JP2014184702A - 射出成形方法、及び、射出成形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】強化繊維の含有量を迅速に把握できる射出成形方法を提供する。
【解決手段】スクリュ１０を正転させながら後退させることで、樹脂原料を溶融するとともに、溶融された樹脂原料に強化繊維Ｆを混錬して所定量の混錬物を得る可塑化工程と、スクリュ１０を前進させることで混錬物を吐出ノズル２０３から吐出させる射出工程と、を備え、可塑化工程において、吐出ノズル２０３から混錬物の一部を計測用樹脂として抜き出して樹脂溜まり３０５に充填し、樹脂溜まり３０５に充填された計測用樹脂に所定の押圧力を負荷することで計測用樹脂に生じた圧力を計測し、その後に、前記射出工程に移行する。
【選択図】図５

Description

本発明は、強化繊維を含む樹脂の射出成形方法に関する。

強化繊維を含有させることにより強度を高めた繊維強化樹脂の成形品が各種の用途に用いられている。その成形品を射出成形で得るには、可塑化装置であるシリンダ内でスクリュの回転により熱可塑性樹脂を溶融し、それに繊維を混練した後に、射出成形装置の金型に射出される。

強化繊維による強度向上の効果を得るためには、強化繊維が樹脂の中に均一に分散していることが望まれる。均一分散を果たすためには、混練の条件を厳しくすればよいが、逆に、混練物へのせん断力が高まり、これにより、強化繊維が切断されてしまう。そうすると、当初の繊維長よりも成形後の繊維長が短くなってしまい、得られた繊維強化樹脂成形品は、所望の特性を満足するできなくなるおそれがある（特許文献１）。したがって、混練時に適度なせん断力が得られる射出成形の条件を選択することが必要になる。

特開２０１２−５６１７３号公報

本発明者は、射出成形の条件、加えられる強化繊維の仕様を選択することにより、強化繊維を相当程度に均一に分散できることを確認している。ところが、射出成形のサイクルごとに、強化繊維の含有量にばらつきが生じる一方、このばらつきを迅速に把握することは困難である。
そこで本発明は、強化繊維の含有量を迅速に把握できる射出成形方法を提供することを目的とする。

かかる目的のもとなされた本発明は、前方側に吐出ノズルが形成されたシリンダと、シリンダの内部に回転可能に設けられたスクリュと、を備え、強化繊維と樹脂原料を供給して射出成形する方法であって、スクリュを正転させながら後退させることで、樹脂原料を溶融するとともに、溶融された樹脂原料に強化繊維を混錬して所定量の混錬物を得る可塑化工程と、スクリュを前進させることで前記混錬物を前記吐出ノズルから吐出させる射出工程と、を備える。
本発明の射出成形方法は、可塑化工程において、吐出ノズルから混錬物の一部を計測用樹脂として抜き出して樹脂溜まりに充填し、樹脂溜まりに充填された計測用樹脂に所定の押圧力を負荷することで計測用樹脂に生じた圧力を計測し、その後に、射出工程に移行する、ことを特徴とする。
本発明の射出成形方法は、強化繊維を含む溶融樹脂の粘度は強化繊維の含有量と比例関係にあること、さらに、後述する式（１）で示されるように、この粘度は当該樹脂の圧力とも比例関係を有することに着目した。つまり、当該圧力を計測すれば強化繊維の含有量を認識できることに基づいて、本発明は、可塑化により溶融した樹脂の一部（計測用樹脂）を用いて、迅速に強化繊維の含有量を特定する手法を提供する。

本発明の射出成形方法は、当該強化繊維の含有量と粘度とが対応付けられた含有量−粘度情報を保持しておき、圧力に基づいて求められた計測用樹脂の粘度を、含有量−粘度情報に照合することにより、混錬物における前記強化繊維の含有量を特定することができる。
本発明の射出成形方法において、計測された圧力、または、特定された混錬物における強化繊維の含有量に基づいて、供給する強化繊維の量を調整することができる。
この好ましい形態は、以下の射出成形装置にも適用できることは言うまでもない。

