JP4951894B2

JP4951894B2 - 射出装置

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Publication number: JP4951894B2
Application number: JP2005240733A
Authority: JP
Inventors: 昭男岡本; 和明宮本; 正敬三井; 克俊深野
Original assignee: Ube Machinery Corp Ltd
Current assignee: Ube Machinery Corp Ltd
Priority date: 2005-08-23
Filing date: 2005-08-23
Publication date: 2012-06-13
Anticipated expiration: 2025-08-23
Also published as: JP2007054995A

Description

本発明は、射出装置に関する。さらに詳しくは、高い可塑化能力、安定したガス注入性及び確実なガスシール性を有するとともに、簡易、安全かつ効率的に、安定した発泡品質の射出発泡成形品を得ることが可能で、環境に与える負荷の少ない射出装置に関する。

樹脂の内部に多数の気泡を存在させた発泡成形品は、軽量性、断熱性、吸音性及び同一質量での剛性等の物性に優れていることから、種々の分野で使用されている。特に近年は、軽量化が、原材料費及び輸送費等のコスト低減に直接的に結び付くことから重要視され、発泡成形品の適用分野をさらに拡大することになっている。樹脂の発泡成形方法は、樹脂に混合する発泡剤の種類によって物理的発泡法と化学的発泡法とに分類される。物理的発泡法では、物理発泡剤である、窒素、二酸化炭素等の不活性ガス；炭化水素類、フルオロカーボン類等の気化性物質を使用する。一方、化学的発泡法では、化学発泡剤である、アゾ化合物、ニトロソ化合物等の有機発泡剤；重炭酸ナトリウム等の無機発泡剤を使用する。このような発泡法を樹脂の成形方法としての射出成形方法に適用した射出発泡成形方法においては、発泡剤と樹脂とを混合した発泡剤含有可塑化樹脂を金型キャビティ内に射出充填し、樹脂を発泡させることによって成形品内部に約８０〜３００μｍ程度の気泡径を有する射出発泡成形品を得ることができる。

このような射出発泡成形品を得るための射出装置としては、樹脂の供給部と可塑化部（可塑化シリンダ及びスクリュ）とを備えたものが用いられている。このスクリュとしては、２つの互いに異なった機能を有する部分（ステージ）から構成された２ステージ式スクリュが、発泡性ガスや気泡核形成剤を可塑化樹脂中に確実に分散、混合させること等を目的として、その構造や形状が種々提案されている。例えば、発泡性がスの定量溶解性及びガスシール性の向上を目的とした、各ステージにおけるゾーン比率とガスシール部の容積とを特定した構成の２ステージ式スクリュを備えた装置が開示されている（特許文献１参照）。また、発泡性ガスとして超臨界ガスを用いた２ステージ式スクリュを備えた装置が開示されている（特許文献２参照）。さらに、スクリュ内部に発泡性ガス導入孔を設け、スクリュの後端から発泡性がスを供給する構成の２ステージ式スクリュを備えた装置が開示されている（特許文献３参照）。
特開２００４−２３７５２２号公報特開２００１−１３７９号公報特許第３５９８０１７号公報

しかしながら、上述の特許文献１〜３に開示された方法の場合、以下のような問題があった。すなわち、特許文献１に開示された装置の場合、発泡性ガス圧を可塑化樹脂圧よりも高い状態で供給する必要があることが勘案されておらず、発泡性ガスが高圧化するとともに、発泡性ガス供給手段から後方に可塑化樹脂を逆流させる危険を伴うという問題があった。また、ガスシール性を確保するには、ガスシール部における可塑化樹脂皮膜層と、発泡性ガス圧より大きな値の可塑化樹脂圧とが必要であるが、可塑化樹脂圧について勘案されておらず、発泡性ガスの供給ガス圧に制限が生じるとともに、ガスシール性の改善が期待できないという問題があった。また、特許文献２に開示された装置の場合、発泡性ガスとして超臨界状態の高圧のガスを用いることから、取り扱いに危険が伴うとともに複雑な金型キャビティのガスシール機構が必要となり、さらに、法的規制を受け、設備の導入や取り扱いが煩雑になるという問題があった。特に、高圧のガスを用いるため、可塑化樹脂皮膜層及び可塑化樹脂圧だけでは確実なガスシール性を確保することが困難で、例えば、機械的なシール処理を必要とするが、ガスシール部の隙間を小さくすると可塑化能力の減少を、またＬ／Ｄを大きくすると装置の大型化を招来するという問題があった。さらに、特許文献３に開示された装置の場合、装置の機構が煩雑となるとともに、回転するスクリュへの発泡性ガスの供給が困難であるという問題があった。

本発明は、上述の従来技術の問題に鑑みてなされたもので、高い可塑化能力、安定したガス注入性及び確実なガスシール性を有するとともに、簡易、安全かつ効率的に、安定した発泡品質の射出発泡成形品を得ることが可能で、環境に与える負荷の少ない熱可塑性樹脂の射出装置を提供することを目的とする。

