(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
裏面側に凸な厚肉部を有する樹脂製品を成形する方法であって、
金型のキャビティ内に溶融樹脂をキャビティ容積よりも少ない量だけ充填する第１の工程と、
裏面側の型面からキャビティ内に気体を注入して溶融樹脂を裏面側の型面から剥離する第２の工程と、
溶融樹脂を裏面側の型面から剥離した状態で固化する第３の工程と、
を備え、
前記表面側の金型温度を、前記樹脂が結晶性樹脂の場合に（結晶化温度＋５０℃）〜（結晶化温度−５０℃）に設定し、前記樹脂が非結晶性樹脂の場合に（ガラス転移温度＋５０℃）〜（ガラス転移温度−５０℃）に設定し、前記裏面側の金型温度を、前記樹脂が結晶性樹脂の場合に（表面側の金型温度−１０℃）〜（表面側の金型温度−５０℃）に設定し、前記樹脂が非結晶性樹脂の場合に（表面側の金型温度−１０℃）〜（表面側の金型温度−５０℃）に設定することを特徴とする成形方法。
【請求項２】
裏面側に凸な厚肉部を有する樹脂製品を成形する装置であって、
金型のキャビティ内に溶融樹脂をキャビティ容積よりも少ない量だけ充填する充填制御手段と、
裏面側の型面からキャビティ内に所定量の気体を注入して溶融樹脂を裏面側の型面から剥離させる気体注入手段と、
表面側の金型温度を裏面側の金型温度よりも高くする温度制御手段と、
を備え、
前記温度制御手段は、前記表面側の金型温度を、前記樹脂が結晶性樹脂の場合に（結晶化温度＋５０℃）〜（結晶化温度−５０℃）に設定し、前記樹脂が非結晶性樹脂の場合に（ガラス転移温度＋５０℃）〜（ガラス転移温度−５０℃）に設定し、前記裏面側の金型温度を、前記樹脂が結晶性樹脂の場合に（表面側の金型温度−１０℃）〜（表面側の金型温度−５０℃）に設定し、前記樹脂が非結晶性樹脂の場合に（表面側の金型温度−１０℃）〜（表面側の金型温度−５０℃）に設定することを特徴とする成形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、裏面側に凸な厚肉部を有する樹脂製品を成形する成形方法及び成形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の樹脂製品は、樹脂の収縮によるヒケが厚肉部の表面側に発生し、外観品質が損なわれるという問題がある。そこで、金型のキャビティ内に充填した溶融樹脂を保圧し、その状態で溶融樹脂を固化することで、樹脂の収縮分を補充し、ヒケの発生を防止する方法が提案されている（特許文献１）。この方法では、溶融樹脂の保圧と同時に、裏面側の型面からキャビティ内に加圧ガスを注入して溶融樹脂を表面側の型面に押し付けている。
【特許文献１】特開平１１−１９８１６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、この方法によると、樹脂保圧が適切でないと、製品表面に凹みが生じ易いという問題と、樹脂保圧と同時に加圧ガスの注入を行っているため、注入するガス圧を高く設定しなければならず、成形装置のコストアップを招くという問題と、樹脂保圧工程が必要となる分だけサイクルタイムが長くなり、生産性が悪くなるという問題とがある。
【０００４】
本発明は、このような事情に鑑み、凹みの発生がなく、成形装置のコストダウンを図ることができ、生産性を高めた成形方法及び成形装置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】
【０００５】
