JP3564755B2 - 液晶樹脂複合体の成形機用スクリュー構造 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、液晶樹脂複合体を成形するに際して、スクリューの回転により成形用素材のマトリックス樹脂のみを可塑化溶融させて成形を行うようにした液晶樹脂複合体の成形機に用いるスクリュー構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、液晶樹脂複合体の成形方法として、熱可塑性液晶樹脂と該液晶樹脂の液晶転移温度よりも低い最低成形可能温度を有する熱可塑性マトリックス樹脂とを含有し、該マトリックス樹脂中において、所定長さに長さを揃えて切断された上記液晶樹脂が繊維状態で存在してなる成形用素材（ペレット）を、回転スクリューを備えた成形機の可塑化溶融部で混錬し、上記マトリックス樹脂のみを溶融させて成形を行う方法は公知である。
かかる成形方法では、上記ペレットがスクリューの回転に伴う剪断力の作用によって内部発熱し、主としてこの熱により、ペレットの温度がマトリックス樹脂の最低成形可能以上でかつ上記液晶樹脂の液晶転移温度未満の範囲（以下、この温度範囲をモールドウインドウと称する。）内にまで昇温し、マトリックス樹脂のみが溶融状態となり、液晶樹脂の繊維化状態を維持したままで成形を行うことができる。
【０００３】
尚、上記成形機用のスクリュー構造については、種々の改良・工夫が積み重ねられており、繊維強化材を含有する樹脂複合体を成形することを特に前提としたものではないが、例えば、特開平４−２１９２２１号公報では、スクリュー本体に設けられた正規のフライト（メインフライト）に加えて、溶融樹脂を未溶融樹脂から分離するためにサブフライトを設けることにより、比較的短いスクリューで、色分散を含む樹脂の溶融混練性能の向上と可塑化の均一性の向上を図るようにしたものが開示されている。また、メインフライトに加えてサブフライトを設け、このサブフライトの形状（深さや広さ）を様々に工夫することにより、材料樹脂の溶融混練の均一性や良好な色分散性の確保や色替え時間等の作業時間の短縮などを図るようにしたものが種々考案されている（例えば、特開昭６１−２２７００３号公報，特開平４−３１０２１号公報，特開平５−５０４８８号公報参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の成形方法では、スクリューの回転に伴う剪断力の作用により、ペレット内部の液晶樹脂が切断され、その長さが混錬前に揃えた所定長さに保たれなくなるので、成形された樹脂成形品の力学的特性（つまり強度や剛性）に悪影響を及ぼすという問題があった。
同様の問題は、例えばガラス繊維等の他の種類の繊維を強化材として用いた繊維強化樹脂について、そのマトリックス樹脂を可塑化溶融させて成形を行う場合にも一般的に生じており、この問題に対する有効な対策を講じるために種々研究が積み重ねられている。
【０００５】
そして、その一環として、成形用素材中に配合された強化繊維が可塑化溶融装置内で可塑化し始めたマトリックス樹脂中で剪断作用を受ける状態をモデル化し、このモデルにおける強化繊維の破損モードを設定して解析することにより、成形用素材中の強化繊維が破損する条件を導き出す試みがなされている。
このようにして強化繊維の破損条件を導き出すことにより、逆に、可塑化溶融時における強化繊維の破損を抑制するための方法・条件を見出だすことが可能になる。
【０００６】
上記モデルでは、例えば図１７に示すように、成形機の可塑化溶融部のバレル壁面２ａ’はヒータ（不図示）の加熱によって所定の高温に保たれており、可塑化溶融工程の初期においては、まず、このバレル壁面２ａ’に接した領域にマトリックス樹脂が可塑化溶融されて流動状態となった層ＭＦ（所謂メルトフィルム：厚さｈ）が形成される。
そして、成形用素材のまだ可塑化されていない部分ＳＢ（所謂ソリッドベッド）にその一端側が保持された強化繊維ＳＦについて、その他端側がある長さＬだけ上記メルトフィルムＭＦ中に突き出たモデルが考えられている。
【０００７】
尚、成形機の可塑化溶融部でペレットが溶融混練される場合、その初期においては、上述のようにバレル壁面２ａ’に接した領域にメルトフィルムＭＦが形成され、その後、可塑化溶融されたマトリックス樹脂は、一般に、図１８に示すように、スクリュー１０’のフライト溝内において、ソリッドベッドＳＢと上流側（図１８における右側）のフライト１０Ｆ’’との間に溜まって所謂メルトプール部ＭＰを形成する。そして、ソリッドベッドＳＢの該メルトプール部ＭＰに境界を接する部分では、このメルトプール部ＭＰからの伝熱によって溶融が促進され、メルトプール部ＭＰ中にマトリックス樹脂が溶け込む。従って、メルトプール部ＭＰは、ペレットＰＴ’の可塑化溶融の進行に伴って（つまり、下流側（図１８における左側）に向かうに連れて）大きくなる。
また、この状態では、ソリッドベッドＳＢは、その下流側（ノズル側）がフライト１０Ｆ’’に当接した状態で、内径側がスクリュー本体１０’の外周部に当接し、外径側がメルトフィルムＭＦで覆われている。つまり、上記ソリッドベッドＳＢは、スクリュー本体１０’に対して比較的流動しにくい状態となっており、スクリュー１０’の回転に伴って移動する際のメルトフィルムＭＦに対する移動速度は比較的高くなる。
【０００８】
上記のモデル（図１７参照）では、メルトフィルムＭＦ内の溶融マトリックス樹脂の上記強化繊維ＳＦに対する相対的な流動に起因して（つまり強化繊維ＳＦに作用する剪断に起因して）該強化繊維ＳＦに曲げモーメントあるいは引張力等が作用する結果、強化繊維ＳＦが折れて破損に至るものと考えられる。尚、メルトフィルムＭＦと強化繊維ＳＦとの相対速度Ｖは、バレル壁面２ａ’に近付くほど大きくなる（最高値Ｖｏ）。
従って、上記強化繊維ＳＦの一端側を保持するソリッドベッドＳＢと上記メルトフィルムＭＦとの間の相対的な移動を抑制することができれば、強化繊維ＳＦに作用する剪断を低減することができ、強化繊維ＳＦの折損を有効に防止することが可能になる。
また、ペレットＰＴ’が可塑化溶融される際にメルトフィルムＭＦ中に溶け込む分量の比率を低くすることができれば、それだけ、強化繊維ＳＦが折損するおそれは少なくなる。
【０００９】
そこで、この発明は、上記ソリッドベッドとメルトフィルムとの間の相対的な移動およびソリッドベッドからメルトフィルム中への溶け込み量を抑制することにより、可塑化溶融工程における剪断力の作用による液晶繊維の破断を有効に抑制することができる液晶樹脂複合体の成形機用スクリュー構造を提供することを目的としてなされたものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
このため、本願の請求項１に係る発明(以下、第１の発明という)は、熱可塑性マトリックス樹脂中に該熱可塑性マトリックス樹脂の最低成形可能温度よりも高い液晶転移温度を有する熱可塑性液晶樹脂が繊維状に複合化されてなる成形用素材を、上記熱可塑性マトリックス樹脂の最低成形可能温度以上でかつ上記熱可塑性液晶樹脂の液晶転移温度未満の範囲内の温度に可塑化溶融させる成形機用のスクリュー構造であって、上記成形用素材が可塑化溶融される際に、既に可塑化溶融された溶融樹脂中にソリッドベッドを浮かせるように促進するソリッドベッド浮遊促進手段を設け、該ソリッドベッド浮遊促進手段は、上記ソリッドベッドとその下流側フライトとの間にメルトプール部を積極的に形成させるメルトプール形成手段であり、上記スクリューには正規のフライト間にサブフライトが設けられており、このサブフライトと上記正規のフライトとが途中で入れ代わる、ことを特徴としたものである。
【００１６】
本願の請求項２に係る発明(以下、第２の発明という)は、熱可塑性マトリックス樹脂中に該熱可塑性マトリックス樹脂の最低成形可能温度よりも高い液晶転移温度を有する熱可塑性液晶樹脂が繊維状に複合化されてなる成形用素材を、上記熱可塑性マトリックス樹脂の最低成形可能温度以上でかつ上記熱可塑性液晶樹脂の液晶転移温度未満の範囲内の温度に可塑化溶融させる成形機用のスクリュー構造であって、上記成形用素材が可塑化溶融される際に、既に可塑化溶融された溶融樹脂中にソリッドベッドを浮かせるように促進するソリッドベッド浮遊促進手段を設け、上記ソリッドベッド浮遊促進手段は、上記ソリッドベッドとスクリュー本体外周部との間への溶融樹脂の潜入を促進する溶融樹脂潜入促進手段であり、下流側のフライト溝部におけるメルトプール部を上流側のフライト溝部におけるメルトプール部よりも浅く形成した、ことを特徴としたものである。
【００１８】
本願の請求項３に係る発明(以下、第３の発明という)は、熱可塑性マトリックス樹脂中に該熱可塑性マトリックス樹脂の最低成形可能温度よりも高い液晶転移温度を有する熱可塑性液晶樹脂が繊維状に複合化されてなる成形用素材を、上記熱可塑性マトリックス樹脂の最低成形可能温度以上でかつ上記熱可塑性液晶樹脂の液晶転移温度未満の範囲内の温度に可塑化溶融させる成形機用のスクリュー構造であって、上記成形用素材が可塑化溶融される際に、既に可塑化溶融された溶融樹脂中にソリッドベッドを浮かせるように促進するソリッドベッド浮遊促進手段を設け、上記ソリッドベッド浮遊促進手段は、上記ソリッドベッドとスクリュー本体外周部との間への溶融樹脂の潜入を促進する溶融樹脂潜入促進手段であり、上記スクリューの正規のフライト間に、上記ソリッドベッドを破断するサブフライトを設け、上記サブフライトの内径側に該サブフライトの上流側と下流側とを連通させる連通孔が設けられ、かつ、上記サブフライトと上流側の正規のフライトとの間に形成されるフライト溝部について、下流側のフライト溝部の容積が上流側のフライト溝部の容積よりも小さくなるように設定した、ことを特徴としたものである。
【００１９】
本願の請求項４に係る発明(以下、第４の発明という)は、熱可塑性マトリックス樹脂中に該熱可塑性マトリックス樹脂の最低成形可能温度よりも高い液晶転移温度を有する熱可塑性液晶樹脂が繊維状に複合化されてなる成形用素材を、上記熱可塑性マトリックス樹脂の最低成形可能温度以上でかつ上記熱可塑性液晶樹脂の液晶転移温度未満の範囲内の温度に可塑化溶融させる成形機用のスクリュー構造であって、上記成形用素材が可塑化溶融される際に、既に可塑化溶融された溶融樹脂中にソリッドベッドを浮かせるように促進するソリッドベッド浮遊促進手段を設け、上記ソリッドベッド浮遊促進手段は、上記ソリッドベッドとスクリュー本体外周部との間への溶融樹脂の潜入を促進する溶融樹脂潜入促進手段であり、上記メルトプール部の内径側が凹状にへこんでおり、その幅が上流側の凹部よりも下流側の凹部の方が広く設定されている、ことを特徴としたものである。
【００２４】
【発明の効果】
本願の第１の発明によれば、上記ソリッドベッド浮遊促進手段を設けたので、上記成形用素材が可塑化溶融される際には、既に可塑化溶融された溶融樹脂中にソリッドベッドを浮かせるように促進される。これにより、従来、ソリッベッドが、その下流側でフライトに当接し、かつ、内径側がスクリュー本体の外周部に当接していた場合に比べてスクリュー本体に対し流動し易くなり、溶融混練時、スクリューの回転に伴ってソリッベッドが移動する際のメルトフィルムに対する移動速度を遅くすることができる。すなわち、該ソリッドベッドと上記メルトフィルムとの間の相対的な移動を抑制することができ、強化繊維としての繊維状の液晶樹脂 ( 液晶繊維 ) に作用する剪断を低減することができる。また、ソリッドベッドはスクリュー本体に対して流動し易くなることにより分断化され易くなり、しかも、成形用素材中のマトリックス樹脂は、可塑化溶融される際にソリッベッドを浮かせる溶融樹脂中にも溶け込むので、ソリッドベッドとの相対速度が大きく高い剪断が作用するメルトフィルム中に溶け込む比率を低くすることができ、それだけ液晶繊維が折損するおそれが少なくなり、その有効な折損防止を図ることができるようになる。
