人工・合成皮革の自動車内装表皮材への応用

人工皮革・合成皮革を使った表皮加飾成形技術及び応用展開
岡本 昭男

1

宇部興産機械（株） 射出成形機技術部

IM-Solution 担当部長

大型機まで幅広い技術分野で利用されている。

はじめに型締自由制御「DIEPREST」の機械動作事例を図 1 に大型射出成形機メーカの宇部興産機械株式会社と示す。成形金型や射出成形機の経年変化及び成形環境

U-MHI プラテック株式会社（旧三菱重工プラスチックの変化による誤差変動を補正することで安定した表皮テクノロジー社）と両社の射出成形機の販売管理会社

加飾成形が確保できる。そのために，金型の開き量をの U&M プラスチックソリューションズ株式会社の 3 社

計測する金型位置センサと型締力を実測する型締力セ

融合により，業界最大の成形機ラインナップと成形ソンサを追加し，成形開始時の金型交換時に型締自由制リューション技術をもつ総合射出成形機メーカが誕生し御の起点となる型開量ゼロ点と型締力及び型開量の自た。融合 3 社の中核会社である宇部興産機械株式会社動補正を行う制御方案を独自開発した。これにより，型では，型締自由制御「DIEPREST」をベースに表面加締力 10000KN 以上の大型射出成形機においても，型飾成形技術，射出発泡成形，多色成形技術，金型回転式締力と型開量の組合せ型締多段動作で型開量停止精度多機能複合成形技術など，多くの成形ソリューション技± 0.05mm 以下の高精度な型締自由制御性能を得た。

術を開発し，自動車分野を中心に射出成形品のコスト低減や製品軽量化，高意匠性，高機能化，高付加価値化，ハイブリット化などに大きく貢献してきた

1-4）

。

本稿では，人工皮革・合成皮革を使った表皮加飾成形成形法）及び応用展開について成形事例を交えて紹介する。

2

写真 1

型締自由制御「DIEPREST」

140120動量の制御のみで，型開閉動作と型締昇圧・降圧動作が自由に動くこと，トグル倍力特性を利用して高精度型締自由制御ができること，型締動作と射出動作のリンク制御が容易なことの理由から，DIEPREST 搭載機としては電動サーボモータ駆動のトグル型締機能の全電動射出成形機を推奨する。750KN の小型機から 35000KN の超型締力（ton）型締自由制御「DIEPREST」を搭載する射出成形機を
写真 1 に示す。電動サーボモータの回転方向と回転移型締自由制御「DIEPREST 」搭載の射出成形機

100型開量設定
3mm型締力設定
100ton3.02.5型開量設定
2mm

80型締力設定
50ton

60

3.5型締力型開量

402.0型締力設定
型開量設定
50ton
1mm

1.51.0型締力設定
10ton

200.50− 200

図1型開量（mm）

技術（DIEPREST

0.05

1015時間（秒）2025− 0.530

型締自由制御「DIEPREST 」の機械動作事例

MATERIAL STAGE Vol.18, No.3 201813

出するオレフィン樹脂系発泡層が積層ラミネートされてDIEPREST 自己回復理論

おり，発泡層が自己回復したことが確認できる。

人工皮革・合成皮革を用いた表皮加飾成形の技術課
題は，基材樹脂となる溶融樹脂の熱量と樹脂圧で人工皮革・合成皮革が熱的損傷を受け皮革風合いが大きく低下する点である。溶融樹脂温度を下げる，射出圧縮や射出プレスで代表される低圧成形法の利用，などを駆使して4DIEPREST 成形事例

図 3 に DIEPREST 成 形 法 の 基 本 動 作（DIEPRESTC-Mode），成形事例を写真 2 に示す。

熱的損傷を緩和する試みは，基材樹脂の成形性そのもの微小型開を低下させるマイナス面を有しているためお勧めできない。また人工皮革・合成皮革の裏面に耐熱保護層などを積層ラミネート加工したものが一般的に使用されるが，材料コスト高は避けられない。
そこで，人工皮革も合成皮革も樹脂製であることから（以下樹脂皮革と呼ぶ），樹脂の熱的特性を利用して成形

表皮材セット
型締中に受けた熱的損傷を自己回復させる理論を表皮加飾成

図3

樹脂射出一体化加工

表皮材自己回復（DIEPREST）

DIEPREST 表皮加飾成形（C-Mode）

形に展開させた（DIEPREST 成形法）。成形中は基材樹
脂の熱量を受けて樹脂皮革はガラス転移点温度よりも高成形直後

表皮トリミング工程

完成品

表皮端末巻込み工程

温に加熱され樹脂圧で変形する（熱的損傷）。この変形した状態でガラス転移点温度以下に冷却保持させることで熱的損傷が固定される。成形工程中の任意のタイミン
グで型締力を下げ金型を微小型開させると，樹脂皮革と金型が離れ空気断熱層が形成され樹脂皮革の金型冷却は阻止される。この状態で樹脂皮革は基材樹脂からの熱量を受けてガラス転移点温度以上に加熱される。ガラス転移点温度以上に加熱された樹脂皮革は熱的損傷が緩和され自己回復する。自己回復させた状態（微小型開のまま）で冷却完了を終えることで，皮革風合いを維持した高意匠性の表皮加飾成形品を得る。DIEPREST 自己回復理論

