JPS6258287B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明はゴム補強されたポリスチレン樹脂の外
観良好な射出成形品に関するものである。ポリス
チレン樹脂（以下PSと略す。）は非結晶性の樹脂
で、そのすぐれた成形加工性、該成形品の剛性、
強さ、タフネス、寸法精度、寸法安定性等にすぐ
れ、容易に着色できる等の多くの特徴を有する。
このため、テレビ、ラジオ、照明機等の電気機器
のハウジングや日用雑貨用品等、巾広く我々の生
活関連資材として利用されている。その中でも特
にゴム補強されたPS、通称HIPS（ハイ・インパ
クトポリスチレン）、MIPS（ミデイアム・インパ
クトポリスチレン）等はゴムの補強効果が有効で
あり、前述のPSの特徴をよく備えているので、
広く利用されている。ところが、補強用のゴムが
あるためにゴム補強されたPSを成形加工、特に
射出成形加工した場合、PSが金型内を流動する
時に、樹脂中のゴムが変形し、かつゴムの変形
が、金型に接触、冷却され樹脂の金型接触面、即
ち樹脂の射出成形品表面に変形したゴムが露出す
るか、もしくは変形ゴムの影響で射出成形品表面
に肌荒れ、フローマーク、シルバーストリーク等
の外観不良、またＬ／ｔ（射出成形品において樹
脂の流動距離、Ｌと成形品の平均肉厚ｔの比）＝
10〜20以上の成形品においては該樹脂の流動開始
（ゲート部）と該樹脂の流動末端部（デツド・エ
ンド部）との成形品表面の光沢に差異が発生し、
いわゆるツヤ勾配が発生する。 これらの欠点は、次に述べる射出成形の原理か
ら考え原理的に防ぎえないとの認識により、不満
足ながらも商品化されている。またこれらの欠点
があるために、極度に光沢を必要とする成形品は
プラスチツク化を断念していた。更に詳述するた
めPSを中心とする熱可塑性樹脂の射出成形の原
理を再考察すると、一般的に熱可塑性樹脂成形品
の射出成形においては熱可塑性樹脂の可塑性を利
用、換言すればスクリユー等を利用し熱可塑性樹
脂を加熱流動化、付形し然るのち金型内で冷却固
化することにより成形品を得ることを基本原理と
している。すなわち固化、成形品を金型より離
型、取り出すためには該熱可塑性樹脂の加熱変形
温度より冷却し金型外に取り出す。そのため一般
的に金型は加熱変形温度より低く保持する。更
に、生産性を上げるために結露寸前の温度まで冷
媒を利用金型を冷却することが行なわれている。
即ち、現在行なわれている射出成形においては金
型を冷却し、溶融樹脂の温度等で加熱、蓄熱する
場合でもその原理上金型温度は熱可塑性樹脂の加
熱変形温度を上まわらないように制御し成形す
る。換言すると金型表面と熱可塑性樹脂とが接触
すると、その接触面で熱可塑性樹脂が急速に冷却
され熱可塑性樹脂の流動性が著しく乏しくなるた
め金型表面に熱可塑性樹脂の密着が悪く、成形品
表面の凸凹が激しい。 またHIPSにあつては、前述の通りHIPSが金型
内を流動する時に該樹脂中のゴムが変形し、かつ
該ゴムの変形が金型に接触、冷却され、該樹脂の
金型接触面、即ち該樹脂の射出成形品表面に該変
形したゴムが露出もしくは該変形ゴムの影響で該
射出成形品表面が凸凹になるために前述の外観不
良が発生する。 これらの樹脂を外観の美しさを要求される成形
品として利用する場合は、塗装、フイルム貼付等
の他薄膜材料を熱可塑性樹脂成形品の表面に付着
する方法が採用されているが熱可塑性樹脂本来の
やわらかい光沢を有する外観の成形品を得ること
が出来ず、またその製作に手間がかかり、従つて
高価になる等の欠点を有する。更に塗装の場合は
