JP4330272B2 - コーティングされたプラスチック成形部材の製作法 - Google Patents

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Description

【0001】
本発明は、シート材料(薄板、積層体、織布及び概ね面状の材料)及びプラスチック体から成る少なくとも1つのコーティング層を有する複合プラスチック成形部材を製作するための方法であって、該複合プラスチック成形部材を射出成形により製作する形式のものに関する。
【0002】
このようなプラスチック成形部材は、今日では例えば家具、家庭用機器等、並びに自動車産業ではドアインナライニング、計器パネル、トランクルームライニング及びサンバイザ等のために使用される。この場合、プラスチック成形部材のコーティング面は、組込状態における可視面を形成しており、美的観点に基づき構成されて装飾を施され且つ/又はカラー構成、表面構造或いは例えば「ソフトタッチ」等の触覚特性、つまり、若干の表面可撓性(このためにはしばしば発泡プラスチック材料が使用される。)等の特定の表面の性質を有している。以下、このようなコーティング材料を、薄板、発泡プラスチック及び装飾材料等を含めて全般的にシート材料と呼ぶ。このようなシート材料は、しばしば変形及び熱に対して非常に敏感に反応するので、シート材料の背後から射出成形する場合、シート材料に対する負荷を減少させるために、射出成形工具では最大150mmのエンボス行程が用いられる。
【0003】
例えばヨーロッパ特許第0333198号明細書に記載の、前記のような複合プラスチック成形部材の製作法では、シート材料を開かれた射出成形工具の半型に載置してから型を閉じる。この場合、型締過程中に可塑化されたプラスチック材料が型に注入される。この方法は、シート材料が注入されたプラスチック材料によって損傷されることを防止しようとするものである。
【0004】
やはりプラスチック成形部材の射出成形法に関するドイツ連邦共和国特許第19531143号明細書では、別の方法が提案される。この方法では、シート材料を開いた型に装填し、型を閉じてシート材料を変形する。引き続く開放過程の間に、可塑化されたプラスチック材料が開きつつある型に注入される。可塑化されたプラスチック材料の注入後に型が閉じられて、プラスチック材料が型中空室内で圧縮される。
【0005】
前掲の刊行物は、それぞれ半型が垂直方向で運動する「垂直機械」に関する。
【0006】
半型が水平方向で運動する「水平機械」は、ドイツ連邦共和国特許出願公開第2548318号明細書に基づき公知である。この明細書でもやはり説明される方法では、加熱されたシート材料が半型間にもたらされ、一方の半型に負圧がかけられるので、シート材料は半型内壁に当て付けられ、所定のギャップを残して型を閉じてから、このようにしてやや拡大された型中空室に可塑化されたプラスチック材料を射出し、最後に型をすっかり閉じることにより、型中空室内に配分する。
【0007】
従来は常に、水平機械における比較的大きなエンボス行程は実現不可能であるということから出発していた。なぜならば、射出されたプラスチック材料ケークは重力に基づき下方に流れ、これにより、所望の配分は得られないからである。
【0008】
本発明の課題は、大きなエンボス行程を実現することができ且つ垂直機械でも水平機械でも行える、複合プラスチック成形部材の射出成形法を提供することである。
【0009】
この課題は、請求項1記載の方法によって解決される。請求項2以下は、本発明の有利な構成に関する。
【0010】
本発明では、まずシート材料を開かれた射出成形工具の工具半型間に装填し、シート材料を変形させつつ工具を型締めし、シート材料の片側に負圧をかけ且つ/又は過剰圧力をシート材料の他方の側にかけてシート材料を一方の半型に密着させ、更に、予め規定された位置まで射出成形工具を制御開放しつつ、調量されて可塑化されたプラスチック材料を射出成形工具の型中空室に注入し、射出成形工具を完全に閉じてからプラスチック成形部材を離型する。
【0011】
シート材料のプレ成形過程を助成するためには、有利にはシート材料は全面的又は局所的に、型に装填される前若しくは半型の型締直前に加熱される。
【0012】
