(57)【要約】      （修正有）【課題】  ヒケやボイドの発生がない厚肉成形品を成形時間が短く、安定して得る製法を提供する。【解決手段】  ペレット供給フィーダー装置７を用いて、熱可塑性樹脂ペレットを射出成形機のシリンダー１内のスクリューの回転動作と同期させて該スクリュー根元部へ供給し、該熱可塑性樹脂のガラス転移温度プラス５０℃から８０℃の範囲に設定した該シリンダー１内で該熱可塑性樹脂を溶融させた後、該熱可塑性樹脂のガラス転移温度プラス５０℃から８０℃の範囲に設定したホットランナーシステムを具備する金型９内へ射出し、該金型９内で冷却固化する厚肉成形品の製造方法。【選択図】図４
2006327091.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ペレット供給フィーダー装置を用いて、熱可塑性樹脂ペレットを射出成形機のシリンダー内のスクリューの回転動作と同期させて該スクリュー根元部へ供給し、該熱可塑性樹脂のガラス転移温度プラス５０℃から８０℃の範囲に設定した該シリンダー内で該熱可塑性樹脂を溶融させた後、該熱可塑性樹脂のガラス転移温度プラス５０℃から８０℃の範囲に設定したホットランナーシステムを具備する金型内へ射出し、該金型内で冷却固化する厚肉成形品の製造方法。
【請求項２】
射出成形時の計量完了から射出開始までのスクリュー停止時間を５００秒以下とする請求項１記載の厚肉成形品の製造方法。
【請求項３】
金型温度を熱可塑性樹脂のガラス転移温度より３０℃以上低くする請求項２記載の厚肉成形品の製造方法。
【請求項４】
熱可塑性樹脂がメタクリル樹脂である請求項１〜３のいずれか１項記載の厚肉成形品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、射出成形による厚肉成形品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱可塑性樹脂の射出成形において、通常のコールドランナー金型を用いて製造された厚肉成形品はヒケ及びボイドが発生し、外観不良や寸法精度不良及び印刷不良等のトラブルが発生し、成形サイクルも長いものであった。
【０００３】
最近ではこれらのトラブル改善方法として、ホットランナーシステムの導入や圧縮成形方法、またこれらの組合せ技術等によりヒケやボイドのない厚肉成形品の製造方法が用いられるようになってきた。
【０００４】
ホットランナーシステムによる厚肉成形品の製造は、成形品のゲート部が冷却固化しないように常時加温されており、成形品に保圧が有効に長時間かけられることでヒケやボイドの発生を防止する方法である。（例えば特許文献１参照。）。しかしながら、この方法によれば厚肉成形品にヒケやボイドが無い良好なものが得られるが、厚肉成形特有の可塑化が不安定となりスクリュー回転が停止する問題が残されていた。
【０００５】
また、減量定量の２段に切替え可能な計量フィーダーを設置する方法も知られている（例えば特許文献２参照。）。これはスクリュー回転が停止する課題に対し、材料フィード量の切り替えと加熱筒（シリンダー）の温度切り替えを行いスクリュー回転トルクを低減させる方法であるが、成形条件を途中で変更するために成形品の品質安定性に問題があった。
【０００６】
また、射出と圧縮を組み合わせた射出圧縮成形等、射出成形機や金型に、油圧あるいは空気圧等を利用した圧縮機構を設けて成形品に圧力をかけることで厚肉成形品のヒケやボイドの発生を防止する方法があるが、成形サイクルの短縮については不充分であった。
【特許文献１】特開平１１−３２０６１５号公報
【特許文献２】特公昭６３−４８６９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、ヒケやボイドの発生がない厚肉成形品を成形時間が短く、安定して製造することにある。  
