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JP3854537B2 - Thermoplastic resin foam molding method - Google Patents
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JP3854537B2 - Thermoplastic resin foam molding method - Google Patents

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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、超臨界流体を用いた熱可塑性樹脂発泡体の成形方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、超臨界流体を用いた熱可塑性樹脂発泡材の形成方法が開発されている。超臨界流体は、液体に近い溶解性と気体と同程度の拡散性及び浸透性を有しているので、短時間で樹脂中に含浸する。また、超臨界流体を用いることにより、従来の化学発泡法やガス発泡法等では困難であった微細な発泡セルを樹脂内部に形成できるため、軽量かつ剛性重量比の高い発泡体を製造することができる。この発泡体の基礎となる形成方法が、米国特許5,158,986号に記載されている。この公報によれば、1)熱可塑性樹脂を押し出し成形によりシート化し、そのシートを超臨界状態のCOを充満した加圧室に導入することで樹脂シート内に超臨界流体であるCOを含浸させ、大気圧の発泡室で加熱発泡させることにより発泡体を形成する方法や、2)樹脂を押し出し機で溶融させながら、樹脂内へ超臨界状態のCOを含浸させ、シート状に押し出した成形品を加圧室に導入し、加圧室内の圧力変化により発泡体となるセル核を形成し、そのセル核を加熱冷却することにより、所望のセル径やセル密度を得る方法が開示されている。
【0003】
上記発泡体を射出成形により成形した例として、射出成形機のシリンダ内で溶融した熱可塑性樹脂に超臨界状態のCO等の不活性ガスを含浸させ、その熱可塑性樹脂を金型内に射出充填させた後、金型内を減圧することにより発泡させる装置及び成形方法が、特開平08−258096、特開平10−230528、特開2001−9882等に提案されている。特開平10−230528では、溶融樹脂の射出充填後に、金型の一部分あるいは一面全体を後退させてキャビティ容積を増大させ、キャビティ内を減圧することにより、熱可塑性樹脂の発泡制御を行っている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記射出成形方法では、キャビティを型締めによって閉じた状態で超臨界流体を含浸した溶融樹脂を射出充填するので、特に、薄肉で大きな表面積を有する成形品の場合、溶融樹脂の充填口とキャビティ末端部とでは樹脂内の圧力差が大きくなる。したがって、キャビティ末端部に至るまで溶融樹脂を充填するには、溶融樹脂の射出充填圧を高くする必要がある。これに伴い、その充填圧に耐え得るキャビティの型締め圧が必要となるが、型締め圧を高くすることで充填される溶融樹脂の流動抵抗が増し、キャビティ内における圧力差をさらに増大させる要因となる。
【0005】
また、射出成形機の可塑化シリンダで加圧された溶融樹脂に含浸されている超臨界流体は、キャビティへ射出された際に減圧されることによりガス化し、溶融樹脂の表面から発泡する。したがって、樹脂表面層に平滑な無発泡層を形成する場合には、溶融樹脂の表面が発泡状態のまま金型により冷却されて固化することを防止する必要がある。そこで、従来の超臨界流体を用いた成形方法では、金型表面やその近傍を熱伝導率の低い材料とすることにより、溶融樹脂の熱量が金型に奪われるのを抑制し、樹脂表面の急激な冷却を抑制する方法が提案されている。この方法によれば、樹脂の粘性は低下し、樹脂への金型パターンの転写性も向上する。しかしながら、樹脂内部に発泡層を形成するためには、樹脂表面に無発泡のスキン層が形成された後に、樹脂内部の粘性が低い状態でキャビティ内圧を低下させる必要がある。一方、樹脂表面に微細な金型パターンを転写するためには、キャビティ内圧を増大させて溶融樹脂を金型パターンに十分に侵入させなければならない。これらの条件を同時に満たすことは難しく、これまで安定した発泡体を得ることができなかった。
【0006】
本発明の目的は、熱可塑性樹脂の内部に均一な厚みの発泡層を有する熱可塑性樹脂発泡体の新規な成形方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明の第1の態様によれば、金型に溶融樹脂を充填することにより熱可塑性樹脂発泡体を成形する方法であって、
上記溶融樹脂に加圧COを含浸することと;
COが充填されたチャンバー内に配置され且つ上面が開放された金型容器に、COが含浸された溶融樹脂を充填することと;
金型容器に充填された溶融樹脂を、プレス金型を用いて加圧することと;
上記溶融樹脂を加圧した後に、金型容器とプレス金型で画成される空間の容積を増大させて溶融樹脂を発泡させることを含む熱可塑性樹脂発泡体の成形方法が提供される。
【0008】
本発明においては、例えば超臨界状態のCOを予め含浸した溶融樹脂を用いて射出成形を行う。溶融樹脂は、予めCOが充填されたチャンバー内で、上面が開放された金型容器に射出充填される。金型容器は、上面が開放されていることにより、溶融樹脂が充填される際の流動抵抗が極めて低いので、容器内で溶融樹脂の圧力差は生じない。予めチャンバー内に充填されたCOは溶融樹脂に対して可塑材として機能することにより、溶融樹脂の粘性が低く保たれる。溶融樹脂の低流動抵抗及び低粘性により、溶融樹脂が金型の端部まで充分に広がると共に、金型容器の底面に形成されている成形パターン内部にまで十分に溶融樹脂が侵入する。次いで、プレス金型を用いて金型容器の開放面を閉鎖すると共に、溶融樹脂を加圧することにより、型締めが行われる。溶融樹脂の表面が金型容器及びプレス金型によって冷却され固化することにより、金型パターンが溶融樹脂に転写される。さらに、金型容器に相対してプレス金型を移動させて、金型容器及びプレス金型で画成される空間の容積を増大させる。これにより、空間内部の圧力が低下し、溶融樹脂が膨張する。同時に、溶融樹脂に予め含浸されていたCOが圧力低下により気化し、溶融樹脂の内部は発泡状態となる。この状態で溶融樹脂を冷却することにより、熱可塑性樹脂発泡体を得ることができる。
【0009】
本発明の第2の態様によれば、金型に溶融樹脂を充填することにより熱可塑性樹脂発泡体を成形する方法であって、
上記溶融樹脂に加圧COを含浸することと;
COが充填されたチャンバー内に配置され且つ上面が開放された金型容器に、COが含浸された溶融樹脂を充填することと;
金型容器に充填された溶融樹脂を、プレス金型を用いて加圧することと;
上記溶融樹脂を加圧した後に、金型容器とプレス金型で画成される空間内のCOの圧力を低下させて溶融樹脂を発泡させることを含む熱可塑性樹脂発泡体の成形方法が提供される。
【0010】
本発明においては、例えば超臨界状態のCOを予め含浸した溶融樹脂を用いて射出成形を行う。溶融樹脂は、予めCOが充填されたチャンバー内で、上面が開放された金型容器に射出充填される。金型容器は、上面が開放されていることにより、溶融樹脂が充填される際の流動抵抗が極めて低いので、容器内で溶融樹脂の圧力差は生じない。予めチャンバー内に充填されたCOは溶融樹脂に対して可塑材として機能することにより、溶融樹脂の粘性が低く保たれる。溶融樹脂の低流動抵抗及び低粘性により、溶融樹脂が金型の端部まで充分に広がると共に、金型容器の底面に形成されている成形パターン内部にまで十分に溶融樹脂が侵入する。次いで、プレス金型を用いて金型容器の開放面を閉鎖すると共に、溶融樹脂を加圧することにより、型締めが行われる。溶融樹脂の表面が金型容器及びプレス金型によって冷却され固化することにより、金型パターンが溶融樹脂に転写される。さらに、金型容器及びプレス金型で画成された空間内のCOの圧力を、例えば、プレス金型内部に設けた通路及びプレス金型外部に設けた排気管を通してCOをチャンバー外部に排気することにより低下させる。同時に、溶融樹脂に予め含浸されていたCOが圧力低下により気化し、溶融樹脂の内部は発泡状態となる。この状態で溶融樹脂を冷却することにより、熱可塑性樹脂発泡体を得ることができる。
【0011】
本発明の第1及び第2の態様においては、溶融樹脂をプレス金型で加圧する工程及び/又は発泡工程は、COを充填したチャンバー内で行ってもよく、あるいは別の場所に金型容器を移送して行ってもよい。
【0012】
本発明の第3の態様によれば、熱可塑性樹脂発泡体を成形する方法であって、
溶融樹脂に加圧COを含浸することと;
COが充填されたチャンバー内に配置され且つ上面が開放された容器に、COが含浸された溶融樹脂を充填することと;
