JP2002187179A - 熱可塑性樹脂成形品の射出成形装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱可塑性樹脂にガスを比較的低圧で安定的か
つ連続的に供給し、含浸させることができる射出成形装
置を提供する。 【解決手段】 射出成形装置A は射出成形機のシリンダ
ー2 内にてスクリュー3の回転によって樹脂を溶融状態
にする樹脂溶融ゾーンC と、同溶融ゾーンの下流端に連
なり、かつ、スクリューに設けられたガス供給口5 から
シリンダー内に不活性ガスを供給して溶融樹脂に含浸さ
せるガス含浸ゾーンD とを具備する。スクリュー上流端
部にガス導入路11が設けられ、ガス導入路11に連通する
ガス供給路6 がスクリュー内部に長さ方向に貫通状に設
けられ、上記ガス供給口5 が、ガス供給路6 を介してガ
ス導入路11に連通する。ガス供給口5 はゾーンD の上流
端部にてスクリュー表面より突き出た突口状に形成され
ている。スクリュー3 はゾーンC に比べゾーンD にて大
きなピッチでスクリューフライト9 を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱可塑性樹脂成形
品、特に熱可塑性樹脂発泡成形品、または溶融粘度が高
く溶融成形が困難な熱可塑性樹脂の成形品の製造方法に
用いる射出成形装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】熱可塑性樹脂発泡体を射出成形によって
得る方法として、樹脂に対して非反応性である不活性ガ
ス、例えば炭酸ガスや窒素ガスなどを発泡剤として射出
される溶融樹脂中に含浸させ、不活性ガス含浸樹脂を金
型内に射出し発泡させる方法がある。

【０００３】溶融樹脂中に上記のような発泡用の不活性
ガスを含浸させる方法としては、１）シリンダー内に投
入される前の固体状態の原料樹脂に予め不活性ガスを高
圧下で含浸させておく方法と、２）米国特許５１５８９
８６号明細書に記載されているようにシリンダー内で溶
融状態とした樹脂に不活性ガスを含浸させる方法があ
る。

【０００４】しかしながら、固体状態の原料樹脂に不活
性ガスを含浸させる前者の方法は、熱可塑性樹脂発泡体
を得ることは可能であるが、不活性ガスと樹脂との親和
性が低いことから、樹脂中にガスを完全に含浸させるに
は、例えば成形機への樹脂の供給を停止し、耐圧チャン
バー内でガスを含浸させる必要があるので、ガス飽和含
浸状態に達するのに数十時間を要してしまい、工業的に
実施するのは困難である。

【０００５】一方、シリンダー内で溶融状態の樹脂に不
活性ガスを含浸させる後者の方法は、原料供給口からシ
リンダー内へ供給される樹脂ペレットなどを、シリンダ
ー内のスクリューの回転により溶融するとともに、スク
リューを後退させてシリンダーの先端計量部にて溶融樹
脂を計量する間に、シリンダーの１箇所に設けられたガ
ス供給口から炭酸ガスを供給するものであるが、計量中
のシリンダー内の樹脂は高圧状態であるため、供給ガス
の圧力を溶融樹脂圧力より高くしないと溶融樹脂にガス
を注入することが困難である。また、高圧ガスを用いる
には、装置自体を高圧ガスに耐える耐圧構造にしなけれ
ばならず、製造コストが増大する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
従来技術の問題点に鑑み、炭酸ガスや窒素ガスなどの不
活性ガスを比較的低圧で熱可塑性樹脂に安定的かつ連続
的に供給し、含浸させることができる射出成形装置を提
供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明による第１の発明
は、射出成形機のシリンダー内にてスクリュー回転によ
って樹脂を溶融状態にする樹脂溶融ゾーンと、同溶融ゾ
ーンの下流端に連なり、かつ、スクリューに設けられた
ガス供給口からシリンダー内に不活性ガスを供給して溶
融樹脂に含浸させるガス含浸ゾーンとを具備し、スクリ
ュー上流端部にガス導入路が設けられ、ガス導入路に連
通するガス供給路がスクリュー内部に長さ方向に貫通状
に設けられ、上記ガス供給口が、ガス供給路を介してガ
ス導入路に連通してなる、射出成形装置において、上記
ガス供給口が、ガス含浸ゾーンの上流端部にてスクリュ
ー表面より突き出た突口状に形成され、かつ、スクリュ
ーが、樹脂溶融ゾーンにおける溶融樹脂送り量がガス含
浸ゾーンにおける同送り量の１〜１．５倍になるような
形状を有することを特徴とする熱可塑性樹脂成形品の射
出成形装置である。

