JP2000289074A

JP2000289074A - 厚肉成形品の製造方法

Info

Publication number: JP2000289074A
Application number: JP10334099A
Authority: JP
Inventors: Hidekazu Kitayama; 英和北山; Akihiro Mochizuki; 章弘望月; Kazuya Goshima; 一也五島
Original assignee: Polyplastics Co Ltd
Current assignee: Polyplastics Co Ltd
Priority date: 1999-04-09
Filing date: 1999-04-09
Publication date: 2000-10-17

Abstract

(57)【要約】【課題】ボイド（空隙）、ひけ等の欠陥がなく、外観
の良好な厚肉成形品を、簡便に、成形サイクルを短縮し
て、生産性よく、安定して成形する方法を提供する。【解決手段】熱可塑性樹脂の射出成形において、ホッ
トランナー金型を用い、かつホットランナーゲート部の
樹脂を溶融状態に保った状態で成形する厚肉成形品の製
造方法において、溶融樹脂を金型内に射出する際には、
金型温度を融点より０〜４０℃低く設定し、冷却工程で
は、金型温度を射出時の温度より１０〜１００℃低く設
定し、ホットランナーゲート部の樹脂を溶融状態に保つ
ために、ホットランナー金型のゲートチップ及びボディ
を、特定の期間ないし常時、加熱状態に維持する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱可塑性樹脂の厚
肉成形品の冷熱サイクル成形方法に関するものである。
さらに詳しくは、ゲートチップ及びボディを常時加熱状
態に維持し、樹脂充填工程では金型温度を特定の高温度
に設定し、冷却工程では特定の低温度に設定して成形す
る射出成形方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】熱可塑性樹脂は比較的扱いやすいことか
らいろいろな分野にわたり広汎な用途に使用されてい
る。しかしながら射出成形機を使用してこれらの材料の
内部に中空構造を持たない厚肉成形品を得ようとした場
合、成形する際の収縮からボイド（空隙）、ひけが発生
し、製品の機械的・電気的耐久性低下、寸法不良等の不
具合が発生する。そこでこれまでは射出成形を行う場合
には、極力大きなゲートを設け、成形条件的にも高温金
型、高保圧、低速射出といった過酷な条件で成形を行っ
ていたが、それでも不良率を満足できるレベルまで低減
することは困難であった。しかもボイドは外観上その発
生が確認できず、超音波あるいは、軟Ｘ線を用いて検査
することは可能であったが、量産レベルでの全数検査方
法は確立されてはおらず、ボイドの発生のない製品を得
ることが要望されている。また、これまでの射出成形法
で成形された成形品は上記理由から巨大なゲートを設け
ざるをえず、成形後のゲートカットに特別な機械加工を
必要としていた。一方、特開平７−１４５９号公報及び
工業材料、１９９８年、４６巻（Ｎｏ．４）、３６−３
９頁には、高品質外観を得るために、樹脂充填時に金型
温度を樹脂の軟化温度（又は熱変形温度）より高い温度
に設定し、冷却工程において、金型を樹脂の軟化温度
（又は熱変形温度）より低い温度に設定する冷熱サイク
ル成形が記載されている。しかし、この場合、成形品表
面及びゲート部が急激に冷却されることによりゲートシ
ール時間が短くなり、ボイドがさらに発生しやすくなる
という問題があった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、ボイ
ド（空隙）、ひけ等の欠陥がなく、外観の良好な厚肉成
形品を、簡便に、成形サイクルを短縮して、生産性よ
く、安定して成形する方法を提供することである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者は、射出成形機
を使用した熱可塑性樹脂の厚肉成形において、ボイド
（空隙）、ひけが発生することなく、経済的に効率よく
厚肉成形品を得るべく鋭意検討した結果、溶融樹脂の充
填工程では金型温度を成形する樹脂の融点より０〜４０
℃低くし、冷却工程では充填工程時の金型温度より１０
〜１００℃低く制御し、更にホットランナーシステムを
採用した金型で、ゲートを固化させないためにゲートチ
ップ及びボディを、特定時間ないし常時、加熱状態に維
持することにより、かかる問題点を解決しうることを見
い出し、本発明を完成するに至った。

