(57)【要約】【課題】  特にフィルムゲートを介して金型キャビティ内へ溶融樹脂を射出充填する射出成形方法において、金型内での溶融樹脂の樹脂流動長を延ばし、外観不良のない良好な成形品を容易に得られるようにする。【解決手段】  加圧ガスを予め金型キャビティに充填し、次いで溶融した熱可塑性樹脂を、フローフロントの移動速度が滑り発生速度以上の速度となるように射出し、プラグフローを発生させる。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融した熱可塑性樹脂を金型キャビティへ射出充填する射出成形方法において、加圧ガスを予め金型キャビティに充填し、次いで溶融した熱可塑性樹脂を、フローフロントの移動速度が滑り発生速度以上の速度となるように射出することを特徴とする射出成形方法。
【請求項２】
加圧ガスが二酸化炭素であることを特徴とする請求項１に記載の射出成形方法。
【請求項３】
溶融した熱可塑性樹脂を金型キャビティへ射出充填する射出成形方法において、滑剤を予め金型キャビティ内面に塗布し、次いで溶融した熱可塑性樹脂を、フローフロントの移動速度が滑り発生速度以上の速度となるように射出することを特徴とする射出成形方法。
【請求項４】
フローフロントの移動速度が１０ｍ／秒以上であることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項に記載の射出成型方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱可塑性樹脂の射出成形において、樹脂の金型キャビティへの充填を容易にする成形法に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱可塑性樹脂の射出成形において、通常、樹脂は金型キャビティに充填するのに充分な流動性を持つ温度まで加熱、溶融し成形される。溶融樹脂の流動性は、金型キャビティへの充填の容易さを決めるだけではなく、充填後に十分な圧力がキャビティ内の樹脂へ伝わるかどうかも左右するため、成形品の寸法精度、外観だけでなく、光ディスクなどの成形品で要求される金型表面の微細情報の高度な転写にも影響を与え、樹脂の加工性を決める重要な因子である。流動性を表す一つの指標として、溶融樹脂の粘度がある。
【０００３】
熱可塑性樹脂は溶融粘度が高く、成形材料として流動性に劣る。このため、成形品の光沢ムラ、ウェルドラインなどの外観不良や、光ディスクのピットなどに代表される金型表面の微細形状の転写不良を起こしやすく、薄肉の部品では樹脂が完全に充填できなくなるといった問題があった。
【０００４】
従来、流動性を高めるための樹脂の改質手段には、次の３種があった。
【０００５】
第一は樹脂の分子量を低くする方法で、平均分子量を下げたり、分子量分布を広げ、特に低分子量成分を増したりするものであるが、流動性は増すものの衝撃強度や耐薬品性が低下するといった問題がある。
【０００６】
第二は分子中にコモノマを導入する方法であるが、熱時剛性が低下する問題がある。
【０００７】
第三はミネラルオイルなどの低分子量の油状物質や、高級脂肪酸エステルなどの可塑剤を添加する方法であり、可塑剤により熱時剛性が低下したり、成形時に可塑剤が金型に付着して汚すなどの問題があった。
【０００８】
また、流動性を高める成形条件としては、樹脂温度や金型温度を高めることが効果的である。しかし、高い樹脂温度は樹脂自身や添加剤の熱分解を引き起こし、成形品強度の低下、樹脂劣化物による異物の発生、金型汚れ、変色などの問題が発生しやすくなり、また、金型温度を高くすると、型内の樹脂の冷却が遅くなり、成形サイクルタイムが長くなるといった問題があった。
【０００９】
