JP2001162650A

JP2001162650A - サンドイッチ発泡体の製造方法および製造装置

Info

Publication number: JP2001162650A
Application number: JP34949099A
Authority: JP
Inventors: Mitsuaki Yamachika; 光昭山近; Hideo Oyabu; 英雄大藪; Toru Emi; 亨江見
Original assignee: Japan Steel Works Ltd
Current assignee: Japan Steel Works Ltd
Priority date: 1999-12-08
Filing date: 1999-12-08
Publication date: 2001-06-19
Anticipated expiration: 2019-12-08
Also published as: JP3521306B2

Abstract

(57)【要約】【課題】物理的な発泡剤を使用するにも拘わらず、表面
に未発泡の所定厚さのスキン層を有し、内部に微細なセ
ル構造を有する発泡体を得ることができる、サンドイッ
チ発泡体の製造方法を提供する。【解決手段】主、副射出ユニット（１、１０）を使用す
る。副射出ユニット（１）により材料を可塑化すると共
に超臨界状態の不活性ガスを注入、浸透、溶解させてコ
ア層用発泡溶融樹脂（ＣＨＪ）を得て、これを主射出ユ
ニット（１０）に背圧をかけながら蓄える。その後副射
出ユニット（１）によりスキン層用溶融樹脂（ＳＪ）を
計量する。そして、記副射出ユニット（１）によりスキ
ン層用溶融樹脂（ＳＪ）をキャビテイ（２５）に射出
し、次いで主射出ユニット（１０）によりコア層用発泡
溶融樹脂（ＣＨＪ）を射出する。これにより、表面に未
発泡の所定厚さのスキン層を有し、内部に微細なセルを
有するサンドイッチ発泡体（Ｓ）を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、加熱シリンダバレ
ルと該加熱シリンダバレル内に回転方向と軸方向とに駆
動可能に設けられているスクリュとからなる主射出ユニ
ットと、同様に加熱シリンダバレルと該加熱シリンダバ
レル内に回転方向と軸方向に駆動可能に設けられている
スクリュとからなる副射出ユニットとを使用して、表面
に未発泡の所定厚さのスキン層を有し、内部に微細なセ
ルを有する発泡体を得る、サンドイッチ発泡体の製造方
法およびこの方法の実施に使用される製造装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】先に表面のスキン層用溶融樹脂を射出
し、射出したスキン層用溶融樹脂につづいてにコア層用
溶融樹脂を射出して得られる、いわゆる異種樹脂のスキ
ン層とコア層とからなるサンドイッチ成形品は、材料の
組み合わせにより特色のある成形品が得られるので、１
９７０年代の初めより当発明の属する技術分野で実施さ
れている。このサンドイッチ成形方法の実施に使用され
るサンドイッチ成形装置は、図６に示されているよう
に、スキン層射出ユニット５０と、コア層射出ユニット
６０の２頭の射出ユニットと、金型７０とから構成され
ている。スキン層射出ユニット５０は、概略的には加熱
シリンダバレル５１と、この加熱シリンダバレル５１の
内部に回転方向と軸方向とに駆動可能に設けられている
スクリュ５２とからなっている。コア層射出ユニット６
０も加熱シリンダバレル６１と、この加熱シリンダバレ
ル６１の内部に回転方向と軸方向とに駆動可能に設けら
れているスクリュ６２とからなっている。そして、これ
らの加熱シリンダバレル５１、６１の外周部には個々に
発熱温度が制御されるヒータ５３、６３が設けられてい
る。したがって、スキン層射出ユニット５０のスクリュ
５２を回転駆動してホッパ５４からペレット状の材料を
供給すると、材料はスクリュ５２の回転による摩擦抵抗
等により生じる熱、ヒータ５３から加えられる熱等によ
り溶融し、加熱シリンダバレル５１の前方の計量室に所
定量のスキン層用の溶融樹脂がが貯えられる。同様にし
てコア層射出ユニット６０でも所定量のコア層用の溶融
樹脂が計量される。そこで、切替えバルブ５５を図６に
示されているポジションに切り替え、そして型締された
金型７０のキャビテイ７１に、初めにスキン層射出ユニ
ット５０のスクリュ５２を軸方向に駆動してスキン層用
の溶融樹脂を射出し、次いで切替えバルブ５５を切り替
え、そしてコア層射出ユニット６０のスクリュ６２を軸
方向に駆動してコア層用の溶融樹脂を射出すると、従来
周知のサンドイッチ成形品を得ることができる。また、
成形品の表面をスキン層で完全に覆うために、最後にス
キン層用溶融樹脂を射出することも行われている。この
サンドイッチ成形方法により、目的に応じた成形品例え
ばスキン層が光沢のある樹脂で覆われた外観に優れた成
形品、コア層が強度の大きい樹脂で成形された高強度の
成形品、コア層にリサイクル樹脂を使用した安価な成形
品等、１種の材料では得ることのできない特徴のある成
形品が得られる。

【０００３】また、上記した従来のサンドイッチ成形装
置によってスキン層が未発泡のサンドイッチ発泡体を得
ることもできる。すなわち、コア層射出ユニット６０に
より計量する材料に、化学発泡剤例えば成形温度で分解
してガスを発生する低分子量の有機発泡剤を混合して計
量し、そして先に射出されているスキン層用溶融樹脂に
つづいてコア層用溶融樹脂を射出すると、化学発泡剤が
スキン層の内側で発泡して、表面に未発泡のスキン層を
有するサンドイッチ発泡体を得ることができる。

