JP2018183938A - Plasticizing apparatus - Google Patents

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幹男 永田
Mikio Nagata
幹男 永田
浦野 省二
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a plasticizing apparatus for passing a material containing fibers through a flow path around a torpedo to promote melting of the material, wherein, when plasticizing a resin containing supplied fibers, breakage of the fibers is suppressed while dispersing the fibers, and the fibers can be supplied to the next step in a state where the orientations of the fibers are aligned to some extent.SOLUTION: The present invention provides a plasticizing apparatus 11 for passing a material M containing fibers through a flow path 29 around a torpedo 25 to promote melting of the material. In the apparatus, a distributed supply part 36 having a plurality of flow paths 35 is provided on the downstream side of the torpedo 25.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、繊維を含む材料をトーピードの周囲の流路部分を通過させ材料の溶融を促進させる可塑化装置に関するものである。 The present invention relates to a plasticizing apparatus that allows a material containing fibers to pass through a flow passage portion around a torpedo to promote melting of the material.

材料をトーピードの周囲の流路部分を通過させ材料の溶融を促進させる可塑化装置は、装置を比較的簡単に構成することができる。そして材料が繊維を含む場合には、材料を溶融させる際に繊維の折損が抑制できるという利点も備えている。前記のようなトーピードを用いた可塑化装置としては、特許文献1、特許文献2に記載されたものが知られている。特許文献1の第6図に記載された装置はプランジャとトーピードの組合せによりプランジャを前進させることにより低融点金属材料を溶融させて加熱筒の内部に供給する。しかしながら特許文献1の第6図の装置は繊維を含む材料を溶融させるものではなく、繊維の分散、方向に関する問題は何ら考慮されていない。 A plasticizing device that allows the material to pass through the channel portion around the torpedo to promote melting of the material can be constructed relatively easily. And when a material contains a fiber, when melting material, it has the advantage that breakage of a fiber can be suppressed. As a plasticizer using the torpedo as described above, those described in Patent Document 1 and Patent Document 2 are known. The apparatus described in FIG. 6 of Patent Document 1 melts the low-melting-point metal material by advancing the plunger by a combination of the plunger and the torpedo, and supplies it to the inside of the heating cylinder. However, the apparatus shown in FIG. 6 of Patent Document 1 does not melt the material containing fibers, and does not consider any problems related to fiber dispersion and direction.

一方繊維を含む材料をトーピードにより溶融を促進させる可塑化装置としては特許文献2に記載されたものが知られている。特許文献2では、高温のトーピードの周囲を溶融樹脂が通過することにより十分可塑化されることが記載されている。またプランジャを用いた可塑化装置は、スクリュを用いた可塑化装置よりもスクリュに起因する長繊維の破断が避けられることも記載されている。 On the other hand, as a plasticizing apparatus for promoting melting of a material containing fibers by torpedo, one described in Patent Document 2 is known. Patent Document 2 describes that the molten resin passes through a high-temperature torpedo and is sufficiently plasticized. It is also described that the plasticizing device using the plunger can avoid the breakage of the long fibers due to the screw, compared to the plasticizing device using the screw.

特開平4−156320号公報(第5頁右上欄〜左下欄、第6図)JP-A-4-156320 (page 5, upper right column to lower left column, FIG. 6) 特開2013−86455号公報(請求項1、0018、図1)JP 2013-86455 A (Claim 1, 0018, FIG. 1)

しかしながら特許文献2についてもトーピードの部分を通過した繊維を含む溶融材料をそのまま射出プランジャーへ供給するので、可塑化装置の部分では繊維の分散、方向に関する問題は何ら考慮されていないものであった。 However, also in Patent Document 2, since the molten material containing the fiber that has passed through the torpedo portion is supplied to the injection plunger as it is, no problems regarding the dispersion and direction of the fiber are considered in the plasticizing device portion. .

従って本発明の可塑化装置では、繊維を含む材料をトーピードの周囲の流路を通過させ材料の溶融を促進させる可塑化装置において、供給された繊維を含む樹脂を可塑化する際に繊維の折損を抑制しつつ繊維の分散を図り、なおかつ繊維の方向をある程度揃えた状態で次工程に向けて供給することができる可塑化装置を提供することを目的とする。 Therefore, in the plasticizing apparatus of the present invention, in the plasticizing apparatus in which the material containing the fibers passes through the flow path around the torpedo to promote the melting of the material, the fiber breakage occurs when the resin containing the supplied fibers is plasticized. An object of the present invention is to provide a plasticizing apparatus capable of dispersing the fibers while suppressing the above and supplying the fibers to the next process in a state where the directions of the fibers are aligned to some extent.

本発明の請求項1に記載の可塑化装置は、繊維を含む材料をトーピードの周囲の流路を通過させ材料の溶融を促進させる可塑化装置において、トーピードの下流側に複数の流路を設けた分散供給部が備えられていることを特徴とする。 The plasticizing apparatus according to claim 1 of the present invention is a plasticizing apparatus that promotes melting of a material by allowing a material containing fibers to pass through a flow path around the torpedo, and a plurality of flow paths are provided on the downstream side of the torpedo. In addition, a distributed supply unit is provided.

本発明の請求項2に記載の可塑化装置は、請求項1において、トーピードの周囲の流路の一部としてトーピードの外周全体に亘って最狭部の流路が設けられ、前記最狭部の流路におけるトーピードと加熱筒の外郭部との間隔は供給される材料がペレットを含むとき該ペレットの粒径または短辺方向の長さ以下であることを特徴とする。 A plasticizing device according to a second aspect of the present invention is the plasticizing device according to the first aspect, wherein a narrowest channel is provided over the entire outer periphery of the torpedo as a part of a channel around the torpedo. The distance between the torpedo in the flow path and the outer portion of the heating cylinder is characterized in that when the supplied material includes pellets, the distance is equal to or less than the particle size of the pellets or the length in the short side direction.

本発明の請求項3に記載の可塑化装置の材料供給装置は、請求項1または請求項2において、分散供給部の複数の流路の一部として最狭部の流路が設けられ、
前記最狭部の流路における材料の流れ方向に直交する方向の直径または短辺方向の長さは供給される繊維の長さ以下であることを特徴とする。
The material supply device of the plasticizing device according to claim 3 of the present invention is the material supply device according to claim 1 or 2, wherein the narrowest portion of the flow path is provided as a part of the plurality of flow paths of the dispersion supply portion.
The diameter in the direction orthogonal to the material flow direction or the length in the short side direction in the narrowest channel is not more than the length of the supplied fiber.

