JPH0872086A

JPH0872086A - 低圧射出成形法

Info

Publication number: JPH0872086A
Application number: JP6232540A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kataoka; 紘片岡; Isao Umei; 勇雄梅井
Original assignee: Asahi Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Asahi Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 1994-09-02
Filing date: 1994-09-02
Publication date: 1996-03-19

Abstract

(57)【要約】【目的】低圧射出成形において、成形品の外観及び耐
ストレスクラック性を改良する。【構成】金属金型本体の、キャビティを構成する壁面
に、厚さが好ましくは０．１５〜０．４５ｍｍのポリイ
ミド等耐熱性樹脂層を被覆して得られる金型を用い、合
成樹脂の型キャビティ内の流動速度が１００ｍｍ／秒以
下の低速射出を含む射出を行う、ゴム強化スチレン系樹
脂等合成樹脂の低圧射出成形法。【効果】光沢度、ヒケ、ヘジテーションマークが改善
され、外観及び耐ストレスクラック性に優れた成形品が
得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は合成樹脂の低圧射出成形
法に関する。

【０００２】さらに詳しくは、本発明は、金属金型本体
の、キャビティを構成する壁面に、特定の厚さ範囲の耐
熱性樹脂層を被覆して得られる金型を用い、合成樹脂の
型キャビティ内の流動速度が低速の射出を含む射出が行
われる合成樹脂の低圧射出成形法に関する。

【０００３】

【従来の技術】合成樹脂の射出成形法として、射出圧力
あるいは型締力が低い低圧射出成形法が広く紹介され、
実用化されている。

【０００４】低圧射出成形法として、プラスティックス
テクノロジー（ＰｌａｓｔｉｃｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇ
ｙ），Ａｐｒｉｌ，４４（１９９４）、あるいはＵＳＰ
４，１０１，６１７などに紹介されているガスアシスト
射出成形法がある。この成形法は金型キャビティへ合成
樹脂を射出し、次いでガス体を射出する成形方法であ
り、ガス体の圧力損失が小さいことを利用して合成樹脂
流動端部にまで均一に射出圧力を伝達し、低圧射出成形
を行う方法である。

【０００５】ＥＰ０，５９９，００９Ａ１に於いて本
発明者らが提案しているオリゴマーアシスト射出成形法
および液体アシスト射出成形法は、同様にオリゴマーや
液体を用いて低圧射出成形を行う方法である。

【０００６】ＢＰ１，１５６，２１７をはじめ、多くの
紹介があるサンドイッチ射出成形法は、第１の合成樹脂
をまず射出し、次いで第２の合成樹脂を射出して、金型
キャビティを満たしてサンドイッチ構造を持つ構造体を
成形する方法である。第２の合成樹脂として発泡剤を含
有する合成樹脂を用いると、内核樹脂の発泡力により低
圧射出成形を行うことができる。

【０００７】また型締めプレートを若干後退させて金型
キャビティを深く（肉厚に）した状態で合成樹脂を射出
し、次いで型締めプレートを前進させて金型キャビティ
を所定の深さ（肉厚）に縮小することにより合成樹脂を
低圧力で金型キャビティ全体に充填する射出圧縮成形法
が最近広く使用される様になっている。

【０００８】また極めて低い射出圧力で、極めて低速で
射出を行うヘッティンガ低圧射出成形法が、合成樹脂，
３７巻，Ｎｏ．９，第３４頁（１９９１）などに紹介さ
れており、成形品の形状によって良好に使用されてい
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】これらの低圧射出成形
法では、一般の射出成形法に比較して合成樹脂の充填圧
力は低くできるという利点はあるが、逆に合成樹脂の型
キャビティ内の流動速度はおそくなるという欠点があ
る。この様に合成樹脂の型キャビティ内の流動速度がお
そくなると、射出成形品表面の金型表面の再現性は悪
く、粗面になり、また成形品の耐ストレスクラック性
（以下“ＳＣＲ”と略称する）も悪くなり、その改良が
要求されている。

【００１０】従来の射出成形法では、成形条件を種々変
化させて金型表面の再現性や耐溶剤性を良くすることが
行われている。各種の成形条件の中で最も影響のあるの
は金型温度であり、金型温度を合成樹脂の軟化温度付近
まで上げることが有効である。しかし、金型温度を高く
すると、可塑化された樹脂の冷却固化に必要な冷却時間
が長くなり成形能率が下がる。このため、金型温度を高
くすることなく、型表面の再現性を良くし、あるいはた
とえ金型温度を高くしても必要な冷却時間が長くならな
い方法が要求されている。後者の例として、金型に加熱
用、冷却用の孔をそれぞれとりつけておき、交互に熱
媒、冷媒を流して金型の加熱、冷却を繰り返す方法も行
われているが、この方法は熱の消費量も多く、冷却時間
が長くなるという欠点がある。

【００１１】従来の射出成形では、金型キャビティを形
成する型壁面を熱伝導率の小さい物質で被覆することに
より金型表面の再現性を良くする方法について、本発明
者らはＷＯ公開９３／０６９８０などで提案している。

【００１２】しかし一般に、型壁面を被覆する断熱層の
厚み、各種の成形条件、射出成形品の表面状態などの相
互の関係の検討については、その報告がほとんどない。

【００１３】

【課題を解決するための手段及び作用】一般に、ガスア
シスト射出成形法、液体アシスト射出成形法、オリゴマ
ーアシスト射出成形法、射出圧縮成形法、サンドイッチ
射出成形法、ヘッティンガ低圧射出成形法などの、本発
明が用いる低圧射出成形法では、合成樹脂の金型キャビ
ティ内の流動速度がおそく、さらにしばしばその樹脂の
流動速度が流動中に急に変化する。樹脂の流動速度がお
そいために、金型表面の再現性が悪く、さらにその流動
速度が急に変化したところに、一般にヘジテーションマ
ークと言われる外観の悪いフローマークが生ずる。さら
に、合成樹脂の型キャビティ内の流動速度がおそくなる
と、固化層が厚くなるために、一般にＳＣＲ（耐ストレ
スクラック性）が悪くなる。従ってこれらの外観不良や
ＳＣＲを改良することが要求されていた。本発明は、こ
の課題に応ずることを目的としてなされたものである。

