JP5150636B2 - 複数種のプラスチックから成形表皮材を製造するための方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、プラスチック成形表皮材、具体的には、例えばダッシュボードおよびドアトリムなどの自動車の内装部品を製造するための方法および装置であって、プラスチック成形表皮材は、加熱された金型の表面領域に、異なる特性を有する複数種のプラスチック粉末を次々と繰り返し連続的に初期溶融することによって形成され、異なる特性を有するプラスチック粉末を備えた表面領域は、金型の表面に突出する突条によって互いに分離され、突条によって境界を定められた表面領域の少なくとも１つに、第１のプラスチック粉末の初期溶融中、その縁領域にシールとともに提供されかつ突条上に載置されるカバーまたはマスクが設けられる、方法および装置に関する。

「マスキング法」により２色に着色されたプラスチック成形表皮材の製造方法が公知である。

欧州特許出願公開第０９７２６２５ Ａ１号明細書には、このようにするための装置、具体的には、自動車の部品、すなわち実質的にダッシュボード、ドアトリム等のための２色プラスチック成形表皮材を製造するための金型が記載されている。焼結膜／スラッシュ表皮材を製造するためにここで使用される製造方法は回転焼結（rotational sintering）であり、そこでは、プラスチック粉末は、回転する金型に入れられていて、対応して加熱された金型の壁部上に溶融し始める。

ここに示す装置は、金型ボックスの２つの異なる下部を有する。いずれも粉体層を含む金型ボックスの下部は、単一の上部金型ボックスに対して取り外し可能に配置されており、プラスチック粉末はその単一の上部金型ボックス上に溶融し始める。２色プラスチック成形表皮材を製造するために、第１の下部金型ボックスはシェル様の突起を有し、その突起は、内部空間に突出し、かつマスクと同様に、上部金型ボックスの部分を被覆する。

第１の作業では、回転焼結によって第１の色の粉末が溶融し始めるようにされ、その影響を、シェル様カバーの下にある上部金型ボックスの領域は受けないので、粉末がないままとなる。

第２の作業前に、第１の下部金型ボックスを、異なる色の粉末を含みかつカバーの全くない第２の下部金型ボックスと交換する。その後繰り返される回転焼結では、新しい色を有する粉末が、以前は透明のままであった上部金型ボックスの領域および既存の成形表皮材の後側に溶融し始める。冷却して成形表皮材を金型から取り外した後、金型に面しかつ外側となる側に２色プラスチック成形表皮材が得られる。

このようにするために、第１の作業工程中、内部空間に突出する下部金型ボックスのシェル様カバーを上部金型ボックスに対して注意深く密封し、第１の色の焼結用粉末がカバー領域に入り込まないようにする必要がある。このようにするために、シェル様の突起の縁には封止要素があり、その封止要素は、弾性および／または内部が中空であるように形成されており、適切な場合、内部で圧力または弾性媒体を受けることができる。

ここでは、下部金型ボックスの変更に多量の作業を伴うこと、およびマスクの封止が困難であること、すなわち内部空間に突出する下部金型ボックスのシェル様カバーの縁と、上部金型ボックスの内側との間の封止、が課題である。上部金型ボックスの内部形状が複雑であることに起因する熱膨張および封止の異なる圧力条件によって、漏出および不規則な接合部がもたらされ、これにより、色の境界が不明瞭となって画成され得る。

同様の状況が、複数の粉末塗布工程を用いる、国際公開第２００４／０８２９１７号パンフレットに記載されている粉末焼結法の場合に存在する。この方法の場合には、マスク、ならびにマスク上に配置され、境界を定める突条間においてその側方に当接し、かつ膨張によってマスクを自動的に固定する膨張式シールの使用が、この発明に重要である。それゆえ、まず、適所にクランプされたマスクによって、第１の粉末塗布工程が実施され、その後マスクが除去され、粉末焼結が再度実施される。これに必要なパウダーボックス自体がここでは単純な構造であっても、種類の異なる粉末の入った複数の重いボックスを取り扱うことは、実際、大量生産において課題であると見なされる。

