JP2005081600A

JP2005081600A - 積層体用の成形金型及び積層体の成形方法、並びに真空成形型の製造方法

Info

Publication number: JP2005081600A
Application number: JP2003314060A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Mukai; 浩章向; Tamotsu Nagatani; 保永谷
Original assignee: Toyota Boshoku Corp
Current assignee: Toyota Boshoku Corp
Priority date: 2003-09-05
Filing date: 2003-09-05
Publication date: 2005-03-31
Anticipated expiration: 2023-09-05
Also published as: JP4474875B2

Abstract

【課題】加工性及び耐久性に優れるとともにシボ模様を仕上がりよく転写可能な積層体用の成形金型及びその成形方法、並びに真空成形金型の製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】成形型２０は鋼材を削り出して形成されるとともに、真空成形用の吸引孔４２を複数個備えた上型（真空成形型）３１と、この上型３１に対して離接可能な他の下型５１からなり、上型３１によって表皮材２３を真空引きした後、これら両上型３１、５１間に加熱された基材２１を挟み込んだ状態で型締めすることで表皮材２３及び基材２１を積層体として取り出す。また、吸引孔４１は孔径の太い主管部４２と、この主管部４２より孔径の細い細管４６とからなる。そのため、表皮材２３を吸引した時に、表皮材２３の表面２３Ａに吸引孔４１の孔跡が小さく出来るから見栄えがよい。また、吸引孔４１のうち主管部４２の孔径を大きくとってやれば、加工性にも優れる。
【選択図】図６

Description

本発明は、積層体用の成形金型及び積層体の成形方法、並びに真空成形型の製造方法に関する。

従来より、車両のドアトリム或いは車両内装材としては、木質系材料あるいは樹脂系材料からなる基材に樹脂等の表皮層を被覆した積層体が使用され、表皮層の表面にシボを転写することで見栄えの向上を図るようにしている。
この種の積層体の製造方法としては予め表皮層にシボを転写しておき、その後、表皮層と基材を成形用の金型によって、所定形状に一体的に成形する製造方法が知られているが、この場合には、成形時のプレスの圧力によって表皮層が基材の形状に沿って伸ばされるため転写されたシボが流れてしまう問題があった。こうしたシボ流れを改善するには、金型の成形面にシボ模様を形成しておき、表皮層を真空引きして、表皮層の成形と同時にシボ転写することが考えられる。
真空引きが可能な多孔質性の金型であってシボ面を備えるものとしては電鋳型によるもの、すなわち逆シボ模様を備えた母型を電鋳液槽内に浸して、電着により母型の導電皮膜層に多孔性電鋳殻を形成し、これを母型から剥離させるものが知られている（下記文献参照）。
特開平９−２４９９８７号公報（図５参照）

しかしながら、多孔性電鋳殻（シボ模様を備えた金型）は電着により形成されるため、金型の厚みには限界がありその肉厚は数ミリ程度である。この多孔性電鋳殻は専らブロー成形に使用されるものであり、これをプレス用の金型に適用することは、耐久性の問題から事実上困難である。
一方、電着によらず鋼材を削り出すことで成形面（キャビティ）を形成し、その後、シボ模様をエッチング等により成形面に設けてやれば、金型の厚さを厚く設定出来るため耐久性の問題は解消されるが、この場合には真空成形用の吸引孔の加工が問題となる。すなわち、吸引孔の孔径を大きくとると、それが模様となってシボ面に現れてしまうため吸引孔の孔径を小さく設定する必要があるが、相当の厚みがある鋼材に小径の貫通孔（吸引孔）を複数形成することは、加工性が悪くまた、加工に相当の時間がかかってしまう。
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、加工性及び耐久性に優れるとともにシボ模様を仕上がりよく転写可能な積層体の成形金型及びその成形方法、並びに真空成形金型の製造方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための手段として、請求項１の発明は、鋼材を削り出して形成されるとともに真空成形用の吸引孔を複数個備えた真空成形型と、この真空成形型に対して離接可能な他の成形型からなり、前記真空成形型によって表皮材を真空引きした後、これら両成形型間に加熱された基材を挟み込んだ状態で型締めすることで前記表皮材及び前記基材を積層体として取り出すようにした積層体用の成形金型であって、前記真空成形型における成形面には前記表皮材にシボ模様を転写するための逆シボ模様をなす凹凸が形成される一方、前記吸引孔はこの成形面に連通して形成され、そこより前記真空引きを行うことで前記表皮材の成形と同時に前記表皮材の表面にシボ模様を転写可能とし、更に、吸引孔は、前記成形面と反対側の側面から前記成形面に向けて形成されるとともに、前記成形面に対し所定の肉厚を確保した深さに形成された主管部と、この主管部と前記成形面との間を繋ぐようにして形成されるとともに、その孔径が前記主管部の孔径より縮径された細管部とからなる構成であるところに特徴を有する。

