JP2006335011A - 熱可塑性樹脂の射出成形方法 - Google Patents

Abstract

【技術課題】 二酸化炭素注入成形において、転写性と光沢性を更に高めることができる射出成形方法を提供する。
【解決手段】 キャビティ１内に樹脂ａを充填後から型開きまでの工程中に、二酸化炭素を樹脂とキャビティ面間に注入することにより、転写性や光沢性を向上させる射出成形方法であって、設定樹脂量を金型キャビティ１に充填する充填工程完了直後、一旦、樹脂の充填を停止することにより樹脂圧力を低下させる工程を設け、その後、樹脂圧力を高める保圧工程に移行する。この方法を採用することにより、二酸化炭素をキャビティ１内の隅々まで均等に行きわたらせることができるため、成形品の可視面全体においてその転写性と光沢性を高め、均一化することができる。
【選択図】 図 １

Description

本発明は、熱可塑性樹脂の射出成形方法に関するもので、詳しくは転写性と光沢性を高めるために、成形樹脂表面に二酸化炭素等を溶解させて行う射出成形方法に関する。

一般的に、射出成形は、溶融した樹脂を金型キャビティ内に充填し、金型内で冷却して成形品を得るものであるが、この射出成形において、金型は、樹脂を充填する前は樹脂の固化温度よりも低い温度に保たれるため、溶融樹脂がキャビティ内に充填された瞬間から、樹脂の固化は進行し、所謂スキン層と称される固化途上の層が表面に形成される。特に溶融樹脂の流動先端は、ファンテンフローにより、成形品の表面に転写されるが、この部分においても、固化は進行し、低い圧力でキャビティ面に押し付けられるため、転写不良や、樹脂の固化が進行したことによる流れムラ、ジェッティング等の成形不良が発生する。このため、従来技術では、樹脂の溶融温度、金型温度等を高く設定することにより、樹脂の固化を抑制して転写性を向上させる方法がとられている。

しかし、この方法では、転写性は向上するものの、樹脂が固化するときの収縮の不均一化によって、成形品にヒケやそりが発生しやすい。また、成形サイクルが長くなり、生産性が低下するため、成形コストが高くなるという問題が発生する。この問題を解決するため、射出成形工程において、ヒーター、油、加圧熱水または、溶融樹脂自身の熱を利用して、金型キャビティ表面を一時的に加熱する方法が提案されている。しかし、これらの方法では、転写性は向上するものの、それぞれについて特別な設備が必要であり、また、成形サイクルが長くなり、生産性が低下して成形コストが高くなるという問題が発生する。

以上の如き問題点を解消しながら転写性を高める方法として、特開平１０−１２８７８３号公報では、射出成形工程において、予め、樹脂を充填する前に、二酸化炭素等の不活性ガスを金型キャビティ内に充填して樹脂を射出成形する方法が提案されている。
しかしながら、この方法では、二酸化炭素等が樹脂内に溶解しながら樹脂が流動するため、その流れは不安定で、流速不均一による流れムラ等の外観不良が生じる。また、二酸化炭素等により加圧されたキャビティ空間内に樹脂を充填するため、特に複雑あるいは薄い成形部を有する成形品の場合、これらの部分において樹脂圧が他の部位と同じようにかからず、所謂未充填になりやすく、更にあらかじめキャビティ内に充填された不活性ガスの排気コントロールが困難である。

本出願人も、製品の転写性、光沢性を高めるため熱可塑性樹脂の成形法の一つとして、特開２０００−２４４６１０号公報において、樹脂を充填直後、溶融樹脂のスキン面と金型キャビティ面との間へ二酸化炭素を注入することにより、製品可視面の片面のみの転写性や光沢性を向上させる射出成形方法を提案している。
特開平１０−０１２８７８３号公報 特開２０００−２４４６１０号公報