米国特許第５，２３４，６５３号明細書には、焼結による多色プラスチック成形表皮材の製造方法が記載されており、ここでは、プラスチック粉末は、隔壁によって区分された金型内に入れられていて、対応して加熱された金型の壁部上に溶融し始める。この場合隔壁の固定は、隔壁内の圧縮装置によって起こる。圧縮装置によって、隔壁は、下型と上型との間の封止異形材の助けにより支えられ、このようにして、異なる色の粉末を使用する個々の焼結作業における確実な封止をもたらす。

ここでも、比較的複雑な隔壁の固定を行う必要があり、さらに、圧縮装置には高い圧縮力が必要であるため、課題がある。

ＤＥ ６９４２８３７７ Ｔ２号明細書には、二色法のための吹付け成形法を実施するための方法および装置が記載されており、ここでは、マスクを、吹付け金型の一定の領域の境界を定めかつそれら領域を表面の他の領域から分離する突条の上部に、配置する。この場合、マスクの縁が吹付け側の方にわずかに突出する。次にエラストマー吹付け材料を、突出する縁の一方の側に吹付ける。その後、マスクを除去し、例えば異なる色の１つである別のエラストマー材料を吹付ける。例示的な実施形態において説明された材料に基づいて、液状成分の吹付け法が開示されている。しかしながら、溶媒の必要量のみをとっても、複数種の異なる液状材料を用いる吹付け法は、工業的な大量生産工程において取り扱いが容易ではない。

欧州特許出願公開第０９７２６２５ Ａ１号明細書 国際公開第２００４／０８２９１７号パンフレット 米国特許第５，２３４，６５３号明細書 ＤＥ ６９４２８３７７ Ｔ２号明細書

それゆえ、本発明は、異なる領域に異なるプラスチックを有するプラスチック成形表皮材を製造する方法および装置、すなわち、例えば高品質のプラスチック成形表皮材、および個別のプラスチック領域または色領域が不明瞭となって画成されずに正確な色の分離を保証し、カバーまたはマスクが容易に適用および除去可能であり、かつその取り扱いおよび機械類／装置に関してそれが必要とする付属品において可能な限り単純であるように形成される焼結によって、２色プラスチック成形表皮材を製造する方法および装置を提供するという目的に基づく。

この目的は、主請求項の特徴によって達成される。有利な発展形態は従属請求項に明確に述べる。この方法を実施する本発明による装置を同様に開示する。

本発明による方法に関しては、異なる焼結法の組み合わせを、金型での単一の製造工程において組み合わせ、ここで
ａ）まず、第１のプラスチック粉末を、粉末吹付け法によって金型に塗布し、金型を吹付け中、第１の温度に保ち、
ｂ）次に金型の温度を上昇させ、吹付け法で塗布した第１のプラスチック粉末が初期溶融によって金型の非マスク領域に接着するようにし、
ｃ）金型の表面からカバーまたはマスクを除去し、
ｄ）次に金型を、第２のプラスチック粉末を含む粉末バットに配置し、かつ粉末バットで封止し、ここで金型の表面が粉末バットの内部空間に面しており、
ｅ）金型および粉末バットを移動／回転させ、第２のプラスチック粉末が金型の表面にしたたるかまたは流れるようにし、第２のプラスチック粉末は、回転焼結によって金型の表面に接着し、初期溶融によって第１のプラスチック粉末に接着し、
ｆ）金型の温度を上昇させて、第１および第２のプラスチック粉末が完全に反応し溶融して均質なプラスチック成形表皮材を形成するようにし、
ｇ）粉末バットから金型を取り外し、次に冷却し、均質なプラスチック成形表皮材を金型から取り外すことができるようにする。

第１のプラスチック粉末の予備的な粉末吹付けプロセス、およびその後の第２のプラスチック粉末の粉末回転焼結プロセス（スラッシュプロセス）を用い、マスクのカバーが粉末吹付けプロセス中にのみ行われる、本発明により提案された方法は、まず、方法を実施する場合に、マスクを金型に外側から容易に固定でき、適切な場合、マスクの周囲に吹付け作業を実施している間に、自動ハンドリングユニットによって金型の対応する領域を軽く押圧するだけでも固定できるという利点をもたらす。さらに、対応して設けられかつ適切な場合ロボットに誘導されるスプレー装置／スプレーガンは別として、この粉末吹付けプロセスは、機械類への大幅な出費を必要とせず、かつ重い可動機械部品がないので、大量生産において高サイクルで実現できる。

