(57)【要約】【課題】熱可塑性樹脂または熱可塑性樹脂複合材料の成形品を外観良く、ハイサイクルで製造することができる射出成形方法を提供する。【解決手段】キャビティ面31,32を少なくとも冷却することができる第一の温度調節手段13,23と、第一の温度調節手段のキャビティ面とは反対側に、キャビティ面を少なくとも加熱することができる第二の温度調節手段14,24とを備える金型100を用い、キャビティ面を熱可塑性樹脂の融点又はガラス転移温度以上の加熱温度まで昇温して熱可塑性樹脂を金型内に充填する第一の工程と、第一の工程後、熱可塑性樹脂の融点又はガラス転移温度未満の冷却温度まで降温して熱可塑性樹脂を冷却固化し、その後、金型を開放して成形体を取り出す第二の工程とを備える射出成形方法であり、第一の工程における昇温速度を80℃/分以上とし、第二の工程における降温速度を100℃/分以上とし、かつ加熱温度と冷却温度との差を50℃以上とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の金型部分で形成されるキャビティを有する金型に、熱可塑性樹脂または熱可塑性樹脂複合材料を充填して成形品を得る射出成形方法であって、
前記金型が、前記キャビティ面を少なくとも冷却することができる第一の温度調節手段と、該第一の温度調節手段の前記キャビティ面とは反対側に、前記キャビティ面を少なくとも加熱することができる第二の温度調節手段とを備え、
前記キャビティ面を前記熱可塑性樹脂の融点以上又はガラス転移温度以上の加熱温度まで昇温して前記熱可塑性樹脂を金型内に充填する第一の工程と、
該第一の工程後、前記熱可塑性樹脂の融点未満又はガラス転移温度未満の冷却温度まで降温して前記熱可塑性樹脂を冷却固化し、その後、前記金型を開放して、成形体を取り出す第二の工程と、を備え、
前記第一の工程における昇温速度が８０℃／分以上であり、前記第二の工程における降温速度が１００℃／分以上であり、かつ前記加熱温度と前記冷却温度との差が５０℃以上である射出成形方法。
【請求項２】
前記キャビティ面から前記第一の温度調節手段までの距離Ｌ０と、前記キャビティ面から該キャビティ面とは反対側の面までの距離Ｌ１が、下記の関係を満たす請求項１記載の射出成形方法。
（Ｌ１／Ｌ０）＞３
【請求項３】
前記第一の温度調節手段が、冷却用媒体が流通する１以上の冷却媒体通路を備えてなり、第二の温度調節手段が加熱用ヒーターである請求項１又は２記載の射出成形方法。
【請求項４】
前記金型部分が、前記第一の温度調節手段を有する第一部分と、前記第二の温度調節手段を有する第二部分とを備える請求項１から３いずれか１項記載の射出成形方法。
【請求項５】
前記第一部分（Ｉ）の体積Ｖ（Ｉ）（ｃｍ３）および前記第一部分（Ｉ）の材質の熱伝導率Ｃ（Ｉ）（Ｊ／ｓ・ｍ・Ｋ）と、前記第二部分（II）の体積Ｖ（II）（ｃｍ３）および前記第二部分（II）の材質の熱伝導率Ｃ（II）（Ｊ／ｓ・ｍ・Ｋ）とが、下記の関係を満たす請求項４記載の射出成形方法。
[{Ｖ（II）×（１／Ｃ（II））}／{Ｖ（Ｉ）×（１／Ｃ（Ｉ））}]＞３）
【請求項６】
前記第一部分（Ｉ）の材質の熱伝導率Ｃ（Ｉ）（Ｊ／ｓ・ｍ・Ｋ）が、前記第二部分（II）の材質の熱伝導率Ｃ（II）（Ｊ／ｓ・ｍ・Ｋ）の３．５倍以上である請求項５記載の射出成形方法。
【請求項７】
前記キャビティ面を冷却する際、前記第一部分と前記第二部分とが離間可能である請求項４から６いずれか１項記載の射出成形方法。
【請求項８】
前記第一の温度調節手段が前記冷却媒体通路を複数備えてなり、該複数の冷却媒体通路に同温度の冷却媒体を同時に流通させるマニホールドを少なくとも一つ有する請求項３から７いずれか１項記載の射出成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はハイサイクルで成形品を提供できる射出成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱可塑性樹脂の射出成形は、一般に熱可塑性樹脂の可塑性を利用して金型内で樹脂混合物を成形する技術に基づくものである。熱可塑性樹脂を溶融し、金型内に射出し、しかる後に射出シリンダーによる保持圧力（保圧と称することもある）下、金型内で冷却及び固化して所望の成形品を得ていた。このように、樹脂混合物を固化させ、金型から成形品を満足しうるように離型させるためには、使用される樹脂が非結晶性樹脂の場合は加熱変形温度以下、また結晶性樹脂の場合は融点以下に成形材料を冷却する必要がある。上述の様な通常の成形法を用いた場合、時として成形品外観と機械的特性において問題が発生することがある。
【０００３】
近年、各種電気及び電子部品、並びに車両の内装及び外装等の外観部品において、外観に優れる成形品を得る技術が重要となっている。特に高強度もしくは高剛性な特性を得る目的で、ガラス繊維もしくはカーボンファイバーを添加した熱可塑性樹脂複合材料、又はメタリック調の外観を得るためにアルミニウムフレークを添加したような材料を用いる場合は、外観性能が問題となっていた。
【０００４】
このような外観不良を防止するため、例えば、特許文献１から特許文献３には、熱可塑性樹脂材料を射出成形する場合に用いる金型であって、金型に冷却通路と加熱通路とを設けて、金型を加熱および冷却する技術が提案されている。
【０００５】
