JP4295401B2

JP4295401B2 - 樹脂成形品及びその成形方法

Info

Publication number: JP4295401B2
Application number: JP27811299A
Authority: JP
Inventors: 雅樹渡辺; 哲生伊勢谷
Original assignee: Asahi Kasei Chemicals Corp
Current assignee: Asahi Kasei Chemicals Corp
Priority date: 1998-12-01
Filing date: 1999-09-30
Publication date: 2009-07-15
Anticipated expiration: 2019-09-30
Also published as: JP2000225629A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱可塑性樹脂を射出成形してなる肉厚な樹脂成形品とその成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、熱可塑性樹脂を射出成形してなる樹脂成形品は比較的厚みが薄く、溶融樹脂の金型キャビティ内への充填工程において、金型表面と樹脂の流動により剪断力を受けて、該樹脂が流動方向に配向した配向層を形成することによって強度及び剛性を得ており、成形品の厚みが薄いことから、樹脂が固化するまでの冷却時間も比較的短かった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年、金属代替に代表される樹脂化の流れは、樹脂の高性能化と従来一般的に成形されていた１〜８ｍｍという肉厚から、１０ｍｍ以上の肉厚が要求されるようになってきた。ところが、肉厚の樹脂成形品を射出成形すると、金型表面から離れた成形品中央部の樹脂は剪断力を受けないために配向層を形成することができず、そのため、厚みを増した程に強度及び剛性が向上しないという問題が発生した。また、肉厚のため樹脂が徐冷されることにより、溶融状態から固化する時に起こる体積変化によって、発生するボイド等の成形品の内部欠陥による強度不良が発生した。さらに、厚みを増した分、樹脂が固化するまでの冷却時間が長くなるため、従来の薄肉の成形品と比較して製造効率が悪い。
【０００４】
本発明の目的は、このような肉厚の樹脂成形品において、十分な強度及び剛性を付与し、且つ、該成形品の成形時における冷却時間を短縮して製造効率を向上することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記課題を解決するために、鋭意検討を行った結果、射出成形時にキャビティ内にパイプを配置することにより、冷却時間を短縮することが可能となり、さらに、上記パイプに冷却媒体を通し、樹脂成形品を内側から冷却することにより、さらに冷却時間を短縮し、同時に、上記パイプの周囲に新たな配向層を形成させることによって樹脂成形品の強度及び剛性を向上し得ることを見出し、本発明を達成した。
【０００６】
即ち、本発明の樹脂成形品は、熱可塑性樹脂からなる樹脂成形部と、該樹脂成形部を貫通する金属パイプと、を有し、該金属パイプが射出成形時に冷却媒体を通した冷却用パイプであることを特徴とする。
【０００７】
