樹脂成形方法
【課題】ゴム型を用いて熱可塑性樹脂の成形を行う場合に、樹脂成形品の形状、表面精度等の品質を効果的に向上させることができる樹脂成形方法を提供すること。
【解決手段】樹脂成形方法は、ゴム材料からなるゴム型２のキャビティ２２内に、粒子状態の熱可塑性樹脂６Ａを投入する投入工程と、ゴム型２を介してキャビティ２２内における粒子状態の熱可塑性樹脂６Ａに、０．７８〜２μｍの波長領域を含む電磁波を照射し、この粒子状態の熱可塑性樹脂６Ａを加熱して溶融させる粒子加熱工程と、キャビティ２２において残された空間２２０に、溶融状態の熱可塑性樹脂６を充填する充填工程と、キャビティ２２内の熱可塑性樹脂６を冷却して樹脂成形品を得る冷却工程とを含む。
【解決手段】樹脂成形方法は、ゴム材料からなるゴム型２のキャビティ２２内に、粒子状態の熱可塑性樹脂６Ａを投入する投入工程と、ゴム型２を介してキャビティ２２内における粒子状態の熱可塑性樹脂６Ａに、０．７８〜２μｍの波長領域を含む電磁波を照射し、この粒子状態の熱可塑性樹脂６Ａを加熱して溶融させる粒子加熱工程と、キャビティ２２において残された空間２２０に、溶融状態の熱可塑性樹脂６を充填する充填工程と、キャビティ２２内の熱可塑性樹脂６を冷却して樹脂成形品を得る冷却工程とを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ゴム型のキャビティ内に熱可塑性樹脂を充填して樹脂成形品を得る樹脂成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱可塑性樹脂を用いて所定形状の樹脂成形品を得る方法としては、一般的には、射出成形、ブロー成形、押出成形、プレス成形等の種々の成形方法がある。
これに対し、特に特許文献１においては、ゴム製の成形型を用いて、熱可塑性樹脂からなる樹脂成形品を真空注型法により成形する際に、成形型に対して熱可塑性樹脂を選択的に加熱することができる樹脂成形方法が開示されている。この樹脂成形方法においては、成形型のキャビティ内に溶融状態の熱可塑性樹脂を充填する際に、０．７８〜２μｍの波長領域を含む電磁波を、成形型を介して熱可塑性樹脂に照射し、成形型を構成するゴムと熱可塑性樹脂との物性の違いにより、ゴム製の成形型に比べて、熱可塑性樹脂を積極的に加熱することができる。
【０００３】
しかしながら、ゴム製の成形型を用いて熱可塑性樹脂の成形を行う際に、樹脂成形品の形状、表面精度等の品質を向上させるためには更なる工夫が必要とされる場合がある。特に、成形する樹脂成形品が大型、薄肉等の形状である場合、又は成形に用いる熱可塑性樹脂材料の粘度が高い場合等には、成形型のキャビティへの充填がより難しくなり、上記品質を向上させるための工夫がより必要とされることがある。
【０００４】
また、例えば、特許文献２においては、金型の型面に粉末状のパウダースラッシュ材料を所望の厚さで付着溶融させ、その後、この材料を冷却させて型面に樹脂成形品を付着成形するパウダースラッシュ成形法が開示されている。しかしながら、特許文献２においては、本願の課題とする、ゴム製の成形型に対して熱可塑性樹脂を充填する場合に樹脂の充填圧力を高くできないという問題点がなく、上記品質を向上させるための工夫は何らなされていない。
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２１６４４７号公報
【特許文献２】特開２０００−２５４９３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、ゴム型を用いて熱可塑性樹脂の成形を行う場合に、樹脂成形品の形状、表面精度等の品質を効果的に向上させることができる樹脂成形方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、ゴム材料からなるゴム型のキャビティ内に、粒子状態の熱可塑性樹脂を投入する投入工程と、
上記ゴム型を介して上記キャビティ内における上記粒子状態の熱可塑性樹脂に、０．７８〜２μｍの波長領域を含む電磁波を照射し、該粒子状態の熱可塑性樹脂を加熱して溶融させる粒子加熱工程と、
上記キャビティにおいて残された空間に、溶融状態の熱可塑性樹脂を充填する充填工程と、
上記キャビティ内の熱可塑性樹脂を冷却して樹脂成形品を得る冷却工程とを含むことを特徴とする樹脂成形方法にある（請求項１）。
【０００８】
本発明の樹脂成形方法においては、ゴム型に熱可塑性樹脂を充填して樹脂成形品を成形するに当たり、粒子状態の熱可塑性樹脂と溶融状態の熱可塑性樹脂とを用いる。
具体的には、まず、投入工程として、ゴム型のキャビティ内に、粒子状態の熱可塑性樹脂を投入する。このとき、粒子は、キャビティのほぼ全体に充填することができ、またキャビティの一部に充填することもできる。
【０００９】
次いで、粒子加熱工程として、ゴム型を介してキャビティ内における粒子状態の熱可塑性樹脂に、０．７８〜２μｍの波長領域を含む電磁波を照射する。このとき、ゴム型を構成するゴム材料と粉末状態の熱可塑性樹脂との物性の違いにより、ゴム型に比べて、粒子状態の熱可塑性樹脂を選択的に加熱することができる（熱可塑性樹脂の加熱量を多くすることができる）。これにより、ゴム型の温度上昇を抑制して、粒子状態の熱可塑性樹脂を溶融させることができる。そして、キャビティ内には、粒子状態の熱可塑性樹脂が溶融することによって、新たに熱可塑性樹脂を充填するための空間が形成される。
【００１０】
次いで、充填工程として、キャビティにおいて残された空間に、溶融状態の熱可塑性樹脂を充填する。このとき、ゴム型のキャビティ内の鉛直方向下側に位置する部分には、上記粒子状態の熱可塑性樹脂を溶融させた熱可塑性樹脂が充填されており、新たに充填する溶融状態の熱可塑性樹脂の充填量を少なくすることができる。
これにより、充填圧力をあまり高くすることなくキャビティの全体へ熱可塑性樹脂を充填することができ、ゴム型の変形及び開きを効果的に抑制することができる。そのため、ゴム型における分割面（パーティング面）からの樹脂漏れを防止することができ、冷却工程によって樹脂成形品を得たときには、この樹脂成形品の形状、表面精度等の品質を効果的に向上させることができる。
【００１１】
それ故、本発明の樹脂成形方法によれば、ゴム型を用いて熱可塑性樹脂の成形を行う場合に、樹脂成形品の形状、表面精度等の品質を効果的に向上させることができる。また、本発明による効果は、成形する樹脂成形品が大型、薄肉等の形状である場合、又は成形に用いる熱可塑性樹脂の粘度が高い場合等に特に顕著に発揮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
上述した本発明における好ましい実施の形態につき説明する。
本発明において、上記粒子状態の熱可塑性樹脂とは、例えば、平均粒径が数百μｍ程度の微粒子（粉体）から、平均粒径が数ｍｍ程度の粒子まで、広く粒子状態のものをいう。
また、上記０．７８〜２μｍの波長領域を含む電磁波により、ゴム型に比べて、熱可塑性樹脂を選択的に加熱することができる理由としては、以下のように考える。
すなわち、ゴム型の表面に照射された０．７８〜２μｍの波長領域を含む電磁波は、ゴム型に吸収される割合に比べて、ゴム型を透過して熱可塑性樹脂に吸収される割合が多いと考える。そのため、０．７８〜２μｍの波長領域を含む電磁波による光のエネルギーが熱可塑性樹脂に優先的に吸収されて、熱可塑性樹脂を選択的に加熱することができると考える。
【００１３】
また、上記ゴム型を介して上記熱可塑性樹脂に照射する電磁波としては、波長が０．７８〜２μｍの領域の電磁波だけでなく、これ以外の領域の電磁波も含まれていてもよい。この場合において、ゴム型を介して熱可塑性樹脂に照射する電磁波又は透過電磁波は、波長が０．７８〜２μｍの領域の電磁波を、これ以外の領域の電磁波よりも多く含むことが好ましい。
また、上記熱可塑性樹脂の加熱に、波長が０．７８〜２μｍの領域の電磁波を用いる理由は、この波長の領域の電磁波は、ゴム型を透過し易い性質を有する一方、熱可塑性樹脂に吸収され易い性質を有するためである。
【００１４】
また、上記電磁波は、０．７８〜２μｍの波長領域に強度のピークを有していることが好ましい。この場合には、電磁波発生手段等の電磁波発生源として、出射する電磁波の波長に所定の分布特性を有するハロゲンヒータ、赤外線ランプ等を用いることができる。
【００１５】
また、上記粒子状態の熱可塑性樹脂と上記溶融状態の熱可塑性樹脂とには、同じ組成を有するものを用いることが好ましい（請求項２）。
