JP7021406B2 - 発泡成形体の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、発泡成形体の製造方法に関する。

近年、自動車の軽量化及び電動化のトレンドに伴い、自動車の金属部品を軽量で絶縁性のある発泡樹脂部品に置き換える動きがある。このため、発泡成形体の製造方法（発泡成形）の研究及び実用化が盛んである。発泡成形には、従来から、汎用エンジニアリングプラスチック（汎用エンプラ）であるポリプロピレン（ＰＰ）やアクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合樹脂（ＡＢＳ）が用いられてきた。また、ある程度の耐熱性を有する、ポリアミド６、ポリアミド６６等のガラス繊維強化樹脂等も発泡成形に用いられる。発泡成形に用いる発泡剤は、大別すると、物理発泡剤と化学発泡剤との２種類があるが、化学発泡剤は高融点材料への適用が困難である。このため、上述の耐熱性の高いガラス繊維強化樹脂等の発泡成形には、物理発泡剤として高圧の超臨界流体を用いた発泡射出成形法が採用されている（例えば、特許文献１～３）。

上述の汎用エンプラの常用耐熱温度は１００℃程度であるが、より高温の環境下での使用が想定される用途には、常用耐熱温度が１５０℃以上であるポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）等のスーパーエンジニアリングプラスチック（スーパーエンプラ）が用いられる。ＰＰＳはコストパフォーマンスに優れ、自動車部品での採用が最も伸びているスーパーエンプラである。ＬＣＰは高精密コネクター等の小型部品での用途が拡大している。特許文献４及び５には、ＰＰＳの発泡成形体の製造方法が開示されている。

特許第２６２５５７６号公報 特許第３７８８７５０号公報 特許第４１４４９１６号公報 特開２０１３‐６０５０８号公報 特開２０１２‐２５１０２２号公報

特許文献４及び５に開示されるＰＰＳの発泡成形体の製造方法は、ＰＰＳの成形体を加圧不活性ガス雰囲気中に保持して不活性ガスを浸透させる工程と、不活性ガスを浸透させたＰＰＳを常圧下で加熱して発泡させる工程とを有する、所謂、バッチ式の製造方法である。このため、射出成形や押出成形等の連続成形と比較して生産性が劣るという課題を有している。

特許文献１～３に開示される物理発泡剤を用いた発泡成形方法は、生産性が高い連続成形であり、比較的樹脂を選ばない発泡成形技術である。したがって、原理的には、特許文献１～３に開示される方法により、ＰＰＳ等のスーパーエンプラの発泡成形が可能だと思われる。しかし、近年、発泡成形体は金属部品の代替部品として用いられるため、非常に高い耐熱性が要求される。本願の発明者らの検討によれば、特許文献１～３に開示されるような、従来の高圧の物理発泡剤を用いた発泡成形体は、樹脂材料にスーパーエンプラを用いたとしても、十分な耐熱性を得られないとこが判明した。

本発明は、上記課題を解決するものであり、生産性の高い連続成形であって、高い耐熱性を有するスーパーエンジニアリングプラスチックの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、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用いて、発泡成形体を製造する方法であって、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、前記熱可塑性樹脂が、６０重量％以上のスーパーエンジニアリングプラスチックを含み、前記一定圧力が０．５ＭＰａ～６ＭＰａ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。

本態様において、前記スーパーエンジニアリングプラスチックが、ポリフェニレンサルファイド又は液晶ポリマーを含んでもよい。また、前記スーパーエンジニアリングプラスチックが液晶ポリマーを含み、前記一定圧力が１ＭＰａ～６ＭＰａであってもよい。また、前記物理発泡剤が窒素であってもよい。

前記飢餓ゾーンにおいて、前記物理発泡剤を含む加圧流体で前記溶融樹脂を加圧してもよいし、前記発泡成形体の製造中、常時、前記飢餓ゾーンを前記一定圧力に保持してもよい。

本態様において、前記可塑化シリンダは、前記導入口に接続する導入速度調整容器を有してもよく、前記製造方法は、前記物理発泡剤を含む加圧流体を前記導入速度調整容器に供給することを更に含み、前記導入速度調整容器から、前記飢餓ゾーンに前記一定圧力の物理発泡剤を含む加圧流体を導入してもよい。また、前記導入口は、常時、開放されており、前記発泡成形体の製造中、前記導入速度調整容器及び前記飢餓ゾーンを前記一定圧力に保持してもよい。
本発明の第２の態様に従えば、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用いて、発泡成形体を製造する方法であって、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、前記熱可塑性樹脂がスーパーエンジニアリングプラスチックであり、前記スーパーエンジニアリングプラスチックが、ポリフェニレンサルファイドであり、且つ前記一定圧力が２ＭＰａ～１０ＭＰａであるか、又は、前記スーパーエンジニアリングプラスチックが、液晶ポリマーであり、且つ前記一定圧力が１ＭＰａ～６ＭＰａ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。

