JP2010201640A - 射出発泡成形方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ガス溜まりを防止して良好な外観の射出発泡成形体を成形する方法に関する。
【解決手段】型締め後のキャビティ１１３内に気体を導入して昇圧した後、発泡剤を含む熱可塑性樹脂の樹脂原料Ｘを射出する。スキン層を形成させた後、樹脂原料Ｘを発泡させるコアバックの実施と同時またはコアバックの実施後、キャビティ１１３内の気体を真空吸引してキャビティ１１３内を大気圧未満にする。冷却固化し、射出発泡成形体を得る。完全に固化する前に樹脂原料Ｘと金型１１０の内面との間の気体を確実にキャビティ１１３外へ排気し、ガス溜まりによる表面の凹みやスワールマークの発生を防止できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、発泡剤を含む熱可塑性樹脂を射出成形して射出発泡成形体を得る射出発泡成形方法およびその装置に関する。

従来、例えば自動車におけるドアトリムなどに射出発泡成形体が利用されており、このような射出発泡成形体を得る射出発泡成形方法として、各種方法が知られている（例えば、特許文献１〜３参照）。

特許文献１に記載のものは、圧力気体で加圧したキャビティに溶融樹脂を充填する際、キャビティ内の未充填部分を気体放出したり真空吸引したりして瞬時に減圧し、溶融樹脂の充填を容易にしている。
しかしながら、特許文献１に記載のような未充填部分を残した状態で圧力気体を排出する方法では、射出発泡成形体の未充填部分に対応する部分にいわゆるスワールマークが発生し、外観が損なわれるおそれがある。

特許文献２に記載のものは、スワールマークの発生を防止するためにカウンタープレッシャー工法を用いる構成が採られている。すなわち、カウンタープレッシャー工法において、射出充填中の金型キャビティ内の気圧を圧力センサーで測定し、内圧の過度の上昇を抑え、射出速度の一定化、ガス溜まりや発泡不良を抑える構成が採られている。
しかしながら、特許文献２に記載のようなキャビティ内の内圧の上昇を抑えるものでは、コアバック開始時点Ｅ以前にキャビティ内のガス圧を０としており、ガス溜まりによる表面凹みの解消効果が十分に得られないおそれがある。

特許文献３に記載のものは、特定の樹脂組成物を特定の圧力に加圧させたキャビティ内に射出した後、金型をコアバックして射出発泡成形体を得る構成が採られている。
しかしながら、この特許文献３に記載のように、均一な独立気泡セルを形成する目的でコアバック工程の前にキャビティ内を脱圧するものでは、排気位置から離れた位置にあるガスは、樹脂圧力で押さえ込まれているために十分に排気されず、射出発泡成形体の外観不良を生じるおそれがある。

特開２０００−９４４８３号公報 特開２００５−１５３４４６号公報 特開２００４−８２５４７号公報

上述したように、特許文献１〜３に記載のような従来の射出発泡成形方法では、射出発泡成形体の表面の凹みの原因となるガス溜まりを十分に防止できず、表面の凹みやスワールマークなどの外観不良を生じるおそれがある。このため、例えば自動車のドアトリムなどの利用者に視認される部材に用いる場合には、塗装を施すなどの別途の処理が必要となるおそれがある。

本発明は、このような点に鑑み、ガス溜まりを防止して良好な外観が得られる射出発泡成形方法およびその装置を提供することを目的の一つとする。

本発明に記載の射出発泡成形方法は、発泡剤を含む熱可塑性樹脂を射出成形して射出発泡成形体を得る射出発泡成形方法であって、固定側金型に可動側金型を近接せしめて型締めし、キャビティを区画形成する型締め工程と、前記キャビティ内を、熱可塑性樹脂に混合された発泡ガス量に対応した飽和溶解圧力以上に気体で昇圧する昇圧工程と、前記キャビティ内に前記発泡剤を含む熱可塑性樹脂を射出する射出工程と、前記熱可塑性樹脂を前記キャビティ内に保持する保持工程と、前記可動側金型をコアバックさせて前記熱可塑性樹脂を発泡させる発泡工程と、前記コアバックの実施と同時または前記コアバックの実施後、前記キャビティ内を真空吸引して前記キャビティ内を大気圧未満にする減圧工程と、前記キャビティ内の熱可塑性樹脂を冷却する冷却工程と、前記固定型金型と前記可動側金型を離間させて得られた前記射出発泡成形体を取り出す脱型工程と、を実施することを特徴とする。

そして、本発明では、前記減圧工程は、前記可動側金型のコアバックの実施時点から２．５秒後までの時間の間に真空吸引を開始する構成とすることが好ましい。
さらに、本発明では、前記減圧工程は、前記キャビティ内にバルブを介して連通する真空タンク内を真空吸引するポンプを備えた真空吸引装置を用い、前記バルブの操作により前記ポンプの駆動で減圧された前記真空タンクを前記キャビティに連通させることで、前記キャビティ内を真空吸引する構成とすることが好ましい。
また、本発明では、前記減圧工程は、前記キャビティ内の気体の真空吸引後における前記キャビティ内の真空度を−０．０１ＭＰａ以下に調整する構成とすることが好ましい。