【０００８】本発明による第２の発明は、射出成形機の
シリンダー内にてスクリュー回転によって樹脂を溶融状
態にする樹脂溶融ゾーンと、同溶融ゾーンの下流端に連
なり、かつ、スクリューに設けられたガス供給口からシ
リンダー内に不活性ガスを供給して溶融樹脂に含浸させ
るガス含浸ゾーンとを具備し、スクリュー上流端部にガ
ス導入路が設けられ、ガス導入路に連通するガス供給路
がスクリュー内部に長さ方向に貫通状に設けられ、上記
ガス供給口が、ガス供給路を介してガス導入路に連通し
てなる、射出成形装置において、上記スクリューは、ガ
ス含浸ゾーンの上流端部に、スクリュー軸径が上流側に
徐々に小さくなるコーン部を有し、上記ガス供給口が、
該コーン部にてその表面より突き出た突口状に形成さ
れ、かつ、スクリューが、樹脂溶融ゾーンにおける溶融
樹脂送り量がガス含浸ゾーンにおける同送り量の１〜
１．５倍になるような形状を有することを特徴とする熱
可塑性樹脂成形品の射出成形装置である。

【０００９】本発明による射出成形装置において、ガス
供給口は、スクリュー表面より突き出た突口状に形成さ
れているので、溶融樹脂で覆われないで、樹脂非充満空
間に露出している。したがって、ガスは供給口から樹脂
非充満空間に支障なく供給され、溶融樹脂に含浸され
る。

【００１０】また、溶融樹脂の送り量を上記範囲にする
ことにより、ガス含浸ゾーンにおいて確実に樹脂非充満
空間を形成し、ガス供給口が溶融樹脂で覆われるのを防
止することができる。したがって、ガスは供給口から樹
脂非充満空間に支障なく供給され、溶融樹脂に含浸され
る。

【００１１】樹脂溶融ゾーンとガス含浸ゾーンとで溶融
樹脂の送り量の差違が大き過ぎると、ガス含浸ゾーンに
おけるガス供給量が過剰になり、小さ過ぎると、ガス含
浸ゾーンにおけるガス供給量が少な過ぎ、いずれも好ま
しくない。

【００１２】スクリューの好ましい形態は、ガス含浸ゾ
ーンにおいて樹脂溶融ゾーンに比べ、大きなピッチでス
クリューフライトを有するものである。

【００１３】上記ガス供給口は、隣合うスクリューフラ
イト間における下流側フライト寄りの樹脂非充満空間に
位置することが好ましい。

【００１４】上記ガス供給口は、好ましくは１〜２ｍ
ｍ、より好ましくは１．２〜１．８ｍｍ、最も好ましく
は約１．５ｍｍの内径を有する。ガス供給口の内径が小
さ過ぎると、ガス供給が十分に行えず、大き過ぎると、
成形初期段階でガス供給口に樹脂詰まりが起きてガス供
給に支障を来す恐れがある。

【００１５】本発明に使用される熱可塑性樹脂は特に限
定されないが、たとえば、溶融粘度が高いため溶融成形
が困難な樹脂、熱分解し易い樹脂、低沸点の添加剤もし
くは熱分解し易い添加剤を含有する難成形樹脂などが挙
げられる。

【００１６】溶融粘度が高いため溶融成形が困難な樹脂
としては、例えば、超高分子量ポリエチレン、超高重合
度ポリ塩化ビニル、ポリテトラフルオロエチレン、ポリ
イミドなどのエンジニアリングプラスチック用の樹脂が
挙げられる。

【００１７】熱分解し易い樹脂としては、ポリ乳酸、ポ
リヒドロキシブチレート等の生分解性樹脂や、高塩素化
度ポリ塩化ビニル、ポリアクリロニトリルなどが挙げら
れる。

【００１８】本発明で用いられる不活性ガスは、樹脂に
対して非反応性で、樹脂を劣化させるなどの悪影響を樹
脂に与えないものであれば特に限定されないが、例えば
二酸化炭素、窒素、アルゴン、ネオン、ヘリウム、酸素
等の無機系ガス、フロン、低分子量の炭化水素などの有
機系ガスが挙げられる。

