(57)【要約】【課題】繊維強化熱可塑性樹脂の射出成形品において、表面への繊維の露出を抑え、且つウェルド部の凹凸、特に盛り上がりを無くし、表面外観品質に優れた薄肉の射出成形品を得る。【解決手段】重量平均繊維長が０．１〜２０ｍｍである繊維状フィラーを強化繊維として含む熱可塑性樹脂の射出成形方法において、複数のゲート３２を、隣り合うゲート３２同士の間の間隔（ｄ）と成形すべき射出成形品の板厚（ｔ）とが０＜ｄ／２ｔ≦７５となるように配置しておき、金型キャビティ３１の内面を、マトリックス樹脂である熱可塑性樹脂の熱変形温度以上に加熱する工程と、ゲート３２から、熱可塑性樹脂の熱変形温度以上に加熱された金型キャビティ３１内へ、繊維状フィラーを含む溶融状態の熱可塑性樹脂を射出する工程と、繊維状フィラーを含む溶融状態の熱可塑性樹脂を射出した後、射出成形品の取り出しの前に、金型キャビティ３１の内面を冷却する工程とを行う。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維強化熱可塑性樹脂の射出成形品であって、ウェルド部の、一般面の延長線からの高さが０μｍ以上かつ３μｍ以下である射出成形品。
【請求項２】
前記射出成形品の前記一般面の部分における厚さが、マトリックス樹脂である前記熱可塑性樹脂中に混入された強化繊維の重量平均繊維長の１／５以下である、請求項１に記載の射出成形品。
【請求項３】
前記射出成形品の前記一般面の部分における厚さが１ｍｍ以下である、請求項１または２に記載の射出成形品。
【請求項４】
１つまたは複数のゲートから射出された繊維強化熱可塑性樹脂からなる射出成形品であって、
前記射出成形品の表面上の全ての地点における、成形時に前記ゲートのいずれかと対向した位置からの距離が、７５ｔ以下（ｔは前記射出成形品の板厚）である、射出成形品。
【請求項５】
重量平均繊維長が０．１〜２０ｍｍである繊維状フィラーを強化繊維として含む熱可塑性樹脂の射出成形方法において、
複数のゲートを、隣り合うゲート同士の間の間隔（ｄ）と成形すべき射出成形品の板厚（ｔ）とが０＜ｄ／２ｔ≦７５となるように配置しておき、
金型キャビティの内面を、マトリックス樹脂である前記熱可塑性樹脂の熱変形温度以上に加熱する工程と、
前記ゲートから、前記熱可塑性樹脂の熱変形温度以上に加熱された前記金型キャビティ内へ、前記繊維状フィラーを含む溶融状態の前記熱可塑性樹脂を射出する工程と、
前記繊維状フィラーを含む溶融状態の前記熱可塑性樹脂を射出した後、射出成形品の取り出しの前に、前記金型キャビティの内面を冷却する工程とを含む、繊維強化熱可塑性樹脂の射出成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノート型のパーソナルコンピュータ、デジタルカメラ、携帯電話、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）などの筐体等に使用可能であり、塗装状態のみならず非塗装状態でも外観品質に優れた繊維強化熱可塑性樹脂からなる射出成形品と射出成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年広く普及しているパーソナルコンピュータやデジタルカメラの部品、例えば、持ち運び可能なパーソナルコンピュータのハウジング、パームレスト、ボトム、ベゼル、およびスピーカーケースや、デジタルカメラの筐体およびレンズカバーなどに樹脂成形品が用いられている。持ち運び可能なパーソナルコンピュータやデジタルカメラは軽量化することが望ましいため、これらの部品の薄型化（例えば一般面の部分における厚さを１ｍｍ以下にすること）が求められると同時に、パーソナルコンピュータやデジタルカメラの損傷を抑制するために、これらの部品の高強度化が求められている。このように部品の薄型化と高強度化を同時に達成することを目的として、強化繊維（例えば炭素繊維やガラス繊維等の繊維状フィラー）によって強化された熱可塑性樹脂の成形品（以下、「繊維強化熱可塑性樹脂成形品」と言う）が用いられている。
【０００３】
繊維強化熱可塑性樹脂成形品では、強化繊維が成形品の表面に露出して成形品の表面に繊維による凹凸が生じ、良好な外観が得られない。特許文献１では、固定側金型と可動側金型の中間に設置した高周波誘導加熱のインダクターによって金型表面を加熱し、その後にインダクターを抜き出してから両金型を閉じて射出成形を行っている。特許文献１の方法によると、成形品の表面への強化繊維の露出防止効果が認められるものの、ヒケやウェルド部の凹凸の低減に関しては逆効果である（特許文献２の段落［０００８］等参照）。そこで、特許文献２では、特許文献１におけるヒケやウェルド部の凹凸の問題を解決するために、成形品の表面を研磨することで表面を平滑に仕上げる方法を提案している。
