(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
予備加熱した表皮材およびマトリックス樹脂の溶融温度以上に予熱して厚み方向に膨張させた繊維強化熱可塑性樹脂シートを、それぞれ予熱状態を維持しながら開放状態にある雌雄一対からなる金型間に供給する工程、表皮材側の金型より真空吸引して表皮材を該金型の成形面に密着させる工程、上記膨張シートの厚みが金型間への供給時よりも薄く、膨張前よりも厚くなるように型締めして、繊維強化熱可塑性樹脂シートと表皮材を積層一体化する工程からなり、真空吸引して表皮材を該金型の成形面に密着させる工程と、型締めして、繊維強化熱可塑性樹脂シートと表皮材を積層一体化する工程とを平行的に行ない、表皮材を真空吸引しながら型締めを行なうことを特徴とする表皮材貼合繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造方法。
【請求項２】
表皮材が、熱可塑性エラストマー層と熱可塑性樹脂発泡層からなる複合体であり、熱可塑性樹脂発泡層を膨張シートに重ねるように供給する請求項１に記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造方法。
【請求項３】
型締め完了直前に、反表皮材側の金型面より加圧ガスを供給して、表皮材を表皮材側金型に圧空する請求項１に記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造方法。
【請求項４】
表皮材側の金型が、その金型面にシボ模様を有する金型である請求項１に記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造方法。
【請求項５】
表皮材側の金型が、ポーラス体である請求項１に記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造方法。
【請求項６】
雌雄いずれかの金型の外周部に、高さ調整のできる表皮材クランプ枠を設けた金型を使用する請求項１に記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造方法。
【請求項７】
繊維強化熱可塑性樹脂シートが抄造法繊維強化熱可塑性樹脂シートである請求項１に記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造方法。
【請求項８】
請求項１に記載の方法により得られた繊維強化熱可塑性樹脂成形体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表皮材貼合繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
多孔性繊維強化熱可塑性樹脂成形体は軽量で、強度的にも優れるため、自動車内装材を始め、家電製品、建築材料等として幅広く使用されている。
従来、かかる多孔性繊維強化熱可塑性樹脂成形体を製造する方法として、繊維強化熱可塑性樹脂シートいわゆるスタンパブルシートを予備加熱し、厚み方向に膨張させたのち、予熱状態を維持しながら上下金型間に供給し、型締めクリアランスを加熱前の繊維強化熱可塑性樹脂シートの厚みよりも大きく、膨張したシートの厚みよりも小さくして、加圧、冷却することにより、予備加熱前の繊維強化熱可塑性樹脂シートの厚みよりも大きい多孔性の繊維強化熱可塑性樹脂成形体を得るいわゆる膨張成形法が知られている。
【０００３】
このような膨張成形法で製造される多孔性繊維強化熱可塑性樹脂成形体の表面には強化繊維が浮きだし、外観や触感に劣るため、自動車内装部品などの外観部品として使用する場合にはその表面に表皮材を貼合して使用するのが一般的であり、そのための方法として表皮材を予備加熱により膨張させた繊維強化熱可塑性樹脂シートと重ね、これを加圧して積層一体化する方法が知られている（特開平４−３３１１３７号公報）。
