JP5093744B2 - 型内被覆成形用金型 - Google Patents

Description

本発明は、金型内で熱可塑性樹脂の成形品を成形した後、該樹脂の成形品と金型のキャビティ面との間に熱硬化性の塗料を注入して、金型内で硬化させることにより、樹脂成形品の表面を塗料により被覆（塗膜と称することもある）して装飾する型内被覆成形品を成形するに好適な型内被覆成形用金型に関する。

従来から、成形品の装飾性を高める方法として、塗装法が多く用いられているが、近年になって、塗装工程の省略化を目的として、樹脂成形と塗膜による被覆を同一の金型内で行う型内被覆成形方法（インモールドコーティング方法と称されることもある）が提案された。

前記型内被覆成形方法の一例を説明するためとして、図６に工程の概略を説明するフローチャートを示す。図６に示した型内被覆成形方法は、熱可塑性樹脂を基材として金型内で射出成形した後、金型をわずかに開いた状態として、型内で成形した樹脂成形品と金型キャビティ面との間に隙間を生じさせ、該隙間に塗料注入機を使用して塗料を注入する。
その後、金型を再度型締することによって成形品の表面に塗料を均一に拡張させた後、硬化させて被覆する型内被覆成形方法である。

前記型内被覆成形方法は、熱可塑性樹脂の成形と被覆を同一の金型内で行うため、工程の省略化によるコストダウンが可能であると同時に、揮発する溶剤がほとんどないので環境に優しい成形方法と言える。また、浮遊している塵が、成形中に硬化する以前の塗膜に付着して不良になる等という問題もないため、高い品質の製品を得ることができる。
そのため、特に、外観に対して高い品質が要求される自動車用の部品、例えば、バンパー、ドア、ドアミラーカバー、フェンダー等多くの部品には、前記型内被覆成形方法の利用が検討されている。

前記型内被覆成形方法に用いる塗料としては、一般的に熱硬化性の塗料が用いられており、金型内に注入された塗料については、金型温度と樹脂温度を利用して、金型内で硬化させる。そのため、金型は通常１００℃以上という高い温度に設定されている。

なお、前記型内被覆成形方法に用いられる金型としては、特許文献１、又特許文献２等に開示されるような金型が公知であるが、主に、金型から塗料が漏れ出さないようにするための技術に重点がおかれているものが多い。

特開平９−４８０４４号公報

特開平９−５２２５７号公報

ところで、前記型内被覆成形を行う場合においては、基本的に、樹脂成形品上において塗料を硬化させる必要があり、そのため、塗料注入機内、或いは又、塗料タンクから塗料注入機にまで塗料を流すための塗料用ライン内等で、塗料が硬化しないように設備は設計される。

しかし、実成形の際においては、塗料注入機の先端部等は、高温の金型や樹脂に長時間接触することになり、その結果として、塗料注入機の先端部が設定した以上に昇温されてしまうという実情がある。そのため、何らかの要因により塗料注入機の先端部などにわずかにでも成形の際の塗料が残ると、そこに残っている樹脂が、先端部で硬化してしまうという問題が生じていた。勿論、塗料注入機は金型温度の影響をできる限り受けないようするため、冷却装置等により温度調節される構造となっているが、連続成形する間に、外乱を受けるなどして、ほんのわずかな量の塗料が塗料注入機の先端部で硬化する。

硬化した塗料がわずかな量であれば、塗料注入機の先端が閉塞するなどの問題は生じないが、塗料の硬化物は「ぶつ」と呼ばれる固形物となって、次成形において塗料の流れに入り込み、その結果、「ぶつ」が、金型内における塗料の流れを乱す、或いは塗膜の表面に現れる等して、被覆後の成形品外観を悪くする。特に、型内被覆成形品は、その外観を形成する意匠面に装飾として施工されることが多く、そのような場合に、わずかな、「ぶつ」が致命的な欠陥を引き起こす。

また、前述した「ぶつ」と呼ばれる塗料の硬化物は、塗料注入機に接続する塗料ライン内で発生する事もあり、この塗料ラインで発生した「ぶつ」も、最終的に、塗料の流れに入り込むので、その結果として、「ぶつ」が、金型内の塗料の流れを乱し、成形品被覆後の外観を悪くする。

本発明は、前述したような実成形上の問題点に鑑みてなされたものであり、金型内に塗料を注入する前の段階において、何らかの原因により生じた塗料の硬化物が、固形物となって塗料の中を流れることに起因して発生する外観不良という問題を防止するに好適な型内被覆成形用金型を提供するものである。

