JP2011224848A - 表皮材の貼り付け装置および貼り付け方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基材の表面に表皮材を貼り付けるに際し、表皮材に過度の引張歪を生じさせることなく、もって、品質に優れ、耐久性の高い基材および表皮材からなる部材を製造することのできる表皮材の貼り付け装置および貼り付け方法を提供する。
【解決手段】上下のチャンバー１，２と、下チャンバー２内で基材Ｗを載置しながら上チャンバー１側へ上昇自在な載置台６と、上チャンバー空間Ｋ１を加圧する加圧手段、下チャンバー空間Ｋ２を真空引きする吸引手段、表皮材Ｓを加熱軟化させる加熱手段を備え、載置台６は基材Ｗをスライドさせるスライド手段を備え、載置台６を上昇させて基材Ｗの突部Ｔを表皮材Ｓに当接させて支持部Ｒを形成し、スライド手段にて基材Ｗをスライドさせて支持部Ｒから一方側の表皮材領域Ｓ１を引っ張り、他方側の表皮材領域Ｓ２を弛ませた後に、表皮材Ｓの軟化と加圧および真空引きにて表皮材Ｓを貼り付ける貼り付け装置１０である。
【選択図】図３

Description

本発明は、少なくとも一部に突部を有する基材の表面にたとえば意匠面を具備する表皮材を貼り付ける装置と方法に関するものである。

樹脂や金属素材の基材表面に、着色表面や絵柄表面を備えたプラスチックフィルムやプラスチックシート等の表皮材を貼り付けるに際し、特許文献１に開示の被覆方法、装置のように、チャンバーボックスのうち、上下のチャンバーにて表皮材を把持し、この表皮材にてチャンバーボックス内を上下２つの空間に画成し、基材（ここでは中空芯材）に被覆する表皮材を加熱軟化させた状態で、下方のチャンバー空間を減圧し、上方のチャンバー空間を加圧することで、表皮材を基材に押圧して被覆する方法が知られている。

この方法によれば、チャンバー内で真空引きと加圧をおこなうことにより、軟化したフィルムを基材に対して良好に貼り付けることができる。より具体的には、基材の形状が特許文献１に開示のもののように平面状の場合であって、かつ表皮材が一様な意匠面からなる場合にはその効果を享受することができる。

しかし、基材が少なくとも一部に突部を備えた３次元形状を有する場合にはその効果が十分に期待できない。たとえば、基材がその一部に突部を備えた３次元形状を有する部材として、車室内のインパネを挙げることができる。そして、特にこの基材がアンダーカット部、すなわち、基材を構成する突部を境界としてその一方側が下チャンバー側に傾斜して上チャンバー側から視認できない部分である場合には、このアンダーカット部に表皮材を貼り込む際に大きな加圧力や吸引力が必要となり、特許文献１に開示の装置では不十分である。また、このような３次元形状の表皮材には局所的に極めて大きな引張歪が生じ易く、この引張歪に起因する表皮材およびこれを具備する部材の耐久性の低下が懸念される。

このことを図５ａ，ｂを参照して説明する。図５ａは、特許文献１で開示される上下のチャンバーを含む装置構成のほとんどを省略して載置台上の基材と表皮材を拡大して示した模式図である。表皮材Ｓは、上チャンバーＣＢ１と下チャンバーＣＢ２で挟み込まれ、加熱軟化された表皮材Ｓは、昇降自在なステージＳＴ上の載置台Ｄに載置された基材Ｗの突部Ｔの一部で支持される（表皮材支持部Ｒ）。同図において、上チャンバーＣＢ１と下チャンバーＣＢ２で表皮材Ｓが挟み込まれることにより、上チャンバー空間Ｋ１と下チャンバー空間Ｋ２が画成されている。

図示する基材Ｗは上チャンバー側に突出する突部Ｔに加えて、下チャンバー側に傾斜して上チャンバー側からは視認できないアンダーカット部ＵＫを具備する３次元形状を有しており、載置台Ｄの載置面は、この基材Ｗと相補的な３次元形状を有している。