この場合には、冷却工程において、キャビティ内に充填した熱可塑性樹脂を冷却して樹脂成形品を成形したときには、成形後の樹脂成形品において、粒子状態の熱可塑性樹脂と溶融状態の熱可塑性樹脂とを用いて成形したことによる境界面が形成されることを防止することができる。
なお、上記粒子状態の熱可塑性樹脂と上記溶融状態の熱可塑性樹脂とには、意図的に異なる組成、配色を有するものを用いることもできる。この場合には、上記品質を効果的に向上させて、２色成形品としての樹脂成形品を成形することができる。
【００１６】
また、上記投入工程の後上記充填工程を行う前には、上記キャビティにおいて残された空間を真空状態にする真空工程を行うことが好ましい（請求項３）。
この場合には、真空工程を行うことによって、キャビティ内への溶融状態の熱可塑性樹脂の充填を一層容易に行うことができると共に、気泡のない外観に優れた樹脂成形品を容易に得ることができる。
なお、真空工程は、粒子加熱工程中、又は粒子加熱工程の前後に行うことができる。
また、真空状態とは、絶対真空の状態のみを意味するのではなく、大気圧状態に対する減圧状態のこともいう。
【００１７】
また、上記充填工程においては、上記溶融状態の熱可塑性樹脂を０．５〜５ＭＰａの射出圧力で、上記キャビティにおいて残された空間に充填することが好ましい（請求項４）。
この場合には、射出圧力が適切であり、上記所定の射出圧力でキャビティ内へ熱可塑性樹脂の充填を行う際においても、ゴム型の変形及び開きを効果的に抑制して、形状、表面精度等の品質を向上させた樹脂成形品を得ることができる。なお、ゴム型のキャビティの全体にほぼ均一に熱可塑性樹脂を充填するためには、射出圧力が０．５ＭＰａ以上であることが好ましく、ゴム型の変形及びゴム型のキャビティからの樹脂漏れを防ぐためには、射出圧力は５ＭＰａ以下であることが好ましい。
【００１８】
また、上記粒子状態の熱可塑性樹脂は、嵩密度が０．４ｇ／ｃｍ3以上であることが好ましい（請求項５）。
この場合には、粒子加熱工程において、上記０．７８〜２μｍの波長領域を含む電磁波によって粒子状態の熱可塑性樹脂を加熱する際に、この熱可塑性樹脂を加熱する速度が大きくなりすぎて、この熱可塑性樹脂に焦げ付き等の不具合が生じることを防止することができる。
【００１９】
また、粒子状態の熱可塑性樹脂の粒径が小さいときには、嵩密度が小さくなると考えられる。そして、嵩密度が０．４ｇ／ｃｍ3未満になるほど粒子状態の熱可塑性樹脂の粒径が小さいときには、上記焦げ付き等の不具合が生じるおそれがある。
また、粒子状態の熱可塑性樹脂は、粒径がほぼ揃ったものとすることができ、平均粒径又は粒度分級の異なる複数種類の粒子を混合したものとすることもできる。
また、粒子状態の熱可塑性樹脂は、嵩密度を大きくするために球形状に近いものを用いることが好ましい。
【００２０】
粒子状態の熱可塑性樹脂としては、熱可塑性樹脂のペレットを冷凍粉砕して作り出したものを用いることができる。冷凍粉砕によれば、種々の粒径の粒子状態の熱可塑性樹脂を作り出すことができる。また、粒子状態の熱可塑性樹脂としては、押出機の先端に細口径のダイスを取り付けて、いわゆる水中カット方式で作り出したものを用いることもできる。この押出水中カット方式によれば、１ｍｍ程度の粒子（粒子状態の熱可塑性樹脂）を簡単かつ安価に作り出すことができる。
【００２１】
また、粒子状態の熱可塑性樹脂の嵩密度と、上記電磁波を照射したときの熱可塑性樹脂の温度上昇速度との間には、反比例する関係があると考える。そして、嵩密度が小さくなると温度上昇速度が大きくなる一方で、嵩密度が大きくなると温度上昇速度が小さくなると考える。そのため、嵩密度が０．４ｇ／ｃｍ3未満になると、温度上昇速度が大きくなって粒子状態の熱可塑性樹脂に焦げ付き等の不具合が生じるおそれがある。具体的には、粒子状態の熱可塑性樹脂における電磁波の照射側に焦げ付きが生じる場合がある。一方、温度上昇速度が小さくなりすぎると、上記電磁波の照射時間を長くする必要が生じてゴム型に焦げ付き等の不具合が生じるおそれがある。そのため、粒子状態の熱可塑性樹脂の嵩密度は０．８ｇ／ｃｍ3以下とすることができる。
【００２２】
また、上記充填工程においては、上記ゴム型を介して上記キャビティ内の熱可塑性樹脂に、０．７８〜２μｍの波長領域を含む電磁波を照射して、該熱可塑性樹脂を加熱することが好ましい（請求項６）。
この場合には、充填工程において、キャビティ内に溶融状態の熱可塑性樹脂を充填する際に、ゴム型に比べて熱可塑性樹脂を選択的に加熱することができ、熱可塑性樹脂の粘度を低く維持することができる。これにより、樹脂成形品の形状、表面精度等の品質をより効果的に向上させることができる。
【００２３】
また、上記粒子加熱工程及び上記充填工程においては、０．７８〜４μｍの波長領域を含む電磁波を出射する電磁波発生手段と、波長が２μｍを超える電磁波の透過量を減少させるフィルターとを用い、上記電磁波発生手段から出射させた上記電磁波を上記フィルターを透過させ、該フィルターを透過させた後の透過電磁波を、上記ゴム型を介して上記キャビティ内における上記熱可塑性樹脂に照射して、該熱可塑性樹脂を加熱することが好ましい（請求項７）。
【００２４】
この場合には、粒子加熱工程及び充填工程においては、電磁波発生手段から０．７８〜４μｍの波長領域を含む電磁波を出射し、フィルターを透過させた後の透過電磁波を、ゴム型を介して熱可塑性樹脂に照射することができる。そして、電磁波発生手段から出射された電磁波の中には、波長が２μｍを超える電磁波も含まれているが、フィルターを用いたことにより、波長が２μｍを超える電磁波は、ゴム型にできるだけ照射させないようにすることができる。これにより、ゴム型のキャビティ内に充填された熱可塑性樹脂には、波長が２μｍ以下の近赤外線（電磁波）を効果的に照射させることができる。そのため、波長が２μｍ以下の近赤外線により、ゴム型をあまり加熱することなく、熱可塑性樹脂を効果的に加熱することができる。
【００２５】
また、フィルターは、石英ガラス等のガラスから構成することができ、容器又は通路内に充填した水によって構成することもできる。水によってフィルターを構成する場合には、この水を循環又は入替可能にすることができ、電磁波の照射によって温度が上昇した水を適宜入れ替えて、フィルターの温度上昇を効果的に抑制することができる。
【００２６】
また、上記ゴム型に用いるシリコーンゴムの硬度は、ＪＩＳ−Ａ規格測定において２５〜８０であることが好ましい。
また、上記熱可塑性樹脂は、ＡＢＳ樹脂（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン樹脂）、ＡＥＳ樹脂（アクリロニトリル・エチレン−プロピレン−ジエン・スチレン樹脂）、ＡＳＡ樹脂（アクリレート・スチレン・アクリロニトリル樹脂）等のＡＢＳ系樹脂であることが好ましい。この場合には、上記電磁波により、ゴム型をほとんど加熱することなく上記ＡＢＳ系樹脂を選択的に加熱することができる。
【００２７】
また、上記投入工程における上記粒子状態の熱可塑性樹脂と、上記充填工程における上記溶融状態の熱可塑性樹脂とは、いずれも非晶性樹脂であることが好ましい（請求項８）。
ところで、結晶性熱可塑性樹脂の冷却速度が遅い場合、冷却中に結晶性が高くなることがあり、これによって、樹脂成形品の寸法精度が低下したり、樹脂成形品の耐衝撃性が低下したりすることがある。これに対し、熱可塑性樹脂を非晶性樹脂にしたことにより、上記樹脂成形品の寸法精度の低下及び耐衝撃性の低下等を防止することができる。
【００２８】
非晶性樹脂としては、例えば、スチレン・アクリロニトリル共重合体、スチレン・無水マレイン酸共重合体、スチレン・メタクリル酸メチル共重合体等のスチレン系樹脂、ＡＢＳ樹脂（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン樹脂）、ＡＥＳ樹脂（アクリロニトリル・エチレン−プロピレン−ジエン・スチレン樹脂）、ＡＳＡ樹脂（アクリレート・スチレン・アクリロニトリル樹脂）、ＨＩＰＳ樹脂（ハイインパクトポリスチレン樹脂、特にブタジエンを含有するもの）、変性ポリフェニレンエーテル等のゴム変性熱可塑性樹脂、又はポリメタクリル酸メチル、ポリカーボネート樹脂（ＰＣ）、ＰＣ／ゴム変性熱可塑性樹脂アロイ等を用いることができる。その中でも、特にゴム変性熱可塑性樹脂を用いることが好ましい。
【００２９】
また、ゴム変性熱可塑性樹脂としては、特に限定されないが、ゴム質重合体の存在下にビニル系単量体をグラフト重合させた重合体を１種又は２種以上含むものが好ましい。