まず、外観に関する問題に関しては、非強化熱可塑性樹脂、並びにガラス繊維、マイカ、金属等の充填材及び／又は添加剤を含んだ熱可塑性樹脂複合材料に発生することがある。その原因は、通常、金型温度が、使用される樹脂の加熱変形温度以下に保たれていることにある。また現行、生産性を上げるために結露寸前まで温度を下げた冷媒を利用して金型を冷却することが行なわれている。しかし、冷たい金型の表面に接触した溶融熱可塑性樹脂材料は、急速に冷却され、金型表面近傍で急速に流動性が失われ、その結果金型表面の転写性が著しく損なわれてしまい、成形品の表面はかなり不規則なものになるという問題がある。
【０００６】
樹脂を注入するゲートが複数ある多点ゲートを有する金型を用いる場合は、溶融樹脂が金型内で合流する部分（ウエルド部）でウエルドドラインが発生するという問題がある。「ウエルドライン」とは、ウエルド部の成形品表面に発生するライン状の凹みのほか、ウエルド近傍に発生する黒筋を含む。また、成形品に開口部を有する金型を用いた場合、金型内に充填された溶融樹脂は、いったん溶融樹脂が分かれて流動し、再び樹脂が合流してウエルドラインを形成することがある。これらのウエルドラインは、非強化熱可塑性樹脂でも熱可塑性樹脂複合材料を用いた場合でも外観不良となるため問題となっている。
【０００７】
さらにガラス繊維等の充填材を添加した熱可塑性樹脂複合材料では、成形品表面の光沢性が損なわれるといった外観不良の問題も発生する。従来、樹脂混合物が不充分な状態のまま固化してしまうことを防ぐ方法として金型温度を上げることが提案されている。
【０００８】
しかしながら、金型温度を上げると一般に冷却時間が長くかかったり、完全に固化する前に金型から取り出されたりするため、非常に寸法精度の悪い成形品しか得られないという問題がある。すなわち、実際の成形では、これらの矛盾した二つの条件の悪影響を考慮して適当な温度が選択されているのが現状である。
【０００９】
そこで、これらの問題を解決する一つの効果的な射出成形技術として高周波誘導加熱を用いて金型表面をあらかじめ加熱して更に金型内に充填した溶融樹脂を充填後に再流動化させるといった方法が、特許文献４に記載されている。この技術を用いれば、特にガラス繊維やアルミニウムフレークを添加した成形品のウエルド強度（ウエルド部の強度）を高くする、あるいは外観を改良することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１４−２２６８５１号公報
【特許文献２】特許第４３３４４６９号公報
【特許文献３】特開２０１４−２２６８５１号公報
【特許文献４】特開平９−１６１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献４に記載の技術を用いるには、加熱装置として高周波誘導加熱装置、溶融樹脂再流動装置として金型外に設置したピストンが必要であることから、経済性に劣るという課題がなお残っている。
【００１２】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、熱可塑性樹脂または熱可塑性樹脂複合材料を用いて、外観に優れる成形品をハイサイクルで生産可能な射出成形方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者らによる鋭意検討の結果、特定の金型を用いるとともに、昇温速度、降温速度、かつ温度差を調整して射出成形することにより、外観に優れる成形品をハイサイクルで製造することができることを見出し、本発明に至った。
すなわち、本発明は、以下の通りである。
【００１４】
本発明の射出成形方法は、複数の金型部分で形成されるキャビティを有する金型に、熱可塑性樹脂または熱可塑性樹脂複合材料を充填して成形品を得る射出成形方法であって、
金型は、キャビティ面を少なくとも冷却することができる第一の温度調節手段と、第一の温度調節手段のキャビティ面とは反対側に、キャビティ面を少なくとも加熱することができる第二の温度調節手段とを備え、
キャビティ面を熱可塑性樹脂の融点又はガラス転移温度以上の加熱温度まで昇温して熱可塑性樹脂を金型内に充填する第一の工程と、
第一の工程後、熱可塑性樹脂の融点又はガラス転移温度未満の冷却温度まで降温して熱可塑性樹脂を冷却固化し、その後、金型を開放して、成形品を取り出す第二の工程と、を備え、
第一の工程における昇温速度は８０℃／分以上であり、第二の工程における降温速度は１００℃／分以上であり、かつ加熱温度と冷却温度との差は５０℃以上である。
【００１５】
ここで、加熱温度および冷却温度は、融点又はガラス転移温度を基準にしているが、熱可塑性樹脂が結晶性熱可塑性樹脂の場合は融点を基準に用い、熱可塑性樹脂が非結晶性樹脂の場合はガラス転移温度を基準に用いる。また、降温速度とは、目標高温温度から目標低温温度までにキャビティ面を冷却したときの降温速度である。また、昇温速度とは、目標低温温度から目標高温温度までにキャビティを昇温したときの昇温速度である。
また、キャビティ面の温度とは、予めキャビティ面とキャビティ面近傍の温度との相関関係を求めておき、成形時の実際の温度制御はキャビティ面近傍の温度を測定して求めた値とする。
【００１６】
キャビティ面から第一の温度調節手段までの距離Ｌ０と、キャビティ面からキャビティ面とは反対側の面までの距離Ｌ１は、下記の関係を満たすことが好ましい。
（Ｌ１／Ｌ０）＞３
【００１７】
第一の温度調節手段は、冷却用媒体が流通する１以上の冷却媒体通路を備えてなり、第二の温度調節手段は、加熱用ヒーターであることが好ましい。
【００１８】
金型部分は、第一の温度調節手段を有する第一部分と、第二の温度調節手段を有する第二部分とを備えることが好ましい。
【００１９】
金型部分において、第一部分の体積Ｖ（Ｉ）と金型部分の体積Ｖ０とは、下記の関係を満たすことが好ましい。
（Ｖ（０）／Ｖ（Ｉ））＞３
【００２０】
