JP2019104125A - 発泡成形体の製造方法及び製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】成形サイクルが短く、発泡性能が良好な発泡成形体の製造方法の提供。【解決手段】可塑化シリンダ２１０の飢餓ゾーン２３に一定圧力の物理発泡剤を含む加圧流体を導入し、飢餓ゾーン２３を前記一定圧力に保持することと、可塑化シリンダの混練ゾーン２５において、物理発泡剤と溶融樹脂を混練することと、飢餓ゾーン２３を前記一定圧力に保持した状態で、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み、可塑化スクリュ２０が、可塑化シリンダ２１０の長手方向における位置が固定されており、可塑化シリンダ２１０の内径（Ｄ）に対する、可塑化シリンダ２１０の長手方向における飢餓ゾーンの長さ（Ｌ）の比率（Ｌ/Ｄ）が、０．５〜６である発泡成形体の製造方法。【選択図】図２

Description

本発明は、発泡成形体の製造方法及び製造装置に関する。

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）。

一方、特許文献４〜６に開示される発泡成形方法では、物理発泡剤の溶融樹脂への溶解量は、導入する物理発泡剤の圧力、及び可塑化シリンダ内の物理発泡剤が導入される部分の圧力によって決定される（圧力制御）。特許文献４〜６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。

特許第２６２５５７６号公報 特許第３７８８７５０号公報 特許第４１４４９１６号公報 特開２００１−３４１１５２号公報 特開２００４−２３７５２２号公報 特開２００１−９８８２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。

特許文献４〜６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。しかし、特許文献４〜６に開示される射出成形装置では、発泡成形体の発泡性能を向上させるために、スクリュストロークの長さより、飢餓ゾーンを長くすることが望ましい。このため、特許文献４〜６に開示される射出成形装置は、可塑化シリンダの内径（Ｄ）に対する、飢餓ゾーンの長さ（Ｌ）の比率（Ｌ/Ｄ）が大きくなり、成形サイクルが長くなり、装置コストも上昇する傾向にあった。

本発明は、上記課題を解決するものであり、成形サイクルが短く、装置コストを削減でき、発泡性能が良好な発泡成形体の製造方法を提供する。

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、可塑化スクリュが回転自在に内設され、上流から順に、可塑化ゾーンと、混練ゾーンと、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を用い、前記製造方法は、前記可塑化ゾーンにおいて、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、前記混練ゾーンにおいて、前記物理発泡剤と前記溶融樹脂を混練することと、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み、前記可塑化スクリュは、前記可塑化シリンダの長手方向における位置が固定されており、前記可塑化シリンダの内径（Ｄ）に対する、前記可塑化シリンダの長手方向における前記飢餓ゾーンの長さ（Ｌ）の比率（Ｌ/Ｄ）が、０．５〜６であ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。

前記可塑化シリンダの内径（Ｄ）に対する、前記可塑化シリンダの長手方向における前記飢餓ゾーンの長さ（Ｌ）の比率（Ｌ/Ｄ）が、２〜４であってもよい。また、前記可塑化シリンダは、前記可塑化ゾーンと前記混練ゾーンとの間に、更に溶融樹脂を圧縮する圧縮ゾーンを有してもよい。そして、前記混練ゾーンにおける前記溶融樹脂の充填率が、前記圧縮ゾーンにおける前記溶融樹脂の充填率よりも低く、前記飢餓ゾーンにおける前記溶融樹脂の充填率よりも高くてもよい。

前記可塑化スクリュの前記混練ゾーンに位置する部分には、前記溶融樹脂と前記物理発泡剤とを混練する混練機構が設けられており、前記混練機構により、前記溶融樹脂と前記物理発泡剤とを混練してもよい。前記混練機構が、前記溶融樹脂を減圧する減圧部及び前記溶融樹脂を圧縮する圧縮部であり、前記減圧部のスクリュ径は、前記圧縮ゾーンに位置する部分のスクリュ径よりも小さく、前記圧縮部のスクリュ径は、前記減圧部のスクリュ径よりも大きくてもよい。また、前記混練機構が、ラビリンス構造、逆ネジ構造又は二条ネジ構造であってもよい。

前記混練ゾーンにおいて、前記溶融樹脂の減圧及び圧縮を行うことにより、前記物理発泡剤と前記溶融樹脂を混練してもよい。また、前記製造装置は、前記可塑化シリンダの先端が接続し、プランジャーが進退可能に内設された射出シリンダと、前記射出シリンダのノズル先端が接続する、内部にキャビティが形成された金型とを更に有してもよい。そして、前記製造方法は、前記可塑化シリンダから、前記射出シリンダ内へ、前記物理発泡剤を含む溶融樹脂を供給することと、前記射出シリンダから、前記金型の前記キャビティ内に、前記溶融樹脂を射出充填することとを更に含んでもよい。

本発明の第２の態様に従えば、発泡成形体を製造する製造装置であって、可塑化スクリュが回転自在に内設され、上流側から順に、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、物理発泡剤と前記溶融樹脂を混練する混練ゾーンと、前記溶融樹脂が飢餓状態となる飢餓ゾーンとを有し、前記飢餓ゾーンに前記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、前記可塑化スクリュは、前記可塑化シリンダの長手方向における位置が固定されており、前記可塑化シリンダの内径（Ｄ）に対する、前記可塑化シリンダの長手方向における前記飢餓ゾーンの長さ（Ｌ）の比率（Ｌ/Ｄ）が、０．５〜６であることを特徴とする発泡成形体の製造装置が提供される。

本発明の発泡成形体の製造方法は、可塑化シリンダの内径（Ｄ）に対する、飢餓ゾーンの長さ（Ｌ）の比率（Ｌ/Ｄ）を小さくでき、且つ十分な量の物理発泡剤を溶融樹脂に含有させることができる。このため、本発明の発泡成形体の製造方法は、成形サイクルが短く、装置コストを削減でき、発泡成形体の発泡性能が良好である。

