JP2007112025A - 成形品の形成方法、および、それによって形成された成形品 - Google Patents

Abstract

【課題】液状の材料を用いてなおかつ、生産性を低下させることのない成形品を形成方法を提供する。
【解決手段】本発明に係る成形品の形成方法は、材料として紫外線硬化型組成物を用い、紫外線を、キャビティ１６の表面の少なくとも一部を構成する透明体１７を通して、キャビティ１６内に充填されている組成物に照射し硬化させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、金型キャビティに材料を充填し硬化させて成形品を形成する方法、および、それによって形成された成形品に関し、特に短時間で硬化させることができるものに関する。

樹脂組成物やゴム組成物等の材料を金型内に射出して型内で熱硬化させ成形品を形成する方法は広く用いられており、金型を用いることにより一般的に高精度の成形品を得ることができる。また、粘度の高い材料を用いて、細長い製品を射出成形しようとした場合、キャビティ内の流路が長いことによって流路の末端では充填不足やひけ等の形状不良が起きやすく、この問題を防止するため、高圧で材料を射出しようとすると、バリが発生しやすくなり、また、流路を短くしようとして複数のゲートを設けようとすると、これらのゲートからの流れがぶつかってウエルドラインが形成されてしまうという問題があり、その対応策として、粘度の低い液状組成物を材料とする方法としてＬＩＭ成形法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平１１−０３４１２６号公報

しかしながら、上記のような金型内で材料を熱硬化させる成形法において、特に、材料が液状の場合には、金型から組成物内部までの熱伝導に時間がかかる等の理由によって、硬化に要する時間が長かった。そのため、生産性を向上させることはむつかしく、大量に成形品を製造しようとすると金型を多数個保有する必要があり、硬化時間の短縮は重要な課題となっていた。

また、硬化時間を短縮するためには、金型を常時高温に保っておく必要があり、そのためのエネルギーのロスも大きく、これを節減することも課題であった。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、金型内で組成物を硬化させるのに必要な時間を短縮することができ、しかも、エネルギーの無駄を節減することのできる成形品の形成方法および、それによって形成された成形品を提供することを目的とする。

＜１＞は、金型キャビティに材料を充填し硬化させて成形品を形成するに際し、
前記材料として紫外線硬化型組成物を用い、紫外線を、前記キャビティ表面の少なくとも一部を構成する透明体を通して、キャビティ内に充填されている前記組成物に照射し硬化させる成形品の形成方法である。

＜２＞は、＜１＞において、前記紫外線硬化型組成物を液状組成物とする成形品の形成方法である。

＜３＞は、＜１＞もしくは＜２＞において、前記紫外線硬化型組成物を樹脂組成物とする成形品の形成方法である。

＜４＞は、＜１＞もしくは＜２＞において、前記紫外線硬化型組成物をゴム組成物とする成形品の形成方法である。

＜５＞は、＜１＞〜＜４＞のいずれかにおいて、前記紫外線硬化型組成物の粘度を500〜1000000mPa・sとする成形品の形成方法である。

＜６＞は、＜１＞〜＜５＞のいずれかの成形品の形成方法によって形成された成形品である。

＜１＞によれば、紫外線硬化型組成物を用い、紫外線を、前記キャビティ表面の少なくとも一部を構成する透明体を通して、キャビティ内に充填されている組成物に照射し硬化させるので、熱硬化型の組成物を用いてこれを加熱して硬化させた場合に対比して短時間で成形することができ、生産性を向上させることができる。さらに、この形成方法に用いられる金型は、これを加熱する必要がないので、熱硬化性組成物の場合に必要な温調設備や温調ジャケット付きの金型等、複雑な装置を不要なものにするとともに、常時温調を必要とすることによるエネルギーロスをなくして経済的にも有利なものとすることができる。

＜２＞によれば、前記紫外線硬化型組成物を液状組成物としたので、特に細長い製品を射出成形しようとした場合、流路の末端における充填不足やひけ等の形状不良が発生するのを抑えることができ、しかも、液状組成物を用いることによって硬化時間が長くなるのを一層効果的に抑制することができる。

＜３＞によれば、前記紫外線硬化型組成物を樹脂組成物としたので、寸法精度に優れ、所望の硬度を有する成形品を形成することができる。

＜４＞によれば、前記紫外線硬化型組成物をゴム組成物としたので、柔軟で所望の弾性を有する成形品を形成することができる。

＜５＞は、紫外線硬化型組成物の粘度を500〜1000000mPa・sとするものであり、この粘度を、500Pa・s未満とした場合には、金型の合わせ面に材料が漏れ出してバリ等が発生しやすくなり成形品の品質を低下させるおそれがあり、これを、1000000mPa・sを越えるものとした場合には、組成物の流動性が悪くなって、キャビティ内に組成物が十分充填されず欠け等の製品不良を引き起こす可能性が高くなり、また、これを防止しようとして射出圧力を高くした場合には、キャビティ内で局所的に圧力が高くなる部分が生じ、キャビティの一部を構成する、紫外線を透過させるための透明体を破損させてしまう可能性がある。

