(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
可塑化した熱可塑性樹脂に発泡剤を含有させた発泡剤含有可塑化樹脂を射出する射出装置と、前記射出装置から射出された前記発泡剤含有可塑化樹脂を容積が拡大縮小可能な金型キャビティに充填する金型とを用い、前記発泡剤含有可塑化樹脂が充填された前記金型キャビティを拡大することによって前記発泡剤含有可塑化樹脂を発泡成形させる熱可塑性樹脂の射出発泡成形方法であって、
下記工程（１）〜（５）を含むことを特徴とする熱可塑性樹脂の射出発泡成形方法。
（１）前記射出装置から前記発泡剤含有可塑化樹脂を、型締状態の前記金型キャビティ内に射出充填する工程、
（２）前記発泡剤含有可塑化樹脂を前記金型キャビティ内に射出充填し、その射出充填が完了した後、直ちに、前記金型の型締力を開放して、前記金型キャビティ内の前記発泡剤含有可塑化樹脂の圧力を開放する工程、
（３）前記金型キャビティ内の前記発泡剤含有可塑化樹脂の圧力を開放した状態を所定時間保持する工程、
（４）前記金型キャビティを拡大して前記発泡剤含有可塑化樹脂を発泡させる工程、
（５）前記金型キャビティを拡大した状態で前記発泡剤含有可塑化樹脂を冷却保持する工程。
【請求項２】
前記工程（２）における、前記金型の型締力を開放する速度（型締力開放速度）を、１０００〜２００００ＫＮ／秒とする請求項１に記載の熱可塑性樹脂の射出発泡成形方法。
【請求項３】
前記工程（３）における、前記金型の型締力を開放した状態で保持する所定時間（型締力開放保持時間）を、０．１〜１０秒とする請求項１又は２に記載の熱可塑性樹脂の射出発泡成形方法。
【請求項４】
前記工程（４）における、前記金型キャビティを拡大する速度（拡大速度）を、０．０１〜１０ｍｍ／秒とする請求項１〜３のいずれかに記載の熱可塑性樹脂の射出発泡成形方法。
【請求項５】
前記熱可塑性樹脂中への前記発泡剤の含有を、前記発泡剤として発泡性ガスを用い、前記発泡性ガスを前記射出装置へ０．１ＭＰａ以上、１．０ＭＰａ未満の圧力で供給し、前記射出装置に存在する可塑化前又は可塑化された前記熱可塑性樹脂に前記発泡性ガスを接触させることによって行う請求項１〜４のいずれかに記載の熱可塑性樹脂の射出発泡成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱可塑性樹脂の射出発泡成形方法に関する。さらに詳しくは、簡易、安全かつ効率的に、所望の気泡径及び密度で、表面状態の良好な射出発泡成形品を得ることが可能な熱可塑性樹脂の射出発泡成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
樹脂の内部に多数の気泡を存在させた発泡成形品は、軽量性、断熱性、吸音性及び同一質量での剛性等の物性に優れていることから、種々の分野で使用されている。特に近年は、軽量化が、原材料費及び輸送費等のコスト低減に直接的に結び付くことから重要視され、発泡成形品の適用分野をさらに拡大することになっている。樹脂の発泡成形方法は、樹脂に混合する発泡剤の種類によって物理的発泡法と化学的発泡法とに分類される。物理的発泡法では、物理発泡剤である、窒素、二酸化炭素等の不活性ガス；炭化水素類、フルオロカーボン類等の気化性物質を使用する。一方、化学的発泡法では、化学発泡剤である、アゾ化合物、ニトロソ化合物等の有機発泡剤；重炭酸ナトリウム等の無機発泡剤を使用する。このような発泡法を樹脂の成形方法としての射出成形方法に適用した射出発泡成形方法においては、発泡剤と樹脂とを混合した発泡剤含有溶融樹脂を金型キャビティ内に射出充填し、樹脂を発泡させることによって成形品内部に約８０〜３００μｍ程度の気泡径を有する射出発泡成形品を得ることができる。
【０００３】
樹脂の発泡成形方法として、例えば、オレフィン樹脂に化学発泡剤又は物理発泡剤を混合して溶融し、ショートショット法（低圧法）を用いて成形品内部に気泡を有する発泡成形品を得る成形方法が開示されている（特許文献１参照）。特許文献１に開示された方法の場合、押出機、アキュムレータ及び金型によって構成された成形装置に、窒素ガス等の不活性ガス；炭化水素類、フルオロカーボン類等の揮発性物質等の物理発泡剤又は化学発泡剤と、樹脂とを混合した発泡剤含有溶融樹脂を押出機でアキュムレータに送り込み、その後、アキュムレータに送り込まれた発泡剤含有溶融樹脂を金型内へ射出し、樹脂を発泡させることによって成形品内部に気泡を有する射出発泡成形品を得ている。
【０００４】
一方、物理発泡剤を使用することによって発泡成形品を得る方法として、例えば、押出機ホッパより、空気等の気体、気化性物質等を樹脂の供給と同時に加圧下で供給し、樹脂の溶融と、気泡の含有及び分散とをスクリュ押出機で行なう方法が開示されている（特許文献２参照）。特許文献２に開示された方法の場合、ポリエチレンを用い、空気を０．６９〜０．７８ＭＰａ（７〜８ｋｇｆ／ｃｍ2）程度で加圧供給することにより、独立気泡を含むスポンジ様物質の押出成形品を得ている。
