(57)【要約】【課題】凹凸外観を有することにより風合いの良い樹脂板を容易に得るための成形方法、成形品および成形システムを提供する。【解決手段】熱可塑性樹脂を射出成形する際、キャビティに製品部体積の１／４以上１／２以下のオーバーフロー部を有する射出成形用金型を用い、かつ射出成形機シリンダ内のクッション量を除いた樹脂の計量値Ｖを（キャビティ製品部体積×０．９）≦Ｖ≦｛キャビティ製品部体積＋（キャビティオーバーフロー部体積×０．５）｝の範囲で設定し、かつ成形される熱可塑性樹脂のガラス転移温度をＴｇとした場合に金型温度ＴをＴｇ＋１０℃≧Ｔ≧Ｔｇ−３０℃に設定する事を特徴とする凹凸外観を有する樹脂板の成形方法、成形品および成形システム。【選択図】　　図１
2004050592.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性樹脂を射出成形する際、キャビティに製品部体積の１／４以上１／２以下のオーバーフロー部を有する射出成形用金型を用い、かつ射出成形機シリンダ内のクッション量を除いた樹脂の計量値Ｖを（キャビティ製品部体積×０．９）≦Ｖ≦｛キャビティ製品部体積＋（キャビティオーバーフロー部体積×０．５）｝の範囲で設定し、かつ成形される熱可塑性樹脂のガラス転移温度をＴｇとした場合に金型温度ＴをＴｇ＋１０℃≧Ｔ≧Ｔｇ−３０℃に設定する事を特徴とする凹凸外観を有する樹脂板の成形方法。
【請求項２】
成形に使用する射出成形機シリンダ内の温度設定が、成形しようとする熱可塑性樹脂のＴｇ＋８０℃〜１６０℃であることを特徴とする請求項１記載の凹凸外観を有する樹脂板の成形方法。
【請求項３】
金型のキャビティ部が平滑であることを特徴とする請求項１または２いずれか記載の凹凸外観を有する樹脂板の成形方法。
【請求項４】
熱可塑性樹脂がメチルメタクリレートースチレン共重合体またはメチルメタクリレートーブタジエンースチレン共重合体であることを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の凹凸外観を有する樹脂板の成形方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか記載の成形方法を用いて成形された樹脂板。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか記載の成形方法を用いて成形された板状成形品において、その成形品の成形に使用された金型のキャビティ厚さｔｍと、成形品の最大厚さｔがｔ≧０．９×ｔｍで、かつ成形品の少なくとも片面のＲｍａｘとの関係が０．１５×ｔｍ／２≦Ｒｍａｘ≦０．２５×ｔｍ／２であることを特徴とする凹凸外観を有する樹脂板成形品。
【請求項７】
請求項１〜４のいずれか記載の成形方法を組み込んでなる成形システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は凹凸外観を有する樹脂板の成形方法、成形品および成形システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
凹凸外観を有する樹脂成形板は、表面が平滑なものと比較して風合いが良く、金属やガラスと比較して軽い等の特性から、店装ディスプレイや、透明なものは照明器具カバーなどの用途にも広く使用されている。
【０００３】
樹脂成形板の風合いを良くするために凹凸を付与する方法としては、板を押出生産時にロールを用いて板表面に凹凸を転写させる方法、金属やマイカ等の無機物を配合して押出成形や射出成形をする方法、予め凹凸面を有した金型を用いる方法、予め凹凸面を有したシートを金型内に配してその上に溶融樹脂の射出成形を行うインモールド成形などが一般に知られている。