請求項２の発明は、請求項１に記載のものにおいて、前記主管部は前記成形面と反対側の側面から前記成形面側に向かって形成された大管と、前記大管の底面から前記成形面に向かって形成されるとともに、その孔径が前記大管の孔径より小径とされた本管とを備えるとともに、前記本管の底面部は前記成形面の表面に倣った形状とされた構成であるところに特徴を有する。
請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載のものにおいて、前記細管部は前記成形面に対してほぼ直交する構成であるところに特徴を有する。

請求項４の発明は、逆シボ模様をなす凹凸が形成された成形面と、この成形面に連通する吸引孔を備え、そこより表皮材を真空引きすることで前記表皮材を成形し、これと同時に前記表皮材の表面にシボ模様を転写する真空成形型の製造方法であって、前記吸引孔は前記成形面と反対側の側面から前記成形面側に向かって順に大管、この大管に続いて形成され前記成形面に倣った形状の底面部を備えた本管及び本管に続いて形成される細管部によって構成されるとともに、これら各管のうち前記大管を前記成形面と反対側の側面から前記成形面側に向かってドリルによって形成し、この大管の形成に続いて、前記大管の底面から前記成形面に向かって前記本管を放電加工によって形成し、前記大管或いは前記本管の加工と前後して、前記細管部をレーザー加工により形成するようにしたところに特徴を有する。

請求項５の発明は、基材及びこれを被覆する表皮材を一体的に成形する積層体の成形方法であって、真空成形型の備える吸引孔を介して前記表皮材を吸引させてこの表皮材を逆シボ模様をなす凹凸が設けられた成形面に密着させることで、前記表皮材を成形、かつこれと同時に前記表皮材の表面に前記シボ模様を転写する真空引き工程と、この真空引き工程に続いて行われるとともに、前記表皮材が吸引された状態にある真空成形型とこの真空成形型に対し離接可能とされた成形型との間に前記基材をセットした状態で両成形型を締めすることで前記基材及び前記表皮材を密着させ、これら両部材を一体化し前記積層体を成形する型締め工程とからなるところに特徴を有する。

＜請求項１の発明＞
請求項１の発明によれば、成形型は鋼材よりなるから耐久性に優れる。また、吸引孔には成形面側に孔径の細い細管部が設けられているから、表皮材を吸引した時に、表皮材の表面に吸引孔の孔跡がついた場合であっても、その孔跡が小さく出来る。すなわち吸引孔の孔跡がシボ模様と混ざって目立ち難くなる。また、吸引孔のうち主管部の孔径を大きくとってやれば、加工性にも優れる。

＜請求項２の発明＞
請求項２の発明によれば、本管の底面部は成形面に倣った形状であるから、成形面と本管の底面部との間の肉厚を一定幅確保できる。従って、所望の型強度を保持することが出来る。また、こうした本管の加工は高い加工精度が要求されるため、主管部の全体を本管により構成すると主管部の加工時間が長くかかってしまうが、主管部は本管と大管とから構成されており、大管の部分については粗く削ることが可能であるから加工時間も短くてすむ。

＜請求項３の発明＞
請求項３の発明によれば、細管部は成形面に対してほぼ直交する構成であるから、成形面にはその輪郭に対し法線方向の吸引力が作用する。従って、成形面のうち曲率に大きな部分であっても高い吸引力が得られる。