【００１４】本発明者らは、低圧射出成形法における、
樹脂の低速流動、低射出圧力、断熱層により被覆された
金型などの関係を研究し、さらに射出成形される成形品
の外観、ＳＣＲなどとの関係を研究することにより、本
発明を完成するに至った。

【００１５】すなわち、本発明は、金属金型本体の、キ
ャビティを構成する壁面に、厚さが０．１ｍｍを越え
０．５ｍｍ以下の耐熱性樹脂層を被覆して得られる金型
を用い、合成樹脂の型キャビティ内の流動速度が１００
ｍｍ／秒以下の低速射出を含む射出が行われる合成樹脂
の低圧射出成形法に関する。

【００１６】また、本発明において、上記合成樹脂が、
樹脂強化物を含有する合成樹脂であり、樹脂の成形後の
成形品が、その表面に樹脂酸化物のはみ出しを実質的に
有さないことが好ましい。

【００１７】また本発明では、上記樹脂強化物を含有す
る合成樹脂は、好ましくはゴム強化合成樹脂である。

【００１８】また本発明では、上記ゴム強化合成樹脂
は、好ましくはゴム酸化スチレン系樹脂である。

【００１９】さらに本発明においては、耐熱性樹脂層の
厚みが０．１５〜０．４５ｍｍの範囲にあることが望ま
しい。

【００２０】さらにまた本発明においては、低圧射出成
形法として、ガスアシスト射出成形法、液体アシスト射
出成形法、オリゴマーアシスト射出成形法、射出圧縮成
形法、内核樹脂が発泡樹脂からなるサンドイッチ射出成
形法、ヘッティンガ低圧射出成形法からなる群のうちの
少なくとも一つを好ましく用いることができる。

【００２１】本発明で使用される合成樹脂は、一般の射
出成形に使用できる熱可塑性樹脂であり、たとえば、ポ
リエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン、ポ
リスチレン、スチレン−アクリロニトリル共重合体、ゴ
ム強化ポリスチレンなどのスチレン系樹脂、ポリアミ
ド、ポリエステル、ポリカーボネート、メタクリル樹
脂、塩化ビニル樹脂などが挙げられる。合成樹脂には、
１〜６０％の樹脂強化物が含有されていることが好まし
い。樹脂強化物としては、各種ゴム、ガラス繊維、カー
ボン繊維などの各種繊維、タルク、炭酸カルシウム、カ
オリン等の無機粉末などが挙げられる。良好に使用でき
る合成樹脂は、ゴム強化合成樹脂であり、その内、特に
良好に使用できるのはゴム強化スチレン系樹脂である。

【００２２】本発明に用いるゴム強化スチレン系樹脂と
は、樹脂相中にゴム相が島状に分布した、ゴム強化ポリ
スチレン、ＡＢＳ樹脂、ＡＡＳ樹脂、ＭＢＳ樹脂などを
いう。

【００２３】ゴム強化ポリスチレンは、スチレンを主体
とした重合体の樹脂相中にポリブタジエン、ＳＢＲなど
のゴム相が島状に分散している樹脂である。ＡＢＳ樹脂
は、スチレンとアクリロニトリルを主体とした共重合体
の樹脂相中に、ポリブタジエン、ＳＢＲなどのゴム相が
島状に分散している樹脂である。ＡＡＳ樹脂は、スチレ
ンとアクリロニトリルを主体とした共重合体の樹脂相中
に、アクリルゴムのゴム相が島状に分散している樹脂で
あり、ＭＢＳ樹脂は、スチレンとメチルメタアクリレー
トを主体とした共重合体からなる樹脂相中にゴム相が島
状に分散している樹脂である。

【００２４】さらに、これ等の樹脂を主体としたブレン
ド物なども本発明に使用することができる。例えば、ポ
リフェニレンエーテルを配合したゴム強化ポリスチレン
樹脂とのブレンドなどは良好に使用できる。本発明で成
形される、これらの樹脂の射出成形品は、性能と経済性
のバランスが極めて良く、弱電機器、電子機器のハウジ
ング、各種日用品、各種工業部品などとして好適に使用
される。

【００２５】本発明で規定する金型の金型本体は、鉄も
しくは鉄を主成分とする鋼材、アルミニウム、もしくは
アルミニウムを主成分とする合金、亜鉛合金、ベリリウ
ム−銅合金などの、一般に合成樹脂の成形に使用されて
いる金属金型を意味する。特に鋼材から成る金型が良好
に使用できる。

【００２６】本発明で断熱層として用いる耐熱性樹脂
は、ガラス転移温度が１４０℃以上、好ましくは１６０
℃以上、および／または融点が２３０℃以上、好ましく
は２５０℃以上の耐熱性樹脂である。本発明の耐熱性樹
脂の熱伝導率は、一般に０．０００１〜０．００２ｃａ
ｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃であり、金属より大幅に小さい。
また、該耐熱性樹脂の破断引張伸度は５％以上、好まし
くは１０％以上、さらに好ましくは１５％以上の、靭性
のある樹脂が好ましい。破断引張伸度の測定法は、ＡＳ
ＴＭＤ６３８に準じて行い、測定時の引張り速度は５ｍ
ｍ／分である。

【００２７】本発明で断熱層として良好に使用できる耐
熱性樹脂は、主鎖に芳香環を有する耐熱性重合体であ
り、たとえば有機溶剤に溶解する各種非結晶性耐熱重合
体、各種ポリイミドなどが挙げられる。

【００２８】非結晶性耐熱重合体としては、ポリスルホ
ン、ポリエーテルスルホン、ポリアリールスルホン、ポ
リアリーレート、ポリフェニレンエーテルなどが挙げら
れる。

【００２９】ポリイミドは、各種あるが、直鎖型高分子
量ポリイミドや、一部架橋型のポリイミドが良好に使用
できる。一般に直鎖型高分子量ポリイミドは破断引張伸
度が大きく、強靭であり、また耐久性に優れており、特
に良好に使用できる。下記に示された重合体の繰り返し
単位を有する直鎖型高分子量ポリイミドなどは良好に使
用できる。

