(57)【要約】【課題】発泡成形体の製造方法において、スクリュによる溶融樹脂の計量動作を安定化する。【解決手段】  発泡成形体の製造方法であって、熱可塑性樹脂を可塑化した溶融樹脂と物理発泡剤とを接触混練する高圧混練ゾーンと、前記物理発泡剤が接触混練された溶融樹脂からガス化した物理発泡剤を排気する減圧ゾーンとを有する可塑化シリンダと、前記可塑化シリンダ内に回転及び進退自在に配設されたスクリュとを有する成形機を用いることと、前記高圧混練ゾーンと前記減圧ゾーンとの連通を遮断した状態において、前記減圧ゾーンの圧力を大気圧以上で且つ前記溶融樹脂に前記物理発泡剤を接触混練するときに到達する前記高圧混錬ゾーンの最高圧力以下の第１の圧力に制御することと、スクリュ背圧を第１の圧力以上の第２の圧力に制御し、ガス化した物理発泡剤を分離した前記溶融樹脂を所定量計量することとを含む。【選択図】  図１
2014156073.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発泡成形体の製造方法であって、
熱可塑性樹脂を可塑化した溶融樹脂と物理発泡剤とを接触混練する高圧混練ゾーンと、前記物理発泡剤が接触混練された溶融樹脂からガス化した物理発泡剤を排気する減圧ゾーンとを有する可塑化シリンダと、前記可塑化シリンダ内に回転及び進退自在に配設されたスクリュとを有する成形機を用いることと、
前記熱可塑性樹脂を可塑化して溶融樹脂とすることと、
前記高圧混練ゾーンと前記減圧ゾーンとの連通を遮断することと、
前記高圧混練ゾーンと前記減圧ゾーンとの連通を遮断した状態において、前記溶融樹脂と前記物理発泡剤とを接触混練することと、
前記高圧混練ゾーンと前記減圧ゾーンとの連通を遮断した状態において、前記減圧ゾーンの圧力を大気圧以上で且つ前記溶融樹脂に前記物理発泡剤を接触混練するときに到達する前記高圧混錬ゾーンの最高圧力以下の第１の圧力に制御することと、
前記高圧混練ゾーンと前記減圧ゾーンとを連通させることと、
前記物理発泡剤が接触混練された溶融樹脂の圧力を低下させて、前記溶融樹脂からガス化した物理発泡剤を分離することと、
スクリュ背圧を第１の圧力以上の第２の圧力に制御し、ガス化した物理発泡剤を分離した前記溶融樹脂を所定量計量することと、
計量した前記溶融樹脂を発泡させ、且つ、所望の形状に成形することを含む発泡成形体の製造方法。
【請求項２】
第２の圧力が、第１の圧力より０．５〜５ＭＰａ高いことを特徴とする請求項１に記載の発泡成形体の製造方法。
【請求項３】
第２の圧力が、１０ＭＰａ以下である請求項１又は２に記載の発泡成形体の製造方法。
【請求項４】
前記減圧ゾーンの圧力を制御することは、前記減圧ゾーン内のガスの圧力を制御することを含む請求項１〜３のいずれか一項に記載の発泡成形体の製造方法。
【請求項５】
前記減圧ゾーンの圧力を制御することは、前記減圧ゾーンに不活性ガスを導入して前記減圧ゾーンを加圧すること、及び／又は、背圧弁を用いて前記減圧ゾーンから前記ガス化した物理発泡剤を排気することを含む請求項１〜４のいずれか一項に記載の発泡成形体の製造方法。
【請求項６】
前記溶融樹脂からガス化した前記物理発泡剤を分離するときに、前記減圧ゾーンの温度を前記高圧混練ゾーンよりも低い温度に制御する請求項１〜５のいずれか一項に記載の発泡成形体の製造方法。
【請求項７】
前記溶融樹脂からガス化した前記物理発泡剤を分離するときに、前記減圧ゾーンを冷却する請求項６に記載の発泡成形体の製造方法。
【請求項８】
前記高圧混練ゾーンに前記溶融樹脂を滞留させた状態で、前記溶融樹脂と前記物理発泡剤とを接触混練すること、及び前記溶融樹脂からガス化した前記物理発泡剤を分離することとを複数回繰り返す請求項１〜７のいずれか一項に記載の発泡成形体の製造方法。
【請求項９】
前記高圧混練ゾーンと前記減圧ゾーンとの連通及び遮断を複数回繰り返す請求項８に記載の発泡成形体の製造方法。
【請求項１０】
前記溶融樹脂と接触混練する前記物理発泡剤を前記高圧混練ゾーンに供給量を制御せずに供給する請求項１〜９のいずれか一項に記載の発泡成形体の製造方法。
【請求項１１】
前記物理発泡剤が、加圧窒素又は加圧二酸化炭素である請求項１〜１０のいずれか一項に記載の発泡成形体の製造方法。
【請求項１２】
前記物理発泡剤が加圧二酸化炭素であり、更に、機能性材料を含む請求項１〜９のいずれか一項に記載の発泡成形体の製造方法。
【請求項１３】
前記機能性材料が金属錯体である請求項１２に記載の発泡成形体の製造方法。
【請求項１４】
前記溶融樹脂からガス化した物理発泡剤を分離することによって、前記溶融樹脂中の前記物理発泡剤の濃度を飽和溶解度に近づける請求項１〜１３のいずれか一項に記載の発泡成形体の製造方法。
【請求項１５】
前記スクリュの回転状態に応じて、前記高圧混練ゾーンと前記減圧ゾーンとの連通を遮断する請求項１〜１４のいずれか一項に記載の発泡成形体の製造方法。
【請求項１６】
前記スクリュの逆回転により、前記高圧混練ゾーンと前記減圧ゾーンとの連通を遮断する請求項１５に記載の発泡成形体の製造方法。
【請求項１７】
前記スクリュの正回転、前記スクリュの回転の停止、又は前記スクリュの逆回転の回転数の低下のいずれかにより、前記高圧混練ゾーンと前記減圧ゾーンとを連通する請求項１５又は１６に記載の発泡成形体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加圧流体を物理発泡剤として用いた、発泡成形体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、加圧流体を用いた射出成形法や押出成形法が各種検討されている。加圧流体の例としては、加圧二酸化炭素、加圧窒素が挙げられる。このような成形法は、非常に高圧の流体が溶融樹脂に導入されるため、種々の機能を有する成形体を製造することができる。例えば、非相溶系のポリマー同士を相溶させるために、溶融樹脂と加圧二酸化炭素とを可塑化シリンダ内で接触混練するポリマーアロイの射出成形法や押出成形法が提案されている（特許文献１及び非特許文献１）。これらの成形法においては、可塑化シリンダ内に内蔵されたスクリュを備える混練装置により、溶融樹脂と加圧二酸化炭素とが接触混練されている。
【０００３】
また、熱可塑性樹脂から難揮発成分を除去するためのベント部を有し、押出機の途中で溶融樹脂に超臨界二酸化炭素を導入する成形法が提案されている（特許文献２）。また、可塑化シリンダから金型内に熱可塑性樹脂の溶融樹脂を射出充填し、次いで、該金型内に、超臨界二酸化炭素及び有機金属錯体などの機能性材料を含む加圧流体を導入することにより、機能性材料を表面に分散させた熱可塑性樹脂成形体を製造する射出成形法が提案されている（特許文献３）。
【０００４】
ところで、加圧二酸化炭素の樹脂に対する溶解度は低く、それゆえ上記のような溶融樹脂と加圧二酸化炭素とを接触させる工程を有する成形法では、多量の加圧二酸化炭素と溶融樹脂とを接触混練することが難しい。そのため、加圧二酸化炭素と共に機能性材料を用いた場合も、溶融樹脂に機能性材料を高濃度で導入し難い。かかる観点から、可塑化シリンダの上部側面に加圧二酸化炭素を導入する導入口を設けるとともに、導入口よりも下流側にベントを設けた混練装置を用い、可塑化シリンダ内で溶融樹脂と加圧二酸化炭素及び機能性材料とを接触混練した後、金型への射出充填前に、溶融樹脂の樹脂内圧を低下させて、ガス化させた二酸化炭素のみを溶融樹脂から分離し、ベントから二酸化炭素を排気する成形体の製造方法が提案されている（特許文献４）。この成形法によれば、溶融樹脂における加圧二酸化炭素の濃度を制御しつつ、溶融樹脂に導入される機能性材料の濃度を向上させることができる。
【０００５】
また、近年、加圧流体である超臨界状態の窒素や二酸化炭素の物理発泡剤を用いた発泡射出成形方法（発泡成形体の製造方法）が研究及び実用化されている（特許文献５〜７）。これら特許文献によれば、物理発泡剤を密閉された可塑化シリンダに導入し、可塑化溶融した樹脂に接触分散させる。物理発泡剤が超臨界状態になる程度に可塑化シリンダ内を高圧に維持しつつ、発泡剤の分散した溶融樹脂を計量した後、金型内に射出充填する。射出充填時に溶融樹脂に相溶していた超臨界流体は急減圧されガス化し、溶融樹脂が固化することで気泡が成形体内部に形成される。
【０００６】
超臨界流体を用いた発泡射出成形は、化学発泡剤を用いた発泡射出成形と比較し、クリーンであり発泡剤の残渣が残らない、発泡セル径が微細化するため成形体の機械強度が低下しにくいという利点を有する。更に、高圧の物理発泡剤は溶融樹脂の可塑剤として機能するため、射出充填時の樹脂粘度が低下し流動性が向上する、発泡時のガス圧力により樹脂が固化した際の収縮によるヒケを抑制する、発泡時に溶融樹脂内部の潜熱を奪うことにより冷却歪及び反りが小さくなる、といった利点も有する。
【０００７】
更に、超臨界流体は密度が高く計量しやすいため、溶融樹脂中への導入量を安定化させることに有利である。こうした物理発泡剤を可塑化シリンダ内に安定的に定量供給するための手法として、例えば特許文献６の方法が開示されている。特許文献６によれば、スクリュに連結したロードセルの圧力、つまり、スクリュ背圧にて樹脂内圧を制御し、発泡剤の供給量を制御している。特許文献７においてはスクリュ背圧を高めて、物理発泡剤の溶解したスクリュ先端の圧力を超臨界状態の圧力に維持し、樹脂と物理発泡剤の分離を抑制するシステムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−９４４７７号公報
【特許文献２】特開平１１−２９２９２１号公報
【特許文献３】特許３９６４４４７号公報
【特許文献４】特開２００９-２９８８３８号公報
【特許文献５】特許第２６２５５７６号公報
【特許文献６】特許第３７８８７５０号公報
【特許文献７】特許第４１４４９１６号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】成形加工学会第１７回秋季大会予稿集、２２７（２００９）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来の発泡射出成形方法（発泡成形体の製造方法）の課題としては、溶融樹脂に導入される発泡剤の量が、ショット毎に変動することが挙げられる。従来の発泡射出成形方法においては、溶融樹脂に導入される発泡剤の量を定量供給する工夫として、例えば、物理発泡剤の導入口近傍における可塑化シリンダの内部の圧力をフィードバックして、フィードバックした圧力と導入する物理発泡剤の圧力との差圧が一定になるよう物理発泡剤の導入量を決定していた。
【００１１】
しかし、フィードバックする可塑化シリンダの内部の圧力は１ショット前の圧力であり、リアルタイムにフィードバックは行われていない。更に、フィードバックする可塑化シリンダ内の圧力は、スクリュ背圧を検出したものである。発泡剤の溶解量が可塑化シリンダ内で完全に均一ではないため、可塑化シリンダ内の圧力は、検出されるスクリュ背圧とは異なる圧力で分布していることがある。よって、溶融樹脂に実際に導入される発泡剤の量が、ショット毎に変動して制御できなかった。
【００１２】
更に、従来の発泡射出成形方法の他の課題としては、溶融樹脂の可塑化計量時間及び可塑化計量される樹脂量（金型に充填される樹脂量）が変動するといった溶融樹脂の計量動作の不安定化が挙げられる。従来の発泡射出成形方法では、物理発泡剤を可塑化シリンダ内に導入するために、スクリュ背圧を物理発泡剤の導入圧力よりも低く設定し、更に、溶融樹脂内に多くの発泡核が形成されるように物理発泡剤の導入圧力を高く設定する必要があった。高圧な物理発泡剤が可塑化シリンダ内に導入されると、可塑化シリンダ先端部の樹脂圧力がスクリュ背圧より高くなることがある。このような場合、可塑化シリンダ先端部の樹脂圧力によって、スクリュがシリンダ後方に急激に押し戻され、スクリュによる溶融樹脂の計量動作が不安定になった。また、従来の発泡射出成形方法では、物理発泡剤の過剰な導入を抑制するために、物理発泡剤の導入圧力とスクリュ背圧との差圧を小さく設定する場合がある。この場合、物理発泡剤の導入圧力は高圧であるため、スクリュ背圧も高圧に設定される。スクリュ背圧が高いと、可塑化軽量時にスクリュは後退し難くなり、やはりスクリュによる溶融樹脂の計量動作は不安定になる。このように、従来の発泡射出成形方法では、高圧の物理発泡剤の導入圧力が可塑化シリンダ全体の圧力に影響を与え、それに伴ってスクリュ背圧を制御したため、溶融樹脂の計量動作が不安定となった。
