JP3853031B2 - 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、射出成形機で樹脂シート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り、特に、表面に透明なクリア樹脂層を有する樹脂シートを貼り合わせて成形品を得る貼り合わせ成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、射出成形機において、樹脂シートを型開した両金型間に垂直状態または水平状態に静置し、型閉して金型キャビティへコア材の溶融樹脂を供給して貼り合わせ成形し、貼り合わせ成形品を得る方法が実施されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、表面に透明なクリア樹脂層を有する樹脂シートを貼り合わせ成形する場合には、金型キャビティ面と樹脂シートの間に静電気等の原因により埃（ほこり）が入り込み、この埃により樹脂シートの表面に凹凸が出来るという不具合が発生していた。このため、射出成形機をクリーンルーム内に設置して成形する等の対策も考えられたが、コストアップになるという問題が生じた。さらに、金型と樹脂シートとの間に空気を抱き込み、樹脂シートの表面に模様が出来る（これをエアマークと呼ぶ）という問題もあった。
【０００４】
本発明は、これら上述の従来技術の問題を、簡便容易で、かつ、安価な方法で解決することを意図したものである。
【０００５】
【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、射出成形機の対向する左右一対の金型または上下一対の金型の間に、表面に透明なクリア樹脂層を有する樹脂シートを垂直状態または水平状態に静置したうえ型閉して型締力を与え、金型の該樹脂シートと該両金型とで形成される金型キャビティ内にコア材の溶融樹脂を射出充填して該樹脂シートと該コア材とを一体化して表皮一体貼り合わせ成形品を成形する貼り合わせ成形方法であって、ガラス転移点が、射出成形の型締力負荷中に到達する最高温度Ｔｍａｘ以下である材質を該クリア樹脂層に選定し、射出成形の型締力負荷中に該樹脂シートの温度が前記最高温度Ｔｍａｘに達してから温度降下するときに、あらかじめ設定された温度Ｔａに到達した時点で、型締力を解除した後型開し、該樹脂シートと金型キャビティ面との間に断熱層としての空気層を形成させて所定の設定時間だけ保持することとした。
但し、前記Ｔａとは、樹脂シートと金型キャビティ面との間に断熱層として空気層を形成させることにより該樹脂シートの温度が上昇し最高温度Ｔｍａｘを越えることができるあらかじめ設定された温度である。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明においては、射出成形機の対向する左右一対の金型または上下一対の金型の間に、表面に透明なクリア樹脂層を有する樹脂シートを垂直状態または水平状態に静置したうえ型閉して型締力を与え、金型の該樹脂シートと該両金型とで形成される金型キャビティ内にコア材の溶融樹脂を射出充填して該樹脂シートと該コア材とを一体化して表皮一体貼り合わせ成形品を成形する貼り合わせ成形方法であって、該樹脂シート表面クリア樹脂層のガラス転移点が、射出成形中に受ける最高温度以下である材質を該クリア樹脂層に選定し、射出成形中の該樹脂シートの温度が前記最高温度に達してから温度降下するときに、あらかじめ設定された温度に到達した時点で型締力を解除し、該樹脂シートと金型キャビティ面との間に断熱層として空気層を形成させて所定の設定時間だけ保持することとしたため、クリーンルームを使用することなく、極めて簡便容易に、かつ、安価な方法でエアマークの無い優れた表面性の高い貼り合わせ成形品が得られる。
【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６は本発明の実施例に係り、図１は本発明に使用する射出成形機の全体構成図、図２は型開時の金型の要部縦断面図、図３はコア材および樹脂シートの成形中の温度変化を示すグラフであり、図３（ａ）は従来の場合を示し、図３（ｂ）は本発明の場合を示す。図４は貼り合わせ成形方法のフローチャート、図５は結晶性ポリマーの動的弾性率の温度依存性を示すグラフ、図６は金型の微視的凹凸面を説明する断面図である。
【０００８】
図１に示すように、本発明における射出成形機１００は、金型装置１０と型締装置２０と射出装置３０と制御装置６０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で前後進出来るよう構成される。
