(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の温度に加熱された固定金型部と可動金型部からなる成形型内で型締め圧力をかけて熱可塑性樹脂成形材料を成形後、その同一成形型内において成形材料の表面が、被覆剤の注入圧力、流動圧力に耐えうる程度に固化した段階で固定金型部と可動金型部とを離間して、成形型内表面と得られた成形品の表面との間に、少なくとも２種類からなる有機過酸化物を有し、該有機過酸化物の少なくとも１種類の１分間半減期温度が金型温度よりも高い温度で硬化反応の開始剤となる熱硬化性被覆剤を注入する工程、
該熱硬化性被覆剤の注入完了後に再度型締めを行いながら該成形品の表面を該熱硬化性被覆剤で被覆する工程、
型開きしても該熱硬化性被覆剤が型開きによって剥がれ、割れ等が生じない程度に硬化した段階で該熱硬化性被覆剤で被覆された成形品を取り出す工程、
及び該成形品を取り出した後に該成形品を金型温度よりも高い温度に再加熱させる工程、
からなることを特徴とする型内被覆成形品の製造方法。
【請求項２】
前記金型温度は、前記被覆剤のゲル化時間が５秒〜６０秒間となる温度である請求項１に記載の型内被覆成形品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、合成樹脂成形材料を成形型内で成形し、得られた合成樹脂成形品の表面を、その同一成形型内で被覆剤を注入することにより被覆して得られる型内被覆成形品の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車、家電及び建材等に使用される樹脂成形品の表面に塗装を施すことは、成形品に装飾性等の付加価値を付けたり、あるいは耐候性を高めて製品の長寿命化を計ることを目的として、従来から広く行われている。このような塗装方法としてはスプレー塗装が一般的であるが、近年環境問題に強い関心が寄せられる中、塗装工場からの有害な有機物質の大気放出が厳しく制限される傾向にあることや、従業員の健康保護を重視する観点から、スプレー塗装に代わる技術の開発が急務となっている。
【０００３】
こうした中、金型内で成形した樹脂成形品の表面と金型キャビティ面との間に塗料を注入した後、塗料を金型内で硬化させて樹脂成形品の表面に塗膜が密着した一体成形品を製造する金型内被覆成形方法（インモールドコーティング）が注目を集めている。この金型内被覆成形方法は、塗装工程の省力化によるコスト削減にも大きく寄与するものと期待されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この金型内被覆成形方法は、専らＳＭＣ（Sheet Molding Compound）、ＢＭＣ（Bulk Molding Compound）といった熱硬化性樹脂成形材料による成形品の表面改質に実施されているが、熱可塑性樹脂の射出成形においては、まだ広くは利用されていない。その大きな理由の一つは、熱硬化性被覆剤を金型表面温度と成形品の表面温度を利用して、金型の中で被覆剤を硬化させるものであるが、しかし、被覆剤の硬化を十分に行うためには高い金型温度と長い時間が必要となり、一般に熱可塑性樹脂成形材料の場合、金型温度は低く設定されているためである。
【０００５】
このような熱可塑性樹脂の射出成形での金型内被覆成形方法に関しては、例えば特開平５−３０１２５１号公報や特開平５−３１８５２７号公報において開示されている。
【０００６】
また、特開平５−３０１２５１号公報では、熱可塑成樹脂及び金型表面温度を塗料の硬化温度以上に高くしている。
【０００７】
