JP2019181788A - 発泡成形体の製造方法及び製造装置 - Google Patents
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Abstract
Description
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。本実施形態の発泡成形体の製造方法は、例えば、図2に示す製造装置1000を用いて実施できる。まず、製造装置1000について説明する。
製造装置(射出成形機)1000は、主に、スクリュ20が内設された可塑化シリンダ210と、スクリュ20を駆動させるスクリュ駆動機構260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、スクリュ駆動機構260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。
(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。
次に、飢餓ゾーン23に一定圧力(第1の圧力)の物理発泡剤を導入する(図1のステップS2)。
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。
次に、飢餓ゾーン23において飢餓状態の溶融樹脂と一定圧力(第1の圧力)の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、溶融樹脂は一定圧力の物理発泡剤に接触し続ける。飢餓ゾーン23は、常に、一定の圧力(第1の圧力)に保持される。
次に、物理発泡剤と接触させた溶融樹脂を所定量計量する(図1のステップS5)。図3(a)は、溶融樹脂の計量途中の様子を示し、図3(b)は、溶融樹脂の計量完了時の様子を示す。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、スクリュ20の正回転により、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。スクリュ20を更に正回転することにより、溶融樹脂が可塑化シリンダ210の前方へ送られ、その樹脂圧力によりスクリュ20が後退する。図3(a)及び(b)に示すように、スクリュ20が後退することにより、スクリュ20の前方に計量ゾーン25が形成され、計量ゾーン25に所定量の溶融樹脂(1ショット分の溶融樹脂)が計量される。
本実施形態では、溶融樹脂の計量完了から射出開始まで、常に計量した溶融樹脂の圧力(計量ゾーン25の圧力)を飢餓ゾーン23の一定の圧力(第1の圧力)より高い圧力に保持する(ステップS6)。これにより、計量後の溶融樹脂からの物理発泡剤の分離が抑制され、均一相溶が促進される。
次に、物理発泡剤を接触させ、計量した溶融樹脂を発泡成形体に成形する(図1のステップS7)。射出発泡成形としては、金型キャビティ内に、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。
上述した第1の実施形態では、溶融樹脂の計量完了後にスクリュ背圧を加えることにより、計量した溶融樹脂の圧力(計量ゾーン25の圧力)を飢餓ゾーン23の一定の圧力(第1の圧力)より高い圧力に保持する。本実施形態では、溶融樹脂の計量完了後にスクリュ背圧を加えることに代えて、図5(a)〜(f)に示す、特定の構造を有する先端部シール機構60を用いることにより、計量ゾーン25の圧力を第1の圧力より高い圧力に保持する。本実施形態では、先端部シール機構60が、溶融樹脂の計量の完了から射出の開始まで、計量した溶融樹脂の圧力を飢餓ゾーン23の一定の圧力より高い圧力に保持する圧力保持機構である。
本実施形態で用いる製造装置は、先端部シール機構50に代えて、図5(a)〜(f)に示す先端部シール機構60を備えること以外は、図2に示す製造装置1000と同じ構造の製造装置を用いる。以下に、先端部シール機構60について説明する。
本実施形態では、上述した先端部シール機構60を有する発泡成形体の製造装置を用い、溶融樹脂の計量後にスクリュ背圧を加えないこと以外は、第1の実施形態と同様の方法で発泡成形体を製造する。比率(S1/S2)を特定の範囲とした先端部シール機構60を用いることにより、溶融樹脂の計量完了から射出開始まで、計量した溶融樹脂の圧力(計量ゾーン25の圧力)を飢餓ゾーン23の一定の圧力より高い圧力に保持できる。これにより、溶融樹脂から物理発泡剤が分離することを抑制し、発泡成形体における発泡セルの肥大化、不均一化を抑制できる。
第2の実施形態の先端部シール機構60では、図5(c)に示すチェックリング62が最も後方に位置した状態において、チェックリング62の本体リング62aの後方側の端面62cと、突き当てリング63の前方側の端面63aとか当接することによって、溶融樹脂の通過路である隙間G1が閉じられる。このとき、互いに当接する面(当接面)である端面62c、端面63aは、前後方向に垂直な平面である。しかし、第2の実施形態において、当接面は、前後方向に垂直な平面に限られない。例えば、当接面は、テーパー面であってもよい。
変形例2では、図8(a)〜(c)に示す、外側面に溝82dが形成されているチェックリング82を有する先端部シール機構80を用いる。図8(a)は、チェックリング82が最も前方に位置した状態を示す。図8(c)は、チェックリング82が最も後方に位置した状態を示す。図8(b)は、チェックリング82の本体リング82aが、スクリュヘッド81及び突き当てリング83の両方に接触していない状態、即ち、図8(a)と(c)の中間の状態を示す。
