JP5291301B2 - 樹脂成形品とその製造方法および射出成形装置 - Google Patents

Description

本発明は、樹脂成形品とその製造方法および射出成形装置に関する。

熱可塑性樹脂は金属やガラスなどの無機物に比べて軽量であるため、厚い製品が必要な場合には、このような熱可塑性樹脂からなる樹脂成形品が用いられることが多い。特に、透光性を有する製品を製造する場合に、ガラスを材料として用いると、重いだけでなく破損し易いという欠点や、形状の自由度に乏しいという欠点がある。従って、透光性を有し厚い製品を製造する際には、熱可塑性樹脂の射出成形が用いられることが多い（特許文献１参照）。
特開２０００−２２９３４３号公報

厚い樹脂成形品を通常の射出成形法によって製造する場合、キャビティ内への樹脂の充填に時間がかかり、充填の最中にもかかわらず金型表面付近の樹脂が冷えて固化層ができてしまうことがある。充填中の樹脂の一部が固化層になってしまうと、依然として流動している中央部付近の樹脂が固化層を動かすおそれがある。ある程度固化した樹脂が動かされると、その跡がフローマークとして残ったり、固化した樹脂が動かされることによる力が表面歪みとして残ったり、反りが生じることがある。特に、透光性を有する樹脂成形品に歪みが生じると、光学的歪みを引き起こすため、樹脂成形品の所望の性能が得られないおそれがある。また、穴部を有する樹脂成形品の場合、充填中の樹脂の一部が固化層になってしまうとウェルドマークが生じ易くなり、著しく製品価値を低下させてしまう。そのため、穴部を有する厚い樹脂成形品を製造する場合、従来は、穴部のない樹脂成形品を射出成形した後に切削機械加工により穴を開けている。それによって、製造コストが非常に高くなっている。

前記したように樹脂の充填中に金型表面に接する位置に固化層が生じると、この固化層が早く冷却され始めるのに対し、中央部分の溶融樹脂は、射出が完全に完了した後に冷却が開始されるため、部分的に冷却時間の差が生じる。それによって樹脂成形品内に部分的に体積収縮の違いが生じ、その結果、樹脂成形品にヒケが生じ易い。固化層があまり移動しないように充填圧力をより小さくすると、充填に要する時間がさらに長くなる。

そこで、従来は、樹脂温度および金型温度を高くすることによって、金型表面においても熱可塑性樹脂が固化しにくくし、固化層の発生を抑え、前記した不具合を解消することが試みられている。しかし、樹脂温度および金型温度を高くすると、射出完了後の冷却時間がさらに長くなるため、樹脂成形品の製造に要する時間が長くなり効率が悪くなる。このように冷却時間が長くなることは、製造効率の観点から不利であり好ましくない。

なお、特許文献１には、ヒケや歪みの問題を解決するための特別な射出圧縮成形方法が開示されているが、これは圧縮力の制御など、工程が非常に煩雑になり容易ではない。

また、比較的薄い樹脂成形品であって、厚さ方向ではなく面内方向に複数の部分に分割されて、多色成形法によって成形される樹脂成形品の場合にも、先に形成された第１部分が、第２部分の成形時に再加熱されることによる不具合が生じることがある。例えば、先に形成された第１部分を保持した状態の可動側金型が、第２部分の成形時に再加熱されると、第１部分が可動側金型のキャビティ表面に熱によって貼り付いてしまうおそれがある。その場合に、第２部分の成形後に型開きして成形品を取り出すと、可動側金型のキャビティ表面に貼り付いていた第１部分を引き剥がすことになり、その表面状態が悪くなる。すなわち、成形品の第１部分の表面の転写不良である。

本発明の目的は、比較的厚くても、製造に要する時間を長くすることなく、表面歪みを抑え、フローマークやウェルドマークやヒケや反り等の外観不良を防ぎ、転写性が良好な樹脂成形品と、その製造方法および射出成形装置を提供することにある。

本発明の樹脂成形品の製造方法は、樹脂成形品を厚さ方向に複数の部分に分割して形成し、複数の部分は同一の熱可塑性樹脂からそれぞれ形成し、可動側金型および第１の固定側金型のキャビティ表面を、熱可塑性樹脂の荷重たわみ温度以上かつ加熱分解温度未満に保った状態で、可動側金型と第１の固定側金型とを閉じることによって構成された第１のキャビティ内に熱可塑性樹脂を射出し、射出完了後に可動側金型および第１の固定側金型のキャビティ表面を熱可塑性樹脂の荷重たわみ温度未満に冷却する、第１部分を形成するステップと、形成された第１部分を保持した状態の可動側金型を、第１の固定側金型との対向位置から第２の固定側金型との対向位置に移動させるステップと、形成された第１部分を保持した状態の可動側金型のキャビティ表面を熱可塑性樹脂の荷重たわみ温度未満に保ったまま、第２の固定側金型のキャビティ表面を熱可塑性樹脂の荷重たわみ温度以上かつ加熱分解温度未満に保ち、形成された第１部分を保持した状態の可動側金型と第２の固定側金型とを閉じることによって構成された第２のキャビティ内に熱可塑性樹脂を射出し、射出完了後に第２の固定側金型のキャビティ表面を熱可塑性樹脂の荷重たわみ温度未満に冷却する、第１部分に接合された第２部分を形成するステップと、を含み、可動側金型の位置または移動を示す信号を検知して、該信号に基づいて可動側金型の加熱または冷却の制御を行うことを特徴とする。

