JP3612986B2 - 樹脂の多層成形方法および装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金型内に第１溶融樹脂を射出充填し、引き続き第１樹脂層の中に第２溶融樹脂を射出充填して第２樹脂層を内包した第１樹脂層を積層させるとともに、第１樹脂層の表面に加飾性表皮材を融着一体化させた樹脂の多層成形方法および多層成形装置に関する。
【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部品には、益々付加価値が求められている。ソフト感やクッション性と同時に手触り感や質感等の付加価値付与の要求とともに、成形工程の省工程化によるコストダウンの要求も大きくなってきている。これらに対応するため、従来は下記のような多層成形が実施されている。すなわち、
▲１▼ 金型内に表皮材（加飾材）をインサート・セットして、型締あるいは型開保持状態でコア材を射出充填した後、射出保圧力あるいは型締力を負荷するとともにコア材を冷却する。冷却の完了を待って、型開の上成形品を取り出すことにより、コア材樹脂成形品の表面に表皮材（加飾材）が融着一体化された表面加飾成形品を得ている（表皮材インサート成形）。
▲２▼ 金型内に第１層樹脂（コア材）射出充填し、金型を部分的あるいは全面的に後退または型締力を低下させた状態で、第２層樹脂（加飾材）を射出充填した後、金型を前進または型締力を負荷するとともに充填樹脂を冷却する。冷却の完了を待って、型開の上成形品を取り出すことにより、コア材樹脂の表面に加飾材樹脂が積層一体化された表面加飾成形品を得ている（サンドイッチ成形）。
【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）表皮材インサート成形の場合は、ソフト感やクッション性を持たせるために、裏面（コア材樹脂側）に発泡層をラミネートした表皮材を使用するが、射出充填時に高温・高圧のコア材樹脂により発泡層は容易に溶損して、ソフト感やクッション性が消失してしまう。この対策として、発泡層の裏面に耐熱・耐圧性を有する保護層をラミネートした表皮材を使用しているが、表皮材のコストアップを招くとともに、完全な発泡層の保護は困難であった。
（２）サンドイッチ成形においても、手触り感や質感を要求される場合も多くなってきているが、成形用樹脂のみでは手触り感や質感を持たせることはできない。手触り感や質感を持たせる方法としては加飾材として起毛布や織布が理想的であり、従来のサンドイッチ成形では対応はできなかった。
ソフト感やクッション性と手触り感や質感が同時に要求される場合は従来の成形方法では対応は困難であった。
【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、本発明においては、第１の発明では、対向する一対の金型間にあって表面に加飾層を有する表皮材を介在させて型締した後、該表皮材と該両金型とで形成される金型キャビティ空間内に第１溶融樹脂を射出充填して第１樹脂層を形成し、引き続き該第１樹脂層の中に第２溶融樹脂を射出充填して第２樹脂層を形成し、該表皮材と該第２樹脂層を内包した該第１樹脂層とを積層成形させるとともに、冷却過程における表皮材加飾層の温度が予め設定した設定温度に到達した時点で、表皮材と金型との間に表皮材加飾層の厚さに応じた所定の型開量を設けて、所定の設定時間保持することとした。
また、第２の発明では、表皮材の加飾層は、ガラス転移点が第１溶融樹脂あるいは第２溶融樹脂の射出時の樹脂温度よりも低い材質を選定し、加飾層がゴム状弾性を示す温度領域内に設定温度を設定することとした。
さらに、第３の発明では、第１溶融樹脂の射出充填と第２溶融樹脂を該第１溶融樹脂の中に射出充填する射出装置と、射出装置を制御する射出制御部と、第１溶融樹脂および第２溶融樹脂を射出充填する際の型締条件と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、表皮材加飾層のゴム状弾性を示す温度領域内で型締状態を切替える温度を設定入力する温度条件設定部と、表皮材加飾層の温度をモニタする温度モニタ部と、温度モニタ部の信号と温度条件設定部の設定値を比較して型締状態を切替えるタイミング信号を発信する比較制御部と、型締条件設定部の設定値と比較制御部の信号に基づいて型締機構を制御するとともに射出制御部へ第１溶融樹脂および第２溶融樹脂を射出充填するタイミング指令を発する型締制御部とを有する樹脂の多層成形装置とした。
【０００５】
【発明の実施の形態】
表皮材を金型内にセットして型締した後、第１溶融樹脂（スキン材）を射出充填する。引き続き第１樹脂層の中に第２溶融樹脂（コア材）を射出充填して、表皮材と第２樹脂層（コア層）を内包した第１樹脂層（スキン層）とを積層させる。これにより各層の材質選択・組み合わせにより表面加飾性能を自由自在に付与することが可能となる。
