JP3242611B2 - 表皮材インサート成形方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コア材の賦形と同
時に、コア材の表面に加飾用表皮材を融着一体化した成
形品を得る表皮材インサート成形に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、自動車、家電、建材等に使用され
る樹脂成形品は、装飾性、手触り感、クッション性等の
付加価値を付けて品質を高めたり、成形工程の省工程化
によるコストダウンのために、下記に示すようなコア層
樹脂の表面にたとえば起毛状表皮材等の加飾用表皮材を
一体成形する２層成形が実施されていた。すなわち、 射出成形機を使用して２層成形を行う方法 型開きされた両金型間に加飾用表皮材をセットし、型閉
じして型締力を作用させた後、加飾用表皮材と金型とで
形成された金型キャビティ空間内に、射出装置によりコ
ア材となる溶融樹脂を射出充填する。保圧、冷却の完了
後、型開きして成形品取出しを行う。 プレス成形機を使用して２層成形を行う方法 型開きされた両金型間に加飾用表皮材をセットし、型閉
じして両金型間に所定の型開量を保持したまま、加飾用
表皮材と金型とで形成された金型キャビティ空間内に、
樹脂溶融ユニットによりコア材となる溶融樹脂を吐出す
る。両金型を型閉じプレスして型締力を作用させ所定時
間冷却の後、型開きして成形品取出しを行う。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の方法では、下記に示すような問題があった。 （１）コア材となる溶融樹脂の射出充填や型閉じプレス
時から冷却完了まで、加飾用表皮材に高温高圧のコア材
樹脂が負荷されるため、品質低下や外観不良を招来す
る。たとえば、ソフト感やクッション性を付与させるこ
とを狙って裏面に発泡層をラミネートした加飾用表皮材
を使用しても、高温高圧の作用によって発泡層が潰れて
期待するソフト感やクッション性が得られないという問
題があった。また、手触り感や高級質感を付与させるこ
とを狙って表面に起毛層をラミネートした加飾用表皮材
を使用しても、高温高圧の作用によって起毛部が毛倒れ
して期待する手触り感や高級質感が得られないという問
題があった。 （２）耐熱耐圧性を有するシート層等の保護層をラミネ
ートして、成形中のコア材溶融樹脂からの熱的および圧
力的影響をある程度抑えることは可能であるが、完全な
解決策にはならないうえに加飾用表皮材のコストアップ
につながる難点があった。 （３）ソフト感、クッション性、手触り感、高級質感等
を改善するため、成形後に別工程を追加することも行わ
れるが、やはり完全な解決策にはならないうえにコスト
アップにつながる難点があった。

【０００４】

【課題を解決するための手段】以上のような課題を解決
するために、本発明に係る第１の発明においては、対向
する一対の金型の間に加飾層を有する表皮材を介在させ
て型締した後、該表皮材と該金型とで形成される金型キ
ャビティ空間内にコア材となる溶融樹脂を射出充填して
該表皮材と該コア材とを一体成形する表皮材インサート
成形方法において、該表皮材加飾層にはガラス転移点が
該コア材樹脂の射出時の樹脂温度よりも低い材料を選定
し、コア材溶融樹脂の射出充填後は、表皮材加飾層のゴ
ム状弾性を示す温度領域内で予め設定した設定温度に温
度モニタ値が到達した時点で、表皮材と金型との間に表
皮材加飾層の厚さに応じた型開量を設けて所定の設定時
間保持するようにした。

【０００５】第１の発明を主体とする第２の発明におい
ては、温度モニタ値を成形中の表皮材加飾層の温度とし
た。また、第１の発明を主体とする第３の発明において
は、温度モニタ値をコア材樹脂の温度とした。さらに、
第４の発明では、表皮材加飾層の厚さに応じた型開量を
設定入力する型締条件設定部と、型締状態を切替えるタ
イミングを決める基準温度を設定入力する温度条件設定
部と、成形中の表皮材加飾層の温度もしくはコア材樹脂
の温度をモニタする温度モニタ部と、該温度モニタ部の
検出温度と前記温度条件設定部の設定値とを比較判定す
る比較制御部を設けるとともに、該比較制御部の信号お
よび前記型締条件設定部の信号に基づいて型締機構を制
御する型締制御部を有する表皮材インサート成形装置と
した。

