JP2021169175A - 塗装被覆成形品 - Google Patents
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Abstract
Description
この型内塗装用金型は、主キャビティの外側全周に該主キャビティの背面の一部を構成する副キャビティと、該副キャビティの反塗装面側外周部内側において該副キャビティ内に進退する可動中子と、該可動中子に対向する位置に高温部を備えている。
また、この型内塗装用金型によれば、副キャビティの可動中子に対向する位置に高温部を設けることにより、瞬間的に塗膜を硬化させることができる。これにより、特許文献1の発明では、金型外部への塗膜の漏れを確実に防止できる。
しかしながら、特許文献1の技術では、樹脂成形品の主キャビティ部の外周全周において副キャビティ部と主キャビティ部の背面の一部とは一体に成形されており、金型を微少開いて被覆剤を注入する際には、樹脂成形品の主キャビティ部は被覆剤注入圧やその後の再型締め動作による金型キャビティ内圧により反塗装面側の金型キャビティ面に押し付けられるのに反して、副キャビティ部分は可動中子により塗装面側の金型副キャビティ面へ押し付けられる。
加えて、この技術では、副キャビティ部と一体となっている主キャビティ部の背面側(反被覆面側金型キャビティ面)に、被覆剤を流し込むことはできないし、製品形状に沿って副キャビティ部をカットする後工程も複雑で高い精度が要求される。
特許文献2乃至特許文献5等に代表される従来の技術は、押圧部を持たず、シール性能が副キャビティの形状によってのみ決定されるものが殆どで、樹脂の種類や被覆剤の種類が変わって、それぞれの粘度が変わるとその度に形状の寸法検討、試行錯誤をしなければならない。また、形状によるシール性能は部分的に均一でない可能性や量産において形状が経時的に変化する可能性等も含め確実なシール性能とは言えない。
しかし、特許文献1乃至特許文献5の発明は、2色成形を前提とする技術であり、原理的には、金型内で成形した樹脂成形品の表面を樹脂成形品の溶融樹脂の粘度よりも低粘度流体の被覆剤で被覆するものであるが、低粘度流体の被覆剤の流れの影響が被覆に生じ、被覆剤の厚みを1mm程度以上とする必要があった。それでも、被覆剤の流れの影響が被覆に現れる現象が生じていた。
特に、バリが発生する可能性の高い金型に対して、当該バリの長さ方向に沿って冷却する冷媒路を配設したものであるから、また、厚みが0.1mm以上のポリウレタン塗膜とは、従来の2色成形の厚みを考慮しても0.1mm厚以上、0.8mm厚以下の厚みを規定する特性である。ここで、0.8mm厚以上の厚みとは、従来の2色成形の厚みを意図する。
そして、バリが発生する可能性の高い金型に対して、当該バリの長さ方向に沿って配設した冷媒路は、70〜80℃の粘度(mPa・s)により、室内空気であっても40℃以上の温度差があり、冷却に寄与することができる。金型相互間のインローを精度1/100mm以下とするのは、従来のインロー精度でも使用できることを示している。
ここにおいて、室温で空冷する冷媒路は冷媒路の温度を変化させるが、冷媒路の温度変化は、ポリウレタン塗膜の厚みが従来の0.8mm厚よりも薄い、0.1mm厚とすることができ、連続吸気または排気とすることができる。
ここにおいて、水冷で冷却する冷媒路は冷媒路の温度を大きく変化させないから、また、冷媒路の温度変化は、ポリウレタン塗膜の厚みが0.1〜0.8mmであるから、大きく変動することはなく、安定している。
また、請求項1の発明に係る塗装被覆成形品は、金型内で成形した樹脂成形品の表面を、前記塗装被覆成形品の表面を被覆し、かつ、70℃以上で粘性が1.15×102(mPa・s)よりも柔らかく、30℃以下で粘性が6×102(mPa・s)以上になる2液混合タイプのポリウレタン塗料と、バリが発生する可能性の高い金型に対して、当該バリの長さ方向を見越して、その長さ方向に沿って配設した冷媒路とによって成形したものである。
従来は、0.1mm厚以上のポリウレタン塗料は射出成形では形成できず、この発明は射出する樹脂塗料に巻き込む渦が発生しないから、0.1mm厚以上、0.8mm厚以下の樹脂塗料による成形ができるようになった。
