JP2005169925A - 射出成形方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 任意の結晶性樹脂を成形材料として用い、組成の変更や異物の添加を必要とせずに短時間で容易に十分な結晶化を達成する。
【解決手段】 固定側金型と可動側金型に構成されるキャビティ内に、射出機構から結晶性熱可塑性樹脂を射出する（ステップＳ１）。射出後の結晶性熱可塑性樹脂が金型に接触して温度が低下し、再結晶化温度よりも低い所定の温度（例えば約６５℃）まで冷却されると、制御装置は加熱媒体供給源を作動させて流路に水蒸気を流入させ、加熱を開始する（ステップＳ２）。結晶性熱可塑性樹脂が、再結晶化温度よりも高く融解温度以下の所定の温度（例えば１００℃）に達したら、その温度で数秒から数十秒程度保持する（ステップＳ３）。その後、制御装置は冷却媒体供給源を作動させて流路に水を流入させ再冷却を行う（ステップＳ４）。十分に冷却したら固化した成形品を取り出す（ステップＳ５）。
【選択図】図３

Description

本発明は射出成形方法および装置、特に結晶性熱可塑性樹脂を用いる射出成形方法および装置に関する。

従来、射出成形等によって製造される合成樹脂成形品は、様々な形状にかなり自由に形成できるという大きな利点を有しており、幅広い分野で用いられている。そして、所望の製品の特性に応じて、様々な合成樹脂材料を用いて成形品が製造されている。

射出成形法に一般的に用いられる熱可塑性樹脂は、非結晶性樹脂と結晶性樹脂とに大別できる。非結晶性樹脂の代表的な例としては、塩化ビニル、ＡＢＳ樹脂、ポリスチレン、ポリカーボネート、アクリル樹脂（ＰＭＭＡ）等が挙げられる。一方、結晶性樹脂の代表的な例としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアセタール、ポリエステル（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、ポリフェニレンテレフタレート等）、ポリアミド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフェニレンスルフィド、ポリ乳酸等が挙げられる。

非結晶性樹脂は、射出成形等により成形されて製品として製造される過程で、成形品を構成する樹脂の分子の集合構造（高次構造）に大きな変化はなく、分子が絡み合った、いわゆるランダムコイル構造のままである。そのため、射出成形等による製造工程中に、非結晶性樹脂が本来有する特性（物性）に大きな変化は生じない。

これに対し、結晶性樹脂は、射出成形等による製造工程中に高次構造に変化が生じる場合がある。すなわち、結晶性樹脂は好適な条件の下では、分子が絡み合ったランダムコイル構造から、整然と整列した結晶化状態に変化する。従って、結晶化状態における特有の物性を有する製品を製造することが望まれる場合に、成形材料として結晶性樹脂が用いられることが多い。

しかし、結晶性樹脂を用いて射出成形等によって製品を製造しても、適切な結晶化状態が実現できず、所望の特性が得られないという不具合が生じることがある。具体的には、射出成形等の成形工程のうち、冷却条件が結晶性樹脂の結晶化に大きな影響を与えると考えられる。すなわち、冷却時の条件が不適切であると、結晶の形成が不十分であり、結晶性樹脂を用いているにもかかわらず所望の結晶性（結晶化度）が得られず、結晶性樹脂の本来の物性を得られない。

一般に結晶性熱可塑性樹脂の結晶化の速度は遅く、十分な結晶化を達成するためには、成形品を高温に保った状態で最低でも数分以上保持する必要がある。例えば、樹脂を金型のキャビティ内に射出してそのキャビティ内に封じ込めたまま、金型を長時間高温に保ち続けることによって結晶化させることが考えられる。しかし、このような方法は、非常に効率が悪く製造コストの上昇を招くなど実用に適していない。特に、生分解性樹脂として近年注目されているポリ乳酸等の場合、射出成形後に数時間以上高温環境下で放置しておかないと十分な結晶性が得られないため、現実的には上記欠点から実施困難である。

