JP2002192549A - 発泡射出成形品 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 金型壁面の表面状態を高度に転写し、寸法精
度が高く、薄い表皮層と高発泡の発泡層を備えた軽量の
発泡射出成形品を、より安価に提供する。 【解決手段】 二酸化炭素を溶解させた溶融樹脂４を、
該溶融樹脂４のフローフロントで発泡が生じない圧力以
上に予めガス体で加圧した金型キャビティ３に射出充填
し、該溶融樹脂４を加圧しながら金型壁面に押し付けて
表皮層５を形成し、次いで可動側金型２を後退させて金
型キャビティ３の容積を拡大することにより、表皮層５
で包まれた溶融樹脂を発泡させて発泡層６を形成し、厚
さが成形品の最大肉厚の２０％以下の表皮層５と、発泡
倍率が１．１〜４．０の高発泡の発泡層６を有する発泡
射出成形品とする。

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を発泡
射出成形してなる、非発泡の表皮層と、該表皮層に包ま
れた発泡層とを有する発泡射出成形品に関し、特に、表
皮層が薄く、発泡層の発泡倍率が高く、軽量な発泡射出
成形品に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、熱可塑性樹脂に発泡用のガスを含
有させて発泡層を形成した発泡成形品が、軽量であるこ
とから、各種電子機器の筐体や事務機器のハウジングに
広く利用されている。

【０００３】上記のような発泡成形品の成形法として
は、ショートショットによる発泡射出成形法が挙げられ
る。ショートショット法では、発泡用ガスを含有させた
溶融樹脂を金型キャビティ容積よりも少ない体積で該金
型キャビティに射出する。金型キャビティに射出された
溶融樹脂は金型壁面に接すると直ちに冷却固化されて固
化層を形成し、後から射出される溶融樹脂は金型キャビ
ティの中央部を流れ、流動先端（フローフロント）に達
してから金型壁面に向かい、金型壁面に接触して冷却さ
れ、固化層を形成する、いわゆるファウンテンフローを
する。溶融樹脂の射出終了後は、該溶融樹脂の発泡によ
り該溶融樹脂が金型キャビティの端部にまで進行し、金
型キャビティを充填して発泡成形品を形成する。このシ
ョートショット法では、流動中の溶融樹脂の先端部でも
発泡が生じるため、樹脂表面が荒れ、それがそのまま固
化層を形成し、得られる成形品の表面は荒れた状態には
なるが、最もシンプルな成形法であり、広く使用されて
いる。

【０００４】一方、外観が良好でヒケやソリの少ない厚
肉発泡成形品を得る手法として、特公昭６２−１６１６
６号公報に示されるような、一般にカウンタプレッシャ
成形法と呼ばれている成形法がある。これは発泡用のガ
スを含んだ溶融樹脂を圧縮空気を満たした金型キャビテ
ィ内に射出し、次いで該キャビティ内の圧縮空気を金型
外に開放し、キャビティ内圧力を低く保って樹脂を冷却
する成形法であり、樹脂充填時のフローフロントでの発
泡を抑制することで成形品の表面には発泡模様がなく、
内部のみ発泡した成形品を作る技術である。カウンタプ
レッシャ成形法は、溶融樹脂を非発泡状態でキャビティ
にほぼ満たした後、成形品内部の溶融樹脂が冷却され、
冷却に伴う体積収縮分が発泡するものである。この場
合、樹脂に発泡性を持たせる目的で樹脂中に含ませるガ
スの量は体積収縮を発泡で補える最低限とするのが基本
的な考え方といえる。しかし、当該方法では、高い圧力
で樹脂を金型表面に押し付けることがないために、金型
表面の転写性が低く、外観品質に劣り、体積収縮分しか
発泡しないために、部品の軽量化にも限界があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、外観
が良好で軽量の発泡成形品を提供することにあり、さら
には、金型表面状態が高度に転写され、寸法精度が高
く、軽量の発泡成形品をより安価に提供することにあ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、非発泡の表皮
層と、該表皮層に包まれた発泡層とを有する熱可塑性樹
脂の発泡射出成形品であって、上記表皮層の厚さが当該
成形品の最大肉厚の２０％以下であり、上記発泡層が表
皮層の内側より連続的に発泡し、発泡倍率が１．１〜
４．０であることを特徴とし、上記発泡層が軽石状であ
ることを好ましい態様として含むものである。

【０００７】また、上記本発明の発泡射出成形品は、二
酸化炭素を０．２重量％以上溶解させた溶融熱可塑性樹
脂を、予め該溶融樹脂のフローフロントで発泡が起きな
い圧力以上にガス体で加圧した金型キャビティに射出充
填し、該溶融樹脂に圧力をかけて金型壁面に押し付けて
表面を固化させて表皮層を形成した後、上記金型キャビ
ティ容積を拡大するか、或いは、上記表皮層に包まれた
溶融樹脂の一部を金型キャビティ外へ排出させることに
より、表皮層に包まれた溶融樹脂を発泡させて発泡層を
形成することにより、成形することが好ましい。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の発泡射出成形品は、非発
泡の表皮層と該表皮層に包まれた発泡層とを有し、該表
皮層の厚さが、当該成形品の最大肉厚の２０％以下と薄
く、且つ、発泡層の発泡倍率が１．１〜４．０と高発泡
であることを特徴とする。

