JP2021169177A - 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、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)に被覆剤を流すことはできないし、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被膜表面に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、見栄えよく被覆剤の厚みを薄くする必要があった。それでも、ポリウレタンは非粘性に近いため一般樹脂に比べて気泡を巻き込み易い。故に、空気の巻き込みの影響で、被覆剤の流れが被覆に現れる現象が生じていた。
この外観不良を改善する案として、断面積や長さは成形品の大きさなどを考慮して決められるランナーの断面積を一定にして速度を一定にすることであり、オーバーフロー部を設けて気泡が巻き込み部位を成形製品部から外すことである。
また、前記塗装被覆成形品の表面に被覆する樹脂塗料はポリウレタン塗料で、前記塗装被覆成形品の表面を被覆するポリウレタン塗料は、2液混合タイプのポリウレタン塗料とし、前記樹脂塗料は、製品として使用する樹脂成形品の被覆形態の断面積に対応させて2液混合タイプのポリウレタン塗料を供給して成形したものである。
また、上記塗装被覆成形品の表面に被覆する樹脂塗料は、2液混合タイプのポリウレタン塗料とし、かつ、前記樹脂塗料は、製品として使用する樹脂成形品の被覆形態の断面積に一致させて2液混合タイプのポリウレタン塗料を供給して成形したものある。
即ち、ポリウレタンは非粘性に近いため一般樹脂に比べて気泡を巻き込み易い。故に、空気の巻き込みの影響で、被覆剤の流れが被覆に現れる現象が生じていた。この対応として、外観不良を改善する案として、成形品とランナーの断面積を一定にして速度を一定にすることであり、また、オーバーフロー部を設けて気泡が巻き込み部位を成形製品部から外すことである。
即ち、塗装被覆成形品の表面に被覆する樹脂塗料はポリウレタン塗膜とし、ベルヌーイの定理に従って、その流体を、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、p+ρV2/2+ρ gz =一定となる。「圧力エネルギp」+「速度エネルギρV2/2」+「位置エネルギρ gz」の和が等しくなる。
このように「圧力エネルギp」、「速度エネルギρV2/2」、「位置エネルギρ gz」の和をConst(一定)にすることは、「位置エネルギρ gz」が殆ど変化しないから、噴射圧力によって決定され「速度エネルギρV2/2」がConst(一定)であれば、概略的な誤差の少ない値となる。
なお、本実施例とは相違するが、金型相互間のインローの精度を1/1000mm〜7/1000mmの範囲内とし、少なくとも、インローの精度は1/100mmよりも良くするものとする。これによって、速度V[m/s]はその自乗に影響するから、それをConst(一定)とする両者の誤差は少なくなる。
即ち、ポリウレタンは非粘性に近いため一般樹脂に比べて気泡を巻き込み易い。故に、空気の巻き込みの影響で、被覆剤の流れが被覆に現れる現象が生じていた。この対応として、外観不良を改善する案として、成形品とランナーの断面積を一定にして速度を一定にすることであり、また、オーバーフロー部を設けて気泡が巻き込み部位を成形製品部から外すことである。逆に、例えば、速度V[m/s]をconst(一定)でなくなったときには、それをもって充填終了とすることができる。
[実施の形態]
これに対して、一般合成樹脂の260℃の温度の粘度は、成形温度が高いばかりか、260℃の温度で粘度は1.0×105(mPa・s)と射出成型の管理が難しい。そこで、本実施の形態では、ポリウレタン(75℃)を使用することとする。
イソシアネートAとポリオールBの温度と粘度との関係を図1に示す。70〜80℃で粘性が小さくなり、比較的低い60〜80℃の範囲で特性が安定していることから、この温度範囲で成形すると、軽負荷で比較的流動性の高いポリウレタン樹脂の成形加工を行うことができる。
しかし、ポリウレタン(75℃)の粘度が一般合成樹脂に比して小さいことは、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以下)21a〜21dが形成されていても、その塗装被覆成形品用金型の隙間に図3(a)に示すバリ29が発生し、そのバリ29の除去は、周知のように簡単化できない。また、1回のストロークでバリ29を除去して図3(b)に示すように、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樹脂のバリ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1/1000mm〜7/1000mmの範囲でないとバリ切りできないことが発明者等によって確認された。
図4はインロー加工の参考説明図で、上金型30に突出した形状の凸部30Xを形成し、また、それと嵌合する下金型20に凹部20Yを形成する。この上金型30の下に凸の凸部30X、及びそれと嵌合する金型凹部20Yは、上金型30及び下金型20の何れも外径に近い位置で位置決めできるように形成するのが望ましい。
図4に示す上金型30に突出した形状の凸部30X、下金型20に突出した形状の凹部20Yを形成する所謂、嵌め合いに対しても所定の射出する成形型が形成されている。