本発明の参考態様に従えば、熱可塑性樹脂を含む発泡成形体であって、前記熱可塑性樹脂中に、６０重量％以上のスーパーエンジニアリングプラスチックを含み、前記発泡成形体を加熱して、前記発泡成形体の表面温度を２４０℃～２６０℃に５分間維持したとき、加熱による発泡成形体の厚みの変化率が－２％～２％であることを特徴とする発泡成形体が提供される。

本態様において、前記発泡成形体の加熱をリフロー炉によって行ってもよい。また、前記スーパーエンジニアリングプラスチックが、ポリフェニレンサルファイド又は液晶ポリマーを含んでもよい。

本発明の発泡成形体の製造方法は、生産性の高い連続成形であって、高い耐熱性を有するスーパーエンジニアリングプラスチックの発泡成形体を製造できる。

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（射出成形装置）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、金型が設けられた型締めユニット（不図示）と、可塑化シリンダ２１０及び型締めユニットを動作制御するための制御装置（不図示）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における右手から左手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における右手を「上流」または「後方」、左手を「下流」または「前方」と定義する。

可塑化シリンダは、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、可塑化ゾーン２１の下流側に、溶融樹脂が飢餓状態となる飢餓ゾーン２３とを有する。「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。

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。

［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）。本実施形態では、熱可塑性樹脂として、スーパーエンジニアリングプラスチック（以下、適宜「スーパーエンプラ」と記載する）を用いる。一般に、連続使用温度が１５０℃以上のプラスチックがスーパーエンプラに分類されるため、本願明細書においても、スーパーエンプラの定義はこれに従う。スーパーエンプラの多くは、その分子鎖の中にベンゼン環を含むため、分子鎖が太く強い。環境温度が高温になっても分子は運動し難くなるため、耐熱性に優れる。尚、フッ素樹脂の中には、ベンゼン環構造を有さずとも耐熱性に優れ、スーパーエンプラに分類される樹脂がある。フッ素樹脂は、炭素と結合すると非常に安定するためである。

スーパーエンプラは、非晶性（透明）樹脂と結晶性樹脂に大別される。非晶性（透明）樹脂としては、例えば、ポリフェニルスルホン（ＰＰＳＵ）、ポリスルホン（ＰＳＵ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）が挙げられ、結晶性樹脂としては、例えば、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）が挙げられる。本実施形態のスーパーエンプラは、これらを単独で用いても、二種類以上を混合して用いてもよく、また、これらのエンプラを含むポリマーアロイを用いてもよい。本実施形態に用いるスーパーエンプラとしては、微細セルを形成し易い結晶性樹脂が好ましく、中でも、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）がより好ましい。

ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）は、比較的安価である、化学的に安定である、寸法精度が出やすい、強度が高い等の利点を有するため、自動車用部品を中心に需要が拡大している。一方で、ＰＰＳは、成形に際してバリが発生し易い、ガラス長繊維等を混合すると反りが発生し易い、比重が大きいという課題がある。本実施形態では、ＰＰＳを発泡成形することで、バリや反りを抑制でき、更に比重を低減できる。液晶ポリマー（ＬＣＰ）は、溶融樹脂の剪断速度依存性が大きいため、成形に際してバリが発生しにくい、薄肉成形部品においても高寸法精度が得られるという利点を有する。自動車用部品においては、ＬＣＰは高耐熱性が要求されるコネクターに採用されている。一方で、ＬＣＰは、高価であり、また比重が大きいという課題がある。本実施形態では、ＬＣＰを発泡成形することで、比重を低減でき、同じサイズのソリッド成形体（無発泡成形体）と比較して使用量が減るためコスト低減も図れる。

本実施形態の熱可塑性樹脂には、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てもよい。熱可塑性樹脂に、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、本実施形態では、熱可塑性樹脂としてスーパーエンプラのみを用いるが、発泡成形体の用途によっては、発泡成形体の耐熱性に影響を与えない程度に、スーパーエンプラではない、汎用の熱可塑性樹脂を混合して用いてもよい。本実施形態において、発泡成形体を構成する熱可塑性樹脂の主成分はスーパーエンプラであり、例えば、発泡成形体を構成する熱可塑性樹脂中のスーパーエンプラの割合は、６０重量％～１００重量％が好ましく、９５重量％～１００重量％がより好ましい。また、本実施形態では、発泡剤として物理発泡を用い、化学発泡剤は併用しない。したがって、本実施形態の熱可塑性樹脂であるスーパーエンプラは、化学発泡剤を含まない。スーパーエンプラの溶融温度は高いため、化学発泡剤の併用は困難である。

本実施形態では、図２に示すスクリュ２０が内設された可塑化シリンダ２１０内で熱可塑性樹脂の可塑化溶融を行う。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。

（２）飢餓ゾーンの圧力保持
次に、飢餓ゾーン２３に一定圧力の物理発泡剤を導入し、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。本実施形態では、物理発泡剤と溶融樹脂の強制的な剪断混錬を行わない。このため、物理発泡剤として圧縮空気を用いても、溶融樹脂に対して溶解性の低い酸素は溶融樹脂に溶解し難く、溶融樹脂の酸化劣化を抑制できる。

