(57)【要約】【課題】ガス発泡押出成形時において安定的なガス溶解が可能であり、均一な発泡体を簡略な設備で安価に成形できる成形装置を提供する。【解決手段】熱可塑性樹脂の２軸押出発泡成形装置１において、ガス注入ノズル３０をスクリュフライト全長Ｌのうち、樹脂送り開始側（フライト開始部２１）から６０〜７０％の部位に配置し、ガス注入ノズル３０のガス注入出口をシリンダ内壁よりも１ｍｍ以上内側に配置するとともに、ガス注入ノズル３０の内径をφ２．０ｍｍ以下とすることで、ガス発泡押出成形時において安定的なガス溶解を可能とし、均一な発泡体が得られるようにする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性樹脂の押出発泡成形装置であって、ガス注入ノズルがスクリュフライト全長の中で、樹脂送り開始側から６０〜７０％の部位に位置し、前記ガス注入ノズルのガス注入出口がシリンダ内壁よりも１ｍｍ以上内側に位置しているとともに、前記ガス注入ノズルの内径がφ２．０ｍｍ以下であることを特徴とする押出発泡成形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スクリュシリンダ内で溶融された熱可塑性樹脂内に、発泡剤用ガスとして、例えば二酸化炭素ガスなどの不活性ガスを注入して、熱可塑性樹脂発泡体を成形する押出発泡成形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、熱可塑性樹脂発泡体を成形する際、その発泡方法として、大きく分けて化学発泡と物理発泡の２つによる方法が検討されてきたが、近年、環境面への配慮から、無機ガスを充填し圧力を開放して発泡させる物理発泡の需要が高まってきている。
【０００３】
物理発泡による方法を用いた熱可塑性樹脂発泡体の成形のうち、発泡押出成形においては、射出発泡成形に比べてガス含浸及びガスの分散状態が安定しないという欠点がある。すなわち、射出発泡の場合は閉鎖系であるため、ガス含浸を行う際にガスを樹脂に確実に含浸させることは可能であるが、押出発泡は開放系であるため、ガスを溶け込ませるだけの圧がかかりにくいこと、及び、注入したガスがバレル内壁と樹脂とのわずかな隙間を伝って逃げてしまう等の問題があり、ガスを安定的に含浸させることや、安定した発泡の製品を得ることが難しい。このような問題を解決するために、設備面について様々な検討がなされている。
【０００４】
例えば、スクリュシリンダ内で溶融された熱可塑性樹脂内に発泡剤用のガスを注入して熱可塑性樹脂発泡体を成形する発泡剤用ガス供給装置であって、熱可塑性樹脂の圧力と注入されるガスの圧力との差圧を検出する差圧検出手段と、その差圧検出手段により検出される差圧が所定の関係となるように、熱可塑性樹脂の圧力またはガスの圧力の少なくともいずれか一方を制御する差圧制御手段とを備えていることを特徴とする発泡剤用ガス供給装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
この提案技術では、注入されるガスの状態によらず、溶融樹脂とガスの差圧を一定として、溶融樹脂に発泡剤用のガスを供給することができる。
【０００６】
また、他の方法として、押出機に樹脂材料を供給し、加熱・溶融した後に発泡剤を注入し、先端に取付けたダイ等から発泡成形品として押し出す発泡成形品押出方法において、押出機をコニカルスクリュ式噛合型異方向回転２軸押出機とするとともに、発泡剤としてＣＯ2ガスを注入することを特徴とする２軸押出機による発泡成形品押出方法が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００７】
この提案技術では、バレル内でのガスの抜けを減らすため、コニカルスクリュを用いて樹脂の充填率を高めることによりガスを確実に溶解しており、発泡された製品のセルが小さい低温の押し出しが可能である。また、１台の押出機で良品を成形することができるという利点がある。
【０００８】
さらに、別の方法として、スクリュ内にガス供給孔を通し、ガスをシリンダ内部で供給して樹脂に溶解させるという方法が開示されている（例えば、特許文献３参照。）。
【特許文献１】特開２００３−３９４７３号公報（第１頁〜第８頁）
【特許文献２】特開２００３−１７０４８３号公報（第１頁〜第４頁）
【特許文献３】特開昭４７−２４３６号公報（第１頁〜第３頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、特許文献１記載の発明によれば、ガスの圧力差の検出結果をガス圧に反映させるのみであるので、効率的な解決方法とは言い難く、根本的なガス量の安定化を可能にすることはできない。さらに、圧力検出・調整設備の導入、ランニングのために、通常の押出成形よりもコスト的に高くなるという問題点がある。
