(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
前記熱可塑性樹脂の圧力と注入される前記ガスの圧力との差圧を検出する差圧検出手段と、
前記差圧検出手段により検出される差圧が略一定となるように前記スクリュシリンダの背圧を制御することで、前記熱可塑性樹脂の圧力を制御する背圧制御手段と
を備えたことを特徴とする発泡剤用ガス供給装置。
【請求項２】
請求項１に記載の発泡剤用ガス供給装置において、
前記差圧検出手段は、前記熱可塑性樹脂の圧力を検出する第１圧力検出手段と、
注入される前記ガスの圧力を検出する第２圧力検出手段と、
前記第１圧力検出手段と前記第２圧力検出手段とにより検出された圧力からそれらの差圧を演算する差圧演算手段とから構成されることを特徴とする発泡剤用ガス供給装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の発泡剤用ガス供給装置において、
前記発泡剤用のガスは、超臨界状態の不活性ガスであることを特徴とする発泡剤用ガス供給装置。
【請求項４】
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熱可塑性樹脂発泡体の成形装置であって、
前記スクリュシリンダ内で溶融された熱可塑性樹脂内に前記発泡剤用のガスを注入するために、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の発泡剤用ガス供給装置を備えたことを特徴とする熱可塑性樹脂発泡体の成形装置。
【請求項５】
請求項４に記載の熱可塑性樹脂発泡体の成形装置において、
前記成形装置は射出成形装置であることを特徴とする熱可塑性樹脂発泡体の成形装置。
【請求項６】
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熱可塑性樹脂発泡体の成形方法であって、
前記熱可塑性樹脂の圧力と注入される前記ガスの圧力との差圧を検出し、
検出される差圧が略一定となるように前記スクリュシリンダの背圧を制御することで、前記熱可塑性樹脂の圧力を制御するようにした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５内で溶融された熱可塑性樹脂内に、発泡剤用ガスとして、例えば超臨界状態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発泡剤用ガス供給装置、それを用いた熱可塑性樹脂発泡体の成形装置及び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】
スクリュシリンダ５内で溶融された熱可塑性樹脂内に超臨界状態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発泡剤用ガス供給装置やそれを用いた熱可塑性樹脂発泡体の成形装置が知られている。
【０００３】
図６は従来の熱可塑性樹脂発泡体の成形装置としての射出成形装置を示す図である。射出成形装置１は、シリンダ２の中にスクリュ３を内蔵し、シリンダ２の外周にはヒータ４を有するスクリュシリンダ５を備え、このスクリュシリンダ５により樹脂の可塑化を行う。そして、可塑化工程においては、スクリュ３が回転し、図示しないホッパから材料供給口に導入された樹脂材料をスクリュ３の溝に食込ませ、溶融しながらスクリュシリンダ５の先端に溶融樹脂６をため込んでいく。スクリュ３は溶融樹脂６がたまるに従って後退する。
【０００４】
さらに、熱可塑性樹脂発泡体成形用の射出成形装置１では、スクリュシリンダ５の先端部の射出ノズル７と材料供給口との間に、発泡剤用のガスを注入するためのガス供給口８が設けられ、可塑化工程においては、このガス供給口８より例えば窒素や二酸化炭素などの不活性ガスを注入する構成となっている。このガス供給は、ガス供給源１２より開閉用の第１ソレノイドバルブ１４を介してガス供給口８に導入する構成となっている。
【０００５】
この発泡剤用のガスは、間欠運転される射出成形の各可塑化工程において、安定した定量が注入されることが成形品の品質を均一化する上で必要である。このため、従来では、第１ソレノイドバルブ１４の閉成時に略一定の所定圧力に維持するための第２ソレノイドバルブ１５び背圧弁１６を備えている。
【０００６】
このような従来の構成における動作を以下に説明する。
