JP5124181B2 - 注入ガン - Google Patents

Description

本発明は、塗料およびエアを吐出する注入ガン、及びこの注入ガンを使用したインモールドコート方法に関する。詳しくは、インモールドコート装置において、塗料およびエアを吐出する注入ガン、及びこの注入ガンを使用したインモールドコート方法に関する。

例えば、自動車の車体は、いわゆる静電塗装により塗装される。この静電塗装では、導電性の車体を陰極にし、かつ、塗料タンクを陽極にした状態で、車体を塗料に浸すことで、電気泳動により車体の表面に塗膜を形成する。ここで、自動車の車種によっては、例えばテールゲートなどの部品を樹脂製とする場合がある。この場合、この部品を静電塗装することになるが、樹脂は非導電性であるため、この部品の意匠面に塗料を電着させるための導電性の材料膜を形成する必要がある。

このような材料膜は、従来より、インモールドコーティング（ＩＭＣ）法により形成される。このＩＭＣ法とは、製品形状のキャビティを有する金型に樹脂を射出成形した後、この射出成形品の意匠面に材料膜を形成する方法であり、金型に樹脂を充填し製品形状に射出成形する射出工程と、この金型内に塗料を注入し射出成形品の意匠面に塗膜を形成する型内塗装工程とを有する。

具体的には、この射出工程では、まず、可動型を固定型に型締めして、可動型と固定型との間に製品形状のキャビティを形成する。次に、このキャビティ内に熱可塑性樹脂を所定の射出圧力で射出し、樹脂を硬化させ製品形状に成形する。
次に、型内塗装工程では、まず、可動型をコアバックして、樹脂と固定型の型面との間にクリアランスを形成する。次に、固定型に設けられた注入ガンで、このクリアランスに塗料を注入した後、可動型を固定型に再び型締めし、この塗料を硬化させる。次に、可動型を固定型から離間し、成形品を取り出す。
以上のようにして、射出成形品の表面に塗膜を形成する。

しかしながら、上述の型内塗装工程のように、可動型をコアバックして微小なクリアランスを形成するには、この可動型を高い精度で移動させるための設備が必要となる。
そこで、可動型をコアバックさせることなく射出成形品の表面に塗膜を形成できる塗装方法が提案されている（特許文献１参照）。

まず、キャビティに樹脂を充填することにより、射出圧力、すなわち保圧を、通常の射出成形における保圧に比して低くした状態で射出成形する。ここで保圧とは、樹脂の温度が低下する際の樹脂の凝固収縮を担保する２次射出の圧力を示し、略ゼロが好ましい。
次に、キャビティ内に圧縮ガスを供給することにより、樹脂の意匠面と型面との間にクリアランスを形成する。次に、このクリアランスに塗料を供給することにより、樹脂の表面に塗膜を形成する。

ここで、特許文献１に示された塗装方法では、以下のような射出成形装置が用いられる。
すなわち、射出成形装置は、固定型および可動型を有し、これら金型の一方には、キャビティに連通する注入路が形成され、この注入路から、圧縮ガスまたは塗料が選択的に吐出される。
特開２００２−２１９７３２号公報

しかしながら、この特許文献１には、圧縮ガスと塗料とを選択的に吐出させるための注入ガンの機構については具体的に開示されていない。
また、塗料の硬化を防止するため、塗料を常に循環させておく必要がある。このため、塗料を循環させつつ、この塗料と圧縮ガスとを選択的に吐出できる注入ガンの開発が望まれていた。

本発明は、塗料を循環させつつ、この塗料とエアとを選択的に吐出できる注入ガンを提供することを目的とする。

本発明の注入ガンは、金型で構成されたキャビティ内へ塗料およびガス（例えば、後述のエア）を選択的に吐出する注入ガン（例えば、後述の注入ガン６０）であって、前記キャビティ内に臨む円筒状のガン本体（例えば、後述のガン本体６１）と、このガン本体の内部に摺動可能に設けられた円筒状の塗料シャフト（例えば、後述の塗料シャフト６２）と、この塗料シャフトの内部に摺動可能に設けられたガスシャフト（例えば、後述のエアシャフト６３）と、を備え、前記塗料シャフトの摺動動作及び前記ガスシャフトの摺動動作を制御する制御手段（例えば、後述の制御装置８０）が接続され、前記ガン本体には、塗料が流通する塗料供給路（例えば、後述の塗料供給路６１１）および塗料排出路（例えば、後述の塗料排出路６１２）が貫通して形成され、前記ガン本体および前記塗料シャフトには、ガスが流通するガス供給路（例えば、後述のエア供給路６１４およびエア供給路６２２）が貫通して形成され、前記塗料シャフトの外周面には、当該塗料シャフトの先端が前記ガン本体の先端まで前進した状態で、前記塗料供給路の貫通位置から前記塗料排出路の貫通位置に至る凹部（例えば、後述の凹部６２３）が形成されていることを特徴とする。

