(57)【要約】【課題】材料がゲートからキャビティに供給される際の発泡セルの成長を有効に抑制し、微細で均一な大きさの発泡セルを材料内に均一に分布させる発泡成形体の成形方法を提供する。【解決手段】超臨界状流体を混合させた材料を金型に供給して、所定形状の発泡成形体を成形する成形方法において、金型１２に形成された材料流路及び金型１２に材料を供給する材料流路１２５ａ，１２５ｂ，１２５ｃの少なくとも一部に超音波振動を付与しながら成形を行う成形方法である。少なくとも、金型１２への前記材料の供給が開始されてから、金型１２への前記材料の供給が終了するまでの間、材料流路１２５ａ，１２５ｂ，１２５ｃに前記超音波振動を付与するとよい。【選択図】　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超臨界状流体を混合させた材料を金型に供給して、所定形状の発泡成形体を成形する成形方法において、
前記金型に形成された材料流路及び前記金型に材料を供給する材料流路の少なくとも一部に超音波振動を付与しながら成形を行うこと、
を特徴とする発泡成形体の成形方法。
【請求項２】
少なくとも、前記金型への前記材料の供給が開始されてから、前記金型への前記材料の供給が終了するまでの間、前記材料流路に前記超音波振動を付与することを特徴とする請求項１に記載の発泡成形体の成形方法。
【請求項３】
前記金型が、固定金型と、この固定金型に対して開閉方向に移動する可動金型と、前記固定金型及び可動金型の当接面に形成されたキャビティとを有する射出成形用の金型であることを特徴とする請求項１又は２に記載の発泡成形体の成形方法。
【請求項４】
前記材料流路が、前記金型に材料を供給するシリンダのノズルに形成された貫通孔と，この貫通孔に連通するスプルーと、前記キャビティに連通するゲートと、前記スプルーと前記ゲートとを連通状に連結するランナーとを有し、
前記超音波振動を、前記貫通孔，前記スプルー，前記ランナー及び前記ゲートの少なくとも一つに付与することを特徴とする請求項３に記載の発泡成形体の成形方法。
【請求項５】
前記金型が、供給された材料を前記金型の一部から押し出しながら前記発泡成形体の成形を行う押出成形用の金型であることを特徴とする請求項１又は２に記載の発泡成形体の成形方法。
【請求項６】
前記金型がダイリップを有し、このダイリップの少なくとも一部を含む前記材料流路に、前記超音波振動を付与することを特徴とする請求項５に記載の発泡成形体の成形方法。
【請求項７】
前記ダイリップに沿って、複数の超音波振動子を配置し、この複数の超音波振動子によって前記超音波振動を付与することを特徴とする請求項６に記載の発泡成形体の成形方法。
【請求項８】
前記材料流路に前記超音波振動の変位波形の腹が位置するように、前記材料流路に前記超音波振動を付与することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の発泡成形体の成形方法。
【請求項９】
前記キャビティ又は前記ダイリップに供給される材料の圧力の変化に同期させて、前記超音波振動を発生させる超音波振動子の出力又は前記超音波振動の振幅を変化させることを特徴とする請求項３〜８のいずれかに記載の発泡成形体の成形方法。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかに記載の発泡成形体の成形方法によって成形された発泡成形体。
【請求項１１】
超臨界状流体を混合させた材料を金型に供給して、所定形状の発泡成形体を成形する成形装置において、
前記金型に形成された材料流路及び前記金型に材料を供給する材料流路の少なくとも一部に超音波振動を付与する一つ又は複数の超音波振動手段を前記金型に設けたこと、
を特徴とする発泡成形体の成形装置。
【請求項１２】
前記金型が、固定金型と、この固定金型に対して開閉方向に移動する可動金型と、前記固定金型及び可動金型の当接面に形成されたキャビティとを有する射出成形用の金型で、
前記材料流路が、前記金型に材料を供給するシリンダのノズルに形成された貫通孔と、この貫通孔に連通するスプルーと、前記キャビティに連通するゲートと、前記スプルーと前記ゲートとを連通状に連結するランナーとを有し、
前記貫通孔，前記スプルー，前記ランナー及び前記ゲートの少なくとも一つに前記超音波振動を付与することを特徴とする請求項１１に記載の発泡成形体の成形装置。
【請求項１３】
