樹脂成形品の成形方法
【課題】結晶化度の高い高分子樹脂成形品を、形状の自由度が高く且つ比較的簡素な工程で製造可能な成形方法を提供する。
【解決手段】成形型を構成する固定型１２と可動型１３とで囲まれたキャビティ１５’に結晶性高分子樹脂の融液Ａ’が充填され、該融液に、物理発泡剤と、発生ガスの積算量が経時的に増加する第２の発泡剤とが混入され、該融液の温度が融点以下、結晶化温度以上である状態で、前記可動型を前記固定型から離間する方向にコアバックさせて前記キャビティの容積を増大させ該キャビティ内の前記高分子樹脂を前記物理発泡剤と前記第２の発泡剤とにより発泡させながら成形すると共に、その成形時に、前記融液に臨界伸長ひずみ速度以上の速度で伸長ひずみを生じさせて、該融液を配向融液の状態にし、その状態を維持して結晶化させることで、樹脂成形品を製造する。
【解決手段】成形型を構成する固定型１２と可動型１３とで囲まれたキャビティ１５’に結晶性高分子樹脂の融液Ａ’が充填され、該融液に、物理発泡剤と、発生ガスの積算量が経時的に増加する第２の発泡剤とが混入され、該融液の温度が融点以下、結晶化温度以上である状態で、前記可動型を前記固定型から離間する方向にコアバックさせて前記キャビティの容積を増大させ該キャビティ内の前記高分子樹脂を前記物理発泡剤と前記第２の発泡剤とにより発泡させながら成形すると共に、その成形時に、前記融液に臨界伸長ひずみ速度以上の速度で伸長ひずみを生じさせて、該融液を配向融液の状態にし、その状態を維持して結晶化させることで、樹脂成形品を製造する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車用部品等の樹脂成形品、特に結晶性高分子樹脂を用いた成形品の成形方法に関し、樹脂成形品の成形技術の分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
従来、樹脂成形品の材料として、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、或いはポリ塩化ビニルなどの所謂汎用プラスチックは、安価であるとともに成形性に優れているなどの理由で、各種の分野で広く用いられているところであるが、自動車用部品や機械用部品等の工業製品用の材料としては、十分な機械的強度や耐久性等を得られないことがある。
【０００３】
そのため、これらの特性が要求される工業製品用材料としては、ポリエチレンテレフタレートやポリカーボネート、或いはポリアミドなどのなどの所謂エンジニアリングプラスチックが好適に用いられるが、エンジニアリングプラスチックは高価であるため、材料コストが高騰してしまう欠点がある。
【０００４】
このような実情に対処するものとして、特許文献１には、結晶性高分子樹脂融液の成形時における結晶化度を大幅に向上させることにより、ポリプロピレン等の汎用プラスチック材を用いながら、エンジニアリングプラスチックに相当する機械的強度や耐熱性を実現する発明が開示されている。
【０００５】
この発明は、結晶性高分子樹脂の融液を、融点以下、結晶化温度以上の状態、換言すれば過冷却状態で、臨界伸長ひずみ速度以上のひずみ速度で所定方向に伸長させることを特徴とするものである。このようにして伸長された融液は、高分子鎖が引き伸ばされて平行に揃えられた配向融液となると共に、結晶化の基点となる核が融液内に多数形成され、その後、短時間で且つ極めて高い割合で結晶化が起こるため、機械的強度や耐熱性に優れた成形品が得られることが期待される。
【０００６】
ここで、前記臨界伸長ひずみ速度とは、過冷却状態の融液を伸長させて、その伸長方向のひずみ速度を上げたときに、結晶サイズが不連続的に小さくなるときの速度であり、この速度以上で伸長させることにより、従来の方法で結晶化させた場合に比べて、結晶化度が大幅に向上するのである。
【０００７】
そして、前記特許文献１には、臨界速度以上の伸長ひずみ速度を実現するための方法として、上下の板の間にディスク状の高分子樹脂融液のサンプルを挟み、これを過冷却状態に保持して、一方の板を他方の板の方へ一定速度で移動させることにより押しつぶす方法、ダイの吐出口から急冷却しながら高分子樹脂融液を高速で吐出する方法、一対の引き抜きローラにより高分子樹脂融液を急冷却しながらダイから引き抜く方法などが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２００８／１０８２５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、前記特許文献１に記載された上下の板で高分子樹脂融液のサンプルを挟む方法では、予めサンプルを作成する必要があると共に、周囲が不規則な形状となるため、周辺部を機械的に成形するなどの他の工程がさらに必要となる。
【００１０】
また、ダイから高分子樹脂融液を吐出する方法も、一定断面形状の長尺物が得られるだけであり、さらに、一対のローラによって高分子樹脂融液を引き抜く方法も、フィルム状のものが得られるだけで、これを積層して製品を得ようとすると再度樹脂を溶融しなければならず、結晶化によって向上させた強度が低下することになる。
【００１１】
これに対して、成形型を用いる通常の射出成形方法は、前記各方法に比べて製品形状の自由度は高いが、射出時にせん断ひずみが発生するだけで、成形型内に高速で射出しても臨界伸長ひずみ速度を得ることはできない。
【００１２】
以上の問題に鑑みて、成形型を用いつつ、高分子樹脂融液に臨界伸長ひずみ速度以上の速度で伸長ひずみを生じさせるように成形する方法として、成形型を構成する可動型と固定型とで囲まれるキャビティ内に発泡剤を含有する高分子樹脂融液を射出して充填した後、該融液が過冷却状態であるときに、可動型を固定型から離間する方向へ高速で移動（以下、「コアバック」ともいう。）させて、高分子樹脂を発泡させながら成形することで、該高分子樹脂融液をコアバック方向に高速で伸長させることが考えられる。また、この場合、発泡剤としては、材料コストが低く均一で小さなセル構造を形成できる物理発泡剤を使用することが望ましいと考えられる。
【００１３】
しかしながら、この場合、射出中に、樹脂表面からガス（物理発泡剤）が抜け出ることにより該物理発泡剤の圧力、すなわち発泡圧力は大きく低下し、また、射出が終了してから可動型のコアバックが開始されるまでの間にも、高分子樹脂融液内における物理発泡剤の温度は樹脂の温度と共に低下するとともに、僅かながら発泡が進むことにより体積が増大するため、該物理発泡剤による発泡圧力は大きく低下することが考えられる。そのため、コアバックの際に十分な発泡速度を得ることができないことから、発泡に伴う高分子樹脂融液の伸長は可動型の高速移動に追従し難く、該融液に臨界伸長ひずみ速度以上の速度での伸長ひずみを生じさせることは困難であると考えられる。
【００１４】
また、この場合、上記のように射出を開始してからコアバックを開始するまでに生じる発泡圧力の低下分を補うために、射出前に予め多くの物理発泡剤を高分子樹脂融液に混入して発泡圧力を高めておくことも考えられる。しかし、この場合、射出中に抜け出るガス量が増えることから効果的に発泡圧力を高められないと考えられるとともに、樹脂中に粗大な空隙が生じるなどの機能的および品質的な不具合が生じる懸念もある。
【００１５】
そこで、本発明は、結晶性高分子樹脂を用い、その結晶化度を向上させる前記の方法を確実に実現しつつ、製品形状の自由度が高く、比較的容易な工程で得られる樹脂成形品の成形方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
前記課題を解決するため、本発明に係る樹脂成形品の成形方法は、次のように構成したことを特徴とする。