【００１３】
本発明は、可塑化シリンダ内で物理発泡剤を溶融樹脂に混錬させることを含む発泡成形体の製造方法において、ショット毎に導入される物理発泡剤の量を一定に安定化させることを目的とする。更に、可塑化シリンダ内において、スクリュによる溶融樹脂の計量動作を安定化することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に従えば、発泡成形体の製造方法であって、熱可塑性樹脂を可塑化した溶融樹脂と物理発泡剤とを接触混練する高圧混練ゾーンと、前記物理発泡剤が接触混練された溶融樹脂からガス化した物理発泡剤を排気する減圧ゾーンとを有する可塑化シリンダと、前記可塑化シリンダ内に回転及び進退自在に配設されたスクリュとを有する成形機を用いることと、前記製造方法は、前記熱可塑性樹脂を可塑化して溶融樹脂とすることと、前記高圧混練ゾーンと前記減圧ゾーンとの連通を遮断することと、前記高圧混練ゾーンと前記減圧ゾーンとの連通を遮断した状態において、前記溶融樹脂と前記物理発泡剤とを接触混練することと、前記高圧混練ゾーンと前記減圧ゾーンとの連通を遮断した状態において、前記減圧ゾーンの圧力を大気圧以上で且つ前記溶融樹脂に前記物理発泡剤を接触混練するときに到達する前記高圧混錬ゾーンの最高圧力以下の第１の圧力に制御することと、前記高圧混練ゾーンと前記減圧ゾーンとを連通させることと、前記物理発泡剤が接触混練された溶融樹脂の圧力を低下させて、前記溶融樹脂からガス化した物理発泡剤を分離することと、スクリュ背圧を第１の圧力以上の第２の圧力に制御し、ガス化した物理発泡剤を分離した前記溶融樹脂を所定量計量することと、計量した前記溶融樹脂を発泡させ、且つ、所望の形状に成形することを含む発泡成形体の製造方法が提供される。
【００１５】
第２の圧力は、第１の圧力より０．５〜５.０ＭＰａ高い圧力であってもよい。また、第２の圧力は、１０ＭＰａ以下であってもよい。
【００１６】
前記減圧ゾーンの圧力を制御することは、前記減圧ゾーン内のガスの圧力を制御することを含んでもよい。また、前記減圧ゾーンの圧力を制御することは、前記減圧ゾーンに不活性ガスを導入して前記減圧ゾーンを加圧すること、及び／又は、背圧弁を用いて前記減圧ゾーンから前記ガス化した物理発泡剤を排気することを含んでもよい。
【００１７】
前記溶融樹脂からガス化した前記物理発泡剤を分離するときに、前記減圧ゾーンの温度を前記高圧混練ゾーンよりも低い温度に制御してもよく、更に、前記減圧ゾーンを冷却してもよい。また、前記高圧混練ゾーンに前記溶融樹脂を滞留させた状態で、前記溶融樹脂と前記物理発泡剤とを接触混練すること、及び前記溶融樹脂からガス化した前記物理発泡剤を分離することとを複数回繰り返えしてもよく、更に前記高圧混練ゾーンと前記減圧ゾーンとの連通及び遮断を複数回繰り返してもよい。
【００１８】
本発明の発泡成形体の製造方法は、前記溶融樹脂と接触混練する前記物理発泡剤を前記高圧混練ゾーンに供給量を制御せずに供給してもよい。前記物理発泡剤は、加圧窒素又は加圧二酸化炭素であってもよい。また、本発明の発泡成形体の製造方法は、前記溶融樹脂からガス化した物理発泡剤を分離することによって、前記溶融樹脂中の前記物理発泡剤の濃度を飽和溶解度に近づけてもよい。
【００１９】
前記物理発泡剤が加圧二酸化炭素であり、更に機能性材料を含んでもよく、前記機能性材料は金属錯体であってもよい。
【００２０】
本発明の発泡成形体の製造方法は、前記スクリュの回転状態に応じて、前記高圧混練ゾーンと前記減圧ゾーンとの連通を遮断してもよい。更に、前記スクリュの逆回転により、前記高圧混練ゾーンと前記減圧ゾーンとの連通を遮断してもよく、前記スクリュの正回転、前記スクリュの回転の停止、又は前記スクリュの逆回転の回転数の低下のいずれかにより、前記高圧混練ゾーンと前記減圧ゾーンとを連通してもよい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の発泡成形体の製造方法は、可塑化シリンダ内に導入される物理発泡剤の量をショット毎に安定に制御することができる。更に、可塑化シリンダ内において、スクリュによる溶融樹脂の計量動作を安定化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】実施形態の発泡成形体の製造方法を示すフローチャートである。
【図２】実施形態に用いる成形機を示す概略断面図である。
【図３】実施形態に用いる混練装置を示す要部概略断面図であり、高圧混練ゾーンと減圧ゾーンとが連通している状態を示す図である。
【図４】実施形態に用いる混練装置を示す要部概略断面図であり、高圧混練ゾーンと減圧ゾーンとの連通を遮断している状態を示す図である。
【図５】実施形態に用いる混練装置のシール機構の一例を示す概略斜視図である。
【図６】実施形態に用いる混練装置のシール機構の一例を示す要部概略拡大断面図である。
【図７】実施形態に用いる混練装置のシール機構の他の一例を示す要部概略拡大断面図である。
【図８】従来の発泡射出成形方法に用いる可塑化シリンダ内の圧力の時間的変化を示す図である。
【図９】実施形態の可塑化シリンダ内の高圧混練ゾーン及び減圧ゾーンにおける圧力の時間的変化を示す図である。
【図１０】実施例２に用いた成形機を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照しながら、本発明の発泡成形体の製造方法について説明する。本実施形態の発泡成形体の製造方法は、発泡射出成形方法であり、例えば、図２に示す成形機１０００を用いて実施することができる。まず、成形機１０００について説明する。
【００２４】
[成形機]
図２に示すように、成形機１０００は、可塑化シリンダ２１０を有する混練装置２００と、物理発泡剤を可塑化シリンダ２１０に供給する物理発泡剤供給装置１００と、金型が設けられた型締めユニット２５０と、物理発泡剤供給装置１００、混練装置２００及び型締めユニット２５０を動作制御する制御装置（不図示）を備える。また、混練装置２００には、ノズル先端２９にエアーシリンダ１２の駆動により開閉するシャットオフバルブ３６が設けられ、可塑化シリンダ２１０の内部を高圧に保持できる。ノズル先端２９には、金型が密着し、金型が形成するキャビティ２５３内に、ノズル先端２９から溶融樹脂が射出充填される。
【００２５】
図２に示す混練装置２００は、可塑化シリンダ２１０と、可塑化シリンダ２１０内に回転及び進退自在に配設されたスクリュ２０と、スクリュ２０を駆動させるスクリュ駆動機構２６０と、可塑化シリンダ２１０内に配置される上流側シール機構Ｓ１及び下流側シール機構Ｓ２と、可塑化シリンダ２１０に接続する減圧ゾーン圧力調整機構２１９を備える。本実施形態では、可塑化シリンダ２１０内において、可塑化溶融された溶融樹脂は、図２〜図４における右手から左手に向かって流動する。したがって、本実施形態の可塑化シリンダ２１０の内部においては、図２〜図４における右手を「上流」又は「後方」、左手を「下流」又は「前方」と定義する。
【００２６】
スクリュ駆動機構２６０は、可塑化シリンダ２１０の上流側の後端部に接続され、スクリュ回転用モータＭ２及び伝動手段２６２を含むスクリュ回転駆動機構と、スクリュ前後進用モータＭ１及び伝動手段２６３を含むスクリュ移動機構と、スクリュ２０にかかる圧力を検出するロードセル等の圧力センサ２６１を有する。スクリュ回転用モータＭ２は、プーリやベルト等から構成される伝動手段２６２を介してスクリュ２０を回転させ、スクリュ前後進用モータＭ１は、プーリ、ベルト、ボールネジ／ナット機構等の回転運動を直線運動に変換する伝動手段２６３を介してスクリュ２０を軸方向に移動する。圧力センサ２６１は、スクリュ背圧を検出する。「スクリュ背圧」とは、樹脂の可塑化計量時、即ち、スクリュ２０が正回転することにより、溶融樹脂が可塑化シリンダ２１０の前方へ送られ、その樹脂圧力によりスクリュ２０が後退するときにスクリュ２０を後方から前方へ押す圧力を意味する。本実施形態では、スクリュ背圧はスクリュ駆動機構２６０によって制御される。
【００２７】
尚、図３及び図４に示すように、本実施形態の混練装置２００は、従来公知の混練装置の構成と同様に、可塑化シリンダ２１０の後方側から見た場合に、スクリュ２０を反時計回りに回転させると溶融樹脂を前方（ノズル部側）に送る正回転をし、時計回りに回転させると逆回転するように構成されている。
【００２８】
可塑化シリンダ２１０の上部側面には、上流側から順に、熱可塑性樹脂を可塑化シリンダ２１０に供給するための樹脂供給口２０１、物理発泡剤を可塑化シリンダ２１０内に導入するための導入口２０２、及び必要に応じて可塑化シリンダ２１０内からガス化した物理発泡剤を排気するためのベント２０３が形成されている。これらの樹脂供給口２０１、及び導入口２０２にはそれぞれ、樹脂供給用ホッパ２１１、及び導入バルブ２１２が配設されており、ベント２０３には、減圧ゾーン圧力調整機構２１９が接続されている。また導入バルブ２１２は、混練装置２００の外に設けられる物理発泡剤供給装置１００と接続される。
【００２９】
可塑化シリンダ２１０の外壁面には、バンドヒータ（図示せず）が配設されており、これにより可塑化シリンダ２１０が加熱されて、熱可塑性樹脂が可塑化される。さらに、可塑化シリンダ２１０の下部側面の導入口２０２と対向する位置及びベント２０３に対向する位置にはそれぞれ、圧力及び温度をモニターするセンサ２５、２６が設けられている。
【００３０】
このような構造の混練装置２００では、樹脂供給口２０１から可塑化シリンダ２１０内に熱可塑性樹脂が供給され、熱可塑性樹脂がバンドヒータによって可塑化されて溶融樹脂となり、スクリュ２０が正回転することにより下流に送られる。そして、導入口２０２近傍まで送られた溶融樹脂は、導入された物理発泡剤と高圧下、接触混練される。次いで、物理発泡剤と接触混練された溶融樹脂の樹脂内圧を、物理発泡剤を接触混練するときに到達する最高圧力以下に、溶融樹脂の雰囲気の圧力を調整して低下させることにより、ガス化した一部の物理発泡剤が溶融樹脂から分離し、ベント２０３からこのガス化した物理発泡剤が排気される。そして、さらに前方に送られた溶融樹脂はスクリュ２０の先端部に押し出され、溶融樹脂の圧力がスクリュ２０に対する反力となり、該反力でスクリュ２０が後退することにより計量が行われる。これにより、可塑化シリンダ２１０内では、上流側から順に、熱可塑性樹脂を可塑化して溶融樹脂とする可塑化ゾーン２１、溶融樹脂と導入口２０２から導入される物理発泡剤とを高圧下、接触混練する高圧混練ゾーン２２、及び物理発泡剤と接触混練した溶融樹脂の樹脂内圧を低下させることにより、溶融樹脂から一部分離された物理発泡剤をベント２０３から排気する減圧ゾーン２３が形成される。更に、減圧ゾーン２３の下流には、再溶融ゾーン２４が設けられる。後述するが、本実施形態においては、減圧ゾーンにおいて溶融樹脂の粘度が上昇する。この粘度が上昇した溶融樹脂は、再溶融ゾーン２４において、射出前に再び可塑化溶融される。尚、溶融樹脂と物理発泡剤との接触混練を効率的に行うため、可塑化シリンダ２１０に導入口２０２及びベント２０３をそれぞれ複数設け、可塑化シリンダ２１０内に高圧混練ゾーン２２及び減圧ゾーン２３をそれぞれ複数形成してもよい。
【００３１】
図２〜４に示すように、上記可塑化ゾーン２１、高圧混練ゾーン２２、及び減圧ゾーン２３の間にはそれぞれ、これらのゾーン２１、２２、２３の連通状態を一時的に遮断する上流側シール機構Ｓ１及び下流側シール機構Ｓ２が配設されている。これにより、例えば、物理発泡剤を高圧混練ゾーン２２に導入する際には、機械的に高圧混練ゾーン２２の上流側及び下流側がシールされ、確実に高圧混練ゾーン２２と隣接するゾーン２１、２３とを遮断できる。この結果、高圧混練ゾーン２２の圧力は高圧に維持されるので、物理発泡剤を溶融樹脂に効果的に浸透可能となる。上流側シール機構Ｓ１及び下流側シール機構Ｓ２は、ゾーン２１、２２、２３の連通を遮断するものであれば、種々のものを利用できるが、後述するスクリュ２０の回転状態に応じてこれらのゾーンの連通を遮断するものが好ましい。
