JP2007261125A - 樹脂成形体及びその成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】樹脂成形体の膨張層周縁部のスキン層に亀裂が発生しないようにする。
【解決手段】成形型２７のキャビティ３３内に射出充填した膨張促進物質入り熱可塑性樹脂Ｒの成形型２７の成形面２９ａ，３１ａ近傍にスキン層１９が生成された時点で、キャビティ容積を拡大させて熱可塑性樹脂Ｒを膨張させることにより、樹脂密度の高いスキン層１９が表面に形成されるとともに多数の空隙を有しスキン層１９に比べて樹脂密度の低い膨張層２１が内部に形成されたパネル状のプレート本体１５を備えたキャリアプレート９において、キャビティ容積拡大方向Ａの両側面が固定型２９及び可動型３１の成形面２９ａ，３１ａ外方のパーティング面２９ｃ，３１ｃによって形成され、かつキャビティ容積が拡大される前に固化したソリッド層２３からなる板状リブ２５をプレート本体１５外周縁部にプレート本体１５の板面に沿うように一体に突設する。
【選択図】図４

Description

この発明は、樹脂密度の高いスキン層が表面に形成されるとともに多数の空隙を有し上記スキン層に比べて樹脂密度の低い膨張層が内部に形成されたパネル状の成形体本体を備えた樹脂成形体及びその成形方法に関するものである。

特許文献１では、成形面に凹部が形成された固定型と、スライド型を内蔵した可動型とを型閉じした状態で、キャビティ内に繊維入り熱可塑性樹脂を射出充填し、該キャビティ内で上記繊維入り熱可塑性樹脂が固化する過程で、上記可動型内でスライド型をキャビティ容積拡大方向に後退させて繊維入り熱可塑性樹脂を膨張させることにより、空隙がなく堅いスキン層が表面全体に形成されるとともに多数の空隙を有する膨張層が内部に形成された樹脂成形体を得るようにしている。そして、この樹脂成形体では上記膨張層により軽量化を図ることができる。
特開平１１−１７９７５１号公報（第３，７頁、図１）

ところで、上述の如き膨張層は、一般には、化学反応によりガスを発生させる化学的発泡材や二酸化炭素ガス及び窒素ガス等の不活性ガス（物理的発泡材）等の膨張促進物質を混入した熱可塑性樹脂を用いて形成されるが、図７に示すように、成形型ａの型閉じ状態で、固定型ｂと可動型ｃとの間に形成されたキャビティｄ内に膨張促進物質入り熱可塑性樹脂ｅを射出充填した後、キャビティｄ内で上記熱可塑性樹脂ｅが固化する過程で、つまり、熱可塑性樹脂ｅの成形型ａ（固定型ｂ、可動型ｃ）の成形面ｆ，ｇ近傍にスキン層ｈが生成された時点で、図８に示すように、上記可動型ｃをキャビティ容積拡大方向ｉ（型開き方向）に後退させてキャビティ容積を拡大させ、熱可塑性樹脂ｅを膨張させて膨張層ｊを形成すると、キャビティｄ外周縁部の未だ完全に固化しきっていないスキン層ｈが可動型ｃの成形面ｇに引っ張られるため、上記膨張層ｊ外周縁部のスキン層ｈの肉厚が薄くなり、該スキン層ｈに亀裂ｋが発生することがある。このように上記膨張層ｊ外周縁部のスキン層ｈに亀裂ｋが発生すると、膨張層ｊ内部のガスの一部がキャビティｄから固定型ｂと可動型ｃとの間を経て外部に流出されて膨張圧が低下するので、膨張層ｊを十分に膨張させることができず、樹脂成形体ｌを所期の目的とする厚みに成形することができなくなるばかりか、樹脂成形体ｌのスキン層ｈの表面が成形型ａの成形面ｆ，ｇに圧接されず、その表面が凹凸状あるいは波形状等に形成されて樹脂成形体ｌの見栄えが悪化するとともに剛性強度が低下することにもなる。

この発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、膨張成形された樹脂成形体において、膨張層周縁部のスキン層に亀裂が発生しないようにすることである。

上記の目的を達成するため、この発明は、スキン層の亀裂発生が予想される箇所の周縁部にスキン層よりも一足早く固化する部分を設けたことを特徴とし、具体的には、次のような解決手段を講じた。