上記容器に充填された上記溶融樹脂を、上記チャンバー内のCOの圧力を低下させて発泡させることを含む熱可塑性樹脂発泡体の成形方法が提供される。
【0013】
本発明においては、例えば超臨界状態のCOを予め含浸した溶融樹脂を用いて射出成形を行う。溶融樹脂は、予めCOが充填されたチャンバー内で、上面が開放された容器に射出充填される。容器は、上面が開放されていることにより、溶融樹脂が充填される際の流動抵抗が極めて低いので、容器内で溶融樹脂の圧力差は生じない。予めチャンバー内に充填されたCOは溶融樹脂に対して可塑材として機能することにより、溶融樹脂の粘性が低く保たれる。溶融樹脂の低流動抵抗及び低粘性により、溶融樹脂が容器の端部まで充分に広がると共に、容器の底面に形成されている成形パターン内部にまで十分に溶融樹脂が侵入する。次に、必要に応じて、例えば、容器を回転ステージ等を用いて回転させて容器上の溶融樹脂の厚みを均一にした後、チャンバー内のCOの圧力を低下させる。これにより、チャンバー内部の圧力が低下する。同時に、溶融樹脂に予め含浸されていたCOが圧力低下により気化し、溶融樹脂の内部は発泡状態となる。この状態で溶融樹脂を冷却することにより、熱可塑性樹脂発泡体を得ることができる。
【0014】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、図を用いて説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【0015】
【実施例1】
本発明に用いた熱可塑性樹脂発泡体を成形するための成形装置を、図1及び2を用いて説明する。本成形装置は、図2に示すように、主に、チャンバー1、射出充填部5、型締部4、成形品取出部21及び移動金型予熱部22からなる。なお、図1は、図2におけるA’−A’線の断面を示した図である。
【0016】
チャンバー1は、図2に示すように、直径1000mm、高さ200mmの円筒状に形成されている。チャンバー1は、円筒の中心軸AXを中心として、外周部まで放射状に延在する壁15、16、17及び18により、その内部が4つのサブチャンバー11、12、13及び14に区画されている。壁15、16、17及び18は、それぞれ上下動を行う機構(不図示)により上下動可能であり、例えば、壁15、16が上昇しているときにサブチャンバー11は密閉される。チャンバー1には、移動金型20を、チャンバー1の中心軸AXを中心として回転移動させるための搬送装置19が設けられている。搬送装置19は、中心軸AX上に位置するロータ100と、ロ―タ100から放射状に延在する4本のアーム101とを有しており、各アームの先端には移動金型20を把持する不図示のチャックが設けられている。ロータ100の回転(時計方向)により、移動金型20が各サブチャンバー間を移動するときのみ、該当する壁が下降しサブチャンバー間の雰囲気を連通させ、移動金型20の移動が完了すると、該当する壁が上昇し再びサブチャンバー同士を隔離する。図2に示したように、ロータ100の回転により、移動金型20はサブチャンバー11〜14を順次移動して、各サブチャンバーで作業が行われる。サブチャンバー11では、移動金型20に樹脂の射出成形と型締め(圧縮)が行われる。サブチャンバー12、14は待機室であり、サブチャンバー13では成形品の取出し及び移動金型20の加熱が行われる。
【0017】
各移動金型20は、金型用鋼材である日立金属社製HPM38からなる円筒状の金属容器である。図3に示すように、移動金型20の底面20aには、所望の凹凸パターンが形成されたスタンパ23が、不図示のスタンパ押えを介して設置されている。
【0018】
図1及び2に示すように、サブチャンバー11の上方には、時計回り方向に順に、射出充填部5及び型締部4が配置されている。射出充填部5及び型締部4は、このサブチャンバー11において、移動金型20への溶融樹脂の射出充填及び金型の型締めをそれぞれ行なう。
【0019】
中心軸AXに関してサブチャンバー11に対向するサブチャンバー13内は、成形品取出部21及び移動金型予熱部22が設けられており、サブチャンバー13の内部が大気圧状態に維持されている。移動金型予熱部22における加熱手段として、高周波誘導加熱またはマイクロ波加熱等が用いられる。予め移動金型20を加熱することによって、移動金型20上に射出充填される溶融樹脂の温度をガラス転移温度以上に維持することができる。
【0020】
射出充填部5は、図1に示すように、溶融樹脂の可塑化部2、射出部3及びステージ70からなる。可塑化部2及び射出部3は、スクリュー・プリプラ式の射出機構で構成されている。可塑化部2は先端にあるノズル2’が水平面に対して斜め下向きとなるように配置されている。可塑化部2は、主にシリンダ33、スクリュー37及びヒーター36から構成される。スクリュー37は、シリンダ33の内部に配置され、シリンダ33内に充填された溶融樹脂を可塑化する。ヒーター36は、シリンダ33の周囲に配置され、シリンダ33内で可塑化された溶融樹脂の可塑状態を維持するために、シリンダ33を加熱する。シリンダ33の側面には、第1ベントポート34及び第2ベントポート35が形成されている。第1ベントポート34は、シリンダ33内で、スクリュー37の回転により可塑化された樹脂から発生したモノマー成分等の揮発ガスを、真空ポンプ32を用いて外部に排気するために用いられる。また、第2ベントポート35は、超臨界状態の加圧COを、COガスボンベ38から加圧CO発生装置39を介して、シリンダ33内に充填するために用いられる。
【0021】
射出部3は、射出シリンダ40及びゲート開閉シリンダ42で構成されている。射出シリンダ40は、可塑化部2の下方に配置され、水平方向に延在する。射出シリンダ40内部には、射出プランジャー41が配置され、射出シリンダ40内に充填された溶融樹脂を射出する。射出プランジャー41は、射出シリンダ40先端近傍に形成された溶融樹脂供給口40’から後退した位置に配置されている。射出プランジャー41の位置により、ゲート開閉シリンダ42を介して移動金型20内に射出充填される溶融樹脂の量が決定される。また、射出シリンダ40の溶融樹脂供給口40’で射出シリンダ40の内部と可塑化部2のノズル2’とが通じる。ゲート開閉シリンダ42は、射出シリンダ40の先端部に隣接して鉛直方向に延在しており、その先端がサブチャンバー11内部に至っている。ゲート開閉シリンダ42の内部には、ゲート開閉ピストン45が配置されており、ゲート開閉ピストン45によってゲート開閉シリンダ42内に充填された溶融樹脂がサブチャンバー内に射出される。また、ゲート開閉シリンダ42の周囲にはバンドヒーター43が設置されており、バンドヒーター43によってゲート開閉シリンダ42内に充填された溶融樹脂の温度制御が行われる。射出シリンダ40のノズル40”は、ゲート開閉シリンダ42と所定の高さ位置において連通している。ステージ70は、サブチャンバー11内において、ゲート開閉シリンダ42の下方に配置される。ステージ70は、モーター90上に、モーター90の軸BXを中心に回転可能に設置されている。ステージ70上面には、搬送装置(19)によって搬送されてきた移動金型20が載置され、この移動金型20上に溶融樹脂が射出充填される。
【0022】
型締部4は、図1に示すように、主に、プレスステージ50、ステージドライバ51及びプレスシリンダ52からなる。プレスステージ50は、サブチャンバー11内部でステージドライバ51の上面に設置される。また、プレスステージ50の上面には、射出充填部5より搬送装置(19)により搬送されてきた移動金型20が載置される。ステージドライバ51を駆動させることにより、プレスステージ50を介して移動金型20が上下動する。プレスシリンダ52は、サブチャンバー11の上部に設置されている。プレスシリンダ52の内部には、シリンダ内を鉛直方向に上下動するプレスピストン53が設置されている。また、プレスピストン53の下面にプレス金型54が取り付けられている。プレス金型54は、プレスピストン53を下降したときに、移動金型20の凹部と嵌合して凹部内の樹脂を圧縮する。
【0023】
次に、熱可塑性樹脂発泡体の成形方法について、図1及び3を用いて説明する。まず、溶融樹脂の射出充填工程について説明する。図示しない乾燥機より、射出充填部5における可塑化部2のホッパ30に、ポリカーボネートからなるペレット(成形材料)が供給される。次いで、ペレットは、ホッパ30の周囲に設置されたヒーター31によって、ホッパ30内部で加熱され、より乾燥状態が促進される。このとき、ホッパ30内部は真空ポンプ32により脱気される。次いで、乾燥ペレットは、可塑化部2のシリンダ33に供給される。第1ベントポート34から可塑化時に発生する揮発ガスを真空ポンプ32より脱気させ、溶融樹脂を飢餓状態にする。次いで、溶融樹脂が供給されたシリンダ33内に、第2ベントポート35から超臨界流体である加圧COを充填する。
【0024】