【００３０】本発明では、耐熱性樹脂層と金型本体の熱
膨張係数が近い程好ましい。一般に合成樹脂の射出成形
では、成形中に繰り返し加熱／冷却が行われ、耐熱性樹
脂と金型本体との熱膨張係数が大きく異なると両者間に
応力が発生する。また射出成形に先立ち、金型本体を耐
熱性樹脂層で被覆する時にも、同様に加熱／冷却が行わ
れて応力が発生する。この応力がある値以上になると耐
熱性樹脂層の金型本体からの剥離に至る。表１に低熱膨
張ポリイミドの熱膨張係数の例を示す。各種低熱膨張ポ
リイミドは良好に使用できる。

【００３１】表中、ＢｉｆｉｘとＦｒｅｅとは、それぞ
れポリイミド前駆体をイミド化してポリイミドフィルム
をつくるときに、フイルムを自由に収縮できる様にした
か（Ｆｒｅｅ）、四角の枠に固定して、イミド化時に起
こる収縮を抑えてその応力でポリマー鎖を面内配向させ
たか（Ｂｉｆｉｘ）の意味を有する。ポリイミド前駆体
溶液を金型本体に塗布後、加熱して形成したポリイミド
の熱膨張係数はＦｒｅｅとＢｉｆｉｘの中間の値とな
る。

【００３２】

【化１】

【００３３】

【表１】

【００３４】一般に、射出成形は、複雑な形状の成形品
を一度の成形で得られるところに経済的価値がある。こ
の複雑な金型表面を耐熱性樹脂で被覆し、且つ強固に該
表面に密着させるには、耐熱性重合体溶液、または／お
よび耐熱性重合体前駆体溶液を塗布し、次いで加熱して
耐熱性重合体を形成させることが最も好ましい。従っ
て、本発明の耐熱性重合体、または耐熱性重合体前駆体
は溶剤に溶解できることが好ましい。

【００３５】本発明の耐熱性樹脂の他の例として、可と
う性が付与されたエポキシ樹脂、シリコーン系樹脂、メ
ラミン系樹脂なども同様に良好に使用できる。特に可と
う性が付与された変性エポキシ樹脂、たとえば、強靭な
樹脂で変性された変性エポキシ樹脂は、良好に使用でき
る。

【００３６】本発明の断熱層としての耐熱性樹脂層と金
型本体との密着力は大きいことが必要であり、室温で
０．５ｋｇ／１０ｍｍ巾以上、好ましくは０．８ｋｇ／
１０ｍｍ巾以上、更に好ましくは１ｋｇ／１０ｍｍ巾以
上である。ここで上記密着力とは、密着した断熱層を１
０ｍｍ巾に切り、切断巾を接着面と直角方向に２０ｍｍ
／分の速度で引張った時の剥離力で表わされる。この剥
離力は、測定場所、測定回数によりかなりバラツキが見
られるが、最小値が大きいことが重要であり、安定して
大きい剥離力であることが好ましい。本発明に於ける上
記密着力は、金型の主要部の密着力の最小値である。

【００３７】本発明のさらなる態様として、断熱層とし
ての耐熱性樹脂層の薄層の表面の平滑性などをさらに向
上させるため、表面の耐擦傷性をさらに向上させるた
め、あるいは離型性を良くするため、耐熱性樹脂層の厚
みのおよそ１／５より薄い、好ましくは１／１０付近よ
り薄い別材質を耐熱樹脂層の上に被覆することも必要に
応じてできる。たとえば、合成樹脂のシートや型物の表
面に、耐擦傷性向上のために使用されている、一般にハ
ードコートと言われている塗料を塗布することもでき
る。その例として、熱硬化型のシリコーン系ハードコー
ト剤、特に、シリコーン系ハードコート剤にエポキシ系
化合物を配合した密着性に優れたハードコート剤は良好
に使用でき、本発明にとって好ましい。また、離型性を
良くするためにフッ素樹脂やシリコーン系重合体を塗布
することも良好にできる。また、必要に応じて金属の薄
層を断熱層としての耐熱樹脂層の上に被覆することもで
きる。たとえば、クロムメッキやニッケルメッキなどを
該断熱層の上に被覆することができる。金属の薄層をつ
ける場合、該金属層の厚みは耐熱性樹脂層の厚みの１／
１０以下にすることが好ましい。

【００３８】断熱層としての耐熱性樹脂層の厚みは０．
１ｍｍを越え０．５ｍｍ以下の範囲で適度に選択され
る。好ましくは０．１５ｍｍ以上０．４５ｍｍ以下であ
る。本発明の低圧射出成形に於いては、０．１ｍｍ以下
の断熱層の厚みでは断熱層としての効果を十分に発揮し
得ない。換言すれば、本発明は、合成樹脂の型キャビテ
ィ内の流動速度、断熱層としての耐熱樹脂層の厚み、成
形品の型表面の再現性の３者の関係について詳細に検討
した結果得られたのであり、必要な断熱層の厚みは、合
成樹脂の型キャビティ内の流動速度と密接な関係があ
り、合成樹脂の型キャビティ内の流動速度が１００ｍｍ
／秒以下では、０．１ｍｍを越えた断熱層の厚みが必要
となる。

【００３９】他方、一般に射出成形において、金型温度
（Ｔｄ）と金型に必要な冷却時間（θ）の関係は理論的
には次式で示される。

【００４０】

【数１】 θ ：冷却時間（ｓｅｃ）Ｄ：成形品の最大肉厚（ｃｍ）Ｔｃ：シリンダー温度（℃）Ｔｘ：成形品の軟化温度（℃） α ：樹脂の熱拡散率Ｔｄ：金型温度（℃）

【００４１】冷却時間（θ）は、成形品の最大肉厚
（Ｄ）の２乗に比例し、（Ｔｘ−Ｔｄ）値の関数であ
る。金型本体に断熱層を被覆することは、成形品の肉厚
を厚くして、冷却時間を長くするのと同様の方向の働き
をする。

【００４２】断熱層として用いる耐熱性樹脂と射出され
る合成樹脂の熱拡散率はほぼ同程度であり、断熱層とし
ての耐熱樹脂層を０．５ｍｍ厚くすることは、上記の式
の成形品の最大肉厚（Ｄ）を０．５ｍｍ大きくすること
に匹敵する。従って断熱層としての耐熱樹脂層を０．５
ｍｍを越えて厚くすることは成形サイクルタイムを著る
しく大きくし、経済的に好ましくない。