＜請求項４の発明＞
請求項４の発明によれば、吸引孔を複数の加工法の組み合わせ、すなわち加工精度の高いもの（放電加工、レーザー加工）と加工速度の速いもの（ドリル）によって形成することで、細かく加工精度の高い加工を行った上で、なおかつ吸引孔全体としての加工時間も短く出来る。

＜請求項５の発明＞
予めシボが転写された表皮材を真空引き等して成形すると、表皮材の表面が伸びることでシボ模様が流れてしまうことがある。この点に関し、請求項４の発明によれば、真空引き工程の際に表皮材の成形とシボ転写を同時に行うから、シボ流れを抑制することが出来る。また、そのままの状態で型締め工程を行えば、基材と表皮材を積層体として取り出すことが出来る。

本発明の実施形態を図１ないし図７によって説明する。
本実施形態は、積層体用の成形金型を自動車のドアトリム２０を成形するための成形金型３０に適用したものである。
ドアトリム２０は、図２に示すように基材２１の表面に表皮材２３を被覆した積層体により形成されており、詳細には後述するが表皮材２３の表面にはその全面にシボ模様が転写されている。本実施形態において基材２１は溶接バインダを含んだ天然繊維系のボード、すなわちケナフ繊維等の天然繊維とポリプロピレン繊維等の熱可塑性繊維を層状化したものが使用されている。
また、表皮材２３は塩化ビニル製のシートにポリプロピレン製の発泡層が裏打ちされたものが使用されている。

次に、成形金型３０について図３を参照して説明する。
成形金型３０は上型３１と、この上型３１に対面する下型５１とを主体として構成されている。これら両型３１、５１は共にブロック状の鋼材を削り出すことで型面、すなわち積層体を成形するための成形面３２、５２を形成している。具体的には上型３１においては下面の中央部分が窪んでおり、そこがドアトリム２０の表面側を形成するための成形面３２とされている。下型５１においては上型３１の成形面３２と対向する部分が成形面５２とされており、ドアトリム２０の裏面側を成形するようになっている。

また、上型３１は真空成形型とされており、複数の吸引孔４１が設けられている。吸引孔４１は、図３に示すように上型３１を上下に貫通、すなわち一端側が上面３１Ａに開口し他端側が成形面３２に開口している。
一方、上型３１の上部側には、上型３１の上面３１Ａを覆う大きさに形成されたの吸引部材３５が後付けされている。吸引部材３５は各吸引孔４１に連通するような吸引空間３６を内部に設けている。この吸引部材３５の上面には配管３９が接続可能とされている。この配管３９には上型３１に付設されるポンプＰが接続されており、ポンプＰを駆動させることで吸引空間３６、吸引孔４１を介して表皮材２３に対して負圧を与えることで表皮材２３を吸い上げ、表皮材２３を上型３１の成形面３２に密着させるようになっている。

また、上型３１による表皮材２３の真空引き或いは、表皮材２３及び基材２１のプレス加工は、いずれも表皮材２３及び基材２１に余熱を与えた状態、すなわち軟化させた状態で行われるようになっており、上型３１と下型５１との間には、表皮材２３及び基材２１を加熱するための加熱機構が設けられている。

加熱機構は、基材２１或いは表皮材２３を保持するためのクランプ２５と、加熱用のヒータ２７とから構成されている。クランプ２５は枠状（詳細は図示せず）に形成され、その枠内に表皮材２３或いは基材２１を張った状態で保持することが出来るようになっている。ヒータ２７は平板状をなすとともに、基材２１及び表皮材２３を覆う大きさに形成されている。このヒータ２７はクランプ２５によって保持された表皮材２３或いは基材２１と対面するように上下一体配され、本実施形態においては表皮材２３を１５０℃〜２００℃まで加熱し、基材２１を２００℃〜２３０℃まで加熱するような設定されている。
また、ヒータ２７は水平方向に進退可能な構成とされており、上型３１による真空引きあるいは、型締め動作が行われる際には両型３１、５１間から退避するようになっている。尚、図３に示す３８は上型３１を加熱するためのヒータであって、本実施形態においては真空成形に先だって上型３１を４０℃〜８０℃に加熱しておき、上型３１を温めた状態で表皮材２３を真空成形するようになっている。

