JP2006116724A - 多層構造をもつ樹脂成形体の成形方法及び樹脂成形体 - Google Patents

Abstract

【課題】発泡樹脂成形体の振動特性、光の透過性、熱伝導性、音の透過性、剛性を部分的に変化させる。
【解決手段】表面を形成するスキン層３とその内部を形成する発泡層１からなる樹脂成形体に関し、前記成形体の成形過程中における溶融樹脂の流動方向を変化させて所望の位置にスキン層の合流部２を形成し、合流部と合流部以外の部分との樹脂密度を５％以上変化させる成形方法を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は熱可塑性樹脂の発泡成形体を成形することに関するものである。

従来から樹脂成形品の軽量化、寸法精度向上、断熱及び遮音効果等を高めるために樹脂材料中または成形過程の溶融した樹脂材料中に炭酸ガスや窒素ガスの不活性ガスを注入して混合し、これを金型内に射出して成形し、成形された樹脂内に微細な気泡を形成する発泡成形が行なわれている。
特開2001-117016号公報 特開2001-214973号公報

しかし、発泡樹脂成形体は図１２のように発泡樹脂成形体の内部が全て発泡した発泡層で形成されている状態にある。このため発泡樹脂成形体の一部分で振動特性、光の透過性、熱伝導性及び音の透過性に変化を与えたい場合や発泡による剛性不足を補うことができなかった。

本発明の第１の目的は上記のような問題を解決するために多層構造をもつ発泡樹脂成形体内部の所望の位置に樹脂密度が変化している部分を有することができる成形方法を提供することにある。

また、多層構造をもつ発泡樹脂成形体は樹脂部と発泡層の気泡部分が存在しているために樹脂成形体に対して他部材を締結する手段にタッピングビスを用いてで締め付けた場合に図９のようにタッピングビスのネジ山部分およびタッピングビスの本体部分が樹脂部分に接触する面積は気泡−９が形成されている割合だけ減少する。よってセルフタップビスの締め付け破壊トルクおよび耐久性（繰り返し締め付け回数）が低下する。

本発明の第２の目的は、タッピングビスの締め付け破壊トルクおよび耐久性が低下しない多層構造をもつ発泡樹脂成形体を提供することにある。

また、多層構造をもつ発泡樹脂成形体は樹脂部と発泡層の気泡部分が存在しているために樹脂成形体に対して他部材を締結する手段にビットインサートにビスを締め付ける方法を用いた場合のビットインサートとビットインサートを挿入した樹脂成形体の関係は図１１のようになる。ビットインサート外周の凹凸部分が樹脂部分に接触する面積は気泡−９が形成されている割合だけ減少する。よってビットインサートの抜け強度および破壊トルクが低下する。

本発明の第３の目的は、ビットインサートの抜け強度および破壊トルクが低下しない多層構造をもつ発泡樹脂成形体を提供することにある。

上記第１の目的を達成するために、本出願に係る第１の発明は多層構造をもつ樹脂成形体を成形する方法として流動している溶融樹脂のスキン層同士が合流する部分を設けることを特徴としている。

請求項１または５または６または１０に記載の成形方法を用いることにより、多層構造をもつ発泡樹脂成形体内部の発泡層であって溶融樹脂のスキン層が合流する部分を形成し、合流部分と合流部以外の部分との樹脂密度を５％以上変化させることを特徴としている。

また請求項１１に記載の成形方法を用いることにより、多層構造をもつ発泡樹脂成形体内部の発泡層であって溶融樹脂のスキン層が合流部の表面近傍と中央近傍との樹脂密度を５％以上変化させることを特徴としている。

代表的な例を図２に示す。図２の溶融樹脂のフローフロント部−４は常圧状態にある。このため発泡成形の場合においてフローフロント部―４は溶融樹脂中のガスが放出されながら金型内を流動する。よって図２のようにガスが放出されたフローフロント部−４では気泡が発生しないスキン層となる。図１に示すように溶融樹脂の流動が進行し、気泡の発生がない溶融樹脂のフローフロント部―４のスキン層同士が合流する部分−２にも同様に気泡の存在がない。上記の理由により溶融樹脂のスキン層が合流した部分と合流部分以外との樹脂密度は異なる。