【０００９】本発明者等は上記課題を解決するため鋭意
検討した結果、特定量の二酸化炭素を溶融樹脂に溶解さ
せておくと、成形中のみ二酸化炭素が可塑剤と発泡剤の
両方の働きをし、成形後の成形品は変形せずに二酸化炭
素が大気中に放散するため、樹脂性能を変えることなく
溶融樹脂の粘度を低減し、発泡射出成形を容易にできる
こと、また、樹脂が高い発泡性を持つために、金型表面
状態が成形品に転写するように保圧した後であっても十
分に発泡でき、薄い表皮層と高発泡の発泡層とを有する
発泡射出成形品を成形しうることを見い出し、本発明を
完成するに至った。

【００１０】即ち、上記本発明の発泡射出成形品は、二
酸化炭素を０．２重量％以上溶解させた溶融熱可塑性樹
脂を、予め該溶融樹脂のフローフロントで発泡が起きな
い圧力以上にガス体で加圧した金型キャビティに充填
し、該溶融樹脂に圧力をかけて金型壁面に押し付けて表
面を固化させて表皮層を形成した後、上記金型キャビテ
ィ容積を拡大するか、或いは、上記表皮層に包まれた溶
融樹脂の一部を金型キャビティ外へ排出させ、表皮層に
包まれた溶融樹脂を発泡させて発泡層を形成することに
より、容易に且つ再現性良く成形することができる。

【００１１】以下に、本発明の発泡射出成形品につい
て、上記の好ましい発泡射出成形法により成形する場合
を例に詳細に説明する。

【００１２】熱可塑性樹脂に二酸化炭素を０．２重量％
以上溶解させることにより、同じ射出温度において、溶
融樹脂の粘度が熱可塑性樹脂本来の粘度よりも大幅に低
下し、高い流動性が得られる。この状態で金型キャビテ
ィに該溶融樹脂をカウンタプレッシャ法で射出充填する
と、金型キャビティ内の加圧ガスによって溶融樹脂の発
泡が抑えられた状態で溶融樹脂が充填される。さらに、
溶融樹脂を加圧しながら金型壁面に押し付けると、上記
したように該溶融樹脂は二酸化炭素を含むことで低粘度
化しており、また、フルショットで充填されているため
に金型壁面に強く押し付けられ、該金型壁面形状が良好
に溶融樹脂表面に転写される。

【００１３】本発明にかかる発泡射出成形法において
は、この段階で溶融樹脂の表面付近のみを冷却固化して
表皮層を形成する。一旦固化した表皮層では発泡が生じ
ないため、かかる成形法では表面に発泡模様のない成形
品が得られることとなる。また、表皮層の厚さは上記冷
却固化の時間を調整することで容易に制御することがで
きる。

【００１４】表皮層が形成された段階では、該表皮層に
包まれた内部の溶融樹脂は固化しておらず十分に発泡し
うるため、ここで金型キャビティ容積を拡大するか、或
いは、溶融樹脂の一部を金型キャビティ外へ排出させて
該溶融樹脂の発泡に必要な空間を形成する。前者におい
ては、金型を構成する可動側金型を強制的に後退させ
る、或いは、可動側金型の圧力を開放して溶融樹脂の発
泡により該金型を後退させることによって金型キャビテ
ィ容積を拡大させ、発泡に必要な空間を金型キャビティ
内に形成する。また、後者においては、スクリュやプラ
ンジャを後退させた射出成形機、或いは、金型キャビテ
ィに連絡する排出キャビティと金型キャビティとを連絡
させることにより、溶融樹脂の発泡力によってその一部
を上記射出成形機或いは排出キャビティに排出させ、溶
融樹脂の体積を低減して発泡に必要な空間を金型キャビ
ティ内に形成する。

【００１５】上記いずれの場合も、金型キャビティに対
して十分な空間を形成することができ、また溶融樹脂に
は０．２重量％以上二酸化炭素が含有されているため、
高発泡の軽石状の発泡層を形成することができ、発泡倍
率も制御することができる。

【００１６】また、金型キャビティ容積を拡大した場合
には体積膨張による冷却を伴い、金型キャビティ外へ溶
融樹脂の一部を排出させた場合には排出された溶融樹脂
分の熱量が低減するため、いずれの場合も短時間で成形
品が冷却される。さらに、表皮層に包まれた溶融樹脂の
発泡力が保圧となるため、発泡中の表皮層は金型壁面に
押し付けられ、金型キャビティ形状が良好に維持され
る。

【００１７】上記したように、当該成形法によれば表皮
層の厚みや発泡層の発泡倍率を容易に制御することがで
きるため、本発明にかかる、発泡倍率（発泡倍率：熱可
塑性樹脂固有の密度／発泡層の密度）が１．１〜４．０
の発泡層、及び、厚さが成形品の最大肉厚の２０％以
下、或いは厚さ１ｍｍ以下の薄い表皮層を容易に形成す
ることができる。

【００１８】本発明に用いられる熱可塑性樹脂は、ポリ
エチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、アクリル
樹脂、スチレン系樹脂、ポリエチレンテレフタレート、
ポリブチレンテレフタレート、ポリアリレート、ポリフ
ェニレンエーテル、変性ポリフェニレンエーテル樹脂、
全芳香族ポリエステル、ポリアセタール、ポリカーボネ
ート、ポリエーテルイミド、ポリエーテルサルフォン、
ポリアミド系樹脂、ポリサルフォン、ポリエーテルエー
テルケトン、ポリエーテルケトンなどの熱可塑性のプラ
スチック材料、及びこれらを一種または二種以上混合し
た組成物、これらに各種充填材を配合した物である。こ
こでいうスチレン系樹脂とは、スチレンを必須原料とす
るホモポリマー、コポリマー及びこれらのポリマーと他
の樹脂より得られるポリマーブレンドであり、ポリスチ
レンまたはＡＢＳ樹脂であることが好ましい。また、ポ
リスチレンとは、スチレンホモポリマーまたは、樹脂相
中にゴムが分布した、ゴム強化ポリスチレンである。