【００１７】
まず、本願の請求項１に記載の発明は、
成形型を構成する固定型と可動型とで囲まれたキャビティに、物理発泡剤を含有する結晶性高分子樹脂の融液を射出して充填させる射出工程と、
前記キャビティに前記融液が充填された状態で、該キャビティ内の前記高分子樹脂を発泡させながら成形するように、前記可動型を前記固定型から離間する方向にコアバックさせて前記キャビティの容積を増大させるコアバック工程と、
該コアバック工程の前に、前記融液中において発生ガスの積算量が経時的に増加する第２の発泡剤を前記融液に混入させる混入工程とを備え、
前記コアバック工程では、前記融液の温度が融点以下、結晶化温度以上である状態で、前記物理発泡剤と第２の発泡剤とにより前記高分子樹脂を発泡させながら、前記融液に臨界伸長ひずみ速度以上の速度で伸長ひずみを生じさせて、該融液を配向融液の状態にし、その状態を維持して結晶化させるようにコアバックすることを特徴とする。
【００１８】
なお、請求項１に記載の発明における前記第２の発泡剤は、固体または液体の状態で前記高分子樹脂融液に混入され、この混入後に化学反応または気化等によりガスを発生させる発泡剤である。
【００１９】
また、請求項１に記載の発明において、前記混入工程は、前記コアバック工程の前であれば、前記射出工程の前後、又は該射出工程と同時のいずれのタイミングで行ってもよい。すなわち、前記混入工程において、前記高分子樹脂融液への第２の発泡剤の混入は、前記物理発泡剤の混入と同時並行で行ってもよいし、異なるタイミングで行ってもよい。
【００２０】
次に、請求項２に記載の発明は、前記請求項１に記載の発明において、前記物理発泡剤は二酸化炭素または窒素であることを特徴とする。
【００２１】
さらに、請求項３に記載の発明は、前記請求項１または請求項２に記載の発明において、前記第２の発泡剤は化学発泡剤であることを特徴とする。
【００２２】
またさらに、請求項４に記載の発明は、前記請求項１または請求項２に記載の発明において、前記第２の発泡剤は熱膨張性マイクロカプセルであることを特徴とする。
【００２３】
また、請求項５に記載の発明は、前記請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の発明において、前記結晶性高分子樹脂は汎用プラスチックであることを特徴とする。
【００２４】
さらに、請求項６に記載の発明は、前記請求項５に記載の発明において、前記汎用プラスチックはポリプロピレンであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
請求項１に記載の発明によれば、先ず、成形型を構成する固定型と可動型とで囲まれたキャビティに、物理発泡剤を含有する結晶性高分子樹脂の融液を射出して充填させ、その後、該融液を過冷却状態（融点以下、結晶化温度以上の状態）とした上で、前記可動型を前記固定型から離間する方向へコアバックさせてキャビティの容積を増大させることで、該キャビティ内の高分子樹脂融液を発泡させながらコアバック方向に伸長させて成形する。このとき、高分子樹脂融液が臨界伸長ひずみ速度以上の速度で伸長するように可動型を高速でコアバックさせ、この可動型の高速移動に高分子樹脂融液の伸長を追従させることができれば、該融液は、高分子鎖が引き伸ばされて平行に揃えられた配向融液となると共に、結晶化の基点となる核が融液内に多数形成され、その後、短時間で且つ極めて高い割合で結晶化が起こり、高結晶化度の樹脂成形品を得ることができる。
【００２６】
そこで、本発明では、上述の理由により射出が開始されてからコアバックが開始されるまでに発泡圧力が低下しやすい物理発泡剤に加えて、高分子樹脂融液中において発生ガスの積算量が経時的に増加する第２の発泡剤も併用することで、コアバックの際、高い発泡圧力、ひいては高い発泡速度を得ることができるため、該発泡に伴う高分子樹脂融液の伸長を可動型の高速移動に追従させやすくすることができる。よって、前記コアバック工程において、該融液を配向融液の状態にしやすくすることができ、極めて高い割合での結晶化を実現することができる。
【００２７】
このように、本発明では、物理発泡剤を使用することで材料コストの低減とセル構造の品質確保とを図りつつ、第２の発泡剤を併用することで高分子樹脂の結晶化を促進することができるため、良質なセル構造を有し且つ結晶化度が高い高分子樹脂発泡体の成形品を低コストで製造することができる。
【００２８】
また、本発明では、高分子樹脂の発泡を利用しつつ、該樹脂融液を臨界伸長ひずみ速度以上の速度で伸長させるため、軽量性、断熱性および衝撃吸収性等に優れた樹脂発泡体の特性と、機械的強度および耐熱性等に優れた高分子結晶体の特性とを兼ね備えた成形品を得ることができる。
【００２９】
さらに、本発明の成形方法には成形型が用いられるため、前記特許文献１に記載の方法に比べて、高い形状の自由度で成形品を得ることができる。
【００３０】
またさらに、本発明では、樹脂の発泡、成形および結晶化を１つの工程で達成することができるため、製造作業の簡素化を図ることができる。
【００３１】
また、請求項２に記載の発明によれば、物理発泡剤として二酸化炭素または窒素を使用することで、請求項１に記載の発明を効果的に実現することができる。
【００３２】
さらに、請求項３に記載の発明によれば、前記第２の発泡剤として化学発泡剤を使用することで、請求項１または２に記載の発明を効果的に実現することができる。
【００３３】
一方、請求項４に記載の発明によれば、前記第２の発泡剤として熱膨張性マイクロカプセルを使用することで、請求項１または２に記載の発明を効果的に実現することができる。
【００３４】
請求項５に記載の発明によれば、前記結晶性高分子樹脂として、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル等の汎用プラスチックが用いられるため、成形品を安価に製造することができる。
【００３５】
さらに、請求項６に記載の発明によれば、前記汎用プラスチックとして広く用いられているポリプロピレンが採用されるため、価格面及び入手面でさらに有利となる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の方法で成形される成形品の例として示す自動車のドアモジュールキャリヤの正面図である。
【図２】同じくインストルメントパネルコア部材の斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る成形方法で使用する成形装置の構成図である。
【図４】図３に示す装置の混入工程中の状態を示す図である。
【図５】同じく射出工程が完了した状態を示す図である。
【図６】同じくコアバック工程中の状態を示す図である。
【図７】樹脂融液内におけるガスの圧力の経時的変化を示すグラフである。
【図８】第２の発泡剤による発生ガス積算量の経時的変化を示すグラフである。
【図９】熱膨張性マイクロカプセルの構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００３８】
まず、本発明の方法及び装置で形成される樹脂成形品の例を説明すると、図１に示す成形品１は、自動車のドアに内装されるドアモジュールキャリヤであり、該キャリヤ１をドア本体に取り付けるための取付部やパワーウインド用モータ等の各種機器や部材の取付部等が設けられるため、高い機械的強度が要求される。また、ドアモジュールキャリヤ１は、車体全体の軽量化に貢献するために軽量であることが好ましく、車室内の快適性を向上させるために断熱性を有することが好ましく、さらに、乗員の安全性を高めるために衝撃吸収性を有することが好ましい。