また、2液混合タイプのポリウレタン塗料は、30℃以下で粘性が6×102(mPa・s)以上になっても、射出する樹脂塗料に巻き込む渦が発生しないから、塗装被覆成形品を観察すれば2色成形した技術に近似した樹脂成形品を塗布した被膜を薄く形成することができる。
ここにおいて、室温で空冷する冷媒路は冷媒路の温度を変化させるが、冷媒路の温度変化は、ポリウレタン塗膜の厚みが0.1mm厚以上であるから、大きく変動することはない。連続吸気または排気とすることができる。特に、冷媒路の温度変化は、管路の長さ、径の調整ででき、排出エネルギについても比較的に少ないエネルギであるから暖冷房の施設を大きく変動させるものでない。
ここにおいて、水冷で冷却する冷媒路は冷媒路の温度を大きく変化させないから、また、冷媒路の温度変化は、ポリウレタン塗膜の厚みが0.1mm以上であるから、大きく変動することはなく安定している。特に、冷媒路の温度変化は、管路の長さ、径の調整ででき、排出エネルギについても比較的に少ないエネルギであるから作業員の環境施設を大きく変動させるものでない。
[実施の形態]
本発明を実施する場合の樹脂塗料は、ウレタン結合を有する共重合からなるポリマーのことで、高い基材密着性、反発弾性を有する皮膜特性、伸びと硬さのバランスを特徴として挙げることができる。即ち、イソシアネートAとポリオールBとの2液混合タイプで、70℃以上、即ち、70℃〜80℃で液混合タイプの粘性が弱くなり、30℃以下で粘性が6×102(mPa・s)以上に粘性が強くなるものである。即ち、70℃以上で粘性が1.15×102(mPa・s)よりも柔らかく、30℃以下で粘性が6×102(mPa・s)以上に固くなる2液混合タイプの樹脂塗料である。
前記下金型20及び上金型30が3個または4個に分割することがあり、本実施の形態では、樹脂成形品11及び被覆成形部12を形成したものであるから、形成前の被覆成形部12は金型の一部であることも当然あり得る。勿論、樹脂成形品11を金型とする場合もある。
しかし、ポリウレタン(75℃)の粘度が一般合成樹脂に比して非常に弱いことは、塗装被覆成形品13を形成する塗装被覆成形品用金型にインロー加工(精度1/100mm)21a〜21dされていても、その塗装被覆成形品用金型の隙間に図3(a)に示すバリ50が発生し、そのバリ29の除去は簡単化することができない。また、1回の操作で全面切除することもできない。この流動性の高いポリウレタン塗料のバリ29を切断するには、下金型20及び上金型30の金型相互間の間隔が精度1/1000〜7/1000の範囲でないと切断できないことが発明者等によって確認された。なお、この点は後述することとする。
図4はインロー加工の参考図で、30Xは上金型30の凸部30A、20Yは下金型に凹部20Yを形成した状態の部品同士が噛み合いをインローという。特に部品がしっくりはまる部分のことを「インロー」という。これは現場用語である。
ここで、塗装被覆成形品用金型のインロー加工の精度を、図4乃至図8に示すように、1/100、1/200、1/300、1/400と小さく仕上げ精度を上げると、論理的にはバリ29の発生が少なくなる。
図4乃至図7は、射出成型に使用される金型のインロー方式を形成したものである。
図9に示すインロー加工23a〜23dは、インロー加工22a〜22dと噛み合う凹部からなり、対となってインロー加工21a〜21dを構成している。
本発明で実施するインロー加工は、四隅に凹凸を配設するものに限られるものではなく、公知の形態からのインローの構造形態が採用できる。
なお、インロー加工21a〜21d以外の塗装被覆成形品13の金型、即ち、下金型20及び上金型30は、図9に示すように、ベースを樹脂成形品11とし、その上に樹脂塗料による被覆成形部12を形成している。塗装被覆成形品13は、樹脂成形品11及び被覆成形部12を形成したもので、形成前の被覆成形部12はキャビティとして使用されている。
そこで、発明者等は1/1000mm〜1/100mmをNC旋盤、NC工作機械等のNC加工装置で切削したインロー加工精度を基に、その下金型20と上金型30の収まりを検証した。
また、2回目の成形工程、即ち、巻き込みエッジ処理のバリ29として、図示しない金型を使用して巻き込むというエッジ処理を行うものと比較した。
特に、精度1/1000mm以上になると、安定した収まりによって、金型相互のボルト穴2、ボルト3による金型の締め付けも正しく行なわれた。
