JP6653483B2 - 金型内被覆成形方法 - Google Patents

Description

本発明は、樹脂成形品の表面に塗膜を一体成形する金型内被覆成形方法に関するものである。

金型内被覆成形方法（以下、「ＩＭＣ」という。）とは、金型内で成形した樹脂成形品の表面と金型のキャビティ表面との間に塗料を注入した後、塗料を金型内で硬化させて樹脂成形品に塗膜が密着した一体成形品を製造する成形方法である。ＩＭＣの利点としては、成形工程の省工程化によるコストダウンが図れる点や、スプレー塗装の場合、成形品の凹凸がそのまま外観に残るが、ＩＭＣの場合は、塗料の表面に金型面が転写されるため、良好な外観を得ることができる点が上げられる。従来、ＩＭＣは熱硬化性樹脂の成形品の製造を対象として行われてきたが、近年では、特許文献１に記載されているように、熱可塑性樹脂の成形にも適用されている。

以下、図１０〜図１４を用いて、従来の金型内被覆成形として特許文献１に示す成形金型とＩＭＣについて説明する。
図１０は特許文献１の金型構造を示す図、図１１は特許文献１に記載された金型構造の副キャビティの構成を示す要部拡大図、図１２は特許文献１の金型内被覆成形方法を工程ごとに説明する金型の要部断面図、図１３は特許文献１における樹脂注入時の溝部の樹脂の様子を説明する要部外略図、図１４は特許文献１における型開き時の溝部の樹脂の様子を説明する要部外略図である。

図１０に示すように、特許文献１の金型は、第１金型６０１と第２金型６０２とでキャビティ６０３を構成している。第２金型６０２のパート面には、キャビティ６０３に連通する副キャビティ６０４が形成されており、更に副キャビティ６０４に連通する溝部６０５が形成されている。副キャビティ６０４と溝部６０５の形状は特に限定されるものではなく、図１１に示すように、溝部６０５は副キャビティ６０４に対して直交するような構成とすることができる。この場合、溝部６０５は、離型を阻害しないように、離型時に第１金型６０１が移動する方向に対して溝６０５の形成方向が抜き勾配０°になるような立ち壁を持つ必要がある。このような第１金型６０１、第２金型６０２を用いて金型内被覆成形を行う場合、先ず、樹脂成形品を成形する。次に第１金型６０１と第２金型６０２との間を所定間隔だけ開いて、塗料注入機６０６によりキャビティ６０３内に所定量の塗料を注入し、その後に第１金型６０１、第２金型６０２を閉じる。

図１２は図１１に示す形状を有する副キャビティ６０４及び溝部６０５について、上述した樹脂の成形から塗料の注入、型締めまでの工程における樹脂及び塗料の成形の様子を説明したものである。まず、成形樹脂６０７は、キャビティ６０３及び副キャビティ６０４並びに溝部６０５へ充填される。この状態で、第１金型６０１、第２金型６０２を所定幅開いて、隙間６０９を作る。次に、その隙間６０９に塗料６０８を注入する。そして、型締めを行って塗料６０８を均一に成形樹脂６０７の表面に行き渡らせる。このとき、過剰な塗料６０８は溝部６０５に収容され、また、成形樹脂６０７を変形させて金型のパート面へ流出することはない。

特開２００１−３８７３７号公報

しかしながら、前記特許文献１に記載された金型構造では、溝部６０５に充填された樹脂は充填直後から収縮を開始し、樹脂と溝部６０５との間には若干ではあるがクリアランスが発生している。図１３は図１２の射出成形工程における溝部の拡大図、図１４は図１２の型開き工程における溝部の拡大図である。型開き工程を行うことで、溝部６０５に形成された成形樹脂６０７は第２金型６０２から離型しており、立ち壁の抜き勾配が０°に設定されていても、金型の凹凸７０１と成形樹脂６０７の表面に形成された凹凸７０２により、クリアランス７０３が発生している。そのため、塗料を注入して型締めされる際に、溝部６０５に収容された塗料６０８及びクリアランス７０３に収容された塗料６０８（図１２参照）は、塗料の特性にもよるが、クリアランス７０３を伝って金型パート面へ流出し、バリが発生し、そのバリが金型に残留することになる。金型のパート面にバリが残留することにより、定期的な金型のメンテナンスが必要となり、連続成形が困難となる。