【０００９】
型開した固定金型３と可動金型４との間には、図１、図２に示すように、上下一対のロール６、６に巻回された樹脂シート（表皮シート）Ｓが垂下され柔らかな弾性力により伸長状態で保持される。そして、型開状態から型閉したときに金型キャビティ５の樹脂シート対向面（金型キャビティ面）に沿って変形し移動出来るようになっている。また、成形後に金型上下両端部で樹脂シートＳを切断する図示しないシート切断装置が装備される。
【００１０】
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。
【００１１】
射出装置３０は、後退側にホッパ３８を備え先端部にノズル部３９を擁したバレル３２と、バレル３２内に、外周にスパイラル状に取付けられたスクリュ羽根３６を備えた射出スクリュ３４が、正逆転油圧モータ４２および射出シリンダ４０により回転自在で、かつ前後進自在に配設される。このように構成された射出装置３０において、ホッパ３８に供給された樹脂ペレットを加熱溶融して混練しつつ、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内へ溶融樹脂を射出する。すなわち、射出装置３０は、ホッパ３８内の樹脂原料をバレル３２内の供給ゾーン、圧縮ゾーンにおいて加熱圧縮し、計量ゾーンにおいて溶融計量し、射出ゾーンを経てノズル３９の樹脂流路３９ａ、ランナ３ａ、ゲート３ｂを介して金型キャビティ５内へ射出するよう構成されている。射出シリンダ４０および正逆転油圧モータ４２には、油圧供給源５０により供給される作動油が射出制御部６１の操作指令を受けた油圧制御弁５２で設定された一定の圧力で供給され、駆動される。
【００１２】
一方、制御装置６０は、図１に示すように、固定金型３に配置された樹脂圧センサ６３で計測された圧力情報と温度センサ６５で計測されたコア材樹脂温度情報とを入力し型締装置２０の型締シリンダ２２に油圧制御弁６９を経由して操作信号を与える型締制御部６２と、型締制御部６２に接続されたタイマ６６と、型締制御部６２に接続された射出制御部６１とで構成される。７０は油圧供給源である。
【００１３】
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。
【００１４】
図３は、コア材および樹脂シートの成形中の温度変化を示すグラフであり、図３（ａ）は従来の場合を示し、図３（ｂ）は本発明の場合を示している。
すなわち、従来の場合には、金型間に樹脂シートＳを挟んで型閉した後、コア材Ｑを時刻ｔ0 において金型キャビティ内に射出充填し始めるとすると、コア材Ｑの温度は時間経過とともに単調に温度降下していくのに対して、樹脂シートＳの温度は、常温状態からコア材Ｑから伝熱を受けて次第に上昇し、やがて時刻ｔ1 と時刻ｔ2 の中間の時刻で最高温度Ｔｍａｘに達する。その後、コア材Ｑの温度低下に伴って樹脂シートＳの温度も低下しコア材Ｑ温度に近づいていくが、コア材Ｑ温度よりも低温である。これが、従来の温度変化状況である。
【００１５】
一方、本発明においては、図３（ｂ）に示すように、たとえば、樹脂シートＳが最高温度Ｔｍａｘに達した後、時刻ｔ2 を過ぎた時点で金型を開くと、コア材Ｑの保有熱が金型を伝って外部に逃げるのが遮断され、樹脂シートＳはコア材Ｑよりどんどん熱量を与えられるので、カーブ▲１▼のように、樹脂シート温度はコア材Ｑの温度と同等になるまで上昇する。同様に、金型を開く時点が時刻ｔ3 の場合にはカーブ▲２▼のように、金型を開く時点が時刻ｔ4 の場合にはカーブ▲３▼のように、樹脂シートＳの温度が立ち上がる。このような射出充填中に金型型開を行わない場合のカーブ▲４▼は、図３（ａ）と同じである。
【００１６】
そして、温度カーブ▲１▼、▲２▼、▲３▼を比較すると判るように、金型を開く時刻が早いほど、その上昇する温度の到達温度が高く、到達温度は金型を開く時刻が遅いほど低下する傾向を示している。すなわち、温度カーブ▲１▼では、到達温度は最高温度Ｔｍａｘ以上であり、温度カーブ▲２▼、▲３▼では、到達温度は最高温度Ｔｍａｘよりも低い。
【００１７】
そこで、本発明では、「金型と樹脂シートＳの間の埃による凹凸の発生やエアマークの発生は、射出後の最高温度Ｔｍａｘで起こるが、この最高温度Ｔｍａｘ以上の温度に樹脂シートＳが上昇すると、金型キャビティ内で成形中に受けた履歴をキャンセルされ、樹脂シートＳの弾力により回復して、埃による凹凸やエアマークを消失させることが出来る」という点に着目して、到達温度が最高温度Ｔｍａｘよりも高温となる時刻ｔ2 の時点で金型を開くようにした。