本発明に記載の射出発泡成形装置は、発泡剤を含む熱可塑性樹脂を射出成形して射出形成発泡体を得る射出発泡成形装置であって、固定側金型およびこの固定側金型に対して近接および離間可能な可動側金型を備え、前記固定側金型に可動側金型を近接せしめて型締めすることで、内部にキャビティを区画形成する金型と、この金型の前記キャビティ内に気体を流入可能に連通して設けられ前記キャビティ内を昇圧する昇圧装置と、真空タンク、この真空タンク内を真空吸引するポンプ、前記真空タンクを前記キャビティ内に連通するバルブを有した流路を備えた真空吸引装置と、前記昇圧装置を制御して前記キャビティ内を昇圧し、この昇圧装置にて昇圧した後のキャビティ内に前記発泡剤を含む熱可塑性樹脂を射出させて前記キャビティ内に所定時間で保持させ、この所定時間保持させた後に前記可動側金型をコアバックさせ、このコアバックと同時またはコアバックの実施後に前記真空吸引装置のバルブを制御して前記真空タンクを前記キャビティ内に連通させて前記キャビティ内を大気圧未満に真空吸引させる制御装置と、を具備したことを特徴とする。

そして、この発明では、前記真空吸引装置は、前記キャビティ内の気体の真空吸引後における前記真空タンクの真空度が−０．０１ＭＰａ以下となる状態に、すなわちキャビティ内の真空度が−０．０１ＭＰａ以下となる状態に、前記真空タンクの容積が設計された構成とすることが好ましい。
また、この発明では、前記真空吸引装置は、前記キャビティ内を真空吸引する前の前記真空タンクの真空度が、前記キャビティ内の気体の真空吸引後における前記真空タンクの真空度が−０．０１ＭＰａ以下となる状態に調整された構成とすることが好ましい。

本発明によれば、キャビティ内の気体を特定の条件で排気するので、得られる射出発泡成形体の表面のスワールマークと、ディンプル状あるいは不定形状の凹みの発生を同時に防止できる。

本発明に係る一実施形態の射出発泡成形装置の概略構成を示すブロック図である。 本実施形態の射出発泡成形体の概略成形状況を示す説明図で、熱可塑性樹脂を射出した状態を示す。 本実施形態の射出発泡成形体の概略成形状況を示す説明図で、コアバックした状態を示す。 本実施形態の射出発泡成形体の概略成形状況を示す説明図で、脱型時の状態を示す。 本実施形態における射出発泡成形体の成形状況を示すタイミングチャートである。 他の実施形態における射出発泡成形装置の概略構成の一部を示すブロック図である。

以下、本発明に係る一実施形態の射出発泡成形装置について、図面を参照して説明する。

［射出発泡成形装置の構成］
図１において、１００は射出発泡成形装置で、射出発泡成形装置１００は、例えば自動車の構成部材であるドアトリム、バンパー、インパネ、ハッチバック等のトリム、トランクの横のデッキサイドトリムなど、比較的に肉厚が薄く平面が広い板状物を射出発泡成形するものである。なお、本発明は、板状物の成形に限られるものではない。
この射出発泡成形装置１００は、発泡剤を含む熱可塑性樹脂をコアバックにより発泡させて成形するものである。
そして、射出発泡成形装置１００は、図示しない加熱シリンダーと、金型１１０と、昇圧装置１２０と、真空吸引装置１３０と、図示しない制御装置と、等を備えている。なお、本実施形態では、制御装置を備え、自動制御可能な構成を例示するが、例えば作業者が手動により調整する構成としてもよい。

加熱シリンダーは、例えば、熱可塑性樹脂の樹脂原料が投入されるホッパーと、樹脂原料を溶融混練するシリンダーと、シリンダーに発泡剤ガスを導入するガス導入路とを備えている。
そして、加熱シリンダーは、制御装置により制御され、シリンダー内で樹脂原料を加熱溶融し、適度の剪断応力を付与しつつ混練するとともに、発泡剤ガスを導入し、発泡剤を含有する熱可塑性樹脂を調製する。

金型１１０は、図１および図２に示すように、固定側金型１１１と、この固定側金型１１１に対して制御装置の制御により近接および離間可能な可動側金型１１２と、などを備えている。そして、金型１１０は、固定側金型１１１に可動側金型１１２を近接せしめて型締めすることで、内部にキャビティ１１３を区画形成する。
固定側金型１１１には、加熱シリンダーから供給される溶融された樹脂原料Ｘをキャビティ１１３内に流入させるゲート１１４を備えている。
さらに、固定側金型１１１には、キャビティ１１３内に連通し、気体を流通可能なガス流路１１５が設けられている。このガス流路１１５は、型締め時の固定側金型１１１と可動側金型１１２との間における気体は流通可能で樹脂原料Ｘは流通不可能な微細なクリアランスを介してキャビティ１１３に連通される。
また、可動側金型１１２には、図２に示すように、固定側金型１１１に対向する面に、キャビティ１１３を囲む状態すなわちガスシールする目的で、シール部材、例えばＯリング１１６が取り付けられるシール凹部１１７が設けられている。

昇圧装置１２０は、気体を金型１１０のキャビティ１１３内に加圧導入する。すなわち、昇圧装置１２０は、制御装置の制御により、溶融した樹脂原料Ｘをキャビティ１１３内に射出充填する際に発泡しないように、樹脂原料Ｘに対する発泡ガスの飽和溶解圧力以上の圧力となるように、気体をキャビティ１１３内に導入して昇圧させる。
この昇圧装置１２０は、図１に示すように、金型１１０のガス流路１１５に連通する昇圧流路１２１と、この昇圧流路１２１に設けられた昇圧ポンプ１２２と、昇圧流路１２１に昇圧ポンプ１２２とガス流路１１５との間に位置して設けられた昇圧バルブ１２３と、を備えている。
この昇圧装置１２０が導入する気体としては、例えば、空気、炭酸ガス、窒素ガスなどの不活性ガスなどを用いることができる。

