JP2020006652A - フィルム付き部品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】前記フィルムを前記部品本体に貼り付ける工程における、前記枠体に起因した前記フィルムの過度な伸長を抑制する。【解決手段】ワーク３１に加飾フィルム３０を貼り付けることでフィルム付き部品Ｅを製造する、フィルム付き部品Ｅの製造方法は、加飾フィルム３０を加熱する工程（Ｓ１００）と、ワーク３１を取り囲むように配置した枠体１９で加飾フィルム３０を突き上げることで加飾フィルム３０を張り拡げる工程（Ｓ１１０）と、加飾フィルム３０で仕切られた上下の空間に気圧差を発生させることで加飾フィルム３０をワーク３１に貼り付ける工程（Ｓ１２０）と、を含む。加飾フィルム３０をワーク３１に貼り付ける工程（Ｓ１２０）において、枠体１９の高さ１９ｂを低くする。【選択図】図７

Description

本発明は、フィルム付き部品の製造方法に関する。

特許文献１は、被着させるフィルムがドローダウン状態となった場合でも型当り現象が生じることのないよう、被着体の周囲外方に枠部を設け、枠部が被着体よりも先にフィルムと接触するようにした、真空成型方法を開示している。具体的には、枠部が被着体よりも先にフィルムと接触することで、フィルムが被着体に接触する前にフィルムが張り拡げられ、フィルムの撓みや波打ちが解消されるとしている。

特開２０１２−９６４１６号公報

特許文献１のように、被着体の周囲外方に枠部を設けると、フィルムが枠部にも貼り付くことになるので、被着体の周囲外方におけるフィルムの貼付面積が増大し、被着体の周囲外方においてフィルムが過度に伸長してしまい、フィルムの厚みが小さくなる課題が新たに発生する。

フィルムの厚みが小さくなると、フィルムが有色フィルムである場合は、フィルムの顔料密度が低下して被着体に対する下地色隠蔽力が低下することで、フィルム付き成形品の意図した発色を達成できなくなる。また、フィルムの厚みが小さくなると、被着体の表面の粗さがそのままフィルムに転写してしまい、完成品の外観品質の低下を招く。

そこで、本発明の目的は、部品本体を取り囲むように枠体を設けた場合において、フィルムの過度な伸長を抑制するための新しい技術を提供することにある。

本願発明の観点によれば、部品本体にフィルムを貼り付けることでフィルム付き部品を製造する、フィルム付き部品の製造方法であって、前記フィルムを加熱する工程と、前記部品本体を取り囲むように配置した枠体で前記フィルムを突き上げることで前記フィルムを張り拡げる工程と、前記フィルムで仕切られた上下の空間に気圧差を発生させることで前記フィルムを前記部品本体に貼り付ける工程と、を含み、前記フィルムを前記部品本体に貼り付ける工程において、前記枠体の少なくとも一部の高さを低くするか、又は、前記枠体の少なくとも一部の表面積を小さくするか、又は、前記枠体の少なくとも一部の体積を小さくするか、又は、前記枠体の少なくとも一部を倒すか、又は、前記枠体の少なくとも一部を取り除くか、又は、前記枠体の少なくとも一部を脱落させる、フィルム付き部品の製造方法が提供される。以上の方法によれば、前記フィルムを前記部品本体に貼り付ける工程における、前記枠体に起因した前記フィルムの過度な伸長を抑制することができる。

本発明によれば、前記フィルムを前記部品本体に貼り付ける工程における、前記枠体に起因した前記フィルムの過度な伸長を抑制することができる。

真空成形装置の概略図である。 枠体の斜視図である。 フィルム付き部品の製造フローである。 張り拡げ工程を示す図である。 張り拡げ工程を示す図である。 貼付工程を示す図である。 貼付工程を示す図である。 貼付工程を示す図である。 枠体の高さ変化のタイミングを示すタイムチャートである。 枠体の高さ変化のタイミングを示すタイムチャートである。 枠体の高さ変化のタイミングを示すタイムチャートである。 枠体の変形例を示す斜視図である。 発泡体の斜視図である。 発泡体の斜視図である。

