樹脂成形品の成形方法
【課題】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容易かつ確実に実現することができる樹脂成形品の成形方法を提供する。
【解決手段】成形型１１内において、温度が融点以下、結晶化温度以上である結晶性高分子樹脂材Ａ’２，Ａ’３にねじり力を加えることにより、該樹脂材Ａ’２，Ａ’３を、臨界伸長ひずみ速度以上のひずみ速度で伸長させ、配向融液状態を経て結晶化させるように成形する。この際、前記ねじり力と共に、該ねじり力の回転軸に略平行な方向に沿った引張り力または圧縮力の少なくとも一方を加えることが好ましい。
【解決手段】成形型１１内において、温度が融点以下、結晶化温度以上である結晶性高分子樹脂材Ａ’２，Ａ’３にねじり力を加えることにより、該樹脂材Ａ’２，Ａ’３を、臨界伸長ひずみ速度以上のひずみ速度で伸長させ、配向融液状態を経て結晶化させるように成形する。この際、前記ねじり力と共に、該ねじり力の回転軸に略平行な方向に沿った引張り力または圧縮力の少なくとも一方を加えることが好ましい。
【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、高分子樹脂材を発泡させながら成形することで、該高分子樹脂材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。
【００１３】
しかしながら、この場合、非常に大きなコアバック速度を得るためには、サーボバルブ等の非常に高価な装置が必要となる欠点がある。また、コアバックの立ち上がり速度が不足したり、コアバック中の可動型にキャビティ内の高分子樹脂材が十分に追従できなかったりすると、臨界伸長ひずみ速度以上の伸長ひずみを確実に実現できなくなる。
【００１４】
また、高分子樹脂材をプレス成形する場合において、高速でプレスを行うことにより、樹脂材の一部をプレス方向に臨界伸長ひずみ速度以上の速度で伸長させることも考えられるが、この場合も、非常に大きなプレス速度を得るための高価な装置の使用が不可欠である。また、プレス速度が不足すると、臨界伸長ひずみ速度以上の伸長ひずみを確実に実現できなくなる。
【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容易かつ確実に実現することができ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、成形型内において、温度が融点以下、結晶化温度以上である結晶性高分子樹脂材にねじり力を加えることにより、該樹脂材を、臨界伸長ひずみ速度以上のひずみ速度で伸長させ、配向融液状態を経て結晶化させるように成形することを特徴とする。
【００１８】
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、前記樹脂材を臨界伸長ひずみ速度以上のひずみ速度で伸長させる際、前記ねじり力と共に、該ねじり力の回転軸に略平行な方向に沿った引張り力または圧縮力の少なくとも一方を加えることを特徴とする。
【００１９】
また、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、前記樹脂材は汎用プラスチックであることを特徴とする。
【００２０】
さらに、請求項４に記載の発明は、前記請求項３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】
【００２１】
請求項１に記載の発明によれば、過冷却状態（融点以下、結晶化温度以上の状態）の結晶性高分子樹脂材が、成形型内で加えられるねじり力により臨界伸長ひずみ速度以上のひずみ速度で伸長することで、絡み合っていた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、極めて短時間で且つ高い割合でナノ結晶が形成されるため、結晶化度が非常に高い樹脂成形品を得ることができる。
【００２２】
また、請求項１に記載の発明において、結晶性高分子樹脂材の臨界伸長ひずみ速度以上の伸長ひずみを実現するために必要なねじり力は、安価なサーボモータ等を用いることで比較的容易かつ確実に得ることができる。すなわち、樹脂材に並進方向の力のみを加える場合のようにサーボバルブ等の高価な装置を必要としたり速度が不足したりすることを回避しやすいため、臨界伸長ひずみ速度以上の伸長ひずみ、ひいては高結晶化度での成形を容易かつ確実に実現することができる。
【００２３】
さらに、請求項２に記載の発明によれば、結晶性高分子樹脂材を臨界伸長ひずみ速度以上のひずみ速度で伸長させる際、前記ねじり力に加えて、該ねじり力の回転軸に略平行な方向に沿った引張り力または圧縮力の少なくとも一方が用いられるため、ねじり力による伸長方向だけでなく引張り力または圧縮力による伸長方向にも樹脂材を伸長させることができる。そのため、該樹脂材の伸長ひずみ速度を一層高めることができ、該樹脂材の結晶化度をさらに向上させることができる。
【００２４】
請求項３に記載の発明によれば、前記樹脂材として、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン等の結晶性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。
【００２５】
さらに、請求項４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】
【００２６】
【図１】第１の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２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図１に示す装置の射出工程が完了した状態を示す図である。
【図４】同じく結晶化工程の状態を示す図である。
【図５】第２の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６】図５に示す装置の結晶化工程の状態を示す図である。
【図７】第３の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８】図７に示す装置でプレスした状態を示す図である。
【図９】第４の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１０】図９に示す装置の結晶化工程の状態を示す図である。
【図１１】第５の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１２】図１１のＢ−Ｂ線断面図である。
【図１３】図１１に示す装置の射出工程が完了した状態を示す図である。
【図１４】図１１に示す装置の第１のコアバック工程が完了した状態を示す図である。
【図１５】図１１に示す装置の第１の結晶化工程の状態を示す図である。
【図１６】図１１に示す装置の第２のコアバック工程が完了した状態を示す図である。
【図１７】図１１に示す装置の第２の結晶化工程の状態を示す図である。
【図１８】第６の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。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００２８】
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る成形方法で樹脂成形品を成形するために使用される成形装置１０を示す。この成形装置１０は、第１の型１２と第２の型１３とを有する成形型１１と、第１の型１２と第２の型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。
【００２９】
成形型１１の第１の型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。
【００３０】
一方、第２の型１３の成形面は、第１の型１２の成形面１２ａとの対向面１３ａと、該対向面１３ａの周縁から第１の型１２の成形面１２ａの周縁に向かって延びる筒状内周面１３ｂとを有する。該筒状内周面１３ｂには、該筒状内周面１３ｂの軸方向に延びる複数の突条部２４が設けられている。図２に示すように、該突条部２４は筒状内周面１３ｂの全周に亘って隙間無く列設されており、各突条部２４は例えば断面三角形状に形成されている。このようにして突条部２４が設けられていることにより筒状内周面１３ｂは全体として凹凸面となっているため、該筒状内周面１３ｂに、後述のように過冷却状態となることで粘性が大きくなったキャビティ１５内の樹脂材が密着しやすいようになっている。
【００３１】
ただし、突条部２４の延出方向、配置及び断面形状は上記構成に限定されるものでなく、例えば、突条部２４は、筒状内周面１３ｂの軸方向に対して傾斜した方向に延設されてもよい。また、筒状内周面１３ｂを凹凸面とするための構成として、突条部２４を設ける構成以外の構成を採用してもよく、例えば、筒状内周面１３ｂに複数の溝を形成したり、シボ加工を施したり、ブラスト処理を施したりすることにより、筒状内周面１３ｂに凹凸を形成するようにしてもよい。
【００３２】
図１に戻って、第１の型１２の成形面１２ａと、第２の型１３の前記対向面１３ａとの間には、円盤状の回転体２０が介装されており、これにより、キャビティ１５は、該回転体２０を囲むリング状の空間となっている。
【００３３】
回転体２０の中央部には、例えば図示しないモータ等の駆動源に駆動連結された回転軸２８の先端部が連結されており、前記駆動源により回転軸２８が回転駆動されると、該回転軸２８と共に、該回転軸２８を中心として回転体２０が回転駆動されるようになっている。なお、本実施形態において、回転軸２８は、第１の型１３を貫通して設けられているが、第２の型１２を貫通して設けられるようにしてもよい。
【００３４】
回転体２０の外周面には、該回転体２０の厚み方向に延びる複数の突条部２２が設けられている。図２に示すように、該突条部２２は回転体２０の外周面の全周に亘って隙間無く列設されており、各突条部２２は例えば断面三角形状に形成されている。これにより、回転体２０の外周面も、前記筒状内周面１３ｂと同様の凹凸面となっているため、回転体２０の外周面に、過冷却状態の樹脂材が密着しやすいようになっている。
【００３５】
ただし、回転体２０の外周面についても、前記筒状内周面１３ｂと同様、突条部２２の構成には種々の変更を加えることができ、また、突条部２２に代えて、溝を形成したり、シボ加工を施したり、ブラスト処理を施したりすることにより、回転体２０の外周面に凹凸を形成してもよい。
【００３６】
図１に戻って、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。シリンダ１６ａは、成形型１１の第１の型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、第１の型１２に取り付けられている。
【００３７】
樹脂材料の種類は、結晶性高分子樹脂であれば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、ポリエチレン等の結晶性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。
【００３８】
また、樹脂材料には、回転体２０の外周面と前記筒状内周面１３ｂとの間の間隔以上の長さを有する主鎖を備えた超高分子量成分を添加することが好ましい。詳細については後述するが、この超高分子量成分の添加により、該成分を起点にして後述の結晶化が起こりやすくなる。あるいは、超高分子量成分の添加に代えて、高分子の末端同士を引き合わせるための官能基（例えば、カルボキシル基と水酸基）を加えることで、互いに引き合わされた複数の高分子からなる擬似的な超高分子量成分を形成してもよく、これによっても同様の効果を得ることができる。
【００３９】
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。
【００４０】
図３に示すように、先ず、図示しない成形型開閉装置により成形型１１を型締めする。また、これと並行して、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、融液Ａ’を得る。
【００４１】
次に、射出工程として、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。
【００４２】
続いて、キャビティ１５内の融液Ａ’が冷却されて、融点以下、結晶化温度以上まで温度が低下したとき、すなわち、融液Ａ’が過冷却状態となるタイミングで、図４に示すように、結晶化工程として、図示しない駆動源により回転軸２８と共に回転体２０を高速で回転駆動する。これにより、キャビティ１５内の融液Ａ’に、回転体２０の回転方向に沿ったねじり力が加えられ、該回転方向に沿った伸長ひずみが生じる。
【００４３】
この回転体２０の回転速度は、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、この回転体２０の回転により、融液Ａ’は臨界伸長ひずみ速度以上の速度で伸長し、絡み合っていた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る。なお、この結晶化は極めて短時間で起こるため、回転体２０の回転駆動時間は極めて短くてよい。
【００４４】
また、上述のように、予め樹脂材料Ａに、超高分子量成分を添加するか、又は擬似的な超高分子量成分を形成するための官能基を添加しておけば、該超高分子量成分または擬似的な超高分子量成分の主鎖の一端が回転体２０の外周面に拘束され、他端が前記筒状内周面１３ｂに拘束されることで、該成分が回転体２０の回転に追従して伸長しやすくなるため、該成分を起点にして、融液Ａ’全体の伸長ひずみが促進される。
【００４５】
結晶化工程の後、成形型１１が所定温度まで冷却されると型開きを行い、これにより、機械的強度および耐熱性等に優れた高結晶化度の樹脂成形品を得ることができる。
