JP2005238647A - 二色成形方法および二色成形品 - Google Patents

Abstract

【課題】 １次熱可塑性材と２次熱可塑性材との見切り線をより良好にでき、成形品側面部のバリの発生を防止することができる二色成形方法および二色成形品を提供する。
【解決手段】 可動ブロックによって１次空間４を仕切形成する仕切工程と、１次空間に１次熱可塑性材Ｊ１を射出する１次射出工程と、可動ブロックをキャビティ３内から退避させることで形成される２次空間５に、２次熱可塑性材Ｊ２を射出する２次射出工程とを有する。２次空間が、１次熱可塑性材と２次熱可塑性材との見切り線の両端部より内側で、かつ、その両端部の見切り線より１次熱可塑性材側に突出した凸部空間５Ａをもつ。２次射出工程では、凸部空間に２次熱可塑性材が充填されるときの樹脂圧力により、凸部空間に隣接する１次熱可塑性材をキャビティ面に押し付けて、キャビティ面と１次熱可塑性材との隙間を塞ぐ。
【選択図】 図９

Description

本発明は、二色成形方法および二色成形品に関する。詳しくは、自動車部品、住宅設備部品、日用品、家電OA部品などの各分野において、２種の熱可塑性材を見切り線を境として一体成形する二色成形方法および二色成形品に関する。

複数の熱可塑性材、たとえば、２種類の樹脂を見切り線を境として一体成形するには、キャビティ内を可動ブロックによって仕切り、この可動ブロックによって仕切られた仕切空間に1次樹脂を射出し、続いて、可動ブロックをキャビティ内から退避させたのち、キャビティ内の残る空間に２次樹脂を射出する方法が採られる。
しかし、このような方法では、２次樹脂が１次樹脂側にバリのようにはみ出る現象が起きやすく、外観不良となる。

この点を少しでも改善するため、特開平１０−２５０５１９号公報が提案されている。この成形方法は、キャビティの内部を先端が階段状となったスライドコアによって区画し、その一方の区画空間内に軟質樹脂（１次樹脂）を射出してエアバッグドア部を形成し、その後、スライドコアをキャビティ内から退避させたのち、他方の区画空間内に硬質樹脂（２次樹脂）を射出して本体部を形成する方法である。

特開平１０−２５０５１９号公報

ところが、上述した方法は、たとえば、結晶性樹脂を用いて板状の成形品を製造すると、板状成形品の意匠面においては見切り線が向上するものの、1次樹脂が収縮することで、とくに、側面部（見切り線と垂直な側面部）に僅かな隙間が生じる。すると、その隙間に２次樹脂が入り込みバリが発生することがあるので、特に、外観を重要視する成形品の製造には不向きである。

本発明の目的は、このような従来の課題を解消し、１次熱可塑性材と２次熱可塑性材との見切り線をより良好にでき、さらに、成形品側面部のバリの発生を防止することができる二色成形方法および二色成形品を提供することにある。

本発明の二色成形方法は、２種の熱可塑性材を、見切り線を境として一体成形する二色成形方法において、キャビティ内を可動ブロックで仕切ることで、１次熱可塑性材が射出される１次空間を形成するキャビティ仕切工程と、前記１次空間に１次熱可塑性材を射出する１次射出工程と、前記可動ブロックをキャビティ内から退避させることで形成される２次空間に、２次熱可塑性材を射出する２次射出工程とを有し、前記２次空間が、１次熱可塑性材と２次熱可塑性材との見切り線の両端部より内側で、かつ、その両端部の見切り線より１次熱可塑性材側に突出した凸部空間をもち、前記２次射出工程において、前記凸部空間に２次熱可塑性材が充填されるときの樹脂圧力により、前記凸部空間に隣接する１次熱可塑性材をキャビティ面に押し付けて、キャビティ面と１次熱可塑性材との間の隙間を塞ぐことを特徴とする。

本発明は、２種の熱可塑性材を、見切り線を境として一体成形する方法は勿論、３種以上の熱可塑性材を、見切り線を境として一体成形する成形方法の工程中に、本発明に規定した成形方法、成形品が含まれる場合も、権利範囲に含む。

