JP3400344B2 - プラスチック製品の射出成形法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、プラスチック製品
を射出成形するための金型において、この金型の表面に
可及的に接近させて温度検出センサを組み込み、この温
度検出センサの検出温度に基づき金型の温度調整機から
金型の熱媒管路内に供給される加熱用熱媒体及び冷却用
熱媒体の加熱及び冷却温度を制御して、金型温度コント
ローラで設定した金型表面温度となるよう温度制御を行
い、製品に接する金型の表面温度を、材料樹脂が結晶性
の場合は樹脂の融点温度以上、非結晶性樹脂の場合は樹
脂のガラス転移温度以上まで急速に加熱し、樹脂充填時
間中この温度を保持した後、充填完了後は金型の表面を
短時間で急速に冷却することを特徴とする高転写なプラ
スチック製品を低圧で得るプラスチック製品の射出成形
法に関する。 【０００２】 【従来の技術】金型全体を低温かつ一定温度に制御して
行う従来のプラスチック射出成形では、溶融した熱可塑
性樹脂等の材料樹脂が金型に接する表面から急速に冷却
され厚い固化層を形成、また、熱収縮するに起因して、
金型の表面と製品表面の転写が十分に行われず、フロー
マーク、ウェルド、ひけ等と呼ばれる転写不良が生じ
る。これは、樹脂表面の固い固化層が、樹脂の内圧によ
る変形を阻害して、金型の表面に樹脂表面が密着し、転
写するのを妨げるためである。 【０００３】また、樹脂の機械的強度補強のため、ガラ
ス繊維やビーズといったフィラー、ブタジエン等のゴム
粒子を樹脂内に含有する場合、これらと樹脂の熱収縮差
によりガラス等のフィラー、ブタジエン等のゴム粒子が
樹脂表面に残され、微細な凹凸を形成して転写性を悪く
して製品外観が損なわれる。 【０００４】このような製品の転写不良は、製品の見栄
えを損なって製品価値を低下させると共に、製品表面に
塗装を施す場合にも均質な塗装を阻害して美観を損ね、
補修のための費用が高くなる問題もある。また、極端な
場合、製品に要求される表面平滑精度あるいは外観を満
足できず、製品を無価値なものとする。 【０００５】このような転写不良は、金型内の樹脂圧力
を高圧として樹脂の金型の表面への押しつけを強くした
り、材料樹脂に含入されるフィラー、ゴム粒子等の量の
低減、粒径の小型化等、材料樹脂自体の改良によっても
ある程度は改善できる。しかし、金型内圧を高圧にする
ことは、より高強度な金型や高圧を発生できる大型の成
形機を必要とし、費用が高くなる他、製品自体も内部歪
み、変形の発生等新たな問題を生じる。また、樹脂自体
の改善は、外観面を重視することで、必要な強度等の性
能が満足できなくなる問題も発生する。 【０００６】最も転写不良に対し効果が高いのは、金型
の製品に接する面において、材料樹脂が非結晶性の場合
はガラス転移温度以上、結晶性樹脂の場合は融点温度以
上の高温に加熱することである。これは金型の表面を高
温にすることで、金型に接する樹脂の固化層が薄く、変
形しやすくなり、金型の表面を忠実に転写しやすくなる
ためである。 【０００７】しかし、金型の表面を単に加熱すると、製
品表面が必要以上に長い時間高温にさらされ、製品に反
り、変形が生じたりする等の新たな問題を生じる他、成
形サイクルが延びて製品コストが高くなる弊害が生じ
る。また、必要な高い金型表面温度に達しなかったり、
金型表面温度が高過ぎても、製品に必要とされる外観、
形状精度が損なわれ、生産のロスが生じる。したがっ
て、金型の表面の温度を精度良く検出すると共に、金型
の温度応答性を良くして、検出した温度に基づき、金型
の表面を短時間で精度良く、目標とする温度、時間に加
熱、冷却温度制御することが必要不可欠である。 【０００８】従来、金型温度を制御する方法は、金型の
表面温度を直接検出せずに、金型に供給される加熱用熱
媒体及び冷却用熱媒体の温度を媒体配管表面或いは配管
内に挿入した温度検出センサで検出し、この検出温度に
基づき媒体温度を制御して金型温度を制御することが行
われている。また、金型表面温度を直接検出する方法と
しては、温度検出センサを機械加工により金型入れ子内