【００４６】
この実施形態によれば、結晶性高分子樹脂材の臨界伸長ひずみ速度以上の伸長ひずみを実現するために、回転体２０の高速回転による生じるねじり力が用いられ、所要のねじり力を加えるために必要な回転体２０の回転速度は、安価なサーボモータ等を用いることで比較的容易かつ確実に得ることができる。したがって、本実施形態によれば、樹脂材の臨界伸長ひずみ速度以上の伸長ひずみ、ひいては高結晶化度での成形を容易かつ確実に実現することができる。
【００４７】
また、上記の射出工程と結晶化工程とは単一の成形装置１０を用いて連続して実行されるため、高結晶化度の樹脂成形品を効率的に生産することができる。
【００４８】
［第２の実施形態］
図５及び図６を参照しながら、本発明の第２の実施形態について説明する。なお、第２の実施形態において、第１の実施形態と同様の構成については詳細な説明を省略する。また、図５及び図６において、第１の実施形態と同様の機能を有する部材には同符号を付してある。
【００４９】
図５は、第２の実施形態に係る成形方法で樹脂成形品を成形するために使用される成形装置３０を示す。この成形装置３０は、第１の型１２と第２の型１３とを有する成形型１１と、第１の型１２と第２の型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。
【００５０】
第１の型１２の成形面１２ａには、例えば円形の収容凹部３２が設けられ、該収容凹部３２には、該収容凹部３２の開放端部を塞ぐようにして、例えば円盤状のスライド部材３４が収容されている。該スライド部材３４には、収容凹部３２の底面部を貫通する支持軸３６の一端が連結されている。該支持軸３６の他端には、スライド部材３４を支持軸３６と共に軸方向にスライド移動させるための図示しない駆動源が連結されている。
【００５１】
一方、第２の型１３には、収容凹部３２に対向する位置において例えば円形の貫通穴４０が設けられ、該貫通穴４０には回転突出ピン４２が嵌め込まれている。回転突出ピン４２の基端部は、該回転突出ピン４２を軸方向にスライド移動させながら該軸方向を中心として回転させるための図示しない駆動源に連結されており、回転突出ピン４２の先端部は、軸方向のスライド移動により前記対向面１３ａから第１の型１２側に出没可能となっている。
【００５２】
射出装置１６の構成、及び使用する樹脂材料は、第１の実施形態と同様である。
【００５３】
また、樹脂材料には、収容凹部３２の半径と同程度か又はそれ以上の長さを有する主鎖を備えた超高分子量成分を添加することが好ましく、これにより、後述の結晶化が起こりやすくなる。あるいは、超高分子量成分の添加に代えて、高分子の末端同士を引き合わせるための官能基（例えば、カルボキシル基と水酸基）を加えることで、互いに引き合わされた複数の高分子からなる擬似的な超高分子量成分を形成してもよく、これによっても同様の効果を得ることができる。
【００５４】
次に、上記の成形装置３０を用いた樹脂成形品の成形方法について説明する。
【００５５】
図５に示すように、先ず、図示しない成形型開閉装置により成形型１１を型締めする。このとき、スライド部材３４のキャビティ１５側の表面は第１の型１２の成形面１２ａと面一となっており、回転突出ピン４２の先端面は前記対向面１３ａと面一となっている。
【００５６】
また、これと並行して、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、融液Ａ’を得る。
【００５７】
次に、射出工程として、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】
続いて、キャビティ１５内の融液Ａ’が冷却されて、融点以下、結晶化温度以上まで温度が低下したとき、すなわち、融液Ａ’が過冷却状態となるタイミングで、図６に示すように、結晶化工程として、図示しない前記駆動源によりスライド部材３４を収容凹部３２の底面に向かって該底面に当接するまでスライド移動させつつ、図示しない別の前記駆動源により回転突出ピン４２を高速で回転させながら前記対向面１３ａから第１の型１２側に突出するようにスライド移動させる。このとき、スライド部材３４及び回転突出ピン４２の各スライド移動は、スライド方向における両部材３４，４２の間隔がスライド移動開始時からスライド移動終了時にかけて次第に縮小されるような速度およびタイミングで行う。
【００５９】
この結晶化工程において、回転突出ピン４２の側面付近の融液部分Ａ’２には、該回転突出ピン４２の回転方向に沿ったねじり力と共に、回転突出ピン４２の軸方向に略平行な方向に沿った引張り力が加えられ、これら両方向への伸長ひずみが生じる。
【００６０】
一方、回転突出ピン４２の先端面とスライド部材３４との間の融液部分Ａ’３には、回転突出ピン４２の回転方向に沿ったねじり力と共に、回転突出ピン４２の軸方向に略平行な方向に沿った圧縮力が加えられ、回転突出ピン４２の回転方向およびせん断方向への伸長ひずみが生じる。
【００６１】
回転突出ピン４２の回転速度と、回転突出ピン４２及びスライド部材３４のスライド移動速度とは、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。ただし、前記融液部分Ａ’２，Ａ’３の伸長ひずみをもたらす力は、主として前記ねじり力であり、前記引張り力または前記圧縮力は補助的な役割を果たすものであるため、特に回転速度を高速にすることが重要である。
【００６２】
かかる結晶化工程により、前記融液部分Ａ’２，Ａ’３は臨界伸長ひずみ速度以上の速度で伸長し、絡み合っていた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前記融液部分Ａ’２，Ａ’３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。
【００６３】
また、上述のように、予め樹脂材料Ａに、超高分子量成分を添加するか、又は擬似的な超高分子量成分を形成するための官能基を添加しておけば、該超高分子量成分または擬似的な超高分子量成分の主鎖の一端が回転突出ピン４２に拘束され、他端が収容凹部３２の内壁面またはスライド部材３４の表面に拘束されることで、該成分が回転突出ピン４２の回転およびスライド移動に追従して伸長しやすくなるため、該成分を起点にして、前記融液部分Ａ’２，Ａ’３全体の伸長ひずみが促進される。
【００６４】
結晶化工程の後、成形型１１が所定温度まで冷却されると型開きを行い、これにより、上記の結晶化により部分的に機械的強度および耐熱性等が高められた樹脂成形品を得ることができる。
【００６５】
この実施形態によれば、結晶性高分子樹脂材の臨界伸長ひずみ速度以上の伸長ひずみを実現するために、主として回転突出ピン４２の高速回転による生じるねじり力が用いられ、所要のねじり力を加えるために必要な回転突出ピン４２の回転速度は、安価なサーボモータ等を用いることで比較的容易かつ確実に得ることができる。したがって、第１の実施形態と同様、樹脂材の臨界伸長ひずみ速度以上の伸長ひずみ、ひいては高結晶化度での成形を容易かつ確実に実現することができる。
【００６６】
また、本実施形態によれば、結晶性高分子樹脂材を臨界伸長ひずみ速度以上のひずみ速度で伸長させる際、前記ねじり力に加えて、該ねじり力の回転軸に略平行な方向に沿った引張り力および圧縮力が用いられるため、ねじり力による伸長方向（回転方向）だけでなく引張り力による伸長方向（軸方向に略平行な方向）および圧縮力による伸長方向（せん断方向）にも樹脂材を伸長させることができる。そのため、該樹脂材の伸長ひずみ速度を一層高めることができ、該樹脂材の結晶化度をさらに向上させることができる。
【００６７】
さらに、上記の射出工程と結晶化工程とは単一の成形装置３０を用いて連続して実行されるため、部分的に結晶化度が高められた樹脂成形品を効率的に生産することができる。
【００６８】
なお、第２の実施形態において、回転突出ピン４２の先端面および側面、スライド部材３４の表面、並びに収容凹部３２の内壁面のうち少なくとも１つを、過冷却状態の樹脂材が密着しやすいような凹凸面としてもよく、これにより、該樹脂材が回転突出ピン４２の回転およびスライド移動に追従して伸長しやすくなる。この場合、凹凸面を形成するための構成は限定されるものでなく、例えば、第１の実施形態と同様に複数の突条部を設ける構成、或いは、複数の溝部を形成する構成、シボ加工を施す構成、ブラスト処理を施す構成などが採用され得る。
【００６９】
［第３の実施形態］
図７及び図８を参照しながら、本発明の第３の実施形態について説明する。なお、第３の実施形態において、第１及び第２の実施形態と同様の構成については詳細な説明を省略する。
【００７０】
図７は、第３の実施形態に係る成形方法で樹脂成形品を成形するために使用される成形装置５０を示す。この成形装置５０は、固定型５２と可動型５３とを有する成形型５１を有する。
【００７１】
固定型５２の成形面５２ａには、例えば円形の収容凹部５６が設けられ、該収容凹部５６には、該収容凹部５６の開放端部を塞ぐようにして、例えば円盤状のスライド部材５７が収容されている。該スライド部材５７には、収容凹部５６の底面部を貫通する支持軸５８の一端が連結されている。該支持軸５８の他端には、スライド部材５７を支持軸５８と共に軸方向にスライド移動させるための図示しない駆動源が連結されている。また、固定型５２の成形面５２ａには、収容凹部５６とは別に複数の凹部５４，５５が設けられている。
【００７２】
一方、可動型５３には、前記収容凹部５６に対向する位置において例えば円形の貫通穴６２が設けられ、該貫通穴６２には回転突出ピン６３が嵌め込まれている。回転突出ピン６３の基端部は、支持軸６４を介して、該回転突出ピン６３を軸方向にスライド移動させながら該軸方向を中心として回転させるための図示しない駆動源に連結されており、回転突出ピン６３の先端部は、軸方向のスライド移動により成形面５３ａから固定型５２側に出没可能となっている。また、可動型５３の成形面５３ａには、固定型５２の前記複数の凹部５４，５５に対向する各位置においてそれぞれ凸部６０，６１が設けられており、可動型５３を型締めしたときに、該凸部６０，６１と固定型５２の凹部５４，５５とが互いに噛み合うようになっている（図８参照）。
【００７３】
次に、上記の成形装置５０を用いた樹脂成形品の成形方法について説明する。
【００７４】
図７に示すように、先ず、固定型５２の成形面５２ａにシート状の樹脂材料Ｂを載置する。このとき、スライド部材５７の可動型５３側の表面は固定型５２の成形面５２ａと面一となっており、回転突出ピン６３の先端面は可動型５３の成形面５３ａと面一となっている。
【００７５】
樹脂材料Ｂとしては、第１の実施形態と同様の樹脂材料を使用する。また、該樹脂材料には、樹脂シートＢの厚みと同程度か又はそれ以上の長さを有する主鎖を備えた超高分子量成分を添加することが好ましく、これにより、後述の結晶化が起こりやすくなる。あるいは、超高分子量成分の添加に代えて、高分子の末端同士を引き合わせるための官能基（例えば、カルボキシル基と水酸基）を加えることで、互いに引き合わされた複数の高分子からなる擬似的な超高分子量成分を形成してもよく、これによっても同様の効果を得ることができる。
【００７６】
次に、図示しないヒータにより、樹脂材料Ｂを融点以上の温度になるまで加熱する。ただし、シート状の樹脂材料Ｂを予め加熱した後に固定型５２の成形面５２ａに載置するようにしてもよい。
【００７７】
続いて、このように加熱してなる樹脂材料Ｂ’が冷却され、融点以下、結晶化温度以上まで温度が低下したとき、すなわち、樹脂材料Ｂ’が過冷却状態となるタイミングで、図８に示すように、可動型５３を型締めしてプレス成形する。
【００７８】
また、該型締めと同時に、図示しない前記駆動源によりスライド部材５７を収容凹部５６の底面に向かって該底面に当接するまでスライド移動させつつ、図示しない別の前記駆動源により回転突出ピン６３を高速で回転させながら成形面５３ａから固定型５２側に突出するようにスライド移動させる。このとき、スライド部材５７及び回転突出ピン６３の各スライド移動は、スライド方向における両部材５７，６３の間隔がスライド移動開始時からスライド移動終了時にかけて次第に縮小されるような速度およびタイミングで行う。
【００７９】
このとき、回転突出ピン６３の側面付近の樹脂部分Ｂ’１には、該回転突出ピン６３の回転方向に沿ったねじり力と共に、回転突出ピン６３の軸方向に略平行な方向に沿った引張り力が加えられ、これら両方向への伸長ひずみが生じる。
【００８０】
一方、回転突出ピン６３の先端面とスライド部材５７との間の樹脂部分Ｂ’２には、回転突出ピン６３の回転方向に沿ったねじり力と共に、回転突出ピン６３の軸方向に略平行な方向に沿った圧縮力が加えられ、回転突出ピン６３の回転方向およびせん断方向への伸長ひずみが生じる。
【００８１】
回転突出ピン６３の回転速度と、回転突出ピン６３及びスライド部材５７のスライド移動速度とは、上記の樹脂部分Ｂ’１，Ｂ’２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。ただし、前記樹脂部分Ｂ’１，Ｂ’２の伸長ひずみをもたらす力は、主として前記ねじり力であり、前記引張り力または前記圧縮力は補助的な役割を果たすものであるため、特に回転速度を高速にすることが重要である。
【００８２】
かかる工程により、前記樹脂部分Ｂ’１，Ｂ’２は臨界伸長ひずみ速度以上の速度で伸長し、絡み合っていた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前記樹脂部分Ｂ’１，Ｂ’２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。
【００８３】