溶融樹脂のスキン層同士が合流する部分の数だけ樹脂密度が変化した部分を有することができる。

また溶融樹脂のスキン層の合流は２つ以上の複数の合流があれば、樹脂密度の変化する部分を形成することができる。

上記第２の目的を達成するため、本出願に係る第２の発明は発泡樹脂成形体のゲート部とタッピングボスの間に肉厚を基本肉厚から７０％以上薄くする方向に変化させた凹形状または穴形状を有することを特徴としている。

上記構成であって凹形状部または穴形状を有することにより溶融樹脂の流動方向または経路および流動速度が変化する。流動方向または経路および流動速度が変化することによりタッピングボスの手前で溶融樹脂の流動が複数の方向または複数の経路に分かれスキン層の合流部分が形成される。または複数の異なった速度で溶融樹脂が流動することにより、タッピングボスのタッピングビスが接触する部分にスキン層の合流部分が形成される。前述と同様に溶融樹脂のフローフロント部は常圧状態にあるために、発泡成形において溶融樹脂中のガスが放出されながら金型内を流動する。よってフローフロントのスキン層同士が合流する部分において気泡が存在しない部分を形成することができる。

上記第３の目的を達成するため、本出願に係る第３の発明は発泡樹脂成形体のゲート部とタッピングボスの間に肉厚を基本肉厚から７０％以上薄くする方向に変化させた凹形状または穴形状を有することを特徴としている。

上記構成であって凹形状部または穴形状を有することにより溶融樹脂の流動方向または経路および流動速度が変化する。流動方向または経路および流動速度が変化することによりビットインサート挿入部の手前で溶融樹脂の流動が複数の方向または複数の経路に分かれスキン層の合流部分が形成される。または複数の異なった速度で溶融樹脂が流動することにより、ビットインサート挿入ボスのビットインサートが接触する部分にスキン層の合流部分が形成される。前述と同様に溶融樹脂のフローフロント部は常圧状態にあるために、発泡成形において溶融樹脂中のガスが放出されながら金型内を流動する。よってフローフロントのスキン層同士が合流する部分において気泡が存在しない部分を形成することができる。

本発明に係る第１の発明によれば前述の成形方法を用いることにより、多層構造をもつ発泡樹脂成形体内部のスキン層が合流することにより、合流部分と合流部以外の部分において樹脂密度を変化させることができる。また合流部の表面近傍と中央近傍との樹脂密度を変化させることができる。

前述の発泡成形体内部の樹脂密度を変化させることによって、スキン層の合流部分と合流部以外の領域で、曲げ弾性率を５％以上異なる剛性とすることができる。前述の曲げ弾性率を上げることによって内部の発泡領域の気泡のみを有する部分では満足できなかった剛性を上げることができる。

前述の発泡成形体内部の樹脂密度を変化させることによって、スキン層の合流部分と合流部以外の領域で、振動特性における固有振動数が３％以上変化させることができる。前述の固有振動数を変化させることにより本発明を施した発泡樹脂成形体の固有振動数と、他の振動源をもった部品の固有振動数を異なった値にすることにより共振を防止することができる。

前述の発泡成形体内部の樹脂密度を変化させることによって、スキン層の合流部分と合流部以外の領域で、光の透過率が異なることから、本発泡成形体を透過した光の見え方に変化をつけることができる。

前述の発泡成形体内部の樹脂密度を変化させることによって、スキン層の合流部分と合流部以外の領域で、熱伝導率が５％以上異なることにから、断熱効果を部分的に変化させることができる。

前述の発泡成形体内部の樹脂密度を変化させることによって気泡を有する部分とスキン層の合流した気泡を有さない領域で、音の透過損失が異なることから、本発泡成形体を介すことにより伝わる音量を部分的に変化させることができる。

また本発明に係る第２の発明によれば、溶融樹脂の流動方向または経路および流動速度が変化することにより、タッピングボス部分に溶融樹脂の合流部分つまり気泡の存在しない樹脂密度の異なった部分を発生させることができる。溶融樹脂のスキン層の合流部分には気泡が存在しないことから、タッピングビスと樹脂部分との接触面積が増加することにより、本発明を施していない発泡樹脂成形体にタッピングビスで他部材を締め付けた場合よりも締め付け破壊トルクが１０％以上向上する。