本発明は、前方側に吐出ノズルが形成されたシリンダと、前記シリンダの内部に回転可能に設けられたスクリュと、を備える射出成形装置として捉えることができる。この装置は、スクリュを正転させながら後退させることで、樹脂原料を溶融するとともに、溶融された樹脂原料に強化繊維を混錬して、所定量の混錬物を得る可塑化工程と、スクリュを前進させることで混錬物を吐出ノズルから吐出させる射出工程と、を行う。そして、本発明の射出成形装置は、可塑化工程において、吐出ノズルから混錬物の一部を計測用樹脂として抜き出して樹脂溜まりに充填し、樹脂溜まりに充填された計測用樹脂に所定の押圧力を負荷することで計測用樹脂に生じた圧力を計測し、その後に、射出工程に移行する。

本発明の射出成形方法によると、可塑化により溶融した樹脂の一部（計測用樹脂）を用いて、迅速に強化繊維の含有量を特定できる。

本実施形態に係る射出成形装置の構成を示す図である。 本実施形態における射出成形の各手順の樹脂の溶融状態を模式的に示す図であり、（ａ）は可塑化開始時、（ｂ）は可塑化完了時、（ｃ）は射出完了時、及び（ｄ）は次のサイクルのための可塑化開始時を示している。 従来の射出成形の手順の樹脂の溶融状態を模式的に示す図であり、（ａ）は図２の（ｃ）に対応する射出完了時、（ｂ）は射出時の問題点を示す図、（ｃ）は図２の（ｄ）に対応する可塑化開始時を示している。 本実施形態における射出成形を示し、（ａ）は図３の（ｂ）に対応し、（ｂ）は本実施形態において好ましいスクリュ溝の進行速度を説明する図である。 本実施形態の計測ユニットの概略構成を示し、（ａ）は計測していない状態を示し、（ｂ）は計測している状態を示している。 （ａ）は圧力管理情報を示し、（ｂ）は繊維含有量−粘度情報を示している。

以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
本実施形態に係る射出成形機１は、図１に示すように、型締ユニット１００と、可塑化ユニット２００と、計測ユニット３００（図５）と、これらのユニットの動作を制御する制御部５０と、を備えている。

型締ユニット１００は、ベースフレーム１０１上に固設されるとともに固定金型１０３が取り付けられた固定ダイプレート１０５と、油圧シリンダ１１３の作動によってレール１０７上を図中左右方向に移動するとともに可動金型１０９が取り付けられた可動ダイプレート１１１と、固定ダイプレート１０５と可動ダイプレート１１１とを連結する複数のタイバー１１５とを備えている。固定ダイプレート１０５には、各タイバー１１５と同軸に型締め用の油圧シリンダ１１７が設けられており、各タイバー１１５の一端は当該油圧シリンダ１１７のラム１１９に接続されている。
これらの各要素は制御部５０の指示にしたがって必要な動作を行なう。

型締ユニット１００の概略の動作は以下の通りである。
まず、型開閉用の油圧シリンダ１１３の作動により可動ダイプレート１１１を図中の二点鎖線の位置まで移動させて可動金型１０９を固定金型１０３に当接させる。次いで、各タイバー１１５の雄ねじ部１２１と可動ダイプレート１１１に設けられた半割りナット１２３を係合させて、可動ダイプレート１１１をタイバー１１５に固定する。そして、油圧シリンダ１１７内の作動油の圧力を高めて、固定金型１０３と可動金型１０９とを締め付ける。このようにして型締めを行った後に、可塑化ユニット２００から金型のキャビティ内に溶融樹脂Ｍを射出して成形品を成形する。
なお、ここで示した型締ユニット１００の構成はあくまで一例に過ぎず、他の構成を適用し、あるいは置換することを妨げない。

可塑化ユニット２００は、筒型の加熱シリンダ２０１と、加熱シリンダ２０１の前方側に設けた吐出ノズル２０３と、加熱シリンダ２０１の内部に設けられたスクリュ１０と、強化繊維が投入される第１ホッパ２０５と、樹脂ペレットが投入される第２ホッパ２０７とを備えている。第１ホッパ２０５は、第２ホッパ２０７よりも前方側に設けられている。また、可塑化ユニット２００は、スクリュ１０を前進又は後退させる第１電動機２０９と、スクリュ１０を正転又は逆転させる第２電動機２１１と、第１ホッパ２０５に対して強化繊維を供給する繊維供給装置２１３と、第２ホッパ２０７に対して樹脂ペレットＰを供給するペレット供給装置２１５と、を備えている。これらの各要素は制御部５０の指示にしたがって必要な動作を行なう。
なお、可塑化ユニット２００において、溶融樹脂Ｍが射出される側を前、原料（強化繊維、樹脂ペレット）が供給される側を後とする。
これらの各要素は制御部５０の指示にしたがって必要な動作を行なう。