すなわち、請求項１に記載の発明は、成形型のキャビティ内に射出充填した膨張促進物質入り熱可塑性樹脂の成形型の成形面近傍にスキン層が生成された時点で、キャビティ容積を拡大させて上記熱可塑性樹脂を膨張させることにより、樹脂密度の高いスキン層が表面に形成されるとともに多数の空隙を有し上記スキン層に比べて樹脂密度の低い膨張層が内部に形成されたパネル状の成形体本体を備え、上記成形体本体周縁部には、キャビティ容積拡大方向の両側面が成形型のパーティング面によって形成され、かつキャビティ容積が拡大される前に固化したソリッド層からなる板状リブが成形体本体の板面に沿うように一体に突設されていることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、板状リブは、成形体本体の膨張倍率が２．０倍以上４．０倍以下のとき、板厚が０．４ｍｍ以上１．２ｍｍ以下に、突出長さが２．０ｍｍ以上８．０ｍｍ以下にそれぞれ設定されていることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の樹脂成形体の成形方法であって、型閉じ状態で、固定型と可動型との間に成形体本体を成形するキャビティが形成されるとともに、該キャビティ周縁部の上記固定型及び可動型のパーティング面間に上記キャビティのキャビティ容積拡大方向の空間より狭く板状リブを成形する板状空間が上記キャビティに連通するように形成される成形型を用意し、上記成形型の型閉じ状態で、膨張促進物質入り熱可塑性樹脂を上記キャビティ内に射出充填して上記板状空間に導入し、次いで、上記熱可塑性樹脂の固化進行により上記成形型の成形面近傍における熱可塑性樹脂にスキン層が生成され、かつ上記板状空間内の熱可塑性樹脂が固化した時点で、上記可動型を後退させてキャビティ容積を拡大させ、上記熱可塑性樹脂を膨張させることを特徴とする。

請求項１に係る発明によれば、成形体本体の表面にスキン層が形成されるとともに、内部に多数の空隙を有する膨張層が形成され、樹脂成形体の軽量化を図ることができる。また、キャビティ容積を拡大させて熱可塑性樹脂を膨張させると、キャビティ内の未だ完全に固化しきっていないスキン層が成形型の成形面に引っ張られるが、キャビティ周縁部の成形型のパーティング面間にはキャビティ容積を拡大させる前に堅いソリッド層からなる板状リブが既に形成されているため、該板状リブに対応するスキン層の肉厚が成形型の成形面に引っ張られて薄くなっても、その周縁部に堅い板状リブがあることでスキン層に亀裂が発生するのを防止することができる。したがって、膨張層内部のガスの一部がキャビティから成形型のパーティング面間を経て外部に流出せず、膨張圧を高く確保して膨張層を十分に膨張させることができ、樹脂成形体を所期の目的とする厚みに成形することができるとともに、樹脂成形体のスキン層の表面が成形型の成形面に十分に圧接してその表面に凹凸状あるいは波形状等が形成されない見栄えの良い樹脂成形体を得ることができ、さらには樹脂成形体の剛性強度を確保することができる。

請求項２に係る発明によれば、重量増大及びコストアップを招くことなく膨張層周縁部のスキン層に亀裂が発生するのを確実に防止することができる。

請求項３に係る発明によれば、成形型の型構造を僅かに改造するだけで、成形時に上述の如き亀裂をなくすことにより所期の目的とする厚みを有し見栄え良くかつ軽量で強度剛性が優れた樹脂成形体を安価に成形することができる。

以下、この発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。

（実施形態１）
図２は自動車のサイドドア１の断面図である。該サイドドア１はドアアウタパネル３とドアインナパネル５とからなる金属製のドア本体７を備え、該ドア本体７の上記ドアインナパネル５に実施形態１に係る樹脂成形体としてのキャリアプレート（ドアモジュールプレート）９がシール材１１を介して取り付けられ、ドアトリム１３が上記キャリアプレート９を車室内側から被うように上記ドアインナパネル５に取り付けられている。