しかしながら、特開２０００−２４４６１０号公報においては、製品肉厚が薄い成形品や複雑な製品形状の場合、二酸化炭素が均一にスキン層に浸透せず、全体的に転写性が向上しなかったり、または、部分的に転写性が上がらない等の転写不良が発生する場合がある。この原因の一つとして、充填工程完了後、金型キャビティ内の溶融樹脂には、充填時の高い樹脂圧力が残るため、二酸化炭素を注入しても、全体の製品可視面に対応する金型キャビティ面と溶融樹脂との間へ、二酸化炭素が十分に注入できない問題がある。

本願発明は、かかる課題解決に向けて鋭利研究を重ねた結果、提供されるものであって、その目的は、キャビティ内に樹脂を充填後から型開きまでの工程中に、二酸化炭素を樹脂と金型の間に注入することにより、転写性や光沢性を向上させる射出成形方法において、より確実に、安定して転写性と光沢性に優れた成形品を得るための射出成形方法を提供することである。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明においては、熱可塑性樹脂の射出成形方法において、キャビティ内に樹脂を充填後から型開きまでの工程中に、二酸化炭素を樹脂と金型キャビティ面との間に注入することにより、転写性や光沢性を向上させる射出成形方法であって、設定樹脂量を金型キャビティ内に充填する充填工程完了直後、一旦、樹脂の充填を停止することによりキャビティ内における樹脂圧力を低下させる工程を設け、その後、樹脂圧力を高める保圧工程に移行すること、を特徴とするものである。

樹脂充填直後、樹脂充填装置のスクリュー位置（回転）を完全に停止、保持すると、樹脂の冷却にともなって僅かに金型キャビティ内の樹脂圧力は低下する。この結果、容易に、二酸化炭素をキャビティ面とスキン層全体に、均一に注入することが可能となる。
ここで、充填工程直後、その樹脂の充填を一時停止する方法としては、スクリュー位置を完全に停止、保持する方法以外に、樹脂充填装置のノズル部先端に設置されているシャットオフ機構を駆動し、ノズル部先端の樹脂吐出口を閉鎖させ、強制的に樹脂の充填を停止してスクリュー位置を固定する方法や、充填工程時に成形機のスクリュー位置をセンサーを用いて感知し、スクリュー駆動装置によりスクリュー位置のフィードバックを制御する方法などがある。

ここでスクリュー位置を停止、保持する方法として、樹脂充填装置のノズル部のシャットオフ機構を用いた場合、ノズル部先端の樹脂吐出口が閉鎖されるため、金型キャビティ内に充填した樹脂とバレル内の樹脂を完全に遮断して、前記金型キャビティ内の樹脂の圧力を低下させる効果がある。

さらに請求項２に記載の発明においては、請求項１に記載の熱可塑性樹脂の射出成形方法において、前記樹脂の充填の停止を、スクリューの前進停止又はシャットオフピンによる樹脂吐出口の閉鎖にて行うことを特徴とするものである。

さらに請求項３に記載の発明においては、請求項１又は２記載の熱可塑性樹脂の射出成形方法において、前記樹脂圧力の低下工程において、樹脂を充填完了後、シャットオフピンを前進させて一旦ノズル部の吐出口を閉じて樹脂の充填を停止した後、スクリューを前進させて成形バレル内において溶融樹脂圧を高め、その後シャットオフピンを後退させてノズル部の吐出口を開放し、一気に高圧の樹脂をキャビティ内に充填してキャビティ内の樹脂圧を高めることを特徴とするものである。
このように、瞬間的に高い保持圧力を、金型キャビティ内の充填樹脂に付加したい場合は、シャットオフ機構を駆動させた状態を保持しつつ、樹脂充填装置のバレル内では、スクリュー位置制御装置によりスクリューを前進させ、前記成形機バレル内スクリュー先端の樹脂圧力を高めて保持、その後、前記シャットオフ機構を駆動させて、前記ノズル先端部の吐出口を開放させることで、圧力が高く保持されていた溶融樹脂を一気に前記金型キャビティ内に流動させることができる。

