(57)【要約】      （修正有）【課題】物理発泡の従来技術においてスクリュ長さが長くなるという問題点に関し、スクリュの長さを既存の長さとして既存の成形機のシリンダを使用し、複雑加工を必要とするスクリュやスクリュ取付け部の変更も行わない既存の射出成形機において射出発泡成形品を提供する。【解決手段】供給された熱可塑性材料を溶融する溶融工程と溶融状態となった熱可塑性樹脂に、発泡ガスを供給して混練・溶解させるガス溶解工程の各工程に圧縮部Ｌ２，Ｌ５を持つ二段圧縮スクリュ２を用いることを特徴とする成形装置において、スクリュのフライト間隔Ｌ７が、スクリュ径Ｄｓに対し０．５〜０．９倍の範囲にあることを特徴とする熱可塑性樹脂成形品の成形装置。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給された熱可塑性材料を溶融する溶融工程と溶融状態となった熱可塑性樹脂に、発泡ガスを供給して混練・溶解させるガス溶解工程の各工程に圧縮部を持つ二段圧縮スクリュを用いることを特徴とする成形装置において、スクリュのフライト間隔が、スクリュ径に対し０．５〜０．９倍の範囲にあることを特徴とする熱可塑性樹脂成形品の成形装置。
【請求項２】
発泡ガスの供給口が、スクリュを射出方向へ最も前進させたときの、下流側である二段目の上流部分から圧縮部分に対応した位置のシリンダ部分に有る請求項１の射出成形装置。
【請求項３】
スクリュの上流側である一段目の下流側もしくは二段目の下流側、もしくはその両方にミキシングフライトを持つ請求項１、２の射出成形装置。
【請求項４】
スクリュの下流側であるスクリュヘッド部分にミキシング構造を持つ請求項１、２もしくは３の射出成形装置。
【請求項５】
供給する発泡ガス圧力より高い背圧を掛け、熱可塑性樹脂と発泡ガスを混練することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の射出成形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発泡ガスを射出成形機に供給し、溶融した熱可塑性樹脂に混練・溶解させた後キャビティ内に射出することで、発泡した成形体を得る射出成形機に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱可塑性樹脂を用いた射出成形方法において、材料削減、軽量化等を目的として発泡を行うことが従来から検討されてきており、射出発泡成形を行う方法として、材料の熱可塑性樹脂に、熱分解型の化学発泡剤をマスターバッチとして使用する方法、また成形機のシリンダに超臨界流体や発泡ガスを注入する方法が知られている。
発泡ガスを注入する方法として、低圧で射出成形機に発泡ガスを供給することで外観良好な、高発泡倍率の成形品を得る射出発泡方法（特開２００２−７９５４５）が提案されている。
しかしながら、従来の発泡ガスを注入する方法は、既存射出成形機と同じ長さのスクリュを用いると、発泡ガスを混練・溶解する二段目の計量・可塑化部の長さが短くなり、注入ガスと溶融樹脂の溶解・混練が十分行われないため、発泡ガスと溶融樹脂が分離し、目的とする発泡成形品を得ることはできなかった。
【０００３】
また、スクリュの全長を既存の成形機のシリンダがそのまま使用できる長さに保持し、ガス含浸工程を実現する成形装置（特開２００２−２０５３１９）が提案されている。
この成形装置においては、発泡ガスを溶融樹脂に均等に注入するためにスクリュ内部にガス供給・導入路を配するため、スクリュの加工が非常に難しくなり、逆流防止弁のメンテナンス等も難しい。また、スクリュの取付け部から発泡ガスが導入されるため、ガス導入路を覆うシールボックスの構造も複雑で精度も要求されるだけでなく、摺動部の磨耗等によりガス漏れ等の可能性がある。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−  ７９５４５号公報
【特許文献２】特開２００２−２０５３１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、物理発泡の従来技術においてスクリュ長さが長くなるという問題点に関し、スクリュ長さを既存の長さとして既存の成形機のシリンダを使用し、複雑加工を必要とするスクリュやスクリュ取付け部の変更も行わない既存の射出成形機において射出発泡成形品を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は二酸化炭素、窒素等の発泡ガスを用いた発泡を簡単かつ低コストで実現することに主眼を置いている。そのため発泡ガスの供給をシリンダ側から行い、発泡ガスと溶融樹脂との混練・溶解する機能をスクリュで担うことにより、既存成形機のシリンダ、制御装置をそのまま利用し、発泡成形を低コストかつ簡単に実現する。
