JPH08258096A

JPH08258096A - 射出成形による微細発泡体の製造方法及びその装置

Info

Publication number: JPH08258096A
Application number: JP7063715A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Waratani; 研一藁谷; Keiji Takasu; 慶治鷹栖; Masaki Yoshii; 正樹吉井; Makoto Iida; 誠飯田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-03-23
Filing date: 1995-03-23
Publication date: 1996-10-08

Abstract

(57)【要約】【構成】高周波コイル４により急速加熱可能な加熱筒１
にペレット状樹脂２を移送し、ミキシングスクリュ８に
より撹拌しながら溶融し、ミキシングスクリュ８の中心
部よりＣＯ₂などの不活性ガスを浸透する。ガス浸透し
た溶融樹脂16はメインスクリュ７により押出され高周波
誘導加熱したノズル先端部９を通過し、さらに金型に備
えたミキシングゲート19を通過して、型キャビティ18に
射出される。ここで金型により急冷され硬化し、微細な
独立セル構造の発泡成形体を成形する。【効果】射出成形により微細な独立セル構造の発泡成形
体を連続的に成形した。これにより成形時間の短縮化と
成形体の軽量化を図った。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＣＯ₂ガスなどの不活
性ガスを高圧状態で溶融樹脂に浸透させた後、金型に射
出発泡させて微細な独立セル構造の発泡構造体を連続的
に成形する製造方法及びその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】熱可塑性樹脂発泡成形体の製造方法とし
て、米国のマサチューセッツ工科大（以下ＭＩＴと呼
ぶ）が開発したマイクロセルラプラスチック（Microcel
lular Plastic，以下ＭＣＰと呼ぶ）は、表皮が無発泡
で内部に微細な発泡セルを持ち軽量で機械的特性に優れ
ることから、小形軽量化が必須な電子機器の筐体等への
応用が期待できる。ＭＣＰの基本特許はＭＩＴより出願
され、既に３件が成立している。このうち本発明に関係
の深い特許としては、先ず「ＵＳＰ５，１５８，９８６
号，超臨界状態の流体を用いた熱可塑性プラスチック発
泡体」がある。その内容は「超微細なセルを持つ発泡体
及びそのような材料の製造方法として、超臨界状態にあ
るＣＯ₂ガスのような超臨界流体を含み、それは材料全
体に分布した複数のセルをもつところの発泡した流体・
材料系を形成するために導入される」とある。クレーム
は１１項目あり、その中でクレーム８に発泡体の製造方
法が記載されている。その内容は「高分子プラスチック
材料を用意し、第一温度及び圧力で高分子プラスチック
材料中に超臨界流体を導入する。次に、材料全体に実質
的に分布された複数のボイド又はセルを含む超マイクロ
セルラ発泡体を作り出すために、第一温度及び圧力を外
部から変化させ、異なった第二温度及び圧力に設定する
という手順からなる発泡体の製造方法」である。また
「特許番号ＵＳＰ５，１６０，６７４号公報，半結晶性
高分子材料のマイクロセルラ発泡体」がある。その内容
は「非結晶性材料に昇圧下で、その融点まで加熱されて
から一定の濃度のガスを浸透させ、材料中で泡が発生
し、成長できるように圧力が低下される。その後、材料
はそれ以上の発泡をしないように冷却される。これによ
り直径が５μｍオーダで密度が１０¹⁰個／cm³の泡が作
られる」とある。クレームは１１項目あり、その中でク
レーム１に半結晶性高分子材料の発泡体を製造する方法
が記載されている。その内容は「均一の独立セルからな
り、マイクロセルラである空隙を含む半結晶性高分子材
料の発泡体を製造する方法で、以下の過程を踏んで実行
される。

【０００３】ａ）最初に、高分子材料が溶ける材料の融
点もしくはそれ以上の温度になるまで半結晶性高分子材
料を加熱する。

【０００４】ｂ）二番目には、材料の融点もしくはそれ
以上の温度にある溶融した高分子材料に、圧力を上昇さ
せた状態で一定濃度のガスを浸透させる。

【０００５】ｃ）三番目には、本質的に材料中で発泡が
起こらないように金型キャビティの中でガスを浸透させ
た高分子材料を形成する。

【０００６】ｄ）四番目には、形作られた高分子材料に
おいて音波振動をしないで、減圧してガスで過飽和の状
態にさせることにより、均一な気泡の形成を開始する。
結果として、高分子材料において直径が約100μｍ以下
の独立セルからなるマイクロセルラの空隙をもつ均一に
発泡した高分子材料が形作られる。

