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高品質・低コストでメッキも可能にしたFRP製品の製法

IMC工法

図1 IMC工法

金型の断面図

図2 金型の断面図

成形圧力と時間

図3 成形圧力と時間

IMC塗料の改質内容

表1 IMC塗料の改質内容

科学エッチング処理後の表面状態

図4 科学エッチング処理後の表面状態

電気メッキ処理後の断面写真

図5 電気メッキ処理後の断面写真

従来技術と新技術の工程比較図

図6 従来技術と新技術の工程比較図

1.概要

 ガラス繊維強化プラスチック(FRP)は,プラスチックの中で最も強度,剛性に優れ,鋼板と比較し,軽量化,長寿命化の点で極めて有利であり車両の外板用として最適な材料である.しかしながらFRPを車両の外板への適用に際し,次の技術課題があった.①鋼板に比し,外観品質が劣ることと過大な修正工数によるコスト高,②車両用,特にトラック用として必要な装飾メッキが不可能なこと.

 上記の技術課題に対し,FRPの一工法であるSMC工法をべ一スに,新技術を開発した.すなわち,①の課題に対しては,型内塗装(IMC)技術の改良と圧力制御により成形条件の最適化を行い,ピンホール問題の解消等,品質の安定化により大幅な修正工数の低減を可能にした.②の課題に対しては,新たな発想によりIMCの表面にメッキを施すことに挑戦した.その結果,IMC塗料をメッキ可能な組成に改質することにより,鋼板メッキ並の外観性を有る世界初のSMCメッキ技術を完成した.

 SMC:Sheet Molding Compoundの略

 IMC:In-Mold Coatingの略

2.技術の内容

 2・1 SMC塗装品の商品質・低コスト化技術  高品質で低コストなSMC塗装品を確保するには,SMC表面の平滑性およびピンホール等の欠陥をなくすことが重要な技術課題であった.この平滑性と無欠陥を達成する手法として,成形と同時に型内で塗装するIMC技術に着目し,研究を実施した.IMCは,SMC材料を型内で熱と圧力で硬化させている間に高圧で塗料を注入し,SMC表面を覆い,表面に発生のピンホール等の欠陥を埋め,平滑な表面を形成する工法である.しかしながらIMC塗料の注入時期の設定が難しく,誤るとIMC塗料が未充てんとなる.また剛性の向上と他部品を取り付ける目的で製品の裏面に設けたリブやボス部の表面部がIMC塗料により盛り上がるハンプ現象やヘコミが生じ,改良を必要とした.まず,最初に,SMC材料の型内での硬化挙動の研究からIMC塗料の最適注入時期を求め,さらにリブやボス部表面のハンプ現象やヘコミの抑制を検討し,その結果を金型や成形条件に反映した.

 (1)金型の工夫

 図1に工夫した金型の断面図を示す.

 ①IMC塗料が型内に充てんしやすいように,IMCインジェクタを斜めに設置,②IMC塗料の充てん不良を防ぎ,IMC塗料の最適注入時期を設定するために,下型のSMC材料を置く部位に圧力センサを設置.

 (2)成形条件
 図2に,時間と成形圧力の条件を示す.型内の圧力データを基に,成形圧力の多段制御を実施.①SMC材料が発熱・膨張する前に成形圧力を下げ,リブやボス部のヒケ防止を図る,②SMC材料が硬化・収縮段階でIMC塗料を注入する,③IMC塗料を注入後,IMC塗料の流動とリブやボス部のハンプ現象を防止する為に,3段の圧力制御を実施.

 2・2 塗装と装飾メッキ可能なIMC塗料の開発  SMC表面に直接メッキを施すのでなく,発想を変えIMC塗膜面にメッキを施すことに着眼し,装飾メッキとさらには塗装もできるIMC塗料を開発した.開発に当たっては,SMC成形時での優れた流れ性および優れた装飾メッキ性と密着性を確保するために,すでに市場で技術実績のあるABS樹脂メッキの基本メカニズムに着眼し,表1のようにIMC塗料の組成を化学エッチング液に対して易溶解/難溶解の2成分構造に改質した.易溶解成分を無機フィラとし,メッキ面の装飾性を高めるために,粒径の小さい材料を選定した.また難溶解成分は,樹脂とし,耐酸性の高い材料を選定した.改質したIMC塗料を樹脂メッキにてメッキ処理し,電子顕微鏡写真により観察すると図4図5に示すように,ABS樹脂と同様にアンカ状の穴の形成とIMC塗膜面にメッキが食い込んでいることを確認した.

 2・3 開発の成果  新技術の開発により,図6に示すようにSMC成形品の塗装修正工数の低減と装飾メッキを可能としたことにより新たなスチール製金型の投資が不要となった.

3.まとめ

 技術的に困難視されていたSMCへのメッキ技術を世界で初めて実用化し,新中型・大型トラックのフロントパネル外板に採用した.また本技術は,自動車分野のみならず広く活用されるものと期待される.

 本研究の成果に対して、日本機械学会は、1996年、八木信雄((株)いすゞ中央研究所)、山本尚孝(同左)、長谷川宗侯(同左)に日本機械学会賞(技術賞)を贈った。

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キーワード

大型自動車外板、FRP、SMC、塗装、型内塗装(IMCC)、装飾メッキ
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