第2の実施形態では、先端部シール機構60において、チェックリング62の前方側の受圧面積S1の、後方側の受圧面積S2に対する比率(S1/S2)を特定の範囲とすることで、計量した溶融樹脂の圧力(計量ゾーン25の圧力)を飢餓ゾーン23の一定の圧力(第1の圧力)より高い圧力に保持する。本実施形態では、比率(S1/S2)を特定の範囲とすることに代えて、先端部シール機構に、スクリュを逆回転させることにより、チェックリングが突き当てリングに当接した状態を維持するロック機構を持たせ、ロック機構により、計量ゾーン25の圧力を第1の圧力より高い圧力に保持する。本実施形態では、ロック機構を有する先端部シール機構が、溶融樹脂の計量の完了から射出の開始まで、計量した溶融樹脂の圧力を飢餓ゾーン23の一定の圧力より高い圧力に保持する圧力保持機構である。
本実施例では、熱可塑性樹脂として、タルクを20重量%含む、強化ポリプロピレン(PP)(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利用して発泡成形体を製造した。
本実施例では、上述した第2の実施形態で用いた製造装置を用いた。即ち、本実施例では、図5(a)〜(e)に示す先端部シール機構60を備えた、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(射出成形機)1000は、主に、スクリュ20が内設された可塑化シリンダ210と、スクリュ20を駆動させるスクリュ駆動機構260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、スクリュ駆動機構260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。
本実施例では、複数本のボンベ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。
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。
本実施例では、溶融樹脂の計量完了後は、スクリュ背圧を加えなかったこと以外は、実施例1と同様の製造装置を用いて、同様の方法により、発泡成形体を製造した。
本実施例では、先端部シール機構60において、図6(b)に示すように、チェックリング62の爪62bの前方側の端面を大きくすることで、S1を大きくし、比率(S1/S2)を0.9とした。また、溶融樹脂の計量完了後は、スクリュ背圧を加えなかった。これ以外は、実施例1と同様の製造装置を用いて、同様の方法により、発泡成形体を製造した。
本実施例では、図9(a)〜(c)に示す先端部シール機構90を有すること以外は実施例1と同様の製造装置を用いた。先端部シール機構90では、軸94とチェックリング92との当接面をテーパー面95c、94cとしており、チェックリング92の外側面に溝92dを形成している。また、溶融樹脂の計量完了後は、スクリュ背圧を加えなかった。これ以外は、実施例1と同様の方法により、発泡成形体を製造した
本実施例では、先端部シール機構が、スクリュを逆回転させることにより、チェックリングが突き当てリングに当接した状態を維持する、特許第3432776号に開示される公知のロック機構を有すること以外は、実施例1と同様の製造装置を用いた。また、溶融樹脂の計量完了後は、スクリュ背圧を加えず、代わりに、スクリュ20を逆回転させた。これ以外は、実施例1と同様の方法により、発泡成形体を製造した
本比較例では、先端部シール機構60において、比率(S1/S2)を0.5とした。また、溶融樹脂の計量完了後は、スクリュ背圧を加えなかった。これ以外は、実施例1と同様の製造装置を用いて、同様の方法により、発泡成形体を製造した。
本比較例では、先端部シール機構60において、比率(S1/S2)を0.96とした。また、溶融樹脂の計量完了後は、スクリュ背圧を加えなかった。これ以外は、実施例1と同様の製造装置を用いて、同様の方法により、発泡成形体を製造した。
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
60、70、80、90 先端部シール機構
100 ボンベ
210 可塑化シリンダ
300 導入速度調整容器
1000 製造装置
Claims (16)
- 発泡成形体の製造方法であって、
内部に回転及び進退自在に設けられたスクリュを備え、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含む製造装置を用い、
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、一定の圧力である第1の圧力を有する、前記物理発泡剤を含む加圧流体を導入することと、
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、
前記飢餓ゾーンにおいて、前記飢餓状態の溶融樹脂と、前記第1の圧力の加圧流体とを接触させることと、
前記第1の圧力の加圧流体と接触させた前記溶融樹脂を所定量計量することと、
前記計量した溶融樹脂を前記可塑化シリンダから射出して、前記発泡成形体に成形することと、を含み、
前記溶融樹脂の計量の完了から射出の開始まで、常に前記計量した溶融樹脂の圧力を前記第1の圧力より高い圧力に保持することを特徴とする発泡成形体の製造方法。 - 前記溶融樹脂の計量の完了から射出の開始まで、前記計量した溶融樹脂の圧力を前記第1の圧力より、0.5MPa〜10MPa高い圧力に保持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。
- 前記溶融樹脂の計量の完了から射出の開始まで、常にスクリュ背圧を前記第1の圧力より高い圧力に保持する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。
- 前記溶融樹脂の計量の完了まで、前記スクリュ背圧を前記第1の圧力より高い第2の圧力に保持し、
