熱可塑性樹脂成形体の製造方法
【課題】剛性と衝撃強度が高く、かつ、外観の好ましい熱可塑性樹脂成形体を得ることができる熱可塑性樹脂成形体の製造方法を提供する。
【解決手段】本発明は、一対の金型７ａ，７ｂ間に溶融状の熱可塑性樹脂Ｒを供給する樹脂供給工程と、一対の金型７ａ，７ｂを型締めすることで熱可塑性樹脂Ｒを賦形する賦形工程とを備える熱可塑性樹脂成形体の製造方法であって、賦形工程において熱可塑性樹脂の賦形が開始されるときに、熱可塑性樹脂成形体の意匠面側に対応する金型のキャビティ面の少なくとも一部の温度が熱可塑性樹脂の荷重たわみ温度より３０℃低い温度以上であり、熱可塑性樹脂Ｒの賦形が開始されるときの熱可塑性樹脂Ｒの温度は、熱可塑性樹脂Ｒの融点より２０℃低い温度以上、融点より１０℃高い温度以下であり、賦形工程における金型の型締め速度Ｖは、３０ｍｍ／秒より大きく、５００ｍｍ／秒以下である。
【解決手段】本発明は、一対の金型７ａ，７ｂ間に溶融状の熱可塑性樹脂Ｒを供給する樹脂供給工程と、一対の金型７ａ，７ｂを型締めすることで熱可塑性樹脂Ｒを賦形する賦形工程とを備える熱可塑性樹脂成形体の製造方法であって、賦形工程において熱可塑性樹脂の賦形が開始されるときに、熱可塑性樹脂成形体の意匠面側に対応する金型のキャビティ面の少なくとも一部の温度が熱可塑性樹脂の荷重たわみ温度より３０℃低い温度以上であり、熱可塑性樹脂Ｒの賦形が開始されるときの熱可塑性樹脂Ｒの温度は、熱可塑性樹脂Ｒの融点より２０℃低い温度以上、融点より１０℃高い温度以下であり、賦形工程における金型の型締め速度Ｖは、３０ｍｍ／秒より大きく、５００ｍｍ／秒以下である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱可塑性樹脂成形体の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、熱可塑性樹脂成形体の製造方法として、雌雄一対の金型間に溶融状の熱可塑性樹脂を供給した後、金型を型締めすることにより賦形して製造する方法が知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３１３５９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の熱可塑性樹脂成形体より、剛性と衝撃強度の高い熱可塑性樹脂成形体が望まれており、成形体の製造方法に関しても、剛性と衝撃強度の高い熱可塑性樹脂成形体を得ることができる熱可塑性樹脂成形体の製造方法が望まれていた。
【０００５】
そこで、本発明は、剛性と衝撃強度が高く、かつ、外観の好ましい熱可塑性樹脂成形体を得ることができる熱可塑性樹脂成形体の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、鋭意検討した結果、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、一対の金型間に溶融状の熱可塑性樹脂を供給する樹脂供給工程と、一対の金型を型締めすることで熱可塑性樹脂を賦形する賦形工程とを備える熱可塑性樹脂成形体の製造方法であって、賦形工程において熱可塑性樹脂の賦形が開始されるとき、熱可塑性樹脂成形体の意匠面側に対応する金型のキャビティ面の少なくとも一部の温度が熱可塑性樹脂の荷重たわみ温度より３０℃低い温度以上であり、熱可塑性樹脂の賦形が開始されるときの熱可塑性樹脂の温度は、熱可塑性樹脂の融点より２０℃低い温度以上、融点より１０℃高い温度以下であり、賦形工程における金型の型締め速度は、３０ｍｍ／秒より大きく、５００ｍｍ／秒以下である熱可塑性樹脂成形体の製造方法にかかるものである。
【０００７】
上述した熱可塑性樹脂成形体の製造方法の好ましい一態様は、樹脂供給工程において、熱可塑性樹脂を溶融する溶融可塑化装置の出口に取り付けられた温度調節用ダイを通じて溶融状の熱可塑性樹脂が一対の金型間に供給され、温度調節用ダイにおいて当該溶融状の熱可塑性樹脂の温度が調節される熱可塑性樹脂成形体の製造方法である。
【０００８】
上述した熱可塑性樹脂成形体の製造方法の別の好ましい一態様は、一対の金型により形成されるキャビティ形状が凹凸部を有する三次元形状である熱可塑性樹脂成形体の製造方法である。
【０００９】
上述した熱可塑性樹脂成形体の製造方法の別の好ましい一態様は、賦形工程が、熱可塑性樹脂を１ｍｍ以上、５ｍｍ以下の平均厚さを有する形状に賦形する工程である熱可塑性樹脂成形体の製造方法である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、剛性と衝撃強度が高く、かつ、外観の好ましい熱可塑性樹脂成形体を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態に係る熱可塑性樹脂成形体の製造方法で用いる成形装置を示す図である。
【図２】図１の成形装置による樹脂供給工程を示す図である。
【図３】図１の成形装置による賦形工程を示す図である。
【図４】温度調節用ダイを示す斜視図である。
【図５】温度調節用ダイを示す平面図である。
【図６】図５のVI−VI線に沿った断面図である。
【図７】図６のVII−VII線に沿った断面図である。
【図８】図５のVIII−VIII線に沿った断面図である。
【図９】（ａ）樹脂供給工程後の熱可塑性樹脂の状態を示す図である。（ｂ）賦形開始時の熱可塑性樹脂の状態を示す図である。（ｃ）型締め完了時の熱可塑性樹脂の状態を示す図である。
【図１０】離型工程後の熱可塑性樹脂の状態を示す図である。
【図１１】本発明に係る熱可塑性樹脂成形体の製造方法で利用できる金型の他の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１３】
図１〜図３に示されるように、本実施形態に係る熱可塑性樹脂成形体の製造方法は、いわゆるプレス成形法であり、プレス成形用の成形装置１を用いて熱可塑性樹脂成形体を製造する。
【００１４】
（成形装置）
以下、成形装置１について説明を行う。本実施形態に係る成形装置１は、樹脂供給装置２とプレス装置３とから構成されている。
【００１５】
樹脂供給装置２は、熱可塑性樹脂Ｒを溶融する押出機（溶融可塑化装置）４と、押出機４を移動させる移動機構５と、押出機４から押出される熱可塑性樹脂Ｒの温度調節を行う温度調節用ダイ６とを備えている。
【００１６】
押出機４は、ホッパー４ａ、駆動部４ｂ、及び溶融可塑化シリンダー４ｃを有している。熱可塑性樹脂Ｒは、溶融可塑化シリンダー４ｃの上流に備えられたホッパー４ａから溶融可塑化シリンダー４ｃ内へ投入される。熱可塑性樹脂Ｒは、加熱された溶融可塑化シリンダー４ｃの内部でスクリューの回転により溶融状にされ、シリンダー下流方向に押出される。ここで用いるスクリューは単軸であっても二軸であってもよい。
【００１７】
移動機構５は、押出機４をプレス装置３に対して移動させるための機構である。このような移動機構５としては、例えばＸＹステージ機構を採用することができる。
【００１８】
温度調節用ダイ６は、押出機４の溶融可塑化シリンダー４ｃの出口に取り付けられている。押出機４の溶融可塑化シリンダー４ｃから押出された溶融状の熱可塑性樹脂Ｒは、温度調節用ダイ６を通じてプレス装置３に供給される。温度調節用ダイ６は、プレス装置３に供給される樹脂の温度調節を行う。
【００１９】
以下、温度調節用ダイ６の構成について図４〜図８を参照して詳細に説明を行う。
【００２０】
図４及び図５に示されるように、温度調節用ダイ６は、押出機４から溶融状の熱可塑性樹脂Ｒが導入される入口部１０と、熱可塑性樹脂Ｒの温度調節が行われるランド部１１と、熱可塑性樹脂Ｒが外に押し出される合流出口部１２とから構成されている。
【００２１】
図４、図６、及び図７に示されるように、入口部１０は、押出機４の溶融可塑化シリンダー４ｃから溶融状の熱可塑性樹脂Ｒが導入される入口流路Ａを有している。この入口流路Ａに導入された溶融状の熱可塑性樹脂Ｒは、矢印で示す流れ方向Ｔ１に流れてランド部１１内へと流れ込む。
【００２２】
