JPH1034698A

JPH1034698A - 表皮一体成形方法

Info

Publication number: JPH1034698A
Application number: JP19342496A
Authority: JP
Inventors: Akio Okamoto; 昭男岡本; Yoshizo Kuranashi; 芳蔵椋梨
Original assignee: Ube Industries Ltd
Current assignee: Ube Corp
Priority date: 1996-07-23
Filing date: 1996-07-23
Publication date: 1998-02-10

Abstract

(57)【要約】【課題】均一で表皮材の損傷のない優れた表皮一体成
形品を低コストで安定して成形する表皮一体成形方法を
提供しようとするものである。【解決手段】対向する左右一対または上下一対の金型
の間に表皮材を介在させて型締した後、該表皮材と該両
金型とで形成される金型キャビティ空間内にコア材とな
る溶融樹脂を射出充填して、該表皮材と該コア材とを一
体成形する表皮一体成形方法において、金型を所定の型
開量位置に保持した状態で、該コア材の溶融樹脂の冷却
固化収縮量を加算した溶融樹脂量を射出充填し、射出充
填後は前記金型キャビティ内の樹脂圧が設定された圧力
範囲内になるように型締圧力を制御するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コア層樹脂の成形
と同時にコア層樹脂の表面に加飾性ある表皮材を融着一
体化した成形品を得る表皮一体成形方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】近年、自動車、家電、建材等に使用され
る樹脂成形部品は、クッション性、装飾性、手触り感等
の付加価値を高めたり、あるいは、成形工程の省工程化
によるコストダウンのため、下記に示すようなコア層樹
脂の表面に加飾性ある表皮材を一体成形する２層成形が
実施されていた。すなわち、射出成形機を使用して行なう場合型開された両金型間に表皮材をセットし、型閉して型締
を行ない、その後、表皮材と金型とで形成された金型キ
ャビティ内に、コア材となる溶融樹脂を射出充填する。
そして、射出ユニットを用いて保圧供給を行ない、規定
時間冷却を行ない、型開して製品取出を行なう。この方
法の型締から製品取出までは、通常の射出成形方法の成
形動作となり、射出充填中に樹脂が漏れないように金型
は高圧型締されている。プレス成形機を使用して行なう方法型開された両金型間に表皮材をセットし、所定の型開量
に両金型を保持したまま、表皮材と金型とで形成される
空間内に、コア材となる溶融樹脂を射出充填した後、両
金型を型締プレスし、その後、規定時間冷却を行ない、
型開して製品取出を行なう。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の方法では、下記に示すような問題があった。（１）上記の方法では、コア材の射出時に通常３００
ｋｇｆ／ｃｍ²を超える高圧の樹脂圧の溶融樹脂流動が
表皮材に負荷されるため、表皮材の損傷が激しく、品質
ダウンや外観不良を招来する。たとえば、発泡性の表皮
材では、発泡層の潰れによるクッション性の消失が起こ
り、起毛性表皮材では、毛倒れによる手触り感の悪化と
高級感の消失が起こる。（２）上記の方法においても、金型が大きく開いた状
態でコア材樹脂を射出するので、型締プレス時には極端
なフローマークが出来たり、また、高圧が表皮材に負荷
されるため表皮材は損傷を受ける。さらに、たとえば、
パーティング面がシェアエッジ構造などのように、樹脂
が漏れない金型構造が必要になり、金型のコスト高を招
き、シェアエッジ部の摩耗防止のための金型メンテナン
スが必要となるうえに、生産性が低下する。（３）また、型開状態で表皮材をセットする必要がある
ため、コア材射出中や型締プレス中に表皮材の保持が必
要であり、金型に工夫を要したり保持機構を別に装備し
たりしなければならず、操作の複雑化やコスト高を招
く。（４）特に、近年、射出成形品の分野では、軽量化やコ
ストダウンの要望が強く、これを実現するために業界で
は製品の薄肉化で対応する趨勢にあり、表皮一体成形品
にも同様の傾向が見られる。したがって、上記の方法
では、金型キャビティ内のコア材樹脂流動経路が狭くな
るため、樹脂圧のアップが避けられない。また、上記
の方法では、金型の付帯設備の高機能化によるコスト高
は避けられず、コア材樹脂の冷却固化が速く、賦形には
高速・高圧の型締圧力の負荷が必要となり、いずれにし
ても従来の成形方法では表皮材の損傷による成形不良が
大きな問題となっていた。

