JP6844933B2

JP6844933B2 - インサート材と樹脂材料の複合体の成形方法および成形装置

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Publication number: JP6844933B2
Application number: JP2018237493A
Authority: JP
Inventors: 菊川　雅之; 雅之菊川
Original assignee: Japan Steel Works Ltd
Current assignee: Japan Steel Works Ltd
Priority date: 2018-12-19
Filing date: 2018-12-19
Publication date: 2021-03-17
Anticipated expiration: 2038-12-19
Also published as: JP2020097206A; CN111331778A

Description

本発明は、インサート材と樹脂材料の複合体の成形方法およびインサート材と樹脂材料の複合体の成形装置に関するものである。

昨今、自動車の軽量化などの分野で強化繊維樹脂材料などの樹脂材料の使用が増加している。しかしながら強化繊維材料などの樹脂材料のみによる成形品は、強度の問題、他部材との接合の問題、成形精度の問題などが存在し、マルチマテリアルとも呼ばれる金属材料と強化繊維樹脂材料などの樹脂材料の複合体の開発が行われている。特許文献１では熱圧着による金属材料と強化繊維樹脂材料の複合体の成形方法の他、図７に射出成形による金属材料と強化繊維樹脂材料の複合体の成形方法も記載されている。

また特許文献２は、キャビティにインサート物である押出しピンを挿入した状態でスキン層を射出成形し、次にコアー層を射出成形することによる金属材料と強化繊維樹脂材料の複合体の成形方法が記載されている。また更には特許文献２には、成形物からスキン層の一部を削除した後に、金属筒の筒状インサートを挿入することも記載されている。

特開２０１６−５５５３９号公報（請求項３、００４７、図７）特開平１０−２４４４７号公報（請求項１、００１２、００１３，図３）

これらの射出成形を用いたインサート材と樹脂材料の複合体の成形方法は、インサート材と樹脂材料の接合を樹脂の射出成形とともに行えるので他の成形方法よりも生産性に優れている場合が多い。しかしながら特許文献１、特許文献２のインサート材と樹脂材料の複合体の成形方法は、次に記載されるように種々の成形方法には対応が困難であるという問題があった。

具体的には特許文献１、特許文献２の成形方法は、インサートされた金属材料からなるインサート材が金型に当接されているため、インサート材の片面しか強化繊維樹脂材料を付着させることができず、インサート材の全周に強化繊維樹脂材料を付着させることが困難であるという問題があった。また通常は単一の金型でインサートと射出成形を行うため、種類や性格の異なる樹脂材料を射出して成形を行う際に成形上の制約を受けるという問題があった。更には通常は単一の金型を使用するため、金属材料や強化繊維等からなるインサート材の部分に更に加工処理やコーティングをしたり予熱処理するなど各種のバリエーションを有する成形を採用することが困難であった。更にまたこれらのバリエーションを有する成形を単一の金型上で行おうとすると成形サイクルが延長されてしまうものであった。

本発明では上記の問題を鑑みて、インサート材の両側に樹脂を付着させる成形を含む各種のバリエーションを備えた成形にも対応可能な、インサート材と樹脂材料の複合体の成形方法およびインサート材と樹脂材料の複合体の成形装置を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に記載のインサート材と樹脂材料の複合体の成形方法は、インサート材と樹脂材料が金型のキャビティ内で一体化されるインサート材と樹脂材料の複合体の成形方法において、第１の金型が取付けられる第１の盤と第２の金型が取付けられる第２の盤との間に、中間金型が取付けられる中間部材が型開方向に直交する軸を中心に回転可能に配設される射出成形機を用い、型開きされた第１の金型と中間金型を型閉し、前記型閉により形成されたキャビティに強化繊維を含む樹脂材料を射出して強化繊維を含む樹脂材料からなる１次成形品を成形し、前記１次成形品を保持した中間金型を第２の金型と対向する位置に向けて回転移動させ、前記中間金型と第２の金型を型閉して前記１次成形品を含むキャビティを形成するまでのいずれかの工程で、第１の金型、中間金型、第２の金型、１次成形品の少なくとも一つに、係合部を備え表面にブラスト処理、レーザー処理、プラズマ処理、薬品処理、コーティングのいずれかの処理が行われた金属材料からなるインサート材をインサートし、前記１次成形品を含むキャビティに強化繊維を含む樹脂材料を射出し、前記インサート材の係合部を除く部分に強化繊維を含む樹脂を付着させることを特徴とする。

本発明の請求項２に記載のインサート材と樹脂材料の複合体の成形方法は、インサート材と樹脂材料が金型のキャビティ内で一体化されるインサート材と樹脂材料の複合体の成形方法において、第１の金型が取付けられる第１の盤と第２の金型が取付けられる第２の盤との間に、中間金型が取付けられる中間部材が型開方向に直交する軸を中心に回転可能に配設される射出成形機を用い、型開きされた第１の金型または第１の金型と対向する中間金型に係合部を備え表面にブラスト処理、レーザー処理、プラズマ処理、薬品処理、コーティングのいずれかの処理が行われた金属材料からなるインサート材をインサートし、第１の金型と中間金型を型閉し、インサートされた前記インサート材の一側を含むキャビティに強化繊維を含む樹脂材料を射出して前記インサート材の係合部を除く部分に強化繊維を含む樹脂材料を付着させた１次成形品を成形し、前記１次成形品を中間金型に保持した状態で第１の金型と中間金型を型開きし、前記１次成形品を保持した中間金型を第２の金型と対向する位置に向けて回転移動させ、前記中間金型と第２の金型を型閉し、前記型閉により形成された１次成形品のインサート材の他側を含むキャビティに強化繊維を含む樹脂材料を射出させ、前記インサート材の係合部を除く部分に強化繊維を含む樹脂を付着させることを特徴とする。

