(57)【要約】【課題】スクリューのＬ／Ｄの最小化、スクリューのミキシング部での強化繊維の破損軽減、食い込み不良発生の防止を図る。【解決手段】原料樹脂供給部１、加熱筒２を有し、加熱筒２内にはスクリュー３が配され、スクリュー３は、樹脂を可塑・混練して溶融樹脂とする第一ステージ５と、この溶融樹脂に強化用繊維や添加物を供給する第二ステージ６からなり、これらステージ５、６の間には加熱筒２に強化繊維や添加物が投入される開口部７が設けられ、スクリュー３の第二ステージ６の先端にチェックリング機構９を介してスクリューヘッド１０が連結され、加熱筒２の前方に加熱筒ヘッド１１が設けられ、この加熱筒ヘッド１１に連結されノズル１２の先端にはシャットオフバルブ１３が設けられ、加熱筒ヘッド１１にはスタティックミキサー１７が設けられ、さらに加熱筒２の先端や加熱筒ヘッド１１内に物理発泡剤が注入される供給孔１６が設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料樹脂供給部（１）、加熱筒（２）を有したものとし、加熱筒（２）内にはスクリュー（３）が配され、
前記スクリュー（３）は、上流側から下流側にかけて、樹脂を可塑・混練して溶融樹脂とする第一ステージ（５）と、この第一ステージ（５）から送り込まれた溶融樹脂に強化用繊維や添加物を供給する第二ステージ（６）からなり、
前記スクリュー（３）の第一ステージ（５）と第二ステージ（６）の間において、加熱筒（２）には強化繊維や添加物が投入されるようにした開口部（７）が設けられ、
前記スクリュー（３）の第二ステージ（６）の先端には、チェックリング機構（９）を介して、スクリューヘッド（１０）が連結され、
前記加熱筒（２）の前方には、加熱筒ヘッド（１１）が設けられ、この加熱筒ヘッド（１１）に連結されたノズル（１２）の先端にはシャットオフバルブ（１３）が設けられ、
前記加熱筒ヘッド（１１）には、スタティックミキサー（１７）が設けられ、
前記加熱筒（２）の先端および／または加熱筒ヘッド（１１）には、これらに貯えられた溶融樹脂に物理発泡剤が注入されるようにした供給孔（１６）が設けられていることを特徴とする発泡射出成形装置。
【請求項２】
前記加熱筒（２）の先端には計量樹脂溜部（１４）が設けられ、この計量樹脂溜部（１４）には前記供給孔（１６）が設けられていることを特徴とする請求項１記載の発泡射出成形装置。
【請求項３】
前記加熱筒ヘッド（１１）内には樹脂流路（１５）が設けられ、この樹脂流路（１５）には前記供給孔（１６）が設けられていることを特徴とする請求項１記載の発泡射出成形装置。
【請求項４】
前記計量樹脂溜部（１４）および／または樹脂流路（１５）の少なくとも一部は、多孔質材料をもって形成されていることを特徴とする請求項２または３記載の発泡射出成形装置。
【請求項５】
前記多孔質材料をもって形成された部分は、前記計量樹脂溜部（１４）および／または樹脂通路（１５）の一部を構成しており、センタ孔（３１）が開設されたスリーブ（３２）を内蔵し、このスリーブ（３２）の外周部分に物理発泡剤の導入空間（３３）を形成すると共に、前記加熱筒（３）先端および／または加熱筒ヘッド（１１）に前記物理発泡剤の供給孔（１６）を設けていることを特徴とする請求項４記載の発泡射出成形装置。
【請求項６】
前記スリーブ（３２）は、円筒部（３２ａ）とその一端または両端に形成されたフランジ部（３２ｂ）とから構成していることを特徴とする請求項５記載の発泡射出成形装置。
【請求項７】
前記スリーブ（３２）は、円筒部（３２ａ）の全体を空孔率が５％〜６０％の焼結金属材料をもって形成したものとしていることを特徴とする請求項６記載の発泡射出成形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複合・機能材料の射出成形を行う発泡射出成形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガラス繊維や炭素繊維等の強化繊維により複合され機能強化されたいわゆる複合・機能材料を、超臨界流体を含む加圧流体によって物理発泡成形するに当たり、一台の射出成形機で実現できる発泡射出成形装置は存在しなかった。
【０００３】
このような発泡射出成形装置ができれば、高機能化、生産性、効率化の向上、低コスト化が実現できる。なかでも国際競争力の高い製品が要求される自動車分野では車両の軽量化による燃費向上のため、軽量化や高強度化が可能となり加工性のよいプラスチック複合材料の要請に対応できる。
【０００４】
従来、コンパウンド機能を付与したオンラインブレンド型射出成形機が特許文献１に提案されている。これは複合素材を作成する部分が二軸押出機となっており、機器設備が大規模である。そのため、銘柄変更や維持メンテナンスに手間取り、大型機に特定されている。またこの成形機では超臨界流体等による発泡成形の機能はなく発泡成形を同時に実施することは、困難である。
