(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性樹脂を溶融状態で金型キャビティ内に射出し、その後の冷却過程において、加圧装置の動作に基づき金型キャビティ内の溶融樹脂を往復動させ、以て、金型キャビティ内の溶融樹脂の移動によって剪断力を発生させる熱可塑性樹脂の成形方法であって、
加圧装置は、少なくとも２本のピストンを有するピストンユニット又はホットランナーブロックを備えており、
冷却過程において、該ピストンユニット又はホットランナーブロック内で該少なくとも２本のピストンを交互に前進動作及び後退動作させることにより、金型キャビティ内の溶融樹脂に３００ｋｇ／ｃｍ2乃至１５００ｋｇ／ｃｍ2の樹脂圧をかけた状態で金型キャビティ内の溶融樹脂を往復動させることを特徴とする熱可塑性樹脂の成形方法。
【請求項２】
熱可塑性樹脂を、溶融状態で、射出成形機シリンダーから、流路を経由して金型キャビティ内に射出し、その後の冷却過程において、加圧装置の動作に基づき金型キャビティ内の溶融樹脂を往復動させ、以て、金型キャビティ内の溶融樹脂の移動によって剪断力を発生させる熱可塑性樹脂の成形方法であって、
加圧装置は、少なくとも２本のピストンを有するピストンユニット又はホットランナーブロックを備えており、
冷却過程において、該ピストンユニット又はホットランナーブロック内で該少なくとも２本のピストンを交互に前進動作及び後退動作させることにより、金型キャビティ内の溶融樹脂に３００ｋｇ／ｃｍ2乃至１５００ｋｇ／ｃｍ2の樹脂圧をかけた状態で金型キャビティ内の溶融樹脂を往復動させ、
金型キャビティ内の溶融樹脂を往復動させている間、射出成形機シリンダーと流路との間の連通は、常に、ピストンによって遮断されていることを特徴とする熱可塑性樹脂の成形方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、溶融成形材料の成形方法に関する。より具体的には、本発明は、分子あるいは補強繊維の配向度が高い高強度の成形品や、ボイドやヒケの少ない形状精度に優れた成形品を、効率よく成形する成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱可塑性樹脂成形品は、金属製成形品と異なり、錆びず、軽量であり、必ずしも塗装の必要がなく、トータルコストが安価であるという利点がある。熱可塑性樹脂の加工法の１つに射出成形法があるが、成形の際、成形品の中心部にボイドが発生したり、表面にヒケを生じたりするなど、分子あるいは補強繊維の配向度の高い高強度成形品や形状精度の高い精密成形品の成形には問題があった。
【０００３】
ボイド、ヒケによる問題を克服するため、特公平４−３８９３号公報には、溶融した熱可塑性樹脂を金型キャビティ内に供給し、金型キャビティ内の溶融樹脂に剪断力を発生させながら樹脂を固化させる方法が開示されている。この方法は上記課題を解決する１つの方法であるが、溶融樹脂の移動速度を速め、剪断力の発生を高めると、型内樹脂圧が不足し、期待した程、成形品表面精度が得られなかったり、逆に、型内樹脂圧を高めるには、溶融樹脂温度を低めに設定し、粘度を高めた状態にした上で、移動速度を遅くしなければならず、成形条件を幅広くとれないだけでなく、剪断力の発生が不十分になり、配向が不十分になったり、やはり期待した成形品表面精度が得られないといった問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記課題を解決し、ヒケが少ない成形品表面精度に優れた成形品、または、ボイドのない高強度の成形品を、効率よく成形する成形方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは表面精度に優れた、あるいは、高強度の成形品を得る成形方法を鋭意検討した結果、金型キャビティ内に溶融材料を供給充填させた後、往復可能な部材を有する往復手段によって該金型キャビティ内で発生する該溶融材料の移動速度と、該金型キャビティ内で生じる圧力とを、各々別々に制御させると上記課題を解決できること見いだし、本発明を完成させた。