例えば、コア材に成形品の形状・強度付与を目的として硬質樹脂を、スキン材にソフト感・クッション性の付与を目的として発泡樹脂・軟質樹脂を、表皮加飾層に手触り感・高級感の付与を目的として起毛布・織布・レーザシートを採用することにより、従来の耐熱・耐圧保護層のラミネート表面処理等をしないでソフト感・クッション性と手触り感・高級感を兼ね備えた表面加飾成形品を得ることができる。また、リサイクルに重点をおいたコア材にリサイクル樹脂を、スキン材にバージン樹脂の組合せの場合でも、最外層に表皮材を追加採用することにより手触り感・高級感のあるリサイクル成形品を得ることができる。なお、この場合は表皮材によるスキン材の保温・保護効果により、コア材の充填がスムーズ（充填効率のアップと金型内の樹脂圧の均一・低圧化）となり、スキン材の破損によるコア材のはみ出しも防止できる。
【０００６】
更に表皮材・スキン材・コア材の積層形成過程において、表皮材加飾層のゴム状弾性を示す温度領域内で設定した設定温度に表皮材加飾層の温度が到達した時点で、表皮材と金型との間に隙間を設けて、加飾層のゴム状弾性による自己回復が可能なスペースを確保した状態で規定時間保持することによって、成形中の外力により変形した（損傷を受けた）表皮材加飾層は、表皮材本来の風合いを保つことができる。これにより、表皮材・スキン材・コア材の融着一体化および賦形と、表皮材の損傷防止という相反する制御因子を同時にかつ安定して解決でき、後工程や表皮材の多層処理化が不要となり、成形品全面において表面加飾性能に優れた高品質な成形品を効率よく安定して得ることができる。
【０００７】
【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３は本発明の実施例に係り、図１は樹脂の多層成形装置の全体構成図、図２は樹脂の多層成形工程のフローチャート、図３は多層成形の成形動作を説明するための動作説明図である。
【０００８】
図１に示すように、本発明における多層成形装置１００は、金型装置１０と型締装置２０と射出装置４０と制御装置６０と図示しない表皮材や成形品の搬出入装置とで構成される。
金型装置１０は、固定盤１に取り付けられた固定金型３と可動盤２に取り付けられた可動金型４とからなり、可動盤２および可動金型４は型締装置２０の型締シリンダ２２で前後進できるよう構成される。
型締装置２０は、金型装置１０の両金型３、４の型開、型閉を作動する型締シリンダ２２を備えており、可動金型４が固定金型３に対して図示しないタイバーに案内されて前後進する。
【０００９】
射出装置４０は、キャビティ５内に第１溶融樹脂（スキン材）を供給する第１射出ユニット４１とキャビティ５内に第２溶融樹脂（コア材）を供給する第２射出ユニット４２とからなり、それぞれ樹脂流路を遮断・連通させるためのシャットオフバルブ４５、４６を介して三方弁４７に接続されている。更に、この三方弁４７はミキシングノズル７１を経由してキャビティ５と連通している。
【００１０】
一方、制御装置６０は、図１に示すように、表皮材加飾層の表面温度を検知する温度モニタ部６１、温度条件設定部６２、比較制御部６３、型締制御部６４、射出制御部６５、型締条件設定部６６等から構成されている。
型締制御部６４は比較制御部６３や射出制御部６５、型締条件設定部６６に接続されており、比較制御部６３は温度モニタ部６１や温度条件設定部６２と接続されている。
なお、本実施例では、直圧式の型締装置を有する射出成形機を用いたが、トグル型締装置の射出成形機や、あるいは竪型の射出成形機または電動式の型締装置を有する射出成形機を使用してもよい。
【００１１】
図２は樹脂の多層成形工程のフローチャートを、図３は樹脂の多層成形の動作説明図であり、以下にその概要と運転方法について説明する。
（ａ）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、加飾層がゴム状弾性挙動を示すもので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、たとえばスキン材溶融樹脂が表面側にしみだすのを防止する役割およびスキン材樹脂との融着一体化促進の役割を兼用した、スキン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。また、本実施例では一方の面にだけ表皮材を貼合せるようにしたが、スキン材・コア材樹脂の両面に表皮材を貼合せるようにしてもよい。
【００１２】