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の要旨は、ペレット供給フィーダー装置を用いて、熱可塑性樹脂ペレットを射出成形機のシリンダー内のスクリューの回転動作と同期させて該スクリュー根元部へ供給し、該熱可塑性樹脂のガラス転移温度プラス５０℃から８０℃の範囲に設定した該シリンダー内で該熱可塑性樹脂を溶融させた後、該熱可塑性樹脂のガラス転移温度プラス５０℃から８０℃の範囲に設定したホットランナーシステムを具備する金型内へ射出し、該金型内で冷却固化する厚肉成形品の製造方法にある。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の製造方法によって、従来の成形方法では得られないヒケやボイドの発生がない厚肉成形品を安定して得ることができる。また成形時間も短縮できることから生産性が向上し経済的である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に本発明の熱可塑性樹脂の射出成形による厚肉成形品の製造方法について詳しく説明する。
【００１１】
本発明の射出成形による厚肉成形品の製造に使用される熱可塑性樹脂は非結晶性樹脂及び結晶性樹脂のいずれでも可能であるが、樹脂の溶融粘度の樹脂温度依存性が大きい非結晶性樹脂の方が好ましい。
【００１２】
非結晶性樹脂としてはポリスチレン、ハイインパクトポリスチレン、ＡＳ樹脂、ＡＢＳ樹脂、ＡＡＳ樹脂、ＡＥＳ樹脂、塩化ビニル樹脂、メタクリル樹脂、ＭＳ樹脂、ポリカーボネート等があげられる。これらの中ではメタクリル樹脂が好ましい。これらの樹脂はペレットと称される粒状のものを使用する。
【００１３】
また本発明における厚肉成形とは、成形品の樹脂部分の厚みをどの方向から計っても１０ｍｍ以上である箇所が部分的にでも有る射出成形のことである。厚みが厚いほど本発明の効果が大きく、好ましくは２０ｍｍ以上、さらに好ましくは３０ｍｍ以上である。
【００１４】
射出成形機は、成形材料である熱可塑性樹脂をシリンダー内で加熱溶融し、金型内に射出する装置である。熱可塑性樹脂ペレットはシリンダー内のスクリュー根元部から供給され、スクリュー回転と共に樹脂ペレットはシリンダー内部へ送られ、スクリューの回転によるせん断発熱と、シリンダー外周に配設されたヒータの熱によって溶融（可塑化）する。溶融した樹脂は、スクリュー先端部に貯留した後、スクリューの前進動作により金型内に流入し、その中で冷却、固化して成形品となる。
【００１５】
本発明に使用されるペレット供給フィーダー装置は、シリンダー内のスクリュー根元部へ樹脂ペレットを供給するための装置であり、射出成形に際しては、射出成形機のスクリュー回転開始と同時に始動し、射出成形機のスクリュー回転停止と同時に停止するように設定されるものである。すなわちペレット供給フィーダー装置は、射出成形機のスクリュー回転動作と同期して作動する。
【００１６】
ペレット供給フィーダー装置は樹脂ペレット供給量が任意に調整できるものであればどのようなタイプでも構わないが、樹脂ペレットの定量供給の安定性の観点からスクリュータイプが好ましく、樹脂ペレットの供給量は、ペレット供給フィーダー装置に内蔵されるスクリューの回転数制御系で調整することができ、射出成形機のスクリュー回転トルクが高くなり過ぎないように適宜調整する。
【００１７】
樹脂ペレットの供給量が少なすぎると射出成形機シリンダー内にエアーを巻き込み、成形品にシルバー等による外観不良が発生する。逆に樹脂ペレットの供給量が多すぎると射出成形機のスクリュー回転トルクが上昇し、スクリュー駆動装置が過負荷となってスクリュー回転数が一定せず可塑化が不安定となり、場合によっては射出成形機のスクリュー回転が停止する。従って、スクリュー回転トルクが高くなりすぎず、可塑化がより安定する観点から駆動最大トルクの５０％以下になるように樹脂ペレットを供給するのが好ましい。
【００１８】
また、ペレット供給フィーダー装置によってペレット供給量を減量調整することで可塑化時の射出成形機のスクリュー回転トルクの上昇が抑えられ、射出成形機のシリンダー温度の低温設定が可能となる。更に、射出成形機のスクリュー回転数を低速に設定することで樹脂のせん断発熱が抑えられ、可塑化は安定する。射出成形機のスクリュー回転数は熱可塑性樹脂の種類やスクリュー径によって異なるが、例えばメタクリル樹脂を使用し、射出成形機のスクリュー径が５０ｍｍの場合は、樹脂のせん断発熱を抑えるべく５〜４０ｒｐｍの設定が好ましく、可塑化時の安定性の観点から１０〜３０ｒｐｍがより好ましい。
