JP4100569B2 - 樹脂成型品の成型方法及び成型装置 - Google Patents

Description

本発明は、金型のキャビティの内部で、樹脂成型品の表皮側の樹脂層と基材側の樹脂層との間に充填・接着剤を注入して硬化させることにより、表皮側の樹脂層と基材側の樹脂層を一体化する、樹脂成型品の成型方法及び成型装置に関するものである。

自動車部品を構成する樹脂成型品のうち、インストルメントパネルなどの自動車部品は複数の樹脂層からなる積層体によって構成される場合がある。例えば、従来のインストルメントパネルのうちの一つは、ポリプロピレン製の基材層の上に、ポリウレタン製の中間層が積層され、更に、この中間層の上にポリ塩化ビニル製の表皮層が積層されて構成されている。インストルメントパネルなどの自動車部品がこのような積層構造を採る理由は、積層された各層から異なる機能を得るためである。すなわち、インストルメントパネルの基材層には十分な剛性や耐久性が要求されるのに対し、表皮層には、耐久性に加えて、自動車の使用者がインストルメントパネルに触れたときの良好な触感や、目視による意匠性が要求される。また、基材層と表皮層の間の中間層には、基材層と表皮層とを一体化するための十分な接着力が要求される他に、自動車の使用者が表皮層に触れたときに表皮層を撓ませるためのクッション性や、表皮層と基材層の間隙を隙間なく充填するための充填性又は流動性が必要とされる。

近年、国内リサイクル法の成立や欧州環境負荷物質規制の発動等に伴い、自動車部品の再利用性の向上及び自動車部品の材料として使用される環境負荷物質の削減が自動車メーカーの責務となっている。前述の積層体からなる樹脂成型品の場合、各層を同じ材料で構成する単一素材構成にすればその再利用性が向上するため、例えば、ポリプロピレンによって基材層を構成し、オレフィン系の充填・接着剤によって中間層を構成し、ＴＰＯからなる表面層とクッション性を有する発泡層の２層構造によって表皮層を構成する、インストルメントパネルが開発されつつある。単一素材からなる積層材料を使用すれば、この積層材料を自動車部品に成型する際に生じる端材や、開口部を形成したときの打抜き型材等を再利用することができるから、必然的に材料の歩留まりが向上する。

特許文献１は、ホットノズルを使用して自動車用ドアトリムのファブリック加飾成形を行なう方法を開示する。この方法は、溶融樹脂吐出用のホットノズルを金型のキャビティ内部の樹脂注入空間に臨ませ、ホットノズルからファブリックの裏面に溶融樹脂を直接射出して、射出された樹脂とファブリックを一体に成形する方法である。この方法の特長は、溶融樹脂がホットノズルの先端部からファブリックに対して平行な方向に吐出されるように構成し、高温の溶融樹脂によってファブリックが損傷を受けることを防止することにある。
特開２００３−１１１５５号公報

図６は従来の樹脂成型品の製造方法を示し、同図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、金型１、２のキャビティ３の内部で、樹脂成型品の表皮側の樹脂層４と基材側の樹脂層５の間の空間６に溶融した充填・接着剤７を注入して硬化させることにより、表皮側の樹脂層４と基材側の樹脂層５を一体化する工程を示す。金型１の型面１ａに配置された表皮側の樹脂層４は、表皮原料パウダーを加熱されたパウダースラッシュ成形金型（図示せず）にパウダリング等の手法によって塗布して形成された表皮層８と、加熱された表皮層８の上に同様にして発泡剤を含有する表皮原料パウダーを塗布して形成された発泡層９とからなる。射出成形用の金型（図示せず）を用いて射出成形によって形成され、金型２の型面２ａに配置される。金型２にはノズル挿入孔１０が形成され、ノズル装置１１のノズル先端部１１ａがノズル挿入孔１０からキャビティ３に挿入可能に構成されている。

