(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
射出成形機のシリンダー内にてスクリュー回転によって溶融混練された溶融樹脂に、スクリューの先端近くに設けられた発泡剤供給口から発泡剤を供給して含浸させる射出成形装置であって、
スクリュー後端部に発泡剤導入口が設けられ、同導入口に連通する発泡剤供給路がスクリュー内部に長さ方向に貫通状に設けられ、発泡剤供給路を介して発泡剤導入口に連通した発泡剤供給口がスクリュー先端近くに設けられ、
スクリューの先端近くに、前後スクリューフライトのピッチが大きくなされることによって、及び／又は、スクリュー軸径が小さくなされることによって、前後フライト間空間にこれより後端側のフライト間空間よりも大きな発泡剤含浸ゾーンを形成する拡大含浸ゾーン形成部が設けられ、拡大含浸ゾーンを臨んで発泡剤供給口が開口し、
発泡剤供給口又はスクリュー内部の発泡剤供給路には、発泡剤供給口から発泡剤供給路への溶融樹脂の入り込みを防ぐ逆流防止弁が設けられていることを特徴とする熱可塑性樹脂成形品の射出成形装置。
【請求項２】
発泡剤供給口が拡大含浸ゾーンにおける前側フライト寄りの樹脂非充満部分を臨んで開口していることを特徴とする請求項１記載の熱可塑性樹脂成形品の射出成形装置。
【請求項３】
発泡剤が樹脂に対する非反応性の二酸化炭素ガスであることを特徴とする請求項１または２記載の熱可塑性樹脂成形品の射出成形装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱可塑性樹脂成形品、特に熱可塑性樹脂発泡成形品、または溶融粘度が高く溶融成形が困難な熱可塑性樹脂の成形品の射出成形装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱可塑性樹脂発泡体を射出成形によって得る方法として、発泡剤となる炭酸ガスや窒素ガスなどの非反応性ガスを射出される溶融樹脂中に含浸させ、非反応性ガス含浸樹脂を金型内に射出し発泡させる方法がある。
【０００３】
溶融樹脂中に上記のような発泡用の非反応性ガスを含浸させる方法としては、１）シリンダー内に投入される前の固体状態の原料樹脂に予め非反応性ガスを高圧下で含浸させておく方法と、２）米国特許５１５８９８６号明細書に記載されているようにシリンダー内で溶融状態とした樹脂に非反応性ガスを含浸させる方法がある。
【０００４】
しかしながら、固体状態の原料樹脂に非反応性ガスを含浸させる前者の方法は、熱可塑性樹脂発泡体を得ることは可能であるが、非反応性ガスと樹脂との親和性が低いことから、樹脂中にガスを完全に含浸させるには、例えば成形機への樹脂の供給を停止し、耐圧チャンバー内でガスを含浸させる必要があるので、ガス飽和含浸状態に達するのに数十時間を要してしまい、工業的に実施するのは困難である。
【０００５】
一方、シリンダー内で溶融状態の樹脂に非反応性ガスを含浸させる後者の方法は、原料供給口からシリンダー内へ供給される樹脂ペレットなどを、シリンダー内のスクリューの回転により溶融するとともに、スクリューを後退させてシリンダーの先端計量部にて溶融樹脂を計量する間に、シリンダーの１箇所に設けられたガス供給口から炭酸ガスを供給するものであるが、計量中のシリンダー内の樹脂は高圧状態であるため、供給ガスの圧力を溶融樹脂圧力より高くしないと溶融樹脂にガスを注入することが困難である。