ガス加圧射出成形法及びその方法で成形された射出成形体
【課題】意匠面のひけがなく、表面平滑で、かつ、高品質の外観を有する射出成形体を得るためのガス加圧射出成形法及びその方法により成形された射出成形体を提供すること。
【解決手段】熱可塑性樹脂を溶融樹脂として金型キャビティ内に射出した後、射出成形体の裏面（非意匠面）とそれに対応する金型キャビティ面（非意匠側型面）間に加圧ガスを圧入して射出成形体の表面（意匠面）をそれに対応する金型キャビティ面（意匠側型面）に押し付ける工程を含むガス加圧射出成形法であって、
（ａ）溶融樹脂を金型キャビティ内に射出する前に、前記金型キャビティ面の温度を前記熱可塑性樹脂のガラス転移温度よりも０〜３０℃高い温度に昇温する工程と、
（ｂ）溶融樹脂の射出終了後、前記金型キャビティ面の温度を前記熱可塑性樹脂のガラス転移温度よりも２０℃以上低い温度に降温して射出成形体を冷却する工程と、
を含む、射出成形法。
【解決手段】熱可塑性樹脂を溶融樹脂として金型キャビティ内に射出した後、射出成形体の裏面（非意匠面）とそれに対応する金型キャビティ面（非意匠側型面）間に加圧ガスを圧入して射出成形体の表面（意匠面）をそれに対応する金型キャビティ面（意匠側型面）に押し付ける工程を含むガス加圧射出成形法であって、
（ａ）溶融樹脂を金型キャビティ内に射出する前に、前記金型キャビティ面の温度を前記熱可塑性樹脂のガラス転移温度よりも０〜３０℃高い温度に昇温する工程と、
（ｂ）溶融樹脂の射出終了後、前記金型キャビティ面の温度を前記熱可塑性樹脂のガラス転移温度よりも２０℃以上低い温度に降温して射出成形体を冷却する工程と、
を含む、射出成形法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、意匠面のひけがなく、表面平滑で、かつ、高品質の外観を有する射出成形体を得るためのガス加圧射出成形法及びその方法で成形された射出成形体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、裏面（以下、非意匠面とも称される。）にボス、リブが付いた成形体の表面（以下、意匠面とも称される。）に発生するひけを防止し、表面外観をより良好にするための方法が検討されている。例えば、特許文献１には、金型キャビティ面の温度を、成形する樹脂のビカット軟化点よりも若干低い温度に設定して溶融樹脂を射出した後、成形体の非意匠面とそれに対応する金型キャビティ面の間に加圧ガスを圧入しながら成形体を冷却することにより、樹脂収縮に伴って意匠面に発生するひけを防止し、外観に優れた成形体を得るガス加圧射出成形法が開示されている。また、特許文献２には、成形前に高周波誘導加熱により金型キャビティ面の温度を成形する樹脂の弾性率が室温時の１／３以下に低下する温度以上に設定して射出成形し、冷却過程で前述と同様に成形体の非意匠面と金型キャビティの間に加圧ガスを圧入することにより、ひけのない、外観に優れた成形体を得るガス加圧射出成形法が開示されている。
高品質の外観を有する成形体を得るための他の方法として、特許文献３には、加熱媒体（例えば、水蒸気）と冷却媒体（例えば、水）を金型キャビティ冷却孔に選択的に流すことにより、成形工程における金型キャビティの温度を制御する方法が開示されている。具体的には、射出成形前に金型キャビティ面の温度を樹脂の荷重たわみ温度より０〜１００℃高い温度に昇温して射出し、成形後、荷重たわみ温度より１０℃〜１００℃低い温度に冷却して成形体を取り出す方法、即ち、成形工程で金型キャビティ温度を昇温、降温制御して射出成形する方法が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−３１４２４１号公報
【特許文献２】特開平０６−２５４９２４号公報
【特許文献３】特開平１０−１００２１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示された方法では意匠面のひけは改善されるものの、金型キャビティ面の温度が低く、ウエルドライン、ジェッティング、フローマーク等を完全に解決した高品質の外観を有する成形体を得ることは困難である。また、特許文献２に開示された方法では、誘導加熱で金型キャビティを加熱するためインダクターを用いるが、均一加熱を実現するインダクターのコイルの形状設計が難しく、金型キャビティの加熱むらが避けられない。また、複雑な形状を有する成形体、例えば、深い奥行きを有する筐体状の成形体等への適用は上述の理由から原理的に難しい等の問題点を有している。さらに、意匠面側の型面のみ加熱するため、意匠面と非意匠面の成形体表面に残留する樹脂配向ひずみが異なり、成形体の形状によっては反りの発生が抑えられない。
特許文献３に開示された方法では、金型キャビティ面の温度を樹脂のガラス転移温度以上（樹脂の荷重たわみ温度よりおよそ２０℃以上高い温度）に設定した場合のみ、高品質の外観を有する成形体が得られるが、ボス、リブ部のひけの問題は改善されていない。また、ガスアシスト成形法を併用することにより、即ち、ボス、リブ等のひけを生じ易い部分の内部に高圧ガスを圧入することにより、部分的にある程度ひけを抑止できるが、基本的には高圧ガスが入った成形体の部分のみに効果があり、技術的に十分であるとは言えない。
【０００５】
上記事情に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、意匠面のひけがなく、表面平滑で、かつ、高品質の外観を有する射出成形体を得るためのガス加圧射出成形法及びその方法により成形された射出成形体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
そこで本発明者は、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、熱可塑性樹脂を溶融樹脂として金型キャビティ内に射出した後、射出成形体の裏面（非意匠面）とそれに対応する金型キャビティ面（非意匠側型面）間に加圧ガスを圧入して射出成形体の表面（意匠面）をそれに対応する金型キャビティ面（意匠側型面）に押し付ける工程を含むガス加圧射出成形法であって、（ａ）溶融樹脂を金型キャビティ内に射出する前に、前記金型キャビティ面の温度を前記熱可塑性樹脂のガラス転移温度よりも０〜３０℃高い温度に昇温する工程と、（ｂ）溶融樹脂の射出終了後、前記金型キャビティ面の温度を前記熱可塑性樹脂のガラス転移温度よりも２０℃以上低い温度に降温して射出成形体を冷却する工程と、を含む射出成形法により、意匠面全体にひけがなく、表面平滑で、かつ、高品質の外観を有する成形体を安定的に得られることを見出し本発明を完成させた。
【０００７】
すなわち、本発明は以下のとおりである。
［１］
熱可塑性樹脂を溶融樹脂として金型キャビティ内に射出した後、射出成形体の裏面（非意匠面）とそれに対応する金型キャビティ面（非意匠側型面）間に加圧ガスを圧入して射出成形体の表面（意匠面）をそれに対応する金型キャビティ面（意匠側型面）に押し付ける工程を含むガス加圧射出成形法であって、
（ａ）溶融樹脂を金型キャビティ内に射出する前に、前記金型キャビティ面の温度を前記熱可塑性樹脂のガラス転移温度よりも０〜３０℃高い温度に昇温する工程と、
（ｂ）溶融樹脂の射出終了後、前記金型キャビティ面の温度を前記熱可塑性樹脂のガラス転移温度よりも２０℃以上低い温度に降温して射出成形体を冷却する工程と、
を含む、射出成形法。
［２］
前記熱可塑性樹脂は、非結晶性の熱可塑性樹脂である、上記［１］記載の射出成形法。
［３］
