(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金型キャビティ内に塗料を塗布する金型内塗料塗布方法において、
型締め工程と、金型のキャビティ内へ溶剤とウレタン樹脂とを含む塗料溶液を注入する注入工程と、キャビティ内を減圧して塗料溶液を沸騰させ、沸騰時の体積増加及び破泡により塗料を金型キャビティの壁面に塗布すると共に気化した溶剤を排気する減圧工程とからなることを特徴とする金型内塗料塗布方法。
【請求項２】
金型キャビティ内に塗料を塗布する金型内塗料塗布方法において、
型締め工程と、金型のキャビティを減圧する減圧工程と、その減圧工程中に溶剤とウレタン樹脂とを含む塗料溶液をキャビティ内に注入して塗料溶液を沸騰させ、沸騰時の体積増加及び破泡により塗料を金型キャビティの壁面に塗布すると共に気化した溶剤を排気する注入工程とからなることを特徴とする金型内塗料塗布方法。
【請求項３】
金型キャビティ内に塗料を塗布する金型内塗料塗布方法において、
型締めした金型のキャビティを所定圧力以下に減圧する減圧工程と、その後、溶剤とウレタン樹脂とを含む塗料溶液をキャビティ内に注入して塗料溶液を沸騰させ、沸騰時の体積増加及び破泡により塗料を金型キャビティの壁面に塗布すると共に気化した溶剤を排気して塗膜層を金型キャビティに形成する注入工程とからなることを特徴とする金型内塗料塗布方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、樹脂などの成形品の成形と塗装を同時に行うために金型内のキャビティに予め塗料を塗布する金型内塗料塗布方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の成形品として、例えば、車両用のステアリングホイールがある。ステアリングホイールは、芯金を金型キャビティ（成形品形状を作る空洞部）にセットした後に、金型キャビティに樹脂材料を注入し硬化させて成形される。ステアリングホイールの樹脂成形に使用されているウレタン樹脂は、耐光性に劣り黄変する欠点があるため、その樹脂部分の表面に耐光性をもたせるための塗膜を形成する必要がある。
【０００３】
この塗膜の形成方法として、金型内のキャビティに予め塗料を塗り、その後、製品の成形を行う方法が適用されている。具体的には、金型を開いてキャビティに塗料溶液をスプレーガンで塗布（モールドコート）する。その後、金型を閉じキャビティにウレタン材料を混合注入して反応硬化させる。これにより、成形品の表面に塗膜が形成される。なお、金型キャビティに所定の材料を混合注入して反応硬化させる成形方法を反応射出成形（ＲＩＭ：Ｒｅａｃｔｉｏｎ  Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ  Ｍｏｌｄｉｎｇ）という。また、ここで用いられる塗料溶液は、例えば、溶剤としてのメチルエチルケトン（ＭＥＫ）及びイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）と、耐光性に優れたウレタン樹脂とからなる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述のようにスプレーガンにより塗料溶液をキャビティに塗布した場合では、金型のキャビティ以外の部分に塗布されたり、金型に塗着せずに空気中に飛散し塗着効率が悪化してしまう。また、キャビティ以外の部分に塗布された塗料は成形後の製品におけるバリ発生の原因となってしまうため、このバリを製品から除去するための処理工程が必要となる。さらに、塗着せずに空気中に飛散した塗料は、作業場を汚すばかりでなく、周囲の環境を悪化させていた。
