JP2013208843A

JP2013208843A - 混練装置及び熱可塑性樹脂成形体の製造方法

Info

Publication number: JP2013208843A
Application number: JP2012081450A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Yusa; 敦遊佐; Tomohito Yamamoto; 智史山本
Original assignee: Hitachi Maxell Ltd
Current assignee: Maxell Holdings Ltd
Priority date: 2012-03-30
Filing date: 2012-03-30
Publication date: 2013-10-10

Abstract

【課題】ベントアップの発生を抑制しつつ、熱可塑性樹脂から気体等を取除くことのできる混練装置、及びこのような混練装置を用いた熱可塑性樹脂成形体の製造方法を提供する。
【解決手段】
熱可塑性樹脂を溶融、混練する混練装置は、ベントが形成された可塑化シリンダと、前記可塑化シリンダ内に移動可能に設けられたスクリュと、前記スクリュに取り付けられ、前記スクリュの移動により前記ベントを開閉するベント開閉部とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱可塑性樹脂成形体を製造するための混練装置、及び、その混練装置を用いた熱可塑性樹脂成形体の製造方法に関する。

熱可塑性樹脂の成形には、射出成形機、押出成形機が広く使用されている。射出成形機や押出成形機を用いて、熱可塑性樹脂の溶融、混練、射出または押出しを行うことで、所望の形状の熱可塑性樹脂成形体を得ることができる。また、ベント機能を有する射出成形機や押出成形機も一般的に使用されている。ベント機能を有する射出成形機や押出成形機は、熱可塑性樹脂のペレットに含まれるガスや水分を、溶融、混練した熱可塑性樹脂から取り除くことができる。

近年では、超臨界二酸化炭素などの加圧二酸化炭素を用いた射出成形法や押出成形法が各種検討されている。このような成形法では、非常に高圧の流体を溶融樹脂に導入して、種々の機能を有する成形体を製造することができる。具体的には例えば、溶融樹脂と加圧二酸化炭素とを可塑化シリンダ内で接触混練して非相溶系のポリマー同士を相溶させるポリマーアロイの射出成形法や押出成形法が提案されている（特許文献１）。また、押出機の途中で溶融樹脂に超臨界二酸化炭素を導入して熱可塑性樹脂から難揮発成分を除去する、熱可塑性樹脂の成形法が提案されている（特許文献２）。さらに、超臨界二酸化炭素を用いて成形前の樹脂に金属錯体等の金属微粒子を溶解させ、成形品の表面部（表面近傍）に無電解メッキの触媒核となる金属微粒子を偏析させる無電解メッキ方法も提案されている（特許文献３）。

さらに、超臨界状態の窒素や二酸化炭素の物理発泡剤を用いた発泡射出成形方法も提案されている（特許文献４）。この方法は、例えば以下のような手法である。まず、密閉された可塑化シリンダにおいて、可塑化溶融した樹脂に超臨界状態の窒素や二酸化炭素の物理発泡剤を接触させ相溶させる。次に可塑化シリンダ内を、物理発泡剤が超臨界状態を維持できる程度に高圧に維持しつつ、物理発泡剤の溶解した溶融樹脂を計量し、金型内に射出充填する。射出充填時、溶融樹脂に相溶していた超臨界流体は急速に減圧され、ガス化する。溶融樹脂が固化することで気泡が成形体内部に形成される。

上記したこれらの方法はいずれも、一般的に、ベント機能を有する射出成形機または押出成形機を用いて行われている。ベントとは、例えば、可塑化シリンダから超臨界二酸化炭素などの加圧二酸化炭素を排出すること、またはそのような排出口のことをいう。

特開２００３−９４４７７号公報特開平１１−２９２９２１号公報特開２００５−２８０３６２特許第２６２５５７６号公報

しかしながら、ベント機能を有する射出成形機や押出成形機では、ベントアップという現象が問題となっている。ベントアップは、ベント時に、排気すべき二酸化炭素、窒素などの気体等とともに、溶融した熱可塑性樹脂がベント口（ベント）に漏れ出してしまう現象である。ベントアップが生じると、漏れ出した熱可塑性樹脂がベント口を閉塞する等の不具合が生じる。とくに、加圧二酸化炭素を含む熱可塑性樹脂は粘度が低く、ベントアップの発生が顕著であった。

そこで本発明は、ベントアップの発生を抑制しつつ、熱可塑性樹脂から加圧二酸化炭素、窒素等の気体等を取除くことのできる混練装置を与えることを目的とする。さらに本発明は、このような混練装置を用いた熱可塑性樹脂成形体の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様に従えば、熱可塑性樹脂を溶融、混練する混練装置であって、ベントが形成された可塑化シリンダと、前記可塑化シリンダ内に移動可能に設けられたスクリュと、前記スクリュに取り付けられ、前記スクリュの移動により前記ベントを開閉するベント開閉部とを有する混練装置が提供される。

本発明の第２の態様に従えば、上記に記載の混練装置を用いる熱可塑性樹脂成形体の製造方法であって、前記可塑化シリンダ内において、熱可塑性樹脂を可塑化して溶融樹脂とすることと、前記溶融樹脂から気体を分離して前記ベントから排出することと、前記気体を分離した溶融樹脂を所望の形状に成形することとを含み、前記スクリュを前記可塑化シリンダ内において移動させて前記ベント開閉部により前記ベントを開閉し、前記気体の排出を行う製造方法が提供される。

本発明の混練装置、熱可塑性樹脂成形体の製造方法によれば、ベントアップの発生を抑制しつつ、熱可塑性樹脂から、二酸化炭素、窒素等の気体等を効率良くかつ適切に取り除くことができる。また、このように気体等を適切に取り除くことにより、成形体の性能を向上させることができる。

図１は、本発明の実施の形態に用いた混練装置の一例を示す概略断面図であり、排気孔がベント口に対向していない状態を示す。図２は、本発明の実施の形態に用いた混練装置の一例を示す概略断面図であり、排気孔がベント口に対抗している状態を示す。図３は、本発明の実施の形態に用いたベントアップ防止部材の一例を示す概略斜視図である。図４（ａ）は、ベントアップ防止部材の遮蔽帯がベント口に対向している状態を示す可塑化シリンダ等の概略断面図、図４（ｂ）は、ベントアップ防止部材の排気孔がベント口に対向している状態を示す可塑化シリンダ等の概略断面図、図４（ｃ）は、ベントアップ防止部材の外周面がベント口に対向している状態を示す可塑化シリンダ等の概略断面図である。図５は、本発明の実施の形態に用いたシール機構の一例を示す斜視図である。図６は、本発明の実施の形態に用いたシール機構の一例を示す概略断面図であり、シール機構が開口した状態を示す。図７は、本発明の実施の形態に用いたシール機構の一例を示す概略断面図であり、シール機構が閉口した状態を示す。図８は、本発明の実施の形態に用いた熱可塑性樹脂成形体の製造方法を示すフローチャートである。図９（ａ）、図９（ｂ）、図９（ｃ）は、ベントアップ防止部材の他の例を示す概略斜視図である。図１０は、本発明の実施例に用いた成形機の一例を示す概略断面図である。図１１は、本発明の他の実施例に用いた成形機の一例を示す概略断面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態に係る混練装置及び該混練装置を用いた熱可塑性樹脂成形体の製造方法について説明する。

図１及び図２に示すように、熱可塑性樹脂の混練装置２００は、主に可塑化シリンダ２１０と、可塑化シリンダ２１０内に回転及び進退自在に配設されたスクリュ２０と、ベントアップ防止部材７０とを備えている。また、可塑化シリンダ２１０は内径Ｄ１の円筒状部材であり、先端に溶融樹脂を噴射するノズル２３１が形成され、他端面の近傍に熱可塑性樹脂を供給するための樹脂供給口２０１が設けられている。樹脂供給口２０１の近傍には、スクリュ２０を回転させる回転モータなどの回転駆動手段(不図示)と、スクリュ２０を前後進させるためのボールネジ(不図示)及びそれを駆動させるモータなどの移動手段（不図示）とが接続されている。可塑化シリンダ２１０内において、可塑化溶融された溶融樹脂は、樹脂供給口２０１からノズル２３１に向かって、すなわち図１における右手から左手に向かって流動する。したがって、可塑化シリンダ２１０の内部においては、図１における右手を「上流」又は「後方」、左手を「下流」又は「前方」とする。なお、図１に示すように、本実施形態の混練装置２００は、従来公知の混練装置の構成と同様に、可塑化シリンダ２１０の後方側から見た場合に、スクリュ２０を反時計回りに回転（正回転）させると溶融樹脂を前方（ノズル側）に送り、時計回りに回転（逆回転）させると溶融樹脂を後退させるように構成されている。

