JP4047107B2 - 発泡体射出成形用スクリュ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、可塑化溶融した樹脂材料に高圧ガスを溶解させて金型に射出し発泡体を成形するスクリュ式射出成形機のスクリュに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
樹脂製の発泡成形体は、軽く、比較的低コストで作製出来、色付けが容易である等の理由から適用性に優れ、電気電子製品の筐体や自動車部品等、種々の用途に重用されている。樹脂製発泡成形体は、通常、熱可塑性樹脂を用い、樹脂を溶融し金型キャビティに射出充填する射出成形法により作製され、多くの場合、スクリュ式射出成形機を用いて製造される。そして、樹脂製発泡成形体の製造方法においては、溶融樹脂の流動性が重要な因子となる。流動性は、金型形状の転写に影響を与え、成形品の寸法精度、外観を左右するからである。しかしながら、一般に、原料として多用される熱可塑性樹脂は、溶融粘度が高く成形材料として流動性に劣るので金型キャビティ内への充填に時間がかかり、金型からの冷却が進行するので転写不良を起こし易いという問題があった。
【０００３】
そこで、従来、スクリュ式射出成形機のバレル内で熱可塑性樹脂を溶融し、その樹脂中に、例えば超臨界状態の二酸化炭素等の不活性ガスを、混合・浸透溶解させる手段が用いられている。樹脂に溶解した不活性ガスは、樹脂の可塑剤として働き、樹脂の流動性を向上させ、金型形状の転写性を良好にし、成形品の寸法、外観を、より優れたものにするだけでなく、樹脂流動圧力が低減される結果、成形サイクルタイムの短縮（スループット向上）、型締圧力の低減（電気コストの削減）をもたらす効果を奏することが知られている。
【０００４】
ところが、一般的に用いられているフルフライト（１重）スクリュを備える射出成形機を上記手段に適用しようとすると、以下のような不都合を生じてしまう。即ち、不活性ガスを溶融樹脂に溶解させるためには、加圧状態の不活性ガスをバレル内に注入するとともに、このガス圧力に対してシール出来る構造を有するスクリュ式射出成形機であることが求められるが、例えば二酸化炭素を超臨界状態にするに必要な臨界圧力は、概ね７．５ＭＰａであり、このような高圧のガスに対するシール性を確保することが困難なのである。
【０００５】
通常のフルフライトスクリュは、図５に模式図として示すスクリュ５０の如く、フライト５９間の溝が深い材料供給部５１と、フライト５９間の溝が徐々に浅くなる圧縮部５２と、フライト５９間の溝が浅い可塑化部５３を備えるフルフライトスクリュである。図示しないが、スクリュを収めるバレルの外周面全体に加熱ヒータが設置されていて、原料として通常ペレット状の樹脂材料が、スクリュ後端側から材料供給部５１に入れられ、スクリュの回転とともにスクリュの溝に沿って搬送されつつ加熱される。そして、圧縮部５２で徐々に圧力が高められるとともに剪断力や摩擦力を受け、可塑化部５３において更に高圧になり可塑化が進み、計量されてスクリュ前端部に溜り、射出装置を動作させてスクリュ前端のノズル部から図示しない金型へ射出充填される。
【０００６】
このようなフルフライトのスクリュ５０では、フライト５９の外径とバレル（スクリュを収めるシリンダ、図示しない）の内径とのクリアランスを小さくしてもスクリュ溝が深いため、注入された高圧ガスはスクリュ溝中の溶融樹脂の中を通過して材料供給部へ流出する。このスクリュ溝を浅くすると樹脂の搬送能力が低下し、生産性を低下せしめるという問題が生じる。更に、高圧の不活性ガスを溶融樹脂に溶解させるためには、被溶解物である溶融樹脂の圧力を、そのガス圧力以下にした上に、ガスと溶融樹脂との接触時間を一定以上確保するとともに接触面積を広くしなければならない。そのためには、樹脂を溶融状態にした後に樹脂圧力を下げ、そこへガスを加圧して溶解させ、射出されるまで溶融樹脂とガスとを接触・混合させることが必要になるが、図５から明らかなように、従来のスクリュ５０では、高圧ガスを、材料供給部５１〜可塑化部５３の何れの場所に注入しても実現は困難であった。
【０００７】
