JP2003305757A - 熱可塑性樹脂発泡体の製造装置におけるガスシール機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 射出成形機のシリンダーにおいて発泡剤ガス
のシールを確実なものとする。 【解決手段】 熱可塑性樹脂成形品の射出成形装置A
は、射出成形機1 のシリンダー3 内にて回転するスクリ
ュー4 によって溶融状態になった樹脂に発泡剤ガスを供
給し含浸させ、ガス含浸溶融樹脂を計量し、計量樹脂を
金型キャビティー内へ射出して発泡成形品を得る。スク
リュー74 は、上流から下流に、樹脂溶融部分、ガスシ
ール部分およびガス含浸部分より構成されている。ガス
シール部分は、溶融樹脂貯留ゾーンとその上流側の流動
抵抗増加ゾーンとより構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、射出成形機のシリ
ンダー内にて回転するスクリューによって溶融状態にな
った樹脂に発泡剤として物理発泡剤を供給し含浸させ、
ガス含浸溶融樹脂を計量し、計量樹脂を金型キャビティ
ー内へ射出し発泡させて発泡成形品を得る熱可塑性樹脂
発泡体の射出成形装置に関し、より詳しくは、そのガス
シール機構に関する。

【０００２】本明細書全体を通して、上流下流関係につ
いては、溶融樹脂がシリンダー内をスクリューによって
金型方向へ送られる方向を基準に、樹脂移送方向すなわ
ち図１における左方向を下流方向とし、その逆方向を上
流方向とする。

【０００３】

【従来の技術】上記のような熱可塑性樹脂発泡体の射出
成形において、発泡剤として二酸化炭素、窒素、ブタ
ン、ペンタン、フロン等の物理発泡剤を用いた物理発泡
では、射出成形機のシリンダーにおけるガスシールを確
実なものとする必要がある。

【０００４】従来、この課題を解決するために、スクリ
ューの長さ所要位置に発泡剤ガス含浸溶融樹脂の逆流を
阻止するチェックリングが設けられていた（特公昭５４
−３８１４６号、特開平１１−３４１３０号公報参
照）。

【０００５】しかし、このような逆流阻止機構は、製作
上の理由から、逆流防止構造を設けるにはスクリューを
切り接ぎする必要があるために、スクリュー径が小さい
場合には強度を確保することができない。また、逆流防
止構造は滞留部分が生じやすいので、ポリ塩化ビニル樹
脂のように熱安定性の悪い樹脂成形には不向きである。

【０００６】特願２００１−２４１０５２号には、スク
リューの可塑化部とその下流側の撹拌部との間に逆フラ
イト部分を設けて、ここでの樹脂送り速度を可塑化部で
の樹脂送り速度より低くして可塑化部での樹脂圧力を高
め、これにより上流へのガスリークを防ぐ構造が提案さ
れている。

【０００７】しかしこの構造ではスクリューの回転を止
めた後、ガスシール性は急激に落ちる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記のよう
な実状に鑑み、射出成形機のシリンダーにおける発泡剤
ガスのシールを確実なものとすることができる熱可塑性
樹脂発泡体の製造装置におけるガスシール機構を提供す
ることを課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
射出成形機のシリンダー内にて回転するスクリューによ
って溶融状態になった樹脂に発泡剤ガスを供給し含浸さ
せ、ガス含浸溶融樹脂を計量し、計量樹脂を金型キャビ
ティー内へ射出して発泡成形品を得る熱可塑性樹脂成形
品の射出成形装置において、スクリューが、上流から下
流に、樹脂溶融部分、ガスシール部分およびガス含浸部
分より構成され、ガスシール部分は、溶融樹脂貯留ゾー
ンとその上流側の流動抵抗増加ゾーンとより構成されて
いることを特徴とする熱可塑性樹脂発泡体の製造装置に
おけるガスシール機構である。