真空吸引装置１３０は、制御装置の制御により、金型１１０のキャビティ１１３内の気体を真空吸引する。
この真空吸引装置１３０は、図１に示すように、金型１１０のガス流路１１５に連通する吸引流路１３１と、この吸引流路１３１に設けられた真空タンク１３２と、この真空タンク１３２内を真空吸引する真空ポンプ１３３と、吸引流路１３１に真空タンク１３２とガス流路１１５との間に位置して設けられた吸引バルブ１３４と、を備えている。
なお、この真空吸引装置１３０は、キャビティ１１３内の気体の真空吸引後の真空タンク１３２内の真空度が−０．０１ＭＰａ以下となるように、すなわちキャビティ１１３内の真空度が−０．０１ＭＰａ以下となるように、吸引前の真空タンク１３２の容積あるいは真空度の状態に調節しておくことが好ましい。

制御装置は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）などを備え、射出発泡成形装置１００全体の動作を制御可能に構成されている。

［樹脂原料］
樹脂原料としては、熱可塑性樹脂と、発泡剤とを混合した発泡性の樹脂組成物である。熱可塑性樹脂としては、射出発泡成形が可能ないずれの熱可塑性樹脂を利用でき、特に限定されるものではない。
具体的には、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリ−１−ブテン樹脂、ポリメチルペンテン樹脂等のポリオレフィン樹脂；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、ポリエチレンナフタレートなどのポリエステル樹脂；ナイロン６、ナイロン９、ナイロン１０、ナイロン１１、ナイロン１２、ナイロン４６、ナイロン６６、ナイロン６１０、ナイロン６１１、ナイロン６１２などのポリアミド樹脂；ポリオキシメチレン、ポリフェニルエーテルなどのポリエーテル；ポリスチレン、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）樹脂、アクリロニトリル・エチレン−プロピレンゴム・スチレン（ＡＥＳ）樹脂などのスチレン系重合体；ポリカーボネートなどのカーボネート系重合体；その他、ポリ塩化ビニル、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−（メタ）アクリル酸エステル共重合体、アイオノマー樹脂などのエチレン−極性樹脂共重合体などが挙げられる。
そして、熱可塑性樹脂は、ポリオレフィン樹脂が好ましく、中でもコストパフォーマンス、機械的強度、成形性などの観点から、ポリエチレン樹脂およびポリプロピレン樹脂が好ましく、特にポリプロピレン樹脂が好ましい。
ポリオレフィン樹脂としては、ＪＩＳ Ｋ７２１０による２３０℃、２．１６ｋｇ荷重下で測定されるメルトフローレート（ＭＦＲ）が１０〜２００ｇ／１０分、特に３０〜１００ｇ／１０分であるものが好ましい。

そして、ポリプロピレン樹脂などの熱可塑性樹脂は、１種単独で使用する場合に限らず、２種以上を組み合わせて使用してもよい。
また、ポリプロピレン樹脂としては、プロピレン単独重合体であっても、プロピレンと少量の他のα−オレフィンとの共重合体であってもよい。共重合体の場合、コモノマーとしてはエチレン、１−ブテン、１−ペンテン、１−ヘキセン、１−オクテン、１−デセンなどの炭素数２〜１０のα−オレフィンを好適に使用することができる。共重合体は、ランダム共重合体であっても、ブロック共重合体であってもよい。コモノマーの含有量は１０モル％、好ましくは５モル％以下である。
ポリプロピレン樹脂の中では、プロピレン系ブロック共重合体が剛性、機械的強度、および耐低温衝撃強度が優れているため、特に自動車の内外装部品として使用する場合に好適である。そして、プロピレン系ブロック共重合体としては、常温パラキシレン可溶分を構成するプロピレンとエチレンとのランダム共重合体と、ポリプロピレン分とにより得られる組成物が特に好適である。
ポリプロピレン樹脂としては、ＭＦＲが３０〜２００ｇ／１０分、特に６０〜１２０ｇ／１０分であるものが好ましい。ＭＦＲがこのような範囲である場合、スワールマークなどの外観不良の発生が抑制され、より外観の優れた射出発泡成形体が得られる。
また、ポリプロピレン樹脂は、密度が０．８９０〜０．９２０ｇ／ｃｍ³、好ましくは０．９００〜０．９１０ｇ／ｃｍ³であるものが好ましい。

また、ポリプロピレン樹脂は、¹³Ｃ−ＮＭＲ法で測定したアイソタクチックペンダット分率（ｍｍｍｍ分率）は９７％以上、好ましくは９７．５％以上であるものが好ましい。アイソタクチックペンダット分率が高い場合、樹脂の結晶性が高く、剛性のより高い射出発泡成形体が得られる。
アイソタクチックペンダット分率は、¹³Ｃ−ＮＭＲ法を使用して測定される熱可塑性樹脂分子鎖中におけるペンダット単位でのアイソタクチック連鎖の存在割合を示しており、プロピレンモノマー単位が５個連続してメソ結合した連鎖の中心にあるプロピレンモノマー単位の分率である。具体的には、¹³Ｃ−ＮＭＲスペクトルで観測されるメチル炭素領域の全吸収ピーク中に占めるｍｍｍｍピークの分率として算出される値である。
ポリプロピレン樹脂には、分岐状オレフィン重合体が０．１質量％以下、好ましくは０．０５質量％以下で含有されていてもよい。分岐状オレフィン重合体はポリプロピレン樹脂の核剤として作用するので、アイソタクチックペンダット分率を高め、成形性を向上できる。分岐状オレフィン重合体としては、３−メチル−１−ブテン、３，３−ジメチル−１−ブテン、３−メチル−１−ペンテン、４−メチル−１−ペンテンなどの単独重合体または共重合体を使用できる。特に、３−メチル−１−ブテン重合体が好ましい。