大きなエンボス行程が水平機械において、若しくは垂直機械の急勾配で延びている型フランクにおいて実現され得ないという、上で述べた見解は、プラスチック材料の射出時に、材料が型壁面で急冷され、これにより「冷膜」が形成されるという考察に基づいている。前記冷膜は型壁面には付着せず、従って傾斜して延びている型壁面の場合は滑落する。
【0013】
これに対して本発明は、シート材料の背後から射出する場合、射出されるプラスチック材料、即ち「材料ケーク」は冷膜を形成せずにシート材料に付着して、落下の恐れはないという驚くべき認識に基づいている。型の制御開放及び注入されるプラスチック材料の適当な調量と相俟って、本発明による方法により、急勾配で延びている型フランク又は水平機械においても、極めて大きな型ギャップが実現され得る。
【0014】
この場合、有利にはプラスチック材料の供給率と射出成形工具の開閉運動とは、互いに且つプラスチック成形部材の形に関連して選択され、その結果、シート材料に対するプラスチック材料の圧力が概ね最小限にされ、プラスチック材料が射出位置に対してほぼ半径方向で運動し、更に、射出過程全体にわたって拡張流が維持されるようになる。
【0015】
有利には、プラスチック材料はプラスチック成形部材の形に関連して1つ又は複数の射出通路を介して射出される。
【0016】
拡張流を更に助成するためには、成形部材の型締め中も引き続きプラスチック材料を供給することができる。
【0017】
以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。
【0018】
図1の経過線図は、本発明による射出成形過程の1サイクルを概略的にグラフに基づいて示しており、このグラフは、半型の型締行程、つまり時間(横座標)に対する型のギャップの大きさ(左側の縦座標)を実線で、時間に対するスクリュー行程(右側の縦座標)を破線で示している。射出成形過程の個々の段階は符号1〜12で示されており、後で詳しく説明する。
【0019】
段階0(図1には図示せず)では、シート材料の弾性を成形部材に関連して設定してプロセスに適合させるために、適当なシート材料(装飾材料、発泡プラスチック材料等)がカットされ、全面的又は部分的に予熱されて半型部材間にもたらされる。
【0020】
次いで段階1,2において工具が閉じられてから、一方の側に負圧及び/又は他方の側に過剰圧力がかけられ、これにより、段階3の終わりにはシート材料のプレ成形が終了している。段階4〜7では、型が開かれるのと同時にプラスチック材料が供給される。型の型締運動は段階8で始まり、段階11の終わりまで維持される。その際、段階8の間も継続してプラスチック材料が供給される。型が完全に閉じられて可能な冷却時間(図示せず)が経過した後で、型が段階12で再度開かれ、プラスチック成形部材が離型されて新たなサイクルが開始される。
【0021】
図2aには、水平機械の射出成形工具100の2つの工具半型10,20が概略的に示されている。一般によく知られているように、(従って詳しくは図示しないが)射出成形工具は、固定支持体25に組み込まれており型内面22を有する固定式の工具半型20及び可動支持体15に組み込まれており、注入しようとするプラスチック材料のための、型内面22で終わる射出通路50を有する可動式の工具半型10を有している。型内面12,22は、型の閉鎖状態でプラスチック成形部材を形成するためのキャビティを形成する。既に述べたように、予めカットされたシート材料は例えば赤外線放射器によって加熱され、シート材料40として、例えば把持ロボットを介して、開かれた工具の工具半型10に設けられた緊締フレーム30に載置される。ここでシート材料は公知の手段(例えば締付部材、把持部材又は負圧)によって緊締フレーム30に、例えば赤外線放射器と一緒に保持される。これにより、前記の段階0が終了する。
【0022】
引き続く段階1(図2b)では、緊締フレーム30がシート材料40を向かい合う工具半型(雌型)20の当接面に押し当てるまで工具が閉じられる。
【0023】
半型部材10(雄型)を更に運動させることにより、半型によるシート材料の機械的なプレ成形が、型が完全に閉じられるまで実施される。この状態は図2cに示されており、この図2cからは更に、緊締フレーム30用の支持体部材35が、雄型10に関する所要の型締行程に対応して沈下可能であるということが判る。雌型20の当接面に緊締フレーム30が当て付けられることにより、シート材料40のひだ形成が防止される。
