JP5266983B2 - 熱可塑性樹脂成形体の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、熱可塑性樹脂成形体の製造方法に関する。

熱可塑性樹脂からなる熱可塑性樹脂成形体は、経済性、軽量性、良好な賦形性から自動車の内装部品や外装部品、家電製品、住設関連製品等の分野で幅広く使用されている。

このような熱可塑性樹脂成形体は、射出成形や圧縮成形などの成形方法により製造できることが知られている。例えば、キャビティの型締め方向のクリアランスが最終成形品の厚み以下となる位置まで型を締める第一の工程と、所定速度で型開きを開始するとともに溶融樹脂の供給を行う第二の工程と、溶融樹脂を供給しながら型開きを継続し、クリアランスを所定の位置にする第三の工程と、溶融樹脂の供給が完了するまでに又は完了と同時に所定速度で型締めを行い、溶融樹脂を冷却する第四の工程と、を有する熱可塑性樹脂の成形方法が開示されている（特許文献１参照）。
また、一対の雌金型と雄金型キャビティ面の間に所定量の溶融状熱可塑性樹脂を供給し、前記雌雄金型を相対的に接近させ、さらに前記雌雄金型により加圧する熱可塑性樹脂の成形において、雌雄金型を接近させる際の両金型の相対速度は最大値Ｖｍａｘになるまで加速され、その後、相対速度がＶｍａｘからゼロになるまで減速され、Ｖｍａｘは３０ｍｍ／秒以上、３００ｍｍ／秒以下であり、かつ、前記相対速度をＶｍａｘの５０％からＶｍａｘの１０％まで減速する期間の減速度が１００ｍｍ／ｓｅｃ²以上である熱可塑性樹脂成形品の製造方法が開示されている（特許文献２参照）。
特開平４−１３８２３３号公報 特開２００５−３１３５９０公報

上記の方法によれば、低圧力で外観の良好な成形体を得ることができるが、成形条件によってはリングマークが形成されてしまうことがある。そのため、このリングマークの発生を抑制することが求められている。
以上の課題に鑑み、本発明は、リングマークの発生を抑制し、外観良好な熱可塑性樹脂成形体を製造する方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、以下のような構成を採用することにより本発明の目的を達成し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。
即ち、本発明はキャビティを形成するキャビティ面を有する一対の金型を、型締め方向のキャビティクリアランスが所定位置となるまで型締めを行う第一型締め工程と、前記金型を、型締め方向のキャビティクリアランスが所定位置となるまで開きながら前記キャビティへ熱可塑性樹脂の充填を開始する供給工程と、前記熱可塑性樹脂の供給が完了するまでに、前記金型の型締めを行う第二型締め工程を有する成形体の製造方法であって、前記金型の開閉を行う駆動装置の駆動源は、電動機であり、前記供給工程において、型開き状態から型開きを停止するまでの前記金型の型開き速度の減速度は、２５ｍｍ／ｓｅｃ²以下であることを特徴とする熱可塑性樹脂成形体の製造方法を提供するものである。
ここで、本明細書における「型締め」とは、所定寸法のキャビティが各金型のキャビティ面により形成されるまで一対の金型を相対的に接近させること、又は、形成されたキャビティの寸法が変化しないように金型を保持することをいう。そして「型開き」とは、一対の金型を相対的に離隔させることをいう。

本発明によれば、リングマークの発生を抑制し、外観良好な熱可塑性樹脂成形体を提供することが可能となる。

本発明に係る熱可塑性樹脂成形体（以下、単に成形体ともいう）の製造方法は、第一型締め工程と、供給工程、及び第二型締め工程と、を有する。以下、図を用いて詳細に説明する。なお、同じ符号は同じ部材を示し、その説明を省略する。

〔金型〕
まず、本発明に係る成形体の製造方法において使用する金型について説明する。金型は、通常の射出成形やプレス成形に用いられる金型であれば、その形状は特に限定されるものではない。

図１は本発明で好ましく使用される金型を示した図である。金型１０は、雌型２０及び雄型３０の雌雄一対からなり、雌型２０と雄型３０を閉じた状態で、その内部にキャビティ４０が形成される。