また、上述のように、予め樹脂材料Ｂに、超高分子量成分を添加するか、又は擬似的な超高分子量成分を形成するための官能基を添加しておけば、該超高分子量成分または擬似的な超高分子量成分の主鎖の一端が回転突出ピン６３に拘束され、他端が収容凹部５６の内壁面またはスライド部材５７の表面に拘束されることで、該成分が回転突出ピン６３の回転およびスライド移動に追従して伸長しやすくなるため、該成分を起点にして、前記樹脂部分Ｂ’１，Ｂ’２全体の伸長ひずみが促進される。
【００８４】
プレス成形後、成形型５１が所定温度まで冷却されると型開きを行い、これにより、上記の結晶化により部分的に機械的強度および耐熱性等が高められた樹脂成形品を得ることができる。
【００８５】
この実施形態によれば、結晶性高分子樹脂材の臨界伸長ひずみ速度以上の伸長ひずみを実現するために、主として回転突出ピン６３の高速回転による生じるねじり力が用いられ、所要のねじり力を加えるために必要な回転突出ピン６３の回転速度は、安価なサーボモータ等を用いることで比較的容易かつ確実に得ることができる。したがって、第１及び第２の実施形態と同様、樹脂材の臨界伸長ひずみ速度以上の伸長ひずみ、ひいては高結晶化度での成形を容易かつ確実に実現することができる。
【００８６】
また、本実施形態によれば、第２の実施形態と同様、前記ねじり力に加えて、該ねじり力の回転軸に略平行な方向に沿った引張り力および圧縮力が用いられるため、樹脂材の伸長ひずみ速度を一層高めることができ、該樹脂材の結晶化度をさらに向上させることができる。
【００８７】
なお、第３の実施形態において、回転突出ピン６３の先端面および側面、スライド部材５７の表面、並びに収容凹部５６の内壁面のうち少なくとも１つを、過冷却状態の樹脂材が密着しやすいような凹凸面としてもよく、これにより、該樹脂材が回転突出ピン６３の回転およびスライド移動に追従して伸長しやすくなる。この場合、凹凸面を形成するための構成は限定されるものでなく、例えば、第１の実施形態と同様に複数の突条部を設ける構成、或いは、複数の溝部を形成する構成、シボ加工を施す構成、ブラスト処理を施す構成などが採用され得る。
【００８８】
［第４の実施形態］
図９及び図１０を参照しながら、本発明の第４の実施形態について説明する。なお、第４の実施形態において、第１〜第３の実施形態と同様の構成については詳細な説明を省略する。
【００８９】
図９は、第４の実施形態に係る成形方法で樹脂成形品を成形するために使用される成形装置７０を示す。この成形装置７０は、例えば射出成形により成形された樹脂成形品Ｃを後加工するために使用されるものであり、固定型７２と可動型７３とを有する成形型７１を有する。
【００９０】
固定型７２の成形面７２ａには、例えば円形の収容凹部７６が設けられ、該収容凹部７６には、該収容凹部７６の開放端部を塞ぐようにして、例えば円盤状のスライド部材７７が収容されている。該スライド部材７７には、収容凹部７６の底面部を貫通する支持軸７８の一端が連結されている。該支持軸７８の他端には、スライド部材７７を支持軸７８と共に軸方向にスライド移動させるための図示しない駆動源が連結されている。
【００９１】
一方、可動型７３には、前記収容凹部７６に対向する位置において例えば円形の貫通穴８０が設けられ、該貫通穴８０には回転突出ピン８２が嵌め込まれている。回転突出ピン８２の基端部は、支持軸８２を介して、該回転突出ピン８２を軸方向にスライド移動させながら該軸方向を中心として回転させるための図示しない駆動源に連結されており、回転突出ピン８２の先端部は、軸方向のスライド移動により成形面７３ａから固定型７２側に出没可能となっている。
【００９２】
次に、上記の成形装置７０を用いた樹脂成形品の成形方法について説明する。
【００９３】
図９に示すように、先ず、例えば射出成形により予め成形された例えばシート状の樹脂成形品Ｃを固定型７２の成形面７２ａに載置する。このとき、スライド部材７７の可動型７３側の表面は固定型７２の成形面７２ａと面一となっており、回転突出ピン８２の先端面は可動型７３の成形面７３ａと面一となっている。
【００９４】
樹脂成形品Ｃの材料としては、第１の実施形態と同様の樹脂材料を使用する。また、該樹脂材料には、樹脂成形品Ｃの厚みと同程度か又はそれ以上の長さを有する主鎖を備えた超高分子量成分を添加することが好ましく、これにより、後述の結晶化が起こりやすくなる。あるいは、超高分子量成分の添加に代えて、高分子の末端同士を引き合わせるための官能基（例えば、カルボキシル基と水酸基）を加えることで、互いに引き合わされた複数の高分子からなる擬似的な超高分子量成分を形成してもよく、これによっても同様の効果を得ることができる。
【００９５】
次に、図示しないヒータにより、少なくともスライド部材７７の上方部分において樹脂成形品Ｃを融点以上の温度になるまで加熱する。
【００９６】
続いて、樹脂成形品Ｃの前記加熱部分Ｃ’１が冷却され、融点以下、結晶化温度以上まで温度が低下したとき、すなわち、樹脂成形品Ｃの前記加熱部分Ｃ’１が過冷却状態となるタイミングで、固定型７２の成形面７２ａと可動型７３の成形面７３ａとで樹脂成形品Ｃの前記加熱部分Ｃ’１を挟み込むように可動型７３を型締めする。
【００９７】
また、該型締めと同時に、図示しない前記駆動源によりスライド部材７７を収容凹部７６の底面に向かって該底面に当接するまでスライド移動させつつ、図示しない別の前記駆動源により回転突出ピン８２を高速で回転させながら成形面７３ａから固定型７２側に突出するようにスライド移動させる。このとき、スライド部材７７及び回転突出ピン８２の各スライド移動は、スライド方向における両部材７７，８２の間隔がスライド移動開始時からスライド移動終了時にかけて次第に縮小されるような速度およびタイミングで行う。
【００９８】
このとき、回転突出ピン８２の側面付近の樹脂部分Ｃ’２には、該回転突出ピン８２の回転方向に沿ったねじり力と共に、回転突出ピン８２の軸方向に略平行な方向に沿った引張り力が加えられ、これら両方向への伸長ひずみが生じる。
【００９９】
一方、回転突出ピン８２の先端面とスライド部材７７との間の樹脂部分Ｃ’３には、回転突出ピン８２の回転方向に沿ったねじり力と共に、回転突出ピン８２の軸方向に略平行な方向に沿った圧縮力が加えられ、回転突出ピン８２の回転方向およびせん断方向への伸長ひずみが生じる。
【０１００】
回転突出ピン８２の回転速度と、回転突出ピン８２及びスライド部材７７のスライド移動速度とは、上記の樹脂部分Ｃ’２，Ｃ’３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。ただし、前記樹脂部分Ｃ’２，Ｃ’３の伸長ひずみをもたらす力は、主として前記ねじり力であり、前記引張り力または前記圧縮力は補助的な役割を果たすものであるため、特に回転速度を高速にすることが重要である。
【０１０１】
かかる工程により、前記樹脂部分Ｃ’２，Ｃ’３は臨界伸長ひずみ速度以上の速度で伸長し、絡み合っていた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前記樹脂部分Ｃ’２，Ｃ’３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。
【０１０２】
また、上述のように、予め樹脂材料に、超高分子量成分を添加するか、又は擬似的な超高分子量成分を形成するための官能基を添加しておけば、該超高分子量成分または擬似的な超高分子量成分の主鎖の一端が回転突出ピン８２に拘束され、他端が収容凹部７６の内壁面またはスライド部材７７の表面に拘束されることで、該成分が回転突出ピン８２の回転およびスライド移動に追従して伸長しやすくなるため、該成分を起点にして、前記樹脂部分Ｃ’２，Ｃ’３全体の伸長ひずみが促進される。
【０１０３】
プレス成形後、成形型７１が所定温度まで冷却されると型開きを行い、これにより、上記の結晶化により部分的に機械的強度および耐熱性等が高められた樹脂成形品Ｃを得ることができる。
【０１０４】
この実施形態によれば、結晶性高分子樹脂材の臨界伸長ひずみ速度以上の伸長ひずみを実現するために、主として回転突出ピン８２の高速回転による生じるねじり力が用いられ、所要のねじり力を加えるために必要な回転突出ピン８２の回転速度は、安価なサーボモータ等を用いることで比較的容易かつ確実に得ることができる。したがって、第１〜第３の実施形態と同様、樹脂材の臨界伸長ひずみ速度以上の伸長ひずみ、ひいては高結晶化度での成形を容易かつ確実に実現することができる。
【０１０５】
また、本実施形態によれば、第２及び第３の実施形態と同様、前記ねじり力に加えて、該ねじり力の回転軸に略平行な方向に沿った引張り力および圧縮力が用いられるため、樹脂材の伸長ひずみ速度を一層高めることができ、該樹脂材の結晶化度をさらに向上させることができる。
【０１０６】
なお、第４の実施形態において、回転突出ピン８２の先端面および側面、スライド部材７７の表面、並びに収容凹部７６の内壁面のうち少なくとも１つを、過冷却状態の樹脂材が密着しやすいような凹凸面としてもよく、これにより、該樹脂材が回転突出ピン８２の回転およびスライド移動に追従して伸長しやすくなる。この場合、凹凸面を形成するための構成は限定されるものでなく、例えば、第１の実施形態と同様に複数の突条部を設ける構成、或いは、複数の溝部を形成する構成、シボ加工を施す構成、ブラスト処理を施す構成などが採用され得る。
【０１０７】
［第５の実施形態］
図１１〜図１７を参照しながら、本発明の第５の実施形態について説明する。なお、第５の実施形態において、第１〜第４の実施形態と同様の構成については詳細な説明を省略する。また、図１１〜図１７において、第１の実施形態と同様の機能を有する部材には同符号を付してある。
【０１０８】
図１１は、第５の実施形態に係る成形方法で樹脂成形品を成形するために使用される成形装置９０を示す。この成形装置９０は、固定型９２と可動型９３とを有する成形型９１と、固定型９２と可動型９３とで囲まれたキャビティ９５に樹脂の融液を射出する射出装置１６とを有する。
【０１０９】
成形型９１の固定型９２には、前記キャビティ９５を構成する面すなわち成形面９２ａと外部への露出面９２ｂとに通じる射出通路９８が設けられており、該射出通路９８を通して、射出装置１６から射出された融液がキャビティ９５に導かれるようになっている。また、固定型９２の成形面９２ａには、後述の回転体１００との干渉を避けるための凹部９６が設けられている。
【０１１０】
一方、可動型９３の成形面は、固定型９２の成形面９２ａとの対向面９３ａと、該対向面９３ａの周縁から固定型９２の成形面９２ａの周縁に向かって延びる筒状内周面９３ｂとを有する。該筒状内周面９３ｂには、該筒状内周面９３ｂの軸方向に延びる複数の突条部１０４が設けられている。図１２に示すように、該突条部１０４は筒状内周面９３ｂの全周に亘って隙間無く列設されており、各突条部１０４は例えば断面三角形状に形成されている。このようにして突条部１０４が設けられていることにより筒状内周面９３ｂは全体として凹凸面となっているため、該筒状内周面９３ｂに、後述のように過冷却状態となることで粘性が大きくなったキャビティ９５内の樹脂材が密着しやすいようになっている。
【０１１１】
ただし、突条部１０４の延出方向、配置及び断面形状は上記構成に限定されるものでなく、例えば、突条部１０４は、筒状内周面９３ｂの軸方向に対して傾斜した方向に延設されてもよい。また、筒状内周面９３ｂを凹凸面とするための構成として、突条部１０４を設ける構成以外の構成を採用してもよく、例えば、筒状内周面９３ｂに複数の溝を形成したり、シボ加工を施したり、ブラスト処理を施したりすることにより、筒状内周面９３ｂに凹凸を形成するようにしてもよい。
【０１１２】
また、図１１に示すように、可動型９３の前記対向面９３ａには、円盤状の回転体１００が回転可能に取り付けられており、これにより、キャビティ９５は、該回転体１００を囲むリング状の空間となっている。型締めした状態において、回転体１００の大部分は、固定型９２の前記凹部９６に収容されるようになっている。
【０１１３】
回転体１００の中央部には、例えば図示しないモータ等の駆動源に駆動連結された回転軸１０８の先端部が連結されており、前記駆動源により回転軸１０８が回転駆動されると、該回転軸１０８と共に、該回転軸１０８を中心として回転体１００が回転駆動されるようになっている。なお、回転軸１０８は、可動型９３を貫通して設けられている。
【０１１４】
図１１に示すように、射出装置１６の構成は第１の実施形態と同様である。該射出装置１６のシリンダ１６ａは、固定型９２に設けられた前記射出通路９８の一端に吐出口１６ｃが接続されるように、固定型９２に取り付けられている。
【０１１５】
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１２０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。
【０１１６】
発泡剤供給ユニット１２０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１２２と、該ボンベ１２２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１２４と、該生成装置１２４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１２６とを備えている。この供給ノズル１２６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９１のキャビティ９５に射出される。
【０１１７】
ただし、本実施形態では、物理発泡剤に代えて、化学発泡剤を用いるようにしてもよく、この場合、化学発泡剤は、ホッパ１６ｂを通してシリンダ１６ａ内に供給される。
【０１１８】
樹脂材料としては、第１の実施形態と同様の樹脂材料Ａを使用する。また、該樹脂材料には、回転体１００の外周面と前記筒状内周面９３ｂとの間の間隔以上の長さを有する主鎖を備えた超高分子量成分を添加することが好ましく、これにより、後述の結晶化が起こりやすくなる。あるいは、超高分子量成分の添加に代えて、高分子の末端同士を引き合わせるための官能基（例えば、カルボキシル基と水酸基）を加えることで、互いに引き合わされた複数の高分子からなる擬似的な超高分子量成分を形成してもよく、これによっても同様の効果を得ることができる。