成形後のフォーム層損傷度（厚さ保持率：％）の効果を図 2 に示す。樹脂皮革の裏面にソフト感を演
100 100702

表皮加飾成形事例

所定形状に裁断された予備賦形無しの樹脂皮革シートを金型の所定位置に挿入固定させる。樹脂皮革の種類と70

製品形状の凹凸程度によっては，製品形状よりも一回り4135以上大きく裁断した樹脂皮革シートを用い，金型に付属

2815

成形前
図2

左数値：製品周辺部
右数値：ゲート付近

写真 2

DIEPREST 射出プレス（P-Mode）

型締自由制御「DIEPREST射出圧縮」の自己回復効果事例

MATERIAL STAGE Vol.18, No.3 2018

された針刺し構造などのテンションコントロール機構を用いて，樹脂皮革シートに張力を付与させた状態で型締動作を行い，樹脂皮革シートを金型形状に 3 次元賦形させる。製品形状より大きい余肉部分の樹脂皮革シートは，成形後のトリミング処理工程で切断される。

人工・合成皮革の自動車内装表皮材への応用

特金型の型締工程（樹脂皮革シートの 3 次元賦形）後に，集基材層となる溶融樹脂を金型空間内に射出充填し，基材樹脂層の成形と同時に樹脂皮革シートと基材樹脂層を接合一体化させる。冷却保持工程は，基材樹脂層の冷却1固化と微小型開による樹脂皮革シートの自己回復させる型締多段制御を用いる（DIEPREST 自己回復工程）。微製品：自動車内装部品
加飾表皮材：TPO ＋ PP/PE 発泡層
基材樹脂：PP

小型開量は，樹脂皮革シートと金型キャビティ面に隙間を設け空気断熱層を形成させると同時に樹脂皮革シートの自己回復のスペースを確保させる狙いで最適値を設定する。金型を開き過ぎると外部から空気流入し樹脂皮革

写真 3成形事例（P-Mode）

シートが急激に冷却されて自己回復できないことがある

樹脂皮革シートは型締動作により金型形状に 3 次元ので，最適値の設定には注意が必要である。冷却保持工賦形させるが，常温では 3 次元賦形の程度に限界があ程後に金型を型開し製品を取り出すことで，皮革風合いる。従って，加熱真空賦形装置などを使って予め樹脂が自己回復した人工皮革・合成皮革が積層一体化された皮革シートを 3 次元賦形させたものを金型にインサー表皮加飾成形品を得る。

トする成形方法が一般的である。本稿では加熱真空賦形

樹脂皮革シートの裏面側にオレフィン系樹脂発泡層が装置などを使用しない低コストの成形法を紹介する。先積層ラミネートされた樹脂皮革シートを用いることで，ず型締動作により樹脂皮革シートを金型形状に略賦形

樹脂皮革に手触りソフト感を付与することができる。たさせる。引き続き基材樹脂となる溶融樹脂の熱量を利用

だしオレフィン系樹脂発泡層は耐熱性が低く，基材樹脂して，樹脂皮革シートを加熱軟化させながら，型締動作の射出充填工程で金型ゲート部付近の樹脂発泡層が部分を多段で位置制御させて最終形状へ 3 次元賦形させる的に溶損することがある。この場合は金型ゲート部の樹（DIEPREST 型締自由制御）。また，3 次元形状の凹凸が脂の射出樹脂流動（噴流）を緩和させることが重要で，激しい個所に相当する樹脂皮革シートをハロゲン加熱な

図 4 に示すように型開状態で基材樹脂を射出充填させどで局部的に加熱する手段を組み合わせることもある。

る成形動作となる。基材樹脂の射出充填後，任意の時点

樹脂皮革シートは意匠面に皮革模様が彫刻されていで型締プレス動作を行い，基材樹脂層の成形と同時に樹る。3 次元賦形させた時，賦形の凹凸の程度の違いによ

脂皮革シートと基材樹脂を接合一体化させる。その後はり彫刻されている皮革模様が部分的に伸ばされて意匠

図 3 で示したと同じく微小型開させて樹脂皮革シート性が大きく変化することがある。この意匠性変化の対処の自己回復を行うことで，金型ゲート部の局部的な溶損方法を紹介する。樹脂皮革シートの意匠面には皮革模様が全くない皮革風合いが自己回復した表皮加飾成形品をを彫刻せずに，代わりに金型キャビティ面に皮革模様を得る（DIEPREST-P-Mode）。成形事例を写真 3 に示す。