つまり、たとえば、時刻ｔ2 のような時刻ｔ3 よりも早い段階で金型を開くなら、その後の樹脂シートＳの温度は、やがて最高温度Ｔｍａｘ以上となるため、凹凸やエアマークを消失させることが出来るのである。逆に、時刻ｔ3 やそれ以降の時刻ｔ4 に型開したのでは、樹脂シートＳの到達温度は最高温度Ｔｍａｘ以上にならないため、埃に起因する凹凸やエアマークを消失させることが出来ないことになる。
【００１８】
上述した「最高温度Ｔｍａｘ以上の温度に樹脂シートＳが上昇すると、金型キャビティ内で成形中に受けた履歴をキャンセルされ、樹脂シートＳの弾力により回復して、埃による凹凸やエアマークを消失させることが出来る」理由について、以下にもう少し詳しく説明する。
【００１９】
結晶性ポリマーの動的弾性率の温度依存性は一般的に図５のようになる。ガラス転移点Ｔｇ以下の温度では主鎖の分子運動は完全に凍結されており、ガラス状態となって高い弾性率を示し、温度依存性も小さくなる。転移領域においては主鎖の分子運動は温度の上昇とともに解除され、弾性率は温度とともに低下する。ゴム状弾性領域では、非晶部は自由に運動することが可能であるが、結晶部においてはポリマー分子は折り畳まれて拘束されており、このとき結晶として分子は１本の長い分子がすべて結晶として折り畳まれるわけではなく、多数の分子の一部分のみが結晶として折り畳まれる。したがって、結晶からは無数の分子が非晶部として伸び出しており、結晶部と非晶部は繋がった状態となっている（結晶により非晶部が拘束されている。換言すると、結晶部は疑似的な架橋点として機能する）。また、ポリマーの結晶は低温から高温まで広い範囲に分布しており、このため、低温の微結晶が融解するとその結晶から伸びていた非晶部の分子の運動も拘束を解除される。ゴム状弾性領域において弾性率の温度依存性が大きいのはこのためである。
【００２０】
一方、ポリマー分子は安定的状態として糸毬（いとまり）状態であると考えられ、ゴム状弾性領域における変形はこの糸毬がラグビーボール状態に変形して起こったものと考えられる。したがって、変形を起こした外力を除去すると、元の糸毬状態に戻ろうとして変形も元に戻る。
【００２１】
成形中に樹脂シートＳは金型の凹凸、介在する埃、エア等により表面転写を起こす（運動できる分子が変形を起こす）が、従来の成形方法においては、型締したまま冷却工程に入るため、一度融解した分子は再度結晶化する。したがって、分子は変形したまま疑似架橋点である微結晶に拘束されて元に戻れず、表面の転写はそのまま残る。それに対して本発明では、コア材Ｑの温度が高いうちに金型を僅かに開くため、コア材Ｑの温度により樹脂シートＳの温度も再度上昇し、最高温度Ｔｍａｘ以上になると、転写を受けたときに変形した分子運動の拘束は解除されているため、分子は元の糸毬状態に戻ることが可能となり、転写されて曇っていた樹脂シートＳも元の高光沢の状態に戻ることになる。
【００２２】
他方、樹脂シートの表面が非晶性樹脂の場合でも、転移領域においては動的弾性率の温度依存性は大きく、分子の運動性は温度により制限を受けていることがわかる。このため、この温度領域においては成形中の最高温度で金型の凹凸、介在する埃、空気等により表面転写を起こしたときに変形出来る分子運動は、そのときの温度により制限されていることになる。従来の成形方法では、樹脂シートは成形中に射出コア材樹脂の温度を受けて温度上昇した後、冷却される。冷却された温度がガラス転移点以下の場合には、分子の運動は完全に凍結されているため高光沢の状態に復元することは有り得ない。また、転移領域においても、変形を起こした時点の温度以下では、変形時よりも分子運動は拘束されているため、元の状態に戻ることは出来ない。
しかしながら、変形時の温度以上では、変形時以上に分子の運動性を上げることが出来、分子は元の糸毬状態に戻ることが可能となる。このような理由により、成形中の金型を僅かに開いて樹脂シートＳの温度を成形中の最高温度Ｔｍａｘ以上にすることで、樹脂シートＳの表面は元の高光沢の状態に戻ることが出来ると考えられる。
【００２３】
このような考えのもとに着想された、射出成形機１００における本発明の貼り合わせ成形方法について、以下に説明する。
図４は、本発明における貼り合わせ成形方法の工程フローチャートであり、図４に示す工程にしたがって操業する。
【００２４】
（１）まず、金型装置１０の両金型３、４が型開し、この型開状態で、前述したように、金型キャビティ面に対向する表面に樹脂シートＳを垂直状態または水平状態に静置して柔らかな緊張状態に保持する。
【００２５】
（２）次に、両金型３、４を型閉し、型締装置２０を操作して所定の型締力を負荷し型締状態とする。
