JP3625749B2

JP3625749B2 - 繊維強化樹脂の成形方法、およびその成形方法を用いて製造された膨張成形品

Info

Publication number: JP3625749B2
Application number: JP2000220365A
Authority: JP
Inventors: 芳弘入江; 謙一加藤; 芳博大原
Original assignee: Toyoda Iron Works Co Ltd
Current assignee: Toyoda Iron Works Co Ltd
Priority date: 2000-07-21
Filing date: 2000-07-21
Publication date: 2005-03-02
Anticipated expiration: 2020-07-21
Also published as: JP2002036318A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は繊維強化樹脂の成形方法に係り、特に、溶融樹脂の状態でガスを注入して膨張させる膨張成形の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
（ａ）一直線方向へ接近離間させられる一対の成形型によって、その一直線方向の寸法が目的とする成形品よりも小さいキャビティを形成し、補強用繊維を含んだ溶融樹脂をそのキャビティ内で圧縮した状態で成形することにより、その溶融樹脂の表層部にやや硬化したスキン層を形成する圧縮成形工程と、（ｂ）前記溶融樹脂が冷却・硬化する前に、前記キャビティが目的とする成形品と略同じ大きさになるように前記一対の成形型を前記一直線方向へ離間させるとともに、その溶融樹脂の内部にガスを注入することにより、前記補強用繊維のスプリングバック現象およびガス圧の作用でその溶融樹脂を膨張させて目的形状とする膨張成形工程と、を有する繊維強化樹脂の成形方法が、例えば特開平１０−３０５４６２号公報などで提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような成形方法においては、膨張成形工程で溶融樹脂が一直線方向へ膨張させられる際に、その一直線方向と直角な方向の外周縁部に一直線方向の引張力が発生するため、図４に示すように圧縮成形工程で形成されたスキン層１０４が破れて内部の溶融樹脂１０６が露出し、補強用繊維が表面に浮き出すなどして見栄えが悪くなることがあった。図４の（ａ）は圧縮成形工程で、１００、１０２は一対の成形型であり、（ｂ）の膨張成形工程で成形型（上型）１００が上方へ離間させられるとともにガスが注入されて溶融樹脂１０６が膨張させられる際に、スキン層１０４の外周縁部１０４ａが破れて溶融樹脂１０６が露出し、補強用繊維が表面に浮き出したり、硬化時間や成形型成形面に対する押圧力の違いなどにより圧縮成形工程で硬化した表面部分と膨張成形工程で新たに露出した部分とで表面性状（性質や状態）が相違して見栄えが悪化するのである。図４（ｂ）の１０８は、スキン層１０４ａが破れた破断部である。
【０００４】
スキン層１０４が破れないように、例えば圧縮成形工程の時間を長くするなどして図５に示すようにスキン層１０４を厚くすると、膨張成形工程における外周縁部のスキン層１０４ａの伸び変形が阻害され、成形面に十分に押圧されずにＲダレ（丸味）１１０を生じることがある。図５の（ａ）は圧縮成形工程で、（ｂ）は膨張成形工程である。
【０００５】
また、繊維強化樹脂の成形と同時に表皮材を一体成形することが可能であるが、その表皮材の外周端末が外部に露出するため、切断や巻き込みなどの面倒な後処理作業が必要である。
【０００６】
本発明は以上の事情を背景として為されたもので、その目的とするところは、繊維強化樹脂を膨張成形する際に外周部のスキン層が破断して見栄えが悪化することを防止するとともに、表皮材を一体成形する場合には、その表皮材の外周端末の後処理作業を簡略化することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、第１発明は、（ａ）一直線方向へ接近離間させられる一対の成形型によって、その一直線方向の寸法が目的とする成形品よりも小さいキャビティを形成し、補強用繊維を含んだ溶融樹脂をそのキャビティ内で圧縮した状態で成形することにより、その溶融樹脂の表層部にやや硬化したスキン層を形成する圧縮成形工程と、（ｂ）前記溶融樹脂が冷却・硬化する前に、前記キャビティが目的とする成形品と略同じ大きさになるように前記一対の成形型を前記一直線方向へ離間させるとともに、その溶融樹脂の内部にガスを注入することにより、前記補強用繊維のスプリングバック現象およびガス圧の作用でその溶融樹脂を膨張させて目的形状とする膨張成形工程と、を有する繊維強化樹脂の成形方法において、（ｃ）前記圧縮成形工程における前記キャビティのうち前記一直線方向と直角な方向の外周縁より所定寸法だけ内側に溝を設け、その圧縮成形工程でその溝の底部が硬化させられることにより、前記膨張成形工程で前記ガスがその溝よりも外周側へ侵入することを阻止し、外周縁部の膨張を防止するようになっていることを特徴とする。
