JP7291813B2 - 射出成形方法および射出成形装置 - Google Patents

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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、回転軸を中心にして回転が可能で、かつ、回転軸に沿って前進及び後退が可能なスクリュを備える加熱シリンダに、樹脂ペレットと添加成分を供給し、スクリュを正転させることにより、溶融樹脂を生成する可塑化工程と、添加成分を含む溶融樹脂を、キャビティに向けて射出する射出工程と、を備えた射出成形方法が開示されている。そして、可塑化工程において、所定の速度で、所定のストロークあるいは所定の時間だけ、スクリュを強制的に後退させる後退動作を行うことにより、過度なせん断力を添加成分に与えることなく、添加成分の偏在を解消できる射出成形方法が開示されている。
また、特許文献2には、スクリュを計量ストロークだけ後退させ、その計量設定位置でスクリュを回転させてスクリュの前方に確保された計量空間に溶融混練樹脂を供給し、計量空間が充填された処で溶融樹脂の計量を終了することで、スクリュ回転速度や樹脂の溶融粘度その他のファクタに左右されず正確に計量できる射出成形機の計量方法が開示されている。
国際公開第2016/075846号 特許第3532071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)工程と前記(d)工程の間に、(f)前記フィラー含有の溶融樹脂が前記スクリュの先端の前記第1位置に到達した後、前記スクリュの先端を前記第1位置に維持した状態で前記スクリュを回転させ、前記フィラー含有の溶融樹脂を混練する工程、を有する。
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、前記スクリュの駆動を制御する制御部と、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、を有し、前記制御部は、(a1)前記フィラーを含有する溶融樹脂が前記スクリュの先端の第1位置に到達した後、前記スクリュの先端を前記第1位置に維持した状態で前記スクリュを回転させ、前記フィラーを含有する溶融樹脂を混練し、(a2)前記(a1)の後、前記スクリュの先端が前記第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、(a3)前記(a2)の後、前記スクリュを前進させる、制御を行う。
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の射出成形工程における背圧の変化およびスクリュの先端位置の変化を示すグラフである。 型の間にフィラー含有の溶融樹脂が注入される様子を示す図である。 実施の形態2の射出成形工程のうち固定範囲混練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4の応用例1の射出成形工程のうち固定範囲混練工程を示す模式的な断面図である。 実施の形態4の応用例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4の応用例4の射出成形工程のうち固定範囲混練工程を示す模式的な断面図である。 実施の形態5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5の射出成形工程におけるスクリュの回転トルクの変化およびスクリュの先端位置の変化を示すグラフである。 短繊維ペレットを示す図である。 長繊維ペレットを示す図である。
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、スクリュSに接続されたスクリュの駆動部17を有している。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。
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の環状凹凸が距離L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)を用いることにより、後述する定位置混練時において、溶融樹脂とフィラーFとの混練物の混練性を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、吐出量に対応する所定量の混練物が貯留された後も、スクリュを最前進位置(P1)において回転(定位置回転、固定回転)する。このような定位置混練によれば、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(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。供給量をW1とする。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。
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とする。ここで、例えば、一回の吐出量分の樹脂および滞留量の樹脂(吐出後に残存している樹脂)が既に供給されている場合には、この時点で、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、供給量W1に対応する量である。そして、この供給量W1は、1回の吐出量(初回の場合には、上記滞留量を含む)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(図7参照)。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、定位置混練を行う。即ち、図6(E)に示すように、スクリュSの先端Tが、シリンダ11の最も下流である位置P0のままで、スクリュSを回転し、溶融樹脂とフィラーFと混練物の混練を継続する。例えば、所定の期間(定位置混練期間、例えば、30秒間)、混練を継続する。
