(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
部分的に厚肉部であるリブ又はボスが突出した非意匠面と、その反対側の面である意匠面とを有する偏肉成形品のガス併用射出成形法において、少なくとも成形品の非意匠面に対応する金型キャビティ面の温度Ｔ1（℃）が、成形材料のビカット軟化点Ｖ（℃）に対して下記（Ｉ）式を満たすように保った状態で、溶融樹脂を金型キャビティ内に射出し、成形品の非意匠面に対応する金型キャビティ面側から溶融樹脂と金型キャビティ面との間に加圧ガスを圧入し、この加圧ガスにて、リブ又はボスの根本を絞り込みつつ成形品の意匠面をそれに対応する金型キャビティ面に押さえ付けることを特徴とするガス併用射出成形法。
Ｖ−３０＜Ｔ1＜Ｖ−１５・・・（Ｉ）
【請求項２】
成形品の意匠面に対応する金型キャビティ面の温度Ｔ2（℃）が下記（ＩＩ）式を満たすことを特徴とする請求項１に記載のガス併用射出成形法。
Ｖ−３０＜Ｔ2＜Ｖ−１５・・・（ＩＩ）
【請求項３】
溶融樹脂の射出後、樹脂保圧を加えることを特徴とする請求項１又は２に記載のガス併用射出成形法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラスチック材料のガス併用射出成形方法に関するもので、更に詳しくは、金型キャビティ内に射出した樹脂と金型キャビティ面との間への加圧ガスの圧入を伴う射出成形法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、片面にリブやボス等の突出した厚肉部を一部に有する偏肉成形品の射出成形を行う場合、厚肉部においては、溶融樹脂の冷却固化に伴う体積収縮により、厚肉部の突出側とは反対面である意匠面に、ひけと呼ばれる凹部が発生し、成形品の外観を著しく損なう。
【０００３】
そこで、この厚肉部のヒケを防止するための方法として、従来より、溶融樹脂を充填した金型キャビティにガスを圧入し、偏肉成形品の厚肉部内に中空部を形成する中空射出成形法が知られている。
【０００４】
しかし、中空射出成形法による成形品は、ガスが圧入される厚肉部と、ガスが圧入されない薄肉部との間に金型キャビティ面に対する押し付け力の差を生じ、厚肉部の意匠面側に艶むらを生じる場合があり、成形品の外観不良という問題が起こる。
【０００５】
一方、特開昭５０−７５２４７号公報には、金型キャビティ内に射出した樹脂と金型キャビティ面との間に加圧ガスを圧入し、このガスの圧入側とは反対側の成形品の意匠面を対応する金型キャビティ面に押し付ける成形法が記載されている。
【０００６】
さらに特開平６−２５４９２４号公報には、高周波誘導加熱により、樹脂充填時に、金型キャビティの表面付近を、材料の弾性率が常温時の１／３以下に低下する温度以上まで一時的に急加熱して成形を行う成形法が記載されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
近年、家庭電気機器やＯＡ機器等の製造業から、製品コストの引き下げのため、これら製品のハウジングについて、成形後の塗装やメッキ等の２次加工を省略できる、外観の優れた成形品を得ることができる成形技術開発への要望が強まっている。
【０００８】
ところで、偏肉成形品の意匠面におけるひけや艶むらを防止するために、特開昭５０−７５２４７号公報に記載のガス併用射出成形法を実践するのみでは、ひけや艶むらの防止にはまだ不十分であるばかりか、かなり気密度の高い金型を用いない限り、非常に高い圧力の加圧ガスが必要となる問題もある。
【０００９】
また特開平６−２５４９２４号公報に記載のガス併用射出成形法を実践する場合、高周波誘導加熱の設備が高価であるため、製品のコストアップにつながる。また、成形品１ショット毎に金型キャビティ面を急加熱するため、作業工程が増え、成形サイクルがアップするという問題が生じる。