【０００５】すなわち本発明の第１は、熱可塑性樹脂の
射出成形において、ホットランナー金型を用い、なおか
つホットランナーゲート部の樹脂を溶融状態に保った状
態で成形する厚肉成形品の製造方法において、溶融樹脂
を金型内に射出する際には、金型温度を融点より０〜４
０℃低く設定し、冷却工程では、金型温度を射出時の温
度より１０〜１００℃低く設定することを特徴とする厚
肉成形品の製造方法を提供する。本発明の第２は、ホッ
トランナーゲート部の樹脂を溶融状態に保つために、ホ
ットランナー金型のゲートチップ及びボディを、特定の
期間ないし常時、加熱状態に維持することを特徴とする
本発明の第１に記載の厚肉成形品の製造方法を提供す
る。本発明の第３は、ゲートチップ及びボディの加熱状
態を、射出開始から少なくとも製品固化時間以上の期
間、保持することを特徴とする本発明の第２に記載の厚
肉成形品の製造方法を提供する。本発明の第４は、ホッ
トランナー金型のキャビティ及び／又はコア部の周囲を
断熱することを特徴とする本発明の第１〜３のいずれか
に記載の成形方法を提供する。本発明の第５は、成形品
の実質的な厚みが８ｍｍ以上である本発明の第１に記載
の厚肉成形品の製造方法を提供する。本発明の第６は、
熱可塑性樹脂が結晶性樹脂である本発明の第１に記載の
厚肉成形品の製造方法を提供する。本発明の第７は、結
晶性樹脂がポリアセタール樹脂である本発明の第６に記
載の厚肉成形品の製造方法を提供する。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る厚肉成形品の
構成材料及びその成形法について詳しく説明する。本発
明による厚肉成形品は、熱可塑性樹脂を使用して射出成
形法により成形される。成形品の肉厚は、特に制限され
ないが、実質的に厚さ８ｍｍ以上の場合、通常の射出成
形法（固定温度金型使用。）に比べて、効果が顕著であ
る。実質的に厚さ８ｍｍ以上とは、実際の成形品の厚み
は一般に不均一であるので、成形品の樹脂部分の厚みを
どの方向からどの角度で計っても８ｍｍ以上である個所
が部分的にでも有ることを意味する。

【０００７】また、本発明では、熱可塑性樹脂としては
すべての熱可塑性樹脂が使用可能であるが、成形収縮率
の大きいポリアセタール樹脂、ポリブチレンテレフタレ
ート樹脂、ポリフェニレンサルファイト樹脂などの結晶
性熱可塑性樹脂の方が効果が大きく、その中でもポリア
セタール樹脂が最も効果的で、好ましく用いられる。

【０００８】また、本発明に係る成形品を構成する熱可
塑性樹脂には無機充填剤を配合することが出来る。かか
る充填剤は、機械的強度、耐熱性、寸法安定性、電気的
性質等の性能に優れた性質を得るためには配合すること
が好ましく、特に剛性を高める目的で有効である。これ
は目的に応じて繊維状、粉粒状又は板状の充填剤が用い
られる。繊維状充填剤としては、ガラス繊維、アスベス
ト繊維、カーボン繊維、シリカ繊維、シリカ・アルミナ
繊維、ジルコニア繊維、窒化硼素繊維、窒化硅素繊維、
硼素繊維、チタン酸カリ繊維、更にステンレス、アルミ
ニウム、チタン、銅、真鍮等の金属の繊維状物などの無
機質繊維状物質が挙げられる。特に代表的な繊維状充填
剤はガラス繊維である。尚、ポリアミド、フッ素樹脂、
アクリル樹脂などの高融点有機質繊維状物質も使用する
ことができる。一方、粉粒状充填剤としては、カーボン
ブラック、黒鉛、シリカ、石英粉末、ガラスビーズ、ガ
ラスバルーン、ガラス粉、硅酸カルシウム、硅酸アルミ
ニウム、カオリン、タルク、クレー、硅藻土、ウォラス
トナイトの如き硅酸塩、酸化鉄、酸化チタン、アルミナ
の如き金属の酸化物、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウ
ムの如き金属の炭酸塩、硫酸カルシウム、硫酸バリウム
の如き金属の硫酸塩、その他炭化硅素、窒化硅素、窒化
硼素、各種金属粉末等が挙げられる。又、板状充填剤と
しては、マイカ、ガラスフレーク、各種金属箔等が挙げ
られる。これらの無機充填剤は１種又は２種以上併用す
ることができる。繊維状充填剤、特にガラス繊維又はカ
ーボン繊維と、粒状又は板状充填剤の併用は特に機械的
強度と寸法精度、電気的性質等を兼備する上で好ましい
組み合わせである。無機充填剤の添加量は樹脂材料全量
に対し夫々４０重量％以下である。これより多いと成形
加工性や靱性を害し好ましくない。特に好ましくは３０
重量％以下である。尚、本発明において使用する熱可塑
性樹脂は熱可塑性樹脂に一般的に添加される上記以外の
公知の物質、すなわち、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光
安定剤等の各種安定剤、帯電防止剤、難燃剤、難燃助
剤、染料や顔料等の着色剤、潤滑剤、可塑剤及び結晶化
促進剤、結晶核剤、離型剤、界面活性剤、帯電防止剤等
を任意の組み合わせで配合することも勿論可能である。