【０００５】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、金型キャビティ内に塗料を効率よく塗布することができる金型内塗料塗布方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、金型キャビティ内に塗料を塗布する金型内塗料塗布方法において、型締め工程と、金型のキャビティ内へ溶剤とウレタン樹脂とを含む塗料溶液を注入する注入工程と、キャビティ内を減圧して塗料溶液を沸騰させ、沸騰時の体積増加及び破泡により塗料を金型キャビティの壁面に塗布すると共に気化した溶剤を排気する減圧工程とからなることをその要旨としている。
【０００７】
請求項２に記載の発明では、金型キャビティ内に塗料を塗布する金型内塗料塗布方法において、型締め工程と、金型のキャビティを減圧する減圧工程と、その減圧工程中に溶剤とウレタン樹脂とを含む塗料溶液をキャビティ内に注入して塗料溶液を沸騰させ、沸騰時の体積増加及び破泡により塗料を金型キャビティの壁面に塗布すると共に気化した溶剤を排気する注入工程とからなることをその要旨としている。
【０００８】
請求項３に記載の発明では、金型キャビティ内に塗料を塗布する金型内塗料塗布方法において、型締めした金型のキャビティを所定圧力以下に減圧する減圧工程と、その後、溶剤とウレタン樹脂とを含む塗料溶液をキャビティ内に注入して塗料溶液を沸騰させ、沸騰時の体積増加及び破泡により塗料を金型キャビティの壁面に塗布すると共に気化した溶剤を排気して塗膜層を金型キャビティに形成する注入工程とからなることをその要旨としている。
【００１０】
（作用）
請求項１に記載の発明によれば、金型キャビティ内に塗料溶液を流し込んだ後に、その金型キャビティ内が減圧される。金型キャビティが減圧されると、塗料溶液の溶剤が沸騰し、この沸騰時の体積増加及び破泡により金型キャビティの壁面に塗料が塗着される。つまり、閉じられた金型キャビティにおいて、その壁面に塗料が効率よく塗布される。
【００１１】
請求項２に記載の発明によれば、金型キャビティが減圧されるとともに、その減圧中に塗料溶液が金型キャビティ内に注入される。この場合、注入された塗料溶液は金型キャビティ内を流動し、金型キャビティが所定圧力以下に減圧されたとき、塗料溶液の溶剤が沸騰してこの沸騰時の体積増加及び破泡により金型キャビティの壁面に塗料が塗着される。つまり、閉じられた金型キャビティにおいて、その壁面に塗料が効率よく塗布される。
【００１２】
請求項３に記載の発明によれば、金型キャビティが所定圧力以下に減圧され、その減圧状態の金型キャビティ内に塗料溶液が注入される。この場合、塗料溶液の溶剤が沸騰し、泡状になった塗料溶液が破泡しながらキャビティ内に流入される。これにより、金型キャビティの壁面に塗料が塗着される。つまり、閉じられた金型キャビティにおいて、その壁面に塗料が効率よく塗布される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した実施形態を図面に従って説明する。
図１〜４は、本実施形態における射出成形機の一部断面図であり、図５は同射出成形機の概略構成を示す模式図である。また、図６は同射出成形機により成形される車両用のステアリングホイール１の斜視図である。
【００１５】
図６に示すようにステアリングホイール１は、リング部２、スポーク部３，４，５及びボス部６を有しており、図１〜４に示す射出成形機の金型７（下型８，上型９）は、リング部２及びスポーク部３，４，５の芯金１０をウレタン樹脂で被覆するためのものである。なお、本実施形態では、図６に示すステアリングホイール１を裏返した状態で、反応射出成形による樹脂成形が実施される。
【００１６】
