JP2017206031A - 発泡成形体の製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
物理発泡剤の複雑な制御装置を省略又は簡略化でき、更に物理発泡剤の溶融樹脂に対する溶解量を単純な機構により安定化できる発泡成形体の製造装置を提供する。
【解決手段】
発泡成形体を製造する製造装置であって、可塑化ゾーンと、飢餓ゾーンとを有し、前記飢餓ゾーンに物理発泡剤を導入するための導入口が形成された可塑化シリンダと、前記可塑化シリンダに物理発泡剤を供給する物理発泡剤供給機構とを有し、前記飢餓ゾーンに一定圧力の前記物理発泡剤を含む加圧流体を導入し、前記飢餓ゾーンを前記一定圧力に保持し、前記飢餓ゾーンを前記一定圧力に保持した状態で、前記飢餓ゾーンにおいて、前記飢餓状態の溶融樹脂と前記一定圧力の物理発泡剤を含む加圧流体とを接触させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、発泡成形体の製造装置に関する。

近年、超臨界状態の窒素や二酸化炭素を物理発泡剤として用いた射出発泡成形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１〜３によれば、物理発泡剤を用いた射出発泡成形方法は以下のように行われる。まず、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、物理発泡剤の分散した溶融樹脂を計量し、金型内に射出充填する。溶融樹脂に相溶していた超臨界流体は、射出充填時に急減圧されガス化し、溶融樹脂が固化することで気泡（発泡セル）が成形体内部に形成される。これらの射出発泡成形方法では、物理発泡剤は樹脂内圧よりも少し高い圧力で計量され、計量後、可塑化シリンダ内に導入される。よって物理発泡剤の溶融樹脂への溶解量は、物理発泡剤の導入量で決定される（導入量制御）。

また、特許文献４には、物理発泡剤を用いた射出発泡成形方法において、成形の途中で溶融樹脂中に含まれる物理発泡剤を一部分離し、可塑化シリンダ（混練装置）の外へ排気する方法が開示されている。特許文献４では、物理発泡剤を排気するベントが形成され、且つベントが形成された領域（減圧ゾーン）の圧力を一定に保持する機構を有する混練装置が開示されている。この方法によれば、物理発泡剤の溶融樹脂への溶解量は、減圧ゾーンにおける背圧弁の圧力によって決定される（圧力制御）。したがって、上述した特許文献１〜３に開示されるように、物理発泡剤の可塑化シリンダへの注入量を正確に制御する必要はない。

特許文献５及び６にも、物理発泡剤を用いた射出発泡成形方法において、物理発泡剤を可塑化シリンダに圧力制御で導入する方法が開示されている。特許文献５及び６では、可塑化シリンダ内に溶融樹脂が未充満となる飢餓ゾーンを設け、飢餓ゾーンに物理発泡剤を導入する。

特許文献５及び６に開示される製造装置は、従来の一般的な製造装置と同様に、物理発泡剤の導入口の内径が小さく、その導入口は、逆止弁等により間欠的に開放する構造である。従来の物理発泡剤を用いる製造装置がこのような構造である理由は、以下である。第１に、可塑化シリンダ内への物理発泡剤の導入の際、高温の溶融樹脂との接触により物理発泡剤の温度は急激に上昇し、物理発泡剤の導入量が不安定になる弊害が生じる。このため、従来の製造装置では、物理発泡剤の流路を細く絞り、物理発泡剤の流量を制御して導入量の安定化を図ろうとした。第２に、このような細い流路に溶融樹脂が逆流すると、直ちに流路が塞がれて機能しなくなる虞がある。このため、物理発泡剤の導入口は常時開放とするのではなく、逆止弁等を設けて、間欠的に開放する構造とした。

特許第２６２５５７６号公報 特許第３７８８７５０号公報 特許第４１４４９１６号公報 特開２０１３−１０７４０２号公報 特開２００１−３４１１５２号公報 特開２００４−２３７５２２号公報

特許文献１〜３の物理発泡剤を用いた射出発泡成形方法では、溶融樹脂中の物理発泡剤の濃度が高いと、溶融樹脂と物理発泡剤が相分離する虞がある。このため、物理発泡剤の濃度を飽和溶解度の１／５〜１／１０程度に下げる必要があった。そして、このように溶融樹脂中の物理発泡剤の濃度を飽和溶解度に対して低い割合としながらも、金型への射出充填時に多くの発泡核を形成するために、可塑化シリンダへ導入する物理発泡剤を高圧力に設定し導入量を正確に計量する必要があった。これは、物理発泡剤の供給機構を複雑化し、装置のイニシャルコストを高める要因となっていた。

一方、特許文献４の物理発泡剤を用いた射出発泡成形方法では、上述の混練装置の採用により、物理発泡剤の一部排気後に、溶融樹脂中の物理発泡剤濃度を飽和溶解度（飽和濃度）近くまで高めることが可能であり、比較的低い圧力の物理発泡剤を用いて多くの発泡核を形成できる。しかし、特許文献４の射出発泡成形方法は、減圧ゾーンの圧力を一定に保持するために、スクリュを逆回転することで減圧ゾーンを他のゾーンから遮断するシール機構を有する。そのため、スクリュが長くなる、スクリュを逆回転するため可塑化計量時間が長くなる等の課題を有していた。

特許文献５及び６の射出発泡成形方法は、圧力制御により物理発泡剤を可塑化シリンダに導入するため、物理発泡剤の導入量を正確に計量する必要はない。また、特許文献４に開示されるようなシール機構を必ずしも設ける必要はない。しかし、本発明者らの検討によれば、特許文献５及び６に開示されるように可塑化シリンダ内の飢餓ゾーンへの物理発泡剤の導入を間欠的に行った場合、飢餓ゾーンにおける圧力が変動し、この結果、物理発泡剤の溶融樹脂に対する溶解量（浸透量）を精密に制御できない虞がある。

この主原因は、物理発泡剤を間欠的に可塑化シリンダに導入するため、物理発泡剤の導入量が不十分であるためと推測される。しかし、上述したように、導入される物理発泡剤と溶融樹脂との温度差の問題や、溶融樹脂逆流の問題が存在するため、特許文献５及び６に開示される構造の装置を用いて、物理発泡剤の導入量を増加させて安定化を図ることは困難であった。

本発明は、上記課題を解決するものであり、物理発泡剤の複雑な制御装置を省略又は簡略化でき、更に物理発泡剤の溶融樹脂に対する溶解量（浸透量）を単純な機構により安定化できる発泡成形体の製造装置を提供する。

本発明の参考態様に従えば、発泡成形体の製造方法であって、熱可塑性樹脂が可塑化溶融されて溶融樹脂となる可塑化ゾーンと、前記溶融樹脂が飢餓状態となる飢餓ゾーンとを有し、前記飢餓ゾーンに物理発泡剤を導入するための導入口が形成された可塑化シリンダを用い、前記製造方法は、前記可塑化ゾーンにおいて、前記熱可塑性樹脂を可塑化溶融して前記溶融樹脂とすることと、前記飢餓ゾーンにおいて、前記溶融樹脂を飢餓状態とすることと、前記飢餓ゾーンに一定圧力の前記物理発泡剤を含む加圧流体を導入し、前記飢餓ゾーンを前記一定圧力に保持することと、前記飢餓ゾーンを前記一定圧力に保持した状態で、前記飢餓ゾーンにおいて、前記飢餓状態の溶融樹脂と前記一定圧力の物理発泡剤を含む加圧流体とを接触させることと、前記物理発泡剤を含む加圧流体を接触させた前記溶融樹脂を発泡成形体に成形することとを含む製造方法が提供される。

本参考態様においては、前記飢餓ゾーンにおいて、前記物理発泡剤を含む加圧流体で前記溶融樹脂を加圧してもよく、前記発泡成形体の製造中、常時、前記飢餓ゾーンを前記一定圧力に保持してもよく、前記溶融樹脂に接触した前記物理発泡剤は、前記溶融樹脂に浸透してもよい。また、前記一定圧力が、１ＭＰａ〜１５ＭＰａであってもよい。

前記可塑化シリンダには、前記溶融樹脂の流動方向における上流側から、圧縮ゾーン及び前記飢餓ゾーンがこの順に隣接して設けられ、前記圧縮ゾーンに、前記溶融樹脂の流動抵抗を高める機構を設けることにより、前記圧縮ゾーンの前記溶融樹脂の圧力を高め、前記飢餓ゾーンにおいて前記溶融樹脂を飢餓状態としてもよい。前記導入口の内径が、前記可塑化シリンダの内径の２０％〜１００％であってもよく、前記導入口を常時、開放していてもよい。

前記可塑化シリンダは、前記導入口に接続する導入速度調整容器を有し、前記製造方法は、前記物理発泡剤を含む加圧流体を前記導入速度調整容器に供給することを更に含み、前記導入速度調整容器から、前記飢餓ゾーンに一定圧力の物理発泡剤を含む加圧流体を導入してもよい。前記導入速度調整容器の容積が、５ｍＬ〜１０Ｌであってもよい。また、本実施形態の製造方法は、更に、前記導入口から前記溶融樹脂が膨出することを検出することと、前記導入口から前記溶融樹脂が膨出することを検出したとき、前記可塑化シリンダの駆動を停止することを含んでもよい。

