JP2008068606A - 合成樹脂成形品の成形方法及び成形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】成形のサイクルを短く維持したまま、成形品の表面品質を高めることができ、発泡成形品の発泡セルの大きさを成形品全体に亙って均一化し、物理的特性を成形品の全体に亙って安定化することのできる合成樹脂成形品を成形する成形方法及び成形装置を提供することである。
【解決手段】成形型８のキャビティ面に沿って射出口４０と反対側へ流れるガス流層４２を形成した状態で、キャビティ４１内に発泡剤１６を含有する溶融合成樹脂を射出し、その後そのガスを外部へ排出し、次にキャビティ４１内の合成樹脂の表層部をキャビティ面に接触させて成形型により冷却する。成形装置１は、上記成形方法を達成するためにガス流層成形装置５とガス吸引装置６とを備えた。
【選択図】図３

Description

本発明は、溶融合成樹脂又は発泡剤を含有する溶融合成樹脂を成形型のキャビティ内に射出して合成樹脂成形品を成形する成形方法及び成形装置に関するものである。

従来、合成樹脂の成形方法においては、溶融合成樹脂を成形金型のキャビティ内に射出する際に、一般的には金型は冷却されていて、キャビティ内に射出充填された溶融合成樹脂は成形金型により急激に冷却固化される。そのため、この成形方法では、金型への転写が不十分であったり、成形品の表面にウェルドラインが発生し、外観不良な成形品が成形されるという問題があった。そこで、これらの外観不良を防止するための対策として、金型表面の温度を高温状態にするなどの方法が提案され実用に供されている。

例えば、特許文献１の導電性熱可塑性樹脂の射出圧縮成形方法おいては、金型のキャビティ面に薄い断熱層を設け、溶融合成樹脂の充填前に金型を加熱状態とし、充填の際には、その断熱層により金型のキャビティ面が高温状態に保持され、射出された溶融合成樹脂の表層部が金型のキャビティ面に接触しながら流動し、充填完了後金型が冷却され、その金型により溶融合成樹脂が冷却され固化して合成樹脂成形品が成形される。

また、特許文献２の発泡樹脂成形品の成形方法においては、溶融合成樹脂の射出時に金型表面の温度を合成樹脂の熱変形温度以上に保持し、金型のキャビティ内に射出された溶融合成樹脂の表層部がキャビティ面に接触しながら流動し、充填完了と同時に金型が冷却媒体により急激に冷却され、その金型により溶融合成樹脂が冷却され固化して合成樹脂成形品が成形される。

ここで、特許文献１及び２の成形方法においては、発泡剤を含有した溶融合成樹脂を射出して発泡合成樹脂成形品が成形される。発泡合成樹脂成形品の成形方法は、射出用シリンダ内で、合成樹脂を溶融すると共に、物理発泡剤として超臨界状態の窒素や二酸化炭素等の流体（Super Critical Fluid ：ＳＣＦ）を注入し、このＳＣＦを混合させた溶融合成樹脂を成形金型のキャビティ内に射出して圧力開放により微細に発泡させて、発泡合成樹脂成形品を成形する。合成樹脂を発泡させその発泡圧により合成樹脂の収縮が抑制され、成形品表面に発生するヒケを防止することができる。
特開２００５−２９７４８６号公報 特開２００５−７５８９号公報

特許文献１の成形方法は、金型のキャビティ面に断熱層を設け、発泡剤を含有した溶融合成樹脂を射出して合成樹脂成形品を成形するので、ヒケの発生やウェルドラインの発生を防止することができる。しかし、この成形方法では、高温状態の金型に射出された溶融合成樹脂を冷却して固化するまでに時間がかかるので、成形のサイクルタイムが長くなる。また、高温状態の金型を冷却するまでの間に合成樹脂の内層部の発泡セルが肥大化しやすいため、微細発泡の発泡成形品を成形するのが難しい。

特許文献２の成形方法では、キャビティ内への合成樹脂の充填が完了後に冷却媒体により金型が冷却されるので、キャビティ面の近傍位置で発泡した発泡セルの表面部の破泡が防止される。しかし、厳密には、溶融合成樹脂の発泡は、キャビティ内への充填が完了するまでの流動過程で既に開始されているので、発泡する前に金型を冷却状態に切替える冷却開始タイミングを適切に設定することは難しい。また、合成樹脂の熱変形温度以上に保持された金型に溶融合成樹脂を射出充填して冷却固化するまでに時間がかかるので、成形のサイクルタイムが長くなる。

従来の一般的な発泡合成樹脂成形方法では、図９に示すように、金型は常時冷却されているため、金型のキャビティ面１００に溶融合成樹脂１０１が接触すると合成樹脂の流動性が低下し、合成樹脂の表層部にキャビティ面１００から接触抵抗が作用し、流動末端部分に向かう合成樹脂の流れの中心部からキャビティ面１００に吹き出すように流れる（ファウンテンフロー状態）ので、合成樹脂の流れの先端側に発生した大きな発泡セル１０２がキャビティ面１００の方へ流動して、成形品の表層部に多くの発泡セル１０２が発生し、成形品の表面品質が悪化し、成形品の表層部と内層部とで発泡セルの大きさにバラツキが生じるため、成形品の物理的特性を成形品の全体に亙って安定化させることができないという問題がある。

