(57)【要約】    【課題】  高い機械的強度の保持と、軽量化の両立を図った樹脂製品を、容易に成形することのできる成形方法を提供する。    【解決手段】  熱可塑性樹脂に発泡剤を含有させた溶融成形材を、通常の射出成形用の金型に射出注入し、溶融成形材に対して所定の保圧を作用させながら冷却し、部分的に発泡した樹脂製品１を成形する。また、樹脂製品１に厚肉部２を設けるように前記金型を形状化し、この厚肉部２を発泡させる。さらに、発泡剤として二酸化炭素または窒素を使用する。    【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性樹脂に発泡剤を含有させた溶融成形材を、通常の射出成形用の金型内に射出
注入し、前記溶融成形材に対して所定の保圧を作用させながら冷却し、部分的に発泡した樹脂製品を成形してなることを特徴とする部分発泡樹脂成形品の成形方法。
【請求項２】
前記樹脂製品に厚肉部を設けるように前記金型を形状化し、この厚肉部を発泡させてなることを特徴とする請求項１に記載の部分発泡樹脂成形品の成形方法。
【請求項３】
前記発泡剤が二酸化炭素または窒素であることを特徴とする請求項１または２に記載の部分発泡樹脂製品の成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、部分的に発泡させて、高い機械的強度の保持と軽量化を両立させた樹脂製品の成形方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
樹脂製品には、一般に、高い機械的強度の保持と軽量化の両方が求められている。
従来から、同一形状の樹脂製品を大量に生産するために、熱可塑性樹脂をシリンダとスクリュで加熱溶解し、一定量を金型内に射出注入して冷却する方法がある。
しかし、こうした方法で成形した樹脂製品は、機械的強度には優れるが、ひけや反りが発生し易いといった問題があり、また、さらなる軽量化が要求されている。
【０００３】
係る点を考慮して、熱可塑性樹脂と化学発泡剤をシリンダとスクリュで加熱溶解したり、シリンダ内の溶融した熱可塑性樹脂に窒素や二酸化炭素などの物理発泡剤を溶解させたりした後、一定量を金型内に射出して発泡させた後、冷却して発泡樹脂製品を成形する方法がある。
この発泡樹脂製品は、発泡によってひけの発生が抑制され、また、保圧を作用させない低圧成形で行うため、ひけの他に反りも発生しない。また、発泡したことによって軽量化を図ることもできる。
【０００４】
この成形方法は、１９６２年にダウ・ケミカル社が、塩化メチルを発泡剤に用いる技術として創案したのが最初である（特許文献１参照）。
【特許文献１】米国特許第３０５８１６１号
【０００５】
その後、射出成形機の改良と金型の改良について、多くの特許が出願されている。例えば、米国のユニオンカーバイト社が開発した窒素ガスまたは化学発泡剤を混入した溶融樹脂を、一旦可塑化シリンダから別のプランジャー内に蓄積後、金型内に射出して発泡体を得る方法がある（特許文献２参照）。
【特許文献２】特開昭５１−３０８６９号公報
【０００６】
また、樹脂製品の表面にスワールマーク（あばた状の小さな凹凸）が発生するのを防止するため、あらかじめ１．５〜２ＭＰａの窒素ガスを金型内に封入した後、化学発泡剤を混入した熱可塑性樹脂を射出し、金型内への充填過程での発泡を防ぎ、射出終了後にキャビティー容積を膨張させる方法（ＤＯＷ−ＴＡＦ法）などが創案されている。
【０００７】
しかし、これらの方法では、いずれも樹脂製品の内部がほぼ均一に発泡しているので、軽量化は図れるものの、機械的強度が低いといった問題がある。
【０００８】
また、マサチューセッツ工科大学によって創案された超臨界状態の窒素や二酸化炭素を利用したマイクロセルラーフォームが存在する。これは、未発泡樹脂製品に存在する僅かな欠陥より小さな微細気泡を発生させ、機械的強度を低下させずに軽量化を図ろうとするものである。最近、この超臨界状態の窒素や二酸化炭素を利用した発泡技術は、特許権を保有するトレクセル社によって、射出成形、押出成形、ブロー成形などで実用化されている。
【０００９】
しかし、この成形方法は、従来より微細な気泡が得られるものの、実際上はマイクロセルラーになっておらず、当初期待された高い機械的強度の保持と軽量化の両立は実現できていない。
【００１０】
そこで、本発明の発明者らは、軽量化を図りつつ高い機械的強度を保持させた樹脂製品の成形方法を鋭意検討した結果、強度保持の影響の少ない部分を発泡させたり、あるいは、部分的に発泡させて強度低下を抑える方法を考えた。
【００１１】
これまでに、こうしたいわゆる部分発泡を施した樹脂製品を成形する方法はいくつか出願されている（例えば、特許文献３，４，５，６参照）。
【特許文献３】特公平８−１３４８２号公報
【特許文献４】特開平１０−１８０８２５号公報
【特許文献５】特開２０００−２４６７５６号公報