（ｂ）予め設定した型締条件で第１溶融樹脂（スキン材）を射出充填する。スキン材の射出充填に際しては表皮材とスキン材の種類・組合せ、製品形状等によって適切な型締制御パターンを選択・採用する。例えば、充填された樹脂圧で金型が開くことを許容する比較的小さな型締力設定値で型締した後、スキン材樹脂を射出充填する型締制御パターンを採用すると、型開挙動による金型キャビティの流動通路拡大や両金型間の隙間よりのエア・ガス抜け効果により、キャビティ内樹脂圧の低圧化と短時間充填が達成できる。この短時間充填により充填後のスキン材樹脂は比較的高温状態に保たれているので、後工程でのコア材の射出充填の際に充填制御が容易になるとともに、金型キャビティ内の樹脂圧の低圧化により表皮材加飾層の損傷防止効果も期待される。
【００１３】
（ｃ）引き続き第１樹脂層（スキン層）の中に第２溶融樹脂（コア材）を射出充填し保圧を負荷する。この場合でもスキン材の射出充填の時と同様に、表皮材とスキン材とコア材の種類・組合せ、製品形状等に応じて適切な型締制御パターンを選択・採用することができる。例えば、充填された樹脂圧で金型が開く型締力設定値で型締した後、コア材樹脂を射出充填し射出完了または射出中の任意の時点で型締力を増圧して保圧工程に移行する型締制御パターンを採用すると、型開挙動によるキャビティ内樹脂圧の低圧化によってコア材樹脂のスキン材樹脂の中への充填がスムーズになる。更にスキン材樹脂充填時の適切な型締制御効果と相乗して、コア材樹脂の充填率の向上や型内樹脂圧勾配の少ない均一充填が容易に達成できる。
【００１４】
コア材樹脂の射出開始タイミングは、スキン材は未だ溶融状態にあり、かつスキン材の中にコア材を射出充填できることが条件となる。例えば、スキン材の射出開始で起動するタイマのタイムアウト信号（ｔ１）で設定することもできる。なお、スキン材を少し射出充填した後、スキン材とコア材を同時に射出充填することもできる。必要に応じてコア材を射出充填した後、コア材の充填跡をなくすことと次の成形サイクルの開始時にスキン材から射出充填できるように、スキン材を少し射出充填して保圧工程に移行することもできる。
【００１５】
ここで表皮材加飾層は、スキン材樹脂の射出充填開始と同時に高温・高圧状態にあるスキン材樹脂からの負荷により損傷を受け、コア材樹脂の射出充填後の保圧工程で損傷はピークとなる。表皮材加飾層の損傷防止の観点からは負荷される外力を小さく（保圧力を小さくし、保圧時間を短くする）したいが、表皮材・スキン材・コア材の融着一体化および賦形の観点からは保圧力を大きくし、保圧時間を長くすることが望ましい。この相反する制御因子を一つの成形工程の中で同時に達成することは極めて困難である。本発明においては、表皮材加飾層の損傷防止は次工程（保圧完了後の型開制御工程）で行うことができるので、この保圧工程では表皮材・スキン材・コア材の融着一体化と賦形を主体に行なうことができる。
【００１６】
（ｄ）保圧工程中は表皮材加飾層の温度変化をモニタし、表皮材加飾層の温度が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（Ｍ）に到達した時点で、保圧工程を終えるとともに表皮材と金型との間に設定型開量（Ｔ）の隙間を設けて、この状態を設定時間（ｔ２）保持する。
ここで設定温度（Ｍ）は、表皮材加飾層の損傷を回復させる温度条件として、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）で設定する。設定型開量（Ｔ）は、表皮材加飾層の弾性力による自己回復のスペースとして、また型開保持による金型との伝熱遮断で表皮材加飾層の温度低下を防止する目的として、表皮材加飾層の厚さと同等かこれ以上の金型と表皮材の隙間で設定する。設定時間（ｔ２）は、表皮材加飾層の弾性回復に要する時間であり、例えば表皮材加飾層の温度が設定温度（Ｍ）に到達した時点で起動するタイマのタイムアウト信号で設定する。なお、この設定時間（ｔ２）は通常の成形における冷却過程の経過時間範囲内で十分に設定可能なことを確認済みである。
【００１７】
（ｅ）設定時間（ｔ２）が経過した後は、型開動作を行い成形品を取り出して１サイクルを完了する。
このように保圧過程において、表皮材加飾層の温度がゴム状弾性を示す温度範囲内の設定温度（Ｍ）に達して時点で、表皮材と金型との間に表皮材加飾層の厚さに応じた設定型開量（Ｔ）を設けて、所定の設定時間（ｔ２）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、表皮材・スキン材・コア材樹脂の賦形と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を加味した樹脂の多層成形品の安定供給を得る。
【００１８】
以上に記載した以外にも、例えば、多層成形体の軽量化を図る目的でコア材に発泡樹脂を用いることもできる。この場合はコア材の射出充填時の型締状態、すなわち型開量を制御することにより発泡倍率を正確に制御することができる。
