中空体の製造方法及び中空体
【課題】シートのドローダウンを防止し、真空成形性を向上させることが可能な中空体の製造方法を提供する。
【解決手段】少なくとも２枚の熱可塑性樹脂シート１からなる中空体の製造方法であって、所定方向に遊動可能な一対の金型部材２を有する金型を用い、両金型部材は空気の吸引が可能な成形面２２と、それを包囲する外周部（フランジ）を有し、前記金型部材間に熱可塑性樹脂シートを積層して、供給する供給工程と、熱可塑性シートを加熱する加熱工程と、金型部材を相対的に近づけて、加熱された各熱可塑性樹脂シートを金型部材の外縁部２１間で一緒に加圧して、各シートを外縁部一体化させる型締め工程と、成形面から空気を吸引しつつ、可塑性樹脂シート間に形成される空間３１に空気を送り込み、成形面に対向する各熱可塑性樹脂シートを成形面に追従させ、所定形状に賦形する賦形工程と、を有し、熱可塑性樹脂シートは発泡シートであることを特徴とする。
【解決手段】少なくとも２枚の熱可塑性樹脂シート１からなる中空体の製造方法であって、所定方向に遊動可能な一対の金型部材２を有する金型を用い、両金型部材は空気の吸引が可能な成形面２２と、それを包囲する外周部（フランジ）を有し、前記金型部材間に熱可塑性樹脂シートを積層して、供給する供給工程と、熱可塑性シートを加熱する加熱工程と、金型部材を相対的に近づけて、加熱された各熱可塑性樹脂シートを金型部材の外縁部２１間で一緒に加圧して、各シートを外縁部一体化させる型締め工程と、成形面から空気を吸引しつつ、可塑性樹脂シート間に形成される空間３１に空気を送り込み、成形面に対向する各熱可塑性樹脂シートを成形面に追従させ、所定形状に賦形する賦形工程と、を有し、熱可塑性樹脂シートは発泡シートであることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも２枚の熱可塑性樹脂シートからなる中空体の製造方法及びこの製造方法により得られる中空体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来用いられている中空体の製造方法としては、一般にパリソンを用いた成形方法が開示されている。また、例えば特許文献１のように、２枚のシートを重ね合わせ、重ね合わされた２枚の該シートを所定温度に加熱した状態下に、両シートを密着させた状態で同方向に真空成形若しくは圧空成形すると共に、該真空成形若しくは圧空成形中又はその前後に、所定手段によって２枚の前記シートの周縁部を溶着する製造方法も検討されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１０５４８２公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら特許文献１に記載の製造方法では、加熱状態下でのシートの垂れ下がり（以下、ドローダウンともいう）が大きく、真空成形性が不十分となる場合がある。また、シートの垂れ下がりを防止するために、使用するシートの種類によっては成形条件に制限がある場合があった。
以上の課題に鑑み、本発明では真空成形の手法を利用した熱可塑性樹脂シートを用いる中空体の製造方法であって、シートのドローダウンを防止し、真空成形性を向上させることが可能な中空体の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、
少なくとも２枚の熱可塑性樹脂シートからなる中空体の製造方法であって、
この方法は、所定方向に相対的に遊動可能な一対の金型部材を有する金型を用いて行われ、両金型部材はそれぞれ、空気の吸引が可能な成形面と、それを包囲する外周部（フランジ）を有しており、
前記金型部材間に前記熱可塑性樹脂シートを積層して、供給する供給工程と、
前記熱可塑性シートを加熱する加熱工程と、
前記金型部材を相対的に近づけて、加熱された各熱可塑性樹脂シートを前記金型部材の外縁部間で一緒に加圧して、各シートの前記外縁部によって加圧されている部分で一体化させる型締め工程と、
前記成形面から空気を吸引しつつ、前記可塑性樹脂シート間に形成される空間に空気を送り込むことにより、前記成形面に対向する前記各熱可塑性樹脂シートを前記成形面に追従させ、所定形状に賦形する賦形工程と、を有し、前記熱可塑性樹脂シートは発泡シートであることを特徴とする中空体の製造方法及びこの方法により得られる中空体を提供するものである。
ここで、本発明における「中空体」とは、少なくとも一部に隣接し合う２枚の熱可塑性樹脂シートで画成された空洞を有する成形体をいう。また、「相対的に遊動可能」とは、両金型部材が所定方向に相対的に互いに近づき、また離れるように動かされ得ることをいう。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、２枚以上の熱可塑性樹脂シートを用いて本発明の方法で中空体を製造すると、シートのドローダウンの発生が防止されて、改善された真空成形性にて概観良好な中空成形体を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明に係る中空成形体の製造方法の一態様を示した図である。
【図２】本発明に係る中空成形体の製造方法の一態様を示した図である。
【図３】シート１の間に形成される空間３１に空気を送り込む方法を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明を図に基づいて詳細に説明するが、本発明はこの例に限定されるものではない。
【０００９】
［金型］
本発明では、成形面とそれを包囲する外縁部（フランジ）とを有し、前記成形面より空気の吸引が可能な一対の金型部材を有する金型を用いる。前記金型部材は、所定方向に相対的に遊動可能となっている。両金型部材を相対的に近づけるように動かす操作は「型締め」と称され、両金型部材を相対的に離すように動かす操作は「型開き」と称される。使用する金型としては、一方が雄型部材、他方が雌型部材の金型や、雌型部材同士の金型等が例示できる。
【００１０】
成形面より空気の吸引が可能な金型部材としては、その成形面の少なくとも一部が焼結合金から構成される型部材や、成形面の少なくとも一部に複数の孔が設けられた金型部材が例示される。金型に設けられる孔の数や位置、孔径は特に限定されるものではなく、これらの孔を通じて空気を吸引することにより、金型間に供給された熱可塑性樹脂シートを金型成形面状に賦形することができるものであればよい。
【００１１】
金型部材の材質は特に限定されるものではないが、寸法安定性、耐久性、熱伝導性などの観点から金属製であり、コストや軽量性などの面からアルミ製であることが好ましい。
また金型部材は、ヒーターや熱媒などにより温度調整可能な構造であることが好ましい。熱可塑性樹脂シートとの滑り性を高める観点や、成形完了前に熱可塑性樹脂シートが冷却されてしまうことを防止する観点から、金型部材の成形面を３０℃〜８０℃とすることが好ましく、５０℃〜６０℃とすることがさらに好ましい。
【００１２】
また、一方又は両方の金型部材に、気密性保持部を有する金型を用いることが好ましい。このような金型を用いた場合、真空吸引した際に、両成形面で画成されたキャビティ内の真空度を維持しやすくなる。
気密性保持部を有する金型としては、例えば少なくとも一方の金型の成形面外縁部の中に、又は成形面外縁部に隣接して、対向する金型方向に可動である可動部が設けられた金型装置が挙げられる。このような金型の場合、型閉めが完了した状態では、前記可動部の先端面と、該可動部を包囲する、またはこれに隣接する成形面外縁部とがその境界部において段差が生じないよう、該可動部が後退可能な構造であることが好ましい。このような金型は、型を開くに従い前記可動部が突出するように構成されていると、後述する型開き工程において成形面間のキャビティ内の真空度を維持しやすい。
【００１３】
気密性保持部を有する金型の他の例としては、少なくとも一方の金型部材の成形面外縁部に緩衝材を有する金型が挙げられる。本発明で使用する熱可塑性樹脂シートは、発泡シートである。発泡シートは通常、表面に微小な凹凸を有している。緩衝材を有する金型の場合には、型閉めにより緩衝材が微小な凹凸のある発泡シート表面と密着するため、真空吸引した場合に両成形面で画成されたキャビティ内の真空度を維持しやすい。緩衝材としては、ゴムや発泡体等が挙げられる。
また、型締めしたときに一方の金型部材の外周に設けられた気密性保持部によって、他方の金型部材が覆われるような構成の金型を用いることもできる。
