(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次成形金型の成形キャビティ内にて第１材料により一次成形品を成形し、この一次成形品を二次成形金型の成形キャビティ内に装填した状態で、二次成形金型の成形キャビティ内に第２材料を供給して２つの材料からなる成形品を得るように構成した多色成形システムにおいて、
一次成形品のうちの第２材料を充填する部分を成形する一次成形金型の部分に、一次成形金型の成形キャビティ内に充填された第１材料を加圧して一次成形品に凹部を成形する加圧ピストンを設けた多色成形システム。
【請求項２】
加圧ピストンを一次成形品の脱型のためのエジェクタピンとして活用した請求項１記載の多色成形システム。
【請求項３】
請求項１又は２記載の多色成形システムを用い、加圧ピストンを後退させた状態で、一次成形金型の成形キャビティ内に第１材料を充填し、充填完了後に加圧ピストンを前進させて、第１材料を一定時間加圧して加圧ピストンにより凹部が形成された一次成形品を製作し、この一次成形品を一次成形金型から脱型して二次成形金型の成形キャビティ内に装填してから、二次成形金型の成形キャビティ内に第２材料を充填して成形品を得ることを特徴とする多色成形方法。
【請求項４】
成形キャビティ内に充填した材料を加圧ピストンで加圧しながら成形した一次成形部と、
少なくとも加圧ピストンにより一次成形部に形成された凹部からなる押し込み跡を覆うように、一次成形部に対して一体的に設けた二次成形部と、
を備えた多色成形品。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多色成形システム及びそれを用いた多色成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
多色成形品として、例えば歯ブラシにおいては、図２に示すように、合成樹脂材料製の樹脂基体７のハンドル基台５に対して、エラストマーからなる滑止め部８を一体的に形成して歯ブラシ本体２を作製し、この歯ブラシ本体２の植毛台３に毛束４を植設したものが知られている。
前記歯ブラシ本体２の成形方法としては、一次成形金型の成形キャビティ内に合成樹脂材料を供給して樹脂基体７を成形し、これを二次成形金型に装填した状態で、二次成形金型の成形キャビティ内にエラストマーを供給して、樹脂基体７に対して一体的に滑止め部８を成形する製作方法が広く採用されている。
一方、衣服のボタンの成形方法として、ボタンの背面側を成形するための金型の部分に、成形キャビティ内に充填した溶融樹脂材料を加圧する加圧ピストンを設け、金型への溶融樹脂材料に射出時間と、金型内における溶融樹脂材料の保圧時間を短縮できるように構成した成形方法が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前記歯ブラシにおいては、樹脂材料の射出量がエラストマー材料の射出量の２〜３倍になることから、樹脂材料の射出、保圧、冷却に要する時間がエラストマー材料の場合の２〜３倍程度必要になる。しかも、歯ブラシのような厚肉の合成樹脂成形品では、成形収縮及び熱収縮が大きくなるので、安定した寸法精度の成形品を製作するためには、樹脂基体の射出時間及び保圧時間を十分に確保する必要がある。このようなことから、エラストマー部分の成形のためのサイクルタイムは、樹脂基体の成形のためのサイクルタイムの１／２〜１／３となり、両者を平行して成形するとラインバランスが悪化するという問題があった。
【０００４】
従来、この種の問題を解決するため、エラストマー部分の成形装置１台に対して、樹脂基体の成形用の成形装置を２〜３台設けることで、ラインバランスを調整していたが、３〜４台の成形装置が必要になるとともにマテハン等の構成が複雑になって、多大な設備投資が必要になり、しかも大きな設置スペースが必要になるという問題があった。
一方、ボタンの成形方法のように、成形キャビティ内に充填した溶融樹脂材料を加圧することで射出時間及び保圧時間を短縮することは可能であるが、このように構成すると、加圧ピストンの端面で成形される部分に押し込み跡が形成されるという不具合があり、ボタンのように直接的に露出しない部分を有する製品に対しては適用できるが、歯ブラシのように全体が露出するような製品には適用できないと考えられていた。
【０００５】
