JPH1067032A - 中空射出成形品の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ひけや反りがなく、かつ、質感等の特性を併
せ持った優れた外観面を有する高中空率の中空射出成形
品の製造方法を提供する。 【解決手段】 中空射出成形方法で中空率が２０〜７０
％の熱可塑性樹脂製中空射出成形品を製造するに当た
り、金型主材が室温における熱伝導率０．１ｃａｌ／ｃ
ｍ・ｓｅｃ・℃以上のもので形成されており、キャビテ
ィーを形成する面の少なくとも一部が、厚さ０．２〜２
ｍｍ、熱伝導率０．１５ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃以上
の金属層で形成され、前記金型主材と金属層との間に、
厚さ２〜２０ｍｍ、熱伝導率０．０５ｃａｌ／ｃｍ・ｓ
ｅｃ・℃以下、線膨脹率０．００００３ｃｍ／ｃｍ・℃
以下の断熱層が形成されている射出成形用金型を用い
て、５〜３０ｋｇ／ｃｍ^２の低圧流体で熱可塑性樹脂を
中空射出成形することを特徴とする、中空射出成形品の
製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、低圧の流体圧力
で、中空率が大きく、ひけや反りがなく、外観の優れた
質量感のある中空射出成形品を製造することができる中
空射出成形品の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、厚肉成形物を射出成形するに際し
て、金型内に射出充填された溶融樹脂内に高圧のガス又
は液体を圧入して、成形品の内部に中空部を形成させ、
ひけや反り等のない質量感のある射出成形物を得る方法
として特公昭４８−４１２６４号公報が知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
公昭４８−４１２６４号公報に記載の方法では、中空部
の肉厚をできるだけ薄くするために、溶融樹脂の充填量
を減らして、金型内に完全に満たす量よりも少ない充填
量で実施すると、樹脂充填完了時の充填樹脂の先端位置
にヘジテーションマークと呼ばれる痕跡が残り、外観不
良になると言う問題点がある。また、成形物の形状に凹
凸がある場合には、溶融樹脂の流れが乱れて、表面む
ら、フローマーク、皺等の外観不良が発生し易くなる。
従って、この様な外観不良が製品の要求性能上の問題点
となる場合には、後で塗装する等の処理が必要であっ
た。更に、金型転写性が良好な成形品を得る場合には、
高圧のガスを注入する必要があり、この様な高圧のガス
は、常圧から高圧に圧縮する際に高温化されているの
で、酸化作用等の悪影響を溶融樹脂に与えることから、
不活性な、窒素、ヘリウム、炭酸ガス等の高価なガスを
使用しなければならなかった。

【０００４】一方、本発明者らが提案した特開平８−５
７８８８号公報に記載の発明においては、金型主材が室
温における熱伝導率０．１ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃以
上のもので形成され、キャビティーを形成する面の少な
くとも一部が、厚さ０．２〜１．０ｍｍ、熱伝導率０．
１５ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃以上の金属層で形成され
ており、前記金型主材と金属層との間に、厚さ０．５〜
２．０ｍｍ、熱伝導率０．０５ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・
℃以下の無機物層（断熱層）が形成されている射出成形
用金型を用いて、２００ｋｇ／ｃｍ^２程度の比較的高圧
の流体で中空率１５％程度の中空状の板状体を成形して
いる。しかし、この特開平８−５７８８８号公報に記載
の金型では、無機物層（断熱層）の厚みが０．５〜２．
０ｍｍであり、それ以上の厚みのものでは金型の製造工
程が繁雑である旨記載されているとおり、無機物層（断
熱層）の厚みは２．０ｍｍまでのものしか意図されてい
ない。そのために、中空率１５％の中空状の板状体を２
００ｋｇ／ｃｍ^２もの比較的高圧の流体で成形してい
る。その上、この無機物層（断熱層）は線膨脹率が大き
いため、金型主材との間で剥離を起こし易いので改善が
必要であった。従って、本発明は上記問題点に鑑みてな
されたものであり、中空率が比較的高い２０〜７０％の
中空部を有し、ひけや反りがなく、軽量であり、かつ外
観の優れた、質量感のある中空射出成形品を、低圧力の
流体で製造する方法を提供することを目的としてなされ
たものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記課題を
解決するために、鋭意研究を重ねた結果、本発明を完成
するに至ったものである。すなわち、本発明の中空射出
成形品の製造方法は、中空射出成形方法で中空率が２０
〜７０％の熱可塑性樹脂製中空射出成形品を製造するに
当たり、金型主材が室温における熱伝導率０．１ｃａｌ
／ｃｍ・ｓｅｃ・℃以上のもので形成されており、キャ
ビティーを形成する面の少なくとも一部が、厚さ０．２
〜２ｍｍ、熱伝導率０．１５ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃
以上の金属層で形成され、前記金型主材と金属層との間
に、厚さ２〜２０ｍｍ、熱伝導率０．０５ｃａｌ／ｃｍ
・ｓｅｃ・℃以下、線膨脹率０．００００３ｃｍ／ｃｍ
・℃以下の断熱層が形成されている射出成形用金型を用
いて、５〜３０ｋｇ／ｃｍ^２の低圧流体で熱可塑性樹脂
を中空射出成形することを特徴とするものである。