に設置し、この入れ子ごと金型の表面にはめ込む等の方
法が用いられている。 【０００９】また、金型の温度制御の応答性を良くし、
金型加熱時間の短縮、金型温度の制御精度を高めること
を図った装置として、以下の各種のものが提案されてい
る。金型の外周に誘導コイルを設けたもの（実開昭６
２−１１１８３２号公報）。金型に銅パイプから成る
高周波誘導コイルを設け、パイプ内に冷却水を流すよう
にしたもの（特開昭６３−１５７０７号公報）。電熱
ヒータを設けた可動入子を金型に出し入れ可能としたも
の（特開昭６３−１５７１９号公報）。 【００１０】金型外部に金型温度調節用媒体を急速に
加熱、冷却あるいは加熱、冷却した熱媒体を切り替えて
金型に供給する装置を設け、供給される加熱、冷却用熱
媒体を金型内の温度調節用媒体循環路に通して金型を加
熱、冷却できるようにしたもの（特開昭６２−１５７０
７号、特開昭６２−２０８９１８号、特公平７−２５１
１５号公報）。 【００１１】 【発明が解決しようとする課題】前述のように、製品の
転写不良は、金型の材料樹脂が流れる表面を高温に加熱
することによって改善できるが、加熱、冷却に時間をか
ければ、成形サイクルが延びて生産性が低下し、製品コ
ストの高騰を招くほか、製品自体反り等の新たな不良が
生じる。また、金型の表面温度の制御精度が悪く、金型
の表面温度として設定される温度、すなわち材料樹脂が
非結晶性樹脂の場合はガラス転移温度、結晶性樹脂の場
合は融点温度より低い金型表面温度のまま成形が行われ
れば、製品に転写不良が発生して生産ロスが生じ、逆に
金型表面温度が高温になりすぎたり、製品が長時間高温
にさらされる場合、材料樹脂の収縮量がさらに大きくな
り、後収縮等によりガラス等のフィラー、ブタジエン等
のゴム粒子が樹脂表面に残され転写不良が再度発生する
問題もある。 【００１２】したがって、金型の表面の温度を精度良く
検出すると共に、金型の温度応答性を良くして、検出し
た温度に基づき、金型の表面を短時間で精度良く、目標
とする温度、時間に加熱、冷却温度制御することが必要
である。 【００１３】しかし、金型の表面温度を制御する方法に
ついても、従来法のように、直接金型の表面温度を検出
せずに、金型に供給される加熱用熱媒体及び冷却用熱媒
体の温度を、熱媒体配管表面あるいは配管内に挿入した
温度検出センサで検出し、この検出温度に基づき熱媒体
温度を制御して金型の表面温度を制御する方法では、加
熱及び冷却用熱媒体温度と金型の表面温度との間におい
て、温度及び加熱、冷却時間に開きが生じ、また、それ
は制御温度によって変化して一定ではない。よって、こ
れら加熱及び冷却用熱媒体温度と金型の表面温度との温
度及び時間的な開きを、事前に全て予測して金型の表面
温度を精度良く、目標とする温度、時間に加熱、冷却制
御することは困難である。 【００１４】温度検出センサを機械加工により金型入れ
子内に設置し、この入れ子ごと金型の表面内にはめ込ん
で金型の表面温度を検出し、この検出温度に基づき加熱
及び冷却用熱媒体温度を制御して金型の表面温度を制御
する方法では、加熱及び冷却用熱媒体温度と金型の表面
温度との間に発生する温度及び温度変化の時間的な開き
を小さくすることができる特徴がある。 【００１５】しかし、この方式では、温度検出センサを
機械的加工により入れ子や金型に設置するため、温度検
出センサと入れ子や金型との間に隙間が存在し、伝熱が
悪かったり、また、このような温度検出センサを設置し
た入れ子自体には、加熱及び冷却用熱媒体等を通す管路
のような金型の温度を制御するための手段が設けられな
いことから、やはり、周囲の金型の表面温度と温度検出
センサによる検出温度との間には、温度及び温度変化に
時間的な開きが生じる。 【００１６】また、上記に加え、従来の金型構造では、
金型の温度調節用熱媒体管路と金型の温度検出センサは
金型の表面から数十ミリメートルも離れていることか
ら、この距離的な問題から温度及び時間的に開きが生
じ、金型の表面温度を精度良く制御する障害となってい
る。 【００１７】また、金型の温度応答性を良くし、金型の
