(57)【要約】【課題】熱可塑性樹脂製品を安価に短納期で成形することのできる樹脂製品製造装置を提供する。【解決手段】樹脂製品製造装置は、互いに重ねあわされることにより空隙を形成する上型及び下型を有し、少なくとも空隙を形成する内側面が、金属粉が混ぜ合わされた樹脂からなる樹脂型（２１０）と、溶融した熱可塑性樹脂を、１０．０ＭＰａ以下の圧力で樹脂型の空隙に注入する吐出器と、樹脂型の樹脂内に設けられ、温度が制御された流体を流す配管（２３１，２３４，２３７）と、配管に溶融した熱可塑性樹脂の硬化を防ぐために、樹脂型の温度よりも高い温度の流体を流す温度制御流体送流部と、を備える。【選択図】図４
2014240150.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに重ねあわされることにより空隙を形成する上型及び下型を有し、少なくとも前記空隙を形成する内側面が、金属粉が混ぜ合わされた樹脂からなる樹脂型と、
溶融した熱可塑性樹脂を、１０．０ＭＰａ以下の圧力で前記樹脂型の空隙に注入する吐出器と、
前記樹脂型の樹脂内に設けられ、温度が制御された流体を流す配管と、
前記配管に前記溶融した熱可塑性樹脂の硬化を防ぐために、前記樹脂型の温度よりも高い温度の流体を流す温度制御流体送流部と、を備える樹脂製品製造装置。
【請求項２】
請求項１に記載の樹脂製品製造装置において、
前記温度制御流体送流部は、前記配管に、前記樹脂型の温度よりも高い温度の流体を流した後、前記熱可塑性樹脂を硬化させるために、前記樹脂型の温度から前記樹脂型の温度の下５０度までの温度範囲の冷却用流体を流す、ことを特徴とする樹脂製品製造装置。
【請求項３】
請求項２に記載の樹脂製品製造装置において、
前記温度制御流体送流部が、前記吐出器が前記熱可塑性樹脂を１０．０ＭＰａ以下の圧力で保圧している期間において、前記配管に前記冷却用流体を流す、ことを特徴とする樹脂製品製造装置。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の樹脂製品製造装置において、
前記温度制御流体送流部は、前記冷却用流体を、前記配管の２つの出入口のうち、前記熱可塑性樹脂の注入口から遠い方の前記出入口から流す、ことを特徴とする樹脂製品製造装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の樹脂製品製造装置において、
前記上型において前記空隙を形成する上型内側面に対向する上面は、前記上型内側面の形状に沿った形状であり、
前記下型において前記空隙を形成する下型内側面に対向する下面は、前記下型内側面の形状に沿った形状である、ことを特徴とする樹脂製品製造装置。
【請求項６】
請求項５に記載の樹脂製品製造装置において、
前記樹脂型の前記樹脂内に設けられる前記配管は、前記樹脂型の前記内側面に垂直方向で定められる前記樹脂の厚さの中心を含む位置に設けられる、ことを特徴とする樹脂製品製造装置。
【請求項７】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の樹脂製品製造装置において、
前記樹脂型の前記樹脂内に設けられる前記配管は、前記樹脂型の前記重ね合わされる方向で定められる前記樹脂の厚さの中心を含む位置に設けられる、ことを特徴とする樹脂製品製造装置。
【請求項８】
少なくとも型の表面が、金属粉が混ぜ合わされた樹脂からなる樹脂型を、前記樹脂型の樹脂内に形成された配管に、前記樹脂型の温度より高い温度の流体を流すことにより前記樹脂型を加熱する型加熱工程と、
前記配管に、前記樹脂型の温度より高い温度の流体を流しつつ、前記樹脂型の空隙に１０ＭＰａ以下の圧力で、溶融した熱可塑性樹脂を充填する樹脂注入工程と、
前記充填された前記熱可塑性樹脂に対して１０ＭＰａ以下の保圧を維持しつつ、前記配管に、前記樹脂型の温度から前記樹脂型の温度の下５０度までの温度範囲の冷却用流体を流して前記樹脂型を冷却する冷却工程と、を備える樹脂製品の製造方法。
【請求項９】
請求項８に記載の樹脂製品の製造方法において、