しかし、膨張成形法による場合には、予備加熱により膨張させた繊維強化熱可塑性樹脂シートの型締め圧が非常に低く、表皮材を金型面に密着させる圧力が低いために、意匠面である表皮材が金型形状を忠実に再現することなくその形状がだれるという問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このようなことから、本発明者らは表皮材が貼合された多孔性繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造において、表皮材を所定の金型形状に忠実に再現して、意匠面の表皮材がだれることのない方法を開発すべく検討の結果、本発明に至った。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、予備加熱した表皮材およびマトリックス樹脂の溶融温度以上に予熱して厚み方向に膨張させた繊維強化熱可塑性樹脂シートを、それぞれ予熱状態を維持しながら開放状態にある雌雄一対からなる金型間に供給する工程、表皮材側の金型より真空吸引して表皮材を該金型の成形面に密着させる工程、上記膨張シートの厚みが金型間への供給時よりも薄く、膨張前よりも厚くなるように型締めして、繊維強化熱可塑性樹脂シートと表皮材を積層一体化する工程からなり、真空吸引して表皮材を該金型の成形面に密着させる工程と、型締めして、繊維強化熱可塑性樹脂シートと表皮材を積層一体化する工程とを平行的に行ない、表皮材を真空吸引しながら型締めを行なうことを特徴とする表皮材貼合繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造方法を提供するものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の原料である繊維強化熱可塑性樹脂シートとしては、複数本のストランド状強化繊維に針を突き刺し、互いに繊維を絡まり合わせたマット状ストランド強化繊維に熱可塑性樹脂を積層し、これを加熱、加圧して得られるシート状成形素材（ラミネート法繊維強化熱可塑性樹脂シート）や、直径１〜５０μｍ、長さ１〜５０ｍｍの強化繊維と熱可塑性樹脂粉末を水中に均一に分散、混合した懸濁液から抄造して得られる不織材料を加熱、加圧して得られるシート状成形素材（抄造法繊維強化熱可塑性樹脂シート）などが使用されるが、本発明においては膨張倍率が高く、多孔性の繊維強化熱可塑性樹脂成形体を製造する上でより好適な抄造法繊維強化熱可塑性樹脂シートが好ましく使用される。
この場合、多孔性繊維強化熱可塑性樹脂成形体の特徴である軽量性を活かすために、目付け１５００ｇ／ｍ２  以下の抄造法繊維強化熱可塑性樹脂シートがより好ましく使用される。
【０００７】
このような繊維強化熱可塑性樹脂シートに用いられる強化繊維としてはステンレス繊維などの金属繊維、ガラス繊維、炭素繊維などの無機質繊維、アラミド繊維などの有機質繊維、あるいはこれらの混合繊維が例示されるが、特にガラス繊維は低コストで、高い補強効果が得られるため、最も好ましく使用される。
また、繊維強化熱可塑性樹脂シートのマトリックス樹脂としては押出成形、射出成形、プレス成形等で通常使用されている熱可塑性樹脂、例えばポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂、ポリスチレン、アクリロニトリル・スチレン・ブタジエン共重合体、ポリ塩化ビニル、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンエーテル、スチレン・アクリロニトリル共重合体などの一般的な熱可塑性樹脂、熱可塑性エラストマー、これらの混合物あるいはこれらの熱可塑性樹脂を使用したポリマーアロイを挙げることができ、かかる樹脂中には安定剤、顔料、充填剤などの通常配合される各種の配合剤が任意に含まれていてもよい。
かかる繊維強化熱可塑性樹脂シートにおける強化繊維含量はそれぞれの目的に応じて適宜選択されるが、一般的には強化繊維含量が少なくなるにつれて膨張倍率が小さくなって空隙率の低い多孔性繊維強化熱可塑性樹脂成形体が得られ、また強化繊維含量が大きくなると膨張倍率が大きくなって空隙率の高い多孔性繊維強化熱可塑性樹脂成形体が得られるが、あまりにその含量が多くなると機械的強度が低下したり、表皮材との接着性が劣るため、通常は１０〜７０重量％の範囲である。