可塑化シリンダ２１０の上部側面には、樹脂供給口２０１の下流側に、加圧二酸化炭素を含む加圧流体を導入するための導入口２０２及びガス化した二酸化炭素を排気するためのベント口（ベント）２０３が形成されている。これらの樹脂供給口２０１及び導入口２０２には、それぞれ、樹脂供給用ホッパ２１１、及び導入バルブ２１２が配設されており、ベント口２０３には、圧力保持機構２１９を介して背圧弁２２２が接続されている。また、可塑化シリンダ２１０の外周壁には、可塑化シリンダ２１０の幅方向に渡ってバンドヒータ（不図示）が配設されており、これにより可塑化シリンダ２１０が加熱されて、熱可塑性樹脂が可塑化される。さらに、可塑化シリンダ２１０の下部側面の導入口２０２と対向する位置及びベント口２０３に対向する位置にはそれぞれ、図示しない圧力計及び温度センサが設けられている。

この実施形態におけるスクリュ２０は、回転軸と、回転軸の半径方向に延在するとともに回転軸の軸方向にらせん状に形成されたフライトを含む。また、スクリュ２０は、上流側から順に第１スクリュ部２０ａ、第２スクリュ部２０ｂ、第３スクリュ部２０ｃに分割されている。第１スクリュ部２０ａと第２スクリュ部２０ｂは、第１スクリュ部２０ａの縮径部３０において図示しない螺子によって互いに螺子止めされており、第２スクリュ部２０ｂと第３スクリュ部２０ｃは、第２スクリュ部２０ｂの縮径部５０において図示しない螺子によって互いに螺子止めされている。第３スクリュ部２０ｃは、上流側から順に、縮径部５０と連結する端部５４と、小径スクリュ部２０ｃ１と、小径スクリュ部２０ｃ１より外径が大きく且つその外径が下流に向かって除々に大きくなる大径スクリュ部２０ｃ２と、その先端の円錐部２０ｃ３とを有する。図１、２に示されるように小径スクリュ部２０ｃ１は、軸方向に所定の長さで延在し、その外径Ｄ２（回転軸の外径Ｄ２）は軸方向に渡り一定である。

縮径部３０には、縮径部３０の範囲で軸方向（前後方向）に移動可能となるように遊嵌状態で上流側シールリング４０が外嵌している。これら縮径部３０と上流側シールリング４０とで、上流側シール機構Ｓ１が構成されている。また、縮径部５０には、縮径部５０の範囲で軸方向（前後方向）に移動可能となるように遊嵌状態で下流側シールリング６０が外嵌している。これら縮径部５０と下流側シールリング６０とで、下流側シール機構Ｓ２が構成されている。上流側シール機構Ｓ１及び下流側シール機構Ｓ２の詳細については後述する。上流側シール機構Ｓ１は、スクリュ２０を正回転したときにはシールリング４０が下流側に移動し、上流側シール機構Ｓ１の上流側と下流側を連通させる。反対に、スクリュ２０を逆回転したときにはシールリング４０が上流側に移動し、上流側シール機構Ｓ１の上流側と下流側を遮断する。下流側シール機構Ｓ２も同様に、スクリュ２０が正回転するときには連通状態となり、スクリュ２０が逆回転するときには遮断状態となる。

ベントアップ防止部材（ベント開閉部）７０は、図３に示すように、軸Ｘを中心軸とする円筒状の部材であり、その本体部７０ａは、可塑化シリンダ２１０の内径Ｄ１よりわずかに小さい外径ｄ１と、小径スクリュ部２０ｃ１の外径Ｄ２より大きい内径ｄ２を有する。また、ベントアップ防止部材７０の本体部７０ａは、外周面７０ｂと内周面７０ｄを貫通するように二つの排気孔７０ｃ１、７０ｃ２を有している。排気孔７０ｃ１、７０ｃ２は、軸Ｘの周りに１８０°離れた位置に形成されており、それぞれ、軸Ｘに沿って延在する長穴（楕円）形状である。また、本実施形態のベントアップ防止部材７０の本体部７０ａは軸方向に分割可能であり、図３に示すとおり、Ｘ軸を含む一平面により、排気孔７０ｃ１、７０ｃ２からそれぞれ軸Ｘの周りに９０°離れた位置において、２つの半部７０ａ１、７０ａ２に分割される。半部７０ａ１及び７０ａ２の内周面には、それぞれ上流側と下流側の端部近傍にピン８０が立設されている（図１参照）。一方、小径スクリュ部２０ｃ１の上流側と下流側には、これらのピン８０が嵌合する孔９０が形成されている。ベントアップ防止部材７０を小径スクリュ部２０ｃ１に取り付ける際に、分割された半部７０ａ１、７０ａ２で小径スクリュ部２０ｃ１を覆い、ピン８０を孔９０に嵌合させる。

ベントアップ防止部材７０は、図１及び図２に示すように、小径スクリュ部２０ｃ１において、スクリュ２０の回転軸が軸Ｘと同軸になるようにスクリュ２０を内部に収容する。図４(ａ)に、可塑化シリンダ２１０内でスクリュ２０に取り付けられたベントアップ防止部材７０の概略断面図を示す。図４（ａ）に示されるように、可塑化シリンダ２１０の内周壁２１０ａとベントアップ防止部材７０の外周面７０ｂとの間の隙間Ｇ１は、内周壁２１０ａに対してベントアップ防止部材７０の回転を可能とするのに十分な距離であればよい。同様に、図４(ａ)に示されるように、ベントアップ防止部材７０の内周面７０ｄと小径スクリュ部２０ｃ１におけるスクリュ２０の外周面２０ａ（回転軸の外周面２０ａ）との間の隙間Ｇ２は、可塑化した溶融樹脂の大部分を円筒部７０ａの内周面７０ｄとスクリュ２０の間を通過させるように所定の距離を設けている。本実施形態では、Ｇ２はＧ１よりも大きい。

図３に示されるように、ベントアップ防止部材７０の外周面７０ｂには、円周上のいずれの位置においても排気孔７０ｃ１、７０ｃ２が形成されていない遮蔽帯７０ｅが存在している。遮蔽帯７０ｅの軸方向の幅は、スクリュ２０の回転軸方向におけるベント口２０３の幅以上である。遮蔽帯７０ｅを設けることにより、スクリュ２０を前後方向に制御して遮蔽帯７０ｅをベント口２０３に対向させることで、スクリュ２０の回転位置にかかわらず、必ずベント口２０３をベントアップ防止部材７０の外周面７０ｂによって遮蔽することができる。ベントアップ防止部材７０は、遮蔽帯７０ｅが可塑化シリンダ２１０の上流側（後方側）に位置するように（ベントアップ防止部材７０が、樹脂供給口２０１に関して、排気孔７０ｃ１、７０ｃ２よりも近方となるように）、スクリュ２０に取り付けられる。

図１は遮蔽帯７０ｅがベント口２０３に対向する様子を示しており、図４（ａ）は、スクリュ２０の回転位置によらずベントアップ防止部材７０の外周面７０ｂがベント口２０３を遮蔽する様子を示している。前述のように、遮蔽帯７０ｅは、ベントアップ防止部材７０の外周面７０ｂ上において、排気孔７０ｃ１、７０ｃ２よりも上流側に設けられている。これにより、後述する通り、下流側シール機構Ｓ２が連通状態となり溶融樹脂からガス化した二酸化炭素が分離したときに遮蔽帯７０ｅがベント口２０３を遮蔽し（図１）、ベントアップを防止できる。