この発明によれば、塗料もガスも吐出しない場合には、塗料シャフトおよびガスシャフトの先端を、ガン本体の先端まで前進させておく。この状態では、塗料を塗料供給路に供給しても、この塗料は、塗料供給路、凹部、塗料排出路を通って循環するので、塗料が硬化するのを防止できる。
この状態から、ガスを吐出する場合には、塗料シャフトを後退させずに、ガスシャフトのみを後退させる。ガス供給路は塗料シャフトの内壁面に到達しているので、ガスシャフトをガス供給路の貫通位置よりも後退させると、ガスは、ガス供給路から塗料シャフトの内部を通って、ガン本体の先端から吐出される。

一方、塗料を吐出する場合には、塗料シャフトおよびガスシャフトを後退させる。塗料供給路および塗料排出路はガン本体の内壁面に到達しているので、塗料シャフトを塗料供給路の貫通位置よりも後退させると、凹部が塗料供給路の貫通位置からずれて、塗料は、塗料供給路からガン本体の内部を通って、ガン本体の先端から吐出される。
以上のように、この発明によれば、塗料シャフトおよびガスシャフトを進退させることにより、塗料またはガスを選択的に吐出させることができる。

本発明のインモールドコート方法は、注入ガンを用いて成形品の表面に皮膜を形成するインモールドコート方法であって、前記キャビティ内に溶融した熱可塑性の樹脂を供給する供給工程と、前記供給工程により供給された樹脂が完全に凝固する前に、前記注入ガンとして上記注入ガンを用いて、前記キャビティ内にガスを吐出し、前記金型の型面と樹脂の表面との間に空隙を形成するとともに、樹脂の裏面側を前記金型の型面に密着させるガス吐出工程と、前記注入ガンを用いて、前記ガス吐出工程で形成された空隙に塗料を吐出し、樹脂の表面に皮膜を形成するインモールド工程と、を含む。

この発明によれば、ガス吐出工程において、溶融樹脂が完全に凝固する前に、注入ガンでキャビティ内にガスを吐出し、金型の型面と樹脂の表面との間に空隙を形成するとともに、樹脂の裏面側の前記金型の型面に密着させる。さらに、インモールド工程において、ガス吐出工程で形成された空隙に注入ガンで塗料を吐出し、樹脂の表面に皮膜を形成した。これにより、成形品の裏面にひけが発生するのを抑制しつつ、塗料で皮膜を形成することで成形品の表面にひけが露出するのを防止できる。また、ここで、塗料シャフトおよびガスシャフトを進退させることで、塗料またはガスを選択的に吐出できる注入ガンを使用することにより、成形品の製造にかかるサイクルタイムを低減できる。

本発明の注入ガンによれば、塗料を循環させることができると共に、塗料シャフトおよびガスシャフトを進退させることで、この塗料またはガスを選択的に吐出させることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るインモールドコート装置１０の概略構成を示す図である。
インモールドコート装置１０は、製品形状のキャビティを有する金型２０と、この金型２０のキャビティ内に溶融樹脂を供給する射出装置３０と、金型２０のキャビティ内にエアおよび塗料を注入する注入装置５０とを備え、樹脂および塗料による２層成形を行う。

図２は、金型２０の構成を示す断面図である。
金型２０は、固定型２１と、この固定型２１に対して進退可能な可動型２２とを含んで構成される。これら固定型２１および可動型２２の間には、製品形状をかたどったキャビティＣが形成される。ここで、可動型２２のキャビティＣを形成する型面２２３は、成形品の表側の面、すなわち意匠面に対応し、固定型２１のキャビティＣを形成する型面２１３は、成形品の裏側の面に対応する。

固定型２１には、射出装置３０に連結されて該射出装置３０から供給された溶融樹脂を、キャビティＣ内に導入する樹脂供給路２１５が、複数形成されている。各樹脂供給路２１５には、それぞれ、樹脂供給路２１５を開閉するバルブゲート（図示せず）が設けられている。射出装置３０から供給されてキャビティＣ内に射出される溶融樹脂の量は、これらバルブゲートを開閉することにより調整可能となっている。また、樹脂供給路２１５に溶融樹脂を供給するスクリューフィーダ（図示せず）が、各樹脂供給路２１５の上流側に設けられている。射出装置３０から供給されてキャビティＣ内に射出される溶融樹脂の単位時間当たりの充填量は、これらスクリューフィーダの速度を、増減することにより調整可能となっている。