【特許文献１】特開昭５５−１０９６３７号公報
【特許文献２】特開２００２−６７０７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献２のように、繊維強化熱可塑性樹脂成形品を研磨することによって表面の平滑さを得る方法では、研磨工程が必要となるためコストアップを生じていた。また、研磨によって強化繊維がむき出しになることや脱落することを防止するために、重量平均繊維長が０．１〜１．０ｍｍ程度の比較的短い強化繊維を使用せざるを得なかった。その結果、十分な強度や剛性を持った製品が得られず、薄肉化や軽量化の恩恵が十分に得られていなかった。
【０００５】
本発明は、かかる従来技術の欠点に鑑み、繊維強化熱可塑性樹脂の射出成形品において、表面への繊維の露出を抑え、且つウェルド部の凹凸、特に盛り上がりを無くし、表面外観品質に優れた薄肉の射出成形品を得ることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、前記した課題を解決するために、次の手段を採用するものである。すなわち、重量平均繊維長が０．１〜２０ｍｍである繊維状フィラーを強化繊維として含む熱可塑性樹脂の射出成形方法において、複数のゲートを、隣り合うゲート同士の間の間隔（ｄ）と成形すべき射出成形品の板厚（ｔ）とが０＜ｄ／２ｔ≦７５となるように配置しておき、金型キャビティの内面を、マトリックス樹脂である熱可塑性樹脂の熱変形温度以上に加熱する工程と、ゲートから、熱可塑性樹脂の熱変形温度以上に加熱された金型キャビティ内へ、繊維状フィラーを含む溶融状態の熱可塑性樹脂を射出する工程と、繊維状フィラーを含む溶融状態の熱可塑性樹脂を射出した後、射出成形品の取り出しの前に、金型キャビティの内面を冷却する工程とを含むものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明で得られる射出成形品は、長繊維で強化された熱可塑性樹脂を用いて薄肉に成形しても、物性と外観に優れている。従って、この射出成形品をデジタル家電のハウジング等に使用することで小型軽量化に寄与することができる。また、射出成形品の表面が平滑かつ平坦であるため、塗装して用いるのみならず、塗装せずに用いることも可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
次に、本発明に係る射出成形品および射出成形方法について、より詳細に説明する。
【０００９】
本発明に係る射出成形品の材料となる繊維強化熱可塑性樹脂について説明すると、この繊維強化熱可塑性樹脂に含まれる強化繊維である繊維状フィラーとしては、例えばガラス繊維、アラミド繊維、炭素繊維、およびチタン酸カリウム等の針状結晶が用いられる。射出成形品の剛性や衝撃特性を十分に発現させるためには、ガラス繊維や炭素繊維が好ましく、特に長繊維のガラス繊維や炭素繊維が好んで用いられる。なお、繊維状フィラーの長さは、一般に単分散ではなく分布をもっているため数平均や重量平均繊維長で表現されることが多い。そこで、本発明において好ましい繊維状フィラーの長さを重量平均繊維長で表すと、０．１ｍｍ〜２０ｍｍの範囲である。さらに、特に好ましい繊維状フィラーの長さは、重量平均繊維長が２ｍｍ〜１０ｍｍの範囲である。仮に、繊維が短過ぎる場合には、剛性や衝撃強度向上効果が小さく、薄肉化や軽量化の効果が得られにくく、繊維が長過ぎる場合には、計量が安定しにくく、また、成形品の配向が強くなり成形品が反りやすい。なお、繊維強化熱可塑性樹脂に含まれる繊維状フィラーの重量平均繊維長は、焼却（特にガラス繊維の場合）、または加水分解や熱分解（炭素繊維の場合）によって熱可塑性樹脂を取り除いた後に、純水に分散させ、偏光顕微鏡で撮影した画像を画像処理してから数値処理して測定することによって求めることができる。
【００１０】
一方、本発明で用いられる繊維強化熱可塑性樹脂のマトリックス樹脂となる熱可塑性樹脂は、通常の成形用途に用いられるものであれば特に限定されるものではない。例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、環状オレフィンポリマー等のポリオレフィン樹脂、ナイロン６（商標）、ナイロン６６（商標）、ナイロン１１（商標）、芳香族ポリアミド、半芳香族ポリアミド等のポリアミド樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリ乳酸等のポリエステル樹脂、ポリアセタール、ポリフェニレンエーテル等のポリエーテル樹脂、ポリスチレン、ＡＢＳ（アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン）等のスチレン系樹脂、およびこれらの熱可塑性樹脂のポリマーアロイ等を用いることができる。