図4乃至図8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。
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11に示すように、1/100mm、1/200mm、1/300mm、1/400mmと順次小さくすると、一般論では、バリ29の発生が少なくなる。
図11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。
なお、インロー加工の加工方法は、例えば、文章では1/100mmの精度と示しているが、これは1/100mmの精度に機械設定したことを意味するものである。故に、インローの加工精度との間は目安に過ぎない。
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。
特に、インロー加工の精度1/1000mm以上になると、安定した収まりによって、ボルト2、ボルト穴3による金型の締め付けも正しく行なわれた。
従来の1/100mmの精度のインロー加工を基に、ポリウレタン樹脂のバリ29を最小とする場合には、厚みが0.2mm以上のポリウレタン塗膜として、金型相互間のインローを1/1000mm〜7/1000mmの範囲とした場合にバリ取りが減少した。6/1000mm、7/1000mmにおいては、どれだけ温度による膨張・収縮が生じているのか明確でないが、精度は殆ど温度に依存するものと推定されるので、発明者らによって更に究明中である。
特に、厚みが0.8mm以上のポリウレタン塗膜においては、表面張力によってポリウレタン塗膜の体積が丸くなろうとしており、また、毛細管現象による広がりが加わると、厚みが0.2mm以下の範囲の数値よりも大きくならない。この要因には表面張力及び毛細管現象が作用していると推定される。
しかし、厚みが0.1mm以上、0.2mm以上の範囲のポリウレタン塗膜は、被覆成形部12の毛細管現象及び表面張力のバランスが取れているので、0.2mm厚以上とするのが好ましい。
なお、0.8mm厚以上は従来の二色成型機で成型できることを含むから、本実施の形態では厚みが0.1〜0.8mmの記載のうち、0.1mm厚以上は本実施の形態として新規に可能になった厚みで有り、0.8mm以上は従来の2色成形で可能な値と解釈さされてもよい。
なお、本実施の形態の説明の被覆成形部12は、樹脂塗料で被覆成形部12を形成したものと、樹脂塗料で被覆成形部12を形成するキャビティを指す場合もある。
各測定点W=50をV1=V[m/s]とする入力速度、右端側の測定点は、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。更に、厚みの異なるところは、ヒケ、ボイドが生じないように意識して樹脂成形品11に凹部、凸部を形成している。
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。
p1+ρ1(V1)2/2+ρ1 g1z1 =p2+ρ2(V2)2/2+ρ2 g2z2
が形成され、この式から、図12(b)の幅が中央部付近で3倍になっており、V2[m/s]とその自乗の(V/3)2 [m/s]が等しくなるように制御が必要である。即ち、ここでは、1/9の制御が必要となることが判る。
ベルヌーイの定理で断面の速度V[m/s]を変化しないでConst(一定)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、流体の圧力p[Pa]及び密度ρ[kg/m3]が変化することになる。
しかし、左端側の断面の速度V1=V[m/s]となる。中央付近の速度V3はV/3[m/s]となるから、エネルギはp2+ρ2(V2)2/2+ρ2 g2z2から、V3は(V/3)2とV/9の速度エネルギとなる。
このときの流体調整機構90は、ステッピングモータ、サーボモータで横方向の測定点Wの位置の検出ができればよい。符号化または複合化コード盤を具備するモータも使用可能である。
また、流体調整機構90は、塗装被覆成形品13に沿って射出口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供給し、射出口SGで射出した樹脂塗料の頭部を移動させながら、一次元または二次元的に移動するものである。
流体調整機構90は、図8の概念図に示すように、下端に一次元または二次元的に移動する射出口SGを取付けたものである。
この時、設計的に測定点X=50、・・・、70の側は、サイドモールの片端部または両端部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。
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1次元の長さ方向の測定点X=50、・・・、70を得る。また、サイドモールの各断面を算出し、塗装被覆成形品13のキャビティから変量としての流体を算出する。
p1+ρ1(V1)2/2+ρ1 g1z1 =p2+ρ2(V2)2/2+ρ2 g2z2
が1〜3割の誤差を持つとき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、二次元の長さ測定点について、できるだけ変動を少なくするのが望ましい。勿論、1〜3割の誤差を持つことを前提に説明したが、厳格に1〜3割の誤差ではなく、更に、誤差が介在するものである。