本発明の目的は、成形のサイクルを短く維持したまま、成形品の表面品質を高めることができ、発泡成形品の発泡セルの大きさを成形品全体に亙って均一化し、物理的特性を成形品の全体に亙って安定化することのできる合成樹脂成形品を成形する成形方法及び成形装置を提供することである。

請求項１の合成樹脂成形品の成形方法は、成形型内に溶融合成樹脂を射出して合成樹脂成形品を成形する成形方法において、成形型のキャビティ面に沿って射出口と反対側へ流れるガス流層を形成した状態で、キャビティ内に溶融合成樹脂を射出する第１工程と、次に、キャビティ内のガスを外部へ排出する第２工程と、次に、キャビティ内に充填された合成樹脂の表層部をキャビティ面に接触させて成形型により冷却する第３工程とを備えたものである。

第１工程において、ガス流層がキャビティ面に沿って成形型のキャビティ内の溶融合成樹脂の射出口と反対側へ流れるように形成され、そのガス流層を形成した状態で溶融合成樹脂が射出される。このとき、ガス流層により溶融合成樹脂がキャビティ面に接触しにくくなり、キャビティ面で冷却されないため溶融合成樹脂の流動性も維持され、キャビティ面から合成樹脂に摩擦抵抗が作用しにくくなり、ファウンテンフローの形成が抑制される。

次に第２工程において、溶融合成樹脂とキャビティ面との間に形成されたガス流層のガスが外部へ排出される。次に第３工程において、ガスが外部へ排出されると、充填された溶融合成樹脂の表層部がキャビティ面に接触して成形型により溶融合成樹脂が冷却されて、合成樹脂成形品が成形される。金型を冷却状態に維持したまま成形でき、ガスの排出後に溶融合成樹脂を冷却することができるので、成形のサイクルタイムを格別長くする必要もない。

請求項２の合成樹脂成形品の成形方法は、成形型内に溶融合成樹脂を射出して合成樹脂成形品を成形する成形方法において、成形型のキャビティ面に沿って射出口と反対側へ流れるガス流層を形成した状態で、キャビティ内に発泡剤を含有する溶融合成樹脂を射出する第１工程と、次にキャビティ内のガスを外部へ排出する第２工程と、次に前記キャビティ内に充填された合成樹脂の表層部をキャビティ面に接触させて成形型により冷却する第３工程とを備えたものである。

この成形方法は、請求項１と同様の成形方法により、発泡剤を含有する溶融合成樹脂を射出して発泡合成樹脂成形品を成形するので、基本的に請求項１と同様の作用を奏する。 特に、溶融合成樹脂の充填の際、成形キャビティ内にファウンテンフローの形成が抑制されるため、成形品の表層部に多くの発泡セルが発生することがなく、成形品の全体に亙って微細な発泡セルが形成される。

請求項３の合成樹脂成形品の成形方法は、請求項１又は２の発明において、第１工程において、成形型のキャビティ面のうち射出された合成樹脂が流動する流動末端部以外の部分に形成した多数の細孔からガスを噴出させ且つキャビティ面のうちの流動末端部側の部分に形成した多数の細孔からガスを排出することにより、ガス流層を形成することを特徴とするものである。

請求項４の合成樹脂成形品の成形方法は、請求項１〜３の何れかの発明において、第２工程において、前記キャビティ内のガスの排出は吸引により行うことを特徴とするものである。 請求項５の合成樹脂成形品の成形方法は、請求項１〜４の何れかの発明において、ガス流層を形成するガスは不活性ガスであることを特徴とするものである。

請求項６の合成樹脂成形品の成形方法は、請求項２の発明において、発泡剤は物理発泡剤であることを特徴とするものである。
請求項７の合成樹脂成形品の成形方法は、請求項６の発明において、物理発泡剤は、超臨界状態又は亜臨界状態の流体であることを特徴とするものである。

請求項８の成形装置は、成形型内に溶融合成樹脂を射出して合成樹脂成形品を成形する成形装置であり、少なくとも成形型のキャビティ内へ溶融合成樹脂を射出する間、キャビティ面に沿って射出口と反対側へ流れるガス流層を形成するガス流層形成手段と、溶融合成樹脂をキャビティ内に射出後にキャビティ内のガスを外部へ排出する第１のガス排出手段とを備えたものである。

ガス流層形成手段により、キャビティ面に沿って成形型のキャビティ内の溶融合成樹脂の射出口と反対側へ流れるガス流層が形成される。溶融合成樹脂をキャビティ内に射出した後、第１のガス排出手段によりガス流層のガスがキャビティの外部へ排出される。基本的に請求項１と同様の作用を奏する。