このような３次元形状の基材Ｗの表面に対し、表皮材Ｓの上方から加圧流体等で加圧するとともに表皮材Ｓの下方から真空引きにて吸引しながらこれを貼り付けようとすると、図５ｂで示すように、上チャンバー側に臨む表皮材支持部Ｒよりも左側の表皮材領域Ｓ１は適度な引張力Ｐ１にて引っ張られながら基材Ｗ表面に貼り付く一方で、表皮材支持部Ｒよりも右側のアンダーカット部ＵＫに対応する表皮材領域Ｓ２は、過度な吸引力および加圧力によって基材の端部Ｗａを回り込ませるようにして張り付かせる必要がある。

より詳細には、表皮材Ｓは、まず最初に中央の表皮材支持部Ｒ近傍の領域から基材Ｗに貼り付き、その左右の表皮材領域Ｓ１、Ｓ２の端部に向かって順に貼り付いていくことになる。ここで、アンダーカット部ＵＫに対応する表皮材領域Ｓ２を基材Ｗの端部Ｗａに回り込ませながら貼り付けようとすると、図示する一点鎖線の状態となっている表皮材Ｓを実線の状態に移行させる必要があり、そのために表皮材領域Ｓ２に過度の引張力Ｐ２を作用させて伸張させながら基材Ｗへ貼り付けることになる。

その結果、表皮材Ｓにおいては、その中央の表皮材支持部Ｒ近傍を境界にその左右で引張応力が大きく相違する。本発明者等の検証によれば、同図における表皮材領域Ｓ１の引張歪が５０％程度であるのに対して、表皮材領域Ｓ２の引張歪、中でもその端部領域の引張歪は４００％程度にも及ぶことが特定されている。

領域ごとに引張歪が大きく異なる表皮材Ｓが基材Ｗに貼り付けられてなる部材（製品）は、過度の引張歪を内包する表皮材領域Ｓ２の端部から剥がれが生じ易く、一度剥がれが生じてしまうとこれを起点として過度の引張歪を解消するように剥がれが助長されてしまい、このことが製品の耐久性を大きく低下させる要因となる。

特開２００６−７４２２号公報

本発明は、上記する問題に鑑みてなされたものであり、その一部に突部を有する基材の表面にたとえば意匠面を具備する表皮材を貼り付けるに際し、表皮材に過度の引張歪を生じさせることなく、もって、品質に優れ、耐久性の高い基材および表皮材からなる部材を製造することのできる表皮材の貼り付け装置および貼り付け方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成すべく、本発明による表皮材の貼り付け装置は、基材の表面に表皮材を貼り付ける表皮材の貼り付け装置であって、相互に型閉めされる上チャンバーおよび下チャンバーであって、型閉め姿勢において上下のチャンバーにて表皮材を挟み込み、この表皮材によって上チャンバー空間と下チャンバー空間が画成される上チャンバーおよび下チャンバーと、下チャンバー内において、基材を載置するとともに上チャンバー側へ上昇自在な載置台と、上チャンバー空間を加圧する加圧手段、下チャンバー空間を真空引きする吸引手段、および表皮材を加熱して軟化させる加熱手段を備え、前記載置台は前記基材をスライドさせるスライド手段を備えており、前記基材が少なくともその一部に上チャンバー側に突出する突部を有する場合に、上下のチャンバーにて挟み込まれた表皮材に対して載置台を上昇させて前記突部を表皮材に当接させて表皮材支持部を形成し、スライド手段にて基材をスライドさせて表皮材支持部から一方側の表皮材領域を引っ張り、他方側の表皮材領域を弛ませ、加熱手段にて表皮材を軟化させた状態で前記加圧手段による加圧と吸引手段による真空引きを実施し、基材の表面に表皮材を貼り付けるようになっているものである。

本発明の表皮材の貼り付け装置は、既述する従来構造の上下チャンバーからなる貼り付け装置のうち、基材を載置する載置台に改良を加え、基材をスライドさせるスライド手段を載置台に具備した装置である。基材が表皮材と接触して表皮材支持部が形成され、スライド手段にて基材をスライドさせることにより、過度の引張力が作用し得ない表皮材領域を引っ張るとともに過度の引張力が作用し得る領域（既述するアンダーカット部）を弛ませておき、この状態で表皮材を軟化させ、加圧と吸引にて基材表面に貼り付かせるものである。