次に混練装置２００の動作について説明する。以下では適宜、可塑化シリンダ２１０内において、上流側シール機構Ｓ１よりも上流側を可塑化ゾーン２１、上流側シール機構Ｓ１より下流側であって、下流側シール機構Ｓ２よりも上流側を高圧混練ゾーン２２、下流側シール機構Ｓ２よりも下流側のベント口２０３の近傍であって、溶融樹脂から気体が分離する領域を減圧ゾーン２３と呼ぶ。図１に示すように、スクリュ２０が正回転することにより、樹脂供給口２０１から可塑化シリンダ２１０内の可塑化ゾーン２１に、熱可塑性樹脂が供給される。供給された熱可塑性樹脂は、バンドヒータによって可塑化されて溶融樹脂となる。この時、スクリュ２０が正回転しているため、上流側シールリング４０は下流側に移動した状態となっており、上流側シール機構Ｓ１は連通状態となっている。したがって、可塑化ゾーン２１において溶融樹脂となった熱可塑性樹脂は、上流側シール機構Ｓ１を通過し、高圧混練ゾーン２２に送られる。なお、上流側シール機構Ｓ１、下流側シール機構Ｓ２の動作の詳細は後述する。

溶融樹脂が高圧混練ゾーン２２に送られると、回転駆動手段により、スクリュ２０を所定回転数以上で逆回転（時計回り）させる。この時、スクリュ２０が逆回転しているため、上流側シールリング４０は上流側に移動した状態となり、上流側シール機構Ｓ１は遮断状態となる。また、下流側シールリング６０も上流側に移動した状態となり、下流側シール機構Ｓ２も遮断状態となる。よって、高圧混練ゾーン２２は、可塑化ゾーン２１及び減圧ゾーン２３と遮断された状態となる。この状態において、導入口２０２より加圧流体が導入される。その後、スクリュ２０の逆回転を維持することで、溶融樹脂と加圧流体が高圧下で接触混練される。

溶融樹脂を加圧流体と接触混練させた後、再度回転駆動手段によりスクリュ２０を正回転させる。この時、スクリュ２０の正回転に伴って、上流側シールリング４０及び下流側シールリング６０が下流側に移動し、上流側シール機構Ｓ１及び下流側シール機構Ｓ２は連通状態となる。これにより、高圧下で加圧流体と接触混練された溶融樹脂が減圧ゾーン２３に送られる。この時、高圧混練ゾーン２２と減圧ゾーン２３が連通し、溶融樹脂の樹脂内圧が低下する。このため、溶融樹脂からガス化した二酸化炭素が分離する。

ここで、図１に示すように、下流側シール機構Ｓ２が連通状態となり溶融樹脂からガス化した二酸化炭素が分離するときのスクリュ２０の位置（第１位置）は、可塑化シリンダ２１０内において、排気孔７０ｃ１、７０ｃ２によって、ガス化した二酸化炭素の排気が行われる時のスクリュ２０の位置（第２位置、図２参照）よりも前方寄りに位置している（第１位置は樹脂供給口２０１に関して、第２位置よりも遠方である）。よって、スクリュ２０が可塑化シリンダ２０内において前方寄りの位置（第１位置）にあるときに、遮蔽帯７０ｅがベント口２０３を遮蔽していることが望ましい。

本実施形態においては、遮蔽帯７０ｅは、上記のとおりベントアップ防止部材７０の外周面７０ｂ上において、排気孔７０ｃ１、７０ｃ２よりも上流側に設けられている（樹脂供給口２０１に関して、排気孔７０ｃ１、７０ｃ２よりも近方に設けられている）ため、スクリュ２０が前方寄りの位置にあり、下流側シール機構Ｓ２が連通状態となったときは、ベント口２０３は遮蔽帯７０ｅにより遮蔽されている。この時、図４（ａ）に示すように、ベント口２０３は、スクリュ２０の回転位置にかかわらず、ベントアップ防止部材７０の外周面７０ｂ（遮蔽帯７０ｅ）により遮蔽された状態となる。そのため、分離した二酸化炭素は、可塑化シリンダ２１０の内部に留まったままとなる。

その後、さらにスクリュ２０を正回転させると、溶融樹脂は前方に押し出される。このとき、上記のとおり、ベントアップ防止部材７０の内周面７０ｄと小径スクリュ部２０ｃ１におけるスクリュ２０の外周面２０ａとの間の隙間Ｇ２が、可塑化シリンダ２１０の内周壁２１０ａとベントアップ防止部材７０の外周面７０ｂとの間の隙間Ｇ１よりも大きいため、溶融樹脂の大部分は、ベント口２０３に至ることなく、ベントアップ防止部材７０の本体部７０ａとスクリュ２０の間を通過して前方に押し出される。前方に押し出された溶融樹脂はスクリュ２０の先端部に押し出され、溶融樹脂の圧力がスクリュ２０に対する反力となり、該反力でスクリュ２０が後退する。その結果、ベントアップ防止部材７０の遮蔽帯７０ｅは、ベント口２０３よりも後方側（上流側）に移動（並進）し、ベントアップ防止部材７０の排気孔７０ｃ１、７０ｃ２が形成された部分がベント口２０３に対向する位置に至る。スクリュ２０の回転位置によっては、排気孔７０ｃ１が、ベント口２０３と完全に対向する。この時の様子を図２に示す。また、図２のＢ−Ｂ線で切断した可塑化シリンダ２１０、スクリュ２０、ベントアップ防止部材７０の概略断面図を図４（ｂ）に示す。図４（ｂ）に示すように、ベントアップ防止部材７０は、排気孔７０ｃ１をベント口２０３に対向し、可塑化シリンダ２１０の内部とベント口２０３が連通している（ベント口２０３を開放している）。この時、ガス化した二酸化炭素を排気することができる。また、この状態から、さらにスクリュ２０を９０°回転させた状態を図４（ｃ）に示す。図４（ｃ）の状態においては、ベントアップ防止部材７０は、外周面７０ｂをベント口２０３に対向して、可塑化シリンダ２１０の内部に通じるベント口２０３が遮断されている。このように、ベントアップ防止部材７０の外周面７０ｂのうち、排気孔７０ｃ１、７０ｃ２が形成された部分をベント口２０３に対向させた状態で、スクリュ２０を回転させることで、排気孔７０ｃ１を断続的にベント口２０３に対向させて、可塑化シリンダ２１０の内部とベント口２０３との連通、遮断を交互に繰り返すことができる（図４（ｂ）、図４（ｃ））。したがって、ガス化した二酸化炭素の排気を断続的に行うことができる。

図４（ｂ）において、符号Ｒは溶融樹脂である。ここで、可塑化シリンダ２１０とベント口２０３との連通状態を所定の時間より長く維持すると、ガス化した二酸化炭素のみならず、溶融樹脂までもが、ベント口２０３に漏れ出してしまう。したがって、排気孔７０ｃ１または７０ｃ２をベント口２０３に所定時間だけ対向させてガス化した二酸化炭素を排気した後は、スクリュ２０を正回転（または逆回転）し、図４(ｃ)に示すように、ベントアップ防止機構７０の外周部７０ｂにより、再度ベント口２０３を遮蔽する。その後、再びスクリュ２０を先ほどとは反対の方向に回転し、排気孔７０ｃ１または７０ｃ２を再びベント口２０３に対向させる（図４（ｂ））。これにより、ベント口２０３は開放され、再度、ガス化した二酸化炭素を排気することができる。または、スクリュ２０を先ほどと同じ方向にさらに回転してさらなる排気を行ってもよい。

なお、排気時のスクリュ２０の動作は、排気する量、排気の速度等にしたがって任意に制御することができる。スクリュ２０の正回転、逆回転を切り替える速度、及び切り替える回数は任意である。また、スクリュ２０の正回転、逆回転を繰り返さずに排気を行ってもよく、例えばスクリュ２０の正回転のみ、逆回転のみによって排気を行ってもよい。

ここで、図５〜図７を参照して、上流側シール機構Ｓ１と下流側シール機構Ｓ２の構成を説明する。本実施の形態では、上流側シール機構Ｓ１と下流側シール機構Ｓ２とは基本的に同一の構成を有するものが用いられているため、以下では、下流側シール機構Ｓ２について主として説明する。

図５に示すとおり、高圧混練ゾーン２２と減圧ゾーン２３との間に配置される縮径部５０は、上流側の第２スクリュ部２０ｂから連接し、前方に向かって傾斜するテーパ面を有する円錐台部（シール部）５１と、円錐台部５１から連接し、軸方向に水平に延びる水平面を有する円筒部５２とで構成されている。また、下流側の第３スクリュ部２０ｃの端部５４には、下流側シールリング６０を回り止めするための係止部として突起部５４ａが周方向に所定間隔で複数箇所形成されている。