そこで、結晶性樹脂の結晶化を促進する方法が考えられている。例えば、射出成形後に金型から取り出された成形品を高温環境下にて保存する、いわゆるアニール処理を施すことによって、結晶化を促進する方法がある。この方法では金型内に成形品を保持する時間は短くなるものの、製造工程全体の作業時間の長さはあまり解消できず、寸法精度が低下する可能性があり、また、射出成形装置を用いる工程とアニール装置を用いる工程の２段階の工程を経て製造されるため製造工程が煩雑になる。

特許文献１〜１０には、結晶性樹脂を用いた成形工程において、より簡便に所望の結晶性を得るための方法が提案されている。主に、成形材料である結晶性樹脂の組成や成分を規定することによって、短時間で十分な結晶化を可能にする方法が提案されている。例えば、結晶性樹脂中に結晶核剤を添加して、この結晶核剤を中心にとして結晶化し易い状態をもたらすことや、結晶性樹脂中に添加剤を添加して、ランダムコイル構造の絡み合った分子を滑りやすくして容易に解けるようにすることや、結晶性樹脂そのものの結晶構造を改良して低分子化することによって分子の絡み合う程度を緩和することなどが提案されている。
特開２００３−２１３０１０号公報 特開２００３−１３８０９６号公報 特開２００３−１３８０３０号公報 特開２００３−０５３７６８号公報 特開２００３−０１２７８１号公報 特開２００３−００３０４１号公報 特開２００２−３４８４４５号公報 特開２００２−３２２３５２号公報 特開２０００−２７１９３１号公報 特開２０００−１９８１４５号公報 特開２００１−０１８２２９号公報

しかし、前記した方法では、成形材料である結晶性樹脂自体を変更するため、本来の物性が損なわれる可能性がある。すなわち、結晶化が促進される代わりに、例えば強度の低下や表面が堅くなるなどの特性の変化をもたらすことがある。これによって、十分な結晶化は実現したものの、必ずしも所望の特性を得られない製品が製造される可能性がある。このように、結晶化を促進させることと所望の製品の特性を得ることとが両立し得ず、どちらかの要求に関しては妥協せざるを得ないのが実状である。

特に、環境問題等の観点から現在注目を集めている、結晶化樹脂の一種である生分解性のポリ乳酸に関し、本来の特性を損なうことなく結晶化の促進を可能にする方法は、現在のところ開発されていない。

そこで本発明の目的は、組成の変更や異物の添加を必要とせずに任意の結晶性樹脂を成形材料として用いることができ、短時間で容易に十分な結晶化を達成できる射出成形方法と、その射出成形方法に用いられる射出成形装置を提供することにある。

本発明は、溶融状態の樹脂を金型のキャビティ内に射出して成形する射出成形方法において、金型を樹脂の再結晶化温度よりも低い温度に保って樹脂をキャビティ内に射出するステップと、樹脂の射出ステップの後に、金型の温度を上昇させて再結晶化温度よりも高く樹脂の融解温度以下の温度に保つステップと、金型を再結晶化温度よりも高く樹脂の融解温度以下の温度に保つステップの後に金型を再冷却するステップとを含むものである。この方法によると、昇温過程で結晶化を行わせることができるため、十分な結晶化が短時間で容易に可能である。結晶性熱可塑性樹脂の種類を特定したり、他部材を添加または混合するなどの処理は不要なので、任意の結晶性熱可塑性樹脂を使用でき、本来の物性を損なうことはない。特に、生分解性など優れた特性を有しているが、従来の方法では結晶化のために長時間が必要で実用的でなかったポリ乳酸などの成形には、本発明の方法は非常に有効である。

本発明では、金型を再結晶化温度よりも高く樹脂の融解温度以下の温度に保つステップにて、樹脂を昇温過程中に結晶化させることによって、前記した作用効果が達成できる。そして、金型の再冷却ステップは樹脂の結晶化が行われた後に行い、金型の再冷却ステップの後に、固化した成形品を取り出すステップを含んでいてもよい。

金型を再結晶化温度よりも高く樹脂の融解温度以下の温度に保つステップと、金型を再冷却するステップとを交互に複数回繰り返すと、さらに結晶化の程度を向上させることができる。また、結晶化の短時間化を図ることもできる。

