JP6979324B2 - 複合成形品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明はプレス成形と射出成形とを複合化した複合成形品の製造方法及びその製造システムに関する。

ガラス繊維，炭素繊維等の繊維素材とポリプロピレン，ポリエチレン，ナイロン等の熱可塑性樹脂との複合材は、例えば特許文献１等に記載されているように公知である。
これらの複合材は高強度，高剛性が得られるものの、重量が大きくなるので発泡体からなるシートを積層することも記載されている。
また、特許文献２には発泡体に熱可塑性樹脂シートを積層した複合体を金型内に配置し、易流動化剤を添加した熱可塑性樹脂を射出するインサート射出成形方法が記載されている。
しかし、これらの開示する技術は積層体を成形することができても、例えば表皮部と内部とで材料が異なるものや３次元的に異形状の複合成形品を製造することは出来なかった。

特開２０１２−０９６４８２号公報 特開２００１−１６２６４３号公報

本発明は、異形状からなる成形品の製造に適した複合成形品の製造方法及びその製造システムの提供を目的とする。

本発明に係る複合成形品の製造方法は、複数の基材又は中空部を有する基材を金型内に投入し、予備成形することで予備成形体を得るステップと、前記予備成形と同時又はその直後に前記予備成形体の複数の基材の内側又は中空部に射出材を射出することで、射出成形体を得ることを特徴とする。
前記基材は、金型内に投入する前に余熱してもよく、また金型内で余熱してもよい。
ここで予備成形する手段は、金型を構成する可動型、あるいは金型の内部に設けた賦形型等にて予備的にプレス成形可能であれば、特に限定されない。

本発明においては、予備成形体の外側にも射出材を射出してもよい。
例えば、外側に補強リブ等の補強部を部分的に形成する等である。

本発明において、基材は繊維と熱可塑性樹脂との複合材であってもよく、射出材を射出後又は同時にキャビティ容積を広げるコアバック発泡成形をするステップを有していてもよい。

上記のように複合成形品を製造するのに適した製造システムは、複数の基材又は中空部を有する基材を金型内に投入する手段と、前記金型内に投入された基材を予備成形する手段と、前記予備成形された予備成形体の内側に射出材を射出する射出成形手段とを有し、前記金型はコアバック機構を有することを特徴とする。

本発明に用いる基材は、複合成形品の表皮部を形成するためのものである。
例えば、各種樹脂シート材であってもよい。
また、高強度の表皮を必要とする複合成形品にあっては、熱可塑性樹脂をマトリックスとした繊維材との複合基材が好ましい。
マトリックスとしては、ポリプロピレン，ポリエチレン，ポリアミド系樹脂であるナイロン（ナイロン６，ナイロン６６）等が例として挙げられる。
繊維材とは、ガラス繊維，炭素繊維，アラミド繊維等が例として挙げられ、これらは無方向性の短繊維，配向性の高い長繊維等、用途に応じて選択できる。

本発明において射出材は、複合成形品の内部を形成するためのものである。
各種熱可塑性樹脂を射出材として用いることができるが、軽量化のためには射出後又は同時に発泡させてもよい。
ポリエチレン，ポリプロピレン等のポリオレフィン系、ポリスチレン，ポリウレタン等を発泡させたものが例として挙げられる。
また、上記射出材は、表皮に用いたマトリックスと同系統の樹脂が好ましいが、複合成形品の用途等に応じて、異なる樹脂でもよい。
発泡方法にも特に制限がなく、各種発泡剤を用いてもよく、炭酸ガス，窒素ガス等でもよい。
また、独泡型，連泡型を問わない。

本発明は、複数の素材を重ねるようにして、あるいは中空部を有する中空形状の基材を金型内で予備的にプレス成形することで、二次元形状又は三次元形状の予備成形体を成形した後に、又はそれと同時に内側に射出材を射出注入し、射出成形体を得ることができる。
また、前記内側に射出注入した射出材を発泡させることで、軽量化を可能にした内部の発泡体と、高強度の繊維複合材からなる表皮の複合成形品を得ることができる。
このように本発明は、プレス成形と射出成形とを一体的に複合化できたので、高剛性で軽量な複合成形品を低コストで生産することができる。
また、表皮に用いた基材の樹脂と内部に用いた射出材とが、ともに熱可塑性の樹脂であることから、基材と射出材の接合が強固となる。

本発明に係る複合成形品の製造工程例を示す。 （ａ）〜（ｃ）製造方法の実施例を示す。 （ａ），（ｂ）製造方法の他の実施例を示す。

本発明に係る複合成形品の製造方法の特徴を図１に基づいて説明し、図２，３にて具体的に実施例について説明する。

本発明に係る製造方法にて用いる金型の構造例を図１（ａ）に示す。
固定型１２に対して上下方向に可動する可動型１１を備え、可動型１１又は固定型１２のどちらか一方又は両方に前進，後退移動制御された賦形型１３を有する。
図１（ａ）は、賦形型１３を可動型側に設け、賦形型１３と固定型１２とでキャビティを形成する例になっている。
２枚の基材１，２を熱可塑性樹脂の物性に合せて、例えば１６０〜２６０℃にて予備加熱し、金型内に重ねて投入する。
次に賦形型１３にて、２枚の基材１，２が融着しない範囲にて、プレス成形による予備成形する。
図１（ａ）では、基材１，２の端部が重なった重なり部Ｓを形成し、その内側に内部Ｄとして隙間があるように図示してあるが、これは分かりやすくするためであり、この内部Ｄに射出材を射出できるようになっていればよい。
従って、この段階では基材１，２は賦形不足の状態になっている。