シリンダ33において加圧COが充填された溶融樹脂は、スクリュー37が回転することにより、シリンダ33のノズル2’を介して、射出シリンダ40に充填される。次いで、射出シリンダ40の射出プランジャー41を前進(押出)させることによって、射出シリンダ40内に供給された溶融樹脂のみが、射出シリンダ40のノズル40”を介してゲート開閉シリンダ42に供給される。射出プランジャー41の先端が射出シリンダ40のノズル40”まで移動した状態では、溶融樹脂供給口40’が射出プランジャー41によって塞がれる。これにより、可塑化部2のシリンダ33内部は閉塞状態となる。この状態で、シリンダ33内のスクリュー37を回転させることにより、シリンダ33内部に存在する溶融樹脂の圧力を高く維持することができる。次いで、ゲート開閉シリンダ42に供給された溶融樹脂をバンドヒーター43で温度制御する。次いで、ゲート開閉ピストン45の先端部46を上昇させることにより、ゲート開閉シリンダ42のゲート47が開放され、移動金型20上に溶融樹脂が充填される。
【0025】
図3は、図1中の符号Aの部分を拡大した図である。ゲート開閉シリンダ42のゲート47から、溶融樹脂RSが移動金型20上に設置されたスタンパ23上に充填される。このとき、移動金型20は上方が開放された容器であるので、溶融樹脂RSはその流路を制限されることなく、底面20aに設置されたスタンパ23上に流れ出す。サブチャンバー11内部には、COガスボンベ38から加圧CO発生装置39を介して供給されたCOが、圧力10MPaで予め充填されている。このCOが、溶融樹脂RSの可塑材として機能する。これにより、射出充填された溶融樹脂RSの粘性が低く保たれる。また、このCOにより、溶融樹脂RS内に含浸されている加圧COや残留ガスの揮発による発泡や、空気等が溶融樹脂内に取り込まれることによる発泡を抑制することができる。さらに、サブチャンバー11内のCOの圧力を一定に保つことにより、溶融樹脂RSに予め含浸されている加圧COの含有量の変化を抑制できる。これにより、高アスペクト比で微細なパターンを有するスタンパを移動金型20に設置した場合においても、パターンの細部に至るまで溶融樹脂を十分侵入させることができる。
【0026】
次に、溶融樹脂に金型パターンの転写工程について、図1を用いて説明する。まず、射出充填部5で溶融樹脂の充填が行われた移動金型20を、同一サブチャンバー内のプレスステージ50上に搬送装置(19)を用いて移動する。次いで、プレスピストン53を鉛直方向に押し下げることにより、プレス金型54を移動金型20に嵌合させる。これにより、移動金型20上の溶融樹脂が圧縮される。プレス金型54により、露出している溶融樹脂の表面がほぼ一様な圧力で圧縮されるため、溶融樹脂の内部圧力差は殆ど生じない。このときのプレス金型54の表面は、COを含浸した溶融樹脂のガラス転移温度以上であることが望ましい。溶融樹脂はほぼ均等な圧力でプレス金型54の金型面に接触するので、溶融樹脂の表面は一様に冷却され固化する。
【0027】
次いで、溶融樹脂の表面が固化しているが、溶融樹脂内部が未だ固化していない状態で、移動金型20をステージドライバ51によって下降させる。これにより、移動金型20とプレス金型54で画成される空間の容積が増大すると共にその内圧が低下する。同時に、溶融樹脂内に予め含浸されていた超臨界状態のCOが、圧力低下により気化し、溶融樹脂は発泡状態となる。この状態で溶融樹脂が冷却されることにより、溶融樹脂が固化して内部に発泡層を有する樹脂成形品を形成することができる。また、溶融樹脂内部が未だ固化していない状態で、再度加圧することにより、樹脂内部を無発泡状態に戻すことも可能である。
【0028】
こうして、内部が発泡化された樹脂成形品は、搬送装置(19)により、サブチャンバー12、13の順に移動される。図2に示すように、移動金型20をサブチャンバー11からサブチャンバー13に移動する際に、まず、サブチャンバー11と12の間に位置する壁16が下降し、サブチャンバー11と12の雰囲気を連通させる。次いで、搬送装置19によって移動金型20がサブチャンバー11からサブチャンバー12に移送される。移動金型20がサブチャンバー12に完全に侵入した状態で壁16が上昇し、サブチャンバー11と12の雰囲気が隔離される。次いで、サブチャンバー12と13の間に位置する壁17が下降し、サブチャンバー12と13の雰囲気が連通する。搬送装置19によって、移動金型20をサブチャンバー12からサブチャンバー13に移動した後、壁17を上昇する。こうすることで、サブチャンバー11と13を直接連通させることなくサブチャンバー11から13に移動金型20を移送することができる。
【0029】
サブチャンバー13に移送された移動金型20は、成形品取出部21に位置付けられる。成形品取出部21では、移動金型20内で固化した成形品が、図示しない取出口から装置外に取り出される。次いで、空となった移動金型20は、搬送装置19により移動金型予熱部22に移送される。移動金型予熱部22では、次の射出成形のために移動金型20が加熱される。
【0030】
移動金型予熱部22で加熱された移動金型20は、搬送装置19により、サブチャンバー14、11の順に移動される。まず、サブチャンバー13と14の間に位置する壁18が下降し、サブチャンバー13と14の雰囲気を連通させる。次いで、搬送装置19によって移動金型20がサブチャンバー13からサブチャンバー14に移送される。移動金型20がサブチャンバー14に完全に侵入した状態で、壁18が上昇し、サブチャンバー13と14の雰囲気が隔離される。次いで、サブチャンバー14と11の間に位置する壁15が下降し、サブチャンバー14と11の雰囲気が連通する。搬送装置19によって、移動金型20をサブチャンバー14からサブチャンバー11に移動した後、壁15を上昇する。こうすることで、サブチャンバー13と11を直接連通させることなくサブチャンバー13から11に移動金型20を移送することができ、サブチャンバー13における移動金型予熱部22で発生した熱がサブチャンバー11に伝わることが防止される。
【0031】
以上のように、移動金型20を本成形装置の各動作部間で移動させることにより、一連の成形作業が行われる。本成形装置の搬送装置19には、上述の通り4本のアームが設けられているので、4つの移動金型をそれぞれの動作部で、同時に処理することができる。例えば、射出充填部において、ある移動金型20に溶融樹脂の充填が行われている最中に、溶融樹脂充填の準備段階として別の移動金型20が移動金型予熱部22で加熱される。このような、装置内部での効率的な作業が行われることにより、成形品のスループットが向上される。
【0032】
【実施例2】
本発明における第2の実施形態について、図4を用いて説明する。上記実施例では、金型プレスした後に移動金型20を所定距離だけ下降させることにより、溶融樹脂内部に発泡層を形成したが、本実施例では、移動金型20と金型プレス54の間を閉塞した状態で、その閉塞した空間の内部圧力を低下させることにより溶融樹脂内部に発泡層を形成した。図4に示すように、溶融樹脂RSが充填された移動金型20とプレス金型54を嵌合させた状態でその内部を閉塞する。プレス金型54内部には、溶融樹脂との接触面である面54aの端部近傍から金型の側面に至るまで通路54’が設けられている。また、プレス金型54の側面に形成されている通路54’の開口部からサブチャンバー11の外部にかけて、排気管55が設けられている。サブチャンバー11外の排気管55には、電磁弁77が設けられている。電磁弁77を作動させることにより、空間80内のCOが、通路54’及び排気管55を介して、サブチャンバー11の外部に排気される。これにより、閉塞した空間80内のCOの量が減少する。よって、空間80の内圧は低下する。これに伴い、溶融樹脂内部に含浸されている超臨界流体である加圧COの圧力も低下し、溶融樹脂内部のCOが発泡する。この状態で溶融樹脂が冷却されることにより、溶融樹脂が固化して内部に発泡層を有する樹脂成形品を形成することができる。
【0033】
【変形例】
本発明における変形例を、図1を用いて説明する。上記実施例では、移動金型20に溶融樹脂を充填した後に、移動金型20を型締部4に移動して溶融樹脂の型締めを行うことにより熱可塑性樹脂発泡体を成形したが、本変形例においては、移動金型20に溶融樹脂を充填した後に、移動金型を射出充填部下方に配置したまま、ステージ70に連結したモーター90を駆動して移動金型20を回転させる。金型が回転することにより、移動金型20上に射出充填された溶融樹脂は移動金型20の遠心力により金型表面全体に広がり、その膜厚が均一となる。この状態で、サブチャンバー11内のCO圧力を低下させる。この圧力制御により、溶融樹脂内部に含浸しているCOが発泡状態となり、ステージ70に埋設された冷却装置(不図示)等で冷却することで、樹脂内部に均一な発泡層を形成することができる。この方法を用いることにより、型締めすることなく、厚さ0.1mm程度の薄い熱可塑性樹脂発泡体を成形することが可能である。また、本変形例では、金型を搬送装置で別の場所に移動することなく、熱可塑性樹脂発泡体を製造することができる。
