JP4895114B2 - 発泡ウレタン成形品のトリミング装置及びトリミング方法 - Google Patents

Description

本発明は、硬質樹脂からなる芯材と軟質の表皮材との間に発泡ウレタン樹脂を注入して発泡成形された発泡ウレタン成形品の、少なくとも芯材と表皮材を含むバリを切除するトリミング装置及びトリミング方法に関する。

例えば自動車の内装パネルは、軟質で触感のよい表皮層と、硬質樹脂からなり形状を規定する芯材と、表皮層と芯材との間に介在された発泡ウレタン層と、から構成されている。この内装パネルは、各層を積層して接合する方法で製造される場合もあるが、近年では、芯材と表皮材とを発泡成形型内に配置し、芯材と表皮材との間で発泡成形する製造方法が多用されている。

この製造方法によれば、発泡ウレタン樹脂を用いて発泡成形することで、形成された発泡ウレタン層は芯材と表皮材とに一体的に接合される。したがって積層と接合の工程を省くことができ、生産性が高い。

ところで成形型を用いた成形においては、成形品にバリの発生が避けられず、成形後にバリを切除するトリミング工程が必要となる。ブロー成形、射出成形などの一般的な成形方法では、バリの厚さは薄いものであり、切断刃、熱刃などを用いてトリミングを容易に行うことができる。例えば特開2003−001639号公報には、ロボットに保持された切断刃によってステアリングホイールのような複雑な形状の成形品をトリミングする方法が記載されている。また特開平04−224912号公報には、薄肉で軟質のバリを冷却硬化させた後に切除具で切除する方法が記載されている。

ところが上記した内装パネルなどの一体発泡成形方法においては、表皮材と芯材との間から発泡ウレタン樹脂が漏れるのを規制するために、周縁部で表皮材と芯材とを重ねた状態で一対の金型で挟持して発泡成形している。そのため成形品の周縁部には、少なくとも表皮材と芯材とからなるバリが発生することが避けられない。しかし芯材は一般に硬質樹脂からなり、その厚さは一般に厚いため、芯材を含むバリをトリミングで切除するのは容易ではない。

そのため従来は、ノズルから噴出する超高圧の水を用いたいわゆるＷＴＳ（Water Trimming System ）にてバリのトリミングを行っている。しかしＷＴＳでは、切除屑が水を含むためその処理工数が多大となり、設備スペースが大きくなる、装置に錆が発生する、作業環境が悪い、などの問題があった。また熱刃を用いて溶断するトリミング方法もあるが、ヒータ使用による電気料が高い、切断面に焼け焦げや返りバリが発生する、などの不具合がある。

そこで超音波カッターを用いることが想起された。例えば特開平07−241936号公報には、ゴルフボールなどの球状成形体のバリを超音波カッターを用いてトリミングする方法が記載されている。しかし超音波カッターのカッター刃は強度が十分ではないため、ゴルフボールのバリなど軟質で肉厚が薄いバリの切除には十分であるが、内装パネルの芯材など硬質で肉厚が厚いバリの切除に用いることは想定されていない。また内装パネルなどは複雑な三次元立体構造であり、そのトリミングはロボットを用いて行うことが望ましい。しかしロボットハンドに超音波カッターを保持してトリミングを行う場合には、切断時の抵抗によってカッター刃曲がりの不具合が早期に発生し、切断精度面で問題が発生することが想定される。
特開2003−001639号 特開平04−224912号 特開平07−241936号

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、超音波カッターを用いて精度高くバリを切除できるようにすることを解決すべき課題とする。

上記課題を解決する本発明のトリミング装置の特徴は、硬質樹脂からなる芯材と軟質の表皮材とを金型内に配置し、芯材と表皮材との間に発泡ウレタン樹脂を注入して発泡成形された発泡ウレタン成形品の、少なくとも芯材と表皮材を含むバリを切除するトリミング装置であって、
超音波の印加による振動で切断する超音波カッターと、超音波カッターを保持する多関節ロボットと、超音波カッターのカッター刃の変形量を検出する変形量検出手段と、変形量検出手段で検出された変形量が許容値を超えた場合に信号を出力する出力手段と、を備えたことにある。