この問題を解決するための提案がなされている。特許文献１又は特許文献２に開示された熱可塑性樹脂発泡体成形用可塑化装置によれば、図３に模式的に示すような２ステージ構造のスクリュが提案されている。スクリュ３０は、後端側から先端側にかけて、後方寄りが材料供給部３１となり、その先方が第１メタリング（可塑化溶融部）３３となっている第１ステージと、同様にその先方が第２メタリング３５となり、そしてその後方寄りがスクリュ溝が深くなった低圧部３４となっている第２ステージと、先端部のスクリュヘッド部（図示しない）とに選定され、第２ステージの低圧部３４に対応した位置において、図中示すようにガスが注入される。そして、ガスの注入が第１メタリング３３の先方即ち下流側に設けられているので、超臨界ガス圧以上の不活性ガスを注入しても、第１メタリングにおいて完全に溶融されている樹脂材料のシール作用により、注入されるガスが材料供給部３１の方へ逆流しないとしている。
【０００８】
しかしながら、一般的に射出成形機のメタリング部は、比較的小型のスクリュであってもフライト間の溝の深さは２．５〜３．０ｍｍとなっている。このような溝ではシールのための第１メタリング３３部分が短いとシール性が不十分になり、上記した例えば二酸化炭素を超臨界状態にするに必要な臨界圧力７．５ＭＰａを維持することは困難であることが予想される。一方、このような高圧ガスをシールすべく第１メタリング３３部分を長くすると、スクリュ全体が長くなり特殊仕様になることでコストアップになる他、設置面積も大きくなってしまい、好ましくない。
【０００９】
又、特許文献１又は特許文献２には、図４（ａ）に模式的に示すような２ステージ構造の他のスクリュが開示されている。スクリュ４０は、スクリュ３０と同様に後端側から先端側にかけて、後方寄りが材料供給部４１となり先方が第１メタリング４３となっている第１ステージと、先方が第２メタリング４５となり後方寄りが低圧部４４となっている第２ステージと、先端部のスクリュヘッド部（図示しない）とに選定され、第２ステージの低圧部４４に対応した位置において、図中示すようにガスが注入される。スクリュ４０は、第１メタリング４３の低圧部４４寄りにミキシングピース４６が設けられている点で、スクリュ３０とは異なる。ミキシングピース４６を設けることにより、ガスが溶融樹脂に、より短時間で浸透・混合し、しかも均一に分散されるとしている。図４（ｂ）は、図４（ａ）におけるミキシングピース４６を含む第１メタリング４３部分を拡大した模式図である。この態様の場合、ミキシングピース４６の外径とバレル内径とのクリアランスが大きいと上記スクリュ３０とは、シール作用の点で何ら変わらないが、ミキシングピース４６の外径とバレル内径とのクリアランスが（例えばマトック式ミキシングピース、特許文献２の図３（ロ）参照）小さい場合には、そこが堰となり、溶融樹脂が流れるとともにガスシール性は向上し、超臨界ガス圧以上の不活性ガスを注入しても、材料供給部４１の方へ逆流しなくなると予想される。
【００１０】
しかしながら、溶融樹脂が流れる通路が狭くなることから、樹脂の可塑化能力が低下し、生産性に劣る。成形サイクルが長くなりスループットが低下し、得られる発泡成形体のコスト高を招来し、好ましいものではない。
【００１１】
【特許文献１】
特開２００１−１３７９公報
【００１２】
【特許文献２】
特開２００１−１１３５７４公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、従来の問題点を解決した発泡体射出成形用のスクリュを提供することを目的とする。より具体的には、発泡体を成形する射出成形機の構成要素であるスクリュであって、樹脂材料を充分に可塑化する能力が確保され優れた生産性を有し、高圧ガスを溶融樹脂に均一に浸透させ混合させることが出来るとともに、高圧ガスが材料供給部側へ逆流しないように充分なシール性が確保され、尚且つ、全長が抑えられたスクリュを提供することを目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
研究を重ねた結果、以下に示す手段によって、上記目的を達成し得ることが見出された。即ち、本発明により提供されるスクリュは、熱可塑性樹脂材料にガスを溶解させて金型に射出充填する発泡体成形用のスクリュであって、後端側から、材料供給部、圧縮部、可塑化部からなる第１ゾーンと、ガス供給部、圧縮部、送出部からなる第２ゾーンと、を有してなり、第１ゾーンと第２ゾーンとの間にダブルフライトを有する遷移ゾーンを備え、第１ゾーンの可塑化部で溶融した樹脂材料とガスとを共存させるとともにガスをシールする機能を有することを特徴とする発泡体射出成形用スクリュである。
【００１５】
