JP2015174240A - 発泡成形体の製造方法及び成形機 - Google Patents

Abstract

【課題】発泡射出成形方法において、可塑化計量時間を短縮して生産性を向上させる。【解決手段】発泡成形体の製造方法であって、可塑化シリンダ内で、熱可塑性樹脂を可塑化して溶融樹脂とすることと、前記溶融樹脂の圧力を３ＭＰａ〜１５ＭＰａの第１の圧力に調整することと、第１の圧力に調整された前記溶融樹脂と、第１の圧力よりも高く且つ４ＭＰａ〜２０ＭＰａの第２の圧力の物理発泡剤を混練して、混練物を得ることと、前記混練物の圧力を低下させて、前記混練物から前記物理発泡剤の一部を分離することと、前記物理発泡剤の一部を分離した前記混練物を所定量計量することと、計量した前記混練物を発泡させ、且つ、所望の形状に成形することを含み、前記熱可塑性樹脂の可塑化から前記混練物の計量までの間、スクリュを同一方向に回転する。【選択図】 図１

Description

本発明は、加圧流体を物理発泡剤として用いた、発泡成形体の製造方法及び該製造方法に用いる成形機に関する。

近年、加圧流体である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（発泡成形体の製造方法）が研究及び実用化されている（特許文献１〜３）。これら特許文献によれば、物理発泡剤を密閉された可塑化シリンダに導入し、可塑化溶融した樹脂に接触分散させる。物理発泡剤が超臨界状態になる程度に可塑化シリンダ内を高圧に維持しつつ、発泡剤の分散した溶融樹脂を計量した後、金型内に射出充填する。射出充填時に溶融樹脂に相溶していた超臨界流体は急減圧されガス化し、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。

超臨界流体を用いた発泡射出成形は、化学発泡剤を用いた発泡射出成形と比較し、クリーンであり発泡剤の残渣が残らない、発泡セル径が微細化するため成形体の機械強度が低下しにくいという利点を有する。更に、高圧の物理発泡剤は溶融樹脂の可塑剤として機能するため、射出充填時の樹脂粘度が低下し流動性が向上する、発泡時のガス圧力により樹脂が固化した際の収縮によるヒケを抑制する、発泡時に溶融樹脂内部の潜熱を奪うことにより冷却歪及び反りが小さくなる、といった利点も有する。

また、特許文献４においては、以下に説明する工程を含む発泡射出成形方法が開示されている。特許文献４に開示される発泡射出成形方法は、スクリュを可塑化方向である正回転とは逆に回転する（逆回転する）ことにより、可塑化シリンダ内の溶融樹脂及び物理発泡剤の流通を遮断するシール機構を有する成形機を用いる。該成形機を用いて、熱可塑性樹脂を可塑化溶融して溶融樹脂とした後、スクリュを逆回転することにより、可塑化シリンダ中の樹脂や発泡剤の流通を遮断し、その状態で高圧の物理発泡剤を可塑化シリンダ内に導入して高圧状態にて溶融樹脂と物理発泡剤を混練する。その後、スクリュの回転を正回転に戻すことで、発泡剤の溶解した溶融樹脂を減圧し、余剰な物理発泡剤を溶融樹脂から分離する。本発泡射出成形方法によれば、溶融樹脂中の物理発泡剤の溶解度を飽和溶解度に近づけることができるため、特許文献１〜３と比較して低圧力の物理発泡剤を用い、低圧力で溶融樹脂を金型内に射出するにもかかわらず特許文献１〜３と同等の微細な発泡セルを有する発泡成形体を得ることができる。

また、特許文献５には、超臨界二酸化炭素を用いる射出成形を行う成形機が開示されており、該成形機の可塑化シリンダ内には、溶融樹脂及び超臨界二酸化炭素の流通を遮断するシール機構が設けられている。特許文献５で提案されているシール機構は、スクリュに貫通孔を穿設し、該貫通孔にバネによって開閉するポペット弁を配設したシール機構である。したがって、溶融樹脂は、スクリュに形成された貫通孔を流通することになる。

特許第２６２５５７６号公報 特許第３７８８７５０号公報 特許第４１４４９１６号公報 特許第５２２６９０４号公報 特許第４９３９６２３号公報

しかし、特許文献１〜３に記載される従来の発泡射出成形方法は、超臨界状態の高圧な流体を製造する必要があり、成形装置のイニシャルコストが上昇する問題があった。また、圧力が高い状態で金型内に射出充填するため、ガスが溶融樹脂の先端部より分離しやすい。そのため金型と充填された溶融樹脂の間にガスが挟まれて成形体の表面が荒れる現象、いわゆるスワルマークが発生した。

一方、特許文献４は、低圧力の物理発泡剤を用いるため、高価な高圧装置が不要となる。また、低圧力で溶融樹脂を金型内に射出するため、射出充填時に流動樹脂の先端部からのガスの分離が少なく、スワルマークが抑制され、成形品の外観が向上する。しかし、上述のように、特許文献４に開示される発泡射出成形方法は、溶融樹脂の可塑化計量途中に、スクリュを停止及び逆回転する必要があり、可塑化計量時間が長くなり、生産性が低下するという課題があった。

また、特許文献５に開示されるシール機構は、スクリュを停止及び逆回転する必要はないが、構造が複雑であり、メンテナスが困難である。例えば、バネは加熱された溶融樹脂と接触するため消耗するが、スクリュ内部に配置されているため、交換が困難である。

本発明は、上述の課題を解決するものであり、溶融樹脂に物理発泡剤を混練した後、溶融樹脂から余剰な物理発泡剤を分離することを含む発泡射出成形方法において、可塑化計量時間を短縮して生産性を向上させることを目的とする。

本発明の第１の態様に従えば、発泡成形体の製造方法であって、可塑化シリンダと、前記可塑化シリンダ内に回転及び進退自在に配設されたスクリュとを有する成形機を用いることと、前記可塑化シリンダ内で、熱可塑性樹脂を可塑化して溶融樹脂とすることと、前記溶融樹脂の圧力を３ＭＰａ〜１５ＭＰａの第１の圧力に調整することと、第１の圧力に調整された前記溶融樹脂と、第１の圧力よりも高く且つ４ＭＰａ〜２０ＭＰａの第２の圧力の物理発泡剤を混練して、混練物を得ることと、 前記混練物の圧力を低下させて、前記混練物から前記物理発泡剤の一部を分離することと、前記物理発泡剤の一部を分離した前記混練物を所定量計量することと、計量した前記混練物を発泡させ、且つ、所望の形状に成形することを含み、前記熱可塑性樹脂の可塑化から前記混練物の計量までの間、前記スクリュを同一方向に回転することを特徴とする発泡成形体の製造方法が提供される。

本態様は、前記可塑化シリンダの内部にシール機構を設け、前記スクリュを同一方向に回転することにより、前記溶融樹脂の圧力を第１の圧力に調整してもよい。また、前記スクリュを同一方向に回転することにより、前記可塑化シリンダの内部において、前記シール機構の上流側の前記混練物の圧力を第１の圧力に調整した状態で、前記シール機構の下流側に前記混練物を流動させてもよい。

本態様は、前記シール機構によって、前記可塑化シリンダ内において、所定圧力未満の前記混練物を前記シール機構の下流側に流通させなくてもよく、前記シール機構は、バネを介して前記スクリュの外周面に設けられるシールリングを含んでいてもよい。また、前記シール機構によって、前記可塑化シリンダ内において、前記混練物の流通速度を低下させてもよく、前記シール機構は、ラビリンスシールであってもよい。前記ラビリンスシールは、前記スクリュの外周面に設けられたスクリュフライトを含み、前記スクリュフライトは、前記可塑化シリンダの内壁と対向する頂部表面を有し、前記頂部表面には、前記スクリュの周方向及び軸方向に沿って、凸部と、凹部とが交互に配置されていてもよい。

本態様の発泡成形体の製造方法は、更に、前記スクリュを強制的に後退させることを含んでもよい。前記物理発泡剤が、加圧窒素又は加圧二酸化炭素であってもよい。また、前記混練物から前記物理発泡剤の一部を分離することによって、前記溶融樹脂中の前記物理発泡剤の濃度を飽和溶解度に近づけてもよい。