また、高圧ガスを用いるには、装置自体を高圧ガスに耐える耐圧構造にしなければならず、製造コストが増大する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記従来技術の問題点に鑑み、発泡剤、特に二酸化炭素ガスなどの非反応性ガスを比較的低圧で熱可塑性樹脂に安定的かつ連続的に供給し、含浸させることができる、熱可塑性樹脂成形品の射出成形装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係る熱可塑性樹脂成形品の射出成形装置は、射出成形機のシリンダー内にてスクリュー回転によって溶融混練された溶融樹脂に、スクリューの先端近くに設けられた発泡剤供給口から発泡剤を供給して含浸させる射出成形装置であって、スクリュー後端部に発泡剤導入口が設けられ、同導入口に連通する発泡剤供給路がスクリュー内部に長さ方向に貫通状に設けられ、発泡剤供給路を介して発泡剤導入口に連通した発泡剤供給口がスクリュー先端近くに設けられ、スクリューの先端近くに、前後スクリューフライトのピッチが大きくなされることによって、及び／又は、スクリュー軸径が小さくなされることによって、前後フライト間空間にこれより後端側のフライト間空間よりも大きな発泡剤含浸ゾーンを形成する拡大含浸ゾーン形成部が設けられ、拡大含浸ゾーンを臨んで発泡剤供給口が開口し、発泡剤供給口又はスクリュー内部の発泡剤供給路には、発泡剤供給口から発泡剤供給路への溶融樹脂の入り込みを防ぐ逆流防止弁が設けられていることを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載の熱可塑性樹脂成形品の射出成形装置におけるように、請求項１記載の熱可塑性樹脂成形品の射出成形装置において、発泡剤供給口は拡大含浸ゾーンにおける前側フライト寄りの樹脂非充満部分を臨んで開口していることが好ましい。
【０００９】
請求項３記載の熱可塑性樹脂成形品の射出成形装置におけるように、請求項１または２記載の熱可塑性樹脂成形品の射出成形装置において、好ましい発泡剤は樹脂に対する非反応性の二酸化炭素ガスである。
【００１０】
本発明の成形装置では、ガス供給口が臨む部分の溶融樹脂の送りを良くするために、スクリュー先端（下流端）近く（先端からやや後端寄り、すなわちホッパー寄り）に、前後スクリューフライトのピッチが大きくなされることによって、及び／又は、スクリュー軸径が小さくなされることによって、前後フライト間空間にこれより後端側のフライト間空間よりも大きなガス含浸ゾーンを形成する拡大含浸ゾーン形成部が設けられている。そして、このガス含浸ゾーンを臨んでガス供給口が開口している。
【００１１】
また、ガス供給口又はその近くのスクリュー内部には、ガス供給口からスクリュー内のガス供給路への溶融樹脂の入り込みを防ぐ逆流防止弁が設けられている。樹脂逆流防止弁はスクリュー内部に位置し、ガス供給口近傍に設けられ、例えば、ばね式とされている。ガス非供給時は、弁はスプリング力で閉鎖されており、ガス供給路からの導入ガス圧力がスプリングの付勢力より大のときに弁は開いて、ガス供給口よりシリンダー内へガスが供給される。一方、溶融樹脂がガス供給口から逆流しようとするとスプリングの付勢力で弁が閉じ、ガス供給路への進入（逆流）が防止される。
【００１２】
本発明に使用される熱可塑性樹脂は特に限定されないが、たとえば、溶融粘度が高いため溶融成形が困難な樹脂、熱分解し易い樹脂、低沸点の添加剤もしくは熱分解し易い添加剤を含有する難成形樹脂などが挙げられる。
【００１３】
溶融粘度が高いため溶融成形が困難な樹脂としては、例えば、超高分子量ポリエチレン、超高重合度ポリ塩化ビニル、ポリテトラフルオロエチレン、ポリイミドなどのエンジニアリングプラスチック用の樹脂が挙げられる。
【００１４】
熱分解し易い樹脂としては、ポリ乳酸、ポリヒドロキシブチレート等の生分解性樹脂や、高塩素化度ポリ塩化ビニル、ポリアクリロニトリル等が挙げられる。
【００１５】
