JP4880964B2 - シート状成形品の成形装置 - Google Patents

Description

この発明は、例えば自動車等の車両におけるインストルメントパネル、ドアトリム等の車両用内装部材の表皮材に用いられるシート状成形品の成形装置に関するものである。

従来、この種のシート状成形品の成形方法としては、例えば、特許文献１及び特許文献２に開示されるようなパウダースラッシュ成形方法が提案されている。すなわち、両特許文献に記載のパウダースラッシュ成形方法では、粉末樹脂材料を収容するための容器の開口部と、成形面を有する成形型の開口部とを結合した状態で成形型を加熱させ、その状態で成形型と容器とを一体に回転させて粉末樹脂材料を流動させることにより、成形型の成形面に沿う形状のシート状成形品を成形するようになっている。

そして、特許文献１の成形方法では、シート状成形品の成形中に成形型内を減圧し、粉末樹脂材料の溶融にともなって発生するガスを含む気体がシート状成形品の内部に閉じ込められるのを抑制している。これにより、シート状成形品にピンホール等の不具合が生じることを防止するようになっている。

また、特許文献２の成形方法では、シート状成形品の成形中及び成形前後に、粉末樹脂材料に乾燥エアを供給し、粉末樹脂材料の溶融にともなって発生する蒸気にて粉末樹脂材料の吸湿を行って、粉末樹脂材料の流動性が向上するようにしている。これにより、シート状成形品にピンホール等の不具合が生じることを防止するようになっている。
特開２００５−４１１６２号公報 特開２００４−３３８３２０号公報

ところが、これらの従来の成形方法においては、次のような問題があった。
すなわち、特許文献１の成形方法では、シート状成形品の成形中に成形型内を減圧するのみで、積極的に乾燥させるものではないため、粉末樹脂材料の水分量を有効に低減することができない。よって、粉末樹脂材料の流動性が悪くて、溶融された粉末樹脂材料が成形型の成形面に均一な厚さで層状に形成されることはまれで、薄肉状のシート状成形品や肉厚の均一なシート状成形品を成形するのが困難である。そればかりではなく、粉末樹脂材料の水分量が多いために、成形時の熱よる水蒸気発生のために、シート状成形品にピンホール等の不具合が生じることを確実に防止することができなかった。

また、特許文献２の成形方法では、シート状成形品の成形中及び成形前後に粉末樹脂材料に乾燥エアを供給するようにしているため、粉末樹脂材料のある程度の除湿を行うことはできるが、成形時において成形型内が大気圧であるため、成形型内における除湿を有効に行うことができず、しかも、粉末樹脂材料の流動に対する空気抵抗が高くなって、円滑な流動性を得ることができない。従って、特許文献２においては、特許文献１と同様に、薄肉状のシート状成形品や肉厚の均一なシート状成形品を成形するのが困難であった。

以上のように、従来の成形装置においては、成形時における成形型内を減圧できるようにした場合は、減圧とは相反する乾燥エアの供給を行い得ず、逆に、粉末樹脂材料に乾燥エアを供給できるようにした場合は、成形型内の減圧を行い得ない。このため、成形時において減圧によって粉末樹脂材料の流動性を高めたとしても、非成形時における水分の混入を阻止できず、また、成形時に粉末樹脂材料に乾燥エアを供給できるようにしても、同成形時における流動性の低下を防ぎ得ない。従って、肉厚が均一で、かつ薄く、しかも、ピンホールが少ない高品質で、かつ軽量の成形製品を実現することは困難であった。

この発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的は、薄肉かつ均一な厚さで、ピンホールを抑制した高外観品質で、軽量化された成形製品の成形装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、この発明は、粉末樹脂材料を収容するための容器と成形面を有する成形型とを備え、前記容器の開口部と前記成形型の開口部とを結合した状態で、前記容器に設けられた減圧口を介して前記成形型内の気体を吸引するとともに、成形型及び容器を一体に回転動作させて前記粉末樹脂材料を流動させ成形型の成形面に付着溶融させることにより、前記成形面を転写した形状のシート状成形品を成形するようにした成形装置において、前記容器の下部には、エア供給用の口金の接続時に開放されるとともに、それ以外の時には閉鎖されるカプラを設け、前記カプラは、前記容器の開口部と前記成形型の開口部とを結合して前記シート状成形品を成形する際には、エア供給用の口金との接続が解除されることにより閉鎖されて、前記成形型内を減圧状態に保持可能な状態となるとともに、前記容器の開口部と前記成形型の開口部とを分離して前記シート状成形品の脱型を行う際には、エア供給用の口金と接続されることにより開放されて、前記成形型内の粉末樹脂材料に乾燥エアを供給可能な状態となるように構成されていることを特徴としている。