また本発明に係る第３の発明によれば、溶融樹脂の流動方向または経路および流動速度が変化することにより、ビットインサート挿入部に溶融樹脂の合流部分つまり気泡の存在しない樹脂密度の異なった部分を発生させることができる。溶融樹脂のスキン層の合流部分には気泡が存在しないことから、ビットインサートと樹脂部分との接触面積が増加することにより、本発明を施していない発泡樹脂成形体にタッピングビスを挿入した場合よりも抜け強度および破壊トルクが１０％以上向上する。

図３は本発明を施した発泡樹脂成形体が成形される状態の一例を表した状態である。図３に示すように発泡樹脂成形体の溶融樹脂の流動過程に５で表された凹形状あるいは穴形状を設けることにより、溶融樹脂は矢印の方向に流動し、２の部分でスキン層が合流する。

図２は図３の流動流動樹脂が合流する部分−２のＡ−Ａ断面を表している。図２の溶融樹脂先端のスキン層−４は他方向から流動してくる溶融樹脂と合流する前の状態である。この時点で溶融樹脂先端のスキン層は前述の理由により気泡の存在がない。

図１は溶融樹脂同士が合流して金型内の全域に溶融樹脂が充填された状態を表したものである。前述の気泡の存在しない部分である溶融樹脂先端のスキン層同士が合流することにより、合流した部分にも気泡が存在しない。このスキン層が合流した部分が合流部以外の部分に対して樹脂密度に変化がある部分となる。樹脂密度差は１、２、３の部分の密度をρ１、ρ２、ρ３とした場合にρ１＜ρ２≦ρ３となる。

図４は本発明を施した発泡樹脂成形体が形成される状態の一例を表した状態である。これは３方向からの溶融樹脂のスキン層が合流した状態を表している。

このように溶融樹脂のスキン層の合流部分が形成されるための合流点は２方向以上または２経路以上の複数であればよい。

図５は本発明を施した発泡樹脂成形体が成形される状態の一例を表した状態である。２方向からの溶融樹脂のスキン層が樹脂成形体の面内方向で合流した状態である。

溶融樹脂の流動過程に図５の凹部−８を設けることにより、流動過程において溶融樹脂は凹部を回避しながら流動する。これにより、ある幅をもった領域内−Ａにおいてスキン層と発泡層が複数づつ有する溶融樹脂の密度の異なった部分が形成される。

図６は本発明を施したタッピングボス部を有する発泡樹脂成形体−６の一例である。

本発明を施していない従来のタッピングボスは図１３に示す発泡樹脂成形体−１２の断面のように内部が全て発泡層で形成されている。

しかし、図６および図７の発泡樹脂成形体−６は従来例とは異なり、図６および図７の５部に示されるような穴形状−５を有することにより、タッピングボスのタッピングビスが接触する部分にスキン層の合流部を形成することができる。

スキン層の合流部が形成される過程を以下に示す。

最初に溶融樹脂はゲートからタッピングボスへ流動していく。この溶融樹脂はタッピングボスに向かうがタッピングボスの周りにある穴形状−５の効果により、穴形状を回り込むようにタッピングボスに充填していく。その結果、図８に示されているようにタッピングボスのタッピングビスが接触する立ち壁部分に溶融樹脂のスキン層が合流する部分−２が形成される。さらに図８に示すように部分−２タッピングボスの中心から反対側にも同様に溶融樹脂のスキン層が合流する部分が発生する。

上記の穴形状を薄肉部にした場合は、溶融樹脂の大部分は流動抵抗の高い薄肉部を避けて薄肉部を回り込むようにタッピングボスを充填していき穴形状と同様な効果をもち、溶融樹脂のスキン層が合流する部分が形成される。

以上のようにタッピングボスの周りに凹形状または穴形状があることにより、溶融樹脂の流動を変化し、タッピングボス部の立ち壁部分に溶融樹脂のスキン層が合流する部分が形成される効果がある。

スキン層が合流したタッピングボスの断面図を図１０に示す。図１０の部分−２はスキン層が合流した部分である。

この溶融樹脂が合流する部分には気泡が存在しないことから、タッピングビスとタッピングボスとの接触面積が増加して、締め付け破壊トルクおよび耐久性（繰り返し締め付け回数）が向上する。

