JP2020157692A - 成形体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 大掛かりな装置を必要とすることなく効率的な孔開けが可能な表皮付きの成形体の製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】 金型内で表皮材を有する成形体の成形を行うとともに、成形体に孔開けを行う成形体の製造方法である。成形体の成形の際に、金型内において、表皮材とは反対側から突き出し部材を突き出し、孔開けを行う。成形の際には、分割された一対の金型を用い、一方の金型に突き出し部材を設けるとともに、他方の金型に前記突き出し部材の受けとなる開口部を形成する。突き出し部材の先端面は、後退した位置において、一方の金型の成形面の一部を構成する。【選択図】 図６

Description

本発明は、表皮材を有する成形体の製造方法に関するものであり、特に、金型内で孔開けを行うようにした新規な成形体の製造方法に関する。

従来、自動車内装部材等の成形体として一重壁構造の樹脂シートからなる成形体が用いられている。例えば、特許文献１では、樹脂シートを自動車用のドアトリムに用いている。

特許４２９７７３８号公報

ところで、一重壁構造の成形体に表皮シートを成形する場合があり、その場合、１枚の発泡樹脂シートと表皮シートを重ねて成形し、外周部分をコンプレッションした後、バリを切除するという方法が行われる。

ここで、成形体に孔開け加工が必要な場合があり、通常は、成形体を金型から取り出した後に後加工で孔開けを実施している。しなしながら、後加工での孔開けは、工数を増加する要因になり、生産性の点で好ましくない。また、後加工で孔開けを行うためには、孔開け用のプレス機等が別途必要になる等、設備投資も必要である。

また、特に表皮材を有する成形体においては、孔開けが容易ではなく、ナイフや打ち抜きによる孔開けの場合、カット面に内部層がむき出しになり、成形精度が低くなるという問題もある。

本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、設備増や工数増を招くことなく効率的な孔開けが可能な成形体の製造方法を提供することを目的とする。

前述の目的を達成するために、本発明の成形体の製造方法は、金型内で表皮材を有する成形体の成形を行うとともに、前記成形体に孔開けを行う成形体の製造方法であって、成形体の成形の際に、金型内において、表皮材とは反対側から突き出し部材を突き出し、孔開けを行うことを特徴とする。

本発明は、金型内で孔開けを行うことを基本的な考えとするもので、突き出し部材を最適化することにより、効率的で精度の良い孔開けを実現するものである。

本発明によれば、表皮材を有する成形体について、別途設備を必要とすることなく効率的な孔開けが可能である。特に、本発明によれば、成形完了後の成形体の取り出し時には、孔開け加工が完結されていることになり、成形工程の大幅な合理化を実現することができる。

製造される成形体の一例を示す概略断面図である。 表皮シートと発泡樹脂シートを一体化した成形体を成形するための成形機の一例を示す図である。 成形体の成形工程を示す概略断面図であり、（Ａ）は樹脂シート及び表皮シートの供給工程、（Ｂ）は型締め工程、（Ｃ）は真空吸引により樹脂シートをキャビティ形状に賦形する工程をそれぞれ示す。 表皮材を有する成形体のバリ切断位置近傍を拡大して示す図であり、（Ａ）はバリ冷却工程を示す概略断面図、（Ｂ）は突き出し部材の突き出し工程を示す概略断面図である。 表皮材を有する成形体のバリ切断位置近傍を拡大して示す図であり、（Ａ）は表皮材とは反対側の面からバリを冷却する工程を示す概略断面図、（Ｂ）は表皮材とは反対側の面から突き出し部材の突き出す工程を示す概略断面図である。 孔開け工程を示す図であり、（Ａ）は樹脂シートの射出工程、（Ｂ）は型締め工程、（Ｃ）は賦形工程、（Ｄ）は孔開け工程、（Ｅ）は型開き工程を示す。 孔開け状態を示す写真であり、（Ａ）及び（Ｂ）は表皮材側から突き出し部材を突き出して孔開けを行った場合、（Ｃ）及び（Ｄ）は樹脂シート側から突き出し部材を突き出して孔開けを行った場合である。 孔開け状態を模式的に示す図であり、（Ａ）は表皮材側から突き出し部材を突き出して孔開けを行った場合、（Ｂ）は樹脂シート側から突き出し部材を突き出して孔開けを行った場合である。

