JP5967014B2

JP5967014B2 - 成形構造体の製造方法

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Publication number: JP5967014B2
Application number: JP2013105868A
Authority: JP
Inventors: 茂則廣田; 智久加藤; 俊光神谷; 卓和田; 俊行山本
Original assignee: Toyota Boshoku Corp
Current assignee: Toyota Boshoku Corp
Priority date: 2013-05-20
Filing date: 2013-05-20
Publication date: 2016-08-10
Anticipated expiration: 2033-05-20
Also published as: JP2014226795A

Description

本発明は、成形構造体の製造方法に関する。

従来、板状をなす基材と基材上に射出成形された成形体とを備える成形構造体の製造方法として、例えば下記特許文献１のものが知られている。下記特許文献１には、基材（内箱）を一対の成形型で挟み込んだ後、成形型に形成されたキャビティに成形材料を射出することで基材上に成形体を成形する製造方法が記載されている。また、特許文献１では、基材に貫通孔を形成することで、貫通孔を通じて成形材料（溶融樹脂）の一部が基材の裏面（成形体が成形される面と反対側の面）に配される。これにより、基材に対する成形体の接合強度を高くすることができる。

特開平１１−３３７２５４号公報

特許文献１に示す製造方法では、図９に示すように、一対の成形型５，６において、基材１の一方の面１Ａ側に、成形体を成形するための成形体成形空間２（キャビティ）を形成する。そして、基材１の他方の面１Ｂ側に第１成形空間３を形成する。そして、成形体成形空間２に溶融樹脂を射出すると、基材１に形成された貫通孔４を通じて溶融樹脂の一部が第１成形空間３に供給される。これにより、成形体を成形するための溶融樹脂の一部を基材１の他方の面１Ｂ側に供給することができ、成形体の接合強度を高くすることができる。

しかしながら、上述のような第１成形空間３を形成すると、基材１の貫通孔４における孔縁部４Ａと、成形型６との間には隙間が生じる。これにより、図１０に示すように、射出された溶融樹脂７の圧力Ｆ１が基材１の一方の面１Ａに作用した場合に、基材１の孔縁部４Ａが第１成形空間３側に変形してしまう虞がある。これにより、第１成形空間３が基材１によって塞がれてしまう事態や基材１が変形することで意匠性が低下する事態が懸念される。

本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、成形体を成形するための成形体成形空間に射出した溶融樹脂の一部を基材における成形体の成形面と反対側の面上に供給するとともに、溶融樹脂の圧力によって基材が変形する事態を抑制することが可能な成形構造体の製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、繊維及び合成樹脂を含むとともに板状をなす基材と、前記基材における一方の面に射出成形された成形体と、を備える成形構造体の製造方法であって、前記一方の面と対向する第１成形型、及び前記基材における他方の面と対向する第２成形型によって、前記基材をプレス成形するプレス成形工程と、前記プレス成形工程の後に行われ、前記第１成形型及び前記第２成形型によって前記基材がプレスされた状態で、前記第１成形型に凹設され、前記成形体を成形するための成形体成形空間に溶融樹脂を射出する射出工程と、前記射出工程の後に行われ、前記第２成形型に設けられた第１可動型及び第２可動型をそれぞれ移動させる可動型移動工程と、を備え、前記射出工程では、前記第１可動型と前記他方の面との間に形成された第１成形空間に対して、前記基材に形成された樹脂流通部を介して前記成形体成形空間に射出された溶融樹脂の一部を流通させるとともに、前記第２可動型を前記他方の面における前記樹脂流通部の周囲に当接させるものとされ、前記可動型移動工程では、前記第１可動型を前記他方の面に近づけることで、前記第１成形空間の体積を小さくすることと、前記第２可動型を前記他方の面から遠ざけることで、前記第２可動型と前記他方の面との間に前記第１成形空間と連通する第２成形空間を形成することを行うことに特徴を有する。