【０００４】また、物理的な発泡剤すなわち不活性ガス
の一種である二酸化炭素ガスを使用した熱可塑性樹脂発
泡体の成形方法も、例えば特開平１０−２３０５２８号
により知られている。この成形方法の実施に使用される
成形装置は、概略的に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、ス
クリュを定位置で回転駆動してペレット状の材料を溶融
し、二酸化炭素ガスを供給すると、二酸化炭素ガスは溶
融材料中に溶解する。二酸化炭素ガスが溶解した溶融材
料は押し出されて、プランジャーからなる射出装置に供
給され、射出プランジャーを駆動し、金型のキャビテイ
へ射出すると、キャビテイ内で発泡し、同様にして熱可
塑性樹脂発泡成形体が得られる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】化学発泡剤を使用する
と、上記のように従来のサンドイッチ成形装置により表
面が未発泡のサンドイッチ発泡体を得ることができる利
点はある。しかしながら、化学発泡剤は高価で、成形品
のコスト高を招く欠点がある。また、発泡体の中に残存
する化学発泡剤の分解残留物が、製品である発泡体を変
色させたり、発泡体の臭気の原因になることがあり、製
品としても、また食品衛生上も好ましいものではない。
さらには、異種材質の発泡剤が混入されているので、リ
サイクルに制約を受けることもある。以上のような理由
により、物理的な発泡剤の方が優れているといえる。し
かしながら、従来のサンドイッチ成形装置では、次のよ
うな理由により物理的な発泡剤の使用は困難である。す
なわち、上記サンドイッチ成形装置のコア層射出ユニッ
トに不活性ガス供給装置を取り付け、そして単に不活性
ガスを注入するだけでは、加熱シリンダバレル内を超臨
界圧力を維持することが困難であるからである。圧力が
低下すると、加熱シリンダバレル内で発泡が始まり、加
熱シリンダバレルの加熱温度により泡が大きく成長し、
微細なセル構造を有する発泡体は得られなくなる。セル
構造が大きいと、強度は落ちることになる。そこで、計
量時に超臨界圧力以上となるような背圧例えば不活性ガ
スが二酸化炭素ガスの場合、二酸化炭素ガスの超臨界状
態は、臨界圧力７．３８ＭＰａ、臨界温度が３１°
Ｃで以上であるので、この圧力に相当する溶融樹脂圧力
の７．５ＭＰａ以上の背圧をかけて計量することによ
り、計量中は発泡を抑えることができる。しかしなが
ら、計量が終了すると、スクリュウの回転も停止するの
で、背圧は０となり、発泡が始まり、上記したような問
題点は解消されない。また、スクリュは、可塑化能力お
よび混練能力を重視した設計となっているので、超臨界
状態の二酸化炭素液体が可塑化された溶融樹脂に充分に
注入、溶解されないという問題もある。また、特開平１
０−２３０５２８号に示されている連続可塑化装置と、
プランジャーとからなる成形装置によると、金型のキャ
ビテイにカウンタープレッシュシャーをかけて射出し、
表面が冷却して未発泡層が形成されてから、一気にカウ
ンタープレッシュシャーを開放することにより内部を発
泡させ、表面に未発泡層を有する発泡体を得ることはで
きる。しかしながら、未発泡層が金型からの冷却により
形成されているので、未発泡層の厚さのコントロールが
困難で、所望の厚さの未発泡のスキン層が得られ難い欠
点がある。したがって、本発明は、化学発泡剤に比較し
て、価格の点においても、製品の変色、臭気、食品衛生
等の安全性の点においても、さらにはリサイクルの点に
おいても有利な物理的な発泡剤を使用するにも拘わら
ず、表面に未発泡の所定厚さのスキン層を有し、内部に
微細なセル構造を有する発泡体を得ることができる、サ
ンドイッチ発泡体の製造方法およびこの製造方法の実施
に使用される製造装置を提供することを提供することを
目的としている。また、表面の転写性が良く、美麗で軽
量であり、軽量で強度のあるサンドイッチ発泡体、具体
的には自動車用としてはバンパー、インスツルメントパ
ネル、建築、レジャー用としてはバスタブ、レジャーボ
ート等の大型の発泡体を得ることができるサンドイッチ
発泡体の製造方法および製造装置を提供することを目的
としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の上記目的は、サ
ンドイッチ成形装置のように、副射出ユニットすなわち
スキン層射出ユニットと、主射出ユニットすなわちコア
層射出ユニットの２頭の射出ユニットを使用し、初めに
スキン層射出ユニットにより溶融樹脂に物理的な発泡剤
を溶解、分散させてコア層用発泡原料を得て、このスキ
ン層射出ユニットにより得られたコア層用発泡原料をコ
ア層射出ユニットに蓄え、その後スキン層射出ユニット
によりスキン層用溶融樹脂を計量するように構成するこ
とにより達成される。すなわち、請求項１に記載の発明
は上記目的を達成するために、加熱シリンダバレルと該
加熱シリンダバレル内に回転方向と軸方向とに駆動可能
に設けられているスクリュとからなる主射出ユニット
と、同様に加熱シリンダバレルと該加熱シリンダバレル
内に回転方向と軸方向に駆動可能に設けられているスク
リュとからなる副射出ユニットとを使用して、前記副射
出ユニットにより材料を可塑化すると共に超臨界状態の
不活性ガスを注入、溶解、浸透させてコア層用発泡溶融
樹脂を得て、これを前記主射出ユニットに背圧をかけな
がら蓄えるコア層用発泡溶融樹脂製造工程と、その後前
記副射出ユニットにより材料を可塑化してスキン層用溶
融樹脂を計量するスキン層用溶融樹脂製造工程と、前記
副射出ユニットによりスキン層用溶融樹脂を金型のキャ
ビテイに射出するスキン層用溶融樹脂射出工程と、前記
主射出ユニットにより、スキン層用溶融樹脂が射出され
ている金型のキャビテイに、コア層用発泡溶融樹脂を射
出するコア層用発泡溶融樹脂射出工程とから、表面に未
発泡の所定厚さのスキン層を有し、内部に微細なセルを
有する発泡体を得るように構成される。請求項２に記載
の発明は、加熱シリンダバレルと該加熱シリンダバレル
内に回転方向と軸方向とに駆動可能に設けられているス
クリュとからなる主射出ユニットと、同様に加熱シリン
ダバレルと該加熱シリンダバレル内に回転方向と軸方向
に駆動可能に設けられているスクリュとからなる副射出
ユニットとを使用して、前記副射出ユニットにより材料
を可塑化すると共に超臨界状態の不活性ガスを注入、溶
解、浸透させてコア層用発泡溶融樹脂を得て、これを前
記主射出ユニットに背圧をかけながら蓄え前記主射出ユ
ニットのスクリュを比較的低速で回転駆動して溶融樹脂
中に溶解された超臨界状態の不活性ガスの浸透、拡散を
促進させるコア層用発泡溶融樹脂製造工程と、その後前
記副射出ユニットにより材料を可塑化してスキン層用溶
融樹脂を計量するスキン層用溶融樹脂製造工程と、前記
副射出ユニットによりスキン層用溶融樹脂を金型のキャ
ビテイに射出するスキン層用溶融樹脂射出工程と、前記
主射出ユニットにより、スキン層用溶融樹脂が射出され
ている金型のキャビテイに、コア層用発泡溶融樹脂を射
出するコア層用発泡溶融樹脂射出工程とから、表面に未
発泡の所定厚さのスキン層を有し、内部に微細なセルを
有する発泡体を得るように構成される。請求項３に記載
の発明は、請求項１または２に記載のコア層用発泡溶
融樹脂射出工程の終了後に副射出ユニットにより二次の
スキン層用溶融樹脂を射出するように、請求項４に記載
の発明は、請求項１〜３のいずれかの項に記載の超臨
界状態の不活性ガスが、二酸化炭素の流体であるよう
に、請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれ
かの項に記載の金型のキャビテイに、ガスによるカウン
タープレッシャーをかけておき、副射出ユニットによる
スキン層用溶融樹脂の射出後、もしくは主射出ユニット
によるコア層用発泡溶融樹脂の射出完了直前にカウンタ
ープレッシャーを開放するように、請求項６に記載の発
明は、請求項５に記載のガスが不活性ガスであり、その
プレッシャーは超臨界圧力以上であるように、請求項７
に記載の発明は、請求項５に記載のガスがエアーであ
り、そのプレッシャーは３．０ＭＰａ以下であるよう
に、そして請求項８に記載の発明は、請求項１〜４のい
ずれかの項に記載の金型の型開き動作を、副射出ユニッ
トによるスキン層用溶融樹脂の射出後、もしくは主射出
ユニットによるコア層用発泡溶融樹脂の射出動作に追従
して、得られる成形品の厚さに相当する所定位置で型開
き動作を停止するように構成される。請求項９に記載の
発明は、加熱シリンダバレルと該加熱シリンダバレル内
に回転方向と軸方向とに駆動可能に設けられているスク
リュとからなる主射出ユニットと、同様に加熱シリンダ
バレルと該加熱シリンダバレル内に回転方向と軸方向に
駆動可能に設けられているスクリュとからなる副射出ユ
ニットと、成形品を得るためのキャビテイが形成されて
いる金型と、不活性ガス供給装置とからなり、前記副射
出ユニットには、前記不活性ガス供給装置で得られる超
臨界状態の不活性ガスが供給され、それによってコア層
用発泡溶融樹脂が製造された後、スキン層用溶融樹脂が
製造され、前記副射出ユニットにより製造されるコア層
用発泡溶融樹脂は、前記主射出ユニットから前記金型の
キャビテイに射出されるようになっている。請求項１０
に記載の発明は、請求項９に記載の金型には、そのキャ
ビテイにカウンタープレッシャーをかけるカウンタープ
レッシャー付加装置が設けられ、そして請求項１１に記
載の発明は、請求項９または１０に記載の主射出ユニッ
トのスクリュの先端部には、複数本のピン状の突起物が
設けられている。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。図１の（イ）は、全体を模式的に示す断面図であ
るが、同図に示されているように本実施の形態に係わる
サンドイッチ発泡体の製造装置は、副射出ユニットすな
わちスキン層射出ユニット１と、主射出ユニットすなわ
ちコア層射出ユニット１０の２頭の射出ユニットを備え
ている。そして、スキン層射出ユニット１の方に超臨界
状態の不活性ガス供給装置３０が設けられており、スク
リュ３の回転と共に不活性ガスの供給が開始される。

