JP4806694B2 - 射出成形方法 - Google Patents

Description

本発明は、射出成形方法に関し、特に、シルバーライン（銀条）の発生を抑制する射出成形方法に関するものである。

射出成形においては、樹脂が金型の内表面に接触すると同時に固化層（スキン層）が形成され、その際、樹脂のメルトフロントで生成・成長した気泡がこの固化層に取り込まれる。上記気泡は、樹脂に含まれたガスに基づいて生成され、該樹脂のファウンテンフローによって上記スキン層内に侵入する。

上記スキン層に取り込まれた気泡は、成形品表面にシルバーライン（銀条）と呼ばれる痕跡を発生して、該成形品表面の質感を低下させる。

本発明の目的は、このような状況に鑑み、シルバーラインの発生を抑制することができる射出成形方法を提供することにある。

本発明に係る射出成形方法は、樹脂の射出充填中の一定期間において金型のキャビティの表面の温度が前記樹脂の流動開始温度以上まで上昇するように、射出充填前に前記金型の加熱を開始する加熱ステップと、前記加熱の終了時点から所定時間経過後に前記金型の冷却を開始する冷却ステップと、前記キャビティの表面温度が前記流動開始温度以上に維持されている状態下で、前記キャビティの内表面に接触しているメルトフロントでの前記樹脂の表層部の圧力が該樹脂から発生するガスの飽和圧力以上となるように射出速度を調整する加速ステップと、を含むことを特徴としている。

前記樹脂の温度を前記流動開始温度以上に維持するため、前記金型のキャビティ周辺に設けた通路に加熱流体を通過させることができる。また、これに代えて、
前記金型のキャビティ表面に断熱処理を施しても良い。

前記樹脂としては、結晶性樹脂、非結晶性樹脂のいずれも適用することができる。さらに、前記樹脂に発泡剤を含ませても良く、その場合、発泡剤として不活性ガスを用いることができる。

本発明に係る射出成形方法によれば、樹脂の射出充填中に、金型のキャビティ表面に接する前記樹脂の温度を該樹脂の流動開始温度以上に維持するとともに、前記金型のキャビティ表面に接する樹脂の圧力を該樹脂から発生するガスの飽和圧力以上に維持するので、上記ガスによる気泡が減縮されて、樹脂の表層部におけるシルバーラインの発生が効果的に抑制される。

図１は、射出成形において実行される１サイクル期間での一般的な手順を示している。この手順では、型閉・昇圧後に樹脂の射出が実行され、その後、型冷却期間を経て型開が実行される。
上記樹脂の射出が実行されると、図２に示すように、樹脂１０が金型２０内を進行し、その際、金型２０のキャビティの表面に接した該樹脂１０の表層部が固化されて、いわゆるスキン層１１が形成される。

上記樹脂１０が、例えば金型２０のゲート部位から所定距離だけ離れたＢ位置まで進行した状態（実線で示す状態）では、キャビティ２１内における圧力損失のため、該樹脂１０がラインＩで示すような圧力勾配を呈することになる。すなわち、樹脂１０の圧力は、その流れの先端側に向かうに従って徐々に低下する傾向を示す。
なお、ラインＩＩは、樹脂１０が上記Ｂ位置から更に離れたＣ位置まで進行したときの該樹脂１０の圧力勾配を例示している。

ところで、上記樹脂１０内では、含有する揮発成分等に基づくガスが発生する。このガスの飽和圧力をＰ_ｓａｔとすると、該ガスは、この飽和圧力Ｐ_ｓａｔよりも低い圧力の樹脂流領域で発生する。すなわち、たとえば樹脂１０が位置Ｂまで進行した状態では、位置Ａよりも下流側の樹脂１０の流れ内で上記ガスが発生することになる。

上記樹脂１０中で発生したガスは、気泡１２を生成する。そして、この気泡１２は、樹脂のメルトフロントにおいて成長した後、矢印で示すファウンテンフローによりキャビティ２１の表面側に位置する樹脂１０の表層部に表れ、前記スキン層１１に取り込まれることになる。このスキン層１１に取り込まれた気泡１２は、樹脂１０の流れ方向に銀白色の線の束、つまり、いわゆるシルバーライン（銀条）を発生させる。成形品の質感を向上するには、このシルバーラインの発生を抑制する必要がある。