【００４３】金型本体の表面を耐熱性樹脂からなる断熱
層で被覆し、その断熱層表面に射出された加熱樹脂が接
触すると、型（断熱層）表面は樹脂の熱を受けて昇温す
る。断熱層の熱伝導率が小さいほど、また、断熱層が厚
いほど、型表面温度は高くなる。本発明では、低速射出
で成形されるため、射出された合成樹脂が冷却された型
表面に接触してから、少なくとも０．４秒の間、型表面
温度が成形される樹脂の軟化温度以上の状態であること
が好ましい。仮に、たとえば型表面に断熱層が無い場合
には、０．０１秒後には型表面温度は殆ど金型本体の温
度と同一となってしまう。本発明に於ける様に、金型本
体を０．１ｍｍを越え０．５ｍｍ以下の厚みの断熱層で
被覆することにより、０．４秒の間、型表面を軟化温度
以上の状態にすることができる。

【００４４】射出成形時の型表面温度の変化は、合成樹
脂、金型本体、断熱層としての耐熱性樹脂層のそれぞれ
の温度、比熱、熱伝導率、密度、結晶化潜熱などから計
算できる。例えば、ＡＤＩＮＡ及びＡＤＩＮＡＴ（マサ
チューセッツ工科大学で開発されたソフトウェア）など
を用い、非線形有限要素法による非定常熱伝導解析によ
り計算できる。

【００４５】ここに述べる樹脂の軟化温度とは、合成樹
脂が容易に変形し得る温度であり、非結晶樹脂ではビカ
ット軟化温度（ＡＳＴＭＤ１５２５）、硬質結晶性樹
脂では熱変形温度（ＡＳＴＭＤ６４８荷重１８．６
ｋｇ／ｃｍ²）、軟質結晶性樹脂では熱変形温度（ＡＳ
ＴＭＤ６４８荷重４．６ｋｇ／ｃｍ²）のそれぞれ
の温度である。硬質結晶性樹脂としては、たとえばポリ
オキシメチレン、ナイロン６、ナイロン６６が挙げら
れ、軟質結晶性樹脂としては、各種ポリエチレン、ポリ
プロピレンなどが挙げられる。

【００４６】本発明に述べる低圧射出成形法とは、金型
キャビティに射出される合成樹脂および／または液体の
射出圧力が、低圧力である射出成形法である。一般に射
出成形法は、射出圧力が１０００ｋｇ／ｃｍ²程度の高
圧力で行われるのに対し、本発明の低圧射出成形法は、
その半分以下の低圧射出を含む低圧射出成形法である。

【００４７】本発明の低圧射出成形法は、ガスアシスト
射出成形法、液体アシスト射出成形法、オリゴマーアシ
スト射出成形法、射出圧縮成形法、内核樹脂が発泡樹脂
からなるサンドイッチ射出成形法、ヘッティンガ低圧射
出成形法などからなる群のうち少なくとも一つから選ば
れる。

【００４８】本発明の低圧射出成形法では、合成樹脂の
型キャビティ内の流動速度が１００ｍｍ／秒以下の低速
射出を含む射出成形により成形される。この低速射出に
は、合成樹脂の射出速度が一時的に低速になる場合、瞬
間時に流動が止まる場合、射出速度が全体的に低速の場
合などの各種の場合が含まれ得る。射出速度は、金型キ
ャビティ内の合成樹脂の流動距離、および合成樹脂の流
動時間を射出スクリューの前進時間などにより測定して
得た値との両者から算出できる。ガスアシスト射出成形
法により、合成樹脂を射出し、次いでガス体を射出して
型キャビティを満たす場合、一般に合成樹脂を高圧で射
出し、次いでガス体を一般に合成樹脂の半分以下の圧力
で射出して成形するが、低圧のガスに切り替えた後の樹
脂流動の速度は大幅に低下する。高圧の合成樹脂を低圧
のガス体に切り替えるところに、外観の悪いフローマー
クが発生する。これは一般にヘジテーションマークとい
われている。ヘジテーションマークより先の部分は樹脂
は低速で流れ、一般に型表面の再現性も悪くなる。

【００４９】以下、本発明を図面に従って説明する。

【００５０】図１（ａ），（ｂ）および（ｃ）に於い
て、金型本体１で形成されるキャビティ２に、合成樹脂
３を射出し（図１（ａ））、次いでガス体５を射出して
型キャビティ２を満たし（図１（ｂ））、次いで金型１
を開いて成形品６を取り出す（図１（ｃ））。合成樹脂
３は高射出圧力で射出されるが、ガス体５の注入圧力は
合成樹脂３の射出圧力より大幅に低く、合成樹脂の射出
圧力の半分以下であり、低圧射出成形である。従って、
一般に射出された合成樹脂の型キャビティ内流動速度
は、射出が合成樹脂からガス体に切り替わる時に連続し
て変化する。この流動速度が変化するところ４に、成形
品表面に一般にヘジテーションマークと言われる外観の
悪いフローマークが残る。またこのヘジテーションマー
クから流動端部までの間の部分は金型表面の再現性も悪
くなる。さらに樹脂が低流動速度で充填されるので、成
形品のＳＣＲも悪くなる。

【００５１】本発明は、これらの問題点を改良した成形
法であり、すなわち、金属金型本体の型キャビティを構
成する壁面に、厚さが０．１ｍｍを越え０．５ｍｍ以下
の断熱層としての耐熱性樹脂層を被覆して得られる金型
を用い、合成樹脂の型キャビティ内の流動速度が１００
ｍｍ／秒以下の低速射出を含む射出が行われる合成樹脂
の低圧射出成形法であり、この方法によると、成形品表
面に樹脂強化物のはみ出しなどが実質的に無く、金型表
面の再現性に優れ、ＳＣＲが改良された射出成形品を得
ることができるという効果がある。

【００５２】ガスアシスト射出成形のガス体を他の流体
に変えても同様な結果が得られる。図２は、表２に示さ
れた各種合成樹脂および各種流体の温度と粘度の関係を
示す図である。各種流体は、射出時の温度に於いて、最
初に射出される合成樹脂の粘度の１／５０以下の粘度で
あれば同様に使用できる。流体として、ガスの代わりに
液体を使用した場合が液体アシスト射出成形法であり、
低分子量重合体を使用した場合がオリゴマーアシスト射
出成形法である。この液体アシスト射出成形法、オリゴ
マーアシスト射出成形法においても図１（ａ），（ｂ）
および（ｃ）で説明したことと同様の結果が得られる。