しかし、本発明者らは被覆剤による表面外観は被覆剤が金型内で流動した際の流動具合に大きく影響され、流動先端（フローフロント）が乱れないことが重要な条件となることを見出した。前記に記載したような被覆剤の硬化を十分に行う高い金型温度下では、被覆剤は金型内での流動途中で部分的にゲル化が始まったり、被覆剤の粘度が高くなったりして被覆剤の流れが不均一になり、被覆剤表面にシワが発生したり、色ムラといった塗膜欠陥を生じる。この様な現象はアルミニウム顔料やパール顔料を含んだ被覆剤では、ゲル化や粘度上昇によって金型内での流動状態が不均一となり、アルミニウム顔料やパール顔料といった扁平形状の顔料はその配向が乱され、色ムラやウエルドラインの発生が顕著となる。従って、被覆剤が被覆したい成形品表面を全面被覆するまでは、ゲル化や粘度上昇をしないで十分な流動性を保持していることが必要である。しかし、このためには金型温度を低くするか、被覆剤のゲル化を遅くする、言い換えれば硬化反応を低下させることになり、硬化時間が極端に長くなったり、場合によっては十分な性能を発揮するまでの硬化が進まないこともあり、好ましくない。
【０００８】
また、特開平５−３１８５２７号公報においては、被覆剤を金型内に注入後被覆された熱硬化性被覆剤を硬化させるために、高周波誘導加熱等を行い金型を加熱し被覆剤を硬化させる方法が開示されている。しかし、この方法では成形サイクルの間で金型を加熱したり冷却したりするため、エネルギーのロスと、成形サイクルが長くなる欠点があった。
【０００９】
本発明の目的は、上記事情に鑑みてなされたものであり、熱可塑性樹脂成形材料を成形型内で成形後に、その同一成形型内で、成形品の表面に被覆剤をコーティングする際、硬化塗膜にシワ、クラック、色ムラ、ウエルドの発生を防止し、得られる被覆された成形品の高い品質を確保できる型内被覆成形品の製造方法を提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に従って、所定の温度に加熱された固定金型部と可動金型部からなる成形型内で型締め圧力をかけて熱可塑性樹脂成形材料を成形後、その同一成形型内において成形材料の表面が、被覆剤の注入圧力、流動圧力に耐えうる程度に固化した段階で固定金型部と可動金型部とを離間して、成形型内表面と得られた成形品の表面との間に、少なくとも２種類からなる有機過酸化物を有し、該有機過酸化物の少なくとも１種類の１分間半減期温度が金型温度よりも高い温度で硬化反応の開始剤となる熱硬化性被覆剤を注入する工程、
該熱硬化性被覆剤の注入完了後に再度型締めを行いながら該成形品の表面を該熱硬化性被覆剤で被覆する工程、
型開きしても該熱硬化性被覆剤が型開きによって剥がれ、割れ等が生じない程度に硬化した段階で該熱硬化性被覆剤で被覆された成形品を取り出す工程、
及び該成形品を取り出した後に該成形品を金型温度よりも高い温度に再加熱させる工程、
からなることを特徴とする型内被覆成形品の製造方法が提供される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明は、金型内で塗膜を半硬化状態で形成させた後、被覆成形品を金型から取り出し、別工程にて再加熱し、被覆剤中に残存している硬化開始剤を熱エネルギーにより再活性化させ、被覆剤を最終硬化せしめることによって、外観の欠陥の殆ど無い、塗膜性能に優れた被覆成形品を得ることが可能となった。
【００１２】
本発明において、被覆剤は成形品表面を被覆するまではゲル化しないことが望ましく、従って金型温度は、該被覆剤のゲル化時間が５秒〜６０秒間の範囲内となる温度であることが好ましい。ここでゲル化時間とは、被覆剤が流動しなくなるまでに要する時間として定義されるものであり、ここで云うゲル化時間とは、ＩＣＡＭ−１０００ディエレクトロメーター（Ｍｉｃｒｏｍｅｔ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｉｎｃ．製）にて測定したものである。金型温度が上記ゲル化時間より短くなる温度の場合、被覆剤が金型内を流動途中でゲル化したり、粘度上昇するため好ましくない。また、上記ゲル化時間より長くなる温度の場合は、型開きしても被覆剤が剥がれ、割れ等を生じない程度にまで半硬化させるのに長時間を要し、成形サイクル、生産性の点から好ましくない。