ポリプロピレン樹脂は公知の触媒を用いて、公知の方法により製造することができる。例えば、マグネシウム、チタン、ハロゲンおよび電子供与体を含有する固体状チタン触媒成分と、有機アルミニウム化合物と、電子供与体とを含有する触媒系の存在下に、プロピレンを重合させて熱可塑性樹脂成分を形成させる工程と、エチレンと炭素数３〜２０のα−オレフィンとを共重合させてエチレン・α−オレフィン共重合体成分を形成させる工程とを、任意の順序で実施することで得られる。重合は、気相重合法、溶液重合法、スラリー重合法などの各種の方法を利用できる。
触媒における固体状チタン触媒成分は、テトラハロゲン化チタン、ハロゲン化アルコキシチタンまたはテトラアルコキシチタンなどの４価のチタン化合物と、アルコール、フェノール、ケトン、アルデヒド、エステル、エーテル、アミン、ニトリルおよび酸などの含酸素もしくは含窒素化合物からなる群から選ばれる少なくとも１種の電子供与体と、ハロゲン含有マグネシウム化合物とを接触させることにより調製できる。
触媒における有機アルミニウム化合物としては、トリアルキルアルミニウム、ハロゲン化アルキルアルミニウム、アルキルアルコキシアルミニウム、ハロゲン化アルコキシアルミニウムなどの中から適宜選択して使用できる。
触媒における電子供与体としては、アルコキシシラン化合物またはポリエーテル化合物などを使用できる。

本発明で使用する発泡剤を含有する熱可塑性樹脂である樹脂原料としては、本発明の目的を損なわない範囲で、必要に応じて各種の樹脂、エラストマー、無機充填材、添加剤などを加えることができる。
無機充填材としては、例えば、タルク、シリカ、マイカ、炭酸カルシウム、ガラス繊維、ガラスビーズ、硫酸バリウム、水酸化マグネシウム、ワラスナイト、珪酸カルシウム繊維、炭素繊維、マグネシウムオキシサルフェート繊維、チタン酸カルシウム繊維、酸化チタン、亜硫酸カルシウム、ホワイトカーボン、クレー、硫酸カルシウムなどを使用できる。これらの無機充填材は１種単独で使用する場合に限らず、２種以上を組み合わせて使用できる。
添加剤としては、例えば、核剤、酸化防止剤、塩酸吸収剤、耐熱安定剤、耐候安定剤、光安定剤、紫外線吸収剤、スリップ剤、アンチブロッキング剤、防曇剤、滑剤、帯電防止剤、難燃剤、顔料、染料、分散剤、銅害防止剤、中和剤、可塑剤、気泡防止剤、架橋剤、過酸化物などの流れ性改良剤、ウェルド強度改良剤、天然油、合成油、ワックスなどの公知のものを使用できる。

熱可塑性樹脂に含有させる発泡剤としては、公知の各種の発泡剤を使用できる。例えば、溶剤型発泡剤、分解型発泡剤、ガス状発泡剤のいずれのものでも使用できる。
溶剤型発泡剤またはガス状発泡剤としては、加熱シリンダーのシリンダー部分で注入され、溶融された熱可塑性樹脂に吸収ないし溶解させ、金型１１０のキャビティ１１３内で発泡剤として機能する物質が用いられる。例えば、炭酸ガス；窒素ガスやアルゴンガスなどの不活性ガス；プロパン、ブタン、ネオペンタン、ヘプタン、イソヘキサン、ヘキサン、イソヘプタンなどの低沸点脂肪族炭化水素；フロンガスで代表される低沸点のフッ素含有炭化水素などが利用できる。ガス状発泡剤は、超臨界状態で熱可塑性樹脂に注入されてもよい。
分解型発泡剤としては、熱可塑性樹脂に予め配合されて加熱シリンダーに供給され、シリンダー内の温度条件下で発泡剤が分解し、炭酸ガスや窒素ガスなどの気体を発生する化合物が利用できる。この分解型発泡剤は、無機系の発泡剤でも、有機系の発泡剤でも使用できる。さらに、クエン酸などのような有機酸などを併用添加し、均一微細な気泡として発泡を促進させてもよい。
無機系の発泡剤としては、例えば、重炭酸ナトリウム、炭酸アンモニウム、重炭酸アンモニウム、炭酸ナトリウム、亜硝酸アンモニウム、クエン酸、クエン酸ナトリウムなどを用いることができる。また、有機系の発泡剤としては、例えば、アゾジカルボンアミド、アゾビスイソブチロニトリル、アゾシクロヘキシルニトリル、アゾジアミノベンゼン、バリウムアゾジカルボキシレートなどのアゾ化合物；Ｎ,Ｎ’−ジニトロソペンタメチレンテトラミン、Ｎ,Ｎ’−ジニトロソテレフタルアミドなどのＮ−ニトロソ化合物；ベンゼンスルフォニルヒドラジド、トルエンスルフォニルヒドラジド、ｐ,ｐ'−オキシビスベンゼンスルフォニルヒドラジド、ジフェニルスルフォン−３,３’−ジスルフォニルヒドラジドなどのスルフォニルヒドラジド化合物；カルシウムアジド、４,４’−ジフェニルジスルフォニルアジド、ｐ−トルエンスルフォニルアジドなどのアジド化合物などを用いることができる。
これら分解型発泡剤の中で、重炭酸ナトリウム、炭酸ナトリウムなどの炭酸塩または炭酸水素塩が好ましく、さらに発泡助材として有機カルボン酸塩を併用することを好ましい。炭酸塩または炭酸水素塩と有機カルボン酸塩との配合比は、炭酸塩または炭酸水素塩が８０〜２５質量部、好ましくは６５〜３０質量部、有機カルボン酸塩が２０〜７５質量部、好ましくは３５〜７０質量部で、合計１００質量部となる比率で配合される。

