JPH0127849B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は外観の良好な熱成形品及び中空成形品
の製法に関するものである。 従来の成形技術で熱可塑性樹脂シートを真空成
形または加圧成形などの熱成形する場合又は熱可
塑性樹脂を中空成形する場合、シートにダイライ
ン等の不良が発生してそれが残つていると熱成形
品にしてもダイライン等が残り良好な外観の成形
品は得られない。またハイインパクトポリスチレ
ンのようなゴム状物質が混在するなどの樹脂ある
いはポリエチレンなどの結晶性樹脂のシートは押
出成形時のダイスエルで表面が荒れるのでこれら
のシートを用いて熱成形しても良好な熱成形品は
得られない。しかるに外観の良好な熱成形品を得
ようとすればシートの外観をグレザー掛けするな
どで良好なシートを作りこれを金型面にはふれな
いように金型の接触面とは反対面になるようにし
て熱成形して成形品を得るようにしているが、い
まだ満足な外観（光沢等）のある熱成形品が得ら
れていない。また、シートを加熱するといわゆる
つやもどり現象が起り外観をそこない十分満足な
成形品は得られない。また押出中空成形において
も同様にシートの代りにパリソンを押出すときに
ダイラインおよびダイスエルによるパリソンの肌
荒れが起るのでこれを中空成形しても良好な外観
の成形品は得られない。 上記欠点を除くため従来は外観をよくするため
熱成形ではグレザー掛けを行ないシートの表面を
平滑にしこれを成形品の必要面に出来るだけつや
もどりのないようにして保つ。そのため例えば電
気冷蔵庫の内箱では雌型を使用しシートはグレザ
ー面を上にして成形し成形品は内側が光沢面とな
る。また光沢を得るために表面に単一系ポリマー
（例えばGPポリスチレンあるいはアクリル樹脂）
をはり合せてこれを表面になるようにして成形品
を得る複合シートを用いるなどである。またロー
ル面を転写しているシートもある。また中空成形
で積層中空成形品を得る方法もある。これらは装
置の複雑化あるいははり合せ技術更には異なる樹
脂を使用するのでシートあるいはパリソンの押出
条件またシートの熱成形、パリソンの中空成形時
の条件巾が異るため、それに係る研究、経験ある
いは技術の積重ねを要するもので容易にできるも
のではない。更にいずれの方法でもダイラインは
残るものである。本発明者等は上記欠点を解決す
るため鋭意研究の結果、従来の煩雑な方法とは異
なり通常の押出成形でダイライン又は肌荒れが残
つているシート又はパリソンを用いても外観の良
好な熱成形品又は押出中空成形品を得ることに成
功した。 すなわち、本発明は熱可塑性樹脂成形又は中空
成形において、内面もしくは外面の１部又は全部
の光沢度GS（60゜）（ASTM D523）が少なくとも
80％、好ましくは90％以上、更に好ましくは94％
以上である熱成形方法及び中空成形方法を提供す
ることにある。 本発明の特徴は、従来外観の良好な成形品を得
ようとする場合外観の良好なシート又はパリソン
を作成してこの面を成形品に出したのに対し、金
型面を忠実に成形品に再現して熱成形品の外観面
にしたものである。しかし金型面を成形品に再現
するには金型の温度を樹脂の耐熱温度以上の高温
にすればよいが、ヒーターなどで常時高温にして
おくと冷却ができず成形品は得られない又１時点
に高温にしようとしても加熱、冷却とそれぞれ時
間およびエネルギーがかかり、１個の成形品を作
るには長時間を要するがこれを短時間で取り出し
成形品としても変形等が起り実使用ができない。
そこで金型の加熱は金型の表面のみを選択的かつ
瞬間的に加熱でき、更に表面だけであるので冷却
時間も短時間で金型を急速加熱、急速冷却可能な
方法として高周波誘導加熱で金型を加熱する方法
を採用した。 本発明において、「表面選択的加熱」とは、高
周波誘導加熱を用いて金型の表層部のみを瞬間的