また、ガスインジェクション技術を利用してコア材の代わりにガスを注入すると、より大きな軽量化が達成できる。更に、スキン材・コア材の他に第３・第４層と多層にすることもできるし、表皮材を片面ではなく両面あるいは全面に貼り付けることもできる。
【００１９】
本発明では、保圧工程から設定型開量（Ｔ）の隙間を設けた型開状態への切替タイミング制御を温度管理で実施したが、このタイミング条件は、数回の成形トライにより、例えば、コア材樹脂の射出完了から設定温度到達時間が計測可能となる。この計測時間を切替タイミング条件とすればタイマ制御が可能となり、その結果、操作性アップと制御容易性および装置の低コスト化が図れる。
【００２０】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の方法によれば、下記のような優れた効果が達成される。
（１）コア層・スキン層・表皮加飾層の各層の材質選択と組合せにより自由自在に表面加飾の表現が可能となり、これにより表面加飾成形品についての幅広い要求にも柔軟に対応が可能となり、高品質の表面加飾成形品を安定して効率よく供給することができる。
（２）コア層にリサイクル材を、スキン層にバージン材を選択した場合は表皮材による保温・保護効果によりコア材の充填率の向上と充填の均一化が図れるとともに、スキン材の破れによるコア材のはみ出しを防止することができ、手触り感・高級感の付与とリサイクル材の含有率の向上を同時に達成した樹脂の多層成形品を供給することができる。
（３）成形中の表皮材加飾層の変形（損傷）による表皮材本来の風合いを損なうことなく、非常に優れた表面加飾性能を有する表皮材で表面加飾した樹脂の多層成形品を効率よく安定して供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に使用する樹脂の多層成形装置の全体構成図である。
【図２】本発明の実施例の係る樹脂の多層成形工程のフローチャートである。
【図３】本発明の実施例に係る多層成形の動作説明図である。
【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
１０ 金型装置
２０ 型締装置
２２ 型締シリンダ
３０ 射出装置
４１ 第１射出ユニット
４２ 第２射出ユニット
４５ シャットオフバルブ（第１射出ユニット用）
４６ シャットオフバルブ（第２射出ユニット用）
４７ ミキシングノズル
６０ 制御装置
６１ 温度モニタ部
６２ 温度条件設定部
６３ 比較制御部
６４ 型締制御部
６５ 射出制御部
６６ 型締条件設定部
１００ 多層成形装置
Ｓ 表皮材
Ｐ スキン材（第１樹脂層）
Ｑ コア材（第２樹脂層）
Ｍ 設定温度
Ｔ 設定型開量
ｔ１ 設定時間
ｔ２ 設定時間

Claims (3)

1. 対向する一対の金型間にあって表面に加飾層を有する表皮材を介在させて型締した後、該表皮材と該両金型とで形成される金型キャビティ空間内に第１溶融樹脂を射出充填して第１樹脂層を形成し、引き続き該第１樹脂層の中に第２溶融樹脂を射出充填して第２樹脂層を形成し、該表皮材と該第２樹脂層を内包した該第１樹脂層とを積層成形させるとともに、
   冷却過程における表皮材加飾層の温度が予め設定した設定温度に到達した時点で、表皮材と金型との間に表皮材加飾層の厚さに応じた所定の型開量を設けて、所定の設定時間保持したことを特徴とする樹脂の多層成形方法。
2. 請求項１記載の表皮材の加飾層は、ガラス転移点が第１溶融樹脂あるいは第２溶融樹脂の射出時の樹脂温度よりも低い材質を選定し、加飾層がゴム状弾性を示す温度領域内に設定温度を設定した請求項１記載の樹脂の多層成形方法。
3. 第１溶融樹脂の射出充填と第２溶融樹脂を該第１溶融樹脂の中に射出充填する射出装置と、射出装置を制御する射出制御部と、
   第１溶融樹脂および第２溶融樹脂を射出充填する際の型締条件と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、表皮材加飾層のゴム状弾性を示す温度領域内で型締状態を切替える温度を設定入力する温度条件設定部と、表皮材加飾層の温度をモニタする温度モニタ部と、温度モニタ部の信号と温度条件設定部の設定値を比較して型締状態を切替えるタイミング信号を発信する比較制御部と、
   型締条件設定部の設定値と比較制御部の信号に基づいて型締機構を制御するとともに射出制御部へ第１溶融樹脂および第２溶融樹脂を射出充填するタイミング指令を発する型締制御部と、を有した樹脂の多層成形装置。

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