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。 図３（ａ）は、図２に示す製造装置の可塑化シリンダ内に設けられる可塑化スクリュの概略図であり、図３（ｂ）及び（ｃ）は、実施形態で用いる可塑化シリンダ内に設けられる可塑化スクリュの他の例の概略図である。 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。

［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が回転自在に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、可塑化シリンダ２１０の先端２９が接続され、プランジャー４０が進退自在に内設された射出シリンダ４１０と、射出シリンダ４１０のノズル先端４９が接続され、内部にキャビティ２５３が形成された金型２５１が設けられた型締めユニット２５０と、可塑化シリンダ２１０、射出シリンダ４１０及び型締めユニット２５０を動作制御する制御装置（不図示）とを備える。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における右上側から左下側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における右上側を「上流」または「後方」、左下側を「下流」または「前方」と定義する。また、射出シリンダ４１０内において、プランジャー４０は、図２における左右方向に進退可能である。本実施形態の射出シリンダ４１０内部において、図２の右方を「後方」、左方を「前方」と定義する。

可塑化シリンダ２１０は、溶融樹脂の流動方向における上流から順に、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、溶融樹脂を圧縮する圧縮ゾーン２２と、物理発泡剤と溶融樹脂を混練する混練ゾーン２５と、溶融樹脂が飢餓状態となる飢餓ゾーン２３とを有する。本実施形態において、圧縮ゾーン２２と、混練ゾーン２５と、飢餓ゾーン２３とは隣接して配置される。ここで「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。

可塑化シリンダ２１０内において、可塑化スクリュ２０は、溶融樹脂の流動方向に移動しない。即ち、可塑化スクリュ２０は、可塑化シリンダ２１０の長手方向における位置が固定されている。可塑化スクリュ２０は、可塑化シリンダ２１０の長手方向における位置が固定された状態で回転し、その回転によって、溶融樹脂は流動方向の上流から下流へ流動する。そして、物理発泡剤を含有した溶融樹脂は、可塑化シリンダ２１０の先端２９から、射出シリンダ４１０内のプランシャー４０前方のスペースへ供給され、プランジャーが前方へ移動する（前進する）ことによって、金型２５１内のキャビティ２５３に射出充填され、発泡成形される。

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、所謂、プリプラ式（pre-plasticizing type）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、押出成形装置であってもよい。

製造装置１０００の詳細な構成については、以下に記載する発泡成形体の製造方法の説明と共に説明する。

［発泡成形体の製造方法］
（１）熱可塑性樹脂の可塑化溶融
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樹脂は、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。

また、本実施形態の熱可塑性樹脂は、汎用の化学発泡剤を含んでもよい。化学発泡剤を少量含有することで、発泡性能を補完することができる。化学発泡剤としては、熱可塑性樹脂が可塑化溶融する温度で分解し、発泡ガスを発生するものであれば特に限定されず、例えば、アゾジカルボンアミド（ＡＤＣＡ）、Ｎ，Ｎ’−ジニトロソペンタメチレンテトラミン、４，４’−オキシビス（ベンゼンスルホニルヒドラジド）、ジフェニルスルホン−３，３’−ジスルホニルヒドラジド、ｐ−トルエンスルホニルセミカルバジド、トリヒドラジノトリアジン及びアゾビスイソブチロニトリルなどの有機発泡剤；クエン酸、シュウ酸、フマル酸、フタル酸、リンゴ酸、酒石酸、シクロヘキサン−１，２−ジカルボン酸、ショウノウ酸、エチレンジアミン四酢酸、トリエチレンテトラミン六酢酸及びニトリロ酸などのポリカルボン酸と、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素ナトリウムアルミニウム、炭酸水素カリウム、炭酸水素アンモニウム及び炭酸アンモニウムなどの無機炭酸化合物との混合物；クエン酸ニ水素ナトリウム及びシュウ酸カリウムなどのポリカルボン酸の塩を用いることができる。これらの化学発泡剤は、単独で用いても、二種類以上を混合して用いてもよい。分解時に発生する副生成物の観点からは、炭酸水素塩などの無機系発泡剤が好ましく、特に炭酸水素ナトリウムが好ましい。炭酸水素ナトリウム等の炭酸水素塩の分解時の副生成物は、主に二酸化炭素と水であり、製造装置や金型を汚染する虞が少ない。

化学発泡剤は、熱可塑性樹脂中に、０．１重量％〜３重量％含まれることが好ましく、０．１重量％〜１重量％含まれることがより好ましく、０.１重量％〜０．５重量％含まれることが更により好ましい。熱可塑性樹脂中の化学発泡剤の含有量が０．１重量％以上であれば十分に発泡性能を補完することができ、３重量％以下であれば、化学発泡剤の副生成物に起因する汚染物（コンタミネーション）が金型や押出ダイ等に付着する虞もない。

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。

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。

（２）飢餓ゾーンの圧力保持
次に、一定圧力の物理発泡剤を導入速度調整容器に供給し、導入速度調整容器３００から飢餓ゾーン２３に一定圧力の物理発泡剤を導入して、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。また、圧縮空気を物理発泡剤として利用してもよい。

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、０．５ＭＰａ〜１２ＭＰａが好ましく、１ＭＰａ〜１０ＭＰａがより好ましく、１ＭＰａ〜８ＭＰａ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０．５ＭＰａ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、１２ＭＰａ以下とすることで、装置負荷を低減できる。尚、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±２０％以内、より好ましくは±１０％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の飢餓ゾーン２３内に設けられた圧力センサ（不図示）により測定される。例えば、圧力センサは、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。