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であり、２ＭＰａ～１２ＭＰａが好ましく、２ＭＰａ～１０ＭＰａがより好ましく、２ＭＰａ～８ＭＰａが更により好ましい。また、物理発泡剤の圧力は、１ＭＰａ～６ＭＰａが好ましい。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、発泡に必要な量の物理発泡剤が溶融樹脂内に浸透でき、発泡成形体の発泡性が向上する。また、物理発泡剤の圧力を１２ＭＰａ以下とすることで、発泡成形体の耐熱性が向上し、スワールマークの発生が抑制され、更に装置負荷を低減できる。尚、溶融樹脂を加圧する物理発泡剤の圧力が「一定」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２７により測定される。尚、スクリュ２０の進退に伴い、飢餓ゾーン２３は可塑化シリンダ２１０内を前後方向に移動するが、図２に示す圧力センサ２７は、飢餓ゾーン２３の最前進位置及び最後退位置において、常に飢餓ゾーン２３内に存在する位置に設けられる。また、導入口２０２に対向する位置も、常に飢餓ゾーン２３内にある。したがって、圧力センサ２７は導入口２０２に対向する位置には設けられていないが、圧力センサ２７の示す圧力と、導入口２０２に対向する位置の圧力は、ほぼ同一である。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。このように導入口２０２の内径を大きくできるのは、成形中に導入口２０２が対向する飢餓ゾーン２３における溶融樹脂の量が、従来の製造装置と比較して少ないためである。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の内径が極端に大き過ぎると、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％が好ましく、３０％～８０％がより好ましい。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２１０ａ上における開口部の内径を意味する。また、導入口２０２の形状、即ち、可塑化シリンダ２１０の内壁２１０ａ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。

次に、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。尚、導入口２０２は、常時、開放されているため、発泡成形体の製造中、導入速度調整容器３００及び飢餓ゾーン２３は、常時、物理発泡剤の一定圧力に保持される。

（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。

本実施形態では、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。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。尚、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。

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。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、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を有する。更に、スクリュ２０は、圧縮ゾーン２２に位置する部分と比較して、飢餓ゾーン２３全体に亘って、そこ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を有することが好ましい。更に、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。本実施形態においては、飢餓ゾーン２３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に形成される。

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、片方のみ用いてもよい。スクリュの大径部分２０Ａ、シール部２６以外の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、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。

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、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、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。

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。本実施形態では、汎用のフィーダースクリュ２１２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、飢餓ゾーン２３における溶融樹脂の計量速度が、圧縮ゾーン２２での可塑化速度よりも大きくなる。この結果、飢餓ゾーン２３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。

本実施形態において、溶融樹脂の流動方向における飢餓ゾーン２３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、長すぎると成形サイクルやスクリュ長さが長くなる弊害生じる。このため、飢餓ゾーン２３の長さは、可塑化シリンダ２１０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２３の長さは、射出成形における計量ストーロークの全範囲を賄うことが好ましい。即ち、溶融樹脂の流動方向における飢餓ゾーン２３の長さは、射出成形における計量ストーロークの長さ以上であることが好ましい。溶融樹脂の可塑化計量及び射出に伴ってスクリュ２０は前方及び後方に移動するが、飢餓ゾーン２３の長さを計量ストー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２０２を飢餓ゾーン２３内に配置できる（形成できる）。換言すれば、発泡成形体の製造中にスクリュ２０が前方及び後方に動いても、飢餓ゾーン２３以外のゾーンが、導入口２０２の位置に来ることはない。これにより、導入口２０２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２３に導入される。このように十分且つ適当な大きさ（長さ）を有する飢餓ゾーンを設け、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２３を一定圧力により保持し易くなる。本実施形態においては、飢餓ゾーン２３の長さは、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。

更に、圧縮ゾーン２２と飢餓ゾーン２３の間に、流動速度調整ゾーン２５を設けてもよい。流動速度調整ゾーン２５の上流の圧縮ゾーン２２における溶融樹脂の流動速度と、下流の飢餓ゾーン２３における溶融樹脂の流動速度とを比較すると、飢餓ゾーン２３における溶融樹脂の流動速度の方が早い。本願の発明者らは、圧縮ゾーン２２と飢餓ゾーン２３の間に、緩衝ゾーンとなる流動速度調整ゾーン２５を設け、この急激な溶融樹脂の流動速度の変化（上昇）を抑制することにより、製造される発泡成形体の発泡性が向上することを見出した。圧縮ゾーン２２から飢餓ゾーン２３の間に緩衝ゾーンとなる流動速度調整ゾーン２５を設けることで、発泡成形体の発泡性が向上する理由の詳細は不明であるが、流動速度調整ゾーン２５に溶融樹脂が滞留することにより飢餓ゾーン２３から流入した物理発泡剤と溶融樹脂が強制的に混練され、混練される時間が長くなることが一因ではないかと推測される。本実施形態では、図２に示す可塑化スクリュ２０の流動速度調整ゾーン２５に位置する部分に、減圧部及び圧縮部を設けて流路面積を変化させることで、溶融樹脂と物理発泡剤を減圧及び再圧縮する。更に、スクリュフライトに切欠きを設けることによって、溶融樹脂の流動速度を調整する。減圧部及び圧縮部は、例えば、スクリュフライトの深さを変化させることによって、換言すれば、スクリュ径の大きさ（太さ）を変化させることによって形成できる。