一方、例えば以下に掲げる非特許文献１など、多くの文献に示されるように、二酸化炭素を樹脂に吸収させると、樹脂の可塑剤として働き、ガラス転移温度を低下させることが知られており、例えば特許文献１や特許文献２には、二酸化炭素などのガスを熱可塑性樹脂中に含ませ、溶融樹脂の流動性を向上させる方法が示されている。この二酸化炭素を用いる方法は、成形後は二酸化炭素が成形品から放出されてしまうため、物性を損なうことがなく、しかも金型の汚れ、成形サイクルの遅延を発生させない利点がある。
【００１０】
【非特許文献１】Ｊ．  Ａｐｐｌ．Ｐｏｌｙｍ．Ｓｃｉ．，Ｖｏｌ．３０，２６３３（１９８５）
【特許文献１】特開平５−３１８５４１号公報
【特許文献２】特許第３２１８３９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、従来の二酸化炭素を用いた射出成形の場合、例えば薄板状の成形品を成形する場合などにおいては、二酸化炭素で溶融樹脂の流動性を高めているにも拘わらず、金型内での溶融樹脂の樹脂流動長が十分に得られず、二酸化炭素を多量に樹脂に溶解させると、成形品表面に発生する発泡模様の発生を防止しにくくなるなど、外観不良を生じやすい問題がある。
【００１２】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、金型キャビティ内へ溶融樹脂を射出充填する射出成形方法において、金型内での溶融樹脂の樹脂流動長を延ばし、外観不良のない良好な成形品を容易に得られるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するため本発明者らは検討の結果、特定の流体と樹脂の組み合わせにおいて、あらかじめ流体を金型キャビティに存在させ、樹脂充填中に流体が樹脂と金型表面の界面に入り込んで、樹脂と金型表面との間に流体層が介在した状態で樹脂が金型内を流動すると、樹脂が金型表面をすべりながら流れ、樹脂の見かけ上の流動抵抗が減少して、金型内での溶融樹脂の樹脂流動長が延びることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１４】
すなわち、本発明の第１は、溶融した熱可塑性樹脂を金型キャビティへ射出充填する射出成形方法において、加圧ガスを予め金型キャビティに充填し、次いで溶融した熱可塑性樹脂を、フローフロントの移動速度が滑り発生速度以上の速度となるように射出することを特徴とする射出成形方法を提供するもので、加圧ガスが二酸化炭素であることを好ましい態様として含むものである。
【００１５】
また、本発明の第２は、溶融した熱可塑性樹脂を金型キャビティへ射出充填する射出成形方法において、滑剤を予め金型キャビティ内面に塗布し、次いで溶融した熱可塑性樹脂を、フローフロントの移動速度が滑り発生速度以上の速度となるように射出することを特徴とする射出成形方法を提供するものである。
【００１６】
さらに上記本発明の第１と第２は、フローフロントの移動速度が１０ｍ／秒以上であることをその好ましい態様として含むものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、金型内に射出した溶融樹脂が金型表面に対して滑り、プラグフロー状態となって樹脂流動長が延びることから、良好な充填状態が得られ、外観不良のない良好な成形品が容易に得られるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明をさらに詳細に説明する。
【００１９】