【０００８】
第２発明は、第１発明の繊維強化樹脂の成形方法において、（ａ）前記溝は前記キャビティの全周に設けられる環状溝で、（ｂ）その環状溝が設けられる側が前記成形品の表面側であり、（ｃ）その表面を成形する側の成形型の成形面と前記溶融樹脂との間に表皮材が配置されて、その溶融樹脂の成形と同時にその表皮材を一体成形するようになっているとともに、その表皮材の外周端末は前記環状溝内に位置させられていることを特徴とする。
【０００９】
第３発明は、第１発明または第２発明の繊維強化樹脂の成形方法を用いて製造された膨張成形品で、外周縁より所定寸法だけ内側にその所定寸法より幅が狭い溝が設けられていることを特徴とする。
【００１０】
【発明の効果】
第１発明では、圧縮成形工程におけるキャビティの外周縁より所定寸法だけ内側に溝が設けられて底部が硬化させられることにより、膨張成形工程でその溝よりも外周側へガスが侵入することが阻止され、外周縁部の膨張が防止されるようになっているため、膨張成形時に外周縁部のスキン層が破れて溶融樹脂が外部に露出する恐れがない。溝よりも内側では、ガス圧や補強用繊維のスプリングバックで溶融樹脂が一直線方向へ目的形状まで膨張させられ、その膨張時に、溝の内側側壁を構成しているスキン層が破れる可能性があるが、溶融樹脂は溝内に流入するだけで外部に露出しないため、成形品の見栄えが損なわれることはない。
【００１１】
また、このように膨張成形時にスキン層が破れても良いことから、スキン層を薄くすることが可能で、膨張成形時にも成形品の表面（スキン層）が成形型の成形面に押圧されることにより、成形面に対応する高い精度の表面形状が得られる。
【００１２】
第２発明では、成形品の表面側に環状溝が設けられるとともに、その表面に一体成形される表皮材の外周端末がその環状溝内に位置させられているため、表皮材の外周端末が外部に露出することがないとともに、切断や巻き込みなどの面倒な後処理作業が不要である。
【００１３】
第３発明は、第１発明または第２発明の成形方法に従って製造された膨張成形品で、第１発明、第２発明と同様の効果が得られる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
ここで、本発明方法に従って製造される膨張成形品は、ドアトリムやインストルメントパネルなどの車両用内装パネル、各種電化製品や家具などの表面パネル、建築用パネルなど、種々の樹脂成形品が対象で、例えば前記特開平１０−３０５４６２号公報にも記載されているように、種々の熱可塑性樹脂や補強用繊維が用いられる。膨張成形工程で注入するガス圧や、成形品の表面に固着される表皮材の材質などについても適宜設定される。
【００１５】
前記溝は、前記一直線方向と平行に成形型の成形面に突設された凸条によって形成されるが、その溝深さ（凸条の高さ）は、膨張成形工程で一対の成形型が離間させられた場合でも凸条の先端が溝内に位置して、スキン層が破れて溝内に流入した溶融樹脂が溝から流出することを阻止するように、成形型の離間寸法よりも大きいことが望ましい。成形型の凸条が溝から完全に離脱した場合でも、溝内に流入した溶融樹脂が粘性などで溝から流出しない場合は、必ずしも凸条が溝内に位置するように溝深さを設定する必要はない。また、上記溝深さの設定に際しては、圧縮成形工程で溝の底部が硬化し、膨張成形工程でガスが外周側へ侵入しないようにするため、溝の底部の肉厚が所定厚さ以下の薄肉になるようにする必要がある。上記凸条は、固定成形型および可動成形型のどちらに設けても良く、両方に設けることもできるが、可動成形型に設けることが望ましい。
【００１６】
第２発明では、膨張成形品の表面側に環状溝が設けられて表皮材が一体成形されるようになっているが、第１発明の実施に際しては、表皮材を備えていなくても良いし、膨張成形品の表面に後から表皮材を固着するようにしても良い。また、膨張成形品の裏面側に環状溝を設けるようにしても良い。外周縁部の一部が人の目にふれない場合は、その部分のスキン層が破断したり表皮材の端末が露出したりして見栄えが悪くても差し支えないことから、必ずしも成形品の全周に環状溝を設ける必要はなく、成形品の一部に溝を設けて部分的に外周縁部の見栄えを向上させるだけでも良い。
