JP3608856B2 - 長繊維強化熱可塑性樹脂の射出成形方法及び射出成形装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、比較的長さの長い（ ３ｍｍ〜２５．４ｍｍ程度）ガラス等の繊維により強化されたペレット状熱可塑性樹脂材料を用いる射出成形方法及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、樹脂の強度を向上するためガラス等の繊維を混入して強化した繊維強化樹脂が用いられており、更に、ペレット化して運送を容易にし、また溶融、押出し成形を容易にするため熱可塑性樹脂を用い、これに繊維を混入し、強化してなる繊維強化熱可塑性樹脂が用いられるようになっており、主として自動車、家電、ＯＡ用部品、土木・建築資材用部品を射出成形する際に用いられている。
【０００３】
このような繊維強化熱可塑性樹脂を射出成形する装置としては各種のものが提案されている。図７は、例えば特公昭４６−２９０９号公報に開示されたスクリュ型射出成形機の一部破断側面図であって、これを同図に基づいて説明すると、マシンべース １０１上にはタイロッド １０２で４隅を連結された固定プラテン １０３とシリンダプラテン １０４とが立設されており、タイロッド １０２には、可動プラテン １０５が固定プラテン １０３に対する遠近方向へ進退自在に支持されている。固定プラテン １０３の外側には、図示しない固定金型が装着されており、内側には、加熱シリンダ １０６が先端のノズル １０７をノズル孔に嵌合させて装着されている。 １０８は、加熱シリンダ １０６を加熱するヒータである。可動プラテン １０５の中心部には、外筒 １０９が先端部を加熱シリンダ １０６と進退自在に嵌合させて固定されており、その周面にはヒータ １１０が装着されている。一方、シリンダプラテン １０４には、射出シリンダ １１１のシリンダ １１２が一体形成されており、このシリンダ １１２の内孔には、可動プラテン １０５に固定された有底円筒状の射出ラム １１３が進退自在に嵌合されている。 １１４は、射出シリンダ １１１の端面に固定された低速可変の油圧モータであって、その回転軸 １１５は、射出ラム １１３の軸孔に回転自在に嵌合されており、この回転軸 １１５の先端連結部には、射出ラム １１３に摺動自在に指示された円筒状の開閉ラム １１６が回転方向へのみ一体となって摺動自在に嵌合されている。開閉ラム １１６には、回転軸 １１５と同一軸心のスクリュ １１７が回転方向へのみ一体となって摺動自在に嵌合されており、このスクリュ １１７は、外筒 １０９に進退自在に嵌合されている。そして、スクリュ １１７の先端頭部１１７ａと外筒 １０９の端面とには、互いに対向する漏斗状の傾斜面が形成されている。 １１８は、開閉ラム １１６と可動プラテン １０５との間に介装されたスラストベアリングであって、 １１９は、外筒 １０９に固定されてこの外筒 １０９とスクリュー １１７との間へ樹脂を供給するホッパである。また、 １２０は、射出ラム １１３と開閉ラム １１６との間の空間部へ圧油を送入するポートであり、 １２１は、射出シリンダ １１１へ圧油を送入するポートである。
【０００４】
以上のように構成された射出成形機の動作を説明する。油圧モータ １１４を回転させ、射出ラム １１３内にポート １２０から圧油を供給して開閉ラム １１６を前進限まで移動させてスクリュー １１７の先端頭部１１７ａを外筒 １０９の先端面から離した状態にし、ホッパ １１９からスクリュー １１７の周囲へ樹脂を供給すると、この樹脂は、スクリュー １１７の回転によりその溝内を前進しながら混練され、外筒 １０９の先端面とスクリュー頭部１１７ａとの間に形成された傾斜状のすき間ｔから加熱シリンダ １０６内に送り込まれて所定量だけ蓄積される。この蓄積樹脂の圧力によって外筒 １０９及びこれと一体の可動プラテン １０５を介して射出ラム １１３が後退する。そして、ポート １２０から射出ラム １１３内の油圧を抜くとともに、ポート １２１へ圧油を送入すると、射出ラム １１３が前進し、可動プラテン １０５と外筒 １０９とを介しスクリュー １１７が前進して、加熱シリンダ １０６内の樹脂がノズル １０７から金型内へ射出される。この場合、ポート １２０から油圧を抜いているので、開閉ラム １１６はフリーの状態になり、スクリュー １１７の先端頭部１１７ａは外筒 １０９に対して相対的に後退することになる。従って、先ず最初に外筒 １０９が前進してその先端のすき間ｔが閉じてから射出が開始されるので、樹脂が逆流しない。
【０００５】
以上、スクリュ型射出成形機の一例を示してその構成と動作とを説明したが、このようなスクリュ型の射出成形機においては、成形材料の種類によって次のような問題点があった。すなわち、比較的長さの長い（ ３ｍｍ〜２５．４ｍｍ程度）ガラス繊維を含む成形材料の機械的性質は、成形品中のガラス繊維の状態との相関性が大きく、繊維長が長くて、均一に分布した方が機械的強度が向上するが、これに対して上記スクリュー型射出成形機においては、樹脂がスクリュ １１７で送られるときにその作用により混練されるため、材料中のガラス繊維が折損し長い繊維の割合が少なくなり、強度が大幅に低下する。
【０００６】
その対策として、例えば図８に示すような、２軸混練機とアキュムレータを装備し、プランジャ式射出機で射出成形することが提案されている。すなわち、スクリュを２本並設してなる２軸混練機 １２２に対し、バレル １２３から熱可塑性樹脂を供給し、バレル １２４からはガラス繊維を供給して、スクリュを互い同方向に同速度で回転させる。各原料はニーディングディスク部で混練し、ベント １２５から脱気した後アキュムレータ １２６に供給し、ロータリバルブ １２７を開放した後ピストン １２８を油圧で押下し、プランジャ １２９により射出シリンダ １３０に供給する。そして、ロータリバルブ １３１の開放とシリンダ １３２の作動によってプランジャ １３３を前進させ、射出シリンダ １３０内の繊維混入樹脂をノズル １３４から金型内に射出するものである。
【０００７】
この射出成形装置においては、可塑化装置として２軸混練機 １２２を用い、複合材をペレット化せずに直接可塑化するものであるため、ペレット化と可塑化とによる二重の、繊維の折損を防ぐことができる。
【０００８】
また他の対策として、特開平 ６−１９８６８８号公報に提案されているものがある。この公報に提案の発明は、射出成形法において繊維強化材の折損を抑制する対策としては、成形機のスクリュのＬ／Ｄ（長さと直径の比）を小さくする、ノズル径を大きくする、圧縮比を小さくするなどが挙げられるが、これらを工夫しても繊維強化材の折損抑制には限界がある（同公報２コラム第８〜１３行参照）ことから、原料樹脂を溶融してスクリュ前方に蓄積する際にその蓄積中の溶融樹脂圧を実質的にゼロとするようにスクリュ又はプランジャの後退動作を制御するものである。そして、この場合において、使用するＤ／Ｌは１２〜１８の範囲にあることが好ましく、スクリュの溝深さはフィード部が ８〜２０ｍｍ、メータリング部が ５〜１５ｍｍの範囲にあることが好ましい。さらに圧縮比は １．２〜 １．８であることが好ましい（同公報５コラム第３５〜３９行参照）。とされている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記図８に示す従来の射出成形装置においては、複合材をペレット化しないため二重の繊維の折損等は防止できるものの、２軸混練機 １２２に供給されるガラス繊維は、２本のスクリュー間で可塑化された樹脂と混合されるため大きな剪断力を受け、このため、図７に示した従来の射出成形装置と同様に、２軸混練機 １２２を出た後の樹脂中の繊維長は １ｍｍ以下になってしまい、市販の短繊維ペレットを用いた場合と何ら変わるところがなくなってしまう。したがって、原材料をペレット化して搬送を簡単にするということができないにもかかわらず、繊維の折損等の面であまり効果がない。しかもペレットの繊維長が、 ３〜２５．４ｍｍ程度の長繊維ペレットの成形には対応することができない。
【００１０】
一方、上記特開平 ６−１９８６８８号公報に提案されている発明にあっては、原料樹脂ペレットの長繊維の折損を少なくすることが期待されるが、溶融樹脂圧が実質的にゼロとなるようにスクリュの圧縮比を小さくしたのでは、原料樹脂ペレットはスクリュによって溶融樹脂溜めへ溶融して搬送されるだけとなり、しかも溶融樹脂溜めでは溶融樹脂圧を実質的にゼロとするため、スクリュによって搬送されてきた溶融樹脂を溜めるだけであることから、溶融樹脂中に長繊維束が固まり状態で残ることになり、その後、製品化した際に製品の厚みが不均一になったり、表面性状が悪くなったり、強度分布が不均一になったりする問題がある。また、溜めるだけであることから、溶融樹脂の密度にバラツキが生じ、その後、製品化のため型内に排出する際に正確な計量がし難くなるとともに、製品重量にバラツキが生じ歩留りにも影響を来すことになる。
【００１１】
本発明は、上記の事情に基づいてなされたものであって、その目的は、ペレット状の長繊維強化熱可塑性樹脂を可塑化しても繊維の損傷を最小とすることができ、またペレット中の繊維束を、繊維長を保持したまま解繊しつつ樹脂を溶融することができ、強度の高い長繊維強化熱可塑性樹脂を成形し得る射出成形方法及びその装置を提供するものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明に係る長繊維強化熱可塑性樹脂の射出成形方法は、ペレット状の長繊維強化熱可塑性樹脂を、ヒータを備えたシリンダ内に互いに平行に配設されるとともに異方向に回転する深溝かつ低圧縮比形状の２本のスクリュを有する２軸スクリュ式可塑化装置により加熱溶融した後、その溶融状態の長繊維強化熱可塑性樹脂を加圧して解繊し、更にその後に射出成形するものである。
【００１３】
