(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スクリュシリンダ内に可塑化方向と射出方向とに駆動可能に設けられているスクリュを回転駆動して熱可塑性樹脂材料を可塑化する可塑化工程と、二酸化炭素ガス、窒素ガス等の不活性ガスを、少なくともガス圧力において超臨界ガス圧力以上の不活性ガス、または超臨界状態の不活性ガスを前記スクリュシリンダに注入して溶融樹脂に浸透させ、不活性ガスが浸透した溶融樹脂を前記スクリュを射出方向に駆動して金型内へ射出する射出工程とから熱可塑性樹脂発泡体を得る成形方法であって、
前記スクリュには、前記スクリュシリンダに対応して、後端部から先端部にかけて第１メタリング部、低圧部および第２メタリング部となっているスクリュを使用し、前記不活性ガスは前記スクリュの低圧部に対応した位置に注入し、
前記スクリュを可塑化方向と射出方向とに駆動する駆動手段には電動サーボモータを使用すると共に、可塑化工程終了後は前記電動サーボモータに制動をかけて前記スクリュの後退を阻止することにより、スクリュシリンダ内の圧力を超臨界圧力以上に保って発泡を抑えることを特徴とする熱可塑性樹脂発泡体の成形方法。
【請求項２】
スクリュシリンダ内に可塑化方向と射出方向とに駆動可能に設けられているスクリュを回転駆動して熱可塑性樹脂材料を可塑化する可塑化工程と、二酸化炭素ガス、窒素ガス等の不活性ガスを、少なくともガス圧力において超臨界ガス圧力以上の不活性ガス、または超臨界状態の不活性ガスを前記スクリュシリンダに注入して溶融樹脂に浸透させ、不活性ガスが浸透した溶融樹脂を前記スクリュを射出方向に駆動して金型内へ射出する射出工程とから熱可塑性樹脂発泡体を得る成形方法であって、
前記スクリュには、前記スクリュシリンダに対応して、後端部から先端部にかけて第１メタリング部、低圧部および第２メタリング部となっているスクリュを使用し、前記不活性ガスは前記スクリュの低圧部に対応した位置に注入し、
前記スクリュを可塑化方向と射出方向とに駆動する駆動手段には電動サーボモータを使用すると共に、可塑化工程は射出工程が始まる直前まで行うことを特徴とする熱可塑性樹脂発泡体の成形方法。
【請求項３】
スクリュシリンダ内に可塑化方向と射出方向とに駆動可能に設けられているスクリュを回転駆動して熱可塑性樹脂材料を可塑化する可塑化工程と、二酸化炭素ガス、窒素ガス等の不活性ガスを、少なくともガス圧力において超臨界ガス圧力以上の不活性ガス、または超臨界状態の不活性ガスを前記スクリュシリンダに注入して溶融樹脂に浸透させ、不活性ガスが浸透した溶融樹脂を前記スクリュを射出方向に駆動して金型内へ射出する射出工程とから熱可塑性樹脂発泡体を得る成形方法であって、
前記スクリュには、前記スクリュシリンダに対応して、後端部から先端部にかけて第１メタリング部、低圧部および第２メタリング部となっているスクリュを使用し、前記不活性ガスは前記スクリュの低圧部に対応した位置に注入し、
前記スクリュを可塑化方向と射出方向とに駆動する駆動手段には電動サーボモータを使用すると共に、可塑化工程終了後も、射出工程が始まる直前まで前記スクリュを低速で可塑化方向へ駆動することを特徴とする熱可塑性樹脂発泡体の成形方法。
【請求項４】
スクリュシリンダ内に可塑化方向と射出方向とに駆動可能に設けられているスクリュを回転駆動して熱可塑性樹脂材料を可塑化する可塑化工程と、二酸化炭素ガス、窒素ガス等の不活性ガスを、少なくともガス圧力において超臨界ガス圧力以上の不活性ガス、または超臨界状態の不活性ガスを前記スクリュシリンダに注入して溶融樹脂に浸透させ、不活性ガスが浸透した溶融樹脂を前記スクリュを射出方向に駆動して金型内へ射出する射出工程とから熱可塑性樹脂発泡体を得る成形方法であって、
前記スクリュには、前記スクリュシリンダに対応して、後端部から先端部にかけて第１メタリング部、低圧部および第２メタリング部となっているスクリュを使用し、前記不活性ガスは前記スクリュの低圧部に対応した位置に注入し、
前記スクリュを可塑化方向と射出方向とに駆動する駆動手段には電動サーボモータを使用すると共に、前記スクリュシリンダ内の圧力が設定値以下に降下したときは、前記スクリュを可塑化方向に駆動し、設定値以上になると停止することにより、スクリュシリンダ内の圧力を超臨界圧力以上に一定に保つことを特徴とする熱可塑性樹脂発泡体の成形方法。