上記ゴム質重合体としては、特に限定されないが、ポリブタジエン、ブタジエン・スチレン共重合体、ブタジエン・アクリロニトリル共重合体、エチレン・プロピレン共重合体、エチレン・プロピレン・非共役ジエン共重合体、エチレン・ブテン−１共重合体、エチレン・ブテン−１・非共役ジエン共重合体、アクリルゴム、シリコーンゴム等が挙げられ、これらは１種単独で、又は２種以上を組み合わせて用いることができる。
上記ゴム質重合体としては、ポリブタジエン、ブタジエン・スチレン共重合体、エチレン・プロピレン共重合体、エチレン・プロピレン・非共役ジエン共重合体、アクリルゴムを用いることが好ましい。
【００３０】
また、上記投入工程における上記粒子状態の熱可塑性樹脂と、上記充填工程における上記溶融状態の熱可塑性樹脂とは、いずれもゴム強化スチレン系樹脂であることが好ましい（請求項９）。
この場合には、樹脂成形品の形状、表面精度等の品質を向上させることができる効果をより顕著に得ることができる。また、上記ゴム強化スチレン系樹脂としては、例えば、ＡＢＳ樹脂、ＡＥＳ樹脂、ＡＳＡ樹脂等のＡＢＳ系樹脂とすることができる。
【実施例】
【００３１】
以下に、本発明の樹脂成形方法にかかる実施例につき、図面を参照して説明する。
本例の樹脂成形方法は、図１に示すごとく、ゴム材料からなるゴム型２のキャビティ２２内に、粒子状態の熱可塑性樹脂６Ａを投入する投入工程と、図２に示すごとく、ゴム型２を介してキャビティ２２内における粒子状態の熱可塑性樹脂６Ａに、０．７８〜２μｍの波長領域を含む電磁波を照射し、この粒子状態（パウダー状）の熱可塑性樹脂６を加熱して溶融させる粒子加熱工程と、図２、図３に示すごとく、キャビティ２２において残された空間２２０に、溶融状態の熱可塑性樹脂６Ｂを充填する充填工程と、キャビティ２２内の熱可塑性樹脂６を冷却して樹脂成形品６１を得る冷却工程とを含む方法である。
【００３２】
以下に、本例の樹脂成形方法につき、図１〜図６を参照して詳説する。
本例においては、熱可塑性樹脂６として、非晶性樹脂であると共にゴム強化スチレン系樹脂であるＡＢＳ樹脂を用いる。
また、本例のゴム型２は、透明又は半透明のシリコーンゴムからなる。このゴム型２は、成形する樹脂成形品６１のマスターモデル（手作りの現物等）を液状のシリコーンゴム内に配置し、このシリコーンゴムを硬化させ、硬化後のシリコーンゴムを切り開いて、このシリコーンゴムからマスターモデルを取り出すことによって作製することができる。
また、図１に示すごとく、本例のゴム型２は、１つの分割面２０を形成して２つの分割型部２１を組み合わせて形成した。これに対し、ゴム型２は、成形する樹脂成形品６１の形状が複雑な場合は、３つ以上の分割型部２１を組み合わせて形成することもできる。
【００３３】
本例の樹脂成形方法においては、成形装置１を用いて、ゴム型２への熱可塑性樹脂６の射出成形を行う。図１〜図３に示すごとく、成形装置１は、以下の圧力容器３、真空ポンプ３１、注入シリンダー５２、射出シリンダー５３、型締め手段５１、電磁波発生手段４、フィルター４３を有している。
圧力容器３は、ゴム型２を収容するよう構成してあり、この圧力容器３に接続した真空ポンプ３１によって真空状態を形成するよう構成してある。注入シリンダー５２は、ゴム型２に形成した注入部２３を介してキャビティ２２内へ、粒子状態の熱可塑性樹脂６Ａを注入するよう構成してある。射出シリンダー５３は、ゴム型２に形成した注入部２３を介してキャビティ２２内へ、溶融状態の熱可塑性樹脂６Ｂを所定の圧力で射出するよう構成してある。本例においては、射出シリンダー５３からゴム型２内へ射出する溶融状態の熱可塑性樹脂６Ｂの圧力は、０．５〜５ＭＰａとする。
【００３４】
型締め手段５１は、ゴム型２の分割面２０が開かないよう分割型部２１同士の型締めを行うよう構成してある。型締め手段５１は、一対の型締め用プレート５１の間にゴム型２を配置し、加圧シリンダー等の加圧手段によって、一対の型締め用プレート５１を介してゴム型２を加圧する構成とすることができる。なお、型締め用プレート５１は、電磁波発生手段４による電磁波（特に近赤外線領域の電磁波）を透過させるために、透明又は半透明のガラス等から構成することができる。
【００３５】
電磁波発生手段４は、電磁波（光）の発生源４１と、この発生源４１による電磁波をゴム型２の方向へ導くリフレクタ（反射板）４２とを有している。本例の電磁波発生手段４としては、近赤外線領域内の約１．２μｍの付近に光強度のピークを有する近赤外線ハロゲンヒータを用いる。この近赤外線ハロゲンヒータは、０．７８〜４μｍの波長領域を含む電磁波を出射するよう構成されている。本例のフィルター４３は、波長が２μｍを超える電磁波の透過量を減少させる石英ガラスである。
なお、図２、図３において、電磁波発生手段４から出射する電磁波を矢印Ｘで示す。
【００３６】
また、０．７８〜２μｍの波長領域を含む電磁波（光）に対する吸光度（特定の波長の光に対する吸収強度を示す尺度）は、熱可塑性樹脂６として用いるＡＢＳ樹脂の方が、ゴム製のゴム型２として用いるシリコーンゴムよりも大きくなっている。なお、吸光度は、例えば、島津製作所製ＵＶ３１００を用いて測定することができる。
【００３７】
図４は、透明のシリコーンゴムと半透明のシリコーンゴムについて、横軸に波長（ｎｍ）をとり、縦軸に光の透過率（％）をとって、各シリコーンゴムにおける光の透過率を示すグラフである。同図において、各シリコーンゴムは、２００〜２２００（ｎｍ）の間の波長の光を透過させることがわかる。そのため、この波長の領域である近赤外線（０．７８〜２μｍの波長領域の光）をシリコーンゴム製のゴム型２の表面に照射すると、当該近赤外線の多くを、ゴム型２を透過させて熱可塑性樹脂６に吸収させることができる。そして、ゴム型２に比べて熱可塑性樹脂６を選択的に加熱できることがわかる。
【００３８】
次に、上記成形装置１を用いて樹脂成形方法を行う順序につき説明する。
本例の樹脂成形方法においては、ゴム型２に熱可塑性樹脂６を充填して樹脂成形品６１を成形するに当たり、粒子状態の熱可塑性樹脂６Ａと溶融状態の熱可塑性樹脂６Ｂとを用いる。本例においては、粒子状態の熱可塑性樹脂６Ａと溶融状態の熱可塑性樹脂６Ｂとには、同じ組成を有するＡＢＳ樹脂を用いる。
【００３９】
樹脂成形品６１を成形するに当たっては、まず、図１に示すごとく、投入工程として、注入シリンダー５２を成形型の注入部２３にセットし、ゴム型２のキャビティ２２のほぼ全体に、粒子状態の熱可塑性樹脂６Ａを投入する。なお、この粒子状態の熱可塑性樹脂６Ａは、その自重によって充填する以外にも、振動又は気流を加えて充填することもできる。次いで、図２に示すごとく、真空工程として、真空ポンプ３１によって圧力容器３内の真空引きを行い、ゴム型２のキャビティ２２において残された空間２２０を真空状態にする。
【００４０】
次いで、同図に示すごとく、粒子加熱工程として、電磁波発生手段４から出射させた０．７８〜４μｍの波長領域を含む電磁波をフィルター４３を透過させ、フィルター４３を透過させた後の透過電磁波を、ゴム型２を介してキャビティ２２内における熱可塑性樹脂６に照射する。このとき、ゴム型２を構成するゴム材料と粉末状態の熱可塑性樹脂６との物性の違いにより、ゴム型２に比べて、粒子状態の熱可塑性樹脂６Ａを選択的に加熱することができる（熱可塑性樹脂６の加熱量を多くすることができる）。これにより、ゴム型２の温度上昇を抑制して、粒子状態の熱可塑性樹脂６Ａを溶融させることができる。そして、キャビティ２２内には、粒子状態の熱可塑性樹脂６Ａが溶融することによって、新たに熱可塑性樹脂６を充填するための空間２２０が形成される。
【００４１】
次いで、図３に示すごとく、充填工程として、射出シリンダー５３を成形型の注入部２３にセットし、キャビティ２２において残された空間２２０に、溶融状態の熱可塑性樹脂６Ｂを０．５〜５ＭＰａの射出圧力で充填する。また、本例の充填工程においては、ゴム型２を介する熱可塑性樹脂６への上記透過電磁波の照射を継続し、キャビティ２２内の熱可塑性樹脂６を加熱する。
上記溶融状態の熱可塑性樹脂６Ｂを充填するとき、ゴム型２のキャビティ２２内の鉛直方向下側に位置する部分には、上記粒子状態の熱可塑性樹脂６Ａを溶融させた熱可塑性樹脂６が充填されており、新たに充填する溶融状態の熱可塑性樹脂６Ｂの充填量を少なくすることができる。
【００４２】