請求項９の成形装置は、成形型内に発泡剤を含有した溶融合成樹脂を射出して合成樹脂成形品を成形する成形装置であり、少なくとも成形型のキャビティ内へ発泡剤を含有する溶融合成樹脂を射出する間、キャビティ面に沿って射出口と反対側へ流れるガス流層を形成するガス流層形成手段と、溶融合成樹脂をキャビティ内に射出後にキャビティ内のガスを外部へ排出する第２のガス排出手段とを備えたものである。この成形装置は、発泡剤を含有する溶融合成樹脂を射出して発泡合成樹脂成形品を成形する装置であるが、基本的に請求項２と同様の作用を奏する。

請求項１０の成形装置は、請求項８又は９の発明において、ガス流層形成手段は、成形型のキャビティ面のうち射出された合成樹脂が流動する流動末端部以外の部分を成形する第１多孔体と、この第１多孔体の外面側に加圧ガスを供給するガス供給手段と、キャビティ面のうちの流動末端部側の部分を形成する第２多孔体と、この第２多孔体の外面側からガスを排出する第３のガス排出手段とを有することを特徴とするものである。

請求項１１の成形装置は、請求項８〜１０の何れかの発明において、ガス排出手段は、キャビティ内のガスを吸引して外部へ排出するガス吸引手段で構成されたことを特徴とするものである。

請求項１の発明によれば、第１工程においてキャビティ内にキャビティ面に沿うガス流層が形成された状態で溶融合成樹脂が射出されるため、溶融合成樹脂がキャビティ面に接触しにくくなり、キャビティ面で冷却されないため溶融合成樹脂の流動性も維持され、キャビティ面から溶融合成樹脂に摩擦抵抗も作用しにくくなるため、ファウンテンフローの形成が抑制され、成形キャビティの隅々まで確実に合成樹脂を充填することができる。
第２工程においてガス流層のガスが排出され、第３工程において、ガス排出により、キャビティ内に充填された溶融合成樹脂をキャビティ面に接触させて溶融合成樹脂の表層部が成形型により冷却されるので、成形サイクルタイムを格別長くすることなく、成形品の外表面にウェルドラインの発生もなく、外観と表面品質に優れた合成樹脂成形品を成形することができる。

請求項２の発明によれば、請求項１とほぼ同様の成形方法であるが、発泡剤を含有する溶融合成樹脂を射出して発泡合成樹脂成形品を成形する際に、基本的に請求項１と同様の効果が得られるうえ、次の効果も得られる。
前述のように、溶融合成樹脂の充填の際にファウンテンフローの形成が抑制されるた
め、成形品の表層に多くの発泡セルが発生することがなく、成形品の全体に亙って微細発泡セルを均一に発生させることができ、成形品の全体に亙って物理的特性が安定した発泡合成樹脂成形品を成形することができる。

請求項３の発明によれば、第１工程において、成形型のキャビティ面のうち射出された合成樹脂が流動する流動末端部以外の部分に形成した多数の細孔からガスを噴出させ且つキャビティ面のうちの前記流動末端部側の部分に形成した多数の細孔からガスを排出するので、キャビティ内を流動する溶融合成樹脂の流れに沿ってガス流層を形成することができ、溶融合成樹脂の流れを阻害することがなく、キャビティ面の表面に多数の細孔が表れるだけであるから、キャビティ面の品質をほぼ確保することができ、成形品の表面の品質をほぼ確保することができる。

請求項４の発明によれば、第２工程において、キャビティ内のガスの排出を吸引により行うので、ガス流層のガスを急速に排出することができる。そのため、溶融合成樹脂を充填後早期に均一に冷却できると共に、合成樹脂の表層部のキャビティ面への密着が促進され転写性の向上を図ることができる。

請求項５の発明によれば、ガス流層を形成するガスは不活性ガスであるので、合成樹脂の物性を変化させるなどの悪影響を及ぼすことがない。
請求項６の発明によれば、発泡剤は物理発泡剤であるので、微細な発泡セルを有する成形品を形成することができる。物理特性に優れ、成形品の表層部と内層部とに亙って均一化した微細発泡セル構造の合成樹脂成形品を成形することができる。
請求項７の発明によれば、超臨界状態又は亜臨界状態の流体であるので、微細な発泡セルで高い発泡密度を有する成形品を形成することができる。

請求項８の発明によれば、合成樹脂成形品を成形する成形装置に、ガス流層形成手段とガス排出手段を設けたので、請求項１の成形方法を実現できるため、基本的に請求項１と同様の効果が得られる。尚、通常の成形装置と同様に、金型に冷却流体を循環して冷却した状態で成形するものとする。