本発明で用いられる発泡剤は、樹脂と反応を起こさず、さらに樹脂を劣化させるなどの悪影響を樹脂に与えないものであれば特に限定されないが、たとえば、二酸化炭素、窒素、アルゴン、ネオン、ヘリウム、酸素等の無機系ガス、フロン、低分子量の炭化水素などの有機系ガスが挙げられる。
【００１６】
これらのうち、環境に与える悪影響が低く、そしてガスの回収が必要でない点で無機ガスが好ましく、難成形樹脂に対する溶解度が高く、樹脂の溶融効果が大きく、そして直接大気中に放出してもほとんど害がないという観点から、二酸化炭素ガスがより好ましい。なお、発泡剤は、単独で用いてもよく、あるいは２種類以上のガスを併用してもよい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ詳しく説明する。
【００１８】
図面は本発明に係る射出成形装置の１つの実施形態を示すものである。
【００１９】
射出成形装置(A) は、図１に示すように、射出成形機(1) と、これにガスを送るガス注入装置(B) とからなる。射出機成形(1) は、シリンダー(2) と、その内部に配されたスクリュー(3) とから主に構成されている。
【００２０】
スクリュー(3) には、図２、図３に示すように、その先端（下流端）近く（先端からやや後端寄り、すなわちホッパー寄り）に下記構造の拡大含浸ゾーン形成部(31)が設けられている。拡大含浸ゾーン形成部(31)は、スクリュー(3) の他の部分より、スクリュー溝が深くなされ、その結果、シリンダー(2) の内面とスクリュー軸の外面との距離が大きくなされ、且つ、前後スクリューフライト間のピッチが大きくなされた部分である。含浸ゾーン形成部(31)の設置によって、前後フライト間空間にこれより後端側のフライト間空間よりも大きな拡大含浸ゾーン(4) が形成されている。また、溶融樹脂の送りが拡大含浸ゾーン(4) において上流側よりも速くなされている。
【００２１】
そして、拡大含浸ゾーン(4) における前側フライト寄りの樹脂非充満部分(4a)を臨んでガス供給口(5) が開口している。
【００２２】
拡大含浸ゾーン形成部(31)又はその近傍スクリュー内部には、ガス供給口(5)からガス供給路(6) 内への溶融樹脂の入り込みを防止する逆流防止弁(7) が設けられている。
【００２３】
逆流防止弁(7) は、図５及び図６に示すように、ケーシング(19)と、これに収められたシャットオフ型の弁本体(71)と、弁本体(71)を閉弁方向に付勢するスプリング(8) とを備えたばね式のものである。
【００２４】
なお、逆流防止弁の材質は２００℃以上の耐熱性を有するものであれば特定されるものではないが、強度、耐熱性、摺動性、加工性の面から金属、特にステンレス鋼が好ましい。
【００２５】
ケーシング(19)には、図５に示すように、ガス供給口(5) とガス供給路(6) とを連結するガス流路(61)が内部に設けられているとともに、ガス流路(61)に弁本体(71)が進退自在に収容されている。ガス流路(61)は、ガス供給路(6) 側からガス供給口(5) 側に向かって、スプリング(8) を収める大径部(62)と、弁軸(73)を収めす小径部(63)と、弁体(75)のコーン面を受ける弁座部(65)とをこの順に連ねて備えている。
【００２６】
通常、弁本体(71)はスプリング(8) によって閉弁方向（図５における右方向）に付勢され、弁体(75)がケーシング(19)の弁座部(65)に密着されて、弁が閉じられているが、ガス供給口(6) 及びガス流路(61)にガスが供給されて来ると、その圧力はスプリング(8) の付勢力に抗して弁体(75)を開弁方向に押し、図６に示すように、ガスが逆流防止弁(7) を通過し、更にガス供給口(5) を経て、シリンダーとスクリューとの間の溶融樹脂に供給される。
【００２７】
