JP7632055B2 - 射出成形品及びその製造方法 - Google Patents

Description

本開示は、射出成形品に関する。

樹脂構造体は、金属に比べて軽量であることから、車両用構造部品、車両搭載用品、電子機器の筐体等として幅広く用いられている。樹脂構造体の中でも特に樹脂成形品は軽量であり、自動車等の車両の部品に用いれば、燃費の向上が期待される。

自動車の内装基材等として使用される樹脂成形品の射出発泡成形方法としては、例えば、特許文献１に記載の方法が知られている。特許文献１では、移動型（可動側金型）と固定型（固定側金型）により形成される成形用金型のキャビティ内に溶融樹脂を注入後、可動側金型をわずかに寸開移動（コアバック）させた状態で発泡処理を行うことで樹脂成形品を得ている。

特開２００５－２３８７２６号公報

溶融樹脂をキャビティ内に注入した場合、成形用金型と接する部分が冷却固化されて膜状のスキン層が形成される。その状態で固定側金型に対して可動側金型をコアバックさせてキャビティ内の容積を拡張すると、スキン層で覆われた溶融樹脂が発泡して発泡層となり、樹脂性の射出成形品が製造される。

キャビティ内を流動する溶融樹脂の流動速度は、キャビティを形成する可動側金型と固定側金型との間の幅に影響される。可動側金型と固定側金型との間の幅が広い程、溶融樹脂の流動速度が、高くなる傾向にある。

射出成形品の曲げ剛性等の強度を確保するため、射出成形品の本体部の周縁部には張出部（以下、フランジと称することがある。）が設けられることがある。キャビティの本体部に対応する部分における可動側金型と固定側金型との間の幅が、キャビティのフランジに対応する部分における可動側金型と固定側金型との間の幅よりも狭い場合、キャビティのフランジに対応する部分での溶融樹脂の流動速度が、キャビティの本体部に対応する部分での溶融樹脂の流動速度よりも高くなる。すると、キャビティのフランジに対応する部分を流動する溶融樹脂が、キャビティの本体部に対応する部分を流動する溶融樹脂に先行する。その結果、キャビティのフランジに対応する部分を流動する溶融樹脂がキャビティの本体部に対応する部分で合流し、溶融樹脂の合流箇所に筋状の不具合（以下、ウェルドラインと称することがある。）の生ずることがある。ウェルドラインが射出成形品の意匠面に現れると、射出成形品の外観上の不具合となりうる。

本開示は、上記従来の事情に鑑みてなされたものであり、意匠面におけるウェルドラインの発生が抑制された射出成形品を提供することを目的とする。

前記課題を達成するための具体的手段は以下の通りである。
＜１＞ 意匠面と反対面とを有する本体部と、
前記本体部の周縁部に設けられ、前記本体部の厚み方向で前記意匠面と反対側へ張り出した張出部と、を有し、
前記本体部の厚みＡと前記張出部の厚みＢとが、下記式（１）の関係を満たす射出成形品。
Ａ≧Ｂ 式（１）
＜２＞ 樹脂材料を射出するゲートを備える固定側金型と、前記固定側金型に対して開閉方向に移動可能とされ、前記固定側金型との間に空隙であるキャビティを形成する可動側金型と、を備える金型の前記キャビティ内に前記ゲートから樹脂材料を射出する工程を含む製造工程を経て製造され、
前記樹脂材料の前記キャビティ内における流動距離が、６００ｍｍ以下である＜１＞に記載の射出成形品。
＜３＞ 前記製造工程が、前記射出する工程において前記キャビティ内を前記樹脂材料で充填した後、前記固定側金型から前記可動側金型を開放方向に移動させて前記キャビティ内の容積を拡張する工程をさらに含み、
前記本体部が、内部に発泡層を有する＜２＞に記載の射出成形品。