【００１９】これらのうち、環境に与える悪影響が低
く、そしてガスの回収が必要でない点で無機ガスが好ま
しく、難成形樹脂に対する溶解度が高く、樹脂の溶融効
果が大きく、そして直接大気中に放出してもほとんど害
がないという観点から、二酸化炭素がより好ましい。な
お、不活性ガスは、単独で用いても良く、あるいは２種
類以上のガスを併用してもよい。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を、
図面を参照しつつ詳しく説明する。

【００２１】実施例１ 図面は本発明に係る射出成形装置の１つの実施の形態を
示すものである。

【００２２】射出成形装置(A) は、図１〜図３に示すよ
うに、射出成形機(1) と、これにガスを送るガス注入装
置(B) とからなる。射出成形機(1) は、シリンダー(2)
と、その内部に配されたスクリュー(3) とから主に構成
されている。そして、射出成形機(1) は、シリンダー
(2) 内にてスクリュー回転によって樹脂を溶融状態にす
る樹脂溶融ゾーン(C) と、同溶融ゾーン(C) の下流端に
連なり、かつ、スクリュー(3) に設けられたガス供給口
(5) からガスをシリンダー(2) 内に供給して溶融樹脂に
含浸させるガス含浸ゾーン(D) とを具備する。

【００２３】スクリュー(3) は駆動モータ(13)で回転さ
れ、かつ、前後進させられる。ガス含浸ゾーン(D) の上
流端部において、スクリュー軸径が上流側に徐々に小さ
くなるコーン部(8) が形成されている。

【００２４】スクリュー(3) は、図２に示すように、樹
脂溶融ゾーン(C) に比べガス含浸ゾーン(D) において大
きなピッチでスクリューフライト(9) を有する。スクリ
ュー(3) は、このように形成されているので、樹脂溶融
ゾーンに比べガス含浸ゾーンにて溶融樹脂を１．１８倍
多く、すなわち速く送ることができる。

【００２５】スクリュー(3) の上流端部にはガス導入路
(11)が設けられ、ガス導入路(11)に連通するガス供給路
(6) がスクリュー内部に長さ方向に貫通状に設けられ、
ガス供給口(5) が、ガス供給路(6) を介してガス導入路
(11)に連通している。ガス供給路(6) 上においてガス供
給口(5) 寄りに、ガス供給口(5) からガス供給路(6)へ
の溶融樹脂の入り込みを防ぐ逆流防止弁(7) が設けられ
ている。ガス導入路(11)にはガス導入管(16)を介してガ
ス注入装置(B) が接続されている。ガス導入管(16)はガ
ス導入路(11)を覆うシールボックス(12)に接続され、シ
ールボックス(12)内の密閉空間がガス導入路(11)に連通
している。

【００２６】ガス含浸ゾーン(D) において、ガス供給路
(6) のガス出口端は、コーン部(8)よりやや下流側にて
スクリュー(3) の円柱部表面に到達し、かつ隣合うスク
リューフライト(9) 間の下流側フライト寄りに位置す
る。この出口端に、スクリュー(3) 表面より突き出たピ
ン型のノズル(10)が接続されている。こうして、ガス供
給口(5) は、ガス含浸ゾーン(D) の上流端部にてスクリ
ュー(3) 表面より突き出た突口状に形成されている。ガ
ス供給口(5) の内径は約１．５ｍｍである。

【００２７】上記構成の射出成形装置(A) において、原
料樹脂はホッパー(17)から原料供給口(15)を経てシリン
ダー(2) 内へ供給され、原料樹脂はスクリュー(3) の回
転によって溶融混練されながらシリンダー(2) の先端方
向へ送られる。溶融混練された樹脂は圧力開放部、すな
わち、ガス含浸ゾーン(D) へ送られる。

【００２８】一方、ガス注入装置(B) を出た炭酸ガス
は、導入管(16)を経てシールボックス(12)内に入り、ガ
ス導入路(11)、ガス供給路(6) および逆流防止弁(7) を
経て突口状のガス供給口(5) に到達する。そして、同ガ
スは、ここからガス含浸ゾーン(D) における隣合うスク
リューフライト(9) 間の下流側フライト寄りの樹脂非充
満空間(14)に供給され、ガス含浸ゾーン(D) 内を下流側
へ送られる溶融樹脂に含浸させられる。ガス供給口(5)
は、スクリュー(3) 表面より突き出た突口状に形成され
ているので、溶融樹脂で覆われないで、樹脂非充満空間
(14)に露出している。よって、ガス供給が溶融樹脂によ
って妨げられることがなく、ガスは比較的低圧で溶融樹
脂に含浸させられる。