加熱時間の短縮、金型の温度の制御精度を高めることを
図った方法についても、従来法には以下のような問題が
ある。前記した，の誘導コイルを設けるものは、金
型内に組み込むのに制約が多く、金型が大型化する。
の電熱ヒータを有する可動入子を設けたものは、金型に
可動入子の挿入部を設けなければならず、金型の構造が
複雑となる。また、加熱手段に汎用性がない。更に、冷
却については自然冷却によるため、成形サイクルが長く
なる。の外部装置より、加熱、冷却用熱媒体を金型内
の温度調節用熱媒体循環管路に通して金型の表面を加
熱、冷却するものは、汎用性があり、かつ金型の構造も
特殊な加工を要さないという利点がある。しかし、通常
設けられている範疇の金型内の温度調節用熱媒体循環路
を使用した場合、加熱、冷却する金型部分の熱容量が大
きいため、熱のロスが生じ、加熱、冷却に時間がかか
る。また、最終的には、金型の表面温度の応答が遅いた
めに、温度の制御精度が悪くなるという問題がある。 【００１８】本発明は、上記事情に鑑みて発明されたも
のであり、金型の表面の温度を精度良く検出すると共
に、金型の温度応答性を良くして、検出した温度に基づ
き、金型の表面を短時間で精度良く、目標とする温度、
時間になるように加熱、冷却用熱媒体の温度を制御し
て、高転写な製品を低圧で得ることができるプラスチッ
ク製品の射出成形法を提案することを目的とする。 【００１９】 【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記問題
解決のため、製品に接する金型温度を高温にして行う成
形法及び温度応答性及び温度制御性の良い金型の構造、
金型の製造法、金型温度の検出と制御方法について鋭意
研究した。その結果、金型の表面に可及的に接近して金
型の成形表面材料層と一体に温度検出センサを組み込む
と共に、金型温度調整機から金型に供給される加熱及び
冷却用熱媒体の通る管路を用い、この温度検出センサで
検出した金型の表面温度に基づき、金型温度調節機から
金型に供給される加熱及び冷却用熱媒体の加熱及び冷却
温度を制御して、金型温度コントローラで設定する目標
金型表面温度及びプロファイル、すなわち金型の表面温
度を材料樹脂が結晶性の場合は樹脂の融点温度以上ま
で、また、材料樹脂が非結晶性の場合は樹脂のガラス転
移温度以上まで、毎秒２℃以上の昇温速度で短時間に高
速かつ精度良く加熱温度制御し、樹脂充填時間中、この
温度を保持した後、充填完了後は金型の表面温度を毎秒
２℃以上の降温速度で短時間に高速に精度良く冷却温度
制御することで、高転写な製品を低圧で得ることができ
るプラスチック製品の射出成形法を完成するに至った。 【００２０】具体的には、請求項１に記載の発明にあっ
ては、プラスチック製品の射出成形 法において、入れ駒
の成形表面材料層を電鋳層で形成する際、この電鋳層の
形成途中で、温度検出センサを金型の成形表面材料層内
の成形表面に可及的に接近した位置に配置することによ
り、電鋳層内に温度検出センサを直接組み込んで一体化
する、次に、後から溶出可能な空洞形成材料を用いて入
れ駒の成形表面材料層の裏面に熱媒管路条を形成し、更
にこの熱媒管路条の外側に電鋳層を形成した後、前記空
洞形成材料を溶出して入れ駒の成形表面材料層内に温度
検出センサ及び熱媒管路を一体に形成して成る金型を用
い、前記温度検出センサで検出した金型の成形表面温度
に基づき、金型温度調節機から金型の前記熱媒管路に供
給される熱媒の温度を制御して、材料樹脂が結晶性の場
合は樹脂の融点温度以上に制御すると共に、材料樹脂が
非結晶性の場合は樹脂のガラス転移温度以上に、金型の
表面温度が毎秒２℃以上の昇温速度になるように加熱用
熱媒を制御して、樹脂充填時間中この温度を保持した
後、充填完了後は金型に供給される冷却用熱媒の温度を
金型の表面温度が毎秒２℃以上の降温速度で降下するよ
うに制御することを特徴とするものである。 【００２１】上記発明において、急速に金型の表面を加
熱又は冷却を行うことができると共に、温度応答性の良
い金型の構造及び製造方法を、本発明者らは次の特許出