上記課題を解決するための本発明の成形方法は、裏面側に凸な厚肉部を有する樹脂製品を成形する方法であって、金型のキャビティ内に溶融樹脂をキャビティ容積よりも少ない量だけ充填する第１の工程と、裏面側の型面からキャビティ内に気体を注入して溶融樹脂を裏面側の型面から剥離する第２の工程と、溶融樹脂を裏面側の型面から剥離した状態で固化する第３の工程と、を備え、前記表面側の金型温度を、前記樹脂が結晶性樹脂の場合に（結晶化温度＋５０℃）〜（結晶化温度−５０℃）に設定し、前記樹脂が非結晶性樹脂の場合に（ガラス転移温度＋５０℃）〜（ガラス転移温度−５０℃）に設定し、前記裏面側の金型温度を、前記樹脂が結晶性樹脂の場合に（表面側の金型温度−１０℃）〜（表面側の金型温度−５０℃）に設定し、前記樹脂が非結晶性樹脂の場合に（表面側の金型温度−１０℃）〜（表面側の金型温度−５０℃）に設定することを特徴とする。
【０００６】
上記課題を解決するための本発明の成形装置は、裏面側に凸な厚肉部を有する樹脂製品を成形する装置であって、金型のキャビティ内に溶融樹脂をキャビティ容積よりも少ない量だけ充填する充填制御手段と、裏面側の型面からキャビティ内に所定量の気体を注入して溶融樹脂を裏面側の型面から剥離させる気体注入手段と、表面側の金型温度を裏面側の金型温度よりも高くする温度制御手段と、を備え、前記温度制御手段は、前記表面側の金型温度を、前記樹脂が結晶性樹脂の場合に（結晶化温度＋５０℃）〜（結晶化温度−５０℃）に設定し、前記樹脂が非結晶性樹脂の場合に（ガラス転移温度＋５０℃）〜（ガラス転移温度−５０℃）に設定し、前記裏面側の金型温度を、前記樹脂が結晶性樹脂の場合に（表面側の金型温度−１０℃）〜（表面側の金型温度−５０℃）に設定し、前記樹脂が非結晶性樹脂の場合に（表面側の金型温度−１０℃）〜（表面側の金型温度−５０℃）に設定することを特徴とする。
【０００７】
かかる構成によれば、裏面側の型面からキャビティ内に気体を注入すると、溶融樹脂が裏面側の型面から剥離する一方、表面側は型面に密着しようとするため、表面側から固化が始まる。このため、溶融樹脂が表面側に引き寄せられ、裏面側にヒケが生じる。冷却が進むと、溶融樹脂の裏面側の固化が始まるが、溶融樹脂の表面側は既に固化しているため、表面側にヒケが発生することはない。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、製品の表面に凹みが発生しなくなるとともに、裏面側の型面からキャビティ内に注入する気体の圧力が小さくて済み、成形装置のコストダウンを図ることができる。
【０００９】
また、樹脂保圧工程が不要となる分だけサイクルタイムが短くなり、生産性が良くなるという効果もある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
【００１１】
図７は本発明の成形装置を示している。この成形装置は、金型のキャビティ内に溶融樹脂をキャビティ容積よりも少ない量だけ充填する充填制御手段９を備えている。さらに、固定型１に温水を供給して温度制御する温水供給部１０と、可動型２に温水を供給して温度制御する温水供給部１１とからなる温度制御手段１２を備えている。可動型２には気体注入手段１３から工場エアが供給される。
【００１２】
図８は可動型２の気体注入通路の配置を示している。可動型２の型面には、裏面側に凸な厚肉部であるリブを成形するための凹部５を複数個形成してある。気体注入通路１４はこれら凹部５と平板成形部の型面に開口しており、各開口部に焼結鋼（図示せず）を設置して、溶融樹脂４の気体注入通路１４内への進入を阻止している。なお、注入した気体は金型内に留めておく必要はなく、金型の合わせ面等から大気中に放出すればよい。つまり、注入気体をシールする必要がなく、コスト的に安価で済む。
【００１３】
次に、この成形装置を用いて製品を成形する方法について説明する。
【００１４】
予め、金型（固定型１と可動型２）の温度を温度制御手段１２により後述する値に設定しておく。これより、金型温度が通常の値（４０〜５０℃）よりも高くなるため、溶融樹脂が型面に密着し易くなる。