本発明の第２の態様に従えば、発泡成形体の製造方法であって、熱可塑性樹脂を可塑化した溶融樹脂と物理発泡剤を混練して、混練物を得る高圧混練ゾーンと、前記混練物からガス化して分離する物理発泡剤を排気する減圧ゾーンとを有する可塑化シリンダと、前記可塑化シリンダ内に回転及び進退自在に配設されたスクリュとを有する成形機を用いることと、前記熱可塑性樹脂を可塑化して溶融樹脂とすることと、前記高圧混練ゾーンにおいて、前記溶融樹脂の圧力を３ＭＰａ〜１５ＭＰａの第１の圧力に調整することと、第１の圧力に調整された前記溶融樹脂に、第１の圧力よりも高く且つ４ＭＰａ〜２０ＭＰａの第２の圧力の物理発泡剤を混練して、前記混練物を得ることと、前記減圧ゾーンにおいて、前記混練物の圧力を低下させて、前記混練物から前記物理発泡剤の一部を分離することと、前記物理発泡剤の一部が分離された前記混練物を所定量計量することと、計量した前記混練物を発泡させ、且つ、所望の形状に成形することを含み、前記熱可塑性樹脂の可塑化から前記混練物の計量までの間、前記スクリュを同一方向に回転することを特徴とする発泡成形体の製造方法が提供される。

本態様は、前記高圧混練ゾーンと前記減圧ゾーンとの間にシール機構を設け、前記スクリュを同一方向に回転することにより、前記高圧混練ゾーンにおいて、前記溶融樹脂の圧力を第１の圧力に調整してもよい。また、前記高圧混練ゾーンを第１の圧力に調整した状態で、前記高圧混練ゾーンから前記減圧ゾーンへ前記混練物を流動させてもよい。

本態様は、前記減圧ゾーンの圧力を大気圧以上で且つ前記溶融樹脂に前記物理発泡剤を混練するときに到達する前記高圧混錬ゾーンの最高圧力以下の第３の圧力に制御してもよく、前記高圧混練ゾーンを第１の圧力に調整し、前記減圧ゾーンを第３の圧力に調整した状態で、前記高圧混練ゾーンから前記減圧ゾーンへ前記混練物を流動させてもよい。前記減圧ゾーンの圧力を制御することは、前記減圧ゾーン内のガスの圧力を制御することを含んでもよく、前記減圧ゾーンに不活性ガスを導入して前記減圧ゾーンを加圧すること、及び／又は、背圧弁を用いて前記減圧ゾーンから前記ガス化した物理発泡剤を排気することを含んでもよい。

本発明の第３の態様に従えば、第１又は第２の態様の発泡成形体の製造方法に使用する成形機であって、熱可塑性樹脂を可塑化した溶融樹脂と物理発泡剤とを混練して、混練物を得る高圧混練ゾーンと、前記混練物からガス化して分離する物理発泡剤を排気する減圧ゾーンとを有する可塑化シリンダと、前記可塑化シリンダ内に回転及び進退自在に配設されたスクリュと、前記高圧混練ゾーンと前記減圧ゾーンとの間に設けられたシール機構と、前記可塑化シリンダの前記減圧ゾーンに接続し、前記減圧ゾーンの圧力を大気圧以上で且つ前記溶融樹脂に前記物理発泡剤を接触混練するときに到達する前記高圧混錬ゾーンの最高圧力以下の第３の圧力に制御する減圧ゾーン圧力調整機構と、前記可塑化シリンダの前記高圧混練ゾーンに接続し、前記高圧混練ゾーンに第２の圧力の物理発泡剤を供給する物理発泡剤供給装置を含み、前記シール機構は、前記高圧混練ゾーンを第１の圧力に調整した状態で、前記高圧混練ゾーンから前記減圧ゾーンへ前記混練物を流動させる機構であることを特徴とする成形機が提供される。

前記シール機構は、前記高圧混練ゾーンを第１の圧力に調整し、前記減圧ゾーンを第３の圧力に調整した状態で、前記高圧混練ゾーンから前記減圧ゾーンへ前記混練物を流動させる機構であってもよい。前記シール機構は、前記高圧混練ゾーンの圧力が所定の圧力未満の場合、前記高圧混練ゾーンと、前記減圧ゾーンとの連通を遮断する機構であってもよく、バネを介して前記スクリュの外周面に設けられるシールリングを含んでもよい。また、前記シール機構は、前記可塑化シリンダ内において、前記混練物の流通速度を低下させる機構であってもよく、ラビリンスシールであってもよい。前記ラビリンスシールは、前記スクリュの外周面に設けられたスクリュフライトを含み、前記スクリュフライトは、前記可塑化シリンダの内壁と対向する頂部表面を有し、前記頂部表面には、前記スクリュの周方向及び軸方向に沿って、凸部と、凹部とが交互に配置されていてもよい。

本発明の発泡成形体の製造方法は、溶融樹脂に物理発泡剤を混練した後、溶融樹脂から余剰な物理発泡剤を分離することを含む発泡射出成形方法において、熱可塑性樹脂の可塑化計量の間、スクリュを同一方向に回転することにより、可塑化計量時間を短縮して生産性を向上させることができる。

第１の実施形態の発泡成形体の製造方法を示すフローチャートである。 第１の実施形態に用いる成形機を示す概略断面図である。 図３（ａ）及び（ｂ）は、第１の実施形態に用いる成形機の下流側シール機構の拡大図である。 第２の実施形態に用いる成形機を示す概略断面図である。 図５（ａ）は、第２の実施形態に用いる成形機の下流側シール機構の拡大図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）に示す下流側シール機構のＡ-Ａ′線断面図であり、図５（ｃ）は図５（ａ）に示す下流側シール機構のＢ-Ｂ′線断面図である。

［第１の実施形態］
本実施形態の発泡成形体の製造方法は、発泡射出成形方法であり、図２に示す成形機１０００を用いて実施することができる。まず、成形機１０００について説明する。

＜成形機＞
図２に示すように、成形機１０００は、可塑化シリンダ２１０を有する混練装置２００と、物理発泡剤を可塑化シリンダ２１０に供給する物理発泡剤供給装置１００と、金型が設けられた型締めユニット２５０と、物理発泡剤供給装置１００、混練装置２００及び型締めユニット２５０を動作制御する制御装置（不図示）を備える。また、混練装置２００には、ノズル先端２９にエアーシリンダ１２の駆動により開閉するシャットオフバルブ３６が設けられ、可塑化シリンダ２１０の内部を高圧に保持できる。ノズル先端２９には、金型が密着し、金型が形成するキャビティ２５３内に、ノズル先端２９から溶融樹脂が射出充填される。

図２に示す混練装置２００は、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、スクリュ２０を駆動させるスクリュ駆動機構３７と、可塑化シリンダ２１０内に配置される上流側シール機構Ｓ１及び下流側シール機構Ｓ２と、可塑化シリンダ２１０に接続する減圧ゾーン圧力調整機構２１９を備える。本実施形態では、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、図２及び図３における右手から左手に向かって流動する。したがって、本実施形態の可塑化シリンダ２１０の内部においては、図２及び図３における右手を「上流」又は「後方」、左手を「下流」又は「前方」と定義する。尚、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させると溶融樹脂を前方（ノズル部側）に送る正回転をし、時計回りに回転させると逆回転す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、上流側から順に、熱可塑性樹脂を可塑化シリンダ２１０に供給するための樹脂供給口２０１、物理発泡剤を可塑化シリンダ２１０内に導入するための導入口２０２、及び必要に応じて可塑化シリンダ２１０内からガス化した物理発泡剤を排気するためのベント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２０３には、減圧ゾーン圧力調整機構２１９が接続されている。また導入バルブ２１２は、混練装置２００の外に設けられる物理発泡剤供給装置１００と接続される。

可塑化シリンダ２１０の外壁面には、バンドヒータ２２０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２０３に対向する位置にはそれぞれ、圧力及び温度をモニターするセンサ（不図示）が設けられている。

このような構造の混練装置２００では、樹脂供給口２０１から可塑化シリンダ２１０内に熱可塑性樹脂が供給され、熱可塑性樹脂がバンドヒータ２２０によって可塑化されて溶融樹脂となり、スクリュ２０が正回転することにより下流に送られる。そして、導入口２０２近傍まで送られた溶融樹脂は、導入された物理発泡剤と高圧下、接触混練される。次いで、物理発泡剤と接触混練された溶融樹脂の樹脂内圧を低下させることにより、ガス化した一部の物理発泡剤が溶融樹脂から分離し、ベント２０３から排気される。そして、さらに前方に送ら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が後退することにより溶融樹脂の計量が行われる。これにより、可塑化シリンダ２１０内では、上流側から順に、熱可塑性樹脂を可塑化して溶融樹脂とする可塑化ゾーン２１、溶融樹脂と導入口２０２から導入される物理発泡剤とを高圧下、接触混練する高圧混練ゾーン２２、及び物理発泡剤と接触混練した溶融樹脂の樹脂内圧を低下させることにより、溶融樹脂から一部分離された物理発泡剤をベント２０３から排気する減圧ゾーン２３が形成される。更に、減圧ゾーン２３の下流には、再可塑化ゾーン２４が設けられる。尚、溶融樹脂と物理発泡剤との接触混練を効率的に行うため、可塑化シリンダ２１０に導入口２０２及びベント２０３をそれぞれ複数設け、可塑化シリンダ２１０内に高圧混練ゾーン２２及び減圧ゾーン２３をそれぞれ複数形成してもよい。

