JPWO2002053347A1 - 発泡射出成形方法 - Google Patents

Abstract

金型キャビティの内壁面に溶融樹脂排出手段を有する金型を提供し、発泡性の熱可塑性樹脂を射出して該金型キャビティ内に発泡性溶融樹脂塊を形成し、該金型キャビティ内の該発泡性溶融樹脂塊に圧力をかけて該発泡性溶融樹脂塊の表面を該金型キャビティの内壁面に押し付けることにより、該発泡性溶融樹脂塊の表面部分を固化させて、該発泡性溶融樹脂塊の表皮層を形成し、そして、該発泡性溶融樹脂塊の一部を該発泡性溶融樹脂塊自体が有する発泡圧力により該溶融樹脂排出手段を通じて該金型キャビティの外側に排出して該発泡性溶融樹脂塊への圧力を低下させ、それにより、該金型キャビティ内の該発泡性溶融樹脂塊を発泡させて、実質的に無発泡の該表皮層を有する発泡樹脂塊を形成する発泡射出成形方法が開示される。これにより金型キャビティの内壁面の形状を高精度に転写し、寸法精度が高く、軽量の発泡成形品を高い生産性で経済的に成形できる。

Description

技術分野
本発明は熱可塑性樹脂の発泡射出成形方法に関する。更に詳しくは、本発明は、実質的に無発泡の表皮層を有する発泡成形品を成形するための熱可塑性樹脂の発泡射出成形方法であって、（１）固定半型及びそれと組み合わさった可動半型からなり、該固定半型の内壁面と該可動半型の内壁面によって規定される金型キャビティを有する金型を提供し、該金型キャビティの内壁面は溶融樹脂排出手段を有しており、（２）発泡性の熱可塑性樹脂を溶融状態で該金型キャビティに射出して該金型キャビティ内に発泡性溶融樹脂塊を形成し、（３）該金型キャビティ内の該発泡性溶融樹脂塊に圧力をかけて該発泡性溶融樹脂塊の表面を該金型キャビティの内壁面に押し付けることにより、該発泡性溶融樹脂塊の表面部分を固化させて、該発泡性溶融樹脂塊の表皮層を形成し、そして（４）該発泡性溶融樹脂塊の一部を該発泡性溶融樹脂塊自体が有する発泡圧力により該溶融樹脂排出手段を通じて該金型キャビティの外側に排出して該発泡性溶融樹脂塊への圧力を低下させ、それによって、該金型キャビティ内の該発泡性溶融樹脂塊を発泡させて、実質的に無発泡の該表皮層を有する発泡樹脂塊を形成する、ことを特徴とする発泡射出成形方法に関する。本発明の発泡射出成形方法によれば、金型キャビティ内壁面形状の転写性が良好で、無発泡の表皮層と高発泡の発泡層を有する成形品を再現性良く、効率的、経済的に製造することができるだけでなく、成形品の表皮層の厚さおよび成形品の発泡倍率を容易に制御することができる。本発明の発泡射出成形方法によれば、弱電機器、電子機器などのハウジング、各種自動車部品、各種日用品などの種々の優れた熱可塑性樹脂発泡射出成形品を安価に提供することができる。また、本発明の発泡射出成形方法は、通常の熱可塑性樹脂だけでなく、熱安定性が低い難燃剤を含む、高い樹脂温度で成形することが困難な樹脂組成物や、流動性が低く従来の方法では射出成形が困難な樹脂にも有利に適用できる。
従来技術
従来、発泡剤を含有する発泡性熱可塑性樹脂を発泡させて得られる発泡成形品を製造するための発泡射出成形方法が知られている。発泡剤としては、一般に、アゾジカルボンアミド（ＡＤＣＡ）やＮ，Ｎ’−ジニトロソペンタメチレンテトラミン（ＤＰＴ）などが用いられる。発泡剤の使用量は、一般に、樹脂１００重量部に対して１〜５重量部の範囲である。
従来の発泡射出成形方法の代表例としては、ショートショット法が挙げられる。ショートショット法では、発泡剤を含有させた溶融樹脂を金型キャビティ容積よりも少ない体積で該金型キャビティに射出する。金型キャビティに射出された溶融樹脂のうち金型キャビティ内壁面に最初に接する部分は直ちに冷却固化されて固化層を形成し、後から金型キャビティ内に入る溶融樹脂は固化層に沿って金型キャビティの中央部を流れ、流動先端（フローフロント）に達してから金型キャビティ内壁面に向かい、金型キャビティ内壁面に接触して冷却され、固化層を形成する。即ち、いわゆるファウンテンフローと呼ばれる流動挙動をする。溶融樹脂の射出終了後は、該溶融樹脂の発泡により該溶融樹脂が金型キャビティの端部にまで進行し、金型キャビティを充填して発泡成形品を形成する。このショートショット法では、流動中の溶融樹脂の先端部でも発泡が生じるため、成形品樹脂表面が荒れた状態になるという欠点を有するものの、最もシンプルな成形方法であり、広く使用されている。
一方、外観が良好でヒケやソリの少ない厚肉発泡成形品を得る手法として、日本国特公昭６２−１６１６６号公報に示されるような、一般にカウンタプレッシャ成形法と呼ばれている成形法がある。これは発泡剤を含んだ溶融樹脂を圧縮空気を満たした金型キャビティにショートショットで射出し、次いで該キャビティ内の圧縮空気を金型外に開放し、キャビティ内の溶融樹脂への圧力を低く保って樹脂を冷却する成形法であり、樹脂充填時のフローフロントでの発泡を抑制することで成形品の表面には発泡模様がなく、内部のみ発泡した成形品を作る技術である。カウンタプレッシャ成形法は、発泡性溶融樹脂を無発泡状態で金型キャビティにほぼ満たした後、成形品内部の溶融樹脂が冷却され、冷却に伴う体積収縮分が発泡するものである。このため、樹脂に発泡性を持たせる目的で樹脂中に含ませる発泡剤の量は、体積収縮を発泡で補える最低限とすることが基本的な考え方である。そのため、当該方法では高い圧力で樹脂を金型キャビティ内壁面に押し付けることがないために、金型表面の転写性が低く、外観品質に劣り、また、体積収縮分しか発泡しないために、成形品の軽量化にも限界がある。また樹脂中に含ませる発泡剤の量が多すぎる場合は、金型から成形品を取り出した後も発泡し、成形品に膨張や変形が発生するため、金型キャビティ内での極めて長い冷却時間を必要とする問題がある。
また、古くからあるアイデアとして、発泡性溶融樹脂を金型キャビティ内に射出充填後、該溶融樹脂中にガス体を注入し、一旦中空体を成形し、該中空体の表層部が固化した後、注入したガス体を金型外へ放出し、発泡性溶融樹脂を中空部へ発泡させる方法がある（日本国特公昭５３−２５３５２号公報（米国特許第４，１２９，６３５号に対応））。しかしながら中空部を形成するために用いたガス供給口からガスを開放しようとすると配管等での圧力損失が大きく中空部を形成したガス体の放出に時間がかかる。結果として、中空部からのガス体の放出を行なう間に中空部内面の溶融樹脂の固化が進み、充分な大きさの発泡層を形成できない。また発泡性溶融樹脂中のガス吸収量が多い上に、中空部内面が発泡する状態においてガスを開放しようとすると、ガスの供給口でもあるガス開放口の周辺までも発泡してしまう。その結果、中空体を形成したガス体を金型外に速やかに開放できなくなり、中空部にガス体の圧力が残存することとなる。ついには、金型を開く時や成形品を取り出す時に、成形品が破裂するという問題が発生する。
最近でも上記と同様に中空体を形成した後に発泡させる方法が提案されている。すなわち、日本国特開平７−３２４０５号公報（米国特許第５，９００，１９８号と米国特許第５，９４８，４４６号に対応）や日本国特開２０００−９４４６８号公報である。前者の文献では、発泡性溶融樹脂を高圧ガスで加圧した金型キャビティ内に注入するに際し、その注入中又は注入後に該溶融樹脂中に高圧ガスを注入して中空部を形成した後、注入した高圧ガスを金型外へ排出し、発泡性溶融樹脂を中空部へ発泡させることによって、射出成形品の厚肉部に中空部を形成し、さらに表面層と中空部の間に発泡セルを点在させた、表面にひけの出ない樹脂成形品を得る方法が開示されている（日本国特開平７−３２４０５号公報）。しかし、この方法も、上記の日本国特公昭５３−２５３５２号公報（米国特許第４，１２９，６３５号に対応）と同じくガス排出に時間を要するため、充分な大きさの発泡層を形成することが出来ない上に、ガス排出口付近の発泡によりガス抜けが悪くなるため残存ガスの圧力による成形品の破裂現象を引き起こす問題がある。
一方、後者の文献（日本国特開２０００−９４４６８号公報）では、発泡剤を含んだ溶融樹脂を金型キャビティに射出充満させた後、該溶融樹脂に加圧ガスを注入して該溶融樹脂の一部を樹脂排出用キャビティ（スピルオーバー・キャビティ）に排出し、中空部を形成した後、該中空部内の加圧ガスを排出して圧力を下げることによって、表面部分の実質的無発泡層とその内部に発泡部を備えた、良好な外観と高強度・高剛性を確保した軽量成形品を得る方法が開示されている。しかし、この方法においても、樹脂排出用キャビティに溶融樹脂を排出した時点では中空部内のガスは高圧のままであるため、その後該ガスを排出しても前者の文献の方法と同様の問題がある（即ち、充分な大きさの発泡層を形成することができず、また、残存ガスの圧力による成形品の破裂現象が起きる）。
このように、従来の発泡成形方法においては、優れた外観及び寸法精度を保持したまま、高発泡倍率による軽量化と成形サイクルの短縮を図ることの出来る発泡射出成形方法はなかった。
さらに、一度の成形で多数の成形品を得るような成形方法を行う場合を考えると、従来の発泡成形法においては次のような問題がある。複数個の成形品を同時に成形するための金型を用いて２つ以上の成形品を同時に成形しようとする場合、それらの発泡倍率を同じにするためには、それぞれの金型キャビティ内への樹脂充填量、および樹脂圧力のバランスを均等にしなければならない。特に４つ以上の成形品を同時に成形しようとする場合、従来の成形方法においては、ほとんどの場合、上記のバランスがとれず、同じ発泡倍率の製品がとれない問題がある。また同じ金型内で異なる容積の複数の発泡成形品を得るような場合には、さらに上記バランスをとることが困難である。このように、発泡成形での多数個取りは量産において採用されていないのが実状である。
本発明の課題は、熱可塑性樹脂発泡成形品の発泡射出成形方法において、金型キャビティ内壁面の形状を高精度に転写し、寸法精度が高く、軽量の発泡成形品を高い生産性で経済的に成形する方法を提供することにある。
発明の概要
このような状況下、本発明者らは上記課題を解決するために鋭意検討した。その結果、意外にも、熱可塑性樹脂の発泡射出成形方法であって、（１）固定半型及びそれと組み合わさった可動半型からなり、該固定半型の内壁面と該可動半型の内壁面によって規定される金型キャビティを有する金型を提供し、該金型キャビティの内壁面は溶融樹脂排出手段を有しており、（２）発泡性の熱可塑性樹脂を溶融状態で該金型キャビティに射出して該金型キャビティ内に発泡性溶融樹脂塊を形成し、（３）該金型キャビティ内の該発泡性溶融樹脂塊に圧力をかけて該発泡性溶融樹脂塊の表面を該金型キャビティの内壁面に押し付けることにより、該発泡性溶融樹脂塊の表面部分を固化させて、該発泡性溶融樹脂塊の表皮層を形成し、そして（４）該発泡性溶融樹脂塊の一部を該発泡性溶融樹脂塊自体が有する発泡圧力により該溶融樹脂排出手段を通じて該金型キャビティの外側に排出して該発泡性溶融樹脂塊への圧力を低下させ、それによって、該金型キャビティ内の該発泡性溶融樹脂塊を発泡させて、実質的に無発泡の該表皮層を有する発泡樹脂塊を形成する、ことを特徴とする発泡射出成形方法によって上記目的を達成できることを見出した。すなわち、上記の発泡射出成形方法によれば、金型キャビティ内壁面形状の転写性が良好で、無発泡の表皮層と高発泡の発泡層を有する成形品を再現性良く、効率的、経済的に製造することができるだけでなく、成形品の表皮層の厚さおよび成形品の発泡倍率を容易に制御することができることを見出した。この知見に基づき、本発明を完成するに至った。