以下、本発明を適用した成形体の製造方法の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

本実施形態で成形される成形体１は、図１に示すように、発泡樹脂シート２の表面にいわゆるカーペットのような表皮シート３を積層一体化したものであり、表皮シート３側を意匠面として例えば車両のトリム材等として用いられるものである。

発泡樹脂シート２に使用する前記熱可塑性樹脂は任意であるが、例えばポリオレフィン等を挙げることができ、ポリオレフィンとしては、低密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体及びその混合物等が挙げられる。

発泡樹脂シート２は、単層の樹脂シートであるが、成形時に金型内を真空吸引することにより厚さが拡大され、それによって金型に接する形で成形され、その結果、表裏両面近傍が冷却されて中心部分に比べて緻密な（発泡倍率が低い）状態（表裏にスキン層を有する状態）となっている。このため、いわゆる２重壁構造に類似する構造となり、単層であっても高い剛性を有する。

表皮シート３は、前記の通り意匠面を構成するものであり、いわゆるカーペット材や、不織布等が用いられる。表皮シート３は、溶融状態の発泡樹脂シート２と重ねて成形され、熱溶着された状態で発泡樹脂シート２と一体化されている。

前述の成形体１は、例えば図２に示すような成形機により成形される。図２は、成形体１を成形するための成形機の一例を示すものであり、成形機１０は、樹脂供給装置２０と、Ｔダイ１８と、金型３０，４０を備える。樹脂供給装置２０は、ホッパー１２と、押出機１３と、インジェクタ１６と、アキュームレータ１７を備える。押出機１３とアキュームレータ１７は、連結管２５を介して連結される。アキュームレータ１７とＴダイ１８は、連結管２７を介して連結される。

ホッパー１２は、原料樹脂１１を押出機１３のシリンダ１３ａ内に投入するために用いられる。原料樹脂１１の形態は、特に限定されないが、通常は、ペレット状である。原料樹脂１１は、ホッパー１２からシリンダ１３ａ内に投入された後、シリンダ１３ａ内で加熱されることによって溶融されて溶融樹脂になる。また、シリンダ１３ａ内に配置されたスクリューの回転によってシリンダ１３ａの先端に向けて搬送される。スクリューは、シリンダ１３ａ内に配置され、その回転によって溶融樹脂を混練しながら搬送する。スクリューの基端にはギア装置が設けられており、ギア装置によってスクリューが回転駆動される。シリンダ１３ａ内に配置されるスクリューの数は、１本でもよく、２本以上であってもよい。

シリンダ１３ａには、シリンダ１３ａ内に発泡剤を注入するためのインジェクタ１６が設けられる。原料樹脂１１を発泡させない場合は、インジェクタ１６は省略可能である。インジェクタ１６から注入される発泡剤は、物理発泡剤、化学発泡剤、及びその混合物が挙げられるが、物理発泡剤が好ましい。物理発泡剤としては、空気、炭酸ガス、窒素ガス、水等の無機系物理発泡剤、およびブタン、ペンタン、ヘキサン、ジクロロメタン、ジクロロエタン等の有機系物理発泡剤、さらにはそれらの超臨界流体を用いることができる。超臨界流体としては、二酸化炭素、窒素などを用いて作ることが好ましく、窒素であれば臨界温度−１４９．１℃、臨界圧力３．４ＭＰａ以上、二酸化炭素であれば臨界温度３１℃、臨界圧力７．４ＭＰａ以上とすることにより得られる。化学発泡剤としては、酸（例：クエン酸又はその塩）と塩基（例：重曹）との化学反応により炭酸ガスを発生させるものが挙げられる。化学発泡剤は、インジェクタ１６から注入する代わりに、ホッパー１２から投入してもよい。