【請求項５】
スクリュシリンダ内に可塑化方向と射出方向とに駆動可能に設けられているスクリュを回転駆動して熱可塑性樹脂材料を可塑化する可塑化工程と、二酸化炭素ガス、窒素ガス等の不活性ガスを、少なくともガス圧力において超臨界ガス圧力以上の不活性ガス、または超臨界状態の不活性ガスを前記スクリュシリンダに注入して溶融樹脂に浸透させ、不活性ガスが浸透した溶融樹脂を前記スクリュを射出方向に駆動して金型内へ射出する射出工程とから熱可塑性樹脂発泡体を得る成形方法であって、
前記スクリュには、前記スクリュシリンダに対応して、後端部から先端部にかけて第１メタリング部、低圧部および第２メタリング部となっているスクリュを使用し、前記不活性ガスは前記スクリュの低圧部に対応した位置に注入し、
前記スクリュを可塑化方向と射出方向とに駆動する駆動手段には電動サーボモータを使用すると共に、前記スクリュを可塑化方向に駆動するとき、逆可塑化方向の駆動を間欠的に組み合わせることを特徴とする熱可塑性樹脂発泡体の成形方法。
【請求項６】
スクリュシリンダ内に可塑化方向と射出方向とに駆動可能に設けられているスクリュを回転駆動して熱可塑性樹脂材料を可塑化する可塑化工程と、二酸化炭素ガス、窒素ガス等の不活性ガスを、少なくともガス圧力において超臨界ガス圧力以上の不活性ガス、または超臨界状態の不活性ガスを前記スクリュシリンダに注入して溶融樹脂に浸透させ、不活性ガスが浸透した溶融樹脂を前記スクリュを射出方向に駆動して金型内へ射出する射出工程とから熱可塑性樹脂発泡体を得る成形方法であって、
前記スクリュには、前記スクリュシリンダに対応して、後端部から先端部にかけて第１メタリング部、低圧部および第２メタリング部となっているスクリュを使用し、前記不活性ガスは前記スクリュの低圧部に対応した位置に注入し、
前記スクリュを可塑化方向と射出方向とに駆動する駆動手段には電動サーボモータを使用すると共に、可塑化中には前記スクリュに射出方向に微振動を与えることを特徴とする熱可塑性樹脂発泡体の成形方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スクリュシリンダと、該スクリュシリンダ内に可塑化方向と射出方向とに駆動可能に設けられているスクリュとからなり、前記スクリュシリンダ内に少なくともガス圧力において超臨界ガス圧力以上の圧力の二酸化炭素ガス、窒素ガス等の不活性ガスを注入し、スクリュシリンダ内で臨界状態になった不活性ガスを溶融樹脂に浸透させ、不活性ガスが浸透した溶融樹脂を金型内へ射出して、熱可塑性樹脂発泡体を得る熱可塑性樹脂発泡体の成形方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
射出成形機のシリンダ内で熱可塑性樹脂を溶融し、この溶融した熱可塑性樹脂に超臨界状態の二酸化炭素ガス、窒素ガス等の不活性ガスを浸透させ、浸透した溶融樹脂を金型へ射出して、熱可塑性樹脂発泡体を成形する方法あるいは成形装置は、例えば特開平８−２５８０９６号、特開平１０−２３０５２８号等により多数提案されている。上記特開平８−２５８０９６号に開示されている微細発泡体の製造装置は、概略的には加熱シリンダ、この加熱シリンダ内に設けられているメインスクリュ、このメインスクリュの先端部に設けられているミキシングスクリュ、不活性ガスをミキシングスクリュ部分に供給する不活性ガス供給装置等から構成されている。したがって、メインスクリュを回転駆動してペレット状の樹脂材料を加熱シリンダの先端部へ搬送すると、ペレット状の樹脂材料は溶融され、そしてミキシングスクリュによりさらに均一に溶融される。このとき、二酸化炭素ガスを供給すると、二酸化炭素ガスは溶融樹脂材料中に浸透される。二酸化炭素ガスが浸透された溶融樹脂材料を、メインスクリュを軸方向に駆動して金型へ射出すると、微細発泡体が得られる。また、特開平１０−２３０５２８号に示されている熱可塑性樹脂発泡体の製造装置は、加熱シリンダとスクリュとからなる連続可塑化装置と、プランジャーからなる射出装置の、２つの別装置から構成されている。したがって、この２つの装置によっても次のようにして熱可塑性樹脂発泡体を得ることができる。すなわち、スクリュを回転駆動してペレット状の樹脂材料を溶融し、二酸化炭素ガスを供給すると、二酸化炭素ガスは溶融樹脂材料中に浸透される。二酸化炭素ガスが浸透された溶融樹脂材料を、スクリュを軸方向に駆動してプランジャーからなる射出装置金型供給し、そしてプランジャーを駆動すると、同様にして熱可塑性樹脂発泡体が得られる。
