JPH10235695A

JPH10235695A - 合成樹脂の新規な成形法

Info

Publication number: JPH10235695A
Application number: JP4598697A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kataoka; 紘片岡
Original assignee: Asahi Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Asahi Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 1997-02-28
Filing date: 1997-02-28
Publication date: 1998-09-08

Abstract

(57)【要約】【課題】成形品外観及び耐ストレスクラック性に優れ
た成形品を提供することの可能な成形法を提供する。【解決手段】金型キャビティに合成樹脂を射出して成
形する成形法において、成形時における合成樹脂への溶
解度が空気及び／又は窒素の合成樹脂への溶解度の３倍
以上である特定ガス体で金型キャビティを満たし、合成
樹脂の金型キャビティ流動速度が２００ｍｍ／秒以下の
低速射出を少なくとも含む射出を行う成形法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は合成樹脂の成形法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】合成樹脂の射出成形において、成形の生
産性の低下を最小限におさえて、型表面再現性を良くす
ることはこれまで常に要求されてきた課題である。一般
に合成樹脂の金型キャビティの流動速度が低いと型表面
再現性が悪い。更に射出圧力あるいは型締力が低い低圧
射出成形法では、型表面再現性が悪くなりやすい。特に
この低圧射出成形では、型表面再現性を改良することが
強く要求されてきた。

【０００３】射出圧力あるいは型締力が低い低圧射出成
形法について、これまで広く紹介され、実用されてい
る。低圧射出成形法として、ＰｌａｓｔｉｃｓＴｅｃ
ｈｎｏｌｏｇｙ，Ａｐｒｉｌｐ．４４（１９９４）、
あるいはＵＳＰ４１０１６１７等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、次いで合成樹脂の射出圧力よ
り低い圧力の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。

【０００４】ＥＰ０５９９００９Ａ１に示されている
オリゴマーアシスト射出成形法及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。型締めプレートを若干後退させて金型
キャビティを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
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が最近広く使用され
ている。

【０００５】射出圧縮成形と同様の成形工程で、合成樹
脂を金型キャビティに押出成形で注入する押出圧縮成形
も使用されている。極めて低い射出圧力で、極めて低速
で射出を行うＨｅｔｔｉｎｇａ低圧射出成形法が、合成
樹脂，３７（９）ｐ．３４（１９９２）等に紹介され
ており、成形品の形状によって良好に使用されている。

【０００６】これらの低圧射出成形では一般の射出成形
に比較して合成樹脂の充填圧力は低く、合成樹脂の型キ
ャビティ流動速度はおそくなる。この様に合成樹脂の型
キャビティ流動速度がおそくなると、射出成形品表面の
金型表面再現性は悪く、粗面になり、また耐ストレスク
ラック性（以後ＳＣＲと略称する。）も悪くなり、改良
が要求されている。

【０００７】一般の射出成形では成形条件を種々変化さ
せて金型表面再現性や耐溶剤性を良くすることが行われ
ている。各種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、また、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
おり、これを満たす試みがいくつか紹介されている。

【０００８】一般の射出成形で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
金型表面再現性を良くする断熱層被覆金型法については
ＷＯ９３／０６９８０等で紹介されている。成形直前に
金型表面を高周波誘導加熱する方法が、特公昭５８−４
０５０４号公報や、ＵＳＰ４３４０５５１、ＵＳＰ
４４３９４９２等に紹介されている。

【０００９】成形直前に金型キャビティに加熱ガス体を
吹き込み、型表面を加熱する方法が、特公昭４５−２２
０２０号、特開平６−１７０９４３号、特開平８−２４
４０７２号の各公報等に紹介されている。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。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、金型キャビ
ティ内の合成樹脂の流動速度が遅い時に型表面再現性が
悪くなるのを改良する成形法を提供することを目的とす
るものである。ガスアシスト射出成形、オリゴマーアシ
スト射出成形、射出圧縮成形、押出圧縮成形、Ｈｅｔｔ
ｉｎｇａ低圧射出成形等の低圧射出成形では合成樹脂の
金型キャビティ流動速度が一般におそく、更にしばしば
その樹脂流動速度が流動中に急に変化する。流動速度が
おそいことにより金型表面再現性が悪く、更にその流動
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
クと称される見苦しいフローマークが生ずる。更に、合
成樹脂の型キャビティ流動速度がおそくなることにより
ＳＣＲが悪くなる。特にガスアシスト射出成形では成形
品のリブに形成されるガスチャンネル付近の表面に見苦
しいフローマークが発生しやすい。これらの外観不良や
ＳＣＲを改良することが要求されており、本発明はこれ
等に答えようとするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、金型キャ
ビティの樹脂低速流動、低射出圧力等と成形品の型表面
再現性の関係を研究し、更に成形品のＳＣＲ等との関係
を研究して本発明に至った。すなわち、本発明は、１．金型キャビティに合成樹脂を射出して成形する成
形法において、成形時における合成樹脂への溶解度が空
気及び／又は窒素の合成樹脂への溶解度の３倍以上であ
るガス体で金型キャビティを満たし、合成樹脂の金型キ
ャビティ流動速度が２００ｍｍ／秒以下の低速射出を少
なくとも含む射出を行う合成樹脂の成形法。２．合成樹脂の金型キャビティ流動速度が１００ｍｍ
／秒以下の低速射出を少なくとも含む射出を行う上記１
の合成樹脂の成形法。３．ガス体で金型キャビティを大気圧に満たして成形
を行う上記１又は２の合成樹脂の成形法。４．ガス体で金型キャビティを大気圧を越え、１．１
ＭＰａ未満の加圧状態に満たして成形を行う上記１又は
２の合成樹脂の成形法。５．ガス体で金型キャビティを１．１ＭＰａ以上、１
０ＭＰａ未満の加圧状態に満たして成形を行う上記１又
は２の合成樹脂の成形法。６．金型キャビティに合成樹脂を射出して成形する成
形法が下記の低圧成形法から選択される成形法である上
記１、２、３、４又は５の合成樹脂の成形法。（１）ガスアシスト射出成形。（２）液体アシスト射出成形。（３）オリゴマーアシスト射出成形。（４）射出圧縮成形。（５）押出圧縮成形。（６）Ｈｅｔｔｉｎｇａ射出成形。７．下記の型表面再現性改良成形法から選択される成
形法と併用する上記１、２、３、４、５又は６の合成樹
脂の成形法。（１）断熱層被覆金型を使用する成形法。（２）成形直前に金型表面を高周波誘導加熱する成形
法。（３）成形直前に金型キャビティに加熱ガス体を吹き込
む成形法。（４）金型に熱媒と冷媒を交互に流して成形する成形
法。８．ガス体が炭酸ガスあるいは炭酸ガスを主成分とす
るガス体である上記１、２、３、４、５、６又は７の合
成樹脂の成形法。