まず、ガスの注入を行わないときには、第１ソレノイドバルブ１４を閉成状態とし、第２ソレノイドバルブ１５を開成状態としておく。背圧弁１６は背圧を所定圧力に調整するので、この際、ガス供給源１２と第１ソレノイドバルブ１４間のガス圧力は、背圧弁１６で規定された圧力に調整されている。そして、こうして略一定圧力に維持された状態において、ガスの注入時には、第２ソレノイドバルブ１５を閉成とすると共に第１ソレノイドバルブ１４を開成して一定時間にわたりガス注入を行う。こうして、従来は注入されるガス量がほぼ一定となるようガスの注入制御を行っている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、発泡剤用のガスとして、特に超臨界状態のガスを注入して超微細発泡成形を行う場合、溶融樹脂の圧力と注入されるガスの圧力、及びその流量との関係は図７に示すようになり、注入されるガス流量はガスの圧力と共に注入時間長にわたり大きく変動している。ここで、溶融樹脂の圧力は、図６に示すように、シリンダ内に設けられた第１圧力検出器１８により検出される圧力を示しており、ガスの圧力は、第１ソレノイドバルブ１４とガス供給源１２との間に設けられた第２圧力検出器１９により検出された圧力を示している。図７に示すところによれば、ガスの流量は、第１ソレノイドバルブ１４を開いた（注入開始）直後に急激に増大した後、第１ソレノイドバルブ１４を閉じる（注入終了）まで徐々に緩やかとなるよう減少し、またその圧力は背圧弁１６により定められていた所定圧力Ｐ０から注入終了まで減少する。このような特性は超臨界状態のガス特有のものであり、従って、従来の技術では、特に超臨界状態のガスについて、図８に示すように溶融樹脂の圧力とガスの圧力を注入時間にわたって略一定として、その流量を略一定とすることができず、このため、ガスの流入量にバラツキが生じ、均一な品質の成形品が成形し難いという問題点がある。
【０００８】
本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、注入されるガスの状態によらず、所定（例えば一定）の差圧をもって、溶融樹脂に発泡剤用のガスを供給することができる発泡剤用ガス供給装置、及びそれを用いた熱可塑性樹脂発泡体の成形装置及び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。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するため、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、前記熱可塑性樹脂の圧力と注入される前記ガスの圧力との差圧を検出する差圧検出手段と、前記差圧検出手段により検出される差圧が略一定となるように前記スクリュシリンダの背圧を制御することで、前記熱可塑性樹脂の圧力を制御する背圧制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の発泡剤用ガス供給装置において、前記差圧検出手段は、前記熱可塑性樹脂の圧力を検出する第１圧力検出手段と、注入される前記ガスの圧力を検出する第２圧力検出手段と、前記第１圧力検出手段と前記第２圧力検出手段とにより検出された圧力からそれらの差圧を演算する差圧演算手段とから構成されることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の発泡剤用ガス供給装置において、前記発泡剤用のガスは、超臨界状態の不活性ガスであることを特徴とする。
【００１２】
また、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のガスを注入して熱可塑性樹脂発泡体を成形する熱可塑性樹脂発泡体の成形装置であって、前記スクリュシリンダ内で溶融された熱可塑性樹脂内に前記発泡剤用のガスを注入するために、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の発泡剤用ガス供給装置を備えたことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の熱可塑性樹脂発泡体の成形装置において、前記成形装置は射出成形装置であることを特徴とする。
【００１４】
また、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のガスを注入して熱可塑性樹脂発泡体を成形する熱可塑性樹脂発泡体の成形方法であって、前記熱可塑性樹脂の圧力と注入される前記ガスの圧力との差圧を検出し、検出される差圧が略一定となるように前記スクリュシリンダの背圧を制御することで、前記熱可塑性樹脂の圧力を制御するようにしたことを特徴とする。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を発泡剤用のガス供給装置を射出成形装置に適用した場合に例をとり図面を用いて説明する。