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（図４、内径Ｄ１）。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。例えば、可塑化シリンダ２１０の内径Ｄが大きい場合、即ち、可塑化シリンダの外径が大きい場合に、導入口２０２の内径を大きくし易い。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％が好ましい。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〜１５０ｍｍが好ましく、５ｍｍ〜１００ｍｍがより好ましい。ここで、導入口２０２の内径とは、可塑化シリンダ２１０の内壁上における開口部の内径を意味する（図４、内壁２１０ａ上の開口の内径Ｄ１）。また、導入口２０２の形状、即ち、可塑化シリンダ２１０の内壁上における開口部の形状は、真円に限られず、楕円や多角形であってもよい。導入口２０２の形状が楕円や多角形である場合には、導入口２０２の面積と同じ面積の真円におけるその直径を「導入口２０２の内径」と定義する。

＜導入速度調整容器＞
導入口２０２に接続する導入速度調整容器３００について説明する。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。導入速度調整容器３００は、周囲に配置されたバンドヒーター（図示せず）により加熱された可塑化シリンダ２１０に直接接続されることにより、可塑化シリンダ２１０の熱が導入速度調整容器３００に伝導される。これにより、導入速度調整容器３００内部の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、物理発泡剤が接触する溶融樹脂の温度を極度に低下させることを抑制し、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、物理発泡剤の加温機能を有する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〜２０Ｌが好ましく、１０ｍＬ〜２Ｌがより好ましく、１０ｍＬ〜１Ｌが更により好ましい。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。また、例えば、導入速度調整容器３００の容積は、当該導入速度調整容器３００が接続される飢餓ゾーン２３の容積の０．１倍〜５倍が好ましく、０．５倍〜２倍がより好ましい。本実施形態では、飢餓ゾーン２３の容積は、溶融樹脂を含まない、空の可塑化シリンダ２１０において、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が位置する領域（２３）の容積を意味する。

本実施形態で用いる導入速度調整容器３００は、図４に示すように、筒状の容器本体３１０と、容器本体３１０を可塑化シリンダ２１０に連結する連結部材３２０と、容器本体３１０の蓋３３０から主に構成される。筒状の容器本体３１０の一方の端部は、連結部材３２０を介して導入口２０２に接続し、導入口２０２を介して、可塑化シリンダ２１０の飢餓ゾーン２３と、内部空間３１２が連通する。また、筒状の容器本体の他方の端部（導入口２０２と反対側の端部）には、蓋３３０が開閉可能に設けられる。そして、容器本体３１０には、内部空間３１２に物理発泡剤を供給するための配管１５４が接続する。

導入速度調整容器３００の内径の最大値Ｄ２は、導入口の内径Ｄ１より大きいことが好ましい（Ｄ２＞Ｄ１）。導入速度調整容器３００の内径の最大値Ｄ２を導入口２０２の内径Ｄ１より大きくすることにより（Ｄ２＞Ｄ１）、物理発泡剤の流通路が確保し易くなり、また、導入速度調整容器３００の内の物理発泡剤の加温を促進できる。ここで、導入速度調整容器３００の内径の最大値Ｄ２とは、筒状である速度調整容器３００の延在方向（直線ｍ）と直交する、内部空間３１２の断面において、最大の面積を有する断面（以下、「最大断面」と記載する）の内径を意味する。また、最大断面の形状は、真円に限られず、楕円や多角形であってもよい。この場合には、最大断面と同じ面積の真円におけるその直径を「導入速度調整容器３００の内径の最大値Ｄ２」と定義する。

導入速度調整容器３００の導入口の内径（Ｄ１）に対する、導入速度調整容器の内径の最大値（Ｄ２）の比率（Ｄ２／Ｄ１）は、上述の効果を更に促進する観点からは、例えば、１以上であり、２以上が好ましい。一方、装置コスト抑制の観点からは、導入調製容器３００は小さい方が好ましく、上記比率（Ｄ２／Ｄ１）は、例えば、２０以下であり、１０以下が好ましい。

導入速度調整容器３００の容積が大きい場合、図４に示すように、物理発泡剤を加温するため、導入速度調整容器３００の底部に、多数の穴があいたＳＵＳ製の板３１１を容器本体３１０に連結して設置してもよい。容器本体３１０からの熱伝導によって加温された金属板３１１により物理発泡剤の加温が促進され、導入速度調整容器３００内下部における、物理発泡剤の温度勾配を小さくできる。

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。

（３）溶融樹脂と物理発泡剤との混練、及び飢餓状態の溶融樹脂と物理発泡剤との接触
次に、溶融樹脂を可塑化ゾーン２１から、圧縮ゾーン２２、混練ゾーン２５を経て、飢餓ゾーン２３へ流動させる。溶融樹脂は、圧縮ゾーン２２において圧縮された後、混練ゾーン２５において、物理発泡剤と混練され（図１のステップＳ３）、飢餓ゾーン２３において飢餓状態となる（図１のステップＳ４）。そして、飢餓ソーン２３において、飢餓状態の溶融樹脂と物理発泡剤が接触する（図１のステップＳ５）。以下に、圧縮ゾーン２２、混練ゾーン２５及び飢餓ゾーン２３のそれぞれのゾーンについて、更に各ゾーンで行う発泡成形体の製造方法の各工程について説明する。

＜圧縮ゾーン＞
まず、圧縮ゾーン２２について説明する。本実施形態では、圧縮ゾーン２２を飢餓ゾーン２３の上流に設けることにより、飢餓ゾーン２３において溶融樹脂を飢餓状態とする。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、圧縮ゾーン２２を飢餓ゾーン２３の上流に設けることにより、この状態を実現する。