【0024】
完全に閉じられた型において、シート材料40は型のキャビティを完全には満たさない。それというのも、ここには後でまだプラスチック材料が注入されねばならないからである。これに基づき、前記段階3では空圧式のプレ成形が行われる。プレ成形過程を助成するためには、型締過程中(段階2まで)又は完全に閉じられた工具(段階3まで)において、1つ又は複数の空気通路14を介して一方の側から過剰圧力がかけられ且つ/又は真空ノズル(図示せず)を介して他方の側から負圧がかけられるので、シート材料40を(要求に応じて)完全にキャビティの型内面22に押し付けることが可能である。このことは、特に図2dと一緒に図2eの詳細図から明らかである。シート材料の継続的な変形は段階2〜3の時間にわたって生ぜしめられる。弾性的な変形だけが必要とされる場合は、前記段階2〜3の時間を最小限に減少させることができる。
【0025】
図1の経過線図に示した段階2〜3に続く段階4〜7では、プラスチック材料が開いている工具に注入される。このことは図2fに概略的に示されている。この図2fには既に説明した部材の他に、押出スクリュー62を備えた押出成形機60が概略的に示されており、前記押出スクリュー62内でプラスチック材料が可塑化されてコレクティングチャンバ64に集められ、次いで押出ノズル66を介して、工具半型10の1つ又は複数の射出通路50に射出される。段階4の開始と共にプラスチック材料の射出プロセスが開始され、同時に射出成形工具はプログラム可能に自由に調節可能な速度で、所定の制御可能なエンボス行程にまで(段階5まで)開かれる。プラスチック材料は、1つ又は複数の射出点を介して射出且つ調量されるので、1つ又は複数の材料ケークが形成される。これらの材料ケークの大きさは、射出点の開放時間を介して規定される。成形部材に適合された材料調量が行われる。この過程は、流入する材料ケークを早期にシート材料に対する接着作用を介して保持する必要があり且つシート材料に対する圧力負荷が開放運動によって最小限にされるので実施される。
【0026】
図1の段階4,5,6,7における型締行程のグラフの異なる傾斜は、プラスチック材料の供給率が一定の場合に(図1のスクリュー行程のグラフの一定の傾斜;破線)、型開放速度が異なっているということを示している。つまり、段階4では型開放速度は比較的大きく、段階5では低下し、段階6,7では0になる。このことは、平らな工作物において、射出点からの半径の増大伴って拡張するプラスチックケークに、常に比較的大きな中空室が供与されているということに基づいている。
【0027】
この方法により、プラスチック材料が一方ではシート材料40に、他方では半型10に付着して、射出点に対して半径方向であらゆる側に向かって拡張するということが保証されるので、プラスチックケークの剥離が防止され且つ拡張流が維持される。
【0028】
基本的に、型開放速度を一定に保持し、これに対応して射出率を制御することも可能であり、また、両値を組み合わせて変化させてもよい。この場合、調量は、プラスチック材料が射出点に対してほぼ半径方向で拡張するように行われる。実際には、例えばプラスチック材料の粘度、キャビティの具体的な形状等の、更に別のパラメータが機械の制御に入ってくる。従って、互いに関連する様々なパラメータに関する適切な基準値が、機械調整時にテスト運転及び/又は計算によって求められる。
【0029】
図1に示した段階8では、閉じつつある工具への射出が実施される。つまり、プラスチック材料がまだ射出されている間に、1つ若しくは複数の材料ケークのエンボス加工が規定されたエンボス速度及びエンボス圧力で開始される。このようにして、キャビティ内の流れ前線は、この流れ前線のなるべく一定の速度を目標にして、常に運動される。図2gは、段階8の終了時の工具の状態を示している。
【0030】
段階9,10では、図2hに概略的に示したように残留開口ギャップa(図1参照)が残るまで、工具の更なる型締にわたって、キャビティが完全に充填されるまで工具エンボス過程が行われる。
【0031】
段階11では収縮排除が実施される。即ち、引き続き作用しているエンボス力と残されている残留開口ギャップaとによって、材料収縮が一様にされる。段階11の終わり頃には、工具はほぼ又は正に閉じられており、場合によっては所定の冷却時間を経た後で開かれてよい(図2h参照)。