【００１１】
本発明は、射出成形品のウェルド部の凹凸（特に盛り上がり）を抑えることを主な特徴とするものである。このウェルド部の高さとは、図１に示すように、ウェルド部１において、一般面４の延長線３からウェルド部１の頂点２までの高さのことを言う。なお、合流する溶融状態の樹脂の圧力差等によって、図２のようにウェルド部１の盛り上がりが、溶融状態の樹脂の合流位置とずれて発生する場合もあるが、この場合も同様に、ウェルド部１の高さとは、一般面４の延長線３から頂点２までの高さのことを言う。ここで言う一般面４とは、ウェルド部１を除く周辺部分の表面のことを指す。図１，２には、ウェルド部１を含む部分が平坦な平面として形成されるべき射出成形品が例示されているが、ウェルド部を含む部分が概ね一様な曲率を有する曲面状に形成されるべき射出成形品の場合も同様である。
【００１２】
ウェルド部１においては繊維状フィラーの平均的な向きが一般面４とは異なり、射出成形品の内部から射出成形品の表面に向かって押し上げる力がウェルド部１の両側から働く。このとき、押し上げる力を金型内で十分に緩和できないと、射出成形品のウェルド部１に盛り上がりが生じることになる。特に、繊維が長いほど盛り上がりが大きくなる傾向がある。
【００１３】
そして、本発明者は、ウェルド部１が、繊維状フィラーを含む熱可塑性樹脂が射出されるゲートから遠く離れて位置して、合流時の熱可塑性樹脂の温度が低くなるほど、射出成形品の内部から射出成形品の表面に向かって押し上げる力が緩和されにくく、盛り上がりが大きくなりやすいことを初めて見出した。具体的には、隣接する複数のゲート間の距離が大きいと、各ゲートから射出される溶融樹脂同士が合流して形成されるウェルド部１に、図１に示されているような盛り上がりを生じることを見出した。そこで、本発明者は、射出成形品の内部から射出成形品の表面に向かって押し上げる力を緩和させて盛り上がりを小さくするためには、隣接する複数のゲートから流れる溶融樹脂同士の合流部までの、ゲートから樹脂が流れる距離（流動距離）を小さくすればよいことを見出した。ウェルド部１は隣り合うゲート同士の間の中間に形成されるため、流動距離は、隣り合うゲート同士の間の間隔（ｄ）の１／２、すなわちｄ／２であるとみなすことができる。
【００１４】
また、本発明者は、製品厚みがウェルド部１の盛り上がりに影響し、特に、製品厚みが繊維状フィラーの重量平均繊維長の１／５よりも薄い場合に、ウェルド部１の盛り上がりが顕著になることを見出した。
【００１５】
そこで、本発明者は、流動距離と製品厚みとの関係を規定することによって、ウェルド部１の盛り上がりを小さくできることを初めて見出した。なお、ここで言う製品厚みとは、製造すべき成形品の所望の厚さ（設計上の厚さ）のことであり、製造誤差等を考慮しない厚さである。製品厚みと、一般面４の部分における厚さとは等しい。そして、ウェルド部１の盛り上がりが小さくなる条件を求めるために流動距離と製品厚みとの関係を規定する上では、製品厚みとして、射出成形品全体の平均板厚を用いる必要はなく、流動距離を測定する部分、すなわちゲートから樹脂が流れる部分（具体的には隣り合うゲート同士の間）の範囲内における平均板厚（ｔ）を用いればよい。このようにして本発明において初めて求めた、ウェルド部の盛り上がりを小さくするための条件は、０＜ｄ／２ｔ≦７５である。さらに、０＜ｄ／２ｔ≦３８であるとより好ましい。これが本発明の第１の実施形態である。なお、これらの上限値の根拠は、後述する実施例の説明の中で明らかにする。
【００１６】
このような原理に基づいて有効なゲートの配置を実現した本発明の金型によって成形された射出成形品の例を、図３〜５に示している。ここで例示する射出成形品は、一様な厚さ（例えばｔ＝０．８ｍｍ）の平板状である。なお、通常は射出成形品にゲート跡が残ることはないが、図３〜５では、便宜上、射出成形品上に、製造時にゲートと対向した位置を、ゲート５ａ〜５ｂ，７ａ〜７ｃ，１０ａ〜１０ｄとして模式的に図示している。
【００１７】
図３に示す例では、２点のゲート５ａ，５ｂの間に直線状のウェルド部１ができる。そこで、このウェルド部１と各ゲート５ａ，５ｂとの間の流動距離である、ゲート５ａと５ｂの間の間隔（ｄ）の１／２と、そのゲート５ａと５ｂの間の範囲（破線６にて図示）内における射出成形品の平均板厚（ｔ）が、前記したように０＜ｄ／２ｔ≦７５、より好ましくは０＜ｄ／２ｔ≦３８の関係を満たすように、ゲート５ａ，５ｂが配置されている。
【００１８】