本発明では、第１成形空間に溶融樹脂を流通させた後、第１成形空間の体積を小さくするとともに第２成形空間を形成している。これにより、第１成形空間に流通された溶融樹脂の一部が第２成形空間に供給される。つまり、成形体成形空間に射出した溶融樹脂の一部を基材における成形体の成形面と反対側の空間（第１成形空間及び第２成形空間）に供給することができる。

この結果、第１成形空間及び第２成形空間の溶融樹脂が固まると、基材における他方の面（成形体が成形される面と反対側の面）上に、樹脂流通部に配された樹脂を介して成形体と接続された樹脂部材が成形される。これにより、成形体と基材との接合強度をより高くすることができる。また、射出工程では、第２可動型を他方の面における樹脂流通部の周囲に当接させた状態で溶融樹脂を射出する。このようにすれば、溶融樹脂の圧力によって基材の一部（樹脂流通部の周囲）が変形する事態を抑制することができる。

上記構成において、前記樹脂流通部は前記基材に貫通形成された貫通孔とされ、前記射出工程では、前記第２可動型を、前記基材の前記他方の面における前記貫通孔の孔縁部に当接させるものとすることができる。

基材に貫通孔を形成することで樹脂流通部を容易に形成することができる。また、貫通孔を形成することで、基材における貫通孔の周囲の剛性は比較的低くなる。本発明では、第２可動型を貫通孔の孔縁部に当接させることで、溶融樹脂の圧力によって基材の孔縁部が変形する事態を抑制することができる。

本発明によれば、成形体を成形するための成形体成形空間に射出した溶融樹脂の一部を基材における成形体の成形面と反対側の面上に供給するとともに、溶融樹脂の圧力によって基材が変形する事態を抑制することが可能な成形構造体の製造方法を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る成形構造体を製造する製造方法及び成形装置を示す断面図プレス成形工程を示す断面図貫通孔形成工程を示す断面図射出工程を示す断面図可動型移動工程を示す断面図基材に貫通孔を形成するための刃を示す斜視図刃の一変形例を示す斜視図図７とは異なる刃の変形例を示す斜視図従来例を示す断面図従来例において溶融樹脂を射出した状態を示す断面図

本発明の一実施形態を図１ないし図８によって説明する。本実施形態の成形構造体１０は、図５に示すように、板状をなす基材１２と、基材１２上に射出成形された成形体１５を備えている。このような基材１２は、例えば、車両用のシートバックやドアトリムに用いられる。また、成形体１５としては、基材１２上に成形されるリブや、基材１２を他部材に締結するための締結部材（取付ボスやクリップ座など）を例示することができる。

基材１２は、例えば、繊維及び合成樹脂を含む繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）とされる。このような基材１２は、例えば、ガラス繊維や炭素繊維などの織物に熱可塑性樹脂（ポリプロピレンやポリエチレンなど）を含浸、硬化させることで形成される。

成形体１５は、図１に示すように、基材１２の一方の面１２Ａから突出する形で成形されている。成形体１５は、例えば、熱可塑性樹脂であるポリプロピレンによって形成されている。また、基材１２における成形体１５の成形箇所には、基材１２を板厚方向に貫通する貫通孔１３が形成されている。

成形体１５には、貫通孔１３に挿通された被挿通部１６が一体的に形成されている。基材１２の他方の面１２Ｂには、貫通孔１３の孔縁部１３Ａを覆うように係止部１７が配されている。係止部１７は、被挿通部１６及び成形体１５と一体的に形成されている。これにより、係止部１７が他方の面１２Ｂに係止することで、基材１２に対する成形体１５の結合強度をより高くすることができる。

本実施形態の成形構造体１０は、図１に示す成形装置２０を用いて製造される。成形装置２０は、一対の成形型２１（第１成形型３０及び第２成形型５０）と、射出装置２５と、を備えている。射出装置２５は、例えば、スクリュウタイプのものとされ、本実施形態では第１成形型３０に設けられている。

第２成形型５０は、図示しない駆動装置（例えば、電動モータ、エアシリンダ、油圧シリンダなど）によって、第１成形型３０（固定型）に対して移動が可能な可動型とされる。第２成形型５０を第１成形型３０に対して接近離間させることで、第１成形型３０と第２成形型５０との型閉じ及び型開きが可能な構成となっている。