上記シルバーラインの発生を抑制するため、この実施形態に係る射出成形方法では、樹脂１０の射出充填中に、金型２０のキャビティ２１の表面に接する樹脂１０の表層部の温度を該樹脂の流動開始温度以上に維持するとともに、上記表層部における樹脂１０の圧力を該樹脂１０が発生するガスの飽和圧力以上に維持するようにしている。

この実施形態の射出成形方法を実施するためには、例えば、金型２０のキャビティ２１の表面の温度が該樹脂１０の流動開始温度以上まで上昇するように該金型１０を加熱するとともに、キャビティ２１の表面に接した樹脂１０の圧力が該樹脂１０の発生するガスの飽和圧力以上となるように射出速度を上昇させればよい。

そこで、この実施の形態では、図１に示すように、型開の開始直前の時点から型閉の終了直前時点に至る期間において金型２を加熱している。そして、この加熱期間の終了時点から後述の第１のエアパージ期間が経過した時点で冷却を開始するとともに、上記加熱期間の開始時点よりも後述の第２のエアパージ期間に相当する時間だけ前の時点で冷却を終了するようにしている。
また、同時に、キャビティ２１の表面側に位置した樹脂１０の圧力が上記飽和圧以上となるように射出速度（図示していないスクリューの射出方向速度）を設定している。

上記のように金型２０を加熱冷却した場合には、前記Ａ位置におけるキャビティ２１の内表面温度が図３のラインａに示すように変化する。つまり、時点ｔ０で射出が開始された後の一定期間、上記内表面温度が樹脂１０の流動開始温度ＴＢ以上に維持される。
そこで、上記射出速度を制御して、図３にラインｂで示すように上記Ａ位置での樹脂圧力を上記飽和圧力Ｐ_ｓａｔ以上に上昇させれば、樹脂１０の表層部における上記気泡１２の成長が抑制されるとともに、該気泡１２の一部が樹脂１０中に再溶解されることになる。したがって、気泡１２が減縮されて、樹脂１０の表層部におけるシルバーラインの発生が効果的に抑制される。もちろん、この実施の形態によれば、上記Ａ位置だけでなく、該Ａ位置よりも下流側の樹脂流部位においても同様に、シルバーラインの発生が抑制される。

なお、図３において、ｔ_１は樹脂１０の先端が図２におけるＡ位置に到達した時点を示し、また、Ｔ_Ｍは金型２が冷却された状態にあるときのキャビティ２１の表面温度を示している。さらに、同図に点線で示す曲線は、金型２０を加熱しない場合の上記キャビティ２１の表面温度の上昇変化、つまり、樹脂１０から与えられる熱エネルギーのみによるキャビティ表面温度の上昇変化を例示したものである。

図４は、上記樹脂圧力の上昇による気泡１２の成長抑制効果を示したものである。上記樹脂圧力が上記飽和圧力Ｐ_ｓａｔよりも低い場合には、樹脂圧力による気泡１２の成長抑制作用が十分でないので、ラインａに示すように、気泡１２が可視領域の径をもつ大きさまで成長することになる。つまり、上記シルバーラインが発生することになる。
これに対して、上記樹脂圧力を上記飽和圧力Ｐ_ｓａｔ以上に上昇させた場合には、該樹脂圧力の上昇度合いに応じて、気泡径がラインｂ，ｃおよびｄに示すような時間変化特性を示す。つまり、気泡１２が可視限界以下の径をもつ大きさになって上記シルバーラインの発生が抑制される。

つぎに、金型２０を加熱、冷却するための手段について説明する。図５に示す金型２０は、可動型２２と固定型２３におけるキャビティ２１に沿った周辺部位に冷却水および加熱水を流通させる通路２４を設けてある。
この金型では、図１に示す冷却期間および加熱期間において上記通路２４に冷却水および加熱水がそれぞれ流通される。また、図１に示す第１、第２のエアパージ期間において、上記通路２４にエアが流通される。第１のエアパージ期間におけるエアパージは、加熱水を通路２４から追い出すために実行され、第２のエアパージ期間におけるエアパージは、冷却水を通路２４から追い出すために実行される。このエアパージにより、加熱から冷却への切替および冷却から加熱への切替が速やかに行われる。