【０００５】
発泡性ガスとして不活性ガスである二酸化炭素を超臨界状態で使用し、発泡成形品を得る方法として、例えば、従来の化学発泡剤又は物理発泡剤を使用して発泡成形品の内部に形成した気泡の密度（単位体積当たりの気泡数）に比べ、格段に気泡密度を増加させる方法が開示されている（特許文献３参照）。特許文献３に開示される方法の場合、超臨界流体の昇圧装置、超臨界流体の供給装置及びガスボンベから構成されるシステムを成形装置に取付け、この成形装置の可塑化シリンダより二酸化炭素を超臨界状態で注入して溶融樹脂中へ溶解させるとともに、注入した二酸化炭素を溶解した溶融樹脂を金型内に射出充填して樹脂を発泡させ、成形品内部がマイクロセルと呼ばれる１μｍ未満の超微孔質を有する樹脂成形品を得ている。
【特許文献１】特公昭４４−６０８０号公報
【特許文献２】特公昭４３−９９１３号公報
【特許文献３】特表平６−５０６７２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述の特許文献１〜３に開示された方法の場合、以下のような問題があった。すなわち、特許文献１に開示された方法の場合、樹脂と、アゾ化合物、ニトロソ化合物等の有機化学発泡剤とを供給して成形したときに、熱分解により、腐食性のあるアンモニア、一酸化炭素、水蒸気、シアン酸、イソシアン酸等が分解生成物として生じ、これらの分解生成物が大気中に放出されるとともに成形品中に残留するという問題があった。分解生成物が生じることのない物理発泡剤である、炭化水素類、フルオロカーボン類等の気化性物質を供給して成形する場合、環境汚染及び環境破壊物質として大気中への排出が規制されるという問題があった。また、特許文献２に開示された方法の場合、発泡剤含有溶融樹脂中に気体が微細に分散されず所望の気泡密度や気泡径を有する発泡成形品を得ることが困難であるという問題があった。また、特許文献３に開示された方法の場合、超臨界流体の発生装置及び供給装置が必要となり、これらの装置は高圧のガスを取り扱うことから法的規制を受け、設備の導入や取り扱いが煩雑になるという問題があった。さらに、スキン層の状態、延いては製品の表面状態が必ずしも良好なものとはならないという問題があった。
【０００７】
本発明は、上述の従来技術の問題に鑑みてなされたもので、簡易、安全かつ効率的に、所望の気泡径及び密度で、表面状態の良好な射出発泡成形品を得ることが可能な熱可塑性樹脂の射出発泡成形方法を提供することを一の目的とする。さらに、環境に対する負荷の少ない熱可塑性樹脂の射出発泡成形方法を提供することを他の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は上述の目的を達成するためになされたものであり、本発明によって、以下の熱可塑性樹脂の射出発泡成形方法が提供される。
【０００９】
［１］可塑化した熱可塑性樹脂に発泡剤を含有させた発泡剤含有可塑化樹脂を射出する射出装置と、前記射出装置から射出された前記発泡剤含有可塑化樹脂を容積が拡大縮小可能な金型キャビティに充填する金型とを用い、前記発泡剤含有可塑化樹脂が充填された前記金型キャビティを拡大することによって前記発泡剤含有可塑化樹脂を発泡成形させる熱可塑性樹脂の射出発泡成形方法であって、下記工程（１）〜（５）を含むことを特徴とする熱可塑性樹脂の射出発泡成形方法。
（１）前記射出装置から前記発泡剤含有可塑化樹脂を、型締状態の前記金型キャビティ内に射出充填する工程、
（２）前記発泡剤含有可塑化樹脂を前記金型キャビティ内に射出充填した後、直ちに、前記金型の型締力を開放して、前記金型キャビティ内の前記発泡剤含有可塑化樹脂の圧力を開放する工程、
（３）前記金型キャビティ内の前記発泡剤含有可塑化樹脂の圧力を開放した状態を所定時間保持する工程、
（４）前記金型キャビティを拡大して前記発泡剤含有可塑化樹脂を発泡させる工程、
（５）前記金型キャビティを拡大した状態で前記発泡剤含有可塑化樹脂を冷却保持する工程。
【００１０】
［２］前記工程（２）における、前記金型の型締力を開放する速度（型締力開放速度）を、１０００〜２００００ＫＮ／秒とする前記［１］に記載の熱可塑性樹脂の射出発泡成形方法。
【００１１】
［３］前記工程（３）における、前記金型の型締力を開放した状態で保持する所定時間（型締力開放保持時間）を、０．１〜１０秒とする前記［１］又は［２］に記載の熱可塑性樹脂の射出発泡成形方法。
【００１２】
［４］前記工程（４）における、前記金型キャビティを拡大する速度（拡大速度）を、０．０１〜１０ｍｍ／秒とする前記［１］〜［３］のいずれかに記載の熱可塑性樹脂の射出発泡成形方法。
【００１３】