【００１３】
更には、成形品を再加熱させる温度が前記金型温度よりも高いことが被覆剤を硬化させ、本来の塗膜性能が得られる点から好ましい。
【００１４】
このような本発明に用いられる熱硬化性被覆剤としては、有機過酸化物を硬化反応の開始剤とするものが被覆剤の硬化性の点から好ましい。
【００１５】
また、前記有機過酸化物が少なくとも２種類からなり、更に前記有機過酸化物の少なくとも１種類の１分間半減期温度が前記金型温度よりも高いことが被覆剤中の残留有機過酸化物量が多く、再加熱させる時の反応開始の点からより好ましい。
【００１６】
本発明において使用される熱可塑性樹脂成形材料としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体、ポリカーボネート、ポリアミド、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、変性ポリフェニレンエーテル等の熱可塑性樹脂成形材料あるいはこれらのアロイ材、更にはこれらに繊維状あるいは鱗片状のフィラーを配合したものが挙げられる。
【００１７】
また、本発明において使用される被覆剤は、従来から公知の各種型内被覆用被覆剤が利用でき、例えば、特開昭５４−３６３６９号、特開昭５４−１３９９６２号、特開昭５５−６５５１１号、特開昭５７−１４０号、特開昭６０−２１２４６７号、特開昭６０−２２１４３７号、特開平１−２２９６０５号、特開平５−７０７１２号、特開平５−１４８３７５号、特開平６−１０７７５０号及び特開平８−１１３７６１号等の公報に記載の被覆剤が代表的なものとして挙げられる。
【００１８】
特に好適には、有機過酸化物を硬化反応の開始剤とする、少なくとも２個の（メタ）アクリレート基を有するウレタンアクリレートオリゴマー、エポキシアクリレートオリゴマー等のオリゴマーもしくはその樹脂、又は不飽和ポリエステル樹脂２０〜７０重量％とメチル（メタ）アクリレート、エチル（メタ）アクリレート、プロピル（メタ）アクリレート、ブチル（メタ）アクリレート、２−エチルヘキシル（メタ）アクリレート、（メタ）アクリル酸、酢酸ビニル、トリプロピレングリコールジアクリレート、スチレン等の共重合可能なエチレン性不飽和モノマー８０〜３０重量％からなるビヒクル成分を主成分とし、各種着色顔料、アルミニウム顔料、パール顔料、離型剤及び光安定剤等からなる被覆剤である。
【００１９】
有機過酸化物としては、ビス（４−ｔ−ブチルシクロヘキシル）パーオキシジカーボネート、ジイソプロピルパーオキシジカーボネート、ジ−２−エチルヘキシルパーオキシジカーボネート、ｔ−オクチルパーオキシオクトエート、ｔ−アミルパーオキシオクトエート、ｔ−ブチルパーオキシオクトエート、ｔ−オクチルパーオキシベンゾエート、ジベンゾイルパーオキシド、１，１−ジ−ｔ−ブチルパーオキシシクロヘキサン、ｔ−ブチルパーオキシ−３，５，５−トリメチルヘキサノエート、２，２−ジ−ｔ−ブチルパーオキシブタン、ｔ−ブチルパーオキシイソプロピルカーボネート、ｔ−アミルパーオキシベンゾエート及びｔ−ブチルパーオキシベンゾエート等が挙げられる。
【００２０】
次に、図面に基づいて本発明の実施例を詳細に説明する。図１及び図２はいずれも本発明の実施例に係り、図１は金型内被覆成形装置の全体構成図、図２は図１に示す金型内被覆成形装置を用いて実施例１、２に示す成形を行う場合のフローチャートである。
【００２１】
図１に示すように、本発明における金型内被覆成形装置１００は汎用のトグル式射出成形機を利用したものであり、大別すると型締め装置１０と射出装置２０と制御装置３０と金型装置５０とで構成される。
【００２２】