それゆえ、必要なことは、方法において第２のプラスチック粉末をパウダーボックスの助けにより操作することのみであるので、このために必要なのは、例えば従来技術の回転焼結プロセスの場合のように複数のパウダーボックスではなく、１つのパウダーボックスを機械に移動させることだけである。それゆえ、本発明による方法によって「重い」機械部品の数が削減される。その結果、方法の自動化を概して遙かに容易にし、上述したように、高いサイクル時間の点で大量生産に好適にし、かつ利用を著しく増大させる。この場合、対応して温度制御することが、方法の確実な実施を支援する。

さらに、２つの初期溶融されたプラスチック粉末の正確な分離が達成される。これは、例えば個別の色領域が不明瞭となって画成されることなく明確に画成された色分離であり、一方で、通常の複数の回転焼結法において常である、粉末が蓄積した状態での故障および運転を回避する。これは、以前から知られている方法においては、粉末充填の蓄積がカバーシェルの縁に集中するためその部分の粉体層が肥厚し、それが被覆領域の方向に壊れ、カバーを持ち上げた後、カラープロファイルが不明瞭に画成されるようになるためである。本発明による方法の場合には、第１のプラスチック粉末の吹付けにより、そのような肥厚の集中を回避する。この場合、吹付けプロセスに時間をかけすぎず、約１８０秒以下にする必要がある。

上述したように、有利な提案形態は、プラスチック粉末が、異なる特性として異なる色を有するものである。そこで、これにより、例えば、フロントガラスに対向する上部をある色にしかつ煩わしい日光の反射を妨げるような着色濃度のあるダッシュボードの作製が、単純にかつ上述の利点を有して可能となる。

別の有利な提案形態は、プラスチック粉末が、異なる特性として異なる着色濃度および／または発泡性を有するものである。これにより、例えば、複数の領域各々に異なる外観または感触を有する表面を作製することが単純に可能となる。

別の有利な提案形態は、本方法の工程ａ）における粉末吹付け中、金型の温度が１９０〜２１０℃、好ましくは１９５℃であるものである。吹付け法の運動エネルギーとともに本方法を提案する別の方法は、具体的には、本方法の工程ｂ）における第１のプラスチック粉末の初期溶融中、金型の温度は２００〜２２０℃、好ましくは２１０℃であり、これにより、第１のわずかな「接着取り付け」および始まったばかりである吹付け用粉末のわずかな凝集をもたらし、これは、粉末粒子を適所に定着させるのには適しているが、「溶融を最初から最後まで」生じさせることはできない。

本方法の別の有利な提案形態は、本方法の工程ｆ）において第１および第２のプラスチック粉末を完全に反応および溶融させ、均質なプラスチック成形表皮材を形成するために、金型の温度が２２５〜２４０℃、好ましくは２３５℃であるものである。その結果、第２のプラスチック粉末とともに、完全な溶融および凝集、ひいては複数の層／色を備える均質なプラスチック成形表皮材の形成に適切な入熱がある。

本方法の別の有利な提案形態は、突条に載置されたカバーまたはマスクのシールを、封止位置に切り替え可能に移行するものである。これは、具体的には以下に説明するシールの溝内への配置および伸張要素（可撓性チューブ）によるその動きによって達成される。これにより、カバーまたはマスクを、シールを変形させることなく初めに金型のその適所にしっかりと固定することが可能となり、封止力によって突条上のマスクがずらされることもない。この処置は、とりわけ高度の自動化の場合、許容範囲を確実に維持する働きをする。

本方法の別の有利な提案形態は、本方法の工程ａ）における粉末吹付け中、金型を、下方に開口するように位置決めするものである。その結果、一方では余分な粉末が落ち、他方では金型が最適な位置にあり、そこでは、第２のプラスチック粉末を含む「バケット」として公知のパウダーボックスを下から金型に容易に接続できる。