【０００８】スキン層射出ユニット１は、比較的容量の
小さい加熱シリンダバレル２を備えている。そして、こ
の加熱シリンダバレル２の内部にスクリュ３が設けられ
ている。このスクリュ３は、回転方向と軸方向とに駆動
されると共に、フローモールド機能も備えている。この
ように、フローモールド機能を備えているので、小径の
スクリュ３で、後述するコア層用発泡材料を多量に製造
できる。また、スクリュ３が小径であるので、回転数を
上げて発熱量を高め、材料の混練、溶融を促進すること
ができると共に、二酸化炭素ガスの混合、溶解の促進に
もなる。また、フローモールド動作のため、スクリュ３
は最前進位置で停止して回転するので、注入された不活
性ガスがスクリュフライト間を同距離移動することにな
るので、安定した溶解度が得られる。加熱シリンダバレ
ル２の外周部には、発熱温度が個々に設定される複数個
のヒータ４、４、…が設けられている。また、加熱シリ
ンダバレル２の先端部近傍には、この加熱シリンダバレ
ル２の内部に達する、不活性ガス供給口５が設けられて
いる。なお、不活性ガス供給口５の後方端部すなわち上
流側には材料供給用のホッパが設けられているが、この
ホッパも図１の（イ）には示されていない。