上記キャリアプレート９は、化学反応によりガスを発生させる化学的発泡材や二酸化炭素ガス及び窒素ガス等の不活性ガス（物理的発泡材）等の膨張促進物質とガラス繊維等の繊維とが混入された熱可塑性樹脂で成形され、その主体をなす成形体本体としてのパネル状のプレート本体１５を備えている。該プレート本体１５の車室外側面側の外周縁部には、図１にも示すように、上記シール材１１を収容するシール溝部１７が形成されている。

上記プレート本体１５は、後述する成形型２７のキャビティ３３内に射出充填した熱可塑性樹脂Ｒが成形型２７（固定型２９、可動型３１）の成形面２９ａ，３１ａ近傍にスキン層１９が生成された時点で、キャビティ容積を拡大させて上記熱可塑性樹脂Ｒを膨張させることにより、図１に示すように、空隙がなく樹脂密度の高い堅いスキン層１９が表面に形成されるとともに、多数の空隙（図示せず）を有し上記スキン層１９に比べて樹脂密度の低い膨張層２１が内部に形成されている。図２では作図上の都合によりプレート本体１５を単一層として表している。

この発明の特徴として、上記プレート本体１５外周縁部の板厚方向中間部には、キャビティ容積拡大方向（型開き方向）の両側面が固定型２９及び可動型３１の成形面２９ａ，３１ａ外方のパーティング面２９ｃ，３１ｃによって形成され、かつキャビティ容積が拡大される前に固化した堅いソリッド層２３からなる板状リブ２５がプレート本体１５の板面に沿うように全周に亘って連続して一体に突設されている。また、該板状リブ２５に対応するプレート本体１５のスキン層１９内側、すなわち、プレート本体１５の板厚方向側面のスキン層１９内側には凹条部２６が形成されている。この凹条部２６は、キャビティ３３内の未だ完全に固化しきっていないスキン層１９がキャビティ容積の拡大により可動型３１の成形面３１ａに引っ張られることによって該スキン層１９の肉厚が薄くなることで成形されるものである。

上記板状リブ２５は、プレート本体１５の膨張倍率が２．０倍以上４．０倍以下のとき、板厚Ｔが０．４ｍｍ以上１．２ｍｍ以下に、突出長さＬが２．０ｍｍ以上８．０ｍｍ以下にそれぞれ設定されている。ここで膨張倍率とは、［膨張後の膨張層及びスキン層を有する部分の体積／膨張させる部分の膨張前の体積］を示す。上記板厚Ｔを０．４ｍｍ以上１．２ｍｍ以下に設定したのは、０．４ｍｍ未満では薄すぎるため、膨張成形時にキャビティ３３外周縁部の未だ完全に固化しきっていないスキン層１９が可動型３１の成形面３１ａに引っ張られると、膨張層２１外周縁部のスキン層１９の肉厚が薄くなって該スキン層１９の板状リブ２５周りに亀裂が発生し、膨張層２１内部のガスの一部がキャビティ３３から固定型２９及び可動型３１のパーティング面２９ｃ，３１ｃ間を経て外部に流出されて膨張圧が低下し、膨張層２１を十分に膨張させることができず、キャリアプレート９（プレート本体１５）を所期の目的とする厚みに成形することができなくなるからである。また、プレート本体１５のスキン層１９の表面が成形型２７の成形面２９ａ，３１ａに圧接されず、その表面が凹凸状あるいは波形状等に形成されてキャリアプレート９の見栄えが悪化するとともに、剛性強度が低下することにもなるからである。一方、板厚Ｔが１．２ｍｍを超えると、必要以上に厚すぎてキャリアプレート９の重量が増大するとともに必要以上に熱可塑性樹脂量が使用されコストアップを招くからである。

また、上記板状リブ２５の突出長さＬを２．０ｍｍ以上８．０ｍｍ以下に設定したのは、２．０ｍｍ未満では短すぎるため、膨張成形時にキャビティ３３外周縁部の未だ完全に固化しきっていないスキン層１９が可動型３１の成形面３１ａに引っ張られると、板状リブ２５が膨張層２１外周縁部のスキン層１９に引きずり込まれて実質的になきに等しくなり、上記の板状リブ２５の板厚Ｔが０．４ｍｍ未満である場合と同様に、膨張層２１外周縁部のスキン層１９の肉厚が薄くなって該スキン層１９に亀裂が発生し、膨張層２１の膨張が不十分でキャリアプレート９の厚み確保、見栄え向上及び剛性強度確保を果たすことができなくなるからである。一方、突出長さＬが８．０ｍｍを超えると、必要以上に長すぎてキャリアプレート９の面積及び重量が増大するとともに必要以上に熱可塑性樹脂量が使用されコストアップを招くからである。