【０００７】ｅ）五番目には、それ以上のセルの成長を
抑えるために該高分子材料を融点以下の温度に下げ
る。」また、マイクロセルラ発泡体を射出成形または押出し成
形により製造する方法として、「マイクロセルラ発泡の
ための急速加熱法」が、ＭＩＴのＣ.Ｂ.PARK氏、Ｎ.Ｐ.
SUH 氏らにより文献ＳＰＥ Technical Papers, 1992.に
紹介されている。その内容は、高分子中のガス溶解度の
降下は加熱により起こる。したがって、ガスが過飽和し
た高分子は短時間で急速に加熱する必要がある。この具
体的方法として、高分子をバンドヒータなどの加熱体で
加熱すると同時に複数個の細いパイプを通してせん断発
熱させるのが効果的であるとしている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来技術のうち「特許
番号ＵＳＰ５，１５８，９８６号，超臨界状態の流体を
用いた熱可塑性プラスチック発泡体」では、発泡体の製
造方法として先ず第一温度及び圧力でプラスチック材料
に超臨界流体を導入し、次にマイクロセルラ発泡体を作
り出すために第一温度及び圧力を外部から変化させ、異
なった第二温度及び圧力を設定するとなっている。これ
は単にＭＣＰの製造工程の概要を述べたにすぎない。す
なわち、第一温度及び圧力をどのように設定するのか、
またその時間はどの程度にするのか具体的に示されてい
ない。第二温度及び圧力についても同様である。したが
って前述の内容のみでマイクロセルラ発泡体を製造する
ことは困難である。また「特許番号ＵＳＰ５，１６０，
６７４号，半結晶性高分子材料のマイクロセルラ発泡
体」では、マイクロセルラ発泡体の製造方法をより詳細
に述べている。しかし例えば、溶融樹脂に圧力を上昇さ
せた状態でガス浸透するとあるが、機構的にどのような
構成で実施するのか明示されていない。また、発泡を抑
制した状態で溶融樹脂を金型に射出し、金型のキャビテ
ィ容積を変更することにより減圧し、発泡するとある
が、この場合は単純な形状、すなわち、平板のような製
品は製造できるものの、形状の複雑な製品には適用でき
ないという問題がある。さらに文献ＳＰＥ Technical P
apers, 1992.に紹介されているＭＩＴのＣ．Ｂ．PARK
氏、Ｎ.Ｐ.SUH 氏らによる「マイクロセルラ発泡のため
の急速加熱法」では、ガスが過飽和した高分子は短時間
で急速に加熱する必要があるとして、その方法としてバ
ンドヒータなどの加熱体と溶融樹脂を複数個の細いパイ
プを通してせん断発熱させるとある。しかし細いパイプ
を通してせん断発熱させる方法は多少昇温すると考えら
れるが、加熱するというほどの大きな効果は期待できな
い。さらに温度の制御も困難である。

【０００９】本発明の目的は、射出機構部の加熱筒にペ
レット状樹脂を移送し、これを撹拌しながら高周波誘導
加熱により急速加熱して溶融し、同時にガスを浸透させ
た後、高周波誘導加熱によりさらに高温に加熱したノズ
ル部を通過させ型内に射出発泡させて微細な独立セル構
造の発泡成形体を連続的に成形する製造方法及びその装
置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、先ず射出機構部のシリンダとシャットオフノズルと
の間に加熱筒を設置した。この加熱筒にペレット状樹脂
を移送し、これを撹拌しながら高周波誘導加熱法により
急速加熱して溶融すると同時に高圧状態でＣＯ₂ガスな
どの不活性ガスを浸透させるようにした。その後、前記
溶融樹脂は高周波誘導加熱したノズル部を通過させると
こにより、さらに昇温増圧をはかり、金型キャビティ内
に射出し、発泡させて成形するようにした。ここで樹脂
の撹拌は、中空構造のメインスクリュに挿入され、かつ
モータに直結したミキシングスクリュの回転により行っ
た。また、ＣＯ₂などの不活性ガスの樹脂への浸透は、
前記ミキシングスクリュを中空構造としてガス流路を形
成し、その先端部に通気性金属よりなるガス吐出口を設
け、ここから撹拌中の溶融樹脂にガスを浸透するように
した。ガス吐出口に通気性金属を使用したことにより撹
拌中の溶融樹脂が逆流して入り込むことはない。他の手
段としては、金型のゲート部に複数個の微小穴により構
成されるミキシングゲートを組込み溶融樹脂の昇温化と
それに伴う増圧化をはかった。