本発明は、前記課題を解決するもので、パート面に発生するバリを抑制することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の金型内被覆成形方法は、固定型である１または複数の第１金型，可動型である１または複数の第２金型および前記第２金型の移動に即して移動できる第３金型を用いて金型内被覆成形する際に、前記第１金型，前記第２金型および前記第３金型を型締めする工程と、前記第１金型，前記第２金型および前記第３金型に囲まれるキャビティ内に樹脂を注入すると共に、前記第３金型の型締め力を小さくし前記第２金型と前記第３金型との間に第１隙間を形成し、前記第１隙間に前記樹脂を注入してバリを形成する工程と、注入した前記樹脂を硬化させる工程と、前記第３金型を前記第２金型と前記バリに圧接した状態で前記第１金型と前記第２金型とを型開きし硬化した前記樹脂と前記第２金型との間に第２隙間を形成する工程と、前記第３金型を前記第２金型と前記バリに圧接した状態で、前記第２隙間に塗料を注入する工程と、前記第２金型を前記第１金型の方向に移動させる工程と、前記塗料を固化させる工程とを有し、前記第３金型が前記キャビティの外周部に配置されることを特徴とする。

以上のように、固定型である１または複数の第１金型，可動型である１または複数の第２金型および前記第２金型の移動に即して移動できる第３金型を用いて金型内被覆成形する際に、前記第１金型，前記第２金型および前記第３金型を型締めする工程と、前記第１金型，前記第２金型および前記第３金型に囲まれるキャビティ内に樹脂を注入すると共に、前記第３金型の型締め力を小さくし前記第２金型と前記第３金型との間に第１隙間を形成し、前記第１隙間に前記樹脂を注入してバリを形成する工程と、注入した前記樹脂を硬化させる工程と、前記第３金型を前記第２金型と前記バリに圧接した状態で前記第１金型と前記第２金型とを型開きし硬化した前記樹脂と前記第２金型との間に第２隙間を形成する工程と、前記第３金型を前記第２金型と前記バリに圧接した状態で、前記第２隙間に塗料を注入する工程と、前記第２金型を前記第１金型の方向に移動させる工程と、前記塗料を固化させる工程とを有し、前記第３金型を前記キャビティの外周部に配置することにより、樹脂が収縮したとしても第３金型はその収縮に伴って可動して収縮によりクリアランスが発生することを抑制するため、流動性のよい塗料を使用した場合でも金型のパート面でのバリの発生を抑制することができる。

本発明のＩＭＣ射出成形金型の構成を示す図 本発明の金型内被覆成形方法の各工程における金型の動作を説明する断面図 本発明の金型内被覆成形方法の各工程における金型の動作を説明する断面図 本発明の金型内被覆成形方法の各工程における金型の動作を説明する断面図 本発明の金型内被覆成形方法の各工程における金型の動作を説明する断面図 本発明の金型内被覆成形方法の各工程における金型の動作を説明する断面図 本発明の金型内被覆成形における樹脂注入時のキャビティ周辺部の構成を説明する概略図 本発明の金型内被覆成形における樹脂と金型の隙間の構成を説明する図 実施の形態２における成形金型の構成を示す要部拡大図 特許文献１の金型構造を示す図 特許文献１に記載された金型構造の副キャビティの構成を示す要部拡大図 特許文献１の金型内被覆成形方法を工程ごとに説明する金型の要部断面図 特許文献１における樹脂注入時の溝部の樹脂の様子を説明する要部外略図 特許文献１における型開き時の溝部の樹脂の様子を説明する要部外略図

