JP2020142488A - 発泡成形体の製造装置、発泡成形体の製造方法および発泡成形体製造装置用スクリュ - Google Patents

Abstract

【課題】飢餓ゾーンにおいて溶融樹脂を常時一定圧力の物理発泡剤にて加圧し発泡成形を行う装置をより大型化した場合でも、成形体内部に微細セルが形成される良好な発泡成形を実現でき、成形体の発泡性能が低下することのない発泡成形体の製造装置を提供する。【解決手段】発泡成形体の製造装置１は、熱可塑性樹脂が可塑化溶融して溶融樹脂となる可塑化ゾーン４０と、溶融樹脂が飢餓状態となる飢餓ゾーン１６とを有し、飢餓ゾーン１６への物理発泡剤の導入口２が設けられたシリンダ１０と、シリンダ１０の内部に、軸回りに回転自在にかつ軸方向に進退自在に配置されたスクリュ２０と、一定圧力の物理発泡剤を、導入口２を介して飢餓ゾーン１６に導入し、飢餓ゾーン１６を常時一定圧力に保持する圧力調整容器５とを備え、スクリュ２０は、飢餓ゾーン１６において多条フライト構造となっている。【選択図】図１

Description

本発明は、発泡成形体の製造装置、発泡成形体の製造方法および発泡成形体製造装置用スクリュに関する。

物理発泡剤としての窒素や二酸化炭素を用いた発泡射出成形の方法には、超臨界流体となる高圧の流体を溶融樹脂と剪断混錬して溶解させる方法がある。これに対し、特許文献１には、超臨界流体を必要とせずに比較的圧力の低い窒素や二酸化炭素等を用いて発泡成形体を成形する方法が開示されている。この方法によれば、特別な高圧装置を用いることなく低圧の物理発泡剤により、簡便なプロセスで成形体に微細な発泡セルを形成することができる。

図１０は、比較的低圧の物理発泡剤を用いて発泡成形を行う成形機の一例を示す参考概略構成図である。成形機１００において、ホッパー１３０より供給された樹脂ペレットは、フィードゾーン１１２で余熱を与えられ、圧縮ゾーン１１３および計量ゾーン１１４を経て、溶融圧縮される。そして、シールゾーン１１５において溶融樹脂の下流への供給量が制限され、飢餓ゾーン１１６において溶融樹脂の密度が低下するようになっている。飢餓ゾーン１１６では、導入口１０２を介して導入された比較的低圧の物理発泡剤が滞留して、低密度の溶融樹脂と接触し、溶融樹脂の内部に浸透（溶解）するようになっている。物理発泡剤が浸透した溶融樹脂は、再圧縮ゾーン１１７および再計量ゾーン１１８を通過して再混錬され、物理発泡剤の溶解量が安定するようになっている。再圧縮された溶融樹脂は、チェックリング１１９を経てスクリュ１２０の前方に移動する。このとき、当該溶融樹脂の内圧は、スクリュ背圧として制御されるようになっている。

特許６１３９０３８号公報

ところで、図１０に示した成形機１００では、飢餓ゾーン１１６においてスクリュ１２０がシングルフライトとなっている。自動車部品等の比較的サイズの大きい部品を成形可能するために、成形機１００をより大型化した場合、すなわちスクリュ１２０の外径（スクリュ径）をより大径とした場合、スクリュフライト１２１の深さが深くなることに伴い、スクリュ１２０における各スクリュフライト１２１の間に堆積する溶融樹脂の絶対量が増大する。この場合、溶融樹脂の体積の増加率に対して溶融樹脂の表面積の増加率は小さいことから、単位体積当たりの溶融樹脂に対する物理発泡剤と溶融樹脂との接触面積が低下する。これにより、物理発泡剤の溶融樹脂への浸透時間が不足し、物理発泡剤が十分に浸透しないという問題が生じるおそれがあった。このような問題は、成形体の発泡性能を低下させる要因となる。なお、飢餓ゾーン１１６への溶融樹脂の供給量を減少させ、各スクリュフライト１２１間に滞留する溶融樹脂の量を減らすことで、上記問題の回避を図ろうとした場合、飢餓ゾーン１１６において、シリンダ１１０と溶融樹脂との摩擦抵抗が減少することに起因して、飢餓ゾーン１１６における溶融樹脂の移動速度が低下し、可塑化時間が長くなるという問題が生じる。これは、成形サイクル時間の長時間化や樹脂替えが困難になるという問題等の要因となるため好ましくない。

ここで、図１１を用いて、スクリュ１２０が１回転することに伴い移動する溶融樹脂の最大量について説明する。計量ゾーン１１４において、スクリュ１２０が１回転することに伴い下流側に移動する樹脂の最大量は、隣接するスクリュフライト１２１間の軸回り１周あたりの容積Ａである。また、飢餓ゾーン１１６において、スクリュ１２０が１回転することに伴い下流側に移動する樹脂の最大量は、隣接するスクリュフライト１２１間の軸回り１周当たりの容積Ｂである。このとき、容積Ａと容積Ｂの差を大きくすると、すなわち、容積Ａに対して容積Ｂを大きくすると、飢餓ゾーン１１６は、飢餓状態となりやすくなる。「飢餓状態」とは、溶融樹脂が飢餓ゾーン１１６内に充満せずに未充満となる状態、または、溶融樹脂の密度が低下した状態をいう。しかし、容積Ａと容積Ｂとの差が大きくなり過ぎると、飢餓ゾーン１１６の容積に対して、そこに滞留する溶融樹脂量が著しく減り、飢餓ゾーン１１６において物理発泡剤の滞留量が増大してしまう。この場合、溶解していない物理発泡剤（余剰ガス）が、再圧縮ゾーン１１７（図１０参照）にて多く巻き込まれることにより、成形体に破泡（大径の空隙）が発生し、成形体の発泡性能が低下してしまうおそれがあった。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、飢餓ゾーンにおいて溶融樹脂を常時一定圧力の物理発泡剤にて加圧し発泡成形を行う装置をより大型化した場合でも、すなわちスクリュ径をより大径とした場合でも、成形体内部に微細セルが形成される良好な発泡成形を実現でき、成形体の発泡性能が低下することのない発泡成形体の製造装置、および発泡成形体の製造方法を提供することを目的とする。また、この発泡成形体製造装置用のスクリュを提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明の発泡成形体の製造装置は、熱可塑性樹脂が可塑化溶融し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、前記飢餓ゾーンへの物理発泡剤の導入口が設けられたシリンダと、前記シリンダの内部に、軸回りに回転自在にかつ軸方向に進退自在に配置されたスクリュと、一定圧力の前記物理発泡剤を、前記導入口を介して前記飢餓ゾーンに導入し、前記飢餓ゾーンを常時前記一定圧力に保持する圧力調整容器とを備え、前記スクリュは、前記飢餓ゾーンにおいて多条フライト構造となっていることを特徴とする。

また、本発明の発泡成形体の製造方法は、可塑化ゾーンと飢餓ゾーンとを有し、前記飢餓ゾーンへの物理発泡剤の導入口が設けられたシリンダと、前記シリンダの内部に、軸回りに回転自在にかつ軸方向に進退自在に配置され、前記飢餓ゾーンにおいて多条フライト構造となっているスクリュと、前記物理発泡剤を、前記導入口を介して前記飢餓ゾーンに導入する圧力調整容器とを用い、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工程と、前記飢餓ゾーンに一定圧力の前記物理発泡剤を導入して、前記飢餓ゾーンを常時前記一定圧力に保持する工程と、前記飢餓ゾーンにおいて、前記多条フライト構造により前記溶融樹脂の移送経路を分割し、それぞれを飢餓状態とする工程と、飢餓状態の前記溶融樹脂と前記一定圧力の物理発泡剤とを接触させる工程と、前記一定圧力の物理発泡剤と接触した前記溶融樹脂を発泡成形体に成形する工程とを有することを特徴とする。

