JP7740037B2 - 射出装置のスクリュおよび射出装置 - Google Patents

Description

本発明は、溶融樹脂に発泡剤としてのガス、典型的には不活性ガスを注入して射出成形して発泡成形品を得る射出装置のスクリュに関するものである。

多数の微細な気泡を含む発泡成形品は、軽量であるにも関わらず強度にも優れているため、需要が多い。射出成形により発泡成形品を得るために用いられる発泡剤としては、化学発泡剤と物理発泡剤がある。化学発泡剤としては、例えばアゾジカルボン酸アミドのように熱により分解して気体を発生する物質が用いられる。物理発泡剤は、例えば窒素、二酸化炭素等の不活性ガスが用いられる。不活性ガスからなる物理発泡剤は高圧かつ高温で樹脂に注入されるので浸透力が強く、得られる発泡成形品において発泡ムラが生じにくい。

物理発泡剤としての不活性ガスを用いる発泡成形において、特許文献１は、スクリュの停止時において不活性ガスの逆流が防止され、安定的に高品質の発泡成形品を得ることができる射出装置のスクリュを開示する。このスクリュは、スクリュの形状によって加熱シリンダ内を、第１ステージと第２ステージとに区分すされる。第１ステージには樹脂が圧縮される第１圧縮区間を、第２ステージには不活性ガスが注入される飢餓区間と樹脂が圧縮される第２圧縮区間とが形成される。そして、スクリュの第１圧縮区間に対応する部分には、メインフライトとメインフライトよりリード角が大きいサブフライトの組み合わせからなるバリアフライトを設ける。さらに、第２ステージには２条以上の多条フライトが設けられる。

特開２０２０－１１０９９１号公報

特許文献１のスクリュは、第２ステージの飢餓区間における溝深さが第１ステージの計量部に比べて深い。特許文献１の飢餓区間は溝深さが一定とされており、溶融樹脂のスクリュ溝内の充満度を低下させることで溶融樹脂の圧力を低下させて、飢餓区間に発泡用の不活性ガスである発泡ガスを充填し易くしている。なお本発明における溝深さは、スクリュのフライトが形成されていない部分の底の部分（スクリュ谷径部）からフライト頂部（スクリュ最外径部）までの距離で特定される。
しかし、一般に可塑化工程の際の背圧が高い場合や、第２圧縮区間における圧縮比が高い場合には第２圧縮区間の溝深さが先細りとなっているので溶融樹脂の搬送抵抗が大きい。このため、第２圧縮区間との接続部に連なる飢餓区間の終端近傍における溶融樹脂の搬送量が低下してしまう。このとき飢餓区間の溝深さが、一定であったりまたは下流側の溝深さが上流側の溝深さよりも小さい圧縮形状であったりすると、上流側である第１ステージから送られてくる大量の溶融樹脂量によって、第1ステージよりも溝深さが大きくなっている飢餓区間であってもその終端近傍のスクリュ溝内が急激に充満してしまい空隙が小さくなり発泡ガスが入り込めなくなってしまうことがある。この場合、注入される発泡ガスの圧力が低いと当該飢餓区間の終端近傍のスクリュ溝内に発泡ガスを注入できないか、注入できたとしても少量になるおそれがある。特に射出装置のスクリュは可塑化工程の際に後退移動するのに伴って、発泡ガスの注入口は相対的にスクリュの先端側である飢餓区間の終端側に移動するので、発泡ガスの注入が難しくなる。

以上より、本発明は、発泡ガスの注入を容易にできる二つのステージを備える射出装置のスクリュを提供することを目的とする。

本発明の射出装置のスクリュは、上流側に設けられる第１ステージと、第１ステージより下流側に設けられる第２ステージと、を備える。
本発明の第２ステージには、上流側よりも下流側の溝深さが深い、一条または複数条のフライトを有する樹脂圧抑制領域が上流側に設けられる。

本発明における第１ステージは、好ましくは、主フライトと、主フライトよりも外径の小さい副フライトが設けられる圧縮部を備える。

本発明における第２ステージは、好ましくは、樹脂圧抑制領域よりも下流側に、円周方向に間隔をあけて設けられる複数の板状のフィンからなるフィン群を、中心軸の方向に間隔をあけて複数備える。