図５に示すとおり、下流側シールリング６０は、スクリュ２０の縮径部５０を外嵌するように貫通孔６１を有している。また、図６及び図７に示すように、該貫通孔６１は、上流側に、前方に向かって縮径するテーパ面（接触面）を有するテーパ部６２と、テーパ部６２から前方に向かって水平に延在する環状部６３とが連接されて構成されている。このテーパ部６２のテーパ面は円錐台部５１のテーパ面の少なくとも一部と密着状態で当接するように形成されている。さらに、下流側シールリング６０がスクリュ２０の縮径部５０の範囲で軸方向に移動可能なように、貫通孔６１の環状部６３の内径は上記縮径部５０の円筒部５２の直径よりも大きく形成されている。また、図５に示すとおり、下流側シールリング６０の下流側リング面６６には、被係止部として、下流側から見たときに、時計方向に深くなるように傾斜する切欠き６７が周方向に複数箇所形成されている。これにより、下流側シールリング６０は、スクリュ２０の回転状態に応じて、スクリュ２０に対し切欠き６７の深さの範囲で軸方向に移動し、突起部５４ａが切欠き６７と係合すると、スクリュ２０に対して下流側シールリング６０はそれ以上の軸方向の移動が規制される。

従って、図６に示すように、スクリュ２０に対して下流側シールリング６０が下流側に移動すると、円錐台部５１のテーパ面とテーパ部６２のテーパ面とが離間して、溶融樹脂及び高圧二酸化炭素の湯道となる隙間ｇが下流側シールリング６０の内周面とスクリュ２０の縮径部５０の外周面との間で開口する。一方、図７に示すように、スクリュ２０に対して下流側シールリング６０が上流側に移動すると、円錐台部５１のテーパ面とテーパ部６２のテーパ面とが当接して、下流側シールリング６０の内周面とスクリュ２０の縮径部５０の外周面との間の隙間ｇが閉口する。そして、下流側シールリング６０が上流側に移動して、突起部５４ａと切欠き６７とが係合すると、下流側シールリング６０の移動が規制されるから、下流側シールリング６０がスクリュ２０と共回りする。これにより、接触混練の間、円錐台部５１のテーパ面とテーパ部６２のテーパ面との当接状態が維持され、確実に高圧混練ゾーン２２をシールすることができる。

下流側シールリング６０の外周面には、下流側シールリング６０の外周面から突出するように金属製の外側シール部材７０が嵌合している。これにより、下流側シールリング６０と可塑化シリンダ２１０との間のシール性が確保される。

なお、上述のとおり、上流側シール機構Ｓ１の構成は、上記下流側シール機構Ｓ２の構成と同様であり、図６及び図７に示すように、可塑化ゾーン２１と高圧混練ゾーン２２との間に、円錐台部（シール部）３１を有する縮径部３０が配設されており、第２スクリュ部２０ｂの上流側の端面３４には突起部３４ａが設けられている。また、縮径部３０には、上流側シールリング４０が縮径部３０の範囲で軸方向（前後方向）に移動可能なように遊嵌状態で外嵌している。さらに、上流側シールリング４０の貫通孔には、テーパ面（接触面）を有するテーパ部４２と、円筒部３２の直径よりも大径の環状部４３とが形成されている。そして、上流側シールリング４０の下流側リング面４６には、第２スクリュ部２０ｂの端面３４に設けられた突起部３４ａと係合する切欠き４７が周方向に複数箇所形成されている。これにより、下流側シール機構Ｓ２と同様に、スクリュ２０に対して上流側シールリング４０が下流側に移動すると、円錐台部３１のテーパ面とテーパ部４２のテーパ面とが離間して、上流側シールリング４０の内周面と縮径部３０の外周面との間の隙間ｇが開口する。一方、スクリュ２０に対して上流側シールリング４０が上流側に移動すると、円錐台部３１のテーパ面とテーパ部４２のテーパ面とが当接して、上流側シールリング４０の内周面と縮径部３０の外周面との間の隙間ｇが閉口する。そして、突起部３４ａが切欠き４７と係合すると、上流側シールリング４０がスクリュ２０と共回りする。

次に、上記シール機構Ｓ１、Ｓ２の動作について混練装置２００で行われる工程に従って説明する。図６に示すように、スクリュ２０を正回転（反時計回り）させると、上流側及び下流側シールリング４０、６０はそれぞれ縮径部３０、５０の範囲を下流側に移動する。これにより、円錐台部３１のテーパ面とテーパ部４２のテーパ面とが離間して、上流側シールリング４０の内周面とスクリュ２０の縮径部３０の外周面との間の隙間ｇが開口し、可塑化ゾーン２１及び高圧混練ゾーン２２が連通する。そして、突起部３４ａと切欠き４７とが係合すると、上流側シールリング４０がスクリュ２０と共回りする。これにより、可塑化ゾーン２１と高圧混練ゾーン２２との連通状態が維持されるため、可塑化ゾーン２１から高圧混練ゾーン２２に円滑に溶融樹脂を送ることができる。

一定量の溶融樹脂が高圧混練ゾーン２２に送られると、図７に示すように、回転駆動手段によりスクリュ２０を所定回転数以上で逆回転（時計回り）させる。すると、スクリュ２０の逆回転に伴って上流側及び下流側シールリング４０、６０が上流側に移動するため、円錐台部３１、５１のテーパ面とテーパ部４２、６２のテーパ面とが当接し、上流側及び下流側シールリング４０、６０の内周面と縮径部３０、５０の外周面との間に形成されていた隙間ｇが閉口する。そして、スクリュ２０の突起部３４ａ、５４ａと、上流側及び下流側シールリング４０、６０の切欠き４７、６７とが係合すると、上流側及び下流側シールリング４０、６０がスクリュ２０と共回りする。これにより、高圧混練ゾーン２２と減圧ゾーン２３との遮断状態が維持されるから、高圧の加圧流体を高圧混練ゾーン２２へ導入しても、溶融樹脂及び加圧流体の高圧混練ゾーン２２から隣接するゾーン２１、２３への流動が防止され、高圧下で、溶融樹脂と加圧流体とを接触混練することができる。

高圧混練ゾーン２２と隣接するゾーン２１、２３とを上流側及び下流側シール機構Ｓ１、Ｓ２でシールして、溶融樹脂を加圧流体と接触混練させると、次いで、溶融樹脂の樹脂内圧を低下させるために、再度、回転駆動手段によりスクリュ２０を正回転させる。すると、突起部３４ａ、５４ａと、切欠き４７、６７とが係脱し、スクリュ２０の正回転に伴って上流側及び下流側シールリング４０、６０が下流側に移動するため、円錐台部３１、５１のテーパ面とテーパ部４２、６２のテーパ面とが離間し、上流側及び下流側シールリング４０、６０の内周面と縮径部３０、５０の外周面との間の隙間ｇが開口する。これにより、高圧混練ゾーン２２と減圧ゾーン２３とが連通し、溶融樹脂の樹脂内圧が低下するため、溶融樹脂からガス化した二酸化炭素が分離する。

次に、本実施の形態の混練装置２００を用いた熱可塑性樹脂成形体の製造方法について、図８にしたがって具体的に説明する。

本実施の形態の熱可塑性樹脂成形体の製造方法においては、熱可塑性樹脂を可塑化シリンダ２１０に供給し、スクリュ２０を回転させることにより、可塑化ゾーン２１で熱可塑性樹脂を可塑化して溶融樹脂とする可塑化工程がまず行われる（Ｓ１０）。

熱可塑性樹脂としては、目的とする樹脂成形体の種類に応じて種々の樹脂を使用することができる。具体的には、例えば、ポリプロピレン、ポリメチルメタクリレート、ポリアミド、ポリカーボネート、アモルファスポリオレフィン、ポリエーテルイミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルエーテルケトン、ＡＢＳ系樹脂、ポリフェニレンサルファイド、ポリアミドイミド、ポリ乳酸、ポリカプロラクトンなどの熱可塑性樹脂、及びこれらの複合材料を用いることができる。また、これらの熱可塑性樹脂にガラス繊維、タルク、カーボン繊維などの各種無機フィラーを混練したものを用いることもできる。