（４）溶融樹脂と物理発泡剤の接触
次に、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、射出成形サイクルの連続した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。

（５）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Ｓ５）。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、可塑化スクリュ２０の前方に押し出されて計量される。このとき、可塑化スクリュ２０の前方に押し出された溶融樹脂の内圧は、可塑化スクリュ２０の後方に接続する油圧モータ又は電動モータ（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、可塑化スクリュ２０の前方に押し出された溶融樹脂の内圧、即ち、スクリュ背圧は、一定に保持されている飢餓ゾーン２３の圧力よりも１～６ＭＰａ程度高く制御することが好ましい。尚、本実施形態では、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５０が設けられる。これにより、計量時、飢餓ゾーン２３の圧力は、スクリュ２０前方の樹脂圧力に影響されない。

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。本実施形態では、図２に示す可塑化シリンダ２１０から、金型内のキャビティ（不図示）に、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、低比重の成形体が得られる。発泡成形体の形状は、特に限定されない。押し出し成形によるシート状や筒状、射出成形による複雑形状等であってもよい。

以上説明した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。

（６）発泡成形体について
本願の発明者らは、本実施形態の製造方法により、高い耐熱性を有する発泡成形体が製造できることを見出した。本実施形態の製造方法に用いるスーパーエンプラは、常用耐熱温度が１５０℃以上と高い。しかし、一般に発泡成形体はソリッド成形体（無発泡成形体）と比較して耐熱性が低く、従来の高圧の物理発泡剤を使用して製造した発泡成形体は、熱可塑性樹脂としてスーパーエンプラを用いたとしても、十分な耐熱性を得られない。従来のスーパーエンプラの発泡成形体は、例えば、リフロー炉を通過させると、発泡セルが膨張し、成形体の厚みが増加する等の弊害が生じる。これに対して、本実施形態で得られる発泡成形体は、例えば、発泡成形体を加熱して、発泡成形体の表面温度を２４０℃～２６０℃に５分間維持したとき、加熱による発泡成形体の厚みの変化率が－２％～２％であり、好ましくは－１％～１％である。また、本実施形態で得られる発泡成形体は、例えば、発泡成形体の表面温度を２００℃～２６０℃に３分～１０分間維持したとき、加熱による発泡成形体の厚みの変化率が－２％～２％であり、好ましくは－１％～１％である。このような高い耐熱性を有する発泡成形体は、鉛フリーハンダ用のリフロー炉を通過させても形状変化が少なく、膨れ等が発生し難い。

ここで、「加熱による発泡成形体の厚みの変化率」は、以下の式によって定義される。

（Ｄａ－Ｄｂ）／Ｄｂ×１００（％）
Ｄｂ：発泡成形体の加熱前の厚み
Ｄａ：発泡成形体の加熱後の厚み

本実施形態の発泡成形体の高い耐熱性は、熱可塑性樹脂としてスーパーエンプラを用い、飢餓状態の溶融樹脂と接触させる物理発泡剤の一定圧力を０．５ＭＰａ～１２ＭＰａという特定の範囲内とすることによってもたらされると推測される。従来の超臨界流体等を用いた発泡成形では、平均して１５～２０ＭＰａの高圧の物理発泡剤を用いる。本実施形態の製造方法では、比較的低圧力で且つ一定圧力の物理発泡剤を溶融樹脂に接触させる点が、従来の発泡成形とは異なる。本願の発明者らは、物理発泡剤の一定圧力を１２ＭＰａ以下、好ましくは１０ＭＰａ以下、より好ましくは８ＭＰａ以下、更により好ましくは６ＭＰａ以下とすることで、発泡成形体の耐熱性が向上することを見出した。更に、物理発泡剤の一定圧力を低くすることで、外観不良（スワールマーク）も改善できる。物理発泡剤の一定圧力の下限値は、発泡に必要な量の物理発泡剤を溶融樹脂内に浸透させる観点から、０．５ＭＰａ以上であり、１ＭＰａ以上が好ましく、２ＭＰａ以上がより好ましい。