【０００６】
すなわち、本発明は、熱可塑性樹脂を溶融状態で金型キャビティ内に射出注入し、冷却過程で該金型キャビティ内の溶融樹脂の一部もしくは全部に加圧装置の往復運動により流動あるいは振動による剪断力を発生させる熱可塑性樹脂の成形方法であって、金型キャビティ内の溶融樹脂に３００〜１５００ｋｇ／ｃｍ2の樹脂圧をかけた状態で流動あるいは振動による剪断力を発生させながら冷却することを特徴とする熱可塑性樹脂の成形方法に関する発明である。
【０００７】
本発明に使用できる熱可塑性樹脂は、一般に市販されている熱可塑性樹脂が使用できるが、成形品に強度が要求される場合には、ガラス繊維あるいはカーボン繊維などを配合したエンジニアリングプラスチック、および、これらのポリマーアロイが好適に使用される。
【０００８】
本発明において、溶融樹脂射出後、冷却工程において、溶融樹脂に３００〜１５００ｋｇ／ｃｍ2、好ましくは５００〜１０００ｋｇ／ｃｍ2の樹脂圧をかけた状態で流動あるいは振動による剪断力を発生させる。上記樹脂圧をかけた状態で流動あるいは振動による剪断力を発生させることにより、成形品表面上のヒケまたはボイドの発生を著しく減少することができる。樹脂圧が上記３００ｋｇ／ｃｍ2未満では、期待する程、ヒケまたはボイドの発生を減少することができず、一方、上記１５００ｋｇ／ｃｍ2を越えるとバリ等が発生し、不都合を生ずる。好ましい樹脂圧は、使用する熱可塑性樹脂の射出時の粘度等により適宜選択されるが、一般には５００〜１０００ｋｇ／ｃｍ2の樹脂圧をかけた状態で流動あるいは振動による剪断力を発生させるのが特に望ましい。
【０００９】
剪断力を発生させる装置は、特に限定されるものではないが、例えば、図１又は図２に示すような射出成形機シリンダーと金型の間に配置され、溶融樹脂を流動あるいは振動させる手段が少なくとも１本のシリンダーおよび複数のピストンを有する装置であってもよい。また、図３に示すように、射出ユニットを複数装備した二色成形機あるいはサンドイッチ成形機であってもよい。
【００１０】
図１および図２の場合、剪断力は、少なくとも２本のピストンを交互に前進動作および後退動作させることにより発生させることができる。図３の場合、剪断力は、少なくとも２本の射出ユニットのスクリューを交互に前進動作および後退動作させて発生させることができる。
【００１１】
溶融樹脂の充填方法は、図４に示すように１つのゲートから金型キャビティに充填してもよいし、図５のように少なくとも複数のゲートから金型キャビティに充填しても良い。また、本発明の成形方法により成形される成形品の形状は、特に制限はない。
【００１２】
本発明の成形方法を実現する成形装置の例を図１、図２、図３に示す。図中の記号は、１：射出成形機のシリンダー、２：スクリュー、３：ノズル、４：スプルー、５：ピストン、６：ピストン、７：ホットランナー、８：ホットランナー、９：金型、１０：環状成形品用金型キャビティ、１１：ピストンユニット、１２：ホットランナーブロックをそれぞれ示す。
【００１３】
尚、参照番号５および参照番号６は、射出成形機あるいはホットランナーブロックに取り付けられた、金型内の溶融樹脂を流動あるいは振動させることにより剪断力を加える装置である。
【００１４】
