JP2009241455A - 樹脂成形方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】樹脂成形方法は、ゴム材料からなるゴム型2のキャビティ22内に、粒子状態の熱可塑性樹脂6Aを投入する投入工程と、ゴム型2を介してキャビティ22内における粒子状態の熱可塑性樹脂6Aに、0.78〜2μmの波長領域を含む電磁波を照射し、この粒子状態の熱可塑性樹脂6Aを加熱して溶融させる粒子加熱工程と、キャビティ22において残された空間220に、溶融状態の熱可塑性樹脂6を充填する充填工程と、キャビティ22内の熱可塑性樹脂6を冷却して樹脂成形品を得る冷却工程とを含む。
【選択図】図1
Description
これに対し、特に特許文献1においては、ゴム製の成形型を用いて、熱可塑性樹脂からなる樹脂成形品を真空注型法により成形する際に、成形型に対して熱可塑性樹脂を選択的に加熱することができる樹脂成形方法が開示されている。この樹脂成形方法においては、成形型のキャビティ内に溶融状態の熱可塑性樹脂を充填する際に、0.78〜2μmの波長領域を含む電磁波を、成形型を介して熱可塑性樹脂に照射し、成形型を構成するゴムと熱可塑性樹脂との物性の違いにより、ゴム製の成形型に比べて、熱可塑性樹脂を積極的に加熱することができる。
上記ゴム型を介して上記キャビティ内における上記粒子状態の熱可塑性樹脂に、0.78〜2μmの波長領域を含む電磁波を照射し、該粒子状態の熱可塑性樹脂を加熱して溶融させる粒子加熱工程と、
上記キャビティにおいて残された空間に、溶融状態の熱可塑性樹脂を充填する充填工程と、
上記キャビティ内の熱可塑性樹脂を冷却して樹脂成形品を得る冷却工程とを含むことを特徴とする樹脂成形方法にある(請求項1)。
具体的には、まず、投入工程として、ゴム型のキャビティ内に、粒子状態の熱可塑性樹脂を投入する。このとき、粒子は、キャビティのほぼ全体に充填することができ、またキャビティの一部に充填することもできる。
これにより、充填圧力をあまり高くすることなくキャビティの全体へ熱可塑性樹脂を充填することができ、ゴム型の変形及び開きを効果的に抑制することができる。そのため、ゴム型における分割面(パーティング面)からの樹脂漏れを防止することができ、冷却工程によって樹脂成形品を得たときには、この樹脂成形品の形状、表面精度等の品質を効果的に向上させることができる。
本発明において、上記粒子状態の熱可塑性樹脂とは、例えば、平均粒径が数百μm程度の微粒子(粉体)から、平均粒径が数mm程度の粒子まで、広く粒子状態のものをいう。
また、上記0.78〜2μmの波長領域を含む電磁波により、ゴム型に比べて、熱可塑性樹脂を選択的に加熱することができる理由としては、以下のように考える。
すなわち、ゴム型の表面に照射された0.78〜2μmの波長領域を含む電磁波は、ゴム型に吸収される割合に比べて、ゴム型を透過して熱可塑性樹脂に吸収される割合が多いと考える。そのため、0.78〜2μmの波長領域を含む電磁波による光のエネルギーが熱可塑性樹脂に優先的に吸収されて、熱可塑性樹脂を選択的に加熱することができると考える。
また、上記熱可塑性樹脂の加熱に、波長が0.78〜2μmの領域の電磁波を用いる理由は、この波長の領域の電磁波は、ゴム型を透過し易い性質を有する一方、熱可塑性樹脂に吸収され易い性質を有するためである。
この場合には、冷却工程において、キャビティ内に充填した熱可塑性樹脂を冷却して樹脂成形品を成形したときには、成形後の樹脂成形品において、粒子状態の熱可塑性樹脂と溶融状態の熱可塑性樹脂とを用いて成形したことによる境界面が形成されることを防止することができる。
