JPH07329094A - 熱可塑性樹脂の成形方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 生産効率のよい熱可塑性樹脂の成形方法を提
供する。 【構成】 気密に閉成された金型内のキャビティー内を
減圧する工程と、キャビティー内に熱可塑性樹脂を射出
すると共に、その樹脂中にガスを注入する工程と、樹脂
の射出成形が完了した後中空体内のガス圧を昇圧する工
程と、中空体を冷却する工程と、中空体から高圧ガスを
放出する工程と、中空体を金型から取り出す工程とから
成る熱可塑性樹脂の成形方法。 【効果】 偏肉が少なく、外観が良好で軽量な中空体を
生産効率よく得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、偏肉の少ない熱可塑性
樹脂の成形方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】熱可塑性樹脂成形品は、雑貨、家電製
品、自動車部品等様々な分野で使用されている。しか
し、この成形品が椅子の把手、ＴＶキャビネット台、自
動車のルーフバー、アシストグリップ等の比較的大型で
厚肉なものである場合、これを通常の射出成形方法を用
いて製造すると、金型内に充填された樹脂の冷却固化に
長時間を要することから生産性が悪くなり、また、この
ようにして得られた成形品は重い上、樹脂の収縮や結晶
化による比容変化でその表面にヒケと呼ばれる凹凸が生
じて外観を損ない、商品としての利用価値が低くなって
しまうので、このような成形品は、その内部を発泡させ
たり、中空になるようにして製造される。

【０００３】このような成形品の製造方法のうち、内部
を発泡させるものには、例えば、二層成形機を用い金型
キャビティー内へ、最初に表面スキン層用熱可塑性樹脂
を射出し、次に、発泡剤を配合した熱可塑性樹脂を内部
コア層として射出することにより、成形品の内部のみを
発泡させるサンドイッチ成形法（特公昭６１−３９１７
４号他）がある。しかし、この方法は、厚肉な成形品の
製造にしか使用されない二層成形機という特別な射出成
形機を必要とし、また、通常の樹脂材料とは別途に発泡
剤入り熱可塑性樹脂を必要とするため、コストが高く、
さらに、成形品内部に形成された発泡層の後発泡による
変形を抑えるため、長時間冷却していなければならな
ず、生産性が悪いという問題がある。

【０００４】また、内部を発泡させる他の方法として
は、金型キャビティー内に、内圧をかけた状態で発泡剤
を含む熱可塑性樹脂を射出し、その後、キャビティー内
の圧力を開放して成形品の内部のコア層のみを発泡させ
るカウンタープレッシャー法（米国特許第３２６８６３
５号、特開昭５９−２２７４２５号他）がある。しか
し、この方法も、発泡剤入り熱可塑性樹脂を必要とする
ため、余計な材料費がかかり、また、金型キャビティー
の圧力を開放した後に形成される発泡層の後発泡による
変形を抑えるため、長時間冷却していなければならず、
生産性が悪いという問題を抱えている。

【０００５】また、成形品を中空体にする方法として
は、金型キャビティー内へ熱可塑性樹脂を射出する際
に、その樹脂の内部に不活性ガスを注入するガスインジ
ェクション成形法（特公昭４８−４１２６４号、特公昭
５７−１４９６８号他）がある。しかし、この方法は、
中空体の形状により肉厚変化の大きい部分では、偏肉と
呼ばれる樹脂の駄肉が発生するため、中空体の中空率が
低く、軽量化は進まない上、冷却固化の際、駄肉部分に
ヒケによる外観不良も発生するという問題がある。

【０００６】また、中空率を高め、ガスインジェクショ
ン成形法の問題を若干解消したものとして、熱可塑性樹
脂の射出、不活性ガスの注入に応じて、金型キャビティ
ーの一部を動かすコアバック成形法（特開平４−２１２
８２２号、特開平４−２５５３１４号他）がある。しか
し、この方法は、肉厚の変化に応じて各部別々に金型キ
ャビティーの動きを制御しなくてはならず、中空体が複
雑な形状になると、成形サイクルが長くなり、生産性が
低下するという問題がある。

