JP2021123000A - 射出成形方法および射出成形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】特性の良好な樹脂成形体の製造方法を提供する。【解決手段】シリンダ１１と、その内に配備されたスクリュＳと、シリンダ１１に接続されたバイパス流路１２とを有する射出成形装置を準備し、供給口１３ｈから、樹脂ペレットＲＰを供給して溶融樹脂を形成した後、供給口１５ｈから、フィラーＦを供給し、混練を行う。この際、バイパス流路１２を介してシリンダ１１の先端部に貯留されたフィラー含有の溶融樹脂ＭＲＦをシリンダ１１の上流側に戻すことで、戻されたフィラー含有の溶融樹脂ＭＲＦは再びシリンダ１１内のスクリュによって混練されながら先端方向へ輸送される。このようにして、溶融樹脂とフィラーＦとの混練性を高めることができる。【選択図】図１

Description

本発明は、射出成形方法および射出成形装置、特に、フィラー含有樹脂成形体を形成する射出成形方法および射出成形装置に好適に利用できるものである。

近年、フィラー（炭素繊維など）を用いた樹脂複合材料が注目を集めている。特に、フィラーを含有させた樹脂を用いて成形体を製造することにより、成形体の機械的強度の向上を図ることが検討されている。

このような複合材料は、樹脂とフィラーとを、射出成形装置や押出機等のスクリュを備えた装置を用いて混練することにより得ることができる。

例えば、特許文献１には、スクリュによって高分子ブレンド試料を溶融状態で混練する際のスクリュ回転数を５０ｒｐｍ〜３０００ｒｐｍの範囲で任意に設定可能であり、内部帰還型スクリュを採用した高分子ブレンドフィルムを製造する技術が開示されている。このように、内部帰還型スクリュの採用により高せん断下で混練押出しをして共連続構造等の微視的分散構造を有する高分子ブレンドフィルムを製造することができる。

特開２００５−３１３６０８号公報

本発明者は、射出成形装置や押出機を用いたフィラー含有樹脂についての研究開発に従事しており、フィラーの添加による樹脂の補強効果の向上について鋭意検討している。

このようなフィラー含有樹脂よりなる成形体は、射出成形装置を用いて形成することができる。射出成形装置は、シリンダと、シリンダ内に回転自在に配備されたスクリュとを有する。例えば、ホッパからシリンダ内に供給された樹脂ペレットが、シリンダ内で溶融しスクリュによって前方に送られた後、フィラーが添加され、溶融樹脂とフィラーとが混練され、所定量だけ射出成形装置から金型に注入されることで、所望の形状の成形体を形成することができる。

ここで、成形体の機械的強度の向上を図るためには、樹脂中にフィラーが均一に分散している必要性があるものの、樹脂ペレットを溶融した後、フィラーを添加する場合には、シリンダの途中でフィラーを添加することとなり、溶融樹脂とフィラーとの混練時間を確保し難い場合がある。

そこで、成形体に含まれるフィラーの分散性を向上させ、より性能の高い成形体を製造する技術が望まれる。

その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

本願において開示される射出成形方法は、（ａ）シリンダと、前記シリンダ内に配備されたスクリュと、前記シリンダに接続されたバイパス流路とを有する射出成形装置と、前記射出成形装置の先端に接続された型と、を準備する工程、（ｂ）前記シリンダの上流に設けられた第１供給口から、樹脂材料を前記シリンダ内に供給して溶融させ溶融樹脂を形成する工程、（ｃ）前記シリンダの前記第１供給口より下流に設けられた第２供給口から、フィラーを供給し、前記溶融樹脂と前記フィラーとの混練を行うことにより前記フィラー含有の溶融樹脂を形成する工程、（ｄ）前記スクリュの先端が第１位置から第２位置までの第１ストロークだけ後退するように、前記スクリュを後退させることにより、前記スクリュの先端部において前記フィラー含有の溶融樹脂を計量する工程、（ｅ）前記スクリュを前進させることにより、前記フィラー含有の溶融樹脂を前記型に注入する工程、を有し、前記（ｃ）工程は、前記フィラー含有の溶融樹脂を、前記バイパス流路を介して、前記バイパス流路の一端が接続される第１接続口から前記バイパス流路の他端が接続され、前記第１接続口より上流に設けられた第２接続口まで戻す工程を含む。

本願において開示される射出成形装置は、シリンダと、前記シリンダ内に配備されたスクリュと、前記シリンダに接続されたバイパス流路と、を有し、前記シリンダは、上流に位置し樹脂材料が供給される第１供給口と、前記第１供給口より下流に位置しフィラーが供給される第２供給口と、前記バイパス流路の一端が接続される第１接続口と、前記バイパス流路の他端が接続される第２接続口と、と有し、前記第１接続口は、前記第２接続口より下流に位置し、前記第２接続口は、前記第２供給口より下流に位置する。

本願において開示される射出成形方法によれば、特性の良好な樹脂成形体を製造することができる。

本願において開示される射出成形装置によれば、特性の良好な樹脂成形体を製造することができる。

実施の形態１のフィラー含有樹脂成形体の製造装置（製造システム）の構成を示す図である。 射出成形装置の内部構成を示す図である。 ダルメージ型のスクリュの構成を示す図である。 スクリュの駆動部の構成を示す図である。 検討例の射出成形工程を示す模式的な断面図である。 実施の形態１の射出成形工程を示す模式的な断面図である。 実施の形態１の射出成形工程を示す模式的な断面図である。 実施の形態１の混練工程におけるシリンダの各部における圧力の変化を示すグラフである。 実施の形態２の射出成形工程を示す模式的な断面図である。 実施の形態２の射出成形工程を示す模式的な断面図である。 実施の形態３の射出成形工程を示す模式的な断面図である。 実施の形態３の射出成形工程を示す模式的な断面図である。

以下、実施の形態を実施例や図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

（実施の形態１）
本実施の形態においては、射出成形方法（フィラー含有樹脂成形体の製造方法）について説明する。

図１は、本実施の形態のフィラー含有樹脂成形体の製造装置（製造システム）の構成を示す図である。この装置は、射出成形装置１と、プレス機５とを有する。本実施の形態においては、フィラーを含有しない樹脂ペレット（樹脂材料）と、フィラーとを直接混合し、成形体（成型体）を形成する。