【００１９】
射出成形の際、シリンダー温度を極力下げて成形を行うことは、溶融樹脂の固化時間を短縮することができ、生産性向上にとって有効な手段となる。
【００２０】
射出成形機のシリンダー温度の設定は、熱可塑性樹脂の可塑化、射出が安定に実施できる範囲内での低温設定、すなわち熱可塑性樹脂のガラス転移温度プラス５０℃から８０℃の範囲とする。可塑化時の樹脂のせん断発熱や射出成形機のスクリュー回転トルクの影響等、可塑化時の安定性の観点から熱可塑性樹脂のガラス転移温度プラス６０℃から８０℃の範囲が好ましい。ガラス転移温度プラス５０℃未満ではスクリュー回転トルクが大きくなりすぎる。ガラス転移温度プラス８０℃を超えると冷却時間を長く取る必要があり、成形サイクルが長くなる。
【００２１】
本発明におけるホットランナーシステムとは、成形品のランナー、ゲート部が冷却固化しないように常時加温することにより、スプルー、ランナーのない成形品を連続的に取り出せるように金型内に配設された装置のことである。これを厚肉成形品用金型に使用することにより保圧が有効に長時間かけられるようになり、冷却によるヒケ、ボイドの発生を抑制することができる。ホットランナーシステムの温度はそのシステムを構成するマニホールド（スプルー、ランナー等）、及びノズル等の各所に具備されたヒータにより加熱され設定される。
【００２２】
ホットランナーのノズルはオープンゲートノズル、バルブゲートノズルのどちらのタイプでも構わないが保圧時間中は常時ヒーターの電源が入った状態で加温され、ノズルは開いた状態でなければならない。ホットランナーシステムの温度は、熱可塑性樹脂のガラス転移温度プラス５０℃から８０℃の範囲とする。このホットランナーシステムの温度は射出成形機のシリンダー温度と同温度設定が好ましい。
【００２３】
本発明においては厚肉成形品の冷却時間が短縮され、結果的に成形サイクルを短縮させる効果が得られるため、金型温度の設定は、ガラス転移温度より３０℃以上低く設定することが好ましく、ガラス転移温度より５０℃以上低く設定することがより好ましい。金型温度の下限値については特に制限はないが、金型温度を低くしすぎると冷却歪が発生することがあり、金型温度は２５℃以上の設定が好ましい。
【００２４】
厚肉成形においては、熱可塑性樹脂が射出成形時に金型内で冷却される際に冷えにくく、成形品の変形が生じない状態で取り出されるまでの冷却時間が長くなる傾向がある。冷却時間が長くなると、シリンダー温度を低く設定した場合、可塑化時にシリンダー内で一度溶融した樹脂が冷え始め、その一部が射出成形機のスクリューの溝とシリンダーの間で固まり、計量時に射出成形機のスクリュー駆動装置に大きな負荷をかけることにより、可塑化が不安定になったり、射出成形機のスクリューが回転しなくなったりする。このような現象を回避するためには、射出成形時の計量完了（成形機のスクリュー回転停止）から射出開始（成形機のスクリュー前進動作開始）までの射出成形機のスクリュー停止時間を短くすることが必要で、具体的にはスクリュー停止時間を５００秒以下とすることが好ましく、３００秒以下とすることがより好ましい。
【実施例】
【００２５】
次に、実施例によって本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらによって限定されるものではない。
【００２６】
１）[射出成形機]
住友重機械工業(株)  住友−ネスタール  サイキャップ
４８０／１５０
スクリュー径  ５０ｍｍ
スクリュー駆動最大トルク  ８５ｋｇｆ・ｍ
図４に示すスクリュータイプのペレット供給フィーダー設置
２）[金型]
図１、図２に示す成形品（ブロックレンズ）を得るためのキャビティ（縦６６ｍｍ×横６６ｍｍ×高さ５６ｍｍ）を有する金型で図３に示すようにホットランナーシステムを配設したものを使用した。
【００２７】
ホットランナーシステム  モールド・マスターズ(株)製
ゲート径  ２．８ｍｍ
３）[樹脂]