【０００３】
しかしながら、例えば、二酸化炭素ガスの臨界圧力は、７．４ＭＰａであるが、この圧力よりもさらに高い超臨界状態の二酸化炭素ガスを加熱シリンダ内の溶融状態の樹脂材料に注入するときの、シールの問題は解決されていないし、また、熱可塑性樹脂発泡体の製造装置の構造が複雑で、比較的高価なものとなっている。そこで、本出願人は特願平１１−１７１８９２号、特願平１１−１８４７９６号等により、これらの問題を解決した熱可塑性樹脂発泡体の成形方法を提案した。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本出願人が提案している上記発明によると、スクリュシリンダには、その一方の後端部寄りに材料供給孔が、他方の先端部には射出ノズルが設けられているスクリュシリンダを、そしてスクリュには、スクリュシリンダに対応して、後端部から先端部にかけて第１メタリング部、低圧部および第２メタリング部となっているスクリュを使用し、超臨界状態の不活性ガスはスクリュの低圧部に対応した位置に注入するので、注入される不活性ガスは、第１、２のメタリング部の溶融樹脂によりシールされるという、優れた効果が得られる。また、溶融樹脂によりシールされるので、成形装置の構造が簡単で安価に熱可塑性樹脂発泡体を得ることができる効果も得られる。しかしながら、成形時の操作如何によっては、スクリュシリンダ内で発泡が起こる可能性を秘めている。もし、スクリュシリンダ内で発泡が起こると、不活性ガスと溶融樹脂との分離が生じ、金型内で十分発泡しなくなる。そうすると、熱可塑性樹脂発泡体の品質が低下する。また、不活性ガスを溶融樹脂に速めに浸透させ、しかも均一に分散させる点に関しては改良の余地も認められる。不活性ガスがクリュシリンダ内で均一に分散していないと、微細な均質な発泡体が得られ難くなる。
本発明は、このような問題点を解決した熱可塑性樹脂発泡体の成形方法を提供することを目的とし、具体的にはスクリュシリンダ内での発泡を抑え、品質の高い微細な発泡体を得ることができる熱可塑性樹脂発泡体の成形方法を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、スクリュシリンダ内に可塑化方向と射出方向とに駆動可能に設けられているスクリュを回転駆動して熱可塑性樹脂材料を可塑化する可塑化工程と、二酸化炭素ガス、窒素ガス等の不活性ガスを、少なくともガス圧力において超臨界ガス圧力以上の不活性ガス、または超臨界状態の不活性ガスを前記スクリュシリンダに注入して溶融樹脂に浸透させ、不活性ガスが浸透した溶融樹脂を前記スクリュを射出方向に駆動して金型内へ射出する射出工程とから熱可塑性樹脂発泡体を得る成形方法であって、前記スクリュには、前記スクリュシリンダに対応して、後端部から先端部にかけて第１メタリング部、低圧部および第２メタリング部となっているスクリュを使用し、前記不活性ガスは前記スクリュの低圧部に対応した位置に注入し、前記スクリュを可塑化方向と射出方向とに駆動する駆動手段には電動サーボモータを使用すると共に、可塑化工程終了後は前記電動サーボモータに制動をかけて前記スクリュの後退を阻止することにより、スクリュシリンダ内の圧力を超臨界圧力以上に保って発泡を抑えるように構成される。請求項２に記載の発明は、スクリュシリンダ内に可塑化方向と射出方向とに駆動可能に設けられているスクリュを回転駆動して熱可塑性樹脂材料を可塑化する可塑化工程と、二酸化炭素ガス、窒素ガス等の不活性ガスを、少なくともガス圧力において超臨界ガス圧力以上の不活性ガス、または超臨界状態の不活性ガスを前記スクリュシリンダに注入して溶融樹脂に浸透させ、不活性ガスが浸透した溶融樹脂を前記スクリュを射出方向に駆動して金型内へ射出する射出工程とから熱可塑性樹脂発泡体を得る成形方法であって、前記スクリュには、前記スクリュシリンダに対応して、後端部から先端部にかけて第１メタリング部、低圧部および第２メタリング部となっているスクリュを使用し、前記不活性ガスは前記スクリュの低圧部に対応した位置に注入し、前記スクリュを可塑化方向と射出方向とに駆動する駆動手段には電動サーボモータを使用すると共に、可塑化工程は射出工程が始まる直前まで行うように構成される。