第一部分の体積Ｖ（Ｉ）と第二部分の体積Ｖ０とは、下記の関係を満たすことがより好ましい。
（Ｖ（０）／Ｖ（Ｉ））＞５
【００２１】
第一部分の体積Ｖ（Ｉ）および第一部分の材質の熱伝導率Ｃ（Ｉ）（Ｊ／ｓ・ｍ・Ｋ）と、第二部分の体積Ｖ（II）および第二部分の材質の熱伝導率Ｃ（II）（Ｊ／ｓ・ｍ・Ｋ）とが、下記の関係を満たすことが好ましい。
[{Ｖ（II）×（１／Ｃ（II））}／{Ｖ（Ｉ）×（１／Ｃ（Ｉ））}]＞３
【００２２】
第一部分の材質の熱伝導率Ｃ（Ｉ）（Ｊ／ｓ・ｍ・Ｋ）が、第二部分の材質の熱伝導率Ｃ（II）（Ｊ／ｓ・ｍ・Ｋ）の３．５倍以上であることが好ましい。
【００２３】
キャビティ面を冷却する際、第一部分と第二部分とが離間可能であることが好ましい。
【００２４】
第二温度調節手段は、第二部分の平均温度を、熱可塑性樹脂、または、熱可塑性樹脂複合材料を構成する熱可塑性樹脂のガラス転移温度＋５０℃以上または融点＋５０℃以上に設定するものであることが好ましい。
【００２５】
第一の温度調節手段は冷却媒体通路を複数備えてなり、複数の冷却媒体通路に同温度の冷却媒体を同時に流通させるマニホールドを少なくとも一つ有することが好ましい。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、熱可塑性樹脂や熱可塑性樹脂複合材料の成形品を外観良く、かつハイサイクルで生産性良く提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は、本発明の射出成形方法に用いる金型の一実施形態の概略断面図（垂直断面図）である。
【図２】図２は、本発明の射出成形方法に用いる金型の一実施形態の詳細を説明するための概略断面図（垂直断面図）である。
【図３】図３は、本発明の射出成形方法に用いる金型の一実施形態の平面投影図である。
【図４】図４は、実施例１〜４で成形された成形品の概略上面図である。
【図５】図５は、実施例５および６で成形された成形品の概略上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施形態ついて詳細に説明する。本発明は、以下の実施形態にのみ限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施できる。
【００２９】
本発明の射出成形方法の一実施形態について説明する。
［射出成形方法］
本発明の射出成形方法は、複数の金型部分で形成されるキャビティを有する金型に、熱可塑性樹脂または熱可塑性樹脂複合材料を充填して成形品を得る射出成形方法であって、
金型は、キャビティ面を少なくとも冷却することができる第一の温度調節手段と、第一の温度調節手段のキャビティ面とは反対側に、キャビティ面を少なくとも加熱することができる第二の温度調節手段とを備え、
キャビティ面を熱可塑性樹脂の融点又はガラス転移温度以上の加熱温度まで昇温して熱可塑性樹脂を金型内に充填する第一の工程と、
第一の工程後、熱可塑性樹脂の融点又はガラス転移温度未満の冷却温度まで降温して熱可塑性樹脂を冷却固化し、その後、金型を開放して、成形品を取り出す第二の工程と、を備え、
第一の工程における昇温速度は８０℃／分以上であり、第二の工程における降温速度は１００℃／分以上であり、かつ加熱温度と冷却温度との差は５０℃以上である。
【００３０】
昇温速度は、生産性の観点から８０℃／分以上であり、降温速度は、生産性の観点から１００℃／分である。昇温速度は、好ましくは１００℃／分以上、より好ましくは１５０℃／分以上であり、降温速度は、好ましくは１５０℃／分以上、より好ましくは２００℃／分以上である。
加熱温度としては、結晶性樹脂の場合、融点−５０℃以上、好ましくは融点以上、更に好ましくは、融点＋１０℃以上である。非晶性樹脂の場合、ガラス転移温度以上、好ましくはガラス転移温度＋１０℃以上である。
冷却温度は、結晶性熱可塑性樹脂の場合は、融点−１００℃以下が好ましく、非結晶性樹脂の場合は、ガラス転移温度−２０℃以下である。
加熱温度と冷却温度との差は、アルミニウムフレーク入りの材料等を用いた場合のウエルドラインによる外観不良を改善するためには、金型内に充填した溶融樹脂を再流動させる必要があるため、５０℃以上であり、より好ましくは１５０℃以上である。
【００３１】
＜熱可塑性樹脂および熱可塑性樹脂複合材料＞
本発明における熱可塑性樹脂および熱可塑性樹脂複合材料に用いられる「熱可塑性樹脂」とは、一般に熱可塑性樹脂と称されるものすべてを示す。例えば、ポリスチレンや、ハイインパクトポリスチレン、ミデイアムインパクトポリスチレンのようなゴム補強スチレン系樹脂、スチレン−アクリロニトリル共重合体（ＳＡＮ樹脂）、アクリロニトリル−ブチルアクリレートゴム−スチレン共重合体（ＡＡＳ樹脂）、アクリロニトリル−エチレンプロピルゴム−スチレン共重合体（ＡＥＳ）、アクリロニトリル−塩化ポリエチレン−スチレン共重合体（ＡＣＳ）、ＡＢＳ樹脂（例えば、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体、アクリロニトリルーブタジエン−スチレン−アルファメチルスチレン共重合体、アクリロニトリル−メチルメタクリレート−ブタジエン−スチレン共重合体等のスチレン系樹脂；ポリメチールメタクリレート（ＰＭＭＡ）等のアクリル系樹脂；低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）等のオレフィン系樹脂；ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン等の塩化ビニル系樹脂；エチレン塩化ビニル酢酸ビニル共重合体、