図１〜図４に示すように、金型７は枠体１１と蓋体１２とからなるボックス１３内に配設されている。詳しくは、枠体１１には金型７の下型８が固定され、蓋体１２には金型７の上型９が固定されている。また、蓋体１２における枠体１１との接合部にはシール部材１４が配設されている。そして、図１に示すように金型７が開けられている状態から枠体１１及び下型８が上方へ移動されて図２に示すように芯金１０がセットされた状態で金型７が閉じられ型締めされる。なおこのとき、枠体１１と蓋体１２とによりボックス１３が形成され、シール部材１４によりボックス１３内が密封される。また、本実施形態の芯金１０は、アルミダイカスト、マグネシウムダイカスト、またはそれらからなる合金のダイカスト成形により製造され、芯金１０のリング部１０ａの断面形状は、図２に示すようにＵ字形状となっている。
【００１７】
下型８及び上型９には凹部１５，１６が形成されており、同凹部１５，１６が成形品形状を作るためのキャビティ１７となる。また、成形時にステアリングホイール１の芯金１０を固定するために、下型８の中央部に固定部材１８が突設されるとともに、上型９の中央部に固定部材１９が突設されている。さらに、上型９の凹部１６には、排出孔２０（例えば、断面積＝４ｍｍ２）が形成されて、同排出孔２０によりキャビティ１７がボックス１３内の中空部２１に連通される。
【００１８】
枠体１１の一方の側壁（図の左側の側壁）には排出管３１が設けられ、その排出管３１は、配管３２及びバルブ３３を介して真空ポンプ３４に接続されている。真空ポンプ３４が駆動されると、ボックス１３内の空気が排出管３１から排出され、ボックス１３内が減圧される。
【００１９】
また、金型７内には、キャビティ１７に連通するゲート２３が形成されている。そして、図５に示すように、塗料注入装置４０からの塗料溶液がゲート２３を介してキャビティ１７に注入される。さらに、ウレタン注入装置４１からのウレタン材料がゲート２３を介してキャビティ１７に注入される。このウレタン材料は、液状であってポリオール成分、イソシアネート成分を含む。
【００２０】
次に、本実施形態におけるステアリングホイール１のウレタン樹脂の成形方法を図１〜図４を用いて説明する。
先ず、図１に示すように、金型７を開いてキャビティ１７（下型８の凹部１５及び上型９の凹部１６）の壁面に離型剤を塗布する。この離型剤は、ワックス、シリコンオイル等からなり、金型７に成形品が粘着することを防いで、成形品を取り出し易くする目的で塗布されるものである。
【００２１】
そして、図２に示すように金型７内に芯金１０をセットして金型７を閉じ型締めする（型締め工程）。なおこのとき、枠体１１と蓋体１２とがシール部材１４を介して接合されボックス１３内は密閉状態となる。
【００２２】
次いで、金型７を水平に保った状態で、塗料注入装置４０からの塗料Ｍの溶液（本実施形態では、１５０ｇ）をキャビティ１７に注入する（注入工程）。本実施の形態における塗料Ｍの溶液は、溶剤としてのメチルエチルケトン（ＭＥＫ）及びイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）と、固形分としてのウレタン樹脂を含む。なお、塗料Ｍにおける各成分の割合を重量％で示すと、ＭＥＫ＝約８５％、ＩＰＡ＝約１０％、ウレタン樹脂＝２．５％となる。
【００２３】
その後、真空ポンプ３４を駆動し排出管３１からボックス１３内の空気を排出することでボックス１３内を減圧する（減圧工程）。このとき、キャビティ１７内の空気が排出孔２０を介してボックス１３内の中空部２１に吸い出されてキャビティ１７内も減圧される。キャビティ１７内が減圧されると、塗料Ｍの溶剤（ＭＥＫ，ＩＰＡ）の沸点が低下する。これにより、塗料Ｍは体積増加を伴いつつ沸騰して破泡する。具体的には、金型７の温度が５５℃に保たれており、キャビティ１７内が３００ｔｏｒｒ以下に減圧されると溶剤は沸騰する。この沸騰時の体積増加及び破泡により、図３に示すように、塗料Ｍがキャビティ１７の壁面に塗布される。
【００２４】