図６に示す金型２０は、キャビティ２１を構成する可動型２２および固定型２３の内表面に断熱層２５を形成してある（図６では、固定型２３側の断熱層を省略してある）。図６のＡ部を拡大した図７に示すように、この断熱層２５は、例えば可動型２２（固定型２３）の内表面に順次積層形成したＣｒコート２５ａ、ＰＩ（ポリイミド）コート２５ｂ、Ｃｒコート２５ｃおよびＣｒＮコート２５ｄによって構成される。

この断熱層２５を設けた金型２０によれば、そのキャビティ２１に射出された高温の樹脂１０（図１参照）の熱が金型２０に大きく吸収されることがないので、該樹脂１０の表層部の温度を図３に示すように流動開始温度ＴＢ以上に維持することが可能である。
なお、断熱層２５を設けた上記金型２０においては、射出後に樹脂の温度を低下させるため、図示していない冷却水通路に常時冷却水が供給される
また、上記断熱層２５を構成するコート材料としては、上記の外に、耐熱性を有するＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＰＰＳ（ポニフェニレンサルファイド）、ＰＢＩ、ＺｎＯ_２、ＡＬ_２Ｏ_３、ＭｇＯ等も適用することができる。

上記実施の形態に係る射出成形方法は、ポリプロピレン等の結晶性樹脂だけでなく、ポリスチレン、ＨＩＰＳ（耐衝撃性ポリスチレン）、ポリカーボネート等の非結晶性樹脂の成形にも有効である。
また、上記実施の形態に係る射出成形方法は、射出発泡成形にも有効であり、この場合、樹脂中１０に発泡剤（例えば、炭化水素、窒素、二酸化炭素等の不活性ガス）が混入される。射出発泡成形においては、樹脂１０の圧力が発泡ガスの飽和圧以上に維持されるように射出速度が制御される。

成形サイクルにおける加熱、冷却のタイミングを例示したチャートである。 樹脂の位置に対する圧力勾配を示すグラフである。 金型キャビティの表面温度と樹脂圧力の変化を例示したグラフである。 気泡径の抑制作用を示すグラフである。 流体通路を形成した金型の断面図である。 断熱層を設けた金型の断面図である。 図６に示す断熱層の部分拡大図である。

符号の説明

１０ 樹脂
１１ スキン層
１２ 気泡
２０ 金型
２１ キャビティ
２２ 固定型
２３ 可動型
２４ 通路
２５ 断熱層

Claims (7)

1. 樹脂の射出充填中の一定期間において金型のキャビティの表面の温度が前記樹脂の流動開始温度以上まで上昇するように、射出充填前に前記金型の加熱を開始する加熱ステップと、
   前記加熱の終了時点から所定時間経過後に前記金型の冷却を開始する冷却ステップと、
   前記キャビティの表面温度が前記流動開始温度以上に維持されている状態下で、前記キャビティの内表面に接触しているメルトフロントでの前記樹脂の表層部の圧力が該樹脂から発生するガスの飽和圧力以上となるように射出速度を調整する加速ステップと、
   を含むことを特徴とする射出成形方法。
   
2. 前記樹脂の温度を前記流動開始温度以上に維持するため、前記金型のキャビティ周辺に設けた通路に加熱流体を通過させることを特徴とする請求項１に記載の射出成形方法。
3. 前記樹脂の温度を前記流動開始温度以上に維持するため、前記金型のキャビティ表面に断熱処理を施したことを特徴とする請求項１に記載の射出成形方法。
4. 前記樹脂が結晶性樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の射出成形方法。
5. 前記樹脂が非結晶性樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の射出成形方法。
6. 前記樹脂が発泡剤を含むことを特徴とする請求項１に記載の射出成形方法。
7. 前記発泡剤が不活性ガスであることを特徴とする請求項６に記載の射出成形方法。

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