雄型３０は、キャビティ４０を形成するキャビティ面３１と反対側の面には、当該キャビティ面３１を加熱又は冷却するための複数の温度調節通路３１０が形成され、この温度調節通路３１０には、熱交換媒体供給装置（図示せず）が接続されている。そしてそのキャビティ面３１には、溶融状熱可塑性樹脂をキャビティ４０内に供給するための樹脂供給ゲート３２０が少なくとも１つ設けられている。この樹脂供給ゲート３２０は、雄型３０に形成された樹脂供給通路３２に連通している。また、樹脂供給通路３２には、熱可塑性樹脂を溶融し所定量だけ射出することのできる射出装置５０の射出ノズルが接続されることで、キャビティ４０内に溶融状熱可塑性樹脂を供給することができる。

同様に雌型２０は、キャビティ４０を形成するキャビティ面２１と反対側の面には、当該キャビティ面２１を加熱又は冷却するための複数の温度調節通路２２０が形成され、この温度調節通路２２０には、熱交換媒体供給装置（図示せず）が接続されている。

以上の雌型２０及び雄型３０からなる一対の金型１０は、雄型３０をプレス装置（図示せず）の固定盤に固定し、雌型２０を可動盤に固定し、駆動装置により可動盤を固定盤の方向に移動することで型締めをすることができる。なお、雌型２０を固定盤に固定し、雄型３０を可動盤に固定してもよく、また、固定盤を可動盤に変更して、雌型２０及び雄型３０を双方とも可動できるようにしてもよい。金型１０の型開き及び型締めを行う駆動装置の駆動源は、電動機である。電動駆動装置を用いると、応答性が向上し、型締め速度を精度よく制御でき、容易に高速化することができる。

〔第一型締め工程〕
次いで、本発明に係る成形体の製造方法について説明する。第一型締め工程は、この金型を型締め方向のキャビティクリアランスが所定位置まで型締めを行う工程である。ここで、本発明でいう所定位置とは、図３のＣ₁又は図４のＣ₇に示すように、後述する供給工程開始時の金型キャビティクリアランス（Ｃ₂又はＣ₈）と同等か、それよりも小さいクリアランスであれば、特に制限はない。図１において、雄型３０はプレス装置（図示せず）の固定盤に固定され、他方が可動盤に固定され、駆動装置により可動盤が固定盤方向に移動して型締めを行う。

〔供給工程〕
次いで、型締めされた金型を開きながらキャビティに溶融状の熱可塑性樹脂を供給する。熱可塑性樹脂の供給方法は、通常行われている供給方法を用いてもよい。例えば、図２に示されるように、雌雄一対の金型１０で形成するキャビティ４０内に、雄型３０に形成された樹脂供給通路３２を介して、樹脂供給ゲート３２０から溶融状の熱可塑性樹脂５１を供給していく方法が挙げられる。

本発明では、金型の型開き速度が所定速度の状態から必要なキャビティクリアランス（図３のＣ４又は図４のＣ１０）で停止する時の減速度を２５ｍｍ／ｓｅｃ²以下にすることが好ましく、２０ｍｍ／ｓｅｃ²以下とすることがより好ましい。このように型開きが停止する時の減速度を２５ｍｍ／ｓｅｃ²以下とすることにより、溶融状の熱可塑性樹脂が金型キャビティ表面を流動する時の流動速度の急激な変化を抑制することが可能となり、金型キャビティ表面の転写状態の差を目立ち難くすることができる。その結果、成形体のリングマークの発生を抑制し、外観良好な成形体を提供することが可能となる。
特にその表面にシボ等の凹凸形状を有しており、その溝深さが５０μｍ以下の成形体ではリングマーク抑制の効果が大きく、シボ等の凹凸形状のない成形体ではリングマーク抑制効果がより大きい。
本発明における型開き速度とは、プレス装置の可動盤の位置を連続的に監視し、その移動量と移動に要する時間から、単位時間当りの変化量を算出した値を用いている。

