JP2003039477A - 射出発泡成形方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】計量部で計量された溶融樹脂中の発泡剤含浸量
を各ショット毎にバラつきがないようにして所定の発泡
状態の成形品を安定して得ることができる射出発泡成形
方法を提供することを目的としている。 【解決手段】射出成形機のシリンダー内にてスクリュー
回転によって溶融状態になった溶融樹脂に、発泡剤を供
給して、発泡剤を溶融樹脂に混合し含浸させるととも
に、得られた発泡剤含浸溶融樹脂を計量して、金型キャ
ビティ内へ射出して発泡成形品を得る射出発泡成形方法
であって、計量開始後にシリンダー内への発泡剤の供給
を開始し、予め設定された１ショット分の発泡剤量がシ
リンダー内に供給され、シリンダー内への発泡剤の供給
を停止したのち発泡剤含有溶融樹脂を射出するようにし
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、射出発泡成形方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】保温保冷容器として、軽量であることか
ら、発泡ポリスチレン系樹脂製容器が従来から用いられ
ている。この発泡ポリスチレン系樹脂製容器は、揮発性
発泡剤を含浸させた発泡性スチレンビーズに代表され
る、揮発性発泡剤を含浸させたポリスチレン系樹脂ビー
ズを用いる方法で製造されることが多いが、一般にポリ
スチレン系樹脂ビーズ発泡性スチレンビーズを予め予備
発泡させた後に１〜２日放置し、その後成形型に導入し
加熱発泡成形する如く、２段法を必要とし、生産性に難
点を有するものであった。

【０００３】また、発泡ポリスチレン系樹脂製容器は、
剛性もしくは表面硬度が小さいので損傷を受け易く、損
傷部に汚れ等が付着し易く非衛生的であるため、再利用
のための処理がしにくくリサイクル性に乏しいという問
題があった。

【０００４】他方、例えば特開平８−１０８４４０号公
報に開示されているように化学発泡剤（熱分解型発泡
剤）を用いて発泡熱可塑性樹脂製成形体を製造する場
合、化学発泡剤が人体に毒性を有する場合の多い、ま
た、製造された成形体中に未分解の発泡剤及び分解残渣
が残存するとともに、その量が一定ではないため、粉砕
してリサイクルしようとしても、粉砕品の樹脂物性が不
安定である。したがって、環境面及びリサイクル面で問
題がある。

【０００５】そこで、二酸化炭素ガス等の環境に影響を
与えず、成形体内に残らない不活性ガスが高圧で浸透さ
れてなる溶融状態の発泡性熱可塑性樹脂を金型内に射出
した後、前記樹脂が溶融している状態で、金型キャビテ
ィの少なくとも一部拡開して熱可塑性樹脂を発泡させた
のち、熱可塑性樹脂を冷却固化させることを特徴とする
発泡成形体の製造方法を用いて製造した容器が既に提案
されている（特開２００１−１０５４４７号公報）。

【０００６】即ち、この製造方法によれば、得られる容
器が、内部発泡層と、この内部発泡層の周囲を被覆する
とともに、内部発泡層に比べ剛性高いスキン層とを備え
た構造となるため、表面の防汚性、剛性、耐摩耗性に優
れたものとなり、容器のリユース（再使用）を図ること
が可能となる。また、発泡剤として、環境や人体に影響
を与えないとともに、成形体内に残らない不活性ガスを
用いるようにしているので、マテリアルリサイクルも容
易なものとなる。

