JP2001341186A

JP2001341186A - 発泡体の押出し成形方法および押出し成形装置

Info

Publication number: JP2001341186A
Application number: JP2000161922A
Authority: JP
Inventors: Toru Emi; 亨江見; Mitsuaki Yamachika; 光昭山近; Hideo Oyabu; 英雄大藪
Original assignee: Japan Steel Works Ltd
Current assignee: Japan Steel Works Ltd
Priority date: 2000-05-31
Filing date: 2000-05-31
Publication date: 2001-12-11
Anticipated expiration: 2020-05-31
Also published as: JP3577260B2

Abstract

(57)【要約】【課題】二酸化炭素流体の注入部からダイスまでの発泡
を抑え、品質の高い微細な発泡体を連続的に得ることが
できる発泡体の成形方法を提供する。【解決手段】シリンダバレル（２）と、該シリンダバ
レル内に回転駆動可能に設けられているスクリュー
（６）とからなる押出機（１）により樹脂材料を溶融す
ると共に、溶融樹脂中に超臨界状態の二酸化炭素流体を
注入し、注入された超臨界状態の流体が溶解され拡散、
浸透した発泡材料をギヤーポンプ（３０）で昇圧してダ
イス（３５）から大気中へ押し出して発泡体を得ると
き、ギヤーポンプ（３０）の吐出側（３３）の発泡材料
の圧力および温度を臨界状態以上に保つと共に、不活性
流体の注入部（４）からギヤーポンプ（３０）の吸込側
に至る部分も臨界状態以上に保って成形する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シリンダバレル
と、該シリンダバレル内に回転駆動可能に設けられてい
るスクリューとからなる押出機により樹脂材料を溶融す
ると共に、溶融樹脂中に圧力、温度において超臨界状態
の二酸化炭素、窒素等の不活性流体を注入し、注入され
た超臨界状態の流体が溶解され拡散、浸透した発泡材料
をギヤーポンプで加圧してダイスから大気中へ押し出し
て発泡体を得る、発泡体の押出し成形方法およびこの方
法の実施に使用される押出し成形装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】押出機を使用した熱可塑性樹脂製の発泡
体の製造方法あるいは製造装置は、例えば特許第２６２
５５７６号公報、特開平１１−１４７９４３号公報等に
より多数提案されている。上記特許第２６２５５７６号
公報に開示されている発泡体の製造装置は、図２の
（イ）に示されているように、概略的には押出バレル７
０、この押出バレル７０の先端部に設けられているシー
トダイ７４、シートダイ７４から押し出されるシート状
発泡材料が受け入れられる圧力チャンバー７５、圧力チ
ャンバー７５から送られる発泡材料を発泡させるアニー
リングチャンバー７６等からなっている。したがって、
押出バレル７０内の二軸混練スクリュー７１、７１を回
転駆動して、ホッパ７２から樹脂材料を押出バレル７０
に供給すると、樹脂材料は先方へ送られる過程で、従来
周知のようにして溶融される。このとき、二酸化炭素供
給装置７３から超臨界状態の二酸化炭素流体を押出バレ
ル７０に供給すると、二酸化炭素流体は溶融樹脂中に飽
和され、そしてシートダイ７４から圧力チャンバー７５
に導入される。この圧力チャンバー７５は、押出バレル
７０の圧力よりも低く制御されており、このこの圧力チ
ャンバー７５内で気泡核が形成される。次いで、チルド
ローラ７７によりアニーリングチャンバー７６に移送さ
れて発泡する。これにより、シート状の発泡体が得られ
る。

【０００３】一方、上記特開平１１−１４７９４３号公
報には、押出機の先方にギヤーポンプを備えた発泡体の
製造装置が開示されている。この製造装置は、図２の
（ロ）に示されているように押出機８０、ギヤーポンプ
８３、ミキサー８４、ダイ８５等からなっている。した
がって、ホッパー８６から樹脂材料をシリンダバレル８
１に供給する共に、スクリュー８２を回転駆動すると、
樹脂材料は溶融する。定量注入ポンプ８７から超臨界状
態の二酸化炭素流体を注入すると、二酸化炭素流体が注
入された溶融樹脂はギヤーポンプ８３により加圧されて
ミキサー８４に送られる。このミキサー８４において、
二酸化炭素流体が溶融樹脂中に分散されて発泡材料とな
り、そしてダイ８５から大気中に押し出され、発泡す
る。