本発明に従えば、発泡成形体を製造する製造装置であって、熱可塑性樹脂が可塑化溶融されて溶融樹脂となる可塑化ゾーンと、前記溶融樹脂が飢餓状態となる飢餓ゾーンとを有し、前記飢餓ゾーンに物理発泡剤を導入するための導入口が形成された可塑化シリンダと、前記可塑化シリンダに物理発泡剤を供給する物理発泡剤供給機構とを有し、前記飢餓ゾーンに一定圧力の前記物理発泡剤を含む加圧流体を導入し、前記飢餓ゾーンを前記一定圧力に保持し、前記飢餓ゾーンを前記一定圧力に保持した状態で、前記飢餓ゾーンにおいて、前記飢餓状態の溶融樹脂と前記一定圧力の物理発泡剤を含む加圧流体とを接触させ、前記物理発泡剤を含む加圧流体を接触させた前記溶融樹脂を発泡成形体に成形する製造装置が提供される。
前記製造装置は、前記導入口に接続する導入速度調整容器を更に有してもよく、前記物理発泡剤供給機構は、前記導入速度調整容器に接続し、前記導入速度調整容器を介して前記可塑化シリンダに物理発泡剤を供給してもよい。

本態様において、前記導入口の内径が、前記可塑化シリンダの内径の２０％〜１００％であり、前記導入速度調整容器の容積が、５ｍＬ〜１０Ｌであってもよい。また、前記導入速度調整容器が、前記導入口から前記溶融樹脂が膨出することを検出する膨出検出機構を備えてもよい。

本発明の発泡成形体の製造装置は、物理発泡剤の溶融樹脂への導入量、導入時間等を制御する必要が無い。よって、本発明の製造装置は、複雑な制御装置を省略又は簡略化でき、装置コストを削減できる。更に、本発明の発泡成形体の製造装置は、物理発泡剤の溶融樹脂に対する溶解量（浸透量）を単純な機構により安定化できる。

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。 実施形態で用いる発泡成形体の製造装置を示す概略図である。 実施例４で用いる発泡成形体の製造装置を示す概略図である。 実施形態で用いる導入速度調整容器の概略図である。

図１に示すフローチャートを参照しながら、本実施形態の発泡成形体の製造方法について説明する。

（１）発泡成形体の製造装置
まず、本実施形態で用いる発泡成形体を製造する製造装置について説明する。本実施形態では、図２に示す製造装置（射出成形装置）１０００を用いて発泡成形体を製造する。製造装置１０００は、主に、スクリュ２０が内設された可塑化シリンダ２１０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機構であるボンベ１００と、金型２５１が設けられた型締めユニット２５０と、可塑化シリンダ２１０及び型締めユニット２５０を動作制御するための制御装置（不図示）を備える。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、図２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内部においては図２における右手を「上流」または「後方」、左手を「下流」または「前方」と定義する。

可塑化シリンダは、熱可塑性樹脂が可塑化溶融されて溶融樹脂となる可塑化ゾーン２１と、可塑化ゾーン２１の下流側に、溶融樹脂が飢餓状態となる飢餓ゾーン２３とを有する。「飢餓状態」とは、溶融樹脂が飢餓ゾーン２３内に充満せずに未充満となる状態である。したがって、飢餓ゾーン２３内には、溶融樹脂の占有部分以外の空間が存在する。また、飢餓ゾーン２３に物理発泡剤を導入するための導入口２０２が形成されており、導入口２０２には、導入速度調整容器３００が接続している。ボンベ１００は、導入速度調整容器３００を介して可塑化シリンダ２１０に物理発泡剤を供給する。

尚、製造装置１０００は、飢餓ゾーン２３を１つしか有していないが、本実施形態に用いられる製造装置は、これに限定されない。例えば、溶融樹脂への物理発泡剤の浸透を促進するために、飢餓ゾーン２３及びそこに形成される導入口２０２を複数有し、複数の導入口２０２から物理発泡剤を可塑化シリンダ２１０に導入する構造であってもよい。また、製造装置１０００は射出成形装置であるが、本実施形態に用いられる製造装置は、これに限定されず、例えば、図３に示すような押出成形装置２０００であってもよい。押出成形装置２０００の詳細については、実施例４において後述する。

（２）発泡成形体の製造方法
まず、可塑化シリンダ２１０の可塑化ゾーン２１において、熱可塑性樹脂を可塑化溶融して溶融樹脂とする（図１のステップ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樹脂（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合樹脂）、ポリフェニレンスルファイド、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。これらの熱可塑性樹脂は、単独で用いても、二種類以上を混合して用いてもよい。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。熱可塑性樹脂には、発泡核剤として機能する無機フィラーや溶融張力を高める添加剤を混合することが好ましい。これらを混合することで、発泡セルを微細化できる。本実施形態の熱可塑性は、必要に応じてその他の汎用の各種添加剤を含んでもよい。

本実施形態では、図２に示すスクリュ２０が内設された可塑化シリンダ２１０内で熱可塑性樹脂の可塑化溶融を行う。可塑化シリンダ２１０の外壁面にはバンドヒータ（図示せず）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、更にスクリュ２０の回転による剪断発熱も加わり、熱可塑性樹脂が可塑化溶融される。

次に、飢餓ゾーン２３に一定圧力の物理発泡剤を導入し、飢餓ゾーン２３を前記一定圧力に保持する（図１のステップＳ２）。

物理発泡剤としては、加圧流体を用いる。本実施形態において「流体」とは、液体、気体、超臨界流体のいずれかを意味する。また、物理発泡剤は、コストや環境負荷の観点から、二酸化炭素、窒素等が好ましい。本実施形態の物理発泡剤の圧力は比較的低圧であるため、例えば、窒素ボンベ、二酸化炭素ボンベ、空気ボンベ等の流体が貯蔵されたボンベから、減圧弁により一定圧力に減圧して取り出した流体を用いることができる。この場合、昇圧装置が不要となるので、製造装置全体のコストを低減できる。また、必要であれば所定の圧力まで昇圧した流体を物理発泡剤として用いてもよい。例えば、物理発泡剤として窒素を使用する場合、以下の方法で物理発泡剤を生成できる。まず、大気中の空気をコンプレッサーで圧縮しながら窒素分離膜を通して窒素を精製する。次に、精製した窒素をブースターポンプやシリンジポンプ等を用いて所定圧力まで昇圧し、物理発泡剤を生成する。

飢餓ゾーン２３に導入する物理発泡剤の圧力は一定であり、導入される物理発泡剤と同一の一定圧力に飢餓ゾーン２３の圧力は保持される。この物発泡剤の圧力は、１ＭＰａ〜１５ＭＰａであることが好ましく、２ＭＰａ〜１０ＭＰａであることがより好ましく、２ＭＰａ〜８ＭＰａであることが更により好ましい。溶融樹脂の種類により最適な圧力は異なるが、物理発泡剤の圧力を１ＭＰａ以上とすることで、発泡させるのに必要な量の物理発泡剤を溶融樹脂内に浸透させることができ、１５ＭＰａ以下とすることで、装置負荷を低減できる。尚、溶融樹脂を加圧する物理発泡剤の圧力が「一定である」とは、所定圧力に対する圧力の変動幅が、好ましくは±１０％以内、より好ましくは±５％以内であることを意味する。飢餓ゾーンの圧力は、例えば、可塑化シリンダ２１０の導入口２０２に対向する位置に設けられた圧力センサ（不図示）により測定される。

本実施形態では、図２に示すように、ボンベ１００から導入速度調整容器３００を介し、導入口２０２から飢餓ゾーン２３へ物理発泡剤を供給する。物理発泡剤は、減圧弁１５１を用いて所定の圧力に減圧した後、昇圧装置等を経ることなく、導入口２０２から飢餓ゾーン２３で導入される。本実施形態では、可塑化シリンダ２１０に導入する物理発泡剤の導入量、導入時間等を制御しない。そのため、それらを制御する機構、例えば、逆止弁や電磁弁等を用いた駆動弁は不要であり、導入口２０２は、駆動弁を有さず、常に開放されている。本実施形態では、ボンベ１００から供給される物理発泡剤により、減圧弁１５１から、導入速度調整容器３００を経て、可塑化シリンダ２１０内の飢餓ゾーン２３まで、一定の物理発泡剤の圧力に保持される。

物理発泡剤の導入口２０２は、従来の製造装置の物理発泡剤の導入口と比較して内径が大きい。このため、比較的低圧の物理発泡剤であっても、可塑化シリンダ２１０内に効率良く導入できる。また、溶融樹脂の一部が導入口２０２に接触して固化した場合であっても、内径が大きいため、完全に塞がることなく導入口として機能できる。一方、導入口２０２の内径が大き過ぎると、溶融樹脂の滞留が発生して成形不良の原因となり、また、導入口２０２に接続する導入速度調整容器３００が大型化して装置全体のコストが上昇する。具体的には、導入口２０２の内径は、可塑化シリンダ２１０の内径の２０％〜１００％であることが好ましく、３０％〜８０％であることがより好ましい。または、可塑化シリンダ２１０の内径に依存せず、導入口２０２の内径は、３ｍｍ〜１００ｍｍが好ましく、５ｍｍ〜５０ｍｍがより好ましい。