上記［１］又は［２］記載の射出成形法で成形された射出成形体。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のガス加圧射出成形法により、意匠面のひけがなく、表面平滑で、かつ、ウエルドライン、フローマーク等のない高品質の外観を有する成形体を得ることができる。
本発明のガス加圧射出成形法は、ガラス繊維、炭素繊維、ガラスフレーク等のフィラー強化充填剤、その他のフィラーを添加したフィラー強化樹脂及び化学発泡剤、物理発泡剤等を添加した発泡性樹脂の射出成形にも適用できる。本発明の射出成形法は、これらの樹脂に適用した場合であっても、意匠面のひけがなく、フィラーの表面浮き、スワールマークのない表面平滑で、かつ、ウエルドライン、フローマーク等のない高品質の外観を有する成形体を安定的に得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明を実施するための最良の形態（以下、本実施の形態）について詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。
【００１０】
まず、本実施の形態のガス加圧射出成形法（以下、単に本実施の形態の成形法とも言う。）に用いられる装置について説明する。以下の、図１〜図３において、本実施の形態の成形法で使用する金型の一例を示す。なお、図１〜図３においては、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１１】
図１は、本実施の形態の成形法で使用される金型及び金型温度調節機の一例を示すものである。図１で示すように、金型１は固定型１ａと可動型１ｂで構成されており、可動型１ｂには、射出成形終了後に、射出成形体を突き出すエジェクターピン６が配置されている。また、金型１は金型キャビティ温調用冷却孔８ａ及び８ｂを有し、金型温度調節機１１によって制御された加熱媒体と冷却媒体が選択的に流れて、成形工程における金型キャビティ面の温度が調節される。
【００１２】
金型温度調節機１１は、金型キャビティ面の温度を上昇させるために加熱媒体（例えば、水蒸気）を供給する加熱媒体供給源１２と、金型キャビティ面の温度を降温（冷却）するために冷却媒体（例えば、水）を供給する冷却媒体供給源１３と、加熱媒体供給源と冷却媒体供給源の動作を制御する制御装置とを有する。
【００１３】
金型キャビティ面２ａ及び２ｂを構成する部分は、加熱熱媒、冷却媒体の熱効率を良くするために入れ子構造とし、入れ子は断熱層５ａ及び５ｂを介して金型本体と熱絶縁された断熱構造であるのが好ましい。また、金型キャビティ温調用冷却孔８ａ及び８ｂも金型キャビティ面を効率良く昇温及び降温する観点から、できるだけ金型キャビティ面に近い位置に、適切に設置されることが好ましい。
【００１４】
金型１により成形される成形体は、厚肉リブ３を有する非意匠面とその反対側の面である意匠面を有し、非意匠面は可動型１ｂ側の金型キャビティ面２ｂ（非意匠側型面）で成形され、意匠面は固定型１ａ側の金型キャビティ面２ａ（意匠側型面）で成形される。ここで、意匠面を可動型１ｂ側の金型キャビティ面２ｂで成形し、非意匠面を固定型１ａの金型キャビティ面２ｂで成形してもよい。また、厚肉リブ３は厚肉ボスであってもよい。
【００１５】
可動型１ｂにはガス圧入経路９が形成されており、加圧ガス源からガス圧入経路９へガスが供給される。また、可動型１ｂには、金型キャビティ２内に先端を臨ませた加圧ガス圧入ピン４が設けられている。この圧入ピン４は、図２（ａ）及び（ｂ）に示されるように先端の断面が円の一部を削り取った形状をしており、これにより可動型１ｂとの間にクリアランスｃが形成されている。このクリアランスは溶融樹脂が逆流して入り込むことはないが、加圧ガスは通過できる大きさになっている。具体的には、０．０１〜０．０５ｍｍのクリアランスが設けられている。加圧源から供給された加圧ガスは、圧入ピン４と可動型１ｂとの間のクリアランスを通過し、金型キャビティ２内に圧入される。ガス逆流漏れを防止するため、圧入ピン４にはシール材７ａが設置されている。シール材７ａとしては、ニトリル−ブタジエンゴム製等の耐熱性Ｏリング等を用いることが好ましい。図３に加圧ガス圧入ピン４の構造の一例を示す。また、金型キャビティ２内に圧入されたガスの漏洩防止のため、エジェクターピン６と可動型１ｂとの間のクリアランスにもシール材７ｂが設けられている。
【００１６】
また、金型１のパーティング面のシール性が高いと、溶融樹脂射出前の金型キャビティ２内の空気、溶融樹脂から発生したガス、加圧ガスの一部等が意匠面側に滞留し、厚肉リブ３に対応する意匠面側のひけが十分に改善されない場合がある。これを防止するために、固定型１ａと可動型１ｂのパーティング面には、金型キャビティ２に通じるガス抜きベント溝１０（溶融樹脂は侵入できないが、気体は通す大きさのスリット）を設けて大気開放しておくことが好ましい。
【００１７】
［ガス加圧射出成形法］
次に、上記装置を用いて実施される本実施の形態のガス加圧射出成形法について、図中の記号を用いて説明する。
【００１８】
本実施の形態のガス加圧射出成形法は、熱可塑性樹脂を溶融樹脂として金型キャビティ内に射出した後、射出成形体の裏面（非意匠面）とそれに対応する金型キャビティ面（非意匠側型面）間に加圧ガスを圧入して射出成形体の表面（意匠面）をそれに対応する金型キャビティ面（意匠側型面）に押し付ける工程を含むガス加圧射出成形法であって、（ａ）溶融樹脂を金型キャビティ内に射出する前に、前記金型キャビティ面の温度を前記熱可塑性樹脂のガラス転移温度よりも０〜３０℃高い温度に昇温する工程と、（ｂ）溶融樹脂の射出終了後、前記金型キャビティ面の温度を前記熱可塑性樹脂のガラス転移温度よりも２０℃以上低い温度に降温して射出成形体を冷却する工程と、を含む。
【００１９】
本実施の形態の成形法は、金型キャビティ面の温度を熱可塑性樹脂のガラス転移温度よりも０〜３０℃高い温度に昇温した状態で溶融樹脂を射出することにより、射出直後の樹脂粘度の急激な上昇が避けられ、後述するガス圧入工程における、意匠面のひけ防止のための非意匠面から押し付けるガス圧力の作用効果が大きくなる。従って、樹脂のビカット軟化点より低い金型キャビティ温度で成形する従来のガス加圧射出成形法に比べて、より低いガス圧力で、ひけがなく、表面平滑で、かつ、外観に優れた意匠面を有する成形体を得ることができる。
【００２０】
工程（ａ）は、溶融樹脂を金型キャビティ内に射出する前に、金型キャビティ面の温度を熱可塑性樹脂のガラス転移温度よりも０〜３０℃高い温度に昇温する工程である。
【００２１】
本実施の形態の成形法においては、射出成形前の金型キャビティ面の温度を、熱可塑性樹脂のガラス転移温度より０〜３０℃高い温度、好ましくは１０〜２０℃高い温度に昇温することが重要である。射出前の金型キャビティ面の温度が熱可塑性樹脂のガラス転移温度未満であると、後述するガス圧入工程における非意匠面から押し付けるガス圧力の作用効果が小さく、意匠面のひけが十分に抑制されないおそれがある。また、ウエルドライン、フローマーク等を完全に防止することが困難となるため外観が悪化する傾向にある。逆に、射出前の金型キャビティ面の温度が熱可塑性樹脂のガラス転移温度よりも３０℃高い温度を超えると、金型の加熱冷却に不必要な熱ロスが生じ、また、金型キャビティ面の冷却時間が長くなり成形体の生産性が低下する傾向にある。射出前の金型キャビティ面の温度は、良好な外観を有する成形体を効率良く得るという観点から、熱可塑性樹脂のガラス転移温度よりも１０〜２０℃高い温度に昇温するのが特に好ましい。
【００２２】
