JP2018086740A - 樹脂成形品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】成形自由度の高い樹脂製の成形体を用いながらも、発泡成形を行うことなく、高いインシュレータ機能を有する樹脂成形品の製造方法を、提供する。【解決手段】 以下の工程により製造される、樹脂成形品の製造方法。（ａ）凹部を有した金型（イ）のキャビティ面に、前記凹部を覆うように圧縮材を配置する配置工程。（ｂ）凹部を有した金型（イ）と対をなしてキャビティを形成する金型（ロ）のゲートより、圧縮材に向かって樹脂を射出する射出工程。（ｃ）射出工程と同時か樹脂の射出が開始された後に、金型（イ）と金型（ロ）との型締めをし、射出された樹脂の圧縮流動を行う、圧縮流動工程。【選択図】 図１

Description

本発明は、樹脂成形品の製造方法に関する。

従来自動車のエンジンルームの上側を覆うエンジンフードの内側面には、吸音材としての機能を発揮するシート状のインシュレータ（圧縮材）が取り付けられており、これによりエンジンから発生する音を吸収している。このような自動車のエンジンフードへのインシュレータ取り付け方法としては、図３に示すように、インシュレータ１３をフードアウタパネル１１に設置されたフードインナパネル１２に対し、クリップ１４や両面テープ等が用いられるが、クリップの部品費や取り付け工数が発生する為に、これらを低減しようとする検討が成されて来た。例えば下記特許文献１や２に開示された提案がある。

特許文献１の取付け方法を図４に示したが、フードインナパネル１２の切り起こし形状を利用し、インシュレータ１３を部分的に差し込み可能とする提案である。
また、特許文献２は、取付け方法を図５に示したが、フードインナパネル１２及びインシュレータ１３の切り起こし形状を使い、スライド操作による簡易的な組み付けを可能とする提案である。
これらの構造を用いることで組付け工数低減及びクリップ点数削減が出来るとされている。

一方、自動車部品は、高機能化から来る部品増加による重量増加傾向の中での環境問題から来る燃費向上要求の為、軽量化ニーズが極めて高い。この為、パネル等の構造部品の樹脂化が注目され、ドア部品、フード部品、カバー部品等に樹脂化が適用されている。特許文献３に開示されるように樹脂化することで、プレス工程で製造されていた鉄部品に代わり、成形自由度の高いメリットを活かした製品化が今後期待出来る。

特開平１０−１１９８２４号公報 特開２０１３−１２９９号公報 特開平６−３１５９４６号公報 特開２０１１−１９５０８０公報 特許５８５１８３３号公報

しかしながら、前述した特許文献１や２に開示された金属製パネルを前提とした製品化では、軽量化に限界があり、例えば、インシュレータの取付け構造においては、作業性向上やクリップ点数低減はあるものの、クリップを完全に無くすことやインシュレータ全周を押さえられない等の問題がある。

また、樹脂化成形体の提案である特許文献３に開示されたものでは、従来のインシュレータが、取付け形状に合わせて賦形やトリミングを必要としたが、成形体内部に発泡層を設けることで、インシュレータの性能を追加することを特徴とした成形体とインシュレータの一体化が提案されている。

但し、特許文献３に開示されるような成形体の一体化では、インシュレータがスキン層で囲まれた発泡層となり、厚みの自由度が制限されると共に、高いインシュレータ機能を期待する場合は、高コストとなってしまう。

高機能化の為にガラス繊維体を一体化する技術は、特許文献４に開示されるように広く採用されているが、固着性を確保する為にほとんどが熱硬化樹脂や接着剤を使用した圧縮成形によるものであった。従来、熱可塑性樹脂による一体化においては、樹脂の含浸性や密着性の問題等から機械的締結に頼らざるを得なかったが、本発明はそれを改善するものである。