本発明の請求項4に記載の可塑化装置は、請求項1ないし請求項3のいずれか1項において、トーピードの直径または断面積は、トーピードの直径または断面積よりも小さい絞り部が備えられていることを特徴とする。 A plasticizing device according to a fourth aspect of the present invention is the plasticizing device according to any one of the first to third aspects, wherein the torpedo has a throttle portion whose diameter or cross-sectional area is smaller than the diameter or cross-sectional area of the torpedo. It is characterized by.

本発明の可塑化装置は、繊維を含む材料をトーピードの周囲の流路を通過させ材料の溶融を促進させる可塑化装置において、トーピードの下流側に複数の流路を設けた分散供給部が備えられているので、供給された繊維を含む樹脂を可塑化する際に繊維の折損を抑制しつつ繊維の向きをある程度揃えた状態または開繊がある程度良好な状態で可塑化し次工程に向けて供給することができる。 The plasticizing apparatus of the present invention is a plasticizing apparatus that promotes the melting of a material by allowing a material containing fibers to pass through a flow path around the torpedo, and is provided with a dispersion supply unit provided with a plurality of flow paths on the downstream side of the torpedo. Therefore, when plasticizing the resin containing the supplied fiber, it is plasticized in a state where the orientation of the fiber is aligned to some extent while suppressing fiber breakage or in a state where the opening is good to some extent, and is supplied to the next process can do.

本実施形態の可塑化装置の断面図である。It is sectional drawing of the plasticizing apparatus of this embodiment. 本実施形態の可塑化装置の要部の拡大断面図である。It is an expanded sectional view of the principal part of the plasticizing apparatus of this embodiment. 図2のA−A線の矢視図である。It is an arrow view of the AA line of FIG. 可塑化装置と別の実施形態の射出装置を組合わせた際の断面図である。It is sectional drawing at the time of combining the injection apparatus of another embodiment with the plasticizing apparatus.

本実施形態の可塑化装置11について図1ないし図3を参照して説明する。本実施形態の可塑化装置11は、炭素繊維材料を含む複合樹脂材料の成形品を成形するための射出成形機(射出圧縮成形機を含む)に取付けられる装置である。射出成形機の射出装置12は一般的なものであるが、加熱筒13は、所定肉厚の円筒部材であり、ヒータ13aと図示しない熱電対がそれぞれ複数配設され、各ヒータ13aのゾーンごとに温度制御が可能となっている。そして加熱筒13の軸方向の中心に設けられた内孔13bには計量および射出用のスクリュ14が回転可能かつ前後進可能に配設されている。スクリュ14は所定間隔にフライト部14aが設けられ、計量時にはスクリュ回転により炭素繊維(以下は単に繊維と称す)を含む樹脂材料を混練・計量しながらスクリュ前方の内孔13b内に送って貯留し、射出時はスクリュ前進により前記貯留した材料を図示しない金型内のキャビティへ射出する役割を有する。従って射出装置12自体も可塑化の機能を有する。なお本実施形態では、射出装置12の加熱筒13の内孔13bに後述する可塑化装置11から既に溶融した状態の繊維を含む樹脂材料が送られてくるので、スクリュの長さと直径の関係を示すL/Dはこれに限定されるものではないが一例として10〜20の短いものでもよい。またスクリュ14のフィードゾーン14bと図示しないメタリングゾーンとの溝断面積の比率を示す圧縮比はこれに限定されるものでないが一例として1.0〜3.0程度のものでもよい。 A plasticizing apparatus 11 according to this embodiment will be described with reference to FIGS. The plasticizing apparatus 11 of this embodiment is an apparatus attached to an injection molding machine (including an injection compression molding machine) for molding a molded article of a composite resin material containing a carbon fiber material. Although the injection device 12 of the injection molding machine is a general one, the heating cylinder 13 is a cylindrical member having a predetermined thickness, and a plurality of heaters 13a and a plurality of thermocouples (not shown) are provided, and each heater 13a has a zone. Temperature control is possible. A metering and injection screw 14 is disposed in an inner hole 13b provided at the center in the axial direction of the heating cylinder 13 so as to be rotatable and movable forward and backward. The screw 14 is provided with a flight portion 14a at a predetermined interval, and during measurement, a resin material containing carbon fiber (hereinafter simply referred to as fiber) is kneaded and measured by rotating the screw, and is sent and stored in the inner hole 13b in front of the screw. During injection, it has a role of injecting the stored material into a cavity in a mold (not shown) by advancing the screw. Therefore, the injection device 12 itself also has a plasticizing function. In this embodiment, since the resin material containing the fiber already melted is sent from the plasticizing device 11 described later to the inner hole 13b of the heating cylinder 13 of the injection device 12, the relationship between the screw length and the diameter is determined. The L / D shown is not limited to this, but may be as short as 10 to 20 as an example. The compression ratio indicating the ratio of the groove cross-sectional area between the feed zone 14b of the screw 14 and the metalling zone (not shown) is not limited to this, but may be about 1.0 to 3.0 as an example.

加熱筒13の前方には図示しないノズルが固着されており、前記射出の際はノズルを介してキャビティへの射出がなされる。また加熱筒13の後部寄りの上部には繊維を含む溶融樹脂材料の供給孔15が設けられている。本実施形態では図3に示されるように加熱筒13の供給孔15は、スクリュ14の軸芯Oに対して偏芯した位置に設けられている。より具体的にはスクリュ14の回転方向と繊維を含む溶融樹脂材料の落下方向が一致する方向に偏芯して設けられている。そして加熱筒13の供給孔15の部分の周囲には、ハウジング部16(前プレート)が固着されており、前記加熱筒13の供給孔15に対応するハウジング部16の取付孔17の部分に、可塑化装置11の先端部が挿入される形で固定的に取付けられている。なおハウジング部16には冷却流体による冷却機構を設けてもよい。 A nozzle (not shown) is fixed in front of the heating cylinder 13, and injection into the cavity is performed through the nozzle during the injection. In addition, a supply hole 15 for a molten resin material containing fibers is provided in an upper portion near the rear portion of the heating cylinder 13. In the present embodiment, as shown in FIG. 3, the supply hole 15 of the heating cylinder 13 is provided at a position eccentric with respect to the axis O of the screw 14. More specifically, the screw 14 is eccentrically provided in a direction in which the rotating direction of the screw 14 and the falling direction of the molten resin material containing the fibers coincide. A housing portion 16 (front plate) is fixed around a portion of the supply hole 15 of the heating cylinder 13, and a portion of the mounting hole 17 of the housing portion 16 corresponding to the supply hole 15 of the heating cylinder 13 is The tip portion of the plasticizing device 11 is fixedly attached so as to be inserted. The housing portion 16 may be provided with a cooling mechanism using a cooling fluid.