金型キャビティ面の温度制御は、加熱媒体供給源１２と冷却媒体供給源１３を備えた金型温度調節機１１で行う。本工程においては、加熱媒体（例えば水蒸気）を金型キャビティ冷却孔８ａ及び８ｂに流して、金型キャビティ面２ａ及び２ｂの温度を昇温する。
【００２３】
金型キャビティ面を昇温後（工程（ａ）の後）、熱可塑性樹脂を溶融樹脂として金型キャビティ２内に射出する。溶融樹脂の射出量は、金型キャビティ２の容積を満たすのに充分な量であることが好ましい。また、溶融樹脂を射出する際には、キャビティ内に保圧を充分かけた状態であるのが好ましい。射出保圧を充分にかけることにより、樹脂と金型キャビティ面２ａ及び２ｂとの密着性が高くなり、後述するガス層の圧力保持性が向上する傾向にある。
【００２４】
溶融樹脂の射出終了直後、好ましくは保圧をかける前に、ガス圧入ピン４と可動型１ｂとの間のクリアランスを通して加圧ガスを圧入する（ガス圧入工程）。これにより、金型キャビティ２内に射出された溶融樹脂と金型キャビティ面２ｂとの隙間に、加圧ガスによるガス層が形成される。エジェクターピン６と可動型１ｂとの間のクリアランスに設けられたシール材７ｂはこのガス層の圧力保持を助けるものである。
【００２５】
成形体の厚肉リブ３の突出側（非意匠面側）に形成されたこのガス層は、溶融樹脂が冷却固化する間、その反対の面、即ち、成形体の意匠面側を金型キャビティ面２ａに対して継続的に押し付ける。この時、図４に示すように、リブ３の根元は加圧ガスの圧力によって絞り込まれ、これによってリブ３付近の溶融樹脂が流動して、リブ３に対応する意匠面をさらに金型キャビティ面２ａに押え付けることになる。このことにより、リブ３の体積収縮による意匠面のひけの発生を防止することができる。図５に加圧ガスを圧入しない通常の成形方法で成形された成形体の態様例を示す。厚肉リブ３に対応する反対側の意匠面は、冷却過程における厚肉リブ３の収縮の影響でひけが発生し、外観が不良なものとなる。
【００２６】
ガス加圧射出成形法におけるひけ防止効果は、通常、加圧ガス圧入時における成形体のリブ３表面の樹脂固化層の厚みとリブ３内部の樹脂粘度に大きく依存する。本実施の形態の成形法においては、金型キャビティ面の温度を熱可塑性樹脂のガラス転移温度より０〜３０℃高い温度に昇温して溶融樹脂を射出することで、射出終了直後のリブ３表面の樹脂固化層は薄く柔らかくなり、リブ３内部の樹脂粘度も十分に低い状態に保たれる。従って、従来の樹脂のガラス転移温度より２０℃以上低い金型キャビティ温度で成形する方法と比較して、より低いガス圧で良好なひけ防止効果を得ることが可能となる。
【００２７】
加圧ガスの圧入後、成形体の非意匠面側に形成されるガス層の圧力はある程度保持されるが、その圧力は経時的に降下する。ガス層の圧力の大きさ及び圧力降下速度は、意匠面のひけの発生及び外観に影響する。当然のことながら、高い圧力のガス層を長時間維持させることができれば、ひけ防止効果は高くなる。従って、図１に示される金型１のように、加圧ガスを漏洩させないように、可動型１ｂにシール材７ａ及び７ｂが設置された気密性の高い金型を用いることが好ましい。
【００２８】
ガス層の圧力の降下速度は、金型１の気密性、使用する樹脂の種類、成形条件等によって大きく変化する。本実施の形態の成形法においては、金型キャビティ面の温度を熱可塑性樹脂のガラス転移温度より０〜３０℃高くした状態で溶融樹脂を射出することにより、樹脂と金型キャビティ面２ａ及び２ｂとの密着性がより高くなるためガス層の圧力保持が良好となる。従って、従来の樹脂のガラス転移温度より２０℃以上低い金型キャビティ温度で成形する方法と比べて、半分以下の低いガス圧力でも意匠面のひけを防止することが可能となる。
【００２９】
加圧ガスの圧力は、樹脂の種類、成形体の厚肉リブ３の形状、板厚等によって異なるが、通常１〜１５ＭＰａ、好ましくは３〜１０ＭＰａである。加圧ガスを金型キャビティ２内に圧入するタイミングは、溶融樹脂を金型キャビティ２に充分に充填した直後が好ましい。また、加圧ガスの漏洩を防止するために、加圧ガスで成形体をその意匠面側に押え付けると同時に樹脂保圧を加え、さらに樹脂を補充することが有効である。本実施の形態の成形法に用いることができる加圧ガスとしては特に限定されず、窒素、空気、炭酸ガス等を用いることができるが、中でも、窒素等の不活性ガスを用いるのが好ましい。
【００３０】
工程（ｂ）は、溶融樹脂の射出終了後、前記金型キャビティ面の温度を前記熱可塑性樹脂のガラス転移温度よりも２０℃以上低い温度に降温して射出成形体を冷却する工程である。
【００３１】
溶融樹脂を射出後、加熱媒体の供給を止め、速やかに冷却媒体を冷却媒体供給源１３より金型キャビティ冷却孔８ａ及び８ｂに流し、金型キャビティ面２ａ及び２ｂを熱可塑性樹脂のガラス転移温度よりも２０℃以上低い温度、好ましくは３０℃以上低い温度に降温して、十分に成形体を冷却した後、成形体を金型から取り出す。
【００３２】
ここで、工程（ｂ）における金型キャビティ面の温度が熱可塑性樹脂のガラス転移温度よりも２０℃以上低い温度と規定したのは、大部分の非結晶性樹脂の荷重たわみ温度が、ガラス転移温度よりも約２０℃低いところにあり、これ以下の温度で成形体を金型から取り出せば、成形体の冷却不足による変形が抑止できるという観点からである。
【００３３】
また、成形体を金型から取り出した後、冷却媒体供給源１３からの金型キャビティ冷却孔８ａ及び８ｂへの冷却媒体の供給を止め、加熱媒体を加熱媒体供給源１２から金型キャビティ冷却孔８ａ及び８ｂに流して金型キャビティ面２ａ及び２ｂの昇温を開始し、金型キャビティ面の温度を熱可塑性樹脂のガラス転移温度よりも０℃〜３０℃高い温度に昇温することにより、連続して本実施の形態の成形法を実施することができる。
【００３４】
金型キャビティに溶融樹脂として射出される熱可塑性樹脂としては、特に限定されないが、好ましくは非結晶性の熱可塑性樹脂（以下、非結晶性樹脂とも言う。）である。非結晶性樹脂は、樹脂射出後の冷却過程において、樹脂の固化点（ガラス転移温度）までは急激な粘度変化がなくゴム弾性状態を保持するため、加圧ガスによるひけ防止効果が大きくなる傾向にある。一方、結晶性樹脂は、冷却過程において樹脂が溶融温度（正確には再結晶化温度）以下の温度に達すると、結晶化により成形体の表面が急激に固くなり、それに伴って急激な収縮を開始するため、加圧ガスでひけを防止するのが実質的に困難となる場合がある。
【００３５】
非結晶性の熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリスチレン（ＰＳ）やハイインパクトポリスチレン（ＨＩＰＳ）のようなゴム補強スチレン系樹脂、スチレン−アクリロニトリル共重合体（ＳＡＮ樹脂）、アクリロニトリル−ブチルアクリレートラバー−スチレン共重合体（ＡＡＳ樹脂）、例えば、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体、アクリロニトリル−メチルメタクリル−ブタジエン−スチレン共重合体等のＡＢＳ樹脂、ポリカーボネート（ＰＣ樹脂）、ＰＣ／ＡＢＳ等のＰＣ系樹脂、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ樹脂）等のアクリル系樹脂、変性ポリフェレンニレンエーテル（変性ＰＰＥ樹脂）等が挙げられる。熱可塑性樹脂は、ポリマーアロイでもよく、例えば、上述のＰＣ／ＡＢＳ樹脂、スチレンで変性した変性ＰＰＥ樹脂や、ＰＭＭＡ／ＡＢＳ樹脂、ＰＣ／ＰＳ樹脂等が好適に用いられる。
【００３６】