【０００６】

【発明の実施の形態】

[I] 中空射出成形品の製造方法 (1) 原材料 本発明の中空射出成形品の製造方法において用いられる
熱可塑性樹脂としては、熱可塑性樹脂であれば特に制約
はないが、具体的には、ポリスチレン、ゴム変性ポリス
チレン、ＡＢＳ樹脂、ＡＳ樹脂等のスチレン系樹脂、ポ
リエチレン、ポリプロピレン等のオレフィン系樹脂、ポ
リ塩化ビニル等の塩化ビニル系樹脂、ポリエチレンテレ
フタレート、ポリブチレンテレフタレート等のポリエス
テル樹脂、ナイロン６、ナイロン６６等のポリアミド樹
脂、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリフェニレ
ンエーテル等を挙げることができる。これら熱可塑性樹
脂の中でも、ポリスチレン、ゴム変性ポリスチレン、Ａ
ＢＳ樹脂、ＡＳ樹脂等のスチレン系樹脂を用いることが
好ましい。

【０００７】(2) 射出成形金型 (a) 構 造 本発明の中空射出成形品の製造方法において用いられる
射出成形金型は、金型主材と、キャビティーを形成する
面の少なくとも一部を形成している金属層と、前記金型
主材と金属層との間に形成されている断熱層とから構成
される少なくとも三層構造の金型である。

【０００８】具体的には、例えば、図１に示す様な金型
１である。該金型１には、金型主材１´に対して、キャ
ビティー２面の少なくとも一部に金属層３と断熱層４が
形成されている。これらの金属層３と断熱層４は、成形
品の目視観察され易い面だけに形成しても良い。図１に
おいては、金型１の固定側の金型１ａと可動側の金型１
ｂの双方に金属層３と断熱層４が形成された例を示す
が、固定側の金型１ａ或いは可動側の金型１ｂのいずれ
か一方のみに形成したり、部分的に形成することもでき
る。金型１のキャビティー２面に金属層３と断熱層４を
形成するには、金型加工された金型主材１´のキャビテ
ィー２を形成する面側に、先ず断熱層４を取り付ける。
この取り付けは溶射法によったり、別途製造した断熱層
４を金型主材１´との間に耐熱性接着剤を介在させて接
着することにより取り付けることができる。該取り付け
は耐熱性接着剤を介在させて接着するのが好ましい。こ
の断熱層４の上に金属層３を形成する。別途作成した金
属層３を断熱層４の上に配置する方法によって形成する
ことができる。この場合、断熱層４と金属層３との間に
耐熱接着剤を介在させて押圧して形成するのが好まし
い。また、金属層３に断熱層４を予め積層したものを、
耐熱接着剤を介在させて形成することもできる。

