JP2006159898A - 射出発泡成形方法および射出発泡成形用金型 - Google Patents

Abstract

【課題】発泡成形において成形体表面に発生するスワールマークの発生を防止し、短い成形サイクルで、かつ低コストで外観良好な射出発泡成形体を製造可能な射出発泡成形方法および射出発泡成形用金型を提供する。
【解決手段】可動金型２を固定金型１の側へ移動させることにより、固定金型１および可動金型２のキャビティ外部における互いに向き合う一対の対向面の少なくとも一方に配置されたシール部材６と、他方の対向面または該対向面に配置されたシール部材とを接触させて、キャビティ３をガスシール状態とし、その後、シール部材６を圧縮しながら可動金型２を固定金型１の側へさらに移動させることにより、ガスシール状態を維持しながらキャビティ３の容積を小さくし、これにより、大気圧を超える圧までキャビティ３内を昇圧し、昇圧したキャビティ３内に熱可塑性樹脂を射出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、可塑化され発泡ガスが溶解した熱可塑性樹脂を、成形機のキャビティ内に射出した後、キャビティ空間を拡大することで、発泡した成形体を得る射出発泡成形方法および当該方法に用いられる射出発泡成形用金型に関する。

熱可塑性樹脂を用いた射出成形では、材料削減、軽量化等を目的として、発泡を行うことが従来から検討されている。このような射出発泡成形を行う方法として、凹状の金型を凸状の金型に嵌合させてこれらの内部でキャビティを形成し、これらの金型を嵌合部で摺動させることによりキャビティの容積を変化させる、いわゆるシェアエッジと呼ばれる金型を用いて、成形機のキャビティ内に樹脂を射出した後、キャビティ容積を拡大する方法が知られている。この方法によれば、発泡倍率を高くすることができ、軽量化の効果が大きくなる。

しかし、上記の射出発泡成形方法では、溶融樹脂の充填時に樹脂内部に溶け込んだ発泡ガスが破裂し、引きずられることにより発生するスワールマークと呼ばれる外観不良が発泡成形体の外面に大量に発生するため、良好な外観を必要とする実際の製品としては使用することができなかった。

このスワールマークを改善する方法として、特許文献１には、発泡剤を含有した熱可塑性樹脂を可塑化させてキャビティ内に射出、充填した後、キャビティ容積を拡大する技術が開示されている。しかし、この方法においても、流動末端で射出速度が遅くなる場合や、成形品の形状が大きく変化する部分では、充填樹脂の圧力保持が難しく、成形体外面へのスワールマークの発生を完全に抑えることはできなかった。

一方、スワールマークを改善する方法として、ガスで加圧された金型空隙内に、発泡剤を含む樹脂を射出する、いわゆるガスカウンタプレッシャ法が知られている。しかし、例えば特許文献２などに示されるように、一般にカウンタプレッシャのガス圧には１ＭＰａまたはそれ以上の加圧力を必要とし、金型の気密性が必要であるため金型のコストが高くなっていた。さらに、このように高い圧力を金型内に加えるためには、キャビティ内ガスの加圧自体にも時間が必要であり、サイクルタイム自体も長く、製品コスト高の要因となっていた。

この問題点を解決した成形方法として、特許文献３には、ガス圧力を低くして気密シールを省く技術が提案されている。しかし、この方法はヒケやそりを防止するレベルの発泡を行うものであり、樹脂に混ぜ込む発泡剤の量を少なくし発泡倍率を１．０〜１．２倍程度にした微発泡成形である。したがって、キャビティ容積を拡大し発泡倍率を高める発泡成形においては使用することができない。また、このようにシールを全く使わない方法では、瞬間的にはキャビティ内ガスの圧力は上昇しても、それは瞬時であり射出の間圧力を保つことができなかった。

また、従来のカウンタプレッシャ成形では、可動金型を移動して固定金型と可動金型との間にキャビティを形成した後に、ガスを供給する時間が必要となるため、成形工程の高速化には限界がある。

また、従来のカウンタプレッシャ成形方法として、固定金型と可動金型が突き当たる非シェアエッジ式の金型形式で、キャビティ周縁部のパーティング部の隙間を介して、キャ
ビティに対するカウンタプレッシャ用のガスの供給と排出を行う方法が知られている。しかしこのような金型では、パーティング部の間隔は溶融樹脂の漏れ出しを防止するため狭くなっており、キャビティへのガス給排気に際してガスがパーティング部を通過する時の流動抵抗が大きく、ガスの給排気の高速化には限界がある。

特に、キャビティ内を昇圧させるためには、金型を閉じた後に、大気圧以上の圧縮ガスを、配管を通して給気する必要があるため、キャビティ内のガス圧の昇圧時間は成形サイクルを長くし、さらにガスの吸気および排気をコントロールする制御装置が外部的に必要である。

射出成形では、成形サイクルはコストに非常に重要な影響を及ぼす因子の一つであるが、従来の方法では、金型を型締した後に、キャビティ内へガスを供給し昇圧する行程が追加される。そのため、成形サイクルを長くする上記のようなカウンタプレッシャ法は採用が難しかった。

上記の問題点を改善する技術として、特許文献４には、シェアエッジ構造を有する固定金型および可動金型を用いて、型締め動作を利用して同時に昇圧する技術が提案されている。
特開２００２−１２０２５２号公報 特公平１−２２１３２号公報 特開平５−２６９７７８号公報 特開平１１−２７７５７５号公報