【００１０】
本発明の目的は、樹脂と金型との間に注入する加圧ガスの圧力を比較的低圧としながらも、前述のような偏肉成形品の意匠面のひけ及び艶むらを防止でき、外観レベルが極めて良好な成形品を得ることができるガス併用射出成形法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、部分的に厚肉部であるリブ又はボスが突出した非意匠面と、その反対側の面である意匠面とを有する偏肉成形品のガス併用射出成形法において、少なくとも成形品の非意匠面に対応する金型キャビティ面の温度Ｔ1（℃）が、成形材料のビカット軟化点Ｖ（℃）に対して下記（Ｉ）式を満たすように保った状態で、溶融樹脂を金型キャビティ内に射出し、成形品の非意匠面に対応する金型キャビティ面側から溶融樹脂と金型キャビティ面との間に加圧ガスを圧入し、この加圧ガスにて、リブ又はボスの根本を絞り込みつつ成形品の意匠面をそれに対応する金型キャビティ面に押さえ付けることを特徴とするガス併用射出成形法を提供するものである。
【００１２】
Ｖ−３０＜Ｔ1 ＜Ｖ−１５        ……（Ｉ）
尚、成形材料のビカット軟化温度Ｖは、試験法ＡＳＴＭ・Ｄ１５２５に基づいて測定される値である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
【００１４】
図１は、本発明に使用される金型１の一例を示すもので、先ずこの金型１の概要を説明する。
【００１５】
図示されるように、金型１は、固定型１ａと可動型１ｂで構成されている。また、金型１は温調用水の出入口８ａ，８ｂを有し、金型温度を制御することができるようになっている。
【００１６】
図１に示される金型１により成形される偏肉成形品は、部分的に厚肉部が突出した非意匠面と、その反対側の面である意匠面とを有するもので、非意匠面は可動型１ｂ側の金型キャビティ面２ｂで成形され、意匠面は固定型１ａ側の金型キャビティ面２ａで成形されるものとなっている。但し、意匠面を可動型１ｂ側の金型キャビティ面２ｂで成形し、非意匠面を固定型１ａ側の金型キャビティ面２ａで成形するようにしてもよい。
【００１７】
図示される厚肉部はリブ３となっているが、厚肉部としては例えばボス等であってもかまわない。但し、以下の説明は厚肉部としてリブ３を有する場合を例にする。
【００１８】
可動型１ｂにはガス注入経路５が形成されている。このガス注入経路５には加圧ガス源（図示されていない）が接続されており、この加圧ガス源から加圧ガスが供給されるものである。
【００１９】
上記ガス注入経路５は、可動型１ｂに嵌め込まれ、可動型１ｂ側の金型キャビティ面２ｂから金型キャビティ２内に頭部を臨ませたガス注入ピン４の基部にまで伸びている。このガス注入ピン４は、図２（ａ），（ｂ）に示されるように、断面が円の一部を削り取った形状をしており、これによって可動型１ｂとの間にクリアランスが形成されている。このクリアランスは、溶融樹脂が逆流して入り込むことはないが、加圧ガスは通過できる大きさとなっている。ガス注入経路５に供給された加圧ガスは、ガス注入ピン４と可動型１ｂとの間のクリアランスを通過し、金型キャビティ２内に圧入されるものである。
【００２０】
ガス注入経路５とガス注入ピン４との接続部における圧力の損失を防止するため、シール材７ａが設置されている。シール材７ａについては、ニトリル−ブタジエンゴム製のＯリング等を用いることが好ましいが、適用する金型温度下での耐熱性に問題が無ければ特に制限はない。また、金型キャビティ２内に圧入されたガスの漏れを防止するため、エジェクタピン６と可動型１ｂの間もシール材７ｂでシールされている。このシール材７ｂも上記シール材７ａと同様のものである。
