JP3690154B2 - 貼り合わせ成形方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表皮材とコア材の溶融樹脂を一体的に成形する貼り合わせ成形方法に係わり、特に、樹脂層を表面に有する表皮材の貼り合わせ成形方法に関する。
【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品は表面に加飾を施し、意匠性や機能性等を向上させた高付加価値な成形品が求められている。
そして、従来から、上記のような高付加価値な成形品を成形するために、型開した一対の金型間に表面を加飾した表皮材を入れ、型閉して金型に型締力を負荷した後、金型内にコア材の樹脂を充填して表皮材とコア材の溶融樹脂を一体的に成形し、コア材の溶融樹脂の冷却完了後、型締力を除去して成形品を取出す、貼り合わせ成形方法が行われている。
【０００３】
この成形方法であれば、加飾した表皮材の表面が成形品の外観面を構成することになり、成形品の成形と加飾が同時にでき、表皮材の種類を変えることによって成形品の加飾を自在に施すことが可能である。
なお、貼り合わせ成形を行う場合、金型の間に配される表皮材は、予め、プレス成形などによって金型のキャビティ形状と同様な形状に賦形された表皮材（プリフォームと称することもある）が用いられるか、あるいは、シート状の表皮材（表皮シートと称するこもある）が用いられ、表皮材の表面に施される加飾は様々であり、一般的な物としては、絵柄のプリント、起毛の植設、しぼ模様等が挙げられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記した従来の貼り合わせ成形方法では、コア材である溶融樹脂を金型内に充填して表皮材とコア材の樹脂を一体的に貼り合わせ成形する際、金型内に充填されるコア材の溶融樹脂の温度で表皮材が加熱され、また、該充填される樹脂の充填圧で表皮材が金型に強く押圧されることとなる。
【０００５】
そのため、表皮材の表面に微細な凹凸をつける加飾模様（表面凹凸加飾模様、あるいは、単に表面加工と称することもある）を施したい場合、表皮材の表面が樹脂層で形成されていると、予め表皮材の表面に表面加工を施していたとしても、成形の際に溶融樹脂から伝わる熱で加熱されて高い温度になった表皮材の表面が、高い圧力で金型キャビティ面に押し付けられることにより、表面の凹凸がなくなり、表面加工が消失するといった問題があった。
なお、前記表面加工を施してある表皮材の表面は、風合いの面から半透明、または、不透明の樹脂層で形成されていることが多く、前記表面加工は、しぼ模様、梨地模様、ストライプ模様、絵柄模様等、表皮材の表面に微細な凹凸をつけことによって表現することのできる様々な模様、マーク等である。
【０００６】
また、貼り合わせ成形に用いられる表皮材の表面が加飾された樹脂層で形成されている場合、例えば、表面が樹脂等で被覆された表皮材等である場合、その表面は非常に繊細であり傷つきやすい。
そのため、前記の表皮材は、取り扱いに細心の注意が必要であり、運搬や保管等が慎重に行われているが、それでも、加飾された樹脂層に微細な傷をつけてしまうことが多かった。そして、わずかに傷ついた表皮材を貼り合わせ成形の前にすべてチェックし取り除くのは難しく、その結果、表面が傷ついた表皮材を用いて貼り合わせ成形をおこなっていた。
【０００７】
また、プリフォームされていないシート状の表皮材を使用した場合は、傷のない表皮材を用いても、金型の中で賦形される際に、金型で擦ったり、引っかいたりすることによって表皮材の表面が傷つくことが多くあった。
しかし、これらの表面の傷は、従来の貼り合わせ成形方法では消失しないので、成形後の成形品にも傷が残り、不良品となっていた。
【０００８】
本発明は、以上のような従来技術の問題に鑑みてなされたものであり、貼り合わせ成形時に、コア材の充填時に発生する表皮材の損傷を防止するとともに、金型キャビティ面を表皮材の表面に転写することによって、外観の良い貼り合わせ成形品を得ることを目的とする。
【０００９】
【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本発明は、
（１）型開された一対の金型の間に、樹脂層を表面に有する表皮材を配し、型閉した後、低圧型締状態にある金型の金型キャビティ内にコア材の溶融樹脂を充填して該表皮材と該コア材を一体的に成形する貼り合わせ成形方法であって、コア材の溶融樹脂の充填完了後に、一旦金型をわずかに開いて型開状態とした後、再度金型を閉じることによって該表皮材の表面に該金型キャビティ面を転写させることを構成とした。
また、（２）型開された一対の金型の間に、樹脂層を表面に有する表皮材を配し、型閉した後、型開量保持状態にある金型の金型キャビティ内にコア材の溶融樹脂を充填して該表皮材と該コア材を一体的に成形する貼り合わせ成形方法であって、コア材の溶融樹脂の充填完了後に、一旦金型をわずかに開いて型開状態とした後、再度金型を閉じることによって該表皮材の表面に該金型キャビティ面を転写させることを構成とした。
【００１０】
（３） 上記（１）又は（２）の貼り合わせ成形方法において、充填するコア材の溶融樹脂の温度を、表皮材の表面層を形成する樹脂のガラス転移温度より高くする構成とした。
【００１１】
（４） 上記（１）〜（３）までのいずれか１項に記載の貼り合わせ成形方法において、表皮材の表面が接する金型キャビティ面に微細な表面凹凸加飾模様を有する構成とした。
【００１４】
【発明の実施の形態】
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は貼り合わせ成形装置の全体構成図、図２は型開時の金型の要部断面図、図３は貼り合わせ成形法のフローチャートである。
図４は成形中の表皮シートＳの温度変化を示すグラフであり、図４の（ａ）は本発明の参考例による場合を示し、図４の（ｂ）は従来の場合を示す。図５は、表皮シートＳに転写された凹凸の大きさを接触式の表面形状測定器（東京精密製サーフコム）で測定した結果を示すグラフであり、図５の（ａ）は本発明の参考例による場合を示し、図５の（ｂ）は従来の場合を示す。
【００１５】
図１に示すように、本実施例に使用される貼り合わせ成形装置１００は、金型１０と型締装置２０と射出装置３０と型締装置と射出装置を制御する制御装置６０とで構成される。金型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とからなる。
【００１６】
図１に示すように、型締装置２０は、可動盤２と固定盤１と型締シリンダ２２と、型締シリンダ２２に所望の油圧を供給する油圧源を備え、可動盤２は図示しないタイバーに案内されて、型締シリンダ２２の駆動により可動金型４とともに前後進できるよう構成されている。
本実施例においては、位置センサＬが、可動盤２の位置を測定できるようにして配されており、可動盤２の位置を測定した該位置センサＬの出力信号は、制御装置６０に入力され、制御装置６０は、該位置センサＬの出力信号よって可動盤２の位置を検知し、型締シリンダ２２に油圧を供給する型締シリンダ制御バルブ（型締ＣＹＬ制御バルブと称することもある）を制御して、可動盤２を所望の位置に正確に移動させることによって、可動盤２に取り付けられた可動金型４を所望の位置に正確に移動させて金型１０を自在に開閉し、また、型締できるよう構成されている。