本発明における樹脂圧抑制領域は、好ましくは、一条または複数条のフライトが設けられる範囲の全ての範囲または一部の範囲に設けられる。

本発明は、射出ノズルが設けられる加熱シリンダと、加熱シリンダの内部に、中心軸を中心にして回転が可能で、かつ、中心軸に沿って前進及び後退が可能に設けられるスクリュと、加熱シリンダの内部に発泡ガスを供給するガス供給機構と、を備え、発泡成形品を射出成形する射出装置を提供する。この射出装置には以上説明したスクリュが適用される。
発泡ガスの加熱シリンダの内部への供給圧力は、２～１０ＭＰａであることが好ましい。

本発明によれば、発泡ガスの注入を容易にできる二つのステージを備える射出装置のスクリュを提供できる。

第１実施形態に係るスクリュを備える射出装置の正面断面図である。 第１実施形態に係るスクリュにおいて、（ａ）は溶融樹脂の圧力（スクリュ内樹脂圧力）を示し、（ｂ）は当該スクリュの外観を示し、（ｃ）はスクリュ溝深さの変化を示している。 スクリュの溝深さによる溶融樹脂の圧力の相違を説明し、（ａ）は溝深さが相対的に浅い場合を示し、（ｂ）は溝深さが相対的に深い場合を示している。 本発明の第１実施形態に係るスクリュを用いた可塑化工程から射出工程までを示す図である。 第２実施形態に係るスクリュを示す図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態と第２実施形態を含んでおり、第１実施形態と第２実施形態はともに発泡成形品を得るものであり、かつ、発泡ガスの注入を容易にできる二つのステージを備える射出装置のスクリュを提供できる。
〔第１実施形態：図１，図２，図３〕
図１、図２および図３を参照して、第１実施形態に係る射出装置１を説明する。
図１に示されているように、射出装置１は、内部が中空な処理領域１１とされる加熱シリンダ１０と、加熱シリンダ１０の処理領域１１において回転運動および軸方向への往復移動が可能に設けられているスクリュ２０とを備えている。なお、図１において、加熱シリンダ１０とスクリュ２０との間の間隙が意図的に広く描かれている。
なお、射出装置１において、図１に示されるように樹脂の流れる向きに対応して、下流側Ｌ、上流側Ｕが特定される。下流側Ｌおよび上流側Ｕは相対的な意味を含んでいる。

加熱シリンダ１０には、その上流側Ｕに原料ホッパ１３が設けられる。原料ホッパ１３には射出成形の原料である樹脂ペレットＰが蓄えられており、樹脂ペレットＰは原料ホッパ１３から加熱シリンダ１０の内外を貫通する原料通路１４を通って処理領域１１に供給される。
加熱シリンダ１０には、原料ホッパ１３が設けられる位置よりも下流側Ｌに、ガス通路１５が設けられる。ガス通路１５は加熱シリンダ１０の内外を貫通しており、発泡ガス供給源１６に接続される供給配管１７から供給される例えば不活性ガスからなる発泡ガスＩＧは、ガス通路１５を通って処理領域１１に至る。
加熱シリンダ１０の最も下流側Ｌには、射出ノズル１８が設けられる。加熱シリンダ１０の内部で可塑化された溶融樹脂は、この射出ノズル１８を通って、図示が省略される金型のキャビティに充填される。
加熱シリンダ１０の外周には、樹脂ペレットＰの溶融のための複数のヒータ１９が設けられている。加熱シリンダ１０の外側には、ヒータ１９の他の構成を設けて、あるいは置換することを妨げない。

［スクリュ２０：図１，図２］
次に、スクリュ２０について図１および図２を参照して説明する。
スクリュ２０は、上流側Ｕに設けられる第１ステージ３０と第１ステージ３０に連なり下流側Ｌに設けられる第２ステージ４０とを有している。
第１ステージ３０は、樹脂ペレットＰを溶融して溶融樹脂Ｍを生成するのに加えて、生成された溶融樹脂Ｍを第２ステージ４０に向けて搬送する。
第２ステージ４０は、第１ステージ３０から供給される溶融樹脂Ｍに発泡ガスＩＧを注入するとともに分散させる。

［第１ステージ３０：図１，図２］
第１ステージ３０は、一例として、図１および図２に示すように、上流側から順に第１領域３０Ａ、第２領域（圧縮部）３０Ｂおよび第３領域３０Ｃの３つの領域に区分される。樹脂ペレットＰは、加熱シリンダ１０の内部において第１領域３０Ａ、第２領域３０Ｂおよび第３領域３０Ｃを順に通過することで、溶融樹脂Ｍとされる。なお、図２（ｃ）の太線はスクリュ２０の溝の底を示しており、ＯＤで示されるスクリュ外径からの距離が長いところほど溝深さが深いことになる。