これにより、充填圧力（射出圧力）をあまり高くすることなくキャビティ２２の全体へ熱可塑性樹脂６を充填することができ、ゴム型２の変形及び開きを効果的に抑制することができる。そのため、ゴム型２における分割面（パーティング面）２０からの樹脂漏れを防止することができ、冷却工程によって樹脂成形品６１を得たときには、この樹脂成形品６１の形状、表面精度等の品質を効果的に向上させることができる。
また、粒子状態の熱可塑性樹脂６Ａと溶融状態の熱可塑性樹脂６Ｂとには、同じ組成の熱可塑性樹脂６を用いているため、成形後の樹脂成形品６１において樹脂の境界面が形成されることを防止することができる。
【００４３】
それ故、本例の樹脂成形方法によれば、ゴム型２を用いて熱可塑性樹脂６の成形を行う場合に、樹脂成形品６１の形状、表面精度等の品質を効果的に向上させることができる。また、本例による効果は、成形する樹脂成形品６１が大型、薄肉等の形状である場合、又は成形に用いる熱可塑性樹脂６の粘度が高い場合等に特に顕著に発揮することができる。
【００４４】
（確認試験）
本確認試験においては、複数種類の粒径の粒子状態の熱可塑性樹脂６Ａ（以下、粒子という。）を用い、この粒径の違いにより、電磁波発生手段４（近赤外線ハロゲンヒータ）によって加熱した際の昇温速度の違いを測定した。本確認試験において用いる粒子は、数種類の篩いによって分けたものとし、サンプルＡは、目開き７１０μｍの篩いの上に残ったもの、サンプルＢは、目開き７１０μｍの篩いを通過して目開き２５０μｍの篩いの上に残ったもの、サンプルＣは、目開き２５０μｍの篩いを通過したもの、サンプルＤは、体積平均粒径が５５μｍのものとした。また、サンプルＥは、サンプルＡとサンプルＣとを等量（１：１）の割合で混合したもの、サンプルＦは、サンプルＡとサンプルＤとを等量（１：１）の割合で混合したものとした。
【００４５】
昇温速度の測定においては、シリコーンゴムの台の上にＯリングを載置し、このＯリング内に粒子を充填すると共に、Ｏリングの上にフィルターとしての石英ガラスを配置した。そして、近赤外線ハロゲンヒータ（電圧：８０Ｖ）からフィルターを介して粒子に、０．７８〜２μｍの波長領域を含む電磁波を照射し、熱電対によって粒子の温度を測定した。なお、電磁波の照射は、各サンプルＡ〜Ｆの温度が２５０℃になるまで行い、近赤外線ハロゲンヒータとフィルターとの距離は２００ｍｍとし、石英ガラスの厚みは５ｍｍとし、Ｏリングは内径が３０．４ｍｍのものを用いた。
【００４６】
【表１】
【００４７】
表１には、各サンプルＡ〜Ｆについて、嵩密度（ｇ／ｃｍ3）、安息角（°）、昇温速度（℃／ｓｅｃ）、質量（ｇ）の測定を行った結果を示す。そして、図５は、各サンプルＡ〜Ｆについて、嵩密度及び安息角をグラフにして示し、図６は、各サンプルＡ〜Ｆについて、嵩密度と昇温速度との関係を示す。なお、図５において、棒グラフは、嵩密度Ｇを示し、折れ線グラフは、安息角Ｈを示す。
図５においては、サンプルの粒径が小さくなるほど嵩密度が小さくなることがわかる。一方、安息角については、一概には言えないがサンプルの粒径が小さいほど安息角は大きくなる傾向があると考えられる。
【００４８】
図６においては、サンプルの粒径（嵩密度）が小さくなるほど昇温速度が大きくなることがわかる。そして、粒子の粒径が小さいサンプルＣ、Ｄについては、昇温速度が速くなり過ぎ、粒子における電磁波の照射側とその反対側との温度差が大きくなり、この粒子に焦げ付きの不具合が発生した。この結果より、粒子（粒子状態の熱可塑性樹脂６Ａ）の嵩密度は、０．４ｇ／ｃｍ3以上とすることが好ましいことがわかった。
これに対し、粒子の粒径が大きくなって嵩密度が大きくなると、昇温速度が低下するため、粒子を加熱するための電磁波の照射時間を長くする必要が生じ、ゴム型２に焦げ付き等の不具合が生ずるおそれがある。この理由より、粒子（粒子状態の熱可塑性樹脂６Ａ）の嵩密度は０．８ｇ／ｃｍ3以下とすることができ、より好ましくは０．７ｇ／ｃｍ3以下とすることができる。
【００４９】
また、粒子の粒径は、サンプルＡ、Ｂの昇温速度が良好であることから、２５０μｍよりも大きくすることが好ましいことがわかった。また、サンプルＥ、Ｆの昇温速度も良好であるため、粒径が２５０μｍよりも大きい粒子と、粒径が２５０μｍ以下の粒子とを混合させた粒子を用いることもできることがわかった。
そして、粒子の平均粒径は、例えば、３００〜２０００μｍとすることができ、より好ましくは、３５０〜１５００μｍとすることができる。また、粒子の安息角は、４８°以下とすることができ、より好ましくは４６°以下とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】実施例における、樹脂成形方法における投入工程を行った状態を示す説明図。
【図２】実施例における、樹脂成形方法における粒子加熱工程及び真空工程を行う状態を示す説明図。
【図３】実施例における、樹脂成形方法における充填工程を行った状態を示す説明図。
【図４】実施例において、横軸に波長（ｎｍ）をとり、縦軸に光の透過率（％）をとって、透明のシリコーンゴムと半透明のシリコーンゴムについての光の透過率を示すグラフ。
【図５】実施例において、粒子のサンプルについて、嵩密度（ｇ／ｃｍ3）及び安息角（°）を測定した結果を示すグラフ。
【図６】実施例において、粒子のサンプルについて、測定した嵩密度（ｇ／ｃｍ3）と昇温速度（℃／ｓｅｃ）との関係を示すグラフ。
【符号の説明】
【００５１】
１ 成形装置
２ ゴム型
２２ キャビティ
２２０ 空間
３ 圧力容器
３１ 真空ポンプ
４ 電磁波発生手段
４３ フィルター
５１ 型締め手段
５２ 注入シリンダー
５３ 射出シリンダー
６ 熱可塑性樹脂
６１ 樹脂成形品
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ゴム型のキャビティ内に熱可塑性樹脂を充填して樹脂成形品を得る樹脂成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱可塑性樹脂を用いて所定形状の樹脂成形品を得る方法としては、一般的には、射出成形、ブロー成形、押出成形、プレス成形等の種々の成形方法がある。
これに対し、特に特許文献１においては、ゴム製の成形型を用いて、熱可塑性樹脂からなる樹脂成形品を真空注型法により成形する際に、成形型に対して熱可塑性樹脂を選択的に加熱することができる樹脂成形方法が開示されている。この樹脂成形方法においては、成形型のキャビティ内に溶融状態の熱可塑性樹脂を充填する際に、０．７８〜２μｍの波長領域を含む電磁波を、成形型を介して熱可塑性樹脂に照射し、成形型を構成するゴムと熱可塑性樹脂との物性の違いにより、ゴム製の成形型に比べて、熱可塑性樹脂を積極的に加熱することができる。
【０００３】
しかしながら、ゴム製の成形型を用いて熱可塑性樹脂の成形を行う際に、樹脂成形品の形状、表面精度等の品質を向上させるためには更なる工夫が必要とされる場合がある。特に、成形する樹脂成形品が大型、薄肉等の形状である場合、又は成形に用いる熱可塑性樹脂材料の粘度が高い場合等には、成形型のキャビティへの充填がより難しくなり、上記品質を向上させるための工夫がより必要とされることがある。
【０００４】
また、例えば、特許文献２においては、金型の型面に粉末状のパウダースラッシュ材料を所望の厚さで付着溶融させ、その後、この材料を冷却させて型面に樹脂成形品を付着成形するパウダースラッシュ成形法が開示されている。しかしながら、特許文献２においては、本願の課題とする、ゴム製の成形型に対して熱可塑性樹脂を充填する場合に樹脂の充填圧力を高くできないという問題点がなく、上記品質を向上させるための工夫は何らなされていない。
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２１６４４７号公報
【特許文献２】特開２０００−２５４９３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、ゴム型を用いて熱可塑性樹脂の成形を行う場合に、樹脂成形品の形状、表面精度等の品質を効果的に向上させることができる樹脂成形方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、ゴム材料からなるゴム型のキャビティ内に、粒子状態の熱可塑性樹脂を投入する投入工程と、
上記ゴム型を介して上記キャビティ内における上記粒子状態の熱可塑性樹脂に、０．７８〜２μｍの波長領域を含む電磁波を照射し、該粒子状態の熱可塑性樹脂を加熱して溶融させる粒子加熱工程と、
上記キャビティにおいて残された空間に、溶融状態の熱可塑性樹脂を充填する充填工程と、