願において提案している。特願平９−２８４８１７号、
特願平８−１８４４４１号。 【００２２】また、本発明は、一般的な射出成形法のみ
ならず、ガスアシスト成形、圧縮成形法等にも適用可能
である。本発明のプラスチック射出成形方法及びその装
置の適用できる樹脂は、ポリオレフィン樹脂、ポリスチ
レン樹脂、ＡＢＳ樹脂などの汎用性樹脂やポリカードネ
ード樹脂、ポリアミド樹脂などの工業用樹脂だけでな
く、各種の樹脂を混合したものや補強材或いは意匠性と
してメタリック、石目調の感じを出すための有機、無機
充填材、さらには発泡剤を混入したものも使用できる。 【００２３】 【作用】上記のように、射出成形において、金型の表面
に近接して金型の表面と一体形成した温度検出センサ及
び金型温度調整機から金型に供給される加熱及び冷却用
熱媒体管路を用い、前記温度検出センサで検出した金型
の表面温度に基づき、金型温度調整機から金型に供給さ
れる加熱及び冷却用熱媒体の加熱及び冷却を温度を制御
して、金型温度コントローラで設定する目標金型の表面
温度及びプロファイル、すなわち金型の表面温度を材料
樹脂が結晶性の場合は樹脂の融点温度以上まで、また、
材料樹脂が非結晶性の場合は樹脂のガラス転移温度以上
まで、毎秒２℃以上の昇温速度で短時間に高速かつ精度
良く加熱温度制御し、樹脂充填時間中、この温度を保持
した後、樹脂充填完了後は、金型の表面温度を毎秒２℃
以上の降温速度で短時間に高速に精度良く冷却温度制御
を行った場合、充填時精度良く目標とする金型の表面温
度に加熱・制御されている金型の表面に接する樹脂表面
の固化層は、従来の低温な金型の表面温度での成形に較
べ、発達しにくく、薄く変形しやい。このため、樹脂の
内圧で容易に樹脂表面が金型の表面に密着して転写が良
くなり得る。かつ、密着により、樹脂及び金型の表面間
に高い物理的接合強度が得られて、樹脂の離型が遅れ、
この間に充分な強度まで固化層が発達するために樹脂の
熱収縮による影響が少ない。このため、材料樹脂中、収
縮の小さいガラス等のフィラー、ブタジエン等のゴム粒
子の樹脂表面への選択的残存に起因する転写不良が発生
せず、高転写な製品を得ることができる。 【００２４】しかも、樹脂表面が変形しやすいために、
金型の表面に樹脂表面を押し付けて転写させるのに必要
な樹脂内圧は低くてすみ、樹脂の固化層が薄いことか
ら、樹脂の圧力損失が小さく、従来の成形法より低い金
型内圧での成形が可能である。 【００２５】また、特に本発明の特徴である金型の表面
温度を精度良く検出すると共に、金型の温度応答性を良
くして、検出した温度に基づき金型の表面を短時間で精
度良く、目標とする温度、時間に加熱、冷却温度を制御
することによって、次のような問題点が改善される。 【００２６】材料樹脂が高温な金型の表面に必要以上の
時間さらされた場合、材料樹脂の収縮量がさらに大きく
なり、後収縮によりガラス等のフィラー、ブタジエン等
のゴム粒子等、樹脂に混入されているものが樹脂表面に
残され、転写性不良が再発する。また、この場合には、
成形サイクルが長くなったり、余分なエネルギーが必要
となるなど、生産性及び消費エネルギーの問題が生じ、
製品コストも増加する。また、金型の表面温度の検出或
いは金型温度の制御精度が悪く、必要な高い金型の表面
温度に達しなければ、製品に必要とされる外観、形状精
度が損なわれ、生産のロスが生じる。さらに、金型の表
面を高温にして成形する場合、冷却への切り替わりが遅
いと製品に反り等の変形も生じやすい。 【００２７】 【発明の実施の形態】本発明の実施例を以下に詳述す
る。 【００２８】 【実施例１】本実施例は請求項１に対応しており、図１
〜図３に基づいてその詳細を説明する。図１は、本発明
に用いるプラスチック射出成形用金型の一実施例を示す
概略図である。図１に示すプラスチック射出成形用金型
１は大きく分けてコア２（製品非可視面側）とキャビテ
ィー３（製品可視面側）からなり、共に図外の射出成形
機に連結されており、コア２側とキャビティー３側とが
開閉可能にされている。コア２とキャビティー３には、
製品４の外形状に対応した凹部５が形成されており、キ