三菱レイヨン(株)製  アクリペットＶＨ  ＃００１
４）[ガラス転移温度]
測定方法はＪＩＳ  Ｋ７１２１に準じる。
【００２８】
測定装置：  示差走査熱量計ＤＳＣ２２０（セイコーインスツルメンツ）
測定条件：  試  料  アクリペットＶＨ
前処理  ２００℃で１０分加熱した後、５０℃まで急冷する
温  度  ５０→２００℃、加熱速度１０℃／ｍｉｎ
雰囲気  窒素ガス  流量５０ｍｌ／ｍｉｎ
測定結果：ＶＨ  １１５．２℃
[実施例１〜２]
シリンダー温度、ホットランナー温度を１８０℃、金型温度を９０℃に設定し、ペレット供給量、スクリュー回転数、成形サイクルを表１に示すように設定し、射出速度０．８ｃｍ３／ｓｅｃ、背圧：１ＭＰａ（ゲージ圧）で成形したときの結果を表１に示す。結果は目視による判定とし、欠陥としてヒケやボイドのないものは○、あるものには×を記した。
【表１】
2006327091.tif 000003
【００２９】
実施例１は連続して３５ショットまで欠陥なく成形できた。
【００３０】
実施例２は連続して５３ショットまで欠陥なく成形できた。
【００３１】
また射出成形時の計量完了から射出開始までの射出成形機のスクリュー停止時間は表１に示す通り実施例１は３４５秒、実施例２は１４５秒であった。ここでスクリュー停止時間が実施例１と実施例２で異なるのは、成形品の冷却固化の必要最少時間を確保するために、冷却時間の設定をそれぞれで変えていることによる。
【００３２】
[比較例１〜３]
シリンダー温度、ホットランナー温度を２００℃に設定し、ペレット供給量、スクリュー回転数を表２に示すように設定した以外は実施例１と同様にして成形したときの結果を表２に示す。
【表２】
2006327091.tif 000004
【００３３】
比較例１では射出成形機のスクリューが計量時に停止し２ショット目が成形できなかった。
【００３４】
比較例２では１ショット目から欠陥が生じた。
【００３５】
比較例３では３ショット目から欠陥が生じた。
【００３６】
射出成形時の計量完了から射出開始までの射出成形機のスクリュー停止時間は表２に示す通り比較例２，３の順でそれぞれ１６０秒、４５秒であった。ここでスクリュー停止時間がそれぞれ異なるのは、実施例１に記載したことと同様の理由による。
【００３７】
[実施例３〜４]
金型温度６０℃とし、成形サイクルを表３に示すように設定した以外は実施例１と同様にして成形したときの結果を表３に示す。
【表３】
2006327091.tif 000005
【００３８】
実施例３、４は連続して１００ショットまで欠陥なく成形できた。
【００３９】
また射出成形時の計量完了から射出開始までの射出成形機のスクリュー停止時間は実施例３は２４５秒、実施例４は４５秒であった。ここでスクリュー停止時間がそれぞれ異なるのは、実施例１に記載したことと同様の理由による。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明の製造方法によって得られた厚肉成形品は、ヒケやボイドの発生がないものであり、建材分野、機器分野、自動車分野、雑貨分野等のみならず、特に透明部品であれば照明分野、光学分野等に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】厚肉成形品の一例を示す概略図である。
【図２】前記厚肉成形品のゲート位置を示す概略図である。
【図３】厚肉成形品金型のキャビティ、及びホットランナーの位置関係を示す概略図である。
【図４】厚肉成形品金型、射出成形機、及びペレット供給フィーダーの位置関係を示す概略図である。
【符号の説明】
【００４２】
１  成形機シリンダー
２  成形機ノズル
３  ホットランナー・マニホールド
４  ホットランナー・ノズル
５  キャビティ
６  ホッパー
７  ペレット供給フィーダー
８  フィーダー用モータ
９  金型
【図１】
2006327091.tif 000006
【図２】
2006327091.tif 000007
【図３】
2006327091.tif 000008
【図４】
2006327091.tif 000009