以下の説明では、第１成形型３０及び第２成形型５０が型閉じされた状態を閉状態（図２の状態）、第１成形型３０及び第２成形型５０が型開きされた状態を開状態（図１の状態）と呼ぶものとする。

第２成形型５０は、例えば、第１成形型３０（ひいては基材１２）との対向面５０Ａが第１成形型３０に向かって突き出す形状をなしている。また、第１成形型３０は、第２成形型５０（ひいては基材１２）との対向面３０Ａが、第２成形型５０の形状に対応して凹む形状をなしている。

閉状態では、図２に示すように、第１成形型３０と第２成形型５０との間には、基材１２をプレス成形するための基材成形空間Ｓ３が形成される。これにより、第１成形型３０と第２成形型５０とで、成形前の基材１２（プレボードＰ１）をプレスすると、プレボードＰ１が基材成形空間Ｓ３の形状に対応する形に圧縮成形され、基材１２を所定形状に成形することができる。

つまり、対向面３０Ａ及び対向面５０Ａは、基材１２を所定形状（製品形状）に成形するための成形面とされる。対向面３０Ａ及び対向面５０Ａの形状は、基材１２の製品形状に対応して適宜変更可能である。

第１成形型３０の対向面３０Ａには、成形体１５を成形するためのキャビティ３１（成形体成形空間）が凹設されている。キャビティ３１は、成形体１５の形状に対応した形状をなしており、型閉じ状態において基材成形空間Ｓ３と連通される構成となっている（図２参照）。

また、第１成形型３０の内部には、射出装置２５から射出された溶融樹脂をキャビティ３１に供給可能とする樹脂供給路３２が形成されている。

また、凹状をなすキャビティ３１の底面には、収容凹部３３が形成されている。収容凹部３３には、基材１２に貫通孔１３を貫通形成するための刃３４が収容されている。この刃３４は、先端側（基材１２側）に向かうにつれて先細りする形状をなしている。

刃３４は、図示しない駆動装置（例えば、電動モータ、エアシリンダ、油圧シリンダなど）によって、収容凹部３３内からキャビティ３１側へ変位可能な構成となっている。

第２成形型５０の対向面５０Ａには、第１可動型５１及び第２可動型５２が収容された凹部５５が形成されている。この凹部５５は、対向面５０Ａにおいて、第１成形型３０のキャビティ３１と対向する箇所に形成されている。

第１可動型５１は、第２成形型５０において収容凹部３３及び刃３４と対向する箇所に配されている。第１可動型５１は、図示しない駆動装置（例えば、電動モータ、エアシリンダ、油圧シリンダなど）によって、基材１２の他方の面１２Ｂに対して接近及び離間する方向（図１の左右方向）に変位可能となっている。

第１可動型５１は、第２可動型５２に貫通形成された挿通孔５２Ｂに挿通可能な構成とされる。第１可動型５１を挿通孔５２Ｂに挿通させることで、第２可動型５２を、第１可動型５１の周囲を囲むように配置することができる。

また、図４に示すように、第１可動型５１における基材１２の他方の面１２Ｂとの対向面５１Ａは、平面視において、基材１２に形成される貫通孔１３と重畳するものとされ、貫通孔１３よりも面積が大きいものとされる。

第２可動型５２は、図示しない駆動装置（例えば、電動モータ、エアシリンダ、油圧シリンダなど）によって、基材１２の他方の面１２Ｂに対して接近及び離間する方向（図１の左右方向）に変位可能となっている。なお、第１可動型５１及び第２可動型５２は、例えば、第２成形型５０に対して変位可能に取り付けられている。また、第１可動型５１及び第２可動型５２の変位方向は、第１成形型３０及び第２成形型５０の型閉じ方向（及び型開き方向）に沿ったものとされる。