具体的には、供給された熱可塑性樹脂を溶融する溶融工程と、溶融した熱可塑性樹脂に発泡ガスを溶解させるガス溶解工程の、各工程に圧縮部を持つ二段圧縮スクリュを用いることを特徴とする成形装置において、スクリュのフライト間隔を、スクリュ径の０．５〜０．９倍とした熱可塑性樹脂成形品の成形装置である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明による熱可塑性樹脂の成形機を用いると、スクリュの全長を伸ばすことなく、既存成形機のシリンダや制御装置を使用することができ、スクリュに複雑な加工を行う必要もなく、スクリュ取付け部の変更も行わない既存の射出成形機を使用することができる。これにより成形機の改造を最小限に留め、安価に、外観の良い射出発泡成形品を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の熱可塑性樹脂成形品の成形装置は、成形機のシリンダ内にて熱可塑性樹脂を溶融状態にする可塑化工程と、溶融状態になった熱可塑性樹脂に、ガス供給口から発泡ガスを供給してガスを混練・溶解させるガス供給溶解工程、得られたガス溶解溶融樹脂から発泡成形品を得る成形工程をもつ射出発泡成形機であって、ガス供給・溶解の工程に用いられるスクリュが二段圧縮構造を成し、一段目で熱可塑性樹脂の可塑化を行いその下流で容積を拡大することにより溶融樹脂圧力をガス供給圧力より低下させるガス供給部と供給された発泡ガスと溶融樹脂を混練・溶解させる成形機を用いて、二段目圧縮部から下流に掛けて、圧力を上昇させていき溶融樹脂に供給ガスを溶解混練していく。このときガス供給圧力より高い背圧を掛けることが望ましい。
従来の物理発泡射出成形装置のようにスクリュの先端にガスの含浸部分を付加しようとすると、付加の分だけスクリュの全長が長くなり、既存のシリンダを使用できないばかりでなく、成形機の全長も伸ばすための成形装置の大幅な改造を行う必要が有った。
【０００９】
本発明の成形装置においては、発泡ガスの供給口が、スクリュを射出方向へ最も前進させたときの、下流側である二段目の開始部分から圧縮部分に対応した位置のシリンダ部分に配置することにより、供給部の樹脂圧力が貯蔵圧力より低下し、溶融樹脂に減圧した発泡ガスを安定的に供給することができる。
また、供給された発泡ガスはスクリュの二段目圧縮部の通過に伴い熱可塑性樹脂内への溶解・分散が行われ、発泡ガスがより均一に分散した溶融樹脂が得られる。
本発明に使用されるスクリュは上流側に材料樹脂の溶融部分を持つ一段目部分と、下流側に発泡ガス溶解・混練部分を持つ二段目部分からなり、一段目と二段目の比率が、３：７〜８：２なる関係を有することが望ましい。
スクリュの一段目および二段目が、フルフライトスクリュの形状を成し、スクリュのフライト間容積を射出方向に向けて減少させ、樹脂を圧縮して射出方向に送る構造を有し、かつスクリュの一段目から二段目にかけて、フライト間の容積を拡大することで発泡ガスの供給が、発泡ガスの貯蔵圧力以下で行えるようにしている。このときのフライト間の容積拡大方法とはスクリュの径を小さくするかまたはフライトのピッチを増加することにより実現する。
【００１０】
スクリュの一段目の終端、もしくはスクリュの二段目の終端、もしくはその両方に樹脂の混練性を上げるための、イーガンタイプやマドックタイプのミキシング構造を持つ供給方法は本発明の望ましい形態である。また、ミキシング構造としてはフライト間にピンを有す構造のものを使用することもできる。
スクリュのヘッドにミキシング用のピンやブロック構造等の凹凸構造を有する供給方法は本発明の望ましい形態である。
本発明で用いられるスクリュは、フライトとフライトの間隔をスクリュ径の０．５〜０．９倍とした構造のスクリュを使用する。これにより、溶融樹脂の移送長さが長くなり、溶融樹脂とガスの混練・溶解の長さをより長くすることができ、溶融樹脂とガスの混練性が改善される。
以下に、発明の実施の形態を、図面に基づき詳細に説明する。
【００１１】
図１および図２は本発明に係る成形装置の１つの実施形態を示したものである。
これは熱可塑性樹脂の射出成形に使用される成形装置で、図１および図２に示すように、溶融樹脂を冷却・固化し成形品を成形する金型（Ａ）と、金型を開閉する型締装置（Ｂ）、材料樹脂を溶融・射出する射出成形機（Ｃ）、これに発泡ガスを注入するガス注入装置（Ｄ）とから主に構成されている。
樹脂溶融を行う第一段部分は上流側に位置し、スクリュ軸径が小径の材料供給部(L1)とその下流に連なり軸径が徐々に拡大する圧縮溶融部(L2)、さらにその下流に大径のスクリュ軸径を持つ溶融樹脂計量部(L3)からなる。