前記キャビティが複数形成されている場合において、前記キャビティに材料を供給する前記ランナーに前記超音波振動を付与することを特徴とする請求項１２に記載の発泡成形体の成形装置。
【請求項１４】
前記金型が、供給された材料を前記金型の一部から押し出しながら前記発泡成形体の成形を行う押出成形用の金型で、
この金型の材料流路の少なくとも一部又はダイリップを含む前記材料流路の少なくとも一部に前記超音波振動を付与するように、一つ又は複数の超音波振動子を配置したことを特徴とする請求項１１に記載の発泡成形体の成形装置。
【請求項１５】
前記キャビティ又は前記ダイリップに供給される材料の圧力を検出する圧力検出手段と、この圧力検出手段が検出した圧力変化に同期させて超音波振動子の出力又は前記超音波振動の振幅を変化させるように前記超音波振動子の制御を行う制御手段とを有することを特徴とする請求項１１〜１４のいずれかに記載の発泡成形体の成形装置。
【請求項１６】
超音波振動子の振動を伝達する振動伝達部材を一つ又は複数設け、この振動伝達部材の形状及び／又は寸法を変更可能にして、前記材料流路に付与される超音波振動の変位波形を調整可能にしたことを特徴とする請求項１１〜１５のいずれかに記載の発泡成形体の成形装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超臨界状流体を混合させた材料を金型に供給して、所定形状の発泡成形体を成形する発泡成形体の成形方法，この成形方法による発泡成形体及び成形装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
発泡成形体は、軽量で剛性重量比の高い構造体として近年注目を集めている成形体である。ここで、「発泡成形」とは、有機系又は無機系の発泡剤や超臨界の窒素（Ｎ２）や二酸化炭素（ＣＯ２）等を、流動状態又はゴム様状態の成形材料とともに金型内に供給して、所定形状の成形体を得ることをいう。
このような発泡成形体としては、例えば、特許第２６２５５７６号公報に記載されたものが知られている。
【０００３】
この特許は、米国のマサチューセッツ工科大学（ＭＩＴ）のＮ．Ｐ．Ｓｕｈらが開発した、マイクロセルラプラスチック（Ｍｉｃｒｏｃｅｌｌｕｌａｒ　Ｐｌａｓｔｉｃ；以下ＭＣＰと略す。）である。ＭＣＰは、液体と気体の双方の性質を有する超臨界状の液体を発泡剤として成形材料に連続的に導入し、前記成形材料を発泡させることにより発泡成形体を得る超臨界技術によるもので、多くの微細な発泡セル（径約１０μｍ，約１０９個／ｃｍ３）を持つため機械特性に優れ、小形軽量化が必須な電子機器筐体等への応用が期待できるものである。前記した特許第２６２５５７６号公報に記載のＭＣＰでは、発泡剤としてのＣＯ２を４０℃±５℃、２７ａｔｍの高圧で成形材料に導入している。
【０００４】
しかしながら、上記した従来の成形方法では以下のような問題がある。
すなわち、上記した成形方法を射出成形のような連続成形において実施すると、ゲートからキャビティに材料が供給される過程で材料内の発泡セルが著しく成長し、かつ、その大きさ及び分布も不均一になって、高品質な発泡成形体を得ることが困難であるという問題がある。
【０００５】
また、上記した成形方法を押出成形において実施すると、ダイリップを経て金型から材料が大気圧中に押し出される過程において上記と同様の問題が生じるだけでなく、金型から大気中に発泡成形体が押し出されるものであるため、金型から押し出される材料の圧力制御を行うことができず、したがって、射出成形以上に発泡セルの大きさを制御することが困難であるという問題がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は上記の問題点にかんがみてなされたもので、材料がゲートからキャビティに供給される際やダイリップから大気圧中に押し出される際の発泡セルの成長を有効に抑制するとともに、微細で均一な大きさの発泡セルが材料内に均一に分布した高品質の発泡成形体を容易に得ることのできる発泡成形体の成形方法，この成形方法によって成形される発泡成形体及び発泡成形体の成形装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の発明者は、金型の材料流路を流れる材料に圧力の急激な変化を生じさせる部分又はその手前で、前記材料に超音波振動を付与することにより、発泡セルの成長と大きさのばらつきを抑制することができることを見出した。