型開き速度は０．５ｍｍ／ｓｅｃ以上、１０ｍｍ／ｓｅｃ以下であることが好ましく、１ｍｍ／ｓｅｃ以上、８ｍｍ／ｓｅｃ以下であることがより好ましい。
型開き速度を０．５ｍｍ／ｓｅｃ以上とすることにより、型開きに要する時間が長くなりすぎて必要な位置（図３のＣ₄又は図４のＣ₁₀）まで型開きするまでに樹脂供給が終了してしまうことを防止することが可能となる。また、型開き速度を１０ｍｍ／ｓｅｃ以下とすることにより、型開きが停止した時の流動速度の変化が大きくなって光沢ムラや転写ムラが発生してしまうことを防止することが可能となる。
減速度は、型開き速度を、減速開始した時点（図３のＣ₃又は図４のＣ₉）から停止位置（図３のＣ₄又は図４のＣ₁₀）で停止し、速度が０になるまでに要した時間で除した値とする。

溶融状の熱可塑性樹脂を供給開始するときの金型キャビティクリアランス（Ｃ₂）は、０．５ｍｍ以上、６ｍｍ以下が好ましく、１ｍｍ以上、５ｍｍ以下がより好ましい。キャビティクリアランスを０．５ｍｍ以上とすることにより、射出時の圧力を低く保つことが可能となる。また、６ｍｍ以下とすることにより、成形体の外観を良好に保つことが可能となる。
なお、第一型締め工程と供給工程の間の時間は、特に制限はないが、成形サイクルの関係上できるだけ短い時間であることが好ましい。

また、型開き速度は途中で切替えても構わないが、速度が順次遅くなるように設定することが好ましく、速度切替え時には、減速度が２５ｍｍ／ｓｅｃ²以下となるようにすることが必要である。この場合の減速度は、切替え前後の速度差を、速度切替えに要した時間で除した値とする。

なお、溶融状の熱可塑性樹脂の供給速度は６００ｃｃ／ｓｅｃ以上であることが好ましく、８００ｃｃ／ｓｅｃ以上であることがより好ましい。また、溶融状熱可塑性樹脂の供給速度は途中で変更してもよい。供給速度を６００ｃｃ／ｓｅｃ以上とすることにより、金型キャビティ表面を流動する時の流動速度を速くすることが可能となる。これにより、型締め時の流動速度との差、及び、金型表面の転写状態の差、が小さくなって転写ムラの発生を防止することが可能となる。
本発明における溶融状熱可塑性樹脂の「供給速度」とは、射出装置から射出される樹脂容量と、その射出時間から、算出された単位時間当りの射出容量をいう。

〔第二型締め工程〕
金型キャビティクリアランスの最大値（Ｃ₄）に達した後は型開きを停止し、熱可塑性樹脂の供給を継続する（図３参照）。その後、溶融状熱可塑性樹脂の供給が完了する前に、型締めを開始し、溶融状熱可塑性樹脂の供給が完了した（Ｃ₅）後に型締めを完了する（Ｃ₆）。
熱可塑性樹脂の供給が完了する前に型締めを開始することで、溶融状熱可塑性樹脂の流動を停止させることなく、賦形を行うことができ、リングマークの発生を防止できる。また、溶融状熱可塑性樹脂の供給が完了後に型締めを完了することで、低圧での樹脂供給が可能となる。型締めを開始するタイミングは溶融状熱可塑性樹脂の供給が完了する前であれば特に制限はない。
雌雄金型を型締めする時の型締め速度は、特に制限はないが、その最大値が３０ｍｍ／ｓｅｃ以上、３００ｍｍ／ｓｅｃ以下であることが好ましい。３０ｍｍ／ｓｅｃとすることにより、型締めに要する力を小さくすることが可能となる。また、３００ｍｍ／ｓｅｃ以下とすることにより型締め時に金型に係る衝撃を小さくすることが可能となる。

第二の型締めを開始する時の型締め速度の加速度は３５ｍｍ／ｓｅｃ²以下であることが好ましく、３０ｍｍ／ｓｅｃ²以下であることがより好ましい。加速度を上記の範囲とすることにより、溶融状の熱可塑性樹脂が金型キャビティ表面を流動する時の流動速度の急激な変化を抑制することが可能となり、金型キャビティ表面の転写状態の差を目立ち難くすることができる。その結果、成形体のリングマークの発生を抑制し、外観良好な成形体を提供することが可能となる。
このときの加速度は、型締め速度を、停止状態から所定の型締め速度に達するまでに要した時間で除した値とする。
なお、型締め速度は途中で変更してもよいが、増速する場合は加速度が３５ｍｍ／ｓｅｃ²以下、減速する場合は減速度が２５ｍｍ／ｓｅｃ²以下とすることが好ましい。このようにすることにより、金型キャビティ表面を流動する流動速度の急激な変化をできるだけ小さくし、リングマークの発生を抑制することができる。