ビットインサート挿入部もタッピングボス部の立壁部分にスキン層の合流が形成される場合と同様の理由により、スキン層の合流部が形成され、ビットインサートの抜け強度および破壊トルクが向上する。

前述の形態を施すことにより、スキン層の合流部と合流部以外との樹脂密度が変化している領域での曲げ弾性率の測定を行なった結果を以下に記す。

使用材料は材料−１：ポリカーボネートとアクリロニトリルスチレン共重合体のアロイと材料−２：変性ポリフェニレンエーテルの２種類。板厚は２．０ｍｍと２．５ｍｍの２種類である。表１は溶融樹脂のスキン層が合流していない部分を１００％にした場合の溶融樹脂のスキン層が合流した部分の曲げ弾性率を表している。曲げ弾性率は本発明を施した部分において７％以上の増加した。

前述の形態を施すことにより、スキン層の合流部と合流部以外との樹脂密度が変化している領域での固有振動数の測定を行なった結果を以下に記す。

使用材料は材料−１：ポリカーボネートとアクリロニトリルスチレン共重合体のアロイと材料−２：変性ポリフェニレンエーテルの２種類。形状はNO．１とＮＯ．２の２種類である。表２は溶融樹脂のスキン層が合流していない部分を１００％にした場合の溶融樹脂のスキン層が合流した部分の固有振動数を表している。固有振動数は本発明を施した部分において２％以上の変化を示した。

前述の形態を施すことにより、スキン層の合流部と合流部以外との樹脂密度が変化している領域での光の透過率の測定を行なった結果を以下に記す。

使用材料は材料−１：ポリカーボネートの透明材。板厚は２．０ｍｍと３．０ｍｍの２種類である。表３は溶融樹脂のスキン層が合流していない部分を１００％にした場合の溶融樹脂のスキン層が合流した部分の光の透過率を表している。光の透過率は本発明を施した部分において３０％以上の変化を示した。

前述の形態を施すことにより、スキン層の合流部と合流部以外との樹脂密度が変化している領域での熱伝導率の測定を行なった結果を以下に記す。

使用材料は材料−１：ポリカーボネートとアクリロニトリルスチレン共重合体のアロイと材料−２：変性ポリフェニレンエーテルの２種類。板厚は２．０ｍｍと３．０ｍｍの２種類である。表４は溶融樹脂のスキン層が合流していない部分を１００％にした場合の溶融樹脂のスキン層が合流した部分の熱伝導率を表している。熱伝導率は本発明を施した部分において１０％以上の変化を示した。

前述の形態を施すことにより、スキン層の合流部と合流部以外との樹脂密度が変化している領域での音の透過損失の測定を行なった結果を以下に記す。

使用材料は材料−１：ポリカーボネートとアクリロニトリルブタジエンスチレン共重合体のアロイ。板厚は４．０ｍｍ。表５は４０００ＨＺにおける溶融樹脂のスキン層の合流部分とスキン層の合流部以外の部分での音の透過損失を表している。またスキン層が合流していない部分を１００％にした場合の溶融樹脂のスキン層が合流した部分の音の透過損失は１０００ＨＺ〜８０００ＨＺの領域において１０％以上の変化を示した。

前述の形態を施すことにより、スキン層の合流部と合流部以外との樹脂密度が変化している領域が形成され、タッピングビスとタッピングボスとの接触面積が増加して、締め付け破壊トルクが向上した結果を示す。

使用材料は材料−１：ポリカーボネートとアクリロニトリルスチレン共重合体のアロイと材料−２：変性ポリフェニレンエーテルの２種類で行なった。使用タッピングビスはＭ３とＭ４の2種類、実際のタッピングビスの発泡樹脂成形体への噛み込み長さはＭ３、Ｍ４ともに５．５ｍｍとした。破壊トルクはそれぞれの各５ケの平均として表６に示した。その結果、Ｍ３、Ｍ４のタッピングビスの締め付け破壊トルクは１０％以上向上した。

前述の形態を施すことにより、スキン層の合流部と合流部以外との樹脂密度が変化している領域が形成され、ビットインサートとビットインサート挿入部との接触面積が増加して、抜け強度および壊トルクが向上した結果を示す。