なお、本実施例においては図１に示すような直圧タイプの型締装置２０を使用したが、可動盤２を所望の位置に正確に、かつ、自在に移動させることができ、金型に十分な型締力を負荷することのできる型締装置であれば、本実施例に限らず、トグルタイプ、あるいは、他のタイプの型締装置を本発明に用いても良い。
【００１７】
図１に示す射出装置３０は、バレル３２とバレル３２に内装されスクリュフライトを有するスクリュウ３４と、バレル３２内にコア材樹脂を供給するホッパ３８と、該スクリュウ３４を前後進させる射出シリンダ４０と、該スクリュウ３４を回転させる油圧モータ４２と、射出シリンダ４０と油圧モータ４２に所望の油圧を供給する油圧源を備え、前記バレル３２外周面には、図示しないヒータが取付けられている。
【００１８】
前記射出装置３０は、油圧モータ４２によってスクリュウ３４が回転することにより、ホッパ３８からペレット形状のコア材樹脂がバレル内に供給される構造となっており、該供給されたペレット形状のコア材の樹脂は、バレル３２に取付けられたヒータによって加熱され、また、スクリュウ３４の回転によって混練圧縮作用を受けることによって溶融し、スクリュウ前方に送られる。
スクリュウ３４の前方に送られたコア材の溶融樹脂は、射出シリンダ４０によって前進するスクリュ３４によって、バレル３２の先端部にあるノズル３９から押出（射出と称することもある）すことができる。
【００１９】
実施例において使用する金型１０は、請求項４の発明にあるように、成形時に表皮材表面と接する側の金型キャビティ面の表面加工として、加飾模様Ｋ（本実施例においてはしぼ模様面）を形成しているが、請求項１、請求項２、および、請求項３の発明においては、成形時に表皮材表面と接する側の金型構造が、鏡面であっても良い。
【００２０】
また、金型１０は、金型キャビティ５にコア材Ｑの樹脂を充填した後、金型１０をわずかに型開きする時、表皮シートＳの表面（表面側と称することもある）と金型キャビティ面との間に空隙が生じるような型構造にする必要があり、金型１０を開いた時に、成形品が固定金型３に残るような金型キャビティ５の形状であって、成形品は、固定金型３に内蔵された図示されていない製品突き出し装置によって固定金型３より突き出され、取り出される。
【００２１】
実施例に用いた制御装置６０は、型締装置を制御する型締制御部と型締条件を設定する型締条件設定器、および、射出装置を制御する射出制御部と射出条件を設定する射出条件設定器とからなる。
【００２２】
以下、本発明の実施例による貼り合わせ成形方法の工程を図１〜図３を用いて説明する。
【００２３】
本実施例で使用した表皮材は、多層構造のシートであり、ベース層（裏面側）をポリオレフィン系樹脂、表面層（表面側）を着色された不透明のポリエチレンテレフタレート樹脂（ＰＥＴ樹脂と称することもある）で形成した表皮シートＳである。
【００２４】
本発明に使用できる表皮材は、表面が樹脂層で形成される表皮材、例えば、表面に樹脂製シートを配した表皮材や、表面を樹脂の塗膜で被覆した表皮材等であって、表皮材の表面を形成する樹脂層はそのガラス転移温度（Ｔｇｓ）が金型内に充填する際のコア材樹脂の溶融温度（Ｔｃ）よりあまり高くないものであれば良く、該ガラス転移温度（Ｔｇｓ）が該溶融温度（Ｔｃ）と同程度であれば好ましく、該ガラス転移温度（Ｔｇｓ）が該溶融温度（Ｔｃ）より低いものが特に好ましい。
なお、前記条件を満たせば、本実施例にあるような多層構造のシートに限らず、単層の樹脂シートや、樹脂のプレス成形品でも良い。
【００２５】
まず、最初の工程として、貼り合わせ成形装置１００に取り付けられた金型１０が型開き状態のとき、図２に示すように、表皮材供給装置であるロール６によって、表皮材である表皮シートＳは、可動金型４側に表面を向けた状態で張架されて固定金型３と可動金型４の間に供給され、セットされる。
その後、金型は最初の型閉（初期型締状態と称することもある）を行われるが、表皮シートＳが一定の張力を保って引っ張られたまま、可動金型４によって固定金型３側に押しつけられ、固定金型３と可動金型４の間に挟み込まれ、図示されない真空吸引装置によって可動金型４に吸引されることによって、可動金型４側の金型キャビティ５面の形状に沿って、伸ばされ、変形することによって、前記金型キャビティ５の形状とほぼ同様な形状になって金型１０の中に入る。
また、型閉時に、金型１０内に内蔵された図示していないシート切断機構が作動し金型上下両端部で表皮シートＳを切断する。
【００２６】
なお、本実施例においては、表皮材としてシート状の表皮シートＳを使用し、ロール６により、表皮材である表皮シートＳを固定金型３と可動金型４の間に供給したが、表皮材の形状に合わせて、金型内への供給（搬入）手段、金型への固定手段、金型外へ取出手段を適宜選択することは勿論である。
【００２７】
例えば、表皮材がプリフォームされている場合等においては、表皮材の供給手段としての表皮材供給装置として、ロボットアームを使用し、ロボットアームによって固定金型３と可動金型４の間に表皮材を供給（搬入）し、金型への固定手段として、金型に配設された針に表皮材を突き刺すことによって、あるいは、金型に配設されたスプリングで表皮材を押さえることによって、表皮材を金型に固定した後、型締して貼り合わせ成形を行なう。
成形後は、金型外への成形品の取出手段としての成形品取出装置として、ロボットアームを使用し、ロボットアームを用いて成形品を取出す等といった方法が一般的である。
また、本実施例においては、常温の表皮材を加温することなく金型１０内にセットしたが、表皮シートＳの賦形性と転写性等の向上のため、熱風発生器などによって表皮シートＳを加温した状態で金型内にセットしても良い。
【００２８】
ここで、前記した初期型締状態は、コア材Ｑの充填時に充填圧力で金型１０がわずかに開く程度の型締力を与えた状態（低圧型締状態と称することもある）、あるいは、わずかに金型を開いた状態（型開量保持状態と称することもある）の内、いずれかの１つを選択する。
【００２９】
初期型締状態を、前記２つの状態のどれに選択するかは、表皮材の形態、製品形状、金型ゲート構造などを考慮し、例えば、コア材Ｑを充填する際の熱や圧力で表皮材を損傷させる場合がある場合は、初期の型締状態を低圧型締状態とすれば表皮材の損傷を防止する効果が期待できる。また、ダイレクトゲート式の金型１０であって、コア材Ｑが充填時に表皮材に直接衝突して、ゲート近傍の表皮材が損傷する可能性がある場合は、初期の型締状態を型開量保持状態とし、コア材Ｑが充填時に表皮材に衝突する際の速度が低下するのでゲート近傍の表皮材の損傷を防止することができる。
【００３０】
なお、後述するコア材Ｑの射出充填工程中と保圧工程中は、初期型締状態を継続してもよく、必要に応じて型締多段制御プロファイルに基づいた型締力、あるいは、型開量の多段制御をおこなってもよい。また、射出充填工程で、冷却固化収縮量を加算した樹脂量を射出充填し、型締の多段制御で型締側から保圧をおこなってもよい。
【００３１】
次に、初期型締状態された金型に、射出装置３０の射出動作により、コア材Ｑ（本実施例では、ポリプロピレン）が、金型キャビティ５に射出充填され、予め、射出条件設定器に設定された所定のスクリュー位置で保圧工程に切り替わり、射出条件設定器に設定された所定の保圧時間の間、保圧される。