さらに請求項４に記載の発明においては、請求項１又は２又は３記載の熱可塑性樹脂の射出成形方法において、前記樹脂圧力の低下工程において、樹脂を充填完了後、強制的に金型を微小量後退させることにより、キャビティ内の容積を拡大して金型キャビティ内の樹脂圧力を低下させることを特徴とするものである。

これにより、複雑な成形品形状においても、成形品全体に対し、均一に二酸化炭素を注入、導入しやすくなり、結果として転写性と光沢性に優れた良好な製品を得ることができる。
ここで微小型開きさせる可動側金型の移動量は、おおよそ０．０１〜０．０５ｍｍで、金型キャビティ内の樹脂圧力を低下させる最小の量が望ましい。微小型開き量が０．０５ｍｍ以上となると、次の保圧工程でバリが発生する問題がある。

樹脂圧力を高める保圧工程としては、前記微小型開きの後、樹脂充填装置のスクリュー前進動作により、バレル内の溶融樹脂を金型キャビティに流動させて行う。または、微小型開きした可動側金型を再度、型締めを行い、樹脂圧力を高めても良い。または前記の二つの方法を併用してもよい。

［作用］
本発明の射出成形方法は、充填完了時のスクリュー位置を高精度に制御することにより、金型キャビティ内の充填した溶融樹脂圧力を低下させることができる。また、樹脂を充填完了後、可動側金型を僅かに後退させることにより、金型キャビティ内の充填した溶融樹脂圧力を均一に低下させることができる。
また、保圧工程に移行するときに一気に樹脂圧を高めることにより二酸化炭素が浸透した樹脂を一気にキャビティ面に圧接することで、成形不良、光沢不良品の発生を無くすことができる。

本発明によると、キャビティ内に樹脂を充填後から型開きまでの工程中に、二酸化炭素を樹脂と金型の間に注入することにより、転写性や光沢性を向上させる射出成形方法において、一旦キャビティ内に充填された樹脂圧を低下させることにより、注入された二酸化炭素をキャビティ内において、隅々まで行きわたらせることができ、その上で再度樹脂圧を高めて成形を行うため、成形品可視面側全体に二酸化炭素を均一に注入することができる。この結果、転写性及び光沢性に優れた良好な製品を得ることができる。
また、この成形方法は、成形工程の一部の制御で実現が可能なため、成形コストの高騰に結びつくことはない。

次に、本発明に係る熱可塑性樹脂の射出成形方法を各図に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は、これらの実施例に限定するものではなく、またこれらの実施例の組み合わせでも良い。

図１は、本発明を実施するための射出成形機における成形装置Ａ、二酸化炭素注入装置Ｂ及び樹脂充填装置Ｃを示した全体図である。符号の１は、射出成形装置Ａにおいて、固定側金型２と可動側金型３を型締めして形成されたキャビティ、４は固定側ダイプレート、５は可動側ダイプレート、６はダイプレート位置調整装置である。
二酸化炭素注入装置Ｂにおいて、７は高い圧力を発生させる高圧二酸化炭素発生装置、８は二酸化炭素注入ユニット、９は高圧二酸化炭素発生装置８と二酸化炭素注入ユニット８及びこの注入ユニット８と前記キャビティ１の注入口９ａ間を結ぶ配管であって、この配管９からキャビティ１内に二酸化炭素を注入できるようになっている。

樹脂充填装置Ｃにおいて、１０はバレル、１１はバレル１０内に組み込まれたスクリュー、１２はスクリュー１１を駆動させるための成形機スクリュー制御装置、１３は成形機ノズル部、１４はノズル部１３内に組み込まれたシャットオフピン、１５はシャットオフレバー、１６はシャットオフレバー１５を駆動させるためのシャットオフ動作制御装置、１７は成形材料投入口である。