以下、図１から図９を参照して、本願発明の実施形態を説明する。

（真空成形装置１）
図１には、真空成形装置１を示している。真空成形装置１は、上チャンバーボックス２と、下チャンバーボックス３と、上真空ユニット４と、下真空ユニット５と、を備えている。

上チャンバーボックス２は、上チャンバー６を画定する略直方体状の箱型であって、下方に開口する開口７を有する。

下チャンバーボックス３は、下チャンバー８を画定する略直方体状の箱型であって、上方に開口する開口９と、開口９を取り囲むフランジ１０と、を有する。

そして、図示しない駆動機構によって上チャンバーボックス２を下チャンバーボックス３に対して進退可能となっている。また、上チャンバーボックス２の下端を下チャンバーボックス３のフランジ１０に着座させることで、上チャンバー６と下チャンバー８が開口７と開口９を介して連通するように構成されている。

真空成形装置１は、更に、近赤外線ヒーター１５と、フィルムクランプ１６と、ステージ１７と、ステージ駆動機構１８と、枠体１９と、ワーク受け治具２０と、を備えている。

近赤外線ヒーター１５は、加飾フィルム３０を加熱するものである。近赤外線ヒーター１５は、上チャンバーボックス２の上チャンバー６内であって、上チャンバーボックス２の天板２ａに取り付けられる。なお、図１等において加飾フィルム３０の断面には図面の都合上、ハッチングを施していない。

フィルムクランプ１６は、加飾フィルム３０をクランプするものである。フィルムクランプ１６は、上クランプ１６ａと下クランプ１６ｂを有する。加飾フィルム３０は、上クランプ１６ａと下クランプ１６ｂの間に挟まれることでフィルムクランプ１６にクランプされる。フィルムクランプ１６は、下チャンバーボックス３のフランジ１０に設けられた位置決めピンを用いてフランジ１０上の所望の位置に容易に位置決め可能に構成されている。

ステージ１７は、加飾フィルム３０が貼り付けられるワーク３１（部品本体）を支持するものである。具体的には、ワーク３１自体の底面形状が平坦とは限らないので、ワーク３１は、ワーク受け治具２０を介してステージ１７に載せられる。ワーク３１は、加飾フィルム３０が貼り付けられる面が上方を向くような姿勢でステージ１７に支持される。

ステージ駆動機構１８は、ステージ１７を下チャンバーボックス３の下チャンバー８内で上下方向に駆動するための機構である。ステージ駆動機構１８は、例えば、電動リニアアクチュエータやエアシリンダーによって構成される。

枠体１９は、加飾フィルム３０がワーク３１に接触する前に加飾フィルム３０に接触して突き上げることにより、加飾フィルム３０のドローダウン状態を解消しておくことで、加飾フィルム３０とワーク３１との間にエアー溜まりが残ったり、加飾フィルム３０に皺が出てしまうことを防止するためのものである。

枠体１９は、ステージ１７に載せられたワーク３１を取り囲むように矩形環状に形成されている。枠体１９が加飾フィルム３０に接触する前の段階で、ステージ１７のワーク搭載面１７ａを基準とした枠体１９の頂部１９ａの高さ１９ｂは、ステージ１７のワーク搭載面１７ａを基準としたワーク３１の頂部３１ａの高さ３１ｂよりも高い。

枠体１９の断面形状は、本実施形態において直角三角形としている。具体的には、図２に示すように、枠体１９の内側側面１９ｐはワーク３１に近づくにつれてステージ１７に近づくように傾斜しており、枠体１９の外側側面１９ｑは直立している。しかしながら、枠体１９の断面形状は直角三角形に限定されず、四角形でも五角形でも円形でもよい。