【００１９】特に本発明においては、二酸化炭素を溶解
させた時に大きく溶融粘度が低下する熱可塑性樹脂が好
ましく、スチレン系樹脂、ポリカーボネート、ポリフェ
ニレンエーテル、変性ポリフェニレンエーテル樹脂など
が好ましい。特にポリカーボネートは二酸化炭素の溶解
度が高いだけでなく、熱分解した時に二酸化炭素を生じ
ることから、溶融樹脂に二酸化炭素が含まれていると分
解反応の平衡がずれ、分解反応速度が遅くなる利点もあ
り、本発明に最適である。

【００２０】本発明では、各種の難加工性樹脂、例えば
樹脂分子量が射出成形するには大き過ぎる熱可塑性樹
脂、熱安定性が悪く、熱分解を起こし易い樹脂、軟化温
度が高く、著しく高温度にして成形する必要がある樹
脂、熱分解し易い難燃剤などの添加物を配合した樹脂な
ども多量の二酸化炭素を溶解することにより使用でき
る。

【００２１】本発明では一般の押出成形には使用される
が、流動性が射出成形するには悪い熱可塑性樹脂、射出
成形するには分子量が大きすぎる熱可塑性樹脂なども同
様に多量の二酸化炭素を溶解することにより良好に使用
できる。これらの例として、次の各熱可塑性樹脂があ
る。

【００２２】（１）メルトフローレートが１．０以下、
好ましくは０．５以下のアクリル樹脂。 （２）メルトフローレートが１．５以下、好ましくは
１．０以下のポリスチレン。 （３）メルトフローレートが２．０以下、好ましくは
１．５以下のゴム強化ポリスチレン。 （４）メルトフローレートが３．０以下、好ましくは
２．５以下のＡＢＳ樹脂。 （５）メルトフローレートが６．０以下、好ましくは
５．０以下のポリカーボネート。 （６）ポリフェニレンエーテル、或いはポリフェニレン
エーテルが６０重量％以上、好ましくは７０重量％以上
含まれる変性ポリフェニレンエーテル樹脂。 （７）メルトフローレートが５．０以下、好ましくは
３．０以下のポリアセタール。 （８）メルトフローレートが５．０以下、好ましくは
３．０以下のポリエチレン。 （９）メルトフローレートが５．０以下、好ましくは
３．０以下のポリプロピレン。 （１０）易熱分解性難燃剤を配合した熱可塑性樹脂。

【００２３】ここで、メルトフローレートはＪＩＳ Ｋ
７２１０に記載の測定法で測定した値であり、測定条件
は各樹脂に一般に使用されている該ＪＩＳ記載の測定条
件であり、アクリル樹脂は条件１５で、ポリスチレンと
ゴム強化ポリスチレンは条件８で、ＡＢＳ樹脂は条件１
１で、ポリカーボネートは条件２０で、ポリアセタール
とポリエチレンは条件４で、ポリプロピレンは条件１４
でそれぞれ測定した値であり、単位はｇ／１０分であ
る。

【００２４】一般に分子量が大きい程、成形品の耐化学
薬品性、耐衝撃性などが良くなるが、成形時の流動性が
悪くなり、射出成形が困難になる。押出成形には射出成
形ほど高い流動性が必要とされないため、分子量の大き
な重合体が一般に使用されており、本発明ではこれらの
押出成形に使用され、射出成形には使用されない高分子
量の重合体も多量の二酸化炭素を溶解することと、溶融
樹脂を加圧により金型壁面に押しつけた後に発泡させる
ことを組み合わせて用いることにより、本発明の発泡射
出成形品に成形することができる。

【００２５】射出成形するには軟化温度が高すぎる熱可
塑性樹脂の例として、ポリフェニレンエーテル、或いは
ポリフェニレンエーテルとポリスチレンもしくはゴム強
化ポリスチレンの重量混合比が１００：０〜６０：４０
の変性ポリフェニレンエーテル樹脂が挙げられる。ポリ
フェニレンエーテルは成形性が悪く、一般にポリスチレ
ンもしくはゴム強化ポリスチレンを４０重量％を超える
量を配合して使用されている。ところが、本発明にかか
る成形法によれば、ゴム強化ポリスチレンの配合量が４
０重量％以下の場合においても多量の二酸化炭素を溶解
すれば使用可能である。

【００２６】また、軟化温度が高い、分解温度が低いな
ど溶融樹脂が十分な流動性を持つまで加熱すると、分解
したり、劣化して物性低下を起こす樹脂に対しても、本
発明にかかる成形法は有効で、低い樹脂温度で高い流動
性を得ることができる。一般には、熱可塑性樹脂が非晶
性熱可塑性樹脂の場合、溶融温度が二酸化炭素を含まな
い熱可塑性樹脂のガラス転移温度＋１５０℃以下の温
度、熱可塑性樹脂が結晶性熱可塑性樹脂の場合、溶融温
度が二酸化炭素を含まない熱可塑性樹脂の融点＋１００
℃以下の温度で成形することが可能である。

【００２７】熱可塑性樹脂に溶解させて溶融粘度を低下
させる可塑剤として、本発明にかかる成形法では二酸化
炭素を使用しているが、熱可塑性樹脂に対する溶解度が
大きく、樹脂や金型、成形機素材を劣化させないこと、
成形する環境に対し危険性がないこと、安価であるこ
と、また成形後に成形品から速やかに揮発することなど
の制約を満たす物であれば、場合によっては炭素数１〜
５の飽和炭化水素及びその一部水素をフッ素で置換した
フロン、水、アルコールなどの液体も二酸化炭素と併用
することができる。