第１領域３０Ａは、溝深さＤ_３０Ａが一定のスクリュ溝が形成されるように一条のフライト３１が形成され、原料ホッパ１３から供給される樹脂ペレットＰを第２領域３０Ｂに向けて搬送する。第１領域３０Ａの溝深さは、第２領域３０Ｂおよび第３領域３０Ｃにおける溝深さよりも大きい。第１領域３０Ａは、供給部と称される部分である。第１領域３０Ａにおいて樹脂ペレットＰは固体のまま第２領域３０Ｂに向けて搬送される。第１領域３０Ａは、可塑化開始時には原料ホッパ１３に対応する位置に配置される（図４（ａ））。

次に、第２領域３０Ｂは、一例として、第１領域３０Ａのフライト３１に連なる主フライト３３と、主フライト３３よりも外径が小さく設定されている副フライト３５とを備えている。副フライト３５は、主フライト３３よりリード角が大きく設定されている。第２領域３０Ｂは、上流側Ｕから下流側Ｌに向けて溝深さＤ_３０Ｂが浅くなるように構成されている。なお、第２領域３０Ｂと第１領域３０Ａの境界部分における溝深さはＤ_３０ＡとＤ_３０Ｂが等しい。第２領域３０Ｂの上流側Ｕにおいて固体である樹脂ペレットＰは下流側Ｌにおいて溶融樹脂Ｍとされる。第２領域３０Ｂは圧縮部と称される部分である。

副フライト３５は、その両端が主フライト３３に対して閉塞されていることが好ましい。副フライト３５の両端あるいは片方が、主フライト３３から離れていると、その隙間から固体の樹脂が漏れ出て溶融樹脂Ｍに混入するのに対して、閉塞していれば固体の樹脂が副フライト３５を乗り越えることができず溶融樹脂Ｍのみが副フライト３５を乗り越えることができる。これにより、溶融樹脂Ｍが副フライト３５の頂部をもれなく乗り越えるので溶融樹脂Ｍにせん断力が付与されて下流に搬送できる。
第１ステージ３０の第２領域３０Ｂに副フライト３５を設けることにより、固体樹脂と溶融樹脂を分離するとともに、比較的に弱い力で緩やかに圧縮することを想定している。これによって、第１ステージ３０のスクリュ溝内で固体の樹脂ペレットＰが目詰まりをおこし、それが加熱シリンダ１０に対して楔となり、スクリュ２０に偏加重、偏芯、振れ周りが発生するのを抑制することができる。

副フライト３５は、主フライト３３の頂部における外径（直径）をＤとすると、中心軸Ｃの方向の長さ（Ｌ３５）が７Ｄ～１２Ｄの範囲に収まるように設けることが好ましい。より好ましい長さ（Ｌ３５）は８Ｄ～１１Ｄであり、さらに好ましい長さ（Ｌ３５）は９Ｄ～１０Ｄである。外径Ｄは以後も同様である。

次に、第３領域３０Ｃは、一例として、第２領域３０Ｂの主フライト３３に連なる一条のフライト３７が形成される。第３領域３０Ｃは、溝深さＤ_３０Ｃが一定に形成されている。そうすることにより、第２領域３０Ｂから搬送される溶融樹脂Ｍの密度を一定にすることを想定している。第３領域３０Ｃは、計量部と称される部分である。

［第２ステージ４０：図１，図２］
第２ステージ４０は、一例として、図１および図２に示すように、上流側Ｕから順に第１領域４０Ａ、第２領域４０Ｂおよび第３領域４０Ｃの３つの領域に区分される。加熱シリンダ１０の内部において第１領域４０Ａ、第２領域４０Ｂおよび第３領域４０Ｃを順に通過することで、溶融樹脂Ｍに発泡ガスＩＧが注入されるともに分散される。第１領域４０Ａが本発明における樹脂圧抑制領域の一例に該当する。