図４に示す例では、３点のゲート７ａ，７ｂ，７ｃが設けられている。この場合には、隣接するゲートから射出された、繊維状フィラーを含む溶融状態の熱可塑性樹脂同士が合流する部分に、直線状のウェルド部ができる。そこで、隣接するゲートとそれらのゲートの間に位置する直線状のウェルド部との間の流動距離である、隣接するゲート同士の間の間隔（ｄ）の１／２と、そのゲート同士の間の範囲内における射出成形品の平均板厚（ｔ）が、０＜ｄ／２ｔ≦７５、より好ましくは０＜ｄ／２ｔ≦３８の関係を満たすように、ゲートが配置されている。具体的には、ゲート７ａ，７ｂと直線状のウェルド部８ａの間の流動距離、すなわちゲート７ａとゲート７ｂの間の間隔（ｄ）の１／２と、ゲート７ａとゲート７ｂの間の範囲（破線９ａにて図示）内における射出成形品の平均板厚（ｔ）が、０＜ｄ／２ｔ≦７５、より好ましくは０＜ｄ／２ｔ≦３８の関係を満たしている。同様に、ゲート７ｂ，７ｃと直線状のウェルド部８ｂの間の流動距離、すなわちゲート７ｂとゲート７ｃの間の間隔（ｄ）の１／２と、ゲート７ｂとゲート７ｃの間の範囲（破線９ｂにて図示）内における射出成形品の平均板厚（ｔ）が、０＜ｄ／２ｔ≦７５、より好ましくは０＜ｄ／２ｔ≦３８の関係を満たしている。そして、ゲート７ａ，７ｃと直線状のウェルド部８ｃの間の流動距離、すなわちゲート７ａとゲート７ｃの間の間隔（ｄ）の１／２と、ゲート７ａとゲート７ｃの間の範囲（破線９ｃにて図示）内における射出成形品の平均板厚（ｔ）が、０＜ｄ／２ｔ≦７５、より好ましくは０＜ｄ／２ｔ≦３８の関係を満たしている。このように、複数存在するゲートのうち、互いに隣接するゲートに関しては全て０＜ｄ／２ｔ≦７５、より好ましくは０＜ｄ／２ｔ≦３８の関係を満たすように配置されている。
【００１９】
図５に示す例では、多数のゲートと多数の障害（例えば開口部）が設けられている。この場合にも、隣接するゲートと、それらのゲートの間に位置する直線状のウェルド部との間の流動距離である、隣接するゲート同士の間の間隔（ｄ）の１／２と、そのゲート同士の間の範囲内における射出成形品の平均板厚（ｔ）が、０＜ｄ／２ｔ≦７５、より好ましくは０＜ｄ／２ｔ≦３８の関係を満たすように、ゲートが配置されている。具体的には、ゲート１０ａ，１０ｂと直線状のウェルド部１１ａの間の流動距離、すなわちゲート１０ａとゲート１０ｂの間の間隔（ｄ）の１／２と、ゲート１０ａとゲート１０ｂの間の範囲（破線１２ａにて図示）内における射出成形品の平均板厚（ｔ）が、０＜ｄ／２ｔ≦７５、より好ましくは０＜ｄ／２ｔ≦３８の関係を満たしている。同様に、ゲート１０ｂ，１０ｃと直線状のウェルド部１１ｂの間の流動距離、すなわちゲート１０ｂとゲート１０ｃの間の間隔（ｄ）の１／２と、ゲート１０ｂとゲート１０ｃの間の範囲（破線１２ｂにて図示）内における射出成形品の平均板厚（ｔ）が、０＜ｄ／２ｔ≦７５、より好ましくは０＜ｄ／２ｔ≦３８の関係を満たしている。ゲート１０ｃ，１０ｄと直線状のウェルド部１１ｃの間の流動距離、すなわちゲート１０ｃとゲート１０ｄの間の間隔（ｄ）の１／２と、ゲート１０ｃとゲート１０ｄの間の範囲（破線１２ｃにて図示）内における射出成形品の平均板厚（ｔ）が、０＜ｄ／２ｔ≦７５、より好ましくは０＜ｄ／２ｔ≦３８の関係を満たしている。そして、ゲート１０ａ，１０ｄと直線状のウェルド部１１ｄの間の流動距離、すなわちゲート１０ａとゲート１０ｄの間の間隔（ｄ）の１／２と、ゲート１０ａとゲート１０ｄの間の範囲（破線１２ｄにて図示）内における射出成形品の平均板厚（ｔ）が、０＜ｄ／２ｔ≦７５、より好ましくは０＜ｄ／２ｔ≦３８の関係を満たしている。詳述しないが、図５の左側に図示されているその他のゲートに関しても、同様の関係が成り立っている。このように、複数存在するゲートのうち、互いに隣接するゲートに関しては全て０＜ｄ／２ｔ≦７５、より好ましくは０＜ｄ／２ｔ≦３８の関係を満たすように配置されている。ただし、ゲート１０ａとゲート１０ｃの間、およびゲート１０ｂとゲート１０ｄの間には、開口部１３が介在しており各ゲート間の中間位置にはウェルド部が形成されないため、考慮する必要がない。
【００２０】
前記したように、互いに隣接するゲート同士の間の間隔（ｄ）と、それらのゲート同士の間の範囲内における射出成形品の平均板厚（ｔ）が、０＜ｄ／２ｔ≦７５、より好ましくは０＜ｄ／２ｔ≦３８の関係を満たしている場合に、ウェルド部の盛り上がりを小さく抑えることができる。特に、ウェルド部の盛り上がりが、一般面から３μｍ以下の高さである場合に、パーソナルコンピュータやデジタルカメラなどのデジタル機器の部品として用いるのに適している。
【００２１】