に加熱することを意味する。かかる瞬間的加熱は
高周波誘導加熱という特殊の加熱方法を用いるこ
とにより可能となつたものであり、本発明の目的
を達成するためには金型表層部近傍の温度が短時
間に昇温（好ましくは樹脂の熱変形温度以上）さ
れることが必要である。具体的な昇温速度は用い
られる樹脂材料の熱変形温度、これに対応して適
宜定められる金型から成形品をはずす離型時の金
型温度等を樹脂毎に勘案して定められるが、通常
80℃／分以上、好ましくは480℃／分以上、更に
好ましくは1200℃／分以上の昇温速度で所定の温
度に加熱するのがよい。このような瞬間加熱方法
によれば、金型内部に熱が伝導されることにより
金型全体が高温となることなく、表面付近のみが
樹脂変形温度以上に昇温されるので除熱に際して
は極めて短時間でこれを行うことができ、成形サ
イクルを短時間にすることができる。又高周波誘
導加熱するためのインダクターは、銅管を金型に
はわす様な形状にして、該形状を固定するため及
び絶縁するため、エポキシ樹脂等で固化又は石綿
テープでまいたものを、エポキシ樹脂等で硬化さ
せたものを使用している。しかし単純にインダク
ターを金型に内蔵（埋設）した場合、インダクタ
ーに近接する金型全てが加熱され金型内部が加熱
される。又は、高周波発振機の出力容量にもよる
が、金型の大きさに比較し不必要な部分（金型内
部）も加熱するために発振機が過負荷（オーバ
ー・ロード）になり、オーバーロード遮断機が作
動し、高周波発振が停止するため、金型の必要部
分も加熱できない事態になる。そこで本発明者達
は高周波誘導加熱により加熱されるものは選択性
が有ることに着目各種検討した結果非磁性金属材
料を金型材料に応用することに着目した。即ち成
形品表面部を形成する金型部分を高周波誘導加熱
される鋼材（Ｓ―45C、Ｓ―55C、NAK材等鉄を
主成分とする金型材）を利用し、加熱不用部分を
非磁性金属材料で製造することを発見した。更に
非磁性金属材料はBe―Cu材等のベリリユーム銅
以外の材料はやわらかく母型材として耐久性の点
から、必らずしも適正な金型材とはいえず、本点
に関しても各種検討した結果、インダクターと加
熱不用金型材部との間に上記非磁性金属材料の薄
層を設置することにより高周波を遮蔽することも
発見した。 本発明における薄層とは0.5mm厚以上の厚さが
あれば本目的上充分の遮蔽効果が有り、0.5mm以
下の薄層、例えば0.1mmのAl箔であればAl箔が加
熱溶融し高周波の遮蔽層を形成しない。 換言すると、高周波誘導加熱する金型において
インダクターを金型内に内蔵せしめ、該金型にお
ける成形品表面を形成させるべき金型面付近のみ
を選択的に加熱可能ならしめるため該インダクタ
ーに接する金型材において加熱不用方向の金型材
とインダクターとの間に高周波遮蔽層をもうけた
金型を用い、高周波誘導加熱を利用し金型を急加
熱急冷却可能ならしめた成形方法および該装置が
有効である。 非磁性金属材料とはCu、Al、Be、もしくはこ
れら金属を主成分とする合金をいい、黄銅、ベリ
リユーム銅等の合金も含まれる。非磁性材料とし
て陶器、ガラス、木材等もあるがいずれも金型材
として耐久性、熱伝導性が良くないこと等より本
発明の金型材としてはかならずしも有利ではな
い。 本発明において用いられることのできる高周波
発振装置の発振方式は電動発電機式、電子管式、
サイリスターインバータ式発振器である。周波数
は50Hz〜10MHzのものが利用できるが、実用的
には１〜1000KHzのものが便利である。高周波
発振器の出力は１〜5000KW程度のものが利用で
き加熱する金型の大きさ、加熱したい温度、加熱
スピードにより応じて適宜決定される。尚、高周
波誘導加熱による発熱量Ｐは次式により計算され
る。 Ｐ＝8π⁵a⁴f²μ_s ²n²I²／ρ×10^-4 （Ｐ：発熱量；ａ：コイル半径；ｆ：周波数；
