(57)【要約】  【課題】一次成形体のうち二次成形体との接合面となる部分の性状の最適化を図って、射出溶着による接合強度を向上させた成形法を提供する。  【解決手段】ポリアミド等の熱可塑性樹脂をもって予め成形した一次成形体に対し、同じ熱可塑性樹脂である二次成形材料を射出して二次成形体を成形することにより、一次成形体を再溶融しつつ二次成形体と射出溶着により接合する。一次成形体および二次成形体を成形する際の溶融樹脂温度をそれぞれ材料自体の融点よりも５０〜１００℃程度高く設定するとともに、一次成形体を成形する際の金型温度と溶融樹脂温度との温度差を２２０℃±２０℃の範囲に設定する。このような条件により、一次成形体のうち二次成形体との接合面となるべき部分のスキン層を極薄化することで射出溶着による接合強度が向上する。  【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性樹脂である一次成形材料をもって予め成形した一次成形体に対し、同じく熱可塑性樹脂である二次成形材料を射出して二次成形体を成形することにより、一次成形体の一部を再溶融しつつ二次成形体と射出溶着により接合するようにした樹脂成形品の射出溶着成形方法であって、
一次成形体を成形する際の一次成形材料の溶融樹脂温度を一次成形材料そのものの融点よりも５０〜１００℃程度高く設定して、一次成形体のうち少なくとも二次成形体との接合面となるべき部分のスキン層を極薄化したことを特徴とする樹脂成形品の射出溶着成形方法。
【請求項２】
熱可塑性樹脂である一次成形材料をもって予め成形した半割り状の二つの一次成形体同士を突き合わせた上で、その突き合わせ部近傍に同じく熱可塑性樹脂である二次成形材料を射出して二次成形体として二次接合層を成形することにより、一次成形体の一部を再溶融しつつ一次成形体同士を射出溶着により接合するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の樹脂成形品の射出溶着成形方法。
【請求項３】
一次成形体の成形と二次成形体の成形による射出溶着接合とを、ダイスライドインジェクション法により連続して行うことを特徴とする請求項２に記載の樹脂成形品の射出溶着成形方法。
【請求項４】
二次成形体を成形する際の二次成形材料の溶融樹脂温度を二次成形材料そのものの融点よりも５０〜１００℃程度高く設定したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の樹脂成形品の射出溶着成形方法。
【請求項５】
一次成形体を成形する際の金型温度と溶融樹脂温度との温度差を２２０℃±２０℃の範囲に設定したことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の樹脂成形品の射出溶着成形方法。
【請求項６】
一次成形材料および二次成形材料のうち少なくともいずれか一方の成形材料がポリアミド、ポリアセタール、ポリエステルのうちのいずれかのものであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の樹脂成形品の射出溶着成形方法。
【請求項７】
一次成形材料および二次成形材料のうち少なくともいずれか一方の成形材料が繊維強化樹脂であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の樹脂成形品の射出溶着成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中空容器等の成形に多用される熱可塑性樹脂成形品の射出溶着成形方法に関し、特にダイスライドインジェクション法（Ｄｉｅ  Ｓｌｉｄｅ  Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ＝ＤＳＩ法）やダイロータリーインジェクション法（Ｄｉｅ  Ｒｏｔａｒｙ  Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ＝ＤＲＩ法）に代表されるように、例えば一次成形体を成形したならばその一次成形体をキャビティに残したまま一旦型開きして、金型のスライド動作により二次成形体の成形のためのキャビティを確保した上で再度型締めし、二次成形材料を射出して二次成形体を成形することにより、同時に一次成形体と射出溶着（融着）により接合するようにした射出溶着成形方法に関するものである。
【０００２】
なお、ダイロータリーインジェクション法はダイスライドインジェクション法を基本とした金型回転方式による中空品成形方法であって、金型が例えば１２０度ごとに正転と反転を繰り返しながら一次成形と二次成形を同時に行うもので、一回の金型の開閉動作ごとに一つの成形品が得られる生産性の高い成形方法である。