【００３２】
減圧ゾーン圧力調整機構２１９は、上述の下流側シール機構Ｓ２により、高圧混練ゾーン２２と減圧ゾーン２３との間の連通を遮断したとき、減圧ゾーンの圧力を所定の値に制御する。減圧ゾーン圧力調整機構２１９は、例えば、バッファ容器５と、バッファ容器５の接続口５ａから、圧力計４及び背圧弁３を介して排気口１１へ接続される排気機構１と、窒素等の不活性ガスボンベ７から、ブースターポンプ８、減圧弁１０及び圧力計４を介してバッファ容器５の接続口５ｂへと接続される加圧機構２を有する。
【００３３】
減圧ゾーン圧力調整機構２１９は、排気機構１及び／又は加圧機構２により、可塑化シリンダ２１０の減圧ゾーン２３内部の圧力を所定の値に制御する。例えば、排気機構１の背圧弁３を所定の値に設定し、物理発泡剤のガスの排気量を制限することにより、減圧内の圧力ゾーン２３内部の圧力を制御することができる。また、反対に、減圧ゾーン２３を上昇させる必要がある場合には、加圧機構２の減圧弁１０を所定の値に設定し、不活性ガスボンベ７から加圧窒素等の不活性ガスを減圧ゾーン２３に導入することにより圧力を制御できる。加圧機構２により、成形開始前から減圧ゾーン２３内の圧力を高めると、急減圧によるベントアップを抑制できるため好ましい。ベントアップとは、減圧してガス化した物理発泡剤を排気する排気口（ベント２０３）から溶融樹脂が同時に漏れる現象である。このように、本実施形態においては、減圧ゾーン圧力調整機構２１９は、減圧ゾーン２３内のガスの圧力を制御している。尚、減圧ゾーン２３内の圧力は、大気圧以上に保持する必要があるので、本実施形態の減圧ゾーン圧力調整機構２１９は、真空ポンプ等の減圧機構は有していない。
【００３４】
混練装置２００は、更に、減圧ゾーン２３に冷却機構等の温度調節機構が設けられていてもよい。減圧ゾーン２３に冷却機構等の温度調節機構を設け、減圧ゾーン２３を冷却することで、減圧ゾーン２３における溶融樹脂の粘度を上昇させることができる。これにより、物理発泡剤の排気時のベントアップを防止することができる。本実施形態では、冷却機構として、可塑化シリンダ２１０の減圧ゾーン２３の周囲に冷却ジャケット（不図示）を設けた。
【００３５】
また、図３及び図４に示すように、混練装置２００においては、スクリュ２０は、フライトを有する第１及び第２フライト部２０Ａ、２０Ｃと、第１及び第２フライト部に挟まれて、フライトを有さないフラット部２０Ｂを有してもよい。物理発泡剤が排気されるとき、フラット部２０Ｂの少なくとも一部は、減圧ゾーン２３に位置する。フラット部２０Ｂは、上述する減圧ゾーン２３において粘度が上昇した樹脂を効率よく後方へ送ることができる。
【００３６】
そして、減圧ゾーン２３で冷却され半固化状態の樹脂は、射出前に、再溶融ゾーン２４において、再度加熱され可塑化溶融される。
【００３７】
［シール機構］
次に、可塑化シリンダ２１０内に配置される上流側シール機構Ｓ１及び下流側シール機構Ｓ２について説明する。上流側シール機構Ｓ１及び下流側シール機構Ｓ２は、ゾーン２１、２２、２３の連通を遮断することができれば、種々のものを利用できるが、本実形態では、以下に説明するスクリュ２０の回転状態に応じてこれらのゾーンを連通／遮断する機構を用いた。
【００３８】
図３及び図４に示すように、上記可塑化ゾーン２１、高圧混練ゾーン２２及び減圧ゾーン２３の間にはそれぞれ、これらのゾーン２１、２２、２３をスクリュ２０の回転状態に応じて連通及び遮断する上流側シール機構Ｓ１及び下流側シール機構Ｓ２が配設されている。これにより、物理発泡剤を高圧混練ゾーン２２に導入した際に、スクリュ２０の回転状態に応じて機械的に高圧混練ゾーン２２の上流側及び下流側がシールされるので、確実に高圧混練ゾーン２２と隣接するゾーン２１、２３との連通を遮断できる。また、本実施形態のシール機構Ｓ１、Ｓ２によれば、圧力制御によらず、スクリュ２０の回転状態に応じて高圧混練ゾーン２２と隣接するゾーン２１、２３とを連通及び遮断できるから、溶融樹脂の流動抵抗が小さい。さらに、スクリュ２０の回転状態に応じて高圧混練ゾーン２２を隣接するゾーン２１、２３からシールできるから、任意のタイミングで高圧混練ゾーン２２の圧力を維持できる。それゆえ、高い粘性を有する樹脂を接触混練しても、高い可塑化能力を維持することができる。そして、このようなスクリュ２０の回転状態に応じてシール性能を発揮する機械的なシール機構Ｓ１、Ｓ２を用いれば、高温の溶融樹脂がシール機構Ｓ１、Ｓ２を通過しても、シール性能の劣化が少ないため、成形機を長期間稼動させた後でも、高圧混練ゾーン２２の圧力の変化が少なく、それゆえ長期に安定して熱可塑性樹脂成形体（発泡成形体）を製造することができる。また、これらのシール機構Ｓ１、Ｓ２はスクリュ２０の回転状態に応じて高圧混練ゾーン２２と隣接するゾーン２１、２３とを連通及び遮断するから、例えば、スクリュ２０の正回転及び逆回転を任意のタイミングで行えば、高圧混練ゾーン２２に溶融樹脂を滞留させた状態で、物理発泡剤と接触混練した溶融樹脂の樹脂内圧を低下させて、溶融樹脂からガス化した物理発泡剤を分離することができる。その結果、溶融樹脂を前方に送ることなく、物理発泡剤の濃度の低くなった溶融樹脂と物理発泡剤とを繰り返し接触混練することができ、高濃度で物理発泡剤に含まれる機能性材料を分散させた成形体を製造することができる。
【００３９】
本実施形態の混練装置２００において、上記スクリュ２０の回転状態に応じて高圧混練ゾーン２２と隣接する他のゾーン２１、２３とを連通及び遮断するシール機構は、少なくとも高圧混練ゾーン２２の下流側に設けられていることが好ましく、高圧混練ゾーン２２の上流側及び下流側の両方に設けられていることがより好ましい。すなわち、図３及び図４から理解されるように、高圧混練ゾーン２２への物理発泡剤の導入により、高圧混練ゾーン２２の上流側においては、高圧の物理発泡剤が可塑化ゾーン２１と高圧混練ゾーン２２とを遮断するように上流側シール機構Ｓ１に働くのに対し、高圧混練ゾーン２２の下流側においては、物理発泡剤及び上流側から流動する溶融樹脂が高圧混練ゾーン２２と減圧ゾーン２３とを連通させるように下流側シール機構Ｓ２に働く。また、高圧混練ゾーン２２の上流側には通常、溶融樹脂が充填されており、樹脂の流動方向つまり圧力勾配に逆らうようにシール機構を設けるため、物理発泡剤が漏洩し難い。従って、高圧混練ゾーン２２の上流側には低いバネ圧を有する逆流防止弁などの簡便なシール機構を配設し、少なくとも高圧混練ゾーン２２の下流側にスクリュ２０の回転状態に応じて高圧混練ゾーン２２と減圧ゾーン２３とを連通及び遮断する下流側シール機構Ｓ２を配設すれば、シール性の低下しやすい高圧混練ゾーン２２と減圧ゾーン２３とを確実に遮断でき、接触混練時に高圧混練ゾーン２２の高圧状態を維持することができる。尚、本実施形態において、上流側シール機構Ｓ１と下流側シール機構Ｓ２とは基本的に同一の構成を有するものが用いられているため、以下では、下流側シール機構Ｓ２について主として説明する。
【００４０】
本実施形態のスクリュ２０は、図５に示すように、高圧混練ゾーン２２と減圧ゾーン２３との境界領域において、この境界領域と隣接する領域に比べて縮径された縮径部５０を有している。また、縮径部５０には、縮径部５０の範囲で軸方向（前後方向）に移動可能となるように遊嵌状態で下流側シールリング６０が外嵌している。これら縮径部５０と下流側シールリング６０とで、下流側シール機構Ｓ２が構成されている。尚、上流側シール機構Ｓ１も、同様に、縮径部３０と上流側シールリング４０から構成されている。そして、上流側及び下流側シールリング４０、６０を縮径部３０、５０に外嵌させるために、スクリュ２０は、上流側から順に、第１スクリュ部２０ａ、第２スクリュ部２０ｂ、及び第３スクリュ部２０ｃに分割されている（図３参照）。
【００４１】
高圧混練ゾーン２２と減圧ゾーン２３との間に配置される縮径部５０は、上流側の第２スクリュ部２０ｂから連接し、前方（下流）に向かって傾斜するテーパ面を有する円錐台部（シール部）５１と、円錐台部５１から連接し、軸方向に水平に延びる水平面を有する円筒部５２とで構成されている。また、下流側の第３スクリュ部２０ｃの端面５４には、下流側シールリング６０を回り止めするための係止部として突起部５４ａが周方向に所定間隔で複数箇所形成されている。尚、縮径部５０の構造は、高圧混練ゾーン２２と減圧ゾーン２３とを連通及び遮断できるものであれば特に限定されない。例えば、縮径部５０は直径の異なる円筒部が連接された構造を有していてもよいし、円錐台部５１が下流側に配設された構造を有していてもよい。
【００４２】
図５に示すように、下流側シールリング６０は、スクリュ２０の縮径部５０を外嵌するように貫通孔６１を有している。また、図６及び図７に示すように、該貫通孔６１は、上流側に、前方（下流）に向かって縮径するテーパ面（接触面）を有するテーパ部６２と、テーパ部６２から前方（下流）に向かって水平に延在する環状部６３とが連接されて構成されている。この下流側シールリング６０のテーパ部６２のテーパ面は、スクリュ２０の円錐台部５１のテーパ面の少なくとも一部と密着状態で当接するように形成されている。尚、貫通孔６１の構造は、高圧混練ゾーン２２と減圧ゾーン２３とを連通及び遮断できるものであれば特に限定されない。例えば、貫通孔６１は内径の異なる環状部が複数形成された構造を有していてもよいし、テーパ部６２が下流側に配設された構造を有していてもよい。さらに、下流側シールリング６０がスクリュ２０の縮径部５０の範囲で軸方向に移動可能なように、貫通孔６１の環状部６３の内径は上記縮径部５０の円筒部５２の直径よりも大きく形成されている。そして、下流側シールリング６０の下流側リング面６６には、被係止部として、下流側から見たときに、時計方向に深くなるように傾斜する切欠き６７が周方向に複数箇所形成されている。これにより、下流側シールリング６０は、スクリュ２０の回転状態に応じて、スクリュ２０に対し切欠き６７の深さの範囲で軸方向に移動し、突起部５４ａが切欠き６７と係合すると、スクリュ２０に対して下流側シールリング６０はそれ以上の軸方向の移動が規制される。
【００４３】
従って、図３に示すように、スクリュ２０に対して下流側シールリング６０が下流側に移動すると、円錐台部５１のテーパ面とテーパ部６２のテーパ面とが離間して、溶融樹脂及び物理発泡剤の湯道となる隙間Ｇが下流側シールリング６０の内周面とスクリュ２０の縮径部５０の外周面との間で開口する。一方、図４に示すように、スクリュ２０に対して下流側シールリング６０が上流側に移動すると、円錐台部５１のテーパ面とテーパ部６２のテーパ面とが当接して、下流側シールリング６０の内周面とスクリュ２０の縮径部５０の外周面との間の隙間Ｇが閉口する。そして、下流側シールリング６０が上流側に移動して、突起部５４ａと切欠き６７とが係合すると、下流側シールリング６０の移動が規制されるから、下流側シールリング６０がスクリュ２０と共回りする。これにより、接触混練の間、円錐台部５１のテーパ面とテーパ部６２のテーパ面との当接状態が維持され、確実に高圧混練ゾーン２２をシールすることができる。ただし、可塑化ゾーン２１と高圧混練ゾーン２２、及び高圧混練ゾーン２２と減圧ゾーン２３とが連通する場合、円錐台部３１、５１のテーパ面とテーパ部４２、６２のテーパ面とが離間した状態となり、隙間Ｇには上流側から溶融樹脂あるいはさらに物理発泡剤が進入してくる。従って、上流側及び下流側シールリング４０、６０が下流側に移動した場合、上流側及び下流側シールリング４０、６０がスクリュ２０と共回りしなくても、円錐台部３１、５１のテーパ面とテーパ部４２、６２のテーパ面とが当接し難いため、高圧混練ゾーン２２と、隣接するゾーン２１、２３との連通状態を維持することができる。尚、スクリュ２０、並びに上流側及び下流側シールリング４０、６０にそれぞれ設けられる係止部及び被係止部は、これらが係合したときに、上流側及び下流側シールリング４０、６０が回り止め状態でスクリュ２０と共回りできる構造であれば任意の構造を採用することができる。例えば、係止部あるいは被係止部としてピンが用いられてもよい。また、円錐台部５１やテーパ部６２の構造に合せて、係止部を第２スクリュ部２０ｂの下流側に、非係止部を下流側シールリング６０の上流側に設けてもよい。