特に、上記ソリッドベッド浮遊促進手段として上記メルトプール形成手段を設けたので、上記ソリッドベッドとその下流側フライトとの間にメルトプール部を積極的に形成させることができ、従来、ソリッドベッドの下流側が下流側フライトに当接していた場合に比べて、ソリッドベッドがスクリュー本体に対し流動し易くなり、溶融混練時、スクリューの回転に伴ってソリッベッドが移動する際のメルトフィルムに対する移動速度を遅くすることができる。また、マトリックス樹脂は、可塑化溶融される際に、ソリッドベッドとその下流側フライトとの間に形成された上記メルトプール部にも溶け込むので、メルトフィルム中に溶け込む比率を低くすることができる。
また、特に、上記スクリューには正規のフライト間にサブフライトが設けられており、このサブフライトと上記正規のフライトとが途中で入れ代わるようにしたので、スクリューの回転に伴ってメルトプールをソリッドベッドの上流側から下流側へ移動させることができる。この結果、従来、フライトに当接していたソリッドベッドの下流側においてもメルトプール部への溶け込みを生じさせることができるようになる。また、ソリッドベッドのスクリュー本体に対する流動性を高めることができる。
【００２８】
本願の第２の発明によれば、上記ソリッドベッド浮遊促進手段を設けたので、上記成形用素材が可塑化溶融される際には、既に可塑化溶融された溶融樹脂中にソリッドベッドを浮かせるように促進される。これにより、従来、ソリッベッドが、その下流側でフライトに当接し、かつ、内径側がスクリュー本体の外周部に当接していた場合に比べてスクリュー本体に対し流動し易くなり、溶融混練時、スクリューの回転に伴ってソリッベッドが移動する際のメルトフィルムに対する移動速度を遅くすることができる。すなわち、該ソリッドベッドと上記メルトフィルムとの間の相対的な移動を抑制することができ、強化繊維としての繊維状の液晶樹脂 ( 液晶繊維 ) に作用する剪断を低減することができる。また、ソリッドベッドはスクリュー本体に対して流動し易くなることにより分断化され易くなり、しかも、成形用素材中のマトリックス樹脂は、可塑化溶融される際にソリッベッドを浮かせる溶融樹脂中にも溶け込むので、ソリッドベッドとの相対速度が大きく高い剪断が作用するメルトフィルム中に溶け込む比率を低くすることができ、それだけ液晶繊維が折損するおそれが少なくなり、その有効な折損防止を図ることができるようになる。
特に、上記ソリッドベッド浮遊促進手段として上記溶融樹脂潜入促進手段を設けたので、上記ソリッドベッドとスクリュー本体外周部との間への溶融樹脂の潜入を促進することができ、従来、ソリッドベッドの内径側がスクリュー本体の外周部に当接していた場合に比べてスクリュー本体に対し流動し易くなり、溶融混練時、スクリューの回転に伴ってソリッベッドが移動する際のメルトフィルムに対する移動速度を遅くすることができる。また、マトリックス樹脂は、可塑化溶融される際に、ソリッドベッドとスクリュー本体外周部との間に潜入した溶融樹脂中にも溶け込むので、メルトフィルム中に溶け込む比率を低くすることができる。
また、特に、下流側のフライト溝部におけるメルトプール部を上流側のフライト溝部におけるメルトプール部よりも浅く形成したので、メルトプール部内の圧力を下流側ほど高くすることができ、ソリッドベッドとスクリュー本体外周部との間への溶融樹脂の潜入をより容易に行わせることができる。
【００３０】
本願の第３の発明によれば、上記ソリッドベッド浮遊促進手段を設けたので、上記成形用素材が可塑化溶融される際には、既に可塑化溶融された溶融樹脂中にソリッドベッドを浮かせるように促進される。これにより、従来、ソリッベッドが、その下流側でフライトに当接し、かつ、内径側がスクリュー本体の外周部に当接していた場合に比べてスクリュー本体に対し流動し易くなり、溶融混練時、スクリューの回転に伴ってソリッベッドが移動する際のメルトフィルムに対する移動速度を遅くすることができる。すなわち、該ソリッドベッドと上記メルトフィルムとの間の相対的な移動を抑制することができ、強化繊維としての繊維状の液晶樹脂 ( 液晶繊維 ) に作用する剪断を低減することができる。また、ソリッドベッドはスクリュー本体に対して流動し易くなることにより分断化され易くなり、しかも、成形用素材中のマトリックス樹脂は、可塑化溶融される際にソリッベッドを浮かせる溶融樹脂中にも溶け込むので、ソリッドベッドとの相対速度が大きく高い剪断が作用するメルトフィルム中に溶け込む比率を低くすることができ、それだけ液晶繊維が折損するおそれが少なくなり、その有効な折損防止を図ることができるようになる。
特に、上記ソリッドベッド浮遊促進手段として上記溶融樹脂潜入促進手段を設けたので、上記ソリッドベッドとスクリュー本体外周部との間への溶融樹脂の潜入を促進することができ、従来、ソリッドベッドの内径側がスクリュー本体の外周部に当接していた場合に比べてスクリュー本体に対し流動し易くなり、溶融混練時、スクリューの回転に伴ってソリッベッドが移動する際のメルトフィルムに対する移動速度を遅くすることができる。また、マトリックス樹脂は、可塑化溶融される際に、ソリッドベッドとスクリュー本体外周部との間に潜入した溶融樹脂中にも溶け込むので、メルトフィルム中に溶け込む比率を低くすることができる。
また、特に、上記スクリューの正規のフライト間に上記サブフライトを設けたので、スクリューの回転に伴って該サブフライトによりソリッドベッドを破断することができ、ソリッドベッドとスクリュー本体外周部との間へ溶融樹脂を容易かつ確実に潜入させることができるようになる。
更に、特に、上記サブフライトの内径側に上記連通孔を設けたので、該サブフライトの上流側から下流側に向かってメルトプール部の溶融樹脂を導いて、サブフライトでその一部が破断されたソリッドベッドとスクリュー本体外周部との間へ溶融樹脂を容易に潜入させることができる。しかも、上記サブフライトと上流側の正規のフライトとの間に形成されるフライト溝部について、下流側のフライト溝部の容積が上流側のフライト溝部の容積よりも小さくなるように設定したので、該フライト溝部内の圧力を下流側ほど高くすることができ、ソリッドベッドとスクリュー本体外周部との間への溶融樹脂の潜入を、より容易かつ確実に行わせることができる。
【００３１】
本願の第４の発明によれば、上記ソリッドベッド浮遊促進手段を設けたので、上記成形用素材が可塑化溶融される際には、既に可塑化溶融された溶融樹脂中にソリッドベッドを浮かせるように促進される。これにより、従来、ソリッベッドが、その下流側でフライトに当接し、かつ、内径側がスクリュー本体の外周部に当接していた場合に比べてスクリュー本体に対し流動し易くなり、溶融混練時、スクリューの回転に伴ってソリッベッドが移動する際のメルトフィルムに対する移動速度を遅くすることができる。すなわち、該ソリッドベッドと上記メルトフィルムとの間の相対的な移動を抑制することができ、強化繊維としての繊維状の液晶樹脂 ( 液晶繊維 ) に作用する剪断を低減することができる。また、ソリッドベッドはスクリュー本体に対して流動し易くなることにより分断化され易くなり、しかも、成形用素材中のマトリックス樹脂は、可塑化溶融される際にソリッベッドを浮かせる溶融樹脂中にも溶け込むので、ソリッドベッドとの相対速度が大きく高い剪断が作用するメルトフィルム中に溶け込む比率を低くすることができ、それだけ液晶繊維が折損するおそれが少なくなり、その有効な折損防止を図ることができるようになる。
特に、上記ソリッドベッド浮遊促進手段として上記溶融樹脂潜入促進手段を設けたので、上記ソリッドベッドとスクリュー本体外周部との間への溶融樹脂の潜入を促進することができ、従来、ソリッドベッドの内径側がスクリュー本体の外周部に当接していた場合に比べてスクリュー本体に対し流動し易くなり、溶融混練時、スクリューの回転に伴ってソリッベッドが移動する際のメルトフィルムに対する移動速度を遅くすることができる。また、マトリックス樹脂は、可塑化溶融される際に、ソリッドベッドとスクリュー本体外周部との間に潜入した溶融樹脂中にも溶け込むので、メルトフィルム中に溶け込む比率を低くすることができる。
また、特に、上記メルトプール部の内径側が凹状にへこんでいるので、このへこんだ部分(凹部)からソリッドベッドとスクリュー本体外周部との間へメルトプール部の溶融樹脂を容易に潜入させることができる。また、凹部の幅は下流側ほど広く設定されているので、ソリッドベッドとスクリュー本体外周部との間への溶融樹脂の潜入を、より容易かつ確実に行わせることができる。
【００３４】
【実施例】
以下、この発明の実施例を添付図面に基づいて詳細に説明する。
まず、本発明の第１実施例について説明する。図１は、この第１実施例に係る、例えば射出成形機とされた成形機１の全体構成を概略的に示す断面説明図である。この図に示すように、本実施例に係る射出成形機１は、略円筒状に形成された成形機本体２と、該本体２の下流側(図１における左側)の先端に固定されたノズルヘッド３と、上記成形機本体２の内部に回転可能でかつ軸方向へ摺動可能に収納されたスクリュー１０と、成形機本体２の後方(図１における右方)に配置された駆動装置６とを備えており、該駆動装置６は、上記スクリュー１０を所定の回転速度で駆動するモータ７と、スクリュー１０に射出動作を行わせる射出シリンダ８とで構成されている。
また、上記成形機本体２の後部の側面には、成形用素材としてのペレットＰＴを成形機本体２の内部に投入するためのホッパ５が設けられている。更に、成形機本体２およびノズルヘッド３の外周側には、これらの内部を所定温度に加熱するためのヒータ９が配設されている。
【００３５】
上記ペレットＰＴは、熱可塑性マトリックス樹脂中に該熱可塑性マトリックス樹脂の最低成形可能温度よりも高い液晶転移温度を有する熱可塑性液晶樹脂が繊維状に複合化されたもので、本実施例では、この液晶樹脂複合体のペレットＰＴを調製するに際し、熱可塑性マトリックス樹脂および熱可塑性液晶樹脂として、例えば、それぞれ以下のものを用いた。
（ａ） 熱可塑性液晶樹脂
・材質名 ： 全芳香族ポリエステル樹脂
・商品名 ： ベクトラＡ９５０ （ポリプラスチックス（株）製）
・液晶転移温度 ： ２８０℃
（ｂ） 熱可塑性マトリックス樹脂
・材質名 ： ポリスチレン樹脂（ＰＳ樹脂）
・商品名 ： エスブライト９Ｍ （昭和電工（株）製）
・最低成形可能温度 ： １６０℃
【００３６】
上記ペレットＰＴの調製は次のようにして行った。すなわち、上記マトリックス樹脂と液晶樹脂とを所定の配合比で配合し、これを２軸押出機により所定の剪断速度および延伸比で押し出してストランド形態の液晶樹脂複合体を成形し、これを所謂ペレタイザーで所定長さ毎に切断してペレットを得た。
尚、上記液晶樹脂複合体のペレットＰＴの調製に用いる熱可塑性マトリックス樹脂および熱可塑性液晶樹脂としては、熱可塑性マトリックス樹脂の最低成形可能温度よりも熱可塑性液晶樹脂の液晶転移温度が高くなる組み合わせであればよく、上記（ａ），（ｂ）に示したもの以外に、他の種々の組み合わせのものを用いることができる。
【００３７】