なお、荷重たわみ温度は、国際規格 ＩＳＯ ７５（ＪＩＳ７１９１） 荷重１．８ＭＰａで規定されている。

この方法では、樹脂成形品を多色成形法によって製造している。通常、多色成形法は、異なる樹脂を用いて色または特性の異なる複数の部分を一体形成するために用いられているが、本発明では、単一の熱可塑性樹脂からなる樹脂成形品を、あえてこの多色成形法を用いて製造することによって、外観を良好にしつつ製造時間を短縮することが可能になっている。こうして製造された樹脂成形品は、部分的な冷却時間の差が生じにくく、ヒケや反りの問題が起こりにくい。しかも、第１部分の形成時には、キャビティ表面が熱可塑性樹脂の荷重たわみ温度よりも高温であるため、熱可塑性樹脂の流動性が良く第１のキャビティ内全体に充填される。その結果、ウェルドマークやフローマークの発生が抑制された樹脂成形品が製造でき、しかも、外観の転写が良好で歪みが小さい。さらに、第２部分の形成時には、可働側金型に保持された第１部分は低温に保たれ、第２の固定側金型は高温であるため、第２のキャビティ内を流動する熱可塑性樹脂は、第１部分に近い部分や中間部分よりも、第２の固定側金型に近い部分で良好に流動し、しかも可動側金型が第１の熱可塑性樹脂の荷重たわみ温度よりも低温であるため第１部分は再溶解せず、第２部分となる熱可塑性樹脂の流動によって第１部分が移動させられることはない。

本発明の樹脂成形品は、熱可塑性樹脂の射出成形によって形成された第１部分と、第１部分と同じ熱可塑性樹脂の射出成形によって、第１部分の上に積層形成された第２部分を含むことを特徴とするものである。従来は単一の樹脂材料からなる樹脂成形品は一度の射出成形で製造するのが当たり前であったが、本発明では、同じ樹脂材料からなる複数の部分をそれぞれ射出成形によって個別に形成している。これによって、特に、第１部分と第２部分の積層された厚さの合計が３ｍｍ以上、特に４ｍｍ以上であるような厚い樹脂成形品を、比較的短時間で製造でき、しかも、反りを防いで外観を良好にできる。

なお、本明細書中で言う「キャビティ」とは、型締め状態の金型間の、スプルーおよびランナーを除く、樹脂が充填可能な空間であり、各成形品の形状に対応する空間を指す。そして、「キャビティ表面」とは、キャビティを区画する金型表面を指す。

本発明によると、比較的厚い（例えば厚さ３ｍｍ以上の）樹脂成形品であっても、短時間で製造でき、しかも、反りやウェルドマークやフローマークや表面歪みを防ぎ、良好な外観にすることができる。特に、透光性を有する樹脂成形品の場合、表面歪みを小さく抑えることにより、光学特性を良好にすることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

本発明は、比較的厚い、例えば厚さが３ｍｍ以上、特に４ｍｍ以上の樹脂成形品１１（図１参照）を製造するのに適しており、それを厚さ方向に複数の部分に分割して形成するものである。まず、この点について説明する。

前記したように、従来、厚い樹脂成形品の表面歪みを抑え、フローマークやウェルドマークやヒケや反り等の外観不良を防ぎ、転写性を良好にするためには、成形時の樹脂温度および金型温度を高くすることが考えられていた。しかし、それに伴って、樹脂の冷却時間が長くなり、製造に要する時間が長く製造効率が悪いという欠点が生じた。そこで、本出願人は、これらの問題を全て解決するために、樹脂成形品を厚さ方向に複数の部分に分割して、段階的に形成することを考えた。すなわち、図１に示す樹脂成形品１１は、同一形状の第１部分（第１層）１２と第２部分（第２層）１３が積層された構成であり、第１部分１２と第２部分１３は同一の熱可塑性樹脂からなる。

一例としては、樹脂成形品１１は、透光性を有するアクリル樹脂（ＰＭＭＡ：荷重たわみ温度９０℃）からなり、平面形状が１００ｍｍ×１００ｍｍの正方形で直径１０ｍｍの穴部１１ａを有するものであり、第１部分１２（厚さ３ｍｍ）と第２部分（厚さ３ｍｍ）の合計の厚さが６ｍｍである。そして、本発明では、このように樹脂成形品を多層構造にして、従来は色や材質の異なる複数種類の樹脂を材料とする場合に用いられていた多色成形法を用いて形成した。なお、本明細書中で言う透光性とは、ヘイズが３０％以下であることを意味する。

ここで、本発明の射出成形装置の全体構造について説明する。図２，３に示すように、この射出成形装置は、固定側プレート１と、図示しない駆動手段によってガイド３に沿って、固定側プレート１に近づいたり離れたりする可動側プレート２を有している。固定側プレート１の、可動側プレート２側に向いた面には、第１の固定側金型４と第２の固定側金型５が取り付けられている。後述するように、第１の固定側金型４と第２の固定側金型５は、キャビティ１４，１７の形状とスプルー１５，１８およびランナー１６，１９の位置が異なっているが（図５，６参照）、それ以外は実質的に同じ構成である。そして、図２，３では、見易くするために分離して図示されているが、固定側プレート１には２つの射出機構６，７が取り付けられている。射出機構６，７は、詳述しないが各固定側金型４，５のスプルー１５，１８にそれぞれ接続されており、溶融状態の熱可塑性樹脂を、スプルー１５，１８およびランナー１６，１９を介して各キャビティ１４，１７内にそれぞれ射出するものである。両射出機構６，７には、透光性を有する同一の熱可塑性樹脂を供給可能である。なお、第１のキャビティ１４にも第２のキャビティ１７にも熱可塑性樹脂を射出可能であれば、射出機構は１つだけ存在していても構わない。