また、上型３１の成形面３２にはそのほぼ全面、すなわち成形面３２の平坦な部分に限らず曲率を持った部分にもエッチングによりシボ転写用の微細な凹凸が設けられている。そして、吸引孔４１を介して真空引きを行い表皮材２３を成形するのと同時に、表皮材２３の表面２３Ａにシボ模様を転写するようになっている。

エッチング処理は鉄を腐食させる酸性の溶液とこの溶液をはじく耐酸性のインクを使用して行う。例えば、上型３１を洗浄した後、加工しない側面をテープ等でマスキングする。続いて、耐酸性のインクによって成形面３２にシボ模様を転写する。その後、酸性の溶液などを使って成形面３２を腐食させる。そうすると、耐酸性のインクに覆われたところは腐食されずに残り、露出面のみが腐食される。これにより成形面３２には逆シボ模様の微細な凹凸が形成されることとなる。

また、エッチング処理であれば酸性の溶液の塗り込み量を調整することで成形面３２の微細な凹凸の深さを部分的に深くしたり、或いは浅くしたり出来る。
一方、金型の構造上、脱型時に転写されたシボ模様、すなわち表皮材２３の表面の凹凸が成形面３２に擦れて当該表皮材２３の表面の凹凸の深さが浅くなる部分がある。このような部分としては例えば、表皮材２３のうち成形面３２の傾斜部分３２Ａと対応する部分が挙げられるが（図３参照）、成形面３２のうちこうした凹凸が浅くなる部分を予め深く形成しておけば、転写されたシボ模様の凹凸の深さを表皮材２３の全面に亘って均一にすることが出来、仕上がりに優れる。

ところで、真空引きを行うと表皮材２３の表面に吸引孔４１の孔跡が残る場合があるが、これがシボ模様上に現れると見栄えを損ねる。本実施形態においては吸引孔４１の先端部分に孔径の細い部分（後述する細管４６）を設けて、孔跡を目立たなくしている。吸引孔４１について具体的に説明すると、図６に示すように、吸引孔４１はその一端側が上型３１の上面３１Ａに開口し、他端側が成形面３２に向かってほぼ真っ直ぐに伸びる主管部４２を設けている。主管部４２はその孔径が上面３１Ａ側と成形面３２側とでは異なる構成とされている。図６に示すように、主管部４２のうち上面３１Ａ側は大管４３とされている。大管４３は上面３１Ａ側から下向きにドリルによって加工され、その孔径はほぼ１２ｍｍとされている。一方、成形面３２側は本管４４とされている。本管４４は大管４３の底面部分側から下向きに放電加工することで形成される。また、本管４４の断面形状は円形状でなく一辺が約５ｍｍ〜１０ｍｍの正方形状とされている。

また、本管４４の底面部４４Ａは、成形面３２との間に２ｍｍ幅の肉厚を設定したところに設けられている。すなわち、当該底面部４４Ａは成形面３２に倣った形状とされており、この２ｍｍ幅の部分に複数個の細管（本発明の細管部に相当する）４６がレーザー加工により形成されている。各細管４６は孔径が０．２ｍｍから０．３ｍｍとされている。

図６の（Ｂ）に示すように、細管４６は各本管４４の底面４４Ａに対して縦、横両方向に３列ずつ合計では９本がほぼ等間隔で配されており、これら細管４６によって表皮材２３を吸引する吸引部４５が形成されている。また、これら細管４６の密度は、本実施形態では各吸引孔４１で均一な設定とされている。
このように、吸引孔４１の先端を孔径の細い細管４６により構成しておけば、真空引きした際に表皮材２３の表面に現れる孔跡が小さくなる。従って、吸引きによる孔跡がシボ模様と混ざって目立ち難くなる。尚、肉厚部分を２ｍｍの構成としているのは、成形面３２のプレス加工時の耐久性及び、細管４６の加工性の双方を考慮したものである。

更に、これら各細管４６は成形面３２に対してほぼ直交するような構成とされている。そのため、仮に成形面３２に対して細管４６を傾斜した状態に配置した場合には傾斜した分表皮材２３の吸引力が弱くなるが、本実施形態では細管４６は成形面３２に直交する構成であるから強い吸引力が得られるし、また、成形面３２のうち曲率に大きな部分であっても平坦部分と同様に高い吸引力が得られる。