【０００４】また、図３に示されているような押出機か
らなる発泡体の押出成形装置も知られている。この押出
成形装置は、シリンダバレル９０と、このシリンダバレ
ル９０内に回転駆動されるように設けられているスクリ
ュー９１とからなり、シリンダバレル９０の先端部には
ダイ９２が設けられている。スクリュー９１は、樹脂材
料供給口９３が設けられている部分は深溝９４から構成
され、その下流側は一様の浅溝から構成されている。そ
して、二酸化炭素流体を溶融樹脂中に注入するための流
体注入口９５は、浅溝の部分に開口している。したがっ
て、駆動装置９７によりスクリューを回転駆動し、樹脂
材料供給口９３から樹脂材料を供給すると、樹脂材料は
溶融しながら浅溝部へ送られる。そこで、流体注入口９
５から超臨界状態の二酸化炭素流体を注入すると、溶融
樹脂は二酸化炭素流体が溶融、拡散されて発泡材料とな
り、そしてダイ８５から大気中に押し出され、発泡す
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来の
押出機を使用した発泡体の製造装置によっても発泡体を
製造することはできるし、特に連続的に製造できる利点
はある。しかしながら、問題点もある。例えば、図２の
（イ）に示されている製造装置は、シリンダバレル７０
内の溶融樹脂の圧力あるいは二酸化炭素流体の注入口か
らダイ７４までの圧力管理が行われていないので、ダイ
７４に達する前に発泡を開始する恐れがある。すなわ
ち、二酸化炭素流体が注入された発泡材料は、超臨界圧
力および温度以上例えば二酸化炭素の場合は臨界圧力
７．３８ＭＰａ、臨界温度３１．１℃以上に保つ必要が
あるが、注入部分の圧力は超臨界圧力以上になっていて
も、スクリュー７１、７１の形状、構造から見て、圧力
が高くなるとホッパ７２の方へ逆流することが予想され
る。逆流すると、臨界圧力以上に保持されないことにな
る。圧力が臨界圧力以下に下がると、二酸化炭素流体は
ガス状態へと状態が変化し、充分に溶融樹脂中に溶解さ
れない状態で局部的な発泡が始まり、気泡がはじけてガ
ス状となりダイスから逃げて発泡の少ない成形品とな
る。さらには、不活性流体の注入圧力あるいはシリンダ
バレル７０内の溶融樹脂の圧力により、注入された超臨
界流体の溶融樹脂への溶解量は変化し、これが発泡体の
発泡倍率、発泡を構成するセル径等に影響を及ぼすが、
上記した従来の押出機は構造から見てシリンダバレル７
０内の圧力を管理することは困難と思われ、所望の品質
の発泡体が得られないことが予想される。

【０００６】上記のようなことは、図２の（ロ）に示さ
れている従来の製造装置についても言える。特に、この
製造装置はシリンダバレル８１の下流端にギヤーポンプ
８３が設けられているので、このギヤーポンプ８３によ
り加圧してダイ８５に供給できる利点はあるが、ギヤー
ポンプ８３が設けられているので、ギヤーポンプ８３の
吸込側の溶融樹脂の圧力すなわちシリンダバレル８１内
の溶融樹脂の圧力は下がり、超臨界圧力以下になってい
ることが予想される。このことは、ギヤーポンプ８３の
下流側のミキサー８４において、ギヤーポンプ８３によ
り加圧されて超臨界圧力となり、そして二酸化炭素流体
が溶解、混合されていると推量されることからも予想さ
れる。さらには、特開平１１−１４７９４３号公報の
「第２段の推進機構（ギヤーポンプ８３）以降における
溶融樹脂圧力を１０ＭＰａ以上の加圧下に保持すること
が望ましい。」の記載からみて、１段目すなわちシリン
ダバレル８１内の溶融樹脂の圧力は、第２段の推進機構
により加圧される以前の樹脂圧力であるので、超臨界圧
力よりも低いことからも予想される。このように、シリ
ンダバレル８１内の溶融樹脂の圧力が臨界圧力よりも低
いと、上記したような超臨界状態が維持されない問題が
生じる。

