JP5493391B2

JP5493391B2 - 樹脂成形品の成形方法

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Publication number: JP5493391B2
Application number: JP2009047456A
Authority: JP
Inventors: 忠敏丹治; 武彦鷲見
Original assignee: Kyoraku Co Ltd
Current assignee: Kyoraku Co Ltd
Priority date: 2009-02-28
Filing date: 2009-02-28
Publication date: 2014-05-14
Anticipated expiration: 2029-02-28
Also published as: JP2010201661A

Description

本発明は、成形工程において金型のキャビティからシボ模様を転写した樹脂成形品を成形する樹脂成形品の成形方法に関するものである。

従来、特に単壁構造の樹脂成形品を形成する場合には予め熱可塑性樹脂製の原反シートを用意し、該原反シートを溶融状態となるまで再加熱して空気圧によって金型キャビティに密着させる所謂真空・圧空成形が行われていた。しかしながら、原反シートを赤外線ヒーターなどの輻射熱により再加熱して成形を行うため熱効率が悪く金型キャビティへの転写性、追随性が劣るものであった。一方で、金型キャビティへの転写性、追随性を高めるためにシートの加熱時間・温度を上げることが考えられるが、十分な温度となるまで加熱を行うとシートの自重によって垂れ下がり成形不良の原因となる。このため、転写性、追随性を改善する方法としてプラグアシストを用いる方法、空気圧を調整する方法、熱可塑性樹脂の流動性を調整する方法、金型キャビティ面を加熱する方法などが用いられている。例えば、特開２００７−１８２０３５号公報には真空・圧空成形において金型を加熱・冷却して微細凹凸からなるシボ模様を鮮明に転写することが、特開２００３−２７７５５１号公報には凹引き真空成形する工程において樹脂成形品の表面にシボ模様を転写させるために特定の材料配合からなる熱可塑性樹脂を用いる方法が、特許第３８１７８０５号公報には鏡面やシボ模様を良好に転写させるための加熱・冷却手段を有する金型構造が記載されている。

特開２００７−１８２０３５号公報特開２００３−２７７５５１号公報特許第３８１７８０５号公報

熱可塑性樹脂シートを溶融状態となるまで再加熱して金型内に配置し、シボ模様の転写面を有する金型のキャビティに前記熱可塑性樹脂シートを真空・圧空法により吸着させて樹脂成形品の表面にシボ模様を転写する従来の手段にあっては、熱可塑性樹脂シートの温度を十分に上げることが困難であるため、微細な凹凸であるシボ模様を鮮明に転写するには至っておらず、さらに金型を加熱してシボ模様を転写させる場合には熱可塑性樹脂シートの再加熱に加えて金型の加熱・冷却に時間がかかり、成形サイクルの延長を招くこととなる。

そこで本発明は、金型内に配置した熱可塑性樹脂シートを再加熱することなくその温度を十分に保持して微細な凹凸であるシボ模様を鮮明に転写することができる樹脂成形品の成形方法を提供する。

本発明に係る樹脂成形品の成形方法は、キャビティがシボ模様の転写面を有する金型を用いて、成形工程において表面にシボ模様を転写した樹脂成形品を成形する方法であって、Ｔダイから押し出した溶融状態の熱可塑性樹脂シートをローラによって送り出して金型内に配置し、次いで、金型外周に位置する型枠を金型に対して相対的に前進させて前記押し出した熱可塑性樹脂シートと密着させ、その金型のキャビティ面から真空吸引するとともに、金型内に圧力流体を導入してシボ模様の転写面を有する金型のキャビティに吸着された熱可塑性樹脂シートをその金型のキャビティに押圧して樹脂成形品の表面にシボ模様を転写した樹脂成形品を成形することを特徴とするものである。