可動型２２には、注入装置５０からキャビティＣ内にエアおよび塗料を注入するための貫通孔が形成されている。この貫通孔には、注入装置５０の後述の注入ガン６０が設けられている。
また、これら固定型２１および可動型２２には、それぞれ、ヒータが設けられており、固定型２１および可動型２２の温度を独立して調整することが可能となっている。

図１に戻って、射出装置３０は、熱可塑性樹脂材料が投入されるホッパ３１と、このホッパ３１内の樹脂材料を混練しながら固定型２１内へ押し出すスクリュー３２と、上述のバルブゲートを開閉制御するバルブゲートコントローラ３３と、を備える。

スクリュー３２の先端部は固定型２１に連結されており、このスクリュー３２により押し出された溶融樹脂は、固定型２１の各樹脂供給路２１５に供給されるようになっている。上述のように、このスクリュー３２により押し出された溶融樹脂において、これらスクリュー３２の速度を増減することにより、単位時間当たりの充填量が調整可能となっている。

バルブゲートコントローラ３３は、スクリュー３２の押し出し量、および、キャビティＣ内の圧力などに応じて、固定型２１内の各バルブゲートを開閉制御し、キャビティＣ内に射出する溶融樹脂の量を調整する。また、このバルブゲートコントローラ３３は、固定型２１内の各バルブゲートを独立して開閉制御することが可能となっている。また、スクリュー３２の押し出し量、すなわちスクリュー３２の進退ストローク量をセンシングすることで、キャビティＣ内に射出する溶融樹脂の量を把握できる。

注入装置５０は、エアおよび塗料を金型２０内のキャビティＣに注入する注入ガン６０と、この注入ガン６０にエアおよび塗料を供給する供給装置７０と、これら注入ガン６０および供給装置７０を制御する制御装置８０とを含んで構成される。

供給装置７０は、注入ガン６０に塗料を供給するポンプ７２および計量シリンダ７３と、注入ガン６０にエアを供給するコンプレッサ７４と、注入ガン６０に冷却水を供給するチラー７５と、を備える。

ポンプ７２は、塗料タンクに貯留された塗料を汲み上げて計量シリンダ７３に圧送する。計量シリンダ７３は、ポンプ７２により圧送された塗料を所定量だけ計量し、この計量された塗料を、塗料供給管７６を介して注入ガン６０に供給する。
また、注入ガン６０から排出された塗料は、塗料排出管７７を介してポンプ７２に帰還される。これにより、計量シリンダ７３により計量された塗料は、計量シリンダ７３、塗料供給管７６、注入ガン６０、塗料排出管７７、およびポンプ７２を循環する。

コンプレッサ７４は、エアを圧縮し、この圧縮したエアを、エア供給管７９を介して注入ガン６０に供給する。
チラー７５は、冷却水を所定の冷却温度に保ちつつ、この冷却水を冷却水配管７８を介して、注入ガン６０の後述のガン本体６１に形成された冷却水循環路に流通させ、注入ガン６０を冷却する。

次に、図３から図６を参照して、注入ガン６０の構成について説明する。
図３は、注入ガン６０の構成を示す断面図であり、図４は、注入ガン６０の構成を示す正面図である。

注入ガン６０は、ガン本体６１と、塗料シャフト６２と、エアシャフト６３とを備え、供給装置７０から供給されたエアおよび塗料を選択的に吐出する。

ガン本体６１は、略円筒状であり、その内部には、塗料シャフト６２およびエアシャフト６３が収納される。このガン本体６１には、塗料が流通する塗料供給路６１１および塗料排出路６１２が貫通して形成されている。これら塗料供給路６１１および塗料排出路６１２には、それぞれ、供給装置７０の塗料供給管７６および塗料排出管７７が連結されている。

ガン本体６１には、エアが流通するエア供給路６１４が貫通して形成されている。このエア供給路６１４には、供給装置７０のエア供給管７９が連結されている。また、このガン本体６１には、冷却水が流通する冷却水循環路（図示せず）が形成されている。この冷却水循環路は、供給装置７０の冷却水配管７８に連結されている。

ガン本体６１の先端部は、塗料供給管７６から供給された塗料、および、エア供給管７９から供給されたエアを吐出する吐出部６１６となっている。また、このガン本体６１の内部には、塗料シャフト６２の後述の第１ピストン６２１が摺動する第１シリンダ６１８が形成されている。