導入口２０２に接続する導入速度調整容器３００は、一定以上の容積を有することで、可塑化シリンダ２１０へ導入される物理発泡剤の流速を緩やかにし、導入速度調整容器３００内に物理発泡剤が滞留できる時間を確保できる。加熱させた可塑化シリンダ２１０の近傍に滞留することで、物理発泡剤は加温され、物理発泡剤と溶融樹脂との温度差が小さくなり、物理発泡剤の溶融樹脂への溶解量（浸透量）を安定化できる。即ち、導入速度調整容器３００は、バッファー容器として機能する。一方で、導入速度調整容器３００は、その容積が大きすぎると、装置全体のコストが上昇する。導入速度調整容器３００の容積は、飢餓ゾーン２３に存在する溶融樹脂の量にも依存するが、５ｍＬ〜１０Ｌであることが好ましく、１０ｍＬ〜１Ｌがより好ましい。導入速度調整容器３００の容積をこの範囲とすることで、コストを考慮しながら物理発泡剤が滞留できる時間を確保できる。

また、後述するように物理発泡剤は溶融樹脂に接触して浸透することにより、可塑化シリンダ２１０内で消費される。飢餓ゾーン２３の圧力を一定に保持するために、消費された分の物理発泡剤が導入速度調整容器３００から飢餓ゾーン２３へ導入される。導入速度調整容器３００の容積が小さすぎると、物理発泡剤の置換頻度が高くなるため、物理発泡剤の温度が不安定となり、その結果、物理発泡剤の供給が不安定になる虞がある。したがって、導入速度調整容器３００は、１〜１０分間に可塑化シリンダにおいて消費される量の物理発泡剤が滞留できる容積を有することが好ましい。

尚、導入速度調整容器３００は、可塑化シリンダ２１０と別個体の容器であってもよいし、可塑化シリンダ２１０と一体に形成され、可塑化シリンダ２１０の一部を構成してもよい。また、本実施形態では、飢餓ゾーン２３に物理発泡剤のみを導入するが、本発明の効果に影響を与えない程度に、物理発泡剤以外の他の加圧流体を同時に飢餓ゾーン２３に導入してもよい。この場合、飢餓ゾーン２３に導入される物理発泡剤を含む加圧流体は、上述の一定圧力を有する。

次に、溶融樹脂を飢餓ゾーン２３へ流動させ、飢餓ゾーン２３において溶融樹脂を飢餓状態とする（図１のステップＳ３）。飢餓状態は、飢餓ゾーン２３の上流から飢餓ゾーン２３への溶融樹脂の送り量と、飢餓ゾーン２３からその下流への溶融樹脂の送り量とのバランスで決定され、前者の方が少ないと飢餓状態となる。

本実施形態では、以下に説明する方法により溶融樹脂を飢餓状態とする。本実施形態で用いる可塑化シリンダ２１０は、飢餓ゾーン２３の上流に、飢餓ゾーン２３に隣接して配置され、溶融樹脂が圧縮されて圧力が高まる圧縮ゾーン２２を有する。圧縮ゾーン２２には、上流側に位置する可塑化ゾーン２１よりもスクリュ２０の軸の直径を大きく（太く）し、スクリュフライトを段階的に浅くした大径部分２０Ａを設け、更に、飢餓ゾーン２３との境にリング２６を設ける。リング２６は半割り構造であり、それら２分割してスクリュ２０に被せて設置する。スクリュの軸の直径を大きくすると、可塑化シリンダ２１０の内壁とスクリュ２０のクリアランスが縮小し、下流に送る樹脂供給量を低減できるため、溶融樹脂の流動抵抗を高められる。また、スクリュ２０にリング２６を設けることによっても同様に溶融樹脂の流動抵抗を高められる。したがって、本実施形態において、大径部分２０Ａ及びリング２６は、溶融樹脂の流動抵抗を高める機構である。

大径部分２０Ａ及びリング２６の存在により圧縮ゾーン２２から飢餓ゾーン２３に供給される樹脂流量が低下し、上流側の圧縮ゾーン２２においては溶融樹脂が圧縮されて圧力が高まり、下流側の飢餓ゾーン２３においては、溶融樹脂が未充満（飢餓状態）となる。溶融樹脂の飢餓状態を促進するために、スクリュ２０は、圧縮ゾーン２２に位置する部分と比較して、即ちリング２６の上流側の部分と比較して、飢餓ゾーン２３に位置する部分、即ちリング２６の下流側の部分の軸の直径が小さく（細く）、且つスクリュフライトが深い構造を有する。更に、スクリュ２０は、圧縮ゾーン２２に位置する部分と比較して、飢餓ゾーン２３全体に亘って、そこに位置する部分の軸の直径が小さく（細く）、且つスクリュフライトが深い構造を有することが好ましい。更に、飢餓ゾーン２３全体に亘って、スクリュ２０の軸の直径及びスクリュフライトの深さは、略一定であることが好ましい。これにより、飢餓ゾーン２３における圧力を略一定に保持し、溶融樹脂の飢餓状態を安定化できる。本実施形態においては、飢餓ゾーン２３は、図２に示すように、スクリュ２０において、リング２６の下流であって、スクリュ２０の軸の直径及びスクリュフライトの深さが一定である部分に形成される。

圧縮ゾーン２２に設けられる溶融樹脂の流動抵抗を高める機構は、圧縮ゾーン２２から飢餓ゾーン２３へ供給される樹脂流量を制限するために一時的に溶融樹脂が通過する流路面積を縮小させる機構であれば、特に制限されない。本実施形態では、スクリュの大径部分２０Ａ及びリング２６の両方を用いたが、片方のみ用いてもよい。スクリュの大径部分２０Ａ、リング２６以外の流動抵抗を高める機構としては、スクリュフライトが他の部分とは逆向きに設けられた構造、スクリュ上に設けられたラビリンス構造等が挙げられる。

溶融樹脂の流動抵抗を高める機構は、スクリュとは別部材のリング等としてスクリュに設けてもよいし、スクリュの構造の一部としてスクリュと一体に設けてもよい。溶融樹脂の流動抵抗を高める機構は、スクリュとは別部材のリング等として設けると、リングを変更することにより溶融樹脂の流路であるクリアランス部の大きさを変更できるので、容易に溶融樹脂の流動抵抗の大きさを変更できるという利点がある。

また、融樹脂の流動抵抗を高める機構以外に、飢餓ゾーン２３から上流の圧縮ゾーン２２へ溶融樹脂の逆流を防止する逆流防止機構（シール機構）を圧縮ゾーン２２の飢餓ゾーン２３との境界に設けることによっても、飢餓ゾーン２３において溶融樹脂を飢餓状態にできる。例えば、物理発泡剤の圧力により上流側に移動可能なリング、鋼球等のシール機構が挙げられる。但し、逆流防止機構は駆動部を必要とするため、樹脂滞留の虞がある。このため、駆動部を有さない流動抵抗を高める機構の方が好ましい。

本実施形態では、飢餓ゾーン２３における溶融樹脂の飢餓状態を安定化させるために、可塑化シリンダ２１０へ供給する熱可塑性樹脂の供給量を制御してもよい。熱可塑性樹脂の供給量が多すぎると飢餓状態を維持することが困難となるからである。例えば、汎用のフィーダースクリュを用いて、熱可塑性樹脂の供給量を制御する。

更に、本実施形態の製造方法は、導入口２０２から溶融樹脂が膨出することを検出することと、導入口２０２から溶融樹脂が膨出することを検出したとき、可塑化シリンダ２１０を含む製造装置１０００の駆動を停止することを含んでもよい。飢餓ゾーン２３は、スクリュ２０のフライトが深く、堆積する樹脂量が少ないため、導入口２０２の内径が大きくとも、溶融樹脂が導入口２０２から膨出することは少ない。しかし、以下に述べる理由により、本実施形態の成形装置１０００は、導入口２０２からの溶融樹脂の膨出することを検出する膨出検出機構を備えることが好ましい。飢餓ゾーン２３において、溶融樹脂の飢餓状態を維持するためには、圧縮ゾーン２２における樹脂の流動性（流れ易さ）と飢餓ゾーン２３における流動性に一定以上の差がある必要がある。この流動性の差を得るために、圧縮ゾーン２２に供給される溶融樹脂の量、流動抵抗となるリング２６の外径、計量条件等の最適化が必要である。一旦、安定な成形条件を見出せば安定した成形が行なえるが、最適な成形条件に到るまでは、導入口２０２から溶融樹脂が膨出する虞がある。したがって、特に発泡成形体を量産する場合には、量産前に、膨出検出機構を備えた成形機を用いて製造条件の最適化を行うことが好ましい。

