(57)【要約】【課題】スキン層とコア層を有する成形体を成形するサンドイッチ成形方法において、薄いスキン層を形成することを目的とする。【解決手段】  スキン層とコア層を有する成形体を成形するサンドイッチ成形方法であって、前記スキン層を形成する第１の熱可塑性樹脂を可塑化溶融することと、前記コア層を形成する第２の熱可塑性樹脂を可塑化溶融することと、金型内に可塑化溶融した第１の熱可塑性樹脂を射出することと、第１の熱可塑性樹脂を射出した後、前記金型内にガスを供給することと、前記ガスを供給した後、前記金型内に第２の熱可塑性樹脂を射出することを含む。【選択図】図１
2015051601.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スキン層とコア層を有する成形体を成形するサンドイッチ成形方法であって、
前記スキン層を形成する第１の熱可塑性樹脂を可塑化溶融することと、
前記コア層を形成する第２の熱可塑性樹脂を可塑化溶融することと、
金型内に可塑化溶融した第１の熱可塑性樹脂を射出することと、
第１の熱可塑性樹脂を射出した後、前記金型内にガスを供給することと、
前記ガスを供給した後、前記金型内に第２の熱可塑性樹脂を射出することを含むことを特徴とするサンドイッチ成形方法。
【請求項２】
第１の熱可塑性樹脂と第２の熱可塑性樹脂は、それらの間に前記ガスを介在させた状態で前記金型内を流動することを特徴とする請求項１に記載のサンドイッチ成形方法。
【請求項３】
更に、第２の熱可塑性樹脂が前記金型内を流動している間に、前記ガスを第１の熱可塑性樹脂と第２の熱可塑性樹脂の間から排出することを含むことを特徴とする請求項２に記載のサンドイッチ成形方法。
【請求項４】
前記ガスをガス貯蔵容器から前記金型内に供給することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のサンドイッチ成形方法。
【請求項５】
更に、前記金型内に第２の熱可塑性樹脂を射出する前に、可塑化溶融した第２の熱可塑性樹脂に物理発泡剤を混合することを含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のサンドイッチ成形方法。
【請求項６】
前記ガスは、可塑化溶融した第２の熱可塑性樹脂から分離した前記物理発泡剤を含有することを特徴とする請求項５に記載のサンドイッチ成形方法。
【請求項７】
前記物理発泡剤は窒素であることを特徴とする請求項５又は６に記載のサンドイッチ成形方法。
【請求項８】
前記ガスの圧力は、１〜２０ＭＰａであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のサンドイッチ成形方法。
【請求項９】
前記ガスは窒素であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載のサンドイッチ成形方法。
【請求項１０】
第１の熱可塑性樹脂の体積は、前記成形体の５〜４０％であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載のサンドイッチ成形方法。
【請求項１１】
第１の熱可塑性樹脂は、親水性セグメントを含むブロック共重合体を含有することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載のサンドイッチ成形方法。
【請求項１２】
第１の熱可塑性樹脂は、金属微粒子を含有することを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載のサンドイッチ成形方法。
【請求項１３】
前記金属微粒子が、無電解メッキ触媒であることを特徴とする請求項１２に記載のサンドイッチ成形方法。
【請求項１４】
第１の熱可塑性樹脂は２種類以上の樹脂の混合物であり、第１の熱可塑性樹脂が、第２の熱可塑性樹脂と同じ種類の樹脂を含むことを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載のサンドイッチ成形方法。
【請求項１５】
第１の熱可塑性樹脂及び第２の熱可塑性樹脂は、ポリプロピレンを含むことを特徴とする請求項１〜１４のいずれか一項に記載のサンドイッチ成形方法。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれか一項に記載のサンドイッチ成形方法に用いる成形装置であって、
金型に接続しているノズル機構と、
前記ノズル機構に接続し、回転可能な第１のスクリュが内設され、第１の可塑化溶融樹脂を可塑化溶融する第１の可塑化シリンダと、
前記ノズル機構に接続し、回転可能な第２のスクリュが内設され、第２の可塑化溶融樹脂を可塑化溶融する第２の可塑化シリンダと
前記ノズル機構に、第１のガス供給流路を介して接続するガス貯蔵容器とを備え、
前記ノズル機構の内部には、
第１の可塑化シリンダ内部と前記金型内部とを連通するスキン層樹脂流路と、
第２の可塑化シリンダ内部と前記金型内部とを連通するコア層樹脂流路と、
前記ガス供給路と前記金型内部とを連通するガス流路が形成れていることを特徴とする成形装置。
【請求項１７】
第１の可塑化シリンダの内容積が、第２の可塑化シリンダの内容積の１０％〜１００％であることを特徴とする請求項１６に記載の成形装置。
【請求項１８】
前記ガス貯蔵容器が、第２のガス供給流路を介して、第２の可塑化シリンダに接続することを特徴とする請求項１６又は１７に記載の成形装置。
【請求項１９】
前記ノズル機構が、第２の可塑化シリンダと一体であることを特徴とする請求項１６〜１８のいずれか一項に記載の成形装置。
【請求項２０】
前記成形装置は、更に、前記金型を備え、
前記ノズル機構が、前記金型と一体であることを特徴とする請求項１６〜１８のいずれか一項に記載の成形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サンドイッチ成形方法及び該サンドイッチ成形方法に用いる成形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
スキン層とコア層がそれぞれ異なる種類の樹脂材料で形成された熱可塑性樹脂成形品を製造する射出成形方法として、サンドイッチ成形方法が知られている。該方法は、まず、第１の樹脂材料を第１の可塑化シリンダ内で可塑化溶融した後、金型内に射出充填しスキン層を形成し、直ちに第２の樹脂材料を第２の可塑化シリンダより射出充填しコア層を形成することで、上記構造の成形品を得る方法である（例えば、特許文献１）。サンドイッチ成形方法では、例えば、スキン層に無機フィラー等の強化材料を含有した樹脂を用い、コア層に廃材の樹脂を用いることより、成形体製造コストを抑えることができる。また、コア層に導電性材料を多く含有させることで電磁波シールド効果を発現させ、コア層の靭性低下をスキン層により補強することもできる。更に、コア層のみに発泡セルを形成することで、表面外観に優れる発泡成形体を成形することもできる。
【０００３】
一方、樹脂成形体における表面の意匠性を高める手法として湿式メッキが多く採用されている。湿式メッキは、例えば、自動車部品として用いられる金属調の意匠部品や、電磁波シールド性を要する樹脂部品に使用される。自動車用の樹脂部品の材料としては、ポリプロピレン（ＰＰ）等の極性の低い、低吸水性の樹脂が汎用されている。従来、ポリプロピレンの成形体にメッキ膜を形成するためには、成形体にタルクやミネラル等の無機フィラーを多量に混合し、前記フィラーを酸等で溶解抽出させることで成形体表面を粗化させた後、無電解メッキ触媒を付与する必要があった。このような従来のメッキ方法は、無機フィラーを溶解抽出する酸として環境負荷の高い六価クロム酸等を用いることや、工程数が多くコスト高となることが問題となっていた。
【０００４】
そのような背景を踏まえ、超臨界二酸化炭素を溶媒に用いた新規な成形方法及びメッキ方法が提案されている（例えば、特許文献２）。該方法は、超臨界二酸化炭素に溶解させたパラジウム金属等のメッキ触媒を溶融樹脂に混合して成形し、メッキ触媒を成形体の表面近傍に分散させる。このため、六価クロム酸等を用いることなく無電解メッキが可能な成形体を成形できる。