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、大径部分２０Ａの下流側に隣接してシール部２６を設ける。シール部２６は、大径部分２０Ａと同様にスクリュ２０の軸の直径が大きく（太く）、更に、スクリュフライトが設けられておらず、スクリュフライトの代わりにスクリュ２０の軸に浅い溝が複数形成されている。大径部分２０Ａ及びシール部２６は、スクリュ２０の軸の直径を大きくすることにより、可塑化シリンダ２１０の内壁とスクリュ２０のクリアランスを縮小し、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。したがって、本実施形態において、大径部分２０Ａ及びシール部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及びシール部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。また、シール部２６は、物理発泡剤の逆流、即ち、シール部２６の下流側から上流側への物理発泡剤の移動を抑制する効果も奏する。シール部２６は、圧縮ゾーン２２の下流側の端部（混練ゾーン２５側の端部）に設けることが好ましい。これにより、混練ゾーン２５から圧縮ゾーン２２への物理発泡剤の移動を抑制できる。また、同様の機能を有するシール部として、例えば、図３（ｂ）及び（Ｃ）に示すリング２６ｂを用いてもよい。リング２６ｂ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。

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及びシール部２６の両方を用いたが、片方のみを用いてもよい。

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、溶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との間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、このような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。

＜混練ゾーン＞
次に、混練ゾーン２５について説明する。本実施形態では、圧縮ゾーン２２と飢餓ゾーン２３の間に、混練ゾーン２５を設ける。飢餓ゾーン２３に形成される導入口２０２から導入される物理発泡剤は、飢餓ゾーン２３の上流に位置する混練ゾーン２５にも拡散し、混練ゾーン２５において、溶融樹脂と混練される。これにより、後述する飢餓ゾーン２３における溶融樹脂への物理発泡剤の浸透量を補い、十分な量の物理発泡剤を溶融樹脂に含ませることができる。尚、混練ゾーン２５と圧縮ゾーン２２との間のシール部２６により、シール部２６より上流の圧縮ゾーン２２への物理発泡剤の移動は抑制される。

後述する飢餓ゾーン２３では、飢餓状態の溶融樹脂に、物理発泡剤が接触して浸透する。これに対して、混練ゾーン２５では、強制的に溶融樹脂と物理発泡剤を混練する。溶融樹脂と物理発泡剤との混練は、例えば、溶融樹脂と物理発泡剤とを混練する混練機構により行う。本実施形態では、スクリュ２０に設けた混練機構により、溶融樹脂の減圧及び圧縮を行い、これにより、溶融樹脂と物理発泡剤とを混練する。より詳細には、図２及び図３（ａ）に示す可塑化スクリュ２０を用いる。可塑化スクリュ２０は、大径部分２０Ａと小径部分２０Ｂとの間に、減圧部２０Ｃ及び圧縮部２０Ｄを有する。大径部分２０Ａは圧縮ゾーン２２に位置し、減圧部２０Ｃ及び圧縮部２０Ｄは混練ゾーン２５に位置し、小径部分２０Ｂは飢餓ゾーン２３に位置する。減圧部２０Ｃ及び圧縮部２０Ｄが、溶融樹脂と物理発泡剤とを混練する混練機構である。減圧部２０Ｃは、上流から下流に向って連続的にスクリュ径（スクリュの軸の直径）が小さく（細く）なる。圧縮部２０Ｄは、その上流部分及び下流部分と比較して、スクリュ径（スクリュの軸の直径）が大きく、スクリュフライトの深さが浅い。圧縮ゾーン２２から混練ゾーン２５に流動してきた溶融樹脂は、減圧部２０Ｃにおいて減圧された後、圧縮部２０Ｄにより再圧縮され、その後、飢餓ゾーン２３へ流動する。混練ゾーン２５において、溶融樹脂を減圧及び圧縮（加圧）することで、溶融樹脂と物理発泡剤が混練される。

尚、本実施形態で用いたスクリュ２０は、減圧部２０Ｃ及び圧縮部２０Ｄを１組しか有さないが、減圧部２０Ｃ及び圧縮部２０Ｄを複数組有して、複数回、溶融樹脂の減圧及び圧縮を繰り返してもよい。また、スクリュ２０において、減圧部２０Ｃのスクリュ径は上流から下流に向って連続的に小さくなるが、この構成に限定されない。減圧部２０Ｃのスクリュ径は大径部分２０Ａ及び圧縮部２０Ｄのスクリュ径より小さければ、減圧部２０Ｃにおいて溶融樹脂の減圧は可能である。

このように、図３（ａ）に示す可塑化スクリュ２０は、混練ゾーン２５に位置する部分に、減圧部２０Ｃ及び圧縮部２０Ｄを設けることによって、即ち、スクリュフライトの深さを変化させることによって、更に換言すれば、スクリュの軸の径の大きさ（太さ）を変化させることによって、溶融樹脂と物理発泡剤とを混練しているが、本実施形態はこれに限定されない。混練ゾーン２５において、溶融樹脂と物理発泡剤とを混練できる構成であれば、任意の構成の可塑化スクリュを用いることができる。

例えば、図３（ｂ）に示すスクリュ２０ｂを用いることができる。スクリュ２０ｂは、混練ゾーン２５に位置する部分に、複数の切欠きｎが形成されたスクリュフライトＦにより、所謂、ラビリンス構造が形成されている。この場合、ラビリンス構造が、溶融樹脂と物理発泡剤とを混練する混練機構に相当する。混練ゾーン２５において、溶融樹脂はラビリンス構造内を複雑に流動し、これにより、溶融樹脂と物理発泡剤とが混練される。また、スクリュの混練ゾーン２５に位置する部分に、混練機構として、二条ネジ構造ＤＴ（図３（ｃ）、スクリュ２０ｃ）や逆ネジ構造を設けてよい。二条ネジ構造ＤＴや逆ネジ構造によって、混練ゾーン２５内を溶融樹脂は複雑に流動し、これにより、溶融樹脂と物理発泡剤とが混練される。また、ラビリンス構造、二条ネジ構造及び逆ネジ構造を設けた、混練ゾーン２５に位置する部分のスクリュの軸の径は、飢餓ゾーン２３に位置する部分のスクリュの軸の径より大きくてもよい。これにより、混練ゾーン２５において溶融樹脂が圧縮され、溶融樹脂と物理発泡剤との混練が促進される。溶融樹脂と物理発泡剤とを混練する混練機構としては、以上挙げた様々構成を単独で用いてもよいし、２種類以上の構成を組み合わせて用いても良い。