【0034】
上記実施例及び変形例では、ペレット(成形材料)として、ポリカーボネートを用いたが、これに限らず、例えば、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリオレフィン、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリフェニレンオキシド、ポリメチルペンテン、ポリエーテルイミド、ABS樹脂等、または、それらの共重合体を用いることができる。
【0035】
上記実施例及び変形例では、溶融樹脂の充填を一箇所のゲートから行ったが、複数のゲートを設けて、それらのゲートから溶融樹脂の充填を行ってもよい。複数のゲートから溶融樹脂を充填した場合、一箇所のゲートから充填した場合よりも溶融樹脂は移動金型20内に一層均一に充填され、一様に冷却される。一又は複数のゲートを配置する位置を、成形品の形状に合わせて適宜調整してもよい。これにより、成形品の形状に応じて、移動金型への一層効率的な溶融樹脂の充填が可能となる。
【0036】
上記実施例では、溶融樹脂内部に発泡層を形成するために、ステージドライバ51を用いて移動金型20を上昇させたが、プレス金型54が設置されたプレスピストン53の下降量を制御することにより、プレス金型54と移動金型20で形成される空間容積を調整してもよい。
【0037】
上記実施例及び変形例では、サブチャンバー11とは異なるサブチャンバー13にて移動金型20を予め加熱したが、移動金型20が載置されるステージ70に内蔵したヒーター71を用いて、サブチャンバー11内で移動金型20を加熱してもよい。また、上記実施例では、金型パターンの転写工程において、プレス金型54に溶融樹脂を接触させて溶融樹脂の表面を温度制御したが、プレス金型54が設置されるプレスピストン53及び移動金型20が載置されるプレスステージ50にそれぞれ内蔵した、ヒーター75及び冷却装置76を用いて温度制御を行ってもよい。ヒーター75及び冷却装置76を用いてプレス金型54及び移動金型20を温度制御することによって、溶融樹脂が急冷されることを防止する。これにより、溶融樹脂表面の冷却ムラの発生や発泡を抑制できる。冷却装置76として、冷却水を還流させてもよい。
【0038】
溶融樹脂が固化した後またはプレス金型54と移動金型20が嵌合した状態で、サブチャンバー内のCOの入替えを行ってもよい。この入替えは以下のような操作で行う。密閉されたサブチャンバー11を、電磁弁60を介して大気開放した後に、電磁弁61を作動させることにより、真空ポンプ32で急速に減圧する。次いで、電磁弁62を作動することにより、加圧CO発生装置39からサブチャンバー11に加圧COを供給する。これにより、サブチャンバー内に発生した余分な酸素や樹脂からの揮発成分、また、微細パターン内の残留ガス等を完全に排気することができる。
【0039】
上記実施例では、サブチャンバー内で移動金型20を移動させて溶融樹脂の射出充填及び金型パターンの転写を行ったが、射出充填部5及び型締部4の移動機構を設けて、移動金型20を固定した状態で、射出充填部5及び型締め部4を移動させることにより射出充填及び金型パターン転写を行ってもよい。さらに、射出充填部5及び型締め部4をそれぞれ独立したチャンバー内に設置して、射出充填及び金型パターン転写を行ってもよい。
【0040】
【発明の効果】
本発明においては、溶融樹脂の粘性が均一且つ低い状態で金型に充填されるので、特に、流動性の低い成形材料を用いた成形には好適である。また、金型がチャンバー内で開放された状態で溶融樹脂が充填されるので、大型な成形品を製造する場合においても、溶融樹脂の充填圧や型締め時の圧力を低くすることができ、射出成形装置の構造を簡略化できる。さらに、溶融樹脂の射出充填後、型締めを行わずにチャンバー内のCOの圧力を低下させることで、発泡体を得ることができるので、さらに射出成形装置を小型化することができる。
【0041】
また、本発明においては、溶融樹脂の射出充填の際に、高圧の充填圧や型締圧を必要としないため、金型を薄くすることができる。この金型は熱容量が小さくなり、熱伝導効率も良くなる。したがって、金型の温度制御が容易であると共に、溶融樹脂の熱が金型によって急速に奪われることを抑制し、よって、樹脂内部の構造が非常に安定した成形品を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に用いた熱可塑性樹脂成形装置の射出充填部、型締部及びその下方に位置するサブチャンバーを概略的に示した断面図である。
【図2】 本発明に用いた熱可塑性樹脂成形装置におけるチャンバーの概略平面図である。
【図3】 本発明に用いた熱可塑性樹脂成形装置の、溶融樹脂の充填の様子を概略的に示した図である。
【図4】 本発明の実施例2の型締部における移動金型近傍を概略的に示した図である。
【符号の説明】
1 チャンバー
11,12,13,14 サブチャンバー
2 可塑化部
3 射出部
4 型締部
5 射出充填部
15,16,17,18 壁
20 移動金型
21 成形品取出部
22 移動金型予熱部
23 スタンパ
33 シリンダ
40 射出シリンダ
41 射出プランジャー
42 ゲート開閉シリンダ
50 プレスステージ
53 プレスピストン
54 プレス金型
[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a method for molding a thermoplastic resin foam using a supercritical fluid.
[0002]
[Prior art]
In recent years, a method for forming a thermoplastic resin foam using a supercritical fluid has been developed. Since the supercritical fluid has a solubility close to that of a liquid and a diffusibility and permeability similar to those of a gas, it is impregnated into the resin in a short time. In addition, by using a supercritical fluid, it is possible to form fine foam cells inside the resin, which were difficult with conventional chemical foaming methods and gas foaming methods, etc., so that it is possible to manufacture lightweight and high-rigidity foams. Can do. The formation method underlying this foam is described in US Pat. No. 5,158,986. According to this publication, 1) a thermoplastic resin is formed into a sheet by extrusion molding, and the sheet is made into CO in a supercritical state. 2 CO is a supercritical fluid in the resin sheet by introducing it into the pressurized chamber filled with 2 And a method of forming a foam by heating and foaming in a foaming chamber at atmospheric pressure, or 2) supercritical CO into the resin while melting the resin with an extruder. 2 The molded product extruded into a sheet shape is introduced into a pressure chamber, a cell nucleus that becomes a foam is formed by a pressure change in the pressure chamber, and the cell nucleus is heated and cooled to obtain a desired cell diameter. And a method for obtaining the cell density is disclosed.