請求項９の発明によれば、発泡合成樹脂成形品を成形する成形装置に、ガス流層形成手段とガス排出手段を設けたので、請求項２の成形方法を実現できるため、基本的に請求項２と同様の効果が得られる。尚、通常の成形装置と同様に、金型に冷却流体を循環して冷却した状態で成形するものとする。

請求項１０の発明によれば、ガス流層形成手段は、成形型のキャビティ面のうち射出された合成樹脂が流動する流動末端部以外の部分を成形する第１多孔体と、この第１多孔体の外面側に加圧ガスを供給するガス供給手段と、キャビティ面のうちの前記流動末端部側の部分を形成する第２多孔体と、この第２多孔体の外面側からガスを排出するガス排出手段とを有するので、キャビティ内を流動する溶融合成樹脂の流れと同方向へ流れるガス流層を形成することができ、溶融合成樹脂の流れを阻害することがない。

請求項１１の発明によれば、ガス排出手段は、キャビティ内のガスを吸引して外部へ排出するガス吸引手段で構成されたので、ガス流層のガスを急速に排出することができる。 そのため、成形のサイクルタイムを格別長くする必要がなく、合成樹脂の表層部のキャビティ面への密着が促進され転写性が向上し、成形品の品質を確保できる。

本発明の合成樹脂成形品の成形方法は、成形型のキャビティ面に沿って射出口と反対側へ流れるガス流層を形成した状態で、キャビティ内に発泡剤を含有する溶融合成樹脂を射出し、その後そのガスを外部へ排出し、次にキャビティ内の合成樹脂の表層部をキャビティ面に接触させて成形型により冷却する成形方法である。
本発明の合成樹脂成形品の成形装置は、上記の成形方法を達成する成形装置である。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１に示すように、合成樹脂成形品の成形装置１は、射出成形機２と、流体注入装置３と、ガス流層形成装置５と、ガス吸引装置６と、制御ユニット４６等で構成されている。射出成形機２は、合成樹脂の加熱・溶融と射出等を行う射出ユニット７と、成形金型８の開閉、高圧保持を行う型締めユニット９等を備えている。

射出ユニット７には、前端のノズル部１０から成形金型８内へ溶融状態のポリプロピレン等の合成樹脂を射出する射出シリンダ１１と、回転可能で進退移動可能なスクリュー１２と、このスクリュー１２を回転駆動すると共に前後方向に駆動する駆動装置２５などを有する。射出シリンダ１１の外周部には、ホッパー１４から射出シリンダ１１内へ投入された合成樹脂を加熱するバンドヒータが設けられている。

射出シリンダ１１は円筒状の筒体で形成され、射出シリンダ１１の前端側部分内には、発泡剤を含有した射出直前の溶融合成樹脂を収容するチャンバー１３が形成されている。 シリンダ１１の後部には、その内部へペレット状の合成樹脂原料を投入するホッパー１４と、各射出サイクルごとにスクリュー１２の回転数から成形金型８内へ射出する合成樹脂量を計量する計量部１５とが設けられている。

射出シリンダ１１の長さ方向途中部には、シリンダ後部からシリンダ前部に搬送された溶融合成樹脂に流体注入装置３から供給された物理発泡剤１６が注入される発泡剤注入ノズル１７と、この発泡剤注入ノズル１７から注入された発泡剤１６を溶融合成樹脂に混練する混練部１８とが設けられている。尚、本実施例では物理発泡剤１６として、超臨界状態の炭酸ガスが採用されるが、超臨界状態の窒素ガスやその他のガスも採用可能である。

スクリュー１２は射出シリンダ１１内に配置され、このスクリュー１２の先端部には、円錐状のヘッド部１９が形成され、ヘッド部１９の後側近傍部には逆止弁付きの第１逆流防止部２０が設けられ、長さ方向途中部には、逆止弁付きの第２逆流防止部２１が形成されている。スクリュー１２の外周側部分には、螺旋状の２つのスパイラル部材２２，２３が取付られている。スパイラル部材２２の後端部分には、発泡剤１６が後方へ逆流しないようにする逆流防止機構２４が形成されている。この逆流防止機構２４は、シリンダ１１の発泡剤注入ノズル１７よりも後側部分に合成樹脂の流路を迷路状にした迷路構造からなる。

駆動装置２５には、スクリュー１２を回転させる油圧又は電動式のスクリュー回転モータを有する回転装置２６と、スクリュー１２を進退移動方向に強力に進退移動させる油圧又は電動式の加圧ユニット２７などが設けられている。

次に、流体注入装置３について説明する。
図１に示すように、流体注入装置３は、ボンベ２８から供給される不活性ガス（二酸化炭素又は窒素ガス）を、高温高圧にして超臨界状態にした物理発泡剤１６を生成するＳＣＦ装置２９と、このＳＣＦ装置２９から供給通路３０を介して物理発泡剤１６が供給される発泡剤注入部３１とを有する。