従って、本発明の１つの目的は、金型キャビティ内壁面形状の転写性が良好で、無発泡の表皮層と高発泡の発泡層を有する成形品を再現性良く、効率的、経済的に製造することができるだけでなく、成形品の表皮層の厚さおよび成形品の発泡倍率を容易に制御することができる、優れた発泡射出成形方法を提供することにある。
本発明の上記及びその他の諸目的、諸特徴ならびに諸利益は、添付の図面を参照しながら行う以下の詳細な説明及び請求の範囲から明らかになる。
発明の詳細な説明
本発明の１つの態様によると、熱可塑性樹脂の発泡射出成形方法であって、
（１）固定半型及びそれと組み合わさった可動半型からなり、該固定半型の内壁面と該可動半型の内壁面によって規定される金型キャビティを有する金型を提供し、
該金型キャビティは内壁面を有し、また、樹脂入口に通じており、
該金型キャビティの該内壁面は溶融樹脂排出手段を有しており、
（２）発泡性の熱可塑性樹脂を溶融状態で所定の射出温度圧力条件下に上記樹脂入口を通じて該金型キャビティに射出し、該発泡性溶融樹脂の量は、該所定の射出温度圧力条件下で測定して該金型キャビティの容積と同じ体積を有する該発泡性溶融樹脂の重量の９５〜１１０％の範囲、好ましくは９８〜１０５％の範囲であり、
これによって該金型キャビティ内に発泡性溶融樹脂塊を形成し、
（３）該金型キャビティ内の該発泡性溶融樹脂塊に圧力をかけて該発泡性溶融樹脂塊の表面を該金型キャビティの該内壁面に押し付けることにより、該発泡性溶融樹脂塊の表面部分を固化させて、該発泡性溶融樹脂塊の表皮層を形成し、そして
（４）該発泡性溶融樹脂塊の一部を該発泡性溶融樹脂塊自体が有する発泡圧力により該溶融樹脂排出手段を通じて該金型キャビティの外側に排出して該発泡性溶融樹脂塊への圧力を低下させ、それによって、該金型キャビティ内の該発泡性溶融樹脂塊を発泡させて、実質的に無発泡の該表皮層を有する発泡樹脂塊を形成する、
ことを特徴とする発泡射出成形方法が提供される。
本発明の他の１つの態様によると、熱可塑性樹脂の発泡射出成形方法であって、
（１）固定半型及びそれと組み合わさった可動半型からなり、該固定半型の内壁面と該可動半型の内壁面によって規定される金型キャビティを有する金型を提供し、
該金型キャビティは内壁面を有し、また、樹脂入口及び所望によりガス入口に通じており、
該金型キャビティの該内壁面は溶融樹脂排出手段を有しており、
（２）発泡性の熱可塑性樹脂を溶融状態で所定の射出温度圧力条件下に上記樹脂入口を通じて該金型キャビティに射出し、該発泡性溶融樹脂の量は、該所定の射出温度圧力条件下で測定して該金型キャビティの容積と同じ体積を有する該発泡性溶融樹脂の重量の５５〜１１０％の範囲、好ましくは６０〜１００％の範囲であり、
これによって該金型キャビティ内に発泡性溶融樹脂塊を形成し、
（３）上記樹脂入口または上記ガス入口を通じて該金型キャビティ内の該発泡性溶融樹脂塊に加圧ガスを注入して該発泡性溶融樹脂塊にガス充填中空部を形成し、それによって該発泡性溶融樹脂塊に圧力をかけて該発泡性溶融樹脂塊の外表面を該金型キャビティの該内壁面に押し付けることにより、該発泡性溶融樹脂塊の外表面部分を固化させて、該発泡性溶融樹脂塊の表皮層を形成し、
工程（３）は、工程（２）の間、工程（２）の完了後、または工程（２）の間と完了後に行ない、そして
（４）該発泡性溶融樹脂塊の一部と該ガス充填中空部内の加圧ガスの少なくとも一部を、該発泡性溶融樹脂塊自体が有する発泡圧力と該ガス充填中空部内の加圧ガスの圧力によって、該溶融樹脂排出手段を通じて該金型キャビティの外側に排出して該発泡性溶融樹脂塊への圧力を低下させ、それによって、該金型キャビティ内の該発泡性溶融樹脂塊を発泡させて、実質的に無発泡の該表皮層を有する発泡樹脂塊を形成する、
ことを特徴とする発泡射出成形方法が提供される。
次に、本発明の理解を容易にするために、本発明の基本的特徴及び好ましい態様を列挙する。
１．熱可塑性樹脂の発泡射出成形方法であって、
（１）固定半型及びそれと組み合わさった可動半型からなり、該固定半型の内壁面と該可動半型の内壁面によって規定される金型キャビティを有する金型を提供し、
該金型キャビティは内壁面を有し、また、樹脂入口に通じており、
該金型キャビティの該内壁面は溶融樹脂排出手段を有しており、
（２）発泡性の熱可塑性樹脂を溶融状態で所定の射出温度圧力条件下に上記樹脂入口を通じて該金型キャビティに射出し、該発泡性溶融樹脂の量は、該所定の射出温度圧力条件下で測定して該金型キャビティの容積と同じ体積を有する該発泡性溶融樹脂の重量の９５〜１１０％の範囲であり、
これによって該金型キャビティ内に発泡性溶融樹脂塊を形成し、
（３）該金型キャビティ内の該発泡性溶融樹脂塊に圧力をかけて該発泡性溶融樹脂塊の表面を該金型キャビティの該内壁面に押し付けることにより、該発泡性溶融樹脂塊の表面部分を固化させて、該発泡性溶融樹脂塊の表皮層を形成し、そして
（４）該発泡性溶融樹脂塊の一部を該発泡性溶融樹脂塊自体が有する発泡圧力により該溶融樹脂排出手段を通じて該金型キャビティの外側に排出して該発泡性溶融樹脂塊への圧力を低下させ、それによって、該金型キャビティ内の該発泡性溶融樹脂塊を発泡させて、実質的に無発泡の該表皮層を有する発泡樹脂塊を形成する、
ことを特徴とする発泡射出成形方法。
２．工程（３）での該発泡性溶融樹脂塊への加圧を、追加の発泡性溶融樹脂を該金型キャビティに射出して該発泡性溶融樹脂塊に所定の樹脂保圧をかけることによって行なうことを特徴とする前項１に記載の方法。
３．工程（２）の前で工程（１）の後に、該金型キャビティに加圧ガスを導入して、該金型キャビティの圧力を、工程（２）で射出された該発泡性溶融樹脂がそのフローフロントで発泡を起こさない圧力とすることを特徴とする前項１または２に記載の方法。
４．工程（２）の前で工程（１）の後に該金型キャビティに導入する該加圧ガスが二酸化炭素ガスであることを特徴とする前項３に記載の方法。
５．該金型キャビティの該溶融樹脂排出手段が開閉弁であり、該金型が、該開閉弁を介して該金型キャビティに通じる溶融樹脂排出用キャビティを有しており、該溶融樹脂排出用キャビティの容積が、工程（４）で該開閉弁を通じて該金型キャビティの外側に排出される該発泡性溶融樹脂塊の該一部の体積より大きいことを特徴とする前項１〜４のいずれかに記載の方法。
６．該溶融樹脂排出用キャビティが該金型の外側に通じる通気口を有することを特徴とする前項５に記載の方法。
７．該発泡性溶融樹脂が、溶融樹脂とそれに溶解した少なくとも１種のガス状発泡剤からなり、該少なくとも１種のガス状発泡剤が二酸化炭素ガスと窒素ガスからなる群から選ばれることを特徴とする前項１〜６のいずれかに記載の方法。
８．該発泡性溶融樹脂の該発泡剤の含有量が０．０５〜１０重量％であることを特徴とする前項７に記載の方法。
９．熱可塑性樹脂の発泡射出成形方法であって、
（１）固定半型及びそれと組み合わさった可動半型からなり、該固定半型の内壁面と該可動半型の内壁面によって規定される金型キャビティを有する金型を提供し、
該金型キャビティは内壁面を有し、また、樹脂入口及び所望によりガス入口に通じており、
該金型キャビティの該内壁面は溶融樹脂排出手段を有しており、
（２）発泡性の熱可塑性樹脂を溶融状態で所定の射出温度圧力条件下に上記樹脂入口を通じて該金型キャビティに射出し、該発泡性溶融樹脂の量は、該所定の射出温度圧力条件下で測定して該金型キャビティの容積と同じ体積を有する該発泡性溶融樹脂の重量の５５〜１１０％の範囲であり、
これによって該金型キャビティ内に発泡性溶融樹脂塊を形成し、
（３）上記樹脂入口または上記ガス入口を通じて該金型キャビティ内の該発泡性溶融樹脂塊に加圧ガスを注入して該発泡性溶融樹脂塊にガス充填中空部を形成し、それによって該発泡性溶融樹脂塊に圧力をかけて該発泡性溶融樹脂塊の外表面を該金型キャビティの該内壁面に押し付けることにより、該発泡性溶融樹脂塊の外表面部分を固化させて、該発泡性溶融樹脂塊の表皮層を形成し、
工程（３）は、工程（２）の間、工程（２）の完了後、または工程（２）の間と完了後に行ない、そして
（４）該発泡性溶融樹脂塊の一部と該ガス充填中空部内の加圧ガスの少なくとも一部を、該発泡性溶融樹脂塊自体が有する発泡圧力と該ガス充填中空部内の加圧ガスの圧力によって、該溶融樹脂排出手段を通じて該金型キャビティの外側に排出して該発泡性溶融樹脂塊への圧力を低下させ、それによって、該金型キャビティ内の該発泡性溶融樹脂塊を発泡させて、実質的に無発泡の該表皮層を有する発泡樹脂塊を形成する、
ことを特徴とする発泡射出成形方法。
１０．工程（３）で用いる該加圧ガスが二酸化炭素ガスであることを特徴とする前項９に記載の方法。
１１．工程（２）の前で工程（１）の後に、該金型キャビティに加圧ガスを導入して、該金型キャビティの圧力を、工程（２）で射出された該発泡性溶融樹脂がそのフローフロントで発泡を起こさない圧力とすることを特徴とする前項９または１０に記載の方法。
１２．工程（２）の前で工程（１）の後に該金型キャビティに導入する該加圧ガスが二酸化炭素ガスであることを特徴とする前項１１に記載の方法。
１３．該金型キャビティの該溶融樹脂排出手段が開閉弁であり、該金型が、該開閉弁を介して該金型キャビティに通じる溶融樹脂排出用キャビティを有しており、該溶融樹脂排出用キャビティの容積が、工程（４）で該開閉弁を通じて該金型キャビティの外側に排出される該発泡性溶融樹脂塊の該一部の体積より大きいことを特徴とする前項９〜１２のいずれかに記載の方法。
１４．該溶融樹脂排出用キャビティが該金型の外側に通じる通気口を有することを特徴とする前項１３に記載の方法。
１５．該発泡性溶融樹脂が、溶融樹脂とそれに溶解した少なくとも１種のガス状発泡剤からなり、該少なくとも１種のガス状発泡剤が二酸化炭素ガスと窒素ガスからなる群から選ばれることを特徴とする前項９〜１４のいずれかに記載の方法。
１６．該発泡性溶融樹脂の該発泡剤の含有量が０．０５〜１０重量％であることを特徴とする前項１５に記載の方法。