第１領域４０Ａは、加熱シリンダ１０の内部の処理領域１１に発泡ガスＩＧが注入されるガス通路１５に対応して設けられる。ここでいう対応とは、スクリュ２０が前進または後退したとしても、ガス通路１５の直下に第１領域４０Ａが存在することをいう。第１領域４０Ａは、一例として、複数条のフライト４１からなる多条フライトが形成されている。第１領域４０Ａは、好ましい形態として、その溝深さＤ_４０Ａが上流側Ｕから下流側Ｌに向けて深くなるように形成される。第１領域４０Ａは、溝深さＤ_４０Ａを上流側Ｕから下流側Ｌに向けて深くなるように形成することにより、溶融樹脂Ｍの内部における発泡ガスＩＧの溶解量のバラツキを小さくすることができる。

多条フライトからなる第１領域４０Ａは、その中心軸Ｃの方向の長さ（Ｌ４１）が一般的なスクリュの計量ストローク長の範囲である２Ｄ～５Ｄの範囲に設けることが好ましい。多条フライト部は注入された発泡ガスＩＧと溶融樹脂Ｍとを効率よく接触させて、溶融樹脂Ｍ中に浸透して分散する発泡ガスＩＧの量（ガス量）を多くするためのものである。具体的には、注入された発泡ガスＩＧは多条フライト部内で、各溝にそれぞれ分割された溶融樹脂Ｍと接触する。各溝内の樹脂は溝毎に分割されて小さな塊となっているため、単位重量当たりの表面積が大きくなっている。これにより発泡ガスＩＧと接触する表面積が大きくなるので、多条フライト内で溶融樹脂Ｍの単位重量あたりに浸透する、あるいは巻き込まれるガス量が多くなる。これにより溶融樹脂Ｍ中に浸透して分散するガス量が多くなり、成形時の発泡量を大きくすることができる。しかし、多条フライトは溝断面積が小さくなるので溶融樹脂Ｍの搬送能力が低くなる。ガス注入領域の下流の溶融樹脂Ｍの搬送能力が小さいとガス注入部領域の溝内充満度が大きくなりガスの入り込む空隙が小さくなり発泡ガスＩＧが入り込めなくなってしまうことがある。よって、ガス通路１５からのガス注入領域の下流のフライトの条数は少ない方が好ましい。このためガス注入部で注入された発泡ガスＩＧを、溶融樹脂Ｍと効率よく接触させて溶融樹脂Ｍ中に浸透させる多条フライトの長さは、スクリュの計量ストローク長の範囲、つまりスクリュ２０に対するガス通路１５の相対的な移動範囲であるスクリュの計量ストローク長の範囲が好ましい。より好ましい長さ（Ｌ４１）は２．５Ｄ～４．５Ｄであり、さらに好ましい長さ（Ｌ４１）は２Ｄ～４Ｄである。

また、溶融樹脂Ｍの分割数を多くするためには、第１領域４０Ａにおけるフライト４１の条数は多い方が好ましいが、フライト４１の条数が多すぎると、多条フライト部の溝内の断面積が小さくなり過ぎてしまう。そうすると、ガス注入部領域の溝内充満度が大きくなるので、発泡ガスＩＧの入り込む空隙が小さくなり発泡ガスＩＧの注入量が少なくなってしまうことがある。このため本発明者の鋭意研究による経験から、フライト４１の条数は６～１０とすることが好ましく、それぞれのフライト４１の巻数は１～２とすることが好ましく、かつ、それぞれのフライト４１は、同じ外径、同じリード角を有していることが好ましい。

上流側Ｕから下流側Ｌに向けた全体の溝深さＤ_４０Ａが第１ステージ３０の第３領域３０Ｃの溝深さＤ_３０Ｃよりも深ければ、溶融樹脂Ｍの充満度が低くなるため、第１領域４０Ａを飢餓部ということができる。

次に、第２領域４０Ｂは、一例として、一条のフライト４３が形成される。第２領域４０Ｂの溝深さＤ_４０Ｂは、上流側Ｕから下流側Ｌに向けて浅くなる。そうすることにより、第１領域４０Ａから搬送される溶融樹脂Ｍを圧縮する。第２領域４０Ｂは、第２領域３０Ｂと同様に、圧縮部と称される部分である。

次に、第３領域４０Ｃは、一例として、第２領域４０Ｂのフライト４３に連なるフライト４３が形成される。第３領域４０Ｃの溝深さＤ_４０ｃは、第１領域４０Ａの最も下流側Ｌと同様、一定に形成されている。そうすることにより、溶融樹脂Ｍの密度を一定にすることを想定している。第３領域４０Ｃは、第３領域３０Ｃと同様に、計量部と称される部分である。