上記の課題を解決するため、本発明による型内被覆成形用金型は、
（１） 雄型と雌型により形成した金型キャビティを有し、該金型キャビティで成形した樹脂成形品の表面に被覆を施して装飾面を形成するための塗料注入機を備えた型内被覆成形用金型において、該金型キャビティに隣接して薄肉部を形成する中間キャビティ、並びに、該中間キャビティを介して金型キャビティにつながる補助キャビティを備えて、金型開閉方向におけるキャビティ寸法について、該薄肉部の最小寸法が、補助キャビティに配した塗料注入機の塗料注入口から、金型キャビティの装飾面まで、の最小寸法となるように形成して、該塗料注入口から注入した塗料を、該薄肉部を介して、該装飾面に注入する構成とした。

（２）（１）に記載の型内被覆成形用金型において、金型開閉方向におけるキャビティ寸法について、前記薄肉部を形成するためのキャビティにおける最小寸法が、塗料注入口から装飾面までに設けられた他のキャビティ部分の寸法と比較して、１ｍｍ以上小さい寸法とした。

本発明に係る型内被覆成形用金型は、金型キャビティで成形した樹脂成形品の表面に被覆を施して装飾面を形成するための塗料注入機を備えた型内被覆成形用金型において、塗料注入機の塗料注入口と該装飾面を形成するキャビティとの間に、樹脂成形品に薄肉部を形成する薄肉キャビティを設けるとともに、金型開閉方向におけるキャビティ寸法について、該薄肉キャビティの最小寸法を塗料注入口から装飾面までの最小寸法として、該塗料注入口から注入した塗料を、該薄肉キャビティを介して、該装飾面に注入する構成とした。従って、型内被覆成形の塗料注入工程時において、該薄肉キャビティに形成された塗料の流路は、他のキャビティ部分に比較して極端に厚みが小さくなるので、その結果として、塗料の硬化物が、その狭い流路部分に挟まってそれより先に流れることができない。そのため、塗料の硬化物が、金型キャビティの装飾面に流れ込むことを防止でき、その結果として前述した「ぶつ」による欠陥のない優れた外観の型内被覆成形品を得ることができる。

なお、薄肉キャビティの金型開閉方向における最小寸法は、他のキャビティ部分と比較して、１ｍｍ以上小さくすることが好ましい。キャビティにおける前記金型開閉方向の寸法差が、１ｍｍより、極端に小さくなりすぎると流路の寸法差も小さくなるので、硬化物を捕集する能力が小さくなり好ましくない。

また、本発明において、塗料の硬化物が、薄肉キャビティの狭い流路部分に挟まった状態で硬化するために、その外観は不良となることが予想される。従って、通常は、薄肉キャビティ等が、外観を形成しない部分に配されるようにして金型設計を行うことが好ましい。

以下、図面に基づいて本発明による型内被覆成形用金型の実施形態について説明する。
図１〜図６は本発明の実施形態に係わり、図１は型内被覆成形用金型の構成を説明するため概略の構造を示した断面図であり、図２は型内被覆成形用金型に形成される補助キャビティと中間キャビティを説明するための説明図である。図３は補助キャビティ、中間キャビティ及び金型キャビティの樹脂と塗料の流れを説明するための図であり、図４は中間部で塗料の硬化物を捕集する機構の概念図である。図５は中間部の長さ（Ｌ）及び厚み（Ｗ）を説明する図である。図６は一般的な型内被覆成形方法の工程を説明するフローチャートである。

本発明に係わる型内被覆成形用金型１００（金型１００と称することもある）の好ましい１例について、以下、その構成を、図１〜図２を用いて説明する。
図１に示した金型１００は、可動型１０、固定型２０、及び、塗料注入機５０等を備えており、図１に示した実施形態の１例においては、可動型１０が雌型であり、固定型２０が雄型である。

金型１００は、雄型である固定型２０と雌型である可動型１０とが、所謂、シェアエッジ構造と呼ばれるようなくいきり構造の嵌合部で嵌め合わされるようになっており、該嵌め合わされた状態で、その内部に、金型キャビティ１５と、中間キャビティＴを介して金型キャビティ１５に隣接する補助キャビティ１８とを形成する構造となっている。
なお、前述したくいきり構造の嵌合部（くいきり部と称することもある）は金型キャビティ１５、中間キャビティＴ、並びに隣接する補助キャビティ１８とを周りから囲むようにして形成される。そして、金型１００はくいきり部にて金型キャビティ１５、中間キャビティＴ、並びに補助キャビティ１８に充填した樹脂が、金型１００から漏れ出すことを防止する。

