JP5784893B2

JP5784893B2 - 熱可塑性樹脂成形品

Info

Publication number: JP5784893B2
Application number: JP2010235011A
Authority: JP
Inventors: 浩一郎小田
Original assignee: Ono Sangyo Co Ltd
Current assignee: Ono Sangyo Co Ltd
Priority date: 2010-10-20
Filing date: 2010-10-20
Publication date: 2015-09-24
Anticipated expiration: 2030-10-20
Also published as: JP2012086453A

Description

本発明は、熱可塑性樹脂成形品に関し、更に具体的には、成形品の低光沢化や光拡散性付与に関するものである。

自動車の計器類のカバー等においては、反射による視認性の低下を防止して安全性を確保するために、低光沢の材料が利用される。通常、何ら表面処理を施していない射出成形品は光沢があり、上述した低光沢材料として利用するには不向きである。そこで、従来より、樹脂成形品を低光沢化するための各種技術が提案されている。

低光沢化の手段としては、まず、成形品の表面に塗料等を塗布して低光沢層を形成する方法がある。例えば、下記特許文献１には、ポリオレフィン系樹脂からなる被塗装物に、平均粒径が７〜３０μｍの硬質樹脂粒子と軟質樹脂粒子を含む艶消し塗料組成物を塗布することが開示されている。また、金型表面に微細パターンを設け、成形品に転写するナノインプリントを利用して低光沢性を付与する手法がある。該ナノインプリントを利用した樹脂成形体の製造方法及び装置としては、例えば、下記特許文献２に示す技術がある。更に、下記特許文献３及び特許文献４に示すように、射出成形用金型のキャビティ面をＳＣ系素材で形成し、その表面部にイオン窒化処理により窒化層を形成するとともに微細な凹凸を形成することで、該凹凸を転写して射出成形品を低光沢化（低グロス化）する技術も提案されている。

特開２００３−５５５９７号公報特開２００７−２８３７１４号公報特開平８−３３６８４２号公報特開平９−５７７５７号公報

しかしながら、以上のような背景技術では、次のような不都合がある。まず、特許文献１に示すような塗料を塗布する手法では、射出成形後に塗布する手間がかかるほか、環境面への影響を考慮したＶＯＣ（揮発性有機化合物）排出規制がかかってくる。また、ナノインプリントを利用した手法は、本来フィルムへの凹凸転写向きの技術であり、この技術を金型に転用すると、金型の製造コストが高くなってしまうため、射出成形には不向きである。更に、特許文献３及び特許文献４に示すイオン窒化による低光沢化では、作業工程が複雑であり、生産効率が低いという不都合がある。

本発明は、以上のような点に着目したもので、低光沢化（ないし反射防止化）され、あるいは、光拡散性が付与された熱可塑性樹脂成形品を提供することを、その目的とする。

本発明の熱可塑性樹脂成形品は、キャビティ面の少なくとも一部にシボ加工が施されており、前記キャビティ面の温度を調節するための温度調節機構を備えた射出成型用金型から得られる熱可塑性樹脂成形品であって、前記金型の型締めによって形成されたキャビティを前記温度調節機構により加熱した状態で、該キャビティに溶融状態の熱可塑性樹脂を充填し、該充填の完了後に、前記温度調節機構によって前記キャビティを冷却し、該冷却後に金型を型開きして取り出される成形品に形成されるシボ表面は、上層側ほど凹凸が小さくなる２段以上の凹凸からなり、かつ、最上層の凹凸が、微細な鋭角形状の無数の凹凸であって、前記シボ表面の３次元表面粗さパラメータにおいて、算術平均粗さＳａが、１μｍ≦Ｓａ≦１０μｍであり、表面高さ分布の偏り度Ｓｓｋが、−１≦Ｓｓｋ≦０、とすることで、Ｇ値が、１．０以下の低光沢性を有することを特徴とする。

主要な形態の一つは、前記シボ表面の３次元表面粗さパラメータにおいて、表面高さ分布の尖り度Ｓｋｕが、３≦Ｓｋｕ≦８、であることを特徴とする。本発明の前記及び他の目的，特徴，利点は、以下の詳細な説明及び添付図面から明瞭になろう。