上記のように、本発明の方法には、工程（３）における金型キャビティ内の溶融樹脂塊への加圧に加圧ガスを用いない（樹脂保圧をかけることなどによって行なう）第１の方法と、工程（３）における金型キャビティ内の溶融樹脂塊への加圧に加圧ガスを用いる第２の方法がある。なお、第１の方法においては、工程（２）での発泡性溶融樹脂の射出量は、所定の射出温度圧力条件下で測定して金型キャビティの容積と同じ体積を有する該発泡性溶融樹脂の重量の９５〜１１０％の範囲、好ましくは９８〜１０５％の範囲である。また、第２の方法においては、工程（２）での発泡性溶融樹脂の射出量は、所定の射出温度圧力条件下で測定して金型キャビティの容積と同じ体積を有する該発泡性溶融樹脂の重量の５５〜１１０％の範囲、好ましくは６０〜１００％の範囲である。発泡性溶融樹脂の射出量が金型キャビティの容積と同じ体積を有する該発泡性溶融樹脂の重量の１００％を超えることが可能な理由は、射出圧力で溶融樹脂が圧縮されるからである。本発明でいう「射出温度」とは成形機のシリンダ温度のことであり、射出される溶融樹脂の温度にほぼ等しい。また、本発明でいう「射出圧力」とは、溶融樹脂を射出するのに要する圧力である。以下、上記のように定義される溶融樹脂の射出量を以下しばしば、「金型キャビティ充填率」と称する。
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明者らが従来技術の問題を解決するため鋭意検討した結果、特定量の二酸化炭素ガスを溶融樹脂に溶解させておくと、成形中にのみ二酸化炭素ガスが可塑剤と発泡剤の両方の働きをし、成形後の成形品は変形せずに二酸化炭素ガスが大気中に放散するため、樹脂性能を変えることなく溶融樹脂の粘度を低下させ、かつ固化を抑制し、発泡射出成形を容易にできることを見出し、また、溶融樹脂が高い発泡性を持つために、金型表面状態が成形品に転写するように保圧した後であっても、表皮層に包まれた発泡性溶融樹脂塊の一部を発泡性溶融樹脂塊自体が有する発泡圧力により表皮層の一部を破って溶融樹脂排出手段を通じて金型キャビティの外側へ十分に排出できることを見いだした。また該溶融樹脂塊の該一部の排出が極めて短時間に行われるため、溶融樹脂が固まらないうちに急激な発泡を生ぜしめることができることから、高い発泡倍率を達成できること、しかもこの時の気化熱により溶融樹脂が急激に冷却されるため、冷却時間が少なくて済み成形サイクルの短縮が図れることを見いだした。そして、得られた発泡成形品は、実質的に無発泡の表皮層と該表皮層に包まれた発泡層を有し、表面外観及び寸法精度に優れることを見いだした。更に、本発明者らは、二酸化炭素ガス以外の発泡性ガス（例えば窒素ガス）を用いた場合でも、同様な効果が得られることも見いだした。これらの知見に基づき、本発明を完成した。
本発明の方法は、二酸化炭素ガスに代表される発泡性ガスを溶融樹脂に溶解することにより、固化温度を低下させ、樹脂の溶融流動性を向上させることと、発泡性溶融樹脂塊を射出圧力や高圧ガスにより金型キャビティ内壁面に押し付けた後に発泡性溶融樹脂塊の一部を該溶融樹脂塊自体が有する発泡圧力により溶融樹脂排出手段を通じて金型キャビティの外側に排出して該発泡性溶融樹脂塊への圧力を低下させ、それによって、金型キャビティ内の発泡性溶融樹脂塊を発泡させることを組み合わせることにより、外観や寸法精度に優れ、高度に発泡した成形品を得る発泡射出成形法である。
即ち、熱可塑性樹脂に二酸化炭素ガス等の発泡性ガスを溶解させることにより同じ射出温度において、溶融樹脂の粘度が熱可塑性樹脂本来の粘度よりも大幅に低下し、固化温度を低下させ、高い流動性と発泡性が得られる。この状態で金型キャビティに該溶融樹脂をカウンタプレッシャ法で射出充填すると、金型キャビティ内の加圧ガスによって溶融樹脂の発泡が抑えられた状態で溶融樹脂が充填される。さらに溶融樹脂を加圧しながら金型表面に押し付けると、上記したように該溶融樹脂は発泡性ガスを含むことで低粘度化しており、また樹脂がフルショットで充填されているため、もしくは高圧のガスでガス充填中空部を形成し、ガス圧で保圧されているために金型キャビティ内壁面に強く押し付けられ、該金型キャビティ内壁面形状が良好に溶融樹脂塊表面に転写される。
本発明の方法においては、この段階で溶融樹脂塊の表面部分のみを冷却固化して表皮層を形成する。この表皮層は、樹脂が緻密に充填された、無発泡または微発泡（発泡倍率１．０１倍以下）な構造を有する。一旦固化した表皮層ではその後に発泡が生じないため、本発明の方法では表面に発泡模様のない高品質の成形品が得られることになる。また表皮層の厚さは上記冷却固化の時間を調整することで容易に制御することができる。上記冷却固化の時間は通常０．１秒〜２秒の範囲内が好ましい。
表皮層が形成された段階では、該表皮層に包まれた内部の溶融樹脂塊は発泡性ガスの溶解により固化温度が低下していることにより、十分な発泡性を維持している。本発明の方法では、溶融樹脂塊の一部を溶融樹脂塊自体が有する発泡圧力により溶融樹脂排出手段を通じて金型キャビティの外側に瞬時に排出、開放し、金型キャビティ内の溶融樹脂塊を発泡させるか、もしくは、溶融樹脂塊の一部とガス充填中空部内の加圧ガスの少なくとも一部を、溶融樹脂塊自体が有する発泡圧力とガス充填中空部内の加圧ガスの圧力により溶融樹脂排出手段を通じて金型キャビティの外側に瞬時に排出、開放し、金型キャビティ内の溶融樹脂塊を発泡させる。
上記したように、本発明の方法によれば表皮層の厚みや発泡倍率を容易に制御することができる。発泡層の発泡倍率として１．０５〜４．０の成形品を良好に成形することができる。また表皮層の厚さが成形品の最大肉厚の２０％以下である、あるいは厚さが１ｍｍ以下の薄い表皮層を有して、かつ連続気泡構造（ｏｐｅｎ−ｃｅｌｌｕｌａｒ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を有する発泡層を有する軽量の成形品を良好に成形することができる。
本発明の成形方法で使用される熱可塑性樹脂の例としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、アクリル樹脂、スチレン系樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリアリレート、ポリフェニレンエーテル、変性ポリフェニレンエーテル樹脂、全芳香族ポリエステル、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリエーテルイミド、ポリエーテルサルフォン、ポリアミド系樹脂、ポリサルフォン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトンなどの熱可塑性のプラスチック材料、およびこれらを２種以上混合した組成物、これらに各種充填材を配合したものである。ここでいうスチレン系樹脂とは、スチレンを必須原料とするホモポリマー、コポリマーおよびこれらのポリマーと他の樹脂より得られるポリマーブレンドであり、ポリスチレンまたはＡＢＳ樹脂であることが好ましい。ポリスチレンとは、スチレンホモポリマーである。また、ポリスチレン樹脂相中にゴムが分布した構造を有する、いわゆるゴム強化ポリスチレンも好ましく用いられる。
特に、本発明の方法においては、発泡性ガス特に二酸化炭素ガスを溶解させたときに大きく溶融粘度が低下する熱可塑性樹脂が好ましく、非晶性の熱可塑性樹脂ではスチレン系樹脂、ポリカーボネート、ポリフェニレンエーテル、変性ポリフェニレンエーテル樹脂などが好ましい。特にポリカーボネートは二酸化炭素の溶解度が高いだけでなく、熱分解したときに二酸化炭素を生じることから、溶融樹脂に発泡剤として二酸化炭素ガスが含まれていると分解反応の平衡がずれ、分解反応速度が遅くなる利点もあり、本発明の方法に好適である。また結晶性の熱可塑性樹脂では、ガラス繊維等の無機フィラーを１０重量％以上含んだポリアミド系樹脂組成物が好ましく、ポリアミド系樹脂としては芳香環を有するものが特に好適である。
また、本発明の方法では、各種の難加工性樹脂、例えば樹脂の分子量が従来の方法で射出成形するには大きすぎる、もしくは無機の充填材等が多く非常に流動性が悪い熱可塑性樹脂、熱安定性が悪く、熱分解を起こしやすい樹脂、軟化温度が高く著しく高温度にして成形する必要がある樹脂、熱分解しやすい難燃剤などの添加物を配合した樹脂なども多量の二酸化炭素等の発泡性ガスを溶解することにより使用できる（上記の「多量の発泡性ガス」とは、例えば、発泡性ガス重量と樹脂重量の合計に対して０．２重量％以上を意味する）。
本発明の方法では、一般に押出成形には使用されるが、従来の方法で射出成形するには流動性が悪い熱可塑性樹脂、従来の方法で射出成形するには分子量が大きすぎる熱可塑性樹脂、従来の方法で射出成形するには軟化温度が高すぎる熱可塑性樹脂なども、同様に多量の発泡性ガス（例えば、発泡性ガス重量と樹脂重量の合計に対して０．２重量％以上）を溶解することにより良好に使用できる。これらの例として次の熱可塑性樹脂がある。
（１）　メルトフローレートが１．０以下のアクリル樹脂。
（２）　メルトフローレートが１．５以下のポリスチレン。
（３）　メルトフローレートが２．０以下のゴム強化ポリスチレン。
（４）　メルトフローレートが３．０以下のＡＢＳ樹脂。
（５）　メルトフローレートが６．０以下のポリカーボネート。
（６）　ポリフェニレンエーテル、あるいはポリフェニレンエーテルが６０重量％以上含まれるポリフェニレンエーテル樹脂組成物。
（７）　メルトフローレートが５．０以下のポリアセタール。
（８）　メルトフローレートが５．０以下のポリエチレン。
（９）　メルトフローレートが５．０以下のポリプロピレン。
（１０）易分解性難燃剤（例えばヘキサブロモビフェニルエーテル、トリブロモフェノール、塩素化ポリエチレン）を配合した熱可塑性樹脂。
ここで、メルトフローレートはＪＩＳ　Ｋ７２１０に記載の測定法で測定した値であり、測定条件は各樹脂に一般に使用されている該ＪＩＳ記載の測定条件であり、アクリル樹脂は条件１５で、ポリスチレンとゴム強化ポリスチレンは条件８で、ＡＢＳ樹脂は条件１１で、ポリカーボネートは条件２０で、ポリアセタールとポリエチレンは条件４で、ポリプロピレンは条件１４でそれぞれ測定した値であり、単位はｇ／１０分である。
一般に、熱可塑性樹脂の分子量が大きいほど、成形品の耐化学薬品性、耐衝撃性などが良くなるが、成形時の流動性が悪くなり、射出成形が困難になる。押出成形には射出成形ほど高い流動性が必要とされないため、分子量の大きな重合体が一般に使用されており、本発明の方法では、これらの押出成形に使用され、射出成形には使用されない高分子量の重合体も多量の二酸化炭素を溶解することと、発泡性溶融樹脂塊を加圧により金型壁面に押し付けた後に該溶融樹脂塊の一部を該溶融樹脂塊自体が有する発泡圧力により溶融樹脂排出手段を通じて金型キャビティの外側に排出して該溶融樹脂塊への圧力を低下させ、それによって、金型キャビティ内の該溶融樹脂塊を発泡させること、を組み合わせて用いることにより、薄肉部を有する外観に優れた発泡成形品を成形することができる。
