(57)【要約】【課題】より少ない工程でかつ１つの成形金型を用いるのみで成形することのできる発泡した材料を内部に含む樹脂部材の成形方法を得る。【解決手段】内部に発泡した材料を含む樹脂部材の成形方法であって、外型１１とコア１２からなる成形金型１０を用いる。外型１１にコア１２が挿入されて形成される成形用空間１３内に熱可塑性樹脂ＣＦＲＰ２０を射出し、一定時間経過後にコアバックして成形用空間１３の容積を拡張する。拡張することで形成された射出用空間２２内に発泡可能な発泡性材料３０を射出する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に発泡した材料を含む樹脂部材の成形方法であって、
外型とコアからなる成形金型を用い、
前記外型に前記コアが挿入されて形成される成形用空間内に熱可塑性樹脂を射出する工程と、
前記射出工程の後、前記熱可塑性樹脂の前記外型および前記コアに接する面が固化した後に前記外型および前記コアの双方またはいずれか一方を動かして前記成形用空間の容積を拡張して前記熱可塑性樹脂で囲まれた射出用空間を形成する工程と、
前記射出用空間内に発泡可能な発泡性材料を射出する工程と、
前記発泡性材料が発泡した後に成形金型を開いて成形品を取り出す工程と、
を少なくとも含むことを特徴とする内部に発泡した材料を含む樹脂部材の成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内部に発泡した材料を含む樹脂部材の成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
軽量でありながら高い剛性を有する樹脂部材として、発泡樹脂からなる芯材と、該芯材の両面に設けられた熱可塑性樹脂および炭素繊維を含む複合材料からなる表材とからなるサンドイッチ構造体が知られており、その一例が特許文献１に記載されている。特許文献１においては、該サンドイッチ構造体は、芯材と表材とを別々に成形した後、両者を重ね合わせて熱プレスにより一体化している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−８３３６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のようなサンドイッチ構造体は、軽量であり高剛性材料であることに加え、防音性能にも優れていることから、車両用の部材として極めて有用である。しかしながら、特許文献１に記載の方法は、芯材と表材とを別々に成形した後、両者を重ね合わせて熱プレスにより一体化するようにしており、工程が多く、多くの設備を必要とする。
【０００５】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、発泡した材料を内部に含むことから軽量であり、該発泡した材料は熱可塑性樹脂で包まれていることから所要の強度も備えている樹脂部材を、より少ない工程でかつ１つの成形金型を用いるのみで成形することが可能な、内部に発泡した材料を含む樹脂部材の成形方法を開示することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による内部に発泡した材料を含む樹脂部材の成形方法は、外型とコアからなる成形金型を用い、前記外型に前記コアが挿入されて形成される成形用空間内に熱可塑性樹脂を射出する工程と、前記射出工程の後、前記熱可塑性樹脂の前記外型および前記コアに接する面が固化した後に前記外型および前記コアの双方またはいずれか一方を動かして前記成形用空間の容積を拡張して前記熱可塑性樹脂で囲まれた射出用空間を形成する工程と、前記射出用空間内に発泡可能な発泡性材料を射出する工程と、前記発泡性材料が発泡した後に成形金型を開いて成形品を取り出す工程と、を少なくとも含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明による内部に発泡した材料を含む樹脂部材の成形方法では、成形に当たり、装置としては、外型とコアからなる成形金型を用いるだけであり、多くの設備を必要としない利点がある。また、すべての工程を一連の連続した工程として行うことができ、製造工程の簡素化も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明による成形方法で得られる内部に発泡した材料を含む樹脂部材の一例を示す断面図。