可塑化ユニット２００の概略の動作は以下の通りである。
加熱シリンダ２０１の内部に設けられたスクリュ１０が回転されると、第１ホッパ２０５から供給された熱可塑性樹脂からなるペレット（樹脂ペレット）、及び、第２ホッパ２０７から供給された強化繊維は、加熱シリンダ２０１の前方側の吐出ノズル２０３へ送り出される。この過程において、搬送部１３から加熱され、徐々に溶融し始めた樹脂ペレット（溶融樹脂Ｍ）は強化繊維と混錬された後に、可塑化ユニット２００の固定金型１０３と可動金型１０９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、樹脂ペレットの溶融に伴いスクリュ１０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１０の基本動作を伴うことはいうまでもない。また、加熱シリンダ２０１の外側には、樹脂ペレットＰの溶融のためにヒータを設けるなど、他の構成を適用し、あるいは置換することを妨げない。

計測ユニット３００は、図５に示すように、吐出ノズル２０３に至る溶融樹脂に含まれる強化繊維の量（繊維含有量）を計測するのに用いられる。計測ユニット３００は、可塑化ユニット２００の吐出ノズル２０３の近傍に設けられる。
計測ユニット３００は、吐出ノズル２０３内の吐出通路２０４から分岐した分岐通路３０１と、分岐通路３０１上に設けられる開閉弁３２１と、分岐通路３０１を流れてきた溶融樹脂を一時的に貯える樹脂溜まり３０５と、樹脂溜まり３０５に貯えられる溶融樹脂の温度、圧力を計測する温度計３０７、圧力計３０９と、樹脂溜まり３０５に貯えられる溶融樹脂に圧力を付与するアクチュエータ３１１と、を備えている。

吐出通路２０４には、分岐通路３０１の分岐部分よりも溶融樹脂が流れる向きの下流に開閉弁３２２が設けられている。また、樹脂溜まり３０５には戻り通路３１５の一端が接続されており、戻り通路３１５の他端は、吐出ノズル２０３の吐出通路２０４に接続される。戻り通路３１５の他端は、開閉弁３２２よりも下流において吐出通路２０４に接続される。戻り通路３１５には、開閉弁３２３が設けられている。

計測ユニット３００の開閉弁３２１、３２２及び３２３、並びに、温度計３０７及び圧力計３０９は制御部５０に接続されている。
制御部５０は、当該計測の要・否に応じて開閉弁３２１、３２２及び３２３に対して開・閉の指令信号を送る。開閉弁３２１、３２２及び３２３の開・閉を制御することで、溶融樹脂Ｍを計測ユニット３００の分岐通路３０１を介して樹脂溜まり３０５に引き込む。引き込まれた溶融樹脂Ｍの温度、圧力を温度計３０７及び圧力計３０９で計測すると、計測された温度、圧力に関する情報は制御部５０に送信される。制御部５０は、取得した温度、圧力に関する情報に基づいて、繊維含有量を求める。
繊維含有量が求められると、樹脂溜まり３０５に貯えられていた溶融樹脂Ｍは、戻り通路３１５を通って、吐出通路２０４に戻される。

繊維含有量は、溶融樹脂の粘度に基づいて、例えば以下のようにして求めることができる。
溶融樹脂の繊維含有量Ｃと当該樹脂の粘度ηとは比例関係にある。
一方、粘度ηは、下記の式（１）により求めることができる。なお、式（１）において、圧力Ｐ１を除き、Ｖ、Ｌ、Ｒ及びＲｃは既知の値であるから、圧力Ｐ１を計測すれば、当該溶融樹脂Ｍの粘度ηを求めることができる。なお、速度Ｖは一定速とされる。

粘度η＝（Ｐ１／Ｖ・Ｌ）×（Ｒ／Ｒｃ） … （１）
Ｐ１：樹脂溜まり３０５における溶融樹脂の圧力（Ｐａ）
Ｖ：アクチュエータ３１１の押込み速度Ｖ（ｍｍ／ｓｅｃ）
Ｌ：絞り３１６の長さ（ｍｍ）
Ｒｃ：樹脂溜まり３０５の半径（ｍｍ）
Ｒ：絞り３１６の半径（ｍｍ）