すなわち、請求項１に記載の発明は、超臨界状流体を混合させた材料を金型に供給して、所定形状の発泡成形体を成形する成形方法において、前記金型に形成された材料流路及び前記金型に材料を供給する材料流路の少なくとも一部に超音波振動を付与しながら成形を行う方法としてある。
材料流路に対する超音波振動の付与は、材料流路内を材料が流れている間、すなわち、請求項２に記載するように、少なくとも、前記金型への前記材料の供給が開始されてから、前記金型への前記材料の供給が終了するまでの間であるのが好ましい。
【０００８】
本発明の成形方法は、請求項３に記載するように、前記金型が、固定金型と、この固定金型に対して開閉方向に移動する可動金型と、前記固定金型及び可動金型の当接面に形成されたキャビティとを有する射出成形にも適用が可能である。この場合、請求項４に記載するように、前記材料流路が、前記金型に材料を供給するシリンダのノズルに形成された貫通孔と，この貫通孔に連通するスプルーと、前記キャビティに連通するゲートと、前記スプルーと前記ゲートとを連通状に連結するランナーとを有し、前記超音波振動を、前記貫通孔，前記スプルー，前記ランナー及び前記ゲートの少なくとも一つに付与するようにするとよい。
キャビティの形状や個数は、発泡成形体の形状や取り個数に応じて種々に変化する。本発明では、前記貫通孔，前記スプルー，前記ランナー及び前記ゲート等の材料流路の少なくとも一部に超音波振動を付与すればよいのだから、キャビティの形状や個数が変化しても、これに応じて超音波振動の付与位置を変えることができる。
【０００９】
また、本発明の成形方法は、請求項５に記載するように、前記金型が、供給された材料を前記金型の一部から押し出しながら前記発泡成形体の成形を行う押出成形にも適用が可能である。
請求項６に記載するように、前記金型がダイリップを有し、このダイリップの少なくとも一部を含む前記材料流路に、前記超音波振動を付与するようにするとよい。
この場合、請求項７に記載するように、前記ダイリップに沿って、複数の超音波振動子を配置し、この複数の超音波振動子によって前記超音波振動を付与するようにしてもよい。
【００１０】
また、請求項８に記載の発明は、前記材料流路に前記超音波振動の変位波形の腹が位置するように、前記材料流路に前記超音波振動を付与する方法としてある。
このようにすると、材料流路内を流れる材料に大きな振動エネルギを与えることができ、超音波振動付与による発泡セルの成長防止、均一化等の効果を最大にすることができる。
【００１１】
請求項９に記載の発明は、前記キャビティ又は前記ダイリップに供給される材料の圧力の変化に同期させて、前記超音波振動を発生させる超音波振動子の出力又は前記超音波振動の振幅を変化させる方法としてある。
材料の圧力変動によって超音波振動の周波数は変化するため、結果的に超音波振動の振幅を大小変化させることができ、本発明の効果をより高めることができる。
【００１２】
請求項１０に記載の発明は、請求項１〜９のいずれかに記載の発泡成形体の成形方法によって成形された発泡成形体である。
本発明の成形方法によって成形された発泡成形体は、成形時の急激な圧力変動によって発泡セルが成長することなく、微小かつ均一な大きさの発泡セルが材料中に均一に分布した高品質の発泡成形体である。
【００１３】
本発明の目的は、請求項１１〜１６の成形装置によっても達成することができる。
すなわち、請求項１１に記載の発明は、超臨界状流体を混合させた材料を金型に供給して、所定形状の発泡成形体を成形する成形装置において、前記金型に形成された材料流路及び前記金型に材料を供給する材料流路の少なくとも一部に超音波振動を付与する一つ又は複数の超音波振動手段を前記金型に設けた前記金型の内部に形成された材料流路の少なくとも一部に超音波振動を付与する超音波振動手段を前記金型に設けた構成としてある。
【００１４】
また、請求項１２に記載の発明は、前記金型が、固定金型と、この固定金型に対して開閉方向に移動する可動金型と、前記固定金型及び可動金型の当接面に形成されたキャビティとを有する射出成形用の金型で、前記材料流路が、前記金型に材料を供給するシリンダのノズルに形成された貫通孔と、この貫通孔に連通するスプルーと、前記キャビティに連通するゲートと、前記スプルーと前記ゲートとを連通状に連結するランナーとを有し、前記貫通孔，前記スプルー，前記ランナー及び前記ゲートの少なくとも一つに前記超音波振動を付与する構成としてある。
このように、本発明は射出成形用の成形装置にも適用が可能である。
この射出成形装置において、前記金型に前記キャビティが複数形成されている場合には、請求項１３に記載するように、前記キャビティに材料を供給する前記ランナーに前記超音波振動を付与するようにするとよい。