射出装置12の駆動部等については公知であるので図示しての説明は省略するが、スクリュ14を回転させるための計量用サーボモータ、スクリュ14を前後進させるための射出用サーボモータ、射出時や計量時にスクリュ14の軸方向にかかる力を検出するロードセル、射出装置全体を前後進させるとともにノズルを金型のノズルタッチ面に押圧するノズルタッチ機構などが設けられている。射出用サーボモータ、計量用サーボモータおよびロードセル等は、図示しない制御装置に接続されている。 Since the drive unit and the like of the injection device 12 are well-known, description thereof is omitted, but a measuring servo motor for rotating the screw 14, an injection servo motor for moving the screw 14 back and forth, and at the time of injection In addition, a load cell that detects a force applied in the axial direction of the screw 14 during weighing, a nozzle touch mechanism that moves the entire injection device back and forth and presses the nozzle against the nozzle touch surface of the mold are provided. The injection servo motor, the weighing servo motor, the load cell, and the like are connected to a control device (not shown).

次に可塑化装置11について説明する。可塑化装置11は加熱筒18を備えている。加熱筒18の外郭部18aの外周にはヒータ18bと図示しない熱電対がそれぞれ複数配設され、各ヒータ18bのゾーンごとに温度制御が可能となっている。そして加熱筒18の後端(上端)にエアまたは油圧で作動する押込装置19のシリンダ20が固定され、シリンダ20のロッド20aに取付けられたピストン21が加熱筒18の内孔18c内を前後進可能となっている。 Next, the plasticizing apparatus 11 will be described. The plasticizing device 11 includes a heating cylinder 18. A plurality of heaters 18b and thermocouples (not shown) are arranged on the outer periphery of the outer portion 18a of the heating cylinder 18, and temperature control is possible for each zone of the heaters 18b. The cylinder 20 of the pushing device 19 that is operated by air or hydraulic pressure is fixed to the rear end (upper end) of the heating cylinder 18, and the piston 21 attached to the rod 20 a of the cylinder 20 moves forward and backward in the inner hole 18 c of the heating cylinder 18. It is possible.

また加熱筒18のヒータ18bが設けられていない上部側の部分の側面には、繊維を含む樹脂材料Mが供給される供給孔22が設けられ、供給孔22には斜め上方に向けて供給筒23が接続されている。そして供給筒23の上部には繊維を含む樹脂材料Mを貯留するホッパ24が接続されている。ここではホッパ24への繊維と樹脂材料のそれぞれの供給装置や混合装置については詳述しないが、繊維と樹脂材料は混合され繊維を含む樹脂材料Mとしてホッパ24に貯留されるようになっている。 In addition, a supply hole 22 for supplying a resin material M containing fibers is provided on the side surface of the upper portion of the heating cylinder 18 where the heater 18b is not provided. 23 is connected. A hopper 24 for storing a resin material M containing fibers is connected to the upper portion of the supply cylinder 23. Here, although the supply device and the mixing device of the fiber and the resin material to the hopper 24 are not described in detail, the fiber and the resin material are mixed and stored in the hopper 24 as a resin material M containing the fiber. .

加熱筒18の内孔18cの供給孔22を含む上部側の部分は、押込装置19のピストン21のストロークゾーンSとなっている。加熱筒18のストロークゾーンSには、冷却流体による図示しない冷却機構が設けられ、内孔18c内に供給された材料がストロークゾーンS内で早期に溶融されないようになっている。そして供給孔22からストロークゾーンSに供給された繊維を含む樹脂材料Mは、ピストン21によりを下方に向けて押し込まれる。加熱筒18の内孔18cの前記ストロークゾーンSの下方にはトーピード25が配置されている。トーピード25は、図示しない複数本の支柱により加熱筒18の外郭部18aに支持され、内孔18cの軸芯に取付けられている。トーピード25の形状は、上下方向に均等な断面積の円筒部26が中間に設けられ、円筒部26の上部と下部にそれぞれ円錐状部27,28を有している。またトーピード25の内部にはカートリッジヒータ等のヒータ30が備えられている。カートリッジヒータ30の数は図1では1本が記載されているが、平面視して円周方向に3本ないし6本を設けてもよい。ヒータ30への配線は、前記の図示しない支柱部分を介して行われる。ただしトーピード25のヒータ30は必須ではない。 A portion on the upper side including the supply hole 22 of the inner hole 18 c of the heating cylinder 18 is a stroke zone S of the piston 21 of the pushing device 19. The stroke zone S of the heating cylinder 18 is provided with a cooling mechanism (not shown) using a cooling fluid so that the material supplied into the inner hole 18c is not melted in the stroke zone S at an early stage. Then, the resin material M including the fiber supplied from the supply hole 22 to the stroke zone S is pushed downward by the piston 21. A torpedo 25 is disposed below the stroke zone S of the inner hole 18 c of the heating cylinder 18. The torpedo 25 is supported by the outer portion 18a of the heating cylinder 18 by a plurality of pillars (not shown), and is attached to the shaft core of the inner hole 18c. As for the shape of the torpedo 25, a cylindrical portion 26 having an equal cross-sectional area in the vertical direction is provided in the middle, and conical portions 27 and 28 are provided at the upper and lower portions of the cylindrical portion 26, respectively. A heater 30 such as a cartridge heater is provided inside the torpedo 25. Although one cartridge heater 30 is shown in FIG. 1, three or six cartridge heaters 30 may be provided in the circumferential direction in plan view. Wiring to the heater 30 is performed via the above-mentioned pillar portion (not shown). However, the heater 30 of the torpedo 25 is not essential.