そして、塗料Ｍの溶剤が気化して、塗料Ｍのウレタン樹脂がキャビティ１７の壁面に塗着される。つまり、塗膜層がキャビティ１７の壁面に形成される。またこのとき、キャビティ１７内における芯金１０の表面が塗料Ｍの溶剤により洗浄されるとともに、接着剤の役割を果たす塗料Ｍが芯金１０の表面に塗着される。なお、溶剤は約６０秒で気化し、気化した溶剤は排出孔２０からボックス１３内の中空部２１及び排出管３１等を介して真空ポンプ３４から排気される。
【００２５】
次いで、所定の減圧状態を保ちつつウレタン注入装置４１で混合された液状のウレタンの材料がゲート２３を介してキャビティ１７に注入されて、図４に示すように同材料がキャビティ１７内で反応硬化する。つまり、ポリオール成分とイソシアネート成分との反応（ウレタン反応）によりウレタン樹脂の発泡成形が実施される。なお、減圧状態のキャビティ１７にウレタン材料を注入すると、特許第２５１８４８１号公報に開示されているように、表面に緻密なスキン層が形成されるとともに、その内部は高発泡のコア部が形成される。
【００２６】
このようにして、ステアリングホイール１のリング部２及びスポーク部３，４，５のウレタン樹脂の成形と塗装が同時に実施される。つまり、反応成形により成形されるウレタン樹脂Ｕ２の表面に耐光性のあるウレタン樹脂Ｕ１の塗膜がほぼ均一な厚さ（例えば、１０μｍ）で形成される。また、ウレタン材料を用いた反応射出成形では、液状のウレタン材料をキャビティ１７に注入して発泡成形させるものであるため、一般的な熱可塑性樹脂の射出成形と比較して、キャビティ１７内が低温、低圧の条件下で樹脂成形が実施される。従って、キャビティ１７の壁面に形成された塗膜層が成形時の圧力や温度によって壊されることが防止される。
【００２７】
その後、金型７が開けられて、図６に示すようにリング部２及びスポーク部３，４，５がウレタン樹脂Ｕ１，Ｕ２で被覆されたステアリングホイール１が取り出されて成形工程が終了する。なお、本実施形態では、ステアリングホイール１を裏返した状態で樹脂成形が行われるので、ステアリングホイール１において耐光性が必要となる上側ほど厚いウレタン樹脂Ｕ１の塗膜が形成される。
【００２８】
ここで、本実施形態の成形方法において、塗料溶液における各成分の配合量を変え、希釈性、塗布性及び乾燥性で評価した結果を表１に示す。なお、表１に示す固形分は、塗膜層を形成するためのウレタン樹脂である。
【００２９】
詳しくは、Ｎｏ２の塗料溶液は、Ｎｏ１の塗料溶液に対してＩＰＡを１００ｇ減量させたものであり、Ｎｏ３の塗料溶液は、Ｎｏ１の塗料溶液に対して、ＩＰＡ及びＭＥＫを各４００ｇ増量させたものである。また、Ｎｏ４の塗料溶液は、Ｎｏ１の塗料溶液に対してＭＥＫを４００ｇ増量させたものであり、同様に、Ｎｏ１の塗料溶液に対してＭＥＫを、Ｎｏ５の塗料溶液は８００ｇ、Ｎｏ６の塗料溶液は１２００ｇ、Ｎｏ７の塗料溶液は１６００ｇ増量させたものである。
【００３０】
表１に示されるように、Ｎｏ１の塗料溶液では、希釈性及び塗布性は良好であるが、乾燥時間が長くなってしまうため、評価は「△」となる。そして、ＭＥＫの配合量に対してＩＰＡの割合が少ない塗料溶液（Ｎｏ２，Ｎｏ６，Ｎｏ７）では、固形分が凝集し、沈殿する。つまり希釈性が悪いため、評価は「×」となる。また、固形分が凝集しない程度にＭＥＫを増量させた場合、つまり、Ｎｏ１→Ｎｏ４→Ｎｏ５の順にＭＥＫの配合量を増加させると、乾燥時間が短くなり乾燥性が向上する。従って、Ｎｏ４及びＮｏ５の塗料溶液の評価は「○」となる。なお、Ｎｏ３の塗料溶液のようにＭＥＫだけでなくＩＰＡも同様に増量させた場合、乾燥時間が長くなってしまうため、評価は「△」となる。また、希釈性の良好な塗料溶液（Ｎｏ１，Ｎｏ３，Ｎｏ４，Ｎｏ５）における塗布性は何れも良好である。一方、希釈性の悪い塗料溶液（Ｎｏ２，Ｎｏ６，Ｎｏ７）では、塗布が困難であった。
【００３１】
このように、凝集が起こらない程度にＭＥＫを加えて希釈すると、塗布性を確保しつつ乾燥性が向上される。従って、本実施形態では、Ｎｏ１の塗料溶液（４００ｇ）に対して２倍のＭＥＫ（８００ｇ）を加えて希釈したＮｏ５の塗料溶液がステアリングホイール１の樹脂成形に使用されている。
