JP3023020B2 - 樹脂成形品の製造方法 - Google Patents

樹脂成形品の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、内部空間を有する芯材
を含む樹脂成形品、たとえば操舵用ステアリングホイー
ル、エア口パーツ等の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来からステアリングホイールは、溶接
等で予め形成した鋼鉄製の芯材に、樹脂の外被を射出成
形等によって一体に成形して製造している。
【0003】ところで、従来のステアリングホイール用
樹脂としては、例えばポリプロピレンや塩化ビニル樹脂
を使用しているが、中実でステアリングホイールが重く
なりやすく、例えばパイプ状の芯材を使用するにして
も、操作慣性力が大きく、また車体の軽量化の点でも問
題であった。近年芯材用に軽合金の採用も進められてい
るが、材料価格が高いため広範な使用が難しい。そこで
樹脂の発泡成形を行えば、数%の軽量効果は期待できる
が、反面発泡がグリップおよびスポーク断面全体に及ぶ
ため、ステアリングホイールの外周樹脂と芯材との結合
強度を保持できない危険性がある。また、泡が表面に露
出するため製品外観上好ましくない。そこで表面発泡
を、例えばカウンタプレッシャ法を使って抑え込む方法
もあるが、この方法では、発泡による軽量化が2〜3%
程度しか得られないので、樹脂と芯材の結合強度を犠牲
にする利益はほとんどない。また、発泡を部分的に誘起
させることはできず、発泡成形と無発泡成形を段階的に
別の工程でおこなうことは、製造工程を複雑化し、合理
的に安価な軽量かつ必要強度を保持できるステアリング
を得ることはできない。
【0004】内部気泡を発泡体のように泡を分散状とせ
ず、連続状の空間として樹脂成形体内部に形成する方法
が、例えば特公昭61−53208 に開示されている。なるほ
ど、この方法にて中空を形成すれば、従来の発泡成形で
形成されていた分散微小気泡を集中的に形成できるか
ら、部分的に強度を付与する上で有利ではある。しか
し、この方法でステアリングホイール等芯材入りの樹脂
成形体を製造しようとすれば、芯材の外周に空間が形成
されてしまい、芯材は遊離状態となってしまい、十分な
製品強度が得られない。
【0005】また、通常軽量な中空パイプ材は外面が滑
らかな管である。このことは鋳くるむ樹脂との接合強度
が得にくい。従来技術では異形押し出し成形で凹凸の付
いたパイプを使用する。ところが、このような異形パイ
プ芯にあっては、径方向には極めて強い回り止め効果が
あるが、反面ステアリングの周方向には制止効果がな
い。したがって、例えば軟質塩ビで芯材をオーバーモー
ルドしたステアリングでは、ステアリングを操作しよう
として力を回転方向に与えると、樹脂と芯材がずれを生
ずる危険性がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】この発明の目的は、従
来技術を改良して前記のような問題を解決し、軽量でし
かも中空芯材と樹脂層との結合強度に優れた樹脂成形品
の製造方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者は、鋭意検討し
た結果、キャビティ内に少なくとも二箇所の開口を設け
た芯材をセットして樹脂を注入した後、該開口部の少な
くとも一箇所から流体を注入することにより、上記課題
を解決できることを知見し、本発明に至った。すなわ
ち、本発明は、閉鎖された空間を内部に有する芯材を成
形金型に予めインサートした後、その金型を閉じて溶融
樹脂を射出して前記芯材と樹脂を一体に成形する方法に
おいて、前記芯材にその内部空間に連通する少なくとも
2つの開口を設け、この芯材を溶融樹脂で鋳くるむよう
に射出した後、前記芯材に設けた少なくとも一つの開口
から、前記樹脂と混合せず、前記樹脂よりも低粘度の流
体を注入して芯材の内部に前記流体を加圧充填すること
を特徴とする樹脂成形品の製造方法である。
【0008】本発明の樹脂成形品は、中空の芯材を有す
る樹脂製品に関するものであり、その芯材と樹脂層とが
強固に一体化しているものである。
【0009】以下に図面に基づいて本発明を説明する。
【0010】図1は、本発明の原理を模式的に説明する
断面図である。中空芯材1をセットしたキャビティ内
に、キャビティ容量から芯材容量を差し引いた容量(以
下、実効容量という)よりもわずかに多い量の樹脂2を
射出して溶融状態の熱可塑性樹脂をキャビティ空間内に
充填するとともに、予め開口させておいた中空芯材の開
口(貫通穴)3から芯材内空に樹脂の一部を侵入させる
(図1A)。
【0011】このとき、溶融樹脂よりも粘性の低い流体
を別の芯材開口部より注入すると、一旦芯材内部空間に
侵入した樹脂は芯材内部に加えられた流体圧力によって
押し戻されて、再び貫通穴を通って芯材外へ流れる(図
1B)。その結果、通常樹脂成形品の肉厚部に見られる
樹脂の冷却に伴う体積収縮によるいわゆる「ひけ」を防
止することができる。これは前記押し戻された樹脂によ
り冷却による樹脂の体積減少を補うことができるからで
ある。射出された樹脂量は実効容量よりもわずかに多い
ので、芯材内部に侵入した樹脂の一部が開口及び芯材内