【００１０】請求項２記載の発明は、溶融樹脂貯留ゾー
ンでシリンダー内面とスクリュー軸外面の間の隙間が他
の部分より大きく（好ましくは１０〜２０ｍｍで、１０
ｍｍ以下ではシールに十分な樹脂が確保できず、２０ｍ
ｍ以上では樹脂の滞留が生じてしまい一部の樹脂が排出
されず劣化し製品に異物（劣化樹脂）が混入し不良が発
生することになる。さらに好ましくは１５〜１８ｍｍ
で、この範囲であればより幅広い粘度の樹脂への対応が
可能になる）なされ、流動抵抗増加ゾーンではシリンダ
ー内面とスクリュー軸外面の間の隙間が他の部分より小
さく（好ましくは０．１〜５ｍｍで、０．１ｍｍ以下で
は流動抵抗が大きすぎて可塑化能力が著しく低下し、５
ｍｍ以上ではシールに十分な流動抵抗が発生しない。さ
らに好ましくは０．５〜１．５ｍｍで、この範囲であれ
ばより幅広い粘度の樹脂への対応が可能になる）なされ
ていることを特徴とする請求項１のガスシール構造であ
る。

【００１１】このとき流動抵抗増加ゾーンの軸方向の長
さは、樹脂の粘度により最適化するが、０．０２Ｄ〜
０．２Ｄ（Ｄはスクリューの外径）が好ましい。この長
さは０．０２Ｄよりも小さいとシールに十分な流動抵抗
が発生せず、０．２Ｄよりも大きいと動抵抗が大きすぎ
て可塑化能力が著しく低下する。

【００１２】請求項３記載の発明は、発泡剤ガスを、ス
クリューの上流部に設けられたガス導入口から導入し、
同導入口に連通しかつスクリュー内部に長さ方向に貫通
状に設けられたガス供給路を経て、同供給路下流に連通
しかつスクリューのガス含浸部分に開口したガス注入口
からシリンダー内に注入するガス注入装置を備えている
ことを特徴とする請求項１または２記載のガスシール機
構である。

【００１３】本発明方法が適用される熱可塑性樹脂は特
に限定されないが、たとえば、ポリプロピレン、ポリエ
チレン等のポリオレフィン、またはＰＥＴ、ＡＢＳ、Ｐ
Ｃ、ＰＳ、ＰＢＴ等である。溶融粘度が高いため溶融成
形が困難な樹脂、熱分解し易い樹脂、低沸点の添加剤も
しくは熱分解し易い添加剤を含有する難成形樹脂なども
使用できる。

【００１４】溶融粘度が高いため溶融成形が困難な樹脂
としては、例えば、超高分子量ポリエチレン、超高重合
度ポリ塩化ビニル、ポリテトラフルオロエチレン、ポリ
イミドなどのエンジニアリングプラスチック用の樹脂が
挙げられる。

【００１５】熱分解し易い樹脂としては、ポリ乳酸、ポ
リヒドロキシブチレート等の生分解性樹脂や、ポリ塩化
ビニル、高塩素化度ポリ塩化ビニル、ポリアクリロニト
リルなどが挙げられる。

【００１６】本発明で用いられる発泡剤ガスは、樹脂と
反応せず、かつ樹脂を劣化させるなどの悪影響を樹脂に
及ぼさないものであれば特に限定されないが、たとえ
ば、二酸化炭素、窒素、アルゴン、ネオン、ヘリウム、
酸素等の無機系ガス、フロン、低分子量の炭化水素など
の有機系ガスが挙げられる。

【００１７】これらのうち、環境に与える悪影響が低
く、そしてガスの回収が必要でない点で無機ガスが好ま
しく、難成形樹脂に対する溶解度が高く、樹脂の溶融効
果が大きく、そして直接大気中に放出してもほとんど害
がないという観点から、二酸化炭素がより好ましい。な
お、非反応性ガスは、単独で用いても良く、あるいは２
種類以上のガスを併用してもよい。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図によ
り具体的に説明する。

【００１９】実施例１ 射出成形装置(A) は、図１に示すように、射出成形機
(1) と、これにガスを送るガス供給装置(2) とからな
る。射出成形機(1) は、シリンダー(3) と、その内部に
配されたスクリュー(4) と、シリンダー(3) の下流に連
設された金型(10)と、シリンダー(3) の上流上部に立設
された原料ホッパー(21)とから主に構成されている。