ャビティー３の所定箇所に設けられたスプルー６を介し
て図外の射出成形機から溶融プラスチックが凹部５に流
し込まれ、製品４が成形されるようになっている。この
製品４の製品可視面側は、金型表面高速加熱、冷却用入
れ駒７内の金型温度調節用熱媒体循環管路８内を流れる
熱媒体により成形時高速に高温に加熱、冷却され、固化
後にプラスチック射出成形用金型１から取り出される。
金型表面高速加熱、冷却用入れ駒７内の金型温度調節用
熱媒体循環管路８内を流れる熱媒体は、金型温度調節機
１４内の金型温度調節用媒体加熱装置１５及び金型温度
調節用媒体冷却装置１６を介して加熱、冷却され、金型
表面高速加熱、冷却用入れ駒７に供給される。 【００２９】なお、金型温度調節機１４内の金型温度コ
ントローラ１７は、金型表面高速加熱、冷却用入れ駒７
内の金型の表面電鋳層９内の金型の表面に可及的に接近
して予め埋め込まれ、金型の表面と一体形成された金型
温度検出センサ１８により検出される金型の表面温度に
基づき、予め設定された金型温度となるよう、金型温度
調節用熱媒体加熱装置１５及び金型温度調節用媒体冷却
装置１６の出力を制御して金型温度調節用熱媒体循環管
路８内を流れる媒体温度をコントロールする。 【００３０】図２及び図３は、図１の金型表面高速加
熱、冷却用入れ駒７の説明図である。製品可視面に接す
る金型表面材料層としての電鋳層９はＮｉ−Ｃｒで形成
されており、内部には金型温度検出センサ１８が埋め込
まれ、また、金型温度調節用熱媒体循環管路８が形成さ
れている。この金型温度検出センサ１８を、金型表面電
鋳層９の形成途中で金型表面電鋳層９内の金型の表面に
可及的に接近した位置になるよう金型の表面から０．５
ｍｍの位置に直接埋め込み（組み込み）、更に電鋳層９
で被覆して金型の表面と一体に形成して金型の表面温度
に近い温度が測定できるよう構成した。金型温度調節用
熱媒体循環管路８は、金型表面電鋳層９の金型内部面に
ロストワックスで管路条を形成後に電鋳層９でこの表面
を被覆し、その後ロストワックスを溶出させて空洞化
し、金型表面電鋳層９と一体構成とした。 【００３１】金型温度調節用熱媒体循環管路８の断面形
状は、５ｍｍ×５ｍｍの正方形で、ピッチは１２ｍｍで
ある。この金型温度調節用熱媒体循環管路８と、製品に
接する金型表面高速加熱、冷却用入れ駒７の表面間距離
は２ｍｍとした。また、金型温度調節用熱媒体循環管路
８の裏面には、２ｍｍ程度厚のエポキシ及び補強材で構
成される断熱層１０を設け、急加熱、冷却を行う金型部
位を熱的に隔離することで熱容量を小さく構成した。 【００３２】図１の装置と、金型の表面に実験用に別に
設置した温度検出センサを用い、この温度検出センサに
より検出される金型の表面温度に基づき、金型の表面温
度が１００℃となるよう金型温度調節用媒体加熱装置１
５及び金型温度調節用媒体冷却装置１６の出力を制御し
て金型温度調節用熱媒体循環管路８内を流れる媒体温度
をコントロールした。この時の金型の表面に実験用に別
に設置した温度検出センサと、金型表面高速加熱、冷却
用入れ駒７の金型表面電鋳層９内の金型の表面に近接し
て予め埋め込まれ、金型の表面と一体形成された金型温
度検出センサ１８の検出温度の比較を、図４に示す。 【００３３】金型の表面に実験用に別に設置した温度検
出センサの検出温度が、設定金型温度の１００℃に到達
した時の金型温度検出センサ１８の検出温度は、１０２
℃で両検出温度の差は２℃と小さく、また、検出温度が
最高温度に到達した時の両検出温度の時間的差も１秒
と、温度的にも時間的にも両温度検出センサの差は極め
て微少であった。 【００３４】 【実施例２】図１の装置を用い、製品可視面側金型表面
温度を加熱時１２０℃、冷却時６０℃となるよう金型温
度コントローラ１７を設定し、加熱時の金型の表面温度
を測定した。加熱時に温度検出センサ１８が示した最高
温度は１２１℃、金型の表面温度の最高は１２２℃で、
金型温度コントローラ１７の設定温度との差は２℃（誤
差２％）と高い制御精度であった。また、加熱に要した
時間は１８秒、冷却に要した時間は２５秒であった。 【００３５】 【実施例３】図１の装置とガラスフィラー２０％含入の