本発明は上述の目的を達成するためになされたものであり、本発明によって、以下の射出装置が提供される。

[１] 供給部及び可塑化部を備え、前記供給部から供給された熱可塑性樹脂を前記可塑化部で可塑化するとともに発泡剤を含有した発泡剤含有可塑化樹脂として射出する射出装置であって、前記可塑化部が、可塑化シリンダと、前記可塑化シリンダ内を回転及び進退自在に配設されたスクリュとから構成されてなり、前記スクリュが、その構成部位として、前記供給部に接続し、そこから供給された前記熱可塑性樹脂を可塑化させて前方へ移動させる第１ステージ部と、前記発泡剤としての発泡性ガスが供給され、前記発泡性ガス及び可塑化した前記熱可塑性樹脂を混合させて前方へ移動させる第２ステージ部と、前記第２ステージ部に供給された前記発泡性ガスが前記第１ステージ側へ漏洩するのを防止するため、前記第１ステージ部と前記第２ステージ部との境界に配設されたガスシール部とを有してなり、さらに、下記式（１）〜（２）から算出される理論可塑化能力（Ｑ）の、前記第１ステージ部、前記第２ステージ部及び前記ガスシール部のそれぞれにおける理論可塑化能力［（Ｑ１）、（Ｑ２）及び（Ｑ３）］が、下記式（３）〜（５）に示す関係を満たすことを特徴とする射出装置。
Ｑ＝δ・Ｎ・ρ・６０／１０００（ｋｇ／ｈ） …（１）
δ＝［π・Ｄ・ｈ・（ｔ−ｅ）ｃｏｓ^２α］／２ …（２）
Ｑ２／Ｑ１＝２．５〜５．００ …（３）
Ｑ１／Ｑ３＝５．００〜１０．００ …（４）
Ｑ２／Ｑ３＝１０．００〜１５．００ …（５）
（上記式（１）〜（２）中、Ｎはスクリュ回転数、ρは可塑化樹脂比重、Ｄは第１ステージ部、第２ステージ部及びガスシール部のそれぞれにおけるスクリュの直径、ｈは第１ステージ部、第２ステージ部及びガスシール部のそれぞれにおけるスクリュ先端の溝深さ、ｔは第１ステージ部、第２ステージ部及びガスシール部のそれぞれにおけるスクリュのねじ山ピッチ、ｅは第１ステージ部、第２ステージ部及びガスシール部のそれぞれにおけるスクリュのねじ山幅、αは第１ステージ部、第２ステージ部及びガスシール部のそれぞれにおけるｔａｎ^−１｛ｔ／（πＤ）｝をそれぞれ示す。）

［２］前記スクリュの前記第１ステージ部及び前記第２ステージ部に、後部から前部に向かってねじ山（フライト）が形成されてなる前記［１］に記載の射出装置。

［３］前記スクリュの前記ガスシール部に、ねじ山（フライト）が形成されてなる前記［２］に記載の射出装置。

［４］前記発泡性ガスを、前記第２ステージ部の後方側において、０．１ＭＰａ以上、１．０ＭＰａ未満の圧力で供給し、前記第２ステージ部に存在する可塑化された前記熱可塑性樹脂に前記発泡性ガスを接触させることによって、前記熱可塑性樹脂に前記発泡性ガスを含有させる構成を有する前記［１］〜［３］のいずれかに記載の射出装置。

［５］前記スクリュの前部に、その外周面の外周方向に略並行して複数本形成された第１溝と、互いに隣接する前記溝を軸方向に連通するように形成された第２溝とを有するとともに、前記第２溝の、軸方向に垂直な断面における前記熱可塑性樹脂の通過面積が後部から前部に向かって減少するように構成されたミキシングヘッドが、脱着自在に配設されてなる前記［１］〜［４］のいずれかに記載の射出装置。

本発明によって、高い可塑化能力、安定したガス注入性及び確実なガスシール性を有するとともに、簡易、安全かつ効率的に、安定した発泡品質の射出発泡成形品を得ることが可能で、環境に与える負荷の少ない熱可塑性樹脂の射出装置が提供される。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しつつ具体的に説明する。

図１は、本発明の射出装置の一の実施の形態を模式的に示す説明図であり、図２は、本発明の射出装置を備えた射出発泡成形装置の一例の全体構成を模式的に示す説明図である。

図１、２に示すように、本発明の射出装置は、供給部（図１ではホッパ３５を示す）及び可塑化部（図１では可塑化シリンダ３１及びスクリュ３２を示す）を備え、供給部（ホッパ）３５から供給された熱可塑性樹脂を可塑化部（可塑化シリンダ及びスクリュ）３１、３２で可塑化するとともに発泡剤を含有した発泡剤含有可塑化樹脂として射出する射出装置３０であって、可塑化部が、可塑化シリンダ３１と、可塑化シリンダ３１内を回転及び進退自在に配設されたスクリュ３２とから構成されてなり、スクリュ３２が、その構成部位として、供給部（ホッパ）３５に接続し、そこから供給された熱可塑性樹脂を可塑化させて前方へ移動させる第１ステージ部Ｓ１と、発泡剤としての発泡性ガスが供給され、発泡性ガス及び可塑化した熱可塑性樹脂を混合させて前方へ移動させる第２ステージ部Ｓ２と、第２ステージ部Ｓ２に供給された発泡性ガスが第１ステージＳ１側へ漏洩するのを防止するため、第１ステージ部Ｓ１と第２ステージ部Ｓ２との境界に配設されたガスシール部ＧＳとを有してなり、さらに、下記式（１）〜（２）から算出される理論可塑化能力（Ｑ）の、第１ステージ部Ｓ１、第２ステージ部Ｓ２及びガスシール部ＧＳのそれぞれにおける理論可塑化能力［（Ｑ１）、（Ｑ２）及び（Ｑ３）］が、下記式（３）〜（５）に示す関係を満たすことを特徴とするものである。