次に図１（ｂ）に示すように、固定型１２側に設けたランナー１４，ゲート１５を介して、基材１と基材２との内側に射出材Ｐ_０を射出し、射出成形する。
射出材Ｐ_０を発泡させる場合には、賦形型１３を後退させ、拡張キャビティ部Ｃを形成し、発泡させることで発泡体Ｐ_１の圧力にて製品が賦形される。

図２（ａ）に実施例１を示す。
複合成形品の表皮となる２枚の基材１，２をプレス成形した後に、その内側に射出材Ｐ_０として、ポリプロピレンを射出し、複合成形品を得た。
基材１，２は、約２００〜２３０℃にて予熱した。
基材の厚みは０．５〜２０ｍｍ、好ましくは１〜５ｍｍ程度がよく、この厚みや予熱温度にもよるが、約２０ＭＰａにてプレス成形した。
この場合にプレス成形は、可動型１１の前進量を制御し、基材１，２の内側に射出材を射出できるように予備的に賦形することになる。
本実施例では、型温９０〜１２０℃，冷却時間１２０秒に設定した。
また、射出材はポリプロピレン樹脂のみでもよいが、このポリプロピレンをマトリックスとしたガラス繊維や炭素繊維との複合材でもよい。

図２（ｂ）に実施例２を示す。
実施例２は、実施例１に対して複合成形品の内側に補強のためのリブＲを射出成形により形成した例である。
本実施例では、固定型にリブ溝部を設けた例になっている。
この場合に、製品形状を安定させるために、まず内側の射出材Ｐ_０を先に射出し、それとは少しタイミングをずらしてリブＲの部分を射出成形するのが好ましい。
例えば、ランナー１４とランナー１４ａとで、バルブ制御により射出タイミングを制御する。

実施例３は、図２（ｃ）に示すように固定型１２側に設けた賦形型１３をコアバックさせ、発泡体Ｐ_１にした例である。
また、コアバック量や樹脂材によっては製品の取り出しまでの冷却時間が長くなる場合もある。
その場合には、金型を加熱及び冷却が可能なヒートアンドクール仕様にしてもよい。

実施例４は、図３（ａ）に示すように金型にピンチオフ機能を有し、基材１と基材２との外周部を融着させた封止部Ｓを形成し、その内部に射出材を射出し、射出成形体にした例である。
この場合には、成形後にバリ部１ｂ，２ｂ等を除去することになる。
射出ゲートは基材に射出用の孔１ａを設けてもよい。
このように、金型にピンチオフ機能を有すると、シート状の基材を用いて表皮の内側に射出材を内包させることができる。

実施例５は、図３（ｂ）に示すように表皮の外周部を融着した封止部Ｓとし、内部に射出材Ｐ_０を射出するためのノズル１５ａ，１５ｂを金型に予め設けた例である。
また、射出材を発泡させた発泡体Ｐ_１にしてもよい。

本発明に係る製造方法、あるいは製造システムにて生産された複合成形品は、表皮材と内部材とを用途に合せて選定することができる。
例えば、繊維複合材の表皮と、発泡体の内部からなる高強度，軽量品を得ることができる。
具体的な用途例としては、高強度成形品として自動車のピラー部品，フレーム材等が例として挙げられる。
また、発泡体による軽量化や衝撃吸収作用，振動吸収作用，断熱効果等があることから、自動車のバンパービーム，クラッシュボックス，フロア部材，ドア，ダッシュボート，ホイールハウス，内装材等としても利用できる。

１ 基材
２ 基材
１１ 可動型
１２ 固定型
１３ 賦形型
１４ ランナー
１５ ゲート
Ｃ 拡張キャビティ部
Ｄ 内部（内側）
Ｐ_０ 射出材
Ｐ_１ 発泡体
Ｓ 重なり部（融着部）

Claims (3)

1. 固定型とそれに対向配置された可動型、及び前記固定型又は可動型のうち一方又は両方に設けた賦形型とを有する金型であって、
   前記賦形型は前進及び後退移動制御され、前記金型内に形成されたキャビティ内に２枚の基材を少なくとも部分的に重ねるように投入するステップと、
   前記賦形型を前進させることで前記２枚の基材を端部側の重なり部（Ｓ）と当該重なり部（Ｓ）の内側であって当該２枚の基材の間に隙間からなる内部（Ｄ）が形成された所定の予備成形体になるようにプレス成形するステップと、
   前記賦形型を後退させながら前記内部（Ｄ）に射出材を射出するステップと、を有することを特徴とする複合成形品の製造方法。
2. 前記基材は繊維と熱可塑性樹脂との複合材であることを特徴とする請求項１記載の複合成形品の製造方法。
3. 前記射出材は発泡性樹脂であることを特徴とする請求項１又は２記載の複合成形品の製造方法。

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