【００５３】

【表２】

【００５４】図３（ａ）および（ｂ）は、ガスアシスト
射出成形で成形された別の成形品を示す。図３（ａ）お
よび（ｂ）に於いて、成形品７にはゲート８から樹脂流
動端部９へ厚肉部１０が形成されている。ゲート８から
合成樹脂を射出し、次いでガス体を射出するとガス体は
厚肉部を選択的に進行し、一般にガスチャンネル１１と
言われる中空部が形成される。このガスチャンネル１１
のガス体圧力により樹脂流動端部９へ均一に注入ガスの
圧力が伝達される。図３（ａ）の成形品のＡ−Ａ’断面
を図３（ｂ）に示す。この様な成形品においても、図１
（ａ），（ｂ）および（ｃ）で説明したと同様な金型表
面の再現性とＳＣＲの問題が起こるが、本発明では、適
度に選択された耐熱性樹脂層により被覆された金型を用
いることにより良好な成形品が得られる。

【００５５】図４（ａ）および（ｂ）は、本発明で述べ
る低圧射出成形法の一つである射出圧縮成形法を示す。
図４（ａ）及び（ｂ）に於いて、射出成形機の型締めプ
レートを若干後退させることにより、金型１の移動側を
後退させて金型キャビティ２を深く（肉厚に）した状態
で、合成樹脂３を射出し（図４（ａ））、ついで型締プ
レートを前進させることにより金型１の移動側を前進さ
せて金型キャビティを所定の深さ（肉厚）にすることに
より、合成樹脂を低圧力で金型キャビティに充填する
（図４（ｂ））。従来、一般に合成樹脂が射出され、次
いで金型キャビティの深さ（肉厚）を減少し始める段階
で型キャビティ内の合成樹脂の流動速度が通常変化し、
その変化するところ４に外観の悪いフローマークが発生
する。また型キャビティの深さ（肉厚）を減少すること
により低圧で型キャビティを満たす時の、合成樹脂の型
キャビティ内の流動速度は遅く、従ってその部分の成形
品の金型表面の再現性は悪くなり、光沢度は悪くなる。
さらに、合成樹脂の型キャビティ内の流動速度が遅くな
ることにより、成形品のＳＣＲも悪くなる。それに対
し、本発明では、選択された断熱層としての耐熱性樹脂
層により被覆された金型を用いることにより、これらの
外観不良、ＳＣＲが改善される。

【００５６】以下、一般に低圧射出成形で金型表面の再
現性とＳＣＲが極めて悪い理由、およびこれが本発明の
特定の耐熱性樹脂層により被覆された金型を用いること
により改善される理由を、図５〜図１２を用いて説明す
る。

【００５７】図５、図６、図７および図８は金型本体の
温度が５０℃、ゴム強化ポリスチレンの温度が２４０℃
で射出成形されたときの金型壁面付近の合成樹脂層また
は／および耐熱性樹脂層の温度分布の変化（計算値）を
示している。図中の各曲線の数値は加熱された合成樹脂
が冷却された金型壁に接触してからの時間（秒）を示し
ている。加熱された合成樹脂は型壁面に接触して、急速
に冷却され、逆に型表面は加熱された合成樹脂から熱を
受けて昇温する。図に示すように、金型表面を断熱層と
しての耐熱性樹脂層（ポリイミド）で被覆すると（図６
及び図７）、合成樹脂と接触する耐熱性樹脂層表面の温
度上昇は大きくなり、温度低下速度も小さくなる。

【００５８】型表面が耐熱性樹脂で被覆されると、合成
樹脂が金型壁に接触してからの時間が短いほど、型表面
温度は高くなり、型の耐熱性樹脂層による被覆により金
型温度を大巾に上昇させたのと同等の効果が得られる。

【００５９】図８は、断熱層のポリイミド表面の温度
が、該表面に樹脂が接触してからの時間によってどう変
化するかを示す。樹脂が型表面に接触してから０．４秒
後に型表面を合成樹脂の軟化温度以上に保つにはポリイ
ミドで０．１ｍｍを越える厚みに金型を被覆する必要が
ある。耐熱性樹脂層の厚みは金型温度と合成樹脂の軟化
温度などにより異なるが、一般には金型温度は５０℃付
近で成形され、また実用化される合成樹脂の軟化温度は
１００℃付近以上であり、それにより断熱層としての耐
熱性樹脂の厚みが決められる。

【００６０】本発明の様に、一般に合成樹脂の型キャビ
ティ内の流動速度が小さい低圧射出成形法では、合成樹
脂が型壁面に接触してから該合成樹脂がその接触面に型
表面に再現するに必要なある程度の射出圧力がかかるま
でに時間がかかり、それだけ射出圧力がかかった時の型
表面温度は低下すると考えられる。射出成形中に樹脂の
流動速度が急速に変化する成形法で成形する場合、樹脂
の流動速度が変化するところで外観が急に変わりやす
い。本発明では、断熱層の厚みを０．１ｍｍを越える厚
みとすることにより、樹脂の外観変化をおさえる。さら
に、合成樹脂が型表面に接触してから少なくとも０．４
秒の間、型表面の温度が合成樹脂の軟化温度以上の状態
になるという条件で射出成形することにより、外観の改
良を行う。

【００６１】図９は、合成樹脂の金型キャビティ内の流
動パターンを示し、図１０は、樹脂の流動により剪断発
熱が起こることを示す。

【００６２】図９に於いて、冷却された金型１２で構成
される金型キャビティへ加熱可塑化された合成樹脂が射
出されると、射出された合成樹脂は冷却された型壁面に
接して直ちに固化層１３を形成する。そして引き続き射
出される合成樹脂は該固化層１３の中を進行し、流動先
端（ＦｌｏｗＦｒｏｎｔ）１４に達してから型壁面へ
向かう流れ１５、いわゆるＦｏｕｎｔａｉｎＦｌｏｗ
となる。合成樹脂の流速１６は、速度分布曲線１８に示
す様に、金型キャビティの中心１７で最も速く、固化層
１３に近づく程遅くなる。流動中の合成樹脂には剪断速
度分布曲線１９に示す剪断力が発生し、剪断力に比例す
る発熱が起こる。この発熱量は射出速度が大きい時には
極めて大きな量であり、固化層に接する位置に発生し、
固化層の増大を阻止する働きをする。射出速度によりど
の程度の発熱が起こるかを図１０に示す。図１０は合成
樹脂の流動速度を変化させて、その発熱量を次の条件で
計算し、金型充填直後の合成樹脂の温度分布を示したも
のである。

