CN104870160A - 注射成型方法以及注射成型装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种注射成型方法以及注射成型装置。所述注射成型方法为能够获得稳定的强化纤维含量的树脂材料的注射方法。本发明的注射成型方法中，具备：加热缸(201)，在前侧形成有吐出喷嘴(203)；单轴螺杆(10)，以能够旋转的方式设置于加热缸(201)的内部；及纤维供给装置(213)，将强化纤维(F)填充于加热缸(201)内，将强化纤维(F)和树脂原料分别供给且比树脂原料更靠近前侧供给强化纤维(F)的同时进行注射成型，所述注射成型方法的特征在于，具备：塑化工序，通过使螺杆(10)正向旋转的同时进行后退，将树脂原料进行熔融，并且将强化纤维(F)混炼于所熔融后的树脂原料中，从而获得规定量的混炼物；及注射工序，通过使螺杆(10)前进，使混炼物从吐出喷嘴(203)吐出。并且，在所述注射工序中，将强化纤维(F)供给到加热缸(201)内。

Description

注射成型方法以及注射成型装置

技术领域

本发明涉及一种含有强化纤维的树脂的注射成型方法。

背景技术

因含有强化纤维而提高强度的纤维强化树脂的成型品以各种用途而被使用。通过注射成型而获得该成型品时，在塑化装置即缸体内，通过螺杆的旋转将热塑性树脂进行熔融，并对此混炼纤维之后注射到注射成型装置的模具中。

为了通过强化纤维而获得提高强度的效果，希望强化纤维均匀地分散于树脂中。为了发挥均匀地分散的效果而将混炼的条件设为严格即可，但这样反而提高对混炼物的剪切力，由此导致强化纤维被切断。因此，有可能导致成型后的纤维长度比最初的纤维长度大幅变短，所获得的纤维强化树脂成型品有可能无法满足所希望的特性(专利文献1)。从而，需要选择在混炼时可获得适当的剪切力的注射成型条件。

并且，在塑化工序中，为了防止纤维的切断而提出一种具备缸体和螺杆的塑化装置，所述缸体中分别设有用于对缸体供给热塑性树脂原料的供给口、用于供给纤维材料的供给口、以及用于去除包含在树脂中的气体成分的排出口(专利文献2)。

在纤维强化树脂的塑化工序中的纤维的切断主要是在塑化装置的前半部，即树脂颗粒的供给部及压缩部产生，在塑化装置中，在热塑性树脂充分熔融的压缩部之后设置纤维材料的供给口。

以往技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利公开2012-56173号公报

专利文献2：日本专利公开平3-76614号公报

发明的概略

发明要解决的技术课题

本发明人通过选择注射成型条件以及所添加的强化纤维的规格来确认能够将强化纤维以相应的程度均匀地分散。另一方面，尤其，在类似于专利文献2所示出的塑化装置的、利用分别各自具有用于供给热塑性树脂原料的供给口和用于供给纤维材料的供给口的缸体及螺杆的成型中，验证了强化纤维的含量比均匀分散的其他区域明显少的区域在纤维强化树脂成型品的非特定部位产生。在一个成型品内，若强化纤维的含量的分布不均，则局部会产生强度低的部位，该成型品有可能无法获得设计上的强度，并且在冷却固化时树脂的收缩程度不稳定，有可能产生较大的翘曲或缩痕等成型不良。

本发明提供的是防止或抑制强化纤维的含量不均，且可获得稳定的成型质量的树脂材料的注射成型方法。

用于解决技术课题的手段

本发明人等经过对强化纤维的含量明显少的区域所产生的原因进行调查，结果发现与热塑性树脂熔融后的注射工序有关。即，在注射工序中，在保持螺杆的旋转停止的状态下使螺杆前进，以使包含强化纤维的熔融树脂朝向模具吐出。通常，强化纤维从设置在塑化装置即缸体上部的料斗供给，但由于螺杆的旋转停止，因此强化纤维因自重而在螺杆的螺纹之间的槽内朝下方通过自由落体而移动。然而，强化纤维在原料料斗内容易缠绕。尤其，当纤维长度为2mm以上时，开始出现不易进行自由落体的倾向，当纤维长度为4mm以上时，若强化纤维填满于料斗内，则强化纤维不易朝向螺杆槽内进行自由落体。因此，在因螺纹以高速通过而封闭料斗孔的注射工序中纤维无法落到螺杆内。并且，即使强化纤维通过以高速通过的螺纹之间后落到螺杆槽内，也由于在螺纹之间的槽内附着有熔融的树脂，因此熔融树脂会造成阻力，强化纤维不易朝下方移动。从而，在注射工序期间，在螺纹之间的槽的下方区域产生强化纤维的含量少的区域。

于是，所完成的本发明为一种注射成型方法，其具备：缸体，在前侧形成有吐出喷嘴；单轴螺杆，以能够旋转的方式设置于缸体的内部；及纤维供给装置，将强化纤维填充于缸体内，将强化纤维和树脂原料分别供给且比树脂原料更靠近前侧供给强化纤维的同时进行注射成型，所述注射成型方法的特征在于，具备：塑化工序，通过使螺杆正向旋转的同时进行后退，将树脂原料进行熔融，并且将强化纤维混炼于所熔融后的树脂原料中，从而获得规定量的混炼物；及注射工序，通过使螺杆前进，使混炼物从吐出喷嘴吐出，在注射工序中，将强化纤维供给到缸体内。

本发明在注射工序中，与原料料斗内或螺杆槽内的状态无关，以强化纤维进入螺杆槽内的方式将强化纤维供给到螺杆内，因此，即使在供给长度为2mm以上的强化纤维时，也能够减少强化纤维量较少的螺杆槽的区域。

在本发明的注射工序中，优选使螺杆正向旋转或者反向旋转。

在注射工序中，当供给强化纤维时，使螺杆正向旋转或反向旋转，因此能够使位于螺杆的下方的螺杆槽部调换相位并对置于排出孔。由此，即使在螺杆槽表面附着有树脂，也能够将强化纤维填充于螺杆整周。并且，由于通过螺杆的旋转而能够搬送滞留在下方的熔融树脂，因此在螺杆的下方能够形成填充强化纤维的间隙，从而能够使强化纤维朝下方区域移动。