図６〜図８に示されるように、ランド部１１は、溶融状の熱可塑性樹脂Ｒが流れる複数の流路Ｂを形成する本体部１１ａを有している。また、本体部１１ａの左右には、厚板状のサイドガイド１１ｂ，１１ｃが配置されている。厚板状のサイドガイド１１ｂ，１１ｃは、ボルト１３によって本体部１１ａに固定されている。なお、ランド部１１は、大部分が、鉄、炭素鋼などの一般的な構造用材料から構成されている。
【００２３】
複数の流路Ｂは、流れ方向Ｔ１に延在する直線状の流路である。複数の流路Ｂは、流れ方向Ｔ１に直交する方向（本体部１１ａの横幅方向）で本体部１１ａの一方の端部から本体部１１ａの他方の端部まで一列に並んで形成されている。なお、流路Ｂは、必ずしも本体部１１ａの一方の端部から本体部１１ａの他方の端部まで形成されている必要はなく、流れ方向Ｔ１に直交する方向で本体部１１ａの中央付近にのみ形成されていても良く、左右何れかの端に片寄って形成されていても良い。
【００２４】
図４、図６、及び図８に示されるように、本体部１１ａには、冷却水配管１４及びカートリッジヒータ１５が複数備えられている。冷却水配管１４は、冷却水の循環により流路Ｂを流れる熱可塑性樹脂Ｒを冷却するクーラである。また、カートリッジヒータ１５は、電熱により流路Ｂを流れる熱可塑性樹脂Ｒを加熱するヒータである。
【００２５】
冷却水配管１４及びカートリッジヒータ１５は、流路Ｂの上側及び下側にそれぞれ配置され、本体部１１ａにおける流れ方向Ｔ１に沿って複数並べられている。なお、図５及び図７については冷却水配管１４及びカートリッジヒータ１５の図示を省略する。
【００２６】
図４〜図６に示されるように、ランド部１１の上側には、流路Ｂを流れる熱可塑性樹脂Ｒの温度を検出するための温度センサ１６が取り付けられている。温度センサ１６は、本体部１１ａ内に差し込まれた棒状の検出部１６ａを有しており、検出部１６ａの先端は流路Ｂの近傍に位置している。
【００２７】
温度センサ１６は、配線を通じて図示しない温度制御装置に接続されている。温度制御装置は、温度センサ１６の検出した温度に応じて冷却水配管１４の通水やカートリッジヒータ１５の通電を制御することにより、プレス装置３に供給する熱可塑性樹脂Ｒの温度を調節する。
【００２８】
図６〜図８に示されるように、本体部１１ａ内には、上端及び下端が本体部１１ａの内壁に埋めこまれた長方形状の板１７が複数配置されている。複数の板１７は、流れ方向Ｔ１に沿って延在している。複数の板１７は、本体部１１ａの内部で複数の流路Ｂを形成する壁部として機能する。
【００２９】
また、流れ方向Ｔ１における板１７の長さはランド部１１の長さと略同一である。ここで、略同一の範囲には、例えば板１７の長さがランド部１１の長さの８０％〜１１０％程度である場合も含まれる。
【００３０】
流路Ｂは、板１７の他、本体部１１ａ内の上部内壁１１ｄ及び下部内壁１１ｅにより囲まれて形成されている。本実施形態において、板１７はランド部１１の横幅方向における流路Ｂの内壁であり、上部内壁１１ｄ及び下部内壁１１ｅはランド部１１の縦幅方向（高さ方向）における流路Ｂの内壁である。板１７は、流路Ｂを形成する壁部のうち流路Ｂの間の部分に相当する。
【００３１】
各流路Ｂの熱可塑性樹脂Ｒの流れ方向Ｔ１に垂直な断面の形状は、縦長の長方形状をなしている。長方形状をなす断面形状の短辺（横幅）は１ｍｍ以上３ｍｍ以下であることが好ましく、温度調節用ダイ６から十分な量の熱可塑性樹脂Ｒを供給できるという観点から、長辺（縦幅）は６ｍｍ以上であることが好ましい。また、長辺は１０ｍｍ以上であることがより好ましく、１５ｍｍ以上であることが更に好ましい。なお、長辺と短辺の位置関係は本実施形態の位置関係の逆であっても良い。
【００３２】
また、流路Ｂの長さＬ（流れ方向Ｔ１の長さ）と断面形状における短辺Ｈの比Ｌ／Ｈは、所定の温度に精度よく温度調節が可能であるという観点から５０以上であることが好ましい。ランド部１１が大きくなりすぎず、温度調節用ダイ６の取付作業が容易で、小さなスペースでも取付けられるという観点から、Ｌ／Ｈは３００以下であることが好ましく、より好ましくは２００以下である。
【００３３】
板１７は、温度調節用ダイ６の大部分を構成する鉄等の一般的な構造材料と比べて熱伝導率の大きい銅から構成されている。具体的には、板１７は、熱伝導率が１８０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の銅から構成されている。板１７が熱伝導率の大きい銅から構成されることで、冷却水配管１４やカートリッジヒータ１５による温度調節を効率良く熱可塑性樹脂Ｒに伝えることができる。
【００３４】
図４〜図７に示されるように、温度調節用ダイ６の合流出口部１２は、ランド部１１の流路Ｂから押し出された熱可塑性樹脂Ｒが合流する合流流路Ｃを有している。合流流路Ｃは、下向きの出口１２ａを有する湾曲した流路である。出口１２ａから外に押し出される熱可塑性樹脂Ｒの流れ方向を矢印Ｔ２で示す。なお、合流流路Ｃの出口１２ａには、溶融状の熱可塑性樹脂Ｒを切り落とすためのカッター機構を取り付けることが好ましい。
【００３５】
合流出口部１２には、二本の合流出口部用カートリッジヒータ１８が配置されている。二本の合流出口部用カートリッジヒータ１８は、合流流路Ｃを左右で挟むように配置されており、合流流路Ｃを流れる熱可塑性樹脂Ｒの加熱を行う。また、合流出口部１２の上側には、ランド部１１の温度センサ１６と同じ構造を有する温度センサ１９が設けられている。
【００３６】
温度センサ１９及びカートリッジヒータ１８は、配線を通じて上述した温度制御装置に接続されており、温度センサ１９の検出温度が設定温度よりも低い場合にはカートリッジヒータ１８を用いて合流流路Ｃを流れる熱可塑性樹脂Ｒの加熱を行う。
【００３７】
このように構成された温度調節用ダイ６によれば、流路Ｂを形成する板１７を熱伝導率１８０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の銅から構成することで、鉄から形成する場合と比べて、冷却水配管１４の冷却水及びカートリッジヒータ１５と流路Ｂ内の熱可塑性樹脂Ｒとの間の熱伝導効率を向上させることができ、熱可塑性樹脂Ｒの温度を効率良く調節することができる。従って、この温度調節用ダイ６によれば、効率良く熱可塑性樹脂Ｒの温度調節を行うことができ、処理能力が向上するので、所望の温度の熱可塑性樹脂Ｒを短時間で得ることができる。
【００３８】
なお、このような構成の温度調節用ダイについては、特願２０１１−１３９５５９に詳しい記載がある。また、温度調節用ダイ６の構成は、上述したものに限られない。板１７は必ずしも銅製である必要はなく、銅に代えてアルミニウムや金、銀等から構成されていても良い。また、熱伝導率が１８０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であれば、二種類以上の材料から構成されていても良い。なお、板１７は、熱伝導率の高い銅等を一部に含んでいるだけであっても良い。この場合、板１７の表面積における熱伝導率の高い材料の割合は５０％以上であることが好ましく、７０％以上であることがより好ましい。更に、流路Ｂを横方向や斜め方向に分割するように板１７を設けることも可能である。また、本発明に係る製造方法において温度調節用ダイ６を必ずしも用いる必要はない。
【００３９】
次に、プレス装置３の構成について説明する。図１〜図３に示されるように、プレス装置３は、雌雄一対の金型７によるプレス成形を行う装置である。金型７は、可動型となる上側の金型７ａと、固定型となる下側の金型７ｂとから構成されている。
【００４０】
金型７ａ，７ｂには、加熱媒体や冷却媒体が流れる流路Ｄが複数形成されている。縦断面が円形状の流路Ｄは、例えば直径３〜１０ｍｍの大きさに形成されている。流路Ｄを流れる加熱媒体としては、例えば蒸気、加圧水、温水などが用いられ、冷却媒体としては冷却水などが用いられる。
【００４１】
金型７ａ，７ｂでは、流路Ｄ内を加熱媒体や冷却媒体が流れることで、キャビティ面Ｃａ，Ｃｂの温度調節が実現される。このような金型７ａ，７ｂを用いることで、短時間でキャビティ面Ｃａ，Ｃｂ（図９参照）の温度を変更する急速加熱冷却成形を行うことができる。
【００４２】
急速加熱冷却成形とは、樹脂賦形時開始時に金型７ａ，７ｂのキャビティ面Ｃａ，Ｃｂの温度を高くしておき、賦形完了後に金型７ａ，７ｂのキャビティ面Ｃａ，Ｃｂの温度を下げる成形法である。なお、必ずしもキャビティ面Ｃａ，Ｃｂの両方の温度調節を行う必要はなく、例えば樹脂成形体の意匠面に対応するキャビティ面の一部のみを温度調節する態様であっても良い。