【０００７】また、図３に示されている押出成形装置に
よっても発泡体を製造することはできるが、スクリュー
９１の溝が浅い圧縮部において二酸化炭素流体が注入さ
れるようになっているので、スクリュー９１の溝間の容
積が小さく、局部的な圧力降下が発生し、ダイ９２から
押し出される前に発泡する恐れがある。また、注入圧力
あるいはシリンダバレル９０内の溶融樹脂の圧力によ
り、注入された超臨界流体の溶融樹脂への溶解量は変化
し、これが発泡体の発泡倍率、発泡を構成するセル径等
に影響を及ぼすが、本押出成形装置も構造から見てシリ
ンダバレル９０内の圧力を管理することは困難と思わ
れ、所望の品質の発泡体が得られないことが予想され
る。本発明は、このような問題点を解決した発泡体の押
出し成形方法および押出し成形装置を提供することを目
的とし、具体的には不活性流体の注入口からダイスまで
の発泡を抑え、発泡程度の調整ができ、品質の高い微細
な発泡体を連続的に得ることができる発泡体の押出し成
形方法およびこの成形方法の実施に使用される押出し成
形装置を提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の上記目的は、押
出機の先端部とダイスとの間にギヤーポンプを設けると
共に、ギヤーポンプの吸込側と吐出側の発泡材料の圧力
および温度を超臨界状態以上に保って成形することによ
り、望ましくは吸込側すなわち超臨界流体の注入部から
ギヤーポンプの吸込口までの発泡材料の圧力および温度
を超臨界状態以上に保と共に、吐出側の発泡材料の圧力
および温度をこれ以上超臨界状態に保って成形すること
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、シリンダバレルと、該
シリンダバレル内に回転駆動可能に設けられているスク
リューとからなる押出機により樹脂材料を溶融すると共
に、又は、他押出機から溶融体をフイードして、溶融樹
脂中に超臨界状態の二酸化炭素、窒素等の不活性流体を
注入し、注入された超臨界状態の流体が溶解され拡散、
浸透した発泡材料をギヤーポンプで加圧してダイスから
大気中へ押し出して発泡体を得るとき、前記ギヤーポン
プの吐出側の発泡材料を超臨界状態以上に保つと共に、
超臨界状態の二酸化炭素、窒素等の不活性流体の注入部
から前記ギヤーポンプの吸込側に至る部分も超臨界状態
以上に保つように構成される。請求項２に記載の発明
は、請求項１に記載の不活性流体が二酸化炭素流体であ
るように、請求項３に記載の発明は、請求項１または２
に記載の、超臨界状態の二酸化炭素、窒素等の不活性流
体の注入部から前記ギヤーポンプの吸込側に至る部分の
発泡材料の圧力が臨界圧力以上で、ギヤーポンプの吐出
側の発泡材料の圧力も臨界圧力以上であるように、そし
て請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の吸込側の
発泡材料の圧力が１０ＭＰａ以上で、吐出側の発泡材料
の圧力が２０ＭＰａ以上であるように構成される。請求
項５に記載の発明は、シリンダバレルと、該シリンダバ
レル内で回転駆動されるスクリューと、樹脂材料を前記
シリンダバレルに供給する材料供給装置と、発泡剤であ
る不活性流体を前記シリンダバレルに供給する不活性流
体供給装置と、溶融樹脂に不活性流体が溶解され、拡
散、浸透した発泡材料を大気中へ押し出すダイスとから
なり、前記シリンダバレルの先端部と前記ダイスとの間
には、発泡材料を加圧するギヤーポンプが介装されてい
ると共に、前記材料供給装置、前記スクリュー、前記ギ
ヤーポンプ等は、前記シリンダバレルの不活性流体の注
入部から前記ギヤーポンプの吸込側に至る部分の発泡材
料の圧力と、前記ギヤーポンプの吐出側における発泡材
料の圧力とが共に臨界圧力以上に保たれるように、関連
して制御されるように構成される。請求項６に記載の発
明は、シリンダバレルと、該シリンダバレル内で回転駆
動されるスクリューと、樹脂材料を前記シリンダバレル
に供給する材料供給装置と、発泡剤である不活性流体を
前記シリンダバレルに供給する不活性流体供給装置と、
溶融樹脂に不活性流体が溶解され、拡散、浸透した発泡
材料を大気中へ押し出すダイスとからなり、前記シリン
ダバレルの先端部と前記ダイスとの間には、発泡材料を
加圧するギヤーポンプが介装されていると共に、前記ス
クリューは、単軸で、材料供給装置に対応した位置の下
流部が可塑化・溶融部で、そのさらに下流部がシール
部、ついで不活性流体が溶融樹脂に溶解、拡散、浸透す
る不活性流体の溶解・拡散・浸透部となり、不活性流体
の注入部は前記不活性流体の溶解・拡散・浸透部に対応
した位置の上流側に選定されているように構成される。
請求項７に記載の発明は、シリンダバレルと、該シリン
ダバレル内で回転駆動されるスクリューと、樹脂材料を
前記シリンダバレルに供給する材料供給装置と、発泡剤
である不活性流体を前記シリンダバレルに供給する不活
性流体供給装置と、溶融樹脂に不活性流体が溶解され、
拡散、浸透した発泡材料を大気中へ押し出すダイスとか
らなり、前記シリンダバレルの先端部と前記ダイスとの
間には、発泡材料を加圧するギヤーポンプが介装されて
いると共に、前記スクリューは、単軸のフルフライトス
クリューで、材料供給装置に対応した位置の下流部が可
塑化・溶融部で、そのさらに下流部がシール部および不
活性流体が溶融樹脂に溶解、拡散、浸透する不活性流体
の溶解・拡散・浸透部となり、不活性流体の注入部は前
記不活性流体の溶解・拡散・浸透部に対応した位置の上
流側に選定され、前記スクリューのシール部のスクリュ
ー溝は浅く、前記不活性流体の溶解・拡散・浸透部のス
クリュー溝は深くなるように構成され、請求項８に記載
の発明は、請求項６または７に記載の不活性流体の注入
部は、不活性流体の溶解・拡散・浸透部の上流側に位置
し、前記不活性流体の溶解・拡散・浸透部のスクリュー
のフライトは、混練機能を持ったピンもしくは切欠フラ
イトであるように構成される。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、図１によって本発明の実施
の形態を説明する。本実施の形態の形態に係わる発泡体
の押出し成形装置は、概略的には、押出機本体１、この
押出機本体１のスクリューを回転駆動するスクリュー駆
動装置１０、樹脂材料を押出機本体１に供給する材料供
給装置２０、押出機本体１の下流側に設けられているギ
ヤーポンプ３０、さらにその下流先端部に選択的に取り
付けられるダイス３５、二酸化炭素ガス等の不活性ガス
を超臨界状態の流体に加圧、加温する超臨界流体発生装
置４０、図に示されていない制御装置等からなってい
る。

【００１０】押出機本体１のシリンダバレル２は、軸方
向に所定長さを有し、その上流側すなわち図１において
左側に寄った位置においてシリンダバレル２の外部から
内部に達する樹脂材料供給孔３が開けられている。ま
た、下流側に寄った位置に超臨界状態の不活性流体を供
給するための流体供給孔４が、そして最下流端に溶融樹
脂あるいは発泡材料の圧力を計測するための圧力検出孔
５がそれぞれ明けられている。なお、図１には示されて
いないが、シリンダバレル２、ギヤーポンプ３０のケー
シング３２および吐出管３３の外周部には個々に発熱温
度が設定される複数個のヒータが設けられている。

【００１１】シリンダバレル２内に回転駆動可能に設け
られているスクリュー６は、シリンダバレル２に対応し
た長さで、上流側が可塑化・溶融部Ｋ、その下流側がシ
ール部Ｓ、最下流側が不活性流体の溶解・拡散・浸透部
Ｙとなっている。そして、本実施の形態によると、スク
リュー６のフライト７はフルフライト形状で、可塑化溶
融部Ｋに対応した部分は、スクリュー軸が中央部分より
も細くなってスクリュー溝８は深くなっている。また、
不活性流体の溶解・拡散・浸透部Ｙもスクリュー軸が細
くなって深いスクリュー溝８になっている。これに対
し、シール部Ｓは他の部分よりも太くなってスクリュー
溝８’は浅くなっている。このように、可塑化・溶融部
Ｋと不活性流体の溶解・拡散・浸透部Ｙのスクリュー溝
８、８は深くなっているので、これらの部分Ｋ、Ｙ内の
圧力は、スクリュー溝８’が浅いシール部Ｓよりも低く
なり、樹脂材料および超臨界状態の不活性流体は比較的
供給し易くなっている。これを利用して、可塑化・溶融
部Ｋに対応した位置の上流側に前述した樹脂材料供給孔
３が、不活性流体が溶融樹脂中に溶解され、拡散、浸透
する不活性流体の溶解・拡散・浸透部Ｙに対応した位置
の上流側に流体供給孔４がそれぞれ明けられている。ま
た、浅いスクリュー溝８’は、可塑化中に溶融樹脂で充
満されることになる。これにより、溶融樹脂あるいは注
入された二酸化炭素流体が材料供給孔３の方へ逆流する
ことが防止される。