【０００５】
さらに、ベント式射出成形機のベント孔からガラス繊維などの強化繊維を直接投入して強化繊維で補強された成形品を得る方法が特許文献２に提案されている。この成形方法では超臨界流体等を使用した発泡成形の機能はなく、当然のことながらの発泡成形を実施することはできない。
【０００６】
また、発泡樹脂製品の成形技術では、射出成形機で可塑化した樹脂に物理発泡剤として、超臨界状態（Super Critical Fluid :ＳＣＦ）の窒素や二酸化炭素等の流体を注入したのち、このＳＣＦ流体と可塑化樹脂の混合樹脂を成形金型に射出し、混合樹脂の圧力が金型内部で低下するとともにＳＣＦ流体は溶融樹脂が固化する段階で気泡となり、発泡状態の樹脂が形成されることを利用した物理発泡技術も、多くの提案がなされてきている。特許文献３はＳＣＦ流体を物理発泡剤とした射出発泡成形法の基本的な方法である。しかし、この方法では、物理発泡剤の供給機構が複雑でかつ、可塑化スクリュー構造が複雑となりスクリューが長くなり、いわゆるＬ／Ｄが大きい。特許文献４でもＳＣＦ流体混合用のミキシング形状をＳＣＦ流体注入後のスクリューに採用している。このため特許文献３と同様に可塑化スクリュー構造が複雑でスクリューが長くなる傾向にある。
【０００７】
一方、物理発泡剤として使用するＳＣＦ流体の注入機構を簡易化し、なおかつ安定的発泡性能を有して射出発泡させる技術開発もなされている。特許文献５ではスクリュー形状を二つのステージを設け下流側のステージでは飢餓状態で物理発泡剤と溶融樹脂を接触させた後、この混合体樹脂を発泡成形体に成形する。この方法では複雑なＳＣＦ制御はもちろんスクリューも二ステージと簡素化できる。特許文献６では一つのステージのスクリューで可塑化した樹脂に、その下流部いわゆる射出成形機の加熱筒ヘッド部に物理発泡剤を導入する。そしてこの物理発泡剤と樹脂との混合体を発泡成形体に成形する方法が提案されている。この特許文献６でもスクリューは簡単であるが、成形機に投入する樹脂として、高価な樹脂に高価な強化繊維原料を購入する必要がある。特許文献３〜６での提案は物理発泡の方法に係る提案であるが、樹脂の複合化や機能強化を一工程で実施できる提案ではない。
【０００８】
特許文献７では強化繊維と樹脂材料を射出成形機のスクリュー基部から投入し、物理発泡剤を成形機の先端から注入する装置および方法が提案されているが、スクリューの基部からの投入であり、スクリューの混錬加工時間が長く、この間の強化繊維の破損程度が大きく、複合材としての特性が低い。
【０００９】
このような技術的背景の中で本発明者らは、ガラス繊維や炭素繊維等の強化繊維により複合され機能強化されたいわゆる複合・機能材料と、超臨界流体を含む加圧流体による物理発泡成形を一台の射出成形機で一気に行なえる発泡射出成形装置の開発を行い本発明に到達した。
【００１０】
先ず、本発明者らは特許文献２と特許文献３に用いられている成形機を単純に組み合わせて、図１２に示したような発泡射出成形装置を作製した。
【００１１】
すなわち、図１２に示した発泡射出成形装置は、原料樹脂供給部５１、加熱筒５２を有したものとし、加熱筒５２内にはスクリュー５３が配され、スクリュー５３は第一ステージ５４と第二ステージ５５からなり、これらステージ５４、５５の間の加熱筒５２には開口部５６が設けられ、この開口部５６から加熱筒５２内に強化繊維や添加物が投入されるようにした特許文献２のベント式射出成形機の構造と、前記ベント式射出成形機のスクリュー５３の第二ステージ５５に第一チェックリング５７を介して第三ステージ５８が連結され、この第三ステージ５８の先端に第二チェックリング５９を介してスクリューヘッド６０が連結され、さらに前記第三ステージ５８において物理発泡剤の供給部６１が加熱筒５２に設けられ、この供給部６１から加熱筒５２内に物理発泡剤が注入されるようにし、加熱筒５２の先端にシャットオフバルブ６２を設けた特許文献３の発泡射出成形の構造を備えたものとしている。
【００１２】
そして、前記発泡射出成形装置を用いて発泡射出成形品を作製することにより、その発泡射出成形装置の問題点等の洗い出しを行った。その結果、このような発泡射出成形装置では、以下の問題点があることがわかった。
【００１３】
１）スクリューへ物理発泡剤を注入し、スクリューの拡散混合機構により、物理発泡剤を溶融樹脂に分散混合させるのが、基本原理であるため、物理発泡剤注入部のステージ（第三ステージ５８）、さらに強化繊維の投入ステージ（第二ステージ５５）を、可塑化ステージ（第一ステージ５４）以外に設ける必要がありスクリューのＬ／Ｄが大きくなる。
【００１４】
２）スクリューの第二ステージで投入された強化繊維が、第三ステージの物理発泡剤の注入、混合部に設けているミキシング部および第二チェックリング５９での強化繊維の破損程度が大きい。
【００１５】