[0003]
As an example of molding the foam by injection molding, a supercritical state CO is added to a thermoplastic resin melted in a cylinder of an injection molding machine. 2 An apparatus and a molding method for impregnating an inert gas such as the above, injecting and filling the thermoplastic resin into the mold, and then foaming by reducing the pressure in the mold are disclosed in Japanese Patent Laid-Open Nos. 08-258096 and 10- 230305, Japanese Patent Laid-Open No. 2001-9882, and the like. In Japanese Patent Laid-Open No. 10-230528, after injection filling with a molten resin, a part or the entire surface of the mold is retracted to increase the cavity volume, and the inside of the cavity is decompressed to control foaming of the thermoplastic resin.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above injection molding method, since the molten resin impregnated with the supercritical fluid is injected and filled with the cavity closed by clamping, particularly in the case of a molded product having a thin surface and a large surface area, The pressure difference in the resin becomes large at the end of the cavity. Therefore, in order to fill the molten resin up to the end of the cavity, it is necessary to increase the injection filling pressure of the molten resin. Along with this, the mold clamping pressure of the cavity that can withstand the filling pressure is required, but increasing the mold clamping pressure increases the flow resistance of the molten resin to be filled, which further increases the pressure difference in the cavity. It becomes.
[0005]
Further, the supercritical fluid impregnated in the molten resin pressurized by the plasticizing cylinder of the injection molding machine is gasified by being depressurized when injected into the cavity, and foams from the surface of the molten resin. Therefore, when a smooth non-foamed layer is formed on the resin surface layer, it is necessary to prevent the surface of the molten resin from being cooled and solidified while being in a foamed state. Therefore, in the conventional molding method using a supercritical fluid, the mold surface and its vicinity are made of a material having low thermal conductivity, thereby suppressing the heat quantity of the molten resin from being taken away by the mold, A method for suppressing rapid cooling has been proposed. According to this method, the viscosity of the resin is lowered, and the transferability of the mold pattern to the resin is improved. However, in order to form a foam layer inside the resin, it is necessary to reduce the cavity internal pressure with a low viscosity inside the resin after the non-foamed skin layer is formed on the resin surface. On the other hand, in order to transfer a fine mold pattern to the resin surface, it is necessary to increase the cavity internal pressure and allow the molten resin to sufficiently enter the mold pattern. It is difficult to satisfy these conditions at the same time, and it has not been possible to obtain a stable foam.
[0006]
An object of the present invention is to provide a novel molding method of a thermoplastic resin foam having a foam layer having a uniform thickness inside the thermoplastic resin.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
According to a first aspect of the present invention, there is provided a method of molding a thermoplastic resin foam by filling a mold with a molten resin,
Pressurized CO to the molten resin 2 Impregnating with;
CO 2 In a mold container placed in a chamber filled with 2 Filling with molten resin impregnated with;
Pressurizing the molten resin filled in the mold container with a press mold;
There is provided a method for molding a thermoplastic resin foam, which includes foaming the molten resin by increasing the volume of the space defined by the mold container and the press mold after pressurizing the molten resin.
[0008]
In the present invention, for example, supercritical CO 2 2 Injection molding is performed using a molten resin impregnated in advance. The molten resin is pre-CO 2 2 Is filled in a mold container having an open upper surface. Since the mold container has an open upper surface, the flow resistance when the molten resin is filled is extremely low, so that a pressure difference of the molten resin does not occur in the container. CO filled in the chamber in advance 2 By functioning as a plasticizer for the molten resin, the viscosity of the molten resin is kept low. Due to the low flow resistance and low viscosity of the molten resin, the molten resin sufficiently spreads to the end of the mold, and the molten resin sufficiently penetrates into the molding pattern formed on the bottom surface of the mold container. Next, the mold container is clamped by closing the open surface of the mold container using a press mold and pressurizing the molten resin. When the surface of the molten resin is cooled and solidified by the mold container and the press mold, the mold pattern is transferred to the molten resin. Furthermore, the press mold is moved relative to the mold container to increase the volume of the space defined by the mold container and the press mold. Thereby, the pressure inside a space falls and molten resin expand | swells. At the same time, the CO previously impregnated in the molten resin 2 Vaporizes due to the pressure drop, and the inside of the molten resin becomes foamed. By cooling the molten resin in this state, a thermoplastic resin foam can be obtained.
[0009]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a method of molding a thermoplastic resin foam by filling a mold with a molten resin,
Pressurized CO to the molten resin 2 Impregnating with;
CO 2 In a mold container placed in a chamber filled with 2 Filling with molten resin impregnated with;
Pressurizing the molten resin filled in the mold container with a press mold;
After pressurizing the molten resin, CO in the space defined by the mold container and the press mold 2 There is provided a method for molding a thermoplastic resin foam, which comprises lowering the pressure of the molten resin to foam the molten resin.
[0010]
In the present invention, for example, supercritical CO 2 2 Injection molding is performed using a molten resin impregnated in advance. The molten resin is pre-CO 2 2 Is filled in a mold container having an open upper surface. Since the mold container has an open upper surface, the flow resistance when the molten resin is filled is extremely low, so that a pressure difference of the molten resin does not occur in the container. CO filled in the chamber in advance 2 By functioning as a plasticizer for the molten resin, the viscosity of the molten resin is kept low. Due to the low flow resistance and low viscosity of the molten resin, the molten resin sufficiently spreads to the end of the mold, and the molten resin sufficiently penetrates into the molding pattern formed on the bottom surface of the mold container. Next, the mold container is clamped by closing the open surface of the mold container using a press mold and pressurizing the molten resin. When the surface of the molten resin is cooled and solidified by the mold container and the press mold, the mold pattern is transferred to the molten resin. Furthermore, CO in the space defined by the mold container and the press mold 2 The pressure of CO is, for example, through a passage provided inside the press die and an exhaust pipe provided outside the press die. 2 Is reduced by evacuating the chamber outside. At the same time, the CO previously impregnated in the molten resin 2 Vaporizes due to the pressure drop, and the inside of the molten resin becomes foamed. By cooling the molten resin in this state, a thermoplastic resin foam can be obtained.
[0011]
In the first and second aspects of the present invention, the step of pressurizing the molten resin with a press die and / or the foaming step is performed by CO 2 It may be carried out in a chamber filled with or may be carried out by transferring the mold container to another place.
[0012]
According to a third aspect of the present invention, there is provided a method of molding a thermoplastic resin foam,
Pressurized CO to molten resin 2 Impregnating with;
CO 2 Is placed in a chamber filled with and the top surface is opened 2 Filling with molten resin impregnated with;
The molten resin filled in the container is converted into CO in the chamber. 2 There is provided a method for molding a thermoplastic resin foam, which comprises foaming by lowering the pressure.
[0013]
In the present invention, for example, supercritical CO 2 2 Injection molding is performed using a molten resin impregnated in advance. The molten resin is pre-CO 2 2 In a chamber filled with, a container whose upper surface is opened is injection-filled. Since the container has an open upper surface, the flow resistance when the molten resin is filled is extremely low, so that a pressure difference of the molten resin does not occur in the container. CO filled in the chamber in advance 2 By functioning as a plasticizer for the molten resin, the viscosity of the molten resin is kept low. Due to the low flow resistance and low viscosity of the molten resin, the molten resin sufficiently spreads to the end of the container, and the molten resin sufficiently penetrates into the molding pattern formed on the bottom surface of the container. Next, if necessary, for example, the container is rotated using a rotary stage or the like to uniformize the thickness of the molten resin on the container, and then the CO in the chamber is 2 Reduce the pressure. This reduces the pressure inside the chamber. At the same time, the CO previously impregnated in the molten resin 2 Vaporizes due to the pressure drop, and the inside of the molten resin becomes foamed. By cooling the molten resin in this state, a thermoplastic resin foam can be obtained.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto.
[0015]
[Example 1]
A molding apparatus for molding the thermoplastic resin foam used in the present invention will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 2, the present molding apparatus mainly includes a chamber 1, an injection filling unit 5, a mold clamping unit 4, a molded product extraction unit 21, and a moving mold preheating unit 22. FIG. 1 is a view showing a cross section taken along line A′-A ′ in FIG. 2.