［射出装置１の動作：図１］
射出装置１の概略の動作は以下の通りである。なお、図１を参照願いたい。
加熱シリンダ１０の内部に設けられるスクリュ２０が回転すると、原料ホッパ１３から供給される熱可塑性樹脂からなる樹脂ペレットＰは、加熱シリンダ１０の下流端の射出ノズル１８に向けて送り出され、この過程で、樹脂ペレットＰは溶融樹脂Ｍとなる。溶融樹脂Ｍは発泡ガス供給源１６から供給される発泡ガスＩＧと混合された後に、図示が省略される型締装置の固定金型と可動金型の間に形成されるキャビティへ所定量だけ射出される。なお、樹脂ペレットＰの溶融に伴いスクリュ２０が背圧を受けながら後退した後に、前進することで射出を行なうというスクリュ２０の基本動作を伴う。また、加熱シリンダ１０の外側には、樹脂ペレットＰの溶融のためにヒータ１９の他の構成を適用し、あるいは置換することを妨げない。

［第１領域４０Ａにおける溝深さＤ_４０Ａの規定：図３，図２］
第１領域４０Ａにおける溝深さＤ_４０Ａが下流側Ｌに向けて深くなることにより、溶融樹脂Ｍの内部における発泡ガスＩＧの溶解量のバラツキが小さくできる理由について、図３および図２を参照して説明する。これは可塑化工程におけるものである。

スクリュＳｃの隣接するフライトＦＲとフライトＦＲの間のスクリュ溝Ｄには、図３（ａ），（ｂ）に示すように、樹脂の存在しない空隙部ＧＰと、溶融樹脂が存在する樹脂部ＰＰと、が存在する。一般にスクリュＳｃのスクリュ溝Ｄの内部のスクリュＳｃの回転方向の圧力は、空隙部ＧＰは略大気圧であるのに対して、樹脂部ＰＰにおいて大気圧を超える。このとき、空隙部ＧＰと樹脂部ＰＰの境界部ＢＯからフライトＦＲに達するまでの領域ＡＡにおいて、スクリュＳｃのポンプ作用により空隙部ＧＰ側からフライトＦＲに向かって溶融樹脂Ｍの圧力ＭＰが上昇し、フライトＦＲを通過して隣のスクリュ溝Ｄの空隙部ＧＰに至る領域ＡＢにおいて圧力ＭＰが低下する。

圧力ＭＰの上昇度合いは、溶融樹脂とシリンダＳｙの接触面積に比例するので、スクリュ溝Ｄの内部に同じ量の溶融樹脂が存在しており、かつスクリュ溝Ｄの中心軸Ｃの方向の寸法が同じ場合、スクリュ溝Ｄの深さが大きい方が、溶融樹脂Ｍが溝深さの方向に引き延ばされて溝幅方向に縮むのでシリンダＳｙと接触する面積が小さくなる。よって、図３（ａ），（ｂ）に示すように、中心軸Ｃの方向の溝の前後方向あたりの圧力ＭＰは、溝深さが深いスクリュ溝Ｄ（図３（ｂ））の方が浅いスクリュ溝Ｄ（図３（ａ））よりもその上昇の程度が小さい。

本実施形態の場合、第１領域４０Ａには、第１ステージ３０の第３領域３０Ｃから一定量の溶融樹脂Ｍが搬送される。
また、第１領域４０Ａにおいて、図２（ｃ）に示されるように、溝深さＤ_４０Ａが上流側Ｕよりも下流側Ｌの方が深くなる。よって、第１領域４０Ａは、図２（ａ）に実線で示されるように上流側Ｕから下流側Ｌに向けて圧力ＭＰの上昇の度合いが小さく緩やかである。ここで、多条フライトからなる第１領域４０Ａにおける溝深さＤ_４０Ａが一定の比較スクリュ（破線）と本実施形態における溝深さＤ_４０Ａが深くなる第１領域４０Ａ（実線，本形態）との圧力ＭＰを比較して図２（ａ）に示してある。図２（ａ）に示すように、本形態の第１領域４０Ａの方が、下流側Ｌの圧力ＭＰの上昇を小さく抑えることができるので、上流側Ｕと下流側Ｌの溶融樹脂Ｍの圧力ＭＰの差を小さく抑えることができる。