【０００４】

【課題を解決するための手段】以上のような課題を解決
するために、本発明においては、第１の発明では、対向
する左右一対または上下一対の金型の間に表皮材を介在
させて型締した後、該表皮材と該両金型とで形成される
金型キャビティ空間内にコア材となる溶融樹脂を射出充
填して、該表皮材と該コア材とを一体成形する表皮一体
成形方法において、金型を所定の型開量位置に保持した
状態で、該コア材の溶融樹脂の冷却固化収縮量を加算し
た溶融樹脂量を射出充填し、射出充填後は前記金型キャ
ビティ内の樹脂圧が設定された圧力範囲内になるように
型締圧力を制御するようにした。また、第２の発明で
は、第１の発明における射出充填中の型開量は、金型キ
ャビティ内に充填された樹脂が漏れない範囲で、かつ、
樹脂の冷却固化収縮量に相当する型開量とした。さら
に、第３の発明では、第１や第２の発明において、成形
中の金型温度を、金型キャビティ面に結露を生じない範
囲で、かつ、可能な限り低温状態に保持した。

【０００５】

【発明の実施の形態】本発明においては、対向する左右
一対または上下一対の金型の間に表皮材を介在させて型
締した後、該表皮材と該両金型とで形成される金型キャ
ビティ空間内にコア材となる溶融樹脂を射出充填して、
該表皮材と該コア材とを一体成形する表皮一体成形方法
において、金型を所定の型開量位置に保持した状態で、
該コア材の溶融樹脂の冷却固化収縮量を加算した溶融樹
脂量を射出充填し、射出充填後は前記金型キャビティ内
の樹脂圧が設定された圧力範囲内になるように型締圧力
を制御するようにした。また、第２の発明では、第１
の発明における射出充填中の型開量は、金型キャビティ
内に充填された樹脂が漏れない範囲で、かつ、樹脂の冷
却固化収縮量に相当する型開量とした。その結果、下記
のような好ましい成形が実施される。冷却固化収縮量に相当する型開量を与え、冷却固化
収縮量を加算した溶融樹脂量を射出充填するので、ガス
抜き効果が大きく樹脂の流動経路となる金型キャビティ
容積も拡大されるため、樹脂圧の低圧化と樹脂流動性の
向上が図られるとともに、射出完了時には、コア材樹脂
は金型キャビティ内をほぼ満充填の状態（ジャストパッ
ク状態）に達成されるため、フローマークの無い高品質
の表皮一体成形品が得られる。また、樹脂漏れしない型
開量に保持したうえ樹脂を射出充填するので、特別な構
造でない極く普通の金型でよく、表皮材も周縁部を軽く
保持しているため射出充填に応じた表皮材のテンション
コントロールが実現される。冷却固化収縮量を加算した樹脂量を射出充填した後
で、たとえば、成形品形状、コア材樹脂や表皮材特性に
応じた適切な樹脂圧範囲の型締圧力制御を行なうことに
よって、樹脂の冷却固化挙動に応じた型締側からの均一
な全面保圧作用が行なわれ、変形や反りを起こすことな
く、表皮材にダメージを与えることなく表皮材のコア材
への密着性の均一化を図ることができる。同時に、ま
た、射出開始から冷却完了までの表皮材への圧力負荷を
最小化することにより、表皮材の損傷が防止される。

【０００６】

【実施例】以下図面に基づいて本発明の実施例の詳細に
ついて説明する。図１〜図３は本発明の実施例に係り、
図１は本発明に使用する射出成形機の全体構成図、図２
は表皮一体成形工程のフローチャート、図３は表皮一体
成形工程における金型キャビティ内樹脂圧と保持時間と
表皮材の損傷度との相関を示すグラフである。

【０００７】図１に示すように、本発明における射出成
形機１００は、金型装置１０と型締装置２０と射出装置
３０と制御装置６０とで構成される。金型装置１０は、
固定盤１に取り付けられた固定金型３と可動盤２に取り
付けられた可動金型４とからなり、可動盤２および可動
金型４は型締装置２０の型締シリンダ２２で前後進でき
るよう構成される。型締装置２０は、金型装置１０の両
金型２、４の型開、型閉を作動する型締シリンダ２２を
備えており、可動金型４が固定金型２に対して図示しな
いタイバーに案内されて前後進する。