図６の記載を参照して充填・接着剤７の注入工程を説明する。先ず、図６（Ａ）に示すように、金型２のノズル挿入孔１０から金型１、２のキャビティ３の内部にノズル装置１１を挿入し、ノズル先端部１１ａを表皮側の樹脂層４と基材側の樹脂層５の間の空間６に位置させる。そして、溶融した充填・接着剤７をノズル先端部１１ａから空間６に注入する。これにより、空間６は充填・接着剤７によって満たされ、充填・接着剤７が硬化することによって表皮側の樹脂層４と基材側の樹脂層５が一体化される。次に、図６（Ｂ）に示すように、充填・接着剤７が硬化した後、ノズル先端部１１ａを金型１、２のキャビティ３から引き抜き、金型１、２を開いて樹脂成型品１２を離型させる。図６（Ｃ）に示すように、完成した樹脂成型品１２の基材側の樹脂層５と充填・接着剤７の層１３には、ノズル先端部１１ａを引き抜いた後の孔１４が残る。このような樹脂成型品１２に耐熱試験を施すと、表皮側の樹脂層４には孔１４に対応する位置に充填・接着剤７の層１３の熱軟化に起因する凹部（陥没）１５が発生し、樹脂成型品１２の表皮側の意匠が害されることになる。

図６のように、基材側の樹脂層５にノズル先端部１１ａを引き抜いた後の孔１４が形成されることを防止するため、図７に示すように、表皮側の樹脂層４と基材側の樹脂層５の間の空間６に注入された充填・接着剤７が固まる前に、ノズル先端部１１ａを引き抜くことも可能である。すなわち、図７（Ａ）に示すように、ノズル装置１１のノズル先端部１１ａを表皮側の樹脂層４と基材側の樹脂層５の間の空間６に挿入し、溶融した充填・接着剤７を空間６に注入する。次いで、同図（Ｂ）に示すように、注入された充填・接着剤７が硬化する前にノズル挿入孔１０からノズル先端部１１ａを引き抜くと、空間６に注入された充填・接着剤７がノズル挿入孔１０内に逆流して固化する。そこで、同図（Ｃ）に示すように、完成した樹脂成型品１２を離型すると、金型２のノズル挿入孔１０内で固化した充填・接着剤７と樹脂成型品１２の基材側の樹脂層５内で固化した充填・接着剤７とが破断するときに、樹脂成型品１２の表皮側の樹脂層４が引張られて変形し、凹部１６が形成される。図７中の参照番号のうち、図６中で使用した参照番号と同一の番号は、同じ構成要素を示す。

そこで、本発明の目的は、金型のキャビティの内部で、樹脂成型品の複数の樹脂層の間に充填・接着剤を注入して硬化させることにより、複数の樹脂層を一体化する、樹脂成型品の成型方法であって、完成した樹脂成型品の充填・接着剤の注入部付近に変形を生じない、樹脂成型品の成型方法を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、金型のキャビティの内部で、樹脂成型品の複数の樹脂層の間に充填・接着剤を注入して硬化させることにより、複数の樹脂層を一体化する、樹脂成型品の成型装置であって、完成した樹脂成型品の充填・接着剤の注入部付近に変形を生じない、樹脂成型品の成型装置を提供することにある。

本発明の樹脂成型品の成型方法は、一方の金型の型面に設置された樹脂層と他方の金型の型面に設置された樹脂層の間の空間に、充填・接着剤を注入して硬化させる、樹脂成型品の成型方法であって、前記一方の金型の外部から、前記一方の金型に形成されたノズル挿通孔を介して、前記空間にノズル先端部を挿入する工程と、前記ノズル先端部から前記樹脂層の間の空間に前記充填・接着剤を注入する工程と、前記空間に注入された充填・接着剤が硬化する前に、前記ノズル先端部を前記一方の金型の型面よりも前記空間側の途中位置まで後退させ、前記ノズル先端部を前記途中位置に所定時間だけ保持する工程と、前記所定時間の経過後で、かつ、前記充填・接着剤が硬化する前に、前記ノズル先端部を前記一方の金型の型面付近まで後退させ、前記ノズル先端部を当該位置に所定時間だけ保持する工程とを有することを特徴とする。

本発明の樹脂成型品の成型装置は、一方の金型の型面に配置された樹脂層と他方の金型の型面に配置された樹脂層の間の空間に、充填・接着剤を注入して硬化させる、樹脂成型品の成型装置であって、前記一方の金型の外面から前記一方の金型の型面まで延在する、ノズル挿入孔と、前記ノズル挿入孔に挿入可能なノズル先端部を有し、前記空間に前記充填・接着剤を所定の圧力で注入する、ノズル装置と、前記ノズル先端部を前記ノズル挿入孔を介して前記空間に挿入し、前記ノズル先端部から前記空間に前記充填・接着剤を注入した後、前記ノズル先端部を前記一方の金型の型面よりも前記空間側の途中位置まで後退させて停止させ、次いで、前記空間に注入された前記充填・接着剤が硬化する前に、前記ノズル先端部を前記一方の金型の型面付近まで後退させて停止させる、ノズル駆動装置とを有することを特徴とする。