【００１２】以下に本発明について詳しく説明する。本
発明に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、ポリエチレン、ポリプロピレン
等のポリオレフィン、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等のスチレ
ン系樹脂、ポリアミド、ポリエステル、ポリカーボネー
ト、ポリオキシメチレン、メタクリル樹脂、塩化ビニー
ル樹脂等である。合成樹脂には１〜６０重量％の樹脂強
化物が含有されていることが好ましい。樹脂強化物とは
各種ゴム、ガラス繊維、カーボン繊維等の各種繊維、タ
ルク、炭酸カルシウム、カオリン等の無機粉末等であ
る。特に良好に使用できるのはゴム強化合成樹脂であ
り、その中で更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。ゴム強化ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂、
ＡＡＳ樹脂、ＭＢＳ樹脂等は最も良好に使用できる。

【００１３】本発明法で成形される成形品は各種光学部
品、弱電機器や電子機器等のハウジング、各種日用品、
各種工業部品等の一般に使用される合成樹脂射出成形品
である。本発明に述べる金型とは、鉄又は鉄を主成分と
する鋼材、アルミニウム又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−銅合金等の一般に合成
樹脂の成形に使用されている金型を包含する。特に鋼材
から成る金型が良好に使用できる。

【００１４】本発明の成形法には、金型キャビティに合
成樹脂を注入して成形する成形法が広く使用でき、一般
の射出成形が良好に使用できる。特に良好に使用できる
のは低圧射出成形である。低圧射出成形は、ガスアシス
ト射出成形、液体アシスト射出成形、オリゴマーアシス
ト射出成形、射出圧縮成形、押出圧縮成形、Ｈｅｔｔｉ
ｎｇａ低圧射出成形等の中から選択される。

【００１５】本発明の成形では、合成樹脂の型キャビテ
ィ流動速度が２００ｍｍ／秒以下、好ましくは１００ｍ
ｍ／秒以下の低速射出を少なくとも含む射出成形で成形
される。これには合成樹脂の射出速度が一時的に低速に
なる場合、瞬間的に流動が止まる場合、全体的に低速の
場合等の各種が含まれる。合成樹脂の型キャビティ流動
速度は金型キャビティの樹脂流動距離と合成樹脂の射出
時間を射出スクリューの前進時間等で測定すること等に
より算出できる。ガスアシスト射出成形で合成樹脂を射
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所
に、見苦しいフローマークが発生し、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、型表面再現性が一般に悪
くなる。

【００１６】本発明の型キャビティを満たすガス体は、
成形時におけるガス体の合成樹脂への溶解度が３倍以上
のガス体であり、好ましくは４倍以上、更に好ましくは
５倍以上で、溶解度が大きい程好ましいガス体である。
成形時における溶解度とは合成樹脂の固化温度付近で、
且つ合成樹脂の成形圧力下における溶解度である。更に
ガス体は樹脂を劣化させないこと、安価であること、大
きな環境破壊性が少ないこと等の制約から選定される。
樹脂に対するガスの溶解度は、圧力降下法等により測定
される。

【００１７】本発明の型キャビティを満たすガス体とし
ては、炭酸ガス、炭化水素、ハロゲン化物等が好まし
く、特に好ましくは炭酸ガスである。ガス体は溶解度が
大きいものを含む２種以上の混合物であっても使用でき
る。炭酸ガスに空気が混入したガス体でも、その溶解度
が３倍以上であれば本発明に使用できる。炭酸ガスと空
気の混合ガスの場合、炭酸ガスが５０容量％以上である
ことが好ましく、更に好ましくは７０容量％以上、特に
好ましくは９０容量％以上であり、最も好ましくは９５
容量％以上で、限りなく１００％に近い程好ましい。