【０００７】しかし、上記特開２００１−１０５４４７
号公報に記載の発泡成形体の製造方法では、樹脂の計量
中たけでなく、射出中など他の工程時にもシリンダー内
にガスを連続的に供給していたため、ガスの含浸量にバ
ラつきがあり、成形品の発泡状態に問題があった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
事情に鑑みて、計量部で計量された溶融樹脂中の発泡剤
含浸量を各ショット毎にバラつきがないようにして所定
の発泡状態の成形品を安定して得ることができる射出発
泡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】このような目的を達成す
るために、本発明の請求項１に記載の射出発泡成形方法
（以下、「請求項１の成形方法」と記す）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溶融状態
になった溶融樹脂に、発泡剤を供給して、発泡剤を溶融
樹脂に混合し含浸させるとともに、得られた発泡剤含浸
溶融樹脂を計量して、金型キャビティ内へ射出して発泡
成形品を得る射出発泡成形方法であって、計量開始後に
シリンダー内への発泡剤の供給を開始し、予め設定され
た１ショット分の発泡剤量がシリンダー内に供給され、
シリンダー内への発泡剤の供給を停止したのち発泡剤含
有溶融樹脂を射出するようにした。

【００１０】本発明の請求項２に記載の射出発泡成形方
法（以下、「請求庫２の成形方法」と記す）は、請求項
１の成形方法において、計量終了までに発泡剤の供給が
完了するように設定した。

【００１１】本発明の請求項３に記載の射出発泡成形方
法（以下、「請求庫３の成形方法」と記す）は、請求項
１または請求項２の成形方法において、発泡剤として樹
脂に不活性なガスを用いるようにした。

【００１２】本発明で使用される樹脂としては、特に限
定されるものではないが、好ましくは、発泡に適した溶
融張力（具体的には、２００℃で０．０６９Ｎ＝７ｇ，
以上）、伸張粘度特性を有するものであって、例えば、
ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂等のポリオ
レフィン系樹脂の他、ポリスチレン系樹脂、アクリルニ
トリル−ブタジエン−スチレン共重合体（ＡＢＳ樹
脂）、ポリ塩化ビニル系樹脂などが挙げられ、これらを
単独で、あるいは２種以上併用して用いることができる
が、これらの樹脂の内でも、ポリプロピレン系樹脂を用
いることがリサイクル性や物性等の点で特に好ましい。

【００１３】ここでいうポリプロピレン系樹脂は、ポリ
プロピレンのホモポリマーに限られず、他の共重合性モ
ノマーとのランダムコポリマーやブロックコポリマー等
の一般的なポリプロピレン、及び、メタロセンを触媒等
として得られたメタロセンポリプロピレン、またポリプ
ロピレンに長鎖分岐を持たせたもの、他成分をグラフト
重合したものも含み、これらは単独で使用されても良い
し、２種以上併用されても良い。

【００１４】発泡剤としては、特に限定されないが、請
求項３の成形方法のように、樹脂に対して不活性なガス
（以下、「不活性ガス」と記す）を用いることが好まし
い。上記不活性ガスは、常温・常圧で気体である不活性
な無機物質であって、上記樹脂を劣化させないものであ
れば、特に限定されず使用できる。例えば、二酸化炭素
（ＣＯ₂）ガス（以下、「炭酸ガス」と記す）、窒素、
アルゴン、ネオン、ヘリウム、酸素等が挙げられ、これ
らを単独で使用しても良いし、２種以上併用しても良い
が、樹脂に対する含浸度が高く、樹脂の溶融粘度の低下
が大きいため炭酸ガスを用いることが最も好ましい。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下に、本発明を、その実施の形
態をあらわす図を参照しつつ詳しく説明する。ただし、
本発明は、図示の実施形態に限定されるものではなく、
本発明の主旨を逸脱しない範囲の設計変更を含むもので
ある。図１〜図５は本発明の射出発泡成形方法に使用す
る射出成形装置の１つの実施の形態を示すものである。