本発明の請求項３に記載のインサート材と樹脂材料の複合体の成形方法は、インサート材と樹脂材料が金型のキャビティ内で一体化されるインサート材と樹脂材料の複合体の成形方法において、第１の金型が取付けられる第１の盤と第２の金型が取付けられる第２の盤との間に、中間金型が取付けられる中間部材が型開方向に直交する軸を中心に回転可能に配設される射出成形機を用い、型開きされた第１の金型または第１の金型と対向する中間金型に係合部を備え表面にブラスト処理、レーザー処理、プラズマ処理、薬品処理、コーティングのいずれかの処理が行われた金属材料からなるインサート材をインサートし、第１の金型と中間金型を型閉し、インサートされた前記インサート材の一側を含むキャビティに強化繊維を含む樹脂材料を射出して前記インサート材の係合部を除く部分に強化繊維を含む樹脂材料を付着させた１次成形品を成形し、前記１次成形品を中間金型に保持した状態で第１の金型と中間金型を型開きし、前記１次成形品を保持した中間金型を第２の金型と対向する位置に向けて回転移動させ、前記中間金型と第２の金型を型閉し、前記型閉により形成された１次成形品のインサート材の他側を含むキャビティに強化繊維を含まない樹脂材料か強化繊維の含有量が１次成形よりも低い樹脂材料を１次成形された強化繊維材料を射出させ、前記樹脂材料を１次成形された強化繊維を含む樹脂層の表面に付着させることを特徴とする。

本発明の請求項４に記載のインサート材と樹脂材料の複合体の成形方法は、インサート材と樹脂材料が金型のキャビティ内で一体化される金属と樹脂材料の複合体の成形方法において、第１の金型が取付けられる第１の盤と第２の金型が取付けられる第２の盤との間に、中間金型が取付けられる中間部材が型開方向に直交する軸を中心に回転可能に配設される射出成形機を用い、型開きされた第１の金型または第１の金型と対向する中間金型に係合部を備え表面にブラスト処理、レーザー処理、プラズマ処理、薬品処理、コーティングのいずれかの処理が行われた金属材料からなるインサート材をインサートし、前記インサート材に対して型開きされた状態のまま或いは第１の金型と中間金型を型閉してから追加処理し、更に追加処理されたインサート材の係合部を除く部分を含むキャビティに強化繊維を含む樹脂材料を射出成形して前記インサート材と前記強化繊維を含む樹脂材料からなる１次成形品を成形し、前記１次成形品を中間金型に保持した状態で第１の金型と中間金型を型開きし、前記１次成形品を保持した中間金型を第２の金型と対向する位置に向けて回転移動させ、前記中間金型と第２の金型を型閉し、前記型閉により形成された１次成形品の係合部を除く部分を含むキャビティに強化繊維を含む樹脂材料を射出することを特徴とする。

本発明の請求項５に記載のインサート材と樹脂材料の複合体の成形方法は、請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、前記インサート材は両端に係合部を備えた金属材料であることを特徴とする。

本発明の請求項６に記載のインサート材と樹脂材料の複合体の成形装置は、請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のインサート材と樹脂材料の複合体の成形方法に用いる金型を含む射出成形機と、前記射出成形機の側方に配置され、係合部を備えた金属材料からなるインサート材を金型または１次成形品の所定位置にインサートするロボットとを備えたことを特徴とする。

本発明のインサート材と樹脂材料の複合体の成形方法は、インサート材と樹脂材料が金型のキャビティ内で一体化されるインサート材と樹脂材料の複合体の成形方法において、第１の金型が取付けられる第１の盤と第２の金型が取付けられる第２の盤との間に、中間金型が取付けられる中間部材が型開方向に直交する軸を中心に回転可能に配設される射出成形機を用い、型開きされた第１の金型と中間金型を型閉し、前記型閉により形成されたキャビティに強化繊維を含む樹脂材料を射出して強化繊維を含む樹脂材料からなる１次成形品を成形し、前記１次成形品を保持した中間金型を第２の金型と対向する位置に向けて回転移動させ、前記中間金型と第２の金型を型閉して前記１次成形品を含むキャビティを形成するまでのいずれかの工程で、第１の金型、中間金型、第２の金型、１次成形品の少なくとも一つに、係合部を備え表面にブラスト処理、レーザー処理、プラズマ処理、薬品処理、コーティングのいずれかの処理が行われた金属材料からなるインサート材をインサートし、前記１次成形品を含むキャビティに強化繊維を含む樹脂材料を射出し、前記インサート材の係合部を除く部分に強化繊維を含む樹脂を付着させるので、各種のバリエーションを備えたインサート材と樹脂材料の複合体の成形を行うことができる。

本発明の本実施形態の射出成形機の平面図であって、型開き時の状態を示す平面図である。本発明の本実施形態の射出成形機の平面図であって、型閉時の状態を示す平面図である。本発明の第１の実施形態の成形方法を示す説明図である。本発明の第２の実施形態の成形方法を示す説明図である。本発明の第３の実施形態の成形方法を示す説明図である。本発明の第４の実施形態の成形方法を示す説明図である。本発明の第１の実施形態の成形方法で成形されるインサート材Ｉと樹脂材料Ｍの複合体の正面図である。図７におけるＢ−Ｂ線の断面であるである。