そして、本発明に係る樹脂成形品の成形方法においては、熱可塑性樹脂を押出機で溶融混練した後、アキューム室に貯留して一定間隔でプランジャーを用いてＴダイに供給することで、Ｔダイのスリット開口面積１ｃｍ²当り５０ｋｇ／時以上の押出し速度で、かつ０．６〜６．０ｍｍの厚さのシートとして間欠的に押出し、金型のキャビティに密着させてシボ模様を転写した樹脂成形品を成形することが好適であり、さらに樹脂成形品はＴダイより押し出された１枚の熱可塑性樹脂シートから形成し、溶融状態で押し出した熱可塑性樹脂シートと表皮材をローラ間で挟圧して貼合一体化し、表皮材がシボ模様の転写面を有する金型のキャビティ側となるように金型間に垂下させ、表皮材を貼着した側の表面にシボ模様を有する多層単壁構造の樹脂成形品を成形することが好適である。

本発明において、シボ模様とは、梨地、線シボ、皮シボ、ヘアライン調、木目調などの凹凸模様をいう。また、本発明において、成形品の外表面に構成されるシボ模様は、十点平均深さＲｚ（μｍ）が２〜５００のものである。

本発明において、溶融状態で押し出した熱可塑性樹脂シートを、一端冷却させることなく、そのまま直接金型で成形する。従って、従来のサーモフォーミングによる成形方法に比べ、熱可塑性樹脂シートの肉厚方向における中間の芯層部分まで充分に塑性変形可能領域である状態で金型のキャビティに圧接密着するので、キャビティの微小凹凸形状を再現することが可能となる。特に、このような理由から、本発明は、２３０℃におけるメルトテンションが５０ｍＮ以上、好ましくは１２０ｍＮ以上であり、２００℃におけるＭＦＲが３．０〜６０ｇ／１０分、好ましくは１０〜４０ｇ／１０分の耐ドローダウン性、シボ再現性に優れた熱可塑性樹脂を押し出し、十点平均深さ２〜５００、好ましくは１０〜８０のシボ模様を有する。平均肉厚０．６〜６．０ｍｍ、好ましくは１．５〜３．０ｍｍの立体形状に成形された電子機器、住宅設備のハウジングパネルを成形する方法として好適である。

本発明は、前記技術手段により金型内に配置した熱可塑性樹脂シートを再加熱することなくその温度を十分に保持して微細な凹凸であるシボ模様を鮮明に転写することができる効果を奏するものである。

本発明の一実施の形態に係る樹脂成形品の成形方法を実施する成形装置の一例を示す全体正面図である。図１の成形装置において金型内に熱可塑性樹脂シートを配置した工程を示す正面図である。図１の成形装置において図２に示す態様から熱可塑性樹脂シートと金型のキャビティ間を型枠により閉じた工程を示す断面図である。図１の成形装置において図３に示す態様から金型を閉じて成形する工程を示す断面図である。図１の成形装置において図４の態様から金型を開いて成形品を取り出す工程を示す断面図である。図１の成形装置において成形された樹脂成形品の正面側から見た斜視図である。同上樹脂成形品の背面側から見た斜視図である。本発明の他の実施の形態に係る樹脂成形品の成形方法を実施する成形装置の断面図である。図８の態様から一対の熱可塑性樹脂シートと金型のキャビティ間を型枠により閉じた工程を示す断面図である。図９の態様から一対の熱可塑性樹脂シートをそれぞれ対応する金型のキャビティに真空吸着した工程を示す断面図である。図１０の態様から金型を閉じて成形する工程を示す断面図である。図１１の態様から金型を開いて成形品を取り出す工程を示す断面図である。

図１ないし図５において、１はアキュムレータ、２はプランジャー、３はＴダイ、４は押出機、５は熱可塑性樹脂供給ホッパ、６，６は一対のローラ、７，８は金型、９はキャビティ、１０は真空吸引室、１１は吸引孔、１２は圧力流体導入孔、１３は熱可塑性樹脂シートである。金型８のキャビティ９はシボ模様の転写面を有している。１４，１５は型枠であって金型７，８の外周に位置している。１６は樹脂成形品、１７はシボ模様である。