発泡ガスとしての発泡ガスＩＧは、加熱シリンダ１０の外部からの注入圧力によって加熱シリンダ１０の内部に押し込まれる。したがって、加熱シリンダ１０の内部の圧力ＭＰが小さいほど発泡ガスＩＧの注入量は多くなり、加熱シリンダ１０の内部の圧力ＭＰが大きいほど発泡ガスＩＧの注入量は少なくなる。射出装置１のスクリュ２０は可塑化工程時に上流側Ｕに後退するので、図１を参照すれば、可塑化工程が進むにつれて加熱シリンダ１０に設けられるガス通路１５は相対的にスクリュ２０の先端側に移動することを理解できる。このとき、多条フライトからなる第１領域４０Ａにおける圧力ＭＰの差が上流側Ｕと下流側Ｌで大きいと、上流側Ｕと下流側Ｌで注入できる発泡ガスＩＧの量の差が大きくなる。これにより、第１領域４０Ａの上流側Ｕで注入される発泡ガスＩＧの量と下流側Ｌで注入される発泡ガスＩＧの量の差が大きくなり、溶融樹脂Ｍにおけるガス溶解量のバラツキが大きくなるおそれがある。

ところが、前述したように、本実施形態の多条フライトからなる第１領域４０Ａは上流側Ｕと下流側Ｌの圧力差を小さく抑えることができる。したがって、可塑化工程においてスクリュ２０が後退しても上流側Ｕと下流側Ｌで注入できる発泡ガスＩＧの量の差を小さく抑えることで、溶融樹脂Ｍの中のガス溶解量のバラツキを小さくすることができる。

［射出成形の手順］
以上の要素を備える射出装置１は、以下の手順で射出成形を行なう。
射出成形は、よく知られているように、図示が省略される可動金型と固定金型を閉じて高圧で型締めする型締工程と、樹脂ペレットＰを加熱シリンダ１０の内部で加熱、溶融して可塑化させる可塑化工程と、可塑化された溶融樹脂Ｍを、可動金型と固定金型により形成されるキャビティに射出、充填する射出工程と、キャビティに充填された溶融樹脂Ｍが固化するまで冷却する保持工程と、金型を開放する型開き工程と、キャビティ内で冷却固化された成形品を取り出す取り出し工程と、を備え、上述した各工程をシーケンシャルに、あるいは一部を並行させて実施して１サイクルの射出成形が完了する。

以上の射出成形の一連の手順の中で、本実施形態が関連する可塑化工程と射出工程の概略について、図４を参照して説明する。可塑化工程中に発泡ガスＩＧが溶融樹脂Ｍに注入される。
［可塑化工程］
可塑化工程では、樹脂ペレットＰを加熱シリンダ１０の上流側の原料ホッパ１３から供給する。可塑化開始当初のスクリュ２０は、加熱シリンダ１０の下流側Ｌに位置しており、その初期位置からスクリュ２０を回転させながら上流側Ｕに後退させる（図４（ａ）「可塑化開始」）。スクリュ２０を回転させることで、スクリュ２０と加熱シリンダ１０の間に供給された樹脂ペレットＰは、せん断力を受けて加熱されながら徐々に溶融して、下流に向けて搬送される。なお、可塑化工程におけるスクリュ２０の回転（向き）を正転とする。樹脂ペレットＰの供給を継続するとともに、スクリュ２０を回転し続けると、溶融樹脂Ｍが加熱シリンダ１０の下流側Ｌに搬送され、かつ、スクリュ２０から吐出されるとともにスクリュ２０よりも下流側Ｌに溜まる。スクリュ２０の下流に溜まった溶融樹脂Ｍの樹脂圧力とスクリュ２０の後退を抑制する背圧とのバランスによってスクリュ２０を後退させる。この後、１ショットに必要な量の溶融樹脂Ｍが計量され溜まったところで、スクリュ２０の回転及び後退を停止する（図４（ｂ）「可塑化完了」）。