また本発明の樹脂成形品の成形方法は、金型キャビティ内に該キャビティを貫通する金属パイプを配置し、該金属パイプ内に冷却媒体を通しながら、上記キャビティ内に溶融した熱可塑性樹脂を射出して上記金属パイプの周囲に樹脂成形部を成形することを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の樹脂成形品は、ネジまたはボルト、アジャスター及び取っ手、手摺り等に使用される厚肉成形品であり、例えば、土木建築用または機械要素用のネジまたはボルトや、重量のある機械装置類や床材を下部から支えて所定の高さで安定性を維持することができる高さ調節用アジャスターに使用可能である。また、輸送機関や建設物等に設置される窓、玄関、または室内扉の開閉用の取っ手または手摺りや廊下、階段、または通路の補助用及び浴室、トイレ等水周り周辺の補助用の取っ手または手摺り、さらには浴室、トイレ等水周り周辺において水等の流体を開放するための握り用の取っ手等に使用される
図１、図３、図５に、発明の樹脂成形品の実施形態を示す。図中、１は樹脂成形品、２は樹脂成形部、３はパイプをそれぞれ示す。
【００１０】
図１の実施形態は本発明の樹脂成形品で土木建築用樹脂ボルトを構成した例であり、図３の実施形態は、本発明の樹脂成形品を３本使用し、壁取り付け用ジョイントと嵌合させて、一般住宅トイレ用の手摺りを組み立てたものである。また、図５の実施形態は、本発明の樹脂成形品とドア取り付け用の上下アーム付フタとを嵌合させて、一般住宅玄関用取っ手を組み立てたものである。
【００１１】
さらに、図８に本発明の樹脂成形品の他の実施形態を示す。図８は機械装置の高さ調節用アジャスターの分解断面図であり、２１の調節部材に螺合部材２２ａ、２２ｂをキー機構により嵌合固定し、該螺合部材２２ａを支持部材２３に、２２ｂを受け部材２４に螺合し、調節部材２１を回転させることにより全体の高さを変化させて上部に設置した機械装置の高さを調整することができる。ここで、調節部材２１が本発明の樹脂成形品に相当する。
【００１２】
本発明は、このような長尺で肉厚の成形品に特に好ましく適用される。特に本発明は、厚さ６ｍｍ以上の肉厚部分を有する樹脂成形品、好ましくは厚さが８ｍｍ以上の肉厚部分が１０ｍｍ以上連続して存在するような樹脂成形品において好ましく適用され、該肉厚部分にパイプを通すように構成することが望ましい。
【００１３】
本発明において用いられるパイプ３としては、その材質及び形状は限定されず、材質についてはゴム、プラスチック、セラミック、金属等が用いられるが、特に冷却媒体に水を用いる場合には、腐食に比較的強い、真鍮やアルミニウム、ステンレス系の材質を用いることが好ましい。また、形状については、樹脂成形部の形状に合わせ、丸、楕円、長方形等の多角形のパイプを使用することができる。好ましくは、樹脂成形品の断面と同一のものが樹脂成形品の冷却スピードの均一化を図る上で好ましい。
【００１４】
また、本発明において樹脂成形部２に用いられる熱可塑性樹脂としては、一般に射出成形に使用されているものが使用可能であり、例えば、ポリカーボネート、ポリアセタール、ポリアミド、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）樹脂、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）樹脂、変性ＰＰＯ（ポリフェニレンオキシド）樹脂、変性ＰＰＥ（ポリフェニレンエーテル）樹脂、ＡＳ（アクリロニトリル・スチレン）樹脂、ＡＢＳ（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン）樹脂、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン、熱可塑性エラストマー及びこれらを一構成成分とするアロイ材料等が挙げられるが、中でも、ポリカーボネート、ポリアミド、ＰＥＴ樹脂が好ましく、特に、ポリアミドが好ましく用いられる。さらに、成形品の強度その他の要求を考慮し、繊維強化材、充填材、各種添加剤を加えることができ、例えば、ポリアミドにガラス繊維を添加した組成物が好適に用いられる。