Ｑ＝δ・Ｎ・ρ・６０／１０００（ｋｇ／ｈ） …（１）
δ＝［π・Ｄ・ｈ・（ｔ−ｅ）ｃｏｓ ^２ α］／２ …（２）
Ｑ２／Ｑ１＝２．５〜５．００ …（３）
Ｑ１／Ｑ３＝５．００〜１０．００ …（４）
Ｑ２／Ｑ３＝１０．００〜１５．００ …（５）

（上記式（１）〜（２）中、Ｎはスクリュ回転数、ρは可塑化樹脂比重、Ｄは第１ステージ部、第２ステージ部及びガスシール部のそれぞれにおけるスクリュの直径、ｈは第１ステージ部、第２ステージ部及びガスシール部のそれぞれにおけるスクリュ先端の溝深さ、ｔは第１ステージ部、第２ステージ部及びガスシール部のそれぞれにおけるスクリュのねじ山ピッチ、ｅは第１ステージ部、第２ステージ部及びガスシール部のそれぞれにおけるスクリュのねじ山幅、αは第１ステージ部、第２ステージ部及びガスシール部のそれぞれにおけるｔａｎ^−１｛ｔ／（πＤ）｝をそれぞれ示す。）
ものである。

ここで、理論可塑化能力（Ｑ）とは、各部における通過樹脂量を意味する概念である。

Ｑ２／Ｑ１は、射出装置の可塑化能力、ガス注入性及びガスシール性の優劣の指標となるもので、射出装置全体の大きさを決定する指標でもある。Ｑ２／Ｑ１が２．５未満であると、発泡性ガス注入ゾーン（第２ステージ部のガスシール部寄りのゾーン）の樹脂減圧が不十分となり、ガス注入性が低下する。Ｑ２／Ｑ１が５．００を超えると、発泡性ガスの溶解混練が不十分となり、発泡品質が低下するとともに装置が大型化する。

Ｑ１／Ｑ３は、射出装置のガスシール性の優劣の指標となるものである。Ｑ１／Ｑ３が５．００未満であると、ガスシール部の可塑化樹脂皮膜の保持圧力が不十分となり、ガスシール性が低下する。Ｑ１／Ｑ３が１０．００を超えると、第１ステージ部での樹脂の滞留が大きくなり、樹脂が熱劣化し、可塑化能力が低下する。

Ｑ２／Ｑ３は、ガス注入性の優劣の指標となるものである。Ｑ２／Ｑ３が１０．００未満であると、発泡性ガス注入ゾーン（第２ステージ部のガスシール部寄りのゾーン）の樹脂減圧が不十分となり、ガス注入性が低下する。Ｑ２／Ｑ３が１５．００を超えると、発泡性ガスの溶解混練が不十分となり、発泡品質が低下するとともに装置が大型化する。

本発明においては、スクリュ３２の第１ステージ部Ｓ１及び第２ステージ部Ｓ２に、後部から前部に向かってねじ山（フライト）Ｆが形成されてなることが、樹脂の可塑化混練性の向上、発泡性ガスとの混合性の向上、樹脂の搬送の安定化の面から好ましい。

また、スクリュ３２のガスシール部ＧＳには、ねじ山（フライト）（図示せず）が形成されていても、形成されていなくてもよいが、第１ステージ部から第２ステージ部への樹脂の搬送の安定化、ガスシールの安定化の面から、ねじ山（フライト）（図示せず）が形成されている方が好ましい。

また、発泡性ガスを、第２ステージ部Ｓ２の後方側において、０．１ＭＰａ以上、１．０ＭＰａ未満の圧力で供給し、第２ステージ部Ｓ２に存在する可塑化された熱可塑性樹脂に発泡性ガスを接触させることによって、熱可塑性樹脂に発泡性ガスを含有させる構成を有するものであることが、発泡性ガス及び必要に応じて気泡核形成剤を可塑化樹脂中に、十分に分散、混合させることができること及びガスシール部の構造を簡略化することができることから好ましい。

具体的には、発泡性ガスを射出装置３０の可塑化部（可塑化シリンダ及びスクリュ）３１、３２に、通常０．１ＭＰａ以上、１．０ＭＰａ未満、好ましくは０．５〜０．９ＭＰａの圧力で供給することを挙げることができる。発泡性ガスの供給圧力が、０．１ＭＰａ未満であると、所望する気泡密度や気泡径を得ることができないことがあり、１．０ＭＰａ以上であると、発泡セルの粗大化や、スワルマークによる成形品の外観不良が顕著となることがある。また、混合体（発泡性ガス）の供給圧力を０．１ＭＰａ以上、１．０ＭＰａ未満の圧力としたことによって、発泡性ガスを超臨界状態として使用する従来のような超臨界流体の発生装置及び供給装置を必要とすることがない。