【０００８】射出装置３０は、バレル３２内に外周にス
パイラル状に取り付けられたスクリュ羽根３６を備えた
スクリュ３４が、正逆転油圧モータ４２および射出シリ
ンダ４０により回転自在で、かつ前後進自在に配設さ
れ、ホッパ３８に供給された樹脂ペレットを加熱溶融し
て混練しつつノズル３９を経由して、金型２、４間に形
成される金型キャビティ５内へ溶融樹脂を射出する。す
なわち、射出装置３０は、ホッパ３８内の樹脂原料をバ
レル３２内の供給ゾーン、圧縮ゾーンにおいて加熱圧縮
され、計量ゾーンにおいて溶融計量し、射出ゾーンを経
てノズル３９を介して金型キャビティ５内へ射出するよ
う構成される。射出シリンダ４０および正逆転油圧モー
タ４２には、油圧供給源５０により供給される作動油が
射出制御部６１の操作指令を受けた油圧制御弁５２で設
定された一定の圧力で供給され、駆動される。

【０００９】一方、制御装置６０は、図１に示すよう
に、固定金型３に配置された樹脂圧センサ６３で計測さ
れた圧力情報と両金型３、４間の型開量を検知する位置
センサ６４の位置情報とを入力し型締装置２０の型締シ
リンダ２２に油圧制御弁６９を経由して操作信号を与え
る型締制御部６２と、型締制御部６２の出力信号を受け
て作動する型締シリンダ２２用の油圧制御弁６９と、型
締制御部６２に接続されたタイマ６５と、型締制御部６
２に接続された射出制御部６１とで構成される。７０は
油圧供給源である。なお、本実施例では、直圧式の型締
装置を有する射出成形機を用いたが、トグル型締装置の
射出成形機や、あるいは竪型の射出成形機または電動式
の型締装置を有する射出成形機でもよい。

【００１０】図２は本発明の表皮一体成形方法の成形工
程の実施例を示したもので、図２に示す工程にしたがっ
て操業する。（１）まず、金型装置１０の両金型３、４を型開し、金
型パーティング面の金型キャビティ５に対向する所定位
置に表皮材Ｓをセットし、周縁部を把持してから両金型
間隙間を所定の型開量に設定し、型閉する。次に、この
型開量を保持したまま、冷却固化収縮量を加算した樹脂
量のコア材Ｑを金型キャビティ５内へ射出充填する。

【００１１】このように、型開状態で射出充填すること
により、大きなガス抜き効果と金型キャビティ容積（樹
脂流動経路）の拡大が図られ、低圧で短時間の完全充填
が達成される。すなわち、たとえば、１ｍｍ程度の型開
量で、従来の射出成形機の型開量無しの運転時における
射出充填時の金型キャビティ内樹脂圧（３００ｋｇｆ／
ｃｍ²程度）は、１／３〜１／５まで低圧化される。ま
た、冷却固化収縮量に相当する型開量で射出充填するの
で、充填完了時にはほぼ満充填状態（ジャストパック充
填状態）となり、フローマークの発生の無い高品質の成
形品が得られる（プレス機による従来方法では、フロー
マークが発生し、この対策として射出と型締の連動制御
が必要となり、制御が複雑化する）。

【００１２】さらに、本発明では、表皮材Ｓの周縁部を
金型パーティング面で保持するから、シール効果が大き
く、表皮材の種類、厚さ等により異なるが、たとえば１
ｍｍ程度の型開量を金型に与えても樹脂漏れが起こらな
い。したがって、樹脂漏れを防ぐ特殊な構造の金型が不
要で、通常の金型で操業できる。また、１ｍｍ程度の型
開量でも金型に表皮材Ｓに対する保持力があり、極めて
軽い力で表皮材Ｓは保持されるから表皮材Ｓのテンショ
ンコントロールが可能である。

【００１３】（２）コア材Ｑの射出充填が完了すると、
型締保圧工程に入る。すなわち、金型キャビティ５内の
樹脂圧を樹脂圧センサ６３で検知して、樹脂圧が設定範
囲内の圧力になるように、型締圧力制御する。ジャスト
パック充填は、保圧切替えタイミングの制御が簡単で、
従来方法の射出・型締連動の複雑な制御が不要である。
表皮材Ｓの損傷の主要原因は、「温度」と「圧力」と
「時間」であり、いずれもコア材樹脂Ｑから受ける。