押出機４により熱可塑性樹脂を溶融混練した後、アキュムレータ１内のアキュム室に一時的に貯留し、一定間隔ごとにプランジャー２によってＴダイ３に供給する。Ｔダイ３より押出された溶融状態の熱可塑性樹脂シート１３は一対のローラ６，６によって挟圧されて金型７，８内に垂下させた状態で配置される（図２）。この際、熱可塑性樹脂シート１３の厚み、肉厚分布などを調整することができる。続いて、金型７，８の外周に位置する型枠１４，１５を金型７，８に対して相対的に前進させて前記垂下させた溶融状態の熱可塑性樹脂シート１３と密着させ（図３）、金型８から真空吸引することにより金型８のキャビティ９に吸着させて概ねキャビティ９の形状に沿った形状とする。次いで、熱可塑性樹脂シート１３をキャビティ９に沿わせた後に型締めを行い、金型７，８内に加圧流体を吹き込み熱可塑性樹脂シート１３を金型のキャビティ９に沿った形状に加圧形成するとともに、その表面に凹凸形状からなるシボ模様１７を転写させる。その後、金型７，８内で冷却された樹脂成形品１６は、金型７．８を開いて離型した後に外周のバリを切除して完成する。

具体的には、まずアキュムレータ１、Ｔダイ３により押出速度が設定される。アキュムレータ１に接続される押出機４の押出し能力は樹脂成形品の大きさにより適宜選択することが可能であるが、１００ｋｇ／時以上であることが成形サイクルを短縮させる観点から好ましい。また、ドローダウンの発生を防止する観点からＴダイ３からの熱可塑性樹脂シート１３の押出し工程は４０秒以内、さらに好ましくは３０秒以内に完了する必要がある。このため、アキュムレータ１のアキュム室に貯留された熱可塑性樹脂はＴダイ３のスリットの開口から１ｃｍ²当り５０ｋｇ／時以上、好ましくは６０ｋｇ／時以上で押出される。

そしてこの際、Ｔダイ３のスリット隙間を熱可塑性樹脂シート１３の押出しに併せて変動させることによりドローダウンの影響を最小限に抑えることができる。つまり、ドローダウン現象により熱可塑性樹脂シート１３の上方へ行くに従い自重により引き伸ばされて薄くなる肉厚に対して、スリット隙間を押出しの開始から徐々に広げて肉厚を熱可塑性樹脂シート１３の上方ほど厚く押出すことで、熱可塑性樹脂シート１３をその上方から下方にわたって均一な厚みに調整することができる。さらに、Ｔダイ３から押出された熱可塑性樹脂シート１３の押出速度に対してローラ６，６の回転速度を変動させることできる。Ｔダイ３からの熱可塑性樹脂シート１３の押出速度とローラ６，６による熱可塑性樹脂シート１３の送り速度との差により、Ｔダイ３とローラ６，６の間で熱可塑性樹脂シート１３を延伸させて熱可塑性樹脂シート１３の厚みを薄く調整することができる。

Ｔダイ３に供給された熱可塑性樹脂は図示しないＴダイ３本体のマニホールドから樹脂流路を通ってスリットから熱可塑性樹脂シート１３として押出される。Ｔダイ３本体は、一対のダイを重ね合わせてなり、Ｔダイ３本体の先端部分において一方のダイリップおよび他方のダイリップがスリット隙間をもって対向しており、スリット隙間の間隔はスリット隙間調製装置１９により設定される。スリット隙間により押出される熱可塑性樹脂シート１３の厚みが決定される。具体的には、Ｔダイ３から０．６〜６．０ｍｍの厚さの熱可塑性樹脂シート１３として押し出される。

