(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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二酸化炭素のガスを供給して含浸させるようになされた射出成形装置であって、溶融樹脂の圧力がスクリュー内のガス供給口から供給されるガスの圧力よりも低くなる低圧部を形成する低圧部形成部がスクリューの一部に設けられ、その低圧部形成部にガス供給口が開口され、低圧部供給部又はその近傍のスクリュー内部には、低圧部に臨むガス供給口からスクリュー内ガス供給路への溶融樹脂の入り込みを防止する逆流防止弁が設けられ、この逆流防止弁は、ケーシングと、弁本体とスプリングとを備えたバネ式のものであり、ケーシング内には、ガス供給口とガス供給路とを連結するガス流路が設けられ、このガス流路には、ラッパ状の拡径部を有する弁本体がガス供給口方向に進退自在に収容されるとともに、ガス流路のガス供給口側にはラッパ状に拡径する拡径部が形成され、ガス流路の拡径部と弁本体のラッパ状の拡径部とが、上記スプリングが上記弁本体を付勢することによって密着すると共に位置決めされ、スクリュー後方には、前記ガス供給口に連通するガス流入口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】
逆流防止弁がスクリュー内のガス供給口とガス供給路と同軸上に設けられているものである請求項１記載の熱可塑性樹脂成形品の射出成形装置。
ベニヤ板製の厚板を型枠に構成したものである。
【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常温・常圧で気体状態の不活性ガスを射出される溶融樹脂中に加圧注入して含浸させる方法がある。
溶融樹脂中に上記のような不活性ガスを加圧注入して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高圧下で含浸させておく方法、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中で溶融状態とした樹脂に含浸させる方法がある。
【０００３】
しかしながら、１）の固体状態の原料樹脂にガスを含浸させる方法は、熱可塑性樹脂発泡体を得ることは可能であるが、常温・常圧で気体状態のガス、特に不活性ガスが、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、耐圧チヤンバー内でガスを含浸させる必要があるので、飽和含浸状態になるまで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という問題点があった。
【０００４】
一方、米国特許５１５８９８６号明細書のようにシリンダー中で溶融状態とした樹脂に含浸させる方法は、原料供給口から供給される樹脂ペレットなどを、スクリューをシリンダー内で回転させながら、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の計量部に可塑化計量する間にシリンダーの１ヵ所に設けられたガス供給口から二酸化炭素ガスを供給するものであるが、計量中のシリンダ内の樹脂が高圧状態であるために、供給されるガスの圧力を溶融樹脂圧力より高圧にしないとガスを注入することが非常に困難となる。しかしながら、高圧ガスを用いるようにすると、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、製造コストが激増するという問題点があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記従来の、溶融粘度の高い熱可塑性樹脂の発泡成形品又は樹脂成形品の製造に関する問題点に鑑み、常温・常圧で気体状態のガス、特に不活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、含浸することができる、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。