【００１４】
各金型部材の成形面及び／又は成形面外縁部には、発泡シートを固定する部材がそれぞれ設けられていてもよい。例えば成形面及び／又は成形面外縁部の一部あるいは全面に粘着材を設けたり、ピン、フック、クリップ、スリットなどを設けてもよい。このような金型を用いることにより、発泡シートを成形面の形状に賦形することが容易となる。
【００１５】
金型は、型閉めしたときに形成されるキャビティの高さが、発泡シートを複数毎重ねた時の厚みの１．５〜１０倍程度の金型を用いることが好ましい。キャビティの高さとは、金型が閉じられ又は開かれる方向の成形面間の距離である。キャビティ高さは一定である必要はなく、所望の中空体の形状に対応したキャビティであればよい。キャビティの高さが低すぎると型閉め時に発泡シートの気泡をつぶしてしまうことがあり、高すぎると後述するように真空吸引しても金型の成形面と発泡シート表面とを接触させて賦形することが困難となり、接触させた場合でも破泡が生じやすくなる可能性がある。
【００１６】
［製造方法］
本発明に係る製造方法は、供給工程と、加熱工程と、型締め工程と、賦形工程と、を有する。
供給工程とは、一対の金型間に前記熱可塑性樹脂シートを前記金型の型締め方向と平行な方向に少なくとも２枚積層して、供給する工程をいう。図１−（１）は、熱可塑性樹脂シート（以下単にシートともいう）１を金型部材２の間に積層する様子を示した図である。シート１は重ね合わせた状態で両端をクランプ枠３で狭持することが好ましい。このようにシート１の両端をそれぞれ狭持することにより、後の加熱工程によりシート１がドローダウンしにくくなる。
なお、本実施形態では金型部材２として、成形面に複数の孔が設けられたアルミ製の雌型を用いた。
【００１７】
図１−（２）及び図２−（２）は加熱工程の様子を示した図である。加熱工程とは、供給工程で供給されたシート１を加熱装置４で加熱する工程である。加熱装置としては、遠赤外ヒーター、近赤外ヒーター、接触式熱板等が挙げられる。このうち、短時間で効率的に加熱できることから、遠赤外ヒーターを用いることが好ましい。シート１の加熱は、シート１を構成する樹脂が結晶性樹脂であれば、シート１の表面温度が結晶性樹脂の融点付近となるように加熱することが好ましい。さらに好ましくは、シート１の厚み方向に対して、均一に融点近傍になるように加熱することである。また、シート１を構成する樹脂が非晶性樹脂であれば、表面温度がガラス転移温度付近となるように加熱することが好ましい。
【００１８】
図１−（３）及び図２−（３）は、型締め工程の様子を示した図である。型締め工程とは、前記金型部材２を相対的に近づけて、加熱された各シート１を前記金型部材２の外縁部２１間で一緒に加圧して、各シートの前記外縁部によって加圧されている部分で一体化（融着）させる工程をいう。金型部材２の成形面外縁部２１におけるクリアランスがシート１全体の厚み以下になるまで型締めする。型締めは一方の金型部材のみを他方の金型部材方向に移動させてもよいし、両方の金型部材を接近させてもよい。また、金型部材の成形面の形状を適宜設計することで、成形面外縁部２１以外の箇所においてシート１を一体化することも可能である。
【００１９】
図１−（４）及び図２−（４）は、賦形工程の様子を示した図である。賦形工程とは、成形面２１から空気を吸引しつつ、シート１の間に形成される空間３１に空気を送り込むことにより、前記成形面に面しているシート１を成形面２２に追従させ、所定形状に賦形する工程をいう。空気は、成形面２２に設けられた孔を通じて設置された真空ポンプ等により真空吸引される。
真空吸引は、成形面外縁部２１における両金型部材間のクリアランスが、加熱軟化された２枚のシート１の厚み以下になった任意の時点、又は所定の厚みになった後に開始する。例えば成形面外縁部２１における両金型部材間のクリアランスが、シート１の厚みと同じになった時点から真空吸引を開始し、真空吸引しながら所定の厚みまでさらに金型部材２を閉じてもよいし、クリアランスが所定の厚みになると同時、又は所定の厚みとなった後に真空吸引を開始してもよい。クリアランスが所定の厚みとなった後に真空吸引を行う場合には、発泡シートが冷却される前、所定の厚みとなった時点から３秒以内に真空吸引を行うことが好ましい。
真空吸引を開始するタイミングは、内部構造が均一な成形品を得るためには、それぞれの金型部材から同時に開始することが好ましいが、シート１が冷却されない時間内であれば、時間差をつけて行ってもよいが、開始時間の差は３秒以内であることが好ましい。
【００２０】
真空吸引の程度は特に限定されるものではないが、成形面２２とシート１の間の真空度が−０．０５〜−０．１ＭＰａになるように真空吸引することが好ましい。真空度とは、大気圧に対する成形面２２とシート１の間の圧力である。すなわち「真空度が−０.０５ＭＰａ」とは、成形面２２とシート１の間の圧力が０．９５ＭＰａであることを示す。真空度が高いほど金型部材に発泡シートが強く押し付けられるため、発泡シートをキャビティ形状どおりに賦形することが容易になる。キャビティの真空度とは、真空吸引する孔のキャビティ側口で測定される値である。
【００２１】
また、シート１の間に形成される空間３１に空気を送り込む方法としては、前述の供給工程の際に、シート１とシート１の間に管３２を挟み、その管を通じて外部の空気を流入させる方法が挙げられる（図３参照）。これによって、型締めを行っても空間３１に外気が送り込まれるようになるため、シート１を隔てて空間３１の内側と外側とで圧力差が生じ、シートを成形面２２に賦形しやすくすることが可能となる。
また、管３２から空気を送り込んで圧力差を生じやすくしてもよい。その際、送り込まれる空気の温度は、６０〜２００℃であることが成形性向上の観点からより好ましい。空気は管３２の一端にコンプレッサ等（図示せず）を連結して送り込むことが可能である。
【００２２】
本発明の方法では上記賦形工程の実施の、好ましくは完了後に、シート１間に形成される空間３１の圧力を減圧する減圧工程を更に有していてもよい。減圧工程をもうけることにより、シート１の薄肉化を防止し、得られる中空体の壁の厚みを厚くすることが可能となる。減圧は、上記賦形工程で用いられた管の一端にポンプを繋いで行うことが可能である。このときの空間３１の真空度は、０．０１ＭＰａ〜０．１ＭＰａであることが好ましい。また、減圧時間としては、シート１が所望の厚みとなるまで減圧することができれば特に限定されるものではない。また、減圧は、上記賦形工程後３秒以内に減圧することが好ましい。
【００２３】
更に本発明の方法では、減圧工程の実施、好ましくは完了後に空間３１内に空気を再び送り込む工程をさらに有していてもよい。空気を更に送り込むことによって、減圧工程後の空間３１の圧力を常圧とすることができ、得られる中空体の変形を防止することが可能となる。空気の送り込みは、空間３１の真空度が０ＭＰａ〜０．０１ＭＰａとなるまで送り込むことが好ましい。また、空気の送り込みは、上記減圧工程後速やかに行うことが好ましい。これによって得られた中空体を速やかに冷却することが可能となる。
【００２４】
また供給工程において、重ねる熱可塑性樹脂シートの枚数は、成形体を適用する用途での要求特性（軽量性、形状特性等）に応じて適宜選択することができる。熱可塑性樹脂シートを３枚以上用いる場合は、以下のようにして金型部材間に供給する
［熱可塑性樹脂シートを３枚用いる場合］
図２−（１）は熱可塑性樹脂シートを３枚重ねて金型部材２間に供給する様子を表した図である。３枚重ねることで、得られる中空体の中空部が２分割されるため、後述する賦形工程において、どちらか一方の中空部を選択的に減圧するもしくは加圧する、ことが可能となる。またどちらか一方の中空部を減圧もしくは加圧した後に、時間差を設けて、もう一方の中空部に前記と同様の操作を施すこともできる。当該操作を行うことで、得られる中空体の形状の自由度を向上させることが可能となる。
［熱可塑性樹脂シートを４枚以上用いる場合］
熱可塑性樹脂シートを４枚以上重ねた場合は、得られる中空体の中空部が３つ以上に分割される。熱可塑性樹脂シートを３枚重ねた場合と同様に、複数に分割された中空部のいずれかを選択的もしくは優先的に減圧するもしくは加圧することによって、得られる中空体の形状自由度を向上させることが可能となる。
【００２５】