発泡剤が添加されている又は添加されていない溶融樹脂１１ａは、シリンダ１３ａの樹脂押出口から押し出され、連結管２５を通じてアキュームレータ１７内に注入される。アキュームレータ１７は、シリンダ１７ａとその内部で摺動可能なピストン１７ｂを備えており、シリンダ１７ａ内に溶融樹脂１１ａが貯留可能になっている。そして、シリンダ１７ａ内に溶融樹脂１１ａが所定量貯留された後にピストン１７ｂを移動させることによって、連結管２７を通じて溶融樹脂１１ａをＴダイ１８内に設けられたスリットから押し出して垂下させて発泡樹脂シート２を形成する。

発泡樹脂シート２は、第１及び第２金型３０，４０間に導かれ、金型３０，４０によって成形される。金型３０は、金型４０に対向する面に凸部３０ａを有する。金型４０は、金型３０に対向する面に凹部４０ａを有する。凸部３０ａと凹部４０ａは互いに略相補形状になっている。金型３０には、好ましくは、多数の減圧吸引孔が設けられており、発泡樹脂シート２を減圧吸引して金型３０の表面に沿った形状に賦形することが可能になっている。金型４０にも減圧吸引孔が設けられていてもよい。溶融樹脂が発泡剤を含有することで、発泡樹脂シート２は発泡樹脂シートとなり、成形体は発泡成形体となる。

また、発泡樹脂シート２に隣接した位置に発泡樹脂シート２に重なるように表皮シート３を配置し、表皮シート３と発泡樹脂シート２を金型３０，４０で挟むことによって、表皮シート３と発泡樹脂シート２（発泡樹脂シート２）を一体成形することができる。これによって、図１に示すように、発泡樹脂シート２に表皮シート３が一体成形された成形体１が得られる。

図３は成形体１の成形方法を説明するものであり、成形体１の成形において、発泡樹脂シート２と表皮シート３を一体に成形するには、先ず、図３（Ａ）に示すように、金型３０，４０の間に発泡樹脂シート２と表皮シート３とを供給する。供給される発泡樹脂シート２の厚さは、金型３０，４０間の間隔よりも若干小さい。

次いで、図３（Ｂ）に示すように、金型３０，４０の型締めを行う。この段階では、発泡樹脂シート２の厚さは金型３０，４０の間隔よりも小さい。次いで、図３（Ｃ）に示すように、発泡樹脂シート２をキャビティ形状に賦形するとともに、発泡樹脂シート２と表皮シート３を溶着により接合一体化する。この時、前記の通り、金型３０，４０に設けた減圧吸引孔より真空吸引を行い、発泡樹脂シート２の厚さを拡大させ、金型３０，４０のキャビティ形状に賦形する。

金型３０，４０の両方によって発泡樹脂シート２を減圧吸引すると、発泡樹脂シート２の発泡が促進されて発泡樹脂シート２が膨張する。発泡樹脂シート２は厚さ方向の中央付近での粘度が最も低い（流動性が最も高い）ので、厚さ方向の中央付近での発泡が特に促進されて発泡樹脂シート２が膨張する。その結果、厚さ方向の中央付近の層（中央層）での平均気泡径が大きく、表面近傍の表面層の平均気泡径が小さいという構成の発泡樹脂シート２が得られる。このような発泡樹脂シート２は、平均気泡径が大きい中央層が、平均気泡径が小さい表面層で挟まれたサンドイッチ構造となっているために、軽量且つ高剛性である。

以上が成形体１の成形方法であるが、金型３０，４０の型締めで成形体１の成形を行う場合、成形体１の周囲にはバリが形成されることになる。本実施形態では、成形体１の周囲に形成されるバリを金型内で切断することとする。金型内でバリを切除することにより、バリ取りのための工程を別途設ける必要がなくなり、効率的なバリ取りが可能である。また、別途プレス機等を用意する必要がないので、大掛かりな設備が不要となり、設備投資上も有利である。