以上のようにして調製したペレットＰＴを、を上記ホッパ５から成形機本体２の内部に投入すると、この投入されたペレットＰＴは、上記ヒータ９からの加熱によって昇温するとともに、スクリュー１０の回転に伴う剪断力の作用によって内部発熱し、ペレットＰＴの温度がマトリックス樹脂の最低成形可能以上でかつ上記液晶樹脂の液晶転移温度未満の範囲内（モールドウインドウ内）の温度にまで昇温し、マトリックス樹脂のみが溶融状態となり、液晶樹脂の繊維化状態を維持したままで成形を行うことができる。
この場合、上記成形機本体２の内壁面２ａ（所謂、バレル壁面）は、上記ヒータ９からの加熱によって所定温度に保たれており、ペレットＰＴが可塑化溶融される場合、上述のように、その初期においては、上記バレル壁面２ａに接した領域にメルトフィルムが形成され、その後、可塑化溶融されたマトリックス樹脂は、一般に、スクリュー１０のフライト溝内において、ソリッドベッドと上流側フライトとの間に溜まってメルトプール部を形成する（図１８参照）。
【００３８】
本実施例では、図２に示すように、上記スクリュー１０の途中部において、正規のフライト１０Ｆ（メインフライト１０Ｆ）間にサブフライト１０Ｆｓが設けられており、このサブフライト１０Ｆｓと上記メインフライト１０Ｆとが途中で入れ代わるようになっている。
すなわち、ｄ点を始点としてスタートしたサブフライト１０Ｆｓは、ｄ点から徐々に高くなりｅ点を経てｆ点でメインフライト１０Ｆと同じ高さになる。以後、この高さが保たれる。つまり、メインフライト１０Ｆ’となる。一方、メインフライト１０Ｆは、Ａ点から徐々に低くなりＢ点でサブフライト１０Ｆｓ’となった後、Ｃ点で消滅する。すなわち、メインフライト１０Ｆが途中で消滅し、他方、サブフライト１０Ｆｓがメインフライト１０Ｆ’となり、メインフライト１０Ｆとサブフライト１０Ｆｓとが入れ代わるのである。
【００３９】
上記のように構成されたスクリュー１０を回転させることにより、図３に示すように、スクリュー１０の回転に伴ってメルトプールＭＰをソリッドベッドＳＢの上流側（図３における右側）から下流側（図３における左側）へ移動させることができる。
この結果、従来、フライト（メインフライト１０Ｆ）に当接していたソリッドベッドＳＢの下流側においてもメルトプール部ＭＰへの溶け込みを生じさせることができるようになる。また、ソリッドベッドＳＢのスクリュー本体１０に対する流動性を高めることができるのである。
【００４０】
すなわち、本実施例では、正規のフライト１０Ｆ（メインフライト１０Ｆ）間に設けられてメインフライト１０Ｆと途中で入れ代わるサブフライト１０Ｆｓが、既に可塑化溶融された溶融樹脂（メルトプール部ＭＰ）中にソリッドベッドＳＢを浮かせるように促進するソリッドベッド浮遊促進手段としてのメルトプール形成手段を構成している。
上記ソリッドベッドＳＢとその下流側フライト１０Ｆ’との間にメルトプール部ＭＰを積極的に形成させるかかるメルトプール形成手段を設けることにより、ソリッドベッドＳＢとその下流側フライト１０Ｆ’との間にメルトプール部ＭＰが形成されてソリッドベッドＳＢの浮遊が促進され、従来、ソリッドベッドの下流側が下流側フライトに当接していた場合に比べて、ソリッドベッドＳＢがスクリュー本体１０に対し流動し易くなり、溶融混練時、スクリュー１０の回転に伴ってソリッベッドＳＢが移動する際のメルトフィルムＭＦに対する移動速度を遅くすることができる。すなわち、ソリッドベッドＳＢとメルトフィルムＭＦとの間の相対的な移動を抑制することができ、強化繊維としての繊維状の液晶樹脂（液晶繊維）に作用する剪断を低減することができるのである。
また、ソリッドベッドＳＢはスクリュー本体１０に対して流動し易くなることにより分断化され易くなり、しかも、マトリックス樹脂は、可塑化溶融される際に、ソリッドベッドＳＢとその下流側フライト１０Ｆ’との間に形成された上記メルトプール部ＭＰにも溶け込むので、メルトフィルムＭＦ中に溶け込む比率を低くすることができる。従って、それだけ液晶繊維が折損するおそれが少なくなり、その有効な折損防止を図ることができるようになる。
【００４１】
次に、本発明の実施例の第１参考例について説明する。本参考例では、上記ソリッドベッドとその下流側フライトとの間に、他のメルトプール部の溶融樹脂を導いてメルトプール部を形成することにより、上記ソリッドベッドとその下流側フライトとの間にメルトプール部を積極的に形成させるようにしている。
すなわち、本参考例では、図４に示すように、スクリュー２０の途中部において、フライト２０Ｆの内径側に、該フライト２０Ｆの上流側のフライト溝部と下流側のフライト溝部とを連通させる連通穴２１が設けられている。フライト２０Ｆの上流側と下流側とを比較した場合、一般に、フライト下流側の方が上流側よりも圧力が高くなるので、上記連通穴２１を介して、フライト下流側のメルトプールＭＰからソリッドベッドＳＢとその下流側フライト２０Ｆとの間に溶融樹脂が導かれ、この溶融樹脂がソリッドベッドＳＢを上流側に押圧して下流側フライト２０Ｆとの間にメルトプールＭＰが形成される。
【００４２】
このように、フライト２０Ｆの内径側に、該フライト２０Ｆの上流側のフライト溝部と下流側のフライト溝部とを連通させる連通穴２１を設けることにより、上記ソリッドベッドＳＢとその下流側フライト２０Ｆとの間に、他のメルトプール部ＭＰ（該フライト２０Ｆの下流側のメルトプールＭＰ）の溶融樹脂を導いてメルトプール部ＭＰを形成するようにしたので、容易かつ確実に、ソリッドベッドＳＢとその下流側フライト２０Ｆとの間にメルトプール部ＭＰを形成することができる。
【００４３】
図５は、第１参考例の変形例を示している。この変形例では、スクリュー本体２３に、一つのフライト溝内においてソリッドベッドＳＢの上流側と下流側とを連通させる連通孔２４が設けられており、この連通孔２４を介して、ソリッドベッドＳＢの上流側のメルトプール部ＭＰから、ソリッドベッドＳＢとその下流側フライト２３Ｆとの間に溶融樹脂が導かれてこの部分にメルトプール部ＭＰが形成される。
【００４４】
また、図６は、第１参考例の他の変形例を示している。この変形例では、スクリュー２６の途中部にフライト２６Ｆの一部がとぎれた部分が設けられており、この部分より、ソリッドベッドＳＢの上流側のメルトプール部ＭＰからソリッドベッドＳＢとその下流側フライト２６Ｆとの間に溶融樹脂が導かれる。
【００４５】
更に、図７は、第１参考例の更に他の変形例を示している。この変形例では、ソリッドベッドＳＢの上流側と下流側とを連通させる連通孔２９,２９が、やや斜めに傾斜しながらスクリュー本体２８をほぼ径方向に横断して設けられており、この連通孔２９,２９を介して、ソリッドベッドＳＢの上流側のメルトプール
部ＭＰから、ソリッドベッドＳＢとその下流側フライト２８Ｆとの間に溶融樹脂が導かれてこの部分にメルトプール部ＭＰが形成される。
このようにして、ソリッドベッドＳＢの上流側のみならず下流側にもメルトプール部ＭＰが形成されると、両メルトプール部ＭＰ間のソリッドベッドＳＢは浮遊し易くなり、下流側への移動に伴って比較的容易に分断される。
【００４６】
次に、本発明の実施例の第２参考例について説明する。本参考例では、図８に示すように、成形機３１の本体３２内に収納されたスクリュー３０の途中部に、フライト３０Ｆが所定数のピッチだけ存在しないフライト非存在部を設けることにより、ソリッドベッドＳＢとその下流側フライト３０Ｆとの間にメルトプール部を積極的に形成させるものである。上記フライト非存在部では、樹脂材料(ソリッドベッドＳＢ及び溶融樹脂)は、上流側から送られて来る樹脂材料の流れによって下流側に送られる。
【００４７】
このように、スクリュー３０の途中部にフライト３０Ｆが存在しないフライト非存在部を設けたので、このフライト非存在部ではソリッドベッドＳＢは上流側および下流側ともにフライト３０Ｆに当接することがなくなり、スクリュー本体３０に対する流動性が高まるとともに、メルトプールへの溶け込み量を多くすることができるのである。
【００４８】
次に、本発明の第２実施例について説明する。本実施例では、上述のソリッドベッド浮遊促進手段として、ソリッドベッドＳＢとスクリュー本体外周部との間への溶融樹脂の潜入を促進する溶融樹脂潜入促進手段が設けられている。
すなわち、図９に示すように、スクリュー４０の途中部から下流側においては、スクリュー本体４０の外周部の各フライト溝の底壁を構成する部分は、上流側に向かって立ち上がるような傾斜面を構成しており、フライト溝内のメルトプール部ＭＰのマトリックス樹脂は、この傾斜面に沿って下流側に移動し、その際、ソリッドベッドＳＢとスクリュー本体４０の外周部との間に潜入し易くなるようになっている。
つまり、ソリッドベッドＳＢとその上流側フライト４０Ｆとの間に形成されたメルトプール部ＭＰの溶融樹脂は、この傾斜に沿ってソリッドベッドＳＢとスクリュー本体４０との間に潜入できるようになっている。また、下流側ではこの溶融樹脂の潜入に伴ってソリッドベッドＳＢの分断化が促進される。
【００４９】
このように、ソリッドベッド浮遊促進手段として上記溶融樹脂潜入促進手段を設けたので、上記ソリッドベッドＳＢとスクリュー本体４０の外周部との間への溶融樹脂の潜入を促進することができ、従来、ソリッドベッドの内径側がスクリュー本体の外周部に当接していた場合に比べて、ソリッドベッドＳＢがスクリュー本体４０に対し流動し易くなり、溶融混練時、スクリュー４０の回転に伴ってソリッベッドＳＢが移動する際のメルトフィルムＭＦに対する移動速度を遅くすることができる。また、マトリックス樹脂は、可塑化溶融される際に、ソリッドベッドＳＢとスクリュー本体４０の外周部との間に潜入した溶融樹脂中にも溶け込むので、メルトフィルムＭＦ中に溶け込む比率を低くすることができる。
【００５０】
特に、本実施例では、フライト溝底壁の傾斜の度合は下流側のフライト溝部ほど急勾配になっている。つまり、下流側のフライト溝部におけるメルトプール部ＭＰは上流側のフライト溝部におけるメルトプール部ＭＰよりも浅く形成されている。
このように、下流側のフライト溝部におけるメルトプール部ＭＰを上流側のフライト溝部におけるメルトプール部ＭＰよりも浅く形成したので、メルトプール部ＭＰ内の圧力を下流側ほど高くすることができ、ソリッドベッドＳＢとスクリュー本体４０の外周部との間への溶融樹脂の潜入をより容易に行わせることができる。
【００５１】
図１０は、第２実施例の変形例を示している。この変形例では、フライト４５Ｆ間のフライト溝の上流側部分、つまりメルトプール部ＭＰが形成される側のみについて底壁(スクリュー本体４５の外周部)に傾斜が設けられ、この傾斜の度合は、図９の場合と同様に、下流側のフライト溝部ほど急勾配になっており、下流側のフライト溝部におけるメルトプール部ＭＰは上流側のフライト溝部におけるメルトプール部ＭＰよりも浅く形成されている。
【００５２】
次に、本発明の実施例の第３参考例について説明する。本参考例では、図１１に示すように、スクリュー５０のメインフライト５０Ｆ間にソリッドベッドＳＢを破断するサブフライト５０Ｆsを設けて、ソリッドベッドＳＢとスクリュー本体５０の外周部との間への溶融樹脂の潜入を促進するようにしている。
すなわち、本参考例では、上記スクリュー５０のメインフライト５０Ｆ間に上記サブフライト５０Ｆsを設けたので、スクリュー５０の回転に伴って該サブフライト５０ＦsによりソリッドベッドＳＢを破断することができ、ソリッドベッドＳＢとスクリュー本体５０の外周部との間へ溶融樹脂を容易かつ確実に潜入させることができるようになる。
また、より好ましくは、サブフライト５０Ｆsの内径側部分にサブフライト５０Ｆsの上流側と下流側とを連通させる連通穴５１を設けることにより、比較的大きな塊状のソリッドベッドＳＢの内径側に導いて、この塊状のソリッドベッドＳＢとスクリュー本体５０の外周部との間へ、溶融樹脂をより容易に潜入させることができるようになる。