金型の温度の上昇は、金型のキャビティの近傍に設けられている流路に加熱媒体を流入することによって行い、金型の冷却は流路に冷却媒体を流入することによって行うことが好ましい。加熱媒体は水蒸気であり冷却媒体は水であると、同一の流路に交互に供給しても化学反応は生じないので好ましい。

本発明の射出成形装置は、所望の成形品の形状のキャビティを有する金型と、溶融状態の樹脂をキャビティ内に射出する射出機構と、樹脂の射出時に金型を樹脂の再結晶化温度よりも低い温度に保ち、その後、温度を上昇させて再結晶化温度よりも高く樹脂の融解温度以下の温度に保ち、さらにその後、金型を再冷却する温度調節機構とを有している。この装置を用いることによって、前記した射出成形方法が容易に実現できる。

温度調節機構は、金型を再結晶化温度よりも高く樹脂の融解温度以下の温度に保つステップと、金型を再冷却するステップとを交互に複数回繰り返してもよい。

温度調節機構は、金型のキャビティの近傍に設けられている流路と、金型の温度を上昇させる際に流路内に加熱媒体を供給する加熱媒体供給源と、金型を冷却させる際に流路内に冷却媒体を供給する冷却媒体供給源と、加熱媒体供給源および冷却媒体供給源の動作を制御する制御装置とを有する。加熱媒体は水蒸気であり冷却媒体は水であることが好ましい。

なお、樹脂は結晶性熱可塑性樹脂が適している。

本発明によると、結晶性熱可塑性樹脂の射出成形において、昇温過程中に結晶化を行わせることができるため、十分な結晶化が短時間で容易に行える。そして、所望の特性が得られるように任意の結晶性熱可塑性樹脂を使用でき、特別な処理や他物質の添加または混合は不要なので、樹脂本来の物性を損なうことがない。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

図１に本発明の一実施形態の射出成形装置が模式的に示されている。この射出成形装置は、固定側金型１と、固定側金型１に対して当接したり遠ざかったりするように移動可能な可動側金型２を有している。固定用金型１と可動側金型２が接合した状態（型閉め状態）で、両金型１，２の間にキャビティ３が構成される。キャビティ３は、所望の製品形状に対応する形状に形成されている。金型１，２には、キャビティ表面１ａ，２ａの近傍に、複数の流路６が設けられている。この流路６には、加熱媒体供給源７と冷却媒体供給源８が弁９を介して接続されており、金型１，２のキャビティ表面１ａ，２ａを加熱するための加熱媒体（例えば水蒸気など）、または金型１，２のキャビティ表面１ａ，２ａを冷却するための冷却媒体（例えば水など）が選択的に流される。加熱媒体供給源７と冷却媒体供給源８は制御装置５によって制御される。本明細書中では、流路６、加熱媒体供給源７、冷却媒体供給源８、制御装置５などを総称して温度調節機構という。固定側金型１のゲート４には、キャビティ３内に成形用樹脂を射出するための射出機構１０が接続されている。なお、本実施形態では、成形用樹脂として結晶性熱可塑性樹脂（例えばポリ乳酸など）が用いられる。

このような射出成形装置としては、特許文献１１に開示されている構成を採用してもよい。すなわち、図示しないが、金型１，２が入れ子構造であり母型と入れ子の間に断熱層が設けられ、入れ子のキャビティ表面の近傍に流路６が設けられており、入れ子と母型の嵌合部分に入れ子の膨張分を見込んで隙間が設けられた構成であってもよい。さらに、加熱媒体と冷却媒体を交互に繰り返し流入させる流路６の他に、冷却媒体を常時流入させる流路が設けられていてもよい。

図１に示す射出成形装置を用いる本発明の射出成形方法について、図２，３を参照して説明する。まず、型閉めして可動側金型２を固定側金型１に密着させて、両金型１，２の間にキャビティ３を構成する。この時の金型１，２の温度は図３に２点鎖線で示すように４０℃程度に保たれるように、温度調節機構の制御装置５が加熱媒体供給源７と冷却媒体供給源８を制御する。そして、高温に加熱されて溶融状態である結晶性熱可塑性樹脂を、射出機構１０からゲート４を介してキャビティ３内に射出する（ステップＳ１）。射出時の結晶性熱可塑性樹脂の温度は、図３に実線で示すように１８０℃にも上る高温である。従って、結晶性熱可塑性樹脂は射出されると金型１，２に接触して温度が低下していく。