本開示によれば、意匠面におけるウェルドラインの発生が抑制された射出成形品が提供される。

本実施形態の射出成形品の背面図である。 図１の射出成形品の縦断面図（図１中の２－２線断面図）である。 可動側金型と固定側金型により形成されたキャビティ２２の形状を説明するための平面図である。 可動側金型と固定側金型により形成されたキャビティ２２の形状を説明するための断面図（図３中のＡ－Ａ線断面図）であり、キャビティ２２Ａの幅Ａとキャビティ２２Ｂの幅ＢとがＡ＝Ｂの関係にある場合を示す。 キャビティ２２内を流動する樹脂材料の状態を説明するための模式図である。 可動側金型と固定側金型により形成されたキャビティ２２の形状を説明するための断面図（図３中のＡ－Ａ線断面図）であり、キャビティ２２Ａの幅Ａとキャビティ２２Ｂの幅ＢとがＡ＜Ｂの関係にある場合を示す。 キャビティ２２内を流動する樹脂材料の状態を説明するための模式図である。 キャビティ２２内を流動する樹脂材料の状態を説明するための模式図であり、キャビティ２２Ａに向けて流動したキャビティ２２Ｂからの樹脂が合流する箇所を示す図である。 金型の概略断面図である。

以下、本開示を実施するための形態について詳細に説明する。但し、本開示は以下の実施形態に限定されるものではない。以下の実施形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合を除き、必須ではない。数値及びその範囲についても同様であり、本開示を制限するものではない。

本開示において「工程」との語には、他の工程から独立した工程に加え、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の目的が達成されれば、当該工程も含まれる。
本開示において「～」を用いて示された数値範囲には、「～」の前後に記載される数値がそれぞれ最小値及び最大値として含まれる。
本開示中に段階的に記載されている数値範囲において、一つの数値範囲で記載された上限値又は下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値又は下限値に置き換えてもよい。また、本開示中に記載されている数値範囲において、その数値範囲の上限値又は下限値は、実施例に示されている値に置き換えてもよい。
本開示において、各成分には、該当する物質が複数種含まれていてもよい。
本開示において「層」又は「膜」との語には、当該層又は膜が存在する領域を観察したときに、当該領域の全体に形成されている場合に加え、当該領域の一部にのみ形成されている場合も含まれる。

まず、本実施形態の射出成形品について説明する。次に、本実施形態の射出成形品を製造するための製造装置（金型）及び製造方法について説明する。

＜射出成形品＞
本開示の射出成形品は、意匠面と反対面とを有する本体部と、前記本体部の周縁部に設けられ、前記本体部の厚み方向で前記意匠面と反対側へ張り出した張出部と、を有し、前記本体部の厚みＡと前記張出部の厚みＢとが、下記式（１）の関係を満たすものである。
Ａ≧Ｂ 式（１）
本体部の周縁部に設けられた張出部は、射出成形品の強度を向上するためのフランジであってもよい。
本体部の厚みが一定でない場合、本体部の厚みＡは、本体部の任意の５点における厚みの算術平均値をいう。また、張出部の厚みが一定でない場合、張出部の厚みＢは、張出部の任意の５点における厚みの算術平均値をいう。

射出成形品の具体例を、図面を参照しながら説明するが、本開示はこれに限定されるものではない。また、各図における各部位の大きさは概念的なものであり、各部位間の大きさの相対的な関係はこれに限定されない。
本実施形態の射出成形品は、例えば、自動車用部品として用いることができる。但し、射出成形品の用途は、自動車用部品に限定されない。

図１に示す射出成形品１０は、自動車用部品であり、車体３０（図２参照）に取り付けられる。なお、自動車部品としては、例えば、バンパー、サイドマッドガード、フェンダー、バックドアガーニッシュ、スポイラー及びラジエーターグリルが挙げられる。