発泡性ガスの射出装置３０の供給部の可塑化部（可塑化シリンダ及びスクリュ）３１、３２への供給を、供給圧力を制御した状態（図２では制御装置７０を示す）で行うことが好ましい。制御装置７０については後述する。

本発明に用いられる熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリスチレン樹脂、ＡＳ樹脂、ＡＢＳ樹脂等のスチレン系樹脂；ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂等のオレフィン系樹脂；ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂等のポリエステル系樹脂；ポリアセタール樹脂；ポリカーボネート樹脂；変性ポリフェニレンエーテル樹脂；オレフィン系熱可塑性エラストマー等を挙げることができる。これらの樹脂は、用途等に応じて１種類単独でも２種類以上を混合して使用してもよく、また、これらの熱可塑性樹脂には、必要に応じて可塑剤、剥離剤、帯電防止剤、難燃剤、発泡剤等の種々の添加剤や物性改良のための各種フィラー、ガラス繊維、カーボン繊維等、さらには、着色剤、染料等を混合して使用してもよい。

本発明に用いられる発泡性ガスとしては、例えば、空気、二酸化炭素ガス、窒素ガス、又はこれらの混合ガスを好適例として挙げることができる。中でも、得られる成形品の性状の面から、空気又は二酸化炭素ガスがさらに好ましい。なお、これらの発泡性ガスの選択に際しては、樹脂の耐酸化性を考慮することが好ましい。一部に酸化されやすい基を含む樹脂に対しては、空気以外のガスを使用することが好ましい。例えば、ポリプロピレン樹脂等の、耐酸化性が問題とならない樹脂の場合には、空気を用いることが、入手の容易性の面から好ましい。

気泡核形成剤としては、例えば、酸化鉄、珪酸カルシウム、珪酸アルミニウム、ガラス繊維、タルク、炭酸水素ナトリウム（重曹）等の無機物の微粉末；ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸マグネシウム等の有機酸の金属塩；クエン酸、酒石酸等の有機酸等を挙げることができる。これらの気泡核形成剤は、１種類単独でも２種類以上を混合して使用してもよい。なお、気泡核形成剤は、予め樹脂に混合した状態でホッパ３５に供給してもよく、発泡性ガスと一緒にして混合ガス状態で供給してもよい。この場合は、図２に示すように、気泡核形成剤供給装置６２を経由して供給されることになる。

本発明においては、高分散性のスクリュヘッドを備えたものであることが、発泡剤含有可塑化樹脂と、発泡性ガス及び気泡核形成剤との分散、混合性を高める観点から好ましい。図３は、本発明の射出装置におけるスクリュに配設されて用いられるミキシングヘッドの一例を模式的に示す説明図である。図３に示すように、本発明においては、スクリュ３２の前部に、その外周面の外周方向に略並行して複数本形成された第１溝８１と、互いに隣接する溝を軸方向に連通するように形成された第２溝８２とを有するとともに、第２溝８２の、軸方向に垂直な断面における熱可塑性樹脂の通過面積が後部から前部に向かって減少するように構成されたミキシングヘッド８０が、脱着自在に配設されてなるものであることが、可塑化樹脂と、発泡性ガス及び気泡核形成剤との分散、混合性を高める観点から好ましい。

以下、本発明の射出装置の実施の形態を、図１を参照するとともに、本発明の射出装置を備えた射出発泡成形装置の全体構成を示す図２を参照して、さらに具体的に説明する。本実施の形態の射出装置３０は、可塑化シリンダ３１と、可塑化シリンダ３１に内装されフライトを有するスクリュ３２と、可塑化シリンダ３１内に成形材料を供給するホッパ３５とを備え、スクリュ３２を前後進させるスクリュ移動手段３３と、スクリュ３２を回転駆動するスクリュ回転手段３４が設けられ、発泡性ガス供給手段４０から可塑化部（可塑化シリンダ及びスクリュ）３１、３２内の発泡剤含有可塑化樹脂中に発泡性ガスが供給されるように構成されている。そして、可塑化シリンダ３１外周面には、ヒータ（図示せず）が取付けられている。スクリュ３２は、第１ステージ部Ｓ１と、第２ステージ部Ｓ２と、ガスシール部ＧＳとを有している。

本実施の形態の射出装置３０は、スクリュ回転手段３４によってスクリュ３２が回転することにより、ホッパ３５からペレット状の成形材料が可塑化シリンダ３１内に供給される構成となっており、供給されたペレット状の成形材料は、可塑化シリンダ３１に取付けられたヒータによって加熱され、また、スクリュ３２の回転によって混練圧縮作用を受けることにより発泡性ガス及び気泡核形成剤を分散、混合して可塑化（溶融）し、スクリュ３２の前方へ送られる。スクリュ３２の前方へ送られた発泡性ガス及び気泡核形成剤を分散、混練させた発泡剤含有可塑化樹脂は、スクリュ移動手段３３により前進するスクリュ３２によって、可塑化シリンダ３１の先端に取付けられたノズル３６から金型内へ射出充填することができる。