【００１４】ここで、図３は金型キャビティ内樹脂圧と
保持時間と表皮材の損傷度との相関を示すグラフを示し
たものである。図中の（Ａ）は表皮材Ｓの損傷度が極め
て大きい領域（不成形領域）、（Ｂ）は損傷度が極めて
小さい領域（良品域）、（Ｃ）は設定条件によっては損
傷の可能性がある不安定領域（境界域）を示す。表皮材
の損傷原因となる要因は前述のとおり、「温度」、「圧
力」、「時間」の３つであり、いずれもコア材溶融樹脂
から受ける。

【００１５】「温度」とは、樹脂温度を意味する。「温
度」、すなわちコア材溶融樹脂温度は低いほど表皮材Ｓ
の損傷度は小さくなるが、低すぎるとコア材樹脂の可塑
化・流動不良を招き、成形不良となる。したがって、樹
脂特性に適合した温度条件を選定することが大切で、た
とえばＰＰ樹脂の場合、２００〜２３０℃前後とするこ
とが望ましい。そのため、コア材樹脂Ｑから表皮材Ｓが
受ける熱量の低減化を図ることが表皮材Ｓの損傷防止を
行なうための重要なポイントであり、これを達成するた
めに、たとえば、金型温度を低温化して、表皮材Ｓを冷
却し、温度上昇をできるだけ阻止することが考えられ
る。ここで金型温度を過剰に低温化すると、コア材樹脂
の流動不良を招くうえに、結露による金型・マシンの錆
トラブルを招来する。したがって、結露が生じない範囲
で、かつ、樹脂流動を阻害しない条件として、本実施例
では金型設定温度を２０〜４０℃とした。

【００１６】「圧力」とは、「金型キャビティ内樹脂
圧」を意味し、型締側から保圧作用を負荷させる本発明
においては、金型キャビティ内樹脂圧は型締圧力制御に
よって設定されるところから、「型締圧力」とも意味さ
れる。「圧力」は、表皮材Ｓの損傷に対しては、できる
だけ小さい方がよい。しかしながら、「圧力」が低すぎ
ると、保圧能力が不足するため、「時間」との複合制御
が必要となる。射出成形機による従来方法では、図３の
領域（Ｄ）で運転していたので、表皮材Ｓはほとんどの
場合、大きな損傷を受ける。ところが、本出願人の種々
の研究や検討の結果、極めて短時間であれば、かなり高
圧状態であっても表皮材Ｓの損傷はそれほどでないこと
が判明した。図３から判るように、たとえ樹脂圧が大き
くても、短時間であれば領域（Ｅ）のように、表皮材Ｓ
の損傷が少ない領域があり、たとえば５秒程度であれ
ば、最大１５０ｋｇｆ／ｃｍ²まで許容される。一方、
負荷時間が増大すると、表皮材Ｓの損傷上許容される最
大樹脂圧は急速に低下し、たとえば図３の領域（Ｆ）で
は、長時間保持でも許される最大圧力は５０ｋｇｆ／ｃ
ｍ²である。以上のことから、「圧力」と「時間」を同
時に考慮した制御が必要となる。

【００１７】このように、表皮材特性を主体として、コ
ア材樹脂特性、成形品形状等から表皮一体成形を行なう
に際して、最も適した圧力範囲および保持時間の組合せ
を選択・設定して型締圧力制御を行なうとともに、樹脂
の冷却固化収縮量を加算した樹脂量を金型キャビティ内
へ充填する射出充填制御を同時に行なうことにより、低
圧化、短時間充填、完全充填の達成および樹脂の冷却固
化収縮挙動に対応した型締側からの全面的、均一化され
た保圧作用によって、コア材Ｑの賦形と同時に変形や反
りが無く、かつ、表皮材の損傷の無い、表皮材Ｓとコア
材Ｑとが均一に密着した良好な表皮一体成形品が得られ
る。たとえば、ジャストパック充填した後、射出完了
し、冷却固化収縮挙動に応じた保圧負荷として２〜５０
ｋｇｆ／ｃｍ²に樹脂圧を保持し、または、軽量化やコ
ストダウンを目的とした薄肉成形を行なう際には、５秒
間程度以内に限定して一時的に７０〜１５０ｋｇｆ／ｃ
ｍ²の高圧にし、その後、２〜５０ｋｇｆ／ｃｍ²に樹
脂圧を保持するようにする。ここで、７０〜１５０ｋｇ
ｆ／ｃｍ²は、賦形に必要な圧力範囲であり、２〜５０
ｋｇｆ／ｃｍ²は、保圧に必要な圧力範囲である。ま
た、たとえば１ｍｍ程度の型開状態で射出充填すること
は、前述したとおり、金型キャビティ内樹脂圧を一挙に
１／３〜１／５に低下させることであり、領域（Ｅ）の
運転を行なうことである。