【０００５】
また、メッキ以外の樹脂成形体の表面加飾技術として、塗装が広く行われている。自動車部品として用いられる樹脂部品の塗装は、金属への塗装と同一のプロセスで行うため、静電塗装が多く使用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−１５６８８３号公報
【特許文献２】特開２００４−２１８０６２公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
サンドイッチ成形方法においては、スキン層を薄く形成し、成形体中におけるスキン層の体積を少なくしたいという要望がある。例えば、強化材料を含有するスキン層を薄く形成し、廃材を使用したコア層の体積を増やすことで更なるコストダウンが図れる。または、コア層に導電性材料を含有させる場合、スキン層を薄く形成し、コア層の体積を増やすことで電磁波シールド効果を更に高めることができる。
【０００８】
しかし、最初に金型内に射出充填されるスキン層を形成する溶融樹脂は、金型に接して冷却され流動抵抗が上昇するため、薄いスキン層を形成できない。従来のサンドイッチ成形方法において、スキン層の体積を成形体中５０％以下にすることは困難であった。この傾向は、成形品の肉厚が薄くなる程、顕著となり、成形品の肉厚が薄すぎると、スキン層のみによって金型内に形成されたキャビティが占められてコア層の充填スペースがなくなり、サンドイッチ成形自体ができなくなる。
【０００９】
射出成形においては、溶融樹脂の流動を促進させる方法として、ガスアシスト方法が知られている。ガスアシスト方法は、キャビティ内にガスを高圧で流通させて溶融樹脂の流動を促す方法であるが、上述の薄いスキン層の形成には応用されていない。何故なら、ガスアシスト方法は、キャビティ内で自立できる程度の厚みを有する成形体に対してのみ使用できる方法であり、例えば、肉厚１ｍｍ以下の成形体の製造には応用できない。また、ガスアシスト方法は、一定圧力のガスで樹脂の流動を促すため、流動末端部においてスキン層の厚みが厚くなると流動促進効果が弱まるという問題もある。
【００１０】
一方、自動車用の樹脂部品として汎用されているポリプロピレンの成形体に無電解メッキ膜を形成する場合、以下のような問題があった。上述の特許文献２等に開示される、超臨界二酸化炭素に溶解させたメッキ用のパラジウム金属の触媒を溶融樹脂に分散させる方法を用いて、ポリプロピレン等の疎水性の樹脂を成形すると、六価クロム酸等のメッキ前処理を行うことなく無電解メッキが可能な成形体が得られる。しかし、ポリプロピレン等は疎水性であるため、得られた成形体は、メッキ液の濡れ性が悪く、メッキ液の浸透性も低い。このため、メッキ膜の密着性が低下する。メッキ膜の密着性を向上させるためには、より多くのパラジウム触媒を添加することも効果的ではあるが、製造コストが上昇する。
【００１１】
また、ポリプロピレン等の疎水性の樹脂を用いた成形体の表面は、表面電気抵抗値が高く、そのまま静電塗装を行うことができない。成形体表面に導電性を付与するために炭素材料等を含む導電性プライマーを成膜し、乾燥させるプライマー処理が必要となり、コスト高の要因となっていた。
【００１２】
本発明は、上述の課題を克服するものであり、スキン層とコア層を有する成形体を成形するサンドイッチ成形方法において、薄いスキン層を形成することを目的とする。また、本発明のサンドイッチ成形方法により、ポリプロピレン等の疎水性の樹脂を用いて、密着性の高いメッキ膜を表面に形成可能な成形体や、プライマー処理を施さずとも静電塗装が可能な成形体を低コストで製造することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の第１の態様に従えば、スキン層とコア層を有する成形体を成形するサンドイッチ成形方法であって、前記スキン層を形成する第１の熱可塑性樹脂を可塑化溶融することと、前記コア層を形成する第２の熱可塑性樹脂を可塑化溶融することと、金型内に可塑化溶融した第１の熱可塑性樹脂を射出することと、第１の熱可塑性樹脂を射出した後、前記金型内にガスを供給することと、前記ガスを供給した後、前記金型内に第２の熱可塑性樹脂を射出することを含むことを特徴とするサンドイッチ成形方法が提供される。
【００１４】
本態様においては、第１の熱可塑性樹脂と第２の熱可塑性樹脂は、それらの間に前記ガスを介在させた状態で前記金型内を流動してもよい。更に、第２の熱可塑性樹脂が前記金型内を流動している間に、前記ガスを第１の熱可塑性樹脂と第２の熱可塑性樹脂の間から排出してもよい。また、前記ガスをガス貯蔵容器から前記金型内に供給してもよい。
【００１５】
本態様は、更に、前記金型内に第２の熱可塑性樹脂を射出する前に、可塑化溶融した第２の熱可塑性樹脂に物理発泡剤を混合してもよい。前記ガスは、可塑化溶融した第２の熱可塑性樹脂から分離した前記物理発泡剤を含有してもよい。前記物理発泡剤は窒素であってもよい。
【００１６】
前記ガスの圧力は、１〜２０ＭＰａであってもよい。前記ガスは窒素であってもよい。
【００１７】
本態様において、第１の熱可塑性樹脂の体積は、前記成形体の５〜４０％であってもよい。第１の熱可塑性樹脂は、親水性セグメントを含むブロック共重合体を含有してもよく、金属微粒子を含有してもよく、更に、前記金属微粒子が、無電解メッキ触媒であってもよい。また、第１の熱可塑性樹脂は２種類以上の樹脂の混合物であり、第１の熱可塑性樹脂が、第２の熱可塑性樹脂と同じ種類の樹脂を含んでもよい。また、第１の熱可塑性樹脂及び第２の熱可塑性樹脂は、ポリプロピレンを含んでもよい。
【００１８】
本発明の第２の態様によれば、第１の態様のサンドイッチ成形方法に用いる成形装置であって、金型に接続しているノズル機構と、前記ノズル機構に接続し、回転可能な第１のスクリュが内設され、第１の可塑化溶融樹脂を可塑化溶融する第１の可塑化シリンダと、前記ノズル機構に接続し、回転可能な第２のスクリュが内設され、第２の可塑化溶融樹脂を可塑化溶融する第２の可塑化シリンダと、前記ノズル機構に、第１のガス供給流路を介して接続するガス貯蔵容器とを備え、前記ノズル機構の内部には、第１の可塑化シリンダ内部と前記金型内部とを連通するスキン層樹脂流路と、第２の可塑化シリンダ内部と前記金型内部とを連通するコア層樹脂流路と、前記ガス供給路と前記金型内部とを連通するガス流路が形成れていることを特徴とする成形装置が提供される。
【００１９】
本態様において、第１の可塑化シリンダの内容積が、第２の可塑化シリンダの内容積の１０％〜１００％であってもよい。前記ガス貯蔵容器が、第２のガス供給流路を介して、第２の可塑化シリンダに接続していてもよい。また、前記ノズル機構が、第２の可塑化シリンダと一体であってもよい。前記成形装置は、更に前記金型を備え、前記ノズル機構が、前記金型と一体であってもよい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明は、スキン層とコア層を有する成形体を成形するサンドイッチ成形方法であって、薄いスキン層を形成できる。これにより、スキン層を形成する第１の熱可塑性樹脂の金型への充填量を従来よりも少なくできる。高価な機能性材料を含有するスキン層の割合を低くできるため、表面を高機能化させた成形体を低コストで製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】第１の実施形態のサンドイッチ成形方法のフローチャートである。
【図２】第２の実施形態の成形装置の概略図である。
【図３】図２における破線で囲まれた領域Ａの拡大図である。
【図４】図２に示す成形装置の一部拡大図であり、スキン層を形成する溶融樹脂が金型に充填される様子を示す図である。
【図５】図２に示す成形装置の一部拡大図であり、ガスが金型に供給される様子を示す図である。
【図６】図２に示す成形装置の一部拡大図であり、コア層を形成する溶融樹脂が金型に充填される様子を示す図である。
【図７】（ａ）〜（ｃ）は、金型内に形成されたキャビティ内をスキン層、ガス及びコア層が流動する様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
[第１の実施形態]