以上説明した本発明の第１の実施形態では、ゲートから、それに隣接するゲートとの間に介在するウェルド部までの樹脂の流動距離を、両ゲート間の間隔（ｄ）の１／２とみなして考察しており、０＜ｄ／２ｔ≦７５、より好ましくは０＜ｄ／２ｔ≦３８とすることによって、ウェルド部の盛り上がりの抑制に非常に大きい効果が得られることを見出している。ただし、大型の射出成形品を成形する場合には、隣り合うゲート同士を結ぶ直線から離れた位置において、回り込んだ樹脂同士の合流点が生じたり、若干の盛り上がりや外観不良が生じたりする可能性も考えられる。また、ゲートが１つしか存在しない成形装置にて射出成形を行う場合には、第１の実施形態を適用することができない。そこで、本発明者は、第２の実施形態として、前記した第１の実施形態の０＜ｄ／２ｔ≦７５、好ましくは０＜ｄ／２ｔ≦３８という関係をさらに拡張して、射出成形品の表面上の全ての地点が、成形時にゲートと対向した位置から７５ｔ以下、好ましくは３８ｔ以下の範囲内に入るようにした。なお、ここで言う板厚（ｔ）は、射出成形品のうち、最も近接するゲートから、そのゲートからの距離が測定される各地点までの範囲内における平均板厚を意味する。従って、射出成形品のうち部分的に板厚が厚い部分があれば、その部分に限っては、最も近接するゲートからの距離が、板厚が厚くなっている分だけ長くなっていても構わない。逆に、射出成形品のうち部分的に板厚が薄い部分があれば、その部分に関しては、最も近接するゲートからの距離を、板厚が薄くなっている分だけ短くしなければならない。
【００２２】
前記した第１の実施形態では、ゲートからウェルド部までの距離に相当する（ｄ／２）が、７５ｔ以下、好ましくは３８ｔ以下の範囲内に入るようにしているが、第２の実施形態では、射出成形品の表面上の全ての地点が、ゲートからの距離が７５ｔ以下、好ましくは３８ｔ以下の範囲内に入るようにしている。当然のことながら、第２の実施形態ではウェルド部もゲートからの距離が７５ｔ以下、好ましくは３８ｔ以下の範囲内に入るため、前記した第１の実施形態と矛盾することはない。
【００２３】
以下、第２の実施形態に基づく射出成形品について、図６〜９を参照して説明する。図６には、２つのゲート１４ａ，１４ｂから樹脂を射出して形成した射出成形品１５を示している。図６に示す射出成形品１５は、その表面上の全ての地点が、２つのゲート１４ａ，１４ｂのうちのいずれかから７５ｔ以下の距離の範囲（破線の円１６ａ，１６ｂにて図示）内に位置している。
【００２４】
図７には、１つのゲート１７から樹脂を射出して形成した射出成形品１８を示している。図７に示す射出成形品１８は、その表面上の全ての地点が、ゲート１７から７５ｔ以下の距離の範囲（破線の円１９にて図示）内に位置している。図７に示す例のように射出成形品１８に開口部（窓部）２０が設けられている場合も、開口部２０が設けられていない場合と同様に、表面上の全ての地点がゲート１７から７５ｔ以下の距離の範囲内に入るようにする。
【００２５】
図８には、８つのゲート２１ａ〜２１ｈから樹脂を射出して形成した射出成形品２２を示している。図８に示す射出成形品２２は、その表面上の全ての地点が、８つのゲート２１ａ〜２１ｈのうちのいずれかから７５ｔ以下の距離の範囲（破線の円２３ａ〜２３ｈにて図示）内に位置している。図８に示す例のように射出成形品２２に開口部（窓部）２４が設けられている場合も、開口部２４が設けられていない場合と同様に、表面上の全ての地点が、ゲート２１ａ〜２１ｈのうちのいずれかから７５ｔ以下の距離の範囲内に入るようにする。
【００２６】
本発明の第２の実施形態によると、射出成形品１５，１８，２２の表面上の全ての地点が、いずれかのゲートからの距離が０ｍｍ以上かつ７５ｔ以下、好ましくは０ｍｍ以上かつ３８ｔの範囲内に位置することによって、比較的大型の射出成形品の、ゲートから比較的離れた位置においても、盛り上がり等の外観不良を生じることが抑制できる。図６〜８に示す具体例では、この関係を満たす実質的に最大の寸法の射出成形品１５，１８，２２を形成している。逆に言うと、図示されている射出成形品１５，１８，２２よりも大きい射出成形品を製造する場合には、ゲートの数を増やして、表面上の全ての地点が、いずれかのゲートからの距離が０ｍｍ以上かつ７５ｔ以下、好ましくは０ｍｍ以上かつ３８ｔの範囲内に位置するようにすればよい。すなわち、第２の実施形態の技術的思想の１つは、製造すべき射出成形品の形状および大きさに合わせてゲート数を増やして、射出成形品の表面上の各地点におけるゲートからの距離を短くすることにあり、それによって、射出成形品の表面全体において盛り上がり等の外観不良を抑えることができる。
【００２７】
以上説明した本発明の第１の実施形態および第２の実施形態における射出成形で用いられる金型のゲートは、通常の射出成形に用いられるものであれば特に制限は無く、材料の特性と成形品の形状に合わせて適宜に選択すればよい。そして、本発明における射出成形方法には、閉じられた金型キャビティ内に溶融状態の樹脂を射出して流し込んだ後に冷却固化させる通常の射出成形法に限られず、開放された金型に溶融状態の樹脂を射出した後に金型を閉じて腑形する射出プレス成形法や、容積可変の金型キャビティ内に溶融状態の樹脂を射出してから金型キャビティの容積を縮小させて腑形する射出圧縮成形法等も含まれる。