減圧ゾーン圧力調整機構２１９は、減圧ゾーンの圧力を所定の値に制御する。減圧ゾーン圧力調整機構２１９は、例えば、バッファ容器５と、バッファ容器５から、圧力計４及び背圧弁３を介して排気口１１へ接続される排気機構と、後述する物理発泡剤供給装置１００のガスボンベ１５１から、減圧弁１０及び圧力計４を介してバッファ容器５へと接続される加圧機構を有する。

減圧ゾーン圧力調整機構２１９は、排気機構及び／又は加圧機構により、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。例えば、排気機構の背圧弁３を所定の値に設定し、物理発泡剤のガスの排気量を制限することにより、減圧ゾーン２３内部の圧力を制御することができる。また、反対に、減圧ゾーン２３の圧力を上昇させる必要がある場合には、加圧機構の減圧弁１０を所定の値に設定し、ガスボンベ１５１から加圧窒素等の不活性ガスを減圧ゾーン２３に導入することにより圧力を制御できる。加圧機構により、成形開始前から減圧ゾーン２３内の圧力を高めると、急減圧によるベントアップを抑制できるため好ましい。ベントアップとは、減圧してガス化した物理発泡剤を排気する排気口（ベント２０３）から溶融樹脂が漏れる現象である。ベントアップの主原因は、物理発泡剤が混錬されることで樹脂粘度が低下した状態になり、排気のため急減圧されることで樹脂が体積膨張することだと考えられる。尚、減圧ゾーン２３内の圧力は、大気圧以上に保持する必要があるので、本実施形態の減圧ゾーン圧力調整機構２１９は、真空ポンプ等の減圧機構は有していない。

ベントアップを更に抑制するために、本実施形態に用いる成形体１０００のスクリュ２０には、隣接する部分２０Ａ、２０Ｃよりも、フライト深さの浅い部分２０Ｂを設けてもよい。フライト深さの浅い部分２０Ｂを下流側シール機構Ｓ２の下流側で、且つベント２０３の上流側に配置することにより、減圧ゾーン２３内の急激な樹脂の流通を抑制し、ベントアップを防止できる。

物理発泡剤供給装置１００は、物理発泡剤である窒素や二酸化炭素等のガスボンベ１５１を含む。ガスボンベ１５１は、減圧弁１０を介して可塑化シリンダ２１０の導入バルブ２１２に接続している。本実施形態の物理発泡剤供給装置１００は、ガスボンベ１５１内の物理発泡剤を加圧せず、且つ流量制御を行わずに、直接、可塑化シリンダ２１０内へ導入する。このような加圧装置を有さない物理発泡剤供給装置１００を用いることで成形機１０００全体の低コスト化が図れる。また、上述したように、本実施形態では、ガスボンベ１５１は、減圧ゾーン圧力調整機構２１９のバッファ容器５に接続しており、減圧ゾーン圧力調整機構２１９の加圧機構も兼ねている。

本実施形態では、物理発泡剤供給装置１００に、混練装置２００を１台接続しているが、物理発泡剤供給装置に混練装置を複数台接続してもよい。物理発泡剤供給装置に接続される成形機（混練装置）の台数が少ない場合、本実施形態のようにガスボンベから、直接、可塑化しリンダ２１０へ物理発泡剤を供給することが好ましい。物理発泡剤の昇圧工程（高圧ガスの製造工程）が無いため、高圧保安法に基づく手続きが簡素化され、ランニングコストが低減できる。一方、物理発泡剤供給装置に接続される成形機の台数が多い場合は、空気中から窒素を取り出し、簡便なブースターポンプで昇圧して物理発泡剤を製造してもよい。窒素は空気から酸素分離膜を用いる等により安価に製造できる。空気から物理発泡剤（窒素）を製造する方法によれば、１台の昇圧装置から複数台の成形機（混練装置）に安定に物理発泡剤（窒素）を供給できる。

＜シール機構＞
次に、成形機１０００に備えられるシール機構Ｓ１及びＳ２について説明する。上述したように、可塑化ゾーン２１、高圧混練ゾーン２２、及び減圧ゾーン２３の間にはそれぞれ、上流側シール機構Ｓ１及び下流側シール機構Ｓ２が配設されている。上流側シール機構Ｓ１は、樹脂の上流側への逆流を抑制することができれば任意のシール機構を用いることができ、例えば、従来の発泡成形等に用いるシールリング等を採用できる。本実施形態の下流側シール機構Ｓ２は、下流側シール機構Ｓ２の上流側の高圧混練ゾーン２２において、溶融樹脂の圧力を３ＭＰａ〜１５ＭＰａの第１の圧力に調整した状態で、下流側シール機構Ｓ２の下流側の減圧ゾーン２３へ溶融樹脂を流動させることができるシール機構を用いる。

本実施形態では、下流側シール機構Ｓ２として、以下に説明するバネを介してスクリュ２０の外周面に設けられるシールリング６０を含むシール機構を用いた。本実施形態で用いた下流側シール機構Ｓ２は、高圧混練ゾーン２２の圧力が所定の圧力未満の場合、溶融樹脂を高圧混練ゾーン２２から、減圧ゾーン２３へ流通させないシール機構である。

本実施形態のスクリュ２０は、図２に示すように、高圧混練ゾーン２２と減圧ゾーン２３との境界領域において、この境界領域と隣接する領域に比べて縮径された縮径部５０を有している（図３参照）。そして、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。

スクリュ２０において、縮径部５０の下流側には、減圧ゾーン２３に位置する下流スクリュ部５１が隣接して設けられており、下流クリュ部５１は縮径部５０より直径が大きいため、縮径部５０と連続する端面５１ａを有する。端面５１aには、４か所の孔５１ｂが形成され、それぞれの孔５１ｂの中にはバネピストン６１が配置されている。バネピストン６１は、孔５１ｂの中に配置される複数の皿バネ６３と、孔５１ｂの中で皿バネ６３と接触し、且つ一部が孔５１ｂから突出するように配置されるリング６４と、皿バネ６３とリング６４を貫通する軸６２から形成される。図３（ａ）に示すように、バネピストン６１のリング６４は、下流側シールリング６０と接触しており、下流側シールリング６０を上流方向（図３（ａ）において矢印で示す方向）に付勢している。その結果、シールリング６０の内壁６０ａと、縮径部５０の外周面５０ａが当接し、高圧混練ゾーン２２と減圧ゾーン２３との連通が遮断される。

次に、下流側シール機構Ｓ２の動作について説明する。スクリュ２０が正回転することで、溶融樹脂は上流から下流へ流動する。その結果、高圧混練ゾーン２２に滞留する溶融樹脂は、下流側シールリング６０を下流方向へ押す。しかし、図３（ａ）に示すように、バネピストン６１により下流側シールリング６０は上流方向に付勢され、高圧混練ゾーン２２と減圧ゾーン２３との連通が遮断されるため、溶融樹脂は高圧混練ゾーン２２から減圧ゾーン２３へ流動できない。

更に、スクリュ２０が正回転すると、高圧混練ゾーン２２と減圧ゾーン２３との連通が遮断された状態のまま、溶融樹脂が可塑化ゾーン２１から高圧混練ゾーン２２へ流動し続け、高圧混練ゾーン２２の圧力が上昇する。高圧混練ゾーン２２の圧力が所定の圧力以上になると、下流側シールリング６０は溶融樹脂に下流方向へ押され移動し始める。これにより、図３（ｂ）に示すように、下流側シールリング６０の内壁６０ａと、縮径部５０の外周面５０ａが離間し、隙間Ｇが開口し、隙間Ｇを通って溶融樹脂が高圧混練ゾーン２２から減圧ゾーン２３へ移動可能となる。

本実施形態の下流側シール機構Ｓ２を構成する下流側シールリング６０及びバネピストン６１は、図２及び図３に示すように、スクリュ２０に外接しており、比較的シンプルな構造をとり、例えば、特許文献５に開示される、スクリュに溶融樹脂が流通する貫通孔を形成し、その貫通孔の内部にバネピストンや溶融樹脂のシール構造を設けるといった複雑な構造とは異なる。この様に、本実施形態の下流側シール機構Ｓ２は、構造が単純であるため、メンテナンスが容易である。また、下流側シール機構Ｓ２において、隙間Ｇが開口し始める所定の圧力は、用いるバネのバネ定数、用いるバネの数及び配置等を設計することにより調整が可能である。また、本実施形態では、バネとしてストロークが短くて済むことから皿バネ６３を用いるが、コイルバネ等を用いてもよい。

