WO1994014592A1

WO1994014592A1 - Procede de moulage par injection empechant la formation de defauts superficiels, et moules metalliques utilises pour le moulage par injection

Info

Publication number: WO1994014592A1
Application number: PCT/JP1993/001830
Authority: WO
Inventors: Hiroshi Aida; Haruhiko Yoshizaki; Takamitsu Hosoyama
Original assignee: Nippon Steel Chemical Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Chemical and Materials Co Ltd
Priority date: 1992-12-28
Filing date: 1993-12-17
Publication date: 1994-07-07
Anticipated expiration: 1995-06-28
Also published as: EP0677369A4; US5653932A; JPH06246797A; EP0677369A1; AU5714894A; KR960700142A

Description

明細書

表面欠陥の発生を防止する射出成形方法及び射出成形用金型技術分野

本発明は、熱可塑性樹脂を射出成形して得た成形品の外観面にヒケ，ゥエルドライン等の表面欠陥が発生することを防止した射出成形方法及び射出成形用金型に関する。背景技術

熱可塑性樹脂を射出成形する方法は、生産性が良好なこと，複雑な形状の製品が容易に得られること等の利点を活用し、広範な分野で工業製品，日用雑貨等の製造に採用されている。

射出成形される樹脂は、製品形状に対応する金型キヤビティに溶融状態で注入口から圧入される。圧入された樹脂は、所定の樹脂通路を通って金型キヤビティに充満する。このとき、樹脂が流動し合流する箇所では、樹脂同士の不完全な融着に起因してゥエルドラインが発生し易い。特に、複雑な形状をもつ成形品を製造する際、金型キヤビティに複数の樹脂注入口を開口させていることから、ゥェルドラインの発生頻度が高くなる。

金型キヤビティに充満した樹脂は、冷却 ·固化し成形品となる。冷却 ·固化の過程で、相変化や熱収縮に起因して樹脂が体積収縮する。体積収縮は、金型内面に接する樹脂層で均一に進行せず、一部に集中し易い。その結果、成形品表面にヒケ等の欠陥が発生する。特に、冷却 ·固化が遅れがちな厚肉部では、周囲の樹脂がすでに固相になっているのにも拘らず、流動性の高い状態に樹脂が維持される。そのため、周囲の収縮応力が厚肉部に集積され、厚肉部の表面や裏面にヒケが集中して発生しがちである。

厚肉部は、成形品の外周囲や内部等に偏在される補強リブ，金具等の取付け用ボス、或いは外枠，内枠等が該当する。しかし、厚肉部及びその周辺にヒケ，ゥエルドライン等の表面欠陥が成形品に生じると、成形品の商品価値が著しく損なわれる。ヒケの深さは、リブ厚ゃボス径に比例して増大し、樹脂温度が高いほど大きくなる。たとえば、第 1図に示すように、固定金型 1 1 と可動金型 1 2との間にある金型キヤビティ 1 3に溶融樹脂 2 0を注入するとき、溶融樹脂 2 0の流動先端部に中心層から湧き出した噴水流 2 1が生じる。噴水流 2 1は、単位樹脂流体 2 2として示すように、流動先端部に送り出された後、厚み方向に偏向し、金型 1 1， 1 2の内面近傍に送り込まれる。そして、金型キヤビティ 1 3を区画する金型 1 1， 1 2の内面に接して急速に冷却されながら固化し、スキン層 2 3となる。この動きを単位樹脂流体 2 2でみると、金型 1 1 , 1 2 の内面に接近するほど伸長され、伸長による配向を受けた状態でスキン層 2 3が形成される。

金型キヤビティ 1 3に溶融樹脂 2 0が充満すると、溶融樹脂 2 0 の流動が停止する。溶融樹脂 2 0の内部は、静止状態で金型 1 1 , 1 2を介して冷却され、スキン層 2 3から内部に向けて固化層を形成し始める。固化層の形成と同時に、溶融樹脂 2 0が収縮し、内部が負圧になる。以下の説明では、固化層を包含する意味で「スキン層」を使用する。

スキン層 2 3の成長過程で周囲よりも厚肉の部分が存在すると、厚肉部の溶融樹脂 2 0は、他の部分より冷却 ·固化が遅延する。そのため、周囲にある溶融樹脂 2 0の収縮歪みが厚肉部に集積され、厚肉部に一層大きな負圧が発生する。この負圧は、依然として柔軟な厚肉部のスキン層 2 3に作用し、より柔らかい方のスキン層 2 3 又は金型内面に対する密着力が低い方のスキン層 2 3を金型 1 1 , 1 2の内面から引き剥す。その結果、固化した樹脂の表面が陥没し、ヒケが発生する。射出成形により得られた成形品は、平板状の表面を外観面として使用することが多い。平板状表面部では、スキン層 2 3が面方向に収縮し、金型 1 1 , 1 2の内面から剥離し易くなる。他方、リブ，ボス等が設けられる裏面側は、複雑形状となっているので金型内面から剥離し難い。金型内面に対する密着力の相違は、外観面側にあるスキン層を内部の負圧で選択的に引き込み、外観面にヒケを発生させる原因となる。

著しく大きな厚肉部をもつ成形品を成形する際、高圧ガスアシストを併用したショートショッ卜方式による射出成形法が種々提案されている。この方法では、金型キヤビティを満たすには不十分な量の溶融樹脂を金型キヤビティに射出した後、高圧ガスの圧入によつて溶融樹脂の内部に中空部を形成する。高圧ガスは、溶融樹脂の注入と同時に圧入することもある。次いで、中空化した樹脂流路を介して高圧ガスによって保持圧を加え、金型キヤビティ内の溶融樹脂を金型内面に密着させた加圧状態で冷却 ·固化する。