次に、高圧混練ゾーン２２で、溶融樹脂と、加圧二酸化炭素を含む加圧流体とを接触混練する混練工程が行われる（Ｓ２０）。本実施の形態の混練装置２００では、高圧混練ゾーン２２と隣接する可塑化ゾーン２１、減圧ゾーン２３とが上流側及び下流側シール機構Ｓ１、Ｓ２により遮断された状態で、溶融樹脂と加圧流体とを接触混練することができるため、高圧混練ゾーン２２からの加圧流体の漏洩が抑えられ、高圧状態を維持したまま加圧流体を溶融樹脂に導入することができる。なお、接触混練時の高圧混練ゾーン２２の圧力及び温度は、使用する熱可塑樹脂や加圧流体の種類に応じ、加圧流体が溶融樹脂に良好に分散される範囲で適宜選択することができる。

加圧二酸化炭素としては、液体状態、ガス状態、または超臨界状態の加圧二酸化炭素を用いることができる。これらの加圧二酸化炭素は、人体に無害であり、また溶融樹脂への拡散性に優れ、しかも溶融樹脂から容易に除去可能な、可塑剤、溶媒あるいは相溶化剤として機能する。加圧二酸化炭素の圧力、及び温度は、その目的に応じて適宜選択することができる。例えば、加圧二酸化炭素を可塑剤や相溶化剤として用いる場合、加圧二酸化炭素が低密度となる３〜５ＭＰａの圧力のものを使用することができる。また、機能性材料を利用する場合には、加圧流体中の機能性材料の濃度を高めるために高密度を有する加圧二酸化炭素が好ましく使用される。例えば、機能性材料を用いる場合、圧力を４ＭＰａ以上、好ましくは５〜２５ＭＰａとし、温度を０℃以上、好ましくは５〜１００℃として、０．６ｇ／ｃｍ^３以上の密度を有する加圧二酸化炭素が好ましく用いられる。

加圧流体は、機能性材料を含有してもよい。機能性材料としては、加圧二酸化炭素に分散でき、得られる成形体に所期の機能を付与できるものであれば特に制限されることなく使用することができる。このような機能性材料としては、具体的には、例えば、各種樹脂のアロイ化を促進させるための相溶化剤、界面活性剤、有機金属錯体、金属アルコキシド、染料、ナノカーボンなどが挙げられる。また、加圧二酸化炭素はそれ自身、低圧でも溶融樹脂に対する可塑剤として機能するが、可塑化効果を促進させるためにアルコールなどの各種溶媒や可塑剤を使用してもよい。機能性材料を用いる場合、加圧流体中の機能性材料の濃度は、使用する機能性材料の種類、目的とする成形体の機能を考慮して適宜選択することができ、特に制限されないが、溶融樹脂への浸透性や加圧流体中の機能性材料の凝集を考慮すれば、好ましくは飽和濃度以下である。

加圧流体は、さらに溶媒を含有してもよい。例えば、水を、加圧二酸化炭素及び水溶性の界面活性剤とともに使用することにより、乳濁液（エマルジョン）として得られる加圧流体を用いることができる。加圧二酸化炭素に溶解する材料は限られているので、このような溶媒を用いることにより、水溶性の材料を、二酸化炭素が持つ樹脂に対する拡散性や相溶性を利用して溶融樹脂に導入することができる。また、水のみを溶融樹脂と接触混練すると、成形体に水分が残留して加水分解などの悪影響が懸念されるが、加圧二酸化炭素とのエマルジョンとして水を溶融樹脂に導入した場合、速やかに二酸化炭素とともに水を溶融樹脂から分離でき、上記のような悪影響を防止できる。さらに、機能性材料を用いる場合、加圧流体は機能性材料を溶解する溶媒を含有してもよい。例えば、有機金属錯体を使用する場合、加圧流体中の有機金属錯体の濃度を高めるため、パーフルオロペンチルアミンなどのフッ素系有機溶媒を用いてもよい。

加圧二酸化炭素を含む加圧流体を調製する方法としては、特に限定されず、従来公知の方法を使用することができる。例えば、シリンジポンプなどの加圧手段により液体二酸化炭素を加圧することにより加圧流体を調製できる。また、加圧二酸化炭素及び機能性材料を含む加圧流体を調製する場合、加圧二酸化炭素と機能性材料とを混合撹拌することによって加圧流体を調製できる。さらに、機能性材料を溶媒に溶解させた溶液を用いる場合、加圧二酸化炭素と、加圧手段により所定圧力まで加圧した溶液とを混合することによって加圧流体を調製できる。

加圧流体を高圧混練ゾーン２２に導入する方法は任意の方法を使用することができる。例えば、加圧流体は、高圧混練ゾーン２２に間欠的に導入されてもよいし、連続的に導入されてもよい。また、加圧流体が機能性材料を含む場合には、加圧流体の導入は、安定な送液が行えるシリンジポンプを利用し、導入量を制御することが好ましい。シリンジポンプを用いて加圧流体を導入する場合、高密度でも安定な液体状態の加圧二酸化炭素が好ましく使用される。

次に、高圧混練ゾーン２２と減圧ゾーン２３とを連通させ、加圧流体と接触混練させた溶融樹脂の樹脂内圧を低下させることにより、溶融樹脂からガス化した二酸化炭素を分離する分離工程が行われる（Ｓ３０）。本実施の形態では、高圧混練ゾーン２２と減圧ゾーン２３とをスクリュ２０の回転状態に応じて連通させるシール機構Ｓ２が用いられているため、高圧混練ゾーン２２と減圧ゾーン２３とを連通させることで、高圧混練ゾーン２２の圧力に依存せず速やかに溶融樹脂に導入した加圧流体中の高圧二酸化炭素をガス化できる。また、本実施の形態では、加圧流体の溶融樹脂の混練後に高圧混練ゾーン２２と減圧ゾーン２３を連通させる時には、前述の通り、ベントアップ防止部材７０の外周面７０ｂ（遮蔽帯７０ｅ）が、可塑化シリンダ２１０の内部とベント口２０３とを遮断している。したがって、分離されたガス化した二酸化炭素が勢いを持ってベント口２０３に至り、ベントアップが生じるのを防ぐことができる。

ガス化した二酸化炭素の可塑化シリンダ２１０外への排気は、スクリュ２０の前後方向位置、及び回転状態を制御して、可塑化シリンダ２１０の内部とベント口２０３との連通、遮断を繰り返すことにより（ベントを開閉することにより）行う。これによりベントアップの発生を防止しながら、必要な排気を効率よく適切に行うことができる。減圧ゾーン２３の圧力は、高圧混練ゾーン２２の圧力よりも低ければ、樹脂内圧が低減されるため、特に制限されない。なお、ガス化した二酸化炭素を効率的に排気するために、真空ポンプを用いてもよい。

ガス化した二酸化炭素が溶融樹脂から分離されると、溶融樹脂はスクリュ２０の先端部に送られる。そして、可塑化シリンダ２１０の先端部から射出される溶融樹脂を所望の形状に成形する成形工程が行われる（Ｓ４０）。本実施の形態で使用される成形工程としては、目的とする成形体の種類に応じて、従来公知の射出成形法や押出成形法を使用できる。射出成形法を利用する場合、可塑化計量が終了した後、可塑化シリンダ２１０の後端部に接続された移動手段によりスクリュ２０を前進させ、所定の内部形状を有する金型内に溶融樹脂を射出充填することにより熱可塑性樹脂成形体を製造することができる。また、押出成形法を利用する場合、可塑化シリンダ２１０から所定の内部形状を有する押出ダイに溶融樹脂を押し出すことにより、例えば、ペレット状、チューブ状、シート状などの形状を有する成形体を製造することができる。

なお、上記においては、第３スクリュ部２０ｃに形成される小径スクリュ部２０ｃ１の外径Ｄ２は軸方向に渡り一定であるとしたが、外径Ｄ２は一定でなくてもよい。この場合は、外径Ｄ２が最も大きくなる位置において、隙間Ｇ２が隙間Ｇ１よりも大きくなればよい。

なお、上記においては、ベントアップ防止部材７０のスクリュ２０への取り付けはピン８０によるものとしたがこれには限られず、例えば、スクリュ２０とベントアップ防止部材７０の一部を嵌合させる等、ベントアップ防止部材７０をスクリュ２０と連動して駆動できれば、どのような取り付け方法であってもよい。

なお、上記においては、ベントアップ防止部材７０は、円周上の何れの位置においても排気孔が形成されていない領域（遮蔽帯７０ｅ）を有しているものとしたが、遮蔽帯７０ｅを有さないベントアップ防止部材７０を用いることもできる。たとえば、前端部７０ｇおよび後端部７０ｆを連結する排気孔を有し、軸Ｘ方向に垂直な面による断面形状が軸Ｘ方向の何れの位置においても略Ｃ字形状となるベントアップ防止部材７０を用いることができる。