【背景技術】
【０００３】
例えば自動車のエンジンルーム内に配置されるリザーバタンク等の中空容器をダイスライドインジェクション法を基本とした射出溶着成形方法によって成形する技術が特許文献１に記載されている。
【０００４】
この特許文献１に記載の技術では、一次成形体の成形後であって且つ二次成形材料の射出による二次成形体たる二次接合層の成形の前に、一方の一次成形体の内部にフィルター等の内装部品を装着した上で一次成形体同士を突き合わせ、それに続いて上記二次接合層を成形することにより、一次成形体同士の間に内装部品を挟持しつつそれら三者を一体に溶着接合するようにしている。
【特許文献１】特開２００２−５９４５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のような射出溶着による接合では、例えば従来から広く採用されている振動溶着に比べて大きな溶着接合強度が得られるとされてはいるものの、適正な溶着強度を得るための溶着メカニズムもしくは成形条件との相関が未だ十分に解明されていないのが実状であり、特に中空状の容器としての気密性や耐圧強度を確保する上で溶着接合強度の低下やばらつきがないことが最も重要であるにもかかわらず、時として溶着接合強度の低下やばらつきが発生し、溶着接合強度の安定性および信頼性の面でなおも改善の余地を残している。
【０００６】
特に、一次成形体と二次成形材料の射出による二次成形体たる二次接合層との間には、射出開始の時間差に基づく温度差が歴然と存在し、二次接合層となるべき高温の二次成形樹脂材料は、既に界面での固化が進行している一次成形体の表面に熱を伝えつつその一部を再溶融させながら所定の空間に充填されるかたちとなる。そのため、とりわけ一次成形体のうち二次接合層との接合面となるべき部分の性状は溶着接合強度の向上の上で重要な要素となり、当該部分の性状の最適化が強く要望されている。
【０００７】
本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、一次成形体のうち二次成形体との接合面となるべき部分の性状の最適化を図り、もって射出溶着による接合部の強度向上を図った成形方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の発明は、熱可塑性樹脂である一次成形材料をもって予め成形した一次成形体に対し、同じく熱可塑性樹脂である二次成形材料を射出して二次接合層を成形することにより、一次成形体の一部を再溶融しつつ二次成形体と射出溶着により溶着接合するようにした射出溶着成形方法を前提とする。
【０００９】
その上で、一次成形体を成形する際の一次成形材料の溶融樹脂温度を一次成形材料そのものの融点よりも５０〜１００℃程度高く設定して、一次成形体のうち少なくとも二次接合層との接合面となるべき部分のスキン層を極薄化したことを特徴とする。
【００１０】
なお、上記のスキン層は金型に最初に接触して冷却されることにより形成されるいわゆる非晶構造のものであるが、その溶融樹脂温度が高いほど固化が緩慢となるが故にその厚みが薄くなる傾向にある。
【００１１】
上記の方法には、請求項２に記載のように、熱可塑性樹脂である一次成形材料をもって予め成形した半割り状の二つの一次成形体同士を突き合わせた上で、その突き合わせ部近傍に同じく熱可塑性樹脂である二次成形材料を射出して二次成形体として二次接合層を成形することにより、一次成形体の一部を再溶融しつつ一次成形体同士を射出溶着により接合するようにした方法をも含むものとする。
【００１２】
例えば、予め成形してある二つの一次成形体を金型にセットして予備加熱した上で双方の一次成形体同士を突き合わせ、それに続いて二次成形材料を射出して二次成形体を成形することにより、一次成形体の一部を再溶融しつつ一次成形体同士を射出溶着により接合するものとする。
【００１３】
もちろん、請求項３に記載のように、一次成形体の成形と二次接合層の成形による溶着接合とを、ダイスライドインジェクション法（ダイロータリーインジェクション法を含む）により連続して行う方法としてもよい。
【００１４】
成形材料としては、例えば請求項６に記載のように、一次成形材料および二次成形材料のうちいずれか一方もしくは双方の成形材料がポリアミド、ポリアセタール、ポリエステルのうちのいずれかとする。
【００１５】
この場合、請求項７に記載のように、一次成形材料および二次成形材料のうちいずれか一方もしくは双方の成形材料がガラス繊維等を強化繊維とする繊維強化樹脂であってもよい。
【００１６】