本発明によれば、キャビティ面の少なくとも一部にシボ加工が施されており、前記キャビティ面の温度を調節するための温度調節機構を備えた射出成型用金型を利用し、前記金型の型締めによって形成されたキャビティを前記温度調節機構により加熱した状態で、該キャビティに溶融状態の熱可塑性樹脂を充填し、該充填の完了後に、前記温度調節機構によって前記キャビティを冷却し、該冷却後に金型を型開きして取り出される成形品に形成されるシボ表面が、上層側ほど凹凸が小さくなる２段以上の凹凸を有し、かつ、最上層の凹凸が、微細な鋭角形状の無数の凹凸であって、前記シボ表面の３次元表面粗さパラメータにおいて、算術平均粗さＳａ，表面高さ分布の偏り度Ｓｓｋを所定の数値範囲内とすることで、Ｇ値が、１．０以下の低光沢性を有する熱可塑性樹脂成形品を得ることができる。

本発明の実施例１の射出成形装置の主要部を示す断面図である。前記実施例１の金型を利用して成形された熱可塑性樹脂成形品の表面の一部を拡大して示す断面図である。前記実施例１の実験例と比較例のＳＥＭ画像及び３次元表面粗さパラメータ計測の結果を示す図である。前記実施例１の実験例の３次元表面粗さパラメータ計測の結果を示す図である。前記実施例１の実験例の３次元表面粗さパラメータ計測の結果を示す図である。比較例の３次元表面粗さパラメータ計測の結果を示す図である。比較例の３次元表面粗さパラメータ計測の結果を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態を、実施例に基づいて詳細に説明する。

最初に、図１〜図７を参照しながら、本発明の実施例１を説明する。図１は、本発明の金型を利用した射出成形装置の主要部を示す断面図，図２は、本実施例の金型を利用して成形された熱可塑性樹脂成形品の表面の一部を拡大して示す断面図である。また、図３は、本実施例の実験例と比較例のＳＥＭ画像及び３次元表面粗さパラメータ計測の結果を示す図である。図４及び図５は、本実施例の実験例の３次元表面粗さパラメータ計測の結果を示す図，図６及び図７は、比較例の３次元表面粗さパラメータ計測の結果を示す図である。図１に示す射出成形装置は、本実施例の金型１０と、射出装置２０と、図示しない型締機構により構成されている。前記金型１０は、固定型１２と、該固定型１２に対して進退可能な可動型１４が型締機構により開閉可能な分割構造となっている。これら固定型１２と可動型１４の内側には、成形材料（溶融状態の樹脂）が充填されるキャビティ１６が形成される。

前記固定型１２には、前記射出装置２０に設けられたノズル２２から供給される溶融樹脂の流入通路であるゲート１８が設けられており、該ゲート１８を通じて前記キャビティ１６に溶融樹脂が射出充填される。また、前記固定型１２と可動型１４には、それぞれ、前記キャビティ１６内の温度を調節するための熱媒体の流路２４が複数設けられている。該流路２４は、温度調節装置２６に接続されており、該流路２４を流れる媒体の切り替えが制御される。例えば、前記キャビティ１６を加熱するときには媒体として飽和蒸気が流れ、キャビティ１６を冷却するときには媒体として冷水が流れるようにするという具合である。

本実施例では、可動型１４側のキャビティ面３０に凹凸加工（シボ加工）が施されている。該キャビティ面３０は、図１に示すように、凹凸が粗い第１のシボ加工部３２上に、該第１のシボ加工部３２よりも凹凸が細かい第２のシボ加工部３４が形成された２段構成となっている。第２のシボ加工部３４は、第１のシボ加工部３２の凸部上のみでなく、凹部上にも形成されている。このようなキャビティ面３０を有する金型１０を利用して成形された熱可塑性樹脂成形品４０に形成されるシボ表面４２は、図２(A)及び(B)に示すように、凹凸が小さい上層側（表面側）の凹凸４６と、該凹凸４６よりも凹凸が粗い下地側の凹凸４４からなる２段構成となっている。前記上層側の凹凸４６は、微細な鋭角形状であって無数に形成されている。前記熱可塑性樹脂成形品４０のシボ表面４２の３次元表面粗さパラメータにおいて、算術平均粗さＳａを、１μｍ≦Ｓａ＜１０μｍとし、表面高さ分布の偏り度Ｓｓｋを、−１≦Ｓｓｋ≦０とし、表面高さ分布の尖り度Ｓｋｕを、３≦Ｓｋｕ≦８となるように設定すると、低光沢性ないし光拡散性を有する熱可塑性樹脂成形品が得られる。