【００１８】炭酸ガスは合成樹脂に良く溶解して良好な
可塑剤になって合成樹脂の流動性を向上させ、特に良好
に使用できる。次に炭酸ガスの各合成樹脂への溶解量、
炭酸ガス溶解による合成樹脂のガラス転移温度（以後Ｔ
ｇと略称する。）の低下等について図を用いて説明す
る。図２〜図１１は各種文献に記載の報告を示したもの
である。すなわち、図２と図３は、成形加工，９６
ｐ．２７９（１９８９）より、図４、図５、図６、図７
と図１０は、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｏｌｙｍ．Ｓｃｉ．，Ｖ
ｏｌ．３０ｐ．４０１９（１９８５）より、図８と図
１１はＪ．Ｐｏｌｙｍ．Ｓｃｉ．，Ｖｏｌ．３０ｐ．
２６３３（１９８５）より、図９はＪ．Ｍｅｍｂｒａｎ
ｅＳｃｉ．，Ｖｏｌ．５ｐ．６３（１９７９）から
それぞれ引用した図である。図中の炭酸ガスの各樹脂へ
の溶解量を示すＣ（ｃｍ³ＣＯ₂（ＳＴＰ）／ｃｍ³ｐ
ｏｌｙｍｅｒ）は、樹脂に溶解した炭酸ガスの３５℃、
２０気圧における容量である。

【００１９】図２と図３はポリスチレン（ＰＳ）への炭
酸ガスと窒素ガスの溶解量を示した図であり、炭酸ガス
は窒素ガスの約１０倍の溶解量があり、可塑化効果が大
きい。図４と図５は炭酸ガスのポリスチレンへの溶解量
を示し、図６は炭酸ガス溶解によるＴｇの低下量を示
す。ポリスチレンは炭酸ガスを溶解させることにより容
易にＴｇ低下が達成できる。

【００２０】図７と図８はポリメチルメタクリレート
（ＰＭＭＡ）とポリフッ化ビニリデン（ＰＶＦ₂）ポリ
マーアロイへの炭酸ガスの溶解量と、炭酸ガス溶解によ
るＴｇの低下量を示した図であり、炭酸ガス溶解により
Ｔｇ低下を行うことができる。図９と図１０はポリカー
ボネート（ＰＣ）とポリスルホンへの炭酸ガス溶解量を
示した図である。

【００２１】樹脂にポリスチレン、ガス体に炭酸ガスを
使用した場合、ポリスチレンの固化温度１００℃で炭酸
ガスは圧力約１．５ＭＰａで１重量％溶解する。一方、
ポリスチレンと窒素の組合せでは、同じ条件下で窒素は
０．１重量％以下しか溶けず、金型と樹脂の界面に窒素
が存在することで、金型表面状態の成形品への転写状態
が低くなる。窒素がウエルドラインに残ればウエルドラ
インの目立ちが大きくなり、エアートラップとして一般
部に残れば痘痕状の跡が残る。

【００２２】図１１は各合成樹脂の炭酸ガス溶解による
Ｔｇ低下量をまとめて示した図である。炭酸ガス溶解量
によるＴｇの低下量はポリカーボネートを除けばほぼ同
一である。ポリカーボネートは炭酸ガス溶解によるＴｇ
の低下が特に大きい。型キャビティを満たすガス体は各
種圧力で使用されるが、一般には大気圧から１０ＭＰａ
の範囲で選択されることが好ましい。本発明に述べる特
定ガス圧力は絶対圧で示す。すなわち、０．１ＭＰａが
ほぼ大気圧に相当する。特定ガス体の圧力は成形法の種
類、特定ガスの種類等により選択して使用される。一工
程に使用するガスの量を最小限に押さえ、金型のシール
やガス供給装置の構造を簡単にするために必要範囲内で
低い方が好ましく、一般に大気圧〜５ＭＰａが特に好ま
しい。圧力が高くなると金型を開こうとする力が無視で
きなくなったり、金型のシールが難しくなること、安全
性等の点で問題が生じやすい。

【００２３】金型キャビティに射出された溶融合成樹脂
は金型キャビティで樹脂流動先端部（フローフロント）
に達してから金型壁面に向かい、冷却された金型壁面に
接触して冷却固化され、金型壁面上に固化層を形成す
る、いわゆるファウンテンフローと称される流れをす
る。金型壁面に接触した合成樹脂に直ちに高圧力がかか
れば、型表面再現性は良くなるが、型壁面に接触した合
成樹脂にゆっくりと圧力がかかれば、合成樹脂は冷却が
進んでから型壁面に押し付けられることになり、型表面
再現性は悪くなる。従って、高速射出を行うと型表面再
現性は一般に良く、低速射出を行うと型表面再現性は悪
くなる。