また、本発明の発泡成形体製造用スクリュは、熱可塑性樹脂が可塑化溶融し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するシリンダを備え、物理発泡剤が前記飢餓ゾーンに導入され、前記飢餓ゾーンが常時一定圧力に保持される発泡成形体製造装置に用いられ、前記シリンダの内部に配置される前記スクリュは、前記飢餓ゾーンにおいて多条フライト構造となっていることを特徴とする。

このような構成によれば、飢餓ゾーンにおいて溶融樹脂を、常時一定圧力の物理発泡剤にて加圧して発泡成形を行う装置をより大型化した場合、すなわちスクリュ径をより大径とした場合でも、飢餓ゾーンにおけるフライト構造が多条フライト構造となっていることで、シングルフライトの場合と同一量の溶融樹脂が複数に分割して移送される。このとき、隣接するスクリュフライト間の容積が過度に大きいものとならないため、そこに堆積する溶融樹脂の量を低減できる。このため、物理発泡剤と溶融樹脂との接触面積の低下が抑制されるとともに、物理発泡剤の溶融樹脂への浸透時間が確保される。これにより、発泡成形体の内部に微細セルが形成される良好な発泡成形を実現でき、発泡成形体の発泡性能が低下するのを抑制できる。
換言すると、飢餓ゾーンを比較的低圧の物理発泡剤で加圧する製造装置（製造方法）において、装置をより大型化した場合、すなわちスクリュ径をより大径とした場合でも、飢餓ゾーンにおけるフライト構造が多条フライト構造となっていることで、シングルフライトの場合と同一量の溶融樹脂が複数に分割して移送される。このとき、隣接するスクリュフライト間の容積が過度に大きいものとならないため、そこに堆積する溶融樹脂の量を低減できる。このため、物理発泡剤と溶融樹脂との接触面積の低下が抑制されるとともに、物理発泡剤の溶融樹脂への浸透時間が確保される。これにより、成形体の発泡性能が低下することのない良好な発泡成形を実現でき、成形体の内部に微細な発泡セルを安定的に形成することができる。

また、本発明の前記構成において、前記スクリュの前記多条フライト構造は、隣接するスクリュフライト間の軸回り１周あたりの容積が、５ｃｍ^３以上１００ｃｍ^３以下となっていることを特徴とする。

このような構成によれば、飢餓ゾーンにおいて隣接するスクリュフライト間の軸回り１周あたりの容積が５ｃｍ^３〜１００ｃｍ^３となっているため、飢餓ゾーンにおいて、飢餓状態を維持しつつ、溶融樹脂を下流に供給する能力が維持されるとともに、隣接するスクリュフライト間に堆積する樹脂量が過多となることによる物理発泡剤の浸透効率の低下が抑制される。これにより、成形体における発泡セルサイズの肥大化や破泡の発生等をより確実に抑えることができ、発泡状態が良好な成形体を得ることができる。

また、本発明の上記構成において、前記可塑化ゾーンは、前記溶融樹脂の流動方向における前記飢餓ゾーンの上流側に位置し、前記溶融樹脂の流動抵抗を高める機構により圧縮された状態の前記溶融樹脂を保持する計量ゾーンを有し、前記計量ゾーンにおける隣接するスクリュフライト間の軸回り１周あたりの容積を容積Ａとし、前記飢餓ゾーンにおける隣接するスクリュフライト間の軸回り１周あたりの容積に、前記飢餓ゾーンのスクリュフライトの数を乗じた容積を容積Ｂとすると、容積Ａを容積Ｂで除した値は、０．１以上１．０以下となっていることを特徴とする。

このような構成によれば、容積Ａと容積Ｂとの比率Ａ／Ｂが０．１〜１．０となっているため、飢餓ゾーンにおいて物理発泡剤が余剰となるのが抑制されるとともに、ベントアップ、すなわち飢餓ゾーンの導入口から溶融樹脂が膨出する現象の発生が抑制される。これにより、成形体における破泡の発生をより確実に抑え、発泡状態が良好な成形体を得ることができるとともに、成形体の生産性をより向上させることができる。

本発明によれば、飢餓ゾーンにおいて溶融樹脂を常時一定圧力の物理発泡剤にて加圧して発泡成形を行う装置をより大型化した場合、すなわちスクリュ径をより大径とした場合でも、発泡成形体の内部に微細セルが形成される良好な発泡成形を実現でき、発泡成形体の発泡性能が低下するのを抑制できる。

本発明の実施の形態に係る発泡成形体の製造装置を示す概略構成図である。 同、発泡成形体の製造方法を示すフローチャートである。 同、スクリュ全体を示す概略図である。 同、スクリュの一部を示すものであり、スクリュの寸法を説明するための概略図である。 スクリュの一部を示すものであり、隣接するスクリュフライト間の軸回り１周あたりの容積について説明するための概略図である。 本発明の実施の形態に係る発泡成形体の製造装置に用いられるスクリュの２条フライト構造部の一部を示す概略図である。 本発明の実施の形態に係る発泡成形体の製造装置の変形例を示す概略構成図である。 同、スクリュの３条フライト構造部の一部を示す概略図である。 本発明の実施の形態に係る発泡成形体の製造装置を用いて行った評価の条件および結果を示す図である。 成形機を示すものであって、課題を説明するための参考概略構成図である。 同、スクリュの一部を示す概略図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
本実施の形態では、図１に示す製造装置１を用いて発泡成形体を製造する。製造装置１は、主に、可塑化シリンダ（シリンダ）１０と、シリンダ１０の内部に、軸回りに回転自在かつ軸方向に進退自在に配置された可塑化スクリュ（スクリュ）２０と、物理発泡剤をシリンダ１０に供給するボンベ（物理発泡剤供給機構）５０と、金型が設けられた型締めユニット（図示せず）と、シリンダ１０および型締めユニットを動作制御するための制御装置（図示せず）とを備えている。
シリンダ１０内において、可塑化溶融された溶融樹脂は、図１における右手から左手に向かって流動するようになっている。以下、シリンダ１０の内部において、図１における右手を「上流」または「後方」とし、図１における左手を「下流」または「前方」とする。なお、本実施の形態では、製造装置１を射出成形装置（発泡射出成型機）とするが、製造装置１は例えば押出成形装置としてもよい。

製造装置１では、シリンダ１０内のスクリュ２０の回転により、樹脂ペレットが可塑化溶融し、溶融樹脂がシリンダ１０内の前方側に送られる。また、溶融樹脂がシリンダ１０内の前方側に送られるとともに、スクリュ２０が後方に移動して溶融樹脂の計量が行われる。また、スクリュ２０は、射出時に前方に移動するようになっている。

シリンダ１０は、上流側に設けられた可塑化ゾーン４０と、下流側に設けられた飢餓ゾーン１６とを有している。可塑化ゾーン４０は、熱可塑性樹脂が可塑化溶融されて溶融樹脂となるゾーンである。飢餓ゾーン１６は、溶融樹脂が飢餓状態となるゾーンである。「飢餓状態」とは、溶融樹脂が飢餓ゾーン１６内に充満せずに未充満となる状態、または、溶融樹脂の密度が低下した状態をいう。よって、飢餓ゾーン１６内には、溶融樹脂が占有する部分以外の空間が存在していてもよい。