なお、上記粒子状態の熱可塑性樹脂と上記溶融状態の熱可塑性樹脂とには、意図的に異なる組成、配色を有するものを用いることもできる。この場合には、上記品質を効果的に向上させて、2色成形品としての樹脂成形品を成形することができる。
この場合には、真空工程を行うことによって、キャビティ内への溶融状態の熱可塑性樹脂の充填を一層容易に行うことができると共に、気泡のない外観に優れた樹脂成形品を容易に得ることができる。
なお、真空工程は、粒子加熱工程中、又は粒子加熱工程の前後に行うことができる。
また、真空状態とは、絶対真空の状態のみを意味するのではなく、大気圧状態に対する減圧状態のこともいう。
この場合には、射出圧力が適切であり、上記所定の射出圧力でキャビティ内へ熱可塑性樹脂の充填を行う際においても、ゴム型の変形及び開きを効果的に抑制して、形状、表面精度等の品質を向上させた樹脂成形品を得ることができる。なお、ゴム型のキャビティの全体にほぼ均一に熱可塑性樹脂を充填するためには、射出圧力が0.5MPa以上であることが好ましく、ゴム型の変形及びゴム型のキャビティからの樹脂漏れを防ぐためには、射出圧力は5MPa以下であることが好ましい。
この場合には、粒子加熱工程において、上記0.78〜2μmの波長領域を含む電磁波によって粒子状態の熱可塑性樹脂を加熱する際に、この熱可塑性樹脂を加熱する速度が大きくなりすぎて、この熱可塑性樹脂に焦げ付き等の不具合が生じることを防止することができる。
また、粒子状態の熱可塑性樹脂は、粒径がほぼ揃ったものとすることができ、平均粒径又は粒度分級の異なる複数種類の粒子を混合したものとすることもできる。
また、粒子状態の熱可塑性樹脂は、嵩密度を大きくするために球形状に近いものを用いることが好ましい。
この場合には、充填工程において、キャビティ内に溶融状態の熱可塑性樹脂を充填する際に、ゴム型に比べて熱可塑性樹脂を選択的に加熱することができ、熱可塑性樹脂の粘度を低く維持することができる。これにより、樹脂成形品の形状、表面精度等の品質をより効果的に向上させることができる。
また、上記熱可塑性樹脂は、ABS樹脂(アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン樹脂)、AES樹脂(アクリロニトリル・エチレン−プロピレン−ジエン・スチレン樹脂)、ASA樹脂(アクリレート・スチレン・アクリロニトリル樹脂)等のABS系樹脂であることが好ましい。この場合には、上記電磁波により、ゴム型をほとんど加熱することなく上記ABS系樹脂を選択的に加熱することができる。
ところで、結晶性熱可塑性樹脂の冷却速度が遅い場合、冷却中に結晶性が高くなることがあり、これによって、樹脂成形品の寸法精度が低下したり、樹脂成形品の耐衝撃性が低下したりすることがある。これに対し、熱可塑性樹脂を非晶性樹脂にしたことにより、上記樹脂成形品の寸法精度の低下及び耐衝撃性の低下等を防止することができる。
上記ゴム質重合体としては、特に限定されないが、ポリブタジエン、ブタジエン・スチレン共重合体、ブタジエン・アクリロニトリル共重合体、エチレン・プロピレン共重合体、エチレン・プロピレン・非共役ジエン共重合体、エチレン・ブテン−1共重合体、エチレン・ブテン−1・非共役ジエン共重合体、アクリルゴム、シリコーンゴム等が挙げられ、これらは1種単独で、又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
上記ゴム質重合体としては、ポリブタジエン、ブタジエン・スチレン共重合体、エチレン・プロピレン共重合体、エチレン・プロピレン・非共役ジエン共重合体、アクリルゴムを用いることが好ましい。
この場合には、樹脂成形品の形状、表面精度等の品質を向上させることができる効果をより顕著に得ることができる。また、上記ゴム強化スチレン系樹脂としては、例えば、ABS樹脂、AES樹脂、ASA樹脂等のABS系樹脂とすることができる。