本実施形態では、導入速度調整容器３００に加圧雰囲気においても樹脂の膨出を安定に機械的に検出できる膨出検出機構３１０を設ける。図４に示すように、導入速度調整容器３００は、下部が導入口２０２に接続し、内部に物理発泡剤が滞留する空間３８を有する円筒状の本体３０と、本体３０に接続して空間３８密閉し、空間３８に連通する貫通孔３７が形成されている蓋３１とを有する。空間３８には、配管１５４によりボンベ１００が接続し、配管１５４を介して物理発泡剤が供給される。物理発泡剤が滞留するため、空間３８は常に加圧状態である。加圧状態の空間３８を確実に密閉するため、蓋３１はシール３６を有する。導入速度調整容器３００が備える膨出検出機構３１０は、空間３８及び貫通孔３７内に配置され、ベントから膨出する溶融樹脂が接触することにより、その位置が上方向に変位する検出ロッド３２（移動部材）と、貫通孔3７を塞ぐように蓋３１の上に配置され、検出ロッド３２の位置変位を非接触で高精度に検出する磁気センサ３３（検出部）とを有する。磁気センサ３３は、信号線３４により成形装置１０００の制御装置（不図示）に接続する。

検出ロッド３２は、上部が貫通孔３７内に保持され、下部が貫通孔３７から空間３８内に延び、更に下端部３２ａは導入口２０２内に挿入される。また、検出ロッド３２は、上端部に永久磁石３５を有する。検出ロッド３２は、周囲の部品に干渉されずに無負荷で貫通孔３７内に保持されているため、加圧雰囲気下においても容易に上方向（磁気センサ３３に向かう方向）に移動できる。

導入口２０２から溶融樹脂が膨出しようとした場合、溶融樹脂はロッド３２の下端部３２ａに接触し、検出ロッド３２を上方向に押し上げる。これに伴い永久磁石３５の位置も上方向に変位する。磁気センサ３３は、永久磁石３５の僅かな位置変位を非接触で高精度に検出し、信号線３４を介して製造装置１０００の制御装置（不図示）に信号を送る。これにより制御装置は樹脂の膨出を検出する。そして、制御装置はエラー信号を発信して、可塑化シリンダ２１０を含む製造装置１０００の駆動を停止させる。これにより、導入速度調整容器３００の空間３８が溶融樹脂で満杯となり、蓋３１を本体３０から取り外せない等のトラブルを防げる。

本実施形態において、溶融樹脂の流動方向における飢餓ゾーン２３の長さは、溶融樹脂と物理発泡剤との接触面積や接触時間を確保するために長いほうが好ましいが、長すぎると成形サイクルやスクリュ長さが長くなる弊害生じる。このため、飢餓ゾーンの長さは、可塑化シリンダ２１０の内径の２倍〜１２倍が好ましく、４倍〜１０倍がより好ましい。また、飢餓ゾーン２３の長さは、射出成形における計量ストロークの全範囲を賄うことが好ましい。即ち、溶融樹脂の流動方向における飢餓ゾーン２３の長さは、射出成形における計量ストロークの長さ以上であることが好ましい。溶融樹脂の可塑化計量及び射出に伴ってスクリュ２０は前方及び後方に移動するが、飢餓ゾーン２３の長さを計量ストロークの長さ以上とすることで、発泡成形体の製造中、常に、導入口２０２を飢餓ゾーン２３内に配置する（形成する）ことができる。換言すれば、発泡成形体の製造中にスクリュ２０が前方及び後方に動いても、飢餓ゾーン２３以外のゾーンが、導入口２０２の位置に来ることはない。これにより、導入口２０２から導入される物理発泡剤は、発泡成形体の製造中、常に、飢餓ゾーン２３に導入される。このように十分且つ適当な大きさ（長さ）を有する飢餓ゾーンを設け、そこに一定圧力の物理発泡剤を導入することで、飢餓ゾーン２３を一定圧力により保持し易くなる。本実施形態においては、飢餓ゾーン２３の長さは、図２に示すように、スクリュ２０において、リング２６の下流であり、スクリュ２０の軸の直径及びスクリュフライトの深さが一定である部分の長さと略同一である。

次に、飢餓ゾーン２３を一定圧力に保持した状態で、飢餓ゾーン２３において飢餓状態の溶融樹脂と一定圧力の前記物理発泡剤とを接触させる（図１のステップＳ４）。即ち、飢餓ゾーン２３において、溶融樹脂を物理発泡剤により一定圧力で加圧する。飢餓ゾーン２３は溶融樹脂が未充満（飢餓状態）であり物理発泡剤が存在できる空間があるため、物理発泡剤と溶融樹脂とを効率的に接触させることができる。溶融樹脂に接触した物理発泡剤は、溶融樹脂に浸透して消費される。物理発泡剤が消費されると、導入速度調整容器３００中に滞留している物理発泡剤が飢餓ゾーン２３に供給される。これにより、飢餓ゾーン２３の圧力は一定圧力に保持され、溶融樹脂は一定圧力の物理発泡剤に接触し続ける。

従来の物理発泡剤を用いた発泡成形では、可塑化シリンダに所定量の高圧の物理発泡剤を所定時間内に強制的に導入していた。したがって、物理発泡剤を高圧力に昇圧し、溶融樹脂への導入量、導入時間等を正確に制御する必要があり、物理発泡剤が溶融樹脂に接触するのは、短い導入時間のみであった。これに対して本実施形態では、可塑化シリンダ２１０に物理発泡剤を強制的に導入するのではなく、飢餓ゾーン２３の圧力が一定となるように、一定圧力の物理発泡剤を連続的に可塑化シリンダ内に供給し、連続的に物理発泡剤を溶融樹脂に接触させる。これにより、温度及び圧力により決定される溶融樹脂への物理発泡剤の溶解量（浸透量）が、安定化する。また、本実施形態の物理発泡剤は、常に溶融樹脂に接触しているため、必要十分な量の物理発泡剤が溶融樹脂内に浸透できる。これにより、本実施形態で製造する発泡成形体は、従来の物理発泡剤を用いた成形方法と比較して低圧の物理発泡剤を用いているのにもかかわらず、発泡セルが微細である。

また、本実施形態の製造方法は、物理発泡剤の導入量、導入時間等を制御する必要が無いため、逆止弁や電磁弁等の駆動弁、更にこれらを制御する制御機構が不要となり、装置コストを抑えられる。また、本実施形態で用いる物理発泡剤は従来の物理発泡剤よりも低圧であるため装置負荷も小さい。

本実施形態では、発泡成形体の製造中、常に、飢餓ゾーン２３を一定圧力に保持する。つまり、可塑化シリンダ内で消費された物理発泡剤を補うために、前記一定圧力の物理発泡剤を連続的に供給しながら、発泡成形体の製造方法の全ての工程が実施される。また、本実施形態では、例えば、連続で複数ショットの射出成形を行う場合、射出工程、成形体の冷却工程及び成形体の取出工程が行われている間も、次のショット分の溶融樹脂が可塑化シリンダ内で準備されており、次のショット分の溶融樹脂が物理発泡剤により一定圧力で加圧される。つまり、連続で行う複数ショットの射出成形では、可塑化シリンダ内に、溶融樹脂と一定圧力の物理発泡剤が常に存在して接触している状態、つまり、可塑化シリンダ内で溶融樹脂が物理発泡剤により一定圧力で常時、加圧された状態で、可塑化計量工程、射出工程、成形体の冷却工程、取り出し工程等を含む、射出成形の１サイクルが行われる。同様に、押出成形等の連続成形を行う場合にも、可塑化シリンダ内に、溶融樹脂と一定圧力の物理発泡剤が常に存在して接触している状態、つまり、可塑化シリンダ内で溶融樹脂が物理発泡剤により一定圧力で常時、加圧された状態で成形が行われる。

次に、物理発泡剤を接触させた溶融樹脂を発泡成形体に成形する（図１のステップＳ５）。本実施形態で用いる可塑化シリンダ２１０は、飢餓ゾーン２３の下流に、飢餓ゾーン２３に隣接して配置され、溶融樹脂が圧縮されて圧力が高まる再圧縮ゾーン２４を有する。まず、可塑化スクリュ２０の回転により、飢餓ゾーン２３の溶融樹脂を再圧縮ゾーン２４に流動させる。物理発泡剤を含む溶融樹脂は、再圧縮ゾーン２４において圧力調整され、可塑化スクリュ２０の前方に押し出されて計量される。このとき、可塑化スクリュ２０の前方に押し出された溶融樹脂の内圧は、可塑化スクリュ２０の後方に接続する油圧モータ又は電動モータ（不図示）により、スクリュ背圧として制御される。本実施形態では、溶融樹脂から物理発泡剤を分離させずに均一相溶させ、樹脂密度を安定化させるため、可塑化スクリュ２０の前方に押し出された溶融樹脂の内圧、即ち、スクリュ背圧は、一定に保持されている飢餓ゾーン２３の圧力よりも１〜４ＭＰａ程度高く制御することが好ましい。尚、本実施形態では、スクリュ２０前方の圧縮された樹脂が上流側に逆流しないように、スクリュ２０の先端にチェックリング５０が設けられる。これにより、計量時、飢餓ゾーン２３の圧力は、スクリュ２０前方の樹脂圧力に影響されない。