本発明は、成形自由度の高い樹脂製の成形体を用いながらも、発泡成形を行うことなく、高いインシュレータ機能を有する樹脂成形品の製造方法を、提供することを目的とする。

本発明は、以下のものに関する。
（１） 以下の工程により製造される、樹脂成形品の製造方法。
（ａ）凹部を有した金型（イ）のキャビティ面に、前記凹部を覆うように圧縮材を配置する配置工程。
（ｂ）凹部を有した金型（イ）と対をなしてキャビティを形成する金型（ロ）のゲートより、圧縮材に向かって樹脂を射出する射出工程。
（ｃ）射出工程と同時か樹脂の射出が開始された後に、金型（イ）と金型（ロ）との型締めをし、射出された樹脂の圧縮流動を行う、圧縮流動工程。
（２）項（１）において、圧縮材の一部を金型（ロ）より突出する駒にて圧縮固定をする、樹脂成形品の製造工程。
（３）項（２）において、駒が、圧縮材の外周部全周よりも中央よりを圧縮し、少なくとも圧縮材の外周部全周が、射出される樹脂と固着する、樹脂成形品の製造方法。
（４）項（１）〜（３）の何れかにおいて、圧縮材が、繊維織物又は繊維不織布である、樹脂成形品の製造方法。
（５）項（１）〜（４）の何れかにおいて、樹脂が、熱可塑性樹脂である、樹脂成形品の製造方法。
（６）項（１）〜（５）の何れかにおいて、凹部が、幅及び深さを、共に０．５ｍｍ以上とし、凹部の幅と深さの関係が（幅／深さ）≦１．０である、樹脂成形品の製造方法。

本発明によれば、キャビティ面に配置した圧縮材が、射出された樹脂が圧縮材自体を貫通して裏面側の凹部にまで到達させるので、平面上に配置した圧縮材に比べて樹脂を固着させやすく、容易に成形することができる。
また、駒を用いて圧縮材の一部を圧縮する場合は、従来の鉄製やアルミ製のフードパネル部品を樹脂化し、フードインナパネル又はエンジンカバー等の成形体とインシュレータを一体化することで、インシュレータを取付け形状に合わせて賦形やトリミングすることを不要とし、取り付け時のクリップ使用も廃止でき、機能を損なうことなく、工数低減及び製造コストを低く抑えることができる。

本発明の樹脂成形品の製造方法を示す工程図であり、（ａ）は配置工程、（ｂ）は射出工程、（ｃ）（ｄ）は圧縮流動工程、（ｅ）は型開きを示す。 本発明の別の実施例を示す金型の断面図である。 従来のインシュレータ設置方法を示す、概略分解図である。 従来のインシュレータ取付け構造を示す要部斜視図である。 従来の他のインシュレータ取付け構造を示す要部斜視図である。

以下に本発明の実施形態を説明する。
（金型）
本明細書にて述べる金型は、凹部を有した金型（イ）と、ゲートを有する金型（ロ）とが一対となり、この金型（イ）及び金型（ロ）にてキャビティを形成する。
金型の材質は、特に制限されるものではないが、用いる圧力と温度に耐えうるものであればよく、一般的な金型に使用されるものを用いることができる。
例えば、炭素含有が０．４５質量％〜０．５５質量％含まれるＳ４５Ｃ、Ｓ５０Ｃ、Ｓ５５Ｃ等の炭素鋼やプリハードン鋼を用いることができ、焼入れを行う場合は、ＳＫＤ材やＳＣＭ材のような特殊鋼を用いることもできる。
金型は、樹脂射出後に圧縮流動工程がある為、所謂くいきり構造が好ましい。射出樹脂がキャビティ外に流出しない構造が取れれば可動の駒によるパーティング構造でもよい。

凹部は、金型（イ）に設けられ、後述する圧縮材により覆われる。
凹部は、単純な平面上に圧縮材を配置しただけでは、樹脂が圧縮材に含浸しにくいことから設けられるものである。平面の（凹部がない）場合は、樹脂圧により圧縮材が圧縮されて圧縮材中の隙間が減り含浸がしにくくなり、更に金型からの冷却で、樹脂が固化してしまう。
一方、凹部が設けられる場合は、樹脂圧の逃げ場が発生し、圧縮材の圧縮が局部的に減り、樹脂の冷却も局部的に減る。結果的に樹脂が圧縮材中を貫通し易くなり、容易に凹部へ樹脂流入が可能である。
凹部の形状は、特に制限されるものではなく、様々な形とすることができる。また、凹部によって形成される樹脂硬化部分は、後に取り除くこともできるが、そのまま残してリブ等の機能部分として利用することもできる。
凹部の大きさは、形状と同様に制限されるものではないが、圧縮材の入り込みが防げて、樹脂が入り込み易い形状であれば好ましく、具体的には、幅及び深さの関係が（幅／深さ)≦１．０であって、幅及び深さが、共に０．５ｍｍ以上であれば好ましい。