【００１５】
次に、図２に図１の樹脂成形品を射出成形する際の金型の断面模式図を示す。図中、３はパイプ、４ａ及び４ｂはスライドコアブロック、５ａ及び５ｂは金型、６は冷却媒体の導入管、７は冷却媒体の排出管、８はＯリング、９は金型キャビティである。
【００１６】
図２の実施形態においては、金型キャビティ９を貫通するパイプ３を該キャビティ９内に配置し、該パイプ３の両端をスライドコアブロック４ａ，４ｂにて固定し、導入管６より冷却媒体を導入し、パイプ３内を通して排出管７より排出する。
【００１７】
同様に、図４に図３の樹脂成形品を射出成形する際の金型の断面模式図を示す。図中、１１はシールパッキン、１２ａ及び１２ｂは油圧シリンダ、１０ａ及び１０ｂは油圧シリンダ１２ａ、１２ｂにネジ止めする金型入れ子であり、図２と同じ部材には同じ符号を付した。
【００１８】
図４の実施形態においては、金型キャビティ９を貫通するパイプ３を該キャビティ９内に配置し、該パイプ３の両端を油圧シリンダ１２ａ，１２ｂを使用して金型入れ子１０ａ，１０ｂを金型５ａ，５ｂにて固定し、導入管６より冷却媒体を導入し、パイプ３内を通して排出管７より排出する。
【００１９】
さらに、図６に図５の樹脂成形品を射出成形する際の金型の断面模式図を示す。図中、図２、図４と同じ部材には同じ符号を付した。
【００２０】
図６の実施形態においては、金型キャビティ９を貫通するパイプ３を該キャビティ９内に配置し、該パイプ３の両端の内側にスライドコアブロック４ａ，４ｂを嵌合し、固定して、導入管６より冷却媒体を導入し、パイプ３内を通して排出管７より排出する。本実施形態においては、パイプ３の内側にスライドコアブロック４ａ及び４ｂが嵌合することにより、樹脂成形品の両端からパイプ３が突起しない樹脂成形品を得ることができる。
【００２１】
本発明において用いる冷却媒体としては、取り扱い易く安価という点から空気或いは水が好ましく、特に、肉厚の場合には、熱交換能力の点から水を用いることが望ましい。これら冷却媒体の温度としては、熱可塑性樹脂を溶融して射出充填する温度よりも低ければ良く、通常の射出成形の熱可塑性樹脂の溶融温度から鑑みて、室温程度で十分冷却効果を得ることができる。使用し得る温度としては０℃〜１５０℃の範囲であり、望ましくは１５℃〜９０℃で用いる。
【００２２】
このようにして、好ましくはパイプ３内に冷却媒体を通して冷却しながら、金型キャビティ９内に溶融した熱可塑性樹脂を射出し、パイプ３の周囲に樹脂成形部２を成形する。この時、金型５ａ及び５ｂ表面に接した樹脂は従来通りに剪断力を受けて配向するが、冷却媒体を通した場合にはパイプ３が中を通る冷却媒体によって常に冷却されていることから、該パイプ３に接した樹脂も同様に剪断力を受けて配向し、該パイプ３の周囲に新たな配向層が形成される。
【００２３】
図７は後述する実施例及び比較例の樹脂成形品の断面を図式化した図であり、図７（ａ）が本発明の樹脂成形品、（ｂ）が従来の中実体である。図７に示されるように、従来の中実体の樹脂成形品（ｂ）では、その外側表面にしか配向層１４は形成されないが、成形時に冷却媒体を用いた場合の本発明の樹脂成形品（ａ）においては、上記したように、樹脂成形部２の外側表面に加えて、パイプ３に接する面にも新たに配向層１４が形成されるため、従来の樹脂成形品よりも強度及び剛性が向上する。
【００２４】
尚、配向層とは、樹脂にガラス繊維等補強材を添加して樹脂成形品を成形した際に、該補強材が流動方向に並ぶ角度を０°とし、流動方向と垂直に並ぶ角度を９０°とした場合に、角度が４５°以下の補強材が５０％以上並ぶ層をいう。尚、この角度は、流動方向に垂直な断面を観察し、該補強材断面の長軸、短軸の比より求めることができる。
【００２５】