部に残留し、樹脂層は芯材内部にアンカー状の連結腕を
形成することとなり、芯材と樹脂層とは強固に結合され
る(図1C)。又、射出樹脂量が実効容量よりも少ない
場合でも上記と同様樹脂の一部は開口部に侵入するが、
流体圧力により押し戻され、開口部付近に中空部4を形
成する(図1D)。このとき、流体を供給する開口部
と、それ以外に二箇所以上の開口部があれば、本発明の
中空芯材入りの成形品の長手方向の断面説明図である図
2に示すように、開口間が中実で開口部付近のみ中空の
成形体を形成することができる。そして、これらの場合
にも芯材開口部内面付近には芯材外面の樹脂層と連結し
た樹脂層5が形成される。したがって、射出樹脂量が実
効容量より少ない場合であっても芯材とその周囲の樹脂
層とは、芯材開口部におけるアンカー効果により強固に
結合することができる。
【0012】これは、以下に述べる作用による。すなわ
ち、樹脂が射出されると、まず比較的低温のキャビティ
表面と芯材表面において樹脂が冷却固化して表皮層を形
成する。そして、これらの表面から離れた場所では樹脂
の固化は比較的ゆっくりと進行する。次いで、表皮層の
内側がまだ流動性を保持しているときに、溶融樹脂の粘
性よりも低い粘性を有する流体、例えば窒素、炭酸ガ
ス、アルゴン、空気等の不活性ガスを芯材内部に注入す
ると、前記したように開口部から芯材内部に侵入してい
た樹脂は、押し戻されて開口部付近に中空部が形成され
る。しかし、一旦芯材開口部よりその内部に侵入した樹
脂のうち芯材内表面と接する部分は、冷却固化されて表
皮層を形成するから、開口部付近に中空部が形成される
場合であっても芯材開口部付近の内面には芯材を取り囲
む樹脂層に連続する樹脂表皮層が形成される。なお、開
口がかなり狭い場合には、下記の実施例1に示すように
樹脂射出量がキャビティの実効容量よりも少なくても開
口部付近に中空部を形成することなく、開口部に樹脂ア
ンカーを形成する。
【0013】
【実施例】
実施例1 ステアリングホイールの製造方法を図3により説明す
る。
【0014】図3に示すように、ステアリングホイール
の取付けボス部6付近において中空芯材に流体供給用の
開口部7を設け、これを金型にセットした。なお、図3
は、図4の平面図に示すステアリングホイール用中空芯
材を図4上方側面から見た方向での金型内における流体
供給ノズル8と芯材1との関係を示す断面説明図であ
る。図3中9はシール材である。又、図5は図4矢印区
間のグリップ部11の部分拡大図である。
【0015】前記中空芯材にはグリップ部11において
直径1.5mmの開口部を8箇所、又、スポーク部10
においては直径2.5mmの開口部を4箇所に設けた。
【0016】次いで、樹脂(ポリ塩化ビニル、以下PV
Cと略記)2を射出する(図6)。図中の芯材は中空円
形断面としてあるが、コの字形、四角形、あるいは多角
形でもよい。ショット量は金型内容積(実効容量)の約
90%程度を満たす量である。ウエルドが開口部に形成
されないように図6のようなゲートレイアウトで樹脂を
射出した。なお、図6は芯材1をセットした金型キャビ
ティ内に樹脂2が射出された状態の説明図である。図6
中12はランナーを表わす。樹脂の射出が完了すると同
時に金型のガス導入機構を開いてガスを芯材内に吹き込
む。ガスは空気、窒素、アルゴン、炭酸ガス等の不活性
ガスであり、ガスの圧力は1平方センチメートルあたり
数十乃至百数十キログラムである。このガス圧力を保持
して樹脂を冷却固化すると、樹脂の収縮によってグリッ
プ部およびスポーク部に体積収縮が起こるに伴って樹脂
内圧が減少する。芯材内部はガスで前記の圧力を保たれ
るから、樹脂層よりも芯材内部が圧力が高くなる。従っ
て、グリップ部およびスポーク部に向かって樹脂の逆流
が起こる。樹脂の冷却硬化に伴って、開口の実質流動径
は減少する。グリップ部の拡大断面説明図である図8に
示すように、もともと径の小さかったグリップ部の芯材
の開口から侵入した樹脂は少ないかわりに、冷却固化に
よって実質的に狭められた開口から逆流する樹脂量も少
ないため、グリップ部の樹脂は開口部でひけることな
く、良好なアンカーを形成する。一方、スポーク部では
大きい開口を設けてあったので、初めに侵入した樹脂量
は多かったが、その分熱的容量も大きいので、開口部が
冷却固化によって実質的に狭められることも少ない。す
なわちガスの押圧によって逆流する樹脂の経路が広くか
つ比較的長い時間確保されるから、侵入した樹脂のかな
りの量が樹脂部に戻り、樹脂に対してガス供給口の役割
を果たすようになり、開口部付近に中空部が形成される
(図7)。それとともに開口付近内面には樹脂表皮層が
形成されるので、やはりアンカー効果が発現する。この
ような工程により、芯材はアンカーによって強固にグリ
ップと結合され、またスポーク部では、樹脂部分に局所
中空部を形成し、安全で軽量で所定の結合強度を備えた
ステアリングが一体に形成される。
【0017】実施例2 スタンドオフ形状のリアスポイラーの実施例について説
明する。図9はリアスポイラーの部分断面斜視図であ
る。図9に示すように芯材はウィング部13で平行パイ
プで、径の小さい開口をそれぞれ相互に向き合うように
配設してある。脚部14では単管形状で、径の大きい開
口を配設してある。一方の脚部単管の開口には、金型の
ガス導入ノズルに気密に連結するようにしてある。成形