在本发明的注射工序中，为了将纤维填充于在供给强化纤维的排出孔的下方通过的螺杆槽的整个区域整周，将强化纤维连续地填充于排出孔下方的螺杆槽是有效的。于是，在本发明的注射成型方法中提供以下第1方法和第2方法。

优选在第1方法中，在缸体的主体部具备从外周面向内周面贯穿的排出孔，以便在比树脂原料更靠近前侧供给强化纤维，在注射工序中，设定螺杆的反转速度，以使在排出孔的投影区域中螺杆的螺纹的移动成为螺纹的1个导程长度的量以下。

其理由是因为在注射工序中，若该投影区域中的螺纹移动超过螺纹的1个导程长度的量，则在螺杆槽内不能对置于排出孔，产生未填充强化纤维的区域。

并且，优选第2方法在注射工序中，设定螺杆的后退速度及螺杆的反转速度，以使基于螺杆的反向旋转的螺杆槽的前进速度的角度θ2与螺杆的螺纹的导程角θ1一致。

在排出孔的投影区域，若螺杆的螺纹在排出孔的投影区域中的相对位置不在相同位置移动，则螺杆成为边旋转边移动的状态，以使通过排出孔下方的螺杆槽整周对置于排出孔，因此能够消除在螺杆槽内未填充有强化纤维的区域。

并且，在本发明的注射工序中，也优选在与塑化工序中的螺杆的转速相同的条件下，使螺杆反向旋转。

这是因为能够进行不增加螺杆转速的设定项的简单的控制。

这些优选方式当然也能够适用于以下注射成型装置。

本发明也能理解为一种如下注射成型装置，其具备：缸体，在前侧形成有吐出喷嘴；单轴螺杆，以能够旋转的方式设置在缸体的内部；纤维供给部，将强化纤维填充于缸体内；树脂供给料斗，设置在比纤维供给部更靠近后侧，并将树脂原料供给到缸体内。

该注射成形装置的特征在于，进行如下工序：塑化工序，通过使螺杆正向旋转的同时进行后退，将树脂原料进行熔融，并且将强化纤维混炼于熔融后的树脂原料中，从而获得规定量的混炼物；及注射工序，通过使螺杆前进，使混炼物从吐出喷嘴吐出，在注射工序中，将强化纤维供给到缸体内。

发明效果

根据本发明，在注射工序中也将强化纤维供给到缸体内，因此能够减少强化纤维量较少的螺杆槽的区域。从而，根据本发明能够防止在成型品内产生强化纤维的含量较少的区域。并且，由此能够获得稳定的成型质量。

附图说明

图1是表示本实施方式所涉及的注射成型装置的结构的图。

图2是示意地表示本实施方式中的注射成型的各顺序的树脂的熔融状态的图，图2(a)表示塑化开始初期，图2(b)表示塑化结束时，图2(c)表示注射结束时及图2(d)表示用于下一次循环的塑化开始时。

图3是示意地表示以往的注射成型的顺序的树脂的熔融状态的图，图3(a)表示对应于图2(c)的注射结束时，图3(b)为表示注射时的问题的图，图3(c)表示对应于图2(d)的塑化开始时。

图4表示本实施方式中的注射成型，图4(a)对应于图3的(b)，图4(b)为说明本实施方式中的优选的螺杆槽的前进速度的图。

图5表示本实施方式的测量单元的概略结构，图5(a)表示未测量状态，图5(b)表示测量状态。

图6(a)表示压力管理信息，图6(b)表示纤维含量-粘度信息。

图7是表示本实施方式所涉及的塑化单元的例子的图。

具体实施方式

以下，根据附图所示的实施方式，对本发明进行详细的说明。

[第1实施方式]

如图1所示，本实施方式所涉及的注射成型机1具备：合模单元100；塑化单元200；及控制所述单元的动作的控制部50。

合模单元100具备：固定模板105，固定设置在基架101上，且安装有定模103；可动模板111，通过液压缸113的作动，在轨道或滑动板等滑动部件107上向图中左右方向移动，且安装有动模109；多个连杆115，连结固定模板105与可动模板111。在固定模板105上设置有与各连杆115同轴的合模用液压缸117，各连杆115的一端连接于该液压缸117的柱塞119。

这些各要件按照控制部50的指示进行必要的动作。

合模单元100的概略动作如下。

首先，通过模开闭用液压缸113的作动，使可动模板111移动到图中的双点划线的位置，以使动模109抵接于定模103。接着，使各连杆115的外螺纹部121与设置于可动模板111上的对开螺母123卡合，从而将可动模板111固定于连杆115。并且，提高液压缸117内的可动模板111侧油室的工作油的压力，从而将定模103与动模109进行合模。在如此进行合模之后，从塑化单元200向模具的型腔内注射熔融树脂M而成型成型品。

另外，如同后述，本实施方式的螺杆10为将热塑性树脂颗粒P和强化纤维F分别向螺杆长边方向供给的方式，因此螺杆10的总长度或塑化单元200的总长度容易变长。因此，在本实施方式中示出一种合模单元100，该合模单元具有即使在肘节杆方式或在可动模板的背面具备合模缸体的方式的合模装置无法设置的狭窄的空间，也能够进行设置的可实现节省空间化的所述结构。然而，这里示出的合模单元100的结构毕竟只是一个例子，应用或替换成其他结构也无妨。例如，在本实施方式中，作为模开闭用致动器而示出液压缸113，但也可以用将滚珠丝杠或齿条齿轮等的旋转运动变换成直线运动的部件和伺服马达或感应马达等电动马达的组合来代替模开闭用致动器。并且，当然也可以代替为基于电动驱动或液压驱动的肘节杆式合模单元。