【００２８】
本発明の成形品の厚みは特に限定されるものではないが、重量と剛性の観点から、０．３ｍｍ〜０．２ｍｍ、好ましくは０．４ｍｍ〜１．２ｍｍ、さらに好ましくは０．５ｍｍ〜１．０ｍｍであると良い。成形品の厚みがこの範囲より大きいと、重量が大きく持ち歩きに適さない。成形品の厚みがこの範囲より小さいと、剛性が小さく、内部部品の保護に支障が生じる。
【００２９】
また、本発明の射出成形においては、繊維状フィラーを含む溶融状態の熱可塑性樹脂を金型キャビティ内に射出する前に金型を熱可塑性樹脂の熱変形温度以上に加熱しておき、射出後には射出成形品の取り出し前に金型を冷却して熱可塑性樹脂を固化させることが好ましい。そうすることによって、引用文献１と同様に成形品表面への強化繊維の露出防止効果を得ることができる。ここで、熱可塑性樹脂の熱変形温度とは、繊維状フィラーを含まないマトリックス樹脂が応力によって変形可能になる温度であり、荷重たわみ温度等の公知の試験法によって求めることができる。この金型の加熱および冷却の方法は特に限定されるものではない。例えば加熱の場合、蒸気、加圧水、加熱オイルなどの加熱媒体を、金型中に設けられた流路に流す方法や、赤外線ヒーター、誘導加熱、電熱ヒーター等により加熱する方法が挙げられる。これらの加熱方法の中で、短時間に温度を上昇可能である点と温度の均一性の点から、蒸気を流路に流して加熱する方法が望ましい。また、冷却方法は、水を流路に流す方法が一般的である。加熱媒体の流路と冷却媒体の流路とを共通にしてもよく、それぞれ別の流路を設けてもよい。
【実施例】
【００３０】
次に、より具体的な実施例を通して本発明をより詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施例によって何ら限定されるものではない。
【００３１】
図９に、本発明の繊維強化熱可塑性樹脂の射出成形品を製造するための成形装置を模式的に示している。この成形装置の概略について説明する。成形装置は、型締めおよび型開き可能な金型装置３０を構成する可動側金型３０ａおよび固定側金型３０ｂを有している。各金型３０ａ，３０ｂは互いに対向する面の一方または両方に凹部が設けられており、金型装置３０の型締め時に、この成形装置によって製造する成形品に対応する形状を有する金型キャビティ３１が構成される。そして、金型装置３０には、ゲート３２から金型キャビティ３１内に成形材料（繊維強化熱可塑性樹脂）を射出する射出装置３３が接続されている。また、金型装置３０には流体の循環路となる流路３４が形成されており、この流路３４に加熱媒体と冷却媒体を選択的に流す温度調節装置３５が接続されている。なお、本発明の主な特徴は、金型キャビティ３１内のゲート３２の位置を規定しているところにある。
【００３２】
この成形装置によって繊維強化熱可塑性樹脂の射出成形品を成形する射出成形方法の概略について説明する。まず、温度調節装置３５が流路３４内に加熱媒体（例えば蒸気）を供給して循環させ、金型装置３０を加熱する。そして、金型キャビティ３１の表面の温度を、マトリックス樹脂である熱可塑性樹脂（例えば、ポリカーボネートとＡＢＳ樹脂とのポリマーアロイ、またはポリアミド）の熱変形温度以上に保つ。そこで、射出装置３３が複数のゲート３２から金型キャビティ３１内に成形材料を射出する。成形材料は、前記した熱可塑性樹脂に強化繊維として繊維状フィラー、例えば炭素繊維が含まれた繊維強化熱可塑性樹脂である。炭素繊維は、長繊維であっても短繊維であってもよいが、射出成形品の高い剛性を得るために平均繊維長が６〜８ｍｍのものを原料にすると良い。
【００３３】
所定量の成形材料の金型キャビティ３１内への射出が完了したら、所定時間だけ成形材料に加圧力を加え続ける保圧工程が行われる。そして、保圧工程が完了したら、直ちに温度調節装置３５が流路３４内に冷却媒体（例えば冷水）を供給して循環させ、金型装置３０を冷却する。そして、金型キャビティ３１の表面の温度を、マトリックス樹脂である熱可塑性樹脂の熱変形温度未満にする。このように冷却媒体を用いて金型キャビティ３１の表面の温度を冷却することによって成形材料を急速に硬化させてから、金型装置３０を型開きして射出成形品を取り出す。
【００３４】
本出願人は、従来の繊維強化熱可塑性樹脂成形品において問題になっていた、ウェルド部の盛り上がりによる外観不良を解消するために、前記したように、金型キャビティ３１内のゲート３２の位置と製品厚みの関係に着目した。
【００３５】