彫刻する。樹脂皮革シートを金型にセットし型締し，基材樹脂の射出充填を行う。射出充填の後，比較的早いタ

微小型開イミングで微小型開を行い，空気断熱層を形成させ樹脂皮革シートと金型キャビティとの伝熱を遮断し，基材樹脂の熱量を利用して樹脂皮革シート表面を加熱軟化させる。その後，再型締動作を行い加熱軟化した樹脂皮革シー
トを皮革模様が彫刻された金型キャビティ面に押付け

表皮材セット
型締（型開）

図4

樹脂射出型締プレス賦形 表皮材自己回復一体化加工（DIEPREST）

DIEPREST 表皮加飾成形（P-Mode）て，金型キャビティ面の皮革模様を樹脂皮革シート表面に転写させる（DIEPREST-R-Mode）。この成形方法により凹凸の程度が激しい 3 次元賦形であっても，皮革模MATERIAL STAGE Vol.18, No.3 20183

様が部分的に伸ばされて意匠性が低下することは回避で発泡セル成長 表皮材自己回復

加飾表皮材

発泡核形成

きる。図 5 に金型キャビティ面に彫刻した意匠模様の転写性の効果を示す。金型意匠模様（深さ 50 μm）が樹脂皮革シート面に精密転写されている。
表皮材セット 型締 ⇒ 射出

図6加飾表皮材：TPO（700 μm）
基材樹脂：PP
金型模様：500 μm

10通常成形

シボ深さ（μm）

0微小型開 ①微小型開 ②微小型開 ③

表皮加飾成形＋発泡成形

製品：自動車内装部品
表皮材：PET 起毛＋ PP/PE 発泡層＋不織布
基材樹脂：PP 発泡層− 10− 20− 30− 40− 50
金型高転写成形（R-Mode）− 60− 700
図5246移動量（mm）

810

金型模様の転写性比較（R-Mode）

5

写真 4

応用展開

樹脂皮革シートを用いた表皮加飾成形の応用展開事例について紹介する。
（1）表皮加飾成形＋発泡成形

4

射出充填成形事例（2）表皮加飾成形＋ 2 色成形
樹脂成形品に求められる要求性能が年々高くなり，1種類の基材樹脂では要求性能を満足できない事例が増え製品軽量化，断熱性，吸音制振性などの機能性を付てきた。そこで，高い要求性能を満足する機能性樹脂と与させる発泡成形法を基材樹脂層に用いることで，機能コスト低減や製品軽量化を分担する汎用樹脂を組み合わ性が付与された表皮加飾成形品を得る。成形動作を図 6せた 2 色成形法を利用する。この 2 色成形法と表皮加に，成形事例を写真 4 に示す。基材樹脂の発泡成形には，飾成形法を組み合わせたハイブリット化成形事例を図 7

熱分解により発泡性ガスを生成する化学発泡剤や，発泡に示す。樹脂皮革シートを金型内にセットし型締後に 1性ガスを直接供給する物理発泡剤などの発泡剤を添加し層目の基材樹脂を射出充填し，1 層目基材樹脂と樹脂皮た発泡性樹脂を用いる。樹脂皮革シートを金型にセット革シートを接合一体化させる。所定の冷却時間の後，金し型締後に発泡性樹脂を射出充填する。射出充填の完了

型を微小型開させて金型空間部に 2 層目の基材樹脂層と同時に型締降圧と微小型開を急速動作させ，発泡性樹を射出充填し，基材樹脂層が 2 層構造の表皮加飾成形

脂の急激な圧力変動による発泡核形成を行う。続いて発品を得る。2 層構造の基材樹脂のいずれかに発泡成形法

泡性樹脂の溶融張力と発泡膨張力を同期させながら適正を組み合わせることも可能であり，例えば，軟質系樹速度で型開動作を行い，発泡核を発泡セルに成長させ内脂に発泡剤を添加した発泡性樹脂を用いて発泡成形させ部に微細な発泡セルを有する発泡基材樹脂層を得る。発て，ソフト感を有した表皮加飾成形品を得ることもでき，泡基材樹脂層の冷却固化後にさらに微小型開させて，樹樹脂皮革にソフト感を演出する発泡層を積層ラミネート