【図２】本発明による成形方法の第１の実施の形態を説明する工程図。
【図３】本発明による成形方法の第２の実施の形態を説明する工程図。
【図４】本発明による成形方法の第３の実施の形態を説明する工程図。
【図５】本発明による成形方法の第４の実施の形態を説明する工程図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明による成形方法を幾つかの実施の形態に基づき説明する。
【００１０】
図１は、本発明による成形方法で成形された内部に発泡した材料を含む樹脂部材の一例を断面で示している。この例において、樹脂部材１は直方体状のものであり、表皮材としての熱可塑性樹脂部材２と、該熱可塑性樹脂部材２で包み込まれた芯材としての発泡材３とで形成されている。熱可塑性樹脂部材２としては、例として、ポリプロピレン系樹脂やポリアミド系樹脂のような熱可塑性樹脂部材が挙げられる。熱可塑性樹脂部材２は熱可塑性樹脂のみであってもよいが、好ましくは炭素繊維との複合材（ＣＦＲＰ）であり、それにより、成形される樹脂部材１の機械的強度や剛性を向上させることができる。発泡材３は、発泡可能な発泡性材料を型内発泡して成形されてものであり、発泡可能な発泡性材料としては、例として、ポリプロピレン系樹脂やポリアミド系樹脂のような材料が挙げられる。
【００１１】
［第１の実施の形態］
図２は、本発明による成形方法の第１の実施の形態を説明している。図２において、成形金型１０は、雌型に相当する外型１１と雄型に相当するコア１２とで構成される。この例では、外型１１は固定型であり、コア１２は移動型である。成形金型１０には、図示しないが、通常の熱可塑性樹脂の成形金型と同様に、適宜の加熱装置が付設されている。
【００１２】
成形に当たり、図示しない制御装置からの指令により、コア１２は、図で左方向に移動されることで、外型１１に形成される成形用凹部内に挿入され、成形用凹部とコア１２の先端面とで、所要の容積の成形用空間１３が確保される。また、外型１１には、成形材料を前記成形用空間１３内に射出するための２つのゲート、すなわち、第１のゲート１４と第２のゲート１５が設けられている。
【００１３】
図２（ａ）に示すように、予め設定した容積の成形用空間１３が形成された後に、前記第１のゲート１４から成形用空間１３内に熱可塑性樹脂を射出する。一例として、熱可塑性ＣＦＲＰ２０を射出する。射出された熱可塑性ＣＦＲＰ２０は、前記成形用空間１３の周囲面を構成する外型１１およびコア１２の内周面と接触することで急冷され、面に沿って熱可塑性ＣＦＲＰ２０が固化したスキン層２１を形成する。すなわち、射出された熱可塑性ＣＦＲＰ２０は外型１１およびコア１２の内周面に接した瞬間から、その接した面から内側に向けて次第に固化し始める。
【００１４】
所定の時間が経過してスキン層２１が必要な厚みにまで固化したときに、前記コア１２をコアバック、すなわち、コア１２を図で右方向に移動させる。なお、スキン層２１が所要の厚みにまで成長する時間は、実験によりあるいは使用する材料や金型の加熱条件等を考慮して計算により得ることができる。前記したコアバックにより、成形用空間１３の容積はコアバックした距離に応じて拡張（拡大）する。成形用空間１３の容積の拡張により、図２（ｂ）に示すように、射出された熱可塑性ＣＦＲＰ２０の未硬化部分は、すでに固化している部分に引きずられるようにして左右に分離していき、中央部に熱可塑性ＣＦＲＰ２０で囲まれた射出用空間２２が形成される。
【００１５】
なお、コアバック時に必要とされるスキン層２１の厚さは、初期の熱可塑性ＣＦＲＰ２０の射出量と、コアバック開始のタイミングによって制御することができる。コアバック開始のタイミングが早いほど、スキン層２１は薄く、遅いほど厚いスキン層となる。しかしながら、コアバックのタイミングが遅すぎると、スキン層２１が厚くなりすぎて、熱可塑性ＣＦＲＰ２０の未硬化部分がほとんどなくなり、コアバック後に所望の射出用空間２２ができ難くなる。この点も考慮してコアバックのタイミングを設定する。なお、コアバック後に形成される成形用空間１３の容積が、得ようとする樹脂部材１の容積となる。