［５］前記熱可塑性樹脂中への前記発泡剤の含有を、前記発泡剤として発泡性ガスを用い、前記発泡性ガスを前記射出装置へ０．１ＭＰａ以上、１．０ＭＰａ未満の圧力で供給し、前記射出装置に存在する可塑化前又は可塑化された前記熱可塑性樹脂に前記発泡性ガスを接触させることによって行う前記［１］〜［４］のいずれかに記載の熱可塑性樹脂の射出発泡成形方法。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によって、簡易、安全かつ効率的に、所望の気泡径及び密度で、表面状態の良好な射出発泡成形品を得ることが可能な熱可塑性樹脂の射出発泡成形方法が提供される。さらに、環境に対する負荷の少ない熱可塑性樹脂の射出発泡成形方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しつつ具体的に説明する。
【００１６】
図１は、本発明の熱可塑性樹脂の射出発泡成形方法に用いられる横型締タイプの射出成形装置の一の実施の形態の全体構成を模式的に示す説明図である。図２は、図１に示す射出成形装置の実施の形態に用いられる金型に加わる、各工程における圧力の大きさ（型開き状態から型締状態まで）を模式的に示すグラフである。
【００１７】
図１に示すように、本発明の熱可塑性樹脂の射出発泡成形方法は、可塑化した熱可塑性樹脂に発泡剤を含有させた発泡剤含有可塑化樹脂を射出する射出装置３０と、射出装置３０から射出された発泡剤含有可塑化樹脂を容積が拡大縮小可能な金型キャビティ１０ａに充填する金型１０とを用い、発泡剤含有可塑化樹脂が充填された金型キャビティ１０ａを拡大することによって発泡剤含有可塑化樹脂を発泡成形させる熱可塑性樹脂の射出発泡成形方法であって、下記工程（１）〜（５）を含むことを特徴とするものである。
【００１８】
（１）射出装置３０から発泡剤含有可塑化樹脂を、型締状態の金型キャビティ１０ａ内に射出充填する工程（工程（１））、
（２）発泡剤含有可塑化樹脂を金型キャビティ１０ａ内に射出充填した後、直ちに、金型１０の型締力を開放して、金型キャビティ１０ａ内の発泡剤含有可塑化樹脂の圧力を開放する工程（工程（２））、
（３）金型キャビティ１０ａ内の発泡剤含有可塑化樹脂の圧力を開放した状態を所定時間保持する工程（工程（３））、
（４）金型キャビティ１０ａを拡大して発泡剤含有可塑化樹脂を発泡させる工程（工程（４））、
（５）金型キャビティ１０ａを拡大した状態で発泡剤含有可塑化樹脂を冷却保持する工程（工程（５））。
【００１９】
以下、各工程について具体的に説明する。
【００２０】
（工程（１））
工程（１）においては、射出装置３０から発泡剤含有可塑化樹脂を、型締状態の金型キャビティ１０ａ内に射出充填する。工程（１）において、発泡剤含有可塑化樹脂を調整する方法としては、例えば、発泡剤として気泡核形成剤及び発泡性ガスの混合体を用い、この混合体を射出装置３０の供給部（ホッパ）３５又は可塑化部（可塑化シリンダ及びスクリュ）３１、３２に、通常０．１ＭＰａ以上、１．０ＭＰａ未満、好ましくは０．５〜０．９ＭＰａの圧力で供給することを挙げることができる。混合体（発泡性ガス）の供給圧力が、０．１ＭＰａ未満であると、所望する気泡密度や気泡径を得ることができず、１．０ＭＰａ以上であると、発泡セルの粗大化や、成形品の部位によって発泡倍率に大きな差異が生じる等の異常が発生することがあり、また、スワルマークによる成形品の外観不良が顕著となる。また、混合体（発泡性ガス）の供給圧力を０．１ＭＰａ以上、１．０ＭＰａ未満の圧力としたことによって、発泡性ガスを超臨界状態として使用する従来のような超臨界流体の発生装置及び供給装置を必要とすることがない。
【００２１】
混合体又は発泡性ガスの射出装置３０の供給部（ホッパ）３５又は可塑化部（可塑化シリンダ及びスクリュ）３１、３２への供給を、供給圧力を制御した状態（図１では制御装置７０を示す）で行うことが好ましい。制御装置７０については後述する。
【００２２】
本発明に用いられる熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリスチレン樹脂、ＡＳ樹脂、ＡＢＳ樹脂等のスチレン系樹脂；ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂等のオレフィン系樹脂；ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂等のポリエステル系樹脂；ポリアセタール樹脂；ポリカーボネート樹脂；変性ポリフェニレンエーテル樹脂；オレフィン系熱可塑性エラストマー等を挙げることができる。これらの樹脂は、用途等に応じて１種類単独でも２種類以上を混合して使用してもよく、また、これらの熱可塑性樹脂には、必要に応じて可塑剤、剥離剤、帯電防止剤、難燃剤、発泡剤等の種々の添加剤や物性改良のための各種フィラー、ガラス繊維、カーボン繊維等、さらには、着色剤、染料等を混合して使用してもよい。