【００３２】
【表１】
0003584806.tif 000002
因みに、従来技術のようにスプレーガンにて塗料Ｍを塗布した場合、キャビティ１７内への塗着効率は約２０％であった。これに対し本実施の形態のように、閉じられたキャビティ１７内で塗料Ｍを塗布した場合では、キャビティ１７内への塗着効率を約５０％〜７０％へ高めることが可能となる。
【００３３】
以上記述したように、本実施の形態によれば、以下の効果を奏する。
（１）閉じた金型７内に塗料溶液が注入され、その金型７内において、塗料Ｍの塗布が実施されるので、スプレーガンで塗料Ｍを塗布（モールドコート）した場合に比べて塗着効率を高めることができ、塗料Ｍの材料費を低減できる。また、塗料Ｍはキャビティ１７外に塗布されることがなく、成形時におけるバリの発生を防止できる。従って、従来技術で必要であったバリを除去するための処理工程が不要となる。その結果、製造コストを低く抑えることができる。さらに、塗料Ｍが射出成形機の外部に飛散することが防止され、作業場をきれいに保つことができ、周囲の環境の悪化を防止することができる。
【００３４】
（２）耐光性に優れるウレタン樹脂Ｕ１の塗膜がステアリングホイール１の樹脂部の表面に形成されるので、ステアリングホイール１の樹脂部分の内部に反応射出成形により成形したウレタン樹脂Ｕ２の変色を防止できる。また、芯金１０の表面は、塗料Ｍの溶剤により洗浄され、その芯金１０の表面に接着性に優れるウレタン樹脂系の塗料Ｍが塗布されているため芯金１０とウレタン樹脂が強固に固着できる。
【００３５】
（３）塗料Ｍは、その溶剤が沸騰して体積増加及び破泡することによりキャビティ１７の壁面に均一に塗布される。つまり、塗布むらが無くなり成形後において製品表面の塗膜がほぼ均一な厚さで形成される。従って、耐光性がどの場所でも均一に得られ、製品性能の悪化を防止できる。また、製品表面の色むらがなく外観不良を低減できる。さらに、塗料Ｍの溶液をキャビティ１７に注入する際に、塗料Ｍの注入量を調整するようにすれば、所望の厚さの塗膜を形成することができる。つまり、従来のように塗料をスプレーガンで塗布（モールドコート）した場合、型割り面と直交する面を有するパーティングライン部の塗膜を厚くすることは困難であるが、本実施形態のステアリングホイール１では、パーティングラインに所望の厚さの塗膜を形成できる。よって、耐光性や耐摩耗性等の製品性能を高めることができ、実用上好ましいものとなる。また、塗料注入装置４０により塗料溶液の注入量を的確に制御すれば、塗料Ｍの注入量に基づく製品バラツキを低減できる。
【００３６】
（４）ウレタン材料を用いた反応射出成形では、熱可塑性樹脂の射出成形と比べて、キャビティ１７内が低温、低圧の条件下で樹脂成形が行われるので、キャビティ１７の壁面に塗布された塗膜層が壊れることを防止できる。つまり、製品の歩留まりを向上できる。
【００３７】
（５）本実施形態では、表１に示すＮｏ５の配合割合（ＭＥＫ＝約８５％、ＩＰＡ＝約１０％、ウレタン樹脂＝２．５％）の塗料溶液（１５０ｇ）を使用した。この場合、固形分の凝集がなく希釈性が良好で、塗布性及び乾燥性も好適なものとなる。
【００３８】
尚、上記実施形態は、以下の態様で実施してもよい。
○上記実施形態では、常圧状態のキャビティ１７内に塗料Ｍを注入した後、キャビティ１７内を減圧状態とするものであったが、これに限定するものではない。具体的には、真空ポンプ３４を駆動させ、キャビティ１７内の減圧工程中に塗料溶液をキャビティ１７内に注入する。この場合、注入された塗料溶液はキャビティ１７内を流動し、キャビティ１７が所定圧力以下に減圧されたとき、塗料Ｍの溶剤が沸騰してこの沸騰時の体積増加及び破泡によりキャビティ１７の壁面に塗料Ｍが塗着される。このようにしても、キャビティ１７の壁面に塗料Ｍを効率よく均一に塗布できる。また、ステアリングホイール１の樹脂成形を短時間で実施できる。