塑化单元200具备：筒型加热缸201；吐出喷嘴203，设置于加热缸201的前侧；螺杆10，设置于加热缸201的内部；纤维供给装置213，供给强化纤维F；树脂供给料斗207，供给树脂颗粒P。纤维供给装置213连结于比树脂供给料斗207更靠近前侧设置的排出孔206。并且，螺杆10设计成与所谓的排气式螺杆相同的2级螺杆。具体而言，设计成在螺杆10的后方侧具有：第1级21，具备供给部23和压缩部24；及第2级22，具备连结于第1级21上的供给部25和压缩部26。在第1级21将树脂进行熔融(熔融树脂M)，在第2级22使熔融树脂M与强化纤维F混合并分散。其目的在于，为了填充强化纤维F而在第1级21的终端(前侧端)直接或进而经由节流流路间接地连结第2级22的深槽部即供给部25，从而将通过压缩第1级21的终端部(前侧端)而成为高压的加热缸201内的熔融树脂M的压力进行减压。并且，塑化单元200具备：第1电动机209，使螺杆10前进或后退；第2电动机211，使螺杆10正向旋转或反向旋转；及颗粒供给装置215，对树脂供给料斗207供给树脂颗粒P。这些各要件根据控制部50的指示进行必要的动作。另外，在塑化单元200中，将注射熔融树脂M的一侧设为前方，将供给原料(强化纤维、树脂颗粒)的一侧设为后方。

塑化单元200的概略动作如下。

若设置于加热缸201内部的螺杆10旋转，则从纤维供给装置213经由排出孔206供给的强化纤维F、以及从树脂供给料斗207供给的由热塑性树脂构成的颗粒(树脂颗粒P)，向加热缸201的前侧的吐出喷嘴203侧送出。在该过程中，从搬送部被加热且逐渐开始熔融的树脂颗粒P(熔融树脂M)在与强化纤维F混炼之后，仅有规定量被注射到在合模单元100的定模103与动模109之间形成的型腔。另外，伴随树脂颗粒P的熔融，当然伴随螺杆10在承受背压的同时后退之后通过前进而进行注射的螺杆10的基本动作。并且，在加热缸201的外侧设置加热器等以熔融树脂颗粒P等，应用或替换其他结构也无妨。

具备以上要件的注射成型机1按以下顺序进行注射成型。

如众所周知，注射成型具备：合模工序，闭合动模109和定模103并以高压合模；塑化工序，在加热缸201内加热树脂颗粒P，并使其熔融后塑化；注射工序，将塑化的熔融树脂M注射并填充于由动模109和定模103形成的型腔内；保持工序，冷却至填充到型腔内的熔融树脂M固化为止；开模工序，将模具进行开启；取出工序，取出在型腔内冷却固化的成型品，并通过连续实施上述各工序或者同时实施一部分工序而完成1次循环。

接着，对本实施方式所关联的塑化工序和注射工序进行说明。

在塑化工序中，从加热缸201后方的树脂供给料斗207供给树脂颗粒P。在塑化开始初期，螺杆10位于加热缸201的前方，从该初始位置使螺杆10在旋转的同时进行后退(图2“塑化开始”)。通过使螺杆10旋转，供给到螺杆10与加热缸201之间的树脂颗粒P因受到剪切力而被加热的同时逐渐熔融，并朝向前方被搬送。另外，在本发明中，将塑化工序中的螺杆10的旋转(方向)设为正向旋转。若熔融树脂M被搬送到纤维供给装置213，则从纤维供给装置213供给强化纤维F。伴随螺杆10的旋转，强化纤维F混炼并分散于熔融树脂M，并与熔融树脂M一起向前方被搬送。若继续供给树脂颗粒P、强化纤维F，并继续旋转螺杆10，则被搬送到加热缸201的前方，熔融树脂M从螺杆吐出并滞留在螺杆10的前方。通过滞留在螺杆10的前方的熔融树脂M的树脂压力与抑制螺杆10后退的背压的平衡使螺杆10后退。当必要量的熔融树脂M滞留时，停止螺杆10的旋转及后退(图2“塑化结束”)。

图2将树脂(树脂颗粒P、熔融树脂M)和强化纤维F的状态示意地区分为“未熔融树脂”、“树脂熔融”、“纤维分散”及“纤维分散结束”4个阶段进行表示。在“塑化结束”阶段中，比螺杆10更靠近前方的“纤维分散结束”表示的是强化纤维F分散于熔融树脂M中且供注射的状态，“纤维分散”表示伴随螺杆10的旋转，被供给的强化纤维F分散于熔融树脂M的状态。并且，“树脂熔融”表示树脂颗粒P受到剪切力逐渐熔融的状态，“未熔融树脂”表示虽然受到剪切力但未到达熔融的状态。

在塑化工序结束时，图2(b)所示的树脂熔融区域比供给强化纤维F的纤维供给装置213更靠近后方，因此该区域的螺杆10的槽内成为未被供给强化纤维F的状态。

若进入注射工序，则如图2(c)所示，使螺杆10前进。于是，由于在螺杆10的前端部所具备的未图示的止回阀关闭，因此滞留在螺杆10的前方的熔融树脂M的压力(树脂压力)上升，熔融树脂M从吐出喷嘴203朝型腔吐出。

在本实施方式中，在注射工序中也通过纤维供给装置213向加热缸201内供给强化纤维F。以下，对这一点进行说明。

螺杆10从图2(b)的位置前进到图2(c)的位置或图3(a)的位置。此时，在图2(b)所示的树脂熔融区域的螺杆10的槽内未填充有强化纤维F，以往，由于强化纤维F在安装于投入口即排出孔206上的原料料斗内容易缠绕，因此在螺纹10的在长边方向上排列的螺纹因以高速且连续地通过排出孔206而大致封闭排出孔206的注射工序中，无法将强化纤维F填充于螺杆10内。并且，即使强化纤维F通过高速通过的螺纹之间后落到螺杆10的槽内，也由于在10的周围附着有熔融树脂M，因此，如图3(b)所示，将导致从纤维供给装置213供给的强化纤维F粘附于熔融树脂M上。被供给的强化纤维F以粘附于螺杆10的上部的状态下不易传送到螺杆10的槽内后填充到下方。或者，无法基于螺杆旋转而搬送熔融树脂M，螺杆10的槽内的熔融树脂M因重力而朝螺杆10的下方滴落之后滞留在与加热缸201之间。因此，被供给的强化纤维F被滴落的熔融树脂M堵住而不易填充于螺杆10的下方。从而，在如图2(b)所示的树脂熔融区域的螺杆10的槽内未充分填充有强化纤维F的状态下螺杆10前进，在注射工序中，树脂熔融区域通过纤维供给装置213之后进一步到达前方，因此如图3(a)所示，在加热缸201下方的熔融树脂M中未含强化纤维F便结束注射工序。