また、前記したように細管４６或いは本管４４の加工はレーザー加工或いは放電加工によってなされる。そのため、仮に吸引孔４１の全体をこれらの加工法によって形成すると、吸引孔４１の加工に必要となる加工時間が長くなり、上型３１の製造効率が悪くなってしまう。しかし、本実施形態ではドリルによる加工可能な大管４３が設定されており、レーザー加工あるいは放電加工を行う部分が短く済むようになっている。従って、吸引孔４１の加工時間も短くなり、製造効率も担保される。
尚、本実施形態においては、図７に示すように本管４４を形成した後、細管４６を成形面３２側より形成することとしているが、大管４３或いは本管４４の形成と前後して細管４６を形成するものであってもよい。

続いて、成形型３０を用いてドアトリム２０を製造する工程について説明する。ドアトリム２０の成形を行う場合には、まず、表皮材２３をクランプ２５によて緊張状態に支持させておき、その後、ヒータ２７を作動させ表皮材２３を１５０℃〜２００℃まで加熱・軟化するとともに吸引ポンプＰを駆動させる。
吸引ポンプＰの駆動により吸引空間３６、吸引孔４１を介して表皮材２３には徐々に負圧が加わり、表皮材２３は徐々に吸い上げられてゆく。この吸引の途中でクランプ２５による支持を解くことで、加熱された表皮材２３は上型３１の成形面３２に密着される。これにより、表皮材２３は上型３１の成形面３２に沿った形状に成形され、かつこの成形と同時に表皮材２３の表面にはシボ模様が転写される。

一方、真空引きと同時に、基材２１を表皮材２３と同じ要領、すなわちクランプ２５で保持しておきヒータ２７で加熱する。基材２１の温度が２００℃〜２３０℃まで加熱・軟化されたら、今度は、ヒータ２７を水平方向にスライドさせて成形型３０の側方に退避させる。その後、上型３１或いは下型５１のいずれかを図４に示す上下方向に進退させ型締めする。この型締め動作の途中、基材２１に対して成形面３２或いは成形面５２は徐々に近接してゆく。基材２１に対しいずれかの成形面３２、５２が当接したら、そこでクランプ２５による支持を解いてやる。その後、更に上下両型３１、５１は近接してゆき、やがて型締めが完了する。

これにより上型３１の成形面３２と下型５１の成形面５２との間に、表皮材２３及び基材２１が加圧された状態で挟み込まれる。この時、基材２１の溶接バインダが表皮材２３の発砲層に充填されることで表皮材２３と基材２１は一体化される。その後、表皮材２３及び基材２１が冷却され製品形状に固化するのを待って、上型３１或いは下型５１を図５の上下方向にスライドさせて型開きすれば表面にシボ模様が転写されたドアトリム２０を製品として取り出すことが出来る。

このように本実施形態によれば、上型３１、５１は鋼材よりなるからプレス加工に適しており耐久性に優れる。また、吸引孔４１には成形面３２側に孔径の細い細管４６が設けられているから、表皮材２３を吸引した時に、表皮材２３の表面に吸引孔４１の孔跡がついた場合であってもその孔跡が小さくなる。すなわち吸引孔４１の孔跡がシボ模様と混ざって目立ち難くなる。

加えて、一旦成形型３０が製作された後にドアトリム２０の製品形状の変更あるいは、シボ模様の変更の要請を受ける場合があるが、この場合には成形面３２、５２を溶接によって肉盛りしてその部分を再度加工して作り直すこととなる。本実施形態においては、成形型３０はいずれも鋼材によるものであるため熱に強く、仮に成形面３２、５２に対して溶接を行っても成形面３２、５２が歪みを生ずることがなく、上記した要請にも対応可能である。

また、仮に予めシボ模様が転写されたシボ付きの表皮材と、基材２１をプレスによって一体的に成形しようとすると、成形時に表皮材２３が成形面３２に沿って引っ張られ、その部分が膨らんでしまうという問題があった。しかし、本実施形態においては、上型３１の成形面３２にエッチング処理がなされ、そこにはシボ転写するための微細な凹凸が形成されており表皮材２３を真空引きすると、この成形面３２の凹凸に倣って表皮材２３の表面にも凹凸（シボ模様）が出来る。従って、上型３１の成形面３２と表皮材２３が凹凸嵌合しアンカー効果が発揮されるから、製品が成形面３２に沿い易く仕上がりがよい。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。