【０００７】また、射出成形方法を用いないものとし
て、ブロー成形方法もあるが、この方法は金型の表面転
写性が劣り、中空体の表面のシボ、梨地等が緩くなるた
め、中空体の形状が限定されるという問題がある他、成
形はパリソン形成、型閉め、吹き込みという順序で行わ
れるため、成形サイクルが長く、さらに、離型後中空体
の周囲の付着物を取り除くバリ取り作業が必要であり、
生産性が悪いという問題がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
点を解決するためなされたものであり、その目的とする
ところは、外観が良好で軽量な中空体を効率良く生産す
る熱可塑性樹脂の成形方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的は、キャビテ
ィを形成する金型を気密に閉成する工程と、キャビティ
内を減圧する工程と、キャビティ内に可塑化した熱可塑
性樹脂を射出する工程と、上記樹脂射出工程中に、射出
された樹脂中にガスを注入する工程と、樹脂の射出成形
が完了した後、樹脂内に注入されたガスにより形成され
た中空部のガスを昇圧する工程と、成形された中空体を
冷却する工程と、中空体の中空部の高圧ガスを外部に放
出する工程と、中空体を金型から取り出す工程と、から
成る熱可塑性樹脂の成形方法によって達成される。

【００１０】

【作用】上記の如く構成すれば、熱可塑性樹脂が樹脂内
のガス圧によってキャビティーの内壁に密着させられる
ため、冷却固化中に成形品にヒケが生じることもなく、
樹脂層が薄く、かつ、均一なので冷却固化も短時間です
み、軽量な中空体を得ることができる。

【００１１】

【発明を実施するための最良の様態】本発明は、以下の
ようにして中空体を製造するものである。まず、金型内
を気密に閉じて、そのキャビティー内を減圧する。次い
で、減圧されたキャビティーに可塑化した熱可塑性樹脂
を射出すると共に、射出された熱可塑性樹脂中にガスを
注入してゆき、熱可塑性樹脂を金型内に薄く密着させ
る。そして、熱可塑性樹脂が金型内に密着しても、ガス
の注入によって形成された熱可塑性樹脂内の中空部にガ
スを供給し続け、その中空部のガス圧を上昇させ、中空
部に高圧ガスを充填したまま、それを冷却し、それが固
化したら中空部の高圧ガスを抜き、中空体を金型から取
り出す。

【００１２】以上が本発明に係る熱可塑性樹脂の成形方
法であるが、ここで用いられる金型には、キャビティー
を密閉するため、適宜の位置にゴム製Ｏリング等のシー
ル部を設けることが推奨される。また、キャビティー内
を減圧するため、キャビティー内の空気を真空ポンプ等
で吸引しなければならないが、その吸引口から可塑化し
た熱可塑性樹脂が侵入しないようしなければならない。

【００１３】そこで、この吸引口は金型の境界（金型が
上型と下型とから成る場合、両者の境界のこと）に部分
的に０．０５〜０．３ｍｍ程度の微小間隙を設け、その
間隙を吸引口として、そこからキャビティー内の空気を
吸引するようにすることが推奨されるが、キャビティー
内に設ける微小間隙は、上記寸法以下であればその形
状、数、設置位置に制限はなく、キャビティーの一部又
は全てに通気性のあるポーラス金属を用い、その部分を
吸引口としてもよい。また、減圧された後のキャビティ
ー内の気圧は、大気圧以下であればよいが、その気圧が
低ければ低いほど良好な成形品を得ることができるた
め、０．０１〜０．０２ＭＰａ以下まで減圧することが
望ましい。

【００１４】本発明に用いられる熱可塑性樹脂には、ポ
リエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹
脂等の汎用性樹脂、また、ポリアミド樹脂、ポリカーボ
ネート樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂等のエン
ジニアリング樹脂、また、これら樹脂を組み合わせた各
種ポリマーアロイ及びこれら樹脂に各種フィラー、着色
剤、添加剤等を配合した熱可塑性樹脂組成物が挙げられ
るが、この他のものでも熱可塑性の樹脂であれば何でも
使用できる。

【００１５】本発明に用いられるガスは、可燃性のガス
であると、２００〜３００℃という高温で可塑化した熱
可塑性樹脂に高圧で注入するときに爆発したり、樹脂を
変質させたりする危険があるので好ましくない。また、
溶融した樹脂中に溶解して樹脂中で気泡になり易いガス
も好ましくない。好ましいガスとしては、不活性ガス、
空気等が挙げられる。具体的には、所謂希ガスといわれ
るヘリウム、アルゴン等、また、フロン、二酸化炭素、
窒素、空気、空気に窒素等の不活性ガスを混合したガス
等を用いることができる。

【００１６】この不活性ガスの注入圧力は、０．１ＭＰ
ａ以下であると、射出された熱可塑性樹脂内部にガスが
注入されず、また、３０ＭＰａ以上であると、膨大な量
のガスを消費し、製造コストが増大するため、０．１〜
３０ＭＰａの範囲内であればよい。この不活性ガスの注
入方法は、先ず、射出された熱可塑性樹脂を本格的に中
空化する前に、初期段階のガス注入を行い、プリブロー
に近い状態にする。次いで、熱可塑性樹脂をキャビティ
ーに充満させて本格的に中空化するため、より高い圧力
でガスを注入する。