発泡成形体の成形方法は、特に限定されず、例えば、射出発泡成形、押出発泡成形、発泡ブロー成形等により成形体を成形できる。本実施形態では、図２に示す可塑化シリンダ２１０から、金型２５１内のキャビティ２５３に、計量した溶融樹脂を射出充填して射出発泡成形を行う。射出発泡成形としては、金型キャビティ２５３内に、金型キャビティ容積の７５％〜９５％の充填容量の溶融樹脂を充填して、気泡が拡大しながら金型キャビティを充填するショートショット法を用いてもよいし、また、金型キャビティ容積１００％の充填量の溶融樹脂を充填した後、キャビティ容積を拡大させて発泡させるコアバック法を用いてもよい。得られる発泡成形体は内部に発泡セルを有するため、熱可塑性樹脂の冷却時の収縮が抑制されてヒケやソリが軽減され、低比重の成形体を得られる。

以上説明した本実施形態の製造方法では、物理発泡剤の溶融樹脂への導入量、導入時間等を制御する必要がため、複雑な制御装置を省略又は簡略化でき、装置コストを削減できる。また、本実施形態の発泡成形体の製造方法は、飢餓ゾーン２３を一定圧力に保持した状態で、飢餓ゾーン２３において、飢餓状態の溶融樹脂と前記一定圧力の物理発泡剤とを接触させる。これにより、物理発泡剤の溶融樹脂に対する溶解量（浸透量）を単純な機構により安定化できる。

以下、本発明について実施例及び比較例を用いて更に説明する。但し、本発明は、以下に説明する実施例及び比較例に限定されるものではない。

［実施例１］
本実施例では、熱可塑性樹脂としてミネラル強化ポリアミド６（ＰＡ６）を用い、物理発泡剤として窒素を利用して発泡成形体を製造した。

（１）製造装置
本実施例では、上述した実施形態で用いた図２に示す製造装置１０００を用いた。製造装置１０００の詳細について説明する。上述のように、製造装置１０００は射出成形装置であり、可塑化シリンダ２１０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機構であるボンベ１００と、金型２５１が設けられた型締めユニット２５０と、可塑化シリンダ２１０及び型締めユニット２５０を動作制御するための制御装置（不図示）を備える。

可塑化シリンダ２１０のノズル先端２９には、エアシリンダの駆動により開閉するシャットオフバルブ２８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２５１が密着し、金型２５１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。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及び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が形成される。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、導入速度調整容器３００が配設される。導入速度調整容器３００には、ボンベ１００が、バッファータンク１５３、減圧弁１５１及び圧力計１５２を介して、配管１５４により接続する。また、可塑化シリンダ２１０の導入口２０２に対向する位置には、圧力をモニターするセンサ（不図示）が設けられている。

スクリュ２０は、熱可塑性樹脂の可塑化溶融を促進し、溶融樹脂の計量及び射出を行うため、可塑化シリンダ２１０内において回転及び進退自在に配設されている。スクリュ２０には、上述したように、溶融樹脂の流動抵抗を高める機構として、半割り形状のリング２６及びスクリュ２０の大径部分２０Ａが設けられている。

可塑化シリンダ２１０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(不図示)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。スクリュ２０に設けられたリング２６及び大径部分２０Ａの存在により、リング２６の上流側では、溶融樹脂が圧縮されて圧力が高まり、リング２６の下流側では、溶融樹脂が未充満（飢餓状態）となる。更に下流に送られた溶融樹脂は、射出前に可塑化シリンダ２１０の先端付近において再圧縮されて計量される。

これにより、可塑化シリンダ２１０内では、上流側から順に、熱可塑性樹脂が可塑化溶融される可塑化ゾーン２１、溶融樹脂が圧縮されて圧力が高まる圧縮ゾーン２２、溶融樹脂が未充満となる飢餓ゾーン２３、飢餓ゾーンにおいて減圧された溶融樹脂が再度圧縮される再圧縮ゾーン２４が形成される。スクリュ２０に設けられたリング２６は、圧縮ゾーン２２の飢餓ゾーン２３との境界に位置する。また、物理発泡剤が導入される導入口２０２は、飢餓ゾーン２３に設けられる。

製造装置１０００において、可塑化シリンダ２１０の内径は３５ｍｍであり、導入口２０２の内径は８ｍｍであった。したがって、導入口２０２の内径は、可塑化シリンダ２１０の内径の約２３％であった。導入速度調整容器３００の容積は、約８０ｍＬであった。また、本実施例では、キャビティ２５３の大きさが１００ｍｍ×２００ｍｍ×３ｍｍである金型を用いた。

（２）発泡成形体の製造
本実施例では、ボンベ１００として、窒素が１４.５ＭＰａで充填された容積４７Ｌの窒素ボンベを用いた。まず、減圧弁１５１の値を４ＭＰａに設定し、ボンベ１００を開放し、容積０．９９Ｌのバッファー容器１５３、減圧弁１５１、圧力計１５２、更に導入速度調整容器３００を介して、可塑化シリンダ２１０の導入口２０２から、飢餓ゾーン２３へ４ＭＰａの窒素を供給した。成形体の製造中、ボンベ１００は常時、開放した状態とした。

可塑化シリンダ２１０において、バンドヒータ（不図示）により、可塑化ゾーン２１を２２０℃、圧縮ゾーン２２を２４０℃、飢餓ゾーン２３を２２０℃、再圧縮ゾーン２４を２４０℃に調整した。そして、樹脂供給用ホッパ２１１から熱可塑性樹脂の樹脂ペレット（東洋紡製、グラマイドＴ７７７−０２）を供給し、スクリュ２０を正回転させた。これにより、可塑化ゾーン２１において、熱可塑性樹脂を加熱、混練し、溶融樹脂とした。スクリュ２０を背圧６ＭＰａ、回転数１００ｒｐｍにて正回転することにより、溶融樹脂を可塑化ゾーン２１から圧縮ゾーン２２に流動させ、更に、飢餓ゾーン２３に流動させた。

溶融樹脂は、スクリュ大径部分２０Ａ及びリング２６と、可塑化シリンダ２１０の内壁との隙間から飢餓ゾーン２３へ流動するため、飢餓ゾーン２３への溶融樹脂の供給量が制限された。これにより、リング２６の上流側の圧縮ゾーン２２においては溶融樹脂が圧縮されて圧力が高まり、下流側の飢餓ゾーン２３においては、溶融樹脂が未充満（飢餓状態）となった。飢餓ゾーン２３では、溶融樹脂が未充満（飢餓状態）であるため、溶融樹脂が存在しない空間に導入口２０２から導入された物理発泡剤（窒素）が存在し、その物理発泡剤により溶融樹脂は加圧された。

更に、溶融樹脂は再圧縮ゾーン２４に送られて再圧縮され、可塑化シリンダ２１０の先端部において１ショット分の溶融樹脂が計量された。その後、シャットオブバルブ２８を開放して、キャビティ２５３内に、キャビティ２５３の容積の９０％の充填率となる様に溶融樹脂を射出充填して平板形状の発泡成形体を成形した（ショートショット法）。成形後、発泡成形体が冷却するのを待って、金型内から発泡成形体を取り出した。冷却時間は、１０秒とした。成形サイクルは１８秒であり、ソリッド成形体（無発泡の成形体）の成形サイクルと同等の値であった。

以上説明した成形体の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。１００個の発泡成形体の製造中、常時、圧力センサ（不図示）により可塑化シリンダ２１０内の飢餓ゾーン２３の圧力を計測した。その結果、飢餓ゾーン２３の圧力は、常に４ＭＰａで一定であった。また、飢餓ゾーン２３へ供給される窒素の圧力を示す圧力計１５２の値も、発泡成形体の製造中、常時、４ＭＰａであった。以上から、可塑化計量工程、射出工程、成形体の冷却工程、取り出し工程等を含む射出成形の１サイクルを通して、飢餓ゾーン２３において、４ＭＰａの窒素により溶融樹脂が、常時、加圧されていたこと、及び１００個の成形体の連続成形の間、飢餓ゾーン２３において、窒素により溶融樹脂が、常時、加圧されていたことが確認できた。また、１００個の発泡成形体の製造中、膨出検出機構３１０は溶融樹脂の膨出を検出せず、飢餓ゾーン２３の状態が安定であったことが確認された。

得られた１００個の発泡成形体の重量ばらつきを標準偏差（σ）を重量平均値（ａｖｅ.）で割った値（σ／ａｖｅ．（％））で評価した。その結果、（σ／ａｖｅ．）＝０．２１％であった。同様の評価をソリッド成形体（無発泡の成形体）で行ったところ、（σ／ａｖｅ．）＝０．２２％で、本実施例と同等の値であった。この結果から、本実施例の発泡成形体の重量安定性は、ソリッド成形体と同等であることがわかった。