〔冷却工程〕
本発明では、上記第二型締め工程後に供給された熱可塑性樹脂を冷却する冷却工程を有していてもよい。
各キャビティ面２１，３１の具体的な冷却方法としては、図１に記載の雌型２０内に設けられた温度調節通路２２０及び雄型３０内に形成された温度調節通路３１０内に、例えば水のような冷却媒体を流通させて、キャビティ面２１，３１をそれぞれ冷却する方法が挙げられる。
なお、冷却時間としては、成形体を取り出したときに、変形しない温度となっていることが好ましい。具体的には、１秒〜６０秒であることが好ましく、１秒〜４０秒であることがより好ましい。冷却時間を上記の範囲とすることにより生産性の低下を防止することが可能となる。

上記のような工程を経た後は装置の可動盤を動かし、キャビティを開き、中から得られた成形体を取り出す。
以上の工程により本発明に係る成形体を得ることが可能となる。
なお、図では１、２では縦方向に型締めする例を示しているが、型締め方向は縦方向であっても横方向であってもよい。

ここで、本発明に係る製造方法において使用可能な熱可塑性樹脂としては、圧縮成形、射出成形、押出成形等で通常使用される熱可塑性樹脂が挙げられる。このような樹脂としては、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、アクリロニトリル−スチレン−ブタジエンブロック共重合体、ポリスチレン、ナイロン等のポリアミド、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、アクリル樹脂、スチレン−ブタジエンブロック共重合体等の一般的な熱可塑性樹脂、エチレン・プロピレンゴム（ＥＰＭ、ＥＰＤＭ）等の熱可塑性エラストマー、これらの混合物、及びこれらを用いたポリマーアロイ等が挙げられる。

また、これらの熱可塑性樹脂は、必要に応じて通常使用される無機、有機フィラー等の充填材等を含有していてもよい。また、通常使用される各種の顔料、滑材、帯電防止剤、安定剤等の各種添加剤を含有していてもよい。

また、本発明に係る製造方法においては、予め雌雄一対の金型間に表皮材を供給し、表皮材を貼合した成形体を得ることができるが、この時に使用可能な表皮材としては、例えば、モケットやトリコット等の織物や編み物、ニードルパンチカーペット等の不織布、金属フォイル、熱可塑性樹脂や熱可塑性エラストマーのシートやフィルム等が挙げられる。

不織布を構成する繊維としては、例えば、綿、毛、絹、麻等の天然繊維、ポリアミド、ポリエステル、ナイロン等の合成繊維が挙げられる。不織布は、単一種の繊維から構成されていても、２種以上の繊維から構成されていてもよい。
合成樹脂のシートやフィルムとしては、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂やポリオレフィン系熱可塑性エラストマーのシートやフィルムが挙げられ、基材樹脂として使用される熱可塑性樹脂との融着性が良好なものが好ましく使用される。

これらの表皮材は、発泡層や裏打ち層を有する多層表皮材であってもよい。
発泡層としては、例えば、ポリプロピレンやポリエチレン等のポリオレフィン発泡体、ポリ塩化ビニル発泡体、軟質又は半硬質のポリウレタン発泡体等が挙げられる。また、裏打ち層としては、例えば、不織布、合成樹脂シートやフィルム等が挙げられる。
なお、これらの多層表皮材は、熱可塑性樹脂からなる基材部分との接着性の観点から、熱可塑性樹脂との熱融着性が良好なものや表皮材裏面に溶融状熱可塑性樹脂が含浸して基材樹脂との接着が可能なもの等が好ましく使用される。

本発明に係る方法により得られた成形体は、自動車のドアトリムやインストルメントパネル等の内装部品や外装部品、家電製品の内外装部品、浴室パネルやフロア等の住設関連部品等に好適に用いることが可能である。