本発明の樹脂成型品の成型方法によれば、一方の金型の型面に配置された樹脂層と他方の金型の型面に配置された樹脂層の間の空間に充填・接着剤を注入した後、ノズル先端部を二段階で後退させることによって、樹脂層のノズル挿入孔に充填・接着剤を満たすことができると共に、金型のノズル挿入孔に充填・接着剤が流入することを防止することができるから、完成した樹脂成型品の表面に凹凸等の変形が生じないという利点を得ることができる。

本発明の樹脂成型品の成型装置によれば、一方の金型の型面に配置された樹脂層と他方の金型の型面に配置された樹脂層の間の空間に充填・接着剤を注入した後、ノズル先端部を二段階で後退させることによって、樹脂層のノズル挿入孔に充填・接着剤を満たすことができると共に、金型のノズル挿入孔に充填・接着剤が流入することを防止することができるから、完成した樹脂成型品の表面に凹凸等の変形が生じないという利点を得ることができる。

本発明の樹脂成型品の成型方法及び成型装置において、一方の金型の型面に配置された樹脂層と他方の金型の型面に配置された樹脂層の間の空間に充填・接着剤を注入した後、ノズル先端部を、第１段階として、ノズル先端部を一方の金型の型面に配置された樹脂層と前記注入された充填・接着剤の層との境界面付近まで後退させ、所定時間、この後退位置に停止させることにすると、注入部の周辺部に位置する充填・接着剤の層とほぼ同一厚さの層をノズル先端部の挿入部にも形成することができる。したがって、完成した樹脂成型品の表面に凹凸等の変形が生じないという効果をより確実に得ることができる。

本発明の樹脂成型品の成型方法において、一方の金型に樹脂成型品の基材を構成する第１の樹脂層を配置し、他方の金型に樹脂成型品の表皮部材を構成する第２の樹脂層を配置し、ノズル先端部が第１の樹脂層と第２の樹脂層の間の空間に挿入されて充填・接着剤を所定の圧力で空間が延在する方向に吐出すれば、表皮部材が充填・接着剤の注入圧力及び熱によって損傷を受けることを防止することができる。したがって、完成した樹脂成型品の表面に凹凸等の変形が生じないという効果をより確実に得ることができる。また、第２の樹脂層に発泡層が積層されている場合には、発泡層の発泡セルが充填・接着剤の注入圧力及び熱によって潰れることを防止することができるから、完成した樹脂成型品の表面のクッション性が損なわれることはない。

本発明の樹脂成型品の成型装置において、ノズル先端部に、一方の金型の型面に配置された樹脂層と他方の金型の型面に配置された樹脂層の間の空間が延在する方向に開口する一つ又は二つ以上の吐出口と、充填・接着剤の注入圧力を受けて充填・接着剤が流動する方向をこの吐出口の方向に転換させる受圧面とを形成すれば、充填・接着剤は空間が延在する方向に吐出されるから、表皮部材が充填・接着剤の注入圧力及び熱によって損傷を受けることを防止することができる。したがって、完成した樹脂成型品の表面に凹凸等の変形が生じないという効果をより確実に得ることができる。

図１乃至図４に、複数のノズル装置１１のノズル先端部１１ａの移動を共通のノズル位置移動制御装置１７で駆動する樹脂成型品の成型装置を開示する。図４に示すように、各ノズル装置１１のノズル先端部１１ａは電磁弁１８を介してアブリケーター１９に連結され、各電磁弁１８及び各アプリケーター１９は中央演算処理装置２０によって制御される。各ノズル装置１１には、エアシリンダによって構成されたノズル駆動装置２１が取付けられ、各ノズル装置１１はエアシリンダに内装されたピストン２２に固定され、ピストン２２の上下動に伴ってノズル先端部１１ａが上下動するように構成されている。ノズル駆動装置２１は油圧シリンダによって構成することもできる。

図１は、ノズル駆動装置２１のピストン２２を下降させ、ノズル装置１１のノズル先端部１１ａを金型２のノズル挿入孔１０に挿入し、該ノズル挿入孔１０と連通して設けられた基材側の樹脂層５の連通孔５ａを通じて、表皮側の樹脂層４と基材側の樹脂層５の間の空間６に位置させた状態を示す。この状態で電磁弁１８を開放し、溶融した充填・接着剤７をノズル先端部１１ａの複数の吐出口１１ｂから空間６に吐出させる。ノズル先端部１１ａの複数の吐出口１１ｂは、空間６が延在する方向（図１中、水平方向）に開口しているから、溶融した高温の充填・接着剤７はノズル先端部１１ａの直下の表皮側の樹脂層４に直接衝突することはない。充填・接着剤７の注入圧力は８４ｋｇ／ｃｍ²である。これによって、空間６はノズル先端部１１ａから吐出された充填・接着剤７によって満たされるから、電磁弁１８を閉鎖する。