【００２３】
本発明に用いられる発泡性ガスとしては、例えば、空気、二酸化炭素ガス、窒素ガス、又はこれらの混合ガスを好適例として挙げることができる。中でも、得られる成形品の性状の面から、空気又は二酸化炭素ガスがさらに好ましい。なお、これらの発泡性ガスの選択に際しては、樹脂の耐酸化性を考慮することが好ましい。一部に酸化されやすい基を含む樹脂に対しては、空気以外のガスを使用することが好ましい。例えば、ポリプロピレン樹脂等の、耐酸化性が問題とならない樹脂の場合には、空気を用いることが、入手の容易性の面から好ましい。さらに、発泡性ガスを０．１ＭＰａ以上、１．０ＭＰａ未満で注入することにより、環境に有害な（環境に与える負荷が大きい）発泡剤、導入・取り扱いが煩雑で法的規制を受ける超臨界流体等の発生装置及び供給装置を用いることなしに、所望する気泡密度や気泡径を有し、有害な分解生成物の残留がない熱可塑性樹脂の射出発泡成形品を、簡易、安全かつ効率的に得ることができる。
【００２４】
気泡核形成剤としては、例えば、酸化鉄、珪酸カルシウム、珪酸アルミニウム、ガラス繊維、タルク、炭酸水素ナトリウム（重曹）等の無機物の微粉末；ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸マグネシウム等の有機酸の金属塩；クエン酸、酒石酸等の有機酸等を挙げることができる。これらの気泡核形成剤は、１種類単独でも２種類以上を混合して使用してもよい。なお、気泡核形成剤は、予め樹脂に混合した状態で射出装置に供給してもよく、発泡性ガスと一緒にして混合ガス状態で供給してもよい。
【００２５】
混合体又は発泡性ガスの射出装置への供給箇所を、射出装置３０の供給部（ホッパ）３５又は可塑化部（可塑化シリンダ及びスクリュ）３１、３２（例えば、発泡剤含有溶融樹脂中）としたので、発泡性ガスや気泡核形成剤を発泡剤含有溶融樹脂中に、十分に分散、混合させることができる。また、混合体又は発泡性ガスを、射出装置３０の可塑化部（可塑化シリンダ及びスクリュ）３１、３２へ供給する場合、可塑化部（可塑化シリンダ及びスクリュ）３１、３２に配設されたスクリュを２ステージスクリュとすることが、さらに確実に、発泡性ガスや気泡核形成剤を可塑化樹脂中に分散、混合させることができることから好ましい。なお、スクリュ３２としては、高分散性のスクリュヘッドを備えたものであることが、可塑化樹脂と、発泡性ガス及び気泡核形成剤との分散、混合性を高める観点から好ましい。
【００２６】
（工程（２））
工程（２）においては、発泡剤含有可塑化樹脂を金型キャビティ１０ａ内に射出充填した後、直ちに、金型１０の型締力を開放して、金型キャビティ１０ａ内の発泡剤含有可塑化樹脂の圧力を開放する。工程（２）において、射出充填した後、直ちに、金型１０の型締力を開放して、金型キャビティ１０ａ内の発泡剤含有可塑化樹脂の圧力を開放することによって、従来におけるような、射出充填した後、一定圧力のまま所定時間保持してから金型１０の型締力を開放したり、圧力の開放速度を幾通りかに調整したりする方法に比べて、発泡セルの起点となる発泡核の形成数（発泡核数）が多くなり、微細発泡セルの集合体及び高倍発泡を可能とする。発泡核数は圧力低下速度に比例して多くなることから、高い型締力開放速度を設定することが好ましい。このことから、用いられる熱可塑性樹脂の適用範囲が拡大され、高強度及び軽量化のいずれにも優れた成形品を得ることができる。ここで、金型１０の型締力を開放する速度（型締力開放速度）としては、１０００〜２００００ＫＮ／秒とすることが好ましい。１０００ＫＮ／秒未満であると、発泡核数が少なく、不十分となることがあり、２００００ＫＮ／秒を超えると、発泡核数の増加が鈍化傾向になるとともに、装置にショック等の不具合が発生することがある。
【００２７】
（工程（３））
工程（３）においては、金型キャビティ１０ａ内の発泡剤含有可塑化樹脂の圧力を開放した状態を所定時間保持する。工程（３）において、圧力を開放した状態を所定時間保持することによって、スキン層の厚さを容易に調整することができるとともに発泡剤含有可塑化樹脂の樹脂伸張粘度と発泡膨張力とのバランスを容易に調整することができる。このことから、表面状態の良好なスキン層、延いては成形品を得ることができる。ここで、圧力を開放した状態を保持する時間（型締力開放保持時間）としては、０．１〜１０秒とすることが好ましい。０．１秒未満であると、スキン層の厚さの調整が不十分となるとともに発泡剤含有可塑化樹脂の樹脂伸張粘度と発泡膨張力とのバランスが崩れてしまうことがあり、１０秒を超えると、樹脂の冷却固化が進行しすぎて発泡が困難となることがある。
【００２８】
（工程（４））
