JP5400336B2 - 表皮材の成形装置 - Google Patents

Description

本発明は、表皮材の成形を行う表皮材成形装置に関する。

従来、内装材の表面を覆う表皮材を、成形型を使用して内装材に合致した形状に成形するとともに、シボ模様を転写する技術が提案されている（特許文献１、２）。この技術では、型面に開口された空気孔から表皮材を吸引しながら表皮材を成形することができる。表皮材の成形は、表皮材をヒーター等で加熱して柔らかくしてから成形型に載置すると、円滑な成形処理を実現することができる。ところが、成形型の温度上昇の原因となって、これに起因して表皮材の形状が安定せず成形精度の低下を招くため、表皮材の成形部近傍に冷却配管を配置し、冷却配管に水などの冷却流体を流通させて伝熱による型面の冷却を行っている（特許文献１、２）。

しかし、冷却配管からの伝熱による冷却は、冷却配管周辺の冷却は効果があるがそれ以外の場所については、十分な冷却を実現することができない状況が生じていた。

特開２００６−３２６９０４公報 特開２００７−８３５８６公報

本発明は、上述の従来の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、表皮材の成形を行う表皮材成形装置であって、成形型の冷却性能を改善する技術を提供することを目的とする。

[適用例１]
表皮材の成形を行う表皮材成形装置であって、
前記表皮材を所定の形状に形成するための型形状を有し、前記表皮材を吸引するための通気孔が形成された型面と通気性を有する基体とからなる成形型と、
前記通気孔を通じて前記型面に前記表皮材を吸引するための負圧を前記成形型の内部に印加する負圧印加部と、
前記成形型に冷却流体を供給して前記成形型の温度を調整する温度調整部と、
を備え、
前記温度調整部は、
前記成形型の内部において、前記冷却流体を排出する冷却流体排出部と、
前記成形型の内部において、前記冷却流体排出部よりも前記型面に近い位置で前記冷却流体を供給する冷却流体供給部と、
を有する表皮材成形装置。

適用例１の表皮材成形装置は、成形型の内部において、冷却流体を排出する冷却流体排出部と、冷却流体排出部よりも型面に近い位置で冷却流体を供給する冷却流体供給部とを有するので、成形型の内部に冷却流体を供給し、冷却流体排出部により、成形型内部の冷却流体を排出することで、成形型内部に冷却流体の流れを作ることができるので、成形型と成形型の型面を構成する樹脂シートとを効率的に冷却することができる。これにより、成形型を十分に冷却して表皮材の成形精度の低下を抑制することができる。

[適用例２]
適用例１の表皮材成形装置であって、
前記冷却流体排出部は、前記成形型を貫通して所定の流体を流す流路であって、前記流体の流速を利用して前記成形型から前記冷却流体の排出を行う貫通流路を有する表皮材成形装置。

適用例２の表皮材成形装置では、成形型を貫通して流体を流す貫通流路から成形型内に滞留した冷却流体の排出を行うことができるいわゆるエゼクタ吸引（ベルヌーイ吸引）を有効に利用して冷却流体を成形型から効率的に排出することができ成形型の冷却効率を向上させることができる。

なお、本発明は、表皮材成形装置だけでなく、表皮材成形方法あるいは表皮材成形装置の製造方法といった種々の方法で実現することができる。

本発明によれば、表皮材の成形を行う表皮材成形装置において、成形型の冷却性能を向上させることができ、表皮材の成形精度を高めることができる。

次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．実施例の表皮材成形装置の構成：
Ｂ．実施例の表皮材成形装置を使用した表皮材の成形方法：
Ｃ．実施例の成形型の製造方法：
Ｄ．変形例：

Ａ．実施例の表皮材成形装置の構成：
図１は、実施例の表皮材成形装置１０の構成を示す説明図である。表皮材成形装置１０は、車両の内装材の表面を覆う表皮材ＳＫを予め設定された形状に成形するとともに、表皮材ＳＫ表面にシボ模様を転写させるための装置である。表皮材成形装置１０は、成形型装置１００と、成形型装置１００に対向し、成形型装置１００方向に移動可能として成形型装置１００に重合する相手型３００と、これらの動作を制御する制御装置２００とを備えている。