この際、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続けるため、スクリュSの背圧が大きくなり、第1規定値(例えば、5MPa)を超え、第2規定値(例えば、10MPa)に到達する。この第2規定値(例えば、10MPa)は、スクリュSの回転による搬送能力(押し出し能力、ポンプ能力)で昇圧できる最大の圧力であり、スクリュSの背圧が第2規定値(例えば、10MPa)で一定となる(図7参照)。そして、樹脂ペレットRPが供給量W1だけしか供給されていないため、その分がスクリュの先端部に貯留する。即ち、この定位置混練工程は、溶融樹脂RPの供給量W1に対応する溶融樹脂とフィラーFとの混練物がスクリュの先端部に貯留した状態での混練工程とも言える。
次いで、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、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、例えば1mm~0.1mm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、空隙は生じない。
図7は、本実施の形態の射出成形工程における背圧の変化およびスクリュの先端位置の変化を示すグラフである。図7(A)の縦軸は、ロードセル圧力[MPa]、横軸は時間[s]であり、図7(B)の縦軸は、スクリュ先端位置[mm]、横軸は時間[s]である。破線は、本実施の形態のグラフであり、実線は、検討例のグラフである。
図7(A)に示すように、スクリュの後退時(計量動作中)におけるスクリュの背圧は、例えば、5MPaである。そして、定位置混練期間の背圧は、5MPaより高い10MPaである。この場合、10MPaは、スクリュSの回転による搬送能力(押し出し能力、ポンプ能力)で昇圧できる最大の圧力であり、射出成形工程における背圧の最大圧力である。スクリュの後退時(計量工程)におけるスクリュの背圧と、定位置回転中の背圧との差は、少なくとも1.0MPa以上であることが好ましい。
図7(B)に示すように、定位置回転中(定位置混練期間)のスクリュ先端位置は0mmであり、計量動作中に、スクリュ先端位置が0mmから60mmに変化する。
なお、図7(A)および図7(B)の実線においては、スクリュの後退時(計量動作中)におけるスクリュの背圧は、例えば、5MPaであり、昇圧後すぐ(ここでは、5秒以内)に計量動作が始まっている。
なお、上記においては、定位置混練期間を30秒間としたが、定位置混練期間は、例えば、1秒以上3分以下の範囲で調整することができる。また、上記においては、第2規定値を、10MPaとしたが、第2規定値は、例えば、5MPaを超え20MPa以下の範囲である。
プレス機(5)は、例えば、図8に示すような第1型SLと第2型SR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8は、型の間にフィラー含有の溶融樹脂が注入される様子を示す図である。
このように、本実施の形態においては、シリンダ11の先端部に、吐出量に対応する所定量のフィラー含有の溶融樹脂が貯留された後も、スクリュを最前進位置(P0)において回転(定位置回転、固定回転)させたので、フィラーFの分散性を向上させることができる。
また、1サイクルの吐出工程において、樹脂ペレットの供給を停止させるため、定位置混練中や計量工程中に、フィラー含有の溶融樹脂が供給過多となり、供給口15hまで到達することにより、フィラー含有の溶融樹脂が供給口15hから流出すること(ベントアップ)を防止することができる。
なお、供給量WF1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WF1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、スクリュの先端Tを最前進位置(P0)に維持した状態でスクリュを回転させる定位置混練を行ったが、溶融樹脂とフィラーFとの混練物の混練性を高めるため、スクリュの先端Tを第1ストロークの範囲において後退させながら回転させてもよい。このような処理を、ここでは“固定範囲混練”と呼ぶ。
以下に、本実施の形態の射出成形方法を説明する。なお、図9は、本実施の形態の射出成形工程のうち固定範囲混練工程を示す模式的な断面図である。また、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、実施の形態1と同様に、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から供給量W1だけ供給する(図6(A))。
次いで、実施の形態1と同様に、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を供給量WF1だけ供給する(図6(B))。
さらに、スクリュSを回転し続けると、実施の形態1の場合と同様に、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(図6(C))。そして、混練物がスクリュSの先端Tまで到達する(図6(D))。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(図7参照)。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、固定範囲混練を行う。即ち、図9に示すように、スクリュSの先端Tが、シリンダ11の最も下流である位置P0と、この位置P0から第1ストローク分の距離(例えば、60mm)だけ離れた位置P1との間で、スクリュSを回転し、溶融樹脂とフィラーFとの混練を継続する。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)である。