従って、カプラに対するエア供給用の口金の接続及び分離により、成形型及び容器の内部を、減圧状態と乾燥エアの供給状態との相反する状態に容易に切替えることができ、前述した薄肉状で、かつ均一な肉厚で、しかも、成形面の形状が正確に転写された高外観品質の軽量なシート状成形品の成形を可能とすることができる。

また、前記の構成において、カプラには、バネにより閉鎖方向に付勢されるともに、口金の接続によりバネの付勢力に抗して開放される弁体を備えるとよい。
このように構成した場合には、カプラに対する口金の脱着操作により、容器の内部を減圧状態と乾燥エアの供給状態とに容易かつ確実に切替えることができる。

また前記容器を上箱と下箱との２分割し、その両箱間には、前記粉末樹脂材料を保持する一方、エアを通過させるようにしたシート材を介在させ、前記乾燥エアが前記シート材を介して粉末樹脂材料の下方から下箱内に供給されるように構成するとよい。

このように構成すれば、シート材の上の粉末樹脂材料が乾燥エアにより舞上がりながら効果的に乾燥され、水蒸気によるピンホールの発生を抑えることができるとともに、粉末樹脂材料の流動性を向上させることができる。

さらに、前記容器を、外容器と、内容器とにより構成し、その内容器を上箱と下箱とに２分割し、その両箱間には、前記粉末樹脂材料を保持する一方、エアを通過させるようにしたシート材を介在させ、前記カプラを外容器に設けるとともに、前記下箱にエアの導入口を設け、カプラとエア導入口とを接続するように構成するとよい。

このように構成すれば、乾燥エアをカプラを介してシート材の上方に供給でき、このため、前述のようにシート材上の粉末樹脂材料が乾燥エアにより舞上がりながら乾燥されるので、水蒸気によるピンホールの発生を抑えることができるとともに、粉末樹脂材料の流動性を向上させることができる。

以上のように、この発明によれば、薄肉かつ均一な厚さで、ピンホールを抑制した高外観品質で、軽量化された成形製品を提供できるという効果を発揮する。

以下に、この発明の一実施形態を、図面に基づいて説明する。
図１及び図３に示すように、パウダースラッシュ成形を実行するためのこの実施形態の成形装置においては、下面を開口した箱型状のフレーム１１が水平な軸線を有する回転軸１２を介して回転可能に配設されている。なお、この実施形態の説明において、上方及び下方とは、図１，図２及び図３における上方及び下方を指すものとする。フレーム１１の内部には開口部１３ａを有する成形型１３が取付枠１４及び取付板１５を介して取り付けられ、その成形型１３の内面には所定形状の成形面１３ｂが形成されている。成形型１３の外周面には熱媒体を流通させるための媒体流通パイプ１６が配設され、この媒体流通パイプ１６内を通過する高温熱媒体あるいは低温熱媒体により、成形型１３が加熱または冷却されるようになっている。

図１及び図３に示すように、前記成形型１３の下方には容器１７が水平方向及び上下方向へ移動可能に対向配置されている。この容器１７は、上面に開口部１８ａを有する外容器１８と、その外容器１８内に固定配置され、上面に開口部１９ａを有する内容器１９とから構成されている。外容器１８及び内容器１９の開口部１８ａ，１９ａの周縁には、パッキン２０，２１が取り付けられている。内容器１９は、上面を開口した下箱１９Ａと、その下箱１９Ａ上に通気性シート材２２を介して連結固定された筒状の上箱１９Ｂとから構成されている。上箱１９Ｂ内において通気性シート材２２上には、粉末樹脂材料２３が保持されている。