以下、成形体１の周囲に形成されたバリを切断するバリ取りについて説明する。

前記成形に用いられる金型３０，４０においては、成形体１に対応するキャビティの外周部分に互いに突き当てられるピンチ部３１，４１を有する。これらピンチ部３１，４１により発泡樹脂シート２や表皮シート３が押し潰され、この部分が成形体１のパーティングライン（ＰＬ）となる。ここで、前記ピンチ部３１，４１の外側に残存する発泡樹脂シート２や表皮シート３がバリＢとなるが、本実施形態においては、このバリＢを成形体１から分断する機構が金型３０，４０に設けられている。

先ず、金型３０，４０のピンチ部３１，４１の外側においては、金型３０の金型面が後退されてバリＢを収容する空間５０が形成されている。図４（Ａ）に示すように、ピンチ部３１，４１の外側に空間５０が形成され、この空間５０内にバリＢが収容される形になる。

また、前記空間５０は、前記ピンチ部３１，４１から所定の距離をもって形成されるピンチ部３２，４２によって反対側の端部が塞がれる形となっている。すなわち、前記空間５０は、ピンチ部３１，４１を第１のピンチ部、ピンチ部３２，４２を第２のピンチ部とし、これらピンチ部間の空間として形成されている。このように空間５０を閉鎖空間とすることで、後述のエアー吹き付け機構から吹き付けられるエアー（冷気）が空間５０から逃げないような構造とされている。なお、エアー吹き付けの際に、これら空間５０からエアーを逃がすために、空間５０にエアー逃がし用のピンを挿入するようにしてもよいし、他のエアー逃がし機構を設けるようにしてもよい。

空間５０には、エアー吹き付け機構及び突き出し部材が設けられ、これを用いてバリＢの成形体１からの分断が行われる。具体的には、本実施形態の場合、図中、下側の金型４０には、前記空間５０に対応してエアー吹き付け用の吹き出し孔４３が形成されている。このエアー吹き出し孔４３からエアー（冷気）が吹き出され、バリＢに冷気が吹き付けられる。

なお、本例では、成形体の周囲に第１のピンチ部（ピンチ部３１，４１）を設けるとともに、当該第１のピンチ部の外側に第２のピンチ部（ピンチ部３２，４２）を設け、これら第１のピンチ部と第２のピンチ部の間に形成される空間においてバリ取りを行うようにしたが、例えば隣接する２つの成形体のピンチ部の間に形成される空間においてバリ取りを行うようにすることも可能である。

一方、図中、上側の金型３０には、ピンチ部３１に近い位置に、またピンチ部３１に沿って配列する形で突き出し部材である金型スライド機構６０が設置されている。金型スライド機構６０は、例えば直径２０ｍｍ〜３０ｍｍ程度の棒状部材であり、この金型スライド機構６０を金型面から突き出すことでバリＢを向かい合う金型４０の金型面に向けてバリＢを押し付ける。

前記金型スライド機構６０の形態は任意であり、例えば断面円形の棒状体を用いてもよいし、先端面の中央に凹部６０ａを有し円環状の突出部を有する棒状体を用いてもよい。あるいは、先端に若干径の小さな凸部６０ｂを有する棒状体等も使用可能である。

金型スライド機構６０は、前記の通り、ピンチ部３１，４１に沿って配列されるが、その間隔が狭いほど切断性が向上する。したがって、金型スライド機構６０の配列ピッチ（配列間隔）は例えば１７０ｍｍ以内とすることが好ましい。