混練ゾーン２５における溶融樹脂の充填率は、圧縮ゾーン２２の溶融樹脂の充填率よりも低く、飢餓ゾーン２３の溶融樹脂の充填率よりも高いことが好ましい。圧縮ゾーン２２の溶融樹脂の充填率は、例えば１００％であってもよい。これにより、飢餓ゾーン２３に導入された物理発泡剤は、圧縮ゾーン２２まで逆流することが抑制される。これに対して、混練ゾーン２５の溶融樹脂の充填率は、１００％未満であることが好ましい。これにより、飢餓ゾーン２３に導入された物理発泡剤が混練ゾーン２５まで逆流してくるスペースが生じる。混練ゾーン２５における溶融樹脂の充填率を圧縮ゾーン２２の溶融樹脂の充填率よりも低くすることで、混練ゾーン２５における溶融樹脂と物理発泡剤との混練を促進できる。また、混練ゾーン２５の溶融樹脂の充填率を飢餓ゾーン２３の溶融樹脂の充填率よりも高くすることで、混練ゾーン２５から飢餓ゾーン２３へ流動した溶融樹脂は、飢餓ゾーンにおいて減圧が促進される。これにより、溶融樹脂中の未溶解の物理発泡剤を取り除くことができ、発泡成形体の表面特性が更に向上する。

溶融樹脂の流動方向における（可塑化シリンダ２１０の長手方向における）混練ゾーン２５の長さ（ＬＫ）は、可塑化シリンダ２１０の内径Ｄの１倍〜６倍が好ましく、２倍〜４倍がより好ましい。混練ゾーン２５の長さがこの範囲であれば、飢餓ゾーン２３における溶融樹脂への物理発泡剤の浸透量を補い、十分な量の物理発泡剤を溶融樹脂に含ませることができる。ここで、混練ゾーン２５の長さとは、例えば、図３（ａ）〜（ｃ）に示すスクリュ２０、２０ｂ、２０ｃにおいて、シール部２６、２６ｂの下流側で且つ小径部分２０Ｂの上流側の部分の長さである。図３（ａ）に示すスクリュ２０においては、混練ゾーン２５の長さは、溶融樹脂の流動方向における減圧部２０Ｃ及び圧縮部２０Ｄの長さの合計である。

＜飢餓ゾーン＞
次に、飢餓ゾーン２３について説明する。上述したように、圧縮ゾーン２２から混練ゾーン２５を経て飢餓ゾーン２３に供給される樹脂流量が低下し、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（図１のステップＳ４）。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、即ちシール部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（小径部分２０Ｂ）を有する。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。

飢餓ゾーン２３において、飢餓ゾーン２３を一定圧力に保持した状態で、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Ｓ５）。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。

本実施形態では、可塑化スクリュ２０が可塑化シリンダ２１０の長手方向に移動する成形装置、例えば、所謂、インライン式射出成形装置と比較して、飢餓ゾーン２３の可塑化シリンダ２１０の長手方向の長さ（Ｌ）を短くできる。飢餓ゾーン２３を短くすることで、成形サイクルを短くすることが可能となり、また装置コストも低減できる。より詳細には、可塑化シリンダ２１０の内径Ｄ（又は、スクリュ２０のスクリュフライトを含めた最大外径）に対する、可塑化シリンダ２１０の長手方向における飢餓ゾーン２３の長さＬの比率（Ｌ／Ｄ）は、０．５〜６である（０．５Ｄ≦Ｌ≦６Ｄ）。比率（Ｌ／Ｄ）は、好ましくは、２〜５であり（２Ｄ≦Ｌ≦５Ｄ）、より好ましくは、２〜４である（２Ｄ≦Ｌ≦４Ｄ）。尚、本実施形態において、飢餓ゾーン２３の長さＬは、図２に示すように、スクリュ２０において、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の長さと略同一である。

本実施形態において、インライン式射出成形装置と比較して、飢餓ゾーン２３の長さ（Ｌ）を短くできる理由を以下に説明する。インライン式射出成形装置では、溶融樹脂の可塑化計量及び射出に伴ってスクリュ２０は可塑化シリンダ２１０内において前方及び後方に移動し、これに伴い、飢餓ゾーン２３も前方及び後方に移動する。このため、成形体の製造中、常に、導入口２０２を飢餓ゾーン２３内に配置するためには、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必要がある。これに対し、本実施形態では、可塑化スクリュ２０は、可塑化シリンダ２１０の長手方向における位置が固定されているため、飢餓ゾーン２３は移動しない。これにより、飢餓ゾーン２３の長さＬを短くしても、導入口２０２を飢餓ゾーン２３内に配置することが可能となる。したがって、本実施形態では、可塑化シリンダ２１０の内径Ｄに対する、飢餓ゾーン２３の長さＬの比率（Ｌ／Ｄ）は、６を超える必要はない。一方、飢餓ゾーン２３の長さＬが短くなると、溶融樹脂と物理発泡剤との接触面積及び接触時間が十分に確保できず、溶融樹脂に十分な物理発泡剤が浸透できない。これは、発泡成形体の発泡性能の低下、例えば、平均セル径の増大を引き起こす虞がある。しかし、本実施形態では、上述したように、飢餓ゾーン２３の上流に混練ゾーン２５を設け、混練ゾーン２５において、溶融樹脂と物理発泡剤の混練を行う。これにより、飢餓ゾーン２３の長さＬを短くしても、十分な量の物理発泡剤を溶融樹脂内に含有させることができる。したがって、本実施形態では、可塑化シリンダ２１０の内径Ｄに対する、飢餓ゾーン２３の長さＬの比率（Ｌ／Ｄ）は、０．５以上であれば、発泡性能に優れ、微細な発泡セルを有する発泡成形体を製造できる。