本発明の射出成形法で使用される熱可塑性樹脂としては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、アクリル樹脂、スチレン系樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリアリレート、ポリフェニレンエーテル、変成ポリフェニレンエーテル樹脂、全芳香族ポリエステル（液晶ポリマー）、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリエーテルイミド、ポリエーテルサルフォン、ポリアミド系樹脂、ポリサルフォン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトンなどの一種またはこれらを二種以上混合したブレンド物、さらにはこれらに各種充填材を配合した配合物を挙げることができる。
【００２０】
ここでいうスチレン系樹脂とは、スチレンを必須原料とするホモポリマ、コポリマおよびこれらのポリマと他の樹脂より得られるポリマーブレンドであり、ポリスチレンまたはＡＢＳ樹脂であることが好ましい。また、ポリスチレンとは、スチレンホモポリマまたは樹脂相中にゴムが分布したゴム強化ポリスチレンである。
【００２１】
本発明の射出成形方法の第１は、加圧ガスを予め金型キャビティに充填しておいてから溶融樹脂を射出する方法であり、第２は、滑剤を予め金型キャビティ内面に塗布しておいてから溶融樹脂を射出する方法である。
【００２２】
上記ガスおよび滑剤としては、射出された溶融樹脂と金型表面の間に介在することで、金型表面に対する溶融樹脂の滑り性を向上させるものであることの他、樹脂や金型、成形機素材を劣化させないこと、成形する環境に対し危険性がないこと、安価であること、また成形後に成形品表面から速やかに揮発することなどを満たすものであることが好ましい。
【００２３】
金型キャビティに充填するガスとしては、例えば二酸化炭素、窒素などの不活性ガス、場合によっては炭素数１〜５の飽和炭化水素およびその一部水素をフッ素で置換したフロンなどのガスを用いることができ、これらを二種以上併用することもできるが、溶融樹脂に溶解しやすく、また溶融樹脂に溶解することによる可塑化作用が大きく、金型表面状態の成形品への転写性を向上させる効果が高いことから、二酸化炭素が最も好ましく、金型キャビティ内の二酸化炭素濃度が８０重量％以上となるように充填することが好ましい。
【００２４】
ガスは各種温度のガスが使用できる。大気温度のガスは勿論、加熱ガスも良好に使用できる。加熱ガスの場合、二酸化炭素を溶解し易い液体の気化物と二酸化炭素の混合ガスは良好に使用できる。
【００２５】
滑剤としては、例えば水、アルコール、炭化水素系やシリコン系もしくはフッ素系などの溶剤またはオイルなどの液体を挙げることができる。これらは単独でも二種以上を併用することもできる。また、この滑剤と上記加圧ガスを併用することもできる。
【００２６】
本発明の射出成形方法の第１においては、溶融樹脂の射出に先立って、加圧ガスを予め金型キャビティに充填しておく。つまり、前記加圧ガスを用いたカウンタプレッシャ成形を行う。
【００２７】
金型キャビティ内の加圧ガスの圧力は、使用するガスの種類や樹脂によっても相違するが、１〜１５ＭＰａであることが好ましい。金型キャビティ内の加圧ガスの圧力が低過ぎると、射出時に金型キャビティ内を流動する溶融樹脂のフローフロントの移動速度が後述する滑り発生速度以上の速度となるために極めて高速で射出することが必要となり、設備的負担が大きくなる。また、ガス圧力が１５ＭＰａを超えると金型を開こうとする力が無視できなくなったり、金型キャビティのシールが難しくなるなどの問題が生じやすい。
【００２８】
本発明の射出成形方法の第２においては、溶融樹脂の射出に先立って、滑剤を予め金型表面に塗布しておく。
【００２９】
上記滑剤の塗布量は、使用する滑剤の種類や樹脂によっても相違するが、金型表面が十分に濡れる程度の量であることが好ましい。塗布量が少な過ぎると、溶融樹脂の金型表面に対する滑りが得にくくなり、溶融樹脂のフローフロントの速度を後述する滑り発生速度以上の速度にしにくくなる。また、過剰の塗布量とすると、得られる成形品表面への滑剤の残留量が多くなる。
【００３０】