在结束注射工序之后，为了下一次成型循环而通过塑化单元200进行塑化，则如图3(c)所示，将导致产生未含有强化纤维F的部分N。

另外，该问题不会在供给树脂颗粒P的区域产生。在该区域中，树脂颗粒P未熔融，且螺杆10的表面温度也充分比树脂颗粒P所熔融的温度低，因此在螺杆10的周围不存在熔融树脂M(图2(b)的右侧)。从而，树脂颗粒P因自重而能够流落到螺杆10的槽内，尤其是螺杆10的下方。

与此相对，若在注射工序中通过纤维供给装置213向螺杆内供给强化纤维F，则也能够将强化纤维F输送到加热缸201的下方。即，虽然螺杆10的螺纹间断地封闭排出孔206，或者螺杆10的整个周围附着有熔融树脂M，或者熔融树脂M滞留在螺杆10的下方，但是从纤维供给装置213仅供给规定量的强化纤维F被填充于螺杆10的槽内，因此能够使强化纤维F遍及螺杆10的周围。从而，如图2(d)所示，根据本实施方式，在比纤维供给装置213更靠近前方的区域将毫无遗漏地包含强化纤维F。另外，优选经注射工序的整个期间进行注射工序中的来自纤维供给装置213的强化纤维F的供给，但也可以仅停止一部分工序期间，即间断地进行供给等，也可以连续地或阶段性地改变供给速度。并且，为了容易稳定地进行良好的成型，也可以利用定时器(未图示)、螺杆位置传感器、第1电动机209及第2电动机211所具备的旋转编码器等各种传感器，高精度地控制来自纤维供给装置213的供给时刻和供给量。

并且，将强化纤维F供给到加热缸201内的纤维供给装置213时能够使用螺杆式或活塞式等称重给料机。在该情况下，可以将纤维供给装置213直接连结于加热缸201，也可以将强化纤维F直接供给到加热缸201内，也可以在排出孔206设置纤维供给用料斗205，从纤维供给装置213向纤维供给用料斗205供给强化纤维F。

在将称重给料机直接连结于加热缸201的情况下，能够通过称重给料机强制地将强化纤维F填充到加热缸201内，因此即使强化纤维F在排出孔206内缠绕，也能够以规定的供给量将强化纤维F填充到螺杆10的槽内。由此，能够任意地且容易管理在螺杆10的槽内与熔融树脂M混合的强化纤维F的含有量(率)。

当使用螺杆式称重给料机的情况下，能够使用1根螺杆的单轴型给料机，也可以使用多根螺杆的多轴型给料机。优选多轴型给料机，该多轴型给料机中为了将对熔融树脂M的混合率设为规定值而测量强化纤维F并稳定地进行供给的搬送力强，且能够抑制强化纤维F与给料机之间打滑，尤其结构简单的2轴型给料机在成本上、设计上及控制上均优选。

于是，在本实施方式中，如图1所示，将2轴型螺旋给料机214设置于加热缸201，并将强化纤维F强制地供给到螺杆10的槽内。另外，在直接连结于加热缸201的情况下，即使使用单轴型螺旋给料机当然也不会受到影响。

并且，对2轴型螺旋给料机214供给强化纤维F的方法如下，即可以向2轴型螺旋给料机214直接投入连续纤维、所谓的粗纱纤维，也可以投入预先切断成规定长度的切碎纤维。

在投入切碎纤维的情况下，也可以直至称重给料机的纤维投入口附近以粗纱纤维来进行搬送，在纤维投入口附近将粗纱纤维进行切断之后立即投入到上述称重给料机。由此，将容易飞散的切碎纤维投入到成型机为止不会使其暴露，因此能够提高操作性。

在本实施方式中，在2轴型螺旋给料机214的纤维投入口附近设置粗纱切割机218。通过粗纱切割机218来切断粗纱纤维，在作成切碎纤维之后，供给到2轴型螺旋给料机214。

并且，粗纱切割机218所使用的是朝向2轴型螺旋给料机214旋转的旋转式切割机。由此，利用切割机的旋转力，而不经由料斗等强化纤维F的滞留部件便能够将切断的切碎纤维直接投入到2轴型螺旋给料机214的螺杆槽内。由此，能够以刚切断后的缠绕较少的状态将切碎纤维投入到2轴型螺旋给料机214，因此使切碎纤维有效地被投入到2轴型螺旋给料机214，并从2轴型螺旋给料机214稳定地向螺杆10的槽内供给切碎纤维。

另外，在多轴型给料机中使用螺杆式称重给料机的情况下，可以为螺杆的螺纹与槽彼此啮合的所谓的2轴押出成型机式给料机螺杆，也可以是通过隔壁而独立的，或者无隔壁却彼此不干扰而独立的给料机螺杆。使用2轴押出成型机式给料机螺杆时的螺杆的旋转方向可以是相同方向，也可以是不同方向。

并且，如图7(a)所示，也能够将单轴型螺旋给料机216连通设置于排出孔206并供给强化纤维F。通过单轴型螺旋给料机216也能够向螺杆10的槽内强制地供给强化纤维F。

其次，如上所述，将强化纤维F强制地供给到螺杆10的槽内的情况下，对由2轴型螺旋给料机214或单轴型螺旋给料机216进行注射工序时所供给的强化纤维F的供给量的确定方法的一个例子进行说明。