前記冷却工程において、前記冷却用流体は、前記配管の２つの出入口のうち、前記熱可塑性樹脂の注入口から遠い方の前記出入口から流される、ことを特徴とする樹脂製品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹脂製品製造装置、樹脂製品の製造方法に関し、より詳しくは熱可塑性樹脂製品の製造装置、熱可塑性樹脂製品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
工業製品の外板等に用いられる樹脂は、主に熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂に分類される。熱可塑性樹脂は、成形の際に、一般に金型や射出機等の高コストの設備を使用する必要があるが、成形サイクルが短いため、大量生産に向いている。一方で、熱硬化性樹脂の成形では、一般に金型等の高耐熱性、高耐圧性の材料の型を必要としないものの、成形サイクルが長いため、大量生産には向いていない。
【０００３】
特許文献１は、冷却されたガスを樹脂型の中の貫通孔に通し、型面を効率的に冷やすことにより、樹脂型の強度や精度の低下を抑制することについて開示している。特許文献２は、冷却用の配管を配置し、樹脂型内に鋼球を含ませることにより熱伝導をよくした成型樹脂型について開示している。特許文献３は、ウェルドラインや転写ムラを抑制するために、金属粉と樹脂を混合した樹脂層を有する断熱金型について開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−００１７８８号公報
【特許文献２】特開２０００−３５１１２４号公報
【特許文献３】特開平１０−２２５９６２号公報
【特許文献４】特開平０８−１０８４４４号公報
【特許文献５】特開平０７−２６６３４０号公報
【特許文献６】特開平０７−１２４９５３号公報
【特許文献７】特開平０５−１２４０４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したような金型は、熱可塑性樹脂製品を大量生産する場合において適している。一方で、実際の製品としての使用を想定していないモックアップ等の試作品においては、外観を知覚させるための形状のみを安価に短納期で成型したいという要求がある。このような試作品等は、製品よりも低い耐久性で十分であり、また大量生産を前提としていない。ここで、少量生産向きの熱硬化性樹脂を用いてこのような製品を製造することも考えられるが、大量生産を前提としている場合には、同様の材料で成形し、外観の質感を量産品と同様にしておきたいという要求もある。
【０００６】
本発明は、上述の事情を鑑みてしたものであり、熱可塑性樹脂製品を安価に短納期で成形することのできる樹脂製品製造装置、及びその樹脂製品の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の樹脂製品製造装置は、互いに重ねあわされることにより空隙を形成する上型及び下型を有し、少なくとも前記空隙を形成する内側面が、金属粉が混ぜ合わされた樹脂からなる樹脂型と、溶融した熱可塑性樹脂を、１０．０ＭＰａ以下の圧力で前記樹脂型の空隙に注入する吐出器と、前記樹脂型の樹脂内に設けられ、温度が制御された流体を流す配管と、前記配管に前記溶融した熱可塑性樹脂の硬化を防ぐために、前記樹脂型の温度よりも高い温度の流体を流す温度制御流体送流部と、を備える樹脂製品製造装置である。
【０００８】
また、本発明の樹脂製品製造装置において、前記温度制御流体送流部は、前記配管に、前記樹脂型の温度よりも高い温度の流体を流した後、前記熱可塑性樹脂を硬化させるために、前記樹脂型の温度から前記樹脂型の温度の下５０度までの温度範囲の冷却用流体を流すこととしてもよい。また、この場合において、前記温度制御流体送流部が、前記吐出器が前記熱可塑性樹脂を１０．０ＭＰａ以下の圧力で保圧している期間において、前記配管に前記冷却用流体を流すこととしてもよい。
【０００９】