可動側プレート２の、固定側プレート１側に向いた面には、図示しない駆動手段によって回転させられる回転板８が取り付けられており、この回転板８に２つの可動側金型９が取り付けられている。２つの可動側金型９は、キャビティ形状が上下反対になっているが、それ以外は同じ構成であり、第１の固定側金型４および第２の固定側金型５とそれぞれ対向可能な位置に配置されている。

各金型４，５，９には、それぞれ複数の流路管１０が設けられている。各流路管１０は各キャビティ１４，１７の近傍に配置されており、温度制御機構２０から、冷水等の冷却媒体または熱水等の加熱媒体が導入可能である。各図面では、簡略化のために温度制御機構２０から全ての流路管１０を１本のラインで結んでいるかのように図示されているが、実際には、各金型４，５，９毎に独立して流路管１０に冷却媒体または加熱媒体を供給可能である。

また、図３には、各金型４，５，９が入れ子構造であるように図示されており、この構成にすると、入れ子部分を交換することによって形状の異なる樹脂成形品を製造することが容易に可能になる。ただし、必ずしも入れ子構造である必要はない。

次に、図２，３に示す射出成形装置を用いて図１に示す樹脂成形品１１を製造する本発明の方法の一実施形態について、図４のフローチャートに沿って以下に説明する。

まず、図５に示すように、可動側金型９を第１の固定側金型４に当接させて、両者の間に第１のキャビティ１４を形成する（ステップＳ１）。この第１のキャビティ１４は、図１に示す第１部分１２と同じ形状である。そして、温度制御機構２０は、このように可動側金型９が第１の固定側金型４の対向位置にあることを示す信号を受信して、それに基づいて、可動側金型９および第１の固定側金型４に設けられた流路管１０に熱水等の加熱媒体を供給する。なお、この信号は、図示しない駆動手段に回転板８を回転駆動させるための信号であってもよく、または、図示しないセンサが回転板８の姿勢を検知して出力する信号、すなわち、回転板８が、可動側金型９が第１の固定側金型４に対向するような姿勢であることを示す信号であってもよい。

このように、可動側金型９および第１の固定側金型４の流路管に加熱媒体を供給して、キャビティ表面温度を、熱可塑性樹脂（ＰＭＭＡ）の荷重たわみ温度以上かつ加熱分解温度未満である１００℃まで高めて保持する（ステップＳ２）。そこで、図２，３に示す第１の射出機構６から、スプルー１５およびランナー１６を介して第１のキャビティ１４に、所定量の溶融状態のＰＭＭＡを射出して、厚さ３ｍｍの第１部分１２を形成する（ステップＳ３）。ＰＭＭＡの射出が完了したら、温度制御機構２０は、可動側金型９および第１の固定側金型４に設けられた流路管１０への加熱媒体の供給を停止し、代わりに冷水などの冷却媒体を供給する。それによって、可動側金型９および第１の固定側金型４のキャビティ表面温度を５０℃まで降下させ、第１部分１２を固化させる（ステップＳ４）。このようにして、金型４，９の温度を上下させる、いわゆるヒートサイクル成形法によって第１部分１２を成形する。

それから、可動側プレート２を固定側プレート１から離して型開きし、回転板８（図２，３参照）を１８０度回転させて、形成された第１部分１２を保持した状態の可動側金型９を、第１の固定側金型４に対向する位置から第２の固定側金型５に対向する位置に移動させる（ステップＳ５）。その状態で、図６に示すように、可動側プレート２を固定側プレート１に当接させ、可動側金型９を第２の固定側金型５に当接させて、両者の間に第２のキャビティ１７を形成する（ステップＳ６）。第２のキャビティ１７は、第２の固定側金型５と可動側金型９および第１部分１２とによって形成され、図１に示す第２部分１３と同じ形状である。なお、図６から第１部分１２を省略した状態を図７に示している。

このとき、回転板８を回転駆動させるための信号、または、回転板８が１８０度回転した姿勢になったことを図示しないセンサが検知して出力する信号が、温度制御機構２０に供給される。この信号に基づいて、温度制御機構２０は、可動側金型９および第１の固定側金型４に設けられた流路管１０への冷却媒体の供給を停止するとともに、第２の固定側金型５の流路管１０への加熱媒体の供給を開始する。このように、可動側金型９のキャビティ表面温度を５０℃に保ったまま、第２の固定側金型５のキャビティ表面温度を、ＰＭＭＡの荷重たわみ温度以上かつ加熱分解温度未満である１００℃まで高めて保持する（ステップＳ７）。なお、後述するように、樹脂成形品１１の第２部分１３の成形と同時に第１のキャビティ１４において次の樹脂成形品１１の第１部分１２の成形を行う場合には、この時点で第１の固定側金型４の流路管１０への加熱媒体の供給を再開する。

