はじめに
最近のユニット部品の構成をチェックすると、シリコーンの部材が含まれていることが多い。これらのシリコーン部材は、耐候性・感触性・衝撃吸収性・耐熱性・耐薬品性などの目的のために使用されている。表1にそのおおよその用途をまとめた。
表1 シリコーンと可塑性樹脂による複合部品
現在シリコーンの部品は、LIM成形によって生産されることが増えている。シリコーンは熱硬化性樹脂、ほかの部材は熱可塑性樹脂と生産の方法が真逆のため、個別に部品を生産して組み立てられることが多い。しかし最近では、組立性の向上や部品の位置決め性・密着性向上のためにLIM成形に熱可塑性樹脂をインサート成形する方法も増えている。また、部品の位置精度・密着性を考慮して熱可塑性樹脂・シリコーンによる2材成形も行われるようになってきた。
しかし、LIM成形の成形タクトは、熱可塑性樹脂と比べると長い（シリコーンの形状・厚みによってかなり違う）。したがって、熱可塑性樹脂とシリコーンを一般的な2材成形機に構成するとかなり生産性が落ちる。そこで今回、熱可塑性樹脂とシリコーンを同時に成形しても、成形サイクルがシリコーンの加硫時間（硬化時間）にできるだけ依存しない成形システム（今回は、熱可塑性樹脂2材とシリコーンの3材成形法）を開発することにした。
基本構想
全体の構成としては、3材（熱可塑性樹脂2材・シリコーン）の複合成形となるため、縦型締め方式の回転ロータリーテーブル方式を採用した。LIM成形は、シリコーンの硬化時間が長くなるので硬化専用ステージを設けた。また、将来インサート成形も考え、成形品取出しとインサートのできるステーションを設けることにした。以上をまとめると下記の5ステーションとなる。
第1ステーション 第1成形（熱可塑性樹脂）
第2ステーション 第2成形（熱可塑性樹脂）
第3ステーション シリコーン（LIM成形）
第4ステーション シリコーン硬化ステーション
第5ステーション 成形品取出し（インサート部材）
ただし、シリコーンの成形ステーション（第3ステーション）と硬化ステーション（第4ステーション）は、金型の中でシリコーンを加硫（硬化）するために、途中で上型を開くことができない。取出しステーション（第5ステーション）にきてから上型を開け、上型のみをシリコーンの成形ステーションに戻す必要がある。下型は、成形サイクルごとに1ステーションごと反時計方向に進むことになる。
成形システムの構成
この3材成形機は縦締めの横射出構成をとる（図1）。まず、下型ステーションの外形は五角形で構成され、内側に5ステーションからなる回転テーブルをもつ（図2）。射出ヘッドは五角形の各辺3辺に位置し、熱可塑性樹脂2ヘッド・シリコーン樹脂1ヘッドを配置する。
図1 成形システムの全景
図2 成形システムの機構
射出方向は、金型のP/L方向に合わせたPL射出方式である。上型ステーションの型締め用プラテンは、射出金型3型分のみをプラテンにて挟み、型締めを行う。
金型の開閉は電動サーボで行うが、型締め力は油圧方式にて力を得るハイブリッド方式となる（表2）。ターンテーブルはφ1,400mm（回転モータ）で、時計方向・反時計方向にともに回転する。また、第3ステーションの上型は、マグネットクランプにて上型を脱着し、第4ステーションの硬化ステーションからきた上型と交換することができる。
表2 型締め・型開き装置の仕様
金型移動方法
始めに金型種類と各ステーションのモデルを図3に示す。
図3 金型モデル
金型は、上型4型・下型5型を使用する。上型の③・④は、シリコーン用の金型で脱着が可能である。成形ごとに上型③・④は入れ替わる。また、上型①・②は熱可塑性樹脂用で、可動側（上プラテン）に固定式である。下型1⃣～5⃣まで同一仕様でロータリーテーブルに固定式である。
（1）金型の動きを図4に示す。最初に第1ステーションで熱可塑性樹脂、第2ステーションで熱可塑性樹脂、第3ステーションでシリコーンの射出を同時に行う。その後、可動プラテン部を開き、ロータリーテーブルが反時計方向に回転し上型④下型4⃣が取出しステーションに、上型③下型3⃣が硬化ステーションに、下型5⃣、1⃣、2⃣が各隣りのステーションに移動する（図5）。
（2）第5ステーションでは電磁クランプにて上型を取り付け、金型が開き上プラテンに持ち上げる。その状態でロータリーテーブルが時計方向に回転し、下型②が第5ステーションにくる（図6）。
（3）第5ステーションの上型を下げて電磁クランプを外し、下型2⃣と一体にする。その後ロータリーテーブルが時計回りに回転し上型、下型とも第3ステーション（シリコーン成形）まで移動する（図7）。可動プラテンを閉じて、再び熱可塑性樹脂2材とシリコーンを同時成形する。
図4 金型の動き①
図5 金型の動き②
図6 金型の動き③
図7 金型の動き④
各種射出ヘッド
この3材射出成形機は、熱可塑性樹脂用の射出ヘッド2つ、シリコーン（LIM成形用）の射出ヘッド1つを五角形のベースに各配置する。可塑化射出装置、ミキシング射出装置（シリコーン）の能力を表3に示す。
表3 各射出装置の能力
金型温調システム
今回の大きな問題の1つが金型温調システムである。下型ロータリーテーブルは、時計方向、反時計方向へと回りながら、最終的には反時計方向へ1ピッチ（72°）ごと回転する。また上型は、シリコーン成形の第3ステーションと硬化ステーションの第4ステーション、型開き・取出しの第5ステーションまでの3つのステージで、上型のみが順番に交換される。このような金型の動きの中で温調用の流体、電気を矛盾なく供給するために、図8の方法を開発した。
図8 金型温への流体・電気供給
まず、下型は、ロータリーテーブルの中央のロータリージョイントにより、下型5型に温調水を供給する。上型の第1ステーション、第2ステーションにおいても、このロータリージョイント上部より供給する。実際のロータリージョイントを図9に示す。また、自動着脱式カプラを成形機に取り付けた状態を図10に示す。
図9 ロータリージョイント
図10 自動着脱式カプラを成形機に取り付けた状態
テスト成形
現在、この3材成形システムをテスト中である。このテスト成形のために、三層試験片のテストピース用の金型を製作しテスト成形を行った（図11、図12）。
図11 三層試験片
図12 三層試験片の断面写真
第1材はABS樹脂、第2材PC樹脂、第3材がシリコーンである。シリコーンは、PC樹脂に密着する種類を使用した。シリコーンの硬化時間は、硬化ステーションがあるため、システム全体として短くなっている。また、外装部品用の金型（材料3材：ABS・PC・シリコーン）も現在試作中であり、成形実務的な内容は次回報告したい。
最後に、このシステムの開発に辺り、（株）ソディックプラステックの多大な協力に感謝いたします。
上記内容については、特許出願中です。