本発明の目的は、成形品の外観品質を低下させたり、大きな設備投資をすることなく、複数種類の材料からなる成形品をラインバランス良く成形可能な多色成形システム及びそれを用いた多色成形方法、並びに安価に製作可能で且つ綺麗な外観の多色成形品を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る多色成形システムは、一次成形金型の成形キャビティ内にて第１材料により一次成形品を成形し、この一次成形品を二次成形金型の成形キャビティ内に装填した状態で、二次成形金型の成形キャビティ内に第２材料を供給して２つの材料からなる成形品を得るように構成した多色成形システムにおいて、一次成形品のうちの第２材料を充填する部分を成形する一次成形金型の部分に、一次成形金型の成形キャビティ内に充填された第１材料を加圧して一次成形品に凹部を成形する加圧ピストンを設けたものである。
【０００７】
ここで、請求項２記載のように、加圧ピストンを一次成形品の脱型のためのエジェクタピンとして活用することが好ましい実施例である。
【０００８】
請求項３記載の多色成形方法は、請求項１又は２記載の多色成形システムを用い、加圧ピストンを後退させた状態で、一次成形金型の成形キャビティ内に第１材料を充填し、充填完了後に加圧ピストンを前進させて、第１材料を一定時間加圧して加圧ピストンにより凹部が形成された一次成形品を製作し、この一次成形品を一次成形金型から脱型して二次成形金型の成形キャビティ内に装填してから、二次成形金型の成形キャビティ内に第２材料を充填して成形品を得るものである。
【０００９】
請求項４に係る多色成形品は、成形キャビティ内に充填した材料を加圧ピストンで加圧しながら成形した一次成形部と、少なくとも加圧ピストンにより一次成形部に形成された凹部からなる押し込み跡を覆うように、一次成形部に対して一体的に設けた二次成形部とを備えたものである。
【００１０】
【作用】
請求項１に係る多色成形システムにおいては、例えば請求項３記載のように、加圧ピストンを後退させた状態で、一次成形金型の成形キャビティ内に第１材料を充填し、充填完了後に加圧ピストンを前進させて、成形キャビティ内における第１材料を一定時間加圧して加圧ピストンにより凹部が形成された一次成形品を製作し、この一次成形品を第２の成形キャビティ内に装填して型締めしてから、第２材料を成形キャビティ内に充填して成形品を得ることになる。このように、一次成形金型の成形キャビティ内に充填した第１材料を加圧ピストンで加圧して、一次成形品を所期の形状に成形するので、射出時間及び保圧時間を短縮しつつ一次成形品の寸法精度を安定化させることが可能となる。しかも、一次成形品のうちの第２材料を充填する部分を成形する一次成形金型の部分に加圧ピストンを設けてあるので、加圧ピストンにより一次成形品に形成される押し込み跡は、第２材料により覆い隠されて、外面に露出することはない。しかも、加圧ピストンにより一次成形品に凹部を成形し、この凹部に第２材料を充填するので、第１材料と第２材料の結合強度を高めることが可能となる。
【００１１】
請求項２記載のように、加圧ピストンを一次成形品の脱型のためのエジェクタピンとして活用すると、金型構造を簡素化することが可能となり、しかも成形キャビティの内面とエジェクタピンの端面との僅かな段差により形成される成形跡の個数も少なくなる。
【００１２】
請求項４に係る多色成形品においては、成形キャビティ内に充填した材料を加圧ピストンで加圧しながら一次成形部を成形し、この一次成形部に対して一体的に二次成形部を形成するので、一次成形部の成形時における射出時間及び保圧時間を短縮することが可能となり、成形時間を全体的に短縮できるとともに、肉厚の差異や素材の種類等により、一次成形部が二次成形部よりもその成形時間が長い場合には、両者の成形時間を略同じに設定して、製造ラインのラインバランスを良好に設定することが可能となる。しかも、一次成形部の表面には加圧ピストンの端面に対応して凹部からなる押し込み跡が形成されるが、この押し込み跡は二次成形部により覆い隠されるので、多色成形品の外観が低下することはない。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
先ず、歯ブラシの構成について簡単に説明する。
図１〜図３に示すように、歯ブラシ１は、基本的には、歯ブラシ本体２と、歯ブラシ本体２の植毛台３に植設された毛束４とから構成されている。歯ブラシ本体２は、結晶性の合成樹脂材料（例えばポリプロピレン）で一体成形されたハンドル基台５、首部６、植毛台３からなる樹脂基体７と、ハンドル基台５に一体的に形成されたエラストマーからなる滑止め部８とから構成されている。