樹脂成形品11の具体的構成を説明すると、図12に示すように、まず、樹脂成形品11は射出成型機の図示しないノズルから、図14及び図15に示すランナー91を介してゲート92に樹脂成形品11の樹脂が送給される。樹脂成形品11のスプール93は、樹脂成形品11を形成するためのものであり、樹脂成形品11のスプール93の長さに対して、ゲート92からA−A切断線の領域、切断線F−Fの領域及び流体抵抗を考慮して、スプール93に近似する流体抵抗の値、即ち、ゲート92を中心にスプール端部溝94としたものである。
即ち、樹脂成形品11は、射出成型機の図示しないノズルから、ランナー91を介してゲート92に樹脂成形品11の樹脂が送給されたものであり、樹脂成形品11として成形品を形成している。
本実施の形態では、成形品の大きさ等を考慮して断面積や長さが決定されるランナー91を介してゲート92に樹脂成形品11の樹脂が送給されたものであるが、本発明を実施する場合には、ゲートが1つでも、複数でもよいし、ゲート92が必ずしも中心位置にあることを必要とするものではない。スプール93は、例えば、A−A切断線、B−B切断線で確認できるように、両端が堤で囲われた上に開で、ポリウレタン塗料で被覆する塗装被覆成形品13の表面に被覆する全体がコ字状の溝になっている。
E要部斜視図に示すように、スプール端部溝94に示されているように、スプール端部溝94の端部から、ポリウレタン塗料である樹脂を注入する。C−C切断線、B−B切断線、A−A切断線及びF−F切断線の領域の[幅m×厚h]の開口に倣って、幅の長さ[m]とその厚み[h]からなる[幅m×厚h]は、ベルヌーイの定理から一定となり、即ち、断面積が均一化されるように厚みhが薄くなり、幅mが幅広となるものである。
このときポリウレタン塗料の供給は、F−F切断線の領域に連続する曲率の変曲点となるF−F切断線よりもスプール上部99側は、F−F切断線を超えて充填されている。同様に、A−A切断線の領域に連続する曲率の変曲点96を超えて充填されている。
ベルヌーイの定理を基に、溝幅の断面の速度V1=V[m/s]、上端側の断面の速度V2=V[m/s]、更に、両者間の速度V0=V/n[m/s]になる。
なお、図14及び図15には、A−A切断線、B−B切断線、C−C切断線、E要部斜視図及びF−F切断線を示している。前述したが、製品として使用しない塗装被覆成形品13とは、図14及び図15のF−F切断線で形成されるポリウレタン塗膜によってそのサイズ等が決定される領域以外の箇所を意味する。図14及び図15のF−F切断線及びA−A切断線の領域は、製品として使用する樹脂成形品11の被覆形態である。
図14及び図15のF−F切断線及びA−A切断線で形成されるポリウレタン塗膜によってそのサイズ等が決定される領域を意味する。図14及び図15のF−F切断線及びA−A切断線の領域は、製品として使用する樹脂成形品11の被覆形態である。
なお、F−F切断線から上方は、ポリウレタン樹脂がF−F切断線及びA−A切断線の領域に十分樹脂が廻ったことを示すスペースであり、キャビティとしての被覆成形部12によって、塗装被覆成形品13を形成するものである。
F−F切断線及びA−A切断線の領域を形成したポリウレタン樹脂によって被覆成形部12が塗装被覆成形品13に化体する。なお、D要部斜視図の断面変化位置96はポリウレタン樹脂の流れ位置を示すもので両側は、樹脂成形品11の堤として形成したものである。
よって、樹脂成形品11のポリウレタン塗膜の量が変化しても、スプール端部溝94で調整可能領域であれば、ポリウレタン樹脂のバリ29が発生し難いから、バリ29を切断しなくてもよい。
更に、F−F切断線及びA−A切断線に挟まれた領域を厚みが0.2〜0.8mmの範囲で、F−F切断線及びA−A切断線の領域に供給されたポリウレタン塗料は多少使用樹脂の総和が変化しても、即ち、樹脂成形品11のポリウレタン塗料の量が変化しても、スプール端部溝94で調整可能領域であれば、ポリウレタン樹脂のバリ29が発生しないから、バリ29を切断しなくてもよい。インロー加工も1/100mm程度以上であればよい。
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、ポリウレタン塗料樹脂が一次元または二次元的平面または曲面を移動する。そして、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の流体は何れの位置においても常に均一となる。
ここで、前記樹脂成形品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、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、ベルヌーイの定理の前提は、流体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射出し、一次元または二次元的平面または曲面に樹脂を形成する。
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の流体は流体調整機構90の何れの位置においても常に均一となるように制御するものである。
ベルヌーイの定理によれば、その流体を、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、p+ρV2/2+ρ gz =一定となる。「圧力エネルギp」+「速度エネルギρV2/2」+「位置エネルギρ gz」の和が等しくなる。