塗膜を形成させるために使用する塗料の成分（シ
ンナー）が熱可塑性樹脂を溶かすので衝撃強さ等
の機械的強さが減少する。またフイルムを貼付け
る場合も成形品形状が複雑な場合は成形品全面を
覆うことは工業生産上不可能に近い。 また成形品の外観を部分的に修正して光沢を付
与する方法としては、バフをかけることも時々行
われる。しかしながら、バフをかけて修正できる
のは、軽度の外観不良であり、かつ該作業により
均一な外観を得るには、熟練者の技術がいる。ま
た、熟練者といえどもバフをかけた時のバフによ
るキズ（バブキズ）は該成形品に残る。更に、凸
凹やミゾのある成形品はバフによつても均一に光
る成形品は得られない。無理にバフをかけると成
形品のコーナー部等のＲがとれるなど、不都合が
発生する。 補強PS射出成形品の外観、特に前述の成形品
光沢を向上させるために多くの研究がなされてい
るが、ゴム粒子が大きいほど補強効果、特に耐衝
撃性は改良されるが、反面、前述の原理より光沢
は低下する。即ち、光沢、耐衝撃性ともに優れた
樹脂組成品を得ることはいまだ、HIPSでは完成
されていない。 本発明者達はかかる欠点を解決するためにゴム
補強PS成形品において成形品表面付近において
該ゴムの変形が少ない層を形成させ、成形品表面
に熱可塑性樹脂本来の光沢を有し、フローマー
ク、シルバーストリーク等の外観不良現象がな
い、良好な外観を有するゴム補強PS射出成形品
を得ることに成功した。この良好な外観を有する
ゴム補強PS射出成形品は単純な形状の成形品は
もちろんのこと、格子状の複雑な形状をもつ射出
成形品でも成形品表面付近において１〜100μの
ゴム変形の少ない層、配向の少ない表皮層を形成
していることが好ましい。 すなわち、本発明は４重量％以上のゴム成分を
含有するゴム補強ポリスチレン樹脂の射出成形品
において、該成形品の表面付近には、少なくとも
１〜100μのゴム変形の少ない層が実質的に接合
界面を有することなく射出成形時に一体的に形成
されてなり、該成形品表面がASTMD523に規定
される入射角60゜おける光沢度Gs（60゜）％が
80％以上、好ましくは90％以上、更に好ましくは
95％以上の光沢を有するゴム補強ポリスチレン樹
脂射出成形品を提供する。 また、本発明の射出成形品は成形品表面の光沢
が良好であるばかりでなく、ゴム補強PS成形品
の欠点であるゴムの表面への現出および、シルバ
ーストリークやフローマーク等のウエルドライン
等の射出成形時の補強PSの流れ及び流れムラに
起因する外観上の不良現象もない良好な外観を有
するゴム補強PS射出成形品である。すなわち射
出成形品表面が滑らかでかつ熱可塑性樹脂特有の
やわらかな光沢を有し、かつシルバーストリーク
やフローマーク等の外観不良のないこと、ウエル
ドラインが実質的に目だたないことを特徴とする
ゴム補強PS射出成形品である。更に従来のゴム
補強PS射出成形品にあつては、前述の原理より
Ｌ／ｔ＝10〜20以上の成形品にあつてはゲート部
の光沢とゲートエンド部（流動末端部）の光沢と
に差異があり、いわゆる光沢勾配が１〜５％／cm
ある場合が多い。しかし本発明の射出成形品にあ
つては該光沢勾配が０〜0.5％cm、好ましくは０
〜0.2％／cm、更に好ましくは０〜0.1％／cm以内
と極めて小さく、従来の射出成形品では考えられ
ないほど、光沢勾配のない、均一かつ高光沢度を
有する射出成形品である。また通常の射出成形に
おいてはウエルドラインは樹脂の合流点に発生す
る合流ラインであり、該ラインの垂直断面を顕微
鏡観察すると巾10μ以上、深さ３〜５μ以上の凹