次に、本実施形態の成形構造体１０の製造方法について説明する。本実施形態における成形構造体１０の製造方法は、プレボードＰ１（成形前の基材１２）を一対の成形型２１によってプレス成形するプレス成形工程と、基材１２に貫通孔１３を形成する貫通孔形成工程と、キャビティ３１に溶融樹脂を射出する射出工程と、第１可動型５１及び第２可動型５２をそれぞれ移動させる可動型移動工程と、を備えている。

（プレス成形工程）
プレス成形工程（基材成形工程）では、図１に示すように、予め加熱された軟化状態のプレボードＰ１（成形前の基材１２）を、開状態にある第１成形型３０と第２成形型５０の間にセットする。この時、プレボードＰ１の一方の面１２Ａ（成形体１５が成形される面）を第１成形型３０の対向面３０Ａと対向配置させ、プレボードＰ１の他方の面１２Ｂを第２成形型５０の対向面５０Ａと対向配置させる。なお、プレボードＰ１の加熱方法としては、例えば、熱風の吹き付けや赤外線の照射などを例示することができる。

また、第２可動型５２は、基材１２との対向面５２Ａが第２成形型５０の対向面５０Ａ（プレボードＰ１と当接される当接面）と面一をなすように配置しておく。これに対して、第１可動型５１は、第２可動型５２に比して凹部５５の奥方（図１の右側）に配置しておく。

その後、図２に示すように、第１成形型３０及び第２成形型５０を型閉じすることで、第１成形型３０と第２成形型５０によってプレボードＰ１がプレス成形される。これにより、第１成形型３０と第２成形型５０によってプレボードＰ１が所定形状（製品形状）に成形され、基材１２が形成される。

また、成形された基材１２は、図２に示すように、キャビティ３１の開口を閉塞した状態で配されている。これにより、キャビティ３１は、基材１２に閉塞されることで閉じた空間として形成される。

なお、成形された基材１２の他方の面１２Ｂと第２可動型５２の対向面５２Ａとは、隙間なく接触されている。一方、基材１２の他方の面１２Ｂと第１可動型５１の対向面５１Ａとの間には、隙間（第１成形空間Ｓ１）が形成されている。

（貫通孔形成工程）
貫通孔形成工程では、第１成形型３０と第２成形型５０によって基材１２がプレスされた状態で、刃３４を駆動させ、収容凹部３３内からキャビティ３１側へ変位させる。これにより、図３に示すように、刃３４が基材１２を貫通し、その先端が第１成形空間Ｓ１内に達することで、基材１２に貫通孔１３が形成される。これにより、貫通孔１３を通じて、キャビティ３１と第１成形空間Ｓ１とが連通される。そして、貫通孔１３を形成した後、刃３４を収容凹部３３内へ収容する。

（射出工程）
射出工程では、図４に示すように、射出装置２５により、樹脂供給路３２を通じて、キャビティ３１に溶融樹脂を射出する。これにより、キャビティ３１内に溶融樹脂２７が充填される。

また、キャビティ３１へ射出された溶融樹脂の一部は、基材１２の貫通孔１３（樹脂流通部）を通って第１成形空間Ｓ１（基材１２における他方の面１２Ｂ側）へ流通される。なお、この射出工程では、第２可動型５２における基材１２との対向面５２Ａが、基材１２の他方の面１２Ｂ（貫通孔１３の孔縁部１３Ａ）に当接されている。これにより、射出された溶融樹脂の圧力によって、貫通孔１３の周囲（孔縁部１３Ａ）が変形する事態を抑制できる。

（可動型移動工程）
溶融樹脂がキャビティ３１及び第１成形空間Ｓ１の双方に充填された後、第１可動型５１及び第２可動型５２をそれぞれ駆動する。具体的には、図５に示すように、第１可動型５１を基材１２の他方の面１２Ｂに近づける。これと同時に、第２可動型５２を他方の面１２Ｂから遠ざける。

第１可動型５１を他方の面１２Ｂに近づけることで、第１成形空間Ｓ１の体積は小さくなる。また、第２可動型５２を他方の面１２Ｂから遠ざけることで、第２可動型５２の対向面５２Ａと、他方の面１２Ｂとの間に隙間（第１成形空間Ｓ１と連通する第２成形空間Ｓ２）が形成される。この結果、第１成形空間Ｓ１に充填されていた溶融樹脂の一部は、第２成形空間Ｓ２に充填される。