μ_s：比透磁率；ｎ：コイル巻数／ｍ；Ｉ：コイル
に流れる電流；ρ：固有抵抗） 例えば、Ｓ―45Cの金型及び５mm径の銅パイプ
５mm間隔で渦巻状に巻いたインダクターを利用
し、金型とインダクターとの間隔を１cmに保ち、
400KHzの発振器を利用し、加熱温度を通常成形
時の金型温度（約40〜90℃）より40℃〜50℃高温
に昇温させ、且加熱時間を10〜15Secに設定する
場合の発振器の出力は、成形品の単位表面積当り
0.1〜10KW／cm²である。 0.1KW／cm²以下の場合は、金型昇温スピード
が遅く実用的でなく、また場合によつては過負荷
になるため過負荷防止装置の作動により実質的に
加熱出来ないことがある。10KW／cm²を越える場
合は、昇温スピードが急激すぎ金型温度のコント
ロールが困難となり、かつ金型が大面積の場合に
は均一加熱ができなくなる。金型表面に50℃以上
の温度ムラがある場合は成形品表面に光沢ムラ等
が発生するおそれがある。 本発明でいう熱可塑性樹脂とはポリスチレン、
ハイインパクトポリスチレン（ゴム補強ポリスチ
レン）、AS樹脂、アクリルニトリル―ブタジエン
―スチレン重合体、アクリルニトリル―ブタジエ
ン―スチレン―αメチルスチレン、アクリロニト
リル―メチルメタクリレート―ブタジエン―スチ
レン（以下総称しABS樹脂と略す）、ポリエチレ
ン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリフ
エニレンエーテル、ポリオキシメチレン、ナイロ
ン等のいわゆる熱可塑性樹脂を全て包含するが、
好ましくは、ハイインパクトポリスチレン、
ABS樹脂、ポリフエニレンエーテル樹脂、高密
度ポリエチレン、ポリプロピレンである。 次に本発明の成形方法とを添付図面により説明
する。 本発明の熱成形に用いる装置の一例を第１図に
示す。該装置は押出成形で得られた樹脂製のシー
トをヒーター３で加熱再溶融させて、このシート
をはさみ込んでいるクランプ２を下げることで高
周波発振装置９と、これに接続されている多数の
真空孔５を持つ金型表面４近傍に配置されている
コイル（インダクター）７にて加熱された金型を
包むように接触させて、金型と接触したシートを
密着させるため両者の間の空気を真空孔を通し減
圧する為のバルブ６及び、真空ポンプ１０からな
る熱成形装置（真空成形装置）である。 第２図は第１図の金型の部分とインダクターの
拡大図である。熱可塑性樹脂の本熱成形におい
て、第２図に示す様にインダクターは金型表面に
近い部分に内蔵するか又は表面にインダクターを
あてる。金型表面を加熱後インダクターを取りさ
る方法もある。第３図はインダクターを内蔵した
第２図の状態で高周波を発振させたところ金型表
面部（Ａ点）のみ急激に温度が上昇し、金型内部
（Ｂ点及びＣ点）の温度は高周波誘導加熱によつ
ては温度上昇がほとんどないことが確認できる。
第３図の例の場合は金型の冷却水による冷却は行
なつておらず単に高周波誘導加熱による金型の温
度分布の経時変化の例を示した。 本発明における成形品の製造工程は、第１図に
示す高周波発振機９に接続されたインダクター７
に高周波をかけることにより金型の表面を選択的
に加熱し、金型の表面温度を瞬間に樹脂の加熱変
形温度以上までの高温にして、この金型にあらか
じめヒーター３で加熱されて可塑化された熱可塑
性樹脂製シート１をはさみ込んであるクランプ２
を移動させることで接触させて、しかる後通常の
熱成形と同様に真空成形し、成形品が冷却された
後に金型からとりはずして成形品を得たものであ
る。こうして得られた成形品の内面は、目的とす
る外観の美しい樹脂成形品が得られた。本発明に
おける外観の美しいもの、外観の良さを定量化す
るためASTM D523により成形品の光沢度を慣
習によりGS（60゜）で測定し本発明の製法で得た