【００３２】
ここで、コア材Ｑであるポリプロピレン（ＰＰと称することもある）を金型内に充填する時の溶融温度は２００℃前後であり、表皮材として使用した表皮シートＳの表面のＰＥＴ樹脂のガラス転移温度は７０℃程度であることから、表皮材の表面を形成する樹脂層のガラス転移温度が金型内に充填する際のコア材Ｑの溶融温度より低いという条件を満足する。
【００３３】
そして、制御装置６０の射出制御部にはタイマＡが内蔵されており、タイマＡは保圧完了時から計時開始を始める。
そして、タイマＡの経過時間ｔ1が、予め射出条件設定器に設定された設定時間になった時点で、金型の型締力を解除するタイミング指令を型締制御部に発信する。
【００３４】
型締制御部は、射出制御部から前記タイミング指令を受信した後、型締力を解除し、型開き（本実施例においては、型開量１ｍｍ）動作を正確に行う。
また、型締制御部にはタイマＢが内臓されており、タイマＢはタイミング指令受信時から計時開始を始め、予め型締条件設定器に設定された保持時間Ｈｔの間、その型開量を保持し、保持時間Ｈｔ経過後、再型閉し、再び型締め力を負荷して、型締条件設定器に設定された保持時間Ｃｔ（冷却時間と称することもある）の間、型締力を保持して金型内の成形品を冷却し、成形品が十分に冷却された保持時間Ｃｔ経過後に大きく型開動作して、成形後の貼り合わせ成形品を取出す。
【００３５】
なお、初期型締状態を通常型締状態とし、コア材Ｑの射出充填工程中も保圧工程中も、継続して十分な型締力を与え、コア材Ｑの充填圧力で金型１０が開かないようにした工程を参考例として実施した。
図４は、参考例を実施した際の、表皮シートＳの温度変化を、表皮シートＳの表面に貼り付けた表面温度計８（本実施例においては熱電対）により測定した結果を示すグラフである。ここで、図４の（ａ）は本参考例の方法による場合を示し、図４の（ｂ）は従来の方法の場合を示す。なお、本参考例においては、表皮シートＳの表面に貼り付けた表面温度計８にて表皮シートＳの温度を測定したが、表皮材の表面が接する金型キャビティ５面に表面温度計を配して表皮材の表面温度を測定しても勿論良い。本発明は、転写性について参考例と同様の作用効果を備えるとともに、前述した初期型締状態を低圧型締状態とする効果、あるいは型開量保持状態とする効果、としてコア材Ｑを充填する際における表皮材の損傷防止効果を期待できる。
【００３６】
一般的に熱プレスにより樹脂表面に対向する金属等の表面を転写するためには、温度が高いほど、また、圧力が高いほどその転写性は良好となる。
しかしながら、高温で熱プレス後、そのままの温度で樹脂を取り出すと、その表面はポリマー分子の分子運動により転写前の元の形状に戻ろうとするため、この現象を防止するには転写時の樹脂温度より、取り出し時の樹脂温度をできるだけ低温にする必要がある。
例えば、その表面がガラス転移点が６９℃のポリエチレンテレフタレート樹脂のシートを、１００℃で熱プレスして後５０℃まで冷却して取出すと樹脂シートの表面は金属等の表面を転写するが、１００℃で熱プレスして１００℃で取出したのでは、ポリマー分子の分子運動により元の形状に復元し、転写面が消失してしまうため樹脂シートの表面は金属等の表面を転写しない。
【００３７】
なお、この復元現象は、成形後の使用時においても発生し、転写の際の温度より使用時の温度が高い場合、該転写前の表面が復元して転写面が消失してしまう場合がある。そのため、例え、ガラス転移温度が室温付近にある樹脂が表皮材の表面を形成する表皮シートＳを貼り合わせ成形する場合でも、その使用環境を考えると出来るだけ高温で表面転写させる必要がある。
【００３８】
従来方法の場合の表皮シートＳの温度変化を示す図４の（ｂ）は、射出開始後、コア材Ｑの充填により、徐々に上昇するが、その温度上昇は、コア材Ｑの樹脂から与えられる熱量と、可動金型４にとられていく熱量とのバランスによって決まるため、可動金型４にとられ逃げていく熱量が大きい従来方法では、表皮シートＳの到達温度は高くあがることができない。
【００３９】
表皮シートＳの温度変化を示す図４の（ａ）は、時刻ｔ１で金型をわずかに例えば、１ｍｍ開くことにより、表皮シートＳと可動金型４の間に空隙（空気の断熱層）が形成され、表皮シートＳからとられていく熱量が減少するので金型を開いている保持時間Ｈｔの間に、表皮シートＳの温度は急激に上昇し高くなる。なお、本参考例による型開量は１ｍｍであったが、空気の断熱層が形成されて表皮シートＳの温度が上昇することは、型開量０．１ｍｍ以上であれば金型を完全に開いても効果が確認されているが、効果が高いのは、０．１ｍｍから１０ｍｍまでの範囲であり、特に効果が高いのは、１ｍｍから５ｍｍまでの範囲であった。
【００４０】
また、型開時刻ｔ1の時刻がはやいほど、型開きした後の、表皮シートＳの温度が高くまで上昇し、到達温度が高いが、ｔ1が遅いと前記到達温度は低くなる。但し、ｔ1の時刻があまりはやすぎると型開きの際に、成形品の形状が損なわれることがあるので、それらを考慮して時刻ｔ1を決定する必要がある。
【００４１】
この後、表皮シートＳの温度は、コア材Ｑの樹脂から与えられる熱量が減少し、それ以上に上昇しなくなる最高温度Ｔｍａｘに達する。
このとき、Ｔｍａｘの温度は、コア材Ｑの樹脂のその時点での溶融温度近くになるので、表皮シートＳの表面層の樹脂のガラス転移温度を超えるまで上昇する。
【００４２】
次に、表皮シートＳの温度が、表皮シートＳの表面層の樹脂のガラス転移温度以上、好ましくは、軟化点（結晶性樹脂の場合は融点）に達した時点で、金型を再型締めする。
再型締めするタイミングについては、貼り合わせ成形中の表皮シートＳの温度を常に測定し、ガラス転移温度以上、好ましくは、軟化点（結晶性樹脂の場合は融点）に達した時点で再型締めするように制御装置６０にプログラムし、できれば、型締装置の応答遅れなどもアルゴリズムに取り込んだ制御なども検討してシステム化するのが好ましい方法であるが、簡易的な方法としては、成形された製品の転写の状態を、目視で確認しながら、型開時刻ｔ1と保持時間Ｈｔを変更して最適な再型締条件の設定を行なう。
本実施例の場合においては、貼り合わせ成形中の表皮シートＳの温度を測定し、表面層の樹脂がガラス転移温度以上の最高温度Ｔｍａｘに到達する保持時間Ｈｔを調べ、保持時間Ｈｔにおいて再型締めするように型締条件設定器に設定した。
【００４３】
これにより、表面層の樹脂が、ガラス転移温度以上にある表皮シートＳに可動金型４の金型キャビティ面を転写させる。第４の発明にあるように、可動金型４の金型内面に表面加工を施し、しぼ模様等の加飾をしているため、表皮シートＳの表面に接するしぼ模様等の加飾面が表皮シートＳの表面に転写されることとなる。なお、この時、可動金型４キャビティ面が鏡面であれば、表皮シートＳの表面は鏡面状態となることは勿論である。
【００４４】
図５は、金型キャビティ面に深さ５０μｍの幾何学的しぼ模様を施した金型を用いて貼り合わせ成形し、成形後の成形品の表皮シートＳの表面の断面形状を計測したデータである。コア材Ｑの溶融温度を２００℃とし、金型温度４０℃として、前述した本発明の参考例と従来法の転写状態を比較してみた。従来法が、深さ３５〜４０μｍ程度にしか、凹凸を転写していないのに対し、参考例は、深さ５０μｍ程度の凹凸を転写しており金型キャビティ面を忠実に転写していることがわかる。また、目視にて比較してみても、本発明の参考例がしぼ模様を良好に転写しているのに対して、従来法ではしぼ模様を不鮮明にしか転写できていないことが明らかであった。