次に、型締めユニット９について説明する。
図１に示すように、型締めユニット９には、成形金型８（固定金型３２と、型開き可能な可動金型３３とからなる）と、固定金型３２が固定された固定盤３４と、可動金型３３が固定される可動盤３５と、駆動装置３６が設けられている。固定金型３２の中央壁部３７には、溶融合成樹脂の流入孔３８が形成され、この流入孔３８が固定盤３４の流入孔３９を介して射出シリンダ１１の前端のノズル部１０に接続され、流入孔３８の下流端にキャビティ４１に臨む射出口４０が形成されている。

成形金型８を型締めした状態では、固定金型３２の射出口４０から射出充填された溶融合成樹脂を所定の形状の成形品に成形するキャビティ４１が成形金型８に形成されてい
る。前記ガス流層形成装置５により、成形金型８内のキャビティ４１内へ溶融合成樹脂を射出する間、キャビティ４１の内壁面４１ａに沿って射出口４０と反対側へ流れるガス流層４２（図２参照）が形成される。尚、固定盤３４と可動盤３５と成形金型８には、ガイドピン、エジェクタピン、成形金型８を水冷する型冷却系などが設けられている。駆動装置３６は成形型開閉用の油圧シリンダを有し、そのピストンロッド６２が可動盤３５の後端に連結されている。

次に、ガス流層形成装置５について説明する。
図１に示すように、ガス流層形成装置５は、成形金型８内に装着された第１，第２多孔体４３，４４と、第１多孔体４３の外面側に加圧ガスを供給するガス供給装置４５と、第１，第２の多孔体４３，４４の外面側からガスを成形金型８外部へ排出するガス排出手段を有する。

第１の多孔体４３は、多数の細孔を有する焼結金属多孔体で構成され、成形金型８のキャビティ面のうち射出口４０から射出された溶融合成樹脂が流動する流動末端部以外の部分であるキャビティ４１の内壁面４１ａを形成するように設けられている。多孔体４３の外面側には環状のガス流路４７が設けられている。多孔体４３は充填される溶融合成樹脂から作用する成形圧を成形金型８に伝達可能に構成されている。このガス流路４７には、ガス供給路４８とガス排出路４９とが夫々接続されている。

第２の多孔体４４は、多孔体４３と同様に形成され、キャビティ４１のキャビティ面のうちの前記流動末端部側のキャビティ４１の内壁面４１ｂを形成するように設けられている。その多孔体４４の外面側にはガス流路５０が設けられている。多孔体４４は充填される溶融合成樹脂から作用する成形圧を成形金型８に伝達可能に構成されている。このガス流路部５０には、ガス排出路５１が接続されている。

ガス供給装置４５は、不活性ガス（例えば、窒素ガス）の供給源である窒素ガスボンベ（図示略）と、その不活性ガスを加圧するコンプレッサー５２と、このコンプレッサー５２で加圧された不活性ガスを蓄積する所定容量のアキュムレータ５３とを有する。
アキュムレータ５３に蓄積された不活性ガスがガス供給路４８を通って、多孔体４３の外面側のガス流路４７に供給可能であり、そのガス供給路４８には電磁開閉弁５４が設けられている。開閉弁５４はソレノイド５４ａにより開閉操作される。

ガス吸引装置６は、キャビティ４１内に供給された不活性ガスを吸引して成形金型８の外部へ排出可能に構成され、このガス吸引装置６は、ガス流層形成装置５のガス排出手段を兼ねるものである。このガス吸引装置６は、ガス吸引ポンプ５６と、このガス吸引ポンプ５６で吸引した不活性ガスを収容するガス収容タンク５７とを有する。

ガス流路４７は、ガス排出路４９でガス吸引ポンプ５６に接続され、このガス排出路４９には電磁開閉弁５８が介装され、この開閉弁５８はソレノイド５８ａにより開閉操作される。多孔体４４の外面側のガス流路５０は、ガス排出路５１によりガス排出路４９に接続され、このガス排出路４９には電磁開閉弁５９が介装され、この開閉弁５９はソレノイド５９ａにより開閉操作される。ガス収容タンク５７は、ガス通路６０によりコンプレッサー５２の吸引ポートに接続され、このガス通路６０には電磁開閉弁６１が介装され、この開閉弁６１はソレノイド６１ａにより開閉操作される。

ガス流層形成装置５を作動させて、キャビティ４１内にガス流層４２を形成する際には、アキュムレータ５３からガス流路４７に加圧した不活性ガスを供給する一方、ガス流路５０から不活性ガスを吸引することで、キャビティ４１の内壁面に沿うガス流層４２であって射出口４０と反対側へ流れるガス流層４２が形成される。溶融合成樹脂の充填後には、不活性ガスのガスの供給を停止する一方、ガス流路４７，５０から不活性ガスを吸引する。