また、重ねる熱可塑性樹脂シートの間には、吸音特性を有する繊維状シートを挟み込んでもよい。繊維状シートとしては、住友スリーエム株式会社製のシンサレート（登録商標）が挙げられる。中空部に繊維状シートが存在する中空成形体の表面を、穴あき加工することにより、吸音特性に優れた中空成形体を得ることができる。
【００２６】
［熱可塑性樹脂シート］
本発明に係る中空体の製造方法は、熱可塑性樹脂シートを用いる。この熱可塑性樹脂シートは発泡シートである。発泡シートを用いることにより、シートのドローダウンを防止して、真空成形性を向上させることが可能となる。
シートを構成する熱可塑性樹脂としては、圧縮成形、射出成形、押出成形等で通常使用される熱可塑性樹脂が挙げられる。このような樹脂としては、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、アクリロニトリル−スチレン−ブタジエンブロック共重合体、ポリスチレン、ナイロン等のポリアミド、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、アクリル樹脂、スチレン−ブタジエンブロック共重合体等の一般的な熱可塑性樹脂、エチレン・プロピレンゴム（ＥＰＭ、ＥＰＤＭ）等の熱可塑性エラストマー、これらの混合物、及びこれらのポリマーアロイ等が挙げられる。これらは単独又は組み合わせて用いることが可能である。
【００２７】
本発明で使用する熱可塑性樹脂シートは、発泡シートであり、この発泡シートは、２層の非発泡層（第一の非発泡層および第二の非発泡層）の間に１層以上の発泡層が介在している構成を有するものを用いることが好ましい。さらに製造工程中のドローダウン、シートの成形性を考慮すると、非発泡層、発泡層共にプロピレン系樹脂を主成分とすることが好ましい。また、非発泡層に用いられるプロピレン系樹脂は、発泡層に用いられるプロピレン系樹脂よりも低い融点を有していることが好ましい。このように非発泡層に発泡層よりも融点の低い樹脂を用いることで、成形時の加熱温度を低下することが可能となるため、ドローダウン及び破泡による成形性の低下を防止することができる。特に発泡層に用いる樹脂の融点よりも１０〜１００℃低い融点を有する樹脂を非発泡層に用いることが好ましい。
また、非発泡層はプロピレン系樹脂にフィラーを添加したものであってもよい。フィラーを添加することにより、非発泡層の耐熱性を向上させ、ドローダウンを防止することが可能となる。用いるフィラーとしては、ガラス繊維、カーボン繊維等の無機繊維、タルク、クレー、シリカ、炭酸カルシウム等の無機粒子等を例示できる。
【００２８】
各発泡層の発泡倍率は２倍〜１０倍であることが好ましく、３倍〜９倍であることがより好ましい。このような発泡倍率とすることにより、中空体の製造中のシートのドローダウンの発生を防止し、発泡層中の気泡の破泡を低減することが可能となる。また、前記第一及び第二の非発泡層の間に１層以上の発泡層が介在しているシートを用いる場合、第一及び第二の非発泡層の合計厚みの発泡層の合計厚みに対する比（非発泡層／発泡層）は、０．００２〜０．３０であることが好ましく、０．０１０〜０．１２であることがより好ましい。また、第一の非発泡層の厚みの、第二の非発泡層の厚みに対する比（第一の非発泡層／第二の非発泡層）は、０．５〜２であることが好ましく、０．８〜１．３であることがより好ましく、最も好ましくは１である。このような厚みの比とすることにより、中空体の製造中のシートのドローダウンを防止することが可能となる。
発泡層の合計厚みは、３ｍｍ〜１０ｍｍが好ましく、３ｍｍ〜９ｍｍであることがより好ましい。非発泡層の合計厚みは２０〜６００μｍが好ましく、１００μｍ〜４００μｍであることがより好ましい。
【００２９】
本発明に係る熱可塑性樹脂シートは、押出発泡法、ビーズ型発泡法、電子線架橋や化学架橋発泡法等の公知の方法を用いて製造することが可能であるが、生産性やリサイクル性の観点から押出発泡法を用いて製造することが好ましい。そして、少なくとも２層の非発泡層の間に発泡層が介在している構成を有するシートは、マルチマニホールド式のＴダイを用いて製造することが好ましい。
【００３０】
シートの製造に使用される発泡剤としては、通常の発泡成形において使用される物理発泡剤や化学発泡剤を単独、もしくは数種類を併せて使用することができる。
好ましく使用される物理発泡剤としては、炭酸ガス、窒素ガス、空気、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン、ジクロルエタン、ジクロロジフルオロメタン、ジクロロモノフルオロメタン、トリクロロモノフルオロメタン等が挙げられる。このうち窒素ガス、炭酸ガス、空気等を用いることが好ましい。
【００３１】
発泡剤として物理発泡剤を使用する場合には、押出機中で溶融混練されている熱可塑性樹脂に物理発泡剤を圧入して樹脂組成物とし、これをさらに溶融混練することが必要である。圧入する物理発泡剤の量は、発泡層を形成する樹脂１００重量部に対し０．１〜１０重量部であることが好ましい。
【００３２】
また、発泡剤として物理発泡剤を使用する場合には、気泡核剤を添加することが好ましい。気泡核剤としては、タルク、シリカ、珪藻土、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、硫酸バリウム、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、ケイ酸カルシウム、ゼオライト、マイカ、クレー、ワラストナイト、ハイドロタルサイト、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム、ＰＭＭＡ等のポリマービーズ、合成アルミノシリケートや下記の化学発泡剤等を使用することができ、その添加量は熱可塑性樹脂１００重量部に対し０．１〜１０重量部であることが好ましい。
【００３３】
また、発泡剤として化学発泡剤を用いてもよい。化学発泡剤としては、重曹、重曹とクエン酸、クエン酸ナトリウム、ステアリン酸などの有機酸との混合物、アゾジカルボン酸アミド、トリレンジイソシアネート、４，４’ジフェニルメタンジイソシアネートなどのイソシアネート化合物、アゾビスブチロニトリル、バリウム・アゾジカルボキシレート、ジアゾアミノベンゼン、トリヒドラジノトリアジンなどのアゾ、ジアゾ化合物、ベンゼン・スルホニル・ヒドラジド、Ｐ，Ｐ’−オキシビス（ベンゼンスルホニル・ヒドラジド）、トルエン・スルホニル・ヒドラジドなどのヒドラジン誘導体、Ｎ，Ｎ’−ジニトロソ・ペンタメチレン・テトラミン、Ｎ，Ｎ’−ジメチル−Ｎ，Ｎ’−ジニトロソ・テレフタルアミドなどのニトロソ化合物、Ｐ−トルエン・スルホニル・セミカルバジド、４，４’オキシビスベンゼンスルホニルセミカルバジドなどのセミカルバジド化合物の他アジ化合物やトリアゾール化合物など公知の化合物等が挙げられる。このうち、重曹、クエン酸、アゾジカルボン酸アミドが好ましく用いられる。
【００３４】
化学発泡剤を使用する場合、その添加量は熱可塑性樹脂１００重量部に対し０．１〜２０重量部であることが好ましい。また発泡剤として化学発泡剤を使用する場合には、その分解温度・速度を調整するために酸化亜鉛、ステアリン酸亜鉛、尿素などの発泡助剤を添加してもよい。
【００３５】
本発明に係る中空体は、非発泡性のシートを用いて得られる従来の中空体よりも軽量であり、剛性や圧縮強度に優れるため、自動車部品や建築用材料等に使用することができる。
【実施例】
【００３６】
以下、実施例に基づいて本発明を更に詳しく説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００３７】
［物性の測定］
（１）発泡倍率
ＪＩＳ Ｋ７１１２に記載されている水中置換法による測定方法を使用し発泡シートの密度ρ（水）を求めた。次に、発泡シートを構成する樹脂の密度ρを用いて下記［式１］により発泡倍率Ｘを計算した（単位は無次元）。なお、本実施例では、樹脂としてプロピレン系樹脂を用いているため、ρ＝０．９０ｇ／ｃｍ3とした。
Ｘ＝ρ／ρ（水）・・・・・・・・［式１］
ρ：樹脂密度（ｇ／ｃｍ3）
ρ（水）：発泡シートの密度（ｇ／ｃｍ3）
【００３８】
（２）曲げ弾性率
ＪＩＳ Ｋ７２０３に準拠して、オートグラフ（島津製作所製 型式ＡＧＳ−１０ｋＮＧ）を用いて、曲げ弾性率を測定した。曲げ弾性率は、試験片を水平に２点で支え、支点間中央に荷重を負荷して、荷重とたわみの相関性を調べた。なお、荷重速度は５０ｍｍ／ｍｉｎとした。荷重−たわみ曲線の最小荷重側直線部の傾きから、下記［式２］により曲げ弾性率（ＭＰａ）を算出した。