請求項３に記載の発明は、スクリュシリンダ内に可塑化方向と射出方向とに駆動可能に設けられているスクリュを回転駆動して熱可塑性樹脂材料を可塑化する可塑化工程と、二酸化炭素ガス、窒素ガス等の不活性ガスを、少なくともガス圧力において超臨界ガス圧力以上の不活性ガス、または超臨界状態の不活性ガスを前記スクリュシリンダに注入して溶融樹脂に浸透させ、不活性ガスが浸透した溶融樹脂を前記スクリュを射出方向に駆動して金型内へ射出する射出工程とから熱可塑性樹脂発泡体を得る成形方法であって、前記スクリュには、前記スクリュシリンダに対応して、後端部から先端部にかけて第１メタリング部、低圧部および第２メタリング部となっているスクリュを使用し、前記不活性ガスは前記スクリュの低圧部に対応した位置に注入し、前記スクリュを可塑化方向と射出方向とに駆動する駆動手段には電動サーボモータを使用すると共に、可塑化工程終了後も、射出工程が始まる直前まで前記スクリュを低速で可塑化方向へ駆動するように構成され、請求項４に記載の発明は、スクリュシリンダ内に可塑化方向と射出方向とに駆動可能に設けられているスクリュを回転駆動して熱可塑性樹脂材料を可塑化する可塑化工程と、二酸化炭素ガス、窒素ガス等の不活性ガスを、少なくともガス圧力において超臨界ガス圧力以上の不活性ガス、または超臨界状態の不活性ガスを前記スクリュシリンダに注入して溶融樹脂に浸透させ、不活性ガスが浸透した溶融樹脂を前記スクリュを射出方向に駆動して金型内へ射出する射出工程とから熱可塑性樹脂発泡体を得る成形方法であって、前記スクリュには、前記スクリュシリンダに対応して、後端部から先端部にかけて第１メタリング部、低圧部および第２メタリング部となっているスクリュを使用し、前記不活性ガスは前記スクリュの低圧部に対応した位置に注入し、前記スクリュを可塑化方向と射出方向とに駆動する駆動手段には電動サーボモータを使用すると共に、前記スクリュシリンダ内の圧力が設定値以下に降下したときは、前記スクリュを可塑化方向に駆動し、設定値以上になると停止することにより、スクリュシリンダ内の圧力を超臨界圧力以上に一定に保ち、請求項５記載の発明は、スクリュシリンダ内に可塑化方向と射出方向とに駆動可能に設けられているスクリュを回転駆動して熱可塑性樹脂材料を可塑化する可塑化工程と、二酸化炭素ガス、窒素ガス等の不活性ガスを、少なくともガス圧力において超臨界ガス圧力以上の不活性ガス、または超臨界状態の不活性ガスを前記スクリュシリンダに注入して溶融樹脂に浸透させ、不活性ガスが浸透した溶融樹脂を前記スクリュを射出方向に駆動して金型内へ射出する射出工程とから熱可塑性樹脂発泡体を得る成形方法であって、前記スクリュには、前記スクリュシリンダに対応して、後端部から先端部にかけて第１メタリング部、低圧部および第２メタリング部となっているスクリュを使用し、前記不活性ガスは前記スクリュの低圧部に対応した位置に注入し、前記スクリュを可塑化方向と射出方向とに駆動する駆動手段には電動サーボモータを使用すると共に、前記スクリュを可塑化方向に駆動するとき、逆可塑化方向の駆動を間欠的に組み合わせるように構成され、そして請求項６に記載の発明は、スクリュシリンダ内に可塑化方向と射出方向とに駆動可能に設けられているスクリュを回転駆動して熱可塑性樹脂材料を可塑化する可塑化工程と、二酸化炭素ガス、窒素ガス等の不活性ガスを、少なくともガス圧力において超臨界ガス圧力以上の不活性ガス、または超臨界状態の不活性ガスを前記スクリュシリンダに注入して溶融樹脂に浸透させ、不活性ガスが浸透した溶融樹脂を前記スクリュを射出方向に駆動して金型内へ射出する射出工程とから熱可塑性樹脂発泡体を得る成形方法であって、前記スクリュには、前記スクリュシリンダに対応して、後端部から先端部にかけて第１メタリング部、低圧部および第２メタリング部となっているスクリュを使用し、前記不活性ガスは前記スクリュの低圧部に対応した位置に注入し、前記スクリュを可塑化方向と射出方向とに駆動する駆動手段には電動サーボモータを使用すると共に、可塑化中には前記スクリュに射出方向に微振動を与えるように構成される。
【０００６】
【発明の実施の形態】