また、本発明の樹脂製品製造装置において、前記温度制御流体送流部は、前記冷却用流体を、前記配管の２つの出入口のうち、前記熱可塑性樹脂の注入口から遠い方の前記出入口から流すこととしてもよい。
【００１０】
また、本発明の樹脂製品製造装置において、前記上型において前記空隙を形成する上型内側面に対向する上面は、前記上型内側面の形状に沿った形状であり、前記下型において前記空隙を形成する下型内側面に対向する下面は、前記下型内側面の形状に沿った形状である、こととしてもよい。この場合において、前記樹脂型の前記樹脂内に設けられる前記配管は、前記樹脂型の前記内側面に垂直方向で定められる前記樹脂の厚さの中心を含む位置に設けられていてもよい。
【００１１】
また、本発明の樹脂製品製造装置において、前記樹脂型の前記樹脂内に設けられる前記配管は、前記樹脂型の前記重ね合わされる方向で定められる前記樹脂の厚さの中心を含む位置に設けられる、こととしてもよい。
【００１２】
本発明の樹脂製品の製造方法は、少なくとも型の表面が、金属粉が混ぜ合わされた樹脂からなる樹脂型を、前記樹脂型の樹脂内に形成された配管に、前記樹脂型の温度より高い温度の流体を流すことにより前記樹脂型を加熱する型加熱工程と、前記配管に、前記樹脂型の温度より高い温度の流体を流しつつ、前記樹脂型の空隙に１０ＭＰａ以下の圧力で、溶融した熱可塑性樹脂を充填する樹脂注入工程と、前記充填された前記熱可塑性樹脂に対して１０ＭＰａ以下の保圧を維持しつつ、前記配管に、前記樹脂型の温度から前記樹脂型の温度の下５０度までの温度範囲の冷却用流体を流して前記樹脂型を冷却する冷却工程と、を備える樹脂製品の製造方法である。
【００１３】
また、前記冷却工程において、前記冷却用流体は、前記配管の２つの出入口のうち、前記熱可塑性樹脂の注入口から遠い方の前記出入口から流されることとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る樹脂製品製造装置について概略的に示す図である。
【図２】図１の型組立体の構成について示す斜視図である。
【図３】図２の樹脂型について示す斜視図である。
【図４】図３の樹脂型の上面図であり、成形される型形状の外形及び配管の経路について示す図である。
【図５】図１の樹脂製品製造装置を使用した樹脂成形工程のフローチャートである。
【図６】樹脂成形工程における配管に流される空気の温度、熱可塑性樹脂の圧力、及び樹脂型の温度の変化について示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、図面において、同一又は同等の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態に係る樹脂製品製造装置１００について概略的に示す図である。この図に示されるように、樹脂製品製造装置１００は、溶融した熱可塑性樹脂が空隙に流し込まれることにより型の形状に成形される型組立体２００と、溶融した熱可塑性樹脂を型組立体２００の内部へ流し込む吐出器３００と、型組立体２００の内部の温度を制御するために温度制御された空気を型組立体２００内の配管に流す温度制御流体送流器４００とを備えている。ここで、型組立体２００と吐出器３００とは、樹脂注入用ホース５１０で接続され、型組立体２００と温度制御流体送流器４００とは、流体注入用ホース５２０で接続されている。温度制御流体送流器４００は、空気を加熱又は冷却して型組立体２００に送ることができ、適宜流体を流す方向（配管の入口と出口）を切替えることができる。
【００１７】
図２は、図１の型組立体２００の構成について示す斜視図である。この図に示されるように、型組立体２００は、Ａｌ等の金属粉が混ぜ合わされたエポキシ樹脂等の樹脂からなる樹脂型２１０と、樹脂からなり、樹脂型２１０の上下を挟むように配置された上側バックアップ材２５１及び下側バックアップ材２５２と、上側バックアップ材２５１及び下側バックアップ材２５２を更に外側から挟むように配置した金属からなる上側プレス板２５５及び下側プレス板２５７と、上側プレス板２５５及び下側プレス板２５７に開けられた穴を利用して、上側バックアップ材２５１、樹脂型２１０及び下側バックアップ材２５２を挟んで固定する型締め機構２６１と、から構成される。