即ち、厚みが0.8mm以上のポリウレタン塗膜は、表面張力によって保持しているが、毛細管現象が生じると、毛細管現象による広がり(バリ)が加わるから、厚みが0.1〜0.8mmの範囲の数値が出てきていると推定される。しかし、その原因は表面張力、毛細管現象が如何に作用しているのかは定かではない。
特に、見栄えを良くするには、厚みが0.1〜0.6mmの薄さで、特に、厚みは0.6mm以上とすることもできるが、ポリウレタン塗膜を塗布する場合の厚みむらが出やすくなる。厚みが0.1mmのポリウレタン塗膜、特に好ましくは、厚みが0.1〜0.8mmのポリウレタン塗膜は、2色成形でも成形可能であるから、それを除去すると、厚みが0.1〜0.8mmのポリウレタン塗膜には、毛細管現象及び表面張力のバランスが取れていると推定される。
厚みが0.8mm以上のポリウレタン塗膜は、表面張力によって保持しているが、毛細管現象が生じると、毛細管現象による広がり(バリ)が加わるから、厚みが0.1〜0.8mmの範囲の数値が出てきていると推定される。しかし、その原因は表面張力、毛細管現象が如何に作用しているのかは定かではない。
特に、見栄えよくするには、厚みが0.3〜0.6mmで金型を使用してバリ除去するよりも、厚みが0.1〜0.8mmのポリウレタン塗膜であれば、容易にバリをなくすことができる。これは、ポリウレタン塗料の厚みとして説明しているが、ポリウレタン塗料の粘度の問題を特定するものに相当する。
室温で空冷する冷媒路27は、冷媒路27の温度を変化させるが、大きく変動することはない。室内空気の循環とすれば、連続吸気または排気とすることができる。特に、冷媒路27の温度は、管路の長さ、径の調整、厚み、冷媒の通過量で調整できる。
また、ポリウレタン塗膜の厚みが0.1〜0.8mmとは、毛細管現象、表面張力から、ポリウレタン塗膜の厚みが1mm以下であることを示している。即ち、冷媒路27の温度を30℃程度に低下させておけば、そのポリウレタン塗膜の粘度が100倍以上となり、一般の合成樹脂の粘度1.0×105〜1.0×106(mPa・s)の1桁の違いとなるから、バリ29のない加工を行うことができる。
また、塗装被覆成形品13の冷媒路27は、水冷で冷却することもできる。水冷で冷却する冷媒路27は冷媒路の温度を大きく変化させないから、冷媒路27の温度変化はポリウレタン塗膜の厚みが0.1〜0.8mmであるから、大きく変動することはなく安定している。特に、冷媒路27の温度変化は、管路の長さ、径の調整ででき、排出エネルギについても比較的に少ないエネルギであるからオペレータの環境施設を大きく変動させるものでない。
即ち、塗装被覆成形品13に冷媒路28a及び冷媒路28bの2本の冷媒路28a、28bを埋設し、その冷媒路28a及び冷媒路28bを水冷または空冷で冷却することもできる。水冷で冷却する冷媒路28a及び冷媒路28bは冷媒路28の温度変化を、大きな容積の温度変化として変化させるから、金型の温度変化はポリウレタン塗膜の厚みが0.1〜0.8mmであり、大きく変動することなく安定している。特に、冷媒路28a及び冷媒路28bの温度変化する体積は、管路の長さ、径の調整として対応でき、排出エネルギについても比較的に少ないエネルギであるから作業員の環境施設を大きく変動させるものでない。
本実施の形態の図12のサイドモールのような塗装被覆成形品13の被覆成形部12は、図12(a)及び図12(b)に示すように、金型20内で成形した樹脂成形品11の表面のキャビティとなる部分である。ここで、被覆成形部12には塗膜で被覆成形部12を形成したものと、塗膜で被覆成形部12を形成するキャビティを指す場合がある。
前記樹脂成形品11における溶融樹脂の粘度よりも低粘度の塗膜で被覆するものである。図12(b)の正面図に示すように、前記樹脂成形品11の一次元の長さ方向のポイントに対して、幅方向のポイントが変化していることが判る。ところが、幅(二次元の長さ)のポイントが変化しているのみではなく、図12(a)乃至(c)に示す平面図、正面図、背面図から示されているように、被覆成形部12の形状は、現実には曲面となっている。
各測定点は、W=50をV1=V[m/s]とする入力速度、右端側の測定点Wは、W=50をV2=V[m/s]とする出力速度であり、中央付近の変化点の測定点、測定点W=59ではV3となる。
なお、測定点Wの等分は10等分または20等分に限定されるものではないし、また、必ずしも等分にする必要はなく、図面(設計値)と実施物とが対応すればよい。