射出成形において、ゲート３２から金型キャビティ３１内に射出されてからウェルド部に至るまでの成形材料の流動距離が長いと、流動中に熱可塑性樹脂がある程度固くなってから、別のゲート３２から射出されて金型キャビティ３１内を流動してきた成形材料と合流する。従って、転写性が悪くなり、ウェルド部が盛り上がった状態で固化しやすくなる。これに対し、ゲート３２からウェルド部までの成形材料の流動距離が短いと、熱可塑性樹脂が固くならず流動性が良いうちに、別のゲート３２から射出された成形材料と合流する。従って、転写性が良く、ウェルド部の盛り上がりが生じにくい。合流した瞬間には一旦ウェルド部が盛り上がったとしても、その時点ではまだ樹脂の流動性が良いので、樹脂表面が均されて平坦になり、盛り上がりが解消される。従って、ゲート３２からウェルド部までの距離が短い方が好ましい。ただし、流動中の熱可塑性樹脂の硬化する速さは、その樹脂の厚さ、すなわち、完成時の製品厚みにも影響される。この樹脂の厚さが厚いと、冷却される金型キャビティ３１の表面から離れている厚さ方向の中間部における熱可塑性樹脂まで熱が伝わりにくく、硬化が遅くなる。一方、流動する樹脂の厚さが薄いと、冷却される金型キャビティ３１の表面から厚さ方向の中間部における熱可塑性樹脂まで熱が伝わり易く、硬化が速くなる。
【００３６】
このように、ウェルド部の盛り上がりを抑えて外観を良好にするためには、成形材料の流動距離が短い方が良く、かつ樹脂の厚さが厚い方が良い。すなわち、特にウェルド部の外観にとって、樹脂の流動距離と厚さの両方が重要なパラメータであると考えられる。そこで、本発明者は、両者の比に関して初めて着目し、その適切な値を求めるための実験を行った。
【００３７】
第１の実験として、熱可塑性樹脂であるポリアミドに平均繊維長さが６〜８ｍｍの炭素長繊維を混入した成形材料を用いて、樹脂の流動距離と厚さの比を変えながら、繊維強化熱可塑性樹脂の射出成形品を製造した。また、第２の実験として、熱可塑性樹脂であるポリカーボネートとＡＢＳ樹脂のポリマーアロイ（ＰＣ／ＡＢＳ）に平均繊維長さが６ｍｍ以下の炭素短繊維を混入した成形材料を用いて、樹脂の流動距離と厚さの比を変えながら、繊維強化熱可塑性樹脂の射出成形品を製造した。第１の実験と第２の実験のいずれにおいても、１６０ｍｍ×２０ｍｍで板厚（製品厚み）が０．８ｍｍの薄い平板状の射出成形品を３つ、２００ｍｍ×２０ｍｍで板厚が０．８ｍｍの薄い平板状の射出成形品を２つ製造した。そして、１６０ｍｍ×２０ｍｍで板厚が０．８ｍｍの射出成形品に関しては、ゲート３２の位置を変えることにより、２つのゲート３２の間の間隔（ｄ）が６０ｍｍ、９３ｍｍ、１２０ｍｍの３つの条件の下で成形した。また、２００ｍｍ×２０ｍｍで板厚が０．８ｍｍの射出成形品に関しては、ゲート３２の位置を変えることにより、２つのゲート３２の間の間隔（ｄ）が１３６ｍｍ、２００ｍｍの２つの条件の下で成形した。こうして合計１０個の射出成形品を製造した。なお、ここで用いられた金型装置３０は、多数のゲート３２を有しており、それらのゲート３２のうちのいずれかを選択的に使用できるようになっている実験用の金型装置である。この成形状態を図１０〜１４に模式的に示している。
【００３８】
こうして製造した各射出成形品の表面状態を、目視と表面粗さ計による測定とによって確認し、その結果を表１および表２にそれぞれ示している。目視評価に関しては、ウェルド部の目に見える程度に応じて、「○」、「△」、「×」の３段階で評価した。
【００３９】
【表１】
2009248327.tif 000003
【００４０】
【表２】
2009248327.tif 000004
【００４１】
このような射出成形品をパーソナルコンピュータの部品またはデジタルカメラの部品として用いる場合には、ウェルド部の盛り上がりが、一般面の延長線からの高さが３μｍ以下程度であれば許容できる場合が多い。
【００４２】
第１および第２の実験の結果、平均板厚（ｔ）が０．８ｍｍであってゲート３２同士の間の間隔（ｄ）が１２０ｍｍ以下、すなわち２ｄ／ｔが７５以下である場合に、ウェルド部の高さが３μｍ未満であって目視評価も比較的良いため好ましいと考えられる。さらに、平均板厚（ｔ）が０．８ｍｍであってゲート３２同士の間の間隔（ｄ）が６０ｍｍ以下、すなわち２ｄ／ｔが３８以下であると、ウェルド部の盛り上がりが測定できない程度であり非常に良好な結果が得られたため、より好ましい。なお、第２の実験でゲート３２同士の間の間隔（ｄ）が１８０ｍｍ、すなわち２ｄ／ｔが１１３の場合の「ショート」とは、ウェルド部において流動してきた樹脂同士が互いに合流するところまで到達できず、隙間が空いてしまった状態を意味する。このようなショート現象が生じた射出成形品は、当然のことながら全く使用不能な不良品である。
【００４３】