上記キャビティ内の熱可塑性樹脂を冷却して樹脂成形品を得る冷却工程とを含むことを特徴とする樹脂成形方法にある（請求項１）。
【０００８】
本発明の樹脂成形方法においては、ゴム型に熱可塑性樹脂を充填して樹脂成形品を成形するに当たり、粒子状態の熱可塑性樹脂と溶融状態の熱可塑性樹脂とを用いる。
具体的には、まず、投入工程として、ゴム型のキャビティ内に、粒子状態の熱可塑性樹脂を投入する。このとき、粒子は、キャビティのほぼ全体に充填することができ、またキャビティの一部に充填することもできる。
【０００９】
次いで、粒子加熱工程として、ゴム型を介してキャビティ内における粒子状態の熱可塑性樹脂に、０．７８〜２μｍの波長領域を含む電磁波を照射する。このとき、ゴム型を構成するゴム材料と粉末状態の熱可塑性樹脂との物性の違いにより、ゴム型に比べて、粒子状態の熱可塑性樹脂を選択的に加熱することができる（熱可塑性樹脂の加熱量を多くすることができる）。これにより、ゴム型の温度上昇を抑制して、粒子状態の熱可塑性樹脂を溶融させることができる。そして、キャビティ内には、粒子状態の熱可塑性樹脂が溶融することによって、新たに熱可塑性樹脂を充填するための空間が形成される。
【００１０】
次いで、充填工程として、キャビティにおいて残された空間に、溶融状態の熱可塑性樹脂を充填する。このとき、ゴム型のキャビティ内の鉛直方向下側に位置する部分には、上記粒子状態の熱可塑性樹脂を溶融させた熱可塑性樹脂が充填されており、新たに充填する溶融状態の熱可塑性樹脂の充填量を少なくすることができる。
これにより、充填圧力をあまり高くすることなくキャビティの全体へ熱可塑性樹脂を充填することができ、ゴム型の変形及び開きを効果的に抑制することができる。そのため、ゴム型における分割面（パーティング面）からの樹脂漏れを防止することができ、冷却工程によって樹脂成形品を得たときには、この樹脂成形品の形状、表面精度等の品質を効果的に向上させることができる。
【００１１】
それ故、本発明の樹脂成形方法によれば、ゴム型を用いて熱可塑性樹脂の成形を行う場合に、樹脂成形品の形状、表面精度等の品質を効果的に向上させることができる。また、本発明による効果は、成形する樹脂成形品が大型、薄肉等の形状である場合、又は成形に用いる熱可塑性樹脂の粘度が高い場合等に特に顕著に発揮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
上述した本発明における好ましい実施の形態につき説明する。
本発明において、上記粒子状態の熱可塑性樹脂とは、例えば、平均粒径が数百μｍ程度の微粒子（粉体）から、平均粒径が数ｍｍ程度の粒子まで、広く粒子状態のものをいう。
また、上記０．７８〜２μｍの波長領域を含む電磁波により、ゴム型に比べて、熱可塑性樹脂を選択的に加熱することができる理由としては、以下のように考える。
すなわち、ゴム型の表面に照射された０．７８〜２μｍの波長領域を含む電磁波は、ゴム型に吸収される割合に比べて、ゴム型を透過して熱可塑性樹脂に吸収される割合が多いと考える。そのため、０．７８〜２μｍの波長領域を含む電磁波による光のエネルギーが熱可塑性樹脂に優先的に吸収されて、熱可塑性樹脂を選択的に加熱することができると考える。
【００１３】
また、上記ゴム型を介して上記熱可塑性樹脂に照射する電磁波としては、波長が０．７８〜２μｍの領域の電磁波だけでなく、これ以外の領域の電磁波も含まれていてもよい。この場合において、ゴム型を介して熱可塑性樹脂に照射する電磁波又は透過電磁波は、波長が０．７８〜２μｍの領域の電磁波を、これ以外の領域の電磁波よりも多く含むことが好ましい。
また、上記熱可塑性樹脂の加熱に、波長が０．７８〜２μｍの領域の電磁波を用いる理由は、この波長の領域の電磁波は、ゴム型を透過し易い性質を有する一方、熱可塑性樹脂に吸収され易い性質を有するためである。
【００１４】
また、上記電磁波は、０．７８〜２μｍの波長領域に強度のピークを有していることが好ましい。この場合には、電磁波発生手段等の電磁波発生源として、出射する電磁波の波長に所定の分布特性を有するハロゲンヒータ、赤外線ランプ等を用いることができる。
【００１５】
また、上記粒子状態の熱可塑性樹脂と上記溶融状態の熱可塑性樹脂とには、同じ組成を有するものを用いることが好ましい（請求項２）。
この場合には、冷却工程において、キャビティ内に充填した熱可塑性樹脂を冷却して樹脂成形品を成形したときには、成形後の樹脂成形品において、粒子状態の熱可塑性樹脂と溶融状態の熱可塑性樹脂とを用いて成形したことによる境界面が形成されることを防止することができる。
なお、上記粒子状態の熱可塑性樹脂と上記溶融状態の熱可塑性樹脂とには、意図的に異なる組成、配色を有するものを用いることもできる。この場合には、上記品質を効果的に向上させて、２色成形品としての樹脂成形品を成形することができる。
【００１６】
また、上記投入工程の後上記充填工程を行う前には、上記キャビティにおいて残された空間を真空状態にする真空工程を行うことが好ましい（請求項３）。
この場合には、真空工程を行うことによって、キャビティ内への溶融状態の熱可塑性樹脂の充填を一層容易に行うことができると共に、気泡のない外観に優れた樹脂成形品を容易に得ることができる。
なお、真空工程は、粒子加熱工程中、又は粒子加熱工程の前後に行うことができる。
また、真空状態とは、絶対真空の状態のみを意味するのではなく、大気圧状態に対する減圧状態のこともいう。
【００１７】
また、上記充填工程においては、上記溶融状態の熱可塑性樹脂を０．５〜５ＭＰａの射出圧力で、上記キャビティにおいて残された空間に充填することが好ましい（請求項４）。
この場合には、射出圧力が適切であり、上記所定の射出圧力でキャビティ内へ熱可塑性樹脂の充填を行う際においても、ゴム型の変形及び開きを効果的に抑制して、形状、表面精度等の品質を向上させた樹脂成形品を得ることができる。なお、ゴム型のキャビティの全体にほぼ均一に熱可塑性樹脂を充填するためには、射出圧力が０．５ＭＰａ以上であることが好ましく、ゴム型の変形及びゴム型のキャビティからの樹脂漏れを防ぐためには、射出圧力は５ＭＰａ以下であることが好ましい。
【００１８】
また、上記粒子状態の熱可塑性樹脂は、嵩密度が０．４ｇ／ｃｍ3以上であることが好ましい（請求項５）。
この場合には、粒子加熱工程において、上記０．７８〜２μｍの波長領域を含む電磁波によって粒子状態の熱可塑性樹脂を加熱する際に、この熱可塑性樹脂を加熱する速度が大きくなりすぎて、この熱可塑性樹脂に焦げ付き等の不具合が生じることを防止することができる。
【００１９】
また、粒子状態の熱可塑性樹脂の粒径が小さいときには、嵩密度が小さくなると考えられる。そして、嵩密度が０．４ｇ／ｃｍ3未満になるほど粒子状態の熱可塑性樹脂の粒径が小さいときには、上記焦げ付き等の不具合が生じるおそれがある。
また、粒子状態の熱可塑性樹脂は、粒径がほぼ揃ったものとすることができ、平均粒径又は粒度分級の異なる複数種類の粒子を混合したものとすることもできる。
また、粒子状態の熱可塑性樹脂は、嵩密度を大きくするために球形状に近いものを用いることが好ましい。
【００２０】
粒子状態の熱可塑性樹脂としては、熱可塑性樹脂のペレットを冷凍粉砕して作り出したものを用いることができる。冷凍粉砕によれば、種々の粒径の粒子状態の熱可塑性樹脂を作り出すことができる。また、粒子状態の熱可塑性樹脂としては、押出機の先端に細口径のダイスを取り付けて、いわゆる水中カット方式で作り出したものを用いることもできる。この押出水中カット方式によれば、１ｍｍ程度の粒子（粒子状態の熱可塑性樹脂）を簡単かつ安価に作り出すことができる。
【００２１】
また、粒子状態の熱可塑性樹脂の嵩密度と、上記電磁波を照射したときの熱可塑性樹脂の温度上昇速度との間には、反比例する関係があると考える。そして、嵩密度が小さくなると温度上昇速度が大きくなる一方で、嵩密度が大きくなると温度上昇速度が小さくなると考える。そのため、嵩密度が０．４ｇ／ｃｍ3未満になると、温度上昇速度が大きくなって粒子状態の熱可塑性樹脂に焦げ付き等の不具合が生じるおそれがある。具体的には、粒子状態の熱可塑性樹脂における電磁波の照射側に焦げ付きが生じる場合がある。一方、温度上昇速度が小さくなりすぎると、上記電磁波の照射時間を長くする必要が生じてゴム型に焦げ付き等の不具合が生じるおそれがある。そのため、粒子状態の熱可塑性樹脂の嵩密度は０．８ｇ／ｃｍ3以下とすることができる。
【００２２】