【０００６】

【発明の実施の形態】以上の第１〜第４の発明を実施す
ることにより、以下のような好ましい成形が実施され
る。 コア材となる溶融樹脂の射出充填開始と同時に、コ
ア材となる溶融樹脂の熱量により表皮材は加熱され、そ
の後の冷却固化の進行とともに表皮材も冷却される。こ
の間、温度モニタ値として検出した表皮材加飾層の温度
が、表皮材加飾層がゴム状弾性を示す温度領域内（ガラ
ス転移点Ｔｇ以上の温度）で予め設定した設定温度Ｔに
達した時点で、表皮材と金型との間に表皮材加飾層の厚
さに応じた型開量Ｗを設けて回復スペースを確保した状
態で、所定の設定時間ｔ保持することによって、成形中
の外力により損傷を受けた表皮材加飾層は弾性力により
自己回復し成形後においても表皮材本来の風合いが確保
されるとともに、コア材樹脂の賦形ならびに表皮材およ
びコア材樹脂の融着一体化という相反する成形制御の同
時達成で、極めて高品質な表面加飾成形品の安定供給を
得る。

【０００７】 コア材樹脂の温度を温度モニタ値とし
た場合には、たとえば表皮材加飾層がガラス転移点Ｔｇ
よりも幾分低い温度に冷却されていたとしても、表皮材
加飾層の厚さに応じた型開量Ｗの確保による金型への伝
熱遮断と、断熱効果のある空気層が介在することによる
断熱層効果と、コア材となる溶融樹脂熱量からの伝熱に
よって、表皮材加飾層はガラス転移点Ｔｇ以上の温度に
再加熱され、表皮材加飾層はゴム状弾性を示し、弾性力
による表皮材加飾層の損傷及び変形の自己回復挙動が可
能となる。この場合においては、コア材樹脂の賦形なら
びに表皮材およびコア材樹脂の融着一体化を目的とした
保圧力の負荷時間が長くとれるので、変形、反り、偏肉
が極めて少なく高品質な表面加飾成形品の安定供給を得
る。

【０００８】

【実施例】以下図面に基づいて本発明の実施例の詳細に
ついて説明する。図１〜図７は本発明の実施例に係り、
図１は表皮材インサート成形装置の全体構成図、図２は
表皮材インサート成形の成形工程フローチャート、図３
〜図７は図２の破線で囲って表示した部分の工程に係る
型締パターン制御及び保圧パターン制御の各種のバリエ
ーションを示すフローチャートである。

【０００９】図１に示すように、本発明による表皮材イ
ンサート成形装置１００は金型装置１０、型締装置２
０、射出装置３０及び制御装置６０で構成されている。
金型装置１０は、型締装置２０の固定盤１に取付けられ
た固定金型３と、型締装置２０の可動盤２に取付けられ
た可動金型４とからなり、温度センサ８が組付けられて
いる。型締装置２０の可動盤２は図示しないタイバに案
内され、型締シリンダ２２の駆動によって可動金型４と
ともに前後進できるよう構成されている。射出装置３０
は、スクリュフライト３６備えたスクリュ３４がバレル
３２内に回転自在で、かつ、前後進自在に配設されてい
る。油圧モータ４２により駆動されるスクリュ３４の回
転とともに、ホッパ３８に供給された樹脂ペレットはス
クリュ前方へ送られる。この間に、バレル３２の外周面
に取付けられている図示しないヒータによる加熱を受け
るとともに、スクリュ回転による混練作用を受けること
によって樹脂ペレットは溶融する。スクリュ前方へ送ら
れた溶融樹脂は、射出シリンダ４０により駆動されて前
進するスクリュ３４によってノズル３９側へ押出され
て、ノズル３９を経由して金型３、４間に形成される金
型キャビティ５内へ射出充填される。射出シリンダ４０
及び油圧モータ４２には、油圧供給源５０から供給され
る作動油が、射出制御部６１の操作指令を受けた電磁リ
リーフ弁５２によって設定された一定の圧力で供給さ
れ、スクリュ前進及びスクリュ回転を駆動できるように
構成されている。