また、樹脂充填後もパイプ３内に冷却媒体を通すことによって、樹脂成形部２が内側からも効率良く冷却され、短時間で樹脂成形部２を固化することができる。
【００２６】
上記実施形態においては、長尺の樹脂成形品の中央にパイプを配置させた構造を例示したが、本発明の樹脂成形品はこの構造に限定されるものではなく、複数のパイプを平行して配置しても構わない。また、一本のパイプを折り曲げ、金型の樹脂成形部に配置してもかまわない。
【００２７】
【実施例】
（実施例１、２、比較例１）
図１に示した形状の大型樹脂ボルトを射出成形した。該ボルトの外径はφ２４ｍｍ、ネジ谷径はφ１９ｍｍである。熱可塑性樹脂としては、芳香族系ポリアミド樹脂５０重量％にガラス繊維を５０重量％添加したもの（旭化成工業（株）製「レオナ９０Ｇ５０」）を、パイプとしては、直径φ１０ｍｍのアルミニウム製パイプを使用した。
【００２８】
図２に示した金型で、強度測定用に型締め力１５０ｔの射出成形機を使用して、樹脂温度が２９６℃、金型表面温度が５２℃、スクリュー前進スピードが２００ｍｍ／ｓ、保圧力が４００ｋｇｆ／ｃｍ²、射出時間が２０秒の成形条件で、冷却媒体として工業用水（１８℃）を流しながら射出成形を行ない、パイプが貫通した大型樹脂ボルトを得た。
【００２９】
さらに、実施例２として、冷却媒体を用いずに同様の成形品を成形した。
【００３０】
また、比較例１として、パイプを用いず、上記パイプ及び該パイプの内部の容積に相当する樹脂を余分に充填する以外は同じ射出条件で、中実体の大型樹脂ボルトを成形した。
【００３１】
上記実施例１及び比較例１のそれぞれの大型樹脂ボルトについて、引張スピードが２０ｍｍ／ｍｉｎ、フルスケールが１０ｔの条件で、２３℃で５０％Ｒ．Ｈ．の環境下において引張破壊強度を測定した。測定にはそれぞれ５本のボルトを用意し、その平均値を求めた。その結果、実施例１が２６００ｋｇｆであるのに対し、比較例１は２１６０ｋｇｆであった。
【００３２】
さらに、金型表面温度を９３℃、射出時間を１０秒とする以外は、上記と同様の条件で、実施例１、２及び比較例１それぞれ大型樹脂ボルトを成形し、成形サイクルを測定した。その結果、実施例１においては、トータルサイクル（樹脂の充填開始から取り出しまでの時間）が成形作動限界サイクルの４０秒でも、成形品からの樹脂の吹き出し等異常は認められず、実施例２の成形品はトータルサイクルが４５秒でも成形品からの樹脂の吹き出し等異常は認められなかった。また、比較例１の成形品は、トータルサイクルが５９秒でも金型から離型放置後、ボルト頭部から溶融樹脂が吹き出し、内部まで十分に冷却・固化されていないことがわかった。
【００３３】
（実施例３〜５、比較例２、３）
熱可塑性樹脂として、実施例１で用いた「レオナ９０Ｇ５０」及びポリアミド６６樹脂（旭化成工業（株）製「レオナ１３００Ｓ」）を用い、実施例１と同じパイプと金型を用いて、実施例１と同じ形状の大型樹脂ボルトを成形した。「レオナ９０Ｇ５０」の成形条件は、スクリュー前進スピードを２０ｍｍ／ｍｉｎとした以外は実施例１と同じ条件とし、また、「レオナ１３００Ｓ」の成形条件は、樹脂温度が２８８℃、金型表面温度が５１℃、スクリュー前進スピードが２０ｍｍ／ｍｉｎ、保圧力が４００ｋｇｆ／ｃｍ²、射出時間を３０秒とした。また、パイプを用いるものの冷却媒体を通さない（実施例３）、冷却媒体として室温の空気（実施例４）或いは工業用水（実施例５）を用いる、パイプを用いずに中実体とする（比較例２）、ものをそれぞれ成形した。
【００３４】
得られた大型樹脂ボルトについて、引張スピードが５０ｍｍ／ｍｉｎ、フルスケールが１０ｔの条件で、２３℃で５０％Ｒ．Ｈ．の環境下で引張破壊強度を測定した。その結果を表１に示す。尚、測定値はそれぞれ５個のボルトの平均値である。
【００３５】
【表１】