【０００４】
しかしながら、押出生産時にロール転写で得られた板は、適当な形状に切断加工した後に、曲面板を得るために熱成形による曲げ加工を行うと、凹凸面が消失しその結果風合いが失われる。また上記のような無機物を配合する方法は摩耗により金型の寿命を短くする事があり、また透明なものについてはその透明感が損なわれる。また、予め凹凸面を有した金型を用いる方法やインモールド成形はコストアップにつながる。
また、例えば特開平４−８３６２１や特開平７−３１４４９９に開示されているようなオーバーフロー部を有した金型での射出成形については、あくまでも過充填を防ぎ金型寸法通りの成形品を得ることを目的としたものである。したがって、金型のキャビティ部が平滑であると風合いの良い凹凸外観の成形品は得られない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、凹凸外観を有することにより風合いの良い樹脂板を容易に得るための成形方法、成形品および成形システムを提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
即ち本発明は下記の通りである。
１）熱可塑性樹脂を射出成形する際、キャビティに製品部体積の１／４以上１／２以下のオーバーフロー部を有する射出成形用金型を用い、かつ射出成形機シリンダ内のクッション量を除いた樹脂の計量値Ｖを（キャビティ製品部体積×０．９）≦Ｖ≦｛キャビティ製品部体積＋（キャビティオーバーフロー部体積×０．５）｝の範囲で設定し、かつ成形される熱可塑性樹脂のガラス転移温度をＴｇとした場合に金型温度ＴをＴｇ＋１０℃≧Ｔ≧Ｔｇ−３０℃に設定する事を特徴とする凹凸外観を有する樹脂板の成形方法。
【０００７】
２）上記１）記載の成形方法を用いて成形された板状成形品において、金型のキャビティ厚さｔｍ、成形品の最大厚さｔ、成形品の少なくとも片面のＲｍａｘとの関係が、ｔ≧０．９×ｔｍかつ０．１５×ｔｍ／２≦Ｒｍａｘ≦０．２５×ｔｍ／２であることを特徴とする凹凸外観を有する樹脂板。
３）上記１）記載の成形方法を組み込んでなる成形システム。
【０００８】
本発明において風合いの良い樹脂板とは、表面に凹凸外観を有し、その成形品の成形に使用された金型のキャビティ厚さｔｍと、成形品の最大厚さｔと、成形品の少なくとも片面のＲｍａｘとの関係が、ｔ≧０．９×ｔｍかつ０．１５×ｔｍ／２≦Ｒｍａｘ≦０．２５×ｔｍ／２であることを満足するものが好ましい。ここでいうＲｍａｘとはＪＩＳ　Ｂ−０６０１−１９８２に記載されている粗さの表示方法である。板は曲率の有無は限定されない。
【０００９】
以下に本発明を詳細に説明する。
本発明の樹脂板の成形方法には射出成形を用いる。これは圧力が制御でき、成形サイクルが短く、また後加工が少ない利点からである。射出成形機は一般に市販されているものを利用することができる。射出成形に使用する金型のキャビティ部は平滑で良い。これは本発明の重要な特徴の１つであり、金型に凹凸を施してそれを転写させる方法と比較して凹凸加工のコストが省ける。
【００１０】
本発明の成形方法に用いる金型は、そのキャビティに製品部体積の１／４以上、好ましくは１／３〜１／２のオーバーフロー部を有するものでなければならない。ここでいうオーバーフロー部とはキャビティにおいて樹脂流動下流側に設けられた樹脂溜り部でありその概念図を図１に示す。このオーバーフロー部が製品部体積の１／４以上ないと射出成形時に溶融樹脂は金型の平滑面を転写してしまい、風合いの良い凹凸表面を得ることができない。このオーバーフロー部は製品部体積の１／４以上あれば良いが、成形条件幅が広く取れることを考えると１／３以上が好ましい。逆にあまり大きすぎると成形サイクルが長くなったり、金型が大きくなることにより使用できる射出成形機が限られたりする為、さらに好ましくは１／３〜１／２である。