＜６＞の成形品によれば、以上に説明した形成方法によって形成されたものなので、上述した通りの効果を奏することができる。

本発明の実施形態について、直径が15mm程度で厚さが3mm程度の成形品を形成する場合を例にとって説明する。図１は、このような成形品の形成方法に用いられる金型を、閉止した状態で例示する断面図であり、この例の金型１０は１回の射出により１個の成形品を得る１個取りの場合の例である。

金型１０は、その閉止状態において、成形品に対応するキャビティ１６を画成する上型１２と下型１３とよりなり、上型１２には、成形材料である紫外線硬化型組成物のキャビティ１６への通路となるコールドランナ１４が設けられる。コールドランナ１４のキャビティ１６への開口部となるゲート部には、外部からの信号などによって開閉可能に構成されたバルブゲート１５が配置される。図中、ＰＬは、上型１２と下型１３との合わせ面を表す。

バルブゲート１５を開閉するため、コールドランナ１４内で上下するバルブピン２３が設けられ、材料を注入する工程では、最上点に位置してバルブゲート１５を開放し、それ以外の工程では、最下点に位置してバルブゲート１５を閉止するよう作動する。そして、この開閉のために、バルブピン２３に連結されたピストン２４を上下進退させるシリンダ２５が設けられる。

また、下型１２には、透明体１７と、透明体１７に当接させて設けられたＵＶレンズ１８と、透明体１７を下型本体２１に固定する透明体押さえプレート１９とが設けられる。ここで、透明体１７のキャビティ画成面１７ｓを、図示のように平面で構成するのが好ましく、透明体１６を安価で精度の高いものにすることができる。
ここで、ＵＶレンズ１８は、光ファイバ２７を介して紫外線照射光源２９に接続される。

透明体１７の材料としては、金型材料として射出圧に耐える十分な強度を有し、かつ、紫外線を透過させることができる透明な材料のものであればよく、例えば、石英ガラス、ほう珪酸ガラスなどの透明ガラスや、透明なプラスチックなどを用いることができる。また、ＵＶレンズ１８として、例えば、紫外線を通過させる光ファイバを多数本束ねて所望の方向に紫外線を拡散、収束、もしくは、平行照射させることのできるＵＶファイバレンズを用いることができる。

上記の金型１０を用いて、成形体を形成するには以下のようにして行う。上型１２と下型１３とを相互に接近させて、図１に示したように、金型１０を閉止してキャビティ１６を形成し、次いで、射出成形機のノズル２２をコールドランナ１４の入り口に押し当て、バルブゲート１５を開き、成形品の材料となる紫外線硬化型組成物を、ノズル２２から、コールドランナ１４を通過させてキャビティ１６内に供給し、キャビティ１６内を紫外線硬化型組成物で充満させる。

次いで、ＵＶレンズ１８を介して、キャビティ１６の反ゲート側の面から、紫外線を照射する。このとき、キャビティ１６に充填されている材料は、紫外線によって硬化する組成物なので、この操作により、キャビティ１６の組成物は硬化され、しかも、紫外線量が十分であれば、極めて短時間で硬化される。

キャビティ１６内の紫外線硬化型組成物を完全に硬化させるに必要な予め設定された時間の後、上型１２と下型１３とを相互に離隔して金型を開放し、硬化された成形品をキャビティ１６から取り出して一連のサイクルを終了する。

なお、紫外線硬化型組成物がキャビティ１６内に充満された後、金型１０を開放するまでの間に、バルブゲート１５を閉止する必要があり、もし、これを閉止しなかった場合には、コールドランナ１４内に保有されている材料は、紫外線が照射されず硬化されないため、金型１０を開放した途端漏れ始めるという問題が生じてしまう。同様な理由で、バルブゲート１５に代えて、熱硬化型組成物の成形に用いられる開閉機能のないピンゲートを用いることはできない。