具体的には、例えば、図9(E1)に示すように、第1期間(例えば、10秒間)、スクリュSの先端Tを位置P0のままで、混練をし、次いで、図9(E2)に示すように、スクリュSの先端Tを位置Paまで、例えば、20mm程度後退させた状態で第2期間(例えば、10秒間)混練し、さらに、図9(E3)に示すように、スクリュSの先端Tを位置Pbまで、例えば、20mm程度後退させた状態で第3期間(例えば、10秒間)混練する。
このように、第1ストローク分の距離(P0とP1との間、60mm)において、スクリュSの先端Tを後退させることにより、スクリュ部S2bが、シリンダ11の先端部に貯留された溶融樹脂とフィラーFとの混練物中を移動しつつ混練することとなり、混練性を高めることができる。
この固定範囲混練の際にも、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続けるため、スクリュSの背圧が大きくなり、第1規定値(例えば、5MPa)を超え、第2規定値(例えば、10MPa)に到達する。この第2規定値(例えば、10MPa)は、スクリュSの回転による搬送能力(押し出し能力、ポンプ能力)で昇圧できる最大の圧力であり、第2規定値(例えば、10MPa)で一定となる(図7参照)。ここで、図9(E2)や図9(E3)に示すスクリュSの後退時に第1規定値(例えば、5MPa)までスクリュSの背圧の減少が生じるが、すぐに第2規定値(例えば、10MPa)に戻る。例えば、スクリュSの背圧の平均は、第2規定値より少し低い程度であり、第1規定値より大きくなる。そして、樹脂ペレットRPが供給量W1だけしか供給されていないため、その分がスクリュの先端部に貯留する。
上記固定範囲混練の後、実施の形態1と同様に、スクリュSを1回の吐出量(1S)に対応する距離(第1ストローク分、例えば、60mmの位置)まで後退させる(図6(F))。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、本実施の形態においては、スクリュ部S2bを第1ストロークの範囲(例えば、60mmの範囲)において後退させながら回転させたので、溶融樹脂とフィラーFとの混練物の混練性を高めることができる。
前述したように、スクリュ部S2bには、高混練ピースが用いられることが多い。このような高混練ピースは、溶融樹脂の搬送において高抵抗となる傾向があるため、溶融樹脂とフィラーFとの混練物のベントアップを誘発しやすく、長いものを使用し難い。このため、本実施の形態のように、スクリュ部(高混練ピース)S2bを第1ストロークの範囲において後退させながら回転させることにより、比較的短いスクリュ部(高混練ピース)S2bを用いた場合においても、溶融樹脂とフィラーFとの混練物の混練性を高めることができる。
図9に示す、スクリュ部S2bの長さは、スクリュS2の外径をDとした場合、0.5D~4Dとすることが好ましい。なお、このスクリュの長さの例は、実施の形態1においても適用可能である。
(実施の形態3)
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10は、本実施の形態の射出成形方法を示す工程断面図である。また、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。
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、供給量(W1)に対応する量であり、1回の吐出量(1S)に対応する量(V1)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(図7参照)。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、定位置混練を行う。即ち、図10(E)に示すように、スクリュSの先端Tが、シリンダ11の最も下流である位置P0のままで、スクリュSを回転し、溶融樹脂とフィラーFと混練物の混練を継続する。例えば、所定の期間(定位置混練期間、例えば、30秒間)、混練を継続する。
この際、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続けるため、スクリュSの背圧が大きくなり、第1規定値(例えば、5MPa)を超え、第2規定値(例えば、10MPa)に到達する。この第2規定値(例えば、10MPa)は、スクリュSの回転による搬送能力(押し出し能力、ポンプ能力)で昇圧できる最大の圧力であり、第2規定値(例えば、10MPa)で一定となる(図7参照)。そして、混合ペレット(NP、FP)が供給量W1だけしか供給されていないため、その分がスクリュの先端部に貯留する。
次いで、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、本実施の形態においては、シリンダ11の先端部に、吐出量に対応する所定量のフィラー含有の溶融樹脂が貯留された後も、スクリュを最前進位置(P0)において回転(定位置回転、固定回転)させたので、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4)
本実施の形態においては、上記実施の形態の各種応用例について説明する。
(応用例1)
実施の形態3(図10)においては、スクリュの先端Tを最前進位置(P0)に維持した状態でスクリュを回転させる定位置回転を行ったが、実施の形態2で説明した“固定範囲混練”を行ってもよい。