本例の樹脂成形方法は、図1に示すごとく、ゴム材料からなるゴム型2のキャビティ22内に、粒子状態の熱可塑性樹脂6Aを投入する投入工程と、図2に示すごとく、ゴム型2を介してキャビティ22内における粒子状態の熱可塑性樹脂6Aに、0.78〜2μmの波長領域を含む電磁波を照射し、この粒子状態(パウダー状)の熱可塑性樹脂6を加熱して溶融させる粒子加熱工程と、図2、図3に示すごとく、キャビティ22において残された空間220に、溶融状態の熱可塑性樹脂6Bを充填する充填工程と、キャビティ22内の熱可塑性樹脂6を冷却して樹脂成形品61を得る冷却工程とを含む方法である。
本例においては、熱可塑性樹脂6として、非晶性樹脂であると共にゴム強化スチレン系樹脂であるABS樹脂を用いる。
また、本例のゴム型2は、透明又は半透明のシリコーンゴムからなる。このゴム型2は、成形する樹脂成形品61のマスターモデル(手作りの現物等)を液状のシリコーンゴム内に配置し、このシリコーンゴムを硬化させ、硬化後のシリコーンゴムを切り開いて、このシリコーンゴムからマスターモデルを取り出すことによって作製することができる。
また、図1に示すごとく、本例のゴム型2は、1つの分割面20を形成して2つの分割型部21を組み合わせて形成した。これに対し、ゴム型2は、成形する樹脂成形品61の形状が複雑な場合は、3つ以上の分割型部21を組み合わせて形成することもできる。
圧力容器3は、ゴム型2を収容するよう構成してあり、この圧力容器3に接続した真空ポンプ31によって真空状態を形成するよう構成してある。注入シリンダー52は、ゴム型2に形成した注入部23を介してキャビティ22内へ、粒子状態の熱可塑性樹脂6Aを注入するよう構成してある。射出シリンダー53は、ゴム型2に形成した注入部23を介してキャビティ22内へ、溶融状態の熱可塑性樹脂6Bを所定の圧力で射出するよう構成してある。本例においては、射出シリンダー53からゴム型2内へ射出する溶融状態の熱可塑性樹脂6Bの圧力は、0.5〜5MPaとする。
なお、図2、図3において、電磁波発生手段4から出射する電磁波を矢印Xで示す。
本例の樹脂成形方法においては、ゴム型2に熱可塑性樹脂6を充填して樹脂成形品61を成形するに当たり、粒子状態の熱可塑性樹脂6Aと溶融状態の熱可塑性樹脂6Bとを用いる。本例においては、粒子状態の熱可塑性樹脂6Aと溶融状態の熱可塑性樹脂6Bとには、同じ組成を有するABS樹脂を用いる。
上記溶融状態の熱可塑性樹脂6Bを充填するとき、ゴム型2のキャビティ22内の鉛直方向下側に位置する部分には、上記粒子状態の熱可塑性樹脂6Aを溶融させた熱可塑性樹脂6が充填されており、新たに充填する溶融状態の熱可塑性樹脂6Bの充填量を少なくすることができる。
また、粒子状態の熱可塑性樹脂6Aと溶融状態の熱可塑性樹脂6Bとには、同じ組成の熱可塑性樹脂6を用いているため、成形後の樹脂成形品61において樹脂の境界面が形成されることを防止することができる。
本確認試験においては、複数種類の粒径の粒子状態の熱可塑性樹脂6A(以下、粒子という。)を用い、この粒径の違いにより、電磁波発生手段4(近赤外線ハロゲンヒータ)によって加熱した際の昇温速度の違いを測定した。本確認試験において用いる粒子は、数種類の篩いによって分けたものとし、サンプルAは、目開き710μmの篩いの上に残ったもの、サンプルBは、目開き710μmの篩いを通過して目開き250μmの篩いの上に残ったもの、サンプルCは、目開き250μmの篩いを通過したもの、サンプルDは、体積平均粒径が55μmのものとした。また、サンプルEは、サンプルAとサンプルCとを等量(1:1)の割合で混合したもの、サンプルFは、サンプルAとサンプルDとを等量(1:1)の割合で混合したものとした。