【０００９】スキン層射出ユニット１で可塑化された発
泡溶融樹脂は、フローモールド機能によりスクリュは最
前進した位置で回転し、可塑化してコア層射出ユニット
１０の方へ流出され計量される。この計量完了信号によ
り不活性ガスの注入が停止する。その後、切替バルブ２
２が図２の（ロ）の状態となり、スキン層用樹脂の可塑
化が開始されスクリュ３は、回転しながら後退し、定位
置まで計量される。なお、スキン層用溶融樹脂を金型へ
射出するために、本実施の形態では、略直角に曲がった
第１の加熱ブロック６が設けられている。この第１の加
熱ブロック６の内部には溶融樹脂通路７が形成され、こ
の溶融樹脂通路７の始端部は、加熱シリンダバレル２の
先端部のスクリュシリンダ部に通じている。また、第１
の加熱ブロック６の終端部は、詳しくは後述する、コア
層射出ユニット１０に接続されている第２の加熱ブロッ
ク１６の略中間部に接続されている。この第１の加熱ブ
ロック６の外周部にも、発熱温度が制御される複数個の
ヒータ８、８、…が設けられている。なお、参照数字９
は、第１の加熱ブロック６の溶融樹脂通路７を形成する
ために明けられた孔を塞いでいる栓を示している。

【００１０】不活性ガス供給装置３０は、本実施の形態
では二酸化炭素ガスが充填されているガスボンベ３１
と、二酸化炭素ガスを超臨界状態の臨界圧力７．３８Ｍ
Ｐａ、超臨界温度３１．１°Ｃ、以上に昇圧する昇
圧ポンプ３２、圧力制御弁３３等からなり、これらが管
路３４で順に接続されている。そして、管路３４の終端
部が加熱シリンダバレル２の不活性ガス供給口５に接続
されている。図示の実施の形態では、二酸化炭素ガスを
超臨界温度以上に加熱する加熱装置は設けられていな
い。したがって、超臨界状態以上の圧力で供給される二
酸化炭素ガスは、加熱シリンダバレル２内で加熱され、
超臨界状態の二酸化炭素液体になる。このように、二酸
化炭素ガスで供給することもできるし、加熱装置をさら
に設けて超臨界状態の二酸化炭素液体にして供給するこ
ともできるので、「超臨界状態の不活性ガス」という表
現の中には温度は超臨界温度に達していない不活性ガス
も含まれることになる。

【００１１】コア層射出ユニット１０も、本実施の形態
では、比較的容量の大きい加熱シリンダバレル１２を有
する。そして、この加熱シリンダバレル１２の内部にス
クリュ１３が設けられているが、このスクリュ１３も、
本実施の形態では回転方向と軸方向とに駆動される。こ
のように、スクリュ１３を駆動する駆動装置も、図１の
（イ）には示されていないが、加熱シリンダバレル１２
の後端部に設けられている。加熱シリンダバレル１２の
外周部にも、発熱温度が設定される複数個のヒータ１
４、１４、…が設けられている。加熱シリンダバレル１
２の先端部は、プランジャー室１５の一部を構成してい
るが、スクリュウ１３の先端部の、プランジャー室１５
に対応した外周部分には、複数個のピン状の突起物１
１、１１、…が設けられている。コア層用溶融樹脂の計
量が完了し、前記切替バルブ２２が図２の（ロ）の状態
に切換えると共に、コア層用射出ユニット１のスクリュ
１３が回転駆動されると、プランジャー室１５に貯えら
れるコア層用発泡溶融樹脂は、スクリュ背圧をかけ前記
超臨界状態の樹脂圧力を維持しながら低速回転し、突起
物１１、１１、…により攪拌され、二酸化炭素液体はさ
らに溶解されることになる。したがって、前記スキン層
用射出ユニット１およびコア層射出ユニット１０は、電
動サーボモータによる駆動方式の電動射出成形装置から
構成されていることが最適である。このコア層射出ユニ
ット１０には、本実施の形態では材料供給用のホッパは
不要となる。すなわち、コア層射出ユニット１０は、プ
ランジャーの作用をすると共に、二酸化炭素液体の溶解
促進作用を奏するように選定されている。しかしなが
ら、フライトが形成されているスクリュ１３を備えてい
るので、可塑化することはできるし、スクリュ駆動装置
のプログラムを変更するだけで、通常のサンドイッチ成
形をすることができる。また、スキン層射出ユニット１
とコア層射出ユニット１０と、２台の射出ユニットが独
立しているので、プランジャー室１５に貯えられるコア
層用発泡溶融樹脂の加熱温度をスキン層射出ユニット１
の温度より２０〜３０°Ｃ低めに設定することによ
り、一層の不活性ガスの溶融樹脂への浸透が計れる。

【００１２】コア層射出ユニット１０の加熱シリンダバ
レル１２の先端部に、第２の加熱ブロック１６が接続さ
れている。この第２の加熱ブロック１６の内部にも、軸
方向に溶融樹脂通路１７が形成されているが、この溶融
樹脂通路１７の加熱シリンダバレル１２側は拡径されて
加熱シリンダバレル１２のプランジャー室１５に連なっ
ている。したがって、プランジャー室１５は、溶融樹脂
通路１７の拡径された部分と、加熱シリンダバレル１２
の前方部分とから構成されていることになる。第２の加
熱ブロック１６の先端部に、従来周知の形状をした射出
ノズル２０が取り付けられている。この射出ノズル２０
のノズル孔２１は、溶融樹脂通路１７に連通している。
このような溶融樹脂通路１７の略中間部に切替バルブ２
２が設けられている。この切替バルブ２２を切換えるこ
とにより、図１の（イ）に示されているように第１、２
の加熱ブロック６、１６の溶融樹脂通路７、１７のみが
連通する状態、図１の（ロ）に示されているように溶融
樹脂通路７、１７の３方が連通する状態、図３の（イ）
に示されているように溶融樹脂通路７、１７の３方が閉
鎖される状態等を採ることができる。