ここで、図１に示す実施形態においては、金型キャビティ１５により所望する形状の成形品（本実施形態においては平板）を形成するようになっており、後述する補助キャビティ１８と、薄肉キャビティとして設けた中間キャビティＴにより形成された成形品は不要なものとして、成形後に切除するので、製品の外観に影響を与えない。
なお、本実施形態においては、金型キャビティ１５で成形する樹脂成形品の一面について、被覆による加飾が製品外観に影響を与える装飾面とし、補助キャビティ１８等については成形後に切除する構成とした。
しかし、本発明の実施の形態がこれに限るものではないことは勿論であって、例えば、補助キャビティを設けない場合においては、金型キャビティに塗料注入口を設けるとともに、金型キャビティの一部として薄肉部を形成する薄肉キャビティを形成し、該薄肉キャビティを介して、塗料注入口から装飾面（被覆による外観の良否が製品の良否に影響を与える部分）まで塗料を流す構成すれば良く、塗料注入口から薄肉キャビティまでの間で塗料により被覆される部分については「ぶつ」による外観不良が製品の良否に影響を与えない非装飾面となるよう構成とされていれば良い。従って、本発明の技術思想を逸脱しない範囲について適宜形態の変更が可能である。

次ぎに、図１及び図２に示した中間キャビティＴの配置と形状について説明する。
図１に示した金型１００で成形される成形品は、図２（２）にその概略形状を示唆するように長方形の平板状であって、その１辺に対して、補助キャビティ１８が中間キャビティＴを介して隣接する。そして、補助キャビティ１８には、塗料を注入するために、塗料注入機５０の塗料注入口５１、並びに、樹脂を射出注入するために、ホットランナの樹脂注入口６１が設けられている。

なお、補助キャビティは、図２（２）に示すように、扇形に類似する形状となって、金型キャビティ１５に向かって徐々に広くなっている形状であって、補助キャビティ１８の１辺を形成するキャビティ面と、金型キャビティ１５の１辺を連通させるようにして、中間キャビティＴを形成している。
そして、この中間キャビティＴは、図２に示すように、補助キャビティ１８から金型キャビティ１５に向う方向で、一旦、途中で金型開閉方向における最小寸法が、金型キャビティ１５の入り口側（中間キャビティ側）寸法より、小さくなるように形成されており、後述する塗料注入工程において、補助キャビティ１８から金型キャビティ１５に向かって流れる塗料が、その流路を、中間キャビティＴの最小寸法部分で絞り込まれるような形状として形成されている。

次に、塗料注入機５０について簡単に説明する。
本実施の形態における塗料注入機５０は、可動型１０に取りつけられて、補助キャビティ１８の可動型１０側に配設された塗料注入口５１より、補助キャビティ１８に塗料を注入することができるよう構成されている。また、塗料注入機５０の塗料注入口５１には、図示しないバルブを取りつけており、基材の射出成形時においては、該バルブが閉じられていることによって、金型１００の補助キャビティ１８内に射出された樹脂が塗料注入口５１より塗料注入機５０内に進入することを防止している。

そして、本実施の形態における塗料注入機５０は、図示しない駆動装置によって駆動されて、塗料注入機５０の中に供給された塗料を、所望する量だけ正確に注入することができるよう構成されている。

なお、本実施の形態における塗料注入機５０は、前記したように補助キャビティ１８の可動型１０側より塗料を注入するよう構成したが、これに限るものではなく、補助キャビティ１８で成形した樹脂成形品と金型キャビティ面との間に生じた隙間部分に塗料を注入できるように構成すれば良く、その条件を満たせば塗料注入機５０は固定型２０に取りつけられる等しても良い。

以下、本実施形態による金型１００を用いた型内被覆成形方法を説明する。
まず、第１の工程として、図示しない型締装置により金型１００を型締めする。この状態において、薄肉部を形成する薄肉キャビティとして設けた中間キャビティＴの近傍は図３（１）に示すようになっている。
そして、図３（２）に示したように基材である熱可塑性樹脂を樹脂注入口６１から補助キャビティ１８に射出し、該射出された樹脂は、補助キャビティ１８から中間キャビティＴを介して金型キャビティ内に充填される。なお、本実施の形態においては、基材としてＡＢＳ樹脂であるＵＭＧＡＢＳ（旧社名：宇部サイコン）株式会社製のＵＴ２０Ｂを使用した。

その後、基材をある程度（後述する塗料の注入圧力に耐えうる程度）まで冷却させる。
基材の冷却後、図３（３）に示すように金型をわずかに開いた状態（本実施の形態においては１ｍｍほど型開方向に可動型１０を移動させた状態）として、補助キャビティ１８及び金型キャビティ１５内で成形した樹脂成形品と、可動型１０のキャビティ面との間に空隙（塗料用間隙、或いは単に隙間と称することもある）を生じさせる。