使用材料は材料−１：ポリカーボネートとアクリロニトリルスチレン共重合体のアロイと材料−２：変性ポリフェニレンエーテルの２種類。使用ビットインサートはＭ３用。表７は溶融樹脂のスキン層が合流していない部分を１００％にした場合の溶融樹脂のスキン層が合流した部分の引き抜き強度と破壊トルクを表している。引き抜き強度と破壊トルクは本発明を施した部分において１０％以上の変化を示した。

前述の形態を施すことにより成形を行なった樹脂成形体のタッピングボス断面を図１４に示す。１に示す部分は気泡が存在する発泡層。２に示す部分はスキン層が合流した部分である。部分−２には気泡の存在がないことがわかる。

前述の形態を施すことにより成形を行なった樹脂成形体の面内方向で樹脂密度が変化している部分の断面を図１５に示す。１に示す部分は気泡が存在する発泡層。２に示す部分は同じ面内方向で気泡の存在していないスキン層と気泡が存在している発泡層からなる部分を示している。

樹脂密度差が存在する発泡樹脂成形体断面図。 樹脂密度差が発生する樹脂の流動過程断面図。 凹形状（穴形状）を設けた発泡樹脂成形体の流動過程。 ３方向からスキン層が合流した発泡樹脂成形体の断面図。 面内方向でスキン層が合流した発泡樹脂成形体の断面図。 セルフタップ発泡樹脂成形体の斜視図（表）。 セルフタップ発泡樹脂成形体の斜視図（裏）。 タッピングボス部への溶融樹脂合流部分表示。 タッピングビスが発泡樹脂成形体のタッピングボス内に締め付けられた断面図。 スキン層の合流部がある場合のタッピングボス断面図。 ビットインサートが発泡樹脂成形体に締め付けられた断面図。 樹脂密度差がない発泡樹脂成形体断面図。 流動樹脂の合流の発生がない場合のタッピングボス断面図。 本発明を施したタッピングボスの断面（実勢の成形品）。 本発明を施した面内方向で樹脂密度の変化を有する実際の成形品の断面。

符号の説明

１ 発泡（気泡）層
２ スキン層が合流している部分
３ スキン層
４ 流動樹脂先端（スキン層）
５ 穴形状または凹形状
６ セルフタップ発泡樹脂成形体−６
７ タッピングボス
８ 凹形状
９ 気泡
１０ タッピングビス
１１ 従来の発泡樹脂成形体−１１
１２ 従来のセルフタップ発泡樹脂成形体−１２
１３ ビットインサート挿入ボス
１４ ビートインサート

Claims (20)