【００３９】
また、図２に示す成形品２は、自動車のインストルメントパネルコア部材であり、メータ類やエアバッグ等の各種機器や部材が取り付けられるため、高い機械的強度が要求される。さらに、インストルメントパネルコア部材２も、ドアモジュールキャリヤ１と同様の理由により、軽量性、断熱性および衝撃吸収性を有することが好ましい。
【００４０】
図３は、本発明の一実施形態に係る成形装置１０を示す。この成形装置１０は、固定型１２と可動型１３を有する成形型１１と、該成形型１１の型締め及び型開きを行う成形型開閉装置１４と、固定型１２と可動型１３とで囲まれたキャビティ１５に樹脂の融液を射出する射出装置１６とを有する。
【００４１】
成形型１１の固定型１２には、前記キャビティ１５を構成する面すなわち成形面１２ａと外部への露出面１２ｂとに通じる射出通路１８が設けられており、該射出通路１８を通して、射出装置１６から射出された融液がキャビティ１５に導かれるようになっている。
【００４２】
成形型開閉装置１４は、例えば高速油圧シリンダで構成され、例えば該シリンダの伸縮により、可動型１３を固定型１２に近接する方向へ移動させることで型締めを行い、可動型１３を固定型１２から離間する方向へ移動させることで型開きを行う。また、成形型開閉装置１４は、可動型１３を固定型１２から離間する方向にコアバックさせることで、キャビティ１５の容積を増大させながら該キャビティ１５内の樹脂を発泡成形する。
【００４３】
射出装置１６は、シリンダ１６ａと、該シリンダ１６ａの一端部において該シリンダ１６ａ内に樹脂材料を供給するホッパ１６ｂと、供給された樹脂材料を加熱溶融し、該樹脂材料の融液をシリンダ１６ａの他端部に設けられた吐出口１６ｃに向けて圧送するスクリュー１６ｄとを有する。
【００４４】
樹脂材料の種類は特に限定されないが、価格面および入手面において、好ましくは、例えばポリプロピレン、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル等の汎用プラスチックが用いられ、それらの中でもポリプロピレンが特に好適に用いられる。
【００４５】
シリンダ１６ａは、成形型１１の固定型１２に設けられた前記射出通路１８の一端に吐出口１６ｃが接続されるように、固定型１２に取り付けられている。
【００４６】
また、シリンダ１６ａには、該シリンダ１６ａ内に物理発泡剤を供給する発泡剤供給ユニット２０が接続されている。物理発泡剤としては、二酸化炭素または窒素が好適に用いられるが、本発明に用いられる物理発泡剤の種類はこれらに限定されるものでない。
【００４７】
発泡剤供給ユニット２０は、二酸化炭素または窒素等の不活性ガスを収容するボンベ２２と、該ボンベ２２から供給される不活性ガスを原料として公知の方法により物理発泡剤を生成する発泡剤生成装置２４と、該生成装置２４で生成された物理発泡剤をシリンダ１６ａ内に供給する供給ノズル２６とを備えている。この供給ノズル２６からシリンダ１６ａ内に供給された物理発泡剤は、シリンダ１６ａ内の樹脂融液に溶解される。これにより、シリンダ１６ａ内の樹脂融液は、物理発泡剤を含有した状態で前記成形型１１のキャビティ１５に射出される。
【００４８】
このようにして射出されたキャビティ１５内の樹脂は、材料コストが低く且つ均一で小さなセル構造を形成できる物理発泡剤により発泡されるため、良質の樹脂発泡体の成形品を低コストで製造できる。
【００４９】
しかしながら、図７の一点鎖線で示すように、仮に物理発泡剤のみを用いて後述の方法で樹脂を発泡成形する場合、射出開始時Ｔ１から射出終了時Ｔ２までの間に樹脂表面からガスが抜け出ることにより、樹脂融液内におけるガスの圧力、すなわち発泡圧力Ｑは大きく低下し、射出終了時Ｔ２からコアバック開始時Ｔ３までの待機中にも、樹脂内のガスは樹脂の冷却に伴い温度が低下するとともに、僅かながら発泡が進むことにより体積が増大するため、発泡圧力Ｑは大きく低下する。そのため、この場合、コアバック実行時において、本発明の課題である結晶化度の向上を達成するために必要な発泡速度を得ることができない。
【００５０】
そこで、本実施形態では、物理発泡剤に加えて、樹脂融液中において発生ガスの積算量が経時的に増加する第２の発泡剤が併用される。この第２の発泡剤は、固体または液体の状態で前記高分子樹脂融液に混入され、この混入後に化学反応または気化等によりガスを発生させる発泡剤である。本実施形態において、第２の発泡剤は、後述するようにキャビティ１５への射出前に樹脂融液に混入され、積算発生量が経時的に増加するようにガスを発生させるため、図７の実線で示すように、射出前のシリンダ１６ａ内において、樹脂融液内におけるガスの圧力、すなわち発泡圧力Ｐは経時的に増加する。よって、射出開始時Ｔ１において発泡圧力Ｐはある程度高い状態となっている。また、射出後のキャビティ１５内においても、第２の発泡剤は継続的にガスを発生させるため、発泡圧力Ｐの低下は抑制される。そのため、物理発泡剤のみを用いる場合に比べて、コアバック実行時Ｔ３の発泡圧力Ｐを高めることができ、これにより、コアバック時の発泡速度を高めることができる。
【００５１】
具体的に、第２の発泡剤としては、化学発泡剤または熱膨張性マイクロカプセルが好適に用いられる。
【００５２】
第２の発泡剤として化学発泡剤を用いる場合、化学発泡剤としては、例えば、炭酸水素ナトリウム等の無機系発泡剤、又はアゾ化合物等の有機系発泡剤が用いられる。第２の発泡剤として化学発泡剤を用いる場合、例えば図８の一点鎖線に示すように、仮にコアバック実行時Ｔ３よりも遙かに早い時点で第２の発泡剤によるガスの発生が止まると、その後、コアバック開始までに発泡圧力が大きく低下してしまう。そのため、例えば図８の実線で示すように、第２の発泡剤が樹脂融液に混入されてからコアバックが実行されるまでの間に緩やか且つ継続的にガスを発生させることができるように、第２の発泡剤の種類および量等を調製することが望ましい。
【００５３】
一方、熱膨張性マイクロカプセル３０は、図９に示すように、球殻状のシェル３２と、該シェル３２に内包された膨張剤３４とを有する発泡剤である。シェル３２の材料としては、膨張剤３４の膨張時に軟化する材料が用いられ、具体的には、例えば熱可塑性高分子材料が好適に用いられる。また、膨張剤３４の材料としては、温度および圧力の変化に応じた気化または化学反応等により膨張可能な材料が用いられ、具体的には、例えば、気化することにより膨張する低沸点の炭化水素が好適に用いられる。
【００５４】
次に、上記の成形装置１０を用いた樹脂成形品の成形方法について説明する。
【００５５】
図４に示すように、先ず、成形型開閉装置１４により可動型１３を固定型１２に当接するように移動させて、成形型１１を型締めする。このように成形型１１を型締めした状態において、固定型１２の成形面１２ａと可動型１３の成形面１３ａとの間隔は、成形品の厚みよりも小さくなり、成形品の最終形状の容積よりも小さい容積のキャビティ１５’が形成されている。
【００５６】
また、これと並行して、混入工程として、射出装置１６のホッパ１６ｂに、固形の結晶性高分子樹脂材料Ａと第２の発泡剤Ｂとを投入し、シリンダ１６ａ内において、スクリュー１６ｄを作動させて、樹脂材料Ａを融点以上まで加熱して溶融させることで、第２の発泡剤Ｂが混入した融液Ａ’を得るとともに、発泡剤供給ユニット２０からシリンダ１６ａ内に物理発泡剤を供給して、該物理発泡剤を前記融液Ａ’に溶解させる。これにより、該融液Ａ’には物理発泡剤と第２の発泡剤とが混入された状態となるため、これらの発泡剤を併用して後述の発泡成形を行うことができる。
【００５７】
次に、射出工程として、図５に示すように、射出装置１６により、前記融液Ａ’をキャビティ１５’内に射出して充填させる。