しかし、特許文献４の金型では、固定金型と可動金型が摺動する嵌合面にＯ−リングを設けてガスシール部を構成している。そのため、開閉の度にＯ−リングが磨耗するので気密性が低下し、頻雑な交換が必要となる。

さらに、例えば成形品が四角である場合など、嵌合面の位置によってその間隔に差があると、Ｏ−リングは一定厚であるので間隔の大きいところからエア漏れし易くなる。
本発明は、発泡成形において成形体表面に発生するスワールマークの発生を防止し、短い成形サイクルで、かつ低コストで外観良好な射出発泡成形体を製造可能な射出発泡成形方法および射出発泡成形用金型を提供することを目的としている。

また本発明は、キャビティ内のガス圧を昇圧した際に、エア漏れすることがなく、さらに、気密を保つためのシール部材の磨耗を抑制可能な射出発泡成形方法および射出発泡成形用金型を提供することを目的としている。

本発明の射出発泡成形方法は、固定金型と可動金型により形成されるキャビティ内に、可塑化され発泡ガスが溶解した熱可塑性樹脂を充填した後、可動金型を移動してキャビティ容積を拡大し、発泡樹脂成形体を得る射出発泡成形方法であって、
可動金型を固定金型の側へ移動させることにより、固定金型および可動金型のキャビティ外部における互いに向き合う一対の対向面の少なくとも一方に配置されたシール部材と、他方の対向面または該対向面に配置されたシール部材とを接触させて、キャビティをガスシール状態とし、
その後、シール部材を圧縮しながら可動金型を固定金型の側へさらに移動させることにより、ガスシール状態を維持しながらキャビティの容積を小さくし、これにより、大気圧を超える圧までキャビティ内を昇圧し、
昇圧したキャビティ内に熱可塑性樹脂を射出することを特徴とする。

上記の発明では、固定金型および可動金型のキャビティ外部における互いに向き合う一対の対向面に配置されたシール部材と、他方の対向面または該対向面に配置されたシール部材とを接触させて、キャビティをガスシール状態とした後、続けてシール部材を圧接しながら可動金型を固定金型の側へさらに移動させることにより、ガスシール状態を維持しながらキャビティ空間の容積を小さくし、これにより、大気圧を超える圧までキャビティ空間を昇圧しているので、金型の閉動作とキャビティ内ガスの昇圧が同時に行われる。したがって、カウンタプレッシャを加える時間が短縮でき、スワールマークのない外観良好な射出発泡成形体を短い成形サイクルで製造することができる。

本発明の射出発泡成形方法は、大気圧を超える圧まで昇圧した前記キャビティ内に熱可塑性樹脂を射出する途中または射出した後に、キャビティ内のガス圧を開放し、
その後、前記可動金型を前記固定金型から離れる側へ移動させてキャビティ容積を拡大し、これによりキャビティ内の熱可塑性樹脂を発泡させることを特徴とする。

このように、キャビティの容積を拡大する前に、キャビティ内のガスを排気し圧力を減少することで、キャビティに充填された樹脂の表層に固化層が形成される。この固化層を形成した後にキャビティ空間の容積を拡大することで、充填樹脂内の未固化層が発泡し、スワールマークのない外観良好な発泡成形体を得ることができる。

本発明の射出発泡成形方法は、凹部を凸部に嵌合させてこれらの内部でキャビティを形成し、凹部と凸部とを嵌合部で摺動させることにより前記キャビティの容積を変化させるシェアエッジ構造を有する固定金型および可動金型を用いることを特徴とする。

上記の発明において、一対の前記対向面の少なくとも一方に配置されたシール部材と、他方の対向面または該対向面に配置されたシール部材とを互いに接触させた後、前記シール部材によるガスシール部と、前記シェアエッジ構造の嵌合部との間に連通するガス流路からキャビティ内へガスを供給し、これによりキャビティ空間を昇圧するようにしてもよい。

また、大気圧を超える圧まで昇圧した前記キャビティ空間に熱可塑性樹脂を射出する途中、または射出した後に、前記シール部材によるガスシール部と、前記シェアエッジ構造の嵌合部との間に連通するガス流路からキャビティ内のガスを排出することにより、該キャビティ内のガス圧を開放することが好ましい。

このように、キャビティの周囲をシェアエッジ構造とした金型を使用することで、キャビティへのガスの給排気が成形品の全周で行えるため、キャビティ内のガスを高速に昇圧、減圧することが可能となる。したがって、スワールマークのない外観良好な射出発泡成形体を短い成形サイクルで製造することができる。

また、固定金型および／または可動金型のキャビティ外部における対向面にシール部材を配置しているので、嵌合面の間隔が位置によって異なる場合であってもガスシール部からエア漏れすることがなく、さらに、金型の開閉時にシール部材が金型面と摺れることがないので、シール部材の磨耗を抑制できる。

また、例えば、超臨界状態の発泡剤を供給する高圧の物理発泡の場合など、キャビティ内のガス圧をより高圧とする必要がある場合には、キャビティ内のガス圧の昇圧時に、上記のガス流路からシェアエッジを通じて、キャビティ内へ外部的な加圧ガスを供給してもよい。この場合においても、型締による予備昇圧が行なわれていることで、昇圧をより短
い時間で行うことができる。

また、キャビティの容積を拡大する前に、キャビティ内のガスを排気し圧力を減少することで、キャビティに充填された樹脂の表層に固化層が形成される。この固化層を形成した後にキャビティ空間の容積を拡大することで、充填樹脂内の未固化層が発泡し、スワールマークのない外観良好な発泡成形体を得ることができる。

