形条件により異なるが、試作成形時（各種成形条件出しのための成形トライ）に決定することができる。
【００２１】
また、型締位置Ｓ１の設定、即ち、射出中の型開量も製品形状や成形条件により異なるが、試作成形時（各種成形条件出しのための成形トライ）に決定することができる。一般的にはこの金型の移動量は５〜５０ｍｍが好ましい。５ｍｍ以下であると、ゲート部での樹脂圧力が大きくなり、表皮材にゲートマークが残る。一方、５０ｍｍより大きいと成形サイクル時間が長くなるとともにブリッジ効果を弱くするので、溶融樹脂の垂下がりが発生する。
【００２２】
工程（ｅ）においては、型締め位置Ｓ１より最終製品寸法に対応する位置、即ち、金型隙間が０となるまで所定の型締力を負荷しながら型締めを行ない、賦形を完了する。
次に、工程（ｆ）に移る。この工程においては、所定のタイミングで金型を僅かに開いて（型締位置Ｓ２）表皮材と可動金型との間に隙間（空気断熱層）を設ける。この空気断熱層により、表皮材の温度はコア材溶融樹脂の持っている熱量により再上昇し、表皮材樹脂のガラス転移点以上にすることができる。前述の所定のタイミングとはこの表皮材の温度が再上昇して到達する温度が表皮材樹脂のガラス転移点以上になるタイミングである。このタイミングも試作成形時（各種成形条件出しのための成形トライ）に決めることができる。
【００２３】
このように、工程（ｆ）において、表皮材の温度を所定の温度に再上昇させ、一定時間保持することにより、工程（ｅ）で発生した表皮材の損傷を樹脂（表皮材）の弾性により自己回復させることができる。
【００２４】
最後に、工程（ｇ）において、金型をＳ３まで開いて成形品を取り出して１成形サイクルを完了する。
【００２５】
次に、本発明の実施例と比較例により、本発明の優れた効果を説明する。
【実施例１】
実施例１として標準的な成形例を説明する。射出成形機として横形トグル式型締射出成形機（宇部興産機械製ＤＰ３５０射出成形機）を、コア材樹脂としてポリプロピレン樹脂（グランドポリマー製）を、表皮材としてポリプロピレン発泡シート（厚さ２ｍｍ、発泡倍率１５倍、表面にＴＰＯシート（厚さ０．５ｍｍ））を貼った積層シート（厚さ２．５ｍｍ）を用いた。成形品としては３００×２００ｍｍの板状品を用いた。また、成形条件は樹脂温度２００℃、金型温度３０℃に設定した。
【００２６】
つぎに、成形方法について説明する。
（ａ）型開限にある型開状態の金型間に表皮材をセットする。
（ｂ）成形サイクルのスタートにより可動金型を型開限位置Ｓ３から型締位置Ｓ０（本実施例では５ｍｍ）へ型閉する。
（ｃ）可動金型がＳ０に到達した時点から起動するタイマーのタイムアウト信号により樹脂の射出を開始する。
（ｄ）工程（ｃ）の開始とともにその時点から起動する別のタイマーのタイムアウト信号により型締位置Ｓ１（本実施例では２０ｍｍ）へ型開きが行われる。
（ｅ）射出充填が完了した後に金型を最終製品寸法に対応する位置、金型隙間が０になるまで型を閉め、型締力を２０ｔｏｎｆかけて型締を行う。
（ｆ）冷却時間経過後（３０秒）、型を開いて成形品を取出す。
成形品の評価：成形品の表皮材はゲート付近の溶融や金型キャビティからの樹脂漏れもなく良好であった。
【００２７】
【実施例２】
実施例２として表皮材の回復工程を追加した成形例を説明する。使用した射出成形機、成形材料、成形品、成形条件等は実施例１と同じである。つぎに、成形方法について説明する。
（ａ）型開限にある型開状態の金型間に表皮材をセットする。
（ｂ）成形サイクルのスタートにより可動金型を型開限位置Ｓ３から型開位置Ｓ０（本実施例では５ｍｍ）へ型閉する。
（ｃ）可動金型が型開位置Ｓ０に到達した時点から起動するタイマーのタイムアウト信号により樹脂の射出を開始する。
（ｄ）工程（ｃ）の開始とともにその時点から起動する別のタイマーのタイムアウト信号により型開位置Ｓ１（本実施例では２０ｍｍ）へ型開きが行われる。
（ｅ）射出充填が完了した後に金型を最終製品寸法に対応する位置、金型隙間が０になるまで型を閉め、型締力を２０ｔｏｎｆかけて型締を行う。
（ｆ）更に前記工程（ｅ）での型締開始後１０秒経過した後、型開位置Ｓ２（本実施例では３ｍｍ）まで型開きを行なう。
（ｇ）前記工程（ｆ）の状態で冷却時間（３０秒）保持した後、型を開いて成形品を取出す。
成形品の評価：成形品の表皮材はゲート付近の溶融や金型キャビティからの樹脂漏れもなく良好であった。また、表皮材の厚さは成形前の表皮材厚さの７０％まで回復維持できた。
【００２８】
【比較例１】
つぎに、比較例１として初期型開きが大きい場合の成形例について説明する。使用した射出成形機、成形材料、成形品、成形条件等は実施例１と同じである。
つぎに、成形方法について説明する。
（ａ）型開限にある型開状態の金型間に表皮材をセットする。