【００５８】
次に、コアバック工程として、キャビティ１５’内に充填された結晶性高分子樹脂の融液Ａ’の温度が融点以下で、結晶化温度以上になるまで冷却された時点、即ち、該融液Ａ’が過冷却状態となった時点で、図６に示すように、前記成形型開閉装置１４を作動させて可動型１３を固定型１２から離間する方向へ高速でコアバックさせる。これにより、キャビティ１５’の容積は増大し、キャビティ１５’内の高分子樹脂は発泡しながら成形される。
【００５９】
この発泡成形の際、射出工程が開始されてからコアバック工程が開始されるまでに発泡圧力が低下しやすい物理発泡剤だけでなく、融液Ａ’中において発生ガスの積算量が経時的に増加する第２の発泡剤も併用されるため、高い発泡圧力、ひいては高い発泡速度を得ることができる。そのため、キャビティ１５’の容積が可動型１３の移動方向に急激に拡大されるとき、該キャビティ１５’内の融液Ａ’は、発泡しながら可動型１３の高速移動に追従して該移動方向に伸長する。
【００６０】
コアバック工程における可動型１３の移動速度（コアバック速度）は、該移動方向における融液Ａ’の伸長ひずみ速度が臨界伸長ひずみ速度以上となる速度に設定されている。したがって、コアバック工程において、融液Ａ’は臨界伸長ひずみ速度以上の速度で伸長する。
【００６１】
よって、コアバック工程において、融液Ａ’は、高分子鎖が引き伸ばされて平行に揃えられた配向融液となると共に、結晶化の基点となる核が融液Ａ’内に多数形成され、その後、短時間で且つ極めて高い割合で結晶化が起こり、高結晶化度の樹脂発泡体が形成される。
【００６２】
可動型１３のコアバック終了後、成形型開閉装置１４により型開きを行い、これにより、高結晶化度の樹脂発泡体からなる成形品を得ることができる。
【００６３】
以上の実施形態によれば、物理発泡剤を使用することで材料コストの低減とセル構造の品質確保とを図りつつ、第２の発泡剤を併用することで高分子樹脂の結晶化を促進することができるため、良質なセル構造を有し且つ結晶化度が高い高分子樹脂発泡体の成形品を低コストで製造することができる。
【００６４】
また、この実施形態によれば、高分子樹脂融液Ａ’のひずみ伸長に発泡を利用しているため、発泡体でありながら結晶化度の高い成形品が得られる。そのため、軽量性、断熱性および衝撃吸収性等に優れた樹脂発泡体の特性と、機械的強度および耐熱性等に優れた高分子結晶体の特性とを兼ね備えた成形品を得ることができる。また、成形型１１を用いて成型するため、高い形状の自由度で成形品を得ることができる。これらのことから、例えば、図１，２に示すドアモジュールキャリヤ１やインストルメントパネルコア部材２、或いは、バンパー、フェンダー又はレインフォースメントなどといった種々の自動車部品に適した成形品を得ることができる。
【００６５】
さらに、この実施形態によれば、樹脂の発泡、成形および結晶化を１つの工程（前記コアバック工程）で達成することができるとともに、混入工程、射出工程およびコアバック工程のいずれも単一の成形装置１０を用いて連続して実行できるため、製造の作業および設備を簡素化することができる。
【００６６】
以上、上述の実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。
【００６７】
例えば、上述の実施形態では、融液Ａ’への第２の発泡剤の混入（前記混入工程）を、射出工程の前に物理発泡剤の混入と同時並行で行う場合について説明したが、本発明において、前記混入工程は、前記コアバック工程の前であれば、前記射出工程の後または該射出工程と同時並行で行ったり、物理発泡剤の混入とは異なるタイミングで行ったりしてもよい。
【実施例】
【００６８】
次に、上記実施形態に係る方法による成形を実施した実施例について説明する。
【００６９】
この実施例では、株式会社日本製鋼所製、型締力２２０トンの成形型と射出装置とを備えた成形装置を用い、結晶性高分子樹脂材料として、日本ポリプロ株式会社製のポリプロピレン樹脂材料（商品名：ノバテック）を用いた。
【００７０】
そして、射出装置における樹脂材料の溶融温度を１８０℃、型温度を１５０℃に設定し、まず、可動型を固定型に当接させた状態、すなわち型締めした状態にして、両型の間に厚み１ｍｍのキャビティを形成した。
【００７１】
次に、混入工程として、射出装置のシリンダ内で前記結晶性高分子樹脂材料の融液に、化学発泡剤として永和化成工業株式会社製の炭酸水素ナトリウム（商品名：セルボン）１部と物理発泡剤として窒素ガス２部とを混入した後、射出工程として、該融液をキャビティに３秒間射出して充填させ、その後、該融液の温度が１６０℃に低下するまで約３０秒間待機した。この温度は、該樹脂の融点よりも低く、結晶化温度よりも高い温度であり、これにより、融液は過冷却状態となった。
【００７２】
次に、コアバック工程として、成形型の可動型をキャビティの厚みが４ｍｍになるまで１５０ｍｍ／秒でコアバックさせ、前記高分子樹脂を発泡成形した。
【００７３】
その後、成形型を５０℃になるまで冷却した後、型開きし、成形品を取り出した。
【００７４】
これにより、結晶化が促進されたことによる高い機械的強度や耐熱性と、発泡成形されたことによる優れた軽量性、断熱性および衝撃吸収性とを兼ね備えるとともに、均一で且つ小さなセル構造を有する成形品が得られた。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
以上のように、本発明により得られる成形品は、機械的強度や耐熱性等に優れた高分子結晶体の特性と、軽量性、断熱性および衝撃吸収性に優れた樹脂発泡体の特性とを兼ね備えるとともに、該成形品が成形型を用いて製造されることにより形状の自由度が確保されることから、それら種々の特性が要求される例えば自動車用部品等の製造技術分野において好適に利用される可能性がある。
【符号の説明】
【００７６】
１，２ 成形品
１０ 成形装置
１１ 成形型
１２ 固定型
１３ 可動型
１４ 成形型開閉装置
１６ 射出装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車用部品等の樹脂成形品、特に結晶性高分子樹脂を用いた成形品の成形方法に関し、樹脂成形品の成形技術の分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
従来、樹脂成形品の材料として、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、或いはポリ塩化ビニルなどの所謂汎用プラスチックは、安価であるとともに成形性に優れているなどの理由で、各種の分野で広く用いられているところであるが、自動車用部品や機械用部品等の工業製品用の材料としては、十分な機械的強度や耐久性等を得られないことがある。
【０００３】
そのため、これらの特性が要求される工業製品用材料としては、ポリエチレンテレフタレートやポリカーボネート、或いはポリアミドなどのなどの所謂エンジニアリングプラスチックが好適に用いられるが、エンジニアリングプラスチックは高価であるため、材料コストが高騰してしまう欠点がある。
【０００４】
このような実情に対処するものとして、特許文献１には、結晶性高分子樹脂融液の成形時における結晶化度を大幅に向上させることにより、ポリプロピレン等の汎用プラスチック材を用いながら、エンジニアリングプラスチックに相当する機械的強度や耐熱性を実現する発明が開示されている。
【０００５】