【００１０】
また、特許文献２記載の発明では、安定的なガス溶解ができる可能性はあるが、コニカルスクリュを用いているのでスクリュ単体の単価が高く、しかも、ディメンジョンの変更等をできないため、試作時のリスクが高くなってしまうという問題点がある。
【００１１】
さらに、特許文献３記載の発明は、樹脂に直接ガスを送り込むことが可能であり、溶解度の向上という点では効率的ではあるが、複雑な構造であるため、スクリュが高価になることからコスト面の問題がある。また、改良を加える際にも構造が複雑になるため、様々な樹脂や条件への転用が困難であり、例えば試作時などにおける柔軟な条件への対応ができないという問題がある。
【００１２】
本発明はそのような問題を解決するためになされたものであり、ガス発泡押出成形時において安定的なガス溶解が可能であり、均一な発泡体を簡略な設備で安価に成形することが可能な押出発泡成形装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、熱可塑性樹脂の押出発泡成形装置であって、ガス注入ノズルがスクリュフライト全長の中で、樹脂送り開始側から６０〜７０％の部位に位置し、前記ガス注入ノズルのガス注入出口（ノズル先端）がシリンダ内壁よりも１ｍｍ以上内側に位置しているとともに、前記ガス注入ノズルの内径がφ２．０ｍｍ以下であることを特徴としている。
【００１４】
本発明において、ガス注入ノズルをスクリュフライト全長の中で、樹脂送り開始側から６０〜７０％の部位に位置するように設けている理由は、次の点を解消するためである。
【００１５】
すなわち、ガス注入ノズルの位置が樹脂送り開始側から６０％の位置よりも前段側にあると、樹脂の溶融が完了しておらず、溶融樹脂と未溶融樹樹脂とが混在するため、含浸するガスの含浸量についてもばらつきが生じてしまう可能性がある。一方、ガス注入ノズルの位置が樹脂送り開始側から７０％の位置よりも後段側にあると、ガスが含浸する時間や距離が不十分となるため、樹脂の溶融は達成されるが、吐出時の発泡にばらつきを生じてしまう。
【００１６】
本発明において、ガス注入ノズルのガス注入出口（ノズル先端）は、シリンダ内壁よりも１ｍｍ以上内側に位置するように設ける。特に、スクリュにぶつからない範囲で、シリンダ内部に最大限に突出していることが好ましい。このように、ガス注入出口がシリンダ内壁よりも内側に突出する構造を採ることにより、ガスを直接樹脂の中に入れることが可能になる。また、ガス注入出口がスクリュにより近い部分に存在することにより、スクリュがガスを巻き込み易くなるため、溶融可能なガスの割合が増えることになる。
【００１７】
本発明において、ガス注入ノズルの内径はφ２．０ｍｍ以下とする。また、ガス注入出口内径はφ２．０ｍｍ以下であり、好ましくはφ１．６ｍｍ以下である。このような内径とすることで、ガス注入出口にかかる樹脂圧に耐え得る圧力を持ったガスを樹脂内に送り出すことが可能になり、結果として、樹脂への安定したガス供給が可能になる。
【００１８】
ガス注入ノズルの内径がφ２．０ｍｍを超えると、同量のガスを注入する場合に必要となるガス圧が高くなり、設備に大きな負担がかかることになる。また、ガス圧力を上げれ
ば安定的な供給が可能な場合もあるが、ガス量が多めになってしまうことから、適切な量のガスを安定的に供給できる範囲が限られてくる。
【００１９】
そして、以上の構造を実現するには、ガス注入ノズル及びそのノズルを設置するためのシリンダの部分的な改造を行うのみでよく、また、大掛かりな圧力測定と調整機構あるいはスクリュ形状の変更等が不要であることからリスクも少なくなり、均一な発泡体の成形を比較的容易にかつ安価に実施することが可能になる。
【００２０】
ここで、本発明に用いるガスとしては、二酸化炭酸ガス（ＣＯ2）、窒素ガス（Ｎ2）などが挙げられる。この中でも、樹脂に対する溶解度及び樹脂の可塑化効果がともに大きくて、成形温度を低くできるので発泡特性に優れているとともに、低圧で供給できるなどの点から、二酸化炭素ガスを用いることが好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、熱可塑性樹脂の２軸押出発泡成形装置において、ガス注入ノズルがスクリュフライト全長の中で、樹脂送り開始側から６０〜７０％の部位に位置し、ガス注入ノズルのガス注入出口がシリンダ内壁よりも１ｍｍ以上内側に突出しているとともに、ガス注入ノズルの内径をφ２．０ｍｍ以下としているので、ガス発泡押出成形時に、安定的なガス溶解が可能であり、これにより均一な発泡体を得ることができる。さらに、設備が簡略で大きな費用がかからないので、均一な発泡体を安価に成形することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【実施例】