【００１８】（３）ジャストパック充填から型締保圧工
程に移行し、たとえば樹脂圧を２〜５０ｋｇｆ／ｃｍ²
の範囲となるように型締圧力制御し、一定時間が経過し
た後は、金型キャビティ内のコア材樹脂Ｑが冷却する。
この間の樹脂の冷却固化収縮挙動に対応した型締側から
の均一な全面保圧作用を受けて、コア材Ｑは賦形と同時
に、変形や反りの無い成形が行なわれ、表皮材Ｓとコア
材Ｑとの均一密着化が達成される。本発明では、図３で
明らかとなった表皮材Ｓの損傷の無い領域による圧力範
囲を採用することによって、表皮材Ｓの損傷を防止する
ものであり、表面性状の優れた成形品を生産する。

【００１９】型締保圧工程では、樹脂圧センサ６３を通
じて樹脂圧検知を行ない、設定した樹脂圧となるように
型締フィードバック制御を行なう。あるいは、型締圧力
と樹脂圧とは一定の関係にあることを考慮し、設定した
樹脂圧に相当する型締圧力による型締圧力制御を行なっ
てもよい。本発明では、特殊な金型構造でない通常の金
型を使用して、低コストで表面性状の優れた表皮一体成
形品を得るものであるが、シェアエッジ構造等の金型が
開いても樹脂が漏れない特殊構造の金型でも、勿論操業
できる。なお、本発明では、所定の型開量に保持された
金型で射出充填するが、型締途中で射出を行ない、射出
完了時にジャストパック充填となるように運転してもよ
いし、あるいは、型閉状態で、型開と射出を同時に実施
する運転を行なってもよい。また、本発明の方法は、型
開量と成形中の樹脂圧を制御できるタイプであれば、射
出成形機以外のマシンで実施してもよい。

【００２０】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の方法によれ
ば、下記のような優れた効果が達成される。（１）表皮材の損傷（発泡性表皮材については、発泡層
の潰れによるソフト感の消失、起毛性表皮材について
は、毛倒れによる手触り感や高級感の消失、局部的伸張
による表皮材表面性状の不均一、破れ、皺の発生等）の
無い、非常に優れた外観性能を有する表皮一体成形品が
低コストで安定して得られる。（２）樹脂の冷却固化収縮挙動に応じた型締側からの全
面均一保圧作用により、変形、反りの無い良好な成形品
が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る射出成形機の全体構成図
である。

【図２】本発明の実施例の係る表皮一体成形工程（第１
実施例）のフローチャートである。

【図３】本発明の実施例に係る表皮一体成形工程におけ
る金型キャビティ内樹脂圧と保持時間と表皮材の損傷度
との相関を示すグラフである。

【符号の説明】

１固定盤２可動盤３固定金型４可動金型５金型キャビティ１０金型装置２０型締装置２２型締シリンダ３０射出装置３２バレル３４スクリュ３６スクリュ羽根３８ホッパ３９ノズル４０射出シリンダ４２油圧モータ５０油圧供給源５２油圧制御弁６０制御装置６１射出制御部６２型締制御部６３樹脂圧センサ６４位置センサ６５タイマ６９油圧制御弁７０油圧供給源１００射出成形機Ｑコア材（コア材樹脂）Ｓ表皮材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】対向する左右一対または上下一対の金型
の間に表皮材を介在させて型締した後、該表皮材と該両
金型とで形成される金型キャビティ空間内にコア材とな
る溶融樹脂を射出充填して、該表皮材と該コア材とを一
体成形する表皮一体成形方法において、金型を所定の型開量位置に保持した状態で、該コア材の
溶融樹脂の冷却固化収縮量を加算した溶融樹脂量を射出
充填し、射出充填後は前記金型キャビティ内の樹脂圧が
設定された圧力範囲内になるように型締圧力を制御する
ことを特徴とする表皮一体成形方法。
【請求項２】射出充填中の型開量は、金型キャビティ
内に充填された樹脂が漏れない範囲で、かつ、樹脂の冷
却固化収縮量に相当する型開量とした請求項１記載の表
皮一体成形方法。
【請求項３】成形中の金型温度を、金型キャビティ面
に結露を生じない範囲で、かつ、可能な限り低温状態に
保持した請求項１または請求項２記載の表皮一体成形方
法。