エチレン塩化ビニル共重合体等の塩化ビニル系樹脂；ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴＰまたはＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴＰまたはＰＢＴ）等のポリエステル系樹脂；ポリカーボネート（ＰＣ）、変性ポリカーボネート等のポリカーボネート系樹脂；ポリアミド６６、ポリアミド６、ポリアミド４６等のポリアミド系樹脂；ポリオキシメチレンコポリマー、ポリオキシメチレンホモポリマー等のポリアセタール（ＰＯＭ）樹脂；その他のエンジニアリング樹脂、スーパーエンジニアリング樹脂；例えば、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、熱可塑性ポリイミド（ＴＰＩ）、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＳＵ）等が挙げられる。
セルロースアセテート（ＣＡ）、セルロースアセテートブチレート（ＣＡＢ）、エチルセルロース（ＥＣ）等のセルロース誘導体；液晶ポリマー、液晶アロマチックポリエステル等の液晶系ポリマー（ＬＣＰ）、熱可塑性ポリウレタンエラストマー（ＴＰＵ）、熱可塑性スチレンブタジエンエラストマー（ＳＢＣ）、熱可塑性ポリオレフィンエラストマー（ＴＰＯ）、熱可塑性ポリエステルエラストマー（ＴＰＥＥ）、熱可塑性塩化ビニルエラストマー（ＴＰＶＣ）、熱可塑性ポリアミドエラストマー（ＴＰＡＥ）等の熱可塑性エラストマー；も挙げられる。
本発明における熱可塑性樹脂としては、本発明の成形工程において上述のような熱可塑性樹脂が生成されるものでもよい。一種もしくはそれ以上の熱可塑性樹脂のブレンド体を用いて本発明方法によって成形してもよい。
本発明に用いられる熱可塑性樹脂複合材料は、充填材及び／又は添加剤等を含有するものである。
【００３２】
熱可塑性樹脂複合材料に添加される充填材としては、無機物が挙げられる。例えば、ガラス繊維、ガラスビーズ、炭酸カルシウム、マイカ、アスベスト等や、鉄、銅、亜鉛、アルミニウム等の金属の粉体、中空体、フレーク状のもの又はこれらの金属の金属酸化物、金属水酸化物でもよい。
熱可塑性樹脂複合材料に添加する添加剤としては、酸化防止剤、紫外線吸収剤、離型剤、熱安定剤、帯電防止剤、着色剤等を挙げることができる。
【００３３】
さらに熱可塑性樹脂または熱可塑性樹脂複合材料に化学発泡剤や、窒素や二酸化炭素などの物理発泡剤を入れた発泡成形品の外観改良にも有効である。
【００３４】
本発明に用いることができる射出成形機としては、公知のものを用いることができる。
【００３５】
本発明によれば、金型内に熱可塑性樹脂を充填する前に熱可塑性樹脂の融点又はガラス転移温度以上にキャビティ面を急加熱し、金型内に熱可塑性樹脂を射出充填することで外観に優れた射出成形品をハイサイクルで得ることができる。
【００３６】
＜金型＞
次に、本発明の射出成形方法に用いることができる金型の一実施形態について図面を参照しながら、説明する。本発明の射出成形方法に用いることができる金型は以下に説明するものに限定されない。本実施形態では、図１および図２に示す縦型型締め機構を有する金型を用いて説明するが、横型型締め機構を有する金型でも同様に用いることができる。図１に金型の一実施形態の概略断面図を示す。
図１に示すように、金型１００は、金型部分１０と、金型部分２０と、断熱板１５、２５とを備えてなり、金型部分１０と金型部分２０とにより、キャビティ３０を形成する。キャビティ３０に熱可塑性樹脂（以下の説明では、熱可塑性樹脂または熱可塑性樹脂複合材料を、簡単のため熱可塑性樹脂として説明する）を射出充填し、成形品を賦型するものである。溶融樹脂は、射出成形機のシリンダーのノズル（図示せず）からランナー部３３を通ってキャビティ３０に充填される。
【００３７】
金型部分１０は、キャビティ面３１近傍にキャビティ面３１を少なくとも冷却することができる複数の冷却媒体通路からなる第一の温度調節手段１３と、第一の温度調節手段１３のキャビティ面３１とは反対側に、キャビティ面３１を少なくとも加熱することができる複数の棒状カートリッジヒーターからなる第二の温度調節手段１４とを備える。
また、金型部分２０も同様に、キャビティ面３２近傍にキャビティ面３２を少なくとも冷却することができる複数の冷却媒体通路からなる第一の温度調節手段２３と、第一の温度調節手段２３のキャビティ面３２とは反対側に、キャビティ面３２を少なくとも加熱することができる複数の棒状カートリッジヒーターからなる第二の温度調節手段２４とを備える。
【００３８】
金型部分１０は、第一の温度調節手段１３を有する第一部分１１と、第二の温度調節手段１４を有する第二部分１２とに分割された構造であり、第一部分１１と第二部分１２が、ばね４０によって離間可能に構成されている。
また、金型部分２０も同様に、第一の温度調節手段２３を有する第一部分２１と、第二の温度調節手段２４を有する第二部分２２とに分割された構造であり、第一部分２１と第二部分２２とが、ばね４０によって離間可能に構成されている。
【００３９】
次に、図２を用いてさらに金型部分の詳細について説明する。図２は、金型の詳細を説明するための概略断面図であり、一部構成要素を省略している。
図２に示すように、金型部分（図１における符号１０、２０）は、キャビティ面３１から第一の温度調節手段１３までの距離Ｌ０、キャビティ面３１からキャビティ面３１とは反対側の面１６までの距離Ｌ１が、下記の関係を満たすものである。
（Ｌ１／Ｌ０）＞３
【００４０】