本発明の実施形態の射出成形機１１について、図１、図２を参照して説明する。射出成形機１１は、インサート材Ｉと樹脂材料Ｍ１，Ｍ２の複合体を成形するための射出成形機１１である。ベッド１２の上面には型締装置１３が配置されている。型締装置１３は、第１の金型である可動金型１４が取付けられる第１の盤である可動盤１５と第２の金型である固定金型１６が取付けられる第２の盤である固定盤１７との間に、中間金型１８，１８が取付けられる中間部材である回転盤２５が型開閉方向Ａ−Ａに移動可能かつ型開方向に直交する軸Ｏを中心に回転可能に配設されている。そして前記固定金型１６と前記中間金型１８、前記可動金型１４と中間金型１８とがそれぞれ型開閉手段１９，２０により型閉されてそれぞれ第１のキャビティＣ１，第２のキャビティＣ２が形成され、型締手段２１により型締が行われる。

前記固定盤１７の四隅近傍には型締手段２１の型締シリンダ２２が設けられ、型締シリンダ２２のロッドがタイバ２３となっている。そしてタイバ２３には、固定盤１７に対して型開閉方向Ａ−Ａに移動可能な可動盤１５と、固定盤１７と可動盤１５の間にあって型開閉方向Ａ−Ａに移動可能な上フレーム（図示省略）と下フレーム２４が挿通されている。上側の２本のタイバ２３に挿通される上フレームと下側の２本のタイバ２３に挿通される下フレーム２４の間には中間部材である回転盤２５が型開閉方向Ａ−Ａに直交する軸を中心に回転可能に配設されている。そして回転盤２５の両面の金型取付面にはそれぞれ中間金型１８，１８が取付けられる。中間金型１８，１８には１次成形品Ｐ１が離型時に保持されるような形状的工夫や装置が設けられている。

なお前記において下フレーム２４はベッド１２上にも支持されたものでもよい。また上フレームについては省略してもよい。更に上フレーム、下フレーム２４を省略し、タイバ２３にガイドされない移動部材をベッド１２上に型開閉方向Ａ−Ａに移動可能に設け、前記移動フレームに対して回転可能な回転盤（中間部材）を立設し、該回転盤の両面の金型取付面にそれぞれ中間金型を取付けたものでもよい。または移動部材の上面の回転可能な回転テーブルの上面に２面または４面にキャビティ面を備えた１個の中間金型を取付けたものでもよい。その場合回転テーブルが中間部材に相当する。更にまた上フレームと下フレーム２４の間に中間部材の部分の両側に金型部分が取付けられた１個の中間金型を回転自在に取付けたものでもよい。本発明の各例において中間部材を回転可能に設けるとは、１方向に間欠的な回転を繰り返すものの他、１８０°等の角度で正転と反転を行うものも含まれる。

型締シリンダ２２は油圧により作動され、タンク２６に接続して設けられたポンプ２７から切換弁２８を介して型締シリンダ２２の型締側油室２９ａまたは型開側油室２９ｂに作動油が供給されるようになっている。なお型締手段についても図１の型締シリンダ２２に限定されない。また可動盤１５には可動金型１４が取付けられ、可動盤１５の外側面のタイバ２３の挿通部分の近傍にはハーフナット３４が設けられている。そしてハーフナット３４は図示しない駆動手段により進退移動可能であり、タイバ２３に設けられた係止部３５に係止されるようになっている。

また射出成形機１１は可動盤１５（可動金型１４を含む）を型開閉方向Ａ−Ａに移動させる型開閉手段１９と、上フレームおよび下フレーム２４、中間部材である回転盤２５、および中間金型１８，１８を型開閉方向Ａ−Ａに移動させる型開閉手段２０が設けられている。可動盤の型開閉手段１９（可動金型の型開閉手段）は、ベッド１２上に固定されたサーボモータ３７（Ｍ１）の駆動軸とベッド１２上に軸支されたボールねじ３８とがベルト３９等を介して連結されている。サーボモータ３７は回転角度を検出するロータリエンコーダ４０が設けられている。可動盤１５の側面のブラケットにはボールねじナット４１が固定され、ボールねじナット４１にボールねじ３８が挿入されている。またサーボモータ３７は、サーボアンプ４２を介して射出成形機１１全体を統括する制御装置３３に接続されている。図１，図２では１基の可動盤の型開閉手段１９しか図示されていないが、一般的には２基〜４基の可動盤の型開閉手段１９が設けられる。

可動盤１５と中間部材（回転盤）２５の間を型開閉する中間部材の型開閉手段２０（中間金型の型開開閉手段）については、可動盤１５の側面のブラケットにサーボモータ４３（Ｍ２）が固定され、この図では下フレーム２４にボールねじナット４４が固定され、前記ボールねじナット４４に挿通されるボールねじ４５が、サーボモータ４３の駆動軸と連結されている。そしてサーボモータ４３にはロータリエンコーダ４７が設けられている。またサーボモータ４３は、サーボアンプ４８を介して射出成形機１１全体を統括する制御装置３３に接続されている。図１，図２では１基の中間部材の型開閉手段２０しか図示されていないが、一般的には２基〜４基の中間部材の型開閉手段２０が設けられる。なお可動盤の型開閉手段１９と中間部材の型開閉手段２０の取付けられる部材やフレーム、サーボモータ３７，４３の駆動軸とボールねじ３８，４５の連結方法などもこれに限定されない。

また固定盤１７の外側のベッド１２上には第１の射出装置４９が設けられ、可動盤１５の外側には可動盤１５とともに移動する第２の射出装置５０が設けられている。射出装置４９，５０の数や配置はこれに限定されず、型締装置１３の側面側に射出装置を配置してもよい。