本実施形態の発泡成形体が高耐熱性を有するメカニズムは不明であるが、特定の種類の熱可塑性樹脂（スーパーエンプラ）と、特定の範囲の物理発泡剤の一定圧力（０．５ＭＰａ～１２ＭＰａ）との組み合わせにより、従来の発泡成形体とは異なる何らかの構造的な変化、例えば、非常にミクロ的な構造的な変化が本実施形態の発泡成形体に生じた可能性がある。また、発泡成形体中の残留発泡剤は、加熱により膨張して発泡成形体の耐熱性に悪影響を与えると推測される。このため、本実施形態の発泡成形体が高い耐熱性を有する要因は、単純に、発泡成形体中の残留発泡剤が少ないためだとも考えられる。しかし、発明者らの検討によれば、例えば、アニール処理等により従来の発泡成形体から残留発泡剤をある程度脱気しても、本実施形態の発泡成形体と同等の耐熱性は得られず、加熱により膨れ等が発生することが判明している。したがって、残留発泡剤の量は、本実施形態の発泡成形体の高耐熱性の主要因ではないと推測される。尚、上記考察は、現時点での知見に基づく発明者らの推測であり、本発明の範囲を何ら制限するものではない。

本実施形態における物理発泡剤の一定圧力は０．５ＭＰａ～１２ＭＰａであるが、スーパーエンプラの種類によって、更に好ましい範囲が存在する。例えば、スーパーエンプラがポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）の場合、物理発泡剤の一定圧力は、２ＭＰａ～１２ＭＰａが好ましく、２ＭＰａ～１０ＭＰａがより好ましく、２ＭＰａ～８ＭＰａが更により好ましい。スーパーエンプラが液晶ポリマー（ＬＣＰ）の場合、物理発泡剤の一定圧力は１ＭＰａ～６ＭＰａが好ましい。スーパーエンプラの種類と物理発泡剤の一定圧力の範囲とが上記組合せの場合、発泡性がより良好で、耐熱性がより高い発泡成形体が得られ、更に、スワールマークの発生も抑制できる。

本実施形態で製造する発泡成形体は、それに含まれる発泡セルの平均セル径が１００μｍ以下であることが好ましく、５０μｍ以下であることがより好ましい。発泡セルの平均セル径が上記範囲であると、セルの側壁が小さくなるため加熱時に膨張し難くなり、この結果、発泡成形体の耐熱性がより向上する。尚、発泡セルの平均セル径は、例えば、発泡成形体の断面ＳＥＭ写真の画像解析によって求めることができる。

本実施形態で製造する発泡成形体は、内部に発泡セルが形成される発泡部の厚みが０．５ｍｍ以上であることが好ましく、１ｍｍ以上であることがより好ましく、２ｍｍ以上であることが更により好ましい。上記範囲の厚みがあると、成形体に十分な厚みのスキン層を形成できる。スキン層により、発泡成形体加熱時の発泡セルの膨張を抑制できるため、発泡成形体の耐熱性が更に向上する。特に、スーパーエンプラとしてＬＣＰを用いる場合、ＬＣＰの発泡成形体からは物理発泡剤を含む内包ガスが逃げにくい。発泡部の厚みを増すことにより、内包ガス膨張による発泡セルの膨張が抑制され、ＬＣＰを用いた発泡成形体の耐熱性がより向上する。また、本実施形態で製造する発泡成形体は、内部に発泡セルが形成される発泡部の厚みが３ｍｍ以下であってもよく、２ｍｍ以下であってもよく、１ｍｍ以下であってもよい。発泡部の厚みが薄いほど、加熱による発泡成形体の厚みの変化率は大きくなる傾向があるが、本実施形態の製造方法で製造した発泡成形体は耐熱性が高いので、厚みが上記範囲内の発泡部においても、加熱による発泡成形体の厚みの変化率を－２％～２％、好ましくは－１％～１％に抑えることができる。

本実施形態では、製造した発泡成形体を更にアニール処理してもよい。アニール処理において発泡成形体を加熱することで、発泡成形体から物理発泡剤を含む内包ガスを脱気できる。これにより、内包ガスの膨張による発泡セルの膨張が抑制され、発泡成形体の耐熱性がより向上する。

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。

［試料１-１の製造］
熱可塑性樹脂としてポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）（ポリプラスチック製、ジェラファイド１１３０Ｔ６）、物理発泡剤として窒素を用いて試料１-１（発泡成形体）を製造した。可塑化シリンダの飢餓ゾーンに導入する物理発泡剤の圧力は１ＭＰａとした。

（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は射出成形装置であり、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、金型が設けられた型締めユニット（不図示）と、可塑化シリンダ２１０及び型締めユニットを動作制御するための制御装置（不図示）を備える。

可塑化シリンダ２１０のノズル先端２９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２８が設けられ、可塑化シリンダ２１０の内部を高圧に保持できる。ノズル先端２９には金型（不図示）が密着し、金型が形成するキャビティ内にノズル先端２９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及びフィーダースクリュ２１２、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、開放弁１５３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２７が設けられている。