【００２４】本発明は金型キャビティを炭酸ガス等の成
形時における合成樹脂への溶解度が空気及び／又は窒素
の合成樹脂への溶解度の３倍以上であるガス体で満たし
て射出成形し、射出された合成樹脂に該ガス体を吸収さ
せながら成形する方法である。すなわち、フローフロン
トに達した合成樹脂は金型キャビティのガス体に接触
し、該ガス体の一部分が合成樹脂のフローフロント部分
に吸収される。該ガス体を吸収した合成樹脂は軟化温度
が低下し、それが型壁面に押し付けられて型表面再現性
が良くなる。射出速度が遅い程フローフロントの合成樹
脂と金型キャビティのガス体との接触時間が長くなり、
該ガス体吸収時間が長くなる結果、フローフロントに達
した合成樹脂が吸収するガス体の量は多量になる。この
ことから、金型キャビティを成形時における合成樹脂へ
の溶解度が空気及び／又は窒素の合成樹脂への溶解度の
３倍以上であるガス体で満たして成形した場合には、合
成樹脂の金型キャビティ流動速度が遅い程、金型キャビ
ティを該ガス体で満たした効果は大きく現れ、型表面再
現性の向上効果が大きくなる。

【００２５】このことを図１２を用いて説明する。図１
２は合成樹脂の金型キャビティ流動速度と成形品の光沢
度（型表面が鏡面の場合、型表面再現性と同一意味を有
する）の関係を示すグラフ図であり、一般の射出成形で
は曲線Ｙに示すカーブをとる。本発明の金型キャビティ
を成形時における合成樹脂への溶解度が空気及び／又は
窒素の合成樹脂への溶解度の３倍以上であるガス体で満
たして射出成形を行うと曲線Ｘで示すカーブをとる。低
速射出の時の光沢度の差△Ａは高速射出の時の光沢度の
差△Ｂより大きくなる。すなわち、低速射出のときに上
記ガス体で金型キャビティを満たす効果が大きくなる。

【００２６】金型キャビティを満たすガス体のガス圧力
が高い程、合成樹脂に吸収されるガス量は多くなり、型
表面再現性の向上効果は大きくなるが、ガス圧力が低く
ても低速射出の効果はそれ相応に現れる。ガス体圧力は
必要に応じて選択され、大気圧、大気圧を越え１．１Ｍ
Ｐａ未満の圧力、１．１ＭＰａを越え１０ＭＰａ未満の
圧力等が使用される。該ガス体の圧力が低い場合には、
他の型表面再現性を良くする他の各種成形法と併用して
使用することが好ましい。

【００２７】更に本発明を図面を用いて説明する。図１
３は、本発明が実施される低圧射出成形の、ガスアシス
ト射出成形、オリゴマーアシスト射出成形、液体アシス
ト射出成形を説明する図である。図１４はガスアシスト
射出成形品に形成されるガスチャンネル付近の成形品断
面を示す。

【００２８】図１５は、各種流体の温度と粘度の関係を
示す。図１６は、ガスアシスト射出成形等の別の成形例
を示す。図１７は、本発明が実施される低圧射出成形の
うちの射出圧縮成形を説明する図である。図１３におい
て、金型１で形成される型キャビティ２に、合成樹脂３
を射出し、次いでガス体５を射出して金型キャビティ２
を満たし、次いで金型１を開いて成形品６を取り出す。
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、一般に
合成樹脂の射出圧力の半分以下であり、低圧射出成形と
なる。従って、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
連動して変化する。この流動速度が変化する所４に、成
形品表面に一般にヘジテーションマークと称される見苦
しいフローマークが残る。更にこのヘジテーションマー
クから流動端部までの間は金型表面再現性も悪くなる。
又、更に低流動速度で充填されると、成形品のＳＣＲも
悪くなる。

【００２９】本発明は、これらの問題点を改良した成形
法である。すなわち、金型キャビティを炭酸ガス等の成
形時における合成樹脂への溶解度が空気及び／又は窒素
の合成樹脂への溶解度の３倍以上である特定ガス体で満
たした状態で射出成形を行い、合成樹脂の金型キャビテ
ィ内の流動速度が遅くなるとそれだけ特定ガス体の合成
樹脂への吸収量を多くし、型表面再現性を良くする。ガ
スアシスト射出成形では金型キャビティを満たす量の合
成樹脂を射出し、次いで合成樹脂が金型内で冷却して収
縮する量のガス体を圧入する方法も広く使用されてい
る。ガス体は金型キャビティの厚肉部を選択的に進み、
ガスチャンネルを形成する。このガスチャンネル付近の
成形品表面に発生する各種フローマーク等の改良にも本
発明は有効である。図１４において、ガスアシスト射出
成形では成形品７のリブ８の根元の厚肉部にガスチャン
ネル９が形成される。このガスチャンネル９の表面部１
０に発生するフローマークを本発明法により改良でき
る。

【００３０】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１５は表１に示す
各種流体の温度と粘度の関係を示す図であり、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以下の粘度の流体であれば同様に使用できる。流体
として液体を使用した場合が液体アシスト射出成形であ
り、低分子量重合体を使用した場合がオリゴマーアシス
ト射出成形である。この液体アシスト射出成形、オリゴ
マーアシスト射出成形においても図１３及び図１４で説
明したことと同様の結果を得る。

【００３１】

【表１】

【００３２】図１６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１６において、成形品１１には
ゲート１２から樹脂流動端部１３へ厚肉部１４が形成さ
れている。ゲート１２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、ガ
スチャンネル１５が形成される。このガスチャンネル１
５のガス体圧力により樹脂流動端部１３へ均一に注入圧
力が伝達される。図１６（ａ）の成形品のＡ−Ａ′断面
を同（ｂ）に示す。この成形品においても、図１３で説
明したことと同様な金型表面再現性やＳＣＲの問題が起
こり、本発明の成形法を用いることにより良好な成形品
を得る。