成形型装置１００は、成形型１１０と、成形型１１０の型面１１０ｓに表皮材ＳＫを吸引賦形させるための吸引装置（吸引ポンプ１４１及び吸引配管１４２）と、成形型１１０を冷却するための冷却装置（冷風機１２１、冷却エアーポンプ１３１、電磁弁１２５、１３５、１３６及び配管１２２、１２３、１２４、１３２、１３３、１３４）とを備えている。なお、本実施例では、吸引装置と冷却装置とが、それぞれ特許請求の範囲における「負圧印加部」と「温度調整部」とに相当する。

図２は、実施例の成形型１１０の断面を示す断面図である。成形型１１０は、第１粒層１１２と、第２粒層１１３と、バリア層１１４と、樹脂シート１１５と、型枠１１６と、格子状リブ１１８と、蓋体１１７と、を備えている。型枠１１６は、金属や合成樹脂等によって形成された型枠であって、成形型１１０の主構造（気密構造）を構成している。なお、本実施例では、第１粒層１１２及び第２粒層１１３は、特許請求の範囲における「基体」に相当する。

表皮材ＳＫが成形される型面１１０ｓは、その表面に凹凸模様としてのシボ模様が形成された樹脂シート１１５で構成されている。樹脂シート１１５は、本実施例では、セラミックスのウイスカーを含有したエポキシ樹脂によって形成された伸張性を有する部材である。樹脂シート１１５は、第２粒層１１３の表面に積層されたバリア層１１４の表面に接着剤で接合され、複数の通気孔１１５ｈが樹脂シート１１５とバリア層１１４の双方に連通するように形成されている。なお、樹脂シート１１５は、たとえば特公平２−１４１７３号公報に開示されたものを使用することができる。

バリア層１１４は、エポキシ樹脂によってアルミニウムの粉体を固めることによって形成された層である。バリア層１１４は、アルミニウムの粉体を含めることで通気性が抑制されているので、バリア層１１４と樹脂シート１１５とを接合するための接着剤等が、下層である第２粒層１１３への含浸を抑制するための障壁となる不透過層として構成されている。下層とは、型面１１０ｓから離れる側の層であることを意味する。

第２粒層１１３は、アルミニウムの粉体よりも粒径が大きく、すなわち粒子の粗いアルミニウムの粒（以下、アルミグリッドと呼ぶ）を、粒子を固めるためのバインダーとしてエポキシ樹脂を用いて固めて形成した層である。第２粒層１１３は、下層である第１粒層１１２に接合されている。第１粒層１１２は、第２粒層１１３のアルミグリッドよりも粒子の粗いアルミグリッドをエポキシ樹脂で固めて形成した層である。第１粒層１１２及び第２粒層１１３は、いずれも通気性を有し、ポーラス材とも呼ばれる。

第２粒層１１３、バリア層１１４及び樹脂シート１１５は、格子状リブ１１８によって支持されることによって、相手型３００及び表皮材ＳＫの賦形圧力に対して十分な剛性を有するように構成されている。格子状リブ１１８は、さらに成形型１１０の内部において、冷却装置の冷風供給配管１２３と、冷風排出配管１３３とを所定の位置に支持する役割を果たす。冷風供給配管１２３は、本実施例では、第１粒層１１２の内部において比較的に型面１１０ｓに近い側（第２粒層１１３に接する位置）に配置されている。冷風排出配管１３３は、冷風供給配管１２３よりも型面１１０ｓから離れた位置に配置されている。

冷風供給配管１２３及び冷風排出配管１３３の管壁には、いずれも多数の細孔（図示せず）が形成されている。この細孔を通じて、冷風供給配管１２３から供給された冷風が通気性を有する第１粒層１１２の内部において熱を吸収しつつ通過して、冷風排出配管１３３から排出される。なお、本実施例では、冷風供給配管１２３と冷風排出配管１３３とが、それぞれ特許請求の範囲における「流体供給部」と「貫通流路」（あるいは「流体排出部」）とに相当する。