成形品の外観の平滑性、光沢の良さを評定した。 なお本発明の製法で得た成形品の外観、光沢は
金型表面を再現して得られるもので従つて金型表
面は成形品に光沢を要求する場合は鏡面仕上げを
施してあるものを使用した。 次に実施例を掲げて本発明を説明するがこれに
限定されるものではない。 実施例 １ ハイインパクトポリスチレン（原料樹脂旭ダウ
製スタイロン 475S）シートを用いて光沢の要
求される小型の電気冷蔵庫内箱を成形した。 シートの肉厚は２mmで、金型は表面にNAK材
（金型鋼材）を用いたものでかつシートとの接触
面は鏡面仕上げを施したものを使用した。インダ
クターは第１図に示すように内蔵した。 成型品の形状は300mm×400mm×深さ150mmであ
る。シートの加熱時間は60秒で、シートの温度は
130℃程度まで加熱されている。このシートを加
熱し終るまでに金型表面を上記インダクターに
7KHz、50KWの能力を有する高周波発振機を使
用して15秒間発振し、金型温度を40℃から100℃
に上昇させ、そこへ加熱されたシートを真空成形
して成形品の形状を作り出し、45秒冷却後成形品
を取り出した。かくして得られた成形品の内側表
面はシートの状態とは全く変つたピカツと光つた
光沢で均一な外観を有するものであつた。この成
形品及びシートの外観を定量化するため光沢度を
ASTM Ｄ―523にて測定した結果を第１表に示
した。シートはGS（60゜）11〜15％であつたのに
対し、本発明の成形品では99〜102％であつた。 なお、電気冷蔵庫の内箱は内側の光沢を要求さ
れるので金型を雄型として成形品の内側に金型面
の光沢を再現させた。 比較例 １―１ 比較のため実施例１の高周波発振による金型の
加熱がない状態で真空成形して成形品を作り、そ
の光沢を測定した。光沢度はGS（60゜）％で11〜
15％であつてほぼシートと同じ値を示した。 比較例 １―２ 実施例１との比較のためハイインパクトポリス
チレン製電気冷蔵庫内箱を通常の方法で成形して
比較した。 すなわちできるだけ良好な外観を有するグレザ
ー掛けを施したシートを用いてシートの良好な面
が金型に接しないように第４図に示すように雌型
の金型を用いて真空成形して成形品を作つた。 シートの光沢面の光沢度はGS（60゜）％で96〜
100％で、肉厚は同じく２mm厚であつた。シート
の加熱時間は60秒で真空成形の冷却時間は30秒で
成形品を取り出した。 かくして得られた成形品はいわゆるつやもどり
を起しておりグレザー掛けで得られた光沢がなく
なりはなはだしきは全く光沢がないといえる所も
あり、光沢度を測定するとGS（60゜）％で54〜85
％で大きくふれていた。 またコーナー部の角が十分再現されていない型
再現不良も起している。 実施例 ２ ハイインパクトポリスチレン（原料樹脂旭ダウ
スタイロン 475D）を用いて圧空成形で120CC
のアイスクリームカツプを成形した。 シートの光沢度はGS（60゜）％で22〜26％で、
シートの肉厚は0.8mm厚のものを使用した。シー
トにはダイラインが残つていた。金型は表面が
S55Cでシートの接触面は鏡面仕上で１部をシボ
加工し、その上に硬質クロムメツキを施してあ
る。成形品の寸法は上部が70mmφ、下部が60mm
φ、深さ45mmである。インダクターは第６図に示
すように４mmφの銅パイプをうず巻き状に巻いて
石綿テープで絶縁し、金型面を加熱出来るように
金型表面に近い位置に内蔵し、これに400KHz、
8KWの出力の発振機で10秒間発振し、金型の表
面温度を110℃になし、そこへあらかじめヒータ
ーで130〜140℃程度迄加熱し可塑化してあるシー
トをプラグで引き伸ばした後加圧成型法で成形し
冷却固化後成形品を取り出した。このようにして
得られた成形品はピカツト光つた成形品でありま
たシボ部はしつとりとしたシボが得られた。成形
品の光沢度はフラツトな底部を測定した結果GS
