JP3573017B2 - 金型内塗料塗布方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、樹脂などの成形品の成形と塗装を同時に行うために金型内のキャビティに予め塗料を塗布（モールドコート）する金型内塗料塗布方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の成形品として、例えば、車両用のステアリングホイールがある。ステアリングホイールは、芯金を金型キャビティ（成形品形状を作る空洞部）にセットした後に、金型キャビティに樹脂材料を注入し硬化させて成形される。ステアリングホイールの樹脂成形に使用されているウレタン樹脂は、耐光性に劣り黄変する欠点があるため、その樹脂部分の表面に耐光性をもたせるための塗膜を形成する必要がある。
【０００３】
この塗膜の形成方法として、金型内のキャビティに予め塗料を塗り、その後、製品の成形を行う方法が適用されている。具体的には、金型を開いてキャビティに塗料溶液をスプレーガンで塗布（モールドコート）する。その後、金型を閉じキャビティにウレタン材料を混合注入して反応硬化させる。これにより、成形品の表面に塗膜が形成される。なお、金型キャビティに所定の材料を混合注入して反応硬化させる成形方法を反応射出成形（ＲＩＭ：Ｒｅａｃｔｉｏｎ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｍｏｌｄｉｎｇ）という。また、ここで用いられる塗料溶液は、例えば、溶剤としてのメチルエチルケトン（ＭＥＫ）及びイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）と、耐光性に優れたウレタン樹脂とからなる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述のようにスプレーガンにより塗料溶液をキャビティに塗布（モールドコート）した場合では、金型キャビティに塗着しない塗料は空気中に飛散してしまうため、その塗料を回収することができなかった。
【０００５】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、成形品の成形と塗装を同時に行うために金型キャビティに予め塗料を塗布（モールドコート）する際に、塗料を回収することができる金型内塗料塗布方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、金型キャビティ内に塗料を塗布する金型内塗料塗布方法において、排出孔を通じて金型キャビティ内を減圧し、減圧状態で溶剤とウレタン樹脂とを含む塗料溶液を金型キャビティ内で沸騰させることにより体積増加及び破泡させて、塗料を金型キャビティの壁面に塗布すると共に気化した溶剤を排気して金型キャビティ内に塗膜層を形成し、金型キャビティに塗着しない塗料が排出孔を通じ排出され、塗料が回収されることをその要旨としている。
【０００７】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の発明において、前記排出孔から排出される塗料を回収部材表面に付着させて回収することをその要旨としている。
【０００８】
請求項３に記載の発明では、請求項１又は２に記載の発明において、減圧状態の金型キャビティ内で気化した塗料の溶剤を、冷却装置に導入しその冷却装置内で液化させて回収するようにしたことをその要旨としている。
【０００９】
（作用）
請求項１に記載の発明によれば、排出孔を通じて金型キャビティ内が減圧されると塗料の体積が増加する。この体積増加により金型キャビティ内に塗膜層が形成される。このように、塗膜層が金型キャビティに形成されるとき、その際に金型キャビティに塗着しない塗料が排出孔を通じ排出され、その塗料が回収される。つまり、従来のようにスプレーガンで塗料を塗布した場合、金型キャビティに付着しない塗料の回収は不可能であったが、上記方法を採用すると、金型キャビティに付着しない塗料の回収が可能となる。
【００１０】
具体的には、請求項２に記載の発明のように、排出孔から排出される塗料を回収部材表面に付着させることで、塗料が回収される。
