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

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を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た、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１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３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４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５までのいずれか１項記載の方法。
7. 工具半型の開閉運動を水平方向で行う、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
8. シート材料を、２００℃未満の温度に予熱する、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。

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