そして、上記長繊維強化熱可塑性樹脂の射出成形方法においては、加熱溶融した後の溶融状態の長繊維強化熱可塑性樹脂を、開閉度が調節可能とされたゲートを通して解繊してもよいし、あるいは互いに平行に配置された異方向に回転する２つのロール間の隙間を通して解繊してもよい。
【００１４】
また、上記の目的を達成するため、本発明に係る長繊維強化熱可塑性樹脂の射出成形装置は、深溝かつ低圧縮比形状の２本のスクリュをヒータを備えたシリンダ内に互いに平行に配設するとともに異方向に回転させることによって、ペレット状の長繊維強化熱可塑性樹脂を溶融混練する２軸スクリュ式可塑化装置と、このスクリュ式可塑化装置の出口に接続されその出口からの溶融状態の長繊維強化熱可塑性樹脂に圧力を付与して解繊する圧力付与手段と、この圧力付与手段の出口に接続されその出口からの溶融状態の長繊維強化熱可塑性樹脂を導入して射出する射出機とからなるものである。
【００１５】
そして、上記長繊維強化熱可塑性樹脂の射出成形装置においては、圧力付与手段が、開閉度が調節可能とされたゲート、又は、互いに平行に且つロール間に隙間を有するように配置された異方向に回転する一対のロールであってもよい。また、前記一対のロールは、ロール回転速度を調節可能とされたものであってもよい。
【００１６】
また、上記長繊維強化熱可塑性樹脂射出成形装置においては、スクリュ式可塑化装置のスクリュに、長繊維強化熱可塑性樹脂を加熱する加熱手段が設けられてあってもよいし、その加熱手段の具体的なものとしては、前記スクリュの軸心に沿って該スクリュの内部に設けられた熱媒通路と、該熱媒通路にロータリージョイントを介して接続された加熱媒体供給手段とからなるものであってもよい。
【００１７】
また、上記長繊維強化熱可塑性樹脂射出成形装置においては、スクリュ式可塑化装置のシリンダ内に加熱ガスを供給する加熱ガス供給手段が、前記シリンダに接続されてあってもよい。
【００１８】
また、上記長繊維強化熱可塑性樹脂射出成形装置においては、圧力付与手段の出口と射出機との間に、シリンダとプランジャとからなるアキュームレータが介設されてあってもよい。
【００１９】
上記本発明方法では、 ３ｍｍ〜２５．４ｍｍ程度の長繊維により強化された熱可塑性樹脂ペレットを加熱溶融し、その溶融状態の長繊維強化熱可塑性樹脂を加圧して解繊するので、従来のように溶融しただけと違い、又は溶融した後にあるいは同時にスクリュ等で混練するのと違い、繊維の折損の少ない且つ繊維の固まりの少ない溶融状態の長繊維強化熱可塑性樹脂を得ることができる。したがって、この後に射出成形することにより、製品としたときに繊維が比較的均一に分散され製品の厚み、表面性状、強度及び製品重量などのバラツキを少なくできる。さらに製品歩留りの向上が期待される。
【００２０】
また、本発明装置は上記のように構成したので、スクリュ式可塑化装置のシリンダ内に ３ｍｍ〜２５．４ｍｍ程度の長繊維により強化された熱可塑性樹脂ペレットを供給すると、ペレットは、シリンダに備えたヒータにより樹脂が加熱溶融されるとともに、深溝かつ低圧縮比形状の互いに平行な２本のスクリュの異方向への回転によって溶融樹脂と長繊維が混練される。この混練は、スクリュの溝形状が例えば １〜 １．５程度の低圧縮比形状となっているため、また２本のスクリュ（所謂２軸スクリュ）であるため、１本のスクリュによる場合に比較して溶融樹脂の輸送と混合が主体となり剪断力がほとんど発生しないことから長繊維の折損が低減される。このようにシリンダ内ではペレットは溶融混練（混合を主体とした混練）されながら、互いに平行な２本のスクリュの異方向への回転によって長繊維の折損を少なくして搬送されてスクリュ式可塑化装置の出口から圧力付与手段へと送られる。圧力付与手段においては、溶融状態の長繊維強化熱可塑性樹脂に圧力を付与し加圧するので、長繊維の固まりを繊維の折損を少なくして効果的に解繊できる。このような解繊状態を得る手段の具体的な方法としては、開閉度が調節可能とされたゲートを通すことで、又は、互いに平行に且つロール間に隙間を有するように配置された異方向に回転する一対のロールの前記隙間を通すことで行える。このように解繊した溶融状態の長繊維強化熱可塑性樹脂は、次に射出機へと送られ、この射出機において射出され成形品に成形されるので、長繊維の損傷を最小とした強度の高い長繊維強化熱可塑性樹脂製品に成形することができる。そして、このような作用を得るためにも、前記溝形状の圧縮比は １〜 １．５程度が好ましく、より好ましくは １〜 １．２程度がよい。その理由は、溶融樹脂を確実にスクリュで輸送し、またスクリュ回転による溶融樹脂への剪断を小さくし、繊維の損傷を防ぐためである。
【００２１】
また、スクリュ式可塑化装置のシリンダに備えたヒータによる加熱に加えて、スクリュ式可塑化装置のスクリュに加熱手段を設けることで、および／または、スクリュ式可塑化装置のシリンダ内に加熱ガスを供給する加熱ガス供給手段を前記シリンダに接続することで、シリンダ内に供給されたペレットの加熱力が増大でき、これにより、例えばナイロン樹脂等、高温で可塑化する樹脂も本装置で成形することができる他、通常の熱可塑性樹脂においても短時間で溶融可塑化ができ、繊維の折損を最小限に留めることができると共に成形速度を向上させることができる。
【００２２】
また、圧力付与手段の出口と射出機との間に、シリンダとプランジャとからなるアキュームレータを介設することで、スクリュ式可塑化装置及び圧力付与手段により繊維の折損を少なくして比較的均一に解繊された溶融状態の長繊維強化熱可塑性樹脂をアキュームレータに蓄積できるとともに、出口に設けた開閉弁を開くことで射出機内へ供給することができるので、開閉弁の操作タイミングを図ることにより、スクリュ式可塑化装置及び圧力付与手段を連続稼働しながらアキュームレータを経て射出機内へ長繊維強化熱可塑性樹脂を効率的に供給することができるようになる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を説明する。
〔実施例１〕
図１は、本発明に係る長繊維強化熱可塑性樹脂用射出成形装置の説明図であって、ａは正断面図、ｂはａのＡ−Ａ断面図であって、この図において、１は２軸スクリュ可塑化装置、２は射出機を示す。
【００２４】
まず、２軸スクリュ可塑化装置１について説明する。シリンダ３内には異方向に回転するスクリュ４，５が平行に配置されている。各スクリュ４，５は１条ねじとし、各スクリュの歯６，７は図１ｂに示すような断面形状で軸線方向に一定で、またこの歯６，７により形成される溝は同図から明らかなように深溝で且つ低圧縮比（圧縮比 １〜 １．５）の形状をなしている。
【００２５】
各スクリュ４，５は、シリンダ３の両端を貫通し、外部のフレームに軸受け８，９でその軸部１０を支持されており、軸部１０の一端部はプーリ１１が固定されて、外部の駆動装置によって互いに異方向に回転駆動される。また、軸部１０の中心には熱媒体流路１２， １３を有し、軸部１０の他端に設けたロータリジョイント１４を介して高温流体が流通可能となっている。
【００２６】
シリンダ３の一端部近傍にはホッパ１５を備え、ホッパ１５の下部開口は、シリンダ３内部のシリンダ室１６の一端上部の開口１７と連通し、ホッパ１５から投入される長繊維が混入された熱可塑性樹脂のペレットを受け入れ可能となっている。シリンダ３の他端の下部には出口１８を備え、その上方には通気孔１９を形成し、シリンダ室１６内と外部とを連通している。シリンダ３の外周には電熱ヒータ２０を設けており、前記各スクリュ４，５の軸部１０の熱媒体流路１２， １３内を通る高温流体と共にシリンダ室１６内を ２００〜 ３５０℃程度に加熱し、ホッパ１５から投入される前記ペレットを、両スクリュ４，５の互いに異方向への回転によりシリンダ室１６内の一端から他端側に搬送する時、上記加熱手段によって加熱し溶融する。また、その際、発生するガスは通気孔１９から外部に放出される。なお、本実施例では、加熱手段として各スクリュ４，５の軸部１０に熱媒体流路１２， １３を形成し加熱する例を説明したが、これに代えて軸部１０の中心にカートリッジヒータを挿入して加熱するようにしてもよい。またスクリュ４，５に加熱手段を設けずシリンダ３の外周に設けた電熱ヒータ２０のみで加熱してもよい。
【００２７】
シリンダ３の出口１８と、射出機２の供給口２１との間の供給路２２には圧力付与手段としてのゲート２３を有する。ゲート２３は一端が揺動自在に支持され、他端近傍には作動ロッド２４を有すると共に、他端部には閉止蓋２５を備えている。この作動ロッド２４は、図示しない油圧アクチュエータにより任意の位置に停止自在となっており、外部の制御装置により供給路２２の開度を自由に設定し、また閉鎖可能となっている。
【００２８】
射出機２は周知の構造をなし、油圧シリンダ２６の作動によりシリンダ２７内にプランジャ２８を押し出すことによって、シリンダ室２９内に供給された樹脂をノズル３０から図示省略する金型内に射出可能となっている。シリンダ２７の外周にはヒータ３１を備えており、シリンダ室２９内を所定温度に保持している。
【００２９】
上記の装置の作動に際しては、最初、ホッパ１５に ３〜２５．４ｍｍのガラス繊維、すなわち長繊維が予め混入されている熱可塑性樹脂からなるペレットを投入する。シリンダ３の外周をヒータ２０で加熱し、２本のスクリュ４，５の熱媒体流路１２， １３に、ロータリジョイント１４を介して高温流体を通すことにより、シリンダ室１６内を ２００〜 ３５０℃程度に加熱する。外部の動力源によって、プーリ１１を駆動して２本のスクリュ４，５を互いに異方向に同速度で回転させ、ホッパ１５から開口１７を介してシリンダ室１６内に供給されたペレットをシリンダ室１６の一端部から他端部側に搬送する。その際、ペレットは、スクリュ４，５が深溝でかつ低圧縮比であるため大きな混練はなされず輸送と混合が主体となり、したがって、混練時の剪断力によって内部の長繊維が細かく折損されるのが防止される。
【００３０】