【００２８】尚、金型キャビティに射出する溶融樹脂中
の二酸化炭素量を直接測定することは難しいため、かか
る成形法では、二酸化炭素を含む樹脂を用いて射出成形
した成形直後における成形品の重量と、成形品を非晶性
樹脂にあってはガラス転移温度、結晶性樹脂にあっては
融点よりも約３０℃低い熱風乾燥機中に２４時間以上放
置し、成形品中に含まれていた二酸化炭素量が放散して
一定になった成形品の重量の差を、金型キャビティに射
出する溶融樹脂中の二酸化炭素量とした。射出成形中に
逃げる二酸化炭素量は成形法により若干異なるが、特に
本発明にかかる成形法の如くカウンタプレッシャ法で成
形する場合には、成形後の成形品中の二酸化炭素量をも
って、溶融樹脂中の二酸化炭素量としてもほとんど差異
は生じない。

【００２９】二酸化炭素は熱可塑性樹脂に良く溶解して
良好な可塑剤になって熱可塑性樹脂の流動性を向上させ
るとともに、発泡剤として機能する。本発明にかかる成
形法で溶融状態の熱可塑性樹脂に溶解させる二酸化炭素
量は０．２重量％以上である。流動性を顕著に向上さ
せ、且つ成形品を発泡させるには０．２重量％以上が必
要であり、好ましくは０．５重量％以上である。また、
二酸化炭素の溶解量の最大量は１０重量％程度である。
これは、二酸化炭素を多量に溶解するには装置上の制約
が多くなったり、カウンタプレッシャ法で成形する場合
においてカウンタガス圧力が非常に高くなったりするた
めであり、好ましい二酸化炭素溶解量は７重量％以下で
あり、さらに好ましくは５重量％以下である。成形品の
中空率を増すには、二酸化炭素量の溶解量を増し、溶融
樹脂の粘度を下げるとともに、樹脂の発泡性を高めるこ
とが好ましい。

【００３０】熱可塑性樹脂に二酸化炭素を溶解させる方
法として、次の二つの方法が好ましい。一つは、予め粒
状や粉状の樹脂を二酸化炭素雰囲気中に置いて二酸化炭
素を吸収させて、射出成形機に供給する方法で、二酸化
炭素の圧力や雰囲気温度、吸収させる時間により吸収量
が決まる。この方法では、可塑化時に樹脂が加熱される
に従って樹脂中の二酸化炭素の一部が揮散するため、溶
融樹脂中の二酸化炭素量は予め吸収させた量よりも少な
くなる。そのため、成形機のホッパなど樹脂の供給経路
も二酸化炭素雰囲気にすることが望ましい。他の方法
は、成形機のシリンダ内で樹脂を可塑化する時、または
可塑化した樹脂に二酸化炭素を溶解させる方法で、成形
機のホッパ付近を二酸化炭素雰囲気にしたり、スクリュ
の中間部や先端、シリンダから可塑化樹脂に二酸化炭素
を注入する。スクリュやシリンダの中間部から二酸化炭
素を注入する場合には、注入部付近のスクリュ溝深さを
深くして、樹脂圧力を低くすることが好ましい。また、
二酸化炭素を注入後、樹脂中に均一に溶解、分散させる
ため、スクリュにダルメージや混練ピンなどのミキシン
グ機構を付けたり、樹脂流路にスタティックミキサを設
けることが好ましい。射出成形機としては、インライン
スクリュ方式でもスクリュプリプラ方式でも使用できる
が、スクリュプリプラ方式は、樹脂を可塑化する押出し
機部分のスクリュデザインや二酸化炭素の注入位置の変
更が容易であることから、特に好ましい。

【００３１】熱可塑性樹脂中の二酸化炭素は、熱可塑性
樹脂が固化した後に成形品を大気中に放置すれば徐々に
大気中に放散する。

【００３２】本発明にかかる成形法では、予め金型キャ
ビティを、溶融樹脂の射出充填中に該溶融樹脂のフロー
フロントで発泡が起きない圧力以上にガスで加圧するカ
ウンタプレッシャ法で射出成形する。キャビティに封入
するガス圧力は、成形品表面の発泡模様が消える最低圧
力であれば良く、一工程に使用するガスの量を最小限に
抑え、金型キャビティのシールやガス供給装置の構造を
簡単にするためにもガス圧力は必要最低限に近い圧力の
方が好ましい。

【００３３】カウンタプレッシャ法で金型キャビティに
圧入するガスとして、空気や窒素をはじめとして、樹脂
に対して不活性な各種ガスの単体或いは混合物が使用で
きるが、熱可塑性樹脂への溶解度の高い二酸化炭素、炭
化水素及びその一部の水素をフッ素で置換したものなど
が好ましく、二酸化炭素は金型壁面の成形品への転写性
を向上させる効果が高く、特に好ましい。樹脂に非晶性
樹脂を用い、キャビティを二酸化炭素で加圧する場合、
特開平１０−１２８７８３号公報、特開平１１−２４５
２５６号公報に示したように、キャビティ内ガス圧力を
高めた方が、良好な転写性が得られるため、高度な転写
性が要求される場合には、成形機の型締め力や金型のシ
ール性能に応じ、ガス圧力を高めることも良好に使用で
きる。金型キャビティ内のガスの、二酸化炭素含有量は
高い方が好ましく、８０容量％以上が特に好ましい。