（３）次に、溶融樹脂Ｒの射出充填を開始し、射出装置３０の射出スクリュ３４に前進力を与えて、金型キャビティ５の容積に見合う溶融樹脂量を射出し保圧する。
【００２６】
（４）この間、樹脂シートＳの温度Ｔｓの測定を継続し、最高温度Ｔｍａｘに達した後の温度降下中に温度Ｔｓがあらかじめ設定した温度Ｔａまで降下した時点で、型締力を解除して型開を始める。但し、温度Ｔａは図３（ｂ）の温度カーブ１に示す様に樹脂シートと金型キャビティ面との間に断熱層として空気層を形成させることにより該樹脂シートの温度が上昇し最高温度Ｔｍａｘを越えることができるあらかじめ設定された温度である。
（５）そして、この型開動作中、型開量Ｗｓの測定を継続し、型開量Ｗｓがあらかじめ設定した型開量Ｗａになったとき、タイマ６６を起動してタイマ６６が設定する一定時間その型開量Ｗａを保持する。
（６）タイマ６６が設定する一定時間の経過後に型開し、製品を取り出す。
【００２７】
以上述べた一連の成形工程において、射出中は、型閉前にあらかじめ樹脂シートＳの金型キャビティ面に対向する表面に防錆潤滑剤を塗布しておくと、たとえば、図６に示すように、金型キャビティ面と樹脂シート表面との間に介在し、型閉動作に伴なって変形し金型キャビティ面を摺動する樹脂シート表面に対して潤滑作用を行なうとともに、金型キャビティ面の微視的な凹凸の中の凹部に封じ込められて一種の平滑面を形成するから、金型キャビティ内に次々と供給される溶融樹脂Ｒの押圧される樹脂シートＳはこの一時的に形成された微視的平滑面に押圧されて転写され、表面に型閉動作時や射出中の変形摺動の際の擦過傷の発生が防止され、かつ、平滑な表面形成に基づく表面光沢度が高い。
【００２８】
この防錆潤滑材として、たとえば、鉱物油、植物油、合成油、作動油、洗浄剤、グリセリン、エチレングリコール、多価アルコール、高級アルコール、水または水溶液であって、成形中の温度において型締時間中に蒸発することなく液体として金型成形面の微視的な凹凸面の凹部に存在することが可能な液体またはそれらの混合液体を使用する。
【００２９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の方法によれば、該樹脂シート表面クリア樹脂層のガラス転移点が、射出成形中に受ける最高温度以下である材質を該クリア樹脂層に選定し、射出成形中の該樹脂シートの温度があらかじめ設定された温度に到達した時点で型締力を解除し、該樹脂シートと金型キャビティ面との間に断熱層として空気層を形成させて所定の設定時間だけ保持するようにしたので、樹脂シートと金型面との間に介在する埃に起因して発生する凹凸やエアマークの出現を防止して、極めて高い表面光沢度をもった優れた貼り合わせ成形品が得られる。
【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状態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コア材および樹脂シートの成形中の温度変化を示すグラフである。
【図４】本発明の実施例に係る貼り合わせ成形方法の工程フローチャートである。
【図５】本発明に係る結晶性ポリマーの動的弾性率の温度依存性を示すグラフである。
【図６】本発明の実施例に係る金型の微視的凹凸面を説明する断面図である。
【符号の説明】
１ 固定盤
２ 可動盤
３ 固定金型
３ａ ランナ
３ｂ ゲート
４ 可動金型
５ 金型キャビティ
６ ロール
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 射出スクリュ
３６ スクリュ羽根
３８ ホッパ
３９ ノズル
３９ａ 樹脂流路
４０ 射出シリンダ
４２ 油圧モータ
５０ 油圧供給源
５２ 油圧制御弁
６０ 制御装置
６１ 射出制御部
６２ 型締制御部
６３ 樹脂圧センサ
６５ 温度センサ
６６ タイマ
６９ 油圧制御弁
７０ 油圧供給源
１００ 射出成形機
Ａ 防錆潤滑剤
Ｓ 樹脂シート（表皮シート）
Ｒ 溶融樹脂
【発明の属する技術分野】