【００１７】
以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１は、本発明方法に従って膨張成形品１０を製造できる成形装置１２の一例の要部を説明する断面図で、（ａ）は圧縮成形工程、（ｂ）は膨張成形工程である。成形装置１２は、一対の成形型として固定金型（下型）１４および可動金型（上型）１６を備えており、可動金型１６は一直線方向である上下方向へ直線往復移動させられて、固定金型１４に対して接近離間させられるようになっている。固定金型１４には成形凸部１８が設けられている一方、可動金型１６には、その成形凸部１８に摺動可能に嵌合する成形凹部２０が設けられており、それ等の成形凸部１８と成形凹部２０との間に膨張成形品１０に対応するキャビティが形成されるようになっている。
【００１８】
上記キャビティを形成している成形凸部１８の先端面、および成形凹部２０の凹面は、それぞれ成形面に相当し、成形凸部１８の先端面は、目的とする膨張成形品１０の裏面に対応する面形状を成している一方、成形凹部２０の凹面は、膨張成形品１０の表面に対応する面形状を成している。また、可動金型１６の成形凹部２０には、その移動方向と直角な方向の外周縁より所定寸法だけ内側に、全周に亘って移動方向と平行な環状の凸条２２が設けられており、圧縮成形工程で成形される圧縮成形品２８および膨張成形品１０の表面側にはそれぞれ凸条２２に対応する環状溝２４、２５が形成される。
【００１９】
そして、図１（ａ）の圧縮成形工程では、可動金型１６が射出位置まで下降させられることにより、上下方向の寸法が目的とする膨張成形品１０よりも小さいキャビティが形成され、ガラス繊維等の補強用繊維を含んだ熱可塑性樹脂の溶融樹脂材料が射出装置２６からキャビティ内に射出されて充填されるとともに、その状態で可動金型１６が一定時間加圧状態に保持されることにより、キャビティ内の溶融樹脂材料が圧縮成形される。図２の（ａ）は、この状態におけるキャビティ内の圧縮成形品２８の外周部付近を示す拡大断面図で、加圧により高い寸法精度で前記成形凸部１８および成形凹部２０の成形面に対応する表面形状に成形されるとともに、それ等の成形面との接触による冷却でやや硬化させられたスキン層３０が表層部に形成される。スキン層３０の内側は、未だ硬化する前の溶融状態であるが、前記凸条２２に対応して形成される環状溝２４の下方部分、すなわち薄肉の溝底部分３２は、硬化したスキン層３０のみにて構成されている。凸条２２の突出寸法は、このように溝底部分３２が硬化したスキン層３０のみにて構成されるように、圧縮成形品２８の厚さ寸法を考慮して定められている。
【００２０】
その後、図１（ｂ）の膨張成形工程で、キャビティが目的とする膨張成形品１０と略同じ大きさになるように可動金型１６を上方へ離間させるとともに、ガス注入装置３４によりスキン層３０内の溶融樹脂に所定圧力のガスを注入することにより、そのガス圧および前記補強用繊維のスプリングバック現象の作用で溶融樹脂を膨張させて目的形状とする。図２の（ｂ）は、この状態におけるキャビティ内の膨張成形品１０の外周部付近を示す拡大断面図で、ガスは前記凸条２２が設けられた部分よりも内側の本体部分３６に注入され、可動金型１６の上昇に伴って膨張させられる。凸条２２よりも外周側の外周縁部３８は、前記圧縮成形工程で硬化させられた溝底部分３２の存在によりガスが注入されず、可動金型１６の上昇に拘らず圧縮成形時の形状と略同じ形状に保持される。
【００２１】
また、上記膨張成形工程では、本体部分３６が上下方向へ膨張させられることにより、その本体部分３６の外周縁、すなわち凸条２２によって形成される環状溝２４の内側側壁を構成している部分のスキン層３０に引張力が作用して破れる可能性があるが、本体部分３６の溶融樹脂は凸条２２の下方部分、すなわち外周縁部３８との間の環状溝２４内へ流入するだけで、外部に流出する恐れはない。特に、本実施例では圧縮成形工程で成形される外周縁部３８が、目的とする膨張成形品１０の高さ寸法と略同じ寸法で形成されるようになっているため、膨張成形時に可動金型１６が上方へ離間させられても、凸条２２が外周縁部３８と膨張成形される本体部分３６との間に位置させられ、溶融樹脂が外部へ流出することが確実に防止される。このような環状溝２４内への溶融樹脂の流入や本体部分３６の膨張により、本体部分３６と外周縁部３８との間の表面側部分には、凸条２２によって新たな環状溝２５が形成される。
【００２２】
そして、溶融樹脂が略完全に冷却・硬化した後に、可動金型１６を上方へ離間させて成形品を取り出すことにより、凸条２２に対応する環状溝２５が本体部分３６と外周縁部３８との間に設けられた膨張成形品１０が得られる。
【００２３】