成形型装置１００が有する吸引装置（吸引ポンプ１４１及び吸引配管１４２）は、通気性を有する第１粒層１１２、第２粒層１１３と、通気孔１１５ｈとを通じて、成形型１１０の型面１１０ｓと表皮材ＳＫとの間の空気を吸引して負圧にして、表皮材ＳＫを型面１１０Ｓに賦形することができる。

Ｂ．実施例の表皮材成形装置を使用した表皮材の成形方法：
図３は、表皮材成形方法の手順を示すフローチャートである。ステップＳ１１０では、作業者は、表皮材加熱工程で表皮材を加熱させる。表皮材加熱工程とは、表皮材ＳＫをヒーター等の加熱装置（図示省略）で加熱して柔らかくし、成形工程を円滑化するための工程である。ステップＳ１２０では、表皮材成形装置１０（図１）は、制御装置２００の指令に応じてプレス工程を実行する。

図４は、プレス工程における表皮材成形装置１０の作動状態を示す説明図である。プレス工程とは、表皮材ＳＫの形状を成形型１１０の型面１１０ｓの形状に沿った形状に賦形するために、相手型３００で表皮材ＳＫを型面１１０ｓ上にプレスする工程である。

ステップＳ１３０では、表皮材成形装置１０は、電磁弁閉確認工程を実行する。電磁弁閉確認工程とは、真空引き工程（ステップＳ１４０）の前準備として電磁弁１２５、１３５、１３６が閉じていることを確認または閉動作を行う工程である。このような確認を行うのは、電磁弁１２５、１３５、１３６の少なくとも一つが開いた状態では、後述するように真空引き工程の実行を阻害するからである。ステップＳ１４０では、表皮材成形装置１０は、真空引き工程を実行する。

図５は、真空引き工程における表皮材成形装置１０の作動状態を示す説明図である。吸引ポンプ１４１は、吸引配管１４２を通じて成形型１１０の内部の空気を吸い出すことによって、通気性を有する第１粒層１１２、第２粒層１１３と、通気孔１１５ｈ（図２）とを通じて、成形型１１０の型面１１０ｓと表皮材ＳＫとの間の空気を吸引して負圧をかけることができる。この負圧によって、表皮材ＳＫは、型面１１０ｓの表面形状に沿って成形されるとともに、シボ模様が転写されることになる。

真空引き工程（ステップＳ１４０）の前準備として電磁弁１２５、１３５、１３６が閉じていることを確認したのは、電磁弁１２５、１３５、１３６の少なくとも一つが開いていると、冷却装置が有する冷風供給配管１２３及び冷風排出配管１３３から空気が漏れて、負圧の印加を阻害するからである。

真空引き工程は、予め設定された時間（成形に必要な時間）の経過後に吸引ポンプ１４１を停止することによって完了する。真空引き工程が完了すると、電磁弁開工程（ステップＳ１５０）で電磁弁１２５、１３５、１３６が開かれた後に冷却開始工程（ステップＳ１６０）に進められる。

図６は、冷却開始工程における表皮材成形装置１０の作動状態を示す説明図である。冷却開始工程は、電磁弁１２５、１３５、１３６が開いている状態において、冷却装置が有する冷風機１２１及び冷却エアーポンプ１３１を作動させる工程である。

冷風機１２１は、成形型１１０に冷却用空気を供給する。冷却用空気の供給は、供給配管１２２を経て冷風供給配管１２３に供給され、冷風供給配管１２３の細孔から成形型１１０の内部に供給される。冷風供給配管１２３には、帰還配管１２４が接続され、冷風機１２１に冷却空気が帰還するように構成されている。