作为第1步骤，由利用未图示的螺杆位置传感器来检测的螺杆10的位置变化信息来计算塑化工序中的螺杆10的后退速度。

在第2步骤中，计算注射工序中的螺杆的前进速度与在第1步骤中计算出的螺杆10的后退速度之比。当注射工序为多级速度控制的情况下，计算在第1步骤算出的塑化工序时的螺杆10的后退速度相对于各速度之比。

在第3步骤中，将第2步骤中算出的塑化工序与注射工序的螺杆10之比，和以成型品成为所希望的纤维含有率的方式预先设定的在塑化工序时从2轴型螺旋给料机214或单轴型螺旋给料机216供给的强化纤维F的供给量或供给速度相乘，计算在注射工序时从2轴型螺旋给料机214或单轴型螺旋给料机216供给的强化纤维F的供给量或供给速度的基准值。

在第4步骤中，在第3步骤中计算出的在注射工序时从2轴型螺旋给料机214或单轴型螺旋给料机216供给的强化纤维F的供给量或者供给速度的基准值和校正系数相乘，从而确定从2轴型螺旋给料机214或单轴型螺旋给料机216在注射工序时供给的强化纤维F的供给量的运行条件值。当注射工序为多级速度控制的情况下，通过对各速度相乘校正系数而确定强化纤维F的供给量的运行条件值，每切换注射速度时，来自给料机的强化纤维F的供给量也被切换。另外，上述校正系数可以由理论上求出也可以根据实验求出两者均可。并且，当注射工序为多级速度控制的情况下，可以相对于各速度分别各自设定校正系数，也可以设定为相同的值。

并且，从2轴型螺旋给料机214或单轴型螺旋给料机216供给的强化纤维F的供给量，可以通过实验求出成型品内的强化纤维的含有分布偏差，也可以根据实验结果来确定注射行程中从2轴型螺旋给料机214向螺杆10供给强化纤维F的供给量的运行条件值，以使成型品内的强化纤维的含有分布偏差在所希望的含有率容许范围内。

另外，从2轴型螺旋给料机214或单轴型螺旋给料机216在注射工序时供给的强化纤维F的供给量的确定方法，只要不脱离本发明宗旨，则可以选择上述确定方法，或能够适当地变更为其他方法。

另一方面，当使用纤维供给用料斗205的情况下，作为纤维供给装置213，如图7(b)所示，例如能够使用皮带给料机217。通过调节皮带给料机217的搬送速度，能够向纤维供给用料斗205仅供给规定量的强化纤维F(图7(b))。

在此，当从纤维供给装置213向纤维供给用料斗205供给强化纤维F的情况下，将强化纤维F的供给量限制为在排出孔206内强化纤维F不缠绕程度的供给量，具体而言，不填满排出孔206的程度，因此不会堵塞排出孔206内部便能够将强化纤维F填充到螺杆10内。由此，对强化纤维F不赋予负载便能够供给到螺杆10的槽内，因此能够抑制在投入到螺杆10的槽内之前纤维折损。

[第2实施方式]

在本实施方式中，为了利用第1实施方式的注射成型机1来进一步顺畅地供给强化纤维F，在注射工序期间使螺杆10反向旋转。以与第1实施方式不同点为中心进行说明。

以往，在注射工序期间停止螺杆10的旋转。然而，这样有时会不能顺畅地供给强化纤维F。即，即使使用第1实施方式所示的纤维供给装置213，在纤维供给装置213的供给力较小等情况下，无法克服螺杆10的槽内的树脂阻力，在注射工序期间，强化纤维F无法填充到螺杆10的下方。

与此相对，在注射工序中，根据使螺杆10反向旋转的本实施方式，如图4(a)所示，通过使螺杆10反向旋转，贴付于熔融树脂M上的强化纤维F也压入到螺杆10的槽内，同时朝向加热缸201的下方搬送。或者，由于滞留在螺杆10的下方的熔融树脂M使螺杆10旋转，因此在螺杆10的槽内能够进行搬送，且在螺杆10的下方的槽内可生成使强化纤维F进入的间隙。因此，通过使螺杆10前进的同时进行反向旋转而能够使强化纤维F遍及螺杆10的周围。在这期间，也能够将强化纤维F混炼于熔融树脂M。从而，根据本实施方式，在比纤维供给装置213更靠近前方的区域也能够毫无遗漏地含有强化纤维F。另外，优选经注射工序的整个期间进行注射工序中的螺杆10的旋转，也可以仅停止一部分工序期间，即间断地反向旋转等，也可以交替切换反向旋转和正向旋转，也可以连续地或阶段性地改变转速。并且，为了容易且稳定地进行良好的成型，也可以利用未图示的定时器、螺杆位置传感器、第1电动机209及第2电动机211所具备的旋转编码器等各种传感器，高精度地控制螺杆10的反转时的旋转时刻和速度。

使螺杆10反向旋转的优选条件如下。另外，为了实现优选条件，控制部50对使螺杆10前进或后退的第1电动机209、使螺杆10正向旋转或反向旋转的第2电动机211进行同步控制即可。

在使螺杆10反向旋转的情况下，将螺杆10前进的速度(前进速度)设为V1，将螺杆10反向旋转的速度(转速)设为V2。并且，将螺杆10的螺纹11的导程角设为θ1。在该情况下，如图4(b)所示，优选使由前进速度V1和转速V2规定的螺杆槽的前进速度V3所呈角度θ2与导程角θ1一致。若满足该条件，则能够将螺纹11相对于从纤维供给装置213供给强化纤维F的排出孔206的相对位置(或者从排出孔206观察到的螺纹11的位置)设为恒定。由此能够将强化纤维F均匀地且连续地压入到螺杆10的槽中。

能够如下进行确定前进速度V1和转速V2，另一方面，导程角θ1为已知，因此，通过调整前进速度V1和转速V2能够设定优选条件。

D＝螺杆10的外径(mm)

aD＝螺杆10的螺纹11的导程(mm)

nD＝注射行程(mm)

注射时间＝t(sec)