請求項３に記載の発明によれば、減圧状態の金型キャビティ内で気化した塗料の溶剤が冷却装置に導入される。そして、同冷却装置内で冷却されることで液化した溶剤が回収される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した実施形態を図面に従って説明する。
図１〜４は、本実施形態における射出成形機の一部断面図であり、図５は同射出成形機の概略構成を示す模式図である。また、図６は同射出成形機により成形される車両用のステアリングホイール１の斜視図である。
【００１２】
図６に示すようにステアリングホイール１は、リング部２、スポーク部３，４，５及びパッド部６を有しており、図１〜４に示す射出成形機の金型７（下型８，上型９）は、リング部２及びスポーク部３，４，５の芯金１０をウレタン樹脂で被覆するためのものである。なお、本実施形態では、図６に示すステアリングホイール１を裏返した状態で、反応射出成形による樹脂成形が実施される。
【００１３】
図１〜図４に示すように、金型７は枠体１１と蓋体１２とからなる真空ボックス１３内に配設されている。詳しくは、枠体１１には金型７の下型８が固定され、蓋体１２には金型７の上型９が固定されている。また、蓋体１２における枠体１１との接合部にはシール部材１４が配設されている。そして、図１に示すように金型７が開けられている状態から枠体１１及び下型８が上方へ移動されて図２に示すように芯金１０がセットされた状態で金型７が閉じられ型締めされる。なおこのとき、枠体１１と蓋体１２とにより真空ボックス１３が形成され、シール部材１４により真空ボックス１３内が密封される。また、本実施形態の芯金１０は、アルミダイカスト、マグネシウムダイカスト、またはそれらからなる合金のダイカスト成形により製造され、芯金１０のリング部１０ａの断面形状は、図２に示すようにＵ字形状となっている。
【００１４】
下型８及び上型９には凹部１５，１６が形成されており、同凹部１５，１６が成形品形状を作るためのキャビティ１７となる。また、成形時にステアリングホイール１の芯金１０を固定するために、下型８の中央部に固定部材１８が突設されるとともに、上型９の中央部に固定部材１９が突設されている。
【００１５】
また、金型７内には、キャビティ１７に連通するゲート２１が形成されている。そして、図５に示すように、塗料注入装置２２からの塗料溶液がゲート２１を介してキャビティ１７に注入される。さらに、ウレタン注入装置２３からのウレタン材料がゲート２１を介してキャビティ１７に注入される。このウレタン材料は、液状であってポリオール成分、イソシアネート成分及び発泡成分を含む。
【００１６】
図１〜４に示すように上型９の凹部１６には、排出孔２５（例えば、断面積＝４ｍｍ^２）が形成されている。その排出孔２５を覆うように上型９の外側に固定された状態で回収部材としての回収ボックス２６が配設されている。回収ボックス２６には、排気口２６ａが設けられ、同排気口２６ａにより回収ボックス２６内と真空ボックス１３内の中空部２７とが連通される。つまり、真空ボックス１３内の中空部２７は、回収ボックス２６及び排出孔２５を介してキャビティ１７に連通されている。
【００１７】
枠体１１の一方の側壁（図の左側の側壁）には排出管３１が設けられ、その排出管３１から真空ボックス１３内の気体が排出されることで真空ボックス１３内が減圧される。詳しくは、図５に示すように、モータ３２が駆動されることによって真空ボックス１３内の気体が真空ポンプ３３を介して冷却装置３４に導入される。冷却装置３４は、その気体を冷却して気体中に含まれる塗料の溶剤を液化した後、その液状の溶剤を回収容器３５に回収させる。なお、このモータ３２は、駆動時に火花を生じない防爆仕様のモータが用いられ、気化した溶剤に引火することが防止される。
【００１８】
次に、本実施形態におけるステアリングホイール１のウレタン樹脂の成形方法を図１〜図４を用いて説明する。
先ず、図１に示すように、金型７を開いてキャビティ１７（下型８の凹部１５及び上型９の凹部１６）の壁面に離型剤を塗布する。この離型剤は、ワックス、シリコンオイル等からなり、金型７に成形品が粘着することを防いで、成形品を取り出し易くする目的で塗布されるものである。
【００１９】