上記の各発明において、熱可塑性樹脂の発泡剤として化学発泡剤を用いると共に、
前記シール部材を圧縮しながら可動金型を固定金型の側へ移動させることにより、キャビティ内のガス圧を０．０５ＭＰａ以上まで昇圧することが好ましい。

また、熱可塑性樹脂の発泡剤として物理発泡剤を用いると共に、
前記シール部材を圧縮しながら可動金型を固定金型の側へ移動させることにより、キャビティ内のガス圧を、物理発泡剤の供給圧に対して５％以上の圧力まで昇圧することが好ましい。

本発明の射出発泡成形金型は、固定金型と可動金型により形成されるキャビティ内に、可塑化され発泡ガスが溶解した熱可塑性樹脂を充填した後、可動金型を移動してキャビティ容積を拡大し、発泡樹脂成形体を得る射出発泡成形金型であって、
前記固定金型および前記可動金型にはそれぞれ、キャビティ外部に、互いに向き合う一対の対向面が設けられ、
前記一対の対向面の少なくとも一方には、シール部材が配置され、
可動金型を固定金型の側へ移動させて、前記一方の対向面に配置されたシール部材と、前記他方の対向面または該対向面に配置されたシール部材とが接触することにより、キャビティがガスシール状態とされ、
シール部材を圧縮しながら可動金型を固定金型の側へさらに移動させることにより、ガスシール状態を維持しながらキャビティの容積が小さくなり、これにより、大気圧を超える圧までキャビティ内が昇圧されることを特徴とする。

上記の発明では、固定金型および可動金型のキャビティ外部における互いに向き合う一対の対向面に配置されたシール部材と、他方の対向面または該対向面に配置されたシール部材とを接触させて、キャビティをガスシール状態とした後、続けてシール部材を圧接しながら可動金型を固定金型の側へさらに移動させることにより、ガスシール状態を維持しながらキャビティ空間の容積を小さくし、これにより、大気圧を超える圧までキャビティ空間を昇圧しているので、金型の閉動作とキャビティ内ガスの昇圧が同時に行われる。したがって、カウンタプレッシャを加える時間が短縮でき、スワールマークのない外観良好な射出発泡成形体を短い成形サイクルで製造することができる。

本発明の射出発泡成形金型は、前記固定金型および前記可動金型は、凹部を凸部に嵌合させてこれらの内部でキャビティを形成し、凹部と凸部とを嵌合部で摺動させることにより前記キャビティの容積を変化させるシェアエッジ構造を有することを特徴とする。

上記の発明において、前記一方の対向面に配置されたシール部材と、前記他方の対向面または該対向面に配置されたシール部材とが接触する最大のキャビティ厚みが２〜８ｍｍであり、
キャビティ内に熱可塑性樹脂を充填するときのキャビティ厚みが０．７〜２．５ｍｍであることが好ましい。

上記の発明において、前記シール部材によるガスシール部と、前記シェアエッジ構造の嵌合部との間に連通する給排気用のガス流路が設けられていることが好ましい。
このように、キャビティの周囲をシェアエッジ構造とした金型を使用することで、キャビティへのガスの給排気が成形品の全周で行えるため、キャビティ内のガスを高速に昇圧、減圧することが可能となる。したがって、スワールマークのない外観良好な射出発泡成形体を短い成形サイクルで製造することができる。

また、固定金型および／または可動金型のキャビティ外部における対向面にシール部材を配置しているので、嵌合面の間隔が位置によって異なる場合であってもガスシール部からエア漏れすることがなく、さらに、金型の開閉時にシール部材が金型面と摺れることがないので、シール部材の磨耗を抑制できる。

また、上記した給排気用のガス流路を設けることで、例えば、超臨界状態の発泡剤を供給する高圧の物理発泡の場合など、キャビティ内のガス圧をより高圧とする必要がある場合には、キャビティ内のガス圧の昇圧時に、上記のガス流路からシェアエッジを通じて、キャビティ内へ外部的な加圧ガスを供給することができる。この場合においても、型締による予備昇圧が行なわれていることで、昇圧をより短い時間で行うことができる。

また、キャビティの容積を拡大する前に、上記のガス流路を通じてキャビティ内のガスを排気し圧力を減少することで、キャビティに充填された樹脂の表層に固化層が形成される。この固化層を形成した後にキャビティ空間の容積を拡大することで、充填樹脂内の未固化層が発泡し、スワールマークのない外観良好な発泡成形体を得ることができる。

上記の発明において、前記シール部材によるガスシール部と、前記シェアエッジ構造の嵌合部との間における空間に面して配置され、一定方向への摺動により当該空間の容積を気密に変化させるスライドコアを設け、該スライドコアの移動によって、シール状態となったキャビティ内のガス圧力を昇圧可能とすることができる。

このようにスライドコアを設けることで、キャビティ内のガス圧を高圧とする必要がある場合等には、キャビティをシール状態とした後、スライドコアを突き出すことでキャビティ内のガス圧をさらに高めることができる。

上記の発明において、前記固定金型および前記可動金型のうち一方は、金型本体と、該金型本体に着脱可能であり、その厚みによってキャビティ厚みが規定され、一方の面が前記対向面となる入れ子部材と、を備えることが好ましい。

このように、キャビティの厚みを調整するために、固定金型と可動金型との間に設けたガスシール部を入れ子構造とし、所望のキャビティ厚みに応じて、厚みの異なる入れ子部材に取り替えることで、キャビティの厚みを調節することができる。