工程（４）においては、金型キャビティ１０ａを拡大して発泡剤含有可塑化樹脂を発泡させる。ここで、金型キャビティ１０ａを拡大する速度（拡大速度）は、樹脂伸張粘度と発泡膨張力とのバランスを加味して設定し、０．０１〜１０ｍｍ／秒とすることが好ましい。０．０１ｍｍ／秒未満であると、所望する気泡セル径及び気泡密度を得ることが困難となることがあり、１０ｍｍ／秒を超えると、樹脂伸張粘度と発泡膨張力とのバランスが崩れて、気泡セルが粗大化してしまうことがある。金型キャビティ１０ａを拡大する方法については後述する。
【００２９】
（工程（５））
工程（５）においては、金型キャビティ１０ａを拡大した状態で発泡剤含有可塑化樹脂を冷却保持する。工程（５）において、金型キャビティ１０ａを拡大した状態で発泡剤含有可塑化樹脂を冷却保持することによって、所望する気泡セル径及び気泡密度の状態を冷却固化することができる。ここで、発泡剤含有可塑化樹脂を冷却保持する時間（冷却保持時間）は、金型を開いて成形品を取り出す時に、成形品が膨張（２次発泡）しない状態となる時間以上の時間に設定する。
【００３０】
以下、図１に示す、本発明に用いられる横型締タイプの射出成形装置の一の実施の形態について具体的に説明する。本発明に用いられる横型締タイプの射出成形装置１００は、金型１０、型締装置２０、射出装置３０、発泡性ガス供給手段４０及び制御装置７０から構成されている。
【００３１】
金型１０は、固定盤１に取付けられた固定金型３と可動盤２に取付けられた可動金型４とからなり、固定金型３と可動金型４とは半押込み構造であり嵌合部で嵌合され、嵌合された状態で固定金型３に形成されたキャビティ面と可動金型４に形成されたキャビティ面とが組み合わされて、金型キャビティ１０ａを形成する構成となっている。そして、半押込み構造の嵌合部は金型キャビティ１０ａの全周にわたって形成され、射出充填後に金型キャビティ１０ａを拡大しても金型キャビティ１０ａに充填した樹脂が金型１０から漏れ出すことを防止している。
【００３２】
型締装置２０は、金型１０の型開、型締を作動する型締シリンダ２２を備えており、可動金型４が固定金型３に対してタイバー（図示せず）に案内されて前後進できるように構成され、金型キャビティ１０ａの容積を拡大縮小可能にしている。
【００３３】
なお、本発明の実施の形態においては、金型１０を所定のストローク開いても金型キャビティ１０ａ内に充填した樹脂が漏れ出すことのない半押込み構造の金型１０を用いたが、これに制限されるものではなく、発泡成形に適用可能なものであればそれ以外の、例えば、平押し構造等の金型を用いてもよい。また、本実施の形態では、直圧式の型締装置を有する横型締タイプの射出成形装置を用いたが、トグル式型締装置、電動サーボモータ式又は竪型締タイプの射出成形装置を用いてもよい。
【００３４】
射出装置３０は、可塑化シリンダ３１と、可塑化シリンダ３１に内装されフライトを有するスクリュ３２と、可塑化シリンダ３１内に成形材料を供給するホッパ３５とを備え、スクリュ３２を前後進させるスクリュ移動手段３３と、スクリュ３２を回転駆動するスクリュ回転手段３４が設けられ、発泡性ガス供給手段４０から供給部（ホッパ）３５又は可塑化部（可塑化シリンダ及びスクリュ）３１、３２内の発泡剤含有溶融樹脂中に発泡性ガスが供給されるように構成されている。そして、可塑化シリンダ３１外周面には、ヒータ（図示せず）が取付けられている。
【００３５】
射出装置３０は、スクリュ回転手段３４によってスクリュ３２が回転することにより、ホッパ３５からペレット状の成形材料が可塑化シリンダ３１内に供給される構成となっており、供給されたペレット状の成形材料は、可塑化シリンダ３１に取付けられたヒータによって加熱され、また、スクリュ３２の回転によって混練圧縮作用を受けることにより発泡性ガス及び気泡核形成剤を分散、混合して溶融し、スクリュ３２の前方へ送られる。スクリュ３２の前方へ送られた発泡性ガス及び気泡核形成剤を分散、混練させた発泡剤含有溶融樹脂は、スクリュ移動手段３３により前進するスクリュ３２によって、可塑化シリンダ３１の先端に取付けられたノズル３６から金型内へ射出充填することができる。気泡核形成剤として酸化鉄、珪酸カルシウム、ステアリン酸亜鉛及びステアリン酸マグネシウムからなる群から選ばれる少なくとも一種の無機物の微粉末を用いる場合においては、後述する気泡核形成剤供給装置６１、６２から予め設定された成形条件に基づいて好適な量を供給することができる。
【００３６】
本実施の形態における射出装置３０においては、スクリュ移動手段３３を油圧シリンダとし、スクリュ回転手段３４を油圧モータとしているが、これに限らず、電動サーボモータを用いたスクリュ移動手段やスクリュ回転手段を用いてもよい。また、本実施の形態では、可塑化と射出とを一本のスクリュで行なうインラインスクリュ方式の射出装置を有する構成としたが、可塑化と射出とを別々の機構で行なうスクリュプリプラ方式の射出装置を用いてもよい。さらに、本実施の形態においては、スクリュ３２の形状を２ステージスクリュとしたが、例えば、発泡性ガスの供給位置をホッパ３５とした場合においてはシングルステージスクリュとしてもよい。