[0016]
As shown in FIG. 2, the chamber 1 is formed in a cylindrical shape having a diameter of 1000 mm and a height of 200 mm. The interior of the chamber 1 is divided into four sub-chambers 11, 12, 13 and 14 by walls 15, 16, 17 and 18 extending radially to the outer periphery around the central axis AX of the cylinder. . Each of the walls 15, 16, 17 and 18 can be moved up and down by a mechanism (not shown) that moves up and down. For example, the sub chamber 11 is sealed when the walls 15 and 16 are raised. The chamber 1 is provided with a transfer device 19 for rotating the moving mold 20 around the central axis AX of the chamber 1. The transport device 19 includes a rotor 100 positioned on the central axis AX and four arms 101 extending radially from the rotor 100, and a movable mold 20 is held at the tip of each arm. A chuck (not shown) is provided. Only when the moving mold 20 moves between the sub-chambers due to the rotation of the rotor 100 (clockwise), when the corresponding wall is lowered to connect the atmosphere between the sub-chambers, and the movement of the moving mold 20 is completed, The corresponding wall rises and isolates the subchambers again. As shown in FIG. 2, the moving mold 20 sequentially moves through the sub-chambers 11 to 14 by the rotation of the rotor 100, and work is performed in each sub-chamber. In the subchamber 11, resin injection molding and mold clamping (compression) are performed on the movable mold 20. The sub-chambers 12 and 14 are standby chambers. In the sub-chamber 13, the molded product is taken out and the moving mold 20 is heated.
[0017]
Each moving mold 20 is a cylindrical metal container made of HPM 38 made by Hitachi Metals, which is a steel material for molds. As shown in FIG. 3, a stamper 23 on which a desired concavo-convex pattern is formed is installed on the bottom surface 20 a of the moving mold 20 via a stamper presser (not shown).
[0018]
As shown in FIGS. 1 and 2, an injection filling unit 5 and a mold clamping unit 4 are arranged above the sub chamber 11 in order in the clockwise direction. The injection filling unit 5 and the mold clamping unit 4 perform injection filling of the molten resin into the movable mold 20 and mold clamping in the sub chamber 11, respectively.
[0019]
In the sub-chamber 13 facing the sub-chamber 11 with respect to the central axis AX, a molded product take-out part 21 and a moving mold preheating part 22 are provided, and the inside of the sub-chamber 13 is maintained in an atmospheric pressure state. High-frequency induction heating, microwave heating, or the like is used as heating means in the moving mold preheating unit 22. By heating the moving mold 20 in advance, the temperature of the molten resin injected and filled on the moving mold 20 can be maintained at the glass transition temperature or higher.
[0020]
As shown in FIG. 1, the injection filling section 5 includes a molten resin plasticizing section 2, an injection section 3, and a stage 70. The plasticizing part 2 and the injection part 3 are constituted by a screw / prepa type injection mechanism. The plasticizing part 2 is arranged so that the nozzle 2 ′ at the tip is obliquely downward with respect to the horizontal plane. The plasticizing unit 2 is mainly composed of a cylinder 33, a screw 37 and a heater 36. The screw 37 is disposed inside the cylinder 33 and plasticizes the molten resin filled in the cylinder 33. The heater 36 is disposed around the cylinder 33 and heats the cylinder 33 in order to maintain the plastic state of the molten resin plasticized in the cylinder 33. A first vent port 34 and a second vent port 35 are formed on the side surface of the cylinder 33. The first vent port 34 is used for exhausting the volatile gas such as the monomer component generated from the resin plasticized by the rotation of the screw 37 in the cylinder 33 to the outside using the vacuum pump 32. The second vent port 35 is a pressurized CO in a supercritical state. 2 CO 2 Pressurized CO from the gas cylinder 38 2 It is used for filling the cylinder 33 through the generator 39.
[0021]
The injection unit 3 includes an injection cylinder 40 and a gate opening / closing cylinder 42. The injection cylinder 40 is disposed below the plasticizing part 2 and extends in the horizontal direction. An injection plunger 41 is disposed inside the injection cylinder 40, and the molten resin filled in the injection cylinder 40 is injected. The injection plunger 41 is disposed at a position retracted from a molten resin supply port 40 ′ formed near the tip of the injection cylinder 40. Depending on the position of the injection plunger 41, the amount of molten resin to be injected and filled into the movable mold 20 through the gate opening / closing cylinder 42 is determined. Further, the inside of the injection cylinder 40 and the nozzle 2 ′ of the plasticizing unit 2 communicate with each other through the molten resin supply port 40 ′ of the injection cylinder 40. The gate opening / closing cylinder 42 extends in the vertical direction adjacent to the distal end portion of the injection cylinder 40, and the distal end reaches the inside of the sub-chamber 11. A gate opening / closing piston 45 is disposed inside the gate opening / closing cylinder 42, and the molten resin filled in the gate opening / closing cylinder 42 is injected into the sub chamber by the gate opening / closing piston 45. Further, a band heater 43 is installed around the gate opening / closing cylinder 42, and the temperature control of the molten resin filled in the gate opening / closing cylinder 42 is performed by the band heater 43. The nozzle 40 ″ of the injection cylinder 40 communicates with the gate opening / closing cylinder 42 at a predetermined height position. The stage 70 is disposed in the sub chamber 11 below the gate opening / closing cylinder 42. It is installed on the motor 90 so as to be rotatable about the axis BX of the motor 90. On the upper surface of the stage 70, the moving mold 20 conveyed by the conveying device (19) is placed, and this moving mold is placed. 20 is injection-filled with molten resin.
[0022]
As shown in FIG. 1, the mold clamping unit 4 mainly includes a press stage 50, a stage driver 51, and a press cylinder 52. The press stage 50 is installed on the upper surface of the stage driver 51 inside the sub chamber 11. Further, on the upper surface of the press stage 50, the moving mold 20 conveyed by the conveying device (19) from the injection filling unit 5 is placed. By driving the stage driver 51, the movable mold 20 moves up and down via the press stage 50. The press cylinder 52 is installed in the upper part of the sub chamber 11. Inside the press cylinder 52, a press piston 53 that moves vertically in the cylinder is installed. A press die 54 is attached to the lower surface of the press piston 53. When the press die 54 is lowered, the press die 54 is fitted into the concave portion of the moving die 20 to compress the resin in the concave portion.
[0023]
Next, a method for molding a thermoplastic resin foam will be described with reference to FIGS. First, the injection filling process of the molten resin will be described. A pellet (molding material) made of polycarbonate is supplied from a dryer (not shown) to the hopper 30 of the plasticizing unit 2 in the injection filling unit 5. Next, the pellets are heated inside the hopper 30 by the heater 31 installed around the hopper 30, and the dried state is further promoted. At this time, the inside of the hopper 30 is deaerated by the vacuum pump 32. Next, the dried pellets are supplied to the cylinder 33 of the plasticizing unit 2. Volatile gas generated during plasticization from the first vent port 34 is degassed by the vacuum pump 32, and the molten resin is starved. Next, pressurized CO, which is a supercritical fluid, is supplied from the second vent port 35 into the cylinder 33 to which the molten resin is supplied. 2 Fill.
[0024]
Pressurized CO in the cylinder 33 2 The molten resin filled with is filled into the injection cylinder 40 through the nozzle 2 ′ of the cylinder 33 as the screw 37 rotates. Next, by moving the injection plunger 41 of the injection cylinder 40 forward (extrusion), only the molten resin supplied into the injection cylinder 40 is supplied to the gate opening / closing cylinder 42 via the nozzle 40 ″ of the injection cylinder 40. In a state where the tip of the injection plunger 41 has moved to the nozzle 40 ″ of the injection cylinder 40, the molten resin supply port 40 ′ is blocked by the injection plunger 41. Thereby, the inside of the cylinder 33 of the plasticizing part 2 is closed. By rotating the screw 37 in the cylinder 33 in this state, the pressure of the molten resin existing in the cylinder 33 can be maintained high. Next, the temperature of the molten resin supplied to the gate opening / closing cylinder 42 is controlled by the band heater 43. Next, by raising the tip 46 of the gate opening / closing piston 45, the gate 47 of the gate opening / closing cylinder 42 is opened, and the movable mold 20 is filled with molten resin.