基材表面への表皮材の貼り付けに先行して、表皮材のうち、過度の引張歪が生じ得るアンダーカット部に対応した領域を予め弛ませておくことにより、この領域における過度の引張歪もしくは引張応力の発生は解消される。

ここで、表皮材が貼り付けられる基材は、湾曲面、相互に傾斜した複数の平面の組み合わせ、平面と湾曲面の組み合わせなどからなる３次元形状を呈し、少なくともその一部に上チャンバー側に突出する突部を有し、さらには、下チャンバー側にのみ対向するアンダーカット部を有するものである。

また、基材を載置する載置台は、たとえばシリンダ機構等によって昇降自在なステージ上に配され、基材を載置した姿勢で載置台が上昇し、表皮材と基材の突部が当接する位置で停止され、この当接箇所が表皮材支持部となる。

表皮材にて２つの空間に画成された一方の上チャンバー空間には加圧流体を該空間内に通流させる各種手段（コンプレッサ、配管系など）が流体連通しており、他方の下チャンバー空間には該空間内を真空引きする各種手段（吸引ポンプ、配管系など）が同様に流体連通している。さらに、上下チャンバーのいずれか一方には加熱手段が設けてあり、双方のチャンバーを型閉めした姿勢において表皮材を加熱軟化できるようになっている。

３次元形状の基材に対して表皮材を貼り付けるに際し、基材のうち、下チャンバー側に回り込んだアンダーカット部にも空隙等なく表皮材を貼り付けるために、本装置は下方チャンバー空間からの真空引きに加えて、上方チャンバー空間を加圧し、基材に対して表皮材の上方から押し込む力を付与するものである。すなわち、表皮材を加熱軟化させた状態で、下方チャンバー内を真空引きしながら、これと同時に上方チャンバー内を加圧することにより、基材に対して空隙のない状態で表皮材を綺麗に貼り付けることができる。

しかも、表皮材の貼り付けに先行して、載置台がスライド手段を介してスライドしてアンダーカット部に対応する表皮材領域を予め弛ませておくことで、加工された表皮材には過度の引張歪が生じ得ない。したがって、この過度の引張歪によって表皮材が基材から剥がれ、これに起因して基材と表皮材からなる製品の耐久性が低下するといった従来製法および装置を適用した際の課題は効果的に解消される。

ここで、載置台は、傾斜面を有する第１の載置台と、基材を直接載置してこの傾斜面上をスライドする第２の載置台とからなり、前記スライド手段が前記傾斜面からなる形態であってもよい。

第２の載置台上に基材を載置し、これが表皮材と当接して表皮材支持部を形成し、さらに載置台を上昇させると、第２の載置台は、この表皮材支持部に反力を取って第１の載置台の傾斜面を滑り落ちる。

この滑り落ちる過程で、表皮材のアンダーカット部に対応する領域は弛んだ状態となり、その反対側の領域は引っ張られた状態となる。

このように載置台を第１、第２の載置台から構成し、第１の載置台に傾斜面を設けて第２の載置台がこの面を滑り落ちるといった極めて簡易な構成を適用することで、スライド手段として高価なアクチュエータを適用する必要はなくなり、装置コストも安価となる。

また、本発明は表皮材の貼り付け方法にも及ぶものであり、相互に型閉めされる上チャンバーおよび下チャンバーにおいて、基材を下チャンバー内の載置台に載置し、上下のチャンバーを型閉めして双方のチャンバーにて表皮材を挟み込み、この表皮材によって上チャンバー空間と下チャンバー空間を画成し、かつ、この状態で、基材が少なくともその一部に上チャンバー側に突出する突部を有しており、載置台を上昇させて前記突部を表皮材に当接させて表皮材支持部を形成し、スライド手段にて基材をスライドさせて表皮材支持部から一方側の表皮材領域を引っ張り、他方側の表皮材領域を弛ませ、加熱手段にて表皮材を軟化させた状態で前記加圧手段による加圧と吸引手段による真空引きを実施し、基材の表面に表皮材を貼り付けるものである。

ここで、表皮材の表面もしくは基材の突部に接着剤が塗布されており、突部を表皮材に当接させた際に双方が接着される形態であるのが好ましい。

基材の表皮材支持部と表皮材が接着されることにより、基材が載置台とともにスライドした際に、表皮材が基材に対して相対的に滑ってしまい、表皮材のアンダーカット部に対応する領域に弛みを生じさせることができないといったことが抑止される。