【００１２】シリンダバレル２の後端部に設けられてい
るスクリュー駆動装置１０は、電動モータ１１、減速機
構１２等からなり、減速機構１２の出力軸１３がスクリ
ュー６の後端部に機械的に接続されている。なお、この
電動モータ１１は、詳しくは後述するように、材料供給
装置２０から供給される樹脂材料の供給量、ギヤーポン
プ３０の能力、ダイス３５の大きさ、形状、温度等に関
連して、制御装置によりその回転速度が制御される。

【００１３】材料供給装置２０は、機械的定量供給装置
すなわちスクリューフイーダ２１を備えている。このス
クリューフイーダ２１は、従来周知のように、シリンダ
２２と、このシリンダ２２内で電動モータ２３により回
転駆動されるスクリュー２４とからなっている。そし
て、シリンダ２２の下流端部に材料供給管２５が接続さ
れ、この供給管２５の下端部が、前述したシリンダバレ
ル２の材料供給孔３に挿入された状態で取り付けられて
いる。シリンダ２２の上流側に寄った位置には、ホッパ
２６の供給管２７の下端部が開口している。なお、この
電動モータ２３も、前述したスクリュー６を回転駆動す
る電動モータ１１の回転速度、ギヤーポンプ３０の能
力、ダイス３５の大きさ、形状、温度等に関連して制御
装置によりその回転速度が制御される。

【００１４】ギヤーポンプ３０は、従来周知のように、
一対の歯車３１、３１からなり、アダプタを兼ねたその
ケーシング３２がシリンダバレル２の後端部に接続され
ている。ダイス３５には、大きさ、形状等が異なる複数
個のダイスが用意され、そしてギヤーポンプ３０の吐出
側の吐出管３３に選択して取り付けられるようになって
いる。ギヤーポンプ３０の吐出管３３には、第２の圧力
センサＳ２が取り付けられ、この第２の圧力センサＳ２
で計測される発泡材料の圧力値は、制御装置に入力され
るようになっている。また、ギヤーポンプ３０の吸込側
の発泡材料の圧力値は、圧力検出孔５に取り付けられて
いる第１の圧力センサＳ１で計測され、そして制御装置
に同様に入力されるようになっている。なお、一対の歯
車３１、３１を回転駆動する電動モータは、図１には示
されていないが、この電動モータの回転速度すなわち一
対の歯車３１、３１の回転速度も制御装置により制御さ
れる。

【００１５】超臨界流体発生装置４０は、二酸化炭素ガ
ス、窒素ガス等の不活性ガスを超臨界状態以上、例えば
二酸化炭素ガスの場合は臨界圧力７．３８ＭＰａ以上の
圧力に加圧する加圧ポンプ、超臨界温度以上例えば二酸
化炭素ガスの場合は３１．１℃以上に加熱するヒータ、
圧力制御弁等からなっている。そして、超臨界流体発生
装置４０で得られる超臨界状態の不活性流体は、電磁弁
４２が介装されている流体供給管４１により、シリンダ
バレル２の流体供給孔４からシリンダバレル２内に供給
されるようになっている。

【００１６】本実施の形態によると、押出し成形装置は
制御装置も備えている。この制御装置には、第１、２の
圧力センサＳ１、Ｓ２で計測される発泡材料の圧力値が
入力され、そして第１の圧力センサＳ１により計測され
る圧力値が臨界圧力以上に維持され、第２の圧力センサ
Ｓ２で計測される圧力値は、これよりも高い圧力に維持
されるように、樹脂材料の供給量、スクリュー６、ギヤ
ーポンプ３０等の回転速度等が関連して制御される。こ
のために、制御装置は演算機能を備え、材料供給装置２
０の電動モータ２３、スクリュー６を駆動する電動モー
タ１１、ギヤーポンプ３１を回転駆動する電動モータ等
の回転速度が、ダイス３５の口径、形状、温度等に応じ
て制御される。また、この制御装置に、設定器によりシ
リンダバレル２、ギヤーポンプ３０のケーシング３２お
よび吐出管３３の外周部に設けられている複数個のヒー
タの発熱温度を設定すると、例えばフイードバック制御
により、シリンダバレル２、ケーシング３２および吐出
管３３の内部は設定温度に維持される。さらには、制御
装置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、温度の上下
限値等を設定することもできる。

【００１７】次に、上記発泡体の押出し成形装置を使用
した発泡体の成形例について説明する。ホッパ２６に例
えばフレーク状のポリエチレンテレフタレートと高活性
触媒とからなる樹脂材料を入れる。制御装置に付属して
いる設定器により、ギヤーポンプ３０の吸込側の圧力値
が例えば１０ＭＰａと吐出側の圧力値が例えば２０ＭＰ
ａとなるように、樹脂材料の供給量、スクリュー６の回
転数およびギヤーポンプ３０の回転数を設定する。ま
た、シリンダバレル２、ギヤーポンプ３０のケーシング
３２および吐出管３３の外周部に設けられている複数個
のヒータの発熱温度を設定する。さらには、不活性ガス
の圧力の上下限値、温度の上下限値等を設定する。ま
た、適当な口径、形状のダイス３５を取り付ける。