なお、可動型移動工程後における第１成形空間Ｓ１（図５参照）の体積及び第２成形空間Ｓ２の体積の合計は、射出工程における第１成形空間Ｓ１（図４参照）の体積とほぼ等しいものとされる。また、可動型移動工程では、図５に示すように、例えば、第１可動型５１の対向面５１Ａと、第２可動型５２の対向面５２Ａとが面一をなすように配される。

キャビティ３１、第１成形空間Ｓ１、第２成形空間Ｓ２に充填された溶融樹脂は、基材１２を構成する樹脂と混ざり合い、渾然一体となる（混融される）。その後、溶融樹脂が冷却されることで、図５に示すように、成形体１５、被挿通部１６、係止部１７が基材１２と接合された状態で成形される。

具体的には、成形された成形体１５及び係止部１７は、基材１２の各面をそれぞれ覆う形で配される。また、成形体１５及び係止部１７は、被挿通部１６を介して一体的に連結されている。

次に、本実施形態の効果について説明する。本実施形態では、第１成形空間Ｓ１に溶融樹脂を流通させた後、第１成形空間Ｓ１の体積を小さくするとともに第２成形空間Ｓ２を形成している。これにより、第１成形空間Ｓ１に流通された溶融樹脂の一部が第２成形空間Ｓ２に供給される。つまり、キャビティ３１に射出した溶融樹脂の一部を基材１２における成形体１５の成形面（一方の面１２Ａ）と反対側の空間（第１成形空間Ｓ１及び第２成形空間Ｓ２）に供給することができる。

この結果、第１成形空間Ｓ１及び第２成形空間Ｓ２の溶融樹脂が固まると、基材１２における他方の面１２Ｂ（成形体１５が成形される面と反対側の面）上に、貫通孔１３に配された樹脂を介して成形体１５と接続された樹脂部材（係止部１７）が成形される。これにより、成形体１５と基材１２との接合強度をより高くすることができる。

また、射出工程では、第２可動型５２を他方の面１２Ｂにおける貫通孔１３の周囲（貫通孔１３の孔縁部１３Ａ）に当接させた状態で溶融樹脂を射出する。このようにすれば、射出された溶融樹脂の圧力によって基材１２の一部（貫通孔１３の周囲）が変形する事態を抑制することができる。

また、可動型移動工程では、第２可動型５２を移動させることで、第２成形空間Ｓ２を形成している。これにより、第２成形空間Ｓ２に溶融樹脂が充填されることで、係止部１７の面積をより大きくすることができ、係止部１７と基材１２との接合強度を高くすることができる。

また、本実施形態では、基材１２に貫通孔１３を形成することで容易に樹脂流通部を形成することができる。また、貫通孔１３を形成することで、基材１２における貫通孔１３の周囲の剛性は比較的低くなる。本実施形態では、第２可動型５２を貫通孔１３の孔縁部１３Ａに当接させることで、溶融樹脂の圧力によって基材１２の孔縁部１３Ａが変形する事態を抑制することができる。

また、刃３４は、先端部が先細りする形状をなしている。このため、図６に示すように、基材１２に含有された繊維１４間の間に刃３４の先端が入り易い。これにより、刃３４によって基材１２に含有された繊維が切断される事態を抑制することができ、基材１２の強度を確保することができる。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

（１）上記実施形態では、基材１２の用途として、車両用のシートバックやドアトリムを例示し、成形体１５の用途として、リブや締結部材を例示したが、これに限定されない。基材１２及び成形体１５の用途は、適宜変更可能である。

（２）基材１２の材質は、上記実施形態で例示したものに限定されない。基材１２に含まれる繊維としてケナフなどの植物性繊維を用いてもよい。また、基材１２に含まれる合成樹脂として、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂を用いてもよい。