このようにして、シリンダ３内のペレットは、スクリュ４，５の作動による剪断発熱の不足分を前記加熱手段により補われ、溶融し、シリンダ３の出口１８側に送られる。この時発生するガスは、通気孔１９から外部に放出される。また、シリンダ３内で出口１８側に送られる溶融樹脂の圧力はゲート２３の開閉度で制御可能であり、その圧力制御によって、樹脂中の繊維の束の解繊度合の制御及び通気孔１９からのガス抜きが可能である。更に、スクリュの回転速度の制御による搬送力及び混合速度の調節、及び樹脂のシリンダ内での滞留時間等も任意に制御可能であり、それにより種々の溶融温度に調節することも可能となり、特性の異なる各種の樹脂に対応可能となっている。
【００３１】
ゲート２３によって、所定の圧力に保持されつつ供給路２２を通る長繊維が混合された溶融樹脂は、射出機２のシリンダ室２９内に入り、プランジャ２８を後退させる。この時、油圧シリンダ２６に適度の油圧を作用させ、プランジャ２８が後退する力を調節し、シリンダ室２９内を適度の圧力に調節することによって、シリンダ室２９内に供給される樹脂の量を一定状態に保持し、計量精度を向上することもできる。シリンダ室２９内に供給される樹脂の圧力によって、プランジャ２８が所定位置まで後退すると、この位置に設けたリミットスイッチ３２が作動し、ゲート２３を閉じるとともにスクリュ４，５の駆動を停止する。
【００３２】
次いでノズル３０の先端の図示しないバルブを開放し、油圧シリンダ２６を作動してプランジャ２８を前進させることにより、ゲート２３の閉鎖によって、供給口２１が閉止蓋２５によって閉じられているので、内部の樹脂は金型内に射出される。射出終了後は、再びゲート２３を所定位置まで開放し、スクリュ４，５を駆動して前記と同様の動作を繰り返す。上記装置において、樹脂の溶融・混練をなすスクリュ４，５の形状は各種のものが使用されるが、溝深さと軸直径の比Ｈ／Ｄは ０．２〜 ０．３程度が適切であり、その圧縮比は １〜 １．５程度が望ましく、この範囲であれば長繊維の折損の少ない輸送と混合とを主体とした混練が行える。またスクリュ長さと直径の比Ｌ／Ｄは ５〜１５程度が適切である。また、スクリュ４，５の歯６，７のピッチは、ホッパ１５の近傍のみ歯６，７の一方又は両方のピッチをペレット長（繊維長にほぼ同じ）より長く形成してもよく、この場合、ホッパ１５からの供給直後のペレットが、長く形成された溝内に入り易くなりシリンダ３の内壁と歯６，７との間に挟まれる割合が大幅に減り長繊維の折損を防ぐことができる。
【００３３】
なお、上記実施例において、通気孔１９からシリンダ室１６内のガスを外部に排出した例を示したが、この通気孔１９を用いて、窒素等の加熱された不活性ガスをシリンダ室１６内に導入し、ナイロン樹脂等溶融温度の高い樹脂を用いる際に、その樹脂のペレットを加熱して溶融の補助作用をさせることもできる。このペレットを加熱した後の低温ガスは、ホッパ１５等によりシリンダ室１６の外部に排出する。
【００３４】
〔実施例２〕
上記実施例１において、ゲート２３として一端が揺動自在に支持された平板状のものを用いた例を示したが、図２に示すように、ゲート２３の下方に互いに異方向に回転する一対のロール３３， ３３を互いに平行に配置しその下にスクリュ押出機３４を配置した構成としてもよい。この場合、ロール３３， ３３からの溶融樹脂は、ロール３３， ３３のすき間を引き出される過程で押し広げられることにより長繊維がより解繊（繊維の束をほぐし繊維への樹脂の含浸をよくする）され、スクリュ押出機３４によりシリンダ室２９に押し込まれる。また、ロール３３， ３３のすき間および回転速度を任意に変更自在として、溶融樹脂の供給量を調節可能とし、それにより背圧の調整を行い、解繊度合の調整を行うことができる。したがって、本実施例２の構成においては、上記実施例１における作用効果に加えて、長繊維がより解繊される分、より強度の高い長繊維強化熱可塑性樹脂の成形が行える。
【００３５】
〔実施例３〕
図３は、本発明に係る長繊維強化熱可塑性樹脂用射出成形装置の別の実施例の説明図であって、ａは正断面図、ｂはａのＢ−Ｂ断面図である。この図において、４１は２軸スクリュ可塑化装置、４２はアキュームレータ装置、４３は射出機を示す。
【００３６】
２軸スクリュ可塑化装置４１は、その基本構成は上記実施例１における図１に示す２軸スクリュ可塑化装置１と同じものである。すなわち、シリンダ４４内には異方向に回転するスクリュ４５，４６が平行に配置されている。各スクリュ４５，４６は１条ねじとし、各スクリュの歯４７，４８は上記実施例１の図１ｂに示すような断面形状で軸線方向に一定で、またこの歯４７，４８により形成される溝は同図から明らかなように深溝で且つ相互に噛み合っている低圧縮比（圧縮比 １〜 １．５）の形状をなしている。
【００３７】
各スクリュ４５，４６は、一端がシリンダ４４を貫通し、外部の歯車ボックス４９内においてその軸部５０に取付けた歯車５１を介在させて支持されており、軸部５０の一端部に取付けられた油圧モータ５２によって互いに異方向に回転駆動される。一方、他端は、シリンダ４４内にあって頭部５３が円錐体あるいは半球に形成されている。なお、軸部５０の中心には熱媒体流路を形成してもよく、この場合、熱媒体流路は後部から頭部５３の手前までの穴とし、内部に管を装入してその管の内外を流路とする。またはこの加熱手段に代えて軸部５０の中心にカートリッジヒータを挿入してもよい。
【００３８】
シリンダ４４の一端部近傍にはホッパ５４を備え、ホッパ５４の下部開口は、シリンダ４４内部のシリンダ室５５の一端部の開口５６と連通し、ホッパ５４から投入される長繊維が混入された熱可塑性樹脂のペレットを受け入れ可能となっている。シリンダ４４の他端は、スクリュ４５，４６の頭部５３の円錐体あるいは半球に沿う、先細りの漏斗状の傾斜部５７に形成され、その先端はスリット状の出口５８に形成されている。シリンダ４４の外周には電熱ヒータ５９が設けられており、シリンダ室５５内を ２００〜 ３００℃程度に加熱し、ホッパ５４から投入される前記ペレットを、両スクリュ４５，４６の互いに異方向への回転によりシリンダ室５５内の一端から他端側に搬送する時、加熱し溶融する。そして本実施例では、前記傾斜部５７の先に圧力付与手段としての圧力付与ロール装置６０が、さらにその先にアキュームレータ装置４２が接続されている。
【００３９】
圧力付与ロール装置６０は、互いに平行に配置された一対のロール６１を内部に有するロールボックス６２と、ロール６１の軸とカップリング６３を介して連結された歯車を有する歯車ボックス６４と、歯車ボックス６４内のいずれか一方の歯車軸とカップリング６５を介して連結した油圧モータ６６とで構成され、前記一対のロール６１は、油圧モータ６６の駆動により歯車ボックス６４内の歯車を介してシリンダ４４の先端出口５８に搬送されてくる溶融樹脂を引き出す方向に回転し、溶融樹脂を加圧し混合されている長繊維をさらに解繊（繊維をほぐし繊維への樹脂の含浸をよくする）してロールボックス６２の出口６７からアキュームレータ装置４２へ送り出す。
【００４０】
アキュームレータ装置４２は、シリンダ６８とプランジャ６９とからなり、プランジャ６９の先端側にアキュームレータ室７０を形成している。アキュームレータ室７０の周囲は図示省略するヒータによって加熱されるようになっている。プランジャ６９の後端にはロッド７１を介して押込み用油圧シリンダ７２が連結されている。また、アキュームレータ室７０の先端出口７３は、開閉バルブ７４を介在させて射出機４３に連結されている。開閉バルブ７４は、図４に示すようにストッパプレート７５を駆動シリンダ７６によって出口７３へ出入り自在に構成したものである。なお、この開閉バルブ７４は、前記構成の他、回転バルブ式または他の方式の開閉バルブであってもよい。
【００４１】
射出機４３は、上記実施例１に示す射出機２と基本構成は同じものであって、油圧シリンダ７７の作動によりシリンダ７８内でプランジャ７９を押し出すことによって、シリンダ室８０内に供給された樹脂をノズル８１から図示省略する金型内に射出可能となっている。また、シリンダ７８の外周には図示省略するヒータを備えており、シリンダ室８０内を所定温度に保持することができる。
【００４２】
上記の装置の作動に際しては、最初、ホッパ５４に ３〜２５．４ｍｍのガラス繊維、即ち長繊維が予め混入されている熱可塑性樹脂からなるペレットを投入する。シリンダ４４の外周をヒータ５９で加熱することにより、シリンダ室５５内を ２００〜 ３５０℃程度に加熱する。油圧モータ５２によって、歯車ボックス４９の歯車５１を介して２本のスクリュ４５，４６を互いに異方向に同速度で回転させ、ホッパ５４の下部開口５６を介してシリンダ室５５内に供給されたペレットをシリンダ室５５の一端部から他端部側に搬送する。その際、ペレットは、スクリュ４５，４６が深溝でかつ低圧縮比であるため大きな混練はなされず輸送と混合が主体となり、したがって、混練時の剪断力によって内部の長繊維が細かく折損されるのが防止される。
【００４３】
このようにして、シリンダ４４内のペレットは、スクリュ４５，４６の作動による剪断発熱の不足分を前記加熱手段により補われ、溶融し、シリンダ４４の出口５８側に送られる。この時発生するガスは、図示省略するベント口またはホッパ５４から外部に放出される。シリンダ４４の出口５８側に送られてきた溶融樹脂は、圧力付与ロール装置６０の互いに異方向に回転するロール６１間を引き出される。この時、溶融樹脂は、ロール６１間で加圧され溶融樹脂中に混合されている長繊維をさらに解繊（繊維の束をほぐし繊維への樹脂の含浸をよくする）される。ロール６１間を引き出された溶融樹脂は、ロールボックス６２の出口６７からさらにアキュームレータ装置４２へ送り出される。アキュームレータ装置４２の先端出口７３は、開閉バルブ７４のストッパプレート７５が前進して閉鎖されており、圧力付与ロール装置６０から送り出された溶融樹脂はアキュームレータ室７０内を充満する。その後、開閉バルブ７４のストッパプレート７５を後退させ出口７３を開放するとともに、押込み用油圧シリンダ７２を作動させプランジャ６９を押込むことにより、アキュームレータ室７０内の溶融樹脂を射出機４３のシリンダ室８０内に供給する。この時のシリンダ室８０内への溶融樹脂の供給と計量は、開閉バルブ７４を開いて、押込み用油圧シリンダ７２を作動させプランジャ６９を下降させ、このプランジャ６９の下降による溶融樹脂への圧力により、樹脂圧を一定に保持し射出機４３のプランジャ７９を後退させながら、溶融樹脂の供給と計量が行われる。プランジャ７９は、図示省略するリミットスイッチ、エンコーダ等の位置センサーで予め設定されたストロークだけ後退し、これにより溶融樹脂の供給と計量が行われる。