【００２１】
尚、図１において、９，１０はエジェクタプレート、１１はエジェクタロッド、１２はスぺーサブロック、１３は固定側取付板、１４は可動側取付板である。
【００２２】
上記金型１を用いた本発明の方法を説明する。
【００２３】
先ず、金型温度を所定の温度に調整する。一般の射出成形においては、成形サイクルの短縮化を図るため、金型温度は材料のビカット軟化温度Ｖ（℃）に対し、４０〜５０℃以上低く設定するのが普通である。これに対して本発明においては、少なくとも偏肉成形品の非意匠面に対応する可動型側の金型キャビティ面２ｂの温度Ｔ1 （℃）が下記（Ｉ）式を満たすように行う。尚、下記（Ｉ）式において、Ｖ（℃）はＡＳＴＭ・Ｄ１５２５に基づいて測定された成形材料のビカット軟化点である。
【００２４】
Ｖ−３０＜Ｔ1 ＜Ｖ−１５        ……（Ｉ）
上記金型温度の調整は、偏肉成形品の意匠面に対応する固定型側の金型キャビティ面２ａの温度Ｔ2 も下記（ＩＩ）式を満たすように行うことが好ましい。
【００２５】
Ｖ−３０＜Ｔ2 ＜Ｖ−１５        ……（ＩＩ）
上記のように金型温度を調整し、その状態を保持しつつ、金型キャビティ２内に溶融樹脂を射出する。溶融樹脂の射出量は特に制限はないが、金型キャビティ２の容積に比較して充分な量であることが好ましく、更に好ましくは過量であることが望ましい。それは、金型キャビティ２内に過量の樹脂を射出することにより、樹脂と金型キャビティ面２ａ，２ｂとの密着性が高くなり、後述するガス層の圧力保持性が向上するためである。
【００２６】
溶融樹脂の射出後、やはり所定の金型温度を保持しつつ、ガス注入ピン４と可動型１ｂとの間のクリアランスより加圧ガスを圧入し、金型キャビティ２内に射出された溶融樹脂と金型キャビティ面２ｂとの隙間には、加圧ガスによるガス層を形成する。エジェクターピン６と可動型１ｂとの間のシール材７ｂは、このガス層の圧力保持を助けるものである。
【００２７】
偏肉成形品のリブ３の突出側に形成されたこのガス層は、溶融樹脂の冷却固化の間、その反対側の面、すなわち偏肉成形品の意匠面側を金型キャビティ面２ａに対して継続的に押さえ付ける。このとき、図３に示すようにリブ３の根元はガス圧によって絞り込まれ、これによってリブ３付近の溶融樹脂が流動して、リブ３に対応する意匠面を更に金型キャビティ面２ａに押さえ付けることになるため、リブ３の体積収縮が意匠面へ影響することによる、意匠面のひけの発生を防止することができる。
【００２８】
ひけの防止においては、偏肉成形品の非意匠面側にガス層が形成される時点におけるリブ３のスキン層の厚み及びリブ３内部の溶融樹脂の流動性が大いに関係し、金型キャビティ面２ｂが前記（Ｉ）式を満たす場合は、比較的低いガス圧にて著しいひけ防止効果が得られる。つまり、リブ３の突出側である非意匠面に対応する金型キャビティ面２ｂが前記（Ｉ）式を満たしていると、非意匠面側の急速な冷却が抑制され、ガス層の形成時に、リブ３のスキン層の厚みが薄く、しかもリブ３内部の溶融樹脂の流動性が良好に維持され、リブ３の根本のガス圧による絞り込みが助長されることになる。従って、比較的低いガス圧にて、確実なひけ防止効果が得られるものである。
【００２９】
また、金型キャビティ面２ａが前記（ＩＩ）式を満たしていると、ガス層のガス圧による意匠面の金型キャビティ面２ａへの押さえ付けが有効に作用しやすく、より良好な意匠面の表面状態が得やすくなる。
【００３０】
加えて、本発明の方法によると、リブ３内に加圧ガスを圧入する中空射出成形法のように、ガス圧がリブ３部分に集中せず、リブ３部分とその他の薄肉部における意匠面の転写性の差が小さいため、艶むらを防止することができる。従って、冷却終了後に得られる偏肉成形品は、その意匠面にひけや艶むらのない極めて外観の優れたものとなる。