1. 表面を形成するスキン層とその内部を形成する発泡層からなる多層構造を備えた樹脂成形体であって、前記樹脂成形体の成形過程中における溶融樹脂の流動方向を変化させて所望の位置にスキン層の合流部を形成し、合流部と合流部以外の部分との樹脂密度を５％以上変化させることを特徴とする成形方法。
2. 表面を形成するスキン層とその内部を形成する発泡層からなる多層構造を備えた樹脂成形体であって、前記樹脂成形体の成形過程中における溶融樹脂の流動方向を変化させて所望の位置にスキン層の合流部を形成し、合流部と合流部以外の部分との樹脂密度を５％以上変化している部分を有することを特徴とする樹脂成形体。
3. 請求項２に記載の樹脂成形体において、溶融樹脂の流動方向を変化させる手段として、樹脂成形体の樹脂流動過程において樹脂成形体の肉厚を基本肉厚から７０％以上薄くする方向に変化させた凹形状を有することを特徴とする樹脂成形体。
4. 請求項２に記載の樹脂成形体において、溶融樹脂の流動方向を変化させる手段として、樹脂成形体の樹脂流動過程に穴形状を有することを特徴とする樹脂成形体。
5. 表面を形成するスキン層とその内部を形成する発泡層からなる多層構造を備えた樹脂成形体であって、樹脂成形体の樹脂流動過程において樹脂成形体の肉厚を基本肉厚から７０％以上薄くする方向に変化させた凹形状または穴形状を有することにより、前記樹脂成形体の成形過程中における溶融樹脂の流動方向を変化させて所望の位置にスキン層を合流させ、合流部と合流部以外の部分との樹脂密度を部分的に５％以上変化させることを特徴とする成形方法。
6. 表面を形成するスキン層とその内部を形成する発泡層からなる多層構造を備えた樹脂成形体であって、前記樹脂成形体の成形過程中における溶融樹脂の流動速度を変化させて所望の位置にスキン層の合流部を形成し、合流部と合流部以外の部分との樹脂密度を５％以上変化させることを特徴とする成形方法。
7. 表面を形成するスキン層とその内部を形成する発泡層からなる多層構造を備えた樹脂成形体であって、前記樹脂成形体の成形過程中における溶融樹脂の流動速度を変化させて所望の位置にスキン層の合流部を形成し、合流部と合流部以外の部分との樹脂密度を５％以上変化している部分を有することを特徴とする樹脂成形体。
8. 請求項７に記載の樹脂成形体において、溶融樹脂の流動速度を変化させる手段として、樹脂成形体の樹脂流動過程において樹脂成形体の肉厚を基本肉厚から基本肉厚から７０％以上薄くする方向に変化させた凹形状を有することを特徴とする樹脂成形体。
9. 請求項７に記載の樹脂成形体において、溶融樹脂の流動速度を変化させる手段として、樹脂成形体の樹脂流動過程に穴形状を有することを特徴とする樹脂成形体。
10. 表面を形成するスキン層とその内部を形成する発泡層からなる多層構造を備えた樹脂成形体であって、樹脂成形体の樹脂流動過程において樹脂成形体の肉厚を基本肉厚から７０％以上薄くする方向に変化させた凹形状または穴形状を有することにより、前記樹脂成形体の成形過程中における溶融樹脂の流動速度を変化させて所望の位置にスキン層を合流させ、合流部と合流部以外の部分との樹脂密度を５％以上変化させることを特徴とする成形方法。
11. 表面を形成するスキン層とその内部を形成する発泡層からなる多層構造を備えた樹脂成形体であって、前記樹脂成形体の成形過程中の樹脂成形体において所望の位置の面内方向に溶融樹脂のスキン層の合流部を形成し、合流部の表面近傍と中央近傍との樹脂密度を５％以上変化させることを特徴とする成形方法。
12. 表面を形成するスキン層とその内部を形成する発泡層からなる多層構造を備えた樹脂成形体であって、前記樹脂成形体の成形過程中の樹脂成形体において所望の位置の面内方向に溶融樹脂のスキン層の合流部を形成し、合流部の表面近傍と中央近傍との樹脂密度を５％以上変化している部分を有することを特徴とする樹脂成形体。
13. 請求項１２に記載の樹脂成形体において、樹脂成形体の面内方向で溶融樹脂のスキン層の合流部を形成させる手段として、合流部直前に合流部を挟んで一方は樹脂成形体の表側にもう一方は樹脂成形体の裏側に肉厚を基本肉厚から７０％以上薄くする方向に変化させた凹形状を有することを特徴とする樹脂成形体。
14. 請求項２または７または１２に記載の樹脂成形体において、流動樹脂のスキン層を合流させる形状がタッピングボス部の周囲に設けられている発泡樹脂成形体。
15. 請求項２または７または１２に記載の樹脂成形体において、流動樹脂のスキン層を合流させる形状がビットインサート挿入部の周囲に設けられている発泡樹脂成形体。
16. 請求項２または７または１２に記載の樹脂成形体において、スキン層の合流部での曲げ弾性率が合流していない部分と５％以上異なった特性を有する樹脂成形体。
17. 請求項２または７または１２に記載の樹脂成形体において、スキン層の合流部での振動特性における固有振動数が合流していない部分と３％以上異なった特性を有する樹脂成形体。
18. 請求項２または７または１２に記載の樹脂成形体において、スキン層の合流部での光の透過率が合流していない部分とは異なった特性を有する樹脂成形体。
19. 請求項２または７または１２に記載の樹脂成形体において、スキン層の合流部での熱伝導率が合流していない部分と５％以上異なった特性を有する樹脂成形体。
20. 請求項２または７または１２に記載の樹脂成形体において、スキン層の合流部での音の透過損失が合流していない部分と１０％以上異なった特性を有する樹脂成形体。

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