JP2008126536A - 成形品及びその射出成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】着色状態に変化が生じることがなく、使用が困難であった染料を用いることを可能とする、中空部が形成された成形品の射出成形方法を提供する。
【解決手段】成形品の射出成形方法は、第１金型部１１、第２金型部１２、溶融樹脂射出部１４、キャビティ１３、加圧用流体注入手段２０を備えた金型組立体を用い、溶融樹脂射出部１４からキャビティ１３内に溶融熱可塑性樹脂を射出してキャビティ内の一部を溶融熱可塑性樹脂で充填した後、染料を含んだ超臨界状態の加圧用流体を加圧用流体注入手段２０からキャビティ１３内の溶融熱可塑性樹脂に注入して中空部を形成し、且つ、中空部から溶融熱可塑性樹脂の内部に向かって染料を含んだ超臨界状態の加圧用流体を浸透させ、以て、透明な熱可塑性樹脂から成り、中空部が形成され、中空部から内部に向かって染料によって染色された染色層を有する成形品を得る。
【選択図】 図２

Description

本発明は、中空部が形成された成形品、及び、その射出成形方法に関する。

溶融熱可塑性樹脂を用いて射出成形方法により成形品を成形する際、ヒケや反りのない外観の美麗な成形品を得るために、キャビティ内に射出された溶融熱可塑性樹脂内に加圧用流体を注入して、キャビティ内の溶融熱可塑性樹脂の内部に中空部を形成し、型開きの前に中空部内の加圧用流体を外部に排出する、熱可塑性樹脂製成形品の射出成形方法が、例えば、特開昭６４−１４０１２号公報から公知である。キャビティ内に射出された溶融熱可塑性樹脂内に注入された加圧用流体によって、溶融熱可塑性樹脂が金型のキャビティを構成する面（金型のキャビティ面と呼ぶ場合がある）に押し付けられる結果、得られる成形品にヒケや反りが発生することを防止し得る。

また、得られた成形品に所望の色を着色する場合、通常、成形品の表面を塗料を用いて塗装している。あるいは又、成形品の原料である熱可塑性樹脂を製造する際、染料を添加してコンパウンド化している。

特開昭６４−１４０１２号公報 特開２００２−３４１１０２

成形品の表面を塗装した場合、成形品に傷が付いたとき、あるいは、経時変化によって、塗料がはげるといった問題が生じ易い。また、熱可塑性樹脂を製造する際、使用する染料に依っては、染料の分散性が悪く、染料を添加してのコンパウンド化が困難な場合がある。

超臨界流体を用いて、通常の染色方法では染色し難いプラスチック光学部材を染色する方法が、特開２００２−３４１１０２から周知である。この染色方法においては、染料を含んだ超臨界二酸化炭素流体を、プラスチック光学部材が収納されている染色槽に送り、染色槽においてプラスチック光学部材と染料を含む超臨界二酸化炭素流体とを接触させる。これによって、染料がプラスチック光学部材に部分的に移行し、プラスチック光学部材が染色される。しかしながら、この特許公開公報には、射出成形方法によって成形品を成形することに関しては、何ら記載されていない。

従って、本発明の目的は、傷が付いたときや経時変化によっても着色状態に変化が生じることがなく、使用が困難であった染料を用いることを可能とする、中空部が形成された成形品、及び、その射出成形方法を提供することにある。

上記の目的を達成するための本発明の成形品の射出成形方法は、
（Ａ）第１金型部、第２金型部、及び、第１金型部に設けられた溶融樹脂射出部を備え、第１金型部と第２金型部との型締めによってキャビティが形成される金型、並びに、
（Ｂ）加圧用流体注入手段、
を備えた金型組立体を用いた射出成形方法であって、
（ａ）第１金型部と第２金型部とを型締めしてキャビティを形成した後、溶融樹脂射出部からキャビティ内に溶融熱可塑性樹脂を射出して、キャビティ内の一部を溶融熱可塑性樹脂で充填し、次いで、
（ｂ）染料を含んだ超臨界状態の加圧用流体を、加圧用流体注入手段からキャビティ内の溶融熱可塑性樹脂に注入し、以て、キャビティ内の溶融熱可塑性樹脂の内部に中空部を形成し、且つ、中空部から溶融熱可塑性樹脂の内部に向かって染料を含んだ超臨界状態の加圧用流体を浸透させ、
（ｃ）キャビティ内の熱可塑性樹脂を冷却、固化させた後、中空部内の加圧用流体を外部に排出し、次いで、第１金型部と第２金型部とを型開きして、成形品を取り出し、以て、透明な熱可塑性樹脂から成り、中空部が形成され、中空部から内部に向かって染料によって染色された染色層を有する成形品を得ることを特徴とする。

本発明の成形品の射出成形方法にあっては、前記工程（ｃ）において、中空部から溶融熱可塑性樹脂の内部に向かって浸透させた加圧用流体を非発泡状態としたまま、キャビティ内の熱可塑性樹脂を冷却、固化させることが好ましい。