トーピード25と加熱筒18の外郭部18aの間は繊維を含む樹脂材料Mの流路29となっている。そして前記ストロークゾーンSの繊維を含む樹脂材料Mは、トーピード25の上部の円錐状部27の周囲の流路29aと円筒部26の周囲の流路29bに押し込まれるようになっている。そして前記流路29a,29bに送り込まれた繊維を含む樹脂材料Mは、トーピード25に設けられたヒータ30と加熱筒18の外郭部18aに設けられたヒータ18bの双方のヒータ18b,30から加熱されるようになっている。 Between the torpedo 25 and the outer portion 18a of the heating cylinder 18 is a flow path 29 of the resin material M containing fibers. The resin material M including the fibers in the stroke zone S is pushed into the flow path 29 a around the conical part 27 at the top of the torpedo 25 and the flow path 29 b around the cylindrical part 26. The resin material M containing the fibers fed into the flow paths 29a and 29b is heated from both the heaters 18b and 30 of the heater 30 provided in the torpedo 25 and the heater 18b provided in the outer portion 18a of the heating cylinder 18. It has come to be.

トーピード25の下側の円錐状部28は2段階の面からなり、円筒部26に接続される外周面28aの水平面に対する角度のほうが、先端側の水平面に対する面28bの角度よりも鈍角となっている。一方加熱筒18の外郭部18aのトーピード25の円筒部26に対応する部分の下方は、トーピード25の下側の円錐状部28の形状に応じて下方に向けて縮径した縮径テーパー部31となっている。そしてトーピード25の円筒部26に接続される外周面28aの角度と前記縮径テーパー部31の角度は近似しており、トーピード25の外周面28aの外周全体と縮径テーパー部31の間に形成される流路29の一部が最狭部の流路29cとなっている。 The conical portion 28 on the lower side of the torpedo 25 has a two-stage surface, and the angle of the outer peripheral surface 28a connected to the cylindrical portion 26 with respect to the horizontal plane is more obtuse than the angle of the surface 28b with respect to the horizontal plane on the tip side. Yes. On the other hand, the lower portion of the outer shell portion 18a of the heating cylinder 18 corresponding to the cylindrical portion 26 of the torpedo 25 has a reduced diameter taper portion 31 that is reduced in diameter in accordance with the shape of the conical portion 28 on the lower side of the torpedo 25. It has become. The angle of the outer peripheral surface 28 a connected to the cylindrical portion 26 of the torpedo 25 and the angle of the reduced diameter tapered portion 31 are approximate, and formed between the entire outer periphery of the outer peripheral surface 28 a of the torpedo 25 and the reduced diameter tapered portion 31. A part of the flow path 29 is the narrowest flow path 29c.

なお前記最狭部の流路29cにおけるトーピード25と外郭部18aの間隔は、供給される樹脂ペレットの粒径または短辺方向の長さ以下とすることが望ましく、0.5mm〜3mmに設けられることが好ましい。また前記最狭部の流路29cの材料流れ方向の長さは、供給される繊維の長さ以下とすることが望ましい。なお本実施形態ではトーピード25の下側の円錐状部28の円筒部26に接続される外周面28aの全周囲に最狭部の流路29cが設けられているが、前記円錐部28の先端側の面28bと縮径テーパー部31の間に最狭部の流路を設けてもよい。更には円筒部26の下側部分の全周囲に最狭部の流路を設けてもよい。円筒部26については本実施形態では上下方向に全て同じ断面積であるが下方に向けて徐々に拡径され流路29が狭くなるものや、それ以外の形状であって上下方向に断面積が異なるものでもよい。またトーピード25はその内部に流路29が設けられたものであってもよく、個数も1個に限定されず複数個が連設されたものでもよい。 The distance between the torpedo 25 and the outer portion 18a in the narrowest channel 29c is preferably equal to or smaller than the particle size of the supplied resin pellets or the length in the short side direction, and is set to 0.5 mm to 3 mm. It is preferable. The length of the narrowest channel 29c in the material flow direction is preferably equal to or less than the length of the supplied fiber. In the present embodiment, the narrowest channel 29c is provided around the outer peripheral surface 28a connected to the cylindrical portion 26 of the conical portion 28 on the lower side of the torpedo 25. The narrowest channel may be provided between the side surface 28 b and the reduced diameter tapered portion 31. Furthermore, the narrowest channel may be provided around the entire lower portion of the cylindrical portion 26. In the present embodiment, the cylindrical portion 26 has the same cross-sectional area in the up-and-down direction, but the diameter is gradually increased downward and the flow path 29 becomes narrower. It may be different. The torpedo 25 may be provided with a flow path 29 therein, and the number of torpedo 25 is not limited to one, and a plurality of them may be provided continuously.

加熱筒18の外郭部18aは縮径テーパー部31の下方には絞り部32を備えている。この絞り部32の流路33の直径または断面積は、トーピード25の円筒部26の直径または断面積よりも小さくなっている。このようにトーピード25の下方の流路33の断面積を絞ることにより、一旦溶融状態となった繊維を含む樹脂材料に対して加熱筒18の外郭部18aからの伝熱が効率的に行えるようになっている。また絞り部32の下方には拡大部34が設けられている。図3に供給孔15の形状が示されるように拡大部34は、断面積が円形の絞り部32から楕円形の供給孔15に接続される部分であり、拡大部34の下部(トーピード25の下流側)には、複数の流路35が設けられた分散供給部36が備えられている。 The outer portion 18 a of the heating cylinder 18 includes a constricted portion 32 below the reduced diameter tapered portion 31. The diameter or cross-sectional area of the flow path 33 of the throttle portion 32 is smaller than the diameter or cross-sectional area of the cylindrical portion 26 of the torpedo 25. By narrowing the cross-sectional area of the flow path 33 below the torpedo 25 in this way, heat transfer from the outer portion 18a of the heating cylinder 18 can be efficiently performed on the resin material containing the fiber once in a molten state. It has become. An enlarged portion 34 is provided below the aperture portion 32. As shown in the shape of the supply hole 15 in FIG. 3, the enlarged part 34 is a part connected to the elliptical supply hole 15 from the narrowed part 32 having a circular cross-sectional area. On the downstream side, a dispersion supply unit 36 provided with a plurality of flow paths 35 is provided.