【００１１】

【作用】上記目的を達成するために採用した本発明の手
段は、下記の動作をする。すなわち、加熱筒はシリンダ
に備えたチェックリングとシャフトオフノズルにより密
閉されるので高圧状態が確保できる。また加熱筒に移送
されたペレット状樹脂は、撹拌されながら高周波誘導加
熱法により急速に加熱されるので短時間で溶融状態とな
る。ペレット状樹脂の撹拌は、中空構造のメインスクリ
ュに挿入され、かつモータに直結したミキシングスクリ
ュの回転運動により行われる。これによりペレット状樹
脂から溶融樹脂へと変化しても特に問題なく撹拌でき
る。またＣＯ₂ガスなどの不活性ガスの溶融樹脂への浸
透は、ミキシングスクリュの軸芯にガス流路を形成し、
その先端部にガス吐出口を設け、ここから撹拌中の溶融
樹脂にガス浸透するようにしたので、溶融樹脂全体に均
一にガス浸透できる。さらにガス浸透した溶融樹脂は、
高周波誘導加熱により急速加熱が可能なノズル部を通過
するようにしたので型内に射出される際、発泡セルの微
細化が可能となる。

【００１２】他の技術的手段としては、金型のゲート部
に複数個の微小穴により構成されるミキシングゲートを
組込み、溶融樹脂の昇温化とそれに伴う増圧化をはかっ
て発泡セルの微細化を促進した。

【００１３】

【実施例】以下に本発明の射出成形による微細発泡体の
製造方法の実施例について説明する。

【００１４】図１は射出成形機の射出機構部及び金型の
断面図である。図２はペレット状樹脂の高周波誘導加熱
方法、図３はペレット状樹脂を高周波誘導加熱した場合
の加熱時間と樹脂温度上昇との関係である。

【００１５】図１において、１は加熱筒、２はペレット
状樹脂、３は高周波誘導加熱装置、４は高周波コイル、
５はシリンダ、６はシャットオフノズル、７はメインス
クリュ、８はミキシングスクリュ、９はノズル先端、10
はクラッチ、11はモータ、12はＣＯ₂ガスボンベ、13は
昇圧器、14はガス流路、15はガス吐出口、16は溶融樹
脂、17は金型、18は型キャビティ、19はミキシングゲー
ト、20はチェックリングである。

【００１６】加熱筒１は射出成形機のシリンダ５とシャ
ットオフノズル６の間に同軸上に固定されており、また
メインスクリュ７の外周に組込んだチェックリング20と
シャットオフノズル６により密閉した空間が確保でき
る。メインスクリュ７は中空構造であり、その中空部に
やはり中空構造のミキシングスクリュ８が挿入される。
メインスクリュ７とモータ11は、クラッチ10により接続
され、一方、ミキシングスクリュ８はモータ11と直結さ
れている。ＣＯ₂ガスはＣＯ₂ガスボンベ12から昇圧器13
を通過して中空のミキシングスクリュ８の根元部から先
端部に供給される。一方、ホッパ内のペレット状樹脂２
はメインスクリュ７の回転により加熱筒１内に移送され
る。加熱筒１及びシャットオフノズル６は、高周波コイ
ル４により加熱される。次に本発明の動作について図１
を用いて説明する。先ず、ペレット状樹脂２はメインス
クリュ７の回転により加熱筒１内に移送され、ここで高
周波誘導加熱により急速に加熱溶融する。この場合、均
一に加熱するためミキシングスクリュ８で撹拌しながら
加熱溶融する。次に、ＣＯ₂ガスなどの浸透用ガスは、
昇圧器13により高圧化されてミキシングスクリュ８の根
元部より先端部、すなわち加熱筒１の内部に供給され
る。ここで加熱溶融され、さらに撹拌されている溶融樹
脂16にガス浸透される。溶融樹脂16は、ミキシングスク
リュ８により撹拌されているので均一にガス浸透でき
る。この時の加熱筒１内の圧力は、約30〜40ＭＰａ、溶
融樹脂温度は200〜350℃である。ガス浸透された溶融樹
脂16は、メインスクリュ７により押出され、高周波加熱
されているノズル６から金型17の型キャビティ18に射出
される。金型17のゲート部には複数の微細孔により構成
されるミキシングゲート19が具備されている。すなわち
溶融樹脂16は、ノズル先端部９で再び加熱されるため高
温高圧となり、さらにミキシングゲート19通過時のせん
断発熱により、高温高圧を維持した状態で型キャビティ
18に射出される。