【００４５】
また、目視の結果、表皮シートＳに微細な傷をつけて貼り合わせ成形した場合、従来法では傷が消失せず成形後も残っていたのに対し、前述の参考例では、金型キャビティ面を忠実に転写して傷の部分を消失させていたことがわかった。
【００４６】
以上のように、表皮シートＳの表面にわずかの傷を有していても、表皮シートＳの表面層の樹脂をガラス転移温度以上にまで昇温し、再型締めすれば表皮シートＳの表面に可動金型４の金型キャビティ面を転写して消失させることができるとともに、表皮シートＳの表面に接するしぼ模様等の表面加工を表皮シートＳの表面に良好に転写することができる。
【００４７】
従来法（ｂ）では、本実施例のような、表皮シートＳの温度を上昇させるための型開き動作がないため、表皮シートＳの温度は射出開始後、コア材Ｑの樹脂の充填により徐々に上昇し最高温度に達した後、徐々に低下するのみであり、このときの最高温度は金型に取られていく熱量が大きいため金型温度を大きく越えることはなく、一般的に使用されているような金型温度では、表皮シートＳに金型キャビティ面のしぼ模様等の表面加工を十分に転写することができるような温度とはならない。
【００４８】
例えば、本実施例のように表皮シートＳの表面層の樹脂がＰＥＴ樹脂の場合、金型面を転写させ、表皮シートＳの表面層に存在する微細な傷等を実用温度領域で消失させるためには、表皮シートＳの温度で７０℃以上が必要であり、好ましくは１００℃以上必要であるが、コア材Ｑの樹脂としてポリプロピレンを用いた場合、一般的な金型温度は２０〜４０℃程度であるため、表皮シートＳの温度で７０℃以上というのは困難な数値であり、１００℃以上というのは従来法で、到底到達できる数値ではない。
【００４９】
仮に、金型の温度を高温にして、金型キャビティ面を表皮シートＳに転写しようとすれば、金型温度を非常に高く設定しなければならないが、そのような、金型温度では、コア材Ｑの樹脂の冷却が進まないため、金型から製品が取り出せなくなり、例え、十分な冷却をしないまま取出したとしても前述した理由から良好な転写は望めない。
また、急加熱急冷金型も構造が複雑で、金型加熱冷却のためエネルギーを大量に消費するなど欠点が多い。
【００５０】
本実施例では、可動金型４にしぼ模様等の表面加工をし可動金型４の金型キャビティ面を転写させることによって、成形後の成形品にしぼ模様等の加飾をおこなったが、表皮シートＳの表面が固定金型３側に接する場合は、型開き動作によって、表皮シートＳの表面と固定金型３の間に空隙ができる金型構造にする必要があり、かつ、固定金型３側に表面加工としてしぼ模様等をするなどして、表皮シートＳの表面と金型キャビティ面の表面加工が接するようにする必要がある。
【００５１】
また、本実施例においては、コア材の溶融樹脂の充填完了後に、一旦金型をわずかに開いて型開状態として表皮材の表面と金型キャビティ面との間に空隙を生じさせた後、再度金型を閉じることによって該表皮材の表面に該金型キャビティ面を転写させたが、金型のキャビティ部に中子を配し、コア材の溶融樹脂の充填完了後に、油圧シリンダ等の駆動手段によって該中子を摺動させて、表皮材表面と金型キャビティ面との間に空隙を生じさせて表皮材表面の温度を上昇させた後、前記空隙をなくす方向にキャビティ部を摺動させて、金型キャビティ面に表皮材表面を押圧することによって、表皮材の表面に金型キャビティ面を転写させることもできるが、金型の構造が複雑になり、また、型締力に匹敵する大きな押圧力をキャビティ部の中子で出すことは現実的でなく、結果、本発明による転写ほど良好な転写をおこなうことは困難である。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の貼り合わせ成形方法においては、請求項１又は請求項２の発明では、貼り合わせ成形時のコア材の溶融樹脂の充填完了後に、一旦金型をわずかに開いて型開状態として表面に樹脂層を有する表皮材の表面と金型キャビティ面との間に空隙を生じさせることによって、金型キャビティ面と表皮材の表面に空気断熱層を形成し、表皮材の表面から金型キャビティにとられていく熱量を減少させることによって、表皮材の表面の温度を急激に上昇させ高くし、その状態で強く型締して、金型キャビティ面を表皮材の表面に強く押圧して転写し、そのまま十分に冷却した後、取出すことによって、成形後の表皮材の表面に金型キャビティ面を良好に転写することができ、表皮材の持っていた微細な傷などや表皮材を金型にいれる際に発生した傷などを消失させ、美麗な表面を有した貼り合わせ成形品を製造することができるとともに、初期の型締状態を低圧型締状態とすれば表皮材の損傷を防止するすることができる。また、初期の型締状態を型開量保持状態とすれば、コア材が充填時に表皮材に衝突する際の速度が低下するのでゲート近傍の表皮材の損傷を防止することができる。
さらに、請求項３の発明では、充填するコア材の溶融樹脂の温度を、表皮材の表面層を形成する樹脂のガラス転移温度より高くすることにより、成形後の表皮材の表面に金型キャビティ面を、請求項１、２の発明より、さらに強く、良好に転写することができ、表皮材の持っていた微細な傷などや表皮材を金型にいれる際に発生した傷などを消失させ、美麗な表面を有した貼り合わせ成形品を製造することができる。
【００５３】
請求項４の発明では、金型キャビティ内面が有する微細な表面凹凸加飾模様を表皮材の表面に転写することによって、表皮材の持っていた微細な傷などや表皮材を金型にいれる際に発生した傷などを消失させるとともに、シボ面や、マーク等のデザインが施された付加価値の高い貼り合わせ成形品を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係る射出成形機の全体構成図である。
【図２】本発明の実施例に係る型開時の金型の要部縦断面図である。
【図３】本発明の実施例に係る貼り合わせ成形方法のフローチャートである。
【図４】表皮シートＳの成形中の温度変化を示すグラフである。
【図５】表皮シートＳに転写されたしぼの凹凸の大きさを変位計で測定した結果を示すグラフである。
【符号の簡単な説明】
３ 固定金型
４ 可動金型
５ 金型キャビティ
８ 表面温度計
１０ 金型
２０ 型締装置
３０ 射出装置
６０ 制御装置
１００ 貼り合わせ成形装置
Ｋ 加飾模様
Ｓ 表皮シート
Ｑ コア材
【発明の属する技術分野】
本発明は、表皮材とコア材の溶融樹脂を一体的に成形する貼り合わせ成形方法に係わり、特に、樹脂層を表面に有する表皮材の貼り合わせ成形方法に関する。
【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品は表面に加飾を施し、意匠性や機能性等を向上させた高付加価値な成形品が求められている。
そして、従来から、上記のような高付加価値な成形品を成形するために、型開した一対の金型間に表面を加飾した表皮材を入れ、型閉して金型に型締力を負荷した後、金型内にコア材の樹脂を充填して表皮材とコア材の溶融樹脂を一体的に成形し、コア材の溶融樹脂の冷却完了後、型締力を除去して成形品を取出す、貼り合わせ成形方法が行われている。