【００４３】
プレス装置３は、金型７ａ，７ｂの開閉を行うための駆動源８を備えている。駆動源８としては、油圧駆動装置や電動駆動装置が採用される。駆動制御の観点から、サーボモーター等の電動駆動装置を採用することが好ましい。
【００４４】
プレス装置３は、駆動源８により金型７ａを金型７ｂに接近させることで、金型７ａ，７ｂの型締めを行う。このときの金型７ａ，７ｂ間の相対速度を型締め速度とする。プレス装置３は、駆動源８により金型７ａ，７ｂの型締め速度を制御する。
【００４５】
（熱可塑性樹脂）
本実施形態で用いられる熱可塑性樹脂Ｒとしては、例えばポリプロピレン、ポリエチレン、アクリル樹脂、アクリロニトリル−スチレン−ブタジエンブロック共重合体、ポリスチレン、ナイロン等のポリアミド、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、スチレン−ブタジエンブロック共重合体、ＥＰＭ、ＥＰＤＭ等の熱可塑性エストラマ−、これらの混合物、これらを用いたポリマーアロイ等が挙げられ、なかでもポリプロピレンやポリエチレン等の結晶性樹脂が好ましく、ポリプロピレンがより好ましい。また、必要に応じてガラス繊維、各種の無機フィラー、有機フィラー等の充填材を含有してもよい。本発明の熱可塑性樹脂Ｒは、示差走査熱量測定（ＤＳＣ）によって結晶融解ピークが観測されるものである。本発明に用いられる熱可塑性樹脂Ｒが混合物の場合、混合物の示差走査熱量測定（ＤＳＣ）を行うことによって、結晶融解ピークが観測されるものであればよい。
【００４６】
（熱可塑性樹脂成形体の製造方法）
本実施形態に係る熱可塑性樹脂成形体の製造方法は，樹脂供給工程と賦形工程とを備えている。本実施形態に係る熱可塑性樹脂成形体の製造方法では、金型７ａ，７ｂのキャビティ面Ｃａ，Ｃｂが金型設定温度まで予め加熱されている。金型７ａ，７ｂのキャビティ面Ｃａ，Ｃｂは、流路Ｄ内に加熱媒体を流すことで加熱される。金型設定温度は、賦形開始時のキャビティ面Ｃａ，Ｃｂの温度が所定の温度範囲になるように選択される。賦形開始時におけるキャビティ面Ｃａ，Ｃｂの温度範囲については後述する。本実施形態に係る熱可塑性樹脂成形体の製造方法では、金型７ａ，７ｂのキャビティ面Ｃａ，Ｃｂが金型設定温度まで加熱された状態で樹脂供給工程が行われる。
【００４７】
《樹脂供給工程》
樹脂供給工程では、図２に示されるように、移動機構５によって押出機４がプレス装置３側へ移動され、開放状態にある金型７ａ，７ｂ間に、押出機４内で溶融状にされた所定量の熱可塑性樹脂Ｒが供給される。
【００４８】
樹脂供給工程では、押出機４の溶融可塑化シリンダー４ｃの出口に取り付けられた温度調節用ダイ６を通じて溶融状の熱可塑性樹脂Ｒの供給が行われる。このとき、温度調節用ダイ６では、内部を流れる熱可塑性樹脂Ｒの温度が設定温度になるように温度調節が行われる。温度調節用ダイ６の設定温度は、賦形開始時に樹脂温度が所定の温度範囲になるように選択される。賦形開始時の温度範囲については後述する。
【００４９】
また、樹脂供給工程において、温度調節用ダイ６から押出される溶融状の熱可塑性樹脂Ｒの厚さは、得られる成形体の剛性と衝撃強度をより高くするという観点から、製造する樹脂成形体の厚さの２倍以上、１０倍以下であることが好ましい。樹脂供給工程において、温度調節用ダイ６を通じて溶融状の熱可塑性樹脂Ｒが一対の金型７ａ，７ｂの間に供給され、温度調節用ダイ６において溶融状の熱可塑性樹脂Ｒの温度を調節することにより、賦形開始時の樹脂温度の調節を短時間で実現することができ、熱可塑性樹脂成形体の製造効率を向上させることができるため、好ましい。
【００５０】
《賦形工程》
賦形工程では、プレス装置３が雌雄一対の金型７ａ，７ｂを型締めすることで熱可塑性樹脂Ｒの賦形が行われる。ここで、図９（ａ）は、樹脂供給工程後の熱可塑性樹脂Ｒの状態を示す図である。図９（ｂ）は、賦形開始時の熱可塑性樹脂Ｒの状態を示す図である。図９（ｃ）は、型締め完了時の熱可塑性樹脂Ｒの状態を示す図である。
【００５１】
図９（ａ）に示す樹脂供給工程の後の状態から、金型７ａ，７ｂを閉じることで図９（ｂ）に示す賦形開始の状態に移行する。樹脂供給工程の後、速やかに金型７ａ，７ｂが閉じ始められることが好ましい。
【００５２】
本発明の賦形工程において、図９（ｂ）に示す熱可塑性樹脂Ｒの賦形が開始されるときとは、雌雄一対の金型７ａ、７ｂの両方が熱可塑性樹脂Ｒに接触したときに等しい。上側の金型７ａが降下して熱可塑性樹脂Ｒに接触した瞬間から、プレス成形における熱可塑性樹脂Ｒの賦形が開始される。
【００５３】
ここで、上側の金型７ａが熱可塑性樹脂Ｒに接触してから金型７ａ，７ｂの型締めが完了するまでに上側の金型７ａが降下する距離を、その間の時間で除した値を型締め速度Ｖとする。なお、金型７ａがプレス全開位置から熱可塑性樹脂Ｒに接触するまでの間の金型７ａ，７ｂの閉じる速度を型閉じ速度として、型締め速度Ｖと区別する。
【００５４】
この賦形工程において、金型７ａ，７ｂの型締め速度Ｖは、３０ｍｍ／秒より大きく、５００ｍｍ／秒以下の速度として設定される。型締め速度Ｖは、５０ｍｍ／秒以上の速度として設定されることが好ましい。また、型締め速度Ｖは、３００ｍｍ／秒以下の速度として設定されることが好ましい。
【００５５】
型締め速度Ｖが５０ｍｍ／秒以上であると、小さな型締め力で賦形でき、かつ剛性や衝撃強度の高い成形体が得られるため、好ましい。型締め速度Ｖが３００ｍｍ／秒以下であると、金型を閉じるときに金型７ａ，７ｂに作用する衝撃力が小さくなり、金型７ａ，７ｂやプレス装置３が破損しにくい。
【００５６】
この賦形工程では、図９（ｂ）に示す熱可塑性樹脂Ｒの賦形が開始されるとき、金型７ａ，７ｂのキャビティ面Ｃａ，Ｃｂの温度が熱可塑性樹脂Ｒの荷重たわみ温度より３０℃低い温度以上となるように、前述のとおり、金型設定温度を調整する。また、熱可塑性樹脂Ｒの賦形開始時に、キャビティ面Ｃａ，Ｃｂの全部ではなく一部の温度のみを熱可塑性樹脂Ｒの荷重たわみ温度より３０℃低い温度以上としても良い。更に、金型７ａ，７ｂのキャビティ面Ｃａ，Ｃｂの温度調節を行う構成としては、流路Ｄを設けるものに限られない。例えば、電気ヒータや高周波誘導加熱装置等により金型７ａ，７ｂを加熱する構成であっても良い。
【００５７】
この賦形工程では、図９（ｂ）に示す熱可塑性樹脂Ｒの賦形が開始されるときの溶融状熱可塑性樹脂の温度が、熱可塑性樹脂Ｒの融点より２０℃低い温度以上、融点より１０℃高い温度以下とされる。このときの樹脂温度は、融点より１０℃低い温度以上、融点より１０℃高い温度以下であることが好ましく。融点より１０℃低い温度以上、融点以下であることがより好ましい。賦形が開始されるときの溶融状熱可塑性樹脂Ｒの温度が熱可塑性樹脂Ｒの融点より２０℃低い温度以上であれば、樹脂の流動性がよく、金型７のキャビティ形状どおりに賦形することができる。熱可塑性樹脂Ｒの温度が融点より１０℃高い温度以下であると、剛性や衝撃強度の高い熱可塑性樹脂成形体Ｒｃを得ることができる。賦形開始時における樹脂温度の調節は、温度調節用ダイ６により供給時の樹脂温度を調節することで行われる。
【００５８】
その後、賦形工程では、金型７ａ、７ｂを型締めすることにより熱可塑性樹脂Ｒがキャビティ面Ｃａ，Ｃｂに沿って広がり、熱可塑性樹脂Ｒの賦形が進められる。本実施形態においては、金型７ｂのキャビティ形状が端末部に縦壁部を有する三次元形状となっているため、キャビティ内の熱可塑性樹脂Ｒは縦壁部である凹凸部を有する三次元形状に賦形される。熱可塑性樹脂Ｒの型締めが完了すると図９（ｃ）の状態となる。
【００５９】
図９（ｃ）の状態において、熱可塑性樹脂Ｒの冷却が行われる。このとき、金型７ａ、７ｂでは、流路Ｄに冷却媒体が流れることで、キャビティ面Ｃａ，Ｃｂの温度が下げられる。例えば、キャビティ面Ｃａ，Ｃｂの温度が２０℃〜６０℃となるように冷却される。その後、冷却した熱可塑性樹脂Ｒが固化することにより縦壁部を有する熱可塑性樹脂成形体Ｒｃが成形される。
【００６０】
《離型工程》