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係わる熱可塑性樹脂成形品の射出成形装置は、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二酸化炭素のガスを供給して含浸させるようになされた射出成形装置であって、溶融樹脂の圧力がスクリュー内のガス供給口から供給されるガスの圧力よりも低くなる低圧部を形成する低圧部形成部がスクリューの一部に設けられ、その低圧部形成部にガス供給口が開口され、低圧部供給部又はその近傍のスクリュー内部には、低圧部に臨むガス供給口からスクリュー内ガス供給路への溶融樹脂の入り込みを防止する逆流防止弁が設けられ、この逆流防止弁は、ケーシングと、弁本体とスプリングとを備えたバネ式のものであり、ケーシング内には、ガス供給口とガス供給路とを連結するガス流路が設けられ、このガス流路には、ラッパ状の拡径部を有する弁本体がガス供給口方向に進退自在に収容されるとともに、ガス流路のガス供給口側にはラッパ状に拡径する拡径部が形成され、ガス流路の拡径部と弁本体のラッパ状の拡径部とが、上記スプリングが上記弁本体を付勢することによって密着すると共に位置決めされ、スクリュー後方には、前記ガス供給口に連通するガス流入口が設けられていることを特徴とする構成とした。
【０００７】
本発明の請求項２に係る熱可塑性樹脂成形品の射出成形装置は、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、逆流防止弁がスクリュー内のガス供給口とガス供給路と同軸上に設けられている構成とした。
【０００８】
請求項１記載の成形装置では、ガス供給口が臨む部分の溶融樹脂の圧力を、常にガス供給口から供給されるガス圧力より低い状態にし得る低圧部形成部が設けられたスクリューを備えると共に、低圧部形成部によって形成された低圧部に臨むガス供給口から、スクリュー内ガス供給路への溶融樹脂の入り込みを防止する逆流防止弁を設けて、溶融樹脂計量時、及び射出成形時スクリューが移動しても安定的にガスが供給出来る構成とした。
【０００９】
すなわち、請求項１記載の成形装置においては、スクリュー先端部手前に設けたガス供給口からスクリュー内部へのガス供給路ヘシリンダー、スクリュー間の溶融樹脂の入り込みを防止する樹脂逆流防止弁が設けられている。この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。通常は、スプリングの力でテーパーピンで面当たりして、ガス供給口は閉鎖された状態とされており、スクリュー内部供給路からの流入ガス圧力がスプリングの付勢力より大のときに開放され、ガス供給口よりシリンダー、スクリュー間の溶融樹脂にガスが含浸する一方、溶融樹脂がガス供給口から逆流ようとしても、テーパーピン構造によって閉となり、ガス供給路への進入（逆流) を防止できる構造とされている。
【００１０】
本発明に使用される熱可塑性樹脂としては、特に限定されないが、たとえば、溶融粘度が高いため溶融押出などの溶融成形が困難な樹脂、熱分解しやすい樹脂、低沸点の添加剤もしくは熱分解しやすい添加剤を含有する難成形樹脂などが挙げられる。
【００１１】
溶融粘度が高いため溶融押出などの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。  熱分解しやすい樹脂としては、ポリ乳酸、ポリヒドロキシブチレートなどの生分解性樹脂、高塩素化度ポリ塩化ビニル、ポリアクリロニトリルなどが挙げられる。
これらの樹脂には必要により適宜の発泡剤を配合してもよい。
【００１２】
二酸化炭素は、樹脂と反応を起こさず、さらにこの樹脂を劣化させるなどの悪影響を与えることがないだけでなく、難成形樹脂に対する溶解度が高く、樹脂の可塑化効果が大きく、そして直接大気中に放出してもほとんど害がない。
【００１３】
【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。
図１〜図６は本発明にかかる射出成形装置の１つの実施の形態をあらわしている。
【００１４】
図１に示すように、この射出成形装置Ａは、射出成形機１と、ガス注入装置Ｂとを備えている。
射出成形機１は、シリンダ２と、スクリュー３とを備えている。
【００１５】
スクリュー３は、図２および図３に示すように、その先端部（下流側）手前に低圧部形成部３１を備えていて、この低圧部形成部３１は、他の部分よりスクリュー溝の深さが深くすることによってシリンダ２との隙間を他の部分より大きくし、この低圧部形成部３１とシリンダ２との間に溶融樹脂圧力がシリンダ２内に供給される常温・常圧で気体状態のガス圧力より低くなる低圧部４を形成するようになされている。
【００１６】
すなわち、上記シリンダの内壁面とスクリューの外壁面との隙間が大きく、溶融樹脂の圧力がガス供給口から供給されるガスの圧力より低くなる低圧部４を形成する低圧部形成部３１がスクリューの一部に設けられているのである。
【００１７】
スクリュー３には、その低圧部形成部３１にガス供給口５が開口され、一方、スクリュー後部３２には、図２および図４に示すように、ガス注入装置Ｂからのガスを導く為のガス流入口１１が設けられており、ガス流入口１１はガス供給路６を介してガス供給口５に連通されている。
【００１８】
低圧部形成部３１又はその近傍のスクリュー内部には、低圧部４に臨むガス供給口５からスクリュー内ガス供給路６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。