【０００３】
この成形方法であれば、加飾した表皮材の表面が成形品の外観面を構成することになり、成形品の成形と加飾が同時にでき、表皮材の種類を変えることによって成形品の加飾を自在に施すことが可能である。
なお、貼り合わせ成形を行う場合、金型の間に配される表皮材は、予め、プレス成形などによって金型のキャビティ形状と同様な形状に賦形された表皮材（プリフォームと称することもある）が用いられるか、あるいは、シート状の表皮材（表皮シートと称するこもある）が用いられ、表皮材の表面に施される加飾は様々であり、一般的な物としては、絵柄のプリント、起毛の植設、しぼ模様等が挙げられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記した従来の貼り合わせ成形方法では、コア材である溶融樹脂を金型内に充填して表皮材とコア材の樹脂を一体的に貼り合わせ成形する際、金型内に充填されるコア材の溶融樹脂の温度で表皮材が加熱され、また、該充填される樹脂の充填圧で表皮材が金型に強く押圧されることとなる。
【０００５】
そのため、表皮材の表面に微細な凹凸をつける加飾模様（表面凹凸加飾模様、あるいは、単に表面加工と称することもある）を施したい場合、表皮材の表面が樹脂層で形成されていると、予め表皮材の表面に表面加工を施していたとしても、成形の際に溶融樹脂から伝わる熱で加熱されて高い温度になった表皮材の表面が、高い圧力で金型キャビティ面に押し付けられることにより、表面の凹凸がなくなり、表面加工が消失するといった問題があった。
なお、前記表面加工を施してある表皮材の表面は、風合いの面から半透明、または、不透明の樹脂層で形成されていることが多く、前記表面加工は、しぼ模様、梨地模様、ストライプ模様、絵柄模様等、表皮材の表面に微細な凹凸をつけことによって表現することのできる様々な模様、マーク等である。
【０００６】
また、貼り合わせ成形に用いられる表皮材の表面が加飾された樹脂層で形成されている場合、例えば、表面が樹脂等で被覆された表皮材等である場合、その表面は非常に繊細であり傷つきやすい。
そのため、前記の表皮材は、取り扱いに細心の注意が必要であり、運搬や保管等が慎重に行われているが、それでも、加飾された樹脂層に微細な傷をつけてしまうことが多かった。そして、わずかに傷ついた表皮材を貼り合わせ成形の前にすべてチェックし取り除くのは難しく、その結果、表面が傷ついた表皮材を用いて貼り合わせ成形をおこなっていた。
【０００７】
また、プリフォームされていないシート状の表皮材を使用した場合は、傷のない表皮材を用いても、金型の中で賦形される際に、金型で擦ったり、引っかいたりすることによって表皮材の表面が傷つくことが多くあった。
しかし、これらの表面の傷は、従来の貼り合わせ成形方法では消失しないので、成形後の成形品にも傷が残り、不良品となっていた。
【０００８】
本発明は、以上のような従来技術の問題に鑑みてなされたものであり、貼り合わせ成形時に、コア材の充填時に発生する表皮材の損傷を防止するとともに、金型キャビティ面を表皮材の表面に転写することによって、外観の良い貼り合わせ成形品を得ることを目的とする。
【０００９】
【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本発明は、
（１）型開された一対の金型の間に、樹脂層を表面に有する表皮材を配し、型閉した後、低圧型締状態にある金型の金型キャビティ内にコア材の溶融樹脂を充填して該表皮材と該コア材を一体的に成形する貼り合わせ成形方法であって、コア材の溶融樹脂の充填完了後に、一旦金型をわずかに開いて型開状態とした後、再度金型を閉じることによって該表皮材の表面に該金型キャビティ面を転写させることを構成とした。
また、（２）型開された一対の金型の間に、樹脂層を表面に有する表皮材を配し、型閉した後、型開量保持状態にある金型の金型キャビティ内にコア材の溶融樹脂を充填して該表皮材と該コア材を一体的に成形する貼り合わせ成形方法であって、コア材の溶融樹脂の充填完了後に、一旦金型をわずかに開いて型開状態とした後、再度金型を閉じることによって該表皮材の表面に該金型キャビティ面を転写させることを構成とした。
【００１０】
（３） 上記（１）又は（２）の貼り合わせ成形方法において、充填するコア材の溶融樹脂の温度を、表皮材の表面層を形成する樹脂のガラス転移温度より高くする構成とした。
【００１１】
（４） 上記（１）〜（３）までのいずれか１項に記載の貼り合わせ成形方法において、表皮材の表面が接する金型キャビティ面に微細な表面凹凸加飾模様を有する構成とした。
【００１４】
【発明の実施の形態】
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は貼り合わせ成形装置の全体構成図、図２は型開時の金型の要部断面図、図３は貼り合わせ成形法のフローチャートである。
図４は成形中の表皮シートＳの温度変化を示すグラフであり、図４の（ａ）は本発明の参考例による場合を示し、図４の（ｂ）は従来の場合を示す。図５は、表皮シートＳに転写された凹凸の大きさを接触式の表面形状測定器（東京精密製サーフコム）で測定した結果を示すグラフであり、図５の（ａ）は本発明の参考例による場合を示し、図５の（ｂ）は従来の場合を示す。
【００１５】
図１に示すように、本実施例に使用される貼り合わせ成形装置１００は、金型１０と型締装置２０と射出装置３０と型締装置と射出装置を制御する制御装置６０とで構成される。金型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とからなる。
【００１６】
図１に示すように、型締装置２０は、可動盤２と固定盤１と型締シリンダ２２と、型締シリンダ２２に所望の油圧を供給する油圧源を備え、可動盤２は図示しないタイバーに案内されて、型締シリンダ２２の駆動により可動金型４とともに前後進できるよう構成されている。
本実施例においては、位置センサＬが、可動盤２の位置を測定できるようにして配されており、可動盤２の位置を測定した該位置センサＬの出力信号は、制御装置６０に入力され、制御装置６０は、該位置センサＬの出力信号よって可動盤２の位置を検知し、型締シリンダ２２に油圧を供給する型締シリンダ制御バルブ（型締ＣＹＬ制御バルブと称することもある）を制御して、可動盤２を所望の位置に正確に移動させることによって、可動盤２に取り付けられた可動金型４を所望の位置に正確に移動させて金型１０を自在に開閉し、また、型締できるよう構成されている。
なお、本実施例においては図１に示すような直圧タイプの型締装置２０を使用したが、可動盤２を所望の位置に正確に、かつ、自在に移動させることができ、金型に十分な型締力を負荷することのできる型締装置であれば、本実施例に限らず、トグルタイプ、あるいは、他のタイプの型締装置を本発明に用いても良い。
【００１７】
図１に示す射出装置３０は、バレル３２とバレル３２に内装されスクリュフライトを有するスクリュウ３４と、バレル３２内にコア材樹脂を供給するホッパ３８と、該スクリュウ３４を前後進させる射出シリンダ４０と、該スクリュウ３４を回転させる油圧モータ４２と、射出シリンダ４０と油圧モータ４２に所望の油圧を供給する油圧源を備え、前記バレル３２外周面には、図示しないヒータが取付けられている。