【００３７】
発泡性ガス供給手段４０は、空気供給源４１と、二酸化炭素供給源４２と、発泡性ガス供給装置４３とを備え、空気供給源４１と二酸化炭素供給源４２とは供給路によって連結されている。さらに、発泡性ガス供給手段４０は射出装置３０の可塑化シリンダ３１及びホッパ３５に設けられたガス供給口への発泡性ガス供給路を備え、制御装置７０の指令に基づき、射出装置３０へ発泡性ガスを供給する。また、発泡性ガス供給装置４３及び射出装置３０に連結された供給路の末端近傍には気泡核形成剤を供給する気泡核形成剤供給装置６１、６２が設けられ、発泡性ガス中に、例えば、酸化鉄、珪酸カルシウム、ステアリン酸亜鉛及びステアリン酸マグネシウムからなる群から選ばれる少なくとも一種の無機物の微粉末を供給する構成となっている。
【００３８】
発泡性ガス供給手段４０は、図３に示すように、空気供給源４１と、二酸化炭素供給源４２と、発泡性ガス供給装置４３とで構成されている。符号３１は可塑化シリンダ、符号３２はスクリュ、符号６１、６２は発泡性ガス中に気泡核形成剤を供給する気泡核形成剤供給装置である（図１と同じ符号を付した）。空気供給源４１は、空気圧縮機４５、圧力調整弁４６、逆止弁４７及び圧力計４８を、二酸化炭素供給源４２は、二酸化炭素ボンベ５１、圧力調整弁５２、圧力計５４及び逆止弁５５を、発泡性ガス供給装置４３は、開閉弁５６、５７、電磁切替弁５８、５９を備えている。
【００３９】
空気供給源４１は、空気圧縮機４５によって圧縮された空気を、圧力調整弁４６で減圧し、逆止弁４７を経て発泡性ガス供給装置４３に供給する構成となっており、発泡性ガス供給装置４３に供給された空気は、開閉弁５６及び電磁切替弁５８、５９を経由して可塑化シリンダ３１及び／又はホッパ３５から射出成形装置３０内へ送り込むことができる。開閉弁５６を開くことによって圧力調整弁４６にて所望の圧力に減圧された空気は、逆止弁４７を経て発泡性ガス供給装置４３へ供給される。発泡性ガス供給装置４３へ供給された空気を、電磁切替弁５８を開くことで可塑化シリンダ３１の略中央部に設けられた発泡剤含有溶融樹脂中への供給口から、電磁切替弁５９を開くことでホッパ３５に設けられたガス供給口から、それぞれ送り込むことができる。本発明の実施の形態において、空気源として空気圧縮機４５を用いる構成としたが、工場エアを空気源として用いることができる場合には、工場エアを所定の圧力に減圧し直接発泡性ガス供給装置４３に連結する構成としてもよい。
【００４０】
一方、二酸化炭素源４２は、二酸化炭素ボンベ５１内の二酸化炭素を、圧力調整弁５２で減圧し、逆止弁５５を経て発泡性ガス供給装置４３に供給する構成となっており、発泡性ガス供給装置４３に供給された二酸化炭素は、開閉弁５７及び電磁切替弁５８、５９を経由して可塑化シリンダ３１及びホッパ口から射出成形装置３０内へ送り込むことができる。開閉弁５７を開くことによって圧力調整弁５２にて所望の圧力に減圧された二酸化炭素は、逆止弁５５を経て発泡性ガス供給装置４３へ供給される。発泡性ガス供給装置４３へ供給された二酸化炭素を、電磁切替弁５８を開くことで可塑化シリンダ３１の略中央部に設けられた溶融樹脂中への供給口から、電磁切替弁５９を開くことでホッパ３５に設けられたガス供給口から、それぞれ送り込むことができる。
【００４１】
発泡性ガスとして窒素を用いる場合の窒素供給源は、図３において、二酸化炭素供給源４２と同一の構成であって、窒素源として窒素ボンベを二酸化炭素ボンベ５１に置き換えた形態の構成とする。また、窒素供給源を用いることなく、例えば、空気供給源４１にガス透過膜を有した窒素ガス分離装置を備えて、空気中の窒素を分離し、空気圧縮機４５に供給する形態としてもよい。
【００４２】
制御装置７０は、図１に示すように、成形材料の可塑化と、発泡性ガス及び気泡核形成剤としての酸化鉄、珪酸カルシウム、ステアリン酸亜鉛及びステアリン酸マグネシウムからなる群から選ばれる少なくとも一種の無機物の微粉末の供給と、発泡剤含有溶融樹脂の金型１０内への射出とを制御する射出制御部７１、金型１０の開閉や型締力を制御する型締制御部７２及びタイマ類等から構成されている。型締制御部７２は、樹脂の発泡工程の開始時に金型キャビティ１０ａの容積が所望の容積となるよう可動盤２の位置を移動させる位置及び速度の設定部を備えるとともに、発泡工程の完了時まで可動盤２の位置を保持する制御ができるようになっている。発泡工程は、金型キャビティ１０ａ内に樹脂が充填完了したこと（工程（１）の完了）を検出した後、直ちに、金型１０の型締力を開放して、金型キャビティ１０ａ内の発泡剤含有可塑化樹脂の圧力を開放する工程（工程（２））、金型キャビティ１０ａ内の発泡剤含有可塑化樹脂の圧力を開放した状態を所定時間保持する工程（工程（３））、及び金型キャビティ１０ａを拡大して発泡剤含有可塑化樹脂を発泡させる工程（工程（４））とを有しており、最後に金型キャビティ１０ａを拡大した状態で発泡剤含有可塑化樹脂を冷却保持する（工程（５））。このような工程の経由中に、スキン層と発泡核とが形成され、型締力の降圧速度が速いほど多くの発泡核が形成される。また、金型キャビティ１０ａの拡大速度は成形樹脂の伸長粘度によって設定し、伸長粘度が低い場合は拡大速度を遅く、伸長粘度が高い場合は拡大速度を速く設定することが好ましい。