帰還配管１２４を有する構成としたのは、冷風供給配管１２３の上流と下流とにおける温度勾配の発生を抑制することが好ましいからであり、必須の構成ではない。換言すれば、帰還配管１２４を装備せず冷風供給配管１２３の内部流量が少ないと、冷風供給配管１２３の内部を流れる冷却風が冷風供給配管１２３内で温められて下流に行くほど高温となるからである。このようにして発生した温度勾配は、成形型１１０における温度の不均一の要因となるので、帰還配管１２４を装備して温度勾配を抑制することが好ましい。

冷却エアーポンプ１３１は、成形型１１０内部に配置された冷風排出配管１３３の内部において高速で空気を流すことによって、冷風排出配管１３３の細孔からベルヌーイの法則によって成形型１１０内部の冷却空気を冷風排出配管１３３内へ吸引し外部へ排出する。このような吸引は、エゼクタ吸引とも呼ばれる。

このような冷却状態を継続しつつ、処理が型開き工程（ステップＳ１７０）に進められる。型開き工程では、表皮材成形装置１０は、相手型３００を上昇させて成形型１１０から離して、製品の取り出しを可能な状態とする。このような状態において、処理が製品取り出し工程（ステップＳ１８０）に進められる。

図７は、製品取り出し工程における表皮材成形装置１０の作動状態を示す説明図である。製品取り出し工程とは、表皮材成形装置１０が相手型３００を成形型１１０から離した状態において、作業者が成形された表皮材ＳＫを成形型１１０から取り外す工程である。

このように、本実施例は、成形型１１０の内部を効率的に冷却しつつ表皮材ＳＫの成形を実行することができる。本実施例は、特に成形型１１０の内部に冷却空気を流して成形型１１０の内部を満遍なく冷却することができるので、たとえば特許文献１、２で提案されている冷却水による型面の冷却よりも効率的かつ均一に冷却することができる。

従来は、冷却水を通す冷却配管からの伝熱によって成形型を冷却しているが、本実施例では、真空引きを行うために形成された通気系統（通気性を有する第１粒層１１２、第２粒層１１３と、通気孔１１５ｈ）を冷却用に転用することによって効率的かつ均一な冷却を実現している。

気密性が重要な真空引き工程で使用される通気路に冷却空気を流すことは、通常の技術常識に反する。しかし、本願発明者は、真空引き工程においては、電磁弁１２５、１３５、１３６によって冷却系統（冷風機１２１等）を切り離すことによって通気路を真空引きと冷却の双方に利用可能としているのである。

Ｃ．実施例の成形型の製造方法：
図８は、実施例の成形型１１０の製造方法の手順を示すフローチャートである。ステップＳ２１０では、作業者は、ベース型形成工程を実行する。ベース型形成工程とは、成形型１１０の製造において型形状を設定するための基本型となるベース型ＢＭを製造する工程である。

図９は、ベース型形成工程（ステップＳ２１０）における機械加工工程を示す説明図である。ベース型ＢＭは、成形型１１０の型面形状を反転した形状を有している。ベース型ＢＭは、本実施例では、合成樹脂材料から機械加工による削り出しによって製造される。

図１０は、バリア層形成工程（ステップＳ２２０）を示す説明図である。ステップＳ２２０では、作業者は、バリア層形成工程を実行する。バリア層形成工程は、ベース型ＢＭ上に型枠１１６を載置した後において、離型剤を塗布したベース型ＢＭの表面にバリア層１１４を形成する工程である。バリア層１１４の形成は、所定の粒径のアルミニウムの粉体を含有した軟質状態のエポキシ樹脂を、ベース型ＢＭ上に積層することによって行われる。なお、バリア層１１４は不透過層なので、薄く形成することが望まれる。

図１１は、第２粒層形成工程（ステップＳ２３０）乃至第１粒層形成工程（ステップＳ２５０）における各構成要素の積層順序を示す説明図である。ステップＳ２３０では、作業者は、第２粒層形成工程を実行する。第２粒層形成工程は、ベース型ＢＭ上に塗布されたバリア層１１４が完全に固まる前の状態において、バリア層１１４上に第２粒層１１３を形成する工程である。第２粒層１１３の形成は、所定の粗さのアルミグリッドを含有した軟質状態のエポキシ樹脂を、所定時間だけ上方から押圧して、バリア層１１４とともに固化させることによって行われる。