【００４４】
なお、上記実施例においては、２軸スクリュ可塑化装置４１とアキュームレータ装置４２との間に圧力付与ロール装置６０を設けた例を説明したが、本発明では、圧力付与ロール装置６０を設けず、シリンダ４４のスリット状の出口５８のままでそのスリット状の出口５８間を押し出すようにしてもよいし、あるいは圧力付与ロール装置６０に代えてスタティックミキサー等で、溶融樹脂を加圧し混合されている長繊維をさらに解繊（繊維をほぐし繊維への樹脂の含浸をよくする）し得るものであれば適宜使用できる。
【００４５】
因みに、上記実施例３の構成の射出成形装置と、径 ３ｍｍ×長さ１１ｍｍの樹脂ペレットを用いて、２軸スクリュ可塑化装置４１（スクリュ直径 １５０ｍｍ、Ｌ／Ｄ＝１０、圧縮比 １．０、溝深さ２０ｍｍ、スクリュ回転数 ７．５ｒｐｍ ）の通過後と更に圧力付与ロール装置６０（ロール径 ２００ｍｍ、ロール間の隙間 ０．５ｍｍ、ロール回転数 ２０．０ｒｐｍ）の通過後のそれぞれについて繊維長の分布状態を調査した。その結果を図５（図５ａは２軸スクリュ可塑化装置通過後の分布状態、図５ｂは更に圧力付与ロール装置を通過させた後の分布状態）に示す。また、図６は、従来の射出成形装置により可塑化させた場合のノズル通過後の繊維長の分布状態を示す。
【００４６】
上記図５及び図６から明らかなように、本発明に係る２軸スクリュ可塑化装置を通過させた後のもの（図５ａ）では、繊維長さの分布が ９ｍｍ〜１２ｍｍの間に約６０％の高い度数割合で集中しており繊維の折損が少ないことが分かる。またその後に、本発明に係る圧力付与ロール装置を通過させた後のもの（図５ｂ）でも、繊維長さの分布が ９ｍｍ〜１２ｍｍの間に約５０％の高い度数割合で集中しており繊維の折損が少ないことが分かる。これに対して図６に示す従来の装置のものでは、繊維長さの分布が １ｍｍ〜 ４ｍｍの間に約９０％の高い度数割合で集中しており、混練による剪断力によって繊維の殆どが折損してしまうことが分かる。
【００４７】
また、この調査に併せて繊維の分散状態を目視観察した結果、２軸スクリュ可塑化装置４１を通過させただけのものでは、繊維の束が多数認められたのに対して、その後に圧力付与ロール装置６０を通過させたものでは、繊維の束が押しつぶされるようにして平たく広がり繊維が解繊され分散されていた。
【００４８】
また、上記実施例３では、アキュームレータ装置４２のアキュームレータ室７０内の溶融樹脂を射出機４３のシリンダ室８０内へ供給する際の、溶融樹脂の供給と計量は、開閉バルブ７４を開いて、押込み用油圧シリンダ７２を作動させプランジャ６９を下降させ、このプランジャ６９の下降による溶融樹脂への圧力により、射出機４３のプランジャ７９を後退させながら行う例を説明したが、この例の場合、プランジャ７９の後退時の抵抗が大きすぎると、特にアキュームレータ室７０からシリンダ室８０へ流入する過程で圧力が高く（例えば通常５０ｋｇ／ｃｍ２ 以下が望ましいところ７０〜 １００ｋｇ／ｃｍ２ ）なり、長繊維の折損が起こり易くなる。また、逆にこの抵抗を小さくするため単にプランジャ７９を強制的に後退させると、溶融樹脂の計量精度が低下する懸念がある。
【００４９】
そこで、上記懸念を解消するためには、例えば、図３に合わせて示すように、射出機４３のシリンダ７８にシリンダ室８０内の圧力を検出する圧力センサ８２を設け、さらにはアキュームレータ装置４２のシリンダ６８にアキュームレータ室７０内の圧力を検出する圧力センサ８３， ８４を設け、少なくとも前記圧力センサ８２でシリンダ室８０内の圧力を検出し、この圧力が５０ｋｇ／ｃｍ２ 以下となるように、油圧シリンダ７７の後退側の圧力油を制御してプランジャ７９を後退させる。この時、プランジャ７９の後退速度は、圧力センサ８２の値とプランジャ６９の下降速度に応じて制御することができる。またこの時、前記圧力センサ８３， ８４でアキュームレータ室７０内の圧力を合わせて検出し、これら圧力センサ８２， ８３， ８４の圧力値を基にプランジャ７９の後退速度を制御することで、圧縮性のある可塑化された長繊維樹脂の圧力変動が吸収されより精度の高い制御が行えると同時に、より長繊維の折損を抑え且つ溶融樹脂の計量精度を維持した制御ができる。
【００５０】
上記のプランジャ６９の下降速度、プランジャ７９の後退速度及び圧力センサ８２， ８３， ８４の圧力値の制御は、図示省略するプログラムコントローラ等の制御部、アキュームレータ装置４２、射出機４３の油圧回路に設けられた流量制御弁や電磁開閉弁などの制御システムに、上記圧力センサ８２， ８３， ８４を接続して行え、例えば、制御部に入力される圧力センサ８２， ８３， ８４より検出された圧力値と予め設定した圧力値（例えば５０ｋｇ／ｃｍ２ ）とを所定間隔で比較演算し、検出圧力値が設定圧力値を越えている場合には前記油圧回路の流量制御弁等を動作させて所定の圧力値に入るように制御して行える。
【００５１】
【発明の効果】
本発明は、上述のように構成され作用するので、ペレット状の長繊維強化熱可塑性樹脂を溶融混練しても、内部の長繊維の折曲げや折損が最小限に低減でき、強度の高い長繊維強化熱可塑性樹脂を射出成形することが可能となる。
【００５２】
また、スクリュ可塑化装置の出口と射出シリンダとの間に圧力付与手段を設けているので、この圧力付与によって溶融状態の長繊維強化熱可塑性樹脂の解繊を調節することができるほか、ガス抜きも可能となる。
【００５３】
また、スクリュに加熱手段を設けたものにおいては、スクリュ可塑化装置で溶融される樹脂に対して熱を内部から付与することができ、確実な溶融、混練を行うことができる。
【００５４】
また、スクリュ可塑化装置のシリンダ内に加熱ガスを供給するものにおいては、スクリュ可塑化装置で溶融される樹脂が、ナイロン等の溶融温度が高い樹脂であっても確実に溶融、混練することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る長繊維強化熱可塑性樹脂用射出成形装置の説明図であって、ａは正断面図、ｂはａのＡ−Ａ断面図である。
【図２】本発明に係る長繊維強化熱可塑性樹脂用射出成形装置の別の実施例の正断面図である。
【図３】本発明に係る長繊維強化熱可塑性樹脂用射出成形装置の別の実施例の説明図であって、ａは正断面図、ｂはａのＢ−Ｂ断面図である。
【図４】図３ａのＣ−Ｃ断面図である。
【図５】本発明に係る射出成形装置による繊維長の分布状態の説明図であって、ａは２軸スクリュ可塑化装置通過後の分布状態、ｂは更に圧力付与ロール装置を通過させた後の分布状態のグラフ図である。
【図６】従来の２軸スクリュ可塑化装置による繊維長の分布状態のグラフ図である。
【図７】従来例の断面図である。
【図８】他の従来例の断面図である。
【符号の説明】
１：２軸スクリュ可塑化装置 ２：射出機
３：シリンダ ４，５：スクリュ ６，７：スクリュの歯
８，９：軸受け １０：軸部 １１：プーリ
１２， １３：熱媒体流路 １４：ロータリジョイント １５：ホッパ
１６：シリンダ室 １８：開口 １８：出口
１９：通気孔 ２０：電熱ヒータ ２１：供給口
２２：供給路 ２３：ゲート ２４：作動ロッド
２５：閉止蓋 ２６：油圧シリンダ ２７：シリンダ
２８：プランジャ ２９：シリンダ室 ３０：ノズル
３１：ヒータ ３２：リミットスイッチ ３３：ロール
３４：スクリュ押出機 ４１：２軸スクリュ可塑化装置
４２：アキュームレータ装置 ４３：射出機
４４：シリンダ ４５，４６：スクリュ ４７，４８：スクリュの歯
４９：歯車ボックス ５０：軸部 ５１：歯車
５２：油圧モータ ５３：頭部 ５４：ホッパ
５５：シリンダ室 ５６：開口 ５７：傾斜部
５８：スリット状の出口 ５９：電熱ヒータ ６０：圧力付与ロール装置
６１：ロール ６２：ロールボックス ６３：カップリング
６４：歯車ボックス ６５：カップリング ６６：油圧モータ
６７：出口 ６８：シリンダ ６９：プランジャ
７０：アキュームレータ室 ７１：ロッド
７２：押込み用油圧シリンダ ７３：先端出口
７４：開閉バルブ ７５：ストッパプレート ７６：駆動シリンダ
７７：油圧シリンダ ７８：シリンダ ７９：プランジャ
８０：シリンダ室 ８１：ノズル ８２， ８３， ８４：圧力センサ
【発明の属する技術分野】
本発明は、比較的長さの長い（ ３ｍｍ〜２５．４ｍｍ程度）ガラス等の繊維により強化されたペレット状熱可塑性樹脂材料を用いる射出成形方法及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、樹脂の強度を向上するためガラス等の繊維を混入して強化した繊維強化樹脂が用いられており、更に、ペレット化して運送を容易にし、また溶融、押出し成形を容易にするため熱可塑性樹脂を用い、これに繊維を混入し、強化してなる繊維強化熱可塑性樹脂が用いられるようになっており、主として自動車、家電、ＯＡ用部品、土木・建築資材用部品を射出成形する際に用いられている。
【０００３】