上記の目的を達成するための本発明の成形品は、透明な熱可塑性樹脂から成り、中空部が形成され、中空部から内部に向かって染料によって染色された染色層を有することを特徴とする。

本発明の成形品にあっては、染色層は非発泡状態であることが望ましい。ここで、非発泡状態であるとは、見掛け密度が、その温度、圧力における樹脂の真密度とほぼ同一であり、目視にて気泡を確認できない状態にあることを意味する。

上記の好ましい形態を含む本発明の成形品の射出成形方法あるいは本発明の成形品（以下、これらを総称して、単に、本発明と呼ぶ場合がある）において、熱可塑性樹脂は非晶質の熱可塑性樹脂から成ることが好ましく、より具体的には、非晶質の熱可塑性樹脂として、アクリル系樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン等のスチレン系樹脂、又は、ノルボルネン系の重合体樹脂である日本ゼオン株式会社製「ゼオノア」（ＺＥＯＮＯＲ）等のシクロオレフィン系樹脂を挙げることができる。ここで、熱可塑性樹脂が非晶性熱可塑性樹脂であるか否かは、一般に示差走査熱量測定（ＤＳＣ）法により明確な融点（急激な吸熱を示す温度）が確認されるか否かによって判断される。明確な融点が確認されない樹脂が非晶性熱可塑性樹脂である。一方、明確な融点が確認される樹脂が結晶性熱可塑性樹脂である。尚、非晶性熱可塑性樹脂においては、ガラス転移温度Ｔ_gを前後して熱可塑性樹脂の固化及び軟化が発生する。他方、結晶性熱可塑性樹脂においては、融点以上で溶融し、結晶化開始温度以下で結晶が生成し、発達し、熱可塑性樹脂の固化が生じる。

尚、以上に説明した各種の熱可塑性樹脂に、添加剤や、充填剤、強化剤を加えることもできる。

上記の好ましい形態を含む本発明の成形品の射出成形方法において、加圧用流体は、染色媒体（染料を溶解する媒体）としての機能を有する。そして、加圧用流体として、使用する熱可塑性樹脂のガラス転移温度Ｔ_gよりも低い臨界温度Ｔ_Cを有するものを選択することが望ましい。具体的には、非超臨界状態における加圧用流体は不活性ガスから成ることが好ましく、不活性ガスとして、より具体的には、二酸化炭素ガス（ＣＯ₂ガス）、窒素ガス（Ｎ₂ガス）、二酸化窒素ガス（ＮＯ₂ガス）、ネオンガス（Ｎｅガス）、アルゴンガス（Ａｒガス）及びキセノンガス（Ｘｅガス）から成る群から選択された少なくとも１種類の不活性ガスを挙げることができる。尚、これらのガスの臨界温度Ｔ_C（気化し得る最高温度）、臨界圧力Ｐ_C（そのときの圧力）は、以下の表１のとおりである。あるいは又、加圧用流体としてエタンやエチレンを挙げることもできる。特に、二酸化炭素ガスは、比較的穏和な条件で超臨界状態となり、しかも毒性が無く、不燃性であるため、使用に好ましい不活性ガスである。

［表１］
臨界温度 臨界圧力
二酸化炭素ガス ３１．１゜Ｃ ７．３８×１０⁶Ｐａ
窒素ガス −１４７ ゜Ｃ ３．４２×１０⁶Ｐａ
二酸化窒素ガス ３６．５゜Ｃ ７．２１×１０⁶Ｐａ
ネオンガス ２２８．６゜Ｃ ２．７２×１０⁶Ｐａ
アルゴンガス −１２２ ゜Ｃ ４．９ ×１０⁶Ｐａ
キセノンガス １６．８゜Ｃ ５８ ×１０⁶Ｐａ
エタン ３２．４゜Ｃ ４．８８×１０⁶Ｐａ
エチレン ９．７゜Ｃ ５．１０×１０⁶Ｐａ

染料の超臨界状態の加圧用流体に対する染料の溶解度は、通常、非常に小さい。従って、以上に説明した好ましい形態、構成を含む本発明の成形品の射出成形方法において、超臨界状態における加圧用流体は共溶剤を含む形態とすることが好ましい。このようなエントレーナーとも呼ばれる共溶剤を超臨界状態の加圧用流体に含ませることで、超臨界状態の加圧用流体に対する染料の溶解度を増加させることができる。ここで、共溶剤として、アルコール（例えば、メタノール、エタノール、イソプロパノール）を挙げることができるし、あるいは又、フッ素化溶剤や他のハロゲン化溶剤（例えば、クロロトリフルオロメタン、トリクロロフルオロメタン、パーフルオロプロパン、クロロジフルオロメタン、六フッ化イオウ）、アミン類（例えば、Ｎ−メチルピロリドン）、アミド類（例えば、ジメチルアセトアミド）、芳香族溶剤（例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン類）、エステル類（例えば、エチルアセテート、二塩基酸エステル類、ラクテートエステル類）、エーテル類（例えば、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、グリコールエーテル類）、脂肪族炭化水素（例えば、メタン、エタン、プロパン、アンモニウムブタン、ｎ−ペンタン、ヘキサン）、酸化物（例えば、亜酸化窒素）、オレフィン類（例えば、エチレン、プロピレン）、天然の炭化水素（例えば、イソプレン類、テルペン類、ｄ−リモネン）、ケトン類（例えば、アセトン、メチルエチルケトン）、オルガノシリコーン、アルキルピロリドン類（例えば、Ｎ−メチルピロリドン）、パラフィン類（例えば、イソパラフィン）、石油ベースの溶剤、及び、これらの溶剤の混合物を例示することができる。