【０００９】本発明に係るボイドを持たない厚肉成形品
は、上記熱可塑性樹脂を使用して、いわゆる射出成形法
によりホットランナー金型にて成形される。成形方法と
しては射出成形、射出圧縮成形その他の成形法が適用さ
れるが、ハイサイクルのためには射出圧縮成形がより好
ましい。

【００１０】本発明では、射出成形は冷熱サイクル成形
により行われることが好ましい。即ち、溶融樹脂を金型
内に射出、充填する工程では、金型温度を樹脂の融点よ
り０〜４０℃低く設定し、冷却工程では充填工程の金型
温度より１０〜１００℃低くして冷却することにより、
ボイド（空隙）、ひけ等の欠陥がなく、外観の良好な厚
肉成形品を、成形サイクル時間を短縮して成形すること
ができる。

【００１１】本発明で、冷熱サイクル成形を行うため
に、金型温度を制御するには、媒体を加熱、又は冷却し
て金型に流すか、予め所定の温度に設定された高温用媒
体及び低温用媒体を切り替えて流すか、又は電熱ヒータ
ー、クーラー等により直接金型を加熱、冷却する。ま
た、これらを組み合わせ使用して金型を加熱、冷却して
もよい。上記媒体としては、水、スチーム、油等が挙げ
られる。加熱して金型を昇温させるための媒体温度は高
いほど、冷却工程では媒体温度は低いほど、また、その
流量は多いほど効率が良い。電熱ヒーター、クーラーに
ついては、電力密度が高いほど良い。制御する体積は小
さいほど、熱伝導率は高いほど、周囲の断熱材は熱伝導
率が低いほど良い。金型温調回路については金型強度上
問題の無い範囲で数多く設けるほど良い。また、成形品
の取り出しは、金型の冷却中、昇温中、一定温度保持中
のいずれの段階で行っても構わない。

【００１２】金型の温度制御を速やかに行うためには、
金型全体を加熱せずに、成形品に接するキャビティやコ
ア部の面だけを加熱、冷却すればよいので、制御する体
積を極力小さくし、周囲を断熱することがよい。このた
めには、従来から使用される断熱金型が使用できる。

【００１３】図１は本発明の成形方法の概略を示す図で
ある。溶融熱可塑性樹脂は成形機ノズル５からホットラ
ンナー金型１１のマニホールド４、ボディ３、およびゲ
ートチップ６を経て、ホットランナーゲート２より、金
型１２内のキャビティ１に充填され、冷却、固化されて
製品９が得られる。マニホールド４、ボディ３、および
ゲートチップ６は、マニホールドヒーター８により加熱
及び／又は断熱材７により保温され、ホットランナーゲ
ート２において樹脂が固化しないようにされる。図１の
例では、金型の加熱、冷却は媒体により行われる。高温
温調機２１には温調された高温媒体が貯蔵されており、
切替バルブユニット２３により金型に供給され、充填工
程に必要な温度に金型を加熱し、低温温調機２２には温
調された低温媒体が貯蔵されており、切替バルブユニッ
ト２３により金型に供給され、冷却工程に必要な温度に
金型を加熱する。

【００１４】本発明の特徴は、ホットランナーゲートの
樹脂を溶融状態に保つことにより、ホットランナーゲー
トの樹脂を早期に固化させないことにある。ホットラン
ナーゲートの樹脂を溶融状態に保つ方法としては、ゲー
トチップ及びボディを特定の期間ないし常時、ヒーター
などで加熱及び／又は断熱材により保温状態に維持する
ことが効果的である。加熱状態に維持する期間として
は、射出開始から製品の肉厚の中心が固まるまでの時間
（製品固化時間という。）以上であることが望ましい。
常時でもよい。ここでいう製品の肉厚の中心が固まるま
での時間とは、射出開始を起点として、成形工程の射出
・保圧時間を変化させて得られた成形品の重量変化が殆
どなくなるまでの時間のことを指す。製品の肉厚の中心
が固まるまでの時間よりも短い時間しか加熱状態に無い
場合は、ひけを生じたり、ボイドが発生したりする不具
合を生じやすくなる。

【００１５】マニホールド、ゲートチップ及びボディの
加熱条件は、金型構造、ホットランナーのタイプ、加熱
方法、使用する樹脂の種類や製品形状により適宜変更す
ることが好ましいが、通常は可塑化・計量した際の樹脂
の温度が保たれる条件に設定することが望ましい。