射出成形装置１は、供給される樹脂ペレットＲＰを溶融しつつ、フィラーＦと混合・混練し、フィラー含有の溶融樹脂（ＭＲＦ）を形成するための装置である。射出成形装置１は、図示しない温調手段によって温度制御されるシリンダ１１と、シリンダ１１の内部に配置されたスクリュＳと、シリンダ１１に接続されたバイパス流路（バイパスシリンダ）１２とを有している。そして、スクリュＳは、シリンダ１１の後端（上流側）に設けられた駆動部１７で制御され、シリンダ１１の先端には吐出ノズル１９が設けられている。

シリンダ１１は、シリンダ１１の上流側に配設された樹脂ペレットＲＰの供給口１３ｈと、フィラーＦの供給口（ベント孔）１５ｈとを有している。供給口１３ｈは、樹脂ペレットＲＰ用のホッパ（供給装置、投入装置）１３と接続され、供給口１５ｈは、フィラーＦ用の供給装置１５と接続されている。

そして、シリンダ１１は、バイパス流路１２との接続口１２ｈａ、１２ｈｂを有している。下流側の接続口１２ｈａは、バイパス流路１２の一端と接続され、上流側の接続口１２ｈｂは、バイパス流路１２の他端と接続されている。

バイパス流路１２は、図示しない温調手段によって温度制御され、シリンダ１１の接続口１２ｈａ、１２ｈｂ間を接続する。このように、バイパス流路１２を設けることにより、バイパス流路１２を介してシリンダ１１の先端部に貯留されたフィラー含有の溶融樹脂（ＭＲＦ）をシリンダ１１の上流側に戻すことができ、戻されたフィラー含有の溶融樹脂（ＭＲＦ）は再びシリンダ１１内のスクリュによって混練されながら先端方向へ輸送される。このようにして、溶融樹脂とフィラーＦとの混練性を高めることができる。別の言い方をすれば、接続口１２ｈａ、１２ｈｂ間において、シリンダ１１とバイパス流路１２とを循環させることができ、溶融樹脂とフィラーＦとの混練性を高めることができる。これにより、フィラーの分散性が良好となるなど、特性の良好な樹脂成形体を製造することができる。

接続口１２ｈａとバイパス流路１２との間には、バルブ（弁）１２Ｂａが設けられ、接続口１２ｈｂとバイパス流路１２との間には、バルブ（弁）１２Ｂｂが設けられている。バルブ（１２Ｂａ、１２Ｂｂ）を開くことでシリンダ１１とバイパス流路１２が接続状態となり、バルブ（１２Ｂａ、１２Ｂｂ）を閉じることでシリンダ１１とバイパス流路１２との間が遮断される。例えば、溶融樹脂とフィラーＦとの混練工程においてはバルブ（１２Ｂａ、１２Ｂｂ）を開き、混練物の計量工程および射出工程においてはバルブ（１２Ｂａ、１２Ｂｂ）を閉じる。

バルブとしては、例えば、ゲートバルブ、グローブバブル、ボールバルブなどを用いることができる。

プレス機５は、例えば、第１型ＳＬと第２型ＳＲとを有し、これらの間の隙間に、フィラー含有の溶融樹脂ＭＲＦが注入（射出、吐出）され、型に対応した形状で固化することで、成形体が形成される。

図２は、射出成形装置の内部構成を示す図であり、図２に示すように、シリンダ１１の内部には、スクリュＳが、駆動部１７により回転可能（回転自在）かつ前進・後退可能に挿入され内蔵されている。

図２においては、主として、らせん状の突起（ネジ山）が設けられたフルフライト型のスクリュによりスクリュＳが構成されている。そして、スクリュＳは、複数のスクリュ部（スクリュピース）を有する。具体的には、溝の深さ（突起の高さ）が異なる複数のスクリュ部を有している。例えば、上流側（ホッパ１３側）のスクリュＳ１は、スクリュ部Ｓ１ａと、スクリュ部Ｓ１ａより溝が浅いスクリュ部Ｓ１ｂとを有している。また、下流側（吐出ノズル１９側）のスクリュＳ２は、スクリュ部Ｓ２ａと、スクリュ部Ｓ２ａより溝が浅いスクリュ部Ｓ２ｂとを有している。上流側のスクリュＳ１は、供給口１３ｈから供給口１５ｈまでに配置され、下流側のスクリュＳ２は、供給口１５ｈから上流側に配置されている。このようなスクリュ構成は、２ステージ型と呼ばれることがある。なお、ここでは、スクリュＳの先端部に、先端に向かって尖った形状の部分（ピース）が配置されている。

樹脂ペレットＲＰの供給部（１３ｈ）に対応するスクリュ部Ｓ１ａにおいては、容積を確保するため溝の深いスクリュ部を用いることが好ましく、また、溶融した樹脂が通過するスクリュ部Ｓ１ｂにおいては、樹脂の混練性を高め、また、供給口１５ｈからの溶融樹脂の流出（ベントアップ）を防止するため、溝の浅いスクリュ部を用いることが好ましい。

また、フィラーＦの供給部（１５ｈ）に対応するスクリュ部Ｓ２ａにおいては、溝を深くし、飢餓状態とすることが好ましく、また、溶融樹脂とフィラーＦとの混練物が通過するスクリュ部Ｓ２ｂにおいては、樹脂の混練性を高めるため、溝の浅いスクリュ部を用いることが好ましい。