本発明の成形方法で用いる熱可塑性材としては、公知の熱可塑性樹脂、熱可塑性エラストマーおよびこれらの混合物を挙げることができる。好ましくは、少なくとも１次熱可塑性材に結晶性樹脂や結晶性の熱可塑性エラストマーを用いることである。１次熱可塑性材に収縮が発生しにくい非晶性樹脂や非晶性の熱可塑性エラストマーを用いる場合は、とくに、見切り線と垂直な成形品側面部にバリが発生する虞が小さく、本発明のメリットを享受し難い場合がある。
しかし、成形品が大きい場合、たとえば、見切り線が１ｍ以上ある大型成形品においては、１次熱可塑性材が非晶性であっても、その収縮により成形側面部にバリが発生する虞は大きくなる。
２種の熱可塑性材とは、色が異なる樹脂、樹脂種、性質の異なる２種の熱可塑性樹脂や熱可塑性エラストマーを意味し、樹脂組成物も包含する意味である。

見切り線の乱れを防ぎ、成形品側面部のバリの発生を防止するためには、２次熱可塑性材を射出する空間（２次空間）が、１次熱可塑性材と２次熱可塑性材との見切り線の両端部より内側で、かつ、その両端部の見切り線より１次熱可塑性材側に突出した凸部空間を持つ金型を用いて、二色成形を行う。
このような凸部空間を持たない金型で、通常の二色成形を行うと、とくに、結晶性樹脂を用いる場合は、バリの発生を防ぐことが困難である。

１次熱可塑性材の射出完了後に、可動ブロックをキャビティ内から退避させると、前述した凸部空間を持つ２次空間が形成される。この空間は、より厳密にいえば、金型設計上の２次熱可塑性材を射出する空間に加え、１次熱可塑性材が冷却して収縮し、金型キャビティ面と１次熱可塑性材との間にできる僅かな隙間からなる。この隙間に２次熱可塑性材が入り込むと、見切り線の乱れやバリ発生の原因となる。
しかし、本発明では、前述した凸部空間を持つ２次空間に２次熱可塑性材を射出すると、まず、２次熱可塑性材が入りやすい凸部空間に２次熱可塑性材が真っ先に入り込み、その凸部空間が２次熱可塑性材で充満される。すると、その凸部空間に隣接する、見切り線両端部側の１次熱可塑性材を金型面に押し付ける力が発生するので、１次熱可塑性材の収縮により生じた隙間が塞がれる。その結果、成形品側面に現れやすいバリの発生を防止できる。

また、本発明の凸部空間を、両端部の見切り線より１次熱可塑性材側でその厚み方向の反意匠面側（最終的に得られる２色成形品の片面のみ）に形成すれば、意匠面側の見切線を直線状にでき、しかも、凸部空間に充満した２次熱可塑性材が、見切り線近傍の１次熱可塑性材を反意匠面側から金型面に押し付けるため、意匠面側の見切り線の乱れも防げる。つまり、成形品側面のバリ発生防止に加え、意匠面側の見切り線の乱れも防げる。
本発明の凸部空間の大きさ、形状は、その空間に充満した２次熱可塑性材による圧力で、見切り線近傍の1次熱可塑性材を金型キャビティ面に押し付け、１次熱可塑性材の収縮による隙間を防げれば、特に制限はない。また、凸部空間は２個以上あってもよく、さらに、見切り線および成形品の厚み方向に垂直にアンダーカットを持たせれば、接合強度も著しく向上させることができる。

本発明以前の知見では、成形品の意匠面の見切り線を良好にするには、１次熱可塑性材が完全に冷却固化した後に２次熱可塑性材を射出することで、１次熱可塑性材の見切り部が変形するのを防ぐ必要があった。しかし、この方法では、１次熱可塑性材の収縮により発生した隙間に２次熱可塑性材が入り込み、成形品側面にバリが発生した。
一方、成形品側面のバリ発生を防止するためには、１次熱可塑性材の見切り線近傍のスキン層がしっかり形成され、内部が完全に冷却していない状態、つまり、１次熱可塑性材に収縮が余り発生していない時点で、２次熱可塑性材を射出する必要があり、意匠面の見切り線の乱れをも防ぐ必要がある場合は、非常に狭い成形条件にならざるを得なかった。
しかし、本発明の成形方法においては、２次熱可塑性材の射出条件、とくに、１次熱可塑性材の射出開始時から２次熱可塑性材を射出開始するまでの時間（以下、射出遅延時間と称する）を余り厳密に制御する必要がない。