射出成形品１０は、図２に示すように、樹脂材料で構成されており、意匠面１１Ａと反対面１１Ｂを有する本体部１１と、本体部１１の周縁部１１Ｃに設けられ、本体部１１の厚み方向（図２において矢印Ｔで示す方向）で意匠面１１Ａと反対側へ張り出した張出部１２と、を有している。本体部１１は、屈曲部１１Ｅにて屈曲する板状とされ、反対面１１Ｂに車体取付部１１Ｄ（図１参照）が複数形成されている。この車体取付部１１Ｄは、図示しない取付部材を用いて車体３０に本体部１１（射出成形品１０）を取り付けるための部位である。
張出部１２は、図１に示すように、本体部１１の背面を観察したときに、本体部１１の周縁部１１Ｃ（本体部１１の外周）に沿って一周分設けられている。なお、本開示は上記構成に限定されず、張出部１２は、本体部１１の周縁部１１Ｃに沿って断続的に設けられる構成であってもよく、本体部１１の周縁部１１Ｃの一部に設けられる構成であってもよい。

図２に示すように、本開示において、張出部１２は、本体部１１の断面を観察したときに、本体部１１の終端に存在する。また、張出部１２における、本体部１１の意匠面１１Ａから連続する側の面は、意匠面であってもよいし、意匠面でなくともよい。また、張出部１２における、本体部１１の反対面１１Ｂから連続する側の面は、意匠面でなくともよい。

射出成形品１０は、可動側金型と固定側金型により形成される成形用金型のキャビティ内に溶融樹脂を注入し、必要に応じて可動側金型をわずかにコアバックさせることで形成される。

図３及び図４は、可動側金型と固定側金型により形成されたキャビティ２２の形状を説明するための模式図であり、図３はキャビティ２２の平面図であり、図４は図３に示すキャビティ２２のＡ－Ａ線断面を示す図である。図３及び図４では、キャビティ２２の形状が把握しやすいように、キャビティ２２を形成する可動側金型及び固定側金型は図示していない。

図４に示すように、キャビティ２２は、射出成形品の本体部に対応する部分であるキャビティ２２Ａと、射出成形品のフランジに対応する部分であるキャビティ２２Ｂとを有する。図４では、キャビティ２２Ａの幅Ａとキャビティ２２Ｂの幅Ｂとは、Ａ＝Ｂの関係を満たしている。

図３のゲート３８からキャビティ２２内に射出された樹脂材料は、キャビティ２２内を図３の矢印Ｑ方向及び矢印Ｒ方向に沿ってキャビティ２２の端まで到達する。

図５は、キャビティ２２内を流動する樹脂材料の状態を説明するための模式図である。キャビティ２２Ａの幅Ａとキャビティ２２Ｂの幅ＢとはＡ＝Ｂの関係を満たしており、キャビティ２２Ａを流動する樹脂材料の流動速度とキャビティ２２Ｂを流動する樹脂材料の流動速度とは大凡等しい。すると、キャビティ２２Ｂを流動する樹脂材料がキャビティ２２Ａを流動する樹脂材料に先行することがなく（図７参照。）、キャビティ２２Ｂを流動した樹脂材料がキャビティ２２Ａで合流することがない。その結果、キャビティ２２Ａにおいてウェルドラインの発生が抑制される。そのため、射出成形品の意匠面におけるウェルドラインの発生が抑制される。

一方、図６に示すように、キャビティ２２Ａの幅Ａとキャビティ２２Ｂの幅Ｂとが、Ａ＜Ｂの関係にあると、キャビティ２２Ａを流動する樹脂材料の流動速度はキャビティ２２Ｂを流動する樹脂材料の流動速度よりも低くなる。すると、キャビティ２２Ｂを流動する樹脂材料がキャビティ２２Ａを流動する樹脂材料に先行するため（図７参照。）、キャビティ２２Ｂを流動した樹脂材料の一部がキャビティ２２Ａに向けて流動する（図８参照。）。キャビティ２２Ａに向けて流動したキャビティ２２Ｂからの樹脂は、図８の点線で示す領域で合流する。樹脂の合流箇所でウェルドラインが生ずる場合がある。