図４に示すフローチャートでは、便宜上、ステップＳ５、ステップＳ６、ステップＳ７の順番に行うように記載しているが、これらの３つのステップの順番は限定されるものではない。例えば、ステップＳ６とステップＳ７の順番が入れ替わっていても構わない。さらに、ステップＳ５における可動側金型９の移動（回転板８の回転）の開始と同時に、ステップＳ７における冷却を開始するようになっていても構わない。これは、温度制御機構２０が加熱または冷却を制御するために用いられる信号が、いかなる信号であるか（回転板８を回転駆動させるための信号であるか、または回転板８が１８０度回転した姿勢になったことを図示しないセンサが検知して出力する信号であるか）によって決まる場合もある。

次に、図２，３に示す第２の射出機構７から、スプルー１８およびランナー１９を介して第２のキャビティ１７に、所定量の溶融状態のＰＭＭＡを射出して、厚さ３ｍｍの第２部分１３を形成する（ステップＳ８）。ＰＭＭＡの射出が完了したら、温度制御機構２０は、第２の固定側金型５の流路管１０への加熱媒体の供給を停止し、代わりに冷水などの冷却媒体を供給する。それによって、第２の固定側金型４のキャビティ表面温度を、可動側金型９のキャビティ表面温度と同様に５０℃まで降下させ、図８に示す第２部分１３を固化させる（ステップＳ９）。

このようにして、図１に示す樹脂成形品１１を製造し、可動側プレート２を固定側プレート１から離して型開きして、樹脂成形品１１を取り出す（ステップＳ１０）。

以上説明した本実施形態によって製造された樹脂成形品１１について、後述する比較例１〜４と対比させて検討した結果を表１に示している。

この表１における「ウェルドマーク」とは、樹脂成形品１１の表面（特に穴部１１ａの周囲）における、視認できる程度のウェルドマークの発生の有無を表す。「フローマーク」とは、樹脂成形品１１の表面における、視認できる程度のフローマークの発生の有無を表す。「表面歪み」とは、樹脂成形品１１の、金型と接する表面における、視認できる程度の歪みの有無を表す。「ヒケ」とは、樹脂成形品１１における、視認できる程度のヒケの有無を表す。「反り」とは、樹脂成形品１１における反りの形状と大きさを表す。「製造時間」とは、第１部分の成形開始（射出開始）から、冷却固化した樹脂成形品１１を取り出すまでの時間を表す。

表１からわかるように、本実施形態によると、ウェルドマーク、フローマーク、表面歪み、ヒケ、反りのいずれにおいても良好な結果が得られ、製造時間は４５秒という短時間であった。

本出願人は、本実施形態と対比させるための比較実験を行った。以下、それらの比較例について説明する。なお、以下の全ての比較例において、前記した実施形態と同様な熱可塑性樹脂を用いて、同様な形状の樹脂成形品を製造している。さらに、比較例１，２では、前記した実施形態と同様な射出成形装置を用いている。

［比較例１］
比較例１では、可動側金型９および第１の固定側金型４のキャビティ表面温度を、熱可塑性樹脂（ＰＭＭＡ）の荷重たわみ温度以上かつ加熱分解温度未満である１００℃に保った状態で、第１のキャビティ１４にＰＭＭＡを射出して厚さ３ｍｍの第１部分１２を形成した。そして、可動側金型９および第１の固定側金型４のキャビティ表面温度を５０℃まで降下させて第１部分１２を固化させた後に、形成された第１部分１２を保持した状態の可動側金型９を移動させて第２の固定側金型５に当接させた。そして、可動側金型９および第２の固定側金型５のキャビティ表面温度を、ＰＭＭＡの荷重たわみ温度以上かつ加熱分解温度未満である１００℃に高めた状態で、第２のキャビティ１７にＰＭＭＡを射出して厚さ３ｍｍの第２部分１３を形成した。その後に可動側金型９および第２の固定側金型５のキャビティ表面温度を５０℃まで降下させ、樹脂成形品を固化させた。こうして製造された厚さ６ｍｍの樹脂成形品について検討した結果を、前記した表１に示している。比較例１では、ウェルドマーク、フローマーク、およびヒケに関しては問題なく、製造時間は短かったが、表面歪みが生じ、０．１ｍｍの凹状の反りも生じた。

［比較例２］
比較例２では、可動側金型９および第１の固定側金型４のキャビティ表面温度を、ＰＭＭＡの荷重たわみ温度未満である６０℃に保った状態で、第１のキャビティ１４にＰＭＭＡを射出して、厚さ３ｍｍの第１部分１２を形成した。ＰＭＭＡの射出が完了したら、第１部分１２を自然固化させた後、形成された第１部分１２を保持した状態の可動側金型９を移動させて第２の固定側金型５に当接させた。そして、可動側金型９および第２の固定側金型５のキャビティ表面温度を、いずれも６０℃に保ったままで、第２のキャビティ１７にＰＭＭＡを射出して、厚さ３ｍｍの第２部分１３を形成した。そして樹脂成形品１１を自然固化させた。こうして製造された厚さ６ｍｍの樹脂成形品について検討した結果を、前記した表１に示している。比較例２では、表面歪みとヒケに関しては良好な結果が得られ、製造時間は短かったが、ウェルドマークとフローマークが生じ、さらに０．１ｍｍの凸状の反りも生じた。