【００６３】金型：鋼鉄金型キャビティサイズ：６０×２９０×２ｍｍ（幅×長
さ×厚み）合成樹脂：旭化成ポリスチレン４９２合成樹脂温度：２４０℃ 金型温度：５０℃ 射出充填時間：０．１秒、０．４秒、１．０秒計算に使用したソフトウエア：モールドフロウピィ
・ティ・ワィリミテッド（ＭＯＬＤＦＬＯＷＰＴ
ＹＬｔｄ．）製のモールドフロウ／フロウ（ＭＯＬＤ
ＦＬＯＷ／ＦＬＯＷ）

【００６４】ゲートからの位置が２５ｍｍ（Ａ）、１４
５ｍｍ（Ｂ）、２６５ｍｍ（Ｃ）の３点での樹脂充填直
後の樹脂断面での温度分布が示されている。一般に、合
成樹脂の流動速度が速い時には、その発熱量が極めて大
きく、その発熱が固化層に沿って起こるため、固化層の
成長が押さえられ、固化層が薄い状態で樹脂が充填され
る。すなわち、合成樹脂の従来の射出成形では、自己発
熱により固化層の増大を押さえ、流路を確保しつつ成形
される。これに対して、本発明における様な低速射出で
は、発熱が少なく、低速流動により流動中に固化層が厚
くなり、固化層が厚い状態で樹脂が充填される。低速射
出成形では、この様な意味で流動という点から考えて極
めて厳しい条件で射出成形していることになる。こうし
て固化層が厚くなることが、成形品のＳＣＲを悪くする
ことになると推定される。

【００６５】次に本発明でＳＣＲが改良されることを図
１１（ａ）および１１（ｂ）で説明する。低速射出によ
り固化層が厚くなり、ＳＣＲが悪くなる。本発明では、
これを改善するために断熱層としての耐熱性樹脂層によ
り被覆された金型を使用する。

【００６６】図１１（ａ）および１１（ｂ）に於いて、
冷却された金属金型で合成樹脂を射出成形すると、射出
された溶融樹脂が冷却された型壁面に接触して、表層に
直ちに固化層２０が形成され、該固化層２０が断熱層と
なって内核２１は徐々に冷却されて収縮する。十分に冷
却した成形品には、内核２１の収縮により表層２０に圧
縮応力が残留するが、その残留圧縮応力は内核２１の厚
みＣと表層２０の厚みＳの比、Ｃ／Ｓに比例する（図１
１（ａ）のＩ）。断熱層である耐熱性樹脂層により被覆
された金型で射出成形した場合の射出直後に形成される
固化層２０は、断熱層で被覆していない通常の金型で射
出成形した場合に比較して薄くなる。十分に冷却した成
形品の残留圧縮応力はＣ’／Ｓ’に比例して大きくなり
（図１１（ｂ）のＩ）、その残留圧縮応力は断熱層とし
ての耐熱性樹脂層により被覆しない金型で成形した場合
より大きい。この射出成形品に曲げ応力がかかると、成
形品の凹側２２の圧縮応力は更に大きくなり、遂に成形
品の凸側２３は圧縮応力がなくなり引張り応力がかかる
（図１１（ａ）のＩＩ）、（図１１（ｂ）のＩＩ）。表
層の残留圧縮応力が大きい図１１（ｂ）の場合には、曲
げた場合にかかる表層引張り応力は小さくなる。一般
に、合成樹脂の圧縮強度は引張り強度に比べて大幅に大
きいため、合成樹脂の成形品に曲げ応力をかけた場合に
は成形品の凸側から破壊される。従って、成形品の表層
の引張り応力が小さくなる図１１（ｂ）の方が破壊され
にくくなる。この様に、断熱層としての耐熱性樹脂層に
より被覆された金型で成形された成形品は応力をかけた
場合の耐破壊力が強くなる。これが、本発明によって得
られた射出成形品のＳＣＲが強くなる理由であると推定
される。

【００６７】次に低圧射出成形では、合成樹脂の型キャ
ビティ内の流動速度がおそくなることを図１２で説明す
る。図１２は、射出成形時に型壁面にかかる樹脂圧力の
経時変化を、従来の射出成形とガスアシスト射出成形に
ついての相違としてモデル的に示す。図１２に於いて、
ゲート付近の圧力曲線をＡ、ａで示し、流動端部付近の
圧力曲線をＣ、ｃで示し、流動中間部の圧力曲線をＢ、
ｂで示す。従来の射出成形の場合、ゲート付近にかかる
圧力はＡとＡ’の曲線で上昇してフルショットで最大と
なり、樹脂流動中間部にかかる圧力はＢの曲線で上昇し
てフルショットで最大となり、流動端部付近にかかる圧
力はＣの曲線で上昇してフルショットで最大となり、そ
れぞれ保圧時間とともに低下してゆく。Ａ、Ｂ、Ｃのそ
れぞれの最大値は成形品中の位置がゲートに近い程大き
く、その位置により最終的にかかる圧力が大きく異な
る。

【００６８】これに対して、ガスアシスト射出成形の場
合、最初に樹脂を高圧で射出し、射出途中で樹脂の射出
を止め、樹脂射出圧力より大幅に低い圧力のガス体を射
出して金型キャビティを満たす。このガスアシスト射出
成形で、ゲート付近にかかる圧力はまずＡの曲線で上昇
し、射出途中で樹脂をガス体に切り替えるところ２４で
樹脂圧力はガス体とほぼ同一圧力になり、その後ａ曲線
の様に一定圧力で推移する。ガス体が射出された後に
は、樹脂の流動中間部の圧力はｂの曲線で上昇し、フル
ショット時にガス体圧力とほぼ同一となり、保圧時はそ
の圧力が維持される。流動端部付近の樹脂の圧力は曲線
ｃで示され、フルショット時にガス体圧力とほぼ同一と
なり、保圧時はその圧力がほぼ維持される。ガスアシス
ト射出成形ではゲート付近、流動中間部、流動端部のい
ずれもフルショット時にほぼ同一圧力にあることに特徴
がある。この結果、ガスアシスト射出成形は、成形品に
残留する応力が均一になり、成形品の寸法精度が良くな
るため広く使用されている。しかしながらガスアシスト
射出成形では曲線ｂと曲線ｃに示す様に、樹脂圧力の立
ち上がり方がゆっくりであり、この部分の型キャビティ
内流動速度はおそくなり、この部分の成形品の外観、Ｓ
ＣＲが悪くなるという欠点をも有する。本発明は、耐熱
性樹脂を金型本体の表面に被覆することにより、上記欠
点の改良を狙ったものである。