【００１３】金型は、従来周知であるので、詳しい説明
はしないが模式的に図３の（ロ）に示されているよう
に、固定金型２３と可動金型２４とからなり、そしてこ
れらの金型２３、２４のパーティングラインＰに沿って
キャビテイ２５が形成されている。キャビテイ２５にカ
ウンタープレッシャーを付加するカウンタープレッシャ
ー付加装置２６は、二酸化炭素ガスが充填されているガ
スボンベ２７、超臨界圧力以上に昇圧する加圧器、圧力
制御弁２８等からなり、これらを接続している管路２９
がパーティングラインＰに開口している。

【００１４】次に、上記サンドイッチ発泡体の製造装置
を使用した成形例を、図５の作動タイミングチャートを
参照しながら説明する。なお、本製造装置は、制御装置
により自動成形も、また手動的にも成形することができ
るが、以下便宜上半自動的に成形する例について説明す
る。加熱シリンダバレル２、１２と第１、２の加熱ブロ
ック６、１６の外周部に設けられているヒータ４、４、
１４、１４、８、８、１８、１８の発熱温度を設定す
る。コア用射出ユニット１０の加熱シリンダバレル１２
のヒータ１４、１４、…の発熱温度は、スキン層射出ユ
ニット１の加熱シリンダバレル２のヒータ４、４、…の
発熱温度よりも２０〜３０°Ｃ低めに設定する。さ
らには、コア層用発泡溶融樹脂およびスキン層用溶融樹
脂の可塑化量を設定する。図１の（ロ）は、スキン層用
溶融樹脂と、コア用発泡溶融樹脂を射出し終えた状態を
示す図であるが、切替バルブ２２を、この状態から図２
の（イ）に示されているように、第１、２の加熱ブロッ
ク６、１６の溶融樹脂通路７、１７が連通するように切
換える。

【００１５】そうして、スキン層射出ユニット１のスク
リュ３を回転駆動する。また、ホッパから熱可塑性の材
料を加熱シリンダバレル２に供給する。そうすると、材
料は、加熱シリンダバレル２の外周部に設けられている
ヒータ４、４、…から加えられる熱と、スクリュ３を回
転駆動し先方へ送る過程で生じる摩擦作用、剪断作用等
により発生する熱とにより溶融する。不活性ガス供給装
置３０から超臨界状態の二酸化炭素ガスを注入する。注
入された二酸化炭素の流体は、溶融熱可塑性樹脂中に溶
解され浸透し均一に、拡散される。このようにして、二
酸化炭素液体が均一に浸透、溶解された飽和状態のコア
層用発泡溶融樹脂ＣＨＪは、第１、２の加熱ブロック
６、１６を通って、コア用射出ユニット１０のプランジ
ャー室１５に蓄積される。このとき、コア用射出ユニッ
ト１０のスクリュ１３には、溶解された二酸化炭素が超
臨界状態を保てるよう、樹脂圧力が７．５ＭＰａ以上に
なるように背圧をかけておく。蓄積されている状態が図
２の（イ）に示されている。なお、このとき、スキン層
射出ユニット１はフローモールド機能を備えているの
で、スクリュ３は先端部の所定位置で回転駆動されるだ
けで、軸方向に後退はしない。したがって、不活性ガス
供給口５からスクリュ３の先端部までの距離が一定とな
り、不活性ガスは常に安定して溶融樹脂へ溶解される。

【００１６】蓄積されるとき、コア用射出ユニット１０
のスクリュ１３には超臨界状態を保つため溶解樹脂圧力
が７．５ＭＰａ以上の背圧がかけられているので、発泡
はしない。また、コア用射出ユニット１０の加熱シリン
ダバレル１２の温度は２０〜３０°Ｃ低いので、二
酸化炭素液体は一層拡散、浸透される。さらには、所定
量蓄積されたらスクリュ１３をスクリュ背圧を維持しな
がら低速で回転駆動することにより、スクリュ１３の突
起物１１、１１、…により、プランジャー室１５に貯え
られるコア層用発泡原料ＣＨＪは、突起物１１、１１、
…により攪拌され、二酸化炭素の流体はさらに溶解、分
散される。

【００１７】所定量のコア層用発泡溶融樹脂ＣＨＪを得
たら、二酸化炭素ガスの注入を停止すると共に、切換バ
ルブ２２も図２の（ロ）の状態に切換えと同時に、二酸
化炭素ガスの注入が停止する。これ以降はスキン層用溶
融樹脂ＳＪがスクリュ３が回転しながら後退し、可塑化
される。スクリュ背圧も通常の可塑化状態に戻り、計量
されることになる。コア層用発泡溶融樹脂ＣＨＪの後方
に、スキン層用溶融樹脂ＳＪの一部が既に可塑化されて
いる状態が、図２の（ロ）に示されている。切換バルブ
２２が図２の（ロ）の状態に切り換わると共に、不活性
ガスの注入が停止されるので、急激な圧力低下が起こ
り、コア層用発泡溶融樹脂ＣＨＪ内の二酸化炭素の流体
は発泡し、ガスが分離し通常の溶融樹脂となり、引き続
いてスキン層射出ユニット１のスクリュ３は、後退して
スキン層用溶融樹脂ＳＪが計量される。この状態が図３
の（イ）に示されている。