本開示の射出成形品が金型をコアバックすることなく射出成形法により成形される場合、キャビティ２２Ａの幅Ａが射出成形品の本体部の厚みに該当し、キャビティ２２Ｂの幅Ｂが射出成形品のフランジの厚みに該当する。
一方、本開示の射出成形品が可動側金型をコアバックさせて成形される場合、キャビティ２２Ｂの幅Ｂと射出成形品のフランジの厚みとは大凡一致するものの、キャビティ２２Ａの幅Ａと射出成形品の本体部の厚みとは一致せず、キャビティ２２Ａの幅Ａよりも本体部の厚みが厚くなる。本開示の射出成形品が可動側金型をコアバックさせて成形される場合、キャビティ２２Ａにおける樹脂材料の流動性を確保するため、本体部の厚みＡと張出部の厚みＢとは、下記式（１’）の関係を満たすことが望ましい。
Ａ＞Ｂ 式（１’）

可動側金型をコアバックさせて成形された射出成形品における本体部の厚みＡと張出部の厚みＢとが式（１’）の関係を満たすと、キャビティ２２Ａの幅Ａとキャビティ２２Ｂの幅ＢとがＡ≧Ｂの関係を満たしやすく、射出成形品の意匠面におけるウェルドラインの発生が抑制されやすい。
また、本開示の射出成形品が可動側金型をコアバックさせて成形されたものである場合、コアバック前におけるキャビティ２２Ａの幅Ａとキャビティ２２Ｂの幅Ｂとが、式（１）の関係を満たすことが望ましい。

本実施形態の射出成形品１０を形成する樹脂材料については、後述する。

＜金型＞
本実施形態の射出成形品を成形するための金型は、固定側金型と、前記固定側金型に対して開閉方向に移動可能とされ、前記固定側金型との間に空隙であるキャビティを形成する可動側金型と、を備える。
金型は、射出成形に用いることができ、発泡成形の用途に好適に用いることができ、射出発泡形成の用途により好適に用いることができる。但し、これらの用途に限定されない。

以下、金型の具体例を、図面を参照しながら説明するが、本開示はこれに限定されるものではない。また、各図における部材の大きさは概念的なものであり、部材間の大きさの相対的な関係はこれに限定されない。

図９に示されるように、成形装置１８は、固定側金型２０と、固定側金型２０に対して開閉方向に移動可能とされ、固定側金型２０との間に空隙であるキャビティ２２を形成する可動側金型２４と、を備えている。なお、以降、固定側金型２０及び可動側金型２４を「金型２６」と総称する場合がある。

キャビティ２２は、射出成形品１０の形状に対応している。また、キャビティ２２における張出部１２の先端に相当する箇所に、固定側金型２０と可動側金型２４との合せ目（パーティングライン、Ｐ．Ｌ．）が位置している。

本実施形態では、固定側金型２０に形成されるキャビティ面２０Ａによって、射出成形品１０の本体部１１の表面（意匠面１１Ａ）と、張出部１２における本体部１１の意匠面１１Ａから連続する面とが形成される。また、可動側金型２４におけるキャビティ面２４Ａによって、射出成形品１０の本体部１１の裏面（反対面１１Ｂ）と、張出部１２における本体部１１の反対面１１Ｂから連続する面とが形成される。なお、キャビティ２２は、固定側金型２０及び可動側金型２４を型閉めした状態におけるキャビティ面２０Ａとキャビティ面２４Ａの間の空隙である。

また、成形装置１８は、キャビティ２２まで固定側金型２０を貫通するゲート３８と、ゲート３８を通じてキャビティ２２に溶融状態の樹脂材料Ｒを射出充填する射出機４０と、を備えている。射出機４０は、図示しないホッパ（供給部）と図示しないシリンダとを備えている。この射出機４０では、樹脂、発泡剤、添加剤等を含有する混合物がホッパ（供給部）からシリンダに供給され、シリンダ内にてスクリュー等で攪拌されて樹脂材料Ｒとして調製され、所定の圧力でゲート３８を通じて樹脂材料Ｒをキャビティ２２内に射出充填する。なお、射出機４０は、ゲート３８を通じてキャビティ２２に溶融状態の樹脂材料Ｒを射出充填できれば、上記構成に限定されるものではない。