そして、前記容器１７は水平方向及び上下方向へ移動されることによって、図３に実線で示すように、成形型１３から分離された待機位置Ｐ１と、同図に鎖線で示すように、成形型１３に結合された結合位置Ｐ２とに交互に配置される。また、この結合位置Ｐ２に配置されたときには、図１に示すように、外容器１８の開口部１８ａがパッキン２０を介してフレーム１１内の取付板１５の下面に密着結合されるとともに、内容器１９の開口部１９ａがパッキン２１を介して成形型１３の開口部１３ａに密着結合される。さらに、この成形型１３と容器１７との結合状態で、それらが一体に回転動作をするように、フレーム１１とともに回転軸１２を介して一体に回転される。この回転により、粉末樹脂材料２３が内容器１９内から流動されて、加熱状態の成形型１３の成形面１３ｂに付着して溶融される。これによって、成形面１３ｂに沿う形状のシート状成形品２４が成形されるようになっている。

図１に示すように、前記フレーム１１の周壁下部には接続口２５が設けられ、この接続口２５には減圧源が接続されている。フレーム１１内の取付板１５には接続口２５に連通する吸引口２６が形成され、その吸引口２６には粉末樹脂材料２３を濾過するようにしたフィルタ２７が取り付けられている。吸引口２６に近接対応するように、内容器１９の上箱１９Ｂの周壁上部には減圧口２８が形成され、その減圧口２８には粉末樹脂材料２３を濾過するようにしたフィルタ２９が取り付けられている。そして、成形型１３と容器１７との結合状態で、成形面１３ｂに沿ってシート状成形品２４が成形されるとき、成形型１３内の気体が減圧口２８、吸引口２６及び接続口２５を介して減圧源側に吸引されて、成形型１３の内部が減圧されるようになっている。

図２及び図４に示すように、前記外容器１８の周壁下部には取付孔３０が形成され、その取付孔３０にはカプラ３１が挿通されて複数のネジ３２により固定されている。カプラ３１の外端部には、乾燥エアを供給するための供給パイプ３３の先端に設けた口金３４が着脱可能に接続されるようになっている。そして、カプラ３１は、通常時には図２に示すように後述する弁体３９が閉鎖位置に配置されて閉鎖状態に保持され、口金３４が接続された時には図４に示すように弁体３９が開放位置に配置されて開放されるようになっている。カプラ３１と対応するように、内容器１９の下箱１９Ａの周壁下部には導入口３５が設けられ、接続パイプ３６を介してカプラ３１の内端部に接続されている。

図２及び図４に示すように、前記カプラ３１は、外筒３７と、その外筒３７内に固定配置された有底筒状の弁座体３８と、その弁座体３８内に移動可能に配設された有底筒状の弁体３９と、その弁体３９と弁座体３８との間に介装されたバネ４０と、弁体３９の外側位置を規制するストッパ板４１とから構成されている。外筒３７の内端には前記接続パイプ３６を接続するための接続口３７ａが形成されている。弁座体３８の周壁には複数の弁座孔３８ａが形成されている。弁体３９の周壁には弁座体３８の弁座孔３８ａに合致可能に対応する複数の弁孔３９ａが形成されるとともに、弁体３９の外端開口部には前記口金３４を受けるとともに、異物の侵入を防止するための網体３９ｂが張設されている。

そして、図１に示すように、成形型１３と容器１７との結合状態で、成形面１３ｂに沿ってシート状成形品２４が成形されるときには、図２に示すように、カプラ３１に供給パイプ３３の口金３４が接続されないで、弁体３９がバネ４０の付勢力によりストッパ板４１にて規制される外側位置に移動配置されている。このとき、弁体３９の弁孔３９ａが弁座体３８の弁座孔３８ａから離れた位置に配置されて、カプラ３１が閉鎖され、外容器１８の内部が減圧状態に保持されるようになっている。

これに対して、図３に示すように、容器１７が成形型１３から分離されて、シート状成形品２４の脱型等が行われるときには、図４に示すように、カプラ３１に供給パイプ３３の口金３４が接続される。これにより、弁体３９がバネ４０の付勢力に抗して内側位置に移動され、弁体３９の弁孔３９ａが弁座体３８の弁座孔３８ａに合致して、カプラ３１が開放される。そして、この状態で供給パイプ３３からカプラ３１、接続パイプ３６及び導入口３５を介して内容器１９内に乾燥エアが供給されて、その乾燥エアが内容器１９内の粉末樹脂材料２３にその下方から供給されるようになっている。なお、前記口金３４には、シールリング３４ａを備えたカラー３４ｂが備えられていて、口金３４の接続状態において、シールリング３４ａの機能により、乾燥エアが外部に漏出しないようになっている。