本発明による方法を実施するために特に好適な装置は、具体的には、カバーまたはマスクの横方向の寸法が金型の熱膨張の補償分を含むように形成される。１８０〜２５０℃の、焼結プロセスに必要な温度においては、熱伝達に続いて起こるカバーの縁領域の膨張は非常に顕著であり、そのような補償処置が予めカバーの構造設計に設けられていない限り漏出をもたらす。

この利点は、成型鋳造法により作製されかつその結果マスクまたは金型の突条の形状および寸法に適合するシールによって強化される。この場合、当然のことながらシールを、完全にまたは特に危険性の高い領域のみ成型鋳造シールとして形成できる。当然のことながら、シールの寸法もまた、全体的に可能な最大の封止効果をもたらすために上述した熱膨張の補償分を含む必要がある。

装置の別の有利な提案形態は、シールが、カバー／マスクに配置された溝に置かれ、前記溝内で可動に配置されるものである。すなわちシールを、例えばカバーまたはマスクの固定後に、最終的な封止位置まで押し込むことができる。その結果、シールを押圧する結果、例えばカバーをねじってはめる場合などの、別の状況で生じるような膨張および応力が完全に回避される。

同様にこの場合、シールが、シールの裏側に配置された伸張可能な可撓性チューブによって溝内で可動であると特に有利である。その結果シール自体は、位置決め時の応力による影響を受けないままであり、その結果、例えば位置決め時の応力または力による影響を特に激しく受ける膨張式シールの耐用期間と比較した場合、そのようなシールの耐用期間が著しく延長される。

本発明による方法および対応する装置の場合、当然のことながら、溝に部分的にのみまたは特に応力のかかる領域にシールを配置し、その残りの長さにわたって単に壁部に当接するようにすることも可能である。

シールは、有利には永久的に弾性および耐熱性の材料から、好ましくはポリウレタンまたはシリコーンゴムから作製される。これにより、長期にわたる使用および熱負荷の変化下においても個々の色領域間または焼結領域間に明確に画成された縁を形成できる。当然のことながら、所定のサイクル数後にカバー／マスクおよびまたシール、溝等を清浄にする必要がある。

装置の別の有利な提案形態は、カバーまたはマスクが金型に確実にロックされ、ロックが好ましくはマスクの下に配置されており、確実かつ迅速に確立および解除可能でありかつ自動化方式に、例えばハンドリングロボットによるカバーまたはマスクの配置およびロックによく適した接続をもたらすものである。

カバーまたはマスク、ならびに金型自体は、当然のことながら一部品または複数部品の構成であってよく、例えば解除可能なフラップまたはスライドを備えて、アンダーカットがある場合には、良好に成型品を金型から取り出すことを確実にする。

Claims (14)