【００１９】
この逆流防止弁７は、図５及び図６に示す如く、ケーシング１９と、弁本体（シャットオフ弁）７１とを備えたばね式のものである。
なお、逆流防止弁の材質は耐熱性が、２００℃以上あるものであれば特定されるものでは無いが、強度・耐熱性・摺動性・加工性の面から金属製、特にステンレス鋼が好ましい。
【００２０】
ケーシング１９は、ガス供給口５とガス供給路６（図３参照）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、弁体７２と、弁軸７３とを備えた弁本体７１が、スプリング８によりガス供給口５方向に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、弁体７２とスプリング８が収容される大径部６２とこれに連設され弁軸７３と略同径か少し大径の小径部６３と、この小径部６３からラッパ状に拡径する拡径部６５とを順に備えている。
【００２１】
通常、スプリング８によって右矢印方向に付勢された弁本体７１は、図５に示す如く、ラッパ状の拡径部７５がケーシング１９の拡径部６５（即ち、ガス流路の拡径部６５）に密着すると共に位置決めされているが、ガス供給路６及びガス流路６１にガスが供給されてくると、その圧力は弁本体の拡径部７５の裏面に掛かるため、弁本体７１はスプリング８の付勢力に抗してガス供給口５側に前進移動し、図６に示す如くガスがガス流路６１を経て、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含浸される様になされている。
【００２２】
又、スクリュー３は、その後方部３２に、ガス注入装置Ｂからのガスを導く為のガス流入口１１が設けられ、周辺は、図４に示す如く、ガスが漏れないようにシールボックス１２が設けられている。このシールボックス１２は、ガス流入口１１を密閉出来るようにシール材１２１、１２１が取り付けられてスクリュー外周と面接触している。
【００２３】
シールボックス１２にはガス注入装置Ｂからのガス流路配管１６が取り付けられ、ガスはシールボックス１２内の密閉部からガス流入口１１を経て、上述の如く、ガス供給路６及びガス流路６１へと至る。
又、シールボックス１２は、スクリュー３の前後進、回転に対しガス流入口１１と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。
【００２４】
更に、好ましくは、スクリュー３の回転停止時にシリンダー、スクリュー間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、スクリュー３の低圧部形成部３１の手前、即ち、ガス供給口５の手前（ホッパー側）には、チェックリング１０（図３参照）が取り付けられている。このチェックリング１０は、特に、ガス供給口からのガス圧力が高いときに、樹脂の逆流防止のために好適に用いられる。
【００２５】
この射出成形装置Ａは、以上のように構成されているので、原料供給口１５から原料樹脂が供給されると、原料樹脂が、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の先端に送られる。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、即ち低圧部４へ送られる。その時、ガス注入装置Ｂから送られてきているガスは、配管１６を経てシールボックス１２内に入り、ガス流入口１１、ガス供給路６、逆流防止弁７、ガス供給口５を経て樹脂に含浸される。
【００２６】
そして、スクリュー３は、シリンダ２の先端に可塑化した溶融樹脂がつぎつぎに送られてくるに伴って、図２に示すように送られた樹脂量に応じて徐々に後退し、所定量の溶融樹脂をシリンダ２の先端に計量する。
【００２７】
この様にして、可塑化計量が終了したガス含浸溶融樹脂が射出金型（図示せず）内に射出され成形品を得るのである。
以上のように、この射出成形装置Ａ、即ち請求項１記載の射出成形装置を用いて射出成形することにより、短時間で均一に溶融樹脂中にガスを含浸させることが出来、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。
【００２８】
（実施例１）
図１に示した射出成形装置を用いて、スクリュー内からのガス供給可能な装置を設置して熱可塑性樹脂成形品を得た。
ペレット樹脂をホッパー１７に投入し、原料供給口１５より射出成形装置Ａに供給した。スクリュー３を回転（計量) させ樹脂の計量を行った。可塑化中はガス注入装置Ｂより６Ｍｐａの圧力で、ガスを配管１６、シールボックス１２、ガス流入口１１、ガス供給路６、逆流防止弁７、ガス供給口５を経て、溶融樹脂に供給した。