したがって、射出成形に供される樹脂における繊維含有量と粘度ηの関係を予め把握しておき、計測ユニット３００を用いて粘度ηを計測すれば、計測された溶融樹脂の繊維含有量を特定することができる。
そのためには、例えば、図６（ｂ）に示す繊維含有量Ｃと粘度ηを対応付けた情報（含有量−粘度情報）を実験的に予め求め、この含有量−粘度情報を制御部５０にデータベースとして記憶しておく。
制御部５０は、圧力計３０９で計測された圧力Ｐ１を取得すると、自己のデータベースに記憶されている含有量−粘度情報と照合することで、繊維含有量Ｃを求めることができる。

図６（ｂ）には、例として、３種類の含有量−粘度情報を示している。含有量−粘度情報は、樹脂の物性及び強化繊維の物性により変動しうるものであるため、樹脂（Ａ，Ｂ，Ｃ）及び繊維（ｄ，ｅ，ｆ）の組み合わせに応じた含有量−粘度情報が設定される。

粘度ηは、当該樹脂の温度によっても変動する。したがって、含有量−粘度情報は温度が特定されるべきであり、制御部５０はこの温度（計測温度Ｔ）に関する情報を、含有量−粘度情報とともに記憶している。一方、計測ユニット３００は、樹脂溜まり３０５に貯められる溶融樹脂を計測温度Ｔに維持するために、樹脂溜まり３０５の周囲に加熱ヒータ３１７を設けている。制御部５０は、温度計３０７から取得した温度情報を計測温度Ｔと照合し、必要に応じて加熱ヒータ３１７による溶融樹脂の加熱を調整する。

さて、以上の要素を備える射出成形機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、樹脂ペレットＰを加熱シリンダ２０１内で加熱、溶融して可塑化させる工程と、可塑化された溶融樹脂Ｍを可動金型１０９と固定金型１０３により形成されるキャビティに射出、充填する工程と、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、金型を開放し、キャビティ内で冷却固化された成形品を取り出す工程と、を備え、成形品を取り出した後、次の一連のサイクルに備えて金型の閉締を行って１サイクルが完了する。以下では、本実施形態が関連する可塑化工程と射出工程について説明する。

可塑化工程では、樹脂ペレットＰを加熱シリンダ２０１の後方の第２ホッパ２０７から樹脂ペレットＰを供給する。可塑化開始時点ではスクリュ１０は、加熱シリンダ２０１の前方に位置しており、その初期位置からスクリュ１０を回転させながら後退させる（図２「可塑化開始」）。スクリュ１０を回転させることで、スクリュ１０と加熱シリンダ２０１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、前方に向けて搬送される。なお、本発明では可塑化工程におけるスクリュ１０の回転（向き）を正転とする。溶融樹脂Ｍが第１ホッパ２０５まで搬送されたならば、強化繊維Ｆを第１ホッパ２０５から供給する。スクリュ１０の回転に伴い、強化繊維Ｆは溶融樹脂Ｍに混錬、分散して溶融樹脂Ｍとともに前方に搬送される。樹脂ペレットＰ、強化繊維Ｆの供給を継続するとともに、スクリュ１０を回転し続けると、加熱シリンダ２０１の前方に搬送され、溶融樹脂Ｍがスクリュから吐出されスクリュの前方に溜まる。スクリュの前方に溜まった溶融樹脂Ｍの樹脂圧力によって、スクリュ１０を後退させる。必要な量の溶融樹脂Ｍが溜まったところで、スクリュ１０の回転及び後退を停止する（図２「可塑化完了」）。
なお、射出成形機１は、可塑化工程において、繊維含有量の計測を行なうが、これについては後述する。

図２は、樹脂（樹脂ペレットＰ，溶融樹脂Ｍ）と強化繊維Ｆの状態を、「未溶融樹脂」、「樹脂溶融」、「繊維分散」及び「繊維分散完了」の４段階に模式的に区別して示している。「可塑化完了」の段階では、スクリュ１０よりも前方の「繊維分散完了」は、溶融樹脂Ｍの中に強化繊維Ｆが分散され、射出に供される状態を示し、「繊維分散」は、スクリュ１０の回転に伴い、供給された強化繊維Ｆが溶融樹脂Ｍに分散されていることを示す。また、「樹脂溶融」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、「未溶融樹脂」はせん断力を受けるが、未だ溶融するには到っていないことを示している。

射出工程に入ると、図２（ｃ）に示すように、スクリュ１０を前進させる。そうすると、スクリュ１０の前方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は吐出ノズル２０３からキャビティに向けて吐出される。
射出工程の間も、第１ホッパ２０５から強化繊維Ｆを、また、第２ホッパ２０７から樹脂ペレットＰを供給する。本実施形態は、強化繊維Ｆの供給を円滑に行なうために、射出工程の間、スクリュ１０を逆転させる。以下、この点について説明する。