３）物理発泡剤注入と並行して原料樹脂が可塑化されるので、物理発泡剤の注入圧力以上の圧力をスクリュー背圧として懸け、スクリュー回転で原料樹脂の可塑化をすることが必要である。一方、この背圧が高いので、原料樹脂が溶融されて下流に送らない、いわゆる食い込み不良が発生しやすい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開２００７―２４５５９４号公報
【特許文献２】特許第５６４９２４４号公報
【特許文献３】特許第２６２５５７６号公報
【特許文献４】特開２００５−１３８８号公報
【特許文献５】特開２０１７−２０６０３１号公報
【特許文献６】特開２０１２−２３２５５８号公報
【特許文献７】特許第４７４８３６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明は、前記従来の単純組み合わせによる発泡射出成形装置の既述した１）〜３）の問題点を解決することを課題とするものである。
【００１８】
すなわち、前記従来の単純組み合わせによる発泡射出成形装置による成形のフローは、以下の通りである。
【００１９】
可塑化溶融⇒第二ステージと第三ステージの境界に設けた第一チェックリングおよびスクリュー先端の第二チェックリングによる圧力遮断⇒開口部より強化繊維を投入しつつ混合と同時に第三ステージの注入口より物理発泡剤を注入。可塑化時間のスクリュー回転と第三ステージのスクリュー混練り効果により物理発泡剤は混合・拡散。⇒樹脂可塑化時間アップ⇒シャットオフバルブが開き強化繊維と混合された溶融樹脂が金型へ流入⇒冷却時間アップ⇒金型が開いて製品の取り出し⇒金型が閉じる
【００２０】
したがって、前記発泡射出成形装置では、スクリューへの物理発泡剤注入拡散混合機構により、スクリューに混合機能を保持させ、なおかつスクリューへの物理発泡剤注入原理により注入部のステージを可塑化ステージ以外に設ける必要がありスクリューのＬ／Ｄが大きくなる。
【００２１】
また、前記発泡射出成形装置では、スクリューに存在する物理発泡剤注入ゾーンに設けられている混練りディメンジョンにより強化繊維の破損が発生する。すなわち、成形品に含む強化繊維の長さが短くなり力学特性等の品質が低いものとなる傾向がある。
【００２２】
さらに、前記発泡射出成形装置では、物理発泡剤の注入タイミングが強化繊維投入タイミングと一致するため、物理発泡剤注入時の圧力以上の圧力でスクリューに原料樹脂が可塑化される際、背圧としてスクリューを保持することが必要である。一方この背圧が一方的に高いので、原料樹脂が溶融されて下流に送らない、いわゆる食い込み不良を発生しやすく、成形サイクルが安定しない。このため連続した自動成形ができない。
【００２３】
そこで、本発明は、スクリューのＬ／Ｄの最小化、スクリューのミキシング部での強化繊維の破損軽減、食い込み不良発生の防止を図ることを目的としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明の発泡射出成形装置は、原料樹脂供給部１、加熱筒２を有したものとし、加熱筒２内にはスクリュー３が配されている。前記スクリュー３は、上流側から下流側にかけて、樹脂を可塑・混練して溶融樹脂とする第一ステージ５と、この第一ステージ５から送り込まれた溶融樹脂に強化用繊維や添加物を供給する第二ステージ６からなる。前記スクリュー３の第一ステージ５と第二ステージ６の間において、加熱筒２には強化繊維や添加物が投入されるようにした開口部７が設けられている。前記スクリュー３の第二ステージ６の先端には、チェックリング機構９を介して、スクリューヘッド１０が連結されている。前記加熱筒２の前方には、加熱筒ヘッド１１が設けられ、この加熱筒ヘッド１１に連結されたノズル１２の先端にはシャットオフバルブ１３が設けられている。前記加熱筒ヘッド１１には、スタティックミキサー１７が設けられている。さらに、前記加熱筒２の先端および／または加熱筒ヘッド１１には、これらに貯えられた溶融樹脂に物理発泡剤が注入されるようにした供給孔１６が設けられている。
【００２５】
本発明の発泡射出成形装置において、前記加熱筒２の先端には計量樹脂溜部１４が設けられ、この計量樹脂溜部１４には前記供給孔１６が設けられている。
【００２６】
本発明の発泡射出成形装置において、前記加熱筒ヘッド１１内には樹脂流路１５が設けられ、この樹脂流路１５には前記供給孔１６が設けられている。
【００２７】
本発明の発泡射出成形装置において、前記計量樹脂溜部１４および／または樹脂流路１５の少なくとも一部は、多孔質材料をもって形成されている。
【００２８】
本発明の発泡射出成形装置において、前記多孔質材料をもって形成された部分は、前記計量樹脂溜部１４および／または樹脂通路１５の一部を構成しており、センタ孔３１が開設されたスリーブ３２を内蔵し、このスリーブ３２の外周部分に物理発泡剤の導入空間３３を形成すると共に、前記加熱筒３先端および／または加熱筒ヘッド１１に前記物理発泡剤の供給孔１６を設けている。