結晶性熱可塑性樹脂の温度が低下し、その結晶性熱可塑性樹脂の再結晶化温度（例えば約９８℃）よりも低い所定の温度（例えば約６５℃）まで冷却されてから、制御装置５は加熱媒体供給源７を作動させて、流路６に加熱媒体である水蒸気を流入させ、加熱を開始する（ステップＳ２）。これによって、金型１，２の温度が上昇する。そして、その結晶性熱可塑性樹脂の再結晶化温度よりも高く、かつその融解温度（例えば約１６８℃）以下である所定の温度（例えば１００℃）を数秒から数十秒程度の所定時間保持する（ステップＳ３）。その後、制御装置５は冷却媒体供給源８を作動させて、流路６に冷却媒体である水を流入させ、再冷却を開始する（ステップＳ４）。これによって、金型１，２の温度が降下する。そして、金型１，２が十分に冷却されて、結晶性熱可塑性樹脂が固化してから、型開きして可動側金型２を固定側金型１から離し、成形品を取り出す（ステップＳ５）。こうして取り出された成形品は、短時間で十分な結晶化が行われており、所望の特性を維持している。

なお、図３の２点鎖線では、加熱時と冷却時に金型１，２の温度が一定に保たれるように示しているが、実際には、射出された結晶性熱可塑性樹脂との間の熱のやり取りによって金型１，２の温度は変動する。図３には、実際の温度ではなく温度制御の流れを示しており、金型１，２が樹脂等と熱のやり取りを行わないと仮定した場合の温度が２点鎖線で表されている。一方、結晶性熱可塑性樹脂の温度は実際の工程中に測定はできないので、後述するようにキャビティ表面１ａ，２ａ近傍に設けられた熱電対の測定結果に基づいて推定された温度が実線で示されている。

本発明によって、このように十分な結晶化が行われた成形品が短時間で得られる理由について説明する。

一般的な結晶性熱可塑性樹脂の結晶化の状態を調べるために、溶融樹脂が加熱や冷却される際の状態の変化である結晶化や融解に伴う熱分析である示差走査熱量分析（ＤＳＣ：Differential Scanning Calorimetry）を行った結果を、図４，５に示している。これは、パーキンエルマー社製の示差熱量計ＤＳＣ−７を用いて、５℃／minで昇温または降温を行う過程における、結晶性熱可塑性樹脂の一例であるポリ（Ｌ−乳酸）、すなわちＰＬＬＡ：Poly(L-lactic acid)の熱量の変化、つまり発熱および吸熱状態を求めたものである。なお、このグラフの縦軸である熱量は相対的な表示であり、具体的な数値を示していない。

図４に示すグラフを見ると、常温の固体状態から徐々に温度を上昇させていく昇温過程で、６０℃の近辺で吸熱が生じていることが判る。これは、樹脂の分子の凍結が解除されて運動可能になる、いわゆるガラス転移点を示している。続いて、約９８℃を中心として約８５℃〜約１０５℃の範囲で大きな発熱が生じていることが判る。これは、樹脂の内部構造が変化するときのエネルギーの出入りを示しており、具体的には分子が規則正しく整列する、すなわち結晶化が行われることに伴う発熱を示している。この発熱量が大きいことは、より多くの分子が整列して結晶化していることを意味している。なお、この発熱のピークの温度を再結晶化温度という（低温結晶化温度という場合もある）。さらに温度が上昇すると、約１６０℃〜約１７０℃の範囲で大きな吸熱が生じている。これは、樹脂の結晶部分が融解することに伴う吸熱を示している。なお、この吸熱のピークの温度を融解温度という。

一方、図５に示すグラフを見ると、高温の溶融状態から徐々に温度を降下させていく降温過程で、図４と同一のポリ（Ｌ−乳酸）であるにもかかわらず、約１００℃〜約８５℃の範囲でごく小さな発熱のみが見られ、その他には殆ど熱の出入りがないことが判る。なお、ここではポリ（Ｌ−乳酸）に関する１対のグラフ（図４および５）のみ示しているが、その他の結晶性熱可塑性樹脂に関しても全て図４，５と同様な傾向が見られた。