シリンダ１０は、上流側から下流側に向かって順に、フィードゾーン１２と、圧縮ゾーン１３と、計量ゾーン１４と、シールゾーン１５と、飢餓ゾーン１６と、再圧縮ゾーン１７と、再計量ゾーン１８とを有している。フィードゾーン１２と、圧縮ゾーン１３と、計量ゾーン１４とは、可塑化ゾーン４０を構成している。フィードゾーン１２は、熱可塑性樹脂のペレットに余熱が与えられるゾーンである。圧縮ゾーン１３は、熱可塑性樹脂が剪断混錬されて可塑化溶融され、溶融樹脂が圧縮されるゾーンである。計量ゾーン１４は、圧縮された溶融樹脂の密度が一定に保持されるゾーンである。シールゾーン１５は、下流への溶融樹脂の供給量が制限されるゾーンである。再圧縮ゾーン１７は、溶融樹脂が再圧縮されるゾーンである。再計量ゾーン１８は、溶融樹脂が計量されるゾーンである。
なお、図示は省略するが、シールゾーン１５と飢餓ゾーン１６との間に、溶融樹脂の移動速度を調整するゾーンや、溶融樹脂を混錬するフライト構造が設けられたゾーンをさらに設けてもよい。

シリンダ１０には、飢餓ゾーン１６に物理発泡剤を導入するための開口として導入口２が設けられている。この導入口２には、後述する圧力調整容器５が接続されている。圧力調整容器５には、ボンベ５０が減圧弁５１および圧力計５２を介して、配管５４により接続されている。ボンベ５０は、圧力調整容器５を介してシリンダ１０内に物理発泡剤を供給するようになっている。

図２に示すフローチャートを参照しながら、本実施の形態の発泡成形体の製造方法について説明する。
（１）熱可塑性樹脂を可塑化溶融する。
まず、シリンダ１０の可塑化ゾーン４０において、熱可塑性樹脂を可塑化溶融し、溶融樹脂とする（図２のステップＳ１）。熱可塑性樹脂としては、目的とする耐熱性や成形体の用途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、ポリエチレン、ポリカーボネート、ポリブチレンテレフタレート、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等の熱可塑性樹脂、及びこれらの複合材料を用いることができる。特に結晶性樹脂が微細セルを形成しやすいので望ましい。これら熱可塑性樹脂は、単独で用いても、２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、セラミック等の各種無機フィラー、セルロースナノファイバー、セルロース、木粉等の有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、有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、発泡セルを微細化することができる。また、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むものであってもよい。

スクリュ２０が内設されたシリンダ１０内において、熱可塑性樹脂の可塑化溶融が行われる。シリンダ１０の外壁面にはバンドヒータ（図示せず）が配設されており、これによりシリンダ１０が加熱され、さらにスクリュ２０の回転による剪断発熱が加わり、熱可塑性樹脂が可塑化溶融するようになっている。

（２）飢餓ゾーンの圧力を保持する。
次に、一定圧力の物理発泡剤を圧力調整容器５に供給し、圧力調整容器５から飢餓ゾーン１６に一定圧力の加圧流体を導入して、飢餓ゾーン１６を前記一定圧力に保持する（図２のステップＳ２）。

物理発泡剤としては、加圧流体が用いられる。本実施の形態において「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。本実施の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５０から、減圧弁５１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ため、製造装置全体のコストを低減できる。なお、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１６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１６の圧力は保持される。この物理発泡剤の圧力は、０．５ＭＰａ〜１２ＭＰａが好ましく、１ＭＰａ〜１０ＭＰａがより好ましく、１ＭＰａ〜８ＭＰａがさらにより好ましい。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、１２ＭＰａ以下とすることで、発泡成形体の耐熱性を向上させることができる。１２ＭＰａより大きい圧力（高圧）で製造すると、発泡成形体の発泡セル自体が高圧状態となっており、発泡成形体を高温にすると後膨れという現象が発生するため、発泡成形体の耐熱性が低下する。これに対し、１２ＭＰａ以下の圧力（低圧）で発泡させると、そのような現象の発生は抑制され、発泡成形体の耐熱性が向上する。
なお、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±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１６の圧力は、例えば、シリンダ１０の導入口２に対向する位置に設けられた圧力センサ（図示せず）により測定される。

ボンベ５０から圧力調整容器５および導入口２を介して、飢餓ゾーン１６へ物理発泡剤が供給される。物理発泡剤は、減圧弁５１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２から飢餓ゾーン１６に導入される。本実施の形態では、シリンダ１０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２は、駆動弁を有さず、常に開放されている。本実施の形態では、ボンベ５０から供給される物理発泡剤により、減圧弁５１から圧力調整容器５を経て、シリンダ１０内の飢餓ゾーン１６まで、一定の物理発泡剤の圧力に保持されている。

また、物理発泡剤の導入口２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、シリンダ１０内に効率良く導入されるようになっている。また、溶融樹脂の一部が導入口２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する。例えば、シリンダ１０の内径が大きい場合、すなわち、シリンダ１０の外径が大きい場合に、導入口２の内径を大きくしやすい。一方、導入口２の内径が大き過ぎる場合、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２に接続する圧力調整容器５が大型化して装置全体のコストが上昇してしまう。具体的には、導入口２の内径は、シリンダ１０の内径の２０％〜１００％が好ましく、３０％〜８０％がより好ましい。または、導入口２の内径は、シリンダ１０の内径に依存せず、３ｍｍ〜１５０ｍｍが好ましく、５ｍｍ〜１００ｍｍがより好ましい。なお、これら内径は、導入口２が長穴もしくは楕円穴の場合、短径側の直径を指す。

次に、導入口２に接続する圧力調整容器５（導入速度調整容器）について説明する。圧力調整容器５は、物理発泡剤の圧力と、シリンダ１０内の飢餓ゾーン１６の圧力とを同一の一定圧力とし、飢餓ゾーン１６を前記一定圧力に保持する機能を担っている。例えば、飢餓ゾーン１６において物理発泡剤が大量に消費された場合に、物理発泡剤の供給が間に合わず、飢餓ゾーン１６の圧力が急減するおそれがあるが、圧力調整容器５により物理発泡剤を安定的に供給することが可能となり、飢餓ゾーン１６の圧力変動を抑制することができる。また、圧力調整容器５は、一定以上の容積を有するように形成され、シリンダ１０へ導入される物理発泡剤の流速を緩やかにし、圧力調整容器５内に物理発泡剤が滞留する時間が確保されている。圧力調整容器５は、周囲に配置されたバンドヒーター（図示せず）により加熱されたシリンダ１０に直接接続されており、シリンダ１０の熱は圧力調整容器５にも伝導するようになっている。これにより、圧力調整容器５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が抑制され、物理発泡剤の溶融樹脂への溶解量（浸透量）が安定するようになっている。すなわち、圧力調整容器５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ようになっている。一方で、圧力調整容器５は、その容積が大き過ぎる場合、装置全体のコストが上昇する。圧力調整容器５の容積は、飢餓ゾーン１６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がさらにより好ましい。圧力調整容器５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する時間を確保できる。また、圧力調整容器５は、導入口２に接続し、その内径が一定となっている筒状の第１ストレート部５ａと、第１ストレート部５ａに隣接して設けられ、導入口２から離れるに従って、その内径が大きくなるテーパー部５ｂと、テーパー部５ｂに隣接して設けられ、その内径が一定となっている筒状の第２ストレート部５ｃとを有している。圧力調整容器５では、内径が小さい第１ストレート部５ａと、内径が大きい第２ストレート部５ｃとが、それぞれの中心軸が同一直線上となるように設けられ、第１ストレート部５ａと第２ストレート部５ｃとがテーパー部５ｂにより結合されている。圧力調整容器５の内径の最大値（すなわち第２ストレート部５ｃの内径）は、導入口２の内径より大きくなっている。このため、溶融樹脂が圧力調整容器５の内部に侵入した場合であっても、物理発泡剤の流通路が確保されやすい。すなわち、物理発泡剤の導入路が、固化した溶融樹脂によって塞がれるのを抑制できる。また、圧力調整容器５の下部に、より多量の物理発泡剤が滞留しやすくなる。圧力調整容器５の下部にはシリンダ１０からの熱が伝わるため、より多量の物理発泡剤が効率的に加温されるようになる。これにより、物理発泡剤の溶融樹脂への溶解量（浸透量）がより安定する。