Ｔダイ３本体のスリット隙間調整装置１９としては熱膨張式または機械式があり、その両方の機能を併せ持つ装置を用いることが好ましい。スリット隙間調整装置１９はスリットの幅方向に沿って等間隔に複数配置され、スリット隙間調整装置１９によってスリット隙間を狭くしたり、広くしたりすることで幅方向における熱可塑性樹脂シート１３の厚みを均一なものとする。

機械式の調整手段として具体的には、図示しない一方のダイリップに向けて進退自在に設けたダイボルトを有し、その先端に圧力伝達部を介して調整軸が配置されている。調整軸には締結ボルトにより係合片が結合されており、係合片は一方のダイリップに連結されている。ダイボルトを前進させると圧力伝達部を介して調整軸が先端方向に押出されて一方のダイリップが押圧される。これにより、ダイリップは凹溝の部位で変形されてスリット隙間が狭くなる。スリット隙間を広くするにはこれと逆にダイボルトを後退させる。さらに、上記機械式の調整手段に合わせて熱膨張式の調整手段を用いることで精度良くスリット隙間を調整することができる。具体的には、図示しない電熱ヒーターにより調整軸を加熱して熱膨張させることで一方のダイリップが押圧され、スリット隙間が狭くなる。また、スリット隙間を広くするには電熱ヒーターを停止させ、図示しない冷却手段により調整軸を冷却して収縮させる。

金型内７，８に垂下された熱可塑性樹脂シート１３は、ドローダウン、ネックインなどにより肉厚のバラツキが発生することを防止するためその厚み、押出し速度、押出し方向の肉厚分布などを別個に調整することが必要である。

金型７，８内に垂下させる熱可塑性樹脂シート１３はドローダウン、ネックインなどにより肉厚のバラツキが発生することを防止する観点から溶融張力の高い樹脂材料を用いることが好ましく、一方でシボの転写性を良好とするため流動性の高い樹脂材料を用いることが好ましい。具体的には、２３０℃におけるメルトテンション（株式会社東洋精機製作所製メルトテンションテスターを用い、余熱温度２３０℃、押出速度５．７ｍｍ／分で、直径２．０９５ｍｍ、長さ８ｍｍのオリフィスからストランドを押し出し、このストランドを直径５０ｍｍのローラに巻き取り速度１００ｒｐｍで巻き取ったときの張力を示す）が５０ｍＮ以上であり、２００℃におけるＭＦＲ（ＪＩＳＫ−７２１０に準じて試験温度２００℃、試験荷重２．１６ｋｇにて測定）が３．０〜６０ｇ／１０分、さらに好ましくは３０〜５０ｇ／１０分の樹脂材料を用いる。例えば、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体、ポリスチレン、高衝撃ポリスチレン（ＨＩＰＳ樹脂）、アクリロニトリル・スチレン共重合体（ＡＳ樹脂）またはその混合物を使用することができる。

図６および７図に示すように、本発明に係る製造方法により形成される樹脂成形品１６は単壁構造でありシボ模様１７が転写されている。そしてこの樹脂成形品１６はバスエプロンなどの浴室パネル、各種機器のハウジングパネルなどとして用いることができる。

なお図示しないが、樹脂成形品１６には表皮材を施すことにより複数の異なる樹脂からなる多層構造とすることができる。表皮材は外観性向上、装飾性、成形品と接触する物の保護を目的として構成されるものである。表皮材の形態はシート、フィルムなどであり、印刷層が外面に付された樹脂シート、透明または着色した樹脂シート、合成皮革等が使用できる。表皮材の素材としては、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリウレタン、アクリル樹脂、熱可塑性エラストマーが挙げられる。表皮材を樹脂成形品の表面に貼着させるには、溶融状態で押し出された熱可塑性樹脂シート１３を一対のローラ６，６間で挟圧して送り出す際に表皮材を同時にローラ６，６間に送り込む。これにより、熱可塑性樹脂シート１３と表皮材とを熱溶着により貼合一体化することができ、その後は前記成形工程と同様に表皮材をラミネートした熱可塑性樹脂シート１３を表皮材がシボ模様の転写面を有する金型８のキャビティ９側となるように金型７，８間に垂下させて、キャビティ９に真空吸着させるとともに加圧流体によって押圧して樹脂成形品の表皮材を貼着した側にシボ模様を転写することができる。なお、表皮材は熱可塑性樹脂シート１３とローラ６によって熱溶着される際に軟化点温度まで昇温されたものと考えられる。表皮材の引張強度は、立体形状再現性及び成形性の観点から、１５ｋｇ／ｃｍ²以上であることが好ましく、伸度は、３０％以上であることが好ましい。なお、かかる引張強度及び伸度の値は、温度２０℃においてＪＩＳ−Ｋ−７１１３に準拠して測定したものである。