【００１８】そうして、スクリュー駆動装置１０の電動
モータ１１、材料供給装置２０の電動モータ２３および
ギヤーポンプ３０の電動モータを起動する。そうする
と、ホッパ２６から供給される樹脂材料は、スクリュ２
４の回転作用でシリンダバレル２へ所定量宛供給され
る。スクリュー駆動装置１０の電動モータ１１によりス
クリュー６が回転駆動され、供給された樹脂材料は先方
へ送られる過程で、従来周知のように外部から加えられ
る熱と、スクリュー６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、主として可塑化・溶融部Ｋ
において溶融され、そしてシール部Ｓを経て不活性流体
が溶解、拡散、浸透する不活性流体の溶解・拡散・浸透
部Ｙへと送られる。溶解・拡散・浸透部Ｙにおいて、超
臨界流体発生装置４０から超臨界状態の例えば二酸化炭
素流体が注入される。注入された二酸化炭素流体は、不
活性流体の溶解・拡散・浸透部Ｙにおいて、溶融樹脂中
に溶解され、拡散、浸透して発泡材料となる。このと
き、ギヤーポンプ３０の上流側における発泡を抑えると
共に、不活性流体の溶解・拡散・浸透部Ｙにおける滞留
時間を長くして、不活性流体の溶解、拡散、浸透を促進
させる。そして、ギヤーポンプ３０により加圧されてダ
イス３５から大気中へ押し出されて発泡する。これによ
り、ダイス３５の大きさ、形状に合った発泡体が得られ
る。

【００１９】上記のようにして発泡体を得ているとき
に、ギヤーポンプ３０の吸込側の圧力値すなわち不活性
流体の流体供給孔４からギヤーポンプ３０までの圧力値
と吐出側の圧力値は、それぞれ１０ＭＰａと２０ＭＰａ
に維持されるように制御されるが、初めに吐出側の圧力
値２０ＭＰａから先に制御される。すなわち、吐出側の
検出圧力値が２０ＭＰａになるようにギヤーポンプ３０
の回転速度が制御装置により、まず制御される。次い
で、吐出側の検出圧力値を２０ＭＰａに保って、ギヤー
ポンプ３０の吸込側の圧力値が１０ＭＰａになるよう
に、樹脂材料の供給量および押出機本体１のスクリュー
６の回転速度が制御される。これにより、ギヤーポンプ
３０の吸込側の圧力値が１０ＭＰａに保たれる。

【００２０】ところで、本実施の形態によると、主とし
て可塑化・溶融部Ｋで溶融されたれた溶融樹脂は、不活
性流体の溶解・拡散・浸透部Ｙへと送られるが、このと
きスクリュー溝８’の浅いシール部Ｓを経て送られるの
で、溶融樹脂はシール部Ｓで圧縮される。これにより、
注入される二酸化炭素流体が可塑化・溶融部Ｋの方へ逆
流す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。したがって、シリンダバレル２の流体供給
孔４からギヤーポンプ３０の吸込側までの圧力値が１０
ＭＰａに保たれることになる。また、不活性流体の溶解
・拡散・浸透部Ｙのスクリュー溝８は深くなって昇圧能
力が低いので、不活性流体が入り易く昇圧能力を抑え、
急激な圧力変化を防止することができ、この溶解・拡散
・浸透部Ｙはシリンダバレル２内での発泡を抑えると共
に滞留時間を長くし一層の浸透が図れるチャンバーの役
割もしている。

【００２１】本発明は、色々な形で実施できる。例え
ば、上記実施の形態では、スクリュー６のシール部Ｓ
は、スクリュー溝８’が浅くなってシール作用を奏する
ようになっているが、フライト７、７間のピッチを小さ
くしても、あるいはフライトの幅を厚くしても実施でき
ることは明らかである。さらには、スクリュー溝８’を
浅くすると共に、ピッチを小さくしても実施できる。ま
た、可塑化・溶融部Ｋと、不活性流体が溶解、拡散、浸
透する不活性流体の溶解・拡散・浸透部Ｙのスクリュー
溝８は、深くなってフライト７、７間の容積は大きくな
っているが、スクリュー溝８を深くする代わりに、フラ
イト７の幅を狭くしてフライト７、７間の容積を大きく
することもできる。さらには、フライト７のピッチを広
げ、フライト７、７間の容積を大きくすることも、また
スクリュ溝８を深くすると共にフライト７の幅を狭く
し、ピッチを広げることができることも明らかである。
また、不活性流体の溶解・拡散・浸透部Ｙにおけるフラ
イト７は、混練作用を持たせるためにピンもしくは切欠
フライトで実施できることも明らかである。さらには、
電動モータに代えて油圧回転モータでも実施できる。ま
た、上記実施の形態では、押出機は単軸押出機からなっ
ているが、シール部の形状を工夫すれば、例えばフライ
トのピッチ、幅を変更すれば二軸押機でも実施できるこ
とも明らかである。なお、図１に示されている実施の形
態では、樹脂材料が直接シリンダバレル２に供給される
ようになっているが、図に示されていない他の押出機で
予め溶融した溶融樹脂をシール部Ｓの上流側に供給する
ように実施することもできる。