そして、図２に示すように金型７内に芯金１０をセットして金型７を閉じ型締めする。なおこのとき、枠体１１と蓋体１２とがシール部材１４を介して接合され真空ボックス１３内は密閉状態となる。
【００２０】
次いで、金型７を水平に保った状態で、塗料注入装置２２からの塗料Ｍの溶液（本実施形態では、１７０ｇ）をキャビティ１７に注入する。本実施の形態における塗料Ｍの溶液は、溶剤としてのメチルエチルケトン（ＭＥＫ）及びイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）と、固形分としてのウレタン樹脂を含む。なお、塗料Ｍにおける各成分の割合を重量％で示すと、ＭＥＫ＝約８５％、ＩＰＡ＝約１０％、ウレタン樹脂＝２．５％となる。
【００２１】
その後、真空ポンプ３３を駆動し排出管３１から真空ボックス１３内の気体を排出することで真空ボックス１３内を減圧する。すると、キャビティ１７内の気体が排出孔２５及び回収ボックス２６を介して真空ボックス１３内の中空部２７に吸い出されてキャビティ１７内も減圧される。このように、キャビティ１７内が減圧されると、塗料Ｍの溶剤（ＭＥＫ，ＩＰＡ）の沸点が低下する。これにより、塗料Ｍは体積増加を伴いつつ沸騰して破泡する。具体的には、金型７の温度が５５℃に保たれており、キャビティ１７内が３００ｔｏｒｒ以下に減圧されると溶剤は沸騰する。この沸騰時の体積増加及び破泡により、図３に示すように、塗料Ｍがキャビティ１７の壁面に塗布される。
【００２２】
そして、塗料Ｍの溶剤が気化して、塗料Ｍのウレタン樹脂がキャビティ１７の壁面に塗着される。つまり、塗膜層がキャビティ１７の壁面に形成される。なおこのとき、キャビティ１７内における芯金１０の表面が塗料Ｍの溶剤により洗浄されるとともに、接着剤の役割を果たす塗料Ｍが芯金１０の表面に塗着される。
【００２３】
このように、塗膜層がキャビティ１７の壁面に形成される減圧時において、塗料溶液が排出孔２５を介してキャビティ１７内から排出され、回収ボックス２６の内壁、特に内壁の上部に塗料Ｍが付着されることとなる。
【００２４】
また、気化した溶剤を含む気体が、真空ボックス１３内の中空部２７、排出管３１及び真空ポンプ３３等を介して冷却装置３４に導入され同冷却装置３４内で冷却されることで、その気体中に含まれる溶剤（ＭＥＫ，ＩＰＡ）が液化される。そして、液化された溶剤（ＭＥＫ，ＩＰＡ）が、回収容器３５に回収される。
【００２５】
次いで、ウレタン注入装置２３で混合された液状のウレタンの材料がゲート２１を介してキャビティ１７に注入されて、図４に示すように同材料がキャビティ１７内で反応硬化する。具体的には、発泡成分とイソシアネート成分とが反応してＣＯ２が発生するとともに、ポリオール成分とイソシアネート成分が反応することでウレタン樹脂の発泡成形が実施される。
【００２６】
このようにして、ステアリングホイール１のリング部２及びスポーク部３，４，５のウレタン樹脂の成形と塗装が同時に実施される。つまり、反応成形により成形されるウレタン樹脂Ｕ２の表面に耐光性のあるウレタン樹脂Ｕ１の塗膜がほぼ均一な厚さ（例えば、１０μｍ）で形成される。また、回収ボックス２６の壁面には、塗料Ｍが乾くことでウレタン樹脂Ｕ１が残存される。
【００２７】
なお、ウレタン材料を用いた反応射出成形では、液状のウレタン材料をキャビティ１７に注入して発泡成形させるものであるため、一般的な熱可塑性樹脂の射出成形と比較して、キャビティ１７内が低温、低圧の条件下で樹脂成形が実施される。従って、キャビティ１７の壁面に形成された塗膜層が成形時の圧力や温度によって壊されることが防止される。
【００２８】
その後、金型７が開けられて、図６に示すようにリング部２及びスポーク部３，４，５がウレタン樹脂Ｕ１，Ｕ２で被覆されたステアリングホイール１が取り出される。なお、本実施形態では、ステアリングホイール１を裏返した状態で樹脂成形が行われるので、ステアリングホイール１において耐光性が必要となる上側ほど厚いウレタン樹脂Ｕ１の塗膜が形成される。また、本実施形態における射出成形機では、所定数のステアリングホイール１の成形毎に回収ボックス２６が取り外されて、その壁面に残存するウレタン樹脂Ｕ１が回収される。この回収されたウレタン樹脂Ｕ１と、前記回収容器３５に回収された溶剤（ＭＥＫ，ＩＰＡ）が再び配合されて、塗料注入装置２２に補充される。
