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

射出成形方法、及び、射出成形装置 Download PDF

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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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