更に、本実施形態では、混練ゾーン２５において、溶融樹脂に物理発泡剤を強制的に混練した後、物理発泡剤を含む溶融樹脂は飢餓ゾーン２３において樹脂密度が低下し、減圧される。これにより、溶融樹脂に溶解しきれなかった物理発泡剤、即ち、未溶解の物理発泡剤が溶融樹脂から分離し、飢餓ゾーン２３の空間に放出される。未溶解の物理発泡剤を含む溶融樹脂を発泡成形すると、セル径の大きな発泡セルや、成形体のアニール後に発生するブリスター（後膨れ）の原因となる。本実施形態では、混練ゾーン２５を飢餓ゾーンの上流に配置し、比率（Ｌ／Ｄ）を０．５以上とすることで、飢餓ゾーン２３において、溶融樹脂から未溶解の物理発泡剤を十分に取り除くことができる。これにより、より表面特性に優れた微細な発泡セルを有する発泡成形体を得られる。

（４）発泡成形
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Ｓ６）。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る。

可塑化スクリュ２０が更に回転することにより、物理発泡剤を含む溶融樹脂は、可塑化シリンダ２１０の先端２９から、射出シリンダ４１０内へ供給される。射出シリンダ４１０内に供給された物理発泡剤を含む溶融樹脂は、プランジャーによって、金型２５１内のキャビティ２５３に射出充填され、発泡成形される。

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、可塑化シリンダ２１０の長手方向における可塑化スクリュ２０の位置を固定し、飢餓ゾーン２３の長さ（Ｌ）を短くし、更に、飢餓ソーン２３の上流に、混練ゾーン２５を配置した製造装置を用いる。これにより、発泡成形体の発泡性能を低下させることなく、成形サイクルを短くでき、表面特性が良好な発泡成形体を製造できる。更に、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ないため、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タルクを２０重量％含有するポリプロピレン（出光ライオンコンポジット製、４７００Ｇ）を用い、物理発泡剤として窒素を用い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はプリプラ式射出成形装置であり、可塑化シリンダ２１０と、物理発泡剤供給機構であるボンベ１００と、射出シリンダ４１０と、型締めユニット２５０と、可塑化シリンダ２１０、射出シリンダ４１０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）とを備える。

射出シリンダ４１０のノズル先端４９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４８が設けられ、射出シリンダ４１０の内部を高圧に保持できる。ノズル先端４９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４９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、減圧弁１５１、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の飢餓ゾーン２３内には、飢餓ゾーン２３の圧力をモニターするセンサ（不図示）が設けられている。

製造装置１０００において、飢餓ゾーン２３の可塑化シリンダ２１０の長手方向の長さＬは６６ｍｍであり、可塑化シリンダ２１０の内径Ｄは２２ｍｍであった。したがって、可塑化シリンダ２１０の内径Ｄに対する、飢餓ゾーン２３の長さＬの比率（Ｌ／Ｄ）は３であった（Ｌ＝３Ｄ）。また、導入口２０２の内径は６ｍｍであった。したがって、導入口２０２の内径（図４、内径Ｄ１）は、可塑化シリンダ２１０の内径の約２７％であった。また、本実施例では、キャビティの大きさが８ｃｍ×８ｃｍ×２ｍｍ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６ＭＰａに設定し、ボンベ１００を開放し、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６ＭＰａ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２１０℃、圧縮ゾーン２２を１９０℃、混練ゾーン２５及び飢餓ゾーン２３を１８０℃、再圧縮ゾーン２４を２１０℃に調整した。そして、樹脂供給口２０１から熱可塑性樹脂の樹脂ペレット（タルク２０重量％含有ポリプロピレン）を可塑化シリンダ２１０に供給し、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、混練ゾーン２５及び飢餓ゾーン２３に流動させた。

溶融樹脂は、スクリュ大径部分２０Ａ及びシール部２６と、可塑化シリンダ２１０の内壁との隙間から、混練ゾーン２５及び飢餓ゾーン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、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。また、溶融樹脂は、飢餓ゾーン２３に流動する手前（上流側）の混練ゾーン２５において、減圧及び圧縮されることで物理発泡剤と混練され、その後、飢餓ゾーン２３へ流動した。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２９から、射出シリンダ４１０へ送られた。射出シリンダ４１０内では、可塑化シリンダ２１０から溶融樹脂が供給されてくるのと並行してプランジャー４０が後退し、プランジャー４０の前方に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４８を開放して、キャビティ２５３内に、キャビティの容積の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）。発泡成形体が、ソリッド（無発泡成形体）に対して、１０±２重量％軽くなるように、プランジャー４０の射出ストロークを調整した。金型温度は４０℃とした。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、７秒とした。

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６ＭＰａ±１ＭＰａ以内であった。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、６ＭＰａ±１ＭＰａ以内であった。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、６ＭＰａ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、６ＭＰａの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。

１０、５０及び１００ショット目の３個の発泡成形体を抜き取り、成形直後に、６０℃の電気炉に１時間放置した（アニール処理）。溶融樹脂に未溶解の物理発泡剤（余剰な物理発泡剤）が残存したまま成形されると、成形後の成形体表面に、又はアニール処理後の成形体表面に、ブリスター（後膨れ）が発生する場合がある。本実施例の１０、５０及び１００ショット目の３個の発泡成形体は、アニール処理前にブリスターは観察されず、また、アニール処理後もブリスターは観察されなかった。