なお、図２においては、フルフライト型のスクリュ（スクリュ部）を用いたが、他の形状のスクリュ（スクリュ部）を用いてもよい。例えば、スクリュ部Ｓ２ｂにおいて、混練性を高めるため、ダルメージ型のスクリュを用いてもよい。図３は、ダルメージ型のスクリュの構成を示す図である。図３（Ｂ）および図３（Ｃ）はそれぞれ、図３（Ａ）のＢ−Ｂ断面、Ｃ−Ｃ断面に対応する。幅Ｌ_Ｆの環状凹凸が距離Ｌ_Ｔを置いて複数配置されている。凸部は、スクリュの周りに所定の間隔を置いて配置されている（図３（Ｂ））。Ｄはスクリュ径であり、Ｌはスクリュ長さである。ダルメージ型のスクリュの他、混練性の高いスクリュとしては、マドック型やピン型やスタティックミキサ―型のスクリュなどが挙げられる。特に、スクリュ部Ｓ２ｂにおいて、混練性の高いスクリュ（混練ピース、高混練ピース）を用い、これをバイパス流路１２と重なるように配置することにより、バイパス流路１２を介したフィラー含有の溶融樹脂の循環の際において、混練性がさらに向上し、溶融樹脂とフィラーＦとの混練性をさらに高めることができる。

図４は、スクリュの駆動部の構成を示す図である。図４に示すように、スクリュＳには、スクリュＳを前進または後退させるライン駆動機構１７Ｌと、スクリュＳを回転させる回転駆動機構１７Ｒとが接続されている。また、ライン駆動機構１７ＬとスクリュＳとの間には、スクリュＳが軸方向に受ける荷重（背圧）を検知するロードセル（センサ）１７Ｓが設けられている。そして、ライン駆動機構１７Ｌと回転駆動機構１７Ｒとは、スクリュの制御部１７Ｃにより制御される。例えば、ロードセル１７Ｓからの信号に基づき、スクリュＳの前進、後退または位置の固定を制御する。

また、樹脂ペレットＲＰの供給量および供給のタイミング（供給期間）、フィラーＦの供給量および供給のタイミング（供給期間）は、材料の制御部１５ｃで制御することができる（図２参照）。例えば、供給口１５ｈの上方にセンサ（例えば、レーザ変位計）１５ｓを設け、溶融樹脂の通過タイミングを検出することで、フィラーＦの供給のタイミングを調整してもよい。また、供給口１５ｈの近傍のシリンダに圧力センサを設け、溶融樹脂の通過に基づくシリンダに加わる圧力の変化を検出することで、フィラーＦの供給のタイミングを調整してもよい。このように、フィラーＦの供給のタイミングを図ることで、樹脂ペレットＲＰの供給量に対応した適切な量のフィラーを添加することができ、樹脂とフィラーの混合比を精度よく調整することができる。

図５は、検討例の射出成形工程を示す模式的な断面図である。図５（Ａ）に示すように、ホッパから供給口を介して供給された樹脂ペレットＲＰは、シリンダ１１内において、溶融し、スクリュにより掻き混ぜられながら下流に移送される。そして、フィラーＦの供給口から、溶融樹脂中にフィラーＦが供給され、溶融樹脂とフィラーＦとの混練物が、シリンダ１１の先端部に移送され、貯留される。このように、シリンダ１１の先端部に貯留される溶融樹脂とフィラーＦとの混練物が多くなると、スクリュに押し戻される力（後退する力）が働く。この力は、“背圧”と呼ばれ、前述したロードセルの出力（信号）と対応している。

このような背圧の上昇により混練物の貯留量を知ることができ、所定の背圧（例えば、５ＭＰａ）になった後は、図５（Ｂ）に示すように、ライン駆動機構（１７Ｌ）によりスクリュＳを後退させ、シリンダ１１の先端部に所定量の混練物を貯留（計量）した後、スクリュＳを前進させることで、吐出ノズルから型（プレス機５）へ所定量の混練物を吐出することができる。

しかしながら、上記検討例（図５）の射出成形工程では、フィラーＦの分散性が低い場合がある。

そこで、本実施の形態においては、シリンダ１１の先端部にバイパス流路１２を設け、シリンダ１１の先端部に貯留されたフィラー含有の溶融樹脂（ＭＲＦ）をシリンダ１１の上流側に戻すことで、何度もシリンダ１１内のスクリュによって混練させ、フィラーＦの分散性を向上させることができる。以下に詳細に説明する。

図６および図７は、本実施の形態の射出成形工程を示す模式的な断面図である。

まず、図６を参照しながら、１回目の混練・吐出工程について説明する。図６（Ａ）に示すように、樹脂ペレットＲＰをシリンダ１１の上流側のホッパ１３に対応する供給口１３ｈから供給する。ここでの供給量は、“Ｗ１＋α”である。Ｗ１は、１回の吐出量に対応する供給量であり、αは滞留量（吐出後にシリンダ１１の内部に残存する材料の量）に対応する供給量である。この際、スクリュＳの先端Ｔは、シリンダ１１の最も下流である第１位置Ｐ０に位置している。この第１位置Ｐ０において、スクリュＳを回転させる。この際、シリンダ１１内に供給された樹脂ペレットＲＰは、シリンダ１１からの熱と、スクリュＳの回転によるせん断力とにより、徐々に溶融して、溶融樹脂となり、下流に向けて搬送される。なお、ここでは、スクリュＳの回転方向は、第１方向（溶融樹脂を下流に搬送させる方向）とする。また、この際、バルブ１２Ｂａ、１２Ｂｂは閉じている。

次いで、図６（Ｂ）に示すように、溶融樹脂（ＲＰ）が、フィラーＦ用の供給口１５ｈまで搬送された時点で、フィラーＦを供給する。供給量を“ＷＦ１＋β”とする。この際、樹脂ペレットＲＰの供給は停止されており、シリンダ１１の供給口１５ｈと供給口１３ｈとの間に位置する溶融樹脂は、上記供給量（Ｗ１＋滞留量（α））に対応する量である。なお、樹脂ペレットＲＰの供給の停止（停止期間）は、このタイミングに限られるものではない。

さらに、スクリュＳを回転し続けると、図６（Ｃ）に示すように、溶融樹脂とフィラーＦとの混練物がシリンダ１１の下流側に搬送される。そして、図６（Ｄ）に示すように、混練物がスクリュＳの先端Ｔまで到達する。この後、混練物がスクリュＳの先端Ｔまで随時到達し、貯留量が多くなるとそれに伴い、スクリュＳの背圧が大きくなる。例えば、スクリュＳの背圧が、第１規定値（例えば、５ＭＰａ）に到達する。