（60゜）％で98〜100％、またシボ部は５〜７％で
あつた。 比較例 ２ 比較のため実施例２の高周波発振による金型の
加熱がない場合、すなわち通常の加圧成形を行な
い成形品を作成したが、この成形品の外観はダイ
ラインが残つておりまたつやが十分でない成形品
であつた。その光沢度はGS（60゜）％で20〜26％
でありシボのある部分でも22〜26％であつた。 実施例 ３ 高密度ポリエチレン樹脂（旭化成サンテツク
B261）を用いて押出中空成形を行なつた。押出
機は40mmφを用い、金型は180c.c.の円筒状のボト
ルを成形出来るもので、金型の材質はNAK材で
キヤビテー面は鏡面仕上げを施こし更に硬質クロ
ムメツキを施してある。インダクターは第１図に
示すように４mmφの銅パイプをまいたものを熱硬
化性樹脂で固定したものである。発振機は
7KHz、20KWの能力を持つものを使用し、10秒
間で金型の表面温度を40℃から120℃迄上昇させ
るものであつた。なお、パリソンを押し出すため
のシリンダー温度およびダイス温度は200〜220℃
であり、得られたパリソンをパリソンがおりてく
る迄インダクターをはさみ込んで10秒間で加熱し
た金型ではさみ込んで中空成形し冷却後取り出し
て成形品とした。 この成形品の外観は従来の洗剤容器などにみる
高密度ポリエチレン製容器のつやのないしかもダ
イラインのある外観とは異なりピカツと光つたし
かもダイラインのない成形品であつた。 成形品の光沢度はGS（60゜）％で90〜94％であ
つた。 比較例 ３ 比較のため実施例３の高周波発振による金型の
加熱がない場合、すなわち通常の押出中空成形法
で成形品を作成したが、この成形品の外観はボー
とした外観でかつダイラインの残つているもので
あつた。光沢度はGS（60゜）％で46〜50％であつ
た。

【表】

【表】 【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の成形品を製造するための熱成
形（真空成形）装置の１例（インダクター内蔵方
式）の概略模式図である。第２図は第１図の金型
の部分とインダクターの拡大概略図である。第３
図は第２図に示す装置における金型の温度分布の
１例を示す図である。第４図は従来法による熱成
形の１例を示す概略模式図である。第５図は本発
明の加圧成形の金型の概略図である。第６図は本
発明の押出中空成形用金型の加熱方式の１例を示
す概略図である。 第１図、第４〜６図において、１：熱可塑性樹
脂製シート、２：クランプ、３：赤外線ヒータ
ー、４：金型面（表面）、５：真空孔、６：バル
ブ、７：高周波発振用インダクター、８：高周波
遮蔽層、９：高周波発振機、１０：真空ポンプ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 熱可塑性樹脂の熱成形又は中空成形におい
   て、高周波誘導加熱法により金型の表面を選択的
   かつ瞬間的に樹脂の熱変形温度以上に加熱し成形
   することにより該成形品の内面もしくは外面の一
   部又は全部の表面には光沢のある表皮層が実質的
   に接合界面を有さず成形時に一体的に形成されて
   なり、該成形品表面の光沢度GS（60゜）（ASTM
   D523）が少なくとも90％以上であることを特徴
   とする熱成形品及び中空品の製法。 ２ 光沢度が94％以上である特許請求の範囲第１
   項記載の熱成形品及び中空成形品の製法。 ３ ダイライン又は押出成形で発生した肌荒れが
   成形品表面にない特許請求の範囲第１項記載の熱
   成形品及び中空成形品の製法。 ４ 熱可塑性樹脂がハイインパクトポリスチレ
   ン、アクリルニトリル―ブタジエン―スチレン系
   樹脂、ポリフエニレンエーテル樹脂である特許請
   求の範囲第１〜３項のいずれかに記載の熱成形品
   及び中空成形品の製法。