ベルヌーイの定理から
p1+ρ1(V1)2/2+ρ1 g1z1 =p2+ρ2(V2)2/2+ρ2 g2z2
との式から、被覆成形部12の幅が左端から射出するとなると、途中で3倍の幅に広くなっているから、V2[m/s]と(V/3)2 [m/s]が等しくなるように他の制御が必要である。ここでは、速度VからV/9の制御が必要となることがわかる。
ベルヌーイの定理で速度V[m/s]を変化しないとすれば、高さz[m]及び重力加速度 g[m/s2] も変化しないので、変数である流体の圧力p[Pa]、密度ρ[kg/m3]を変化することになる。
前記樹脂成形品11の表面に樹脂塗料を噴射する射出口SGを取付け、前記樹脂成形品11の長さ方向の表面に沿って樹脂塗料を噴射し、前記射出口SGから前記樹脂成形品11の長さ方向の表面に沿って樹脂塗料を噴射するとき、流体調整機構90は速度V[m/s]を均一として制御する。流体調整機構90は、ステッピングモータ、サーボモータで横方向のポイント位置の検出ができるように符号化または複合化コード盤を具備している。
また、流体調整機構90は、塗装被覆成形品13に沿って前記射出口SGを取付け、少なくとも、樹脂成形品11の長さ方向の表面に沿って樹脂塗料を噴射し乍ら、樹脂塗料を射出移動するもので、一次元または二次元的に移動するものである。
この時、設計的にポイント=50、・・・、70の側は、サイドモールの片端または両端から空気を抜きながら射出口SGで塗装するのが効率的である。
流体調整機構90は、射出口SGからの射出位置を対応付けるもので、速度V[m/s]をConst(一定)とし、高さz[m]、重力加速度 g[m/s2]、流体の圧力p[Pa]、密度ρ[kg/m3]を変量として算出する。
そして、塗装被覆成形品13の設計値から、上金型20及び上金型30のキャビティを基に作成された被覆成形部12によって、樹脂成形品11の1次元の長さ方向のポイント=50、・・・、70を得る。また、ポイントの位置から、各断面点のサイドモールの断面を算出し、塗装被覆成形品13のキャビティから、「流体特性」を算出する。
そして、塗装被覆成形品13の設計値から、下金型20及び上金型30のキャビティを基に作成された被覆成形部12によって、樹脂成形品11の一次元の長さ方向のポイントW=50、・・・、70を得る。また、各断面点のサイドモールの断面を算出し、塗装被覆成形品13のキャビティから、「流体特性」を算出する。
p1+ρ1(V1)2/2+ρ1 g1z1 =p2+ρ2(V2)2/2+ρ2 g2z2
が1〜3割の誤差を持つ時には見栄えが低下しないので、3割以下の誤差に抑えるか、二次元の長さポイントについて、できるだけ変動を少なくするのが望ましい。
また、流体調整機構90は、射出口SGを取付け、少なくとも、樹脂成形品11の長さ方向の表面に沿って樹脂塗料を噴射し乍ら移動するもので、一次元または二次元的平面または曲面に移動する。そして、流体調整機構90は、射出口SGから樹脂成形品11の長さ方向の表面に沿って樹脂塗料を噴射するとき、流体調整機構90の流体特性は流体調整機構90の何れの位置においても常に均一として移動するものである。
ここで、前記樹脂成形品11の表面に沿って噴射する塗料は、ポリウレタン塗料としたものであるから、前記樹脂成形品11の表面に沿って噴射するとは、一次元または二次元平面または曲面とするものである。特に、ベルヌーイの定理は「圧力エネルギ」+「速度エネルギ」+「位置エネルギ」との前提は、摩擦の少ない非粘性流体であることから、ポリウレタン塗料は非粘性流体と見做すことができる。
また、流体調整機構90は、射出口SGを取付け、少なくとも、樹脂成形品11の長さ方向の表面に沿って樹脂塗料を噴射し乍ら移動するもので、一次元または二次元的平面または曲面に移動する。
そして、流体調整機構90は、射出口SGから樹脂成形品11の長さ方向の表面に沿って樹脂塗料を噴射するとき、前記流体調整機構90の流体特性は流体調整機構90の何れの位置においても「流体特性」が同じになるように設定する。
ここで、樹脂成形品11の表面に沿って噴射する樹脂塗料は、ポリウレタン塗料としたものであるから、樹脂成形品11の表面に沿って噴射するとは、一次元または二次元平面または曲面とするものである。特に、ベルヌーイの定理の前提では、摩擦の少ない非粘性流体であることから、ポリウレタン塗料は非粘性流体と見做すことができる。