型締め装置１０は、金型装置５０を取り付ける固定板１１及び可動盤１２を備えており、タイロッド１４に案内され且つ型締めシリンダ１３により前後進される可動盤１２が固定盤１１に対して進退することで、金型装置５０を開閉するように構成されている。
【００２３】
射出装置２０には、スパイラル状のフライト部を有するスクリュ２１が円筒状のバレル２２の内周面に沿って油圧モータ２３により回転駆動され且つ前後進自在に配設されている。スクリュ２１の回転に伴ってホッパ２５内に供給された樹脂ペレットはスクリュ２１の前方へ送られ、この間にバレル２２の外周面に取り付けられているヒータ（不図示）による加熱を受けると共に、スクリュ回転による混練作用を受けることにより樹脂ペレットが溶融するようになっている。
【００２４】
スクリュ２１の前方へ送られた溶融樹脂の量が予め設定された量に達した時点で油圧モータ２３の回転駆動を停止すると共に、射出シリンダ２４を駆動してスクリュ２１を前進させることにより、スクリュ２１前方に貯えられた溶融樹脂はノズル２６を経由して金型装置５０の金型キャビティ５３内へ射出されるようになっている。
【００２５】
金型装置５０には、前記固定盤１１に取り付けられる固定金型５１と前記可動盤１２に取り付けられる可動金型５２が備えられており、可動金型５２には被覆剤を金型キャビティ５３内に注入する被覆剤注入機５５及び金型キャビティ５３内合成樹脂成形品の表面温度を検出する温度センサ５４が配設されている。
【００２６】
次に、制御装置３０の構成について述べる。図１に示すように、制御装置３０には、型締め装置１０の動作と射出装置２０の動作を連動させ制御装置３０のシステム全体を総括して制御する成形制御部３１と、射出装置２０の動作を制御する射出制御部３８とが備えられているが、これら両制御部３１及び３８は通常の射出成形機における制御部と同様の制御機能を有している。一方、金型内被覆成形装置１００固有の制御機能を有する制御部として、型締め条件設定部３２から成形条件データ信号を受けて被覆剤注入機５５の動作を制御する注入機制御部３５と、同じく型締め条件設定部３２から成形条件データ信号を受けて型締め装置１０の動作を制御する型締め制御部３３とが備えられている。
【００２７】
前記型締め条件設定部３２には、型締め装置１０の開閉速度、動作タイミング、型開量、型締め力及び被覆剤注入機５５の注入量、注入速度、注入タイミング、注入圧力の各成形条件が設定されるが、前記型締め条件設定部３２からは、被覆剤注入機５５の注入量、注入速度、注入タイミング及び注入圧力に関する成形条件については前記注入機制御部３５に成形条件データを送り、型締め装置１０の開閉速度、動作タイミング、型開量及び型締め力に関する成形条件については前記型締め制御部３３に成形条件データ信号を送るようになっている。
【００２８】
次に、上記のように構成された制御装置３０を有する金型内被覆成形装置１００によって、金型内被覆成形を行う際の動作内容の一例を説明する。
【００２９】
型締め制御部３３から発信される制御信号と型締め用サーボバルブ１５によりフィードバック制御しながら、型締め条件設定部３２に設定された型閉じ速度パターンに従って、型締めシリンダ１３により可動金型１２を型開き限位置から前進させて固定金型１１にタッチさせる。引き続き型締め制御部３３から発信される制御信号と型締め用サーボバルブ１５によりフィードバック制御しながら、型締め条件設定部３２に設定された型締め力パターンに従って、型締めシリンダ１３により可動金型１２を更に前進させてタイロッド１４を伸ばし所定の型締め力を金型装置５０に作用させる。このような型締め装置１０動作中の所定の動作タイミングにおいて、射出制御部３８から発信される制御信号により射出用サーボバルブ２７の開度を制御しながら、射出シリンダ２４によりスクリュ２１を前進させると、スクリュ２１の前方に貯えられている溶融樹脂はノズル２６を経由して金型キャビティ５３内に射出されて合成樹脂成形品が成形される。なお、型締め装置１０動作と射出装置２０とが連動するように、成形装置制御部３１によって相互の動作タイミング信号を授受するようになっている。