スクリュ２０は、熱可塑性樹脂の可塑化溶融を促進し、溶融樹脂の計量及び射出を行うため、可塑化シリンダ２１０内において回転及び進退自在に配設されている。スクリュ２０には、上述したように、溶融樹脂の流動抵抗を高める機構として、シール部２６及びスクリュ２０の大径部分２０Ａが設けられている。

可塑化シリンダ２１０では、樹脂供給口２０１から可塑化シリンダ２１０内に熱可塑性樹脂が供給され、熱可塑性樹脂がバンドヒータ(不図示)によって可塑化されて溶融樹脂となり、スクリュ２０が正回転することにより下流に送られる。スクリュ２０に設けられたシール部２６及び大径部分２０Ａの存在により、シール部２６の上流側では、溶融樹脂が圧縮されて圧力が高まり、シール部２６の下流の飢餓ゾーン２３では、溶融樹脂が未充満（飢餓状態）となる。更に下流に送られた溶融樹脂は、射出前に可塑化シリンダ２１０の先端付近において再圧縮されて計量される。

これにより、可塑化シリンダ２１０内では、上流側から順に、熱可塑性樹脂が可塑化溶融される可塑化ゾーン２１、溶融樹脂が圧縮されて圧力が高まる圧縮ゾーン２２、溶融樹脂の流動速度を調整する流動速度調整ゾーン２５、溶融樹脂が未充満となる飢餓ゾーン２３、飢餓ゾーンにおいて減圧された溶融樹脂が再度圧縮される再圧縮ゾーン２４が形成される。

製造装置１０００において、可塑化シリンダ２１０の内径は２２ｍｍであり、導入口２０２の内径は６ｍｍであった。したがって、導入口２０２の内径は、可塑化シリンダ２１０の内径の約２７％であった。また、導入速度調整容器３００の容積は約８０ｍＬであり、飢餓ゾーン２３の容積は、１１０ｍＬであった。したがって、導入速度調整容器３００の容積は、飢餓ゾーン２３の容積の約０．７倍であった。また、本実施例では、キャビティの大きさが５ｃｍ×５ｃｍ×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１ＭＰａ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１ＭＰａ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３２０～３００℃、圧縮ゾーン２２を３２０℃、流動速度調整ゾーン２５及び飢餓ゾーン２３を３００℃、再圧縮ゾーン２４を３２０℃に調整した。そして、樹脂供給用ホッパ２１１から、フィーダースクリュ２１２を３０ｒｐｍの回転数で回転させながら、熱可塑性樹脂（ＰＰＳ）の樹脂ペレットを可塑化シリンダ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。

フィーダースクリュ２１２の回転数は、事前にソリッド成形体（無発泡成形体）の成形により、本実施例の成形条件の設定（条件出し）を行い、樹脂ペレットが飢餓供給される回転数に決定した。ここで、樹脂ペレットの飢餓供給とは、可塑化ゾーン２１において、樹脂ペレットの供給中、可塑化シリンダ内に樹脂ペレット又はその溶融樹脂が充満しない状態が維持され、供給した樹脂ペレット又はその溶融樹脂からスクリュ２０のフライトが露出している状態を意味する。樹脂ペレットの飢餓供給の確認は、例えば、赤外線センサ又は可視化カメラにてスクリュ２０上の樹脂ペレット又は溶融樹脂の有無を確認する方法が挙げられる。本実施例では、用いたフィーダースクリュ２１２に透明窓が設けられており、透明窓を介して樹脂供給口２０１直下の可塑化ゾーン２１の状態を視認して確認した。

スクリュ２０の背圧を３ＭＰａとし（物理発泡剤の圧力：１ＭＰ＋２ＭＰａ＝３ＭＰａ）とし、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、流動速度調整ゾーン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、流動速度調整ゾーン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。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、スクリュ２０の後退に伴い、可塑化シリンダ２１０の先端部において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２８を開放して、キャビティ内に、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）。金型温度は１５０℃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、１０秒とした。

以上説明した成形体の射出成形を連続して２０ショット行い、２０個の発泡成形体を得た。２０個の発泡成形体の製造中、常時、圧力センサ２７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１ＭＰａで一定であった。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、１ＭＰａ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、１ＭＰａの窒素により溶融樹脂が、常時、加圧されていたこと、及び２０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。

［試料１‐２～１‐１０の製造］
可塑化シリンダの飢餓ゾーンに導入する物理発泡剤の圧力をそれぞれ、２ＭＰａ、４ＭＰａ、６ＭＰａ、８ＭＰａ、１０ＭＰａ、１２ＭＰａ、１４ＭＰａ、１８ＭＰａ及び０．４ＭＰａとした以外は試料１‐１と同様の方法により、試料１‐２～１‐１０（発泡成形体）を製造した。

各試料（発泡成形体）の製造中、常時、圧力センサ２７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、導入される物理発泡剤と同一の一定圧力であった。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、試料毎に設定した一定圧力であった。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、試料毎に設定した一定圧力の窒素により溶融樹脂が、常時、加圧されていたこと、及び２０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。