【０００８】
本発明に適用される表皮材は、表面加飾、クッション性の付与、断熱性の付与、非通気性の付与などの各種の使用目的に応じて適宜選択され、特に限定されるものではないが、予熱によって溶融したり破れたりすることのないように耐熱性を有することが必要である。
このような表皮材としては、各種の織布、編布、不織布、熱可塑性樹脂や熱可塑性エラストマーからなるシート、熱可塑性樹脂や熱可塑性エラストマーの発泡シート、あるいはこれらの組み合わせからなる積層体など従来より知られている表皮材が適用され、これら表皮材の表面にはシボ等の凹凸模様や印刷などが施されていてもよい。
尚、本発明の方法においては、真空吸引によってこれら表皮材を表皮材側の金型面に密着させることが必要であるため、表皮材は非通気性を有することが必要であり、織布や編布などのようにそれ自体が通気性であるような場合には、これらを表面層としてその裏面に熱可塑性樹脂や熱可塑性エラストマーからなるシートあるいは熱可塑性樹脂や熱可塑性エラストマーの発泡シートなどを裏打ちして非通気性とした積層体を表皮材として用いることができる。
また、熱可塑性エラストマーからなるシートを表面層とし、熱可塑性樹脂や熱可塑性エラストマーの発泡体を裏打ち材とした表皮材は、表面外観にすぐれるとともにクッション性を有し、しかもその表面に金型に設けたシボ模様や文字などを転写することが比較的容易に行えるため、表皮材として好適に使用される。
【０００９】
かかる表皮材と繊維強化熱可塑性樹脂シートとの接着は、予熱された表皮材の裏面と予熱されて膨張した繊維強化熱可塑性樹脂シートのマトリックス樹脂との熱融着によるため、表皮材それ自体あるいは表皮材裏面の裏打ちシートの材質は、繊維強化熱可塑性樹脂シートのマトリックス樹脂と同種または構造類似であることが望ましいが、両者が熱融着し得るものであれば異種材料であってもよい。
また、両者が異種材料であるなど熱融着による接着効果が乏しい場合には、たとえば表皮材裏面にホットメルト接着シートを予め貼合して用いてもよい。
また、場合によっては、予熱した繊維強化熱可塑性樹脂シートの熱で溶融する樹脂層と溶融しない樹脂層を構成要素とする２層の熱可塑性樹脂層からなるフィルムを、溶融する樹脂層を外側にして表皮材裏面に接着剤等によってラミネートした表皮材を使用することもできる。
【００１０】
以下、本発明の方法について説明する。
図１は本発明の方法に使用される上金型（１）、下金型（２）からなる雌雄一対の金型であって、表皮材側の金型となる上金型（１）には、表皮材が真空吸引できるように金型面に開口する真空吸引路（３）が設けられている。
尚、金型としてポーラス電鋳のようなポーラス体を用いると、金型キャビティ全面から極微小な多数の吸引口で吸引されるため、吸引口が表皮材表面に転写されることもない。この場合、上金型全体をポーラス体にすることなく、真空吸引を行なう部分のみをポーラス体としてもよい。
また、上金型を分割型とし、分割した合わせ面より真空吸引を行なうこともでき、この場合には金型成形面に割線があると表皮材表面に割線跡が転写されるために、金型の突起部または突起の付け根部で分割するなど形状によって割線の目立たない箇所で分割することが好ましい。
その他、表皮材の吸引方法は特に限定されず、表皮材が上金型の成形面に密着させることのできる方法であればいかなる方法、装置であってもよい。
金型の材質には特に限定されず、各種金属材料、セラミック、木材、樹脂など必要とする形状や表面状態によって適宜選択されるが、一般的には金属材料が使用される。
また、必要ある場合には表皮材側の金型である上金型（１）の成形面の一部または全部にシボ模様等の凹凸模様を付しておくことにより、表皮材表面の所望の部分に該凹凸模様を転写することができる。
【００１１】
尚、図面には示していないが、場合によっては繊維強化熱可塑性樹脂シート側の金型となる下金型（２）には、該金型面に開口する気体導入路が設けられていてもよい。