離型工程では、金型７ａ、７ｂが開かれて、内部の樹脂成形体Ｒｃが取り出される。図１０に離型工程後の熱可塑性樹脂成形体Ｒｃの状態を示す。離型工程では、まず緩やかな速度で金型７ａ、７ｂが開かれた後、開放状態になる位置まで高速で型開きが行われる。その後、成形された熱可塑性樹脂成形体Ｒｃが金型７ｂから取り出される。
【００６１】
また、本実施形態に係る製造方法は、シート状の薄い樹脂成形体を製造する場合に比べると、凹凸部を有する三次元形状の樹脂成形体や１ｍｍ以上の平均厚さを有する樹脂成形体を製造する場合に特に有効である。なお、凹凸部を有する三次元形状の樹脂成形体は、例えば本実施形態のようにキャビティ形状を凹凸部を有する三次元形状とした金型を用いることにより製造される。また、樹脂成形体の平均厚さは、剛性や衝撃強度の高い樹脂成形体を得るという観点から５ｍｍ以下であることが好ましい。
【００６２】
本発明に係る熱可塑性樹脂成形体の製造方法は、射出機を用いた射出プレス成形においても利用することができる。この場合には、射出機が溶融可塑化装置に相当する。
【００６３】
ここで、図１１に、本発明に係る熱可塑性樹脂成形体の製造方法で利用できる金型の他の例を示す。図１１に示す金型２０により形成されるキャビティ形状も、上述した金型７と同じく凹凸部を有する三次元形状を有している。なお、金型２０は、キャビティ面の左右の端部に位置する二箇所の凹凸部を有しているが、凹凸部が一箇所の場合や三箇所以上の場合もキャビティ形状が凹凸部を有する三次元形状を有する場合に含まれる。
【実施例】
【００６４】
（実施例１）
実施例１として、上述した実施形態に係る熱可塑性樹脂成形体の製造方法を行った。熱可塑性樹脂Ｒとして、ポリプロピレン（商品名：住友ノーブレンＨ５０１、住友化学株式会社製、ＭＦＲ＝３ｇ／１０分、融点１６５℃、荷重たわみ温度１４２℃）を用いて、厚さ２．５ｍｍの樹脂成形体を製造した。
【００６５】
射出機としては、ＳＬＩＭ１０ｅ１６（（株）佐藤鉄工所製、最大型締め力９８０ｋＮ、理論射出容量１６１０ｃｃ）用射出装置、プレス装置としてはＳＬＩＭ１０ｅ１６用型締め装置を使用した。
使用した金型は、上側の可動型と下側の固定型とからなる雌雄一対のプレス成形用金型であり、縦４００ｍｍ、横６００ｍｍ、高さ６０ｍｍで表面にシボを有する略平板形状のものを用いた。金型の加熱用として、高周波発信周波数２０ｋＨｚ、高周波出力５０ｋＷの高周波誘導加熱装置を金型外部に設置し、金型間に溶融状ポリプロピレンを供給する前に予め上側の可動型のキャビティ表面を加熱できるようにした。
また、上述した実施形態に係る温度調節用ダイ６を前記射出機の出口に取り付けた。射出機の温度は２００℃設定とした。射出機にポリプロピレンを投入して溶融し、溶融状のポリプロピレンを温度調節用ダイ６を通じて、金型間に供給した。
その後、プレス装置の型締め速度を７０ｍｍ／秒に設定して賦形を開始した。
このとき、賦形開始時の金型キャビティ表面の温度が１２０℃となるように溶融状ポリプロピレンを金型間に供給する前に、予め高周波誘導加熱装置で可動型キャビティ表面を加熱した。また、賦形開始時の溶融状ポリプロピレンの温度が１６５℃となるように温度調節用ダイ６の温度を設定した。
【００６６】
（比較例１）
溶融状ポリプロピレンを金型間に供給する前に可動型キャビティ表面を予め加熱しなかったこと以外は、実施例１と同様に製造した。
【００６７】
（比較例２）
賦形開始時の温度を２００℃とした以外は、実施例１と同様に製造した。
【００６８】
［評価方法］
（１）曲げ弾性率
実施例及び比較例で製造した成形体の曲げ弾性率は、ＪＩＳ Ｋ７２０３に従って、下記条件で測定した。
測定温度：２３℃
スパン：５０ｍｍ
曲げ速度：２ｍｍ／分
（２）衝撃強度
実施例及び比較例で製造した成形体の衝撃強度は、ＪＩＳ Ｋ７１１０に従って、下記条件で測定した。
測定温度：２３℃
Ｖノッチあり
（３）グロス
実施例及び比較例で製造した成形体表面のグロスは、ＪＩＳ Ｚ８７４１に従って、下記条件で測定した。このグロスの値が１．８以下であれば転写性がよく、外観が良好であるとした。
測定角度：６０°
（４）融点（単位：℃）
実施例及び比較例で用いた熱可塑性樹脂の融点は、示唆走査熱量計（パーキンエルマー社製ＤＳＣ ＶＩＩ型）を用いて測定した。測定条件は、あらかじめ試片１０ｍｇを窒素雰囲気下におき２２０℃で５分間溶融させた後、５℃／分の降温速度で５０℃まで降温して結晶化させた。その後、５℃／分で昇温させて、得られた融解吸熱カーブの最大ピークの温度を融点とした。
（５）メルトフローレート（ＭＦＲ、単位：ｇ／１０分）
実施例及び比較例で用いた熱可塑性樹脂のＭＦＲは、ＪＩＳ−Ｋ７２１０に従って、下記条件で測定した。
測定温度：２３０℃
荷重：２.１６ｋｇｆ
（６）荷重たわみ温度（単位：℃）
実施例及び比較例で用いた熱可塑性樹脂の荷重たわみ温度は、ＪＩＳ−Ｋ７１９１−２ Ｂ法に従って測定した。
（７）賦形開始時の可動型キャビティ表面温度（単位：℃）
予め実施例において、可動型キャビティ表面の加熱が完了してから賦形開始までの時間を測定し、その時間をｔ１秒とした。
実施例における熱可塑性樹脂成形体の製造とは別に、賦形開始時の可動型キャビティ表面の温度を測定した。可動型のキャビティ表面に熱電対を貼り付けておき、高周波誘導加熱装置を用いて可動型のキャビティ表面を所定時間加熱し、加熱が完了してかｔ１秒後の金型キャビティ表面の温度を測定した。高周波誘導加熱装置で加熱する時間を変更して同じ測定を行い、上述の実施例、比較例において、賦形開始時の可動型キャビティ表面温度を所望の温度とすることができる加熱時間を求めた。
（８）賦形開始時の温度（単位：℃）
実施例における熱可塑性樹脂成形体の製造とは別に、賦形開始時の溶融状ポリプロピレンの温度を測定した。予め、実施例において、溶融状ポリプロピレンを金型間に供給してから、賦形開始までの時間を測定し、その時間をｔ２秒とした。
ＳＬＩＭ１０ｅ１６用射出装置の先端に温度調節用ダイ６を取り付け、射出装置の温度を２００℃設定とし、所定の温度に設定した温度調節用ダイ６を通じて金型間に溶融状のポリプロピレンを供給した。溶融状ポリプロピレンの供給が完了してからｔ２秒後の金型キャビティ面上の溶融状ポリプロピレンの中央部（長さ方向及び厚み方向の略中心部）に熱電対を差し込んで樹脂温度を測定した。
温度調節用ダイ６の設定温度を変更して同じ測定を行い、上述の実施例、比較例において、賦形開始時の温度を所望の温度とすることができる温度調節用ダイ６の設定温度を求めた。
【表１】
【符号の説明】
【００６９】
１…成形装置 ２…樹脂供給装置 ３…プレス装置 ４…押出機（溶融可塑化装置） ５…移動機構 ６…温度調節用ダイ ７，７ａ，７ｂ…金型 ８…駆動源 １０…入口部 １１…ランド部 １１ａ…本体部 １１ｂ，１１ｃ…サイドガイド １２…合流出口部 １４…冷却水配管 １５…カートリッジヒータ １６…温度センサ １７…板 １８…合流出口部用カートリッジヒータ １９…温度センサ ２０,２０ａ,２０ｂ…金型 Ａ…入口流路 Ｂ…流路 Ｃ…合流流路 Ｄ…流路 Ｃａ，Ｃｂ…キャビティ面 Ｒ…熱可塑性樹脂 Ｒｃ…熱可塑性樹脂成形体 Ｔ１…流れ方向 Ｔ２…流れ方向
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱可塑性樹脂成形体の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、熱可塑性樹脂成形体の製造方法として、雌雄一対の金型間に溶融状の熱可塑性樹脂を供給した後、金型を型締めすることにより賦形して製造する方法が知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３１３５９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の熱可塑性樹脂成形体より、剛性と衝撃強度の高い熱可塑性樹脂成形体が望まれており、成形体の製造方法に関しても、剛性と衝撃強度の高い熱可塑性樹脂成形体を得ることができる熱可塑性樹脂成形体の製造方法が望まれていた。
【０００５】