＜成形方法＞
次に、図１に示すフローチャートに従い、本実施形態の発泡射出成形方法（発泡成形体の製造方法）について説明する。本実施形態では、上で説明した図２に示す成形機１０００を用いて、発泡射出成形を行う。成形機１０００において、可塑化シリンダの可塑化ゾーン２１、高圧混練ゾーン２２、減圧ゾーン２３及び再可塑化ゾーン２４の温度は、使用する熱可塑性樹脂、物理発泡剤の種類に応じて適宜選択することができる。例えば、可塑化ゾーン２１、高圧混練ゾーン２２、減圧ゾーン２３及び再可塑化ゾーン２４をバンドヒータで、２４０〜２８０℃に制御することが好ましい。また、本実施形態では、以下に説明する熱可塑性樹脂の可塑化から、溶融樹脂と物理発泡剤の混練物の計量までの間（可塑化計量の間）、スクリュ２０を同一方向に回転する。

まず、熱可塑性樹脂を可塑化シリンダ２１０に供給し、スクリュ２０を正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（ステップＳ１）。

熱可塑性樹脂としては、目的とする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、スクリュ２０を正回転することにより、可塑化された溶融樹脂を可塑化ゾーン２１から高圧混練ゾーン２２へ送り、高圧混練ゾーン２２において、溶融樹脂の圧力を３ＭＰａ〜１５ＭＰａの第１の圧力に調整する（ステップＳ２）。溶融樹脂の圧力を３ＭＰａ〜１５ＭＰａに高めておくと、溶融樹脂と物理発泡剤との混練性が良好となる。第１の圧力が３ＭＰａ未満であると、物理発泡剤の導入後の溶融樹脂の圧力が変動し易くなり、また、物理発泡剤の溶融樹脂に対する溶解度が低下して分散が不十分になる。第１の圧力が、１５ＭＰａを超えると、圧力が高すぎて熱可塑性樹脂の可塑化自体が困難になる虞がある。第１の圧力は、４ＭＰａ〜１０ＭＰａが好ましい。また、溶融樹脂の第１の圧力は、物理発泡剤の導入前において、上記範囲内であれば変動してもよいが、発泡剤の溶解安定性の観点から、その変動幅を±２ＭＰａの範囲に制御することが好ましく、±１ＭＰａの範囲に制御することがより好ましい。

本実施形態では、上述のように高圧混練ゾーン２２と減圧ゾーン２３の間に下流側シール機構Ｓ２を設け、スクリュを同一方向に回転することにより、前記溶融樹脂の圧力を第１の圧力に調整する。以下に、溶融樹脂の圧力の調整方法を説明する。まず、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との連通を遮断した状態で、スクリュ２０を正回転する。上流側シール機構Ｓ１により、高圧混練ゾーン２２から可塑化ゾーン２１への逆流は抑制されるため、可塑化ゾーン２１から高圧混練ゾーン２２へ溶融樹脂は流動し続け、高圧混練ゾーン２２の圧力が上昇する。スクリュを正回転することにより、高圧混練ゾーン２２における溶融樹脂の圧力が更に上昇して所定の圧力以上になると、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とが連通し、溶融樹脂は下流の減圧ゾーン２３へ流動する。溶融樹脂が下流の減圧ゾーン２３へ流動すると、高圧混練ゾーン２２の圧力は低下し始め、そして、高圧混練ゾーン２２の圧力が所定の圧力以下になると、再び下流側シール機構Ｓ２により、高圧混練ゾーン２２と減圧ゾーン２３との連通が遮断される。スクリュは正回転するため、再び高圧混練ゾーン２２の圧力は上昇し、そして、所定の圧力以上になると、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とが再び連通し、溶融樹脂は下流の減圧ゾーン２３へ流動する。このように、本実施形態では、スクリュを同一方向に回転（正回転）することにより、高圧混練ゾーン２２の圧力に応じて、下流側シール機構Ｓ２が高圧混練ゾーン２２と減圧ゾーン２３との連通と遮断を繰り返す。この結果、高圧混練ゾーン２２における溶融樹脂の圧力を圧力変動の少ない高圧力（第１の圧力）に維持することができる。例えば、後述する実施例１では、高圧混練ゾーン２２の圧力が６ＭＰａのとき、下流側シール機構Ｓ２の隙間Ｇが開口し始め、該圧力が８ＭＰａで図３（ｂ）に示すようにシールリング６０が下流方向へ最前進して隙間Ｇが最大となるような下流側シール機構Ｓ２を用いた。この結果、高圧混練ゾーン２２において、溶融樹脂の圧力を７±０．５ＭＰａに調整することができた。

次に、高圧混練ゾーン２２において、第１の圧力に調整された溶融樹脂に、第１の圧力よりも高く且つ４ＭＰａ〜２０ＭＰａの第２の圧力の物理発泡剤を混練して、混練物を得る（ステップＳ３）。第２の圧力が、４ＭＰａ未満であると、物理発泡剤の溶融樹脂に対する溶解度が低下し、第２の圧力が２０ＭＰａを超えると、物理発泡剤を調整するためのブースターポンプ等の高圧装置の負担が大きくなる。第２の圧力は、６ＭＰａ〜１５ＭＰａがより好ましい。また、本実施形態のように、窒素等のガスボンベ１５１から直接、可塑化シリンダ２１０内へ物理発泡剤を導入する場合には、第２の圧力は、１１ＭＰａ以下が好ましい。また、可塑化シリンダ２１０への物理発泡剤の導入を容易にするため、第２の圧力は第１の圧力よりも高く調整するが、第１の圧力と第２の圧力との差は、発泡剤の溶解安定性の観点から、０．５ＭＰａ〜１０ＭＰａが好ましく、１ＭＰａ〜５ＭＰａがより好ましい。

物理発泡剤としては、加圧窒素や加圧二酸化炭素等の加圧流体を用いることが好ましい。これらの物理発泡剤は、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であり、更に、溶融樹脂の可塑剤としても機能する。物理発泡剤の可塑化シリンダ２１０への導入圧力および温度は、物理発泡剤の種類によっても適切な条件は異なり、任意であるが、密度が高く安定であることから液体状態もしくは超臨界状態が好ましい。また、物理発泡剤の温度は１０℃〜１００℃であることが好ましい。温度が１０℃〜１００℃の範囲であれば、系内での物理発泡剤の制御が容易となる。尚、本実施形態において物理発泡剤として用いる加圧窒素及び加圧二酸化炭素は、可塑化シリンダ２１０内で瞬時に高温になり圧力も変動する。よって、上述の物理発泡剤の状態、温度及び圧力は、加圧シリンダ２１０に導入する前の安定な状態の物理発泡剤の状態、圧力及び温度の値である。

物理発泡剤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。また、物理発泡剤を高圧混練ゾーン２２に供給する方法は任意の方法を使用することができる。例えば、物理発泡剤を高圧混練ゾーン２２に間欠的に導入してもよいし、連続的に導入してもよい。物理発泡剤の導入は、安定な送液が行えるシリンジポンプ等やダブルプランジャーポンプ等の高圧装置を利用して、導入量を制御しながら導入してもよい。

本実施形態では、図２示す物理発泡剤供給装置１００のボンベ１５１内の物理発泡剤を加圧せず、且つ流量制御を行わずに、直接、可塑化シリンダ２１０内へ導入する。本実施形態では、物理発泡剤の導入の後工程として、減圧ゾーン２３において、溶融樹脂からガス化した物理発泡剤を分離する。これにより、溶融樹脂中の物理発泡剤の濃度が射出前に制御される。後工程において、溶融樹脂中の物理発泡剤の濃度制御が行われるので、高圧混練ゾーン２２に導入の段階で物理発泡剤の導入量を厳密に制御しなくてもよい。また、詳細は後述するが、本実施形態では溶融樹脂中の物理発泡剤の濃度を飽和溶解度に近づけることができるので、溶融樹脂に導入する物理発泡剤は、必要以上に高圧である必要もない。このため、ボンベ１５１内の物理発泡剤の昇圧工程は不要である。

次に、物理発泡剤が混合された溶融樹脂の圧力（混練物の圧力）を低下させて、溶融樹脂からガス化した物理発泡剤を分離する（ステップＳ４）。以下に、本実施形態における溶融樹脂から物理発泡剤を分離する方法について説明する。尚、本願明細書において、溶融樹脂と物理発泡剤とを混練する工程の後工程（図１のステップＳ３の後工程）における「物理発泡剤が混練された溶融樹脂の圧力」及び「溶融樹脂の圧力」とは、溶融樹脂と物理発泡剤とを混練する工程（図１のステップＳ３）によって得られた、溶融樹脂と物理発泡剤との「混練物の圧力」を意味するものとする。