この気体導入路は、下金型（２）の金型面から加圧気体をキャビティ内に導入するためのものであって、表皮材を上金型（１）より真空吸引しつつ加圧気体をキャビティ内に導入し、膨張して多孔性となった繊維強化熱可塑性樹脂シートの空隙部を介して表皮材を上金型面により確実に圧着させる目的で設けられる。
【００１２】
表皮材貼合繊維強化熱可塑性樹脂成形体を製造するには、このような雌雄両金型を開放状態とし、その金型間に、予熱して厚み方向に膨張させた繊維強化熱可塑性樹脂シートおよび予熱した表皮材を、それぞれ予熱状態を維持しながら供給する。
ここで、繊維強化熱可塑性樹脂シートの予熱温度は使用する繊維強化熱可塑性樹脂シートの種類によっても異なるが、例えば強化繊維としてガラス繊維を使用し、マトリックス樹脂としてポリプロポレン系樹脂を用いた繊維強化熱可塑性樹脂シートの場合には、該マトリックス樹脂の溶融温度以上、通常１８０〜２２０℃である。
予熱温度がこれ以下では十分な膨張性が得られなかったり、表皮材との接着性に劣り、また、これ以上の予熱温度では繊維強化熱可塑性樹脂シートの熱劣化を起こしたり、ハンドリングが困難となる。
また、表皮材の予熱温度も使用する表皮材の種類によって異なるが、少なくとも熱により軟化し、真空吸引によって表皮材が金型に密着する程度の温度は必要であって、金型の成形面に設けたシボ模様等を表皮材に転写する場合には、該転写が可能となる温度にまで予熱される。
表皮材の予熱が不十分であると、軟化の程度も十分となって絞りのきつい部分で表皮材が十分に金型に密着しなかったり、シボ模様等の転写が不十分となり、また、表皮材と繊維強化熱可塑性樹脂シートとの熱融着による接着性が劣り、一方、表皮材を加熱しすぎると表皮材（または裏打ち材）が溶融したり、破れたりし、意匠面の色合いが変化するなどの問題が生じる。
このようなことから、例えば熱可塑性エラストマーを表皮層とし、熱可塑性樹脂発泡シートを裏打ち材とする表皮材の場合には、表皮層側で１００〜１８０℃、発泡層側で８０〜１５０℃程度に予熱される。
【００１３】
このような予熱した表皮材および予熱して膨張させた繊維強化熱可塑性樹脂シートの金型間への供給は、予め重ね合わせた両者を繊維強化熱可塑性樹脂シートを下側にして下金型面に載置してもよいし、先に繊維強化熱可塑性樹脂シートを下金型面に載置したのちその上面に表皮材を重ね合わせてもよく、また、皺の発生を防止するために下金型の外周に高さ調整の可能なシートクランプ枠（４）を設け、この上に載置してもよい。
特に、目的とする成形体の形状が複雑な場合には上金型側に表皮材クランプ枠等の表皮材支持具をさらに設け、表皮材を該表皮材支持枠で保持するとともに繊維強化熱可塑性樹脂シートをシートクランプ枠等で保持し、それぞれ個々にテンションと滑り込みを調整することにより皺などのない成形体を得ることができる。いずれの方法であっても、予熱した表皮材や繊維強化熱可塑性樹脂シートの金型間への供給は、予熱温度を維持するように、予熱後速やかに行なうことが望ましい。
【００１４】
成形操作としては、予熱した表皮材および予熱して膨張させた繊維強化熱可塑性樹脂シートを金型間に供給した後、表皮材側の金型より真空吸引を行って表皮材を金型成形面に吸着させた後型締めを開始するか、真空吸引と型締めを同時平行的に行って表皮材を上金型面に吸着させつつ型締めを行なう方法が、成形サイクルや得られた成形体の表皮材表面の外観の良好な点で好ましい。
例えば、表皮材側の金型より真空吸引を行って表皮材を金型成形面に吸着させた後型締めを開始する方法による場合、あらかじめ表皮材を上金型の成形面に密着させるためには、クランプ枠上に載置した表皮材／繊維強化熱可塑性樹脂シートの表皮材を表皮材側の金型である上金型の成形面外周（例えばパーティング面）に密着させて、上金型の成形面と表皮材との間で閉鎖空間を予め形成させる必要があり、一方、予熱状態にある表皮材と繊維強化熱可塑性樹脂シートを重ね合わせると部分的に融着一体化してこれを分離することができないため、表皮材と繊維強化熱可塑性樹脂シートとが接しないようなクランプ枠を要し、しかもクランプ枠に特殊な動作が要求されることとなる。