以上説明したとおり、強化繊維を含む熱可塑性樹脂を用いて射出成形品を製造する場合に、２ｄ／ｔが７５以下であることが好ましく、３８以下であるとより好ましいことが判った。
【００４４】
このように、本発明では、従来は問題にされていなかった、ゲート３２とウェルド部の間の樹脂の流動距離、すなわちゲート３２同士の間の間隔ｄの１／２と、製造すべき射出成形品の平均板厚ｔ（金型キャビティ２１の平均厚さと実質的に等しい）との関係に初めて着目し、適切な範囲を実験的に求めることによって、繊維強化熱可塑性樹脂成形品のウェルド部の盛り上がりを抑え、場合によって視認および測定できない程度まで盛り上がりをなくすことができる。繊維強化熱可塑性樹脂を用いることによってパーソナルコンピュータやデジタルカメラの部品（例えば、持ち運び可能なパーソナルコンピュータのハウジング、パームレスト、ボトム、ベゼル、およびスピーカーケースや、デジタルカメラの筐体およびレンズカバーなど）として十分な剛性と薄さおよび軽さを確保しつつ、部品の寸法精度を高め外観を良好にすることができる。しかも、製造工程の煩雑さや製造コストの上昇をもたらすことはない。
【００４５】
なお、３つ以上のゲート３２が存在する場合には、隣り合うゲート３２の全ての組み合わせに関して、０＜２ｄ／ｔ≦７５、より好ましくは０＜２ｄ／ｔ≦３８になるように、各ゲート３２を配置する。
【００４６】
本発明では、以上説明した実施例に基づいて、前記した第１の実施形態の数値限定がなされており、さらにその数値限定を、ゲートとウェルド部の間のみならず射出成形品の表面全体に拡げることによって、前記した第２の実施形態が導き出されている。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明に係る射出成形品のウェルド部を含む領域の断面図である。
【図２】本発明に係る射出成形品の、溶融した樹脂同士の合流部と盛り上がりの位置がずれた場合のウェルド部を含む領域の断面図である。
【図３】２点のゲートから射出された樹脂から形成されたウェルド部を含む、本発明の第１の実施形態に係る射出成形品の平面図である。
【図４】３点のゲートから射出された樹脂から形成されたウェルド部を含む、本発明の第１の実施形態に係る射出成形品の平面図である。
【図５】多数のゲートから射出された樹脂から形成されたウェルド部と、多数の開口部とを有する、本発明の第１の実施形態に係る射出成形品の平面図である。
【図６】２点のゲートから射出された樹脂から形成された、本発明の第２の実施形態に係る射出成形品の平面図である。
【図７】１点のゲートから射出された樹脂から形成され、開口部を含む、本発明の第２の実施形態に係る射出成形品の平面図である。
【図８】多数のゲートから射出された樹脂から形成され、多数の開口部を含む、本発明の第２の実施形態に係る射出成形品の平面図である。
【図９】本発明の繊維強化熱可塑性樹脂の射出成形品を製造するための成形装置の模式図である。
【図１０】第１および第２の実験における、繊維強化熱可塑性樹脂の射出成形品とゲートの位置を示す斜視図である。
【図１１】第１および第２の実験における、繊維強化熱可塑性樹脂の射出成形品とゲートの位置の他の例を示す斜視図である。
【図１２】第１および第２の実験における、繊維強化熱可塑性樹脂の射出成形品とゲートの位置を示す斜視図である。
【図１３】第１および第２の実験における、繊維強化熱可塑性樹脂の射出成形品とゲートの位置を示す斜視図である。
【図１４】第１および第２の実験における、繊維強化熱可塑性樹脂の射出成形品とゲートの位置を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００４８】
１，８ａ〜８ｃ，１１ａ〜１１ｄ      ウェルド部
２      ウェルド部の盛り上がりの頂点
３      一般面の延長線
４      一般面
５ａ〜５ｂ，７ａ〜７ｃ，１０ａ〜１０ｄ，１４ａ〜１４ｂ，１７，２１ａ〜２１ｈ，３２      ゲート
６，９ａ〜９ｃ，１２ａ〜１２ｄ      破線
１３，２０，２４      開口部
１５，１８，２２      射出成形品
１６ａ〜１６ｂ，１９，２３ａ〜２３ｈ      円
３０      金型装置
３０ａ    可動側金型
３０ｂ    固定側金型
３１      金型キャビティ
３３      射出装置
３４      流路
３５      温度調節装置
【図１】
2009248327.tif 000005
【図２】
2009248327.tif 000006
【図３】
2009248327.tif 000007
【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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