【００２９】
本発明の発泡射出成形装置において、前記スリーブ３２は、円筒部３２ａとその一端または両端に形成されたフランジ部３２ｂとから構成している。
【００３０】
本発明の発泡射出成形装置において、前記スリーブ３２は、円筒部３２ａの全体を空孔率が５％〜６０％の焼結金属材料をもって形成したものとしている。
【発明の効果】
【００３１】
本発明の発泡射出成形装置は、以上に述べたように構成されており、その装置による成形のフローは、以下の通りとなる。
【００３２】
可塑化溶融⇒開口部より強化繊維を投入しつつ混合⇒チェックリングおよびシャットオフバルブによる圧力遮断⇒加熱筒先端の加熱ゾーンに物理発泡剤を注入⇒樹脂可塑化時間アップ⇒スタティックミキサーを経由し強化繊維と混合された溶融樹脂が金型へ流入⇒冷却時間アップ⇒金型が開いて製品の取り出し⇒金型が閉じる
【００３３】
したがって、本発明によれば、物理発泡剤の注入混合拡散をスクリューの先端のチェックリングからシャットオフバルブ間で行うので、スクリューの機能は強化繊維を投入する開口部を有する射出成形機能を基本的に有し、スクリュー先端から下流部の溶融樹脂に物理発泡剤を注入する機能を付加し、その後スタティックミキサーへ導き、ここで物理発泡剤を拡散溶融させつつ金型へ導くのみでよい。このため既述した１）〜３）の問題点をすべて解決することができる。
【００３４】
本発明の発泡射出成形装置では、スクリューのＬ／Ｄの最小化を行うため、スクリューの基本機能を樹脂の溶融と強化繊維の添加混合のみとした。このスクリュー機能の絞込みによりスクリューは、従来の単純組み合わせによる発泡射出成形装置のスクリューのＬ／Ｄ＝３０に比較して、Ｌ／Ｄ＝２４と大幅に短縮することが可能になった。従来の発泡射出成形装置では、スクリューの第一ステージで樹脂を溶融し、第二ステージの加熱筒に設けられた供給口から連続した強化繊維を投入、さらにスクリューの先端に送られた後、この加熱筒先端部に設けられた物理発泡剤注入孔から発泡剤の注入を受ける。すなわち、従来の発泡射出成形装置のスクリューは第一〜三ステージからなる。これに対して本発明の発泡射出成形装置のスクリューは第一、二ステージでよく、スクリューの大幅な短縮が可能となる。
【００３５】
従来の単純組み合わせによる発泡射出成形装置では、スクリューの第三ステージでの物理発泡剤注入時のミキシングゾーンおよび第二チェックリングでの補強繊維の破損があるに対して、本発明の発泡射出成形装置では、スクリューによる第三ステージのミキシングがないので破損は起こりえない。
【００３６】
本発明の発泡射出成形装置では、スクリューのミキシング部による強化繊維の破損を少なくするため、スクリューの機能を強化繊維の投入・混練りに絞り、強化繊維投入後の成形機スクリューには、もはや溶融樹脂を混合するための領域はない。一方、従来の単純組み合わせによる発泡射出成形装置では、強化繊維投入後の成形機スクリューに物理発泡剤注入されるが、その直後に（本来はこの注入された物理発泡剤を分散混合するための）スクリューゾーンがある。このため、この発泡剤混合分散のゾーンで二度目の混合・分散を受ける。したがって、本発明の発泡射出成形装置では、スクリューによる強化繊維の破損は、従来の発泡射出成形装置と比較すると少ない。
【００３７】
さらに、本発明の発泡射出成形装置では、加熱筒開口部より供給された強化繊維の破損はスクリュー先端のチェックリング一箇所のみの通過時に発生しやすい。一方、従来の単純組み合わせによる発泡射出成形装置では、チェックリングは二箇所にある。したがって、本発明の発泡射出成形装置では、チェックリングの狭流路を通過することによる強化繊維の破損は少ない。
【００３８】
すなわち、加熱筒の開口部より供給された強化繊維の破損は、本発明の発泡射出成形装置では、スクリュー先端のチェックリング一箇所のみの通過時であるのに対し、従来の単純組み合わせによる発泡射出成形装置では、チェックリング二箇所の通過時であり倍である。このように、本発明ではチェックリングの狭歪な部分の通過回数が従来の半分と、極めて少ないので強化繊維の破損は少ない。また、従来のスクリューでは第二ステージにあるミキシング部で更なる混練作用から誘起されるせん断力により強化繊維の破損を受けるが、本発明では、強化繊維供給後はチェックリング以降の下流の流路にはスクリューはなく、スクリュー混錬による強化繊維の破損はない。この強化繊維の破損の少なさは、得られる成形品の力学特性やその他の特性が高くなるメリットに直接的につながる。
【００３９】