ＡＢＳ樹脂（１５Ｇ２０，ガラス転移温度９８℃，日本
合成ゴム株式会社）を用い、製品可視面側金型表面温度
が樹脂ガラス転移温度前後になるよう金型表面コントロ
ーラ１７の設定温度を変化させて射出成形を行った。こ
の時、金型の表面温度は、樹脂充填完了まで加熱後、短
時間で冷却する条件（条件）とした。また、この時の
成形サイクル（射出〜保圧〜冷却〜取出し）は６０秒、
加熱に要した時間は１８秒、冷却に要した時間は２５秒
で、金型の表面温度の昇温速度毎秒２℃、降温速度毎秒
２℃とした。得られた製品の可視面光沢度測定結果を、
図７に示す。 【００３６】上記条件では、金型温度コントローラ１
７の設定温度１００℃、樹脂充填時の金型の表面温度が
樹脂のガラス転移温度以上の１０１℃かつ昇温、冷却速
度毎秒２℃で、製品面光沢度９２の最大値となり、ガラ
スフィラー入りにもかかわらず、高光沢な製品が得られ
た。光沢は転写性の指標であり、型面を樹脂のガラス転
移温度以上に精度良く加熱後、高速に冷却することで高
い転写性を得ることができた。また、製品の取出し時点
において、製品は充分に固化しており、製品の反り等の
変形、離型の問題は生じなかった。 【００３７】 【実施例４】実施例３と同じ装置と耐衝撃性ポリスチレ
ン（ＨＴ５６０ ガラス転移温度９７℃，出光石油化
学）を用い、製品可視面側金型表面温度が樹脂ガラス転
移温度以上になるよう金型温度コントローラ１７の設定
温度を樹脂充填時１２０℃、冷却時６０℃に設定し、高
速に加熱、冷却して射出成形を行った（条件）。ま
た、この時の成形サイクル（射出〜保圧〜冷却〜取出
し）は６０秒、加熱に要した時間は１８秒、冷却に要し
た時間は２５秒で、金型の表面温度の昇温速度毎秒３
℃、降温速度毎秒２℃とした。なお、金型の表面にはダ
イヤモンドチップで大きさの異なる四角錐状の圧痕を予
め付けておき、金型の表面と樹脂表面の圧痕の幅を計測
し、この幅の割合（樹脂表面圧痕幅／金型表面圧痕幅）
を転写率として転写性を評価した。得られた製品、金型
の圧痕転写率の測定結果を、図８に示す。 【００３８】上記条件では、１０ミクロンから１００
ミクロンまでの大きさの異なる四角錐状の圧痕のいずれ
においても、転写率は、ほぼ１００％と高い値を示し
た。また、保圧有無のいずれの条件でも、ほぼ同じ転写
率であり、保圧を要さず低圧で高い転写率を得ることが
できた。 【００３９】 【実施例５】実施例１の金型温度検出センサ１８は、金
型の表面自体に異種金属を蒸着あるいは溶射等により電
極状に形成し、これを薄膜温度検出センサとすることも
可能である。 【００４０】 【比較例１】実施例１と同じ実験装置を用い、更に実験
用に金型の表面に入れ子を組み込んだ温度検出センサを
入れ子ごと設置し、また、金型温度調節機の熱媒体管路
内に温度検出センサを設置して温度を検出した。金型の
表面に実験用に別に設置した温度検出センサにより検出
される金型の表面温度に基づき、金型の表面温度が１０
０℃になるよう、金型温度調節用熱媒体加熱装置１５及
び金型温度調節用熱媒体冷却装置１６の出力を制御して
金型温度調節用熱媒体循環管路８内を流れる媒体温度を
コントロールした。この時の金型の表面に入れ子ごと組
み込んだ温度検出センサと、金型温度調節機の熱媒体管
路内に設置した温度検出センサの検出温度を、図４に示
す。 【００４１】金型の表面に実験用に別に設置した温度検
出センサの検出温度が、設定金型温度の１００℃に到達
した時の金型の表面に入れ子ごと組み込んだ温度検出セ
ンサの検出温度は８９℃で、両検出温度の差は１１℃と
大きく、また、検出温度が最高温度に到達した時の両検
出温度の時間的差も２秒と、温度的にも時間的にも両温
度検出センサの差は大きかった。同じく金型温度調節機
の熱媒体管路内に設置した温度検出センサの検出温度
も、金型の表面温度との差が１６℃と大きく、また、最
高温度に到達した時の時間的差も３秒と、温度的にも時
間的にも両温度検出センサの差は大きかった。 【００４２】 【比較例２】金型温度検出センサを、金型表面電鋳層９
内の金型の表面に近接して埋め込まれた金型温度検出セ