またもう一つの発明のトリミング装置の特徴は、超音波の印加による振動で切断する超音波カッターと、超音波カッターを保持する多関節ロボットと、切断中に超音波カッターのカッター刃の直後方の既切断部にエアを吹き付けて冷却するエアブロー装置と、を備えたことにある。

そして本発明のトリミング方法の特徴は、硬質樹脂からなる芯材と軟質の表皮材とを金型内に配置し、芯材と表皮材との間に発泡ウレタン樹脂を注入して発泡成形された発泡ウレタン成形品の、少なくとも芯材と表皮材を含むバリを切除するトリミング方法であって、
多間接ロボットのハンドに超音波カッターを保持し、被切断部の全長を切断する１サイクルの間に少なくとも一度は超音波カッターのカッター刃の変形量を測定し、変形量の程度が許容値を超えた場合の出力信号によってカッター刃を良品に交換することにある。

さらにもう一つの発明のトリミング方法の特徴は、多間接ロボットのハンドに超音波カッターを保持し、被切断部を切断中に超音波カッターのカッター刃の直後方の既切断部にエアを吹き付けて冷却することにある。

本発明のトリミング装置によれば、超音波カッターのカッター刃の変形量が許容値を超えると、出力手段が信号を出力する。したがってカッター刃が限度以上に曲がり変形する前に使用を中止することができるので、トリミング精度が低下するのを未然に防止することができる。そして本発明のトリミング方法によれば、被切断部の全長を切断する１サイクルの間に少なくとも一度はカッター刃の変形量を測定し、変形量の程度が許容値を超えた場合の出力信号によってカッター刃を良品に交換するので、少なくとも次のサイクルには精度高いトリミングを行うことができる。

またもう一つの発明のトリミング装置及びトリミング方法によれば、被切断部を切断中にエアブロー装置によってカッター刃の直後方の既切断部にエアが吹き付けられる。すなわちエアによって冷却されるので、既切断部の切断面どうしが融着するのが防止され、精度高いトリミングを行うことができる。

本発明トリミング装置及びトリミング方法は、硬質樹脂からなる芯材と軟質の表皮材とを金型内に配置し、芯材と表皮材との間に発泡ウレタン樹脂を注入して発泡成形された発泡ウレタン成形品の、少なくとも芯材と表皮材を含むバリを切除するのに用いられる。芯材は、ＰＰ、ＰＥ、ＰＡ、ＰＥＴ、ＡＢＳなどの硬質樹脂から形成され、その肉厚は 0.8〜 3.0mmのものを用いることができる。また表皮材は、塩ビ、熱可塑性エラストマなどの軟質樹脂から形成され、その肉厚は特に制限されないが、一般には 0.6〜 2.0mmのものが用いられる。バリには、発泡ウレタンが含まれていてもよい。

超音波カッターは、電気エネルギーを超音波振動に変換し、この超音波振動をカッター刃に伝達して、カッター刃の振動によりカッター刃とバリとの間に生じる摩擦熱で芯材及び表皮材を切断する。また振動による機械エネルギーによって、発泡ウレタンを物理的に切断する。この超音波カッターは、ＰＺＴ電歪振動子などの振動子にカッター刃を交換可能に取り付けた市販のものを用いることができる。また多関節ロボットも、市販の一般的なものを用いることができる。

変形量検出手段は、超音波カッターのカッター刃の変形量を検出するものであり、ダイヤルゲージなど各種ゲージを用いることができる。この変形量検出手段による変形量の検出は、被切断部の全長を切断する１サイクルの間に少なくとも一度は行う。例えばロボットのリセット位置で、超音波カッターのカッター刃に向かってダイヤルゲージなどを進退させ、カッター刃の変形量を検出する。そして変形量の程度が許容値を超えた場合に、超音波カッターを良品に交換する。これにより次のサイクルのトリミングを精度高く行うことができ、トリミング不良を防止できる。また一つのカッター刃を最大限に利用することができ、無駄がない。