次いで、バルブ１２Ｂａ、１２Ｂｂを開く。この際、前述したように、溶融樹脂とフィラーＦとの混練物がシリンダ１１の下流側に貯留されているため、スクリュＳの背圧は第１規定値（例えば、５ＭＰａ）となっており、バルブ１２Ｂａを開くことで、溶融樹脂とフィラーＦとの混練物はバイパス流路１２内に流れ込む、そして、バルブ１２Ｂｂを介してより圧力の小さい、シリンダ１１の領域に戻される。そして、溶融樹脂とフィラーＦとの混練物は、再び、スクリュにより混練されつつ、シリンダの先端部に輸送され、再び、バルブ１２Ｂａからバイパス流路１２内に流れ込む。このように、バルブ１２Ｂａ、１２Ｂｂ間において、溶融樹脂とフィラーＦとの混練物は、シリンダ１１とパイパス流路を循環する（図６（Ｅ））。

次いで、バルブ１２Ｂａ、１２Ｂｂを閉じる。図６（Ｆ）に示すように、スクリュＳを１回の吐出量（１Ｓ）に対応する距離（第１ストローク、Ｐ０とＰ１との間、例えば、６０ｍｍ）だけ後退させる（計量工程）。このスクリュＳの後退の際、スクリュＳの回転方向は、第１方向とする。

次いで、スクリュＳを前進させる（射出工程）。この際、スクリュＳの回転は停止した状態とする。これにより、スクリュＳの先端部に貯留されている溶融樹脂とフィラーＦとの混練物が吐出ノズルからプレス機５に向けて吐出される（図１参照）。

なお、射出工程におおける１回の吐出量（１Ｓ）は、スクリュＳの先端部の混練物の貯留量より少なくてもよい。また、図６において溶融樹脂を示す網掛け領域の大きさは、本実施の形態を分かりやすく説明するためのものであり、スクリュＳやシリンダ１１との実際のスケールとの関係において異なる場合がある。例えば、スクリュＳとシリンダ１１との隙間は１ｍｍ程度であり、また、図６に示す全工程において、スクリュＳの先端部（少なくとも、第１ストローク間）に貯留されている混練物は充満状態である。即ち、空隙は生じていない（飢餓状態となっていない）。

次いで、図７を参照しながら、２回目以降の混練・吐出工程について説明する。

まず、バルブ１２Ｂａ、１２Ｂｂを開き、図７（Ａ）に示すように、樹脂ペレットＲＰをシリンダ１１の上流側のホッパ１３に対応する供給口１３ｈから供給する。ここでの供給量は、Ｗ１である。この際、スクリュＳの先端Ｔは、シリンダ１１の最も下流である第１位置Ｐ０に位置している。この第１位置Ｐ０において、スクリュＳを回転させる。この際、シリンダ１１内に供給された樹脂ペレットＲＰは、シリンダ１１からの熱と、スクリュＳの回転によるせん断力とにより、徐々に溶融して、溶融樹脂となり、下流に向けて搬送される。なお、ここでは、スクリュＳの回転方向は、第１方向である。

次いで、図７（Ｂ）に示すように、溶融樹脂（ＲＰ）が、フィラーＦ用の供給口１５ｈまで搬送された時点で、フィラーＦを供給する。供給量をＷＦ１とする。この際、樹脂ペレットＲＰの供給は停止されており、シリンダ１１の供給口１５ｈと供給口１３ｈとの間に位置する溶融樹脂は、上記供給量Ｗ１に対応する量である。なお、樹脂ペレットＲＰの供給の停止（停止期間）は、このタイミングに限られるものではない。

さらに、スクリュＳを回転し続けると、図７（Ｃ）に示すように、溶融樹脂とフィラーＦとの混練物がシリンダ１１の下流側に搬送される。そして、図７（Ｄ）に示すように、混練物がスクリュＳの先端Ｔまで到達する。この後、混練物がスクリュＳの先端Ｔまで随時到達し、貯留量が多くなるとそれに伴い、スクリュＳの背圧が大きくなる。例えば、スクリュＳの背圧が、第１規定値（例えば、５ＭＰａ）に到達する。

この際、前述したように、溶融樹脂とフィラーＦとの混練物がシリンダ１１の下流側に貯留されているため、スクリュＳの背圧は第１規定値（例えば、５ＭＰａ）となっており、開いたバルブ１２Ｂａより、溶融樹脂とフィラーＦとの混練物はバイパス流路１２内に流れ込む、そして、バルブ１２Ｂｂを介してより圧力の小さい、シリンダ１１の領域に戻される。そして、溶融樹脂とフィラーＦとの混練物は、再び、スクリュにより混練されつつ、シリンダの先端部に輸送され、再び、バルブ１２Ｂａからバイパス流路１２内に流れ込む。このように、バルブ１２Ｂａ、１２Ｂｂ間において、溶融樹脂とフィラーＦとの混練物は、シリンダ１１とパイパス流路を循環する（図７（Ｅ））。

次いで、バルブ１２Ｂａ、１２Ｂｂを閉じ、図７（Ｆ）に示すように、スクリュＳを１回の吐出量（１Ｓ）に対応する距離（第１ストローク、例えば、６０ｍｍ）だけ後退させる（計量工程）。このスクリュＳの後退の際、スクリュＳの回転方向は、第１方向とする。

次いで、スクリュＳを前進させる（射出工程）。この際、スクリュＳの回転は停止した状態とする。これにより、スクリュＳの先端部に貯留されている溶融樹脂とフィラーＦとの混練物が吐出ノズルからプレス機５に向けて吐出される（図１参照）。このように、２回目の混練・吐出が行われ、以降、上記工程が繰り返される。

図８は、本実施の形態の混練工程におけるシリンダの各部における圧力の変化を示すグラフである。グラフの縦軸は圧力[ＭＰａ]、横軸はシリンダの位置である。

図８に示すように、フィラーＦの供給部（１５ｈ）においては、飢餓状態であるため、シリンダの内部の圧力は０ＭＰａ（ゲージ圧、大気圧との差の圧力）である。この位置から下流側にかけて、溶融樹脂（ここでは、フィラー含有の溶融樹脂）が徐々に充填されるため、圧力が次第に上昇し、スクリュ部Ｓ２ｂの近傍で圧力が最大となる。そして、シリンダ１１の先端にかけて圧力が次第に下降する。