【００３３】図１７は本発明で述べる低圧射出成形の一
つである射出圧縮成形を示す。図１７において、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を肉厚にした
状態で、合成樹脂３を射出し、次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。合成樹脂が射出さ
れ、次いで金型キャビティ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一般に変化し、そ
の変化する所４に見苦しいフローマークが発生する。ま
た、型キャビティの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流動
速度は遅く、従ってその部分の成形品の金型表面再現性
は悪くなり、光沢度は悪くなる。更に、合成樹脂の型キ
ャビティ流動速度が遅くなることにより、成形品のＳＣ
Ｒも悪くなる。本発明法を用いることにより、これらの
外観不良、ＳＣＲを改善する。図１７において、合成樹
脂を射出成形機から射出する代わりに、押出成形機から
注入して圧縮する、押出圧縮成形においても同様の効果
が得られる。

【００３４】図１８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１９は樹脂流動により剪断発熱が
起こることを示す。図１８において、冷却された金型２
２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２３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２３の中を進行
し、フローフロント１６に達してから型壁面へ向かう流
れ１７、いわゆるファウンテンフローをする。合成樹脂
の流速１８は速度分布曲線２０に示す様に金型キャビテ
ィの中心１９で最も速く、固化層２３に近づく程遅くな
る。本発明は金型キャビティを炭酸ガス等の成形時にお
ける合成樹脂への溶解度が空気及び／又は窒素の合成樹
脂への溶解度の３倍以上である特定ガス体で満たして射
出成形し、射出された合成樹脂が該特定ガス体を吸収し
ながら成形する方法である。すなわち、フローフロント
に達した合成樹脂は特定ガス体に接触し、特定ガス体の
一部がフローフロントの合成樹脂に吸収される。特定ガ
ス体を吸収した合成樹脂は軟化温度が低下し、型表面再
現性が良くなる。射出速度が遅い程特定ガス体吸収時間
が長くなり、フローフロント部の合成樹脂が吸収する特
定ガス体の量は多量になる。このことから、金型キャビ
ティを特定ガス体で満たして成形した場合には、合成樹
脂の金型キャビティ流動速度が遅い程、特定ガス体を用
いる効果は大きく現れ、型表面再現性の向上効果が大き
くなる。

【００３５】流動中の合成樹脂には剪断速度分布曲線２
１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１９に示す。図１９は合成樹脂流動速度
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。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：ＭＯＬＤＦＬＯＷＰＴＹ
Ｌｔｄ．製のＭＯＬＤＦＬＯＷ／ＦＬＯＷゲートからの位置が２５ｍｍ（Ａ），１４５ｍｍ
（Ｂ），２６５ｍｍ（Ｃ）の３点で樹脂充填直後の樹脂
断面方向の温度分布を示す。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
が薄い状態で充填される。すなわち、合成樹脂の一般の
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する。これに対して、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充填される。低速射出成形では
この意味からは極めて流動に厳しい条件で射出成形して
いることになる。この固化層が厚くなることが成形品の
ＳＣＲを悪くしていると推定される。本発明は金型キャ
ビティを炭酸ガス等の成形時における合成樹脂への溶解
度が空気及び／又は窒素の合成樹脂への溶解度の３倍以
上である特定ガス体で満たして射出成形し、射出された
合成樹脂が該特定ガス体を吸収しながら成形する方法で
あり、特定ガス体を吸収して軟化温度が低下した合成樹
脂が固化層を形成することになり、それだけ固化層を薄
くできる。射出速度が遅い程特定ガス体吸収時間が長く
なり、フローフロントに達した合成樹脂が吸収する特定
ガス体の量は多量になり、それだけ固化層の厚みを薄く
できる。

【００３６】本発明では成形品のＳＣＲを改良する効果
もあり、次にＳＣＲが改良されることを図２０で説明す
る。図２０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は冷却された型壁
面に接触して表層に直ちに固化層２４が形成され、該固
化層２４が断熱層となって内核２５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２５の収縮
により表層である固化層２４に圧縮応力が残留し、その
残留圧縮応力は内核２５の厚みＣと表層である固化層２
４の厚みＳの比、Ｃ／Ｓに比例する（２０−（ａ）
Ｉ）。特定ガス体で満たした金型キャビティを用いて射
出成形した場合の射出直後に形成される固化層２４は、
特定ガス体を満たしていない一般の金型で射出成形した
場合に比較して薄くなり、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（２０−
（ｂ）Ｉ）、その残留圧縮応力は特定ガス体を満たして
いない一般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２６の圧縮応
力は更に大きくなり、成形品の凸側２７は圧縮応力が解
放されて引っ張り応力がかかる（２０−（ａ）II）、
（２０−（ｂ）II）。表層の残留圧縮応力が大きい
（ｂ）の場合には、曲げた場合にかかる表面引っ張り応
力は小さくなる。合成樹脂の圧縮強度は引っ張り強度に
比べて大幅に大きいため、合成樹脂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のが一般である。
従って、成形品の表層の引っ張り応力が小さくなる
（ｂ）の方が破壊されにくくなる。この様に、特定ガス
体を満たし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り、これがＳＣＲが強くなる理由
と推定される。