図２は、空間６が充填・接着剤７で充填された後、空間６内の充填・接着剤７が硬化する前に、ノズル駆動装置２１のピストン２２を上昇させて、ノズル装置１１のノズル先端部１１ａを第１段階だけ上昇（後退）させ、これによってノズル先端部１１ａを充填・接着剤７で満たされた空間６と金型２の型面２ａとの間に停止させた状態を示す。これによって、図１の状態でノズル先端部１１ａが空間６内に占めていた容積部分が空間６内から逆流した充填・接着剤７によって満たされる。ノズル装置１１のノズル先端部１１ａは、この位置で所定時間停止する。

図３は、空間６内の充填・接着剤７が硬化する前に、ノズル駆動装置２１が駆動して、ノズル装置１１を第２図の位置から更に上昇させ、ノズル先端部１１ａが第２段階まで上昇（後退）した状態を示す。この第２段階において、ノズル先端部１１ａは金型２の型面２ａ付近に位置し、これによって基材側の樹脂層５に形成されたノズル挿入孔１０は空間６から逆流した充填・接着剤７によって満たされる。空間６に吐出された充填・接着剤７が硬化するまで、ノズル先端部１１ａは図３の位置に保持される。そして、充填・接着剤７が硬化すると、樹脂成型品１２は離型され、樹脂成型品１２は完成する。

図５を参照して、充填・接着剤７を空間６内に吐出後、前述のようにノズル先端部１１ａを２段階に上昇（後退）させた場合と、金型２の型面２ａ付近まで１段階で上昇（後退）させた場合とを比較する。表１は、図５（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）に示すようにノズル先端部１１ａを２段階で上昇（後退）させたとき、充填終了直後、ノズル先端部１１ａを機材側の樹脂層５と充填・接着剤７の層の界面まで移動させ、次いで、基材側の樹脂層５と金型２の型面２ａの界面まで移動させるまでの時間に対する、接着剤逆流による脱型時の変形度合と、耐熱試験を施したときの注入部の「引け」の度合と、耐熱試験を施したときの表皮層８の凹凸度合と、ノズル挿入孔１０に対する充填率との関係を示す。図５中の参照番号のうち、本願中の他の図中で使用した参照番号と同一の番号は、同じ構成要素を示す。

表１に示すように、ノズル先端部１１ａの移動時間が２０秒、２５秒、３０秒の場合に、良好な結果を得ることができた。
表１の項目中、接着剤逆流による変形がノズルの移動時間によって異なるのは、注入孔近くの注入直後の接着剤圧力が高い部位で、急にノズルを後退させると、接着剤の逆流が大きく、表皮が注入孔側に吸引されるため生じるものと考えられる。本発明では、一旦、途中位置でノズルを止めるので、移動時間が短時間でもこの影響が小さいものと考えられる。
また、表１の項目中、耐熱後注入部のヒケは、耐熱試験後、注入部に発生する凹部（陥没）が、接着剤の熱軟化によって表皮を支えることができないために発生するものと考えられる。従って、ノズル孔の充填率（％）によって接着剤の厚さが増すので表皮の支持が良くなるものと考えられる。
そして、表１の項目中、耐熱後表皮表面凹凸がノズルの充填率に対応する理由は、ノズルを後退させることで余分な接着剤を基材の連通孔に逃がし、接着剤注入圧が均一化されることで表皮表面の凹凸化が抑制されるためと考えられる。

表２は、図５（Ａ）、（Ｅ）に示すようにノズル先端部１１ａを基材側の樹脂層５と金型２の型面２ａの界面位置まで１段階で上昇（後退）させたとき、充填終了直後、ノズル先端部１１ａを基材側の樹脂層５と金型２の型面２ａの界面まで移動させるまでの時間に対する、接着剤逆流による脱型時の変形度合と、耐熱試験を施したときの注入部の「引け」の度合と、耐熱試験を施したときの表皮層８の凹凸度合と、ノズル挿入孔１０に対する充填率との関係を示す。