このような繊維強化熱可塑性樹脂を射出成形する装置としては各種のものが提案されている。図７は、例えば特公昭４６−２９０９号公報に開示されたスクリュ型射出成形機の一部破断側面図であって、これを同図に基づいて説明すると、マシンべース １０１上にはタイロッド １０２で４隅を連結された固定プラテン １０３とシリンダプラテン １０４とが立設されており、タイロッド １０２には、可動プラテン １０５が固定プラテン １０３に対する遠近方向へ進退自在に支持されている。固定プラテン １０３の外側には、図示しない固定金型が装着されており、内側には、加熱シリンダ １０６が先端のノズル １０７をノズル孔に嵌合させて装着されている。 １０８は、加熱シリンダ １０６を加熱するヒータである。可動プラテン １０５の中心部には、外筒 １０９が先端部を加熱シリンダ １０６と進退自在に嵌合させて固定されており、その周面にはヒータ １１０が装着されている。一方、シリンダプラテン １０４には、射出シリンダ １１１のシリンダ １１２が一体形成されており、このシリンダ １１２の内孔には、可動プラテン １０５に固定された有底円筒状の射出ラム １１３が進退自在に嵌合されている。 １１４は、射出シリンダ １１１の端面に固定された低速可変の油圧モータであって、その回転軸 １１５は、射出ラム １１３の軸孔に回転自在に嵌合されており、この回転軸 １１５の先端連結部には、射出ラム １１３に摺動自在に指示された円筒状の開閉ラム １１６が回転方向へのみ一体となって摺動自在に嵌合されている。開閉ラム １１６には、回転軸 １１５と同一軸心のスクリュ １１７が回転方向へのみ一体となって摺動自在に嵌合されており、このスクリュ １１７は、外筒 １０９に進退自在に嵌合されている。そして、スクリュ １１７の先端頭部１１７ａと外筒 １０９の端面とには、互いに対向する漏斗状の傾斜面が形成されている。 １１８は、開閉ラム １１６と可動プラテン １０５との間に介装されたスラストベアリングであって、 １１９は、外筒 １０９に固定されてこの外筒 １０９とスクリュー １１７との間へ樹脂を供給するホッパである。また、 １２０は、射出ラム １１３と開閉ラム １１６との間の空間部へ圧油を送入するポートであり、 １２１は、射出シリンダ １１１へ圧油を送入するポートである。
【０００４】
以上のように構成された射出成形機の動作を説明する。油圧モータ １１４を回転させ、射出ラム １１３内にポート １２０から圧油を供給して開閉ラム １１６を前進限まで移動させてスクリュー １１７の先端頭部１１７ａを外筒 １０９の先端面から離した状態にし、ホッパ １１９からスクリュー １１７の周囲へ樹脂を供給すると、この樹脂は、スクリュー １１７の回転によりその溝内を前進しながら混練され、外筒 １０９の先端面とスクリュー頭部１１７ａとの間に形成された傾斜状のすき間ｔから加熱シリンダ １０６内に送り込まれて所定量だけ蓄積される。この蓄積樹脂の圧力によって外筒 １０９及びこれと一体の可動プラテン １０５を介して射出ラム １１３が後退する。そして、ポート １２０から射出ラム １１３内の油圧を抜くとともに、ポート １２１へ圧油を送入すると、射出ラム １１３が前進し、可動プラテン １０５と外筒 １０９とを介しスクリュー １１７が前進して、加熱シリンダ １０６内の樹脂がノズル １０７から金型内へ射出される。この場合、ポート １２０から油圧を抜いているので、開閉ラム １１６はフリーの状態になり、スクリュー １１７の先端頭部１１７ａは外筒 １０９に対して相対的に後退することになる。従って、先ず最初に外筒 １０９が前進してその先端のすき間ｔが閉じてから射出が開始されるので、樹脂が逆流しない。
【０００５】
以上、スクリュ型射出成形機の一例を示してその構成と動作とを説明したが、このようなスクリュ型の射出成形機においては、成形材料の種類によって次のような問題点があった。すなわち、比較的長さの長い（ ３ｍｍ〜２５．４ｍｍ程度）ガラス繊維を含む成形材料の機械的性質は、成形品中のガラス繊維の状態との相関性が大きく、繊維長が長くて、均一に分布した方が機械的強度が向上するが、これに対して上記スクリュー型射出成形機においては、樹脂がスクリュ １１７で送られるときにその作用により混練されるため、材料中のガラス繊維が折損し長い繊維の割合が少なくなり、強度が大幅に低下する。
【０００６】
その対策として、例えば図８に示すような、２軸混練機とアキュムレータを装備し、プランジャ式射出機で射出成形することが提案されている。すなわち、スクリュを２本並設してなる２軸混練機 １２２に対し、バレル １２３から熱可塑性樹脂を供給し、バレル １２４からはガラス繊維を供給して、スクリュを互い同方向に同速度で回転させる。各原料はニーディングディスク部で混練し、ベント １２５から脱気した後アキュムレータ １２６に供給し、ロータリバルブ １２７を開放した後ピストン １２８を油圧で押下し、プランジャ １２９により射出シリンダ １３０に供給する。そして、ロータリバルブ １３１の開放とシリンダ １３２の作動によってプランジャ １３３を前進させ、射出シリンダ １３０内の繊維混入樹脂をノズル １３４から金型内に射出するものである。
【０００７】
この射出成形装置においては、可塑化装置として２軸混練機 １２２を用い、複合材をペレット化せずに直接可塑化するものであるため、ペレット化と可塑化とによる二重の、繊維の折損を防ぐことができる。
【０００８】
また他の対策として、特開平 ６−１９８６８８号公報に提案されているものがある。この公報に提案の発明は、射出成形法において繊維強化材の折損を抑制する対策としては、成形機のスクリュのＬ／Ｄ（長さと直径の比）を小さくする、ノズル径を大きくする、圧縮比を小さくするなどが挙げられるが、これらを工夫しても繊維強化材の折損抑制には限界がある（同公報２コラム第８〜１３行参照）ことから、原料樹脂を溶融してスクリュ前方に蓄積する際にその蓄積中の溶融樹脂圧を実質的にゼロとするようにスクリュ又はプランジャの後退動作を制御するものである。そして、この場合において、使用するＤ／Ｌは１２〜１８の範囲にあることが好ましく、スクリュの溝深さはフィード部が ８〜２０ｍｍ、メータリング部が ５〜１５ｍｍの範囲にあることが好ましい。さらに圧縮比は １．２〜 １．８であることが好ましい（同公報５コラム第３５〜３９行参照）。とされている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記図８に示す従来の射出成形装置においては、複合材をペレット化しないため二重の繊維の折損等は防止できるものの、２軸混練機 １２２に供給されるガラス繊維は、２本のスクリュー間で可塑化された樹脂と混合されるため大きな剪断力を受け、このため、図７に示した従来の射出成形装置と同様に、２軸混練機 １２２を出た後の樹脂中の繊維長は １ｍｍ以下になってしまい、市販の短繊維ペレットを用いた場合と何ら変わるところがなくなってしまう。したがって、原材料をペレット化して搬送を簡単にするということができないにもかかわらず、繊維の折損等の面であまり効果がない。しかもペレットの繊維長が、 ３〜２５．４ｍｍ程度の長繊維ペレットの成形には対応することができない。
【００１０】
一方、上記特開平 ６−１９８６８８号公報に提案されている発明にあっては、原料樹脂ペレットの長繊維の折損を少なくすることが期待されるが、溶融樹脂圧が実質的にゼロとなるようにスクリュの圧縮比を小さくしたのでは、原料樹脂ペレットはスクリュによって溶融樹脂溜めへ溶融して搬送されるだけとなり、しかも溶融樹脂溜めでは溶融樹脂圧を実質的にゼロとするため、スクリュによって搬送されてきた溶融樹脂を溜めるだけであることから、溶融樹脂中に長繊維束が固まり状態で残ることになり、その後、製品化した際に製品の厚みが不均一になったり、表面性状が悪くなったり、強度分布が不均一になったりする問題がある。また、溜めるだけであることから、溶融樹脂の密度にバラツキが生じ、その後、製品化のため型内に排出する際に正確な計量がし難くなるとともに、製品重量にバラツキが生じ歩留りにも影響を来すことになる。
【００１１】
本発明は、上記の事情に基づいてなされたものであって、その目的は、ペレット状の長繊維強化熱可塑性樹脂を可塑化しても繊維の損傷を最小とすることができ、またペレット中の繊維束を、繊維長を保持したまま解繊しつつ樹脂を溶融することができ、強度の高い長繊維強化熱可塑性樹脂を成形し得る射出成形方法及びその装置を提供するものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明に係る長繊維強化熱可塑性樹脂の射出成形方法は、ペレット状の長繊維強化熱可塑性樹脂を、ヒータを備えたシリンダ内に互いに平行に配設されるとともに異方向に回転する深溝かつ低圧縮比形状の２本のスクリュを有する２軸スクリュ式可塑化装置により加熱溶融した後、その溶融状態の長繊維強化熱可塑性樹脂を加圧して解繊し、更にその後に射出成形するものである。
【００１３】
そして、上記長繊維強化熱可塑性樹脂の射出成形方法においては、加熱溶融した後の溶融状態の長繊維強化熱可塑性樹脂を、開閉度が調節可能とされたゲートを通して解繊してもよいし、あるいは互いに平行に配置された異方向に回転する２つのロール間の隙間を通して解繊してもよい。
【００１４】
また、上記の目的を達成するため、本発明に係る長繊維強化熱可塑性樹脂の射出成形装置は、深溝かつ低圧縮比形状の２本のスクリュをヒータを備えたシリンダ内に互いに平行に配設するとともに異方向に回転させることによって、ペレット状の長繊維強化熱可塑性樹脂を溶融混練する２軸スクリュ式可塑化装置と、このスクリュ式可塑化装置の出口に接続されその出口からの溶融状態の長繊維強化熱可塑性樹脂に圧力を付与して解繊する圧力付与手段と、この圧力付与手段の出口に接続されその出口からの溶融状態の長繊維強化熱可塑性樹脂を導入して射出する射出機とからなるものである。
【００１５】
そして、上記長繊維強化熱可塑性樹脂の射出成形装置においては、圧力付与手段が、開閉度が調節可能とされたゲート、又は、互いに平行に且つロール間に隙間を有するように配置された異方向に回転する一対のロールであってもよい。また、前記一対のロールは、ロール回転速度を調節可能とされたものであってもよい。
【００１６】
また、上記長繊維強化熱可塑性樹脂射出成形装置においては、スクリュ式可塑化装置のスクリュに、長繊維強化熱可塑性樹脂を加熱する加熱手段が設けられてあってもよいし、その加熱手段の具体的なものとしては、前記スクリュの軸心に沿って該スクリュの内部に設けられた熱媒通路と、該熱媒通路にロータリージョイントを介して接続された加熱媒体供給手段とからなるものであってもよい。