【００１６】図１に示すように、射出成形装置Ａは、射
出成形機１と、これに発泡剤としてのガスを送るガス注
入装置９とを備えている。

【００１７】射出成形機１は、図１および図２に示すよ
うに、シリンダー２と、その内部に配されたスクリュー
３と、シールボックス４とから主に構成され、他の部分
よりフライト間空間の内容積が大きくなるとともに上流
側よりも樹脂の送り速度が速くなっている拡大発泡剤含
浸ゾーン１１がシリンダー２とスクリュー３との間に形
成されるようになっている。図１中、１２は計量部、１
３は樹脂供給ホッパー、１４はスクリュー駆動ユニッ
ト、１５はシールボックス４の接続アームである。拡大
発泡剤含浸ゾーン１１は、図２に示すように、スクリュ
ー３の先端（下流端）近く（先端からやや後端寄り、す
なわちホッパー寄り）に拡大発泡剤含浸ゾーン形成部３
１が設けられることによって形成されるようになってい
る。

【００１８】すなわち、拡大発泡剤含浸ゾーン形成部３
１は、スクリュー３の他の部分より、スクリュー溝が深
くなされ、且つ、前後スクリューフライト間のピッチが
大きくなされることによってシリンダー２との間に拡大
発泡剤含浸ゾーン１１を形成するようになっている。シ
リンダー２は、その先端に、図１に示すように、シャッ
トオフ弁２４が設けられ、後端側にホッパー１３を備え
た原料樹脂供給口２５が設けられている。

【００１９】スクリュー３は、スクリューロッド３ａの
内部にガス通路５を備え、スクリューロッド３ａの先端
部に第１チェックリング３が外嵌され、スクリューロッ
ド３ａの拡大発泡剤含浸ゾーン形成部３１と可塑化部３
２との間に第２チェックリング３９が外嵌されている。
可塑化部３２は、図２に示すように、原料樹脂供給口２
５側から供給部、圧縮部、メルト部の３つの部分から構
成されている。

【００２０】ガス通路５は、図２〜図４に示すように、
シリンダー２外のスクリューロッド３ａの後端側外壁面
に開口するガス導入口５１と、スクリューロッド３ａの
拡大発泡剤含浸ゾーン形成部３１の外壁面に開口するガ
ス供給口５２と、ガス供給口５２の近傍に、図４に示す
ように、ガス供給口５２からの溶融樹脂の逆流を防止す
るばね式の逆流防止弁７とを備えている。

【００２１】逆流防止弁７は、図４に示すように、通
常、弁本体７１がスプリング７２によって閉弁方向（図
４の矢印Ｘ方向）に付勢されて閉じられた状態になって
いてガス通路５側に溶融樹脂が流入しないようになって
いるが、ガス通路５にガスが供給されて来ると、ガス圧
力によって弁本体７１がスプリング７２の付勢力に抗し
て開弁方向（図４の矢印Ｘと逆方向）に移動するように
なっている。すなわち、ガスが逆流防止弁７を通過し、
更にガス供給口５２を経て、拡大発泡剤含浸ゾーン１１
の溶融樹脂に供給されるようになっている。

【００２２】第１チェックリング３８は、計量部１２で
計量された計量樹脂が拡大発泡剤含浸ゾーン１１側へ逆
流しないようにスクリューロッド３ａの先端部に設けら
れている。第２チェックリング３９は、拡大発泡剤含浸
ゾーン１１の発泡剤含有溶融樹脂が、可塑化部３２側に
逆流しないように設けられている。

【００２３】シールボックス４は、図１〜図３に示すよ
うに、環状をしていて、スクリュー３の前後進および回
転に対し，ガス導入口５１との位置がずれないように、
射出成形機１の駆動ユニット１４に接続アーム１５を介
して固定されて、スクリュー３のガス導入口５１形成部
分を囲繞している。また、シールボックス４は、ガス導
入口５１が臨む位置にリング状の連通凹溝４１が設けら
れているとともに、この連通凹溝４１をスクリューロッ
ド３ａの前後両側から挟むように、スクリューロッド３
ａの酸化クロム皮膜３９部分の周面に弾接し、連通凹溝
４１内からのガスリークを防止するシール部材６が装着
されている。