本発明は、射出成形機で樹脂シート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り、特に、表面に透明なクリア樹脂層を有する樹脂シートを貼り合わせて成形品を得る貼り合わせ成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、射出成形機において、樹脂シートを型開した両金型間に垂直状態または水平状態に静置し、型閉して金型キャビティへコア材の溶融樹脂を供給して貼り合わせ成形し、貼り合わせ成形品を得る方法が実施されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、表面に透明なクリア樹脂層を有する樹脂シートを貼り合わせ成形する場合には、金型キャビティ面と樹脂シートの間に静電気等の原因により埃（ほこり）が入り込み、この埃により樹脂シートの表面に凹凸が出来るという不具合が発生していた。このため、射出成形機をクリーンルーム内に設置して成形する等の対策も考えられたが、コストアップになるという問題が生じた。さらに、金型と樹脂シートとの間に空気を抱き込み、樹脂シートの表面に模様が出来る（これをエアマークと呼ぶ）という問題もあった。
【０００４】
本発明は、これら上述の従来技術の問題を、簡便容易で、かつ、安価な方法で解決することを意図したものである。
【０００５】
【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、射出成形機の対向する左右一対の金型または上下一対の金型の間に、表面に透明なクリア樹脂層を有する樹脂シートを垂直状態または水平状態に静置したうえ型閉して型締力を与え、金型の該樹脂シートと該両金型とで形成される金型キャビティ内にコア材の溶融樹脂を射出充填して該樹脂シートと該コア材とを一体化して表皮一体貼り合わせ成形品を成形する貼り合わせ成形方法であって、ガラス転移点が、射出成形の型締力負荷中に到達する最高温度Ｔｍａｘ以下である材質を該クリア樹脂層に選定し、射出成形の型締力負荷中に該樹脂シートの温度が前記最高温度Ｔｍａｘに達してから温度降下するときに、あらかじめ設定された温度Ｔａに到達した時点で、型締力を解除した後型開し、該樹脂シートと金型キャビティ面との間に断熱層としての空気層を形成させて所定の設定時間だけ保持することとした。
但し、前記Ｔａとは、樹脂シートと金型キャビティ面との間に断熱層として空気層を形成させることにより該樹脂シートの温度が上昇し最高温度Ｔｍａｘを越えることができるあらかじめ設定された温度である。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明においては、射出成形機の対向する左右一対の金型または上下一対の金型の間に、表面に透明なクリア樹脂層を有する樹脂シートを垂直状態または水平状態に静置したうえ型閉して型締力を与え、金型の該樹脂シートと該両金型とで形成される金型キャビティ内にコア材の溶融樹脂を射出充填して該樹脂シートと該コア材とを一体化して表皮一体貼り合わせ成形品を成形する貼り合わせ成形方法であって、該樹脂シート表面クリア樹脂層のガラス転移点が、射出成形中に受ける最高温度以下である材質を該クリア樹脂層に選定し、射出成形中の該樹脂シートの温度が前記最高温度に達してから温度降下するときに、あらかじめ設定された温度に到達した時点で型締力を解除し、該樹脂シートと金型キャビティ面との間に断熱層として空気層を形成させて所定の設定時間だけ保持することとしたため、クリーンルームを使用することなく、極めて簡便容易に、かつ、安価な方法でエアマークの無い優れた表面性の高い貼り合わせ成形品が得られる。
【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６は本発明の実施例に係り、図１は本発明に使用する射出成形機の全体構成図、図２は型開時の金型の要部縦断面図、図３はコア材および樹脂シートの成形中の温度変化を示すグラフであり、図３（ａ）は従来の場合を示し、図３（ｂ）は本発明の場合を示す。図４は貼り合わせ成形方法のフローチャート、図５は結晶性ポリマーの動的弾性率の温度依存性を示すグラフ、図６は金型の微視的凹凸面を説明する断面図である。
【０００８】
図１に示すように、本発明における射出成形機１００は、金型装置１０と型締装置２０と射出装置３０と制御装置６０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で前後進出来るよう構成される。
【０００９】
型開した固定金型３と可動金型４との間には、図１、図２に示すように、上下一対のロール６、６に巻回された樹脂シート（表皮シート）Ｓが垂下され柔らかな弾性力により伸長状態で保持される。そして、型開状態から型閉したときに金型キャビティ５の樹脂シート対向面（金型キャビティ面）に沿って変形し移動出来るようになっている。また、成形後に金型上下両端部で樹脂シートＳを切断する図示しないシート切断装置が装備される。
【００１０】
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。