さらに、従来の単純組み合わせによる発泡射出成形装置では、物理発泡剤の注入はスクリューに樹脂が可塑化されているタイミングに行なわれる。このため、物理発泡剤の注入圧に負けてスクリュー回転位置が後方に移動しない様、物理発泡剤注入圧以上の背圧をかける必要があり、樹脂の特性によっては、樹脂の食い込みが、できなかったり、食い込み時間が不安定であるケースが発生し易い。いわゆる食い込み不良が発生し易い。一方、本発明の発泡射出成形装置では、物理発泡剤の注入を樹脂の可塑化終了後に行うので、スクリューの背圧は物理発泡剤の注入圧力の大きさと無関係に、比較的低い値に設定することができる。このため、本発明の発泡射出成形装置では、背圧が高いことにより誘起される樹脂の食い込み不良による連続運転への悪影響の懸念は払拭される。
【００４０】
また、本発明では、溶融樹脂への強化繊維の投入された後、スクリュー先端のチェックリングとノズル先端のシャットオフバルブ間にある樹脂に物理発泡剤を注入する。チェックリングとシャットオフバルブによりこの間の計量樹脂部の圧力は物理発泡剤の溶解に必要な圧力に保たれる。このスクリュー先端のチェックリングは、それより後方側に存在する溶融樹脂への物理発泡剤の拡散を完全に防止して、物理発泡剤のリークを防ぎ、成形品の均質性を高める。
【００４１】
さらに、本発明では、前記溶解樹脂を金型に射出流入させる樹脂流路にスタティックミキサーを設け射出時にスタティックミキサーを通過すると同時に物理発泡剤の拡散を迅速化してショットサイクルの短縮化、ひいては発泡成形品の生産性の向上を図る。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の発泡射出成形装置の第一実施形態の要部断面図である。
【図２】図１中の円で囲んだ部分の拡大図である。
【図３】本発明の発泡射出成形装置の第二実施形態の要部断面図である。
【図４】図３中の円で囲んだ部分の拡大図である。
【図５】本発明の発泡射出成形装置の第三実施形態の要部断面図である。
【図６】図５中の円で囲んだ部分の拡大図である。
【図７】本発明の発泡射出成形装置の第四実施形態の要部断面図である。
【図８】図７中の円で囲んだ部分の拡大図である。
【図９】本発明の発泡射出成形装置の第五実施形態の要部断面図である。
【図１０】図９中の円で囲んだ部分の拡大図である。
【図１１】本発明の発泡射出成形装置のチェックリング機構の要部断面図であり、（ａ）は閉状態を示し、（ｂ）は開状態を示している。
【図１２】従来の単純組み合わせによる発泡射出成形装置の要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
以下、本発明の発泡射出成形装置の実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。
【００４４】
本発明の発泡射出成形装置は、図１〜１０に示したように、原料樹脂供給部１、加熱筒２を有したものとし、加熱筒２内にはスクリュー３が配されている。
【００４５】
前記原料樹脂供給部１は、原料樹脂を貯留しておくためのホッパ４、供給量を調整するためのスクリューフィーダ（図示せず）などからなる。
【００４６】
前記スクリュー３は、加熱筒２内に前後進および回転可能に配されており、上流側から下流側にかけて、樹脂を可塑・混練して溶融樹脂とする第一ステージ５と、この第一ステージ５から送り込まれた溶融樹脂に強化用繊維や添加物を供給する第二ステージ６からなる。
【００４７】
前記スクリュー３の第一ステージ５と第二ステージ６の間において、加熱筒２には強化繊維や添加物が投入されるようにした開口部７が設けられている。
【００４８】
前記スクリュー３の第二ステージ６の先端には、チェックリング機構９を介して、スクリューヘッド１０が連結されている。
【００４９】
前記加熱筒２の前方には、加熱筒ヘッド１１が設けられ、この加熱筒ヘッド１１に連結されたノズル１２の先端にはシャットオフバルブ１３が設けられたものとしている。
【００５０】
また、前記加熱筒ヘッド１１には、スタティックミキサー１７が設けられている。
【００５１】
さらに、図１、２に示したものでは、前記加熱筒２の先端に計量樹脂溜部１４が設けられ、図３〜６に示したものでは、前記加熱筒ヘッド１１内に樹脂流路１５が設けられ、図７〜１０に示したものでは、前記加熱筒２の先端に計量樹脂溜部１４が設けられると共に、前記加熱筒ヘッド１１内に樹脂流路１５が設けられている。なお、前記計量樹脂溜部１４は、加熱筒２内でスクリュー３がホッパ４より供給され溶融可塑化されるに従い後退し、金型に射出する際、前進することにより、その存在自体の容積が変化する。
【００５２】
前記計量樹脂溜部１４および／または樹脂流路１５には、これらに貯えられた溶融樹脂に物理発泡剤が注入されるようにした供給孔１６が設けられている。
【００５３】