この図４，５の意味するところを解釈すると、昇温過程では、特定の温度範囲（約８５℃〜約１０５℃）で再結晶化が行われている。これらの温度では、結晶性熱可塑性樹脂の内部構造が大きく変化し、具体的には、分子が複雑に絡み合っているランダムコイル構造から、分子が解けて整列する結晶化状態に移行するために大きなエネルギーの移動があり、それが発熱として現れている。同様に、別の温度範囲（約１６０℃〜約１７０℃）で融解が行われ、結晶性熱可塑性樹脂の内部構造が大きく変化して、それが吸熱として現れている。これに対し降温過程では、発熱や吸熱が小さく熱量はほぼ一定のまま温度のみが変化しており、大きなエネルギーの移動はないことが判る。従って、分子が絡み合ったり解けたりするような大きなエネルギーの移動を伴う現象は殆ど生じていない。約１００℃〜約８５℃における発熱量もごく少量であり、ほんの僅かの分子しか整列していないことが判る。すなわち、降温時には、結晶性熱可塑性樹脂の内部構造が殆ど変化することなく、実質的にはランダムコイル構造のまま固化することが判る。従って、結晶性熱可塑性樹脂をランダムコイル構造から十分に結晶化させるためには、降温過程ではなく昇温過程において結晶化させることが必要である。

従来は、例えば１８０℃程度の高温で溶融状態の結晶性熱可塑性樹脂が射出されると、金型に接触することによって冷却され、図５に示すのと同様な降温過程を経る。この降温過程で再結晶化温度を通過しても、殆ど発熱が生じないことから判るように、分子の結晶化は殆ど生じない。そこで、前記した従来例のように、金型を例えば１００℃の降温に保持してその金型のキャビティ内に成形品を長時間、少なくとも数分以上保持することなどの対策（図６参照）が講じられているが、それでも図５に示すのと同様な降温過程で結晶化を図ることに変わりはなく、効率が悪いため、成形に要する時間が長くなることによる不都合が大きい。そして、結晶化を促進するために、成形材料である結晶過熱化組成樹脂自体の組成や内部構造を変えることが行われているが、それによると、成形材料の選択の範囲が非常に狭まり、また結晶性熱可塑性樹脂の本来の物性が得られなくなるなど、所望の成形品の特性が得られない可能性が高くなる。

これに対して本実施形態によると、一旦再結晶化温度よりも低温に冷却された結晶性熱可塑性樹脂を、再結晶化温度よりも高い温度まで再度加熱し、昇温過程において結晶化するようにしている。従って、図４において大きな発熱を生じることから判るように、十分な結晶化が行われる。その後に結晶が融解しないように、少なくとも融解温度に達する前に昇温は停止して、再度冷却する。この時には図５に示すような降温過程を経るが、ごく小さな発熱しか生じないことから判るように、既に結晶化した分子がこの降温過程において分散したり絡み合ったりするような大きな変動は生じず、結晶化状態が保たれたまま固化する。このように、本実施形態によると十分に結晶化した製品が容易に製造でき、図４から判るように著しい結晶化が行われるため成形に要する時間が短くて済む。そして、このような効果が金型１，２の温度制御のみによって得られ、樹脂の組成等を規定する必要がないため、任意の結晶性熱可塑性樹脂を自由に用いることができ、その物性が変化することもないため、所望の成形品の特性が得られる。

なお、結晶性熱可塑性樹脂を、一旦再結晶化温度よりも低い温度まで冷却してから再度温度上昇させるタイミングは、再結晶化温度よりも５℃〜３０℃程度低く設定された所定温度に到達したことを検知すると、直ちに流路６への冷却媒体の供給を停止して加熱媒体の供給を開始することが好ましい。これよりも低い温度まで冷却すると、結晶化の点では問題ないが成形工程の時間が長くなり製造コストの上昇を招く。また、これよりも高い温度までしか冷却させないと、結晶化を促進する効果が損なわれる可能性がある。以上説明した温度は樹脂の温度であるが、実際に射出成形時に樹脂の温度を実測することは不可能であり、また樹脂に接触するキャビティ表面１ａ，２ａの温度を実測することも困難である。そのため、キャビティ表面１ａ，２ａの近傍に熱電対（図示せず）を配置し、予め熱電対の測定温度とキャビティ表面１ａ，２ａの温度との関係を把握しておき、実際の作業中には熱電対の測定温度に基づいてキャビティ表面１ａ，２ａの温度を算出し、それを樹脂の温度とほぼ等しいものとみなして、前記したような温度制御を行うことが好ましい。