本発明によれば、成形体表面に発生するスワールマークの発生が防止され、短い成形サイクルで、かつ低コストで外観良好な射出発泡成形体を得ることができる。
また本発明によれば、キャビティ内のガス圧を昇圧した際に、一方の対向面に配置されたシール部材が、他方の対向面または該対向面に配置されたシール部材に対して全周で密着するので、エア漏れすることがない。さらに、気密を保つためのシール部材の磨耗が抑制される。

以下、図面を参照しながら本発明について説明する。図１は、本発明の射出発泡成形用金型における一実施形態を示した断面図、図２は、そのシェアエッジ周辺を拡大した一部断面図である。

図１に示したように、本実施形態の射出発泡成形用金型は、凸部を有する固定金型１（コア型）と、固定金型１の凸部に嵌合する凹部を有する可動金型２（キャビティ型）とを備えている。

固定金型１に可動金型２が嵌め合わされた内部空間でキャビティ３が形成され、凹部と凸部とを嵌合部であるシェアエッジ４で摺動させることにより、キャビティ３の容積が変化するようになっている。

固定金型１および可動金型２にはそれぞれ、キャビティ空間３の外部に、互いに向き合う一対の対向面が設けられ、この対向面にはそれぞれ、シール部材６が配置されている。
シール部材６によるガスシール部と、シェアエッジ４との間には、固定金型１の内部から外部に至るガス流路５が連通し、固定金型１の外部において、ガス流路５にはバルブ８が配置されている。

バルブ８を開放することにより、シェアエッジ４を通じてキャビティ３内へのガスの供給、キャビティ３内からのガス排出ができるようになっている。
本実施形態の射出発泡成形金型による成形工程を、図３および図４を参照しながら説明する。固定金型１と可動金型２が離間した図３（ａ）の状態から、可動金型１を固定金型２の側へ移動させて、可動金型１の対向面に配置されたシール部材６と、固定金型２の対向面に配置されたシール部材６とを互いに接触させる。これにより、図３（ｂ）に示したように、キャビティ３がガスシール状態とされる。

続いて、図３（ｃ）に示したように、可動金型１の対向面に配置されたシール部材６と、固定金型２の対向面に配置されたシール部材６とを圧接しながら可動金型２を固定金型１の側へさらに移動させることにより、ガスシール状態を維持しながらキャビティ３の容積を小さくし、これにより、大気圧を超える圧までキャビティ３のガス圧を昇圧する。

このように、射出成形機の型締と共にキャビティ内ガスのシールが行なわれ、さらに型締を進行させることで、キャビティ容積が縮小されガス圧が昇圧される。そして、型締完了と共にキャビティ内の昇圧が完了しているため、すぐに溶融樹脂の射出動作が可能となる。

こうしてキャビティ３内のガス圧が昇圧した後、図４（ａ）に示したように、固定金型２の内部を通じてキャビティ３内に、可塑化され発泡ガスが溶解した熱可塑性樹脂１０を射出し、充填する。

図４（ｂ）のように熱可塑性樹脂１０をキャビティ３内に充填した後、または充填している途中に、バルブ８を開放し、シェアエッジ４を通じて、ガス流路５からキャビティ３内のガスを排出する。これにより、キャビティ３内に充填された熱可塑性樹脂１０の表層に固化層が形成される。

次に、図４（ｃ）に示したように、可動金型２を移動してキャビティ３の容積を拡大し、充填樹脂内の未固化層を発泡させて発泡成形体を得る。
本発明において成形用に用いられる樹脂は、熱可塑性であれば特に制限はないが、ポリオレフィン樹脂が好ましく、特にポリプロピレン樹脂が好ましい。

本発明では、発泡ガスとして、炭酸ガスや窒素等のいわゆる物理発泡剤を用いてもよく、炭酸水素ナトリウムとクエン酸など、いわゆる化学発泡剤の熱分解によって発生する気体も用いてもよい。物理発泡剤は通常、射出成形機内で可塑化した熱可塑性樹脂に溶解さ
せる。化学発泡剤は通常、マスターバッチ形式でペレット状原料とブレンドし、加熱により発生したガスを可塑化した樹脂と混練し、樹脂中に溶解させて用いる。

本発明において、シェアエッジ４は、通常の突き当て方式のパーティングに比べるとその隙間が広く、例えば０．０１〜０．１０ｍｍの間隔を有している。そのため、ガス流動時の抵抗が小さく、キャビティ内のガスを、シェアエッジを通じて給排気する時間を大幅に短縮できる。

シェアエッジは、発泡工程においてキャビティの容積を拡大するため金型を開いた場合でも、キャビティに充填された溶融樹脂がキャビティ外に漏れない構造となっている。
本発明において、固定金型および可動金型にはそれぞれ、キャビティの外部、より具体的にはシェアエッジの外周側に、互いに向き合う一対の対向面が設けられ、この対向面のうち少なくとも一方には、ガスシール部を構成するシール部材が配置される。このシール部材は、両方の対向面のそれぞれに配置することが好ましい。

このようにシェアエッジの外周側にガスシール部を設けることで、キャビティのガスシールが金型の型締中に行われ、型締動作によってキャビティ内のガス圧を昇圧することができる。キャビティ内のガス圧は型締と共に昇圧するが、同時にシール圧力も型締と共に増加するようになっている。

ガスシール部の構成としては、キャビティ内のガス圧が低い場合は、固定金型および可動金型のうちいずれかの上記対向面に、シール部材としてゴムなどの弾性体を設ければよいが、キャビティ内のガス圧としてより高い圧力を得るためには、固定金型および可動金型の両方の上記対向面に弾性体を設けることが望ましい。このようにすることで、より多くのシールストロークを得ることができ、キャビティ内のガス圧を高い圧力まで昇圧することができる。