まず、上述した熱可塑性樹脂の可塑化（ステップＳ１）、溶融樹脂の加圧（ステップＳ２）及び物理発泡剤の導入（ステップＳ３）と並行して、減圧ゾーン２３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の最高圧力以下の第３の圧力に制御する。第１の圧力に調整した高圧混練ゾーン２２に物理発泡剤を導入すると、高圧混練ゾーン２２の圧力は第１の圧力より上昇する。ここで、「最高圧力」とは、溶融樹脂に物理発泡剤を接触混練する間に到達する高圧混錬ゾーン２２の最も高い圧力（最高到達圧力）を意味する。本実施形態では、減圧ゾーン圧力調整機構２１９が、減圧ゾーン２３の圧力を第３の圧力に制御する。例えば、減圧ゾーン圧力調整機構２１９の排気機構の背圧弁３を第３の圧力に設定し、物理発泡剤のガスの排気量を制限することにより、減圧内の圧力ゾーン２３内部の圧力を制御することができる。減圧ゾーン圧力調整機構２１９は、溶融状態の樹脂よりも粘性が著しく低いガスの圧力を直接制御するため、瞬時に減圧ゾーン２３の圧力を制御できる。

本実施形態では、下流側シール機構Ｓ２を設けて、スクリュ２０を回転することにより、高圧混練ゾーン２２を第１の圧力に保持したまま、順次、溶融樹脂が、高圧混練ゾーン２２から下流の減圧ゾーン２３へ流動する。高圧混練ゾーン２２から減圧ゾーン２３へ流動してきた溶融樹脂（混練物）は第３の圧力まで減圧され、溶融樹脂から余剰な物理発泡剤（導入された物理発泡剤の一部）がガス化し、分離する。ガス化した物理発泡剤は、排気口１１から可塑化シリンダ２１０外に排気する。

減圧ゾーン２３の圧力（第３の圧力）は、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の最高圧力以下であれば特に制限されない。減圧ゾーン２３の圧力を大気圧以上とするのは、大気圧未満とすると、ガス化した物理発泡剤を強制排気することになり、溶融樹脂のベントアップの虞があるからである。また、この場合、真空ポンプ等の設備を必要とするので高コストとなる。また、減圧ゾーン２３の圧力を高圧混練ゾーン２２の最高到達圧力以下とするのは、導入された溶融樹脂を減圧し、物理発泡剤をガス化して溶融樹脂から分離するためである。減圧ゾーン２３の内部の圧力は、３ＭＰａ〜２０ＭＰａが好ましく、３ＭＰａ〜１５ＭＰａがより好ましい。減圧ゾーン２３の内部の圧力が３ＭＰａ以上であると、高圧混練ゾーン２２に導入される物理発泡剤との差圧を小さくでき、溶融樹脂の圧力変動を小さく抑えられる。また、減圧ゾーンの内部の圧力が２０ＭＰａ以下であると、装置への負荷を小さくできる。減圧ゾーン２３の圧力は、塑化シリンダ２１０内部の圧力を安定化させるという観点から、一定の圧力に制御されることが好ましい。

更に、本実施形態では、溶融樹脂のベントアップを抑制するため、スクリュ１０を強制的に後退させてもよい。これにより、減圧ゾーン２３において、スクリュ２０におけるフライト深さの深い部分２０Ａ、２０Ｃ上に滞留する溶融樹脂量を削減して飢餓状態とし、ベントアップを抑制できる。ここで、スクリュを強制的に後退させるとは、スクリュ２０を駆動させるスクリュ駆動機構３７により、後退速度及び後退時間等を制御しながらスクリュ２０を後退させる動作を意味する。したがって、可塑化シリンダ２１０の前方に送られた溶融樹脂の圧力によってスクリュ２０の先端部が上流に押されて、スクリュ２０が後退することは含まない。スクリュ２０の強制的な後退は、例えば、後退速度１ｍｍ／ｓ〜１０ｍｍ／ｓで、０．５秒間〜３０秒間行うことが好ましい。スクリュ２０の後退時間が、０．５秒間より短いとベントアップ抑制の効果が十分に得られない虞があり、３０秒間より長いと、溶融樹脂の計量動作が不安定になる虞がある。

スクリュ１０の強制的な後退は、物理発泡剤を導入した直後より、余剰の発泡剤が分離されて樹脂が膨張しやすい状態のときに行うことが好ましい。射出成形では、スクリュの正回転により溶融樹脂がスクリュの前方へ送られ、樹脂圧力（密度）が高まり、スクリュが可塑化計量完了位置まで後退することにより溶融樹脂の計量が行われる。樹脂圧力が高まる前にスクリュ１０を強制的に後退させることで、効率的にベントアップを抑制できる。

本実施形態では、物理発泡剤が混合された溶融樹脂の圧力（混練物の圧力）を低下させて、溶融樹脂からガス化した物理発泡剤を分離すること（ステップＳ４）により、溶融樹脂中の物理発泡剤の濃度を飽和溶解度に近づけることができる。物理発泡剤となる加圧窒素や加圧二酸化炭素の溶融樹脂に対する飽和溶解度（飽和濃度）は、圧力が高いほど高く、圧力が低いほど低い。したがって、上述のように高圧状態を維持したまま、物理発泡剤を溶融樹脂に接触混練した後に、接触混練時に到達する最高圧力以下に溶融樹脂の圧力を減圧すると、圧力の低下に伴い飽和溶解度も低下する。よって、樹脂中の物理発泡剤の絶対量を高くせずに、物理発泡剤の濃度を飽和溶解度に近づけることができる。そして、このとき、溶融樹脂中に含まれる余剰な物理発泡剤は、ガス化し溶融樹脂から分離され、減圧ゾーン２３から排出される。物理発泡剤を過剰に導入したとしても、物理発泡剤は溶融樹脂に接触混練されつつ、余剰な物理発泡剤は溶融樹脂から分離し、減圧ゾーン２３にて排出されていく。このため、高圧混練ゾーン２２では従来法と比較して多量な物理発泡剤を混練できるメリットを有する。

ここで、「溶融樹脂中の物理発泡剤の濃度が飽和溶解度に近づく」とは、圧力を制御する前の状態における溶融樹脂への物理発泡剤の飽和溶解度に対する実際の物理発泡剤の濃度の割合と、圧力を制御した後の状態における溶融樹脂への物理発泡剤の飽和溶解度に対する実際の物理発泡剤の濃度の割合を比較した場合に、圧力を制御した後の状態の飽和溶解度に対する実際の物理発泡剤の濃度の割合の方が高いことを意味する。

物理発泡剤が飽和溶解度に近い高濃度で含まれる溶融樹脂は、金型へ射出充填されると、高い圧力領域において過飽和に達し、多くの発泡核を発生させる。これにより、発泡成形体の発泡密度を高めることができる。また、溶融樹脂への物理発泡剤の導入後、射出前に溶融樹脂中の物理発泡剤の濃度を制御するので、溶融樹脂への物理発泡剤の導入量は厳密に制御しなくてもよい。

更に、本実施形態は、溶融樹脂と物理発泡剤との相分離を抑制するという効果も奏する。従来の発泡射出成形方法では、物理発泡剤を混練した後の溶融樹脂の圧力をスクリュ背圧により低下させていた（制御していた）が、この場合、樹脂と物理発泡剤であるガスが相分離することがあった。一方、本実施形態では、減圧ゾーン２３の圧力を制御することにより、溶融樹脂及びその周囲の物理発泡剤のガス圧力の両方を同時に制御するので、樹脂と物理発泡剤の相分離が抑制される。更に、本実施形態では、接触混練時に溶融樹脂から分離した物理発泡剤を予め減圧ゾーンで排気でき、均一相溶状態の溶融樹脂のみを前方に送ることによっても、溶融樹脂と物理発泡剤との相分離を抑制できる。

次に、ガス化した物理発泡剤を分離した前記溶融樹脂（物理発泡剤の一部が分離された混練物）を所定量計量する（図１のステップＳ５）。過剰な物理発泡剤がガス化して溶融樹脂から分離されると、溶融樹脂は減圧ゾーン２３の下流に位置する再可塑化ゾーン２４に送られる。溶融樹脂は、再可塑化ゾーン２４において再度混練され、スクリュ２０の背圧により圧力調整される。スクリュの正回転により溶融樹脂が可塑化シリンダ前方へ送られ、その樹脂圧力によりスクリュが可塑化計量完了位置まで後退し、溶融樹脂が所定量計量される。

溶融樹脂を所定量計量する間、スクリュ背圧を減圧ゾーン２３の圧力（第３の圧力）よりも高い圧力に制御しすることが好ましい。減圧ゾーン２３の圧力（第３の圧力）より高い圧力をスクリュ背圧とすることで、スクリュ２０は前方に送られた溶融樹脂により急激に後方へ押し戻されることなく、安定して溶融樹脂を所定量計量できる。