初めに、本発明の実施に使用されるインライン式の熱可塑性樹脂発泡体の成形装置の実施の形態を説明する。図１は、熱可塑性樹脂発泡体の成形装置の実施の形態の一部を断面にして模式的に示す正面図であるが、この図１に示されているように、本実施の形態に係わる熱可塑性樹脂発泡体の成形装置は、概略的にはスクリュシリンダ１と、このスクリュシリンダ１の内部に可塑化方向に回転駆動されると共に、軸方向すなわち射出方向にも駆動可能に設けられているスクリュ２０と、スクリュ２０を可塑化方向と射出方向とに駆動するスクリュ駆動装置３０とから構成されている。
【０００７】
スクリュシリンダ１は、軸方向に所定長さを有し、その略中間位置においてスクリュシリンダ１の外部から内部に達する、ガス圧力において超臨界ガス圧力以上の圧力の不活性ガス、あるいは超臨界状態の不活性ガスを供給するための、ガス供給孔２が開けられている。そして、このガス供給孔２に不活性ガス供給装置に連なっているガス管３が気密的に接続されている。本実施の形態では、二酸化炭素ガス、窒素ガス等の不活性ガスは、超臨界ガス圧の例えば７．４ＭＰａ（二酸化炭素ガスの場合）以上の圧力で溶融状態の樹脂材料に注入されるが、そのため不活性ガス供給装置には、圧縮機、圧力制御弁等が内蔵されている。なお、可塑化中のスクリュシリンダ１内は、不活性ガスの超臨界温度以上になっているので、常温の不活性ガスあるいは廃熱で予熱された不活性ガスを、直接スクリュシリンダ１に供給しても超臨界温度になるので、不活性ガス供給装置には、特別な加熱装置は設けられていない。しかしながら、ガス供給孔２に、圧力および温度において超臨界状態の不活性ガスを供給できることは勿論である。
【０００８】
スクリュシリンダ１の後端部にスクリュ駆動装置３０が設けられている。スクリュ駆動装置３０は、図２に拡大して示されているように、射出用電動サーボモータ３１と、可塑化用電動サーボモータ３２とを備えている。そして、射出用電動サーボモータ３１の出力軸にはボールネジ３３が固定され、このボールネジ３３にボールナット３４が螺合している。したがって、ボールネジ３３が射出用電動サーボモータ３１で回転駆動されると、ボールナット３４が軸方向に駆動されることになる。あるいはボールナット３４が軸方向に駆動されると、ボールネジ３３が回転する。ボールナット３４は、スラストベアリング３５によって駆動体３６に接続されている。そして、駆動体３６の出力軸３６’の先端にスクリュ２０が接続されている。
【０００９】
可塑化用電動サーボモータ３２の回転軸３８の外周部にはスプラインが形成され、このスプラインが形成されている回転軸３８にボールスプライン３９が装着されている。したがって、ボールスプライン３９は、回転軸３８に対して回転方向には拘束されているが、軸方向には移動自在である。ボールスプライン３９の外周部には歯が切られ、駆動体３６の外周部に固定されている大歯車３７と噛み合っている。
【００１０】
本実施の形態によると、制御器、タイマー等からなるコントローラ４０も備えている。そして、射出用電動サーボモータ３１は、射出用モータ制御部４１を介して、可塑化用電動サーボモータ３２は可塑化用電動サーボモータ制御部４２を介してそれぞれコントローラ４０により、後述するように設定通りに制御されるようになっている。また、コントローラ４０に備わっている設定器により、可塑化に必要な各種の値、例えば不活性ガスの圧力の上下限値、不活性ガスの供給開始時期、および停止時期等を設定するタイマーの設定、スクリュ駆動装置３０の電動サーボモータ３１、３２の回転速度、可塑化時の背圧値、スクリュシリンダ１および射出ノズル５の外周部に設けられている加熱ヒータ９、９、…の温度等が設定できるようになっている。そして、上記の各種の値が設定値に維持されるように、コントローラ４０により例えばフィードバック制御により制御される。
【００１１】
スクリュシリンダ１の、図１において左方の先端部寄りは計量室４となり、その先端部に射出ノズル５が設けられている。この射出ノズル５には、シャットオフ弁６が設けられている。このようなスクリュシリンダ１および射出ノズル５の外周部には個々に温度が制御される複数個の加熱ヒータ９、９、…が設けられ、スクリュシリンダ１内の温度が超臨界温度以上の、例えば１００&deg;Ｃ以上に保たれる。また、スクリュシリンダ１のガス供給孔２の下流側には第１の圧力計１５が、そして計量室４には第２の圧力計１６がそれぞれ設けられ、これらの圧力計１５、１６により計測される圧力は、コントローラ４０に入力されるようになっている。なお、図２において、可塑化中に射出用電動サーボモータ３１を正逆に微少回転させることにより、スクリュ２０に射出方向に微振動が加えられるようになっている。