また、オーバーフロー部は複数設けることができる。オーバーフロー部を複数設けたり、オーバーフロー部が１つであっても製品部とオーバーフロー部をつなぐ流路が複数あったほうが、製品部全体にわたって風合いの良い凹凸外観が得られやすく、好ましい。
流路の形状については特に限定されないが、その肉厚がキャビティ製品部と同じか８割程度までが好ましい。これは、キャビティ製品部に対して流路の肉厚が極端に薄くなってしまうと、オーバーフローへの溶融樹脂流動がスムーズでない為に、キャビティ製品部での圧力が上昇してしまい、凹凸生成の成形条件が狭くなることがあるからである。
流路部分の体積はオーバーフロー部の体積に含める。成形後にこのオーバーフロー部分の樹脂は切断されるため製品にはならないが、製品の機能を損なわない範囲で破砕して再利用することができる。
【００１１】
また、本発明の成形方法では、射出成形機のシリンダ内のクッション量を除いた樹脂の計量値Ｖ、すなわち実際に金型内に流し込む樹脂の体積を、（キャビティ製品部体積×０．９）≦Ｖ≦｛キャビティ製品部体積＋（キャビティオーバーフロー部体積×０．５）｝の範囲で設定する。キャビティ製品部体積×０．９よりも小さいと、製品部でショートショットを起こしたり、ゲート近傍とゲートから離れた流動下流側での肉厚差が大きくなり、得ようとする成形品形状が得られない。また、キャビティ製品部体積＋（キャビティオーバーフロー部体積×０．５）より大きいと、射出成形時に溶融樹脂は金型の平滑面を転写してしまい、風合いの良い凹凸表面を得ることができない。
【００１２】
また、本発明の成形方法では、成形する熱可塑性樹脂のガラス転移温度をＴｇとした場合に、その成形に使用する金型の金型温度ＴをＴｇ＋１０℃≧Ｔ≧Ｔｇ−３０℃に設定する。ここで言うガラス転移温度Ｔｇとは、ＪＩＳ　Ｋ−７１２１−１９８７に記載されている方法により予め測定された値である。金型温度の温度調節は金型に加工された冷却管に一定温度の水や油の媒体を流すことによって行われる公知の方法で良く、市販の金型温度調節機を使用することができる。
本発明の成形方法は、金型内で樹脂が冷えていく際の樹脂の収縮によって表面に風合いの良い凹凸を得ようとするものである。よって、金型温度がＴｇ−３０℃より低いと樹脂表面のスキン層が強固になりすぎて凹凸面が得られなかったり、ボイドとしてその収縮分が成形品内部に形成されてしまう。但し、むやみに金型温度を高くすると成形サイクルが長くなってしまうため、本発明の範囲で成形品の状態と成形サイクルを見ながら金型温度を調節することが望ましい。
【００１３】
本発明の成形方法は、キャビティに製品部体積の１／４以上１／２以下のオーバーフロー部を有する射出成形用金型を用い、かつシリンダ内のクッション量を除いた樹脂の計量値Ｖをキャビティ製品部体積×０．９≦Ｖ≦キャビティ製品部体積＋（キャビティオーバーフロー部体積×０．５）の範囲で設定し、かつ成形される熱可塑性樹脂のガラス転移温度をＴｇとした場合に金型温度ＴをＴｇ＋１０℃≧Ｔ≧Ｔｇ−３０℃に設定することを特徴とする。このどれか１つが欠けても風合いの良い凹凸表面の成形品は得られない。また、その際に成形に使用する射出成形機シリンダ内の温度設定が、成形しようとする熱可塑性樹脂のＴｇ＋８０℃〜１６０℃であることが好ましい。Ｔｇ＋８０℃未満であると、金型内で樹脂の固化が早く進みすぎて風合いの良い凹凸表面を得ることが難しい場合があるのと同時に、必要な流動性の確保が難しい場合がある。一方Ｔｇ＋１６０℃よりも高いと、必要な流動性は確保されるが、成形サイクルが長くなりすぎ生産性が落ちることがあり、また場合によっては樹脂の分解が起こり、成形品の強度が低下することがある。