シール部材の材料の具体例としては、ニトリルゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴム、シリコンゴム、クロロプレンゴム、ハイパロンゴム、ブチルゴム、エチレンプロピレンゴム、天然ゴム、スポンジゴムなどが挙げられる。

シール部材の形状としては、丸紐、角紐、板状、チューブ、ホース状など、特に制限はないが、型締による圧縮で金型面とシール部材が面接触する形状が好ましい。
丸紐、チューブ状、カマボコ型などのように、断面形状が円または半円であると、圧縮幅が大きく、シールストロークを長く取ることができる。

角紐、板状などのように平面を有する形状であると、対向する金型面またはシール部材と面接触するので確実にシールを行うことができる。
上記した双方の利点を生かすためには、片側が丸状であり、その反対側が角状であるシール部材を用いることが好ましい。

キャビティ内ガスのシールおよび昇圧を行う際に、キャビティ厚みが２〜８ｍｍとなる時点で、一方の対向面に配置されたシール部材と、他方の対向面または該対向面に配置されたシール部材とを接触させることによりシールを開始させ、気密にシールした状態で型締をさらに行い、最終的なキャビティ厚みが０．７〜２．５ｍｍとなるまでシール部材を圧縮することでキャビティ内のガス圧を昇圧することが好ましい。

このときのキャビティ内におけるガス圧の増加量は、金型の精度やガスシール部の配置により変化するが、基本的には、シール開始時と型締完了時におけるシール内容積の比で得られる。

しかし、シェアエッジの外周部のみガスシールを行った場合、キャビティ内のガス圧力として０〜０．５ＭＰａ程度以上を得ることは難しく、さらなる昇圧が必要な場合は、外部からガスシール部の内側にガスを供給し、あるいはキャビティ周囲のガス流路やガス溜まりにスライドコアを突き出すことにより昇圧を行うことが望ましい。

図５は、スライドコアを設けた本発明の射出発泡成形装置の断面図である。スライドコア９は、シール部材６によるガスシール部と、シェアエッジ４との間におけるガス流路５などの空間、例えば、固定金型１における凸部基端側の外周に設けられた、ガス溜まり空間としても作用する周状のガス流路５ａに面して配置され、一定方向への摺動により当該空間の容積を気密に変化させる。スライドコア９を戻した状態で型締を行い、シール完了後にスライドコア９を上記空間へ突き出すことで、ガス流路およびキャビティ内のガス圧を昇圧する。

スライドコアを用いたキャビティ内ガスの昇圧を、型締による昇圧と組み合わせる場合、成形サイクルが長くなる可能性もあるが、スライドコア自体の動作は短時間で行われるため、実質的な成形サイクル時間への影響は小さい。

キャビティの厚みを調整するために、固定金型と可動金型との間に設けたガスシール部を入れ子構造として、その厚みを変えることでキャビティの厚みを調節することができる。図６は、入れ子部材を設けた本発明の射出発泡成形用金型の一部断面図である。この入れ子部材８と固定金型１との間は、Ｏ−リング１１などを配置することでガスシールされている。例えば、図６に示すＬの長さ、すなわち入れ子部材８の厚みを変えることで、シール完了時および型締完了時のキャビティ厚みを変更できる。

図６に示すように、固定金型１における凸部基端側の外周には、その幅が当該凸部と入れ子部材８との間隔で規定され、その高さが入れ子部材８の厚みで規定される周状のガス流路５ａを設けることができる。このガス流路５ａは、シェアエッジの間隙を通じて、全周でキャビティ３に連通される。

なお、金型への型締力の調整とキャビティの厚み調整は、ガスシール部の付き当て、または金型自体に設けたスペーサ、あるいはその両方によって変更が可能である。
本発明では、キャビティ内のガス圧を昇圧した後、射出動作によりキャビティ内に溶融樹脂が充填されていくに伴い、キャビティ内のガス圧がさらに昇圧を始めるが、そのキャビティ内ガスはシェアエッジを通して外周に設けられた図５，図６のガス流路５ａに流出する構造となっているため、実質的なキャビティ圧の上昇は抑制され、高速の射出成形で問題となるようなヤケは発生しない。なお、ヤケとは、昇圧により温度が過度に上昇し、樹脂が炭化等の熱変性を起すことを言う。すなわち、樹脂充填時において、キャビティ内のガスはシェアエッジを通ってキャビティ周囲に配置したガス流路５ａをバッファとして排気されるので、ガスの抜けが良くなり、キャビティ内ガスの圧縮に伴うヤケ、および、発泡成形で問題となり易い成形品表面のアバタを防止することができる。

さらに、キャビティへの溶融樹脂の充填完了前、または、充填完了後であってキャビティ内容積の拡大（いわゆるコアバック）を開始する前に、キャビティ内のガスを排気し降圧することで、充填樹脂の表層に固化層が形成される。これにより、コアバックと共に充填樹脂内の未固化層を発泡させ発泡成形体を得ることができる。

キャビティ内のガスを排気し圧力を開放するタイミングは、キャビティ容積の拡大を開始する前である必要があるが、好ましくは、溶融樹脂の充填時におけるスクリューストロークが残り３０％となった時点からキャビティ容積の拡大を開始する時点までの間、さら
に好ましくは、溶融樹脂の充填完了時からキャビティ容積の拡大を開始する時点までの間に圧力開放が行われる。