本実施の形態における射出装置３０においては、スクリュ移動手段３３を油圧シリンダとし、スクリュ回転手段３４を油圧モータとしているが、これに限らず、電動サーボモータを用いたスクリュ移動手段やスクリュ回転手段を用いてもよい。また、本実施の形態では、可塑化と射出とを一本のスクリュで行なうインラインスクリュ方式の射出装置を有する構成としたが、可塑化と射出とを別々の機構で行なうスクリュプリプラ方式の射出装置を用いてもよい。

以下、図２に示す、本発明の射出装置を備えた射出発泡成形装置（横型締タイプの射出成形装置）について具体的に説明する。横型締タイプの射出成形装置１００は、金型１０、型締装置２０、本発明の射出装置３０、発泡性ガス供給手段４０及び制御装置７０から構成されている。

金型１０は、固定盤１に取付けられた固定金型３と可動盤２に取付けられた可動金型４とからなり、固定金型３と可動金型４とは半押込み構造であり嵌合部で嵌合され、嵌合された状態で固定金型３に形成されたキャビティ面と可動金型４に形成されたキャビティ面とが組み合わされて、金型キャビティ１０ａを形成する構成となっている。そして、半押込み構造の嵌合部は金型キャビティ１０ａの全周にわたって形成され、射出充填後に金型キャビティ１０ａを拡大しても金型キャビティ１０ａに充填した樹脂が金型１０から漏れ出すことを防止している。

型締装置２０は、金型１０の型開、型締を作動する型締シリンダ２２を備えており、可動金型４が固定金型３に対してタイバー（図示せず）に案内されて前後進できるように構成され、金型キャビティ１０ａの容積を拡大縮小可能にしている。

なお、本発明の実施の形態においては、金型１０を所定のストローク開いても金型キャビティ１０ａ内に充填した樹脂が漏れ出すことのない半押込み構造の金型１０を用いたが、これに制限されるものではなく、発泡成形に適用可能なものであればそれ以外の、例えば、平押し構造等の金型を用いてもよい。また、本実施の形態では、直圧式の型締装置を有する横型締タイプの射出成形装置を用いたが、トグル式型締装置、電動サーボモータ式又は竪型締タイプの射出成形装置を用いてもよい。

本発明の射出装置３０については、上述の通りである。

図４は、図２に示す射出発泡成形装置に用いられる発泡性ガス供給手段の一例を模式的に示す説明図である。図４に示すように（図１参照）、発泡性ガス供給手段４０は、空気供給源４１と、二酸化炭素供給源４２と、発泡性ガス供給装置４３とを備え、空気供給源４１と二酸化炭素供給源４２とは供給路によって連結されている。さらに、発泡性ガス供給手段４０は射出装置３０の可塑化シリンダ３１に設けられたガス供給口への発泡性ガス供給路を備え、制御装置７０の指令に基づき、射出装置３０へ発泡性ガスを供給する。また、発泡性ガス供給装置４３及び射出装置３０に連結された供給路の末端近傍には気泡核形成剤を供給する気泡核形成剤供給装置６２が設けられ、発泡性ガス中に、例えば、酸化鉄、珪酸カルシウム、ステアリン酸亜鉛及びステアリン酸マグネシウムからなる群から選ばれる少なくとも一種の無機物の微粉末を供給する構成となっている。なお、上述のように、発泡性ガスを、スクリュ３２の第２ステージ部Ｓ２の後方側において、０．１ＭＰａ以上、１．０ＭＰａ未満の圧力で供給し、第２ステージ部Ｓ２に存在する可塑化された熱可塑性樹脂に発泡性ガスを接触させることが好ましい。

発泡性ガス供給手段４０は、空気供給源４１と、二酸化炭素供給源４２と、発泡性ガス供給装置４３とで構成されている。符号３１は可塑化シリンダ、符号３２はスクリュ、符号６２は発泡性ガス中に気泡核形成剤を供給する気泡核形成剤供給装置である（図２と同じ符号を付した）。空気供給源４１は、空気圧縮機４５、圧力調整弁４６、逆止弁４７及び圧力計４８を、二酸化炭素供給源４２は、二酸化炭素ボンベ５１、圧力調整弁５２、圧力計５４及び逆止弁５５を、発泡性ガス供給装置４３は、開閉弁５６、５７、電磁切替弁５８を備えている。

空気供給源４１は、空気圧縮機４５によって圧縮された空気を、圧力調整弁４６で減圧し、逆止弁４７を経て発泡性ガス供給装置４３に供給する構成となっており、発泡性ガス供給装置４３に供給された空気は、開閉弁５６及び電磁切替弁５８を経由して可塑化シリンダ３１から射出装置３０内へ送り込むことができる。開閉弁５６を開くことによって圧力調整弁４６にて所望の圧力に減圧された空気は、逆止弁４７を経て発泡性ガス供給装置４３へ供給される。発泡性ガス供給装置４３へ供給された空気を、電磁切替弁５８を開くことで可塑化シリンダ３１の略中央部に設けられた発泡剤含有可塑化樹脂中への供給口から送り込むことができる。本発明の実施の形態において、空気源として空気圧縮機４５を用いる構成としたが、工場エアを空気源として用いることができる場合には、工場エアを所定の圧力に減圧し直接発泡性ガス供給装置４３に連結する構成としてもよい。