【００３７】低圧射出成形では合成樹脂の型キャビティ
流動速度がおそくなることを図２１で説明する。図２１
は射出成形時に型壁面にかかる樹脂圧力の経時変化を、
一般の射出成形とガスアシスト射出成形についてその差
異をモデル的に示す。図２１において、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、流動途中の圧力曲線をＢ、ｂで示す。一般の
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、樹脂流動途
中にかかる圧力は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ゲ
ートに近い程大きく、成形品の位置により最終的にかか
る圧力が大きく異なる。

【００３８】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２８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。樹脂流動途中のガス体が射
出されるところの圧力曲線は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。流動端部付近の圧力曲線は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、流動途中、流動端部のいずれもフル
ショット時にはほぼ同一圧力になることに特徴がある。
この結果、ガスアシスト射出成形で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長所を
有する。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
分の成形品外観、ＳＣＲが悪くなる。本発明は特にこの
部分の改良ができる。

【００３９】本発明は既存の各種の型表面再現性を良く
する成形法と組み合わせて使用することは良好にでき
る。金型キャビティの特定ガス体圧力が低い場合、特に
特定ガス体圧力が１．１ＭＰａ未満の場合には良好に使
用できる。特定ガス体圧力が１．１ＭＰａ以上の場合、
安全性の面で高圧ガス取締法で厳しく規制されており、
１．１ＭＰａ未満で使用することが好ましい。（１）断熱層被覆金型を使用する成形法。（２）成形直前に金型表面を高周波誘導加熱する成形
法。（３）成形直前に金型キャビティに加熱ガス体を吹き込
む成形法。（４）金型に熱媒と冷媒を交互に流して成形する成形
法。

【００４０】成形直前に金型表面を高周波誘導加熱する
方法は特公昭５８−４０５０４号公報や、ＵＳＰ４３４
０５５１、ＵＳＰ４４３９４９２等に記載の方法であ
る。成形直前に金型キャビティに加熱ガス体を吹き込
み、型表面を加熱する方法は、特公昭４５−２２０２０
号、特開平６−１７０９４３号、特開平８−２４４０７
２号の各公報等に記載の方法である。

【００４１】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
を繰り返す方法も使用できる。この場合熱媒は水蒸気が
特に適しており、冷媒は水が適している。断熱層被覆金
型法はＷＯ９３／０６９８０等で紹介されている成形法
であり、金属金型の型キャビティを形成する表面に断熱
層を被覆した金型を用いた成形法である。耐熱性重合体
からなる断熱層で被覆した断熱層被覆金型が好ましく、
更に断熱層表面に薄肉金属層がある断熱層被覆金型を用
いることもできる。断熱層被覆金型について次に詳しく
説明する。断熱層被覆金型の断熱層に良好に使用される
耐熱性重合体とは、成形される合成樹脂の成形温度付
近、あるいはそれ以上の軟化温度を有する重合体であ
り、好ましくは、ガラス転移温度が１４０℃以上、好ま
しくは１６０℃以上、及び／又は融点が２００℃以上、
更に好ましくは２５０℃以上の耐熱性重合体である。耐
熱性重合体の熱伝導率は一般に０．０００１〜０．００
２ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃であり、金属より大幅に小
さい。また、該耐熱性重合体の破断伸度は３．５％以上
が好ましく、更に好ましくは５％以上の靭性のある重合
体が好ましい。破断伸度の測定法はＡＳＴＭＤ６３８に
準じて行い、測定時の引っ張り速度は５ｍｍ／分であ
る。断熱層として良好に使用できる重合体は、主鎖に芳
香環を有する耐熱性重合体であり、例えば、有機溶剤に
溶解する各種非結晶性耐熱重合体、各種ポリイミド等が
良好に使用できる。非結晶性耐熱性重合体としては、ポ
リスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルイミ
ド等である。これらの非結晶性耐熱性重合体にはカーボ
ン繊維等の充填材を配合することにより熱膨張係数を低
下させて本発明の断熱層として使用することができる。
ポリイミドは各種あるが、直鎖型高分子量ポリイミド、
ポリアミドイミド、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伸度
が大きく強靭であり、耐久性に優れており特に良好に使
用できる。更に、選択された熱硬化性樹脂も断熱層とし
て使用できる。すなわち、ガラス転移温度が１４０℃以
上で、破断伸度が３．５％以上の熱硬化性樹脂硬化物が
良好に使用できる。更に、熱膨張係数を小さくした熱硬
化性樹脂硬化物、すなわち各種充填材を適量配合したエ
ポキシ樹脂等が使用できる。エポキシ樹脂は一般に熱膨
張係数が大きく、金属金型との熱膨張係数の差は大き
い。しかし、熱膨張係数が小さいガラス、シリカ、タル
ク、クレー、珪酸ジルコニウム、珪酸リチウム、炭酸カ
ルシウム、アルミナ、マイカ等の粉体や粒子、ガラス繊
維、ウイスカー、炭素繊維等の繊維等の適量をエポキシ
樹脂に配合し、金属金型との熱膨張係数の差を小さくし
た充填材配合エポキシ樹脂は断熱層として良好に使用で
きる。これらの充填材配合エポキシ樹脂に、更にポリエ
ーテルスルホン、ポリエーテルイミド、ナイロン、ゴム
等の強靭性を与える各種配合物を加え、熱膨張係数を下
げ、且つ、強靭性を与えた配合エポキシ樹脂は良好に使
用できる。