【００５３】
次に、本発明の第３実施例について説明する。本実施例では、図１２に示すように、サブフライト６０Ｆsの内径側に該サブフライト６０Ｆsの上流側と下流側とを連通させる連通孔６１が設けられ、かつ、上記サブフライト６０Ｆsと上流側のメインフライト６０Ｆとの間に形成されるフライト溝部ＭＰ１,ＭＰ２,ＭＰ３について、下流側のフライト溝部の容積が上流側のフライト溝部の容積よりも小さくなるように設定されている(ＭＰ３＜ＭＰ２＜ＭＰ１)。
【００５４】
上記サブフライト６０Ｆｓの内径側に上記連通孔６１を設けたので、該サブフライト６０Ｆｓの上流側から下流側に向かってメルトプール部ＭＰ２又はＭＰ３の溶融樹脂を導いて、サブフライト６０Ｆｓでその一部が破断されたソリッドベッドＳＢとスクリュー本体６０の外周部との間へ溶融樹脂を容易に潜入させることができる。
尚、上記連通孔６１は、下流側に向かって立ち下がる傾斜状に設けられており、メルトプール部ＭＰ２又はＭＰ３の溶融樹脂を、より容易にソリッドベッドＳＢとスクリュー本体６０の外周部との間へ導くことができるようになる。
しかも、上記サブフライト６０Ｆｓと上流側のメインフライト６０Ｆとの間に形成されるフライト溝部ＭＰ１，ＭＰ２，ＭＰ３について、下流側のフライト溝部の容積が上流側のフライト溝部の容積よりも小さくなるように設定したので、該フライト溝部内の圧力を下流側ほど高くすることができ、ソリッドベッドＳＢとスクリュー本体６０の外周部との間への溶融樹脂の潜入を、より容易かつ確実に行わせることができる。
【００５５】
次に、本発明の第４実施例について説明する。本実施例では、図１３に示すように、メルトプール部ＭＰの内径側を凹状にへこませ、その幅を上流側の凹部よりも下流側の凹部の方が広くなるように設定して(Ｄ３＞Ｄ２＞Ｄ１)、ソリッドベッドＳＢとスクリュー本体７０の外周部との間への溶融樹脂の潜入を促進するようにしている。
すなわち、本実施例では、上記メルトプール部ＭＰの内径側が凹状にへこんでいるので、このへこんだ部分(凹部Ｄ１,Ｄ２,Ｄ３)からソリッドベッドＳＢとスクリュー本体７０の外周部との間へメルトプール部ＭＰの溶融樹脂を容易に潜入させることができる。また、凹部Ｄ１,Ｄ２,Ｄ３の幅は下流側ほど広く設定されているので、ソリッドベッドＳＢとスクリュー本体７０の外周部との間への溶融樹脂の潜入を、より容易かつ確実に行わせることができる。
【００５６】
次に、本発明の実施例の第４参考例について説明する。図１４に示すように、本参考例に係る射出成形装置１００では、第１実施例において示されたもの(図１参照)と、スクリュー１１０を除いては同様に構成され、基本的に同様の作用を行う射出成形機１０１と、後述するように、該射出成形機１０１のフライト溝部内に溶融マトリックス樹脂を押し出す押出機１０２とで構成されている。
該押出機１０２は、本体１０３内に回転自在かつ軸方向へ摺動自在に収納された押出スクリュー１０４と、該スクリュー１０４を回転させるモータ１０７と、スクリュー１０４に押出動作を行わせるシリンダ装置１０８とを備え、押出機本体１０３の後部には材料ペレットを投入するためのホッパ１０５が取り付けられている。
【００５７】
本参考例では、押出機１０２のホッパ１０５には、熱可塑性マトリックス樹脂のみでなるペレットが投入される。ホッパ１０５内に投入されたペレット(熱可塑性マトリックス樹脂)は、押出スクリュー１０４の回転に伴って可塑化溶融されて押し出されるようになっている。
上記射出成形機１０１のスクリュー１１０の内部には、図１５に示すように、フライト１１０Ｆ間に形成されるフライト溝部に、上記押出機１０２から押し出された溶融マトリックスを供給するための供給路１１１が設けられている。該供給路１１１は、フライト溝部内においてソリッドベッドＳＢとその下流側フライト１１０Ｆとの間に開口している。
従って、上記押出機１０２から溶融マトリックス樹脂を押し出すことにより、押し出された溶融マトリックス樹脂は上記ソリッドベッドＳＢとその下流側フライト１１０Ｆとの間に供給され、この部分にメルトプール部ＭＰを形成するようになっている。
【００５８】
次に、本発明の実施例の第５参考例について説明する。本参考例では、メルトフィルム部に熱可塑性液晶樹脂繊維が存在することを規制する規制手段がフライト溝部に設けられている。
すなわち、本参考例では、図１６に示すように、メルトフィルム部ＭＦに熱可塑性液晶樹脂繊維が存在することを規制するために、ソリッドベッドＳＢをスクリュー本体１２０の外周部側に位置させるように位置規制する位置規制手段として、フライト１２０Ｆ間に形成されたフライト溝部に、所定メッシュの金網１２１が配設されている。
【００５９】
一方、本参考例では、成形用材料として、熱可塑性液晶樹脂と該液晶樹脂の液晶転移温度よりも低い最低成形可能温度を有する熱可塑性マトリックス樹脂とで成り、上記液晶樹脂がマトリックス樹脂中に繊維状に配向されてなる液晶樹脂複合体を含有するペレットＰＴ１と、熱可塑性マトリックス樹脂のみでなるペレットＰＴ２とが用いられるようになっており、上記金網１２１のメッシュサイズは、上記マトリックス樹脂のみでなるペレットＰＴ２及びその溶融樹脂(マトリックス樹脂)は通過させるが、上記液晶樹脂複合体を含有するペレットＰＴ１は通過させることがないように設定されている。
また、上記金網１２１は、下流側に向かうに連れて低くなるように(つまり内径側に位置するように)設けられている。
【００６０】
そして、本参考例では、上記金網１２１の内側にペレットＰＴ１が、外側にペレットＰＴ２が投入されるようになっている。
従って、スクリュー１２０の回転に伴ってペレットＰＴ１のマトリックス樹脂およびペレットＰＴ２が可塑化溶融された場合、ペレットＰＴ２の溶融マトリックス樹脂は金網１２１の外側から内側に通過するが、ソリッドベッドを構成するペレットＰＴ１は、金網１２１を通過できないため外側への移動が規制され、メルトフィルム部ＭＦに接触することはない。すなわち、メルトフィルム部ＭＦに熱可塑性液晶樹脂繊維が存在することが規制されるようになっている。
また、このとき、液晶樹脂複合体を含有する上記ペレットＰＴ１は、金網１２１の内側で溶融マトリックス樹脂中に浮遊させられるようになっている。
【００６１】
このように、本参考例によれば、フライト溝部に上記金網１２１を設けて液晶樹脂複合体を含有するペレットＰＴ１をスクリュー本体１２０の外周部側に位置させるように、つまり、上記ペレットＰＴ１がメルトフィルムＭＦ側に位置しないように位置規制することができ、ペレットＰＴ１内の液晶繊維が上記メルトフィルム部ＭＦに存在することが規制されるので、該液晶繊維がメルトフィルム部ＭＦで折損することを有効に防止できる。
【００６２】
尚、上記各実施例は射出成形機についてのものであったが、本発明に係るスクリュー構造は、射出成形機に限らず、液晶樹脂複合体を成形用材料として行う、例えば押出成形あるいはブロー成形など他の種類の成形に使用される成形機においても有効に適用することができる。
また、本発明は、以上の実施態様に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良あるいは設計上の変更が可能であることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係る射出成形機の全体構成を示す断面説明図である。
【図２】上記射出成形機のスクリューの一部を示す正面説明図である。
【図３】上記射出成形機本体内におけるスクリューとソリッドベッドの溶融状態を示す断面説明図である。
【図４】本発明の実施例の第１参考例に係るスクリュー構造の要部とソリッドベッドの溶融状態を示す断面説明図である。
【図５】第１参考例の変形例に係るスクリュー構造の要部とソリッドベッドの溶融状態を示す断面説明図である。
【図６】第１参考例の他の変形例に係るスクリュー構造の要部とソリッドベッドの溶融状態を示す断面説明図である。
【図７】第１参考例の更に他の変形例に係るスクリュー構造の要部とソリッドベッドの溶融状態を示す断面説明図である。
【図８】本発明の実施例の第２参考例に係る射出成形機の全体構成を示す断面説明図である。
【図９】本発明の第２実施例に係るスクリュー構造の要部とソリッドベッドの溶融状態を示す断面説明図である。
【図１０】第２実施例の変形例に係るスクリュー構造の要部とソリッドベッドの溶融状態を示す断面説明図である。
【図１１】本発明の実施例の第３参考例に係るスクリュー構造の要部とソリッドベッドの溶融状態を示す断面説明図である。
【図１２】本発明の第３実施例に係るスクリュー構造の要部とソリッドベッドの溶融状態を示す断面説明図である。
【図１３】本発明の第４実施例に係るスクリュー構造の要部とソリッドベッドの溶融状態を示す断面説明図である。
【図１４】本発明の実施例の第４参考例に係る射出成形機および押出機の全体構成を示す断面説明図である。
【図１５】 第４参考例に係るスクリュー構造の要部とソリッドベッドの溶融状態を示す断面説明図である。
【図１６】本発明の実施例の第５参考例に係るスクリュー構造の要部と液晶樹脂複合体ペレットの溶融状態を示す断面説明図である。
【図１７】メルトフィルム中に突き出た補強繊維のモデルを示す説明図である。
【図１８】従来例に係るスクリュー構造におけるソリッドベッドの溶融状態を示す断面説明図である。
【符号の説明】
１…射出成形機
１０, ４０,４５, ６０,７０…スクリュー
１０Ｆ,１０Ｆ', ４０Ｆ,４５Ｆ, ６０Ｆ,７０Ｆ…フライト
１０Ｆs,１０Ｆs', ６０Ｆs …サブフライト
Ｄ１,Ｄ２,Ｄ３…凹部
ＭＰ,ＭＰ１,ＭＰ２,ＭＰ３…メルトプール部
ＰＴ…ペレット
ＳＢ…ソリッドベッド
【産業上の利用分野】
この発明は、液晶樹脂複合体を成形するに際して、スクリューの回転により成形用素材のマトリックス樹脂のみを可塑化溶融させて成形を行うようにした液晶樹脂複合体の成形機に用いるスクリュー構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、液晶樹脂複合体の成形方法として、熱可塑性液晶樹脂と該液晶樹脂の液晶転移温度よりも低い最低成形可能温度を有する熱可塑性マトリックス樹脂とを含有し、該マトリックス樹脂中において、所定長さに長さを揃えて切断された上記液晶樹脂が繊維状態で存在してなる成形用素材（ペレット）を、回転スクリューを備えた成形機の可塑化溶融部で混錬し、上記マトリックス樹脂のみを溶融させて成形を行う方法は公知である。
かかる成形方法では、上記ペレットがスクリューの回転に伴う剪断力の作用によって内部発熱し、主としてこの熱により、ペレットの温度がマトリックス樹脂の最低成形可能以上でかつ上記液晶樹脂の液晶転移温度未満の範囲（以下、この温度範囲をモールドウインドウと称する。）内にまで昇温し、マトリックス樹脂のみが溶融状態となり、液晶樹脂の繊維化状態を維持したままで成形を行うことができる。
【０００３】
尚、上記成形機用のスクリュー構造については、種々の改良・工夫が積み重ねられており、繊維強化材を含有する樹脂複合体を成形することを特に前提としたものではないが、例えば、特開平４−２１９２２１号公報では、スクリュー本体に設けられた正規のフライト（メインフライト）に加えて、溶融樹脂を未溶融樹脂から分離するためにサブフライトを設けることにより、比較的短いスクリューで、色分散を含む樹脂の溶融混練性能の向上と可塑化の均一性の向上を図るようにしたものが開示されている。また、メインフライトに加えてサブフライトを設け、このサブフライトの形状（深さや広さ）を様々に工夫することにより、材料樹脂の溶融混練の均一性や良好な色分散性の確保や色替え時間等の作業時間の短縮などを図るようにしたものが種々考案されている（例えば、特開昭６１−２２７００３号公報，特開平４−３１０２１号公報，特開平５−５０４８８号公報参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の成形方法では、スクリューの回転に伴う剪断力の作用により、ペレット内部の液晶樹脂が切断され、その長さが混錬前に揃えた所定長さに保たれなくなるので、成形された樹脂成形品の力学的特性（つまり強度や剛性）に悪影響を及ぼすという問題があった。