脂皮革シートの熱的損傷の自己回復を与える。の代替えとなる。

MATERIAL STAGE Vol.18, No.3 2018

人工・合成皮革の自動車内装表皮材への応用

特回転盤

応用展開（発泡成形）

金型空間の形成金型 ①金型 ②集加飾表皮材

射出 ①

表皮材セット型締 ⇒ 射出 ①

図7微小型開 ① 射出 ② ⇒ 再型締微小型開 ②1DIEPREST 搭載

表皮加飾成形＋ 2 色成形
射出 ②

図 7 は，1 組の金型を用いて金型の型開量制御と 2

図9種類の基材樹脂の時間差で射出充填することで，設備コ金型回転式 2 色成形機「Cav-Change」

ストの低減化を狙ったものであるが，製品の立壁面の基射出成形金型
プレス金型

材樹脂層の厚み調整が困難など製品形状に制約を受けることがある。図 8 は製品形状の制約を受けない 2 色成形法を示す。2 組の金型と金型回転機能を有する金型回転式 2 色成形機を用い，1 層目基材樹脂の射出充填後に金型を回転交換させて 2 層目基材樹脂を射出充填する。
通常は樹脂皮革シートを片方の金型にセットするが，2種類の樹脂皮革シートを双方の金型にセットすることで，2 色成形品の両面に樹脂皮革シートが接合一体化された表皮加飾成形品を得る。

竪型プレス機
図 10標準射出成形機

超小型電動射出「プチ射出」による機能拡張事例

図 11 は表皮加飾成形ではなく 2 色成形で人工皮革・合成皮革の加飾表現を代替した成形事例を示す。基材成形工程で金型に彫刻した皮革模様を基材樹脂層に精密転写させ，さらに裏面射出成形法と染み出し射出成形法を用いて，異なる樹脂で部分加飾させることで，より本物感を演出している。

射出 ②射出 ①金型 ②
図8回転盤

金型 ①

金型回転式 2 色成形機

金型回転式の 2 色成形法と射出プレスや発泡成形などの型締自由制御を組み合わせた表皮加飾成形を行う場
合には，図 9 に示す型締自由制御「DIEPREST」を搭載し，

図 112 色成形による樹脂皮革の意匠性表現

固定金型に複数の射出装置がドッキングした金型回転式2 色成形機「Cav-Change」を用いる。最近では図 10に示すように。標準の射出成形機や竪型プレス機に超小型電動射出「プチ射出（3）機能性素材の利用人工皮革・合成皮革の樹脂皮革を使った表皮加飾成」を取り付けて，2 色成形機

形品は，基材樹脂に意匠性や加飾性などの機能性をプラに機能性アップさせた成形設備を利用する事例が増えてスしたハイブリット化成形と言える。図 12 に機能性素きている。

材を使ったハイブリット化成形事例を示す。金属系以外

MATERIAL STAGE Vol.18, No.3 20185金属素材

自然素材

硬い，強い，重い，導電・通電性，磨けば光る，腐食 柔らかい，優しい，弱い，軽い，エコ，リサイクル，磨けば光る

人工繊維

天然繊維

炭素繊維，ガラス繊維，金属繊維，樹脂繊維，混合繊維

植物繊維，パルプ，木綿，絹，和紙，布，新聞紙

樹脂素材

加飾素材

着色樹脂，透明樹脂，光沢樹脂，強化樹脂，発泡剤

見た目，触感，奥行き感，光透過，和・洋風，本物，偽物

図 12

機能性素材とハイブリット化成形事例の機能性素材は成形工程中に熱的損傷を受けるものが多参考文献

く，樹脂皮革と同様に微小型開による自己回復が利用で

1）岡本昭男， 進化する複合成形技術と適用事例 ，プラスチックス，きるケースが多い。

2016.4 月特集号
2）岡本昭男， 射出成形と同時加飾成形プロセス ，成形加工学会，

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おわりに型締自由制御「DIEPREST」を利用した人工皮革・合成皮革などの機能性素材のハイブリット化成形技術は，樹脂成形加工分野の技術革新と発展に大きく貢献できた。さらに 2 色成形機や超小型電動射出「プチ射出」を利用した組合せ成形技術は，新たな商品開発の可能性を秘めている。本稿で紹介した成形技術は，弊社成形トライセンターのほかに，技術パートナーを含めて国内 4拠点で成形トライ評価できる体制を整えている（和光技研工業株式会社，株式会社セイコーレジン，株式会社放電精密加工研究所）。
注：以下は宇部興産機械株式会社の登録商標です。
プチ射出DIEPREST
Cav-Change

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MATERIAL STAGE Vol.18, No.3 2018

第 159 回講演会資料
3）岡本昭男， 超小型電動射出「プチ射出」の特徴と成形事例 ，型技術，2017.2 月特集号
4）岡本昭男， 3 次元形状の加飾技術と自動車部品への応用 ，技術情報協会，加飾技術セミナー