この発明は、結晶性高分子樹脂の融液を、融点以下、結晶化温度以上の状態、換言すれば過冷却状態で、臨界伸長ひずみ速度以上のひずみ速度で所定方向に伸長させることを特徴とするものである。このようにして伸長された融液は、高分子鎖が引き伸ばされて平行に揃えられた配向融液となると共に、結晶化の基点となる核が融液内に多数形成され、その後、短時間で且つ極めて高い割合で結晶化が起こるため、機械的強度や耐熱性に優れた成形品が得られることが期待される。
【０００６】
ここで、前記臨界伸長ひずみ速度とは、過冷却状態の融液を伸長させて、その伸長方向のひずみ速度を上げたときに、結晶サイズが不連続的に小さくなるときの速度であり、この速度以上で伸長させることにより、従来の方法で結晶化させた場合に比べて、結晶化度が大幅に向上するのである。
【０００７】
そして、前記特許文献１には、臨界速度以上の伸長ひずみ速度を実現するための方法として、上下の板の間にディスク状の高分子樹脂融液のサンプルを挟み、これを過冷却状態に保持して、一方の板を他方の板の方へ一定速度で移動させることにより押しつぶす方法、ダイの吐出口から急冷却しながら高分子樹脂融液を高速で吐出する方法、一対の引き抜きローラにより高分子樹脂融液を急冷却しながらダイから引き抜く方法などが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２００８／１０８２５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、前記特許文献１に記載された上下の板で高分子樹脂融液のサンプルを挟む方法では、予めサンプルを作成する必要があると共に、周囲が不規則な形状となるため、周辺部を機械的に成形するなどの他の工程がさらに必要となる。
【００１０】
また、ダイから高分子樹脂融液を吐出する方法も、一定断面形状の長尺物が得られるだけであり、さらに、一対のローラによって高分子樹脂融液を引き抜く方法も、フィルム状のものが得られるだけで、これを積層して製品を得ようとすると再度樹脂を溶融しなければならず、結晶化によって向上させた強度が低下することになる。
【００１１】
これに対して、成形型を用いる通常の射出成形方法は、前記各方法に比べて製品形状の自由度は高いが、射出時にせん断ひずみが発生するだけで、成形型内に高速で射出しても臨界伸長ひずみ速度を得ることはできない。
【００１２】
以上の問題に鑑みて、成形型を用いつつ、高分子樹脂融液に臨界伸長ひずみ速度以上の速度で伸長ひずみを生じさせるように成形する方法として、成形型を構成する可動型と固定型とで囲まれるキャビティ内に発泡剤を含有する高分子樹脂融液を射出して充填した後、該融液が過冷却状態であるときに、可動型を固定型から離間する方向へ高速で移動（以下、「コアバック」ともいう。）させて、高分子樹脂を発泡させながら成形することで、該高分子樹脂融液をコアバック方向に高速で伸長させることが考えられる。また、この場合、発泡剤としては、材料コストが低く均一で小さなセル構造を形成できる物理発泡剤を使用することが望ましいと考えられる。
【００１３】
しかしながら、この場合、射出中に、樹脂表面からガス（物理発泡剤）が抜け出ることにより該物理発泡剤の圧力、すなわち発泡圧力は大きく低下し、また、射出が終了してから可動型のコアバックが開始されるまでの間にも、高分子樹脂融液内における物理発泡剤の温度は樹脂の温度と共に低下するとともに、僅かながら発泡が進むことにより体積が増大するため、該物理発泡剤による発泡圧力は大きく低下することが考えられる。そのため、コアバックの際に十分な発泡速度を得ることができないことから、発泡に伴う高分子樹脂融液の伸長は可動型の高速移動に追従し難く、該融液に臨界伸長ひずみ速度以上の速度での伸長ひずみを生じさせることは困難であると考えられる。
【００１４】
また、この場合、上記のように射出を開始してからコアバックを開始するまでに生じる発泡圧力の低下分を補うために、射出前に予め多くの物理発泡剤を高分子樹脂融液に混入して発泡圧力を高めておくことも考えられる。しかし、この場合、射出中に抜け出るガス量が増えることから効果的に発泡圧力を高められないと考えられるとともに、樹脂中に粗大な空隙が生じるなどの機能的および品質的な不具合が生じる懸念もある。
【００１５】
そこで、本発明は、結晶性高分子樹脂を用い、その結晶化度を向上させる前記の方法を確実に実現しつつ、製品形状の自由度が高く、比較的容易な工程で得られる樹脂成形品の成形方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
前記課題を解決するため、本発明に係る樹脂成形品の成形方法は、次のように構成したことを特徴とする。
【００１７】
まず、本願の請求項１に記載の発明は、
成形型を構成する固定型と可動型とで囲まれたキャビティに、物理発泡剤を含有する結晶性高分子樹脂の融液を射出して充填させる射出工程と、
前記キャビティに前記融液が充填された状態で、該キャビティ内の前記高分子樹脂を発泡させながら成形するように、前記可動型を前記固定型から離間する方向にコアバックさせて前記キャビティの容積を増大させるコアバック工程と、
該コアバック工程の前に、前記融液中において発生ガスの積算量が経時的に増加する第２の発泡剤を前記融液に混入させる混入工程とを備え、
前記コアバック工程では、前記融液の温度が融点以下、結晶化温度以上である状態で、前記物理発泡剤と第２の発泡剤とにより前記高分子樹脂を発泡させながら、前記融液に臨界伸長ひずみ速度以上の速度で伸長ひずみを生じさせて、該融液を配向融液の状態にし、その状態を維持して結晶化させるようにコアバックすることを特徴とする。
【００１８】
なお、請求項１に記載の発明における前記第２の発泡剤は、固体または液体の状態で前記高分子樹脂融液に混入され、この混入後に化学反応または気化等によりガスを発生させる発泡剤である。
【００１９】
また、請求項１に記載の発明において、前記混入工程は、前記コアバック工程の前であれば、前記射出工程の前後、又は該射出工程と同時のいずれのタイミングで行ってもよい。すなわち、前記混入工程において、前記高分子樹脂融液への第２の発泡剤の混入は、前記物理発泡剤の混入と同時並行で行ってもよいし、異なるタイミングで行ってもよい。
【００２０】
次に、請求項２に記載の発明は、前記請求項１に記載の発明において、前記物理発泡剤は二酸化炭素または窒素であることを特徴とする。
【００２１】
さらに、請求項３に記載の発明は、前記請求項１または請求項２に記載の発明において、前記第２の発泡剤は化学発泡剤であることを特徴とする。
【００２２】
またさらに、請求項４に記載の発明は、前記請求項１または請求項２に記載の発明において、前記第２の発泡剤は熱膨張性マイクロカプセルであることを特徴とする。
【００２３】
また、請求項５に記載の発明は、前記請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の発明において、前記結晶性高分子樹脂は汎用プラスチックであることを特徴とする。
【００２４】
さらに、請求項６に記載の発明は、前記請求項５に記載の発明において、前記汎用プラスチックはポリプロピレンであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
請求項１に記載の発明によれば、先ず、成形型を構成する固定型と可動型とで囲まれたキャビティに、物理発泡剤を含有する結晶性高分子樹脂の融液を射出して充填させ、その後、該融液を過冷却状態（融点以下、結晶化温度以上の状態）とした上で、前記可動型を前記固定型から離間する方向へコアバックさせてキャビティの容積を増大させることで、該キャビティ内の高分子樹脂融液を発泡させながらコアバック方向に伸長させて成形する。このとき、高分子樹脂融液が臨界伸長ひずみ速度以上の速度で伸長するように可動型を高速でコアバックさせ、この可動型の高速移動に高分子樹脂融液の伸長を追従させることができれば、該融液は、高分子鎖が引き伸ばされて平行に揃えられた配向融液となると共に、結晶化の基点となる核が融液内に多数形成され、その後、短時間で且つ極めて高い割合で結晶化が起こり、高結晶化度の樹脂成形品を得ることができる。