遷移ゾーンに設けたダブルフライトによる可塑化ゾーン（第１ゾーン）とガス溶解ゾーン（第２ゾーン）とを振り分ける構造によって、上記従来例にあるような溶融樹脂の通路が狭いという問題は生じず、換言すれば、充分な可塑化能力が確保される。又、メインフライトの間にサブフライトを設けることにより、材料供給側と繋がる溝に存在する可塑化された溶融樹脂はサブフライトの外径とバレル内径との間の隙間（クリアランス）を通過しなければ、ガス供給側と繋がっている溝に流入することが出来ない。このサブフライトの外径とバレル内径とのクリアランスを調整することにより、高圧ガスを遮断し、材料供給部側への逆流を防止する。加えて、遷移ゾーンにおいてはメインフライト間に存在しているサブフライトを挟んでガス供給側と繋がっている溝は深く、溶融樹脂はかなりのスターブ（飢餓）状態になっており、溶融樹脂と高圧ガスが共存するので、溶融樹脂と高圧ガスとの接触面積及び接触時間を、より長く確保出来る。従って、溶融樹脂表面への高圧ガスの浸透に関し、同じ効果を得る条件では、よりスクリュ全長を短くすることが可能である。
【００１６】
尚、特許文献１又は特許文献２においても、ミキシングピースとしてダブルフライトが採用されている（例えば特許文献２の図３（ニ）参照）が、それら特許文献によればフルフライトスクリュでもよいとの記載があり、又、名称からもミキシング機能の追加が目的であることが伺え、ダブルフライトが必須条件でありシール機能の付与を目的とする本発明とは、技術的思想を異にするものである。
【００１７】
このように、本発明のスクリュは、遷移ゾーンのダブルフライト部分により、可塑化能力を確保しつつ、高圧ガスのシールと、ガスの溶融樹脂へのより均一な浸透と、を図ることが出来、発泡体を成形する射出成形機のスクリュとして好適なものであり、その他の条件により限定されるものではない。尚、より好ましい発泡体を得るため、より生産性を向上（サイクルタイム短縮、スループット向上）するため、等の理由により、より好ましい態様が挙げられるので、以下にそれらを記す。
【００１８】
即ち、本発明においては、第１ゾーン可塑化部の搬送能力と第２ゾーン送出部の搬送能力との比は、１：１．２〜１：１．５であることが好ましい。溶融樹脂への高圧ガスの浸透を、より良好にするためである。第２ゾーンの搬送能力が第１ゾーンの搬送能力に対し１．２倍より小さいと、第１ゾーンからの樹脂の供給が多すぎて、第２ゾーンのガス供給部において溶融樹脂が充満しベントアップを起こし易く、ガス注入孔を閉塞することになる。又、溶融樹脂に高圧ガスが均一に混合し難く、発泡不良を生じ、成形された発泡体に粗大セルが生じ易いので好ましくない。又、第２ゾーンの搬送能力が第１ゾーンの搬送能力に対し１．５倍より大きいと、第１ゾーンからの樹脂の供給が少なすぎ、第２ゾーンのガス供給部においてガスの存在比率が大きくなりスターブ状態（飢餓状態）が極端になって、スクリュ先端部の樹脂溜り部にガスが流入してガスの溜りが出来るので、成形された発泡体に粗大セルが生じ易いので好ましくない。
【００１９】
又、同様にスクリュ前端部にガスが流入するのを防止する（脱泡能力を高める）ためには、第２ゾーンの圧縮部の圧縮比が、２．５〜３．５であることが好ましい。圧縮比が２．５未満では、ガスの脱泡が悪く、成形された発泡体に粗大セルが生じ易いので好ましくない。圧縮比が３．５より大きいと、この圧縮部において溶融樹脂が糞詰まり状態になって、ガス供給部においてベントアップが生じ、運転出来なくなるためである。
【００２０】
更に、本発明においては、遷移ゾーンのダブルフライトのうちサブフライトは、メインフライトよりも外径寸法が小さく、スクリュを収めるバレルの内径とのクリアランスが０．２〜２．０ｍｍであることが好ましい。より好ましくは、クリアランスは０．４〜１．５ｍｍである。これは、サブフライトをのり越える溶融樹脂の通過量のバランスをとり、可塑化能力とサブフライト部でのガスシール能力を両立させるのに好都合であることによる。クリアランスが０．２ｍｍ未満であると、可塑化能力が低下し、生産性が低下するので好ましくない。又、クリアランスが２．０ｍｍより大きいと、後述するサブフライト数にもよるがガスシール能力が低下し、高圧ガスが材料供給部側へ逆流するので好ましくない。
【００２１】