前記物理発泡剤は、図１、２に示したものは、加熱筒２の先端に設けられた計量樹脂溜部１４に注入されるようにしており、図３、４に示したものは、加熱筒ヘッド１１内に設けられた樹脂流路１５の後部から注入されるようにしており、図５、６に示したものは、前記樹脂流路１５の中間部から注入されるようにしており、図７、８に示したものは、前記計量樹脂溜部１４および前記樹脂流路１５の後部から注入されるようにしており、図９、１０に示したものは、前記計量樹脂溜部１４および前記樹脂流路１５の中間部から注入されるようにしている。注入のタイミングは、樹脂可塑化工程が終了し、スクリュー３をサックバック後に行なう。
【００５４】
本発明の発泡射出成形装置において、前記スクリュー３の第一ステージ５で、先ずは樹脂を溶融・混錬する。溶融・混錬された樹脂は、第二ステージ６に送り込まれ、加熱筒２に設けられた開口部７から供給される強化繊維を混合し、複合・機能樹脂となる。ここでスクリュー３の第二ステージ６は、第一ステージ５から送り込まれた樹脂が飢餓状態となるスクリュー形状を有している。例えば、スクリュー３の第二ステージ６で溶融樹脂を飢餓状態とするため、第一ステージ５後半のスクリュー３の溝深さを、第二ステージ６入り口でのスクリュー３の溝深さより大きくしたり、同じ部分でのスクリューピッチを変えて第二ステージ６での溶融樹脂の圧縮率を下げる手法が用いられるが、これに限定されないことは言うまでもない。また原料フィーダーにより樹脂量の計量精度を上げることにより確実なる飢餓条件を実現することができることは言うまでもない。
【００５５】
さらに、本発明の発泡射出成形装置では、前記スクリュー３の第二ステージ６の先端部にはチェックリング機構９を備えており、このチェックリング機構９が逆流防止機能を有するので、チェックリング機構９を備えない場合に比べて、スクリュー３の後方側に存在する溶融樹脂に物理発泡剤が拡散しにくい構造になっている。
【００５６】
本発明において、チェックリング機構９としては、逆流をほとんど完全に防止することが好ましく、例えば本発明者が先に出願したものなどが挙げられる。このチェックリング機構９は、図１１に示したように、スクリュー３に固定されたチェックシート２１と、このチェックシート２１と密着又は離間する方向に移動可能なチェックリング２２とを有し、チェックリング２２がチェックシート２１に密着した閉塞状態では、チェックリング２２を通過する溶融樹脂の流通を不能とし、チェックリング２２がチェックシート２１から離間した開放状態では、チェックリング２２を通過する溶融樹脂の流通を可能とするもので、スクリュー３のサックバック時には、チェックリング２２をチェックシート２１に強制的に密着させるロック機構を備えている。
【００５７】
前記スクリュー３は、外周面にスクリュー溝２３ａが形成されたスクリュー本体２３と、このスクリュー本体２３の先端部に取り付けられたスクリューヘッド１０と、前記スクリュー本体２３と前記スクリューヘッド１０との間に形成され、前記チェックリング２２が取り付けられる小径の頸部とからなる。
【００５８】
前記ロック機構は、前記スクリューヘッド１０の後端に設けられ、前記チェックリング２２側に突出する係止爪部２４ａと、前記チェックリング２２における前記スクリューヘッド１０側の端部に設けられた前記係止爪部２４ａの収納凹部２５ａと、この収納凹部２５ａと連なり、前記スクリューヘッド２４側に突出する係止部２５ｂとからなり、前記スクリュー３が溶融樹脂を前方に送り込む方向に回転しているときには、前記係止爪部２４ａが前記収納凹部２５ａに嵌まり込んで、前記チェックリング２２が前記スクリュー本体２３の先端部に固定された前記チェックシート２１から離間し、この状態から前記スクリュー３を所定量逆回転すると、前記係止爪部２４ａの端面が前記係止部２５ｂの端面に乗り上げて、前記チェックリング２２を前記チェックシート２１に強制的に密着するようにしている。
【００５９】
本発明において、このようにロック機構を備えた逆流防止用のチェックリング機構９を用いると、ロック機構によりチェックリング２２がチェックシート２１に密着された後に計量樹脂溜め部１４および／または樹脂流路１５内に物理発泡剤を供給することにより、物理発泡剤がチェックリング機構９を超えて、スクリュー３の第二ステージ側に蓄えられた溶融樹脂内にリーク拡散することを防止できる。よって、各ショット毎における金型キャビティ内に射出される混合体中の物理発泡剤の拡散状態を均一化することができる。
【００６０】
さらに、本発明では、前記チェックリング機構９は、スクリュー３先端の一箇所に設けており、このチェックリング機構９により、食い込み強化繊維の破損は発生しやすいが、加熱筒２の開口部７より供給された強化繊維の破損はスクリュー３先端のチェックリング機構９の一箇所のみで、かつそのチェックリング機構９のチェックシート２１は一箇所であるので、強化繊維の破損は極めて少ない。
【００６１】