そこで、本発明は、剛性と衝撃強度が高く、かつ、外観の好ましい熱可塑性樹脂成形体を得ることができる熱可塑性樹脂成形体の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、鋭意検討した結果、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、一対の金型間に溶融状の熱可塑性樹脂を供給する樹脂供給工程と、一対の金型を型締めすることで熱可塑性樹脂を賦形する賦形工程とを備える熱可塑性樹脂成形体の製造方法であって、賦形工程において熱可塑性樹脂の賦形が開始されるとき、熱可塑性樹脂成形体の意匠面側に対応する金型のキャビティ面の少なくとも一部の温度が熱可塑性樹脂の荷重たわみ温度より３０℃低い温度以上であり、熱可塑性樹脂の賦形が開始されるときの熱可塑性樹脂の温度は、熱可塑性樹脂の融点より２０℃低い温度以上、融点より１０℃高い温度以下であり、賦形工程における金型の型締め速度は、３０ｍｍ／秒より大きく、５００ｍｍ／秒以下である熱可塑性樹脂成形体の製造方法にかかるものである。
【０００７】
上述した熱可塑性樹脂成形体の製造方法の好ましい一態様は、樹脂供給工程において、熱可塑性樹脂を溶融する溶融可塑化装置の出口に取り付けられた温度調節用ダイを通じて溶融状の熱可塑性樹脂が一対の金型間に供給され、温度調節用ダイにおいて当該溶融状の熱可塑性樹脂の温度が調節される熱可塑性樹脂成形体の製造方法である。
【０００８】
上述した熱可塑性樹脂成形体の製造方法の別の好ましい一態様は、一対の金型により形成されるキャビティ形状が凹凸部を有する三次元形状である熱可塑性樹脂成形体の製造方法である。
【０００９】
上述した熱可塑性樹脂成形体の製造方法の別の好ましい一態様は、賦形工程が、熱可塑性樹脂を１ｍｍ以上、５ｍｍ以下の平均厚さを有する形状に賦形する工程である熱可塑性樹脂成形体の製造方法である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、剛性と衝撃強度が高く、かつ、外観の好ましい熱可塑性樹脂成形体を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態に係る熱可塑性樹脂成形体の製造方法で用いる成形装置を示す図である。
【図２】図１の成形装置による樹脂供給工程を示す図である。
【図３】図１の成形装置による賦形工程を示す図である。
【図４】温度調節用ダイを示す斜視図である。
【図５】温度調節用ダイを示す平面図である。
【図６】図５のVI−VI線に沿った断面図である。
【図７】図６のVII−VII線に沿った断面図である。
【図８】図５のVIII−VIII線に沿った断面図である。
【図９】（ａ）樹脂供給工程後の熱可塑性樹脂の状態を示す図である。（ｂ）賦形開始時の熱可塑性樹脂の状態を示す図である。（ｃ）型締め完了時の熱可塑性樹脂の状態を示す図である。
【図１０】離型工程後の熱可塑性樹脂の状態を示す図である。
【図１１】本発明に係る熱可塑性樹脂成形体の製造方法で利用できる金型の他の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１３】
図１〜図３に示されるように、本実施形態に係る熱可塑性樹脂成形体の製造方法は、いわゆるプレス成形法であり、プレス成形用の成形装置１を用いて熱可塑性樹脂成形体を製造する。
【００１４】
（成形装置）
以下、成形装置１について説明を行う。本実施形態に係る成形装置１は、樹脂供給装置２とプレス装置３とから構成されている。
【００１５】
樹脂供給装置２は、熱可塑性樹脂Ｒを溶融する押出機（溶融可塑化装置）４と、押出機４を移動させる移動機構５と、押出機４から押出される熱可塑性樹脂Ｒの温度調節を行う温度調節用ダイ６とを備えている。
【００１６】
押出機４は、ホッパー４ａ、駆動部４ｂ、及び溶融可塑化シリンダー４ｃを有している。熱可塑性樹脂Ｒは、溶融可塑化シリンダー４ｃの上流に備えられたホッパー４ａから溶融可塑化シリンダー４ｃ内へ投入される。熱可塑性樹脂Ｒは、加熱された溶融可塑化シリンダー４ｃの内部でスクリューの回転により溶融状にされ、シリンダー下流方向に押出される。ここで用いるスクリューは単軸であっても二軸であってもよい。
【００１７】
移動機構５は、押出機４をプレス装置３に対して移動させるための機構である。このような移動機構５としては、例えばＸＹステージ機構を採用することができる。
【００１８】
温度調節用ダイ６は、押出機４の溶融可塑化シリンダー４ｃの出口に取り付けられている。押出機４の溶融可塑化シリンダー４ｃから押出された溶融状の熱可塑性樹脂Ｒは、温度調節用ダイ６を通じてプレス装置３に供給される。温度調節用ダイ６は、プレス装置３に供給される樹脂の温度調節を行う。
【００１９】
以下、温度調節用ダイ６の構成について図４〜図８を参照して詳細に説明を行う。
【００２０】
図４及び図５に示されるように、温度調節用ダイ６は、押出機４から溶融状の熱可塑性樹脂Ｒが導入される入口部１０と、熱可塑性樹脂Ｒの温度調節が行われるランド部１１と、熱可塑性樹脂Ｒが外に押し出される合流出口部１２とから構成されている。
【００２１】
図４、図６、及び図７に示されるように、入口部１０は、押出機４の溶融可塑化シリンダー４ｃから溶融状の熱可塑性樹脂Ｒが導入される入口流路Ａを有している。この入口流路Ａに導入された溶融状の熱可塑性樹脂Ｒは、矢印で示す流れ方向Ｔ１に流れてランド部１１内へと流れ込む。
【００２２】
図６〜図８に示されるように、ランド部１１は、溶融状の熱可塑性樹脂Ｒが流れる複数の流路Ｂを形成する本体部１１ａを有している。また、本体部１１ａの左右には、厚板状のサイドガイド１１ｂ，１１ｃが配置されている。厚板状のサイドガイド１１ｂ，１１ｃは、ボルト１３によって本体部１１ａに固定されている。なお、ランド部１１は、大部分が、鉄、炭素鋼などの一般的な構造用材料から構成されている。
【００２３】
複数の流路Ｂは、流れ方向Ｔ１に延在する直線状の流路である。複数の流路Ｂは、流れ方向Ｔ１に直交する方向（本体部１１ａの横幅方向）で本体部１１ａの一方の端部から本体部１１ａの他方の端部まで一列に並んで形成されている。なお、流路Ｂは、必ずしも本体部１１ａの一方の端部から本体部１１ａの他方の端部まで形成されている必要はなく、流れ方向Ｔ１に直交する方向で本体部１１ａの中央付近にのみ形成されていても良く、左右何れかの端に片寄って形成されていても良い。
【００２４】
図４、図６、及び図８に示されるように、本体部１１ａには、冷却水配管１４及びカートリッジヒータ１５が複数備えられている。冷却水配管１４は、冷却水の循環により流路Ｂを流れる熱可塑性樹脂Ｒを冷却するクーラである。また、カートリッジヒータ１５は、電熱により流路Ｂを流れる熱可塑性樹脂Ｒを加熱するヒータである。
【００２５】
冷却水配管１４及びカートリッジヒータ１５は、流路Ｂの上側及び下側にそれぞれ配置され、本体部１１ａにおける流れ方向Ｔ１に沿って複数並べられている。なお、図５及び図７については冷却水配管１４及びカートリッジヒータ１５の図示を省略する。
【００２６】
図４〜図６に示されるように、ランド部１１の上側には、流路Ｂを流れる熱可塑性樹脂Ｒの温度を検出するための温度センサ１６が取り付けられている。温度センサ１６は、本体部１１ａ内に差し込まれた棒状の検出部１６ａを有しており、検出部１６ａの先端は流路Ｂの近傍に位置している。
【００２７】
温度センサ１６は、配線を通じて図示しない温度制御装置に接続されている。温度制御装置は、温度センサ１６の検出した温度に応じて冷却水配管１４の通水やカートリッジヒータ１５の通電を制御することにより、プレス装置３に供給する熱可塑性樹脂Ｒの温度を調節する。
【００２８】
図６〜図８に示されるように、本体部１１ａ内には、上端及び下端が本体部１１ａの内壁に埋めこまれた長方形状の板１７が複数配置されている。複数の板１７は、流れ方向Ｔ１に沿って延在している。複数の板１７は、本体部１１ａの内部で複数の流路Ｂを形成する壁部として機能する。
【００２９】
また、流れ方向Ｔ１における板１７の長さはランド部１１の長さと略同一である。ここで、略同一の範囲には、例えば板１７の長さがランド部１１の長さの８０％〜１１０％程度である場合も含まれる。
【００３０】