これに対し、同時平行的に行う方法は、上下いずれかの金型を型締め方向に移動させて、表皮材が表皮材側の金型（上金型）の成形面外周（例えばパーテキング面）に接した時点から真空吸引が開始されるため、クランプ枠の動作は基本的に必要でなく、操作が簡単となる。
【００１５】
真空吸引操作は金型の型締め開始と同時に行ってもよいし、表皮材が表皮材側の金型（上金型）の成形面外周に接するまでの型締め途中に開始してもよく、適宜適切なタイミングがとられる。いずれの方法であっても、型締めが開始され、表皮材が表皮材側の金型（上金型）の成形面外周に接すると、上金型の成形面と表皮材との間で閉鎖空間が形成されて表皮材の上金型の成形面への吸着が開始され、かかる吸着を進行しながら、型締めを平行して行なうと、上金型の金型面への表皮材の吸着が完了するとほぼ同時に繊維強化熱可塑性樹脂シートが賦形される。このとき、型締め完了時のキャビティクリアランスを、繊維強化熱可塑性樹脂シートの予熱前（膨張前）の厚みより厚く、予熱後（膨張後）金型に供給するときの厚みよりも薄くすることが必要であって、これにより多孔性の表皮材貼合の繊維強化熱可塑性樹脂成形体を得ることができ、上記厚みの範囲内で型締め完了時のキャビティクリアランスを調整することにより、得られた成形体の空隙率を調整することもできる。また、雌金型の内周面（５）と雄金型の外周面（６）とが型締め完了直前に噛み合ってキャビティ空間を形成するような金型を用いた場合には、キャビティ内の真空度がより上がり、目的とする成形体が絞りの深い形状であっても容易に対応することができる。この方法において、繊維強化熱可塑性樹脂シート側の金型である下金型は、真空成形でいうところのプラグアシストの役割を果たし、絞りの深い部分で表皮材が局部的に薄くなるのを防止する働きもある。
【００１６】
また、このような方法において、好ましくは型締め完了直前に下金型面より加圧ガス、たとえば圧縮空気をキャビティ内に導入し、繊維強化熱可塑性樹脂シートの空隙部を介してキャビティ内を圧空することにより、表皮材の上金型の成形面への吸着をより確実に行わせしめることができ、目的とする成形体の形状の自由度が高くなる。
【００１８】
金型の型締めはキャビティクリアランスが所望の成形体厚みとなったところで完了するが、この時の金型の型締め停止は、金型外周に設けたストッパー（７）を利用するのが高価な装置を使用することなく容易に行える点で好ましい。
また、金型は、上記説明では上下いずれかの金型が上下方向に可動して型開き、型締めを行なう例を示したが、場合によっては横型として左右いずれかの金型が横方向に可動して型開き、型締めを行なうものであってもよい。
【００１９】
このような方法により、表皮材と繊維強化熱可塑性樹脂シートは、それぞれの予熱による熱と型締め時の型締め圧による熱圧着によって積層一体化し、また、表皮材は真空吸引により金型成形面に吸着されて金型形状を忠実に再現し、意匠面である表皮材がだれることなく、所望の形状の外観の良好な成形体を得ることができる。
【００２０】
以上述べたような方法により、表皮材貼合の多孔性繊維強化熱可塑性樹脂成形体を製造することができるが、上記したようにその具体的成形条件、たとえば表皮材の真空吸引による吸着タイミングや型締め開始のタイミングなどは、目的とする成形体の形状などに応じて適宜決定される。
【００２１】
【発明の効果】
本発明の方法によれば、表皮材と膨張した繊維強化熱可塑性樹脂シートが熱融着により容易に積層一体され、かつ表皮材が忠実に金型形状に賦形された表皮材貼合の多孔性繊維強化熱可塑性樹脂成形体を製造することができ、かくして得られた成形体は軽量、かつ高強度で、しかも外観の良好な成形体として、例えば自動車内装材、特にドアトリム、天井材などに幅広く利用することができる。
【００２２】
【実施例】
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明がこれによって限定されるものでないことはいうまでもない。
【００２３】
実施例１
図１に示される上下一対からなる金型を使用し、図２〜図４に示される工程に従って、以下の方法により図５に示される断面形状の表皮材貼合の多孔性繊維強化熱可塑性樹脂成形体を製造した。