【００３９】
また別の方法として、金型７のキャビティ１７を塗料Ｍの溶剤が沸騰する所定圧力以下に減圧させ、その減圧状態を一定に保った状態で塗料溶液をキャビティ１７内に注入する。この場合、塗料Ｍの溶剤が沸騰し、泡状になった塗料溶液が破泡しながらキャビティ１７内に流入される。これにより、キャビティ１７の壁面に塗料Ｍが塗着される。このようにしても、キャビティ１７の壁面に塗料Ｍを効率よく均一に塗布できる。
【００４０】
○上記実施形態では、ウレタン材料を注入するためのゲート２３から塗料溶液を注入する構成であったが、このゲート２３以外の場所から塗料溶液をキャビティ１７に注入してもよい。また、複数箇所からキャビティ１７に塗料溶液を注入する構成としてもよい。この場合も、塗料Ｍをキャビティ１７の壁面に効率よく塗布できる。
【００４１】
○上記実施形態では、ウレタン材料を用いた反応射出成形により樹脂成形を行うものであったが、これに限定するものではなく、他の樹脂材料、或いはゴム材料等を用いて射出成形するものでもよい。但し、上述のように、キャビティ１７内でウレタン材料が反応硬化する反応射出成形に適用した方が、低圧、低温の条件下で成形できるので実用上好ましい。
【００４２】
また、成形品は、ステアリングホイール１に限定されず、例えば、インストルメントパネル、コンソールボックス、グローボックス、ヘッドレスト、アームレスト、ドアカバー、エアスポイラー、バンパー等の他の部品にも適用できる。勿論、自動車部品以外に家電製品等の成形品に適用してもよい。
【００４３】
○塗料Ｍの成分を適宜変更して実施してもよい。具体的には、ウレタン樹脂に代えて、他の熱硬化性樹脂を用いてもよい。また、塗料Ｍの溶剤として、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）及びイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）以外の溶剤、例えば水等を用いてもよい。実用的には、沸点が常圧で約１６０℃以下の溶剤を用いるものであればよい。
【００４４】
○上記実施形態では、真空ポンプ３４を駆動してキャビティ１７内を３００ｔｏｒｒ以下に減圧するものであったが、これに限定するものではない。
例えば、金型７の温度が常温（約２０℃）であれば、キャビティ１７内を約７０ｔｏｒｒに減圧する。また、塗料Ｍの溶剤を変更した場合その沸点が変化するので、この場合もキャビティ１７内の減圧時の圧力を変更する。つまり、キャビティ１７内の減圧時の圧力は、金型７の温度及び用いられる溶剤の種類により適宜変更して実施する。
【００４５】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、金型キャビティに塗料を効率よく塗布することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態のステアリングホイールの成形方法を説明するための図。
【図２】実施形態のステアリングホイールの成形方法を説明するための図。
【図３】実施形態のステアリングホイールの成形方法を説明するための図。
【図４】実施形態のステアリングホイールの成形方法を説明するための図。
【図５】実施形態の射出成形機の概略構成を示す模式図。
【図６】実施形態のステアリングホイールの斜視図。
【符号の説明】
１…ステアリングホイール、７…金型、１７…キャビティ、Ｍ…塗料。
【図１】
0003584806.tif 000003
【図２】
0003584806.tif 000004
【図３】
0003584806.tif 000005
【図４】
0003584806.tif 000006
【図５】
0003584806.tif 000007
【図６】
0003584806.tif 000008