また、物理発泡剤は溶融樹脂に接触して浸透することにより、シリンダ１０内で消費されるようになっている。飢餓ゾーン１６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圧力調整容器５から飢餓ゾーン１６へ導入されることとなる。圧力調整容器５の容積が小さ過ぎる場合、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。このため、圧力調整容器５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していることが好ましい。また、例えば、圧力調整容器５の容積は、圧力調整容器５が接続される飢餓ゾーン１６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。本実施の形態では、飢餓ゾーン１６の容積とは、溶融樹脂を含まない空のシリンダ１０において、スクリュ２０の軸の直径およびスクリュフライトの深さが一定となっている部分（後述する深溝部２０Ｄ）が位置している領域の容積をいう。なお、圧力調整容器５は、シリンダ１０と別個体の容器としても、シリンダ１０と一体に形成し、シリンダ１０の一部を構成するものとしてもよい。

（３）溶融樹脂を飢餓状態とする。
次に、溶融樹脂を飢餓ゾーン１６に流動させ、飢餓ゾーン１６において溶融樹脂を飢餓状態とする（図２のステップＳ３）。本実施の形態では、溶融樹脂が圧縮されて圧力が高まる圧縮ゾーン１３を、飢餓ゾーン１６の上流に設けることにより、飢餓ゾーン１６において溶融樹脂を飢餓状態としている。飢餓状態は、飢餓ゾーン１６の上流から飢餓ゾーン１６への溶融樹脂の送り量と、飢餓ゾーン１６からその下流への溶融樹脂の送り量とのバランスにより決定される。飢餓ゾーン１６は、前者の方が少ないと飢餓状態となる。

スクリュ２０は、可塑化溶融状態の低密度の樹脂を飢餓ゾーン１６において常時一定圧力の物理発泡剤にて加圧する製造装置１に用いられるスクリュである。図３に示すように、スクリュ２０は、上流側に位置する第１移行部（第１溝深さ移行部）２０Ａと、第１移行部２０Ａの下流側に隣接する第１浅溝部２０Ｂと、第１浅溝部２０Ｂの下流側に隣接するシール部２０Ｃと、シール部２０Ｃの下流側に隣接する深溝部２０Ｄと、深溝部２０Ｄの下流側に隣接する第２移行部（第２溝深さ移行部）２０Ｅと、第２移行部２０Ｅの下流側に隣接する第２浅溝部２０Ｆとを有している。第１移行部２０Ａは、圧縮ゾーン１３に位置している。第１浅溝部２０Ｂは、計量ゾーン１４に位置している。シール部２０Ｃは、シールゾーン１５に位置している。深溝部２０Ｄは、飢餓ゾーン１６に位置している。第２移行部２０Ｅは、再圧縮ゾーン１７に位置している。第２浅溝部２０Ｆは、再計量ゾーン１８に位置している。

ここで、図４に示すように、スクリュ２０において、スクリュ径をＤ、スクリュ軸の直径をｄ（スクリュ２０における溝部の直径ｄ）、スクリュフライトの深さ（フライト深さ）をｈ、スクリュピッチ（隣接するスクリュフライトの間隔）Ｐとする。フライト深さｈは、ｈ＝（Ｄ−ｄ）／２で表される。なお、Ｄをスクリュ外径といい、ｄをスクリュ内径ということもできる。

図３に戻り説明する。スクリュ２０における可塑化ゾーン４０、再圧縮ゾーン１７および再計量ゾーン１８に対応する部分は、シングルフライト構造、すなわち、スクリュ２０の外周面に１つのスクリュフライト７が形成された構造となっている。
第１移行部２０Ａは、上流側から下流側に向かって、スクリュ軸の直径ｄが徐々に大きくなり、フライト深さｈが段階的に小さくなるように形成されている。この第１移行部２０Ａは、上流側のフィードゾーン１２に位置する部分と比較して、スクリュ軸の直径ｄが大きくなっており、フライト深さｈが小さくなっている。第１移行部２０Ａは、隣接するスクリュフライト７間の溝が上流側から下流側に向かって段階的に浅くなるように形成されているということもできる。なお、第２移行部２０Ｅは、第１移行部２０Ａと略同様であるため、重複する説明を省略する。

第１浅溝部２０Ｂは、第１移行部２０Ａにおける大径部分（第１移行部２０Ａにおける最も下流側の部分）と、スクリュ軸の直径ｄおよびフライト深さｈが略同一となっている。第１浅溝部２０Ｂは、隣接するスクリュフライト７間の溝が浅くなるように形成されているということもできる。なお、第２浅溝部２０Ｆは、第１浅溝部２０Ｂと略同様であるため、重複する説明を省略する。

スクリュ２０におけるシールゾーン１５に対応する部分には、スクリュフライトが形成されていない。シール部２０Ｃは、第１浅溝部２０Ｂと略同一のスクリュ軸の直径ｄを有し、スクリュフライトの代わりにスクリュ軸に浅い溝が複数形成されている。第１浅溝部２０Ｂおよびシール部２０Ｃは、スクリュ軸の直径が大きくなっており、シリンダ１０の内壁とスクリュ２０とのクリアランスが縮小するため、下流に送られる樹脂の供給量が低減される。これにより、溶融樹脂の流動抵抗が大きくなる。本実施の形態において、第１浅溝部２０Ｂおよびシール部２０Ｃは、溶融樹脂の流動抵抗を高める機構である。なお、シール部２０Ｃは、物理発泡剤の逆流、すなわち、シール部２０Ｃ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。なお、シール部２０Ｃは、スクリュフライトの代わりに、スクリュ２０とは別部材の（複数の溝が設けられた）リングが設けられた構造としてもよい。

スクリュ２０の軸の直径ｄを大きくした場合や、スクリュ２０とは別部材のリングを設けた場合、シリンダ１０の内周面とスクリュ２０とのクリアランスが縮小し、下流に送られる樹脂の供給量が低減される。これにより、溶融樹脂の流動抵抗が大きくなる。本実施の形態において、少なくとも第１移行部２０Ａは、溶融樹脂の流動抵抗を高める機構となっている。第１移行部２０Ａ、第１浅溝部２０Ｂおよびシール部２０Ｃの存在により、上流側から飢餓ゾーン１６に供給される樹脂流量が低下し、上流側で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１６では溶融樹脂が未充満（すなわち飢餓状態）となる。

なお、溶融樹脂の流動抵抗を高める機構は、上流側から飢餓ゾーン１６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。なお、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や、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。

また、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。

スクリュ２０における深溝部２０Ｄ（飢餓ゾーン１６に対応する部分）は、溶融樹脂の飢餓状態を促進するために、上流側の可塑化ゾーン４０に位置する部分と比較して、スクリュ軸の直径ｄが小さくなっており、フライト深さｈが大きくなっている。深溝部２０Ｄは、後述する２条フライト構造となっており、隣接するスクリュフライト２１，２２の間の溝が深くなるように形成されているということもできる。