次に、本発明の射出成形方法の第２の実施形態について図７，８を参照して説明する。なお、第１の実施形態と同様の部分については説明は省略する。

本実施形態では、第１の実施形態と同様に、図１に示す射出成形装置を用いて、溶融状態の結晶性熱可塑性樹脂をキャビティ３内に射出し（ステップＳ１）、その結晶性熱可塑性樹脂が金型１，２に接触して再結晶化温度よりも低い所定温度まで冷却された時点で、流路６に水蒸気を流入させて加熱を開始し（ステップＳ２）、再結晶化温度よりも高く融解温度以下である所定温度に所定時間保つ（ステップＳ３）。それから、流路６に水を流入させて金型１，２を再冷却する（ステップＳ４）。その後、所定のタイミングで再度流路６に水蒸気を流入させて加熱を開始し（ステップＳ２）、再結晶化温度よりも高く融解温度以下である所定温度に所定時間保ち（ステップＳ３）、それから流路６に水を流入させて金型１，２を再冷却する（ステップＳ４）。その後で、成形品を取り出す（ステップＳ５）。

このように、本実施形態では金型１，２の加熱（ステップＳ２〜Ｓ３）と金型１，２の再冷却（ステップＳ４）とを２回繰り返す。これによって、１回目の昇温過程で結晶化しきれなかった分子のうちの少なくとも一部が２回目の昇温過程で結晶化することによって、結晶化の程度を大きくすることができる。一旦結晶化した分子がランダムコイル構造に戻ることは殆どない。本実施形態では、第１の実施形態と同程度の時間をかけて各ステップを行うことにより結晶化の程度を大きく向上させることもでき、また、第１の実施形態と同程度の結晶化をより短時間で達成することもできる。なお、本実施形態では、金型１，２の加熱と金型１，２の再冷却とを２回繰り返しているが、これらを３回以上交互に繰り返してもよいことは言うまでもない。

本明細書中で言う結晶性熱可塑性樹脂とは、溶融時にはランダムコイル構造をとり、冷却固化時に分子鎖が規則正しく配列された結晶形態をとり得るものである。樹脂の場合には１００％の分子が結晶形態をとることは考えられないが、部分的にでも結晶形態をとり得るものを結晶性熱可塑性樹脂という。結晶性熱可塑性樹脂であるか否かは、Ｘ線解析による分析や示差熱量分析等によって判断される。一般的な例としては、前記した通り、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアセタール、ポリエステル（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、ポリフェニレンテレフタレート等）、ポリアミド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフェニレンスルフィド、ポリ乳酸等が挙げられる。また、熱可塑性樹脂は単独で使用される場合に限られず、様々な添加剤やガラス繊維などの繊維状物質や無機のフィラー等が添加されたり、他の樹脂（非結晶性の樹脂であってもよい）と混合されたりして用いられる場合がある。このように他の物質が添加されたり混合されたりしたものも、本明細書中で言う結晶性熱可塑性樹脂に含まれる。

金型１，２を冷却する冷却媒体としては、加熱媒体である水蒸気との組み合わせを考えると、水を用いるのが最適である。前記した２つの実施形態では、適宜のタイミングで加熱媒体と冷却媒体を入れ替えるが、加熱媒体である水蒸気は凝縮すると水になるわけであるから、水を冷却媒体として供給することによって、加熱媒体と冷却媒体の入れ替え時にあまり手間がかからず、即座に加熱または冷却が可能になる。そもそも、加熱媒体が水蒸気であり冷却媒体が水であるため、共通の流路６を使用できる。共通の流路６を使用して、加熱媒体の水蒸気の供給から冷却媒体の水の供給に変えることで、金型の冷却時に、加熱媒体が流路に残ることがなく金型温度を急速に冷却することが可能になる。