本実施形態では分散供給部36は、複数の長孔37が開けられた板状部材38から形成されている。そして板状部材38は拡大部34の溶融樹脂の流れ方向に直交する方向が平面となり長孔37が流れ方向となるように取付けられている。そして板状部材38の長孔37は下方に向けて断面積が狭くなっており、下端側に最狭部の流路35aが形成されている。この最狭部の流路35aの材料流れ方向に直交する方向の短辺35a1の長さは、供給される繊維の長さ以下であるように設けることが望ましく、これに限定されるものではないが2〜15mmが望ましい。また最狭部の流路35aの断面形状が真円の場合の直径も前記と同様に2〜15mmが望ましい。また分散供給部36板状部材38の厚み(長孔37の上下方向の長さ)は、これに限定されるものではないが5〜50mmが望ましい。また分散供給部36の流路は図示のものに限定されず、長孔以外に真円や四角形などでもよく、流路の数も限定されない。また分散供給部36は、複数の棒状部材を組み合わせて複数の流路を構成したもの等でもよい。 In the present embodiment, the dispersion supply unit 36 is formed of a plate-like member 38 in which a plurality of long holes 37 are opened. The plate-like member 38 is attached so that the direction orthogonal to the flow direction of the molten resin in the enlarged portion 34 is a flat surface and the long hole 37 is the flow direction. The long hole 37 of the plate-like member 38 has a cross-sectional area that narrows downward, and the narrowest channel 35a is formed on the lower end side. The length of the short side 35a1 in the direction orthogonal to the material flow direction of the narrowest channel 35a is preferably set to be equal to or shorter than the length of the supplied fiber, and is not limited thereto. Is desirably 2 to 15 mm. The diameter when the cross-sectional shape of the narrowest channel 35a is a perfect circle is preferably 2 to 15 mm as described above. Further, the thickness of the dispersion supply part 36 plate-like member 38 (the length in the vertical direction of the long hole 37) is not limited to this, but is preferably 5 to 50 mm. Moreover, the flow path of the dispersion | distribution supply part 36 is not limited to the thing of illustration, A perfect circle, square, etc. may be sufficient besides a long hole, and the number of flow paths is not limited. Moreover, the dispersion | distribution supply part 36 may comprise what comprised the some flow path combining the some rod-shaped member.

なお上記の説明では加熱筒18のストロークゾーンSやトーピード25と対向する部分、縮径テーパー部31、絞り部32および拡大部34は一体の外郭部18aとして記載されているが、加工の都合や取付けの都合によっては各部が分割されたブロックから構成されるものでもよい。一例としてトーピード25の支柱部分を挟み込む形で上下別個の加熱筒18が結合される形でもよい。 In the above description, the portion of the heating cylinder 18 facing the stroke zone S and the torpedo 25, the reduced diameter tapered portion 31, the narrowed portion 32, and the enlarged portion 34 are described as an integral outer portion 18a. Depending on the convenience of attachment, each part may be composed of divided blocks. As an example, the upper and lower separate heating cylinders 18 may be coupled so as to sandwich the column portion of the torpedo 25.

次に可塑化装置11の作動について説明する。ホッパ24内に繊維と樹脂材料が混合状態で貯蔵されている。本実施形態では繊維材料は炭素繊維であって、樹脂材料とは別にサイジング剤により複数本の繊維が結束された状態のものが供給・貯蔵されている。また樹脂材料は熱可塑性樹脂のペレットが供給・貯蔵されている。一方加熱筒18の外郭部18aの各ゾーンのヒータ18bとトーピード25のヒータ30はそれぞれ図示しない制御装置からPID制御されて設定温度に温度制御されている。また加熱筒のストロークゾーンSは冷却機構により冷却され設定温度に温度制御されている。 Next, the operation of the plasticizing apparatus 11 will be described. The fiber and the resin material are stored in the hopper 24 in a mixed state. In the present embodiment, the fiber material is carbon fiber, and a material in which a plurality of fibers are bundled by a sizing agent is supplied and stored separately from the resin material. The resin material is supplied and stored with pellets of thermoplastic resin. On the other hand, the heater 18b in each zone of the outer portion 18a of the heating cylinder 18 and the heater 30 of the torpedo 25 are respectively temperature controlled to a set temperature by PID control from a control device (not shown). The stroke zone S of the heating cylinder is cooled by a cooling mechanism and temperature controlled to a set temperature.

ホッパ24内の前記の繊維を含む樹脂材料Mは、押込装置19のシリンダ20が作動してピストン21が上方へ引き上げられることにより形成された空間に、供給筒23を通じて自重落下して加熱筒18のストロークゾーンSに供給される。この際にピストン21は上昇限まで上昇してストロークゾーンSには1ショット分以上の繊維を含む樹脂材料Mが貯留させる。そして供給された繊維を含む樹脂材料Mは、押込装置19のシリンダが作動されてピストン21が設定された力(シリンダ圧力制御)で前進されることにより圧縮され、トーピード21の周囲の流路29a,29bへ1ショット分だけが送られる。この際にトーピード25の上側の円錐状部27によって繊維を含む材料Mが局部的に大きな抵抗を受けずにトーピード25の周囲の流路29bに送られるようになっている。 The resin material M containing the fibers in the hopper 24 falls by its own weight through the supply cylinder 23 into the space formed by the cylinder 20 of the pushing device 19 operating and the piston 21 being pulled upward, and the heating cylinder 18. Is supplied to the stroke zone S. At this time, the piston 21 rises to the ascending limit, and the resin material M containing fibers for one shot or more is stored in the stroke zone S. The supplied resin material M including the fibers is compressed by the cylinder of the pushing device 19 being operated and the piston 21 being advanced by a set force (cylinder pressure control), and the flow path 29a around the torpedo 21 is compressed. , 29b, only one shot is sent. At this time, the material M containing fibers is sent to the flow path 29b around the torpedo 25 without receiving a large resistance locally by the conical portion 27 on the upper side of the torpedo 25.

そして流路29a,29bに送られた繊維を含む樹脂材料Mは、ヒータ18bにより加熱された加熱筒18の外郭部18aとヒータ30により加熱されたトーピード25の円筒部26からの伝熱により溶融が促進される。また流路29bを樹脂ペレットが通過する際に受けるせん断発熱によっても溶融が促進される。そして特に流路29b内に送られた繊維を含む材料Mは、少なくともその後の滞留の間にほぼ溶融状態となる。 The resin material M containing the fibers sent to the flow paths 29a and 29b is melted by heat transfer from the outer portion 18a of the heating cylinder 18 heated by the heater 18b and the cylindrical portion 26 of the torpedo 25 heated by the heater 30. Is promoted. Melting is also promoted by shearing heat generated when the resin pellets pass through the flow path 29b. In particular, the material M including the fibers sent into the flow path 29b is substantially in a molten state at least during the subsequent stay.