更に、前記上層側の凹凸４６の大きさは、高さＨｂ及び幅Ｗｂが、１μｍ≦Ｈｂ＜１０μｍ，１μｍ≦Ｗｂ＜１０μｍの範囲を満たし、好ましくは、１μｍ≦Ｈｂ＜５μｍ，１μｍ≦Ｗｂ＜５μｍを満たすようにするとよい。また、前記下地側の凹凸４４と上層側の凹凸４６の大きさは、図２(B)に示すように、上層側の鋭角状の凹凸４６の高さＨｂと下地側の凹凸４４の高さＨａの比が、Ｈａ／Ｈｂ＝２〜７となり、かつ、鋭角形状の凹凸４６の幅Ｗｂと下地側の凹凸４４の幅Ｗａの比が、Ｗａ／Ｗｂ＝２０〜３０となるように設定される。例えば、鋭角形状の凹凸４６（細かいシボ）の幅Ｗｂが３μｍ，高さＨｂが４μｍであり、下地側の凹凸４４（粗いシボ）の幅Ｗａが７０μｍ，高さＨａが１３μｍの場合には、前記高さの比Ｈａ／Ｈｂは３．２５、幅の比Ｗａ／Ｗｂは２３．３３であり、上述した範囲内となる。なお、以上のようなシボ表面４２の３次元表面粗さパラメータ及び鋭角形状の凹凸４６の高さ及び幅の数値範囲は、後述する実験例を根拠として定めたものである。

次に、本実施例の射出成形方法を説明する。まず、図示しない型締機構により固定型１２と可動型１４を型締めし、温度調節装置２６によって流路２４に加熱用の媒体を流し、キャビティ１６内を所定の温度となるように加熱する。この状態で、前記射出装置２０から、前記ノズル２２及びゲート１８を介して、キャビティ１６に溶融状態の樹脂を射出充填する。前記樹脂としては、公知の各種の熱可塑性樹脂が利用可能である。前記充填工程時に、キャビティ１６を加熱しておくことにより、第１のシボ加工部３２及び第２のシボ加工部３４のそれぞれの凹凸の内側に隙間なく樹脂が入り込む。充填が完了したら、前記温度調節装置２６により、流路２４を流れる媒体を、加熱用媒体から冷却用媒体に切り替えてキャビティ１６を冷却する。

冷却が完了したら、型締機構により金型１０を開き、第１のシボ加工部３２及び第２のシボ加工部３４のパターンが転写された熱可塑性樹脂成形品４０を離型する。このとき、前記充填工程において凹凸の内側に隙間なく樹脂を流し込み、その後の冷却工程によってキャビティ１６を冷却しているため、良好なパターンの転写とスムースな離型が可能となる。以上のようにして形成された射出成形品の表面の一部には、上述した２段のシボ加工が転写されているため、射出成形後に追加の工程を設けることなく低光沢性が付与されている。このような低光沢性を有する成形品は、例えば、自動車の計器類のカバーとして利用することで、良好な視認性を確保することができる。

＜実験例＞・・・次に、図３〜図７を参照しながら、本発明の実験例について説明する。まず、図３を参照しながら、上層の凹凸４６と下地側の凹凸４４の寸法について検討する。図３(A)には、比較例ＣのＳＥＭ画像が示されており、図３(B)には、本実施例のサンプルＳのＳＥＭ画像が示されている。また、図３(C)には、比較例Ｃの３次元表面粗さパラメータ計測の結果が示され、図３(D)には、サンプルＳの３次元表面粗さパラメータ計測の結果が示されている。比較例Ｃは、下地側の凹凸４４のみを形成した熱可塑性樹脂成形品に相当するものである。なお、３次元表面粗さパラメータ計測には、カールツァイス社製のレーザ顕微鏡「ＬＳＭ５ＰＡＳＣＡＬ」を使用した。また、３次元表面粗さパラメータ計測の結果と合わせて、６０°光沢を測定する光沢計であるコニカミノルタセンシング株式会社製の「ＵＮＩＧＬＯＳＳ６０」によって測定したグロス値を示した。これらの結果を見ると、上層側の鋭角形状の凹凸４６は、高さＨｂと幅Ｗｂが、１μｍ≦Ｈｂ＜１０μｍ，１μｍ≦Ｗｂ＜１０μｍの範囲を満たし、好ましくは、１μｍ≦Ｈｂ＜５μｍ，１μｍ≦Ｗｂ＜５μｍを満たすようにするとよい。また、前記鋭角形状の凹凸４６に対し、下地側の凹凸４４の高さＨｂの比率が２〜７倍（Ｈａ／Ｈｂ＝２〜７であり、かつ、幅の比率が２０〜３０倍（Ｗａ／Ｗｂ＝２０〜３０）である。