【００４４】
下流側シールリング６０の外周面には、下流側シールリング６０の外周面から突出するように金属製の外側シール部材７０が嵌合している。これにより、下流側シールリング６０と可塑化シリンダ２１０との間のシール性が確保される。尚、樹脂製の外側シール部材が用いられてもよい。また、本実施形態の下流側シールリング６０では、図６に示すように、上流側リング面６４の外径が対向する上流側の第２スクリュ部２０ｂの直径よりも大きく形成されている。そのため、高圧混練ゾーン２２と減圧ゾーン２３とを遮断すると、下流側シールリング６０は、上流側において、第２スクリュ部２０ｂから径方向で若干突出する態様で配置される。しかしながら、図７に示すように、上流側リング面６４の外径は対向する上流側の第２スクリュ部２０ｂの直径と略同一あるいはそれより小さく形成されていてもよい。すなわち、高圧混練ゾーン２２では導入口２０２から高圧の物理発泡剤が導入されるため、上流側リング面６４の外径が対向する上流側の第２スクリュ部２０ｂの直径よりも大きければ（図６）、スクリュ２０から突出した上流側リング面６４が物理発泡剤による圧力で前方に押され、それによってスクリュ２０を正回転させることなく、スクリュ２０の回転の停止あるいは逆回転の回転数を低下させることにより、直ちに高圧混練ゾーン２２と減圧ゾーン２３とを連通させることができる。一方、上流側リング面６４の外径が対向する上流側の第２スクリュ部２０ｂの直径と略同一あるいはそれより小さければ（図７）、物理発泡剤による圧力が上流側リング面６４に付与されないから、接触混練時に、より確実に高圧混練ゾーン２２と減圧ゾーン２３とを遮断することができる。
【００４５】
尚、上流側シール機構Ｓ１の構成は、上記下流側シール機構Ｓ２のそれと同様であり、図２〜図４に示すように、可塑化ゾーン２１と高圧混練ゾーン２２との間に、円錐台部（シール部）３１を有する縮径部３０が配設されており、第２スクリュ部２０ｂの上流側の端面３４には突起部３４ａが設けられている。また、縮径部３０には、上流側シールリング４０が縮径部３０の範囲で軸方向（前後方向）に移動可能なように遊嵌状態で外嵌している。さらに、上流側シールリング４０の貫通孔には、テーパ面（接触面）を有するテーパ部４２と、円筒部３２の直径よりも大径の環状部４３とが形成されている。そして、上流側シールリング４０の下流側リング面４６には、第２スクリュ部２０ｂの端面３４に設けられた突起部３４ａと係合する切欠き４７が周方向に複数箇所形成されている。これにより、下流側シール機構Ｓ２と同様に、スクリュ２０に対して上流側シールリング４０が下流側に移動すると、円錐台部３１のテーパ面とテーパ部４２のテーパ面とが離間して、上流側シールリング４０の内周面と縮径部３０の外周面との間の隙間Ｇが開口する。一方、スクリュ２０に対して上流側シールリング４０が上流側に移動すると、円錐台部３１のテーパ面とテーパ部４２のテーパ面とが当接して、上流側シールリング４０の内周面と縮径部３０の外周面との間の隙間Ｇが閉口する。そして、突起部３４ａが切欠き４７と係合すると、上流側シールリング４０がスクリュ２０と共回りする。
【００４６】
次に、上記シール機構Ｓ１、Ｓ２の動作について混練装置２００で行われる工程に従って説明する。図３に示すように、スクリュ２０を正回転（反時計回り）させると、上流側及び下流側シールリング４０、６０はそれぞれ縮径部３０、５０の範囲を下流側に移動する。これにより、円錐台部３１のテーパ面とテーパ部４２のテーパ面とが離間して、上流側シールリング４０の内周面とスクリュ２０の縮径部３０の外周面との間の隙間Ｇが開口し、可塑化ゾーン２１及び高圧混練ゾーン２２が連通する。そして、突起部３４ａと切欠き４７とが係合すると、上流側シールリング４０がスクリュ２０と共回りする。これにより、可塑化ゾーン２１と高圧混練ゾーン２２との連通状態が維持されるため、可塑化ゾーン２１から高圧混練ゾーン２２に円滑に溶融樹脂を送ることができる。
【００４７】
一定量の溶融樹脂が高圧混練ゾーン２２に送られると、図４に示すように、回転駆動手段によりスクリュ２０を所定回転数以上で逆回転（時計回り）させる。すると、スクリュ２０の逆回転に伴って上流側及び下流側シールリング４０、６０が上流側に移動するため、円錐台部３１、５１のテーパ面とテーパ部４２、６２のテーパ面とが当接し、上流側及び下流側シールリング４０、６０の内周面と縮径部３０、５０の外周面との間に形成されていた隙間Ｇが閉口する。そして、スクリュ２０の突起部３４ａ、５４ａと、上流側及び下流側シールリング４０、６０の切欠き４７、６７とが係合すると、上流側及び下流側シールリング４０、６０がスクリュ２０と共回りする。これにより、高圧混練ゾーン２２と減圧ゾーン２３との遮断状態が維持されるから、高圧の物理発泡剤を高圧混練ゾーン２２へ導入しても、溶融樹脂及び物理発泡剤の高圧混練ゾーン２２から隣接するゾーン２１、２３への流動が防止され、高圧下で、溶融樹脂と物理発泡剤とを接触混練することができる。
【００４８】
高圧混練ゾーン２２と隣接するゾーン２１、２３とを上流側及び下流側シール機構Ｓ１、Ｓ２でシールして、溶融樹脂を物理発泡剤と接触混練させると、次いで、溶融樹脂の樹脂内圧を低下させるために、再度、回転駆動手段によりスクリュ２０を正回転させる。すると、突起部３４ａ、５４ａと、切欠き４７、６７とが係脱し、スクリュ２０の正回転に伴って上流側及び下流側シールリング４０、６０が下流側に移動するため、円錐台部３１、５１のテーパ面とテーパ部４２、６２のテーパ面とが離間し、上流側及び下流側シールリング４０、６０の内周面と縮径部３０、５０の外周面との間の隙間Ｇが開口する。これにより、高圧混練ゾーン２２と減圧ゾーン２３とが連通し、溶融樹脂の樹脂内圧が低下するため、溶融樹脂からガス化した物理発泡剤が分離して、減圧ゾーン２３に設けられたベント２０３からガス化した物理発泡剤を排気することができる。尚、既述したように、高圧混練ゾーン２２で溶融樹脂と物理発泡剤とを接触混練した後では、下流側シールリング６０は溶融樹脂及び物理発泡剤の圧力を受けているため、スクリュ２０の回転の停止あるいはスクリュ２０の逆回転の回転数の低下によっても、高圧混練ゾーン２２と減圧ゾーン２３とを連通させることができる。
【００４９】
上述したように、本実施形態では、高圧混練ゾーン２２に溶融樹脂を滞留させた状態で、物理発泡剤の接触混練及び溶融樹脂からの分離を繰り返し行うこともできる。例えば、スクリュ２０を逆回転させて溶融樹脂が前方に送られない状態でスクリュ２０の回転数を制御し、円錐台部５１のテーパ面とテーパ部６２のテーパ面とを離間させることにより、隙間Ｇを僅かに開口させればよい。これにより、高圧混練ゾーン２２の溶融樹脂に再度、物理発泡剤を接触させて、物理発泡剤を溶融樹脂にさらに導入することができる。しかも、高圧混練ゾーン２２の圧力が可塑化ゾーン２１における樹脂内圧よりも高い場合、上流側シール機構Ｓ１が可塑化ゾーン２１と高圧混練ゾーン２２とを遮断する方向に移動しやすくなるため、可塑化ゾーン２１から高圧混練ゾーン２２への新たな溶融樹脂の流動が抑えられるとともに、物理発泡剤の可塑化ゾーン２１への漏洩も防止することができる。
【００５０】
［成形方法］
次に、図１に示すフローチャートに従い、本実施形態の発泡射出成形方法（発泡成形体の製造方法）について説明する。まず、熱可塑性樹脂を可塑化シリンダ２１０に供給し、スクリュ２０を回転させることにより、可塑化ゾーン２１で熱可塑性樹脂を可塑化して溶融樹脂とする（ステップＳ１）。
【００５１】
熱可塑性樹脂としては、目的とする成形体の種類に応じて種々の樹脂を使用することができる。具体的には、例えば、ポリプロピレン、ポリメチルメタクリレート、ポリアミド、ポリカーボネート、アモルファスポリオレフィン、ポリエーテルイミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルエーテルケトン、ＡＢＳ系樹脂、ポリフェニレンサルファイド、ポリアミドイミド、ポリ乳酸、ポリカプロラクトンなどの熱可塑性樹脂、及びこれらの複合材料を用いることができる。また、これらの熱可塑性樹脂にガラス繊維、タルク、カーボン繊維などの各種無機フィラーを混練したものを用いることもできる。
【００５２】
次に、可塑化された溶融樹脂を可塑化ゾーン２１から高圧混練ゾーン２２へスクリュ２０の正回転により順次送り、高圧混練ゾーン２２と減圧ゾーン２３との連通を下流側シール機構Ｓ２により遮断する（ステップＳ２）。本実施形態では、同時に、上流側シール機構Ｓ１を用いて、可塑化ゾーン２１と高圧混練ゾーン２２との遮断も行う。そして、高圧混練ゾーン２２に物理発泡剤を導入し、高圧混練ゾーン２２において溶融樹脂と物理発泡剤を接触混練する（ステップＳ３）。本実施形態の混練装置２００では、高圧混練ゾーン２２と隣接するゾーン２１、２３との連通が上流側及び下流側シール機構Ｓ１、Ｓ２により遮断された状態で、溶融樹脂と物理発泡剤とを接触混練することができるため、高圧混練ゾーン２２からの物理発泡剤の漏洩が抑えられ、高圧状態を維持したまま物理発泡剤を溶融樹脂に導入することができる。尚、接触混練時の高圧混練ゾーン２２の圧力及び温度は、使用する熱可塑性樹脂、物理発泡剤の種類に応じて、物理発泡剤が溶融樹脂に良好に分散される範囲において適宜選択することができる。
【００５３】
物理発泡剤としては、加圧窒素や加圧二酸化炭素等の加圧流体を用いることが好ましい。これらの物理発泡剤は、人体に無害であり、また溶融樹脂への拡散性に優れ、しかも溶融樹脂から容易に除去可能であり、更に、溶融樹脂の可塑剤としても機能する。物理発泡剤の可塑化シリンダ２１０への導入圧力および温度は、物理発泡剤の種類によっても適切な条件は異なり、任意であるが、密度が高く安定であることから液体状態もしくは超臨界状態が好ましい。加圧窒素又は加圧二酸化炭素を物理発泡剤として用いる場合には、圧力は３〜２５ＭＰａ、温度は１０℃〜１００℃であることが好ましい。圧力が３ＭＰａ以上であれば安定して可塑化シリンダ２１０へ導入でき、２５ＭＰａ以下であれば装置への負荷が小さくなる。また、温度が１０℃〜１００℃の範囲であれば、系内での物理発泡剤の制御が容易となる。尚、本実施形態において物理発泡剤として用いる加圧窒素及び加圧二酸化炭素は、可塑化シリンダ２１０内で瞬時に高温になり圧力も変動する。よって、上述の物理発泡剤の状態、温度及び圧力は、加圧シリンダ２１０に導入する前の安定な状態の物理発泡剤の状態、圧力及び温度の値である。
【００５４】
本実施形態では、物理発泡剤として加圧二酸化炭素を用い、更に、加圧二酸化炭素に機能性材料を含ませる。機能性材料を含ませる場合には、物理発泡剤として加圧二酸化炭素を用いることが好ましい。以下、必要に応じて、機能性材料を含む物理発泡剤を「混合加圧流体」と記す。
【００５５】
機能性材料としては、物理発泡剤に溶解又は分散でき、得られる成形体に所定の機能を付与できるものであれば特に制限されない。このような機能性材料としては、例えば、有機金属錯体、金属アルコキシド等の無機粒子或いはその前駆体、炭素繊維、ガラス繊維等の無機フィラー或いはその修飾化合物、各種樹脂のアロイ化を促進させるための相溶化剤、界面活性剤、染料、ナノカーボン、帯電防止剤、難燃材料などが挙げられる。物理発泡剤中の機能性材料の濃度は、使用する機能性材料の種類、目的とする成形体の機能を考慮して適宜選択することができ、特に制限されないが、溶融樹脂への浸透性や物理発泡剤中の機能性材料の凝集を考慮すれば、好ましくは飽和溶解度以下である。特に高温になる成形機の可塑化シリンダ内では急激に物理発泡剤の密度が低下するので、物理発泡剤中の機能性材料の濃度は、飽和溶解度の１〜５０％程度が好ましい。
【００５６】