またピストン21が下降するまでの間、流路29a,29bに滞留されていた溶融の進行した繊維を含む樹脂材料Mは、前記ピストン21の下降により、更に下方に向けて押圧され最狭部の流路29cを通過することにより完全に溶融状態となる。上記したように繊維を含む樹脂材料Mは、この流路29の最狭部29cに到達するまでに既に溶融状となっており、最狭部の流路29cは上記した間隔および流れ方向の長さに設定されているので溶融樹脂に含まれる繊維がこの部分で負荷を受けても折損しにくくなっている。また樹脂材料についても必要以上のせん断発熱を受けないので劣化しにくくなっている。 In addition, the resin material M containing the fiber that has been melted and stays in the flow paths 29a and 29b until the piston 21 is lowered is further pressed downward by the lowering of the piston 21, and the narrowest portion of the resin material M is pressed. By passing through the flow path 29c, it is completely melted. As described above, the resin material M containing fibers is already melted before reaching the narrowest portion 29c of the flow path 29, and the narrowest flow path 29c has the above-described distance and length in the flow direction. Therefore, even if the fiber contained in the molten resin receives a load at this portion, it is difficult to break. In addition, the resin material is not easily deteriorated because it does not receive excessive shear heat.

このようにトーピード25を用いて溶融化された溶融樹脂中の繊維の状態は、スクリュを用いて溶融化させた溶融樹脂中の繊維の状態と比較してスクリュ回転によるせん断力を受けていないので、長繊維が残った状態となる。しかしながらスクリュによる混合が行われていないので、繊維の分散の点ではスクリュを用いたもののほうが良好となる場合が多い。 Since the state of the fiber in the molten resin melted using the torpedo 25 is not subjected to the shearing force due to the screw rotation as compared with the state of the fiber in the molten resin melted using the screw. The long fiber remains. However, since mixing with a screw is not performed, the use of a screw is often better in terms of fiber dispersion.

そしてトーピード25を用いて完全に溶融化され流動性を増した繊維を含む樹脂材料はトーピード25と分散供給部36の間に設けられた絞り部32の流路33を介して分散供給部36に送られる。絞り部32は断面積が小さい流路33が加熱筒18の上下方向に一定距離設けられているので、外郭部18aからの伝熱が良好に行われる。そして次に流動性が増した溶融樹脂は、上方の押込装置19の押圧による圧力により、分散供給部36の各長孔37の中へ押し込まれる。このことにより塊状の繊維を含む溶融樹脂が分散供給部36の複数の長孔37に分散されて押し込まれる際に、スクリュ回転時ほどではないがせん断力が働き、まだ完全に分離されていなかった繊維の分散が促進される。また分散供給部36の長孔37は上記の形状および寸法となっているので、溶融樹脂の中に含まれる繊維のうちの一定数以上は流れ方向に沿って方向が整えられて長孔37の流路35(最狭部の流路35aを含む)を通過し、加熱筒13の内孔13b内に送られる。 The resin material containing fibers that are completely melted using the torpedo 25 and have increased fluidity is transferred to the dispersion supply unit 36 via the flow path 33 of the throttle unit 32 provided between the torpedo 25 and the dispersion supply unit 36. Sent. Since the flow path 33 having a small cross-sectional area is provided in the vertical direction of the heating cylinder 18 in the throttle section 32, heat transfer from the outer section 18a is favorably performed. Then, the molten resin whose fluidity has increased next is pushed into each of the long holes 37 of the dispersion supply unit 36 by the pressure of the upper pushing device 19. As a result, when the molten resin containing massive fibers is dispersed and pushed into the plurality of long holes 37 of the dispersion supply unit 36, a shearing force is applied, but not completely separated, not as much as during screw rotation. Fiber dispersion is promoted. In addition, since the long holes 37 of the dispersion supply unit 36 have the shape and dimensions described above, a certain number or more of the fibers contained in the molten resin are aligned along the flow direction so that the long holes 37 It passes through the flow path 35 (including the narrowest flow path 35a) and is sent into the inner hole 13b of the heating cylinder 13.

そして溶融化された繊維を含む樹脂材料は、複数の長孔37の流路35からそれぞれ一度は別個に分断され、供給孔15内のスクリュ14の上方に貯留された繊維を含む溶融樹脂材料の塊の上に落下する。この際の供給孔15内への繊維を含む溶融樹脂材料の充填度は一部の容積を満たすものであっても分散供給部36より下側の全部の容積を満たすものであってもよい。または紐状の繊維を含む溶融樹脂材料がスクリュ14の溝内に別個に供給されるものでもよい。そして溶融化された繊維を含む樹脂材料は、計量時のスクリュ回転により加熱筒13の内孔13bを前方に向けて送られる。これらの際に図3に示されるようにスクリュ14の軸芯Oに対して偏芯して供給孔15が設けられており分散供給部36の長孔37分布の中心とスクリュ14の軸芯が偏芯して取付けられているので、繊維を含む溶融樹脂材料の加熱筒13の内孔13b内への噛込みが良好に行われる。なお供給孔15はスクリュ14の軸芯O上に設けたものであってもよい。 And the resin material containing the melted fiber is separately separated once from the flow paths 35 of the plurality of long holes 37, and the molten resin material containing the fiber stored above the screw 14 in the supply hole 15. Fall on the lump. At this time, the filling degree of the molten resin material including the fibers into the supply hole 15 may satisfy a part of the volume, or may satisfy the whole volume below the dispersion supply unit 36. Alternatively, a molten resin material containing string-like fibers may be separately supplied into the groove of the screw 14. And the resin material containing the melted fiber is sent with the inner hole 13b of the heating cylinder 13 facing forward by screw rotation at the time of measurement. In these cases, as shown in FIG. 3, the supply hole 15 is provided eccentrically with respect to the axis O of the screw 14, and the center of the distribution of the long holes 37 of the dispersion supply unit 36 and the axis of the screw 14 are located. Since it is attached in an eccentric manner, the molten resin material containing fibers can be satisfactorily inserted into the inner hole 13b of the heating cylinder 13. The supply hole 15 may be provided on the axis O of the screw 14.