以下、本発明の金型内被覆成形方法及び成形金型の実施の形態について、図面を用いて説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明のＩＭＣ射出成形金型の構成を示す図である。

金型は、固定側の第１金型１０１と第３金型１０３、可動側の第２金型１０２で構成される。第１金型１０１は、型板１０４に取り付けられている。第３金型１０３はシリンダー１０５により、第１金型１０１の外周で摺動させることが可能であり、第２金型２０２に押し当てられている。

第１金型１０１には凸形のキャビティ面１０６が形成されている。第２金型１０２には凹形のキャビティ面１０７が形成されている。型締め状態では、第１金型１０１，第２金型１０２および第３金型１０３によって製品形状部のキャビティ１０８が形成される。また、第１金型１０１、型板１０４にはキャビティ１０８に樹脂を流すためのスプルー１０９、第２金型１０２には製品外観表面に塗料を注入するための注入機１１０が設けられている。

図１に示す成形金型を用いた金型内被覆成形方法を、図２〜図９を用いて詳しく説明する。
図２〜図６は本発明の金型内被覆成形方法の各工程における金型の動作を説明する断面図である。図７は本発明の金型内被覆成形における樹脂注入時のキャビティ周辺部の構成を説明する概略図、図８は本発明の金型内被覆成形における樹脂と金型の隙間の構成を説明する図、図９は実施の形態２における成形金型の構成を示す要部拡大図である。

まず、図２は第１金型１０１及び第３金型１０３と第２金型１０２とが型開き位置にある状態である。
次に、第１金型１０１及び第３金型１０３と第２金型１０２とが型締めされる。このとき、第３金型１０３はシリンダー１０５により第２金型１０２に押し当てられている。図１はこの状態を示す図である。

次に、図３に示すように、第１金型１０１、第２金型１０２、第３金型１０３に囲まれたキャビティ１０８に、成形機のシリンダーからスプルー１０９を介して、溶融した熱可塑性樹脂２０１を射出する。図７は図３で熱可塑性樹脂２０１が充填された状態の成形品外周部の拡大図である。熱可塑性樹脂２０１の成形圧力よりシリンダー１０５による第３金型１０３の型締め力を小さくして、第２金型１０２と第３金型１０３との間に意図的に隙間３０２を発生させる。これにより、隙間３０２に熱可塑性樹脂２０１が進入し、パート面に熱可塑性樹脂２０１からなるバリ３０１が発生する。このとき、バリ３０１の厚さＬは０．１ｍｍ程度とし、製品端面より剥がれることがないように型締め力を調整する。このプロセスの後、型締め状態で金型が冷却されて熱可塑性樹脂２０１が固化される。このバリ３０１は製品とくっつき金型には残らないため問題とはならない。

次に、図４に示すように、熱可塑性樹脂２０１が固化された後、射出成形機の機能で第２金型１０２はわずかに型開きされる。このとき、第１金型１０１と第２金型１０２とで挟まれる成形品形成部の熱可塑性樹脂２０１と第２金型１０２との間には隙間２０３が形成される。また、第３金型１０３はシリンダー１０５により第２金型１０２に押し当てられている。そのため、第３金型１０３と第２金型１０２とで挟まれて成形品形成部の周囲部分に形成される熱可塑性樹脂２０１からなる余肉部２０２は、第２金型１０２に押し当てられた状態で型開きの動きに追従して移動し、第３金型１０３と第２金型１０２との間に隙間が形成されない。図８は図４の状態の成形品外周図の拡大図を示す。熱可塑性樹脂２０１は凸形のキャビティ面１０６に収縮により抱きついているため、熱可塑性樹脂２０１の弾性の範囲内で余肉部２０２は変形させられ、第２金型１０２の凹形のキャビティ面１０７と熱可塑性樹脂２０１の間には隙間２０３が形成される。このような変形は、開き量が微小のため、完全に固化していても変形が可能である。隙間の形成は、突出し可能温度に到達した瞬間くらいに行うことが好ましい。隙間２０３は、端部が第３金型１０３により第２金型１０２に押し付けられて固定されているので、成形品中央部よりも外周部のほうが隙間２０３が小さくなっている特長を持つ。また、確実に隙間２０３をあけるために、注入機１１０より気体を噴出すことにより、キャビティ面１０７と熱可塑性樹脂２０１の間を真空破壊（空気を充填）させることも有効である。