【００２２】以下、本発明の実施例および比較例を説明
する。また、実施例および比較例にける製造条件および
その評価を表１に示す。なお、評価は従来周知の方法に
より、例えば電子顕微鏡による断面写真等により行っ
た。主な製造条件は下記の通りである。テスト機：株式会社日本製鋼所製のＰ５０−３２ＡＢ型
の単軸押出機で、スクリュー径Ｄが５０ｍｍ、有効長さ
Ｌとの比Ｌ／Ｄは３２。なお、スクリューは図１に示さ
れているように浅いスクリュー溝を有する本発明のもの
と、スクリュー溝が一様な従来のものとを組み替えてテ
ストした。樹脂材料：ポリエチレンテレフタレートのフレークのリ
サイクル材。なお、リサイクル材ではあるが、改質した
ので物理的にバージン材に近かった。発泡剤：二酸化炭素供給量：１５ｋｇ／ｈ押出機のスクリュー回転数：３０ｒｐｍギヤーポンプの回転数：２６ｒｐｍシリンダバレルの可塑化・溶融部の設定温度（表１にお
けるＴ１）：２６３℃ シリンダバレルの溶解・拡散・浸透部の設定温度（同じ
Ｔ２）：２６８℃ ギヤーポンプ吸入部の設定温度（同じＴ４）：２６６℃ ギヤーポンプ吐出部の設定温度（同じＴ５）：２６８℃ ダイスの設定温度（同じＴ６）：２７８℃ なお、テストの経過により、ギヤーポンプの回転数、シ
リンダバレルおよびダイスの設定温度は多少変更した。
また、ダイスの先端に冷却およびアニーリングローラを
設け、表面にスキン層を持たせ深部の発泡が表面に出る
のを抑えた。

【００２３】実施例１：スクリューにはシール部に浅い
スクリュー溝を有し溶解・拡散・浸透部が深溝の本願発
明と同様なスクリューを使用した。ギヤーポンプの吸込
側と吐出側の樹脂圧力は同圧の７．５ＭＰａに設定し
た。二酸化炭素の注入圧力も７．５ＭＰａにし、温度は
常温に近い２０℃とした。結果：写真観察の結果、発泡状態は不良で、セル径は５
０〜１００μｍで、セルが疎らに有る程度であった。理
由としては、二酸化炭素の注入時に超臨界状態（臨界圧
力７．３８ＭＰａ、臨界温度３１．１℃）に達しなかっ
ので、液体の状態で注入され、シリンダバレルの下流側
領域において溶解、拡散が始まり、十分な浸透に至らな
かったからと推量される。設定圧力および温度が低いの
で、シール部に浅いスクリュー溝を有するスクリューを
使用した効果は認められなかった。

【００２４】比較例１：スクリューには、可塑化・溶融
部は深溝で、シール部以降が浅溝のスクリュー溝を有す
る従来形のスクリューを使用した。他は実施例１と同様
な同じ条件でテストした。実施例１と同様な理由によ
り、発泡状態は不良であった。

【００２５】比較例２：比較例１のスクリューを使用し
て、二酸化炭素を３５℃に加熱した。他は比較例１と同
じ条件でテストした。二酸化炭素を３５℃に加熱したの
で、二酸化炭素ガスは液体（流体）となって注入され、
写真観察の結果セル径も５０〜７０μｍ程度となり、成
形体の略全域に発泡が行き渡ったが、微細な発泡ではな
かった。

【００２６】比較例３：比較例１のスクリューを使用し
てギヤーポンプの吸込側と吐出側の樹脂圧力は同圧の
７．５ＭＰａに設定した。他は比較例１と同じであっ
た。セル径は比較例１の径よりも小さかったが、セル密
度は小さく、良い発泡は得られなかった。良い発泡は得
られなかった理由は、二酸化炭素の加熱温度が超臨界温
度に達していないので、液体状態で注入され、そして液
体から加熱され気体となった二酸化炭素ガスがホッパの
方へバックフローした結果と考えられる。なお、シリン
ダバレルの温度を１０℃程度下げたが、シリンダバレル
の内部圧力は、設定の１０ＭＰａには達しなかった。

【００２７】比較例４：比較例１のスクリューを使用し
て二酸化炭素の加熱温度を３５℃とし、他は比較例３と
同じ条件でテストした。二酸化炭素は、超臨界状態の流
体となって注入されたので、二酸化炭素は溶融樹脂中に
拡散、浸透し成形体全域に発泡が観察されたが、ギヤポ
ンプの吸込側の圧力が１０ＭＰａに達しなかったので、
微細な発泡は得られなかった。また、この状態でギヤー
ポンプの吐出側の圧力を１４ＭＰａにしたが、加圧した
効果はなかった。

【００２８】実施例２：実施例１のスクリューを使用し
て二酸化炭素の圧力を１０ＭＰａ、加熱温度を３５℃と
し、ギヤーポンプの吸込側までの溶融樹脂の圧力を１０
ＭＰａになるように調整した。他は実施例１と同じ条件
でテストした。発泡セル径が３０μｍ程度で成形体の全
域で発泡していることが、写真観察された。このような
良好な発泡体が得られた理由は、スクリューにスクリュ
ー溝が浅いシール部があり、シリンダバレル内の樹脂圧
力を容易に１０ＭＰａ近傍に調整でき、また注入された
超臨界状態の二酸化炭素流体がホッパの方へ逆流するこ
とが防止され、注入口近傍から即溶解し、急激に拡散、
浸透したためと考えられる。

【００２９】実施例３：二酸化炭素流体の注入圧力と、
シリンダバレルの内部圧力とを１１ＭＰａに変更し、他
は実施例２と同じ条件でテストした。セルが発泡体の周
囲にも充分行き渡っていることが観察された。