本実施の形態の成形法において、例えば、熱可塑性樹脂としてガラス転移温度１１０℃を有する非結晶性ＡＢＳ樹脂（例えば、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体）を用いた場合には、工程（ａ）の樹脂射出前の金型キャビティ面の温度は好ましくは１２０〜１３０℃であり、工程（ｂ）の樹脂射出後の冷却工程おける金型キャビティ面の温度は好ましくは５０℃以下である。
【００３７】
本実施の形態の成形法で用いられる熱可塑性樹脂には、種々の添加剤が含まれていてもよい。例えば、エラストマー、可塑剤、発泡剤、安定剤、帯電防止剤、紫外線吸収剤、難燃剤、着色剤、離型剤及びガラス繊維・チタン酸カリウィスカー・酸化亜鉛ウィスカー等の繊維状補強剤、さらにはガラスビーズ、ガラスフレーク、マイカ、炭酸カルシュウム、タルク等の充填剤を任意に添加することができる。
【００３８】
ガラス繊維、炭素繊維、ガラスフレーク等のフィラー強化充填剤、その他のフィラーを添加したフィラー強化樹脂を通常の成形方法で成形した場合、フィラーの成形体表面への浮きが避けられず、表面平滑で、かつ、優れた外観を有する成形体を得ることは困難である。しかしながら本実施の形態の成形法によれば、溶融樹脂を射出する前に金型キャビティ面の温度を、熱可塑性樹脂のガラス転移温度よりも０〜３０℃高い温度に昇温して溶融樹脂を金型キャビティ内に射出するため、金型キャビティ面に接触した樹脂が十分に柔らかく、射出圧力による樹脂圧によって成形体表面のフィラーの浮きが抑制され、金型キャビティ面が良好に転写されるため、表面平滑であり、かつ、高品質の外観を有する成形体を得ることが可能となる。
【００３９】
また、通常、発泡性樹脂を射出成形すると、金型キャビティを溶融樹脂が流動する過程で、発泡ガスの噴出により、成形体の表面に発生する表面荒れ、いわゆるスワールマークが成形体の表面に発生するが、この場合も上記と同様の機構により、本実施の形態の成形法によれば、表面平滑であり、かつ、高品質な外観を有する成形体を得ることができる。なお、発泡性樹脂を射出成形する場合は、溶融樹脂が金型キャビティを流動する際のガスの噴出を防ぐため、射出前に、予め、金型キャビティ内を窒素、圧縮空気のガスで加圧するのが好ましい。
【実施例】
【００４０】
以下に本実施の形態を具体的に説明した実施例及び比較例を例示するが、本実施の形態はその要旨を超えない限り以下の実施例に限定されるものではない。
実施例における成形条件、射出成形体の評価方法は以下の通りである。
（１）成形条件
射出成形機： 住友重機械工業社製ＳＧ２２０
樹脂射出二次圧（保圧）： 射出一次圧の８０％
金型キャビティ温度の制御： 昇温には高圧蒸気、降温には水を使用
加圧ガス圧入条件
使用ガス： 窒素
ガス圧力： ５ＭＰａ
ガス圧入時期、時間： 射出終了直後、５ｓｅｃ
ガス圧開放： 射出終了４０ｓｅｃ後
（２）成形体のひけの深さ：後述する図６に示すリブに対応した意匠面（Ｈ部）の最大値
（測定機）
機器名：ミツトヨ製「ＳＵＲＦＴＥＳＴ５００」
検出部：ダイヤモンド針接触式センサー（円錐形９０°）
先端曲率半径：５μｍ
（測定条件）
走査速度：２ｍｍ／ｓｅｃ
走査距離：４ｍｍ
（３）成形体の６０°光沢度： ＡＳＴＭ Ｄ５２３−６７
測定機： スガ試験機株式会社製デジタル変角光沢形「ＵＧＶ−５Ｋ」
【００４１】
図６は、以下の実施例及び比較例で得られた射出成形体の斜視図を示す。射出成形体は大きさが３００ｍｍ×２００ｍｍ×３０ｍｍ、板厚２．５ｍｍで非意匠部（裏面）に２．０ｍｍの厚さのリブを有する。
【００４２】
（実施例１、２及び比較例１〜４）
図１の構造の金型を用い、表１に示された熱可塑性樹脂及び成形条件で成形して、図６に示す成形体を得た。全ての実施例及び比較例において、溶融樹脂の射出直後、非意匠面のリブに囲まれたエリア３箇所（図６のＡ）より加圧ガスを圧入した。得られた成形体の意匠面（図６のＨ部）のひけの深さを上述した測定器及び条件で測定し、表面平滑性の目安とした。また、成形体の意匠面の６０°グロス（光沢度）を測定し、表面外観の美麗さの目安とした。測定結果を表１に示す。
【００４３】
【表１】
【００４４】
表１の結果から明らかなように、金型キャビティ面の温度を樹脂のガラス転移温度よりも１０℃高い温度に昇温した状態で溶融樹脂を射出し、射出終了後には、金型キャビティ面の温度を樹脂のガラス転移温度よりも５０℃低い温度に降温（冷却）して成形を行った実施例１及び２の成形体は、意匠面のひけが小さく（ひけの深さが浅く）、表面平滑であり、かつ、６０°光沢度が高く高品質な外観を有していた。
一方、金型キャビティ面の温度を樹脂のガラス転移温度よりも５０℃低い温度に一定にした状態でガス加圧射出成形を行った比較例１及び２の成形体は、実施例１及び２の成形体と比べて意匠面のひけが大きく、６０°光沢度も低かった。特に、実施例２と比較例２は、フィラー強化樹脂を用いているため、ひけの深さ及び６０°光沢度の差が大きかった。
また、ガス加圧工程を行わずに、金型キャビティ面の温度を、樹脂の射出時にガラス転移温度よりも１０℃高い温度に、冷却時に樹脂のガラス転移温度よりも５０℃低い温度にして射出成形を行った比較例３及び４の成形体は、６０°光沢度は実施例１及び２と遜色ないものの、ひけの深さが実施例１及び２と比べて著しく大きかった。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明のガス加圧射出成形法で得られる（リブ付き）成形体は、ひけがなく、表面平滑で、かつ、優れた外観を有しており、特に、美麗な外観が要求されるＯＡ機器のハウジング、フラットパネルディスプレイの前面カバーや筐体等としての産業上利用可能性を有する。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本実施の形態のガス加圧射出成形法で使用される金型及び金型温度調節機の一例を示したものである。
【図２】本実施の形態のガス加圧射出成形法で使用される金型の加圧ガス圧入ピン先端のクリアランスの形態の一例を示したものである。
【図３】本実施の形態のガス加圧射出成形法で使用される金型の加圧ガス圧入ピンの形状の一例を示したものである。
【図４】加圧ガスを非意匠面のリブ部に圧入した場合の成形体の一態様を示したものである。
【図５】加圧ガスを非意匠面のリブ部に圧入しない場合の成形体の一態様を示したものである。
【図６】本実施の形態の射出成形体の一例を示したものである。
【符号の説明】
【００４７】
１： 金型
１ａ： 固定型
１ｂ： 可動型
２： 金型キャビティ
２ａ： 意匠側金型キャビティ面
２ｂ： 非意匠側金型キャビティ面
３： 厚肉リブ
４： 加圧ガス圧入ピン
５ａ、５ｂ： 断熱層
６： エジェクターピン
７ａ、７ｂ： シール材
８ａ、８ｂ： 金型キャビティ冷却孔
９： ガス圧入経路
１０： パーティング面のベント溝
１１： 金型温度調節機
１２： 加熱媒体供給源
１３： 冷却媒体供給源
ｃ： 切り欠け溝
Ａ： 加圧ガス圧入口
Ｈ部： リブ反対面の成形体のひけ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、意匠面のひけがなく、表面平滑で、かつ、高品質の外観を有する射出成形体を得るためのガス加圧射出成形法及びその方法で成形された射出成形体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、裏面（以下、非意匠面とも称される。）にボス、リブが付いた成形体の表面（以下、意匠面とも称される。）に発生するひけを防止し、表面外観をより良好にするための方法が検討されている。例えば、特許文献１には、金型キャビティ面の温度を、成形する樹脂のビカット軟化点よりも若干低い温度に設定して溶融樹脂を射出した後、成形体の非意匠面とそれに対応する金型キャビティ面の間に加圧ガスを圧入しながら成形体を冷却することにより、樹脂収縮に伴って意匠面に発生するひけを防止し、外観に優れた成形体を得るガス加圧射出成形法が開示されている。また、特許文献２には、成形前に高周波誘導加熱により金型キャビティ面の温度を成形する樹脂の弾性率が室温時の１／３以下に低下する温度以上に設定して射出成形し、冷却過程で前述と同様に成形体の非意匠面と金型キャビティの間に加圧ガスを圧入することにより、ひけのない、外観に優れた成形体を得るガス加圧射出成形法が開示されている。