このようにすると、金型をコンパクトにすることができるので、好ましい。
【００１５】
さらに、請求項１４に記載の発明は、前記金型が、供給された材料を前記金型の一部から押し出しながら前記発泡成形体の成形を行う押出成形用の金型で、この金型の材料流路の少なくとも一部又はダイリップを含む前記材料流路の少なくとも一部に前記超音波振動を付与するように、一つ又は複数の超音波振動子を配置した構成としてある。
このように、本発明は押出成形用の成形装置にも適用が可能である。
【００１６】
また、請求項１５に記載の発明は、前記キャビティ又は前記ダイリップに供給される材料の圧力を検出する圧力検出手段と、この圧力検出手段が検出した圧力変化に同期させて前記超音波振動子の出力又は前記超音波振動の振幅を変化させるように前記超音波振動子の制御を行う制御手段とを有する構成としてある。
この構成によると、前記キャビティ又は前記ダイリップに供給される材料の圧力の変化に同期させて、前記超音波振動を発生させる超音波振動子の出力又は前記超音波振動の振幅を変化させることができる。
【００１７】
さらに、請求項１６に記載の発明は、超音波振動子の振動を伝達する振動伝達部材を一つ又は複数設け、この振動伝達部材の形状及び／又は寸法を変更可能にして、前記材料流路に付与される超音波振動の変位波形を調整可能にした構成としてある。
このような振動伝達部材を利用すると、超音波振動子で発生させた超音波振動を材料流路の任意の位置まで伝達させることができるようになる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態を、図面にしたがって詳細に説明する。
［成形の範囲］
本発明において、「成形方法」には、発泡成形方法なら何でも良く、例えば、押出発泡成形及び射出発泡成形が含まれる。発泡成形に用いられる発泡剤としては窒素ガス（Ｎ２）や炭酸ガス（ＣＯ２）等の超臨界状流体を用いてもよい。
また、本発明において成形の工程には、成形装置から溶融状態の成形材料をキャビティ内に注入し、その成形材料を減圧させことで発泡させて所定形状に成形した後、冷却・固化させた発泡成形体を取り出すまでの一連の工程が含まれる。キャビティ内に注入した成形材料を減圧させる方法としては、キャビティ容積を拡大することが挙げられる。
【００１９】
［成形材料］
本発明に用いられる材料としては熱可塑性樹脂又は熱可塑性樹脂組成物を用いることができる。この熱可塑性樹脂又は熱可塑性樹脂組成物としては、可塑化する温度が１００〜４５０℃の範囲であれば特に制限無く使用でき、例えばポリスチレン系樹脂、（例えば、ポリスチレン、ブタジエン・スチレン共重合体、アクリロニトリル・スチレン共重合体、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体等）、ＡＢＳ樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン樹脂、エチレン−エチルアクリレート樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリブテン、ポリカーボネート、ポリアセタール、ポリフェニレンオキシド、ポリビニルアルコール、ポリメチルメタクリレート、飽和ポリエステル樹脂（例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等）、生分解性ポリエステル樹脂（例えば、ポリ乳酸のようなヒドロキシカルボン酸縮合物、ポリブチレンサクシネートのようなジオールとジカルボン酸の縮合物等）ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリアリレート、ポリエーテルエーテルケトン、液晶ポリマー等の１種または２種以上の混合物が挙げられる。これらの熱可塑性樹脂中では、ポリスチレン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂が好ましく、特にポリスチレン、ポリプロピレンが好ましい。
また、それぞれの熱可塑性樹脂及び熱可塑性樹脂組成物は、加工温度付近で測定するメルトフローインデックスが０．０５〜６０ｇ／１０分、好ましくは０．１〜４０ｇ／１０分、さらに好ましくは０．２〜２０ｇ／１０分の程度の範囲にあることが好ましい。
【００２０】
［射出成形装置］
本発明の実施にあたり使用可能な成形装置は、上記成形を行うことができるものであれば特に限定はされない。