次に、図１〜図５に基づいて、請求項１及び２に記載した本発明に係る射出成形方法を説明する。図１に示した二酸化炭素注入装置Ｂは自社製で、成形装置Ａ及び樹脂充填装置Ｃは、型締め圧力２２０ｔの成形機（株式会社日本製鋼所製；Ｊ２２０Ｅ２−Ｐ−２Ｍ）を用いた。樹脂には耐衝撃性ポリスチレン（PSジャパン株式会社製、AGI02）を用いた。この成形装置Ａ及び樹脂充填装置Ｃを用いて図２（Ａ）、（Ｂ）に示す肉厚２ｍｍ、縦１４８ｍｍ、横２１０ｍｍ、側壁の高さ１５ｍｍの成形品を成形した。成形品の評価方法は、製品可視面側の中央部分の光沢をグロスチェッカー（ＨＯＲＩＢＡ．Ｌｔｄ製ＧＬＯＳＳ ＣＨＥＣＫＥＲ；ＩＧ−３１０））を用いて光沢度を計測、さらに図２（Ａ）、（Ｂ）に示した成形品可視面側の天面の面積（縦１４８ｍｍ×横２１０ｍｍ）において転写が向上した部分の面積比（パーセント）を求めた。この成形品を射出圧力７０ＭＰａ、充填時間１．０ｓｅｃ、溶融樹脂温度２３０℃で、４０℃に設定した金型キャビティ１内（材質Ｓ４５Ｃ、入れ子型）に充填した（図３）。

溶融樹脂ａを金型キャビティ１内に充填直後、図４に示すように、ノズル部１３の先端に設置されているシャットオフ動作制御装置１６を駆動させ、シャットオフレバー１５を介し、シャットオフピン１４を前進させた。これにより、ノズル部１３先端の樹脂吐出口が閉鎖され、結果、樹脂充填工程直後、スクリュー１１の位置を完全に停止させ、この状態を１．５ｓｅｃ間保持した。一方金型キャビティ１においては、この間に、成形品可視面側に対応するキャビティ１と充填樹脂ａとの間に、圧力１０ＭＰａの二酸化炭素ｂを、二酸化炭素注入装置Ｂの注入ユニット８より、配管９を経由して１．０ｓｅｃ注入し、キャビティ１内のスキン層を軟化させた。なお、スキン層に溶解しきれなかった二酸化炭素は、配管９から注入時の逆の経路を経由して二酸化炭素注入装置Ｂ側に排気した。

次に、図５に示すように、再度シャットオフ動作制御装置１６を駆動させ、シャットオフピン１４を後退させた後、成形機スクリュー１１の動作により、バレル１０の溶融樹脂ａを金型キャビティ１内に流動させ、樹脂圧力を高め、軟化したスキン層を金型キャビティ１面に密着させた。その結果、得られた成形品は、光沢度が８０で、転写性に優れ、かつ部分的な転写不良のない良好な成形品を得ることができた。可視面側の評価面積において９８％の面積比領域の転写を向上させることができた。
なお、上記実施例１の場合、スクリュー１１の停止とシャットオフピン１４の作動で樹脂の充填を停止させたが、シャットオフピン１４を作動させず、スクリュー１１の停止だけで樹脂圧を止めることにより、キャビティ１内の樹脂圧を低下させるように制御しても良い。

本実施例２は、請求項３に記載の発明に対応するもので、実施例１において、充填工程完了後、シャットオフピン１４を前進させてノズル部１３先端の樹脂吐出口を閉鎖したままで、スクリュー１１を前進させ、前記バレル１０内においてスクリュー１１の先端側の樹脂圧力を高めてこれを保持し、その後、図５に示すように、前記シャットオフ動作制御装置１６を駆動させて、前記ノズル部１３の前記吐出口を開放させることで、圧力が高く保持されていた溶融樹脂ａを一気に金型キャビティ１に流動させた以外は、実施例１と同様に成形を行った。その結果、光沢度が８５で、転写性に優れ、評価面積が１００％転写した良好な成形品を得ることができた。