したがって、請求項１に記載の発明では、二次成形の際にその二次成形材料が一次成形体の表層部を再溶融させ、特の最表面の極薄のスキン層を相溶性良く溶かし込みながら双方の界面に非晶構造の溶着層を形成することで、一次成形体と二次成形体とが射出溶着によって接合される。そのため、溶着接合部での溶着接合強度が大幅に向上するとともに、そのばらつきも小さくなって溶着接合強度の安定化が図れるようになる。
【００１７】
特に、請求項４記載のように、二次成形体を成形する際の二次成形材料の溶融樹脂温度を二次成形材料そのものの融点よりも５０〜１００℃程度高く設定したり、あるいは請求項５に記載のように、一次成形体を成形する際の金型温度と溶融樹脂温度との温度差を２２０℃±２０℃の範囲に設定することにより、上記溶着接合強度の向上と安定化効果が一段と顕著となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１以下の図面は本発明の好ましい実施の形態を示しており、ここでは樹脂成形品である中空状の容器として自動車のエンジンルーム内に配置されるパワーステアリングシステム用オイルリザーバタンク（以下、単にタンクという）１を成形する場合の例を示している。
【００１９】
図１，２に示すように、タンク１は、一次成形体としての半割り状のアッパタンク２およびロアタンク３と、内装部品であるフィルター４とから構成される。アッパタンク２とロアタンク３はいずれも熱可塑性樹脂材料であるポリアミド（例えばナイロン６（登録商標）等）によって半割り形態である略有底円筒状に形成されていて、両者の開口面同士が突き合わされてタンク本体を形成することになる。なお、アッパタンク２にはオイル供給口５が、ロアタンク３にはリターンチューブ６とアウトレットチューブ７がそれぞれ一体に形成されているとともに、ロアタンク３の内周には後述するようにフィルター４を位置決めするための環状溝８（図３参照）が形成されている。
【００２０】
フィルター４は、上下にアッパフランジ９とロアフランジ１０とを備えた樹脂製で且つ円筒状のもので、上面および筒状部１１の開口部には濾材としてメッシュ状のフィルターエレメント１２が一体成形されている。このフィルター４をロアタンク３に挿入したときには、図３に示すようにロアフランジ１０が環状溝８に係合する一方でアッパフランジ９の周縁の挟持片１３がロアタンク３の開口面に当接して、ロアタンク３に対してフィルター４が位置決めされるようになっている。
【００２１】
そして、上記のようにフィルター４が内挿されたロアタンク３とアッパタンク２とを、それぞれの開口面を突き合わせ面としてアッパフランジ９の挟持片１３を挟持しつつ突き合わせた上で、その突き合わせ部の外周側に二次成形体たる二次接合層として環状のベルト部１４を射出成形することにより、このベルト部１４の成形に基づく射出溶着接合によってアッパタンク２とフィルター４およびロアタンク３の三者が一体化されることになる。
【００２２】
このタンク１は、例えばダイスライドインジェクション法を基本とした図４以下に示すような射出成形法によって成形される。
【００２３】
図４に示す射出成形用の金型は、図示外の型締めシリンダの伸縮作動によって進退作動する可動型１５と、可動型１５と対向する位置においてシフトシリンダ１６の伸縮作動によりスライド作動するスライド型１７とから構成されていて、可動型１５には先に述べたアッパタンク２の成形を司るキャビティが、スライド型１７には同じくロアタンク３の成形を司るキャビティがそれぞれに形成されている。そして、同図に示すように可動型１５とスライド型１７とが正対している状態で型締めしたときには、双方のキャビティ同士が所定量だけオフセットするように設定されている。
【００２４】
図４の型締め状態において、ランナ１８を通して各キャビティに一次成形材料であるポリアミド等の溶融樹脂材料を射出，充填することにより一次成形体であるアッパタンク２とロアタンク３を同時に射出成形（一次成形）する。一次成形体であるアッパタンク２およびロアタンク３の材料である一次成形材料としては、例えばマトリックス樹脂にポリアミド（ＰＡ）として代表的なナイロン６を用い、これに強化繊維としてガラス繊維フィラーを３０ｗｔ％含有したもの（ＰＡ６−ＧＦ３０、例えば、東レ社製  強化ナイロン６  ＣＭ１０１１Ｇ−３０）を使用する。
【００２５】
成形後、アッパタンク２とロアタンク３をそれぞれの型１５，１７のキャビティに残したままで図５に示すように一旦型開きし、ランナ１８やゲート相当部として付帯している非製品部領域を除去する一方で、別工程で予め成形しておいたフィルター４をロアタンク３内に嵌合，挿入して位置決めする。
【００２６】