即ち、2つの流体の流れの断面を通過する圧縮性流体のエネルギは、ベルヌーイの定理を流体の圧力p[Pa]、密度ρ[kg/m3]、速度V[m/s]、高さz[m]、重力加速度 g[m/s2]で現わすとすれば、p+ρV2/2+ρ gz = Const(一定) であり、「圧力エネルギ」+「速度エネルギ」+「位置エネルギ」=Const(一定)から、特定の「圧力エネルギ」、「速度エネルギ」、「位置エネルギ」を固定し、他を変量とすることができる。
即ち、2つの流体の流れの方向に対して垂直な断面を通過する圧縮性流体のエネルギは、ベルヌーイの定理の速度V[m/s]、高さz[m]、重力加速度 g[m/s2]、流体の圧力p[Pa]、密度ρ[kg/m3]で現わすとすれば、
p+ρV2/2+ρ gz = Const(一定) であり、
「圧力エネルギ」+「速度エネルギ」+「位置エネルギ」=Const(一定)から、2つの流れに対して垂直な断面は、そこを通過する時間変化のない定常流、流体は摩擦の少ない非粘性流体である。
ポリウレタン塗料として1.0×102のものを使用すれば、下金型20及び上金型30の相互間のインローを5/1000mm以下で被膜形成は、厚みが0.1〜0.8mmとした厚みに実施できる。更に歩留まりを考慮すれば、かつ、安全性を考慮すれば、厚みが0.3〜0.6mmとすれば、高効率で塗装被覆成形品13が得られる。
塗装被覆成形品13の表面に被覆する樹脂塗料は、厚みが0.1〜0.8mmのポリウレタン塗料とし、かつ、金型相互間のインローを5/1000mm以下とし、更に、ベルヌーイの定理の「圧力エネルギ」+「速度エネルギ」+「位置エネルギ」の和が等しくなるように制御するものである。
この成形により、ポリウレタンの単色成形または2色成形したものと同一の質感が出せる。したがって、多層化が可能であり、多層化による違和感がない。
特に、この成形により、ポリウレタンの単色成形または2色成形したものと同一の質感が出せる。樹脂成形品11は下金型20及び上金型30内で形成してもよいし、下金型20及び上金型30内で全体を移動しないようにしてもよい。
したがって、多層化が可能であり、多層化による違和感がない。
何れにせよ,インローによりポリウレタン塗料(樹脂)が漏れ出さないように,ポリウレタン塗料の粘性を高めればよい。
例えば,ポリウレタン塗料(樹脂)の温度が30℃以下であれば,見栄えの良い塗装被覆成形品13の表面が得られる。
従来は粘土を高くするか、逆に、柔軟にするかにより、この発明は射出する樹脂塗料に巻き込む渦が発生しないから、0.1mm以上の樹脂塗料による成形ができるようになった。
また、2液混合タイプのポリウレタン塗料は、30℃以下で粘性が6×102(mPa・s)以上になっても、射出する樹脂塗料に巻き込む渦が発生しないから、塗装被覆成形品を観察すれば2色成形した技術に近似した樹脂成形品を塗布した被膜を薄く形成することができる。
12 被覆成形部(塗装被覆成形品の金型のキャビティ)
13 塗装被覆成形品
20 下金型
30 上金型
27、28a、28b 冷媒路
29 バリ
Claims (4)
- 金型内で成形した樹脂成形品の表面を、前記樹脂成形品の溶融樹脂の粘度よりも低粘度の樹脂塗料で被覆する塗装被覆成形品であって、
前記塗装被覆成形品の表面を被覆し、かつ、70℃以上で粘性が1.15×102(mPa・s)よりも柔らかく、30℃以下で粘性が6×102(mPa・s)以上になる2液混合タイプの0.1mm厚以上の塗料と、
バリが発生する可能性の高い金型に対して、当該バリの長さ方向に沿って配設した冷媒路と
を具備することを特徴とする塗装被覆成形品。 - 前記金型のインローを精度1/1000mm〜7/1000mmの範囲としたことを特徴とする請求項1に記載の塗装被覆成形品。
- 前記冷媒路は、室温で空冷することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の塗装被覆成形品。
- 前記冷媒路は、水冷で冷却することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の塗装被覆成形品。
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