部を形成している。本発明でいう「ウエルドライ
ンが実質的に目だたない」とは巾５μ以下、深さ
１μ以下の凹部でライン状外観が見えないことを
いう。 フローマークもその発生原因は種々考えられ
る。例えば成形品肉厚変動がある場合等に、該部
分で樹脂の流れが乱れたり、圧力の伝達が不均一
になり、該不均一樹脂が金型面で冷却固化された
ため、外観上の不均一が発生すると考えられるが
本発明になる成形品は該フローマークがない。 シルバーストリークは樹脂中の揮発生物質等
が、成形中に揮散し、該揮散中に樹脂が冷却固化
するとき成形品の表面に銀条痕を生じるもので、
本発明になる成形品には該シルバーストリークが
ない。 ジエツテイングは成形品のゲート部等によく見
られる現象で、射出成形時ゲート部等樹脂の流路
が狭められた部分等で、樹脂流速が早くなつたた
め、樹脂が金型内で部分的にとび出した痕跡が成
形品に残るものであるが本発明品は該ジエツテイ
ングがない。これら金型内樹脂流動状態の不均一
により発生する外観不良が、本発明品において
は、該樹脂流動状態の不均一状態のまま冷却固化
されることはないので上記外観不良現象のない高
光沢、均一光沢の成形品の作製が可能となるので
ある。 本発明の射出成形品を得るための方法は次の通
りである。樹脂と金型との密着を良くするために
は金型表面をゴム補強PSの加熱変形温度以上に
保持することにより可塑性を保持したまま成形す
る。一方金型の表面を該ゴム補強PSの加熱変形
温度以上に保持したまま金型より離型することは
不可能であり、変型のない所望の成形品を得るた
めには該金型を冷却し成形品の温度が該熱可塑性
樹脂の加熱変形温度より低温に冷却、固化させた
状態で金型より離型する。この加熱、冷却には高
周波誘導加熱の原理を利用、金型の表層部を選択
的に加熱することにより、金型表面を急加熱急冷
却することにより本発明の射出成形品が得られ
る。 次に本発明になる成形品とその成形方法を図面
をまじえ説明する。 ゴム補強PSの射出成形において、第１図に示
すように固定側金型と移動側金型との中間に高周
波誘導加熱のインダクターを設置する。移動側金
型と固定側金型との間にインダクターをはさみこ
み、はさみこまれた状態で高周波を発振させたと
ころ第２図に示すように金型表面（Ａ点やＢ点）
のみ急激に温度が上昇し、金型内部（Ｃ点やＤ
点）の温度は高周波誘導加熱によつては温度上昇
がほとんどないことが確認できる。第２図の例の
場合は金型の冷却水による冷却は行なつておら
ず、単純に高周波誘導加熱による金型の温度分布
の経時変化の例を示したものである。しかるのち
に金型を一度開きインダクターを固定側及び移動
側金型の間より抜き出し再度金型を閉じ通常の射
出成形と同じ要領でゴム補強PSを射出成形した
ところ目的とする外観の美しいゴム補強PS射出
成形品を得た。 本発明のHIPSの射出成形品を得、該成形品の
厚さ方向の切断面の電子顕微鏡写真を第３図に示
す。倍率は7000倍である。参考のため同一金型で
金型温度60℃で同材料を射出成形し同断面を同様
に写真をとつたのが第４図である。倍率は同じく
7000倍である、いずれの写真も島模様部はHIPS
における補強用ゴムであり、海模様部はGPPS
（ポリスチレンのホモポリマー）である。横一線
のラインは成形品表面である。 第３図と第４図とを比較しても明らかな様に本
発明になる成形品の場合補強ゴムが成形品表面付
近でほとんど変形することなく、また補強ゴムが
成形品表面に現出していない。一方通常の射出成
形法により得た第４図の場合は、補強ゴムが射出
成形時の不十分な流動による歪により変形してお