以上の説明から理解できるように、本発明の表皮材の貼り付け装置および貼り付け方法によれば、３次元形状で少なくともその一部に上チャンバー側に突出する突部を有する基材に表皮材を貼り付けるに際し、表皮材支持部にて基材と表皮材が当接した状態で載置台をスライド手段にてスライドさせ、表皮材のうちのアンダーカット部に対応する領域を弛ませておくことにより、貼り付けの際にこの領域に過度の引張歪が生じるのを抑止でき、もって、過度の引張歪に起因する表皮材の剥がれが抑止されて高耐久な基材および表皮材からなる部材を製造することができる。

本発明の貼り付け装置において、上チャンバーと下チャンバーが型開きした状態を説明した模式図である。 上チャンバーと下チャンバーが型閉めされて表皮材を挟み込み、加熱と真空引きと加圧を実施している状態を説明した模式図である。 （ａ）は、載置台が上昇して基材が表皮材と当接し、表皮材支持部を形成している状態を説明した図であり、（ｂ）は、載置台がスライドして表皮材の一部を弛ませ、他部を引っ張っている状態を説明した図である。 基材表面に表皮材が貼り付けられた状態を説明した模式図である。 （ａ）は、従来の貼り付け装置において載置台が上昇して基材が表皮材と当接し、表皮材支持部を形成している状態を説明した図であり、（ｂ）は、基材表面に表皮材が貼り付けられた状態を説明した模式図である。

以下、図面を参照して本発明の表皮材の貼り付け装置および貼り付け方法を説明する。なお、図示する基材は、相互に傾斜した平面から構成され、双方の平面の滑らかな交点領域が突部を形成する３次元形状を呈するものであるが、図示例以外にも、複数の曲率の異なる湾曲面の組み合わせ、平面と湾曲面の組み合わせ、などからなる任意の３次元形状を呈し、少なくともその一部に突部を有する形態であってもよいことは勿論のことである。

図１は、本発明の貼り付け装置において、上チャンバーと下チャンバーが型開きした状態を説明した模式図であり、図２は、上チャンバーと下チャンバーが型閉めされて表皮材を挟み込み、加熱と真空引きと加圧を実施している状態を説明した模式図である。

図示する貼り付け装置１０は、シリンダ装置３にて昇降自在（Ｘ１方向）な上チャンバー１と、別途の昇降装置４にて昇降自在なステージ５とこの上に固定された載置台６を内部に具備する下チャンバー２と、から大略構成されている。

上チャンバー１は、その内部に加熱ヒータ１１を内蔵しており、上下チャンバーが型閉めされた状態で加熱ヒータ１１が稼動し、上下チャンバーにて挟み込んだ表皮材Ｓを所望に軟化できるようになっている。なお、この加熱ヒータは下チャンバー２に内蔵されるものであってもよい。

また、上チャンバー１には、圧縮エア等の加圧流体を上チャンバー１の内部に通流させる配管系１２およびコンプレッサ１３（もしくは圧力ポンプ）が流体連通している。

一方、下チャンバー２には、下チャンバー２の内部を真空引きする配管系２１と吸引ポンプ２２が流体連通している。

着色表面や絵柄表面を備えたプラスチックフィルムやプラスチックシート等の表皮材Ｓが貼り付けられる基材Ｗは、相互に傾斜した２つの平面と、これらを繋ぐ滑らかな突部Ｔとが連続した３次元立体形状を呈している。

ステージ５上に配された載置台６は、ステージ５に直接固定されてその上面に傾斜面６１ａ（スライド手段）を具備する第１の載置台６１と、この傾斜面６１ａ上にスライド自在に配された第２の載置台６２とから構成される。

第１の載置台６１の傾斜面６１ａの中央には突起６１ｂが設けてあり、この傾斜面６１ａ上を第２の載置台６２が所定長さスライドした際のストッパーとなるものであり、第２の載置台６２の下面はこのストッパーを跨ぐように凹溝６２ａが形成され、凹溝６２ａの内部と突起６１ｂとが係合するようになっている。