また、上記充填工程においては、上記ゴム型を介して上記キャビティ内の熱可塑性樹脂に、０．７８〜２μｍの波長領域を含む電磁波を照射して、該熱可塑性樹脂を加熱することが好ましい（請求項６）。
この場合には、充填工程において、キャビティ内に溶融状態の熱可塑性樹脂を充填する際に、ゴム型に比べて熱可塑性樹脂を選択的に加熱することができ、熱可塑性樹脂の粘度を低く維持することができる。これにより、樹脂成形品の形状、表面精度等の品質をより効果的に向上させることができる。
【００２３】
また、上記粒子加熱工程及び上記充填工程においては、０．７８〜４μｍの波長領域を含む電磁波を出射する電磁波発生手段と、波長が２μｍを超える電磁波の透過量を減少させるフィルターとを用い、上記電磁波発生手段から出射させた上記電磁波を上記フィルターを透過させ、該フィルターを透過させた後の透過電磁波を、上記ゴム型を介して上記キャビティ内における上記熱可塑性樹脂に照射して、該熱可塑性樹脂を加熱することが好ましい（請求項７）。
【００２４】
この場合には、粒子加熱工程及び充填工程においては、電磁波発生手段から０．７８〜４μｍの波長領域を含む電磁波を出射し、フィルターを透過させた後の透過電磁波を、ゴム型を介して熱可塑性樹脂に照射することができる。そして、電磁波発生手段から出射された電磁波の中には、波長が２μｍを超える電磁波も含まれているが、フィルターを用いたことにより、波長が２μｍを超える電磁波は、ゴム型にできるだけ照射させないようにすることができる。これにより、ゴム型のキャビティ内に充填された熱可塑性樹脂には、波長が２μｍ以下の近赤外線（電磁波）を効果的に照射させることができる。そのため、波長が２μｍ以下の近赤外線により、ゴム型をあまり加熱することなく、熱可塑性樹脂を効果的に加熱することができる。
【００２５】
また、フィルターは、石英ガラス等のガラスから構成することができ、容器又は通路内に充填した水によって構成することもできる。水によってフィルターを構成する場合には、この水を循環又は入替可能にすることができ、電磁波の照射によって温度が上昇した水を適宜入れ替えて、フィルターの温度上昇を効果的に抑制することができる。
【００２６】
また、上記ゴム型に用いるシリコーンゴムの硬度は、ＪＩＳ−Ａ規格測定において２５〜８０であることが好ましい。
また、上記熱可塑性樹脂は、ＡＢＳ樹脂（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン樹脂）、ＡＥＳ樹脂（アクリロニトリル・エチレン−プロピレン−ジエン・スチレン樹脂）、ＡＳＡ樹脂（アクリレート・スチレン・アクリロニトリル樹脂）等のＡＢＳ系樹脂であることが好ましい。この場合には、上記電磁波により、ゴム型をほとんど加熱することなく上記ＡＢＳ系樹脂を選択的に加熱することができる。
【００２７】
また、上記投入工程における上記粒子状態の熱可塑性樹脂と、上記充填工程における上記溶融状態の熱可塑性樹脂とは、いずれも非晶性樹脂であることが好ましい（請求項８）。
ところで、結晶性熱可塑性樹脂の冷却速度が遅い場合、冷却中に結晶性が高くなることがあり、これによって、樹脂成形品の寸法精度が低下したり、樹脂成形品の耐衝撃性が低下したりすることがある。これに対し、熱可塑性樹脂を非晶性樹脂にしたことにより、上記樹脂成形品の寸法精度の低下及び耐衝撃性の低下等を防止することができる。
【００２８】
非晶性樹脂としては、例えば、スチレン・アクリロニトリル共重合体、スチレン・無水マレイン酸共重合体、スチレン・メタクリル酸メチル共重合体等のスチレン系樹脂、ＡＢＳ樹脂（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン樹脂）、ＡＥＳ樹脂（アクリロニトリル・エチレン−プロピレン−ジエン・スチレン樹脂）、ＡＳＡ樹脂（アクリレート・スチレン・アクリロニトリル樹脂）、ＨＩＰＳ樹脂（ハイインパクトポリスチレン樹脂、特にブタジエンを含有するもの）、変性ポリフェニレンエーテル等のゴム変性熱可塑性樹脂、又はポリメタクリル酸メチル、ポリカーボネート樹脂（ＰＣ）、ＰＣ／ゴム変性熱可塑性樹脂アロイ等を用いることができる。その中でも、特にゴム変性熱可塑性樹脂を用いることが好ましい。
【００２９】
また、ゴム変性熱可塑性樹脂としては、特に限定されないが、ゴム質重合体の存在下にビニル系単量体をグラフト重合させた重合体を１種又は２種以上含むものが好ましい。
上記ゴム質重合体としては、特に限定されないが、ポリブタジエン、ブタジエン・スチレン共重合体、ブタジエン・アクリロニトリル共重合体、エチレン・プロピレン共重合体、エチレン・プロピレン・非共役ジエン共重合体、エチレン・ブテン−１共重合体、エチレン・ブテン−１・非共役ジエン共重合体、アクリルゴム、シリコーンゴム等が挙げられ、これらは１種単独で、又は２種以上を組み合わせて用いることができる。
上記ゴム質重合体としては、ポリブタジエン、ブタジエン・スチレン共重合体、エチレン・プロピレン共重合体、エチレン・プロピレン・非共役ジエン共重合体、アクリルゴムを用いることが好ましい。
【００３０】
また、上記投入工程における上記粒子状態の熱可塑性樹脂と、上記充填工程における上記溶融状態の熱可塑性樹脂とは、いずれもゴム強化スチレン系樹脂であることが好ましい（請求項９）。
この場合には、樹脂成形品の形状、表面精度等の品質を向上させることができる効果をより顕著に得ることができる。また、上記ゴム強化スチレン系樹脂としては、例えば、ＡＢＳ樹脂、ＡＥＳ樹脂、ＡＳＡ樹脂等のＡＢＳ系樹脂とすることができる。
【実施例】
【００３１】
以下に、本発明の樹脂成形方法にかかる実施例につき、図面を参照して説明する。
本例の樹脂成形方法は、図１に示すごとく、ゴム材料からなるゴム型２のキャビティ２２内に、粒子状態の熱可塑性樹脂６Ａを投入する投入工程と、図２に示すごとく、ゴム型２を介してキャビティ２２内における粒子状態の熱可塑性樹脂６Ａに、０．７８〜２μｍの波長領域を含む電磁波を照射し、この粒子状態（パウダー状）の熱可塑性樹脂６を加熱して溶融させる粒子加熱工程と、図２、図３に示すごとく、キャビティ２２において残された空間２２０に、溶融状態の熱可塑性樹脂６Ｂを充填する充填工程と、キャビティ２２内の熱可塑性樹脂６を冷却して樹脂成形品６１を得る冷却工程とを含む方法である。
【００３２】
以下に、本例の樹脂成形方法につき、図１〜図６を参照して詳説する。
本例においては、熱可塑性樹脂６として、非晶性樹脂であると共にゴム強化スチレン系樹脂であるＡＢＳ樹脂を用いる。
また、本例のゴム型２は、透明又は半透明のシリコーンゴムからなる。このゴム型２は、成形する樹脂成形品６１のマスターモデル（手作りの現物等）を液状のシリコーンゴム内に配置し、このシリコーンゴムを硬化させ、硬化後のシリコーンゴムを切り開いて、このシリコーンゴムからマスターモデルを取り出すことによって作製することができる。
また、図１に示すごとく、本例のゴム型２は、１つの分割面２０を形成して２つの分割型部２１を組み合わせて形成した。これに対し、ゴム型２は、成形する樹脂成形品６１の形状が複雑な場合は、３つ以上の分割型部２１を組み合わせて形成することもできる。
【００３３】
本例の樹脂成形方法においては、成形装置１を用いて、ゴム型２への熱可塑性樹脂６の射出成形を行う。図１〜図３に示すごとく、成形装置１は、以下の圧力容器３、真空ポンプ３１、注入シリンダー５２、射出シリンダー５３、型締め手段５１、電磁波発生手段４、フィルター４３を有している。
圧力容器３は、ゴム型２を収容するよう構成してあり、この圧力容器３に接続した真空ポンプ３１によって真空状態を形成するよう構成してある。注入シリンダー５２は、ゴム型２に形成した注入部２３を介してキャビティ２２内へ、粒子状態の熱可塑性樹脂６Ａを注入するよう構成してある。射出シリンダー５３は、ゴム型２に形成した注入部２３を介してキャビティ２２内へ、溶融状態の熱可塑性樹脂６Ｂを所定の圧力で射出するよう構成してある。本例においては、射出シリンダー５３からゴム型２内へ射出する溶融状態の熱可塑性樹脂６Ｂの圧力は、０．５〜５ＭＰａとする。
【００３４】
型締め手段５１は、ゴム型２の分割面２０が開かないよう分割型部２１同士の型締めを行うよう構成してある。型締め手段５１は、一対の型締め用プレート５１の間にゴム型２を配置し、加圧シリンダー等の加圧手段によって、一対の型締め用プレート５１を介してゴム型２を加圧する構成とすることができる。なお、型締め用プレート５１は、電磁波発生手段４による電磁波（特に近赤外線領域の電磁波）を透過させるために、透明又は半透明のガラス等から構成することができる。