塗料シャフト６２は、円筒状であり、ガン本体６１の内部に摺動可能に設けられている。この塗料シャフト６２には、エアが流通するエア供給路６２２が貫通して形成されている。また、塗料シャフト６２の外周面には、塗料供給路６１１の貫通位置から塗料排出路６１２の貫通位置に至る凹部６２３が形成されている。また、この塗料シャフト６２の先端部には、エアシャフト６３の外径よりも小さい内径を有するエア吐出孔６２６が形成されている。

この塗料シャフト６２の基端側には、略円筒状の基部６２４を介して、第１ピストン６２１が設けられている。また、この基部６２４の内部には、エアシャフト６３の後述の第２ピストン６３１が摺動する第２シリンダ６２５が形成されている。

ここで、第１ピストン６２１をガン本体６１の先端側に前進させた状態では、塗料シャフト６２の先端面は、ガン本体６１の吐出部６１６の先端面と略面一になる。この状態では、ガン本体６１の塗料供給路６１１と塗料排出路６１２は、凹部６２３を介して連通し、塗料の循環流路を形成する。

エアシャフト６３は、略棒状であり、塗料シャフト６２の内部に摺動可能に設けられている。エアシャフト６３の基端側には、第２ピストン６３１が設けられている。ここで、上述のように、塗料シャフト６２のエア吐出孔６２６の内径は、エアシャフト６３の外径よりも小さくなっている。これにより、エアシャフト６３をガン本体６１の先端側に前進させた状態では、エア吐出孔６２６はエアシャフト６３の先端部により塞がれた状態となる。

以上のように構成された注入ガン６０の動作について説明する。
図５は、注入ガン６０のエア吐出時における構成を示す断面図であり、図６は、注入ガン６０の塗料吐出時における構成を示す断面図である。

注入ガン６０でエアを吐出させる場合には、図５に示すように、まず、第１ピストン６２１をガン本体６１の先端側に前進させて、塗料を塗料供給路６１１、凹部６２３、および塗料排出路６１２を循環させる。次に、第２ピストン６３１をガン本体６１の基端側へ退避させる。すると、ガン本体６１のエア供給路６１４、および、塗料シャフト６２のエア供給路６２２を介して、塗料シャフト６２の内部に充填されたエアが、塗料シャフト６２のエア吐出孔６２６から吐出される。

注入ガン６０で塗料を吐出させる場合には、図６に示すように、まず、第２ピストン６３１をガン本体６１の先端側へ前進させ、エア吐出孔６２６を塞ぐ。次に、第１ピストン６２１を、ガン本体６１の基端側へ退避させ、塗料シャフト６２の先端面を、ガン本体６１の塗料供給路６１１の貫通位置よりも、塗料排出路６１２側へ埋没させる。すると、塗料供給路６１１が露出し、塗料は、ガン本体６１の内部を通って、吐出部６１６から吐出される。

以上のようして、第１ピストン６２１および第２ピストン６３１を進退させて、塗料シャフト６２およびエアシャフト６３を進退させることにより、塗料またはエアを選択的に吐出させることができる。

また、これら塗料シャフト６２の第１ピストン６２１、および、エアシャフト６３の第２ピストン６３１の進退は、制御装置８０（図１参照）により制御可能となっている。具体的には、これら第１ピストン６２１および第２ピストン６３１には、制御装置８０に駆動可能に接続された図示しないアクチュエータが連結されており、これにより、塗料シャフト６２およびエアシャフト６３を進退制御可能となっている。

次に、図７から図１０を参照して、以上のように構成されたインモールドコート装置１０により、樹脂および塗料を２層成形する工程について説明する。

まず、図７に示すように、可動型２２を固定型２１に当接させて、これら可動型２２および固定型２１を図示しない型締め装置で型締めし、キャビティＣを形成する。
次に、射出装置３０を制御して溶融樹脂をキャビティＣ内に射出充填する。この溶融樹脂を射出する工程では、キャビティＣの容積よりも少ない量の樹脂を射出する。つまり、保圧を略ゼロとする。これにより、後に塗膜を形成するために必要な空隙の確保を容易にする。
また、この溶融樹脂を射出する工程では、可動型２２の温度を、固定型２１の温度よりも低い状態にする。本実施形態では、例えば、可動型２２の温度を１００℃とし、固定型２１の温度を１２０℃とする。このようにして可動型２２の温度を固定型２１の温度よりも低くすることにより、溶融樹脂の可動型２２側、すなわち意匠面側の凝固を促進させる。