枠体１９は、例えば、独立気泡型又は連続気泡型の発泡プラスチックにより構成されている。枠体１９の原料は、例えば、ポリウレタン(PUR)、ポリスチレン(PS)、ポリオレフィン（主にポリエチレン(PE)やポリプロピレン (PP)）、フェノール樹脂(PF)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ユリア樹脂(UF)、シリコーン(SI)、ポリイミド(PI)、メラミン樹脂(MF)である。本実施形態では、メラミン樹脂を原料とする発泡プラスチック、即ち、メラミンフォームを採用している。なお、枠体１９の原料を適宜選択することで、枠体１９の圧縮変形のし易さを調整することができる。

図１に戻り、上真空ユニット４は、上チャンバーボックス２の上チャンバー６の雰囲気を減圧したり、大気圧に戻したりするユニットである。上真空ユニット４は、減圧タンク４０と方向制御弁４１により構成されている。減圧タンク４０は、図示しない電動モータにより駆動される減圧ポンプに接続されており、タンク内が減圧されている。方向制御弁４１は、本実施形態において３ポート２位置方向制御弁である。

下真空ユニット５は、下チャンバーボックス３の下チャンバー８の雰囲気を減圧したり、大気圧に戻したりするユニットである。下真空ユニット５は、同様に、減圧タンク５０と方向制御弁５１により構成されている。

＜作動＞
次に、図３から図９を参照して、真空成形装置１の作動を説明する。

（前準備）
まず、図１に示すように、ステージ１７にワーク受け治具２０とワーク３１、枠体１９を載せる。このとき、予めステージ１７を開口９近傍まで上昇させておき、ワーク受け治具２０等をステージ１７に載せたら、ステージ１７を図１に示す位置まで下降すると作業性がよい。

また、加飾フィルム３０をフィルムクランプ１６でクランプした上で、フィルムクランプ１６を下チャンバーボックス３のフランジ１０に位置決めする。または、フランジ１０に対して位置決めされた下クランプ１６ｂに加飾フィルム３０をセットし、その後に上クランプ１６ａを用いて加飾フィルム３０をクランプするようにしてもよい。

そして、上チャンバーボックス２を下チャンバーボックス３のフランジ１０に着座させることで、上チャンバー６と下チャンバー８を密閉空間とする。なお、上チャンバー６と下チャンバー８は加飾フィルム３０によって空間的に区分けされている。

この状態で、上真空ユニット４の方向制御弁４１を操作することで、上チャンバー６の雰囲気を減圧する。同様に、下真空ユニット５の方向制御弁５１を操作することで、下チャンバー８の雰囲気を減圧する。

（加熱工程：Ｓ１００）
次に、近赤外線ヒーター１５に通電することで加飾フィルム３０の加熱を開始し、加飾フィルム３０の温度が所定温度に到達したら加飾フィルム３０の加熱を終了する。加熱工程は、近赤外線ヒーター１５による加飾フィルム３０の加熱の開始時点から、近赤外線ヒーター１５による加飾フィルム３０の加熱の終了時点までの期間で規定される。なお、加飾フィルム３０の温度の測定方法は、例えば非接触式温度計が好適である。

図１に示すように、近赤外線ヒーター１５によって加熱された加飾フィルム３０は、加熱による軟化と膨張により、中央が垂れ下がったドローダウン状態となる。

（張り拡げ工程：Ｓ１１０）
次に、図４及び図５に示すように、ステージ１７を上昇させることで、枠体１９によって加飾フィルム３０を突き上げ、加飾フィルム３０を張り拡げることで、加飾フィルム３０のドローダウン状態を解消する。具体的には、まず、図４に示すように、ステージ１７を上昇させると、ワーク３１が加飾フィルム３０に接触するよりも先に枠体１９の頂部１９ａが加飾フィルム３０に接触し、次に、図５に示すようにステージ１７が上昇するにつれて加飾フィルム３０が突き上げられて、張り拡がる。これにより、加飾フィルム３０のドローダウン状態が概ね解消される。図５に示すように、枠体１９が加飾フィルム３０を突き上げた状態で、枠体１９の頂部１９ａはフィルムクランプ１６よりも上方に位置し、ステージ１７はフィルムクランプ１６よりも下方に位置している。