高品質の外観を有する成形体を得るための他の方法として、特許文献３には、加熱媒体（例えば、水蒸気）と冷却媒体（例えば、水）を金型キャビティ冷却孔に選択的に流すことにより、成形工程における金型キャビティの温度を制御する方法が開示されている。具体的には、射出成形前に金型キャビティ面の温度を樹脂の荷重たわみ温度より０〜１００℃高い温度に昇温して射出し、成形後、荷重たわみ温度より１０℃〜１００℃低い温度に冷却して成形体を取り出す方法、即ち、成形工程で金型キャビティ温度を昇温、降温制御して射出成形する方法が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−３１４２４１号公報
【特許文献２】特開平０６−２５４９２４号公報
【特許文献３】特開平１０−１００２１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示された方法では意匠面のひけは改善されるものの、金型キャビティ面の温度が低く、ウエルドライン、ジェッティング、フローマーク等を完全に解決した高品質の外観を有する成形体を得ることは困難である。また、特許文献２に開示された方法では、誘導加熱で金型キャビティを加熱するためインダクターを用いるが、均一加熱を実現するインダクターのコイルの形状設計が難しく、金型キャビティの加熱むらが避けられない。また、複雑な形状を有する成形体、例えば、深い奥行きを有する筐体状の成形体等への適用は上述の理由から原理的に難しい等の問題点を有している。さらに、意匠面側の型面のみ加熱するため、意匠面と非意匠面の成形体表面に残留する樹脂配向ひずみが異なり、成形体の形状によっては反りの発生が抑えられない。
特許文献３に開示された方法では、金型キャビティ面の温度を樹脂のガラス転移温度以上（樹脂の荷重たわみ温度よりおよそ２０℃以上高い温度）に設定した場合のみ、高品質の外観を有する成形体が得られるが、ボス、リブ部のひけの問題は改善されていない。また、ガスアシスト成形法を併用することにより、即ち、ボス、リブ等のひけを生じ易い部分の内部に高圧ガスを圧入することにより、部分的にある程度ひけを抑止できるが、基本的には高圧ガスが入った成形体の部分のみに効果があり、技術的に十分であるとは言えない。
【０００５】
上記事情に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、意匠面のひけがなく、表面平滑で、かつ、高品質の外観を有する射出成形体を得るためのガス加圧射出成形法及びその方法により成形された射出成形体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
そこで本発明者は、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、熱可塑性樹脂を溶融樹脂として金型キャビティ内に射出した後、射出成形体の裏面（非意匠面）とそれに対応する金型キャビティ面（非意匠側型面）間に加圧ガスを圧入して射出成形体の表面（意匠面）をそれに対応する金型キャビティ面（意匠側型面）に押し付ける工程を含むガス加圧射出成形法であって、（ａ）溶融樹脂を金型キャビティ内に射出する前に、前記金型キャビティ面の温度を前記熱可塑性樹脂のガラス転移温度よりも０〜３０℃高い温度に昇温する工程と、（ｂ）溶融樹脂の射出終了後、前記金型キャビティ面の温度を前記熱可塑性樹脂のガラス転移温度よりも２０℃以上低い温度に降温して射出成形体を冷却する工程と、を含む射出成形法により、意匠面全体にひけがなく、表面平滑で、かつ、高品質の外観を有する成形体を安定的に得られることを見出し本発明を完成させた。
【０００７】
すなわち、本発明は以下のとおりである。
［１］
熱可塑性樹脂を溶融樹脂として金型キャビティ内に射出した後、射出成形体の裏面（非意匠面）とそれに対応する金型キャビティ面（非意匠側型面）間に加圧ガスを圧入して射出成形体の表面（意匠面）をそれに対応する金型キャビティ面（意匠側型面）に押し付ける工程を含むガス加圧射出成形法であって、
（ａ）溶融樹脂を金型キャビティ内に射出する前に、前記金型キャビティ面の温度を前記熱可塑性樹脂のガラス転移温度よりも０〜３０℃高い温度に昇温する工程と、
（ｂ）溶融樹脂の射出終了後、前記金型キャビティ面の温度を前記熱可塑性樹脂のガラス転移温度よりも２０℃以上低い温度に降温して射出成形体を冷却する工程と、
を含む、射出成形法。
［２］
前記熱可塑性樹脂は、非結晶性の熱可塑性樹脂である、上記［１］記載の射出成形法。
［３］
上記［１］又は［２］記載の射出成形法で成形された射出成形体。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のガス加圧射出成形法により、意匠面のひけがなく、表面平滑で、かつ、ウエルドライン、フローマーク等のない高品質の外観を有する成形体を得ることができる。
本発明のガス加圧射出成形法は、ガラス繊維、炭素繊維、ガラスフレーク等のフィラー強化充填剤、その他のフィラーを添加したフィラー強化樹脂及び化学発泡剤、物理発泡剤等を添加した発泡性樹脂の射出成形にも適用できる。本発明の射出成形法は、これらの樹脂に適用した場合であっても、意匠面のひけがなく、フィラーの表面浮き、スワールマークのない表面平滑で、かつ、ウエルドライン、フローマーク等のない高品質の外観を有する成形体を安定的に得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明を実施するための最良の形態（以下、本実施の形態）について詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。
【００１０】
まず、本実施の形態のガス加圧射出成形法（以下、単に本実施の形態の成形法とも言う。）に用いられる装置について説明する。以下の、図１〜図３において、本実施の形態の成形法で使用する金型の一例を示す。なお、図１〜図３においては、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１１】
図１は、本実施の形態の成形法で使用される金型及び金型温度調節機の一例を示すものである。図１で示すように、金型１は固定型１ａと可動型１ｂで構成されており、可動型１ｂには、射出成形終了後に、射出成形体を突き出すエジェクターピン６が配置されている。また、金型１は金型キャビティ温調用冷却孔８ａ及び８ｂを有し、金型温度調節機１１によって制御された加熱媒体と冷却媒体が選択的に流れて、成形工程における金型キャビティ面の温度が調節される。
【００１２】
金型温度調節機１１は、金型キャビティ面の温度を上昇させるために加熱媒体（例えば、水蒸気）を供給する加熱媒体供給源１２と、金型キャビティ面の温度を降温（冷却）するために冷却媒体（例えば、水）を供給する冷却媒体供給源１３と、加熱媒体供給源と冷却媒体供給源の動作を制御する制御装置とを有する。