以下に、本応用例の射出成形方法を説明する。なお、図11は、本応用例の射出成形工程のうち固定範囲混練工程を示す模式的な断面図である。また、本実施の形態の射出成形方法において、実施の形態3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、実施の形態3と同様に、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(図10(A))。
次いで、実施の形態3と同様に、溶融樹脂(NP、FP、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(図10(B))。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いる。
さらに、スクリュSを回転し続けると、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(図10(C))。そして、混練物がスクリュSの先端Tまで到達する(図10(D))。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(図7参照)。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、固定範囲混練を行う。即ち、図11に示すように、スクリュSの先端Tが、シリンダ11の最も下流である位置P0と、この位置P0から第1ストローク分の距離(例えば、60mm)だけ離れた位置P1との間で、スクリュSを回転し、溶融樹脂とフィラーFとの混練を継続する。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)である。
具体的には、例えば、図11(E1)に示すように、第1期間(例えば、10秒間)、スクリュSの先端Tを位置P0のままで、混練をし、次いで、図11(E2)に示すように、スクリュSの先端Tを位置Paまで、例えば、20mm程度後退させた状態で第2期間(例えば、10秒間)混練し、さらに、図11(E3)に示すように、スクリュSの先端Tを位置Pbまで、例えば、20mm程度後退させた状態で第3期間(例えば、10秒間)混練する。
このように、第1ストローク分の距離(P0とP1との間、60mm)において、スクリュSの先端Tを後退させることにより、スクリュ部S2bが、シリンダ11の先端部に貯留された溶融樹脂とフィラーFとの混練物中を移動しつつ混練することとなり、混練性を高めることができる。
この固定範囲混練の際にも、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続けるため、スクリュSの背圧が大きくなり、第1規定値(例えば、5MPa)を超え、第2規定値(例えば、10MPa)に到達する。この第2規定値(例えば、10MPa)は、スクリュSの回転による搬送能力(押し出し能力、ポンプ能力)で昇圧できる最大の圧力であり、第2規定値(例えば、10MPa)で一定となる(図7参照)。ここで、図11(E2)や図11(E3)に示すスクリュSの後退時に第1規定値(例えば、5MPa)までスクリュSの背圧の減少が生じるが、すぐに第2規定値(例えば、10MPa)に戻る。そして、樹脂ペレットRPが供給量W1だけしか供給されていないため、その分がスクリュの先端部に貯留する。
上記固定範囲混練の後、実施の形態1と同様に、スクリュSを1回の吐出量(1S)に対応する距離(第1ストローク分、例えば、60mmの位置)まで後退させる(図10(F))。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、本実施の形態においては、スクリュ部S2bを第1ストロークの範囲(例えば、60mmの範囲)において後退させながら回転させたので、溶融樹脂とフィラーFとの混練物の混練性を高めることができる。
前述したように、スクリュ部S2bには、高混練ピースが用いられることが多い。このような高混練ピースは、溶融樹脂の搬送において高抵抗となる傾向があるため、溶融樹脂とフィラーFとの混練物のベントアップを誘発しやすく、長いものを使用し難い。このため、本実施の形態のように、スクリュ部(高混練ピース)S2bを第1ストロークの範囲において後退させながら回転させることにより、比較的短いスクリュ部(高混練ピース)S2bを用いた場合においても、溶融樹脂とフィラーFとの混練物の混練性を高めることができる。
(応用例2)
実施の形態3および応用例1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。このような材料を用いる場合にも、実施の形態3(図10)および応用例1(図11)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。
また、原料として、ペレットではなく、粉状の樹脂を用いてもよい。
(応用例3)
実施の形態3および応用例1、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12は、応用例3の射出成形工程を示す模式的な断面図である。また、本実施の形態の射出成形方法において、実施の形態3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。
次いで、図12(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(図7参照)。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、定位置混練を行う。即ち、図12(C)に示すように、スクリュSの先端Tが、シリンダ11の最も下流である位置P0のままで、スクリュSを回転し、溶融樹脂とフィラーFと混練物の混練を継続する。例えば、所定の期間(定位置混練期間、例えば、30秒間)、混練を継続する。