【００４２】断熱層上に更に薄肉の金属層を被覆した金
型も使用できる。金属層は種々の方法で被覆できるが、
メッキにより良好に被覆される。ここに述べるメッキは
化学メッキ（無電解メッキ）と電解メッキである。一般
には次の工程のいくつかを経てメッキされる。すなわ
ち、まず断熱層に接して化学メッキが行われる。前処理
→化学腐食（酸やアルカリによる化学エッチング：表面
を適度な凹凸にする）→中和→感受性化処理（合成樹脂
表面に還元力のある金属塩を吸着させて活性化を効果あ
らしめる）→活性化処理（触媒作用を有するパラジウム
等の貴金属を樹脂表面に付与）→化学メッキ（化学ニッ
ケルメッキ、化学銅メッキ等）→電解メッキ（電解ニッ
ケルメッキ、電解銅メッキ、電解クロムメッキ等）。

【００４３】断熱層とメッキ層の密着力を増大させるた
め、断熱層の最表面を形成する断熱材に炭酸カルシウ
ム、酸化珪素、酸化チタン、炭酸バリウム、硫酸バリウ
ム等の無機物、各種重合体等の有機物の微粉末を配合
し、化学腐食で該粉末を溶出して表面を適度な凹凸にす
ることは極めて良好に使用できる。図２２は本発明の成
形法を実施する金型の一例であり、型キャビティの、成
形時における合成樹脂への溶解度が空気及び／又は窒素
の合成樹脂への溶解度の３倍以上である特定ガス体をシ
ールする型構造の一例を示す。図２２において、型キャ
ビティ３８を構成する金型３９のパーティング全面には
ガス体が容易に通過できる隙間２９があり、ガス体用の
溝３０がその周囲に設けられている。型キャビティの加
圧ガス体をシールするために周囲にＯリング用溝３１が
あり、Ｏリング３２が設置されている。ガス体用溝３０
には通路３３がつながり、特定ガス体源３４と安全弁３
５につながっている。特定ガス体源３４のガス体は開閉
弁３６の開閉で型キャビティ３８に供給される。特定ガ
ス体を成形直前に型キャビティに吹き込み、スプルー３
７より排出して、型キャビティ３８を特定ガス体で満た
す。型キャビティ３８を大気圧の特定ガス体で満たした
状態でスプルー３７に射出成形機のノズルを接触させ、
必要に応じて加圧状態にした後、合成樹脂を射出する。
合成樹脂の射出に応じて型キャビティの特定ガス体の圧
力は増大するが、この型キャビティのガス体圧力を安全
弁３５で調節する。

【００４４】本発明を射出成形で主に説明したが、金型
キャビティへ合成樹脂を注入する他の成形法も同様に使
用できる。

【００４５】

【発明の実施の形態】次の金型、物質、測定法等を使用
する。金型：鋼材（Ｓ５５Ｃ）でつくられ、型キャビティは２
ｍｍ（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。断熱層被覆金型：断熱層被覆金型としてポリイミド被覆
金型を使用する。（１）ポリイミド前駆体及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（東レ（株）製ト
レニース＃３０００商品名）。硬化後のポリイミドの
性能は、Ｔｇが３００℃、熱伝導率が０．０００５ｃａ
ｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃。（２）ポリイミド被覆金型：各主金型に、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４回繰り返
し、最後に２９０℃まで加熱して、１００％イミド化し
て型表面をポリイミド被覆し、該表面を鏡面状に研磨し
て、所定のポリイミド厚みのポリイミド被覆金型をつく
る。射出成形する合成樹脂：ゴム強化ポリスチレン（旭化成
工業（株）製スタイロン４９５商品名（ＨＩＰＳ４
９５という。））光沢度の測定法：ＪＩＳＫ７１０５、反射角度６０
度

【００４６】

【実施例１】断熱層のない金型と、０．０２５ｍｍ厚み
と０．０５ｍｍ厚みのポリイミドを各々被覆したポリイ
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。射出成形機の油圧コントロールバルブを調節す
ることにより、射出シリンダーの前進速度を一定にし、
合成樹脂の型キャビティ内の流動速度を一定にして射出
成形を行う。合成樹脂の各流動速度で成形して、成形品
の光沢度を測定し、図１に示す。更に金型キャビティを
１．０ＭＰａの炭酸ガスで満たし、０．０２５ｍｍのポ
リイミド層被覆金型を用いて成形する。合成樹脂の型キ
ャビティ流動速度により、成形品光沢度は著しく異な
り、流動速度が大きい程成形品光沢度は大きくなる。炭
酸ガスで金型キャビティを満たす効果は、合成樹脂の金
型内流動速度が２００ｍｍ／秒以下の場合に大きく、１
００ｍｍ／秒以下の場合には更に大きくなる。

【００４７】

【発明の効果】本発明法により、成形品外観及び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】実施例１における合成樹脂の型キャビティ流動
速度と成形品の光沢度の関係を示すグラフ図である。

