JP2012515666A - 金型およびプラスチックの多層成形部材の製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、プラスチックを保持する少なくとも２つの割型（１、２、６）およびキャビティ（４）、湯道を備えたゲーティングシステム（９）および交換可能な離型インサート（５）を含んでなる、プラスチックの多層成形部材を製造するための金型、ならびにプラスチックの多層成形部材の製造方法に関する。

Description

本発明は、少なくとも２つの割型、プラスチックが注入されるキャビティおよび供給路を備えた供給システムを含んでなる、多層プラスチック成形品を製造するための金型、ならびに多層プラスチック成形品の製造方法に関する。

先行技術は多層プラスチック成形品の製造を開示する。ＥＰ１９７４９６Ｂは、基材を２つの分離した割型間に注入する方法を記載する。基材はすぐに十分に硬化し、被覆剤が金型キャビティ圧を大きく上回る圧力により注入され、基材の全表面または一部表面に行き渡る。

ＤＥ４３１６１５４Ｃは部材の可視側面被覆の方法を記載する。この方法において、未被覆部材を射出成形金型と同類の金型内に置き、その後、圧力および熱により樹脂または被覆剤を可視表面に塗布する。全硬化時間の間、経時的に一定に、存在する空気が液体樹脂または被覆剤に溶解したままとなるような方法で選択された圧力が固定される樹脂または被覆剤にかけられる。

ＥＰ９３４８０８Ａは、第１工程において合成樹脂からなる成形品を製造することによる（例えば射出成形法）金型におけるコーティング方法を開示する。これは、（固定割型と可動割型を有する）金型に対する締め付け圧の適用により達成される。第２工程において、締め付け圧を弱め、または固定割型と可動割型を離隔する。その後コーティング組成物を金型の内部表面と成形品の表面の間に注入する。コーティング組成物は特定の圧力プロファイルを用いることにより硬化する。

ＷＯ２００６／０７２３６６Ａは、少なくとも２つのキャビティを備える金型における基材の成形およびコーティング方法を開示する。この方法においては、初めに金型内のキャビティにおいて、好ましくは射出成形法により基材が形作られる。その後、得られた基材を金型の第２キャビティに導入し、さらなる段階で圧力下、コーティング剤で被覆される。

上述した方法は、好ましくは反応性樹脂系またはコーティング用反応性コーティング系を使用し、これらは基材に対して良好に接着しなければならない。コーティングの表面は、好ましくは金属金型の形状を複製し、良好な離型性を提供するために、コーティングは金属金型に対しては接着すべきでない。したがって、先行技術はしばしば、表面上にその形状が復元されたキャビティの内部表面に外部離型剤を適用し、および／または、コーティング剤に内部離型剤を添加し、および／または、キャビティの内部表面に恒久的な剥離コーティングを用いる。これらは、コーティング物質をキャビティに注入するためのゲートに近い金型部分にとって、特に必要となる。射出工程の間、この部分では高い圧力および剪断力が存在するため、前記部分における剥離効果の急速な低下を伴う導入された外部離型剤の急速な消失が生じる。

外部離型剤系は、例えば、通常金型表面に噴霧される溶液または分散体の形態において既知である。このタイプの離型剤系は、剥離効果を有する活性成分（例えばワックス）および媒体（一般的に有機溶剤または水）からなる。外部離型剤の使用は、例えば、ＤＥ１１３１８７３ＡおよびＤＥ３８２７５９５Ｃに開示されている。

しばしば、成形品の製造の全段階に先立って、キャビティに外部離型剤を導入する必要がある。このことは製造コストを発生させ、製造工程を減速させる。さらに、離型剤は成形品の特性に影響を及ぼすことがあり、表面上に残る残渣はその後の工程（漆塗り、コーティング、ラミネーション等）において問題を生じ得る。さらに、離型剤から溶剤が周囲に漏れることがあり、製造者の健康を危険にさらされ得る。

特に、ゲート領域における、コーティング層を形成するための外部離型剤の使用による欠点は、射出手段が外部離型剤を剥離し、基材裏とコーティングの間の接触部分に離型剤を移送してしまうことである。これにより基材とコーティングの接着が乏しくなる。

さらに、または、コーティング系の成分に内部離型剤を添加することもできる。このタイプの手法は、例えばＤＥ３８３７３５１Ｃに記載されており、この手法においては、ポリウレタン生成物またはポリ尿素生成物の製造中にポリオール成分またはポリアミン成分に液体ポリブタジエンを添加する。前記手法についての他の記載は、「Innere Trennmittel fuer Polyurethan-Systeme」（ポリウレタン系に対する内部離型剤）、P. Horn、H.-U. SchmidtおよびG. Ramlow、Kunststoffberater 10/1987、24〜26頁、ならびに「Kunststoffhandbuch 7. Polyurethane」（ プラスチック便覧 7−ポリウレタン）、Guenter Oertel出版、第3版再版、1993、370頁、Hanser-Verlagにおいて見つけることができる。