この方式で形成される厚肉部は、ガス流路と連続している必要がある。そのため、複雑な形状を持つ成形品を製造する場合、厚肉部の配置箇所等に関して設計面からの制約を受ける。また、このときの厚肉部は、溶融樹脂のフローリーダとして作用し、成形品全体に対する樹脂の充填バランスを崩す原因となる。その結果、エア一トラッブ，フローマーク等の表面欠陥が成形品に発生し易くなる。しかも、高圧ガスの使用に伴う危険性，ガス取扱いの困難性，制御系統の設備負担等の欠点がある。そこで、ヒケ，ウエルドライン等の表面欠陥を簡便に防止する種々の方法がこれまで提案されている。

たとえば、特開昭 5 6— 1 6 7 4 1 0号公報では、ヒケが発生し易い個所の裏面を金型温度以上に局部加熱し、その箇所における冷却速度を他の箇所より遅らすことによって、ヒケのない表面をもつ成形品を得ている。ヒケが発生し易い個所の裏面を金型温度以上に局部加熱すると、ヒケは、成形品の外観面ではなく、背面に生成する。そのため、成形品の商品価値は、ヒケによって大きく損なわれることはない。しかし、金型温度を局部的に高温にすることから、成形サイクルが長くなると共に、加熱手段が別途必要となる。

特公昭 6 1 - 9 1 2 6号公報では、成形品にヒケが発生し易い部分の背面に多孔部材製の貫通孔を設け、この貫通孔から導入した圧縮空気で成形品の背面を押圧している。圧縮空気により加圧された樹脂は、金型内面に密着した状態で冷却 ·固化し、ヒケの発生が防止される。しかし、多孔部材製の貫通孔を組み込むことから、特殊な金型が必要とされる。また、金型キヤビティに貫通孔を介して圧縮空気を送り込むため、付帯設備が必要になることは勿論、金型構造にも制約を受ける。

二方向から流動してきた溶融樹脂が会合し、相互の表面スキン層が密着しないまま固定されることに起因したウエルドラインを低減させることに関しても、種々の方法が提案されている。たとえば、特開昭 5 1— 2 2 7 5 9号公報では、金型のゥエルドライン発生箇所に対応して加熱装置及び冷却装置を設けている。特開平 3 - 2 7 4 1 2 7号公報では、金型キヤビティにある溶融樹脂の一部に剪断力を加え、相互の表面スキン層の密着を促進させている。表面スキン層の密着は、特開平 4一 9 0 3 0 9号公報に紹介されているように、流動状態の溶融樹脂に超音波を伝播することによつても促進される。これらの方法は、ウエルドラインの発生防止には有効であるものの、それぞれ付帯設備や装置を別途必要とすることから実用的な方法とはいえない。

特開平 4一 2 1 1 9 1 2号公報では、ウエルドライン及びフローマークを同時に解消する金型が紹介されている。この金型は、断熱性のコーティング層が金型内面に形成されている。コーティング層としては、熱伝導率が 0 . 1 0 & 1 /^/〇111 '秒 * °C以下で水との接触角が 3 0度以下の金属酸化物，ケィ素酸化物，ケィ素系複合酸化物，プラズマ重合プラスチックス等からなる膜厚 0 . 5〜5 0 w m の薄膜が掲げられている。

コーティング層は、金型キヤビティに充満した溶融樹脂が接したとき、溶融樹脂の保有熱により瞬時に昇温し、溶融樹脂に対して優れた濡れ性及び密着性を発現する。その結果、転写性が改善され、ゥエルドラインゃフローマークを形成することなく、金型キヤビティの形状を中実に倣った成形品が得られる。しかし、溶融樹脂が冷却固化するときの体積収縮に起因したヒケの発生は、断熱性のコ一ティング層を形成した金型では防止できない。

一般に金型キヤビティに導入された溶融樹脂は、金型内面に接する瞬間から急冷され、金型内面との接触面に表面スキン層を形成する。溶融樹脂 2 0は、表面スキン層を内部に向けてスキン層 2 3として成長させながら冷却 ·固化する。このとき、ガラス転移温度で起きる急激な体積収縮により、溶融樹脂 2 0の内部に負圧が発生する。負圧は、第 2図に矢印で示すようにスキン層 2 3を内部に引き込む力として作用し、溶融樹脂 2 0の冷却 ·固化に伴って大きくなる。負圧がスキン層 2 3の自己保形性を上回った瞬間、スキン層 2 3が金型内面から剥離して内部方向に引き込まれ、ヒケ発生の起点となる。

本発明は、このようなヒケ発生の起点となる現象を逆に活用することにより、表面欠陥のない射出成形品を得ることを目的とする。また、射出成形により得られる成形品の外観面に発生し易いヒケを容易に且つ経済的な方法で解消すると共に、溶融樹脂の充填時に発生するゥエルドライン等も抑制できる射出成形方法を提供することを目的とする。発明の開示

本発明は、その目的を達成するため、成形品の外観面に対応する固定金型又は可動金型の内面に、射出される溶融樹脂に対する濡れ性及び密着性の良好な断熱薄膜を施している。この金型を他方の金型と組み合わせて金型キヤビティを区画し、所定量の熱可塑性樹脂を溶融状態で金型キヤビティに射出充填する。