【００１８】
前記射出装置３０は、油圧モータ４２によってスクリュウ３４が回転することにより、ホッパ３８からペレット形状のコア材樹脂がバレル内に供給される構造となっており、該供給されたペレット形状のコア材の樹脂は、バレル３２に取付けられたヒータによって加熱され、また、スクリュウ３４の回転によって混練圧縮作用を受けることによって溶融し、スクリュウ前方に送られる。
スクリュウ３４の前方に送られたコア材の溶融樹脂は、射出シリンダ４０によって前進するスクリュ３４によって、バレル３２の先端部にあるノズル３９から押出（射出と称することもある）すことができる。
【００１９】
実施例において使用する金型１０は、請求項４の発明にあるように、成形時に表皮材表面と接する側の金型キャビティ面の表面加工として、加飾模様Ｋ（本実施例においてはしぼ模様面）を形成しているが、請求項１、請求項２、および、請求項３の発明においては、成形時に表皮材表面と接する側の金型構造が、鏡面であっても良い。
【００２０】
また、金型１０は、金型キャビティ５にコア材Ｑの樹脂を充填した後、金型１０をわずかに型開きする時、表皮シートＳの表面（表面側と称することもある）と金型キャビティ面との間に空隙が生じるような型構造にする必要があり、金型１０を開いた時に、成形品が固定金型３に残るような金型キャビティ５の形状であって、成形品は、固定金型３に内蔵された図示されていない製品突き出し装置によって固定金型３より突き出され、取り出される。
【００２１】
実施例に用いた制御装置６０は、型締装置を制御する型締制御部と型締条件を設定する型締条件設定器、および、射出装置を制御する射出制御部と射出条件を設定する射出条件設定器とからなる。
【００２２】
以下、本発明の実施例による貼り合わせ成形方法の工程を図１〜図３を用いて説明する。
【００２３】
本実施例で使用した表皮材は、多層構造のシートであり、ベース層（裏面側）をポリオレフィン系樹脂、表面層（表面側）を着色された不透明のポリエチレンテレフタレート樹脂（ＰＥＴ樹脂と称することもある）で形成した表皮シートＳである。
【００２４】
本発明に使用できる表皮材は、表面が樹脂層で形成される表皮材、例えば、表面に樹脂製シートを配した表皮材や、表面を樹脂の塗膜で被覆した表皮材等であって、表皮材の表面を形成する樹脂層はそのガラス転移温度（Ｔｇｓ）が金型内に充填する際のコア材樹脂の溶融温度（Ｔｃ）よりあまり高くないものであれば良く、該ガラス転移温度（Ｔｇｓ）が該溶融温度（Ｔｃ）と同程度であれば好ましく、該ガラス転移温度（Ｔｇｓ）が該溶融温度（Ｔｃ）より低いものが特に好ましい。
なお、前記条件を満たせば、本実施例にあるような多層構造のシートに限らず、単層の樹脂シートや、樹脂のプレス成形品でも良い。
【００２５】
まず、最初の工程として、貼り合わせ成形装置１００に取り付けられた金型１０が型開き状態のとき、図２に示すように、表皮材供給装置であるロール６によって、表皮材である表皮シートＳは、可動金型４側に表面を向けた状態で張架されて固定金型３と可動金型４の間に供給され、セットされる。
その後、金型は最初の型閉（初期型締状態と称することもある）を行われるが、表皮シートＳが一定の張力を保って引っ張られたまま、可動金型４によって固定金型３側に押しつけられ、固定金型３と可動金型４の間に挟み込まれ、図示されない真空吸引装置によって可動金型４に吸引されることによって、可動金型４側の金型キャビティ５面の形状に沿って、伸ばされ、変形することによって、前記金型キャビティ５の形状とほぼ同様な形状になって金型１０の中に入る。
また、型閉時に、金型１０内に内蔵された図示していないシート切断機構が作動し金型上下両端部で表皮シートＳを切断する。
【００２６】
なお、本実施例においては、表皮材としてシート状の表皮シートＳを使用し、ロール６により、表皮材である表皮シートＳを固定金型３と可動金型４の間に供給したが、表皮材の形状に合わせて、金型内への供給（搬入）手段、金型への固定手段、金型外へ取出手段を適宜選択することは勿論である。
【００２７】
例えば、表皮材がプリフォームされている場合等においては、表皮材の供給手段としての表皮材供給装置として、ロボットアームを使用し、ロボットアームによって固定金型３と可動金型４の間に表皮材を供給（搬入）し、金型への固定手段として、金型に配設された針に表皮材を突き刺すことによって、あるいは、金型に配設されたスプリングで表皮材を押さえることによって、表皮材を金型に固定した後、型締して貼り合わせ成形を行なう。
成形後は、金型外への成形品の取出手段としての成形品取出装置として、ロボットアームを使用し、ロボットアームを用いて成形品を取出す等といった方法が一般的である。
また、本実施例においては、常温の表皮材を加温することなく金型１０内にセットしたが、表皮シートＳの賦形性と転写性等の向上のため、熱風発生器などによって表皮シートＳを加温した状態で金型内にセットしても良い。
【００２８】
ここで、前記した初期型締状態は、コア材Ｑの充填時に充填圧力で金型１０がわずかに開く程度の型締力を与えた状態（低圧型締状態と称することもある）、あるいは、わずかに金型を開いた状態（型開量保持状態と称することもある）の内、いずれかの１つを選択する。
【００２９】
初期型締状態を、前記２つの状態のどれに選択するかは、表皮材の形態、製品形状、金型ゲート構造などを考慮し、例えば、コア材Ｑを充填する際の熱や圧力で表皮材を損傷させる場合がある場合は、初期の型締状態を低圧型締状態とすれば表皮材の損傷を防止する効果が期待できる。また、ダイレクトゲート式の金型１０であって、コア材Ｑが充填時に表皮材に直接衝突して、ゲート近傍の表皮材が損傷する可能性がある場合は、初期の型締状態を型開量保持状態とし、コア材Ｑが充填時に表皮材に衝突する際の速度が低下するのでゲート近傍の表皮材の損傷を防止することができる。
【００３０】
なお、後述するコア材Ｑの射出充填工程中と保圧工程中は、初期型締状態を継続してもよく、必要に応じて型締多段制御プロファイルに基づいた型締力、あるいは、型開量の多段制御をおこなってもよい。また、射出充填工程で、冷却固化収縮量を加算した樹脂量を射出充填し、型締の多段制御で型締側から保圧をおこなってもよい。
【００３１】
次に、初期型締状態された金型に、射出装置３０の射出動作により、コア材Ｑ（本実施例では、ポリプロピレン）が、金型キャビティ５に射出充填され、予め、射出条件設定器に設定された所定のスクリュー位置で保圧工程に切り替わり、射出条件設定器に設定された所定の保圧時間の間、保圧される。
【００３２】
ここで、コア材Ｑであるポリプロピレン（ＰＰと称することもある）を金型内に充填する時の溶融温度は２００℃前後であり、表皮材として使用した表皮シートＳの表面のＰＥＴ樹脂のガラス転移温度は７０℃程度であることから、表皮材の表面を形成する樹脂層のガラス転移温度が金型内に充填する際のコア材Ｑの溶融温度より低いという条件を満足する。
【００３３】
そして、制御装置６０の射出制御部にはタイマＡが内蔵されており、タイマＡは保圧完了時から計時開始を始める。
そして、タイマＡの経過時間ｔ1が、予め射出条件設定器に設定された設定時間になった時点で、金型の型締力を解除するタイミング指令を型締制御部に発信する。
【００３４】