【００３４】本発明にかかる成形法ではガス加圧された
金型キャビティ内に溶融樹脂を射出充填した後、該溶融
樹脂が発泡しない高い圧力で該溶融樹脂を金型壁面に押
し付け、金型壁面の表面形状を成形品に転写させるとと
もに成形品の表面が冷却固化して非発泡の表示層が形成
されるまで保持する。溶融樹脂充填前に金型キャビティ
内に供給した加圧ガスは、成形品表面のスワールマーク
の有無や、金型壁面形状の転写状況を見て、樹脂充填中
から樹脂充填終了後、樹脂加圧終了までの間の適当な時
期を選定して開放する。樹脂加圧終了後に金型キャビテ
ィ周辺に加圧ガスが残っていると、加圧ガスにより樹脂
表面が押され、凹みを生じることがあり望ましくない。

【００３５】本発明にかかる成形法ではカウンタプレッ
シャ法により、成形品表面にスワールマークのない発泡
成形品を得ているが、特に良好な外観を要求されない内
部機構部品などにおいては、カウンタプレッシャ法を用
いずに成形することも可能である。この場合、表面には
スワールマークが生じるが、樹脂の保圧により、非発泡
で寸法精度の高い表皮層を有し、内部が高度に発泡した
軽くて強度や寸法精度の高い成形品を得ることができ
る。

【００３６】また溶融樹脂の加圧方法としては金型キャ
ビティに溶融樹脂を補充する樹脂保圧、溶融樹脂中や溶
融樹脂と金型壁面との界面にガスなどの圧力流体を注入
する方法、キャビティ体積を減少させる射出圧縮法など
が挙げられる。溶融樹脂加圧時の圧力は、該溶融樹脂表
面が金型壁面に押し付けられ、金型壁面の表面形状をを
十分転写しながら固化するように設定し、特に、金型キ
ャビティの加圧ガスに二酸化炭素を用いる場合には、高
い圧力にするほど高度な転写性を得ることができる。ま
た、溶融樹脂の加圧時間は、該溶融樹脂表面が固化する
までの最低時間で良く、あまり長いと、後に発泡させる
溶融部分の厚みが減少したり、樹脂温度が下がり粘度が
高くなるため、十分な発泡状態が得られなくなる。

【００３７】特開平１１−２４５２５６号公報に示され
るように、金型キャビティを二酸化炭素で加圧した後に
溶融樹脂を充填する場合、溶融樹脂の冷却を、充填工程
中、二酸化炭素によって低下した該溶融樹脂の表面の固
化温度−３５℃以上、熱可塑性樹脂固有の固化温度−５
℃以下の温度の金型で行うことにより、金型表面状態を
溶融樹脂表面に高度に転写することができる。

【００３８】上記した発泡射出成形法を図１〜４に一例
を挙げて具体的に説明する。図１及び図２は金型キャビ
ティ容積を拡大して発泡層を形成する成形法、図３及び
図４は金型キャビティ外へ溶融樹脂の一部を排出させて
発泡層を形成する成形法、の一例における金型の断面模
式図である。図中、１は固定側金型、２は可動側金型、
３は金型キャビティ、４は溶融樹脂、５は表皮層、６は
発泡層、７は薄肉部、２１は金型コア、３１は射出成形
機、３２はスクリュ、３３はランナ、３４は発泡した溶
融樹脂、４１は排出キャビティ、４２は連絡通路、４３
は連絡通路４２を開閉するバルブである。

【００３９】図１の成形法について説明する。図１
（ａ）は溶融樹脂４の充填前の状態である。この状態で
ガス加圧された金型キャビティ３に熱可塑性樹脂に二酸
化炭素を溶解した溶融樹脂４を射出充填する（ｂ）。本
成形法では二酸化炭素によって溶融樹脂４の溶融粘度が
低下しているため、薄肉部７にも速やかに溶融樹脂４が
充填される。この状態で上記したように溶融樹脂４に加
圧しながら所定時間保持することにより、溶融樹脂４の
金型１、２壁面に接する表面が冷却固化されて表皮層５
が形成される。この冷却固化の時間を長くすると表皮層
５は厚くなる。次いで、可動側金型２を後退させて金型
キャビティ３の容積を拡大することにより、溶融樹脂４
にかかる圧力が低下し、表皮層５に包まれた内部の溶融
樹脂４が発泡し、発泡層６が形成される（ｃ）。また、
可動側金型２にかかる圧力を開放することによっても、
溶融樹脂４にかかる圧力が低下し、表皮層５に包まれた
内部の溶融樹脂４が発泡し、該発泡によって可動側金型
２が後退し、金型キャビティ３の容積が拡大し、発泡層
６が形成される。本実施形態では、薄肉部７で囲まれた
凹部内で金型キャビティ３の容積が拡大されるため、表
皮層５の表面に発泡層６が露出することがなく、良好な
外観が得られる。

【００４０】図２は、金型キャビティ３の容積を拡大す
る別の実施形態を示す図であり、移動側金型２に設けた
金型コア２１を後退させることで金型キャビティ３の容
積を拡大させ、発泡層６を形成する。本例では成形品に
曲げ剛性を必要とする部分に厚肉発泡層を形成せしめる
ことができ、成形品の剛性を増大させることができる。

【００４１】図１と図２に示す成形法では、溶融樹脂４
に二酸化炭素が含有されて流動性が向上しているため、
薄肉部７にも十分に充填される。薄肉部７を発泡させる
には、溶融樹脂４を充填後、直ちに金型キャビティ３の
容積を拡大する必要がある。図１、２において可動側金
型２、金型コア２１を溶融樹脂４の発泡により後退させ
る場合には、後退量をバネなどで制限することにより、
発泡倍率を制御することが好ましい。