成形用金型が複数の金型部分で構成される場合、上記数値範囲を満たす金型部分は少なくとも一つあればよいが、全ての金型部分で上記数値範囲を満たすことがより好ましい。
【００４１】
ここで、キャビティ面から第一の温度調節手段までの距離Ｌ０とは、金型のキャビティ面に対して垂直な断面における、キャビティ面から第一の温度調節手段の中心までの距離を意味する。
また、第一の温度調節手段から第二の温度調節手段までの距離Ｌ２とは、金型のキャビティ面に対して垂直な断面における、第一の温度調節手段の中心から第二の温度調節手段の中心までの距離を意味する。
また、キャビティ面からキャビティ面とは反対側の面までの距離Ｌ１とは、金型のキャビティ面に対して垂直な断面における距離を意味する。
【００４２】
キャビティ面が凹凸形状であってキャビティ面から第一の温度調節手段までの距離が場所によって異なる場合は、キャビティ面から第一の温度調節手段の中心までの距離Ｌ０は、それらのうちの最短距離を意味する。
また、キャビティ面が凹凸形状であって、第一の温度調節手段がその凹凸形状に沿ってキャビティ面から同距離に設けられている場合は、第一の温度調節手段から第二の温度調節手段までの距離Ｌ２は場所によって異なることとなる。この場合の、第一の温度調節手段から第二の温度調節手段までの距離Ｌ２とは、異なるＬ２のうち最短距離を意味する。
また、キャビティ面が凹凸形状の場合の、キャビティ面からキャビティ面とは反対側の面までの距離Ｌ１とは、異なるＬ１の平均距離を意味する。
【００４３】
また、第一の温度調節手段および第二の温度調節手段が複数の冷却媒体通路または複数のヒーターを備えてなる場合は、１つの通路またはヒーターについて、キャビティ面からの距離が場所によって異なる場合は、全ての通路またはヒーターについての最短距離の平均値とする。
【００４４】
また、第一部分と第二部分とが同素材で一体的に形成された場合、第一部分と第二部分との境界は、キャビティ面に垂直な断面における第一の温度調節手段の中心から第二の温度調節手段側にＬ０離れた位置とする。
【００４５】
本実施形態の金型は、キャビティ面近傍に少なくとも冷却を行う第一の温度調節手段を設けた構造を有し、第一の温度調節手段よりもキャビティ面から遠方に少なくとも加熱を行う第二の温度調節手段を設けたものである。第二の温度調節手段は、金型部分全体を加熱することにより、キャビティ面を加熱するものである。
【００４６】
第一の温度調節手段は、キャビティ面に近いほど好ましいが、金型の強度、設計上の制約から一定の距離に設ける必要がある。キャビティ面から第一の温度調節手段までの距離Ｌ０は、第一の温度手段の寸法にもよるが、３０ｍｍ以下が好ましく、２０ｍｍ以下がより好ましく、１０ｍｍ以下がさらに好ましい。Ｌ０の下限値に特に制限はないが、第一の温度手段の寸法にもよるが、金型の強度上の制約からは、第一の温度手段の端部からキャビティ面までの距離が、３ｍｍ以上が好ましく、６ｍｍ以上がより好ましい。
【００４７】
本実施形態の金型では、キャビティ面から第一の温度調節手段までの距離Ｌ０、キャビティ面からキャビティ面とは反対側の面までの距離Ｌ１との関係は、（Ｌ１／Ｌ０）＞３であり、より好ましくは、（Ｌ１／Ｌ０）＞５であり、最も好ましくは、（Ｌ１／Ｌ０）＞１０である。
（Ｌ１／Ｌ０）＞３とすることにより、冷却部分に比して高温である蓄熱部分の容量を大きくすることで、金型加熱時の急加熱を効率よく実施することができる。さらに冷却を行う第一の温度調節手段がキャビティ面に近いほど、冷却時に素早く成形品を冷却できる。また、冷却部分が少ないほど、金型加熱時に金型を素早く加熱することができる。
ここで、冷却部分とは、第一の温度調節手段で冷却される部分であって、少なくとも第一部分を示す。また、蓄熱部分とは、第二の温度調節手段で加熱される部分であって、少なくとも第二部分を示す。
【００４８】
さらに第一の温度調節手段から第二の温度調節手段までの距離Ｌ２は、Ｌ２＞Ｌ０であり、好ましくは、２＜Ｌ２／Ｌ０＜１０である。
Ｌ２＞Ｌ０とすることにより、冷却時には、第二の温度調節手段まで冷却してしまうのを良好に防ぐことができ、一方、加熱時には、第二の温度調節手段の制御パワーの乱れを防ぐことができる。
キャビティ面の温度制御において、キャビティ温度の上下温度がわずかな場合は、Ｌ０とＬ２はできるだけ近い方がよい。しかし、複合材料を成形する場合には、キャビティ温度の上限値と下限値の差が、例えば５０℃以上、好ましくは１００℃以上、さらに好ましくは１５０℃以上と大きいため、上記範囲とすることが好ましい。
【００４９】
金型部分は、第一温度調節手段を有する第一部分と、第二の温度調節手段を有する第二部分とを備えてなるものであってもよい。その場合、第一部分と第二部分とは、同じ材質の材料を用いてもよいが、より好ましくは、第一部分の材料に第二部分の材料よりも熱伝導率のよい材質のものを用いる。第一部分に熱伝導率の良い材質の材料を用いることによって、冷却時に第一部分を急速に冷却することができる。さらに第一部分の第一の温度調節手段の冷却を止めて加熱する時にも第二の温度調節手段を有する第二部分に蓄熱された熱を素早く伝導することが可能となる。
【００５０】
また、第一の温度調節手段である冷却媒体通路を有する第一部分と第二の温度調節手段を有する第二部分とを備えた構造の場合、図２に示すように、第一部分の体積Ｖ（Ｉ）と、実質的に加熱される金型部分の体積Ｖ０との関係は、好ましくは、（Ｖ０／Ｖ（Ｉ））＞３であり、より好ましくは、（Ｖ０／Ｖ（Ｉ））＞５であり、最も好ましくは（Ｖ０／Ｖ（Ｉ））＞１０である。
【００５１】