［比較例１］
実施例１において、金型キャビティ１内に二酸化炭素の注入を行わなかった以外は、全く同様に成形を行った。その結果、成形品の転写は全く向上せず、光沢度は２３であった。

［比較例２］
実施例１において、樹脂の充填工程完了後、シャットオフ動作制御装置１６を駆動させず、すぐ保圧工程に移行する通常射出成形工程を行った以外は、全く同様に成形を行った。その結果、成形品の光沢値は８０となり、転写性は向上したが、部分的に転写が全く向上しない転写不良が発生した。評価面積で、転写が向上した割合は、約６０％であった。

本実施例３は、請求項４に記載の発明に対応するもので、実施例１において、充填工程完了後、シャットオフ動作制御装置１６を駆動させ、スクリュー１１の位置を停止、保持してから、図６に示すように、ダイプレート５を０．０１ｍｍ後退させ、可動金型３を微小型開き１ａし、キャビティ１内樹脂圧力を低下させてから、二酸化炭素を注入する以外は、全く同様に成形を行った。その結果、得られた成形品は光沢度が８０で、転写性に優れ、かつ部分的な転写不良のない良好な成形品を得ることができた。可視面側の評価面積において１００％の面積比領域の転写を向上させることができた。
なお、実施例１〜３の場合、キャビティ１内には二酸化炭素のみを注入する例で説明したが、この二酸化炭素に併せて、有機質アゾ分散染料、改質材、帯電防止剤の混合気体を目的に応じて注入しても良い。

本発明を実施するための、成形装置、二酸化炭素注入装置、樹脂充填装置を示す成形機全体の説明図 （Ａ）は本発明により成形された成形品の正面図、（Ｂ）はＡ−Ａ´線断面図 射出成形における樹脂の充填工程の説明図 樹脂の充填を一旦停止した状態の説明図 樹脂保圧工程の説明図 金型を微小型開きを行ってキャビティ内の樹脂圧を低下させる実施例３の説明図

符号の説明

１ キャビティ
２ 固定側金型
３ 可動側金型
４ 固定側ダイプレート
５ 可動側ダイプレート
６ ダイプレート位置調整装置
７ 高圧二酸化炭素発生装置
８ 二酸化炭素注入ユニット
９ 配管
１０ バレル
１１ スクリュー
１２ スクリュー制御装置
１３ ノズル部
１４ シャットオフピン
１５ シャットオフレバー
１６ シャットオフ動作制御装置
１７ 成形材料投入口

Claims (4)

1. キャビティ内に樹脂を充填後から型開きまでの工程中に、二酸化炭素を樹脂と金型キャビティ面との間に注入することにより、転写性や光沢性を向上させる射出成形方法であって、設定樹脂量を金型キャビティ内に充填する充填工程完了直後、一旦、樹脂の充填を停止することによりキャビティ内における樹脂圧力を低下させる工程を設け、その後、樹脂圧力を高める保圧工程に移行すること、を特徴とする熱可塑性樹脂の射出成形方法。
2. 前記樹脂の充填の停止を、スクリューの前進停止又はシャットオフピンによる樹脂吐出口の閉鎖にて行うことを特徴とする請求項１に記載の熱可塑性樹脂の射出成形方法。
3. 前記樹脂圧力の低下工程において、樹脂を充填完了後、シャットオフピンを前進させて一旦ノズル部の吐出口を閉じて樹脂の充填を停止した後、スクリューを前進させて成形バレル内において溶融樹脂圧を高め、その後シャットオフピンを後退させてノズル部の吐出口を開放し、一気に高圧の樹脂をキャビティ内に充填してキャビティ内の樹脂圧を高める請求項１又は２記載の熱可塑性樹脂の射出成形方法。
4. 前記樹脂圧力の低下工程において、樹脂を充填完了後、強制的に金型を微小量後退させることにより、キャビティ内の容積を拡大して金型キャビティ内の樹脂圧力を低下させることを特徴とする請求項１又は２又は３記載の熱可塑性樹脂の射出成形方法。
   

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