【図２】ポリスチレンへの炭酸ガス溶解量を示すグラフ
図である。

【図３】ポリスチレンへの窒素ガス溶解量を示すグラフ
図である。

【図４】ポリスチレンへの炭酸ガス溶解量を示すグラフ
図である。

【図５】ポリスチレンへの炭酸ガス溶解量を示すグラフ
図である。

【図６】ポリスチレンへの炭酸ガスの溶解による、Ｔｇ
の低下量を示すグラフ図である。

【図７】ＰＭＭＡ／ＰＶＦ₂系ポリマーアロイへの炭酸
ガス溶解量を示すグラフ図である。

【図８】ＰＭＭＡ／ＰＶＦ₂系ポリマーアロイへの炭酸
ガスの溶解による、Ｔｇの低下量を示すグラフ図であ
る。

【図９】ポリカーボネートへの炭酸ガス溶解量を示すグ
ラフ図である。

【図１０】ポリスルホンへの炭酸ガス溶解量を示すグラ
フ図である。

【図１１】各合成樹脂の炭酸ガス溶解によるＴｇの低下
を示すグラフ図である。

【図１２】合成樹脂の流動速度と成形品の光沢度の関係
を示すグラフ図である。

【図１３】本発明が実施される低圧射出成形の、ガスア
シスト射出成形、オリゴマーアシスト射出成形、液体ア
シスト射出成形を説明する図である。

【図１４】ガスアシスト射出成形品のガスチャンネル付
近を示す部分断面図である。

【図１５】各種流体の温度と粘度の関係を示すグラフ図
である。

【図１６】ガスアシスト射出成形で成形された成形品の
一例の（ａ）上面図である。（ｂ）ＡＡ′線における断
面図である。

【図１７】本発明が実施される低圧射出成形のうちの射
出圧縮成形を説明する図である。

【図１８】合成樹脂の金型キャビティ流動パターンを示
す説明図である。

【図１９】合成樹脂の金型キャビティ流動中の剪断発熱
の計算値を示す図である。

【図２０】成形時における合成樹脂への溶解度が空気及
び／又は窒素の合成樹脂への溶解度の３倍以上である特
定ガス体でキャビティを満たした金型を用いることによ
り、低速射出成形でＳＣＲが改善されることを示す説明
図である。（ａ）特定ガス体を満たしていない一般の金
型を用いた場合と（ｂ）特定ガス体で満たした金型を用
いた場合である。

【図２１】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グラフ図である。

【図２２】本発明を実施する金型構造を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１金型２型キャビティ３合成樹脂４流動速度が変化する所５ガス体６成形品７成形品８リブ９ガスチャンネル１０表面部１１成形品１２ゲート１３樹脂流動端部１４厚肉部１５ガスチャンネル１６流動先端１７型壁面へ向かう流れ１８合成樹脂の流速１９金型キャビティの中心２０速度分布曲線２１剪断速度分布曲線２２金型２３固化層２４固化層２５内核２６成形品の凹側２７成形品の凸側２８樹脂をガスに切り替えるところ２９隙間３０ガス体用の溝３１Ｏリング用の溝３２Ｏリング３３通路３４ガス体源３５安全弁３６開閉弁３７スプルー３８金型キャビティ３９金型

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金型キャビティに合成樹脂を射出して成
形する成形法において、成形時における合成樹脂への溶
解度が空気及び／又は窒素の合成樹脂への溶解度の３倍
以上であるガス体で金型キャビティを満たし、合成樹脂
の金型キャビティ流動速度が２００ｍｍ／秒以下の低速
射出を少なくとも含む射出を行う合成樹脂の成形法。
【請求項２】合成樹脂の金型キャビティ流動速度が１
００ｍｍ／秒以下の低速射出を少なくとも含む射出を行
う請求項１の合成樹脂の成形法。
【請求項３】ガス体で金型キャビティを大気圧に満た
して成形を行う請求項１又は２の合成樹脂の成形法。
【請求項４】ガス体で金型キャビティを大気圧を越
え、１．１ＭＰａ未満の加圧状態に満たして成形を行う
請求項１又は２の合成樹脂の成形法。
【請求項５】ガス体で金型キャビティを１．１ＭＰａ
以上、１０ＭＰａ未満の加圧状態に満たして成形を行う
請求項１又は２の合成樹脂の成形法。
【請求項６】金型キャビティに合成樹脂を射出して成
形する成形法が下記の低圧成形法から選択される成形法
である請求項１、２、３、４又は５の合成樹脂の成形
法。（１）ガスアシスト射出成形（２）液体アシスト射出成形（３）オリゴマーアシスト射出成形（４）射出圧縮成形（５）押出圧縮成形（６）Ｈｅｔｔｉｎｇａ低圧射出成形
【請求項７】下記の型表面再現性改良成形法から選択
される成形法と併用する請求項１、２、３、４、５又は
６の合成樹脂の成形法。（１）断熱層被覆金型を使用する成形法。（２）成形直前に金型表面を高周波誘導加熱する成形
法。（３）成形直前に金型キャビティに加熱ガス体を吹き込
む成形法。（４）金型に熱媒と冷媒を交互に流して成形する成形
法。
【請求項８】ガス体が炭酸ガスあるいは炭酸ガスを主
成分とするガス体である請求項１、２、３、４、５、６
又は７の合成樹脂の成形法。