本発明の二色成形方法においては、２次空間の凸部空間を、どのような大きさ、形状、位置取りにするかが重要である。言い換えれば、見切り部近傍にあって、前記凸部空間を形成する、１次熱可塑性材からなる突き出し部（以下、突き出し部と呼ぶ）を、どのような大きさ、形状、位置取りにするかが重要である。
基本的には、見切り部両端にある突き出し部を、２次熱可塑性材の樹脂圧力で金型キャビティ面に押し付けることができる限り、どのような形状、大きさ、位置取りでもよいが、たとえば、次の要領で、最適な成形条件や見切り部の形状を求めることができる。
１次熱可塑性材を射出するキャビティの形状、大きさ、１次熱可塑性材の材料特性（収縮率等）が判れば、１次熱可塑性材の必要な成形条件および金型キャビティ面と突き出し部との隙間が概略判る。
更に、２次熱可塑性材を射出するキャビティの形状、大きさ、２次熱可塑性材の材料特性（流動特性等）などが判ると、２次熱可塑性材を充填するために必要な、最小射出圧力（Ｐ）が判る。金型を変えられない場合は、２次熱可塑性材の射出圧力をＰ以上で何点か振って試作した成形品をみれば、見切り部両端にある突き出し部を、金型キャビティ面に押し付けることが可能な２次熱可塑性材の圧力を把握できる。

１次、２次熱可塑性材の材料特性、最終の二色成形品の形状、大きさ、適用する成形条件が既知で、もしくは、変更できない場合で、見切り線近傍の凸部形状、突き出し部の形状を最適化して、本発明を達成するためには、たとえば、次の要領で、前記突き出し部の形状（幅、厚さ、長さ）を決め、金型を作ればよい。
２次熱可塑性材の射出後、前記突き出し部に到達するまでの時間における１次熱可塑性材のＴＤ方向の収縮率をＳ、成形品の幅をＢ、成形品の幅方向における金型と成形品両端の隙間との和を２δとすると、
２δ＝Ｂ×Ｓ／１００
の関係が成り立つ。従って、Ｓ，Ｂが既知であれば、δも判る。

２次熱可塑性材の射出圧により、突き出し部が金型に押し付けられる方向の撓み量をｙmaxとすると、ｙmax＞δを満たすように、前記突き出し部の形状（幅、厚さ、長さ）を設計すればよい。ｙmaxは、次の関係から求めることができる。
２次熱可塑性材の射出時の射出圧力により、前記突き出し部には曲げモーメントＭが発生し、突き出し部に撓みが生じる。ここで、突き出し部における任意の点での撓みをｙ、突き出し部の断面二次モーメントをＩ、弾性率をＥとし、突き出し部の長さ方向にｘ軸をとると（突き出し部先端側、つまり、２次熱可塑性材との境界側でｘ＝０）、これらの関係は次のように表される。

ここで、必要なｙmaxの値はδから設定できるため、上記の式より、突き出し部の形状、寸法を決めることができる。
本発明の請求項２に示す成形方法においては、１次成形品の厚さ方向の片面において、両端の突き出し部の先端が直線で結ばれた形状となっているため、上記の撓みを抑制する効果が発現し、突き出し部先端での撓み量ｙ’maxは、次のように表される。

必要なｙ’maxの値はδから設定できるので、上記の式より、突き出し部の形状、寸法を決めることができる。
突き出し部が、２つとも同一の断面形状である矩形の場合、突き出し部の長さをＬとし、２次熱可塑性材の射出時の射出圧力により、突き出し部の長さ方向の全長に対して均等に加わる力をｗ、両端の突き出し部に囲まれた箇所によって突き出し部の撓みを抑制する力Ｑが突き出し部先端で作用すると、突き出し部の先端部（ｘ＝０）、即ち、２次熱可塑性材との接する箇所における撓み量ｙ’maxは、次のようになる。