【００４２】次に、図３、図４の成形法について説明す
る。図３は射出成形機３１に、図４は排出キャビティ４
１にそれぞれ溶融樹脂４を排出させて金型キャビティ３
内における溶融樹脂４の体積を減少させて発泡層を形成
する方法である。

【００４３】図３において、（ａ）は溶融樹脂４を充填
する前の状態を示す。この状態で、射出成形機３１より
ガス加圧された金型キャビティ３に熱可塑性樹脂に二酸
化炭素を含有させた溶融樹脂４を射出充填する（ｂ）。
この状態で溶融樹脂４を加圧しながら所定時間保持し、
溶融樹脂４の金型１、２壁面に接する表面を冷却固化し
て表皮層５を形成する。次いで、射出成形機３１のスク
リュ３２を後退させると、溶融樹脂４にかかる圧力が開
放されるため、溶融樹脂４の発泡力によって該溶融樹脂
４の一部３４が射出成形機３１に逆流し、金型キャビテ
ィ３内の溶融樹脂４の体積が減少して発泡層６が形成さ
れる。

【００４４】尚、図３の方法では溶融樹脂３４を逆流さ
せるためにランナ３３として太いものを使用する必要が
ある。さらにゲートを機械的に開閉できるバルブゲート
方式のホットランナを使用することが好ましい。

【００４５】また、図４においては、金型に予め金型キ
ャビティ３に隣接して、該金型キャビティ３とはバルブ
４３によって開閉が制御された連絡通路４２を介して連
絡された排出キャビティ４１が形成されている（ａ）。
この状態で、連絡通路４２を閉じ、ガス加圧された金型
キャビティ３に熱可塑性樹脂に二酸化炭素を含有させた
溶融樹脂４を充填し（ｂ）、溶融樹脂４を加圧しながら
所定時間保持して表皮層５を形成した後、バルブ４３を
開くと、表皮層５に包まれた溶融樹脂４の発泡力によっ
て該溶融樹脂４の一部３４が通路４２を介して排出キャ
ビティ４１に排出され、金型キャビティ３内の溶融樹脂
４の体積が減少して発泡層６が形成される。尚、発泡層
６の形成時には溶融樹脂４は表皮層５の一部を破って排
出キャビティ４１に排出されるため、表皮層５はこれを
妨げない程度に薄く形成しておくことが望ましい。ま
た、表皮層５を破るためにバルブ４３を開き、溶融樹脂
４をさらに加圧することも有効である。

【００４６】図４において、溶融樹脂３４排出後の金型
キャビティ３内圧を制御するために、排出キャビティ４
１内にバネで排出樹脂量を規制する構造や、バルブ４３
の開口面積を変えられる構造とすることが好ましいが、
樹脂粘度、成形品の断面積やバルブ４３の開口面積、樹
脂排出時の流動距離を適切な値とすることにより、樹脂
排出時の流動抵抗を利用してキャビティ３内圧を適当な
範囲に保つことも可能である。排出キャビティ４１の数
は、成形品厚みや樹脂粘度に応じて決まり、薄肉部品や
溶融粘度の高い樹脂ほど樹脂排出時の樹脂流動抵抗が大
きいため、排出キャビティ４１の数を増す必要がある。
また、排出キャビティ４１の位置は、より多くの樹脂を
排出するために厚肉部分に設けることが好ましい。

【００４７】

【実施例】以下に実施例を用いて本発明の効果をさらに
具体的に説明する。

【００４８】〔二酸化炭素〕純度９９％以上の二酸化炭
素を使用した。

【００４９】〔射出成形機〕射出成形機は住友重機械工
業製「ＳＧ２６０Ｍ−Ｓ」を使用した。射出成形機のス
クリュシリンダはＬ／Ｄ２９のベントタイプとし、ベン
ト部分を二酸化炭素で加圧できるようにし、供給する二
酸化炭素の圧力を減圧弁で一定に保つことで、溶融樹脂
に溶解する二酸化炭素量を制御した。可塑化から射出開
始までの間、スクリュ背圧として、溶融樹脂が発泡して
スクリュが後退しない最低限の圧力を設定、保持した。

【００５０】〔熱可塑性樹脂中への二酸化炭素の溶解〕
成形機ベント部分の二酸化炭素供給圧力を１０ＭＰａと
して、可塑化した熱可塑性樹脂に二酸化炭素を溶解させ
た。

【００５１】〔溶融樹脂中の二酸化炭素量の測定〕溶融
樹脂に溶解した二酸化炭素量は、成形品の成形後の重量
減少から求めた。即ち、成形直後に成形品の重量を測定
した後、成形品を約２４時間大気中に放置し、次に、ポ
リスチレンにおいては８０℃、他の樹脂においては１２
０℃の真空乾燥機中に４８時間放置し、成形品中に含ま
れていた二酸化炭素量が放散して一定になった成形品の
重量を測定し、これらの差を溶融樹脂中に含まれていた
二酸化炭素量とした。

【００５２】〔射出シリンダ温度の設定〕射出シリンダ
温度は、ポリカーボネートについては３００℃、変性ポ
リフェニレンエーテル、ポリアミド６６については２８
０℃、ポリスチレンについては２２０℃とした。