Ｅ＝ｌ3／４ｂｈ3×ｐ／ｙ・・・・・・・・［式２］
［式中、Ｅ：曲げ弾性率（ＭＰａ）、ｌ：スパン距離（１００ｍｍ）、ｂ：試験片幅（５０ｍｍ）、ｈ：試験片厚さ、ｐ／ｙ：荷重−たわみ曲線の最小荷重側直線部の傾き（Ｎ／ｃｍ）である。］
【００３９】
（３）ドローダウンの計算
次いで、上記発泡シートの両端をクランプで挟持し、ヒーターにより加熱した際に発生するドローダウン（ε）を計算した。計算には、材料力学の、両端を固定された発泡シートが等分布荷重（自重）を受ける場合のたわみの式［式３］を用いた。本実施例ではｂ＝１ｍ、ｌ＝１．２ｍとして上記[式３]に代入した。
ε＝ｐｌ4／３２Ｅｂｈ3・・・・・・・・［式３］
［式中、ｐ：単位長さ当たりの荷重（Ｎ／ｍ）、ｌ：スパン距離、Ｅ：曲げ弾性率（ＭＰａ）、ｂ：発泡シートの幅（ｍ）、ｈ：発泡シートの厚み（ｍ）を示す。］
【００４０】
［実施例１］
（１）発泡シートの作成
発泡層のみからなる発泡シートを製造した。発泡シートの樹脂として、ポリプロピレンブロックコポリマーを主成分とするプロピレン系樹脂組成物（住友化学社製、商品名ノーブレンＡＷ１６１Ｃ）１００重量部に対して、気泡核剤マスターバッチを０．３質量部用いた。気泡核剤マスターバッチとして、平均粒径が４．４８μｍのアゾジカルボン酸アミドを用い、エチレン系樹脂のベース樹脂に対して濃度が３０重量％であるマスターバッチを用いた。
これらを、定量フィーダーを用いて、発泡層用押出機のホッパーに投入し、押出機中で溶融混練を行った。発泡層用押出機として、先端にギアポンプを設けた１０４ｍｍφ同方向回転２軸押出機（Ｌ／Ｄ＝３２、Ｌはスクリュー有効長さ、Ｄはスクリュー径）を使用した。
溶融が進んだ位置（Ｌ／Ｄ＝２０）で液化炭酸ガスをポリプロピレンブロックコポリマー１００質量部に対して０．３５質量部、ダイヤフラム式定量ポンプを用いて高圧で注入した。溶融樹脂と炭酸ガスを十分溶融混練したのち、ギアポンプを用いてマルチマニホールド方式多層Ｔダイ内に供給し、吐出量２００Ｋｇ／ｈで発泡シートを押出した。
ダイ出口から押出された発泡シートをダイ直後に設置した約６０℃に冷却温調された多数の２１０φロールにより冷却成形し、ニップロールを備えた引取機で引取った後、切断機にて所定寸法に切断した。このような方法により得られた発泡シートは、表１に示すように、発泡層の倍率が３倍、厚みが３ｍｍであり、目付けは９００ｇ／ｍ2であった。また、この発泡シートから曲げ試験片を切り出し、曲げ試験を実施した結果、常温（２３℃）での曲げ弾性率が５０５ＭＰａ、高温（１１０℃）での曲げ弾性率が１２７ＭＰａであった。この発泡シートの常温（２３℃）及び高温（１１０℃）におけるドローダウン量を上記の手順によって計算した。このときの結果を表２に示す。
【００４１】
［実施例２］
発泡層の両側にそれぞれ非発泡層が設けられた多層発泡シートを製造した。発泡層用押出機として、先端にギアポンプを設けた１０４ｍｍφ同方向回転２軸押出機（Ｌ／Ｄ＝３２、Ｌはスクリュー有効長さ、Ｄはスクリュー径）を、非発泡層用押出機として７５ｍｍφ単軸押出機（Ｌ／Ｄ＝３２）を使用した。
発泡層用の樹脂として、実施例１と同様の樹脂を用いた。非発泡層用の樹脂として、ポリプロピレンブロックコポリマー１００質量部に対してタルクを３０質量部添加した樹脂組成物を用いた。発泡層用の樹脂組成物を発泡層用押出機ホッパーに、非発泡層用の樹脂組成物を非発泡層用押出機ホッパーにそれぞれ定量フィーダーを用いて投入し、発泡層用の樹脂組成物及び非発泡層用の樹脂組成物をマルチマニホールド方式多層Ｔダイに供給し、発泡層用の樹脂組成物を吐出量２００Ｋｇ／ｈで、非発泡層用樹脂組成物を吐出量６２Ｋｇ／ｈで積層押出しした。
ダイの出口から押出された多層発泡シートをダイ直後に設置された約６０℃に冷却温調された多数の２１０φロールにより冷却成形し、ニップロールを備えた引取機で引取った後、切断機にて所定寸法に切断した。
得られた多層発泡シートは表１に示すように、発泡層の倍率が３倍、厚みが３ｍｍであり、両非発泡層の厚みは共に１３０μｍであった。また、目付けは１１９４ｇ／ｍ2であった。また、この発泡シートから曲げ試験片を切り出し、曲げ試験を実施した結果、常温（２３℃）での曲げ弾性率が１０１０ＭＰａ、高温（１１０℃）での曲げ弾性率が２７４ＭＰａであった。さらに、実施例１と同様の方法で常温（２３℃）及び高温（１１０℃）のドローダウン量を計算した。その結果を表２に示す。
【００４２】
［比較例１］
実施例１と同様の樹脂を用いて、厚み２ｍｍ、目付け１８００ｇ／ｍ2の非発泡性シートを製造した。この非発泡性シートは、東芝機械製ＩＳ１５０Ｅ−Ｖ型射出成形機を用いて成形温度２２０℃、金型冷却温度５０℃、射出時間１５秒、冷却時間３０秒で射出成形を行い、得られたものである。
得られた上記非発泡性シートから試験片を切り出し、曲げ試験を実施した結果、常温（２３℃）での曲げ弾性率が１５００ＭＰａ、高温（１１０℃）での曲げ弾性率が３７５ＭＰａであった。さらに実施例１と同様の方法でドローダウン量を計算した。結果を下記の表に示す。
【００４３】
【表１】
【００４４】
【表２】
【００４５】
［実施例３］
中空体はアルミ製の一対の金型部材（雌型部材／雌型部材）を有する金型用いて製造した。実施例１で得られたシートを２枚重ね、重ね合わせた状態で両端をクランプ枠で挟持し、３０℃に温調された金型間に供給した。なお、２枚のシートの間に管を挟みこみ、管を通じて空気の送風、吸引を可能な状態とした。供給したシートを遠赤外線ヒーターにてシートの融点近傍まで加熱した。加熱後に両金型部材を近づけて両シートを金型の成形面外縁部間で一緒に加圧して、両シートを前記外縁部によって加圧されている部分で一体化した。成形面から空気を吸引しつつ、シートの間に形成される空間に前記管を通じて空気を送り込むことにより、シートを成形面に追従させ、所定形状に賦形した。得られた中空体を金型で冷却した後、金型を型開きし、中空成形体を取り出した。中空体はドローダウンに起因するシワ等の不良がなく、外観良好であった。
【００４６】
［実施例４］
実施例２で得られたシートを用い、実施例１と同様に中空体を製造した。得られた成形体は実施例１と同様、ドローダウンに起因するシワ等の不良がなく、外観良好であった。
【符号の説明】
【００４７】
１ シート
２ 金型部材
２１ 成形面外縁部
２２ 成形面
３ クランプ枠
３１ 空間
３２ 管
４ 加熱装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも２枚の熱可塑性樹脂シートからなる中空体の製造方法及びこの製造方法により得られる中空体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来用いられている中空体の製造方法としては、一般にパリソンを用いた成形方法が開示されている。また、例えば特許文献１のように、２枚のシートを重ね合わせ、重ね合わされた２枚の該シートを所定温度に加熱した状態下に、両シートを密着させた状態で同方向に真空成形若しくは圧空成形すると共に、該真空成形若しくは圧空成形中又はその前後に、所定手段によって２枚の前記シートの周縁部を溶着する製造方法も検討されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１０５４８２公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら特許文献１に記載の製造方法では、加熱状態下でのシートの垂れ下がり（以下、ドローダウンともいう）が大きく、真空成形性が不十分となる場合がある。また、シートの垂れ下がりを防止するために、使用するシートの種類によっては成形条件に制限がある場合があった。
以上の課題に鑑み、本発明では真空成形の手法を利用した熱可塑性樹脂シートを用いる中空体の製造方法であって、シートのドローダウンを防止し、真空成形性を向上させることが可能な中空体の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、
少なくとも２枚の熱可塑性樹脂シートからなる中空体の製造方法であって、
この方法は、所定方向に相対的に遊動可能な一対の金型部材を有する金型を用いて行われ、両金型部材はそれぞれ、空気の吸引が可能な成形面と、それを包囲する外周部（フランジ）を有しており、
前記金型部材間に前記熱可塑性樹脂シートを積層して、供給する供給工程と、
前記熱可塑性シートを加熱する加熱工程と、