続いて、図６に示すようにシフトシリンダ１６の収縮動作によりスライド型１７を所定量だけ上昇動作させて可動型１５とスライド型１７とをオフセットさせ、その可動型１５側のアッパタンク２とスライド型１７側のロアタンク３とを正対させる。その状態で可動型１５を前進させて、図７に示すように可動型１５とスライド型１７がオフセットした状態のままで双方の型１５，１７同士を型締めし、これをもって図３に示すようにアッパタンク２とロアタンク３の開口面同士を突き合わせつつ、両者の間にフィルター４のアッパフランジ９に付帯している挟持片１３を挟み込む。これにより、図１に示すように、アッパタンク２とロアタンク３の突き合わせ部の外周には、二次接合層としてのベルト部１４を成形するためのキャビティが形成される。
【００２７】
この状態で、ランナ１９を通して上記キャビティに二次成形材料であるポリアミド等の溶融樹脂材料を射出，充填することにより、二次成形体たる二次接合層であるベルト部１４をリング状に射出成形（二次成形）する。そして、このベルト部１４の射出成形をもってアッパタンク２とフィルター４およびロアタンク３の三者が射出溶着により接合される。なお、二次成形材料としては、相溶性を考慮して一次成形材料と全く同一の樹脂材料を使用する。
【００２８】
この後、上記ベルト部１４の固化を待って図８に示すように可動型１５を後退させて型開きし、成形品であるタンク１を取り出す。
【００２９】
このようなタンク１の射出溶着成形において、一次成形材料である樹脂温度を高くして一次成形体たるアッパタンク２およびロアタンク３の表面に形成されるスキン層を極力薄くし、なお且つ二次成形材料である樹脂温度も高くして、一次成形体側への溶け込み量が大きな溶着層を形成することで、溶着接合部での力学特性すなわち射出溶着による接合強度が大幅に向上することが判明した。
【００３０】
ここで、一次成形条件すなわち一次成形体であるアッパタンク２およびロアタンク３の成形条件と、二次成形条件すなわち二次成形体であるベルト部（二次接合層）１４の成形条件である射出溶着条件、および二次成形後の射出溶着による接合部での接合強度との相関について調べた。この射出溶着による接合部でのせん断試験結果を表１に示す。
【００３１】
【表１】
2005131902.tif 000002
【００３２】
せん断試験に供される試験片（テストピース）は、図９に示すようにＪＩＳ１号のダンベル型試験片２１を径方向で二分したいわゆる半割り形状の一次成形体２１Ａを上記のタンク１と同じ材料で一次成形し、次いでその一次成形体２１ＡをＪＩＳ１号のダンベル型試験片２１に相当するキャビティに挿入して、残りの半分を二次成形体と２１Ｂして上記のベルト部１４と同じ材料で成形するのと同時に射出溶着により接合して、同図（Ｃ）に示すＪＩＳ１号のダンベル型試験片２１を表１に示す試料Ｃ〜Ｑとして複数本ずつ作製した。なお、それぞれの試料（試験片）Ｃ〜Ｑの一次成形条件および二次成形条件（射出用溶着条件）は表１に示すとおりとした。
【００３３】
各試料Ｃ〜Ｑには、図９の（Ｃ）に示すように一次成形体２１Ａと二次成形体２１Ｂのそれぞれに両者の界面に届く切り込み２２をオフセットさせて形成した上で、引張試験を行って射出溶着による接合部でのせん断強度を求めた。同時に、せん断強度測定後の各試料Ｃ〜Ｑについて走査型電子顕微鏡を用いて破断面の観察を行った。また、これとは別に、射出溶着後の試料Ｃ〜Ｑについて中央部で切断し、樹脂に抱埋後に研磨を施して光学顕微鏡で射出溶着による接合部の組織を観察してみた。
【００３４】
図１０は、表１に示した二次成形時の射出速度と一次成形時の樹脂温度をプロットして、射出溶着による接合部でのせん断強さへの影響を示したグラフである。同図から明らかなように、一次成形時の樹脂温度が高いほどせん断強さも大きくなることが明確に表れている。その一方、せん断強さに対する二次成形時の射出速度の明確な影響は見られない。同図から明らかなように、せん断強度の向上は一次成形時に樹脂温度の大きく依存することがうかがえる。
【００３５】
また図１１は、表１に示した二次成形時の射出温度をプロットして、射出溶着による接合部でのせん断強さとの関係を示したグラフである。同図から明らかなように、一次成形だけでなく二次成形時の樹脂温度も高いほどせん断強さが大きくなり、図１０との関連から一次成形，二次成形ともに樹脂温度を２９０℃にするとそのせん断強さが４０ＭＰａ以上まで高くなることがわかる。
【００３６】
図１２，１３は先に述べた破断面の観察結果を示し、せん断強さが低いもの（２９ＭＰａ）では図１２から明らかなように界面の溶着が不十分であるために表面が平滑であり、せん断強さが高いもの（４７ＭＰａ）では図１３から明らかなように溶着層が形成されているために延性破壊を起こしていることがよくわかる。
【００３７】