第１の実施形態として、図１に示すスキン層とコア層を有する成形体を成形するサンドイッチ成形方法について説明する。本実施形態のサンドイッチ成形方法は、例えば図２に示す、第１の可塑化シリンダ３１０と、第２の可塑化シリンダ２１０と、金型２５５を有する成形装置１０００を用いて行う。まず、成形装置１０００の第１の可塑化シリンダ３１０内で、スキン層を形成する第１の熱可塑性樹脂を可塑化溶融する（ステップＳ１）。
【００２３】
第１の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。第１の熱可塑性樹脂は、１種類の樹脂を単独で用いてもよいし、２種類以上を混合して用いてもよい。第１の熱可塑性樹脂が２種類以上の樹脂の混合物である場合、第１の熱可塑性樹脂は、後述する第２の熱可塑性樹脂と同じ種類の樹脂を含むことが好ましい。第１の熱可塑性樹脂と第２の熱可塑性樹脂とが、共通する樹脂を含有することで、スキン層とコア層の密着性を高めることができる。
【００２４】
また、第１の熱可塑性樹脂として、親水性セグメントを含むブロック共重合体（以下、適宜「ブロック共重合体」と記載する）を含有してもよい。ブロック共重合体は成形体表面に向って移動し成形体の表面近傍に偏析する傾向があり、親水性セグメントが空気中の水分を吸収して表面電気抵抗を低下させる。これにより、成形体はプライマー処理を行わずに（プライマーレスで）静電塗装が可能となる。また、表面が親水化するため、成形体表面に無電解メッキ膜を形成する場合、無電解メッキ液の浸透性が向上し、メッキ膜の密着強度が向上する。
【００２５】
本実施形態で用いるブロック共重合体は、親水性セグメントを有し、更に、親水性セグメントとは異なる他のセグメント（以下、適宜「他のセグメント」と記載する）を有する。親水性セグメントには、アニオン性セグメント、カチオン性セグメント、ノニオン性セグメントを用いることができる。アニオン性セグメントとしては、ポリスチレンスルホン酸系、カチオン性セグメントとしては、四級アンモニウム塩基含有アクリレート重合体系、ノニオン性セグメントとしては、ポリエーテルエステルアミド系、ポリエチレンオキシド−エピクロルヒドリン系、ポリエーテルエステル系が挙げられる。成形体の耐熱性を確保し易いことから、親水性セグメントは、ポリエーテル構造を有するノニオン性セグメントであることが好ましい。ポリエーテル構造としては、例えばアルキレンの炭素数が２〜４のオキシアルキレン基であるエチレン基、プロピレン基、トリメチレン基、テトラメチレン基等のオキシアルキレン基、ポリエーテルジオール、ポリエーテルジアミン、及びこれらの変性物、並びにポリエーテル含有親水性ポリマーが含まれ、特にポリエチレンオキシドが好ましい。ブロック共重合体の他のセグメントは、親水性セグメントよりも疎水性であれば任意であるが、例えば、ナイロン、ポリオレフィン等を用いることができる。
【００２６】
ブロック共重合体は市販品を用いてもよく、例えば、三洋化成工業製ペレスタット（登録商標）、ペレクトロン（登録商標）等を用いることができる。例えば、三洋化成工業製ペレスタットＮＣ６３２１、１２５１は、親水性セグメントのポリエーテルと、他のセグメントのナイロンをエステル結合でコポリマー化したブロック共重合体であり、ペレスタット３００、ペレクトロンＨＳは、親水性セグメントのポリエーテルと、他のセグメントのポリプロピレンとのブロック共重合体である。
【００２７】
第１の熱可塑性樹脂としてブロック共重合体を含有する場合、第１の熱可塑性樹脂は、ブロック共重合体と、他の熱可塑性樹脂との混合物であることが好ましい。第１の熱可塑性樹脂中のブロック共重合体の含有量は、５重量％〜５０重量％が好ましく、１０重量％〜３０重量％とすることがより好ましい。５重量％以上とすることで、成形体の静電塗装に必要な低い表面電気抵抗を得ることができ、また、無電解メッキ処理液の浸透性も高めることができる。また５０重量％以下とすることで、成形体が十分な機械強度を保持することができる。
【００２８】
更に、スキン層を形成する第１の熱可塑性樹脂は、様々な機能性材料を含有してもよい。第１の熱可塑性樹脂は成形体のスキン層を形成するので、機能性材料を含有することにより成形体の表面を高機能化することができる。
【００２９】
本実施形態の機能性材料は、成形体の表面を改質するものであれば任意であり、目的に応じて種々な材料を選択できる。例えば、機能性材料として金属微粒子を用いた場合、これらの金属微粒子を無電解メッキの触媒として、成形体の表面にメッキ膜を形成することができる。この場合、金属微粒子としては、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｃｕ等の金属微粒子、金属錯体、金属アルコキシド等の金属酸化物の前駆体を用いることが好ましい。金属錯体の種類は任意であるが、より具体的には、ヘキサフルオロアセチルアセトナトパラジウム(ＩＩ)、白金ジメチル（シクロオクタジエン）、ビス（シクロペンタジエニル）ニッケル、ビス（アセチルアセトネート）パラジウム等が好ましい。また、後述するように、金属微粒子を加圧二酸化炭素に溶解する場合には、加圧二酸化炭素への溶解性が高い金属錯体を用いることが好ましい。
【００３０】
機能性材料として、Ａｇを含む金属微粒子を用いれば、成形体表面を抗菌化でき、また電気伝導性や帯電防止効果を向上することができる。具体的には、ヘプタフルオロ酪酸銀塩（Ｉ）等が挙げられる。更に、機能性材料として染料を用いた場合には、成形体の表面を染色できる。機能性材料としてポリアルキルグリコールを用いた場合には、成形体表面を親水化処理することができる。機能性材料としてシリコンオイルやフッソ系化合物を用いた場合には、成形体表面を疎水化処理することができる。
【００３１】
第１の熱可塑性樹脂中の機能性材料の含有量は、その種類に依存して異なり、特に限定されないが、例えば、０．０１重量％〜１０重量％とすることができる。この範囲であれば、成形体の機械強度を保持しながら、成形体の表面を高機能化できる。特に、無電解メッキ用の触媒として機能する金属微粒子は、第１の熱可塑性樹脂中の含有量が、０．０５重量％〜０．５重量％とすることが好ましく、０．１重量％〜０．２重量％とすることがより好ましい。
【００３２】
機能性材料を第１の熱可塑性樹脂に混合する方法は任意であるが、第１の熱可塑性樹脂が、上述したブロック共重合体とその他の熱可塑性樹脂とを含有する場合には、まず、機能性材料をブロック共重合体に含有させ、その後、機能性材料を含有したブロック共重合体と、その他の熱可塑性樹脂とを混合することが好ましい。機能性材料をブロック共重合体に含有させると、ブロック共重合体は成形体表面に向って機能性材料を伴って移動し、機能性材料と共に成形体の表面近傍に偏析する傾向がある。この現象を利用することで、機能性材料を成形体の表面近傍に偏在させることができ、成形体の表面改質を効率的に行うことができる。
【００３３】
ブロック共重合体に機能性材料を含有させる方法は任意であるが、機能性材料が溶解又は分散した加圧二酸化炭素（以下、必要により「混合加圧流体」と記載する）をブロック共重合体に接触させることにより行うことが好ましい。このとき、加圧二酸化炭素は、機能性材料の溶媒であると共に、ブロック共重合体の可塑剤としても作用し、機能性材料のブロック共重合体への均一な分散を促進し、例えば、機能性材料に金属微粒子を用いた場合には、金属微粒子の粒径を著しく小さくすることができる。機能性材料が凝集せず均一に分散することで、ブロック共重合体に伴って成形体表面へより移動し易くなると考えられる。加圧二酸化炭素を用いる方法としては、バッチ処理が挙げられる。例えば、高圧容器内において、ブロック共重合体に、機能性材料が溶解した加圧二酸化炭素（混合加圧流体）を接触させ、ブロック共重合体に加圧二酸化炭素と共に機能性樹脂を浸透させてもよい。その他の加圧二酸化炭素を用いる方法としては、例えば、押出成形機の可塑化シリンダ内でブロック共重合体を可塑化溶融し、その可塑化シリンダへ機能性材料が溶解した加圧二酸化炭素（混合加圧流体）を導入し、可塑化シリンダ内でブロック共重合体と、機能性材料が溶解した加圧二酸化炭素とを接触させる。そして、機能性材料を混合したブロック共重合体を押出成形した後、粉砕し、機能性材料の混合したブロック共重合体から形成される樹脂ペレットを得ても良い。また、ブロック共重合体に機能性材料を含有させる方法は、加圧二酸化炭素を用いなくともよく、例えば、エタノール等の溶媒に機能性材料を溶解して溶液を調製し、その調製した溶液にブロック共重合体を浸漬し、ブロック共重合体へ機能性材料を含浸させてもよい。ブロック共重合体を溶解させる溶媒としては水、イソプロピルアルコール、ヘキサン、アセトン等の水系溶媒や有機溶媒を用いてもよい。