【００１２】
熱可塑性樹脂材料Ｊは、本実施の形態では制御された量がスクリュシリンダ１に供給されるようになっている。図１ではホッパ１０の供給筒１１がスクリュシリンダ１の材料供給孔７に直接接続されている状態で示されている。スクリュの回転数を制御することにより、ホッパ１０からスクリュシリンダ１に供給される熱可塑性樹脂材料Ｊの供給量が制御され、後述する低圧部Ｔにおける溶融樹脂の量が制御されることになる。
【００１３】
スクリュ２０は、可塑化時および射出時には軸方向に移動するが、図１に示されているように、スクリュシリンダ１に一応対応して、後端部が第１ステージＳ１、先端部が第２ステージＳ２となっている。第１ステージＳ１は、供給部Ｋと、この供給部Ｋの先方あるいは下流側の第１メタリング部Ｍ１とからなっている。供給部Ｋは、スクリュシリンダ１の材料供給孔７に対応し、そのスクリュ溝２１は比較的深くなっている。このスクリュ溝２１は、供給部Ｋの溝深さから第１メタリングＭ１のスクリュ溝深さまで暫時変化し、第１メタリング部Ｍ１のスクリュ溝２１は浅くなっている。スクリュ２０の回転により供給部Ｋから送られてくる熱可塑性樹脂材料Ｊは、スクリュシリンダ１に設けられた加熱ヒータ９、９、…からの熱を受けると共に、圧縮と剪断作用を受けながら溶融し、第１メタリング部Ｍ１では完全に溶融されている。これにより、注入される不活性ガスが供給部Ｋの方へ漏れることが防止される。すなわち、溶融樹脂によりシールされることになる。
【００１４】
第２ステージＳ２は、第１ステージＳ１に続く低圧部Ｔと、その先方の第２メタリング部Ｍ２とからなっている。低圧部Ｔのスクリュ溝２１は、深くなっている。これにより、第１ステージＳ１から送られてくる溶融樹脂は、減圧され、溶融樹脂が満たされていても低圧で、又飢餓フィード部が生じることもある。その結果、不活性ガスの注入が容易になる。また、この低圧部Ｔは、スクリュ２０が軸方向に移動してもガス供給孔２をカバーできる長さに選定されている。第２メタリング部Ｍ２のスクリュ溝２１は浅くなっており、溶融樹脂で満たされている。これにより、注入された不活性ガスは、第２メタリング部の溶融樹脂によりシールされることになる。
【００１５】
なお、上記実施の形態では、スクリュ２０の低圧部Ｔのスクリュ溝２１は、深くなってフライト２２、２２間の容積は大きくなっているが、スクリュ溝２１を深くする代わりに、フライト２２の幅を狭くしてフライト２２、２２間の容積を大きくすることもできる。また、フライト２２のピッチを広げ、フライト２２、２２間の容積を大きくすることもできる。さらには、スクリュ溝２１を深くし、フライト２２の幅を狭くし、ピッチを広げることができることは明らかである。
【００１６】
次に、上記熱可塑性樹脂発泡体成形用の可塑化装置を使用した成形例について説明する。ホッパ１０に熱可塑性樹脂材料Ｊを入れる。コントローラ４０に付属している設定器により、可塑化終了時期をスクリュ２０の位置等により設定する。そして、設定した可塑化終了時期を検知すると、可塑化用電動サーボモータ３２と射出用電動サーボモータ３１にブレーキがかかるようにプログラムしておく。また、可塑化に必要な各種の値、例えば不活性ガスの圧力の上下限値、第２メタリング部Ｍ２の圧力値、計量室４中の圧力値、加熱ヒータ９、９，…の温度、スクリュ２０の回転速度等を設定する。シャットオフ弁６を閉じる。そうして、スクリュを駆動する。そうすると、熱可塑性樹脂材料Ｊは、設定された割合でスクリュシリンダ１に供給される。可塑化用電動サーボモータ３２が起動するので、回転軸３８が回転し、ボールスプライン３９を介して歯車３７が駆動され、スクリュ２０が所定速度で回転駆動される。そうすると、ホッパ１０から供給される樹脂材料Ｊは、スクリュ２０の回転作用で送られる過程で、従来周知のように外部から加えられる熱と、スクリュ２０の回転による剪断作用、摩擦作用等により生じる熱とにより溶融し、第１メタリング部Ｍ１へと送られる。第１メタリング部Ｍ１で完全に溶融され、そして次の第２ステージＳ２へと送られる。このときの、スクリュシリンダ１内の温度は、不活性ガスの超臨界温度以上の例えば１００°Ｃ以上になっている。そして、スクリュシリンダ１の前方の計量室４に蓄積される。蓄積量に比例して樹指圧によりスクリュ２０は後退する。スクリュ２０が後退するので、駆動体３６およびボールナット３４も後退する。ボールネジ３３は、射出用電動サーボモータ３１の設定トルクに抗して回転する。したがって、所定の背圧が与えられる。