【００１１】
射出装置３０は、後退側にホッパ３８を備え先端部にノズル部３９を擁したバレル３２と、バレル３２内に、外周にスパイラル状に取付けられたスクリュ羽根３６を備えた射出スクリュ３４が、正逆転油圧モータ４２および射出シリンダ４０により回転自在で、かつ前後進自在に配設される。このように構成された射出装置３０において、ホッパ３８に供給された樹脂ペレットを加熱溶融して混練しつつ、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内へ溶融樹脂を射出する。すなわち、射出装置３０は、ホッパ３８内の樹脂原料をバレル３２内の供給ゾーン、圧縮ゾーンにおいて加熱圧縮し、計量ゾーンにおいて溶融計量し、射出ゾーンを経てノズル３９の樹脂流路３９ａ、ランナ３ａ、ゲート３ｂを介して金型キャビティ５内へ射出するよう構成されている。射出シリンダ４０および正逆転油圧モータ４２には、油圧供給源５０により供給される作動油が射出制御部６１の操作指令を受けた油圧制御弁５２で設定された一定の圧力で供給され、駆動される。
【００１２】
一方、制御装置６０は、図１に示すように、固定金型３に配置された樹脂圧センサ６３で計測された圧力情報と温度センサ６５で計測されたコア材樹脂温度情報とを入力し型締装置２０の型締シリンダ２２に油圧制御弁６９を経由して操作信号を与える型締制御部６２と、型締制御部６２に接続されたタイマ６６と、型締制御部６２に接続された射出制御部６１とで構成される。７０は油圧供給源である。
【００１３】
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。
【００１４】
図３は、コア材および樹脂シートの成形中の温度変化を示すグラフであり、図３（ａ）は従来の場合を示し、図３（ｂ）は本発明の場合を示している。
すなわち、従来の場合には、金型間に樹脂シートＳを挟んで型閉した後、コア材Ｑを時刻ｔ0 において金型キャビティ内に射出充填し始めるとすると、コア材Ｑの温度は時間経過とともに単調に温度降下していくのに対して、樹脂シートＳの温度は、常温状態からコア材Ｑから伝熱を受けて次第に上昇し、やがて時刻ｔ1 と時刻ｔ2 の中間の時刻で最高温度Ｔｍａｘに達する。その後、コア材Ｑの温度低下に伴って樹脂シートＳの温度も低下しコア材Ｑ温度に近づいていくが、コア材Ｑ温度よりも低温である。これが、従来の温度変化状況である。
【００１５】
一方、本発明においては、図３（ｂ）に示すように、たとえば、樹脂シートＳが最高温度Ｔｍａｘに達した後、時刻ｔ2 を過ぎた時点で金型を開くと、コア材Ｑの保有熱が金型を伝って外部に逃げるのが遮断され、樹脂シートＳはコア材Ｑよりどんどん熱量を与えられるので、カーブ▲１▼のように、樹脂シート温度はコア材Ｑの温度と同等になるまで上昇する。同様に、金型を開く時点が時刻ｔ3 の場合にはカーブ▲２▼のように、金型を開く時点が時刻ｔ4 の場合にはカーブ▲３▼のように、樹脂シートＳの温度が立ち上がる。このような射出充填中に金型型開を行わない場合のカーブ▲４▼は、図３（ａ）と同じである。
【００１６】
そして、温度カーブ▲１▼、▲２▼、▲３▼を比較すると判るように、金型を開く時刻が早いほど、その上昇する温度の到達温度が高く、到達温度は金型を開く時刻が遅いほど低下する傾向を示している。すなわち、温度カーブ▲１▼では、到達温度は最高温度Ｔｍａｘ以上であり、温度カーブ▲２▼、▲３▼では、到達温度は最高温度Ｔｍａｘよりも低い。
【００１７】
そこで、本発明では、「金型と樹脂シートＳの間の埃による凹凸の発生やエアマークの発生は、射出後の最高温度Ｔｍａｘで起こるが、この最高温度Ｔｍａｘ以上の温度に樹脂シートＳが上昇すると、金型キャビティ内で成形中に受けた履歴をキャンセルされ、樹脂シートＳの弾力により回復して、埃による凹凸やエアマークを消失させることが出来る」という点に着目して、到達温度が最高温度Ｔｍａｘよりも高温となる時刻ｔ2 の時点で金型を開くようにした。
つまり、たとえば、時刻ｔ2 のような時刻ｔ3 よりも早い段階で金型を開くなら、その後の樹脂シートＳの温度は、やがて最高温度Ｔｍａｘ以上となるため、凹凸やエアマークを消失させることが出来るのである。逆に、時刻ｔ3 やそれ以降の時刻ｔ4 に型開したのでは、樹脂シートＳの到達温度は最高温度Ｔｍａｘ以上にならないため、埃に起因する凹凸やエアマークを消失させることが出来ないことになる。
【００１８】
上述した「最高温度Ｔｍａｘ以上の温度に樹脂シートＳが上昇すると、金型キャビティ内で成形中に受けた履歴をキャンセルされ、樹脂シートＳの弾力により回復して、埃による凹凸やエアマークを消失させることが出来る」理由について、以下にもう少し詳しく説明する。