［比較例３］
比較例３では、図１，２に示す射出成形装置を用いて多色成形法を行うのではなく、通常成形法によって同様な樹脂成形品を製造した。すなわち、厚さ６ｍｍの単層の樹脂成形品を製造した。具体的には、可動側金型および固定側金型のキャビティ表面温度を、ＰＭＭＡの荷重たわみ温度以上かつ加熱分解温度未満である１００℃まで高めて、キャビティ内にＰＭＭＡを射出して、厚さ６ｍｍの樹脂成形品を形成した。所定量のＰＭＭＡの射出が完了したら、可動側金型および固定側金型のキャビティ表面温度を５０℃まで降下させ、樹脂成形品を固化させた。こうして製造された樹脂成形品について検討した結果を、前記した表１に示している。比較例３では、ウェルドマーク、フローマーク、表面歪みに関しては良好な結果が得られたが、ヒケを生じ、０．７ｍｍの大きな凸状の反りを生じ、しかも製造時間が１１０秒という長時間であった。

［比較例４］
比較例４では、比較例３と同様に、多色成形法ではなく通常成形によって単層の樹脂成形品を製造した。すなわち、可動側金型および固定側金型のキャビティ表面温度を、ＰＭＭＡの荷重たわみ温度未満である６０℃に保ち、キャビティ内にＰＭＭＡを射出して、厚さ６ｍｍの樹脂成形品を形成した。そして、樹脂成形品を自然固化させた。こうして製造された樹脂成形品について検討した結果を、前記した表１に示している。比較例４では、ウェルドマーク、フローマーク、表面歪み、ヒケの全てにおいて悪い結果となり、０．８ｍｍの大きな凸状の反りを生じ、しかも製造時間が１２０秒もの長時間かかった。

［本発明の実施形態と比較例１〜４の検証］
表１からわかるように、本発明の実施形態においては、ウェルドマーク、フローマーク、表面歪み、ヒケ、反りのいずれにおいても良好な結果が得られ、製造時間は４５秒と短かった。

これに対して、比較例１では表面歪みと小さな反りが発生した。これは、第２部分１３の形成時に、第１部分１２を保持している可動側金型９が加熱されて、第１部分１２が再溶融したところに第２部分１３の樹脂が流入し第１部分１２を引きずるようにして流動したことが原因であると考えられる。

また、比較例２ではウェルドマークとフローマークと小さな反りが発生した。これは、第１部分１２の形成時および第２部分１３の形成時に、各金型４，５，９のキャビティ表面の温度（６０℃）が、ＰＭＭＡの荷重たわみ温度よりも低いことが原因である。すなわち、樹脂の充填中に金型表面の近傍で固化層が生じ易いからである。

比較例３では、ヒケと大きな反りが生じ、製造時間が１１０秒と長くかかっている。これは、厚さ６ｍｍの成形品を一度の射出成形によって製造したため、特に成形品の中央部において冷却固化するまでの時間が長くなって、冷却時間の差が生じ易くなり、それに伴って体積収縮の違いが生じるからである。

比較例４では、比較例３と同様の理由でヒケと大きな反りが生じ製造時間が長くなり、さらに、ウェルドマークとフローマークと表面歪みが生じている。後者の原因は、比較例２と同様に、成形時に各金型のキャビティ表面の温度（６０℃）がＰＭＭＡの荷重たわみ温度よりも低く、樹脂の充填中に金型表面の近傍で固化層が生じ易いからである。

以上の検証から、大きな反りの発生と製造時間の短縮化を図るためには、樹脂成形品を多層構造にして段階的に（例えば２層構造にして２段階で）形成することが効果的であることが判る。そして、ウェルドマークやフローマークを防ぐためには、成形時の金型のキャビティ表面温度を、熱可塑性樹脂の荷重たわみ温度よりも高くすることが効果的であることが判る。さらに、前記したように樹脂成形品を多層構造にして段階的に（例えば２層構造にして２段階で）形成する上で、樹脂成形品の表面歪みを防ぐためには、第２部分の形成時には、既に形成された第１部分を保持している可動側金型の温度を熱可塑性樹脂の荷重たわみ温度よりも低くしておき、それに対向する第２の固定側金型のみを熱可塑性樹脂の荷重たわみ温度よりも高温にすることが効果的であることが判る。

従って、本発明の実施形態によると、これらの要件を全て満たし、ウェルドマーク、フローマーク、表面歪み、ヒケ、反り等がなく外観が良好で、製造時間が短い樹脂成形品を得ることができる。特に、樹脂成形品が厚い場合に、従来は反りやヒケなどの外観不良を生じやすく、また、製造時間（特に冷却時間）が長くなる傾向があったが、本発明によると、厚い樹脂成形品が短時間で製造でき、外観を良好にすることができる。さらに、表面歪みが生じた場合の影響が大きい、透光性を有する樹脂成形品についても、本発明を適用して表面歪みが小さくなるように製造することが特に効果的である。

なお、本実施形態では、単一の熱可塑性樹脂からなり、複雑な形状ではない単純な平板状の樹脂成形品を製造する上で、多色成形法によって、同一の熱可塑性樹脂からなり同一の形状の複数の部分をそれぞれ射出成形している。この方法は、前記した利点を有し、特に、透光性を有し厚い樹脂成形品を製造する上で非常に効果的である。通常、多色成形法は、色や特性が異なるなどの複数種類の樹脂を含む樹脂成形品を製造する場合に用いられるものであるが、本出願人は多色成形法を、そのような従来の用途から外れた新規な用途に用いることによって、従来にはなかった利点を導き出した。