前記金型部材を相対的に近づけて、加熱された各熱可塑性樹脂シートを前記金型部材の外縁部間で一緒に加圧して、各シートの前記外縁部によって加圧されている部分で一体化させる型締め工程と、
前記成形面から空気を吸引しつつ、前記可塑性樹脂シート間に形成される空間に空気を送り込むことにより、前記成形面に対向する前記各熱可塑性樹脂シートを前記成形面に追従させ、所定形状に賦形する賦形工程と、を有し、前記熱可塑性樹脂シートは発泡シートであることを特徴とする中空体の製造方法及びこの方法により得られる中空体を提供するものである。
ここで、本発明における「中空体」とは、少なくとも一部に隣接し合う２枚の熱可塑性樹脂シートで画成された空洞を有する成形体をいう。また、「相対的に遊動可能」とは、両金型部材が所定方向に相対的に互いに近づき、また離れるように動かされ得ることをいう。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、２枚以上の熱可塑性樹脂シートを用いて本発明の方法で中空体を製造すると、シートのドローダウンの発生が防止されて、改善された真空成形性にて概観良好な中空成形体を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明に係る中空成形体の製造方法の一態様を示した図である。
【図２】本発明に係る中空成形体の製造方法の一態様を示した図である。
【図３】シート１の間に形成される空間３１に空気を送り込む方法を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明を図に基づいて詳細に説明するが、本発明はこの例に限定されるものではない。
【０００９】
［金型］
本発明では、成形面とそれを包囲する外縁部（フランジ）とを有し、前記成形面より空気の吸引が可能な一対の金型部材を有する金型を用いる。前記金型部材は、所定方向に相対的に遊動可能となっている。両金型部材を相対的に近づけるように動かす操作は「型締め」と称され、両金型部材を相対的に離すように動かす操作は「型開き」と称される。使用する金型としては、一方が雄型部材、他方が雌型部材の金型や、雌型部材同士の金型等が例示できる。
【００１０】
成形面より空気の吸引が可能な金型部材としては、その成形面の少なくとも一部が焼結合金から構成される型部材や、成形面の少なくとも一部に複数の孔が設けられた金型部材が例示される。金型に設けられる孔の数や位置、孔径は特に限定されるものではなく、これらの孔を通じて空気を吸引することにより、金型間に供給された熱可塑性樹脂シートを金型成形面状に賦形することができるものであればよい。
【００１１】
金型部材の材質は特に限定されるものではないが、寸法安定性、耐久性、熱伝導性などの観点から金属製であり、コストや軽量性などの面からアルミ製であることが好ましい。
また金型部材は、ヒーターや熱媒などにより温度調整可能な構造であることが好ましい。熱可塑性樹脂シートとの滑り性を高める観点や、成形完了前に熱可塑性樹脂シートが冷却されてしまうことを防止する観点から、金型部材の成形面を３０℃〜８０℃とすることが好ましく、５０℃〜６０℃とすることがさらに好ましい。
【００１２】
また、一方又は両方の金型部材に、気密性保持部を有する金型を用いることが好ましい。このような金型を用いた場合、真空吸引した際に、両成形面で画成されたキャビティ内の真空度を維持しやすくなる。
気密性保持部を有する金型としては、例えば少なくとも一方の金型の成形面外縁部の中に、又は成形面外縁部に隣接して、対向する金型方向に可動である可動部が設けられた金型装置が挙げられる。このような金型の場合、型閉めが完了した状態では、前記可動部の先端面と、該可動部を包囲する、またはこれに隣接する成形面外縁部とがその境界部において段差が生じないよう、該可動部が後退可能な構造であることが好ましい。このような金型は、型を開くに従い前記可動部が突出するように構成されていると、後述する型開き工程において成形面間のキャビティ内の真空度を維持しやすい。
【００１３】
気密性保持部を有する金型の他の例としては、少なくとも一方の金型部材の成形面外縁部に緩衝材を有する金型が挙げられる。本発明で使用する熱可塑性樹脂シートは、発泡シートである。発泡シートは通常、表面に微小な凹凸を有している。緩衝材を有する金型の場合には、型閉めにより緩衝材が微小な凹凸のある発泡シート表面と密着するため、真空吸引した場合に両成形面で画成されたキャビティ内の真空度を維持しやすい。緩衝材としては、ゴムや発泡体等が挙げられる。
また、型締めしたときに一方の金型部材の外周に設けられた気密性保持部によって、他方の金型部材が覆われるような構成の金型を用いることもできる。
【００１４】
各金型部材の成形面及び／又は成形面外縁部には、発泡シートを固定する部材がそれぞれ設けられていてもよい。例えば成形面及び／又は成形面外縁部の一部あるいは全面に粘着材を設けたり、ピン、フック、クリップ、スリットなどを設けてもよい。このような金型を用いることにより、発泡シートを成形面の形状に賦形することが容易となる。
【００１５】
金型は、型閉めしたときに形成されるキャビティの高さが、発泡シートを複数毎重ねた時の厚みの１．５〜１０倍程度の金型を用いることが好ましい。キャビティの高さとは、金型が閉じられ又は開かれる方向の成形面間の距離である。キャビティ高さは一定である必要はなく、所望の中空体の形状に対応したキャビティであればよい。キャビティの高さが低すぎると型閉め時に発泡シートの気泡をつぶしてしまうことがあり、高すぎると後述するように真空吸引しても金型の成形面と発泡シート表面とを接触させて賦形することが困難となり、接触させた場合でも破泡が生じやすくなる可能性がある。
【００１６】
［製造方法］
本発明に係る製造方法は、供給工程と、加熱工程と、型締め工程と、賦形工程と、を有する。
供給工程とは、一対の金型間に前記熱可塑性樹脂シートを前記金型の型締め方向と平行な方向に少なくとも２枚積層して、供給する工程をいう。図１−（１）は、熱可塑性樹脂シート（以下単にシートともいう）１を金型部材２の間に積層する様子を示した図である。シート１は重ね合わせた状態で両端をクランプ枠３で狭持することが好ましい。このようにシート１の両端をそれぞれ狭持することにより、後の加熱工程によりシート１がドローダウンしにくくなる。
なお、本実施形態では金型部材２として、成形面に複数の孔が設けられたアルミ製の雌型を用いた。
【００１７】
図１−（２）及び図２−（２）は加熱工程の様子を示した図である。加熱工程とは、供給工程で供給されたシート１を加熱装置４で加熱する工程である。加熱装置としては、遠赤外ヒーター、近赤外ヒーター、接触式熱板等が挙げられる。このうち、短時間で効率的に加熱できることから、遠赤外ヒーターを用いることが好ましい。シート１の加熱は、シート１を構成する樹脂が結晶性樹脂であれば、シート１の表面温度が結晶性樹脂の融点付近となるように加熱することが好ましい。さらに好ましくは、シート１の厚み方向に対して、均一に融点近傍になるように加熱することである。また、シート１を構成する樹脂が非晶性樹脂であれば、表面温度がガラス転移温度付近となるように加熱することが好ましい。
【００１８】
図１−（３）及び図２−（３）は、型締め工程の様子を示した図である。型締め工程とは、前記金型部材２を相対的に近づけて、加熱された各シート１を前記金型部材２の外縁部２１間で一緒に加圧して、各シートの前記外縁部によって加圧されている部分で一体化（融着）させる工程をいう。金型部材２の成形面外縁部２１におけるクリアランスがシート１全体の厚み以下になるまで型締めする。型締めは一方の金型部材のみを他方の金型部材方向に移動させてもよいし、両方の金型部材を接近させてもよい。また、金型部材の成形面の形状を適宜設計することで、成形面外縁部２１以外の箇所においてシート１を一体化することも可能である。
【００１９】
図１−（４）及び図２−（４）は、賦形工程の様子を示した図である。賦形工程とは、成形面２１から空気を吸引しつつ、シート１の間に形成される空間３１に空気を送り込むことにより、前記成形面に面しているシート１を成形面２２に追従させ、所定形状に賦形する工程をいう。空気は、成形面２２に設けられた孔を通じて設置された真空ポンプ等により真空吸引される。