【００１７】
上記のようにして計量しているときに、コントローラ４０のタイマーがタイムアップを計時すると、第２ステージＳ２の低圧部Ｔに、二酸化炭素ガス、窒素ガス等の超臨界状態の不活性ガス、あるいはガス圧力において超臨界ガス圧力以上の圧力の不活性ガスが、ガス供給孔２から注入される。第１メタリング部Ｍ１の溶融樹脂により、注入された不活性ガスが供給部Ｋの方へ漏れることが防止される。また、注入されるとき、低圧部Ｔのスクリュ溝２１は深くなって、溶融樹脂の圧力は低くなっているので、超臨界ガス圧力以上ではあるが、数ＭＰａ〜２０ＭＰａ程度の比較的低い圧力で注入することができる。注入された不活性ガスは、スクリュシリンダ１内は例えば１００°Ｃ以上の超臨界温度以上になっているので、スクリュ２０の回転により溶融樹脂中に容易に浸透する。そうして、第２ステージＳ２の第２メタリング部Ｍ２へと送られる。このときも、第２メタリング部Ｍ２の圧力が超臨界圧力以下にならないように、不活性ガスが供給される。このときも第２メタリング部Ｍ２における溶融樹脂により注入される不活性ガスが、先方へ漏れることが防止される。
【００１８】
不活性ガスが浸透した溶融樹脂は、計量室４へと送られる。計量が進むに従い、計量された樹脂圧力によりスクリュ２０は後方へ後退する。このとき、計量室４の圧力は圧力計第２の圧力計１６で計測され、計測される圧力が超臨界圧力以下にならないように、スクリュ２０を射出方向に加圧して計量する。所定量後退したら、これを検知して計量を終わる。
【００１９】
計量が終了すると、これを検知して射出用電動サーボモータ３１にブレーキがかけられる。また、可塑化用電動サーボモータ３２にもブレーキがかかる。これにより、ボールネジ３３の回転が阻止され、溶融樹脂の圧力によるスクリュ２０の後退が防止される。その結果、不活性ガスが分散された溶融樹脂の圧力の低下が防止され、スクリュシリンダ１内での発泡が抑えられる。金型内で発泡し、微細な熱可塑性樹脂発泡体が得られることになる。なお、このとき、射出用電動サーボモータ３１にブレーキをかける代わりにスクリュ２０に関連した部材に制動をかけ、スクリュ２０の後退方向への移動を阻止することによっても、上記効果が得られる。したがって、射出用電動サーボモータ３１にブレーキをかける、の中にはスクリュ２０に関連した部材に制動をかけることも意味している。
【００２０】
次に、射出工程に入る。射出用電動サーボモータ３１が起動して、ボールネジ３３が回転駆動され、ボールナット３４が軸方向に駆動される。したがって、駆動体３６も軸方向に駆動され、スクリュ２０は、射出方向に駆動されることになる。シャットオフ弁６を開く。そうすると、図示されない金型へ射出される。射出工程時にも、不活性ガスの注入を続ける。タイマーがタイムアップを計時して注入を停止する。金型に射出した樹脂の冷却固化を待って金型を開くと、成形体内の平均セル径が０．０１〜５０μｍ、平均セル密度が１０８〜１０１６個／ｃｍ３の熱可塑性樹脂発泡体が得られる。以下同様にして成形する。
【００２１】
本実施の形態によると、コントローラ４０に上記以外の他の成形条件を設定することにより、上記以外の他の成形ができる。例えば、他の条件は同じにして射出用電動サーボモータ３１による射出工程の開始直前まで、可塑化用電動サーボモータ３２による可塑化が行われるように設定することもできる。これによって、スクリュ２０が後退してスクリュシリンダ１内の圧力が低下する時間が無くなり、スクリュシリンダ１内での発泡が抑えられる。また、可塑化工程が終了してから、射出工程が開始されるまでスクリュ２０を可塑化方向に低速で駆動するように実施することもできる。これによっても、スクリュシリンダ１内の圧力の低下を防止できることは明らかである。
【００２２】
さらには、スクリュシリンダ１の圧力を、第１、２の圧力計１５、１６により検出される圧力をコントローラ４０に入力し、検出される圧力が設定された下限圧力まで低下したら、可塑化用電動サーボモータ３２を起動してスクリュ２０を可塑化方向へ駆動し、設定圧力に達したら停止するように制御することもできる。これによっても、スクリュシリンダ１内での発泡が抑制される。また、可塑化用電動サーボモータ３２に、全体としては可塑化方向の正転が多いが、この正転に小さい逆転を組み込む設定をする。すなわち、スクリュ２０を逆回転させることで、溶融樹脂中に粗密部分が生じ、不活性ガスの浸透を容易にし、分散を均一にさせることができる。