次に、図５に示すように、注入機１１０から隙間２０３に熱硬化性の塗料２０４が注入される。塗料２０４は非常に流動性が良いが、シリンダー１０５により、第３金型１０３が第２金型１０２に押し付けられているので、余肉部２０２が収縮した場合でも、第２金型１０２と第３金型１０３との間は隙間が作られることなく密着した状態であるため、塗料２０４が流出することはない。また、塗料２０４を流す隙間２０３は外周部ほど薄くなっており、塗料２０４を注入した場合、毛細管現象により外周部から充填されていく。さらに、外周部の隙間２０３の厚みは薄く、熱が伝わりやすいので熱硬化性の塗料２０４が硬化しやすく、塗料２０４によるバリの発生も抑制されることになる。

次に、図６に示すように、塗料注入後、硬化前に再型締めを行う。塗料２０４は、型締めされることにより熱可塑性樹脂２０１表面に保圧をかけられた状態になる。そのため、第２金型１０２のキャビティ面１０７の表面が塗料２０４の表面に転写されることとなり、塗料２０４の外観は良好となる。その後、金型の温度により塗料２０４は加熱され、硬化が促進されて固化する。

このように、成形品の形成領域が第１金型１０１と第２金型１０２とで形成され、形成領域の周辺部分が第３金型１０３と第２金型１０２とで形成され、第２金型１０２を開いて塗料２０４を注入する隙間２０３を形成する際に、第３金型１０３は第２金型１０２に追随して移動して樹脂２０１が収縮しても第３金型１０３と第２金型１０２との間に隙間を形成しないことにより、注入された塗料２０４が第３金型１０３と第２金型１０２との間のパート面に流出することが抑制されてパート面に塗料２０４のバリが形成されることが抑制される。バリの発生が抑制するため、定期的な金型のメンテナンスが不要となり、連続成形が可能となる。さらに、第３金型１０３と第２金型１０２との間に樹脂２０１からなるバリ３０１が形成されることにより、樹脂２０１はバリ３０１で第３金型１０３と第２金型１０２とに強固に固定されるため、より確実に第３金型１０３と第２金型１０２との間に隙間２０３が形成されず、注入された塗料２０４が第３金型１０３と第２金型１０２との間のパート面に流出することがより確実に抑制されてパート面に塗料２０４のバリが形成されることがより確実に抑制される。さらに、隙間２０３の端部において、形成領域の外側に向かうほど隙間２０３が狭いことにより、塗料２０４は狭い領域ほど硬化が促進されるため、隙間２０３の端部の塗料２０４の流出がより抑制され、塗料２０４のバリの発生が抑制される。

なお、上記説明では、第３金型１０３は、形成領域の周辺部分を第２金型１０２とで挟み込む位置に設けられたが、キャビティ１０８の周囲に接する位置に設けられても良い。キャビティ１０８の周囲で第３金型１０３と第２金型１０２とが十分な圧力で接することにより、樹脂２０４はパート面に流出することを抑制される。また、キャビティ１０８は、第１金型１０１，第２金型１０２及び第３金型１０３の３つの金型で形成されても良いが、４つ以上の金型で形成されても良い。この場合も、第３金型１０３が固定型に追随しながらキャビティ１０８の周辺部を構成すれば良い。

また、さらにバリの発生を抑制する必要がある場合は、注入機１１０から塗料２０４を注入する際に、製品外周部のみを加熱装置１１１により部分的に加熱しても良い。これにより、製品外周部の塗料２０４の硬化が促進され、塗料２０４がパート面に流出することが抑制でき、より塗料２０４のバリの発生を抑制できる。