次に、本実施例の加熱制御を行った実験例と、加熱制御を行わない比較例について、比較検討を行った。図４(A)〜(F)には、本実施例の射出成形方法によって加熱・冷却の制御を行って成形した熱可塑性樹脂成形品のサンプル１〜６についての３次元表面粗さパラメータ計測の結果が示され、図５(A)〜(F)には、同じくサンプル７〜１２についての３次元表面粗さパラメータ計測の結果が示されている。また、図６(A)〜(F)には、温度制御をしない場合の比較例１〜６の３次元表面粗さパラメータ計測の結果が示され、図７(A)〜(F)には、同じく比較例７〜１２についての３次元表面粗さパラメータ計測の結果が示されている。これらサンプル１〜１２及び比較例１〜１２は、いずれも下地側の凹凸と上層側の凹凸の２段の凹凸からなるシボ表面を有している。

前記サンプル１〜１２については、溶融樹脂の射出充填時及び充填完了後の冷却工程におけるキャビティ１６の温度を、前記温度制御装置２６によって制御した。例えば、溶融樹脂としてＡＢＳ樹脂を用いた場合には、射出充填時には、ＡＢＳ樹脂の荷重たわみ温度以上（例えば１３０℃以上）とし、充填完了後の冷却工程においては、ＡＢＳ樹脂の荷重たわみ温度以下（例えば４０℃以下）となるように制御を行った。また、比較例１〜１２については、キャビティ１６の温度を５０℃で一定とした。なお、前記比較例１〜１２は、温度制御以外については、前記サンプル１〜１２と同様の手法により成形したものとする。また、前記図４〜図７の３次元表面粗さパラメータの計測には、前記図３の３次元表面粗さパラメータ計測と同じ装置を使用し、これらの計測結果と合わせて、前記Ｇ値を示した。

まず、図４(A)〜(F)及び図５(A)〜(F)の結果を見ると、サンプル８，９，１０，１１でＧ値が０．６となっており、サンプル１，２，５，７，１２でＧ値が０．５となっており、サンプル３，４，６，でＧ値が０．４となっており、全てのサンプルについてＧ値が１．０以下の低光沢性を示している。これらの結果を考慮すると、シボ表面４２の３次元表面粗さパラメータにおいて、
算術平均粗さＳａが、１μｍ≦Ｓａ＜１０μｍ，
表面高さ分布の偏り度Ｓｓｋが、−１≦Ｓｓｋ≦０，
表面高さ分布の尖り度Ｓｋｕが、３≦Ｓｋｕ≦８，
の範囲を満たすようにすると、低光沢性を付与できることが確認できた。前記算術平均粗さＳａが１０μｍ以上になると、凹凸による離型に問題が生じることが確認された。

これに対し、図６(A)〜(F)及び図７(A)〜(F)の結果を見ると、比較例１〜１２の全てにおいてＧ値が１以上となっている。これは、前記表面高さ分布の偏り度Ｓｓｋが０より大きくなると、表面凹凸の高さ分布が平均面に対して下側に偏っていることを表し、シボの転写が浅く表面の凹凸が下側に偏り、低光沢性が十分に発揮されていないことが確認できた。これらの結果から、前記金型１０を用いた射出成形においては、射出充填時の加熱と充填完了後の冷却という温度制御により、キャビティ面３０のシボ加工の転写が良好に行われることが確認された。

このように、実施例１によれば、次のような効果がある。
(1)キャビティ面３０にシボ加工が施されている金型１０を利用して成形した熱可塑性樹脂成形品４０の表面に形成されるシボ表面４２が、下層側の粗い凹凸４４と、上層側の細かい鋭角形状の無数の凹凸４６からなる２段構成となっており、前記シボ表面４２の３次元表面粗さパラメータにおいて、算術平均粗さＳａ，表面高さ分布の偏り度Ｓｓｋ，表面高さの尖り度Ｓｋｕを所定の数値範囲内としたので、熱可塑性樹脂成形品４０を低光沢化することができる。
(2)前記金型１０に、キャビティ１６内の温度を調節するための媒体の通路となる流路２４を設け、該流路２４を温度調節装置２６に接続するとともに、キャビティ面３０に、粗い凹凸を有する第１のシボ加工部３２と設け、該第１のシボ加工部３２上の全面に、該第１のシボ加工部３２よりも凹凸が細かい第２のシボ加工部３４を設ける。そして、射出充填時にキャビティ１６を加熱して第１のシボ加工部３２及び第２のシボ加工部３４の凹凸の内側まで溶融樹脂を入れ込み、充填完了後はキャビティ１６を冷却することとしたので、シボ加工部３２，３４の凹凸パターンが確実に熱可塑性樹脂成形品４０に転写されるとともに、金型１０からの成形品の離型をスムースに行うことができる。