深溝部２０Ｄは、第１移行部２０Ａおよび第１浅溝部２０Ｂと比較して、飢餓ゾーン１６全体に亘って、飢餓ゾーン１６に位置する部分のスクリュ軸の直径ｄが小さく、かつフライト深さｈが大きい構造を有していることが好ましい。さらに、深溝部２０Ｄは、飢餓ゾーン１６全体に亘って、スクリュ２０の軸の直径ｄおよびフライト深さｈが、略一定であることが好ましい。これにより、飢餓ゾーン１６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させることができる。本実施の形態では、飢餓ゾーン１６に対応する深溝部２０Ｄは、スクリュ２０の軸の直径ｄおよびフライト深ｈが一定となっている。

ここで、スクリュが１回転することに伴い移動する溶融樹脂の最大量について、図５を用いて説明する。図５は、スクリュ２０のうち、計量ゾーン１４に対応する一部の部分と、シールゾーン１５に対応する部分と、飢餓ゾーン１６に対応する一部の部分とを示す図である。なお、図５では、説明のため、飢餓ゾーン１６に対応する部分を、多条フライトではなくシングルフライトとしている。
計量ゾーン１４において、スクリュが１回転することに伴い下流側に移動する（送り出される）溶融樹脂の最大量は、隣接するスクリュフライト７間の軸回り１周あたりの容積となる。（これを容積Ａとする。）また、飢餓ゾーン１６において、スクリュが１回転することに伴い下流側に移動する（送り出される）溶融樹脂の最大量は、隣接するスクリュフライト２１間の軸回り１周あたりの容積となる。（これを容積Ｂとする。）

（多条フライト構造）
図３に戻り説明する。本実施の形態では、深溝部２０Ｄ（飢餓ゾーン１６に対応する部分）は、多条フライト構造となっている。図３では、多条フライト構造の一例として２条フライト構造（ダブルフライト構造）としている。深溝部２０Ｄは、その外周面に形成された第１スクリュフライト２１と、第２スクリュフライト２２とを備えている。多条フライト構造によれば、溶融樹脂を複数のフライトに分配して移送することができる。また、多重フライト構造とすることで、シングルフライトとした場合と同一量の溶融樹脂を、複数に分割して移送することができる。これにより、製造装置１をより大型化し、スクリュ径Ｄをより大径とした場合でも、隣接するスクリュフライト間の容積を過度に増大させることなく、溶融樹脂を下流に送ることができる。また、多条フライト構造によれば、スクリュ径Ｄをより大径とした場合でも、隣接するフライト間の容積が増大するのを抑えることができる。このため、隣接するフライト間に堆積する溶融樹脂の量を低減でき、飢餓状態を安定させることができる。これにより、物理発泡剤と溶融樹脂との接触面積の低下が抑制され（物理発泡剤と溶融樹脂との接触面積を増やすことができ）、物理発泡剤の溶融樹脂への浸透時間が確保されるため、飢餓ゾーン１６における物理発泡剤の浸透性を高めることができる。

図６は、２条フライトの一部を拡大した図である。溶融樹脂が移送される経路には、第１スクリュフライト２１により移送される経路と、第２スクリュフライト２２により移送される経路との２経路がある。ここで「隣接するスクリュフライト間の軸回り１周あたりの容積」を容積Ｃとする。容積Ｃは、第１スクリュフライト２１と第２スクリュフライト２２との間の軸回り１周あたりの容積となる。図６では、１箇所の容積Ｃを斜線部としている。このとき、飢餓ゾーン１６において、スクリュが１回転することに伴い下流側に移動する溶融樹脂の最大量、すなわち図５で示した容積Ｂは、容積Ｃに、スクリュフライトの数「２」を乗じたものとなる。

ここで、多条フライト構造の別の例として、深溝部２０Ｄ（飢餓ゾーン１６に対応する部分）を３条フライトとした場合について説明する。図７は、深溝部２０Ｄが３条フライトとなっているスクリュ２０を備えた製造装置１の全体図であり、図８は、３条フライトの一部を拡大した図である。深溝部２０Ｄには、第１スクリュフライト２１と、第２スクリュフライト２２と、第３スクリュフライト２３とが設けられている。この場合、溶融樹脂が移送される経路には、第１スクリュフライト２１により移送される経路と、第２スクリュフライト２２により移送される経路と、第３スクリュフライト２３により移送される経路との３経路がある。この場合、隣接するスクリュフライト間の軸回り１周当たりの容積Ｃは、第１スクリュフライト２１と第２スクリュフライト２２との間の軸回り１周あたりの容積と、第２スクリュフライト２２と第３スクリュフライト２３との間の軸回り１周あたりの容積と、第３スクリュフライトと第１スクリュフライトとの間の軸回り１周あたりの容積とがある。図８では、１箇所の容積Ｃを斜線部としている。このとき、飢餓ゾーン１６において、スクリュが１回転することに伴い下流側に移動する溶融樹脂の最大量、すなわち図５で示した容積Ｂは、容積Ｃに、スクリュフライトの数「３」を乗じたものとなる。一般化すると、容積Ｂは、ｎ条フライト（ｎは２以上の整数）の場合、容積Ｃ×ｎとなる。

本実施の形態では、多条フライト構造における隣接するスクリュフライト間の軸回り１周あたりの容積Ｃは、５ｃｍ^３以上１００ｃｍ^３以下となっている。容積Ｃは、スクリュ径Ｄにより最適値が異なるが、少なくとも５ｃｍ^３以上であることが好ましい。容積Ｃが５ｃｍ^３未満である場合、飢餓ゾーン１６において飢餓状態を維持すること、および飢餓ゾーン１６において溶融樹脂を下流に送る供給能力を維持すること、の両方を成立させることが困難となるためである。また、容積Ｃは１００ｃｍ^３以下であることが好ましい。容積Ｃが１００ｃｍ^３より大きい場合、隣接するスクリュフライト間に堆積する樹脂量が過多となり、飢餓ゾーン１６での物理発泡剤の浸透効率が低下する。さらには、容積Ｃは、１０ｃｍ^３以上５０ｃｍ^３以下であることがより好ましい。

本実施の形態では、容積Ａを容積Ｂで除した値（Ａ／Ｂ）は、０．１以上１．０以下となっている。発泡成形体の発泡性能の低下を抑制できるとともに、ベントアップ（飢餓ゾーン１６の導入口２から溶融樹脂が膨出する現象）の発生を抑制できるためである。さらには、Ａ／Ｂは、０．４以上０．９以下となっていることがより好ましい。Ａ／Ｂが、０．４未満である場合、飢餓ゾーン１６における溶融樹脂量が小さくなり飢餓率は高くなるが、余剰ガスが多くなるため、発泡効率が低下するとともに、発泡成形体に破泡が生じやすくなる傾向がある。また、Ａ／Ｂが０．９より大きい場合、飢餓率および物理発泡剤の溶解性が低下するとともに、ベントアップが発生しやすくなる傾向がある。

また、スクリュ２０が内設されているシリンダ１０の内径（スクリュ２０のスクリュ径Ｄ）は、４０ｍｍ〜３００ｍｍとなっている。本発明では例えば、次のように定義する。製造装置１を中型とする場合、シリンダ１０の内径は、約４０ｍｍ〜約６０ｍｍとなる。製造装置１を大型とする場合、シリンダ１０の内径は、約６０ｍｍ〜約３００ｍｍとなる。製造装置１を中型とした場合でも本発明の効果は十分に発揮されるが、製造装置１を大型とした場合、物理発泡剤と溶融樹脂との接触面積の低下がより顕著となるため、本発明の効果がより発揮されることとなる。なお、シリンダ１０の内径を例えば約４０ｍｍ未満とした場合、スクリュ２０における飢餓ゾーン１６に対応する部分を多条フライトとせずにシングルフライトとしても、飢餓ゾーン１６における隣接するフライト間の容積が小さく、そこに堆積する樹脂量が少ないため、成形体の発泡性能の低下は認められない傾向がある。なお、シリンダ１０の内径の上限を３００ｍｍとしているのは、発泡射出成形機において、シリンダ１０の内径は、実用上最大３００ｍｍとなっているためである。