すなわち、キャビティ面の加熱は、熱を一定量蓄熱した蓄熱部の役割を有する第二部分からの熱の供給によりキャビティ面を急加熱してキャビティに設置された材料の熱可塑性樹脂を加熱溶融できる。ここで蓄熱部分の容量が大きいほど効果的にキャビティ面を加熱することができる。ただし、蓄熱部分の容量の大きさには、設備上、加熱に伴う消費エネルギー量の観点から、金型や成形設備の大きさに応じて適宜決定することができる。
【００５２】
一方、キャビティ面の冷却は、例えば、第一の温度調節手段を複数の冷却媒体通路とした場合には、キャビティ面近傍の冷却媒体通路に冷却媒体を流通することにより、キャビティ面を急冷却し、溶融した熱可塑性樹脂を冷却固化することが可能となる。この際、キャビティ面近傍のみを冷却するためには冷媒通路を有する部分の金型容量が小さいほど好ましく、冷却媒体通路は、よりキャビティ面に近い方が好ましい。
【００５３】
第一部分と第二部分の材質は、同じものを用いてもよいが、熱伝導率の異なる材料を用いてもよい。
第一部分の体積Ｖ（Ｉ）および第一部分の材質の熱伝導率Ｃ（Ｉ）（Ｊ／ｓ・ｍ・Ｋ）と、第二部分の体積Ｖ（II）および第二部分の材質の熱伝導率Ｃ（II）（Ｊ／ｓ・ｍ・Ｋ）とは、以下の関係を満たす。
［{Ｖ（II）×（１／Ｃ（II））}／{Ｖ（Ｉ）×（１／Ｃ（Ｉ））}］＞３
さらに好ましくは、
［{Ｖ（II）×（１／Ｃ（II））}／{Ｖ（Ｉ）×（１／Ｃ（Ｉ））}］＞５
最も好ましくは、
［{Ｖ（II）×（１／Ｃ（II））}／{Ｖ（Ｉ）×（１／Ｃ（Ｉ））}］＞１０
である。
［｛Ｖ（II）×（１／Ｃ（II））}／{Ｖ（Ｉ）×（１／Ｃ（Ｉ））}］＞３とすることによって、冷却時には迅速にキャビティ面を冷却することができ、加熱時には、第二部分の蓄熱によって迅速に昇温することができる。
【００５４】
また、第一部分の材質の熱伝導率Ｃ（Ｉ）（Ｊ／ｓ・ｍ・Ｋ）は、第二の温度調節手段を有する第二部分の材質の熱伝導率Ｃ（II）（Ｊ／ｓ・ｍ・Ｋ）の３．５倍以上であることが好ましい。すなわち冷却時には熱伝導率が高い方が、早く冷却でき、加熱時には熱伝導率が高い方が、素早く蓄熱部から熱を奪って加熱することができる。これは、特に第一部分を冷却する際に第一部分と第二部分とを分離することにより、より高い効果を得ることができる。冷却時に分離しない場合は、第一部分の熱伝導率が良いと冷却時に蓄熱部の機能を有する第二部分を冷却することもあり、適宜、材料を最適化する必要がある。
【００５５】
第一部分と第二部分とは、分離できる構造とすることがさらに好ましい。キャビティを所望の温度に加熱した後に金型をキャビティが閉じた状態でわずかに型開動作を行い、第一部分と第二部分とを分離し、空気の断熱層を設けることも成形サイクルを上げるために有効である。
具体的な方法としては、第一部分と第二部分の間にばねを挿入することによって、金型を僅かに開放することにより、キャビティを閉鎖したまま第一部分と第二部分とを分離することができる。分離は、複数の金型部分の少なくとも一つで行ってよい。
【００５６】
金型を分離した状態で冷却水を冷却媒体通路等に圧入し、キャビティを含む第一部分を急冷する。この際、キャビティが開放しないようにばねや油圧シリンダーを用いてキャビティ面は閉鎖状態を保つ。キャビティ面が一定時間、熱可塑性樹脂の加熱変形温度以下になった後に冷却水を止め、必要に応じて冷却媒体通路に圧縮空気を導入し、冷却媒体通路内の水を排出する。
【００５７】
第一部分の冷却は、第一の温度調節手段を複数の冷却媒体通路で構成した場合は、冷却媒体を流通することで達せられるが、冷却媒体をいかに素早く多量に流通させるかが、キャビティ面の急冷却を可能にするかどうかを左右する。
そのために、各冷却媒体通路に単独で冷却媒体を流通できるような構造とすることが好ましい。具体例として同温度の冷却媒体を同時に流通させることができるマニホールドが挙げられる。マニホールドを金型外部の冷却媒体通路の流入側に設置し、マニホールドから同時に冷却媒体を各冷却媒体通路に流通させてもよく、さらに冷却媒体の排出側にもマニホールドを設置して排出すれば、より効率的である。
流量は、冷却効率に大きく影響し、必要に応じて加圧ポンプ等を用いて冷媒を流通させてもよい。また、市販の加圧温調機を用いることも可能である。
【００５８】
冷却媒体通路に流通させる媒体としては、水、チラー液、炭酸ガス、圧縮気体等を上げることができる。また媒体は、１種類でもよいが、温度の異なる媒体を多段で流通してもよい。たとえば、キャビティ温度を２２０℃まで加熱した場合に、１５０℃の加圧温水を数秒流し、その後、６０℃の温調水、さらに１０℃の冷却水を多段で流し、金型が一定温度に達したときに再び７０℃の加圧温水を流してキャビティ面が均一温度になるように調整してもよい。
【００５９】
熱可塑性樹脂の種類にもよるが、第二の温度調節手段は、第二部分の平均温度を、非結晶性樹脂の場合は、キャビティに設置する熱可塑性樹脂材料のガラス転移温度以上、好ましくはガラス転移温度＋１０℃以上、アルミニウムフレーク入り材料を成形する場合は、ガラス転移温度＋５０℃以上に設定する。結晶性樹脂の場合は、キャビティに設置する熱可塑性樹脂材料の融点以上、好ましくは融点＋１０℃以上、アルミニウムフレーク入り材料を成形する場合は、融点＋５０℃以上に設定する。
第二部分の平均温度とは、金型第二部分の平均温度であり、測定法の一例としては、第二温度調節手段の近傍、１０ｍｍ〜３０ｍｍ離れた位置の金型内部に温度計を入れて温度を測定する方法が用いられる。第二温度調節手段にカートリッジヒーターを用いる場合、温度制御は、前述の温度を検知して電源の入切制御をしたり、ＰＩＤ制御（Proportional-Integral-Differential Controller）をして電源の容量を調整する方法などがある。