【００２３】
＜実施例１＞
図１（ａ）は本発明の押出発泡成形装置の実施例の構造を模式的に示す側面図であり、図（ｂ）はその押出発泡成形装置のスクリュを抽出して示す平面図である。
【００２４】
この例の押出発泡成形装置１は、２軸の同方向回転スクリュ（ＪＳＷ社製、型式：ＴＥＸ４４）であり、スクリュ２のフライト開始部（供給部末端）２１からフライト終了部２２までの長さ（スクリュフライト全長）Ｌの６５％の位置（フライト開始部２１からの位置）にガス注入部３を設けている。なお、押出発泡成形装置１の供給部側には供給ホッパー４が設けられており、先端側にはＴダイ５が設けられている。
【００２５】
スクリュ２には、図１（ｂ）に示すように、ガス注入部３に対応する部分にフライトの無い樹脂溜まりからなる圧力緩和部２３を設けており、ガスを満遍なく溶融樹脂に混練している。また、スクリュ２には、ガス注入部３の手前に細かいスクリュピッチからなる圧縮部２４を設けており、ガスの逆流を防ぎかつ確実に樹脂を圧力緩和部２３に送る役割をもたせている。さらに、ガス注入部３直後の部分に広めのピッチによる圧力緩和部２５を設けており、圧縮部２４の圧力より押出されるガス混練樹脂を確実に前方に送り出すようにしている。
【００２６】
なお、ガス注入部３は、ガス重量変化を確認することが可能であり、送り出しガス圧に対する供給ガス量（ｇ／ｍｉｎ）を測定できるようになっている。
【００２７】
そして、この実施例において、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、ガス注入部３のガス注入ノズル３０がシリンダ１０上面から内部に向けて挿し込まれており、そのガス注入ノズル３０が２つのスクリュ２の中央に配置されている。ガス注入ノズル３０の内径はφ１．６ｍｍであり、このガス注入ノズル３０の先端３１はシリンダ１０の内壁面１１よりもスクリュ２側に５ｍｍ突出した位置に配置されている。
【００２８】
以上のガス注入ノズル３０を使用して、ポリエステル系熱可塑性樹脂（三菱化学社製、ＧｓｐｌａＡＺ８１Ｔ）について炭酸ガス発泡押出成形を行い、各供給ガス圧（ＭＰａ）での供給ガス量（ｇ／ｍｉｎ）を測定した。
【００２９】
図３（ａ）は、３水準の供給ガス圧（ＭＰａ）に対する供給ガス量（ｇ／ｍｉｎ）の安定性を示す説明図である（実施例１の場合）。供給ガス圧（ＭＰａ）は、３．０ＭＰａ、６．０ＭＰａ、７．０ＭＰａの３水準を設定し、各供給ガス圧に対するガス供給量を５分おきに測定し、１０回の測定結果を示している。
【００３０】
また、図４（ａ）は、上記の３水準の供給ガス圧（ＭＰａ）に対する供給ガス量（ｇ／ｍｉｎ）ばらつきの関係を示す説明図である（実施例１の場合）。３水準の供給ガス圧（ＭＰａ）に対する供給ガス量（ｇ／ｍｉｎ）の平均値の関係、及び、標準偏差による測定値のばらつきの範囲を示した。
【００３１】
＜比較例１＞
実施例１で用いた押出発泡成形装置１を使用して、ガス注入ノズルの形状を変えて発泡押出し成形を行った。この比較例１では、実施例１と同様に、ガス注入部として、シリンダ上面からガス注入ノズルを挿し込み、これが２つのスクリュの中央に位置する構造で、ガス注入ノズルとして内径がφ２．５ｍｍのものを用いるとともに、ガス注入ノズルの先端をシリンダ内壁面と面一とした。
【００３２】
この比較例１について、実施例１と同様に、供給ガス圧（ＭＰａ）を、３．０ＭＰａ、６．０ＭＰａ、７．０ＭＰａの３水準に設定し、各供給ガス圧に対するガス供給量（ｇ／ｍｉｎ）を５分おきに測定して、１０回の測定結果を得た。その結果（供給ガス量の安定性）を図３（ｂ）に示す。また、図４（ｂ）に、上記の３水準の供給ガス圧（ＭＰａ）に対する供給ガス量（ｇ／ｍｉｎ）の平均値の関係、及び、標準偏差による測定値のばらつきの範囲を示す。
【００３３】
図３から明らかなように、比較例１では供給ガス量が安定しておらず、そのため成形品の品質のばらつきも大きいと考えられる。これに対し、実施例１では、供給ガス量が比較的一定であり、安定したガス溶融が可能である。
【００３４】