【００３４】
次に、図２に示す第２の可塑化シリンダ２１０内で、コア層を形成する第２の熱可塑性樹脂を可塑化溶融する（ステップＳ２）。第２の熱可塑性樹脂は、上述した第１の熱可塑性樹脂の説明において挙げた樹脂と同様の樹脂を用いることができ、１種類の樹脂を単独で用いてもよいし、２種類以上を混合して用いてもよい。また、第２の熱可塑性樹脂は、第１の熱可塑性樹脂と同一の種類の樹脂を用いてもよいし、異なる種類の樹脂を用いてもよい。
【００３５】
第１の熱可塑性樹脂と第２の熱可塑性樹脂とは、一種類以上の共通のする樹脂を含有することが好ましい。第１の熱可塑性樹脂と第２の熱可塑性樹脂とが、共通する樹脂を含有することで、スキン層とコア層の密着性を高めることができる。また、第２の熱可塑性樹脂は、上述したブロック共重合体及び機能性材料を含まないことが好ましい。第２の熱可塑性樹脂は成形体のコア層を形成するため、成形体の表面改質に寄与する機能性材料等を含有する必要はなく、また、コストを抑える点からも不要な機能性材料等を含有しないことが好ましい。
【００３６】
可塑化溶融した第２の熱可塑性樹脂に物理発泡剤を混合してもよい。この場合、本実施形態で得られる成形体は、コア層内に発泡セルを有する発泡成形体となる。本実施形態において、物理発泡剤は、加圧窒素や加圧二酸化炭素等の加圧流体が好ましい。これらの加圧流体は、安価、クリーンでかつ残渣が残りにくく、熱可塑性樹脂に相溶しやすいため、物理発泡剤として好適である。また、第２の熱可塑性樹脂に物理発泡剤を混合すると、金型に充填された第２の熱可塑性樹脂の流動樹脂の先端部より物理発泡剤（発泡ガス）が金型内に排出される。この金型内に排出される物理発泡剤は、後述するガスと共に、スキン層（第１の熱可塑性樹脂）の流動を促すことができる。
【００３７】
物理発泡剤は、例えば、図２に示す物理発泡剤供給装置１００から、第２の可塑化シリンダ２１０へ導入され、第２の可塑化シリンダ２１０内で第２の熱可塑性樹脂と混合される。物理発泡剤の第２の可塑化シリンダ２１０への導入圧力及び温度は、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。必ずしも超臨界状態等の高圧の物理発泡剤を用いる必要はないが、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。
【００３８】
物理発泡剤を調製及び可塑化シリンダに供給する方法は、特に限定されず、従来の方法を使用してよく、物理発泡剤を可塑化シリンダに間欠的に導入してもよいし、連続的に導入してもよい。例えば、物理発泡剤を吸引、送液するシリンジポンプを用いて、物理発泡剤を調製及び可塑化シリンダに供給してもよい。また、物理発泡剤として、ボンベ等の保存されているガスを加圧せず、且つ厳密な流量制御を行わずに第２の可塑化シリンダへ導入してもよい。例えば、第２の可塑化シリンダが過剰な物理発泡剤を排気する機構（ベント等）を有している場合は、物理発泡剤の第２の可塑化シリンダへの導入段階で、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。この場合、物理発泡剤供給装置は、流量制御装置及び加圧装置を有する必要がなく、成形装置の低コスト化が図れる。
【００３９】
尚、以上説明した第１の熱可塑性樹脂の可塑化溶融（ステップＳ１）と、第２の熱可塑性樹脂の可塑化溶融（ステップＳ２）とは、どちらを先に実施してもよいし、また並行して実施してもよい。
【００４０】
次に、第１の可塑化シリンダ３１０から、可塑化溶融した第１の熱可塑性樹脂を射出し（図１のステップＳ３）、金型２５２内に充填（供給）する。
【００４１】
本実施形態おいて、スキン層を形成する第１の熱可塑性樹脂の射出速度や射出時間は任意であり、金型形状や樹脂材料の粘度により最適化することが望ましい。例えば、形状が単純な場合は、射出速度が高速でもスキン層が金型壁面に密着するが、形状が複雑な場合には、低速度で射出充填しガス圧力で金型壁面に密着させないとスキン層とコア層が逆転し易くなる。
【００４２】
また、本実施形態では、スキン層を形成する第１の熱可塑性樹脂の金型への充填量を従来よりも少なくすることができる。後述するようにガスを金型内に充填することにより、スキン層の流動が促進され、少ない充填量で成形体表面を覆うスキン層を形成できるからである。例えば、従来のサンドイッチ成形方法では、複雑な金型および製品形状の場合、スキン層の充填量を成形体の体積の５０％以下にすることが困難であった。これに対し、本実施形態では、スキン層を形成する第１の熱可塑性樹脂の体積は、成形体体積の５％〜４０％であることが好ましく、１０％〜３０％であることがより好ましい。５％未満であるとスキン層の量が不十分となり、コア層が成形体表面に露出する虞があり、４０％を超えると本実施形態のサンドイッチ成形方法のメリットが生かせず、高コストになる虞がある。
【００４３】
スキン層を形成する第１の熱可塑性樹脂を金型内に充填するとき、スキン層の流動を阻害しないように、樹脂の粘度特性に合わせて金型の温度は高温にすることが好ましい。
【００４４】
次に、第１の熱可塑性樹脂が射出された金型内にガスを供給し（図１のステップＳ４）、その後に、金型内に第２の熱可塑性樹脂を射出する（ステップＳ５）。
【００４５】
本実施形態で用いるガスは、スキン層の流動を促進するガスであり、窒素、二酸化炭素、空気、ブタン、ヘリウム、アルゴン、プロパン等を用いることができ、特に不活性ガスである窒素、二酸化炭素が好ましい。スキン層の流動を促進するガスは、コア層が金型内に充填されることにより圧縮されてガス圧が高まるので、金型充填時の初期の圧力は、それほど高くなくてよい。ガスの金型充填時の初期の圧力は、１ＭＰａ〜２０ＭＰａであることが好ましく、３ＭＰａ〜１０ＭＰａであることがより好ましい。
【００４６】
スキン層の流動を促進するガスの調製及び金型に供給する方法は、特に限定されず任意である。例えば、ガスボンベ等のガス貯蔵容器から減圧弁等により減圧したガスを金型内に導入してもよい。また、コア層を形成する第２の熱可塑性樹脂に物理発泡剤を含有させる場合、物理発泡剤をスキン層の流動を促進するガスとして用いてもよい。この場合、物理発泡剤供給源から、スキン層の流動を促進するガスを取り出して金型内に導入することができる。
【００４７】
また、コア層を形成する第２の熱可塑性樹脂に物理発泡剤を含有させる場合、金型に充填された第２の熱可塑性樹脂の流動樹脂の先端部より物理発泡剤（発泡ガス）が金型内に排出される。即ち、本実施形態のコア層の流動を促進するガスは、可塑化溶融した第２の熱可塑性樹脂から分離した物理発泡剤を含有してもよい。金型内に排出される物理発泡剤は、上述のガスと共にスキン層（第１の熱可塑性樹脂）の流動を促す。また、本実施形態のコア層の流動を促進するガスは、第２の熱可塑性樹脂のカウンタープレッシャーとしても機能する。これにより、第２の熱可塑性樹脂の流動先端部より物理発泡剤（発泡ガス）が大量に放出されて内圧が急減圧することを抑制でき、発泡セルを微細化できる。
【００４８】