若如同上述设定，则可表示成tanθ1＝aD/πD、tanθ2＝V1/V2，因此θ1＝θ2的反转速度V20为V20＝πV1/a。

作为其他优选条件，若将塑化工序时的螺杆槽的前进速度设为V4，则螺杆槽的前进速度V3的大小与前进速度V4相同，但也可以将方向设为反方向(180°反转)。由此能够供给与塑化工序中供给到螺杆槽中的供给量为等量的强化纤维F。

并且，在高速前进的注射工序中，在将螺杆10的前进速度V1和转速V2控制成θ1＝θ2时，需要基于电动伺服马达的驱动等高精度的驱动控制系统。但是在不具备液压驱动等高精度的驱动控制系统的注射成型机中，也可以以螺杆10的反转速度来进行旋转控制，以使在排出孔206的投影区域的、即从排出孔206可观察到的螺杆10的螺纹11在注射工序中不移动超过螺纹11的1个导程长度的量。

通过使螺杆10反向旋转而使从排出孔206观察到的螺杆10的螺纹11在注射工序中不移动超过螺纹11的1个导程长度的量的螺杆10的反转速度能够如下求出。

螺杆10以前进速度V1前进螺纹11的1个导程量的时间t0可表示成t0＝aD/V1。

在时间t0期间，从排出孔206观察到的螺杆10的螺纹11的位置以不改变的方式观察到的反转速度为，在时间t0期间螺杆旋转1周的速度。并且，该速度为成为θ1＝θ2的速度即V20。

在时间t0期间，若螺杆10旋转2周，则观察到从排出孔206观察到的螺杆10的螺纹11在注射工序中以向后方仅移动螺纹11的1个导程长度的量。

因此，在时间t0期间，螺杆旋转2周的反转速度V21可表示成V21＝2×V20。

并且，若在时间t0期间，螺杆10仅旋转半周，则观察到从排出孔206观察到的螺杆10的螺纹11在注射工序中以向前方仅移动螺纹11的1个导程长度的量。

因此，在时间t0期间，螺杆10旋转半周的反转速度V22能够表示成V22＝V20/2。

从而，从排出孔206观察到的螺杆10的螺纹11在注射工序中以螺纹11的移动量为1个导程长度的量以下的螺杆10的反转速度范围，在时间t0期间为螺杆旋转半周的反转速度以上，且在时间t0期间为螺杆10旋转2周的反转速度以下。

由此，从排出孔206观察到的螺杆10的螺纹11在注射工序中的移动量成为1个导程长度的量以下，螺杆10的转速V2的范围为V21＝V20/2≤V2≤V22＝2×V20。

从而，通过以πV1/2a≤V2≤2πV1/a的范围运行，能够使通过排出孔206的下方的螺杆槽作为连续的槽对置于排出孔206，因此能够防止或抑制未填充有强化纤维F的区域的产生。

并且，若在排出孔206连通真空泵等负压产生装置并将排出孔206内部设为负压，则能够将与强化纤维F一同进入到缸体内部的外部气体，或者从树脂以及树脂的添加剂挥发的气体向缸体的外部排出，因此能够防止因银制或孔隙、以及树脂的氧化劣化引起的黑点异物等成型不良或模具的污染。并且，为了将与强化纤维F一同进入缸体内部的外部气体，或者从树脂及树脂的添加剂挥发的气体向缸体的外部排出，也可以比用于供给强化纤维F的排出孔206更靠近前方还设置从缸体外周面到内周面的贯通孔。

[第3实施方式]

在本实施方式中，在注射成型机2中的塑化工序中进行纤维含量C的测量。

本实施方式所涉及的注射成型机2在第1实施方式及第2实施方式的注射成型机1的要件中还具备测量单元300(图5)。另外，能够通过控制部50来控制该测量单元300的动作。

注射成型机2中的塑化工序及注射工序与第1实施方式及第2实施方式相同，因此以与第1实施方式及第2实施方式不同点为中心进行说明。

如图5所示，测量单元300用于测量到达吐出喷嘴203的熔融树脂中所含有的强化纤维的量(纤维含量)。测量单元300可设置于塑化单元200的吐出喷嘴203的附近。

测量单元300具备：分支通路301，从吐出喷嘴203内的吐出通路204分支；开闭阀321，设置于分支通路301上；树脂储存部305，暂时储存流过分支通路301的熔融树脂；温度计307、压力计309，测量储存在树脂储存部305中的熔融树脂的温度和压力；致动器311，对储存在树脂储存部305中的熔融树脂赋予压力。另外，测量单元300的具体的形式并不限定于上述内容，只要能够测定熔融树脂M的压力P1，则采用其他形式也无妨。

在吐出通路204上，在比分支通路301的分支部分更靠近熔融树脂所流动方向的下游设有开闭阀322。并且，在树脂储存部305上连接有返回通道315的一端，返回通道315的另一端连接于吐出喷嘴203的吐出通路204。返回通道315的另一端在比开闭阀322更靠近下游连接于吐出通路204。在返回通道315上设置有开闭阀323。在返回通道315中，树脂储块306内部的部分构成节流器316。

测量单元300的开闭阀321、322及323和温度计307及压力计309连接于控制部50。

控制部50根据是否进行该测量对开闭阀321、322及323发送开闭的指令信号。通过控制开闭阀321、322及323的开闭，经由测量单元300的分支通路301将熔融树脂M引入到树脂储存部305。若利用温度计307及压力计309来测量被引入的熔融树脂M的温度和压力，则有关所测量的温度和压力的信息被发送到控制部50。控制部50根据与所获取的温度和圧力有关的信息来求出纤维含量。

若求出纤维含量，则储存在树脂储存部305中的熔融树脂通过返回通道315返回到吐出通路204。

根据熔融树脂的粘度，例如能够如下求出纤维含量。

熔融树脂的纤维含量C和该树脂的粘度η成比例关系。

另一方面，能够通过下式(1)求出粘度η。另外，在公式(1)中，除了压力P1之外，V、L、R及Rc为已知的值，因此若测量压力P1，则能够求出该熔融树脂M的粘度η。另外，速度V被设为恒定速度。