出力手段は、変形量検出手段で検出された変形量が許容値を超えた場合に信号を出力する手段である。出力された信号によって、ランプを点灯させる、あるいは警告音を鳴らす、などの知覚手段を駆動するとともに、ロボットの駆動を停止することが望ましい。これによりトリミング精度が低下するのを未然に確実に防止できるとともに、カッター刃が変形したことを確実に知覚することができ、交換忘れを防止できる。

本発明のトリミング装置及びトリミング方法においては、切断中に被切断部からカッター刃へ作用する負荷を検出する負荷検出手段を備え、負荷検出手段で検出された負荷が所定値を超える前にカッター刃を被切断部から抜き、次いで再び被切断部に差し込んで切断を続行するように多関節ロボットを制御することが望ましい。負荷検出は、トリミングの最中に自動で検出して、自動でカッター刃の抜き差しを行ってもよいが、予めテストトリミングでカッター刃にかかる負荷状況を負荷検出手段により検出しておき、負荷が高い部位のカッター刃の抜き差しを多関節ロボットにプログラミングしておいてもよい。カッター刃を被切断部から抜くことで、被切断部からカッター刃に作用していた応力が解消されリセットされる。したがってカッター刃の永久変形が未然に防止され、再び被切断部に差し込んで切断する際には切断方向を正規の方向とすることができるので、トリミング精度がさらに向上する。

本発明のトリミング方法においては、基準切断ラインに対するカッター刃の進行方向の角度が基準切断ラインに対して一方向へ鋭角で交差する角度で切断し、５〜30mm切断した後に基準切断ラインに対して一方向と反対側の他方向へ鋭角で交差する角度で切断し、５〜30mmの切断長さ毎に一方向と他方向とを切り換えるようにしてもよい。このように千鳥状に切断することで、被切断部から作用する応力によるカッター刃の変形方向を平均化することができ、カッター刃の寿命を長くすることができる場合もある。

またもう一つの発明のトリミング装置及びトリミング方法では、被切断部を切断中にエアブロー装置によってカッター刃の直後方の既切断部にエアが吹き付けられる。すなわちエアによって溶融樹脂が冷却固化されるため、既切断部の切断面どうしが融着するのが防止され、精度高いトリミングを行うことができる。

以下、実施例により本発明を具体的に説明する。

本実施例でトリミングされるワーク 100は自動車のドアパネルであり、図２に示すように、ＰＰからなる厚さ 2.0mmの芯材 101と、熱可塑性エラストマからなる表皮材 102と、芯材 101と表皮材 102との間を充填する発泡ウレタン成形体 103とから構成されている。このワーク 100は、先ず芯材 101と表皮材 102とを一対の金型 200、 201の型面に沿うように配置し、芯材 101及び表皮材 102の周縁部を金型 200、 201で挟持する。その後、図示しない注入口から所定量の発泡ウレタン樹脂を注入して発泡させることで、発泡ウレタン成形体 103を形成する。このとき、芯材 101及び表皮材 102の周縁部は金型 200、 201で挟持されているので、発泡ウレタン樹脂の漏れが防止される。

しかし製品形状としては、金型 200、 201で挟持された部位は不要であり、発泡成形後に図２のＬ−Ｌラインで周縁部を切除するトリミングを行う必要がある。

図１に本実施例のトリミング装置を示す。このトリミング装置は、多関節ロボット１と、そのロボットハンド10に装着された超音波カッター２と、ダイヤルゲージ３と、から構成されている。

超音波カッター２は、図３に示すように、ＰＺＴ電歪振動子を内蔵するケース20と、振動子から延びるホルダー21と、ホルダー21に交換可能に保持されたカッター刃22とからなり、ケース20内の振動子は発振器23に接続されている。カッター刃22は、振動振幅が最大70μｍ、振動数22,000回／秒でその長手方向に超音波振動する。

ロボットハンド10からは、ノズル４がカッター刃22に向かって延びている。ノズル４はエアコンプレッサ40に接続され、ノズル４の先端がカッター刃22の進行方向でカッター刃22の直後方に位置している。