物理発泡剤はそれ自身、低圧でも溶融樹脂に対する可塑剤として機能するが、可塑化効果を促進させるためにアルコールなどの各種溶媒や可塑剤を使用してもよい。物理発泡剤は、さらに溶媒を含有してもよい。例えば、水を、物理発泡剤及び水溶性の界面活性剤とともに使用することにより、乳濁液（エマルジョン）として得られる物理発泡剤を用いることができる。物理発泡剤に溶解する材料は限られているので、このような溶媒を用いることにより、水溶性の材料を、物理発泡剤が持つ樹脂に対する拡散性や相溶性を利用して溶融樹脂に導入することができる。また、水のみを溶融樹脂と接触混練すると、成形体に水分が残留して加水分解などの悪影響が懸念されるが、物理発泡剤とのエマルジョンとして水を溶融樹脂に導入した場合、速やかに物理発泡剤とともに水を溶融樹脂から分離でき、上記のような悪影響を防止できる。さらに、物理発泡剤は機能性材料を溶解する溶媒を含有してもよい。例えば、有機金属錯体を使用する場合、混合加圧流体中の有機金属錯体の濃度を高めるため、パーフルオロペンチルアミンなどのフッ素系有機溶媒を用いてもよい。
【００５７】
物理発泡剤を調製する方法としては、特に限定されず、従来公知の方法を使用することができる。例えば、シリンジポンプなどの加圧手段により液体の物理発泡剤を加圧することにより調製できる。また、機能性材料を含む物理発泡剤（混合加圧流体）を調製する場合、物理発泡剤と機能性材料とを混合撹拌することによって調製できる。さらに、機能性材料を溶媒に溶解させた溶液を用いる場合、物理発泡剤と、加圧手段により所定圧力まで加圧した溶液とを混合することによって混合加圧流体を調製できる。
【００５８】
混合加圧流体を高圧混練ゾーン２２に供給する方法は任意の方法を使用することができる。例えば、混合加圧流体は、高圧混練ゾーン２２に間欠的に導入されてもよいし、連続的に導入されてもよい。また、混合加圧流体の導入は、安定した送液が行えるシリンジポンプを利用し、導入量を制御することが好ましい。シリンジポンプを用いて混合加圧流体を導入する場合、高密度でも安定な液体状態の混合加圧流体を用いることが好ましい。
【００５９】
また、詳細は後述するが、本実施形態では、減圧ゾーン圧力調整機構２１９により減圧ゾーン２３の圧力の調整を行う。これにより、溶融樹脂中の物理発泡剤の濃度が射出前に制御される。したがって、後工程において、溶融樹脂中の物理発泡剤の濃度制御が行われるので、物理発泡剤に機能性材料が含まれない場合には、高圧混練ゾーン２２に導入の段階で物理発泡剤の導入量を厳密に制御しなくてもよい。また、詳細は後述するが、本実施形態では溶融樹脂中の物理発泡剤の濃度を飽和溶解度に近づけることができるので、溶融樹脂に導入する物理発泡剤は、必要以上に高圧である必要もない。従来の発泡射出成形方法では、高圧の物理発泡剤を計量して可塑化シリンダ内に定量供給していた。そのため、装置が複雑化、高コスト化し、発泡射出成形の普及の妨げとなっていた。これに対して、本実施形態の射出成形方法では、例えば、図１０に示す物理発泡剤供給装置４００のように、ボンベ１５１内の物理発泡剤を加圧せず、且つ流量制御を行わずに、直接、可塑化シリンダ２１０内へ導入してもよい。このような加圧装置を有さない物理発泡剤供給装置４００を用いることで成形機全体の低コスト化が図れる。
【００６０】
一方、高圧混練ゾーン２２と減圧ゾーン２３とを遮断したとき、減圧ゾーン２３の圧力を大気圧以上で且つ溶融樹脂に物理発泡剤を接触混練するときに到達する高圧混錬ゾーン２２の最高圧力以下の圧力（第１の圧力）に制御する（ステップＳ４）。高圧混練ゾーン２２に物理発泡剤を導入すると圧力が上昇するが、ここで、「最高圧力」とは、溶融樹脂に物理発泡剤を接触混練する間に到達する高圧混錬ゾーン２２の最も高い圧力（最高到達圧力）を意味する。
【００６１】
本実施形態では、減圧ゾーン圧力調整機構２１９が、減圧ゾーン２３の圧力を大気圧以上で且つ溶融樹脂に物理発泡剤を接触混練するときに到達する高圧混錬ゾーン２２の最高圧力以下に制御することにより、可塑化シリンダ２１０内に導入する物理発泡剤の量を毎ショット、安定に制御することができる。その理由を従来の混練装置と比較しながら、図８及び図９を用いて以下に説明する。
【００６２】
上述のように、本実施形態では、物理発泡剤の高圧混練ゾーン２２への導入時、高圧混練ゾーン２２は減圧ゾーン２３から遮断される。図９示すように、高圧混練ゾーン２２が減圧ゾーン２３から遮断された後、物理発泡剤が導入されることにより、高圧混練ゾーン２２の圧力が上昇する。そして、所定時間経過後、再び高圧混練ゾーン２２を減圧ゾーン２３と連通することにより、高圧混練ゾーン２２の圧力は、減圧ゾーン２３の圧力まで低下する。この高圧混練ゾーン２２の圧力の上昇及び低下のサイクルが、毎ショット繰り返される。
【００６３】
従来の物理発泡成形方法においては、スクリュ先端部から超臨界流体等の高圧物理発泡剤を導入する箇所まで樹脂圧力が伝播するスクリュを用いる。そして、スクリュ背圧と、スクリュ先端に堆積する溶融樹脂と、高圧物理発泡剤の導入部の溶融樹脂圧力とを等しいと仮定した上で、スクリュ背圧により導入部の樹脂内圧を制御していた。しかし、物理発泡剤が可塑化シリンダ全体にて均一濃度で混練していないこと等により、実際には、高圧物理発泡剤の導入部樹脂内圧はスクリュ背圧とは異なる。そのため、高圧物理発泡剤の導入量は変動していた。
【００６４】
図８に示すように、従来は、物理発泡剤の導入量を計量して可塑化シリンダ内に導入し、且つスクリュ背圧を高めて物理発泡剤導入圧力との差圧を小さくしているにもかかわらず、到達圧力が毎ショット変動する。図８に、この到達圧力の変動をΔＰで示す。図８は、受け入れ側の可塑化シリンダ内の樹脂密度や圧力が変動するため、可塑化シリンダ内に実際に導入される物理発泡剤の量が毎ショット変動していることを示していると推察される。
【００６５】
本実施形態では、高圧混練ゾーン２２と減圧ゾーン２３との連通を遮断したときの減圧ゾーン２３の内部の圧力を減圧ゾーン圧力調整機構２１９により、大気圧以上で且つ溶融樹脂に物理発泡剤を接触混練するときに到達する高圧混錬ゾーン２２の最高圧力以下に制御する。減圧ゾーン圧力調整機構２１９は、減圧ゾーン２３の内部の圧力を直接制御できるため、圧力上昇前の高圧混錬ゾーン２２も同圧に制御できる。つまり、高圧混練ゾーン２２と減圧ゾーン２３とが連通したとき、減圧ゾーン圧力調整機構２１９は、高圧混練ゾーン２２及び減圧ゾーン２３を一定の圧力に制御する。溶融状態の樹脂よりも粘性が著しく低いガスの圧力で制御するため、瞬時に連通箇所の圧力を一定に制御可能となる。この結果、図９に示すように、毎ショットの到達圧力、即ち、物理発泡剤の導入量をほぼ一定にできる。特に、本実施形態では、物理発泡剤が機能性材料を含むため、物理発泡剤の導入量を一定にすることで、同時に機能性材料の導入量も一定にできる。
【００６６】
尚、連通時に高圧混錬ゾーン２２と減圧ゾーン２３の圧力を同一にするためには、樹脂密度を高くしすぎないようにする必要がある。例えば、スクリュのフライト（溝）深さが浅い等により、高圧混錬ゾーン２２における溶融樹脂の流動抵抗が大きく樹脂密度が高くなりすぎると、連通部分のガスの通りやすさが阻害される。それにより、連通時に高圧混錬ゾーン２２の圧力が減圧ゾーン２３のガス圧力より高くなる場合がある。そうした場合も低圧における発泡成形は可能であるが、圧力安定性の観点からは、連通時における高圧混錬ゾーン２３と、減圧ゾーン２３との内圧の差は２ＭＰａ以内に抑制することが望ましい。
【００６７】
減圧ゾーン２３を高圧混練ゾーン２２から遮断したときの減圧ゾーン２３の内部の圧力は、大気圧以上で且つ溶融樹脂に物理発泡剤を接触混練するときに到達する高圧混錬ゾーン２２の最高圧力以下であれば特に制限されない。減圧ゾーン２３の圧力を大気圧以上とするのは、大気圧未満とすると、ガス化した物理発泡剤を強制排気することになり、溶融樹脂のベントアップの虞があるからである。また、この場合、真空ポンプ等の設備を必要とするので高コストとなる。また、減圧ゾーン２３の圧力を高圧混練ゾーン２２の最高到達圧力以下とするのは、物理発泡剤を円滑に導入し、且つ導入された溶融樹脂を減圧し、物理発泡剤をガス化して溶融樹脂から分離するためである。減圧ゾーン２３の内部の圧力は、０．５〜６ＭＰａが好ましい。減圧ゾーン２３の内部の圧力が０．５ＭＰａ以上であると、高圧混練ゾーン２２に導入される物理発泡剤との差圧を小さくでき、ゾーン間の連通及び遮断に伴う圧力変動を抑えられる。また、減圧ゾーンの内部の圧力が６ＭＰａ以下であると、機能性材料が物理発泡剤に溶解した状態で物理発泡剤と共に排出されることを防止できる。一方、例えば、機能性材料が可塑化シリンダ２１０中で熱分解や脱水縮合反応等により変質して物理発泡剤である加圧二酸化炭素や溶媒に不溶になった場合には、機能性材料が物理発泡剤と共に排出される虞がないので、高圧混練ゾーン２２と減圧ゾーン２３との連通を遮断したときの減圧ゾーン２３の内部の圧力は、６〜２０ＭＰａの高めに設定してもよい。更に、高圧混練ゾーン２２と減圧ゾーン２３との連通を遮断したときの減圧ゾーン２３の内部の圧力は、塑化シリンダ２１０内部の圧力を更に安定化させるという観点から、一定の圧力に制御されることが好ましい。
【００６８】
本実施形態では、更なる効果として、溶融樹脂中の物理発泡剤の濃度を飽和溶解度に近づけることができる。物理発泡剤となる加圧窒素や加圧二酸化炭素の溶融樹脂に対する飽和溶解度（飽和濃度）は、圧力が高いほど高く、圧力が低いほど低い。したがって、上述のように高圧状態を維持したまま、物理発泡剤を溶融樹脂に接触混練した後に、接触混練時に到達する最高圧力以下に溶融樹脂の圧力を減圧すると、圧力の低下に伴い飽和溶解度も低下する。よって、樹脂中の物理発泡剤の絶対量を高くせずに、物理発泡剤の濃度を飽和溶解度に近づけることができる。そして、このとき、溶融樹脂中に含まれる余剰な物理発泡剤は、ガス化し溶融樹脂から分離され、減圧ゾーン２３から排出される。物理発泡剤を過剰に導入したとしても、物理発泡剤は溶融樹脂に接触混練されつつ、余剰な物理発泡剤は溶融樹脂から分離し、減圧ゾーン２３にて排出されていく。このため、高圧混練ゾーン２２では従来法と比較して多量な物理発泡剤を混練できるメリットを有する。
【００６９】
ここで、「溶融樹脂中の物理発泡剤の濃度が飽和溶解度に近づく」とは、圧力を制御する前の状態における溶融樹脂への物理発泡剤の飽和溶解度に対する実際の物理発泡剤の濃度の割合と、圧力を制御した後の状態における溶融樹脂への物理発泡剤の飽和溶解度に対する実際の物理発泡剤の濃度の割合を比較した場合に、圧力を制御した後の状態の飽和溶解度に対する実際の物理発泡剤の濃度の割合の方が高いことを意味する。
【００７０】
物理発泡剤が飽和溶解度に近い高濃度で含まれる溶融樹脂は、金型へ射出充填されると、高い圧力領域において過飽和に達し、多くの発泡核を発生させる。これにより、発泡成形体の発泡密度を高めることができる。また、溶融樹脂への物理発泡剤の導入後、射出前に溶融樹脂中の物理発泡剤の濃度を制御するので、溶融樹脂への物理発泡剤の導入量は厳密に制御しなくてもよい。
【００７１】
更に、本実施形態は、溶融樹脂と物理発泡剤との相分離を抑制するという効果も奏する。従来の発泡射出成形方法では、物理発泡剤を混練した後の溶融樹脂の圧力をスクリュ背圧により低下させていた（制御していた）が、この場合、樹脂と物理発泡剤であるガスが相分離することがあった。一方、本実施形態では、減圧ゾーン２３の圧力を制御することにより、溶融樹脂及びその周囲の物理発泡剤のガス圧力の両方を同時に制御するので、樹脂と物理発泡剤の相分離が抑制される。更に、本実施形態では、接触混練時に溶融樹脂から分離した物理発泡剤を予め減圧ゾーンで排気でき、均一相溶状態の溶融樹脂のみを前方に送ることによっても、溶融樹脂と物理発泡剤との相分離を抑制できる。
【００７２】
次に、高圧混練ゾーン２２と減圧ゾーン２３とを連通させ（図１のステップＳ５）、物理発泡剤と接触混練させた溶融樹脂の樹脂内圧を低下させることにより、溶融樹脂から余剰な物理発泡剤（導入された物理発泡剤の一部）をガス化させ、分離する（ステップＳ６）。本実施形態では、高圧混練ゾーン２２と減圧ゾーン２３とをスクリュ２０の回転状態に応じて連通させる下流側シール機構Ｓ２が用いられているから、高圧混練ゾーン２２の圧力に依存せず、速やかに溶融樹脂に導入した余剰な物理発泡剤をガス化でき、ガス化した物理発泡剤を可塑化シリンダ２１０外に排気することができる。