本発明において、前記サックバックは、スクリュー３をいずれの方向にも回転することなく後退させる動作であるので、スクリューヘッド１０に形成された係止爪部２４ａの端面がチェックリング２２におけるスクリューヘッド１０側の端部に形成された係止部２５ｂの端面に乗り上げて、チェックリング２２がチェックシート２１に密着されている状態でサックバックを行っても、係止爪部２４ａの端面と係止部２５ｂの端面との突き合わせ状態が維持され、チェックリング２２はチェックシート２１に密着され続ける。このため、サックバックにより、スクリューヘッド２４の前方側の樹脂圧が下がり、スクリューヘッド１０をスクリュー本体２３側から前方に押圧する樹脂圧が、スクリューヘッド２４の前方側の樹脂圧よりも大きくなっても、スクリュー本体２３側からチェックリング２２を通って計量樹脂溜め部１４および／または樹脂流路１５内に溶融樹脂が流入せず、樹脂量のバラツキを低減させることができる。また、計量樹脂溜め部１４および／または樹脂流路１５からスクリュー本体２３側への物理発泡剤のリーク拡散も発生しない。
【００６２】
成形サイクルの中で樹脂の溶融計量が完了した後、スクリュー３を強制的に後退させるサックバック動作を行って、スクリュー３前方側の樹脂圧を減圧させることがしばしば行われる。しかし、サックバック動作を行うと、スクリュー３の強制後退によってスクリュー３前方側の樹脂圧が減じられ、逆流防止用でないチェックリング２２の場合は、チェックリング２２がスクリューヘッド１０側に移動するので、スクリュー本体２３側からスクリュー３前方側に溶融樹脂が流れ込み、せっかく計量した樹脂量が変動し、成形品の重量にバラツキが生じてしまう。なお、スクリューヘッドの前方側に物理発泡剤を注入する発泡射出成形装置においては、このサックバックの際に、物理発泡剤が溶融樹脂と共に溶融脂通路を通ってスクリュー本体側に逆流するので、スクリュー本体側に存在する溶融樹脂内へ物理発泡剤がリーク拡散をする。スクリュー本体側に存在する溶融樹内に物理発泡剤が拡散すると、チェックリング前方の計量樹脂溜め部の溶融樹脂に適量の物理発泡剤を拡散させることが困難になるのみならず、加熱筒に設けた強化繊維供給口から物理発泡剤が放出され事実上発泡成形が不可能となる。
【００６３】
本発明において、前記計量樹脂溜部１４および／または樹脂流路１５の少なくとも一部は、多孔質材料をもって形成されている。この多孔質材料をもって形成された部分は、前記計量樹脂溜部１４および／または樹脂通路１５の一部を構成しており、センタ孔３１が開設されたスリーブ３２を内蔵し、このスリーブ３２の外周部分に物理発泡剤の導入空間３３を形成すると共に、前記加熱筒３先端および／または加熱筒ヘッド１１に前記物理発泡剤の供給孔１６を設けている。
【００６４】
そして、前記供給孔１６から供給される物理発泡剤を導入空間３３内に注入し、この導入空間３３内に注入された物理発泡剤を、前記多孔質材料が有する微細な空孔を通して前記加熱筒３先端および／または加熱筒ヘッド１１に設けられた計量樹脂溜部１４および／または樹脂通路１５内に供給している。なお、前記物理発泡剤を注入する場合、この物理発泡剤の供給は市販の超臨界流体供給装置であっても良いし、高圧ガスボンベとバッファータンクからなる簡易な高圧流体装置であっても良いし、また物理発泡剤が窒素であれば、大気中の空気を気体分離膜で窒素を精製した窒素を所定圧まで昇圧する装置などを使用することができる。
【００６５】
本発明において、前記加熱筒３先端および／または加熱筒ヘッド１１内に樹脂通路の一部を構成するセンタ孔３１が開設されたスリーブ３２を内蔵し、このスリーブ３２の外周部分に物理発泡剤の導入空間３３を形成すると、供給ノズル孔１６から供給された物理発泡剤を、導入空間３３内でスリーブ３２の面方向に広げることができる。また、スリーブ３２の少なくとも一部を多孔質材料から形成し、この多孔質材料をもって形成された部分にセンタ孔３１を開設すると、導入空間３３内においてスリーブ３２の面方向に広げられた物理発泡剤を、多孔質材料が有する微細な空孔を通して、センタ孔３１の全周方向から計量樹脂溜め部１４および／または樹脂流路１５に蓄えられた溶融樹脂に少量ずつ均一に噴出させることができる。この微細な空孔を経由して溶融樹脂に注入することにより、物理発泡流体と溶融樹脂との接触界面積が増大しこれにより、物理発泡剤の拡散を均一かつ容易なものとすることができ、物理発泡剤の拡散に要する時間を短縮できる。
【００６６】
また、本発明において、前記スリーブ３２は、図２、４、８、１０に示したように、円筒部３２ａとその一端または両端に形成されたフランジ部３２ｂとから構成し、円筒部３２ａ円筒部３２ａの全体を、空孔率が５％〜６０％の焼結金属材料をもって形成したものとしている。なお、前記スリーブ３２は、図６に示したように、円筒部３２ａの中央空間に、同様の焼結金属材料からなる内筒部３２ｃをこの円筒部３２ａに連通させるようにして延設し、この内筒部３２ｃからも物理発泡剤を噴出させることにより、物理発泡剤の拡散距離を短縮することもできる。
【００６７】