【００１４】
ハンドル基台５の先端近傍部の表側（毛束４の植設側）には表側凹部１１が形成され、裏側には裏側凹部１２が形成され、両凹部１１、１２は細長い表裏貫通孔１３で連通されている。ハンドル基台５の基端近傍部の外周部には環状凹部１４が形成され、環状凹部１４には表側と裏側とを連通する表裏貫通孔１６が形成され、環状凹部１４の表面側には表裏貫通孔１６の一部を塞いで商品名などを表す文字（図面では「Ｄｏ」）１７が突出状に形成され、ハンドル基台５の裏側には裏側凹部１２と環状凹部１４とを連通する連通路１５が形成されている。尚、符号１８は歯ブラシ１１をフックなどに引っ掛けるための貫通孔である。
滑止め部８は、表側凹部１１と裏側凹部１２と表裏貫通孔１３と環状凹部１４と連通路１５と表裏貫通孔１６に充填状に設けられ、その表面はハンドル基台５の表面に略段差なく滑らかに連なって形成されている。
【００１５】
次に、前述した歯ブラシ本体２を成形するための多色成形システムの構成について説明する。
この多色成形システムは、図４に示すように、基本的には、樹脂基体７を成形するための一次成形装置３０と、樹脂基体７に対して滑止め部８を成形するための二次成形装置５０と、一次成形装置３０から二次成形装置５０へ樹脂基体７を搬送するための搬送装置６０と、成形された歯ブラシ本体２をストックするためのストッカー６１とを備えている。
両成形装置３０、５０は、一般的な射出成形装置で構成され、ホッパー２０から供給された材料を射出シリンダ２１内にて加熱混練して、金型の成形キャビティ内に供給することで、成形品を得るように構成したものである。
【００１６】
一次成形装置３０の１対の金型３１、３２には、図５に示すように、樹脂基体７を成形するための成形キャビティ３３が形成され、可動型３１には成形キャビティ３３に臨んで１対の加圧ピストン３４が摺動自在に設けられている。図３（ａ）に仮想線で示すように、一方の加圧ピストン３４の先端部は、成形キャビティ３３内にて成形される樹脂基体７の表側凹部１１の中央下部に対面させて設けられ、他方の加圧ピストン３４の先端部は、環状凹部１４の表面側部分の中央上部に対面させて設けられている。この加圧ピストン３４の基端部は図示外の油圧シリンダにより進退駆動される可動板３５に固定されている。但し、加圧ピストン３４の一方は省略してもよい。また、加圧ピストン３４の先端部は、樹脂基体７に対してエラストマーを充填状に設ける領域の内側であれば、そのサイズや形状や配置は任意に設定することが可能である。
【００１７】
固定型３２にはホットランナー３６が設けられ、このホットランナー３６には溶融樹脂材料が成形キャビティ３３からホットランナー３６側へ逆流することを防止するための図示外のバルブゲートが内装されている。また、可動板３５と可動型３１間には図示外の油圧シリンダにより進退駆動されるエジェクタプレート３７が設けられ、エジェクタプレート３７には成形キャビティ３３内に延びるエジェクタピン３８が固定されている。尚、符号３９、４０は、可動側取付け板及び固定型取付け板である。
また、可動型３１には植毛台３に対面させて植毛孔成形手段４１が設けられ、この植毛孔成形手段４１に出没自在に設けられた複数のピン部材４２により植毛孔が成形されるように構成されている。
【００１８】
二次成形装置５０は、図６に示すうように、一次成形装置３０により成形した樹脂基体７を１対の金型５１、５２により形成される成形キャビティ５３に装填した状態で、空間部分にエラストマー材料を供給することで、歯ブラシ本体２に対して滑止め部８を一体成形する周知の構成のものである。尚、符号５４は成形された歯ブラシ本体２を脱型するためのエジェクタピンである。
【００１９】
次に、歯ブラシ本体２の成形方法について、図７を参照しながら説明する。
先ず、（ａ）に示すように、一次成形装置３０において、ピン部材４２を成形キャビティ３３内に突出させるとともにエジェクタピン３８の先端部を成形キャビティ３３の内面に面一に配置させ、加圧ピストン３４を後退位置に位置させた状態で型締めし、成形キャビティ３３内に溶融樹脂材料を供給する。
【００２０】