【００１６】
所要距離のコアバックを行った後、図２（ｃ）に示すように、前記第２のゲート１５から、前記射出用空間２２に向けて発泡可能な発泡性材料３０を射出する。発泡性材料３０は射出時の圧力で前記スキン層２１を破りながら、第２のゲート１５から射出用空間２２内に入り込む。発泡可能な発泡性材料３０を射出した後、発泡性材料が所要に発泡しかつ熱可塑性ＣＦＲＰ２０と発泡後の発泡性材料３０が固化するのを待つ。最後に、成形用金型１０の型開きを行い、成形品を取り出すことで、図１に示した形状の樹脂部材１が得られる。
【００１７】
得られる樹脂部材１において、熱可塑性ＣＦＲＰ２０と発泡後の発泡性材料３０の界面形状が均一であることが望ましい場合がある。その場合には、発泡性材料３０の射出圧、発泡圧を適宜制御することにより、界面が均一でありかつ厚さも一定なスキン層２１を備えた樹脂部材１を得ることができる。さらに、コアバックの速度を設備能力上最大限の速さで行うことで、射出用空間２２を均一に形成することが可能となる。また、成形中または成形後に、成形金型１０の開閉を行い、発泡性材料３０に加わる圧力を変化させることで発泡倍率を制御することができる。なおここで、金型の開閉とは、コア１２を図で左または右方向へ動かすことをいう。
【００１８】
［第２の実施の形態］
図３は、本発明による成形方法の第２の実施の形態を説明している。この実施の形態は、成形される樹脂部材１の剛性強度を、第１の実施の形態で得られるものよりも高いものとすることを目的とする。そのために、適宜の補強材料を成形金型１０の成形用空間１３内に予めセットしておくようにしている。
【００１９】
具体的には、最初に、図３（ａ）に示すように、補強材料として補強用板材４０を別途用意し、成形金型１０でプレス成形を施す。この実施の形態では、好ましくは、補強用板材４０は熱可塑性ＣＦＲＰの板材であるが、これに限らない。他の例として、熱可塑性ＧＦＲＰのような板材を挙げることができる。補強用板材４０の大きさと形状は、成形金型１０におけるコア１２の先端面の形状と同じ大きさであることが好ましいが、形状や大きさが異なっていても、程度の差はあるとしても、所期の目的は達成できる。
【００２０】
成形処理に当たり、最初に、前記したように補強用板材４０を成形金型１０において所定の形状にプレス成形する目的で、補強用板材４０をその溶融温度前後まで予備加熱しておく。予備加熱された補強用板材４０を、型を開いた状態で、コア１２の先端面に配置し、図３（ｂ）に示すように、型締めをして補強用板材４０をプレス成形する。プレス成形後、コアバックさせることで、第１の実施の形態で図２（ａ）に基づき説明した、予め設定した容積の成形用空間１３を確保する。そして、図３（ｃ）に示すように、確保された成形用空間１３内に、第１の実施の形態と同様に、熱可塑性ＣＦＲＰ２０を射出する。
【００２１】
以下、第１の実施の形態と同様、図３（ｄ）に示すように、さらなるコアバックによって射出用空間２２を形成し、次に、図３（ｅ）に示すように、前記射出用空間２２内に発泡可能な発泡性材料３０を射出する。型開き後に得られる樹脂部材１は、一方の面において熱可塑性ＣＦＲＰからなる層が２層となっており、より高い剛性を備えた樹脂部材１となる。
【００２２】
［第３の実施の形態］
図４は、本発明による成形方法の第３の実施の形態を示している。この実施の形態においても、成形される樹脂部材１の剛性強度を、第１の実施の形態で得られるものよりも高いものとすることを目的とする。しかし、そのための具体的手段が、前記第２の実施の形態と相違する。ここでは、剛性を高めるための材料として、補強用板材４０ではなく、ＵＤテープ５０を用いる。なお、ＵＤテープとは、一方向に配列した連続繊維に熱可塑性樹脂を含浸固化させてテープ形状に加工した一方向テープ（Ｕｎｉ−Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ  ｔａｐｅ）をいう。
【００２３】
最初に、成形金型１０の型開きを行った状態で、図４（ａ）に示すように、コア１２の先端面に、ＵＤテープ５０を適数条だけ貼り付ける。図示のものでは、所定間隔を置いて３条のＵＤテープ５０を貼り付けているが、これは一つの例であり、コア１２の先端面のすべてにＵＤテープ５０を貼り付けてもよく、補強することが必要となる箇所のみに貼り付けてもよい。また、クロスするようにして貼り付けてもよい。