[0025]
FIG. 3 is an enlarged view of the portion A in FIG. From the gate 47 of the gate opening / closing cylinder 42, the molten resin RS is filled onto the stamper 23 installed on the moving mold 20. At this time, since the moving mold 20 is a container whose upper side is opened, the molten resin RS flows out onto the stamper 23 installed on the bottom surface 20a without restricting its flow path. Inside the sub-chamber 11 is CO 2 Pressurized CO from the gas cylinder 38 2 CO supplied via the generator 39 2 Is pre-filled at a pressure of 10 MPa. This CO 2 However, it functions as a plastic material for the molten resin RS. Thereby, the viscosity of injection-filled molten resin RS is kept low. This CO 2 The pressurized CO impregnated in the molten resin RS 2 Further, foaming due to volatilization of residual gas and foaming due to air or the like being taken into the molten resin can be suppressed. Furthermore, CO in the subchamber 11 2 By maintaining the pressure of the pressure constant, the pressurized CO pre-impregnated into the molten resin RS 2 The change of content of can be suppressed. Thereby, even when a stamper having a fine pattern with a high aspect ratio is installed in the moving mold 20, the molten resin can be sufficiently infiltrated to reach the details of the pattern.
[0026]
Next, the process of transferring the mold pattern to the molten resin will be described with reference to FIG. First, the moving mold 20 filled with the molten resin in the injection filling unit 5 is moved onto the press stage 50 in the same sub-chamber using the transport device (19). Next, the press die 53 is pushed down in the vertical direction so that the press die 54 is fitted to the movable die 20. Thereby, the molten resin on the moving mold 20 is compressed. Since the surface of the exposed molten resin is compressed by the press die 54 with a substantially uniform pressure, the internal pressure difference of the molten resin hardly occurs. The surface of the press die 54 at this time is CO. 2 It is desirable that the temperature is higher than the glass transition temperature of the molten resin impregnated with. Since the molten resin comes into contact with the die surface of the press die 54 with substantially equal pressure, the surface of the molten resin is uniformly cooled and solidified.
[0027]
Next, although the surface of the molten resin is solidified, the moving mold 20 is lowered by the stage driver 51 in a state where the inside of the molten resin is not yet solidified. As a result, the volume of the space defined by the moving mold 20 and the press mold 54 increases and the internal pressure thereof decreases. At the same time, CO in a supercritical state that has been previously impregnated in the molten resin. 2 However, it is vaporized by the pressure drop, and the molten resin becomes a foamed state. By cooling the molten resin in this state, the molten resin is solidified and a resin molded product having a foamed layer inside can be formed. It is also possible to return the interior of the resin to a non-foamed state by pressurizing again while the interior of the molten resin is not yet solidified.
[0028]
Thus, the resin molded product whose inside is foamed is moved in the order of the sub-chambers 12 and 13 by the transfer device (19). As shown in FIG. 2, when moving the movable mold 20 from the subchamber 11 to the subchamber 13, first, the wall 16 positioned between the subchambers 11 and 12 is lowered, and the atmosphere of the subchambers 11 and 12 is lowered. To communicate. Next, the moving mold 20 is transferred from the sub chamber 11 to the sub chamber 12 by the transfer device 19. The wall 16 rises in a state where the moving mold 20 has completely entered the sub-chamber 12, and the atmosphere of the sub-chambers 11 and 12 is isolated. Next, the wall 17 located between the subchambers 12 and 13 is lowered, and the atmosphere of the subchambers 12 and 13 is communicated. After the moving mold 20 is moved from the subchamber 12 to the subchamber 13 by the transfer device 19, the wall 17 is raised. By doing so, the movable mold 20 can be transferred from the sub-chambers 11 to 13 without directly communicating the sub-chambers 11 and 13.
[0029]
The moving mold 20 transferred to the sub-chamber 13 is positioned in the molded product takeout part 21. In the molded product take-out unit 21, the molded product solidified in the movable mold 20 is taken out of the apparatus from an unillustrated outlet. Next, the empty moving mold 20 is transferred to the moving mold preheating unit 22 by the transfer device 19. In the moving mold preheating part 22, the moving mold 20 is heated for the next injection molding.
[0030]
The moving mold 20 heated by the moving mold preheating unit 22 is moved by the transfer device 19 in the order of the sub chambers 14 and 11. First, the wall 18 located between the subchambers 13 and 14 is lowered, and the atmosphere of the subchambers 13 and 14 is communicated. Next, the moving mold 20 is transferred from the sub chamber 13 to the sub chamber 14 by the transfer device 19. With the moving mold 20 completely entering the sub-chamber 14, the wall 18 rises and the atmosphere of the sub-chambers 13 and 14 is isolated. Next, the wall 15 located between the subchambers 14 and 11 is lowered, and the atmosphere of the subchambers 14 and 11 is communicated. After the moving mold 20 is moved from the subchamber 14 to the subchamber 11 by the transfer device 19, the wall 15 is raised. In this way, the moving mold 20 can be transferred from the sub-chamber 13 to 11 without directly connecting the sub-chambers 13 and 11, and the heat generated in the moving mold preheating part 22 in the sub-chamber 13 is transferred to the sub-chamber. 11 is prevented from being transmitted.
[0031]
As described above, a series of molding operations is performed by moving the movable mold 20 between the operating parts of the molding apparatus. Since the conveying device 19 of the main forming apparatus is provided with the four arms as described above, the four movable molds can be simultaneously processed by the respective operation units. For example, in the injection filling unit, another moving mold 20 is heated by the moving mold preheating unit 22 as a preparation step for filling the molten resin while a certain moving mold 20 is being filled with the molten resin. . By performing such an efficient operation inside the apparatus, the throughput of the molded product is improved.
[0032]
[Example 2]
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the above embodiment, the foamed layer is formed inside the molten resin by lowering the moving mold 20 by a predetermined distance after the mold pressing, but in this embodiment, between the moving mold 20 and the mold press 54. The foamed layer was formed inside the molten resin by lowering the internal pressure of the closed space in the closed state. As shown in FIG. 4, the inside of the movable mold 20 filled with the molten resin RS and the press mold 54 are closed in a closed state. Inside the press die 54, a passage 54 'is provided from the vicinity of the end of the surface 54a that is a contact surface with the molten resin to the side surface of the die. An exhaust pipe 55 is provided from the opening of the passage 54 ′ formed on the side surface of the press die 54 to the outside of the subchamber 11. An electromagnetic valve 77 is provided in the exhaust pipe 55 outside the sub chamber 11. By operating the solenoid valve 77, the CO in the space 80 is 2 Is exhausted to the outside of the sub-chamber 11 through the passage 54 ′ and the exhaust pipe 55. As a result, the CO in the closed space 80 is 2 The amount of decreases. Therefore, the internal pressure of the space 80 decreases. Along with this, pressurized CO, which is a supercritical fluid impregnated inside the molten resin 2 The pressure of the resin also decreases, and the CO inside the molten resin 2 Foams. By cooling the molten resin in this state, the molten resin is solidified and a resin molded product having a foamed layer inside can be formed.
[0033]
[Modification]
A modification of the present invention will be described with reference to FIG. In the above embodiment, the thermoplastic resin foam is molded by filling the movable mold 20 with the molten resin and then moving the movable mold 20 to the mold clamping unit 4 and clamping the molten resin. In the modification, after the movable mold 20 is filled with the molten resin, the movable mold 20 is rotated by driving the motor 90 connected to the stage 70 while the movable mold is disposed below the injection filling unit. As the mold rotates, the molten resin injected and filled onto the moving mold 20 spreads over the entire mold surface due to the centrifugal force of the moving mold 20, and the film thickness becomes uniform. In this state, the CO in the subchamber 11 2 Reduce pressure. By this pressure control, CO impregnated inside the molten resin 2 Becomes a foamed state, and a uniform foamed layer can be formed inside the resin by cooling with a cooling device (not shown) or the like embedded in the stage 70. By using this method, it is possible to mold a thin thermoplastic resin foam having a thickness of about 0.1 mm without clamping. Moreover, in this modification, a thermoplastic resin foam can be manufactured, without moving a metal mold | die to another place with a conveying apparatus.
[0034]
In the above examples and modifications, polycarbonate was used as the pellet (molding material). However, the present invention is not limited to this. For example, polyethylene, polystyrene, polyolefin, polyacetal, polycarbonate, polyphenylene oxide, polymethylpentene, polyetherimide, ABS Resins or the like or copolymers thereof can be used.