制御装置３３について詳細は省略するが演算部、記憶部、入出力部などの機能を備えた部分を有している。そして制御装置３３は、上記した型開閉手段１９，２０の他、射出成形機１１の各装置のアクチュエータやセンサに接続されている。また制御装置３３は、射出成形機１１の各種設定入力や表示を行う操作部３１に接続されている。

また射出成形機１１のベッド１２の一側には金属材料からなるインサート材を金型の所定位置にインサートするインサート用のロボット５１が配置されている。本実施形態では、インサート用のロボット５１は多関節ロボットが使用され、先端のチャックまたは吸着具によりインサート材を把持できるようになっている。床面にはロボットを型開閉方向Ａ−Ａに移動させるレール５２が配置されている。そして前記レール５２上をロボット５１が型開閉方向Ａ−Ａに移動できるようになっている。このようにロボット５１が移動可能なのは、インサート材を取付ける金型が固定金型１６、中間金型１８，１８、可動金型１４のいずれに変更されても対応可能なようにロボット５１を最適の位置に移動させるためである。また図示しないがインサート材と樹脂材料の複合体（完成品）を金型から取り出す取出し用のロボットも別途に配置されている。これらロボット５１等もまた制御装置３３に接続されている。なおインサート用のロボット５１は多関節ロボットに限定されずＸＹＺ軸方向にチャック等が移動するものでもよい。本発明のインサート材と樹脂材料の複合体の成形装置には、射出成形機１１とロボット５１が少なくとも含まれる。

なお図１、図２の例では、第１の金型が可動金型１４であり、第１の盤が可動盤１５であり、第２の金型が固定金型１６であり、第２の盤が固定盤１７であるが、本発明では、その反対に、第１の金型が固定金型であり、第１の盤が固定盤であり、第２の金型が可動金型であり、第２の盤が可動盤であってもよい。また図１、図２の例では、中間部材である回転盤２５と中間金型１８は、型開閉方向Ａ−Ａに移動されるが、回転可能な中間部材と中間金型は型開閉方向には固定されるかまたは僅かしか移動せず、一方側の第１の盤（可動盤）に取付けられた第１の金型（可動金型）、他方側の第２の盤（可動盤）に取付けられた第２の金型（可動金型）が中間金型と中間部材に向けて移動するものでもよい。

次に図１、図２に示されるインサート材と樹脂材料の複合体の成形用の射出成形機１１を用いた本発明のインサート材と樹脂材料の複合体の成形方法について図３ないし図６を用いて説明する。本発明では、型開きされた第１の金型（可動金型１４）と中間金型１８を型閉し、前記型閉により形成されたキャビティＣ１に樹脂材料Ｍ１を射出して１次成形品Ｐ１を成形し、前記１次成形品Ｐ１を保持した中間金型１８を第２の金型（固定金型１６）と対向する位置に向けて回転移動させ、前記中間金型１８と第２の金型（固定金型１６）を型閉して１次成形品Ｐ１を含むキャビティＣ２を形成するまでのいずれかの工程で、第１の金型（可動金型１４）、中間金型１８，１８、第２の金型（固定金型１６）、１次成形品Ｐ１の少なくとも一つにインサート材Ｉをインサートし、前記１次成形品Ｐ１を含むキャビティＣ２に樹脂材料Ｍ２を射出する。

図３ないし図６では、射出成形機１１は第１の射出装置４９や第２の射出装置５０などは省略して要部のみを図示している。ま成形方法の説明は、１個のインサート材と樹脂材料の複合体Ｐ２の成形手順に沿って説明する。そのためインサート材と樹脂材料の複合体Ｐ２は連続して成形されるが、前のサイクルや後のサイクルで成形される１次成形品Ｐ１やインサート材と樹脂材料の複合体Ｐ２については図３ないし図６では図示を省略している。

まず図３に示される本発明の第１の実施形態のインサート材と樹脂材料の複合体の成形方法について説明する。図３（ａ）に示されるように、型開きされた第１の金型（可動金型１４）か、または第１の金型（可動金型１４）と対向する中間金型１８の所定の位置にインサート用のロボット５１によりインサート（金型の凹部に挿入）する（この実施形態では可動金型１４にインサート）。インサート材Ｉは、図７に示されるような棒状または長手板状の金属材料のインサート材Ｉがインサート（金型の凹部に挿入）される。このことによりインサート材Ｉの他側は第１の金型（可動金型１４）のキャビティ面１４ａに当接される。次に図３（ｂ）に示されるように第１の金型（可動金型１４）と中間金型１８を型閉し、第１の金型（可動金型１４）にインサートされたインサート材Ｉの一側を含み中間金型１８の間に形成されるキャビティＣ１に第２の射出装置５０から強化繊維を含む樹脂材料Ｍ１を射出する。そして所定の冷却時間が経過したら図３（ｃ）に示されるようにインサート材Ｉと強化繊維を含む樹脂材料からなる１次成形品Ｐ１を中間金型１８に保持した状態で第１の金型（可動金型１４）と中間金型１８を型開きする。本実施形態の１次成形品Ｐ１は、図７、図８に示される完成品のうち、樹脂材料Ｍ１とインサート材Ｉからなり、樹脂材料Ｍ２の部分が無いものである。樹脂材料Ｍ１のうち、２次成形時に樹脂材料Ｍ２と接合される部分は、図８に示されるように凸部Ｍ１ａ、凹部、粗面等の非平面部を形成して、樹脂材料Ｍ２との接合力が大きくなるようにしておくことが望ましい。