【００２９】
〔樹脂含浸工程〕
上記方法において、成形材料としてポリプロピレン（ＪＰＯ（株）製、モンテルＰＦ８１４）樹脂を用いて、図１の射出成形装置の先端部１８より計量樹脂を吐出し、成形材料へのガス含浸状態を確認した。
射出成形装置では２００℃に加熱して可塑化を行った。
吐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。
【００３０】
〔射出成形工程〕
上記ガス含浸成形材料を用い、吐出される樹脂を金型キャビティーに、キャビティー体積の約１／２の量の上記ガス含浸成形材料を充填し、金型内で冷却後に金型を開き成形品として取り出した。
射出成形装置の温度を２００℃、樹脂充填速度を２００ｍｍ／秒、金型温度を５０℃、冷却時間を６０秒として射出成形した。
【００３１】
成形品の形状は、コップ形状であり約φ１００ｍｍ、高さ１３０ｍｍ、肉厚８ｍｍの形状の金型を用いて、対応した寸法の成形体を得た。成形体は平滑で、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、均一な発泡成形体を得ることが出来た。
【００３２】
【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は、射出成形機の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二酸化炭素のガスを供給して含浸させるようになされた射出成形装置であって、溶融樹脂の圧力がスクリュー内のガス供給口から供給されるガスの圧力よりも低くなる低圧部を形成する低圧部形成部がスクリューの一部に設けられ、その低圧部形成部にガス供給口が開口され、低圧部供給部又はその近傍のスクリュー内部には、低圧部に臨むガス供給口からスクリュー内ガス供給路への溶融樹脂の入り込みを防止する逆流防止弁が設けられ、この逆流防止弁は、ケーシングと、弁本体とスプリングとを備えたバネ式のものであり、ケーシング内には、ガス供給口とガス供給路とを連結するガス流路が設けられ、このガス流路には、ラッパ状の拡径部を有する弁本体がガス供給口方向に進退自在に収容されるとともに、ガス流路のガス供給口側にはラッパ状に拡径する拡径部が形成され、ガス流路の拡径部と弁本体のラッパ状の拡径部とが、上記スプリングが上記弁本体を付勢することによって密着すると共に位置決めされ、スクリュー後方には、前記ガス供給口に連通するガス流入口が設けられているので、従来技術の如く、ガスの含浸に長時間を要することなく、比較的低圧で安定して連続的にガスを供給することが可能となり、生産性が高いと共に、均質で微細な高機能( 断熱、緩衝、軽量、) の発泡成形体を射出成形で安価に提供することができる。
【００３３】
また、本発明の請求項２記載の熱可塑性樹脂成形品の射出成形装置は、逆流防止弁がスクリュー内のガス供給口とガス供給路と同軸上に設けられているので、供給するガスは逆流防止弁からガス供給口を経て、シリンダーとスクリューとの間の溶融樹脂に含浸されるようになされることになり、逆流防止弁と溶融樹脂との間に距離が保たれることになって、溶融樹脂の逆流を効果的に防止できる。
【００３４】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る射出成形装置の１つの実施の形態を概略的にあらわす側面図である。
【図２】図１の射出成形装置の射出成形機の全体概要と、スクリュー内部のガス流入経路を示すための模式的側断面図である。
【図３】溶融樹脂へのガス供給口の詳細を表すための、図２における逆流防止弁７と低圧部近辺の拡大図である。
【図４】スクリュー内部へのガス流入口の詳細を表すための、図２におけるガス流入口１１近辺の拡大図であり、（ａ）はスクリュー後部の模式的側面断面図、（ｂ）は模式的正面断面図である。
【図５】図３の逆流防止弁の拡大図であり、弁が閉ざされガスの供給が閉ざされた状態の断面図である。
【図６】図３の逆流防止弁の拡大図であり、弁が開放されガスの供給が行われている状態の断面図である。
【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  低圧部形成部
３２  スクリュー後部
４    低圧部
５    ガス供給口
１９  ケーシング
６    ガス供給路
６１  ガス流路
６５  ラッパ状に拡径する拡径部
７    逆流防止弁
７１  弁本体（ピン）
７５  弁本体のラッパ状の拡径部
８    スプリング
１０  チェックリング
１１  ガス流入口
１２  シールボックス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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