【００２９】
以上記述したように、本実施の形態によれば、以下の効果を奏する。
（１）回収ボックス２６によりキャビティ１７から排出孔２５を通じて排出される塗料Ｍのウレタン樹脂Ｕ１を回収できる。また、気化した塗料Ｍの溶剤（ＭＥＫ，ＩＰＡ）が冷却装置３４により液化した状態で回収容器３５に回収できる。その結果、スプレーガンで塗料Ｍを塗布（モールドコート）した場合では不可能であった塗料Ｍの回収が可能となる。つまり、塗料Ｍの再利用が可能となり材料コストを低減できる。
【００３０】
（２）閉じた金型７内に塗料溶液が注入され、その金型７内において、塗料Ｍの塗布（モールドコート）が実施されるので、スプレーガンで塗料Ｍを塗布した場合に比べて塗着効率を高めることができ、塗料Ｍの材料費を低減できる。また、塗料Ｍはキャビティ１７外に塗布されることがなく、成形時におけるバリの発生を防止できる。従って、従来技術で必要であったバリを除去するための処理工程が不要となる。その結果、製造コストを低く抑えることができる。さらに、塗料Ｍが射出成形機の外部に飛散することが防止され、作業場をきれいに保つことができ、周囲の環境の悪化を防止することができる。
【００３１】
（３）耐光性に優れるウレタン樹脂Ｕ１の塗膜がステアリングホイール１の樹脂部の表面に形成されるので、ステアリングホイール１の樹脂部分の内部に反応射出成形により成形したウレタン樹脂Ｕ２の変色を防止できる。また、芯金１０の表面は、塗料Ｍの溶剤により洗浄され、その芯金１０の表面に接着性に優れるウレタン樹脂系の塗料Ｍが塗布されているため芯金１０と発泡成形されるウレタン樹脂とが強固に固着できる。
【００３２】
（４）塗料Ｍは、その溶剤が沸騰して体積増加及び破泡することによりキャビティ１７の壁面に均一に塗布（モールドコート）される。つまり、塗布むらが無くなり成形後において製品表面の塗膜がほぼ均一な厚さで形成される。従って、耐光性がどの場所でも均一に得られ、製品性能の悪化を防止できる。また、製品表面の色むらがなく外観不良を低減できる。さらに、塗料注入装置２２により塗料溶液の注入量を的確に制御すれば、所望の厚さの塗膜を形成することができ、塗料Ｍの注入量に基づく製品バラツキを低減できる。
【００３３】
（５）ウレタン材料を用いた反応射出成形では、熱可塑性樹脂の射出成形と比べて、キャビティ１７内が低温、低圧の条件下で樹脂成形が行われるので、キャビティ１７の壁面に塗布された塗膜層が壊れることを防止できる。つまり、製品の歩留まりを向上できる。
【００３４】
尚、上記実施形態は、以下の態様で実施してもよい。
○上記実施形態では、塗料Ｍを回収ボックス２６により回収するものであったが、これに限定するものではない。例えば、排出孔２５に対向する位置に回収部材としての回収板を配設し、その回収板に排出孔２５から排出される塗料Ｍを付着させて回収するようにしてもよい。
【００３５】
○上記実施形態では、排出孔２５は１つであったが、これに限定するものではない。金型７に複数の排出孔２５を形成し、その複数の排出孔２５毎に回収ボックス２６を配設して、塗料Ｍを回収するようにしてもよい。
【００３６】
○上記実施形態では、常圧状態のキャビティ１７内に塗料Ｍを注入した後、キャビティ１７内を減圧状態とするものであったが、これに限定するものではない。具体的には、キャビティ１７内の減圧中に塗料溶液をキャビティ１７内に注入してもよい。この場合も、排出孔２５から排出される塗料Ｍを回収できる。
【００３７】
○上記実施形態では、ウレタン材料を注入するためのゲート２１から塗料溶液を注入する構成であったが、このゲート２１以外の場所から塗料溶液をキャビティ１７に注入してもよい。また、複数箇所からキャビティ１７に塗料溶液を注入する構成としてもよい。
【００３８】
○上記実施形態では、イソシアネート成分と発泡成分の反応によるＣＯ２によって発泡成形するものであったが、ポリオール成分とイソシアネート成分との反応熱により気化する発泡剤を用いて発泡成形するものでもよい。また、ウレタン材料を用いた発泡成形等の反応射出成形に限定するものではなく、他の樹脂材料、或いはゴム材料等を用いて射出成形するものでもよい。但し、上述のように、キャビティ１７内でウレタン材料が反応硬化する反応射出成形に適用した方が、低圧、低温の条件下で成形できるので実用上好ましい。