この際、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続けるため、スクリュSの背圧が大きくなり、第1規定値(例えば、5MPa)を超え、第2規定値(例えば、10MPa)に到達する。この第2規定値(例えば、10MPa)は、スクリュSの回転による搬送能力(押し出し能力、ポンプ能力)で昇圧できる最大の圧力であり、第2規定値(例えば、10MPa)で一定となる(図7参照)。そして、混合ペレット(NP、FP)が供給量W1だけしか供給されていないため、その分がスクリュの先端部に貯留する。
次いで、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、本応用例においては、シリンダ11の先端部に、吐出量に対応する所定量のフィラー含有の溶融樹脂が貯留された後も、スクリュを最前進位置(P0)において回転(定位置回転、固定回転)させたので、フィラーFの分散性を向上させることができる。
(応用例4)
応用例3においては、スクリュの先端Tを最前進位置(P0)に維持した状態でスクリュを回転させる定位置回転を行ったが、応用例1で説明した“固定範囲混練”を行ってもよい。
以下に、本応用例の射出成形方法を説明する。なお、図13は、本応用例の射出成形工程のうち固定範囲混練工程を示す模式的な断面図である。また、本実施の形態の射出成形方法において、応用例3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、応用例3と同様に、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(図12(A))。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。
次いで、応用例3と同様に、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(図12(B))。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(図7参照)。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、固定範囲混練を行う。即ち、図13に示すように、スクリュSの先端Tが、シリンダ11の最も下流である位置P0と、この位置P0から第1ストローク分の距離(例えば、60mm)だけ離れた位置P1との間で、スクリュSを回転し、溶融樹脂とフィラーFとの混練を継続する。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)である。
具体的には、例えば、図13(C1)に示すように、第1期間(例えば、10秒間)、スクリュSの先端Tを位置P0のままで、混練をし、次いで、図13(C2)に示すように、スクリュSの先端Tを位置Paまで、例えば、20mm程度後退させた状態で第2期間(例えば、10秒間)混練し、さらに、図13(C3)に示すように、スクリュSの先端Tを位置Pbまで、例えば、20mm程度後退させた状態で第3期間(例えば、10秒間)混練する。
このように、第1ストローク分の距離(P0とP1との間、60mm)において、スクリュSの先端Tを後退させることにより、スクリュ部S2bが、シリンダ11の先端部に貯留された溶融樹脂とフィラーFとの混練物中を移動しつつ混練することとなり、混練性を高めることができる。
この固定範囲混練の際にも、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続けるため、スクリュSの背圧が大きくなり、第1規定値(例えば、5MPa)を超え、第2規定値(例えば、10MPa)に到達する。この第2規定値(例えば、10MPa)は、スクリュSの回転による搬送能力(押し出し能力、ポンプ能力)で昇圧できる最大の圧力であり、第2規定値(例えば、10MPa)で一定となる(図7参照)。ここで、図13(C2)や図13(C3)に示すスクリュSの後退時に第1規定値(例えば、5MPa)までスクリュSの背圧の減少が生じるが、すぐに第2規定値(例えば、10MPa)に戻る。そして、樹脂ペレットRPが供給量W1だけしか供給されていないため、その分がスクリュの先端部に貯留する。
上記固定範囲混練の後、実施の形態1と同様に、スクリュSを1回の吐出量(1S)に対応する距離(第1ストローク分、例えば、60mmの位置)まで後退させる(図12(D))。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、本実施の形態においては、スクリュ部S2bを第1ストロークの範囲(例えば、60mmの範囲)において後退させながら回転させたので、溶融樹脂とフィラーFとの混練物の混練性を高めることができる。
前述したように、スクリュ部S2bには、高混練ピースが用いられることが多い。このような高混練ピースは、溶融樹脂の搬送において高抵抗となる傾向があるため、溶融樹脂とフィラーFとの混練物のベントアップを誘発しやすく、長いものを使用し難い。このため、本実施の形態のように、スクリュ部(高混練ピース)S2bを第1ストロークの範囲において後退させながら回転させることにより、比較的短いスクリュ部(高混練ピース)S2bを用いた場合においても、溶融樹脂とフィラーFとの混練物の混練性を高めることができる。
(応用例5)
応用例3、4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3(図10)および応用例1(図11)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。
また、原料として、ペレットではなく、粉状の樹脂を用いてもよい。
(実施の形態5)