流路Ｂは、板１７の他、本体部１１ａ内の上部内壁１１ｄ及び下部内壁１１ｅにより囲まれて形成されている。本実施形態において、板１７はランド部１１の横幅方向における流路Ｂの内壁であり、上部内壁１１ｄ及び下部内壁１１ｅはランド部１１の縦幅方向（高さ方向）における流路Ｂの内壁である。板１７は、流路Ｂを形成する壁部のうち流路Ｂの間の部分に相当する。
【００３１】
各流路Ｂの熱可塑性樹脂Ｒの流れ方向Ｔ１に垂直な断面の形状は、縦長の長方形状をなしている。長方形状をなす断面形状の短辺（横幅）は１ｍｍ以上３ｍｍ以下であることが好ましく、温度調節用ダイ６から十分な量の熱可塑性樹脂Ｒを供給できるという観点から、長辺（縦幅）は６ｍｍ以上であることが好ましい。また、長辺は１０ｍｍ以上であることがより好ましく、１５ｍｍ以上であることが更に好ましい。なお、長辺と短辺の位置関係は本実施形態の位置関係の逆であっても良い。
【００３２】
また、流路Ｂの長さＬ（流れ方向Ｔ１の長さ）と断面形状における短辺Ｈの比Ｌ／Ｈは、所定の温度に精度よく温度調節が可能であるという観点から５０以上であることが好ましい。ランド部１１が大きくなりすぎず、温度調節用ダイ６の取付作業が容易で、小さなスペースでも取付けられるという観点から、Ｌ／Ｈは３００以下であることが好ましく、より好ましくは２００以下である。
【００３３】
板１７は、温度調節用ダイ６の大部分を構成する鉄等の一般的な構造材料と比べて熱伝導率の大きい銅から構成されている。具体的には、板１７は、熱伝導率が１８０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の銅から構成されている。板１７が熱伝導率の大きい銅から構成されることで、冷却水配管１４やカートリッジヒータ１５による温度調節を効率良く熱可塑性樹脂Ｒに伝えることができる。
【００３４】
図４〜図７に示されるように、温度調節用ダイ６の合流出口部１２は、ランド部１１の流路Ｂから押し出された熱可塑性樹脂Ｒが合流する合流流路Ｃを有している。合流流路Ｃは、下向きの出口１２ａを有する湾曲した流路である。出口１２ａから外に押し出される熱可塑性樹脂Ｒの流れ方向を矢印Ｔ２で示す。なお、合流流路Ｃの出口１２ａには、溶融状の熱可塑性樹脂Ｒを切り落とすためのカッター機構を取り付けることが好ましい。
【００３５】
合流出口部１２には、二本の合流出口部用カートリッジヒータ１８が配置されている。二本の合流出口部用カートリッジヒータ１８は、合流流路Ｃを左右で挟むように配置されており、合流流路Ｃを流れる熱可塑性樹脂Ｒの加熱を行う。また、合流出口部１２の上側には、ランド部１１の温度センサ１６と同じ構造を有する温度センサ１９が設けられている。
【００３６】
温度センサ１９及びカートリッジヒータ１８は、配線を通じて上述した温度制御装置に接続されており、温度センサ１９の検出温度が設定温度よりも低い場合にはカートリッジヒータ１８を用いて合流流路Ｃを流れる熱可塑性樹脂Ｒの加熱を行う。
【００３７】
このように構成された温度調節用ダイ６によれば、流路Ｂを形成する板１７を熱伝導率１８０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の銅から構成することで、鉄から形成する場合と比べて、冷却水配管１４の冷却水及びカートリッジヒータ１５と流路Ｂ内の熱可塑性樹脂Ｒとの間の熱伝導効率を向上させることができ、熱可塑性樹脂Ｒの温度を効率良く調節することができる。従って、この温度調節用ダイ６によれば、効率良く熱可塑性樹脂Ｒの温度調節を行うことができ、処理能力が向上するので、所望の温度の熱可塑性樹脂Ｒを短時間で得ることができる。
【００３８】
なお、このような構成の温度調節用ダイについては、特願２０１１−１３９５５９に詳しい記載がある。また、温度調節用ダイ６の構成は、上述したものに限られない。板１７は必ずしも銅製である必要はなく、銅に代えてアルミニウムや金、銀等から構成されていても良い。また、熱伝導率が１８０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であれば、二種類以上の材料から構成されていても良い。なお、板１７は、熱伝導率の高い銅等を一部に含んでいるだけであっても良い。この場合、板１７の表面積における熱伝導率の高い材料の割合は５０％以上であることが好ましく、７０％以上であることがより好ましい。更に、流路Ｂを横方向や斜め方向に分割するように板１７を設けることも可能である。また、本発明に係る製造方法において温度調節用ダイ６を必ずしも用いる必要はない。
【００３９】
次に、プレス装置３の構成について説明する。図１〜図３に示されるように、プレス装置３は、雌雄一対の金型７によるプレス成形を行う装置である。金型７は、可動型となる上側の金型７ａと、固定型となる下側の金型７ｂとから構成されている。
【００４０】
金型７ａ，７ｂには、加熱媒体や冷却媒体が流れる流路Ｄが複数形成されている。縦断面が円形状の流路Ｄは、例えば直径３〜１０ｍｍの大きさに形成されている。流路Ｄを流れる加熱媒体としては、例えば蒸気、加圧水、温水などが用いられ、冷却媒体としては冷却水などが用いられる。
【００４１】
金型７ａ，７ｂでは、流路Ｄ内を加熱媒体や冷却媒体が流れることで、キャビティ面Ｃａ，Ｃｂの温度調節が実現される。このような金型７ａ，７ｂを用いることで、短時間でキャビティ面Ｃａ，Ｃｂ（図９参照）の温度を変更する急速加熱冷却成形を行うことができる。
【００４２】
急速加熱冷却成形とは、樹脂賦形時開始時に金型７ａ，７ｂのキャビティ面Ｃａ，Ｃｂの温度を高くしておき、賦形完了後に金型７ａ，７ｂのキャビティ面Ｃａ，Ｃｂの温度を下げる成形法である。なお、必ずしもキャビティ面Ｃａ，Ｃｂの両方の温度調節を行う必要はなく、例えば樹脂成形体の意匠面に対応するキャビティ面の一部のみを温度調節する態様であっても良い。
【００４３】
プレス装置３は、金型７ａ，７ｂの開閉を行うための駆動源８を備えている。駆動源８としては、油圧駆動装置や電動駆動装置が採用される。駆動制御の観点から、サーボモーター等の電動駆動装置を採用することが好ましい。
【００４４】
プレス装置３は、駆動源８により金型７ａを金型７ｂに接近させることで、金型７ａ，７ｂの型締めを行う。このときの金型７ａ，７ｂ間の相対速度を型締め速度とする。プレス装置３は、駆動源８により金型７ａ，７ｂの型締め速度を制御する。
【００４５】
（熱可塑性樹脂）
本実施形態で用いられる熱可塑性樹脂Ｒとしては、例えばポリプロピレン、ポリエチレン、アクリル樹脂、アクリロニトリル−スチレン−ブタジエンブロック共重合体、ポリスチレン、ナイロン等のポリアミド、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、スチレン−ブタジエンブロック共重合体、ＥＰＭ、ＥＰＤＭ等の熱可塑性エストラマ−、これらの混合物、これらを用いたポリマーアロイ等が挙げられ、なかでもポリプロピレンやポリエチレン等の結晶性樹脂が好ましく、ポリプロピレンがより好ましい。また、必要に応じてガラス繊維、各種の無機フィラー、有機フィラー等の充填材を含有してもよい。本発明の熱可塑性樹脂Ｒは、示差走査熱量測定（ＤＳＣ）によって結晶融解ピークが観測されるものである。本発明に用いられる熱可塑性樹脂Ｒが混合物の場合、混合物の示差走査熱量測定（ＤＳＣ）を行うことによって、結晶融解ピークが観測されるものであればよい。
【００４６】
（熱可塑性樹脂成形体の製造方法）
本実施形態に係る熱可塑性樹脂成形体の製造方法は，樹脂供給工程と賦形工程とを備えている。本実施形態に係る熱可塑性樹脂成形体の製造方法では、金型７ａ，７ｂのキャビティ面Ｃａ，Ｃｂが金型設定温度まで予め加熱されている。金型７ａ，７ｂのキャビティ面Ｃａ，Ｃｂは、流路Ｄ内に加熱媒体を流すことで加熱される。金型設定温度は、賦形開始時のキャビティ面Ｃａ，Ｃｂの温度が所定の温度範囲になるように選択される。賦形開始時におけるキャビティ面Ｃａ，Ｃｂの温度範囲については後述する。本実施形態に係る熱可塑性樹脂成形体の製造方法では、金型７ａ，７ｂのキャビティ面Ｃａ，Ｃｂが金型設定温度まで加熱された状態で樹脂供給工程が行われる。
【００４７】
《樹脂供給工程》
樹脂供給工程では、図２に示されるように、移動機構５によって押出機４がプレス装置３側へ移動され、開放状態にある金型７ａ，７ｂ間に、押出機４内で溶融状にされた所定量の熱可塑性樹脂Ｒが供給される。
【００４８】