【００１７】
また、上記長繊維強化熱可塑性樹脂射出成形装置においては、スクリュ式可塑化装置のシリンダ内に加熱ガスを供給する加熱ガス供給手段が、前記シリンダに接続されてあってもよい。
【００１８】
また、上記長繊維強化熱可塑性樹脂射出成形装置においては、圧力付与手段の出口と射出機との間に、シリンダとプランジャとからなるアキュームレータが介設されてあってもよい。
【００１９】
上記本発明方法では、 ３ｍｍ〜２５．４ｍｍ程度の長繊維により強化された熱可塑性樹脂ペレットを加熱溶融し、その溶融状態の長繊維強化熱可塑性樹脂を加圧して解繊するので、従来のように溶融しただけと違い、又は溶融した後にあるいは同時にスクリュ等で混練するのと違い、繊維の折損の少ない且つ繊維の固まりの少ない溶融状態の長繊維強化熱可塑性樹脂を得ることができる。したがって、この後に射出成形することにより、製品としたときに繊維が比較的均一に分散され製品の厚み、表面性状、強度及び製品重量などのバラツキを少なくできる。さらに製品歩留りの向上が期待される。
【００２０】
また、本発明装置は上記のように構成したので、スクリュ式可塑化装置のシリンダ内に ３ｍｍ〜２５．４ｍｍ程度の長繊維により強化された熱可塑性樹脂ペレットを供給すると、ペレットは、シリンダに備えたヒータにより樹脂が加熱溶融されるとともに、深溝かつ低圧縮比形状の互いに平行な２本のスクリュの異方向への回転によって溶融樹脂と長繊維が混練される。この混練は、スクリュの溝形状が例えば １〜 １．５程度の低圧縮比形状となっているため、また２本のスクリュ（所謂２軸スクリュ）であるため、１本のスクリュによる場合に比較して溶融樹脂の輸送と混合が主体となり剪断力がほとんど発生しないことから長繊維の折損が低減される。このようにシリンダ内ではペレットは溶融混練（混合を主体とした混練）されながら、互いに平行な２本のスクリュの異方向への回転によって長繊維の折損を少なくして搬送されてスクリュ式可塑化装置の出口から圧力付与手段へと送られる。圧力付与手段においては、溶融状態の長繊維強化熱可塑性樹脂に圧力を付与し加圧するので、長繊維の固まりを繊維の折損を少なくして効果的に解繊できる。このような解繊状態を得る手段の具体的な方法としては、開閉度が調節可能とされたゲートを通すことで、又は、互いに平行に且つロール間に隙間を有するように配置された異方向に回転する一対のロールの前記隙間を通すことで行える。このように解繊した溶融状態の長繊維強化熱可塑性樹脂は、次に射出機へと送られ、この射出機において射出され成形品に成形されるので、長繊維の損傷を最小とした強度の高い長繊維強化熱可塑性樹脂製品に成形することができる。そして、このような作用を得るためにも、前記溝形状の圧縮比は １〜 １．５程度が好ましく、より好ましくは １〜 １．２程度がよい。その理由は、溶融樹脂を確実にスクリュで輸送し、またスクリュ回転による溶融樹脂への剪断を小さくし、繊維の損傷を防ぐためである。
【００２１】
また、スクリュ式可塑化装置のシリンダに備えたヒータによる加熱に加えて、スクリュ式可塑化装置のスクリュに加熱手段を設けることで、および／または、スクリュ式可塑化装置のシリンダ内に加熱ガスを供給する加熱ガス供給手段を前記シリンダに接続することで、シリンダ内に供給されたペレットの加熱力が増大でき、これにより、例えばナイロン樹脂等、高温で可塑化する樹脂も本装置で成形することができる他、通常の熱可塑性樹脂においても短時間で溶融可塑化ができ、繊維の折損を最小限に留めることができると共に成形速度を向上させることができる。
【００２２】
また、圧力付与手段の出口と射出機との間に、シリンダとプランジャとからなるアキュームレータを介設することで、スクリュ式可塑化装置及び圧力付与手段により繊維の折損を少なくして比較的均一に解繊された溶融状態の長繊維強化熱可塑性樹脂をアキュームレータに蓄積できるとともに、出口に設けた開閉弁を開くことで射出機内へ供給することができるので、開閉弁の操作タイミングを図ることにより、スクリュ式可塑化装置及び圧力付与手段を連続稼働しながらアキュームレータを経て射出機内へ長繊維強化熱可塑性樹脂を効率的に供給することができるようになる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を説明する。
〔実施例１〕
図１は、本発明に係る長繊維強化熱可塑性樹脂用射出成形装置の説明図であって、ａは正断面図、ｂはａのＡ−Ａ断面図であって、この図において、１は２軸スクリュ可塑化装置、２は射出機を示す。
【００２４】
まず、２軸スクリュ可塑化装置１について説明する。シリンダ３内には異方向に回転するスクリュ４，５が平行に配置されている。各スクリュ４，５は１条ねじとし、各スクリュの歯６，７は図１ｂに示すような断面形状で軸線方向に一定で、またこの歯６，７により形成される溝は同図から明らかなように深溝で且つ低圧縮比（圧縮比 １〜 １．５）の形状をなしている。
【００２５】
各スクリュ４，５は、シリンダ３の両端を貫通し、外部のフレームに軸受け８，９でその軸部１０を支持されており、軸部１０の一端部はプーリ１１が固定されて、外部の駆動装置によって互いに異方向に回転駆動される。また、軸部１０の中心には熱媒体流路１２， １３を有し、軸部１０の他端に設けたロータリジョイント１４を介して高温流体が流通可能となっている。
【００２６】
シリンダ３の一端部近傍にはホッパ１５を備え、ホッパ１５の下部開口は、シリンダ３内部のシリンダ室１６の一端上部の開口１７と連通し、ホッパ１５から投入される長繊維が混入された熱可塑性樹脂のペレットを受け入れ可能となっている。シリンダ３の他端の下部には出口１８を備え、その上方には通気孔１９を形成し、シリンダ室１６内と外部とを連通している。シリンダ３の外周には電熱ヒータ２０を設けており、前記各スクリュ４，５の軸部１０の熱媒体流路１２， １３内を通る高温流体と共にシリンダ室１６内を ２００〜 ３５０℃程度に加熱し、ホッパ１５から投入される前記ペレットを、両スクリュ４，５の互いに異方向への回転によりシリンダ室１６内の一端から他端側に搬送する時、上記加熱手段によって加熱し溶融する。また、その際、発生するガスは通気孔１９から外部に放出される。なお、本実施例では、加熱手段として各スクリュ４，５の軸部１０に熱媒体流路１２， １３を形成し加熱する例を説明したが、これに代えて軸部１０の中心にカートリッジヒータを挿入して加熱するようにしてもよい。またスクリュ４，５に加熱手段を設けずシリンダ３の外周に設けた電熱ヒータ２０のみで加熱してもよい。
【００２７】
シリンダ３の出口１８と、射出機２の供給口２１との間の供給路２２には圧力付与手段としてのゲート２３を有する。ゲート２３は一端が揺動自在に支持され、他端近傍には作動ロッド２４を有すると共に、他端部には閉止蓋２５を備えている。この作動ロッド２４は、図示しない油圧アクチュエータにより任意の位置に停止自在となっており、外部の制御装置により供給路２２の開度を自由に設定し、また閉鎖可能となっている。
【００２８】
射出機２は周知の構造をなし、油圧シリンダ２６の作動によりシリンダ２７内にプランジャ２８を押し出すことによって、シリンダ室２９内に供給された樹脂をノズル３０から図示省略する金型内に射出可能となっている。シリンダ２７の外周にはヒータ３１を備えており、シリンダ室２９内を所定温度に保持している。
【００２９】
上記の装置の作動に際しては、最初、ホッパ１５に ３〜２５．４ｍｍのガラス繊維、すなわち長繊維が予め混入されている熱可塑性樹脂からなるペレットを投入する。シリンダ３の外周をヒータ２０で加熱し、２本のスクリュ４，５の熱媒体流路１２， １３に、ロータリジョイント１４を介して高温流体を通すことにより、シリンダ室１６内を ２００〜 ３５０℃程度に加熱する。外部の動力源によって、プーリ１１を駆動して２本のスクリュ４，５を互いに異方向に同速度で回転させ、ホッパ１５から開口１７を介してシリンダ室１６内に供給されたペレットをシリンダ室１６の一端部から他端部側に搬送する。その際、ペレットは、スクリュ４，５が深溝でかつ低圧縮比であるため大きな混練はなされず輸送と混合が主体となり、したがって、混練時の剪断力によって内部の長繊維が細かく折損されるのが防止される。
【００３０】
このようにして、シリンダ３内のペレットは、スクリュ４，５の作動による剪断発熱の不足分を前記加熱手段により補われ、溶融し、シリンダ３の出口１８側に送られる。この時発生するガスは、通気孔１９から外部に放出される。また、シリンダ３内で出口１８側に送られる溶融樹脂の圧力はゲート２３の開閉度で制御可能であり、その圧力制御によって、樹脂中の繊維の束の解繊度合の制御及び通気孔１９からのガス抜きが可能である。更に、スクリュの回転速度の制御による搬送力及び混合速度の調節、及び樹脂のシリンダ内での滞留時間等も任意に制御可能であり、それにより種々の溶融温度に調節することも可能となり、特性の異なる各種の樹脂に対応可能となっている。
【００３１】
ゲート２３によって、所定の圧力に保持されつつ供給路２２を通る長繊維が混合された溶融樹脂は、射出機２のシリンダ室２９内に入り、プランジャ２８を後退させる。この時、油圧シリンダ２６に適度の油圧を作用させ、プランジャ２８が後退する力を調節し、シリンダ室２９内を適度の圧力に調節することによって、シリンダ室２９内に供給される樹脂の量を一定状態に保持し、計量精度を向上することもできる。シリンダ室２９内に供給される樹脂の圧力によって、プランジャ２８が所定位置まで後退すると、この位置に設けたリミットスイッチ３２が作動し、ゲート２３を閉じるとともにスクリュ４，５の駆動を停止する。
【００３２】