次に図３（ｄ）に記載されるように、前記１次成形品Ｐ１を保持した中間金型１８と中間部材である回転盤２５を第２の金型（固定金型１６）と対向する位置に向けて１８０°回転移動させる。次に図３（ｅ）に示されるように前記中間金型１８と第２の金型（固定金型１６）を型閉し、１次成形品Ｐ１のインサート材Ｉの他側を含み第２の金型（固定金型１６）と中間金型１８の間のキャビティＣ２を形成する。そして前記キャビティＣ２に強化繊維を含む樹脂材料を射出することによりインサート材Ｉと強化繊維を含む樹脂材料の複合体が成形される。次に図４（ｆ）に示されるように再度型開きして、図７、図８に示されるようなインサート材Ｉの一側と他側にそれぞれ樹脂材料Ｍ１，Ｍ２が付着したインサート材と樹脂材料の複合体Ｐ２を図示しないロボットにより取り出す。前記において、図３（ｂ）の工程で、インサート材Ｉの一側と第１の金型（可動金型１４）の間のキャビティＣ１に溶融した樹脂材料を射出した場合は、図３（ｅ）の工程では、インサート材Ｉの他側と中間金型１８の間に溶融樹脂を射出しないとインサート材Ｉの両側に樹脂材料Ｍ１，Ｍ２を形成することができない。しかしインサート材Ｉと中間金型１８の間の部分は特殊な金型構造ではない場合、型閉時からキャビティ空間が形成されておらず、射出とともに溶融樹脂圧力によりキャビティＣ２が形成されることになるので、一定量以上の溶融樹脂の射出には適さない。

前記第１の実施形態の場合、インサート材Ｉの一側と他側の両面に樹脂材料Ｍ１，Ｍ２を付着させることができる。従ってインサート材Ｉが比較的薄い板状のものや棒状のものであってもインサート材と樹脂材料の複合体Ｐ２に反りが生じにくい。またインサート材Ｉがリサイクル材や繊維が表面に現れている樹脂体である場合、両面をバージン材の樹脂材料Ｍ１，Ｍ２により覆うことにより美観に優れたインサート材と樹脂材料の複合体Ｐ２を成形できる。更にはインサート材Ｉが金属材料等の長尺材（丸棒等）であっても全周を強化繊維材料等の樹脂材料Ｍ１，Ｍ２で覆うことができるので強度の強いインサート材と樹脂材料の複合体Ｐ２を成形できる。

次に図１、図２に示される複合体成形用の射出成形機１１を用いた、図４に示される本発明の第２の実施形態のインサート材と樹脂材料の複合体の成形方法について説明する。まず図４（ａ）に示されるように第１の金型（可動金型１４）と中間金型１８が型開きされた状態から、型閉を行い、図４（ｂ）に示されるように第１の金型（可動金型１４）と中間金型１８の間に形成されるキャビティＣ１に樹脂材料Ｍ１を第２の射出装置５０から射出し、樹脂材料からなる１次成形品Ｐ１を成形する。次に図４（ｃ）に示されるように、中間金型１８に１次成形品Ｐ１を保持した状態で第１の金型（可動金型１４）と中間金型１８を型開きする。次に前記１次成形品Ｐ１を保持した中間部材である回転盤２５と中間金型１８を第２の金型（固定金型１６）と対向する位置に向けて回転移動させ、その後、前記中間金型１８と第２の金型（固定金型１６）を型閉するまでの間にインサート材Ｉの一側が前記１次成形品Ｐ１に接合されるようにインサートする。この際、図４（ｃ）に示されるように、最初に型開きして第１の金型（可動金型１４）と中間金型１８が対向している状態で１次成形品Ｐ１を含む中間金型１８の所定の位置にインサート用のロボット５１によりインサート材をインサートしてもよいし、図４（ｄ）に示されるように、中間金型１８の回転後に中間金型１８と第２の金型（固定金型１６）が対向している状態で１次成形品Ｐ１の所定位置にインサート材Ｉをインサートしてもよい。更には中間金型１８が、９０°回転して、型開閉方向Ａ−Ａに直交する方向に正対した状態で、射出成形機１１の側面からインサート材Ｉを１次成形品Ｐ１の所定位置にインサートしてもよい。または１次成形品Ｐ１を成形後（前の完成品を除去後）に、中間金型１８や第２の金型（固定金型）の所定位置に、インサート材Ｉをインサートしてもよい。

本実施形態では、図４（ｄ）に示されるように中間金型１８を回転後、を第２の金型（固定金型１６）と対向した状態で１次成形品Ｐ１または中間金型１８にインサート材Ｉがインサートされる。次に図４（ｅ）に示されるように前記中間金型１８と第２の金型（固定金型１６）を型閉する。そしてインサート材Ｉの他側を含み中間金型１８と第２の金型（固定金型１６）の間に形成されるキャビティＣ２に第１の射出装置４９から樹脂材料を射出する。そしてキャビティＣ２内での溶融樹脂の冷却が完了すると、次に図４（ｆ）に示されるように再度型開きして、インサート材と樹脂材料の複合体Ｐ２を図示しないロボットにより取り出す。第２の実施形態においては、１次成形のキャビティＣ１にはインサート材Ｉは挿入しないので、第１の実施形態との比較においては成形時のインサート材Ｉへの熱や圧力などによるストレスは小さい。そのため比較的耐熱性や耐圧性に劣るインサート材Ｉには適する。また中間金型１８に保持された１次成形品Ｐ１の上にインサート材Ｉをインサートし第２の金型（固定金型１６）と対向させ、第２の射出装置５０から射出を行う場合、１次成形の金型のランナー構造などを複雑化させないで済む場合がある。ただし第２の実施形態は、１次成形品Ｐ１とインサート材Ｉとの間の結合は、第１の射出装置４９からの射出で補強などしないと比較的弱くなる。