ただし、本発明は多色成形方法を用いているため、第１部分１２を形成する第１のキャビティ１４と、第２部分１３を形成する第２のキャビティ１７の形状とを、自由に変えることもできる。また、第１部分１２の形成時と第２部分１３の形成時とでは、それぞれ異なるキャビティを使用するため、各キャビティ１４，１７に同時に樹脂を射出することが可能である。すなわち、既に形成された第１部分１２を保持した可動側金型９を第２の固定側金型５に当接させて第２のキャビティ１７に第２の熱可塑性樹脂を射出するのと同時に、もう１つの可動側金型９を第１の固定側金型４に当接させて第１のキャビティ１４に第１の熱可塑性樹脂を射出して次の樹脂成形品１１の製造を開始することができる。すなわち、樹脂成形品１１の第２部分１３の成形と同時に第１のキャビティ１４において次の樹脂成形品１１の第１部分１２の成形を行うことができる。このようにして、樹脂成形品の製造サイクルを短縮することができ、大量生産に適している。

なお、以上の説明は、樹脂成形品を厚さ方向に複数の層、すなわち第１部分（第１層）１２と第２部分（第２層）１３に分割して形成する例について述べている。しかし、本発明の射出成形装置は、樹脂成形品を厚さ方向以外、すなわち面内方向（例えば長さ方向または幅方向）に複数の部分に分割して、多色成形によって製造する場合にも用いることができる。その場合にも、先に成形した第１部分を保持した状態の可動側金型を第２の固定側金型に接合させて熱可塑性樹脂を射出する際に、可動側金型のキャビティ表面を熱可塑性樹脂の荷重たわみ温度未満に保ち、かつ第２の固定側金型のキャビティ表面を熱可塑性樹脂の荷重たわみ温度以上かつ加熱分解温度未満に保つことが効果的である。これは、先に成形された第１部分が可動側金型のキャビティ表面に熱によって貼り付くことがないため、樹脂成形品の外観を良好に保つことができるからである。

ここで、本発明の温度制御機構２０について説明する。なお、以下の説明においては、便宜上、１対の可動側金型をそれぞれ９ａ，９ｂという符号によって区別している。ただし、前記したとおり、両可動側金型９ａ，９ｂに構成上の相違点はない。温度制御機構２０の一例として、図９に示すように、各々が、図示されていない独立した弁を介して各金型４，５，９ａ，９ｂに接続されている加熱媒体供給機構２０ａと冷却媒体供給機構２０ｂとを含むものであってもよい。その場合、前記した製造方法中では、可動側金型９ａが第１の固定側金型４との対向位置に到達した時点で、その可動側金型９ａと加熱媒体供給機構２０ａとの間の弁を開き、その可動側金型９ａの流路管１０に加熱媒体を供給して加熱する。そして、第１の射出機構６から第１のキャビティ１４への樹脂の射出が完了したところで、その可動側金型９ａと冷却媒体供給機構２０ｂとの間の弁を開き、その可動側金型９ａの流路管１０に冷却媒体を供給して冷却する。なお、可動側金型９ａが第２の固定側金型５との対向位置にある時には、その可動側金型９ａと冷却媒体供給機構２０ｂとの間の弁を開き、その可動側金型９ａの流路管１０に冷却媒体を供給して冷却してもよいが、あるいは、可動側金型９ａと温度制御機構２０との間の全ての弁を閉じて、その可動側金型９ａの流路管１０には何も流さないようにしてもよい。このような温度制御は、１対の可動側金型９ａ，９ｂの両方に関してあてはまるものである。

一方、第１および第２の固定側金型４，５はいずれも、可動側金型９ａ，９ｂが対向位置に到達した時点で、その固定側金型４，５と加熱媒体供給機構２０ａとの間の弁を開き、その固定側金型４，５の流路管１０に加熱媒体を供給して加熱する。そして、第１および第２の射出機構６，７から第１および第２のキャビティ１４，１７への樹脂の射出が完了したところで、その固定側金型４，５と冷却媒体供給機構２０ｂとの間の弁を開き、その固定側金型４，５の流路管１０に冷却媒体を供給して冷却する。このような温度制御は、２つの固定側金型４，５の両方に関してあてはまるものである。

なお、変形例として、第１および第２の固定側金型４，５に対向する可動側金型９ａ，９ｂの、媒体供給機構２０と接続される順番を反対にすることも可能である。

以上説明したとおり、本発明では、各金型４，５，９ａ，９ｂの加熱または冷却の制御を行う要因のうちの１つとして、可動側金型９の位置または移動を示す信号（例えば、回転板８を回転駆動させるための信号、または回転板８が１８０度回転した姿勢になったことを図示しないセンサが検知して出力する信号）が用いられている。

なお、各金型４，５，９ａ，９ｂの加熱または冷却の制御を行う要因のうちの他の１つとして、第１および第２の射出機構６，７からの樹脂の射出の完了のタイミングも用いられているが、これは、予め設定されたプログラムによって自動的に判定される。ただし、例えば第１および第２の射出機構６，７からの射出完了信号、または第１および第２のキャビティ１４，１７内のセンサからの所定の樹脂圧力を示す信号を検知することによって判定してもよい。

