JP4368799B2 - 複合射出成形方法並びに金型 - Google Patents

Description

本発明は、１次側樹脂成形品上に２次側樹脂成形品を射出して複合射出成形を成形する方法及び金型に関し、詳しくは１次側樹脂成形品と２次側樹脂成形品密着が劣る個所に選択的に局部圧縮を行うことを特徴とする複合射出成形方法及金型に関する。

射出成形で１次側樹脂成形品を作り、さらに１次側樹脂成形品の上に２次側樹脂を射出して、複合射出成形品を成形する方法が行われており、ロータリ方式、コアバック方式、スライド方式などの二色成形方法等の複合射出成形方法が知られている。
複合射出成形において、１次側樹脂成形品と２次側樹脂成形品の密着性及び気密性を確保することは、複合射出成形品の内部に圧力がかかることによる界面からの破損を防ぐために、また成形品外部から内部への水分などの侵入を防ぐために、極めて重要な技術ポイントである。
これまで１次側樹脂成形品と２次側樹脂成形品の密着性及び気密性を確保する技術としては、（イ）成形樹脂材料や、（ロ）成形装置や成形方法の面からの検討が行われている。
（イ）に関しては、１次側樹脂として２次側樹脂より低融点樹脂を使用し、２次側樹脂を射出した時に１次側樹脂を溶融させる方法などが知られている。
（ロ）に関しては、金型機構を利用し、密着や溶着を期待する部位全体を押圧または圧縮する方法が開示されている（例えば特開平７−２９０５００号公報（請求項１、図１）および特開平９−１１３４４号公報（請求項１、図３）参照）。
しかし、これらの技術では、成形品の形状によっては、必ずしも十分な密着性を有する複合射出成形品は得られていない。

本発明は、１次側樹脂成形品と２次側樹脂成形品の密着性及び気密性が向上した複合射出成形品を提供することを目的とする。
本発明者は、密着性及び気密性が向上した複合射出成形品を得ることを目的として鋭意検討した結果、複合射出成形時に、２次側樹脂のゲート位置から流動距離が長い個所や２次側成形品表面にボスやリブなどの突出部分など、密着性が低下する場所の近傍を、射出成形機に元々備えられた突き出し機構や金型に設けられた、流体圧力や電気的な駆動もしくはバネなどの弾性体の反発力などで金型の一部を動かす機構により局部圧縮することによって、複合射出成形品の密着性及び気密性を効率的に改善できることを見出だし、本発明を完成するに至った。
すなわち本発明の第１は、１次側樹脂成形品（１）上に２次側樹脂成形品（２）を射出して複合射出成形品を成形する際に、２次側樹脂成形品（２）側から圧縮して１次側樹脂成形品（１）と２次側樹脂成形品（２）の密着性及び気密性を向上させる複合射出成形方法において、１次側樹脂成形品（１）と２次側樹脂成形品（２）の密着が劣る個所に選択的に局部圧縮を行うことを特徴とする複合射出成形方法を提供する。
本発明の第２は、２次側樹脂成形品（２）が外部に突出する突出部分（４）を有し、該突出部分（４）を局部圧縮することを特徴とする本発明の第１に記載の複合射出成形方法を提供する。
本発明の第３は、突出部分（４）がボス又はリブである本発明の第１に記載の複合射出成形方法を提供する。
本発明の第４は、突出部分（４）がボス又はリブである本発明の第２に記載の複合射出成形方法を提供する。
本発明の第５は、２次側樹脂成形品（２）が、２次側樹脂ゲート（７）からの距離が長い部分を有する場合に、該２次側樹脂ゲート（７）からの距離が長い部分（８）を局部圧縮することを特徴とする本発明の第１に記載の複合射出成形方法を提供する。
本発明の第６は、圧縮開始時期が、２次側樹脂のゲートシール時間以降、表面固化時間から２０秒経過以内である本発明の第１〜５のいずれかに記載の複合射出成形方法を提供する。
本発明の第７は、本発明の第１〜５のいずれかに記載の複合射出成形方法に使用し、１次側樹脂成形品（１）と２次側樹脂成形品（２）の密着が劣る個所に選択的に局部圧縮を行う局部圧縮手段（６）を有する射出成形金型を提供する。
本発明の第８は、本発明の第６に記載の複合射出成形方法に使用し、１次側樹脂成形品（１）と２次側樹脂成形品（２）の密着が劣る個所に選択的に局部圧縮を行う局部圧縮手段（６）を有する射出成形金型を提供する。