粘度η＝(P1/V·L)×(R/Rc)……(1)

P1：树脂储存部305中的熔融树脂的压力(Pa)

V：致动器311的压入速度V(mm/sec)

L：节流器316的长度(mm)

Rc：树脂储存部305的半径(mm)

R：节流器316的半径(mm)

从而，预先掌握供注射成型的树脂中的纤维含量与粘度η的关系，并利用测量单元300来测量粘度η，则能够确定所测量的熔融树脂的纤维含量C。

为此，例如实验性地求出将图6(b)所示的纤维含量C与粘度η进行建立关联的信息(含量-粘度信息)，将该含量-粘度信息作为数据库储存于控制部50。

若控制部50获取利用压力计309测量的压力P1，则与储存在自身数据库中的含量-粘度信息进行核对，从而能够求出纤维含量C。

在图6(b)中，作为例子示出3种含量-粘度信息。含量-粘度信息根据树脂的物性及强化纤维的物性可发生变化，因此设定为与树脂(A、B、C)及纤维(d、e、f)的组合相应的含量-粘度信息。

粘度η根据该树脂的温度而发生变化。从而，在含量-粘度信息中温度应被确定，控制部50将有关该温度(测量温度T)的信息与含量-粘度信息一同进行储存。另一方面，在测量单元300中，为了将储存在树脂储存部305中的熔融树脂维持在测量温度T，在树脂储存部305的周围设置有加热器317。控制部50将从温度计307获取的温度信息与测量温度T进行核对，并根据需要来调整基于加热器317的熔融树脂的加热。

接着，对纤维含量C的测量顺序进行说明。

当进行纤维含量C的测量时，如图5(a)所示，在测量单元300中，开闭阀321～323的开闭受到如下控制。从而，熔融树脂M不会储存在树脂储存部305中。

[非测量时]

开闭阀321：开(ON)

开闭阀322：闭(OFF)

开闭阀323：闭(OFF)

如图5(b)所示，当进行测量时，在测量单元300中，对开闭阀321～323进行如下开闭控制。

[测量时]

开闭阀321：闭(OFF)

开闭阀322：开(ON)

开闭阀323：闭(OFF)

通过如此控制开闭阀321～323，熔融树脂M从吐出通路204通过分支通路301之后流入到树脂储存部305。若规定量的熔融树脂M填充到树脂储存部305，则使致动器311以一定速度V进行动作，从而对树脂储存部305的熔融树脂M施加压力。在致动器311动作的同时打开开闭阀323，并从树脂储存部305压出熔融树脂M。在该过程中，控制部50获取通过压力计309测量的压力P1，如上所述，控制部50在储存压力P1的同时求出纤维含量C。压出的熔融树脂M通过返回通道315之后返回到吐出通路204。然后，如图5(a)所示，打开开闭阀321，并关闭开闭阀322，从而作好进入注射工序的准备。

若注射工序结束，则经过保持工序、成型品取出工序进行下一次注射成型循环。在下一次循环之后，同样地进行在塑化工序中的压力(纤维含量)的测量、在注射工序中螺杆10的反向旋转。

控制部50在每一次循环中储存压力P1，并且，与如图6(a)所示的压力管理信息进行比较。控制部50对纤维供给装置213进行指示调整强化纤维F的供给量，以使所获取的压力P1不脱离压力管理信息。在压力管理信息中包括管理值上限和管理值下限，若圧力P1接近管理值上限或管理值下限，则在下一次注射成型循环中相应地减少或增加强化纤维F的供给量。由此，在成型运行中监控熔融树脂M的纤维含量C，并且在每次成型循环中能够以在规定范围内的方式进行控制，因此能够减小成型品的质量偏差。

以上，根据实施方式对本发明进行了说明，但只要不脱离本发明的宗旨，则可选择上述实施方式中例举的结构，或者可适当地变更为其他结构。

例如，注射工序时的螺杆的旋转并不限定于反向旋转，即使为正向旋转也能够将位于螺杆下方的槽区域调换相位成对置于排出孔206的位置。从而，能够获得与上述实施方式相同的能够减少未填充有强化纤维F的区域的效果。

然而，在注射工序时反向旋转的情况下，通过螺杆10的反向旋转，螺杆10的前端部的槽内的熔融树脂M向后部侧被逆流搬送，从而螺杆10的前端部的熔融树脂M的压力降低。此时，根据树脂的种类或反向旋转的条件，有时在熔融树脂M中产生气泡且在成型品的表面出现，从而构成成型不良。然而，在注射工序时使螺杆10正向旋转的情况下，能够获得不降低螺杆10的前端部的压力便能够向排出孔206下部的螺杆10的槽内填充强化纤维F的效果。

另外，伴随该螺杆10的正向旋转而螺杆10的前端部的熔融树脂M的压力上升，由此螺杆10的前端部所具备的未图示的止回阀的关闭延迟的情况下，认为在螺杆10开始前进之后将正向旋转开始延迟是有效的。作为螺杆10的正向旋转开始的延迟控制，可以考虑检测定时器的时间已到、螺杆10的前进量达到规定值、用于注射的电动马达转矩或液压力到达规定值等。

在本实施方式的塑化单元200中，将纤维供给装置213及树脂供给料斗207固定于加热缸201，但也可以设为向螺杆10的轴向移动的可动式料斗。尤其，在纤维供给装置213中使用多轴型称重给料机的情况下，在螺杆10的长边方向上平行地连结配置多个给料机，也可以切换为在塑化工序中供给强化纤维F的给料机进行使用。具体而言，在塑化工序开始时，从配置于螺杆10的前端侧的给料机供给强化纤维F，在塑化工序中，伴随螺杆10的后退，为了使螺杆10和吐出纤维的给料机螺杆的相对位置不发生变化，也可以从后方侧逐渐切换供给强化纤维F的给料机。由此，与基于螺杆10的后退及注射时螺杆10的前进的、加热缸201与螺杆10的相对位置的变化无关，能够将对螺杆10的强化纤维F的供给位置设为恒定。具体而言，能够使塑化结束时的纤维供给给料机螺杆的位置，即填充有强化纤维F的最后部的螺杆槽的位置，在通过注射而前进的螺杆位置与下一次塑化开始时的纤维供给给料机螺杆的位置一致，因此通过纤维供给装置213能够连续地向前方的螺杆槽供给强化纤维F，并能够有效地防止和抑制在比纤维供给装置213更靠近前方的螺杆10的槽内产生未填充强化纤维F的区域。并且，给料机螺杆的切换方法可以是简单的开启/关闭控制，也可以使邻接的螺杆给料机的转速协同变化。具体而言，伴随螺杆的后退，也可以使前侧的螺杆给料机的转速逐渐降低的同时，使后方侧的螺杆给料机的转速逐渐增加。