樹脂供給工程では、押出機４の溶融可塑化シリンダー４ｃの出口に取り付けられた温度調節用ダイ６を通じて溶融状の熱可塑性樹脂Ｒの供給が行われる。このとき、温度調節用ダイ６では、内部を流れる熱可塑性樹脂Ｒの温度が設定温度になるように温度調節が行われる。温度調節用ダイ６の設定温度は、賦形開始時に樹脂温度が所定の温度範囲になるように選択される。賦形開始時の温度範囲については後述する。
【００４９】
また、樹脂供給工程において、温度調節用ダイ６から押出される溶融状の熱可塑性樹脂Ｒの厚さは、得られる成形体の剛性と衝撃強度をより高くするという観点から、製造する樹脂成形体の厚さの２倍以上、１０倍以下であることが好ましい。樹脂供給工程において、温度調節用ダイ６を通じて溶融状の熱可塑性樹脂Ｒが一対の金型７ａ，７ｂの間に供給され、温度調節用ダイ６において溶融状の熱可塑性樹脂Ｒの温度を調節することにより、賦形開始時の樹脂温度の調節を短時間で実現することができ、熱可塑性樹脂成形体の製造効率を向上させることができるため、好ましい。
【００５０】
《賦形工程》
賦形工程では、プレス装置３が雌雄一対の金型７ａ，７ｂを型締めすることで熱可塑性樹脂Ｒの賦形が行われる。ここで、図９（ａ）は、樹脂供給工程後の熱可塑性樹脂Ｒの状態を示す図である。図９（ｂ）は、賦形開始時の熱可塑性樹脂Ｒの状態を示す図である。図９（ｃ）は、型締め完了時の熱可塑性樹脂Ｒの状態を示す図である。
【００５１】
図９（ａ）に示す樹脂供給工程の後の状態から、金型７ａ，７ｂを閉じることで図９（ｂ）に示す賦形開始の状態に移行する。樹脂供給工程の後、速やかに金型７ａ，７ｂが閉じ始められることが好ましい。
【００５２】
本発明の賦形工程において、図９（ｂ）に示す熱可塑性樹脂Ｒの賦形が開始されるときとは、雌雄一対の金型７ａ、７ｂの両方が熱可塑性樹脂Ｒに接触したときに等しい。上側の金型７ａが降下して熱可塑性樹脂Ｒに接触した瞬間から、プレス成形における熱可塑性樹脂Ｒの賦形が開始される。
【００５３】
ここで、上側の金型７ａが熱可塑性樹脂Ｒに接触してから金型７ａ，７ｂの型締めが完了するまでに上側の金型７ａが降下する距離を、その間の時間で除した値を型締め速度Ｖとする。なお、金型７ａがプレス全開位置から熱可塑性樹脂Ｒに接触するまでの間の金型７ａ，７ｂの閉じる速度を型閉じ速度として、型締め速度Ｖと区別する。
【００５４】
この賦形工程において、金型７ａ，７ｂの型締め速度Ｖは、３０ｍｍ／秒より大きく、５００ｍｍ／秒以下の速度として設定される。型締め速度Ｖは、５０ｍｍ／秒以上の速度として設定されることが好ましい。また、型締め速度Ｖは、３００ｍｍ／秒以下の速度として設定されることが好ましい。
【００５５】
型締め速度Ｖが５０ｍｍ／秒以上であると、小さな型締め力で賦形でき、かつ剛性や衝撃強度の高い成形体が得られるため、好ましい。型締め速度Ｖが３００ｍｍ／秒以下であると、金型を閉じるときに金型７ａ，７ｂに作用する衝撃力が小さくなり、金型７ａ，７ｂやプレス装置３が破損しにくい。
【００５６】
この賦形工程では、図９（ｂ）に示す熱可塑性樹脂Ｒの賦形が開始されるとき、金型７ａ，７ｂのキャビティ面Ｃａ，Ｃｂの温度が熱可塑性樹脂Ｒの荷重たわみ温度より３０℃低い温度以上となるように、前述のとおり、金型設定温度を調整する。また、熱可塑性樹脂Ｒの賦形開始時に、キャビティ面Ｃａ，Ｃｂの全部ではなく一部の温度のみを熱可塑性樹脂Ｒの荷重たわみ温度より３０℃低い温度以上としても良い。更に、金型７ａ，７ｂのキャビティ面Ｃａ，Ｃｂの温度調節を行う構成としては、流路Ｄを設けるものに限られない。例えば、電気ヒータや高周波誘導加熱装置等により金型７ａ，７ｂを加熱する構成であっても良い。
【００５７】
この賦形工程では、図９（ｂ）に示す熱可塑性樹脂Ｒの賦形が開始されるときの溶融状熱可塑性樹脂の温度が、熱可塑性樹脂Ｒの融点より２０℃低い温度以上、融点より１０℃高い温度以下とされる。このときの樹脂温度は、融点より１０℃低い温度以上、融点より１０℃高い温度以下であることが好ましく。融点より１０℃低い温度以上、融点以下であることがより好ましい。賦形が開始されるときの溶融状熱可塑性樹脂Ｒの温度が熱可塑性樹脂Ｒの融点より２０℃低い温度以上であれば、樹脂の流動性がよく、金型７のキャビティ形状どおりに賦形することができる。熱可塑性樹脂Ｒの温度が融点より１０℃高い温度以下であると、剛性や衝撃強度の高い熱可塑性樹脂成形体Ｒｃを得ることができる。賦形開始時における樹脂温度の調節は、温度調節用ダイ６により供給時の樹脂温度を調節することで行われる。
【００５８】
その後、賦形工程では、金型７ａ、７ｂを型締めすることにより熱可塑性樹脂Ｒがキャビティ面Ｃａ，Ｃｂに沿って広がり、熱可塑性樹脂Ｒの賦形が進められる。本実施形態においては、金型７ｂのキャビティ形状が端末部に縦壁部を有する三次元形状となっているため、キャビティ内の熱可塑性樹脂Ｒは縦壁部である凹凸部を有する三次元形状に賦形される。熱可塑性樹脂Ｒの型締めが完了すると図９（ｃ）の状態となる。
【００５９】
図９（ｃ）の状態において、熱可塑性樹脂Ｒの冷却が行われる。このとき、金型７ａ、７ｂでは、流路Ｄに冷却媒体が流れることで、キャビティ面Ｃａ，Ｃｂの温度が下げられる。例えば、キャビティ面Ｃａ，Ｃｂの温度が２０℃〜６０℃となるように冷却される。その後、冷却した熱可塑性樹脂Ｒが固化することにより縦壁部を有する熱可塑性樹脂成形体Ｒｃが成形される。
【００６０】
《離型工程》
離型工程では、金型７ａ、７ｂが開かれて、内部の樹脂成形体Ｒｃが取り出される。図１０に離型工程後の熱可塑性樹脂成形体Ｒｃの状態を示す。離型工程では、まず緩やかな速度で金型７ａ、７ｂが開かれた後、開放状態になる位置まで高速で型開きが行われる。その後、成形された熱可塑性樹脂成形体Ｒｃが金型７ｂから取り出される。
【００６１】
また、本実施形態に係る製造方法は、シート状の薄い樹脂成形体を製造する場合に比べると、凹凸部を有する三次元形状の樹脂成形体や１ｍｍ以上の平均厚さを有する樹脂成形体を製造する場合に特に有効である。なお、凹凸部を有する三次元形状の樹脂成形体は、例えば本実施形態のようにキャビティ形状を凹凸部を有する三次元形状とした金型を用いることにより製造される。また、樹脂成形体の平均厚さは、剛性や衝撃強度の高い樹脂成形体を得るという観点から５ｍｍ以下であることが好ましい。
【００６２】
本発明に係る熱可塑性樹脂成形体の製造方法は、射出機を用いた射出プレス成形においても利用することができる。この場合には、射出機が溶融可塑化装置に相当する。
【００６３】
ここで、図１１に、本発明に係る熱可塑性樹脂成形体の製造方法で利用できる金型の他の例を示す。図１１に示す金型２０により形成されるキャビティ形状も、上述した金型７と同じく凹凸部を有する三次元形状を有している。なお、金型２０は、キャビティ面の左右の端部に位置する二箇所の凹凸部を有しているが、凹凸部が一箇所の場合や三箇所以上の場合もキャビティ形状が凹凸部を有する三次元形状を有する場合に含まれる。
【実施例】
【００６４】
（実施例１）
実施例１として、上述した実施形態に係る熱可塑性樹脂成形体の製造方法を行った。熱可塑性樹脂Ｒとして、ポリプロピレン（商品名：住友ノーブレンＨ５０１、住友化学株式会社製、ＭＦＲ＝３ｇ／１０分、融点１６５℃、荷重たわみ温度１４２℃）を用いて、厚さ２．５ｍｍの樹脂成形体を製造した。
【００６５】
射出機としては、ＳＬＩＭ１０ｅ１６（（株）佐藤鉄工所製、最大型締め力９８０ｋＮ、理論射出容量１６１０ｃｃ）用射出装置、プレス装置としてはＳＬＩＭ１０ｅ１６用型締め装置を使用した。
使用した金型は、上側の可動型と下側の固定型とからなる雌雄一対のプレス成形用金型であり、縦４００ｍｍ、横６００ｍｍ、高さ６０ｍｍで表面にシボを有する略平板形状のものを用いた。金型の加熱用として、高周波発信周波数２０ｋＨｚ、高周波出力５０ｋＷの高周波誘導加熱装置を金型外部に設置し、金型間に溶融状ポリプロピレンを供給する前に予め上側の可動型のキャビティ表面を加熱できるようにした。
また、上述した実施形態に係る温度調節用ダイ６を前記射出機の出口に取り付けた。射出機の温度は２００℃設定とした。射出機にポリプロピレンを投入して溶融し、溶融状のポリプロピレンを温度調節用ダイ６を通じて、金型間に供給した。