次に制御ユニット４６について説明する。
制御ユニット４６は、この実施例の成形装置１の全体を制御するものであるが、少なくとも、射出シリンダ１１の駆動装置２５、型締めユニット９の駆動装置３６と、ＳＣＦ装置２９と、コンプレッサー５２と、ガス吸引ポンプ５６と、開閉弁５４，５８，５９，６１のソレノイド５４ａ，５８ａ，５９ａ，６１ａとに接続され、これらを制御する。
この制御ユニット４６は、駆動装置２５，３６を駆動させて、各射出サイクル中の所定時期にＳＣＦ装置２９から供給された物理発泡剤１６を発泡剤注入部３１に供給させ、加圧ガス発生装置４５のコンプレッサーを駆動させ、ガス吸引ポンプ５６を駆動させ、開閉弁５４，５８，５９，６１のソレノイド５４ａ，５８ａ，５９ａ，６１ａを駆動させる。

次に、以上説明した合成樹脂成形品の成形装置１を用いて合成樹脂成形品を成形する成形方法について、図８に示す成形工程図に基づいて説明する。尚、図８中のＰｉ（ｉ＝
１，２，・・）は各工程を示す。
図８に示すように、Ｐ１において、ホッパー１４に投入された粒状の合成樹脂（例え
ば、ポリプロピレン樹脂）がシリンダ後部内に投入され、計量部１５により成形金型８内へ射出する合成樹脂が計量され、ヒータにより合成樹脂が約２００〜３００℃に加熱溶融される。

Ｐ２において、回転装置２６のスクリュー回転モータにより、射出スクリュー１２が回転開始され、スクリュー１２が、前サイクルにおいて射出完了した前進した状態から後退駆動しつつ、計量された次サイクルの合成樹脂が前方に移送される。Ｐ３において、シリンダ１１の前部側内において、流体注入装置３から発泡剤注入部３１へ供給された超臨界状態のＣＯ₂ 流体が、発泡剤注入ノズル１７から注入され、そのＣＯ₂ 流体が混合した溶融合成樹脂がシリンダ前部の混練部１８に移送され、１ショット分の溶融合成樹脂が、回転中のスクリュー１２により、チャンバー１３に移送される。Ｐ４において、スクリュー１２の回転と後退が停止される。

次にＰ５において、成形金型８を型締めした後、Ｐ６において、図２に示すように、ガス供給路４８の開閉弁５４と、ガス排出路５１の開閉弁５９が開状態とされる。そして、Ｐ６において、ガス供給装置４５で発生させた加圧不活性ガスを蓄積したアキュムレータ５３から、必要量の不活性ガス（例えば、温度４０〜８０℃）が、ガス供給路４８を介してガス流路４７に供給され、多孔体４３の多数の細孔からキャビティ４１内に噴出される一方、ガス排出路５１を介してガス流路５０から不活性ガスを吸引排出することにより、多孔体４４を介してキャビティ４１内の不活性ガスが吸引され、キャビティ４１の内壁面４１ａに沿って射出口４０と反対側へ流れるガス流層４２が成形される。

次にＰ７において、加圧ユニット２７により、スクリュー１２が高速に且つ強力に前進駆動されて、図３に示すように、ガス流層４２が形成された状態のキャビティ４１内へ物理発泡剤１６を含有した溶融合成樹脂が射出される。その溶融合成樹脂は、ガス流層４２により、キャビティ４１の内壁面４１ａに接触しにくくなり、キャビティ４１の内壁面４１ａに殆ど接触しない状態で流動する。図４に示すように、流動中の溶融合成樹脂の流動末端部側が、キャビティ４１の内壁面４１ｂに接触して圧力センサーにより検知されると、ガス排出路５１の開閉弁５９が閉状態に切換えられ、多孔体４４を介しての不活性ガスの排出が停止される。

Ｐ８において、圧力センサーで検知された直後に、ガス供給路４８の開閉弁５４が閉状態に切換えられ、ガス排出路４９の開閉弁５８が開状態に切換えられると共に、ガス吸引ポンプ５６が駆動され、図５に示すように、キャビティ４１内にガス流層４２を形成したキャビティ４１内の不活性ガスがガス吸引ポンプ５６により急速に吸引されて成形金型８の外部へ排出される。その結果、図６に示すように、溶融合成樹脂の表層部が、キャビティ４１の内壁面４１ａに接触して密着状態となる。

次にＰ９において、ガス排出路４９の開閉弁５８が閉状態に切換えられ、図７に示すように、冷却状態の成形金型８により溶融合成樹脂が冷却されある程度固化する。次にＰ１０において、キャビティ４１内の成形品の固化後型開きを行ない、Ｐ１１において、エジャクタ機構を介して成形品が成形型８から取り出される。この成形品は、その内部の全体にＣＯ₂ ガスの微細発泡セルが均一に形成された発泡合成樹脂合成樹脂成形品である。