このように、プレート本体１５の表面全体にスキン層１９が形成されるとともに内部に多数の空隙が形成されることで、キャリアプレート９の軽量化を図ることができる。

次に、キャリアプレート９の成形要領について説明する。

まず、図３に示すように、成形型２７を型閉じする。固定型２９の成形面２９ａには、キャリアプレート９のシール溝部１７の裏面（車室側）形状に対応した凹条部２９ｂが形成されているとともに、可動型３１の成形面３１ａには、上記シール溝部１７の溝形状に対応した凸条部３１ｂが一体に突設され、型閉じ状態で、固定型２９の成形面２９ａと可動型３１の成形面３１ａとの間にプレート本体１５を成形するキャビティ３３が形成されている。また、この型閉じ状態で、該キャビティ３３外周縁部の上記固定型２９及び可動型３１のパーティング面２９ｃ，３１ｃ間に上記キャビティ３３のキャビティ容積拡大方向（型開き方向）の空間より狭く板状リブ２５を成形する板状空間３５が上記キャビティ３３に連通するように形成されている。

次いで、成形型２７のキャビティ３３内に射出機（図示せず）から上述した膨張促進物質とガラス繊維等の繊維とが混入された熱可塑性樹脂Ｒ（例えばポリプロピレン樹脂）を射出充填して上記板状空間３５に導入する。図３はこの射出充填状態を示している。

その後、成形型２７のキャビティ３３内に射出充填された熱可塑性樹脂Ｒの固化進行により成形型２７の成形面２９ａ，３１ａ近傍にスキン層１９が生成されるが、このスキン層１９は未だ完全に固化しきっていない。一方、上記板状空間３５内の熱可塑性樹脂Ｒは、板状空間３５が型閉じ状態でキャビティ３３のキャビティ容積拡大方向の空間、例えば２．５ｍｍより狭い例えば０．５ｍｍに設定されているため、成形型２７の型温の影響を大きく受けて上記スキン層１９よりも一足早く冷却されて固化し、キャビティ３３周縁部の固定型２９及び可動型３１のパーティング面２９ｃ，３１ｃ間に堅いソリッド層２３からなる板状リブ２５が成形される。

そして、上記板状リブ２５が成形された時点で、図４に示すように、可動型３１をキャビティ容積拡大方向Ａ（型開き方向）に後退させる。つまり、可動型３１を固定型２９から僅かに離れさせ、キャビティ容積を例えば２倍もしくはそれ以上に拡大させる。この段階で、熱可塑性樹脂Ｒは、成形型２７の成形面２９ａ，３１ａと接触する部分が型温の影響により早期に冷却されているため、空隙がなく堅いスキン層１９となって表面層を構成する。一方、熱可塑性樹脂Ｒの内側部分は型温の影響を受け難く、粘度の高いゲル状態になっている。したがって、キャビティ容積の拡大により、それまで固定型２９及び可動型３１で圧縮されている熱可塑性樹脂Ｒが可動型３１の成形面３１ａに引っ張られるとともに、熱可塑性樹脂Ｒ中の化学反応により発生したガスや不活性ガスにより膨張する。この際、熱可塑性樹脂Ｒ中の繊維も上記圧縮が軽減されて弾性的に復元し、この弾性復元力（スプリングバック現象）によっても上記熱可塑性樹脂Ｒが膨張する。

このことにより、空隙がなく堅いスキン層１９が表面に形成されるとともに、内部に多数の空隙（図示せず）を有する膨張層２１が形成されたプレート本体１５が膨張成形される。また、上記板状空間３５内では、可動型３１が後退する段階では、熱可塑性樹脂Ｒが既に固化しており、堅いソリッド層２３からなる板状リブ２５がプレート本体１５外周縁部の板厚方向中間部にプレート本体１５の板面に沿うように一体に突設され、キャリアプレート９が膨張成形される。