＜射出成形品の製造方法＞
本実施形態の射出成形品は、樹脂材料を射出するゲートを備える固定側金型と、前記固定側金型に対して開閉方向に移動可能とされ、前記固定側金型との間に空隙であるキャビティを形成する可動側金型と、を備える金型の前記キャビティ内に前記ゲートから樹脂材料を射出する工程を含む製造工程を経て製造されたものであってもよい。
射出成形品が発泡成形品である場合、発泡成形品は、樹脂材料を射出するゲートを備える固定側金型と、前記固定側金型に対して開閉方向に移動可能とされ、前記固定側金型との間に空隙であるキャビティを形成する可動側金型と、を備える金型の前記キャビティ内に前記ゲートから樹脂材料を射出する工程と、前記射出する工程において前記キャビティ内を前記樹脂材料で充填した後、前記固定側金型から前記可動側金型を開放方向に移動させて前記キャビティ内の容積を拡張する工程と、を経て製造することができるが、発泡成形品の製造工程は上記方法に限定されるものではない。発泡成形品は、本体部が、内部に発泡層を有する。

図９に示されるように、射出機４０からゲート３８を通じて、発泡剤を含有する樹脂材料Ｒをキャビティ２２内に射出充填する。樹脂材料Ｒが熱可塑性樹脂で構成される場合、樹脂材料Ｒは加熱して流動化させてキャビティ２２内に供給される。

ここで、樹脂材料Ｒの射出機４０のホッパ出口からシリンダ全長の１／３～１／２までの領域のシリンダ温度を２５０℃以下に設定することが好ましい。但し、前記領域はホッパ出口を除く温度である。前記領域のシリンダ温度を２５０℃以下にすることによって、ホッパ出口側からの発泡ガス抜けを抑制でき、成形時の発泡性の改善、安定化等の効果が得られやすい。

本実施形態で使用される樹脂材料は、特に制限されない。例えば、射出発泡成形に使用される樹脂材料は、一般的に、樹脂と発泡剤とを含有する。樹脂材料Ｒに用いる樹脂としては、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂（ＰＰ）、複合ポリプロピレン系樹脂（ＰＰＣ）、ポリスチレン系樹脂、ポリエチレンテレフタレート系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂、塩化ビニル系樹脂、アイオノマー系樹脂、ポリアミド系樹脂、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合系樹脂（ＡＢＳ）及びポリカーボネート系樹脂からなる群より選択される少なくとも１種が挙げられる。この中でも、ポリプロピレン系樹脂（ＰＰ）、複合ポリプロピレン系樹脂（ＰＰＣ）及びアクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合系樹脂（ＡＢＳ）からなる群より選択される少なくとも１種が好ましい。

また、発泡剤としては、アゾジカルボンアミド等の有機発泡剤、炭酸水素ナトリウム（別名、重炭酸ナトリウム、重曹）等の無機発泡剤などが挙げられる。現在、自動車用内装部品の発泡成形では、発泡剤として無機系の炭酸水素ナトリウムが主に用いられているが、塗膜性能（耐温水性等）の向上の観点からは、有機発泡剤が好ましい。

有機発泡剤としては、アゾジカルボンアミド（ＡＤＣＡ）、Ｎ，Ｎ－ジニトロソペンタメチレンテトラミン（ＤＰＴ）、４，４－オキシビスベンゼンスルホニルヒドラジド（ＯＢＳＨ）、ヒドラゾジカルボンアミド（ＨＤＣＡ）等が挙げられ、アゾジカルボンアミド（ＡＤＣＡ）が好ましい。