特に、キャビティへの溶融樹脂充填中に排気を行う場合には、キャビティ内ガスの排気速度と溶融樹脂の射出速度の影響があり、充填速度が速い場合や排気速度が遅い場合は排気タイミングを早め、充填速度が遅い場合や排気速度が速い場合は排気タイミングを遅くすることが望ましい。また、キャビティ周囲に、固定金型の凸部基端側に周状に設けられ、シェアエッジを通じてキャビティへガスを出し入れする図５，図６で説明したようなガス流路５ａを配置することで、多少の時間変動が許容される。

昇圧時におけるキャビティ内の圧力は、樹脂内に含有したガスが気泡を発生して破裂しない圧力である必要があり、化学発泡剤を使用する系においては、好ましくは０．０５ＭＰａ以上、より好ましくは０．０５〜０．８ＭＰａ、さらに好ましくは０．１〜０．５ＭＰａである。

なお、本明細書において、キャビティ内の圧力は、大気圧に対する増加値を示す。
また、炭酸ガス、窒素ガス等の物理発泡剤を使用する系においては、ガス注入圧力の５％以上、好ましくは５〜５０％、さらに好ましくは１０〜４０％の範囲が外観の良い領域である。

キャビティ内のガス圧が低いとスワールマークが完全には消えず、また、キャビティ内のガス圧が高いと、キャビティ内のガスが抜けきらないために、成形品の表面にあばた（ガス溜まりによる凹凸）や表面のうねりが発生することがある。

昇圧時のガス圧は、射出速度やキャビティの厚みといった成形条件に応じて適宜に設定される。射出速度が速いほど、また、キャビティ厚みが小さいほど低いガス圧で良好な外観が得られるようになる。

キャビティ内に供給するガスとしては、樹脂内部に溶解したガスを破裂させなければどのようなガスを使用してもよく、具体例としては、空気、二酸化炭素や窒素等の不活性ガスなどが挙げられる。

本発明では、キャビティ内のガス圧の昇圧時に、前述した図１のガス流路５からシェアエッジを通じて、キャビティ内へ外部的な加圧ガスを供給してもよい。この場合においても、型締による昇圧が行なわれていることで、外部からの加圧ガスのみを用いる場合に比べて昇圧をより短い時間で行うことができる。外部的な加圧ガスを供給することで、キャビティ内のガス圧をより高圧とする必要がある場合、例えば、超臨界状態の発泡剤を供給する高圧の物理発泡の場合にも、短時間でキャビティ内のガス圧を昇圧することができる。

キャビティ内において所定のガス圧を得るためには、従来ではガスを供給、排出する設備が必要であった。しかし、本発明のように型締動作をキャビティ内のガス圧の昇圧に利用することで、射出成形で行われる型締動作を、昇圧工程と同時並行で行えるため、成形サイクルにおいてキャビティ内ガスの昇圧時間による時間の増加は発生しない。

また、キャビティ内の昇圧を制御するための装置も不要となるので、キャビティ内のガス圧力制御をガスの排気機構のみに簡略化することができる。このように、キャビティ内ガスの昇圧、減圧に時間増加を要しないため、サイクルタイムを長くすること無しに、カウンタプレッシャ成形を安価に行うことが可能となる。

本発明は、シェアエッジ構造の金型の他、突き当て式のパーティングラインを持つ通常の金型にも適用できる。突き当て式のパーティングラインを持つ金型を本発明に適用する場合、可動金型および固定金型のパーティングラインよりも外周側には、互いに向き合う一対の対向面が設けられる。これらの対向面の少なくとも一方にはシール部材が配置されており、可動金型を固定金型の側へ移動させることによって、当該対向面のシール部材と、他方の対向面または該対向面に配置されたシール部材とを接触させて、パーティングラインの外側においてキャビティをガスシール状態とする。

そして、シール部材を圧縮しながら可動金型を固定金型の側へさらに移動させることにより、ガスシール状態を維持しながらシール空間の容積を小さくして、これにより大気圧を超える圧までキャビティ空間を含むシール空間内を昇圧すると共に、パーティングラインの隙間をさらに狭くする。

次いで、昇圧したキャビティ内に、可塑化され発泡ガスが溶解した熱可塑性樹脂を充填した後、可動金型を移動してキャビティ容積を拡大し、発泡樹脂成形体を得る。
省エネルギー、排ガス規制のもと自動車分野では外観良好で軽量な成形品が求められており、発泡成形工法による射出成形部品も出始めているが、外観に関してはまだ改良が必要である。一方で、カウンタプレッシャ工法は工程の増加を伴うため、成形サイクルが長くなり、秒単位でのサイクル短縮が求められる自動車分野には採用が難しい。しかし本発明によれば、従来のカウンタプレッシャ工法で問題となるサイクル時間の増加が無く、あるいは増加を最小にすることが可能であり、外観良好で軽量な発泡成形品が得られるため、発泡成形工法のさらなる拡大が期待できる。
実施例
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。
[実施例１]
キャビティサイズが８００×５００ｍｍである図１に示した金型を用意した。この金型は、ガスシール部の入れ子部材の厚みによりキャビティの厚さを変更できる構造であり、所定の厚みの入れ子部材を、断面が円形状のゴム製Ｏ−リングを挟んで可動金型へ固定することにより、金型を完全に閉じた状態でのキャビティの厚さが１．５ｍｍとなるように調節した。