充填された溶融樹脂が冷却 ·固化するとき、断熱薄膜が形成された金型内面では、スキン層の成長及び金型内面からの剥離が遅延する。断熱薄膜のない金型内面では、通常通り冷却 ·固化が進行し、溶融樹脂の体積収縮に伴って金型内面からスキン層が早期に剥離する。スキン層の優先的な剥離により、冷却 ·固化される樹脂の体積収縮が断熱薄膜のない金型側で吸収され、成形品の外観面にヒケ等の表面欠陥が発生することがなくなる。

断熱薄膜が形成された側の金型内面では、溶融樹脂が注入されたとき断熱薄膜が瞬間的な断熱効果を呈し、金型内面に接したスキン層が内部にある溶融樹脂層の保有熱で再溶融する。再溶融により、通常発生しがちなウエルドラインも消去される。しかも、断熱薄膜は、遮熱量が小さいことから、成形サイクルを長期化させるような悪影響を与えることがない。図面の簡単な説明

図 1は、金型キヤビティを流動する溶融樹脂先端部の模式図図 2は、断熱薄膜を一方の金型内面に被覆した場合におけるヒケの選択的発生を説明する図

図 3は、実施例 1で得られた成形品の斜視図

図 4は、実施例 4で得られた成形品の斜視図

図 5は、実施例 6で得られた成形品の斜視図発明を実施するための最良の形態

以下、図面を参照しながら、本発明を詳細に説明する。

本発明においては、第 2図に示すように、成形品の外観面に対応する金型 1 1内面の一部又は全部に、他方の金型 1 2内面より樹脂材料に対する密着性が優れた断熱薄膜 1 4を施している。金型内面に接する溶融樹脂 2 0の表面にできたスキン層 2 3 a , 2 3 bは、それぞれの金型 1 1 , 1 2の内面に対して異なる密着カを呈する。この密着力の差がヒケ防止に効果的に活用される。

注入された溶融樹脂 2 0は、第 1図に示すように噴水流 2 1を形成しながら金型キヤビティ 1 3に充満される。噴水流 2 1は、第 1 図に速度分布として示すように中心部ほど流速 Vが大きくなっている。先端部に達した溶融樹脂 2 0は、金型内面方向に偏向する。この流動状態のため、金型内面に接して伸長による配向を受けたままで溶融樹脂 2 0が冷却 · 固化し、スキン層 2 3が形成される。

このとき、断熱薄膜 1 4が形成されている側の金型内面では、断熱薄膜 1 4が熱的に飽和するまでスキン層 2 3 aが断熱される。スキン層 2 3 aは、内部にある溶融樹脂 2 0の保有熱によって一時的に再溶融され、流動時に生じた配向状態が緩和される。また、内部方向にスキン層 2 3 aが厚く成長することも抑制される。この段階では、体積収縮に起因した面方向の応力が発生することがなく、金型内面に対するスキン層 2 3 aの密着状態を破壊する剪断力が作用しない。

その後、スキン層 2 3 aは、徐々に成長する。このとき、樹脂の配向が緩和されているので、成長に伴う体積収縮が一方向に優先的に生じることがない。また、金型内面に対するスキン層 2 3 aの密着面に作用する剪断力も低減している。したがって、スキン層 2 3 aは、断熱薄膜 1 4に対して良好な密着性を維持しながら、内部方向に成長する。断熱薄膜 1 4が形成されていない側の金型 1 2の内面では、溶融樹脂 2 0の流動停止と同時に金型 1 2を介した放熱が開始され、溶融樹脂 2 0が急速に冷却される。したがって、スキン層 2 3 bは、スキン層 2 3 aに比較して早い段階で厚く成長するが、断熱薄膜 1 4がないことから金型内面に対する密着性が低い。スキン層 2 3 b の成長に伴って、金型 1 2の内面側に大きな体積収縮、換言すれば大きな負圧が発生する。この負圧によって、スキン層 2 3 bが金型 1 2の内面から容易に剥離し、両者の間に剥離部 2 4が生る（第 2図 A；) 。剥離部 2 4は、樹脂の冷却 ·固化に伴った体積収縮を相殺するように大きくなり（第 2図 B ) 、負圧が集中的に作用する箇所では内部方向に陥没する。

すなわち、成形品の外観面を区画する金型内面に断熱薄膜 1 4を設けることにより、金型 1 1の内面に接する溶融樹脂 2 0の冷却 · 固化を金型 1 2の内面に接する溶融樹脂 2 0の冷却 ·固化と異ならせ、体積収縮に起因したヒケ等を金型 1 2側に優先的に発生させている。その結果、金型 1 1側では、スキン層 2 3 aが金型内面と良好な密着状態を維持しながら内部方向に成長する。したがって、リブ，ボス等の厚肉部を備えた成形品であっても、ヒケが背面側に集中し、平坦性に優れた外観面が得られる。

断熱薄膜 1 4は、ウエルドラインの解消にも有効である。すなわち、金型 1 1の内面に接して伸長による配向を受けたままで固化したスキン層 2 3 aは、断熱薄膜 1 4が熱的に飽和するまでの間、内部にある溶融樹脂 2 0の保有熱で再溶融する。この再溶融により、表面スキン層が折り畳まれたまま固定されて生じるゥエルドラインのうち、金型 1 1側だけが消去される。

射出成形用金型は、成形品の形状に対応して形成された金型キヤビティを可動金型及び固定金型の間に設けている。本発明では、成形品の外観面に対応する可動側金型又は固定側金型の内面の一部又は全面に、溶融樹脂に対する濡れ性及び密着性の優れた断熱薄膜を施している。断熱薄膜は、ヒケ等の発生傾向に応じて厚み調整することも可能である。また、外観面に対応する金型内面に形成する断熱薄膜の密着性及び断熱性を超えない限り、他方の金型内面の一部又は全面に保護皮膜，表面改質層等を形成しても良い。