従来、射出工程の間はスクリュ１０の回転を停止させていた。ところが、これでは強化繊維Ｆを円滑に供給できない。つまり、射出工程の間、スクリュ１０の周囲には、溶融樹脂Ｍが付着しているため、図３（ｂ）に示すように、第１ホッパ２０５から供給された強化繊維Ｆ、溶融樹脂Ｍに貼り付いてしまう。スクリュ１０は前進するものの回転はしないから、供給された強化繊維Ｆはスクリュ１０の上部に貼り付いたままで、スクリュ１０の溝内を伝って下方に充填するのは困難である。あるいは、射出工程中はスクリュ１０を回転させていないので、スクリュ回転による溶融樹脂Ｍの搬送ができずに、スクリュ１０の溝内の溶融樹脂Ｍは重力によってスクリュ１０の下方に垂れ落ちて加熱シリンダ２０１との間に溜まる。このため、供給された強化繊維Ｆは垂れ落ちた溶融樹脂Ｍに塞がれてスクリュ１０の下方に充填するのは困難である。したがって、回転を停止したままだと、図３（ａ）に示すように、加熱シリンダ２０１の下方の溶融樹脂Ｍには、強化繊維Ｆが含まれずに、射出工程が終了する。
射出工程が終了して、次の成形サイクルのために可塑化ユニット２００により可塑化を進めると、図３（ｃ）に示すように、強化繊維Ｆを含まない部分Ｎが生じてしまう。
なお、樹脂ペレットＰを供給する領域では、この問題は生じない。当該領域は、樹脂ペレットＰが溶融しておらず、かつ、スクリュ１０の表面温度も樹脂ペレットＰが溶融する温度よりも十分低温であるので、スクリュ１０の周囲に溶融樹脂Ｍが存在しない（図２（ｂ）の右側）。したがって、樹脂ペレットＰは自重によりスクリュ１０の溝内、特にスクリュ１０の下方に流れ落ちることができる。

これに対して、射出工程中にスクリュ１０を逆転させる本実施形態によると、加熱シリンダ２０１の下方にも、強化繊維Ｆを送り届けることができる。つまり、スクリュ１０の全周囲には溶融樹脂Ｍが付着しているものの、あるいは、溶融樹脂Ｍがスクリュ１０の下方に溜まっているものの、図４（ａ）に示すように、スクリュ１０を逆転させることで、溶融樹脂Ｍに貼り付いた強化繊維Ｆもスクリュの溝内に押込まれながら、加熱シリンダ２０１の下方に向けて搬送される。あるいは、スクリュ１０の下方に溜まった溶融樹脂Ｍがスクリュ１０の回転を回転させることで、スクリュ１０の溝内を搬送されスクリュ１０の下方の溝内に強化繊維Ｆの入り込める隙間を発生させることができる。よって、スクリュ１０を後退させながら逆転させることで、スクリュ１０の周囲に強化繊維Ｆをいきわたらせることができる。この間、強化繊維Ｆを溶融樹脂Ｍに混錬させているということもできる。したがって、図３（ｄ）に示すように、本実施形態によると、第１ホッパ２０５よりも前方の領域は、強化繊維Ｆを漏れなく含むことになる。なお、射出工程中のスクリュ１０の回転は、射出工程の全期間に亘って行うことが好ましいが、断続的に逆転するなど、一部の期間だけ停止させてもよいし、回転速度を連続的あるいは段階的に変化させてもよい。