【００６０】
また、第二の温度調節手段に特段の制約はなく、棒状カートリッジヒーター以外に、加熱オイル、水蒸気のような加熱媒体でも電気抵抗を利用したヒーター等があるが、金型を熱可塑性樹脂の融点以上である高温に保持するには、汎用性、性能の面から加熱ヒーターであることが好ましい。ヒーターの種類としては、セラミックスヒーター、シーズヒーターなどがあるが、棒状カートリッジヒーターが簡便性、性能上好ましく使用される。
【００６１】
本実施形態では、金型部分１０および金型部分２０は、それぞれ第一部分１１、２１と、第二部分１２、２２とが離間可能に構成された場合について説明したが、ばね４０を設けず、ボルト締め等で一体的に形成されていてもよい。
【００６２】
断熱板１５、２５は、成形機への熱伝導による熱流動を抑制する役割を有するために、金型１００と成形機との連結部に設けた方がよい。
【００６３】
図３に金型の平面投影図を示す。図３に示すように、コア凸部３４が、成形品に開口部（図４および図５における符号２４４および３４４の部分）を形成するように設けられている。溶融樹脂は、ランナー部３３から入り、金型内を流動し、コア凸部３４を回り込みウエルドライン発生位置３７付近で合流する。
アルミニウムフレークのような充填材を入れた材料を成形する場合、金型温度を上げて成形品表面のウエルドラインを消すだけでは、成形品内部のウエルドラインが見えて、外観上極めて劣った成形品ができる。そのためにウエルドライン付近で合流した樹脂を再流動させることにより、極めて良好な外観を得ることができる。キャビティに充填された溶融樹脂の再流動化法として、図３に示すように、捨てキャビ部分３５を有する金型にシャットオフ弁３６を設けることが挙げられる。シャットオフ弁３６を閉鎖した状態でキャビティ内に樹脂を充填し、ウエルドライン発生位置３７で溶融樹脂が合流すると同時に、樹脂保圧をかけた状態でシャットオフ弁３６を開放することにより、ウエルドライン発生位置３７で合流した溶融樹脂の一部が動いて充填された充填材の配向性を変えることができる。
【実施例】
【００６４】
〔実施例１〕
金型は、図１〜図３に示す金型を用いた。図１および２にその金型の垂直断面図、図３にその金型の平面投影図を示し、図４に得られた成形品の概略上面図を示す。
本実施例１ではシャットオフ弁３６（図３参照）を閉鎖状態のまま成形し、捨てキャビ部分３５は成形しなかった。
図１で冷却媒体通路１３、２３を有する第一部分（１１および２１）は、熱伝導率１６５Ｊ／ｓ・ｍ・Ｋのコルソン合金（マテリオン  ブラッシュ社製、モールドマックス−Ｖ）を用い、棒状カートリッジヒーター１４、２４を有する第二部分（１２および２２）は、熱伝導率４０Ｊ／ｓ・ｍ・Ｋの炭素鋼（Ｓ５５Ｃ）を用いた。
冷却媒体通路１３、２３は、内径８ｍｍで中心部からキャビティ面までの距離Ｌ０が１０ｍｍの位置に２０ｍｍ間隔（Ｌ）で設置したものである。
冷却媒体通路の中心から棒状カートリッジヒーターの中心までの距離Ｌ２は４０ｍｍである。
棒状カートリッジヒーター１０００Ｗ（１０ｍｍΦ×４００ｍｍ、ワット密度８．３Ｗ／ｃｍ２）（株式会社八光電機製GLE4103）を用いた。
図１および図２におけるコア凸部３４は、図４に示す成形品２００の開口部２４４を形成するものである。ここで、図３に示すように、金型に射出充填された熱可塑性の溶融樹脂がコア部３４を回り込んでぶつかり合う部分が、ウエルドライン発生位置３７である。
樹脂は、金型のパーティング面にランナー部を設けたパーティング射出方式を用いた。
また使用する材料としては、ガラス転移温度が１０５℃のＡＢＳ（アクリロニトリルブタジエンスチレン）樹脂に着色剤を添加した高光沢黒色材料を用いた。
【００６５】
成形品を下記に示す射出成形工程に従って作製した。
成形機は、最大型締め力３００トンの東芝機械製（Ｓ１００Ｖ−８Ａ）を用いた。
【００６６】
[工程１]金型を加熱し、１２０℃一定に保った状態で金型を型締めした。
[工程２]（樹脂充填）金型を型締めした状態で熱可塑性樹脂を充填した。
[工程３]（金型分離、冷却）型締め力を下げ、キャビティを閉鎖した状態で、第一部分と第二部分とをそれぞれ５ｍｍ分離し、冷却媒体通路に２５℃の冷却水を通水して、キャビティ面を急冷却した。
キャビティ温度が、７０℃に達してから通水を停止し、通水停止後１０秒後に金型を開放し、同時に冷却媒体通路の水を圧縮空気にて排出した。
[工程４]（離型）金型離型後、直ちに成形体を取り出し、金型を型締めした。
[工程５]（金型加熱）金型加熱部の伝熱によりキャビティ面を１２０℃に急加熱し、工程１に戻した。
【００６７】
実施例１における金型の昇温速度は２００℃／分、降温速度は５００℃／分、成形サイクルは３０秒であった。
【００６８】
得られた成形体２００の寸法は、２００ｍｍ×１５０ｍｍ、肉厚２ｍｍであり、図４に示すように２０×１００ｍｍの開口部２４４と、成形品におけるランナー部２３３とを有するものであった。
成形品の外観は良好で、ウエルドラインは外観上全く観察されない、外観に極めて優れたものであった。
【００６９】
〔実施例２〕
金型のキャビティ面側の第一部分１１，２１の材質を実施例１の第二部分で用いた炭素鋼に変えた以外は、実施例１と同様な金型を用いて成形を行った。実施例２における金型の昇温速度は１５０℃／分、降温速度は３００℃／分、成形サイクルは４５秒であった。
実施例２の成形品は、実施例１と同様良好な外観を得ることができた。
【００７０】
〔実施例３〕
キャビティ面の冷却時に第一部分１１，２１と第二部分１２，２２を分離しなかった以外は、実施例１と同様に成形体を作製した。実施例３における金型の昇温速度は７０℃／分、降温速度は４００℃／分、成形サイクルは７０秒であった。