内部離型剤の欠点は、被覆すべき基材に対しても剥離効果を発揮し得ることである。金型に対する良好な剥離効果は、基材に対して乏しい接着性を伴う。さらに、内部離型剤は、コーティングおよびその成分の特性にも影響を及ぼすと考えられる。その後の物質から表面への拡散を常に防止することはできず、部材へ悪影響を及ぼす（光学特性、感触、部材からの放出）。

先行技術は、内部および外部離型剤と同様に恒久的な金型コーティングも用いる。ＥＰ０８４１１４０ＡおよびＤＥ１００３４７３７Ａは、プラズマコーティングにより表面エネルギーを低下させることによる金型からの成形品剥離の改善方法を記載する。これらの層は、コーティング系が表面とのいかなる他の化学反応も生じないような方法で調整されなければならない。しかしながら、このタイプの剥離層は十分な機械的安定性を有しておらず短い作業時間の原因となる。したがって、しばしばコーティングの高価な再生が必要となる。このため、金型を製造工程から取り出さなければならず、それにより比較的長く生産停止する。

先行技術は、プラズマコーティングのみならずニッケルコーティングおよびクロムコーティングも記載する。「Kunststoffhandbuch 7. Polyurethane」（ プラスチック便覧 7−ポリウレタン）、Guenter Oertel出版、第3版再版、1993、362〜363頁、Hanser-Verlagは、金型表面の品質を改善するための金型の化学的なニッケルコーティングまたは他のハードコーティングの方法を開示する。

ＥＰ０９７３９６０Ｂは、成型品表面が電気めっき層の形態のクロムに基づく抗接着コーティングを有する金型における発泡成形品の製造方法を開示する。

恒久的な抗接着コーティングによる欠点は、それらの作用がポリウレタン系に対しては不十分であることであり、特に損傷が生じた場合その抗接着作用は急激に失われ、抗接着層の再生は比較的長い生産停止とともに多くの費用を意味する。

先行技術は、また、取り外し可能な金型インサートを用いた方法も開示する。ＥＰ１３２０４５１Ｂは、取り外し可能な金型部材と取り外し可能な金型部材に設けられた少なくとも１つの取り外し可能な弾性ライナーを用いた成形方法を記載する。この弾性ライナーは、取り外し可能な金型部材に起因する成形品上の線の出現を回避するのに役立つ。欠点は、成形品を離型する場合は常にこの弾性ライナーを付随して離型し、また同じく再挿入することである。このことは作業費の増加を意味する。

Cannon社（トレッツァーノ、イタリア）は、「Film & Foam」と称される技術を売り出している（http://www.thecannongroup.com/default.asp）。この技術においては、薄い隔離箔を成形工程に先立って金型内に挿入する。前記箔は、成形品の表面形状に箔を合致させるために金型内で熱成形工程を施されており、これは離型剤に取って代わる。前記方法の欠点は、箔の特性が表面の構造化を制限し、アンダーカットが不可能であり、箔の挿入および熱成形にさらなる操作が必要となり、また特定の時間後に隔離箔を廃棄物として廃棄することにある。

欧州特許第１９７４９６号明細書 独国特許第４３１６１５４号明細書 欧州特許出願公開第９３４８０８号明細書 国際特許出願公開第２００６／０７２３６６号パンフレット 独国特許出願公開第１１３１８７３号明細書 独国特許第３８２７５９５号明細書 独国特許第３８３７３５１号明細書 欧州特許出願公開第０８４１１４０号明細書 独国特許出願公開第１００３４７３７号明細書 欧州特許第０９７３９６０号明細書 欧州特許第１３２０４５１号明細書

したがって、本発明の課題は、上記欠点のない金型および方法を提供することである。

驚くべきことに、前記課題は、今まで用いられてきた金型に替えて取り外し可能な分離インサートを用いることにより達成される。インサート表面の形状は金型表面の形状と同じであり、それらは、好ましくは瞬間固定装置（例えば空気圧または磁気装置）を用いて、ぴったりと適合して挿入される。