本実施例では、ソリッド成形体と比較して比重が約１０％程度軽く、ソリが矯正された発泡成形体を連続的に安定して製造できた。比重低減率は、物理発泡剤の溶解量（浸透量）に影響を受けると考えられる。この結果から、物理発泡剤の溶融樹脂に対する溶解量（浸透量）が安定化していたことがわかった。また、分離したガスが成形体表面にて転写して表面性を悪化させるスワールマークは、僅かな発生にとどまっていた。更に、得られた発泡成形体断面の発泡セル状態を観察した。この結果、発泡セルの平均セル径は２０μｍと微細であることがわかった。

［実施例２］
本実施例では、物理発泡剤として二酸化炭素用いた。したがって、物理発泡剤供給装置であるボンベ１００として、圧力６ＭＰａ液体二酸化炭素ボンベを用いた。そして、減圧弁１５１の値を４．５ＭＰａに設定した。それ以外は、実施例１と同様の方法により、連続して１００個の発泡成形体を製造した。

発泡成形体の製造中、常時、圧力センサ（不図示）により可塑化シリンダ２１０内の飢餓ゾーン２３の圧力を計測した。その結果、飢餓ゾーン２３の圧力は、常に４．５ＭＰａで一定であった。また、飢餓ゾーン２３へ供給される二酸化炭素の圧力を示す圧力計１５２の値も、発泡成形体の製造中、常時、４．５ＭＰａであった。以上から、可塑化計量工程、射出工程、成形体の冷却工程、取り出し工程等を含む射出成形の１サイクルを通して、飢餓ゾーン２３において、４．５ＭＰａの二酸化炭素により溶融樹脂が、常時、加圧されていたこと、及び１００個の成形体の連続成形の間、飢餓ゾーン２３において、二酸化炭素により溶融樹脂が、常時、加圧されていたことが確認できた。また、１００個の発泡成形体の製造中、膨出検出機構３１０は溶融樹脂の膨出を検出せず、飢餓ゾーン２３の状態が安定であったことが確認された。

得られた１００個の発泡成形体の重量ばらつきを標準偏差（σ）を重量平均値（ａｖｅ.）で割った値（σ／ａｖｅ．（％））で評価した。その結果、（σ／ａｖｅ．）＝０．２４％であった。同様の評価をソリッド成形体（無発泡の成形体）で行ったところ、実施例１の場合と同様に、（σ／ａｖｅ．）＝０．２２％であり、本実施例と同等の値であった。この結果から、本実施例の発泡成形体の重量安定性は、ソリッド成形体と同等であることがわかった。

本実施例では、ソリッド成形体と比較して、比重が約１０％程度軽く、ソリが矯正された発泡成形体を連続的に安定して製造できた。この結果から、物理発泡剤の溶融樹脂に対する溶解量（浸透量）が安定化していたことがわかった。更に、得られた発泡成形体断面の発泡セル状態を観察した。この結果、発泡セルの平均セル径は８０μｍと実施例１と比較して大きかった。本実施例と実施例１との発泡セルの大きさの相違は、物理発泡剤の種類の相違に起因すると推測される。

本実施例の結果から、物理発泡剤として二酸化炭素を用いた場合も、飢餓ゾーン２３の圧力保持を簡便な方法で行うことができ、物理発泡剤として窒素を用いた実施例１と同様の効果を得られることが分かった。

［実施例３］
本実施例では、熱可塑性樹脂として、無機フィラーを含むポリプロピレン（ＰＰ）樹脂を用いた。また、減圧弁１５１の値を８ＭＰａに設定し、発泡体成形方法としてコアバック法を用いた。それ以外は、実施例１と同様の方法により、発泡成形体を製造した。

無機フィラーなどの強化材を含まないＰＰ樹脂ペレット（プライムポリマー製、プライムポリプロ Ｊ１０５Ｇ）と、無機フィラーとしてタルクを８０重量％含むマスターバッチペレット（出光ライオンコンポジット製、ＭＰ４８０）とを重量比率が８０：２０となるように混合した。実施例１と同様に、樹脂供給用ホッパ２１１から混合した樹脂材料を樹可塑化シリンダ２１０内へ供給し、可塑化シリンダ２１０内で樹脂材料の可塑化計量を行った。シャットオブバルブ３６を開放して、キャビティ２５３内にキャビティ２５３の容積の１００％の充填率となる様に溶融樹脂を射出充填し、その３秒後に、型締めユニット２５０を後退駆動させてキャビティ容積が１００％から２００％に拡大するように金型を開いて発泡成形体を成形した（コアバック法）。成形後、発泡成形体が冷却するのを待って、金型内から発泡成形体を取り出した。冷却時間は、３０秒とした。尚、本実施例ではコアバック法を用いたため、ショートショット法を用いた実施例１と比較して、成形体の肉厚が増え断熱効果が高くなるため、冷却時間を実施例１より長くした。

以上説明した成形体の射出成形を連続して３０ショット行い、３０個の発泡成形体を得た。発泡成形体の製造中、常時、圧力センサ（不図示）により可塑化シリンダ２１０内の飢餓ゾーン２３の圧力を計測した。その結果、飢餓ゾーン２３の圧力は、常に８ＭＰａで一定であった。また、飢餓ゾーン２３へ供給される窒素の圧力を示す圧力計１５２の値も、発泡成形体の製造中、常時、８ＭＰａであった。以上から、可塑化計量工程、射出工程、成形体の冷却工程、取り出し工程等を含む射出成形の１サイクルを通して、飢餓ゾーン２３において、８ＭＰａの窒素により溶融樹脂が、常時、加圧されていたこと、及び３０個の成形体の連続成形の間、飢餓ゾーン２３において、窒素により溶融樹脂が、常時、加圧されていたことが確認できた。

本実施例では、ソリッド成形体と比較して、比重が約４８％程度軽く、ソリが矯正された発泡成形体を連続的に安定して製造できた。この結果から、物理発泡剤の溶融樹脂に対する溶解量（浸透量）が安定化していたことがわかった。また、得られた発泡成形体の表面状態を観察した。分離したガスが成形体表面に転写して表面性を悪化させるスワールマークは、僅かな発生にとどまっていた。更に、得られた発泡成形体断面の発泡セル状態を観察した。発泡セルの平均セル径は３５μｍと微細であった。

［実施例４］
本実施例では、図３に示す製造装置２０００を用いて、連続的にシート状の発泡成形体を押出成形により製造した。本実施例では、熱可塑性樹脂として、非強化ポリアミド６（ＰＡ６）（東レ製、アミランＣＭ１０２１ＦＳ）を用いた。また、物理発泡剤としては、空気中の窒素を精製、圧縮して用いた。

（１）製造装置
製造装置２０００は押出成形装置であり、スクリュ４０が内設された可塑化シリンダ４１０と、物理発泡剤を可塑化シリンダ４１０に供給する物理発泡剤を可塑化シリンダ４１０に供給する物理発泡剤供給機構５００と、可塑化シリンダ４１０を動作制御するための制御装置（不図示）を備える。実施例１で用いた図２に示す可塑化シリンダ２１０と同様に、可塑化シリンダ４１０内において可塑化溶融された溶融樹脂は、図３における右手から左手に向かって流動する。したがって本実施例の可塑化シリンダ４１０内部においては図３における右手を「上流」または「後方」、左手を「下流」または「前方」と定義する。

可塑化シリンダ４１０の先端には、ダイス４２０が設けられており、ダイス４２０から溶融樹脂が大気中に押し出されることにより溶融樹脂が押出成形される。可塑化シリンダ４１０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４１０に供給するための樹脂供給口４０１及び物理発泡剤を可塑化シリンダ４１０内に導入するための２個の導入口４０２Ａ，４０２Ｂが形成される。樹脂供給口４０１には、樹脂供給用ホッパ４１１及びフィードスクリュ４１２が配設され、導入口４０２Ａ，４０２Ｂには、それぞれ導入速度調整容器３００Ａ，３００Ｂが配設される。導入速度調整容器３００Ａ，３００Ｂは、実施例１で用いた図４に示す導入速度調整容器３００と同様の構造を有する。導入速度調整容器３００Ａ，３００Ｂには、物理発泡剤供給機構５００が、バッファータンク１５３、減圧弁１５１及び圧力計１５２を介して接続する。また、可塑化シリンダ４１０の導入口４０２Ａ，４０２Ｂに対向する位置には、圧力をモニターするセンサ（不図示）がそれぞれ設けられている。

スクリュ４０は、熱可塑性樹脂の可塑化溶融を促進するため、可塑化シリンダ４１０内において回転自在に配設されている。スクリュ４０には、溶融樹脂の流動抵抗を高める機構として、半割り形状のリング４６、スクリュ４０の大径部分４０Ａ，４０Ｂが設けられている。