また、金型スライド機構６０の稼動手段としては、例えば油圧方式を採用することができ、各金型スライド機構６０を独立に稼動させる方式としてもよいし、金型背板等を利用して同時に稼動する方式としてもよい。成形体の形状によっては、金型スライド機構６０が当たるタイミングを可変とすることで、バリ処理が円滑に行われることも考えられるが、その場合には、各金型スライド機構６０のストロークを調整することで適宜調整可能である。

金型内でのバリ取りに際しては、バリＢをしっかりと冷却すること、金型スライド機構６０の設定を最適化することが重要である。表皮材（表皮シート３）を有する成形体１の場合、発泡樹脂シート２側から打ち抜くと、表皮シート３が切断されず、型ないバリ取りが難しい。その要因としては、（１）バリＢにおいて冷却ブローが表皮シート３側に当たり、冷却効率が落ちること、（２）パーティングライン（ＰＬ）において表皮シート３に力がうまく伝わらないこと、の２点が挙げられる。

そこで、本実施形態においては、図４（Ａ），（Ｂ）に示すように、表皮シート３側から金型スライド機構６０を突き出し、バリＢを打ち抜くように構成している。すなわち、図４（Ａ）に示すように、表皮易シート３と接する側の金型３０に金型スライド機構６０を内蔵する形とし、冷却ブローの後、図４（Ｂ）に示すように、金型スライド機構６０を突き出してバリＢを切断する。これにより、バリＢが速やかに切断される。

表皮シート３側から金型スライド機構６０を突き出し、バリＢを打ち抜くように構成した場合、通気性のない発泡樹脂シート２側から冷却ブローが吹き付けられることになり、バリＢ（発泡樹脂シート２及び表皮シート３）が金型４０に密着し、十分に冷却される。また、金型スライド機構６０は表皮シート３に直接突き当たる形になり、金型スライド機構６０の力が表皮シート３に確実に伝わり、円滑なバリ取りが実現される。

これに対して、図５（Ａ）に示すように発泡樹脂シート２側の金型４０に金型スライド機構６０を設け、発泡樹脂シート２側から金型スライド機構６０を突き出すようにした場合、図５（Ｂ）に示すように、表皮シート３を切断することができず、金型内バリ取りが成立しない。

発泡樹脂シート２側から金型スライド機構６０を突き出すようにした場合、通気性を有する表皮シート３側から冷却ブローが吹き付けられることになり、通気性のない発泡樹脂シート２は金型３０に密着する。一方、表皮シート３は冷却ブローによる押し付けが不十分となって、発泡樹脂シート２への密着が不十分となる。金型スライド機構６０は発泡樹脂シート２に突き当たる形になるが、前記の通り表皮シート３の発泡樹脂シート２への密着も不十分であり、金型スライド機構６０の力が表皮シート３に伝わり難く、表皮シート３を確実に切断することができない。

また、本実施形態では、成形体１に対して孔開け加工を行うが、この孔開けについても、先のバリ取りと同様、金型内で行う。従来、成形体１の孔開け加工は、製品（成形体１）の金型から取り出した後に実施しているが、型内で孔開けすることで、後加工工程を短縮することができ、コストダウンを達成することが可能である。

図６は型内での孔開け加工を説明する図である。前述の通り、金型３０，４０の間に発泡樹脂シート２及び表皮シート３を挟み込んで成形を行うが、一方の金型に孔開け加工用の金型スライド機構を設け、他方の金型の前記金型スライド機構と対向する位置に受け用の開口部を形成しておけば、金型スライド機構による打ち抜きで孔開け加工を行うことができる。

ただし、成形体１の孔開けにおいては、先のバリＢを切断する場合とは逆に、発泡樹脂シート２と接する金型４０に打ち抜き用の金型スライド機構７０を設けるとともに、反対側の金型３０に受け用の開口部８０を形成し、発泡樹脂シート２側から金型スライド機構７０を突出させ、孔開け加工を行う。発泡樹脂シート２が接する側の金型４０に金型スライド機構７０を設けることで、発泡樹脂シート２が金型スライド機構７０と接触して冷却され、フラットなスキン層が形成される。これにより孔カット面精度の高い製品（成形体１）を得ることができる。