真空吸引は、成形面外縁部２１における両金型部材間のクリアランスが、加熱軟化された２枚のシート１の厚み以下になった任意の時点、又は所定の厚みになった後に開始する。例えば成形面外縁部２１における両金型部材間のクリアランスが、シート１の厚みと同じになった時点から真空吸引を開始し、真空吸引しながら所定の厚みまでさらに金型部材２を閉じてもよいし、クリアランスが所定の厚みになると同時、又は所定の厚みとなった後に真空吸引を開始してもよい。クリアランスが所定の厚みとなった後に真空吸引を行う場合には、発泡シートが冷却される前、所定の厚みとなった時点から３秒以内に真空吸引を行うことが好ましい。
真空吸引を開始するタイミングは、内部構造が均一な成形品を得るためには、それぞれの金型部材から同時に開始することが好ましいが、シート１が冷却されない時間内であれば、時間差をつけて行ってもよいが、開始時間の差は３秒以内であることが好ましい。
【００２０】
真空吸引の程度は特に限定されるものではないが、成形面２２とシート１の間の真空度が−０．０５〜−０．１ＭＰａになるように真空吸引することが好ましい。真空度とは、大気圧に対する成形面２２とシート１の間の圧力である。すなわち「真空度が−０.０５ＭＰａ」とは、成形面２２とシート１の間の圧力が０．９５ＭＰａであることを示す。真空度が高いほど金型部材に発泡シートが強く押し付けられるため、発泡シートをキャビティ形状どおりに賦形することが容易になる。キャビティの真空度とは、真空吸引する孔のキャビティ側口で測定される値である。
【００２１】
また、シート１の間に形成される空間３１に空気を送り込む方法としては、前述の供給工程の際に、シート１とシート１の間に管３２を挟み、その管を通じて外部の空気を流入させる方法が挙げられる（図３参照）。これによって、型締めを行っても空間３１に外気が送り込まれるようになるため、シート１を隔てて空間３１の内側と外側とで圧力差が生じ、シートを成形面２２に賦形しやすくすることが可能となる。
また、管３２から空気を送り込んで圧力差を生じやすくしてもよい。その際、送り込まれる空気の温度は、６０〜２００℃であることが成形性向上の観点からより好ましい。空気は管３２の一端にコンプレッサ等（図示せず）を連結して送り込むことが可能である。
【００２２】
本発明の方法では上記賦形工程の実施の、好ましくは完了後に、シート１間に形成される空間３１の圧力を減圧する減圧工程を更に有していてもよい。減圧工程をもうけることにより、シート１の薄肉化を防止し、得られる中空体の壁の厚みを厚くすることが可能となる。減圧は、上記賦形工程で用いられた管の一端にポンプを繋いで行うことが可能である。このときの空間３１の真空度は、０．０１ＭＰａ〜０．１ＭＰａであることが好ましい。また、減圧時間としては、シート１が所望の厚みとなるまで減圧することができれば特に限定されるものではない。また、減圧は、上記賦形工程後３秒以内に減圧することが好ましい。
【００２３】
更に本発明の方法では、減圧工程の実施、好ましくは完了後に空間３１内に空気を再び送り込む工程をさらに有していてもよい。空気を更に送り込むことによって、減圧工程後の空間３１の圧力を常圧とすることができ、得られる中空体の変形を防止することが可能となる。空気の送り込みは、空間３１の真空度が０ＭＰａ〜０．０１ＭＰａとなるまで送り込むことが好ましい。また、空気の送り込みは、上記減圧工程後速やかに行うことが好ましい。これによって得られた中空体を速やかに冷却することが可能となる。
【００２４】
また供給工程において、重ねる熱可塑性樹脂シートの枚数は、成形体を適用する用途での要求特性（軽量性、形状特性等）に応じて適宜選択することができる。熱可塑性樹脂シートを３枚以上用いる場合は、以下のようにして金型部材間に供給する
［熱可塑性樹脂シートを３枚用いる場合］
図２−（１）は熱可塑性樹脂シートを３枚重ねて金型部材２間に供給する様子を表した図である。３枚重ねることで、得られる中空体の中空部が２分割されるため、後述する賦形工程において、どちらか一方の中空部を選択的に減圧するもしくは加圧する、ことが可能となる。またどちらか一方の中空部を減圧もしくは加圧した後に、時間差を設けて、もう一方の中空部に前記と同様の操作を施すこともできる。当該操作を行うことで、得られる中空体の形状の自由度を向上させることが可能となる。
［熱可塑性樹脂シートを４枚以上用いる場合］
熱可塑性樹脂シートを４枚以上重ねた場合は、得られる中空体の中空部が３つ以上に分割される。熱可塑性樹脂シートを３枚重ねた場合と同様に、複数に分割された中空部のいずれかを選択的もしくは優先的に減圧するもしくは加圧することによって、得られる中空体の形状自由度を向上させることが可能となる。
【００２５】
また、重ねる熱可塑性樹脂シートの間には、吸音特性を有する繊維状シートを挟み込んでもよい。繊維状シートとしては、住友スリーエム株式会社製のシンサレート（登録商標）が挙げられる。中空部に繊維状シートが存在する中空成形体の表面を、穴あき加工することにより、吸音特性に優れた中空成形体を得ることができる。
【００２６】
［熱可塑性樹脂シート］
本発明に係る中空体の製造方法は、熱可塑性樹脂シートを用いる。この熱可塑性樹脂シートは発泡シートである。発泡シートを用いることにより、シートのドローダウンを防止して、真空成形性を向上させることが可能となる。
シートを構成する熱可塑性樹脂としては、圧縮成形、射出成形、押出成形等で通常使用される熱可塑性樹脂が挙げられる。このような樹脂としては、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、アクリロニトリル−スチレン−ブタジエンブロック共重合体、ポリスチレン、ナイロン等のポリアミド、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、アクリル樹脂、スチレン−ブタジエンブロック共重合体等の一般的な熱可塑性樹脂、エチレン・プロピレンゴム（ＥＰＭ、ＥＰＤＭ）等の熱可塑性エラストマー、これらの混合物、及びこれらのポリマーアロイ等が挙げられる。これらは単独又は組み合わせて用いることが可能である。
【００２７】
本発明で使用する熱可塑性樹脂シートは、発泡シートであり、この発泡シートは、２層の非発泡層（第一の非発泡層および第二の非発泡層）の間に１層以上の発泡層が介在している構成を有するものを用いることが好ましい。さらに製造工程中のドローダウン、シートの成形性を考慮すると、非発泡層、発泡層共にプロピレン系樹脂を主成分とすることが好ましい。また、非発泡層に用いられるプロピレン系樹脂は、発泡層に用いられるプロピレン系樹脂よりも低い融点を有していることが好ましい。このように非発泡層に発泡層よりも融点の低い樹脂を用いることで、成形時の加熱温度を低下することが可能となるため、ドローダウン及び破泡による成形性の低下を防止することができる。特に発泡層に用いる樹脂の融点よりも１０〜１００℃低い融点を有する樹脂を非発泡層に用いることが好ましい。
また、非発泡層はプロピレン系樹脂にフィラーを添加したものであってもよい。フィラーを添加することにより、非発泡層の耐熱性を向上させ、ドローダウンを防止することが可能となる。用いるフィラーとしては、ガラス繊維、カーボン繊維等の無機繊維、タルク、クレー、シリカ、炭酸カルシウム等の無機粒子等を例示できる。
【００２８】
各発泡層の発泡倍率は２倍〜１０倍であることが好ましく、３倍〜９倍であることがより好ましい。このような発泡倍率とすることにより、中空体の製造中のシートのドローダウンの発生を防止し、発泡層中の気泡の破泡を低減することが可能となる。また、前記第一及び第二の非発泡層の間に１層以上の発泡層が介在しているシートを用いる場合、第一及び第二の非発泡層の合計厚みの発泡層の合計厚みに対する比（非発泡層／発泡層）は、０．００２〜０．３０であることが好ましく、０．０１０〜０．１２であることがより好ましい。また、第一の非発泡層の厚みの、第二の非発泡層の厚みに対する比（第一の非発泡層／第二の非発泡層）は、０．５〜２であることが好ましく、０．８〜１．３であることがより好ましく、最も好ましくは１である。このような厚みの比とすることにより、中空体の製造中のシートのドローダウンを防止することが可能となる。
発泡層の合計厚みは、３ｍｍ〜１０ｍｍが好ましく、３ｍｍ〜９ｍｍであることがより好ましい。非発泡層の合計厚みは２０〜６００μｍが好ましく、１００μｍ〜４００μｍであることがより好ましい。
【００２９】
本発明に係る熱可塑性樹脂シートは、押出発泡法、ビーズ型発泡法、電子線架橋や化学架橋発泡法等の公知の方法を用いて製造することが可能であるが、生産性やリサイクル性の観点から押出発泡法を用いて製造することが好ましい。そして、少なくとも２層の非発泡層の間に発泡層が介在している構成を有するシートは、マルチマニホールド式のＴダイを用いて製造することが好ましい。