図１
実施例および比較例に係る１次側樹脂成形品の形状を示す図。
図２
実施例および比較例に係る複合射出成形品の形状を示す図。
図３
実施例１又は２に係る複合射出成形品の２次側樹脂成形品側から見た平面図。
図４
従来技術による流動距離が長い複合射出成形品の超音波探索装置による密着状態を示す図。
図５
従来技術による突出部分を有する複合射出成形品の超音波探索装置による密着状態を示す図。

符号の説明

１ １次側樹脂成形品
２ ２次側樹脂成形品
３ 圧縮個所
４ 突出部分（図示せず）
５ リブ
６ 局部圧縮手段（図示せず）
７ ２次側樹脂ゲート
８ ２次側樹脂ゲートからの流動距離が長い部分（部分ＡまたはＣ、あるいはリブＢ）（図示せず）
９ １次側樹脂ゲート
１０ 複合射出成形品
１１ １次側樹脂（図示せず）
１２ ２次側樹脂（図示せず）
１７ ２次側樹脂ゲートのための貫通孔
２１ 密着が良好な部分
２２ 密着が劣る部分

複合射出成形において１次側樹脂成形品と２次側樹脂成形品の密着性を保つには、２次側溶融樹脂の熱量によって固化した１次側樹脂の最表面を溶融させ、１次側樹脂成形品と２次側樹脂成形品を十分に溶着させることが重要である。
また、１次側樹脂と２次側樹脂の、溶融状態から固化状態へ移行した際に生じる樹脂の収縮や膨張などによって、樹脂界面の溶着破壊や剥離が生じないことも重要である。
本発明における着目点は、圧縮が有効に行われるように、個々の２次側樹脂の固化状態により局部的に圧縮を行うことにより十分に圧縮を行えるようにする点と、更に効果的な圧縮を行うために溶融樹脂が固化し難いリブやボスにあたる個所に局部圧縮したことにある。
以下、図を参照しながら本発明の複合射出成形方法及び金型について説明する。
図２は、１次側樹脂成形品１の上に、２次側樹脂ゲート７から２次側樹脂１２を射出充填して２次側樹脂成形品２を形成させて得られた複合射出成形品１０を、２次側樹脂成形品２側から見た平面図である。図３では、２次側樹脂のゲート７からの流動距離が長い部分８が圧縮個所３であり、５は密着強度測定用のリブである。
２次側樹脂のゲート位置からの流動距離が長い個所に関しては、流動距離が長くなることによって２次側溶融樹脂が流動時に次第に金型から熱量を奪われ１次側樹脂を十分に溶融することが難しくなるとともに樹脂ゲート付近での固化状態が進展することによって、１次側樹脂と２次側樹脂を互いに押し合わせる圧力伝播も低下し、溶融密着しにくくなるとともに、溶融しても収縮が大きく、溶着破壊や剥離が生じる結果、十分な密着力を得るに至らないことを見出した。
しかし、２次側樹脂成形品を加圧するには、基本的に２次側樹脂が完全に固化する前に加圧が開始されなければならない。実際の複合射出成形では、樹脂が流動して金型と溶融樹脂が接した段階から固化が始まる。そのため樹脂ゲートに近い部位に関しては固化が流動初期から進み、溶融樹脂が成形品流動末端付近まで流動した段階では樹脂ゲート付近ではある程度固化が進展しているために、複合射出成形品全体を加圧して密着性及び気密性を確保することは難しい。また、樹脂が末端に充填されない状態で加圧した場合は、未充填部は加圧されず、十分な効果が期待できない。
また、従来技術により複合射出成形を行っても２次側樹脂のゲート位置からの流動距離が長くなった場合や、複合射出成形品表面にボスやリブなどの外側に突出する部分に関しては、１次側樹脂成形品と２次側樹脂成形品の密着性が劣る傾向にある。
図４に、２次側樹脂のゲート位置からの流動距離が長くなった場合の複合射出成形品、図５に複合射出成形品表面にボスやリブなどの外側に突出する部分が生じた場合の複合射出成形品について、１次側樹脂成形品と２次側樹脂成形品の超音波探索装置による密着状態を示す。密着が良好な部分２１は黒色、劣る部分２２は白色（ｗと表示）から赤色（ｒと表示）に観察され、流動距離が長くなる程密着性が劣り、また突出する部分でも密着性が劣ることが判った。
従って、本発明では、２次側樹脂のゲート位置からの流動距離が長い部分８を局部圧縮する。
上記部分８に対して局部圧縮が加えられる圧縮個所３は、１個所以上であり、複数個所に分けて加えられてもよい。
２次側樹脂ゲートから流動距離が長い位置とは、２次側樹脂ゲートからの長さと成形品厚みｄの比（Ｌ／ｄ）が２０以上であり、ショートショットが発生しない限り制限はない。２０よりも小さいと圧縮の効果が顕著には現れない。
圧縮個所は１ヶ所でも複数でも構わない。また圧縮部の面積にも制限はないが、駆動機構の制約上、あまり大きすぎると圧縮力が小さくなり効果が生じにくい。
圧縮圧力は、樹脂にかかる保圧力以上であることが好ましい。また圧縮容積は２次側樹脂の収縮容積に近いことが好ましい。