前記打ち抜き用の金型スライド機構７０は、後退した位置において、前記一方の金型４０の成形面の一部を構成する形になり、金型スライド機構７０の先端面が発泡樹脂シート２と接触して冷却し、フラットなスキン層が形成される。

以下、成形体１の孔開け加工について説明すると、先ず、図６（Ａ）に示すように、金型３０に表皮シート３を保持した状態でＴダイより溶融発泡樹脂を射出して発泡樹脂シート２を表皮シート３と重ね、図６（Ｂ）に示すように、対向する金型４０を型締めする。

次いで、図６（Ｃ）に示すように、金型３０，４０に設けた減圧吸引孔より真空吸引を行い、発泡樹脂シート２の厚さを拡大させ、金型３０，４０のキャビティ形状に賦形する。その後、図６（Ｄ）に示すように、金型４０に設けた金型スライド機構７０を突き出すことで、成形体１の孔部のバリを喰い切り、これを成形体１から除去する。最後に、図６（Ｅ）に示すように型開きし、孔開けが行われた成形体１を取り出す。

図７は孔開け状態を示す写真であり、（Ａ）及び（Ｂ）は表皮材側から突き出し部材を突き出して孔開けを行った場合、（Ｃ）及び（Ｄ）は樹脂シート側から突き出し部材を突き出して孔開けを行った場合である。図８は孔開け状態を模式的に示す図であり、（Ａ）は表皮材側から突き出し部材を突き出して孔開けを行った場合、（Ｂ）は樹脂シート側から突き出し部材を突き出して孔開けを行った場合である。

表皮材側から突き出し部材（金型スライド機構７０）を突き出して孔開けを行った場合、発泡樹脂シート２は孔開け位置において金型と接しないことになり、表皮シート３が断熱材として機能するので冷却が不十分になる。この状態で表皮シート３側から突き出し部材（金型スライド機構７０）を突き出して孔開けを行うと、発泡樹脂シート２が押し潰され、表皮シート３を引きちぎるように孔開けが行われ、表皮シート３の端部にほつれ等も生じて、きれいに打ち抜くことができない。

これに対して、発泡樹脂シート２側から突き出し部材（金型スライド機構７０）を突き出して孔開けを行った場合、発泡樹脂シート２は金型と接して十分に冷却され、十分に硬化した発泡樹脂シート２側から打ち抜きが行われるので、これに一体化した表皮シート３もきれいに打ち抜かれる。

以上、本発明を適用した実施形態について説明してきたが、本発明が前述の実施形態に限られるものでないことは言うまでもなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の変更を加えることが可能である。

例えば成形体の製造方法について言えば、先の実施形態では、発泡樹脂からなる樹脂シートを成形する場合を例に説明したが、円筒状のパリソンを金型でブロー成形する方法等、成形体の周囲にバリが形成される製造方法であれば、いずれにおいても本発明を適用することが可能である。樹脂シートについても、発泡樹脂シートに限らず、非発泡の樹脂シートであってもよい。

１ 成形体
２ 発泡樹脂シート
３ 表皮シート
３０，４０ 金型
３１，３２，４１，４２ ピンチ部
５０ 空間
６０，７０ 金型スライド機構
８０ 開口部
Ｂ バリ

Claims (2)

1. 金型内で表皮材を有する成形体の成形を行うとともに、前記成形体に孔開けを行う成形体の製造方法であって、
   成形体の成形の際に、金型内において、表皮材とは反対側から突き出し部材を突き出し、孔開けを行うことを特徴とする成形体の製造方法。
2. 分割された一対の金型を用い、一方の金型に突き出し部材を設けるとともに、他方の金型に前記突き出し部材の受けとなる開口部を形成し、
   前記突き出し部材の先端面は、後退した位置において、前記一方の金型の成形面の一部を構成していることを特徴とする請求項１記載の成形体の製造方法。