図１を参照しながら、この実施形態の発泡射出成形に用いられる射出成形装置の一例を簡単に説明する。
射出成形装置１は、金型１２と、この金型１２に溶融した材料を供給する成形装置本体１１とを有している。また、窒素ガス等の超臨界状流体を射出成形機内に導入するため、シリンダ１１１には超臨界状流体導入装置２１が設けられている。
【００２１】
［成形装置本体］
成形装置本体１１は、シリンダ１１１と、このシリンダ１１１内で回転して材料の混合と押出しとを行うスクリュー１１２と、シリンダ１１１に材料を供給するホッパ１１３とシリンダ１１１内部の材料を加熱する加熱ヒータ１１６と、スクリュー１１２を進退移動させる油圧装置１１４とを有している。
そして、加熱ヒータ１１６でシリンダ１１１を加熱することで、ホッパ１１３から供給された材料を溶融し、スクリュー１１２の回転と前進とによって、溶融した材料を混合しながら、金型１２に向けて押し出す。
【００２２】
［超臨界状流体導入装置］
また、超臨界状流体導入装置２１は、原料ガスの供給源であるガスボンベ２１１と、このガスボンベ２１１からの原料ガスを臨界圧力まで昇圧する昇圧機２１２と、前記原料ガスを臨界圧力まで昇圧して得られた超臨界状流体のシリンダ１１１への導入量を制御する制御ポンプ２１３とを備えている。
そして、溶融した材料が金型１２に向けて押し出されるときに、ガスボンベ２１１を開いて、前記窒素ガスを昇圧機２１２で臨界圧力以上、臨界温度以上に昇圧、昇温し、制御ポンプ２１３によって超臨界状流体を成形装置本体１１内に導入し、溶融した材料に浸透させる。
【００２３】
［金型］
図２は、図１の射出成形装置１に用いられる金型１２の詳細を説明するための拡大断面図である。
なお、金型１２は、超音波振動を付与しながら材料の成形を行うことができるものであれば、任意適当なものを使用することができる。また、発泡成形体の取り個数も任意である。
【００２４】
図２に示すように、この実施形態の金型１２は、固定金型１２Ａと可動金型１２Ｂとからなり、固定金型１２Ａと可動金型１２Ｂとの当接面に、溶融状態の成形材料を射出して発泡成形体を成形するためのキャビティ１２１が形成されている。
固定金型１２Ａと可動金型１２Ｂは、金属、セラミックス、グラファイトなどで形成することができるが、金型１２内を伝送される超音波の伝送損失が少ない成形材料、例えば、チタン合金やジュラルミンなどで形成するのが好ましい。
【００２５】
図２に示すように、この実施形態の固定金型１２Ａは、ノズル１１５と同一の軸線上にスプルー１２５ａを有している。また、可動金型１２Ｂは、スプルー１２５ａから可動金型１２Ｂの径方向に延びるランナー１２５ｂと、このランナー１２５ｂの先端に形成されたゲート１２５ｃとを有している。キャビティ１２１は、このゲート１２５ｃを介して、ランナー１２５ｂに連通している。
なお、特に図示はしないが、キャビティ１２１には、カウンタープレッシャーを与えてキャビティ１２１内の材料の圧力制御を行い、キャビティ１２１に成形材料を供給したときに発泡セルが成長しないようにしてもよい。
【００２６】
［超音波振動子］
金型１２に超音波振動を付与する超音波振動子の超音波振動動子１２７は、可動金型１２Ｂに振動方向変換体１２８を介して取り付けられる。振動方向変換体１２８は、可動金型１２Ｂに形成された孔１２２に収容されているとともに、その一端面には、超音波振動を伝達するための振動伝達部材としての振動ロッド１２９が取り付けられている。この振動ロッド１２９は、ノズル１１５の軸線と同一の軸線上に配置され、その先端は、ランナー１２５ｂまで達している。
【００２７】
このように、ノズル１１５とキャビティ１２１との間の材料流路（ランナー１２５ｂ）を流れる材料に超音波振動を付与することで、超臨界状流体が材料に溶解，混合しやすくなる。また、材料内の発泡セルを緻密で微細なものにし、かつ、その大きさを均一なものにして、ゲート１２５ｃからキャビティ１２１に材料を供給することが可能になる。
また、振動ロッド１２９の長さ及び径を適宜に選択することで、超音波振動の変位波形の腹の部分が、ランナー１２５ｂの底部に位置するようにしている。
このようにすることで、ランナー１２５ｂ内を流れる材料に大きな超音波振動の振動エネルギを付与することができ、超音波振動の付与による発泡セルの成長防止や大きさの均一化について最大の効果を得ることが可能である。
【００２８】