また、第２の載置台６２の上面と基材Ｗの形状は相互に相補的であり、表皮材Ｓの貼り付け対象である基材Ｗの３次元形状に応じて第２の載置台６２の上面（載置面）の形状が形成されている。したがって、図示例以外の形状の基材と第２の載置台の組み合わせにおいても、同様に双方が相補的な形状を有するのがよい。また、図示する第２の載置台６２の上面の形状は、基材Ｗを若干寝かせた姿勢とするものであるが、この形状形態により、下チャンバー２の内部空間をその縦方向にも横方向にも可及的に狭くすることができ、装置の大型化を抑止できるという効果を有するものである。

基材Ｗが第２の載置台６２上に載置された姿勢において、この基材Ｗを構成する一方の平面は第１のチャンバー側から視認できないアンダーカット部ＵＫを形成する。

基材Ｗを載置台６上に載置し、下チャンバー２の上端に表皮材Ｓを載置した後に、図２で示すように、シリンダ装置３を稼動させて上チャンバー１を降下させ（Ｘ１’方向）、上下のチャンバー１，２で表皮材Ｓを挟み込む。

上下のチャンバー１，２を型閉めすることにより、上チャンバー１と挟持された表皮材Ｓとで上チャンバー空間Ｋ１が画成され、同様に、下チャンバー２と表皮材Ｓとで下チャンバー空間Ｋ２が画成される。

上下のチャンバー空間Ｋ１，Ｋ２が画成されたら、シリンダ装置４を稼動させて載置台６を上昇させ（Ｘ２’方向）、基材Ｗの突部Ｔと表皮材Ｓを当接させて表皮材支持部Ｒを形成する。

表皮材支持部Ｒが形成された後、さらに載置台６を上昇させると、図３ａで示すように、第２の載置台６２とこれに載置される基材Ｗは、表皮材支持部Ｒを支点として上下チャンバー１，２で挟み込まれた表皮材Ｓに反力を取りながら、第１の載置台６１の傾斜面６１ａ上を滑り落ちるようにスライドする（Ｙ１方向）。なお、この際に、基材Ｗが表皮材Ｓに対して相対的に滑ってしまわないように、表皮材Ｓの表面もしくは基材Ｗの表面のいずれか一方に接着層を形成しておき、基材Ｗと表皮材Ｓが少なくとも表皮材支持部Ｒにて接着されているのが好ましい。

第２の載置台６２が所定量だけスライドすると、第２の載置台６２の下面の凹溝６２ａと傾斜面６１ａ上の突起６１ｂが係合し、スライドが終了する（図３ｂ参照）。

この第２の載置台６２のスライド過程で、表皮材支持部Ｒを境界として図３ｂにおける表皮材Ｓの左側の領域Ｓ１には引張力Ｐが作用して伸張し、一方のアンダーカット部ＵＫに対応する領域Ｓ２は弛んだ状態となっている。

なお、傾斜面６１ａの勾配は、最終的に基材Ｗに表皮材Ｓが貼り付けられた際に表皮材Ｓの全領域に過度の引張歪が生じないこと、およびほぼ均等な引張歪が生じるように、第２の載置台６２および基材Ｗの重量や表皮材Ｓの領域Ｓ１に生じる引張力Ｐなどを勘案して調整されるのがよい。

図２に戻り、表皮材Ｓを図３ｂの状態としたら、上チャンバー１内の加熱ヒータ１１を稼動させて（熱流れ：Ｙ３）、表皮材Ｓを加熱軟化させる。表皮材Ｓが所望に加熱軟化した段階で、コンプレッサ１３を稼動させて圧力エアを上チャンバー空間Ｋ１に提供して内部を加圧し（Ｙ１方向）、これと同時に、吸引ポンプ２２を稼動させて下チャンバー空間Ｋ２を真空引きし（Ｙ２方向）、その内部を真空雰囲気とする。

下チャンバー空間Ｋ２の真空引きと上チャンバー空間Ｋ１の加圧により、表皮材Ｓは、その上方からで基材Ｗ側へ押し込まれるとともに、その下方から基材Ｗ側へ引き込まれ、隙間のない姿勢で表皮材が貼り付けられることとなる。