また、図４から明らかなように、比較例１では、かけた注入ガス圧力に対し供給されるガス量との関係が複雑でばらつきも大きいため、目的のガス量を安定的に供給することが難しい。これに対し、実施例１では多少のばらつきはあるものの、供給されるガス量とかけたガス圧との間にある程度の比例関係が見られ、希望するガス量を入れるため必要なガス圧を容易に推測可能である。
【００３５】
＜比較例２＞
実施例１において、スクリュのフライト開始部（供給部末端）からフライト終了部までの長さＬの８０％の位置にガス注入部を設けたこと以外は実施例１と同じとした。
【００３６】
＜比較例３＞
実施例１において、スクリュのフライト開始部（供給部末端）からフライト終了部までの長さＬの５０％の位置にガス注入部を設けたこと以外は実施例１と同じとした。
【００３７】
＜比較例４＞
実施例１において、ガス注入ノズルの先端をシリンダ内壁面と面一としたこと以外は実
施例１と同じとした。
【００３８】
以上の比較例２〜４で得られた発泡体について、実施例１と同様に、供給ガス圧（ＭＰａ）を、３．０ＭＰａ、６．０ＭＰａ、７．０ＭＰａの３水準に設定し、各供給ガス圧に対するガス供給量を５分おきに測定して、１０回の測定結果を得た。その測定結果（供給ガス量（ｇ／ｍｉｎ）の安定性）を図５（ａ）〜（ｃ）に示す。また、図６（ａ）〜（ｃ）に、上記の３水準の供給ガス圧（ＭＰａ）に対する供給ガス量（ｇ／ｍｉｎ）の平均値の関係、及び、標準偏差による測定値のばらつきの範囲を示す。
【００３９】
図５（ａ）から明らかなように、比較例２では、ガス注入圧力に対し、注入されるガス量が少ない。これは、ガス注入位置がシリンダの前方側にシフトし、溶融し加圧された後の樹脂にガスを注入しなければならないため、必要ガス圧が高くなるためと考えられる。
【００４０】
また、図５（ａ）及び図６（ａ）から明らかなように、ばらつきは少ないがガス圧とガス量の関係が不明確であり、求めるガス量を入れるためのガス圧を予測するのが困難である。
【００４１】
また、図５（ｂ）から明らかなように、比較例３では、ガス注入圧力に対し入るガス量が多めになっているのが分かる。比較例３では、ガス注入位置がスクリュ後方の、未溶融樹脂の多い部分にシフトしているため樹脂圧及び充満率が十分でなく、注入されたガスが入りにくいか、または、シリンダ壁面を伝って逃げてしまっている可能性がある。そのため、入るガス量のばらつきが大きくて（図５（ｂ）及び図６（ｂ））、安定したガス注入が難しい。
【００４２】
図５（ｃ）及び図６（ｃ）から明らかなように、比較例４においてもガス量のばらつきが大きい。これは、比較例４においてガス注入ノズルの先端はシリンダ内壁面と面一となっており、溶融樹脂内部にしっかりとガスを入れることができないため、ガスの損失が生じるものと考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は、スクリュシリンダ内で溶融された熱可塑性樹脂内に、発泡剤用ガスとして、例えば二酸化炭素ガスなどの不活性ガスを注入して、熱可塑性樹脂発泡体を成形するにあたり、均一な発泡体を簡略な設備で安価に成形するのに有効に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の押出発泡成形装置の実施例を模式的に示す側面図（ａ）及びスクリュの平面図（ｂ）を併記して示す図である。
【図２】ガス注入部の詳細図で、（ａ）はスクリュ軸と平行な面で切断して示す断面図、（ｂ）はスクリュ軸と直交する面で切断して示す断面図である。
【図３】本発明の実施例及び比較例の測定結果を示す図で、供給ガス圧に対する供給ガス量の安定性を示すグラフである。
【図４】本発明の実施例及び比較例の測定結果を示す図で、供給ガス圧に対する供給ガス量の平均値の関係と標準偏差による測定とのばらつきの範囲を示すグラフである。
【図５】本発明の別の比較例の測定結果を示す図で、供給ガス圧に対する供給ガス量の安定性を示すグラフである。
【図６】本発明の別の比較例の測定結果を示す図で、供給ガス圧に対する供給ガス量の平均値の関係と標準偏差による測定とのばらつきの範囲を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４５】
１  押出発泡成形装置
１０  シリンダ
１１  シリンダの内壁面
２  スクリュ
２１  フライト開始部
２２  フライト終了部
３  ガス注入部
３０  ガス注入ノズル
３１  ガス注入ノズルの先端
４  供給ホッパー
５  Ｔダイ
【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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