【００６９】本発明の低圧射出成形法により、光沢度、
ヒケ、ヘジテーションマークが改善され、成形品の外観
およびＳＣＲに優れた射出成形品が得られる。

【００７０】

【実施例】次に実施例により本発明をさらに詳細に説明
するが、本発明はこれらの例によってなんら限定される
ものではない。

【００７１】なお金型、物質、測定法などは下記を使用
する。

【００７２】（１）金型本体１：鋼材（Ｓ５５Ｃ）でつ
くられ、型キャビティは２ｍｍ（厚み）×１００ｍｍ×
１００ｍｍサイズでサイドゲートを有する。型表面は鏡
面状であり、クロムメッキされている。

【００７３】（２）金型本体２：鋼材（Ｓ５５Ｃ）でつ
くられ、型キャビティは３ｍｍ（厚み）×７０ｍｍ×３
７８ｍｍサイズの長方形であり、５ｍｍ×５ｍｍサイズ
のリブが長手方向についており、角部にサイドゲートを
有する。型表面は鏡面状であり、クロムメッキされてい
る。

【００７４】（３）ポリイミド前駆体および硬化後のポ
リイミド：直鎖型高分子量ポリイミド前駆体溶液「トレ
ニース＃３０００」（東レ（株）製）。硬化後のポリイ
ミドの性能は、Ｔｇが３００℃、熱伝導率が０．０００
５ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃、破断伸度が６０％であ
る。

【００７５】（４）ポリイミド被覆金型：各金型本体
に、ポリイミド前駆体溶液を塗布し、１６０℃に加熱し
て部分イミド化し、次いで該塗布、１６０℃加熱を２回
から８回繰り返し、最後に２９０℃まで加熱して、１０
０％イミド化して型表面をポリイミド被覆した。該表面
を鏡面状に研磨して、ポリイミドの厚みが０．０２５ｍ
ｍ、０．０５ｍｍ、０．０７５ｍｍ、０．１ｍｍ、０．
１５ｍｍ、０．１６ｍｍ、０．１７５ｍｍのポリイミド
被覆金型をつくる。

【００７６】（５）変性エポキシ樹脂：「セメダインＥ
Ｐ−００７」（セメダイン（株）製）。硬化後の性能は
熱伝導率が０．０００５ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃、破
断伸度は１２％、ペンシル硬度はＨである。

【００７７】（６）変性エポキシ樹脂被覆金型：金型本
体１に変性エポキシ樹脂を塗布し、５０℃、次いで１０
０℃に加熱して硬化させる。表面を研磨して鏡面状にす
る。

【００７８】（７）射出成形する合成樹脂：ＨＩＰＳ４９２：ゴム強化ポリスチレン「旭化成ポリス
チレン４９２」旭化成工業（株）製ＨＩＰＳ４９５：ゴム強化ポリスチレン「旭化成ポリス
チレン４９５」旭化成工業（株）製ＰＭＭＡ：メタクリル樹脂「デルペット８０Ｎ」旭化成
工業（株）製（８）光沢度の測定法：ＪＩＳＫ７１０５による（反
射角度６０度）。

【００７９】（９）ＳＣＲの測定法：図１３に示された
片持ばり法による。図１３に於いて、試験片２５（２×
２０×１００ｍｍサイズ）の曲げ応力のかかるところ２
６に溶剤を接触させ、荷重２７をかけてクラックが発生
し、破断する時間を見る。

【００８０】実施例１金型本体１と、金型本体１の０．１７５ｍｍ厚のポリイ
ミド被覆金型を用い、ＰＭＭＡで射出成形を行う。成形
条件は、射出シリンダー温度２６０℃、金型温度６０
℃、射出圧力を変化させて合成樹脂の型キャビティ内平
均流動速度を１３ｍｍ／秒の低速射出と２３０ｍｍ／秒
の高速射出で成形する。射出成形品のＳＣＲを破断時間
により測定し、表３に示す。

【００８１】ポリイミド被覆金型を用いた成形品はＳＣ
Ｒが改善されており、とくに低速射出に於いてその改良
効果は大きい。

【００８２】

【表３】

【００８３】実施例２金型本体１と、金型本体１の各種厚みのポリイミド被覆
金型を用い、ＨＩＰＳ４９５を射出成形する。成形条件
は、シリンダー温度２２０℃、金型温度３５℃である。
射出圧力を変化させて射出速度を変化させ、更にポリイ
ミド被膜の厚みを変化させて、成形品の光沢度を測定
し、図１４（ａ）および１４（ｂ）に示す。

【００８４】合成樹脂の型キャビティ内の流動速度によ
り、成形品の光沢度は著しく異なり、流動速度が１００
ｍｍ／秒以下の低速射出の場合で高光沢度を得るには、
ポリイミドの厚みは０．１ｍｍを越えることが必要であ
り、好ましくは０．１５ｍｍ以上が良好であることが判
る。

【００８５】実施例３金型本体２と、金型本体２に０．１６ｍｍ厚のポリイミ
ドで被覆した金型の２種の金型を用い、従来の高速射出
成形、従来の低速射出成形、ガスアシスト射出成形、オ
リゴマーアシスト射出成形の４種の成形法で射出成形を
行う。合成樹脂としてＨＩＰＳ４９２を用い、オリゴマ
ーとしての表２と図２に示されたＰＳＳＴ１２０に化学
発泡剤アゾジカルボンアミドを配合したものを用いる。
成形条件は、シリンダー温度２３０℃、金型温度４０℃
で成形を行う。