【００１８】
ここで、上側バックアップ材２５１及び下側バックアップ材２５２からなるバックアップ材は樹脂に限らず金属その他の材料を用いることができる。また、上側プレス板２５５及び下側プレス板２５７からなるプレス板も金属に限らず樹脂その他の材料を用いることができ、型締め機構２６１は、図２では、ボルト・ナットで固定するものが示されているが、公知の射出成形等で用いられる型締め機構その他の固定具であって、樹脂型２１０を十分な圧力で閉じることができるものであれば適宜変更することができる。
【００１９】
図３は、図２の樹脂型２１０について示す斜視図である。この図に示されるように、樹脂型２１０は、上型２３０と下型２４０とが重ね合わせられることにより、内部に型形状の空隙２２０（後述）が形成される。本実施形態においては自動車の内装部品の一つについての樹脂型２１０について示すが、あらゆる樹脂製品の成形に本実施形態を適用することができる。図４は、図３の樹脂型２１０の上面図であり、成形される型形状の外形及び配管の経路について示す図である。以下の説明において、図４の下側の端を正面、右側端を右側面、左側端を左側面として参照する。
【００２０】
図３及び４に示されるように、樹脂型２１０は、型形状が形成された空隙２２０と、樹脂型２１０の正面の中央付近に設けられ、空隙２２０に樹脂を注入する開口である樹脂注入口２２２と、樹脂注入口２２２から注入された樹脂により押し出される空気を排出する右側面の空気抜き孔２２３及び左側面の空気抜き孔２２４とを有している。
【００２１】
また、上型２３０は、樹脂内で空隙２２０の上側を横切るように配置され、出入口が上型２３０の外に設けられた３つの配管２３１、２３４及び２３７を有し、下型２４０は、樹脂内で空隙２２０の下側を横切り、上面視で上型２３０と同じ経路で設けられた３つの配管２４１、２４４及び２４７を有している。
【００２２】
なお図４では、図が複雑化しないように、配管２４１、２４４及び２４７の記載を省略し、配管２３１、２３４及び２３７のみが示されている。本実施形態においては、各配管は、金属管が樹脂型２１０の樹脂内に埋め込まれることによって形成されるものとするが、これに限られず、樹脂型２１０内に形成され、流体を通すことのできるその他の孔により形成することができる。また、配管の数も樹脂型の大きさ等により適宜変更することができる。
【００２３】
以下、上型２３０内に配置された配管２３１、２３４及び２３７について説明するが、配管２４１、２４４及び２４７についても同様である。配管２３４は、空気抜き孔２２４付近の出入口２３５から空隙２２０の上側を横切りながら樹脂注入口２２２に近づくように出入口２３６まで延びる管である。配管２３７は、空気抜き孔２２３付近の出入口２３８から空隙２２０の上側を横切りながら樹脂注入口２２２に近づくように出入口２３９まで延びる管である。配管２３１は、樹脂注入口２２２の左側の出入口２３２から、正面とは反対側の背面側まで直線で延び、そこから空隙２２０上部を蛇行しつつ樹脂注入口２２２に近づくように樹脂注入口２２２の右側の出入口２３３まで延びている。
【００２４】
このように温度制御用の流体を流す配管は、総じて空気抜き孔から樹脂注入口に向って配管され、かつ空隙２２０の全体を覆うことができるように配置されている。各配管は流体をいずれの方向にも流すことができ、温度制御の仕方により所望の方向を選択することができる。
【００２５】
図３における上型２３０の上面の曲線状の凹凸に示されるように、上型２２０の上面は、上型２２０の樹脂の肉厚が均一になるように、空隙２２０を形成する上型２３０の内側面の形状に沿って形成されている。また、図では示されていないが下型２４０の下面においても、同様に、樹脂の肉厚が均一になるように、空隙２２０を形成する下型２４０の内側面形状に沿った形状となっている。このように上型２３０及び下型２４０のそれぞれの厚さが略均一となるように形成することにより、樹脂型２１０のいずれの位置であっても、厚さ方向の温度分布を略均一の温度分布とすることができる。これにより上面における温度の均一化を図ることができ、例えば上面における局所的な膨張又は収縮等を原因とする樹脂型の変形を抑制することができる。