なお、張り拡げ工程は、図４に示すように枠体１９が加飾フィルム３０に接触した時点から、図５に示すようにステージ１７が上死点に至った時点までの期間で規定される。

（貼付工程：Ｓ１２０）
次に、図６から図８に示すように、加飾フィルム３０で仕切られた上チャンバー６と下チャンバー８の間に気圧差を発生させることで加飾フィルム３０をワーク３１に貼り付ける。

具体的には、図６に示すように、まず、方向制御弁４１を操作することで、上チャンバー６の雰囲気を大気圧に戻す。すると、加飾フィルム３０よりも上側の上チャンバー６の雰囲気が、加飾フィルム３０よりも下側の下チャンバー８の雰囲気よりも高圧となる。この気圧差により加飾フィルム３０にはワーク３１に向かう下向きの圧力が作用し、加飾フィルム３０は押し下げられる。即ち、図６から図８に順に示すように、加飾フィルム３０は押し下げられることでワーク３１に近づき、ワーク３１に到達して、ワーク３１に貼り付けられる。図６の状態では、加飾フィルム３０はワーク３１に向かって近づきつつあるが、加飾フィルム３０はワーク３１に接触していない。図７の状態では、加飾フィルム３０がワーク３１に到達して、加飾フィルム３０がワーク３１の頂部３１ａに接触している。図８の状態では、加飾フィルム３０がワーク３１に満遍なく貼り付けられている。

図６から図８に示すように、加飾フィルム３０のワーク３１に対する貼付けが進行する際、枠体１９が上下方向において圧縮変形する。具体的には、気圧差によって加飾フィルム３０に作用する圧力の一部又は全部が枠体１９に対して下向きに作用することで、枠体１９が上下方向において圧縮変形する。換言すれば、加飾フィルム３０のワーク３１に対する貼付けが進行する際、枠体１９の体積が小さくなり、枠体１９の表面積が小さくなり、枠体１９の高さ１９ｂ（図１参照）が低くなる。図８の状態では、枠体１９の高さ１９ｂがワーク３１の高さ３１ｂよりも低くなっている。従って、加飾フィルム３０の枠体１９に対する貼付面積が小さくなるので、枠体１９に起因して加飾フィルム３０が過度に伸長することが抑えられ、もって、フィルム付き部品Ｅの外観品質の低下を抑制することができる。

なお、貼付工程は、張り拡げ工程が完了した時点から、加飾フィルム３０のワーク３１に対する貼付面積が飽和した時点までを言う。

また、フィルム付き部品Ｅを真空成形装置１から取り出すには、下チャンバー８の雰囲気を大気圧に戻し、上チャンバーボックス２を上昇させればよい。フィルム付き部品Ｅをフィルムクランプ１６と共に取り出し、フィルムクランプ１６によるクランプを解除し、加飾フィルム３０のうち不要な部分を切断する。または、フィルム付き部品Ｅをフィルムクランプ１６と共に真空成形装置１から取り出すことなく、フィルムクランプ１６が下チャンバーボックス３にセットされた状態で加飾フィルム３０のうち不要な部分を切断することでフィルム付き部品Ｅのみを真空成形装置１から取り出すようにしてもよい。

（高さ変化のタイミング）
次に、図９から図１１を参照して、枠体１９の高さが変化するタイミングについて説明する。

本実施形態では、上チャンバー６と下チャンバー８との間の気圧差により枠体１９が上下方向で圧縮変形するようにしている。従って、枠体１９は、外力によって変形する弾性体であればその素材を問わない。例えば、枠体１９は、圧縮コイルスプリングを内包する袋体であってもよい。図９には、貼付工程において上チャンバー６の雰囲気が大気圧に戻された時点で枠体１９の高さ１９ｂが減じる方向に変化し始めている様子を示している。