本発明においては、遷移ゾーンにおけるサブフライト数は、２〜４であることが好ましい。ここで、サブフライト数について説明する。サブフライト数とは、サブフライトを有する領域（長さ）をサブフライト部のピッチで除した数値である。又、一般的にサブフライト部のピッチはメインフライト部のピッチより大きな値となるため、サブフライト形成部分の長さをメインフライトのピッチで除した数値より小さくなる。本発明では、サブフライト部のフライト部長さ（フライト頂部の展開長さ）を長く出来るので、同じガスシール能力を確保した条件では溶融樹脂がのり越えるための隙間（サブフライト外径とバレル内径とのクリアランス）を大きく出来る。このようにして、ガスシール性を確保しつつ、可塑化能力を確保出来ることになる。遷移ゾーンにおけるサブフライトの山数が２未満であると、ガスシール能力が低下するので好ましくない。又、遷移ゾーンにおけるサブフライトの山数が４より多くても、ガスシール性、溶融樹脂表面への高圧ガスの浸透性に関し大きな向上は見られなく、又、スクリュ全長が長くなるのでコスト面で不利である。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のスクリュについて、図面を参照しながら実施形態を説明するが、本発明はこれらに限定されて解釈されるべきものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々の変更、修正、改良を加え得るものである。尚、本明細書にいう可塑化能力とは、当該可塑化部の搬送能力と同義である。又、高圧ガスとは、概ね２ＭＰａ以上の圧力のガスを指しガスを超臨界状態にする圧力に限定されず、本明細書において特に定める場合を除いてこの高圧ガスを単にガスともいう。
【００２３】
図２（ａ）は、本発明のスクリュの側面を示す模式図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）における本発明の特徴部分を拡大した図である。本発明に係るスクリュ１０は、２ゾーン構造を呈し、熱可塑性樹脂材料にガスを溶解させて金型に射出充填する発泡体成形用のスクリュである。スクリュ１０は、後端側から、材料供給部１１、圧縮部１２、可塑化部１３からなる第１ゾーンと、ガス供給部１４、圧縮部２２、送出部１５からなる第２ゾーンと、を有している。
【００２４】
そして、第１ゾーンと第２ゾーンとの間には、メインフライト１９とサブフライト２９とからなるダブルフライトを有する遷移ゾーン１６を備えている。尚、スクリュ１０においてサブフライト２９の山数は例えば３である。又、メインフライト１９は、遷移ゾーン１６以外では通常のフライトとして備わるものである（以下、メインフライトを単にフライトともいう）。
【００２５】
第１ゾーンにおいて、ペレット状の樹脂材料は、スクリュ１０の回転に伴って、材料供給部１１において図示しないバレル中に入り、スクリュ１０の溝の中を搬送される。フライト１９間の溝１７の深さが徐々に浅くなる圧縮部１２で圧縮されて剪断力を受けるとともに図示しない加熱ヒータにより昇温されて可塑化される。可塑化部１３では、樹脂は完全に可塑化され溶融状態になっている（このときの樹脂圧力は可塑化部の流路抵抗により決まる）。
【００２６】
次の第２ゾーンのガス供給部１４で注入された高圧ガスは、スターブ状態になっている遷移ゾーン１６の空間に広がる。この遷移ゾーン１６においては、第１ゾーンの可塑化部１３で溶融した樹脂材料が、引き続き可塑化されつつスクリュ溝１７ａ（材料供給部に繋がっている）からサブフライト２９をのり越えてスクリュ溝１７ｂ（ガス供給部に繋がっている）へと移動する。このスクリュ溝１７ａは前方へいく程、溝幅は狭くなっている。逆に、スクリュ溝１７ｂは前方へいく程、溝幅は広くなっている。ガス供給部に繋がっているスクリュ溝１７ｂは溝深さが深く、溝幅も先端（前方）にいくほど広くなっており、成形材料（溶融樹脂）はスターブ（飢餓）状態にある（図２（ｃ）参照）。又、この部分の樹脂材料のガスと接触出来る表面積が大きく、且つ、スクリュ溝１７ｂはガス注入孔よりも後方（材料供給側）まで延在している。従って、樹脂とガスとの接触面積の増大と接触時間の延長が図れる。
【００２７】
第２ゾーンでは、ガス供給部１４においては溝１７が深くて、溶融樹脂はスターブ状態になっているので、容易にここへ高圧ガスを注入出来る。溶融樹脂は、ガス供給部１４においてもガスと接触しつつガスを溶解（浸透）させながら、スクリュ１０の溝の中を搬送される。そして、再度、フライト１９間の溝１７の深さが徐々に浅くなる圧縮部２２で昇圧される。一方、バレルは全長に渡って温度調整されており、成形材料に応じて適正に温調されている。圧縮部２２で昇圧された溶融樹脂は送出部で計量されてスクリュ先端部に所定の量だけ貯留される。計量された溶融樹脂は射出装置により図示しない金型へ射出充填される。