【００１９】
結晶性ポリマーの動的弾性率の温度依存性は一般的に図５のようになる。ガラス転移点Ｔｇ以下の温度では主鎖の分子運動は完全に凍結されており、ガラス状態となって高い弾性率を示し、温度依存性も小さくなる。転移領域においては主鎖の分子運動は温度の上昇とともに解除され、弾性率は温度とともに低下する。ゴム状弾性領域では、非晶部は自由に運動することが可能であるが、結晶部においてはポリマー分子は折り畳まれて拘束されており、このとき結晶として分子は１本の長い分子がすべて結晶として折り畳まれるわけではなく、多数の分子の一部分のみが結晶として折り畳まれる。したがって、結晶からは無数の分子が非晶部として伸び出しており、結晶部と非晶部は繋がった状態となっている（結晶により非晶部が拘束されている。換言すると、結晶部は疑似的な架橋点として機能する）。また、ポリマーの結晶は低温から高温まで広い範囲に分布しており、このため、低温の微結晶が融解するとその結晶から伸びていた非晶部の分子の運動も拘束を解除される。ゴム状弾性領域において弾性率の温度依存性が大きいのはこのためである。
【００２０】
一方、ポリマー分子は安定的状態として糸毬（いとまり）状態であると考えられ、ゴム状弾性領域における変形はこの糸毬がラグビーボール状態に変形して起こったものと考えられる。したがって、変形を起こした外力を除去すると、元の糸毬状態に戻ろうとして変形も元に戻る。
【００２１】
成形中に樹脂シートＳは金型の凹凸、介在する埃、エア等により表面転写を起こす（運動できる分子が変形を起こす）が、従来の成形方法においては、型締したまま冷却工程に入るため、一度融解した分子は再度結晶化する。したがって、分子は変形したまま疑似架橋点である微結晶に拘束されて元に戻れず、表面の転写はそのまま残る。それに対して本発明では、コア材Ｑの温度が高いうちに金型を僅かに開くため、コア材Ｑの温度により樹脂シートＳの温度も再度上昇し、最高温度Ｔｍａｘ以上になると、転写を受けたときに変形した分子運動の拘束は解除されているため、分子は元の糸毬状態に戻ることが可能となり、転写されて曇っていた樹脂シートＳも元の高光沢の状態に戻ることになる。
【００２２】
他方、樹脂シートの表面が非晶性樹脂の場合でも、転移領域においては動的弾性率の温度依存性は大きく、分子の運動性は温度により制限を受けていることがわかる。このため、この温度領域においては成形中の最高温度で金型の凹凸、介在する埃、空気等により表面転写を起こしたときに変形出来る分子運動は、そのときの温度により制限されていることになる。従来の成形方法では、樹脂シートは成形中に射出コア材樹脂の温度を受けて温度上昇した後、冷却される。冷却された温度がガラス転移点以下の場合には、分子の運動は完全に凍結されているため高光沢の状態に復元することは有り得ない。また、転移領域においても、変形を起こした時点の温度以下では、変形時よりも分子運動は拘束されているため、元の状態に戻ることは出来ない。
しかしながら、変形時の温度以上では、変形時以上に分子の運動性を上げることが出来、分子は元の糸毬状態に戻ることが可能となる。このような理由により、成形中の金型を僅かに開いて樹脂シートＳの温度を成形中の最高温度Ｔｍａｘ以上にすることで、樹脂シートＳの表面は元の高光沢の状態に戻ることが出来ると考えられる。
【００２３】
このような考えのもとに着想された、射出成形機１００における本発明の貼り合わせ成形方法について、以下に説明する。
図４は、本発明における貼り合わせ成形方法の工程フローチャートであり、図４に示す工程にしたがって操業する。
【００２４】
（１）まず、金型装置１０の両金型３、４が型開し、この型開状態で、前述したように、金型キャビティ面に対向する表面に樹脂シートＳを垂直状態または水平状態に静置して柔らかな緊張状態に保持する。
【００２５】
（２）次に、両金型３、４を型閉し、型締装置２０を操作して所定の型締力を負荷し型締状態とする。
（３）次に、溶融樹脂Ｒの射出充填を開始し、射出装置３０の射出スクリュ３４に前進力を与えて、金型キャビティ５の容積に見合う溶融樹脂量を射出し保圧する。
【００２６】
（４）この間、樹脂シートＳの温度Ｔｓの測定を継続し、最高温度Ｔｍａｘに達した後の温度降下中に温度Ｔｓがあらかじめ設定した温度Ｔａまで降下した時点で、型締力を解除して型開を始める。但し、温度Ｔａは図３（ｂ）の温度カーブ１に示す様に樹脂シートと金型キャビティ面との間に断熱層として空気層を形成させることにより該樹脂シートの温度が上昇し最高温度Ｔｍａｘを越えることができるあらかじめ設定された温度である。