工程に従って説明する。
【0018】図10は、図9のリアスポイラーウィング
部のキャビティ内における幅方向の断面説明図である。
図10Aに示すように、金型に芯材をインサートしてお
き、樹脂(変性ポリフェニレンオキサイド、以下mPP
Oと略記)を射出する。樹脂は金型実効内容積の約90
%程度を満たす量である。樹脂射出を行うと同時にノズ
ルのガス導入機構を開いてガスを金型内の芯材の脚部単
管に吹き込む(図10B)。ガスは実施例1と同種・同
圧の不活性ガスである。このガス圧力を保持して樹脂を
冷却固化する。このときウィング部の開口からは少量の
ガスが樹脂に向かって吐出される。平行管の向き合う開
口からこれらの平行する二管の間にガスが吹き出るの
で、管の間に中空部が形成される。一方脚部の管からは
大きめの開口によってウィング部よりも大量のガスが樹
脂に吐出される。従って脚部には大きい中空部が形成さ
れる。このような工程により、ウィング部は薄くて幅広
い中空部と中実のリブ部を、脚部はボリュームが大きい
中空部をそれぞれ形成できる
【0019】。
【発明の効果】以上説明したように、本発明は開口を設
けた中空の芯材をインサート成形し、芯材の内部を該開
口を介して流体で加圧することにより、樹脂アンカーあ
るいは樹脂中空部を選択的に形成することができ、軽量
の中空芯材入り樹脂成形品を製造することができる。
又、芯材をとくに異形断面とすることなく、樹脂層と芯
材との結合強度を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の原理を模式的に説明する中空芯材入り
樹脂成形品の断面説明図。
【図2】本発明により中空芯材開口部に樹脂中空部が形
成された状態の説明図。
【図3】実施例1の説明図で、金型内における流体供給
ノズルと芯材との関係を示す断面説明図。
【図4】実施例1の説明図で、ステアリングホイール用
中空芯材の平面図。
【図5】実施例1の説明図で、図4グリップ部矢印区間
の部分拡大図。
【図6】実施例1の説明図で、中空芯材がセットされた
キャビティ内に樹脂が射出された状態を示す説明図。
【図7】実施例1の説明図で、樹脂射出後芯材内部に流
体を注入し、スポーク部開口付近に樹脂中空部を形成し
た状態を示す説明図。
【図8】実施例1の説明図で、グリップ部の狭い開口部
において樹脂アンカーが形成された状態を示す説明図。
【図9】実施例2の説明図で、リアスポイラーの部分断
面斜視図。
【図10】実施例2の説明図で、キャビティ内に樹脂が
射出された状態Aと流体が注入された状態Bを示すリア
スポイラーウィング部の幅方向断面説明図。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−85731(JP,A) 特開 昭59−202833(JP,A) 特開 昭61−22918(JP,A) 特開 昭63−37911(JP,A) 特開 平4−11569(JP,A) 特開 平5−96566(JP,A) 実開 昭63−23183(JP,U) 実開 昭63−88551(JP,U) 特公 昭61−53208(JP,B2) 特表 平3−505851(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B29C 45/00 - 45/24

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 閉鎖された空間を内部に有する芯材を成
    形金型に予めインサートした後、その金型を閉じて溶融
    樹脂を射出して前記芯材と樹脂を一体に成形する方法に
    おいて、前記芯材にその内部空間に連通する少なくとも
    2つの開口を設け、この芯材を溶融樹脂で鋳くるむよう
    に射出した後、前記芯材に設けた少なくとも一つの開口
    から、前記樹脂と混合せず、前記樹脂よりも低粘度の流
    体を注入して芯材の内部に前記流体を加圧充填すること
    を特徴とする樹脂成形品の製造方法。
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DE10014332C2 (de) * 2000-03-24 2002-03-14 Basf Ag Verbundbauteil und Verfahren zur seiner Herstellung
IT1410968B1 (it) * 2012-04-27 2014-10-03 Spm Spa Pocesso di stampaggio a iniezione biomimetico bim (biomimetic injection molding) mediante coiniezione di materiali termoplastici e iniezione di gas per la produzione di parti biomimetiche di forma e funzionalita' complesse.
JP2020104442A (ja) * 2018-12-28 2020-07-09 株式会社マーレ フィルターシステムズ 接合構造および接合構造の製造方法

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