【０００９】(b) 材 質金型主材 上記金型主材は、室温における熱伝導率が０．１ｃａｌ
／ｃｍ・ｓｅｃ・℃以上、好ましくは０．１１〜０．１
６ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃を示す素材のものから選ば
れる。この様な性質を有する材料としては、鋼鉄、アル
ミニウム、銅、亜鉛、及び、これら合金等の金属を挙げ
ることができる。上記室温における熱伝導率が上記範囲
未満の材質である場合は成形時の樹脂の冷却を効率的に
実施できない等の欠点が生じる。

【００１０】金属層 上記金型主材のキャビティーを形成する面側の少なくと
も一部には、厚さが０．２〜２ｍｍ、好ましくは０．５
〜１．０ｍｍで、しかも、熱伝導率が０．１５ｃａｌ／
ｃｍ・ｓｅｃ・℃以上、好ましくは０．１６〜０．２ｃ
ａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃の金属層が配置されている。該
金属層は、成形品を成形するときは金型キャビティーに
射出された溶融樹脂と接し、かつ成形品をある程度まで
冷却するという金型キャビティー面を形成する機構を果
たす。この金属層は、溶融樹脂が射出されキャビティー
内を流動するときは急激に冷却させず、しかし、溶融樹
脂を成形した後においては短時間で冷却することができ
るのが良い。従って、金型キャビティー表面を構成する
金属層の熱伝導率が上記範囲内のものであることが重要
であり、該熱伝導率が上記範囲未満では上記作用機能を
発揮させることができなくなる。この金型キャビティー
表面の金属層は、厳しい冷熱サイクルを受けるため、こ
の冷熱サイクルに耐え、強伸度が大きく、耐熱性があ
り、耐磨耗性に優れ、使用中に傷が付きにくい材質であ
る必要がある。具体的には、銅、ニッケル、クロム及び
これらの合金等の金属を挙げることができる。金属層の
厚さは、金型温度が高い程厚くし、金型温度が低い程薄
くするのが良いが、本発明者等の実験によると、金属層
に上記作用機能を発揮させるには、金属層の厚さを上記
範囲内で選ぶのが良い。従って、金属層の厚さが上記範
囲外であると、中空率を高くすることはできないし、流
体圧力を低くすることができなくなる。

【００１１】断熱層 上記金型主材と金属層との間には、厚さが２〜２０ｍ
ｍ、好ましくは３〜１０ｍｍで、しかも、熱伝導率が
０．０５ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃以下、好ましくは
０．０３〜０．００１ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃、線膨
脹率が０．００００３ｃｍ／ｃｍ・℃以下、好ましくは
０．００００２５〜０．００００１ｃｍ／ｃｍ・℃の断
熱層が形成されている。断熱層は、金型主材と金属層と
の間にあり、金型キャビティーに射出された高温の溶融
樹脂からの温度を金型主材に伝えないで断熱する機能を
果たすと共に、金型主材及び金属層との剥離を考慮し
て、金型主材及び金属層の線膨脹率になるべく近い線膨
脹率を有する物質が使用される。この断熱層は熱伝導率
及び線膨脹率が上記範囲内のものであることが重要であ
る。熱伝導率が上記範囲を超過するものを用いると、溶
融樹脂から吸収した金属層の熱が急激に低下するため外
観改良の効果が少ない。また、上記線膨脹率が上記範囲
を超過するものを用いると、金型主材と金属層との間で
温度変化による歪みが発生し、金型主材及び金属層と断
熱層の剥離が起こり易くなると言った問題が生じる。こ
の様な断熱層の材質としては、具体的には、エポキシ樹
脂、フェノール樹脂、ナイロンブロックコポリマー等の
熱硬化性樹脂に金属粉を樹脂との合計量に対して３０〜
８０重量％、好ましくは４０〜７０重量％の割合で含有
させた樹脂組成物からなるものを挙げることができる。
上記金属粉としては、鋼鉄、アルミニウム、銅、亜鉛、
及び、これらの合金等の金属を挙げることができる。該
金属粉の粒径としては、１００〜５００μｍのものが好
ましい。また、上記断熱層の厚みは上記範囲内で選ぶの
が良い。断熱層の厚みが上記範囲未満であると断熱効果
が不十分となり、得られる成形品は急速に冷却され、成
形品に引け、反りが発生することになる。また、上記範
囲を超える溶融樹脂の冷却が遅くなり、成形サイクルが
長くなる。