必要なら、ｙ’maxは、δから、２次熱可塑性材の射出圧力からｗを設定できるので、上記式より突き出し部の形状、寸法を決めることができる。
突き出し部の形状が複雑な場合、突き出し部の撓み量ｙmax（あるいは、ｙ’max）を求める式が非常に複雑になるため、コンピュータを用いた数値解析が必要となる。

本発明の可動ブロックについては、キャビティ内に進退可能に設けられ退避時に２次空間を形成する第１ブロックと、この第１ブロックと隣接した位置でキャビティ内に進退可能に設けられ退避時に凸部空間を形成する第２ブロックとを含んで構成するのがよい。しかも、これら第１および第２ブロックを、キャビティ内から退避させた際に、成形品の厚み方向の反意匠面と平坦な面になるように構成すれば、成形品の意匠面側だけでなく、反意匠両側にも段差がなく、一様な厚みの成形品を得ることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
＜第１実施形態＞
図１は第１実施形態の一体成型金型、図２は図１のII−II線断面、図３は図２の斜視図をそれぞれ示している。これらの図に示すように、本実施形態の一体成型金型は、上下に分割されかつその分割面にキャビティ３を有する金型１，２と、金型1内に進退可能に設けられキャビティ３の内部を空間４，５に仕切る可動ブロック１０とを備えている。ここで、空間４は１次熱可塑性材を射出する１次空間、空間５は２次熱可塑性材を射出する２次空間を指す。

可動ブロック１０は、キャビティ３内部に進退可能に設けられ退避時に２次空間５を形成する第１ブロック１１と、この第１ブロック１１と隣接した位置でキャビティ３内部に進退可能に設けられ退避時に凸部空間５Ａを形成する第２ブロック１２とから構成されている。第１ブロック１１にはその進退方向に沿って溝１３が形成されているとともに、第２ブロック１２には溝１３に係合する突起１４が形成されている。これにより、第１ブロック１１がキャビティ３内に進出動作すると、溝１３の底面に突起１４が係合することによって、第２ブロック１２もキャビティ３内の途中まで進出できるようになっている。なお、これらの第１および第２ブロック１１，１２は、キャビティ３内から退避する際に、成形品の厚み方向の反意匠面（図１でキャビティ３の下面）と平坦な面になるように退避位置が調整されている。

ここで、凸部空間５Ａは、図８および図９（図７のVIII−VIII線断面、IX−IX線断面で、１次樹脂射出完了、２次樹脂射出完了直前の状態を示している）に示すように、１次樹脂（１次熱可塑性材）Ｊ１と２次樹脂（２次熱可塑性材）Ｊ２との見切り線ＭＬの両端部より内側で、かつ、その両端部の見切り線より１次樹脂Ｊ１側に突出して、２次空間５と連通して形成されている。つまり、可動ブロック１０が退避したときにキャビティ３内にできる空間のうち２次樹脂Ｊ２が射出される２次空間５は、１次樹脂Ｊ１と２次樹脂Ｊ２との見切り線ＭＬの両端部より内側で、かつ、その両端部の見切り線より１次空間４側で厚み方向の反意匠面側に２次空間５と連通する凸部空間５Ａを備えている。

この一体成形金型を用いて、２種の樹脂を見切り線を境として一体成形するには、次の工程によって行う。
（１）キャビティ３の内部を可動ブロック１０によって仕切る。つまり、可動ブロック１０の第１，第２ブロック１１，１２を共にキャビティ３内に進出させ、キャビティ３内部を１次空間４のみに仕切る（図４参照）。
（２）可動ブロック１０によって仕切られた１次空間４に１次樹脂Ｊ１を射出する（図４参照）。１次空間４に射出充填された１次樹脂Ｊ１が冷却すると、図５に示すように、１次樹脂Ｊ１が収縮して、キャビティ３の側面との間に僅かな隙間６が生じる。
（３）１次樹脂Ｊ１が十分に冷却した後、可動ブロック１０を退避させると、図６に示すように、１次樹脂Ｊ１と２次樹脂Ｊ２との見切り線ＭＬの両端部より内側で、かつ、その両端部の見切り線より１次空間４側で厚み方向の反意匠面側に凸部空間５Ａを持つ２次空間５が生成される。