ゲートは、少なくとも金型（ロ）に設けられるものであり、必要により、金型（イ）及び金型（ロ）の両方に設けてもよい。
尚、金型（ロ）に設けられるゲートは、必ずしも１つである必要はなく、複数設けてもよい。

（圧縮材）
本明細書にて述べる圧縮材は、成形後に吸音することが可能なものであれば、特に制限されるものではなく、後述する駒での圧縮を行う場合には、圧縮された際に、駒にて圧縮された部分に射出される樹脂が入り込まないものであれば、特に制限されるものではない。具体的には、１ＭＰａ程度の圧力で、充分に変形し、高密度化し、樹脂の進入を防げる物であればよい。

圧縮材の材質としては、ガラス繊維等の無機繊維、ケブラ繊維等の樹脂繊維、セルロース等の天然繊維等の集合体として、マット状、シート状又はクロスに加工された織物又は不織布等がある。
これらは、圧縮することで充分に変形し、高密度化する特徴を持っており且つ、圧力を取り除けば復元する。尚、ここで述べる復元とは、インシュレータとしての機能を充分に発揮出来る状態に戻っていればよく、圧縮前の状態に完全に戻ることを意味しない。

圧縮材は、材質により、耐圧強度が異なるので、目的に応じて材料選択或いは、金型の駒の圧縮力の適正化が必要になる。一方、熱の影響に関しても、材質によって異なり、無機繊維では高い耐熱性があり、適用の自由度が高いが、樹脂繊維或いは天然繊維等の場合は、耐熱性を考慮した成形条件の適正化が必要である。例えば、樹脂繊維の場合は、成形樹脂の融点に対して、より高い耐熱を持った繊維の選択が必要になる。これらの繊維織物、マット状又は不織布等は、例えば、発泡体のようなものに比べ、特許文献５に示されるように低周波領域から高周波数領域における吸音特性が良く、防音、断熱等が得られることから自動車等にも使用実績もあり、より好ましい。

（圧縮材の配置）
圧縮材の配置は、縦型（圧縮材を水平方向に寝かせる）の場合は、特に固定する必要がない。横型（圧縮材を立たせる）の場合は、金型に対して固定しておく必要があり、可動又は固定側の金型に設けたピン等を用いて行うことが出来る。

（駒による圧縮固定）
圧縮材に対し樹脂を固着させたくない部分が生じる場合は、駒を用いる。本明細書にて述べる駒は、金型（ロ）より突出して、圧縮材の一部を圧縮するものであり、この圧縮により樹脂の固着を阻止する。
尚、駒にて圧縮する部分は、先に述べた凹部が形成されてない部分となる。

駒にて圧縮する部分は、圧縮材の外周部全周よりも中央よりであることが好ましく、このようにすることで、圧縮材の外周部全周が、射出される樹脂と固着することができ、強固に圧縮材と樹脂とを一体化できる。

圧縮材を圧縮固定する場合、圧縮材は、金型内で部分的に圧縮される。圧縮方法は、先に述べた駒を用いる。圧力は、圧縮材の反力にもよるが、０．１ＭＰａ程度の加圧が出来る構造であればよく、更に、この後工程となる型締め圧縮工程で、押し戻される形で移動可能である構造が好ましい。

具体的には、図１に示すような構造が考えられ、圧力の調整は、バネ３等の機械構造を選択することが出来る。インシュレータ性能を高め且つ軽量化する上では、図１に示すものは、駒７が大面積となり、重量物になるので、駒７の外周部のみをそのまま維持し、中身をくり抜いたものを用いてもよい。
更には、分割された複数の駒を用いて、圧縮材への樹脂侵入を阻止してもよい。

（樹脂）
本明細書にて述べる樹脂は、熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂を意味し、成形の容易性から、熱可塑性樹脂を用いることが好ましい。
熱可塑性樹脂としては、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＡ（ポリアミド）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＡＢＳ（アクリロニトリルブタジエンスチレン）等を用いることができる。