【００３９】
また、成形品は、ステアリングホイール１に限定されず、例えば、インストルメントパネル、コンソールボックス、グローボックス、ヘッドレスト、アームレスト、ドアカバー、エアスポイラー、バンパー等の他の部品にも適用できる。勿論、自動車部品以外に家電製品等の成形品に適用してもよい。
【００４０】
○塗料Ｍの成分を適宜変更して実施してもよい。具体的には、ウレタン樹脂に代えて、他の熱硬化性樹脂を用いてもよい。また、塗料Ｍの溶剤として、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）及びイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）以外の溶剤、例えば、水等を用いてもよい。或いは、ＭＥＫ，ＩＰＡの溶剤にトルエン等を加えるものでもよい。実用的には、沸点が約１６０℃以下の溶剤を用いるものであればよい。
【００４１】
○上記実施形態では、真空ポンプのモータ３２を駆動してキャビティ１７内を３００ｔｏｒｒ以下に減圧するものであったが、これに限定するものではない。例えば、金型７の温度が常温（約２０℃）であれば、キャビティ１７内を約７０ｔｏｒｒに減圧する。また、塗料Ｍの溶剤を変更した場合その沸点が変化するので、この場合もキャビティ１７内の減圧時の圧力を変更する。つまり、キャビティ１７内の減圧時の圧力は、金型７の温度及び用いられる溶剤の種類により適宜変更して実施する。
【００４２】
さらに、上記実施形態により把握される請求項以外の技術的思想について、以下にそれらの効果とともに記載する。
（イ）所定の圧力に減圧される真空ボックス内に金型を配設し、その真空ボックス内の中空部と金型キャビティを連通する排出孔を通じて金型キャビティを減圧することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の金型内塗料塗布方法。この場合、真空ボックス内が減圧されると、その減圧に伴い排気孔を介して金型キャビティ内の気体が吸い出されて金型キャビティが減圧される。この減圧時に、金型キャビティに付着しない塗料が排出孔を通じて排出されるので、塗料を回収できる。
【００４３】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、成形品の成形と塗装を同時に行うために金型キャビティに予め塗料を塗布（モールドコート）する際に、塗料を回収することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態のステアリングホイールの成形方法を説明するための図。
【図２】実施形態のステアリングホイールの成形方法を説明するための図。
【図３】実施形態のステアリングホイールの成形方法を説明するための図。
【図４】実施形態のステアリングホイールの成形方法を説明するための図。
【図５】実施形態の射出成形機の概略構成を示す模式図。
【図６】実施形態のステアリングホイールの斜視図。
【符号の説明】
１７…キャビティ、２５…排出孔、２６…回収部材としての回収ボックス、３４…冷却装置、Ｍ…塗料。

Claims (3)

1. 金型キャビティ内に塗料を塗布する金型内塗料塗布方法において、
   排出孔を通じて金型キャビティ内を減圧し、
   減圧状態で溶剤とウレタン樹脂とを含む塗料溶液を金型キャビティ内で沸騰させることにより体積増加及び破泡させて、塗料を金型キャビティの壁面に塗布すると共に気化した溶剤を排気して金型キャビティ内に塗膜層を形成し、
   金型キャビティに塗着しない塗料が排出孔を通じ排出され、塗料が回収されることを特徴とする金型内塗料塗布方法。
2. 請求項１に記載の金型内塗料塗布方法において、
   前記排出孔から排出される塗料を回収部材表面に付着させて回収することを特徴とする金型内塗料塗布方法。
3. 請求項１又は２に記載の金型内塗料塗布方法において、
   減圧状態の金型キャビティ内で気化した塗料の溶剤を、冷却装置に導入しその冷却装置内で液化させて回収するようにしたことを特徴とする金型内塗料塗布方法。

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