り、かつ成形品表面に補強用ゴムが現出している
ことがわかる。このためいわゆる外観の良くない
成形品しか得ることはできない。 本発明になる前述のHIPS製成形品の外観の良
さ、光沢度を定量化するためASTM D523により
成形品の光沢度Gs（60゜）を測定した結果103％
であつた。一方金型温度60℃の成形品は光沢度50
％であり本発明になる成形品外観の平滑性、光沢
の良さを示している。また本発明になる成形品は
射出成形時の流動抵抗が少なく配向歪が発生しず
らいためか、JIS K6871に規定された加熱変形温
度を測定したところ通常の成形品に比較し加熱変
形温度が２〜３℃向上し、いわゆる実用耐熱温度
が向上すること、及び成形品の落下強さ等比較し
た結果実用タフネスも向上することを確認した。 本発明でいうゴム補強PSとは、HIPS，MIPS
等をいう。 本発明で高周波誘導加熱に利用する高周波の周
波数は50Hz〜10MHz好ましくは1KHz〜1000KHzが
適切である。 なお本願において成形品の光沢を評価するに
ASTM D523におけるGs（60゜）％を利用してい
るが、これは従来よりプラスチツク成形品の外
観・光沢を評価するのに入射角60度の光沢度Gs
（60゜）％を使用する慣習にしたがつたもので、
正確にASTM D523の規定に従がうとGs（60゜）
％が70％以上の場合は入射角20度の光沢Gs（20
゜）％を適用することになつている。 そこで本発明になる成形品及び比較例を含めた
成形品に関しGs（60゜）％とGs（20゜）％とを
測定し、両者の相関を求めると第５図のようにな
る。従つてASTM D523に正確に従がうとGs（60
゜）％が70％以上の光沢度を示す成形品に関して
は第５図より対応するGs（20゜）％の値を表示
すべきではあるが、従来からの業界の慣例と比較
例との関係よりその差異が明確になるとの意味で
あえてGs（60゜）％を利用したことをことわつ
ておく。 実施例 １ 通常の市販されているHIPSを通常のインライ
ン型射出成形機で成形した。金型は通常のＳ−
45C鋼材を利用し、直径10cm、深さ２cm、平均肉
厚3.5mmの皿状の成形品を成形できる金型になつ
ており、ゲートはセンターダイレクトゲートであ
る。インダクターは６mm径の銅管を５mm間隔の渦
巻状に皿形状にそわせ型づくり、それを３cmの厚
さになる様にエポキシ樹脂で注型し平板状に固定
固化作成する。 射出成形条件は該HIPSの温度が220℃になるよ
うにシリンダー温度を設定した。該HIPSを金型
に射出する前に上述のインダクターを金型の間に
はさみこみ400KC，6KWの高周波発振器により
15秒間発振し、しかるのち金型を開きインダクタ
ーを金型間より抜き出し再度金型を閉じた。その
間金型冷却水は金型内を流れないようにしてお
く、しかるのち通常の射出成形と同様に金型内に
該HIPSを60Kg／cm²の射出圧で10秒間射出ししか
るのち金型に冷却水を通し20秒間冷却後成形品を
取り出した。全サイクル時間は60秒であつた。 該成形品の表面は従来のHIPS製成形品では考
えられないほど光沢がありGs（60゜）％は103％
であつた。かつゲート部のフローマークもなくか
つゲート部と皿縁部（成形品流動末端部）の光沢
もGs（60゜）％は103％で同じでありいわゆる光
沢勾配のない成形品を得た。 従来のHIPS製成形品の概念をくつがえすほど
ピカツトひかつた成形品を得た。 実施例 ２ 通常のHIPSを通常の射出成形機で樹脂温度220
℃で成形した。 金型はJIS K6871に規定された形状のダンベル