【００４３】
本実施の形態において、気泡核形成剤として、クエン酸、酒石酸等の有機酸、珪酸アルミニウム、ガラス繊維又はタルク等と成形材料と混合をして射出成形装置に供給する場合は、気泡核形成剤を粉末状として成形材料にドライブレンドする方法、気泡核形成剤をマスターバッチ化して成形材料に添加する方法等を用いてもよい。
【００４４】
以下、上述の横型締タイプの射出成形装置１００を用いて、射出成形をする場合の工程の流れを具体的に説明する。図１に示す型締シリンダ２２のピストンヘッド側に圧油を供給してピストンロッドを前進移動させることにより、可動盤２を固定盤１の方向へ移動させ金型１０を型締して保持する。金型に作用させる型締力は樹脂充填時の際に樹脂の充填圧力で金型１０が開かない最小の値とすることが、使用エネルギーや成形装置寿命の観点から好ましい。型締完了後、予め設定した射出充填量、射出圧力、射出速度に基づいて金型キャビティ１０ａ内に樹脂の射出充填を行う。
【００４５】
スクリュ回転手段３４に圧油を供給してスクリュ３２を回転させることによりホッパ３５から供給した成形材料を、可塑化シリンダ３１に取付けたヒータで加熱し、また、スクリュ３２の回転によって混練圧縮作用を受け溶融させるとともに、発泡性ガスと発泡核形成剤とを分散、混合させてスクリュ３２前方へ送る。スクリュ３２前方へ送り込まれた発泡性ガスと発泡核形成剤とを分散、混合した発泡剤含有溶融樹脂を、スクリュ移動手段３３に圧油を供給してスクリュ３２を前進させることにより、金型キャビティ１０ａ内に射出充填することができる。樹脂充填完了後、直ちに、型締シリンダ２２のピストンヘッド側に作用させた圧油を減圧して型締力を降圧し、所定時間保持する。次いで、型締シリンダ２２のピストンロッド側に圧油を供給してピストンロッドを後退移動させることにより、可動盤２を反固定盤方向へ移動させ金型１０を型開して金型キャビティ１０ａの容積を拡大する。金型キャビティ１０ａ容積の拡大制御は、型締制御部７２に備えた可動盤２の位置を移動させる位置及び速度の設定部の設定値に基づいて行い、可動盤２は予め設定された位置で停止するとともに、金型内の樹脂発泡圧力によって可動盤２が押し戻されないように位置保持する。このように金型容積の拡大制御を行なって金型キャビティ１０ａの容積を拡大することで、金型キャビティ１０ａ内の樹脂圧力が減少し始め、同時に樹脂内部において発泡が起こり始める。予め設定された成形品の冷却時間だけ金型キャビティ１０ａの容積を保持した冷却工程の後、金型１０を成形品の取り出し位置まで後退させ発泡成形品を得ることができる。本実施の形態においては、金型１０を僅かに開いた状態であっても固定金型３と可動金型４とは嵌合部で嵌合されており、金型キャビティ１０ａ内の発泡剤含有溶融樹脂が金型１０の外へ漏れ出すことがない。
【実施例】
【００４６】
以下、本発明を実施例によってさらに具体的に説明する。
【００４７】
（実施例１）
射出成形装置として全電動トグル式射出成形機（宇部興産機械（株）製、商品名：ＭＤ３５０Ｓ−ＩＶ−ｉ９．５Ａ／ＤＰ、型締力３４３０ＫＮ、スクリュー径φ５２ｍｍ）を、熱可塑性樹脂としてポリプロピレン（プライムポリマー（株）製、商品名：自動車内装グレード  ＭＲＦ３５、添加剤としてのゴム及びタルクを含む）を用いた。気泡核形成剤として永和化成工業（株）製の、重曹及びクエン酸の混合タイプを、また、発泡性ガスとして空気を用い、可塑化シリンダ内の可塑化樹脂中に０．８ＭＰａの圧力で注入した。可塑化スクリュは、スクリュ先端にミキシングヘッドを装着した２ステージスクリュを用いた。成形品は３５０×２２０ｍｍの自動車内装品（グローブボックスアウター）で、充填時の金型キャビティ厚さが１．８ｍｍのものを用いた。また、成形条件は樹脂温度２００℃、金型温度４０℃、型締力３４３０ＫＮ、射出率２５０ｇ／秒に設定した。このような条件の下、発泡剤含有可塑化樹脂を金型キャビティ内に射出充填した後、直ちに、金型の型締力を、１０００ＫＮ／秒の開放速度で開放した。型締力を開放した状態で型締力開放保持時間として４秒間保持した。また、金型キャビティを２ｍｍ／秒の拡大速度で拡大した。