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１を示す構成図である。実施の形態１は、溶融樹脂の圧力に対して注入ガスの圧力を制御することにより、差圧を略一定に制御しようとするものである。図１に示す発泡剤用のガス供給源１２と射出成形装置１Ａのスクリュシリンダ５のガス供給口８との間に設けられた第１ソレノイドバルブ１４と、ガス供給源１２と第１ソレノイドバルブ１４間の圧力を調整するための自動圧力調整弁２０とを備えている。
【００３０】
また、このガス供給源１２は、スクリュシリンダ５内の溶融樹脂の圧力を検出する第１圧力検出器１８と、第１圧力検出器１８により検出された圧力信号を電気信号に変換する第１トランスデューサ２１と、第１ソレノイドバルブ１４とガス供給源１２との間の圧力を検出する第２圧力検出器１９と、第２圧力検出器１９により検出された圧力信号を電気信号に変換する第２トランスデューサ２２と、これら第１、第２トランスデューサ２１，２２の電気信号を入力し、溶融樹脂の圧力とガスの圧力との差圧を演算する演算器としてのＣＰＵ２３と、ＣＰＵ２３からの差圧に基づいて、自動圧力調整弁２０を制御することによりガスの圧力を調整し、もって、差圧が所定の関係である、例えば一定となるよう、ガスの圧力を制御するコントローラ（ＰＩＣ）２４とから構成されている。
【００３１】
このような構成において、発泡剤用のガスを供給するときは、第１圧力検出器１８により溶融樹脂の圧力を検出し、第２圧力検出器１９により注入されるガスの圧力（供給圧力）を検出すると共に、これらの電気信号からＣＰＵ２３がこれら圧力の差圧を検出し、その差圧が例えばガス注入開始時から終了時まで略一定となるようにコントローラ２４が自動圧力調整弁２０を制御する。この動作の結果、第１圧力検出器１８と第２圧力検出器１９の検出値（ＰP-1，ＰP-2）は図２に示すように共に連動する値となり、それらの差圧が略一定となる。そして、このように差圧をガスの注入開始時ｔ1から注入終了時ｔ2にかけて、略一定量に制御することにより、超臨界状態の不活性ガスであっても、その流量Ｑを、注入時間にわたってほぼ一定にでき、これにより、間欠運転が行われる射出成形装置１Ａにおいて、各可塑工程における発泡剤用のガスが略一定量に保たれる。
【００３２】
実施の形態２．
図３は実施の形態２を示す構成図である。実施の形態２も実施の形態１と同様に溶融樹脂の圧力に対して注入ガスの圧力を制御することにより、差圧を略一定に制御しようとするものである。図３において、図１と同一符号は、図１に示したものと同一又は相当物であり、ここでの説明を省略する。実施の形態２は、図５に示したと同様、ガス供給源１２と大気の間に第２ソレノイドバルブ１５及び背圧弁１６を設け、ガス供給源１２と第２ソレノイドバルブ１５との間から第１ソレノイドバルブ１４を介してスクリュシリンダ５の供給口８まで設けられる配管上の第１ソレノイドバルブ１４上流側に、第１ソレノイドバルブ１４側の圧力を調整する自動圧力調整弁（減圧弁）３０を設け、この自動圧力調整弁３０と第１ソレノイドバルブ１４間に、ガスの圧力を検出する第２圧力検出器１９を設け、自動圧力調整弁３０を差圧に基づいてコントローラにより制御するようにしたものである。
【００３３】
このような構成によれば、第１圧力検出器１８で検出された溶融樹脂の圧力に対して注入ガスの圧力を制御することにより、差圧が所定のパターン（例えば一定パターン）となるように制御することができ、所望の成形を行うことが容易となる。
【００３４】
実施の形態３．
図４は、本発明の実施の形態３を示す構成図である。実施の形態３はガスの圧力に対して溶融樹脂の圧力を制御することにより、差圧を略一定に制御しようとするものである。図４に示す発泡剤用のガス供給源１２は、図５に示したガス供給源と同様であり、ガス供給源１２と射出成形装置１Ｃのスクリュシリンダ５のガス供給口８との間に設けられた第１ソレノイドバルブ１４と、第１ソレノイドバルブ１４の閉成時に第１ソレノイドバルブ１４とガス供給源１２間のガス圧力を略一定に保つための背圧弁１６と、背圧弁１６の上流側に設けられ第１ソレノイドバルブ１４が開成時に第１ソレノイドバルブ１４とガス供給源１２間を背圧弁１６から遮断する第２ソレノイドバルブ１５とを備え、第２圧力検出器１９がガス供給源１２と第１ソレノイドバルブ１４間に設けられガスの圧力を検出する。
