(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂製品の中空射出成形において、キャビティ内に樹脂を充填した後、保圧をかけずにガスの注入と排出を断続的に繰り返しながら樹脂内において中空部を進行させることにより、成形品内に偏りのない中空部を成形する中空射出成形法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金型内に溶融樹脂を射出し、この金型内の溶融樹脂中にガスを注入して成形品内に中空部を形成するいわゆるガスインジェクションと呼ばれる中空射出成形法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
中空射出成形法とは、ガスを注入することにより、成形品内において、溶融樹脂内からキャビティ壁に向けて圧力をかけ、且つ成形後は成形品内に中空部を形成することにより、ヒケが発生するのを抑え、同時に成形品重量を少なくする目的のもとに採用される射出成形法である。
【０００３】
しかし、この中空射出成形法では、成形品にコーナー部がある場合、図１に示すように、成形品１のコーナー部４において、この内周側に中空部２が偏り、内周側に比較して外周側の肉厚が非常に厚くなり、そのため外周側の成形品表面にヒケ３が発生すると共に、内周側の強度が低下するという欠点がある。
【０００４】
このように、中空部４が内周側に偏る理由は、ガス注入による中空部２の成形は、主に充填後の成形品１の内圧分布、温度分布および樹脂収縮量の分布により決定されるため、まず、樹脂の溶融している部分、すなわち、冷却の遅い中心部にガスは優先的に進入して中空部２を形成するが、樹脂流動末端や、樹脂が連続的に供給されない滞留部分、例えば、コーナー部４においては、樹脂が金型のコーナー部４の外側に押し付けられた状態になることから、ガスは進入抵抗の小さいコーナー部４の内側を通ることに起因している。
【０００５】
これらの問題を解決するために、様々な検討が試みられ、例えば、特開平６−２３７８０号公報記載の発明においては、金型キャビティに樹脂を充填した後、第１の低い圧力でガスを注入することにより、充填された樹脂の所定部分に中空部を形成し、その後、さらに第２の高い圧力でガスを注入するという射出成形法が提案されている。
【０００６】
また、さらに、特開平８−９０５８３号公報記載の発明においては、ガスの注入回数を２回以上とし、且つ、ガスを注入する時点における成形品内の樹脂圧力に対するガス圧力の比を制御してガスを注入する中空射出成形法が提案されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これらの方法においては、何れも樹脂充填時の高圧な状態から、引き続き溶融樹脂内に高圧ガスを注入するだけのため、やはり樹脂流動末端やコーナー部分においては、中空部が内周側に偏り、更に肉厚に不均一が生じ、理想とする中空部の形成は不可能であった。
【０００８】
本発明の目的は、キャビティ内の樹脂流動末端やコーナー部分において、理想とする中空部を形成することができる中空射出成形法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明においては、中空射出成形法において、樹脂製品の中空射出成形において、キャビティ内に樹脂を充填した後、保圧をかけずにガスの注入と排出を断続的に繰り返しながら樹脂内において中空部を進行させることにより、成形品内に偏りのない中空部を成形することを特徴とするものである。
【００１０】
本発明における中空射出成形法は、ガスをキャビティ内の溶融樹脂中に注入する際に、一気に、又は段階的に注入するのではなく、ガス圧を断続的にかけながら注入する点に特徴がある。このように、ガス圧を断続的にかけながら注入すると、溶融樹脂の中心部に振動現象が発生し、この振動現象は、ガスの注入方向を偏りのない方向に導き、併せて中空部の肉厚を均一化する方向に作用する。
【００１１】
ガスの注入圧力は4kgf/cm2以上が好ましく、この圧力を断続的にかけて溶融樹脂に振動現象を発生させるもので、このような手法によって成形された成形品のコーナー部分の断面を図２に示す。この図から明らかなように、中空部２は、コーナー部４において偏りがなく、肉厚も均一化されている。
【００１２】
断続的に注入するガス圧力のタイミングは、成形品の大きさ、樹脂の溶融温度、溶融度により決定されるが、０．１〜１０秒間隔が好ましく、これ以上又は以下であると、振動現象が弱くなり、理想とする中空部２は得られない。例えば、１サイクル時間が長い場合、樹脂が動く前に固化が進行して振動の発生が弱くなり、間隔が小さいとレスポンスが悪く、樹脂の揺動が追随しなくなる。
【００１３】
このように、本発明によれば、ガスの注入圧力を断続的に変化させることによって、樹脂に振動を発生させ、樹脂を押し拡げながらガスが進んで行くようにしているため、ガスの充填率は高まり、ヒケの少ない優れた外観を有する射出成形品を得ることができる。もちろん、このときのガスは空気、酸素、窒素、アルゴンや二酸化炭素などを用いることができるが、経済性や安全性の面からは、窒素ガス、アルゴンや二酸化炭素などが好都合である。これらのガスは室温でもよいが、加熱されたものであってもよい。また、ガスの注入口は、キャビティにおいて、１ヶ所でもよいが、キャビティ（成形品）の形状によっては、２ヶ所以上の注入口からガスを注入してもよい。
【００１４】
【実施例１】
以下に、本発明の実施例を図面を用いて詳しく説明する。