次に、（ｂ）に示すように、成形キャビティ３３への溶融樹脂材料の供給完了後、（ｃ）に示すように、加圧ピストン３４を、例えば振幅０．３ｍｍ、周波数１０Ｈｚで振動させながら、適正な成形位置へ移動させ、加圧ピストン３４の移動量に相当する溶融樹脂材料を成形キャビティ３３に押し込んで、成形キャビティ３３内における溶融樹脂材料を加圧した状態に一定時間維持する。この様に、加圧ピストン３４にて溶融樹脂材料を加圧するので、射出時間及び保圧時間を短縮しても、成形収縮や熱収縮等の発生は防止される。また、加圧ピストン３４の移動量、つまり成形キャビティ３３に押し込む溶融樹脂材料の量は、成形収縮や熱収縮による樹脂の不足分を補う量に設定することが好ましく、成形品の重量の２〜５％になるように、加圧ピストン３４の端面の面積及び移動量は設定されている。尚、加圧ピストン３４の先端部により樹脂基体７に凹部が成形されるように構成して、エラストマーからなる滑止め部８と樹脂基体７との結合強度を高めるようにしてもよい。
【００２１】
次に、（ｄ）に示すように、成形キャビティ３３内において一定時間冷却させた後、型開きしてピン部材４２を後退させてから、エジェクタピン３８を突出させるとともに加圧ピストン３４を更に突出させ、エジェクタピン３８と加圧ピストン３４とで可動型３１から樹脂基体７を脱型することになる。このように、加圧ピストン３４をエジェクタピンとして活用するので、エジェクタピンの本数を少なくすることが可能となる。
一次成形装置３０では、上記操作を繰り返し行って、樹脂基体７を順次成形することになる。
【００２２】
一方、二次成形装置５０では、図６に示すように、一次成形装置３０にて成形された樹脂基体７を成形キャビティ５３内に装填した状態で型締めし、成形キャビティ５３内にエラストマー材料を射出して、一定時間保圧する。そして、一定時間冷却してから型開きして脱型し、樹脂基体７にエラストマーからなる滑止め部８を一体成形した歯ブラシ本体２を得ることになる。この二次成形装置５０により、樹脂基体７の表側凹部１１、裏側凹部１２、表裏貫通孔１３、環状凹部１４、連通路１５、表裏貫通孔１６にエラストマーからなる滑止め部８が形成され、加圧ピストン３４により樹脂基体７の表面に押し込み跡が形成されても、この押し込み跡は滑止め部８により覆い隠されることになる。
【００２３】
このように成形キャビティ３３内にて樹脂材料を加圧しながら樹脂基体７を製作するので、成形時における射出時間及び保圧時間を短縮して、両成形装置３０、５０における成形サイクルタイムを略同じに設定することが可能となり、成形装置３０を複数台設けなくてもラインバランスを改善できる。しかも、樹脂基体７の成形時、その表面部に形成される押し込み跡は、エラストマーにより覆い隠され、表面に露出することはないので、歯ブラシ本体２の品質の低下も防止されることになる。
【００２４】
具体的な成形サイクルタイムを従来のものと比較すると、図８に示すように、従来の一次成形装置３０では、射出時間が６．５ｓｅｃ、保圧時間が１５．５ｓｅｃであるのに対し、本発明の一次成形装置３０では、射出時間が４．０ｓｅｃ、保圧時間が４．０ｓｅｃに夫々短縮され、全体のサイクルタイムが４８ｓｅｃから３２ｓｅｃに短縮されているのが判る。また、二次成形装置５０の全体のサイクルタイムが２５．０ｓｅｃであることから、従来の成形システムでは、２台の一次成形装置３０と１台の二次成形装置５０を用いることで、ラインバランスを調整する必要があるのに対し、本発明の成形システムでは、一次成形装置３０のサイクルタイムが二次成形装置５０のサイクルタイムよりも多少長くなるものの、かなり接近していることから、一次成形装置３０の台数を増やすことなくラインバランスを調整することが可能となる。
【００２５】
尚、本実施例では、一次成形装置３０と二次成形装置５０を夫々独立に設けた多色成形システムに付いて説明したが、一次成形金型と二次成形金型の可動型を回転板に取りつけて、回転板を回転させることで、一次成形金型にて成形した樹脂成形品を二次成形金型の成形キャビティに受け渡す様に構成した、多色成形装置においても一次成形金型に前述と同様に加圧ピストン３４を設けることで本発明を同様に適用することが可能である。また、同種の合成樹脂材料を用いて２色成形する場合においても、１色目の樹脂材料の射出量が２色目の樹脂材料の射出量よりも多くなることから、１色目の射出時間、保圧時間、冷却時間が２色目よりも長くなるので、この差を吸収するように、１色目の成形時にその樹脂材料を加圧してラインバランスを調整することが可能である。更に、歯ブラシ本体２以外の多色成形品の成形システムに対しても、本発明を同様に適用することが可能であるし、３色以上の多色成形品を製作する場合でも本発明の多色成形システムを用いることで、そのラインバランスを調整することが可能となる。