【００７３】
また、溶融樹脂からガス化した余剰な物理発泡剤を分離するにあたっては、溶融樹脂を減圧ゾーン２３に送りながら物理発泡剤を分離してもよいし、溶融樹脂を高圧混練ゾーン２２に滞留させた状態で、物理発泡剤を分離してもよい。すなわち、本実施形態の混練装置２００では、スクリュ２０の回転状態に応じて高圧混練ゾーン２２と減圧ゾーン２３とを連通及び遮断する下流側シール機構Ｓ２が設けられているから、溶融樹脂が減圧ゾーン２３に送られなくても、高圧混練ゾーン２２と減圧ゾーン２３とを連通させれば、高圧混練ゾーン２２に溶融樹脂を滞留させた状態で、該溶融樹脂の樹脂内圧を低下でき、それによって高圧混練ゾーン２２の物理発泡剤の一部がガス化し、ガス化した物理発泡剤を減圧ゾーン２３から排気することができる。例えば、スクリュ２０を逆回転させて溶融樹脂が前方に送られない状態でスクリュ２０の回転数を制御し、円錐台部５１のテーパ面とテーパ部６２のテーパ面とを離間させることにより、隙間Ｇを僅かに開口させればよい。これにより、物理発泡剤の濃度の低くなった高圧混練ゾーン２２の溶融樹脂に再度、物理発泡剤を接触させて、物理発泡剤を溶融樹脂にさらに導入することができる。しかも、高圧混練ゾーン２２の圧力が可塑化ゾーン２１における樹脂内圧よりも高い場合、上流側シール機構Ｓ１が可塑化ゾーン２１と高圧混練ゾーン２２とを遮断する方向に移動しやすくなるため、可塑化ゾーン２１から高圧混練ゾーン２２への新たな溶融樹脂の流動が抑えられるとともに、物理発泡剤の可塑化ゾーン２１への漏洩も防止することができる。従って、本実施形態の混練装置２００を用いた製造方法によれば、高圧混練ゾーン２２に溶融樹脂を滞留させた状態で混練工程及び分離工程を繰り返し行うことができる。これにより、例えば、物理発泡剤（加圧二酸化炭素）への溶解度が低い機能性材料であっても、高濃度で機能性材料が分散された熱可塑性樹脂成形体を得ることができる。このとき、既述したように、高圧混練ゾーン２２と減圧ゾーン２３との連通及び遮断を繰り返すために、スクリュ２０の正回転と逆回転とを小刻みに繰り返してもよいし、スクリュ２０の所定回転数以上の逆回転と、スクリュ２０の回転の停止あるいはスクリュ２０の逆回転の回転数の低下とを小刻みに繰り返してもよい。物理発泡剤を連続的に導入しながら、高圧混練ゾーン２２と減圧ゾーン２３との連通及び遮断を繰りかえすことにより、高圧混練ゾーン２２の圧力を上下させつつ、過剰の物理発泡剤をスクリュ剪断を加えながら連続的に溶解させることもできる。
【００７４】
溶融樹脂からガス化した物理発泡剤を分離するにあたり、減圧ゾーン２３の温度を他のゾーンよりも低い温度に制御してもよい。これにより、溶融樹脂の粘度が上昇し、ベントアップを抑制することができる。ベントアップの主原因は、物理発泡剤が混錬されることで樹脂粘度が低下した状態になり、排気のため急減圧されることで樹脂が体積膨張してしまうことだと考えられる。本実施形態では、減圧ゾーン２３の冷却を行い、溶融樹脂を半固化状態とすることで、ベントアップを抑制できる。
【００７５】
減圧ゾーンの冷却方法としては、減圧ゾーン２３に冷却機構等の温度調節機構が設けられてもよい。実施形態では、冷却機構として、可塑化シリンダ２１０の減圧ゾーン２３の周囲に冷却ジャケット（不図示）を設けた。減圧ゾーンと他のゾーンとの温度差は、樹脂種類や物理発泡剤を含有した際の粘度変化により適正値が変わるので任意であるが、１０〜１００℃の範囲が好ましい。例えば、可塑化シリンダの可塑化ゾーン２１、溶高圧混練ゾーン２２及び再溶融ゾーン２４をバンドヒータで２４０〜２８０℃に制御し、減圧ゾーン２３は、冷却ジャケットにより、１９０〜２３０℃に制御されることが好ましい。尚、冷却機構は冷却ジャケットに限定されず、減圧ゾーン圧力調整機構２１９に冷却機構を設け、それにより減圧ゾーンを冷却してもよい。この場合、減圧ゾーン圧力調整機構２１９は、減圧ゾーン２３の圧力と共に、温度も制御する機能を有する。例えば、減圧ゾーン圧力調整機構２１９のバファ容器５の下部で減圧ゾーン２３に接触する部位に、冷却水の流れる通水穴を設け、水を常時流通させる形態である。これにより、減圧ゾーン２３における可塑化シリンダ２１０の上面を周囲の可塑化シリンダ温度に対して冷却できる。流通させる水は、例えば、３０℃程度の低温の水を用いることができる。
【００７６】
また、成形機１０００の減圧ゾーン圧力調整機構２１９のバッファ容器５は、ベントアップが生じたとき、樹脂トラップとして機能してもよい。バッファ容器５は、下部がベント２０３に通じ、上部の開口は蓋６で封止される。蓋６の下部には、蓋６がバッファ容器５を封止した時にバファ容器５内部へ延びるアームが設けられ、該アームの先端には、気体のみを透過するフィルタ９が接続されている。図２に示すように、減圧ゾーン圧力調整機構２１９の排気機構１及び加圧機構２は、配管によりバッファ容器５に接続されるが、その接続口５ａ、５ｂは、蓋６のバッファ容器５封止時に、フィルタ９よりも蓋６の側に位置する。このように構成することで、ベント２０３から溶融樹脂のベントアップが生じた場合に、溶融樹脂はバッファ容器５にトラップされ、且つフィルタ９によりブロックされフィルタ９より蓋６側には侵入しない。したがって、溶融樹脂が排気機構１及び加圧機構２の接続口５ａ、５ｂから配管に進入し、配管を閉塞する虞がない。また、蓋６及びフィルタ９は容器５から脱着可能であるので、ベントアップした樹脂を取り除き、容器５、蓋６及びフィルタ９の洗浄も容易に行える。このような樹脂トラップとして機能するバファ容器５を用いることは、特に、混練装置２００の駆動の条件出しの過程において有効である。
【００７７】
更に、本実施形態では、図３及び図４に示すように、物理発泡剤が排気されるとき、スクリュ２０のフラット部２０Ｂの少なくとも一部が、減圧ゾーン２３に位置していてもよい。上述のように、本実施形態では、溶融樹脂のベントアップを抑制するために、減圧ゾーン２３の温度は他のゾーンより低く制御され、溶融樹脂は、粘度が上昇し半固化状態となる。スクリュのフライトは、本来、低粘度の溶融樹脂を移動させる目的でスクリュに設けられており、このような高粘度の溶融樹脂に対しては、反対に溶融樹脂の移動の妨げとなる。本実施形態では、減圧ゾーン２３に位置するスクリュ２０（２０Ｂ）がフライトを有さないため、半固化状態の樹脂はスリュ２０のフラット部２０Ｂの外周全体に巻きつき、更に、後方の溶融樹脂に押し出されて下流の再溶融ゾーン２４に移動する。
【００７８】
過剰な物理発泡剤がガス化して溶融樹脂から分離されると、溶融樹脂は減圧ゾーン２３の下流に位置する再溶融ゾーン２４に送られる。本実施形態では、再溶融ゾーン２４において、半固化状態の樹脂を加熱し、再溶融させる。
【００７９】
次に、スクリュ背圧を減圧ゾーン２３の圧力（第１の圧力）以上の圧力（第２の圧力）に制御し、ガス化した物理発泡剤を分離した前記溶融樹脂を所定量計量する（図１のステップＳ７）。本実施形態では、上述のように高圧混練ゾーン２２と、それより下流の減圧ゾーン２３等とは下流側シール機構Ｓ２によって遮断可能であり、更に、減圧ゾーン２３は所定の圧力（第１の圧力）に制御される。したがって、計量される溶融樹脂の圧力及び可塑化シリンダ内の圧力は、物理発泡剤の導入圧力に依存することなく、減圧ゾーン２３の圧力（第１の圧力）に安定に制御されている。この減圧ゾーン２３の圧力（第１の圧力）以上の圧力（第２の圧力）をスクリュ背圧とすることで、スクリュは前方に送られた樹脂により急激に後方へ押し戻されることなく、安定して溶融樹脂を所定量計量できる。本実施形態では、ショット毎の溶融樹脂の可塑化計量時間及び計量される樹脂量（金型に充填される樹脂量）の変動が抑制され、安定した発泡射出成形を行うことができる。ここで、溶融樹脂の「可塑化計量時間（計量時間）」とは、溶融樹脂を金型に射出充填した後、次のショットのための溶融樹脂を可塑化計量するためにスクリュが回転を開始した時点から、スクリュの回転により溶融樹脂が可塑化シリンダ前方へ送られ、その樹脂圧力によりスクリュが可塑化計量完了位置まで後退した時点までの時間を意味する。
【００８０】
スクリュ背圧（第２の圧力）は、減圧ゾーン２３の圧力（第１の圧力）より、０．５〜５ＭＰａ高いことが好ましく、２〜３ＭＰａ高いことが更に好ましい。第２の圧力が第１の圧力より高過ぎると、可塑化軽量時にスクリュは後退し難くなり、スクリュによる溶融樹脂の計量動作は不安定になる、また、可塑化計量時間が長くなるので１ショットの成形品を得るために要する時間（サイクルタイム）が長くなり生産性が低下する。
【００８１】
また、発泡成形体の外観特性を向上させる為には、金型へ物理発泡剤を含む溶融樹脂を充填する際に物理発泡剤と溶融樹脂の分離を抑制する必要がある。減圧ゾーン２３の圧力（第１の圧力）が高すぎると、溶融樹脂が金型キャビティに充填された際、充填前後の差圧が大きくなり、充填時に流動部先端で物理発泡剤が溶融樹脂から分離する。これにより、スワールマークと称する、引き延ばされた様な模様や、セルの肥大化による破泡が発生し、良外観が得られない。また、スクリュ背圧（第２の圧力）が減圧ゾーン２３の圧力（第１の圧力）より低いと、スクリュが物理発泡剤の圧力により後退し、シリンダ先端の内部で物理発泡剤と溶融樹脂が分離した状態で金型内に充填されるので同様にスワールマークや破泡が発生し良外観が得られない。
【００８２】
したがって、発泡成形品の外観特性を向上させる観点からは、減圧ゾーン２３の圧力（第１の圧力）が６ＭＰａ以下であることが好ましく、２〜４ＭＰａであることが更に好ましく、それに加えて、スクリュ背圧（第２の圧力）が、第１の圧力より０．５ＭＰａ〜５ＭＰａ高いことが好ましく、２〜３ＭＰａ高いことが更に好ましい。減圧ゾーン２３の圧力（第１の圧力）を６ＭＰａ以下の低圧に設定することで、金型充填前後の差圧が小さくなり、物理発泡剤と溶融樹脂の分離が抑制される。また、スクリュ背圧（第２の圧力）を第１の圧力より高くすることで、シリンダ先端部での物理発泡剤と溶融樹脂の分離も抑制されるので、スワールマークや破泡が抑制される。
【００８３】
次に、上述のように圧力を制御した溶融樹脂を発泡させ、且つ、所望の形状に成形する（図１のステップＳ８）。本実施形態では、可塑化計量が終了した後、スクリュ駆動機構２６０によりスクリュ２０を前進させ、所定の内部形状を有する金型内に溶融樹脂を射出充填し、物理発泡剤を含む溶融樹脂を急減圧して発泡セルが形成された成形体（発泡成形体）を製造する。本実施形態では、溶融樹脂を可塑化シリンダ２１０の先端部から、型締めユニット２５０のキャビティ２５３内に射出し、保圧をかけずに金型をわずかに開き（コアバック）成形体を完成させる。
【００８４】
以下、本発明を実施例に基づき更に具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【実施例】
【００８５】
［実施例１］
本実施例では、図２に示す混練装置２００を備える成形機１０００を用いて、機能性材料が分散した熱可塑性樹脂成形体（発泡成形体）を発泡射出成形により製造した。物理発泡剤としては、加圧二酸化炭素を用いた。熱可塑性樹脂としては、ガラス繊維を３０％含有する６ナイロンを、機能性材料としては、有機金属錯体であるヘキサフルオロアセチルアセトナパラジウム（ＩＩ）を、機能性材料を溶解する溶媒としてはフッ素系有機溶媒であるパーフルオロペンチルアミンを用いた。尚、１ショット毎の溶融樹脂に対し、二酸化炭素の濃度が２．５ｗｔ％、有機金属錯体の濃度が約１００ｐｐｍとなるように混合加圧流体の導入量を調整した。また、減圧ゾーン２３の圧力は２ＭＰａ、スクリュ背圧は５ＭＰａに制御した。
【００８６】
［成形機］
上述したように、図２に示す成形機１０００は、物理発泡剤供給装置１００と、混練装置２００と、型締めユニット２５０と、物理発泡剤供給装置１００、混練装置２００及び型締めユニット２５０を動作制御する制御装置（不図示）を備える。物理発泡剤供給装置１００は、加圧二酸化炭素と、機能性材料を溶媒に溶解させた溶液Ｃとを混合して混合加圧流体を調製し、該調製された混合加圧流体を可塑化シリンダ２１０に供給する。