断熱薄膜には、成形サイクルを考慮した瞬間断熱効果を得るため特定された断熱性をもつことが必要である。断熱性は、断熱薄膜材料の熱伝導率 K (単位： c a 1ノ c m ·秒 · °C ) を薄膜厚さ R (単位： c m ) で除した値 K / R、すなわち熱伝導量係数で表される。熱伝導量係数が小さいほど、断熱効果が大きいことになる。本発明では、熱伝導量係数を 0 . 0 3〜0 . 5 c a 1 秒 · 。C · c m ² の範囲に維持する。

熱伝導量係数が 0 . 0 3 c a 1 Z秒 · °C · c m ² 未満では、過度の断熱性のために熱伝導量が小さくなり、成形サイクルが著しく長くなる。他方、 0 . 5 c a 1 Z秒 · · c m ² を超える熱伝導量係数では、断熱効果が不十分で、ヒケを低減する作用が小さくなる。断熱薄膜は、熱可塑性樹脂の射出成形温度に耐える耐熱性をもつと共に、溶融樹脂に対する濡れ性に優れていることが必要である。濡れ性は、水に対する接触角（以下、単に "接触角" という）で表すことができ、市販の接触角計を使用して測定される。

断熱薄膜は、 4 0〜9 5度、好ましくは 7 0〜9 0度の接触角をもっている。接触角がこの範囲にある断熱薄膜は、一般の熱可塑性樹脂がもつ接触角 7 0〜9 5度に近似しており、射出される熱可塑性樹脂と馴染み易く、良好な密着性を呈する。薄膜表面の接触角が 4 0度未満になると、樹脂材料との密着性が強くなり過ぎ、射出成形後の離型性が低下する。逆に 9 5度を超える接触角では、密着性が悪く、スキン層との間に滑りが生じ易くなることから、却ってヒケ発生傾向が強くなる。たとえば、断熱性に優れたフッ素系樹脂のように接触角が 1 0 5度と高い場合、ヒケが逆に発生し易くなる。成形品の裏面側に対応する他方の金型は、熱伝導性の良好な鋼材を使用する。この金型の内面には、必要に応じて熱伝導性を阻害しない程度にフッ素系樹脂を付着させることもできる。或いは、窒化処理等によって表面改質層を形成しても良い。

前述した断熱性及び濡れ性に関する要件を満足し、且つ熱可塑性樹脂の射出成形温度に耐える耐熱性をもつ断熱薄膜材料としては、全芳香族熱硬化型ポリイミド，ビスマレイミド型熱硬化型ポリイミド，ポリエーテルイミド，ポリアミドイミド，芳香族ポリイミド等のポリイミド系樹脂、ポリアリレート，ポリスルホン，ポリエーテルスルホン，ポリフエ二レンスルフイド，ポリエーテルエーテルケトン，ポリオキシベンゾィル共重合体，ポリフエ二レンエーテル等の耐熱性高分子樹脂等が使用される。なかでも、特に耐熱性，耐久性及び平滑性の点でポリイミド系樹脂が最も好ましい材料である。前掲した耐熱性高分子樹脂は、何れも接触角が 7 0〜9 5度の範囲にあり、熱伝導率が 3〜 9 X 1 0 ⁴ c a 1 Z秒 ' c m ' での範囲にある。これらの材料で熱伝導量係数が 0 . 0 3〜0 . 5 c a 1 / 秒 · °C · c m ² の範囲に相当する薄膜は、薄膜強度等を考慮したとき実用上 5 0〜 3 0 0 の範囲にある膜厚を持つことが好ましい。膜厚が 5 0 w m未満では、形成される薄膜の断熱性が不足し、ヒケゃウエルドラインを十分に解消できない。しかし、 3 0 0 w mを超える膜厚では、薄膜の断熱性が過度に高く、熱伝導量が小さくなる結果、成形サイクルが長くなる。

耐熱性高分子樹脂は、吹付け塗装，流動浸漬，電着塗装，溶射，蒸着重合等の方法により、成形品の外観面に対応する金型内面に施すことができる。特にモノマーから高分子薄膜を得る蒸着重合は、モノマー溶液の塗布及び加熱の繰返しにより所定膜厚の断熱薄膜を形成する方法に比較して、一工程で金型内面に均一で実用性に富んだ断熱薄膜が得ることができる長所を持っている。

断熱薄膜は、耐熱性高分子樹脂に代え、アルミナ，ジルコニァ，酸化チタン，チタン酸アルミニウム等のセラミックス類から作製することもできる。各種セラミックスは、単独及びノ又は複合して使用され、溶射，プラズマジェット，イオンプレーティング等の方法によって金型内面に施される。

前掲したセラミックスは、 1 00°C付近の熱伝導率が 0. 005 〜0. 04 c a 1 秒 ' cm . °Cの範囲にある。このセラミックス製の断熱薄膜は、熱伝導量係数 0. 03〜0. 5 c a l/秒 * °C * cm² の範囲に相当する膜厚が計算上では 100〜1 700 iimになる。しかし、成形サイクルに与える影響及び薄膜強度を勘案するとき、セラミックス製の断熱薄膜は、 800〜1200 の膜厚をもつことが好ましい。