【００２９】シリンダー(2) の先端に溶融樹脂が続けて
送られて来るに伴って、スクリュー(3) は送られた樹脂
量に応じて徐々に後退し、シリンダー(2) の先端計量部
にて所定量の溶融樹脂を計量する。

【００３０】このようにして、計量が終了したガス含浸
溶融樹脂は射出成形機(1) の先端(4) より射出金型（図
示せず）内に射出され、発泡成形品が得られる。

【００３１】以上のように構成されて射出成形装置(A)
を用いた成形方法によれば、短時間で均一に溶融樹脂中
にガスを含浸させることができ、その結果、高い生産性
をもって、均質で微細な発泡成形体を提供することがで
きる。

【００３２】実施例２ ガス含浸ゾーン(D) において、図４に示すように、ガス
供給路(6) のガス出口端は、コーン部(8) に到達し、か
つ隣合うスクリューフライト(9) 間の下流側フライト寄
りに位置する。この出口端に、スクリュー(3) 表面より
突き出たピン型のノズル(10)が接続されている。こうし
て、ガス供給口(5) は、ガス含浸ゾーン(D) の上流端部
にてスクリュー(3) 表面より突き出た突口状に形成され
ている。ガス供給口(5) の内径は約１．５ｍｍである。

【００３３】その他の構成は実施例１のものと同じであ
る。

【００３４】比較例１ ガス含浸ゾーン(D) において、ガス供給口は、コーン部
(8) よりやや下流側にてスクリュー(3) の円柱部表面
に、隣合うスクリューフライト(9) 間の下流側フライト
寄りに開口している。ピン型のノズルはない。ガス供給
口の内径は約１．５ｍｍである。

【００３５】その他の構成は実施例１のものと同じであ
る。

【００３６】比較例２ ガス含浸ゾーン(D) において、ガス供給口は、コーン部
(8) よりやや下流側にてスクリュー(3) の円柱部表面
に、隣合うスクリューフライト(9) 間の上流側フライト
寄りに開口している。ピン型のノズルはない。ガス供給
口の内径は約１．５ｍｍである。

【００３７】その他の構成は実施例１のものと同じであ
る。

【００３８】比較例３ 樹脂溶融ゾーン(C) における溶融樹脂送り量がガス含浸
ゾーン(D) における同送り量の１．６６倍になるよう
に、樹脂溶融ゾーン(C) およびガス含浸ゾーン(D) にお
けるスクリューフライト(9) のピッチが調整されてい
る。

【００３９】その他の構成は実施例１のものと同じであ
る。

【００４０】比較例４ 樹脂溶融ゾーンに比べガス含浸ゾーンにて溶融樹脂が
０．９１倍多く送られるように、樹脂溶融ゾーン(C) お
よびガス含浸ゾーン(D) におけるスクリューフライト
(9) のピッチが調整されている。

【００４１】その他の構成は実施例１のものと同じであ
る。

【００４２】性能評価試験 実施例１の射出成形装置を用いて、下記の条件で熱可塑
性樹脂の射出成形品を得た。すなわち、成形材料として
ポリプロピレン（ＪＰＯ社製、モンテルＰＦ８１４）樹
脂のペレットをホッパー(17)に投入し、原料供給口(15)
を経てシリンダー(2) 内に供給した。シリンダー(2) の
温度を２００℃にした。スクリュー(3)の回転により樹
脂を溶融すなわち可塑化し、スクリュー(3) の後退によ
り樹脂の計量を行った。溶融中、ガス注入装置(B) よ
り、３ＭＰａ、４ＭＰａ、５ＭＰａ、６ＭＰａの圧力で
それぞれ炭酸ガスを導入管(16)、シールボックス(12)、
ガス導入路(11)、ガス供給路(6) 、逆流防止弁(7) 、ガ
ス供給口(5) を経て、ガス含浸ゾーン(D) の樹脂非充満
空間(14)に供給し、ガス含浸ゾーン(D) 内に充填された
溶融樹脂に含浸させた。射出成形機(1) の先端(4) より
計量樹脂を射出し、射出成形品へのガスの含浸状態を調
べた。