図１は、射出成形機ノズルと金型の間の位置に専用のピストンユニット１１を配置した例である。射出成形機のノズルから射出された溶融樹脂は、流路７、８を通過してランナーおよび金型キャビティ内に充填される。充填終了後、ピストン５及び６を交互に動かす事により、金型キャビティ内の樹脂が固化途中で動かされる。溶融樹脂を流動あるいは振動させることで、樹脂の流動方向に繊維状強化材料が配向する。図２は金型に組み込まれたホットランナーブロック１２にピストンが組み込まれた例である。射出成形機のノズルから射出された溶融樹脂は、流路７、８を通過してランナーおよび金型キャビティ内に充填される。充填終了後、ホットランナーブロック１２内に設けられたピストン５及び６を交互に動かす事により、金型キャビティ内の樹脂が固化途中で動かされる。溶融樹脂を流動あるいは振動させることで、樹脂の流動方向に繊維状強化材料が配向する。
【００１５】
図３は、二色成形機を使用した例である。射出成形機のノズルから射出された溶融樹脂は、流路７、８を通過してランナーおよび金型キャビティ内に充填される。充填終了後、スクリュー２を交互に動かす事により、金型キャビティ内の樹脂が固化途中で動かされる。溶融樹脂を流動あるいは振動させることで、樹脂の流動方向に繊維状強化材料が配向する。
【００１６】
次に、本発明の具体的手順を、図６以降に示す図を用いて説明する。
【００１７】
図６は、図１に示す成形装置で、成形機シリンダー１から金型キャビティ１０に溶融材料を供給充填した後、ピストン５に圧力Ｐ１を、ピストン６に圧力Ｐ２をかけた状態を示す。Ｐ１とＰ２の関係は、３００ｋｇ／ｃｍ2≦Ｐ１−Ｐ２（＝ΔＰ）≦１５００ｋｇ／ｃｍ2である。このため、ピストンの運動は、ピストン５が前進、ピストン６が後退する。このときの金型キャビティ内の溶融樹脂の移動速度は、溶融樹脂の溶融粘度により一義的に決まる。即ち、一般に、ΔＰを大きくすれば移動速度は速まり、ΔＰを小さくすれば移動速度は遅まるため、Ｐ１とＰ２の差の取り方によって移動速度を制御できる。一方、型内圧ＰｍはＰｍ＝〔Ｐ２−圧力損失〕で求められるため、型内圧はＰ２の取り方によって制御できる。
【００１８】
図７、図８に、繰り返し往復運動させる領域を溶融成形材料の供給部あるいはこれに連通する通路から遮断させ、溶融材料を金型キャビティ内で繰り返し往復運動させる様子を示す。成形機シリンダー１から金型キャビティ１０に溶融材料を供給充填した後、ピストン５に圧力Ｐ１を、ピストン６に圧力Ｐ２をかけ（３００ｋｇ／ｃｍ2≦Ｐ１−Ｐ２（＝ΔＰ）≦１５００ｋｇ／ｃｍ2）、ピストン５を前進、ピストン６を後退させる。
【００１９】
このとき、溶融成形材料の供給部に通じる通路と金型キャビティを遮断するようピストン５が前進、ピストン６が後退する。次に、ピストン６が後退しすぎて溶融成形材料の供給部と連通しないうちに、図８のように、ピストン５に圧力Ｐ３を、ピストン６に圧力Ｐ４をかけ（３００ｋｇ／ｃｍ2≦Ｐ４−Ｐ３（＝ΔＰ）≦１５００ｋｇ／ｃｍ2）、ピストン６を前進、ピストン５を後退させる。このように、溶融樹脂を往復運動させる最中、常に金型キャビティと溶融成形材料の供給部あるいは溶融樹脂の供給部に通じる通路とを遮断するようする。このようにして、繊維強化材料あるいは液晶ポリマーを使って配向度の高い成形品を成形する場合では、効果的に保圧をかけつつ成形できるため、ボイドの発生が抑制できる。また、非強化樹脂で表面精度の高い成形品を成形する場合でも、効果的に保圧をかけつつ成形品内部にせん断力を発生させて硬化させることができ、ひけのない高精度の成形品が出来る。
【００２０】
【実施例】
以下、実施例、比較例により本発明を具体的に説明する。
【００２１】
［実施例１］
８０℃で１２時間乾燥したポリアミド樹脂（三菱ガス化学（株）製、商品名：レニー１０２２Ｆ）を使用し、図１に示す成形装置を使用して、図９に示す外径１００ｍｍ、内径９０ｍｍ、高さ２０ｍｍ、肉厚５ｍｍの環状成形品を射出成形した。図中のＢは、ウエルド位置およびゲート位置である。射出条件は、シリンダー温度２５５℃、射出圧力１０００ｋｇ／ｃｍ2、金型温度１３０℃であった。一方のゲートより溶融樹脂を充填した直後、ピストン５に圧力Ｐ１＝１０００ｋｇ／ｃｍ2、ピストン６にＰ２＝７００ｋｇ／ｃｍ2をかけてピストン５を前進、ピストン６を後退させた。