ンサ１８から、比較例１の金型の表面に入れ子ごと組み
込んだ温度検出センサに変更した以外は、実施例２と同
じ装置を用い、製品可視面側金型の表面温度を加熱時１
２０℃、冷却時６０℃となるよう金型温度コントローラ
１７を設定し、加熱時の金型の表面温度を測定した。加
熱時に金型の表面に入れ子ごと組み込んだ温度検出セン
サが示した最高温度は１１９℃、金型の表面温度の最高
は１２８℃で、金型温度コントローラ１７の設定温度と
の差は８℃（誤差７％）と低い温度制御精度であった。
また、加熱に要した時間は２１秒、冷却に要した時間は
２９秒と、実施例２に比較して、時間が７秒（１６％）
長くなった。 【００４３】 【比較例３】実施例３と同じ実験装置、樹脂を用い、製
品可視面側金型の表面温度が樹脂ガラス転移温度前後に
なるよう金型温度コントローラ１７の設定温度を変化さ
せて射出成形を行った。この時、金型の表面温度は樹脂
の充填から冷却まで定温に制御する条件とした（条件
）。また、この時の成形サイクル（射出〜保圧〜冷却
〜取出し）は６０秒、加熱に要した時間は１８秒、冷却
（加熱温度定温保持）時間は２５秒で、金型の表面温度
の昇温速度毎秒２℃、降温速度は加熱温度定温保持のた
め毎秒０℃とした。得られた製品の可視面光沢度測定結
果を、図７に示す。 【００４４】上記条件でも、金型の表面温度が、樹脂
のガラス転移温度付近では、製品可視面の光沢度は約９
０とガラスフィラー入りにもかかわらず高光沢な製品が
得られたが、実施例３に較べて光沢度は低下した。ま
た、金型の表面温度を樹脂のガラス転移温度以上とする
と製品可視面の光沢度は著しく低下し、更に製品の取出
し時点において、製品は充分に固化しておらず、製品の
反り等の変形、離型の問題が生じた。 【００４５】 【比較例４】実施例３の金型表面高速加熱、冷却用入れ
駒７を鋼材Ｓ５５Ｃ製で金型温度調節用熱媒体循環管路
８が横穴状に２本機械加工してある通常の金型の構造を
模擬した鋼材入れ駒１９に交換し、また、金型温度コン
トローラ１７に入力される温度を鋼材入れ駒１９の表面
に入れ子にして組み込んだ温度検出センサ１８に変更し
た以外は、実施例３と同じ装置、樹脂を用い、樹脂充填
時の製品可視面側が樹脂ガラス転移温度前後になるよう
金型温度コントローラ１７の設定温度を変化させて射出
成形を行った。製品面の光沢が、最大値を示したのは金
型温度コントローラ１７の設定温度を８７℃、金型の表
面温度が樹脂のガラス転移温度以上の１００℃のとき
で、これ以上低くても高くても、光沢度すなわち転写性
は低下する傾向を示した。また、この時の成形サイクル
（射出〜保圧〜冷却〜取出し）は８４秒、加熱に要した
時間は３９秒、冷却に要した時間は４０秒で、金型の表
面温度の昇温速度毎秒１℃、降温速度毎秒１℃であっ
た。成形サイクルも、実施例２に較べ４０％長くなっ
た。製品可視面の光沢度測定結果も、光沢度８８と実施
例３の製品光沢℃９２に較べて低下した。 【００４６】 【比較例５】実施例４と同じ装置、樹脂を用い、金型温
度コントローラ１７の設定温度を６０℃一定として射出
成形を行った（条件）。得られた製品、金型の圧痕転
写率の測定結果を、図８に示す。上記条件では、３０
ミクロン以下の四角錐状圧痕では、転写率は０％となっ
た。また、保圧有の条件では保圧無しの条件に較べ、転
写率が若干良化するものの、実施例４のような高い転写
率は得られなかった。 【００４７】 【比較例６】実施例４の金型表面高速加熱、冷却用入れ
駒７を鋼材Ｓ５５Ｃ製で金型温度調節用熱媒体循環管路
８が横穴状に２本機械加工してある通常の金型の構造を
模擬した鋼材入れ駒１９に交換し、また、金型温度コン
トローラ１７に入力される温度を鋼材入れ駒１９の表面
に入れ子にして組み込んだ温度検出センサ１８に変更し
た以外は、実施例４と同じ装置を用い、製品可視面側金
型の表面温度を加熱時１２０℃、冷却時６０℃となるよ
う金型温度コントローラ１７を設定し、加熱時の金型の
表面温度を測定した。加熱時に鋼材入れ駒１９の裏面側
に設置した金型温度検出センサ１８が示した最高温度は
１２２℃、金型の表面温度の最高は１３７℃で、金型の