【０１１９】
次に、上記の成形装置９０を用いた樹脂成形品の成形方法について説明する。
【０１２０】
図１１に示すように、先ず、図示しない成形型開閉装置により成形型９１を型締めする。また、これと並行して、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融液Ａ’を得るとともに、発泡剤供給ユニット１２０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。
【０１２１】
次に、図１３に示すように、射出工程として、射出装置１６により、前記融液Ａ’をキャビティ９５内に射出して充填させる。
【０１２２】
続いて、図１４に示すように、第１のコアバック工程として、キャビティ９５’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る直前、即ち、該融液Ａ’が過冷却状態になる直前のタイミングで、図１４に示すように、図示しない成形型開閉装置を作動させて可動型９３を固定型９２から離間する方向へコアバックさせる。これにより、キャビティ９５’の容積は増大し、キャビティ９５’内の高分子樹脂は発泡しながら成形される。
【０１２３】
また、この第１のコアバック工程中において、キャビティ９５内の融液Ａ’がさらに冷却されて過冷却状態となるタイミングで、図１５に示すように、第１の結晶化工程として、図示しない駆動源により回転軸１０８と共に回転体１００を高速で回転駆動する。これにより、キャビティ９５内の融液Ａ’に、回転体１００の回転方向に沿ったねじり力が加えられ、該回転方向に沿った伸長ひずみが生じる。
【０１２４】
この回転体１００の回転速度は、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、この回転体１００の回転により、融液Ａ’は臨界伸長ひずみ速度以上の速度で伸長し、絡み合っていた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る。なお、この結晶化は極めて短時間で起こるため、回転体１００の回転駆動時間は極めて短くてよい。
【０１２５】
また、上述のように、予め樹脂材料Ａに、超高分子量成分を添加するか、又は擬似的な超高分子量成分を形成するための官能基を添加しておけば、該超高分子量成分または擬似的な超高分子量成分の主鎖の一端が回転体１００の外周面に拘束され、他端が前記筒状内周面９３ｂに拘束されることで、該成分が回転体１００の回転に追従して伸長しやすくなるため、該成分を起点にして、融液Ａ’全体の伸長ひずみが促進される。
【０１２６】
さらに、回転体１００の回転駆動時において、キャビティ９５内の融液Ａ’には、可動型９３のコアバックに伴って、該コアバック方向の引張り力が加えられるため、回転体１００の回転方向への伸長ひずみだけでなく、回転体１００の軸方向に略平行な方向への伸長ひずみも生じる。よって、融液Ａ’の伸長ひずみが一層促進される。
【０１２７】
第１の結晶化工程の完了時においてキャビティ９５内で結晶化された樹脂Ａ’４の厚みが所定厚さに達していなければ、引き続き、図１６に示すように、第２のコアバック工程を実行する。この第２のコアバック工程では、シリンダ１６ａからキャビティ９５への射出と、可動型９３のコアバックとを並行して行い、このコアバック中において、キャビティ９５内の融液Ａ’５が冷却されて過冷却状態になるタイミングで、図１７に示すように、第２の結晶化工程として、再び回転体１００を高速で回転駆動する。これにより、第２のコアバック工程で新たにキャビティ９５内に供給された融液Ａ’５には、回転体１００の回転方向に沿ったねじり力が加えられることにより、該回転方向への伸長ひずみが生じるとともに、コアバックに伴う引張り力も加えられていることにより、コアバック方向への伸長ひずみも生じる。したがって、第１の結晶化工程と同様、融液Ａ’５は、臨界伸長ひずみ速度以上の速度で伸長し、短時間で且つ極めて高い割合で結晶化する。
【０１２８】
こうした一連の工程を繰り返し行うことにより、キャビティ９５内で結晶化した樹脂Ａ’４，Ａ’５，・・・の厚みが所定厚さに達すると、成形型９１が所定温度まで冷却された後に型開きを行い、これにより、機械的強度および耐熱性等に優れた高結晶化度の樹脂成形品を得ることができる。
【０１２９】
この実施形態によれば、結晶性高分子樹脂材の臨界伸長ひずみ速度以上の伸長ひずみを実現するために、回転体１００の高速回転による生じるねじり力が用いられ、所要のねじり力を加えるために必要な回転体１００の回転速度は、安価なサーボモータ等を用いることで比較的容易かつ確実に得ることができる。したがって、第１〜第４の実施形態と同様、樹脂材の臨界伸長ひずみ速度以上の伸長ひずみ、ひいては高結晶化度での成形を容易かつ確実に実現することができる。
【０１３０】
また、本実施形態によれば、第２〜第４の実施形態と同様、前記ねじり力に加えて、該ねじり力の回転軸に略平行な方向に沿った引張り力が用いられるため、樹脂材の伸長ひずみ速度を一層高めることができ、該樹脂材の結晶化度をさらに向上させることができる。
【０１３１】
さらに、上記の射出工程、コアバック工程および結晶化工程は単一の成形装置９０を用いて連続して実行されるため、高結晶化度の樹脂成形品を効率的に生産することができる。
【０１３２】
さらにまた、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。
【０１３３】
［第６の実施形態］
図１８を参照しながら、本発明の第６の実施形態について説明する。なお、第６の実施形態において、第１〜第５の実施形態と同様の構成については詳細な説明を省略する。
【０１３４】
図１８は、第６の実施形態に係る成形方法で樹脂成形品を成形するために使用される成形装置１３０を示す。この成形装置１３０は、固定型１３２と可動型１３３とを有するプレス成形用の成形型１３１を有する。
【０１３５】
可動型１３３は、支持軸１３８を介して図示しない駆動源に連結されており、該駆動源により、支持軸１３８の軸方向を中心として回転しながらプレス方向に移動するように駆動されるようになっている。
【０１３６】
固定型１３２の成形面１３２ａと、可動型１３３の成形面１３３ａとには、それぞれ複数の突条部１３４，１３６が設けられている。これらの突条部１３４，１３６は、例えば、断面三角形状に形成され、各成形面１３２ａ，１３３ａの中心から放射状に延設されている。各成形面１３２ａ，１３３ａは、突条部１３４，１３６が設けられていることにより全体として凹凸面となっているため、該成形面１３４，１３６に、後述のように過冷却状態となることで粘性が大きくなった樹脂材が密着しやすいようになっている。
【０１３７】
ただし、突条部１３４，１３６の延出方向、配置及び断面形状は上記構成に限定されるものでない。また、各成形面１３２ａ，１３３ａを凹凸面とするための構成として、突条部１３４，１３６を設ける構成以外の構成を採用してもよく、例えば、成形面１３２ａ，１３３ａに複数の溝を形成したり、シボ加工を施したり、ブラスト処理を施したりすることにより、成形面１３２ａ，１３３ａに凹凸を形成するようにしてもよい。
【０１３８】
次に、上記の成形装置１３０を用いた樹脂成形品の成形方法について説明する。
【０１３９】
図１８に示すように、先ず、固定型１３２の成形面１３２ａにシート状の樹脂材料Ｄを載置する。該樹脂材料Ｄとしては、第１の実施形態と同様の樹脂材料を使用する。また、該樹脂材料には、該材料の厚みと同程度か又はそれ以上の長さを有する主鎖を備えた超高分子量成分を添加することが好ましく、これにより、後述の結晶化が起こりやすくなる。あるいは、超高分子量成分の添加に代えて、高分子の末端同士を引き合わせるための官能基（例えば、カルボキシル基と水酸基）を加えることで、互いに引き合わされた複数の高分子からなる擬似的な超高分子量成分を形成してもよく、これによっても同様の効果を得ることができる。
【０１４０】
次に、図示しないヒータにより、樹脂材料Ｄを融点以上の温度になるまで加熱する。ただし、シート状の樹脂材料Ｄを予め加熱した後に固定型１３２の成形面１３２ａに載置するようにしてもよい。
【０１４１】
続いて、樹脂材料Ｄが冷却され、融点以下、結晶化温度以上まで温度が低下したとき、すなわち、樹脂材料Ｄが過冷却状態となるタイミングで、可動型１３３を回転させながら型締めしてプレス成形する。
【０１４２】
これにより、樹脂材料Ｄには、可動型１３３の回転方向に沿ったねじり力が加えられ、該回転方向への伸長ひずみが生じる。
【０１４３】
可動型１３３の回転速度は、樹脂材料Ｄ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。これにより、樹脂材料Ｄは臨界伸長ひずみ速度以上の速度で伸長し、絡み合っていた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樹脂材料Ｄ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。
【０１４４】
また、上述のように、予め樹脂材料Ｄに、超高分子量成分を添加するか、又は擬似的な超高分子量成分を形成するための官能基を添加しておけば、該超高分子量成分または擬似的な超高分子量成分の主鎖の一端が固定型１３２の成形面１３２ａに拘束され、他端が可動型１３３の成形面１３３ａに拘束されることで、該成分が可動型１３３の回転に追従して伸長しやすくなるため、該成分を起点にして、樹脂材料Ｄ全体の伸長ひずみが促進される。
【０１４５】
プレス成形後、成形型１３１が所定温度まで冷却されると型開きを行い、これにより、上記の結晶化により機械的強度および耐熱性等が高められた樹脂成形品を得ることができる。
【０１４６】
この実施形態によれば、結晶性高分子樹脂材の臨界伸長ひずみ速度以上の伸長ひずみを実現するために、可動型１３３の高速回転による生じるねじり力が用いられ、所要のねじり力を加えるために必要な可動型１３３の回転速度は、安価なサーボモータ等を用いることで比較的容易かつ確実に得ることができる。したがって、第１〜第５の実施形態と同様、樹脂材の臨界伸長ひずみ速度以上の伸長ひずみ、ひいては高結晶化度での成形を容易かつ確実に実現することができる。
【０１４７】
以上、第１〜第６の実施形態に係る各成形方法は、樹脂製のあらゆる部品又は部品の一部の成形に適用することができ、具体的には、例えば、種々の自動車部品のボス部または締結座面部、あるいは、スペアタイヤカバー又はスペアタイヤパン等の成形に好適に適用される。
【０１４８】
また、本発明については、以上の実施形態を挙げて説明したが、本発明は、成形型内において過冷却状態の結晶性高分子樹脂材にねじり力を加えることにより、該樹脂材を臨界伸長ひずみ速度以上のひずみ速度で伸長させて結晶化させるように成形する構成であれば、上述の実施形態に限定されるものではない。
【０１４９】
さらに、上述した実施形態以外のいかなる実施形態においても、樹脂材を臨界伸長ひずみ速度以上のひずみ速度で伸長させる際、前記ねじり力と共に、該ねじり力の回転軸に略平行な方向に沿った引張り力または圧縮力の少なくとも一方を加えるようにすることが好ましく、これにより、樹脂材を一層効果的に伸長させることができる。
【実施例】
【０１５０】
最後に、上記第１の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。
【０１５１】
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第１の実施形態に係る成形装置１０と同様の装置を用い、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。
【０１５２】
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、型締めした成形型のキャビティに、射出装置のシリンダから約１３４ｃｍ３の前記結晶性高分子樹脂材料の融液をゆっくり射出して充填した。その後、該融液の温度が約１６０℃に低下するまで約１０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。
【０１５３】
前記約１０秒間の待機が完了したとき、前記回転体２０を６００ｒｐｍで回転させた。その後、型温度が８０℃以下になるまで冷却した後、型開きし、板厚約３ｍｍの樹脂成形品を取り出した。
【０１５４】
この成形品の中央部分の強度を測定したところ、該成形品が所望の高い機械的強度を備えていることを確認できた。
【産業上の利用可能性】
【０１５５】
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を有するため、そのような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】
【０１５６】
１０，３０，５０，７０，９０，１３０：成形装置、１１，５１，７１，９１，１３１：成形型、２０，１００：回転体、３４，５７，７７：スライド部材、４２，６３，８２：回転突出ピン、１３２：固定型、１３３：可動型。
【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、高分子樹脂材を発泡させながら成形することで、該高分子樹脂材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。
【００１３】
しかしながら、この場合、非常に大きなコアバック速度を得るためには、サーボバルブ等の非常に高価な装置が必要となる欠点がある。また、コアバックの立ち上がり速度が不足したり、コアバック中の可動型にキャビティ内の高分子樹脂材が十分に追従できなかったりすると、臨界伸長ひずみ速度以上の伸長ひずみを確実に実現できなくなる。
【００１４】