次に、本発明の発泡樹脂成形品の製造方法のより具体的な実施例と、それと対比するための比較例について説明する。

［実施例］
本実施例では、結晶性熱可塑性樹脂としてポリ（Ｌ−乳酸）を用い、図１に示す成形装置を用いて図２に示す方法で、概ね１０ｃｍ×１０ｃｍの矩形で厚さ１．５ｍｍの外形を有する製品を製造した。射出時には、溶融状態のポリ（Ｌ−乳酸）の温度は約１８０℃であり、射出成形装置の流路６に水を供給した。射出後にポリ（Ｌ−乳酸）は金型１，２に接触した部分から冷却されて徐々に温度が降下していき、温度が６５℃まで下がったことが図示しない熱電対等を用いて検知されると、直ちに流路６への水の供給を停止して高温の水蒸気の供給を開始した。これによって、ポリ（Ｌ−乳酸）は再度温度が上昇し、温度が再結晶温度より高く融解温度より低い１００℃に到達したことが検出された時点で、３０秒間そのままの状態に保持した。１００℃で３０秒間保持した後に、流路６に水を供給して再冷却した。そして温度が４０℃になったことが検出された時点で、ポリ（Ｌ−乳酸）が固化したと判断して型開きして成形品を取り出した。

この成形品の結晶化度をＸ線分析法によって測定したところ、結晶化度は３０％以上であり、成形品を構成する樹脂全体のうちの３０％以上が結晶化していることが判った。なお、一般に、本実施例で用いたポリ（Ｌ−乳酸）の飽和結晶化度は３０％程度であることが知られているので、本実施例によってほぼ最大限に結晶化が達成されたことが判った。なお、生分解性を有しているポリ（Ｌ−乳酸）が本来有する様々な特性は損なわれてはいなかった。

［比較例１］
前記した本発明の実施例と対比させるために行った実験結果を比較例１として示す。この比較例１では、実施例と同様に、結晶性熱可塑性樹脂としてポリ（Ｌ−乳酸）を用い、図１に示す射出成形装置を用いて、概ね１０ｃｍ×１０ｃｍの矩形で厚さ１．５ｍｍの外形を有する製品を製造した。射出時には、溶融状態のポリ（Ｌ−乳酸）の温度は約１８０℃であり、射出成形装置の流路６に水を供給した。実施例とは異なり、流路６には水を供給し続け、温度が４０℃になったことが検出されるまでポリ（Ｌ−乳酸）を冷却し続けて、それから型開きして成形品を取り出した。ポリ（Ｌ−乳酸）の冷却時間は２５秒であった。

この成形品の結晶化度をＸ線分析法によって測定したところ、結晶化度は０％であり、成形品を構成する樹脂が殆ど結晶化していないことが判った。

［比較例２］
本発明の実施例と対比させるためのもう１つの実験結果を比較例２として示す。この比較例２では、実施例と同様に、結晶性熱可塑性樹脂としてポリ（Ｌ−乳酸）を用い、図１に示す射出成形装置を用いて、概ね１０ｃｍ×１０ｃｍの矩形で厚さ１．５ｍｍの外形を有する製品を製造した。射出時には、溶融状態のポリ（Ｌ−乳酸）の温度は約１８０℃であり、射出成形装置の流路６には水蒸気を供給した。そして、射出後にポリ（Ｌ−乳酸）は金型１，２に接触した部分から冷却されて徐々に温度が降下していき、温度が１００℃まで下がったことが図示しない熱電対等を用いて検知された時点で、９０秒間そのままの状態に保持した。１００℃で９０秒間保持した後に、流路６に水を供給して冷却し、温度が４０℃になったことが検出された時点で、ポリ（Ｌ−乳酸）が固化したと判断して型開きして成形品を取り出した。