【特許文献６】特開２００１−１３２５６６号公報
【００１２】
特許文献３には、瓶口の閉栓部材を射出成形する際に、分解性発泡剤を混入した溶融樹脂を高圧で射出後、瓶口とのシール部分の金型パーツを作動させ、機械的減圧空間を形成し、この部分の冷却を緩めあるいは加熱することで部分的に発泡した閉栓部材を得る方法が開示されている。
【００１３】
また、特許文献４には、成形中に金型の一部を進出させて非発泡部分を形成させると共に、成形中に金型の一部をこれとは独立に後退させ、発泡部分を形成する部分発泡射出成形用金型装置が提案されている。
【００１４】
さらに、特許文献５には、発泡剤を含む樹脂を金型内に射出し、射出充填完了後、所定時間が経過した後に金型を開かせることで、発泡領域と未発泡領域を有する発泡成形体を形成する方法が開示されている。
【００１５】
そして、特許文献６には、成形金型内に発泡樹脂材料を射出し、その後、アシストガスを成形金型内に注入してソリッド構造部分を成形し、続いて、アシストガスを排出して発泡構造部分を成形する方法が開示されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、これらの成形方法は、発泡剤を含む樹脂を金型に射出後、金型の一部を開いて発泡部分を形成させたり、発泡剤を含む樹脂を金型に射出後、ガスを注入および排出した後に、再度射出して発泡部分を形成させるなど、金型構造が複雑であったり、成形操作が煩雑であるといった問題がある。
【００１７】
そこで、本発明の目的とするところは、高い機械的強度の保持と、軽量化の両立を図った樹脂製品を、容易に形成することのできる形成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記の目的を達成するために、本発明の請求項１に記載の部分発泡樹脂製品の成形方法は、熱可塑性樹脂に発泡剤を含有させた溶融成形材を、通常の射出成形用の金型内に射出注入し、前記溶融成形材に対して所定の保圧を作用させながら冷却し、部分的に発泡した樹脂製品（１）を成形してなることを特徴とする。
【００１９】
ここで、「保圧」とは、射出成形において、金型（キャビティー）に溶融成形材を充填後、そのまま射出圧力を保持して成形品（樹脂製品１）の冷却を待つことをいい、充填圧の低下を防止して成形材料の逆流を防ぎ、また、成形品の冷却収縮を補う効果がある。すなわち、スクリュを前進させて溶融成形材を射出注入後、スクリュを暫く前進させたままスプル、ランナー、ゲートを通して成形品全体に所定時間、所定の圧力を掛けることをいう。
【００２０】
また、「所定の保圧」とは、通常の均一発泡成形の場合より高く、非発泡性成形の場合より低い保圧をいう。
【００２１】
請求項２に記載の部分発泡樹脂製品の成形方法は、前記樹脂製品（１）に厚肉部（２）を設けるように前記金型を形状化し、この厚肉部（２）を発泡させてなることを特徴とする。
【００２２】
さらに、請求項３に記載の部分発泡樹脂製品の成形方法は、前記発泡剤が二酸化炭素または窒素であることを特徴とする。
【００２３】
なお、カッコ内の記号は図面および後述する発明の実施形態に記載された対応要素または対応事項を示す。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の請求項１に記載の部分発泡樹脂製品の成形方法によれば、熱可塑性樹脂に発泡剤を含有させた溶融成形材を、通常の射出成形用の金型内に射出注入し、保圧を作用させながら冷却し、部分的に発泡した樹脂製品を成形するので、高い機械的強度を保持し、かつ、軽量な樹脂製品を提供することができる。
また、通常の射出成形用の金型を使用することで、成形が容易で、成形コストも廉価に抑えることができる。
【００２５】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の作用効果に加えて、樹脂製品に厚肉部を設けるように金型を形状化し、この樹脂製品の厚肉部を発泡させるので、さらに高い機械的強度を有した樹脂製品を提供することができる。
【００２６】
すなわち、厚肉部と薄肉部を有する樹脂製品では、厚肉部の冷却が薄肉部のそれより遅いのでガス抜けも遅く、発泡し易い。従って、適度な保圧を作用させることによって厚肉部のみを発泡させることができる。
薄肉部は厚肉部より機械的強度が弱いが、その薄肉部は発泡させず、もともと機械的強度の高い厚肉部のみ発泡させるので、樹脂製品全体としての機械的強度を高く維持することができる。
【００２７】
さらに、請求項３に記載の発明によれば、請求項１または２に記載の発明の作用に加えて、発泡剤が二酸化炭素または窒素であるので安価であり、よって低廉なコストで部分発泡樹脂製品を提供することができる。