以上説明した合成樹脂成形品の成形方法と成形装置の作用効果について説明する。
キャビティ４１内において、多孔体４３からキャビティ４１内へ噴出された不活性ガスによりキャビティ４１の内壁面４１ａに沿って射出口４０と反対側へ流れるガス流層４２が所定の厚さに形成され、その状態で超臨界状態のＣＯ₂ 流体を含有した溶融合成樹脂が射出されると、溶融合成樹脂の表層部がキャビティ４１の内壁面４１ａに接触しにくくなり、ガス流層４２が断熱層として機能して、前記の表層部が内壁面４１ａで冷却されることもないため溶融合成樹脂の流動性も維持され、内壁面４１ａから溶融合成樹脂の表層部に摩擦抵抗が作用しにくくなり、ファウンテンフローの形成が抑制されつつ末端側へ流動する。

キャビティ４１内に１サイクル分の溶融合成樹脂が充填されると、ガス吸引ポンプ５６で吸引することにより、多孔体４３の多数の細孔からガス流層４２を形成した不活性ガスが排出され、この不活性ガスの排出により、溶融合成樹脂の表層部がキャビティ４１の内壁面４１ａに接触して溶融合成樹脂の表層部が成形金型８により冷却されるので、溶融合成樹脂を充填してから急速に冷却することができる。

前述のように、キャビティ４１内にその内壁面４１ａに沿うガス流層４２であって射出口４０と反対側へ流れるガス流層４２が形成された状態で溶融合成樹脂が射出されるため、溶融合成樹脂が内壁面４１ａに接触しにくくなり、ガス流層４２が断熱作用を奏し、内壁面４１ａで冷却されないため溶融合成樹脂の流動性も維持され、キャビティ面から溶融合成樹脂に摩擦抵抗も作用しにくくなるため、ファウンテンフローの形成が抑制され、成形キャビティ４１の隅々まで確実に合成樹脂を充填することができる。

合成樹脂の充填後にガス流層４２のガスが排出され、次にガス排出により、キャビティ４１内に充填された溶融合成樹脂をキャビティ面に接触させて溶融合成樹脂の表層部が成形型８により冷却されるので、成形サイクルタイムを格別長くすることなく、成形品の外表面にウェルドラインの発生もなく、外観と表面品質に優れた合成樹脂成形品を成形することができる。

前述のように、溶融合成樹脂の充填の際にファウンテンフローの形成が抑制されるた
め、成形品の表層に多くの大型の発泡セルが発生することがなく、成形品の全体に亙って微細発泡セルを均一に発生させることができ、成形品の全体に亙って物理的特性が安定した発泡合成樹脂成形品を成形することができる。

ガス流層４２の形成の際、成形型８のキャビティ４１の内壁面４１ａのうち射出された合成樹脂が流動する流動末端部以外の部分に形成した多数の細孔からガスを噴出させ且つキャビティ４１の内壁面４１ａのうちの前記流動末端部側の部分に形成した多数の細孔からガスを排出するので、キャビティ４１内を流動する溶融合成樹脂の流れに沿うガス流層４２を形成することができ、溶融合成樹脂の流れを阻害することがなく、キャビティ面の表面に多数の細孔が表れるだけであるから、キャビティ４１の壁面の品質をほぼ確保することができ、成形品の表面の品質をほぼ確保することができる。

溶融合成樹脂の充填後、キャビティ４１内の不活性ガスの排出をガス吸引ポンプ５６による吸引により行うので、ガス流層４２のガスを急速に排出することができる。そのため、溶融合成樹脂を充填後早期に均一に冷却できると共に、合成樹脂の表層部のキャビティ面への密着が促進され転写性の向上を図ることができる。

ガス流層４２を形成するガスは不活性ガスであるので、合成樹脂の物性を変化させるなどの悪影響を及ぼすことがない。また、発泡剤１６は物理発泡剤であるので、微細な発泡セルを有する成形品を形成することができる。物理特性に優れ、成形品の表層部と内層部とに亙って均一化した微細発泡セル構造の合成樹脂成形品を成形することができる。

ここで、実施例を部分的に変更する変更例について説明する。
１］実施例では、成形金型８内に発泡剤１６を含有した溶融合成樹脂を射出して合成樹脂成形品を成形する成形方法について説明したが、実施例と同様の成形装置を用いて、成形金型８内に発泡剤１６を含有しない溶融合成樹脂を射出して、実施例と同様の成形方法により合成樹脂成形品を成形してもよい。この場合にも、微細発泡セルの形成はないが、前記実施例とほぼ同様の作用効果が得られる。

２］実施例では、合成樹脂としてポリプロピレン樹脂を一例としたが、その他の種々の合成樹脂（ポリエチレン、ポリスチレン、ポリカーボネートなど）や、強化繊維（カーボン繊維やガラス繊維など）を混在させた合成樹脂を採用してもよい。

３］実施例では、物理発泡剤として超臨界状態のＣＯ₂ 流体を採用したが、超臨界状態のＮ₂ 流体でもよく、また、亜臨界状態のＣＯ₂ 流体やＮ₂ 流体などを採用してもよい。
４］実施例では、発泡剤１６として物理発泡剤１６を採用したが、化学発泡剤を採用してもよい。