前記スリーブ３２の円筒部３２ａの全体を多孔質焼結金属材料で形成すると、スリーブ３２全体を通じて計量樹脂溜め部１４および／または樹脂流路１５内に物理発泡剤を噴出できるので、計量樹脂溜め部１４および／または樹脂流路１５内に蓄えられた溶融樹脂への物理発泡剤の拡散速度を最速とすることができ、発泡成形品の生産性を最良とすることができる。また、スリーブ３２の空孔率は、物理発泡剤の透過性能ばかりでなく、スリーブ３２の機械的強度にも、密接に関連しており、スリーブ３２の空孔率が５％未満の場合には、溶融樹脂内へ物理発泡剤の噴出が迅速かつ十分に行われず、６０％を超える場合には、スリーブの機械的強度が問題になる。このため、空孔率が５％〜６０％の焼結金属材料をもって形成することにより、物理発泡剤の透過性能と機械的強度をバランスさせることができる。また、前記スリーブ３２の一部のみを多孔質焼結金属材料をもって形成し、他の部分をバルク材にて形成することもできる。このようにすると、多孔質焼結金属材料で形成された部分がバルク材にて形成された部分によって補強されるので、良好な物理発泡剤の透過性能を維持しつつ、スリーブの機械的強度を高めることができる。
【００６８】
さらに、本発明において、前記加熱筒ヘッド１１の先端部分の樹脂流路１５内には、スタティックミキサー１７を設けたものとしているので、物理発泡剤の溶融樹脂への拡散距離を低減する。このため、物理発泡流体の溶融樹脂への拡散は樹脂が金型へ到達するまでの時間内の、ほぼ一瞬にしてなされ、成形時のショットサイクルを短縮化でき、発泡成形品の生産性を向上することができる。
【００６９】
前記スタティックミキサー１７は、図示したようなケニックス型のようなものを使用することができるがこれに限られるものではない。このスタティックミキサー１７は、スクリュー３先端のチェックリング機構９とノズル１２先端のシャットオフバルブ１３間の樹脂流路に設けられ、このスタティックミキサー１７を経て金型内に樹脂が充填される。スタティックミキサー１７の混合効果はいわゆるタイプのエレメント数で決まり、本発明では５〜６程度のエレメントのものを使用できるがこれに限定されることはない。エレメントが５〜６程度のものでは、物理発泡剤の拡散混合時間は１００分の１程度にまで短縮され、スクリュー３先端のチェックリング機構９とノズル１２先端のシャットオフバルブ１３間の樹脂流路に設けられているので、この間スタティックミキサー１７を経て金型内に樹脂が充填する時間内に瞬時に拡散混合され成形時のショットサイクルの短縮化ひいては発泡成形品の生産性の向上を図ることができる。
【００７０】
以下、本発明の発泡射出成形装置と従来の単純組み合わせによる発泡射出成形装置とを用いて、発泡射出成形を実施した結果について説明する。
【００７１】
〔実施例１〕
図１に示した本発明の発泡射出成形装置および図１２に示した従来の単純組み合わせによる発泡射出成形装置において、強化繊維を炭素繊維（東レのトレカのT700SC 12000-60Eとし、樹脂をＰＰ樹脂（日本ポリプロピンのBC４BSW ）とし、物理発泡剤を窒素ガスとして、発泡成形を実施した。
【００７２】
その結果、従来装置では炭素繊維は高々５ｗｔ％の混錬が限界であった。これ以上の場合、炭素繊維がチェックリングの閉塞を発生させているため加熱筒に設けている長繊維供給口から樹脂が排出される、いわゆるベントアップを発生する。一方、本発明装置では、炭素繊維は１５ｗｔ％の混錬でも可能であった。
【００７３】
〔実施例２〕
図３に示した本発明の発泡射出成形装置および図１２に示した従来の単純組み合わせによる発泡射出成形装置において、強化繊維をガラス繊維（日本電気硝子の2310T-431T）とし、樹脂をＰＰ樹脂（日本ポリプロピンのBC４BSW ）とし、物理発泡剤を窒素ガスとして、発泡成形を実施した。
【００７４】
その結果、従来装置では窒素の注入圧力が６. ５ＭＰａ、背圧が６. ５ＭＰａと背圧を極力落としても可塑化時間２３秒とするのがせいいっぱいであった。一方、本発明装置では、窒素注入圧力が１７ＭＰａ、背圧が１０ＭＰａでも容易に樹脂の可塑化は可能で、可塑化時間は１０秒と短いものであった。また、本発明の発泡射出成形装置で得られた成形品の発泡率は４％でその比強度は６７ｋＮｍ／ｋｇと非発泡品の比強度６６ｋＮｍ／ｋｇとほぼ同等であった。
【符号の説明】
【００７５】
１  原料樹脂供給部
２  加熱筒
３  スクリュー
５  第一ステージ
６  第二ステージ
７  開口部
９  チェックリング機構
１０  スクリューヘッド
１１  加熱筒ヘッド
１２  ノズル
１３  シャットオフバルブ
１４  計量樹脂溜部
１５  樹脂流路
１６  供給部
１７  スタティックミキサー
３２  スリーブ
３２ａ  円筒部
３２ｂ  フランジ部
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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