スクリュ１０を逆転させる好ましい条件は以下の通りである。なお、好ましい条件を実現するには、制御部５０が、スクリュ１０を前進又は後退させる第１電動機２０９と、スクリュ１０を正転又は逆転させる第２電動機２１１と、を同期して制御すればよい。
スクリュ１０を逆転させる場合、スクリュ１０を前進させる速度（前進速度）をＶ１、スクリュ１０を逆転させる速度（回転速度）をＶ２とする。また、スクリュ１０のフライト１１のリード角をθ１とする。この場合、図４（ｂ）に示すように、前進速度Ｖ１と回転速度Ｖ２から規定されるスクリュ溝の進行速度Ｖ３のなす角度θ２をリード角θ１と一致させることが好ましい。この条件を満足すれば、第１ホッパ２０５から強化繊維Ｆが投入されるベント孔２０６に対するフライト１１の相対的な位置を一定にすることができる。そうすれば、強化繊維Ｆをスクリュ１０の溝にむらなく連続的に押込むことができる。
前進速度Ｖ１と回転速度Ｖ２は以下により特定することができる一方、リード角θ１は既知であるから、前進速度Ｖ１と回転速度Ｖ２を調整することにより、好ましい条件を設定できる。
前進速度Ｖ１（ｍｍ／ｓｅｃ）：ｎＤ／ｔ
回転速度Ｖ２（ｍｍ／ｓｅｃ）：ａｎ／ｔ（ｓｅｃ−１）
Ｄ＝スクリュ１０の外径（ｍｍ）
ａＤ＝スクリュ１０のフライト１１のリード（ｍｍ）
ｎＤ＝射出ストローク（ｍｍ）
射出時間＝ｔ（ｓｅｃ）
上記のようにすると、ｔａｎθ１＝ａＤ／πＤ、ｔａｎθ２＝Ｖ１／Ｖ２と表されるので、θ１＝θ２となる逆転速度Ｖ２０は、Ｖ２０＝πＶ１／ａとなる。

他の好ましい条件として、可塑化工程時のスクリュ溝の進行速度をＶ４とすると、スクリュ溝の進行速度Ｖ３を、大きさは進行速度Ｖ４と同じにするが、向きを逆（１８０°反転）にしてもよい。そうすれば、可塑化工程でスクリュ溝に供給されたのと等量の強化繊維Ｆを供給できる。
また、スクリュ１０の前進速度Ｖ１と回転速度Ｖ２をθ１＝θ２となるように制御することは電動サーバモータによる駆動など、高精度な駆動制御系を必要とする。しかし、油圧駆動など高精度な駆動制御系を有しない射出成形機においては、ベント孔２０６の投影領域にある、つまりベント孔２０６から見える、スクリュ１０のフライト１１が射出工程中にフライト１１の１リード長分を超えて移動しないように、スクリュ１０の逆転速度で回転制御してもよい。
スクリュ１０を逆転してベント孔２０６から見えるスクリュ１０のフライト１１が射出工程中にフライト１１の１リード長分を超えて移動しないようにするスクリュ１０の逆回転速度は、下記の通り求めることができる。
スクリュ１０が前進速度Ｖ１でフライト１１の１リード分前進する時間ｔ０は、ｔ０＝ａＤ／Ｖ１と表される。
時間ｔ０の間にベント孔２０６から見えるスクリュ１０のフライト１１の位置が変わらないように見える逆転速度は、時間ｔ０の間にスクリュが１周する速度である。そして、これは、θ１＝θ２となる速度でありＶ２０である。
時間ｔ０の間にスクリュ１０が２周すれば、ベント孔２０６から見えるスクリュ１０のフライト１１が射出工程中にフライト１１の１リード長分だけ後方に移動するように見える。
よって、時間ｔ０の間にスクリュが２周する逆転速度Ｖ２１は、Ｖ２１＝２×Ｖ２０と表される。
また、時間ｔ０の間にスクリュ１０が半周しかしなければ、ベント孔２０６から見えるスクリュ１０のフライト１１が射出工程中にフライト１１の１リード長分だけ前方に移動するように見える。
よって、時間ｔ０の間にスクリュ１０が半周する逆転速度Ｖ２２は、Ｖ２２＝Ｖ２０／２と表すことができる。
したがって、ベント孔２０６から見えるスクリュ１０のフライト１１が射出工程中にフライト１１の１リード長分移動するように見える、スクリュ１０の逆転速度範囲は、時間ｔ０の間にスクリュが半周する逆転速度以上で、かつ、時間ｔ０の間にスクリュ１０が２周する逆転速度以下になる。