この金型におけるキャビティの周囲はシェアエッジ構造を成している。さらに、固定金型における凸部基端側の外周には、その幅が当該凸部と入れ子部材との間隔で規定され、その高さが入れ子部材の厚みで規定される、幅５ｍｍ×高さ１５ｍｍの周状のガス流路が設けられている。このガス流路は、シェアエッジの間隙を通じて、キャビティに連通されている。

可動金型にＯ−リングを配置することでガスシールを行い、固定金型に断面が四角形状のゴム板を配置することでシール時のストロークを長くできるようにした。キャビティをシールするストロークは、この固定金型に配置されたゴム板の厚みを変更することで変更できるようになっている。

成形機は、原料樹脂を溶融したシリンダの途中に、発泡剤として気体状態の二酸化炭素を注入し、スクリューの回転によって溶融樹脂と二酸化炭素とを混練溶解させる構造を有している。

金型は、３点のバルブゲート仕様のダイレクトゲートにより溶融樹脂を射出する構造となっており、金型のキャビティ間隔を成形機のモーターにより微調整できる射出成形機に取り付け、金型温度４０℃、冷却時間４０秒、射出時の樹脂温度１９５℃となるように設
定した。

成形材料として、ブロックポリプロピレン（三井化学(株)製、ＭＦＲ：３５ｇ／１０分（２３０℃）およびＭＦＲ：７０ｇ／１０分（２３０℃））を用いた。また、キャビティ内のガスとして空気を使用した。

キャビティ周囲のシールによって、型締に伴いキャビティ内圧は約０．３ＭＰａへと昇圧され、そこに、発泡ガスとして二酸化炭素を１．５ＭＰａで注入して混練・溶解した溶融ポリプロピレン樹脂を射出した。射出が完了すると同時にキャビティ内のガス圧力を開放し、射出完了後０．５秒でキャビティの容積を拡大するように可動金型を移動することで、発泡成形体を得た。

得られた成形品表面にスワールマークの発生しないこと、および発泡不良に基づく凹凸の無いことを目視により確認した。成形条件およびその結果を表１に示した。材料の流動性の影響は、発泡性に多少の差異が認められるもののその差は小さく、また外観に関しても大きな差が認められなかった。成形条件およびその結果を表１に示した。
[比較例１]
キャビティ内にガス圧力を付加しないで（キャビティ内ガス圧力＝０ＭＰａ）射出成形を実施したところ、スワールマークが成形品表面に発生し、また、成形品表面の一部にアバタ（成形品表面の凹凸）の発生が見られた。成形条件およびその結果を表１に示した。[参考例１]
キャビティ内のガス圧力を０．９ＭＰａと高くした以外は、実施例１と同様にして射出成形を行った。キャビティ圧が物理発泡剤の圧力１．５ＭＰａに対して好ましい範囲より高いため、発泡成形品表面にアバタや発泡不良が発生しているが、スワールマークは無いことが確認された。成形条件およびその結果を表１に示した。
[参考例２]
発泡剤の供給圧力とキャビティ内のガス圧力は実施例１と同じとし、キャビティ内への溶融樹脂の射出が完了した後もキャビティ内の圧力を保っておき、可動型を移動させてキャビティ容積を拡大する工程の途中で脱圧力を開始した。排気を開始するタイミングが好ましい範囲より遅いため、発泡成形品表面にアバタや発泡不良が発生したが、スワールマークは無いことが確認された。成形条件およびその結果を表１に示した。

[実施例２]
発泡剤として、炭酸水素ナトリウムとクエン酸系の熱分解型化学発泡剤を使用した以外は実施例１と同様にして射出成形を行った。化学発泡剤は、マスターバッチ形式で材料に３部添加・混合し、供給を行った。

成形機の型締に伴い約０．２ＭＰａへと昇圧されたキャビティに、加熱分解した化学発泡剤から発生した二酸化炭素を混練・溶解した溶融ポリプロピレン樹脂を射出した。射出が完了した時点でキャビティ内のガス圧力を開放し、射出完了後０．５秒でキャビティの容積を拡大するように可動金型を移動することで、成形品表面にスワールマークの発生しない発泡成形体を得た。成形品表面の平面性も良好であった。成形条件およびその結果を表２に示した。
[比較例２]
キャビティ内にガス圧力を付加しないで（キャビティ内ガス圧力＝０ＭＰａ）射出成形を実施したところ、成形品表面の平面性は出ていたが、表面にスワールマークが発生していた。成形条件およびその結果を表２に示した。
[参考例３]
キャビティ内のガス圧力を０．９ＭＰａと高くした以外は、実施例２と同様にして射出成形を行った。キャビティ圧が好ましい範囲より高いため、発泡成形品表面にアバタや発泡不良が発生しているが、スワールマークは無いことが確認された。成形条件およびその結果を表２に示した。

図１は、本発明の射出発泡成形用金型における一実施形態を示した断面図である。 図２は、図１の金型のシェアエッジ周辺を拡大した一部断面図である。 図３は、図１の射出発泡成形用金型による成形工程を説明する断面図である。 図４は、図１の射出発泡成形用金型による成形工程を説明する断面図である。 図５は、スライドコアを設けた本発明の射出発砲成形用金型の断面図である。 図６は、入れ子部材を設けた本発明の射出発砲成形用金型の一部断面図である。

符号の説明

１ 固定金型
２ 可動金型
３ キャビティ
４ シェアエッジ
５ ガス流路
５ａ ガス流路
６ シール部材
７ バルブ
８ 入れ子部材
９ スライドコア
１０ 熱可塑性樹脂
１１ Ｏ−リング