【００１３】
金型キャビティ面２ａ及び２ｂを構成する部分は、加熱熱媒、冷却媒体の熱効率を良くするために入れ子構造とし、入れ子は断熱層５ａ及び５ｂを介して金型本体と熱絶縁された断熱構造であるのが好ましい。また、金型キャビティ温調用冷却孔８ａ及び８ｂも金型キャビティ面を効率良く昇温及び降温する観点から、できるだけ金型キャビティ面に近い位置に、適切に設置されることが好ましい。
【００１４】
金型１により成形される成形体は、厚肉リブ３を有する非意匠面とその反対側の面である意匠面を有し、非意匠面は可動型１ｂ側の金型キャビティ面２ｂ（非意匠側型面）で成形され、意匠面は固定型１ａ側の金型キャビティ面２ａ（意匠側型面）で成形される。ここで、意匠面を可動型１ｂ側の金型キャビティ面２ｂで成形し、非意匠面を固定型１ａの金型キャビティ面２ｂで成形してもよい。また、厚肉リブ３は厚肉ボスであってもよい。
【００１５】
可動型１ｂにはガス圧入経路９が形成されており、加圧ガス源からガス圧入経路９へガスが供給される。また、可動型１ｂには、金型キャビティ２内に先端を臨ませた加圧ガス圧入ピン４が設けられている。この圧入ピン４は、図２（ａ）及び（ｂ）に示されるように先端の断面が円の一部を削り取った形状をしており、これにより可動型１ｂとの間にクリアランスｃが形成されている。このクリアランスは溶融樹脂が逆流して入り込むことはないが、加圧ガスは通過できる大きさになっている。具体的には、０．０１〜０．０５ｍｍのクリアランスが設けられている。加圧源から供給された加圧ガスは、圧入ピン４と可動型１ｂとの間のクリアランスを通過し、金型キャビティ２内に圧入される。ガス逆流漏れを防止するため、圧入ピン４にはシール材７ａが設置されている。シール材７ａとしては、ニトリル−ブタジエンゴム製等の耐熱性Ｏリング等を用いることが好ましい。図３に加圧ガス圧入ピン４の構造の一例を示す。また、金型キャビティ２内に圧入されたガスの漏洩防止のため、エジェクターピン６と可動型１ｂとの間のクリアランスにもシール材７ｂが設けられている。
【００１６】
また、金型１のパーティング面のシール性が高いと、溶融樹脂射出前の金型キャビティ２内の空気、溶融樹脂から発生したガス、加圧ガスの一部等が意匠面側に滞留し、厚肉リブ３に対応する意匠面側のひけが十分に改善されない場合がある。これを防止するために、固定型１ａと可動型１ｂのパーティング面には、金型キャビティ２に通じるガス抜きベント溝１０（溶融樹脂は侵入できないが、気体は通す大きさのスリット）を設けて大気開放しておくことが好ましい。
【００１７】
［ガス加圧射出成形法］
次に、上記装置を用いて実施される本実施の形態のガス加圧射出成形法について、図中の記号を用いて説明する。
【００１８】
本実施の形態のガス加圧射出成形法は、熱可塑性樹脂を溶融樹脂として金型キャビティ内に射出した後、射出成形体の裏面（非意匠面）とそれに対応する金型キャビティ面（非意匠側型面）間に加圧ガスを圧入して射出成形体の表面（意匠面）をそれに対応する金型キャビティ面（意匠側型面）に押し付ける工程を含むガス加圧射出成形法であって、（ａ）溶融樹脂を金型キャビティ内に射出する前に、前記金型キャビティ面の温度を前記熱可塑性樹脂のガラス転移温度よりも０〜３０℃高い温度に昇温する工程と、（ｂ）溶融樹脂の射出終了後、前記金型キャビティ面の温度を前記熱可塑性樹脂のガラス転移温度よりも２０℃以上低い温度に降温して射出成形体を冷却する工程と、を含む。
【００１９】
本実施の形態の成形法は、金型キャビティ面の温度を熱可塑性樹脂のガラス転移温度よりも０〜３０℃高い温度に昇温した状態で溶融樹脂を射出することにより、射出直後の樹脂粘度の急激な上昇が避けられ、後述するガス圧入工程における、意匠面のひけ防止のための非意匠面から押し付けるガス圧力の作用効果が大きくなる。従って、樹脂のビカット軟化点より低い金型キャビティ温度で成形する従来のガス加圧射出成形法に比べて、より低いガス圧力で、ひけがなく、表面平滑で、かつ、外観に優れた意匠面を有する成形体を得ることができる。
【００２０】
工程（ａ）は、溶融樹脂を金型キャビティ内に射出する前に、金型キャビティ面の温度を熱可塑性樹脂のガラス転移温度よりも０〜３０℃高い温度に昇温する工程である。
【００２１】
本実施の形態の成形法においては、射出成形前の金型キャビティ面の温度を、熱可塑性樹脂のガラス転移温度より０〜３０℃高い温度、好ましくは１０〜２０℃高い温度に昇温することが重要である。射出前の金型キャビティ面の温度が熱可塑性樹脂のガラス転移温度未満であると、後述するガス圧入工程における非意匠面から押し付けるガス圧力の作用効果が小さく、意匠面のひけが十分に抑制されないおそれがある。また、ウエルドライン、フローマーク等を完全に防止することが困難となるため外観が悪化する傾向にある。逆に、射出前の金型キャビティ面の温度が熱可塑性樹脂のガラス転移温度よりも３０℃高い温度を超えると、金型の加熱冷却に不必要な熱ロスが生じ、また、金型キャビティ面の冷却時間が長くなり成形体の生産性が低下する傾向にある。射出前の金型キャビティ面の温度は、良好な外観を有する成形体を効率良く得るという観点から、熱可塑性樹脂のガラス転移温度よりも１０〜２０℃高い温度に昇温するのが特に好ましい。
【００２２】
金型キャビティ面の温度制御は、加熱媒体供給源１２と冷却媒体供給源１３を備えた金型温度調節機１１で行う。本工程においては、加熱媒体（例えば水蒸気）を金型キャビティ冷却孔８ａ及び８ｂに流して、金型キャビティ面２ａ及び２ｂの温度を昇温する。
【００２３】
金型キャビティ面を昇温後（工程（ａ）の後）、熱可塑性樹脂を溶融樹脂として金型キャビティ２内に射出する。溶融樹脂の射出量は、金型キャビティ２の容積を満たすのに充分な量であることが好ましい。また、溶融樹脂を射出する際には、キャビティ内に保圧を充分かけた状態であるのが好ましい。射出保圧を充分にかけることにより、樹脂と金型キャビティ面２ａ及び２ｂとの密着性が高くなり、後述するガス層の圧力保持性が向上する傾向にある。
【００２４】
溶融樹脂の射出終了直後、好ましくは保圧をかける前に、ガス圧入ピン４と可動型１ｂとの間のクリアランスを通して加圧ガスを圧入する（ガス圧入工程）。これにより、金型キャビティ２内に射出された溶融樹脂と金型キャビティ面２ｂとの隙間に、加圧ガスによるガス層が形成される。エジェクターピン６と可動型１ｂとの間のクリアランスに設けられたシール材７ｂはこのガス層の圧力保持を助けるものである。
【００２５】
成形体の厚肉リブ３の突出側（非意匠面側）に形成されたこのガス層は、溶融樹脂が冷却固化する間、その反対の面、即ち、成形体の意匠面側を金型キャビティ面２ａに対して継続的に押し付ける。この時、図４に示すように、リブ３の根元は加圧ガスの圧力によって絞り込まれ、これによってリブ３付近の溶融樹脂が流動して、リブ３に対応する意匠面をさらに金型キャビティ面２ａに押え付けることになる。このことにより、リブ３の体積収縮による意匠面のひけの発生を防止することができる。図５に加圧ガスを圧入しない通常の成形方法で成形された成形体の態様例を示す。厚肉リブ３に対応する反対側の意匠面は、冷却過程における厚肉リブ３の収縮の影響でひけが発生し、外観が不良なものとなる。
【００２６】
ガス加圧射出成形法におけるひけ防止効果は、通常、加圧ガス圧入時における成形体のリブ３表面の樹脂固化層の厚みとリブ３内部の樹脂粘度に大きく依存する。本実施の形態の成形法においては、金型キャビティ面の温度を熱可塑性樹脂のガラス転移温度より０〜３０℃高い温度に昇温して溶融樹脂を射出することで、射出終了直後のリブ３表面の樹脂固化層は薄く柔らかくなり、リブ３内部の樹脂粘度も十分に低い状態に保たれる。従って、従来の樹脂のガラス転移温度より２０℃以上低い金型キャビティ温度で成形する方法と比較して、より低いガス圧で良好なひけ防止効果を得ることが可能となる。