【００１４】
本発明の成形方法を用いて成形された板状成形品とは、請求項１〜４のいずれか記載の成形方法を用いて成形された板状成形品において、その成形品の成形に使用された金型のキャビティ厚さｔｍと、成形品の最大厚さｔがｔ≧０．９×ｔｍ、かつ成形品の少なくとも片面のＲｍａｘとの関係が０．１５×ｔｍ／２≦Ｒｍａｘ≦０．２５×ｔｍ／２であることを特徴とする凹凸外観を有する樹脂板成形品であることが好ましい。ここでいうＲｍａｘとはＪＩＳ　Ｂ−０６０１−１９８２に記載されている粗さの表示方法であり、市販の表面粗さ計で測定することができる。
ｔ＜０．９×ｔｍであると、ゲート近傍とゲートから離れた流動下流側での肉厚差が大きくなるなど成形品としての肉厚変動が大きくなり、製品の設計上好ましくない。
Ｒｍａｘ＜０．１５×ｔｍ／２であると表面が平滑な印象となり風合いとして不十分である。また、Ｒｍａｘ＞０．２５×ｔｍ／２であると、凹凸の凹部が他の多くの凹部とつながってしまい、バランスの良い凹凸表面にならない。０．１５×ｔｍ／２≦Ｒｍａｘ≦０．２５×ｔｍ／２の範囲が凹凸のバランスも良く、風合いが良い。
【００１５】
本発明の成形方法を組み込んでなる成形システムとは、請求項１〜４のいずれか記載のオーバーフロー部を有する射出成形用金型を用い、成形品表面の形状をモニターしながら、請求項１または２記載の範囲で樹脂の計量値や金型温度、シリンダ設定温度、加えて樹脂圧力等の設定を最適化する成形システムが考えられる。組み込む方法については特に限定されないが、例えばオンラインでレーザー等により成形品表面の形状を測定し、その結果をフィードバックさせ、電気的に射出成形機の樹脂計量値、シリンダ温度、樹脂圧力等の設定や、金型温度調節器の温度設定を変更するシステム等が考えられる。
この際、射出成形に使用する金型内には圧力センサーを設置して、横軸を時間とし縦軸を圧力としたキャビ内圧のプロファイルをモニターにより表示させると共にその数値や形状を記憶させて、成形品表面の形状との相関を比較しながら、樹脂の計量値や金型温度等の設定を変更される仕組みが好ましい。金型温度の調整には一般に市販されている金型温調機が使用できるが、補助的に熱電対等の温度センサーで金型表面の温度を実測するシステムを組み合わせても良い。また、形状スキャニングに使用するレーザーは、レーザーのスポット径がより小さく、また焦点距離が短くとれる方が小さい成形品にも適用でき好ましい。
【００１６】
本発明で使用される樹脂材料は非晶性樹脂であることが好ましい。結晶性樹脂は冷却の仮定で結晶化が進み、その結晶化度によって成形品表面の硬さが急激に変化する為に凹凸のコントロールが難しい。また、本成形法では成形中に樹脂が金型と接触している面積および時間が通常の射出成形よりもかなり少ない為、結晶性樹脂の急冷による非晶化が期待できない。したがって得ようとする成形品に透明性が要求されるような場合にも結晶性樹脂は好ましくない。非晶性樹脂の場合は結晶性樹脂と比較して表面の硬化が徐々に進む為、成形品表面の凹凸コントロールがし易く成形条件幅も比較的広くとれる。同様の意味で、成形時温度から固化温度までの温度範囲において粘度の温度依存性が小さい樹脂や比熱が大きい樹脂が好ましい。また、Ｔｇが室温以下のように比較的低い樹脂については、金型温度の設定必要な冷却装置にコストがかかる。したがって非晶性樹脂の中でも更に好ましく適用される樹脂は、メチルメタクリレートースチレン共重合体やメチルメタクリレートーブタジエンースチレン共重合体である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に実施例と比較例を用いて、本発明の実施の形態をさらに具体的に説明するが、本発明はこれによって何ら制限されるものではない。　なお、用いた評価および試験方法を以下に示す。