【００３５】
電磁波発生手段４は、電磁波（光）の発生源４１と、この発生源４１による電磁波をゴム型２の方向へ導くリフレクタ（反射板）４２とを有している。本例の電磁波発生手段４としては、近赤外線領域内の約１．２μｍの付近に光強度のピークを有する近赤外線ハロゲンヒータを用いる。この近赤外線ハロゲンヒータは、０．７８〜４μｍの波長領域を含む電磁波を出射するよう構成されている。本例のフィルター４３は、波長が２μｍを超える電磁波の透過量を減少させる石英ガラスである。
なお、図２、図３において、電磁波発生手段４から出射する電磁波を矢印Ｘで示す。
【００３６】
また、０．７８〜２μｍの波長領域を含む電磁波（光）に対する吸光度（特定の波長の光に対する吸収強度を示す尺度）は、熱可塑性樹脂６として用いるＡＢＳ樹脂の方が、ゴム製のゴム型２として用いるシリコーンゴムよりも大きくなっている。なお、吸光度は、例えば、島津製作所製ＵＶ３１００を用いて測定することができる。
【００３７】
図４は、透明のシリコーンゴムと半透明のシリコーンゴムについて、横軸に波長（ｎｍ）をとり、縦軸に光の透過率（％）をとって、各シリコーンゴムにおける光の透過率を示すグラフである。同図において、各シリコーンゴムは、２００〜２２００（ｎｍ）の間の波長の光を透過させることがわかる。そのため、この波長の領域である近赤外線（０．７８〜２μｍの波長領域の光）をシリコーンゴム製のゴム型２の表面に照射すると、当該近赤外線の多くを、ゴム型２を透過させて熱可塑性樹脂６に吸収させることができる。そして、ゴム型２に比べて熱可塑性樹脂６を選択的に加熱できることがわかる。
【００３８】
次に、上記成形装置１を用いて樹脂成形方法を行う順序につき説明する。
本例の樹脂成形方法においては、ゴム型２に熱可塑性樹脂６を充填して樹脂成形品６１を成形するに当たり、粒子状態の熱可塑性樹脂６Ａと溶融状態の熱可塑性樹脂６Ｂとを用いる。本例においては、粒子状態の熱可塑性樹脂６Ａと溶融状態の熱可塑性樹脂６Ｂとには、同じ組成を有するＡＢＳ樹脂を用いる。
【００３９】
樹脂成形品６１を成形するに当たっては、まず、図１に示すごとく、投入工程として、注入シリンダー５２を成形型の注入部２３にセットし、ゴム型２のキャビティ２２のほぼ全体に、粒子状態の熱可塑性樹脂６Ａを投入する。なお、この粒子状態の熱可塑性樹脂６Ａは、その自重によって充填する以外にも、振動又は気流を加えて充填することもできる。次いで、図２に示すごとく、真空工程として、真空ポンプ３１によって圧力容器３内の真空引きを行い、ゴム型２のキャビティ２２において残された空間２２０を真空状態にする。
【００４０】
次いで、同図に示すごとく、粒子加熱工程として、電磁波発生手段４から出射させた０．７８〜４μｍの波長領域を含む電磁波をフィルター４３を透過させ、フィルター４３を透過させた後の透過電磁波を、ゴム型２を介してキャビティ２２内における熱可塑性樹脂６に照射する。このとき、ゴム型２を構成するゴム材料と粉末状態の熱可塑性樹脂６との物性の違いにより、ゴム型２に比べて、粒子状態の熱可塑性樹脂６Ａを選択的に加熱することができる（熱可塑性樹脂６の加熱量を多くすることができる）。これにより、ゴム型２の温度上昇を抑制して、粒子状態の熱可塑性樹脂６Ａを溶融させることができる。そして、キャビティ２２内には、粒子状態の熱可塑性樹脂６Ａが溶融することによって、新たに熱可塑性樹脂６を充填するための空間２２０が形成される。
【００４１】
次いで、図３に示すごとく、充填工程として、射出シリンダー５３を成形型の注入部２３にセットし、キャビティ２２において残された空間２２０に、溶融状態の熱可塑性樹脂６Ｂを０．５〜５ＭＰａの射出圧力で充填する。また、本例の充填工程においては、ゴム型２を介する熱可塑性樹脂６への上記透過電磁波の照射を継続し、キャビティ２２内の熱可塑性樹脂６を加熱する。
上記溶融状態の熱可塑性樹脂６Ｂを充填するとき、ゴム型２のキャビティ２２内の鉛直方向下側に位置する部分には、上記粒子状態の熱可塑性樹脂６Ａを溶融させた熱可塑性樹脂６が充填されており、新たに充填する溶融状態の熱可塑性樹脂６Ｂの充填量を少なくすることができる。
【００４２】
これにより、充填圧力（射出圧力）をあまり高くすることなくキャビティ２２の全体へ熱可塑性樹脂６を充填することができ、ゴム型２の変形及び開きを効果的に抑制することができる。そのため、ゴム型２における分割面（パーティング面）２０からの樹脂漏れを防止することができ、冷却工程によって樹脂成形品６１を得たときには、この樹脂成形品６１の形状、表面精度等の品質を効果的に向上させることができる。
また、粒子状態の熱可塑性樹脂６Ａと溶融状態の熱可塑性樹脂６Ｂとには、同じ組成の熱可塑性樹脂６を用いているため、成形後の樹脂成形品６１において樹脂の境界面が形成されることを防止することができる。
【００４３】
それ故、本例の樹脂成形方法によれば、ゴム型２を用いて熱可塑性樹脂６の成形を行う場合に、樹脂成形品６１の形状、表面精度等の品質を効果的に向上させることができる。また、本例による効果は、成形する樹脂成形品６１が大型、薄肉等の形状である場合、又は成形に用いる熱可塑性樹脂６の粘度が高い場合等に特に顕著に発揮することができる。
【００４４】
（確認試験）
本確認試験においては、複数種類の粒径の粒子状態の熱可塑性樹脂６Ａ（以下、粒子という。）を用い、この粒径の違いにより、電磁波発生手段４（近赤外線ハロゲンヒータ）によって加熱した際の昇温速度の違いを測定した。本確認試験において用いる粒子は、数種類の篩いによって分けたものとし、サンプルＡは、目開き７１０μｍの篩いの上に残ったもの、サンプルＢは、目開き７１０μｍの篩いを通過して目開き２５０μｍの篩いの上に残ったもの、サンプルＣは、目開き２５０μｍの篩いを通過したもの、サンプルＤは、体積平均粒径が５５μｍのものとした。また、サンプルＥは、サンプルＡとサンプルＣとを等量（１：１）の割合で混合したもの、サンプルＦは、サンプルＡとサンプルＤとを等量（１：１）の割合で混合したものとした。
【００４５】
昇温速度の測定においては、シリコーンゴムの台の上にＯリングを載置し、このＯリング内に粒子を充填すると共に、Ｏリングの上にフィルターとしての石英ガラスを配置した。そして、近赤外線ハロゲンヒータ（電圧：８０Ｖ）からフィルターを介して粒子に、０．７８〜２μｍの波長領域を含む電磁波を照射し、熱電対によって粒子の温度を測定した。なお、電磁波の照射は、各サンプルＡ〜Ｆの温度が２５０℃になるまで行い、近赤外線ハロゲンヒータとフィルターとの距離は２００ｍｍとし、石英ガラスの厚みは５ｍｍとし、Ｏリングは内径が３０．４ｍｍのものを用いた。
【００４６】
【表１】
【００４７】
表１には、各サンプルＡ〜Ｆについて、嵩密度（ｇ／ｃｍ3）、安息角（°）、昇温速度（℃／ｓｅｃ）、質量（ｇ）の測定を行った結果を示す。そして、図５は、各サンプルＡ〜Ｆについて、嵩密度及び安息角をグラフにして示し、図６は、各サンプルＡ〜Ｆについて、嵩密度と昇温速度との関係を示す。なお、図５において、棒グラフは、嵩密度Ｇを示し、折れ線グラフは、安息角Ｈを示す。
図５においては、サンプルの粒径が小さくなるほど嵩密度が小さくなることがわかる。一方、安息角については、一概には言えないがサンプルの粒径が小さいほど安息角は大きくなる傾向があると考えられる。
【００４８】
図６においては、サンプルの粒径（嵩密度）が小さくなるほど昇温速度が大きくなることがわかる。そして、粒子の粒径が小さいサンプルＣ、Ｄについては、昇温速度が速くなり過ぎ、粒子における電磁波の照射側とその反対側との温度差が大きくなり、この粒子に焦げ付きの不具合が発生した。この結果より、粒子（粒子状態の熱可塑性樹脂６Ａ）の嵩密度は、０．４ｇ／ｃｍ3以上とすることが好ましいことがわかった。
これに対し、粒子の粒径が大きくなって嵩密度が大きくなると、昇温速度が低下するため、粒子を加熱するための電磁波の照射時間を長くする必要が生じ、ゴム型２に焦げ付き等の不具合が生ずるおそれがある。この理由より、粒子（粒子状態の熱可塑性樹脂６Ａ）の嵩密度は０．８ｇ／ｃｍ3以下とすることができ、より好ましくは０．７ｇ／ｃｍ3以下とすることができる。
【００４９】
また、粒子の粒径は、サンプルＡ、Ｂの昇温速度が良好であることから、２５０μｍよりも大きくすることが好ましいことがわかった。また、サンプルＥ、Ｆの昇温速度も良好であるため、粒径が２５０μｍよりも大きい粒子と、粒径が２５０μｍ以下の粒子とを混合させた粒子を用いることもできることがわかった。