（４）次に、図７に示すように、２次空間５に２次樹脂Ｊ２を射出充填する。すると、２次樹脂Ｊ２は、凸部空間５Ａから充満し始め、非常に狭い隙間６には２次樹脂充填工程の最後の方で流入し始める。
ところが、本発明の成形方法においては、２次樹脂充填工程の初期段階で、図８および図９に示すように、凸部空間５Ａを満たし、その結果、見切り線両端側の１次樹脂Ｊ１Ｌを金型面（キャビティ３の側面）に押し付ける力が働くため、隙間６が塞がれる。そのため、２次樹脂Ｊ２が、流入しやすい凸部空間５Ａおよび２次空間５を全て満たし、最も流入し難い隙間６に流入し始めるときには既に、隙間６が塞がれているため、成形品側面部のバリの発生が防止できる。

このとき、凸部空間５Ａを満たした２次樹脂Ｊ２Ｍにより、図７の矢印で示すような力も働くため、意匠面側の見切り線の乱れが防げる。

本実施形態によれば、上述した一体成形方法および一体成形金型を採用しているから、１次樹脂Ｊ１と２次樹脂Ｊ２との接合強度に優れ、しかも、見切り線、とくに、成形品側面部のバリ発生を防止でき、外観の良好な成形品が得られる、という効果が期待できる。

＜第２実施形態＞
図１０は第２実施形態の一体成形金型の斜視図（図３に相当する図）、図１１はそのキャビティの平面図をそれぞれ示している。
本実施形態の一体成形金型は、第１実施形態の一体成形金型に対し、第１ブロック１１と第２ブロック１２とが一体的に形成され、かつ、第２ブロック１２もキャビティ３の厚み分進出できる可動ブロック１０を用いている点が異なる。
従って、可動ブロック１０がキャビティ３内に進出して、キャビティ３内を仕切ると、この可動ブロック１０によって仕切られた１次空間４は、１次樹脂と２次樹脂との接合部両端側の見切り線より１次樹脂側に凹状にかつ全厚みにわたって窪んだ凹部空間４Ａを持つ形状に構成される。一方、可動ブロック１０が退避したときに生じる２次空間５は、前記見切り線より１次樹脂側に凸状にかつ全厚みにわたって突出した凸部空間５Ａを持つように構成される。そして、これら１次空間４の凹部空間４Ａと２次空間５の凸部空間５Ａとが互いに嵌合する関係に形成されている。

この一体成形金型を用いて、２種の樹脂を見切り線を境として一体成形するには、第１実施形態の（１）〜（４）の手順に従って行われる。この場合でも、第１実施形態と同様な理由から、バリの発生を防止することができる。
これを図９を用いて説明する。まず、１次空間４に１次樹脂Ｊ１を射出する。１次空間４に射出された１次樹脂Ｊ１が冷却して収縮すると、キャビティ３面と１次樹脂Ｊ１との間に僅かな隙間６が生じる。次に、２次空間５に２次樹脂Ｊ２を射出すると、まず、２次樹脂Ｊ２が入りやすい見切り線中央の凸部空間５Ａに真っ先に入り込み、その凸部空間５Ａに２次樹脂Ｊ２が充満される。すると、その凸部空間５Ａに隣接する、見切り線両端側の１次樹脂Ｊ１Ｌを金型面に押し付ける力が発生するので、１次樹脂Ｊ１の収縮により生じた隙間６が塞がれる。その結果、成形品側面に現れやすいバリの発生を防止できる。

とくに、１次空間４の凹部空間４Ａと２次空間５の凸部空間５Ａとは、全厚みにわたって形成されているから、見切り線両端側の１次樹脂Ｊ１Ｌをその厚みの全域にわたって金型面に押し付ける力が発生するので、１次樹脂Ｊ１の収縮により生じた隙間６が厚み全域にわたって塞がれる。その結果、成形品側面に現れやすいバリの発生をより確実に防止できる。