本実施形態では、スキン層を形成する第１の熱可塑性樹脂の射出後から、コア層を形成する第２の熱可塑性樹脂の射出前までの間に、金型内にガスを供給する。金型内での第１の熱可塑性樹脂、ガス及び第２の熱可塑性樹脂の流動について、図７（ａ）〜（ｃ）を用いて説明する。図７（ａ）に示すように、第１の熱可塑性樹脂（スキン層）４０と、第２の熱可塑性樹脂（コア層）４２とは、それらの間にガス４１を介在させた状態で金型のキャビティ２５４内を流動する。ガス４１は、第２の熱可塑性樹脂（コア層）４２により圧縮され内圧が高まり、第１の熱可塑性樹脂（スキン層）４０の流動を促進する。これにより、スキン層４０を引き伸ばし、薄肉化（薄層化）して金型壁面に密着させることができる。スキン層４０とコア層４２との密閉空間にガス４１が保持されるため、該密閉空間が圧縮される程、ガス４１の圧力は高まる。図７（ｂ）に示すように、ガス４１は、流動末端に近づく程、コア層４２に圧縮されて圧力が高まり、スキン層４０の流動支援の効果が高まる。これにより、金型のゲートから遠い流動末端部においてスキン層の固化が始まっても、スキン層を薄く引き延ばすことができ、図７（ｃ）に示すように、流動末端部においても薄いスキン層が形成された成形体が得られる。本実施形態では、図７（ａ）〜（ｃ）に単純形状の成形体を示すが、複雑形状の成形体であっても同様の効果を奏することができる。
【００４９】
また、サンドイッチ成形方法においては、成形体の厚みや、溶融樹脂の流動長さによりスキン層をどこまで薄くできるかの難易度が大きく異なる。一般に、成形体の最小厚み（Ｄ）と、溶融樹脂の最大流動長さ（Ｌ）の比（Ｌ／Ｄ）が大きいほど、スキン層を薄く形成することが難しくなる。ここで、溶融樹脂の最大流動長さ（Ｌ）とは、金型のキャビティにおいて、ゲートから溶融樹脂が流動する距離のうち最も長い距離を意味し、成形体の最小厚み（Ｄ）とは、金型のキャビティにおいて、溶融樹脂の流動方向に垂直な方向において、最も小さい幅を意味する。図７（ａ）に、成形体の最小厚み（Ｄ）と、溶融樹脂の最大流動長さ（Ｌ）を示す。本実施形態のサンドイッチ成形方法は、成形体の最小厚み（Ｄ）と溶融樹脂の最大流動長さ（Ｌ）との比（Ｌ／Ｄ）が、大きい成形体に対しても適用できる。本実施形態において、比（Ｌ／Ｄ）は、１０〜５００が好ましく、５０〜２００がより好ましく、１００〜２００が更により好ましい。また、上述のように、スキン層の厚みは成形体の形状等により異なるが、例えば、０．１ｍｍ〜２ｍｍとすることができ、好ましくは、０．１ｍｍ〜１ｍｍである。
【００５０】
本実施形態では、更に、第２の熱可塑性樹脂が金型内を流動している間に、前記ガスを第１の熱可塑性樹脂と第２の熱可塑性樹脂の間から排出することが好ましい。成形体の成形過程において、スキン層４１とコア層４３の間からガス４２を排出することで、スキン層とコア層の密着性を向上させることができる。ガスの排出方法は任意であり、例えば、スキン層が薄くなって破け、自然にガスが排出される成形条件を見出してもよい。または、ガスを強制的に排出する排出機構や経路を金型に設けてもよい。例えば、金型にガス排出用の突き出しピンを設け、任意のタイミングで突出しピンを用いて薄膜化したスキン層を貫通し、ガスを排出してもよい。
【００５１】
以上説明したように、本実施形態のサンドイッチ成形方法は、スキン層の流動を促進するガスにより、スキン層を薄く形成できる。これにより、成形体に含まれるスキン層の割合を低くでき、表面を高機能化させた成形体を低コストで製造することができる。例えば、スキン層にブロック共重合体や金属微粒子を含有させることで、ポリプロピレン等の疎水性の樹脂を用いて、密着性の高いメッキ膜を形成可能な成形体や、プライマー処理を施さずとも静電塗装が可能な成形体を低コストで製造できる。スキン層を薄くできるため、結果として、成形体全体に占めるブロック共重合体や機能性材料の割合は低くなる。例えば、本実施形態のサンドイッチ成形方法により製造される成形体は、ブロック共重合体を１重量％〜３０重量％含むことが好ましく、５重量％〜２０重量％含むことがより好ましい。また、機能性材料はその種類に依存して成形体中に含有される割合は異なるが、例えば、本実施形態で製造される成形体は、機能性材料を０．００１重量％〜１重量％含むことが好ましく、０．００５重量％〜０．１重量％含むことがより好ましい。このような少ない含有量であっても、薄いスキン層のみに全てのブロック共重合体や機能性材料が含有されるため、効率的に成形体の表面を高機能化できる。
【００５２】
[第２の実施形態]
第２の実施形態として、第１の実施形態のサンドイッチ成形方法に用いる成形装置について説明する。本実施形態の成形装置は、例えば、図２に示す成形装置１０００であり、成形装置１０００は、主に、シリンダ本体２１０ａとノズル機構４００とを有する第２の可塑化シリンダ２１０と、ノズル機構４００に接続する第１の可塑化シリンダ３１０と、ノズル機構４００にガス供給流路（第１のガス供給流路）１２０を介して接続するガス貯蔵容器１０とから構成される。そして、ノズル機構４００には、金型２５４が密着している。
【００５３】
第１の可塑化シリンダでは、スキン層を形成する第１の可塑化溶融樹脂が可塑化溶融され、第２の可塑化シリンダでは、コア層を形成する第２の可塑化溶融樹脂が可塑化溶融される。第１の可塑化シリンダ３１０及び第２の可塑化シリンダのシリンダ本体２１０ａには、それぞれ第１のスクリュ３０、第２のスクリュ２０が回転可能に内設されている。本実施形態の第１の可塑化シリンダ３１０及び第２の可塑化シリンダのシリンダ本体２１０ａには、従来から知られている汎用の可塑化シリンダを採用することができる。
【００５４】
上述のように、第１の実施形態のサンドイッチ成形方法においては、スキン層を形成する第１の可塑化溶融樹脂の充填量は、従来のサンドイッチ成形方法と比較して少なくすることができる。したがって、第１の可塑化シリンダの内容積を第２の可塑化シリンダの内容積より小さくしてもよい。第１の可塑化シリンダの内容積は、第２の可塑化シリンダの内容積の１０％〜１００％であることが好ましく、２０％〜５０％であることがより好ましい。
【００５５】
ノズル機構４００にガスを供給するガス貯蔵容器１０には、例えば、高圧ガスボンベを用いることができる。ガス圧力を低下させてからノズル機構４００へガスを供給するために、ガス貯蔵容器１０は減圧弁１１を介してノズル機構４００に接続することが好ましい。また、図２に示すように、ガス貯蔵容器１０は、第２のガス供給流路（物理発泡剤供給流路）１１０を介して、第２の可塑化シリンダ２１０に接続されてもよい。上述のように、第１の実施形態のサンドイッチ成形方法においては、コア層を形成する第２の熱可塑性樹脂に物理発泡剤を含有させて、発泡成形体を形成してもよく、更に、ガス貯蔵容器１０内のガスを物理発泡剤として用いてもよい。ガス貯蔵容器１０を第２の可塑化シリンダ２１０に接続することで、第２の可塑化シリンダ２１０内に、ガス貯蔵容器１０から物理発泡剤としてのガスを供給し、第２の可塑化シリンダ内でガスと第２の熱可塑性樹脂とを混合することができる。
【００５６】
以下に、第２の可塑化シリンダ２１０に設けられたノズル機構４００について説明する。図２及び図３において、ノズル機構４００の右側にはシリンダ本体２１０ａが接続し、左側には金型２５２が接続する。更に、ノズル機構４００の上部には、第１の熱可塑性シリンダ３１０が接続し、ノズル機構４００の下部には、ガス供給流路１２０を介してガス貯蔵容器（ガスボンベ）１０が接続する。したがって、スキン層を形成する第１の熱可塑性樹脂、コア層を形成する第２の熱可塑性樹脂及びスキン層の流動を促進するガスは、全てノズル機構４００を介して金型２５２内に供給される。ノズル機構４００内部には、コア層を形成する第２の熱可塑性樹脂が通過するコア層樹脂流路４１０と、スキン層を形成する第１の熱可塑性樹脂が通過する第１及び第２スキン層樹脂流路４２０、４３０と、ガスが通過するガス流路４４０が形成されている。
【００５７】
図３に示すように、コア層樹脂流路４１０は、シリンダ本体２１０ａ内に設けられたシャットオフバルブ２６から延びる流路であり、金型２５２内に形成されたスプール２５３へと通じている。第２の熱可塑性樹脂の射出時には、シャットオフバルブ２６が上流側（図３における右側）へ移動し、シリンダ本体２１０ａ内部とコア樹脂流路４１０とが連通する。第２の熱可塑性樹脂は、コア樹脂流路４１０及びスプール２５３を介して、金型内に形成されるキャビティ２５４へ充填される。
【００５８】