なお、超音波振動子１２７は、共振体の共振周波数を予め超音波発信器（図示せず）が追尾可能な周波数になるように設計、製作しておくとよい。このようにしておけば、シリンダ１１１のノズル１１５をスプルー１２５ａに押し付けて溶融状態の材料をスプルー１２５ａからキャビティ１２１に供給する場合に、負荷変動に対する共振周波数の変化に応じて周波数を常に追尾させることが可能になる。また、超音波発振器の消費電力の変化に応じて、必要な電力量を供給するように設定することが可能になる。
【００２９】
［超音波振動子の出力及び振動周波数］
超音波振動子１２７から発振される超音波の振動モードは、金型１２が振動することができるものであればよく、縦振動、横振動、径振動、ねじれ振動のいずれか、又はこれらの複合振動でもよい。金型の耐久性を考慮するのであれば、縦振動を発生させるものであるのがよい。
振動周波数は、１ＫＨｚ〜１ＭＨｚが好ましく、成形時に成形材料に振動を有効に作用させるために、１０ＫＨｚ〜１００ＫＨｚの範囲内で選択するのが好ましい。また、最大振幅は、金型１を構成する成形材料の疲労強度で決定される。例えば、ＳＵＳ系の成形材料で金型１を構成している場合には、最大振幅は２０μｍ程度、ジュラルミンでは同４０μｍ程度、チタン合金では同１００μｍ程度とするのがよい。
【００３０】
また、超音波振動子１２７の出力又は超音波振動の周波数は、キャビティ１２１内の材料の充填圧力に応じて、変化させるのが好ましい。
この実施形態では、材料の圧力の変動に応じて、超音波振動の振幅を大小変化させるようにしている。
【００３１】
この超音波振動の振幅の制御は、例えば、キャビティ１２１を構成するキャビティ面（固定金型１２Ａ側の表面）又はコア面（可動金型１２Ｂ側の表面）に圧力センサを設けて材料の圧力を検出するようにし、射出開始から射出終了までの時間に対する前記圧力の変動のパターンを予めメモリ等に記憶させ、前記変動パターンに応じて前記出力又は前記周波数を制御するようにするとよい。
また、成形装置本体１１による材料の供給圧力の変動を検出して、前記材料の供給圧力の変動に応じて前記出力又は前記周波数を制御するようにしてもよい。この場合、射出成形による実際の変動パターンと、メモリに記憶された変動パターンとの間のずれが拡大しないようにするために、適宜に変動パターンを更新するようにするのが好ましい。
又、材料が圧力変動により、超音波振動を加えるキャビティ、スプール、ゲート、ランナー等が共振する周波数も変動する。本発明の効果を効率よく発揮するために、前記キャビティ、スプール、ゲート、ランナー等の共振周波数が変動したときに、センサー等でその変動を追尾して、超音波振動子から発信する周波数を変えても良い。
【００３２】
［振動方向変換体］
前記した振動方向変換体１２８は、振動入力面から入力した振動を、直交変換して振動付与面から付与することができるもので、振動方向変換体１２８を構成する２つ又は３つ以上の振動体を異なる長さにすることにより、入力振動を増幅して金型１２に付与することが可能になる。
振動方向変換体１２８は、Ｌ−Ｌ変換体、Ｌ−Ｌ−Ｌ変換体、Ｒ−Ｌ変換体のいずれの多次元方向変換体であってもよい。超音波振動子１２７の出力は１．２Ｋｗ程度のものを用いるとよいが、金型１２が大型になるような場合は、Ｒ−Ｌ変換体を用い、この振動入力端に複数、例えば３つの超音波振動子７を取り付けることで、超音波振動子１２７の総付与を３倍にすることができる。
【００３３】
［成形及び超音波振動の付与時期］
超音波振動は、射出開始から射出終了まで、好ましくは、ランナー１２５ｂ内を溶融した材料が流れている間の任意の時期に、金型１２に付与するとよい。射出成形完了後に超音波振動を付与すると、材料の固化時間が長くなる可能性があるが、サイクルタイムに余裕があり、十分な冷却時間をとることができるのであれば、射出終了後、キャビティ１２１内の材料が固化するまでの間、超音波振動を付与し続けてもよい。
【００３４】
［押出成形装置］
本発明は、上記したような射出成形に限らず、押出成形にも適用が可能である。
次に、図３を参照しながら、この実施形態の発泡押出成形に用いられる押出成形装置の一例を簡単に説明する。
なお、以下の説明では、フラットダイを用いて板、シート、フィルム等の押し出しを行う、いわゆるＴダイ法の押出成形装置を例に挙げて説明するが、本発明の実施にあたり使用可能な成形装置は、このような押出成形装置に限定されるものではない。
【００３５】
押出成形装置３は、金型３２と、この金型３２に溶融した材料を供給する成形装置本体３１と、窒素ガス等の超臨界状流体を射出成形機内に導入するための超臨界状流体導入装置２１が設けられている。