次に図１、図２に示される複合体成形用の射出成形機１１を用いた、図５に示される本発明の第３の実施形態のインサート材と樹脂材料の複合体の成形方法について説明する。まず図５（ａ）に示されるように、型開きされた第１の金型（可動金型１４）または第１の金型（可動金型１４）と対向する中間金型１８に第１のインサート材１ａをインサートする。そして図５の（ｂ）に示されるように、第１の金型（可動金型１４）と中間金型１８を型閉し、インサートされた第１のインサート材Ｉａを含むキャビティＣ１に樹脂材料Ｍ１を第２の射出装置５０から射出してインサート材と樹脂材料からなる１次成形品Ｐ１を成形する。次に図５の（ｃ）に示されるように、前記１次成形品Ｐ１を中間金型１８に保持した状態で第１の金型（可動金型１４）と中間金型１８を型開きする。

次に図５（ｄ）に示されるように、前記１次成形品Ｐ１を保持した中間金型１８を第２の金型である固定金型１６と対向する位置に向けて回転移動させる。そして中間金型１８と固定金型１６とが型閉されるまでの間に、１次成形品Ｐ１、中間金型１８、第２の金型（固定金型１６）の少なくとも一つに第２のインサート材Ｉｂをインサートする。ここでは１成形品Ｐ１を保持した中間金型１８が固定金型１６と対向した状態で第２のインサート材Ｉｂをインサートしている。そして図５（ｅ）に示されるように型閉により形成された１次成形品Ｐ１と第２のインサート材Ｉｂを含むキャビティＣ２に樹脂材料Ｍ２を第１の射出装置４９から射出する。そしてキャビティＣ２内での溶融樹脂の冷却が完了すると、次に図５（ｆ）に示されるように再度型開きして、インサート材Ｉａとインサート材Ｉｂが一体化されたインサート材と樹脂材料の複合体Ｐ２を図示しないロボットにより取り出す。なおインサート材Ｉａとインサート材Ｉｂはそれぞれ１個をインサートするとは限定されず複数個をインサートしてもよい。

次に図１、図２に示される複合体成形用の射出成形機１１を用いた、図６に示される本発明の第４の実施形態のインサート材と樹脂材料の複合体の成形方法について説明する。まず図６（ａ）に示されるように型開きされた第１の金型（可動金型１４）または第１の金型（可動金型１４）と対向する中間金型１８の少なくとも一方にインサート材Ｉをインサートする。第４の実施形態ではインサート材Ｉは、これに限定されるものではないが、強化繊維を含む平板状のプリプレグか、または強化繊維を含む平板状のシート材である。そして図６（ｂ）に示されるように、第１の金型（可動金型１４）と中間金型１８を型閉して該インサート材ＩをキャビティＣ１内で追加処理（プレス成形）する。この際第１の金型（可動金型１４）と中間金型１８を前半に加熱して後半に冷却する加熱冷却を行ってもよい。また第１の金型（可動金型１４）と中間金型１８の間のキャビティＣ１でプレス成形を行う際は、第２の金型（固定金型）と中間金型１８の間では並行して２次成形が行われるが、型開閉手段１９，２０や図示しない金型に設けたロック装置により型閉してロックしておくことが望ましい。

次に図６（ｃ）に示されるように第１の金型（可動金型１４）または中間金型１８のキャビティ面の一部であるコア５３を後退させ（コアバックさせ）てキャビティＣ１を形成する。または可動金型１４全体を後退させてインサート材Ｉａを含むキャビティＣ１を形成してもよい。そしてプレス成形されたインサート材Ｉａを含む前記キャビティＣ１に第２の射出装置５０から樹脂材料Ｍ１を射出してインサート材と樹脂材料からなる１次成形品Ｐ１を成形する。次に図６（ｄ）に示されるように、前記１次成形品Ｐ１を中間金型１８に保持した状態で第１の金型（可動金型１４）と中間金型１８を型開きする。そして図６（ｅ）に示されるように、前記１次成形品Ｐ１を保持した中間金型１８を第２の金型と対向する位置に向けて回転移動させる。そして図６（ｆ）に示されるように前記中間金型１８と第２の金型（固定金型１６）を型閉し、前記型閉により形成された１次成形品Ｐ１を含むキャビティＣ２に樹脂材料Ｍ２を第１の射出装置４９から射出する。そしてインサート材と樹脂材料の複合体Ｐ２を成形し、図６（ｇ）に示されるように型開きし、前記インサート材と樹脂材料の複合体Ｐ２を図示しないロボットにより取り出す。

なお第４の実施形態のインサート材Ｉへの追加処理はインサート材Ｉがインサートされて型開き状態のまま行ってもよい。この場合の処理としては、インサート材Ｉへの塗装、インサート材Ｉと樹脂材料の接合状態を良好にするためのコーティング、インサート材Ｉの予熱、インサート材Ｉの孔明け加工などが該当する。またインサート材Ｉをインサートした後に型閉したキャビティＣ１内で塗装等の追加処理を行ってもよい。またはインサート材Ｉが強化繊維とバインダ等を含む強化繊維シートをインサート材Ｉとしてインサートし、キャビティＣ１内の前記シートに粘度の低い溶融樹脂を射出または注入して強化繊維を含むシートへの樹脂材料の含浸を図るものでもよい。また強化繊維を含む材料とは強化繊維のみであってもよい。