また、発泡剤に二酸化炭素または窒素を用いるため、発泡残渣がない。このため、金型汚染が少ない、樹脂劣化を引き起こす心配がない、リサイクルへの悪影響がないなどの特長を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
図１、図４、図７および図８を参照して、本発明の実施形態に係る部分発泡樹脂製品の成形方法について説明する。図１は部分発泡樹脂製品の成形方法によって成形したチューブジョイント、図４はアジャスターの断面、図７は配管用のキャップを示す断面図であり、図８はその図７の一部拡大図である。
【００２９】
本発明の実施形態に係る部分発泡樹脂製品の成形方法は、厚肉部２と薄肉部３を有する製品を成形するために適用したものであり、まず、熱可塑性樹脂に発泡剤を含有させた溶融成形材を、通常の射出成形に使用する金型内に射出注入する。
注入後、金型内の溶融成形材に対して所定の保圧を作用させながら溶融成形材を冷却する。
これにより、部分的に発泡して気泡４が散在する樹脂製品（チューブジョイント、アジャスター、配管用キャップなど）１を成形することができる。
【００３０】
なお、本実施形態では、樹脂製品１の厚肉部２を発泡させ、薄肉部３はほとんど発泡させていない。厚肉部２のみを発泡させることによって、本来的に機械的強度の低い薄肉部３の強度がさらに低下するのを防止し、樹脂製品１全体の機械的強度を高く維持しつつ、その軽量化を図ることができる。ここで、厚肉部２の厚さは、薄肉部３の厚さより１ｍｍ以上厚いことが好ましく、より好ましくは２〜１０ｍｍである。薄肉部３との差が１ｍｍ未満では、厚肉部２としての効果が小さく、１０ｍｍをこえると冷却時間が長くなりすぎて実用的でなくなる。
【００３１】
また、本実施形態では、発泡剤として二酸化炭素や窒素を用いている。これらの物質は安価であるため、成形コストの低廉化を図ることができる。
【００３２】
なお、保圧は、通常の均一発泡成形と非発泡成形の中間程度であり、発泡剤の種類や添加量、使用する熱可塑性樹脂の種類、添加剤の量、樹脂製品形状，ゲート形状によって適宜調整することが必要である。一般的には、保圧は圧力が２５〜７０ＭＰａで、作用時間が５〜２０ｓ（秒）であることが好ましい。
保圧を殆ど作用させないと均一発泡樹脂製品１０となり（図２、図５、図９参照）、保圧を作用し過ぎると非発泡樹脂製品（ソリッド樹脂製品）２０となる（図３、図６、図１０参照）。また、部分発泡樹脂製品１でも、保圧が高くてガスの逃げ場がなくなると、ひけ５等が発生する（図１１参照）。なお、保圧条件を調整する際に、計量値（射出容量）も併せて調整することにより、より効果的な成形を行うことができる。
【００３３】
なお、本発明に用いられる熱可塑性樹脂としては、例えば、通常のプラスチック成形に使用されるポリスチレン、高密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、エチレン・酢酸ビニル共重合体、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体などの汎用樹脂、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリアセタール、変性ポリフェニレンエーテル、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレートなどのエンジニアプラスチック、スチレン系、オレフィン系、ウレタン系、アミド系などの各種熱可塑性エラストマーやアイオノマー等が挙げられる。
【００３４】
また、その他に、ポリ乳酸、ポリブチレンサクシネート、ポリ（プチレンサクシネート／アジペート）、ポリカプロラクトン、ポリ（３−ヒドロキシアルカノエート）等の生分解性樹脂がある。
【００３５】
さらに、これらの熱可塑性樹脂を適宜ブレンドしたものやアロイを使用することも可能である。またさらに、これらの熱可塑性樹脂にガラス繊維、カーボン繊維、タルク等の各種フィラーを練り込んだもの、あるいは熱安定剤、紫外線劣化防止剤、難燃剤、酸化防止剤、滑剤、可塑剤、耐電防止剤、染料、顔料などの各種添加剤を練り込んだものを用いることもできる。
【００３６】
発泡剤としては、アゾジカルボンアミド等の有機化学発泡剤、重炭酸ナトリウム等の無機化学発泡剤、ブタンなどの低分子量炭化水素あるいは窒素、二酸化炭素などの不活性ガスを用いることができる。また、これらの発泡剤を組み合わせて使用することも可能である。発泡剤の添加量としては、０．０１〜２０ｗｔ％の範囲が適当であり、より好ましくは、０．０５〜３ｗｔ％の範囲が良い。
【００３７】
発泡剤の量が少ないと発泡自体も少なくなるので、充分な軽量化を図ることができず、逆に、多いと破泡や火膨れなどが発生するので、共に、好ましくない。発泡剤の添加量は、発泡剤の種類、使用する熱可塑性樹脂の種類、添加剤の量、樹脂製品形状や部分発泡の程度によって適宜調整することができる。
【００３８】