成形装置本体３１は、射出成形装置１と同様に、シリンダ３１１と、スクリュー３１２と、ホッパ３１３と、加熱ヒータ３１６とを有している。なお、超臨界状流体導入装置２１は、先の実施形態のものと同様であるので、詳しい説明は省略する。
【００３６】
［金型］
金型３２は、アダプタ３１５によって成形装置本体３１に取り付けられている。この金型３２は、超音波振動を付与しながら成形材料の押出成形を行うことができるものであれば、任意適当なものを使用することができる。溶融した材料の流量調整や製品厚みの調整は、金型３２のランナー３２１の先端に設けられたダイリップ３２２を調整することによって、行うことができる。
また、この押出成形機３には、金型３２から押し出された製品を冷却する冷却装置、前記製品を引っ張る引取機、前記製品を巻き取る巻取機、前記製品を所定の長さ位置で切断する切断機、前記製品を積み重ねる積重ね装置等が設けられているが、ここでは図示及び詳しい説明は省略する。
【００３７】
［超音波振動子］
金型３２に超音波振動を付与する超音波振動子３２７は、アダプタ３１５とダイリップ３２２との間で、ランナー３２１内の溶融した材料に超音波振動を与えることができるように、金型３２に取り付けられる。
超音波振動子３２７としては、先の実施形態で説明したものと同じものを用いることができる。また、先の実施形態と同様に、変位波形の腹がランナー３２１からダイリップ３２２の一部に跨って位置するように、超音波振動子３２７を位置決めするとよい。
【００３８】
さらに、この実施形態において超音波振動子３２７は、金型３２の幅方向に複数（この実施形態では、図４に示すように三つ）配置されていて、これら三つの超音波振動子３２７が同一のタイミングで超音波振動をランナー３２１及びダイリップ３２２に付与する。この実施形態においても、変位振動の腹が、ランナー３２１及びダイリップ３２２に位置するように、振動伝達部材３２９の寸法を適宜に選択するとよい。
【００３９】
上記構成の射出成形装置１及び押出成形装置３によれば、キャビティ１２１やダイリップ３２２に対して材料の供給を開始してから、供給を終了するまでの間、材料流路の少なくとも一部に超音波振動を付与することができる。そして、これによって、材料がゲート１２５ｃからキャビティ１２１に供給される際やダイリップ３２２から押し出される際の急激な圧力変化に伴う発泡セルの成長を有効に抑制することができる。
また、超音波振動の変位波形の腹が材料流路に位置するようにしているので、超音波振動付与の効果を最大に得ることができる。
さらに、射出成形装置１においては、キャビティ１２１内に充填された材料の圧力変動に応じて、超音波振動子１２７の出力や超音波振動の振幅を変化させているので、超音波振動付与による効果をさらに高めることができる。
【００４０】
［実施例］
以下、上記構成の射出成形装置１及び押出成形装置３を用いて行った本発明の実験結果を、比較例と比較しつつ説明する。
Ｌ−Ｌ変換体の振動方向変換体８には、基本周波数１５ＫＨｚの超音波振動子７（精電舎電子工業社製　ＳＯＮＯＰＥＴ１２００Ｂ）を一つ取り付けた。
射出される材料として、以下の一覧表の材料を用いた。
【表１】
2004034360.tif 000003
なお、上記表中のＰＰはポリプロピレンを、ＧＦはガラス繊維を、ＰＣはポリカーボネ−トを、ＳＰＳはシンジオタクチックポリスチレンを、ＰＰＳはポリフェニレンサルファイドを示している。また、上記表中の材料番号１〜８は、次に説明する図５及び図６の表の材料１〜８に対応している。
【００４１】
（１）射出成形の場合
上記の材料１〜８について、図１に示した射出成形装置１を用いて射出成形を行った。その結果を図５の実施例１〜８として示す。なお、図５の表の下段に示した比較例１〜８は、材料１〜８について超音波振動を付与しない場合の結果を示している。
この実施例では、射出成形条件は以下のように設定した。
・射出成形装置：ＪＳＷ（日本製鋼所）社製１８０ｔ・マイクロセルラー発泡用射出成形装置
・超臨界状流体：
種類　　　窒素ガス
混合量　　材料に対して体積比　０．０５％〜０．３％
圧力　　　１５ＭＰａ
・振動の付与タイミング及び期間：射出開始と同時に開始，射出終了と同時に終了
・発泡の手順：キャビティへの材料の充填が完了してから１秒後に可動金型を後退させて、キヤビティの容積を１．５倍に拡大して材料を発泡させた。
・その他の条件：図５の表に示す通り