【００２６】
【発明の効果】
請求項１に係る多色成形システム及び請求項３に係る多色成形方法によれば、一次成形金型の成形キャビティ内に充填された第１材料を加圧ピストンで加圧しながら一次成形品を製作することになるが、加圧ピストンにより一次成形品に形成される凹部からなる押し込み跡は第２材料により覆い隠されるので、成形品の外観品質が低下することはない。したがって、成形品の外観低下を防止しつつ、一次成形品を加圧しながら成形することで、その射出時間及び保圧時間を短縮して、一次成形品の成形のためのサイクルタイムを大幅に短くすることが可能となる。このため、一次成形金型を備えた成形装置を複数設けたりすることなく、一次と二次の成形装置における成形のサイクルタイムをバランス良く設定できる。しかも、前記凹部に充填された第２材料により、成形品における第１材料の部分と第２材料の部分との結合強度を高めることが可能となる。
【００２７】
請求項２記載のように構成すると、エジェクタピンを少なくして金型構造を簡素化することが可能となり、しかもエジェクタピンの端面により形成される成形跡の個数を少なくして、成形品の外観品質を高めることが可能となる。
【００２８】
請求項４に係る多色成形品によれば、一次成形部の成形サイクルタイムを短縮して成形効率を改善し、多色成形品の製作コストを低減できるとともに、一次成形部の表面に形成される凹部からなる押し込み跡を二次成形部により覆い隠すことで、綺麗な外観の多色成形品を製作することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の多色成形システムを用いて成形した歯ブラシの（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図
【図２】  同歯ブラシの縦断面図
【図３】  同歯ブラシの樹脂基体の（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図
【図４】  多色成形システムの全体構成図
【図５】  同システムの一次成形装置の金型の縦断面図
【図６】  同システムの二次成形装置の金型の縦断面図
【図７】  同システムを用いた一次成形装置側の成形方法の説明図
【図８】  同システムと従来システムの成形サイクルの比較説明図
【符号の説明】
１      歯ブラシ                ２      歯ブラシ本体
３      植毛台                  ４      毛束
５      ハンドル基台            ６      首部
７      樹脂基体                ８      滑止め部
１１    表側凹部                １２    裏側凹部
１３    表裏貫通孔              １４    環状凹部
１５    連通路                  １６    表裏貫通孔
１７    文字                    １８    貫通孔
２０    ホッパー                ２１    射出シリンダ
３０    一次成形装置            ３１    可動型
３２    固定型                  ３３    成形キャビティ
３４    加圧ピストン            ３５    可動板
３６    ホットランナー          ３７    エジェクタプレート
３８    エジェクタピン          ３９    可動側取付け板
４０    固定型取付け板          ４１    植毛孔成形手段
４２    ピン部材
５０    二次成形装置            ５１    金型
５２    金型                    ５３    成形キャビティ
５４    エジェクタピン
６０    搬送装置                ６１    ストッカー
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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