【００２０】スクリュー(4) は、図２に示すように、上
流から下流に、樹脂溶融部分、ガスシール部分およびガ
ス含浸部分から構成される。

【００２１】ガスシール部分は、スクリュー軸径を小さ
くしフライトを備えないようにすることにより、比較的
多くの溶融樹脂が充満する溶融樹脂貯留ゾーンと、その
上流側に設けられた、スクリュー径を大きくすることに
より流動部分の断面を小さくした流動抵抗増加ゾーンと
より構成される。

【００２２】ガスシール部分は、溶融樹脂貯留ゾーンと
その上流側の流動抵抗増加ゾーンとより構成され、且
つ、フライトを備えない。

【００２３】図３に示すように、溶融樹脂貯留ゾーンは
円柱状であって、ここではシリンダー内面とスクリュー
軸外面の間の隙間が他の部分より大きくなされている
（シリンダー内径５０ｍｍ、隙間２０ｍｍ）。またフラ
イトがないために、ここではスクリュー回転中に上流よ
り送られて来る溶融樹脂は空間を満たしながら下流のガ
ス含浸部分へ送られる。流動抵抗増加ゾーンは厚肉円板
状であって、ここではシリンダー内面とスクリュー軸外
面の間の隙間が他の部分より小さなされている（シリン
ダー内径５０ｍｍ、隙間０．５ｍｍ）。回転停止後はガ
スシール部分において、溶融樹脂貯留ゾーンでの貯留樹
脂(R) と流動抵抗増加ゾーンでの流動抵抗とにより、ガ
スシールが実現される。

【００２４】なお、図４は、ガスシール部分が存在せ
ず、スクリュー(4) が上流の樹脂溶融部分とこれの下流
端に直接連なるガス含浸部分とから構成された構造を示
すものである。この構造では、ガスシール部分による上
記のようなシール効果が発現されず、ガスは樹脂溶融部
分を経てホッパー側へリークする。

【００２５】ガス含浸部分では、スクリューの軸径を小
さくするかまたはスクリューのフライトチッピを大きく
することにより、フライトとシリンダーとスクリューの
軸に囲まれる空間が増大され（実施例では後述のように
スクリューの軸径が小さくされる）、結果として樹脂圧
が落とされる。また、ガス含浸部分では、フライトを設
けている為に溶融樹脂が完全に充満されなくても下流に
送ることができるので溶融樹脂の未充満部分ができ、発
泡剤であるガスを安定的に供給することができる。そし
て、再び、コーン部を経てスクリューの軸径が大きくさ
れるかまたはスクリュー(4) のフライトピッチが小さく
され、フライト(22)とシリンダー(3) とスクリュー(4)
の軸に囲まれる空間はガスシール部分より減少され、そ
の結果、樹脂圧力は下流方向に上昇する。ガスはスクリ
ューとの剪断と圧力上昇により溶融樹脂に溶け込む。

【００２６】樹脂溶融部分は、上流から下流に、粉体輸
送ゾーン、圧縮溶融ゾーンおよび溶融樹脂輸送ゾーンか
らなる。

【００２７】スクリュー(4) の上流部は、図１に示すよ
うに、計量装置を備えたスクリュー駆動装置(13)に連結
され、スクリュー(4) の内部に長さ方向に貫通状にガス
供給路(7) が設けられている。ガス供給路(7) の下流に
あるガス注入口(6) は、スクリュー(4) のガス含浸部分
において、最小軸径部から下流方向に径大化するコーン
部にてその周面に開口している。ガス注入口(6) の開口
位置はガス含浸部分であればどこでもよいが、樹脂の未
充満部であることが好ましい。