第１スキン層樹脂流路４２０は、第１の可塑化シリンダ３１０の内部と、第２スキン層樹脂流路４３０とを連通する流路であり、第２スキン層樹脂流路４３０は、コア層樹脂流路４１０の外側を囲むように配置された円筒状の流路である。第２スキン層樹脂流路４３０の下流側（図３における、左側）の一端は、金型２５２内に形成されたスプール２５３へと通じており、上流側（図３における、右側）の他端には、ノズル機構４００の上部から延びる第１スキン層樹脂流路４２０が接続する。また、第２スキン層樹脂流路４３０の上流側（図３における、右側）の他端近傍には、逆流防止リング４１１が設けられている。第１の可塑化溶融樹脂は、第１スキン樹脂流路４２０、第２スキン樹脂流路４３０及びスプール２５３を介して、金型２５２内に形成されるキャビティ２５４へ充填される。
【００５９】
ガス流路４４０は、ノズル機構４００の下部に接続するガス供給流路１２０と、コア層樹脂流路４１０とを連結する流路であり、ガス流路４４０とコア層樹脂流路４１０との間には、エアシリンダ４４２により開閉可能な注入バルブ４４１が設けられている。図３において、エアシリンダ４４２により注入バルブ４４１を上方へ前進させると、ガス流路４４０とコア層樹脂流路４１０とが連通し、ガス貯蔵容器１０からガス供給流路１２０及びガス流路４４０を介して、ガスがコア層樹脂流路４１０へ導入される。コア層樹脂流路４１０へ導入されたガスは、スプール２５３を介して、金型内に形成されるキャビティ２５４へ供給される。本実施形態の成形装置１０００では、ガスがコア層樹脂流路４１０を通過している。つまり、コア層樹脂流路４１０は、コア層樹脂とガスの両方の流路として機能する。
【００６０】
図２に示す成形装置１０００では、ノズル機構４００は第２の可塑化シリンダ２１０と一体であり、第２の可塑化シリンダ２１０の一部を構成している。しかし、本実施形態の製造装置はこれに限定されず、例えば、ノズル機構４００は、金型２５２と一体であって、金型２５２の一部を構成してもよい。また、ノズル機構４００は、第２の可塑化シリンダ、又は金型から取り外し可能な独立したノズルユニットであってもよい。
【実施例】
【００６１】
以下、実施例及び比較例により本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。
【００６２】
[実施例１]
実施例１では、図２に示す成形装置１０００を用いて、スキン層と、発泡セル含むコア層とからなる発泡成形体を成形し、更に、成形体表面に無電解メッキ膜を形成した。スキン層を形成する第１の熱可塑性樹脂としては、非強化ポリプロピレン（プライムポリプロ製、Ｊ１０５Ｇ）と、ポリエチレングリコールとポリプロピレンの共重合体であるブロック共重合体（三洋化成工業製、ペレスタット３００）とを重量比３：１でドライブレンドした混合樹脂を用いた。ブロック共重合体には、事前にメッキ触媒として機能する金属錯体（ヘキサフルオロアセチルアセトナトパラジウム(ＩＩ)）を５００ｐｐｍ含有させた。ブロック共重合体に金属錯体を含有させた方法は、バッチ処理であり、高圧容器内において、金属錯体が溶解した加圧二酸化炭素をブロック共重合体に接触させることによって、ブロック共重合体に機能性材料を浸透させた。コア層を形成する第２の熱可塑性樹脂としては、第１の熱可塑性樹脂にも含まれる非強化ポリプロピレン（プライムポリプロ製、Ｊ１０５Ｇ）を用いた。本実施例では、スキン層を形成する第１の熱可塑性樹脂の体積は、成形体体積の２０％とした。尚、第１及び第２の熱可塑性樹脂として用いられている非強化ポリプロピレンには、予め結晶核剤（新日本理化製、ゲルオールＤ）を０．５重量％添加した。粘度及び溶融張力の低い非強化ポリプロピレンは、そのままでは物理発泡が困難であるが、結晶核剤を含有することで、ポリプロピレンの結晶化速度を速くし、粘度、溶融張力及び剛性を高め、発泡時のセル破断を抑制できる。
【００６３】
＜成形装置＞
図２に示す本実施例に用いた成形装置１０００について説明する。成形装置１０００は、主に、第１の可塑化シリンダ３１０、シリンダ本体２１０ａとノズル機構４００とを有する第２の可塑化シリンダ２１０と、ガス貯蔵容器１０を有する物理発泡剤供給装置１００と、金型２５２が設けられた型締めユニット２５０と、更に、物理発泡剤供給装置１００、第１及び第２の可塑化シリンダ３１０、２１０、及び型締めユニット２５０の動作を制御する制御装置（不図示）を備える。
【００６４】
第１の可塑化シリンダ３１０の内部には、回転及び進退自在に配設されたスクリュ３０が設けられ、第１の可塑化シリンダ３１０の上部側面には、第１の熱可塑性樹脂を第１の可塑化シリンダ３１０に供給するための樹脂供給口３０１が形成され、樹脂供給口３０１には、樹脂供給用ホッパ３１１が配設されている。第１の可塑化シリンダ３１０は、第２の可塑化シリンダ２１０に設けられたノズル機構４００の上方に接続されている。
【００６５】
第２の可塑化シリンダ２１０は、主に、シリンダ本体２１０ａと、シリンダ本体２１０ａに接続されるノズル機構４００から構成される。ノズル機構４００は、上述の第２の実施形態で説明した構成を有する。シリンダ本体２１０ａは、その内部に回転及び進退自在に配設されたスクリュ２０と、上流側シール機構Ｓ１及び下流側シール機構Ｓ２とを備える。シリンダ本体２１０ａの先端部には、エアシリンダ２７の駆動により開閉するシャットオフバルブ２６が設けられ、シリンダ本体２１０ａの内部を高圧に保持できる。シャットオフバルブ２６を有するシリンダ本体２１０ａの先端部はノズル機構４００に接続し、ノズル機構４００には金型２５２が密着している。シリンダ本体２１０ａで可塑化溶融された溶融樹脂は、ノズル機構４００を介して金型２５２内に形成されるキャビティ２５４に射出充填される。
【００６６】
第２の可塑化シリンダ２１０内において、可塑化溶融された溶融樹脂は、図２〜図６における右手から左手に向かって流動する。したがって、本実施例の可塑化シリンダ２１０の内部においては、図２〜図６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。
【００６７】
更に、図示しないが、第２の可塑化シリンダ２１０の上流側の後端部には、スクリュ２０を回転させる回転モータなどの回転駆動手段と、スクリュ２０を前後進させるためのボールネジ及びそれを駆動させるモータなどの移動手段とが接続されている。尚、本実施例の第２の可塑化シリンダ２１０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（ノズル機構４００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。
【００６８】
第２の可塑化シリンダ２１０の上部側面には、上流側から順に、第２の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、物理発泡剤を第２の可塑化シリンダ２１０内に導入するための導入口２０２、及び可塑化シリンダ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、及び物理発泡剤の導入バルブ２１２が配設されており、ベント２０３には、圧力調整機構２１３が接続されている。また導入バルブ２１２には、第２の可塑化シリンダ２１０の外に設けられる物理発泡剤供給装置１００が物理発泡剤供給流路１１０を介して接続している。第２の可塑化シリンダ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、これにより第２の可塑化シリンダ２１０が加熱されて、第２の熱可塑性樹脂が可塑化される。
【００６９】
このような構造の第２の可塑化シリンダ２１０では、樹脂供給口２０１から第２の可塑化シリンダ２１０内に第２の熱可塑性樹脂が供給され、第２の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の導入圧力以下に低下させる。減圧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、第２の可塑化シリンダ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。なお、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。
【００７０】