【００２６】
そこで、本発明では、上述の理由により射出が開始されてからコアバックが開始されるまでに発泡圧力が低下しやすい物理発泡剤に加えて、高分子樹脂融液中において発生ガスの積算量が経時的に増加する第２の発泡剤も併用することで、コアバックの際、高い発泡圧力、ひいては高い発泡速度を得ることができるため、該発泡に伴う高分子樹脂融液の伸長を可動型の高速移動に追従させやすくすることができる。よって、前記コアバック工程において、該融液を配向融液の状態にしやすくすることができ、極めて高い割合での結晶化を実現することができる。
【００２７】
このように、本発明では、物理発泡剤を使用することで材料コストの低減とセル構造の品質確保とを図りつつ、第２の発泡剤を併用することで高分子樹脂の結晶化を促進することができるため、良質なセル構造を有し且つ結晶化度が高い高分子樹脂発泡体の成形品を低コストで製造することができる。
【００２８】
また、本発明では、高分子樹脂の発泡を利用しつつ、該樹脂融液を臨界伸長ひずみ速度以上の速度で伸長させるため、軽量性、断熱性および衝撃吸収性等に優れた樹脂発泡体の特性と、機械的強度および耐熱性等に優れた高分子結晶体の特性とを兼ね備えた成形品を得ることができる。
【００２９】
さらに、本発明の成形方法には成形型が用いられるため、前記特許文献１に記載の方法に比べて、高い形状の自由度で成形品を得ることができる。
【００３０】
またさらに、本発明では、樹脂の発泡、成形および結晶化を１つの工程で達成することができるため、製造作業の簡素化を図ることができる。
【００３１】
また、請求項２に記載の発明によれば、物理発泡剤として二酸化炭素または窒素を使用することで、請求項１に記載の発明を効果的に実現することができる。
【００３２】
さらに、請求項３に記載の発明によれば、前記第２の発泡剤として化学発泡剤を使用することで、請求項１または２に記載の発明を効果的に実現することができる。
【００３３】
一方、請求項４に記載の発明によれば、前記第２の発泡剤として熱膨張性マイクロカプセルを使用することで、請求項１または２に記載の発明を効果的に実現することができる。
【００３４】
請求項５に記載の発明によれば、前記結晶性高分子樹脂として、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル等の汎用プラスチックが用いられるため、成形品を安価に製造することができる。
【００３５】
さらに、請求項６に記載の発明によれば、前記汎用プラスチックとして広く用いられているポリプロピレンが採用されるため、価格面及び入手面でさらに有利となる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の方法で成形される成形品の例として示す自動車のドアモジュールキャリヤの正面図である。
【図２】同じくインストルメントパネルコア部材の斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る成形方法で使用する成形装置の構成図である。
【図４】図３に示す装置の混入工程中の状態を示す図である。
【図５】同じく射出工程が完了した状態を示す図である。
【図６】同じくコアバック工程中の状態を示す図である。
【図７】樹脂融液内におけるガスの圧力の経時的変化を示すグラフである。
【図８】第２の発泡剤による発生ガス積算量の経時的変化を示すグラフである。
【図９】熱膨張性マイクロカプセルの構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００３８】
まず、本発明の方法及び装置で形成される樹脂成形品の例を説明すると、図１に示す成形品１は、自動車のドアに内装されるドアモジュールキャリヤであり、該キャリヤ１をドア本体に取り付けるための取付部やパワーウインド用モータ等の各種機器や部材の取付部等が設けられるため、高い機械的強度が要求される。また、ドアモジュールキャリヤ１は、車体全体の軽量化に貢献するために軽量であることが好ましく、車室内の快適性を向上させるために断熱性を有することが好ましく、さらに、乗員の安全性を高めるために衝撃吸収性を有することが好ましい。
【００３９】
また、図２に示す成形品２は、自動車のインストルメントパネルコア部材であり、メータ類やエアバッグ等の各種機器や部材が取り付けられるため、高い機械的強度が要求される。さらに、インストルメントパネルコア部材２も、ドアモジュールキャリヤ１と同様の理由により、軽量性、断熱性および衝撃吸収性を有することが好ましい。
【００４０】
図３は、本発明の一実施形態に係る成形装置１０を示す。この成形装置１０は、固定型１２と可動型１３を有する成形型１１と、該成形型１１の型締め及び型開きを行う成形型開閉装置１４と、固定型１２と可動型１３とで囲まれたキャビティ１５に樹脂の融液を射出する射出装置１６とを有する。
【００４１】
成形型１１の固定型１２には、前記キャビティ１５を構成する面すなわち成形面１２ａと外部への露出面１２ｂとに通じる射出通路１８が設けられており、該射出通路１８を通して、射出装置１６から射出された融液がキャビティ１５に導かれるようになっている。
【００４２】
成形型開閉装置１４は、例えば高速油圧シリンダで構成され、例えば該シリンダの伸縮により、可動型１３を固定型１２に近接する方向へ移動させることで型締めを行い、可動型１３を固定型１２から離間する方向へ移動させることで型開きを行う。また、成形型開閉装置１４は、可動型１３を固定型１２から離間する方向にコアバックさせることで、キャビティ１５の容積を増大させながら該キャビティ１５内の樹脂を発泡成形する。
【００４３】
射出装置１６は、シリンダ１６ａと、該シリンダ１６ａの一端部において該シリンダ１６ａ内に樹脂材料を供給するホッパ１６ｂと、供給された樹脂材料を加熱溶融し、該樹脂材料の融液をシリンダ１６ａの他端部に設けられた吐出口１６ｃに向けて圧送するスクリュー１６ｄとを有する。
【００４４】
樹脂材料の種類は特に限定されないが、価格面および入手面において、好ましくは、例えばポリプロピレン、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル等の汎用プラスチックが用いられ、それらの中でもポリプロピレンが特に好適に用いられる。
【００４５】
シリンダ１６ａは、成形型１１の固定型１２に設けられた前記射出通路１８の一端に吐出口１６ｃが接続されるように、固定型１２に取り付けられている。
【００４６】
また、シリンダ１６ａには、該シリンダ１６ａ内に物理発泡剤を供給する発泡剤供給ユニット２０が接続されている。物理発泡剤としては、二酸化炭素または窒素が好適に用いられるが、本発明に用いられる物理発泡剤の種類はこれらに限定されるものでない。
【００４７】
発泡剤供給ユニット２０は、二酸化炭素または窒素等の不活性ガスを収容するボンベ２２と、該ボンベ２２から供給される不活性ガスを原料として公知の方法により物理発泡剤を生成する発泡剤生成装置２４と、該生成装置２４で生成された物理発泡剤をシリンダ１６ａ内に供給する供給ノズル２６とを備えている。この供給ノズル２６からシリンダ１６ａ内に供給された物理発泡剤は、シリンダ１６ａ内の樹脂融液に溶解される。これにより、シリンダ１６ａ内の樹脂融液は、物理発泡剤を含有した状態で前記成形型１１のキャビティ１５に射出される。