（ｂ）成形サイクルのスタートにより可動金型を型開限位置Ｓ３から型開位置Ｓ０（本比較例では５０ｍｍ）へ型閉する。
（ｃ）可動金型が型開位置Ｓ０に到達した時点から起動するタイマーのタイムアウト信号により樹脂の射出を開始する。
（ｄ）射出充填しながら金型を最終製品寸法に対応する位置、すなわち、金型隙間が０になるまで型を閉めていき、型締力を２０ｔｏｎｆかけて型締を行う。
（ｅ）冷却時間経過後（３０秒）、型を開いて成形品を取出す。
成形品の評価：射出された溶融樹脂が金型キャビティ外へ漏れキャビティに完全充填されなかった。また、表皮材の厚さは成形前の表皮材厚さの５０％以下でりあり、表皮材の損傷が目立っていた。
【００２９】
【比較例２】
つぎに、比較例２として初期型開きが小さい場合の成形例について説明する。使用した射出成形機、成形材料、成形品、成形条件等は実施例１と同じである。
つぎに、成形方法について説明する。
（ａ）型開限にある型開状態の金型間に表皮材をセットする。
（ｂ）成形サイクルのスタートにより可動金型を型開限位置Ｓ３から型締位置Ｓ０（本比較例では１０ｍｍ）へ型閉する。
（ｃ）可動金型が型締位置Ｓ０に到達した時点から起動するタイマーのタイムアウト信号により樹脂の射出を開始する。
（ｄ）射出充填しながら金型を最終製品寸法に対応する位置、すなわち、金型隙間が０になるまで型を閉めていき、型締力を２０ｔｏｎｆかけて型締を行う。
（ｅ）冷却時間経過後（３０秒）、型を開いて成形品を取出す。
成形品の評価：樹脂はキャビティに充填されたが、ゲート付近で表皮材の一部が溶損し、外観不良が発生した。また、表皮材の厚さは成形前の表皮材厚さの４０％以下となり、表皮材の損傷が著しかった。
【００３０】
【発明の効果】
以上に説明したように本発明の効果は下記の通りである。
（１）射出開始時には金型隙間を小さくすることにより横型締めタイプの射出成形機であっても、表皮材と固定金型とのブリッジ効果により樹脂の垂下がりを最小限にすることができる。従って、溶融樹脂の不均一な充填状態は大幅に改善されるとともに、溶融樹脂が金型割面や食い切り部まで侵入することはなくなる。
（２）射出の進行に伴って金型隙間を大きくなるようにしたので、表皮材のゲート部付近に局部的に過度の熱と樹脂圧力を負荷することなく、コア材溶融樹脂と表皮材とを融着一体化ができる。特に、熱に弱い発泡層付の表皮材に対してはより効果的である。
（３）表皮材の周縁部を表皮材固定枠等で挟持しない場合には、溶融樹脂を射出充填する前の金型の開き量（金型隙間）を小さくすることにより、表皮材の予備賦形度を高めて（金型内での表皮材の余りを最少化し）、表皮材にシワが発生するのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る貼合わせ成形方法に使用する横型締めタイプの射出成形機の説明図である。
【図２】本発明に係る可動金型の動作経過を示すタイムチャート図である。
【図３】ブリッジ効果の説明用の図面であり、（Ａ）がブリッジ効果のある場合であり、（Ｂ）がブリッジ効果のない場合である。
【符号の説明】
１ 固定盤
２ 可動盤
３ 固定金型
４ 可動金型
５ 表皮材
６ コア材樹脂
１０ 金型装置
２０ 型締装置
２２ 型締シリンダ
３０ 射出装置
４０ 射出ユニット
４１ 射出シリンダ
４２ 油圧モータ
６０ 制御装置
６１ 射出制御部
６２ 型締制御部
６６ タイマ
１００ 横型締めタイプの射出成形機
Ｓ０ 射出開始時の可動金型の位置
Ｓ１ 射出中の可動金型の最後退位置
Ｓ２ 空気断熱層形成のための微少型開き位置
Ｓ３ 型開限での型開き位置（成形サイクル開始時の可動金型の位置）

Claims (2)

1. 横型締めタイプの射出成形機を用いて表皮材とコア材となる溶融樹脂を溶着一体化する貼合わせ成形方法であって、
   前記表皮材を可動金型に配設した後可動金型と固定金型の両金型隙間が所定の値になるように可動金型を型閉めし、引続き溶融樹脂の射出充填を開始して充填開始から一定時間経過後に射出充填の進行に応じて前記金型隙間を所定の値になるまで開くとともに、射出完了後に両金型を再型締めして賦形を完了し、引続き予め設定したタイミングで可動金型を開いて表皮材と可動金型間に空気断熱層を有する隙間を形成して、コア材溶融樹脂の顕熱により前記表皮材の温度を前記表皮材のガラス転移点以上になるまで所定時間保持するようにしたことを特徴とする貼合わせ成形方法。
2. 表皮材を可動金型に配設した後、前記両金型隙間が２〜２５ｍｍの範囲になるように可動金型を型締位置まで型締めするようにしたことを特徴とする請求項１記載の貼合わせ成形方法。

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