図４には、樹脂（樹脂ペレットＰ，溶融樹脂Ｍ）と発泡ガスＩＧの状態を、樹脂が溶融に至らない状態を「α」、樹脂が溶融した状態を「β」、発泡ガスＩＧが溶融樹脂Ｍの中に分散した状態を「γ」および発泡ガスＩＧの分散が完了したことを「γ’」の４段階に概ね区分して表記している。
「未溶融樹脂α」はせん断力を受けるが、溶融不足の樹脂が残存する状態であり全てが溶融するには到っていないことを示し、「樹脂溶融β」は、樹脂ペレットＰがせん断力を受けることで徐々に溶融していることを示す。また、「ガス分散γ」は、スクリュ２０の回転に伴い、注入された発泡ガスＩＧが溶融樹脂Ｍに分散され、さらに「ガス分散完了γ’」は、溶融樹脂Ｍの中に発泡ガスＩＧが十分に分散され、射出に供される状態を示している。ただし、「ガス分散完了」の領域には、発泡ガスＩＧが偏在することもある。
ここで、ガス通路１５から供給される発泡ガスＩＧの供給圧力は、低いと溶融樹脂Ｍへの分散が進みにくく、高すぎると発泡ガスＩＧの注入量が過多になり溶融樹脂Ｍ中に浸透しきれずに大きなガス塊として残り成形不良の原因となる、または高圧ガスに押されて溶融樹脂Ｍが上流側に逆流するなど不具合の原因となる場合がある。したがって、この供給圧力は２～１０ＭＰａの範囲が好ましく、４～８ＭＰａの範囲がより好ましい。

［射出工程］
射出工程に入ると、図４（ｃ）に示すように、スクリュ２０を前進させる。そうすると、スクリュ２０の先端部に備えられている図示しない逆流防止弁が閉鎖することで、スクリュ２０の下流に溜まった溶融樹脂Ｍの圧力（樹脂圧力）が上昇し、溶融樹脂Ｍは射出ノズル１８から前述したキャビティに向けて吐出される。
以後は、保持工程と、型開き工程と、取り出し工程を経て、１サイクルの射出成形が完
了し、次のサイクルの型締め工程、可塑化工程が行われる。

［効 果］
以上説明したように、本実施形態のスクリュ２０は上流側Ｕに設けられる第１ステージ３０と、第１ステージ３０より下流側Ｌに設けられる第２ステージ４０と、を備える。そして、スクリュ２０は、第２ステージ４０には、上流側Ｕよりも下流側Ｌの溝深さＤ_４０Ａが深い、一条または複数条のフライト４１を有する樹脂圧抑制領域である第１領域４０Ａが上流側Ｕに設けられる。この構成により、スクリュ２０は、発泡ガスとしての発泡ガスＩＧの注入を容易にできる。

また、スクリュ２０における樹脂圧抑制領域４０Ａは、上流側Ｕよりも下流側Ｌの溝深さＤ_４０Ａが深く、当該部分の断面積が上流側Ｕよりも大きくなる。したがって、可塑化工程における背圧が高い場合や、圧縮部である第２領域４０Ｂにおける圧縮比が高い場合であっても、多条フライトからなる第１領域４０Ａの終端近傍（第２領域４０Ｂとの接続部近傍）のスクリュ溝内に溶融樹脂Ｍが充満するのを防止あるいは抑制することができる。

上記以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更したりすることが可能である。

以上で説明したスクリュ２０においては、多条フライトからなる第１領域４０Ａの下流側Ｌに圧縮部としての第２領域４０Ｂを設けたが、本発明はこれに限定されない。つまり、本発明においては、第２ステージ４０に圧縮部を設けなくてもよいし、多条フライトからなる第１領域４０Ａの一部に圧縮部を設けてもよい。

また、以上で説明したスクリュ２０においては、発泡ガスＩＧの注入に対応する第１領域４０Ａを好ましい例としての多条フライトとしたが、本発明はこれに限定されず、他の形態のフライト、例えば一条フライトを採用できる。つまり、本発明はフライトの条数に関わらずに、発泡ガスＩＧの注入に対応する第１領域４０Ａにおける溝深さＤ_４０Ａが上流側Ｕよりも下流側Ｌの方が深くなっていればよい。ここで、スクリュ２０は第１領域４０Ａの全範囲において連続的に溝深さＤ_４０Ａが深くなる例を示しているが、第１領域４０Ａの一部において溝深さＤ_４０Ａが上流側Ｕよりも下流側Ｌが深くてもよいし、上流側Ｕから下流側Ｌに向けて断続的に溝深さＤ_４０Ａが深くなってもよい。また、溝深さＤ_４０Ａが上流側Ｕよりも下流側Ｌの方が深い領域の長さは、ガスの注入部の長さより長くても短くてもよい。ただし、溝内の溶融樹脂Ｍの充満度が高くなる多条フライトを第１領域４０Ａに適用することが好ましい。充満度が高いほど昇圧度合いが高くなりやすいため、本発明の特徴を備えた第１領域４０Ａに充満度が高くなる多条フライトを適用することによって昇圧能力を低減させる本発明の効果が顕著になりやすい。