【００３０】
シートの製造に使用される発泡剤としては、通常の発泡成形において使用される物理発泡剤や化学発泡剤を単独、もしくは数種類を併せて使用することができる。
好ましく使用される物理発泡剤としては、炭酸ガス、窒素ガス、空気、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン、ジクロルエタン、ジクロロジフルオロメタン、ジクロロモノフルオロメタン、トリクロロモノフルオロメタン等が挙げられる。このうち窒素ガス、炭酸ガス、空気等を用いることが好ましい。
【００３１】
発泡剤として物理発泡剤を使用する場合には、押出機中で溶融混練されている熱可塑性樹脂に物理発泡剤を圧入して樹脂組成物とし、これをさらに溶融混練することが必要である。圧入する物理発泡剤の量は、発泡層を形成する樹脂１００重量部に対し０．１〜１０重量部であることが好ましい。
【００３２】
また、発泡剤として物理発泡剤を使用する場合には、気泡核剤を添加することが好ましい。気泡核剤としては、タルク、シリカ、珪藻土、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、硫酸バリウム、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、ケイ酸カルシウム、ゼオライト、マイカ、クレー、ワラストナイト、ハイドロタルサイト、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム、ＰＭＭＡ等のポリマービーズ、合成アルミノシリケートや下記の化学発泡剤等を使用することができ、その添加量は熱可塑性樹脂１００重量部に対し０．１〜１０重量部であることが好ましい。
【００３３】
また、発泡剤として化学発泡剤を用いてもよい。化学発泡剤としては、重曹、重曹とクエン酸、クエン酸ナトリウム、ステアリン酸などの有機酸との混合物、アゾジカルボン酸アミド、トリレンジイソシアネート、４，４’ジフェニルメタンジイソシアネートなどのイソシアネート化合物、アゾビスブチロニトリル、バリウム・アゾジカルボキシレート、ジアゾアミノベンゼン、トリヒドラジノトリアジンなどのアゾ、ジアゾ化合物、ベンゼン・スルホニル・ヒドラジド、Ｐ，Ｐ’−オキシビス（ベンゼンスルホニル・ヒドラジド）、トルエン・スルホニル・ヒドラジドなどのヒドラジン誘導体、Ｎ，Ｎ’−ジニトロソ・ペンタメチレン・テトラミン、Ｎ，Ｎ’−ジメチル−Ｎ，Ｎ’−ジニトロソ・テレフタルアミドなどのニトロソ化合物、Ｐ−トルエン・スルホニル・セミカルバジド、４，４’オキシビスベンゼンスルホニルセミカルバジドなどのセミカルバジド化合物の他アジ化合物やトリアゾール化合物など公知の化合物等が挙げられる。このうち、重曹、クエン酸、アゾジカルボン酸アミドが好ましく用いられる。
【００３４】
化学発泡剤を使用する場合、その添加量は熱可塑性樹脂１００重量部に対し０．１〜２０重量部であることが好ましい。また発泡剤として化学発泡剤を使用する場合には、その分解温度・速度を調整するために酸化亜鉛、ステアリン酸亜鉛、尿素などの発泡助剤を添加してもよい。
【００３５】
本発明に係る中空体は、非発泡性のシートを用いて得られる従来の中空体よりも軽量であり、剛性や圧縮強度に優れるため、自動車部品や建築用材料等に使用することができる。
【実施例】
【００３６】
以下、実施例に基づいて本発明を更に詳しく説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００３７】
［物性の測定］
（１）発泡倍率
ＪＩＳ Ｋ７１１２に記載されている水中置換法による測定方法を使用し発泡シートの密度ρ（水）を求めた。次に、発泡シートを構成する樹脂の密度ρを用いて下記［式１］により発泡倍率Ｘを計算した（単位は無次元）。なお、本実施例では、樹脂としてプロピレン系樹脂を用いているため、ρ＝０．９０ｇ／ｃｍ3とした。
Ｘ＝ρ／ρ（水）・・・・・・・・［式１］
ρ：樹脂密度（ｇ／ｃｍ3）
ρ（水）：発泡シートの密度（ｇ／ｃｍ3）
【００３８】
（２）曲げ弾性率
ＪＩＳ Ｋ７２０３に準拠して、オートグラフ（島津製作所製 型式ＡＧＳ−１０ｋＮＧ）を用いて、曲げ弾性率を測定した。曲げ弾性率は、試験片を水平に２点で支え、支点間中央に荷重を負荷して、荷重とたわみの相関性を調べた。なお、荷重速度は５０ｍｍ／ｍｉｎとした。荷重−たわみ曲線の最小荷重側直線部の傾きから、下記［式２］により曲げ弾性率（ＭＰａ）を算出した。
Ｅ＝ｌ3／４ｂｈ3×ｐ／ｙ・・・・・・・・［式２］
［式中、Ｅ：曲げ弾性率（ＭＰａ）、ｌ：スパン距離（１００ｍｍ）、ｂ：試験片幅（５０ｍｍ）、ｈ：試験片厚さ、ｐ／ｙ：荷重−たわみ曲線の最小荷重側直線部の傾き（Ｎ／ｃｍ）である。］
【００３９】
（３）ドローダウンの計算
次いで、上記発泡シートの両端をクランプで挟持し、ヒーターにより加熱した際に発生するドローダウン（ε）を計算した。計算には、材料力学の、両端を固定された発泡シートが等分布荷重（自重）を受ける場合のたわみの式［式３］を用いた。本実施例ではｂ＝１ｍ、ｌ＝１．２ｍとして上記[式３]に代入した。
ε＝ｐｌ4／３２Ｅｂｈ3・・・・・・・・［式３］
［式中、ｐ：単位長さ当たりの荷重（Ｎ／ｍ）、ｌ：スパン距離、Ｅ：曲げ弾性率（ＭＰａ）、ｂ：発泡シートの幅（ｍ）、ｈ：発泡シートの厚み（ｍ）を示す。］
【００４０】
［実施例１］
（１）発泡シートの作成
発泡層のみからなる発泡シートを製造した。発泡シートの樹脂として、ポリプロピレンブロックコポリマーを主成分とするプロピレン系樹脂組成物（住友化学社製、商品名ノーブレンＡＷ１６１Ｃ）１００重量部に対して、気泡核剤マスターバッチを０．３質量部用いた。気泡核剤マスターバッチとして、平均粒径が４．４８μｍのアゾジカルボン酸アミドを用い、エチレン系樹脂のベース樹脂に対して濃度が３０重量％であるマスターバッチを用いた。
これらを、定量フィーダーを用いて、発泡層用押出機のホッパーに投入し、押出機中で溶融混練を行った。発泡層用押出機として、先端にギアポンプを設けた１０４ｍｍφ同方向回転２軸押出機（Ｌ／Ｄ＝３２、Ｌはスクリュー有効長さ、Ｄはスクリュー径）を使用した。
溶融が進んだ位置（Ｌ／Ｄ＝２０）で液化炭酸ガスをポリプロピレンブロックコポリマー１００質量部に対して０．３５質量部、ダイヤフラム式定量ポンプを用いて高圧で注入した。溶融樹脂と炭酸ガスを十分溶融混練したのち、ギアポンプを用いてマルチマニホールド方式多層Ｔダイ内に供給し、吐出量２００Ｋｇ／ｈで発泡シートを押出した。
ダイ出口から押出された発泡シートをダイ直後に設置した約６０℃に冷却温調された多数の２１０φロールにより冷却成形し、ニップロールを備えた引取機で引取った後、切断機にて所定寸法に切断した。このような方法により得られた発泡シートは、表１に示すように、発泡層の倍率が３倍、厚みが３ｍｍであり、目付けは９００ｇ／ｍ2であった。また、この発泡シートから曲げ試験片を切り出し、曲げ試験を実施した結果、常温（２３℃）での曲げ弾性率が５０５ＭＰａ、高温（１１０℃）での曲げ弾性率が１２７ＭＰａであった。この発泡シートの常温（２３℃）及び高温（１１０℃）におけるドローダウン量を上記の手順によって計算した。このときの結果を表２に示す。
【００４１】
［実施例２］
発泡層の両側にそれぞれ非発泡層が設けられた多層発泡シートを製造した。発泡層用押出機として、先端にギアポンプを設けた１０４ｍｍφ同方向回転２軸押出機（Ｌ／Ｄ＝３２、Ｌはスクリュー有効長さ、Ｄはスクリュー径）を、非発泡層用押出機として７５ｍｍφ単軸押出機（Ｌ／Ｄ＝３２）を使用した。
発泡層用の樹脂として、実施例１と同様の樹脂を用いた。非発泡層用の樹脂として、ポリプロピレンブロックコポリマー１００質量部に対してタルクを３０質量部添加した樹脂組成物を用いた。発泡層用の樹脂組成物を発泡層用押出機ホッパーに、非発泡層用の樹脂組成物を非発泡層用押出機ホッパーにそれぞれ定量フィーダーを用いて投入し、発泡層用の樹脂組成物及び非発泡層用の樹脂組成物をマルチマニホールド方式多層Ｔダイに供給し、発泡層用の樹脂組成物を吐出量２００Ｋｇ／ｈで、非発泡層用樹脂組成物を吐出量６２Ｋｇ／ｈで積層押出しした。
ダイの出口から押出された多層発泡シートをダイ直後に設置された約６０℃に冷却温調された多数の２１０φロールにより冷却成形し、ニップロールを備えた引取機で引取った後、切断機にて所定寸法に切断した。