【００２７】
加圧ガスの圧入後、成形体の非意匠面側に形成されるガス層の圧力はある程度保持されるが、その圧力は経時的に降下する。ガス層の圧力の大きさ及び圧力降下速度は、意匠面のひけの発生及び外観に影響する。当然のことながら、高い圧力のガス層を長時間維持させることができれば、ひけ防止効果は高くなる。従って、図１に示される金型１のように、加圧ガスを漏洩させないように、可動型１ｂにシール材７ａ及び７ｂが設置された気密性の高い金型を用いることが好ましい。
【００２８】
ガス層の圧力の降下速度は、金型１の気密性、使用する樹脂の種類、成形条件等によって大きく変化する。本実施の形態の成形法においては、金型キャビティ面の温度を熱可塑性樹脂のガラス転移温度より０〜３０℃高くした状態で溶融樹脂を射出することにより、樹脂と金型キャビティ面２ａ及び２ｂとの密着性がより高くなるためガス層の圧力保持が良好となる。従って、従来の樹脂のガラス転移温度より２０℃以上低い金型キャビティ温度で成形する方法と比べて、半分以下の低いガス圧力でも意匠面のひけを防止することが可能となる。
【００２９】
加圧ガスの圧力は、樹脂の種類、成形体の厚肉リブ３の形状、板厚等によって異なるが、通常１〜１５ＭＰａ、好ましくは３〜１０ＭＰａである。加圧ガスを金型キャビティ２内に圧入するタイミングは、溶融樹脂を金型キャビティ２に充分に充填した直後が好ましい。また、加圧ガスの漏洩を防止するために、加圧ガスで成形体をその意匠面側に押え付けると同時に樹脂保圧を加え、さらに樹脂を補充することが有効である。本実施の形態の成形法に用いることができる加圧ガスとしては特に限定されず、窒素、空気、炭酸ガス等を用いることができるが、中でも、窒素等の不活性ガスを用いるのが好ましい。
【００３０】
工程（ｂ）は、溶融樹脂の射出終了後、前記金型キャビティ面の温度を前記熱可塑性樹脂のガラス転移温度よりも２０℃以上低い温度に降温して射出成形体を冷却する工程である。
【００３１】
溶融樹脂を射出後、加熱媒体の供給を止め、速やかに冷却媒体を冷却媒体供給源１３より金型キャビティ冷却孔８ａ及び８ｂに流し、金型キャビティ面２ａ及び２ｂを熱可塑性樹脂のガラス転移温度よりも２０℃以上低い温度、好ましくは３０℃以上低い温度に降温して、十分に成形体を冷却した後、成形体を金型から取り出す。
【００３２】
ここで、工程（ｂ）における金型キャビティ面の温度が熱可塑性樹脂のガラス転移温度よりも２０℃以上低い温度と規定したのは、大部分の非結晶性樹脂の荷重たわみ温度が、ガラス転移温度よりも約２０℃低いところにあり、これ以下の温度で成形体を金型から取り出せば、成形体の冷却不足による変形が抑止できるという観点からである。
【００３３】
また、成形体を金型から取り出した後、冷却媒体供給源１３からの金型キャビティ冷却孔８ａ及び８ｂへの冷却媒体の供給を止め、加熱媒体を加熱媒体供給源１２から金型キャビティ冷却孔８ａ及び８ｂに流して金型キャビティ面２ａ及び２ｂの昇温を開始し、金型キャビティ面の温度を熱可塑性樹脂のガラス転移温度よりも０℃〜３０℃高い温度に昇温することにより、連続して本実施の形態の成形法を実施することができる。
【００３４】
金型キャビティに溶融樹脂として射出される熱可塑性樹脂としては、特に限定されないが、好ましくは非結晶性の熱可塑性樹脂（以下、非結晶性樹脂とも言う。）である。非結晶性樹脂は、樹脂射出後の冷却過程において、樹脂の固化点（ガラス転移温度）までは急激な粘度変化がなくゴム弾性状態を保持するため、加圧ガスによるひけ防止効果が大きくなる傾向にある。一方、結晶性樹脂は、冷却過程において樹脂が溶融温度（正確には再結晶化温度）以下の温度に達すると、結晶化により成形体の表面が急激に固くなり、それに伴って急激な収縮を開始するため、加圧ガスでひけを防止するのが実質的に困難となる場合がある。
【００３５】
非結晶性の熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリスチレン（ＰＳ）やハイインパクトポリスチレン（ＨＩＰＳ）のようなゴム補強スチレン系樹脂、スチレン−アクリロニトリル共重合体（ＳＡＮ樹脂）、アクリロニトリル−ブチルアクリレートラバー−スチレン共重合体（ＡＡＳ樹脂）、例えば、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体、アクリロニトリル−メチルメタクリル−ブタジエン−スチレン共重合体等のＡＢＳ樹脂、ポリカーボネート（ＰＣ樹脂）、ＰＣ／ＡＢＳ等のＰＣ系樹脂、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ樹脂）等のアクリル系樹脂、変性ポリフェレンニレンエーテル（変性ＰＰＥ樹脂）等が挙げられる。熱可塑性樹脂は、ポリマーアロイでもよく、例えば、上述のＰＣ／ＡＢＳ樹脂、スチレンで変性した変性ＰＰＥ樹脂や、ＰＭＭＡ／ＡＢＳ樹脂、ＰＣ／ＰＳ樹脂等が好適に用いられる。
【００３６】
本実施の形態の成形法において、例えば、熱可塑性樹脂としてガラス転移温度１１０℃を有する非結晶性ＡＢＳ樹脂（例えば、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体）を用いた場合には、工程（ａ）の樹脂射出前の金型キャビティ面の温度は好ましくは１２０〜１３０℃であり、工程（ｂ）の樹脂射出後の冷却工程おける金型キャビティ面の温度は好ましくは５０℃以下である。
【００３７】
本実施の形態の成形法で用いられる熱可塑性樹脂には、種々の添加剤が含まれていてもよい。例えば、エラストマー、可塑剤、発泡剤、安定剤、帯電防止剤、紫外線吸収剤、難燃剤、着色剤、離型剤及びガラス繊維・チタン酸カリウィスカー・酸化亜鉛ウィスカー等の繊維状補強剤、さらにはガラスビーズ、ガラスフレーク、マイカ、炭酸カルシュウム、タルク等の充填剤を任意に添加することができる。
【００３８】
ガラス繊維、炭素繊維、ガラスフレーク等のフィラー強化充填剤、その他のフィラーを添加したフィラー強化樹脂を通常の成形方法で成形した場合、フィラーの成形体表面への浮きが避けられず、表面平滑で、かつ、優れた外観を有する成形体を得ることは困難である。しかしながら本実施の形態の成形法によれば、溶融樹脂を射出する前に金型キャビティ面の温度を、熱可塑性樹脂のガラス転移温度よりも０〜３０℃高い温度に昇温して溶融樹脂を金型キャビティ内に射出するため、金型キャビティ面に接触した樹脂が十分に柔らかく、射出圧力による樹脂圧によって成形体表面のフィラーの浮きが抑制され、金型キャビティ面が良好に転写されるため、表面平滑であり、かつ、高品質の外観を有する成形体を得ることが可能となる。
【００３９】
また、通常、発泡性樹脂を射出成形すると、金型キャビティを溶融樹脂が流動する過程で、発泡ガスの噴出により、成形体の表面に発生する表面荒れ、いわゆるスワールマークが成形体の表面に発生するが、この場合も上記と同様の機構により、本実施の形態の成形法によれば、表面平滑であり、かつ、高品質な外観を有する成形体を得ることができる。なお、発泡性樹脂を射出成形する場合は、溶融樹脂が金型キャビティを流動する際のガスの噴出を防ぐため、射出前に、予め、金型キャビティ内を窒素、圧縮空気のガスで加圧するのが好ましい。
【実施例】
【００４０】
以下に本実施の形態を具体的に説明した実施例及び比較例を例示するが、本実施の形態はその要旨を超えない限り以下の実施例に限定されるものではない。