【００３６】
さらに得られたこれらの大型樹脂ボルトと使用したアルミパイプ（比較例３）について、曲げスピードが５ｍｍ／ｍｉｎ、フルスケールが１０ｔの条件で、２３℃で５０％Ｒ．Ｈ．の環境下で最大曲げ荷重、曲げ応力と曲げ弾性率を測定した。尚、測定値はそれぞれ５回の平均値である。
【表２】

【００３７】
【表３】

【００３８】
【表４】

【００３９】
表２〜表４より、最大曲げ荷重、曲げ応力、曲げ弾性率のいずれにおいても、実施例４、５は高い値を示しており、冷却媒体を用いることが有効であることがわかった。
【００４０】
（実施例６）
図３に示した形状の一般住宅トイレ用の手摺りのストレート部分の樹脂成形品を図４に示す金型を使用して射出成形した。該樹脂成形品の外径はφ３０ｍｍである。熱可塑性樹脂としては、ポリアミド６６樹脂（旭化成工業（株）製「レオナ１４０２Ｓ」）１００重量部に黒着色用マスターバッチを５重量部添加したものを、パイプとしては、直径φ２５ｍｍ、肉厚１ｍｍ、厚さ６００ｍｍのアルミニウム製パイプを使用した。
【００４１】
図４に示した金型で、型締め力２２０ｔの射出成形機を使用して、樹脂温度が２８４℃、金型表面温度が５３℃、スクリュー前進スピードが２０ｍｍ／ｓ、保圧力が４００ｋｇｆ／ｃｍ²、射出時間が３０秒の成形条件で、冷却媒体として工業用水（２１℃）を流しながら射出成形を行い、パイプが貫通した一般住宅トイレ用の手摺りのストレート部分を得た。
【００４２】
（実施例７、比較例４）
図５に示した形状の一般住宅玄関用取っ手のストレート部分の樹脂成形品を射出成形した。該樹脂成形品の外径はφ３５ｍｍである。熱可塑性樹脂としては、芳香族系ポリアミド樹脂４０重量％にガラス繊維を６０重量％添加したもの（旭化成工業（株）製「レオナ９０Ｇ６０」）を、パイプとしては、直径φ２５ｍｍ、肉厚１．５ｍｍ、長さ４００ｍｍのステンレス製パイプを使用した。
【００４３】
図６に示した金型で、型締め力２２０ｔの射出成形機を使用して、樹脂温度が２９７℃、金型表面温度が９３℃、スクリュー前進スピードが２０ｍｍ／ｓ、保圧力が４００ｋｇｆ／ｃｍ²、射出時間が２０秒の成形条件で、冷却媒体として工業用水（２２℃）を流しながら射出成形を行い、パイプが貫通した一般住宅玄関用取っ手のストレート部分を得た。
【００４４】
また、比較例４として、パイプを用いず、上記パイプ及び該パイプの内部の容積に相当する樹脂を余分に充填する以外は同じ射出条件で、一般住宅玄関用取っ手のストレート部分の樹脂成形品を成形した。
【００４５】
実施例７と比較例４について、流動方向に対し直角に切断し、表面研磨した後の断面を図式化したものを図７に示す。図７（ａ）、（ｂ）は、成形品を切削後、共にエポキシ樹脂中で固定し、表面研磨後、実体顕微鏡で観察した配向層の範囲を図式化したものである。図７（ｂ）は比較例４の断面を図式化したものであり、金型表面付近約２ｍｍしか配向層１４が形成されていない。一方、図７（ａ）に示す本発明の実施例７は、金型表面付近は比較例４と同様に約２ｍｍしか配向していないが、パイプの周りに約２ｍｍの配向層１４が新たに形成されている。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、肉厚の成形品を短時間で効率良く成形することができる。また、本発明において、成形時に冷却媒体をパイプに通すことにより、強度及び剛性が高い樹脂成形品をより短時間で効率よく成形することができるため、従来、強度及び剛性上の観点から代替が困難であった金属部材でも樹脂成形品に代替することが可能となる。また、従来の中実体の樹脂成形品に比較して、本発明の樹脂成形品は、パイプを貫通させた分、より軽量であり、取り扱い易く、輸送の点からも望ましいものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の樹脂成形品の一実施形態である大型樹脂ボルトの外形図である。
【図２】図１の樹脂成形品の成形に用いる金型の断面模式図である。
【図３】本発明の樹脂成形品の一実施形態を用いた一般住宅トイレ用手摺りの外形図である。
【図４】図３の樹脂成形品の成形に用いる金型の断面模式図である。
【図５】本発明の樹脂成形品の一実施形態を用いた一般住宅玄関用取っ手の外形図である。
【図６】図５の樹脂成形品の成形に用いる金型の断面模式図である。
【図７】本発明の実施例７及び比較例４の樹脂成形品の断面模式図である。
【図８】本発明の樹脂成形品の一実施形態を用いた機械装置の高さ調節用アジャスターの分解断面模式図である。
【符号の説明】
１樹脂成形品
２樹脂成形部
３パイプ
４ａ，４ｂスライドコアブロック
５ａ，５ｂ金型
６冷却媒体導入管
７冷却媒体排出管
８Ｏリング
９キャビティ
１０ａ，１０ｂ金型入れ子
１１シールパッキン
１２ａ，１２ｂ油圧シリンダ
１４配向層
２１調節部材
２２ａ，２２ｂ螺合部材
２３支持部材
２４受け部材

Claims

熱可塑性樹脂からなる樹脂成形部と、該樹脂成形部を貫通した金属パイプと、を有し、該金属パイプが射出成形時に冷却媒体を通した冷却用パイプであることを特徴とする樹脂成形品。
樹脂成形部の外側表面および冷却用パイプに接する面に配向層を有することを特徴とする請求項１記載の樹脂成形品。
ネジ、ボルト、アジャスター、取っ手、手摺りのいずれかに使用されることを特徴とする請求項１または２に記載の樹脂成形品。
金型キャビティ内に該キャビティを貫通する金属パイプを配置し、該金属パイプ内に冷却媒体を通しながら、上記キャビティ内に溶融した熱可塑性樹脂を射出して上記金属パイプの周囲に樹脂成形部を成形することを特徴とする樹脂成形品の成形方法。
上記冷却媒体が、空気或いは水である請求項４記載の樹脂成形品の成形方法。