【００２８】スクリュー(4) の上流部には、ガス供給装
置(2) から二酸化炭素をガス供給路(7) へ導入するガス
導入口(11)が設けられている。ガス供給装置(2) は温調
機(18)を備えた二酸化炭素ガスボンベ(19)と、圧力調整
弁(14)、流量計(15)および電磁弁(16)を有するガス導入
管(9) と、流量計(15)および電磁弁(16)を制御する制御
装置(17)とからなる。図２に示すように、ガス導入管
(9) の下流端はガス導入口(11)を覆うシールボックス(1
2)に接続され、シールボックス(12)内の密閉空間はガス
導入口(11)に連通している。ガス導入管(9) から来るガ
スはシールボックス(12)内の密閉空間からガス導入口(1
1)を経てガス供給路(7) に入り次いでガス注入口(6) か
らシリンダー(3) 内へ注入される。

【００２９】ガス含浸部分の下流部および樹脂溶融部分
の下流部には、スクリュー軸径より大径のチェックリン
グ(5) が設けられ、金型への樹脂充填時にシリンダー先
端に留められた溶融樹脂(R) が後方へ逆流するのを防い
でいる。

【００３０】ガス供給路(7) の下流近くには、ガス注入
口(6) から溶融樹脂(R) が入り込むのを防ぐ逆流防止弁
(8) が設けられている。

【００３１】図５において、スクリュー(4) の溶融樹脂
貯留ゾーンでシリンダー内面（シリンダー内径＝５０ｍ
ｍ）とスクリュー軸外面の間の隙間を他の部分（すなわ
ちガス含浸部分および樹脂溶融部分）より大きくした
（１６ｍｍ）。また、流動抵抗増加ゾーンではシリンダ
ー内面とスクリュー軸外面の間の隙間を他の部分（すな
わちガス含浸部分および樹脂溶融部分）より小さくした
（０．５ｍｍ）。

【００３２】この構造の射出成形機において、スクリュ
ー回転中の上流へのガスリーク、および、回転停止後の
ガスリークまでの時間を測定した。スクリューの各部位
における樹脂圧力とガス圧力を模式的にそれぞれを図５
中に併記した。

【００３３】図５に示されるように、スクリュー回転中
にガス注入口(6) の上流側部分（すなわち流動抵抗増加
ゾーンの上流端部分）で樹脂圧力が高まり、ここで上流
へのガスリークが防止された。

【００３４】この構造ではスクリューの回転を止めた後
も、図６に示すように、流動抵抗増加ゾーンでの溶融樹
脂(R) の流動抵抗により圧力低下が遅い上に小さく、樹
脂の上流または下流への流速も遅い。さらに溶融樹脂貯
留ゾーンに樹脂が貯留しているので、上流へのガスの進
行が抑制された。なお、理想的な流体（ニュートン流
体）では圧力差、隙間の幅（実施例ではシリンダー内面
の周長に対応すると考えてよい）が同じである場合、上
流または下流へ流れる樹脂の流速は隙間の高さ（シリン
ダー内面とスクリュー軸面の間の距離）の３乗に反比例
し減少し、流動距離（流動抵抗増加ゾーンの軸方向の長
さ）の１乗に反比例して減少する。こうして、貯留樹脂
と流動抵抗により上流へのガスリークが抑制され、回転
停止後３０分たってもガスリークは生じなかった。

【００３５】熱可塑性樹脂として日本ポリケム社製ポリ
プロピレンのペレット（グレード：ノバテックＰＰ Ｍ
Ａ２）を用い、これをホッパー(21)からシリンダー(3)
内へ供給した。ボンベ温調機(18)および圧力調整弁(14)
で二酸化炭素ガスの温度および圧力を調整し、ガス注入
口(6) での二酸化炭素ガス圧力を６ＭＰａに制御した。

【００３６】成形条件を以下に示す値に設定した。

【００３７】計量値：１００ｍｍ スクリュー回転数：６０ｒｐｍ １段目背圧：７ＭＰａ

【００３８】実施例２ 図７に示すように、流動抵抗増加ゾーンの外周面に円周
方向に並行な２本の溝(24)を形成した。その他の点は実
施例１と同じである。

【００３９】この構造ではスクリューの回転を止めた後
も、貯留樹脂と流動抵抗により上流へのガスの進行が抑
制され、ガスリークがなかった。

【００４０】比較例１ スクリュー(4) の樹脂溶融部分とその下流側のガス含浸
部分との間に、図８、図９に示すように、逆フライト部
分を設けた。(23)は逆フライトである。この構造の射出
成形機において、スクリュー回転中の上流へのガスリー
ク、および、回転停止後のガスリークまでの時間を測定
した。スクリューの各部位における樹脂圧力とガス圧力
を模式的にそれぞれを図８中に併記した。