前記した射出成形装置における射出機構は、例えば図２，３に示すように２つ以上の射出機構を水平に並べて配置したり、一方の射出機構を垂直に立てて他方の射出機構を水平に配置したり、２つ以上の射出装置を水平に、かつ互いに直交するように配置したり、２つ以上の射出機構を、金型を挟んで互いに対向するように配置することなどが考えられる。本発明では、前記したいずれの配置方法を採用してもよく、各射出機構毎に独立して成形条件を設定して成形をすることができる。

前記した実施形態では、複数の可動側金型９が取り付けられた回転板８が回転することによって、可動側金型９が第１の固定側金型４と第２の固定側金型５との間を移動する構成である。このように可働側金型９全体または少なくともそのコア部分が回転するコア回転方式に代えて、可動側金型９全体または少なくともそのコア部分が平行移動するコア移動方式を用いることもできる。また、可働側金型９全体は移動せず、コア部分の少なくとも一部が後退することによってキャビティを大きくすることができるコアバック方式を用いることもできる。コアバック方式の場合には、固定側金型が１つだけでよいので、多色成形でない通常の射出成形の場合と比べて、樹脂成形品の製造個数を減らすことなく、しかも射出成形装置全体を大型化する必要もない。また、複数の固定側金型を必要とする構成に比べて、射出成形装置の構成が簡単でその作製が容易であるという利点がある。なお、コアバック方式の射出成形装置の場合、可動側金型９の位置または移動を示す信号の代わりに、コア部分の位置または移動を示す信号を用いて、各金型４，５，９の加熱および冷却の制御を行えばよい。例えば、コア部分が前進して第１のキャビティを構成した時点で加熱を開始し、射出機構からの樹脂の射出が完了した時点で冷却を開始すればよい。ただし、コア部分が後退したときには、冷却を続行するのみである。

（ａ）本発明によって製造される樹脂成形品の正面図、（ｂ）はその側面断面図である。 本発明の射出成形装置を示す図である。 図２に示す射出成形装置の金型部分を断面した図である。 本発明の樹脂成形品の製造方法を示すフローチャートである。 図４に示す製造方法を説明するための、金型部分の拡大断面図である。 図４に示す製造方法を説明するための、金型部分の拡大断面図である。 図４に示す製造方法を説明するための、金型部分の拡大断面図である。 図４に示す製造方法を説明するための、金型部分の拡大断面図である。 本発明の射出成形装置の温度制御機構の一例を示す模式図である。

符号の説明

１ 固定側プレート
２ 可動側プレート
３ ガイド
４ 第１の固定側金型
５ 第２の固定側金型
６ 第１の射出機構
７ 第２の射出機構
８ 回転板
９，９ａ，９ｂ 可動側金型
１０ 流路管
１１ 樹脂成形品
１１ａ 穴部
１２ 第１部分
１３ 第２部分
１４ 第１のキャビティ
１５，１８ スプルー
１６，１９ ランナー
１７ 第２のキャビティ
２０ 温度制御機構

Claims (8)