一方、二酸化炭素源４２は、二酸化炭素ボンベ５１内の二酸化炭素を、圧力調整弁５２で減圧し、逆止弁５５を経て発泡性ガス供給装置４３に供給する構成となっており、発泡性ガス供給装置４３に供給された二酸化炭素は、開閉弁５７及び電磁切替弁５８を経由して可塑化シリンダ３１から射出装置３０内へ送り込むことができる。開閉弁５７を開くことによって圧力調整弁５２にて所望の圧力に減圧された二酸化炭素は、逆止弁５５を経て発泡性ガス供給装置４３へ供給される。発泡性ガス供給装置４３へ供給された二酸化炭素を、電磁切替弁５８を開くことで可塑化シリンダ３１の略中央部に設けられた可塑化樹脂中への供給口から送り込むことができる。

発泡性ガスとして窒素を用いる場合の窒素供給源は、図４において、二酸化炭素供給源４２と同一の構成であって、窒素源として窒素ボンベを二酸化炭素ボンベ５１に置き換えた形態の構成とする。また、窒素供給源を用いることなく、例えば、空気供給源４１にガス透過膜を有した窒素ガス分離装置を備えて、空気中の窒素を分離し、空気圧縮機４５に供給する形態としてもよい。

制御装置７０は、図２に示すように、成形材料の可塑化と、発泡性ガス及び気泡核形成剤としての酸化鉄、珪酸カルシウム、ステアリン酸亜鉛及びステアリン酸マグネシウムからなる群から選ばれる少なくとも一種の無機物の微粉末の供給と、発泡剤含有可塑化樹脂の金型１０内への射出とを制御する射出制御部７１、金型１０の開閉や型締力を制御する型締制御部７２及びタイマ類等から構成されている。型締制御部７２は、樹脂の発泡工程の開始時に金型キャビティ１０ａの容積が所望の容積となるよう可動盤２の位置を移動させる位置及び速度の設定部を備えるとともに、発泡工程の完了時まで可動盤２の位置を保持する制御ができるようになっている。発泡工程は、金型キャビティ１０ａ内に樹脂が充填完了したことを検出し型締力を降圧する工程と金型キャビティ１０ａの容積を拡大する工程とを有し、型締力の降圧工程中にスキン層と発泡核とが形成され、型締力の降圧速度が速いほど多くの発泡核が形成される。また、金型キャビティ１０ａの拡大速度は成形樹脂の伸長粘度によって設定し、伸長粘度が低い場合は拡大速度を遅く、伸長粘度が高い場合は拡大速度を速く設定することが好ましい。

本実施の形態において、気泡核形成剤として、クエン酸、酒石酸等の有機酸、珪酸アルミニウム、ガラス繊維又はタルク等と成形材料と混合をして射出装置に供給する場合は、気泡核形成剤を粉末状として成形材料にドライブレンドする方法、気泡核形成剤をマスターバッチ化して成形材料に添加する方法等を用いてもよい。

以下、上述の横型締タイプの射出成形装置１００を用いて、射出成形をする場合の工程の流れを具体的に説明する。図１に示す型締シリンダ２２のピストンヘッド側に圧油を供給してピストンロッドを前進移動させることにより、可動盤２を固定盤１の方向へ移動させ金型１０を型締して保持する。金型に作用させる型締力は樹脂充填時の際に樹脂の充填圧力で金型１０が開かない最小の値とすることが、使用エネルギーや成形装置寿命の観点から好ましい。型締完了後、予め設定した射出充填量、射出圧力、射出速度に基づいて金型キャビティ１０ａ内に樹脂の射出充填を行う。

スクリュ回転手段３４に圧油を供給してスクリュ３２を回転させることによりホッパ３５から供給した成形材料を、可塑化シリンダ３１に取付けたヒータで加熱し、また、スクリュ３２の回転によって混練圧縮作用を受け可塑化（溶融）させるとともに、発泡性ガスと発泡核形成剤とを分散、混合させてスクリュ３２前方へ送る。スクリュ３２前方へ送り込まれた発泡性ガスと発泡核形成剤とを分散、混合した発泡剤含有可塑化樹脂を、スクリュ移動手段３３に圧油を供給してスクリュ３２を前進させることにより、金型キャビティ１０ａ内に射出充填することができる。樹脂充填完了後、型締シリンダ２２のピストンヘッド側に作用させた圧油を減圧して型締力を降圧する。次いで、型締シリンダ２２のピストンロッド側に圧油を供給してピストンロッドを後退移動させることにより、可動盤２を反固定盤方向へ移動させ金型１０を型開して金型キャビティ１０ａの容積を拡大する。金型キャビティ１０ａ容積の拡大制御は、型締制御部７２に備えた可動盤２の位置を移動させる位置及び速度の設定部の設定値に基づいて行い、可動盤２は予め設定された位置で停止するとともに、金型内の樹脂発泡圧力によって可動盤２が押し戻されないように位置保持する。このように金型容積の拡大制御を行なって金型キャビティ１０ａの容積を拡大することで、金型キャビティ１０ａ内の樹脂圧力が減少し始め、同時に樹脂内部において発泡が起こり始める。予め設定された成形品の冷却時間だけ金型キャビティ１０ａの容積を保持した冷却工程の後、金型１０を成形品の取り出し位置まで後退させ発泡成形品を得ることができる。本実施の形態においては、金型１０を僅かに開いた状態であっても固定金型３と可動金型４とは嵌合部で嵌合されており、金型キャビティ１０ａ内の発泡剤含有可塑化樹脂が金型１０の外へ漏れ出すことがない。