【００２６】
また、上型２３０の配管２３１、２３４及び２３７は、上型２３０の厚さ方向のほぼ中心を通るように配置され、下型２４０の配管２４１、２４４及び２４７は、下型２４０の厚さ方向のほぼ中心を通るように配置されている。このような配置とすることにより、各温度制御用の流体が流された場合に、厚さ方向に均一な温度とすることができる。このため樹脂型２１０の内側面と外側面との膨張・収縮の差による反り等の変形を抑制することができる。この場合、厚さ方向は、内側面に垂直方向であっても、上型２３０及び下型２４０が重ね合わせられる方向であっても、成型される樹脂製品の形状によって適宜定めることができ、同様の効果を得ることができる。
【００２７】
なお、本実施形態においては、上型２２０の上面及び下型２４０の下面の形状を、空隙が形成される形状に合わせて形成することとし、樹脂の厚さ方向の略中央に配管を配置することとしたが、特に樹脂型２１０の変形の恐れがない場合等にはこのような形状及び配管の配置とする必要はなく、樹脂型２１０の樹脂の厚さが位置により異なる場合であっても、配管の配置が厚さ方向の中心にない場合であっても、本発明を適用することができる。
【００２８】
次に、本実施形態の樹脂製品製造装置１００を用いた熱可塑性樹脂の樹脂成形工程について説明する。図５には、樹脂成形工程Ｓ１００のフローチャートが示されており、図６には、樹脂成形工程Ｓ１００における配管に流される空気の温度、熱可塑性樹脂へ掛ける圧力、及び計測された樹脂型２１０の温度の変化について示すグラフが示されている。
【００２９】
これらの図に示されるように、本実施形態の樹脂成形工程Ｓ１００では、まず、型加熱工程Ｓ１１０において、温度制御流体送流器４００において樹脂型２１０の温度より高い温度に加熱された空気を配管２３１、２３４、２３７、２４１、２４４及び２４７のそれぞれに流し、樹脂型を加熱する。ここで本実施形態における加熱空気の温度は２００℃、流量を２００Ｌ／ｍｉｎとしているが、加熱空気の温度及び流量は、用いられる熱可塑性樹脂の材料、成形形状、樹脂型２１０の材料・大きさ、配管の位置等を考慮し、適宜定めることができる。加熱空気は各配管に対して一方向のみに流すと上流側が下流側より加熱されることとなるため、途中で流す方向を切替えている。本実施形態においては、一方向につき４５分間行い、計９０分間の工程としている。この工程により樹脂型２１０の温度は約１７５℃となる。
【００３０】
次に、樹脂注入工程Ｓ１２０において、加熱されて溶融した熱可塑性樹脂を吐出器３００を用いて、樹脂注入口２２２から注入する。約２．６ＭＰａに達したときに充填が完了し、その後は２．０ＭＰａの保圧を維持する。本実施形態においては、この樹脂注入工程Ｓ１２０の間も、型加熱工程Ｓ１１０と同じ条件、すなわち温度が２００℃で、流量が２００Ｌ／ｍｉｎの加熱空気を各配管に流している。これにより熱可塑性樹脂が空隙２２０内部に完全に充填されるまで途中で硬化を開始することがなく、流入時の粘性を維持したまま充填される。本実施形態の樹脂注入工程Ｓ１２０においては、配管に流す空気を型加熱工程Ｓ１１０と同じ温度及び流量としたが、樹脂型２１０の温度を保つためのものであり、型加熱工程Ｓ１１０とは異なる温度及び流量としてもよい。
【００３１】