また、射出成形するには軟化温度が高すぎる熱可塑性樹脂の例として、ポリフェニレンエーテル、あるいはポリフェニレンエーテルとポリスチレンもしくはゴム強化ポリスチレンの重量混合比が１００：０〜６０：４０のポリフェニレンエーテル樹脂組成物が挙げられる。ポリフェニレンエーテルは成形性が悪く、一般にポリスチレンもしくはゴム強化ポリスチレンを４０重量％を越える量を配合して使用されている。ところが、本発明の成形法によれば、ポリスチレンもしくはゴム強化ポリスチレンの配合量が４０重量％以下の場合においても多量の二酸化炭素等の発泡性ガス（例えば、発泡性ガス重量と樹脂重量の合計に対して０．２重量％以上）を溶解すれば使用可能である。
また軟化温度が高い、分解温度が低いなど、溶融樹脂が十分な流動性をもつまで加熱すると分解したり劣化して物性低下を起こす樹脂に対しても、本発明の方法は有効で、低い樹脂温度で高い流動性を得ることができる。一般には、熱可塑性樹脂が非晶性熱可塑性樹脂の場合、溶融温度として、「発泡性ガスを含まない熱可塑性樹脂のガラス転移温度＋１５０℃」以下の温度で成形することが可能であり、熱可塑性樹脂が結晶性熱可塑性樹脂の場合、溶融温度として、「発泡性ガスを含まない熱可塑性樹脂の融点＋１００℃」以下の温度で成形することが可能である。
本発明で熱可塑性樹脂に溶解させて用いる発泡性ガス（ガス状発泡剤）としては、該熱可塑性樹脂に溶解させた時に溶融粘度を低下させる可塑剤としての効果を持つものであれば特に制限はないが、熱可塑性樹脂に対する溶解度が大きく、樹脂や金型、成形機素材を劣化させないこと、環境に対し危険性がないこと、安価であること、また成形後に成形品から速やかに揮発することなどの制約を満たすものが好ましい。ガス状発泡剤の例としては、二酸化炭素ガス、窒素ガス、炭素数１〜５の飽和炭化水素、および炭素数１〜５の飽和炭化水素の水素原子の一部をフッ素で置換して得られるフルオロアルカン、例えばフロン、等が挙げられる。これらの中で、二酸化炭素ガスと窒素ガスが好ましく、二酸化炭素ガスが最も好ましい。窒素ガスは樹脂に対する溶解性が二酸化炭素ガスよりも低く、可塑剤効果は少ないものの、高温になるほど樹脂への溶解度が増加する温度特性を有するために、高い発泡圧力を得ることができる。
なお金型キャビティに射出する発泡性溶融樹脂中の発泡性ガス（ガス状発泡剤）の含有量を直接測定することは難しいため、本発明では、射出成形直後の成形品の重量と、成形品を、非晶性樹脂にあってはガラス転移温度以下の熱風乾燥機中に２４時間以上放置し、もしくは結晶性樹脂にあっては融点よりも約３０℃低い熱風乾燥機中に２４時間以上放置し、成形品中に含まれていた発泡性ガス量を放散させた成形品の重量の差を、金型キャビティに射出した発泡性溶融樹脂の発泡性ガスの含有量とした。射出成形中に逃げる発泡性ガス量は成形法により若干異なるが、特に本発明の好ましい態様である、発泡性ガスに二酸化炭素ガスを用い、金型キャビティを加圧する加圧ガスとして二酸化炭素ガスを用いたカウンタプレッシャ法で成形する場合には、成形直後の成形品中の発泡性ガス即ち二酸化炭素ガスの量をもって発泡性溶融樹脂中の発泡性ガス（二酸化炭素）の含有量としてもほとんど差異は生じない。
発泡性ガス特に二酸化炭素ガスは熱可塑性樹脂によく溶解して良好な可塑剤になって熱可塑性樹脂の流動性を向上させるとともに、発泡剤として機能する。本発明の方法に用いる発泡性溶融樹脂は、溶融樹脂とそれに溶解した少なくとも１種のガス状発泡剤からなる。本発明では、発泡性溶融樹脂のガス状発泡剤の含有量は、好ましくは０．０５重量％〜１０重量％の範囲である。０．０５重量％以上であれば樹脂の溶融流動性を顕著に向上させ、かつ発泡させることができ、更に好ましくは０．２重量％以上、更に好ましくは０．５重量％以上である。また発泡性溶融樹脂のガス状発泡剤の含有量の最大量は１０重量％程度であることが望ましい。これはガス状発泡剤（特に二酸化炭素ガス）を溶融樹脂に多量に溶解するには装置上の制約が多くなったり、カウンタプレッシャ法で成形する場合において、必要なカウンタガス圧力（溶融樹脂射出前に金型キャビティを加圧ガスであらかじめ加圧する圧力）が非常に高くなったりするためである。発泡性溶融樹脂のガス状発泡剤の含有量は好ましくは７重量％以下であり、さらに好ましくは５重量％以下である。成形品の発泡倍率を増すには、発泡性溶融樹脂中のガス状発泡剤（例えば二酸化炭素）の溶解量を増して、溶融樹脂の粘度を下げるとともに溶融樹脂の発泡性を高めることが好ましい。
熱可塑性樹脂に発泡性ガス（ガス状発泡剤）を溶解させる方法として、次の二つの方法が好ましい。ここでは、発泡性ガスとして二酸化炭素ガスを用いた場合を例にとって説明する。
一つは、予め粒状や粉状の樹脂を二酸化炭素ガス雰囲気中において二酸化炭素を吸収させてから射出成形機に供給する方法で、二酸化炭素の圧力や雰囲気温度、吸収させる時間により吸収量が決まる。例えば、二酸化炭素ガスの圧力を２〜１０ＭＰａとし、室温で３〜８時間樹脂に吸収させると、樹脂の二酸化炭素ガスの含有量は０．１〜１０重量％となる。この方法では、可塑化時に樹脂が加熱されるに従って樹脂中の二酸化炭素ガスの一部が揮散するため、溶融樹脂中の二酸化炭素ガス量は予め吸収させた量よりも少なくなる。そのため、成形機のホッパなど樹脂の供給経路も二酸化炭素ガス雰囲気にすることが望ましい。
もう一つの方法は、成形機のシリンダ内で樹脂を可塑化する間、または可塑化した後で樹脂に二酸化炭素ガスを溶解する方法で、成形機のホッパ付近を二酸化炭素ガス雰囲気にしたり、スクリュの中間部や先端、シリンダから可塑化樹脂に二酸化炭素ガスを注入する。スクリュやシリンダ中間部から二酸化炭素ガスを注入する場合には、注入部付近のスクリュ溝深さを深くして樹脂圧力を低くすることが好ましい。また二酸化炭素ガスを注入後、樹脂中に均一に溶解、分散させるため、スクリュにダルメージや混連ピンなどのミキシング機構を付けたり、樹脂流路にスタティクミキサを設けることが好ましい。射出成形機としては、インラインスクリュ方式でもスクリュプリプラ方式（スクリュ予備可塑化装置付ラム式射出成形機を用いる）でも使用できるが、スクリュプリプラ方式は樹脂を可塑化する押出し機部分のスクリュデザインや二酸化炭素の注入位置の変更が容易であることから、特に好ましい。
熱可塑性樹脂中の二酸化炭素ガスは熱可塑性樹脂が固化した後に成形品を大気中に放置すれば徐々に大気中に放散する。
本発明の方法では、工程（２）（溶融樹脂の射出）の前に、金型キャビティに加圧ガスを導入して、金型キャビティの圧力を、工程（２）で射出された発泡性溶融樹脂がそのフローフロントで発泡を起こさない圧力とすること、つまり、カウンタプレッシャ法で射出成形することが良好な外観を得るためにも好ましい。なお、「工程（２）で射出された発泡性溶融樹脂がそのフローフロントで発泡を起こさない圧力」（キャビティに導入する加圧ガスの圧力）は、発泡性溶融樹脂が有する発泡圧力によって異なるが、通常３ＰＭａ〜１０ＰＭａ、好ましくは５ＰＭａ〜８ＰＭａである。キャビティに導入する加圧ガスの圧力は、成形品表面に発泡模様が生じない最低圧力であれば良く、一工程に使用するガスの量を最小限に抑え、金型キャビティのシールやガス供給装置の構造を簡単にするためにもガス圧力は必要最低限に近い圧力とする方が良い。
カウンタプレッシャ法で金型キャビティに圧入するガスとして、空気や二酸化炭素ガス、窒素ガスをはじめとして、樹脂に対して不活性な各種ガスの単体あるいは混合物が使用できるが、熱可塑性樹脂への溶解度の高いガス、例えば、二酸化炭素ガス、窒素ガス、炭素数１〜５の飽和炭化水素、および炭素数１〜５の飽和炭化水素の水素原子の一部をフッ素で置換して得られるフルオロアルカン、例えばフロン、などが好ましい。二酸化炭素ガスは金型キャビティ内壁面形状の成形品への転写性を向上させる効果が高いので特に好ましい。樹脂に非晶性樹脂を用い、溶融樹脂の射出前に金型キャビティを二酸化炭素ガスで加圧する場合、本発明者らが既に日本国特開平１０−１２８７８３号公報（ＥＰ８２６４７７Ａ２に対応）や日本国特開平１１−２４５２５６号公報に示したように、キャビティ内圧力を高めた方が良好な転写性が得られるため、高度な転写性が要求される場合には、成形機の型締め力や金型のシール性能に応じ、ガス圧力を高めることが好ましい。金型キャビティ内に導入する加圧ガスの二酸化炭素含有量は、高い方が好ましく、８０重量％以上が特に好ましい。
本発明の方法では好ましくはガス加圧された金型キャビティ内に溶融樹脂を射出充填した後、該溶融樹脂が発泡しない高い圧力で該溶融樹脂を金型キャビティ内壁面に押し付け、金型キャビティ内壁面の表面形状を溶融樹脂塊に転写させるとともに溶融樹脂塊の表面が冷却固化して無発泡の表面層が形成するまで保持する。溶融樹脂射出充填前に金型キャビティ内に供給した加圧ガスは、成形品表面のスワールマークの有無や、金型キャビティ内壁面形状の転写状況を見て、樹脂射出充填中から樹脂射出充填終了後、樹脂加圧終了までの適当な時期を選定して開放する。樹脂加圧終了後に金型キャビティ内に加圧ガスが残っていると、加圧ガスにより樹脂表面が押され、凹みを生じたり、表面が発泡により白っぽくなることがあり望ましくない。
本発明の方法の好ましい態様では、カウンタプレッシャ法により、成形品表面にスワールマークのない発泡成形品を得ることができるが、特に良好な外観を要求されない内部機構部品などにおいては、カウンタプレッシャ法を用いずに成形することも可能である。この場合、表面にスワールマークは生じるが、工程（３）での溶融樹脂塊への加圧を樹脂保圧をかけることによって行なうことにより、無発泡で寸法精度の高い表皮層を有し、内部が高度に発泡した軽くて強度や寸法精度の高い成形品を得ることができる。
またサンドイッチ成形法（ｓａｎｄｗｉｃｈ　ｍｏｌｄｉｎｇ）を用い、非発泡性の溶融樹脂を射出充填後、発泡性の溶融樹脂を射出充填し、発泡層を形成して、無発泡層の間に発泡層がサンドイッチされた構造の成形品を製造する場合も、特にカウンタプレッシャ法は必要ない。
また、本発明の方法の工程（３）での溶融樹脂塊の加圧方法としては金型キャビティに追加の溶融樹脂を射出して樹脂保圧をかける方法、金型キャビティ内の溶融樹脂中にガスなどの圧力流体を注入する方法、キャビティ容積を減少させる射出圧縮法（ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ　ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ　ｍｏｌｄｉｎｇ）などが挙げられる。溶融樹脂塊の加圧のための圧力は、該溶融樹脂表面が金型キャビティ内壁面に押し付けられ、金型キャビティ内壁面の表面形状を十分転写しながら固化するように設定する。特に金型キャビティの加圧ガスに二酸化炭素を用いる場合には、高い圧力にするほど高度な転写性を得ることができる。溶融樹脂塊を加圧するための圧力は、通常、数ＭＰａ〜２００ＭＰａの範囲で、溶融樹脂の流動特性に応じて調整する。また溶融樹脂塊への加圧時間は、該溶融樹脂表面が固化するまでの最低時間でよく、あまり長いと、後に発泡させる溶融部分の厚みが減少したり、樹脂温度が下がり粘度が高くなるため、十分な発泡状態が得られにくくなる。溶融樹脂塊への加圧時間は、通常０．１秒〜２秒の範囲である。