圧縮開始時期は、２次側樹脂射出後ゲートが固化する時間（これは通常、金型内に充填された樹脂の表面固化時間とほぼ同じ）から２０秒経過以内であり、この時間内に開始することが好ましい。これよりも早く圧縮を開始すると、固化していないゲートから圧縮力が逃げるため樹脂に圧が十分加わらないし、これよりも遅く圧縮を開始すると、樹脂表面が固まりすぎて、圧縮の効果が十分には発揮できない。
図３は、１次側樹脂成形品１の上に、２次側樹脂ゲート７から２次側樹脂１２を射出充填して２次側樹脂成形品２を形成させて得られた複合射出成形品１０を、２次側樹脂成形品２側から見た平面図である。図３では、２次側樹脂のゲート７からの流動距離が長い部分８に設けられた部分Ａまたは部分Ｃ、リブＢが圧縮個所３であり、密着強度測定用のリブでもある。
２次側成形品表面のリブやボスなどの突出部分４に関しては、上記説明における１次側樹脂の再溶融と１次側樹脂と２次側樹脂の溶着後の溶着破壊や剥離が生じやすくなり密着性が低下する傾向がある。
即ち、複合射出成形品の外側に突出する部分４に関しては２次側成形品表面として出張った形状となるためにボスやリブの裏にあたる１次側樹脂と２次側樹脂の界面の個所にひけとよばれる表面が凹む現象が生じ、１次側樹脂と２次側樹脂の溶融破壊や剥離が発生しやすくなるともにボスやリブに流れ込む際に樹脂配向が溶融樹脂流動によって２次側樹脂平面流動個所と異なるために、部分的に線膨張が変わり、あわせて１次側樹脂と２次側樹脂の溶融破壊や剥離が発生しやすくなっている。
更に望ましくは、圧縮を行う部位は、リブやボスなど成形品高さが高い部分、即ち、突出部分４が有効である。これは成形品高さ維持により成形品厚みが厚くなる効果によって溶融樹脂の内部固化時間が遅滞されるために、より広範囲の圧縮条件での制御が可能となり、有効に圧縮作用が期待できる。
圧縮個所３は、１個所以上であり、複数個所に分けて加えられてもよい。
突出部分４の高さは０．５ｍｍ以上である。
また、密着不良部が複数箇所存在する場合には２次側溶融樹脂の固化状態によって個々に圧縮開始時間を調整することによって高い密着性を得ることが可能となる。
本発明に係る複合射出樹脂成形用金型は、１次側樹脂成形品１上に２次側樹脂成形品２を射出して複合射出成形品を成形し、１次側樹脂成形品１と２次側樹脂成形品２の密着が劣る個所に、２次側樹脂成形品２側から選択的に局部圧縮を行うことが可能な金型である。
局部圧縮を行う手段６としては、射出成形機のエジェクター機構、例えばエジェクターピンを利用した手段でも、金型内で油圧、空圧式またスプリングなどを利用した可動コアにより圧縮する手段でもかまわない。
本発明で使用できる樹脂は熱可塑性樹脂である。熱可塑性樹脂は、結晶性樹脂、非結晶性樹脂、生分解性樹脂、非生分解性樹脂、合成樹脂、天然産製樹脂、汎用樹脂、エンジニアリング樹脂、ポリマーアロイ等、いずれの種類の樹脂でもよい。
熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ＡＳ樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、（メタ）アクリル樹脂、セルロース系樹脂、ポリウレタン、エラストマー等が挙げられる。
エンジニアリング樹脂としては、ナイロン６、同６，６、同１２、同６，１２のような各種脂肪族ポリアミドまたは芳香族ポリアミド（ＰＡ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）のような芳香族ポリエステル樹脂、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリアセタール、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＯ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、液晶性ポリエステルや液晶性ポリアミドのような液晶性ポリマー、弗素樹脂等が挙げられる。
その他、脂肪族ジカルボン酸、脂肪族ジオール、脂肪族ヒドロキシカルボン酸もしくはその環状化合物からの脂肪族ポリエステル、さらにはこれらがジイソシアネートなどにより分子量が増加した脂肪族ポリエステル等の生分解性樹脂などであってもよい。
１次側樹脂と２次側樹脂は同じであっても、異なっていてもよい。２次側樹脂の加工温度は１次側樹脂の固化温度よりも高い方が密着性が高くなる。
１次側樹脂と２次側樹脂には、繊維状、板状、球状、不定形などの無機、有機の各種充填剤、各種安定剤や改質剤が添加されていてもよい。
本発明に係る複合射出樹脂成形品は、ハウジング等の外装部品、スイッチやコネクタなどの電装部品、レバー、ギア、カム等の機構部品、中空部品等に使用される。