【００１２】(3) 中空射出成形 本発明の中空射出成形品の製造方法においては、上記射
出成形金型を用いて、５〜３０ｋｇ／ｃｍ^２、好ましく
は１０〜２０ｋｇ／ｃｍ^２の低圧力の流体で、中空率が
２０〜７０％、好ましくは３０〜６０％の中空射出成形
が行なわれる。中空射出成形方法としては、上記低圧力
の流体で実施する以外は、通常の中空射出成形方法と同
様の方法で実施することができる。

【００１３】具体的には、本発明の中空射出成形品の製
造方法における成形工程を表わす金型の断面図を図２
（ａ）、図２（ｂ）、図２の（ｃ）として表わす。 図２の（ａ）は、金型キャビティー２に金型キャビ
ティー２を満たすのに不十分な液体の溶融樹脂５をスプ
ルー６より射出した状態を表わす図である。 金型キャビティー２に射出された溶融樹脂５は、溶
融状態である間に流体注入口７から流体を注入した時、
該流体によって溶融樹脂５は金型キャビティー２の表面
に押されて、金型キャビティー２の形状に成形される。
図２の（ｂ）は、溶融樹脂５に流体注入口７から流体を
注入し、中空部８を形成した状態を表わす図である。流
体が溶融樹脂５を金型キャビティー２に沿って押圧する
圧力は、溶融樹脂５の射出圧力の１／２以下の圧力であ
り、流体による流動速度は遅くなるが、本発明の中空射
出成形品の製造方法によるときはＡの部分の流動速度変
化位置にヘジテーションマークは生じない。更に、成形
品の厚みが厚い部分から薄くなっているＢの部分の皺の
発生し易い部分に、通常、溶融樹脂５が縮んだ皺が発生
するが、本発明の中空射出成形品の製造方法によるとき
は溶融樹脂５の冷却速度が穏やかなため、皺は生じな
い。 図２の（ｃ）は、金型１を型開きして、中空射出成
形品９を離型した状態を表わす図である。

【００１４】[II] 用 途上記中空射出成形によって得
られる中空射出成形品としては、具体的には、自動車用
ハンドル、シャワーヘッド、蛇口等を挙げることができ
る。

【００１５】

【実施例】以下に示す実験例によって、本発明を更に具
体的に説明する。 実施例１ 三菱重工業（株）製射出成形機２００ＭＧを使用し、金
型として、図１に示す様な鋼材（Ｓ５５Ｃ、熱伝導率
０．１３ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃）製の金型主材の可
動側及び固定側の金型キャビティー面側に厚さ１５ｍｍ
のエポキシ樹脂にアルミニウム粉末を樹脂との合計量で
６０重量％含有させた断熱層（熱伝導率０．００５ｃａ
ｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃、線膨脹率０．００００２ｃｍ／
ｃｍ・℃）を形成し、この層の上に厚さ１．５ｍｍのニ
ッケル板（熱伝導率０．１７ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・
℃）を配置した三層構造の金型を使用し、ポリスチレン
（三菱化学（株）製、ＨＴ−６０）を原材料として用い
て、長さ３００ｍｍ、大外径４０ｍｍ、小外径２０ｍｍ
のパイプのハンドルを射出圧力３００ｋｇ／ｃｍ^２、シ
リンダー温度２２０℃、ガス体（空気）注入圧力２０ｋ
ｇ／ｃｍ^２、金型温度４０℃、成形サイクル７０秒の成
形条件で成形した。得られた成形品の表面光沢、外観を
目視観察で観察した結果、成形品は、ひけや反りがな
く、中空率が６０％で、表面光沢９０％であり、成形品
のヘジテーションマーク、皺は観察されなかった。