セラミックス及び耐熱性高分子樹脂を複合して断熱薄膜を作製することもできる。セラミックスと耐熱性高分子樹脂とを複合する方法としては、たとえば多孔質のセラミックス層を適宜の方法で形成した後、耐熱性高分子樹脂をセラミックス層のポアに含浸させる。作製した断熱薄膜の耐久性，平滑性等に不安がある場合、 0. 3 c a 1 Zc m ·秒 · °C以下の熱伝導率及び 40〜95°Cの接触角をもつ金属質薄膜を断熱薄膜に重畳させても良い。このときの金属質薄膜は、 0. 1〜50 の膜厚が適当であるが、可能な限り薄い方が好ましい。しかし、 0. 1 /imより薄い金属質薄膜は、薄膜強度に劣る。また、 50 /Li mを超える膜厚では、熱伝導性が大きな金属質薄膜の影響を受け、ヒケ防止に働く断熱薄膜の作用が著しく低下する。

本発明に従って射出成形するとき、ヒケ防止効果が得られる樹脂に、ほとんどの熱可塑性樹脂が含まれる。具体的には、ポリスチレン，ゴム変成ポリスチレン， AS樹脂， AB S樹脂，ポリプロピレン，ポリエチレン，塩化ビニル樹脂，ポリカーボネート樹脂等がある。また、充填強化材を混入した熱可塑性樹脂でも、同様なヒケ防止効果が得られる。実施例 1 ：

本実施例では、第 3図に示すように矩形開□ 3 1及び複数のリブ 32〜34をもつ成形品 30を成形した。成形品 30は、長さ 1 5 Omm, 幅 60 mm及び厚み 2 mmの平板部 35をもっていた。平板部 35の表面 35 aが外観面として使用される。矩形開ロ3 1は、長さ 1 Omm及び幅 2 Ommに設定した。平板部 35の背面に設けるリブ 32〜34は、厚み 4mm，高さ 5 m m及び長さ 30 m m に設定した。また、平板部 35の側面に、溶融状態の熱可塑性樹脂を注入するためのゲ一ト 36を設けた。

リブ 32〜34は、平板部 35の板厚よりも格段に厚くなつている。この厚みのため、通常の射出成形で得られた成形品では、リブ 32〜34の位置に対応する成形品 30の表面側 32 a〜34 aに著しいヒケが発生していた。矩形開ロ3 1に関しゲート 36と反対側に位置する部分 3 1 a, 3 1 bでは、矩形開ロ3 1上流側で分流した樹脂が回り込んで会合し、会合の痕跡としてゥエルドラインが発生していた。

金型には、プレハードン鋼製の金型を使用した。

表面側 35 aに対応する金型キヤビティを区画する固定金型の内面をサンドブラストで粗面化した後、ポリエーテルスルホン（P E S) の N—メチルー 2—ピロリドン溶液を塗布し、加熱処理によつて厚み 1 00 ILL mの薄膜を形成した。得られた P E S薄膜は、熱伝導量係数が 0. 04 c a 1 /秒 '。 C · cm² , 温度 23°Cで実測した接触角が 85度であった。他方の可動金型は、金属表面のままとした。

2 固定金型及び可動金型を組み合わせ、金型温度を 5 0 °Cに保持した。ポリスチレン樹脂溶融体を樹脂温度 2 1 0 °Cに加熱し、充填時間 1 . 5秒で金型キヤビティに射出充填した。充填後、 2 0秒間冷却し、次いで金型を開き、成形品 3 0を取り出した。

得られた成形品 3 0の表面を観察したところ、 P E S薄膜を形成した固定金型の内面に接した表面側 3 5 aでは、本来ヒケが発生し易い部分 3 2 a〜3 4 bに何らのヒケもみられなかった。また、ゥエルドラインの発生し易い部分 3 1 aにも、ウエルドラインが検出されなかった。

他方、 P E S薄膜のない可動金型の内面に接した成形品 3 0の裏面では、リブ 3 2〜3 4の側面及び周辺にヒケが発生していた。また、溶融樹脂の流動方向に関し矩形開ロ3 1の下流側に当る裏面部分 3 1 bに、溶融樹脂が会合した痕跡としてウエルドラインが発生していた。

このようにヒケ，ウエルドライン等の表面欠陥を裏面側に集中させるとき、表面側 3 5 aは、平坦性に優れた外観面として使用される表面状態であった。比較例 1 ：

実施例 1 と同じ固定金型を、内面に薄膜を形成することなく研磨加工したままの状態で使用した。そして、実施例 1 と同じ条件下で射出成形した。

得られた成形品 3 0を観察したところ、リブ 3 2〜3 4の側面及び周辺にはヒケがないものの、リブ 3 2〜3 4に対応する表面側 3 5 aの部分 3 2 a〜3 4 aにヒケが発生していた。また、成形品の表裏共に、矩形開ロ 3 1の縁にあたる部分 3 1 a , 3 1 bに明確なウエルドラインが発生していた。比較例 2 ：

実施例 1 と同じ固定金型の内面をサンドプラストで粗面化した後で、 P E Sの N—メチルー 2—ピロリドン溶液を塗布し、加熱処理によって厚み 7 umの薄膜を形成した。この P E S薄膜は、熱伝導量係数が 0. 57 c a 1ノ秒 · °C · cm² ，接触角が 85度であつた。

固定金型を可動金型と組み合わせ、実施例 1 と同じ条件下で成形品 30を射出成形した。

得られた成形品 30には、リブ 32〜34の側面及び周辺にヒケが発生していないものの、外観面として使用される表面側 35 aの部分 32 a〜34 aにヒケが発生していた。また、成形品の表裏共に、部分 3 1 a, 3 1 bにゥエルドラインが発生していた。比較例 3 ：