なお、上記においては、ベントアップ防止部材７０は、長孔状の排気孔７０ｃ１、７０ｃ２を有するとしたが、排気孔は例えば図９（ａ）に示すように、略円形状であってもよい。また、図９（ｂ）に示すように、排気孔７０ｃ１、７０ｃ２の下流側が、ベントアップ防止部材７０の前端部７０ｇと連結していてもよい。さらに、ベントアップ防止部材７０の外周上の排気孔の数は２つに限られず、１つであってもよいし、３つ以上であってもよい。例えば、図９（ｃ）に示すように、前後方向に並ぶ２つの排気孔７０ｃ１、７０ｃ２、及び排気孔７０ｃ１、７０ｃ２をＸ軸に関して１８０°回転させた位置にそれぞれ設けられた排気孔７０ｃ３、７０ｃ４の４つの排気孔を有することができる。また、排気孔を円筒部７０ａの円周方向に３つ以上設けてもよい。その他、ベントアップ防止部材７０をスクリュ２０とともに回転させることで、ベント口２０３の開閉を制御できる構造であれば、排気孔の形状、大きさ、外周面７０ｂ上での位置、数量は上記の実施形態に限られず任意である。なお、いずれの場合においても、遮蔽帯７０ｅを設ける場合は、外周面７０ｂ上において、もっとも後方に位置する排気孔よりもさらに後方に形成されていることが望ましい。

なお、上記実施形態では、小径スクリュ部２０ｃ１がフライトを有していたが、小径スクリュ部２０ｃ１はフライトを有さなくてもよい。この場合、小径スクリュ部２０ｃ１に代えて、ベントアップ防止部材７０の内周面７０ｄがフライトを有する構造とすることができる。また、小径スクリュ部２０ｃ１とベントアップ防止部材７０の内周面７０ｄが共にフライトを有していてもよく、小径スクリュ部２０ｃ１とベントアップ防止部材７０の内周面７０ｄが共にフライトを有さなくてもよい。

また、円筒状の本体部７０ａを有するベントアップ防止部材７０を用いずに、他のベント開閉部によりベント口２０３を開閉することもできる。例えば、ベントアップ防止部材７０に代えて、ベント口２０３に開閉可能なシャッタ部を設けるとともに、該シャッタ部に係合、係脱して該シャッタ部の開閉を制御する制御棒をスクリュ２０に取り付けた構造を用いることができる。また例えば、少なくともベント口２０３を遮蔽するのに足りる寸法を有する遮蔽板を、支持棒等により、又は直接スクリュ２０に取り付けた構造を用いることもできる。このとき、ベント開閉部はスクリュ２０の回転移動又は前後移動により、ベント口２０３を開閉する。

なお、上流側シール機構Ｓ１、下流側シール機構Ｓ２は、可塑化シリンダ２１０内を上流下流方向において連通遮断するものであれば種々のものを利用できる。例えば逆流防止弁などの簡単なシール機構を使用することができる。
また、上流側シール機構Ｓ１、下流側シール機構Ｓ２の少なくとも一方を有さないスクリュ２０を含む混練装置においても、上述のベントアップ防止部材７０を用いることができる。

以上、射出成形機について用いられるベントアップ防止部材７０、混練装置２００および、射出成形機を用いた熱可塑性樹脂成形体の製造方法について説明したが、上記のベントアップ防止部材７０を、押出成形機に用いることも可能である。押出成形機においては、スクリュ２０は前後方向に自在に進退しないため、可塑化シリンダ２１０の内部とベント口２０３の連通、遮断は、スクリュ２０の回転のみによって制御される。

以下、実施例に基づきさらに具体的に本発明を説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
[実施例１]
本実施例では、図１、図２の形態を有する、ベントアップ防止部材７０を備えた混練装置２００を用いて、機能性材料を分散させた熱可塑性樹脂成形体を射出成形により製造した。熱可塑性樹脂としてはミネラル４０％強化のナイロン（東洋紡製グラマイトＴ−７７７）を、機能性材料としてはパラジウム錯体（ヘキサフルオロアセチルアセトナト（II）Ｐｄ）を、溶媒としては加圧二酸化炭素を用いた。加圧二酸化炭素は、溶融樹脂に対する相溶化剤、溶媒として機能させた後は、一部を溶融樹脂に残し、物理発泡剤として機能させた。

図１０は、本実施例で使用した成形機を示す概略断面図である。図１０に示すように、この成形機１０００は、加圧二酸化炭素とパラジウム錯体をフッ素系有機溶媒に溶解させた溶液Ｃとを混合して加圧流体を調製し、該調製された加圧流体を可塑化シリンダ２１０に供給する加圧流体供給装置１００と、既述した混練装置２００と、金型を有する射出成形装置２５０とを備えている。これら加圧流体供給装置１００、混練装置２００、及び射出成形装置２５０は図示しない制御装置で動作制御される。

加圧流体供給装置１００は、液体二酸化炭素ボンベ１０１と、液体二酸化炭素を所定の圧力に加圧して加圧二酸化炭素を供給するための二酸化炭素用シリンジポンプ１０２と、パラジウム錯体を溶媒に溶解した溶液Ｃを調製するための溶液槽１１１と、溶液Ｃを所定の圧力に加圧し、送液するための溶液用シリンジポンプ１１２とを備えている。液体二酸化炭素ボンベ１０１と二酸化炭素用シリンジポンプ１０２とを接続する配管及び二酸化炭素用シリンジポンプ１０２と可塑化シリンダ２１０とを接続する配管にはそれぞれ、吸引用エアオペレートバルブ１０４及び供給用エアオペレートバルブ１０５が配設されている。また、溶液槽１１１と溶液用シリンジポンプ１１２とを接続する配管及び溶液用シリンジポンプ１１２と可塑化シリンダ２１０とを接続する配管にはそれぞれ、吸引用エアオペレートバルブ１１４及び供給用エアオペレートバルブ１１５が配設されている。

加圧流体を調製する場合、まず、吸引用エアオペレートバルブ１０４を開放して、液体二酸化炭素ボンベ１０１から液体二酸化炭素を吸引する。次に、二酸化炭素用シリンジポンプ１０２の圧力制御により所定圧力まで液体二酸化炭素を加圧する。本実施例では、圧力が１１ＭＰａ、温度が１０℃の加圧二酸化炭素を供給した。

一方、溶液用シリンジポンプ１１２側の吸引用エアオペレートバルブ１１４を開放して、溶液槽１１１から溶媒にパラジウム錯体を溶解させた溶液Ｃをフィルタ１１３を介して常温で吸引し、溶液用シリンジポンプ１１２の圧力制御により所定圧力まで溶液Ｃを加圧する。本実施例では、溶液Ｃを１１ＭＰａに加圧した。

次に、供給用エアオペレートバルブ１０５、１１５を開放した後、二酸化炭素用シリンジポンプ１０２及び溶液用シリンジポンプ１１２を圧力制御から流量制御に切替え、加圧二酸化炭素と加圧した溶液Ｃとを所定の流量比となるように流動させる。これにより、配管内で加圧二酸化炭素と溶液Ｃとが混合される。本実施例では、高圧二酸化炭素と溶液Ｃとの供給容積比を５：１に設定した。

一方、混練装置２００において、樹脂供給用ホッパ２１１から供給された熱可塑性樹脂は、可塑化シリンダ２１０の外壁面に設けられたバンドヒータ（図示せず）で可塑化シリンダ２１０を加熱し、スクリュ２０を正回転することにより混練され、溶融される。本実施例では、樹脂温度が２２５〜２４５℃となるように可塑化シリンダ２１０を加熱した。

溶融樹脂が高圧混練ゾーン２２に送られると、高圧混練ゾーン２２と、減圧ゾーン２３及び可塑化ゾーン２１とを遮断するため、可塑化計量完了位置よりも２０ｍｍ手前（金型側位置）でスクリュ２０の回転を一旦停止した後、スクリュ２０を逆回転させた（回転数：５０ｒｐｍ）。これにより、上流側及び下流側シールリング４０、６０を上流側に移動させて、上流側シール機構Ｓ１及び下流側シール機構Ｓ２を遮断状態とし、高圧混練ゾーン２２と、減圧ゾーン２３及び可塑化ゾーン２１とを遮断した。