また、金型１０の上型１２と下型１３とのいずれを、金型開閉の際の可動型としてもよく、さらには、これらの両方を可動可能に構成することもできる。

このようにして用いられる紫外線硬化型組成物のうち、樹脂組成物として、ポリエステル樹脂、ポリエーテル樹脂、フッ素樹脂、エポキシ樹脂、アミノ樹脂、ポリアミド樹脂、アクリル樹脂、アクリルウレタン樹脂、ウレタン樹脂、アルキッド樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、シリコーン樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ビニルエーテル系樹脂、ビニルエステル系樹脂などを、また、ゴム組成物として、末端アクリル化1,4−ポリブタジエンゴム、末端アクリル化1,2−ポリブタジエンゴム、末端アクリル化水添1,2−ポリブタジエンゴム、末端アクリル化ポリイソプレンゴム、末端アクリル化水添ポリイソプレンゴム等を挙げることができ、これらの１種又は２種以上を混合して用いることができる。

さらに、上記樹脂に特定の官能基を導入した変性樹脂を用いることもできる。また、力学的強度、耐環境特性を改善するためには、架橋構造を有するものを導入することが好ましい。

上記の組成物のうち、特に、（メタ）アクリレートオリゴマーを含む（メタ）アクリレート系のものより形成された組成物が好適である。

このような（メタ）アクリレートオリゴマーとしては、例えば、ウレタン系（メタ）アクリレートオリゴマー、エポキシ系（メタ）アクリレートオリゴマー、エーテル系（メタ）アクリレートオリゴマー、エステル系（メタ）アクリレートオリゴマー、ポリカーボネート系（メタ）アクリレートオリゴマー等、また、フッ素系、シリコーン系の（メタ）アクリルオリゴマーなどを挙げることができる。

上記（メタ）アクリレートオリゴマーは、ポリエチレングリコール、ポリオキシプロピレングリコール、ポリテトラメチレンエーテルグリコール、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、多価アルコールとε−カプロラクトンの付加物等の化合物と、（メタ）アクリル酸との反応により、あるいはポリイソシアネート化合物及び水酸基を有する（メタ）アクリレート化合物をウレタン化することにより合成することができる。

ウレタン系（メタ）アクリレートオリゴマーは、ポリオール、イソシアネート化合物と水酸基を有する（メタ）アクリレート化合物とをウレタン化することによって得ることができる。

エポキシ系（メタ）アクリレートオリゴマーの例としては、グリシジル基を有する化合物と（メタ）アクリル酸との反応生成物であればいずれでもよいが、中でもベンゼン環、ナフタレン環、スピロ環、ジシクロペンタジエン、トリシクロデカン等の環状構造を有し、かつグリシジル基を有する化合物と（メタ）アクリル酸の反応生成物が好ましい。

更に、エーテル系（メタ）アクリレートオリゴマー、エステル系（メタ）アクリレートオリゴマー及びポリカーボネート系（メタ）アクリレートオリゴマーは、各々に対するポリオール（ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール及びポリカーボネートポリオール）と（メタ）アクリル酸との反応によって得ることができる。

前記組成物には、必要に応じて粘度調整のために重合性二重結合を有する反応性希釈剤を配合する。このような反応性希釈剤としては、アミノ酸や水酸基を含む化合物に（メタ）アクリル酸がエステル化反応及びアミド化反応で結合した構造の、例えば、単官能、２官能または多官能の重合性化合物等を使用することができる。これらの希釈剤は、（メタ）アクリレートオリゴマー１００重量部当たり、通常１０〜２００重量部用いることが好ましい。

紫外線硬化型組成物として紫外線照射によって硬化する組成物を用いるに際し、その形成過程において樹脂の硬化反応の開始を促進させるための紫外線重合開始剤を、この組成物に含有させる。

このような紫外線重合開始剤としては、公知のものを使用することができ、例えば、４−ジメチルアミノ安息香酸、４−ジメチルアミノ安息香酸エステル、２，２−ジメトキシ−２−フェニルアセトフェノン、アセトフェノンジエチルケタール、アルコキシアセトフェノン、ベンジルジメチルケタール、ベンゾフェノンおよび３，３−ジメチル−４−メトキシベンゾフェノン、４，４−ジメトキシベンゾフェノン、４，４−ジアミノベンゾフェノン等のベンゾフェノン誘導体、ベンゾイル安息香酸アルキル、ビス（４−ジアルキルアミノフェニル）ケトン、ベンジルおよびベンジルメチルケタール等のベンジル誘導体、ベンゾインおよびベンゾインイソブチルエーテル等のベンゾイン誘導体、ベンゾインイソプロピルエーテル、２−ヒドロキシ−２−メチルプロピオフェノン、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、キサントン、チオキサントンおよびチオキサントン誘導体、フルオレン、２，４，６−トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキシド、ビス（２，６−ジメトキシベンゾイル）−２，４，４−トリメチルペンチルホスフィンオキシド、ビス（２，４，６−トリメチルベンゾイル）−フェニルホスフィンオキシド、２−メチル−１−［４−（メチルチオ）フェニル］−２−モルホリノプロパン−１−オン，２−ベンジル−２−ジメチルアミノ−１−（モルホリノフェニル）−ブタノン−１等が挙げられる。これらは１種を単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。