【００１０】次に、制御装置６０について述べる。制御
装置６０は、図１にその概要を示すように、射出制御部
６１、型締制御部６２、温度モニタ部６３、温度条件設
定部６４、比例制御部６５、型締条件設定部６６、温度
センサ８、図示しない型開量検出部等から構成されてい
る。温度センサ８で計測されたコア材樹脂の温度情報
は、温度モニタ部６３を経由して比較制御部６５に接続
されている。また、比較制御部６５は温度条件設定部６
４と接続されるとともに、型締制御部６２とも接続され
ている。型締制御部６２は型締条件設定部６６と接続さ
れるとともに、射出制御部６１とも接続されている。

【００１１】なお、本実施例では、温度センサ８をコア
材樹脂の表面に相当する位置に配設し表面温度を計測す
るようにしたが、これに限定されるものではなく、コア
材樹脂の内部温度を計測するようにしてもよい。さら
に、表皮材加飾層の温度情報を検知する場合は、表皮材
加飾層側に温度センサ８が配設される。また、本実施例
では、直圧式の型締機構を有する成形装置を用いたが、
トグル式や電動式、あるいは、竪型の型締機構を有する
成形装置を使用してもよい。

【００１２】図２は表皮材インサート成形の成形工程フ
ローチャートを示したもので、図２に示す工程にしたが
って説明する。 （１）金型装置１０の両金型３、４を型開きした状態
で、金型キャビティ面の所定位置に、たとえば真空吸引
方式や針刺し方式等の手段を用いて表皮材Ｓをセット保
持する。表皮材Ｓとしては、要求される加飾特性に合っ
た加飾層を有したものを用いる。また、必要に応じて、
たとえばコア材となる溶融樹脂が表面側にしみだすのを
防止する役割およびコア材樹脂との融着一体化促進の役
割を兼用した、コア材樹脂と同種同系統の樹脂製のシー
トを加飾層の裏側にラミネートしたものや、ソフト感を
演出する目的でクッション層を設けたものや、その他の
目的で着色層や接着層を設けた多層構成の表皮材や、印
刷フィルムを表皮材として用いることもできる。なお、
本実施例ではシート状の表皮材を用いたが、三次元的な
成形品形状に予めプリ成形したものを表皮材として用い
てもよい。

【００１３】本発明においては、弾性力による自己回復
現象を利用するために、表皮材加飾層としては、表皮材
加飾層のガラス転移点Ｔｇがコア材樹脂の射出時の樹脂
温度よりも低い材質のものを採用する。具体的な例とし
て、コア材Ｑの材質としてＰＰ系統の樹脂を使用した場
合、一般的な射出充填時の樹脂温度は２００〜２４０℃
程度であるから、たとえば、ガラス転移点Ｔｇ＝７０〜
８０℃であるＰＥＴ樹脂は表皮材加飾層として採用でき
る材質である。

【００１４】（２）コア材となる溶融樹脂を射出充填す
る際の型締動作の制御内容として、予め準備した型締制
御パターンの中から、成形品の形状、コア材樹脂の種
類、表皮材の種類等の組合せに対する最適の型締制御パ
ターンを選択的に適用できる制御システムが構築されて
いる。型締制御パターンとして種々の制御を適用できる
が、具体的な制御例として図３〜図５に示すフローチャ
ートについて説明する。