【００４８】
このようにして射出されたキャビティ１５内の樹脂は、材料コストが低く且つ均一で小さなセル構造を形成できる物理発泡剤により発泡されるため、良質の樹脂発泡体の成形品を低コストで製造できる。
【００４９】
しかしながら、図７の一点鎖線で示すように、仮に物理発泡剤のみを用いて後述の方法で樹脂を発泡成形する場合、射出開始時Ｔ１から射出終了時Ｔ２までの間に樹脂表面からガスが抜け出ることにより、樹脂融液内におけるガスの圧力、すなわち発泡圧力Ｑは大きく低下し、射出終了時Ｔ２からコアバック開始時Ｔ３までの待機中にも、樹脂内のガスは樹脂の冷却に伴い温度が低下するとともに、僅かながら発泡が進むことにより体積が増大するため、発泡圧力Ｑは大きく低下する。そのため、この場合、コアバック実行時において、本発明の課題である結晶化度の向上を達成するために必要な発泡速度を得ることができない。
【００５０】
そこで、本実施形態では、物理発泡剤に加えて、樹脂融液中において発生ガスの積算量が経時的に増加する第２の発泡剤が併用される。この第２の発泡剤は、固体または液体の状態で前記高分子樹脂融液に混入され、この混入後に化学反応または気化等によりガスを発生させる発泡剤である。本実施形態において、第２の発泡剤は、後述するようにキャビティ１５への射出前に樹脂融液に混入され、積算発生量が経時的に増加するようにガスを発生させるため、図７の実線で示すように、射出前のシリンダ１６ａ内において、樹脂融液内におけるガスの圧力、すなわち発泡圧力Ｐは経時的に増加する。よって、射出開始時Ｔ１において発泡圧力Ｐはある程度高い状態となっている。また、射出後のキャビティ１５内においても、第２の発泡剤は継続的にガスを発生させるため、発泡圧力Ｐの低下は抑制される。そのため、物理発泡剤のみを用いる場合に比べて、コアバック実行時Ｔ３の発泡圧力Ｐを高めることができ、これにより、コアバック時の発泡速度を高めることができる。
【００５１】
具体的に、第２の発泡剤としては、化学発泡剤または熱膨張性マイクロカプセルが好適に用いられる。
【００５２】
第２の発泡剤として化学発泡剤を用いる場合、化学発泡剤としては、例えば、炭酸水素ナトリウム等の無機系発泡剤、又はアゾ化合物等の有機系発泡剤が用いられる。第２の発泡剤として化学発泡剤を用いる場合、例えば図８の一点鎖線に示すように、仮にコアバック実行時Ｔ３よりも遙かに早い時点で第２の発泡剤によるガスの発生が止まると、その後、コアバック開始までに発泡圧力が大きく低下してしまう。そのため、例えば図８の実線で示すように、第２の発泡剤が樹脂融液に混入されてからコアバックが実行されるまでの間に緩やか且つ継続的にガスを発生させることができるように、第２の発泡剤の種類および量等を調製することが望ましい。
【００５３】
一方、熱膨張性マイクロカプセル３０は、図９に示すように、球殻状のシェル３２と、該シェル３２に内包された膨張剤３４とを有する発泡剤である。シェル３２の材料としては、膨張剤３４の膨張時に軟化する材料が用いられ、具体的には、例えば熱可塑性高分子材料が好適に用いられる。また、膨張剤３４の材料としては、温度および圧力の変化に応じた気化または化学反応等により膨張可能な材料が用いられ、具体的には、例えば、気化することにより膨張する低沸点の炭化水素が好適に用いられる。
【００５４】
次に、上記の成形装置１０を用いた樹脂成形品の成形方法について説明する。
【００５５】
図４に示すように、先ず、成形型開閉装置１４により可動型１３を固定型１２に当接するように移動させて、成形型１１を型締めする。このように成形型１１を型締めした状態において、固定型１２の成形面１２ａと可動型１３の成形面１３ａとの間隔は、成形品の厚みよりも小さくなり、成形品の最終形状の容積よりも小さい容積のキャビティ１５’が形成されている。
【００５６】
また、これと並行して、混入工程として、射出装置１６のホッパ１６ｂに、固形の結晶性高分子樹脂材料Ａと第２の発泡剤Ｂとを投入し、シリンダ１６ａ内において、スクリュー１６ｄを作動させて、樹脂材料Ａを融点以上まで加熱して溶融させることで、第２の発泡剤Ｂが混入した融液Ａ’を得るとともに、発泡剤供給ユニット２０からシリンダ１６ａ内に物理発泡剤を供給して、該物理発泡剤を前記融液Ａ’に溶解させる。これにより、該融液Ａ’には物理発泡剤と第２の発泡剤とが混入された状態となるため、これらの発泡剤を併用して後述の発泡成形を行うことができる。
【００５７】
次に、射出工程として、図５に示すように、射出装置１６により、前記融液Ａ’をキャビティ１５’内に射出して充填させる。
【００５８】
次に、コアバック工程として、キャビティ１５’内に充填された結晶性高分子樹脂の融液Ａ’の温度が融点以下で、結晶化温度以上になるまで冷却された時点、即ち、該融液Ａ’が過冷却状態となった時点で、図６に示すように、前記成形型開閉装置１４を作動させて可動型１３を固定型１２から離間する方向へ高速でコアバックさせる。これにより、キャビティ１５’の容積は増大し、キャビティ１５’内の高分子樹脂は発泡しながら成形される。
【００５９】
この発泡成形の際、射出工程が開始されてからコアバック工程が開始されるまでに発泡圧力が低下しやすい物理発泡剤だけでなく、融液Ａ’中において発生ガスの積算量が経時的に増加する第２の発泡剤も併用されるため、高い発泡圧力、ひいては高い発泡速度を得ることができる。そのため、キャビティ１５’の容積が可動型１３の移動方向に急激に拡大されるとき、該キャビティ１５’内の融液Ａ’は、発泡しながら可動型１３の高速移動に追従して該移動方向に伸長する。
【００６０】
コアバック工程における可動型１３の移動速度（コアバック速度）は、該移動方向における融液Ａ’の伸長ひずみ速度が臨界伸長ひずみ速度以上となる速度に設定されている。したがって、コアバック工程において、融液Ａ’は臨界伸長ひずみ速度以上の速度で伸長する。
【００６１】
よって、コアバック工程において、融液Ａ’は、高分子鎖が引き伸ばされて平行に揃えられた配向融液となると共に、結晶化の基点となる核が融液Ａ’内に多数形成され、その後、短時間で且つ極めて高い割合で結晶化が起こり、高結晶化度の樹脂発泡体が形成される。
【００６２】
可動型１３のコアバック終了後、成形型開閉装置１４により型開きを行い、これにより、高結晶化度の樹脂発泡体からなる成形品を得ることができる。
【００６３】
以上の実施形態によれば、物理発泡剤を使用することで材料コストの低減とセル構造の品質確保とを図りつつ、第２の発泡剤を併用することで高分子樹脂の結晶化を促進することができるため、良質なセル構造を有し且つ結晶化度が高い高分子樹脂発泡体の成形品を低コストで製造することができる。
【００６４】
また、この実施形態によれば、高分子樹脂融液Ａ’のひずみ伸長に発泡を利用しているため、発泡体でありながら結晶化度の高い成形品が得られる。そのため、軽量性、断熱性および衝撃吸収性等に優れた樹脂発泡体の特性と、機械的強度および耐熱性等に優れた高分子結晶体の特性とを兼ね備えた成形品を得ることができる。また、成形型１１を用いて成型するため、高い形状の自由度で成形品を得ることができる。これらのことから、例えば、図１，２に示すドアモジュールキャリヤ１やインストルメントパネルコア部材２、或いは、バンパー、フェンダー又はレインフォースメントなどといった種々の自動車部品に適した成形品を得ることができる。
【００６５】
さらに、この実施形態によれば、樹脂の発泡、成形および結晶化を１つの工程（前記コアバック工程）で達成することができるとともに、混入工程、射出工程およびコアバック工程のいずれも単一の成形装置１０を用いて連続して実行できるため、製造の作業および設備を簡素化することができる。
【００６６】