図４は、基材Ｗの表面に表皮材Ｓが貼り付けられた状態を説明した模式図である。

表皮材Ｓの貼り付けに先行して、図３ｂで示すように表皮材Ｓのアンダーカット部ＵＫに対応する領域Ｓ２を弛ませておいたことにより、加圧および吸引にて基材Ｗの表面に貼り付いた状態の表皮材Ｓに関し、表皮材支持部Ｒの左右それぞれの領域の引張力Ｐ３，Ｐ３’が同程度となるように調整され得る（Ｐ３≒Ｐ３’）。そして、少なくとも表皮材Ｓのアンダーカット部ＵＫに対応する領域Ｓ２の特に端部に生じ得る過度の引張歪は完全に解消される。

そのため、従来の貼り付け装置や貼り付け方法を適用した際に表皮材に生じ得る上記過度の引張歪に起因した表皮材の剥がれは完全に解消され、高耐久な基材および表皮材からなる部材を製造することが可能となる。

以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。

１…上チャンバー、１１…加熱ヒータ、１３…コンプレッサ、２…下チャンバー、２２…吸引ポンプ、３，４…シリンダ装置、５…ステージ、６…載置台、６１…第１の載置台、６１ａ…傾斜面（スライド手段）、６１ｂ…突起、６２…第２の載置台、６２ａ…凹溝、１０…貼り付け装置、Ｋ１…上チャンバー空間、Ｋ２…下チャンバー空間、Ｗ…基材、Ｔ…突部、Ｒ…表皮材支持部、ＵＫ…アンダーカット部、Ｓ…表皮材、Ｓ２…アンダーカット部に対応する領域

Claims (4)

1. 基材の表面に表皮材を貼り付ける表皮材の貼り付け装置であって、
   相互に型閉めされる上チャンバーおよび下チャンバーであって、型閉め姿勢において上下のチャンバーにて表皮材を挟み込み、この表皮材によって上チャンバー空間と下チャンバー空間が画成される上チャンバーおよび下チャンバーと、
   下チャンバー内において、基材を載置するとともに上チャンバー側へ上昇自在な載置台と、
   上チャンバー空間を加圧する加圧手段、下チャンバー空間を真空引きする吸引手段、および表皮材を加熱して軟化させる加熱手段を備え、
   前記載置台は前記基材をスライドさせるスライド手段を備えており、
   前記基材が少なくともその一部に上チャンバー側に突出する突部を有する場合に、上下のチャンバーにて挟み込まれた表皮材に対して載置台を上昇させて前記突部を表皮材に当接させて表皮材支持部を形成し、スライド手段にて基材をスライドさせて表皮材支持部から一方側の表皮材領域を引っ張り、他方側の表皮材領域を弛ませ、加熱手段にて表皮材を軟化させた状態で前記加圧手段による加圧と吸引手段による真空引きを実施し、基材の表面に表皮材を貼り付けるようになっている表皮材の貼り付け装置。
2. 前記載置台は、傾斜面を有する第１の載置台と、基材を直接載置してこの傾斜面上をスライドする第２の載置台とからなり、前記スライド手段が前記傾斜面からなる、請求項１に記載の表皮材の貼り付け装置。
3. 基材の表面に表皮材を貼り付ける表皮材の貼り付け方法であって、
   相互に型閉めされる上チャンバーおよび下チャンバーにおいて、基材を下チャンバー内の載置台に載置し、
   上下のチャンバーを型閉めして双方のチャンバーにて表皮材を挟み込み、この表皮材によって上チャンバー空間と下チャンバー空間を画成し、かつ、この状態で、基材が少なくともその一部に上チャンバー側に突出する突部を有しており、
   載置台を上昇させて前記突部を表皮材に当接させて表皮材支持部を形成し、
   スライド手段にて基材をスライドさせて表皮材支持部から一方側の表皮材領域を引っ張り、他方側の表皮材領域を弛ませ、
   加熱手段にて表皮材を軟化させた状態で前記加圧手段による加圧と吸引手段による真空引きを実施し、基材の表面に表皮材を貼り付ける表皮材の貼り付け方法。
4. 表皮材の表面もしくは基材の突部に接着剤が塗布されており、突部を表皮材に当接させた際に双方が接着される、請求項３に記載の表皮材の貼り付け方法。

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