このようにして膨張成形されたキャリアプレート９では、膨張層２１外周縁部のスキン層１９内側に凹条部２６が形成されているだけであり、従来例の如き亀裂は発生していない。このように膨張層２１外周縁部のスキン層１９に亀裂が発生しないのは、型閉じ状態で、キャビティ３３外周縁部の固定型２９及び可動型３１のパーティング面２９ｃ，３１ｃ間で熱可塑性樹脂Ｒが一足早く固化して堅いソリッド層２３からなる板状リブ２５が形成されているからである。つまり、可動型３１をキャビティ容積拡大方向Ａに後退させて熱可塑性樹脂Ｒを膨張させると、キャビティ３３内の未だ完全に固化しきっていないスキン層１９が可動型３１の成形面３１ａに引っ張られ、これに伴って板状リブ２５に対応するスキン層１９も引っ張られてその肉厚が薄くなるが、その周縁部に堅い板状リブ２５があることでスキン層１９に亀裂が発生するのを防止することができるのである。したがって、膨張層２１内部のガスの一部がキャビティ３３から成形型２７のパーティング面２９ｃ，３１ｃ間を経て外部に流出せず、膨張圧を高く確保して膨張層２１を十分に膨張させることができ、キャリアプレート９（プレート本体１５）を所期の目的とする厚みに成形することができるとともに、キャリアプレート９のスキン層１９の表面が成形型２７の成形面２９ａ，３１ａに十分に圧接してその表面に凹凸状あるいは波形状等が形成されない見栄えの良いキャリアプレート９を得ることができ、さらにはキャリアプレート９の剛性強度を確保することができる。そして、このようにして膨張成形されたキャリアプレート９では、プレート本体１５が膨張層２１を有しないソリッド層のみからなりかつ本実施形態のプレート本体１５と同一肉厚である場合に比べて、軽量化を図ることができる。

また、プレート本体１５の膨張倍率が２．０倍以上４．０倍以下のとき、上記板状リブ２５の板厚Ｔを０．４ｍｍ以上１．２ｍｍ以下に、突出長さＬを２．０ｍｍ以上８．０ｍｍ以下にそれぞれ設定したので、重量増大及びコストアップを招くことなく膨張層２１外周縁部のスキン層１９に亀裂が発生するのを確実に防止することができる。

さらに、型閉じ状態で、キャビティ３３外周縁部にキャビティ３３のキャビティ容積拡大方向Ａの空間より狭く板状リブ２５を成形する板状空間３５をキャビティ３３に連通するように形成するだけの僅かな型構造の改造により、上述の如き亀裂がなく軽量で強度剛性が優れたキャリアプレート９を安価に成形することができる。

（実施形態２）
図５及び図６は実施形態２に係る樹脂成形体９′を成形する成形型２７を示す。ここでは成形される樹脂成形体９′が具体的に何であるかは明示していない。この樹脂成形体９′では、成形体本体１５′外周縁部における固定型２９側である板厚方向一端部に、キャビティ容積拡大方向Ａの両側面が固定型２９及び可動型３１の成形面２９ａ，３１ａ外方のパーティング面２９ｃ，３１ｃによって形成され、かつキャビティ容積が拡大される前に固化したソリッド層２３からなる板状リブ２５が成形体本体１５′の板面に沿うように全周に亘って連続して一体に突設されている。これに伴い、固定型２９の成形面２９ａ及びパーティング面２９ｃは全体に亘って平滑面つまり面をなし、一方、可動型３１の成形面３１ａ外周縁部には、固定型２９との間に板状空間３５を形成するための突起部３１ｄが全周に亘って連続して一体に突設されている。上記板状リブ２５の板厚Ｔ及び突出長さＬは実施形態１と同様であり、成形体本体１５′がスキン層１９及び膨張層２１を有することや、成形要領についても実施形態１と同様であるので、同じ構成箇所には同じ符号を付して詳細な説明を省略する。したがって、この実施形態２では、実施形態１と同様の作用効果を奏することができる。

なお、上記の実施形態１においても、実施形態２と同様に板状リブ２５をプレート本体１５外周縁部における固定型２９側である板厚方向一端部に形成してもよい。また、上記の各実施形態においては、板状リブ２５をプレート本体１５外周縁部に全周に亘って連続して一体に突設したが、間欠的に突設してもよく、また、プレート本体１５に開口部が形成されている場合には、該開口部の内周縁部に板状リブ２５を一体に突設してもよい。