【００２８】
金型に射出充填された樹脂にスキン層が形成された後に、金型を所定の量だけ開放することにより、溶融樹脂中に浸透したガスが発泡し、発泡体が成形される。例えば、ガスとして超臨界状態の二酸化炭素（注入圧力は概ね７．５ＭＰａ以上、バレル内で温度２００℃以上に加熱されて超臨界状態になる）等の不活性ガスを使用し溶融樹脂中に浸透させることにより、樹脂の粘度を低下させることが出来るため射出圧力はより低くなり、射出時間が短くなって、サイクルタイムを向上させることが出来る。
【００２９】
図１は、本発明のスクリュを採用した射出成形機の断面を示す図面である。以下、図２（ａ）、図２（ｂ）に加えて、図１を参酌しながら、より詳細に説明する。
【００３０】
射出成形機１００は、バレル１と、バレル１内に駆動可能に設けられているスクリュ１０と、スクリュを回転駆動する駆動装置８と、スクリュを前後進させる図示しない射出装置と、金型１０１とを主構成機器としている。ホッパ４からバレル１内に供給される原料としての樹脂材料３は固体のペレット状であるが、バレル１内で高温、高圧になり、可塑化され、金型１０１へ射出される。バレル１には、その一方の後端寄りに材料供給孔７が、先端には射出ノズル５が、そしてスクリュ１０のガス供給部１４相当の位置には高圧ガスを供給するためのガス供給孔２が設けられている。
【００３１】
ガス供給孔２から注入されるガス６として例えば二酸化炭素を採用する場合、バレル内で超臨界状態になるように調整されたガス圧力でバレル１内に注入する。ホッパ４から材料供給孔７を介しバレル１内に供給される原料としての樹脂材料３は固体のペレット状であるが、可塑化ゾーン１３において溶融状態の樹脂になり、遷移ゾーン１６において引き続き可塑化されながら、遷移ゾーン１６の前方の第２ゾーンのガス供給部１４（低圧）において注入されるガス６をシールする。ガス６は、例えば図示しないガス管をガス供給孔２に接続して供給し、図示しない圧縮機、圧力制御弁等によりバレル１内に注入することが出来る。
【００３２】
スクリュ１０を駆動するスクリュ駆動装置８は、従来知られたものを採用すればよい。例えば回転油圧モータとピストンユニット等を備え、回転油圧モータの出力軸とスクリュ１０の後端に位置するスクリュ軸は、スプライン軸等の機械的手段により接続され、スクリュ１０を回転するとともに軸方向に移動可能とする駆動装置を挙げることが出来る。あるいはサーボモータとボールネジを組合せた電動式の駆動装置を使用することも出来る。又、バレル１及び射出ノズル５の外周部には、温度制御される加熱ヒータ９が設けられ、樹脂材料を加熱し温調する。
【００３３】
スクリュ１０は、可塑化計量時及び射出時には軸方向に移動するが、バレル１に対応して遷移ゾーン１６を挟んで第１ゾーンと第２ゾーンとに分けられる。第１ゾーンは、後端側から材料供給部１１、圧縮部１２、可塑化部１３となっている。第１ゾーンにおけるフライト１９間の溝１７は、材料供給部１１では深く、圧縮部１２で徐々に浅くなり、可塑化部１３では浅い。遷移ゾーン１６ではフライト１９に加えて、このフライトより外径のやや小さなサブフライト２９が形成され、サブフライト２９によりフライト１９間の溝１７は２つに分離されている（図２（ｂ）に示す溝１７ａ及び溝１７ｂ）。第２ゾーンは、後端側からガス供給部１４、圧縮部２２、送出部１５となっている。第２ゾーンにおけるフライト１９間の溝１７は、ガス供給部１４では深く、圧縮部２２で徐々に浅くなり、送出部１５では浅い。第２ゾーンのガス供給部１４のフライト１９の溝１７が深くなっていることから、容易にガスをバレル１内へ注入することが出来る。
【００３４】
以下に、本発明に係るスクリュ１０を用いた図１に示す射出成形機１００による発泡体の成形過程について説明する。尚、図１では、ガス６の注入場所（図１においてガス供給孔２）とダブルフライトを有する遷移ゾーンとの位置関係は、後述する射出・充填完了時における状態を表しており、図２（ａ）において示した計量完了時（後述する）におけるガスの注入場所と遷移ゾーンとの位置関係とは異なっている。
ここで、ガス注入位置とスクリュとの相対関係について説明する。スクリュは計量値によって後退移動量が異なってくるので、ガス注入位置はこの計量値に応じて位置を決める必要がある。例えば、図１は計量値が大きい場合を示しており、計量完了時点ではガス注入位置がダブルフライト先端部（金型側）もしくはダブルフライトの先端部より１ピッチ前（金型側）の位置になるように決める。このようにして、ガス注入位置は射出完了位置から計量完了位置の間において溶融樹脂がスターブ（飢餓）状態になるようにしておく。