本実施形態では、押込装置19のピストン21の下降による可塑化装置11から射出装置12への溶融樹脂材料の供給は、射出装置12の計量時のスクリュ回転のタイミングと一致して行われる。ただし可塑化装置11から射出装置12へ供給される溶融樹脂材料の状態を優先して押込装置19のピストン21の下降速度を制御すると、可塑化装置11からの溶融樹脂材料の供給終了時と射出装置12の計量完了時とは必ず一致させることは難しく、前記のように圧力制御のほうが容易である。 In the present embodiment, the supply of the molten resin material from the plasticizing device 11 to the injection device 12 by the lowering of the piston 21 of the pushing device 19 is performed in accordance with the screw rotation timing at the time of measurement of the injection device 12. However, if the lowering speed of the piston 21 of the push-in device 19 is controlled with priority given to the state of the molten resin material supplied from the plasticizing device 11 to the injection device 12, the injection of the molten resin material from the plasticizing device 11 and the injection are performed. It is difficult to always match the time when the weighing of the device 12 is completed, and the pressure control is easier as described above.

上記の本実施形態では可塑化装置11は、射出装置12のハウジング部16の一般的な供給孔15の位置に取付けられるものを説明した。しかしながら可塑化装置11が取付けられる位置については、加熱筒13の後部ゾーンから中部ゾーンの間に直接取付けられるようにしてもよい。その場合は加熱筒13の後方の供給孔15からスクリュにより加熱筒13の内孔13bを送られてきた第1の材料と可塑化装置11から供給される繊維を含む第2の材料が合流、混合されることになる。そのためスクリュはベント式のスクリュと同様のスクリュが使用され、スクリュ軸は後方から順に大径部(第1メタリングゾーン)が設けられた後に再び小径部(脱圧部)が設けられるものが用いられることが望ましい。そして可塑化装置11からの材料は小径部(脱圧部)に導入される。 In the above-described embodiment, the plasticizing device 11 has been described as being attached to the position of the general supply hole 15 of the housing portion 16 of the injection device 12. However, the plasticizer 11 may be attached directly between the rear zone and the middle zone of the heating cylinder 13. In that case, the first material sent through the inner hole 13b of the heating cylinder 13 by the screw from the supply hole 15 at the rear of the heating cylinder 13 and the second material including the fiber supplied from the plasticizing device 11 merge. Will be mixed. Therefore, the same screw as the bent type screw is used as the screw, and the screw shaft is provided with the small diameter portion (depressurization portion) again after the large diameter portion (first metering zone) is provided in order from the rear. It is desirable that And the material from the plasticizer 11 is introduce | transduced into a small diameter part (depressurization part).

次に図4に示される別の実施形態について相違点を中心に概略を説明する。図4では可塑化装置51は、プランジャ式の射出装置52の可塑化手段である。可塑化装置51の構造自体は上記の図1の可塑化装置11の構造とほぼ同じであるので説明を省略する。可塑化装置51は、供給管53を介してプランジャ装置63の切換ブロック部54に対して斜め方向に取付けられている。そして切換ブロック部54には溶融材料の供給先を切換え可能なロータリバルブ55が取付けられている。そして可塑化装置51の駆動機構であるシリンダ56が作動されピストン57により繊維を含む材料が押圧されると、繊維を含む材料はトーピード58の周囲の流路59を介して前方に送られ、その際の樹脂が溶融される。また更に分散供給部60の流路を通過することにより溶融樹脂中の繊維の分散が促進されるとともに繊維の方向が整流される。この際のロータリバルブ55は図4の位置であり、送られた溶融材料はプランジャ装置63の加熱筒61内に一旦貯蔵され、プランジャ装置63のピストン62は後退する。そして一定量の溶融材料が加熱筒61内に貯蔵されるとロータリバルブ55はプランジャ装置63とノズル66が連通するように回転される。次にプランジャ装置63のピストン62が前進作動されて図示しない金型のキャビティに繊維を含む溶融材料が射出される。この射出の際に可塑化装置51のピストン57は後退し、ホッパ64から加熱筒65内に次に可塑化を行う繊維を含む樹脂材料Mが供給される。 Next, the outline of another embodiment shown in FIG. 4 will be described focusing on the differences. In FIG. 4, the plasticizing device 51 is a plasticizing means of the plunger type injection device 52. Since the structure itself of the plasticizing apparatus 51 is substantially the same as the structure of the plasticizing apparatus 11 shown in FIG. The plasticizing device 51 is attached to the switching block portion 54 of the plunger device 63 in an oblique direction via a supply pipe 53. The switching block 54 is provided with a rotary valve 55 capable of switching the supply destination of the molten material. When the cylinder 56 which is the drive mechanism of the plasticizing device 51 is operated and the material containing the fibers is pressed by the piston 57, the material containing the fibers is sent forward through the flow path 59 around the torpedo 58, and The resin at the time is melted. Furthermore, by passing through the flow path of the dispersion supply unit 60, the dispersion of the fibers in the molten resin is promoted and the direction of the fibers is rectified. At this time, the rotary valve 55 is in the position shown in FIG. 4, and the sent molten material is temporarily stored in the heating cylinder 61 of the plunger device 63, and the piston 62 of the plunger device 63 moves backward. When a certain amount of molten material is stored in the heating cylinder 61, the rotary valve 55 is rotated so that the plunger device 63 and the nozzle 66 communicate with each other. Next, the piston 62 of the plunger device 63 is moved forward to inject a molten material containing fibers into a mold cavity (not shown). At the time of this injection, the piston 57 of the plasticizing device 51 is retracted, and the resin material M containing fibers to be plasticized next is supplied from the hopper 64 into the heating cylinder 65.