図３は自社製ガス注入装置５を型締め圧力450tの成形機（東芝機械株式会社製，IS-450tFBW）に設置し、中空射出成形を行うための装置を示すものである。この装置において、樹脂にはポリエチレン（昭和電工株式会社製, F6040V）を乾燥しないで、そのまま用いた。このとき、成形した成形品は、図４（ａ）に示す長さＬが250mm，幅Ｗ50mm，厚さＴ20mmの取手形状を有する成形品１２である。この成形品１２を射出圧力10MPa、射出時間1.9秒、溶融樹脂温度220℃で、温度調節器（株式会社松井製作所製，MCIII-60L）により42℃に設定した金型１１のキャビティ１１ａ内（材質S55C，入れ子型）に充填した。その後、保持圧力はかけずに、100kgf/cm2に設定した窒素ガスを成形品ランナー部１３の１ヶ所から、2. 5秒の間隔で溶融樹脂内に断続的に注入した。このときのガス注入時間は1.5秒、減圧時間は1.0秒である。図中６は高圧ガス発生装置、７はガス圧力調整器、８は制御ユニット、９は電磁切替制御弁、１０は排出弁である。
【００１５】
成形後、成形品断面をダイヤモンドカッター（ミニラボカッター，MC・110，MARUTO INSTRUMENT CO.,LTD.）で切断し、中空部２の形成状態を調べたところ、図４（ａ）に示す分布の中空部２を得た。このときコーナー部４の成形品肉厚は21mm、コーナー部４以外での肉厚は16mm、すなわち、滞留部とそれ以外との肉厚差は5mmとなっていて、コーナー部４の外観にヒケは見られなかった。
【００１６】
【比較例１】
実施例１の中で、ガスの注入時間を20秒として、ガスの注入・排出を繰り返さなかった以外は、実施例１と全く同様に成形を行った。
その結果、図４（ｂ）に示すように、中空部２は、成形品１の中央部においては盛り上って円弧状を呈し、更に、コーナー部４の成形品肉厚は30ｍｍ、コーナー部４以外での肉厚は11mmであった。すなわち、滞留部とそれ以外との肉厚差が19mmとなり、中空部２は拡大せず、肉厚が不均一になり、コーナー部４には肉眼で確認できるヒケ３が発生した。
【００１７】
【実施例２】
実施例１の中で、ガスの注入時に行う断続的な１サイクルの時間を0.1秒、0.5秒、1秒、5秒、10秒とした以外は、実施例１と全く同様に成形を行った。その結果、図４（ａ）と同様、中空部２は理想的に拡大し、コーナー部４の外観にヒケのない成形品１が得られた。
【００１８】
【比較例２】
実施例１の中で、ガスの注入時に行う断続的な１サイクル時間を0.05秒および15秒とした以外は、実施例１と全く同様に成形を行った。その結果、0.05秒においては、成形品１のコーナー部４の肉厚は32mm，それ以外での肉厚は13mmとなり、コーナー部４の外観に肉眼で確認できるヒケ３が発生した。これは、１サイクルのが極端に短いためにレスポンスが悪く、振動が十分に発生せず、又は、時間が長いために、樹脂の固化が始まり、コーナー部４において樹脂の振動が弱くなるためと考えられる。特にガスの注入・排出周期が15秒においては、成形品１のコーナー部４の肉厚は31mm、それ以外での肉厚は13mmとなり、同様に肉眼で確認できるヒケ３が発生した。このように、注入するガス圧を断続的に変化させる場合、１サイクル時間が小さ過ぎると樹脂自身の振動の変化に追随することができないために効果がなく、反対に大きくした場合には樹脂の固化が進行するために振動が抑えられる。したがって、成形品の大きさや樹脂の種類にもよるが、実用的には、0.1〜10秒間隔が好ましい。
【００１９】
【実施例３】
実施例１の中で、注入するガスの圧力を4、10、100、150kgf/cm2とした以外は、実施例１と全く同様に成形を行った。その結果、どの成形品においても、図４（ａ）と同様にコーナー部４において中空部２に偏りはなく、ヒケのない成形品が得られた。
【００２０】
【比較例３】
実施例１の中で、注入するガスの圧力を0.3kgf/cm2とした以外は、実施例１と全く同様に成形を行った。その結果、ガスは成形品１内に充分に充填されず、コーナー部４において中空部２に偏りが認められた。このため、コーナー部４に、図４（ｂ）に示すように、肉眼で確認されるヒケ３が発生した。
【００２１】
【実施例４】
実施例１において、ガスの注入口をゲート部１３および成形品末端部１４の２ヶ所に設置した以外は、実施例１とまったく同様に成形を行った。その結果、図５に示すように、成形品の中央部に樹脂溜まり部１５はできたものの、コーナー部４において中空部２に偏りはなく、コーナー部４の外観にヒケのない成形品１が得られた。
【００２２】
【発明の効果】
このように、本発明によれば、ガスの注入を断続的に行うことにより、樹脂に振動を与えるようにした。この結果、ガスの進入方向が定まり、更に十分な内圧がガスチャンネル内に発生するため、コーナー部においてヒケの発生が抑えられ、外観の優れた射出成形品を提供することができる。また、樹脂内において中空部の偏りが小さく、強度的にも安定した成形品を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来の中空射出成形法で成形された成形品において、コーナー部分にヒケが発生し、偏肉化している例の説明図。
【図２】  本発明に関わる中空射出成形法で成形された成形品の中空部とコーナー部分の説明図。
【図３】  本発明を実施するためのガス注入装置の概略図。
【図４】  （ａ）本発明の実施例１，２，３に関わる成形品断面の説明図。
（ｂ）比較例１，２，３に関わる成形品断面の説明図。
【図５】  本発明の実施例４に関わる成形品断面の説明図。
【符号の説明】
１  プラスチック成形品
２  中空部
３  ヒケ
４  成形品コーナー部
５  ガス注入装置
６  高圧ガス発生装置
７  ガス圧力調整器
８  制御ユニット
９  電磁切替制御弁
１０  排出弁
１１  成形用金型
１１ａ  キャビティ
１２  取手形状プラスチック成形品
１３  成形品ゲート部
１４  成形品末端部
１５  樹脂溜まり部
【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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