【００１７】熱可塑性樹脂をプリブローに近い状態にす
るための初期段階のガス注入は、使用される樹脂の粘性
が高ければ高いほど高圧で行う必要があり、ガスの注入
圧力は、その樹脂の粘度によって調節しなければならな
いが、このときの注入圧力は、０．５〜１．５ＭＰａが
望ましい。また、熱可塑性樹脂を本格的に中空化すると
きに、一気に高い圧力をかけて樹脂をキャビティーに充
満させてもかまわないが、数段階に分けて徐々に圧力を
高めていく方がよい。このときの注入圧力は１〜３０Ｍ
Ｐａの範囲であればよいが、３〜３０ＭＰａがより好ま
しい。

【００１８】上記のガスの注入は、射出成形機のノズル
やランナーから行うと、ガスのキャビティーに到達する
までの圧力損失が大きく、損失分を考慮した高い圧力が
要求されるため、これらとは別に設けられた専用のガス
注入管から行われることが望ましい。熱可塑性樹脂の冷
却は、樹脂の中空体内に充填された高圧ガスを抜かずに
行われるが、このときの中空体内の気圧が１ＭＰａ未満
であると、熱可塑性樹脂の金型への密着性が低下し、得
られる中空体の寸法精度や金型に対する表面転写性が悪
くなると共に、樹脂の冷却に伴う収縮による中空体の変
形を防ぐことができず、中空体の表面にヒケが生じ易
い。

【００１９】以下、図面を参照しつつ本発明の詳細を説
明する。図１は本発明に係る熱可塑性樹脂の成形方法を
実施するための成形装置の一例を示す部分説明図、図２
は図１に示した実施例により成形された中空体の端面
図、図３は従来のガスインジェクション方法で図２に示
した中空体と同様の外形に成形された中空体の端面図で
ある。

【００２０】以下、図１について説明する。図中、１は
上型１０と下型１１とから成る金型、１２は金型１内の
キャビティー、２はキャビティー１２に熱可塑性樹脂を
射出する射出成形機のノズル、３はキャビティー１２に
ガスを供給するガス供給装置、４はキャビティー１２を
真空にする真空ポンプ、５は熱可塑性樹脂である。

【００２１】下型１１には、上型１０と接する面にキャ
ビティー１２を囲むように掘られた溝とその中に嵌め込
まれたゴム製Ｏリングとから成るシール部１１０が設け
られる。また、下型１１には、キャビティー１２に通じ
る樹脂注入口１１１が設けられ、その樹脂注入口１１１
の近傍には、一端が金型１の外側に通じ、他の一端がキ
ャビティー１２に突き出るガス注入ピン１１２が設けら
れる。

【００２２】さらに、下型１１には、上型１０との境界
のうち、キャビティー１２に通じる部分で樹脂注入口１
１１とは離れた位置に、金型１が閉じられたときに、上
型１０との間にキャビティー１２に通じる微小間隙を構
成し得る浅い吸引溝１１３が設けられる。ノズル２は、
ライナー２０を介して樹脂注入口１１１に接続される。
ガス供給装置３は、圧力開放弁３０と共にガス注入ピン
１１２の外向する端部に接続される。真空ポンプ４は、
下型１１を通ってその吸引溝１１３に接続される。

【００２３】この装置によって熱可塑性樹脂を成形する
ときは、まず、金型１を閉じ、真空ポンプ４でキャビテ
ィー１２を減圧する。次に、ノズル２からキャビティー
１２に可塑化した熱可塑性樹脂５を一定量射出すると共
に、ガス供給装置３から熱可塑性樹脂５内にそれが中空
体になる程度の圧力でガスを注入し、段階的にその注入
圧力を高めていく。ガスの注入圧力を高めると、熱可塑
性樹脂５がキャビティー１２内を矢印の方向に膨張して
ゆき、内部にガスを有する熱可塑性樹脂５がキャビティ
ーに充満する。

【００２４】熱可塑性樹脂５がキャビティー１２に充満
したら、更にガス圧を高め、熱可塑性樹脂５を金型１内
に密着させる。熱可塑性樹脂５の中空部が高圧になり、
その熱可塑性樹脂５が金型１に密着したら、ガスを抜か
ずに図示されていない冷却装置により金型１を冷却して
熱可塑性樹脂５を固化させる。最後に、完全に熱可塑性
樹脂５が固化したら、圧力開放弁３０を開けて中空部に
充填されている高圧ガスを抜き、次いで金型１を開いて
中空体を取り出すものである。