Claims (13)

1. 固定金型と可動金型により形成されるキャビティ内に、可塑化され発泡ガスが溶解した熱可塑性樹脂を充填した後、可動金型を移動してキャビティ容積を拡大し、発泡樹脂成形体を得る射出発泡成形方法であって、
   可動金型を固定金型の側へ移動させることにより、固定金型および可動金型のキャビティ外部における互いに向き合う一対の対向面の少なくとも一方に配置されたシール部材と、他方の対向面または該対向面に配置されたシール部材とを接触させて、キャビティをガスシール状態とし、
   その後、シール部材を圧縮しながら可動金型を固定金型の側へさらに移動させることにより、ガスシール状態を維持しながらキャビティの容積を小さくし、これにより、大気圧を超える圧までキャビティ内を昇圧し、
   昇圧したキャビティ内に熱可塑性樹脂を射出することを特徴とする射出発泡成形方法。
2. 大気圧を超える圧まで昇圧した前記キャビティ内に熱可塑性樹脂を射出する途中または射出した後に、キャビティ内のガス圧を開放し、
   その後、前記可動金型を前記固定金型から離れる側へ移動させてキャビティ容積を拡大し、これによりキャビティ内の熱可塑性樹脂を発泡させることを特徴とする請求項１に記載の射出発泡成形方法。
3. 凹部を凸部に嵌合させてこれらの内部でキャビティを形成し、凹部と凸部とを嵌合部で摺動させることにより前記キャビティの容積を変化させるシェアエッジ構造を有する固定金型および可動金型を用いることを特徴とする請求項１に記載の射出発泡成形方法。
4. 一対の前記対向面の少なくとも一方に配置されたシール部材と、他方の対向面または該対向面に配置されたシール部材とを互いに接触させた後、前記シール部材によるガスシール部と、前記シェアエッジ構造の嵌合部との間に連通するガス流路からキャビティ内へガスを供給し、これによりキャビティ空間を昇圧することを特徴とする請求項３に記載の射出発泡成形方法。
5. 大気圧を超える圧まで昇圧した前記キャビティ空間に熱可塑性樹脂を射出する途中、または射出した後に、前記シール部材によるガスシール部と、前記シェアエッジ構造の嵌合部との間に連通するガス流路からキャビティ内のガスを排出することにより、該キャビティ内のガス圧を開放することを特徴とする請求項３に記載の射出発泡成形方法。
6. 熱可塑性樹脂の発泡剤として化学発泡剤を用いると共に、
   前記シール部材を圧縮しながら可動金型を固定金型の側へ移動させることにより、キャビティ内のガス圧を０．０５ＭＰａ以上まで昇圧することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の射出発泡成形方法。
7. 熱可塑性樹脂の発泡剤として物理発泡剤を用いると共に、
   前記シール部材を圧縮しながら可動金型を固定金型の側へ移動させることにより、キャビティ内のガス圧を、物理発泡剤の供給圧に対して５％以上の圧力まで昇圧することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の射出発泡成形方法。
8. 固定金型と可動金型により形成されるキャビティ内に、可塑化され発泡ガスが溶解した熱可塑性樹脂を充填した後、可動金型を移動してキャビティ容積を拡大し、発泡樹脂成形体を得る射出発泡成形金型であって、
   前記固定金型および前記可動金型にはそれぞれ、キャビティ外部に、互いに向き合う一対の対向面が設けられ、
   前記一対の対向面の少なくとも一方には、シール部材が配置され、
   可動金型を固定金型の側へ移動させて、前記一方の対向面に配置されたシール部材と、前記他方の対向面または該対向面に配置されたシール部材とが接触することにより、キャビティがガスシール状態とされ、
   シール部材を圧縮しながら可動金型を固定金型の側へさらに移動させることにより、ガスシール状態を維持しながらキャビティの容積が小さくなり、これにより、大気圧を超える圧までキャビティ内が昇圧されることを特徴とする射出発泡成形用金型。
9. 前記固定金型および前記可動金型は、凹部を凸部に嵌合させてこれらの内部でキャビティを形成し、凹部と凸部とを嵌合部で摺動させることにより前記キャビティの容積を変化させるシェアエッジ構造を有することを特徴とする請求項８に記載の射出発泡成形用金型。
10. 前記一方の対向面に配置されたシール部材と、前記他方の対向面または該対向面に配置されたシール部材とが接触する最大のキャビティ厚みが２〜８ｍｍであり、
    キャビティ内に熱可塑性樹脂を充填するときのキャビティ厚みが０．７〜２．５ｍｍであることを特徴とする請求項９に記載の射出発泡成形用金型。
11. 前記シール部材によるガスシール部と、前記シェアエッジ構造の嵌合部との間に連通する給排気用のガス流路が設けられていることを特徴とする請求項９または１０に記載の射出発泡成形用金型。
12. 前記シール部材によるガスシール部と、前記シェアエッジ構造の嵌合部との間における空間に面して配置され、一定方向への摺動により当該空間の容積を気密に変化させるスライドコアを備え、
    前記スライドコアの移動によって、シール状態となったキャビティ内のガス圧力を昇圧可能であることを特徴とする請求項９〜１１のいずれかに記載の射出発泡成形用金型。
13. 前記固定金型および前記可動金型のうち一方は、
    金型本体と、
    該金型本体に着脱可能であり、その厚みによってキャビティ厚みが規定され、一方の面が前記対向面となる入れ子部材と、を備えることを特徴とする請求項９〜１２のいずれかに記載の射出発泡成形用金型。

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