【００２３】
【発明の効果】
以上のように、本発明によると、スクリュは、スクリュシリンダに対応して、後端部から先端部にかけて第１メタリング部、低圧部および第２メタリング部に選定され、ガス供給孔は、前記スクリュシリンダの、前記スクリュの低圧部に対応した位置に設けられているので、少なくともガス圧力において超臨界ガス圧力以上の不活性ガス、または超臨界状態の不活性ガスを容易にスクリュシリンダ内に注入できる効果が得られる。この時、ガス供給孔は第１、２メタリングの間に位置しているので、注入される不活性ガスは、第１、２のメタリング部の溶融樹脂によりシールされる効果も得られる。また、スクリュを可塑化方向と射出方向とに駆動する駆動手段が電動サーボモータからなっているので、成形中に、特に可塑化工程中にスクリュに複合した動作すなわち電動サーボモータに制動をかけてスクリュの後退を阻止し、スクリュシリンダ内での発泡を抑え、品質の高い熱可塑性樹脂発泡体を得ることができるという本発明に特有の効果が得られる。
また、可塑化工程を射出工程が始まる直前まで行う発明、可塑化工程終了後も、射出工程が始まる直前までスクリュを低速で可塑化方向へ駆動する発明、スクリュシリンダ内の圧力が設定値以下に降下したときは、スクリュを可塑化方向に駆動し、設定値以上になると停止する発明等によると、スクリュシリンダ内での、不活性ガスが分散された溶融樹脂の圧力の低下が防止される。したがって、スクリュシリンダ内での発泡が抑えられ、微細な高品質の熱可塑性樹脂発泡体が得られるとういう、これらの発明に特有の効果が得られる。さらには、スクリュを可塑化方向に駆動するとき、逆可塑化方向の駆動を間欠的に組み合わせる発明、すなわち可塑化中にスクリュに微振動を与える発明によると、不活性ガスの溶融樹脂への浸透を速め、均一に分散させる効果が得られる。また、本発明は、後端部から先端部にかけて第１メタリング部、低圧部および第２メタリング部に選定されているスクリュを使用し、少なくともガス圧力において超臨界ガス圧力以上の不活性ガス、または超臨界状態の不活性ガスを、スクリュシリンダの、前記スクリュの低圧部に対応した位置に注入する点を発明の特定事項としているので、スクリュシリンダ内での発泡が抑えられ、あるいは不活性ガスの溶融樹脂への浸透が速められ、均一に分散させられる効果に加えて、不活性ガスを容易にスクリュシリンダ内に注入でき、注入された不活性ガスは、第１、２のメタリング部の溶融樹脂によりシールされるという効果が、さらに得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係わる熱可塑性樹脂発泡体の成形装置の一部を断面にして模式的に示す正面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係わる熱可塑性樹脂発泡体の成形装置の、スクリュ駆動装置部分を拡大して模式的に示す正面図である。
【符号の説明】
１          スクリュシリンダ          ２          ガス供給孔
４          計量室                    ５          射出ノズル
１５、１６  第１、２の圧力計          ２０        スクリュ
３０        スクリュ駆動装置
３１        射出用電動サーボモータ
３２        可塑化用電動サーボモータ  ４０        コントローラ
Ｓ１          第１ステージ              Ｓ２        第２ステージ
Ｋ          供給部                    Ｍ１        第１メタリング部
Ｔ          低圧部
Ｍ２          第２メタリング部
【図１】
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【図２】
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