表面温度は目的とする温度より遥かに高くなり、金型温
度コントローラ１７の設定温度との差は１７℃（誤差１
７％）と大きく、低い温度制御精度であった。また、加
熱に要した時間は７６秒、冷却に要した時間は７７秒
と、サイクルが２５６％も長くなり、必要な金型の表面
温度に対し余分な加熱、冷却を行った分エネルギー損失
も大きかった。 【００４８】 【発明の効果】以上に詳述した本発明に係るプラスチッ
ク製品の射出成形法によれば、金型の成形表面温度を直
接検出して熱媒体の温度を制御するすることができるの
で、高転写な製品を精度良くかつ成形サイクルを延ばす
ことなく、しかも低圧で得ることができ、品質並びにコ
ストの面からもメリットが大きい。又、従来の金型及び
成形法に比較して、製品不良を大幅に低減することがで
きる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の成形法の実施例に係わる射出成形用金
型の一例を示す断面図。 【図２】金型表面高速加熱、冷却用入れ駒を、裏面側
（反製品面側）から見た断面図。 【図３】Ａ−Ａ′線断面図。 【図４】検出温度の比較例の説明図。 【図５】比較例４で用いた鋼材入れ駒を、裏面側（反製
品面側）から見た断面図。 【図６】Ｂ−Ｂ′線断面図。 【図７】光沢度の比較例の説明図。 【図８】転写率の比較例の説明図。 【符号の説明】 １ プラスチック射出成形用金型 ２ コア ３ キャビティー ４ 製品 ５ 凹部 ６ スプルー ７ 金型表面高速加熱、冷却用入れ駒 ８ 金型温度調節用熱媒体循環管路 ９ 金型表面電鋳層 １０ 断熱層 １１ 金型温度調節用熱媒体入口 １２ 金型温度調節用熱媒体出口 １３ 金型温度調節用熱媒体管路 １４ 金型温度調節機 １５ 金型温度調節用熱媒体加熱装置 １６ 金型温度調節用熱媒体冷却装置 １７ 金型温度コントローラ １８ 金型温度検出センサ １９ 鋼材入れ駒 ２０ 鋼材

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−143357（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−29215（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−323334（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−163291（ＪＰ，Ａ) 実用新案登録3013428（ＪＰ，Ｙ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B29C 45/00 - 45/84

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 入れ駒の成形表面材料層を電鋳層で形成
   する際、この電鋳層の形成途中で、温度検出センサを金
   型の成形表面材料層内の成形表面に可及的に接近した位
   置に配置することにより、電鋳層内に温度検出センサを
   直接組み込んで一体化する、次に、後から溶出可能な空
   洞形成材料を用いて入れ駒の成形表面材料層の裏面に熱
   媒管路条を形成し、更にこの熱媒管路条の外側に電鋳層
   を形成した後、前記空洞形成材料を溶出して入れ駒の成
   形表面材料層内に温度検出センサ及び熱媒管路を一体に
   形成して成る金型を用い、前記温度検出センサで検出し
   た金型の成形表面温度に基づき、金型温度調節機から金
   型の前記熱媒管路に供給される熱媒の温度を制御して、
   材料樹脂が結晶性の場合は樹脂の融点温度以上に制御す
   ると共に、材料樹脂が非結晶性の場合は樹脂のガラス転
   移温度以上に、金型の表面温度が毎秒２℃以上の昇温速
   度になるように加熱用熱媒を制御して、樹脂充填時間中
   この温度を保持した後、充填完了後は金型に供給される
   冷却用熱媒の温度を金型の表面温度が毎秒２℃以上の降
   温速度で降下するように制御することを特徴とするプラ
   スチック製品の射出成形法。