図２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、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く、本実施例では、下流側シール機構Ｓ２に、国際公開第２０１２／１２０６３７号に開示される下流側シール機構Ｓ２を用いた。下流側シール機構Ｓ２は、スクリュ２０の逆回転により、ゾーン２２、２３の連通を遮断することができ、スクリュ２０の正回転、回転の停止、又は逆回転の回転数の低下のいずれかにより、ゾーン２２、２３を連通することができる。また、上流側シール機構Ｓ１には、低いバネ圧を有する汎用の逆流防止弁をシール機構として用いた。上流側シール機構Ｓ１に下流側シール機構Ｓ２と同構造のシール機構を採用することは可能であるが、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いるため加圧流体が漏洩し難いため、上流側シール機構Ｓ１は簡易なシール機構でも十分である。
【００７１】
図２に示すように、ベント２０３に設けられた圧力調整機構２１３は、本体容器２１５、圧力計２１６及び背圧弁２１７を有する。圧力調整機構２１３は、背圧弁２１７の設定値を物理発泡剤の導入圧力より低く設定することにより、本体容器２１５及び減圧ゾーン２３の圧力を調整し（低下させ）、溶融樹脂から過剰な物理発泡剤を分離させる。溶融樹脂から分離した物理発泡剤は、ベント２０３、本体容器２１５及び背圧弁２１７を介して、第２の可塑化シリンダ２１０の外部へ排出される。
【００７２】
物理発泡剤供給装置１００は、並列に接続された３つの圧力１０〜１５ＭＰａのガス貯蔵容器（窒素ボンベ１０）を含み、物理発泡剤供給流路（第２のガス供給流路）１１０を介して、第２の可塑化シリンダ２１０の物理発泡剤の導入バルブ２１２に接続される。物理発泡剤供給流路１１０には、減圧弁１１、圧力計１２、背圧弁１４、圧力計１５が設けられている。このように、本実施例で用いる物理発泡剤供給装置１００は、高圧装置及び流量制御装置を有さず、窒素ボンベ１０に貯蔵される窒素を減圧弁１１により減圧して、直接、第２の可塑化シリンダ２１０に導入するシステムである。高圧装置及び流量制御装置を有さないため、装置コストを低く抑えることができる。また、物理発泡剤供給装置１００は、ガス供給流路（第１のガス供給流路）１２０により、上述したノズル機構４００に接続されている。本実施例では、スキン層の流動を促進するガスとして、窒素ボンベ１０に貯蔵されている窒素ガスを使用する。したがって、本実施例では、物理発泡剤供給装置１００の窒素ボンベ１０は、金型内に供給されるガスのガス貯蔵容器としても機能する。
【００７３】
型締めユニット２５０に設けられた金型２５２内部には、溶融樹脂が充填されるキャビティ２５２と、ノズル機構４００からキャビティ２５２へと続く樹脂流路であるスプール２５３が形成されている。本実施例で用いた金型２５２は、センターダイレクトゲートの金型であり、成形体の最小厚み（Ｄ）：３ｍｍ、溶融樹脂の最大流動長さ（Ｌ）：３００ｍｍ、（Ｌ／Ｄ）＝１００であった。スプール２５３近傍には、電磁誘導加熱ヒータ（不図示）及び冷却水通水路（不図示）が設けられており、スプール２５３近傍の金型温度を調節することができる。また、金型２５２のキャビティ２５２には、ガス排出用の突出しピンが設けられる（不図示）。コア層を形成する第２の熱可塑性樹脂が金型内を流動している間に、任意のタイミングで薄膜化したスキン層を突出しピンにより貫通し、第１の熱可塑性樹脂と第２の熱可塑性樹脂の間からガスを排出できる。ガス排出用の突出しピンは、金型のゲートから離れた位置、即ち、流動末端部に相当する位置に設けた。
【００７４】
＜成形体の製造＞
以上説明した図２に示す成形装置１０００を用いて発泡成形体を製造した。まず、第１の可塑化シリンダ３１０において、樹脂供給用ホッパ３１１から、非強化ポリプロピレンとブロック共重合体との混合樹脂（第１の熱可塑性樹脂）を供給し、外壁面に設けられたバンドヒータ（不図示）により加熱しながらスクリュ３０を正回転させた。これにより、第１の熱可塑性樹脂を加熱、混練し、溶融樹脂とした。更に、スクリュ３０を正回転にすることにより、溶融樹脂を前方へ送って計量を行い、第１の可塑化シリンダ３１０の先端部に滞留させた。
【００７５】
これと並行して、物理発泡剤供給装置の窒素ボンベ１０の排出バルブを開放し、第２の可塑化シリンダ２１０内に物理発泡剤を導入する導入バルブ２１２までの系内、及び金型２５２へ窒素ガスを供給するためのノズル機構４００まで伸びるガス供給流路１２０内を窒素ガスにより加圧した。このとき、まず、減圧弁１１にて圧力計１２の表示が７〜１０ＭＰａになるように窒素の圧力を調整し、更に、背圧弁１４の設定圧力値を減圧弁１１の設定圧力値よりも０〜２ＭＰａ低く設定した。
【００７６】
第２の可塑化シリンダ２１０において、樹脂供給用ホッパ２１１から、非強化ポリプロピレン（第２の熱可塑性樹脂）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（不図示）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、第２の熱可塑性樹脂を加熱、混練し、溶融樹脂とした。本実施例では、第２の溶融樹脂の温度が２００℃〜２２０℃となるように第２の可塑化シリンダ２１０の可塑化ゾーン２１を加熱した。
【００７７】
スクリュ２０を回転数１００ｒｐｍで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。次に、溶融樹脂可塑化計量の途中において、スクリュ２０の回転を一旦停止した後、スクリュ２０を１秒間、逆回転させることで（回転数：５０ｒｐｍ）、上流側シール機構Ｓ１及び下流側シール機構Ｓ２によって、高圧混練ゾーン２２と、減圧ゾーン２３及び可塑化ゾーン２１との連通を遮断した。更に、回転数１０ｒｐｍの低速で５秒間逆回転を続け、その間に導入バルブ２１２を２秒開放し、第２の可塑化シリンダ２１０内へ加圧窒素を導入した。本実施例では、溶融樹脂を成形する前に、溶融樹脂から過剰な窒素を分離、排出するため、第２の可塑化シリンダ２１０への導入量は厳密に制御する必要がない。そのため、第２の可塑化シリンダ２１０への加圧窒素導入量の精密な制御は行なわず、過剰な量を第２の可塑化シリンダ２１０へ導入した。
【００７８】
高圧混練ゾーン２２に導入された物理発泡剤を、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を正回転に戻し、溶融樹脂を減圧ゾーン２３へ流動させた。
【００７９】
減圧ゾーン２３に設けられた圧力調整機構２１３の背圧弁２１７の設定圧力を１〜６ＭＰａに設定した。減圧ゾーン２３へ流動した溶融樹脂及び物理発泡剤の圧力は、減圧ゾーンの設定圧力まで低下した。これにより、余剰な物理発泡剤（窒素）はガス化して溶融樹脂から分離し、背圧弁２１７を介して第２の可塑化シリンダ２１０の外へ排出された。余剰な物理発泡剤が分離することにより、溶融樹脂に含有される物理発泡剤（窒素）の濃度は、飽和溶解度に近づいたと推測される。これにより、本実施例の発泡成形形態は、発泡剤の濃度が高くなり、微細な発泡セルが形成できる。
【００８０】
更に、スクリュ２０を正回転にすることにより、余剰な物理発泡剤が分離された溶融樹脂を減圧ゾーン２３の下流へ送った。そこで、物理発泡剤を含有する溶融樹脂は、スクリュ２０の背圧により再度加圧されて密度を高められ、計量される。計量した溶融樹脂をシャットオフバルブ２６で閉鎖された第２の可塑化シリンダ２１０の先端部に滞留させた。
【００８１】
第１の可塑化シリンダ３１０及び第２の可塑化シリンダ２１０内に、それぞれ、金型内に射出可能な溶融樹脂を得た後、まず、図４に示すように、第１の可塑化シリンダ３１０から、スキン層４０を形成する非強化ポリプロピレンとブロック共重合体との混合樹脂（第１の熱可塑性樹脂）を射出した。射出速度は、１０ｍｍ／ｓとした。射出された溶融樹脂は、第１スキン層樹脂流路４２０、逆流防止リング４１１、第２スキン層樹脂流路４３０及びスプール２５３を介して、金型２５２内に形成されるキャビティ２５４へ供給される。
【００８２】