及び短冊を得ることが出来る金型で、材質はＳ−
55Cで作成されている。インダクターは３mm径の
銅管を５mm間隔で渦巻状に配置し、これをエポキ
シ樹脂で２cm厚の平板に注型し固定固化したもの
を使用した。成形方法は実施例１と同様であるが
4KHz，6KW、高周波発振時間10秒、射出10秒、
冷却15秒、全成形サイクル50秒、射出圧50Kg／cm²
である。かくてHIPSの表面の外観の美しい、光
沢の有る成形品を得た。 成形品をJIS K6871に従がい物性を評価した結
果は第１表に示す通りである。 第１表の結果より明らかなように外観、光沢、
物性のすぐれた成形品を得ることが出来た。 比較例 １ 実施例２の場合と同一成形機、金型を利用、同
一成形材料を利用し樹脂温度220℃、金型温度60
℃、射出10秒、冷却15秒、全成形サイクル40秒、
射出圧50Kg／cm²で成形し該成形品の物性を測定し
た結果は第１表比較例１に示す。

【表】 実施例 ３ オーデイオ・カセツトのハウジング（業界では
カセツト・ハーフと呼称している）１対を成形で
きる金型を利用、通常の射出成形機でHIPSを成
形した。 インダクターは５mm径の銅管を５mm間隔の渦巻
形に平面状に配置し、これを３cm厚さの平板にな
るようにエポキシ樹脂で注型し、銅管を固定、固
化したものを使用した。該インダクターを金型間
にはさみこみ7KHz，20KWの高周波を15秒間発振
し、然るのちインダクターを金型間より抜き出
し、実施例１の場合と同様の要領で射出成形を行
なつた。 該成形品はリブやボス、穴あき部、シボ部等複
雑な形状をしており、通常の成形ではフローマー
クや、ウエルドライン等が目立つ成形品である
が、本実施例の成形品は成形品外観が美しくフロ
ーマークは全くなく、ウエルドラインも見えず、
かつシボ部分は光沢度が向上したためもあり、い
わゆるシツトリしたシボになり、著しく商品価値
を上げた。なお寸法精度も従来品と同じであり、
ソリ等もない。 該成形品における平面部の光沢度を測定したと
ころ本実施例の成形品のGs（60゜）は99〜98％
で均一、高光沢の成形品であるが、従来の射出成
形方法による成形品のGs（60゜）は30〜50％で
あり、フローマーク、ウエルド、光沢勾配の大き
な成形品しか得られなかつた。ちなみに本従来法
の成形品を得る金型温度は70℃であり工業生産上
は上限の温度である。 実施例 ４ 本実施例は各種ゴム補強PSを用いて、金型表
面温度を変えて一連の実験を行い、得られる光沢
を比較検討するものである。 平面形状が第６図に示す形状で、肉厚３mmの
1.5cm〓の穴あきチツプの射出成形品を得る金型
においてゲートは第６図矢印部で４×２mmの制限
ゲートである。金型材質は超硬金型材（NAK
材）を使用し、金型表面を鏡面仕上げにした。イ
ンダクター（コイル）は５mm径の銅パイプを10mm
間隔で平面渦巻状に配置し、これをエポキシ樹脂
で３cm厚さにかためたものを利用した。 高周波発振器は7KHz，10KWで出力は無段可変
式のものを使用した。成形機は東芝IS80（５オン
ス射出成形機）を使用した。 これらの装置を利用し、通常の射出成形条件及
び本発明のインダクターはさみこみ方式による射
出成形法により各種樹脂を成形し、比較した結果
を第２表に示す。第２表に示されるように、本発
明の方法により得られたいずれの樹脂の場合も、
成形品表面の光沢度が、高光沢でありかつ光沢ム
ラ（ツヤムラ）と称される光沢勾配がほとんどな
い成形品を得ることがわかる。換言するとＡ部の
光沢とＢ部の光沢とを比較した場合、通常の射出