次に、図８に示すように、注入ガン６０からエアを吐出させて、溶融樹脂の意匠面側と、可動型２２の型面２２３との間に空隙２５を形成すると共に、キャビティＣ内の溶融樹脂を固定型２１の型面２１３に密着させる。ここで、溶融樹脂を固定型２１の型面２１３に密着させることにより、製品の裏面にひけが生じるのを防止できる。
次に、可動型２２および固定型２１の温度を所定の冷却温度まで低下させ、溶融樹脂を冷却する。ここで、製品の裏面に密着した溶融樹脂が冷却されて固化する際、その意匠面側には空間が形成されるので、塗料を充填して完成した成形品を軽量化できる。

次に、図９に示すように、可動型２２と固定型２１とを型締めしたまま、注入ガン６０からキャビティＣ内に塗料を吐出し、上記の工程で形成された空隙２５に塗料を充填する。これにより、製品の意匠面にはひけのない塗膜が形成される。
次に、図１０に示すように、所定の冷却工程を行い、塗料を硬化させた後、可動型２２を固定型２１から離間し、樹脂と塗料で２層成形された製品を脱型する。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良などは本発明に含まれるものである。

上記実施形態では、固定型２１に樹脂供給路２１５を設けた例を示したが、これに限らず、可動型に樹脂供給路を設けてもよい。

また、上記実施形態では、製品の意匠面側となる可動型２２の温度を、製品の裏面側となる固定型２１の温度より低くすることで型内の樹脂に温度差を設けたが、これに限らない。例えば、２つの型を略等しい温度にしつつ、離型効果が高い比較的低温のエアを一方の型側から吐出することで、型内の樹脂に温度差を設けてもよい。また、例えば、比較的高温のエアを吐出してもよい。

本発明の一実施形態に係るインモールドコート装置１０の概略構成を示す図である。 前記実施形態に係る金型の構成を示す断面図である。 前記実施形態に係る注入ガンの構成を示す断面図である。 前記実施形態に係る注入ガンの構成を示す正面図である 前記実施形態に係る注入ガンのエア吐出時における構成を示す断面図である。 前記実施形態に係る注入ガンの塗料吐出時における構成を示す断面図である。 前記実施形態に係る金型の断面を示す図である。 前記実施形態に係る金型の断面を示す図である。 前記実施形態に係る金型の断面を示す図である。 前記実施形態に係る金型の断面を示す図である。

符号の説明

１０…インモールドコート装置
２０…金型
２１…固定型
２２…可動型
３０…射出装置
５０…注入装置
６０…注入ガン
６１…ガン本体
６１１…塗料供給路
６１２…塗料排出路
６１４…エア供給路
６１６…吐出部
６１８…第１シリンダ
６２…塗料シャフト
６２１…第１ピストン
６２２…エア供給路
６２３…凹部
６２４…基部
６２５…第２シリンダ
６２６…エア吐出孔
６３…エアシャフト
６３１…第２ピストン
７０…供給装置
８０…制御装置

Claims (1)

1. 注入ガンを用いて成形品の表面に皮膜を形成するインモールドコート方法であって、
   キャビティ内に溶融した熱可塑性の樹脂を供給する供給工程と、
   前記供給工程により供給された樹脂が完全に凝固する前に、前記注入ガンとして、金型で構成された前記キャビティ内へ塗料およびガスを選択的に吐出する注入ガンであって、前記キャビティ内に臨むガン本体と、このガン本体の内部に摺動可能に設けられた円筒状の塗料シャフトと、この塗料シャフトの内部に摺動可能に設けられたガスシャフトと、を備え、前記塗料シャフトの摺動動作及び前記ガスシャフトの摺動動作を制御する制御手段が接続され、前記ガン本体には、塗料が流通する塗料供給路および塗料排出路が貫通して形成され、前記ガン本体および前記塗料シャフトには、ガスが流通するガス供給路が貫通して形成され、前記塗料シャフトの外周面には、当該塗料シャフトの先端が前記ガン本体の先端まで前進した状態で、前記塗料供給路の貫通位置から前記塗料排出路の貫通位置に至る凹部が形成されている注入ガンを用いて、前記キャビティ内にガスを吐出し、前記金型の型面と樹脂の表面との間に空隙を形成するとともに、樹脂の裏面側を前記金型の型面に密着させるガス吐出工程と、
   前記注入ガンを用いて、前記ガス吐出工程で形成された空隙に塗料を吐出し、樹脂の表面に皮膜を形成するインモールド工程と、を含むことを特徴とする注入ガンを使用したインモールドコート方法。

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