また、高分子樹脂材をプレス成形する場合において、高速でプレスを行うことにより、樹脂材の一部をプレス方向に臨界伸長ひずみ速度以上の速度で伸長させることも考えられるが、この場合も、非常に大きなプレス速度を得るための高価な装置の使用が不可欠である。また、プレス速度が不足すると、臨界伸長ひずみ速度以上の伸長ひずみを確実に実現できなくなる。
【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容易かつ確実に実現することができ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、成形型内において、温度が融点以下、結晶化温度以上である結晶性高分子樹脂材にねじり力を加えることにより、該樹脂材を、臨界伸長ひずみ速度以上のひずみ速度で伸長させ、配向融液状態を経て結晶化させるように成形することを特徴とする。
【００１８】
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、前記樹脂材を臨界伸長ひずみ速度以上のひずみ速度で伸長させる際、前記ねじり力と共に、該ねじり力の回転軸に略平行な方向に沿った引張り力または圧縮力の少なくとも一方を加えることを特徴とする。
【００１９】
また、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、前記樹脂材は汎用プラスチックであることを特徴とする。
【００２０】
さらに、請求項４に記載の発明は、前記請求項３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】
【００２１】
請求項１に記載の発明によれば、過冷却状態（融点以下、結晶化温度以上の状態）の結晶性高分子樹脂材が、成形型内で加えられるねじり力により臨界伸長ひずみ速度以上のひずみ速度で伸長することで、絡み合っていた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、極めて短時間で且つ高い割合でナノ結晶が形成されるため、結晶化度が非常に高い樹脂成形品を得ることができる。
【００２２】
また、請求項１に記載の発明において、結晶性高分子樹脂材の臨界伸長ひずみ速度以上の伸長ひずみを実現するために必要なねじり力は、安価なサーボモータ等を用いることで比較的容易かつ確実に得ることができる。すなわち、樹脂材に並進方向の力のみを加える場合のようにサーボバルブ等の高価な装置を必要としたり速度が不足したりすることを回避しやすいため、臨界伸長ひずみ速度以上の伸長ひずみ、ひいては高結晶化度での成形を容易かつ確実に実現することができる。
【００２３】
さらに、請求項２に記載の発明によれば、結晶性高分子樹脂材を臨界伸長ひずみ速度以上のひずみ速度で伸長させる際、前記ねじり力に加えて、該ねじり力の回転軸に略平行な方向に沿った引張り力または圧縮力の少なくとも一方が用いられるため、ねじり力による伸長方向だけでなく引張り力または圧縮力による伸長方向にも樹脂材を伸長させることができる。そのため、該樹脂材の伸長ひずみ速度を一層高めることができ、該樹脂材の結晶化度をさらに向上させることができる。
【００２４】
請求項３に記載の発明によれば、前記樹脂材として、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン等の結晶性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。
【００２５】
さらに、請求項４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】
【００２６】
【図１】第１の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２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図１に示す装置の射出工程が完了した状態を示す図である。
【図４】同じく結晶化工程の状態を示す図である。
【図５】第２の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６】図５に示す装置の結晶化工程の状態を示す図である。
【図７】第３の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８】図７に示す装置でプレスした状態を示す図である。
【図９】第４の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１０】図９に示す装置の結晶化工程の状態を示す図である。
【図１１】第５の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１２】図１１のＢ−Ｂ線断面図である。
【図１３】図１１に示す装置の射出工程が完了した状態を示す図である。
【図１４】図１１に示す装置の第１のコアバック工程が完了した状態を示す図である。
【図１５】図１１に示す装置の第１の結晶化工程の状態を示す図である。
【図１６】図１１に示す装置の第２のコアバック工程が完了した状態を示す図である。
【図１７】図１１に示す装置の第２の結晶化工程の状態を示す図である。
【図１８】第６の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。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００２８】
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る成形方法で樹脂成形品を成形するために使用される成形装置１０を示す。この成形装置１０は、第１の型１２と第２の型１３とを有する成形型１１と、第１の型１２と第２の型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。
【００２９】
成形型１１の第１の型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。
【００３０】
一方、第２の型１３の成形面は、第１の型１２の成形面１２ａとの対向面１３ａと、該対向面１３ａの周縁から第１の型１２の成形面１２ａの周縁に向かって延びる筒状内周面１３ｂとを有する。該筒状内周面１３ｂには、該筒状内周面１３ｂの軸方向に延びる複数の突条部２４が設けられている。図２に示すように、該突条部２４は筒状内周面１３ｂの全周に亘って隙間無く列設されており、各突条部２４は例えば断面三角形状に形成されている。このようにして突条部２４が設けられていることにより筒状内周面１３ｂは全体として凹凸面となっているため、該筒状内周面１３ｂに、後述のように過冷却状態となることで粘性が大きくなったキャビティ１５内の樹脂材が密着しやすいようになっている。
【００３１】
ただし、突条部２４の延出方向、配置及び断面形状は上記構成に限定されるものでなく、例えば、突条部２４は、筒状内周面１３ｂの軸方向に対して傾斜した方向に延設されてもよい。また、筒状内周面１３ｂを凹凸面とするための構成として、突条部２４を設ける構成以外の構成を採用してもよく、例えば、筒状内周面１３ｂに複数の溝を形成したり、シボ加工を施したり、ブラスト処理を施したりすることにより、筒状内周面１３ｂに凹凸を形成するようにしてもよい。
【００３２】
図１に戻って、第１の型１２の成形面１２ａと、第２の型１３の前記対向面１３ａとの間には、円盤状の回転体２０が介装されており、これにより、キャビティ１５は、該回転体２０を囲むリング状の空間となっている。
【００３３】
回転体２０の中央部には、例えば図示しないモータ等の駆動源に駆動連結された回転軸２８の先端部が連結されており、前記駆動源により回転軸２８が回転駆動されると、該回転軸２８と共に、該回転軸２８を中心として回転体２０が回転駆動されるようになっている。なお、本実施形態において、回転軸２８は、第１の型１３を貫通して設けられているが、第２の型１２を貫通して設けられるようにしてもよい。
【００３４】
回転体２０の外周面には、該回転体２０の厚み方向に延びる複数の突条部２２が設けられている。図２に示すように、該突条部２２は回転体２０の外周面の全周に亘って隙間無く列設されており、各突条部２２は例えば断面三角形状に形成されている。これにより、回転体２０の外周面も、前記筒状内周面１３ｂと同様の凹凸面となっているため、回転体２０の外周面に、過冷却状態の樹脂材が密着しやすいようになっている。
【００３５】
ただし、回転体２０の外周面についても、前記筒状内周面１３ｂと同様、突条部２２の構成には種々の変更を加えることができ、また、突条部２２に代えて、溝を形成したり、シボ加工を施したり、ブラスト処理を施したりすることにより、回転体２０の外周面に凹凸を形成してもよい。
【００３６】
図１に戻って、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。シリンダ１６ａは、成形型１１の第１の型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、第１の型１２に取り付けられている。
【００３７】
樹脂材料の種類は、結晶性高分子樹脂であれば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、ポリエチレン等の結晶性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。
【００３８】
また、樹脂材料には、回転体２０の外周面と前記筒状内周面１３ｂとの間の間隔以上の長さを有する主鎖を備えた超高分子量成分を添加することが好ましい。詳細については後述するが、この超高分子量成分の添加により、該成分を起点にして後述の結晶化が起こりやすくなる。あるいは、超高分子量成分の添加に代えて、高分子の末端同士を引き合わせるための官能基（例えば、カルボキシル基と水酸基）を加えることで、互いに引き合わされた複数の高分子からなる擬似的な超高分子量成分を形成してもよく、これによっても同様の効果を得ることができる。
【００３９】
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。
【００４０】
図３に示すように、先ず、図示しない成形型開閉装置により成形型１１を型締めする。また、これと並行して、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、融液Ａ’を得る。
【００４１】
次に、射出工程として、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。
【００４２】
続いて、キャビティ１５内の融液Ａ’が冷却されて、融点以下、結晶化温度以上まで温度が低下したとき、すなわち、融液Ａ’が過冷却状態となるタイミングで、図４に示すように、結晶化工程として、図示しない駆動源により回転軸２８と共に回転体２０を高速で回転駆動する。これにより、キャビティ１５内の融液Ａ’に、回転体２０の回転方向に沿ったねじり力が加えられ、該回転方向に沿った伸長ひずみが生じる。
【００４３】
この回転体２０の回転速度は、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、この回転体２０の回転により、融液Ａ’は臨界伸長ひずみ速度以上の速度で伸長し、絡み合っていた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る。なお、この結晶化は極めて短時間で起こるため、回転体２０の回転駆動時間は極めて短くてよい。
【００４４】
また、上述のように、予め樹脂材料Ａに、超高分子量成分を添加するか、又は擬似的な超高分子量成分を形成するための官能基を添加しておけば、該超高分子量成分または擬似的な超高分子量成分の主鎖の一端が回転体２０の外周面に拘束され、他端が前記筒状内周面１３ｂに拘束されることで、該成分が回転体２０の回転に追従して伸長しやすくなるため、該成分を起点にして、融液Ａ’全体の伸長ひずみが促進される。
【００４５】
結晶化工程の後、成形型１１が所定温度まで冷却されると型開きを行い、これにより、機械的強度および耐熱性等に優れた高結晶化度の樹脂成形品を得ることができる。
【００４６】
この実施形態によれば、結晶性高分子樹脂材の臨界伸長ひずみ速度以上の伸長ひずみを実現するために、回転体２０の高速回転による生じるねじり力が用いられ、所要のねじり力を加えるために必要な回転体２０の回転速度は、安価なサーボモータ等を用いることで比較的容易かつ確実に得ることができる。したがって、本実施形態によれば、樹脂材の臨界伸長ひずみ速度以上の伸長ひずみ、ひいては高結晶化度での成形を容易かつ確実に実現することができる。
【００４７】
また、上記の射出工程と結晶化工程とは単一の成形装置１０を用いて連続して実行されるため、高結晶化度の樹脂成形品を効率的に生産することができる。
【００４８】
［第２の実施形態］
図５及び図６を参照しながら、本発明の第２の実施形態について説明する。なお、第２の実施形態において、第１の実施形態と同様の構成については詳細な説明を省略する。また、図５及び図６において、第１の実施形態と同様の機能を有する部材には同符号を付してある。
【００４９】
図５は、第２の実施形態に係る成形方法で樹脂成形品を成形するために使用される成形装置３０を示す。この成形装置３０は、第１の型１２と第２の型１３とを有する成形型１１と、第１の型１２と第２の型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。
【００５０】
第１の型１２の成形面１２ａには、例えば円形の収容凹部３２が設けられ、該収容凹部３２には、該収容凹部３２の開放端部を塞ぐようにして、例えば円盤状のスライド部材３４が収容されている。該スライド部材３４には、収容凹部３２の底面部を貫通する支持軸３６の一端が連結されている。該支持軸３６の他端には、スライド部材３４を支持軸３６と共に軸方向にスライド移動させるための図示しない駆動源が連結されている。