本発明者らは、ポリプロピレンで、同一の金型を使用して、ソリッド樹脂製品（非発泡樹脂製品）、均一発泡樹脂製品および部分発泡樹脂製品１といった三種類のチューブジョイントを成形した。成形時のバレル温度は１７０〜２００℃、ノズル温度は２００℃、金型温度は４０℃とし、射出ストロークと保圧は、表１に示す条件とした。成形した均一樹脂発泡製品は薄肉部が簡単におれてしまったが、部分発泡樹脂製品は非発泡樹脂製品と同等の強度を有していた。なお、表１には成形結果もあわせて示した。
【００３９】
【表１】
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【００４０】
また、本発明者らは、熱可塑性エラストマー（エーイーエス・ジャパン(株)製、サントプレーン  １０１−８７）で、同一の金型を使用して、ソリッド樹脂製品（非発泡樹脂製品）、均一発泡樹脂製品および部分発泡樹脂製品１といった三種類のアジャスターを成形した。成形時のバレル温度は１８０℃、ノズル温度は１９５℃、金型温度は４０℃とし、射出ストロークと保圧は、表２に示す条件とした。成形した均一樹脂発泡製品は挿入したネジが簡単にぐらつくが、部分発泡樹脂製品は非発泡樹脂製品と同等の強度を有していた。なお、表２には成形結果もあわせて示した。
【００４１】
【表２】
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【００４２】
さらに、本発明者らは、カーボン繊維を３ｗｔ％になるようにブレンドしたアイオノマー樹脂（三井・デュポンポリケミカル(株)製、ハイミラン１６０１）で、同一の金型を使用して、ソリッド樹脂製品（非発泡樹脂製品）、均一発泡樹脂製品および部分発泡樹脂製品１といった三種類の配管用キャップを成形し、それらの機械的強度を確認すべく、−２０℃に成形品を保持したのち、ハンマー（重量：約１ｋｇ）を用いて簡易破壊試験を行った。成形時のバレル温度は１７０〜２４０℃、ノズル温度は２１０℃、ソリッド成形の金型温度は１５℃、発泡成形の金型温度は４０℃とし、射出ストロークと保圧は、表３に示す条件とした。また表４に、簡易破壊試験の結果を示す。
【００４３】
【表３】
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【００４４】
【表４】
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【００４５】
これらの実験結果から明らかなように、適度の条件で発泡を行った部分発泡樹脂製品（１）（本発明）に係るチューブジョイント、アジャスター、配管用キャップは、ソリッド樹脂製品および均一発泡樹脂製品と比較して、充分な機械的強度の保持と軽量化の両立を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施形態に係る成形方法によって成形した部分発泡させたチューブジョイント樹脂製品を示す断面図である。
【図２】均一発泡させたチューブジョイント樹脂製品を示す断面図である。
【図３】非発泡のチューブジョイント樹脂製品を示す断面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る成形方法によって成形した部分発泡させたアジャスター樹脂製品を示す断面図である。
【図５】均一発泡させたアジャスター樹脂製品を示す断面図である。
【図６】非発泡のアジャスター樹脂製品を示す断面図である。
【図７】本発明の実施形態に係る成形方法によって成形した部分発泡させた配管用キャップ樹脂製品を示す断面図である。
【図８】図１に示す部分発泡させた配管用キャップ樹脂製品の一部拡大図である。
【図９】均一発泡させた配管用キャップ樹脂製品を示す断面図である。
【図１０】非発泡の配管用キャップ樹脂製品を示す断面図である。
【図１１】ひけが発生した配管用キャップ樹脂製品を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１      部分発泡樹脂製品
２      厚肉部
３      薄肉部
４      気泡
５      ひけ
６      ネジ
１０      均一発泡樹脂製品
２０      非発泡樹脂製品
【図１】
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【図２】
2005212369.tif 000008
【図３】
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【図４】
2005212369.tif 000010
【図５】
2005212369.tif 000011
【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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