（５）そして、この型開動作中、型開量Ｗｓの測定を継続し、型開量Ｗｓがあらかじめ設定した型開量Ｗａになったとき、タイマ６６を起動してタイマ６６が設定する一定時間その型開量Ｗａを保持する。
（６）タイマ６６が設定する一定時間の経過後に型開し、製品を取り出す。
【００２７】
以上述べた一連の成形工程において、射出中は、型閉前にあらかじめ樹脂シートＳの金型キャビティ面に対向する表面に防錆潤滑剤を塗布しておくと、たとえば、図６に示すように、金型キャビティ面と樹脂シート表面との間に介在し、型閉動作に伴なって変形し金型キャビティ面を摺動する樹脂シート表面に対して潤滑作用を行なうとともに、金型キャビティ面の微視的な凹凸の中の凹部に封じ込められて一種の平滑面を形成するから、金型キャビティ内に次々と供給される溶融樹脂Ｒの押圧される樹脂シートＳはこの一時的に形成された微視的平滑面に押圧されて転写され、表面に型閉動作時や射出中の変形摺動の際の擦過傷の発生が防止され、かつ、平滑な表面形成に基づく表面光沢度が高い。
【００２８】
この防錆潤滑材として、たとえば、鉱物油、植物油、合成油、作動油、洗浄剤、グリセリン、エチレングリコール、多価アルコール、高級アルコール、水または水溶液であって、成形中の温度において型締時間中に蒸発することなく液体として金型成形面の微視的な凹凸面の凹部に存在することが可能な液体またはそれらの混合液体を使用する。
【００２９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の方法によれば、該樹脂シート表面クリア樹脂層のガラス転移点が、射出成形中に受ける最高温度以下である材質を該クリア樹脂層に選定し、射出成形中の該樹脂シートの温度があらかじめ設定された温度に到達した時点で型締力を解除し、該樹脂シートと金型キャビティ面との間に断熱層として空気層を形成させて所定の設定時間だけ保持するようにしたので、樹脂シートと金型面との間に介在する埃に起因して発生する凹凸やエアマークの出現を防止して、極めて高い表面光沢度をもった優れた貼り合わせ成形品が得られる。
【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状態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コア材および樹脂シートの成形中の温度変化を示すグラフである。
【図４】本発明の実施例に係る貼り合わせ成形方法の工程フローチャートである。
【図５】本発明に係る結晶性ポリマーの動的弾性率の温度依存性を示すグラフである。
【図６】本発明の実施例に係る金型の微視的凹凸面を説明する断面図である。
【符号の説明】
１ 固定盤
２ 可動盤
３ 固定金型
３ａ ランナ
３ｂ ゲート
４ 可動金型
５ 金型キャビティ
６ ロール
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 射出スクリュ
３６ スクリュ羽根
３８ ホッパ
３９ ノズル
３９ａ 樹脂流路
４０ 射出シリンダ
４２ 油圧モータ
５０ 油圧供給源
５２ 油圧制御弁
６０ 制御装置
６１ 射出制御部
６２ 型締制御部
６３ 樹脂圧センサ
６５ 温度センサ
６６ タイマ
６９ 油圧制御弁
７０ 油圧供給源
１００ 射出成形機
Ａ 防錆潤滑剤
Ｓ 樹脂シート（表皮シート）
Ｒ 溶融樹脂
Claims (1)
- 射出成形機の対向する左右一対の金型または上下一対の金型の間に、表面に透明なクリア樹脂層を有する樹脂シートを垂直状態または水平状態に静置したうえ型閉して型締力を与え、金型の該樹脂シートと該両金型とで形成される金型キャビティ内にコア材の溶融樹脂を射出充填して該樹脂シートと該コア材とを一体化して表皮一体貼り合わせ成形品を成形する貼り合わせ成形方法であって、
ガラス転移点が、射出成形の型締力負荷中に到達する最高温度Ｔｍａｘ以下である材質を該クリア樹脂層に選定し、
射出成形の型締力負荷中に該樹脂シートの温度が前記最高温度Ｔｍａｘに達してから温度降下するときに、あらかじめ設定された温度Ｔａに到達した時点で、型締力を解除した後型開し、該樹脂シートと金型キャビティ面との間に断熱層としての空気層を形成させて所定の設定時間だけ保持することを特徴とする貼り合わせ成形方法。
但し、前記Ｔａとは、樹脂シートと金型キャビティ面との間に断熱層として空気層を形成させることにより該樹脂シートの温度が上昇し最高温度Ｔｍａｘを越えることができるあらかじめ設定された温度。
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