そして、発泡剤は、熱可塑性樹脂１００質量部に対して０．１〜６質量部、好ましくは０．５〜２質量部で添加されることが好ましい。この範囲で発泡剤を添加することにより、気泡径のより揃った射出発泡成形体が得られる。
なお、発泡剤の添加量は、射出発泡成形体の物性に応じて、発泡剤からの発生ガス量、望ましい発泡倍率などを考慮して設定される。

［射出発泡成形装置の動作］
次に、上記射出発泡成形装置の動作である射出発泡成形方法を説明する。
図５は射出発泡成形体の成形状況を示すタイミングチャートで、縦軸がキャビティ内の大気圧に対する圧力である型内圧、横軸が時間である。
射出発泡成形方法では、型締め工程、昇圧工程、射出工程、保持工程、発泡工程、減圧工程、冷却工程、脱型工程を実施する。

（型締め工程）
まず、図２に示すように、固定側金型１１１および移動側金型１１２を近接させて高圧で型締めする。
この型締めにより区画形成されるキャビティ１１３は、射出発泡成形体の予定体積の例えば１０〜９５％の容積となっている。すなわち、射出発泡成形体の発泡倍率は、１．０５〜１０倍、好ましくは１．５〜５倍に設定されている。

（昇圧工程）
この状態で、昇圧装置１２０の昇圧ポンプ１２２を駆動させ、昇圧バルブ１２３を開状態とし、昇圧流路１２１から金型１１０のガス流路１１５を介してキャビティ１１３内に、空気、炭酸ガス、窒素ガスなどの気体を封入する。
この気体の封入により、キャビティ１１３内を所定の圧力、つまり発泡剤を含む熱可塑性樹脂である樹脂原料Ｘにおける発泡ガスの飽和溶解圧力以上に昇圧する。飽和溶解圧力は、発泡ガスの種類、発泡ガスの量、樹脂原料、樹脂温度で定まる。例えば、発泡ガスが二酸化炭素であり、発泡ガスの量が０．４質量％であり、樹脂原料がポリプロピレン成分を含むプロピレン系ブロック共重合体であり、樹脂原料温度が２００℃の場合、飽和溶解圧力は、０．５６ＭＰａである。
なお、昇圧バルブ１２３は、所定の型内圧に昇圧した段階で閉状態とする。

（射出工程）
この昇圧工程後、図２に示すように、別途加熱シリンダーで熱可塑性樹脂と発泡剤とを溶融混練して調製した樹脂原料Ｘを、金型１１０のゲート１１４を介してキャビティ１１３内に射出する。
なお、キャビティ１１３内に気体の大部分は、キャビティ１１３とガスシール部との間の空間に押し退けられる。
この樹脂原料Ｘの射出に際して、加熱シリンダーの先端部の設定温度を、ホッパー側の設定温度より高く、例えば２０〜１００℃、好ましくは２０〜７０℃、より好ましくは３０〜６０℃高くしておくとよい。このことにより、樹脂原料Ｘのシリンダー内での発泡を抑え、無発泡状体の樹脂原料Ｘをキャビティ１１３内に射出できる。
また、樹脂原料Ｘのシリンダー内での発泡を抑えるため、加熱シリンダーの背圧を５ＭＰａ以上、好ましくは７ＭＰａ以上、より好ましくは１０ＭＰａ以上に設定するとよい。
金型１１０のキャビティ１１３の容積が射出発泡成形体の予定体積の１０％未満である場合、射出時に樹脂原料Ｘに係る圧力の勾配が過大となり、均一な充填が困難となることがある。一方、キャビティ１１３の容積が射出発泡成形体の予定体積の９５％を超える場合、射出時に樹脂原料Ｘに係る圧力が低下し、発泡が始まり、射出発泡成形体の表面にスワールマークや凹みなどが生じてしまうおそれがあるためである。

（保持工程）
この射出工程での樹脂原料Ｘの射出後、樹脂原料Ｘをキャビティ１１３内に保持させる。すなわち、数秒間、キャビティ１１３の容積を変化させることなく保持し、スキン層を形成させる。この時、金型１１０の温度は、３０〜７０℃が適当である。
この保持する時間は、金型１１０の温度、樹脂原料Ｘの種類、射出発泡成形体の形状、スキン層の厚さ寸法などに応じて、適宜決定される。通常は、１〜２０秒程度である。また、スキン層の厚さ寸法としては、０．２ｍｍ〜２ｍｍ程度、好ましくは０．２ｍｍ〜１ｍｍである。