【００５３】（実施例１）図１に示す箱状の成形品を形
成した。金型キャビティは、該箱状の底面が２００ｍｍ
×２００ｍｍで厚みは２〜１０ｍｍで可変であり、立ち
上がり面（薄肉部７）の高さが４０ｍｍで厚みが約１．
２ｍｍで、底面の中央にダイレクトゲートがある。

【００５４】射出シリンダに二酸化炭素を供給し、ポリ
カーボネート（帝人化成製「パンライトＬ１２２５」）
に二酸化炭素を溶解させ、図１に示した方法で成形品を
発泡射出成形した。成形品の底面となる金型キャビティ
の厚みを３ｍｍとし、二酸化炭素で７ＭＰａに加圧状態
にした金型キャビティ（金型温度８０℃）に二酸化炭素
を溶解した上記ポリカーボネートを２秒間で充填し、シ
リンダ内樹脂圧力１８０ＭＰａで１秒間保圧した後、約
１秒で可動側金型を３ｍｍ後退させて６ｍｍの厚みとし
て発泡させた。金型キャビティを加圧した二酸化炭素は
樹脂充填完了と同時に開放した。この成形法により底面
が発泡し、薄肉の立ち上がり面が十分に充填された偏肉
発泡成形品を得た。発泡から１分間冷却した後、金型を
開いて成形品を取り出した。

【００５５】また発泡射出成形後の成形品の重量減少か
ら求めた溶融樹脂中の二酸化炭素量は２重量％であっ
た。発泡層の発泡倍率は２．９倍、表皮層の厚さは０．
７ｍｍであった。

【００５６】（実施例２）断面が２０ｍｍ×２０ｍｍの
ほぼ正方形で、長さが３００ｍｍの棒状成形品を図４の
方法で成形した。金型は、上記棒状の金型キャビティの
一端に５ｍｍ×１０ｍｍのゲートを設け、ゲートから正
方形断面まで３０ｍｍにわたって断面形状を直線的に変
えた。ゲートと反対側の棒の端部に断面が５ｍｍ×１０
ｍｍで長さ１５ｍｍの連絡通路と、該連絡通路の中央部
にバルブを設け、連絡通路の先には断面が２０ｍｍ×４
０ｍｍ、長さ２００ｍｍの排出キャビティがつながって
いる。

【００５７】射出シリンダから二酸化炭素をガラス繊維
３３％含有ポリアミド６６（旭化成工業製「レオナ１４
０２Ｇ」）に供給して溶解させつつ、図４の方法で成形
品を発泡射出成形した。二酸化炭素で７ＭＰａに加圧状
態にした金型キャビティ（金型温度６０℃）に二酸化炭
素を溶解したポリアミド６６を１．５秒間で充填し、シ
リンダ内樹脂圧力９０ＭＰａで５秒間保圧した後、上記
連絡通路のバルブを開放し、溶融樹脂を排出キャビティ
に排出させて発泡させた。この成形法により内部に高発
泡の発泡層を有する成形品が得られた。発泡から３分間
冷却した後、金型を開いて成形品を取り出した。

【００５８】また発泡射出成形後の成形品の重量減少か
ら求めた溶融樹脂中の二酸化炭素量は１．８重量％であ
った。発泡層の発泡倍率は２．８倍、表皮層の厚さは２
ｍｍであった。

【００５９】（実施例３）射出シリンダから二酸化炭素
を変性ポリフェニレンエーテル樹脂（旭化成工業製「ザ
イロン３００Ｈ」）に供給して溶解させつつ、実施例１
と同じ金型を用い、図１の方法で成形品を発泡射出成形
した。底面の金型キャビティ厚みを５ｍｍとし、二酸化
炭素で７ＭＰａに加圧状態にした金型キャビティ（金型
温度７０℃）に二酸化炭素を溶解した上記変性ポリフェ
ニレンエーテル樹脂を２秒間で完全に充填し、直ちに可
動側金型を５ｍｍ後退させて１０ｍｍの厚みとして発泡
させた。この成形法により底面が発泡し、薄肉の立ち上
がり面が十分に充填された偏肉発泡成形品を得た。発泡
から２分間冷却した後、金型を開いて成形品を取り出し
た。

【００６０】また発泡射出成形後の成形品の重量減少か
ら求めた溶融樹脂中の二酸化炭素量は２．３重量％であ
った。発泡層の発泡倍率は２．３倍、表皮層の厚さは
０．５ｍｍであった。

【００６１】（実施例４）断面が３５ｍｍ×２５ｍｍで
長さが３００ｍｍの棒状の成形品を図４の方法で成形し
た。金型としては、実施例２と同様の構造とし、排出キ
ャビティを４０ｍｍ×４０ｍｍ×２２０ｍｍとした。ま
た、金型キャビティを構成する金型壁面は平均粗さ（Ｒ
ａ）が１３．２μｍのシボ状とした。

【００６２】射出シリンダから二酸化炭素をポリスチレ
ン（Ａ＆Ｍポリスチレン製「Ａ＆Ｍポリスチレン６８
５」）に供給して溶解させつつ、図４の方法で成形品を
発泡射出成形した。二酸化炭素で７ＭＰａに加圧状態に
した金型キャビティ（金型温度５０℃）に二酸化炭素を
溶解した上記ポリスチレンを１．５秒間で充填し、シリ
ンダ内樹脂充填圧力８０ＭＰａで５秒間保圧した後、上
記連絡通路のバルブを開放し、溶融樹脂を排出キャビテ
ィに排出させて発泡させた。この成形法により内部に高
発泡の発泡層を有する成形品が得られた。発泡から３分
間冷却した後、金型を開いて成形品を取り出した。