よって、バイパス流路１２の下流側の起点となる接続口１２ｈａは、スクリュ部Ｓ２ｂの近傍に設けることが好ましく、例えば、上記圧力が最大となる位置またはこれより下流に設けることが好ましい。そして、バイパス流路１２の上流側の起点となる接続口１２ｈｂは、開口部（１５ｈ）の近傍に設けることが好ましく、例えば、溶融樹脂が非充満の状態で混練されている位置、または、上記圧力が最大となる位置より上流に設けることが好ましい。このようにバイパス流路１２の起点（１２ｈａ、１２ｈｂ）を設けることで、シリンダ１１の内部の溶融樹脂が速やかにバイパス流路１２の下流起点（接続口１２ｈａ）から上流起点（接続口１２ｈｂ）まで戻され、効率よく溶融樹脂を循環させることができる。これにより、溶融樹脂の混練性を高めることができる。上流起点（接続口１２ｈｂ）と下流起点（接続口１２ｈａ）の圧力差は、１ＭＰａ以上であることが好ましい。

このように、本実施の形態においては、バイパス流路１２を介してシリンダ１１の先端部に貯留されたフィラー含有の溶融樹脂（ＭＲＦ）をシリンダ１１の上流側に戻したので、フィラーＦの分散性を向上させることができる。

なお、供給量Ｗ１は、一回の吐出量に対応する量であるが、固定量である必要は無く、吐出を繰り返すうちに滞留量の変化等が生じ得るため、所定の範囲で供給量Ｗ１を調整してもよい。

本実施の形態で用いる樹脂およびフィラーに制限はないが、例えば、以下に示すものを用いることができる。

樹脂としては、熱可塑性樹脂を、用いることができる。熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド、ポリエーテルエーテルケトンなどを用いることができる。これらの樹脂は、単体で用いてもよく、また、複数種類の混合物を用いてもよい。

フィラーとしては、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、天然繊維などを用いることができる。炭素繊維（炭素系材料）としては、カーボンファイバー、カーボンナノファイバー、カーボンナノチューブ、フラーレン、グラフェン、カーボンブラックなどが挙げられる。ガラス繊維としては、シリカ、アルミナなどが挙げられる。アラミド繊維としては、パラ系アラミド繊維、メタ系アラミド繊維が挙げられる。天然繊維としては、セルロース（セルロースナノファイバー含む）、ラミー、ジュート、ケナフ、バンブー、バガスなどが挙げられる。これらのフィラーは単体で用いても、２種以上を混合して用いてもよい。

また、フィラーとして、表面処理を施されたものを用いてもよい。このように、表面処理を行うことにより、フィラーの解繊性が向上し、また、樹脂との親和性が良くなる。

（実施の形態２）
実施の形態１においては、フィラーを含有しない樹脂ペレットＲＰに、フィラーＦを添加したが、原料として、混合ペレットを用いてもよい。混合ペレットとは、フィラーを含有しないナチュラルペレットＮＰとフィラー含有ペレットＦＰとを混合したものである。このような場合、フィラーＦを別途添加する必要はないが、実施の形態１等と同様にフィラーの分散性を高めるため混練性を高める必要がある。

図９および図１０は、本実施の形態の射出成形工程を示す模式的な断面図である。本実施の形態の射出成形方法において、実施の形態１と同様の工程については、その詳細な説明を省略する。

まず、図９を参照しながら、１回目の混練・吐出工程について説明する。図９（Ａ）に示すように、混合ペレット（ＮＰ、ＦＰ）をシリンダ１１の上流側のホッパ１３に対応する供給口１３ｈから供給量Ｗ１＋α’だけ供給する。この際、スクリュＳの先端Ｔは、シリンダ１１の最も下流である位置Ｐ０している。この位置Ｐ０において、スクリュＳを回転させる。この際、シリンダ１１内に供給された混合ペレット（ＮＰ、ＦＰ）は、シリンダ１１からの熱と、スクリュＳの回転によるせん断力とにより、徐々に溶融して、溶融樹脂とフィラーＦとの混練物となり、下流に向けて搬送される。なお、ここでは、スクリュＳの回転方向は、第１方向（ネジが進む方向）とする。また、この際、バルブ１２Ｂａ、１２Ｂｂは閉じている。

次いで、図９（Ｂ）に示すように、溶融樹脂とフィラーＦとの混練物が、ベント孔１５ｖまで搬送される。このベント孔１５ｖからは、溶融樹脂中のガスなどが放出される。この際、原料である混合ペレット（ＮＰ、ＦＰ）の供給は停止されており、シリンダ１１のベント孔１５ｖと供給口１３ｈとの間に位置する溶融樹脂とフィラーＦとの混練物は、上記供給量（Ｗ１＋α’）に対応する量であり、Ｗ１は、１回の吐出量に対応する供給量であり、α’は滞留量（吐出後にシリンダ１１の内部に残存する材料の量）に対応する供給量である。

さらに、スクリュＳを回転し続けると、図９（Ｃ）に示すように、溶融樹脂とフィラーＦとの混練物がシリンダ１１の下流側に搬送される。そして、図９（Ｄ）に示すように、混練物がスクリュＳの先端Ｔまで到達する。この後、混練物がスクリュＳの先端Ｔまで随時到達し、貯留量が多くなるとそれに伴い、スクリュＳの背圧が大きくなる。例えば、スクリュＳの背圧が、第１規定値（例えば、５ＭＰａ）に到達する。

次いで、バルブ１２Ｂａ、１２Ｂｂを開く。この際、前述したように、溶融樹脂とフィラーＦとの混練物がシリンダ１１の下流側に貯留されているため、スクリュＳの背圧は第１規定値（例えば、５ＭＰａ）となっており、バルブ１２Ｂａを開くことで、溶融樹脂とフィラーＦとの混練物はバイパス流路１２内に流れ込む、そして、バルブ１２Ｂｂを介してより圧力の小さい、シリンダ１１の領域に戻される。そして、溶融樹脂とフィラーＦとの混練物は、再び、スクリュにより混練されつつ、シリンダの先端部に輸送され、再び、バルブ１２Ｂａからバイパス流路１２内に流れ込む。このように、バルブ１２Ｂａ、１２Ｂｂ間において、溶融樹脂とフィラーＦとの混練物は、シリンダ１１とパイパス流路を循環する（図９（Ｅ））。