1. プラスチック成形表皮材の製造方法であって、前記プラスチック成形表皮材は、加熱された金型の表面領域に、異なる特性の複数種のプラスチック粉末を次々と繰り返し連続的に初期溶融することによって形成され、異なる特性のプラスチック粉末を備えた前記表面領域は、前記金型の表面に突出する突条ウェブによって互いに分離され、前記突条ウェブによって境界を定められた前記表面領域の少なくとも１つに、第１のプラスチック粉末の初期溶融中、その縁領域にシールとともに提供されかつ前記突条ウェブに載置されるカバーまたはマスクが設けられる方法において、
   前記シールが、前記カバーまたはマスクに配置された溝に置かれ、前記溝内で可動に配置され、
   前記シールが、シールの裏側に配置された伸張可能な可撓性チューブによって前記溝内で可動であり、
   ａ）まず、第１のプラスチック粉末を、粉末吹付け法によって前記金型に塗布し、前記金型を吹付け中、第１の温度に保ち、
   ｂ）次に前記金型の温度を上昇させ、前記吹付け法で塗布した前記第１のプラスチック粉末が初期溶融によって前記金型の非マスク領域に接着するようにし、
   ｃ）前記金型の表面から前記カバーまたはマスクを除去し、
   ｄ）次に前記金型を、第２のプラスチック粉末を含む粉末バットに配置し、かつ粉末バットで封止し、ここで前記金型の表面が前記粉末バットの内部空間に面しており、
   ｅ）前記金型および前記粉末バットを移動／回転させ、前記第２のプラスチック粉末が前記金型の表面にしたたるようにし、前記第２のプラスチック粉末は、回転焼結によって前記金型の表面に接着し、初期溶融によって前記第１のプラスチック粉末に接着し、
   ｆ）前記金型の温度を上昇させて、前記第１のプラスチック粉末および第２のプラスチック粉末が完全に反応し溶融して均質なプラスチック成形表皮材を形成するようにし、
   ｇ）前記粉末バットから前記金型を取り外し、次に冷却し、前記均質なプラスチック成形表皮材を前記金型から取り外すことができるようにする、
   ことを特徴とする方法。
2. 前記プラスチック粉末が、前記異なる特性として異なる色を有することを特徴とする請求項１に記載のプラスチック成形表皮材の製造方法。
3. 前記プラスチック粉末が、前記異なる特性として異なる着色濃度および／または発泡性を有することを特徴とする請求項１または２に記載のプラスチック成形表皮材の製造方法。
4. 方法の工程ａ）における粉末吹付け中、前記金型の温度が１９０〜２１０℃であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のプラスチック成形表皮材の製造方法。
5. 方法の工程ａ）における粉末吹付け中、前記金型の温度が１９５℃であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のプラスチック成形表皮材の製造方法。
6. 方法の工程ｂ）における前記第１のプラスチック粉末の前記初期溶融中、前記金型の温度が２００〜２２０℃であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のプラスチック成形表皮材の製造方法。
7. 方法の工程ｂ）における前記第１のプラスチック粉末の前記初期溶融中、前記金型の温度が２１０℃であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のプラスチック成形表皮材の製造方法。
8. 方法の工程ｆ）において前記第１のプラスチック粉末および第２のプラスチック粉末を完全に反応および溶融させ、均質なプラスチック成形表皮材を形成するために、前記金型の温度が２２５〜２４０℃であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のプラスチック成形表皮材の製造方法。
9. 方法の工程ｆ）において前記第１のプラスチック粉末および第２のプラスチック粉末を完全に反応および溶融させ、均質なプラスチック成形表皮材を形成するために、前記金型の温度が２３５℃であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載のプラスチック成形表皮材の製造方法。
10. 前記突条ウェブに載置された前記カバーまたはマスクの前記シールが、封止位置に切り替え可能に移行されることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載のプラスチック成形表皮材の製造方法。
11. 方法の工程ａ）における粉末吹付け中、前記金型が、下方に開口するように位置決めされることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法を実施するための装置であって、
    前記装置が、表面と突条ウェブとを有する金型を備え、前記突条ウェブが前記表面の表面領域を互いに分離し、
    前記装置が、第１のプラスチック粉末の溶融中、前記突条ウェブによって境界を定められた前記表面領域の少なくとも１つを覆うためのカバーまたはマスクをさらに備え、
    前記カバーまたはマスクが、シールが設けられて前記突条ウェブに当接する縁領域を有し、
    前記シールが、前記カバーまたはマスクに配置された溝に置かれ、前記溝内で可動に配置され、
    前記シールが、シールの裏側に配置された伸張可能な可撓性チューブを備え、それによってシールを前記溝内で可動にし、
    前記装置が、第２のプラスチック粉末を収容するための粉末バットをさらに備え、前記金型が、前記粉末バットに配置可能であって前記粉末バットによって封止され、
    前記カバーまたはマスクの横方向の寸法が、前記金型の熱膨張の補償するように選択される
    ことを特徴とするプラスチック成形表皮材の製造装置。
13. 前記シールが成型鋳造法によって作製され、その結果、前記マスクまたは前記金型の前記突条の形状および寸法に適合することを特徴とする請求項１２に記載の装置。
14. 前記カバーまたはマスクが前記金型に確実にロックされ、ロックが前記マスクの下に配置されていることを特徴とする請求項１３に記載の装置。