また、上記の各実施形態において、熱可塑性樹脂にはガラス繊維等の繊維を混入させたが、該繊維は必ずしも混入させなくてもよい。

さらに、上記の実施形態１では、樹脂成形体が自動車のサイドドアのキャリアプレート９である場合を示したが、上記の実施形態１及び２をインストルメントパネル、ドアトリム、トランクボード等の他の自動車用パネルや自動車以外の家電製品、住宅用パネル等にも適用することができるものである。

この発明は、樹脂密度の高いスキン層が表面に形成されるとともに多数の空隙を有し上記スキン層に比べて樹脂密度の低い膨張層が内部に形成されたパネル状の成形体本体を備えた樹脂成形体及びその成形方法について有用である。

実施形態１に係るキャリアプレートの板状リブ周辺部分を拡大して示す断面図である。 実施形態１に係るキャリアプレートが適用された自動車のサイドドアの下側部分を示す断面図である。 実施形態１において成形型のキャビティ内に熱可塑性樹脂を射出充填した状態を示す図１対応箇所の成形工程図である。 実施形態１において可動型をキャビティ容積が拡大する方向に僅かに後退させた状態を示す図３対応図である。 実施形態２の図３相当図である。 実施形態２の図４相当図である。 従来例の図３相当図である。 従来例の図４相当図である。

符号の説明

９ キャリアプレート（樹脂成形体）
９′ 樹脂成形体
１５ プレート本体（成形体本体）
１５′ 成形体本体
１９ スキン層
２１ 膨張層
２３ ソリッド層
２５ 板状リブ
２７ 成形型
２９ 固定型
２９ａ 固定型の成形面
２９ｃ 固定型のパーティング面
３１ 可動型
３１ａ 可動型の成形面
３１ｃ 可動型のパーティング面
３３ キャビティ
３５ 板状空間
Ａ キャビティ容積拡大方向
Ｌ 板状リブの突出長さ
Ｒ 熱可塑性樹脂
Ｔ 板状リブの板厚

Claims (3)

1. 成形型のキャビティ内に射出充填した膨張促進物質入り熱可塑性樹脂の成形型の成形面近傍にスキン層が生成された時点で、キャビティ容積を拡大させて上記熱可塑性樹脂を膨張させることにより、樹脂密度の高いスキン層が表面に形成されるとともに多数の空隙を有し上記スキン層に比べて樹脂密度の低い膨張層が内部に形成されたパネル状の成形体本体を備え、
   上記成形体本体周縁部には、キャビティ容積拡大方向の両側面が成形型のパーティング面によって形成され、かつキャビティ容積が拡大される前に固化したソリッド層からなる板状リブが成形体本体の板面に沿うように一体に突設されていることを特徴とする樹脂成形体。
2. 請求項１に記載の樹脂成形体において、
   板状リブは、成形体本体の膨張倍率が２．０倍以上４．０倍以下のとき、板厚が０．４ｍｍ以上１．２ｍｍ以下に、突出長さが２．０ｍｍ以上８．０ｍｍ以下にそれぞれ設定されていることを特徴とする樹脂成形体。
3. 請求項１に記載の樹脂成形体の成形方法であって、
   型閉じ状態で、固定型と可動型との間に成形体本体を成形するキャビティが形成されるとともに、該キャビティ周縁部の上記固定型及び可動型のパーティング面間に上記キャビティのキャビティ容積拡大方向の空間より狭く板状リブを成形する板状空間が上記キャビティに連通するように形成される成形型を用意し、
   上記成形型の型閉じ状態で、膨張促進物質入り熱可塑性樹脂を上記キャビティ内に射出充填して上記板状空間に導入し、
   次いで、上記熱可塑性樹脂の固化進行により上記成形型の成形面近傍における熱可塑性樹脂にスキン層が生成され、かつ上記板状空間内の熱可塑性樹脂が固化した時点で、上記可動型を後退させてキャビティ容積を拡大させ、上記熱可塑性樹脂を膨張させることを特徴とする樹脂成形体の成形方法。

Images