また、１０、５０及び１００ショット目の３個の発泡成形体の断面をＳＥＭにて観察した。３個の発泡成形体の断面内には、セル径が１００μｍ以上の大きなセルは観察されなかった。更に、３個の発泡成形体の中央部の断面において、発泡セルの平均セル径をもとめた。その結果、平均セル径は３５μｍであり、微細であった。平均セル径は、１ｍｍ×１ｍｍの視野をＳＥＭ観察し、画像解析により視野内のセル径を求め、その平均値とした。

［比較例１］
本比較例では、可塑化シリンダ２１０の長手方向における飢餓ゾーン２３の長さＬを７．３ｃｍと短くした以外は、実施例１で用いた製造装置１０００と同様の構成の製造装置を用いた。即ち、本比較例では、可塑化シリンダ２１０の内径Ｄに対する、飢餓ゾーン２３の長さＬの比率（Ｌ／Ｄ）が１／３であった（Ｌ＝１／３Ｄ）。それ以外は、実施例１と同様の方法により、発泡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、実施例１と同様に、飢餓ゾーン２３の圧力及び圧力計１５２の値は、常に６ＭＰａ±１ＭＰａ以内であった。これから、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、６ＭＰａ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、６ＭＰａの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。

１０、５０及び１００ショット目の３個の発泡成形体を抜き取り、成形直後に、実施例１と同様のアニール処理を行った。本比較例の１０、５０及び１００ショット目の３個の発泡成形体は、アニール処理前にブリスターは観察されなかったものの、アニール処理後に１個にブリスターが観察された。

また、１０、５０及び１００ショット目の３個の発泡成形体の断面をＳＥＭにて観察した。３個の発泡成形体の断面内には、セル径が２００〜５００μｍの大きなセルが散見された。また、実施例１と同様の方法により、発泡セルの平均セル径を求めた。その結果、平均セル径は９０μｍであり、実施例１と比較して大きかった。

本比較例では、飢餓ゾーン２３の長さＬが短いため、即ち、比率（Ｌ/Ｄ）が小さいため、飢餓ゾーン２３において、十分な量の物理発泡剤を溶融樹脂へ浸透させることができず、この結果、発泡性能が低下して、発泡セルの平均セル径が大きくなったと推測される。また、飢餓ゾーン２３の長さＬが短いため、混練ゾーン２５で溶融樹脂に混練された未溶解の物理発泡剤を飢餓ゾーン２３において十分に取り除くことができず、この結果、セル径の大きなセル及びブリスターが発生したと推測される。
［比較例２］
本比較例では、可塑化シリンダ２１０に混練部２５を設けなかった以外は、実施例１で用いた製造装置１０００と同様の構成の製造装置を用い、実施例１と同様の方法により、発泡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、実施例１と同様に、飢餓ゾーン２３の圧力及び圧力計１５２の値は、常に６ＭＰａ±１ＭＰａ以内であった。これから、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、６ＭＰａ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、６ＭＰａ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。

１０、５０及び１００ショット目の３個の発泡成形体を抜き取り、成形直後に、実施例１と同様のアニール処理を行った。本比較例の１０、５０及び１００ショット目の３個の発泡成形体は、アニール処理前にブリスターは観察されなかったものの、アニール処理後に１個にブリスターが観察された。

また、１０、５０及び１００ショット目の３個の発泡成形体の断面をＳＥＭにて観察した。３個の発泡成形体の断面内には、セル径が２００〜５００μｍの大きなセルが散見された。また、実施例１と同様の方法により、発泡セルの平均セル径を求めた。その結果、平均セル径は５０μｍであり、実施例１と比較して大きかったが、比較例１の平均セル径よりは小さかった。

本比較例では、飢餓ゾーン２３の長さＬが比較例１より長い。これにより、比較例１よりも効率的に物理発泡剤を溶融樹脂へ浸透させることができ、このため、比較例１よりも、発泡セルの平均セル径が小さくなったと推測される。しかし、混練ゾーン２５を有さないため、発泡セルの平均セル径が実施例１よりも大きくなったと推測される。

また、本比較例において、セル径の大きなセル及びブリスターが発生した原因は次のように推測される。可塑化シリンダ２１０の再圧縮ゾーン２４では、溶融樹脂の再圧縮により、ブリスター等の原因となる余剰な物理発泡剤（溶融樹脂に未溶解の物理発泡剤）が溶融樹脂内に取り込まれる虞がある。しかし、混練ゾーン２５を有する実施例１では、混練ゾーン２５にて多量の物理発泡剤を混合してから、飢餓ゾーン２３において余剰な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溶解量は飽和濃度に近づき、再圧縮ゾーン２４において新たな物理発泡剤を取り込み難いと考えられる。このため、実施例１で得られた発泡成形体では、セル径の大きなセル及びブリスターが発生しなかった。一方、混練ゾーンを有さない本比較例では、飢餓ゾーン２３において溶融樹脂に浸透する物理発泡剤の量は十分ではなく、飽和溶解度に近づくことができない。このため、再圧縮ゾーン２４において、溶融樹脂は余剰な物理発泡剤を取り込み、セル径の大きなセル及びブリスターが発生したと推測される。

本発明の製造方法は、成形サイクルが短く、装置コストを削減でき、発泡成形体の発泡性能が良好である。

２０ スクリュ
２１ 可塑化ゾーン
２２ 圧縮ゾーン
２３ 飢餓ゾーン
２４ 再圧縮ゾーン
２５ 混練ゾーン
２６ シール部
４０ プランジャー
１００ ボンベ
２１０ 可塑化シリンダ
３００ 導入速度調整容器
４１０ 射出シリンダ
１０００ 製造装置