また、多条フライト部におけるスクリュピッチＰ（図４参照）を、スクリュ２０のスクリュ径Ｄで除した値（Ｐ／Ｄ）を、１．０より大きくしてもよい。Ｐ／Ｄは、一般的に１．０前後であるが、フライトを複数に分配する場合、Ｐ／Ｄを１．０より大きくし、隣接するフライト間に必要な最低限の容積を確保する必要があるためである。また、飢餓ゾーン１６におけるＰ／Ｄを、計量ゾーン１４におけるＰ／Ｄよりも大きくしてもよい。その場合、飢餓ゾーン１６における溶融樹脂の送り速度が速くなり、飢餓ゾーン１６の飢餓率を高くすることができる。

なお、スクリュ２０において、深溝部２０Ｄ（飢餓ゾーン１６に対応する部分）の多条フライト構造は、３条フライト以上としてもよい。また、飢餓ゾーン１６以外における他の箇所を多条フライト構造としてもよい。当該他の箇所とは、例えば、スクリュ２０における再圧縮ゾーン１７、再計量ゾーン１８等に対応する部分である。また、多条フライト構造において、サブフライトの厚さをメインフライトの厚さに比べて薄く形成してもよい。厚さとは、スクリュ２０の軸方向に対する幅をいう。例えば２条フライトの場合（図６参照）、第２スクリュフライト２２の厚さを第１スクリュフライト２１の厚さより薄く形成してもよい。

また、飢餓ゾーン１６における溶融樹脂の飢餓状態を安定化させるために、ホッパー３０からシリンダ１０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ためである。本実施の形態では、汎用のフィーダースクリュ（図示せず）を用いて、熱可塑性樹脂の供給量を制御する。熱可塑性樹脂の供給量が制限されることにより、再計量ゾーン１８における溶融樹脂の計量速度が、圧縮ゾーン１３での可塑化速度よりも大きくなる。この結果、飢餓ゾーン１６における溶融樹脂の密度が安定に低下し、溶融樹脂への物理発泡剤の浸透が促進される。なお、ホッパー３０からシリンダ１０へ供給する熱可塑性樹脂の供給量を絞り過ぎると可塑化時間が長くなるため、好ましくない。

また、本実施の形態において、溶融樹脂の流動方向における飢餓ゾーン１６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、長過ぎると成形サイクルやスクリュ長さが長くなるという弊害が生じる。このため、飢餓ゾーン１６の長さは、シリンダ１０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１６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。すなわち、溶融樹脂の流動方向における飢餓ゾーン１６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。

また、溶融樹脂の可塑化計量および射出に伴ってスクリュ２０は前方および後方に移動するが、飢餓ゾーン１６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２を飢餓ゾーン１６内に配置することができる。換言すれば、発泡成形体の製造中にスクリュ２０が前方および後方に動いても、飢餓ゾーン１６以外のゾーンが、導入口２の位置に来ることはない。これにより、導入口２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１６に導入される。このように十分かつ適当な大きさ（長さ）を有する飢餓ゾーン１６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１６を一定圧力により保持しやすくなる。なお、本実施の形態において、飢餓ゾーン１６の長さは、スクリュ２０において、スクリュ２０の軸の直径およびスクリュフライトの深さが一定である部分の長さ、すなわち深溝部２０Ｄの長さと略同一となっている。

なお、本実施の形態では、製造装置１が１つの飢餓ゾーン１６を有しているものとしたが、飢餓ゾーン１６の数はこれに限定されるものではない。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１６および導入口２を複数設け、複数の導入口２を介して物理発泡剤がシリンダ１０に導入される構造としてもよい。

（４）溶融樹脂と物理発泡剤とを接触させる。
次に、飢餓ゾーン１６を一定圧力に保持した状態で、飢餓ゾーン１６において、飢餓状態の溶融樹脂と、一定圧力の物理発泡剤とを接触させる（図２のステップＳ４）。すなわち、飢餓ゾーン１６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１６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、圧力調整容器５中に滞留している物理発泡剤が飢餓ゾーン１６に円滑に供給される。これにより、飢餓ゾーン１６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。このため、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の形態では、シリンダ１０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１６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シリンダ１０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、温度およ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）を、安定化させることができる。また、本実施の形態では、物理発泡剤が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するようになっている。これにより、本実施の形態に係る製造装置１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にもかかわらず、発泡セルが微細となっている。

また、本実施の形態に係る製造方法によれば、物理発泡剤の導入量、導入時間等を制御する必要がないため、逆止弁や電磁弁等の駆動弁、さらにこれらを制御する制御機構が不要となり、装置コストを抑えることができる。また、本実施の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が小さいという利点がある。

また、本実施の形態では、発泡成形体の製造中、常に、飢餓ゾーン１６が一定圧力に保持される。つまり、シリンダ１０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、本実施の形態では、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、成形体の冷却工程およ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シリンダ１０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、シリンダ１０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、シリンダ１０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、シリンダ１０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、シリンダ１０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。
製造装置１を大型とした場合でも、適切な大きさの圧力調整容器５を設けることにより、シリンダ１０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なわれることが担保され、成形体内部に微細セルが形成される良好な発泡成形を実現できるという低圧の物理発泡剤を用いた成形方法の効果を享受できる。例えば、飢餓ゾーン１６において物理発泡剤が大量に消費された場合に、物理発泡剤の供給が間に合わず、飢餓ゾーン１６の圧力が急減する恐れがあるが、圧力調整容器５により安定的に物理発泡剤が供給されて、飢餓ゾーン１６の圧力変動が抑制され、シリンダ１０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ことが可能となる。

（５）溶融樹脂を発泡成形に成形する。
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２のステップＳ５）。シリンダ１０には、飢餓ゾーン１６の下流に隣接する再圧縮ゾーン１７が設けられている。スクリュ２０の回転により、飢餓ゾーン１６の溶融樹脂は再圧縮ゾーン１７に流動するようになっている。再圧縮ゾーン１７では、溶融樹脂が再圧縮され、圧力が高まるようになっている。物理発泡剤を含む溶融樹脂は、再圧縮ゾーン１７において圧力調整され、スクリュ２０の前方に押し出されて計量される。シリンダ１０には、当該計量を行うためのゾーンとして、再圧縮ゾーン１７の下流に隣接する再計量ゾーン１８が設けられている。

このとき、スクリュ２０の前方に押し出された溶融樹脂の内圧は、スクリュ２０の後方に接続する油圧モータ、油圧シリンダまたは電動モータ（不図示）により、スクリュ背圧として制御される。本実施の形態では、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、スクリュ２０の前方に押し出された溶融樹脂の内圧、すなわちスクリュ背圧は、一定に保持されている飢餓ゾーン１６の圧力よりも１〜６ＭＰａ程度高くなるように制御することが好ましい。なお、本実施の形態では、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１９が設けられている。これにより、計量時、飢餓ゾーン１６の圧力は、スクリュ２０前方の樹脂圧力に影響されないようになっている。

なお、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。本実施の形態では、シリンダ１０から金型内のキャビティ（図示せず）に、再計量ゾーン１８で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、金型のキャビティ内に、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。また、金型キャビティ容積の９０％〜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しており、熱可塑性樹脂の冷却時の収縮が抑制され、冷却歪が緩和されるため、ヒケやソリが軽減され、低比重の発泡成形体を得ることができる。

本実施の形態に係る製造方法では、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または簡略化することができ、装置コストを低減できる。また、飢餓ゾーン１６を一定圧力に保持した状態で、飢餓ゾーン１６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させることができる。