【００６３】得られた成形品の重量減少から求めた溶融
樹脂中の二酸化炭素量は２．９重量％であった。発泡層
の発泡倍率は２．６倍、表皮層の厚さは２ｍｍであっ
た。また、得られた成形品表面は平均粗さ（Ｒａ）が１
３．１μｍのシボ形状が転写されており、高度な転写性
が得られ、表面には光沢ムラやフローマークなどの表面
不良は見られなかった。

【００６４】（実施例５）実施例４と同じ金型キャビテ
ィを備えた金型を用い、樹脂充填圧力後に保圧した後、
射出スクリュを容積にして４００ｃｍ³分後退させて溶
融樹脂を発泡させる以外は実施例４と同様にして成形を
行った。成形品は発泡から３分間冷却した後に、金型を
開いて取り出した。

【００６５】発泡層の発泡倍率は２．４倍、表皮層の厚
さは２ｍｍであった。

【００６６】（比較例１）実施例１に使用した二酸化炭
素溶解のポリカーボネートを使用し、図１に示した金型
で、金型キャビティに加圧二酸化炭素を供給せずに底面
の金型キャビティ厚みを最初から１０ｍｍとし、二酸化
炭素を溶解したポリカーボネートを該金型キャビティを
満たすに不十分な量で射出して発泡射出成形した（ショ
ートショット）。この成形法では薄肉の立ち上がり面が
樹脂で十分に充填されていなかった。また表面に発泡模
様も観察され、成形品表面より内部まで連続して発泡し
ており、実質的に表皮層が形成されていなかった。

【００６７】（比較例２）実施例２に使用した二酸化炭
素溶解のガラス繊維３３％含有ポリアミド６６を使用し
た以外は比較例１と同様にして発泡射出成形を行った。
得られた成形品は、薄肉の立ち上がり面が樹脂で十分に
充填されていなかった。また表面に発泡模様も観察さ
れ、成形品表面より内部まで連続して発泡しており、実
質的に表皮層が形成されていなかった。

【００６８】

【発明の効果】上記したように、本発明の発泡射出成形
品は、非発泡の薄い表皮層と高発泡の発泡層を有する軽
量な発泡射出成形品であり、弱電機器、電子機器、事務
機器などのハウジング、各種自動車部品、各種日用品、
などの熱可塑性樹脂発泡射出成形品を安価に提供するこ
とができる。また、本発明の発泡射出成形品は、特定の
成形法により成形することで、特に、携帯用パソコン、
携帯電話等のモバイル電子機器の、局所的に厚肉部を有
する薄肉筐体などの用途では、成形が容易になり、成形
品の品質が向上したり、軽量化、製品デザインの自由度
の増大等が期待できる。また、これらの偏肉成形品の金
型表面の転写性が良くなり、シャープエッジの再現性も
良くなり、さらに成形品の残留応力も低減し、成形品の
反り、ねじれが少なくなり、寸法精度も向上させること
ができる。

【００６９】また、熱安定性が悪く、高い樹脂温度で成
形することが困難な難燃剤を含む樹脂であっても、上記
特定の成形法によれば良好に成形して本発明の成形品と
することができ、設計自由度が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の発泡射出成形品の好ましい成形法の一
例における金型の断面模式図である。

【図２】本発明の発泡射出成形品の好ましい成形法の他
の例における金型の断面模式図である。

【図３】本発明の発泡射出成形品の好ましい成形法にお
ける金型の断面模式図である。

【図４】本発明の発泡射出成形品の好ましい成形法にお
ける金型の断面模式図である。

【符号の説明】

１ 固定側金型 ２ 可動側金型 ３ 金型キャビティ ４ 溶融樹脂 ５ 表皮層 ６ 発泡層 ７ 薄肉部 ２１ 金型コア ３１ 射出成形機 ３２ 射出スクリュ ３３ ランナ ３４ 溶融樹脂 ４１ 排出キャビティ ４２ 連絡通路 ４３ バルブ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 非発泡の表皮層と、該表皮層に包まれた
   発泡層とを有する熱可塑性樹脂の発泡射出成形品であっ
   て、上記表皮層の厚さが当該成形品の最大肉厚の２０％
   以下であり、上記発泡層が表皮層の内側より連続的に発
   泡し、発泡倍率が１．１〜４．０であることを特徴とす
   る発泡射出成形品。
2. 【請求項２】 上記発泡層が軽石状である請求項１に記
   載の発泡射出成形品。
3. 【請求項３】 二酸化炭素を０．２重量％以上溶解させ
   た溶融熱可塑性樹脂を、予め該溶融樹脂のフローフロン
   トで発泡が起きない圧力以上にガス体で加圧した金型キ
   ャビティに射出充填し、該溶融樹脂に圧力をかけて金型
   壁面に押し付けて表面を固化させて表皮層を形成した
   後、上記金型キャビティ容積を拡大して表皮層に包まれ
   た溶融樹脂を発泡させて発泡層を形成した請求項１また
   は２に記載の発泡射出成形品。
4. 【請求項４】 二酸化炭素を０．２重量％以上溶解させ
   た溶融熱可塑性樹脂を、予め該溶融樹脂のフローフロン
   トで発泡が起きない圧力以上にガス体で加圧した金型キ
   ャビティに射出充填し、該溶融樹脂に圧力をかけて金型
   壁面に押し付けて表面を固化させて表皮層を形成した
   後、上記表皮層に包まれた溶融樹脂の一部を金型キャビ
   ティ外へ排出させることにより、該溶融樹脂を発泡させ
   て発泡層を形成した請求項１または２に記載の発泡射出
   成形品。