次に、計量した溶融樹脂を発泡させ、且つ、所望の形状に成形する（図１のステップＳ６）。本実施形態では、可塑化計量が終了した後、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し、物理発泡剤を含む溶融樹脂を急減圧して発泡セルが形成された成形体（発泡成形体）を製造する。本実施形態では、溶融樹脂を可塑化シリンダ２１０の先端部から、型締めユニット２５０のキャビティ２５３内に射出し、保圧をかけずに金型をわずかに開き（コアバック）成形体を完成させる。

以上説明した本実施形態の発泡射出成形では、熱可塑性樹脂の可塑化から溶融樹脂（混練物）の計量までの間（可塑化計量の間）、スクリュ２０を正回転する。本実施形態で用いた下流側シール機構Ｓ２は、可塑化シリンダ内の溶融樹脂及び物理発泡剤の流通を遮断するために可塑化スクリュを停止又は逆回転する必要のある従来のシール機構とは異なる。本実施形態で用いた下流側シール機構Ｓ２は、スクリュ２０を同一方向に回転していても、下流側シール機構Ｓ２の上流側に位置する高圧混練ゾーン２２の溶融樹脂の圧力を第１の圧力に調整した状態で、下流側シール機構Ｓ２の下流側に位置する減圧ゾーン２３のへ溶融樹脂を流動させる。したがって、本実施形態の発泡射出成形は、可塑化スクリュ２０の停止、逆回転、正回転及び逆回転の繰り返しを行わないため、溶融樹脂の可塑化計量時間を短縮でき、発泡成形体の生産性を向上することができる。

ここで、「可塑化計量の間」とは、溶融樹脂を金型に射出充填した後、次のショットのための溶融樹脂を可塑化するためにスクリュが回転を開始した時点から、スクリュの回転により溶融樹脂が可塑化シリンダ前方へ送られ、その樹脂圧力によりスクリュが可塑化計量完了位置まで後退した時点までの間を意味する。つまり、本実施形態では、熱可塑性樹脂の可塑化（図１のステップＳ１）、溶融樹脂の加圧（ステップＳ２）、物理発泡剤の導入（ステップＳ３）、物理発泡剤の分離（ステップＳ４）及び溶融樹脂の計量（ステップＳ５）の全ての工程において、スクリュ２０を同一方向に回転する。

また、可塑化シリンダ内の溶融樹脂及び物理発泡剤の流通を遮断するために可塑化スクリュを停止又は逆回転する必要のある従来のシール機構を用いた従来の発泡射出成形方法では、溶融樹脂を高圧混練ゾーンから減圧ゾーンへ流動させるために、高圧混練ゾーン２２と減圧ゾーン２３を連通させると、高圧混練ゾーンの圧力が減圧ゾーン２３の圧力まで低下していた。これに対して、本実施形態の発泡射出成形方法では、高圧混練ゾーン２２を第１の圧力に調整し、減圧ゾーン２３を第３の圧力に調整した状態で、スクリュ２０を同一方向に回転することにより、高圧混練ゾーン２２から減圧ゾーン２３へ溶融樹脂を流動させる。これにより、溶融樹脂に対する物理発泡剤の混練性、分散性が向上する。

また、本実施形態の発泡射出成形では、熱可塑性樹脂の可塑化から溶融樹脂の計量までの間（可塑化計量の間）、スクリュ２０を同一方向に回転(正回転)し続けてもよい。即ち、可塑化計量の間、スクリュの回転を停止することなく、回転し続けてもよい。これにより、可塑化計量時間を、確実に短縮して生産性を向上させることができる。

［第２の実施形態］
本実施形態の発泡成形体の製造方法は、発泡射出成形方法であり、図４に示す成形機２０００を用いて実施する。成形機２０００は、図２に示す成形機１０００の下流側シール機構Ｓ２の代わりに、図５に示す下流側シール機構Ｓ１２を用いたこと以外は、第１の実施形態で用いた成形機１０００と同様の構成である。以下に、下流側シール機構Ｓ１２について説明する。

＜シール機構＞
下流側シール機構Ｓ１２は、第１の実施形態で用いた下流側シール機構Ｓ２と同様に、シール機構Ｓ１２の上流側の高圧混練ゾーン２２において、溶融樹脂の圧力を３ＭＰａ〜１５ＭＰａの第１の圧力に調整した状態で、シール機構Ｓ１２の下流側の減圧ゾーン２３へ熱可塑性樹脂を流動させることができるシール機構である。本実施形態では、下流側シール機構Ｓ１２として、スクリュフライトの形状により溶融樹脂の流通を阻害し、溶融樹脂の流通速度を低下させる、ラビリンスシールを用いる。

本実施形態の下流側シール機構Ｓ１２は、スクリュ２０の周方向に沿って凹凸を有するスクリュフライト３０、４０が、スクリュ２０の軸方向に、前記凹凸が互い違いに並ぶように複数配置されることにより構成される。図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、スクリュ２０の外周面には、スクリュフライト３０、４０が設けられている。スクリュフライト３０、４０は、可塑化シリンダ２１０の内壁と対向する頂部表面を有し、頂部表面には、スクリュ２０の周方向に沿って、凸部３０ａ、４０ａと、凹部３０ｂ、４０ｂとが交互に配置されている。そして、スクリュ２０の軸方向において、隣接するスクリュフライト３０とスクリュフライト４０とでは、前記凹凸が互い違いに並ぶように配置されている。即ち、スクリュフライト３０、４０の頂部表面の凸部３０ａ、４０ａと、凹部３０ｂ、４０ｂとは、スクリュ２０の軸方向に沿っても交互に配置されている。これらスクリュフライト３０、４０により、可塑化シリンダ２１０の内壁（静止部）と、スクリュ２０（回転軸）の間には、凹凸の隙間を複数段組み合わせたラビリンス構造が形成される。スクリュ２０が有しているラビリンス構造が、下流側シール機構Ｓ１２を構成する。

次に、下流側シール機構Ｓ１２の動作について説明する。スクリュ２０が正回転することで、高圧混練ゾーン２２に滞留する溶融樹脂は、下流側シール機構Ｓ１２のラビリンス構造内を通過して、減圧ゾーン２３へ流動しようとする。溶融樹脂は、ラビリンス構造によりその流通を阻害され、流通速度が低下する。スクリュ２０が正回転するため、高圧混練ゾーン２２の圧力は上昇する。そして、圧力が上昇した溶融樹脂は、下流側シール機構Ｓ１２のラビリンス構造の凹凸の隙間を通過し始める。このとき、溶融樹脂はラビリンス構造の凹凸の隙間を通過しながら、徐々に圧力を低下させて減圧ゾーン２３へ流動する。

このように、低圧の溶融樹脂は下流側シール機構Ｓ１２により高圧ゾーン２２から減圧ゾーン２３への流通を阻止され、高圧の溶融樹脂は下流側シール機構Ｓ１２を通過できる。本実施形態では、下流側シール機構Ｓ１２のこの特性を利用して、高圧混練ソーン２２の溶融樹脂の圧力を３ＭＰａ〜１５ＭＰａの第１の圧力に調整する。本実施形態の下流側シール機構Ｓ１２は、熱可塑性樹脂の種類及びその粘度により、保持できる高圧混練ゾーンの圧力の値が変化するが、高圧混練ソーン２２の溶融樹脂の圧力が３ＭＰａ〜１５ＭＰａとなるように、既知の手法によりラビリンス構造を設計することが可能である。例えば、後述する実施例２では、下流側シール機構Ｓ１２を用いて、高圧混練ゾーン２２において溶融樹脂の圧力を５±１ＭＰａに調整することができた。また、本実施形態の下流側シール機構Ｓ１２は、可動部を有さない非接触シール機構であるため、メンテナンスが容易である。

＜成形方法＞
本実施形態の発泡射出成形方法（発泡成形体の製造方法）は、図２に示す成形機１０００の代わりに、図４に示す下流側シール機構Ｓ１２を有する成形機２０００を用いて実施する以外は、第１の実施形態と同様に実施することができ、同様の効果を奏する。

以下、本発明を実施例に基づき更に具体的に説明するが、本発明はこれら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２に示す成形機１０００を用いて、熱可塑性樹脂成形体（発泡成形体）を発泡射出成形により製造した。物理発泡剤としては、窒素を用いた。したがって、物理発泡剤供給装置１００のガスボンベ１５１として、１４ＭＰａの窒素ボンベ１５１を用いた。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（東レ製、ＣＭ１０１１Ｇ３０）を用いた。尚、スクリュ背圧は６ＭＰａに設定した。後述するように、減圧ゾーン２３の圧力（第３の圧力）を４ＭＰａに調整したため、スクリュ背圧と減圧ゾーンの圧力との差は、２ＭＰａであった。

まず、物理発泡剤供給装置１００において、窒素ボンベ１５１の窒素ガスを圧力計４の表示が常温(２５℃)で、１０ＭＰａになるように減圧弁１０で減圧した。これにより、可塑化シリンダ２１０内に物理発泡剤を導入する導入バルブ２１２までの系内を加圧した。