1. 樹脂成形品の製造方法において、
   前記樹脂成形品を厚さ方向に複数の部分に分割して形成し、前記複数の部分は同一の熱可塑性樹脂からそれぞれ形成し、
   可動側金型および第１の固定側金型のキャビティ表面を、前記熱可塑性樹脂の荷重たわみ温度以上かつ加熱分解温度未満に保った状態で、前記可動側金型と前記第１の固定側金型とを閉じることによって構成された第１のキャビティ内に前記熱可塑性樹脂を射出し、射出完了後に前記可動側金型および前記第１の固定側金型のキャビティ表面を前記熱可塑性樹脂の荷重たわみ温度未満に冷却する、第１部分を形成するステップと、
   形成された前記第１部分を保持した状態の前記可動側金型を、前記第１の固定側金型との対向位置から前記第２の固定側金型との対向位置に移動させるステップと、
   形成された前記第１部分を保持した状態の前記可動側金型のキャビティ表面を前記熱可塑性樹脂の荷重たわみ温度未満に保ったまま、前記第２の固定側金型のキャビティ表面を前記熱可塑性樹脂の荷重たわみ温度以上かつ加熱分解温度未満に保ち、形成された前記第１部分を保持した状態の前記可動側金型と前記第２の固定側金型とを閉じることによって構成された第２のキャビティ内に前記熱可塑性樹脂を射出し、射出完了後に前記第２の固定側金型のキャビティ表面を前記熱可塑性樹脂の荷重たわみ温度未満に冷却する、前記第１部分に接合された第２部分を形成するステップと、
   を含み、
   前記可動側金型の位置または移動を示す信号を検知して、該信号に基づいて前記可動側金型の加熱または冷却の制御を行う
   ことを特徴とする樹脂成形品の製造方法。
2. 前記可動側金型は回転板に搭載されており、前記可動側金型の、前記第１の固定側金型との対向位置と前記第２の固定側金型との対向位置との間の移動は、前記回転板を１８０度回転させることによって行い、
   前記可動側金型の位置または移動を示す信号は、前記回転板を回転駆動させるための信号または前記回転板の姿勢を表す信号であり、該信号に基づいて、前記可動側金型が前記第１の固定側金型との対向位置に到達したときに前記可動側金型の加熱を開始する、請求項１に記載の樹脂成形品の製造方法。
3. １対の前記可動側金型を有し、
   １対の前記可動側金型のうちの一方が、前記第１の可動側金型および前記第２の可動側金型のうちの一方に対する対向位置にあるときに、１対の前記可動側金型のうちの他方が、前記第１の可動側金型および前記第２の可動側金型のうちの他方に対する対向位置にあり、樹脂成形品の前記第２部分を形成するのと同時に、次の樹脂成形品の前記第１部分を形成することによって、複数の樹脂成形品を連続的に製造する
   請求項１または２に記載の樹脂成形品の製造方法。
4. 樹脂成形品の製造方法において、
   前記樹脂成形品を厚さ方向に複数の部分に分割して形成し、前記複数の部分は同一の熱可塑性樹脂からそれぞれ形成し、
   可動側金型および固定側金型のキャビティ表面を、前記熱可塑性樹脂の荷重たわみ温度以上かつ加熱分解温度未満に保った状態で、前記可動側金型と前記固定側金型とを閉じることによって構成された第１のキャビティ内に前記熱可塑性樹脂を射出し、射出完了後に前記可動側金型および前記固定側金型のキャビティ表面を前記熱可塑性樹脂の荷重たわみ温度未満に冷却する、第１部分を形成するステップと、
   前記可動側金型または前記固定側金型の内部のコア部分を移動させて、形成された前記第１部分を保持した状態の前記可動側金型と前記第２の固定側金型との間に第２のキャビティを構成させるステップと、
   形成された前記第１部分を保持した状態の前記可動側金型のキャビティ表面を前記熱可塑性樹脂の荷重たわみ温度未満に保ったまま、前記固定側金型のキャビティ表面を前記熱可塑性樹脂の荷重たわみ温度以上かつ加熱分解温度未満に加熱した状態で、前記第２のキャビティ内に前記熱可塑性樹脂を射出し、射出完了後に前記固定側金型のキャビティ表面を前記熱可塑性樹脂の荷重たわみ温度未満に冷却する、前記第１部分に接合された第２部分を形成するステップと、
   を含み、
   前記コア部分の位置または移動を示す信号を検知して、該信号に基づいて前記可動側金型の加熱または冷却の制御を行う
   ことを特徴とする樹脂成形品の製造方法。
5. 前記コア部分の位置または移動を示す前記信号に基づいて、前記可動側金型と前記固定側金型との間に前記第１のキャビティが構成されたときに前記可動側金型の加熱を開始する、請求項４に記載の樹脂成形品の製造方法。
6. 第１の固定側金型と、第２の固定側金型と、前記第１の固定側金型と前記第２の固定側金型との間を移動可能な可動側金型とを有する、樹脂成形品製造用の射出成形装置において、
   前記第１の固定側金型は、前記可動側金型と接合されたときに、製造される樹脂成形品が分割された複数の部分のうちの第１部分と同じ形状を有する第１のキャビティを構成し、
   前記第２の固定側金型は、形成された前記第１部分を保持した状態の前記可動側金型と接合されたときに、前記製造される樹脂成形品が分割された複数の部分のうちの第２部分と同じ形状を有する第２のキャビティを構成し、
   前記可動側金型の位置または移動を示す信号を検知して、前記可動側金型が前記第１の固定側金型との対向位置にあるときには、前記第１の固定側金型と前記可動側金型のキャビティ表面を熱可塑性樹脂の荷重たわみ温度以上かつ加熱分解温度未満に保ち、前記第１のキャビティ内への前記熱可塑性樹脂の射出完了後に前記可動側金型および前記第１の固定側金型のキャビティ表面を前記熱可塑性樹脂の荷重たわみ温度未満に冷却し、前記可動側金型の位置または移動を示す信号を検知して、前記可動側金型が前記第２の固定側金型との対向位置にあるときには、前記可動側金型のキャビティ表面を前記熱可塑性樹脂の荷重たわみ温度未満に保つとともに、前記第２の固定側金型のキャビティ表面を前記熱可塑性樹脂の荷重たわみ温度以上かつ加熱分解温度未満に保ち、前記第２のキャビティ内への前記熱可塑性樹脂の射出完了後に前記第２の固定側金型のキャビティ表面を前記熱可塑性樹脂の荷重たわみ温度未満に冷却する、温度制御機構を有している
   ことを特徴とする樹脂成形品製造用の射出成形装置。
7. 前記可動側金型が取り付けられている回転板を有し、
   前記可動側金型は、前記回転板の１８０度の回転によって、前記第１の固定側金型との対向位置と前記第２の固定側金型との対向位置との間を移動し、
   前記可動側金型の位置または移動を示す前記信号は、前記回転板を回転させるための信号または前記回転板の姿勢を表す信号であり、
   前記温度制御機構は、前記回転板を回転させるための信号または前記回転板の姿勢を表す信号に基づいて、前記可動側金型が前記第１の固定側金型との対向位置に到達したときに前記可動側金型の加熱を開始する、請求項６に記載の樹脂成形品製造用の射出成形装置。
8. １対の前記可動側金型を有し、
   １対の前記可動側金型のうちの一方が、前記第１の可動側金型および前記第２の可動側金型のうちの一方に対する対向位置にあるときに、１対の前記可動側金型のうちの他方が、前記第１の可動側金型および前記第２の可動側金型のうちの他方に対する対向位置にあり、樹脂成形品の前記第２部分の形成と、次の樹脂成形品の前記第１部分の形成とを同時に行える
   請求項６または７に記載の樹脂成形品製造用の射出成形装置。

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