また、金型２６は、通常、供給される樹脂材料Ｒよりも低い温度となっている。そのため、樹脂材料Ｒがキャビティ２２内へ充填されることで、金型に接した部分から、樹脂材料Ｒの固化が始まる。

なお、キャビティ２２内に樹脂材料Ｒを射出する前に、予めキャビティ２２内に窒素ガスを充填しておくことが好ましく、窒素ガスを加温して充填しておくことがより好ましい。充填する窒素ガスを加温することで、キャビティ２２内（金型）の急激な温度低下が抑えられ、樹脂材料Ｒの発泡性を安定させることができる。また、充填する窒素ガスを加温することで、外気温に左右されることなく、樹脂材料Ｒの発泡力の外気温依存性が抑制され、樹脂材料Ｒの発泡性を安定させることができる。

キャビティ２２内における樹脂材料Ｒの流動距離は特に限定されるものではなく、６００ｍｍ以下が好ましく、４００ｍｍ以下がより好ましい。樹脂材料Ｒの流動距離が６００ｍｍ以下であると、ゲート３８からキャビティ２２の末端までの距離を短縮することにより、樹脂材料Ｒの温度低下が防止され、キャビティ２２内の圧力損失が抑制されやすい。その結果、意匠面におけるアバタ及びスワールの発生が抑制される傾向にある。

次いで、可動側金型２４を固定側金型２０に対して開放方向（型開き方向）に所定量開き（コアバック）、固化していない樹脂材料Ｒを発泡させて発泡成形品内に発泡層を形成する。その後、固定側金型２０と可動側金型２４を型開きし、発泡成形品を固定側金型２０から取り外すことで、発泡成形品が得られる。

なお、本開示は、上述のような実施形態の具体的構成に限定されるものではなく、本開示の主旨を逸脱しない範囲で種々変形することができる。

２０１９年１０月１０日に出願された日本国特許出願２０１９－１８７０７６号の開示は、その全体が参照により本明細書に取り込まれる。
また、本明細書に記載された全ての文献、特許出願、及び技術規格は、個々の文献、特許出願、および技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。

１０ 射出成形品
１１ 本体部
１２ 張出部
１８ 成形装置
２０ 固定側金型
２２ キャビティ
２４ 可動側金型
２６ 金型
３０ 車体
３８ ゲート
４０ 射出機

Claims (3)

1. 意匠面と反対面とを有する本体部と、
   前記本体部の周縁部に設けられ、前記本体部の断面を観察したときに前記本体部の終端に存在し、前記本体部の厚み方向で前記意匠面と反対側へ張り出した厚みが一定の張出部と、を有し、
   前記本体部の厚みＡと前記張出部の厚みＢとが、下記式（１）の関係を満たす射出成形品。
   Ａ≧Ｂ 式（１）
2. 意匠面と反対面とを有する本体部と、
   前記本体部の周縁部に設けられ、前記本体部の断面を観察したときに前記本体部の終端に存在し、前記本体部の厚み方向で前記意匠面と反対側へ張り出した厚みが一定の張出部と、を有し、
   前記本体部の厚みＡと前記張出部の厚みＢとが、下記式（１）の関係を満たす射出成形品の製造方法であって、
   樹脂材料を射出するゲートを備える固定側金型と、前記固定側金型に対して開閉方向に移動可能とされ、前記固定側金型との間に空隙であるキャビティを形成する可動側金型と、を備える金型の前記キャビティ内に前記ゲートから樹脂材料を射出する工程を含む製造工程を有し、
   前記樹脂材料の前記キャビティ内における流動距離が、６００ｍｍ以下である射出成形品の製造方法。
   Ａ≧Ｂ 式（１）
3. 前記製造工程が、前記射出する工程において前記キャビティ内を前記樹脂材料で充填した後、前記固定側金型から前記可動側金型を開放方向に移動させて前記キャビティ内の容積を拡張する工程をさらに含み、
   前記本体部が、内部に発泡層を有する請求項２に記載の射出成形品の製造方法。