（発泡成形体の評価）
製造装置１により製造された（射出）発泡成形体（成形品）の評価方法について説明する。熱可塑性樹脂としてタルクを２０％混合したポリプロピレン(出光ライオンコンポジット製、４７００Ｇ)を用いた。成形品の厚み（２．５ｍｍ）を一定とし、スクリュシリンダの径にあわせて、成形品の大きさを変更した（１５０ｍｍ角〜８００ｍｍ角）。ゲート部、中央部および流動末端部における成形品の発泡セルの状態を断面ＳＥＭにて評価した。視野１ｍｍ角における発泡セルを観察し、平均セルが５０μｍ以下を合格とした。また、発泡セルの均一性に関しては、成形品を透かして目視で確認し、破泡が確認できるかどうかを評価した。

以下、本発明について、実施例および比較例を用いて更に説明する。ただし、本発明は、以下に説明する実施例および比較例に限定されるものではない。図９は、実施例および比較例をまとめた図である。

［実施例１］
実施例１では、スクリュシリンダ内径φ５６ｍｍのスクリュを用い、発泡射出成形を行った。また、飢餓ゾーン１６におけるスクリュはダブルフライト構造とした。スクリュ１回転に伴い移動する溶融樹脂の最大容量について、計量ゾーン１４における容積Ａを３０ｃｍ^３とし、飢餓ゾーン１６における容積Ｂ（容積Ｃ×２経路）を３８ｃｍ^３とした。また、Ａ／Ｂ（０．１〜１．０が望ましい）を０．７８とした。また、飢餓ゾーン１６の多条フライトにおける隣接するスクリュフライト間の軸回り１周あたりの容積Ｃ（５ｃｍ^３〜１００ｃｍ^３が望ましい）を、１９ｃｍ^３とした。
金型に１５０ｍｍ角の平板を用い、減圧弁５１の調整による窒素による物理発泡剤の圧力が８ＭＰａ、スクリュ背圧が１０ＭＰａ、樹脂温度が１８０〜２１０℃、金型温度が４０℃という条件で、可塑化計量後、射出速度５０ｍｍ/ｓで射出充填を行った。保圧２０ＭＰａの圧力にて２秒印加した後、金型を５ｍｍ開き３倍のコアバック発泡を行った。

実施例１の成形品について、断面ＳＥＭにてセル径を評価したところ、平均セル径は２２μｍと小さいものであり良好であった。また、破泡は認められなかった。また、連続で１００ショット成形したが、ベントアップは発生しなかった。

［実施例２］
実施例２では、スクリュシリンダ内径φ８０ｍｍのスクリュを用いた。また、飢餓ゾーン１６におけるスクリュはダブルフライト構造とした。また、計量ゾーン１４における容積Ａを４３ｃｍ^３とし、飢餓ゾーン１６における容積Ｂ（容積Ｃ×２経路）を５２ｃｍ^３とした。また、Ａ／Ｂを０．８２とした。また、容積Ｃを２６ｃｍ^３とした。それ以外については実施例１と同様とし、コアバック発泡を行った。

実施例２の成形品について、断面ＳＥＭにてセル径を評価したところ、平均セル径は２８μｍと小さいものであり良好であった。また、破泡は認められなかった。また、連続で１００ショット成形したが、ベントアップは発生しなかった。

［実施例３］
実施例３では、スクリュシリンダ内径φ１００ｍｍのスクリュを用いた。また、飢餓ゾーン１６におけるスクリュはダブルフライト構造とした。また、計量ゾーン１４における容積Ａを５５ｃｍ^３とし、飢餓ゾーン１６における容積Ｂ（容積Ｃ×２経路）を８６ｃｍ^３とした。また、Ａ／Ｂを０．６３とした。また、容積Ｃを４３ｃｍ^３とした。また、金型は２５０×４００ｍｍ角の平板を用いた。それ以外については実施例１と同様とし、コアバック発泡を行った。

実施例３の成形品について、断面ＳＥＭにてセル径を評価したところ、平均セル径は３５μｍと小さいものであり良好であった。また、破泡は認められなかった。また、連続で１００ショット成形したが、ベントアップは発生しなかった。

［実施例４］
実施例４では、スクリュシリンダ内径φ２００ｍｍのスクリュを用いた。また、飢餓ゾーン１６におけるスクリュはトリプルフライト構造とした。また、計量ゾーン１４における容積Ａを１１０ｃｍ^３とし、飢餓ゾーン１６における容積Ｂ（容積Ｃ×３経路）を１７１ｃｍ^３とした。また、Ａ／Ｂを０．６４とした。また、容積Ｃを５７ｃｍ^３とした。また、金型は８００ｍｍ角の平板を用いた。それ以外については実施例１と同様とし、コアバック発泡を行った。

実施例４の成形品について、断面ＳＥＭにてセル径を評価したところ、平均セル径は３８μｍと小さいものであり良好であった。また、破泡は認められなかった。また、連続で１００ショット成形したがベントアップは発生しなかった。

［比較例１］
比較例１では、スクリュシリンダ内径φ１００ｍｍのスクリュを用いた。また、飢餓ゾーン１６におけるスクリュはシングルフライト構造とした。また、計量ゾーン１４における容積Ａを５５ｃｍ^３とし、飢餓ゾーン１６における容積Ｂを８６ｃｍ^３とした。また、Ａ／Ｂを０．６３とした。それ以外については実施例３と同様とし、コアバック発泡を行った。

比較例１の成形品について、断面ＳＥＭにてセル径を評価したところ、平均セル径は４７μｍであり、やや肥大していた。また、流動末端部に破泡が認められた。これは、シングルフライトで、容積Ａと容積Ｂとの差が大きいため、飢餓ゾーン１６において、隣接するフライト間に堆積する樹脂量が少なくなり、滞留する物理発泡剤の量が増大することで、溶けきれない余剰ガスが再圧縮時に巻き込まれたと推定される。

［比較例２］
比較例２では、スクリュシリンダ内径φ２００ｍｍのスクリュを用いた。また、飢餓ゾーン１６におけるスクリュはダブルフライト構造とした。また、容積Ｃを１０５ｃｍ^３とした。それ以外については実施例４と同様とし、コアバック発泡を行った。

比較例２の成形品について、断面ＳＥＭにてセル径を評価したところ、セル径が大きく、破泡が散見された。これは、飢餓ゾーン１６において、隣接するスクリュフライト間に滞留する樹脂量が多くなり、物理発泡剤との接触面積が減少したことで、物理発泡剤の溶解量が不十分になったためと推定される。また、滞留する物理発泡剤の量が多くなり過ぎ、再圧縮時に余剰ガスが巻き込まれたと推定される。

［比較例３］
比較例３では、スクリュシリンダ内径φ５６ｍｍのスクリュを用いた。また、飢餓ゾーン１６におけるスクリュはダブルフライト構造とした。また、飢餓ゾーン１６における容積Ｂを２８ｃｍ^３とした。また、Ａ／Ｂを１．０７とした（すなわち飢餓率を低くした）。それ以外については、実施例１と同様とし、コアバック発泡を行った。