以下、本発明を実施例によってさらに具体的に説明する。

（実施例１）
射出成形装置として全電動トグル式射出成形機（宇部興産機械（株）製、商品名：ＵＢＥ−ＭＤ３５０Ｓ−ＩＶ、型締力３４３０ＫＮ、スクリュー径φ５２ｍｍ）を、熱可塑性樹脂としてポリプロピレン（三井化学（株）製、自動車内装グレード品、ＭＲＦ３５、添加剤としてのゴム及びタルクを含む）を用いた。気泡核形成剤として、重曹及びクエン酸の混合タイプ（永和化成工業（株）製、商品名：ＥＥ２７５、添加量は樹脂に対して１質量％）を、また、発泡性ガスとして二酸化炭素（ＣＯ₂）を用い、可塑化シリンダ内の可塑化樹脂中に０．９ＭＰａの圧力で注入した。スクリュは、第１ステージ部、第２ステージ部及びガスシール部を有する２ステージスクリュを用い、Ｑ２／Ｑ１は、５．０に、Ｑ１／Ｑ３は、１０．０に、また、Ｑ２／Ｑ３１５．０に設定した。スクリュ先端に、図３に示す構成のミキシングヘッドを装着した。成形品は３５０×２２０ｍｍの自動車内装品（グローブボックスアウター）で、充填時の金型キャビティ厚みが１．８ｍｍを用いた。また、成形条件は樹脂温度２００℃、金型温度４０℃、型締力３４３０ＫＮ、射出率２５０ｇ／秒に設定した。得られた発泡成形品の評価は、発泡状態及び外観状態は目視することで、また、可塑化能力（成形時の軽量時間を意味する）は通常の射出成形する場合を１として相対比較することで、ガスシール性はスクリュ後方へのガス漏れを測定することで、さらに、ガス溶解量は連続成形における発泡状態のバラツキを測定することで行った。その結果を表１に示す。なお、発泡状態の評価は、微細発泡セルの集合体が得られた場合を○、部分的に粗大セルが混在した集合体が得られた場合を△、粗大セル又は内部空洞を有する集合体が得られた場合を×とした。製品外観は、シリバーストリークがない場合を○、シリバーストリークが少し見られる場合を△、シリバーストリークが多く見られる又は面転写性が悪い場合を×とした。ガスシール性はガス漏れがない場合を○、ガス漏れがある場合を×とした。ガス溶解量は、バラツキが少ない場合を○、バラツキが多い場合を×とした。実施例１の射出装置は、高い可塑化能力、安定したガス注入性及び確実なガスシール性を示した。また、実施例１で得られた発泡成形品セル層の発泡状態は、発泡性ガスとして所定圧力の二酸化炭素（ＣＯ₂）を用いたこと等から、所望する気泡密度や気泡径を有した微細発泡セルの集合体であり、また、外観状態も、圧力調整ガスの注入の効果によってスワルマーク及びシリバーストリークが少なく良好であった。そして、気泡核形成剤として重曹及びクエン酸の混合タイプを、発泡性ガスとして二酸化炭素（ＣＯ₂）を用いたことから、成形時において有害な分解生成物が発生することもなく、従って、有害な分解生成物の残留がない、高品質な、熱可塑性樹脂の発泡成形品を得ることができた。また、取り扱うガスが、低圧ガス（高圧ガス取締法の対象外）であるため安全な作業を実現することができ、また、金型におけるガスシール部や発泡性ガス供給装置の構成を簡略化することができ低コストで発泡成形品を得ることができた。

（実施例２〜５）
発泡性ガス種類、発泡性ガス圧、気泡核形成剤、化学発泡剤、Ｑ２／Ｑ１、Ｑ１／Ｑ３、Ｑ２／Ｑ３、ミキシングヘッドの有無、及び発泡倍率を表１に示すものに変えたこと以外は実施例１と同様にした。その結果を表１に示す。

表１中における、発泡性ガス圧、圧力調整ガス圧の単位は「ＭＰａ」である。

（比較例１〜５）
発泡性ガス種類、発泡性ガス圧、気泡核形成剤、化学発泡剤、Ｑ２／Ｑ１、Ｑ１／Ｑ３、Ｑ２／Ｑ３、ミキシングヘッドの有無、及び発泡倍率を表２に示すものに変えたこと以外は実施例１と同様にした。その結果を表２に示す。なお、比較例５は、１ステージスクリュの装置を用いた。