【００２４】すなわち、シール部材６は、図７に示すよ
うに、断面略Ｔ字形をしたＮＢＲやＥＰＭ等の合成ゴム
からなるリング状のシール本体６１と、このシール本体
６１のＴ字の縦辺部６１ａの両側面に沿うように配設さ
れるポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂からな
る一か所に切れ目６２ａが設けられた断面略Ｃ字形をし
た補強材６２とから構成されている。そして、シール部
材６は、連通凹溝４１の前後に設けられた収容凹溝４２
に嵌まり込むように装着されていて、シール本体６１の
Ｔ字の縦辺部６１ａ先端がスクリューロッド３ａの表面
に弾接し、連通凹溝４１部分を気密状態に保持するよう
になっている。

【００２５】また、シールボックス４の連通凹溝４１に
は、シールボックス４外に開口するガス注入装置Ｂから
注入される発泡剤としての炭酸ガスの注入口４３が穿設
されている。ガス注入装置９は、図６に示すように、炭
酸ガスボンベ９２と、液化炭酸ガスボンベ９２の炭酸ガ
スを気化させるようになっているガス蒸発機９２と、ガ
ス蒸発機９３で気化した炭酸ガスを所定の圧力に圧縮す
るようになっているガス圧縮機９４と、ガス圧縮機９４
で圧縮されたガスをシールボックス４に送るガス配管９
１途中に設けられるソレノイドバルブ９５と、このソレ
ノイドバルブ９５を制御する制御装置９６と、ガス流量
計（図示せず）を備えている。

【００２６】つぎに、この射出成形装置Ａを用いた本発
明の射出発泡成形方法を詳しく説明する。まず、ホッパ
ー１３から原料樹脂供給口３２を経てシリンダー２内へ
原料樹脂を供給し、この原料樹脂をスクリュー３の回転
によって溶融混練しながらシリンダー２の先端方向へ送
り、シリンダー２先端部の計量部１２で射出樹脂の計量
を開始する。

【００２７】一方、計量開始と同時にガス注入装置９の
制御装置９６が、ソレノイドバルブ９５を開き、ガス圧
縮機９３で所定の圧力まで圧縮された炭酸ガスをシール
ボックス４およびガス通路５を経てガス供給口５２から
拡大発泡含浸ゾーン１１へ供給する。そして、ガス流量
計によってソレノイドバルブ９５が開放され、シリンダ
ー２内へのガス供給が開始されてからの積算ガス供給量
を計測し、その積算ガス供給量が１ショットに必要なガ
ス供給量に達すると、制御装置９６がソレノイドバルブ
９５を閉じてシリンダー２内へのガスの供給を停止す
る。

【００２８】計量部１２に所定量の溶融樹脂が計量され
ると、スクリュー３を停止し、シャットオフ弁２４を開
放し、金型（図示せず）内に炭酸ガス含浸溶融樹脂を射
出したのち、金型のキャビティ壁面を後退させ、樹脂の
溶融状態を保ちながら発泡させる。発泡後、金型内で樹
脂を冷却固化させたのち、金型を開放し成形品を金型か
ら取り出す。

【００２９】そして、キャビティ空間を最少状態に戻し
て金型を閉じ、上記工程を繰り返し連続して成形品を成
形するようになっている。

【００３０】この射出発泡成形方法は、以上のように、
１ショット毎に、計量される溶融樹脂中に含浸されるガ
スの供給量を一定である。したがって、毎ショット、一
定のガスが含浸された発泡剤含有溶融樹脂が金型内に射
出され、毎ショット安定した品質の発泡成形品を得るこ
とができる。