・発泡セルの観察：発泡セルは電子走査顕微鏡（ＳＥＭ）で観察し、その大きさを計測して、セル径の最大値，最小値及び平均値を求めた。
【００４２】
（２）押出成形
上記の材料１〜８について、図３に示した射出成形装置３を用いて射出成形を行った。その結果を図６の実施例１〜８として示す。なお、比較例１〜８は、材料１〜８について超音波振動を付与しない場合の結果を示している。
また、押出成形条件は以下のように設定した。
・押出成形装置：ＪＳＷ（日本製鋼所）社製５０ｍｍφ・マイクロセルラー発泡用押出成形装置
・超臨界状流体：
種類　　　窒素ガス
混合量　　材料に対して体積比　０．０５％〜０．６％
圧力　　　１５ＭＰａ
・振動の付与タイミング及び期間：押出開始と同時に開始，押出終了と同時に終了
・その他の条件：図６の表に示す通り
・発泡の手順：ダイリップ間の隙間と引取り速度を調整して、発泡倍率１．５倍とした。
・発泡セルの観察：発泡セルは電子走査顕微鏡（ＳＥＭ）で観察し、その大きさを計測して、セル径の最大値，最小値及び平均値を求めた。
【００４３】
図５及び図６の表を見るとわかるように、射出成形及び押出成形の双方において、発泡セルのセル径は材料に急激な圧力変化が加わってもほとんど成長することがなく、かつ、成形後の大きさのばらつきも小さいことがわかる。
これはすなわち、材料に急激な圧力変化が生じる前に材料流路に超音波振動を付与することで、材料内の発泡セルの大きさを有効に制御できることを意味している。
したがって、本発明によれば、微細で均一な大きさを有する発泡セルが均等に材料内に分布した高品質の発泡成形体を得ることができるものである。
【００４４】
本発明の好適な実施形態について説明してきたが、本発明は上記の実施形態によりなんら限定されるものではなく、本発明の適用範囲内で種々に変更することが可能である。
例えば、射出成形装置１では、キャビティ１２１の側面にゲート１２５ｃが形成されたサイドゲート方式のものを例に挙げて説明しているが、ゲートを中央に有するセンターゲート方式のものにも本発明を適用することが可能である。また、複数のゲートを有する金型に対しても本発明の適用が可能である。
また、超音波振動を付与する位置は、射出成形においてはランナーを形成した部分、押出成形では、ダイリップを含む部分として説明したが、本発明ではこれらの部分に限らず、材料流路の他の部分にも超音波振動を付与してもよい。また、材料流路の一部に限らず、全体に超音波振動を付与してもよい。
さらに、振動方向変換体１２８に対して一つの超音波振動子１２７を設けているが、超音波振動子１２７は一つに限らず複数であってもよい。
【００４５】
【発明の効果】
このように、本発明によれば、キャビティに材料が供給される際やダイリップから材料が押し出される際の発泡セルの成長を有効に抑制するとともに、当該発泡セルの大きさを均一なものにすることができるので、緻密で微細な発泡セルが材料内で均一に分布した高品質な発泡成形体を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】射出成形装置の一例を説明する断面概略図である。
【図２】図１の金型の詳細を説明する拡大断面図である。
【図３】押出成形装置の一例を説明する断面概略図である。
【図４】図３の金型の正面図である。
【図５】本発明の成形方法及び成形装置を用いて射出成形を行った場合の発泡セルの変化を示す表である。
【図６】本発明の成形方法及び成形装置を用いて押出成形を行った場合の発泡セルの変化を示す表である。
【符号の説明】
１　射出成形装置
１１　射出成形装置本体
１１１　シリンダ
１１２　スクリュー
１１３　ホッパ
１１５　ノズル
１１６　加熱ヒータ
１２　金型
１２Ａ　固定金型
１２Ｂ　可動金型
１２１　キャビティ
１２２　孔
１２５ａ　スプルー
１２５ｂ　ランナー
１２５ｃ　ゲート
１２９　振動ロッド（振動伝達部材）
２１　超臨界状流体導入装置
２１１　ガスボンベ
２１２　昇圧機
２１３　制御ポンプ
３　押出成形装置
３１１　シリンダ
３１２　スクリュー
３１３　ホッパ
３１５　ノズル
３１６　加熱ヒータ
３２　金型
３２２　ダイリップ
３２７　超音波振動子
３２９　振動伝達部材
【図１】
2004034360.tif 000004
【図２】
2004034360.tif 000005
【図３】
2004034360.tif 000006
【図４】
2004034360.tif 000007
【図５】
2004034360.tif 000008
【図６】
2004034360.tif 000009