ここで、上金型はプレス装置（図示せず）により上下方向に移動可能であり、また、この上金型はキャビティ面にシボ模様が加工されたポーラス電鋳型であって、型外に設けた真空吸引装置（図示せず）によりキャビティ全面から真空吸引が行える構造となっている。
このような上下両金型（１、２）を開放状態とし、下金型（２）の外周に設けたクランプ枠（４）上に、予熱した表皮材（８）と予熱して厚み方向に膨張した繊維強化熱可塑性樹脂シート（９）を、表皮材が上になるように重ねて載置した。表皮材としては、オレフィン系熱可塑性エラストマーシートを表層材とし、その裏面にポリプロピレン発泡シートを貼り合わせた厚み約３．５ｍｍの積層シートを、また、繊維強化熱可塑性樹脂シートとしてはマトリックス樹脂がポリプロピレンであり、強化繊維が平均繊維長２５ｍｍのガラス繊維である厚み約１ｍｍの抄造法繊維強化熱可塑性樹脂シート（ケープラシート社製、ガラス繊維含量：４５重量％、目付け：１２００ｇ／ｍ２  ）を用いた。
それぞれの予熱は、遠赤外線加熱炉で行ない、表皮材についてはオレフィン系熱可塑性エラストマーシート側が１６０℃、発泡シート側が１２０℃となるように、また抄造法繊維強化熱可塑性樹脂シートについてはマトリックス樹脂の溶融温度以上である２１０℃になるように行なった。
この予熱により抄造法繊維強化熱可塑性樹脂シートはその厚みが約６ｍｍ程度になるまで厚み方向に膨張した。
表皮材および抄造法強化熱可塑性樹脂シートを予熱状態を維持しながらクランプ枠（４）上に載置した（図２）後、直ちに上金型（１）を降下させて型締を開始し、同時に真空吸引装置を作動させた。
上金型が型締め完了位置の手前５０ｍｍとなったところで、上金型のパーティング面と表皮材が接触し、表皮材の真空吸引が開始された（図３）。
真空吸引を継続しながら型締めを完了した。型締め完了時の成形面のクリアランスは下金型（２）の外周部に設けたストッパー（７）により６．５ｍｍに設定した。（図４）。
型締め完了後金型を冷却し、図５に示す断面形状の表皮材貼合の多孔性繊維強化熱可塑性樹脂成形体を取り出した。
得られた成形体の芯材部である繊維強化熱可塑性樹脂成形体の平面部の膨張倍率は予熱前のシートに比して約３倍（予熱して膨張したシートを５０％厚みに圧縮）であった。また、表皮材は金型形状および金型面のシボ模様が忠実に転写されて表皮材の形状がだれることもなく、多孔性繊維強化熱可塑性樹脂成形体との接着も良好で剛性も十分であり、成形体は良好なクッション感および外観を有していた。
【００２５】
比較例１
表皮材を予熱せず、真空吸引も行わずにに型締めを行なった以外は実施例と同様にして表皮材貼合の多孔性繊維強化熱可塑性樹脂成形体を製造した。
得られた成形体は、金型形状がそのまま再現されずに、その角部において表皮材がだれ、また、表皮材と多孔性繊維強化熱可塑性樹脂成形体との接着も部分的に不十分であった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の製造方法における金型例の概略断面図である。
【図２】本発明の方法における製造工程を示す金型概略断面図である。
【図３】本発明の方法における製造工程を示す金型概略断面図である。
【図４】本発明の方法における製造工程を示す金型概略断面図である。
【図５】本発明の製造方法により得られた成形体の断面図である。
【符号の説明】
１：上金型                                ２：下金型
３：真空吸引路                            ４：クランプ枠
５：雌金型外周面                          ６：雄金型外周面
７：ストッパー                            ８：表皮材
９：繊維強化熱可塑性樹脂シート
【図１】
0003570580.tif 000002
【図２】
0003570580.tif 000003
【図３】
0003570580.tif 000004
【図４】
0003570580.tif 000005
【図５】
0003570580.tif 000006