以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例１と２及び比較例１）
１次側樹脂にジュラネックス３０３ＲＡ（ウインテックポリマー株式会社製、融点が約２０５℃付近の低融点タイプのガラス繊維入りＰＢＴ樹脂）を、２次側樹脂にはジュラネックス３３００（ウインテツクポリマー株式会社製、融点が約２２５℃付近の通常タイプのガラス繊維入りＰＢＴ樹脂）を使用した。
はじめに、図１に示すような１次側樹脂成形品を成形し、冷却固化した１次側樹脂成形品を金型キャビティに設置し、この上に２次側樹脂を、シリンダー温度２７０℃、射出速度１０ｍｍ／ｓの条件で、直径１．５ｍｍのピンゲートから、８０℃の金型に充填し、図２に示すような複合射出成形品を得た。
１次側樹脂成形品の寸法は、製品部は長さ１３０ｍｍ×幅４０ｍｍ×厚さ３ｍｍ、２次側樹脂成形品の寸法は、製品部１００ｍｍ×３０ｍｍ×厚さ２ｍｍであり、１次側樹脂成形品と２次側樹脂成形品の密着面積は１００ｍｍ×３０ｍｍである。
９は１次側樹脂ゲート、１７は２次側樹脂ゲートのための貫通孔である。７は２次側樹脂ゲートである。リブは１次側樹脂成形品上に２本、２次側樹脂成形品上に２本設けた。２次側樹脂成形品のリブの設けられる位置は、２次側樹脂ゲート７からリブまでの距離が、ゲート７側から１０ｍｍ及び７０ｍｍの位置である。１次側樹脂成形品のリブの設けられる位置は、２次側樹脂成形品のリブの設けられる位置の対称側である。
実施例１では、局部圧縮は、射出成形機のエジェクター機構を利用して行った。局部圧縮位置は、図３に示すように、２次側樹脂ゲートから流動距離が長い位置Ａである。圧縮個所の直径は１０ｍｍであり、圧縮力は３，０００ｋｇであり、圧縮距離は射出後経過した時間により変化する。なお、射出後０秒においては、樹脂がキャビティに完全充填されていないため、圧縮は行っていない。
実施例２では、局部圧縮は、射出成形機のエジェクター機構を利用して行った。局部圧縮位置は、図３に示すように、２次側成形品において２次側樹脂ゲートに対する反ゲート側リブでの位置Ｂのみ（ゲート側リブには局部圧縮は行っていない）である。圧縮個所の形状は１５ｍｍ×１．５ｍｍ（長方形）であり、圧縮力は３，０００ｋｇであり、圧縮距離は０．５ｍｍである。
比較例１では、密着面全面を圧縮した。全面圧縮は、金型全体を閉じる方向に圧縮して、圧縮力１００ｔ、圧縮距離は最大０．１ｍｍである。
圧縮開始時期は、射出後からのエジェクターピン前進開始設定秒数で示した。
１次側樹脂成形品および２次側樹脂成形品のリブを引張り、反ゲート側リブでの密着強度（最大荷重）を測定した。
圧縮開始時期と圧縮距離と密着強度の関係について結果を表１に示す。
なお、表１で、ＥＪ Ｓｔｏｐ１は部分Ａを圧縮する場合の表面固化時間、ＥＪ Ｓｔｏｐ２はリブＢを圧縮する場合の表面固化時間を示す。
また、圧縮個所ＡとＣにした場合の密着強度との関係について、測定結果を表２に示す。