その後、プレス装置の型締め速度を７０ｍｍ／秒に設定して賦形を開始した。
このとき、賦形開始時の金型キャビティ表面の温度が１２０℃となるように溶融状ポリプロピレンを金型間に供給する前に、予め高周波誘導加熱装置で可動型キャビティ表面を加熱した。また、賦形開始時の溶融状ポリプロピレンの温度が１６５℃となるように温度調節用ダイ６の温度を設定した。
【００６６】
（比較例１）
溶融状ポリプロピレンを金型間に供給する前に可動型キャビティ表面を予め加熱しなかったこと以外は、実施例１と同様に製造した。
【００６７】
（比較例２）
賦形開始時の温度を２００℃とした以外は、実施例１と同様に製造した。
【００６８】
［評価方法］
（１）曲げ弾性率
実施例及び比較例で製造した成形体の曲げ弾性率は、ＪＩＳ Ｋ７２０３に従って、下記条件で測定した。
測定温度：２３℃
スパン：５０ｍｍ
曲げ速度：２ｍｍ／分
（２）衝撃強度
実施例及び比較例で製造した成形体の衝撃強度は、ＪＩＳ Ｋ７１１０に従って、下記条件で測定した。
測定温度：２３℃
Ｖノッチあり
（３）グロス
実施例及び比較例で製造した成形体表面のグロスは、ＪＩＳ Ｚ８７４１に従って、下記条件で測定した。このグロスの値が１．８以下であれば転写性がよく、外観が良好であるとした。
測定角度：６０°
（４）融点（単位：℃）
実施例及び比較例で用いた熱可塑性樹脂の融点は、示唆走査熱量計（パーキンエルマー社製ＤＳＣ ＶＩＩ型）を用いて測定した。測定条件は、あらかじめ試片１０ｍｇを窒素雰囲気下におき２２０℃で５分間溶融させた後、５℃／分の降温速度で５０℃まで降温して結晶化させた。その後、５℃／分で昇温させて、得られた融解吸熱カーブの最大ピークの温度を融点とした。
（５）メルトフローレート（ＭＦＲ、単位：ｇ／１０分）
実施例及び比較例で用いた熱可塑性樹脂のＭＦＲは、ＪＩＳ−Ｋ７２１０に従って、下記条件で測定した。
測定温度：２３０℃
荷重：２.１６ｋｇｆ
（６）荷重たわみ温度（単位：℃）
実施例及び比較例で用いた熱可塑性樹脂の荷重たわみ温度は、ＪＩＳ−Ｋ７１９１−２ Ｂ法に従って測定した。
（７）賦形開始時の可動型キャビティ表面温度（単位：℃）
予め実施例において、可動型キャビティ表面の加熱が完了してから賦形開始までの時間を測定し、その時間をｔ１秒とした。
実施例における熱可塑性樹脂成形体の製造とは別に、賦形開始時の可動型キャビティ表面の温度を測定した。可動型のキャビティ表面に熱電対を貼り付けておき、高周波誘導加熱装置を用いて可動型のキャビティ表面を所定時間加熱し、加熱が完了してかｔ１秒後の金型キャビティ表面の温度を測定した。高周波誘導加熱装置で加熱する時間を変更して同じ測定を行い、上述の実施例、比較例において、賦形開始時の可動型キャビティ表面温度を所望の温度とすることができる加熱時間を求めた。
（８）賦形開始時の温度（単位：℃）
実施例における熱可塑性樹脂成形体の製造とは別に、賦形開始時の溶融状ポリプロピレンの温度を測定した。予め、実施例において、溶融状ポリプロピレンを金型間に供給してから、賦形開始までの時間を測定し、その時間をｔ２秒とした。
ＳＬＩＭ１０ｅ１６用射出装置の先端に温度調節用ダイ６を取り付け、射出装置の温度を２００℃設定とし、所定の温度に設定した温度調節用ダイ６を通じて金型間に溶融状のポリプロピレンを供給した。溶融状ポリプロピレンの供給が完了してからｔ２秒後の金型キャビティ面上の溶融状ポリプロピレンの中央部（長さ方向及び厚み方向の略中心部）に熱電対を差し込んで樹脂温度を測定した。
温度調節用ダイ６の設定温度を変更して同じ測定を行い、上述の実施例、比較例において、賦形開始時の温度を所望の温度とすることができる温度調節用ダイ６の設定温度を求めた。
【表１】
【符号の説明】
【００６９】
１…成形装置 ２…樹脂供給装置 ３…プレス装置 ４…押出機（溶融可塑化装置） ５…移動機構 ６…温度調節用ダイ ７，７ａ，７ｂ…金型 ８…駆動源 １０…入口部 １１…ランド部 １１ａ…本体部 １１ｂ，１１ｃ…サイドガイド １２…合流出口部 １４…冷却水配管 １５…カートリッジヒータ １６…温度センサ １７…板 １８…合流出口部用カートリッジヒータ １９…温度センサ ２０,２０ａ,２０ｂ…金型 Ａ…入口流路 Ｂ…流路 Ｃ…合流流路 Ｄ…流路 Ｃａ，Ｃｂ…キャビティ面 Ｒ…熱可塑性樹脂 Ｒｃ…熱可塑性樹脂成形体 Ｔ１…流れ方向 Ｔ２…流れ方向
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の金型間に溶融状の熱可塑性樹脂を供給する樹脂供給工程と、前記一対の金型を型締めすることで前記熱可塑性樹脂を賦形する賦形工程とを備える熱可塑性樹脂成形体の製造方法であって、
前記賦形工程において前記熱可塑性樹脂の賦形が開始されるとき、熱可塑性樹脂成形体の意匠面側に対応する前記金型のキャビティ面の少なくとも一部の温度が前記熱可塑性樹脂の荷重たわみ温度より３０℃低い温度以上であり、
前記熱可塑性樹脂の賦形が開始されるときの前記熱可塑性樹脂の温度は、前記熱可塑性樹脂の融点より２０℃低い温度以上、前記融点より１０℃高い温度以下であり、
前記賦形工程における前記金型の型締め速度は、３０ｍｍ／秒より大きく、５００ｍｍ／秒以下である熱可塑性樹脂成形体の製造方法。
【請求項２】
前記樹脂供給工程において、熱可塑性樹脂を溶融する溶融可塑化装置の出口に取り付けられた温度調節用ダイを通じて溶融状の熱可塑性樹脂が前記一対の金型間に供給され、前記温度調節用ダイにおいて当該溶融状の熱可塑性樹脂の温度が調節される請求項１に記載の熱可塑性樹脂成形体の製造方法。
【請求項３】
前記一対の金型により形成されるキャビティ形状が凹凸部を有する三次元形状である請求項１又は２の何れか一項に記載の熱可塑性樹脂成形体の製造方法。
【請求項４】
前記賦形工程が、前記熱可塑性樹脂を１ｍｍ以上、５ｍｍ以下の平均厚さを有する形状に賦形する工程である請求項１〜３の何れか一項に記載の熱可塑性樹脂成形体の製造方法。
【請求項１】
一対の金型間に溶融状の熱可塑性樹脂を供給する樹脂供給工程と、前記一対の金型を型締めすることで前記熱可塑性樹脂を賦形する賦形工程とを備える熱可塑性樹脂成形体の製造方法であって、
前記賦形工程において前記熱可塑性樹脂の賦形が開始されるとき、熱可塑性樹脂成形体の意匠面側に対応する前記金型のキャビティ面の少なくとも一部の温度が前記熱可塑性樹脂の荷重たわみ温度より３０℃低い温度以上であり、
前記熱可塑性樹脂の賦形が開始されるときの前記熱可塑性樹脂の温度は、前記熱可塑性樹脂の融点より２０℃低い温度以上、前記融点より１０℃高い温度以下であり、
前記賦形工程における前記金型の型締め速度は、３０ｍｍ／秒より大きく、５００ｍｍ／秒以下である熱可塑性樹脂成形体の製造方法。
【請求項２】
前記樹脂供給工程において、熱可塑性樹脂を溶融する溶融可塑化装置の出口に取り付けられた温度調節用ダイを通じて溶融状の熱可塑性樹脂が前記一対の金型間に供給され、前記温度調節用ダイにおいて当該溶融状の熱可塑性樹脂の温度が調節される請求項１に記載の熱可塑性樹脂成形体の製造方法。
【請求項３】
前記一対の金型により形成されるキャビティ形状が凹凸部を有する三次元形状である請求項１又は２の何れか一項に記載の熱可塑性樹脂成形体の製造方法。
【請求項４】
前記賦形工程が、前記熱可塑性樹脂を１ｍｍ以上、５ｍｍ以下の平均厚さを有する形状に賦形する工程である請求項１〜３の何れか一項に記載の熱可塑性樹脂成形体の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１３−１０３４５１（Ｐ２０１３−１０３４５１Ａ）
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４９９５２（Ｐ２０１１−２４９９５２）
【出願日】平成２３年１１月１５日（２０１１．１１．１５）
【出願人】（０００００２０９３）住友化学株式会社 (8,981)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１５日（２０１１．１１．１５）
【出願人】（０００００２０９３）住友化学株式会社 (8,981)
【Ｆターム（参考）】
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