以上、上述の実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。
【００６７】
例えば、上述の実施形態では、融液Ａ’への第２の発泡剤の混入（前記混入工程）を、射出工程の前に物理発泡剤の混入と同時並行で行う場合について説明したが、本発明において、前記混入工程は、前記コアバック工程の前であれば、前記射出工程の後または該射出工程と同時並行で行ったり、物理発泡剤の混入とは異なるタイミングで行ったりしてもよい。
【実施例】
【００６８】
次に、上記実施形態に係る方法による成形を実施した実施例について説明する。
【００６９】
この実施例では、株式会社日本製鋼所製、型締力２２０トンの成形型と射出装置とを備えた成形装置を用い、結晶性高分子樹脂材料として、日本ポリプロ株式会社製のポリプロピレン樹脂材料（商品名：ノバテック）を用いた。
【００７０】
そして、射出装置における樹脂材料の溶融温度を１８０℃、型温度を１５０℃に設定し、まず、可動型を固定型に当接させた状態、すなわち型締めした状態にして、両型の間に厚み１ｍｍのキャビティを形成した。
【００７１】
次に、混入工程として、射出装置のシリンダ内で前記結晶性高分子樹脂材料の融液に、化学発泡剤として永和化成工業株式会社製の炭酸水素ナトリウム（商品名：セルボン）１部と物理発泡剤として窒素ガス２部とを混入した後、射出工程として、該融液をキャビティに３秒間射出して充填させ、その後、該融液の温度が１６０℃に低下するまで約３０秒間待機した。この温度は、該樹脂の融点よりも低く、結晶化温度よりも高い温度であり、これにより、融液は過冷却状態となった。
【００７２】
次に、コアバック工程として、成形型の可動型をキャビティの厚みが４ｍｍになるまで１５０ｍｍ／秒でコアバックさせ、前記高分子樹脂を発泡成形した。
【００７３】
その後、成形型を５０℃になるまで冷却した後、型開きし、成形品を取り出した。
【００７４】
これにより、結晶化が促進されたことによる高い機械的強度や耐熱性と、発泡成形されたことによる優れた軽量性、断熱性および衝撃吸収性とを兼ね備えるとともに、均一で且つ小さなセル構造を有する成形品が得られた。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
以上のように、本発明により得られる成形品は、機械的強度や耐熱性等に優れた高分子結晶体の特性と、軽量性、断熱性および衝撃吸収性に優れた樹脂発泡体の特性とを兼ね備えるとともに、該成形品が成形型を用いて製造されることにより形状の自由度が確保されることから、それら種々の特性が要求される例えば自動車用部品等の製造技術分野において好適に利用される可能性がある。
【符号の説明】
【００７６】
１，２ 成形品
１０ 成形装置
１１ 成形型
１２ 固定型
１３ 可動型
１４ 成形型開閉装置
１６ 射出装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形型を構成する固定型と可動型とで囲まれたキャビティに、物理発泡剤を含有する結晶性高分子樹脂の融液を射出して充填させる射出工程と、
前記キャビティに前記融液が充填された状態で、該キャビティ内の前記高分子樹脂を発泡させながら成形するように、前記可動型を前記固定型から離間する方向にコアバックさせて前記キャビティの容積を増大させるコアバック工程と、
該コアバック工程の前に、前記融液中において発生ガスの積算量が経時的に増加する第２の発泡剤を前記融液に混入させる混入工程とを備え、
前記コアバック工程では、前記融液の温度が融点以下、結晶化温度以上である状態で、前記物理発泡剤と第２の発泡剤とにより前記高分子樹脂を発泡させながら、前記融液に臨界伸長ひずみ速度以上の速度で伸長ひずみを生じさせて、該融液を配向融液の状態にし、その状態を維持して結晶化させるようにコアバックすることを特徴とする樹脂成形品の成形方法。
【請求項２】
前記物理発泡剤は二酸化炭素または窒素であることを特徴とする請求項１に記載の樹脂成形品の成形方法。
【請求項３】
前記第２の発泡剤は化学発泡剤であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の樹脂成形品の成形方法。
【請求項４】
前記第２の発泡剤は熱膨張性マイクロカプセルであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の樹脂成形品の成形方法。
【請求項５】
前記結晶性高分子樹脂は汎用プラスチックであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の樹脂成形品の成形方法。
【請求項６】
前記汎用プラスチックはポリプロピレンであることを特徴とする請求項５に記載の樹脂成形品の成形方法。
【請求項１】
成形型を構成する固定型と可動型とで囲まれたキャビティに、物理発泡剤を含有する結晶性高分子樹脂の融液を射出して充填させる射出工程と、
前記キャビティに前記融液が充填された状態で、該キャビティ内の前記高分子樹脂を発泡させながら成形するように、前記可動型を前記固定型から離間する方向にコアバックさせて前記キャビティの容積を増大させるコアバック工程と、
該コアバック工程の前に、前記融液中において発生ガスの積算量が経時的に増加する第２の発泡剤を前記融液に混入させる混入工程とを備え、
前記コアバック工程では、前記融液の温度が融点以下、結晶化温度以上である状態で、前記物理発泡剤と第２の発泡剤とにより前記高分子樹脂を発泡させながら、前記融液に臨界伸長ひずみ速度以上の速度で伸長ひずみを生じさせて、該融液を配向融液の状態にし、その状態を維持して結晶化させるようにコアバックすることを特徴とする樹脂成形品の成形方法。
【請求項２】
前記物理発泡剤は二酸化炭素または窒素であることを特徴とする請求項１に記載の樹脂成形品の成形方法。
【請求項３】
前記第２の発泡剤は化学発泡剤であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の樹脂成形品の成形方法。
【請求項４】
前記第２の発泡剤は熱膨張性マイクロカプセルであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の樹脂成形品の成形方法。
【請求項５】
前記結晶性高分子樹脂は汎用プラスチックであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の樹脂成形品の成形方法。
【請求項６】
前記汎用プラスチックはポリプロピレンであることを特徴とする請求項５に記載の樹脂成形品の成形方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−１０１５０７（Ｐ２０１２−１０１５０７Ａ）
【公開日】平成２４年５月３１日（２０１２．５．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２５３６６８（Ｐ２０１０−２５３６６８）
【出願日】平成２２年１１月１２日（２０１０．１１．１２）
【出願人】（０００００３１３７）マツダ株式会社 (6,115)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月３１日（２０１２．５．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月１２日（２０１０．１１．１２）
【出願人】（０００００３１３７）マツダ株式会社 (6,115)
【Ｆターム（参考）】
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