なお上記第１の実施形態ないし第４の実施形態は実施可能な範囲で適宜に組み合わせて用いることも可能である。また一つのキャビティＣ１，Ｃ２にインサート（挿入・載置）するインサート材Ｉの個数は、第１成形品を成形する場合、インサート材と樹脂材料の複合体（完成品）を成形する場合ともに限定されない。また金型におけるキャビティＣ１，Ｃ２の数（金型における完成品の取り数）も限定されない。また第１の金型が取付けられる第１の盤と第２の金型が取付けられる第２の盤との間に、中間金型が取付けられる中間部材が型開方向に直交する軸を中心に回転可能に配設される射出成形機の第１の金型が固定金型１６であって、固定金型１６と中間金型１８の間で１次成形品Ｐ１の成形を行い、第２の金型が可動金型１４であって、可動金型１４と中間金型１８の間で２次成形を行ってインサート材と樹脂材料の複合体Ｐ２を成形するものでもよい。また本発明の射出成形機１１については、金型を取り換えれば、インサートを行わない多色成形品や単色成形品の成形も行えることは当然である。

次に第１の実施形態から第４の実施形態のいずれかを、金属材料のインサート材と強化繊維樹脂の射出成形の組み合わせにより使用する際の事項を説明する。背景技術の欄にも記載したように、自動車の軽量化のためには、マルチマテリアルとも呼ばれるハイテン鋼、ステンレス鋼、アルミニウム、マグネシウム等の金属材料と、炭素繊維またはガラス繊維などの強化繊維を含有した樹脂材料を複合体に使用することが望ましい。なお本発明において金属材料のインサート材Ｉは、金属材料以外の材料の部分を備えたものも含まれる。

まずは図７に示されるように少なくとも一端にボルト孔等の係合部６１を備えた長手形状の金属材料からなるインサート材Ｉとして準備する。この金属材料のインサート材Ｉは、金属のみで完成部品を構成するものと比較して細く、単独では自動車部品等に要求される強度を備えていないものである。図７では金属材料のインサート材Ｉは、直線状の部材だが、曲線部を備えたものや枝分かれ部を備えたも、厚みが異なるものなど形状は限定れない。そして前記インサート材Ｉは、強化繊維樹脂Ｍ１，Ｍ２との接合性を良好にするために、複合体の成形前に金属表面にブラスト処理、レーザー処理、プラズマ処理、薬品処理（化学エッチング）などの表面処理が施される。また金属材料と強化繊維樹脂からなる複合体Ｐ２は、その電位差から金属部分がガルバニック腐食などを引き起こすことがあるので、それらを防止するため金属材料の表面にコーティングを行うことが望ましい。そして前記第１の実施形態から第４の実施形態では、射出成形に用いられる強化繊維を含む樹脂材料Ｍ１，Ｍ２は、熱可塑性樹脂を用いることがコストや成形時間の点からどちらかと言えば好ましい。これらの材料の射出時には流動性がよくない材料である場合も多く、金型に加熱冷却が可能な金型を用いたり、射出成形の一種である射出圧縮成形を行うことも好ましい。第１の射出装置４９と第２の射出装置５０の強化繊維を含む樹脂材料Ｍ１，Ｍ２は、第１の実施形態のように両側から被覆する場合は、同じ樹脂材料が望ましい。しかし強化繊維樹脂を含む１次成形品の表面に第２の射出装置５０から表面層を射出して２次成形を行う場合は、１次成形にはリサイクル材や表面に繊維が露出する樹脂材料Ｍ１を用い、２次成形には強化繊維を含まない樹脂材料Ｍ２か強化繊維の含有量が１次成形よりも低い樹脂材料Ｍ２を使用してもよい。

また射出成形機１１で成形が完了した金属材料と強化繊維樹脂の複合体は、冷却収縮や反りなどが完全に解消された時点で、寸法精度を出す処理を行ってもよい。具体的には金属部分のボルト孔や係合部は、最初に形成しておくのではなく、インサート材と樹脂材料の複合体Ｐ２（完成品）として成形されてから機械加工してもよい。そのほうがインサート前の金属材料に係合用のボルト孔や係合部を形成しておくよりも正確な位置関係に係合用のボルト孔や係合部を形成することができる場合が多い。

本発明については、一々列挙はしないが、上記した本実施形態のものに限定されず、当業者が本発明の趣旨を踏まえて変更を加えたものや上記の各実施例の各部を組み合わせたものについても適用されることは言うまでもないことである。型締装置１３は縦方向に型開閉される竪型の射出成形機であってものでもよい。竪型の射出成形機の場合、金型の上面にインサート材をインサートされるので、インサート作業自体は容易となる場合が多い。

１１射出成形機
１３型締装置
１４可動金型
１５可動盤
１６固定金型
１７固定盤
１８中間金型
２５中間部材（回転盤）
４９第１の射出装置
５０第２の射出装置
Ｃ０，Ｃ１，Ｃ２キャビティ
Ｉ，Ｉａ，Ｉｂインサート材
Ｍ１，Ｍ２樹脂材料
Ｐ１１次成形品
Ｐ２インサート材と樹脂材料の複合体（完成品）