また、上チャンバー６と下チャンバー８との間の気圧差により枠体１９が受動的に上下方向で圧縮変形することに代えて、例えばエアシリンダや電動シリンダを用いて枠体１９を上下方向で能動的に駆動するようにしてもよい。この場合、枠体１９の高さ１９ｂが減じる方向に変化し始めるタイミングは自在に決定することができる。図１０の例では、張り拡げ工程中に枠体１９の高さ１９ｂが減じる方向に変化し始めている。図１１の例では、加熱工程中に枠体１９の高さ１９ｂが減じる方向に変化し始めている。図９から図１１の何れの場合においても、少なくとも、加飾フィルム３０をワーク３１に貼り付ける貼付工程において、枠体１９の高さ１９ｂが低くなれば、枠体１９に起因する加飾フィルム３０の過度な伸長を抑制することができる。

以上に、本願発明の好適な実施形態を説明したが、上記実施形態は以下の特徴を有する。

即ち、ワーク３１（部品本体）に加飾フィルム３０（フィルム）を貼り付けることでフィルム付き部品Ｅを製造する、フィルム付き部品Ｅの製造方法は、加飾フィルム３０を加熱する工程（Ｓ１００）と、ワーク３１を取り囲むように配置した枠体１９で加飾フィルム３０を突き上げることで加飾フィルム３０を張り拡げる工程（Ｓ１１０）と、加飾フィルム３０で仕切られた上下の空間に気圧差を発生させることで加飾フィルム３０をワーク３１に貼り付ける工程（Ｓ１２０）と、を含む。加飾フィルム３０をワーク３１に貼り付ける工程（Ｓ１２０）において、枠体１９の高さ１９ｂを低くする。以上の方法によれば、加飾フィルム３０をワーク３１に貼り付ける工程における、枠体１９に起因した加飾フィルム３０の過度な伸長を抑制することができる。

なお、上述したように、貼付工程において枠体１９の高さ１９ｂを低くすることに代えて、貼付工程において枠体１９の表面積を小さくするようにしてもよい。また、貼付工程において枠体１９の体積を小さくするようにしてもよい。これらの場合でも、枠体１９に起因する加飾フィルム３０の過度な伸長を抑制することができる。

なお、「枠体１９の高さ１９ｂを低くする」とは、「枠体１９の高さ１９ｂが低くなる方向へ変化する」ことを意味する。また、「枠体１９の表面積を小さくする」とは、「枠体１９の表面積が小さくなる方向へ変化する」を意味する。また、「枠体１９の体積を小さくする」とは、「枠体１９の体積が小さくなる方向へ変化する」を意味する。

更に、貼付工程において枠体１９の高さ１９ｂを低くすることに代えて、貼付工程において枠体１９を横倒しになるように倒してもよいし、或いは、貼付工程において枠体１９をステージ１７から取り除いたり、貼付工程において枠体１９をステージ１７から脱落させるようにしてもよい。これらの場合でも、枠体１９に起因する加飾フィルム３０の過度な伸長を抑制することができる。

また、上記実施形態では、上チャンバー６の雰囲気を大気圧に戻すことで上チャンバー６と下チャンバー８との間に気圧差を発生させている。しかし、これに代えて、上チャンバー６の雰囲気に圧縮空気を供給することで、上チャンバー６と下チャンバー８との間に大きな気圧差を発生させるようにしてもよい。また、上チャンバー６の雰囲気を加圧状態とし、下チャンバー８の雰囲気を大気圧状態としてもよい。即ち、上チャンバー６の雰囲気の気圧を下チャンバー８の雰囲気の気圧よりも高くすれば、加飾フィルム３０がワーク３１に貼り付けられることになる。