日本国特開平１１−２４５２５６号公報に示されるように、金型キャビティを二酸化炭素ガスで加圧した後に溶融樹脂を充填する場合、溶融樹脂の冷却を金型内で行うにあたり、充填工程中に二酸化炭素が溶融樹脂中に溶解したことによって低下した該溶融樹脂表面の固化温度より３５℃低い温度以上の金型温度であり、かつ、熱可塑性樹脂が本来有する固化温度より５℃低い温度以下の金型温度で冷却することにより、金型キャビティ内壁表面形状を溶融樹脂塊表面に高度に転写することができる。
溶融樹脂塊の加圧を溶融樹脂塊中に加圧ガスなどの圧力流体を注入することによって行なう場合において、ガス充填中空部を形成するのに用いるガスとしては、本発明において溶融樹脂中に含有させる発泡性ガス（ガス状発泡剤）や金型キャビティを予め加圧するガスとして使用できるガスと同じものが使用できる。これらの中空部形成ガス、ガス状発泡剤及び金型キャビティ加圧ガス、全て同じガスを用いても良いが、必ずしも同じである必要はなく、任意の組合せが可能である。中空部を形成する加圧ガスとしては、溶融樹脂のガラス転移温度（Ｔｇ）や固化温度の低下効果に優れることおよび溶融樹脂への溶解性に優れることから、二酸化炭素ガスが好ましい。
また、本発明は、一旦溶融樹脂をフルショットした後、溶融樹脂塊の一部を金型キャビティの外側（例えば樹脂排出用キャビティ３）に排出して溶融樹脂塊への圧力を低下させて発泡層を形成するので、１つの金型で２つ以上の発泡成形品を同時に成形しようとする場合や１つの金型で体積の異なる２つ以上の発泡成形品を得る場合に、成形品の発泡倍率を容易に均一化することができ、容易に多数個取りの発泡成形が可能である。
以下、図面に基づいて本発明をさらに説明する。
図１（ａ）〜図１（ｃ）は、得られる成形品が厚肉の棒形状の場合の、本発明の第１の方法の実施態様の１例を模式的に示す説明図である。
図１（ａ）〜図１（ｃ）において、１は固定半型１ａと可動半型１ｂとから構成された金型で、この固定半型１ａの内壁面と可動半型１ｂの内壁面により、金型キャビティ２と樹脂排出用キャビティ３とが形成されている。金型キャビティ２は製品となる成形品を成形するための金型１内の空間である。また金型キャビティ２の外側にある樹脂排出用キャビティ３は、製品としての成形品の成形を目的としていない金型１内の空間であって、上記金型キャビティ２と開閉弁４（溶融樹脂排出手段）によって開閉される連絡通路５によって連通している。開閉弁４としては、油圧、空気圧、磁気、モータなどによって開閉作動するものを用いることができる。なお、１２は射出ノズル、１３は射出ノズル１２に内蔵される加圧ガスノズルである。また樹脂排出用キャビティ３にはカウンターガスの供給孔と排出孔となる通気口１４を有し、かつ通気口１４はカウンターガス供給三方弁１６に配管で接続されている。また加圧ガスを直接金型キャビティ２内の溶融樹脂塊中に注入可能とする、ガス注入口１８が設けられている。
まず、図１（ａ）と図１（ｂ）に示されるように、開閉弁４を閉鎖した状態で、射出ノズル１２から金型キャビティ２内に発泡性溶融樹脂８を射出してキャビティ２に溶融樹脂塊を形成する。発泡性溶融樹脂８は、スプルー６およびランナー７を通って、金型キャビティ２へと射出充填されるものとなっている。この実施態様では、発泡性溶融樹脂８を射出する前に、カウンターガスの供給孔１４からガス体を供給して金型キャビティ２を加圧しておき、それから、熱可塑性樹脂にガス状発泡剤（例えば二酸化炭素ガス）を含有させた発泡性溶融樹脂８を射出ノズル１２から金型キャビティ２内に射出充填する。溶融樹脂８による金型キャビティ充填率は９５％〜１１０％の範囲である。
また樹脂充填完了の直前もしくは直後に金型キャビティ２内の加圧ガスを樹脂排出用キャビティ３の通気口１４につながるカウンターガス供給三方弁１６を開き速やかに大気に開放する。なお、開閉弁４は、閉めた状態では、溶融樹脂は通過できないが気密ではないのでガスは通過できる。金型キャビティ２内のカウンター加圧ガスの開放がされないとカウンターガス圧力が樹脂の充填に伴い高圧化し、金型キャビティ２末端等で樹脂充填不良が生じたり、もしくは樹脂表面にガスが大量に吸収されるため樹脂表面に発泡による白化等の不良現象が発生する。
ついで該溶融樹脂塊に追加の溶融樹脂を射出して加圧しながら所定時間保持することにより、金型キャビティ内壁表面に接する溶融樹脂塊８の表面が冷却固化され実質的に無発泡の表皮層１０を形成する。この冷却固化の時間を長くすると表皮層は厚肉になる。
ついで、図１（ｃ）に示されるように、金型キャビティ２から樹脂排出用キャビティ３に通じる開閉弁４を開放すると、表皮層１０に包まれた溶融樹脂塊８自体の有する発泡圧力によって該溶融樹脂塊の一部および溶融樹脂中から揮散する発泡ガスが連絡通路５を通じて溶融樹脂排出用キャビティ３に排出されるため、金型キャビティ２内の溶融樹脂塊８の体積が減少して溶融樹脂塊８への圧力が低下し、それによって発泡層９が形成される。
なお発泡層９の形成時には溶融樹脂塊８の一部は表皮層１０の一部を破って溶融樹脂排出キャビティ３に排出されるため、表皮層１０はこれを妨げない程度に薄く形成しておくことが好ましい。この観点から、表皮層１０の厚さは通常０．１ｍｍ〜１ｍｍ程度が好ましい。
また表皮層１０を破るために、開閉弁４を開いてから溶融樹脂塊８を追加の溶融樹脂を射出して加圧することも有効である。また樹脂排出キャビティ３の容積は、発泡性溶融樹脂塊８の発泡圧力によって金型キャビティ２の外側に排出される該溶融樹脂塊の該一部によって密に充填されないように、排出される該溶融樹脂塊の該一部の体積より大きい容積に設定することが好ましく、さらには、樹脂排出キャビティ３の容積はできるだけ大きくすることが好ましい。
以上に述べたように、樹脂排出用キャビティ３に溶融樹脂が完全に充填されないようにしたり、もしくは溶融樹脂排出用キャビティ３に通気口１４を設けることにより、金型内のカウンターガス、空気および発泡ガスが瞬時に開放されないという問題の発生を防止でき、また、減圧に時間がかかり十分な発泡状態が得られず、製品の軽量化が十分できないという問題が発生したりすることを防止できる。
図２（ａ）〜図２（ｃ）は、得られる成形品が厚肉の棒形状の場合の、本発明の第２の方法の実施態様の１例を模式的に示す説明図である。
図２（ａ）〜図２（ｃ）に示す実施態様では、発泡性の溶融樹脂８で金型キャビティ２の容積の約７０％を満たした後に、溶融樹脂塊８中に該溶融樹脂塊の発泡を抑えられる圧力の加圧ガスを注入し、この加圧ガスで満たされた中空部１１を形成する。本例における加圧ガスの注入は射出ノズル１２に内蔵された加圧ガスノズル１３から行われるものとなっており、溶融樹脂８と同様に、スプルー６およびランナー７を通って金型キャビティ２内の溶融樹脂塊８中に注入されるものである。また加圧ガスの注入口としては、前記加圧ガスノズル１３の他に、図１（ａ）に示されるような加圧ガス注入口１８を金型キャビティのゲート近傍に直接設けても良い。
上記のように加圧ガスで満たされた中空部１１を有する溶融樹脂８で金型キャビティ２を満たし、加圧ガスの注入圧を維持した状態で所定時間保持して表皮層１０を形成する。次いで、加圧ガスの注入を制御するバルブ（図示しない）を閉じ、もしくは上記バルブを開けたままの状態で、開閉弁４を開放する。すると、ガス充填中空部１１の周囲を囲んでいる表皮層１０のうち、連絡通路５付近の表皮層１０が、ガス充填中空部１１と溶融樹脂排出用キャビティ３間の圧力差により破れて溶融樹脂排出キャビティ３側へ飛ばされ、中空部１１内の加圧ガスが溶融樹脂排出用キャビティ３を通り、通気口１４から速やかに開放される。これにより、中空部１１内の圧力が急激に下がり、それまで中空部１１内の加圧ガスの圧力により押さえられていた溶融樹脂８の発泡が中空部１１の周囲で生じ、かつ発泡した溶融樹脂の一部および該溶融樹脂から揮散する発泡ガスも溶融樹脂排出用キャビティ３に排出され、図２（ｃ）に示されるように、中空部１１内およびその周辺が発泡した発泡層９となる。この中空部１１内の急激な減圧は、上記のように溶融樹脂排出用キャビティ３に通じる開閉弁４を用いる他、例えば金型キャビティ２に対して進退可能な注射針状のピン（図示されてない）を金型内に設けておき、中空部１１の形成された溶融樹脂塊にこのピンを突き刺して、ピンの孔を介して中空部１１内の加圧ガスを金型１外へ放出させることなどによっても行うことができる。溶融樹脂排出用キャビティ３の容積は中空部１１を形成するガス圧力によって押し出される溶融樹脂や発泡により押し出される溶融樹脂により密に充填されない容積に設定することが好ましく、かつ該溶融樹脂排出用キャビティ３から瞬時にガスが金型外へ放出されることが好ましい。溶融樹脂８による金型キャビティ充填率は５５％〜１１０％の範囲で任意に設定できる。
溶融樹脂排出用キャビティ３に溶融樹脂が完全に充填されないように配慮したり、もしくは溶融樹脂排出用キャビティ３に通気口１４を設けることにより、中空部を形成する加圧ガスが十分開放されないという問題や、また、減圧に時間がかかり十分な発泡状態が得られず、製品の軽量化が十分できないという問題の発生を防止できる。
中空部を形成する加圧ガスとしては、上述の通り、二酸化炭素ガスが好ましい。二酸化炭素ガスを用いると、加圧ガスの注入後の保持時間を長くしても、ガス充填中空部１１から周囲の溶融樹脂に二酸化炭素ガスがさらに吸収されるため、溶融樹脂の固化が抑制されるとともに良好な発泡状態が得やすくなる。
また中空部１１を形成するガス体に二酸化炭素ガスを用い、開閉弁４を開放後も中空部１１を形成するガス体の供給を継続し、溶融樹脂排出用キャビティ３に設けられた通気口１４より金型外に開放することで、二酸化炭素ガスの断熱膨張により、発泡成形品内部が冷却される。これにより、本発明の方法の工程（４）の後の冷却固化時間を短く設定することが可能になる。もしくは金型温度を非晶性樹脂ではガラス転移温度（Ｔｇ）以上、結晶性樹脂においても融点温度付近まで高めても成形品の取り出しが可能となり、かつ外観も極めて良好な成形品が得られる。
上記発泡後、金型キャビティ２内の実質的に無発泡の表皮層を有する発泡樹脂塊を取り出し可能温度にまで冷却し、金型１を開いて成形品を取り出す。得られる成形品は、表皮層１０が、上記発泡前に発泡を生じない温度にまで冷却されていることで、無発泡となり、内層が上記発泡による発泡層９となっている。
上記本発明の第１の方法と第２の方法のいずれにおいても、成形品表皮層にシルバー等の外観不良が発生する可能性を除くために、予め金型キャビティをガス体によって加圧しておくこと（カウンタプレッシャ法）が好ましい。