【００２４】
次に、ＵＤテープ５０を貼り付けたコア１２を外型１１に挿入する。以下の工程は、第１の実施の形態と同様であり、予め設定した容積の成形用空間１３内に、図４（ｂ）に示すように、熱可塑性ＣＦＲＰ２０を射出し、図４（ｃ）に示すように、コアバックによって射出用空間２２を形成し、次に、図４（ｄ）に示すように、前記射出用空間２２内に発泡可能な発泡性材料３０を射出する。型開き後に得られる樹脂部材１は、一方の面にＵＤテープ５０が一体に貼り付けられていることで、第１の実施の形態で得られる樹脂部材１と比較して、高い剛性強度を備えた樹脂部材１となる。
【００２５】
［第４の実施の形態］
図５は、本発明による成形方法の第４の実施の形態を示している。ここでは、第１の実施の形態で得られる樹脂部材１と比較して、より見栄えのよい、またより触感のよい成形品を得ることを目的とする。
【００２６】
具体的には、目的に応じた適宜の表皮材６０を別途用意する。表皮材６０の具体的な例としては、ＴＰＵ，ＴＰＯのような材料を上げることができる。表皮材６０の大きさと形状は、成形金型１０におけるコア１２の先端面の形状と同じ大きさであることが好ましいが、形状や大きさが異なっていてもよい。
【００２７】
成形処理に当たり、最初に表皮材６０を、型を開いた状態で、コア１２の先端面に配置し、型締めをして、予め設定した容積の成形用空間１３を確保する。そして、図５（ａ）に示すように、確保された成形用空間１３内に、第１の実施の形態と同様にして、熱可塑性ＣＦＲＰ２０を射出する。
【００２８】
以下、第１の実施の形態と同様、図５（ｂ）に示すように、コアバックによって射出用空間２２を形成し、次に、図５（ｃ）に示すように、前記射出用空間２２内に発泡可能な発泡性材料３０を射出する。型開き後に得られる樹脂部材１は、一方の面に表皮材６０が一体に貼り付けられていることで、第１の実施の形態で得られる樹脂部材１と比較して、より見栄えの良い、あるいはより触感のより樹脂部材１となる。樹脂部材１の使用箇所や使用目的に応じて、最適の性状を備えた表皮材を選択すればよい。
【実施例】
【００２９】
以下、実施例により本発明の方法を説明する。
【００３０】
図２に示す形状の成形金型１０を用いた。成形用空間１３は直方体状である。成形用空間１３の容積が２７０ｃｍ３となるように外型１１に対するコア１２の位置をセットした。
【００３１】
第２のゲート１５は閉じ、第１のゲート１４から、熱可塑性樹脂と炭素繊維とからなる熱可塑性ＣＦＲＰ２０を成形用空間１３内に射出した。２ｓｅｃ経過後、コア１２を３．５ｍｍコアバックさせて成形用空間１３の容積を５８５ｃｍ３に拡大した。コアバックの速度は５００ｍｍ／ｓｅｃとした。
【００３２】
コアバック後、第１のゲート１４を閉じ、第２のゲート１５を開いて、発泡可能な発泡性材料３０を成形用空間１３に向けて射出した。射出圧は１００ＭＰａとした。発泡性材料３０を射出した後、６０ｓｅｃそのまま放置した。なお、上記の過程において、金型の温度は全工程８０℃となるように調整した。
【００３３】
冷却後に型を開いて、成形品を取り出した。取り出した後、成形品を、図２で紙面に垂直な方向での中央部で切断して、図１に断面を示す形状の樹脂部材１を得た。表皮材としての熱可塑性ＣＦＲＰ２０からなる熱可塑性樹脂部材２の厚さは６面でほぼ等しく、平均厚は１．５ｍｍであった。芯材である発泡材３０の容積は略３１５ｃｍ３であり、平均発泡倍率は２倍であった。両者の界面はほぼ均一な面となっていた。
【符号の説明】
【００３４】
１…樹脂部材、
２…表皮材としての熱可塑性樹脂部材、
３…芯材としての発泡材、
１０…成形金型、
１１…外型、
１２…コア、
１３…成形用空間、
１４…第１のゲート、
１５…第２のゲート、
２０…熱可塑性ＣＦＲＰ、
２１…スキン層、
２２…射出用空間、
３０…発泡可能な発泡性材料、
４０…補強用板材、
５０…ＵＤテープ、
６０…表皮材。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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