実施例 1 と同じ固定金型の内面をサンドプラス卜で粗面化した後、 P E Sの N—メチルー 2—ピロリドン溶液を接着剤とし厚さ 1. O mmの P E Sシートを金型内面に接着した。作製した薄膜は、熱伝導量係数が 0. 004 c a 1 秒 · C · cm² ，接触角が 85度であった。

固定金型を可動金型と組み合わせ、実施例 1 と同じ条件下で射出成形した。

得られた成形品 30には、外観面として使用される表面側 35 a の部分 3 2 a〜34 aに著しいヒケが発生していないものの、波打ち状の小さな凹凸が表面側 35 aの全体に発生していた。また、成形品 30の表面側部分 3 1 aには、ゥエルドラインが検出されなかつた。実施例 2 ：

実施例 1 と同じ固定金型の内面をサンドプラス卜で粗面化した後、熱伝導率 0. O S S c a l Zcm *秒 · °〇のアルミナをプラズマ溶射し、厚み 800 mの薄膜を形成した。アルミナ薄膜の上に厚み 20 mのニッケル薄膜を無電解めつきにより積層した。作製された薄膜は、合計厚みが 1 00 m，熱伝導量係数が 0. 44 c a 1 秒 · °C · cm² ，接触角が 90度であった。

固定金型を可動金型と組み合わせ、実施例 1 と同じ条件下で射出成形した。得られた成形品 30には、外観面として使用される表面側 35 aの部分 32 a〜34 aに何らのヒケも観察されなかった。表面側 35 aの部分 3 1 aには、僅かにゥエルドラインが検出された。

他方、成形品 30の裏面では、リブ 32〜34の側面及び周辺部にヒケが発生しており、矩形開ロ3 1の縁に当る部分 3 1 bにもゥエルドラインが発生していた。比較例 4 ：

実施例 2と同様に、固定金型の内面をサンドプラス卜で粗面化した後、アルミナをプラズマ溶射し、厚み 200 wmの薄膜を形成した。更に、無電解めつきによって厚さ 20 mのニッケル薄膜をァルミナ薄膜の上に積層した。作製された薄膜は、合計厚みが 220 urn, 熱伝導量係数が 1. 75 c a 1 Z秒 · °C · cm² ，接触角が 90度であった。

固定金型を可動金型と組み合わせ、実施例 1 と同じ条件下で射出成形した。得られた成形品 30には、断熱薄膜の熱伝導量係数が大き過ぎて断熱効果が不足することから、表面側 35 aの部分 32 a 〜34 aにヒケが発生した。また、表裏共に矩形開□ 3 1の縁に当る部分 3 1 a， 3 l bにも、ウエルドラインが発生していた。実施例 3 ：

実施例 1 と同じ固定金型の内面をサンドプラストによって粗面化した後、ポリイミド薄膜を施した。このとき、 1回ごとに厚み 2 0 mのポリイミド薄膜に相当するポリアミド酸溶液を塗布し、次いでポリアミド酸を脱水開環させる加熱処理する操作を繰り返し、厚み 2 00 μπιのポリイミド薄膜を形成した。

この積層薄膜は、ポリアミド酸溶液を繰返し塗布する際、表面に凹凸が生じることが避けられない。そこで、ポリイミドの良好な機械加工性を利用し、薄膜表面を切削した後、表面研磨し、ポリイミド薄膜の厚みを 1 0 0 mに調整した。調整後の薄膜は、十分実用に耐えるものであり、熱伝導量係数が 0. 04 c a'l Z秒 · °C · c m² ，接触角が 85度であった.。

薄膜が設けられた固定金型を可動金型と組み合わせ、実施例 1 と同じ条件下で射出成形した。得られた成形品 30には、外観面として使用される表面側 3 5 aの部分 3 2 a〜 34 aに何らのヒケも観察されなかった。また、表面側 3 5 aの部分 3 1 aにも、ゥエルドラインが検出されなかった。

他方、成形品 3 0の裏面では、リブ 3 2〜34の側面及び周辺部に著しいヒケが発生しており、矩形開ロ3 1の縁に当る部分 3 1 b にゥエルドラインが発生していた。実施例 4 ：

本実施例では、第 4図に示すように、箱形状の天板部 4 1に矩形開□ 4 2を設け、天板部 4 1の裏面にリブ 43 , 44を付けた成形品 4 0を製造した。天板部 4 1のサイズは、長さ 6 5 mm, 幅 6 0 mm, 高さ 1 0 mm及び厚み 2 mmとした。矩形開□ 42は、長さ 1 0 mm及び幅 1 5 mmに設定した。リブ 43は厚み 2. 5 mm, 高さ 5 mm及び長さ 3 0 mmとし、リブ 44は厚み 4. 5 mm, 高さ 5mm及び長さ 3 Ommとした。また、天板部 4 1の側面に、溶融樹脂を注入するためのゲ一卜 45を設けた。

リブ 43， 44は、天板部 4 1の板厚に比較して格段に厚くなつている。そのため、通常の射出成形で得られた成形品 40には、リブ 43 , 44に対応する天板部 4 1の表面部分 43 a， 44 aにヒケが著しく発生した。また、ゲート 45と反対側に位置する矩形開 □ 42の縁部表裏に、ウエルドライン 42 a， 42 bが強く発生した。

そこで、成形品 40の外観面となる表面に対応する固定金型の内面をサンドプラス卜で粗面化した後、実施例 3と同様に 1回ごとに厚み 20 mのポリイミド薄膜に相当するポリアミド酸溶液を塗布し加熱する処理を繰り返し、厚み 200 mのポリイミド薄膜を製膜した。製膜後のポリイミド薄膜に切削及び表面研磨を施し、厚み 1 00 mのポリイミド薄膜に調整した。得られたポリイミド薄膜は、実用に十分耐える強度を持ち、熱伝導量係数が 0. 04 c a l ノ秒 · °C · c m² ，接触角が 85度であった。