（３）成形体１５の材質は、上記実施形態で例示したものに限定されない。成形体１５は、例えば、繊維を含んでいてもよい。また、基材１２及び成形体１５の双方に繊維を含ませたり、基材１２と成形体１５とを同じ種類の材質で構成したりすれば、基材１２及び成形体１５の線膨張係数をより近い値で設定することができる。このようにすれば、基材１２及び成形体１５の冷却時における収縮量の差が小さくなり、応力が発生する事態を抑制できる。

（４）上記実施形態では、樹脂流通部として、貫通孔１３を例示したが、貫通孔１３に限定されない。樹脂流通部は、溶融樹脂が通過可能な構成であればよく、例えば、基材１２の密度を周囲より小さくすることで、基材１２の内部を溶融樹脂が通過可能な構成とし、これを樹脂流通部としてもよい。

（５）成形体１５及び基材１２の形状は、上記実施形態で例示したものに限定されず、適宜変更可能である。

（６）上記実施形態では、プレス成形工程の後、基材１２に貫通孔１３を形成する方法を例示したが、これに限定されない。プレス成形工程の前（つまり、一対の成形型２１に基材１２をセットする前）に基材１２に貫通孔１３を形成しておいてもよい。また、貫通孔１３の形成手段は、刃３４に限定されない。

（７）刃３４の形状は、上記実施形態で例示したものに限定されず適宜変更可能である。例えば、図７に示すように、平面視Ｈ形状をなすとともに先細りする刃１３４を用いてもよい。また、図８に示すように、例えば、平面視十字状をなすとともに先細りする刃２３４を用いてもよい。つまり、基材１２に形成される貫通孔の形状も適宜変更可能である。例えば、図７及び図８に示すように、平面視Ｈ形状をなす貫通孔１１３や、平面視十字状をなす貫通孔２１３を例示することができる。

（８）可動型移動工程において、第２可動型５２を他方の面１２Ｂから遠ざけた後、第１可動型５１を他方の面１２Ｂに近づけてもよい。

１０…成形構造体、１２…基材、１２Ａ…基材における一方の面、１２Ｂ…基材における他方の面、１３…貫通孔（樹脂流通部）、１３Ａ…孔縁部（樹脂流通部の周囲）、１５…成形体、３０…第１成形型、３１…キャビティ（成形体成形空間）、５０…第２成形型、５１…第１可動型、５２…第２可動型、Ｓ１…第１成形空間、Ｓ２…第２成形空間

Claims

繊維及び合成樹脂を含むとともに板状をなす基材と、前記基材における一方の面に射出成形された成形体と、を備える成形構造体の製造方法であって、
前記一方の面と対向する第１成形型、及び前記基材における他方の面と対向する第２成形型によって、前記基材をプレス成形するプレス成形工程と、
前記プレス成形工程の後に行われ、前記第１成形型及び前記第２成形型によって前記基材がプレスされた状態で、前記第１成形型に凹設され、前記成形体を成形するための成形体成形空間に溶融樹脂を射出する射出工程と、
前記射出工程の後に行われ、前記第２成形型に設けられた第１可動型及び第２可動型をそれぞれ移動させる可動型移動工程と、を備え、
前記射出工程では、
前記第１可動型と前記他方の面との間に形成された第１成形空間に対して、前記基材に形成された樹脂流通部を介して前記成形体成形空間に射出された溶融樹脂の一部を流通させるとともに、
前記第２可動型を前記他方の面における前記樹脂流通部の周囲に当接させるものとされ、
前記可動型移動工程では、
前記第１可動型を前記他方の面に近づけることで、前記第１成形空間の体積を小さくすることと、
前記第２可動型を前記他方の面から遠ざけることで、前記第２可動型と前記他方の面との間に前記第１成形空間と連通する第２成形空間を形成することを行う成形構造体の製造方法。
前記樹脂流通部は前記基材に貫通形成された貫通孔とされ、
前記射出工程では、前記第２可動型を、前記基材の前記他方の面における前記貫通孔の孔縁部に当接させる請求項１に記載の成形構造体の製造方法。