【００５１】
一方、第２の型１３には、収容凹部３２に対向する位置において例えば円形の貫通穴４０が設けられ、該貫通穴４０には回転突出ピン４２が嵌め込まれている。回転突出ピン４２の基端部は、該回転突出ピン４２を軸方向にスライド移動させながら該軸方向を中心として回転させるための図示しない駆動源に連結されており、回転突出ピン４２の先端部は、軸方向のスライド移動により前記対向面１３ａから第１の型１２側に出没可能となっている。
【００５２】
射出装置１６の構成、及び使用する樹脂材料は、第１の実施形態と同様である。
【００５３】
また、樹脂材料には、収容凹部３２の半径と同程度か又はそれ以上の長さを有する主鎖を備えた超高分子量成分を添加することが好ましく、これにより、後述の結晶化が起こりやすくなる。あるいは、超高分子量成分の添加に代えて、高分子の末端同士を引き合わせるための官能基（例えば、カルボキシル基と水酸基）を加えることで、互いに引き合わされた複数の高分子からなる擬似的な超高分子量成分を形成してもよく、これによっても同様の効果を得ることができる。
【００５４】
次に、上記の成形装置３０を用いた樹脂成形品の成形方法について説明する。
【００５５】
図５に示すように、先ず、図示しない成形型開閉装置により成形型１１を型締めする。このとき、スライド部材３４のキャビティ１５側の表面は第１の型１２の成形面１２ａと面一となっており、回転突出ピン４２の先端面は前記対向面１３ａと面一となっている。
【００５６】
また、これと並行して、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、融液Ａ’を得る。
【００５７】
次に、射出工程として、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】
続いて、キャビティ１５内の融液Ａ’が冷却されて、融点以下、結晶化温度以上まで温度が低下したとき、すなわち、融液Ａ’が過冷却状態となるタイミングで、図６に示すように、結晶化工程として、図示しない前記駆動源によりスライド部材３４を収容凹部３２の底面に向かって該底面に当接するまでスライド移動させつつ、図示しない別の前記駆動源により回転突出ピン４２を高速で回転させながら前記対向面１３ａから第１の型１２側に突出するようにスライド移動させる。このとき、スライド部材３４及び回転突出ピン４２の各スライド移動は、スライド方向における両部材３４，４２の間隔がスライド移動開始時からスライド移動終了時にかけて次第に縮小されるような速度およびタイミングで行う。
【００５９】
この結晶化工程において、回転突出ピン４２の側面付近の融液部分Ａ’２には、該回転突出ピン４２の回転方向に沿ったねじり力と共に、回転突出ピン４２の軸方向に略平行な方向に沿った引張り力が加えられ、これら両方向への伸長ひずみが生じる。
【００６０】
一方、回転突出ピン４２の先端面とスライド部材３４との間の融液部分Ａ’３には、回転突出ピン４２の回転方向に沿ったねじり力と共に、回転突出ピン４２の軸方向に略平行な方向に沿った圧縮力が加えられ、回転突出ピン４２の回転方向およびせん断方向への伸長ひずみが生じる。
【００６１】
回転突出ピン４２の回転速度と、回転突出ピン４２及びスライド部材３４のスライド移動速度とは、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。ただし、前記融液部分Ａ’２，Ａ’３の伸長ひずみをもたらす力は、主として前記ねじり力であり、前記引張り力または前記圧縮力は補助的な役割を果たすものであるため、特に回転速度を高速にすることが重要である。
【００６２】
かかる結晶化工程により、前記融液部分Ａ’２，Ａ’３は臨界伸長ひずみ速度以上の速度で伸長し、絡み合っていた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前記融液部分Ａ’２，Ａ’３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。
【００６３】
また、上述のように、予め樹脂材料Ａに、超高分子量成分を添加するか、又は擬似的な超高分子量成分を形成するための官能基を添加しておけば、該超高分子量成分または擬似的な超高分子量成分の主鎖の一端が回転突出ピン４２に拘束され、他端が収容凹部３２の内壁面またはスライド部材３４の表面に拘束されることで、該成分が回転突出ピン４２の回転およびスライド移動に追従して伸長しやすくなるため、該成分を起点にして、前記融液部分Ａ’２，Ａ’３全体の伸長ひずみが促進される。
【００６４】
結晶化工程の後、成形型１１が所定温度まで冷却されると型開きを行い、これにより、上記の結晶化により部分的に機械的強度および耐熱性等が高められた樹脂成形品を得ることができる。
【００６５】
この実施形態によれば、結晶性高分子樹脂材の臨界伸長ひずみ速度以上の伸長ひずみを実現するために、主として回転突出ピン４２の高速回転による生じるねじり力が用いられ、所要のねじり力を加えるために必要な回転突出ピン４２の回転速度は、安価なサーボモータ等を用いることで比較的容易かつ確実に得ることができる。したがって、第１の実施形態と同様、樹脂材の臨界伸長ひずみ速度以上の伸長ひずみ、ひいては高結晶化度での成形を容易かつ確実に実現することができる。
【００６６】
また、本実施形態によれば、結晶性高分子樹脂材を臨界伸長ひずみ速度以上のひずみ速度で伸長させる際、前記ねじり力に加えて、該ねじり力の回転軸に略平行な方向に沿った引張り力および圧縮力が用いられるため、ねじり力による伸長方向（回転方向）だけでなく引張り力による伸長方向（軸方向に略平行な方向）および圧縮力による伸長方向（せん断方向）にも樹脂材を伸長させることができる。そのため、該樹脂材の伸長ひずみ速度を一層高めることができ、該樹脂材の結晶化度をさらに向上させることができる。
【００６７】
さらに、上記の射出工程と結晶化工程とは単一の成形装置３０を用いて連続して実行されるため、部分的に結晶化度が高められた樹脂成形品を効率的に生産することができる。
【００６８】
なお、第２の実施形態において、回転突出ピン４２の先端面および側面、スライド部材３４の表面、並びに収容凹部３２の内壁面のうち少なくとも１つを、過冷却状態の樹脂材が密着しやすいような凹凸面としてもよく、これにより、該樹脂材が回転突出ピン４２の回転およびスライド移動に追従して伸長しやすくなる。この場合、凹凸面を形成するための構成は限定されるものでなく、例えば、第１の実施形態と同様に複数の突条部を設ける構成、或いは、複数の溝部を形成する構成、シボ加工を施す構成、ブラスト処理を施す構成などが採用され得る。
【００６９】
［第３の実施形態］
図７及び図８を参照しながら、本発明の第３の実施形態について説明する。なお、第３の実施形態において、第１及び第２の実施形態と同様の構成については詳細な説明を省略する。
【００７０】
図７は、第３の実施形態に係る成形方法で樹脂成形品を成形するために使用される成形装置５０を示す。この成形装置５０は、固定型５２と可動型５３とを有する成形型５１を有する。
【００７１】
固定型５２の成形面５２ａには、例えば円形の収容凹部５６が設けられ、該収容凹部５６には、該収容凹部５６の開放端部を塞ぐようにして、例えば円盤状のスライド部材５７が収容されている。該スライド部材５７には、収容凹部５６の底面部を貫通する支持軸５８の一端が連結されている。該支持軸５８の他端には、スライド部材５７を支持軸５８と共に軸方向にスライド移動させるための図示しない駆動源が連結されている。また、固定型５２の成形面５２ａには、収容凹部５６とは別に複数の凹部５４，５５が設けられている。
【００７２】
一方、可動型５３には、前記収容凹部５６に対向する位置において例えば円形の貫通穴６２が設けられ、該貫通穴６２には回転突出ピン６３が嵌め込まれている。回転突出ピン６３の基端部は、支持軸６４を介して、該回転突出ピン６３を軸方向にスライド移動させながら該軸方向を中心として回転させるための図示しない駆動源に連結されており、回転突出ピン６３の先端部は、軸方向のスライド移動により成形面５３ａから固定型５２側に出没可能となっている。また、可動型５３の成形面５３ａには、固定型５２の前記複数の凹部５４，５５に対向する各位置においてそれぞれ凸部６０，６１が設けられており、可動型５３を型締めしたときに、該凸部６０，６１と固定型５２の凹部５４，５５とが互いに噛み合うようになっている（図８参照）。
【００７３】
次に、上記の成形装置５０を用いた樹脂成形品の成形方法について説明する。
【００７４】
図７に示すように、先ず、固定型５２の成形面５２ａにシート状の樹脂材料Ｂを載置する。このとき、スライド部材５７の可動型５３側の表面は固定型５２の成形面５２ａと面一となっており、回転突出ピン６３の先端面は可動型５３の成形面５３ａと面一となっている。
【００７５】
樹脂材料Ｂとしては、第１の実施形態と同様の樹脂材料を使用する。また、該樹脂材料には、樹脂シートＢの厚みと同程度か又はそれ以上の長さを有する主鎖を備えた超高分子量成分を添加することが好ましく、これにより、後述の結晶化が起こりやすくなる。あるいは、超高分子量成分の添加に代えて、高分子の末端同士を引き合わせるための官能基（例えば、カルボキシル基と水酸基）を加えることで、互いに引き合わされた複数の高分子からなる擬似的な超高分子量成分を形成してもよく、これによっても同様の効果を得ることができる。
【００７６】
次に、図示しないヒータにより、樹脂材料Ｂを融点以上の温度になるまで加熱する。ただし、シート状の樹脂材料Ｂを予め加熱した後に固定型５２の成形面５２ａに載置するようにしてもよい。
【００７７】
続いて、このように加熱してなる樹脂材料Ｂ’が冷却され、融点以下、結晶化温度以上まで温度が低下したとき、すなわち、樹脂材料Ｂ’が過冷却状態となるタイミングで、図８に示すように、可動型５３を型締めしてプレス成形する。
【００７８】
また、該型締めと同時に、図示しない前記駆動源によりスライド部材５７を収容凹部５６の底面に向かって該底面に当接するまでスライド移動させつつ、図示しない別の前記駆動源により回転突出ピン６３を高速で回転させながら成形面５３ａから固定型５２側に突出するようにスライド移動させる。このとき、スライド部材５７及び回転突出ピン６３の各スライド移動は、スライド方向における両部材５７，６３の間隔がスライド移動開始時からスライド移動終了時にかけて次第に縮小されるような速度およびタイミングで行う。
【００７９】
このとき、回転突出ピン６３の側面付近の樹脂部分Ｂ’１には、該回転突出ピン６３の回転方向に沿ったねじり力と共に、回転突出ピン６３の軸方向に略平行な方向に沿った引張り力が加えられ、これら両方向への伸長ひずみが生じる。
【００８０】
一方、回転突出ピン６３の先端面とスライド部材５７との間の樹脂部分Ｂ’２には、回転突出ピン６３の回転方向に沿ったねじり力と共に、回転突出ピン６３の軸方向に略平行な方向に沿った圧縮力が加えられ、回転突出ピン６３の回転方向およびせん断方向への伸長ひずみが生じる。
【００８１】
回転突出ピン６３の回転速度と、回転突出ピン６３及びスライド部材５７のスライド移動速度とは、上記の樹脂部分Ｂ’１，Ｂ’２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。ただし、前記樹脂部分Ｂ’１，Ｂ’２の伸長ひずみをもたらす力は、主として前記ねじり力であり、前記引張り力または前記圧縮力は補助的な役割を果たすものであるため、特に回転速度を高速にすることが重要である。
【００８２】
かかる工程により、前記樹脂部分Ｂ’１，Ｂ’２は臨界伸長ひずみ速度以上の速度で伸長し、絡み合っていた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前記樹脂部分Ｂ’１，Ｂ’２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。
【００８３】
また、上述のように、予め樹脂材料Ｂに、超高分子量成分を添加するか、又は擬似的な超高分子量成分を形成するための官能基を添加しておけば、該超高分子量成分または擬似的な超高分子量成分の主鎖の一端が回転突出ピン６３に拘束され、他端が収容凹部５６の内壁面またはスライド部材５７の表面に拘束されることで、該成分が回転突出ピン６３の回転およびスライド移動に追従して伸長しやすくなるため、該成分を起点にして、前記樹脂部分Ｂ’１，Ｂ’２全体の伸長ひずみが促進される。
【００８４】
プレス成形後、成形型５１が所定温度まで冷却されると型開きを行い、これにより、上記の結晶化により部分的に機械的強度および耐熱性等が高められた樹脂成形品を得ることができる。
【００８５】
この実施形態によれば、結晶性高分子樹脂材の臨界伸長ひずみ速度以上の伸長ひずみを実現するために、主として回転突出ピン６３の高速回転による生じるねじり力が用いられ、所要のねじり力を加えるために必要な回転突出ピン６３の回転速度は、安価なサーボモータ等を用いることで比較的容易かつ確実に得ることができる。したがって、第１及び第２の実施形態と同様、樹脂材の臨界伸長ひずみ速度以上の伸長ひずみ、ひいては高結晶化度での成形を容易かつ確実に実現することができる。
【００８６】
また、本実施形態によれば、第２の実施形態と同様、前記ねじり力に加えて、該ねじり力の回転軸に略平行な方向に沿った引張り力および圧縮力が用いられるため、樹脂材の伸長ひずみ速度を一層高めることができ、該樹脂材の結晶化度をさらに向上させることができる。
【００８７】
なお、第３の実施形態において、回転突出ピン６３の先端面および側面、スライド部材５７の表面、並びに収容凹部５６の内壁面のうち少なくとも１つを、過冷却状態の樹脂材が密着しやすいような凹凸面としてもよく、これにより、該樹脂材が回転突出ピン６３の回転およびスライド移動に追従して伸長しやすくなる。この場合、凹凸面を形成するための構成は限定されるものでなく、例えば、第１の実施形態と同様に複数の突条部を設ける構成、或いは、複数の溝部を形成する構成、シボ加工を施す構成、ブラスト処理を施す構成などが採用され得る。