続いて、図５に示すように、エアシリンダ４４２により注入バルブ４４１を上方へ前進させて、ガス流路４４０とコア層樹脂流路４１０とを連通させた。窒素ボンベ１０からガス供給流路１２０及びガス流路４４０を介して、圧力７〜１０ＭＰａの窒素ガスをコア層樹脂流路４１０へ導入した。窒素ガスは、コア層樹脂流路４１０及びスプール２５３を介して、キャビティ２５４へ供給された。
【００８３】
第１の熱可塑性樹脂をキャビティ２５４へ供給するとき、金型２５２内でのスキン層４０の流動抵抗を小さくするために、スプール２５３近傍に設けられた電磁誘導加熱ヒータ（不図示）にてスプール２５３近傍の金型温度を１２０℃まで上昇させた。そして、窒素ガスをキャビティ２５４へ供給した直後に、電磁誘導加熱のヒータの電源を切り、スプール２５３近傍に設けた冷却水通水路（不図示）に冷却水を通水させ、金型表面温度を４０℃まで低下させた。
【００８４】
窒素ガスをキャビティ２５４へ供給した後、図６に示すように、第２の可塑化シリンダ２１０のシャットオフバルブ２６を開放して、コア層を形成するポリプロピレン（第２の溶融樹脂）を射出速度１００ｍｍ／ｓで射出した。射出されたポリプロピレンは、コア樹脂流路４１０及びスプール２５３を介して、キャビティ２５４へ供給される。
【００８５】
コア層を形成する第２の熱可塑性樹脂が金型内を流動している間に、突出しピン（不図示）により薄膜化したスキン層を貫通させて、第１の熱可塑性樹脂と第２の熱可塑性樹脂の間に介在する窒素ガスを成形体の外部へ排出した。
【００８６】
本実施例においては、ソリッド（非発泡成形体）成形時の計量ストロークが８０ｍｍであるのに対し、本実施例では７０ｍｍの計量ストロークで射出充填し、保圧はかけなかった。これにより、物理発泡剤を含有するコア層内に発泡セルを形成し、発泡成形体を得た。
【００８７】
本実施例で得られた発泡成形体は、スキン層が成形体全面を覆い、コア層が表面に露出している部分はなかった。従来のサンドイッチ成形方法を用いて、同様の材料からなる成形体を成形する場合、表面全体をスキン層で覆うためには、スキン層を形成する樹脂の体積は、成形体体積の５０％程度は必要である。本実施例では、スキン層の流動を促進する窒素ガスによりスキン層を薄く形成することができるため、スキン層を形成する第１の熱可塑性樹脂の体積が成形体体積の２０％であっても、成形体全面を覆うことができたと推測される。また、本実施例で得られた発泡成形体の比重は、０．６ｇ／ｃｍ３であり、同材料から製造される非発泡成形体と比較して３割程度軽量化できた。
【００８８】
次に、発泡成形体の断面をＳＥＭにより観察した。その結果、コア層には、セル径２０μｍ〜３０μｍの微細な発泡セルが形成されていることが確認された。
【００８９】
＜メッキ膜の形成＞
得られた発泡成形体の表面にメッキ膜を形成した。まず、メッキ前処理として、発泡成形体を６０℃の１，３−ブタンジオール水溶液（濃度８０ｖｏｌ．％）に１０分間浸漬させた。その後、６５℃の無電解メッキ液（奥野製薬工業製、トップニコロンＲＣＨ）中に浸漬し、１５分間で全面に１μｍの無電解ニッケルリン膜を形成した。更に、無電解ニッケルリン膜上に２０μｍの電解銅メッキ膜を形成した。本実施例では、メッキ前処理に１，３−ブタンジオール水溶液を用いることで、成形体のスキン層に含有されるブロック共重合体のポリエチレングリコールを膨潤させ、メッキ液の成形体内への浸透を促進させた。得られたメッキ膜の密着強度を引っ張り試験機により測定した。その結果、メッキ膜の密着強度は８Ｎ／ｃｍであり、ポリプロピレンの成形体上に形成したメッキ膜としては、十分な密着強度を有していた。
【００９０】
以上説明したように、本実施例におけるサンドイッチ成形方法では、微細な発泡セルを有する成形体を形成すると共に、難メッキ材料であるポリプロピレンに十分な密着強度を有するメッキ膜を形成することができた。
【００９１】
［実施例２］
実施例２では、実施例１で用いた図２に示す成形装置１０００を用いて、スキン層と、発泡セル含むコア層とからなる発泡成形体を成形し、更に、成形体表面にプライマー処理を行わずに静電塗装を行った。
【００９２】
スキン層を形成する第１の熱可塑性樹脂としては、非強化ポリプロピレン（プライムポリプロ製、Ｊ１０５Ｇ）と、親水性セグメントを含むブロック共重合体（三洋化成工業製、ペレクトロンＨＳ）とを重量比２：１でドライブレンドした混合樹脂を用いた。本実施例は、実施例１と異なり、ブロック共重合体に金属錯体は含有させなかった。コア層を形成する第２の熱可塑性樹脂としては、実施例１と同様の非強化ポリプロピレン（プライムポリプロ製、Ｊ１０５Ｇ）を用いた。本実施例では、スキン層を形成する第１の熱可塑性樹脂の体積は、成形体体積の３０％とした。ブロック共重合体の重量は、成形体重量の約９％であった。尚、第１及び第２の熱可塑性樹脂として用いられている非強化ポリプロピレンには、実施例１と同様に、予め結晶核剤（新日本理化製、ゲルオールＤ）を０．５重量％添加した樹脂を用いた。
【００９３】
以上説明した材料を用い、実施例１と同様の方法により、コア層内に発泡セルを有する発泡成形体を得た。本実施例で得られた発泡成形体は、スキン層が成形体全面を覆い、コア層が表面に露出している部分はなかった。尚、従来のサンドイッチ成形方法を用いて、同様の材料からなる成形体を成形する場合、表面全体をスキン層で覆うためには、スキン層を形成する樹脂の体積は、成形体体積の５０％必要である。本実施例では、スキン層の流動を促進する窒素ガスによりスキン層を薄く形成することができるため、スキン層を形成する第１の熱可塑性樹脂の体積が成形体体積の３０％であっても、成形体全面を覆うことができたと推測される。また、本実施例で得られた発泡成形体の比重は、０．６ｇ／ｃｍ３であり、同材料から製造される非発泡成形体と比較して３割程度軽量化できた。
【００９４】
次に、本実施例で得られた発泡成形体の表面電気抵抗を測定した。その結果、成形体の表面電気抵抗は７〜９×１０７Ω／ｓｑ．であり、静電塗装が可能とされる１０8Ω／ｓｑ．以下であった。尚、ポリプロピレンにブロック共重合体を９重量％混合して通常の射出成形により成形体を成形した場合、成形体の表面電気抵抗は２〜７×１０１２Ω／ｓｑ．となる。本実施例では、スキン層の流動を促進する窒素ガスによりスキン層を薄く形成することができ、その薄いスキン層のみにブロック共重合を含有させるため、成形体表面の電気抵抗値を効率よく低下させることができたと推測される。
【００９５】
次に、本実施例で得られた発泡成形体に、汎用の方法により静電塗装を行った。その結果、プライマー処理を施していないにもかかわらず、成形体表面を均一に塗装することができた。
【００９６】
以上説明したように、本実施例におけるサンドイッチ成形方法では、成形体の軽量化と、プライマーレスの静電塗装とを同時に実現することができた。
【産業上の利用可能性】
【００９７】
本発明のサンドイッチ成形方法は、スキン層の流動を促進するガスによりスキン層を薄く形成できる。これにより、成形体中のスキン層の割合を低くでき、表面を高機能化させた成形体を低コストで製造することができる。例えば、スキン層にブロック共重合体や金属微粒子を含有させることで、ポリプロピレン等の疎水性の樹脂を用いて、密着性の高いメッキ膜を形成可能な成形体や、プライマー処理を施さずとも静電塗装が可能な成形体を低コストで製造することができる。
【符号の説明】
【００９８】
１００        物理発泡剤供給装置
２１０        第２の可塑化シリンダ
２１０ａ      シリンダ本体
２５０        型締めユニット
２５２        金型
３１０        第１の可塑化シリンダ
４００        ノズル機構
４１０        コア層樹脂流路
４２０        第１スキン層樹脂流路
４３０        第２スキン層樹脂流路
４４０        ガス流路
１０００      成形装置
【図１】
2015051601.tif 000003
【図２】
2015051601.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2015051601.tif 000007
【図６】
2015051601.tif 000008
【図７】
2015051601.tif 000009