更には、以上に説明した好ましい形態、構成を含む本発明の成形品の射出成形方法にあっては、前記工程（ｃ）において外部に排出された加圧用流体中に含まれる染料（場合によっては、更に、共溶剤）を、回収することが望ましい。

また、以上に説明した好ましい形態、構成を含む本発明において、成形品の体積をＶ₀、中空部の体積をＶ₁としたとき、０．１≦Ｖ₁／Ｖ₀≦０．８を満足することが望ましい。

一般に、系の状態が或るパラメータに依存し、その或る値の上下で状態が不連続に変化するとき、その値で表わされる条件を臨界という。そして、パラメータの値が臨界値の下にある条件を亜臨界（subcritical）、上側にある条件を超臨界（supercritical）と呼ぶ。また、超臨界状態にある流体とは、臨界温度Ｔ_C及び臨界圧力Ｐ_Cを超えた非凝縮性高密度流体である。超臨界状態にある流体は、気体及び液体の性質の両方の性質を有し、僅かの圧力変化で密度が大きく変化し、気体のように拡散し易く、溶融熱可塑性樹脂中に容易に浸透し、しかも、染料は、超臨界状態にある流体に対して高い溶解性を有する。

染料として、酸性染料、酸性媒染染料、塩基性染料、直接染料、建染染料、反応性染料、分散染料、ナフトール染料といった各種染料を挙げることができるだけでなく、有機顔料、無機顔料等の顔料をも挙げることができる。尚、染料の中でも、熱可塑性樹脂の通常の染色に用いられている分散染料が好ましい。分散染料として、ディスパーズ・イエロー・５４、ディスパーズ・イエロー・１２２、ディスパーズ・イエロー・１２４、ディスパーズ・イエロー・１２８、ディスパーズ・イエロー・１３４、ディスパーズ・イエロー・１４０、ディスパーズ・オレンジ・５、ディスパーズ・オレンジ・３７、ディスパーズ・オレンジ・９３、ディスパーズ・オレンジ・１０３、ディスパーズ・オレンジ・１１２、ディスパーズ・オレンジ・１３４、ディスパーズ・オレンジ・３７０、ディスパーズ・グリーン・７、ディスパーズ・バイオレット・６１、ディスパーズ・バイオレット・６３、ディスパーズ・ブラウン・１、ディスパーズ・ブラウン・１３、ディスパーズ・ブルー・１４、ディスパーズ・ブルー・２７、ディスパーズ・ブルー・５４、ディスパーズ・ブルー・５６、ディスパーズ・ブルー・１７６、ディスパーズ・ブルー・１８２、ディスパーズ・ブルー・１９３、ディスパーズ・レッド・６０、ディスパーズ・レッド・１４６、ディスパーズ・レッド・１９９、ディスパーズ・レッド・２０２、ディスパーズ・レッド・２０４、ディスパーズ・レッド・２９１等を挙げることができ、これらの内の１種を単独で、又は、２種以上を混合して用いることができる。

第１金型部や第２金型部は、炭素鋼、ステンレス鋼、アルミニウム合金、銅合金等の金属材料から作製することができる。また、溶融樹脂射出部の構造は、公知の如何なる形式の溶融樹脂射出部（ゲート構造）とすることもでき、例えば、ダイレクトゲート構造、サイドゲート構造、ジャンプゲート構造、ピンポイントゲート構造、トンネルゲート構造、リングゲート構造、ファンゲート構造、ディスクゲート構造、フラッシュゲート構造、タブゲート構造、フィルムゲート構造を例示することができる。溶融樹脂射出部は、第１金型部に設けられているが、構造によっては、第１金型部と第２金型部とに設けられていてもよい。加圧用流体注入手段として、周知の加圧ガス注入用のガス注入ノズルを挙げることができる。第１金型部又は第２金型部に配設された加圧用流体注入手段の数は、１であってもよいし、複数（例えば、２）であってもよい。

本発明の成形品として、例えば、家庭用電化製品に組み込まれたハンドルやボタン、スイッチ、意匠性を重視する玩具を例示することができる。尚、本発明において、染色層の厚さとして、０．０５ｍｍ乃至０．３ｍｍを例示することができる。

本発明においては、染料を含んだ超臨界状態の加圧用流体を用いて、キャビティに射出された透明な溶融熱可塑性樹脂の内部に中空部を形成し、且つ、中空部から溶融熱可塑性樹脂の内部に向かって染料を含んだ超臨界状態の加圧用流体を浸透させる。その結果、透明な熱可塑性樹脂から成る成形品に、中空部を形成することができ、しかも、中空部から内部に向かって染料によって染色された染色層を形成することができる。それ故、成形品の表面に傷が付いたときや経時変化によっても、着色状態に変化が生じることがない。しかも、超臨界状態の加圧用流体に染料を含ませるので、使用が困難であった染料を用いることが可能となる。