（実施の形態２）
次に、図９を用いて、実施の形態２における成形金型の構成について説明する。
図９は実施の形態２における成形金型の構成を示す要部拡大図である。

さらにバリの発生を抑制する必要がある場合は、実施の形態２における成形金型は、実施の形態１における成形金型に対して、図９に示すように、製品外周部に対応する位置に細かい凹凸形状が連続するシボ５０１を付ける。つまり、実施の形態２における成形金型は、第２金型１０２の製品が形成される領域の外周部分のキャビティ面１０７にシボ５０１が設けられる。これにより、熱可塑性樹脂２０１の表面にも凹凸５０２が形成される。そして、熱可塑性樹脂２０１を固化させた後に型開きすると、隙間２０３において、第２金型１０２のキャビティ面１０７と熱可塑性樹脂２０１の表面にシボ５０１及び凹凸５０２が露出する。この状態で塗料２０４を注入すると、シボ５０１及び凹凸５０２により、第２金型１０２及び熱可塑性樹脂２０１と塗料２０４との接触面積が増えるため、塗料２０４の硬化効率が増すため、塗料２０４の流出が抑制され、塗料２０４のバリの発生が抑制される。

以上、本発明を実施の形態の例を用いて説明したが、本発明の主旨を実現する具体的な構造は他に多く考えられ、当該業種に属する者にとって変形は容易であるが、それらは本発明から逸脱するものではない。

本発明は、パート面に発生するバリを抑制することができ、樹脂成形品の表面に塗膜を一体成形する金型内被覆成形方法及びそれに用いる成形金型等に有用である。

１０１ 第１金型
１０２ 第２金型
１０３ 第３金型
１０４ 型板
１０５ シリンダー
１０６ キャビティ面
１０７ キャビティ面
１０８ キャビティ
１０９ スプルー
１１０ 注入機
１１１ 加熱装置
２０１ 熱可塑性樹脂
２０２ 余肉部
２０３ 隙間
２０４ 塗料
３０１ バリ
３０２ 隙間
５０１ シボ
５０２ 凹凸
６０１ 第１金型
６０２ 第２金型
６０３ キャビティ
６０４ 副キャビティ
６０５ 溝部
６０６ 塗料注入機
６０７ 成形樹脂
６０８ 塗料
６０９ 隙間
７０１ 凹凸
７０２ 凹凸
７０３ クリアランス

Claims (4)

1. 固定型である１または複数の第１金型，可動型である１または複数の第２金型および前記第２金型の移動に即して移動できる第３金型を用いて金型内被覆成形する際に、
   前記第１金型，前記第２金型および前記第３金型を型締めする工程と、
   前記第１金型，前記第２金型および前記第３金型に囲まれるキャビティ内に樹脂を注入すると共に、前記第３金型の型締め力を小さくし前記第２金型と前記第３金型との間に第１隙間を形成し、前記第１隙間に前記樹脂を注入してバリを形成する工程と、
   注入した前記樹脂を硬化させる工程と、
   前記第３金型を前記第２金型と前記バリに圧接した状態で前記第１金型と前記第２金型とを型開きし硬化した前記樹脂と前記第２金型との間に第２隙間を形成する工程と、
   前記第３金型を前記第２金型と前記バリに圧接した状態で、前記第２隙間に塗料を注入する工程と、
   前記第２金型を前記第１金型の方向に移動させる工程と、
   前記塗料を固化させる工程と
   を有し、前記第３金型が前記キャビティの外周部に配置されることを特徴とする金型内被覆成形方法。
2. 前記第２隙間が、前記キャビティの周辺部に近づくほど狭くなることを特徴とする請求項１記載の金型内被覆成形方法。
3. 前記第２隙間を形成した後、前記塗料を注入する前に、前記キャビティに前記気体を注入することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の金型内被覆成形方法。
4. 前記塗料を注入する際に、前記キャビティの周辺部を加熱することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の金型内被覆成形方法。

Images