本発明に係る樹脂成形品の成形方法は、図８ないし図１２に示すように、一対の熱可塑性樹脂シート１３，１３により中空二重壁構造の樹脂成形品１８を前記成形態様と同様に成形することができる。この場合において中空二重壁構造の樹脂成形品１８にはその両方の壁の表面にシボ模様を転写することも、またいずれか一方の壁の表面にシボ模様を転写することも可能である。なお、図１に示す構成と同等の箇所には同符号を付して説明を省略する。

１アキュムレータ
２プランジャー
３Ｔダイ
４押出機
５熱可塑性樹脂供給ホッパ
６，６一対のローラ
７，８金型
９キャビティ
１０真空吸引室
１１吸引孔
１２圧力流体導入孔
１３熱可塑性樹脂シート
１４，１５型枠
１６樹脂成形品
１７シボ模様
１８中空二重壁構造の樹脂成形品
１９スリット隙間調整装置

Claims

キャビティがシボ模様の転写面を有する金型を用いて、成形工程において表面にシボ模様を転写した樹脂成形品を成形する方法であって、
Ｔダイから押し出した溶融状態の熱可塑性樹脂シートをローラによって送り出して金型間に垂下させ、
次いで、前記金型の外周に位置する型枠を前記金型に対して相対的に前進させて前記型枠を前記熱可塑性樹脂シートに密着させ、前記金型のキャビティ面から真空吸引し、
前記金型内に圧力流体を導入しシボ模様の転写面を有する前記金型のキャビティに吸着された前記熱可塑性樹脂シートを前記金型のキャビティに押圧して樹脂成形品の表面にシボ模様を転写した樹脂成形品を成形する
ことを特徴とする樹脂成形品の成形方法。
２３０℃におけるメルトテンションが５０ｍＮ以上、好ましくは１２０ｍＮ以上であり、２００℃におけるメルトフローレートが３．０〜６０ｇ／１０分、好ましくは１０〜４０ｇ／１０分の熱可塑性樹脂を前記Ｔダイから押し出すことを特徴とする請求項１記載の樹脂成形品の成形方法。
熱可塑性樹脂を押出機で溶融混練した後、アキューム室に貯留して一定間隔でプランジャーを用いて前記Ｔダイに供給することで、前記Ｔダイのスリット開口面積１ｃｍ²当り５０ｋｇ／時以上の押出し速度で、かつ０．６〜６．０ｍｍの厚さのシートとして間欠的に前記Ｔダイから前記熱可塑性樹脂シートを押し出すことを特徴とする請求項１または請求項２記載の樹脂成形品の成形方法。
前記樹脂成形品は前記Ｔダイより押し出された１枚の熱可塑性樹脂シートから形成し、前記Ｔダイから押し出した前記熱可塑性樹脂シートと表皮材をローラ間で挟圧して貼合一体化し、表皮材がシボ模様の転写面を有する前記金型のキャビティ側となるように前記金型間に垂下させ、表皮材を貼着した側の表面にシボ模様を有する多層単壁構造の樹脂成形品を成形することを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１項に記載の樹脂成形品の成形方法。