以下、図面を参照して、実施例に基づき本発明を説明する。

実施例１は、本発明の成形品、及び、その射出成形方法に関する。

実施例１の成形品３０は、模式的な断面図を図１の（Ａ）に示すように、透明な熱可塑性樹脂３１、具体的には、非晶質の熱可塑性樹脂、より具体的には、ポリカーボネート樹脂から成り、中空部３２が形成され、中空部３２から内部に向かって染料、具体的には、分散染料［ディスパーズ・ブルー１４、１，４−ジ−（Ｎ−ブチルアミンアントラキノン）（青色）］によって染色された染色層３４を有する。ここで、染色層３４は非発泡状態にあり、染色層３４の厚さは０．１ｍｍ乃至０．２ｍｍである。実施例１の成形品３０は、具体的には、家庭用電化製品のハンドル（取手）であり、成形品３０の体積をＶ₀、中空部の体積をＶ₁としたとき、
Ｖ₀＝１６０ｃｍ³
Ｖ₁≒１６０×０．３＝４８ｃｍ³
である。尚、参照番号３５は、加圧用流体を注入した箇所の痕である。

実施例１の成形品３０の成形に適した金型組立体１０の概念図を図２に示す。この金型組立体１０は、金型、及び、加圧用流体注入手段であるガス注入ノズル２０から構成されている。そして、金型は、炭素鋼から作製された第１金型部（以下、固定金型部１１と呼ぶ）、炭素鋼から作製された第２金型部（以下、可動金型部１２と呼ぶ）、及び、固定金型部１１に設けられた溶融樹脂射出部（以下、ゲート部１４と呼び、実施例１にあっては、ダイレクトゲート構造を有するが、これに限定するものではない）を備えており、固定金型部１１と可動金型部１２との型締めによってキャビティ１３が形成される。キャビティ１３の体積を１６０ｃｍ³とした。尚、図示したキャビティ１３の形状は模式的なものであり、図１の（Ａ）に示した成形品３０の形状とは異なる。ゲート部１４は、ランナー部及びスプルー部（これらを参照番号１５で示す）を介して射出用シリンダー１６と連通している。また、ガス注入ノズル２０は、油圧シリンダから成る移動装置２１に取り付けられており、移動装置２１は可動金型部１２に取り付けられている。移動装置２１の動作によって、ガス注入ノズル２０はキャビティ１３に向かう方向に移動させられ、前進端に位置し、あるいは又、キャビティ１３から離れる方向に移動させられ、後進端に位置する。ガス注入ノズル２０が前進端に位置した状態において、ガス注入ノズル２０はキャビティ１３に連通する。

実施例１における染色装置４０は、貯蔵タンク４１、冷却器４２、昇圧機４３、ヒータ４４、染料溶解槽４５、注入制御弁４６、回収制御弁４７、セパレータ４８、コンデンサー４９、及び、これらを結ぶ各種配管から構成されている。液化二酸化炭素から成る加圧用流体を貯蔵した貯蔵タンク４１から送出された液状の加圧用流体は、冷却器４２で冷却され、昇圧機４３で超臨界状態まで圧縮され、更に、ヒータ４４によって所定の温度に加熱される。そして、所定の圧力及び温度とされ、超臨界状態となった加圧用流体（二酸化炭素から成る）は、染料が収納された染料溶解槽４５に送られる。染料溶解槽４５内で、染料は、超臨界状態の加圧用流体中に溶解される。染料を含んだ超臨界状態の加圧用流体は、注入制御弁４６、配管を介して接続された加圧用流体注入手段であるガス注入ノズル２０から、キャビティ１３内の溶融熱可塑性樹脂に注入される。一方、排出された加圧用流体は、回収制御弁４７を介してセパレータ４８に送られ、セパレータ４８において圧力が下げられ、二酸化炭素から成る加圧用流体は気体となり、染料と分離される。分離された染料は粉末状態で回収される。一方、気体となった加圧用流体はコンデンサー４９において冷却され、液化され、貯蔵タンク４１に戻される。

染色装置４０において、染料の投入量、圧力、温度、循環量、共溶剤（エントレーナー）の種類や添加量等を調整することによって、染料層における染料の濃度を調整することができる。

実施例１にあっては、ポリカーボネート樹脂として、三菱エンジニアリングプラスチックス株式会社製ユーピロンＳ３０００（ガラス転移温度Ｔ_g：１５０゜Ｃ）を用いた。また、非超臨界状態における加圧用流体として、不活性ガス、具体的には、二酸化炭素ガス（ＣＯ₂ガス）を用いた。更には、染料として、上述したとおり、分散染料である１，４−ジ−（Ｎ−ブチルアミンアントラキノン）（青色）を用いた。また、射出条件を、以下の表２のとおりとした。