図5においては、サンプルの粒径が小さくなるほど嵩密度が小さくなることがわかる。一方、安息角については、一概には言えないがサンプルの粒径が小さいほど安息角は大きくなる傾向があると考えられる。
これに対し、粒子の粒径が大きくなって嵩密度が大きくなると、昇温速度が低下するため、粒子を加熱するための電磁波の照射時間を長くする必要が生じ、ゴム型2に焦げ付き等の不具合が生ずるおそれがある。この理由より、粒子(粒子状態の熱可塑性樹脂6A)の嵩密度は0.8g/cm3以下とすることができ、より好ましくは0.7g/cm3以下とすることができる。
そして、粒子の平均粒径は、例えば、300〜2000μmとすることができ、より好ましくは、350〜1500μmとすることができる。また、粒子の安息角は、48°以下とすることができ、より好ましくは46°以下とすることができる。
2 ゴム型
22 キャビティ
220 空間
3 圧力容器
31 真空ポンプ
4 電磁波発生手段
43 フィルター
51 型締め手段
52 注入シリンダー
53 射出シリンダー
6 熱可塑性樹脂
61 樹脂成形品
Claims (9)
- ゴム材料からなるゴム型のキャビティ内に、粒子状態の熱可塑性樹脂を投入する投入工程と、
上記ゴム型を介して上記キャビティ内における上記粒子状態の熱可塑性樹脂に、0.78〜2μmの波長領域を含む電磁波を照射し、該粒子状態の熱可塑性樹脂を加熱して溶融させる粒子加熱工程と、
上記キャビティにおいて残された空間に、溶融状態の熱可塑性樹脂を充填する充填工程と、
上記キャビティ内の熱可塑性樹脂を冷却して樹脂成形品を得る冷却工程とを含むことを特徴とする樹脂成形方法。 - 請求項1において、上記粒子状態の熱可塑性樹脂と上記溶融状態の熱可塑性樹脂とには、同じ組成を有するものを用いることを特徴とする樹脂成形方法。
- 請求項1又は2において、上記投入工程の後上記充填工程を行う前には、上記キャビティにおいて残された空間を真空状態にする真空工程を行うことを特徴とする樹脂成形方法。
- 請求項1〜3のいずれか一項において、上記充填工程においては、上記溶融状態の熱可塑性樹脂を0.5〜5MPaの射出圧力で、上記キャビティにおいて残された空間に充填することを特徴とする樹脂成形方法。
- 請求項1〜4のいずれか一項において、上記粒子状態の熱可塑性樹脂は、嵩密度が0.4g/cm3以上であることを特徴とする樹脂成形方法。
- 請求項1〜5のいずれか一項において、上記充填工程においては、上記ゴム型を介して上記キャビティ内の熱可塑性樹脂に、0.78〜2μmの波長領域を含む電磁波を照射して、該熱可塑性樹脂を加熱することを特徴とする樹脂成形方法。
- 請求項6において、上記粒子加熱工程及び上記充填工程においては、0.78〜4μmの波長領域を含む電磁波を出射する電磁波発生手段と、波長が2μmを超える電磁波の透過量を減少させるフィルターとを用い、
上記電磁波発生手段から出射させた上記電磁波を上記フィルターを透過させ、該フィルターを透過させた後の透過電磁波を、上記ゴム型を介して上記キャビティ内における上記熱可塑性樹脂に照射して、該熱可塑性樹脂を加熱することを特徴とする樹脂成形方法。 - 請求項1〜7のいずれか一項において、上記投入工程における上記粒子状態の熱可塑性樹脂と、上記充填工程における上記溶融状態の熱可塑性樹脂とは、いずれも非晶性樹脂であることを特徴とする樹脂成形方法。
- 請求項1〜8のいずれか一項において、上記投入工程における上記粒子状態の熱可塑性樹脂と、上記充填工程における上記溶融状態の熱可塑性樹脂とは、いずれもゴム強化スチレン系樹脂であることを特徴とする樹脂成形方法。
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