【００３５】
そして、溶融樹脂の圧力を検出する第１圧力検出器１８と第２圧力検出器１９の検出信号が第１、第２トランスデューサ２１，２２を介してＣＰＵ２３Ｂに取り込まれて差圧が演算され、この差圧に基づいてコントローラ２４Ｂは、スクリュ３の背圧をモータ４０又は図示しない油圧ポンプを制御することにより制御し、溶融樹脂の圧力を制御する構成となっている。
【００３６】
以上の構成により、ガスの注入時には第２ソレノイドバルブ１５を閉じると共に第１ソレノイドバルブ１４を開き、第１、第２圧力検出器１８，１９それぞれにより検出される圧力からＣＰＵ２３Ｂにより演算される差圧が一定となるように、ガスの圧力に対して溶融樹脂の圧力をモータ４０または図示しない油圧ポンプを制御することにより制御する。そして、このような構成によっても、差圧を略一定に制御でき、所望の成形を行うことができる。
【００３７】
実施の形態４．
実施の形態１乃至実施の形態３はいずれもガスの圧力と溶融樹脂の圧力のいずれか一方のみを制御するようにしたものであるが、ガスの圧力と溶融樹脂の圧力のいずれをも制御することにより、所定の差圧を得られるようにしても良い。
例えば、実施の形態１または実施の形態２のいずれかの構成と実施の形態３の構成を組み合わせ、ガスの圧力と溶融樹脂の圧力を共に制御するようにする。図５は実施の形態４を示す構成図であり、図１、図４と同一符号はそれらと同一物を示しており、ここでの説明は省略する。そして、このような構成によれば、制御状態により、制御し易い制御対象を適宜選択して差圧を一定とすることができるので、差圧制御が容易となると共に応答性をも高めることができる。
【００３８】
上述した実施の形態では、差圧を略一定となるように制御を行ってきたが、本発明は、溶融樹脂とガスの差圧との関係に基づき、例えば超臨界状態のガスについて所望の流量パターンが得られるような差圧パターンを得るようにしても良いことは言うまでもなく、これにより、より高品質で均一、あるいは所定の特性を持った成形品を得ることができるようになることは明白なことである。
【００３９】
なお、以上の実施の形態においては、発泡剤用のガス供給装置が適用された熱可塑性樹脂発泡体の成形装置としての射出成形装置についてもその主要部の構成が明らかとされていることは言うまでもない。
【００４０】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、本発明によれば、注入されるガスの状態によらず、所定（例えば一定）の差圧をもって、溶融樹脂に発泡剤用のガスを供給することができる発泡剤用ガス供給装置、及びそれを用いた熱可塑性樹脂発泡体の成形装置及び熱可塑性樹脂発泡体の成形方法を提供することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１を示す構成図である。
【図２】実施の形態１の動作を説明する図である。
【図３】実施の形態２を示す構成図である。
【図４】実施の形態３を示す構成図である。
【図５】実施の形態４を示す構成図である。
【図６】従来の発泡剤用ガス供給装置及び射出成形装置を示す図である。
【図７】従来技術の動作を示す図である。
【図８】理想のガス供給動作を示す図である。
【符号の説明】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ  射出成形装置、３  スクリュ、５  スクリュシリンダ、６  溶融樹脂、８  ガス供給口、１２  ガス供給源、１４  第１ソレノイドバルブ、１５  第２ソレノイドバルブ、１６  背圧弁、１８  第１圧力検出器、１９  第２圧力検出器、２０，３０  自動圧力調整弁、２１  第１トランスデューサ、２２  第２トランスデューサ、２３，２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ  ＣＰＵ、２４，２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ  コントローラ。
【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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【図７】
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【図８】
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