本発明においては、上記加圧ガスの充填または滑剤の塗布を行った後、溶融樹脂を金型キャビティに射出充填する。この時、金型キャビティ内を流動する溶融樹脂のフローフロントの移動速度が滑り発生速度以上の速度となる射出速度とする。この滑り発生速度とは、金型キャビティ内に流入した溶融樹脂と金型表面との界面に加圧ガスまたは滑剤が入り込むことで、溶融樹脂が金型表面に対して滑りながら流動する速度で、プラグフローを生じる速度である。
【００３１】
上記溶融樹脂のフローフロントの速度が滑り発生速度となる射出速度は、使用樹脂、金型キャビティ内のガス圧、滑剤の塗布量、金型の構造などによって相違するが、ある金型において、同じ加圧ガスの充填条件下または同じ滑剤の塗布条件下で、射出速度を変えて溶融樹脂を射出して金型内の流動長を測定したときに、流動長が急に延びる点として把握することができる。
【００３２】
予め金型キャビティに加圧ガスを充填した場合、溶融樹脂を射出充填中または射出充填完了直後に金型内の加圧ガスを金型外に放出し、溶融樹脂の充填を促すことが好ましい。また、上記のようにして溶融樹脂を射出充填した後は、樹脂を高い圧力下で冷却固化する通常の保圧方法を併用することができる。保圧方法としては、金型キャビティ内に溶融樹脂の補充圧力を加える樹脂保圧法、樹脂中や樹脂金型界面にガスなどの圧力流体を注入する圧力流体注入法、金型キャビティ体積を減少させる射出圧縮法などがあげられる。
【００３３】
本発明では、射出する溶融状態の樹脂に二酸化炭素などの可塑剤を溶解させ、流動性を向上させておくこともできる。二酸化炭素を可塑剤として溶解させた溶融樹脂を射出する場合、射出充填時にフローフロントで発泡してしまわないよう、カウンタプレッシャを加えておくことが好ましい、本発明の加圧ガスを用いた方法は、カウンタプレッシャ成形でもあるため、同時に上記発泡の抑制を行うこともできる。また、滑剤を用いた方法の場合、同時に加圧ガスによる金型キャビティの加圧を行うことで、上記発泡の抑制を図ることができる。
【００３４】
本発明で良好に成形される成形品としては、光学機器部品、弱電機器、電子機器、事務機器などのハウジング、各種自動車部品、各種日用品、などの熱可塑性樹脂射出成形品を挙げることができる。特に好ましくは、薄肉で長い流動長を要求される部品であり、電気・電子機器、事務機器に使用されるコネクタ、ハウジング、電池パック、メモリパックなどである。ハンディパソコンの薄肉筐体などの用途では、成形が容易になり、成形品の品質が向上したり、製品デザインの自由度が増したりすることが期待できる。
【実施例】
【００３５】
以下に実施例及び比較例を用いて本発明をさらに具体的に説明する。
【００３６】
まず、実施例および比較例で用いた材料および装置などについて説明する。
【００３７】
射出成形に使用した樹脂は、液晶ポリマ（東レ製「シベラスＬ２０４Ｇ３５Ｈ」）、ゴム強化ポリスチレン（ＰＳジャパン製「ＰＳＪポリスチレン４３３」）、ガラス繊維強化ポリアミド樹脂（旭化成製「レオナ１４０２Ｇ」）、ポリプロピレン（日本ポリケム製「ノバテックＢＣ８」）で、成形前はペレット状である。
【００３８】
予め金型キャビティに充填するガスとしては、純度９９％以上の二酸化炭素の他、窒素を使用した。また滑剤としては、シリコン系離型剤（信越シリコーン製「ＫＦ９６ＳＰ」）、防錆油（呉工業製「ＣＲＣ３−３６」）を使用した。
【００３９】
成形機は住友重機械工業製ＳＧ１２５Ｍ−ＨＰを使用した。スクリュ径は３２ｍｍである。
【００４０】
金型としては、厚み０．２〜１．０ｍｍ、幅５ｍｍ、長さ４００ｍｍの試験部（金型キャビティ）を有する流動長測定金型を用いた。
【００４１】