ポリイミド薄膜が形成された固定金型を金属表面をもつ可動金型と組み合わせ、金型温度を 50°Cに保持した。そして、樹脂温度 2 1 0°Cのポリスチレン樹脂溶融体を射出時間 1秒で金型キヤビティに射出充填した。 2 5秒間冷却して型開きし、成形品 40を金型から取り出した。

得られた成形品 40の表面を観察したところ、外観面となる表面には本来ヒケが発生し易い部分 43 a, 44 aにもヒケが全く検出されなかった。また、樹脂流動方向に関して矩形開口 42の下流側に当る縁部表面にも、ゥエルドライン 42 aが皆無であった。

他方、金属表面をもつ可動金型の内面に接して形成された成形品 40の裏面には、リブ 43 , 44の側面及び周辺に著しいヒケが発生していた。また、矩形開□ 42の下流側中央部に当る縁部裏面に

7 は、ウエルドライン 4 2 bが発生していた。

この金型を同じポリスチレン樹脂の射出成形に継続使用したところ、 5 0 0 0ショット程度でゲート 4 5の周囲にある薄膜が剥離し始めた。そこで、ポリアミド酸溶液の塗布前にキヤビティ面に 2 0 ！11の（ 11めっき層を設け、同様にポリイミド薄膜を形成した固定金型を用意した。、この固定金型を可動金型と組み合わせて射出成形したものでは、 5 0 0 0ショッ卜を超えて射出成形を繰り返してもポリイミド薄膜に剥離が検出されず、金型の疲労に起因して成形品 4 0の形状が劣化することがなかった。実施例 5 ：

成形品の外観面に対応する固定金型の内面に厚み 1 0 0 w mのポリィミド薄膜を蒸着重合法によって形成し、実施例 4と同じ形状の成形品 4 0を射出成形した。

蒸着重合は、ピロメリット酸二無水物（P M D A ) 及び 4 , 4 ' ージァミノジフェニールエーテル（O D A ) のモノマ一を蒸着重合装置内で真空昇華させ、装置内にセットした固定金型のキヤビティ面にポリアミック酸として蒸着させながら重合反応させた。得られたポリイミド薄膜は、重合しながらキヤビティ面で成長するため、極めて密着性に優れ且つ均一で平滑性に富んだ鏡面皮膜となった。ポリイミド薄膜が形成された固定金型を可動金型と組み合わせ、実施例 4と同一条件下でポリスチレン樹脂を射出成形した。

得られた成形品 4 0の表面を観察したところ、外観面となる表面には本来ヒケが発生し易い部分 4 3 a , 4 4 aにもヒケが全く検出されず、極めて鏡面に近い平滑性をもっていた。また、樹脂流動方向に関して矩形開ロ4 2の下流側に当る縁部表面も、ゥエルドライン 4 2 aが皆無であった。

他方、金属表面をもつ可動金型の内面に接して形成された成形品 40の裏面には、リブ 43 , 44の側面及び周辺に著しいヒケが発生していた。矩形開口 42の下流側中央部に当る縁部裏面にも、ゥエルドライン 42 bが発生していた。

この金型を同じポリスチレン樹脂の射出成形に継続使用したところ、実施例 4でみられたポリイミド薄膜の剥離は 5000ショット後も全く検出されず、当初の健全な状態に維持されていた。実施例 6 ：

本実施例では、第 5図に示す成形品 50を射出成形した。成形品

50は、箱形状の天板部 5 1に厚肉部 52が連続し、矩形開口 53 〜55を 3か所に形成している。天板部 5 1の裏面に幅方向全長に延びるリブ 56， 57を、厚肉部 52の裏面に同様なリブ 58, 5

9をそれぞれ設けた。なお、天板部 5 1の側面には、熱可塑性樹脂を注入するためのゲ一卜 60を形成した。

天板部 5 1は、幅 1 1. 5 mm，長さ 400 mm及び高さ 45 m mで標準肉厚 2. 5 mmに設計した。厚肉部 52は、 6. 5 mmの肉厚とした。リブ 56 , 59を l mmの肉厚に、リブ 57 , 58を 3 mmの肉厚に設計した。

成形品 50の外観面となる固定金型の内面に、実施例 5と同様な蒸着重合法により厚み 1 5◦ mのポリイミド薄膜を形成した。断熱薄膜が形成された固定金型を可動金型と組み合わせ、金型温度を 50°Cに保持した。樹脂温度 2 1 0°Cのポリスチレン樹脂溶融体を充填時間 1. 7秒で金型キヤビティに射出充填した。 80秒間冷却した後、金型を開き成形品 50を取り出した。

得られた成形品 50の表面を観察したところ、ポリイミド薄膜が形成された固定金型の内面に接して形成された外観面は、本来ヒケが発生し易い厚肉部 52の表面 52 aやリブ 56〜59に対応する表面部分 56 a〜 59 aにヒケが全く発生しておらず、極めて鏡面

9 に近い平滑性を保っていた。ウエルドラインが発生し易い個所、すなわち樹脂の流動方向に関し矩形開□ 5 3〜 5 5の下流側縁部も、ゥエルドラインのない健全な表面状態であった。