（変形例）
図１２には、枠体１９の変形例を示している。図１２に示す変形例では、平面視で枠体１９の３辺が例えばFRPや木片などの剛体壁６０によって構成されており、１辺がメラニンフォーム６１によって構成されている。メラニンフォーム６１は、更に、複数のメラニンフォームブロック６２によって構成されている。

図１３には、メラニンフォームブロック６２の斜視図を示している。図１３に示すように、各メラニンフォームブロック６２は直方体状に形成されており、中央に１つの空洞６３が形成されている。このようにメラニンフォームブロック６２に空洞６３を形成することで、メラニンフォームブロック６２の上下方向における圧縮変形のし易さを容易に調整することができる。即ち、メラニンフォームブロック６２に空洞６３を形成することで、上チャンバー６と下チャンバー８との間に気圧差を発生させてから実際にメラニンフォーム６１が上下方向に圧縮変形し始めるタイミング、圧縮変形の単位時間あたりの体積変化量、圧縮変形が完了するタイミングを自在に調整することが可能となる。

また、図１４に示すように、各メラニンフォームブロック６２の上半分に複数の空隙６４を形成してもよい。この場合、メラニンフォームブロック６２の上半分は圧縮変形し易く、下半分は相対的に圧縮変形し難くなる。

また、図２には枠体１９の全体が圧縮変形可能な構成を示したが、図１２に示すように、枠体１９の一部のみを圧縮変形可能としてもよい。この場合、図１２に示すように、ワーク３１に貼り付けられた加飾フィルム３０のうち最も延伸量の多い領域に対向する部分のみを圧縮変形可能とし、その他の部分を圧縮変形不能とすることが考えられる。

要するに、貼付工程において枠体１９全体の高さ１９ｂを低くすることに代えて、貼付工程において枠体１９の少なくとも一部の高さ１９ｂを低くするようにしてもよい。枠体１９の表面積を小さくすること、枠体１９の体積を小さくすること、枠体１９を倒すこと、枠体１９を取り除くこと、枠体１９を脱落させることについても同様である。

１ 真空成形装置
２ 上チャンバーボックス
２ａ 天板
３ 下チャンバーボックス
４ 上真空ユニット
５ 下真空ユニット
６ 上チャンバー
７ 開口
８ 下チャンバー
９ 開口
１０ フランジ
１５ 近赤外線ヒーター
１６ フィルムクランプ
１６ａ 上クランプ
１６ｂ 下クランプ
１７ ステージ
１７ａ ワーク搭載面
１８ ステージ駆動機構
１９ 枠体
１９ａ 頂部
１９ｂ 高さ
１９ｐ 内側側面
１９ｑ 外側側面
２０ ワーク受け治具
３０ 加飾フィルム
３１ ワーク
３１ａ 頂部
３１ｂ 高さ
４０ 減圧タンク
４１ 方向制御弁
５０ 減圧タンク
５１ 方向制御弁
６０ 剛体壁
６１ メラニンフォーム
６２ メラニンフォームブロック
６３ 空洞
６４ 空隙
Ｅ フィルム付き部品

Claims (1)

1. 部品本体にフィルムを貼り付けることでフィルム付き部品を製造する、フィルム付き部品の製造方法であって、
   前記フィルムを加熱する工程と、
   前記部品本体を取り囲むように配置した枠体で前記フィルムを突き上げることで前記フィルムを張り拡げる工程と、
   前記フィルムで仕切られた上下の空間に気圧差を発生させることで前記フィルムを前記部品本体に貼り付ける工程と、
   を含み、
   前記フィルムを前記部品本体に貼り付ける工程において、
   前記枠体の少なくとも一部の高さを低くするか、又は、
   前記枠体の少なくとも一部の表面積を小さくするか、又は、
   前記枠体の少なくとも一部の体積を小さくするか、又は、
   前記枠体の少なくとも一部を倒すか、又は、
   前記枠体の少なくとも一部を取り除くか、又は、
   前記枠体の少なくとも一部を脱落させる、
   フィルム付き部品の製造方法。

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