本実施の形態においても、シリンダ11の先端部に、吐出量に対応する所定量の混練物が貯留された後も、スクリュを最前進位置(P1)において回転(定位置回転、固定回転)する。このような定位置混練によれば、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14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14(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。供給量をW1とする。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。
次いで、図14(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。ここで、例えば、一回の吐出量分の樹脂および滞留量の樹脂(吐出後に残存している樹脂)が既に供給されている場合には、この時点で、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、供給量W1に対応する量である。そして、この供給量W1は、1回の吐出量(初回の場合には、上記滞留量を含む)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14(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14(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、回転トルクが大きくなり、第1規定値(例えば、10%)を超え、第2規定値(例えば、20%)に到達する(図15(A)参照)。
次いで、定位置混練を行う。即ち、図14(E)に示すように、スクリュSの先端Tが、シリンダ11の最も下流である位置P0のままで、スクリュSを回転し、溶融樹脂とフィラーFと混練物の混練を継続する。例えば、所定の期間(定位置混練期間)、混練を継続する。
ここで、所定の期間(定位置混練期間)は、回転トルク積算値が所定の値となるまでの期間とする。
即ち、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続けると、回転トルクが大きくなり、第1規定値(例えば、10%)を超え、第2規定値(例えば、20%)に到達する。この第2規定値(例えば、20%)は、スクリュSの回転による搬送能力(押し出し能力、ポンプ能力)で昇圧できる最大の圧力であり、スクリュSの回転トルクが第2規定値(例えば、20%)の近傍で一定となる(図15参照)。この際、スクリュSの回転トルクの積算値が所定の値、即ち、後述する図15(A)のグラフの面積aが所定の値となるまでの間、溶融樹脂とフィラーFと混練物の混練を継続する(定位置回転する)。
そして、樹脂ペレットRPが供給量W1だけしか供給されていないため、その分がスクリュの先端部に貯留する。即ち、この定位置混練工程は、溶融樹脂RPの供給量W1に対応する溶融樹脂とフィラーFとの混練物がスクリュの先端部に貯留した状態で、スクリュSの回転トルクの積算値が所定の値となるまでの期間の混練工程とも言える。
次いで、図14(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)。
なお、射出工程における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14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、例えば1mm~0.1mm程度であり、また、図14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、空隙は生じない。
図15は、本実施の形態の射出成形工程におけるスクリュSの回転トルクの変化およびスクリュの先端位置の変化を示すグラフである。図15(A)の縦軸は、スクリュSの回転トルク[%]、横軸は時間[s]であり、図15(B)の縦軸は、スクリュ先端位置[mm]、横軸は時間[s]である。
図15(A)に示すように、スクリュの後退時(計量動作中)におけるスクリュの回転トルクは、例えば、10%である。そして、定位置混練期間の回転トルクは、10%より大きい20%である。この場合、20%は、スクリュSの回転による搬送能力(押し出し能力、ポンプ能力)で昇圧できる最大の圧力であり、射出成形工程における回転トルクの最大圧力である。スクリュの回転トルクは、スクリュ回転モータに流れる電流により測定することができる。また、この回転トルク[%]は、瞬時最大トルクに対する割合である。
図15(B)に示すように、定位置回転中(定位置混練期間)のスクリュ先端位置は0mmであり、計量動作中に、スクリュ先端位置が0mmから60mmに変化する。
そして、本実施の形態によれば、定位置混練期間をスクリュSの回転トルクの積算値が所定の値、即ち、後述する図15(A)のグラフの面積aが所定の値となるまでの間としたので、例えば、図15(A)に示すように、回転トルクが、第2規定値の近傍において“ゆらぐ”ことがあっても、定位置混練期間を精度よく制御することができる。
前述したように、プレス機(5)は、例えば、図8に示すような第1型SLと第2型SR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8は、型の間にフィラー含有の溶融樹脂が注入される様子を示す図である。
このように、本実施の形態においては、シリンダ11の先端部に、吐出量に対応する所定量のフィラー含有の溶融樹脂が貯留された後も、スクリュを最前進位置(P0)において回転(定位置回転、固定回転)させたので、フィラーFの分散性を向上させることができる。