［表２］
溶融熱可塑性樹脂温度 ：２９０゜Ｃ
金型温度 ： ８０゜Ｃ
射出溶融熱可塑性樹脂量：約１３５グラム
中空率 ：約３０％

以下、実施例１における成形品の射出成形方法を説明する。

［工程−１００］
先ず、固定金型部１１と可動金型部１２とを型締めしてキャビティ１３を形成した後、移動装置２１の動作によって、ガス注入ノズル２０をキャビティ１３に向かう方向に移動させ、前進端に位置させる（図２参照）。この状態にあっては、ガス注入ノズル２０はキャビティ１３に連通している。尚、注入制御弁４６及び回収制御弁４７は閉状態である。

［工程−１１０］
そして、熱可塑性樹脂を射出用シリンダー１６内で可塑化・溶融、計量した後、射出用シリンダー１６からランナー部及びスプルー部１５、ゲート部１４を介して、キャビティ１３内に溶融熱可塑性樹脂３１Ａを射出して、キャビティ１３内の一部を溶融熱可塑性樹脂３１Ａで充填した（図３の（Ａ）参照）。キャビティ１３内への溶融熱可塑性樹脂３１Ａの充填割合を約７０％とした。

［工程−１２０］
キャビティ１３内への溶融熱可塑性樹脂３１Ａの射出完了と同時に（射出完了後、所定の時間経過後であってもよい）、注入制御弁４６を開状態として、染料を含んだ超臨界状態の加圧用流体３３を、ガス注入ノズル２０からキャビティ１３内の溶融熱可塑性樹脂３１Ａに注入し、中空部３２を形成した（図３の（Ｂ）参照）。染料溶解槽４５内における超臨界状態の加圧用流体３３の圧力、温度を以下の表３のとおりとした。尚、回収制御弁４７は閉状態である。

［表３］
超臨界状態の加圧用流体の圧力：２０×１０⁶Ｐａ
超臨界状態の加圧用流体の温度：３５゜Ｃ

キャビティ１３内への溶融熱可塑性樹脂３１Ａの射出完了の時点にあっては、キャビティ１３内の一部が溶融熱可塑性樹脂３１Ａで充填された状態にあるので、キャビティ１３内の圧力（型内圧と呼ぶ）は概ね大気圧である。従って、染料を含んだ超臨界状態の加圧用流体３３をガス注入ノズル２０からキャビティ１３内の溶融熱可塑性樹脂３１Ａに注入した瞬間においては、超臨界状態の加圧用流体３３は、一瞬、ガス状になる。しかしながら、染料を含んだ超臨界状態の加圧用流体３３がキャビティ１３内の溶融熱可塑性樹脂３１Ａに注入され続けるので、型内圧は直ちに上昇し、溶融熱可塑性樹脂３１Ａに注入された染料を含んだ超臨界状態の加圧用流体３３は、超臨界状態を維持する。そして、キャビティ１３内の溶融熱可塑性樹脂３１Ａの内部において、超臨界状態を維持したまま、加圧用流体３３は中空部３２を形成し始める。そして、キャビティ１３内の溶融熱可塑性樹脂３１Ａの体積と中空部３２の体積との和が、キャビティ１３の体積と同じとなった時点で、中空部３２の実質的な形成が完了する。その後も、染料を含んだ超臨界状態の加圧用流体３３をガス注入ノズル２０からキャビティ１３内の溶融熱可塑性樹脂３１Ａに注入し続ける。超臨界状態にある加圧用流体３３は、気体及び液体の性質の両方の性質を有し、僅かの圧力変化で密度が大きく変化し、気体のように拡散し易く、溶融熱可塑性樹脂中に容易に浸透し、しかも、染料に対する高い溶解性を有する。従って、中空部３２の形成中及び形成後において、中空部３２から溶融熱可塑性樹脂３１Ａの内部に向かって染料を含んだ超臨界状態の加圧用流体が浸透する。また、加圧用流体３３によって溶融熱可塑性樹脂が金型のキャビティ面に押し付けられる結果、得られる成形品にヒケや反りが発生することを防止し得る。

［工程−１３０］
そして、染料を含んだ超臨界状態の加圧用流体３３をガス注入ノズル２０からキャビティ１３内の溶融熱可塑性樹脂３１Ａに注入し続けながら、キャビティ１３内の熱可塑性樹脂を冷却、固化させる。冷却、固化の時間を１１０秒間とした。超臨界状態の加圧用流体３３を注入し続けるので、中空部３２から溶融熱可塑性樹脂３１Ａの内部に向かって浸透させた加圧用流体は非発泡状態のままであるし、中空部３２は超臨界状態の加圧用流体３３によって満たされた状態を維持し続ける。尚、成形品となった後、最終的に、成形品中に取り込まれていた加圧用流体は、気体となって熱可塑性樹脂を構成する分子の間を拡散し、外部に抜け出る。