[0035]
In the above-described embodiments and modifications, the molten resin is filled from one gate, but a plurality of gates may be provided and the molten resin may be filled from these gates. When the molten resin is filled from a plurality of gates, the molten resin is filled more uniformly into the moving mold 20 than when the molten resin is filled from a single gate and cooled uniformly. You may adjust suitably the position which arrange | positions a 1 or several gate according to the shape of a molded article. Thereby, the molten resin can be more efficiently filled into the moving mold according to the shape of the molded product.
[0036]
In the above embodiment, the movable die 20 is raised using the stage driver 51 in order to form the foam layer inside the molten resin, but the lowering amount of the press piston 53 in which the press die 54 is installed is controlled. Thus, the space volume formed by the press die 54 and the moving die 20 may be adjusted.
[0037]
In the above-described embodiments and modifications, the moving mold 20 is preheated in the sub-chamber 13 different from the sub-chamber 11, but the heater 71 built in the stage 70 on which the moving mold 20 is placed is used to The moving mold 20 may be heated in the chamber 11. Further, in the above embodiment, in the mold pattern transfer process, the temperature of the surface of the molten resin is controlled by bringing the molten resin into contact with the press mold 54. However, the press piston 53 and the moving mold in which the press mold 54 is installed are controlled. You may control temperature using the heater 75 and the cooling device 76 which were each incorporated in the press stage 50 in which the type | mold 20 is mounted. By controlling the temperature of the press mold 54 and the moving mold 20 using the heater 75 and the cooling device 76, the molten resin is prevented from being rapidly cooled. Thereby, generation | occurrence | production of the cooling nonuniformity and foaming of the molten resin surface can be suppressed. As the cooling device 76, the cooling water may be refluxed.
[0038]
After the molten resin is solidified or with the press mold 54 and the moving mold 20 fitted, the CO in the sub-chamber 2 May be replaced. This replacement is performed by the following operation. After the sealed sub-chamber 11 is opened to the atmosphere via the electromagnetic valve 60, the electromagnetic valve 61 is operated to rapidly reduce the pressure by the vacuum pump 32. Next, by operating the solenoid valve 62, the pressurized CO 2 Pressurized CO from the generator 39 to the subchamber 11 2 Supply. Thereby, excess oxygen generated in the sub-chamber, volatile components from the resin, residual gas in the fine pattern, and the like can be exhausted completely.
[0039]
In the above embodiment, the movable mold 20 is moved in the sub-chamber to perform the injection filling of the molten resin and the transfer of the mold pattern. However, the movement mechanism of the injection filling section 5 and the mold clamping section 4 is provided and moved. The injection filling and mold pattern transfer may be performed by moving the injection filling unit 5 and the mold clamping unit 4 while the mold 20 is fixed. Furthermore, the injection filling unit 5 and the mold clamping unit 4 may be installed in independent chambers to perform injection filling and mold pattern transfer.
[0040]
【The invention's effect】
In the present invention, since the mold is filled with the molten resin having a uniform and low viscosity, it is particularly suitable for molding using a molding material having low fluidity. In addition, since the molten resin is filled in a state where the mold is opened in the chamber, even when manufacturing a large molded product, the filling pressure of the molten resin and the pressure at the time of mold clamping can be lowered. The structure of the injection molding apparatus can be simplified. Further, after injection filling of the molten resin, the CO in the chamber is not clamped. 2 Since the foam can be obtained by reducing the pressure, the injection molding apparatus can be further downsized.
[0041]
Further, in the present invention, when the molten resin is injected and filled, a high filling pressure and a mold clamping pressure are not required, so that the mold can be made thin. This mold has a smaller heat capacity and better heat conduction efficiency. Therefore, it is easy to control the temperature of the mold, and it is possible to suppress the heat of the molten resin from being rapidly taken away by the mold, and thus it is possible to manufacture a molded product having a very stable structure inside the resin.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an injection filling part, a mold clamping part, and a sub-chamber located below the injection filling part of a thermoplastic resin molding apparatus used in the present invention.
FIG. 2 is a schematic plan view of a chamber in the thermoplastic resin molding apparatus used in the present invention.
FIG. 3 is a view schematically showing a state of filling a molten resin in the thermoplastic resin molding apparatus used in the present invention.
FIG. 4 is a view schematically showing the vicinity of a moving mold in a mold clamping unit according to a second embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 chamber
11, 12, 13, 14 Subchamber
2 Plasticization part
3 Injection part
4 Clamping part
5 Injection filling part
15, 16, 17, 18 walls
20 Moving mold
21 Molded product removal part
22 Moving mold preheating part
23 Stamper
33 cylinders
40 Injection cylinder
41 Injection plunger
42 Gate open / close cylinder
50 Press stage
53 Press piston
54 Press mold

Claims (6)

金型に溶融樹脂を充填することにより熱可塑性樹脂発泡体を成形する方法であって、
上記溶融樹脂に加圧COを含浸することと;
COが充填されたチャンバー内に配置され且つ上面が開放された金型容器に、COが含浸された溶融樹脂を充填することと;
金型容器に充填された溶融樹脂を、プレス金型を用いて加圧することと;
上記溶融樹脂を加圧した後に、金型容器とプレス金型で画成される空間の容積を増大させて溶融樹脂を発泡させることを含む熱可塑性樹脂発泡体の成形方法。
A method of molding a thermoplastic resin foam by filling a mold with a molten resin,
Impregnating the molten resin with pressurized CO 2 ;
Filling a mold container disposed in a chamber filled with CO 2 and having an open upper surface with a molten resin impregnated with CO 2 ;
Pressurizing the molten resin filled in the mold container with a press mold;
A method for molding a thermoplastic resin foam, comprising: pressurizing the molten resin, and increasing a volume of a space defined by a mold container and a press mold to foam the molten resin.
金型に溶融樹脂を充填することにより熱可塑性樹脂発泡体を成形する方法であって、
上記溶融樹脂に加圧COを含浸することと;
COが充填されたチャンバー内に配置され且つ上面が開放された金型容器に、COが含浸された溶融樹脂を充填することと;
金型容器に充填された溶融樹脂を、プレス金型を用いて加圧することと;
上記溶融樹脂を加圧した後に、金型容器とプレス金型で画成される空間内のCOの圧力を低下させて溶融樹脂を発泡させることを含む熱可塑性樹脂発泡体の成形方法。
A method of molding a thermoplastic resin foam by filling a mold with a molten resin,
Impregnating the molten resin with pressurized CO 2 ;
Filling a mold container disposed in a chamber filled with CO 2 and having an open upper surface with a molten resin impregnated with CO 2 ;
Pressurizing the molten resin filled in the mold container with a press mold;
A method for molding a thermoplastic resin foam, comprising: pressurizing the molten resin, and lowering the pressure of CO 2 in a space defined by a mold container and a press mold to foam the molten resin.
上記加圧COが超臨界状態であることを特徴とする請求項1または2に記載の熱可塑性樹脂発泡体の成形方法。The method for molding a thermoplastic resin foam according to claim 1 or 2, wherein the pressurized CO 2 is in a supercritical state. 上記溶融樹脂を加圧する工程を上記チャンバー内で行うことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の熱可塑性樹脂発泡体の成形方法。The method for molding a thermoplastic resin foam according to any one of claims 1 to 3, wherein the step of pressurizing the molten resin is performed in the chamber. 熱可塑性樹脂発泡体を成形する方法であって、
溶融樹脂に加圧COを含浸することと;
COが充填されたチャンバー内に配置され且つ上面が開放された容器に、COが含浸された溶融樹脂を充填することと;
上記容器に充填された上記溶融樹脂を、上記チャンバー内のCOの圧力を低下させて発泡させることを含む熱可塑性樹脂発泡体の成形方法。
A method of molding a thermoplastic resin foam,
Impregnating the molten resin with pressurized CO 2 ;
Filling a container disposed in a chamber filled with CO 2 and having an open top surface with a molten resin impregnated with CO 2 ;
A method for forming a thermoplastic resin foam, the method comprising foaming the molten resin filled in the container by reducing the pressure of CO 2 in the chamber.
上記加圧COが超臨界状態であることを特徴とする請求項5に記載の熱可塑性樹脂発泡体の成形方法。The method for molding a thermoplastic resin foam according to claim 5, wherein the pressurized CO 2 is in a supercritical state.
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