成形品の場合、差異が有るが、本願の成形品にお
いては各部の成形品光沢が、ほぼ同じでかつ高光
沢であることがわかる。

【表】 実施例 ５ 縦12cm、横８cm、深さ２cmの外寸法を有するポ
ケツトラジオのハウジングをHIPS樹脂で成形し
た。 インダクターは実施例３の場合とほぼ同じ要領
で作成し、同じ要領で成形した。 本成形品は従来ポケツトラジオのスピーカーグ
リル部や、各種ツマミ類の穴があいている部品に
ウエルドラインや、フローマークが出るためにア
クリル系の塗装をして、該外観不良をカバーし商
品化していたものであるが、該実施例の成形品は
全くフローマーク、ウエルドラインが見えず塗装
する必要が全くないほど各部の光沢もGs（60
゜）が98〜99％であり均一にかつ高光沢の成形品
を得た。 上述のように本発明になるゴム補強PS成形品
は従来のゴム補強PS射出成形品の概念をくつが
えすほど、成形品外観が良く、換言すると成形品
の光沢のレベルが非常に良くなり、光沢勾配、ツ
ヤムラ、フローマークもなく、ウエルドラインも
見えない。しかも従来のゴム補強PSの長所であ
る成形しやすさ、剛性、タフネス、寸法安定性等
は何ら変らず、かつ生産性も従来の射出成形の場
合より若干伸び、全成形サイクルが、２〜５割程
度長くなるにすぎない。 成形品外観が良くなつたため、従来プラスチツ
クに対しいだかれた安物のイメージもなく商品価
値を著しく高めるばかりでなく、外観不良対策上
塗装等を行なつていた部品は塗装も不用となる等
本発明の有用性は、はかりしれないものがある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明になる成形品を製造するための
一概念図である。第２図は、第１図に示す装置で
の金型の温度分布の１例を示す。第３図は本発明
の一態様でHIPS成形品の厚さ方向の断面顕微鏡
写真（×7000倍）である。第４図は、比較写真で
あり通常の成形法によるHIPS成形品の厚さ方向
の断面顕微鏡写真（×7000倍）である。第５図は
光沢度Gs（20゜）％と光沢度Gs（60゜）％との
相関関係を示す曲線である。第６図は実施例４で
用いた試料片の寸法、形状を示す。第７図はウエ
ルドライン説明図である。 １：金型における固定側金型、２：移動側金
型、３：高周波発振装置におけるインダクター、
Ａ点、Ｂ点：金型の表面、Ｃ点、Ｄ点：金型の内
部、ａ：ウエルドライン巾、ｂ：ウエルドライン
深さ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ４重量％以上のゴム成分を含有するゴム補強
   ポリスチレン樹脂の射出成形品において、 該成形品の表面付近には少なくとも１〜100μ
   のゴム変形の少ない層が実質的に接合界面を有さ
   ず射出成形時に一体的に形成されてなり、該成形
   品表面がASTMD523に規定される入射角60゜に
   おける光沢度Gs（60゜）％が80％以上の光沢を
   有することを特徴とするゴム補強されたポリスチ
   レン樹脂射出成形品。 ２ 光沢度が90％以上である特許請求の範囲第１
   項記載の射出成形品。 ３ 光沢度が95％以上である特許請求の範囲第１
   項記載の射出成形品。 ４ 射出成形品の表面にフローマーク、ジエツテ
   イング、シルバーストリーク等の欠陥がなく、か
   つウエルドラインが実質的に目立たない特許請求
   の範囲第１項〜第３項のいずれかに記載の射出成
   形品。 ５ 光沢勾配が０〜0.5％／cmである、特許請求
   の範囲第１項〜第４項のいずれかに記載の射出成
   形品。