并且，在本实施方式中，用2级式形状来表示螺杆10，但通过限制来自树脂供给料斗207的树脂颗粒P的供给量，在从树脂供给料斗207搬送到螺杆10内的熔融树脂M，或者包含未熔融状态的树脂的半熔融树脂到达纤维供给装置213时，在螺杆10的槽内能够设置可填充强化纤维F的空隙的情况下也可以使用1级式螺杆形状。并且，示出在螺杆10的前端部设置混合器的图，但在强化纤维F容易进行原纤化的情况下，也可以不设置混合器。

并且，适用于本发明的树脂以及强化纤维并无特别限定，还可以广泛包括：聚丙烯和聚乙烯等常用树脂，聚酰胺、聚碳酸酯等工程塑料等公知的树脂，以及玻璃纤维、碳纤维、竹纤维、麻纤维等公知的强化纤维等公知的材料。

符号说明

1、2-注射成型机，10-螺杆，11-螺纹，21-第1级，22-第2级，23、25-供给部，24、26-压缩部，100-合模单元，103-定模，105-固定模板，107-滑动部件，109-动模，111-可动模板，200-塑化单元，201-加热缸，203-吐出喷嘴，205-纤维供给用料斗，206-排出孔，207-树脂供给料斗，213-纤维供给装置，214-2轴型螺旋给料机，215-颗粒供给装置，216-单轴型螺旋给料机，217-皮带给料机，218-粗纱切割机，311-致动器，317-加热器，F-强化纤维，M-熔融树脂，P-树脂颗粒，V1-前进速度，V2-转速，V3、V4-前进速度。

Claims (10)

1.一种注射成型方法，具备：

缸体，在前侧形成有吐出喷嘴；单轴螺杆，以能够旋转的方式设置于所述缸体的内部；及纤维供给装置，将强化纤维填充于所述缸体内，

将所述强化纤维和树脂原料分别供给且比所述树脂原料更靠近前侧供给所述强化纤维的同时进行注射成型，所述注射成型方法的特征在于，具备：

塑化工序，通过使所述螺杆正向旋转的同时进行后退，将所述树脂原料进行熔融，并且将所述强化纤维混炼于所熔融后的所述树脂原料中，从而获得规定量的混炼物；及

注射工序，通过使所述螺杆前进，使所述混炼物从所述吐出喷嘴吐出，

在所述注射工序中，将所述强化纤维供给到所述缸体内。

2.根据权利要求1所述的注射成型方法，其特征在于，

在所述注射工序中，使所述螺杆正向旋转或反向旋转。

3.根据权利要求2所述的注射成型方法，其特征在于，

在所述缸体的主体部具备从外周面向内周面贯穿的排出孔，以便在比所述树脂原料更靠近前侧供给所述强化纤维，

在所述注射工序中，

设定所述螺杆的反转速度，以使在所述排出孔的投影区域中所述螺杆的所述螺纹的移动成为所述螺纹的1个导程长度的量以下。

4.根据权利要求2或3所述的注射成型方法，其特征在于，

在所述注射工序中，

设定所述螺杆的后退速度及所述螺杆的反转速度，以使基于所述螺杆的所述反向旋转的螺杆槽的前进速度的角度02与所述螺杆的螺纹的导程角01一致。

5.根据权利要求2所述的注射成型方法，其特征在于，

在所述注射工序中，

在与所述塑化工序中的所述螺杆的转速相同的条件下，使所述螺杆反向旋转。

6.一种注射成型装置，具备：缸体，在前侧形成有吐出喷嘴；单轴螺杆，以能够旋转的方式设置在所述缸体的内部；纤维供给装置，将强化纤维填充于缸体内；树脂供给料斗，设置在比所述纤维供给装置更靠近后侧，并将树脂原料供给到所述缸体内，所述注射成型装置的特征在于，进行如下工序：

塑化工序，通过使所述螺杆正向旋转的同时进行后退，将所述树脂原料进行熔融，并且将所述强化纤维混炼于所熔融后的所述树脂原料中，从而获得规定量的混炼物；及

注射工序，通过使所述螺杆前进，使所述混炼物从所述吐出喷嘴吐出，

在所述注射工序中，将所述强化纤维供给到所述缸体内。

7.根据权利要求6所述的注射成型装置，其特征在于，

在所述注射工序中，使所述螺杆正向旋转或反向旋转。

8.根据权利要求7所述的注射成型装置，其特征在于，

所述缸体在主体部具备从外周面向内周面贯穿的排出孔，以便在比所述树脂原料更靠近前侧供给所述强化纤维，

在所述注射工序中，

设定所述螺杆的反转速度，以使在所述排出孔的投影区域中所述螺杆的螺纹的移动成为所述螺纹的1个导程长度的量以下。

9.根据权利要求7或8所述的注射成型装置，其特征在于，

在所述注射工序中，

设定所述螺杆的后退速度及所述螺杆的反转速度，以使基于所述螺杆的所述反向旋转的螺杆槽的前进速度的角度02与所述螺杆的螺纹的导程角01一致。

10.根据权利要求7所述的注射成型装置，其特征在于，

在所述注射工序中，

在与所述塑化工序中的所述螺杆的转速相同的条件下，使所述螺杆反向旋转。