【００８６】各成形法と各金型の組み合わせで射出成形
を行い、各成形品の光沢度、リブの裏面のヒケの有無、
ヘジテーションマークの有無を測定して、結果を表４に
示す。表４に於て、低速射出を含む成形のＢ、Ｃ、Ｄで
は、クロムメッキ金型で射出成形した場合の流動端部の
光沢は著しく悪くなる。これに対して、ポリイミド被覆
金型で成形した場合には、低速射出においても流動端部
の光沢は良好である。

【００８７】ポリイミド被覆金型とＣｒメッキ金型（金
型本体）とを用いて、オリゴマーアシスト射出成形した
成形品の、流動端部の表層付近断面の模式図をそれぞれ
図１５（ａ）および１５（ｂ）に示す。図１５は透過型
電子顕微鏡写真（５０００倍）に基づいて表わしたもの
である。ポリイミド被覆金型で成形すると、成形品２９
表面には樹脂強化物のゴム粒子２８のはみ出しが実質的
になく、金型表面再現性に優れている。

【００８８】本発明の、ガスアシスト射出成形法、液体
アシスト射出成形法、オリゴマーアシスト射出成形法な
どの低圧射出成形法で、ポリイミド被覆金型で射出成形
すると、成形品は光沢度、ヒケ、ヘジテーションマーク
が改善され、且つ、低圧射出成形の本来の長所、例えば
必要型締力の低減、成形品の反りの低減、成形品寸法精
度の向上などは維持できる。

【００８９】実施例４金型本体１と、金型本体１の各種厚みの変性エポキシ樹
脂被覆金型を用い、実施例２と同様の射出成形を行う。
実施例２とほぼ同様の結果が得られた。

【００９０】

【表４】

【００９１】

【発明の効果】本発明の低圧射出成形法により、光沢
度、ヒケ、ヘジテーションマークが改善され、成形品の
外観及び耐ストレスクラック性（ＳＣＲ）に優れた射出
成形品が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が実施される低圧射出成形法〔ガスアシ
スト射出成形法、オロゴマーアシスト射出成形法、液体
アシスト射出成形法など〕を説明する図である。

【図２】各種合成樹脂および各種流体の温度と粘度の関
係を示す。

【図３】ガスアシスト射出成形法の別の成形例を示す。

【図４】本発明が実施される低圧射出成形法のうちの射
出圧縮成形法を説明する図である。

【図５】金型本体の温度が５０℃、ゴム強化ポリスチレ
ンの温度が２４０℃で射出成形された時の金型壁の表面
付近の温度分布の変化（計算値）を示す。

【図６】金型本体の温度が５０℃、ゴム強化ポリスチレ
ンの温度が２４０℃で射出成形された時の金型壁の表面
付近の温度分布の変化（計算値）を示す。

【図７】金型本体の温度が５０℃、ゴム強化ポリスチレ
ンの温度が２４０℃で射出成形された時の金型壁の表面
付近の温度分布の変化（計算値）を示す。

【図８】金型本体の温度が５０℃、ゴム強化ポリスチレ
ンの温度が２４０℃で射出成形された時の金型壁の表面
付近の温度分布の変化（計算値）を示す。

【図９】合成樹脂の金型キャビティ内の流動パターンを
示す。

【図１０】合成樹脂の、金型キャビティ内を流動中の剪
断発熱（計算値）を示す。

【図１１】断熱層被覆金型を用いることにより、低速射
出成形でもＳＣＲ（耐ストレスクラック性）が改善され
ることを示す。

【図１２】合成樹脂の射出成形時に型壁面にかかる樹脂
圧力の経時変化を示す。

【図１３】ＳＣＲを測定する方法を示す。

【図１４】それぞれ成形品の光沢度の、合成樹脂の型キ
ャビティ内の流動速度および耐熱性樹脂層としてのポリ
イミドの厚さに対する関係を示す。

【図１５】射出成形品の表面付近の断面の模式図を示
す。

【符号の説明】１金型本体２型キャビティ３合成樹脂４流動速度が変化するところ５ガス体６成形品７成形品８ゲート９樹脂流動端部１０厚肉部１１ガスチャンネル１２金型１３固化層１４流動先端１５型壁面へ向かう流れ１６合成樹脂の流速１７金型キャビティの中心１８速度分布曲線１９剪断速度分布曲線２０固化層あるいは表層２１内核２２成形品の凹側２３成形品の凸側２４樹脂をガスに切り替えるところ２５試験片２６曲げ応力のかかる所２７荷重２８ゴム粒子２９成形品

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属金型本体の、キャビティを構成す
る壁面に、厚さが０．１ｍｍを越え０．５ｍｍ以下の耐
熱性樹脂層を被覆して得られる金型を用い、合成樹脂の
型キャビティ内の流動速度が１００ｍｍ／秒以下の低速
射出を含む射出が行われる合成樹脂の低圧射出成形法。
【請求項２】合成樹脂が、樹脂強化物を含有する合成
樹脂であり、樹脂の成形後の成形品が、その表面に樹脂
強化物のはみ出しを実質的に有さない請求項１の低圧射
出成形法。
【請求項３】樹脂強化物を含有する合成樹脂が、ゴム
強化合成樹脂である請求項２の低圧射出成形法。
【請求項４】ゴム強化合成樹脂が、ゴム強化スチレン
系樹脂である請求項３の低圧射出成形法。
【請求項５】耐熱性樹脂層の厚みが、０．１５〜０．
４５ｍｍの範囲にある請求項１の低圧射出成形法。
【請求項６】耐熱性樹脂層の厚みが、０．１５〜０．
４５ｍｍの範囲にある請求項２の低圧射出成形法。
【請求項７】耐熱性樹脂層の厚みが、０．１５〜０．
４５ｍｍの範囲にある請求項３の低圧射出成形法。
【請求項８】耐熱性樹脂層の厚みが、０．１５〜０．
４５ｍｍの範囲にある請求項４の低圧射出成形法。
【請求項９】低圧射出成形法が、ガスアシスト射出成
形法、液体アシスト射出成形法、オリゴマーアシスト射
出成形法、射出圧縮成形法、内核樹脂が発泡樹脂からな
るサンドイッチ射出成形法、ヘッティンガ低圧射出成形
法からなる群のうちの少なくとも一つからなる請求項１
〜８の低圧射出成形方法。