発泡ガス溶解混練を行う第二段部分は、樹脂溶融部の下流に連なり、スクリュ軸径を溶融樹脂計量部より小さくし、シリンダとスクリュフライト間で囲まれる部分の容積を拡大することで、溶融樹脂圧力を低下させる発泡ガス供給部分(L4)とその下流に連なり軸径が徐々に拡大すると共に発泡ガスと溶融樹脂を溶解混練するための溶融圧縮部(L5)、さらにその下流に大径のスクリュ軸径を持つ溶融樹脂計量部(L6)からなる。
このとき、供給された発泡ガスは、第一段、第二段部の溶融樹脂計量部(L3)(L6)の樹脂が溶融状態を呈し、かつ樹脂の圧力が高いため上流側および下流側へのリークが防止される構造となっている。
【００１２】
発泡ガスの供給口は、スクリュを射出方向へ最も前進させたときの、下流側である二段目の上流部分から圧縮部分に対応した位置のシリンダ部分に孔をあけたもので良いが、射出成形機の計量動作によりスクリュは後退するので、好ましくは第二段部分のスクリュ軸径を縮小した部分直後に配置し、発泡ガス圧力より溶融樹脂圧が高くなった場合に、溶融樹脂が発泡ガス注入口に浸透しないような逆止弁を取付けることが望ましい。
上記構成の射出成形機において原料樹脂はホッパ9から原料供給口6を経てシリンダ内へ供給され、スクリュ2の回転によって溶解混練されながらシリンダの下流側に移動し、発泡ガスの供給部(L4)へと送られる。
ガスを溶解させた溶融樹脂は連続的な移送に伴い、シリンダ先端部分10に溜められ、それに伴いスクリュ２は後退して行き、所定の溶融樹脂を計量することができる。
この計量した溶融樹脂を成形機に取付けた金型Aに流し込むことにより発泡成形品が得られる。
【実施例】
【００１３】
実施例について説明する。射出成形機の具体的な寸法を挙げると、フライト間隔＝７５ｍｍ、スクリュ径Ｄs＝φ１１２ｍｍ、（フライト間隔／スクリュ径）＝０．６７であり、スクリュのフライト部の長さＬとした場合に、Ｌ／Ｄs＝１８の成形機を用いた。発泡ガスとしては市販のボンベにより供される二酸化炭素を用い、減圧弁とシリンダに取付けた逆止弁を通じシリンダ内に注入できる機構を設けている。二酸化炭素のボンベの圧力は７．２ＭＰａであり、減圧弁により射出成形機への供給圧力を２ＭＰａに保った。二酸化炭素の注入量は樹脂に対して０．７重量％であった。
射出成形用金型としては、製品の投影寸法が９００ｍｍ×４４０ｍｍ（表面積０．５ｍ2）であって、キャビティの間隔（成形品厚み）を成形機のモータにより微調整でき、溶融樹脂を金型に配した５点のダイレクトゲートにより射出する構造の金型を成形機に取付け、金型温度５０℃、冷却時間４０秒、射出時の樹脂温度１９０℃になるように設定した。成形材料としてはブロックポリプロピレン（三井住友ポリオレフィン(株)製、ＭＦＲ：４５ｇ／１０分（２３０℃））を用いた。
射出時に、金型に溶融樹脂が未発泡でキャビティ間隙にフル充填になるように設定した。射出終了からコアバック開始までの間は０．５秒であり、コアバック速度は２０ｍｍ／ｓｅｃとした。射出時の樹脂充填量は１．７ｍｍ相当とした。
上記の条件で、射出発泡成形を行った結果、シルバーストリークの発生は無く、製品形状も良好な発泡成形品が得られた。発泡ガスのボンベ圧、注入圧、キャビティ間隙、発泡製品の製品厚み、セル状態、平面性、シルバーストリークの発生状況を表１に示す。
【００１４】
【表１】
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表から明らかなように、実施例において、Ｌ／Ｄs＝１８のスクリュを用いて二酸化炭素を含有した溶融樹脂から気泡径が均一で、成形品の外観が平滑な、シルバーストリークの発生しない成形品を成形することができた。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る射出成形装置を示す図である。
【図２】本発明に係る射出成形装置のスクリュー部を示す図である。
【符号の説明】
【００１６】
Ａ：金型
Ｂ：型締装置
Ｃ：射出装置
Ｄ：ガス供給装置
１：加熱筒
２：スクリュ
３：スクリュヘッド
４：樹脂供給口
５：ガス注入口
６：逆止弁
７：減圧弁
８：炭酸ガスボンベ
９：ホッパ
１０：溶融樹脂
Ｌ：スクリュフライト部長さ
Ｌ１：樹脂溶融・供給部
Ｌ２：樹脂溶融・圧縮部
Ｌ３：樹脂溶融・計量部
Ｌ４：ガス溶解混練・供給部
Ｌ５：ガス溶解混練・圧縮部
Ｌ６：ガス溶解混練・計量部
Ｌ７：フライト間隔
Ｄｓ：スクリュ径
【図１】
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【図２】
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