Claims

インサート材と樹脂材料が金型のキャビティ内で一体化されるインサート材と樹脂材料の複合体の成形方法において、
第１の金型が取付けられる第１の盤と第２の金型が取付けられる第２の盤との間に、中間金型が取付けられる中間部材が型開方向に直交する軸を中心に回転可能に配設される射出成形機を用い、
型開きされた第１の金型と中間金型を型閉し、
前記型閉により形成されたキャビティに強化繊維を含む樹脂材料を射出して強化繊維を含む樹脂材料からなる１次成形品を成形し、
前記１次成形品を保持した中間金型を第２の金型と対向する位置に向けて回転移動させ、
前記中間金型と第２の金型を型閉して前記１次成形品を含むキャビティを形成するまでのいずれかの工程で、第１の金型、中間金型、第２の金型、１次成形品の少なくとも一つに、係合部を備え表面にブラスト処理、レーザー処理、プラズマ処理、薬品処理、コーティングのいずれかの処理が行われた金属材料からなるインサート材をインサートし、
前記１次成形品を含むキャビティに強化繊維を含む樹脂材料を射出し、前記インサート材の係合部を除く部分に強化繊維を含む樹脂を付着させることを特徴とするインサート材と樹脂材料の複合体の成形方法。
インサート材と樹脂材料が金型のキャビティ内で一体化されるインサート材と樹脂材料の複合体の成形方法において、
第１の金型が取付けられる第１の盤と第２の金型が取付けられる第２の盤との間に、中間金型が取付けられる中間部材が型開方向に直交する軸を中心に回転可能に配設される射出成形機を用い、
型開きされた第１の金型または第１の金型と対向する中間金型に係合部を備え表面にブラスト処理、レーザー処理、プラズマ処理、薬品処理、コーティングのいずれかの処理が行われた金属材料からなるインサート材をインサートし、
第１の金型と中間金型を型閉し、
インサートされた前記インサート材の一側を含むキャビティに強化繊維を含む樹脂材料を射出して前記インサート材の係合部を除く部分に強化繊維を含む樹脂材料を付着させた１次成形品を成形し、
前記１次成形品を中間金型に保持した状態で第１の金型と中間金型を型開きし、
前記１次成形品を保持した中間金型を第２の金型と対向する位置に向けて回転移動させ、
前記中間金型と第２の金型を型閉し、
前記型閉により形成された１次成形品のインサート材の他側を含むキャビティに強化繊維を含む樹脂材料を射出させ、前記インサート材の係合部を除く部分に強化繊維を含む樹脂を付着させることを特徴とするインサート材と樹脂材料の複合体の成形方法。
インサート材と樹脂材料が金型のキャビティ内で一体化されるインサート材と樹脂材料の複合体の成形方法において、
第１の金型が取付けられる第１の盤と第２の金型が取付けられる第２の盤との間に、中間金型が取付けられる中間部材が型開方向に直交する軸を中心に回転可能に配設される射出成形機を用い、
型開きされた第１の金型または第１の金型と対向する中間金型に係合部を備え表面にブラスト処理、レーザー処理、プラズマ処理、薬品処理、コーティングのいずれかの処理が行われた金属材料からなるインサート材をインサートし、
第１の金型と中間金型を型閉し、
インサートされた前記インサート材の一側を含むキャビティに強化繊維を含む樹脂材料を射出して前記インサート材の係合部を除く部分に強化繊維を含む樹脂材料を付着させた１次成形品を成形し、
前記１次成形品を中間金型に保持した状態で第１の金型と中間金型を型開きし、
前記１次成形品を保持した中間金型を第２の金型と対向する位置に向けて回転移動させ、
前記中間金型と第２の金型を型閉し、
前記型閉により形成された１次成形品のインサート材の他側を含むキャビティに強化繊維を含まない樹脂材料か強化繊維の含有量が１次成形よりも低い樹脂材料を１次成形された強化繊維材料を射出させ、前記樹脂材料を１次成形された強化繊維を含む樹脂層の表面に付着させることを特徴とするインサート材と樹脂材料の複合体の成形方法。
インサート材と樹脂材料が金型のキャビティ内で一体化される金属と樹脂材料の複合体の成形方法において、
第１の金型が取付けられる第１の盤と第２の金型が取付けられる第２の盤との間に、中間金型が取付けられる中間部材が型開方向に直交する軸を中心に回転可能に配設される射出成形機を用い、
型開きされた第１の金型または第１の金型と対向する中間金型に係合部を備え表面にブラスト処理、レーザー処理、プラズマ処理、薬品処理、コーティングのいずれかの処理が行われた金属材料からなるインサート材をインサートし、
前記インサート材に対して型開きされた状態のまま或いは第１の金型と中間金型を型閉してから追加処理し、
更に追加処理されたインサート材の係合部を除く部分を含むキャビティに強化繊維を含む樹脂材料を射出成形して前記インサート材と前記強化繊維を含む樹脂材料からなる１次成形品を成形し、
前記１次成形品を中間金型に保持した状態で第１の金型と中間金型を型開きし、
前記１次成形品を保持した中間金型を第２の金型と対向する位置に向けて回転移動させ、
前記中間金型と第２の金型を型閉し、
前記型閉により形成された１次成形品の係合部を除く部分を含むキャビティに強化繊維を含む樹脂材料を射出することを特徴とするインサート材と樹脂材料の複合体の成形方法。
前記インサート材は両端に係合部を備えた金属材料であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のインサート材と樹脂材料の複合体の成形方法。
請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のインサート材と樹脂材料の複合体の成形方法に用いる金型を含む射出成形機と、
前記射出成形機の側方に配置され、係合部を備えた金属材料からなるインサート材を金型または１次成形品の所定位置にインサートするロボットとを備えたことを特徴とするインサート材と樹脂材料の複合体の成形装置。