（発泡工程）
そして、保持工程後、図３に示すように、可動側金型１１２を後退させてキャビティ１１３内の容積を拡大させるコアバックを実施し、樹脂原料Ｘを発泡させる。
この可動側金型１１２の後退速度は、例えば０．１〜５０ｍｍ／秒、好ましくは０．５〜３０ｍｍ／秒である。また、可動側金型１１２の後退開始から後退終了までの時間は、０．０１〜５秒、好ましくは０．０５〜３秒である。これらの条件とすることで、射出発泡成形体の良好な外観が容易に得られる。

（減圧工程）
この発泡工程後、コアバックの実施と同時（図５中実線）またはコアバックの実施後の所定時間後（図５中一点鎖線）に、真空吸引装置１３０の吸引バルブ１３４を開状態にする。そして、所定の真空度に調整された真空タンク１３２がキャビティ１１３に連通する状態となり、キャビティ１１３内の気体を真空タンク１３２内へ吸引排気させ、図５に示すように、キャビティ１１３内を大気圧未満にする。この吸引バルブ１３４を開状態にする際に、予め真空タンク１３２の真空度を所定の真空度、すなわち、吸引排気後の真空タンク１３２内の真空度が−０．０１ＭＰａ以下となる状態に真空吸引しておく。なお、真空吸引される気体は、昇圧する際に用いられる気体やキャビティ１１３内に存在する発泡ガスなどである。

（冷却工程）
そして、減圧工程後、キャビティ１１３内の樹脂原料Ｘを冷却する。
すなわち、減圧工程後にキャビティ１１３の容積を変化させることなく金型１１０を保持し、樹脂原料Ｘを冷却する。この冷却の条件としては、射出発泡成形体の形状などにより、冷却時間が適宜設定される。
なお、発泡終了後は、上述のようにそのまま冷却して射出発泡成形体を得る場合に限らず、例えば、０〜６０秒、好ましくは１〜１０秒冷却した後、可動側金型１１２を前進させて型締めし、圧縮して所定寸法に調整してもよい。圧縮することで、体積収縮により成形型と接触しなくなる射出発泡成形体の面が成形型と再接触され、冷却効率が向上する。また、成形型内で形状を規制することにより、取出後の変形を防止でき、良好な外観が得られる。

（脱型工程）
そして、図４に示すように、固定型金型１１１に対して可動側金型１１２を離間させ、成形された射出発泡成形体を金型１１０から取り出す。

［実施形態の作用効果］
以上より、本実施形態では、次の作用効果を奏することができる。
本実施形態では、型締めして区画形成されたキャビティ１１３内に気体を導入して昇圧させた後に発泡剤を含む熱可塑性樹脂である樹脂原料Ｘを射出し、スキン層を形成させた後、樹脂原料Ｘを発泡させるコアバックの実施と同時、またはコアバックの実施から所定時間経過後に、キャビティ１１３内の気体を真空吸引してキャビティ１１３内を大気圧未満にし、冷却固化している。
このため、樹脂原料Ｘが完全に固化する前に気体を真空吸引するので、樹脂原料Ｘと金型１１０の内面との間に気体が確実にキャビティ１１３外へ排気され、気体の残留によるガス溜まりが発生して射出発泡成形体の表面に凹みが生じたり、スワールマークが発生したりする外観不良を確実に防止できる。

そして、本実施形態では、気体を導入してキャビティ１１３内を昇圧する昇圧工程で、樹脂原料Ｘに混合された発泡ガス量に対応した飽和溶解圧力以上にキャビティ１１３内を昇圧している。
このため、後工程の射出工程で樹脂原料Ｘをキャビティ１１３内に射出する際に、樹脂原料Ｘが無発泡状態で充填され、スワールマークの発生を確実に防止でき、より確実に外観不良を防止できる。

また、本実施形態では、減圧工程の際、コアバックの実施時点から２．５秒後までの時間の間に真空吸引を開始している。
このため、樹脂原料Ｘが完全に固化する前に気体が確実に排気されるので、より確実に外観不良を防止できる。

さらに、本実施形態では、キャビティ１１３内に吸引バルブ１３４を介して連通する真空タンク１３２内を真空吸引する真空ポンプ１３３を備えた真空吸引装置１３０を用い、吸引バルブ１３４の操作により真空ポンプ１３３の駆動で減圧された真空タンク１３２をキャビティ１１３に連通させることで、キャビティ１１３内の気体を真空吸引している。
このため、簡単な構成で適切に気体を真空吸引する構成が得られるとともに、真空タンク１３２に回収した気体の再利用も容易にでき、コストの低減を図ることもできる。さらには、真空タンク１３２の容積や真空度の調整のみで、適切にキャビティ１１３内を大気圧未満に容易に真空吸引でき、製造性の向上が図れるとともに、製造する射出発泡成形体の形状などに応じて容易に設定でき、汎用性の向上も図れる。

そして、本実施形態では、キャビティ１１３内の気体の真空吸引後における真空タンク１３２の真空度が−０．０１ＭＰａ以下となるように、すなわちキャビティ１１３内の真空度が−０．０１ＭＰａ以下となる状態に調整している。
このため、樹脂原料Ｘと金型１１０の内面との間の気体が簡単な構成でも確実に排気でき、外観不良を確実に防止できる。

［実施形態の変形例］
なお、本発明は、前記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的および効果を達成できる範囲内での変形や改良が、本発明の内容に含まれるものであることはいうまでもない。また、本発明を実施する際における具体的な構造および形状等は、本発明の目的および効果を達成できる範囲内において、他の構造や形状等としても問題はない。