同様の問題は、例えばガラス繊維等の他の種類の繊維を強化材として用いた繊維強化樹脂について、そのマトリックス樹脂を可塑化溶融させて成形を行う場合にも一般的に生じており、この問題に対する有効な対策を講じるために種々研究が積み重ねられている。
【０００５】
そして、その一環として、成形用素材中に配合された強化繊維が可塑化溶融装置内で可塑化し始めたマトリックス樹脂中で剪断作用を受ける状態をモデル化し、このモデルにおける強化繊維の破損モードを設定して解析することにより、成形用素材中の強化繊維が破損する条件を導き出す試みがなされている。
このようにして強化繊維の破損条件を導き出すことにより、逆に、可塑化溶融時における強化繊維の破損を抑制するための方法・条件を見出だすことが可能になる。
【０００６】
上記モデルでは、例えば図１７に示すように、成形機の可塑化溶融部のバレル壁面２ａ’はヒータ（不図示）の加熱によって所定の高温に保たれており、可塑化溶融工程の初期においては、まず、このバレル壁面２ａ’に接した領域にマトリックス樹脂が可塑化溶融されて流動状態となった層ＭＦ（所謂メルトフィルム：厚さｈ）が形成される。
そして、成形用素材のまだ可塑化されていない部分ＳＢ（所謂ソリッドベッド）にその一端側が保持された強化繊維ＳＦについて、その他端側がある長さＬだけ上記メルトフィルムＭＦ中に突き出たモデルが考えられている。
【０００７】
尚、成形機の可塑化溶融部でペレットが溶融混練される場合、その初期においては、上述のようにバレル壁面２ａ’に接した領域にメルトフィルムＭＦが形成され、その後、可塑化溶融されたマトリックス樹脂は、一般に、図１８に示すように、スクリュー１０’のフライト溝内において、ソリッドベッドＳＢと上流側（図１８における右側）のフライト１０Ｆ’’との間に溜まって所謂メルトプール部ＭＰを形成する。そして、ソリッドベッドＳＢの該メルトプール部ＭＰに境界を接する部分では、このメルトプール部ＭＰからの伝熱によって溶融が促進され、メルトプール部ＭＰ中にマトリックス樹脂が溶け込む。従って、メルトプール部ＭＰは、ペレットＰＴ’の可塑化溶融の進行に伴って（つまり、下流側（図１８における左側）に向かうに連れて）大きくなる。
また、この状態では、ソリッドベッドＳＢは、その下流側（ノズル側）がフライト１０Ｆ’’に当接した状態で、内径側がスクリュー本体１０’の外周部に当接し、外径側がメルトフィルムＭＦで覆われている。つまり、上記ソリッドベッドＳＢは、スクリュー本体１０’に対して比較的流動しにくい状態となっており、スクリュー１０’の回転に伴って移動する際のメルトフィルムＭＦに対する移動速度は比較的高くなる。
【０００８】
上記のモデル（図１７参照）では、メルトフィルムＭＦ内の溶融マトリックス樹脂の上記強化繊維ＳＦに対する相対的な流動に起因して（つまり強化繊維ＳＦに作用する剪断に起因して）該強化繊維ＳＦに曲げモーメントあるいは引張力等が作用する結果、強化繊維ＳＦが折れて破損に至るものと考えられる。尚、メルトフィルムＭＦと強化繊維ＳＦとの相対速度Ｖは、バレル壁面２ａ’に近付くほど大きくなる（最高値Ｖｏ）。
従って、上記強化繊維ＳＦの一端側を保持するソリッドベッドＳＢと上記メルトフィルムＭＦとの間の相対的な移動を抑制することができれば、強化繊維ＳＦに作用する剪断を低減することができ、強化繊維ＳＦの折損を有効に防止することが可能になる。
また、ペレットＰＴ’が可塑化溶融される際にメルトフィルムＭＦ中に溶け込む分量の比率を低くすることができれば、それだけ、強化繊維ＳＦが折損するおそれは少なくなる。
【０００９】
そこで、この発明は、上記ソリッドベッドとメルトフィルムとの間の相対的な移動およびソリッドベッドからメルトフィルム中への溶け込み量を抑制することにより、可塑化溶融工程における剪断力の作用による液晶繊維の破断を有効に抑制することができる液晶樹脂複合体の成形機用スクリュー構造を提供することを目的としてなされたものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
このため、本願の請求項１に係る発明(以下、第１の発明という)は、熱可塑性マトリックス樹脂中に該熱可塑性マトリックス樹脂の最低成形可能温度よりも高い液晶転移温度を有する熱可塑性液晶樹脂が繊維状に複合化されてなる成形用素材を、上記熱可塑性マトリックス樹脂の最低成形可能温度以上でかつ上記熱可塑性液晶樹脂の液晶転移温度未満の範囲内の温度に可塑化溶融させる成形機用のスクリュー構造であって、上記成形用素材が可塑化溶融される際に、既に可塑化溶融された溶融樹脂中にソリッドベッドを浮かせるように促進するソリッドベッド浮遊促進手段を設け、該ソリッドベッド浮遊促進手段は、上記ソリッドベッドとその下流側フライトとの間にメルトプール部を積極的に形成させるメルトプール形成手段であり、上記スクリューには正規のフライト間にサブフライトが設けられており、このサブフライトと上記正規のフライトとが途中で入れ代わる、ことを特徴としたものである。
【００１６】
本願の請求項２に係る発明(以下、第２の発明という)は、熱可塑性マトリックス樹脂中に該熱可塑性マトリックス樹脂の最低成形可能温度よりも高い液晶転移温度を有する熱可塑性液晶樹脂が繊維状に複合化されてなる成形用素材を、上記熱可塑性マトリックス樹脂の最低成形可能温度以上でかつ上記熱可塑性液晶樹脂の液晶転移温度未満の範囲内の温度に可塑化溶融させる成形機用のスクリュー構造であって、上記成形用素材が可塑化溶融される際に、既に可塑化溶融された溶融樹脂中にソリッドベッドを浮かせるように促進するソリッドベッド浮遊促進手段を設け、上記ソリッドベッド浮遊促進手段は、上記ソリッドベッドとスクリュー本体外周部との間への溶融樹脂の潜入を促進する溶融樹脂潜入促進手段であり、下流側のフライト溝部におけるメルトプール部を上流側のフライト溝部におけるメルトプール部よりも浅く形成した、ことを特徴としたものである。
【００１８】
本願の請求項３に係る発明(以下、第３の発明という)は、熱可塑性マトリックス樹脂中に該熱可塑性マトリックス樹脂の最低成形可能温度よりも高い液晶転移温度を有する熱可塑性液晶樹脂が繊維状に複合化されてなる成形用素材を、上記熱可塑性マトリックス樹脂の最低成形可能温度以上でかつ上記熱可塑性液晶樹脂の液晶転移温度未満の範囲内の温度に可塑化溶融させる成形機用のスクリュー構造であって、上記成形用素材が可塑化溶融される際に、既に可塑化溶融された溶融樹脂中にソリッドベッドを浮かせるように促進するソリッドベッド浮遊促進手段を設け、上記ソリッドベッド浮遊促進手段は、上記ソリッドベッドとスクリュー本体外周部との間への溶融樹脂の潜入を促進する溶融樹脂潜入促進手段であり、上記スクリューの正規のフライト間に、上記ソリッドベッドを破断するサブフライトを設け、上記サブフライトの内径側に該サブフライトの上流側と下流側とを連通させる連通孔が設けられ、かつ、上記サブフライトと上流側の正規のフライトとの間に形成されるフライト溝部について、下流側のフライト溝部の容積が上流側のフライト溝部の容積よりも小さくなるように設定した、ことを特徴としたものである。
【００１９】
本願の請求項４に係る発明(以下、第４の発明という)は、熱可塑性マトリックス樹脂中に該熱可塑性マトリックス樹脂の最低成形可能温度よりも高い液晶転移温度を有する熱可塑性液晶樹脂が繊維状に複合化されてなる成形用素材を、上記熱可塑性マトリックス樹脂の最低成形可能温度以上でかつ上記熱可塑性液晶樹脂の液晶転移温度未満の範囲内の温度に可塑化溶融させる成形機用のスクリュー構造であって、上記成形用素材が可塑化溶融される際に、既に可塑化溶融された溶融樹脂中にソリッドベッドを浮かせるように促進するソリッドベッド浮遊促進手段を設け、上記ソリッドベッド浮遊促進手段は、上記ソリッドベッドとスクリュー本体外周部との間への溶融樹脂の潜入を促進する溶融樹脂潜入促進手段であり、上記メルトプール部の内径側が凹状にへこんでおり、その幅が上流側の凹部よりも下流側の凹部の方が広く設定されている、ことを特徴としたものである。
【００２４】
【発明の効果】
本願の第１の発明によれば、上記ソリッドベッド浮遊促進手段を設けたので、上記成形用素材が可塑化溶融される際には、既に可塑化溶融された溶融樹脂中にソリッドベッドを浮かせるように促進される。これにより、従来、ソリッベッドが、その下流側でフライトに当接し、かつ、内径側がスクリュー本体の外周部に当接していた場合に比べてスクリュー本体に対し流動し易くなり、溶融混練時、スクリューの回転に伴ってソリッベッドが移動する際のメルトフィルムに対する移動速度を遅くすることができる。すなわち、該ソリッドベッドと上記メルトフィルムとの間の相対的な移動を抑制することができ、強化繊維としての繊維状の液晶樹脂 ( 液晶繊維 ) に作用する剪断を低減することができる。また、ソリッドベッドはスクリュー本体に対して流動し易くなることにより分断化され易くなり、しかも、成形用素材中のマトリックス樹脂は、可塑化溶融される際にソリッベッドを浮かせる溶融樹脂中にも溶け込むので、ソリッドベッドとの相対速度が大きく高い剪断が作用するメルトフィルム中に溶け込む比率を低くすることができ、それだけ液晶繊維が折損するおそれが少なくなり、その有効な折損防止を図ることができるようになる。
特に、上記ソリッドベッド浮遊促進手段として上記メルトプール形成手段を設けたので、上記ソリッドベッドとその下流側フライトとの間にメルトプール部を積極的に形成させることができ、従来、ソリッドベッドの下流側が下流側フライトに当接していた場合に比べて、ソリッドベッドがスクリュー本体に対し流動し易くなり、溶融混練時、スクリューの回転に伴ってソリッベッドが移動する際のメルトフィルムに対する移動速度を遅くすることができる。また、マトリックス樹脂は、可塑化溶融される際に、ソリッドベッドとその下流側フライトとの間に形成された上記メルトプール部にも溶け込むので、メルトフィルム中に溶け込む比率を低くすることができる。
また、特に、上記スクリューには正規のフライト間にサブフライトが設けられており、このサブフライトと上記正規のフライトとが途中で入れ代わるようにしたので、スクリューの回転に伴ってメルトプールをソリッドベッドの上流側から下流側へ移動させることができる。この結果、従来、フライトに当接していたソリッドベッドの下流側においてもメルトプール部への溶け込みを生じさせることができるようになる。また、ソリッドベッドのスクリュー本体に対する流動性を高めることができる。
【００２８】