上記結果より、従来の密着面全面を圧縮した場合の密着強度に対して、本発明による局部圧縮を行うことによって高い密着強度が得られている。
全面圧縮では、圧縮開始時期が遅くなった場合においても効果が現れていない点については、開始時期が遅れることによって表面固化が促進し、実際に圧縮できなかったことによる。このような従来技術による不具合を解消するために、本発明による部分的に制御しやすい局部圧縮を採用することにより、成形品の密着強度が改善される。
局部圧縮に関しても、より高い密着強度を得るためには、できるだけ圧縮開始時期を遅らせることが有効であり、本発明の局部的に圧縮を行う方法、特にボス、リブなどを圧縮することによって圧縮開始時期を遅らせることが可能となり有効な密着強度が得られる。
特に実施例で使用したような結晶性熱可塑性樹脂に関しては、各樹脂の凝固点による特定温度で表面固化が進むために本方法がより効果的である。

本発明では、１次側樹脂成形品と２次側樹脂成形品の密着が劣る個所に、選択的に局部圧縮を行うことにより圧縮効果を有効かつ効果的に行うことができる。
局部圧縮によって、金型内への樹脂充填時の溶融樹脂の表面固化分布に関係なく密着性を改良したい個所に有効に圧縮することにより、密着性を向上させることができる。
本発明によれば、１次側樹脂成形品と２次側樹脂成形品の密着性及び気密性が向上した複合射出成形品が得られる。

Claims (1)

1. １次側樹脂成形品（１）上に２次側樹脂成形品（２）を射出して複合射出成形品を成形する際に、２次側樹脂成形品（２）側から圧縮して１次側樹脂成形品（１）と２次側樹脂成形品（２）の密着性及び気密性を向上させる複合射出成形方法において、１次側樹脂成形品（１）と２次側樹脂成形品（２）の密着が劣る箇所に選択的に局部圧縮を行う方法であり、
   ２次側樹脂成形品（２）が、２次側樹脂ゲート（７）からの距離が長い部分を有する場合に、該２次側樹脂ゲート（７）からの距離が長い部分（８）を局部圧縮する複合射出成形方法であって、２次側樹脂成形品（２）が外部に突出するボス又はリブである突出部分（４）を有し、該突出部分（４）を局部圧縮する方法であり、且つ圧縮開始時期が、２次側樹脂のゲートシール時間以降、表面固化時間から２０秒経過以内である複合射出成形方法。

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