次いでノズル３０の先端の図示しないバルブを開放し、油圧シリンダ２６を作動してプランジャ２８を前進させることにより、ゲート２３の閉鎖によって、供給口２１が閉止蓋２５によって閉じられているので、内部の樹脂は金型内に射出される。射出終了後は、再びゲート２３を所定位置まで開放し、スクリュ４，５を駆動して前記と同様の動作を繰り返す。上記装置において、樹脂の溶融・混練をなすスクリュ４，５の形状は各種のものが使用されるが、溝深さと軸直径の比Ｈ／Ｄは ０．２〜 ０．３程度が適切であり、その圧縮比は １〜 １．５程度が望ましく、この範囲であれば長繊維の折損の少ない輸送と混合とを主体とした混練が行える。またスクリュ長さと直径の比Ｌ／Ｄは ５〜１５程度が適切である。また、スクリュ４，５の歯６，７のピッチは、ホッパ１５の近傍のみ歯６，７の一方又は両方のピッチをペレット長（繊維長にほぼ同じ）より長く形成してもよく、この場合、ホッパ１５からの供給直後のペレットが、長く形成された溝内に入り易くなりシリンダ３の内壁と歯６，７との間に挟まれる割合が大幅に減り長繊維の折損を防ぐことができる。
【００３３】
なお、上記実施例において、通気孔１９からシリンダ室１６内のガスを外部に排出した例を示したが、この通気孔１９を用いて、窒素等の加熱された不活性ガスをシリンダ室１６内に導入し、ナイロン樹脂等溶融温度の高い樹脂を用いる際に、その樹脂のペレットを加熱して溶融の補助作用をさせることもできる。このペレットを加熱した後の低温ガスは、ホッパ１５等によりシリンダ室１６の外部に排出する。
【００３４】
〔実施例２〕
上記実施例１において、ゲート２３として一端が揺動自在に支持された平板状のものを用いた例を示したが、図２に示すように、ゲート２３の下方に互いに異方向に回転する一対のロール３３， ３３を互いに平行に配置しその下にスクリュ押出機３４を配置した構成としてもよい。この場合、ロール３３， ３３からの溶融樹脂は、ロール３３， ３３のすき間を引き出される過程で押し広げられることにより長繊維がより解繊（繊維の束をほぐし繊維への樹脂の含浸をよくする）され、スクリュ押出機３４によりシリンダ室２９に押し込まれる。また、ロール３３， ３３のすき間および回転速度を任意に変更自在として、溶融樹脂の供給量を調節可能とし、それにより背圧の調整を行い、解繊度合の調整を行うことができる。したがって、本実施例２の構成においては、上記実施例１における作用効果に加えて、長繊維がより解繊される分、より強度の高い長繊維強化熱可塑性樹脂の成形が行える。
【００３５】
〔実施例３〕
図３は、本発明に係る長繊維強化熱可塑性樹脂用射出成形装置の別の実施例の説明図であって、ａは正断面図、ｂはａのＢ−Ｂ断面図である。この図において、４１は２軸スクリュ可塑化装置、４２はアキュームレータ装置、４３は射出機を示す。
【００３６】
２軸スクリュ可塑化装置４１は、その基本構成は上記実施例１における図１に示す２軸スクリュ可塑化装置１と同じものである。すなわち、シリンダ４４内には異方向に回転するスクリュ４５，４６が平行に配置されている。各スクリュ４５，４６は１条ねじとし、各スクリュの歯４７，４８は上記実施例１の図１ｂに示すような断面形状で軸線方向に一定で、またこの歯４７，４８により形成される溝は同図から明らかなように深溝で且つ相互に噛み合っている低圧縮比（圧縮比 １〜 １．５）の形状をなしている。
【００３７】
各スクリュ４５，４６は、一端がシリンダ４４を貫通し、外部の歯車ボックス４９内においてその軸部５０に取付けた歯車５１を介在させて支持されており、軸部５０の一端部に取付けられた油圧モータ５２によって互いに異方向に回転駆動される。一方、他端は、シリンダ４４内にあって頭部５３が円錐体あるいは半球に形成されている。なお、軸部５０の中心には熱媒体流路を形成してもよく、この場合、熱媒体流路は後部から頭部５３の手前までの穴とし、内部に管を装入してその管の内外を流路とする。またはこの加熱手段に代えて軸部５０の中心にカートリッジヒータを挿入してもよい。
【００３８】
シリンダ４４の一端部近傍にはホッパ５４を備え、ホッパ５４の下部開口は、シリンダ４４内部のシリンダ室５５の一端部の開口５６と連通し、ホッパ５４から投入される長繊維が混入された熱可塑性樹脂のペレットを受け入れ可能となっている。シリンダ４４の他端は、スクリュ４５，４６の頭部５３の円錐体あるいは半球に沿う、先細りの漏斗状の傾斜部５７に形成され、その先端はスリット状の出口５８に形成されている。シリンダ４４の外周には電熱ヒータ５９が設けられており、シリンダ室５５内を ２００〜 ３００℃程度に加熱し、ホッパ５４から投入される前記ペレットを、両スクリュ４５，４６の互いに異方向への回転によりシリンダ室５５内の一端から他端側に搬送する時、加熱し溶融する。そして本実施例では、前記傾斜部５７の先に圧力付与手段としての圧力付与ロール装置６０が、さらにその先にアキュームレータ装置４２が接続されている。
【００３９】
圧力付与ロール装置６０は、互いに平行に配置された一対のロール６１を内部に有するロールボックス６２と、ロール６１の軸とカップリング６３を介して連結された歯車を有する歯車ボックス６４と、歯車ボックス６４内のいずれか一方の歯車軸とカップリング６５を介して連結した油圧モータ６６とで構成され、前記一対のロール６１は、油圧モータ６６の駆動により歯車ボックス６４内の歯車を介してシリンダ４４の先端出口５８に搬送されてくる溶融樹脂を引き出す方向に回転し、溶融樹脂を加圧し混合されている長繊維をさらに解繊（繊維をほぐし繊維への樹脂の含浸をよくする）してロールボックス６２の出口６７からアキュームレータ装置４２へ送り出す。
【００４０】
アキュームレータ装置４２は、シリンダ６８とプランジャ６９とからなり、プランジャ６９の先端側にアキュームレータ室７０を形成している。アキュームレータ室７０の周囲は図示省略するヒータによって加熱されるようになっている。プランジャ６９の後端にはロッド７１を介して押込み用油圧シリンダ７２が連結されている。また、アキュームレータ室７０の先端出口７３は、開閉バルブ７４を介在させて射出機４３に連結されている。開閉バルブ７４は、図４に示すようにストッパプレート７５を駆動シリンダ７６によって出口７３へ出入り自在に構成したものである。なお、この開閉バルブ７４は、前記構成の他、回転バルブ式または他の方式の開閉バルブであってもよい。
【００４１】
射出機４３は、上記実施例１に示す射出機２と基本構成は同じものであって、油圧シリンダ７７の作動によりシリンダ７８内でプランジャ７９を押し出すことによって、シリンダ室８０内に供給された樹脂をノズル８１から図示省略する金型内に射出可能となっている。また、シリンダ７８の外周には図示省略するヒータを備えており、シリンダ室８０内を所定温度に保持することができる。
【００４２】
上記の装置の作動に際しては、最初、ホッパ５４に ３〜２５．４ｍｍのガラス繊維、即ち長繊維が予め混入されている熱可塑性樹脂からなるペレットを投入する。シリンダ４４の外周をヒータ５９で加熱することにより、シリンダ室５５内を ２００〜 ３５０℃程度に加熱する。油圧モータ５２によって、歯車ボックス４９の歯車５１を介して２本のスクリュ４５，４６を互いに異方向に同速度で回転させ、ホッパ５４の下部開口５６を介してシリンダ室５５内に供給されたペレットをシリンダ室５５の一端部から他端部側に搬送する。その際、ペレットは、スクリュ４５，４６が深溝でかつ低圧縮比であるため大きな混練はなされず輸送と混合が主体となり、したがって、混練時の剪断力によって内部の長繊維が細かく折損されるのが防止される。
【００４３】
このようにして、シリンダ４４内のペレットは、スクリュ４５，４６の作動による剪断発熱の不足分を前記加熱手段により補われ、溶融し、シリンダ４４の出口５８側に送られる。この時発生するガスは、図示省略するベント口またはホッパ５４から外部に放出される。シリンダ４４の出口５８側に送られてきた溶融樹脂は、圧力付与ロール装置６０の互いに異方向に回転するロール６１間を引き出される。この時、溶融樹脂は、ロール６１間で加圧され溶融樹脂中に混合されている長繊維をさらに解繊（繊維の束をほぐし繊維への樹脂の含浸をよくする）される。ロール６１間を引き出された溶融樹脂は、ロールボックス６２の出口６７からさらにアキュームレータ装置４２へ送り出される。アキュームレータ装置４２の先端出口７３は、開閉バルブ７４のストッパプレート７５が前進して閉鎖されており、圧力付与ロール装置６０から送り出された溶融樹脂はアキュームレータ室７０内を充満する。その後、開閉バルブ７４のストッパプレート７５を後退させ出口７３を開放するとともに、押込み用油圧シリンダ７２を作動させプランジャ６９を押込むことにより、アキュームレータ室７０内の溶融樹脂を射出機４３のシリンダ室８０内に供給する。この時のシリンダ室８０内への溶融樹脂の供給と計量は、開閉バルブ７４を開いて、押込み用油圧シリンダ７２を作動させプランジャ６９を下降させ、このプランジャ６９の下降による溶融樹脂への圧力により、樹脂圧を一定に保持し射出機４３のプランジャ７９を後退させながら、溶融樹脂の供給と計量が行われる。プランジャ７９は、図示省略するリミットスイッチ、エンコーダ等の位置センサーで予め設定されたストロークだけ後退し、これにより溶融樹脂の供給と計量が行われる。
【００４４】
なお、上記実施例においては、２軸スクリュ可塑化装置４１とアキュームレータ装置４２との間に圧力付与ロール装置６０を設けた例を説明したが、本発明では、圧力付与ロール装置６０を設けず、シリンダ４４のスリット状の出口５８のままでそのスリット状の出口５８間を押し出すようにしてもよいし、あるいは圧力付与ロール装置６０に代えてスタティックミキサー等で、溶融樹脂を加圧し混合されている長繊維をさらに解繊（繊維をほぐし繊維への樹脂の含浸をよくする）し得るものであれば適宜使用できる。
【００４５】
因みに、上記実施例３の構成の射出成形装置と、径 ３ｍｍ×長さ１１ｍｍの樹脂ペレットを用いて、２軸スクリュ可塑化装置４１（スクリュ直径 １５０ｍｍ、Ｌ／Ｄ＝１０、圧縮比 １．０、溝深さ２０ｍｍ、スクリュ回転数 ７．５ｒｐｍ ）の通過後と更に圧力付与ロール装置６０（ロール径 ２００ｍｍ、ロール間の隙間 ０．５ｍｍ、ロール回転数 ２０．０ｒｐｍ）の通過後のそれぞれについて繊維長の分布状態を調査した。その結果を図５（図５ａは２軸スクリュ可塑化装置通過後の分布状態、図５ｂは更に圧力付与ロール装置を通過させた後の分布状態）に示す。また、図６は、従来の射出成形装置により可塑化させた場合のノズル通過後の繊維長の分布状態を示す。