例えば、減圧工程において、コアバックの実施と同時またはコアバック実施後の２．５秒後までの時間で気体を真空吸引する構成に限らず、コアバックの実施時点から射出した樹脂原料Ｘが固化するまでの時間であればよい。
また、昇圧工程において、昇圧する圧力としては、混合された発泡ガス量に対応した飽和溶解圧力以上であればよい。
また、減圧工程で気体を真空吸引する構成としては、上述の真空吸引装置１３０の構成に限らず、各種構成を利用できる。さらに、気体の真空吸引後における真空タンク１３２の真空度が−０．０１ＭＰａ以下となるように予め真空タンク１３２を真空にしておく場合に限らず、例えば真空吸引中に真空度が−０．０１ＭＰａ以下を維持するために真空ポンプ１３３を適宜駆動させるようにしてもよい。
そして、射出発泡成形体としては、自動車の構成物に限らず、住設分野などにも適用できる。
また、上記実施形態では、キャビティ１１３の容積が可変する金型１１０を用いる構成を例示して説明したが、例えば図６に示すような、通常の金型２１０を用いてもよい。すなわち、この図６に示す金型２１０は、固定側金型２１１に可動側金型２１２を近接せしめて型締めすることで、内部にキャビティ２１３を区画形成する。固定側金型２１１にはゲート２１４が設けられ、可動側金型２１２にはガス流路２１５、および例えばＯリング２１６が取り付けられるシール凹部２１７が設けられている。
そして、製造に際しては、キャビティ２１３内に溶融した樹脂原料Ｘを射出した後、保持させ、可動側金型２１２をコアバックさせる。このコアバックと同時もしくはコアバックから所定時間経過後に減圧処理する。この際、既にスキン層が形成されているので、可動側金型２１２と樹脂原料Ｘとの間の気体が排気されるので、可動側金型２１２に接する面では外観不良を生じず、良好な射出発泡成形体が得られる。
ここで、コアバックした時の固定側金型２１１と可動側金型２１２との間隔において気密性を保てるようなサイズのＯリング２１６を選択することによって、金型２１０外からの空気の吸い込みを防止できる。

その他、本発明の実施における具体的な構成および形状などは、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造などとしてもよい。

以下、各種製造方法で製造した実施例および比較例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
なお、本発明は実施例などの内容に何ら限定されるものではない。

[実施例１］
（１）製造装置
キャビティサイズが８５０×４５０ｍｍである図１に示したドアトリム形状の射出発泡成形体を得るための金型を用いた。この金型は、金型を完全に閉じた状態でのキャビティの厚さ寸法が１．６ｍｍ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なしている。さらに、固定側金型における凸部基端側の外周には、幅５ｍｍ、高さ１５ｍｍの周状のガス流通路が設けられている。そして、ガス流通路は、シェアエッジの間隔を通じてキャビティに連通され、さらにガス流通路の外周にはゴム製のシール部材（Ｏリング）が設けられており、型締め状態で可動側金型とシール部材が接触することによりキャビティおよびガス流通路の気密性を確保している。
また、ガス流通路には、図１および図２に示すような昇圧装置および真空吸引装置が接続され、キャビティ内の昇圧、真空吸引が可能に構成されている。
成形機は、原料樹脂を溶融したシリンダーの途中に、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が採られている。
また、金型は、４点のバルブゲート仕様のダイレクトゲートにより溶融した樹脂原料を射出する構造となっている。また、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（宇部興産機械株式会社製、型式：ＭＤ８５０Ｓ−III）に取り付け、金型温度５０℃、冷却時間３０秒、計量時の背圧５．０ＭＰａ、射出時の樹脂原料の温度２００℃となる条件で製造した。

（２）樹脂原料
成形材料のポリプロピレン樹脂として、ポリプロピレン系ブロック共重合体（商品名：ＦＸ２００Ｓ、株式会社プライムポリマー製、２３０℃におけるＭＦＲ：６０ｇ／１０分）を用いた。また、キャビティ内を昇圧する気体として空気を使用した。

（３）成形方法
キャビティ周囲のシールによって、型締め後の空気の加圧によりキャビティ内圧は約０．６ＭＰａに昇圧される。この状態で、発泡ガスとして二酸化炭素を０．４質量％で注入して混練・溶解した溶融ポリプロピレン樹脂を１秒間射出した。キャビティ内のガス圧を保持したまま、射出が完了した１秒後、キャビティの容積を拡大するように可動側金型を後退量１．４ｍｍ、後退速度２０ｍｍ／秒で後退させた。なお、この場合、飽和溶解圧力は、０．５６ＭＰａである。
そして、射出完了からの経過時間をタイマーで設定し、ガス供給側の昇圧装置の昇圧バルブを閉じるとともに真空吸引装置の吸引バルブを開いて、キャビティ内の気体を真空タンクで吸引した。真空吸引装置の真空タンクは、容量１００リットルの真空計付きのものを用いた。そして、気体の真空吸引前の真空タンクの真空度は、−０．０７ＭＰａであった。また、気体の真空吸引後の真空タンクの真空度は、−０．０２ＭＰａであった。
この後、３０秒間冷却し、射出発泡成形体を得た。