【００１６】比較例１ 実施例１において、金型を断熱層のないものに変更し、
更に、ガス体を窒素に変えて、１５０ｋｇ／ｃｍ^２の注
入圧力に変更した以外は実施例１に記載の方法と同様の
方法で成形した。得られた成形品は、ひけや反りがあ
り、中空率が６０％であったが、成形品の表面にヘジテ
ーションマーク、皺が観察され、表面光沢７０％であっ
た。

【００１７】比較例２ 実施例１において、金型を断熱層のないものに変更した
以外は実施例１に記載の方法と同様の方法で成形した。
得られた成形品は、ひけや反りがあり、中空率が６０％
であったが、成形品の表面にヘジテーションマーク、皺
が観察され、表面光沢６０％であった。

【００１８】比較例３ 実施例１において、断熱層を、厚さ１．０ｍｍ、熱伝導
率０．００２ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃、線膨脹率０．
００００５ｃｍ／ｃｍ・℃の無機物（珪酸カリウム）に
変更した以外は実施例１に記載の方法と同様の方法で成
形した。得られた成形品は、ひけや反りがあり、中空率
が６０％、表面光沢７０％であり、成形品の表面にヘジ
テーションマーク、皺が観察された。

【００１９】比較例４ 実施例１において、断熱層を、厚さ１ｍｍに変更した以
外は実施例１に記載の方法と同様の方法で成形した。得
られた成形品は、ひけや反りがあり、中空率が６０％、
表面光沢６５％であり、成形品の表面にヘジテーション
マーク、皺が観察された。

【００２０】

【発明の効果】このような本発明の中空射出成形品の製
造方法によれば、 ひけや反りがなく、 低圧中空射出成形法に存在する金型キャビティー内
における溶融樹脂の流動乱れによる外観不良現象が生じ
難く、外観の優れた成形品が得られる。 低圧の流体圧力で中空率が大きく、外観不良現象が
生じ難く、外観の優れた成形品が得られる。 中空射出成形で発生し易い金型キャビティー表面の
転写性、再現性等の外観不良の問題点を一挙に解決し、
商品価値の高い成形品を製造することができる。との優
れた利点があり、工業的利用価値が極めて高い。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明実施例に用いられる金型を表わ
す断面図である。

【図２】図２は本発明の中空射出成形品の製造方法にお
ける成形工程を表わす金型の断面図である。

【符号の説明】

１ 金型 １´ 金型主材 １ａ 固定側金型 １ｂ 可動側金型 ２ キャビティー ３ 金属層 ４ 断熱層 ５ 溶融樹脂 ６ スプルー ７ ガス体注入口 ８ 中空部 ９ 中空射出成形品 Ａ 流動速度変化位置 Ｂ 皺の発生し易い部分

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊 藤 信 昭 三重県四日市市東邦町１番地 三菱化学株 式会社四日市総合研究所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】中空射出成形方法で中空率が２０〜７０％
   の熱可塑性樹脂製中空射出成形品を製造するに当たり、
   金型主材が室温における熱伝導率０．１ｃａｌ／ｃｍ・
   ｓｅｃ・℃以上のもので形成されており、キャビティー
   を形成する面の少なくとも一部が、厚さ０．２〜２ｍ
   ｍ、熱伝導率０．１５ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃以上の
   金属層で形成され、前記金型主材と金属層との間に、厚
   さ２〜２０ｍｍ、熱伝導率０．０５ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅ
   ｃ・℃以下、線膨脹率０．００００３ｃｍ／ｃｍ・℃以
   下の断熱層が形成されている射出成形用金型を用いて、
   ５〜３０ｋｇ／ｃｍ^２の低圧流体で熱可塑性樹脂を中空
   射出成形することを特徴とする、中空射出成形品の製造
   方法。
2. 【請求項２】断熱層が、熱硬化性樹脂に金属粉を樹脂と
   の合計量に対して３０〜８０重量％含有させた樹脂組成
   物からなる、請求項１に記載の中空射出成形品の製造方
   法。