【００４６】
上記図５及び図６から明らかなように、本発明に係る２軸スクリュ可塑化装置を通過させた後のもの（図５ａ）では、繊維長さの分布が ９ｍｍ〜１２ｍｍの間に約６０％の高い度数割合で集中しており繊維の折損が少ないことが分かる。またその後に、本発明に係る圧力付与ロール装置を通過させた後のもの（図５ｂ）でも、繊維長さの分布が ９ｍｍ〜１２ｍｍの間に約５０％の高い度数割合で集中しており繊維の折損が少ないことが分かる。これに対して図６に示す従来の装置のものでは、繊維長さの分布が １ｍｍ〜 ４ｍｍの間に約９０％の高い度数割合で集中しており、混練による剪断力によって繊維の殆どが折損してしまうことが分かる。
【００４７】
また、この調査に併せて繊維の分散状態を目視観察した結果、２軸スクリュ可塑化装置４１を通過させただけのものでは、繊維の束が多数認められたのに対して、その後に圧力付与ロール装置６０を通過させたものでは、繊維の束が押しつぶされるようにして平たく広がり繊維が解繊され分散されていた。
【００４８】
また、上記実施例３では、アキュームレータ装置４２のアキュームレータ室７０内の溶融樹脂を射出機４３のシリンダ室８０内へ供給する際の、溶融樹脂の供給と計量は、開閉バルブ７４を開いて、押込み用油圧シリンダ７２を作動させプランジャ６９を下降させ、このプランジャ６９の下降による溶融樹脂への圧力により、射出機４３のプランジャ７９を後退させながら行う例を説明したが、この例の場合、プランジャ７９の後退時の抵抗が大きすぎると、特にアキュームレータ室７０からシリンダ室８０へ流入する過程で圧力が高く（例えば通常５０ｋｇ／ｃｍ２ 以下が望ましいところ７０〜 １００ｋｇ／ｃｍ２ ）なり、長繊維の折損が起こり易くなる。また、逆にこの抵抗を小さくするため単にプランジャ７９を強制的に後退させると、溶融樹脂の計量精度が低下する懸念がある。
【００４９】
そこで、上記懸念を解消するためには、例えば、図３に合わせて示すように、射出機４３のシリンダ７８にシリンダ室８０内の圧力を検出する圧力センサ８２を設け、さらにはアキュームレータ装置４２のシリンダ６８にアキュームレータ室７０内の圧力を検出する圧力センサ８３， ８４を設け、少なくとも前記圧力センサ８２でシリンダ室８０内の圧力を検出し、この圧力が５０ｋｇ／ｃｍ２ 以下となるように、油圧シリンダ７７の後退側の圧力油を制御してプランジャ７９を後退させる。この時、プランジャ７９の後退速度は、圧力センサ８２の値とプランジャ６９の下降速度に応じて制御することができる。またこの時、前記圧力センサ８３， ８４でアキュームレータ室７０内の圧力を合わせて検出し、これら圧力センサ８２， ８３， ８４の圧力値を基にプランジャ７９の後退速度を制御することで、圧縮性のある可塑化された長繊維樹脂の圧力変動が吸収されより精度の高い制御が行えると同時に、より長繊維の折損を抑え且つ溶融樹脂の計量精度を維持した制御ができる。
【００５０】
上記のプランジャ６９の下降速度、プランジャ７９の後退速度及び圧力センサ８２， ８３， ８４の圧力値の制御は、図示省略するプログラムコントローラ等の制御部、アキュームレータ装置４２、射出機４３の油圧回路に設けられた流量制御弁や電磁開閉弁などの制御システムに、上記圧力センサ８２， ８３， ８４を接続して行え、例えば、制御部に入力される圧力センサ８２， ８３， ８４より検出された圧力値と予め設定した圧力値（例えば５０ｋｇ／ｃｍ２ ）とを所定間隔で比較演算し、検出圧力値が設定圧力値を越えている場合には前記油圧回路の流量制御弁等を動作させて所定の圧力値に入るように制御して行える。
【００５１】
【発明の効果】
本発明は、上述のように構成され作用するので、ペレット状の長繊維強化熱可塑性樹脂を溶融混練しても、内部の長繊維の折曲げや折損が最小限に低減でき、強度の高い長繊維強化熱可塑性樹脂を射出成形することが可能となる。
【００５２】
また、スクリュ可塑化装置の出口と射出シリンダとの間に圧力付与手段を設けているので、この圧力付与によって溶融状態の長繊維強化熱可塑性樹脂の解繊を調節することができるほか、ガス抜きも可能となる。
【００５３】
また、スクリュに加熱手段を設けたものにおいては、スクリュ可塑化装置で溶融される樹脂に対して熱を内部から付与することができ、確実な溶融、混練を行うことができる。
【００５４】
また、スクリュ可塑化装置のシリンダ内に加熱ガスを供給するものにおいては、スクリュ可塑化装置で溶融される樹脂が、ナイロン等の溶融温度が高い樹脂であっても確実に溶融、混練することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る長繊維強化熱可塑性樹脂用射出成形装置の説明図であって、ａは正断面図、ｂはａのＡ−Ａ断面図である。
【図２】本発明に係る長繊維強化熱可塑性樹脂用射出成形装置の別の実施例の正断面図である。
【図３】本発明に係る長繊維強化熱可塑性樹脂用射出成形装置の別の実施例の説明図であって、ａは正断面図、ｂはａのＢ−Ｂ断面図である。
【図４】図３ａのＣ−Ｃ断面図である。
【図５】本発明に係る射出成形装置による繊維長の分布状態の説明図であって、ａは２軸スクリュ可塑化装置通過後の分布状態、ｂは更に圧力付与ロール装置を通過させた後の分布状態のグラフ図である。
【図６】従来の２軸スクリュ可塑化装置による繊維長の分布状態のグラフ図である。
【図７】従来例の断面図である。
【図８】他の従来例の断面図である。
【符号の説明】
１：２軸スクリュ可塑化装置 ２：射出機
３：シリンダ ４，５：スクリュ ６，７：スクリュの歯
８，９：軸受け １０：軸部 １１：プーリ
１２， １３：熱媒体流路 １４：ロータリジョイント １５：ホッパ
１６：シリンダ室 １８：開口 １８：出口
１９：通気孔 ２０：電熱ヒータ ２１：供給口
２２：供給路 ２３：ゲート ２４：作動ロッド
２５：閉止蓋 ２６：油圧シリンダ ２７：シリンダ
２８：プランジャ ２９：シリンダ室 ３０：ノズル
３１：ヒータ ３２：リミットスイッチ ３３：ロール
３４：スクリュ押出機 ４１：２軸スクリュ可塑化装置
４２：アキュームレータ装置 ４３：射出機
４４：シリンダ ４５，４６：スクリュ ４７，４８：スクリュの歯
４９：歯車ボックス ５０：軸部 ５１：歯車
５２：油圧モータ ５３：頭部 ５４：ホッパ
５５：シリンダ室 ５６：開口 ５７：傾斜部
５８：スリット状の出口 ５９：電熱ヒータ ６０：圧力付与ロール装置
６１：ロール ６２：ロールボックス ６３：カップリング
６４：歯車ボックス ６５：カップリング ６６：油圧モータ
６７：出口 ６８：シリンダ ６９：プランジャ
７０：アキュームレータ室 ７１：ロッド
７２：押込み用油圧シリンダ ７３：先端出口
７４：開閉バルブ ７５：ストッパプレート ７６：駆動シリンダ
７７：油圧シリンダ ７８：シリンダ ７９：プランジャ
８０：シリンダ室 ８１：ノズル ８２， ８３， ８４：圧力センサ
Claims (12)
- ペレット状の長繊維強化熱可塑性樹脂を、ヒータを備えたシリンダ内に互いに平行に配設されるとともに異方向に回転する深溝かつ低圧縮比形状の２本のスクリュを有する２軸スクリュ式可塑化装置により加熱溶融した後、その溶融状態の長繊維強化熱可塑性樹脂を加圧して解繊し、更にその後に射出成形することを特徴とする長繊維強化熱可塑性樹脂の射出成形方法。
- 溶融状態の長繊維強化熱可塑性樹脂を、開閉度が調節可能とされたゲートを通して解繊する請求項１記載の長繊維強化熱可塑性樹脂の射出成形方法。
- 溶融状態の長繊維強化熱可塑性樹脂を、互いに平行に配置された異方向に回転する２つのロール間の隙間を通して解繊する請求項１記載の長繊維強化熱可塑性樹脂の射出成形方法。
- 深溝かつ低圧縮比形状の２本のスクリュをヒータを備えたシリンダ内に互いに平行に配設するとともに異方向に回転させることによって、ペレット状の長繊維強化熱可塑性樹脂を溶融混練する２軸スクリュ式可塑化装置と、このスクリュ式可塑化装置の出口に接続されその出口からの溶融状態の長繊維強化熱可塑性樹脂に圧力を付与して解繊する圧力付与手段と、この圧力付与手段の出口に接続されその出口からの溶融状態の長繊維強化熱可塑性樹脂を導入して射出する射出機とからなることを特徴とする長繊維強化熱可塑性樹脂の射出成形装置。
- 前記圧力付与手段が、開閉度が調節可能とされたゲートである請求項４記載の長繊維強化熱可塑性樹脂の射出成形装置。
- 前記圧力付与手段が、互いに平行に且つロール間に隙間を有するように配置された異方向に回転する一対のロールである請求項４記載の長繊維強化熱可塑性樹脂の射出成形装置。
- 前記異方向に回転する一対のロールが、ロール回転速度を調節可能とされた請求項６記載の長繊維強化熱可塑性樹脂の射出成形装置。
- スクリュ式可塑化装置のスクリュに、長繊維強化熱可塑性樹脂を加熱する加熱手段が設けられてなる請求項４記載の長繊維強化熱可塑性樹脂の射出成形装置。
- 前記加熱手段が、前記スクリュの軸心に沿って該スクリュの内部に設けられた熱媒通路と、該熱媒通路にロータリージョイントを介して接続された加熱媒体供給手段とからなる請求項８記載の長繊維強化熱可塑性樹脂の射出成形装置。
- スクリュ式可塑化装置のシリンダ内に加熱ガスを供給する加熱ガス供給手段が、前記シリンダに接続されてなる請求項４記載の長繊維強化熱可塑性樹脂の射出成形装置。
- 圧力付与手段の出口と射出機との間に、シリンダとプランジャとからなるアキュームレータが介設されてなる請求項４乃至７記載の長繊維強化熱可塑性樹脂の射出成形装置。
- 長繊維強化熱可塑性樹脂が、繊維長３〜２５．４ｍｍのガラス繊維で強化された長繊維強化熱可塑性樹脂である請求項４乃至１１記載の長繊維強化熱可塑性樹脂の射出成形装置。
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