可塑化シリンダ４１０では、樹脂供給口４０１から可塑化シリンダ４１０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(不図示)によって可塑化されて溶融樹脂となり、スクリュ４０が正回転することにより下流に送られる。溶融樹脂は、スクリュ４０の大径部分４０Ａ及びリング４６の存在により、リング４６の上流側では、溶融樹脂が圧縮されて圧力が高まり、リング４６の下流側では、溶融樹脂が未充満（飢餓状態）となる。更に下流に送られた溶融樹脂は、スクリュ４０の大径部分４０Ｂの存在により、圧縮されて圧力が高まり、大径部分４０Ｂの下流側では、再度、溶融樹脂が未充満（飢餓状態）となる。更に下流に送られた樹脂は、押出前に、可塑化シリンダ４１０の先端付近において再圧縮された後、ダイス４２０から押出される。

これにより、可塑化シリンダ４１０内では、上流側から順に、熱可塑性樹脂が可塑化溶融される可塑化ゾーン４１、溶融樹脂が圧縮されて圧力が高まる第１圧縮ゾーン４２Ａ、溶融樹脂が未充満となる第１飢餓ゾーン４３Ａ、溶融樹脂が、再度、圧出される第２圧縮ゾーン４２Ｂ、溶融樹脂が、再度、未充満となる第２飢餓ゾーン４３Ｂ、飢餓ゾーンにおいて減圧された溶融樹脂が再度圧縮される再圧縮ゾーン４４が形成される。スクリュ４０に設けられたリング４６は、第1圧縮ゾーン４２Ａの第1飢餓ゾーン４３Ａとの境界に位置し、スクリュ４０の大径部分４０Ａ，４０Ｂは、それぞれ、第１圧縮ゾーン４２Ａ、第２圧縮ゾーン４２Ｂに配置される。また、物理発泡剤が導入される導入口４０２Ａ，４０２Ｂは、それぞれ、第１飢餓ゾーン４３Ａ、第２飢餓ゾーン４３Ｂに設けられる。このように、可塑化シリンダ４１０では、飢餓ゾーン及び導入口を２個有し、２個の導入口から物理発泡剤を可塑化シリンダに導入する。

物理発泡剤供給機構５００は、大気中の空気をコンプレッサーで圧縮しながら窒素分離膜を通して窒素を精製する窒素発生装置５１と、精製した窒素を所定圧力まで昇圧する、エアー駆動のブースターポンプ５２とを有する。

製造装置２０００において、可塑化シリンダ４１０の内径は、３５ｍｍであり、第１及び第２導入口４０２Ａ，４０２Ｂの内径は、共に８ｍｍであった。したがって、第１及び第２導入口４０２の内径は、共に可塑化シリンダ４１０の内径の２３％であった。導入速度調整容器３００Ａ，３００Ｂの容積は、共に約８０ｍＬであった。また、本実施例では、シート状の成形物が得られるよう、押出口が直線（フラット）状のダイス４２０を用いた。シートの厚みに相当する押出口の隙間の大きさは、０．２ｍｍであった。

（２）発泡成形体の製造
まず、物理発泡剤供給機構５００の窒素発生装置５１において、大気中の空気をコンプレッサーで圧縮しながら窒素分離膜を通して、圧力０．８ＭＰａの窒素を精製した。次に、ブースターポンプ５２により精製した窒素を１０ＭＰａまで昇圧し、バッファータンク１５３に蓄圧した。減圧弁１５１の値を６ＭＰａに設定し、バッファータンク１５３から、減圧弁１５１、圧力計１５２を介して２つの導入速度調整容器３００Ａ，３００Ｂに窒素を分配し、更に、導入速度調整容器３００Ａ，３００Ｂから、可塑化シリンダ４１０の第1及び第２飢餓ゾーン４３Ａ，４３Ｂへ６ＭＰａの窒素をそれぞれ供給した。

可塑化シリンダ４１０において、バンドヒータ（不図示）により、可塑化ゾーン４１を２４０℃、第１及び第２圧縮ゾーン４２Ａ，４２Ｂを２５０℃、第１及び第２飢餓ゾーン４３Ａ，４３Ｂを２２０℃、再圧縮ゾーン４４を２４０℃に調整した。そして、樹脂供給用ホッパ４１１から熱可塑性樹脂の樹脂ペレットを供給し、スクリュ４０を正回転させた。これにより、可塑化ゾーン４１において、熱可塑性樹脂を加熱、混練し、溶融樹脂とした。本実施例では、第１及び第２飢餓ゾーン４３Ａ，４３Ｂの飢餓状態を安定に維持するため、フィードスクリュ４１２を用いて、ホッパ４１１から可塑化シリンダ４１０への樹脂ペレットの供給量を制限した。樹脂ペレットの送り量を少なくすることで、可塑化溶融ゾーン４１の溶融樹脂を少なくできる。これにより、下流の第１及び第２飢餓ゾーン４３Ａ，４３Ｂでの飢餓状態が安定化した。スクリュ４０を回転数１５０ｒｐｍで正回転し続けることにより、溶融樹脂を可塑化ゾーン４１から第１圧縮ゾーン４２Ａに流動させ、更に、第１飢餓ゾーン４３Ａに流動させた。

溶融樹脂は、スクリュの大径部分４０Ａ及びリング４６と、可塑化シリンダ４１０の内壁との隙間から第１飢餓ゾーン４３へ流動するため、第１飢餓ゾーン４３への溶融樹脂の供給量が制限された。これにより、リング４６の上流側の第１圧縮ゾーン４２Ａにおいては溶融樹脂が圧縮されて圧力が高まり、下流側の第１飢餓ゾーン４３Ａにおいては、溶融樹脂が未充満（飢餓状態）となった。第１飢餓ゾーン４３Ａでは、溶融樹脂が未充満（飢餓状態）であるため、溶融樹脂が存在しない空間に導入口４０２Ａから導入された窒素が存在し、その窒素により溶融樹脂は加圧された。更に、溶融樹脂は下流に送られ、同様に、第２圧縮ゾーン４２Ｂにおいて圧縮され、第２飢餓ゾーン４３Ｂにおいて、再び飢餓状態となり、窒素により加圧された。このように本実施例では、第１及び第２飢餓ゾーン４３Ａ，４３Ｂにおいて、物理発泡剤である窒素により溶融樹脂を２回加圧する。これにより、溶融樹脂に浸透する物理発泡剤の量が増加した。

更に、溶融樹脂を再圧縮ゾーン４４に送り再圧縮した後、ダイス４２０から大気中に連続的に押出し、長さ１０ｍのシート状の発泡成形体を得た。本実施例では、溶融樹脂をダイス４２０の押出口の隙間の大きさの５倍に発泡させ、厚み１．０ｍｍのシートを得た。

発泡成形体の製造中、常時、圧力センサ（不図示）により可塑化シリンダ４１０内の第１及び第２飢餓ゾーン４３Ａ，４３Ｂの圧力を計測した。その結果、第１及び第２飢餓ゾーン４３Ａ，４３Ｂの圧力は、常に６ＭＰａで一定であった。また、第１及び第２飢餓ゾーン４３Ａ，４３Ｂ供給される窒素の圧力を示す圧力計１５２の値も、発泡成形体の製造中、常時、６ＭＰａであった。以上から、第１及び第２飢餓ゾーン４３Ａ，４３Ｂにおいて、押出成形中、常時、６ＭＰａの窒素により溶融樹脂が加圧されていたことが確認できた。また、発泡成形体の製造中、膨出検出機構３１０は溶融樹脂の膨出を検出せず、第１及び第２飢餓ゾーン４３Ａ，４３Ｂの状態が安定であったことが確認された。

本実施例では、発泡成形体を連続的に安定して製造できた。この結果から、物理発泡剤の溶融樹脂に対する溶解量（浸透量）が安定化していたことがわかった。また、得られた発泡成形体断面の発泡セル状態を観察した。発泡セルの平均セル径は２０μｍと微細であった。

［実施例５］
本実施例では、実施例１で用いた製造装置１０００において、物理発泡剤の導入口２０２の内径を１ｍｍとした以外は実施例１と同様の射出成形を連続して１００ショット行った。したがって、本実施例における導入口２０２の内径は、可塑化シリンダ２１０の内径（３５ｍｍ）の約２．９％であった。

本実施例では、５０ショットまでは、実施例１と同様の特性を有する発泡成形体を製造することができた。５０個の発泡成形体の製造中、実施例１と同様に、可塑化計量工程、射出工程、成形体の冷却工程、取り出し工程等を含む射出成形の１サイクルを通して、飢餓ゾーン２３において、４ＭＰａの窒素により溶融樹脂が、常時、加圧されていたこと、及び５０個の成形体の連続成形の間、飢餓ゾーン２３において、窒素により溶融樹脂が、常時、加圧されていたことが確認できた。

しかし、５０ショットを越えてから徐々に成形体の発泡性が低下し、８０ショット以降は発泡セルを有する成形体を製造することができなかった。１００ショットの射出成形後、導入速度調整容器３００を取り外して導入口２０２を確認したところ、導入口２０２は樹脂が詰まり塞がっていた。導入口２０２が塞がったため、物理発泡剤の可塑化シリンダ内への導入が阻害され、５０ショットを越えて以降、成形体の発泡性が低下したと推測される。本実施例の結果から、連続して発泡成形体を製造する場合には、導入口２０２の内径が大きい方が好ましいことがわかった。