そうすると、ベント孔２０６から見えるスクリュ１０のフライト１１が射出工程中にフライト１１の１リード長分移動するように見える、スクリュ１０の回転速度Ｖ２の範囲は、Ｖ２１＝Ｖ２０／２≦Ｖ２≦Ｖ２２＝２×Ｖ２０である。
したがって、πＶ１／２ａ≦Ｖ２≦２πＶ１／ａの範囲で運転することで、ベント孔２０６から見えるスクリュ１０のフライト１１が射出工程中にフライト１１の１リード長分移動するように見える。
また、ベント孔２０６に真空ポンプなどの負圧発生装置を連通させてベント孔２０６内部を負圧とすれば、強化繊維と共にシリンダ内部に入り込んだ外気、または樹脂および樹脂の添加剤からの揮発するガスをシリンダの外部に排出できるので、シルバーやボイド、および黒点異物などの成形不良や金型の汚れを防止することが出来る。また、強化繊維と共にシリンダ内部に入り込んだ外気、または樹脂および樹脂の添加剤からの揮発するガスをシリンダの外部に排出するために、強化繊維を供給するためのベント孔２０６よりも前方に、更にシリンダ外周面から内周面に至る貫通孔を設けてもよい。
また、シリンダ内に供給する強化繊維は連続繊維、いわゆるロービング繊維でもよいし、所定の長さに切断された、いわゆる、チョップド繊維でもよい。チョップド繊維で供給する場合は、予め切断しておいたチョップド繊維を用いてもよいし、強化繊維供給用のベント孔２０６付近までロービング繊維で搬送し、ベント孔２０６付近でロービングを切断してチョップド繊維とし、そのままシリンダ内に供給してもよい。

前述したように、射出成形機１は、可塑化工程中に、樹脂含有量の計測を行なう。計測は、以下の手順で行なわれる。
樹脂含有量の計測を行なわないときには、図５（ａ）に示すように、計測ユニット３００は、開閉弁３２１〜３２３が以下のように開閉が制御されている。したがって、溶融樹脂Ｍは、樹脂溜まり３０５にはたまらない。
［非計測時］
開閉弁３２１：開（ＯＮ）
開閉弁３２２：閉（ＯＦＦ）
開閉弁３２３：閉（ＯＦＦ）

計測を行なうときには、図５（ｂ）に示すように、計測ユニット３００は、開閉弁３２１〜３２３を以下のように開閉が制御される。
［計測時］
開閉弁３２１：閉（ＯＦＦ）
開閉弁３２２：開（ＯＮ）
開閉弁３２３：閉（ＯＦＦ）

開閉弁３２１〜３２３をこのように制御することで、吐出通路２０４から溶融樹脂Ｍは、分岐通路３０１を通って樹脂溜まり３０５に流れこむ。樹脂溜まり３０５に所定量の溶融樹脂Ｍが充填されたならば、アクチュエータ３１１を一定の速度Ｖで動作させて、樹脂溜まり３０５の溶融樹脂Ｍに圧力を加える。アクチュエータ３１１の動作と同時に、開閉弁３２３を開き、樹脂溜まり３０５から溶融樹脂Ｍを押し出す。この過程で圧力計３０９により計測された圧力Ｐ１を制御部５０が取得し、制御部５０は、前述したように、圧力Ｐ１を記憶するとともに、繊維含有量Ｃを求める。押し出された溶融樹脂Ｍは戻り通路３１５を通って、吐出通路２０４に戻される。以後、図５（ａ）に示すように、開閉弁３２１を開き、また、開閉弁３２２を閉じることで、射出工程への移行準備が整う。

射出工程が終了したならば、保持工程、成形品取り出し工程を経て、次の射出成形サイクルが行なわれる。次のサイクル以降においても、可塑化工程における圧力（繊維含有量）の計測、射出工程においてスクリュ１０の逆転を同様に行う。
制御部５０は、サイクル毎に圧力情報を記憶しておくとともに、図６（ａ）に示す圧力管理情報と比較する。制御部５０は、取得する圧力Ｐ１が圧力管理情報から外れないように、繊維供給装置２１３に強化繊維Ｆの供給量の調整を指示する。圧力管理情報は、管理値上限と管理値下限を含んでおり、圧力Ｐ１が管理値上限または管理値下限に近づくと、次の射出成形サイクルにおいてはそれに対応して、強化繊維Ｆの供給量を減らすかまたは増やす。

以上、本発明を実施形態に基づいて説明したが、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の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することが可能である。
例えば、本発明の繊維含有量の計測方法は、繊維強化樹脂成形品を得る射出成形方法、射出成形装置に広く適用できることは言うまでない。
また、計測ユニットの具体的な形態は上述したものに限るものではなく、溶融樹脂Ｍの圧力Ｐ１を測定できるのであれば、他の形態を採用できることはいうまでもない。
また、射出工程時のスクリュの回転は、逆転に限らず正転であっても、上記の実施形態と同様の効果を得ることができる。
本実施形態の可塑化ユニット２００は、第１ホッパ２０５及び第２ホッパ２０７を加熱シリンダ２０１に対して固定させているが、スクリュ１０の軸方向に移動する可動式のホッパにすることができる。
また、本発明に適用される樹脂、強化繊維は、特に限定されるものでなく、公知の材質を広く包含している。