【００１５】実施例（１） 図３に示すフローチャートは、成形中のバリ発生を抑制
するに充分な型締力を設定し型締を行い、コア材樹脂の
射出充填完了まで負荷・保持した型締制御パターンの制
御例である。この型締制御パターンは、コア材樹脂の金
型内充填流動が良好な場合、すなわち、流動性良好なコ
ア材樹脂を適正な温度条件下で流動容易な金型キャビテ
ィに充填する場合に採用される。 実施例（２） 図４に示すフローチャートは、成形中に充填された樹脂
圧で金型が開くことを許容する型締力を設定し型締を行
い、コア材樹脂の射出充填中の任意の時点のタイミング
信号で保圧工程に移行する型締制御パターンの制御例で
ある。この型締制御パターンは、コア材樹脂の金型内充
填流動が悪い場合、すなわち、低流動なコア材樹脂を複
雑で薄肉の金型キャビティに充填する場合に採用され
る。成形中に充填された樹脂圧の作用で金型が開くこと
によって、充填中の金型キャビティの溶融樹脂流動通路
が拡大するので、溶融樹脂の流動性が改善し、充填圧力
の低減や充填時間の短縮化が図れるばかりでなく、充填
中の金型キャビティ内のエアー抜けやガス抜けが改善す
る効果も得られる。 実施例（３） 図５に示すフローチャートは、成形品の形状、コア材の
種類、表皮材の種類等の総合した条件に対し最適の型開
量を設定し、型開保持状態でコア材樹脂を射出充填す
る。コア材樹脂の射出充填中の任意の時点のタイミング
信号で保圧工程に移行する型締制御パターンの制御例で
ある。この型締制御パターンは、コア材樹脂の金型内充
填流動が特に悪い場合に採用する。ただしコア材樹脂の
射出充填中は樹脂が漏れない金型構造が必要となる。

【００１６】なお実施例（２）、（３）におけるタイミ
ング信号は、射出充填中の任意の時点で設定できるよう
に、たとえば射出シリンダストロークの設定値あるいは
射出開始からの経過時間で設定するようにする。本実施
例では、制御の容易性と確実性を追求して射出完了信号
を採用した。

【００１７】（３）保圧工程では、コア材樹脂の冷却固
化に伴う収縮樹脂量の補充、充填したコア材樹脂の賦
形、ならびに、コア材樹脂と表皮材との融着一体化を行
うことを目的としている。コア材樹脂の賦形およびコア
材樹脂と表皮材との融着一体化には高い保圧力で長時間
の負荷が求められるのに対し、表皮材の損傷防止には低
い保圧力で短時間の負荷が求められ、表皮材インサート
成形では両者のバランスを適正に保つ極めて高度なバラ
ンス制御が要求される。本発明では、表皮材加飾層の損
傷防止に関しては次工程で行うようにしているので、こ
の保圧工程ではコア材樹脂の賦形および表皮材とコア材
の融着一体化を主体に保圧条件を設定することができる
利点がある。

【００１８】保圧工程の制御内容として予め準備した保
圧パターンの中から、成形品の形状、コア材の種類、表
皮材の種類等の組合せに対し最適の保圧制御パターンを
選択的に適用できる制御システムが構築されている。保
圧制御パターンとして種々の制御を適用できるが、具体
的な制御例として図６、図７に示すフローチャートにつ
いて説明する。

【００１９】実施例（４） 図６に示すフローチャートは、たとえば、図示しない射
出シリンダ油圧センサまたは図示しない金型キャビティ
内樹脂圧力センサの出力により検出した実測保圧が、設
定保圧に一致するように射出側から保圧力を負荷するよ
うにした保圧パターンである。この保圧パターンは一般
的な射出成形の保圧工程制御と同じ制御を採用すること
ができるため、成形条件の設定の容易化が得られる。 実施例（５） 図７に示すフローチャートは、たとえば、図示しない型
締シリンダ油圧センサまたは図示しない金型キャビティ
内樹脂圧力センサの出力により検出した実測保圧が、設
定保圧に一致するように型締側から保圧力を負荷するよ
うにした保圧パターンである。この保圧パターンは、コ
ア材樹脂の射出充填中の型締力から増圧あるいは型開量
を小さくする方向に型締位置を変化させて行なうため、
型締側からの全面均一な保圧力の負荷により変形、反
り、偏肉の少ない成形品を得ることができる。