【００１７】本発明によれば、ペレット状樹脂を撹拌し
ながら高周波誘導加熱により急速に加熱溶融し、また連
続して溶融樹脂にガス浸透し、金型に射出して発泡成形
するようにしたので成形時間の短縮化が可能となった。
さらにガス浸透した溶融樹脂をノズル先端部で再び加熱
し、また型に具備したミキシングゲートでせん断発熱さ
せ、高温高圧を維持しながら型キャビティに射出するよ
うにしたので、発泡圧力が高く、したがって発泡セルの
微細化が可能となった。

【００１８】なお、加熱筒１、ミキシングスクリュ８及
びシャットオフノズル６を絶縁体とすることにより、高
周波誘電加熱法による急速加熱も可能である。この場合
は、高周波コイル４の代わりに電極板を使用すればよ
い。

【００１９】図２に、ペレット状樹脂の高周波誘導加熱
方法を図３にその方法で加熱したときの加熱時間と樹脂
温度との関係を示す。図３において、例えば溶融樹脂温
度200℃にするための加熱時間は約30秒、溶融樹脂温度3
50℃にするための加熱時間は、約70秒である。また、撹
拌しながら加熱することにより、加熱筒の外周部と中心
部の温度差はほとんど認められない。

【００２０】

【発明の効果】射出機構部の加熱筒に移送されたペレッ
ト状樹脂は、ミキシングスクリュにより撹拌されながら
高周波誘導加熱により急速に加熱されるので短時間で溶
融状態となる。また溶融樹脂へのガス浸透は、ミキシン
グスクリュの軸芯にガス流路を形成し、その先端部にガ
ス吐出口を設け、ここから撹拌中の溶融樹脂にガス浸透
するようにしたので、溶融樹脂全体に均一にガス浸透で
きる。さらにガス浸透した溶融樹脂は、高周波誘導加熱
により急速加熱が可能なノズル部を通過するようにした
ので、高温高圧状態で型キャビティ内に射出でき、した
がって発泡セルの微細化が可能となる。

【００２１】他の技術的手段として、金型のゲート部に
複数個の微小孔により構成されるミキシングゲートを組
込んだので、溶融樹脂の高温高圧がはかれ、したがって
発泡セルの微細化が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】射出成形機の射出機構部及び金型の断面図。

【図２】ペレット状樹脂を高周波誘導加熱する場合の加
熱筒の部分断面図。

【図３】高周波誘導加熱時間と樹脂温度との関係を示す
グラフ。

【符号の説明】

１…加熱筒、２…ペレット状樹脂、３…高周波誘導加熱
装置、４…高周波コイル、５…シリンダ、６…シャット
オフノズル、７…メインスクリュ、８…ミキシングスク
リュ、９…ノズル先端部、10…クラッチ、11…モータ、
13…昇圧器、14…ガス流路、15…ガス吐出口、16…溶融
樹脂、17…金型、18…型キャビティ、19…ミキシングゲ
ート、20…チェックリング。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者飯田誠神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所生産技術研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】射出成形による微細発泡体の製造方法にお
いて、射出機構部に設置した加熱筒にペレット状の樹脂
を移送し、これを撹拌しながら高周波誘導加熱法により
急速加熱して溶融すると同時に高圧のＣＯ₂ガスなどの
不活性ガスを浸透させた後、高周波誘導加熱したノズル
部を経て金型キャビティ内に射出発泡させて成形するこ
とを特徴とする射出成形による微細発泡体の製造方法。
【請求項２】請求項１において、前記樹脂の撹拌は、中
空構造のメインスクリュに挿入され、かつモータに直結
したミキシングスクリュの回転により行い、前記ミキシ
ングスクリュの軸芯に溶融樹脂にガスを浸透させるため
のガス流路を形成した微細発泡体製造用射出成形装置。
【請求項３】請求項１において、微細発泡体を製造する
金型のゲート部にミキシングゲートを組込んだ微細発泡
体製造用射出成形装置。