次いで、図９（Ｆ）に示すように、スクリュＳを１回の吐出量（１Ｓ）に対応する距離（第１ストローク、例えば、６０ｍｍ）だけ後退させる（計量工程）。このスクリュＳの後退の際、スクリュＳの回転方向は、第１方向とする。

次いで、スクリュＳを前進させる（射出工程）。この際、スクリュＳの回転は停止した状態とする。これにより、スクリュＳの先端部に貯留されている溶融樹脂とフィラーＦとの混練物が吐出ノズルからプレス機５に向けて吐出される（図１参照）。

次いで、図１０を参照しながら、２回目以降の混練・吐出工程について説明する。

まず、バルブ１２Ｂａ、１２Ｂｂを開き、図１０（Ａ）に示すように、混合ペレット（ＮＰ、ＦＰ）をシリンダ１１の上流側のホッパ１３に対応する供給口１３ｈから供給量Ｗ１だけ供給する。この際、スクリュＳの先端Ｔは、シリンダ１１の最も下流である第１位置Ｐ０に位置している。この第１位置Ｐ０において、スクリュＳを回転させる。この際、シリンダ１１内に供給された混合ペレット（ＮＰ、ＦＰ）は、シリンダ１１からの熱と、スクリュＳの回転によるせん断力とにより、徐々に溶融して、溶融樹脂となり、下流に向けて搬送される。なお、ここでは、スクリュＳの回転方向は、第１方向である。

次いで、図１０（Ｂ）に示すように、溶融樹脂とフィラーＦとの混練物が、ベント孔１５ｖまで搬送される。このベント孔１５ｖからは、溶融樹脂中のガスなどが放出される。この際、原料である混合ペレット（ＮＰ、ＦＰ）の供給は停止されており、シリンダ１１のベント孔１５ｖと供給口１３ｈとの間に位置する溶融樹脂とフィラーＦとの混練物は、上記供給量Ｗ１に対応する量である。

さらに、スクリュＳを回転し続けると、図１０（Ｃ）に示すように、溶融樹脂とフィラーＦとの混練物がシリンダ１１の下流側に搬送される。そして、図１０（Ｄ）に示すように、混練物がスクリュＳの先端Ｔまで到達する。この後、混練物がスクリュＳの先端Ｔまで随時到達し、貯留量が多くなるとそれに伴い、スクリュＳの背圧が大きくなる。例えば、スクリュＳの背圧が、第１規定値（例えば、５ＭＰａ）に到達する。

この際、前述したように、溶融樹脂とフィラーＦとの混練物がシリンダ１１の下流側に貯留されているため、スクリュＳの背圧は第１規定値（例えば、５ＭＰａ）となっており、溶融樹脂とフィラーＦとの混練物はバイパス流路１２内に流れ込む、そして、バルブ１２Ｂｂを介してより圧力の小さい、シリンダ１１の領域に戻される。そして、溶融樹脂とフィラーＦとの混練物は、再び、スクリュにより混練されつつ、シリンダの先端部に輸送され、再び、バルブ１２Ｂａからバイパス流路１２内に流れ込む。このように、バルブ１２Ｂａ、１２Ｂｂ間において、溶融樹脂とフィラーＦとの混練物は、シリンダ１１とパイパス流路を循環する（図１０（Ｅ））。

次いで、バルブ１２Ｂａ、１２Ｂｂを閉じ、図１０（Ｆ）に示すように、スクリュＳを１回の吐出量（１Ｓ）に対応する距離（第１ストローク、例えば、６０ｍｍ）だけ後退させる（計量工程）。このスクリュＳの後退の際、スクリュＳの回転方向は、第１方向とする。

次いで、スクリュＳを前進させる（射出工程）。この際、スクリュＳの回転は停止した状態とする。これにより、スクリュＳの先端部に貯留されている溶融樹脂とフィラーＦとの混練物が吐出ノズルからプレス機５に向けて吐出される（図１参照）。このように、２回目の混練・吐出が行われ、以降、上記工程が繰り返される。

このように、本実施の形態においても、バイパス流路１２を介してシリンダ１１の先端部に貯留されたフィラー含有の溶融樹脂（ＭＲＦ）をシリンダ１１の上流側に戻したので、フィラーＦの分散性を向上させることができる。

（実施の形態３）
実施の形態２においては、ベント孔１５ｖがシリンダの途中に設けられた２ステージ型の射出成形装置を用いたが、ベント孔を有さない１ステージ型の射出成形装置を用いてもよい。ここでは、スクリュＳ１が、スクリュ部Ｓ２ａとスクリュ部Ｓ１ａで構成されている。

図１１および図１２は、本実施の形態の射出成形工程を示す模式的な断面図である。本実施の形態の射出成形方法において、実施の形態１と同様の工程については、その詳細な説明を省略する。

まず、図１１を参照しながら、１回目の混練・吐出工程について説明する。

まず、図１１（Ａ）に示すように、混合ペレット（ＮＰ、ＦＰ）をシリンダ１１の上流側のホッパ１３に対応する供給口１３ｈから供給量Ｗ１だけ供給する。この際、スクリュＳの先端Ｔは、シリンダ１１の最も下流である位置Ｐ０している。この位置Ｐ０において、スクリュＳを回転させる。この際、シリンダ１１内に供給された混合ペレット（ＮＰ、ＦＰ）は、シリンダ１１からの熱と、スクリュＳの回転によるせん断力とにより、徐々に溶融して、溶融樹脂とフィラーＦとの混練物となり、下流に向けて搬送される。なお、ここでは、スクリュＳの回転方向は、第１方向である。また、この際、バルブ１２Ｂａ、１２Ｂｂは閉じている。