カウンタプレッシャ法を用いる場合は、必要なカウンターガス圧を得やすくするために、金型キャビティの周囲をシールした金型を用いることが好ましい。例えば図１（ａ）〜図３（ｃ）に示される金型１では、金型キャビティ２に通じる金型内の各隙間をシールするためのＯ−リング１５ａ〜１５ｃが設けられている。従って、前述した第１の方法の１例において、カウンターガス供給孔１４からカウンターガスを供給して金型２内をカウンターガスで満たした後、発泡性溶融樹脂を射出充填することで、射出時の溶融樹脂の発泡を容易に抑制することができる。またカウンターガス供給孔１４は、溶融樹脂が侵入できない程度の狭いスリット状や小孔状、もしくはポーラス状として開口させることで、直接金型キャビティ２に開口させることもできる。
図３（ａ）〜図３（ｄ）は、得られる成形品が大きな薄肉部の片側に厚肉部を有する形状の場合の、本発明の第２の方法の実施態様の１例を示す説明図である。開閉弁４を閉鎖した状態で、射出ノズル１２から金型キャビティ２内に溶融樹脂８を射出する。溶融樹脂８は、スプルー６およびランナー７を通って、金型キャビティ２の厚肉部成形領域と薄肉部成形領域へと射出充填される。
本発明では発泡性ガス（ガス状発泡剤）（例えば二酸化炭素ガス）によって溶融樹脂８の溶融粘度が低下しているため、薄肉部にも溶融樹脂８が速やかに充填される。射出充填前に金型キャビティ２が加圧ガスで加圧されている場合は、樹脂充填完了の直前もしくは直後に金型キャビティ２内の加圧ガスを溶融樹脂排出用キャビティ３の通気口１４につながるカウンターガス供給三方弁１６（図示しない）を開き速やかに大気に開放する。
この実施態様の場合、溶融樹脂による金型キャビティ充填率は好ましくは９５％〜１１０％で、さらに好ましくは９８％〜１０５％である。
発泡性の溶融樹脂８を金型キャビティに射出充填した後に、溶融樹脂塊８中に該溶融樹脂の発泡を抑えられる圧力の加圧ガスを注入し、この加圧ガスで満たされた中空部１１を形成する。本例における加圧ガスの注入は射出ノズル１２に内蔵された加圧ガスノズル１３から行われるものとなっており、溶融樹脂と同様に、スプルー６およびランナー７を通って金型キャビティ２内の溶融樹脂塊８中に注入されるものである。またこの加圧ガスの注入は、金型キャビティ２内の溶融樹脂塊８の冷却収縮を補うものとして行われるもので、本例のように厚肉部を有する成形体の成形においては、図３（ｃ）に示めされるように、厚肉部成形領域に重点的に注入される。厚肉部は樹脂ゲート近傍から樹脂の流動末端側まで連続した形で配置され、溶融樹脂排出用キャビティ３への連絡通路５に接続する。
また加圧ガスの注入口は前記加圧ガスノズル１３の他、金型キャビティの前記厚肉部もしくは厚肉部近傍に直接設けても良い。この場合、加圧ガスの注入口は、溶融樹脂排出用キャビティ３への連絡通路５と反対側に設けるのが好ましい。また溶融樹脂の充填の際にフローフロントが該厚肉部を優先的に流れるようにするために、該厚肉部肉厚を薄肉部肉厚の１．５〜４倍程度に設定するのが好ましい。
上記のように加圧ガスで満たされた中空部１１によって溶融樹脂塊８を金型キャビティ２の内壁面に押しつけ、その状態で所定時間保持して表皮層１０を形成する。次いで、開閉弁４を開放する。すると、ガス充填中空部１１の周囲を囲んでいる溶融樹脂の表皮層１０の一部がガス充填中空部１１と溶融樹脂排出用キャビティ３間の圧力差により破れて溶融樹脂排出キャビティ３側へ飛ばされ、中空部１１内の圧力が急激に下がり、それまで中空部１１内の加圧ガスの圧力により押さえられていた溶融樹脂８の発泡が中空部１１の周囲で生じ、かつ発泡した溶融樹脂の一部および該溶融樹脂から揮散する発泡ガスも溶融樹脂排出用キャビティ３に排出され、図３（ｄ）に示されるように、中空部１１内およびその周辺が発泡した発泡層９となる。なお、ガス充填中空部１１を形成せず、溶融樹脂８の自らの発泡圧力だけで溶融樹脂排出用キャビティ３に溶融樹脂の一部を排出、発泡させることもできる。
図４は本発明の方法に用いることのできる、グリップ形状成形品の４ヶ取りの金型の１例の可動半型の概略正面図である。図示されるように、キャビティ２のほかに樹脂排出用キャビティ３、開閉弁４、およびガス充填中空部を形成するためのガスの注入口１８が設けられている。各々のガス注入口１８はお互いにガス圧力が干渉しないよう独立して制御されている。
開閉弁４を閉鎖した状態で、射出ノズル１２から各々の金型キャビティ２内を溶融樹脂で満たす。溶融樹脂８は、スプルー６およびランナー７を通って、金型キャビティ２へと射出充填されるものとなっている。
各キャビティ２の容積が同じ場合は該キャビティ２につながるランナー、ゲート寸法は各キャビティ２に溶融樹脂が均等に充填されるように設定することが好ましい。
またキャビティ２の配置によりランナー長が変わる場合やキャビティ容積が異なる場合は、各キャビティの樹脂充填完了タイミングが同じになるようにランナーの長さ、太さ、ゲート寸法を調整することが好ましい。
またガスの注入口１８は各キャビティのゲート近傍に設けられており、ガスの注入口につながる配管はガスの圧力損失が均等になるよう均等の長さにすることが好ましい。
まず、溶融樹脂８を射出ノズル１２から各金型キャビティ２内に射出充填し、該溶融樹脂塊を加圧しながら所定時間保持して表皮層１０を形成した後、開閉弁４を開放すると、表皮層１０に包まれた溶融樹脂塊８の発泡圧力により該溶融樹脂塊の一部および発泡ガスが連絡通路５を通じて溶融樹脂排出用キャビティ３に排出されるため、金型キャビティ２内の溶融樹脂塊８に発泡層９が形成される。一度各キャビティを完全に充填し、溶融樹脂の発泡圧力により溶融樹脂排出用キャビティ３に樹脂を排出するため、各キャビティの成形品は、同等の外観、発泡層を有している。
また本例において溶融樹脂を充填後、ガスにより中空を形成する場合は、すべてのキャビティ２に溶融樹脂を充填後、該溶融樹脂塊中にガスを注入して中空部を形成したのち、ガスの供給を停止、ついで開閉弁４を開き溶融樹脂排出用キャビティ３へ溶融樹脂の一部および中空部内のガスを排出し、発泡層９を形成する。溶融樹脂による金型キャビティ充填率が７０％程度と比較的に少なく、ショートショットでガス充填中空部を形成する場合は、金型キャビティ充填率がキャビティ間で均等になるように、各キャビティにつながるランナー長さや断面寸法、ゲート寸法、ガスの配管長等に特に注意が必要である。
また溶融樹脂から発生する発泡ガスが外観にシルバー等の不良をもたらすおそれのある場合は、カウンタプレッシャ法を用いることが好ましい。
発明を実施するための最良の形態
以下に実施例を用いて本発明の効果をさらに具体的に説明する。
図５に示されるような射出成形装置を用いて成形を行った。図５において射出成形機２３は、日本国住友重機械工業製「ＳＧ２６０Ｍ−Ｓ」を使用した。射出成形機のスクリュシリンダ２０はＬ／Ｄ＝２９のベントタイプとし、ベント部分を二酸化炭素ガスで加圧できるようになっている。二酸化炭素ガス源２４または窒素ガス源２４からガス供給制御装置１９を介し供給する二酸化炭素ガスまたは窒素ガスの圧力を減圧弁で一定に保つことで、溶融樹脂に溶解する二酸化炭素ガス量または窒素ガス量を制御した。また可塑化から射出開始までの間、スクリュ背圧として溶融樹脂が発泡してスクリュが後退しない最低限の圧力を設定、保持した。
また金型１にはガス供給制御装置１９とカウンターガス供給ライン２２を介して、二酸化炭素ガス源２４または窒素ガス源２４から二酸化炭素ガスまたは窒素ガスを供給できるようになっている。
実施例１
断面が２０ｍｍ×２０ｍｍのほぼ正方形で、長さが３００ｍｍの棒状成形品を図１（ａ）〜図１（ｃ）に示す方法で成形した。金型１は、棒状の金型キャビティ２の一端に断面が５ｍｍ×１０ｍｍのゲートを設け、ゲートと反対側の端部に断面が５ｍｍ×１０ｍｍで長さ１５ｍｍの連絡通路５と該連絡通路５の中央部に油圧で開閉する開閉弁４を設け、連絡通路５の先には断面が２０ｍｍ×２０ｍｍ、長さ６００ｍｍの溶融樹脂排出用キャビティ３がつながっている。
射出シリンダから８ＭＰａの二酸化炭素をガラス繊維３３％含有ポリアミド６６（日本国旭化成製　レオナ（登録商標）１４０２Ｇ）に供給して、溶解しつつ、図１（ａ）、図１（ｂ）に示すようにして射出成形した。シリンダ温度は２８０℃とし、射出圧力は１２０ＭＰａとした。溶融樹脂による金型キャビティ充填率は１００％とした。まず、金型１を閉じ射出ノズル１２を金型１に圧接した後、カウンターガス供給孔１４から圧力７ＭＰａの二酸化炭素ガスを３秒間供給して加圧状態にした金型キャビティ２（金型温度８０℃）に、二酸化炭素ガスを溶解した上記ガラス繊維含有ポリアミド樹脂（発泡性溶融樹脂）を１．５秒間で充填した。充填完了直後に、溶融樹脂排出用キャビティ３とカウンターガス供給孔１４（通気口）を通じてカウンターガス圧を外部へ開放しつつ、シリンダ内樹脂圧力９０ＭＰａで３秒間保圧した後、上記連絡通路５の開閉弁４を開放し、溶融樹脂塊８の一部を溶融樹脂塊８自体が有する発泡圧力により溶融樹脂排出用キャビティ３に排出して溶融樹脂塊８への圧力を低下させ、発泡させた。発泡から６０秒後に金型１を開いて得られた成形品を取り出した。こうして、実質的に無発泡の表皮層１０を有し、内部に高発泡の発泡層を有する成形品が得られた。
また成形後の成形品の重量減少から求めた発泡性溶融樹脂中の二酸化炭素ガス量は約１．０重量％であった。成形品の発泡倍率は１．４倍、表皮層の厚さは約１ｍｍであった。
実施例２
条件を以下のように変更した他は実施例１と同様に行なった。金型キャビティ充填率を７０％とし、発泡性溶融樹脂の射出完了後、射出ノズル１２に内蔵されたガス注入口１３から８ＭＰａの二酸化炭素ガスを溶融樹脂塊８中に注入してガス充填中空部１１を形成すると同時に、金型キャビティ２内のカウンターガスを開放し、溶融樹脂塊８への二酸化炭素ガスの注入とガス保圧を３秒間継続した後、二酸化炭素ガスの注入を停止し、溶融樹脂排出用キャビティ３に通じる開閉弁４を開放して、溶融樹脂塊８の中空部１１内の二酸化炭素ガスと該ガスに同伴されて押し出される溶融樹脂塊８の一部を溶融樹脂排出用キャビティ３に一気に排出し、金型キャビティ２内の溶融樹脂塊８を発泡させた。
発泡性溶融樹脂中の二酸化炭素ガス量は約１．０重量％であった。成形品の発泡倍率は２．０倍と実施例１にくらべさらに軽量化できた。
実施例３
条件を以下のように変更した他は実施例１と同様に行なった。
金型キャビティ２については、実施例１と同形状であるが金型キャビティ２の内壁面は平均粗さ（Ｒａ）１３．２μｍのシボ状とした。平均粗さ（Ｒａ）は日本国、株式会社東京精密社製の平均粗さ測定機サーフコム５７０Ａ（Ｓｕｒｆｃｏｍ５７０Ａ）にて測定した。（平均粗さ（Ｒａ）については、機械工学便覧　改訂第６版（日本国、社団法人日本機械学会発行；１９７７年）を参照できる。）