【００３０】実施例４：ギヤーポンプの吐出側の圧力を
２０ＭＰａに加圧するように調整し、他は実施例２と同
じ条件でテストした。なお、ギヤーポンプの吐出側の圧
力は、本明細書でも述べられているように、樹脂材料の
供給量、ギヤーポンプの回転数、ダイスの開口面積、ダ
イスの温度等に影響されるので、本テストではダイスの
開口面積を加減して、ギヤーポンプの吐出側の圧力が２
０ＭＰａになるように調整した。その結果、写真観察か
ら発泡状況が格段に向上したことが判明した。発泡セル
径は２０〜３０μｍの均質な発泡成形体であった。セル
密度も大きくなった。

【００３１】実施例５：実施例４の条件から、二酸化炭
素の注入圧力を１２ＭＰａに、加熱温度を４５℃に、ガ
ス注入口からギヤーポンプの吸入口までの樹脂圧力を１
２ＭＰａに、そしてギヤーポンプの吐出側の圧力を２５
ＭＰａに調整して、テストした。得られた発泡体の発泡
セル径は、さらに小さく１５〜２０μｍで、１・１０ ^８
個／ｃｍ^３程度のセル密度をもった均質で、重量も無発
泡のものに比較して１／８程度の軽量なものであった。

【００３２】上記実施例の結果から、二酸化炭素を超臨
界状態の流体で注入し、注入した二酸化炭素流体が溶融
樹脂に溶解され、拡散、浸透される発泡材料の圧力を、
二酸化炭素流体の注入口からギヤーポンプの吸込口まで
を臨界圧力以上、好ましくは１０ＭＰａ以上に保ち、そ
してギヤーポンプにより臨界圧力以上、好ましくは２０
ＭＰａ以上に加圧して、そしてダイスから押し出して急
激に圧力を開放すると、微細なセルを有する発泡体が得
られることが判明した。なお、二酸化炭素の注入状態
が、圧力において臨界圧力以上に加圧した液体の二酸化
炭素を注入しても、シリンダバレル内で直ちに臨界温度
に達して、流体となり、そして溶融樹脂中に溶解され、
拡散、浸透するので、同程度に近い微細なセルを有する
発泡体が得られことが明らかとなった。

【表１】

【００３３】

【発明の効果】以上のように、本発明によると、シリン
ダバレルと、該シリンダバレル内に回転駆動可能に設け
られているスクリューとからなる押出機により樹脂材料
を溶融すると共に、溶融樹脂中に超臨界状態の二酸化炭
素、窒素等の不活性流体を注入し、注入された超臨界状
態の流体が溶解され拡散、浸透した発泡材料をギヤーポ
ンプで加圧してダイスから大気中へ押し出して発泡体を
得るとき、前記ギヤーポンプの吐出側の発泡材料を超臨
界状態以上に保つと共に、超臨界状態の二酸化炭素、窒
素等の不活性流体の注入部から前記ギヤーポンプの吸込
側に至る部分も超臨界状態以上に保つので、ダイスから
押し出されるまで発泡が抑えられる。したがって、本発
明によると、品質の高い微細な発泡体を連続的に得るこ
とができるという本発明に特有な効果が得られる。ま
た、超臨界状態の二酸化炭素、窒素等の不活性流体の注
入部からギヤーポンプの吸込側に至る部分の発泡材料の
圧力が１０ＭＰａ以上で、吐出側の発泡材料の圧力が２
０ＭＰａ以上である発明によると、ダイスから押し出さ
れるとき高い圧力から一気に開放されるので、さらに微
細なセルを有する発泡体が得られる。また、シリンダバ
レルと、該シリンダバレル内で回転駆動されるスクリュ
ーと、樹脂材料を前記シリンダバレルに供給する材料供
給装置と、発泡剤である不活性流体を前記シリンダバレ
ルに供給する不活性流体供給装置と、溶融樹脂に不活性
流体が溶解され、拡散、浸透した発泡材料を大気中へ押
し出すダイスとからなり、前記シリンダバレルの先端部
と前記ダイスとの間には、発泡材料を加圧するギヤーポ
ンプが介装されていると共に、前記スクリューは、単軸
で、材料供給装置に対応した位置の下流部が可塑化・溶
融部で、そのさらに下流部がシール部および不活性流体
が溶融樹脂に溶解、拡散、浸透する不活性流体の溶解・
拡散・浸透部となり、不活性流体の注入部は前記不活性
流体の溶解・拡散・浸透部に対応した位置の上流側に選
定されている発明によると、シール部において発泡材料
および不活性流体が材料供給装置の方へ逆流することが
防止され、シール部から先端部における発泡材料の圧力
を臨界圧力以上に容易に保つことができる。また、逆流
が防止されるので、シール部から先端部における発泡材
料の圧力を容易にコントロールすることができ、ギヤー
ポンプによる加圧作用と相まって、所望の微細なセルを
有する発泡体を成形できる効果も得られる。さらに他の
発明によると、不活性流体の溶解・拡散・浸透部のスク
リュー溝は深くなっているので、不活性流体が入り込み
易く、昇圧能力は抑えられ、急激な圧力変動を防止する
ことで、スクリュー先端部での発泡を抑えると共に、こ
の溶解・拡散・浸透部は、滞留時間を長くして一層の不
活性流体の浸透を促進させるチャンバーの役目もしてい
る。また、昇圧能力が低いので、不活性流体の注入部か
らギヤーポンプまでの圧力を、注入する二酸化炭素流体
の注入圧力でコントロールすることもできる効果も得ら
れる。さらに他の発明によると、不活性流体の注入部
は、不活性流体の溶解・拡散・浸透部の上流側に位置
し、不活性流体の溶解・拡散・浸透部のスクリューのフ
ライトは、混練機能を持ったピンもしくは切欠フライト
であるので、上記効果に加えて二酸化炭素流体の溶解、
拡散、浸透が短時間に行われる効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係わる発泡体の押出し成
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】従来例を示す図で、その（イ）は従来の押出し
成形装置の、そしてその（ロ）は他の従来の押出し成形
装置を一部断面にして示す正面図である。