【００３５】
先ず、ホッパ４に熱可塑性でペレット状の樹脂材料３を入れる。そして、予め加熱ヒータ９の温度、スクリュ１０の回転速度、等を設定しておく。次いで、スクリュ駆動装置８によりスクリュ１０を回転駆動して原料たる樹脂材料３の受入を行う。樹脂材料３は材料供給孔７からバレル１内へ入り、スクリュ１０の第１ゾーンの材料供給部１１に供給される。スクリュ１０の回転によりバレル１内を搬送される樹脂材料３は、加熱ヒータ９から加えられる熱と、スクリュ１０の回転による摩擦作用・剪断作用を受けるとともに、徐々に溝１７が浅くなり圧縮されることにより、完全に溶融され、遷移ゾーン１６、第２ゾーンへと送られる。
【００３６】
第２ゾーンのガス供給部１４において、例えば二酸化炭素ガスが注入される。上記したようにガス供給部１４のフライト１９の溝は深く、溶融した樹脂材料３はスターブ状態であり、超臨界ガスを容易に注入出来る。注入された二酸化炭素ガスは、バレル１内の温度が概ね２００℃以上の高温になっているので超臨界状態のガスとなり、溶融した樹脂材料３に浸透する。
【００３７】
このとき、注入した高圧の二酸化炭素ガスは、スクリュ１０中を逆流しようとするが、第１ゾーンの可塑化部１３で、既に完全に溶融されている樹脂材料３のシール作用により、遷移ゾーン１６のダブルフライト部分において押さえられ、材料供給部１１の方へ逆流することはない。
【００３８】
次いで、ガスが浸透した溶融樹脂材料３は、第２ゾーンの圧縮部２２、送出部１５へ搬送されて計量される。計量工程が完了すると、射出装置によりスクリュを前進させ、射出ノズル５を介して、金型１０１へ射出・充填される。そして、発泡のための型開き動作を行った後、冷却固化を待って金型１０１を開くと、極小さなセルが均一に分布した発泡成形体が得られる。
【００３９】
【実施例】
以下に、本発明を実施例により説明するが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。
【００４０】
（実施例１）
【００４１】
図２（ａ）に示すスクリュ１０と同型のスクリュを用いた射出成形機により、ガスシール試験、可塑化能力試験、発泡性能試験を行った。試験結果を表１に示す。尚、バレルの内径は５２ｍｍφ、スクリュ回転数は１００ｒｐｍ（背圧は樹脂圧換算で５ＭＰａ）である。第１ゾーンにおいてスクリュのピッチ（メインフライトの間隔）は４５ｍｍ、可塑化部の溝深さは２．８ｍｍであり、第２ゾーンにおいてスクリュのピッチは５２ｍｍ、送出部の溝深さは３．３ｍｍである（搬送能力比１：１．３６）。又、第２ゾーンの圧縮部の圧縮比は３である。サブフライト数は３、サブフライト外径とバレル内径とのクリアランスは０．８ｍｍである。原料として用いた樹脂材料は宇部興産製１０１３Ｂ（ナイロン６）、樹脂加熱温度は２５０℃であり、使用したガスは炭酸ガスである。
【００４２】
（ガスシール試験） バレルに樹脂を充填した後に、炭酸ガスをガス供給孔から封入し、射出計量を繰り返して、ガスの材料供給側への逆流が起こらない最高のガス注入圧力を測定した。
【００４３】
（可塑化能力試験） 樹脂を可塑化して所定量だけ計量するのに要した時間Ｔを計測し、この間に計量した量を射出して、この射出樹脂量Ｑを測定して、単位時間あたりに可塑化出来る樹脂量（Ｑ／Ｔ）を求めた。
【００４４】
（発泡性能試験） 可塑化しガスを浸透させた樹脂を金型に射出・充填した後、キャビティ厚み１ｍｍの金型を１ｍｍ開き発泡させて成形して、縦２００ｍｍ×横２００ｍｍ×厚さ２ｍｍの平板を得た。そして平板断面の発泡セルの平均径を測定した。上記の発泡セル径は次のようにして測定した。即ち、得られたナイロン６樹脂の発泡成形品をトリミングナイフなどで断面カットし、断面に白金蒸着を行った後、走査電子顕微鏡で断面拡大写真を撮影した。この写真から約３００個のセルのセル径をディジタイザーで計測し、平均セル径を算出した。
【００４５】
【表１】

【００４６】
（実施例２）
【００４７】
サブフライト外径とバレル内径とのクリアランスを０．５ｍｍとした以外は、実施例１と同様の条件で、同様の試験を実施した。結果を表１に示す。
【００４８】
（比較例１）
【００４９】