前述したように金型１００をわずかに開いて樹脂成形品と可動型１０のキャビティ面との間に塗料を注入するための空隙を形成する。また、その工程に並行しながら、中間キャビティＴにおいても、隙間を形成して、塗料が流れる狭い流路を形成する。
なお、この際に生じさせる中間キャビティＴの隙間は樹脂の金型の型開量、と熱収縮量によって決まるため、中間キャビティＴの最小寸法部に充填される樹脂の熱収縮量は、金型キャビティ１５に充填された熱収縮量より小さいので、必然的に塗料が流れる隙間の寸法は、この部分で小さくなる。なお、塗料の固形物を捕集するため中間キャビティＴの塗料を流す流路厚みが０．１ｍｍになる程度に隙間厚み（Ｗ）を決定することが好ましい。

前記隙間を生じさせた後、塗料注入機５０によって塗料注入口５１から前記隙間に対して塗料を２５ｍｌ（ミリリットル）注入する。なお、本実施形態に用いた金型で成形する成形品の被覆表面積は、補助キャビティ１８と金型キャビティ１５をそれぞれ合計して、２５００ｃｍ^２であり、塗膜の厚みは０．１ｍｍ程度となる。また、本実施の形態において用いた塗料は、プラグラス＃８０００：赤（大日本塗料株式会社製）である。

塗料を注入した後、可動型１０を固定型２０の方向に移動させ金型１００を再度閉じて型締めすることにより、隙間の中の塗料を押し広げながら流動させ、成形品表面を塗料で被覆する。

なお、前述の工程において塗料を注入する際において、中間キャビティＴの大きさが、その他の部分に比べて極端に小さくなっている。従って、何らかの原因により、塗料注入機５０から補助キャビティ１８内に注入した塗料に、塗料の硬化物が固形物として混入していたとしても、中間キャビティＴの隙間部分に挟まれてひっかかり、その先にあって装飾面となる金型キャビティ１５部分に流れ込むことを防止できる。
以上の工程で、塗料の硬化物を外観に影響を与えない補助キャビティ及び中間キャビティＴに封じ込めることにより、外観不良のない良好な型内被覆成形品を得ることができた。

なお、薄肉キャビティである中間キャビティＴの金型開閉方向における最小寸法は、他のキャビティ部分と比較して１ｍｍ以上小さくすることが好ましい。前記金型開閉方向の寸法差が１ｍｍより、極端に小さくなりすぎると流路の寸法差も小さくなるので、硬化物を捕集する能力が小さくなり好ましくない。

本発明の実施形態に係わり型内被覆成形用金型の構成を説明するため概略の構造を示した断面図である。 本発明の実施形態に係わり型内被覆成形用金型に形成される補助キャビティ、中間キャビティを説明するための図である。 本発明の実施形態に係わり補助キャビティ、中間キャビティ及び金型キャビティの樹脂と塗料の流れを説明するための図である。 本発明の実施形態に係わり中間キャビティで塗料の硬化物を捕集する機構の概念図である。 本発明の実施形態に係わり中間キャビティの長さ（Ｌ）と厚み（Ｗ）を説明する図である。 型内被覆成形方法の工程を説明するフローチャートである。

符号の説明

１０ 可動型
１５ 金型キャビティ
１８ 補助キャビティ
２０ 固定型
５０ 塗料注入機
５１ 塗料注入口
６０ ホットランナ
６１ 樹脂注入口
１００ 型内被覆成形用金型
Ｔ 中間キャビティ
Ｋ 塗料用間隙
Ｌ 中間キャビティ長さ
Ｗ 中間キャビティ隙間厚み

Claims (2)

1. 雄型と雌型により形成した金型キャビティを有し、該金型キャビティで成形した樹脂成形品の表面に被覆を施して装飾面を形成するための塗料注入機を備えた型内被覆成形用金型において、
   該金型キャビティに隣接して薄肉部を形成する中間キャビティ、並びに、該中間キャビティを介して金型キャビティにつながる補助キャビティを備えて、
   金型開閉方向におけるキャビティ寸法について、該薄肉部の最小寸法が、補助キャビティに配した塗料注入機の塗料注入口から、金型キャビティの装飾面まで、の最小寸法となるように形成して、
   該塗料注入口から注入した塗料を、該薄肉部を介して、該装飾面に注入する型内被覆成形用金型。
2. 金型開閉方向におけるキャビティ寸法について、前記薄肉部を形成するためのキャビティにおける最小寸法が、塗料注入口から装飾面までに設けられた他のキャビティ部分の寸法と比較して、１ｍｍ以上小さい寸法である請求項１に記載の型内被覆成形用金型。

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