［工程−１４０］
その後、注入制御弁４６を閉状態とし、回収制御弁４７を開状態とし、中空部３２内の加圧用流体３３を外部に排出する。この排出された加圧用流体中に含まれる染料は、上述したとおり、セパレータ４８に送られ、セパレータ４８において圧力が下げられ、二酸化炭素から成る加圧用流体は気体となり、染料と分離される。分離された染料は粉末状態で回収される。そして、移動装置２１の動作によって、ガス注入ノズル２０をキャビティ１３から離れる方向に移動し、後進端に位置させた後、固定金型部１１と可動金型部１２とを型開きして、成形品を取り出す。こうして、透明な熱可塑性樹脂から成り、中空部３２が形成され、中空部３２から内部に向かって染料によって染色された青色の染色層３４を有する成形品３０を得ることができる。

実施例２は、実施例１の変形である。

実施例２の成形品３０Ａの模式的な断面図を図１の（Ｂ）に示す。実施例２の成形品３０Ａが実施例１の成形品３０と異なる点は、加圧用流体を注入した箇所の痕３５Ａ，３５Ｂが２箇所、有る点、及び、染色層３４の厚さが０．１５ｍｍ乃至０．２ｍｍと、実施例１の成形品３０よりも若干厚い点にある。

実施例２の成形品３０Ａの成形に適した金型組立体１０Ａの概念図を図４に示す。この金型組立体１０Ａには、加圧用流体注入手段であるガス注入ノズルが２つ、備えられている点が、実施例１の金型組立体１０と相違する。それ以外の点は、実施例１の金型組立体１０と同じであるので、詳細な説明は省略する。そして、実施例１と同様に、第１の移動装置２１Ａ及び第２の移動手段２１Ｂの動作によって、第１のガス注入ノズル２０Ａ及び第２のガス注入ノズル２０Ｂはキャビティ１３に向かう方向に移動させられ、前進端に位置し、あるいは又、キャビティ１３から離れる方向に移動させられ、後進端に位置する。ガス注入ノズル２０Ａ，２０Ｂが前進端に位置した状態において、ガス注入ノズル２０Ａ，２０Ｂはキャビティ１３に連通する。

実施例２における染色装置４０Ａにおいては、ヒータ４４から延びる配管が、染料溶解槽４５に繋がっている配管、及び、切替弁５０を介して第２のガス注入ノズル２０Ｂに繋がっている配管から構成されている。

切替弁５０が閉状態にあっては、実施例１と同様に、液化二酸化炭素から成る加圧用流体を貯蔵した貯蔵タンク４１から送出された液状の加圧用流体は、冷却器４２で冷却され、昇圧機４３で超臨界状態まで圧縮され、更に、ヒータ４４によって所定の温度に加熱される。そして、所定の圧力及び温度とされ、超臨界状態となった加圧用流体（二酸化炭素から成る）は、染料が収納された染料溶解槽４５に送られる。染料溶解槽４５内で、染料は、超臨界状態の加圧用流体中に溶解される。染料を含んだ超臨界状態の加圧用流体は、注入制御弁４６、配管を介して接続された加圧用流体注入手段である第１のガス注入ノズル２０Ａから、キャビティ１３内の溶融熱可塑性樹脂に注入される。

一方、切替弁５０が開状態にあっては、液化二酸化炭素から成る加圧用流体を貯蔵した貯蔵タンク４１から送出された液状の加圧用流体は、冷却器４２で冷却され、昇圧機４３で超臨界状態まで圧縮され、更に、ヒータ４４によって所定の温度に加熱される。そして、所定の圧力及び温度とされ、超臨界状態となった加圧用流体（二酸化炭素から成る）は、切替弁５０及び第２のガス注入ノズル２０Ｂを介して接続された加圧用流体注入手段である第２のガス注入ノズル２０Ｂから、キャビティ１３内の溶融熱可塑性樹脂に注入される。

また、切替弁５０が閉状態において、実施例１と同様に、排出された加圧用流体は、回収制御弁４７を介してセパレータ４８に送られ、セパレータ４８において圧力が下げられ、二酸化炭素から成る加圧用流体は気体となり、染料と分離される。分離された染料は粉末状態で回収される。一方、気体となった加圧用流体はコンデンサー４９において冷却され、液化され、貯蔵タンク４１に戻される。

実施例２にあっては、実施例１と同じ金型を用い、実施例１と同じポリカーボネート樹脂、加圧用流体、染料を使用し、実施例１と同じ表２に示した射出条件にて、成形品を成形した。

以下、実施例２における成形品の射出成形方法を説明する。

［工程−２００］
先ず、実施例１の［工程−１００］と同様にして、固定金型部１１と可動金型部１２とを型締めしてキャビティ１３を形成した後、移動装置２１Ａ，２１Ｂの動作によって、ガス注入ノズル２０Ａ，２０Ｂをキャビティ１３に向かう方向に移動させ、前進端に位置させる（図４参照）。この状態にあっては、ガス注入ノズル２０Ａ，２０Ｂはキャビティ１３に連通している。尚、注入制御弁４６、回収制御弁４７及び切替弁５０は閉状態である。