【００３１】
ところで、溶融樹脂の射出を金型キャビティ２に対して過量に行うことや、金型キャビティ面２ｂの温度Ｔ1 が前記（Ｉ）式を満たすだけでなく、金型キャビティ面２ａの温度Ｔ2 が前記（ＩＩ）式を満たすようにすることは、ガス層周囲の樹脂と金型キャビティ面２ａ，２ｂとの密着性を助ける。この密着性が良くなると、偏肉成形品の非意匠面と金型キャビティ面２ｂとの間に形成されるガス層の機密性が高まり、その圧力保持性が向上する。それ故に、３０ｋｇｆ／ｃｍ2 程度の低いガス圧でも、外観の優れた偏肉成形品を得ることが可能となる。また、溶融樹脂と金型キャビティ面２ａ，２ｂとの密着性向上は、偏肉成形品の非意匠面側に形成されるガス層が意匠面側に回り込み、リブ３に対応する部分にひけを誘発したり、金型１外に加圧ガスが漏洩したりすることを抑制することにもなる。
【００３２】
本発明で用いる金型１のパーティング面のシール性が高いと、溶融樹脂射出前の金型キャビティ２内の空気、溶融樹脂から発生したガス、加圧ガスの一部等が意匠面側に滞留し、リブ３に対応する意匠面側にひけを誘発する場合がある。これを防止する上で、固定型１ａのパーティング面上に溝を形成しておくこと等によって、パーティング面に大気開放経路１５を設けておくことが好ましい。
【００３３】
偏肉成形品の非意匠面側に形成されるガス層の圧力はある程度保持されるが、その圧力は経時的に降下する。このガス層の圧力の大きさ及び圧力降下速度は、偏肉成形品の意匠面の外観レベルに影響する。当然のことではあるが、高い圧力のガス層を長時間形成させることができれば、ひけ防止効果は高くなる。従って、図１に示される金型１のように、可動型１ｂにシール材７ａ，７ｂが設置された機密性の高い金型１とすることが好ましい。
【００３４】
このガス層の圧力の降下速度は、金型１の機密性、使用する樹脂の種類、成形条件等によって大きく変化するが、特に金型キャビティ面２ｂの温度Ｔ1 と金型キャビティ面２ａの温度Ｔ2 が前記（Ｉ）式及び（ＩＩ）式を夫々満たす場合は、樹脂と金型キャビティ面２ａ，２ｂとの密着性が高くなるため、ガス層の圧力保持が良くなり、ガス注入経路５に注入する加圧ガスの圧力を、（Ｉ）式及び（ＩＩ）式共に満たされない場合の半分以下にしても、優れた外観の成形品を得ることも可能である。
【００３５】
偏肉成形品の意匠面のひけ防止に必要な加圧ガスの注入圧力としては、リブ３の肉厚等によっても変わるが、一般には１０〜２５０ｋｇｆ／ｃｍ2 の範囲で、好ましくは３０〜１５０ｋｇｆ／ｃｍ2 である。ガス圧保持時間は２０秒以上とることが好ましい。尚、ガスを金型キャビティ２内に圧入するタイミングとしては、樹脂射出完了の前であっても、後であってもかまわないが、好ましくは溶融樹脂を金型キャビティ２内に充分に充填した直後が望ましい。
【００３６】
更に加圧ガスの漏洩を防止するために、加圧ガスで偏肉成形品をその意匠面側に押圧すると同時に樹脂保圧を加え、樹脂を補充することが有効である。
【００３７】
本発明によるひけ防止が特に有効に作用する偏肉成形品は、図４に示すように、厚肉部の肉厚をｗ、厚肉部周辺の薄肉部分の肉厚をｔとした場合、ｗ≧（３／５）ｔとなるような厚肉部を有する偏肉成形品である。このような厚肉部を有する偏肉成形品で、塗装等の２次加工を省略したい場合に特に本発明は有効である。
【００３８】
本発明に用いることができる加圧ガスとしては、窒素等の不活性ガスが好ましいが、空気や炭酸ガス等でもかまわない。
【００３９】