また、以上で説明したスクリュ２０においては、第２ステージ４０の第２領域４０Ｂおよび第３領域４０Ｃを一条のフライト４３としたが、本発明はこれに限定されない。例えば、図５に示すように、多条フライトからなる第１領域４０Ａの下流側Ｌにフィン混練部４０Ｄを設けることができる。

フィン混練部４０Ｄは、図５に示すように、多条フィン型からなり、円周方向に間隔をあけて設けられる複数の板状のフィン４４からなる複数のフィン群４５を、中心軸Ｃの方向に間隔をあけて備えている。
このように、多条フライトからなる第１領域４０Ａの下流側Ｌに、長さが比較的に短いフィン４４と、フィン４４を設けない流路断面積が大きく流動抵抗の小さい領域とを設ける。この流動抵抗の小さい領域は、隣接するフィン４４の中心軸Ｃの方向の間隔および周方向の間隔の双方を含む。このフィン混練部４０Ｄを設けることにより、フィン４４による攪拌効果と流動抵抗の緩和効果を溶融樹脂Ｍと発泡ガスＩＧの混合物に交互に与えることによって、注入される発泡ガスＩＧの圧力が低く注入ガス量が少なくても、溶融樹脂Ｍへのガスの溶解バラツキを抑制することができる。

フィン混練部４０Ｄにおいて、それぞれのフィン４４の中心軸Ｃの方向の長さＬ４４は０．０５Ｄ～０．２Ｄ、中心軸Ｃの方向に隣接するフィン４４とフィン４４の間隔Ｌ４６は０．１Ｄ～０．２Ｄとすることが好ましい。また、フィン群４５の段数は、５～１０段とすることが好ましい。

１ 射出装置
１０ 加熱シリンダ
１１ 処理領域
１３ 原料ホッパ
１４ 原料通路
１５ ガス通路
１６ 発泡ガス供給源
１７ 供給配管
１８ 射出ノズル
１９ ヒータ
２０ スクリュ
３０ 第１ステージ
３０Ａ 第１領域
３０Ｂ 第２領域
３０Ｃ 第３領域
３１ フライト
３３ 主フライト
３５ 副フライト
４０ 第２ステージ
４０Ａ 第１領域
４０Ｂ 第２領域
４０Ｃ 第３領域
４０Ｄ フィン混練部
４１，４３ フライト
４４ フィン
Ｃ 中心軸
Ｄ スクリュ溝
ＦＲ フライト
ＧＰ 空隙部
ＩＧ 発泡ガス
Ｍ 溶融樹脂
ＰＰ 樹脂部
Ｐ 樹脂ペレット
Ｓｃ スクリュ
Ｓｙ シリンダ
ＡＡ，ＡＢ 領域
ＢＯ 境界部

Claims (6)

1. 上流側に設けられる第１ステージと、前記第１ステージより下流側に設けられる第２ステージと、を備え、
   前記第２ステージの発泡ガスの注入に対応する領域において、
   上流側よりも下流側の溝深さが深い、一条または複数条のフライトを有する樹脂圧抑制領域が上流側に設けられる、
   ことを特徴とする射出装置のスクリュ。
   
2. 前記第１ステージは、
   主フライトと、前記主フライトよりも外径の小さい副フライトが設けられる圧縮部を備える、
   請求項１に記載の射出装置のスクリュ。
   
3. 前記第２ステージは、
   前記樹脂圧抑制領域よりも下流側に、円周方向に間隔をあけて設けられる複数の板状のフィンからなるフィン群を、中心軸の方向に間隔をあけて複数備える、
   請求項１または請求項２に記載の射出装置のスクリュ。
   
4. 前記樹脂圧抑制領域は、
   前記一条または複数条のフライトが設けられる範囲の全ての範囲または一部の範囲に設けられる、
   請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の射出装置のスクリュ。
   
5. 射出ノズルが設けられる加熱シリンダと、
   前記加熱シリンダの内部に、中心軸を中心にして回転が可能で、かつ、前記中心軸に沿って前進及び後退が可能に設けられるスクリュと、
   前記加熱シリンダの内部に発泡ガスを供給するガス供給機構と、を備え、発泡成形品を射出成形する射出装置であって、
   前記スクリュが、請求項１～請求項４のいずれか一項に記載のスクリュである、
   ことを特徴とする射出装置。
   
6. 前記発泡ガスの前記加熱シリンダの内部への供給圧力が、２～１０ＭＰａである、
   請求項５に記載の射出装置。