他方、金属表面を持つ可動金型の内面に接して形成された成形品 5 0の裏面側では、リブ 5 6〜5 9の側面及び周辺部に著しいヒケが発生していた。また、天板部 5 1から肉厚が変わる境界近傍の厚肉部 5 2にも、著しいヒケが発生していた。特に、天板部 5 1に設けた厚肉リブ 5 7の付根にあるスキン層 2 3 bは、図 2 ( A ) に示すように剥離部 2 4に接するコーナー部 2 6で樹脂冷却時の収縮力により部分的に破断していることが観察された。また、成形品 5 0 の裏面側では、樹脂流動方向に関して矩形開□ 5 3〜5 5の下流側緣部にゥエルドラインが発生していた。

以上の実施例においては、固定金型の内面にポリイミド薄膜を形成した場合を説明した。しかし、本発明はこれに拘束されるものではなく、ポリイミド薄膜に代えて他の断熱薄膜を使用することが可能であり、また可動金型の内面に断熱薄膜を施しても良い。更に、ヒケゃウエルドライン等の表面欠陥の発生傾向を勘案し、表面欠陥が発生し易い箇所で断熱薄膜を厚く、発生傾向が低い箇所で断熱薄膜を薄く形成しても良い。また、固定金型及び可動金型双方の内面に、熱伝導量係数，接触角，膜厚等が異なる断熱薄膜を形成することも可能である。この場合、成形品の外観面を形成する金型内面に断熱効果及び密着性が高い皮膜を形成し、裏面を形成する金型内面に断熱効果及び密着性が低い皮膜を形成する。産業上の利用可能性

以上に説明したように、本発明においては、射出成形される樹脂材料に対する濡れ性及び密着性が良好な断熱薄膜を固定金型又は可動金型何れかの内面に施し、射出充填された溶融樹脂に対する熱的条件を他方の金型との間で異ならせている。断熱薄膜は、金型内面に対する樹脂の密着性を増大させると共に、スキン層の形成を遅延させる。断熱薄膜を施していない側では、スキン層の形成及び剥離が相対的に促進される。したがって、溶融樹脂が冷却 ·固化する際の体積収縮に起因するヒケ現象は、優先的に剥離した裏面側のスキン層に吸収される。そのため、射出成形法における表面欠陥の一つであるヒケが外観面に発生することが抑制され、商品価値の高い成形品が得られる。

断熱薄膜は、溶融樹脂の注入時に瞬間的な断熱作用を呈し、表面スキン層を一瞬再溶融させる。再溶融により、金型キヤビティ内で分流した溶融樹脂が再度合流することが促進され、不十分な会合に起因して生じるウエルドラインも消去される。

ヒケ，ウエルドライン等の表面欠陥は、断熱薄膜を一方の金型内面に形成した金型を使用することだけで抑制される。この抑制効果は、熱伝導量係数，接触角，膜厚等が本発明で規定した条件を満足する断熱薄膜を形成するとき一層顕著になる。そのため、特別な付帯設備を必要とすることなく、従来法と同じ射出成形条件を採用することができ、通常の成形条件や成形環境から逸脱することなく商品価値の高い射出成形品が製造される。

Claims

請求の範囲

1 . 成形品の裏面に対応する金型内面に比較して溶融樹脂に対する密着性が高い断熱薄膜を一方の金型の内面一部又は全面に形成し、

前記金型を、密着性及び断熱性が低い内面をもつ他方の金型と組み合わせて金型キヤビティを形成し、

熱可塑性樹脂を前記金型キヤビティに射出充填し、

充填された前記熱可塑性樹脂を前記金型キヤビティ内で冷却させることにより、樹脂スキン層の成長及び金型内面からの剥離を前記断熱薄膜を形成した内面側で遅延させ、他方の内面側で前記樹脂スキン層の成長及び剥離を優先的に促進させることを特徴とする射出成形方法。

2 . 熱伝導率を膜厚で除した熱伝導量係数が 0 . 0 3〜0 . 5 c a a 1 Z秒 · · c m ² の範囲になるように断熱薄膜を形成する請求項 1記載の射出成形方法。

3 . 熱伝導率を膜厚で除した熱伝導量係数が 0 . 0 3〜0 . 5 c a a 1 Z秒 · °C · c m ² で、水に対する接触角が 4 0〜9 5度となるように断熱薄膜を形成する請求項 1記載の射出成形方法。

4 . 固定金型の内面の一部又は全面に断熱薄膜を形成する請求項 1 〜 3の何れかにの何れかに記載の射出成形方法。

5 . 可動金型の内面の一部又は全面に断熱薄膜を形成する請求項 1 〜 3の何れかに記載の射出成形方法。

6 . 溶融樹脂に対する密着性及び断熱性が高い断熱薄膜が成形品の外観面に対応する内面の一部又は全面に形成された一方の金型と、前記断熱薄膜に比較して密着性及び断熱性が低い内面をもつ他方の金型とを備えている射出成形用金型。

7 . 請求項 6記載の断熱薄膜は、熱伝導率を膜厚で除した熱伝導量係数が 0. 03〜0. 5 c a 1 秒 · °C · cm² の範囲にある射出成形用金型。

8. 請求項 6又は 7記載の断熱薄膜は、固定金型の内面一部又は全面に形成されている射出成形用金型。

9. 請求項 6又は 7記載の断熱薄膜は、可動金型の内面一部又は全面に形成されている射出成形用金型。

1 0. 請求項 6〜9の何れかに記載の断熱薄膜は、水に対する接触角が 40〜95度の範囲にある射出成形用金型。

1 1. 請求項 6記載の一方の金型は、金属質の内面を持っている射出成形用金型。

1 2. 請求項 6記載の一方の金型には、断熱薄膜に比較して密着性及び断熱性が低い薄膜又は表面改質層が内面の一部又は全面に形成されている射出成形用金型。