また、本発明に用いることができる樹脂としては、一般に熱可塑性樹脂と称されるものであれば特に制限はない。例えば、ポリスチレンや、ハイインパクトポリスチレン、ミデイアムインパクトポリスチレンのようなゴム補強スチレン系樹脂、スチレンーアクリロニトリル共重合体（ＳＡＮ樹脂）、アクリロニトリルーブチルアクリレートラバーースチレン共重合体（ＡＡＳ樹脂）、アクリロニトリルーエチレンプロピルラバーースチレン共重合体（ＡＥＳ）、アクリロニトリルー塩化ポリエチレンースチレン共重合体（ＡＣＳ）、ＡＢＳ樹脂（例えば、アクリロニトリルーブタジエンースチレン共重合体、アクリロニトリルーブタジエンースチレンーアルファメチルスチレン共重合体、アクリロニトリルーメチルメタクリレートーブタジエンースチレン共重合体）等のスチレン系樹脂、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）等のアクリル系樹脂、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）等のオレフィン系樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン等の塩化ビニル系樹脂、エチレン塩化ビニル酢酸ビニル共重合体、エチレン塩化ビニル共重合体等の塩化ビニル系樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴＰ、ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴＰ、ＰＢＴ）等のポリエステル系樹脂、ポリカーボネート（ＰＣ）、変性ポリカーボネート等のポリカーボネート系樹脂、ポリアミド６６、ポリアミド６、ポリアミド４６等のポリアミド系樹脂、ポリオキシメチレンコポリマー、ポリオキシメチレンホモポリマー等のポリアセタール（ＰＯＭ）樹脂、その他のエンジニアリング樹脂、スーパーエンジニアリング樹脂、例えば、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、熱可塑性ポリイミド（ＴＰＩ）、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＳＵ）等や、セルロースアセテート（ＣＡ）、セルロースアセテートブチレート（ＣＡＢ）、エチルセルロース（ＥＣ）等のセルロース誘導体、液晶ポリマー、液晶アロマチックポリエステル等の液晶系ポリマー、熱可塑性ポリウレタンエラストマー（ＴＰＵ）、熱可塑性スチレンブタジエンエラストマー（ＳＢＣ）、熱可塑性ポリオレフィンエラストマー（ＴＰＯ）、熱可塑性ポリエステルエラストマー（ＴＰＥＥ）、熱可塑性塩化ビニルエラストマー（ＴＰＶＣ）、熱可塑性ポリアミドエラストマー（ＴＰＡＥ）等の熱可塑性エラストマー等が挙げられる。また一種もしくはそれ以上の上記熱可塑性樹脂のブレンド体やポリマーアロイと称される熱可塑性樹脂を用いてもよい。熱可塑性樹脂は充填材及び／又は添加剤等を含有してもよい。
【００４０】
【実施例】
次に本発明の実施例を説明する。
【００４１】
実施例１
図５に示すような曲面形状の偏肉成形品を、本発明に基づくガス併用射出成形法にて成形した。金型は図１とほぼ同様の構造であり、成形品の肉厚は意匠面を含む曲面１６及び側壁１７，２３，２４の肉厚が２．５ｍｍで、リブ１８〜２２の肉厚はリブ１８が２．０ｍｍ、リブ１９が１．５ｍｍ、リブ２０が３．７５ｍｍ、リブ２１が２．５ｍｍ、リブ２２が１．２５ｍｍである。
【００４２】
また２５の位置に対応する可動型側の金型キャビティ面にガス注入ピンが設置されており、非意匠面側のリブ１８〜２２及び側壁１７，２３，２４で囲まれた６つの各エリアにガスを圧入した。
【００４３】
使用した樹脂はＡＢＳ樹脂で、旭化成工業社製「スタイラック１９１Ｆ」（ビカット軟化温度：１０１℃）である。また、加圧ガスとしては窒素ガスを用いた。成形条件については下記に示す。