【００８７】
物理発泡剤供給装置１００は、加圧二酸化炭素に機能性材料を溶解もしくは分散させて可塑化シリンダ２１０に導入する機構であれば任意であるが、本実施例においては注射器のように加圧二酸化炭素等を吸引、送液するシリンジポンプを備えた供給装置を用いた。本実施例の物理発泡剤供給装置１００は、加圧二酸化炭素と機能性材料を混合して供給する装置であり、サイフォン式の二酸化炭素ボンベ１０１より液体二酸化炭素を吸引した後、加圧して液体二酸化炭素を供給する二酸化炭素用シリンジポンプ１０２と、機能性材料含有液体Ｃを加圧して供給する溶液用シリンジポンプ１１２より構成される。各シリンジポンプ１０２、１１２は圧力制御と流量制御が可能である。液体二酸化炭素ボンベ１０１と二酸化炭素用シリンジポンプ１０２とを接続する配管及び二酸化炭素用シリンジポンプ１０２と可塑化シリンダ２１０とを接続する配管にはそれぞれ、吸引用エアオペレートバルブ１０４及び供給用エアオペレートバルブ１０５が配設されている。また、溶液槽１１１と溶液用シリンジポンプ１１２とを接続する配管及び溶液用シリンジポンプ１１２と可塑化シリンダ２１０とを接続する配管にはそれぞれ、吸引用エアオペレートバルブ１１４及び供給用エアオペレートバルブ１１５が配設されている。
【００８８】
［成形方法］
まず、吸引用エアオペレートバルブ１０４を開放して、液体二酸化炭素ボンベ１０１から液体二酸化炭素を吸引する。次に、二酸化炭素用シリンジポンプ１０２の圧力制御により所定圧力まで液体二酸化炭素を加圧する。本実施例では、二酸化炭素用シリンジポンプ１０２のヘッドと途中の経路を１０℃に冷却し、圧力が１０ＭＰａ、温度が１０℃の加圧二酸化炭素を調製した。
【００８９】
また、溶液用シリンジポンプ１１２側の吸引用エアオペレートバルブ１１４を開放して、溶液槽１１１から溶媒に機能性材料させた溶液Ｃをフィルタ１１３を介して常温で吸引し、溶液用シリンジポンプ１１２の圧力制御により所定圧力まで溶液Ｃを加圧する。本実施例では、溶液Ｃを１０ＭＰａに加圧した。
【００９０】
次に、供給用エアオペレートバルブ１０５、１１５を開放した後、二酸化炭素用シリンジポンプ１０２及び溶液用シリンジポンプ１１２を圧力制御から流量制御に切替え、加圧二酸化炭素と加圧した溶液Ｃとを所定の流量比となるように流動させる。これにより、配管内で加圧二酸化炭素と溶液Ｃとが混合され、且つ可塑化シリンダ２１０内に混合加圧流体を導入する導入バルブ２１２までの系内を加圧する。本実施例では、加圧二酸化炭素と溶液Ｃとの供給容積比を５：１に設定した。尚、加圧二酸化炭素と溶液Ｃとの容積比が一定範囲（１：１〜１０：１）の混合加圧流体を用いれば、混練工程において加圧二酸化炭素により有機金属錯体の熱分解を防止でき、また加圧二酸化炭素を溶融樹脂への有機金属錯体の分散を補助する相溶化剤として機能させることができる。また、本実施例において、混合加圧流体中の機能性材料の濃度は、飽和溶解度の１０〜２０％程度に制御した。
【００９１】
一方、混練装置２００において、樹脂供給用ホッパ２１１から熱可塑性樹脂を供給し、可塑化ゾーン２１の外壁面に設けられたバンドヒータ（図示せず）により可塑化ゾーン２１を加熱し、スクリュ２０を正回転させた。これにより、該熱可塑性樹脂を過熱、混練し、溶融樹脂とした。本実施例では、溶融樹脂の温度が２１０〜２４０℃となるように可塑化シリンダ２１０の可塑化ゾーン２１を加熱した。
【００９２】
スクリュ２０を正回転することにより、溶融樹脂を可塑化ゾーン２１から高圧混練ゾーン２２に流動させた。そして、高圧混練ゾーン２２と、減圧ゾーン２３及び可塑化ゾーン２１とを遮断するため、可塑化計量完了位置よりも２０ｍｍ手前（金型側位置）でスクリュ２０の回転を一旦停止した後、スクリュ２０を逆回転させた（回転数：５０ｒｐｍ）。これにより、上流側及び下流側シールリング４０、６０を上流側に移動させて、円錐台部３１、５１のテーパ面とテーパ部４２、６２のテーパ面とを当接させ、さらに上流側及び下流側シールリング４０、６０をスクリュ２０と共回りさせることにより、上流側及び下流側シールリング４０、６０の内周面とスクリュ２０の外周面との間の隙間Ｇを閉口し、高圧混練ゾーン２２と、減圧ゾーン２３及び可塑化ゾーン２１とを遮断した。
【００９３】
図２に示すように、可塑化シリンダ２１０の導入口２０２には、加圧流を導入するための導入バルブ２１２が設けられている。この導入バルブ２１２は、可塑化シリンダ２１０の導入口２０２と連結された基端部に流体供給口２１８を有するとともに、内部に導入ピストン２１７を有している。従って、導入ピストン２１７で流体供給口２１８を開放することによって、物理発泡剤供給装置１００から可塑化シリンダ２１０に混合加圧流体が任意のタイミングで導入される。本実施例では、上流側及び下流側シール機構Ｓ１、Ｓ２によって高圧混練ゾーン２２をシールした後、シリンジポンプ１０２、１１２の駆動にあわせて、流体供給口２１８を開放して混合加圧流体を導入し、混合加圧流体が高圧混練ゾーン２２に１秒間滞留するように、流量制御にてショット毎、間欠的に混合加圧流体を導入し、溶融樹脂と混合加圧流体とを接触混練した。本実施例では、圧力１０ＭＰａ、温度１０℃とした混合加圧流体を、成形体１ショット（重量７５ｇ）に対し、３．５ｗｔ％導入した。
【００９４】
本導入バルブ２１２直下に設けた圧力センサ２５のモニターした、可塑化シリンダ２１０の内部の圧力は、混合加圧流体の導入前は２ＭＰａであり、混合加圧流体の導入後は、最高９ＭＰａに上昇した。
【００９５】
一方、下流側シール機構Ｓ２により、高圧混練ゾーン２２と減圧ゾーン２３との連通が遮断されているとき、減圧ゾーン２３の圧力を減圧ゾーン圧力調整機構２１９により、大気圧以上で且つ高圧混練ゾーン２２の最高到達圧力以下の一定の圧力に制御した。本実施例では、２ＭＰａに背圧弁を設定し、減圧ゾーン２３の圧力を、常時、２ＭＰａに制御した。成形開始前には、加圧機構２を用いて加圧窒素を減圧ゾーン２３に導入することにより減圧ゾーンを加圧し、ベントアップを抑制した。成形開始後には、図示しないバルブを閉鎖し、背圧弁の機能により排気のみ行った。
【００９６】
高圧混練ゾーン２２に導入された混合加圧流体を、高圧混練ゾーン２２で溶融樹脂中に高圧状態で分散させた後、スクリュ２０を正回転（スクリュを可塑化する回転方向）する、又はスクリュ２０の逆回転の回転数を低減させることで、高圧混練ゾーン２２と減圧ゾーン２３とを連通させた。本実施例では、スクリュ２０の逆回転の回転数を低下させて（回転数：３０ｒｐｍ）、上流側及び下流側シールリング４０、６０を元の下流側の位置に戻し、円錐台部３１、５１のテーパ面とテーパ部４２、６２のテーパ面とを離間させ、上流側及び下流側シールリング４０、６０の内周面とスクリュ２０の外周面との間の隙間Ｇを開口させて、高圧混練ゾーン２２と減圧ゾーン２３を連通させた。次いで、スクリュ２０を正回転に戻し、溶融樹脂を減圧ゾーン２３へ流動させた。
【００９７】
減圧ゾーン２３へ流動した溶融樹脂及び混合加圧流体は、減圧ゾーンの設定圧力の２ＭＰａまで圧力が低下した。これにより、余剰な加圧二酸化炭素はガス化して溶融樹脂から分離した後、可塑化シリンダ２１０のベント２０３を経て減圧ゾーン圧力調整機構２１９の排気口１１より排気された。このような溶融樹脂の雰囲気の圧力（溶融樹脂の周囲の圧力）の制御によって、溶融樹脂中の物理発泡剤濃度は飽和溶解度に近づいたと推察される。
【００９８】
本実施例では、減圧ゾーン２３を冷却ジャケットにより冷却し、他のゾーンと比較して５０℃低い温度に制御した。具体的には、減圧ゾーンは１９０℃、混練ゾーンは２４０℃、再溶融ゾーンは２４０℃とした。これにより、減圧ゾーン２３において溶融樹脂は高粘度化し、ベント２０３からのベントアップは発生しなかった。尚、冷却ジャケット等の減圧ゾーン２３の温度を他のゾーンより低い温度に制御する機構が設けられていない可塑化スクリュを用いた場合には、減圧ゾーン２３の温度を２１０℃以下にすることはできず、溶融樹脂のベントアップが発生した。
【００９９】
更に、本実施例では、二酸化炭素が排気されるとき、スクリュ２０のフライトを有さないフラット部２０Ｂが減圧ゾーン２３に位置していた。よって、冷却され高粘度化した溶融樹脂であっても、下流の再溶融ゾーン２４に効率的に流動させることができた。
【０１００】
次に、２４０℃に設定された再溶融ゾーン２４において、溶融樹脂を加熱、再溶融した後、スクリュ２０の第１フライト部２０Ａにより可塑化シリンダ２１０の先端部に送り、可塑化計量を完了した。その後、シャットオブバルブ３６を開放して、キャビティ２５３内に溶融樹脂を射出充填した後、保圧をかけずに金型を２.０ｍｍ開き（コアバック）それにより成形体内部を急減圧し内部に発泡セルを有する発泡成形体を得た。
【０１０１】
以上説明した成形体の射出成形を連続して１００ショット行い、１００個の発泡成形体を得た。また、導入バルブ２１２直下に設けられた圧力センサ２５によって、１００ショットの可塑化シリンダ内の圧力の変動をモニターした。その結果、混合加圧流体の導入前の圧力は２ＭＰａと一定であり、導入時の最高到達圧力も、９±０．５ＭＰａであり、ショット間で大きな変動はみられなかった。
【０１０２】
得られた１００個の発泡成形体は、１００個全てが薄茶色に着色され、各成形体の色調における個体差は認められなかった。これから、有機金属錯体が各成形体に導入され、更に、各ショット間において、各成形体に導入された有機金属錯体の量に差はないと推察される。
【０１０３】
本実施例において得られた１００個の発泡成形体は、コアバック後の発泡成形体と同じ厚みを有するソリッド（無発泡の成形体）と比較して比重が３５％軽量化した。また、発泡成形体における、射出成形時に金型のゲート近傍に位置していた部分の平均セル径は３０μｍ程度と微細であり、発泡セルの密度も高かった。また、本実施例において表面に膨れが発生した成形体は存在しなかった。このことから、可塑化シリンダ内で溶融樹脂と物理発泡剤の分離は生じなかったと推察される。
【０１０４】
また、１００ショットそれぞれの溶融樹脂の計量時間を測定した。この結果、計量時間のばらつきは２．５％程度と小さかった。また、得られた１００個の発泡成形体の重量のばらつきは、０.５０％程度と小さかった。これらの結果から、スクリュによる溶融樹脂の計量動作は安定していたことがわかった。
【０１０５】
［メッキ膜の形成］
得られた発泡成形体に有機金属錯体が良好に分散されていることを確認するため、成形体に無電解メッキ処理を行った。まず、成形体を８５℃の１，３−ブタンジオール７５ｖｏｌ％水溶液に１０分間浸漬させた後、８５℃の無電解ニッケルめっき液に１５分浸漬した。１００個の発泡成形体にメッキを施したところ、１００個の成形体全ての全面にメッキ膜が形成され、メッキ膜の膜抜け等の不良は発生しなかった。
【０１０６】
更に、無電解メッキ膜の上に、光沢電解Ｃｕメッキを２０μｍ、光沢電解Ｎｉメッキを２０μｍ形成し、プラスチックメッキ部品を得た。得られたプラスチックメッキ部品は、比重が０．９と軽量であり、外観は装飾めっき部品と同等の金属の質感を有した。更に、得られたプラスチックメッキ部品のヒートショック試験を行った。本実施例では、９０℃と−３５℃の環境下に、プラスチックメッキ部品を交互に置くことを３サイクル繰り返した。その結果、メッキ膜の膜膨れ等の問題は生じなかった。
【０１０７】
本実施例では、減圧ゾーン２３の圧力を所定の圧力（第１の圧力）に制御し、更に、減圧ゾーン２３の圧力（第１の圧力）以上の圧力（第２の圧力）をスクリュ背圧として、樹脂の可塑化計量を行った。これにより、ショット毎の溶融樹脂の可塑化計量時間及び可塑化計量される樹脂量（金型に充填される樹脂量）の変動が抑制された。
【０１０８】
［実施例２］
本実施例では、図１０に示す成形機３０００を用いて、発泡成形体を発泡射出成形により製造した。成形機３０００は、物理発泡剤供給装置１００の代わりに、シリンジポンプを有さない物理発泡剤供給装置４００を用い可塑化シリンダ２１０へ物理発泡剤を供給する以外は、図２に示す成形機１０００と同様の構成である。本実施例では、物理発泡剤として加圧窒素を用い、熱可塑性樹脂は実施例１と同様のものを用いた。本実施例においては、物理発泡剤の導入量を計測して可塑化シリンダ２１０へ供給することは行なわなかった。また、本実施例では、機能性材料は用いなかった。本実施例では、減圧ゾーン２３の圧力を４ＭＰａ、スクリュ背圧は６．５ＭＰａに制御した。