そして、粒子の平均粒径は、例えば、３００〜２０００μｍとすることができ、より好ましくは、３５０〜１５００μｍとすることができる。また、粒子の安息角は、４８°以下とすることができ、より好ましくは４６°以下とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】実施例における、樹脂成形方法における投入工程を行った状態を示す説明図。
【図２】実施例における、樹脂成形方法における粒子加熱工程及び真空工程を行う状態を示す説明図。
【図３】実施例における、樹脂成形方法における充填工程を行った状態を示す説明図。
【図４】実施例において、横軸に波長（ｎｍ）をとり、縦軸に光の透過率（％）をとって、透明のシリコーンゴムと半透明のシリコーンゴムについての光の透過率を示すグラフ。
【図５】実施例において、粒子のサンプルについて、嵩密度（ｇ／ｃｍ3）及び安息角（°）を測定した結果を示すグラフ。
【図６】実施例において、粒子のサンプルについて、測定した嵩密度（ｇ／ｃｍ3）と昇温速度（℃／ｓｅｃ）との関係を示すグラフ。
【符号の説明】
【００５１】
１ 成形装置
２ ゴム型
２２ キャビティ
２２０ 空間
３ 圧力容器
３１ 真空ポンプ
４ 電磁波発生手段
４３ フィルター
５１ 型締め手段
５２ 注入シリンダー
５３ 射出シリンダー
６ 熱可塑性樹脂
６１ 樹脂成形品
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゴム材料からなるゴム型のキャビティ内に、粒子状態の熱可塑性樹脂を投入する投入工程と、
上記ゴム型を介して上記キャビティ内における上記粒子状態の熱可塑性樹脂に、０．７８〜２μｍの波長領域を含む電磁波を照射し、該粒子状態の熱可塑性樹脂を加熱して溶融させる粒子加熱工程と、
上記キャビティにおいて残された空間に、溶融状態の熱可塑性樹脂を充填する充填工程と、
上記キャビティ内の熱可塑性樹脂を冷却して樹脂成形品を得る冷却工程とを含むことを特徴とする樹脂成形方法。
【請求項２】
請求項１において、上記粒子状態の熱可塑性樹脂と上記溶融状態の熱可塑性樹脂とには、同じ組成を有するものを用いることを特徴とする樹脂成形方法。
【請求項３】
請求項１又は２において、上記投入工程の後上記充填工程を行う前には、上記キャビティにおいて残された空間を真空状態にする真空工程を行うことを特徴とする樹脂成形方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項において、上記充填工程においては、上記溶融状態の熱可塑性樹脂を０．５〜５ＭＰａの射出圧力で、上記キャビティにおいて残された空間に充填することを特徴とする樹脂成形方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項において、上記粒子状態の熱可塑性樹脂は、嵩密度が０．４ｇ／ｃｍ3以上であることを特徴とする樹脂成形方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項において、上記充填工程においては、上記ゴム型を介して上記キャビティ内の熱可塑性樹脂に、０．７８〜２μｍの波長領域を含む電磁波を照射して、該熱可塑性樹脂を加熱することを特徴とする樹脂成形方法。
【請求項７】
請求項６において、上記粒子加熱工程及び上記充填工程においては、０．７８〜４μｍの波長領域を含む電磁波を出射する電磁波発生手段と、波長が２μｍを超える電磁波の透過量を減少させるフィルターとを用い、
上記電磁波発生手段から出射させた上記電磁波を上記フィルターを透過させ、該フィルターを透過させた後の透過電磁波を、上記ゴム型を介して上記キャビティ内における上記熱可塑性樹脂に照射して、該熱可塑性樹脂を加熱することを特徴とする樹脂成形方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項において、上記投入工程における上記粒子状態の熱可塑性樹脂と、上記充填工程における上記溶融状態の熱可塑性樹脂とは、いずれも非晶性樹脂であることを特徴とする樹脂成形方法。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項において、上記投入工程における上記粒子状態の熱可塑性樹脂と、上記充填工程における上記溶融状態の熱可塑性樹脂とは、いずれもゴム強化スチレン系樹脂であることを特徴とする樹脂成形方法。
【請求項１】
ゴム材料からなるゴム型のキャビティ内に、粒子状態の熱可塑性樹脂を投入する投入工程と、
上記ゴム型を介して上記キャビティ内における上記粒子状態の熱可塑性樹脂に、０．７８〜２μｍの波長領域を含む電磁波を照射し、該粒子状態の熱可塑性樹脂を加熱して溶融させる粒子加熱工程と、
上記キャビティにおいて残された空間に、溶融状態の熱可塑性樹脂を充填する充填工程と、
上記キャビティ内の熱可塑性樹脂を冷却して樹脂成形品を得る冷却工程とを含むことを特徴とする樹脂成形方法。
【請求項２】
請求項１において、上記粒子状態の熱可塑性樹脂と上記溶融状態の熱可塑性樹脂とには、同じ組成を有するものを用いることを特徴とする樹脂成形方法。
【請求項３】
請求項１又は２において、上記投入工程の後上記充填工程を行う前には、上記キャビティにおいて残された空間を真空状態にする真空工程を行うことを特徴とする樹脂成形方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項において、上記充填工程においては、上記溶融状態の熱可塑性樹脂を０．５〜５ＭＰａの射出圧力で、上記キャビティにおいて残された空間に充填することを特徴とする樹脂成形方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項において、上記粒子状態の熱可塑性樹脂は、嵩密度が０．４ｇ／ｃｍ3以上であることを特徴とする樹脂成形方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項において、上記充填工程においては、上記ゴム型を介して上記キャビティ内の熱可塑性樹脂に、０．７８〜２μｍの波長領域を含む電磁波を照射して、該熱可塑性樹脂を加熱することを特徴とする樹脂成形方法。
【請求項７】
請求項６において、上記粒子加熱工程及び上記充填工程においては、０．７８〜４μｍの波長領域を含む電磁波を出射する電磁波発生手段と、波長が２μｍを超える電磁波の透過量を減少させるフィルターとを用い、
上記電磁波発生手段から出射させた上記電磁波を上記フィルターを透過させ、該フィルターを透過させた後の透過電磁波を、上記ゴム型を介して上記キャビティ内における上記熱可塑性樹脂に照射して、該熱可塑性樹脂を加熱することを特徴とする樹脂成形方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項において、上記投入工程における上記粒子状態の熱可塑性樹脂と、上記充填工程における上記溶融状態の熱可塑性樹脂とは、いずれも非晶性樹脂であることを特徴とする樹脂成形方法。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項において、上記投入工程における上記粒子状態の熱可塑性樹脂と、上記充填工程における上記溶融状態の熱可塑性樹脂とは、いずれもゴム強化スチレン系樹脂であることを特徴とする樹脂成形方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００９−２４１４５５（Ｐ２００９−２４１４５５Ａ）
【公開日】平成２１年１０月２２日（２００９．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−９１６８８（Ｐ２００８−９１６８８）
【出願日】平成２０年３月３１日（２００８．３．３１）
【出願人】（３９６０２１５７５）テクノポリマー株式会社 (278)
【出願人】（５９４０１４６３８）日本レックス株式会社 (19)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月２２日（２００９．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月３１日（２００８．３．３１）
【出願人】（３９６０２１５７５）テクノポリマー株式会社 (278)
【出願人】（５９４０１４６３８）日本レックス株式会社 (19)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]