【００３１】また、計量が終了する前に、１ショット分
の炭酸ガスの供給が完了するようになっているので、射
出サイクルを効率のよいものとすることができる。さら
に、発泡剤として樹脂に不活性な炭酸ガスを用いるよう
にしたので、樹脂を変質させたりすることなく、効率よ
く発泡させることができる。しかも、大気の汚染も極力
防止することができる。また、上記射出成形装置Ａは、
計量部１２より低圧の拡大発泡剤含浸ゾーン１１部分で
炭酸ガスを溶融樹脂に含浸させるようにしたので、炭酸
ガスの供給圧をそれほど高くしなくても短時間で均一に
溶融樹脂中にガスを含浸させることができる。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】本発明にかかる射出発泡成形方法は、上記
の実施の形態に限定されない。例えば、上記の実施の形
態ではガス通路５が１本であったが、複数本設け、各ガ
ス通路のガス導入口を臨む部分に個別にシールボックス
を設け、ガス供給口へのガス供給経路を個別に設けるよ
うにしても構わない。上記の実施の形態では、スクリュ
ーロッド３ａにその内部を通るガス通路５を設け、この
ガス通路５を介してシリンダー２内の溶融樹脂に炭酸ガ
スを供給するようにしたが、シリンダーの壁面にガス供
給口を設け、このガス供給口からガスを供給するように
しても構わない。また、スクリューロッド側およびシリ
ンダー側の両側からガスを供給するようにしても構わな
い。上記の実施の形態では、ガス配管９１の途中にガス
流量計を設け、ガス流量計で計測された積算ガス流量に
よって所定のガスが供給されたかどうかを判断するよう
にしているが、ソレノイドバルブの開放時、すなわち、
ガス供給開始からの時間をタイマーで計測し、所定の時
間が経過すると、制御装置がソレノイドバルブを閉じさ
せるようにしても構わない。

【００３３】

【発明の効果】本発明にかかる射出発泡成形方法は、以
上のように構成されているので、計量部で計量された溶
融樹脂中の発泡剤含浸量を各ショット毎にバラつきがな
いようにすることができる。したがって、成形品間で発
泡状態のバラつきがなくなり、安定した品質の成形品を
精度よく得られるようになる。

【００３４】また、請求項２の成形方法のようにすれ
ば、計量が終了すればすぐに射出を行なう事ができ、生
産性に優れたものになる。請求項３の成形方法のように
すれば、ガスによる樹脂の劣化などがなく、より品質の
よい成形品を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる射出発泡成形方法に使用する射
出成形装置の一つの実施の形態をあらわす断面図であ
る。

【図２】図１の射出成形装置の射出成形機部分を説明す
る断面図である。

【図３】図１の射出成形装置のシールボックス部を説明
する断面図である。

【図４】図１の射出成形装置のガス通路の逆止弁部分の
拡大断面図である。

【図５】図１の射出成形装置のシールボックスのシール
部材をあらわし、同図（ａ）はその正面図、同図（ｂ）
はその一部切欠側面図である。

【図６】図１の射出成形装置のガス注入装置を説明する
模式図である。

【符号の説明】

Ａ 射出成形装置 １ 射出成形機 ２ シリンダー ３ スクリュー

Claims (3)

【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
   回転によって溶融状態になった溶融樹脂に、発泡剤を供
   給して、発泡剤を溶融樹脂に混合し含浸させるととも
   に、得られた発泡剤含浸溶融樹脂を計量して、金型キャ
   ビティ内へ射出して発泡成形品を得る射出発泡成形方法
   であって、計量開始後にシリンダー内への発泡剤の供給
   を開始し、予め設定された１ショット分の発泡剤量がシ
   リンダー内に供給され、シリンダー内への発泡剤の供給
   を停止したのち発泡剤含有溶融樹脂を射出することを特
   徴とする射出発泡成形方法。
2. 【請求項２】計量終了までに発泡剤の供給が完了するよ
   うに設定する請求項１に記載の射出発泡成形方法。
3. 【請求項３】発泡剤が樹脂に対して不活性なガスである
   請求項１または請求項２に記載の射出発泡成形方法。