図１０に示すように、可塑化シリンダ２１０の導入口２０２には、加圧流体を導入するための導入バルブ２１２が設けられている。この導入バルブ２１２は、可塑化シリンダ２１０の導入口２０２と連結された基端部に流体供給口２１８を有するとともに、内部に導入ピストン２１７を有している。従って、導入ピストン２１７で流体供給口２１８を開放することによって、加圧流体供給装置１００から可塑化シリンダ２１０に加圧流体が導入される。本実施例においては、加圧二酸化炭素と溶液Ｃの混合流体を、導入バルブ２１２より溶融樹脂の重量の２ｗｔ％導入し、加圧混練した。加圧流体の導入後の接触混練時の樹脂内圧は８ＭＰａであった。

その後、スクリュ２０を正方向に回転させ、加圧混練した溶融樹脂を、高圧混練ゾーン２２から減圧ゾーン２３に送った。このとき、ベント口２０３は、ベントアップ防止部材７０の遮蔽帯７０ｅにより遮蔽されており、ガス化した二酸化炭素は排気されなかった。そして、さらにスクリュ２０を正方向に回転させ、可塑化計量を行いながら後退させ、ベントアップ防止部材７０の外周面７０ｂのうち、排気孔７０ｃ１、７０ｃ２が形成された部分がベント口２０３に対向する位置に移動したところで、一旦停止した。その後、スクリュ２０の正回転、逆回転を１秒刻みで５回ずつ繰り返して断続的に排気孔７０ｃ１、７０ｃ２をベント口２０３に対向させてガスを排出し、合計１０秒で、高圧混練ゾーン２２の内圧を８ＭＰａから４ＭＰａまで低下させた。この時、ベント口２０３に直結する圧力保持機構２１９に連結した背圧弁２２２を用いて、減圧ゾーン２３の樹脂圧力、ガス圧力を４ＭＰａに調整した。この時、ベントアップ及び、ベント口２０３への樹脂の詰まりは発生しなかった。なお、本実施例では、ベントアップ防止部材７０の外周面７０ｂと、可塑化シリンダ２１０の内周面２１０ａとの間の隙間は０．６ｍｍ、ベントアップ防止部材７０の内周面７０ｄとスクリュ２０との間の隙間は２．５ｍｍとした。

次いで、スクリュ２０を正回転し、溶融樹脂をスクリュ２０の先端部に送り、可塑化計量を完了させてキャビティ２５３内に溶融樹脂を射出充填した。射出充填を行った後、保圧をかけ、金型を１ｍｍコアバックさせ、内部を発泡させた。成形品の内部は平均セル径３０μｍ程度であり、比重は０．７ｇ／ｃｍ^３とソリッド（無発泡の成形体）と比較して４０％低減された。

上記により得られた成形品に無電解めっき、電解めっき処理を行った。３Ｎ、４０℃の塩酸に２分間晒した後、１，３−ブタンジオールの水溶液に５分間浸漬した。その後、無電解ＮｉＰめっき液に８５℃にて５分間浸漬し、成形品の全面を無電解ＮｉＰめっき膜で被覆した。さらに８０℃にて１２時間アニールした後、電解めっき膜を成形した。具体的には、順に、電解Ｃｕめっき膜、電解Ｎｉめっき膜をそれぞれ２０μｍ、電解Ｃｒめっきを０．５μｍ成膜した。これにより光沢を有する装飾めっき部品を得た。本実施例で得られた装飾めっき部品は比重が０．７５と軽量であった。次に、本実施例で得られた装飾めっき部品について、高温条件下（１２０℃）と低温条件下（−４０℃）の間を１０サイクル往復させるヒートショック試験を行った。このヒートショック試験によって膜膨れは生じなかった。よって、本実施例で得られた装飾めっき部品は、高い信頼性を有することがわかった。

本実施例によれば、ベントアップ防止部材７０を用いることで、超臨界二酸化炭素を溶解した低粘度の溶融樹脂より、余剰な二酸化炭素のみを選択的に排出し、ベントアップを防止できることがわかった。

なお、上述のように、本実施例の加圧流体供給装置１００は、加圧二酸化炭素と溶液Ｃとを加圧流体供給装置１００と導入バルブ２１２とを連結する配管内で混合し、混合加圧流体を調製したが、本発明はこれに限定されない。例えば、液体二酸化炭素ボンベ１０１内において、液相部分に機能性材料を溶解させて混合加圧流体を調製してもよい。この場合、混合加圧流体の圧力および密度を一定に維持するため、液体二酸化炭素ボンベ１０１の温度を調節することが好ましい。混合加圧流体中の機能性材料の濃度は、溶融樹脂への浸透性や混合加圧流体中の機能性材料の凝集を考慮すれば、好ましくは飽和溶解度以下である。液体二酸化炭素ボンベ１０１内の液相部分に機能性材料を飽和溶解度以下で溶解させることにより、機能性材料の溶解度が安定した液体二酸化炭素を可塑化シリンダ２１０へ容易に供給することができる。

[実施例２]
本実施例では、図１１に示す成形機１５００を用いて、成形体（発泡成形体）を発泡射出成形により製造した。成形機１５００は、シリンジポンプを有さない物理発泡剤供給装置１５０を用い可塑化シリンダ２１０へ物理発泡剤を供給する以外は、図１０に示す成形機１０００と同様の構成である。熱可塑性樹脂としては、ガラス繊維を３０％含有する６ナイロンを、物理発泡剤としては加圧窒素を用いた。なお、本実施例においては、物理発泡剤の導入量を計測して可塑化シリンダ２１０へ供給することは行わなかった。また、本実施例では、減圧ゾーン２３の圧力を６ＭＰａとした。スクリュ背圧は６．５ＭＰａに設定した。

物理発泡剤供給装置１５０は、内圧１４ＭＰａの窒素ボンベ１５１内の窒素を容積３０ｍｌの小型容器１５４を経由させて、導入口２０２から可塑化スクリュ２１０内へ供給する装置である。窒素ボンベ１５１と小型容器１５４の間には、減圧弁１５２及び逆流防止弁１５３が設けられ、小型容器１５４と導入口２０２の間には、圧力計１５５が設けられる。

物理発泡剤供給装置１５０において、窒素ボンベ１５１の窒素ガスを逆流防止弁１５３を経て小型容器１５４に貯蔵した。このとき、窒素ガスは、圧力計１５５の表示が１０ＭＰａになるように減圧弁１５２で減圧した。

一方、混練装置２００において、樹脂供給用ホッパ２１１から熱可塑性樹脂を供給し、可塑化ゾーン２１の外壁面に設けられたバンドヒータ（図示せず）により可塑化ゾーン２１を加熱し、スクリュ２０を正回転させた。これにより、該熱可塑性樹脂を過熱、混練し、溶融樹脂とした。本実施例では、溶融樹脂の温度が２１０〜２４０℃となるように可塑化シリンダ２１０の可塑化ゾーン２１を加熱した。

スクリュ２０を正回転することにより、溶融樹脂を可塑化ゾーン２１から高圧混練ゾーン２２に流動させた。そして、高圧混練ゾーン２２と、減圧ゾーン２３及び可塑化ゾーン２１とを遮断するため、可塑化計量完了位置よりも２０ｍｍ手前（金型側位置）でスクリュ２０の回転を一旦停止した後、スクリュ２０を逆回転させた（回転数：５０ｒｐｍ）。これにより、上流側及び下流側シールリング４０、６０を上流側に移動させて、上流側シール機構Ｓ１及び下流側シール機構Ｓ２を遮断状態とし、高圧混練ゾーン２２と、減圧ゾーン２３及び可塑化ゾーン２１との連通を遮断した。

図１１に示すように、可塑化シリンダ２１０の導入口２０２には、物理発泡剤を導入するための導入バルブ２１２が設けられている。この導入バルブ２１２は、可塑化シリンダ２１０の導入口２０２と連結された基端部に流体供給口２１８を有するとともに、内部に導入ピストン２１７を有している。従って、導入ピストン２１７で流体供給口２１８を開放することによって、物理発泡剤供給装置１５０から可塑化シリンダ２１０に物理発泡剤が任意のタイミングで導入される。本実施例では、物理発泡剤の導入量は計量せず、小型容器１５４の内部の物理発泡剤の圧力を示す圧力計１５５の値と、高圧混練ゾーン２２における圧力センサ２５の値が等しくなったタイミングにあわせ、導入バルブ２１２を閉鎖し供給を止めた。