次いで、図１１（Ｂ）に示すように、溶融樹脂（ＮＰ、ＦＰ、溶融樹脂とフィラーＦとの混練物）がシリンダ１１の下流側に搬送され、混練物がスクリュＳの先端Ｔまで到達する。この後、混練物がスクリュＳの先端Ｔまで随時到達し、貯留量が多くなるとそれに伴い、スクリュＳの背圧が大きくなる。例えば、スクリュＳの背圧が、第１規定値（例えば、５ＭＰａ）に到達する。

次いで、バルブ１２Ｂａ、１２Ｂｂを開く。この際、前述したように、溶融樹脂とフィラーＦとの混練物がシリンダ１１の下流側に貯留されているため、スクリュＳの背圧は第１規定値（例えば、５ＭＰａ）となっており、バルブ１２Ｂａを開くことで、溶融樹脂とフィラーＦとの混練物はバイパス流路１２内に流れ込む、そして、バルブ１２Ｂｂを介してより圧力の小さい、シリンダ１１の領域に戻される。そして、溶融樹脂とフィラーＦとの混練物は、再び、スクリュにより混練されつつ、シリンダの先端部に輸送され、再び、バルブ１２Ｂａからバイパス流路１２内に流れ込む。このように、バルブ１２Ｂａ、１２Ｂｂ間において、溶融樹脂とフィラーＦとの混練物は、シリンダ１１とパイパス流路を循環する（図１１（Ｃ））。

次いで、バルブ１２Ｂａ、１２Ｂｂを閉じ、図１１（Ｄ）に示すように、スクリュＳを１回の吐出量（１Ｓ）に対応する距離（第１ストローク、例えば、６０ｍｍ）だけ後退させる（計量工程）。このスクリュＳの後退の際、スクリュＳの回転方向は、第１方向とする。

次いで、スクリュＳを前進させる（射出工程）。この際、スクリュＳの回転は停止した状態とする。これにより、スクリュＳの先端部に貯留されている溶融樹脂とフィラーＦとの混練物が吐出ノズルからプレス機５に向けて吐出される（図１参照）。

次いで、図１２を参照しながら、２回目以降の混練・吐出までの工程について説明する。

まず、バルブ１２Ｂａ、１２Ｂｂを開き、図１２（Ａ）に示すように、混合ペレット（ＮＰ、ＦＰ）をシリンダ１１の上流側のホッパ１３に対応する供給口１３ｈから供給量Ｗ１だけ供給する。この際、スクリュＳの先端Ｔは、シリンダ１１の最も下流である第１位置Ｐ０に位置している。この第１位置Ｐ０において、スクリュＳを回転させる。この際、シリンダ１１内に供給された混合ペレット（ＮＰ、ＦＰ）は、シリンダ１１からの熱と、スクリュＳの回転によるせん断力とにより、徐々に溶融して、溶融樹脂となり、下流に向けて搬送される。なお、ここでは、スクリュＳの回転方向は、第１方向である。

次いで、図１２（Ｂ）に示すように、溶融樹脂とフィラーＦとの混練物がシリンダ１１の下流側に搬送される。そして、混練物がスクリュＳの先端Ｔまで到達する。この後、混練物がスクリュＳの先端Ｔまで随時到達し、貯留量が多くなるとそれに伴い、スクリュＳの背圧が大きくなる。例えば、スクリュＳの背圧が、第１規定値（例えば、５ＭＰａ）に到達する。

この際、前述したように、溶融樹脂とフィラーＦとの混練物がシリンダ１１の下流側に貯留されているため、スクリュＳの背圧は第１規定値（例えば、５ＭＰａ）となっており、溶融樹脂とフィラーＦとの混練物はバイパス流路１２内に流れ込む、そして、バルブ１２Ｂｂを介してより圧力の小さい、シリンダ１１の領域に戻される。そして、溶融樹脂とフィラーＦとの混練物は、再び、スクリュにより混練されつつ、シリンダの先端部に輸送され、再び、バルブ１２Ｂａからバイパス流路１２内に流れ込む。このように、バルブ１２Ｂａ、１２Ｂｂ間において、溶融樹脂とフィラーＦとの混練物は、シリンダ１１とパイパス流路を循環する（図１２（Ｃ））。

次いで、バルブ１２Ｂａ、１２Ｂｂを閉じ、図１２（Ｄ）に示すように、スクリュＳを１回の吐出量（１Ｓ）に対応する距離（第１ストローク、例えば、６０ｍｍ）だけ後退させる（計量工程）。このスクリュＳの後退の際、スクリュＳの回転方向は、第１方向とする。

次いで、スクリュＳを前進させる（射出工程）。この際、スクリュＳの回転は停止した状態とする。これにより、スクリュＳの先端部に貯留されている溶融樹脂とフィラーＦとの混練物が吐出ノズルからプレス機５に向けて吐出される（図１参照）。このように、２回目の混練・吐出が行われ、以降、上記工程が繰り返される。

このように、本実施の形態においても、バイパス流路１２を介してシリンダ１１の先端部に貯留されたフィラー含有の溶融樹脂（ＭＲＦ）をシリンダ１１の上流側に戻したので、フィラーＦの分散性を向上させることができる。

（応用例）
上記実施の形態２、３においては、原料としてナチュラルペレットＮＰとフィラー含有ペレットＦＰとを混合した混合ペレットを用いたが、原料としてナチュラルペレットＮＰのみ、樹脂の異なる２種以上のナチュラルペレットＮＰ、または、フィラー含有ペレットＦＰのみを用いてもよい。このように単一もしくは複数の材料を用いる場合にも、樹脂温度の均質化、樹脂同士を均質な材料とするため混練性を高める必要がある。このため、このような材料を用いる場合にも、実施の形態２、３の射出成形方法や射出成形装置を用いることが好ましい。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態および実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態または実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