なお、本発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることができる。例えば、以下のものも含まれる。
(1)前記実施例では、熱可塑性樹脂成形品４０のシボ表面４２を構成する下層の凹凸４４は波型，上層側の細かい凹凸４６は断面略３角形の鋭角形状としたが、これらの形状は一例であり、必要に応じて適宜変更してよい。また、規則的形状ではなく、ランダムな形状であってもよい。更に、凹凸４４，４６の寸法も一例であり、上述した範囲内であれば、必要に応じて適宜変更可能である。
(2)前記実施例では、可動型１４側のキャビティ面３０にのみ第１のシボ加工部３２及び第２のシボ加工部３４を設けることとしたが、これも一例であり、固定型１２側にも設けるようにしてもよいし、キャビティ１６の内面のいずれか必要な部分にのみ成形品の用途に応じて形成するようにしてよい。

(3)前記実施例では、熱可塑性樹脂成形品４０のシボ表面４２として、下層側の凹凸４４上に上層側の凹凸４６を形成した２段構造としたが、これも一例であり、３段以上の凹凸からなるシボ表面を形成してもよい。
(4)成形材料として黒色の樹脂を利用すると、上述した実施例のように低光沢性を有する成形品が得られるが、他の色の樹脂を利用してもよい。あるいは、透明の樹脂を利用することにより、転写された凹凸パターンによる光の乱反射が可能となるため、光拡散性を有する成形品として利用してもよい。光拡散性を有する成形品は、側面から入射させた光をシボ表面で拡散させることにより、例えば、導光板などの用途に適用可能である。また、上述した透明や黒色は一例であり、成形品の用途等に応じた低光沢性や光拡散性を付与することができるものであれば、他の色とすることを妨げない。
(5)前記実施例では、加熱方法として、流路２４に飽和蒸気を流す方法を利用することとしたが、これも一例であり、熱媒体として飽和蒸気の他に加圧水や加熱オイルを流すようにしてもよいし、電熱ヒーターを用いる方法や誘導加熱により加熱する方法、あるいは、炎を加熱する方法を用いるようにしてもよい。更に、それらの方法を組み合わせるようにしてもよい。冷却方法についても同様に、前記実施例以外の方法を用いてよい。
(6)前記実施例で示した低光沢性の成形品の用途は一例であり、本発明は、低光沢性ないし光拡散性を有する射出成形品の成形全般に適用可能である。

１０：金型
１２：固定型
１４：可動型
１６：キャビティ
１８：ゲート
２０：射出装置
２２：ノズル
２４：流路
２６：温度調節装置
３０：キャビティ面
３２：第１のシボ加工部
３４：第２のシボ加工部
４０：熱可塑性樹脂成形品
４２：シボ表面
４４，４６：凹凸
Ｈａ，Ｈｂ：高さ
Ｗａ，Ｗｂ：幅

Claims

キャビティ面の少なくとも一部にシボ加工が施されており、前記キャビティ面の温度を調節するための温度調節機構を備えた射出成型用金型から得られる熱可塑性樹脂成形品であって、
前記金型の型締めによって形成されたキャビティを前記温度調節機構により加熱した状態で、該キャビティに溶融状態の熱可塑性樹脂を充填し、該充填の完了後に、前記温度調節機構によって前記キャビティを冷却し、該冷却後に金型を型開きして取り出される成形品に形成されるシボ表面は、
上層側ほど凹凸が小さくなる２段以上の凹凸からなり、かつ、最上層の凹凸が、微細な鋭角形状の無数の凹凸であって、
前記シボ表面の３次元表面粗さパラメータにおいて、
算術平均粗さＳａが、１μｍ≦Ｓａ≦１０μｍであり、
表面高さ分布の偏り度Ｓｓｋが、−１≦Ｓｓｋ≦０、
とすることで、
Ｇ値が、１．０以下の低光沢性を有することを特徴とする熱可塑性樹脂成形品。
前記シボ表面の３次元表面粗さパラメータにおいて、
表面高さ分布の尖り度Ｓｋｕが、３≦Ｓｋｕ≦８、
であることを特徴とする請求項１記載の熱可塑性樹脂成形品。