一方、スクリュー後端部(32)には、図２及び図４に示すように、ガス注入装置(B) からガス導入管(16)を経て来るガスをガス供給路(6) へ導入するガス導入口(11)が設けられており、ガス導入口(11)はガス供給路(6) を介してガス供給口(5) に連通している。ガス導入管(16)はガス導入口(11)を覆うシールボックス(12)に接続され、シールボックス(12)内の密閉空間はガス導入口(11)に連通している。シールボックス(12)の内面とスクリュー(3) の後端部(32)の外面との間には、ガス導入口(11)の先端側および後端側にそれぞれシール材(19)が密に介在されている。一対のシール材(19)は、ガス導入管(16)とガス導入口(11)の接続部からシールボックス外へのガスリークを防ぐものである。ガス導入管(16)から来るガスはシールボックス(12)内の密閉空間からガス導入口(11)を経て、上述のように、ガス供給路(6) 次いでガス供給口(5) へと導かれる。
【００２８】
シールボックス(12)は、スクリュー(3) の前後進および回転に対しガス導入口(11)との位置がずれないように、射出成形機(1) のユニット(13)に接続アーム(14)で固定されている。
【００２９】
スクリュー(3) の回転停止時にシリンダー内のガス含浸溶融樹脂がガス圧力により樹脂供給ホッパー側へ逆流することを防止するために、図３に示すように、スクリュー(3) の拡大含浸ゾーン形成部(31)からやや後端寄りに、チェックリング(10)が取り付けられている。チェックリング(10)は、特に、ガス供給口(5) からのガス圧力が高いときに、樹脂の逆流防止に好適に用いられる。
【００３０】
射出成形装置(A) は以上のように構成されているので、ホッパー(17)から原料供給口(15)を経てシリンダー(2) 内へ原料樹脂が供給されると、原料樹脂はスクリュー(3) の回転によって溶融混練されながらシリンダー(2) の先端方向へ送られる。溶融混練された樹脂はチェックリング(10)を経て圧力開放部、即ち、拡大含浸ゾーン(4) へ送られる。一方、ガス注入装置(B) を出たガスは、導入管(16)を経てシールボックス(12)内に入り、ガス導入口(11)、ガス供給路(6) および逆流防止弁(7) を経てガス供給口(5) から拡大含浸ゾーン(4) における前側フライト寄りの樹脂非充満部分(4a)に供給され、拡大含浸ゾーン(4) 内に充填された溶融樹脂に含浸させられる。
【００３１】
そして、シリンダー(2) の先端に溶融樹脂が続けて送られて来るに伴って、図１に示すように、スクリュー(3) は送られた樹脂量に応じて徐々に後退し、シリンダー(2) の先端計量部にて所定量の溶融樹脂を計量する。
【００３２】
このようにして、計量が終了したガス含浸溶融樹脂は射出金型（図示せず）内に射出され、発泡成形品が得られる。
【００３３】
以上のように構成されて射出成形装置(A) を用いた成形方法によれば、短時間で均一に溶融樹脂中にガスを含浸させることができ、その結果、高い生産性をもって、均質で微細な発泡成形体を提供することができる。
【００３４】
（実施例１）
図１〜図６に示す上記構成の射出成形装置(A) を用いて、熱可塑性樹脂成形品を得た。
【００３５】
成形材料としてポリプロピレン（ＪＰＯ社製、モンテルＰＦ８１４）樹脂のペレットをホッパー(17)に投入し、原料供給口(15)を経てシリンダー(2) 内に供給した。シリンダー(2) の温度を２００℃にした。スクリュー(3) の回転により樹脂を溶融すなわち可塑化し、スクリュー(3) の後退により樹脂の計量を行った。溶融中、ガス注入装置(B) より６ＭＰａの圧力で、炭酸ガスを導入管(16)、シールボックス(12)、ガス導入口(11)、ガス供給路(6) 、逆流防止弁(7) 、ガス供給口(5) を経て、拡大含浸ゾーン(4) の樹脂非充満部分(4a)に供給され、拡大含浸ゾーン(4) 内に充填された溶融樹脂に含浸させられる。