射出シリンダ２０から二酸化炭素ガスをポリスチレン（日本国Ａ＆Ｍスチレン製「Ａ＆Ｍポリスチレン（登録商標）６８５」に１０ＭＰａで供給して溶解させつつ、実施例１と同様に金型キャビティ２に射出した。シリンダ温度は２２０℃とし、射出圧力は１００ＭＰａとした。二酸化炭素ガスで７ＭＰａに加圧した金型キャビティ２（金型温度５０℃）に二酸化炭素ガスを溶解した上記ポリスチレン（発泡性溶融樹脂）を１．５秒間で充填し、シリンダ内の樹脂圧力８０ＭＰａで３秒間保圧した後、連絡通路５の開閉弁４を開放し、溶融樹脂塊８の一部を溶融樹脂排出用キャビティ３に排出して、溶融樹脂塊８を発泡させた。発泡から６０秒後に金型１を開いて得られた成形品を取り出した。
発泡性溶融樹脂中の二酸化炭素ガス量は３重量％であった。成形品の発泡倍率は２．６倍、表皮層の厚さは１．５ｍｍであった。また成形品表面は平均粗さ（Ｒａ）が１３．１μｍのシボ形状が転写されており、高度な転写性が得られ、表面には光沢むらやフローマークなどの表面不良は見られなかった。
実施例４
条件を以下のように変更した他は実施例１と同様に行なった。樹脂としてポリカーボネート（日本国帝人化成製「パンライト（登録商標）Ｌ１２２５」）を用いた。シリンダ温度３００℃、射出圧力２２０ＭＰａ、金型温度８０℃、シリンダへの二酸化炭素ガス供給圧は１０ＭＰａ、金型キャビティ２へのカウンター圧は７ＭＰａである。二酸化炭素ガスを溶解した上記ポリカーボネート樹脂を２秒間で充填し、充填完了直後にカウンターガス圧を外部へ開放しつつ、シリンダ内樹脂圧力１８０ＭＰａで１秒間保圧した後、連絡通路５の開閉弁４を開放し、溶融樹脂塊８の一部を溶融樹脂塊８自体が有する発泡圧力により溶融樹脂排出用キャビティ３に排出して、溶融樹脂塊８を発泡させた。発泡から６０秒後に金型１を開いて成形品を取り出した。こうして、実質的に無発泡の表皮層１０を有し、内部に高発泡の発泡層を有する成形品が得られた。
発泡性溶融樹脂中の二酸化炭素ガス量は約２．０重量％であった。成形品の発泡倍率は１．４倍、表皮層の厚さは約２ｍｍであった。
実施例５
条件を以下のように変更した他は実施例１と同様に行なった。樹脂として芳香環成分を約１０重量％有して結晶化速度を遅らせた、ガラス繊維３３重量％を含有した半芳香族ポリアミド（日本国旭化成製「レオナ（登録商標）９０Ｇ３３」）を用いた。シリンダ温度２８０℃、射出圧力１２０ＭＰａ、金型温度８０℃、シリンダへの二酸化炭素ガス供給圧は２ＭＰａ、金型キャビティへ２のカウンター圧は用いない。二酸化炭素ガスを溶解した上記ガラス繊維含有半芳香族ポリアミド樹脂を２秒間で充填し、シリンダ内樹脂圧力８０ＭＰａで１秒間保圧した後、連絡通路５の開閉弁４を開放し、溶融樹脂塊８の一部を溶融樹脂塊８自体が有する発泡圧力により溶融樹脂排出用キャビティ３に排出して、溶融樹脂塊８を発泡させた。発泡から６０秒後に金型１を開いて成形品を取り出した。こうして、実質的に無発泡の表皮層１０を有し、内部に高発泡の発泡層を有する成形品が得られた。
発泡性溶融樹脂中の二酸化炭素ガス量は約０．１重量％であった。成形品の発泡倍率は１．４倍、表皮層の厚さは約２ｍｍであった。
樹脂の結晶化速度が遅いことにより、かつフルショットで成形することにより外観に発泡模様は発生せず、高質外観が得られた。
実施例６
条件を以下のように変更した他は実施例２と同様に行なった。図３（ａ）〜図３（ｃ）に示すような、肉厚２．５ｍｍの平板（薄肉部）の一片に断面形状４ｍｍ×４ｍｍのチャンネル（厚肉部）の付いたデザイン（薄板−チャンネルデザイン）を有するキャビティを有する金型を用いた。この際、溶融樹脂による金型キャビティ充填率は９８％とし、溶融樹脂の充填完了後、射出ノズル１２に内蔵された加圧ガスノズル１３から８ＭＰａの二酸化炭素ガスを溶融樹脂塊中に注入してガス充填中空部１１を形成すると同時に、金型キャビティ２内のカウンターガスを外部へ開放し、２秒間二酸化炭素ガスの注入によるガス保圧を継続した後、二酸化炭素ガスの注入を停止し、溶融樹脂排出用キャビティ３に通じる開閉弁４を開放して、溶融樹脂塊８の中空部１１内の二酸化炭素ガスと該ガスに同伴されて押し出される溶融樹脂塊８の一部を溶融樹脂排出用キャビティ３に一気に排出し、金型キャビティ２内の溶融樹脂塊８を発泡させた。
発泡性溶融樹脂中の二酸化炭素ガス量は約１．０重量％であった。成形品の発泡倍率は１．２倍で厚肉部分だけでなく、薄肉部分も発泡した成形品を得た。
実施例７
図４に示す、直径２２ｍｍ、端部アーム間の距離が１８０ｍｍのグリップ形状を有する成形品４個取りの金型１を用い成形した。各金型キャビティ２へのランナー部距離はほぼ均等に設定してある。各々のキャビティ２には連絡通路を通じ溶融樹脂排出用キャビティ３が設けられ、連絡通路には各々開閉弁４を有している。各々の開閉弁４の動作タイミングは独立に制御可能である。溶融樹脂排出用キャビティ３の容積は約７０ＣＣで、外径が３０ｍｍ、深さ１００ｍｍに設定してある。キャビティ２から溶融樹脂排出用キャビティ３へ連絡する連絡通路の断面形状は５ｍｍ×５ｍｍ、キャビティ２から連絡通路につながるキャビティ出口部の断面形状は５ｍｍ×５ｍｍである。中空部１１を形成するためのガス注入口１８が各キャビティ２の樹脂ゲート直近に配置されている。各キャビティ２へのガス注入タイミング、圧力、ガスの保持時間は独立に制御可能としてある。
樹脂はポリプロピレン（日本国、日本ポリケム製「ノバテック（登録商標）ＴＸ１９７７Ｋ」）を用いた。シリンダ温度２３０℃、射出圧力１２０ＭＰａ、金型温度８０℃、シリンダへの二酸化炭素ガス供給圧は１０ＭＰａとした。予め各キャビティ２を二酸化炭素ガスで７ＭＰａに加圧し、各キャビティ２の金型キャビティ充填率が約７５％になるように樹脂射出量を設定し、二酸化炭素ガスを溶解した上記ポリプロピレン樹脂を２秒間で充填した。この際、発泡性溶融樹脂の射出開始から１．５秒後に溶融樹脂塊中にガスを注入開始し、ガス充填中空部を形成しガス圧を３秒保持した。ガス充填中空部を形成するガスとしては８ＭＰａの二酸化炭素ガスを用いた。次いで各々のガス供給側バルブを閉じ、溶融樹脂排出用キャビティ３に通じる開閉弁４を開いた。これにより中空部内の加圧ガスと溶融樹脂塊の一部を溶融樹脂排出用キャビティ３に排出して、金型キャビティ２内の溶融樹脂塊を発泡させた。発泡から３０秒後に金型を開いて成形品を取り出した。こうして、実質的に無発泡の表皮層を有し、内部に高発泡の発泡層を有する成形品が得られた。
溶融樹脂塊内にガス充填中空部を形成した段階で、各キャビティ２の間で中空部長さには最大で２０ｍｍのバラツキがあったが、発泡後の各キャビティ２からの成形品の発泡倍率（軽量化率）は、ほぼ２．２倍、表皮層の厚さは２．５ｍｍと均一であった。
発泡性溶融樹脂中の二酸化炭素ガス量は約３．０重量％であった。
実施例８
溶融樹脂排出用キャビティ３に通じる開閉弁４を開放後もガス充填中空部１１を形成した二酸化炭素ガスの供給を１５秒間継続し、該二酸化炭素ガスを溶融樹脂排出用キャビティへ放出し、次いですぐに金型１を開き成形品を取り出した他は実施例２と同様にして行なった。成形品は表面部分が非発泡層で断面中央部に連続気泡構造（ｏｐｅｎ−ｃｅｌｌｕｌａｒ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を有する発泡層が形成されていた。成形品表面温度は６０℃と金型表面温度より２０℃低く、二酸化炭素の断熱膨張による冷却効果が認められた。成形品の発泡倍率と表皮層の厚さは実施例２と同程度であった。
実施例９
金型キャビティ２を６ＭＰａの窒素ガスで加圧し、射出シリンダ２０から８ＭＰａの窒素ガスを溶融樹脂に供給し、ガス充填中空部１１を８ＭＰａの窒素ガスで形成した他は実施例２と同様にして行なった。得られた成形品は実施例２と同程度の発泡倍率、外観であった。発泡性溶融樹脂中の窒素ガス量は約０．８重量％であった。
比較例１
溶融樹脂排出用キャビティ３につながる連絡通路５に設けられた開閉弁４を開かず、中空部１１を形成した二酸化炭素ガスを射出ノズル１２に内蔵した加圧ガスノズル１３から開放しようとした他は実施例２と同様にして行なった。スプルー６、ランナー７に充填された発泡性溶融樹脂は発泡していたが、成形品内は発泡しておらず、かつ金型１を開く際に成形品が破裂した。これはスプルー６とランナー７に充填された発泡性溶融樹脂が先に発泡してしまい、溶融樹脂塊８のガス充填中空部１１内の二酸化炭素ガスを開放できないためと考えられる。
比較例２
条件を以下のように変更した他は実施例２と同様に行なった。溶融樹脂排出用キャビティ３の長さを７０ｍｍとし、容積２８ＣＣに設定し、かつ溶融樹脂による金型キャビティ充填率を９８％とした。樹脂を充填、加圧ガスを注入開始後、開閉弁４を開き、ガス圧により溶融樹脂排出用キャビティ３に溶融樹脂塊の一部を排出し、中空率約３０％の中空体を形成した。この際、溶融樹脂排出用キャビティ３はガス圧に押された樹脂によって密に充填されていた。次いで中空部１１を形成した二酸化炭素ガスを射出ノズル１２に内蔵した加圧ガスノズル１３から開放した。スプルー６とランナー７に充填された溶融樹脂は発泡していたが、成形品内は発泡しておらず、かつ金型１を開く際成形品が破裂した。これはスプルー６とランナー７の部分の溶融樹脂が先に発泡してしまい、溶融樹脂塊８のガス充填中空部１１内の二酸化炭素ガスを開放できないためと考えられる。
比較例３
条件を以下のように変更した他は比較例２と同様に行なった。中空部１１を形成する加圧ガスを金型キャビティ２に設けたガス注入口１８から直接注入した。また同じガス注入口１８から中空部１１のガスを開放した。ガス注入口１８近傍が発泡し、成形品内は発泡しておらず、かつ金型１を開く際成形品が破裂し、比較例２と同様の結果であった。
実施例１０
金型キャビティ２を加圧する加圧ガスに窒素ガスを用いた他は実施例３と同様にして行なった。得られた成形品の表面は、発泡模様はないものの表面粗さは５〜８μｍでシボ形状を充分に転写しておらず、金型キャビティ内壁面形状の転写性においては実施例３の方が優れるものであった。
発泡性溶融樹脂中の窒素ガス量は３重量％であった。成形品の発泡倍率は２．６倍、表皮層の厚さは１．５ｍｍであった。
比較例４
溶融樹脂排出用キャビティ３を使用せず、射出後の冷却時間６０秒後に金型１を開き成形品を取り出した他は実施例３と同様にして行なった。金型から取り出した成形品は、溶融樹脂中に溶解したガス状発泡剤の発泡力により大きく膨らみ、変形した。またこの変形を防止するためには冷却時間が１２０秒以上必要であった。
比較例５
金型キャビティ２を加圧ガスで加圧せず、かつ溶融樹脂による金型キャビティ充填率を８０％とした他は比較例４と同様にして行なった。発泡倍率が１．２倍の成形品が得られるものの、成形品表面に発泡模様ができ外観が悪くなった。
比較例６