【００２５】以下、本発明の具体的実施例を示す。ここ
で用いる装置の基本的な構造は図１に示したものと同じ
ものである。射出成形機には名機製作所（株）製のＭ２
００−ＡIIを、熱可塑性樹脂には三井東圧化学（株）製
の三井ノーブレンＢＪ５Ｈを、ガス供給装置にはＢａｔ
ｔｅｎｆｅｌｄ社製のＡＩＲ ＭＯＬＤ装置を使用し窒
素ガスを供給するようにした。金型に設けられた減圧用
の微小間隙の大きさは、０．２×１０ｍｍとした。

【００２６】而して、まず、真空ポンプでキャビティー
空気をその内圧が絶対圧で０．０１ＭＰａになるまで吸
引させた。次に射出成形機シリンダー温度で２６０℃に
加熱溶融した樹脂を、その樹脂の射出量が最終的にはキ
ャビティー容積の４０〜５０％程度になるまで徐々にキ
ャビティーに射出すると共に、樹脂に埋もれたガス注入
ピンを経由して樹脂中に窒素ガスを１ＭＰａの圧力で注
入し、樹脂の射出が終了する前に窒素ガスの注入圧を４
ＭＰａに昇圧し、キャビティー全体に内部が窒素ガスで
中空化された樹脂を充満させた。

【００２７】樹脂の射出が終了した後、ガス圧を８ＭＰ
ａまで昇圧し、そのまま樹脂を冷却固化させた。樹脂が
完全に固化した後、窒素ガスを放出させ、その後、金型
を開き、熱可塑性樹脂製中空体を得た。

【００２８】このようにして得られた中空体の端面図を
図２に示す。この中空体は、その樹脂層の厚みもほぼ均
等で、また、その表面にヒケ等の外観不良もなく、良好
な仕上がり具合だった。また、参考のために従来のガス
インジェクション方法で、図２に示した中空体と同質の
樹脂を用い、同様の外形を有する中空体を製造し、その
端面図を図３に示す。この従来の方法で製造された中空
体は、偏肉が多く見られ、偏肉部では固化するときに収
縮結晶化が発生し、その表面にヒケが生じて外観不良と
なった。

【００２９】なお、本発明は叙上の実施例に限定される
ものではなく、例えば、キャビティーの空気の吸引口の
位置や金型の形状、キャビティーへ樹脂を射出する位
置、ガスを注入する位置等は本発明の目的の範囲で自由
に設計変更し得るものであり、本発明は上記の説明から
当業者が容易に想到し得る総ての変更実施例を包摂する
ものである。

【００３０】

【発明の効果】本発明は上記のように構成されるから、
本発明によるときは、外観が良好で軽量な熱可塑性樹脂
製の中空体を効率良く生産することができるものであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る熱可塑性樹脂の成形方法を実施す
るための成形装置の一例を示す部分説明図である。

【図２】図１に示した実施例により成形された中空体の
端面図である。

【図３】従来のガスインジェクション方法で図２に示し
た中空体と同様の外形に成形された中空体の端面図であ
る。

【符号の説明】

１・・・・・・金型 １０・・・・・上型 １１・・・・・下型 １１０・・・・シール部 １１１・・・・樹脂注入口 １１２・・・・ガス注入ピン １１３・・・・吸引溝 １２・・・・・キャビティー ２・・・・・・ノズル ２０・・・・・ランナー ３・・・・・・ガス供給装置 ３０・・・・・圧力開放弁 ４・・・・・・真空ポンプ ５・・・・・・熱可塑性樹脂

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 黒野 悟 神奈川県横浜市栄区笠間町1190番地 三井 東圧化学株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】キャビティを形成する金型を気密に閉成す
   る工程と、 キャビティ内を減圧する工程と、 キャビティ内に可塑化した熱可塑性樹脂を射出する工程
   と、 上記樹脂射出工程中に、射出された樹脂中にガスを注入
   する工程と、 樹脂の射出成形が完了した後、樹脂内に注入されたガス
   により形成された中空部のガスを昇圧する工程と、 成形された中空体を冷却する工程と、 中空体の中空部の高圧ガスを外部に放出する工程と、 中空体を金型から取り出す工程と、 から成る熱可塑性樹脂の成形方法。
2. 【請求項２】樹脂内に注入されるガスが窒素ガス、空気
   又はそれらの混合ガスである請求項１に記載の熱可塑性
   樹脂の成形方法。
3. 【請求項３】成形された中空体を冷却するとき、その中
   空部のガス圧が、１〜３０ＭＰａである請求項１又は２
   に記載の熱可塑性樹脂の成形方法。