次に、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２２０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。尚、本実施例では、これ以降溶融樹脂の計量が終了するまで、スクリュ２０を同一方向に回転（正回転）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。上述したように、下流側シール機構Ｓ２は、高圧混練ゾーン２２の圧力が６ＭＰａのとき、下流側シール機構Ｓ２の隙間Ｇが開口し始め、該圧力が８ＭＰａで図３（ｂ）に示すようにシールリング６０が下流方向へ最前進して隙間Ｇが最大となる。本実施例では、下流側シール機構Ｓ２を用いることにより、高圧混練ゾーン１１における樹脂の圧力を７±０．５ＭＰａ（第１の圧力）で安定するよう制御した。

次に、導入バルブ２１２を３秒間開放して、高圧混練ゾーン２２に物理発泡剤を導入した。そして、スクリュ２０を回転することにより、高圧混練ゾーン２２において、７±０．５ＭＰａ（第１の圧力）に調整された溶融樹脂に、１０ＭＰａ（第２の圧力）の物理発泡剤を混練した。尚、本実施例では、導入バルブ２１２の開放時間のみで物理発泡剤の導入量を調整した。本導入バルブ２１２直下に設けた圧力センサ（不図示）のモニターした可塑化シリンダ２１０の内部の圧力は、物理発泡剤の導入後は、最高８±１ＭＰａとなった。

一方、減圧ゾーン圧力調整機構２１９の背圧弁３を４ＭＰａに設定し、減圧ゾーン２３の圧力を、常時、４ＭＰａに制御した。尚、成形開始前には、減圧ゾーン圧力調整機構２１９の加圧機構を用いて加圧窒素を減圧ゾーン２３に導入し、減圧ゾーン２３を加圧してベントアップを抑制した。成形開始後には、背圧弁３により排気のみ行った。

下流側シール機構Ｓ２を用い、スクリュ２０を正回転することにより、高圧混練ゾーン２２を７±０．５ＭＰａ（第１の圧力）に保持した状態で、溶融樹脂を減圧ゾーン２３へ流動した。減圧ゾーン２３へ流動した溶融樹脂及び物理発泡剤は、減圧ゾーンの設定圧力の４ＭＰａまで圧力が低下した。これにより、余剰な加圧二酸化炭素はガス化して溶融樹脂から分離した。溶融樹脂から分離した物理発泡剤は、可塑化シリンダ２１０のベント２０３を経て減圧ゾーン圧力調整機構２１９の排気口１１より排気された。このような溶融樹脂の雰囲気の圧力（溶融樹脂の周囲の圧力）の制御によって、溶融樹脂中の物理発泡剤濃度は飽和溶解度に近づいたと推察される。

また、本実施例では、前記溶融樹脂からガス化した物理発泡剤を分離している間に、スクリュ２０を後退速度１ｍｍ/ｓで４秒間、強制的に後退させた。これにより、減圧ゾーン２３において、スクリュ２０におけるフライト深さの深い部分２０Ａ、２０Ｃ上に滞留する溶融樹脂量を削減して飢餓状態とし、ベントアップを抑制した。

次に、２４０℃に設定された再可塑化ゾーン２４において、溶融樹脂を加熱、再圧縮した後、可塑化シリンダ２１０の先端部に送り、可塑化計量を完了した。本実施例のスクリュストローク３０ｍｍにおける計量時間は１３秒であった。

その後、シャットオブバルブ３６を開放して、キャビティ２５３内に溶融樹脂を射出充填した後、保圧をかけずに金型を２.０ｍｍ開き（コアバック）それにより成形体内部を急減圧し、内部に発泡セルを有する発泡成形体を得た。以上説明した成形体の発泡射出成形を連続して１００ショット行い、１００個の発泡成形体を得た。

本実施例において得られた１００個の発泡成形体は、発泡成形体と同形状のソリッド（無発泡の成形体）と比較して、比重が１８％軽量化した。また、発泡成形体の３箇所のセル径を測定し、平均セル径を計算した。平均セル径は１５〜２０μｍ程度と微細であり、発泡セルの密度も高かった。

可塑化シリンダ内で溶融樹脂と物理発泡剤の分離が生じると、得られた成形体の表面に膨れが生じることが知られている。本実施例で得られた１００個の発泡成形体には、表面に膨れが発生した成形体は存在しなかった。このことから、可塑化シリンダ内で溶融樹脂と物理発泡剤の分離は生じなかったと推察される。

また、得られた１００個の発泡成形体の重量のばらつきは、０.１０％程度と小さかった。これらの結果から、スクリュによる溶融樹脂の計量動作は安定していたことがわかった。

本実施例では、上述したように可塑化計量時間が１３秒と短時間であった。これは、熱可塑性樹脂の可塑化から溶融樹脂の計量までの間、スクリュ２０を同一方向に回転（正回転）し、回転の停止及び逆回転を行わなかったためである。本実施例に用いた成形機１０００における混練装置２００の代わりに、特許文献５に開示される混練装置を用いて、本実施例と同様の発泡成形体を成形したところ、可塑化計量時間は、２５秒であった。これは、特許文献５に開示される混練装置を用いた場合には、可塑化シリンダ内の溶融樹脂の圧力を制御するためにスクリュの停止及び逆回転を行う必要があるためである。特許文献５に開示される混練装置を用いた場合には、一旦スクリュを停止して逆回転して物理発泡剤を可塑化シリンダに導入し、再可塑化してガスを排出するまで、約７〜１０秒必要であった。本実施例では、このようなスクリュを停止、逆回転する操作は不要である。

また、本実施例では、高圧混練ゾーン２２において、物理発泡剤の導入前に溶融樹脂の圧力を高め、第１の圧力（７±０．５ＭＰａ）に調整した溶融樹脂に物理発泡剤を混練した。これにより、物理発泡剤である窒素の溶融樹脂への分散性を向上させることができた。

［実施例２］
本実施例では、図４に示す成形機２０００を用いて、実施例１と同様の材料から、実施例１と同様の形状の発泡成形体を発泡射出成形により製造した。本実施例では、可塑化シリンダ２１０の内部に下流側シール機構Ｓ１２を設け、スクリュ２０を同一方向に回転することにより、高圧混練ゾーン２２における溶融樹脂の圧力を５±１ＭＰａ（第１の圧力）に調整した。次に、５±１ＭＰａ（第１の圧力）に調整された溶融樹脂に、実施例１と同様に、１０ＭＰａ（第２の圧力）の物理発泡剤を導入し、混練した。高圧混練ゾーン２２の圧力は、物理発泡剤の導入後は、最高７．５±１．５ＭＰａとなった。それ以外は、実施例１と同様の方法により、成形体の発泡射出成形を連続して１００ショット行い、１００個の発泡成形体を得た。本実施例におけるスクリュストローク３０ｍｍにおける計量時間は、１２秒であった。

本実施例において得られた１００個の発泡成形体は、発泡成形体と同形状のソリッド（無発泡の成形体）と比較して比重が１６％軽量化した。また、発泡成形体の３箇所のセル径を測定し、平均セル径を計算した。平均セル径は１５〜２０μｍ程度と微細であり、発泡セルの密度も高かった。本実施例で得られた１００個の発泡成形体には、表面に膨れが発生した成形体は存在しなかった。このことから、可塑化シリンダ内で溶融樹脂と物理発泡剤の分離は生じなかったと推察される。また、得られた１００個の発泡成形体の重量のばらつきは、０．１５％程度と小さかった。これらの結果から、スクリュによる溶融樹脂の計量動作は安定していたことがわかった。

本実施例では、実施例１と同様に、熱可塑性樹脂の可塑化から溶融樹脂の計量までの間、スクリュ２０を同一方向に回転（正回転）し、回転の停止及び逆回転を行わなかったため、上述したように可塑化計量時間は、１２秒と短時間であった。また、本実施例では、高圧混練ゾーン２２において、物理発泡剤の導入前に溶融樹脂の圧力を高め、第１の圧力（５±１ＭＰａ）に調整した溶融樹脂に、物理発泡剤を混練した。これにより、物理発泡剤である窒素の溶融樹脂への分散性を向上させることができた。

本発明によれば、溶融樹脂に物理発泡剤を混練した後、溶融樹脂から余剰な物理発泡剤を分離することを含む発泡射出成形方法において、可塑化計量時間を短縮できる。これにより、１ショットの成形品を得るために要する時間（サイクルタイム）が短くなり、生産性が向上する。

２０ スクリュ
Ｓ１ 上流側シール機構
Ｓ２、Ｓ１２ 下流側シール機構
１００ 物理発泡剤供給装置
２００ 混練装置
２１０ 可塑化シリンダ
２１９ 減圧ゾーン圧力調整機構
２５０ 型締めユニット
１０００、２０００ 成形機