ステップＳ２４０では、作業者は、冷却空気供給配管配置工程を実行する。冷却空気供給配管配置工程とは、固化した第２粒層１１３上の所定位置に冷風供給配管１２３を載置する工程である。

ステップＳ２５０では、作業者は、第１粒層積層工程を実行する。第１粒層積層工程は、冷風供給配管１２３が載置された第２粒層上に第１粒層を途中まで積層する工程である。第２粒層の積層は、格子状リブ１１８とともにアルミグリッドを含有した軟質状態のエポキシ樹脂を途中まで積層することによって行われる。

ステップＳ２６０では、作業者は、冷却空気排出管配置工程を実行する。冷却空気排出管配置工程とは、途中まで積層された第１粒層上に冷風排出配管１３３を載置する工程である。冷風排出配管１３３の載置は、格子状リブ１１８に形成された図示しない位置決め用の切り込みに嵌め込む事によって行うようにしてもよい。

ステップＳ２７０では、作業者は、第１粒層形成工程を実行する。第１粒層形成工程は、アルミグリッドを含有した軟質状態のエポキシ樹脂を再度積層し、所定時間だけ上方から押圧して固化させることによって行われる。第１粒層形成工程は、第１粒層１１２の上から蓋体１１７を被せて上方を閉塞し、成形型１１０内部を機密構造とすることによって完了する。

図１２は、樹脂シート接着工程（ステップＳ２８０）を示す説明図である。ステップＳ２８０では、作業者は、樹脂シート接着工程を実行する。樹脂シート接着工程は、バリア層１１４の表面に樹脂シート１１５を接着剤等で接合する工程である。バリア層１１４の表面は、接着工程の前に、たとえばショットブラストやサンドペーパによってバリア層１１４の表面を粗面加工することが好ましい。これにより、接着剤が表面の粗面部分に入り込み引っかかるいわゆるアンカー効果または粗面による接着面積の拡大により、樹脂シート１１５との接合を強固にすることができるからである。

図１３は、通気孔形成工程（ステップＳ２９０）を示す説明図である。ステップＳ２９０では、作業者は、通気孔形成工程を実行する。通気孔形成工程は、たとえばドリルＤＲで樹脂シート１１５の表面に複数の通気孔１１５ｈを穿孔する工程である。通気孔１１５ｈは、たとえば、直径が０．１ｍｍ程度の貫通孔で、バリア層１１４とともに樹脂シート１１５を貫通して、第２粒層１１３にまで達しており、これを介して、樹脂シート１１５の表面に負圧を導くための通気経路が構成される。

Ｄ．変形例：
以上、本発明のいくつかの実施形態について説明したが、本発明はこのような実施の形態になんら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々なる態様での実施が可能である。特に、上記各実施例における構成要素中の独立請求項に記載された要素以外の要素は、付加的な要素なので適宜省略可能である。さらに、独立請求項に記載された要素についても、本願明細書に開示された範囲で独立請求項に記載されていない要素と適宜入れ替えが可能である。

さらに、上述の実施例において、上述の利点や効果の各々の全てが本願発明の必須の構成要件につながるものではなく、本願発明は、上述の利点や効果の各々を簡易に実現させる設計自由度を与えるものであって、少なくとも一つの利点あるいは効果を実現させるものであれば良い。

Ｄ−１．第１変形例：上述の実施例では、成形型の冷却は、冷風で行われているが、たとえばミストを含む気体や液体であっても良い。本発明で使用可能な冷却流体は、成形型から熱を奪う流体であれば良い。ミストを含む気体は、潜熱を利用して冷却することができる。潜熱の利用は、冷風排出配管１３３からのエゼクタ吸引の負圧を利用して調整することもできる。