［工程−２１０］
そして、実施例１の［工程−１１０］と同様にして、熱可塑性樹脂を射出用シリンダー１６内で可塑化・溶融、計量した後、射出用シリンダー１６からランナー部及びスプルー部１５、ゲート部１４を介して、キャビティ１３内に溶融熱可塑性樹脂３１Ａを射出して、キャビティ１３内の一部を溶融熱可塑性樹脂３１Ａで充填した。キャビティ１３内への溶融熱可塑性樹脂３１Ａの充填割合を約７０％とした。

［工程−２２０］
実施例１の［工程−１２０］と同様にして、キャビティ１３内への溶融熱可塑性樹脂３１Ａの射出完了と同時に（射出完了後、所定の時間経過後であってもよい）、注入制御弁４６を開状態として、染料を含んだ超臨界状態の加圧用流体３３を、第１のガス注入ノズル２０Ａからキャビティ１３内の溶融熱可塑性樹脂３１Ａに注入し、中空部３２を形成した。染料溶解槽４５内における超臨界状態の加圧用流体３３の圧力、温度を表３と同様とした。尚、回収制御弁４７及び切替弁５０は閉状態である。

［工程−２３０］
第１のガス注入ノズル２０Ａからキャビティ１３内の溶融熱可塑性樹脂３１Ａへの加圧用流体の注入開始から１０秒が経過した後、第１のガス注入ノズル２０Ａから染料を含んだ超臨界状態の加圧用流体３３をキャビティ１３内の溶融熱可塑性樹脂３１Ａに注入し続けながら、切替弁５０を開状態とし、超臨界状態の加圧用流体を第２のガス注入ノズル２０Ｂからキャビティ１３内の溶融熱可塑性樹脂３１Ａに注入した。尚、この作業は、第２のガス注入ノズル２０Ｂを、キャビティ１３内の溶融熱可塑性樹脂３１Ａに形成された中空部３２と連通させるために行う。

［工程−２３０］
次いで、第１のガス注入ノズル２０Ａから染料を含んだ超臨界状態の加圧用流体３３をキャビティ１３内の溶融熱可塑性樹脂３１Ａに注入し続けながら、切替弁５０を閉状態とし、回収制御弁４７を開状態とする。これによって、実施例１と異なり、超臨界状態の加圧用流体３３は中空部３２に滞留することなく、セパレータ４８に向かって流出する。超臨界状態の加圧用流体３３の流量を、１ｃｍ³／秒とした。そして、この状態を継続しながら、キャビティ１３内の熱可塑性樹脂を冷却、固化させる。冷却、固化の時間を１１０秒間とした。超臨界状態の加圧用流体３３を注入し続けるので、中空部３２から溶融熱可塑性樹脂３１Ａの内部に向かって浸透させた加圧用流体は非発泡状態のままであるし、中空部３２は超臨界状態の加圧用流体３３によって満たされた状態を維持し続ける。

［工程−２４０］
その後、注入制御弁４６を閉状態とし、回収制御弁４７の開状態を保持し、中空部３２内の加圧用流体３３を回収した後、移動装置２１Ａ，２１Ｂの動作によって、ガス注入ノズル２０Ａ，２０Ｂをキャビティ１３から離れる方向に移動し、後進端に位置させた後、固定金型部１１と可動金型部１２とを型開きして、成形品を取り出す。こうして、透明な熱可塑性樹脂から成り、中空部３２が形成され、中空部３２から内部に向かって染料によって染色された青色の染色層３４を有する成形品３０Ａを得ることができる。

実施例２にあっては、実施例１と異なり、超臨界状態の加圧用流体３３が中空部３２に滞留することなく、中空部３２を流れ続けた結果、染色層３４の厚さが０．１５ｍｍ乃至０．２ｍｍと、実施例１の成形品３０よりも若干厚くなった。

以上、本発明を、好ましい実施例に基づき説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。実施例における金型組立体や染色装置の構成、構造や、射出成形方法における各種条件、使用した熱可塑性樹脂の種類、成形品の形状等は例示であり、適宜変更することができる。例えば、金型組立体における溶融樹脂射出部や加圧用流体注入手段の数や位置は例示であり、適宜変更することができる。実施例においては、成形品を１個取りとしたが、成形品を多数個取りとすることもできる。

実施例１や実施例２において、超臨界状態における加圧用流体に、共溶剤（具体的には、エチルアルコール）を含ませることができる。具体的には、染料溶解槽４５において、染料を共溶剤に分散させておく。これによって、染料溶解槽４５内で、染料及び共溶剤が、超臨界状態の加圧用流体中に溶解される。染料及び共溶剤を含んだ超臨界状態の加圧用流体は、注入制御弁４６、配管を介して接続された加圧用流体注入手段であるガス注入ノズル２０から、キャビティ１３内の溶融熱可塑性樹脂に注入される。一方、排出された加圧用流体は、回収制御弁４７を介してセパレータ４８に送られ、セパレータ４８において圧力が下げられ、二酸化炭素から成る加圧用流体は気体となり、粉末状態の染料と分離される一方、共溶剤は液体として回収される。気体となった加圧用流体はコンデンサー４９において冷却され、液化され、貯蔵タンク４１に戻される。