この成形品の結晶化度をＸ線分析法によって測定したところ、結晶化度は５％であり、成形品を構成する樹脂全体のうちの５％程度しか結晶化していないことが判った。

以上説明した実施例および比較例１，２から、本発明を採用することによって、結晶性熱可塑性樹脂の十分な結晶化が短時間で容易に行えることが判った。

本発明の射出成形装置を示す概略断面図である。 本発明の射出成形方法の第１の実施形態を示すフローチャートである。 図２に示す射出成形方法の温度の推移を示すグラフである。 結晶性熱可塑性樹脂の昇温過程での熱量分析結果を示すグラフである。 結晶性熱可塑性樹脂の降温過程での熱量分析結果を示すグラフである。 従来の射出成形方法の一例の温度の推移を示すグラフである。 本発明の射出成形方法の第２の実施形態を示すフローチャートである。 図７に示す射出成形方法の温度の推移を示すグラフである。

符号の説明

１ 固定側金型
２ 可動側金型
１ａ，２ａ キャビティ表面
３ キャビティ
４ ゲート
５ 制御装置
６ 流路
７ 加熱媒体供給源
８ 冷却媒体供給源
９ 弁
１０ 射出機構

Claims (12)

1. 溶融状態の樹脂を金型のキャビティ内に射出して成形する射出成形方法において、
   前記金型を前記樹脂の再結晶化温度よりも低い温度に保って前記樹脂を前記キャビティ内に射出するステップと、
   前記樹脂の射出ステップの後に、前記金型の温度を上昇させて前記再結晶化温度よりも高く前記樹脂の融解温度以下の温度に保つステップと、
   前記金型を前記再結晶化温度よりも高く前記樹脂の融解温度以下の温度に保つステップの後に、前記金型を再冷却するステップとを含むことを特徴とする射出成形方法。
2. 前記金型を前記再結晶化温度よりも高く前記樹脂の融解温度以下の温度に保つステップにて、前記樹脂を昇温過程中に結晶化させる、請求項１に記載の射出成形方法。
3. 前記金型の再冷却ステップは前記樹脂の結晶化が行われた後に行い、
   前記金型の再冷却ステップの後に、固化した成形品を取り出すステップを含む、請求項２に記載の射出成形方法。
4. 前記金型を前記再結晶化温度よりも高く前記樹脂の融解温度以下の温度に保つステップと、前記金型を再冷却するステップとを交互に複数回繰り返す、請求項１〜３のいずれか１項に記載の射出成形方法。
5. 前記金型の温度の上昇は、前記金型の前記キャビティの近傍に設けられている流路に加熱媒体を流入することによって行い、前記金型の冷却は前記流路に冷却媒体を流入することによって行う、請求項１〜４のいずれか１項に記載の射出成形方法。
6. 前記加熱媒体は水蒸気であり、前記冷却媒体は水である、請求項５に記載の射出成形方法。
7. 前記樹脂は結晶性熱可塑性樹脂である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の射出成形方法。
8. 所望の成形品の形状のキャビティを有する金型と、
   溶融状態の樹脂を前記キャビティ内に射出する射出機構と、
   前記樹脂の射出時に前記金型を前記樹脂の再結晶化温度よりも低い温度に保ち、その後、温度を上昇させて前記再結晶化温度よりも高く前記樹脂の融解温度以下の温度に保ち、さらにその後、前記金型を再冷却する温度調節機構とを有する射出成形装置。
9. 前記温度調節機構は、前記金型を前記再結晶化温度よりも高く前記樹脂の融解温度以下の温度に保つステップと、前記金型を再冷却するステップとを交互に複数回繰り返す、請求項８に記載の射出成形装置。
10. 前記温度調節機構は、前記金型の前記キャビティの近傍に設けられている流路と、前記金型の温度を上昇させる際に前記流路内に加熱媒体を供給する加熱媒体供給源と、前記金型を冷却させる際に前記流路内に冷却媒体を供給する冷却媒体供給源と、前記加熱媒体供給源および前記冷却媒体供給源の動作を制御する制御装置とを有する、請求項８または９に記載の射出成形装置。
11. 前記加熱媒体は水蒸気であり、前記冷却媒体は水である、請求項１０に記載の射出成形装置。
12. 前記樹脂は結晶性熱可塑性樹脂である、請求項８〜１１のいずれか１項に記載の射出成形装置。

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