（１）本実施形態によれば、主管部４２を本管４４と大管４３による２段の構成としたが、本管４４のみの構成としてもよい。

（２）本実施形態においては、上型３１のみに吸引孔４１を設けたが、下型５１にも吸引孔４１を設けて上下両型とも真空成形可能な構成であってもよい。

本発明の一実施形態に係るドアトリム正面図図１のＡ−Ａ線断面図成形型が型開きした状態を表す断面図表皮材が真空引きされた状態を表す断面図成形型を型締めした状態を表す断面図吸引孔の拡大図吸引孔の加工手順を示す図

符号の説明

２０…ドアトリム
３０…成形型
３１…上型（真空成形型）
４１…吸引孔
４２…主管部
４６…細管（細管部）
５１…下型

Claims

鋼材を削り出して形成されるとともに真空成形用の吸引孔を複数個備えた真空成形型と、この真空成形型に対して離接可能な他の成形型からなり、前記真空成形型によって表皮材を真空引きした後、これら両成形型間に加熱された基材を挟み込んだ状態で型締めすることで前記表皮材及び前記基材を積層体として取り出すようにした積層体用の成形金型であって、
前記真空成形型における成形面には前記表皮材にシボ模様を転写するための逆シボ模様をなす凹凸が形成される一方、前記吸引孔はこの成形面に連通して形成され、そこより前記真空引きを行うことで前記表皮材の成形と同時に前記表皮材の表面にシボ模様を転写可能とし、更に、吸引孔は、
前記成形面と反対側の側面から前記成形面に向けて形成されるとともに、前記成形面に対し所定の肉厚を確保した深さに形成された主管部と、
この主管部と前記成形面との間を繋ぐようにして形成されるとともに、その孔径が前記主管部の孔径より縮径された細管部とからなる構成であることを特徴とする積層体用の成形金型。
前記主管部は前記成形面と反対側の側面から前記成形面側に向かって形成された大管と、
前記大管の底面から前記成形面に向かって形成されるとともに、その孔径が前記大管の孔径より小径とされた本管とを備えるとともに、前記本管の底面部は前記成形面の表面に倣った形状とされた構成であることを特徴とする請求項１記載の積層体用の成形金型。
前記細管部は前記成形面に対してほぼ直交する構成であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の積層体用の成形金型。
逆シボ模様をなす凹凸が形成された成形面と、この成形面に連通する吸引孔を備え、そこより表皮材を真空引きすることで前記表皮材を成形し、これと同時に前記表皮材の表面にシボ模様を転写する真空成形型の製造方法であって、
前記吸引孔は前記成形面と反対側の側面から前記成形面側に向かって順に大管、この大管に続いて形成され前記成形面に倣った形状の底面部を備えた本管及び本管に続いて形成される細管部によって構成されるとともに、
これら各管のうち前記大管を前記成形面と反対側の側面から前記成形面側に向かってドリルによって形成し、
この大管の形成に続いて、前記大管の底面から前記成形面に向かって前記本管を放電加工によって形成し、
前記大管或いは前記本管の加工と前後して、前記細管部をレーザー加工により形成するようにしたことを特徴とする真空成形型の製造方法。
基材及びこれを被覆する表皮材を一体的に成形する積層体の成形方法であって、
真空成形型の備える吸引孔を介して前記表皮材を吸引させてこの表皮材を逆シボ模様をなす凹凸が設けられた成形面に密着させることで、前記表皮材を成形、かつこれと同時に前記表皮材の表面に前記シボ模様を転写する真空引き工程と、
この真空引き工程に続いて行われるとともに、前記表皮材が吸引された状態にある真空成形型とこの真空成形型に対し離接可能とされた成形型との間に前記基材をセットした状態で両成形型を締めすることで前記基材及び前記表皮材を密着させ、これら両部材を一体化し前記積層体を成形する型締め工程とからなる積層体の成形方法。