＜実施例１〜４および比較例１〜３＞
次の条件で、２種の樹脂を一体成形した結果を表1に示す。

［樹脂種］
・１次樹脂：ブロックＰＰ（出光石油化学（株）J−950HP）
・２次樹脂：ブロックＰＰ（出光石油化学（株）J−950HP、顔料を１重量％配合）
・１次樹脂、２次樹脂の弾性率：ともに（引張り）弾性率１２００ＭＰａ
［成形条件］
・成形金型：実施例１〜３は図１〜図３の金型
実施例４は図１０〜１１の金型
比較例１〜３は図１２の金型
・１次樹脂および２次樹脂の射出条件は、表１の通り
・金型温度は全て４０℃、樹脂温度２００℃で射出
・射出成形機：４５０ｔ成形機
射出圧１００％
１次側１５００kgf/cm^２、２次側１５２０kgf/cm^２
・ 成形品：二色成形品の厚さ：２．５mm
突き出し部の幅：５および１５mm
長さ：1５mm
厚さ：１．５mm

本発明の実施例１〜４は、２次樹脂の射出遅れを長くする、すなわち、１次樹脂のポリプロピレンが収縮する程十分に冷却したのちに、２次樹脂を射出しても、成形品側面部の見切り線の乱れが発生しない。
比較例１〜３は、凸部空間全体が意匠面側見切り線より１次樹脂側にあることが、実施例と異なり、その結果、２次樹脂の射出遅延を短くしても、成形品側面部の見切り線の乱れが発生する。また、比較例１においては、意匠面の見切り線にも少し乱れがあった。見切り線近傍の１次樹脂の冷却が不十分で、２次樹脂の射出圧により変形したためと推定される。

本発明は、自動車部品、住宅設備部品、日用品、家電OA部品などの各分野において、２種の熱可塑性材を見切り線を境として一体成形する製品の製造に利用することができる。

本発明の第１実施形態の一体成形金型を示す縦断面図である。 図１のII−II線断面図である。 同上一体成形金型のキャビティを示す斜視図である。 同上一体成形金型を用いて、成形品を成形する際の工程（1次樹脂射出工程）を示す図である。 同上一体成形金型を用いて、成形品を成形する際の工程（１次樹脂冷却工程）を示す図（図４のV−V線断面図に相当）である。 同上一体成形金型を用いて、成形品を成形する際の工程（2次樹脂射出空間形成工程）を示す図である。 同上一体成形金型を用いて、成形品を成形する際の工程（2次樹脂射出工程）を示す図である。 図７のVIII−VIII線断面図である。 図７のIX−IX線断面図である。 本発明の第２実施形態の一体成形金型のキャビティを示す斜視図である。 同上実施形態のキャビティを示す平面図である。 比較例で用いる金型のキャビティを示す斜視図である。

符号の説明

１，２ 金型
３ キャビティ
４ １次空間
５ ２次空間
５Ａ 凸部空間
１０ 可動ブロック
１１ 第１ブロック
１２ 第２ブロック
Ｊ１ １次樹脂（１次熱可塑性材）
Ｊ２ ２次樹脂（２次熱可塑性材）

Claims (4)

1. ２種の熱可塑性材を、見切り線を境として一体成形する二色成形方法において、
   キャビティ内を可動ブロックで仕切ることで、１次熱可塑性材が射出される１次空間を形成するキャビティ仕切工程と、
   前記１次空間に１次熱可塑性材を射出する１次射出工程と、
   前記可動ブロックをキャビティ内から退避させることで形成される２次空間に、２次熱可塑性材を射出する２次射出工程とを有し、
   前記２次空間が、１次熱可塑性材と２次熱可塑性材との見切り線の両端部より内側で、かつ、その両端部の見切り線より１次熱可塑性材側に突出した凸部空間をもち、
   前記２次射出工程において、前記凸部空間に２次熱可塑性材が充填されるときの樹脂圧力により、前記凸部空間に隣接する１次熱可塑性材をキャビティ面に押し付けて、キャビティ面と１次熱可塑性材との間の隙間を塞ぐことを特徴とする二色成形方法。
2. 請求項１に記載の二色成形方法において、前記凸部空間は、前記見切り線の両端部より１次熱可塑性材側に突出している２次熱可塑性材が、最終的に得られる二色成形品の片面のみに有るように形成されていることを特徴とする二色成形方法。
3. 請求項１または請求項２に記載の二色成形方法において、前記可動ブロックを、１次熱可塑性材の片面と平坦な面になるように、前記キャビティ内から退避させることを特徴とする二色成形方法。
4. 請求項１〜請求項３のいずれかに記載の二色成形方法で成形された、二色成形品。
   

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