本実施例では、減圧ゾーン２３の圧力の制御は、減圧ゾーン圧力調整機構２２０によって行う。減圧ゾーン圧力調整機構２２０は、上述の下流側シール機構Ｓ２により、高圧混練ゾーン２２と減圧ゾーン２３との間の連通を遮断したとき、減圧ゾーンの圧力を大気圧以上で且つ溶融樹脂に物理発泡剤を接触混練するときに到達する高圧混錬ゾーン２２の最高圧力以下に制御する。減圧ゾーン圧力調整機構２２０は、例えば、バッファ容器５と、バッファ容器５の接続口５ａから、圧力計４および背圧弁３を介して排気口１１へ接続される排気機構１と、窒素等の不活性ガスボンベ７から、ブースターポンプ８、減圧弁１０及び圧力計４を介してバッファ容器５の接続口５ｂへと接続される加圧機構２を有する。減圧ゾーン圧力調整機構２２０は、排気機構１及び／又は加圧機構２により、可塑化シリンダ２１０の減圧ゾーン２３内部の圧力を所定の値に制御する。本実施例では、減圧ゾーン２３の圧力を減圧ゾーン圧力調整機構２２０により、６ＭＰａに制御した。

その後、スクリュ２０を正方向に回転させ、加圧混練した溶融樹脂を、高圧混練ゾーン２２から減圧ゾーン２３に送った。このとき、ベント口２０３は、ベントアップ防止部材７０により遮蔽されており、ガス化した窒素は排気されなかった。そして、さらにスクリュ２０を正方向に回転させ、可塑化計量を行いながら後退させ、ベントアップ防止部材７０の外周面７０ｂのうち、排気孔７０ｃ１、７０ｃ２が形成された部分がベント口２０３に対向する位置に移動したところで、一旦停止した。その後、スクリュ２０の正回転、逆回転を１秒刻みで５回ずつ繰り返してガスを排出し、合計１０秒で、高圧混練ゾーン２２の内圧を８ＭＰａから６ＭＰａまで低下させた。この時、ベントアップ及び、ベント口２０３への樹脂の詰まりは発生しなかった。次いで、スクリュ２０を正回転し、溶融樹脂をスクリュ２０の先端部に送り、可塑化計量を完了させてキャビティ２５３内に溶融樹脂を射出充填し、保圧をかけずに金型を０．５ｍｍ開き（コアバック）、これにより溶融樹脂の内部を急減圧し、発泡セルを形成して発泡成形体を完成させた。

本実施例において得られた成形体は、ソリッド（無発泡の成形体）と比較して比重が１０％軽量化した。また、発泡成形体における、射出成形時に金型のゲート近傍に位置していた部分の平均セル径は１０〜２０μｍ程度と微細であり、発泡セルの密度も高かった。

本実施例によれば、ベントアップ防止部材７０を用いることで、加圧窒素を溶解した低粘度の溶融樹脂より、余剰な窒素のみを選択的に排出し、ベントアップを防止できることがわかった。

[比較例１]
本比較例においては、スクリュ２０にベントアップ防止部材７０を取り付けないほかは、すべて実施例１と同様に射出成形を行った。本比較例においては、加圧混練の後に、高圧混練ゾーン２２と減圧ゾーン２３を連通させた際に、減ベント口２０３から粘度の低下した溶融樹脂が漏れ出した。またさらに、漏れ出した溶融樹脂が固化し、圧力調整機構２１９を封止したため、連続成形ができなかった。

本発明によれば、熱可塑性樹脂成形体を製造する場合に、溶融樹脂のベントアップを抑制することができる。したがって本発明によれば、ベント機構を用いて気体等を効率よくかつ適切に取除くことができ、成形体を工業的に安定して製造することができる。

１０００成形機
１５００成形機

１００加圧流体供給装置
１５０物理発泡剤供給装置
２００混練装置
２０３ベント口
２１０可塑化シリンダ

２０スクリュ
７０ベントアップ防止部材

Ｓ１上流側シール機構
Ｓ２下流側シール機構

Claims

熱可塑性樹脂を溶融、混練する混練装置であって、
ベントが形成された可塑化シリンダと、
前記可塑化シリンダ内に移動可能に設けられたスクリュと、
前記スクリュに取り付けられ、前記スクリュの移動により前記ベントを開閉するベント開閉部とを有する混練装置。
前記ベント開閉部が、前記スクリュの回転移動により前記ベントを開閉する請求項１に記載の混練装置。
前記ベント開閉部は、前記ベントと連通可能な排気孔を有する円筒部材を含む請求項１又は２に記載の混練装置。
前記円筒部材は、前記円筒部材の円周上のいずれの位置においても前記排気孔が形成されていない遮蔽帯を有し、前記スクリュの軸方向における前記遮蔽帯の幅は、前記軸方向における前記ベントの幅以上である請求項３に記載の混練装置。
前記可塑化シリンダは、さらに前記熱可塑性樹脂が導入される樹脂供給口を有し、前記遮蔽帯は、前記樹脂供給口に関して、前記排気孔よりも近方に設けられている請求項４に記載の混練装置。
前記可塑化シリンダは、さらに前記熱可塑性樹脂が導入される樹脂供給口を有し、前記スクリュは第１位置と第２位置の間を移動可能であり、前記ベント開閉部は、前記スクリュが第１位置にあるときに前記遮蔽帯が前記ベントに対向し、前記スクリュが第２位置にあるときに前記排気孔が前記ベントに対向するように前記スクリュに取り付けられており、前記第１位置は、前記樹脂供給口に関して、前記第２位置よりも遠方である請求項４または５に記載の混練装置。
前記ベントの開閉は、前記スクリュの回転により、前記排気孔を断続的に前記ベントに対向させて行われる請求項３〜６に記載の混練装置。
前記円筒部は、軸方向に分割された２つの半部を有する請求項３〜７のいずれか一項に記載の混練装置。
前記排気孔は、前記円筒部の中心軸にそって延在する長孔である請求項３〜８のいずれか一項に記載の混練装置。
前記排気孔は、前記円筒部に複数形成されている請求項３〜９のいずれか一項に記載の混練装置。
前記スクリュは大径スクリュ部と小径スクリュ部を有し、前記円筒部は前記小径スクリュ部において前記スクリュに取り付けられ、前記小径スクリュ部の回転軸の外周面と前記円筒部の内周面との間の隙間が、前記可塑化シリンダの内周壁と前記円筒部の外周面との間の隙間よりも大きい、請求項３〜１０のいずれか一項に記載の混練装置。
前記スクリュに前記ベント開閉部を取り付ける係合部が前記円筒部材の内周面に設けられている請求項３〜１１のいずれか一項に記載の混練装置。
前記可塑化シリンダは減圧ゾーン及び高圧混練ゾーンを有し、前記可塑化シリンダ内に、前記減圧ゾーンと前記高圧混練ゾーンを分断可能なシール機構がさらに設けられており、前記シール機構は一方向に回転するときに、前記減圧ゾーンと前記高圧混練ゾーンを分断する請求項１〜１２のいずれか一項に記載の混練装置。
請求項１〜１３のいずれか一項に記載の混練装置を用いる熱可塑性樹脂成形体の製造方法であって、
前記可塑化シリンダ内において、熱可塑性樹脂を可塑化して溶融樹脂とすることと、
前記溶融樹脂から気体を分離して前記ベントから排出することと、
前記気体を分離した溶融樹脂を所望の形状に成形することとを含み、
前記スクリュを前記可塑化シリンダ内において移動させて前記ベント開閉部により前記ベントを開閉し、前記気体の排出を行う製造方法。
さらに、前記溶融樹脂と、加圧二酸化炭素または加圧窒素を含む加圧流体とを接触混練することを含み、
前記気体として、二酸化炭素又は窒素を排出する請求項１４に記載の製造方法。
前記加圧流体は、機能性材料を含む請求項１５に記載の熱可塑性樹脂成形体の製造方法。
前記溶融樹脂の所望の形状に成形することは、前記溶融樹脂を発泡させて成形し、発泡成形体を得ることである、請求項１５又は１６に記載の熱可塑性樹脂成形体の製造方法。