【０１０９】
物理発泡剤供給装置４００は、内圧１４ＭＰａの窒素ボンベ１５１内の窒素を容積３０ｍｌの小型容器１５４を経由させて、導入口２０２から可塑化スクリュ２１０内へ供給する装置である。窒素ボンベ１５１と小型容器１５４の間には、減圧弁１５２及び逆流防止弁１５３が設けられ、小型容器１５４と導入口２０２の間には、圧力計１５５が設けられる。
【０１１０】
物理発泡剤供給装置４００において、窒素ボンベ１５１の窒素ガスを逆流防止弁１５３を経て小型容器１５４に貯蔵した。このとき、窒素ガスは、圧力計１５５の表示が１０ＭＰａになるように減圧弁１５２で減圧した。
【０１１１】
実施例１と同様に、混練装置２００で熱可塑性樹脂を可塑化溶融し、溶融樹脂を高圧混練ゾーン２２流動させ、実施例１と同様に、スクリュ２０を逆回転させて、上流及び下流シール機構Ｓ１、Ｓ２により、高圧混練ゾーン２２と、減圧ゾーン２３及び可塑化ゾーン２１とを遮断し、スクリュ２０を停止させた後、次いで、高圧混練ゾーン２２に物理発泡剤を供給した。このとき、物理発泡剤の導入量は計量せず、小型容器１５４の内の物理発泡剤の圧力を示す圧力計１５５の値と、高圧混錬ゾーン２２における圧力センサ２２の値が等しくなったタイミングにあわせ導入バルブ２１２を閉鎖し、供給を止めた。
【０１１２】
一方、下流側シール機構Ｓ２により、高圧混練ゾーン２２と減圧ゾーン２３とが遮断されているとき、減圧ゾーン２３の圧力を減圧ゾーン圧力調整機構２１９により４ＭＰａに制御した。
【０１１３】
次に、実施例１と同様に、下流側シール機構Ｓ２により高圧混練ゾーン２２と減圧ゾーン２３とを連通させ、物理発泡剤が導入された溶融樹脂を下流の減圧ゾーン２３へ流動させた。
【０１１４】
減圧ゾーン２３へ流動した溶融樹脂及び物理発泡剤は、実施例１と同様に、減圧され、余剰な物理発泡剤を排気口１１より排気した。このとき、ベント２０３からベントアップは発生しなかった。このような溶融樹脂の雰囲気の圧力（溶融樹脂の周囲の圧力）の制御によって、溶融樹脂中の物理発泡剤濃度は、飽和溶解度に近づいたと推察される。更に、実施例１と同様に、溶融樹脂を下流の再溶融ゾーン２４に送り可塑化計量完了後、キャビティ２５３内に対して７５％の充填率となる様に溶融樹脂を射出充填し発泡成形体を得た。
【０１１５】
以上説明した発泡射出成形を連続して１００ショット行い、１００個の発泡成形体を得た。また、導入バルブ２１２直下に設けられた圧力センサ２５によって、１００ショットの可塑化シリンダ内の圧力の変動をモニターした。その結果、物理発泡剤の導入前の圧力は４ＭＰａと一定であり、導入時の最高到達圧力も、８±０．２ＭＰａであり、各ショット間で大きな変動はみられなかった。
【０１１６】
本実施例において得られた１００個の成形体は、ソリッド（無発泡の成形体）と比較して比重が１５％軽量化した。また、発泡成形体における、射出成形時に金型のゲート近傍に位置していた部分の平均セル径は１０〜２０μｍ程度と微細であり、発泡セルの密度も高かった。また、本実施例において表面に膨れが発生した成形体は存在しなかった。このことから、可塑化シリンダ内で溶融樹脂と物理発泡剤の分離は生じなかったと推察される。
【０１１７】
また、１００ショットそれぞれの溶融樹脂の計量時間を測定した。この結果、計量時間のばらつきは２．５％程度と小さかった。また、得られた１００個の発泡成形体の重量のばらつきは、０.５０％程度と小さかった。これらの結果から、溶融樹脂の計量動作は安定していたことがわかった。
【０１１８】
本実施例では、物理発泡剤として窒素ボンベ１０１の窒素ガスを加圧せず、且つ厳密な流量制御を行わずに可塑化シリンダへ導入した。本実施例では、射出前に溶融樹脂中の物理発泡剤の濃度を制御するので、物理発泡剤の可塑化シリンダ２１０への導入段階でその導入量を厳密に制御する必要がなく、また、導入圧力を高圧とする必要もない。よって、物理発泡剤供給装置４００は、流量制御装置及び加圧装置を有する必要がなく、低コスト化が図れる。
【０１１９】
［比較例１］
本比較例では、スクリュ背圧を０．５ＭＰaと設定したこと以外は実施例１と同様の装置、同様の方法を用いて、成形体の射出成形を連続して１００ショット行い、１００個の発泡成形体を得た。
【０１２０】
得られた１００個の発泡成形体は、ソリッド（無発泡の成形体）と比較して比重が３５％軽量化した。しかし、１００ショットそれぞれの溶融樹脂の計量時間を測定した結果、計量時間のばらつきは１０％程度と実施例１に比べ大きくなった。発泡成形体の重量のばらつきも、６．５％と実施例１と比較して大きくなった。また、発泡成形体における、射出成形時に金型のゲート近傍に位置していた部分の平均セル径は、６０〜８０μｍ程度と実施例１と比較して肥大化していた。
【０１２１】
更に、１００個中２０個の発泡成形体では、発泡セルの破泡が発生し、表面にはスワールマークが生じた。これら２０個の発泡成形体では、射出成形時に金型のゲート近傍に位置していた部分の平均セル径は、６０〜１００μｍ程度と更に肥大していた。破泡が発生した２０個の発泡成形体は、破泡が発生しなかった発泡成形体と比較して、溶融樹脂の計量時間が約２０％程度短くなっていた。
【０１２２】
以上の結果から、本比較例では、減圧ゾーン２３で設定された２ＭＰaの圧力よりも、スクリュ背圧が０．５ＭＰａと低いため、可塑化シリンダ２１０の先端部に供給された樹脂圧力によりスクリュ２０が後方に急激に押し戻され、可塑化計量時の可塑化シリンダ２１０先端部の樹脂密度が安定せず、金型への樹脂充填量にばらつきが生じ、破泡やセル肥大化、スワールマークが生じたと推察される。
【０１２３】
［メッキ膜の形成］
実施例１と同様の方法を用いて、得られた発泡成形体１００個に無電解メッキ処理を行い、更に、無電解メッキ膜の上に、光沢電解Ｃｕメッキを２０μｍ、光沢電解Ｎｉメッキを２０μｍ形成し、プラスチックメッキ部品を得た。
【０１２４】
１００個の発泡成形体全ての全面にメッキ膜が形成され、メッキ膜の膜抜け等の不良は発生せず、得られたプラスチックメッキ部品は、比重が０．９と軽量であった。しかし、スワールマークが発生した発泡成形体では、スワールマークのため良外観は得られなかった。
【０１２５】
更に、１００個のプラスチックメッキ部品に、実施例１と同等のヒートショック試験を行った。この結果、破泡が発生していた発泡成形体の一部は、メッキ膜の膜膨れ等が生じた。この原因は、発泡成形体の内部のセル径が肥大したことにより、発泡成形体の機械物性が部分的に低下したためと推察される。
【０１２６】
［比較例２］
本比較例では、物理発泡剤を接触混練した溶融樹脂の圧力を制御せずに、発泡射出成形方法により発泡成形体を製造した。つまり従来の発泡射出成形と同様な形態にて成形を行なった。成形機としては、減圧ゾーン圧力調整機構２１９を有していないこと、ベント２０３のような余剰な物理発泡剤を排出する排出口を有さないこと、及びスクリュ２０の代わりに、フラット部２０Ｂを有さずに全体にフライトが設けられている通常のスクリュを有すること以外は実施例２で用いた成形機３０００と同様の形態の成形機を用いた。熱可塑性樹脂、物理発泡剤及びシリンダへの物理発泡剤の導入方法は、実施例２と同様としたが、本比較例では、高圧混練ゾーン２３と減圧ゾーン２２の連通は遮断せず、また、減圧ゾーン２３の圧力制御及び可塑化シリンダ２１０からの物理発泡剤の排気も行わなかった。スクリュ背圧は実施例２と同様の６．５ＭＰａとした。
【０１２７】
まず、実施例２と同様に、混練装置２００で熱可塑性樹脂を可塑化溶融し、溶融樹脂を高圧混練ゾーン２２流動させた。本比較例では、高圧混練ゾーン２２と、減圧ゾーン２３を連通させたまま、導入バルブ２１２を開き、内圧１４ＭＰａの窒素ボンベ１５１内の窒素を容積３０ｍｌの小型容器１５４を経由させて、導入口２０２から可塑化スクリュ２１０内へ供給した。このとき、窒素ガスは、圧力計１５５の表示が１０ＭＰａになるように減圧弁１５２で減圧した。
【０１２８】
その後、スクリュ２０を正回転させて溶融樹脂を可塑化シリンダ２１０の先端部に送り、可塑化計量を完了させ、実施例２と同様に、キャビティ２５３内に対して７５％の充填率となる様に溶融樹脂を射出充填し発泡成形体を得た。得られた発泡成形体は、成形体内部の発泡により所望の形状を得ることが出来た。
【０１２９】
以上説明した発泡射出成形を連続して１００ショット行い、１００個の発泡成形体を得た。また、導入バルブ２１２直下に設けられた圧力センサ２５によって、１００ショットの可塑化シリンダ内の圧力の変動をモニターした。その結果、物理発泡剤の導入時の最高到達圧力は、７〜９ＭＰａと、ショット間で大きな変動がみられた。本比較例では、高圧混練ゾーン２３と減圧ゾーン２２の連通は遮断していないので、減圧ゾーン２３におけるシリンダ内圧力も同様の値を示し変動した。溶融樹脂の粘度及び密度、並びに物理発泡剤導入部の内圧がショット毎に変動するため、導入バルブ２１２から導入される物理発泡剤の実際の導入量は変動したものと推定される。
【０１３０】
得られた１００個の発泡成形体は、ソリッド（無発泡の成形体）と比較して比重が１５％軽量化した。しかし、１００ショットそれぞれの溶融樹脂の計量時間を測定した結果、計量時間のばらつきは２０％程度と実施例２に比べ大きくなった。発泡成形体の重量のばらつきも、２．５％程度と実施例２と比較して大きくなった。
【０１３１】
更に、１００個中２０個の発泡成形体では、キャビティ２５３の末端部まで樹脂が充填しておらず、所望の形状が得られていない発泡成形体（ショートショット）であり、更に、表面に膨れやスワールマークなどの外観不良が生じていた。
【０１３２】
以上の結果から、本比較例では、減圧ゾーン２３の圧力制御及び可塑化シリンダ２１０からの物理発泡剤の排気を行わないため、減圧ゾーン２３の圧力が安定せず、物理発泡剤と溶融樹脂との相分離が生じたと推察される。更に、可塑化シリンダ２１０内の圧力よりも、スクリュ背圧が低いため、可塑化シリンダ２１０の先端部に供給された樹脂圧力によりスクリュ２０が後方に急激に押し戻され、可塑化計量時の可塑化シリンダ２１０先端部の樹脂密度が安定せず、金型への樹脂充填量にばらつきが生じ、破泡やセル肥大化、スワールマークが生じたと推察される。
【０１３３】
以上、実施形態及び実施例を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態及び実施例に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明の範囲内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１３４】
本発明によれば、溶融樹脂計量時のスクリュ動作が安定する。このため、ショット毎の溶融樹脂の可塑化計量時間及び可塑化計量される樹脂量（金型に充填される樹脂量）の変動が抑制され、安定した発泡射出成形を行うことができる。従って、本発明によれば、発泡成形体を工業的に安定して製造することができる。
【符号の説明】
【０１３５】
２０    スクリュ
Ｓ１    上流側シール機構
Ｓ２    下流側シール機構
１００、４００  物理発泡剤供給装置
２００  混練装置
２１０  可塑化シリンダ
２１９  減圧ゾーン圧力調整機構
２５０  型締めユニット
２６０  スクリュ駆動機構
１０００、３０００  成形機
【図１】
2014156073.tif 000003
【図２】
2014156073.tif 000004
【図３】
2014156073.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
2014156073.tif 000008
【図７】
2014156073.tif 000009
【図８】
2014156073.tif 000010
【図９】
2014156073.tif 000011
【図１０】
2014156073.tif 000012