５］その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、前記実施例を部分的に変更した形態でも実施可能であり、本発明はそのような変更形態をも包含するものである。

本発明の実施例に係る合成樹脂成形品の成形装置の概略構成図である。 キャビティ内でガス流層を形成している状態を示す要部拡大図である。 キャビティ内でガス流層が形成された状態で溶融合成樹脂が射出された状態を示す要部拡大図である。 キャビティ内での溶融合成樹脂の流動状態を示す要部拡大図である。 キャビティ内のガス流層のガスが排出される状態を示す要部拡大図である。 ガス排出による溶融合成樹脂の状態を示す要部拡大図である。 充填された溶融合成樹脂が成形型により冷却される状態を示す要部拡大図である。 合成樹脂成形品の成形方法の成形工程図である。 従来のキャビティ内での溶融合成樹脂の流動状態を示す図である。

符号の説明

１ 合成樹脂成形品の成形装置
５ ガス流層形成装置
６ ガス吸引装置
８ 成形型
１６ 発泡剤
４０ 射出口
４１ キャビティ
４２ ガス流層
４３ 第１の多孔体
４４ 第２の多孔体
４５ ガス供給装置

Claims (11)

1. 成形型内に溶融合成樹脂を射出して合成樹脂成形品を成形する成形方法において、
   成形型のキャビティ面に沿って射出口と反対側へ流れるガス流層を形成した状態で、前記キャビティ内に溶融合成樹脂を射出する第１工程と、
   次に前記キャビティ内のガスを外部へ排出する第２工程と、
   次に前記キャビティ内に充填された合成樹脂の表層部をキャビティ面に接触させて成形型により冷却する第３工程と、
   を備えたことを特徴とする合成樹脂成形品の成形方法。
2. 成形型内に溶融合成樹脂を射出して合成樹脂成形品を成形する成形方法において、
   成形型のキャビティ面に沿って射出口と反対側へ流れるガス流層を形成した状態で、前記キャビティ内に発泡剤を含有する溶融合成樹脂を射出する第１工程と、次に前記キャビティ内のガスを外部へ排出する第２工程と、
   次に前記キャビティ内に充填された合成樹脂の表層部をキャビティ面に接触させて成形型により冷却する第３工程と、
   を備えたことを特徴とする合成樹脂成形品の成形方法。
3. 前記第１工程において、成形型のキャビティ面のうち射出された合成樹脂が流動する流動末端部以外の部分に形成した多数の細孔からガスを噴出させ且つキャビティ面のうちの 前記流動末端部側の部分に形成した多数の細孔からガスを排出することにより、前記ガス流層を形成することを特徴とする請求項１又は２に記載の合成樹脂成形品の成形方法。
4. 前記第２工程において、前記キャビティ内のガスの排出は吸引により行うことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の合成樹脂成形品の成形方法。
5. 前記ガス流層を形成するガスは不活性ガスであることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の合成樹脂成形品の成形方法。
6. 前記発泡剤は物理発泡剤であることを特徴とする請求項２に記載の合成樹脂成形品の成形方法。
7. 前記物理発泡剤は、超臨界状態又は亜臨界状態の流体であることを特徴とする請求項６に記載の合成樹脂成形品の成形方法。
8. 成形型内に溶融合成樹脂を射出して合成樹脂成形品を成形する成形装置において、
   少なくとも成形型のキャビティ内へ溶融合成樹脂を射出する間、キャビティ面に沿って射出口と反対側へ流れるガス流層を形成するガス流層形成手段と、
   前記溶融合成樹脂をキャビティ内に射出後に前記キャビティ内のガスを外部へ排出する第１のガス排出手段と、
   を備えたことを特徴とする成形装置。
9. 成形型内に溶融合成樹脂を射出して合成樹脂成形品を成形する成形装置において、
   少なくとも成形型のキャビティ内へ発泡剤を含有する溶融合成樹脂を射出する間、キャビティ面に沿って射出口と反対側へ流れるガス流層を形成するガス流層形成手段と、
   前記溶融合成樹脂をキャビティ内に射出後に前記キャビティ内のガスを外部へ排出する第２のガス排出手段と、
   を備えたことを特徴とする成形装置。
10. 前記ガス流層形成手段は、成形型のキャビティ面のうち射出された合成樹脂が流動する流動末端部以外の部分を成形する第１多孔体と、この第１多孔体の外面側に加圧ガスを供給するガス供給手段と、キャビティ面のうちの前記流動末端部側の部分を形成する第２多孔体と、この第２多孔体の外面側からガスを排出する第３のガス排出手段とを有することを特徴とする請求項８又は９に記載の成形装置。
11. 前記ガス排出手段は、前記キャビティ内のガスを吸引して外部へ排出するガス吸引手段で構成されたことを特徴とする請求項８〜１０の何れかに記載の成形装置。
    

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