Ｄ−２．第２変形例：上述の実施例では、冷風排出配管１３３が成形型１１０の内部を貫通する貫通流路として形成され、ベルヌーイの法則によって成形型１１０内部の冷却空気を排出するように構成されているが、必ずしも貫通流路として構成する必要はなく一方が閉じた流路として構成しても良い。

たとえば冷却エアーポンプ１３１が成形型１１０の内部から吸引する構成（吸引ポンプによる代用も可）としても良いし、あるいは冷却エアーポンプ１３１を取り外して大気開放としても良い。本発明が使用可能な冷却流体排出部は、一般に成形型の外部に冷却流体を排出できるように構成されていれば良い。

Ｄ−３．第３変形例：上述の実施例では、制御装置２００が相手型３００の操作を含めて統合的に制御しているが、たとえば作業者が手動で指令するようにしても良い。上述の実施例の各工程は、制御装置２００が自動的制御するようにしてもよいし、作業者が手動で操作するようにしても良い。ただし、電磁弁の開閉状態の確認は、制御装置２００が確認できるように構成して誤操作を防止するようにすることが好ましい。

Ｄ−４．第４変形例：上述の実施例では、成形型１１０と相手型３００との重合で表皮材の成形を行っているが、成形型１１０と吸引装置による吸引力のみで表皮材の成形を行ってもよい。

実施例の表皮材成形装置１０の構成を示す説明図。 実施例の成形型１１０の断面を示す断面図。 表皮材成形方法の手順を示すフローチャート。 プレス工程における表皮材成形装置１０の作動状態を示す説明図。 真空引き工程における表皮材成形装置１０の作動状態を示す説明図。 冷却開始工程における表皮材成形装置１０の作動状態を示す説明図。 製品取り出し工程における表皮材成形装置１０の作動状態を示す説明図。 実施例の成形型１１０の製造方法の手順を示すフローチャート。 ベース型形成工程（ステップＳ２１０）における機械加工工程を示す説明図。 バリア層形成工程（ステップＳ２２０）を示す説明図。 第２粒層形成工程乃至第１粒層形成工程における各構成要素の積層順序を示す説明図。 樹脂シート接着工程（ステップＳ２８０）を示す説明図。 通気孔形成工程（ステップＳ２９０）を示す説明図。

符号の説明

１０...表皮材成形装置
１００...成形型装置
１１０ｓ...型面
１１０...成形型
１１２...第１粒層
１１３...第２粒層
１１４...バリア層
１１５...樹脂シート
１１５ｈ...通気孔
１１６...型枠
１１８...格子状リブ
１２１...冷風機
１２２...供給配管
１２３...冷風供給配管
１２４...帰還配管
１２５...電磁弁
１３１...冷却エアーポンプ
１３３...冷風排出配管
１４１...吸引ポンプ
１４２...吸引配管
２００...制御装置
３００...相手型
ＳＫ...表皮材
ＢＭ...ベース型
ＤＲ...ドリル

Claims (2)

1. 表皮材の成形を行う表皮材成形装置であって、
   前記表皮材を所定の形状に形成するための型形状を有し、前記表皮材を吸引するための通気孔が形成された型面と、通気性を有する基体であって、前記通気孔と連通する細孔部を備える基体と、からなる成形型と、
   前記通気孔及び前記細孔部を通じて前記型面に前記表皮材を吸引するための負圧を前記成形型の内部に印加する負圧印加部と、
   前記成形型に冷却流体を供給して前記成形型の温度を調整する温度調整部と、
   を備え、
   前記温度調整部は、
   前記成形型の内部において、前記細孔部を介して前記冷却流体を排出する冷却流体排出部と、
   前記成形型における前記基体の内部において、前記冷却流体排出部よりも前記型面に近い位置で、少なくとも前記細孔部に前記冷却流体を供給する冷却流体供給部と、
   を有する表皮材成形装置。
2. 請求項１記載の表皮材成形装置であって、
   前記冷却流体排出部は、前記成形型を貫通して所定の流体を流す流路であって、前記流体の流速を利用して前記成形型から前記冷却流体の排出を行う貫通流路を有する表皮材成形装置。

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