金型は、金型表面は鏡面とし、ノズルタッチ部直径３．５ｍｍ、根本部直径６ｍｍで、長さ７５ｍｍのスプル、厚み３ｍｍ、幅４ｍｍ、長さ２０ｍｍのランナから、４ｍｍの間で厚みを漸減させながら試験部につながっている構造とした。試験部のランナと反対の端部にはガス供給と開放のための直径１ｍｍで金型外に通じる穴を設けてガス供給装置と接続し、試験部の外周にガスシールのためにＯリングを設け、試験部を気密構造とした。
【００４２】
ガス供給装置としては、液化二酸化炭素を充填したボンベを３５℃で保温したものをガス供給源とし、このガス供給源から加温器を通り、減圧弁にて所定圧力に調圧された後、約４０℃に保温された内容量１００ｃｍ3のガス溜にガスを溜めることができるものを用いた。試験部へのガス供給は、ガス溜の下流にある供給用電磁弁を開け、同時に試験部内を外気に開放する開放用電磁弁を閉じることで行われ、樹脂充填中はガス溜と試験部はつながっており、樹脂充填が終了すると同時に、供給用電磁弁を閉じ、開放用電磁弁を開けることで、試験部内のガスを金型外に放出できるようにした。
【００４３】
射出成形時のシリンダ設定温度は、液晶ポリマー（ＬＣＰ）で３１０℃、ガラス繊維強化ポリアミド樹脂（ＰＡ−ＧＦ）で２９０℃、ゴム強化ポリスチレン（ＨＩＰＳ）およびポリプロピレン（ＰＰ）で２４０℃とした。
【００４４】
実施例１
熱風乾燥機中で１４０℃で５時間乾燥した液晶ポリマーと、金型表面温度１１０℃で試験部厚み０．２ｍｍの金型とを用い、金型に、二酸化炭素を８ＭＰａで満たした後、樹脂充填時間０．０２６秒、シリンダ内樹脂圧２００ＭＰａで、溶融させた上記液晶ポリマーを充填した。その時の樹脂流動長は２８０ｍｍであった。
【００４５】
比較例１
金型に二酸化炭素を充填しなかった点以外は実施例１と同様にして液晶ポリマーを射出充填した。その結果、樹脂流動長は４３ｍｍであった。
【００４６】
実施例２
二酸化炭素の充填に替えて、金型に窒素を８ＭＰａで満たした点以外は実施例１と同様にして液晶ポリマーを射出充填した。その結果、樹脂流動長は２５０ｍｍであった。
【００４７】
実施例３
二酸化炭素の充填に替えて、シリコン系離型剤を金型表面が十分に濡れる程度に塗布した点以外は実施例１と同様にして液晶ポリマーを射出充填した。その結果、樹脂流動長は１８０ｍｍであった。
【００４８】
実施例４
二酸化炭素の充填に替えて、防錆油を金型表面が十分に濡れる程度に塗布した点以外は実施例１と同様にして液晶ポリマーを射出充填した。その結果、樹脂流動長は２００ｍｍであった。
【００４９】
上記実施例１〜４および比較例１における樹脂流動長などをまとめて表１に示す。なお、表における改善率は、樹脂流動長の改善の度合いを示すもので、射出前のガスの圧入または金型表面への滑剤の塗布を行わなかった場合（表１では比較例１）の樹脂流動長を基準に何倍の樹脂流動長となっているかを示すものである。
【００５０】
【表１】
2005125504.tif 000002
【００５１】
実験例１および比較例２
ガラス繊維強化ポリアミド樹脂と、金型表面温度８５℃で試験部厚み０．５ｍｍの金型とを用い、金型に、二酸化炭素を８ＭＰａで満たした後、樹脂充填時間を０．０２４〜０．２８秒の範囲で変え、シリンダ内樹脂圧２００ＭＰａで、溶融させたガラス繊維強化ポリアミド樹脂を充填した（実験例１）。また、二酸化炭素を充填しなかった他は同様にして溶融ガラス繊維強化ポリアミド樹脂を射出充填した（比較例２）。それぞれの樹脂流動長を表２および図１に示す。なお、表における移動速度は、試験部内における樹脂のフローフロントの移動速度である。
【００５２】
表２および図１から分かるように、試験部の厚みが０．５ｍｍの場合、樹脂充填時間が０．０７７秒以下になると改善の効果が現れ、特に樹脂充填時間が０．０４０秒以下となると改善の効果が顕著である。この場合、滑り発生速度は、樹脂充填時間が０．１４０秒と０．０７７秒の間に存在していると考えられる。
【００５３】