【００１５】
まず、図１に示すように固定型１と可動型２の間のキャビティ３内に溶融樹脂４を充填する。充填する溶融樹脂４の量は、キャビティ３の容積に対して１１％少ない値にするのが最良であるが、管理幅を考慮すると、３〜２０％の範囲に収まるようにすればよい。
【００１６】
溶融樹脂４の充填が完了した後、温度制御手段１２から固定型１と可動型２に冷水を供給し、溶融樹脂４の冷却を開始する。なお、溶融樹脂４の充填完了後直ちに冷却工程へ移行するのが好ましいが、実際は成形装置の動作のばらつきを考慮し、０.２秒位の時間間隔が置かれることになる（図１３(ｂ)参照）。
【００１７】
次いで、溶融樹脂４を保圧することなく、気体注入手段１３を作動させて可動型２の型面からキャビティ３内に気体を注入し、溶融樹脂４を可動型２の型面から剥離する（図２参照）。気体の注入は、溶融樹脂４の充填工程と冷却工程に跨って行われることになる（図１３(ｂ)参照）。
【００１８】
キャビティ３内には、その容積よりも少ない量の溶融樹脂４が充填されている。このため、可動型２側から気体を注入すると、その圧力によって溶融樹脂４が可動型２の型面に押し付けられる（以下、この作用をエアアシストという）。金型の温度は上述のように通常よりも高く設定してあるので、キャビティ３内に充填された溶融樹脂４には、固定型１の型面に密着しようとする力が働く（図３参照）。
【００１９】
このため、溶融樹脂４は図４に示すように固定型１の型面に密着し、その表面側から固化が始まる。表面側の固化層４ａの形成にともなって、溶融樹脂４が固定型１側に引き寄せられ、裏面側にヒケｈが生じ始める。
【００２０】
一方、溶融樹脂４の裏面側は気体の注入によって可動型２の型面から剥離し、空気断熱層が形成されているため、表面側よりも冷却の進行が遅れ、固化層の形成はまだ始まっていない。図９は、固定型１側と可動型２側における溶融樹脂４の温度変化を示している。つまり、固定型１側は可動型２側に較べて冷却の進行が遅いことが分かる。
【００２１】
冷却が進むと、溶融樹脂４の裏面側にも、図５に示すような固化層４ｂが形成されるが、表面側には既に固化層４ａが形成されているため、裏面側の収縮に表面側が引っ張られることはなく、ヒケは製品の表面には生じない。
【００２２】
図６はこのようして成形された製品Ｗを示している。ヒケｈは製品Ｗの裏面側に集中し、平板部ＦからリブＲに跨って生じるが、表面側には生じない。また、凹みが製品Ｗの表面に生じることもない。
【００２３】
ところで、溶融樹脂４のキャビティ３に対する充填量をキャビティ容積に対して３〜２０％少なくしているので、キャビティ３に対する気体注入圧力が低くても、溶融樹脂４は固定型１側に動く余裕がある。つまり、エアアシストが実現可能な状態にある。ただし、溶融樹脂４の未充填比が３％未満の場合、キャビティ３の一部に溶融樹脂４の完全充填される部分が生じるため、溶融樹脂４が固定型１側に動く余裕がなくなる。一方、溶融樹脂４の未充填比が２０％を超えると、溶融樹脂４の絶対量が不足し、製品Ｗとしての形状維持が困難になる。
【００２４】
図１１は金型の温度設定範囲の一実施例を示している。固定型１は中央部の温度が８０〜９０℃、周辺部の温度が８０〜９５℃に設定される。可動型２は中央部の温度が７０〜８０℃、周辺部の温度が６０〜８５℃に設定される。ここで、中央部とは、キャビティ３の中央部で図１０に符号Ａで示す領域のことをいう。周辺部とは、キャビティ３の周辺部で図１０に符号Ｂで示す領域のことをいう。
【００２５】
図１２は金型温度が５０℃と８０℃の場合における樹脂温度の時間変化を示している。つまり、金型温度が５０℃の場合、エア注入後、溶融樹脂が直ぐに固化してしまい、エアアシストの実現が困難になる。
【００２６】