Claims (15)

1. 発泡成形体の製造方法であって、
   可塑化スクリュが回転自在に内設され、上流から順に、可塑化ゾーンと、混練ゾーンと、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を用い、
   前記製造方法は、
   前記可塑化ゾーンにおいて、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、
   前記混練ゾーンにおいて、前記物理発泡剤と前記溶融樹脂を混練することと、
   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み、
   前記可塑化スクリュは、前記可塑化シリンダの長手方向における位置が固定されており、
   前記可塑化シリンダの内径（Ｄ）に対する、前記可塑化シリンダの長手方向における前記飢餓ゾーンの長さ（Ｌ）の比率（Ｌ/Ｄ）が、０．５〜６であ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径（Ｄ）に対する、前記可塑化シリンダの長手方向における前記飢餓ゾーンの長さ（Ｌ）の比率（Ｌ/Ｄ）が、２〜４であ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. 前記可塑化シリンダは、前記可塑化ゾーンと前記混練ゾーンとの間に、更に溶融樹脂を圧縮する圧縮ゾーンを有し、
   前記混練ゾーンにおける前記溶融樹脂の充填率が、前記圧縮ゾーンにおける前記溶融樹脂の充填率よりも低く、前記飢餓ゾーンにおける前記溶融樹脂の充填率よりも高いことを特徴とする請求項１又は２に記載の発泡成形体の製造方法。
4. 前記可塑化スクリュの前記混練ゾーンに位置する部分には、前記溶融樹脂と前記物理発泡剤とを混練する混練機構が設けられており、前記混練機構により、前記溶融樹脂と前記物理発泡剤とを混練することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の発泡成形体の製造方法。
5. 前記可塑化シリンダは、前記可塑化ゾーンと前記混練ゾーンとの間に、更に溶融樹脂を圧縮する圧縮ゾーンを有し、
   前記混練機構が、前記溶融樹脂を減圧する減圧部及び前記溶融樹脂を圧縮する圧縮部であり、
   前記減圧部のスクリュ径は、前記圧縮ゾーンに位置する部分のスクリュ径よりも小さく、前記圧縮部のスクリュ径は、前記減圧部のスクリュ径よりも大きい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. 前記混練ゾーンにおいて、前記溶融樹脂の減圧及び圧縮を行うことにより、前記物理発泡剤と前記溶融樹脂を混練することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の発泡成形体の製造方法。
7. 前記混練機構が、ラビリンス構造、逆ネジ構造又は二条ネジ構造である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。
8. 前記製造装置は、
   前記可塑化シリンダの先端が接続し、プランジャーが進退可能に内設された射出シリンダと、
   前記射出シリンダのノズル先端が接続する、内部にキャビティが形成された金型とを更に有し、
   前記製造方法は、
   前記可塑化シリンダから、前記射出シリンダ内へ、前記物理発泡剤を含む溶融樹脂を供給することと、
   前記射出シリンダから、前記金型の前記キャビティ内に、前記溶融樹脂を射出充填することとを更に含む請求項１〜７のいずれか一項に記載の発泡成形体の製造方法。
9. 発泡成形体を製造する製造装置であって、
   可塑化スクリュが回転自在に内設され、上流側から順に、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、物理発泡剤と前記溶融樹脂を混練する混練ゾーンと、前記溶融樹脂が飢餓状態となる飢餓ゾーンとを有し、前記飢餓ゾーンに前記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、
   前記可塑化スクリュは、前記可塑化シリンダの長手方向における位置が固定されており、
   前記可塑化シリンダの内径（Ｄ）に対する、前記可塑化シリンダの長手方向における前記飢餓ゾーンの長さ（Ｌ）の比率（Ｌ/Ｄ）が、０．５〜６であることを特徴とする発泡成形体の製造装置。
10. 前記可塑化シリンダの内径（Ｄ）に対する、前記可塑化シリンダの長手方向における前記飢餓ゾーンの長さ（Ｌ）の比率（Ｌ/Ｄ）が、２〜４であることを特徴とする請求項９に記載の発泡成形体の製造装置。
11. 前記可塑化シリンダは、前記可塑化ゾーンと前記混練ゾーンとの間に、更に溶融樹脂を圧縮する圧縮ゾーンを有し、
    発泡成形体の製造時において、前記混練ゾーンにおける前記溶融樹脂の充填率が、前記圧縮ゾーンにおける前記溶融樹脂の充填率よりも低く、前記飢餓ゾーンにおける前記溶融樹脂の充填率よりも高いことを特徴とする請求項９又は１０に記載の発泡成形体の製造装置。
12. 前記可塑化スクリュの前記混練ゾーンに位置する部分には、前記溶融樹脂と前記物理発泡剤とを混練する混練機構が設けられていることを特徴とする請求項９〜１１のいずれか一項に記載の発泡成形体の製造装置。
13. 前記可塑化シリンダは、前記可塑化ゾーンと前記混練ゾーンとの間に、更に溶融樹脂を圧縮する圧縮ゾーンを有し、
    前記混練機構が、減圧部及び圧縮部であり、
    前記減圧部のスクリュ径は、前記圧縮ゾーンに位置する部分のスクリュ径よりも小さく、前記圧縮部のスクリュ径は、前記減圧部のスクリュ径よりも大きいことを特徴とする請求項１２に記載の発泡成形体の製造装置。
14. 前記混練機構が、ラビリンス構造、逆ネジ構造又は二条ネジ構造であ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装置。
15. 前記製造装置は、
    前記可塑化シリンダの先端が接続し、プランジャーが進退可能に内設された射出シリンダと、
    前記射出シリンダのノズル先端が接続する、内部にキャビティが形成された金型とを更に有することを特徴とする請求項９〜１４のいずれか一項に記載の発泡成形体の製造装置。

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