次に、冷却工程Ｓ１３０において、所定の充填圧を維持したまま、樹脂型の温度より低い加熱空気を配管に流す。本実施形態の樹脂成形方法では、通常の射出成形と比較してかなり樹脂を充填する圧力が低いため、急激に冷却させた場合には、いわゆる「引け」が生じることが考えられる。本実施形態では、樹脂型の温度より少し低い加熱空気を配管に流すことにより、緩やかな温度勾配で樹脂型を冷却し、吐出器３００において所定の充填圧を維持することにより、「引け」が生じようとしている部分に樹脂がさらに充填されるようにしている。本実施形態においては、冷却用の加熱空気として１２５℃で１００Ｌ／ｍｉｎを３０分間、更に５０℃で１００Ｌ／ｍｉｎを３０分間の計６０分をかけて冷却し、充填圧力を２．０ＭＰａに維持することとしている。概して、樹脂型２１０の温度より下５０度以内の空気を流すことが望ましく、より好ましくは、樹脂型２１０の温度より下３０度以内の空気を流した後に、樹脂型２１０の温度より下５０度以内の空気を流すことが望ましい。
【００３２】
なお、注入された熱可塑性樹脂の硬化において、この「引け」に対する充填が十分に行われるためには、熱可塑性樹脂は、樹脂注入口２２２から遠い側から硬化することが望ましい。このため、冷却工程において流す加熱空気は、樹脂注入口２２２から遠い側の出入口、具体的には図４における出入口２３５、２３２及び２３８から流入させることとしている。管を流れる空気は、下流側に進むにつれて暖められるため、下流側で冷却効率が低く、上流側で冷却効率が高いためである。その後、製品取出工程Ｓ１４０において、樹脂型２１０を開き、所定時間経過後に突き出し等により離型する。これにより、射出成形と同様の表面仕上がりを有する熱可塑性樹脂製品を製造することができる。
【００３３】
本実施形態においては、充填圧力及び保圧をそれぞれ２．６ＭＰａ及び２．０Ｐａとしたが、これらの圧力は吐出器３００の能力及び樹脂型２１０の耐圧により上限が決定され、製品の大きさ及び形状により必要な最低圧力が定められる。樹脂型の耐圧を考慮すると１０．０ＭＰａ以下で用いられるべきであり、形状や製造個数を考慮すべき場合には６．０ＭＰａ以下で用いることが好ましい。また、本実施形態のように３．０ＭＰａ以下であっても十分な表面仕上がりを有する製品を成形することができる。一方で、充填圧力の下限は表面粗さ及び引けを考慮して１．０ＭＰａ以上であることが好ましい。
【００３４】
以上説明したように、本実施形態においては、低圧で熱可塑性樹脂を成形することができるため、金型より耐圧の低い樹脂型を用いて成形することができる。このため射出成形機及び金型を用いる必要がなく低コストで成形することができる。また、温度管理を行うことができる配管を用いて温度制御を行うことにより、高圧で成形された場合と同様に滑らかな表面を形成することができる。
【００３５】
なお、本実施形態においては、配管は、樹脂型２１０内に設けられることとしたが、特に金属粉を含む樹脂型２１０が薄く形成される場合等にはバックアップ材２５１及び下側バックアップ材２５２等の内部に形成されることとしてもよい。この場合には、樹脂型の意味には、本実施形態の樹脂型２１０に加えて、バックアップ材２５１及び２５３も含むものとする。
【００３６】
また、本実施形態においては、冷却工程においても加熱空気を用いることとしたが、室温等の環境によっては冷却された空気を用いることとしてもよい。また、本実施形態においては温度を制御するために流体として空気を用いることとしたが、空気以外の気体や水等の液体を用いることとしてもよい。
【符号の説明】
【００３７】
１００  樹脂製品製造装置、２００  型組立体、２１０  樹脂型、２２０  空隙、２２２  樹脂注入口、２２３  空気抜き孔、２２４  空気抜き孔、２３０  上型、２３１，２３４，２３７  配管、２３２，２３３，２３５，２３６，２３８，２３９  出入口、２４０  下型、２４１，２４４，２４７  配管、２５１  上側バックアップ材、２５２  下側バックアップ材、２５５  上側プレス板、２５７  下側プレス板、２６１  型締め機構、３００  吐出器、４００  温度制御流体送流器、５１０  樹脂注入用ホース、５２０  流体注入用ホース。
【図１】
2014240150.tif 000003
【図２】
2014240150.tif 000004
【図３】
2014240150.tif 000005
【図４】
2014240150.tif 000006
【図５】
2014240150.tif 000007
【図６】
2014240150.tif 000008