【００１８】
１．射出成形機はアーブルグ社製オールラウンダー３２０−２１０−７５０を使用した。
２．成形樹脂のガラス転移温度ＴｇはＪＩＳ　Ｋ−７１２１に準拠し、セイコー電子工業社製ＤＳＣ２２０Ｃを使用して予め測定した。
３．金型のキャビティ形状は図２〜４に示すような製品部とオーバーフロー部を５つの流路でつなげたものであり、金型Ａ−１、Ａ−２、Ａ−３の３種類のものを使用した。金型キャビティの寸法は予め東京精密社製３次元座標測定器ＧＳ８００Ｄ−３３Ｒを使用して測定した。金型のキャビティ厚さｔｍは３つの金型とも２ｍｍであり、各金型のキャビティ体積は表１の通りである。ここでオーバーフロー部体積は流路の体積も含んでいる。
４．成形品の外観は目視により観察すると共に、表面凹凸の指標であるＲｍａｘをＪＩＳ　Ｂ−０６０１に準拠し東京精密社製サーフコム５７０Ａ（触針１μｍＲ）を使用して測定した。測定はｎ１０で測定し、その平均値を採用した。
５．成形品の最大厚さｔはミツトヨ製デジマティックマイクロメーターＢＭＤ−２５ＤＭを使用してランダムに３０個所の厚さを測定し、その最大値を採用した。
【００１９】
【表１】
2004050592.tif 000003
【００２０】
【実施例１】
使用樹脂は電気化学工業（株）製ＭＳ（メチルメタクリレートースチレン共重合体）のＴＸ−１００（Ｂ−１）とし、上記の金型Ａ−１を用いて射出成形を行った。成形条件は樹脂温度２３０℃、射出率４２ｃｍ３／秒、保持圧力５０ｋｇ／ｃｍ２、保圧時間２秒、冷却時間３０秒、金型温度設定７０℃とし、樹脂の計量値は３００００ｍｍ３とした。得られた成形品を上記の方法で成形品最大厚さｔとＲｍａｘを測定したところ、成形品最大厚さｔ＝１．９２ｍｍ、Ｒｍａｘ＝０．２１の結果を得た。また表面を目視で観察したところ、ショートショットではなく、風合いの良い凹凸外観を呈するものであった。その結果を表２に示した。
【００２１】
【実施例２〜１０】及び
【比較例１〜９】
使用樹脂、使用金型、計量値、金型温度のうちの一部を変えた他は、実施例１と同様に実施した。以上の結果を表２にまとめて示した。なお表２における使用樹脂の注釈は次の通りである。
Ｂ−１　電気化学工業（株）製ＭＳのＴＸ−１００
Ｂ−２　電気化学工業（株）製ＭＢＳ（メチルメタクリレートーブタジエンースチレン共重合体）のＴＨ−２１
【００２２】
【表２】
2004050592.tif 000004
【００２３】
【発明の効果】
本発明は凹凸外観を有することにより風合いの良い樹脂板を容易に得るための成形方法、成形品および成形システムを提供するものであり、得られた樹脂成形板は、店装ディスプレイや、透明なものは照明器具カバーなどの用途に好適に用いられるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】オーバーフロー部の概念図である。
【図２】本実施例および比較例に用いた金型のキャビティ形状である。
【図３】本実施例および比較例に用いた金型のキャビティ形状である。
【図４】本実施例および比較例に用いた金型のキャビティ形状である。
【図１】
2004050592.tif 000005
【図２】
2004050592.tif 000006
【図３】
2004050592.tif 000007
【図４】
2004050592.tif 000008