【００２０】（４）保圧工程中は、比較制御部６５は、
温度センサ８の出力信号を受け実測温度を検出する温度
モニタ部６３からの実測温度信号と、温度条件設定部６
４からの設定温度条件信号とを常に比較している。ここ
で、表皮材加飾層は射出充填したコア材樹脂熱量により
加熱され、たとえば、ＰＰ系統の樹脂をコア材樹脂とし
て使用し、樹脂温度＝２００〜２４０℃の成形条件で、
ＰＥＴ樹脂製の加飾層を有する表皮材での表皮材インサ
ート成形を実施した場合、ＰＥＴ樹脂のガラス転移点よ
りも高いゴム状弾性を示す１００〜１２０℃にまで加熱
されることを確認済みである。

【００２１】このゴム状弾性を示す温度範囲で、すなわ
ち温度センサ８の出力信号が温度条件設定部６４で設定
した設定温度Ｔに到達したことを比較制御部６５で検知
した時点で、表皮材と金型との間に表皮材加飾層の厚さ
に応じた型開量Ｗを設けて回復スペースを確保した状態
で、所定の設定時間ｔ保持することによって、成形中の
外力により損傷を受けた表皮材加飾層は弾性力により自
己回復し、成形後においても表皮材本来の風合いが確保
されるとともに、コア材樹脂の賦形と表皮材およびコア
材樹脂の融着一体化という相反する成形制御の同時達成
を容易に可能とし、その結果、極めて高品質な表面加飾
成形品の安定供給を得る。

【００２２】ここで設定温度Ｔは、成形中に受けた表皮
材加飾層の損傷を弾性回復させる表皮材加飾層の温度条
件として、コア材樹脂の賦形はほぼ完了し、かつ表皮材
加飾層のガラス転移点よりも高いゴム状弾性を示す温度
領域に設定する。なお、コア材樹脂の温度を温度モニタ
値とした場合には、たとえ表皮材加飾層がガラス転移点
Ｔｇよりも低い温度に冷却されていたとしても、表皮材
加飾層の厚さに応じた型開量Ｗの確保による金型への伝
熱遮断効果と、断熱効果のある空気層が介在することに
よる断熱層効果と、コア材樹脂熱量からの伝熱によっ
て、表皮材加飾層はガラス転移点Ｔｇ以上のゴム状弾性
を示す温度に再加熱され、弾性力による表皮材加飾層の
損傷及び変形の自己回復が可能となる。この場合におい
ては、コア材樹脂の賦形と表皮材およびコア材樹脂の融
着一体化を目的とした保圧力の負荷時間が長くとれるの
で、変形、反り、偏肉が極めて少ないく高品質な表面加
飾成形品の安定供給を得る。

【００２３】設定型開量Ｗは、加飾層を含む表皮材の厚
さと同等かそれ以上とし、表皮材加飾層の弾性力による
表皮材加飾層の損傷を自己回復させるためのスペースの
確保と、金型と表皮材の伝熱遮断によるゴム状弾性を示
す温度保持時間の確保を目的として設定する。また、設
定時間ｔは、自己弾性回復に要する時間（すなわちゴム
状弾性を示す温度領域の保持時間）であり、コア材樹脂
の通常の冷却時間範囲内で十分に自己回復できることを
実験にて確認済みである。

【００２４】（５）設定時間ｔの経過後は、型締制御部
６２は型締シリンダ２２を駆動させて両金型３、４を型
開きした後、表皮材インサート成形品を取出して一連の
成形工程を終える。

【００２５】以上に記載した以外にも、設定温度Ｔを検
知して設定型開量Ｗへの切替タイミング指令も、たとえ
ば、数回の成形トライにより計測されたコア材樹脂の射
出開始から設定温度Ｔへの到達時間を用いて、または熱
伝導解析等のシミュレーション計算で算出された時間を
用いて、射出開始で起動するタイマのタイムアウト信号
をタイミング指令としてもよい。また、たとえば、設定
型開量Ｗを製品取り出し位置に設定した場合、設定型開
量Ｗまで型開きした状態で設定時間ｔだけ保持した後に
製品を取出すか、あるいは設定型開量Ｗまで型開きし直
ちに製品を取出した後にこの状態で設定時間ｔだけ保持
させてもよい。ただし、この場合は表皮材加飾層は直接
外気と触れるので冷却が早まり、表皮材の種類やコア材
との組合せ等によっては自己弾性回復の時間が不足する
可能性がある。本実施例では、表皮材を片面のみに貼り
付けたが、必要に応じてコア材樹脂の両面に貼り付けて
もよい。またコア材樹脂にウレタン、エラストマ等の軟
質樹脂材を用いてもよい。