射出する樹脂は、樹脂のみでもよいが、樹脂に繊維を混合したものでもよい。
混合する繊維としては、先に述べた圧縮材を形成する繊維と同じものであることが好ましいが、異なる繊維でもよく、具体的には、ガラス繊維、カーボン繊維等の無機繊維、ケブラ繊維等の樹脂繊維、セルロース等の天然繊維等がある。
また、混合する繊維は、１種類でも複数種類を混合したものでもよい。

(射出工程)
射出工程では、少なくともキャビティ内に樹脂を射出供給する。射出工程のみで金型（イ）に設けた凹部に樹脂を流入させる場合は、流入方向に樹脂圧がかかり、且つ樹脂の低粘度状態を保つ必要がある。通常の射出成形では、キャビティ内に充填が完了する迄、凹形状方向への圧力が期待出来ず、充填することが難しいが、ゲート直上部の対向する金型からの加圧で圧縮体を圧縮した状態での射出充填であれば可能となる。

(圧縮流動工程)
圧縮流動工程は、キャビディ内での樹脂充填を行う。この時、樹脂圧は面直方向に働き易く、樹脂の凹部への貫通を容易とする。圧縮流動工程による樹脂圧が効果的に働く為には、樹脂を低粘度に維持する必要があり、圧縮流動工程を、射出工程の樹脂射出直後又は射出工程と同時に行うことが効果的である。この為、具体的には、射出圧縮成形機を用いることが好ましい。
尚、金型（イ）の凹部の位置は、圧縮充填時の樹脂圧が充分かかる位置であればよく、ゲート直上部に限定されない。

圧縮材の駒にて圧縮されていない部分は、樹脂と圧縮材とが接触し、固着する。更に、樹脂の冷却後、型開きし、成形体が取り出される。この時、圧縮材は、部分的な圧縮から開放され復元する。これにより、固着部を除き、インシュレータとしての機能を発揮出来るようになる。以上により、成形体の成形工程が完了となる。

（樹脂成形品の製造方法）
樹脂成形品の製造方法につき、図面を用いて説明する。
配置工程では、図１（ａ）に示すように、凹部８を有した金型（イ）４に対して、凹部８を覆うように圧縮材２を配置する。
尚、図１では、金型（ロ）５の駒７を用いて、バネ３の力で圧縮材２の中央部分（周辺部分を除く）を圧縮させている。

次に射出工程では、図１（ｂ）に示すように、金型（ロ）５に設けた複数の射出ゲート６から成形樹脂１を射出する。
更に、成形樹脂１の射出が開始されると同時に、図２（ｃ）に示すように、金型（イ）４を図面上で下方へと移動させて、射出された成形樹脂１の圧縮流動を行う。
また、射出工程のみで行う場合は、図２に示すように射出ゲート６直上部の対向する金型(イ)４の駒７を用いて、バネ３の力で圧縮体２を圧縮した状態での射出充填をすれば対応可能である。
尚、図１（ｃ）は、型締め圧縮流動工程の途中段階を示しており、最終段階では、図１(ｄ)に示すように、金型（イ）４と金型（ロ）５とが、接した状態になる。そして、成形樹脂１の冷却完了後、金型が開き、図１（ｅ）に示すように、圧縮材２は圧力が開放されることで復元し、樹脂成形品が取り出し可能となる。

以下に本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
（実施例１）
成形金型は、試作金型を用い、成形機は縦型の株式会社アミノ製１，０００ｔプレス機で、射出機は株式会社日本製綱所製のもので行った。
成形樹脂は、ＧＦＰＰ(ガラス強化ポリプロピレンガラス３０質量％入り)用い、圧縮材には、ガラスクロス(ガラス繊維径１７μｍ、繊維本数２０００本、目付け９６０ｇ/ｍ²、厚み１．０ｍｍ、平織り)を用い、大きさは５００ｍｍ×５００ｍｍのものを用い成形品を作製した。

（実施例２）
圧縮材は、ガラスマット(ガラス繊維径１２μｍ、繊維本数１００本、厚み０．５ｍｍ、目付け３００ｇ/ｍ²)を用い、それ以外は実施例１と同様にして成形品を作製した。

前記金型は、幅：３ｍｍ、深さ：３ｍｍ、長さ：３ｍｍの凹部を有する部分(イ)と、直径２００ｍｍの範囲で、バネで支持された圧縮動作が可能な駒部分（ロ）とが用意されたものである。そして、この金型を持いて、凹部を覆うように、圧縮材を配置後、（配置工程）ＧＦＰＰ（ガラス強化ポリプロピレン）を射出し（射出工程）、射出した直後に型締め圧縮し、樹脂充填した（圧縮流動工程）。圧縮ストロークは、５ｍｍとした。