【００３６】
射出成形機(1) の先端(18)より計量樹脂を射出し、成形材料へのガス含浸状態を確認した。射出された成形材料は均一に発泡しており、計量樹脂間でのガス含浸状態の差は見られなかった。
【００３７】
次いで、上記ガス含浸成形材料を金型キャビティーに、キャビティー体積の約１／２の量充填し、金型内で冷却後に金型を開き、得られた発泡成形品を金型から取り出した。
【００３８】
成形条件は、シリンダー(2) の温度２００℃、樹脂充填速度２００ｍｍ／秒、金型温度５０℃、冷却時間６０秒とした。金型キャビティーは、直径約１００ｍｍ、高さ１３０ｍｍ、肉厚８ｍｍのコップ形状をなし、この形状に対応した寸法の成形体を得た。成形体の表面は平滑であり、平均発泡倍率は２．２倍であり、製品各部での発泡倍率誤差は５％以内であり、均一な発泡成形体が得られた。
【００３９】
【発明の効果】
本発明の熱可塑性樹脂成形品の射出成形装置では、シリンダー内のスクリュー回転によって溶融混練された溶融樹脂に、スクリューの先端近くに設けられたガス供給口から発泡用ガスを供給して含浸させる射出成形装置において、スクリューの先端近くに、前後スクリューフライトのピッチが大きくなされることによって、及び／又は、スクリュー軸径が小さくなされることによって、前後フライト間空間にこれより後端側のフライト間空間よりも大きなガス含浸ゾーンを形成する拡大含浸ゾーン形成部が設けられ、拡大含浸ゾーンを臨んでガス供給口が開口し、ガス供給口又はその近くのスクリュー内部には、ガス供給口からスクリュー内のガス供給路への溶融樹脂の入り込みを防ぐ逆流防止弁が設けられ、スクリュー後端部には、ガス供給路を介してガス供給口に連通するガス導入口が設けられているので、溶融樹脂へのガスの供給をスクリュー部分において行うことができ、したがって装置全体を耐圧構造にする必要がなく、装置自体のコストを低減することができると共に、通常の射出成形方法と同様、高い生産性をもって均質で微細な発泡成形体、又は難成形材料の成形体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】射出成形装置の１つの実施形態を示す切欠側面図である。
【図２】射出成形装置の射出成形機の全体概要を示す切欠側面図である。
【図３】スクリューの拡大含浸ゾーン形成部および逆流防止弁を示す拡大縦断面図である。
【図４】ガス導入管をシールボックスを介してガス導入口に接続する構造を示すもので、図４(a) はスクリュー後端部の縦断面図、図４(b) は図４(a) 中のｂ−ｂ線に沿う断面図である。
【図５】閉弁状態の逆流防止弁を示す縦断面図である。
【図６】開弁状態の逆流防止弁を示す縦断面図である。
【符号の説明】
(A) ：射出成形装置
(B) ：ガス注入装置
(1) ：射出成形機
(2) ：シリンダー
(3) ：スクリュー
(31)：拡大含浸ゾーン形成部
(32)：スクリュー後端部
(4) ：拡大含浸ゾーン
(4a)：樹脂非充満部分
(5) ：ガス供給口
(6) ：ガス供給路
(61)：ガス流路
(7) ：逆流防止弁
(71)：弁本体
(8) ：スプリング
(10)：チェックリング
(11)：ガス導入口
(12)：シールボックス
(31)：拡大含浸ゾーン形成部
(32)：スクリュー後端部
【図１】
0003590559.tif 000002
【図２】
0003590559.tif 000003
【図３】
0003590559.tif 000004
【図４】
0003590559.tif 000005
【図５】
0003590559.tif 000006
【図６】
0003590559.tif 000007