【００２６】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、下
記のような優れた効果が得られる。 （１）成形中の表皮材加飾層の損傷によって表皮材本来
の風合いを損なうことのない非常に優れた表面加飾性能
を有する表皮材インサート成形品を安定して供給でき
る。 （２）従来必要とされていた成形品の後処理による損傷
回復工程の追加や、表皮材加飾層の保護用フィルムのラ
ミネート化処理が不要となり、非常に優れた表面加飾性
能を有する表皮材インサート成形品を低コストで供給で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に使用する表皮材インサート成形装置の
全体構成図である。

【図２】本発明の実施例に係る表皮材インサート成形工
程のフローチャートである。

【図３】本発明の実施例（１）に係る型締パターン制御
のフローチャートである。

【図４】本発明の実施例（２）に係る型締パターン制御
のフローチャートである。

【図５】本発明の実施例（３）に係る型締パターン制御
のフローチャートである。

【図６】本発明の実施例（４）に係る保圧パターン制御
のフローチャートである。

【図７】本発明の実施例（５）に係る型締パターン制御
のフローチャートである。

【符号の説明】

１ 固定盤 ２ 可動盤 ３ 固定金型 ４ 可動金型 ５ 金型キャビティ ８ 温度センサ １０ 金型装置 ２０ 型締装置 ２２ 型締シリンダ ３０ 射出装置 ３２ バレル ３４ スクリュ ３６ スクリュフライト ３８ ホッパ ３９ ノズル ４０ 射出シリンダ ４２ 油圧モータ ５０ 油圧供給源（射出回路） ５２ 電磁リリーフ弁（射出回路） ６０ 制御装置 ６１ 射出制御部 ６２ 型締制御部 ６３ 温度モニタ部 ６４ 温度条件設定部 ６５ 比例制御部 ６６ 型締条件設定部 ６９ 電磁リリーフ弁（型締回路） ７０ 油圧供給源（型締回路） １００ 表皮材インサート成形装置 Ｑ コア材（コア材樹脂） Ｓ 表皮材 Ｔｇ ガラス転移点（表皮材加飾層） Ｔ 設定温度 ｔ 設定時間 Ｗ 設定型開量

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対向する一対の金型の間に加飾層を有す
   る表皮材を介在させて型締した後、該表皮材と該金型と
   で形成される金型キャビティ空間内にコア材となる溶融
   樹脂を射出充填して該表皮材と該コア材とを一体成形す
   る表皮材インサート成形方法において、 該表皮材加飾層にはガラス転移点が該コア材樹脂の射出
   時の樹脂温度よりも低い材料を選定し、 コア材溶融樹脂の射出充填後は、表皮材加飾層のゴム状
   弾性を示す温度領域内で予め設定した設定温度に温度モ
   ニタ値が到達した時点で、表皮材と金型との間に表皮材
   加飾層の厚さに応じた型開量を設けて所定の設定時間保
   持するようにしたことを特徴とする表皮材インサート成
   形方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の該温度モニタ値は、成形
   中の表皮材加飾層の温度としたことを特徴とする表皮材
   インサート成形方法。
3. 【請求項３】 請求項１記載の該温度モニタ値は、成形
   中のコア材樹脂の温度としたことを特徴とする表皮材イ
   ンサート成形方法。
4. 【請求項４】 表皮材加飾層の厚さに応じた型開量を設
   定入力する型締条件設定部と、型締状態を切替えるタイ
   ミングを決める基準温度を設定入力する温度条件設定部
   と、成形中の表皮材加飾層の温度もしくはコア材樹脂の
   温度をモニタする温度モニタ部と、該温度モニタ部の検
   出温度と前記温度条件設定部の設定値とを比較判定する
   比較制御部を設けるとともに、該比較制御部の信号およ
   び前記型締条件設定部の信号に基づいて型締機構を制御
   する型締制御部を有する表皮材インサート成形装置。