【００３０】
次に、型締めシリンダ１３により可動金型１２を後退させ、型締め制御部３３から発信される制御信号と型締め用サーボバルブ１５によりフィードバック制御しながら、型締め条件設定部３２に設定された型開量を与えて合成樹脂成形品の表面と金型キャビティ５３面との間に隙間を設けた後、型締め条件設定部３２に設定された被覆剤注入機５５の注入量、注入速度、注入タイミング、注入圧力に従って、注入機制御部３５から発信される制御信号により被覆剤注入機５５を駆動して被覆剤を金型キャビティ５３内に注入する。
【００３１】
続いて、注入機制御部３５から発信される注入完了信号を受け、型締め制御部３３から発信される制御信号と型締め用サーボバルブ１５によりフィードバック制御しながら、型締めシリンダ１３により可動金型１２を再度前進させ、型締め条件設定部３２に設定された型締めタイミング、型開量パターン及び型締め力時間パターンを実行させる。こうすることにより、注入された被覆剤を合成樹脂成形品の全表面にゆきわたらせると共に、塗膜の外観品質にとって最適な成形条件を与えるようになっている。
【００３２】
その後、型締め制御部３３から発信される制御信号と型締め用サーボバルブ１５によりフィードバック制御しながら、型締め条件設定部３２に設定された動作タイミングと型開き速度パターンに従って、型締めシリンダ１３により可動金型１２を型開き限位置まで後退させ、被覆一体成形品を金型装置５０から取り出して成形サイクルが完了する。
【００３３】
【実施例】
以下、実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により何らその範囲を限定するものではない。
【００３４】
（参考例１）
縦３００ｍｍ、横２１０ｍｍ、深さ５０ｍｍ、厚さ３ｍｍの箱状の製品が得られるシェアーエッジ構造の金型を使い、まず２００ｔの型締め力をかけて耐熱ＡＢＳ（商品名：サイコラックＭＸ４０、宇部サイコン製）を射出成形した。この時の樹脂温度は２５０℃、金型温度は８５℃であった。この樹脂成形の冷却時間を３０秒間とした。その後、金型を１．５ｍｍ離間し、表１に記載の被覆剤Ａ又はＢを１２ｃｃ注入した。この被覆剤Ａのゲル化時間は、８５℃のとき２２秒、被覆剤Ｂのゲル化時間は８５℃のとき３０秒であることが判っている。被覆剤の注入に要した時間は０．５秒であった。被覆剤注入完了０．１秒後に再型締めを開始し、１秒かけて２０ｔまで型締めし、６０秒間保持した後に金型を開いて成形品を取り出した。直ちに成形品を１００℃に温度設定された熱風乾燥炉中に２０分間保持した後に成形品を取り出した。成形品には全面に厚さ約１００μｍの硬化した塗膜が形成されており、色ムラ、シワ、ワレ等の無い均一な被覆成形品であった。
【００３５】
（比較例１）
参考例１において、被覆剤注入完了後に再型締めを開始し、１秒かけて２０ｔまで型締めするところまでは全く同様にして行い、６０秒間保持するところを１２０秒間保持した後に金型を開いて成形品を取り出して作製した。金型を開いて取り出した後、再加熱しない成形品には全面に厚さ約１００μｍの塗膜が形成されていたが、塗膜は再加熱を施していないため光沢及び硬度が低かった。
【００３６】
参考例１及び比較例１の塗膜性能を評価した結果を表２に示す。
【００３７】
【表１】
0004230692.tif 000002
【００３８】
【表２】
0004230692.tif 000003
【００３９】
（実施例２）