[比較例１]
本比較例では、実施例１で用いた製造装置１０００において、導入速度調整容器３００に金属の詰め物をして、その容積を１ｍｌとした以外は実施例１と同様の射出成形を連続して１００ショット行った。

１００個の発泡成形体の製造中、常時、圧力センサ（不図示）により可塑化シリンダ２１０内の飢餓ゾーン２３の圧力を計測した。その結果、飢餓ゾーン２３の圧力は、４ＭＰａ±１ＭＰａの範囲で変動した。物理発泡剤の導入圧力（４ＭＰａ）に対する、飢餓ゾーン２３の圧力の変動幅（２ＭＰａ）は５０％であり、本比較例では、飢餓ゾーン２３を物理発泡剤の一定圧力に保持することができなかった。この原因は、導入速度調整容器３００の容積が小さかったためと推測される。

得られた１００個の発泡成形体の重量ばらつきを標準偏差（σ）を重量平均値（ａｖｅ.）で割った値（σ／ａｖｅ．（％））で評価した。その結果、（σ／ａｖｅ．）＝０．８２％であり、実施例１と比較して重量のばらつきが大きかった。また、得られた発泡成形体の表面状態を観察した。その結果、成形体の外観から、成形体の発泡状態が不安定であったことがわかった。

［実施例６］
本実施例では、実施例１で用いた製造装置１０００において、物理発泡剤の導入口２０２の内径を３３ｍｍとした以外は実施例１と同様の射出成形を連続して２１００ショット行った。したがって、本実施例における導入口２０２の内径は、可塑化シリンダ２１０の内径（３５ｍｍ）の約９４％であった。

最初の１００ショット、即ち、始めの１００個の発泡成形体の製造中、常時、圧力センサ（不図示）により可塑化シリンダ２１０内の飢餓ゾーン２３の圧力を計測した。その結果、飢餓ゾーン２３の圧力は、常に４ＭＰａで一定であった。また、飢餓ゾーン２３へ供給される窒素の圧力を示す圧力計１５２の値も、発泡成形体の製造中、常時、４ＭＰａであった。以上から、可塑化計量工程、射出工程、成形体の冷却工程、取り出し工程等を含む射出成形の１サイクルを通して、飢餓ゾーン２３において、４ＭＰａの窒素により溶融樹脂が、常時、加圧されていたこと、及び１００個の成形体の連続成形の間、飢餓ゾーン２３において、窒素により溶融樹脂が、常時、加圧されていたことが確認できた。また、１００個の発泡成形体の製造中、膨出検出機構３１０は溶融樹脂の膨出を検出せず、飢餓ゾーン２３の状態が安定であったことが確認された。

得られた１００個の発泡成形体の重量ばらつきを標準偏差（σ）を重量平均値（ａｖｅ.）で割った値（σ／ａｖｅ．（％））で評価した。その結果、（σ／ａｖｅ．）＝０．２１％であった。同様の評価をソリッド成形体（無発泡の成形体）で行ったところ、（σ／ａｖｅ．）＝０．１８％で、本実施例と同等の値であった。この結果から、本実施例の発泡成形体の重量安定性は、ソリッド成形体と同等であることがわかった。

本実施例では、ソリッド成形体と比較して比重が約１０％程度軽く、ソリが矯正された発泡成形体を連続的に安定して製造できた。比重低減率は、物理発泡剤の溶解量（浸透量）に影響を受けると考えられる。この結果から、物理発泡剤の溶融樹脂に対する溶解量（浸透量）が安定化していたことがわかった。また、分離したガスが成形体表面にて転写して表面性を悪化させるスワールマークは、僅かな発生にとどまっていた。更に、得られた発泡成形体断面の発泡セル状態を観察した。この結果、発泡セルの平均セル径は２０μｍと微細であることがわかった。

更に、本実施例では、２０００ショットを越えても、先に評価した１００個の成形体と同等の特性を有する成形体を安定に成形できることが確認できた。

［実施例７］
本実施例では、実施例１で用いた製造装置１０００において、物理発泡剤の導入口２０２の内径を３７ｍｍとした以外は実施例１と同様の射出成形を連続して１１００ショット行った。したがって、本実施例における導入口２０２の内径は、可塑化シリンダ２１０の内径（３５ｍｍ）の約１０６％であった。

最初の５０ショット、即ち、始めの５０個の発泡成形体の製造中、常時、圧力センサ（不図示）により可塑化シリンダ２１０内の飢餓ゾーン２３の圧力を計測した。その結果、５０個の発泡成形体の製造中、実施例１と同様に、可塑化計量工程、射出工程、成形体の冷却工程、取り出し工程等を含む射出成形の１サイクルを通して、飢餓ゾーン２３において、４ＭＰａの窒素により溶融樹脂が、常時、加圧されていたこと、及び５０個の成形体の連続成形の間、飢餓ゾーン２３において、窒素により溶融樹脂が、常時、加圧されていたことが確認できた。

本実施例では、５０ショットを越えても安定に成形体を成形できていた。しかし、１０００ショット程度において成形体にヤケ（焼け）が発生し始めた。「ヤケ（焼け）」とは、成形体の表面に黒い燃焼物が発生する現象である。１１００ショットの射出成形後、導入速度調整容器３００を取り外して導入口２０２を確認したところ、導入口２０２の周囲に変色した樹脂が付着していた。本実施例では、導入口２０２が可塑化シリンダ２１０の内径の約１０６％と、やや大きい。このため、導入口２０２近傍で溶融樹脂の滞留が発生し、これが成形体のヤケの原因になったと推測される。

［実施例８］
本実施例では、実施例１で用いた製造装置１０００において、物理発泡剤の導入口２０２の内径を５ｍｍとした以外は実施例１と同様の射出成形を連続して４００ショット行った。したがって、本実施例における導入口２０２の内径は、可塑化シリンダ２１０の内径（３５ｍｍ）の約１４％であった。

最初の５０ショット、即ち、始めの５０個の発泡成形体の製造中、常時、圧力センサ（不図示）により可塑化シリンダ２１０内の飢餓ゾーン２３の圧力を計測した。その結果、５０個の発泡成形体の製造中、実施例１と同様に、可塑化計量工程、射出工程、成形体の冷却工程、取り出し工程等を含む射出成形の１サイクルを通して、飢餓ゾーン２３において、４ＭＰａの窒素により溶融樹脂が、常時、加圧されていたこと、及び５０個の成形体の連続成形の間、飢餓ゾーン２３において、窒素により溶融樹脂が、常時、加圧されていたことが確認できた。

本実施例では、５０ショットを越えても、安定に成形体を成形できていた。しかし、２００ショットを越えてから徐々に成形体の発泡性が低下し、３００ショット以降は発泡セルを有する成形体を製造することができなかった。４００ショットの射出成形後、導入速度調整容器３００を取り外して導入口２０２を確認したところ、導入口２０２は樹脂が詰まり塞がっていた。導入口２０２が塞がったため、物理発泡剤の可塑化シリンダ内への導入が阻害され、２００ショットを越えて以降、成形体の発泡性が低下したと推測される。本実施例の結果から、連続して発泡成形体を製造する場合には、導入口２０２の内径がある程度大きい方が好ましいことがわかった。

本発明の製造方法は、物理発泡剤に関わる装置機構を簡略化できる。また、発泡性に優れた発泡成形体を低コストで、効率よく製造できる。

２０，４０ スクリュ
２１，４１ 可塑化ゾーン
２２，４２Ａ，４２Ｂ 圧縮ゾーン
２３，４３Ａ，４３Ｂ 飢餓ゾーン
２４，４４ 再圧縮ゾーン
２６，４６ リング
１００ ボンベ
２１０，４１０ 可塑化シリンダ
２５０ 型締めユニット
３００，３００Ａ，３００Ｂ 導入速度調整容器
４２０ ダイス
５００ 物理発泡剤供給機構
１０００，２０００ 製造装置

Claims (1)

1. 発泡成形体を製造する製造装置であって、
   熱可塑性樹脂が可塑化溶融されて溶融樹脂となる可塑化ゾーンと、前記溶融樹脂が飢餓状態となる飢餓ゾーンとを有し、前記飢餓ゾーンに物理発泡剤を導入するための導入口が形成された可塑化シリンダと、
   前記可塑化シリンダに物理発泡剤を供給する物理発泡剤供給機構とを有し、
   前記飢餓ゾーンに一定圧力の前記物理発泡剤を含む加圧流体を導入し、前記飢餓ゾーンを前記一定圧力に保持し、
   前記飢餓ゾーンを前記一定圧力に保持した状態で、前記飢餓ゾーンにおいて、前記飢餓状態の溶融樹脂と前記一定圧力の物理発泡剤を含む加圧流体とを接触させ、
   前記物理発泡剤を含む加圧流体を接触させた前記溶融樹脂を発泡成形体に成形する製造装置。

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