さらに、金型キャビティを拡大した状態で発泡剤含有可塑化樹脂を３５秒間冷却保持した。得られた発泡成形品の評価は、発泡状態及び外観状態を目視で、また、可塑化能力（成形時の樹脂の計量時間を意味する）を後述する比較例４の場合との相対比較で行った。その結果を表１に示す。なお、発泡状態の評価は、微細発泡セルの集合体が得られた場合を○、部分的に粗大セルが混在した集合体が得られた場合を△、粗大セル又は内部空洞を有する集合体が得られた場合を×とした。製品外観は、シリバーストリークがない場合を○、シリバーストリークが少し見られる場合を△、シリバーストリークが多く見られる又は面転写性が悪い場合を×とした。可塑化能力は、化学発泡成形について、比較例４の場合の可塑化能力を１として相対比較した。実施例１で得られた成形品セル層の発泡状態は所望する気泡密度や気泡径を有した微細発泡セルの集合体であり、また、外観状態もスワルマークが少なく（シリバーストリークが少し見られたが）良好であった。そして、気泡核形成剤として重曹及びクエン酸の混合タイプを、発泡性ガスとして空気を用いることから、成形時において有害な分解生成物が発生することもなく、従って、有害な分解生成物の残留がない熱可塑性樹脂の発泡成形品を得ることができた。
【００４８】
（実施例２〜６）
注入ガスの種類、注入ガス圧、型締力開放速度、型締力開放保持時間、拡大速度（型開速度）及び発泡倍率を表１に示す値に変えたこと以外は実施例１と同様にした。その結果を表１に示す。
【００４９】
【表１】
0004569417.tif 000002
【００５０】
表１中における単位は、注入ガス圧が「ＭＰａ」、型締力開放速度が「ＫＮ／秒」、型締力開放保持時間が「秒」、拡大速度（型開速度）が「ｍｍ／秒」である。
【００５１】
（比較例１〜４）
注入ガスの種類、注入ガス圧、型締力開放速度、型締力開放保持時間、拡大速度（型開速度）及び発泡倍率を表１に示す値に変えたこと以外は実施例１と同様にした。特に、実施例１の場合と異なるのは、型締力開放保持時間を０秒とし、型締力開放後に所定時間保持をすることなく、直ちに金型キャビティを拡大したことである。その結果を表２に示す。
【００５２】
【表２】
0004569417.tif 000003
【００５３】
表２中における単位は、注入ガス圧が「ＭＰａ」、型締力開放速度が「ＫＮ／秒」、型締力開放保持時間が「秒」、拡大速度（型開速度）が「ｍｍ／秒」である。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明の熱可塑性樹脂の射出発泡成形方法は、軽量性、断熱性、吸音性及び同一質量での剛性等の物性に優れた熱可塑性樹脂の射出発泡成形品を必要とする種々の産業分野において好適に利用される。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の熱可塑性樹脂の射出発泡成形方法に用いられる横型締タイプの射出成形装置の一の実施の形態の全体構成を模式的に示す説明図である。
【図２】図１に示す射出成形装置の実施の形態に用いられる金型に加わる、各工程における圧力の大きさ（型開状態から型締状態まで）を模式的に示すグラフである。
【図３】本発明の熱可塑性樹脂の射出発泡成形方法に用いられる発泡性ガス供給手段の一例の基本構成を模式的に示す説明図である。
【符号の説明】
【００５６】
１：        固定盤
２：        可動盤
３：        固定金型
４：        可動金型
１０：      金型
１０ａ：    金型キャビティ
２０：      型締装置
３０：      射出装置
３１：      可塑化シリンダ
３２：      スクリュ
３３：      スクリュ移動手段
３４：      スクリュ回転手段
３５：      ホッパ
３６：      ノズル
４０：      発泡性ガス供給手段
４１：      空気供給源
４２：      二酸化炭素供給源
４３：      発泡性ガス供給装置
４５：      空気圧縮機
４６：      圧力調整弁
４７：      逆止弁
４８：      圧力計
５１：      二酸化炭素ボンベ
５２：      圧力調整弁
５４：      圧力計
５５：      逆止弁
５６：      開閉弁
５７：      開閉弁
５８：      電磁切替弁
５９：      電磁切替弁
６１：      気泡核形成剤供給装置
６２：      気泡核形成剤供給装置
７０：      制御装置
７１：      射出制御部
７２：      型締制御部
１００：    横型締タイプの射出成形装置
【図１】
0004569417.tif 000004
【図２】
0004569417.tif 000005
【図３】
0004569417.tif 000006