参考例１で使用した金型を使い、参考例１と同様にまず３００ｔの型締め力をかけてポリアミド樹脂（商品名：ＵＢＥナイロンＰＡ１０１３Ｂ、宇部興産製）を射出成形した。この時の樹脂温度は２５０℃、金型温度は９０℃であった。この樹脂成形の冷却時間を３０秒間とした。その後、金型を１．５ｍｍ離間し、表３に記載の被覆剤Ｃを１２ｃｃ注入した。この被覆剤のゲル化時間は、９０℃の時２５秒間であることがわかっている。被覆剤の注入に要した時間は０．５秒であった。被覆剤注入完了３秒後に再型締めを開始し、約３秒かけて２０ｔまで型締めし、９０秒間保持した後に金型を開いて成形品を取り出した。その後、成形品を１２０℃に温度設定された熱風乾燥炉中に２０分間保持した後に成形品を取り出した。成形品には全面に厚さ約１００μｍの硬化した塗膜が形成されており、アルミニウム顔料のウエルドや配向ムラ、シワ、クラックの無い均一な被覆成形品であった。
【００４０】
（比較例２）
実施例２において、被覆剤注入完了後に再型締めを開始し、３秒かけて２０ｔまで型締めするところまでは全く同様にして行い、９０秒間保持するところを１８０秒間保持した後に金型を開いて成形品を取り出して作製した。再加熱しない成形品には全面に厚さ約１００μｍの塗膜が形成されていたが、塗膜は再加熱を施していないため光沢及び硬度が低かった。
【００４１】
実施例２及び比較例２の塗膜性能を評価した結果を表４に示す。
【００４２】
【表３】
0004230692.tif 000004
【００４３】
【表４】
0004230692.tif 000005
【００４４】
（比較例３）
比較例１において、金型温度を１０５℃に上げ、被覆剤注入完了後に再型締めを開始し、１秒かけて２０ｔまで型締めし、６０秒間保持した後に金型を開いて成形品を取り出した以外は、比較例１と同様にして作製した。被覆剤Ａのゲル化時間は、１０５℃のとき３．５秒、被覆剤Ｂのゲル化時間は１０５℃のとき４．０秒であることが判っている。成形品には全面に厚さ約１００μｍの硬化した塗膜が形成されていたが、金型内でのゲル化によるシワや光沢ムラの発生があり、また被覆剤Ｂでは、アルミニウム顔料の配向ムラ、ウエルドラインが顕著であり、被覆成形品としては劣悪なものとなった。
【００４５】
【発明の効果】
金型内では十分な流動性を保持しながら、外観上の欠陥の無い塗膜を半硬化状態で形成させた後、被覆成形品を金型から取り出し、別工程にて再加熱し、被覆剤中に残存している硬化開始剤を活性化させ、被覆剤を最終硬化せしめることによって、外観の欠陥の無い、塗膜性能に優れた被覆成形品を得ることが可能となる。また、成形サイクルも短縮でき、生産性に優れた金型内被覆成形品の製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係わる金型内被覆成形装置の全体構成図である。
【図２】図１に示す金型内被覆成形装置を用いて実施例の成形を行う場合のフローチャートである。
【図３】図１に示す金型内被覆成形装置を用いて実施例の成形を行う場合の型締め／型開きのシーケンスである。
【符号の説明】
１０  型締め装置
１１  固定盤
１２  可動盤
１３  型締めシリンダ
１４  タイロッド
１５  型締め用サーボバルブ
１６  ストロークセンサ
１７  型開量センサ
１８  型締め力センサ
２０  射出装置
２１  スクリュ
２２  バレル
２３  油圧モータ
２４  射出シリンダ
２５  ホッパ
２６  ノズル
２７  射出用サーボバルブ
３０  制御装置
３１  成形装置制御部
３２  型締め条件設定部
３３  型締め制御部
３５  注入機制御部
３８  射出制御部
５０  金型装置
５１  固定金型
５２  可動金型
５３  金型キャビティ
５４  温度センサ
５５  被覆剤注入機
１００  金型内被覆成形装置
【図１】
0004230692.tif 000006
【図２】
0004230692.tif 000007
【図３】
0004230692.tif 000008