次に、前記のように構成された成形装置により、シート状成形品２４を成形する成形方法について説明する。
さて、この成形方法においては、図３に示すように、容器１７が成形型１３から分離されて待機位置Ｐ１に移動配置された状態で、図５のステップＳ１において、成形型１３上の媒体流通パイプ１６に高温の熱媒体が流通されて、成形型１３が加熱される。成形型１３が所定温度に達すると、次のステップＳ２において、容器１７が待機位置Ｐ１から結合位置Ｐ２に移動されて、図１に示すように、容器１７の開口部１９ａが成形型１３の開口部１３ａに結合される。この状態で、ステップＳ３において、容器１７及び成形型１３がフレーム１１とともに回転軸１２を介して一体に回転され、粉末樹脂材料２３が内容器１９内と成形型１３内との間を流動される。これにより、粉末樹脂材料２３が加熱状態の成形型１３の成形面１３ｂに付着されて溶融され、成形面１３ｂに沿う形状の溶融層が成形される。

その後、ステップＳ４において、図３に示すように、容器１７が成形型１３から分離されて結合位置Ｐ２から待機位置Ｐ１に移動されるとともに、媒体流通パイプ１６に対する高温の熱媒体の供給が停止されて、成形型１３内の溶融層の硬化が開始される。次のステップＳ５において、成形型１３上の媒体流通パイプ１６に低温の熱媒体が流通されて、成形型１３が冷却される。そして、成形型１３が所定温度まで冷却されると、ステップＳ６において、成形型１３の成形面１３ｂから前記溶融層が硬化して形成されたシート状成形品２４が脱型される。その後、前記ステップＳ１に戻って、ステップＳ１〜Ｓ６の動作が繰り返し行われる。

前記の成形ステップＳ１〜Ｓ６において、容器１７が成形型１３に結合されるステップＳ２から、成形型１３内で前記溶融層が形成されるステップＳ３までの間は、図２に示すようにカプラ３１が閉鎖状態に保持されている。そして、この状態で成形型１３内の気体が減圧口２８、吸引口２６及び接続口２５を介して減圧源側に吸引されて、成形型１３の内部が減圧される。これにより、粉末樹脂材料２３の溶融にともなって発生する揮発ガスを成形型１３の外部に排出させることができる。よって、揮発ガスがシート状成形品２４の内部に閉じ込められるのを抑制することができて、シート状成形品２４にピンホール等の不具合が生じることを抑制することができる。

さらに、成形型１３内が減圧されることにより、粉末樹脂材料２３に対する空気抵抗が低減されて、粉末樹脂材料２３の流動性が向上する。このため、成形型１３の成形面１３ｂに沿って均一な厚さの粉末樹脂材料２３の溶融層が形成され、結果として、薄く、均一な厚さのシート状成形品を高い転写精度をもって成形できる。

また、シート状成形品２４の成形後に、容器１７が成形型１３より分離されるステップＳ４から、シート状成形品２４が脱型されるステップＳ６を経て、成形型１３が再び加熱されるステップＳ１までの間は、図４に示すように、待機位置Ｐ１の容器１７のカプラ３１に供給パイプ３３の口金３４が接続される。そして、この状態で供給パイプ３３からカプラ３１、接続パイプ３６及び導入口３５を介して内容器１９内に乾燥エアが供給されて、その乾燥エアが内容器１９内の粉末樹脂材料２３にその下方から供給される。

これにより、粉末樹脂材料２３全体が舞上がり状態に維持されながら乾燥されて、その含水量が低減される。よって、粉末樹脂材料２３のかさ比重が低下して、その後のシート状成形品２４の成形時において、粉末樹脂材料２３の流動性を高めることができて、薄肉状で、均一厚さのシート状成形品２４を成形することができる。また、このように、粉末樹脂材料２３の流動性が高められるため、粉末樹脂材料２３としてＴＰＵ（熱可塑性ポリウレタン）等の成形し難い材料を使用した場合でも、シート状成形品２４にピンホール等の不具合が生じることを防止することができる。さらに、粉末樹脂材料２３全体が舞上がり状態に維持されながら乾燥されるため、その含水量をきわめて有効に低減でき、成形時における水蒸気によるピンホールの発生を防止できるとともに、粉末樹脂材料２３を構成する粒子の相互粘着性が低下して流動性がさらに高くなる。