(比較例１)
金型は、平面で（凹部がない）、圧縮材は、実施例１記載のガラスクロスを用い、キャビティの平面部分に圧縮材を配置した後に型閉めを行い、成形樹脂を射出(射出工程)のみで作製した。

(比較例２)
金型は、平面で（凹部がない）、圧縮材は、実施例２記載のガラスマットを用い、キャビティの平面部分に圧縮材を配置した後に型閉めを行い、成形樹脂を射出(射出工程)のみで作製した。

(実施例３)
金型は、幅：２０ｍｍ、深さ：１０ｍｍ、長さ：１０ｍｍの凹部を有するものとし、圧縮材は、実施例１記載のガラスクロスを用い、凹部を覆うように圧縮材を配置した後に型閉めを行い、成形樹脂の射出(射出工程)と射出した直後に型締め圧縮し、樹脂充填した（圧縮流動工程）。圧縮ストロークは、５ｍｍとした。

(実施例４)
金型は、実施例３に記載したものを使用し、圧縮材は、実施例２に記載のガラスマットを用い、凹部を覆うように圧縮材を配置した後に型閉めを行い、成形樹脂を射出(射出工程)と射出した直後に型締め圧縮し、樹脂充填した（圧縮流動工程）。圧縮ストロークは、５ｍｍとした。

（圧縮体の貫通固着状態）
作製した成形品を目視により観察し、圧縮材の貫通固着状態を以下のように評価した。結果を表１に示した。
「◎」：圧縮材が貫通固着される
「○」：圧縮材が一部貫通固着される
「×」：圧縮材が貫通固着しない状態

表１から明らかなように、凹部を設けた金型を用いた実施例１〜４では、圧縮材の貫通固着状態が良好であり、凹部を設けない比較例１、２では、圧縮材に樹脂貫通がうまくいかずに、固着状態が悪い。
また、実施例１、２と、実施例３、４とを比較すると、凹部が、幅及び深さを、共に０．５ｍｍ以上とし、凹部の幅と深さの関係が（幅／深さ）≦１．０である実施例１、２では、圧縮材の凹部側となった部分が樹脂貫通し固着されており、実施例３、４では、一部貫通固着されている。即ち、凹部が、幅及び深さを、共に０．５ｍｍ以上とし、凹部の幅と深さの関係が（幅／深さ）≦１．０であることが、成形する上で、特に好ましいことが判る。

１．成形樹脂、２．圧縮材、３．バネ、４．金型（イ）、５．金型（ロ）、６．射出ゲート、７．駒、８．凹部、１１.フードアウタパネル、１２.フードインナパネル、１３.インシュレータ、１４.クリップ

Claims (6)

1. 以下の工程により製造される、樹脂成形品の製造方法。
   （ａ）凹部を有した金型（イ）のキャビティ面に、前記凹部を覆うように圧縮材を配置する配置工程。
   （ｂ）凹部を有した金型（イ）と対をなしてキャビティを形成する金型（ロ）のゲートより、圧縮材に向かって樹脂を射出する射出工程。
   （ｃ）射出工程と同時か樹脂の射出が開始された後に、金型（イ）と金型（ロ）との型締めをし、射出された樹脂の圧縮流動を行う、圧縮流動工程。
2. 請求項１において、圧縮材の一部を金型（ロ）より突出する駒にて圧縮固定をする、樹脂成形品の製造工程。
3. 請求項２において、駒が、圧縮材の外周部全周よりも中央よりを圧縮し、少なくとも圧縮材の外周部全周が、射出される樹脂と固着する、樹脂成形品の製造方法。
4. 請求項１〜３の何れかにおいて、圧縮材が、繊維織物又は繊維不織布である、樹脂成形品の製造方法。
5. 請求項１〜４の何れかにおいて、樹脂が、熱可塑性樹脂である、樹脂成形品の製造方法。
6. 請求項１〜５の何れかにおいて、凹部が、幅及び深さを、共に０．５ｍｍ以上とし、凹部の幅と深さの関係が（幅／深さ）≦１．０である、樹脂成形品の製造方法。

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