図１の（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、実施例１及び実施例２の成形品の模式的な断面図である。 図２は、実施例１での使用に適した金型組立体及び染色装置を模式的に示す図である。 図３の（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例１の成形品の射出条件方法を説明するための金型組立体等の模式図である。 図４は、実施例２での使用に適した金型組立体及び染色装置を模式的に示す図である。

符号の説明

１０，１０Ａ・・・金型組立体、１１・・・固定金型部、１２・・・可動金型部、１３・・・キャビティ、１４・・・ゲート部、１５・・・ランナー部及びスプルー部、１６・・・射出用シリンダー、２０・・・ガス注入ノズル、２１・・・移動装置、３０，３０Ａ・・・成形品、３１・・・熱可塑性樹脂、３１Ａ・・・溶融熱可塑性樹脂、３２・・・中空部、３３・・・加圧用流体、３４・・・染色層、４０，４０Ａ・・・染色装置、４１・・・貯蔵タンク、４２・・・冷却器、４３・・・昇圧機、４４・・・ヒータ、４５・・・染料溶解槽、４６・・・注入制御弁、４７・・・回収制御弁、４８・・・セパレータ、４９・・・コンデンサー、５０・・・切替弁

Claims (15)

1. （Ａ）第１金型部、第２金型部、及び、第１金型部に設けられた溶融樹脂射出部を備え、第１金型部と第２金型部との型締めによってキャビティが形成される金型、並びに、
   （Ｂ）加圧用流体注入手段、
   を備えた金型組立体を用いた射出成形方法であって、
   （ａ）第１金型部と第２金型部とを型締めしてキャビティを形成した後、溶融樹脂射出部からキャビティ内に溶融熱可塑性樹脂を射出して、キャビティ内の一部を溶融熱可塑性樹脂で充填し、次いで、
   （ｂ）染料を含んだ超臨界状態の加圧用流体を、加圧用流体注入手段からキャビティ内の溶融熱可塑性樹脂に注入し、以て、キャビティ内の溶融熱可塑性樹脂の内部に中空部を形成し、且つ、中空部から溶融熱可塑性樹脂の内部に向かって染料を含んだ超臨界状態の加圧用流体を浸透させ、
   （ｃ）キャビティ内の熱可塑性樹脂を冷却、固化させた後、中空部内の加圧用流体を外部に排出し、次いで、第１金型部と第２金型部とを型開きして、成形品を取り出し、以て、透明な熱可塑性樹脂から成り、中空部が形成され、中空部から内部に向かって染料によって染色された染色層を有する成形品を得ることを特徴とする成形品の射出成形方法。
2. 前記工程（ｃ）において、中空部から溶融熱可塑性樹脂の内部に向かって浸透させた加圧用流体を非発泡状態としたまま、キャビティ内の熱可塑性樹脂を冷却、固化させることを特徴とする請求項１に記載の成形品の射出成形方法。
3. 熱可塑性樹脂は非晶質の熱可塑性樹脂から成ることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の成形品の射出成形方法。
4. 非晶質の熱可塑性樹脂は、アクリル系樹脂、ポリカーボネート樹脂、スチレン系樹脂、又は、シクロオレフィン系樹脂から成ることを特徴とする請求項３に記載の成形品の射出成形方法。
5. 非超臨界状態における加圧用流体は不活性ガスから成ることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の成形品の射出成形方法。
6. 不活性ガスは、二酸化炭素ガス、窒素ガス、ネオンガス、アルゴンガス及びキセノンガスから成る群から選択された少なくとも１種類の不活性ガスであることを特徴とする請求項５に記載の成形品の射出成形方法。
7. 超臨界状態における加圧用流体は共溶剤を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の成形品の射出成形方法。
8. 共溶剤はアルコールであることを特徴とする請求項７に記載の成形品の射出成形方法。
9. 前記工程（ｃ）において外部に排出された加圧用流体中に含まれる染料を、回収することを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の成形品の射出成形方法。
10. 成形品の体積をＶ₀、中空部の体積をＶ₁としたとき、０．１≦Ｖ₁／Ｖ₀≦０．８を満足することを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の成形品の射出成形方法。
11. 透明な熱可塑性樹脂から成り、中空部が形成され、中空部から内部に向かって染料によって染色された染色層を有することを特徴とする成形品。
12. 染色層は非発泡状態であることを特徴とする請求項１１に記載の成形品。
13. 熱可塑性樹脂は非晶質の熱可塑性樹脂から成ることを特徴とする請求項１１又は請求項１２に記載の成形品。
14. 非晶質の熱可塑性樹脂は、アクリル系樹脂、ポリカーボネート樹脂、スチレン系樹脂、又は、シクロオレフィン系樹脂であることを特徴とする請求項１３に記載の成形品。
15. 成形品の体積をＶ₀、中空部の体積をＶ₁としたとき、０．１≦Ｖ₁／Ｖ₀≦０．８を満足することを特徴とする請求項１１乃至請求項１４のいずれか１項に記載の成形品。

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