【００２２】
次に、ピストン６を流路（スプルー）４と連通しない位置まで後退させた状態で、今度はピストン５に圧力Ｐ１＝７００ｋｇ／ｃｍ2、ピストン６に圧力Ｐ２＝１０００ｋｇ／ｃｍ2をかけて、ピストン５を流路７が流路（スプルー）４と連通しない位置まで後退させ、ピストン６を前進させた。
【００２３】
このように流路７、８と溶融樹脂供給側とを遮断しつつ、上記操作を４回繰り返した。その後、両ピストン５、６に同時に７００ｋｇ／ｃｍ2をかけて、２０秒間保持し、冷却・固化後、金型を開き、成形品を取り出した。
【００２４】
図１０のような試験方法により、ＡＡ、ＢＢ、ＣＣ方向の圧縮強度測定を行った。結果は、ＡＡ方向が１５０ｋｇｆ、ＢＢ方向が１６５ｋｇｆ、ＣＣ方向が１８０ｋｇｆであった。また、図１１のような試験法よりＣ部の面うねりを測定した。結果は、１０μｍであった。Ｃ部の断面を観察したとき、ボイドは存在していなかった。
【００２５】
［比較例１］
実施例１で使用したと同様の条件で、乾燥したポリアミド樹脂（三菱ガス化学（株）製、商品名：レニー１０２２Ｆ）を使用して、実施例１と同様の環状成形品を射出成形した。図１に示す装置を使用して、成形は、ピストンを動かさず、溶融樹脂充填後、成形機スクリューにて圧力８００ｋｇ／ｃｍ2で２０秒間保持して冷却・固化させる条件下にて行った。
【００２６】
図１０に示す試験法によりＡＡ，ＢＢ，ＣＣ方向の圧縮強度測定を行った。結果は、ＡＡ方向が６０ｋｇｆ、ＢＢ方向が８０ｋｇｆ、ＣＣ方向が１５５ｋｇｆであった。また、図１１に示す試験法により、Ｃ面部の面うねりを測定した。結果は、３００μｍであった。Ｃ部の断面を観察したとき、ボイドが存在していた。
【００２７】
［比較例２］
実施例１で使用したと同様の条件で、乾燥したポリアミド樹脂（三菱ガス化学（株）製、商品名：レニー１０２２Ｆ）を使用して、実施例１と同様の環状成形品を射出成形した。図１に示す装置を使用して、一方のゲートより溶融樹脂を充填させた直後、ピストン５に圧力Ｐ１＝１０００ｋｇ／ｃｍ2、ピストン６は無負荷にしてピストン５を前進、ピストン６を後退させた。次に、ピストン６を流路８が流路（スプルー）４と連通しない位置まで後退させた状態で、今度はピストン５を無負荷、ピストン６に圧力Ｐ２＝１０００ｋｇ／ｃｍ2をかけて、ピストン５を流路７と流路（スプルー）４とが連通しない位置まで後退させ、ピストン６を前進させた。このように、流路７、８と溶融樹脂供給側とを遮断しつつ、上記操作を４回繰り返した。その後、両ピストン５、６に同時に７００ｋｇ／ｃｍ2をかけて、２０秒間保持し、冷却・固化後、金型を開き、成形品を取り出した。
【００２８】
図１０に示す試験片によりＡＡ，ＢＢ，ＣＣ方向の圧縮強度測定を行った。結果は、ＡＡ方向が１４０ｋｇｆ、ＢＢ方向が１６０ｋｇｆ、ＣＣ方向が１８０ｋｇｆであった。また、図１１のような試験法によりＣ部のうねりを測定した。結果は、１５０μｍであった。Ｃ部の断面を観察したとき、ボイドが存在していた。
【００２９】
［比較例３］
実施例１で使用したと同様の条件で、乾燥したポリアミド樹脂（三菱ガス化学（株）製、商品名：レニー１０２２Ｆ）を使用して、実施例１と同様の環状成形品を射出成形した。図１に示す装置を使用して、一方のゲートより溶融樹脂を充填させた直後、ピストン５に圧力Ｐ１＝１０００ｋｇ／ｃｍ2、ピストン６にＰ２＝７００ｋｇ／ｃｍ2をかけてピストン５を前進、ピストン６を後退させた。次に、ピストン６を流路８が流路（スプルー）４と連通する位置にまで後退させてピストン５を前進させた後、今度は、ピストン５に圧力Ｐ１＝７００ｋｇ／ｃｍ2、ピストン６に圧力Ｐ２＝１０００ｋｇ／ｃｍ2をかけて、ピストン５が後退して流路７と流路（スプルー）４とが連通する状態になるまでピストン６を前進させた。