ダイヤルゲージ３は、図４に示すように、多関節ロボット１のリセット位置でカッター刃22に対向する位置に設置されている。ダイヤルゲージ３から延びる検出ロッド30には寸法判別センサ31が取り付けられ、検出ロッド30の移動寸法を精度よく検出可能とされている。ダイヤルゲージ３及び寸法判別センサ31は、Ｘ−Ｙステージ32に保持され、検出ロッド30の先端位置を調整可能とされている。

本実施例では、カッター刃22がワーク 100の周縁部の全周を切断し終えた毎に、多関節ロボット１はリセット位置に戻って停止するようにティーチングされている。このリセット位置では、カッター刃22は表面が検出ロッド30の先端に対向する位置にあり、検出ロッド30はカッター刃22の表面に向かって進出される。検出ロッド30は、先端がカッター刃22の表面に当接するまで進出され、その時の寸法判別センサ31の出力信号が制御装置33に入力される。制御装置33は寸法判別センサ31の出力信号を解析し、検出ロッド30の進出長さを検出する。

制御装置33には、新品（良品）のカッター刃22の場合における検出ロッド30の進出長さが基準値として記憶され、制御装置33は現実の検出ロッド30の進出長さと基準値との差を測定する。この差が所定値を超えると、カッター刃22の変形量が許容値を超えたと判定され、制御装置33は警告ランプ５を点灯する。すなわち制御装置33が本発明にいう出力手段を構成している。

警告ランプ５の点灯を受けて、作業者はカッター刃22を新品に交換する。これによりトリミングの次のサイクルにおいて変形したカッター刃22が使用されるのが防止されるので、トリミング不良が未然に防止され精度高いトリミングを行うことができる。

次に、多関節ロボット１のティーチングに関して説明する。

先ずリセット位置において多関節ロボット１が駆動され、カッター刃22は超音波振動しながらワーク 100の所定位置に所定深さで差し込まれる。そして図５に示すように、カッター刃22をワーク 100の周縁部に沿って所定距離移動させると、カッター刃22の進行を停止しカッター刃22を一旦ワーク 100から引き抜いて極めて短時間保持し、再びワーク 100の切断部に差し込む。続いてカッター刃22をワーク 100の周縁部に沿って進行方向に所定距離移動させ、同様にカッター刃22を一旦ワーク 100から引き抜いた後に再びワーク 100の切断部に差し込む。これを繰り返しながら多関節ロボット１はワーク 100の全周をトリミングし、再びリセット位置に戻って停止する。停止後に、上記したダイヤルゲージ３によるカッター刃22の変形量が測定される。

一度に連続して切断するカッター刃22の移動距離、すなわちカッター刃22の引き抜き位置から次の引き抜き位置までの距離は、ワーク 100からカッター刃22へ作用する応力に応じて調整される。例えば芯材 101が存在せずに表皮材 102のみをトリミングする場合は、作用する応力が小さいので距離を長くする。また曲線部を切断する場合には、作用する応力が大きいので距離を短くする。このように調整することで、精度高いトリミングが可能となるとともに、カッター刃22に大きな応力が作用するのが防止でき、カッター刃22の交換までの寿命を長くすることができる。したがって生産性が向上する。

なお、本実施例のトリミング装置においてカッター刃22への応力が緩和されない場合は、カッター刃22の切断角度が千鳥状に変化するようにティーチングしてもよい。すなわち図６に示すように、基準切断ラインに対するカッター刃22の進行方向の角度が基準切断ラインに対して一方向へ鋭角で交差する角度で切断し、５〜30mm切断した後に基準切断ラインに対して一方向と反対側の他方向へ鋭角で交差する角度で切断し、５〜30mmの切断長さ毎に一方向と他方向とを切り換えるように多関節ロボットの動きを制御する。

このように千鳥状に切断することにより、ワーク 100から作用する応力によるカッター刃22の変形方向を平均化することができ、カッター刃22の寿命をさらに長くすることができる場合がある。