本願の第２の発明によれば、上記ソリッドベッド浮遊促進手段を設けたので、上記成形用素材が可塑化溶融される際には、既に可塑化溶融された溶融樹脂中にソリッドベッドを浮かせるように促進される。これにより、従来、ソリッベッドが、その下流側でフライトに当接し、かつ、内径側がスクリュー本体の外周部に当接していた場合に比べてスクリュー本体に対し流動し易くなり、溶融混練時、スクリューの回転に伴ってソリッベッドが移動する際のメルトフィルムに対する移動速度を遅くすることができる。すなわち、該ソリッドベッドと上記メルトフィルムとの間の相対的な移動を抑制することができ、強化繊維としての繊維状の液晶樹脂 ( 液晶繊維 ) に作用する剪断を低減することができる。また、ソリッドベッドはスクリュー本体に対して流動し易くなることにより分断化され易くなり、しかも、成形用素材中のマトリックス樹脂は、可塑化溶融される際にソリッベッドを浮かせる溶融樹脂中にも溶け込むので、ソリッドベッドとの相対速度が大きく高い剪断が作用するメルトフィルム中に溶け込む比率を低くすることができ、それだけ液晶繊維が折損するおそれが少なくなり、その有効な折損防止を図ることができるようになる。
特に、上記ソリッドベッド浮遊促進手段として上記溶融樹脂潜入促進手段を設けたので、上記ソリッドベッドとスクリュー本体外周部との間への溶融樹脂の潜入を促進することができ、従来、ソリッドベッドの内径側がスクリュー本体の外周部に当接していた場合に比べてスクリュー本体に対し流動し易くなり、溶融混練時、スクリューの回転に伴ってソリッベッドが移動する際のメルトフィルムに対する移動速度を遅くすることができる。また、マトリックス樹脂は、可塑化溶融される際に、ソリッドベッドとスクリュー本体外周部との間に潜入した溶融樹脂中にも溶け込むので、メルトフィルム中に溶け込む比率を低くすることができる。
また、特に、下流側のフライト溝部におけるメルトプール部を上流側のフライト溝部におけるメルトプール部よりも浅く形成したので、メルトプール部内の圧力を下流側ほど高くすることができ、ソリッドベッドとスクリュー本体外周部との間への溶融樹脂の潜入をより容易に行わせることができる。
【００３０】
本願の第３の発明によれば、上記ソリッドベッド浮遊促進手段を設けたので、上記成形用素材が可塑化溶融される際には、既に可塑化溶融された溶融樹脂中にソリッドベッドを浮かせるように促進される。これにより、従来、ソリッベッドが、その下流側でフライトに当接し、かつ、内径側がスクリュー本体の外周部に当接していた場合に比べてスクリュー本体に対し流動し易くなり、溶融混練時、スクリューの回転に伴ってソリッベッドが移動する際のメルトフィルムに対する移動速度を遅くすることができる。すなわち、該ソリッドベッドと上記メルトフィルムとの間の相対的な移動を抑制することができ、強化繊維としての繊維状の液晶樹脂 ( 液晶繊維 ) に作用する剪断を低減することができる。また、ソリッドベッドはスクリュー本体に対して流動し易くなることにより分断化され易くなり、しかも、成形用素材中のマトリックス樹脂は、可塑化溶融される際にソリッベッドを浮かせる溶融樹脂中にも溶け込むので、ソリッドベッドとの相対速度が大きく高い剪断が作用するメルトフィルム中に溶け込む比率を低くすることができ、それだけ液晶繊維が折損するおそれが少なくなり、その有効な折損防止を図ることができるようになる。
特に、上記ソリッドベッド浮遊促進手段として上記溶融樹脂潜入促進手段を設けたので、上記ソリッドベッドとスクリュー本体外周部との間への溶融樹脂の潜入を促進することができ、従来、ソリッドベッドの内径側がスクリュー本体の外周部に当接していた場合に比べてスクリュー本体に対し流動し易くなり、溶融混練時、スクリューの回転に伴ってソリッベッドが移動する際のメルトフィルムに対する移動速度を遅くすることができる。また、マトリックス樹脂は、可塑化溶融される際に、ソリッドベッドとスクリュー本体外周部との間に潜入した溶融樹脂中にも溶け込むので、メルトフィルム中に溶け込む比率を低くすることができる。
また、特に、上記スクリューの正規のフライト間に上記サブフライトを設けたので、スクリューの回転に伴って該サブフライトによりソリッドベッドを破断することができ、ソリッドベッドとスクリュー本体外周部との間へ溶融樹脂を容易かつ確実に潜入させることができるようになる。
更に、特に、上記サブフライトの内径側に上記連通孔を設けたので、該サブフライトの上流側から下流側に向かってメルトプール部の溶融樹脂を導いて、サブフライトでその一部が破断されたソリッドベッドとスクリュー本体外周部との間へ溶融樹脂を容易に潜入させることができる。しかも、上記サブフライトと上流側の正規のフライトとの間に形成されるフライト溝部について、下流側のフライト溝部の容積が上流側のフライト溝部の容積よりも小さくなるように設定したので、該フライト溝部内の圧力を下流側ほど高くすることができ、ソリッドベッドとスクリュー本体外周部との間への溶融樹脂の潜入を、より容易かつ確実に行わせることができる。
【００３１】
本願の第４の発明によれば、上記ソリッドベッド浮遊促進手段を設けたので、上記成形用素材が可塑化溶融される際には、既に可塑化溶融された溶融樹脂中にソリッドベッドを浮かせるように促進される。これにより、従来、ソリッベッドが、その下流側でフライトに当接し、かつ、内径側がスクリュー本体の外周部に当接していた場合に比べてスクリュー本体に対し流動し易くなり、溶融混練時、スクリューの回転に伴ってソリッベッドが移動する際のメルトフィルムに対する移動速度を遅くすることができる。すなわち、該ソリッドベッドと上記メルトフィルムとの間の相対的な移動を抑制することができ、強化繊維としての繊維状の液晶樹脂 ( 液晶繊維 ) に作用する剪断を低減することができる。また、ソリッドベッドはスクリュー本体に対して流動し易くなることにより分断化され易くなり、しかも、成形用素材中のマトリックス樹脂は、可塑化溶融される際にソリッベッドを浮かせる溶融樹脂中にも溶け込むので、ソリッドベッドとの相対速度が大きく高い剪断が作用するメルトフィルム中に溶け込む比率を低くすることができ、それだけ液晶繊維が折損するおそれが少なくなり、その有効な折損防止を図ることができるようになる。
特に、上記ソリッドベッド浮遊促進手段として上記溶融樹脂潜入促進手段を設けたので、上記ソリッドベッドとスクリュー本体外周部との間への溶融樹脂の潜入を促進することができ、従来、ソリッドベッドの内径側がスクリュー本体の外周部に当接していた場合に比べてスクリュー本体に対し流動し易くなり、溶融混練時、スクリューの回転に伴ってソリッベッドが移動する際のメルトフィルムに対する移動速度を遅くすることができる。また、マトリックス樹脂は、可塑化溶融される際に、ソリッドベッドとスクリュー本体外周部との間に潜入した溶融樹脂中にも溶け込むので、メルトフィルム中に溶け込む比率を低くすることができる。
また、特に、上記メルトプール部の内径側が凹状にへこんでいるので、このへこんだ部分(凹部)からソリッドベッドとスクリュー本体外周部との間へメルトプール部の溶融樹脂を容易に潜入させることができる。また、凹部の幅は下流側ほど広く設定されているので、ソリッドベッドとスクリュー本体外周部との間への溶融樹脂の潜入を、より容易かつ確実に行わせることができる。
【００３４】
【実施例】
以下、この発明の実施例を添付図面に基づいて詳細に説明する。
まず、本発明の第１実施例について説明する。図１は、この第１実施例に係る、例えば射出成形機とされた成形機１の全体構成を概略的に示す断面説明図である。この図に示すように、本実施例に係る射出成形機１は、略円筒状に形成された成形機本体２と、該本体２の下流側(図１における左側)の先端に固定されたノズルヘッド３と、上記成形機本体２の内部に回転可能でかつ軸方向へ摺動可能に収納されたスクリュー１０と、成形機本体２の後方(図１における右方)に配置された駆動装置６とを備えており、該駆動装置６は、上記スクリュー１０を所定の回転速度で駆動するモータ７と、スクリュー１０に射出動作を行わせる射出シリンダ８とで構成されている。
また、上記成形機本体２の後部の側面には、成形用素材としてのペレットＰＴを成形機本体２の内部に投入するためのホッパ５が設けられている。更に、成形機本体２およびノズルヘッド３の外周側には、これらの内部を所定温度に加熱するためのヒータ９が配設されている。
【００３５】
上記ペレットＰＴは、熱可塑性マトリックス樹脂中に該熱可塑性マトリックス樹脂の最低成形可能温度よりも高い液晶転移温度を有する熱可塑性液晶樹脂が繊維状に複合化されたもので、本実施例では、この液晶樹脂複合体のペレットＰＴを調製するに際し、熱可塑性マトリックス樹脂および熱可塑性液晶樹脂として、例えば、それぞれ以下のものを用いた。
（ａ） 熱可塑性液晶樹脂
・材質名 ： 全芳香族ポリエステル樹脂
・商品名 ： ベクトラＡ９５０ （ポリプラスチックス（株）製）
・液晶転移温度 ： ２８０℃
（ｂ） 熱可塑性マトリックス樹脂
・材質名 ： ポリスチレン樹脂（ＰＳ樹脂）
・商品名 ： エスブライト９Ｍ （昭和電工（株）製）
・最低成形可能温度 ： １６０℃
【００３６】
上記ペレットＰＴの調製は次のようにして行った。すなわち、上記マトリックス樹脂と液晶樹脂とを所定の配合比で配合し、これを２軸押出機により所定の剪断速度および延伸比で押し出してストランド形態の液晶樹脂複合体を成形し、これを所謂ペレタイザーで所定長さ毎に切断してペレットを得た。
尚、上記液晶樹脂複合体のペレットＰＴの調製に用いる熱可塑性マトリックス樹脂および熱可塑性液晶樹脂としては、熱可塑性マトリックス樹脂の最低成形可能温度よりも熱可塑性液晶樹脂の液晶転移温度が高くなる組み合わせであればよく、上記（ａ），（ｂ）に示したもの以外に、他の種々の組み合わせのものを用いることができる。
【００３７】
以上のようにして調製したペレットＰＴを、を上記ホッパ５から成形機本体２の内部に投入すると、この投入されたペレットＰＴは、上記ヒータ９からの加熱によって昇温するとともに、スクリュー１０の回転に伴う剪断力の作用によって内部発熱し、ペレットＰＴの温度がマトリックス樹脂の最低成形可能以上でかつ上記液晶樹脂の液晶転移温度未満の範囲内（モールドウインドウ内）の温度にまで昇温し、マトリックス樹脂のみが溶融状態となり、液晶樹脂の繊維化状態を維持したままで成形を行うことができる。
この場合、上記成形機本体２の内壁面２ａ（所謂、バレル壁面）は、上記ヒータ９からの加熱によって所定温度に保たれており、ペレットＰＴが可塑化溶融される場合、上述のように、その初期においては、上記バレル壁面２ａに接した領域にメルトフィルムが形成され、その後、可塑化溶融されたマトリックス樹脂は、一般に、スクリュー１０のフライト溝内において、ソリッドベッドと上流側フライトとの間に溜まってメルトプール部を形成する（図１８参照）。
【００３８】
本実施例では、図２に示すように、上記スクリュー１０の途中部において、正規のフライト１０Ｆ（メインフライト１０Ｆ）間にサブフライト１０Ｆｓが設けられており、このサブフライト１０Ｆｓと上記メインフライト１０Ｆとが途中で入れ代わるようになっている。
すなわち、ｄ点を始点としてスタートしたサブフライト１０Ｆｓは、ｄ点から徐々に高くなりｅ点を経てｆ点でメインフライト１０Ｆと同じ高さになる。以後、この高さが保たれる。つまり、メインフライト１０Ｆ’となる。一方、メインフライト１０Ｆは、Ａ点から徐々に低くなりＢ点でサブフライト１０Ｆｓ’となった後、Ｃ点で消滅する。すなわち、メインフライト１０Ｆが途中で消滅し、他方、サブフライト１０Ｆｓがメインフライト１０Ｆ’となり、メインフライト１０Ｆとサブフライト１０Ｆｓとが入れ代わるのである。
【００３９】
上記のように構成されたスクリュー１０を回転させることにより、図３に示すように、スクリュー１０の回転に伴ってメルトプールＭＰをソリッドベッドＳＢの上流側（図３における右側）から下流側（図３における左側）へ移動させることができる。
この結果、従来、フライト（メインフライト１０Ｆ）に当接していたソリッドベッドＳＢの下流側においてもメルトプール部ＭＰへの溶け込みを生じさせることができるようになる。また、ソリッドベッドＳＢのスクリュー本体１０に対する流動性を高めることができるのである。