ここで、射出成形機のスクリュが、充填時間−０．００５秒（成形機動作応答時間の１／２）の間は一定速度で移動し、樹脂の圧縮性がないものと仮定したときのフローフロントの移動速度をスクリュの移動時間と樹脂流動長とから計算すると、滑り発生速度は約１０ｍ／秒程度と推測される。
【００５４】
【表２】
2005125504.tif 000003
【００５５】
実験例２および比較例３
試験部厚み１．０ｍｍの金型を用い、樹脂充填時間を０．０２９〜０．０８２秒の範囲で変えた他は実験例１および比較例２と同様にして、樹脂流動長を測定した。それぞれの樹脂流動長を表３および図２に示す。
【００５６】
表３および図２から分かるように、試験部の厚みが１．５ｍｍの場合、樹脂充填時間が０．０６０秒以下になると改善の効果が現れる。この場合、滑り発生速度は、樹脂充填時間が０．０８２秒と０．０６０秒の間に存在しており、約１０ｍ／秒であると推測される。
【００５７】
【表３】
2005125504.tif 000004
【００５８】
実験例３および比較例４
ガラス繊維強化ポリアミド樹脂と、金型表面温度８５℃で試験部厚み１．０ｍｍの金型とを用い、金型に、大気圧の空気から８ＭＰａ二酸化炭素まで変えて満たした後、それぞれ樹脂充填時間をほぼ０．０３０秒の一定値とし、シリンダ内樹脂圧２００ＭＰａで、溶融させたガラス繊維強化ポリアミド樹脂を充填した。それぞれの樹脂流動長を表４および図３に示す。なお、試験部内を大気圧の空気とした場合（比較例４）のＣＯ2圧力を０とする。
【００５９】
表４および図３から分かるように、滑り発生速度は試験部内の二酸化炭素圧力により変わり、本実験例３および比較例４のフローフロント移動速度の場合、６ＭＰａ以上の二酸化炭素圧力で滑りが発生していると考えられる。
【００６０】
【表４】
2005125504.tif 000005
【００６１】
実施例５および比較例５
ゴム強化ポリスチレンと、金型表面温度６０℃で試験部厚み０．２ｍｍの金型とを用い、金型に、二酸化炭素を８ＭＰａで満たした後、樹脂充填時間０．０２６秒、シリンダ内樹脂圧２００ＭＰａで、溶融させたゴム強化ポリスチレンを充填した（実施例５）。樹脂流動長は９０ｍｍであった。また、二酸化炭素を充填しなかった他は同様にして溶融ゴム強化ポリスチレンを射出充填した（比較例５）。樹脂流動長は５３ｍｍであった。各結果を表５に示す
【００６２】
【表５】
2005125504.tif 000006
【００６３】
比較例６および７
ポリプロピレンと、金型表面温度６０℃で試験部厚み０．２ｍｍの金型とを用い、金型に、二酸化炭素を８ＭＰａで満たした後、樹脂充填時間０．０２６秒、シリンダ内樹脂圧２００ＭＰａで、溶融させたポリプロピレンを充填した（比較例６）。樹脂流動長は４２ｍｍであった。また、二酸化炭素を充填しなかった他は同様にしてポリプロピレンを射出充填した（比較例７）。樹脂流動長は４７ｍｍであった。各結果を表６に示す。
【００６４】
いずれの場合も射出されたポリプロピレンと金型の間に滑りは発生していないと考えられる。
【００６５】
【表６】
2005125504.tif 000007
【００６６】
実施例６および比較例８
二酸化炭素の充填を行わずに、金型表面に防錆油を塗布した後、射出時間を０．０３３〜２．４秒の範囲で変えた以外は比較例６と同様にしてポリプロピレンを射出充填した。そのときの樹脂流動長を表７に示す。
【００６７】
【表７】
2005125504.tif 000008
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】実験例１と比較例２の結果を示すグラフである。
【図２】実験例２と比較例３の結果を示すグラフである。
【図３】実験例３と比較例４の結果を示すグラフである。
【図１】
2005125504.tif 000009
【図２】
2005125504.tif 000010
【図３】
2005125504.tif 000011