また多関節ロボット１の駆動中には、ノズル４からエアが常に吹き出されている。ノズル４の開口は、カッター刃22の進行方向に対してカッター刃22の直後方に位置して、ワーク 100の表面に対向している。すなわちノズル４の開口は、カッター刃22によって切断された既切断部に対向している。したがってノズル４から吹き出されるエアによって、既切断部が切断直後に冷却されるため、既切断部の切断面どうしが融着するのが防止される。

本発明の一実施例に係るトリミング装置の側面図である。 本発明の一実施例に係るトリミング装置でトリミングされるワークを発泡成形後の脱型前の状態で金型とともに示す要部断面図である。 本発明の一実施例に係るトリミング装置の要部拡大説明図である。 本発明の一実施例に係るトリミング装置の要部拡大説明図である。 本発明の一実施例に係るトリミング方法におけるティーチング内容を示し、時間とカッター刃の差し込み深さとの関係を示すタイムチャートである。 本発明の一実施例に係るトリミング方法におけるティーチング内容を示し、基準切断ラインに対する現実の切断ラインを示す説明図である。

符号の説明

１：多関節ロボット ２：超音波カッター
３：ダイヤルゲージ（変形量検出手段）
４：ノズル ５：警告ランプ
22：カッター刃 30：検出ロッド

Claims (6)

1. 硬質樹脂からなる芯材と軟質の表皮材とを金型内に配置し、該芯材と該表皮材との間に発泡ウレタン樹脂を注入して発泡成形された発泡ウレタン成形品の、少なくとも該芯材と該表皮材を含むバリを切除するトリミング装置であって、
   超音波の印加による振動で切断する超音波カッターと、
   該超音波カッターを保持する多関節ロボットと、
   該超音波カッターのカッター刃の変形量を検出する変形量検出手段と、
   該変形量検出手段で検出された該変形量が許容値を超えた場合に信号を出力する出力手段と、を備えたことを特徴とするトリミング装置。
2. 切断中に被切断部から前記カッター刃へ作用する負荷を検出する負荷検出手段を備え、該負荷検出手段で検出された負荷が所定値を超える前に前記カッター刃を該被切断部から抜き、次いで再び該被切断部に差し込んで切断を続行するように前記多関節ロボットを制御する請求項１に記載のトリミング装置。
3. 硬質樹脂からなる芯材と軟質の表皮材とを金型内に配置し、該芯材と該表皮材との間に発泡ウレタン樹脂を注入して発泡成形された発泡ウレタン成形品の、少なくとも該芯材と該表皮材を含むバリを切除するトリミング装置であって、
   超音波の印加による振動で切断する超音波カッターと、
   該超音波カッターを保持する多関節ロボットと、
   切断中に該超音波カッターのカッター刃の直後方の既切断部にエアを吹き付けて冷却するエアブロー装置と、を備えたことを特徴とするトリミング装置。
4. 硬質樹脂からなる芯材と軟質の表皮材とを金型内に配置し、該芯材と該表皮材との間に発泡ウレタン樹脂を注入して発泡成形された発泡ウレタン成形品の、少なくとも該芯材と該表皮材を含むバリを切除するトリミング方法であって、
   多間接ロボットのハンドに超音波カッターを保持し、被切断部の全長を切断する１サイクルの間に少なくとも一度は該超音波カッターのカッター刃の変形量を測定し、該変形量の程度が許容値を超えた場合の出力信号によって該カッター刃を良品に交換することを特徴とするトリミング方法。
5. 切断中に前記被切断部から作用する前記カッター刃への負荷が所定値を超える前に、前記カッター刃を前記被切断部から抜き、次いで再び前記被切断部に差し込んで切断を続行する請求項４に記載のトリミング方法。
6. 硬質樹脂からなる芯材と軟質の表皮材とを金型内に配置し、該芯材と該表皮材との間に発泡ウレタン樹脂を注入して発泡成形された発泡ウレタン成形品の、少なくとも該芯材と該表皮材を含むバリを切除するトリミング方法であって、
   多間接ロボットのハンドに超音波カッターを保持し、被切断部を切断中に該超音波カッターのカッター刃の直後方の既切断部にエアを吹き付けて冷却することを特徴とするトリミング方法。

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