【００１６】

【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
るが、本発明はこれらに限定されるものではない。〔成形条件〕成形機：（株）日本製鋼所製Ｊ７５−ＥＰ成形品肉厚：最大２０ｍｍホットランナーシステム：世紀技研（株）製ＳＴＴ−
１３ＤＢＸ−９２Ｌ成形温度：１９０℃射出速度：１ｍ／ｍｉｎ．保圧力：
８０ＭＰａ金型温度：８０℃一定（参考例１、比較例１）または１
３５℃一定（参考例２、比較例２）；充填時１３５℃、
冷却時４０℃（実施例１、比較例３）（各表で１３５⇔
４０と示す。）樹脂材料：ポリアセタール樹脂（ポリプラスチック
（株）製ジュラコン^TMＭ９０Ｓ）金型温調機：（株）シスコ製ＴＵＲＢＵＴＤＵ４Ｈ
３４１ｍａｘ温度１５０℃（水媒体）金型キャビティはアルミ製とし、周囲を断熱板で覆って
いる。成形品については、ボイドは軟Ｘ線で観察し、ひ
け、外観は目視評価とした。評価結果の表示ボイドの有無について、○：無し、×：有りひけの有無について、○：無し、×：有り外観について、○：良好（フローマーク無し）、×：フ
ローマーク有り

【００１７】[実施例１]金型温度を、充填工程では１３
５℃に、冷却工程では４０℃に設定した。図１に示すよ
うに、ゲートチップの加熱を継続し、マニホールド、ボ
ディ、ゲートチップの各温度が保たれた状態で、厚肉成
形品を成形した。得られた成形品について、ボイド、ひ
け、外観、成形サイクルについて評価した。結果は表１
に示す。

【００１８】[参考例１〜２]金型温度を、固定して行っ
た以外は実施例１と同様にした。得られた成形品につい
て、ボイド、ひけ、外観、成形サイクルについて評価し
た。結果は表１に示す。

【００１９】

【表１】

【００２０】[比較例１〜３]従来から行われているよう
に、射出開始までゲートチップ加熱を継続し、射出開始
後は加熱を停止するという条件下で、厚肉成形品を成形
した。得られた成形品について、ボイド、ひけ、外観、
成形サイクルについて評価した。結果は表２に示す。

【００２１】

【表２】

【００２２】

【発明の効果】本発明によれば、熱可塑性樹脂を用い
て、ホットランナー金型を用いて成形する際に、ゲート
部の樹脂を溶融状態に保った状態で成形することによっ
て、通常の成形条件でも従来の成形方法では得られない
ひけ、ボイド等の製品の欠陥のない厚肉成形品を容易に
経済的に効率よく生産することができる。更に金型温度
を加熱、冷却で変化させることにより、高品質外観を有
する厚肉成形品を短い成形サイクルで得ることが出来
る。しかも、本発明によって得られる厚肉成形品は、ゲ
ートの後処理が不要であり、少量多品種生産にも好適で
ある。また、内部にボイド等の欠陥を持たないため建材
分野、産業機器分野、自動車分野や電気、電子分野の多
くの用途に好適に用いることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明で使用するホットランナー金型の構造を
示す略図である。

【符号の説明】

１キャビティ２ホットランナーゲート３ボディ４マニホールド５成形機ノズル６ゲートチップ７断熱板８マニホールドヒーター９製品１０ホットランナー金型１１金型２１高温温調機２２低温温調機２３切替バルブユニット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者五島一也静岡県富士市宮島973 ポリプラスチックス株式会社内Ｆターム(参考） 4F202 AA23 AM34 AR06 CA11 CB01 CK03 CK06 CN01 4F206 AA23 AM34 AR06 JA07 JL02 JN43 JQ81

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】熱可塑性樹脂の射出成形において、ホッ
トランナー金型を用い、かつホットランナーゲート部の
樹脂を溶融状態に保った状態で成形する厚肉成形品の製
造方法において、溶融樹脂を金型内に射出する際には、
金型温度を融点より０〜４０℃低く設定し、冷却工程で
は、金型温度を射出時の温度より１０〜１００℃低く設
定することを特徴とする厚肉成形品の製造方法。
【請求項２】ホットランナーゲート部の樹脂を溶融状
態に保つために、ホットランナー金型のゲートチップ及
びボディを、特定の期間ないし常時、加熱状態に維持す
ることを特徴とする請求項１に記載の厚肉成形品の製造
方法。
【請求項３】ゲートチップ及びボディの加熱状態を、
射出開始から少なくとも製品固化時間以上の期間、保持
することを特徴とする請求項２記載の厚肉成形品の製造
方法。
【請求項４】ホットランナー金型のキャビティ及び／
又はコア部の周囲を断熱することを特徴とする請求項１
〜３のいずれかに記載の成形方法。
【請求項５】成形品の実質的な厚みが８ｍｍ以上であ
る請求項１に記載の厚肉成形品の製造方法。
【請求項６】熱可塑性樹脂が結晶性樹脂である請求項
１に記載の厚肉成形品の製造方法。
【請求項７】結晶性樹脂がポリアセタール樹脂である
請求項６に記載の厚肉成形品の製造方法。