本発明の可塑化装置は、更には押出機やスタンピング成形機の供給装置に取付けられたものでもよい。これらの押出機等に可塑化装置が取付けられる場合も、加熱筒の後方の供給孔の部分に可塑化装置が取付けられることが一般的であるが、加熱筒の中間部分に取付けるようにしてもよい。更に可塑化装置はその先端にノズルやダイを取付けて、可塑化装置のみで作動させるものでもよい。上記した各種の可塑化装置の使用方法において可塑化装置は縦方向、横方向、斜め方向のいずれの向きに配置されるものでもよい。 The plasticizing apparatus of the present invention may be further attached to a supply device of an extruder or a stamping molding machine. Even when a plasticizing device is attached to these extruders or the like, the plasticizing device is generally attached to the portion of the supply hole at the rear of the heating cylinder, but it may be attached to an intermediate portion of the heating cylinder. Good. Further, the plasticizing device may be operated only by the plasticizing device by attaching a nozzle or a die to the tip thereof. In the above-described methods of using the various plasticizing apparatuses, the plasticizing apparatus may be arranged in any of the vertical direction, the horizontal direction, and the oblique direction.

本発明については、一々列挙はしないが、上記した本実施形態のものに限定されず、上記の各記載を組み合わせたものや当業者が本発明の趣旨を踏まえて変更を加えたものについても、適用されることは言うまでもないことである。 The present invention is not enumerated one by one, but is not limited to the above-described embodiment, and those combined with the above descriptions and those modified by a person skilled in the art based on the spirit of the present invention, It goes without saying that it applies.

また可塑化装置11に供給される繊維については、炭素繊維に限定されず、ガラス繊維等、その他の強化繊維であってもよい。また供給される繊維の長さは限定されないが、製品化されたものから選べることが望ましく一例として3〜30mm程度である。また可塑化装置で溶融される樹脂材料についても熱可塑性樹脂に限定はされず、樹脂材料の場合は熱硬化性材料でもよい。また溶融される材料は、金属材料、セラミック材料、天然由来の各種材料等でもよい。また溶融される材料の形状も限定されないが、ペレットが使用される場合は球状、球状に近い粒状の円筒形状、その他の形状のいずれでもよい。ペレットが球状または球状に近い粒状の場合の粒径は、これに限定されるものではないが直径1〜8mm程度である。また円筒形状の場合も、短辺方向の長さ(直径)はこれに限定されるものではないが1〜8mm程度である。更に供給される材料は、繊維材料を含有したペレットであってもよく、その場合繊維材料の種類は限定されないが、ペレットの形状は上記の範囲のものが望ましい。供給される繊維、溶融化される材料ともに1種類に限定されず、着色材料や発泡材料なども同時に供給するものでもよい。また可塑化装置11は繊維を用いない樹脂材料の成形にも用いることも可能である。 Moreover, about the fiber supplied to the plasticizer 11, it is not limited to carbon fiber, Other glass fibers etc. may be used. Moreover, although the length of the fiber supplied is not limited, it is desirable to select from commercialized ones, and it is about 3 to 30 mm as an example. Further, the resin material melted by the plasticizing apparatus is not limited to the thermoplastic resin, and in the case of the resin material, a thermosetting material may be used. The material to be melted may be a metal material, a ceramic material, various naturally derived materials, or the like. Further, the shape of the material to be melted is not limited, but when a pellet is used, it may be any of a spherical shape, a cylindrical shape close to a spherical shape, and other shapes. The particle diameter when the pellet is spherical or nearly spherical is not limited to this, but is about 1 to 8 mm in diameter. Also in the case of a cylindrical shape, the length (diameter) in the short side direction is not limited to this, but is about 1 to 8 mm. Further, the material to be supplied may be a pellet containing a fiber material. In this case, the type of the fiber material is not limited, but the shape of the pellet is preferably within the above range. The fiber to be supplied and the material to be melted are not limited to one type, and a coloring material and a foam material may be supplied simultaneously. The plasticizing device 11 can also be used for molding a resin material that does not use fibers.

11,51 可塑化装置
12 射出装置
13,18,61,65 加熱筒
14 スクリュ
18a 外郭部
19 押込装置
25、58 トーピード
29,29a,29b,33,35 流路
29c,35a 最狭部の流路
32 絞り部
36,60 分散供給部
M 繊維を含む材料
11, 51 Plasticizing device 12 Injection device 13, 18, 61, 65 Heating cylinder 14 Screw 18a Outer portion 19 Pushing device 25, 58 Torpedo 29, 29a, 29b, 33, 35 Flow path 29c, 35a Flow path in the narrowest part 32 Drawing part 36, 60 Dispersion supply part M Material containing fiber

Claims (4)

繊維を含む材料をトーピードの周囲の流路を通過させ材料の溶融を促進させる可塑化装置において、
トーピードの下流側に複数の流路を設けた分散供給部が備えられていることを特徴とする可塑化装置。
In a plasticizing apparatus that passes a material containing fibers through a flow path around a torpedo to promote melting of the material,
A plasticizing apparatus comprising a dispersion supply unit provided with a plurality of flow paths on the downstream side of a torpedo.
トーピードの周囲の流路の一部としてトーピードの外周全体に亘って最狭部の流路が設けられ、
前記最狭部の流路におけるトーピードと加熱筒の外郭部との間隔は供給される材料がペレットを含むとき該ペレットの粒径または短辺方向の長さ以下であることを特徴とする請求項1に記載の可塑化装置。
As a part of the flow path around the torpedo, the narrowest part of the flow path is provided over the entire outer periphery of the torpedo,
The distance between the torpedo in the narrowest flow path and the outer portion of the heating cylinder is equal to or less than the particle size of the pellet or the length in the short side direction when the supplied material includes pellets. 2. The plasticizing apparatus according to 1.
分散供給部の複数の流路の一部として最狭部の流路が設けられ、
前記最狭部の流路における材料の流れ方向に直交する方向の直径または短辺方向の長さは供給される繊維の長さ以下であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の可塑化装置。
The narrowest channel is provided as part of the plurality of channels of the dispersion supply unit,
The diameter in the direction orthogonal to the flow direction of the material or the length in the short side direction in the flow path of the narrowest part is equal to or less than the length of the supplied fiber. Plasticizing equipment.
前記トーピードと分散供給部との間の流路の直径は、トーピードの直径または断面積は、トーピードの直径または断面積よりも小さい絞り部が備えられていることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の可塑化装置。
The diameter of the flow path between the torpedo and the dispersion supply unit, the diameter or the cross-sectional area of the torpedo is provided with a throttle part smaller than the diameter or the cross-sectional area of the torpedo. Item 4. The plasticizing apparatus according to any one of Items 3.
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