【００３０】
このように流路７、８と溶融樹脂供給側とを常時遮断させることなく、上記操作を４回繰り返した。その後、両ピストン５、６に同時に７００ｋｇ／ｃｍ2をかけて、２０秒間保持し、冷却・固化後、金型を開き、成形品を取り出した。
【００３１】
図１０に示す試験片によりＡＡ，ＢＢ，ＣＣ方向の圧縮強度測定を行った。結果は、ＡＡ方向が１４０ｋｇｆ、ＢＢ方向が１６０ｋｇｆ、ＣＣ方向が１８０ｋｇｆであった。また、図１１のような試験法によりＣ部のうねりを測定した。結果は、１５０μｍであった。Ｃ部の断面を観察したとき、ボイドが存在していた。
【００３２】
【発明の効果】
本発明の成形方法を採用することにより、ヒケの少ない成形品表面精度に優れた成形品、または、ボイドのない高強度の成形品を効率よく成形することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の１つの射出シリンダーを有し、剪断力発生装置を配した成形装置の概念図である。
【図２】  本発明の１つの射出シリンダーを有し、剪断力発生装置を配した成形装置の概念図である。
【図３】  本発明の２つの射出シリンダーを有し、剪断力発生装置を配した成形装置の概念図である。
【図４】  図１に示す成形装置を使用し、成形品を成形する工程において、射出シリンダー内に一方のゲートより溶融樹脂を充填した状態を示す概念図である。
【図５】  図１に示す成形装置を使用し、成形品を成形する工程において、射出シリンダー内に双方のゲートより溶融樹脂を充填した状態を示す概念図である。
【図６】  図１に示す成形装置を使用し、成形品を成形する工程において、溶融樹脂の供給部に通じる通路を遮断しつつ、双方のピストンより圧力をかけ、その差圧により溶融樹脂を金型キャビティ内で往復運動させている状態を示す概念図である。
【図７】  図１に示す成形装置を使用し、成形品を成形する工程において、溶融樹脂の供給部に通じる通路を遮断しつつ、双方のピストンより圧力をかけ、その差圧により溶融樹脂を金型キャビティ内で往復運動させている状態を示す概念図である。
【図８】  図１に示す成形装置を使用し、成形品を成形する工程において、溶融樹脂の供給部に通じる通路を遮断しつつ、双方のピストンより圧力をかけ、その差圧により溶融樹脂を金型キャビティ内で往復運動させている状態を示す概念図である。
【図９】  実施例及び比較例における成形品の強度の測定方向を示す説明図である。
【図１０】  実施例及び比較例における環状成形品に荷重をかける状態を示す概念図である。
【図１１】  実施例及び比較例における環状成形品のヒケを調べるための正面うねりを表面粗さ測定器にて測定する概念図である。
【符号の説明】
１：射出成形機のシリンダー            ２：スクリュー
３：ノズル                            ４：スプルー
５：ピストン                          ６：ピストン
７：ホットランナー                    ８：ホットランナー
９：金型                            １０：環状成形品用金型キャビティ
１１：ピストンユニット                １２：ホットランナーブロック
【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】
0003995276.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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