実施例における成形条件、射出成形体の評価方法は以下の通りである。
（１）成形条件
射出成形機： 住友重機械工業社製ＳＧ２２０
樹脂射出二次圧（保圧）： 射出一次圧の８０％
金型キャビティ温度の制御： 昇温には高圧蒸気、降温には水を使用
加圧ガス圧入条件
使用ガス： 窒素
ガス圧力： ５ＭＰａ
ガス圧入時期、時間： 射出終了直後、５ｓｅｃ
ガス圧開放： 射出終了４０ｓｅｃ後
（２）成形体のひけの深さ：後述する図６に示すリブに対応した意匠面（Ｈ部）の最大値
（測定機）
機器名：ミツトヨ製「ＳＵＲＦＴＥＳＴ５００」
検出部：ダイヤモンド針接触式センサー（円錐形９０°）
先端曲率半径：５μｍ
（測定条件）
走査速度：２ｍｍ／ｓｅｃ
走査距離：４ｍｍ
（３）成形体の６０°光沢度： ＡＳＴＭ Ｄ５２３−６７
測定機： スガ試験機株式会社製デジタル変角光沢形「ＵＧＶ−５Ｋ」
【００４１】
図６は、以下の実施例及び比較例で得られた射出成形体の斜視図を示す。射出成形体は大きさが３００ｍｍ×２００ｍｍ×３０ｍｍ、板厚２．５ｍｍで非意匠部（裏面）に２．０ｍｍの厚さのリブを有する。
【００４２】
（実施例１、２及び比較例１〜４）
図１の構造の金型を用い、表１に示された熱可塑性樹脂及び成形条件で成形して、図６に示す成形体を得た。全ての実施例及び比較例において、溶融樹脂の射出直後、非意匠面のリブに囲まれたエリア３箇所（図６のＡ）より加圧ガスを圧入した。得られた成形体の意匠面（図６のＨ部）のひけの深さを上述した測定器及び条件で測定し、表面平滑性の目安とした。また、成形体の意匠面の６０°グロス（光沢度）を測定し、表面外観の美麗さの目安とした。測定結果を表１に示す。
【００４３】
【表１】
【００４４】
表１の結果から明らかなように、金型キャビティ面の温度を樹脂のガラス転移温度よりも１０℃高い温度に昇温した状態で溶融樹脂を射出し、射出終了後には、金型キャビティ面の温度を樹脂のガラス転移温度よりも５０℃低い温度に降温（冷却）して成形を行った実施例１及び２の成形体は、意匠面のひけが小さく（ひけの深さが浅く）、表面平滑であり、かつ、６０°光沢度が高く高品質な外観を有していた。
一方、金型キャビティ面の温度を樹脂のガラス転移温度よりも５０℃低い温度に一定にした状態でガス加圧射出成形を行った比較例１及び２の成形体は、実施例１及び２の成形体と比べて意匠面のひけが大きく、６０°光沢度も低かった。特に、実施例２と比較例２は、フィラー強化樹脂を用いているため、ひけの深さ及び６０°光沢度の差が大きかった。
また、ガス加圧工程を行わずに、金型キャビティ面の温度を、樹脂の射出時にガラス転移温度よりも１０℃高い温度に、冷却時に樹脂のガラス転移温度よりも５０℃低い温度にして射出成形を行った比較例３及び４の成形体は、６０°光沢度は実施例１及び２と遜色ないものの、ひけの深さが実施例１及び２と比べて著しく大きかった。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明のガス加圧射出成形法で得られる（リブ付き）成形体は、ひけがなく、表面平滑で、かつ、優れた外観を有しており、特に、美麗な外観が要求されるＯＡ機器のハウジング、フラットパネルディスプレイの前面カバーや筐体等としての産業上利用可能性を有する。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本実施の形態のガス加圧射出成形法で使用される金型及び金型温度調節機の一例を示したものである。
【図２】本実施の形態のガス加圧射出成形法で使用される金型の加圧ガス圧入ピン先端のクリアランスの形態の一例を示したものである。
【図３】本実施の形態のガス加圧射出成形法で使用される金型の加圧ガス圧入ピンの形状の一例を示したものである。
【図４】加圧ガスを非意匠面のリブ部に圧入した場合の成形体の一態様を示したものである。
【図５】加圧ガスを非意匠面のリブ部に圧入しない場合の成形体の一態様を示したものである。
【図６】本実施の形態の射出成形体の一例を示したものである。
【符号の説明】
【００４７】
１： 金型
１ａ： 固定型
１ｂ： 可動型
２： 金型キャビティ
２ａ： 意匠側金型キャビティ面
２ｂ： 非意匠側金型キャビティ面
３： 厚肉リブ
４： 加圧ガス圧入ピン
５ａ、５ｂ： 断熱層
６： エジェクターピン
７ａ、７ｂ： シール材
８ａ、８ｂ： 金型キャビティ冷却孔
９： ガス圧入経路
１０： パーティング面のベント溝
１１： 金型温度調節機
１２： 加熱媒体供給源
１３： 冷却媒体供給源
ｃ： 切り欠け溝
Ａ： 加圧ガス圧入口
Ｈ部： リブ反対面の成形体のひけ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性樹脂を溶融樹脂として金型キャビティ内に射出した後、射出成形体の裏面（非意匠面）とそれに対応する金型キャビティ面（非意匠側型面）間に加圧ガスを圧入して射出成形体の表面（意匠面）をそれに対応する金型キャビティ面（意匠側型面）に押し付ける工程を含むガス加圧射出成形法であって、
（ａ）溶融樹脂を金型キャビティ内に射出する前に、前記金型キャビティ面の温度を前記熱可塑性樹脂のガラス転移温度よりも０〜３０℃高い温度に昇温する工程と、
（ｂ）溶融樹脂の射出終了後、前記金型キャビティ面の温度を前記熱可塑性樹脂のガラス転移温度よりも２０℃以上低い温度に降温して射出成形体を冷却する工程と、
を含む、射出成形法。
【請求項２】
前記熱可塑性樹脂は、非結晶性の熱可塑性樹脂である、請求項１記載の射出成形法。
【請求項３】
請求項１又は２記載の射出成形法で成形された射出成形体。
【請求項１】
熱可塑性樹脂を溶融樹脂として金型キャビティ内に射出した後、射出成形体の裏面（非意匠面）とそれに対応する金型キャビティ面（非意匠側型面）間に加圧ガスを圧入して射出成形体の表面（意匠面）をそれに対応する金型キャビティ面（意匠側型面）に押し付ける工程を含むガス加圧射出成形法であって、
（ａ）溶融樹脂を金型キャビティ内に射出する前に、前記金型キャビティ面の温度を前記熱可塑性樹脂のガラス転移温度よりも０〜３０℃高い温度に昇温する工程と、
（ｂ）溶融樹脂の射出終了後、前記金型キャビティ面の温度を前記熱可塑性樹脂のガラス転移温度よりも２０℃以上低い温度に降温して射出成形体を冷却する工程と、
を含む、射出成形法。
【請求項２】
前記熱可塑性樹脂は、非結晶性の熱可塑性樹脂である、請求項１記載の射出成形法。
【請求項３】
請求項１又は２記載の射出成形法で成形された射出成形体。
【図６】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００９−２５５３４９（Ｐ２００９−２５５３４９Ａ）
【公開日】平成２１年１１月５日（２００９．１１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１０５９３５（Ｐ２００８−１０５９３５）
【出願日】平成２０年４月１５日（２００８．４．１５）
【出願人】（３０３０４６３１４）旭化成ケミカルズ株式会社 (2,513)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１１月５日（２００９．１１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年４月１５日（２００８．４．１５）
【出願人】（３０３０４６３１４）旭化成ケミカルズ株式会社 (2,513)
【Ｆターム（参考）】
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