型締制御部は、射出制御部から前記タイミング指令を受信した後、型締力を解除し、型開き（本実施例においては、型開量１ｍｍ）動作を正確に行う。
また、型締制御部にはタイマＢが内臓されており、タイマＢはタイミング指令受信時から計時開始を始め、予め型締条件設定器に設定された保持時間Ｈｔの間、その型開量を保持し、保持時間Ｈｔ経過後、再型閉し、再び型締め力を負荷して、型締条件設定器に設定された保持時間Ｃｔ（冷却時間と称することもある）の間、型締力を保持して金型内の成形品を冷却し、成形品が十分に冷却された保持時間Ｃｔ経過後に大きく型開動作して、成形後の貼り合わせ成形品を取出す。
【００３５】
なお、初期型締状態を通常型締状態とし、コア材Ｑの射出充填工程中も保圧工程中も、継続して十分な型締力を与え、コア材Ｑの充填圧力で金型１０が開かないようにした工程を参考例として実施した。
図４は、参考例を実施した際の、表皮シートＳの温度変化を、表皮シートＳの表面に貼り付けた表面温度計８（本実施例においては熱電対）により測定した結果を示すグラフである。ここで、図４の（ａ）は本参考例の方法による場合を示し、図４の（ｂ）は従来の方法の場合を示す。なお、本参考例においては、表皮シートＳの表面に貼り付けた表面温度計８にて表皮シートＳの温度を測定したが、表皮材の表面が接する金型キャビティ５面に表面温度計を配して表皮材の表面温度を測定しても勿論良い。本発明は、転写性について参考例と同様の作用効果を備えるとともに、前述した初期型締状態を低圧型締状態とする効果、あるいは型開量保持状態とする効果、としてコア材Ｑを充填する際における表皮材の損傷防止効果を期待できる。
【００３６】
一般的に熱プレスにより樹脂表面に対向する金属等の表面を転写するためには、温度が高いほど、また、圧力が高いほどその転写性は良好となる。
しかしながら、高温で熱プレス後、そのままの温度で樹脂を取り出すと、その表面はポリマー分子の分子運動により転写前の元の形状に戻ろうとするため、この現象を防止するには転写時の樹脂温度より、取り出し時の樹脂温度をできるだけ低温にする必要がある。
例えば、その表面がガラス転移点が６９℃のポリエチレンテレフタレート樹脂のシートを、１００℃で熱プレスして後５０℃まで冷却して取出すと樹脂シートの表面は金属等の表面を転写するが、１００℃で熱プレスして１００℃で取出したのでは、ポリマー分子の分子運動により元の形状に復元し、転写面が消失してしまうため樹脂シートの表面は金属等の表面を転写しない。
【００３７】
なお、この復元現象は、成形後の使用時においても発生し、転写の際の温度より使用時の温度が高い場合、該転写前の表面が復元して転写面が消失してしまう場合がある。そのため、例え、ガラス転移温度が室温付近にある樹脂が表皮材の表面を形成する表皮シートＳを貼り合わせ成形する場合でも、その使用環境を考えると出来るだけ高温で表面転写させる必要がある。
【００３８】
従来方法の場合の表皮シートＳの温度変化を示す図４の（ｂ）は、射出開始後、コア材Ｑの充填により、徐々に上昇するが、その温度上昇は、コア材Ｑの樹脂から与えられる熱量と、可動金型４にとられていく熱量とのバランスによって決まるため、可動金型４にとられ逃げていく熱量が大きい従来方法では、表皮シートＳの到達温度は高くあがることができない。
【００３９】
表皮シートＳの温度変化を示す図４の（ａ）は、時刻ｔ１で金型をわずかに例えば、１ｍｍ開くことにより、表皮シートＳと可動金型４の間に空隙（空気の断熱層）が形成され、表皮シートＳからとられていく熱量が減少するので金型を開いている保持時間Ｈｔの間に、表皮シートＳの温度は急激に上昇し高くなる。なお、本参考例による型開量は１ｍｍであったが、空気の断熱層が形成されて表皮シートＳの温度が上昇することは、型開量０．１ｍｍ以上であれば金型を完全に開いても効果が確認されているが、効果が高いのは、０．１ｍｍから１０ｍｍまでの範囲であり、特に効果が高いのは、１ｍｍから５ｍｍまでの範囲であった。
【００４０】
また、型開時刻ｔ1の時刻がはやいほど、型開きした後の、表皮シートＳの温度が高くまで上昇し、到達温度が高いが、ｔ1が遅いと前記到達温度は低くなる。但し、ｔ1の時刻があまりはやすぎると型開きの際に、成形品の形状が損なわれることがあるので、それらを考慮して時刻ｔ1を決定する必要がある。
【００４１】
この後、表皮シートＳの温度は、コア材Ｑの樹脂から与えられる熱量が減少し、それ以上に上昇しなくなる最高温度Ｔｍａｘに達する。
このとき、Ｔｍａｘの温度は、コア材Ｑの樹脂のその時点での溶融温度近くになるので、表皮シートＳの表面層の樹脂のガラス転移温度を超えるまで上昇する。
【００４２】
次に、表皮シートＳの温度が、表皮シートＳの表面層の樹脂のガラス転移温度以上、好ましくは、軟化点（結晶性樹脂の場合は融点）に達した時点で、金型を再型締めする。
再型締めするタイミングについては、貼り合わせ成形中の表皮シートＳの温度を常に測定し、ガラス転移温度以上、好ましくは、軟化点（結晶性樹脂の場合は融点）に達した時点で再型締めするように制御装置６０にプログラムし、できれば、型締装置の応答遅れなどもアルゴリズムに取り込んだ制御なども検討してシステム化するのが好ましい方法であるが、簡易的な方法としては、成形された製品の転写の状態を、目視で確認しながら、型開時刻ｔ1と保持時間Ｈｔを変更して最適な再型締条件の設定を行なう。
本実施例の場合においては、貼り合わせ成形中の表皮シートＳの温度を測定し、表面層の樹脂がガラス転移温度以上の最高温度Ｔｍａｘに到達する保持時間Ｈｔを調べ、保持時間Ｈｔにおいて再型締めするように型締条件設定器に設定した。
【００４３】
これにより、表面層の樹脂が、ガラス転移温度以上にある表皮シートＳに可動金型４の金型キャビティ面を転写させる。第４の発明にあるように、可動金型４の金型内面に表面加工を施し、しぼ模様等の加飾をしているため、表皮シートＳの表面に接するしぼ模様等の加飾面が表皮シートＳの表面に転写されることとなる。なお、この時、可動金型４キャビティ面が鏡面であれば、表皮シートＳの表面は鏡面状態となることは勿論である。
【００４４】
図５は、金型キャビティ面に深さ５０μｍの幾何学的しぼ模様を施した金型を用いて貼り合わせ成形し、成形後の成形品の表皮シートＳの表面の断面形状を計測したデータである。コア材Ｑの溶融温度を２００℃とし、金型温度４０℃として、前述した本発明の参考例と従来法の転写状態を比較してみた。従来法が、深さ３５〜４０μｍ程度にしか、凹凸を転写していないのに対し、参考例は、深さ５０μｍ程度の凹凸を転写しており金型キャビティ面を忠実に転写していることがわかる。また、目視にて比較してみても、本発明の参考例がしぼ模様を良好に転写しているのに対して、従来法ではしぼ模様を不鮮明にしか転写できていないことが明らかであった。
【００４５】
また、目視の結果、表皮シートＳに微細な傷をつけて貼り合わせ成形した場合、従来法では傷が消失せず成形後も残っていたのに対し、前述の参考例では、金型キャビティ面を忠実に転写して傷の部分を消失させていたことがわかった。
【００４６】
以上のように、表皮シートＳの表面にわずかの傷を有していても、表皮シートＳの表面層の樹脂をガラス転移温度以上にまで昇温し、再型締めすれば表皮シートＳの表面に可動金型４の金型キャビティ面を転写して消失させることができるとともに、表皮シートＳの表面に接するしぼ模様等の表面加工を表皮シートＳの表面に良好に転写することができる。