表２中における、発泡性ガス圧、圧力調整ガス圧の単位は「ＭＰａ」であり、化学発泡剤の含有量の単位は「質量％」である。

本発明の射出装置は、軽量性、断熱性、吸音性及び同一質量での剛性等の物性に優れた熱可塑性樹脂の射出発泡成形品を必要とする種々の産業分野において好適に利用される。

本発明の射出装置の一の実施の形態を模式的に示す説明図である。本発明の射出装置を備えた射出発泡成形装置の一例の全体構成を模式的に示す説明図である。本発明の射出装置におけるスクリュに配設されて用いられるミキシングヘッドの一例を模式的に示す説明図である。図２に示す射出発泡成形装置に用いられる発泡性ガス供給手段の一例を模式的に示す説明図である。

符号の説明

１：固定盤
２：可動盤
３：固定金型
４：可動金型
１０：金型
１０ａ：金型キャビティ
２０：型締装置
３０：射出装置
３１：可塑化シリンダ
３２：スクリュ
３３：スクリュ移動手段
３４：スクリュ回転手段
３５：ホッパ
３６：ノズル
４０：発泡性ガス供給手段
４１：空気供給源
４２：二酸化炭素供給源
４３：発泡性ガス供給装置
４５：空気圧縮機
４６：圧力調整弁
４７：逆止弁
４８：圧力計
５１：二酸化炭素ボンベ
５２：圧力調整弁
５４：圧力計
５５：逆止弁
５６：開閉弁
５７：開閉弁
５８：電磁切替弁
６２：気泡核形成剤供給装置
７０：制御装置
７１：射出制御部
７２：型締制御部
８０：ミキシングヘッド
８１：第１溝
８２：第２溝
１００：横型締タイプの射出発泡成形装置
Ｓ１：第１ステージ部
Ｓ２：第２ステージ部
ＧＳ：ガスシール部

Claims

供給部及び可塑化部を備え、前記供給部から供給された熱可塑性樹脂を前記可塑化部で可塑化するとともに発泡剤を含有した発泡剤含有可塑化樹脂として射出する射出装置であって、
前記可塑化部が、可塑化シリンダと、前記可塑化シリンダ内を回転及び進退自在に配設されたスクリュとから構成されてなり、
前記スクリュが、その構成部位として、前記供給部に接続し、そこから供給された前記熱可塑性樹脂を可塑化させて前方へ移動させる第１ステージ部と、前記発泡剤としての発泡性ガスが供給され、前記発泡性ガス及び可塑化した前記熱可塑性樹脂を混合させて前方へ移動させる第２ステージ部と、前記第２ステージ部に供給された前記発泡性ガスが前記第１ステージ側へ漏洩するのを防止するため、前記第１ステージ部と前記第２ステージ部との境界に配設されたガスシール部とを有してなり、さらに、
下記式（１）〜（２）から算出される理論可塑化能力（Ｑ）の、前記第１ステージ部、前記第２ステージ部及び前記ガスシール部のそれぞれにおける理論可塑化能力［（Ｑ１）、（Ｑ２）及び（Ｑ３）］が、下記式（３）〜（５）に示す関係を満たすことを特徴とする射出装置。
Ｑ＝δ・Ｎ・ρ・６０／１０００（ｋｇ／ｈ） …（１）
δ＝［π・Ｄ・ｈ・（ｔ−ｅ）ｃｏｓ^２α］／２ …（２）
Ｑ２／Ｑ１＝２．５〜５．００ …（３）
Ｑ１／Ｑ３＝５．００〜１０．００ …（４）
Ｑ２／Ｑ３＝１０．００〜１５．００ …（５）
（上記式（１）〜（２）中、Ｎはスクリュ回転数、ρは可塑化樹脂比重、Ｄは第１ステージ部、第２ステージ部及びガスシール部のそれぞれにおけるスクリュの直径、ｈは第１ステージ部、第２ステージ部及びガスシール部のそれぞれにおけるスクリュ先端の溝深さ、ｔは第１ステージ部、第２ステージ部及びガスシール部のそれぞれにおけるスクリュのねじ山ピッチ、ｅは第１ステージ部、第２ステージ部及びガスシール部のそれぞれにおけるスクリュのねじ山幅、αは第１ステージ部、第２ステージ部及びガスシール部のそれぞれにおけるｔａｎ^−１｛ｔ／（πＤ）｝をそれぞれ示す。）
前記スクリュの前記第１ステージ部及び前記第２ステージ部に、後部から前部に向かってねじ山（フライト）が形成されてなる請求項１に記載の射出装置。
前記スクリュの前記ガスシール部に、ねじ山（フライト）が形成されてなる請求項２に記載の射出装置。
前記発泡性ガスを、前記第２ステージ部の後方側において、０．１ＭＰａ以上、１．０ＭＰａ未満の圧力で供給し、前記第２ステージ部に存在する可塑化された前記熱可塑性樹脂に前記発泡性ガスを接触させることによって、前記熱可塑性樹脂に前記発泡性ガスを含有させる構成を有する請求項１〜３のいずれかに記載の射出装置。
前記スクリュの前部に、その外周面の外周方向に略並行して複数本形成された第１溝と、互いに隣接する前記溝を軸方向に連通するように形成された第２溝とを有するとともに、前記第２溝の、軸方向に垂直な断面における前記熱可塑性樹脂の通過面積が後部から前部に向かって減少するように構成されたミキシングヘッドが、脱着自在に配設されてなる請求項１〜４のいずれかに記載の射出装置。