【図３】さらに他の従来の発泡体の押出し成形装置を一
部断面にして示す正面図である。

【符号の説明】

１押出機本体２シリン
ダバレル６スクリュー８、８’ スクリ
ュー溝１０スクリュー駆動装置１１電動
モータ２０材料供給装置３０ギヤ
ーポンプ３５ダイス４０超臨
界流体発生装置Ｋ可塑化・溶融部Ｓシール
部Ｙ不活性流体の溶解・拡散・浸透部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大藪英雄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） 4F207 AB02 AG20 KA01 KA11 KF01 KF03 KF04 KF12 KL06 KL24

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シリンダバレルと、該シリンダバレル内
に回転駆動可能に設けられているスクリューとからなる
押出機により樹脂材料を溶融すると共に、又は、他押出
機から溶融体をフイードして、溶融樹脂中に超臨界状態
の二酸化炭素、窒素等の不活性流体を注入し、注入され
た超臨界状態の流体が溶解され拡散、浸透した発泡材料
をギヤーポンプで加圧してダイスから大気中へ押し出し
て発泡体を得るとき、前記ギヤーポンプの吐出側の発泡材料を超臨界状態以上
に保つと共に、超臨界状態の二酸化炭素、窒素等の不活
性流体の注入部から前記ギヤーポンプの吸込側に至る部
分も超臨界状態以上に保つことを特徴とする発泡体の押
出し成形方法。
【請求項２】請求項１に記載の不活性流体が二酸化炭素
流体である、発泡体の押出し成形方法。
【請求項３】請求項１または２に記載の、超臨界状態の
二酸化炭素、窒素等の不活性流体の注入部から前記ギヤ
ーポンプの吸込側に至る部分の発泡材料の圧力が臨界圧
力以上で、ギヤーポンプの吐出側の発泡材料の圧力も臨
界圧力以上である、発泡体の押出し成形方法
【請求項４】請求項３に記載の吸込側の発泡材料の圧力
が１０ＭＰａ以上で、吐出側の発泡材料の圧力が２０Ｍ
Ｐａ以上である、発泡体の押出し成形方法。
【請求項５】シリンダバレルと、該シリンダバレル内で
回転駆動されるスクリューと、樹脂材料を前記シリンダ
バレルに供給する材料供給装置と、発泡剤である不活性
流体を前記シリンダバレルに供給する不活性流体供給装
置と、溶融樹脂に不活性流体が溶解され、拡散、浸透し
た発泡材料を大気中へ押し出すダイスとからなり、前記シリンダバレルの先端部と前記ダイスとの間には、
発泡材料を加圧するギヤーポンプが介装されていると共
に、前記材料供給装置、前記スクリュー、前記ギヤーポンプ
等は、前記シリンダバレルの不活性流体の注入部から前
記ギヤーポンプの吸込側に至る部分の発泡材料の圧力
と、前記ギヤーポンプの吐出側における発泡材料の圧力
とが共に臨界圧力以上に保たれるように、関連して制御
されることを特徴とする発泡体の押出し成形装置。
【請求項６】シリンダバレルと、該シリンダバレル内で
回転駆動されるスクリューと、樹脂材料を前記シリンダ
バレルに供給する材料供給装置と、発泡剤である不活性
流体を前記シリンダバレルに供給する不活性流体供給装
置と、溶融樹脂に不活性流体が溶解され、拡散、浸透し
た発泡材料を大気中へ押し出すダイスとからなり、前記シリンダバレルの先端部と前記ダイスとの間には、
発泡材料を加圧するギヤーポンプが介装されていると共
に、前記スクリューは、単軸で、材料供給装置に対応した位
置の下流部が可塑化・溶融部で、そのさらに下流部がシ
ール部、ついで不活性流体が溶融樹脂に溶解、拡散、浸
透する不活性流体の溶解・拡散・浸透部となり、不活性
流体の注入部は前記不活性流体の溶解・拡散・浸透部に
対応した位置の上流側に選定されている発泡体の押出し
成形装置。
【請求項７】シリンダバレルと、該シリンダバレル内で
回転駆動されるスクリューと、樹脂材料を前記シリンダ
バレルに供給する材料供給装置と、発泡剤である不活性
流体を前記シリンダバレルに供給する不活性流体供給装
置と、溶融樹脂に不活性流体が溶解され、拡散、浸透し
た発泡材料を大気中へ押し出すダイスとからなり、前記シリンダバレルの先端部と前記ダイスとの間には、
発泡材料を加圧するギヤーポンプが介装されていると共
に、前記スクリューは、単軸のフルフライトスクリューで、
材料供給装置に対応した位置の下流部が可塑化・溶融部
で、そのさらに下流部がシール部および不活性流体が溶
融樹脂に溶解、拡散、浸透する不活性流体の溶解・拡散
・浸透部となり、不活性流体の注入部は前記不活性流体
の溶解・拡散・浸透部に対応した位置の上流側に選定さ
れ、前記スクリューのシール部のスクリュー溝は浅く、前記
不活性流体の溶解・拡散・浸透部のスクリュー溝は深く
なっている発泡体の押出し成形装置。
【請求項８】請求項６または７に記載の不活性流体の注
入部は、不活性流体の溶解・拡散・浸透部の上流側に位
置し、前記不活性流体の溶解・拡散・浸透部のスクリュ
ーのフライトは、混練機能を持ったピンもしくは切欠フ
ライトである発泡体の押出し成形装置。