【００８８】
［第４の実施形態］
図９及び図１０を参照しながら、本発明の第４の実施形態について説明する。なお、第４の実施形態において、第１〜第３の実施形態と同様の構成については詳細な説明を省略する。
【００８９】
図９は、第４の実施形態に係る成形方法で樹脂成形品を成形するために使用される成形装置７０を示す。この成形装置７０は、例えば射出成形により成形された樹脂成形品Ｃを後加工するために使用されるものであり、固定型７２と可動型７３とを有する成形型７１を有する。
【００９０】
固定型７２の成形面７２ａには、例えば円形の収容凹部７６が設けられ、該収容凹部７６には、該収容凹部７６の開放端部を塞ぐようにして、例えば円盤状のスライド部材７７が収容されている。該スライド部材７７には、収容凹部７６の底面部を貫通する支持軸７８の一端が連結されている。該支持軸７８の他端には、スライド部材７７を支持軸７８と共に軸方向にスライド移動させるための図示しない駆動源が連結されている。
【００９１】
一方、可動型７３には、前記収容凹部７６に対向する位置において例えば円形の貫通穴８０が設けられ、該貫通穴８０には回転突出ピン８２が嵌め込まれている。回転突出ピン８２の基端部は、支持軸８２を介して、該回転突出ピン８２を軸方向にスライド移動させながら該軸方向を中心として回転させるための図示しない駆動源に連結されており、回転突出ピン８２の先端部は、軸方向のスライド移動により成形面７３ａから固定型７２側に出没可能となっている。
【００９２】
次に、上記の成形装置７０を用いた樹脂成形品の成形方法について説明する。
【００９３】
図９に示すように、先ず、例えば射出成形により予め成形された例えばシート状の樹脂成形品Ｃを固定型７２の成形面７２ａに載置する。このとき、スライド部材７７の可動型７３側の表面は固定型７２の成形面７２ａと面一となっており、回転突出ピン８２の先端面は可動型７３の成形面７３ａと面一となっている。
【００９４】
樹脂成形品Ｃの材料としては、第１の実施形態と同様の樹脂材料を使用する。また、該樹脂材料には、樹脂成形品Ｃの厚みと同程度か又はそれ以上の長さを有する主鎖を備えた超高分子量成分を添加することが好ましく、これにより、後述の結晶化が起こりやすくなる。あるいは、超高分子量成分の添加に代えて、高分子の末端同士を引き合わせるための官能基（例えば、カルボキシル基と水酸基）を加えることで、互いに引き合わされた複数の高分子からなる擬似的な超高分子量成分を形成してもよく、これによっても同様の効果を得ることができる。
【００９５】
次に、図示しないヒータにより、少なくともスライド部材７７の上方部分において樹脂成形品Ｃを融点以上の温度になるまで加熱する。
【００９６】
続いて、樹脂成形品Ｃの前記加熱部分Ｃ’１が冷却され、融点以下、結晶化温度以上まで温度が低下したとき、すなわち、樹脂成形品Ｃの前記加熱部分Ｃ’１が過冷却状態となるタイミングで、固定型７２の成形面７２ａと可動型７３の成形面７３ａとで樹脂成形品Ｃの前記加熱部分Ｃ’１を挟み込むように可動型７３を型締めする。
【００９７】
また、該型締めと同時に、図示しない前記駆動源によりスライド部材７７を収容凹部７６の底面に向かって該底面に当接するまでスライド移動させつつ、図示しない別の前記駆動源により回転突出ピン８２を高速で回転させながら成形面７３ａから固定型７２側に突出するようにスライド移動させる。このとき、スライド部材７７及び回転突出ピン８２の各スライド移動は、スライド方向における両部材７７，８２の間隔がスライド移動開始時からスライド移動終了時にかけて次第に縮小されるような速度およびタイミングで行う。
【００９８】
このとき、回転突出ピン８２の側面付近の樹脂部分Ｃ’２には、該回転突出ピン８２の回転方向に沿ったねじり力と共に、回転突出ピン８２の軸方向に略平行な方向に沿った引張り力が加えられ、これら両方向への伸長ひずみが生じる。
【００９９】
一方、回転突出ピン８２の先端面とスライド部材７７との間の樹脂部分Ｃ’３には、回転突出ピン８２の回転方向に沿ったねじり力と共に、回転突出ピン８２の軸方向に略平行な方向に沿った圧縮力が加えられ、回転突出ピン８２の回転方向およびせん断方向への伸長ひずみが生じる。
【０１００】
回転突出ピン８２の回転速度と、回転突出ピン８２及びスライド部材７７のスライド移動速度とは、上記の樹脂部分Ｃ’２，Ｃ’３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。ただし、前記樹脂部分Ｃ’２，Ｃ’３の伸長ひずみをもたらす力は、主として前記ねじり力であり、前記引張り力または前記圧縮力は補助的な役割を果たすものであるため、特に回転速度を高速にすることが重要である。
【０１０１】
かかる工程により、前記樹脂部分Ｃ’２，Ｃ’３は臨界伸長ひずみ速度以上の速度で伸長し、絡み合っていた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前記樹脂部分Ｃ’２，Ｃ’３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。
【０１０２】
また、上述のように、予め樹脂材料に、超高分子量成分を添加するか、又は擬似的な超高分子量成分を形成するための官能基を添加しておけば、該超高分子量成分または擬似的な超高分子量成分の主鎖の一端が回転突出ピン８２に拘束され、他端が収容凹部７６の内壁面またはスライド部材７７の表面に拘束されることで、該成分が回転突出ピン８２の回転およびスライド移動に追従して伸長しやすくなるため、該成分を起点にして、前記樹脂部分Ｃ’２，Ｃ’３全体の伸長ひずみが促進される。
【０１０３】
プレス成形後、成形型７１が所定温度まで冷却されると型開きを行い、これにより、上記の結晶化により部分的に機械的強度および耐熱性等が高められた樹脂成形品Ｃを得ることができる。
【０１０４】
この実施形態によれば、結晶性高分子樹脂材の臨界伸長ひずみ速度以上の伸長ひずみを実現するために、主として回転突出ピン８２の高速回転による生じるねじり力が用いられ、所要のねじり力を加えるために必要な回転突出ピン８２の回転速度は、安価なサーボモータ等を用いることで比較的容易かつ確実に得ることができる。したがって、第１〜第３の実施形態と同様、樹脂材の臨界伸長ひずみ速度以上の伸長ひずみ、ひいては高結晶化度での成形を容易かつ確実に実現することができる。
【０１０５】
また、本実施形態によれば、第２及び第３の実施形態と同様、前記ねじり力に加えて、該ねじり力の回転軸に略平行な方向に沿った引張り力および圧縮力が用いられるため、樹脂材の伸長ひずみ速度を一層高めることができ、該樹脂材の結晶化度をさらに向上させることができる。
【０１０６】
なお、第４の実施形態において、回転突出ピン８２の先端面および側面、スライド部材７７の表面、並びに収容凹部７６の内壁面のうち少なくとも１つを、過冷却状態の樹脂材が密着しやすいような凹凸面としてもよく、これにより、該樹脂材が回転突出ピン８２の回転およびスライド移動に追従して伸長しやすくなる。この場合、凹凸面を形成するための構成は限定されるものでなく、例えば、第１の実施形態と同様に複数の突条部を設ける構成、或いは、複数の溝部を形成する構成、シボ加工を施す構成、ブラスト処理を施す構成などが採用され得る。
【０１０７】
［第５の実施形態］
図１１〜図１７を参照しながら、本発明の第５の実施形態について説明する。なお、第５の実施形態において、第１〜第４の実施形態と同様の構成については詳細な説明を省略する。また、図１１〜図１７において、第１の実施形態と同様の機能を有する部材には同符号を付してある。
【０１０８】
図１１は、第５の実施形態に係る成形方法で樹脂成形品を成形するために使用される成形装置９０を示す。この成形装置９０は、固定型９２と可動型９３とを有する成形型９１と、固定型９２と可動型９３とで囲まれたキャビティ９５に樹脂の融液を射出する射出装置１６とを有する。
【０１０９】
成形型９１の固定型９２には、前記キャビティ９５を構成する面すなわち成形面９２ａと外部への露出面９２ｂとに通じる射出通路９８が設けられており、該射出通路９８を通して、射出装置１６から射出された融液がキャビティ９５に導かれるようになっている。また、固定型９２の成形面９２ａには、後述の回転体１００との干渉を避けるための凹部９６が設けられている。
【０１１０】
一方、可動型９３の成形面は、固定型９２の成形面９２ａとの対向面９３ａと、該対向面９３ａの周縁から固定型９２の成形面９２ａの周縁に向かって延びる筒状内周面９３ｂとを有する。該筒状内周面９３ｂには、該筒状内周面９３ｂの軸方向に延びる複数の突条部１０４が設けられている。図１２に示すように、該突条部１０４は筒状内周面９３ｂの全周に亘って隙間無く列設されており、各突条部１０４は例えば断面三角形状に形成されている。このようにして突条部１０４が設けられていることにより筒状内周面９３ｂは全体として凹凸面となっているため、該筒状内周面９３ｂに、後述のように過冷却状態となることで粘性が大きくなったキャビティ９５内の樹脂材が密着しやすいようになっている。
【０１１１】
ただし、突条部１０４の延出方向、配置及び断面形状は上記構成に限定されるものでなく、例えば、突条部１０４は、筒状内周面９３ｂの軸方向に対して傾斜した方向に延設されてもよい。また、筒状内周面９３ｂを凹凸面とするための構成として、突条部１０４を設ける構成以外の構成を採用してもよく、例えば、筒状内周面９３ｂに複数の溝を形成したり、シボ加工を施したり、ブラスト処理を施したりすることにより、筒状内周面９３ｂに凹凸を形成するようにしてもよい。
【０１１２】
また、図１１に示すように、可動型９３の前記対向面９３ａには、円盤状の回転体１００が回転可能に取り付けられており、これにより、キャビティ９５は、該回転体１００を囲むリング状の空間となっている。型締めした状態において、回転体１００の大部分は、固定型９２の前記凹部９６に収容されるようになっている。
【０１１３】
回転体１００の中央部には、例えば図示しないモータ等の駆動源に駆動連結された回転軸１０８の先端部が連結されており、前記駆動源により回転軸１０８が回転駆動されると、該回転軸１０８と共に、該回転軸１０８を中心として回転体１００が回転駆動されるようになっている。なお、回転軸１０８は、可動型９３を貫通して設けられている。
【０１１４】
図１１に示すように、射出装置１６の構成は第１の実施形態と同様である。該射出装置１６のシリンダ１６ａは、固定型９２に設けられた前記射出通路９８の一端に吐出口１６ｃが接続されるように、固定型９２に取り付けられている。
【０１１５】
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１２０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。
【０１１６】
発泡剤供給ユニット１２０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１２２と、該ボンベ１２２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１２４と、該生成装置１２４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１２６とを備えている。この供給ノズル１２６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９１のキャビティ９５に射出される。
【０１１７】
ただし、本実施形態では、物理発泡剤に代えて、化学発泡剤を用いるようにしてもよく、この場合、化学発泡剤は、ホッパ１６ｂを通してシリンダ１６ａ内に供給される。
【０１１８】
樹脂材料としては、第１の実施形態と同様の樹脂材料Ａを使用する。また、該樹脂材料には、回転体１００の外周面と前記筒状内周面９３ｂとの間の間隔以上の長さを有する主鎖を備えた超高分子量成分を添加することが好ましく、これにより、後述の結晶化が起こりやすくなる。あるいは、超高分子量成分の添加に代えて、高分子の末端同士を引き合わせるための官能基（例えば、カルボキシル基と水酸基）を加えることで、互いに引き合わされた複数の高分子からなる擬似的な超高分子量成分を形成してもよく、これによっても同様の効果を得ることができる。
【０１１９】
次に、上記の成形装置９０を用いた樹脂成形品の成形方法について説明する。
【０１２０】
図１１に示すように、先ず、図示しない成形型開閉装置により成形型９１を型締めする。また、これと並行して、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融液Ａ’を得るとともに、発泡剤供給ユニット１２０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。
【０１２１】
次に、図１３に示すように、射出工程として、射出装置１６により、前記融液Ａ’をキャビティ９５内に射出して充填させる。
【０１２２】
続いて、図１４に示すように、第１のコアバック工程として、キャビティ９５’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る直前、即ち、該融液Ａ’が過冷却状態になる直前のタイミングで、図１４に示すように、図示しない成形型開閉装置を作動させて可動型９３を固定型９２から離間する方向へコアバックさせる。これにより、キャビティ９５’の容積は増大し、キャビティ９５’内の高分子樹脂は発泡しながら成形される。
【０１２３】
また、この第１のコアバック工程中において、キャビティ９５内の融液Ａ’がさらに冷却されて過冷却状態となるタイミングで、図１５に示すように、第１の結晶化工程として、図示しない駆動源により回転軸１０８と共に回転体１００を高速で回転駆動する。これにより、キャビティ９５内の融液Ａ’に、回転体１００の回転方向に沿ったねじり力が加えられ、該回転方向に沿った伸長ひずみが生じる。
【０１２４】