紫外線重合開始剤を配合する場合、その配合量は、例えば、（メタ）アクリレートオリゴマー１００重量部当たり０．１〜１０重量部が好ましい。

本発明においては、上記成分以外に、必要に応じて、上記の重合開始剤による重合反応を促進するためにトリエチルアミン、トリエタノールアミン等の第３級アミン、トリフェニルホスフィン等のアルキルホスフィン系光重合促進剤、ｐ−チオジグリコール等のチオエーテル系光重合促進剤などを紫外線で硬化する組成物に添加してもよい。これらの組成物を添加する場合、その添加量は、通常（メタ）アクリレートオリゴマー１００重量部当たり０．０１〜１０重量部の範囲が好ましい。

図２（ａ）は、他の形態の金型を、閉止した状態で例示する断面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）における矢視Ｂ１−Ｂ１に対応する断面図であり、金型３０は1回の射出により複数個の成形品を得る複数個取りの場合の例である。図示のものは、直径が15mm程度で厚さが3mm程度の成形品を２個形成する場合を例示する。

金型３０は、その閉止状態において、成形品に対応するキャビティ３６を画成する上型３２と下型３３とよりなり、上型３２には、成形材料である紫外線硬化型組成物のキャビティ３６への通路となるコールドランナ３４が設けられ、下型３３には、透明体３７と、透明体３７に当接させて設けられたＵＶレンズ３８と、透明体３７を下型本体４１に固定する透明体押さえプレート３９とが設けられる。また、ＵＶレンズ３８は、図示しない紫外線照射光源に接続される。金型３０においても、ゲートとしてバルブゲート３５が用いられる。

キャビティ３６は、２個の製品本体に対応する本体キャビティ部３６Ａ、３６Ｂ、および、これらの本体キャビティ部３６Ａ、３６Ｂとバルブゲート３５とを連通させるランナ部３６Ｒを、長方形の透明体３７の平面の一つの面を構成するキャビティ面３７ｓの上に並べて構成される。また、金型３０の透明体３７も、金型１０の透明体１７と同様の材料を用いることができる。

図３（ａ）は、金型３０の変形例の金型を、閉止した状態で例示する断面図、図３（ｂ）は、図３（ａ）における矢視Ｂ２−Ｂ２に対応する断面図であり、金型５０は、金型３０と同様の成形品を２個取りするためのものであるが、２個の成形品に対応してキャビティ５６Ａ、５６Ｂが別個に、上型５２と下型５３とにより画成され、上型５２には、これらのキャビティ５６Ａ、５６Ｂに対応して２本のコールドランナ５４Ａ、５４Ｂ、および、ゲートとしてのバルブゲート５５Ａ、５５Ｂが設けられ、一方、キャビティ５６Ａ、５６Ｂは、それぞれ、製品本体に対応する製品キャビティ部６２Ａ、６２Ｂと、コールドランナ５４Ａ、５４Ｂのゲートから出た流れを整える部分として機能するタブ６３Ａ、６３Ｂとで構成される。

下型５３を構成する透明体５７、ＵＶレンズ５８、および、透明体押さえプレート５９は、金型３０におけるそれらと同様なものを用いることができる。また、透明体５７のキャビティ面５７ｓを平面で構成して、製品キャビティ部６２Ａ、６２Ｂおよびタブ６３Ａ、６３Ｂをこの面上に配置するのが好ましい。

金型３０および金型５０を用いて成形品を形成するに際しては、金型１０を用いた場合について説明したのと同様の形成方法を用いることができ、詳細の説明を省略する。

図４は、上記に説明した金型を用いて形成された製品形状を示す平面図と側面図であり、図４（ａ）は、金型１０を用いた場合の製品１Ａを、図４（ｂ）は、金型３０を用いた場合の製品１Ｂを、図４（ｃ）は、金型５０を用いた場合の製品１Ｃを、それぞれ示す。図中、２Ａ、２Ｂ、２Ｃはゲート跡であり、３は、タブ部を示す。