ところで、金型の温度は樹脂の種類によって以下のように設定する必要がある。
【００２７】
１.固定型１の温度範囲
結晶性樹脂の場合      結晶化温度＋５０℃〜結晶化温度−５０℃
非結晶性樹脂の場合    ガラス転移温度＋５０℃〜ガラス転移温度−５０℃
２.可動型２の温度範囲
結晶性樹脂の場合      固定型温度−１０℃〜固定型温度温度−５０℃
非結晶性樹脂の場合    固定型温度−１０℃〜固定型温度温度−５０℃
（１）金型温度が以上の範囲にある場合（図１４(ｃ)参照）
溶融樹脂４が固定型１に密着し、可動型２側よりも早く固化するため、ヒケｈが可動型２側に集中し、固定型１側には生じない。
【００２８】
（２）可動型２の温度だけが規定範囲を超過している場合（図１４(ｄ)参照）
溶融樹脂４の一部が可動型２から剥離できず、両面にヒケが発生する。
【００２９】
（３）固定型１の温度だけが規定範囲を超過している場合（図１４(ｅ)参照）
固定型１側の固化層４ａが薄く、体積収縮に対抗する強度が得られず、両面にヒケが発生する。
【００３０】
（４）可動型２の温度だけが規定範囲に達していない場合（図１４(ｂ)参照）
可動型２側の固化が早くなるため、固化層４ｂが厚くなり、両面にヒケが発生する。
【００３１】
（５）固定型１の温度だけが規定範囲に達していない場合（図１４(ａ)参照）
溶融樹脂４が固定型１に密着できず、両面にヒケが発生する。
【００３２】
ところで、キャビティ３に対する気体の注入圧力は０.１〜０.６ＭＰａにするのが好ましい。注入圧力が０.１ＭＰａ未満の場合、溶融樹脂４の可動型２からの型離れが不完全になり、製品Ｗの表面でリブＲのある箇所にヒケが生じ易くなる。一方、注入圧力が０.６ＭＰａを超えると、固定型１の型面に気体が巻き込まれ、製品Ｗの表面にうねりを生じることになる。溶融樹脂４の充填開始時点から気体注入を開始するまでの遅延時間は０〜５秒にするのが好ましく、気体注入時間は２〜４０秒にするのが好ましい。
【００３３】
本実施形態では、溶融樹脂４の保圧は行っていないので、気体の注入圧が小さくて済む。また、気体の注入には工場エア等を利用することができるので、特別な設備は必要なく、コスト的に安価で済む。
【００３４】
さらに、図１３に示すように樹脂保圧工程が不要となる分だけサイクルタイムが短くなり、生産性が良くなる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の成形方法の第１工程を示す図。
【図２】本発明の成形方法の第２工程を示す図。
【図３】本発明の成形方法の第３工程を示す図。
【図４】本発明の成形方法の第４工程を示す図。
【図５】本発明の成形方法の第５工程を示す図。
【図６】本発明の成形方法で成形した製品を示す図。
【図７】本発明の実施に使用する成形装置を示す図。
【図８】同成形装置の金型を示す断面図。
【図９】金型内における樹脂の温度変化を示す図。
【図１０】金型の温度領域を示す図。
【図１１】金型の温度範囲を説明する図。
【図１２】金型内における樹脂の温度変化を示す図。
【図１３】本発明と従来例におけるサイクルタイムの相違を示す図。
【図１４】金型温度による成形状態の変化を示す図。
【符号の説明】
【００３６】
１      固定型
２      可動型
３      キャビティ
４      溶融樹脂
５      リブ成形用凹部
９      充填制御手段
１２    温度制御手段
１３    気体注入手段
１４    気体注入通路
Ｗ        製品
Ｒ        リブ
ｈ        ヒケ
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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