図５に示すフルフライトのスクリュ５０と同型のスクリュを用いた射出成形機により、実施例１と同様の試験を行った。結果を表１に示す。尚、スクリュはピッチが５２ｍｍ、溝深さは材料供給部で７．５ｍｍ、メタリング部で３．３ｍｍであり、圧縮比は２．３である。尚、スクリュ回転数は実施例１と同様である又、原料として用いた樹脂材料、樹脂加熱温度、及び、使用したガスは実施例１と同様である。
【００５０】
（比較例２）
【００５１】
図３に示す従来の２ステージスクリュ３０と同型のスクリュを用いた射出成形機により、実施例１と同様の試験を行った。結果を表１に示す。尚、スクリュのピッチは全長に渡って同じであり、５２ｍｍ、ガスシールを行う第１メタリング部の溝深さ２．５ｍｍであり、第２メタリング部の溝深さは３．３ｍｍである。尚、スクリュ回転数は実施例１と同様である。又、原料として用いた樹脂材料、樹脂加熱温度、及び、使用したガスは実施例１と同様である。
【００５２】
（比較例３）
【００５３】
図４（ａ）に示すミキシングピース付き２ステージのスクリュ４０と同型のスクリュを用いた射出成形機により、実施例１と同様の試験を行った。結果を表１に示す。尚、スクリュのピッチと溝深さ及びスクリュ回転数は比較例２と同様である。又、ミキシングピースはマトック式を用い、ミキシングピース部外径とバレル内径とのクリアランスは０．４ｍｍである。又、原料として用いた樹脂材料、樹脂加熱温度、及び、使用したガスは実施例１と同様である。
【００５４】
（比較例４）
【００５５】
ミキシングピース部におけるミキシングピース外径とバレル内径とのクリアランスを０．８ｍｍとした以外は、比較例３と同様の条件で、実施例１と同様の試験を実施した。結果を表１に示す。
【００５６】
（比較例５）
【００５７】
サブフライト数を１とした以外は、実施例１と同様の条件で、同様の試験を実施した。結果を表１に示す。
【００５８】
（比較例６）
【００５９】
サブフライト外径とのバレル内径とのクリアランスを２．５ｍｍとした以外は、実施例１と同様の条件で、同様の試験を実施した。結果を表１に示す。
【００６０】
（比較例７）
【００６１】
第２ゾーンにおけるスクリュのピッチを４５ｍｍとし、第１ゾーンと第２ゾーンとの搬送能力比を１：１．１７とした以外は、実施例１と同様の条件で、同様の試験を実施した。結果を表１に示す。
【００６２】
（比較例８）
【００６３】
第１ゾーンにおけるスクリュのピッチを４０ｍｍ、可塑化部の溝深さを２．５ｍｍとし、第１ゾーンと第２ゾーンとの搬送能力比を１：１．７１とした以外は、実施例１と同様の条件で、同様の試験を実施した。結果を表１に示す。
【００６４】
（比較例９）
【００６５】
ガス供給部の溝深さを６．６ｍｍとし、第２ゾーンの圧縮部の圧縮比を２にした以外は、実施例１と同様の条件で、同様の試験を実施した。結果を表１に示す。
【００６６】
（比較例１０）
【００６７】
ガス供給部の溝深さを１３．２ｍｍとし、第２ゾーンの圧縮部の圧縮比を４にした以外は、実施例１と同様の条件で、同様の試験を実施した。結果を表１に示す。
【００６８】
（試験結果について）
【００６９】
実施例１及び２については、ガスシール能力と可塑化能力の違いはあるが、発泡性能は同じとなり、評価項目は全て満足出来る結果となった。比較例１は従来の１ステージのスクリュであり、ガス注入位置がスクリュの圧縮部にあり、樹脂のベントアップ等によりガスシールテストは出来なかった。従って、溶融樹脂へのガス浸透・溶解は期待出来ない。比較例２は従来の２ステージのスクリュであり、ガスシール能力は最悪であり、発泡性能も比較的粗大なセルとなった。比較例３はミキシングピース付の２ステージのスクリュであり、このミキシングピースのクリアランスが小さいため可塑化能力が極端に低下している。比較例４は比較例３のミキシングピースのクリアランスを大きくしたものであり、ガスシール能力の低下と発泡セルが粗大化していた。比較例５はダブルフライト部の山数が少ないために、ガスシール性が大きく低下し、比較例４と同じ程度になっていた。比較例６はサブフライトのクリアランスを大きくしたものであり、ガスシール性能の低下と発泡セルの粗大化が見られた。
【００７０】