実施例１、２として、直径が15mmで厚さが3mm程の成形品を、２種類の紫外線硬化型液状組成物を用いて成形した。実施例１は樹脂組成物、実施例２はゴム組成物であり、ともに、図１に示した金型を用いて成形し、紫外線を照射して硬化させた。また、比較例として、同じ形状の成形品を、液状シリコーンゴムを材料として透明体のない別の金型で成形し熱硬化させ、実施例１、２および比較例のものを硬化させるに要する時間を測定した。なお、製品が完全に硬化されているかは、成形品を金型から取り出して切断し、目視で確認した。

また、射出成形として、日精樹脂工業社製の80t ＬＩＭ成型機を用い、充填圧力は、実施例１、２および比較例の場合とも、約3MPaであった。実施例１、２において硬化に用いたＵＶ照射光源として、スポットＵＶ照射装置SP7-250UB（ウシオ電機（株）製）を用いた。

実施例１の組成物は、ウレタン・アクリレート・オリゴマー（銘柄：UA-340P、新中村化学工業（株）製）80.0重量部と、アクリレート・モノマー（銘柄：ライトアクリレートIM-A、共栄社化学（株）製）20.0重量部と、紫外線重合開始剤（銘柄：イルガキュアー184D、チバ・スペシャリティ・ケミカルズ（株）製）0.5重量部とを、攪拌機にて液温70℃、60rpmで1時間攪拌混合し、混合液を濾過して生成した。

また、実施例２の組成物は、末端アクリル化液状ブタジエンゴム（銘柄：BAC-45、大阪有機化学工業（株）製）100重量部と、紫外線重合開始剤（銘柄：イルガキュアー184D、チバ・スペシャリティ・ケミカルズ（株）製）0.5重量部とを、攪拌機にて室温、100rpmで5分間攪拌混合し、混合液を濾過して生成した。

実施例１、２、および、比較例の組成物の粘度は、ブルックフィールドデジタル粘度計LVDV-1を用いた室温での測定条件下で、それぞれ、この順に、8000、6000、8000mPa/sであった。また、紫外線の照射強度は、400mW/cm²であった。

硬化時間を測定した結果、比較例の硬化時間は1分であったのに対比して、実施例１、２の硬化時間は、ともに10秒であった。このように、本発明の成形品の形成方法を用いることにより、大幅に硬化時間を短縮することができる。

本発明は、樹脂やゴムよりなる種々の金型成形品に適用することができ、特に細長い形状や薄肉の形状のものなどに好適に用いることができる。

本発明に係る成形品の形成方法に用いられる金型を示す断面図である。 他の形態の金型を示す断面図である。 図２に示した金型の変形例を示す断面図である。 それぞれの金型を用いて形成された成形品の形状を示す平面図および側面図である。

符号の説明

１０ 金型
１２ 上型
１３ 下型
１４ コールドランナ
１５ バルブゲート
１６ キャビティ
１７ 透明体
１７ｓ 透明体のキャビティ面
１８ ＵＶレンズ
１９ 透明体押さえプレート
２１ 下型本体
２２ 射出成形機のノズル
２３ バルブピン
２４ ピストン
２５ シリンダ
２７ 光ファイバ
２９ 紫外線照射光源
３０ 金型
３２ 上型
３３ 下型
３４ コールドランナ
３５ バルブゲート
３６ キャビティ
３６Ａ、３６Ｂ 本体キャビティ部
３６Ｒ ランナ部
３７ 透明体
３７ｓ 透明体のキャビティ面
３８ ＵＶレンズ
３９ 透明体押さえプレート
４１ 下型本体
５０ 金型
５２ 上型
５３ 下型
５４Ａ、５４Ｂ コールドランナ
５５Ａ、５５Ｂ バルブゲート
５６Ａ、５６Ｂ キャビティ
５７ 透明体
５７ｓ 透明体のキャビティ面
５８ ＵＶレンズ
５９ 透明体押さえプレート
６２Ａ、６２Ｂ 製品キャビティ部
６３Ａ、６３Ｂ タブ

Claims (6)

1. 金型キャビティに材料を充填し硬化させて成形品を形成するに際し、
   前記材料として紫外線硬化型組成物を用い、紫外線を、前記キャビティ表面の少なくとも一部を構成する透明体を通して、キャビティ内に充填されている前記組成物に照射し硬化させる成形品の形成方法。
2. 前記紫外線硬化型組成物を液状組成物とする請求項１に記載の成形品の形成方法。
3. 前記紫外線硬化型組成物を樹脂組成物とする請求項２に記載の成形品の形成方法。
4. 前記紫外線硬化型組成物をゴム組成物とする請求項２に記載の成形品の形成方法。
5. 前記紫外線硬化型組成物の粘度を500〜1000000mPa・sとする請求項１〜４のいずれかに記載の成形品の形成方法。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の成形品の形成方法によって形成された成形品。

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