【００４０】
すなわち、本実施例では、正規のフライト１０Ｆ（メインフライト１０Ｆ）間に設けられてメインフライト１０Ｆと途中で入れ代わるサブフライト１０Ｆｓが、既に可塑化溶融された溶融樹脂（メルトプール部ＭＰ）中にソリッドベッドＳＢを浮かせるように促進するソリッドベッド浮遊促進手段としてのメルトプール形成手段を構成している。
上記ソリッドベッドＳＢとその下流側フライト１０Ｆ’との間にメルトプール部ＭＰを積極的に形成させるかかるメルトプール形成手段を設けることにより、ソリッドベッドＳＢとその下流側フライト１０Ｆ’との間にメルトプール部ＭＰが形成されてソリッドベッドＳＢの浮遊が促進され、従来、ソリッドベッドの下流側が下流側フライトに当接していた場合に比べて、ソリッドベッドＳＢがスクリュー本体１０に対し流動し易くなり、溶融混練時、スクリュー１０の回転に伴ってソリッベッドＳＢが移動する際のメルトフィルムＭＦに対する移動速度を遅くすることができる。すなわち、ソリッドベッドＳＢとメルトフィルムＭＦとの間の相対的な移動を抑制することができ、強化繊維としての繊維状の液晶樹脂（液晶繊維）に作用する剪断を低減することができるのである。
また、ソリッドベッドＳＢはスクリュー本体１０に対して流動し易くなることにより分断化され易くなり、しかも、マトリックス樹脂は、可塑化溶融される際に、ソリッドベッドＳＢとその下流側フライト１０Ｆ’との間に形成された上記メルトプール部ＭＰにも溶け込むので、メルトフィルムＭＦ中に溶け込む比率を低くすることができる。従って、それだけ液晶繊維が折損するおそれが少なくなり、その有効な折損防止を図ることができるようになる。
【００４１】
次に、本発明の実施例の第１参考例について説明する。本参考例では、上記ソリッドベッドとその下流側フライトとの間に、他のメルトプール部の溶融樹脂を導いてメルトプール部を形成することにより、上記ソリッドベッドとその下流側フライトとの間にメルトプール部を積極的に形成させるようにしている。
すなわち、本参考例では、図４に示すように、スクリュー２０の途中部において、フライト２０Ｆの内径側に、該フライト２０Ｆの上流側のフライト溝部と下流側のフライト溝部とを連通させる連通穴２１が設けられている。フライト２０Ｆの上流側と下流側とを比較した場合、一般に、フライト下流側の方が上流側よりも圧力が高くなるので、上記連通穴２１を介して、フライト下流側のメルトプールＭＰからソリッドベッドＳＢとその下流側フライト２０Ｆとの間に溶融樹脂が導かれ、この溶融樹脂がソリッドベッドＳＢを上流側に押圧して下流側フライト２０Ｆとの間にメルトプールＭＰが形成される。
【００４２】
このように、フライト２０Ｆの内径側に、該フライト２０Ｆの上流側のフライト溝部と下流側のフライト溝部とを連通させる連通穴２１を設けることにより、上記ソリッドベッドＳＢとその下流側フライト２０Ｆとの間に、他のメルトプール部ＭＰ（該フライト２０Ｆの下流側のメルトプールＭＰ）の溶融樹脂を導いてメルトプール部ＭＰを形成するようにしたので、容易かつ確実に、ソリッドベッドＳＢとその下流側フライト２０Ｆとの間にメルトプール部ＭＰを形成することができる。
【００４３】
図５は、第１参考例の変形例を示している。この変形例では、スクリュー本体２３に、一つのフライト溝内においてソリッドベッドＳＢの上流側と下流側とを連通させる連通孔２４が設けられており、この連通孔２４を介して、ソリッドベッドＳＢの上流側のメルトプール部ＭＰから、ソリッドベッドＳＢとその下流側フライト２３Ｆとの間に溶融樹脂が導かれてこの部分にメルトプール部ＭＰが形成される。
【００４４】
また、図６は、第１参考例の他の変形例を示している。この変形例では、スクリュー２６の途中部にフライト２６Ｆの一部がとぎれた部分が設けられており、この部分より、ソリッドベッドＳＢの上流側のメルトプール部ＭＰからソリッドベッドＳＢとその下流側フライト２６Ｆとの間に溶融樹脂が導かれる。
【００４５】
更に、図７は、第１参考例の更に他の変形例を示している。この変形例では、ソリッドベッドＳＢの上流側と下流側とを連通させる連通孔２９,２９が、やや斜めに傾斜しながらスクリュー本体２８をほぼ径方向に横断して設けられており、この連通孔２９,２９を介して、ソリッドベッドＳＢの上流側のメルトプール
部ＭＰから、ソリッドベッドＳＢとその下流側フライト２８Ｆとの間に溶融樹脂が導かれてこの部分にメルトプール部ＭＰが形成される。
このようにして、ソリッドベッドＳＢの上流側のみならず下流側にもメルトプール部ＭＰが形成されると、両メルトプール部ＭＰ間のソリッドベッドＳＢは浮遊し易くなり、下流側への移動に伴って比較的容易に分断される。
【００４６】
次に、本発明の実施例の第２参考例について説明する。本参考例では、図８に示すように、成形機３１の本体３２内に収納されたスクリュー３０の途中部に、フライト３０Ｆが所定数のピッチだけ存在しないフライト非存在部を設けることにより、ソリッドベッドＳＢとその下流側フライト３０Ｆとの間にメルトプール部を積極的に形成させるものである。上記フライト非存在部では、樹脂材料(ソリッドベッドＳＢ及び溶融樹脂)は、上流側から送られて来る樹脂材料の流れによって下流側に送られる。
【００４７】
このように、スクリュー３０の途中部にフライト３０Ｆが存在しないフライト非存在部を設けたので、このフライト非存在部ではソリッドベッドＳＢは上流側および下流側ともにフライト３０Ｆに当接することがなくなり、スクリュー本体３０に対する流動性が高まるとともに、メルトプールへの溶け込み量を多くすることができるのである。
【００４８】
次に、本発明の第２実施例について説明する。本実施例では、上述のソリッドベッド浮遊促進手段として、ソリッドベッドＳＢとスクリュー本体外周部との間への溶融樹脂の潜入を促進する溶融樹脂潜入促進手段が設けられている。
すなわち、図９に示すように、スクリュー４０の途中部から下流側においては、スクリュー本体４０の外周部の各フライト溝の底壁を構成する部分は、上流側に向かって立ち上がるような傾斜面を構成しており、フライト溝内のメルトプール部ＭＰのマトリックス樹脂は、この傾斜面に沿って下流側に移動し、その際、ソリッドベッドＳＢとスクリュー本体４０の外周部との間に潜入し易くなるようになっている。
つまり、ソリッドベッドＳＢとその上流側フライト４０Ｆとの間に形成されたメルトプール部ＭＰの溶融樹脂は、この傾斜に沿ってソリッドベッドＳＢとスクリュー本体４０との間に潜入できるようになっている。また、下流側ではこの溶融樹脂の潜入に伴ってソリッドベッドＳＢの分断化が促進される。
【００４９】
このように、ソリッドベッド浮遊促進手段として上記溶融樹脂潜入促進手段を設けたので、上記ソリッドベッドＳＢとスクリュー本体４０の外周部との間への溶融樹脂の潜入を促進することができ、従来、ソリッドベッドの内径側がスクリュー本体の外周部に当接していた場合に比べて、ソリッドベッドＳＢがスクリュー本体４０に対し流動し易くなり、溶融混練時、スクリュー４０の回転に伴ってソリッベッドＳＢが移動する際のメルトフィルムＭＦに対する移動速度を遅くすることができる。また、マトリックス樹脂は、可塑化溶融される際に、ソリッドベッドＳＢとスクリュー本体４０の外周部との間に潜入した溶融樹脂中にも溶け込むので、メルトフィルムＭＦ中に溶け込む比率を低くすることができる。
【００５０】
特に、本実施例では、フライト溝底壁の傾斜の度合は下流側のフライト溝部ほど急勾配になっている。つまり、下流側のフライト溝部におけるメルトプール部ＭＰは上流側のフライト溝部におけるメルトプール部ＭＰよりも浅く形成されている。
このように、下流側のフライト溝部におけるメルトプール部ＭＰを上流側のフライト溝部におけるメルトプール部ＭＰよりも浅く形成したので、メルトプール部ＭＰ内の圧力を下流側ほど高くすることができ、ソリッドベッドＳＢとスクリュー本体４０の外周部との間への溶融樹脂の潜入をより容易に行わせることができる。
【００５１】
図１０は、第２実施例の変形例を示している。この変形例では、フライト４５Ｆ間のフライト溝の上流側部分、つまりメルトプール部ＭＰが形成される側のみについて底壁(スクリュー本体４５の外周部)に傾斜が設けられ、この傾斜の度合は、図９の場合と同様に、下流側のフライト溝部ほど急勾配になっており、下流側のフライト溝部におけるメルトプール部ＭＰは上流側のフライト溝部におけるメルトプール部ＭＰよりも浅く形成されている。
【００５２】
次に、本発明の実施例の第３参考例について説明する。本参考例では、図１１に示すように、スクリュー５０のメインフライト５０Ｆ間にソリッドベッドＳＢを破断するサブフライト５０Ｆsを設けて、ソリッドベッドＳＢとスクリュー本体５０の外周部との間への溶融樹脂の潜入を促進するようにしている。
すなわち、本参考例では、上記スクリュー５０のメインフライト５０Ｆ間に上記サブフライト５０Ｆsを設けたので、スクリュー５０の回転に伴って該サブフライト５０ＦsによりソリッドベッドＳＢを破断することができ、ソリッドベッドＳＢとスクリュー本体５０の外周部との間へ溶融樹脂を容易かつ確実に潜入させることができるようになる。
また、より好ましくは、サブフライト５０Ｆsの内径側部分にサブフライト５０Ｆsの上流側と下流側とを連通させる連通穴５１を設けることにより、比較的大きな塊状のソリッドベッドＳＢの内径側に導いて、この塊状のソリッドベッドＳＢとスクリュー本体５０の外周部との間へ、溶融樹脂をより容易に潜入させることができるようになる。
【００５３】
次に、本発明の第３実施例について説明する。本実施例では、図１２に示すように、サブフライト６０Ｆsの内径側に該サブフライト６０Ｆsの上流側と下流側とを連通させる連通孔６１が設けられ、かつ、上記サブフライト６０Ｆsと上流側のメインフライト６０Ｆとの間に形成されるフライト溝部ＭＰ１,ＭＰ２,ＭＰ３について、下流側のフライト溝部の容積が上流側のフライト溝部の容積よりも小さくなるように設定されている(ＭＰ３＜ＭＰ２＜ＭＰ１)。
【００５４】
上記サブフライト６０Ｆｓの内径側に上記連通孔６１を設けたので、該サブフライト６０Ｆｓの上流側から下流側に向かってメルトプール部ＭＰ２又はＭＰ３の溶融樹脂を導いて、サブフライト６０Ｆｓでその一部が破断されたソリッドベッドＳＢとスクリュー本体６０の外周部との間へ溶融樹脂を容易に潜入させることができる。
尚、上記連通孔６１は、下流側に向かって立ち下がる傾斜状に設けられており、メルトプール部ＭＰ２又はＭＰ３の溶融樹脂を、より容易にソリッドベッドＳＢとスクリュー本体６０の外周部との間へ導くことができるようになる。
しかも、上記サブフライト６０Ｆｓと上流側のメインフライト６０Ｆとの間に形成されるフライト溝部ＭＰ１，ＭＰ２，ＭＰ３について、下流側のフライト溝部の容積が上流側のフライト溝部の容積よりも小さくなるように設定したので、該フライト溝部内の圧力を下流側ほど高くすることができ、ソリッドベッドＳＢとスクリュー本体６０の外周部との間への溶融樹脂の潜入を、より容易かつ確実に行わせることができる。
【００５５】
次に、本発明の第４実施例について説明する。本実施例では、図１３に示すように、メルトプール部ＭＰの内径側を凹状にへこませ、その幅を上流側の凹部よりも下流側の凹部の方が広くなるように設定して(Ｄ３＞Ｄ２＞Ｄ１)、ソリッドベッドＳＢとスクリュー本体７０の外周部との間への溶融樹脂の潜入を促進するようにしている。