比較例７〜１０は圧縮比と送り能力を変えたものであり、フライトクリアランスは変えていないので、ガスシール性は同等で良好であるが、発泡性能が悪い。具体的には、比較例７では、第２ゾーン送出部の樹脂送り能力が低く、ガス供給部でのベントアップが発生した。又、均一にガスが溶解しないため、発泡不良状態となった。比較例８は、第１ステージ可塑化部の可塑化能力が低いため、ガス供給部において、過度のスターブとなり、ガスがスクリュ前方の樹脂溜りに流入して、粗大な発泡セルとなった。比較例９は第２ゾーンの圧縮比が小さいので脱泡性が悪く、ガスの塊が溶融樹脂中に混入して、発泡セルが粗大化した。比較例１０は、第２ゾーンの圧縮比が大きく、脱気能力が高すぎる。このため、送出部での流路抵抗が大きくなり、樹脂が圧縮部で糞詰まりの状態となり、ガス供給部でベントアップが発生した。更に、溶融樹脂へのガスの浸透も良くなかった（発泡不良）。
【００７１】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明の発泡体射出成形用スクリュによれば、スクリュ式射出成形機を用いた発泡体の成形にかかる従来の問題点を解決することが出来る。即ち、高圧ガスのシール性能と樹脂材料の可塑化能力とを両立し、尚且つ、高圧ガスと溶融した樹脂材料との充分な接触面積乃至接触時間を確保していることから、スクリュの全長を、より短くすることが出来るとともに、例えば二酸化炭素等のガスを超臨界圧力で、溶融樹脂に均一に浸透させ混合させることが可能である。
【００７２】
その結果、溶融樹脂の粘度を低下させることにより流動性が向上し、微細な発泡核（ガス）が溶融樹脂に均一に分散した粗大ガス溜りのない成形原料が得られ、この成形原料を、より低圧力で、且つ、短時間で金型に射出・充填することが出来、転写不良及び発泡セル不良の存在ない優れた品質の発泡体を、より低コストで製造することが可能となる、といった優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の発泡体射出成形用スクリュを用いたスクリュ式射出成形機の実施形態を模式的に示す側面から見た断面図であり、射出・充填完了時における状態を表している。
【図２】 図２（ａ）は、本発明の発泡体射出成形用スクリュを模式的に示す側面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）における遷移ゾーン部分を拡大して示す断面図であり、図２（ｃ）は、図２（ａ）における遷移ゾーン部分において溶融樹脂がスターブ状態になっていることを表す断面図である。
【図３】 従来の２ステージのスクリュを模式的に示す側面図である。
【図４】 図４（ａ）は、従来のミキシングピース付きの２ステージのスクリュを模式的に示す側面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）におけるミキシングピース部分を拡大して示す断面図である。
【図５】 従来の１ステージのスクリュを模式的に示す側面図である。
【符号の説明】
１…バレル、２…ガス供給孔、３…樹脂材料、４…ホッパ、５…射出ノズル、６…ガス、７…材料供給孔、８…スクリュ駆動装置、９…加熱ヒータ、１０，３０，４０，５０…スクリュ、１１…材料供給部、１２，２２…圧縮部、１３…可塑化部、１４…ガス供給部、１５…送出部、１６…遷移ゾーン、１７，１７ａ，１７ｂ…溝、１９…メインフライト（フライト）、２９…サブフライト、３１，４１，５１…材料供給部、３３，４３…第１メタリング、３４，４４…低圧部、３５，４５…第２メタリング、３９，４９，５９…フライト、４６…ミキシングピース、５２…圧縮部、５３…可塑化部、１００…射出成形機、１０１…金型。

Claims (1)

1. 熱可塑性樹脂材料にガスを溶解させて金型キャビティに射出充填する発泡体成形用のスクリュであって、
   後端側から、材料供給部、圧縮部、可塑化部からなる第１ゾーンと、ガス供給部、圧縮部、送出部からなる第２ゾーンと、を有してなり、
   前記第１ゾーンと第２ゾーンとの間にダブルフライトを有する遷移ゾーンを備え、前記第１ゾーンの可塑化部で溶融した樹脂材料とガスとを共存させるとともにガスをシールする機能を有し、
   前記第１ゾーンの可塑化部の搬送能力と前記第２ゾーンの送出部の搬送能力との比が、１：１．２乃至１：１．５であり、
   前記第２ゾーンの圧縮部の圧縮比が、２．５乃至３．５であり、
   前記遷移ゾーンのダブルフライトのうちサブフライトの外径とスクリュを収めるバレル内径とのクリアランスが０．２乃至２．０ｍｍであり、
   前記遷移ゾーンのダブルフライトにおけるサブフライト数が、２乃至４である発泡体射出成形用スクリュ。

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