前記溶融樹脂の計量の完了から射出の開始まで、前記スクリュ背圧を第2の圧力以上の第3の圧力に保持することを特徴とする請求項3に記載の発泡成形体の製造方法。 - 第2の圧力と第3の圧力が同一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。
- 前記スクリュは、前記可塑化シリンダ内において、前記可塑化ゾーンから前記飢餓ゾーンに向う前方、及び前記飢餓ゾーンから前記可塑化ゾーンに向う後方に進退自在に設けられ、
前記スクリュは、前記可塑化シリンダ内において、前方から後方へ前記溶融樹脂が逆流することを抑制する先端部シール機構を有し、
前記先端部シール機構は、
前記スクリュの前方の端部に位置するスクリュヘッドと、
前記スクリュヘッドの後方に位置する突き当てリングと、
前記スクリュヘッドと前記突き当てリングとを連結する軸と、
前記軸に遊嵌して、前記スクリュヘッドと前記突き当てリングとの間を前方及び後方に移動可能なチェックリングとを有する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。 - 前記チェックリングが最も前方に位置している状態において、前記チェックリングの前方側の受圧面積S1の、後方側の受圧面積S2に対する比率(S1/S2)が、0.6〜0.95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。
- 前記チェックリングには、前記軸が貫通する貫通孔が形成されており、
前記チェックリングの貫通孔を区画する内壁の一部は、前記貫通孔の後方端部と、前記後方端部の内径より小さい内径を有する小内径部とを連結する第1のテーパー面を形成し、
前記軸は、前記突き当てリングとの接続部と、前記接続部の直径より小さい直径を有する小直径部とを連結する第2のテーパー面を有し、
第1のテーパー面のテーパー比と、第2のテーパー面のテーパー比とは、略同一であり、
前記チェックリングの前方及び後方の移動に伴い、第1のテーパー面と第2のテーパー面が離間及び当接することを特徴とする請求項6又は7に記載の発泡成形体の製造方法。 - 前記チェックリングの外側面に、溝が形成されていることを特徴とする請求項6〜8のいずれか一項に記載の発泡成形体の製造方法。
- 前記溝が、前記チェックリングの外側面にラビリンス構造を形成してい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方法。
- 前記スクリュは、前記可塑化シリンダ内において、前記可塑化ゾーンから前記飢餓ゾーンに向う前方、及び前記飢餓ゾーンから前記可塑化ゾーンに向う後方に進退自在に設けられ、前記溶融樹脂を前方へ送る正回転と、正回転とは逆の逆回転とが可能であり、
前記スクリュは、前記可塑化シリンダ内において、前方から後方へ前記溶融樹脂が逆流することを抑制する先端部シール機構を有し、
前記先端部シール機構は、
前記スクリュの前方の端部に位置するスクリュヘッドと、
前記スクリュヘッドの後方に位置する突き当てリングと、
前記スクリュヘッドと前記突き当てリングとを連結する軸と、
前記軸に遊嵌して、前記スクリュヘッドと前記突き当てリングとの間を前方及び後方に移動可能なチェックリングと、
前記スクリュを逆回転させることにより、前記チェックリングが前記突き当てリングに当接した状態を維持するロック機構とを有し、
前記発泡成形体の製造方法は、前記溶融樹脂の計量の完了後に前記スクリュを逆回転して、前記チェックリングが前記突き当てリングに当接した状態を維持すること更に含む請求項1又は2に記載の発泡成形体の製造方法。 - 発泡成形体を製造する製造装置であって、
内部に回転及び進退自在に設けられたスクリュを備え、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、一定量の前記溶融樹脂を計量して外部に射出する可塑化シリンダと、
前記可塑化シリンダに、一定圧力である第1の圧力の物理発泡剤を供給する物理発泡剤供給機構と、
前記溶融樹脂の計量の完了から射出の開始まで、常に前記計量した溶融樹脂の圧力を前記第1の圧力より高い圧力に保持する圧力保持機構とを有することを特徴とする製造装置。 - 前記圧力保持機構は、前記溶融樹脂の計量の完了から射出の開始まで、前記計量した溶融樹脂の圧力を前記第1の圧力より、0.5MPa〜10MPa高い圧力に保持する機構であることを特徴とする請求項12に記載の製造装置。
- 前記圧力保持機構が、スクリュ背圧を制御するスクリュ駆動機構であることを特徴とする請求項12又は13に記載の製造装置。
- 前記スクリュは、前記可塑化シリンダ内において、前記可塑化ゾーンから前記飢餓ゾーンに向う前方、及び前記飢餓ゾーンから前記可塑化ゾーンに向う後方に進退自在に設けられ、
前記スクリュは、前記可塑化シリンダ内において、前方から後方へ前記溶融樹脂が逆流することを抑制する先端部シール機構を有し、
前記圧力保持機構が、前記先端部シール機構であることを特徴とする請求項12又は13に記載の製造装置。 - 前記スクリュは、前記可塑化シリンダ内において、前記溶融樹脂を前方へ送る正回転と、正回転とは逆の逆回転とが可能であり、
前記先端部シール機構は、
前記スクリュの前方の端部に位置するスクリュヘッドと、
前記スクリュヘッドの後方に位置する突き当てリングと、
前記スクリュヘッドと前記突き当てリングとを連結する軸と、
前記軸に遊嵌して、前記スクリュヘッドと前記突き当てリングとの間を前方及び後方に移動可能なチェックリングと、
前記スクリュを逆回転させることにより、前記チェックリングが前記突き当てリングに当接した状態を維持するロック機構とを有することを特徴とする請求項15に記載の製造装置。
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