図１は基材を製造するための射出成型用金型を示す図である。 図２はコーティングのための射出成型用金型を示す図である。 図３は被覆成形品を示す図である。

本発明は、少なくとも２つの割型、プラスチックが注入されるキャビティ、ならびに供給路および
ａ）分離外部手段を備えたまたは分離外部手段を備えていない交換可能な離型インサート（mould-release insert）、
ｂ）恒久的なまたは半恒久的な剥離層を有する交換可能な離型インサート、あるいは、
ｃ）恒久的な剥離材からなる交換可能な離型インサート
を備えた供給システムを含んでなる、多層プラスチック成形品を製造するための金型を提供する。

さらに本発明は、多層プラスチック成形品の製造方法であって、
i） 金型の第１キャビティにおいて基材を成形する工程、
ii） i）において製造された基材を第２金型内に導入することにより、またはi）において製造された基材とともに金型の１つの割型を第２金型に導入することにより、あるいは部分的に開型することで基材の表面に第２キャビティを生成することにより、第２キャビティを形成する工程、
iii） 第２キャビティにおいて、コーティング剤によりまたはプラスチックにより、あるいはコーティング剤製造用反応混合物またはプラスチック製造用反応混合物により、i）にしたがって製造された基材を被覆する工程であって、コーティング剤またはプラスチックあるいはコーティング剤製造用反応混合物またはプラスチック製造用反応混合物が、供給路および交換可能な離型インサートを備えた供給システムを経て導入される工程、
iv） iii）において製造された成形品を離型し、必要に応じて成形品の突出部分を除去する工程、
v） 摩耗や損傷により、インサートによりもたらされる分離の効果が低下した場合に離型インサートを交換する工程
を含んでなる方法を提供する。

一般的な用語「コーティング」または「コーティング系」は、以下、コーティング剤、プラスチックおよびコーティング剤製造用反応混合物またはプラスチック製造用反応混合物を意味するものとして使用する。

工程i）における基材の成形は、好ましくは射出成形技術、射出成形、射出圧縮成形、圧縮成形、発泡または反応射出成形を用いて行われる。工程iii）における基材のコーティングは、好ましくは反応射出成形（ＲＩＭ）法を用いて行われ、特に、例えば芳香族ポリウレタン系、ポリ尿素系または脂肪族ポリウレタン系に基づくコーティング剤（例えば２成分反応混合物）を用いて行われる。

本発明の金型および本発明の方法の利点は、とりわけ、成形品の金型からの剥離において重要となる部分で良好な離型性を有する金型インサートを用いることができる点である。これはゲート付近の領域のみならず、流出路および封止境界付近の領域にも適用され、また金型の成形表面やその一部にも適用される。さらに金型インサートは安価であり、また剥離効果が消失または損傷した場合には離型インサートのみを交換し、金型全体を交換または修復する必要がない。金型の使用可能時間は著しく増加する。

同時に複数の金型インサートを用いることも可能である。剥離層を金型の外側に適用することができる。剥離効果が消失した場合には、古く摩耗したインサートに替えて新しく被覆したインサートを用いる。

金型内へのインサートの挿入は、例えば適切なアダプターシステムと連結したロボットにより行われる。アダプターシステムには、金型内に金型インサートを固定するために、例えば減圧または電磁石を用いた瞬間結合システムが含まれ得る。インサートの交換のために磁石または減圧の電源を切り、インサートを容易に取り外すことができる。

金型は、離型力を測定するための装置を有し得る。離型力を測定するための装置と接合し、離型力が増加するとすぐに検出し、自動的に新しいインサートと離型インサートを取替えることのできる機械が存在する。

離型インサートに適した物質は、必要な表面品質および必要な強度を有する全ての物質である。鋼鉄および対応する合金が特に好適である。

１つの好ましい実施態様において、離型インサートはコーティングを挿入するための供給システムを形成し、またはコーティング用キャビティにすぐ隣接する供給システムを形成する。これにより前記領域に外部離型剤が存在しない状態とすることができ、コーティングの注入においてコーティングの流入により金型内へ離型剤が混入することなく、離型剤が基材とコーティング間の境界層へ移行することがないという利点を有する。この場合、表面品質および強度に関して離型インサートに求められる必要条件はそれほど厳しくはない。

離型インサートにおける適当な剥離コーティング物質は、使用されるコーティング系に対して十分な剥離効果を有し、十分な作業時間をもたらす全ての物質およびコーティング剤である。

特に、コーティング系（特にＰＵ系）において先行技術で既知の恒久的剥離層を使用し得る。

離型インサートに半恒久的剥離コーティングを適用することもできる。適当な物質は、反応性溶剤含有シリコーンポリマー系であり、噴霧、浸漬被覆または拡散工程により適用する。剥離効果が消失した場合には、離型インサートを容易に清浄化し再被覆することができる。このタイプの系は、とりわけ、Renodivの商品名でRhein Chemie Rheinau GmbH（マンハイム）により販売されている。