図１４，１５は同じく先に述べた組織観察の結果を示し、せん断強さが低いもの（２９ＭＰａ）では図１４から明らかなように明確な溶着層が観察されず、一方、せん断強さが高いもの（４７ＭＰａ）では図１５から明らかなように約８μｍ以上の厚さの溶着層が形成されていることが明確に観察できた。
【００３８】
このように、一次成形材料の溶融樹脂温度と二次成形材料の溶融樹脂温度が共に高ければ高いほど、二次成形の際の溶着部での相溶性が良く、射出溶着による接合部での接合強度すなわちせん断強度が大幅に向上することがわかる。より具体的には、表１から明らかなように、一次成形材料の溶融樹脂温度と二次成形材料の溶融樹脂温度を共に２９０℃に設定した試料Ｌ〜Ｎが最もせん断強度が高く、次いで、せん断強度が高い順に、一次成形材料の溶融樹脂温度を２４５℃、二次成形材料の溶融樹脂温度を３０５℃にそれぞれ設定した試料Ｏ〜Ｑ、一次成形材料の溶融樹脂温度を２４５℃、二次成形材料の溶融樹脂温度を２９０℃にそれぞれ設定した試料Ｉ〜Ｋの順となっている。
【００３９】
言い換えるならば、本実施の形態で使用している一次成形材料および二次成形材料であるところのＰＡ６−ＧＦ３０材の融点が２２５℃であることを考慮すると、一次成形材料の溶融樹脂温度をその融点よりも５０〜１００℃程度高く設定し、さらに二次成形材料の溶融樹脂温度を同様にその融点よりも５０〜１００℃程度高く設定して成形することが成形品のせん断強度の向上の上で有利であることがわかる。特に、一次成形時の金型の通常設定温度７０〜９０℃と溶融樹脂温度との温度差を２２０℃±２０℃の範囲に設定するとせん断強度の向上効果が一段と顕著となる傾向にあることになる。
【００４０】
以上のことは、一次成形体の樹脂温度が高ければ高いほど金型内での固化が緩慢となり、最終的に固化した一次成形体の最表面に形成される非晶構造のスキン層の厚みが薄くなるためで、二次成形の際にその二次成形材料である溶融樹脂が一次成形体のスキン層を相溶性良く溶かし込みながら溶着層を形成し、その結果としてせん断強度の向上につながっているものと推測される。なお、せん断強度が最も優れている試料Ｌ〜Ｎにつき各複数個ずつの一次成形体の最表面のスキン層の厚みを測定したところ、その平均値は０．０３９ｍｍであった。これに対して、それ以外の試料Ｃ〜ＫおよびＯ〜Ｑのつき各複数個ずつの一次成形体の最表面のスキン層の厚みを測定したところ、その平均値は０．０６３ｍｍであった。
【００４１】
このように、一次成形体の成形条件である溶融樹脂温度が高く、且つその表面のスキン層の厚みが小さいほどせん断強度の向上に寄与していることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明に係る成形方法によって成形される成形品の一例としてリザーバタンクの構造を示す半断面図。
【図２】図１に示すリザーバタンクの半断面斜視図。
【図３】同じく図１に示すリザーバタンクの分解図。
【図４】図１に示すリザーバタンクをダイスライドインジェクション法によって成形する際の型締め状態の概略説明図。
【図５】図４の状態から一旦型開きしたときの概略説明図。
【図６】図５の状態からスライド型をスライド動作させたときの概略説明図。
【図７】図６の状態から再度型締めしたときの概略説明図。
【図８】図７の状態から再度型開きしたときの概略説明図。
【図９】図４〜８に示した成形法で成形される成形品の射出溶着部でのせん断強度の測定に供される試験片の説明図。
【図１０】二次射出速度とせん断強度との関係を示すグラフ。
【図１１】二次樹脂温度とせん断強度との関係を示すグラフ。
【図１２】せん断強度が２９ＭＰａのときのせん断による破断面の顕微鏡写真。
【図１３】同じくせん断強度が４７ＭＰａのときのせん断による破断面の顕微鏡写真。
【図１４】せん断強度が２９ＭＰａのときの一次成形体と二次成形体との溶着部断面の顕微鏡写真。
【図１５】同じくせん断強度が４７ＭＰａのときの一次成形体と二次成形体との溶着部断面の顕微鏡写真。
【符号の説明】
【００４３】
１…リザーバタンク（成形品もしくは中空状の容器）
２…アッパタンク（一次成形体）
３…ロアタンク（二次成形体）
４…フィルター（内装部品）
１３…挟持片
１４…ベルト部（二次接合層もしくは二次成形体）
【図１】
2005131902.tif 000003
【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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【図１５】
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