【００４７】
従来法（ｂ）では、本実施例のような、表皮シートＳの温度を上昇させるための型開き動作がないため、表皮シートＳの温度は射出開始後、コア材Ｑの樹脂の充填により徐々に上昇し最高温度に達した後、徐々に低下するのみであり、このときの最高温度は金型に取られていく熱量が大きいため金型温度を大きく越えることはなく、一般的に使用されているような金型温度では、表皮シートＳに金型キャビティ面のしぼ模様等の表面加工を十分に転写することができるような温度とはならない。
【００４８】
例えば、本実施例のように表皮シートＳの表面層の樹脂がＰＥＴ樹脂の場合、金型面を転写させ、表皮シートＳの表面層に存在する微細な傷等を実用温度領域で消失させるためには、表皮シートＳの温度で７０℃以上が必要であり、好ましくは１００℃以上必要であるが、コア材Ｑの樹脂としてポリプロピレンを用いた場合、一般的な金型温度は２０〜４０℃程度であるため、表皮シートＳの温度で７０℃以上というのは困難な数値であり、１００℃以上というのは従来法で、到底到達できる数値ではない。
【００４９】
仮に、金型の温度を高温にして、金型キャビティ面を表皮シートＳに転写しようとすれば、金型温度を非常に高く設定しなければならないが、そのような、金型温度では、コア材Ｑの樹脂の冷却が進まないため、金型から製品が取り出せなくなり、例え、十分な冷却をしないまま取出したとしても前述した理由から良好な転写は望めない。
また、急加熱急冷金型も構造が複雑で、金型加熱冷却のためエネルギーを大量に消費するなど欠点が多い。
【００５０】
本実施例では、可動金型４にしぼ模様等の表面加工をし可動金型４の金型キャビティ面を転写させることによって、成形後の成形品にしぼ模様等の加飾をおこなったが、表皮シートＳの表面が固定金型３側に接する場合は、型開き動作によって、表皮シートＳの表面と固定金型３の間に空隙ができる金型構造にする必要があり、かつ、固定金型３側に表面加工としてしぼ模様等をするなどして、表皮シートＳの表面と金型キャビティ面の表面加工が接するようにする必要がある。
【００５１】
また、本実施例においては、コア材の溶融樹脂の充填完了後に、一旦金型をわずかに開いて型開状態として表皮材の表面と金型キャビティ面との間に空隙を生じさせた後、再度金型を閉じることによって該表皮材の表面に該金型キャビティ面を転写させたが、金型のキャビティ部に中子を配し、コア材の溶融樹脂の充填完了後に、油圧シリンダ等の駆動手段によって該中子を摺動させて、表皮材表面と金型キャビティ面との間に空隙を生じさせて表皮材表面の温度を上昇させた後、前記空隙をなくす方向にキャビティ部を摺動させて、金型キャビティ面に表皮材表面を押圧することによって、表皮材の表面に金型キャビティ面を転写させることもできるが、金型の構造が複雑になり、また、型締力に匹敵する大きな押圧力をキャビティ部の中子で出すことは現実的でなく、結果、本発明による転写ほど良好な転写をおこなうことは困難である。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の貼り合わせ成形方法においては、請求項１又は請求項２の発明では、貼り合わせ成形時のコア材の溶融樹脂の充填完了後に、一旦金型をわずかに開いて型開状態として表面に樹脂層を有する表皮材の表面と金型キャビティ面との間に空隙を生じさせることによって、金型キャビティ面と表皮材の表面に空気断熱層を形成し、表皮材の表面から金型キャビティにとられていく熱量を減少させることによって、表皮材の表面の温度を急激に上昇させ高くし、その状態で強く型締して、金型キャビティ面を表皮材の表面に強く押圧して転写し、そのまま十分に冷却した後、取出すことによって、成形後の表皮材の表面に金型キャビティ面を良好に転写することができ、表皮材の持っていた微細な傷などや表皮材を金型にいれる際に発生した傷などを消失させ、美麗な表面を有した貼り合わせ成形品を製造することができるとともに、初期の型締状態を低圧型締状態とすれば表皮材の損傷を防止するすることができる。また、初期の型締状態を型開量保持状態とすれば、コア材が充填時に表皮材に衝突する際の速度が低下するのでゲート近傍の表皮材の損傷を防止することができる。
さらに、請求項３の発明では、充填するコア材の溶融樹脂の温度を、表皮材の表面層を形成する樹脂のガラス転移温度より高くすることにより、成形後の表皮材の表面に金型キャビティ面を、請求項１、２の発明より、さらに強く、良好に転写することができ、表皮材の持っていた微細な傷などや表皮材を金型にいれる際に発生した傷などを消失させ、美麗な表面を有した貼り合わせ成形品を製造することができる。
【００５３】
請求項４の発明では、金型キャビティ内面が有する微細な表面凹凸加飾模様を表皮材の表面に転写することによって、表皮材の持っていた微細な傷などや表皮材を金型にいれる際に発生した傷などを消失させるとともに、シボ面や、マーク等のデザインが施された付加価値の高い貼り合わせ成形品を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係る射出成形機の全体構成図である。
【図２】本発明の実施例に係る型開時の金型の要部縦断面図である。
【図３】本発明の実施例に係る貼り合わせ成形方法のフローチャートである。
【図４】表皮シートＳの成形中の温度変化を示すグラフである。
【図５】表皮シートＳに転写されたしぼの凹凸の大きさを変位計で測定した結果を示すグラフである。
【符号の簡単な説明】
３ 固定金型
４ 可動金型
５ 金型キャビティ
８ 表面温度計
１０ 金型
２０ 型締装置
３０ 射出装置
６０ 制御装置
１００ 貼り合わせ成形装置
Ｋ 加飾模様
Ｓ 表皮シート
Ｑ コア材
Claims (4)
- 型開された一対の金型の間に、樹脂層を表面に有する表皮材を配し、型閉した後、低圧型締状態にある金型の金型キャビティ内にコア材の溶融樹脂を充填して該表皮材と該コア材を一体的に成形する貼り合わせ成形方法であって、コア材の溶融樹脂の充填完了後に、一旦金型をわずかに開いて型開状態とした後、再度金型を閉じることによって該表皮材の表面に該金型キャビティ面を転写させることを特徴とする貼り合わせ成形方法。
- 型開された一対の金型の間に、樹脂層を表面に有する表皮材を配し、型閉した後、型開量保持状態にある金型の金型キャビティ内にコア材の溶融樹脂を充填して該表皮材と該コア材を一体的に成形する貼り合わせ成形方法であって、コア材の溶融樹脂の充填完了後に、一旦金型をわずかに開いて型開状態とした後、再度金型を閉じることによって該表皮材の表面に該金型キャビティ面を転写させることを特徴とする貼り合わせ成形方法。
- 充填するコア材の溶融樹脂の温度を、表皮材の表面層を形成する樹脂のガラス転移温度より高くすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の貼り合わせ成形方法。
- 表皮材の表面が接する金型キャビティ面に微細な表面凹凸加飾模様を有することを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の貼り合わせ成形方法。
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