適用可能な物質の他の例は、恒久的クロム−ニッケルコーティング、クロムコーティング、ニッケルコーティング、フッ化ニッケルコーティングおよびポリマーコーティングである。累進層および複数の副層を有する層を、特に作業時間の改善のために使用することができる。適当なコーティング方法は、とりわけ、化学的方法、電気めっき法、減圧コーティング法（例えば物理蒸着コーティング法）およびプラズマコーティング法である。

また、離型インサートまたは低表面張力の材料からなるこれらの表面層を使用することもできる。例えば、フッ素重合体（例えばテフロン）またはポリオレフィン（例えばポリエチレン、ポリプロピレン）を用いることができる。

別の実施態様において、例えば供給システムにおける分割線においてまたは流出路の一部として、薄箔または薄板を離型インサートとして使用する。インサートは成形品の製造の直前に、例えばロボットにより挿入され、成形品とともに離型されるため、インサート材にはいかなる物質特異性的剥離特性も要求されない。接着した湯口またはコーティング剤の流出路を備えた離型インサートは、実際の成形品から切り離されて、場合により適切な処理後再利用することができる。

本発明を図によりさらに詳細に説明する。図１〜３は、一連の工程に関する原理を示す。図１は、基材を製造するための、第１割型（１）および第２割型（２）からなる射出成形用金型を示す。基材は供給路（３）を通って基材キャビティ（４）へ注入される。基材キャビティの端に離型インサート（５）が存在する。

基材が適当な強度に達した後、第２割型（２）を第３割型（６）（図２）と置き換える。第３割型（６）、離型インサート（５）および固化した基材（７）は、その後コーティング用キャビティ（８）を形成する。必要であれば、外部離型剤を割型（６）の内部表面に塗布しなければならないが、この離型インサートはそのような適用を必要としない。コーティング剤は、供給システム（９）を通ってコーティング層用キャビティ（８）に充填される。

コーティングが硬化した後、図３に示す被覆部材（成形品）を離型することができる。成形品は基材物質（７）、コーティング（１０）および離型後に成形品から切り離される側面突出部（１１）からなる。

Claims (9)

1. 少なくとも２つの割型、プラスチックが注入されるキャビティ、ならびに供給路および
   ａ）分離外部手段を備えたまたは分離外部手段を備えていない交換可能な離型インサート、
   ｂ）恒久的なまたは半恒久的な剥離層を有する交換可能な離型インサート、あるいは、
   ｃ）恒久的な剥離材からなる交換可能な離型インサート
   を備えた供給システムを含んでなる、多層プラスチック成形品を製造するための金型。
2. 離型インサートが半恒久的反応性シリコーンポリマーにより被覆されていることを特徴とする、請求項１に記載の金型。
3. 離型インサートが供給システム、分割線、流出路またはそれらの一部を形成していることを特徴とする、請求項１に記載の金型。
4. 離型インサートが、金型内に圧縮空気装置または磁気装置を用いることにより保持されることを特徴とする、請求項１に記載の金型。
5. 多層プラスチック成形品の製造方法であって、
   i） 金型の第１キャビティにおいて基材を成形する工程、
   ii） i）において製造された基材を第２金型内に導入することにより、またはi）において製造された基材とともに金型の１つの割型を第２金型に導入することにより、あるいは部分的に開型することで基材の表面に第２キャビティを生成することにより、第２キャビティを形成する工程、
   iii） 第２キャビティにおいて、コーティング剤によりまたはプラスチックにより、あるいはコーティング剤製造用反応混合物またはプラスチック製造用反応混合物により、i）にしたがって製造された基材を被覆する工程であって、コーティング剤またはプラスチックあるいはコーティング剤製造用反応混合物またはプラスチック製造用反応混合物が、供給路および交換可能な離型インサートを備えた供給システムを経て導入される工程、
   iv） iii）において製造された成形品を離型し、必要に応じて成形品の突出部分を除去する工程、
   v） 摩耗や損傷により、インサートによりもたらされる分離の効果が低下した場合に離型インサートを交換する工程
   を含んでなる方法。
6. 工程iii）における被覆が反応射出成形（ＲＩＭ）法により行われることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
7. 工程i）における基材の成形が、射出成形、射出圧縮成形、圧縮成形、発泡または反応射出成形により行われることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
8. フリーラジカル機構またはイオン機構により硬化し、あるいは重付加により硬化する反応性コーティング系を用いることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
9. 用いられる反応性コーティング系が、無溶剤脂肪族ポリウレタン系または他のポリウレタン系、あるいはポリ尿素系を含むことを特徴とする、請求項５に記載の方法。

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