Claims (25)

1. 発泡成形体の製造方法であって、
   可塑化シリンダと、前記可塑化シリンダ内に回転及び進退自在に配設されたスクリュとを有する成形機を用いることと、
   前記可塑化シリンダ内で、熱可塑性樹脂を可塑化して溶融樹脂とすることと、
   前記溶融樹脂の圧力を３ＭＰａ〜１５ＭＰａの第１の圧力に調整することと、
   第１の圧力に調整された前記溶融樹脂と、第１の圧力よりも高く且つ４ＭＰａ〜２０ＭＰａの第２の圧力の物理発泡剤を混練して、混練物を得ることと、
   前記混練物の圧力を低下させて、前記混練物から前記物理発泡剤の一部を分離することと、
   前記物理発泡剤の一部を分離した前記混練物を所定量計量することと、
   計量した前記混練物を発泡させ、且つ、所望の形状に成形することを含み、
   前記熱可塑性樹脂の可塑化から前記混練物の計量までの間、前記スクリュを同一方向に回転することを特徴とする発泡成形体の製造方法。
2. 前記可塑化シリンダの内部にシール機構を設け、前記スクリュを同一方向に回転することにより、前記溶融樹脂の圧力を第１の圧力に調整することを特徴とする請求項１に記載の発泡成形体の製造方法。
3. 前記スクリュを同一方向に回転することにより、前記可塑化シリンダの内部において、前記シール機構の上流側の前記混練物の圧力を第１の圧力に調整した状態で、前記シール機構の下流側に前記混練物を流動させることを特徴とする請求項２に記載の発泡成形体の製造方法。
4. 前記シール機構によって、前記可塑化シリンダ内において、所定圧力未満の前記混練物を前記シール機構の下流側に流通させないことを特徴とする請求項２又は３に記載の発泡成形体の製造方法。
5. 前記シール機構は、バネを介して前記スクリュの外周面に設けられるシールリングを含むことを特徴とする請求項４に記載の発泡成形体の製造方法。
6. 前記シール機構によって、前記可塑化シリンダ内において、前記混練物の流通速度を低下させることを特徴とする請求項２又は３に記載の発泡成形体の製造方法。
7. 前記シール機構は、ラビリンスシールであることを特徴とする請求項６に記載の発泡成形体の製造方法。
8. 前記ラビリンスシールは、前記スクリュの外周面に設けられたスクリュフライトを含み、
   前記スクリュフライトは、前記可塑化シリンダの内壁と対向する頂部表面を有し、前記頂部表面には、前記スクリュの周方向及び軸方向に沿って、凸部と、凹部とが交互に配置されていることを特徴とする請求項７に記載の発泡成形体の製造方法。
9. 更に、前記スクリュを強制的に後退させることを含むことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の発泡成形体の製造方法。
10. 前記物理発泡剤が、窒素又は二酸化炭素であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の発泡成形体の製造方法。
11. 前記混練物から前記物理発泡剤の一部を分離することによって、前記溶融樹脂中の前記物理発泡剤の濃度を飽和溶解度に近づけることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の発泡成形体の製造方法。
12. 発泡成形体の製造方法であって、
    熱可塑性樹脂を可塑化した溶融樹脂と物理発泡剤を混練して、混練物を得る高圧混練ゾーンと、前記混練物からガス化して分離する物理発泡剤を排気する減圧ゾーンとを有する可塑化シリンダと、前記可塑化シリンダ内に回転及び進退自在に配設されたスクリュとを有する成形機を用いることと、
    前記熱可塑性樹脂を可塑化して溶融樹脂とすることと、
    前記高圧混練ゾーンにおいて、前記溶融樹脂の圧力を３ＭＰａ〜１５ＭＰａの第１の圧力に調整することと、
    第１の圧力に調整された前記溶融樹脂に、第１の圧力よりも高く且つ４ＭＰａ〜２０ＭＰａの第２の圧力の物理発泡剤を混練して、前記混練物を得ることと、
    前記減圧ゾーンにおいて、前記混練物の圧力を低下させて、前記混練物から前記物理発泡剤の一部を分離することと、
    前記物理発泡剤の一部が分離された前記混練物を所定量計量することと、
    計量した前記混練物を発泡させ、且つ、所望の形状に成形することを含み、
    前記熱可塑性樹脂の可塑化から前記混練物の計量までの間、前記スクリュを同一方向に回転することを特徴とする発泡成形体の製造方法。
13. 前記高圧混練ゾーンと前記減圧ゾーンとの間にシール機構を設け、前記スクリュを同一方向に回転することにより、前記高圧混練ゾーンにおいて、前記溶融樹脂の圧力を第１の圧力に調整することを特徴とする請求項１２に記載の発泡成形体の製造方法。
14. 前記高圧混練ゾーンを第１の圧力に調整した状態で、前記高圧混練ゾーンから前記減圧ゾーンへ前記混練物を流動させることを特徴とする請求項１２又は１３に記載の発泡成形体の製造方法。
15. 前記減圧ゾーンの圧力を大気圧以上で且つ前記溶融樹脂に前記物理発泡剤を混練するときに到達する前記高圧混錬ゾーンの最高圧力以下の第３の圧力に制御することを特徴とする請求項１２〜１４のいずれか一項に記載の発泡成形体の製造方法。
16. 前記高圧混練ゾーンを第１の圧力に調整し、前記減圧ゾーンを第３の圧力に調整した状態で、前記高圧混練ゾーンから前記減圧ゾーンへ前記混練物を流動させることを特徴とする請求項１５に記載の発泡成形体の製造方法。
17. 前記減圧ゾーンの圧力を制御することは、前記減圧ゾーン内のガスの圧力を制御することを含むことを特徴とする請求項１５又は１６に記載の発泡成形体の製造方法。
18. 前記減圧ゾーンの圧力を制御することは、前記減圧ゾーンに不活性ガスを導入して前記減圧ゾーンを加圧すること、及び／又は、背圧弁を用いて前記減圧ゾーンから前記ガス化した物理発泡剤を排気することを含むことを特徴とする請求項１５〜１７のいずれか一項に記載の発泡成形体の製造方法。
19. 請求項１〜１８のいずれか一項に記載の発泡成形体の製造方法に使用する成形機であって、
    熱可塑性樹脂を可塑化した溶融樹脂と物理発泡剤とを混練して、混練物を得る高圧混練ゾーンと、前記混練物からガス化して分離する物理発泡剤を排気する減圧ゾーンとを有する可塑化シリンダと、
    前記可塑化シリンダ内に回転及び進退自在に配設されたスクリュと、
    前記高圧混練ゾーンと前記減圧ゾーンとの間に設けられたシール機構と、
    前記可塑化シリンダの前記減圧ゾーンに接続し、前記減圧ゾーンの圧力を大気圧以上で且つ前記溶融樹脂に前記物理発泡剤を接触混練するときに到達する前記高圧混錬ゾーンの最高圧力以下の第３の圧力に制御する減圧ゾーン圧力調整機構と、
    前記可塑化シリンダの前記高圧混練ゾーンに接続し、前記高圧混練ゾーンに第２の圧力の物理発泡剤を供給する物理発泡剤供給装置を含み、
    前記シール機構は、前記高圧混練ゾーンを第１の圧力に調整した状態で、前記高圧混練ゾーンから前記減圧ゾーンへ前記混練物を流動させる機構であることを特徴とする成形機。
20. 前記シール機構は、前記高圧混練ゾーンを第１の圧力に調整し、前記減圧ゾーンを第３の圧力に調整した状態で、前記高圧混練ゾーンから前記減圧ゾーンへ前記混練物を流動させる機構であることを特徴とする請求項１９に記載の成形機。
21. 前記シール機構は、前記高圧混練ゾーンの圧力が所定の圧力未満の場合、前記高圧混練ゾーンと、前記減圧ゾーンとの連通を遮断する機構であることを特徴とする請求項１９又は２０に記載の成形機。
22. 前記シール機構は、バネを介して前記スクリュの外周面に設けられるシールリングを含むことを特徴とする請求項２１に記載の成形機。
23. 前記シール機構は、前記可塑化シリンダ内において、前記混練物の流通速度を低下させる機構であることを特徴とする請求項１９又は２０に記載の成形機。
24. 前記シール機構は、ラビリンスシールであることを特徴とする請求項２３に記載の成形機。
25. 前記ラビリンスシールは、前記スクリュの外周面に設けられたスクリュフライトを含み、
    前記スクリュフライトは、前記可塑化シリンダの内壁と対向する頂部表面を有し、前記頂部表面には、前記スクリュの周方向及び軸方向に沿って、凸部と、凹部とが交互に配置されていることを特徴とする請求項２４に記載の成形機。
    

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