さらに、この成形装置においては、成形時には閉鎖状態に保持されるとともに、非成形時には口金３４の接続時により開放されるカプラ３１が設けられている。このため、成形時には、供給パイプ３３がカプラ３１から分離されて、成形型１３に対する容器１７の結合及び分離動作と、成形型１３の回転とを支障なく行うことができる。また、容器１７の内部を、カプラ３１に対する口金３４の脱着のみにより、減圧状態と乾燥エアの供給状態との相反する環境状態に簡単かつ確実に切替えることができる。

以上のように、この実施形態においては、成形時において成形型及び容器内を減圧できるとともに、それ以外の時には容器内に乾燥エアを供給できるという従来技術では達し得ない相反する機能を得ることができる。このため、成形時において空気抵抗の低減により粉末樹脂材料の流動性を高めることができるとともに、水分やガスを排出でき、また、非成形時においては、乾燥の実行と、成形時の流動性の向上に直結するかさ比重の低下とを実行することができる。従って、肉厚が均一で、かつ薄く、しかも、ピンホールが少ない軽量化された高品質成形製品を実現することができる。

なお、前記実施形態において、回転可能な１つのフレーム１１内に複数の成形型１３を並設するとともに、１つの外容器１８内に粉末樹脂材料２３を収容するための複数の内容器１９を並設し、各成形型１３と内容器１９との結合可能で、複数のシート状成形品２４を同時に成形するように構成してもよい。つまり、前記実施形態では、成形型１３をフレーム１１に対して１個のみ設けた１個取りの構成としたが、１つのフレーム１１に成形型２個以上設けた多数個取りの構成に具体化する構成に変更してもよい。

一実施形態の成形装置を成形時の状態にて示す断面図。 図１の２−２線における要部拡大断面図。 実施形態の成形装置を成形品の脱型時の状態にて示す断面図。 図３の４−４線における要部拡大断面図。 実施形態の成形装置による成形品の成形工程を示すブロック図。

符号の説明

１１…フレーム、１２…回転軸、１３…成形型、１３ａ…開口部、１３ｂ…成形面、１６…媒体流通パイプ、１７…容器、１８…外容器、１９…内容器、１９Ａ…下箱、１９Ｂ…上箱、１９ａ…開口部、２３…粉末樹脂材料、２４…シート状成形品、２８…減圧口、３１…カプラ、３３…供給パイプ、３４…口金、３５…導入口、３８…弁座体、３９…弁体、４０…バネ、Ｐ１…待機位置、Ｐ２…結合位置。

Claims (4)

1. 粉末樹脂材料を収容するための容器と成形面を有する成形型とを備え、前記容器の開口部と前記成形型の開口部とを結合した状態で、前記容器に設けられた減圧口を介して前記成形型内の気体を吸引するとともに、成形型及び容器を一体に回転動作させて前記粉末樹脂材料を流動させ成形型の成形面に付着溶融させることにより、前記成形面を転写した形状のシート状成形品を成形するようにした成形装置において、
   前記容器の下部には、エア供給用の口金の接続時に開放されるとともに、それ以外の時には閉鎖されるカプラを設け、
   前記カプラは、前記容器の開口部と前記成形型の開口部とを結合して前記シート状成形品を成形する際には、エア供給用の口金との接続が解除されることにより閉鎖されて、前記成形型内を減圧状態に保持可能な状態となるとともに、前記容器の開口部と前記成形型の開口部とを分離して前記シート状成形品の脱型を行う際には、エア供給用の口金と接続されることにより開放されて、前記成形型内の粉末樹脂材料に乾燥エアを供給可能な状態となるように構成されていることを特徴とする成形装置。
2. 前記カプラは、バネにより閉鎖方向に付勢されるとともに、前記口金の接続によりバネの付勢力に抗して開放される弁体を備えていることを特徴とする請求項１に記載の成形装置。
3. 前記容器を上箱と下箱との２分割し、その両箱間には、前記粉末樹脂材料を保持する一方、エアを通過させるようにしたシート材を介在させ、前記乾燥エアが前記シート材を介して粉末樹脂材料の下方から下箱内に供給されるようにしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の成形装置。
4. 前記容器を、外容器と、内容器とにより構成し、その内容器を上箱と下箱とに２分割し、その両箱間には、前記粉末樹脂材料を保持する一方、エアを通過させるようにしたシート材を介在させ、前記カプラを外容器に設けるとともに、前記下箱にエアの導入口を設け、カプラとエア導入口とを接続したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の成形装置。

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