【００４３】実施例１および２の射出成形装置を用いて
得られた射出成形品についても、上記と同様の操作で評
価試験を行った。

【００４４】試験結果を表１にまとめて示す。

【００４５】

【表１】

【００４６】

【発明の効果】本発明の熱可塑性樹脂成形品の射出成形
装置によれば、従来技術のごとく溶融樹脂のガス含浸に
長時間を要することがなく、比較的低圧で安定して連続
的にガスを供給して溶融樹脂に含浸させることができ
る。したがって、生産性が高いと共に、均質で微細な高
機能（断熱、緩衝、計量）の発泡成形体を射出成形で安
価に提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、射出成形装置の１つの実施形態を示す
切欠側面図である。

【図２】図２は、射出成形装置の射出成形機の全体概要
を示す切欠側面図である。

【図３】図３は、スクリューのガス供給口の設置形態を
示す拡大縦断面図である。

【図４】図４は、スクリューのガス供給口の他の設置形
態を示す拡大縦断面図である。

【符号の説明】

(A) ：射出成形装置 (B) ：ガス注入装置 (C) ：樹脂溶融ゾーン (D) ：ガス含浸ゾーン (1) ：射出成形機 (2) ：シリンダー (3) ：スクリュー (5) ：ガス供給口 (6) ：ガス供給路 (8) ：コーン部 (9) ：スクリューフライト (10)：ピン型のノズル (11)：ガス導入路 (13)：駆動モータ (14)：樹脂非充満空間 (16)：ガス導入管

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 射出成形機のシリンダー内にてスクリュ
   ー回転によって樹脂を溶融状態にする樹脂溶融ゾーン
   と、同溶融ゾーンの下流端に連なり、かつ、スクリュー
   に設けられたガス供給口からシリンダー内に不活性ガス
   を供給して溶融樹脂に含浸させるガス含浸ゾーンとを具
   備し、 スクリュー上流端部にガス導入路が設けられ、ガス導入
   路に連通するガス供給路がスクリュー内部に長さ方向に
   貫通状に設けられ、上記ガス供給口が、ガス供給路を介
   してガス導入路に連通してなる、射出成形装置におい
   て、 上記ガス供給口が、ガス含浸ゾーンの上流端部にてスク
   リュー表面より突き出た突口状に形成され、かつ、 スクリューが、樹脂溶融ゾーンにおける溶融樹脂送り量
   がガス含浸ゾーンにおける同送り量の１〜１．５倍にな
   るような形状を有することを特徴とする熱可塑性樹脂成
   形品の射出成形装置。
2. 【請求項２】 射出成形機のシリンダー内にてスクリュ
   ー回転によって樹脂を溶融状態にする樹脂溶融ゾーン
   と、同溶融ゾーンの下流端に連なり、かつ、スクリュー
   に設けられたガス供給口からシリンダー内に不活性ガス
   を供給して溶融樹脂に含浸させるガス含浸ゾーンとを具
   備し、 スクリュー上流端部にガス導入路が設けられ、ガス導入
   路に連通するガス供給路がスクリュー内部に長さ方向に
   貫通状に設けられ、上記ガス供給口が、ガス供給路を介
   してガス導入路に連通してなる、射出成形装置におい
   て、 上記スクリューは、ガス含浸ゾーンの上流端部に、スク
   リュー軸径が上流側に徐々に小さくなるコーン部を有
   し、上記ガス供給口が、該コーン部にてその表面より突
   き出た突口状に形成され、かつ、 スクリューが、樹脂溶融ゾーンにおける溶融樹脂送り量
   がガス含浸ゾーンにおける同送り量の１〜１．５倍にな
   るような形状を有することを特徴とする熱可塑性樹脂成
   形品の射出成形装置。
3. 【請求項３】 スクリューが、ガス含浸ゾーンにおいて
   樹脂溶融ゾーンに比べ、大きなピッチでスクリューフラ
   イトを有することを特徴とする請求項１または２記載の
   熱可塑性樹脂成形品の射出成形装置。
4. 【請求項４】 上記ガス供給口が、隣合うスクリューフ
   ライト間における下流側フライト寄りの樹脂非充満空間
   に位置することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに
   記載の熱可塑性樹脂成形品の射出成形装置。
5. 【請求項５】 上記ガス供給口が内径１〜２ｍｍを有す
   ることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の熱
   可塑性樹脂成形品の射出成形装置。