得られた多層発泡シートは表１に示すように、発泡層の倍率が３倍、厚みが３ｍｍであり、両非発泡層の厚みは共に１３０μｍであった。また、目付けは１１９４ｇ／ｍ2であった。また、この発泡シートから曲げ試験片を切り出し、曲げ試験を実施した結果、常温（２３℃）での曲げ弾性率が１０１０ＭＰａ、高温（１１０℃）での曲げ弾性率が２７４ＭＰａであった。さらに、実施例１と同様の方法で常温（２３℃）及び高温（１１０℃）のドローダウン量を計算した。その結果を表２に示す。
【００４２】
［比較例１］
実施例１と同様の樹脂を用いて、厚み２ｍｍ、目付け１８００ｇ／ｍ2の非発泡性シートを製造した。この非発泡性シートは、東芝機械製ＩＳ１５０Ｅ−Ｖ型射出成形機を用いて成形温度２２０℃、金型冷却温度５０℃、射出時間１５秒、冷却時間３０秒で射出成形を行い、得られたものである。
得られた上記非発泡性シートから試験片を切り出し、曲げ試験を実施した結果、常温（２３℃）での曲げ弾性率が１５００ＭＰａ、高温（１１０℃）での曲げ弾性率が３７５ＭＰａであった。さらに実施例１と同様の方法でドローダウン量を計算した。結果を下記の表に示す。
【００４３】
【表１】
【００４４】
【表２】
【００４５】
［実施例３］
中空体はアルミ製の一対の金型部材（雌型部材／雌型部材）を有する金型用いて製造した。実施例１で得られたシートを２枚重ね、重ね合わせた状態で両端をクランプ枠で挟持し、３０℃に温調された金型間に供給した。なお、２枚のシートの間に管を挟みこみ、管を通じて空気の送風、吸引を可能な状態とした。供給したシートを遠赤外線ヒーターにてシートの融点近傍まで加熱した。加熱後に両金型部材を近づけて両シートを金型の成形面外縁部間で一緒に加圧して、両シートを前記外縁部によって加圧されている部分で一体化した。成形面から空気を吸引しつつ、シートの間に形成される空間に前記管を通じて空気を送り込むことにより、シートを成形面に追従させ、所定形状に賦形した。得られた中空体を金型で冷却した後、金型を型開きし、中空成形体を取り出した。中空体はドローダウンに起因するシワ等の不良がなく、外観良好であった。
【００４６】
［実施例４］
実施例２で得られたシートを用い、実施例１と同様に中空体を製造した。得られた成形体は実施例１と同様、ドローダウンに起因するシワ等の不良がなく、外観良好であった。
【符号の説明】
【００４７】
１ シート
２ 金型部材
２１ 成形面外縁部
２２ 成形面
３ クランプ枠
３１ 空間
３２ 管
４ 加熱装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２枚の熱可塑性樹脂シートからなる中空体の製造方法であって、
この方法は、所定方向に相対的に遊動可能な一対の金型部材を有する金型を用いて行われ、両金型部材はそれぞれ、空気の吸引が可能な成形面と、それを包囲する外周部を有しており、
前記金型部材間に前記熱可塑性樹脂シートを積層して、供給する供給工程と、
前記熱可塑性シートを加熱する加熱工程と、
前記金型部材を相対的に近づけて、加熱された各熱可塑性樹脂シートを前記金型部材の外縁部間で一緒に加圧して、各シートの前記外縁部によって加圧されている部分で一体化させる型締め工程と、
前記成形面から空気を吸引しつつ、前記可塑性樹脂シート間に形成される空間に空気を送り込むことにより、前記成形面に対向する前記各熱可塑性樹脂シートを前記成形面に追従させ、所定形状に賦形する賦形工程と、を有し、前記熱可塑性樹脂シートは発泡シートであることを特徴とする中空体の製造方法。
【請求項２】
前記賦形工程において、前記熱可塑性樹脂シート間に形成される空間へ送り込まれる空気の温度は６０℃〜２００℃である請求項１に記載の中空体の製造方法。
【請求項３】
前記前記賦形工程の実施後に、前記熱可塑性樹脂シート間に形成される空間内を減圧する減圧工程を更に有する請求項１又は２に記載の中空体の製造方法。
【請求項４】
前記減圧工程の実施後に、前記熱可塑性樹脂シート間に形成される空間内へ空気を送り込む工程を更に有する請求項３に記載の中空体の製造方法。
【請求項５】
前記発泡シートは、２層の非発泡層の間に１層以上の発泡層が介在しているシートである請求項１から４いずれかに記載の中空体の製造方法。
【請求項６】
前記各発泡層の発泡倍率は、３倍〜１０倍であり、前記非発泡層の合計厚みの前記発泡層の合計厚みに対する比（非発泡層の合計厚み／発泡層の合計厚み）は、０．００２〜０．３０である請求項５に記載の中空体の製造方法。
【請求項７】
前記各熱可塑性樹脂シートにおける２層の非発泡層と１層以上の発泡層はそれぞれ、プロピレン系樹脂を主成分とするプロピレン系樹脂組成物からなり、前記各非発泡層のプロピレン系樹脂は、前記１層以上の発泡層のプロピレン系樹脂よりも低い融点を有する請求項５又は６に記載の中空体の製造方法。
【請求項８】
請求項１から７いずれかに記載の製造方法により得られる中空体。
【請求項１】
少なくとも２枚の熱可塑性樹脂シートからなる中空体の製造方法であって、
この方法は、所定方向に相対的に遊動可能な一対の金型部材を有する金型を用いて行われ、両金型部材はそれぞれ、空気の吸引が可能な成形面と、それを包囲する外周部を有しており、
前記金型部材間に前記熱可塑性樹脂シートを積層して、供給する供給工程と、
前記熱可塑性シートを加熱する加熱工程と、
前記金型部材を相対的に近づけて、加熱された各熱可塑性樹脂シートを前記金型部材の外縁部間で一緒に加圧して、各シートの前記外縁部によって加圧されている部分で一体化させる型締め工程と、
前記成形面から空気を吸引しつつ、前記可塑性樹脂シート間に形成される空間に空気を送り込むことにより、前記成形面に対向する前記各熱可塑性樹脂シートを前記成形面に追従させ、所定形状に賦形する賦形工程と、を有し、前記熱可塑性樹脂シートは発泡シートであることを特徴とする中空体の製造方法。
【請求項２】
前記賦形工程において、前記熱可塑性樹脂シート間に形成される空間へ送り込まれる空気の温度は６０℃〜２００℃である請求項１に記載の中空体の製造方法。
【請求項３】
前記前記賦形工程の実施後に、前記熱可塑性樹脂シート間に形成される空間内を減圧する減圧工程を更に有する請求項１又は２に記載の中空体の製造方法。
【請求項４】
前記減圧工程の実施後に、前記熱可塑性樹脂シート間に形成される空間内へ空気を送り込む工程を更に有する請求項３に記載の中空体の製造方法。
【請求項５】
前記発泡シートは、２層の非発泡層の間に１層以上の発泡層が介在しているシートである請求項１から４いずれかに記載の中空体の製造方法。
【請求項６】
前記各発泡層の発泡倍率は、３倍〜１０倍であり、前記非発泡層の合計厚みの前記発泡層の合計厚みに対する比（非発泡層の合計厚み／発泡層の合計厚み）は、０．００２〜０．３０である請求項５に記載の中空体の製造方法。
【請求項７】
前記各熱可塑性樹脂シートにおける２層の非発泡層と１層以上の発泡層はそれぞれ、プロピレン系樹脂を主成分とするプロピレン系樹脂組成物からなり、前記各非発泡層のプロピレン系樹脂は、前記１層以上の発泡層のプロピレン系樹脂よりも低い融点を有する請求項５又は６に記載の中空体の製造方法。
【請求項８】
請求項１から７いずれかに記載の製造方法により得られる中空体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１０−８３１４４（Ｐ２０１０−８３１４４Ａ）
【公開日】平成２２年４月１５日（２０１０．４．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２０５６９０（Ｐ２００９−２０５６９０）
【出願日】平成２１年９月７日（２００９．９．７）
【出願人】（０００００２０９３）住友化学株式会社 (8,981)
【出願人】（５９７０７５８２３）住化プラステック株式会社 (37)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月１５日（２０１０．４．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月７日（２００９．９．７）
【出願人】（０００００２０９３）住友化学株式会社 (8,981)
【出願人】（５９７０７５８２３）住化プラステック株式会社 (37)
【Ｆターム（参考）】
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