ここで、本実施例では圧縮成形工程で成形される圧縮成形品２８に環状溝２４が設けられ、その溝底部分３２が硬化させられることにより、膨張成形工程でその環状溝２４よりも外周側へガスが侵入することが阻止され、外周縁部３８の膨張が防止されるようになっているため、膨張成形時に外周縁部３８のスキン層３０が破れて溶融樹脂が外部に露出する恐れがない。環状溝２４よりも内側の本体部分３６では、ガス圧や補強用繊維のスプリングバックで溶融樹脂が上下方向へ目的形状まで膨張させられ、その膨張時に、環状溝２４の内側側壁を構成しているスキン層３０が破れる可能性があるが、溶融樹脂は環状溝２４内に流入するだけで外部に露出しないため、膨張成形品１０の見栄えが損なわれることはない。
【００２４】
また、このように膨張成形時にスキン層３０が破れても良いことから、スキン層３０を薄くすることが可能で、膨張成形時にも膨張成形品１０の表面（スキン層３０）が成形凹部２０の成形面に全面に亘って良好に押圧されることにより、成形面に対応する高い精度の表面形状が得られる。
【００２５】
なお、上記膨張成形品１０は表皮材を備えていないが、図３に示すように、本体部分３６の表面に表皮材４０を固着した膨張成形品４２を製造することもできる。すなわち、可動金型１６の成形面（成形凹部２０）に表皮材４０を配置して、その外周端末を凸条２２の内側に位置決めした状態で、前記圧縮成形工程および膨張成形工程を実施することにより、溶融樹脂の成形と同時に表皮材４０を一体成形して表面に一体的に固着することができるのである。表皮材４０には、必要に応じて予め接着剤を塗布しておけば良い。
【００２６】
この場合には、前記実施例と同様の作用効果が得られるのに加えて、表面に一体成形される表皮材４０の外周端末が環状溝２５内に位置させられているため、表皮材４０の外周端末が外部に露出することがないとともに、切断や巻き込みなどの面倒な後処理作業が不要である。
【００２７】
以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、これ等はあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更，改良を加えた態様で実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法を好適に実施できる成形装置の一例を説明する断面図で、（ａ）は圧縮成形工程、（ｂ）は膨張成形工程である。
【図２】図１の圧縮成形工程、膨張成形工程における成形品の外周部付近を示す拡大断面図である。
【図３】本体部分の表面に表皮材が一体成形されて固着される実施例を説明する断面図で、図２に対応する図である。
【図４】従来の成形方法を説明する断面図で、図２に対応する図である。
【図５】従来の成形方法の別の例を説明する断面図で、図２に対応する図である。
【符号の説明】
１０、４２：膨張成形品１４：固定金型（成形型）１６：可動金型（成形型）２４、２５：環状溝３０：スキン層３２：溝底部分３８：外周縁部４０：表皮材

Claims

一直線方向へ接近離間させられる一対の成形型によって、該一直線方向の寸法が目的とする成形品よりも小さいキャビティを形成し、補強用繊維を含んだ溶融樹脂を該キャビティ内で圧縮した状態で成形することにより、該溶融樹脂の表層部にやや硬化したスキン層を形成する圧縮成形工程と、
前記溶融樹脂が冷却・硬化する前に、前記キャビティが目的とする成形品と略同じ大きさになるように前記一対の成形型を前記一直線方向へ離間させるとともに、該溶融樹脂の内部にガスを注入することにより、前記補強用繊維のスプリングバック現象およびガス圧の作用で該溶融樹脂を膨張させて目的形状とする膨張成形工程と、
を有する繊維強化樹脂の成形方法において、
前記圧縮成形工程における前記キャビティのうち前記一直線方向と直角な方向の外周縁より所定寸法だけ内側に溝を設け、該圧縮成形工程で該溝の底部が硬化させられることにより、前記膨張成形工程で前記ガスが該溝よりも外周側へ侵入することを阻止し、外周縁部の膨張を防止するようになっている
ことを特徴とする繊維強化樹脂の成形方法。
前記溝は前記キャビティの全周に設けられる環状溝で、
該環状溝が設けられる側が前記成形品の表面側であり、
該表面を成形する側の成形型の成形面と前記溶融樹脂との間に表皮材が配置されて、該溶融樹脂の成形と同時に該表皮材を一体成形するようになっているとともに、該表皮材の外周端末は前記環状溝内に位置させられている
ことを特徴とする請求項１に記載の繊維強化樹脂の成形方法。
請求項１または２に記載の繊維強化樹脂の成形方法を用いて製造され、外周縁より所定寸法だけ内側に該所定寸法より幅が狭い溝が設けられていることを特徴とする膨張成形品。