[実施例２〜５，比較例１〜６]
ＣＯ₂添加量、キャビティ内圧、排気タイミング（射出完了から真空吸引までの時間）、真空吸引の実施状況、真空度を、表１および表２に示す他は、実施例１と同様に射出発泡成形体を得た。
なお、実施例２，３および比較例１〜４における飽和溶解圧力は実施例１と同様であり、実施例４および比較例５の飽和溶解圧力は０．４２ＭＰａ、実施例５および比較例６の飽和溶解圧力は０．３１ＭＰａである。

（４）評価
得られた射出発泡成形体の表面における、スワールマークの発生やディンプル状あるいは不定形状の凹みの有無を目視により観察し、以下の３段階で評価した。その結果を、以下の表１および表２に示す。
○：スワールマークや凹みなし
△：若干のスワールマークや凹み有り
×：有り

（５）結果
上記表１および表２の結果に示すように、キャビティ内を、熱可塑性樹脂に混合された発泡ガス量に対応した飽和溶解圧力以上に昇圧し、コアバック実施と同時または実施後にキャビティ内を大気圧未満に真空吸引することにより、スワールマークとディンプル状または不定形状の表面凹みのない成形体を得た。

本発明で得られる射出発泡成形体は、ガス溜まりによる表面の凹みなどを防止して良好な外観が得られ、住設分野や自動車分野の内外装材などに好適である。

１００…射出発泡成形装置
１１０…金型
１１１…固定側金型
１１２…可動側金型
１１３…キャビティ
１２０…昇圧装置
１３０…真空吸引装置
１３１…吸引流路
１３２…真空タンク
１３３…真空ポンプ
１３４…吸引バルブ
Ｘ…発泡剤を含む熱可塑性樹脂である樹脂原料

Claims (7)

1. 発泡剤を含む熱可塑性樹脂を射出成形して射出発泡成形体を得る射出発泡成形方法であって、
   固定側金型に可動側金型を近接せしめて型締めし、キャビティを区画形成する型締め工程と、
   前記キャビティ内を熱可塑性樹脂に混合された発泡ガス量に対応した飽和溶解圧力以上に気体で昇圧する昇圧工程と、
   前記キャビティ内に前記発泡剤を含む熱可塑性樹脂を射出する射出工程と、
   前記熱可塑性樹脂を前記キャビティ内に保持する保持工程と、
   前記可動側金型をコアバックさせて前記熱可塑性樹脂を発泡させる発泡工程と、
   前記コアバックの実施と同時または前記コアバックの実施後、前記キャビティ内を真空吸引して前記キャビティ内を大気圧未満にする減圧工程と、
   前記キャビティ内の熱可塑性樹脂を冷却する冷却工程と、
   前記固定型金型と前記可動側金型を離間させて得られた前記射出発泡成形体を取り出す脱型工程と、を実施する
   ことを特徴とする射出発泡成形方法。
2. 請求項１に記載の射出発泡成形方法であって、
   前記減圧工程は、前記可動側金型のコアバックの実施時点から２．５秒後までの時間の間に真空吸引を開始する
   ことを特徴とする射出発泡成形方法。
3. 請求項１または請求項２に記載の射出発泡成形方法であって、
   前記減圧工程は、前記キャビティ内にバルブを介して連通する真空タンク内を真空吸引するポンプを備えた真空吸引装置を用い、前記バルブの操作により前記ポンプの駆動で減圧された前記真空タンクを前記キャビティに連通させることで、前記キャビティ内を真空吸引する
   ことを特徴とする射出発泡成形方法。
4. 請求項３に記載の射出発泡生成方法であって、
   前記減圧工程は、前記キャビティ内の気体の真空吸引後における前記キャビティ内の真空度を−０．０１ＭＰａ以下に調整する
   ことを特徴とする射出発泡成形方法。
5. 発泡剤を含む熱可塑性樹脂を射出成形して射出形成発泡体を得る射出発泡成形装置であって、
   固定側金型およびこの固定側金型に対して近接および離間可能な可動側金型を備え、前記固定側金型に可動側金型を近接せしめて型締めすることで、内部にキャビティを区画形成する金型と、
   この金型の前記キャビティ内に気体を流入可能に連通して設けられ前記キャビティ内を昇圧する昇圧装置と、
   真空タンク、この真空タンク内を真空吸引するポンプ、前記真空タンクを前記キャビティ内に連通するバルブを有した流路を備えた真空吸引装置と、
   前記昇圧装置を制御して前記キャビティ内を昇圧し、この昇圧装置にて昇圧した後のキャビティ内に前記発泡剤を含む熱可塑性樹脂を射出させて前記キャビティ内に所定時間で保持させ、この所定時間保持させた後に前記可動側金型をコアバックさせ、このコアバックと同時またはコアバックの実施後に前記真空吸引装置のバルブを制御して前記真空タンクを前記キャビティ内に連通させて前記キャビティ内を大気圧未満に真空吸引させる制御装置と、
   を具備したことを特徴とした射出発泡成形装置。
6. 請求項５に記載の射出発泡成形装置であって、
   前記真空吸引装置は、前記キャビティ内の気体の真空吸引後における前記真空タンクの真空度が−０．０１ＭＰａ以下となる状態に、前記真空タンクの容積が設計された
   ことを特徴とした射出発泡成形装置。
7. 請求項５に記載の射出発泡成形装置であって、
   前記真空吸引装置は、前記キャビティ内を真空吸引する前の前記真空タンクの真空度が、前記キャビティ内の気体の真空吸引後における前記真空タンクの真空度が−０．０１ＭＰａ以下となる状態に調整された
   ことを特徴とした射出発泡成形装置。

Images