比較例３では、ベントアップが多発し、樹脂の供給量を相当量絞りこまないと連続して成形することが困難であった。

以上のように、本実施の形態に係る製造装置および製造方法にあっては、飢餓ゾーン１６において溶融樹脂を、常時一定圧力の物理発泡剤にて加圧して発泡成形を行う装置をより大型化した場合、すなわちスクリュ径をより大径とした場合であっても、飢餓ゾーン１６におけるフライト構造が多条フライト構造となっていることで、シングルフライトの場合と同一量の溶融樹脂が複数に分割して移送される。このとき、隣接するスクリュフライト間の容積が過度に大きいものとならないため、そこに堆積する溶融樹脂の量を低減できる。このため、物理発泡剤と溶融樹脂との接触面積の低下が抑制されるとともに、物理発泡剤の溶融樹脂への浸透時間が確保される。このため、発泡成形体（成形品）の内部に微細セルが形成される良好な発泡成形を実現でき、発泡成形体の発泡性能が低下するのを抑制できる。
換言すると、飢餓ゾーン１６を比較的低圧の物理発泡剤で加圧する製造装置（製造方法）において、装置をより大型化した場合、すなわちスクリュシリンダの内径（スクリュ径）をより大径とした場合でも、飢餓ゾーン１６におけるフライト構造が多条フライト構造となっていることで、シングルフライトの場合と同一量の溶融樹脂が複数に分割して移送される。このとき、隣接するスクリュフライト間の容積が過度に大きいものとならないため、そこに堆積する溶融樹脂の量を低減できる。このため、物理発泡剤と溶融樹脂との接触面積の低下が抑制されるとともに、物理発泡剤の溶融樹脂への浸透時間が確保される。これにより、成形体の発泡性能が低下することのない良好な発泡成形を実現でき、成形体の内部に微細な発泡セルを安定的に形成することができる。

また、飢餓ゾーン１６において隣接するスクリュフライト間の軸回り１周あたりの容積（容積Ｃ）が５ｃｍ^３〜１００ｃｍ^３の範囲となっているため、飢餓ゾーン１６において、飢餓状態を維持しつつ、溶融樹脂を下流に送る供給する能力が維持されるとともに、隣接するスクリュフライト間に堆積する樹脂量が過多となることによる物理発泡剤の浸透効率の低下が抑制される。これにより、成形体における発泡セルサイズの肥大化や破泡の発生等をより確実に抑えることができ、発泡状態が良好な成形体を得ることができる。

また、計量ゾーン１４における隣接するスクリュフライト間の軸回り１周あたりの容積Ａと、飢餓ゾーン１６における隣接するスクリュフライト間の軸回り１周あたりの容積に、スクリュフライトの数を乗じた容積Ｂとの比率Ａ／Ｂが、０．１〜１．０の範囲となっているため、飢餓ゾーン１６において物理発泡剤が余剰となるのが抑制されるとともに、ベントアップの発生が抑制される。これにより、成形体における破泡の発生をより確実に抑え、発泡状態が良好な成形体を得ることができるとともに、成形体の生産性を向上させることができる。

１ 製造装置
２ 導入口
５ 圧力調整容器
７ （計量ゾーンの）スクリュフライト
１０ 可塑化シリンダ（シリンダ）
１４ 計量ゾーン
１６ 飢餓ゾーン
２０ スクリュ
２１，２２，２３ （飢餓ゾーンの）スクリュフライト
４０ 可塑化ゾーン

Claims (9)

1. 発泡成形体の製造装置であって、
   熱可塑性樹脂が可塑化溶融し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、前記飢餓ゾーンへの物理発泡剤の導入口が設けられたシリンダと、
   前記シリンダの内部に、軸回りに回転自在にかつ軸方向に進退自在に配置されたスクリュと、
   一定圧力の前記物理発泡剤を、前記導入口を介して前記飢餓ゾーンに導入し、前記飢餓ゾーンを常時前記一定圧力に保持する圧力調整容器とを備え、
   前記スクリュは、前記飢餓ゾーンにおいて多条フライト構造となっていることを特徴とする発泡成形体の製造装置。
2. 前記スクリュの前記多条フライト構造は、隣接するスクリュフライト間の軸回り１周あたりの容積が、５ｃｍ^３以上１００ｃｍ^３以下となってい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装置。
3. 前記可塑化ゾーンは、前記溶融樹脂の流動方向における前記飢餓ゾーンの上流側に位置し、前記溶融樹脂の流動抵抗を高める機構により圧縮された状態の前記溶融樹脂を保持する計量ゾーンを有し、
   前記計量ゾーンにおける隣接するスクリュフライト間の軸回り１周あたりの容積を容積Ａとし、
   前記飢餓ゾーンにおける隣接するスクリュフライト間の軸回り１周あたりの容積に、前記飢餓ゾーンのスクリュフライトの数を乗じた容積を容積Ｂとすると、
   容積Ａを容積Ｂで除した値は、０．１以上１．０以下となっていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の発泡成形体の製造装置。
4. 発泡成形体の製造方法であって、
   可塑化ゾーンと飢餓ゾーンとを有し、前記飢餓ゾーンへの物理発泡剤の導入口が設けられたシリンダと、前記シリンダの内部に、軸回りに回転自在にかつ軸方向に進退自在に配置され、前記飢餓ゾーンにおいて多条フライト構造となっているスクリュと、前記物理発泡剤を、前記導入口を介して前記飢餓ゾーンに導入する圧力調整容器とを用い、
   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工程と、
   前記飢餓ゾーンに一定圧力の前記物理発泡剤を導入して、前記飢餓ゾーンを常時前記一定圧力に保持する工程と、
   前記飢餓ゾーンにおいて、前記多条フライト構造により前記溶融樹脂の移送経路を分割し、それぞれを飢餓状態とする工程と、
   飢餓状態の前記溶融樹脂と前記一定圧力の物理発泡剤とを接触させる工程と、
   前記一定圧力の物理発泡剤と接触した前記溶融樹脂を発泡成形体に成形する工程とを有することを特徴とする発泡成形体の製造方法。
5. 前記スクリュの前記多条フライト構造は、隣接するスクリュフライト間の軸回り１周あたりの容積が、５ｃｍ^３以上１００ｃｍ^３以下となってい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。
6. 前記可塑化ゾーンは、前記溶融樹脂の流動方向における前記飢餓ゾーンの上流側に位置し、前記溶融樹脂の流動抵抗を高める機構により圧縮された状態の前記溶融樹脂を保持する計量ゾーンを有し、
   前記計量ゾーンにおける隣接するスクリュフライト間の軸回り１周あたりの容積を容積Ａとし、
   前記飢餓ゾーンにおける隣接するスクリュフライト間の軸回り１周あたりの容積に、前記飢餓ゾーンのスクリュフライトの数を乗じた容積を容積Ｂとすると、
   容積Ａを容積Ｂで除した値は、０．１以上１．０以下となっていることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の発泡成形体の製造方法。
7. 熱可塑性樹脂が可塑化溶融し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するシリンダを備え、物理発泡剤が前記飢餓ゾーンに導入され、前記飢餓ゾーンが常時一定圧力に保持される発泡成形体製造装置に用いられるスクリュであって、
   前記シリンダの内部に配置される前記スクリュは、前記飢餓ゾーンにおいて多条フライト構造となっていることを特徴とする発泡成形体製造装置用スクリュ。
8. 前記多条フライト構造は、隣接するスクリュフライト間の軸回り１周あたりの容積が、５ｃｍ^３以上１００ｃｍ^３以下となっていることを特徴とする請求項７に記載の発泡成形体製造装置用スクリュ。
9. 前記可塑化ゾーンは、前記溶融樹脂の流動方向における前記飢餓ゾーンの上流側に位置し、前記溶融樹脂の流動抵抗を高める機構により圧縮された状態の前記溶融樹脂を保持する計量ゾーンを有し、
   前記計量ゾーンにおける隣接するスクリュフライト間の軸回り１周あたりの容積を容積Ａとし、
   前記飢餓ゾーンにおける隣接するスクリュフライト間の軸回り１周あたりの容積に、前記飢餓ゾーンのスクリュフライトの数を乗じた容積を容積Ｂとすると、
   容積Ａを容積Ｂで除した値は、０．１以上１．０以下となっていることを特徴とする請求項７または請求項８に記載の発泡成形体製造装置用スクリュ。

Images