【００１８】スキン層用溶融樹脂ＳＪの計量が終わる
と、金型に射出することになる。金型のキャビテイ２５
に、二酸化炭素が超臨界状態の臨界圧力例えば７．４〜
１０ＭＰａ以上、臨界温度３１．１°Ｃ以上の二酸
化炭素ガスを封入し、カウンタープレッシャーをかけ
る。切替バルブ２２を切換えて、第１の加熱ブロック６
の溶融樹脂通路７と射出ノズル２０のノズル孔２１とを
連通させるべく、図１の（ロ）に示されている位置へ切
換える。次いで、スキン層射出ユニット１のスクリュ３
を軸方向に駆動してスキン層用溶融樹脂ＳＪを金型のキ
ャビテイ２５へ射出する。所定量の射出を終わってキャ
ビテイ２５に所定容積の未充填空間が残っている状態
が、図３の（ロ）の１ｓｔステップに示されている。な
お、キャビテイ２５の表面積に対するスキン層用溶融樹
脂ＳＪの量により、サンドイッチ発泡体のスキン層の厚
さを決めることができる。

【００１９】この状態で、スキン層用溶融樹脂ＳＪの射
出完了直前に、切替バルブ２２を図１の（ロ）に示され
ている位置へ切換えて、コア用射出ユニット１０のスク
リュ１３を軸方向に駆動して、コア層用発泡溶融樹脂Ｃ
ＨＪの射出を開始する。このとき、第１の加熱ブロック
６の溶融樹脂通路７は、スキン層用溶融樹脂ＳＪで満た
されているので、溶融樹脂通路７の方へは逆流しない。
コア層用発泡溶融樹脂ＣＨＪの射出開始後、所定時間経
過したら可動金型２４の、僅かの開動作を開始する。コ
ア層用発泡溶融樹脂ＣＨＪの射出を続行する。そして、
コア層用発泡溶融樹脂ＣＨＪの射出終了直前にキャビテ
イ２５のカウンタープレッシャーを開放する。これによ
り、コア層用発泡溶融樹脂ＣＨＪは、一気に発泡する。
一気に発泡するので、発泡は均一で、微細なセル構造が
得られ、ソリッド成形品に比較しても強度の落ちないサ
ンドイッチ発泡体が得られる。なお、前記動作は、直前
に切換える方法の他、材料によりスキン層用溶融樹脂の
射出完了後、図１の（ロ）に示されている位置へ切換え
ても良い。

【００２０】コア層用発泡溶融樹脂ＣＨＪの射出開始に
追従して可動金型２４の型開きが行なわれると共に、定
位置まで後退後動作を停止し、その位置に保持する。発
泡が終わった状態が、図３の（ロ）の２ｓｔステップで
示されている。引き続き、スキン層射出ユニット１のス
クリュ３を軸方向に駆動してスキン層用溶融樹脂ＳＪを
射出し、保圧する。これにより、発泡体の表面が未発泡
のスキン層で覆われたサンドイッチ発泡体Ｓが得られ
る。この得られた状態が、図３の（ロ）の３ｓｔステッ
プで示されている。スキン層用溶融樹脂ＳＪを射出する
ことにより、表面に光沢のあるサンドイッチ発泡体Ｓと
なり、また発泡体に顕著に現れるフローマーク、スワー
ルマーク、ウエルトライン等が裏に隠れ、見栄えのする
成形品となる。冷却固化を待って可動金型２４を開いて
サンドイッチ発泡体Ｓを取り出す。以下同様にして、成
形する。なお、前記金型は射出圧縮用喰い切り金型であ
り、カウンタープレッシャー用シール機構のある金型が
最適である。また、前記２回目のスキン層用溶融樹脂Ｓ
Ｊの射出工程は、成形品によってはなくても良い。ま
た。この場合の保圧は、内部発泡による保圧作用もある
ので、極わずかで良い。

【００２１】図４に本発明の他の実施の形態が示されて
いる。前述した実施の形態と同じ構成要素には同じ参照
数字を付けて、同じような構成要素には同じ数字にダッ
シュ「’」を付けて重複説明はしないが、本実施の形態
によると、第１の加熱ブロック６’の溶融樹脂通路７’
にスタチックミキサーＭが設けられ、この上流側に不活
性ガス供給口５’が設けられている。本実施の形態によ
っても、スキン層射出ユニット１でのフローモールド射
出中、超臨界状態の二酸化炭素ガスを注入、溶解させて
コア層用発泡溶融樹脂ＣＨＪを得て、プランジャー室１
５に蓄え、そしてスクリュ１３を回転駆動して、スクリ
ュ１３の突起物１１、１１、…により攪拌し、二酸化炭
素ガスをさらに拡散、浸透させことができることは明ら
かである。また、前述したようにしてサンドイッチ発泡
体を得ることができることも明らかである。

【００２２】本発明は、上記実施の形態に限定されるこ
となく色々な形に変形可能である。例えば、物理的発泡
剤は二酸化炭素ガス以外の窒素ガス、アルゴンガスで実
施できることは明らかである。また、カウンタープレッ
シャー用ガスも、二酸化炭素ガス以外の窒素ガス、アル
ゴンガス等でも実施できる。窒素ガスで実施すると、ス
キン層用溶融樹脂の流動性が向上し、安定した肉厚のサ
ンドイッチ発泡体を得ることがで、樹脂焼けも防止でき
る。また、樹脂の種類によっては、安価な空気を使用す
ることができることも判明した。この時の空気圧は、
２．５〜３．０ＭＰａで良好であった。