すなわち、本実施例では、上記メルトプール部ＭＰの内径側が凹状にへこんでいるので、このへこんだ部分(凹部Ｄ１,Ｄ２,Ｄ３)からソリッドベッドＳＢとスクリュー本体７０の外周部との間へメルトプール部ＭＰの溶融樹脂を容易に潜入させることができる。また、凹部Ｄ１,Ｄ２,Ｄ３の幅は下流側ほど広く設定されているので、ソリッドベッドＳＢとスクリュー本体７０の外周部との間への溶融樹脂の潜入を、より容易かつ確実に行わせることができる。
【００５６】
次に、本発明の実施例の第４参考例について説明する。図１４に示すように、本参考例に係る射出成形装置１００では、第１実施例において示されたもの(図１参照)と、スクリュー１１０を除いては同様に構成され、基本的に同様の作用を行う射出成形機１０１と、後述するように、該射出成形機１０１のフライト溝部内に溶融マトリックス樹脂を押し出す押出機１０２とで構成されている。
該押出機１０２は、本体１０３内に回転自在かつ軸方向へ摺動自在に収納された押出スクリュー１０４と、該スクリュー１０４を回転させるモータ１０７と、スクリュー１０４に押出動作を行わせるシリンダ装置１０８とを備え、押出機本体１０３の後部には材料ペレットを投入するためのホッパ１０５が取り付けられている。
【００５７】
本参考例では、押出機１０２のホッパ１０５には、熱可塑性マトリックス樹脂のみでなるペレットが投入される。ホッパ１０５内に投入されたペレット(熱可塑性マトリックス樹脂)は、押出スクリュー１０４の回転に伴って可塑化溶融されて押し出されるようになっている。
上記射出成形機１０１のスクリュー１１０の内部には、図１５に示すように、フライト１１０Ｆ間に形成されるフライト溝部に、上記押出機１０２から押し出された溶融マトリックスを供給するための供給路１１１が設けられている。該供給路１１１は、フライト溝部内においてソリッドベッドＳＢとその下流側フライト１１０Ｆとの間に開口している。
従って、上記押出機１０２から溶融マトリックス樹脂を押し出すことにより、押し出された溶融マトリックス樹脂は上記ソリッドベッドＳＢとその下流側フライト１１０Ｆとの間に供給され、この部分にメルトプール部ＭＰを形成するようになっている。
【００５８】
次に、本発明の実施例の第５参考例について説明する。本参考例では、メルトフィルム部に熱可塑性液晶樹脂繊維が存在することを規制する規制手段がフライト溝部に設けられている。
すなわち、本参考例では、図１６に示すように、メルトフィルム部ＭＦに熱可塑性液晶樹脂繊維が存在することを規制するために、ソリッドベッドＳＢをスクリュー本体１２０の外周部側に位置させるように位置規制する位置規制手段として、フライト１２０Ｆ間に形成されたフライト溝部に、所定メッシュの金網１２１が配設されている。
【００５９】
一方、本参考例では、成形用材料として、熱可塑性液晶樹脂と該液晶樹脂の液晶転移温度よりも低い最低成形可能温度を有する熱可塑性マトリックス樹脂とで成り、上記液晶樹脂がマトリックス樹脂中に繊維状に配向されてなる液晶樹脂複合体を含有するペレットＰＴ１と、熱可塑性マトリックス樹脂のみでなるペレットＰＴ２とが用いられるようになっており、上記金網１２１のメッシュサイズは、上記マトリックス樹脂のみでなるペレットＰＴ２及びその溶融樹脂(マトリックス樹脂)は通過させるが、上記液晶樹脂複合体を含有するペレットＰＴ１は通過させることがないように設定されている。
また、上記金網１２１は、下流側に向かうに連れて低くなるように(つまり内径側に位置するように)設けられている。
【００６０】
そして、本参考例では、上記金網１２１の内側にペレットＰＴ１が、外側にペレットＰＴ２が投入されるようになっている。
従って、スクリュー１２０の回転に伴ってペレットＰＴ１のマトリックス樹脂およびペレットＰＴ２が可塑化溶融された場合、ペレットＰＴ２の溶融マトリックス樹脂は金網１２１の外側から内側に通過するが、ソリッドベッドを構成するペレットＰＴ１は、金網１２１を通過できないため外側への移動が規制され、メルトフィルム部ＭＦに接触することはない。すなわち、メルトフィルム部ＭＦに熱可塑性液晶樹脂繊維が存在することが規制されるようになっている。
また、このとき、液晶樹脂複合体を含有する上記ペレットＰＴ１は、金網１２１の内側で溶融マトリックス樹脂中に浮遊させられるようになっている。
【００６１】
このように、本参考例によれば、フライト溝部に上記金網１２１を設けて液晶樹脂複合体を含有するペレットＰＴ１をスクリュー本体１２０の外周部側に位置させるように、つまり、上記ペレットＰＴ１がメルトフィルムＭＦ側に位置しないように位置規制することができ、ペレットＰＴ１内の液晶繊維が上記メルトフィルム部ＭＦに存在することが規制されるので、該液晶繊維がメルトフィルム部ＭＦで折損することを有効に防止できる。
【００６２】
尚、上記各実施例は射出成形機についてのものであったが、本発明に係るスクリュー構造は、射出成形機に限らず、液晶樹脂複合体を成形用材料として行う、例えば押出成形あるいはブロー成形など他の種類の成形に使用される成形機においても有効に適用することができる。
また、本発明は、以上の実施態様に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良あるいは設計上の変更が可能であることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係る射出成形機の全体構成を示す断面説明図である。
【図２】上記射出成形機のスクリューの一部を示す正面説明図である。
【図３】上記射出成形機本体内におけるスクリューとソリッドベッドの溶融状態を示す断面説明図である。
【図４】本発明の実施例の第１参考例に係るスクリュー構造の要部とソリッドベッドの溶融状態を示す断面説明図である。
【図５】第１参考例の変形例に係るスクリュー構造の要部とソリッドベッドの溶融状態を示す断面説明図である。
【図６】第１参考例の他の変形例に係るスクリュー構造の要部とソリッドベッドの溶融状態を示す断面説明図である。
【図７】第１参考例の更に他の変形例に係るスクリュー構造の要部とソリッドベッドの溶融状態を示す断面説明図である。
【図８】本発明の実施例の第２参考例に係る射出成形機の全体構成を示す断面説明図である。
【図９】本発明の第２実施例に係るスクリュー構造の要部とソリッドベッドの溶融状態を示す断面説明図である。
【図１０】第２実施例の変形例に係るスクリュー構造の要部とソリッドベッドの溶融状態を示す断面説明図である。
【図１１】本発明の実施例の第３参考例に係るスクリュー構造の要部とソリッドベッドの溶融状態を示す断面説明図である。
【図１２】本発明の第３実施例に係るスクリュー構造の要部とソリッドベッドの溶融状態を示す断面説明図である。
【図１３】本発明の第４実施例に係るスクリュー構造の要部とソリッドベッドの溶融状態を示す断面説明図である。
【図１４】本発明の実施例の第４参考例に係る射出成形機および押出機の全体構成を示す断面説明図である。
【図１５】 第４参考例に係るスクリュー構造の要部とソリッドベッドの溶融状態を示す断面説明図である。
【図１６】本発明の実施例の第５参考例に係るスクリュー構造の要部と液晶樹脂複合体ペレットの溶融状態を示す断面説明図である。
【図１７】メルトフィルム中に突き出た補強繊維のモデルを示す説明図である。
【図１８】従来例に係るスクリュー構造におけるソリッドベッドの溶融状態を示す断面説明図である。
【符号の説明】
１…射出成形機
１０, ４０,４５, ６０,７０…スクリュー
１０Ｆ,１０Ｆ', ４０Ｆ,４５Ｆ, ６０Ｆ,７０Ｆ…フライト
１０Ｆs,１０Ｆs', ６０Ｆs …サブフライト
Ｄ１,Ｄ２,Ｄ３…凹部
ＭＰ,ＭＰ１,ＭＰ２,ＭＰ３…メルトプール部
ＰＴ…ペレット
ＳＢ…ソリッドベッド
Claims (4)
- 熱可塑性マトリックス樹脂中に該熱可塑性マトリックス樹脂の最低成形可能温度よりも高い液晶転移温度を有する熱可塑性液晶樹脂が繊維状に複合化されてなる成形用素材を、上記熱可塑性マトリックス樹脂の最低成形可能温度以上でかつ上記熱可塑性液晶樹脂の液晶転移温度未満の範囲内の温度に可塑化溶融させる成形機用のスクリュー構造であって、
上記成形用素材が可塑化溶融される際に、既に可塑化溶融された溶融樹脂中にソリッドベッドを浮かせるように促進するソリッドベッド浮遊促進手段を設け、
該ソリッドベッド浮遊促進手段は、上記ソリッドベッドとその下流側フライトとの間にメルトプール部を積極的に形成させるメルトプール形成手段であり、
上記スクリューには正規のフライト間にサブフライトが設けられており、このサブフライトと上記正規のフライトとが途中で入れ代わる、
ことを特徴とする液晶樹脂複合体の成形機用スクリュー構造。 - 熱可塑性マトリックス樹脂中に該熱可塑性マトリックス樹脂の最低成形可能温度よりも高い液晶転移温度を有する熱可塑性液晶樹脂が繊維状に複合化されてなる成形用素材を、上記熱可塑性マトリックス樹脂の最低成形可能温度以上でかつ上記熱可塑性液晶樹脂の液晶転移温度未満の範囲内の温度に可塑化溶融させる成形機用のスクリュー構造であって、
上記成形用素材が可塑化溶融される際に、既に可塑化溶融された溶融樹脂中にソリッドベッドを浮かせるように促進するソリッドベッド浮遊促進手段を設け、
上記ソリッドベッド浮遊促進手段は、上記ソリッドベッドとスクリュー本体外周部との間への溶融樹脂の潜入を促進する溶融樹脂潜入促進手段であり、
下流側のフライト溝部におけるメルトプール部を上流側のフライト溝部におけるメルトプール部よりも浅く形成した、
ことを特徴とする液晶樹脂複合体の成形機用スクリュー構造。 - 熱可塑性マトリックス樹脂中に該熱可塑性マトリックス樹脂の最低成形可能温度よりも高い液晶転移温度を有する熱可塑性液晶樹脂が繊維状に複合化されてなる成形用素材を、上記熱可塑性マトリックス樹脂の最低成形可能温度以上でかつ上記熱可塑性液晶樹脂の液晶転移温度未満の範囲内の温度に可塑化溶融させる成形機用のスクリュー構造であって、
上記成形用素材が可塑化溶融される際に、既に可塑化溶融された溶融樹脂中にソリッドベッドを浮かせるように促進するソリッドベッド浮遊促進手段を設け、
上記ソリッドベッド浮遊促進手段は、上記ソリッドベッドとスクリュー本体外周部との間への溶融樹脂の潜入を促進する溶融樹脂潜入促進手段であり、
上記スクリューの正規のフライト間に、上記ソリッドベッドを破断するサブフライトを設け、
上記サブフライトの内径側に該サブフライトの上流側と下流側とを連通させる連通孔が設けられ、かつ、上記サブフライトと上流側の正規のフライトとの間に形成されるフライト溝部について、下流側のフライト溝部の容積が上流側のフライト溝部の容積よりも小さくなるように設定した、
ことを特徴とする液晶樹脂複合体の成形機用スクリュー構造。 - 熱可塑性マトリックス樹脂中に該熱可塑性マトリックス樹脂の最低成形可能温度よりも高い液晶転移温度を有する熱可塑性液晶樹脂が繊維状に複合化されてなる成形用素材を、上記熱可塑性マトリックス樹脂の最低成形可能温度以上でかつ上記熱可塑性液晶樹脂の液晶転移温度未満の範囲内の温度に可塑化溶融させる成形機用のスクリュー構造であって、
上記成形用素材が可塑化溶融される際に、既に可塑化溶融された溶融樹脂中にソリッドベッドを浮かせるように促進するソリッドベッド浮遊促進手段を設け、
上記ソリッドベッド浮遊促進手段は、上記ソリッドベッドとスクリュー本体外周部との間への溶融樹脂の潜入を促進する溶融樹脂潜入促進手段であり、
上記メルトプール部の内径側が凹状にへこんでおり、その幅が上流側の凹部よりも下流側の凹部の方が広く設定されている、
ことを特徴とする液晶樹脂複合体の成形機用スクリュー構造。
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