［試料１‐１～１‐１０の評価］
試料１‐１～１‐１０（発泡成形体）を以下に説明する方法により評価した。各試料の評価結果を各試料の製造時に用いた物理発泡剤の圧力と共に表１及び表２に示す。尚、製造時に用いた物理発泡剤の圧力が１～１２ＭＰａである試料１－１～１－７は実施例に相当し、該圧力が１４ＭＰａ、１８ＭＰａ及び０．４ＭＰａである試料１－８～１－１０は比較例に相当する。

（１）発泡成形体の発泡性
発泡成形体の形状観察及び断面観察を行い、発泡成形体の発泡性を下記評価基準に従って評価した。尚、下記の判断基準でＡ判定の発泡成形体は、ソリッド成形品と比較して比重が１０％程度低下していた。

＜発泡性の評価基準＞
Ａ:十分に発泡している。
発泡成形体は金型のキャビティを完全に充填しており、発泡成形体内部に形成された発泡セルは微細化している（セル径が約３０～５０μｍ程度）。
Ｂ:発泡している。
発泡成形体は金型のキャビティを完全に充填してはいないが、キャビティの端部に未充填部分が無い。即ち、溶融樹脂の流動末端がキャビティの端部に達している。発泡成形体内部に形成された発泡セルには、肥大化したもの（セル径が約１００～２００μｍ程度）が散見される。
Ｃ:成形体の一部のみが発泡している。
金型のキャビティの端部に未充填部分がある。即ち、溶融樹脂の流動末端がキャビティの端部に達していない。発泡成形体の端部近傍（溶融樹脂の流動末端近傍）に形成された発泡セルは肥大化している（セル径が約１００～２００μｍ程度）。

（２）加熱試験による発泡成形体の厚みの変化率
上で作製した試料１‐１～１‐１０の各２０個の発泡成形体から、無作為に各５個を選択した。まず、発泡成形体１個につき、平板の厚みに相当する部分（金型のキャビティの幅２ｍｍに対応する部分）の長さを４ヵ所測定した（厚みＤｂ）。その後、以下に説明する加熱試験を行った。まず、鉛フリーハンダ用リフロー炉を想定して、設定温度２５０℃に加熱した電気炉内に、発泡成形体を静置した。発泡成形体表面には熱伝対を接触させ表面温度を測定し、最高到達温度が２４０℃～２６０℃になることを確認した。表面温度が最高温度に達してから５分後に、発泡成形体を電気炉から取り出した。発泡成形体を電気炉内に静置した時間は、約８～９分であった。発泡成形体を室温まで冷却した後、加熱前に厚みを測定した部分の厚みを再度測定し（厚みＤａ）、加熱試験による発泡成形体の厚みの変化率を以下の式により求めた。

（Ｄａ－Ｄｂ）／Ｄｂ×１００（％）
Ｄｂ：発泡成形体の加熱前の厚み
Ｄａ：発泡成形体の加熱後の厚み

発泡成形体１個につき、４ヵ所の厚みの変化率を求め、更に、試料毎に発泡成形体５個において同様に厚みの変化率を求めた（４ヵ所×５個＝合計２０ヶ所）。そして、これら２０ヶ所の厚みの変化率の平均値を各試料の加熱試験による発泡成形体の厚みの変化率とした。

（３）加熱試験後の表面の膨れ
上述した加熱試験後の発泡成形体の表面を観察し、表面の膨れの有無を下記評価基準に従って評価した。

＜加熱試験後の表面の膨れの評価基準＞
Ａ：発泡成形体の表面に膨れが無い。
Ｂ：発泡成形体の表面の一部に小さな膨れがある（直径１ｍｍ未満）。
Ｃ：発泡成形体の表面に大きな膨れがある（直径１ｍｍ～３ｍｍ）。
Ｄ：発泡成形体の表面により大きな膨れがある（直径３ｍｍ以上）。

（４）発泡成形体表面のスワールマーク
加熱試験前の発泡成形体の表面を観察し、表面のスワールマークの有無を下記評価基準に従って評価した。

＜スワールマークの評価基準＞
Ａ:スワールマークが発生していないか、又は非常にわずかに発生している。
Ｂ：発泡成形体表面の一部にスワールマークが発生している。
Ｃ：発泡成形体表面全体にスワールマークが発生しており、発泡成形体の表面が白く曇っている。

製造時に用いた物理発泡剤の圧力が１～１２ＭＰａである試料１－１～１－７は、発泡性が良好であり、加熱試験による発泡成形体の厚みの変化率が小さく、表面の膨れも小さかったことから耐熱性が高いことが確認できた。更に、スワールマークの発生も抑制されていた。また、製造時に用いた物理発泡剤の圧力が２～１０ＭＰａである試料１－２～１－６は、発泡性がより良好で、耐熱性がより高く、スワールマークの発生もより少なかった。