実施例３の成形品は、実施例１と同様良好な外観を得ることができた。
【００７１】
〔実施例４〕
キャビティ面側の第一部分１１，２１の材質を実施例１の第二部分で用いた炭素鋼に変え、キャビティ面の冷却時に第一部分１１，２１と第二部分１２，２２を分離しなかった以外は、実施例１と同様の方法で成形体を作製した。実施例４における金型の昇温速度は１００℃／分、降温速度は３００℃／分、成形サイクルは８０秒であった。
実施例４の成形品は、実施例１と同様良好な外観を得ることができた。
【００７２】
〔実施例５〕
熱可塑性樹脂として２０質量％のガラス繊維強化ＳＡＮ（スチレンアクリロニトリル）樹脂を用い、実施例１と同様の操作を行った。なお、最初の金型温度の設定を２２０℃とし、冷却を７０℃まで行った。
昇温速度は２００℃／分、降温速度は５００℃／分、成形サイクルは９０秒であった。
図５に本実施例で得られた成形品３００の概略上面図を示す。本実施例では、キャビティ内に熱可塑性樹脂が充填されると同時に図３に示したシャットオフ弁３６を開放し、捨てキャビ部分３５に樹脂を充填し、成形品３００を得た。この時、射出成形機からの樹脂の充填は継続することにより、捨てキャビ部分３５に、ウエルドライン発生位置の樹脂が一部移動した。
図５に示すように、得られた成形品３００は、２０×１００ｍｍの開口部３４４と、成形品におけるランナー部３３３と、成形品における捨てキャビ部分３３５とを有するものであり、外観に優れ、ウエルドラインのないものであった。
また、成形後にウエルドライン発生位置３７を含む成形片（Ａ）を切り出してウエルド強度を測定した。
ウエルド強度は引張強度９０ＭＰａであり、強度に優れていた。
【００７３】
〔実施例６〕
熱可塑性樹脂として使用材料としては、平均粒径３０μｍのアルミニウムフレークと透明ＡＢＳをコンパウンドして調製した１．５質量％アルミニウムフレーク入りＡＢＳ樹脂を用いる以外は、実施例５と同様な方法で成形品を作製した。
得られた成形品は外観に優れ、ウエルドラインの無い極めて外観に優れたメタリック調の成形品が得られた。
【００７４】
〔比較例１〕
金型温度を７０℃一定で成形を行う以外は、実施例１と同様の方法で成形品を作製した。成形品は、開口部の中央にウエルドラインがある外観に劣った成形品であった。サイクル時間は３０秒であった。
【００７５】
〔比較例２〕
金型温度を７０℃一定で成形を行う以外は、実施例５と同様の方法で成形品を作製した。成形品は、開口部の中央にウエルドラインがある外観に劣った成形品であった。また、実施例５と同様にウエルド強度を測定した結果、引張り強度４０ＭＰａと強度が劣る結果となった。また、サイクル時間は３０秒であった。
【００７６】
〔比較例３〕
金型温度を７０℃一定で成形を行う以外は、実施例６と同様の方法で成形品を作製した。成形品は、開口部の中央に黒色の極めて目立つウエルドラインがある外観に劣った成形品であった。また、サイクル時間は３０秒であった。
【００７７】
〔比較例４〕
実施例１と同じ手順で成形を行ったが、金型は、ヒーターの位置と冷却水管の位置が異なる以外は、実施例４と同じ構造および材質のものを使用した。つまり、ヒーターの設置位置は、キャビティ面より２００ｍｍで、冷却水管は、ヒーターの後方（キャビティ面と反対側）のＬ０＝４００ｍｍの位置に設置した。実施例１と同様に金型キャビティ面を７０℃と１２０℃の温度で上げ下げした。昇温速度は、２０℃／分で冷却速度は、１０℃／分で、成形サイクルは、８分であった。成形品の表面にはウエルドラインの無い外観の物が得られた。
【００７８】
［評価条件］
（引張強度）
引張強度は、ＩＳＯ５２７−１に準じ以下の条件にて測定した。
・試験環境：２３℃５０ＲＨ％
・成形品：ＪＩＳ  Ｋ７１１３  ３号試験片
・引張速度：５ｍｍ／ｍｉｎ
・チャック間：５０ｍｍ
・使用機器：インストロン５０ｋＮ（インストロン社製）
【００７９】
上記のように、本発明の射出成形方法を用いた実施例は、ハイサイクルで成形することが可能であり、かつ、ウエルドラインが発生せず外観に優れるものであった。
一方、金型の温度が一定である比較例は、成形のサイクル時間が長い、あるいはウエルドラインが生じ外観に劣った。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明によれば、各種電化製品や自動車等の外観部品等、高レベルでの外観特性が要求される熱可塑性樹脂成形体をハイサイクルで成形できる射出成形方法を提供することができる。
【符号の説明】
【００８１】
１００  金型
１０、２０    金型部分
１１、２１    第一部分
１２、２２    第二部分
１３、２３    第一の温度調節手段（冷却媒体通路）
１４、２４    第二の温度調節手段（棒状カートリッジヒーター）
１５、２５    断熱板
１６、２６    キャビティ面とは反対側の面
３０    キャビティ
３１、３２    キャビティ面
３３    ランナー部
３４    金型コア凸部
３５    捨てキャビ部分
３６    シャットオフ弁
３７    ウエルドライン発生位置
４０    ばね
２００，３００    成形品
２３３，３３３    成形品におけるランナー部
２４４，３４４    開口部
３３５  成形品における捨てキャビ部分
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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