［実施例１］
成形装置として商品名ＳＬＩＭ１０１６（佐藤鉄工所製、型締め力９８０ｋＮ、射出容量１６００ｃｃ）を、熱可塑性樹脂として商品名住友ノーブレン（住友化学社製、ＭＦＲ＝３０ｇ／１０分）を用いて、４００×６００ｍｍ、厚み２．５ｍｍの寸法の成形体を成形した。得られた成形体のリングマーク発生状況を目視で確認し、その結果を表１に示す。表中、○は、リングマークの発生が目視で確認できなかったことを示し、×はリングマークの発生が目視で確認できたことを示す。
<成形条件＞
樹脂温度：２３０℃
金型温度：５０℃
第一型締め工程での型締め完了時のキャビティクリアランス：０ｍｍ
型開き速度：１０ｍｍ／ｓｅｃ
溶融状熱可塑性樹脂を供給開始するキャビティクリアランス：５ｍｍ
型開きを停止するキャビティクリアランス：１０ｍｍ
型締め速度：３０ｍｍ／ｓｅｃ
溶融状熱可塑性樹脂を供給完了するキャビティクリアランス：５ｍｍ
型開きを停止する時の減速時間設定値：７ｓｅｃ
型締めを開始する時の加速時間設定値：５ｓｅｃ
加圧面圧：４ＭＰａ
冷却時間：３０ｓｅｃ

[実施例２]
型開き速度：５ｍｍ／ｓｅｃ
型締め速度：５０ｍｍ／ｓｅｃ
型開きを停止する時の減速時間設定値：５ｓｅｃ
型締めを開始する時の加速時間設定値：５ｓｅｃ
とした以外は実施例１と同様に成形した。

[比較例１]
型開きを停止する時の減速時間設定値：５ｓｅｃ
型締めを開始する時の加速時間設定値：３ｓｅｃ
とした以外は実施例１と同様に成形した。

［比較例２］
型開きを停止する時の減速時間設定値：１ｓｅｃ
型締めを開始する時の加速時間設定値：３ｓｅｃ
とした以外は実施例２と同様に成形した。

本発明に係る成形体の製造方法で好ましく使用される金型の断面を示した図である。 本発明に係る成形体の製造方法における供給工程を示した図である。 供給工程において、金型キャビティクリアランスと供給時間との関係を示した図である。 供給工程において、金型キャビティクリアランスと供給時間との関係を示した図である。

符号の説明

１０ 金型
２０ 雌型
２１、３１ キャビティ面
３０ 雄型
３２ 樹脂供給通路
２２０、３１０ 温度調節通路
３２０ 樹脂供給ゲート
４０ キャビティ
５０ 射出装置
５１ 熱可塑性樹脂

Claims (5)

1. キャビティを形成するキャビティ面を有する一対の金型を、型締め方向のキャビティクリアランスが所定位置となるまで型締めを行う第一型締め工程と、
   前記金型を、型締め方向のキャビティクリアランスが所定位置となるまで開きながら前記キャビティへ熱可塑性樹脂の充填を開始する供給工程と、
   前記熱可塑性樹脂の供給が完了するまでに、前記金型の型締めを行う第二型締め工程を有する成形体の製造方法であって、
   前記金型の開閉を行う駆動装置の駆動源は、電動機であり、
   前記供給工程において、型開き状態から型開きを停止するまでの前記金型の型開き速度の減速度は、２５ｍｍ／ｓｅｃ²以下であることを特徴とする熱可塑性樹脂成形体の製造方法。
2. 前記供給工程開始時における前記金型の型開き速度は、０．５ｍｍ／ｓｅｃ以上１０ｍｍ／ｓｅｃ以下である請求項１に記載の熱可塑性樹脂成形体の製造方法。
3. 前記第二型締め工程開始時における前記金型の型締め速度の加速度は、３５ｍｍ／ｓｅｃ²以下である請求項１又は２に記載の熱可塑性樹脂成形体の製造方法。
4. 前記第二型締め工程における前記金型の型締め速度の最大値は、３０ｍｍ／ｓｅｃ以上３００ｍｍ／ｓｅｃ以下である請求項１から３いずれかに記載の熱可塑性樹脂成形体の製造方法。
5. 前記供給工程における熱可塑性樹脂の供給速度は、６００ｃｃ／ｓｅｃ以上である請求項１から４いずれかに記載の熱可塑性樹脂成形体の製造方法。

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