【００４１】スクリュー回転中にガス注入口(6) の上流
側部分（すなわち逆フライト部分）で樹脂圧力が急激に
高まり、ここで上流へのガスリークが防止された。

【００４２】この構造では、図９に示すように、溶融樹
脂の流動抵抗が小さいため樹脂が上流方向へ流れ、スク
リューの回転を止めた後即座に、ガス注入口(6) の上流
側の樹脂圧力が下がる。そのためガスは樹脂溶融部分を
経て上流方向へ進行し、回転停止後３分でガスリークが
生じた。

【００４３】

【発明の効果】本発明のシール機構により、射出成形機
のシリンダーにおける発泡剤ガスを確実にシールするこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は実施例１で用いた射出成形装置を示す
概略的な垂直縦断面図である。

【図２】 図２は実施例１で用いた射出成形装置のスク
リューを示す概略的な垂直縦断面図である。

【図３】 図３は実施例１で用いた射出成形装置のガス
シール機構を示す概略的な切欠側面図である。

【図４】 図４はガスシール部分がない場合を示す概略
的な切欠側面図である。

【図５】 図５は実施例１で用いた射出成形装置のスク
リュー回転中のガスシール機構を示す概略的な切欠側面
図である。

【図６】 図６は実施例１で用いた射出成形装置のスク
リュー回転停止後のガスシール機構を示す概略的な切欠
側面図である。

【図７】 図７は実施例２で用いた射出成形装置のスク
リュー回転停止後のガスシール機構を示す概略的な切欠
側面図である。

【図８】 図８は比較例１で用いた射出成形装置のスク
リュー回転中のガスシール機構を示す概略的な切欠側面
図である。

【図９】 図９は比較例１で用いた射出成形装置のスク
リュー回転停止後のガスシール機構を示す概略的な切欠
側面図である。

【符号の説明】

(A) ：射出成形装置 (1) ：射出成形機 (2) ：ガス供給装置 (3) ：シリンダー (4) ：スクリュー (6) ：ガス注入口 (7) ：ガス供給路 (10)：金型 (11)：ガス導入口 (21)：ホッパー (22)：フライト

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 射出成形機のシリンダー内にて回転する
   スクリューによって溶融状態になった樹脂に発泡剤ガス
   を供給し含浸させ、ガス含浸溶融樹脂を計量し、計量樹
   脂を金型キャビティー内へ射出して発泡成形品を得る熱
   可塑性樹脂成形品の射出成形装置において、 スクリューが、上流から下流に、樹脂溶融部分、ガスシ
   ール部分およびガス含浸部分より構成され、 ガスシール部分は、溶融樹脂貯留ゾーンとその上流側の
   流動抵抗増加ゾーンとより構成されていることを特徴と
   する熱可塑性樹脂発泡体の製造装置におけるガスシール
   機構。
2. 【請求項２】 溶融樹脂貯留ゾーンでシリンダー内面と
   スクリュー軸外面の間の隙間が他の部分より大きくなさ
   れ、流動抵抗増加ゾーンではシリンダー内面とスクリュ
   ー軸外面の間の隙間が他の部分より小さくなされている
   ことを特徴とする請求項１記載のガスシール機構。
3. 【請求項３】 発泡剤ガスを、スクリューの上流部に設
   けられたガス導入口から導入し、同導入口に連通しかつ
   スクリュー内部に長さ方向に貫通状に設けられたガス供
   給路を経て、同供給路下流に連通しかつスクリューのガ
   ス含浸部分に開口したガス注入口からシリンダー内に注
   入するガス注入装置を備えることを特徴とする請求項１
   または２記載のガスシール機構。