この回転体１００の回転速度は、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、この回転体１００の回転により、融液Ａ’は臨界伸長ひずみ速度以上の速度で伸長し、絡み合っていた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る。なお、この結晶化は極めて短時間で起こるため、回転体１００の回転駆動時間は極めて短くてよい。
【０１２５】
また、上述のように、予め樹脂材料Ａに、超高分子量成分を添加するか、又は擬似的な超高分子量成分を形成するための官能基を添加しておけば、該超高分子量成分または擬似的な超高分子量成分の主鎖の一端が回転体１００の外周面に拘束され、他端が前記筒状内周面９３ｂに拘束されることで、該成分が回転体１００の回転に追従して伸長しやすくなるため、該成分を起点にして、融液Ａ’全体の伸長ひずみが促進される。
【０１２６】
さらに、回転体１００の回転駆動時において、キャビティ９５内の融液Ａ’には、可動型９３のコアバックに伴って、該コアバック方向の引張り力が加えられるため、回転体１００の回転方向への伸長ひずみだけでなく、回転体１００の軸方向に略平行な方向への伸長ひずみも生じる。よって、融液Ａ’の伸長ひずみが一層促進される。
【０１２７】
第１の結晶化工程の完了時においてキャビティ９５内で結晶化された樹脂Ａ’４の厚みが所定厚さに達していなければ、引き続き、図１６に示すように、第２のコアバック工程を実行する。この第２のコアバック工程では、シリンダ１６ａからキャビティ９５への射出と、可動型９３のコアバックとを並行して行い、このコアバック中において、キャビティ９５内の融液Ａ’５が冷却されて過冷却状態になるタイミングで、図１７に示すように、第２の結晶化工程として、再び回転体１００を高速で回転駆動する。これにより、第２のコアバック工程で新たにキャビティ９５内に供給された融液Ａ’５には、回転体１００の回転方向に沿ったねじり力が加えられることにより、該回転方向への伸長ひずみが生じるとともに、コアバックに伴う引張り力も加えられていることにより、コアバック方向への伸長ひずみも生じる。したがって、第１の結晶化工程と同様、融液Ａ’５は、臨界伸長ひずみ速度以上の速度で伸長し、短時間で且つ極めて高い割合で結晶化する。
【０１２８】
こうした一連の工程を繰り返し行うことにより、キャビティ９５内で結晶化した樹脂Ａ’４，Ａ’５，・・・の厚みが所定厚さに達すると、成形型９１が所定温度まで冷却された後に型開きを行い、これにより、機械的強度および耐熱性等に優れた高結晶化度の樹脂成形品を得ることができる。
【０１２９】
この実施形態によれば、結晶性高分子樹脂材の臨界伸長ひずみ速度以上の伸長ひずみを実現するために、回転体１００の高速回転による生じるねじり力が用いられ、所要のねじり力を加えるために必要な回転体１００の回転速度は、安価なサーボモータ等を用いることで比較的容易かつ確実に得ることができる。したがって、第１〜第４の実施形態と同様、樹脂材の臨界伸長ひずみ速度以上の伸長ひずみ、ひいては高結晶化度での成形を容易かつ確実に実現することができる。
【０１３０】
また、本実施形態によれば、第２〜第４の実施形態と同様、前記ねじり力に加えて、該ねじり力の回転軸に略平行な方向に沿った引張り力が用いられるため、樹脂材の伸長ひずみ速度を一層高めることができ、該樹脂材の結晶化度をさらに向上させることができる。
【０１３１】
さらに、上記の射出工程、コアバック工程および結晶化工程は単一の成形装置９０を用いて連続して実行されるため、高結晶化度の樹脂成形品を効率的に生産することができる。
【０１３２】
さらにまた、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。
【０１３３】
［第６の実施形態］
図１８を参照しながら、本発明の第６の実施形態について説明する。なお、第６の実施形態において、第１〜第５の実施形態と同様の構成については詳細な説明を省略する。
【０１３４】
図１８は、第６の実施形態に係る成形方法で樹脂成形品を成形するために使用される成形装置１３０を示す。この成形装置１３０は、固定型１３２と可動型１３３とを有するプレス成形用の成形型１３１を有する。
【０１３５】
可動型１３３は、支持軸１３８を介して図示しない駆動源に連結されており、該駆動源により、支持軸１３８の軸方向を中心として回転しながらプレス方向に移動するように駆動されるようになっている。
【０１３６】
固定型１３２の成形面１３２ａと、可動型１３３の成形面１３３ａとには、それぞれ複数の突条部１３４，１３６が設けられている。これらの突条部１３４，１３６は、例えば、断面三角形状に形成され、各成形面１３２ａ，１３３ａの中心から放射状に延設されている。各成形面１３２ａ，１３３ａは、突条部１３４，１３６が設けられていることにより全体として凹凸面となっているため、該成形面１３４，１３６に、後述のように過冷却状態となることで粘性が大きくなった樹脂材が密着しやすいようになっている。
【０１３７】
ただし、突条部１３４，１３６の延出方向、配置及び断面形状は上記構成に限定されるものでない。また、各成形面１３２ａ，１３３ａを凹凸面とするための構成として、突条部１３４，１３６を設ける構成以外の構成を採用してもよく、例えば、成形面１３２ａ，１３３ａに複数の溝を形成したり、シボ加工を施したり、ブラスト処理を施したりすることにより、成形面１３２ａ，１３３ａに凹凸を形成するようにしてもよい。
【０１３８】
次に、上記の成形装置１３０を用いた樹脂成形品の成形方法について説明する。
【０１３９】
図１８に示すように、先ず、固定型１３２の成形面１３２ａにシート状の樹脂材料Ｄを載置する。該樹脂材料Ｄとしては、第１の実施形態と同様の樹脂材料を使用する。また、該樹脂材料には、該材料の厚みと同程度か又はそれ以上の長さを有する主鎖を備えた超高分子量成分を添加することが好ましく、これにより、後述の結晶化が起こりやすくなる。あるいは、超高分子量成分の添加に代えて、高分子の末端同士を引き合わせるための官能基（例えば、カルボキシル基と水酸基）を加えることで、互いに引き合わされた複数の高分子からなる擬似的な超高分子量成分を形成してもよく、これによっても同様の効果を得ることができる。
【０１４０】
次に、図示しないヒータにより、樹脂材料Ｄを融点以上の温度になるまで加熱する。ただし、シート状の樹脂材料Ｄを予め加熱した後に固定型１３２の成形面１３２ａに載置するようにしてもよい。
【０１４１】
続いて、樹脂材料Ｄが冷却され、融点以下、結晶化温度以上まで温度が低下したとき、すなわち、樹脂材料Ｄが過冷却状態となるタイミングで、可動型１３３を回転させながら型締めしてプレス成形する。
【０１４２】
これにより、樹脂材料Ｄには、可動型１３３の回転方向に沿ったねじり力が加えられ、該回転方向への伸長ひずみが生じる。
【０１４３】
可動型１３３の回転速度は、樹脂材料Ｄ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。これにより、樹脂材料Ｄは臨界伸長ひずみ速度以上の速度で伸長し、絡み合っていた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樹脂材料Ｄ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。
【０１４４】
また、上述のように、予め樹脂材料Ｄに、超高分子量成分を添加するか、又は擬似的な超高分子量成分を形成するための官能基を添加しておけば、該超高分子量成分または擬似的な超高分子量成分の主鎖の一端が固定型１３２の成形面１３２ａに拘束され、他端が可動型１３３の成形面１３３ａに拘束されることで、該成分が可動型１３３の回転に追従して伸長しやすくなるため、該成分を起点にして、樹脂材料Ｄ全体の伸長ひずみが促進される。
【０１４５】
プレス成形後、成形型１３１が所定温度まで冷却されると型開きを行い、これにより、上記の結晶化により機械的強度および耐熱性等が高められた樹脂成形品を得ることができる。
【０１４６】
この実施形態によれば、結晶性高分子樹脂材の臨界伸長ひずみ速度以上の伸長ひずみを実現するために、可動型１３３の高速回転による生じるねじり力が用いられ、所要のねじり力を加えるために必要な可動型１３３の回転速度は、安価なサーボモータ等を用いることで比較的容易かつ確実に得ることができる。したがって、第１〜第５の実施形態と同様、樹脂材の臨界伸長ひずみ速度以上の伸長ひずみ、ひいては高結晶化度での成形を容易かつ確実に実現することができる。
【０１４７】
以上、第１〜第６の実施形態に係る各成形方法は、樹脂製のあらゆる部品又は部品の一部の成形に適用することができ、具体的には、例えば、種々の自動車部品のボス部または締結座面部、あるいは、スペアタイヤカバー又はスペアタイヤパン等の成形に好適に適用される。
【０１４８】
また、本発明については、以上の実施形態を挙げて説明したが、本発明は、成形型内において過冷却状態の結晶性高分子樹脂材にねじり力を加えることにより、該樹脂材を臨界伸長ひずみ速度以上のひずみ速度で伸長させて結晶化させるように成形する構成であれば、上述の実施形態に限定されるものではない。
【０１４９】
さらに、上述した実施形態以外のいかなる実施形態においても、樹脂材を臨界伸長ひずみ速度以上のひずみ速度で伸長させる際、前記ねじり力と共に、該ねじり力の回転軸に略平行な方向に沿った引張り力または圧縮力の少なくとも一方を加えるようにすることが好ましく、これにより、樹脂材を一層効果的に伸長させることができる。
【実施例】
【０１５０】
最後に、上記第１の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。
【０１５１】
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第１の実施形態に係る成形装置１０と同様の装置を用い、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。
【０１５２】
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、型締めした成形型のキャビティに、射出装置のシリンダから約１３４ｃｍ３の前記結晶性高分子樹脂材料の融液をゆっくり射出して充填した。その後、該融液の温度が約１６０℃に低下するまで約１０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。
【０１５３】
前記約１０秒間の待機が完了したとき、前記回転体２０を６００ｒｐｍで回転させた。その後、型温度が８０℃以下になるまで冷却した後、型開きし、板厚約３ｍｍの樹脂成形品を取り出した。
【０１５４】
この成形品の中央部分の強度を測定したところ、該成形品が所望の高い機械的強度を備えていることを確認できた。
【産業上の利用可能性】
【０１５５】
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を有するため、そのような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】
【０１５６】
１０，３０，５０，７０，９０，１３０：成形装置、１１，５１，７１，９１，１３１：成形型、２０，１００：回転体、３４，５７，７７：スライド部材、４２，６３，８２：回転突出ピン、１３２：固定型、１３３：可動型。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形型内において、温度が融点以下、結晶化温度以上である結晶性高分子樹脂材にねじり力を加えることにより、該樹脂材を、臨界伸長ひずみ速度以上のひずみ速度で伸長させ、配向融液状態を経て結晶化させるように成形することを特徴とする樹脂成形品の成形方法。
【請求項２】
前記樹脂材を臨界伸長ひずみ速度以上のひずみ速度で伸長させる際、前記ねじり力と共に、該ねじり力の回転軸に略平行な方向に沿った引張り力または圧縮力の少なくとも一方を加え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】
前記樹脂材は汎用プラスチック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３に記載の樹脂成形品の成形方法。
【請求項１】
成形型内において、温度が融点以下、結晶化温度以上である結晶性高分子樹脂材にねじり力を加えることにより、該樹脂材を、臨界伸長ひずみ速度以上のひずみ速度で伸長させ、配向融液状態を経て結晶化させるように成形することを特徴とする樹脂成形品の成形方法。
【請求項２】
前記樹脂材を臨界伸長ひずみ速度以上のひずみ速度で伸長させる際、前記ねじり力と共に、該ねじり力の回転軸に略平行な方向に沿った引張り力または圧縮力の少なくとも一方を加え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】
前記樹脂材は汎用プラスチック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３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１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１３−２８０２０（Ｐ２０１３−２８０２０Ａ）
【公開日】平成２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６４４７６（Ｐ２０１１−１６４４７６）
【出願日】平成２３年７月２７日（２０１１．７．２７）
【出願人】（０００００３１３７）マツダ株式会社 (6,115)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２７日（２０１１．７．２７）
【出願人】（０００００３１３７）マツダ株式会社 (6,115)
【Ｆターム（参考）】
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