成形品外観を改善するため、溶融樹脂の射出前に金型キャビティ２を７ＭＰａの二酸化炭素ガスで加圧した他は比較例５と同様にして行なった。得られた成形品は、金型キャビティ２内のゲート側からキャビティ容積約８０％に対応するところまでは発泡模様がないものの、そこから流動末端対応部分に向けて発泡模様ができ外観が悪かった。
産業上の利用可能性
本発明の発泡射出成形方法によれば、金型キャビティ内壁面形状の転写性が良好で、無発泡の表皮層と高発泡の発泡層を有する成形品を再現性良く、効率的、経済的に製造することができるだけでなく、成形品の表皮層の厚さおよび成形品の発泡倍率を容易に制御することができる。本発明の発泡射出成形方法によれば、弱電機器、電子機器などのハウジング、各種自動車部品、各種日用品などの種々の優れた熱可塑性樹脂発泡射出成形品を安価に提供することができる。また、本発明の発泡射出成形方法は、通常の熱可塑性樹脂だけでなく、熱安定性が低い難燃剤を含む、高い樹脂温度で成形することが困難な樹脂組成物や、流動性が低く従来の方法では射出成形が困難な樹脂にも有利に適用できる。
【図面の簡単な説明】
図１（ａ）〜図１（ｃ）は、本発明の第１の方法の１つの態様を示す概略図である。
図１（ａ）は、発泡性溶融樹脂を射出充填する前の金型内部の状態を示す概略断面図である。
図１（ｂ）は、溶融樹脂を射出充填完了した時の金型内部の状態を示す概略断面図である。
図１（ｃ）は、溶融樹脂排出手段（開閉弁４）を開き、金型キャビティ内の溶融樹脂塊の一部を溶融樹脂排出用キャビティに排出して、発泡させた時の金型内部の状態を示す断面図である。
図２（ａ）〜図２（ｃ）は、本発明の第２の方法の１つの態様を示す概略図である。
図２（ａ）は、発泡性溶融樹脂を射出充填中の金型内部の状態を示す概略断面図である。
図２（ｂ）は、溶融樹脂を射出充填完了後、加圧ガスを注入して溶融樹脂塊にガス充填中空部を形成した時の金型内部の状態を示す概略断面図である。
図２（ｃ）は、溶融樹脂排出手段（開閉弁４）を開き、溶融樹脂塊の一部およびガス充填中空部内の加圧ガスを溶融樹脂排出用キャビティに排出して、発泡させた時の金型内部の状態を示す概略断面図である。
図３（ａ）〜図３（ｄ）は、実施例６で用いた本発明の方法を示す概略図である。
図３（ａ）は、発泡性溶融樹脂を射出充填する前の金型内部の状態を示す概略断面図である。
図３（ｂ）は、溶融樹脂を射出充填完了した時の金型内部の状態を示す概略断面図である。
図３（ｃ）は、溶融樹脂を射出充填完了後、加圧ガスを注入して溶融樹脂塊にガス充填中空部を形成した時の金型内部の状態を示す概略断面図である。
図３（ｄ）は、溶融樹脂排出手段（開閉弁４）を開き、溶融樹脂塊の一部およびガス充填中空部内の加圧ガスを溶融樹脂排出用キャビティに排出して、発泡させた時の金型内部の状態を示す概略断面図である。
図４は、本発明の方法に用いることのできる４ヶ取り金型の１例の可動半型の概略正面図を示す。
図５は、実施例および比較例で用いた射出成形装置の概略図である。
符号の説明
１　　　　金型
１ａ　　　固定半型
１ｂ　　　可動半型
２　　　　金型キャビティ
３　　　　溶融樹脂排出用キャビティ
４　　　　溶融樹脂排出手段（開閉弁）
５　　　　連絡通路
６　　　　スプルー
７　　　　ランナー
８　　　　発泡性溶融樹脂
９　　　　発泡樹脂塊（発泡層）
１０　　　表皮層
１１　　　ガス充填中空部
１２　　　射出ノズル
１３　　　加圧ガスノズル
１４　　　カウンターガス供給孔（通気口）
１５ａ〜１５ｃ　Ｏ−リング
１６　　　カウンターガス供給三方弁
１７　　　カウンターガス大気開放口に通じるライン
１８　　　ガス注入口
１９　　　ガス供給制御装置
２０　　　射出シリンダ
２１　　　発泡性溶融樹脂中へのガス供給ライン
２２　　　金型へのカウンターガス供給ライン
２３　　　射出成形機
２４　　　二酸化炭素ガス源もしくは窒素ガス源
図１（ａ）〜図５において、類似の部材や部分は類似の参照番号で示されている。

Claims (16)

1. 熱可塑性樹脂の発泡射出成形方法であって、
   （１）固定半型及びそれと組み合わさった可動半型からなり、該固定半型の内壁面と該可動半型の内壁面によって規定される金型キャビティを有する金型を提供し、
   該金型キャビティは内壁面を有し、また、樹脂入口に通じており、
   該金型キャビティの該内壁面は溶融樹脂排出手段を有しており、
   （２）発泡性の熱可塑性樹脂を溶融状態で所定の射出温度圧力条件下に上記樹脂入口を通じて該金型キャビティに射出し、該発泡性溶融樹脂の量は、該所定の射出温度圧力条件下で測定して該金型キャビティの容積と同じ体積を有する該発泡性溶融樹脂の重量の９５〜１１０％の範囲であり、
   これによって該金型キャビティ内に発泡性溶融樹脂塊を形成し、
   （３）該金型キャビティ内の該発泡性溶融樹脂塊に圧力をかけて該発泡性溶融樹脂塊の表面を該金型キャビティの該内壁面に押し付けることにより、該発泡性溶融樹脂塊の表面部分を固化させて、該発泡性溶融樹脂塊の表皮層を形成し、そして
   （４）該発泡性溶融樹脂塊の一部を該発泡性溶融樹脂塊自体が有する発泡圧力により該溶融樹脂排出手段を通じて該金型キャビティの外側に排出して該発泡性溶融樹脂塊への圧力を低下させ、それによって、該金型キャビティ内の該発泡性溶融樹脂塊を発泡させて、実質的に無発泡の該表皮層を有する発泡樹脂塊を形成する、
   ことを特徴とする発泡射出成形方法。
2. 工程（３）での該発泡性溶融樹脂塊への加圧を、追加の発泡性溶融樹脂を該金型キャビティに射出して該発泡性溶融樹脂塊に所定の樹脂保圧をかけることによって行なうことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 工程（２）の前で工程（１）の後に、該金型キャビティに加圧ガスを導入して、該金型キャビティの圧力を、工程（２）で射出された該発泡性溶融樹脂がそのフローフロントで発泡を起こさない圧力とすることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. 工程（２）の前で工程（１）の後に該金型キャビティに導入する該加圧ガスが二酸化炭素ガスであることを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 該金型キャビティの該溶融樹脂排出手段が開閉弁であり、該金型が、該開閉弁を介して該金型キャビティに通じる溶融樹脂排出用キャビティを有しており、該溶融樹脂排出用キャビティの容積が、工程（４）で該開閉弁を通じて該金型キャビティの外側に排出される該発泡性溶融樹脂塊の該一部の体積より大きいことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
6. 該溶融樹脂排出用キャビティが該金型の外側に通じる通気口を有することを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 該発泡性溶融樹脂が、溶融樹脂とそれに溶解した少なくとも１種のガス状発泡剤からなり、該少なくとも１種のガス状発泡剤が二酸化炭素ガスと窒素ガスからなる群から選ばれることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
8. 該発泡性溶融樹脂の該発泡剤の含有量が０．０５〜１０重量％であることを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 熱可塑性樹脂の発泡射出成形方法であって、
   （１）固定半型及びそれと組み合わさった可動半型からなり、該固定半型の内壁面と該可動半型の内壁面によって規定される金型キャビティを有する金型を提供し、
   該金型キャビティは内壁面を有し、また、樹脂入口及び所望によりガス入口に通じており、
   該金型キャビティの該内壁面は溶融樹脂排出手段を有しており、
   （２）発泡性の熱可塑性樹脂を溶融状態で所定の射出温度圧力条件下に上記樹脂入口を通じて該金型キャビティに射出し、該発泡性溶融樹脂の量は、該所定の射出温度圧力条件下で測定して該金型キャビティの容積と同じ体積を有する該発泡性溶融樹脂の重量の５５〜１１０％の範囲であり、
   これによって該金型キャビティ内に発泡性溶融樹脂塊を形成し、
   （３）上記樹脂入口または上記ガス入口を通じて該金型キャビティ内の該発泡性溶融樹脂塊に加圧ガスを注入して該発泡性溶融樹脂塊にガス充填中空部を形成し、それによって該発泡性溶融樹脂塊に圧力をかけて該発泡性溶融樹脂塊の外表面を該金型キャビティの該内壁面に押し付けることにより、該発泡性溶融樹脂塊の外表面部分を固化させて、該発泡性溶融樹脂塊の表皮層を形成し、
   工程（３）は、工程（２）の間、工程（２）の完了後、または工程（２）の間と完了後に行ない、そして
   （４）該発泡性溶融樹脂塊の一部と該ガス充填中空部内の加圧ガスの少なくとも一部を、該発泡性溶融樹脂塊自体が有する発泡圧力と該ガス充填中空部内の加圧ガスの圧力によって、該溶融樹脂排出手段を通じて該金型キャビティの外側に排出して該発泡性溶融樹脂塊への圧力を低下させ、それによって、該金型キャビティ内の該発泡性溶融樹脂塊を発泡させて、実質的に無発泡の該表皮層を有する発泡樹脂塊を形成する、
   ことを特徴とする発泡射出成形方法。
10. 工程（３）で用いる該加圧ガスが二酸化炭素ガスであることを特徴とする請求項９に記載の方法。
11. 工程（２）の前で工程（１）の後に、該金型キャビティに加圧ガスを導入して、該金型キャビティの圧力を、工程（２）で射出された該発泡性溶融樹脂がそのフローフロントで発泡を起こさない圧力とすることを特徴とする請求項９または１０に記載の方法。
12. 工程（２）の前で工程（１）の後に該金型キャビティに導入する該加圧ガスが二酸化炭素ガスであることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
13. 該金型キャビティの該溶融樹脂排出手段が開閉弁であり、該金型が、該開閉弁を介して該金型キャビティに通じる溶融樹脂排出用キャビティを有しており、該溶融樹脂排出用キャビティの容積が、工程（４）で該開閉弁を通じて該金型キャビティの外側に排出される該発泡性溶融樹脂塊の該一部の体積より大きいことを特徴とする請求項９〜１２のいずれかに記載の方法。
14. 該溶融樹脂排出用キャビティが該金型の外側に通じる通気口を有することを特徴とする請求項１３に記載の方法。
15. 該発泡性溶融樹脂が、溶融樹脂とそれに溶解した少なくとも１種のガス状発泡剤からなり、該少なくとも１種のガス状発泡剤が二酸化炭素ガスと窒素ガスからなる群から選ばれることを特徴とする請求項９〜１４のいずれかに記載の方法。
16. 該発泡性溶融樹脂の該発泡剤の含有量が０．０５〜１０重量％であることを特徴とする請求項１５に記載の方法。

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