【００２３】上記実施の形態では、コア層用発泡溶融樹
脂の射出完了後に、再びスキン層用溶融樹脂を射出する
ようになっているが、コア層用発泡溶融樹脂の射出完了
直前から射出を開始し、ヘジテーションマークの発生を
抑えることもできる。また、射出圧縮機能を型締装置あ
るいは金型にもたせることにより、コア層用発泡溶融樹
脂の射出後、型開き動作信号により僅かに可動型を開い
て圧力を抜き、一気に発泡させることもできる。さらに
は、キャビテイにスキン層用溶融樹脂を充填直後、カウ
ンタープレッシャーを開放して発泡できる圧力状態にし
て、コア層用発泡溶融樹脂の発泡に追従して型開きする
ことにより、肉厚のサンドイッチ発泡体を得ることもで
きる。また、コア層用発泡溶融樹脂の発泡後に可動金型
を型閉じ方向に作用させ圧縮することにより、強度、転
写性等を向上させることもできる。以上のようにして、
自動車部品としてはドアートリム、シート部材、インス
ツルメントパネル、バンパー、産業製品としてはコンテ
ナーボックス、ボート、テーブル、その他家具類、園芸
用品等様々なサンドイッチ発泡体を得ることができる。

【００２４】なお、発泡剤としては、物理的発泡剤に限
らず化学発泡剤でも相当な効果は得られる。また、厚肉
のスキン層の強度のある発泡構造体を得るためには、先
にコア層用射出ユニットからスキン層用溶融樹脂を射出
し、続いてスキン層用射出ユニットから発泡樹脂のコア
層用溶融樹脂を射出しても良い。これにより、スキン層
が厚く、剛性がある、ヒケのない発泡構造体が得られ
る。

【００２５】

【発明の効果】以上のように、本発明によると、主副射
出ユニットを使用して副射出ユニットにより材料を可塑
化すると共に超臨界状態の不活性ガスを注入、浸透、溶
解させてコア層用発泡溶融樹脂を得て、これを前記主射
出ユニットに背圧をかけながら蓄えるコア層用発泡溶融
樹脂製造工程と、その後前記副射出ユニットにより材料
を可塑化してスキン層用溶融樹脂を計量するスキン層用
溶融樹脂製造工程と、前記副射出ユニットによりスキン
層用溶融樹脂を金型のキャビテイに射出するスキン層用
溶融樹脂射出工程と、前記主射出ユニットにより、スキ
ン層用溶融樹脂が射出されている金型のキャビテイに、
コア層用発泡溶融樹脂を射出するコア層用発泡溶融樹脂
射出工程とから、表面に未発泡の所定厚さのスキン層を
有し、内部に微細なセルを有する発泡体を得るように構
成されているので、換言すると、１つの副射出ユニット
により、超臨界状態の不活性ガスが溶解されたコア層用
発泡溶融樹脂と、単なるスキン層用溶融樹脂とが製造さ
れ、そして主射出ユニットによりコア層用発泡溶融樹脂
が射出されるように、機能が独立しているので、可塑
化、溶融樹脂への超臨界状態の不活性ガスの浸透、溶解
等が容易にコントロールできるという、本発明に特有の
効果が得られる。したがって、本発明によると微細なセ
ル構造をもつサンドイッチ発泡体を得ることができる。
また、主副射出ユニットを使用して、副射出ユニットに
よりスキン層用溶融樹脂を得るので、スキン層の厚さを
自由に選定できる。したがって、スキン層の厚肉による
強度のある発泡構造体が得られる。また、発泡体に生じ
やすいウエルドライン、スワールマーク等をスキン層で
容易に覆うことができ、美麗で表面転写性を向上させる
こともできる。また、主射出ユニットに蓄えられるコア
層用発泡溶融樹脂を、主射出ユニットのスクリュを比較
的低速で回転駆動する発明によると、超臨界状態の不活
性ガスの分散、浸透をさらに促進させることができる効
果が付加される。また、金型の型開き動作を、副射出ユ
ニットによるスキン層用溶融樹脂の射出後、もしくは主
射出ユニットによるコア層用発泡溶融樹脂の射出開始と
共に、追従して型開きして、得られる成形品の厚さに相
当する所定位置で型開き動作を停止する発明によると、
比較的肉厚のサンドイッチ発泡体が得られる効果がさら
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製造装置を一部断
面にして模式的に示す図で、その（イ）は、その正面
図、その（ロ）は射出が終わった状態で示す正面図であ
る。

【図２】本発明の実施の形態に係わる製造装置の一部を
断面にして成形工程を模式的に示す図で、その（イ）は
コア層用発泡溶融樹脂を製造している状態を、その
（ロ）はスキン層用溶融樹脂の製造が始まっている状態
を示す断面図である。

【図３】本発明の実施の形態に係わる製造装置の一部を
断面にして成形工程を模式的に示す図で、その（イ）は
スキン層用溶融樹脂の製造が終わった状態を、そ（ロ）
は金型へ射出している各段階を示す断面図である。

【図４】本発明の実施の形態に係わる製造装置を一部断
面にして模式的に示す断面図である。

【図５】本発明の製造工程を示す作動タイミングチャー
トである。

【図６】従来のサンドイッチ成形品の製造装置を模式的
に示す断面図である。

【符号の説明】

１スキン層射出ユニット２スクリ
ュ３加熱シリンダバレル１０コア層
射出ユニット１１突起物１２加熱
シリンダバレル１３スクリュ１５プラ
ンジャー室２２３方弁２６カウンタープレッシャー付加装置３０不活性ガス供給装置

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｂ２９Ｌ 9:00 Ｂ２９Ｌ 9:00 (72)発明者江見亨広島県広島市安芸区船越南一丁目６番１号株式会社日本製鋼所内Ｆターム(参考） 4F206 AB02 AG03 AG20 JA04 JA07 JB22 JB30 JD02 JF04 JL02 JM12 JM16 JN04 JN12 JN15 JN25 JQ62 JQ65 JQ72