１ 射出成形機
１０ スクリュ
５０ 制御部
１００ 型締ユニット
１０１ ベースフレーム
１０３ 固定金型
１０５ 固定ダイプレート
１０７ レール
１０９ 可動金型
１１１ 可動ダイプレート
１１３ 油圧シリンダ
１１５ タイバー
１１７ 油圧シリンダ
１１９ ラム
１２１ 雄ねじ部
１２３ 半割りナット
２００ 可塑化ユニット
２０１ 加熱シリンダ
２０３ 吐出ノズル
２０４ 吐出通路
２０５ 第１ホッパ
２０７ 第２ホッパ
３００ 計測ユニット
３０１ 分岐通路
３０５ 樹脂溜まり
３０６ 樹脂溜まりブロック
３０７ 温度計
３０９ 圧力計
３１１ アクチュエータ
３１５ 戻り通路
３１６ 絞り
３１７ 加熱ヒータ
３２１，３２２，３２３ 開閉弁
Ｆ 強化繊維
Ｐ 樹脂ペレット
Ｍ 溶融樹脂
Ｖ１ 前進速度
Ｖ２ 回転速度
Ｖ３，Ｖ４ 進行速度

Claims (6)

1. 前方側に吐出ノズルが形成されたシリンダと、前記シリンダの内部に回転可能に設けられたスクリュと、を備え、強化繊維と樹脂原料を供給して射出成形する方法であって、
   前記スクリュを正転させながら後退させることで、前記樹脂原料を溶融するとともに、溶融された前記樹脂原料に前記強化繊維を混錬して所定量の混錬物を得る可塑化工程と、
   前記スクリュを前進させることで前記混錬物を前記吐出ノズルから吐出させる射出工程と、を備え、
   前記可塑化工程において、
   前記吐出ノズルから前記混錬物の一部を計測用樹脂として抜き出して樹脂溜まりに充填し、
   前記樹脂溜まりに充填された前記計測用樹脂に所定の押圧力を負荷することで前記計測用樹脂に生じた圧力を計測し、
   その後に、前記射出工程に移行する、
   ことを特徴とする射出成形方法。
2. 当該強化繊維の含有量と粘度とが対応付けられた含有量−粘度情報を保持しておき、
   前記圧力に基づいて求められた前記計測用樹脂の粘度を、前記含有量−粘度情報に照合することにより、前記混錬物における前記強化繊維の含有量を特定する、
   請求項１に記載の射出成形方法。
3. 前記圧力、または、
   特定された前記前記混錬物における前記強化繊維の含有量に基づいて、
   供給される前記強化繊維の量を調整する、
   請求項１又は２に記載の射出成形方法。
4. 前方側に吐出ノズルが形成されたシリンダと、前記シリンダの内部に回転可能に設けられたスクリュと、を備える射出成形装置であって、
   前記スクリュを正転させながら後退させることで、前記樹脂原料を溶融するとともに、溶融された前記樹脂原料に前記強化繊維を混錬して、所定量の混錬物を得る可塑化工程と、
   前記スクリュを前進させることで前記混錬物を前記吐出ノズルから吐出させる射出工程と、を行う、
   射出成形装置であって、
   前記可塑化工程において、
   前記吐出ノズルから前記混錬物の一部を計測用樹脂として抜き出して樹脂溜まりに充填し、
   前記樹脂溜まりに充填された前記計測用樹脂に所定の押圧力を負荷することで前記計測用樹脂に生じた圧力を計測し、
   その後に、前記射出工程に移行する、
   計測ユニットを備えたことを特徴とする射出成形装置。
5. 当該強化繊維の含有量と粘度とが対応付けられた含有量−粘度情報を保持する制御部をさらに備え、
   前記制御部は、前記圧力に基づいて求められた前記計測用樹脂の粘度を、前記含有量−粘度情報に照合することにより、前記混錬物における前記強化繊維の含有量を特定する、
   請求項４に記載の射出成形装置。
6. 前記制御部は、
   前記圧力、または、
   特定された前記前記混錬物における前記強化繊維の含有量に基づいて、
   供給される前記強化繊維の量を調整する、
   請求項４又は５に記載の射出成形装置。

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