１ 射出成形装置
５ プレス機
１１ シリンダ
１２ バイパス流路
１２Ｂａ バルブ（弁）
１２Ｂｂ バルブ（弁）
１２ｈａ 接続口
１２ｈｂ 接続口
１３ ホッパ
１３ｈ 供給口
１５ フィラー用の供給装置
１５ｃ 材料の制御部
１５ｈ 供給口
１５ｖ ベント孔
１７ 駆動部
１７Ｃ スクリュの制御部
１７Ｌ ライン駆動機構
１７Ｒ 回転駆動機構
１７Ｓ ロードセル
１９ 吐出ノズル
Ｆ フィラー
ＦＰ フィラー含有ペレット
ＭＲＦ フィラー含有の溶融樹脂
ＮＰ ナチュラルペレット
ＲＰ 樹脂ペレット
Ｓ スクリュ
Ｓ１ スクリュ
Ｓ１ａ スクリュ部
Ｓ１ｂ スクリュ部
Ｓ２ スクリュ
Ｓ２ａ スクリュ部
Ｓ２ｂ スクリュ部
ＳＬ 第１型
ＳＲ 第２型
Ｔ 先端

Claims (12)

1. （ａ）シリンダと、前記シリンダ内に配備されたスクリュと、前記シリンダに接続されたバイパス流路とを有する射出成形装置と、前記射出成形装置の先端に接続された型と、を準備する工程、
   （ｂ）前記シリンダの上流に設けられた第１供給口から、樹脂材料を前記シリンダ内に供給して溶融させ溶融樹脂を形成する工程、
   （ｃ）前記シリンダの前記第１供給口より下流に設けられた第２供給口から、フィラーを供給し、前記溶融樹脂と前記フィラーとの混練を行うことにより前記フィラー含有の溶融樹脂を形成する工程、
   （ｄ）前記スクリュの先端が第１位置から第２位置までの第１ストロークだけ後退するように、前記スクリュを後退させることにより、前記スクリュの先端部において前記フィラー含有の溶融樹脂を計量する工程、
   （ｅ）前記スクリュを前進させることにより、前記フィラー含有の溶融樹脂を前記型に注入する工程、を有し、
   前記（ｃ）工程は、前記フィラー含有の溶融樹脂を、前記バイパス流路を介して、前記バイパス流路の一端が接続される第１接続口から前記バイパス流路の他端が接続され、前記第１接続口より上流に設けられた第２接続口まで戻す工程を含む、射出成形方法。
2. 請求項１記載の射出成形方法において、
   前記（ｃ）工程において、前記第２接続口部の前記シリンダの圧力は、前記第１接続口部の前記シリンダの圧力より低い、射出成形方法。
3. 請求項１記載の射出成形方法において、
   前記（ｃ）工程において、前記第１接続口と前記バイパス流路との間の第１弁および前記第２接続口と前記バイパス流路との間の第２弁が開いた状態であり、
   前記（ｄ）工程において、前記第１接続口と前記バイパス流路との間の第１弁および前記第２接続口と前記バイパス流路との間の第２弁が閉じた状態である、射出成形方法。
4. （ａ）シリンダと、前記シリンダ内に配備されたスクリュと、前記シリンダに接続されたバイパス流路とを有する射出成形装置と、前記射出成形装置の先端に接続された型と、を準備する工程、
   （ｂ）前記シリンダの上流に設けられた供給口から、樹脂材料を前記シリンダ内に供給して溶融させ溶融樹脂を形成する工程、
   （ｃ）前記スクリュの先端が第１位置から第２位置までの第１ストロークだけ後退するように、前記スクリュを後退させることにより、前記スクリュの先端部において前記溶融樹脂を計量する工程、
   （ｄ）前記スクリュを前進させることにより、前記溶融樹脂を前記型に注入する工程、を有し、
   前記（ｂ）工程は、前記フィラー含有の溶融樹脂を、前記バイパス流路を介して、前記バイパス流路の一端が接続される第１接続口から、前記バイパス流路の他端が接続され前記第１接続口より上流に設けられた第２接続口まで戻す工程を含む、射出成形方法。
5. 請求項４記載の射出成形方法において、
   前記（ｂ）工程において、前記第２接続口部の前記シリンダの圧力は、前記第１接続口部の前記シリンダの圧力より低い、射出成形方法。
6. 請求項４記載の射出成形方法において、
   前記（ｂ）工程において、前記第１接続口と前記バイパス流路との間の第１弁および前記第２接続口と前記バイパス流路との間の第２弁が開いた状態であり、
   前記（ｃ）工程において、前記第１接続口と前記バイパス流路との間の第１弁および前記第２接続口と前記バイパス流路との間の第２弁が閉じた状態である、射出成形方法。
7. シリンダと、前記シリンダ内に配備されたスクリュと、前記シリンダに接続されたバイパス流路と、を有し、
   前記シリンダは、上流に位置し樹脂材料が供給される第１供給口と、前記第１供給口より下流に位置しフィラーが供給される第２供給口と、前記バイパス流路の一端が接続される第１接続口と、前記バイパス流路の他端が接続される第２接続口と、と有し、
   前記第１接続口は、前記第２接続口より下流に位置し、前記第２接続口は、前記第２供給口より下流に位置する、射出成形装置。
8. 請求項７記載の射出成形装置において、
   前記第１接続口と前記バイパス流路との間の第１弁を有し、
   前記第２接続口と前記バイパス流路との間の第２弁を有する、射出成形装置。
9. 請求項７記載の射出成形装置において、
   前記第１接続口と前記第２接続口との間に位置において、前記スクリュに混練ピースを有する、射出成形装置。
10. 請求項９記載の射出成形装置において、
    前記混練ピースは、ダルメージ型、マドック型、ピン型またはスタティックミキサ―型である、射出成形装置。
11. シリンダと、前記シリンダ内に配備されたスクリュと、前記シリンダに接続されたバイパス流路と、を有し、
    前記シリンダは、上流に位置し樹脂材料が供給される第１供給口と、前記第１供給口より下流に位置するベント孔と、前記バイパス流路の一端が接続される第１接続口と、前記バイパス流路の他端が接続される第２接続口と、と有し、
    前記第１接続口は、前記第２接続口より下流に位置し、前記第２接続口は、前記ベント孔より下流に位置する、射出成形装置。
12. シリンダと、前記シリンダ内に配備されたスクリュと、前記シリンダに接続されたバイパス流路と、を有し、
    前記シリンダは、上流に位置し樹脂材料が供給される第１供給口と、前記バイパス流路の一端が接続される第１接続口と、前記バイパス流路の他端が接続される第２接続口と、と有し、
    前記第１接続口は、前記第２接続口より下流に位置する、射出成形装置。

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