【００４４】
評価の方法としては、得られた偏肉成形品のひけの評価を３次元表面粗さ測定機により行い、リブ２０（肉厚３．７５ｍｍ）及びリブ２１（肉厚２．５ｍｍ）上の意匠面を測定対象とした。その結果を表１に示す。
【００４５】
0003790317.tif 000002
比較例１
下記に示す条件を除き、その他の条件はすべて実施例１と同一にして成形を行い、同一の評価を行った。その結果を表１に示す。
【００４６】
0003790317.tif 000003
比較例２
下記に示す条件を除き、その他の条件はすべて実施例１と同一にして成形を行い、同一の評価を行った。その結果を表１に示す。
【００４７】
0003790317.tif 000004
比較例３
金型温度等の条件は実施例１と同一とし、加圧ガスを用いない通常の射出成形を行った。その結果を表１に示す。
【００４８】
実施例２
実施例１と同一の金型を用い、本発明に基づくガス併用射出成形法にて成形を行った。使用した樹脂はハイインパクトポリスチレンで、旭化成工業社製「スタイロン４３３」（ビカット軟化温度：９３℃）であり、加圧ガスとして窒素を用いた。成形条件については下記に示す。
【００４９】
また評価は実施例１と同様に行った。その結果を表２に示す。
【００５０】
0003790317.tif 000005
比較例４
下記に示す条件を除き、その他の条件はすべて実施例２と同一にして成形を行い、同一の評価を行った。その結果を表２に示す。
【００５１】
0003790317.tif 000006
比較例５
金型温度等の条件は、実施例２と同一とし、加圧ガスを用いない通常の射出成形を行った。その結果を表２に示す。
【００５２】
【表１】
0003790317.tif 000007
【００５３】
【表２】
0003790317.tif 000008
【００５４】
【発明の効果】
本発明は、以上説明した通りのものであり、比較的低圧のガスを用いて、意匠面側に発生するひけや艶むらを防止することができ、塗装等の二次加工の省略を可能にするものである。また、設備面においても、金型の温度制御に高周波誘導加熱のような特殊な装置は不要であるため、製造コストの点においても優位である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に用いる金型の一例を示す断面図である。
【図２】ガス注入ピンの一例を示す断面図である。
【図３】ひけ防止の原理の説明図である。
【図４】厚肉部の寸法を表す図である。
【図５】実施例及び比較例で成形した偏肉成形品を示す図である。
【符号の説明】
１    金型
１ａ  固定型
１ｂ  可動型
２    金型キャビティ
２ａ  固定型側の金型キャビティ面
２ｂ  可動型側のキャビティ面
３    リブ
４    ガス注入ピン
５    ガス注入経路
６    エジェクターピン
７ａ  シール材
７ｂ  シール材
８ａ  温調用水出入口
８ｂ  温調用水出入口
９    エジェクタープレート
１０  エジェクタープレート
１１  エジェクターロッド
１２  スペーサーブロック
１３  固定側取付板
１４  可動側取付板
１５  大気開放経路
１６  曲面
１７  側壁
１８  リブ
１９  リブ
２０  リブ
２１  リブ
２２  リブ
２３  側壁
２４  側壁
２５  ガス注入ピンとの接点
【図１】
0003790317.tif 000009
【図２】
0003790317.tif 000010
【図３】
0003790317.tif 000011
【図４】
0003790317.tif 000012
【図５】
0003790317.tif 000013