表２に示すように、ノズル先端部１１ａの移動時間が３０秒の場合にのみ、比較的良好な結果を得ることができるに止まった。

本発明のノズル装置を充填可能な状態に位置させた側面図である。 図１のノズル装置によって充填・接着剤を充填した直後にノズル装置を第１段階まで上昇させたときの側面図である。 図１のノズル装置によって充填・接着剤を充填した直後にノズル装置を第２段階まで上昇させたときの側面図である。 本発明のノズル装置の制御系を示すブロック図である。 図５（Ａ）から（Ｂ）、（Ｃ）を経て（Ｄ）に至る工程は、本発明の実施例の工程を示す工程図であり、図５（Ａ）及び（Ｅ）からなる工程は、従来の工程を示す工程図である。 従来の充填工程を示す工程図である。 従来の充填工程を示す工程図である。

符号の説明

１ 金型
１ａ 型面
２ 金型
２ａ 型面
３ キャビティ
４ 表皮側の樹脂層
５ 基材側の樹脂層
６ 樹脂層間の空間
７ 充填・接着剤
８ 表皮層
９ 発砲層
１０ ノズル挿入孔
１１ ノズル装置
１１ａ ノズル先端部
１１ｂ 吐出口
２１ ノズル駆動装置
２２ ピストン

Claims (7)

1. 一方の金型の型面に配置された樹脂層と他方の金型の型面に配置された樹脂層の間の空間に、充填・接着剤を注入して硬化させる、樹脂成型品の成型方法において、
   前記一方の金型の外部から、前記一方の金型に形成されたノズル挿通孔を介して、前記空間にノズル先端部を挿入する工程と、
   前記ノズル先端部から前記樹脂層の間の空間に前記充填・接着剤を注入する工程と、
   前記空間に注入された充填・接着剤が硬化する前に、前記ノズル先端部を前記一方の金型の型面よりも前記空間側の途中位置まで後退させ、前記ノズル先端部を前記途中位置に所定時間だけ保持する工程と、
   前記所定時間の経過後で、かつ、前記充填・接着剤が硬化する前に、前記ノズル先端部を前記一方の金型の型面付近まで後退させ、前記ノズル先端部を当該位置に所定時間だけ保持する工程と、
   を有することを特徴とする、樹脂成型品の成型方法。
2. 請求項１に記載の成型方法において、前記途中位置は、前記一方の金型の型面に配置された樹脂層と前記注入された充填・接着剤の層との境界面付近である、前記成型方法。
3. 請求項１又は２に記載の成型方法において、前記一方の金型の型面に前記樹脂成型品の基材を構成する第１の樹脂層を配置し、前記他方の金型の型面に前記樹脂成型品の表皮部材を構成する第２の樹脂層を配置し、前記ノズル先端部は、前記第１の樹脂層と前記第２の樹脂層の間の空間に挿入されて、前記充填・接着剤を所定の圧力で前記空間が延在する方向に吐出する、前記成型方法。
4. 請求項３に記載の成型方法において、前記第２の樹脂層は発泡層を含む、前記成型方法。
5. 一方の金型の型面に配置された樹脂層と他方の金型の型面に配置された樹脂層の間の空間に、充填・接着剤を注入して硬化させる、樹脂成型品の成型装置において、
   前記一方の金型の外面から前記一方の金型の型面まで延在する、ノズル挿入孔と、
   前記ノズル挿入孔に挿入可能なノズル先端部を有し、前記空間に前記充填・接着剤を所定の圧力で注入する、ノズル装置と、
   前記ノズル先端部を前記ノズル挿入孔を介して前記空間に挿入し、前記ノズル先端部から前記空間に前記充填・接着剤を注入した後、前記ノズル先端部を前記一方の金型の型面よりも前記空間側の途中位置まで後退させて停止させ、次いで、前記空間に注入された前記充填・接着剤が硬化する前に、前記ノズル先端部を前記一方の金型の型面付近まで後退させて停止させる、ノズル駆動装置と、
   を有することを特徴とする、樹脂成型品の成型装置。
6. 請求項５に記載の成型装置において、前記途中位置は、前記一方の金型の型面に配置された樹脂層と前記空間に注入された前記充填・接着剤の層との境界面付近である、前記成型装置。
7. 請求項５又は６に記載の成型装置において、前記ノズル先端部は、前記空間が延在する方向に開口する一つ又は二つ以上の吐出口と、前記充填・接着剤の注入圧力を受けて前記充填・接着剤が流動する方向を前記吐出口の方向に転換させる受圧面とを有する、前記成型装置。

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