一方、製造時に用いた物理発泡剤の圧力が１２ＭＰａを超える試料１－８及び１－９は、加熱試験による発泡成形体の厚みの変化率が大きく、表面の膨れも大きかったことから、耐熱性が低いことがわかった。また、試料１－８及び１－９では、スワールマークの発生も著しかった。製造時に用いた物理発泡剤の圧力が０．５ＭＰａ未満の試料１－１０は、発泡成形体の発泡性が不十分であった。

［試料２－１～２－８の製造］
熱可塑性樹脂として液晶ポリマー（ＬＣＰ）（ホリプラスチック製、ラペロスＳ１３５）を用い、可塑化シリンダの飢餓ゾーンに導入する物理発泡剤（窒素）の圧力をそれぞれ、０．５ＭＰａ、１ＭＰａ、２ＭＰａ、４ＭＰａ、６ＭＰａ、８ＭＰａ、１０ＭＰａ及び０．４ＭＰａとした以外は、試料１－１と同様の方法により試料２－１～２－８（発泡成形体）を製造した。

各試料（発泡成形体）の製造中、常時、圧力センサ２７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、導入される物理発泡剤と同一の一定圧力であった。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、試料毎に設定した一定圧力であった。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、試料毎に設定した一定圧力の窒素により溶融樹脂が、常時、加圧されていたこと、及び２０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。

［試料２－１～２－８の評価］
上で作製した試料２－１～２－８（発泡成形体）について、上述した試料１‐１～１‐１０と同様の方法により、以下の（１）～（４）の評価を行った。
（１）発泡成形体の発泡性
（２）加熱試験による発泡成形体の厚みの変化率
（３）加熱試験後の表面の膨れ
（４）発泡成形体表面のスワールマーク

各試料の評価結果を各試料の製造時に用いた物理発泡剤の圧力と共に表３に示す。尚、製造時に用いた物理発泡剤の圧力が０．５～１０ＭＰａである試料２－１～２－７は実施例に相当し、該圧力が０．４ＭＰａである試料２－８は比較例に相当する。

製造時に用いた物理発泡剤の圧力が０．５～１０ＭＰａである試料２－１～２－７は、発泡性が良好で、加熱試験による発泡成形体の厚みの変化率が小さかったことから耐熱性が高いことが確認できた。更に、スワールマークの発生も抑制されていた。また、製造時に用いた物理発泡剤の圧力が１～６ＭＰａである試料２－２～２－５は、発泡性がより良好で、耐熱性がより高く、スワールマークの発生も少なかった。

一方、製造時に用いた物理発泡剤の圧力が０．４ＭＰａの試料２－８は、発泡成形体の発泡性が不十分であった。

本発明の製造方法は、物理発泡剤に関わる装置機構を簡略化できる。また、発泡性に優れた発泡成形体を低コストで、効率よく製造できる。更に、高い耐熱性を有するスーパーエンプラの発泡成形体を製造できる。

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 流動速度調整ゾーン
２６ シール部
２７ 圧力センサ
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 (9)

1. 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用いて、発泡成形体を製造する方法であって、
   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、
   前記熱可塑性樹脂が、６０重量％以上のスーパーエンジニアリングプラスチックを含み、前記一定圧力が０．５ＭＰａ～６ＭＰａであることを特徴とする発泡成形体の製造方法。
2. 前記スーパーエンジニアリングプラスチックが、ポリフェニレンサルファイド又は液晶ポリマーを含む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. 前記スーパーエンジニアリングプラスチックが液晶ポリマーを含み、前記一定圧力が１ＭＰａ～６ＭＰａ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。
4. 前記物理発泡剤が窒素であ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. 前記飢餓ゾーンにおいて、前記物理発泡剤を含む加圧流体で前記溶融樹脂を加圧することを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載の発泡成形体の製造方法。
6. 前記発泡成形体の製造中、常時、前記飢餓ゾーンを前記一定圧力に保持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. 前記可塑化シリンダは、前記導入口に接続する導入速度調整容器を有し、
   前記製造方法は、前記物理発泡剤を含む加圧流体を前記導入速度調整容器に供給することを更に含み、
   前記導入速度調整容器から、前記飢餓ゾーンに前記一定圧力の物理発泡剤を含む加圧流体を導入することを特徴とする請求項１～６のいずれか一項に記載の発泡成形体の製造方法。
8. 前記導入口は、常時、開放されており、前記発泡成形体の製造中、前記導入速度調整容器及び前記飢餓ゾーンを前記一定圧力に保持することを特徴とする請求項７に記載の発泡成形体の製造方法。
9. 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用いて、発泡成形体を製造する方法であって、
   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、
   前記熱可塑性樹脂がスーパーエンジニアリングプラスチックであり、
   前記スーパーエンジニアリングプラスチックが、ポリフェニレンサルファイドであり、且つ前記一定圧力が２ＭＰａ～１０ＭＰａであるか、又は、
   前記スーパーエンジニアリングプラスチックが、液晶ポリマーであり、且つ前記一定圧力が１ＭＰａ～６ＭＰａであることを特徴とする発泡成形体の製造方法。

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