このように「圧力エネルギp」、「速度エネルギρV2/2」、「位置エネルギρ gz」の和をConst(一定)にすることは、「位置エネルギρ gz」が殆ど変化しないから、噴射圧力によって決定され「速度エネルギρV2/2」がConst(一定)であれば、概略的な誤差の少ない値となる。
なお、本実施例とは相違するが、金型相互間のインローの精度を1/1000mm〜7/1000mmの範囲内とし、少なくとも、インローの精度は1/100mmよりも良くするもので、これによって、速度V[m/s]はその自乗に影響するから、それをConst(一定)とする両者の誤差は少なくなる。
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p[Pa]、密度を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、2つの流れ方向に垂直な断面は、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。ここで、2つの流れに対して垂直な断面を通過する流体は、その速度Vの自乗に影響することになる。したがって、速度V[m/s]をConst(一定)にすれば、密度ρ[kg/m3]が変化しないので、前記射出口SGの樹脂塗料の噴霧雰囲気を均一化でき、仕上がり面が均一化できる。
樹脂成形品11の表面に沿って噴射するポリウレタン塗料が、樹脂成形品11の表面に沿って噴射する対象は、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エネルギの前提は、流体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。
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。
ここで、2つの断面を通過する流体は、その速度V[m/s]の自乗に影響することになる。したがって、速度V[m/s]をConst(一定)にすれば、密度ρ[kg/m3]が変化しないので、射出口SGの樹脂塗料の噴霧雰囲気を均一化でき、仕上がり面が均一化できる。
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0.2〜0.8mm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0.1〜0.8mm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0.2〜0.8mmのポリウレタン塗料とし、かつ、金型相互間のインローを5/1000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、ポリウレタン樹脂の単色成形または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、また、多層化による違和感がない。
単一の金型に対して、製品として使用する樹脂成形品11の被覆形態を射出しながら、同量または製品として使用する樹脂成形品11の被覆形態の3割以内の、製品として使用する樹脂成形品11の被覆形態に使用する樹脂と同一樹脂を供給する。
しかし、速度V[m/s]をconst(一定)でなくなったときには、密度ρ[kg/m3]は変化できないので、これをもって制御を終了し、充填終了とすることができる。
樹脂塗料の噴霧雰囲気を均一化できないとき、仕上がり面が均一化できないとき、それをもって充填制御を終了できる。
また、樹脂成形品11を被覆する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13において、塗装被覆成形品13の表面に被覆する樹脂塗料はポリウレタン塗膜とし、更に、樹脂塗料の供給は、製品として使用する樹脂成形品の被覆形態の断面積と、製品として使用しない被覆形態の被覆の断面積は、Const(一定)としたものであるから、充填制御を停止し、特に、ポリウレタン塗膜の厚みが0.1〜0.8mmと薄くても、バリが多く発生し難いものとなる。
なお、オーバーフロー部99A(図14及び図15の斜線位置)は、スプール上部99の上部に位置し、空気の巻き込みの影響で、被覆材の流れが被覆に現れ、外観不良をさせない位置とする。
11 樹脂成形品
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
21a〜21d インロー加工
22a〜22d インロー加工
23a〜23d インロー加工
90 流体調整機構
91 ランナー
92 ゲート
93 スプール
94 スプール端部溝
Claims (1)
- 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する2液混合タイプの樹脂塗料とし、
前記2液混合タイプの樹脂塗料の供給は、製品として使用する前記塗装被覆成形品の被覆形態の断面積に応じて供給し、
前記樹脂成形品とランナーの断面積を一定にするか、オーバーフロー部を設けて気泡が巻き込む部位を前記塗装被覆成形品から離したことを特徴とする塗装被覆成形品。
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