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】加熱シリンダバレルと該加熱シリンダバ
レル内に回転方向と軸方向とに駆動可能に設けられてい
るスクリュとからなる主射出ユニットと、同様に加熱シ
リンダバレルと該加熱シリンダバレル内に回転方向と軸
方向に駆動可能に設けられているスクリュとからなる副
射出ユニットとを使用して、前記副射出ユニットにより材料を可塑化すると共に超臨
界状態の不活性ガスを注入、溶解、浸透させてコア層用
発泡溶融樹脂を得て、これを前記主射出ユニットに背圧
をかけながら蓄えるコア層用発泡溶融樹脂製造工程と、その後前記副射出ユニットにより材料を可塑化してスキ
ン層用溶融樹脂を計量するスキン層用溶融樹脂製造工程
と、前記副射出ユニットによりスキン層用溶融樹脂を金型の
キャビテイに射出するスキン層用溶融樹脂射出工程と、前記主射出ユニットにより、スキン層用溶融樹脂が射出
されている金型のキャビテイに、コア層用発泡溶融樹脂
を射出するコア層用発泡溶融樹脂射出工程とから、表面
に未発泡の所定厚さのスキン層を有し、内部に微細なセ
ルを有する発泡体を得る、サンドイッチ発泡体の製造方
法。
【請求項２】加熱シリンダバレルと該加熱シリンダバ
レル内に回転方向と軸方向とに駆動可能に設けられてい
るスクリュとからなる主射出ユニットと、同様に加熱シ
リンダバレルと該加熱シリンダバレル内に回転方向と軸
方向に駆動可能に設けられているスクリュとからなる副
射出ユニットとを使用して、前記副射出ユニットにより材料を可塑化すると共に超臨
界状態の不活性ガスを注入、溶解、浸透させてコア層用
発泡溶融樹脂を得て、これを前記主射出ユニットに背圧
をかけながら蓄え前記主射出ユニットのスクリュを比較
的低速で回転駆動して溶融樹脂中に溶解された超臨界状
態の不活性ガスの浸透、拡散を促進させるコア層用発泡
溶融樹脂製造工程と、その後前記副射出ユニットにより材料を可塑化してスキ
ン層用溶融樹脂を計量するスキン層用溶融樹脂製造工程
と、前記副射出ユニットによりスキン層用溶融樹脂を金型の
キャビテイに射出するスキン層用溶融樹脂射出工程と、前記主射出ユニットにより、スキン層用溶融樹脂が射出
されている金型のキャビテイに、コア層用発泡溶融樹脂
を射出するコア層用発泡溶融樹脂射出工程とから、表面
に未発泡の所定厚さのスキン層を有し、内部に微細なセ
ルを有する発泡体を得る、サンドイッチ発泡体の製造方
法。
【請求項３】請求項１または２に記載のコア層用発泡
溶融樹脂射出工程の終了後に副射出ユニットにより二次
のスキン層用溶融樹脂を射出する、サンドイッチ発泡体
の製造方法。
【請求項４】請求項１〜３のいずれかの項に記載の超
臨界状態の不活性ガスが、二酸化炭素の流体である、サ
ンドイッチ発泡体の製造方法。
【請求項５】請求項１〜４のいずれかの項に記載の金
型のキャビテイに、ガスによるカウンタープレッシャー
をかけておき、副射出ユニットによるスキン層用溶融樹
脂の射出後、もしくは主射出ユニットによるコア層用発
泡溶融樹脂の射出完了直前にカウンタープレッシャーを
開放する、サンドイッチ発泡体の製造方法。
【請求項６】請求項５に記載のガスが不活性ガスであ
り、そのプレッシャーは超臨界圧力以上である、サンド
イッチ発泡体の製造方法。
【請求項７】請求項５に記載のガスがエアーであり、
そのプレッシャーは３．０ＭＰａ以下である、サンドイ
ッチ発泡体の製造方法。
【請求項８】請求項１〜４のいずれかの項に記載の金
型の型開き動作を、副射出ユニットによるスキン層用溶
融樹脂の射出後、もしくは主射出ユニットによるコア層
用発泡溶融樹脂の射出動作に追従して、得られる成形品
の厚さに相当する所定位置で型開き動作を停止する、サ
ンドイッチ発泡体の製造方法。
【請求項９】加熱シリンダバレルと該加熱シリンダバレ
ル内に回転方向と軸方向とに駆動可能に設けられている
スクリュとからなる主射出ユニットと、同様に加熱シリ
ンダバレルと該加熱シリンダバレル内に回転方向と軸方
向に駆動可能に設けられているスクリュとからなる副射
出ユニットと、成形品を得るためのキャビテイが形成さ
れている金型と、不活性ガス供給装置とからなり、前記副射出ユニットには、前記不活性ガス供給装置で得
られる超臨界状態の不活性ガスが供給され、それによっ
てコア層用発泡溶融樹脂が製造された後、スキン層用溶
融樹脂が製造され、前記副射出ユニットにより製造され
るコア層用発泡溶融樹脂は、前記主射出ユニットから前
記金型のキャビテイに射出されるようになっていること
を特徴とする、サンドイッチ発泡体の製造装置。
【請求項１０】請求項９に記載の金型には、そのキャ
ビテイにカウンタープレッシャーをかけるカウンタープ
レッシャー付加装置が設けられている、サンドイッチ発
泡体の製造装置。
【請求項１１】請求項９または１０に記載の主射出ユ
ニットのスクリュの先端部には、複数本のピン状の突起
物が設けられている、サンドイッチ発泡体の製造装置。