【0032】
最終的に段階12で工具は再度開かれ、成形されたプラスチック成形部材が離型され、新たなシート材料がもたらされてサイクルが最初から始まる。
【0033】
本発明による方法では約60秒のサイクル時間が達成され、この場合、プラスチック材料は、例えば約200℃の温度を有しており、シート材料は、例えば40℃に加熱される。この加熱は、結果的にシート材料のより良好な成形性をもたらし、これに対応してシート材料は、型内面の輪郭により良好に適合され得る。つまり、この場合必ずしも、シート材料が型内面に押し当てられた直後に硬化して、この型に残留する深絞り過程ではない。但し、使用目的に応じて、例えば200℃までの別の温度を使用することもできるので、極端な場合、シート材料は段階3で塑性変形される。
【0034】
既に冒頭で述べたように、本発明による方法は、例えば発泡プラスチック等の特に断熱性のシート材料の場合に有利である。シート材料が単層の材料であるということも不可欠ではなく、この材料は同様に、複数の層から成る複合材料であってもよい。この場合は、装飾目的に役立つシート材料の層に、本発明による効果を更に改善するために、別の断熱性の層を供給することが考えられる。
【0035】
図1の線図では、型締行程が最大160mmを越えて例示されているが、使用される材料に関連して、より大きな(最大200mm超)又はより小さな別の型締行程を使用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 押出スクリューを介したプラスチック材料の供給に関する射出成形工具の型の開閉過程を説明するための経過線図である。
【図2】 図2a〜図2hは、射出成形過程の異なる段階における成形部材をそれぞれ概略的に示した図である。
【符号の説明】
10,20 工具半型、 12,22 型内面、 14 空気通路、 15 可動支持体、 25 固定支持体、 30 緊締フレーム、 35 支持体部材、 40 シート材料、 50 射出通路、 60 押出成形機、 62 押出スクリュー、 64 コレクティングチャンバ、 66 押出ノズル、 100 射出成形工具

Claims (8)

  1. 2つの工具半型を備えた射出成形工具を用い、少なくとも1つのシート材料の層とプラスチック体とから成る複合プラスチック成形部材の製作法であって、以下の段階、即ち:
    イ)断熱性のシート材料を開かれた射出成形工具の工具半型間に装填し、
    ロ)シート材料を変形させつつ、射出成形工具を型締めし、
    ハ)シート材料の一方の側に負圧をかけ且つ/又はシート材料の他方の側に過剰圧力をかけ、
    ニ)可塑化されたプラスチック材料を射出成形工具の型中空室に注入すると同時に、予め規定された位置まで射出成形工具を開き、しかも、プラスチック材料の供給率と射出成形工具の開放速度とを、型中空室内のプラスチック材料がほぼ円形に、又は射出点を中心として半径方向であらゆる側にむかって拡張するように互いに同調させ、
    ホ)射出成形工具の開放ギャップを固定した状態で、型中空室へのプラスチック材料の注入を継続し、
    ヘ)射出成形工具を型締めし、
    ト)プラスチック成形部材を取り出すことを特徴とする、コーティングされたプラスチック成形部材の製作法。
  2. 少なくとも段階(ヘ)の型締過程の開始中に、プラスチック材料を継続して型中空室に注入する、請求項記載の方法。
  3. シート材料を、工具半型間への装填前又は装填後に、全面的又は局所的に加熱する、請求項1または2項記載の方法。
  4. プラスチック材料を、1つ又は複数の射出通路を介して注入する、請求項1からまでのいずれか1項記載の方法。
  5. プラスチック材料の供給率と射出成形工具の開閉運動とを、互いに且つプラスチック成形部材の形に関連して、拡張流が維持されるように選択する、請求項記載の方法。
  6. シート材料が発泡プラスチックを有している、請求項1からまでのいずれか1項記載の方法。
  7. 工具半型開閉運動を水平方向で行う、請求項1からまでのいずれか1項記載の方法。
  8. シート材料を、00℃未満の温度に予熱する、請求項1からまでのいずれか1項記載の方法。
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