また、1サイクルの吐出工程において、樹脂ペレットの供給を停止させるため、定位置混練中や計量工程中に、フィラー含有の溶融樹脂が供給過多となり、供給口15hまで到達することにより、フィラー含有の溶融樹脂が供給口15hから流出すること(ベントアップ)を防止することができる。
なお、供給量WF1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WF1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く、実施の形態1で説明したフィラーを用いることができる。
また、本実施の形態においても、実施の形態4の応用例1(図11参照)で説明した“固定範囲混練”を行ってもよい。この場合も、回転トルクの変化が生じ得るが、スクリュSの回転トルクの積算値を基準とすることで、定位置混練期間を精度よく制御することができる。
また、本実施の形態においても、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(実施の形態4の応用例2参照)。
また、本実施の形態においても、ベント孔を有さない1ステージ型の射出成形装置に適用することができる(実施の形態4の応用例3(図12)参照)。また、ベント孔を有さない1ステージ型の射出成形装置において、“固定範囲混練”を行ってもよい(実施の形態4の応用例4(図13)参照)。また、ベント孔を有さない1ステージ型の射出成形装置に適用する場合において、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(実施の形態4の応用例5参照)。また、原料として、ペレットではなく、粉状の樹脂を用いてもよい。
(実施の形態6)
本実施の形態においては、フィラー含有ペレットFPについて説明する。図16は、短繊維ペレットを示す図であり、図17は、長繊維ペレットを示す図である。
図16に示す短繊維ペレットは、0.2mm以上0.3mm以下の繊維(炭素繊維)が、樹脂中に含まれている。このような短繊維ペレットは、混練押出機などを用いて樹脂と繊維を混練した後、ストランド状の混練物をカッターで切断することにより形成することができる。
図17に示す長繊維ペレットは、5mm以上10mm以下の繊維(炭素繊維)の束が、樹脂で覆われている。このような長繊維ペレットは、ロービング繊維を複数本束ねたコアの外周に樹脂を押出し被覆することにより形成することができる。
フィラー含有ペレットFPとしては、短繊維ペレットや長繊維ペレットを用いることができる。特に、長繊維ペレットを用いた場合、成形体に残存する繊維長が長くなる傾向にある。このため、成形体の強度やシールド性などの特性が向上する。このような長繊維ペレットの特性を引き出すためには、応用例3などにおいて説明した定位置混練を行うことで、繊維(フィラーF)の分散性を向上させることができる。
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。
[付記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)工程と前記(c)工程の間に、
(e)前記溶融樹脂が前記スクリュの先端の前記第1位置に到達した後、前記スクリュの先端を前記第1位置に維持した状態で前記スクリュを回転させ、前記溶融樹脂を混練する工程、を有する、射出成形方法。
[付記2]
付記1記載の射出成形方法において、
前記シリンダは、前記供給口より下流に設けられた孔を有する、射出成形方法。
[付記3]
付記1記載の射出成形方法において、
前記樹脂材料は、フィラーを含有する樹脂ペレットと、フィラーを含まない樹脂ペレットとの混合物である、射出成形方法。
[付記4]
シリンダと、前記シリンダ内に配備されたスクリュと、前記スクリュの駆動を制御する制御部と、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供給口を有し、
前記制御部は、
(a1)溶融樹脂が前記スクリュの先端の第1位置に到達した後、前記スクリュの先端を前記第1位置に維持した状態で前記スクリュを回転させ、前記溶融樹脂を混練し、
(a2)前記(a1)の後、前記スクリュの先端が前記第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、
(a3)前記(a2)の後、前記スクリュを前進させる、制御を行う、射出成形装置。
[付記5]
付記4記載の射出成形装置において、
前記シリンダは、前記供給口より下流に設けられた孔を有する、射出成形装置。
[付記6]
付記4記載の射出成形装置において、
前記樹脂材料は、フィラーを含有する樹脂ペレットと、フィラーを含まない樹脂ペレットとの混合物である、射出成形装置。
[付記7]
(a)シリンダと、前記シリンダ内に配備されたスクリュ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)工程と前記(c)工程の間に、
(e)前記フィラー含有の溶融樹脂が前記スクリュの先端の前記第1位置に到達した後、前記スクリュの先端を前記第1位置から前記第2位置の間に維持した状態で前記スクリュを回転させ、前記溶融樹脂を混練する工程、を有する、射出成形方法。
[付記8]
シリンダと、前記シリンダ内に配備されたスクリュと、前記スクリュの駆動制御する制御部と、を有し、
前記シリンダは、樹脂材料が供給される供給口を有し、
前記制御部は、
(a1)溶融樹脂が前記スクリュの先端の第1位置に到達した後、前記スクリュの先端を前記第1位置から前記第2位置の間に維持した状態で前記スクリュを回転させ、前記溶融樹脂を混練し、
(a2)前記(a1)の後、前記スクリュの先端が前記第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、
(a3)前記(a2)の後、前記スクリュを前進させる、制御を行い、
前記スクリュは、前記第1位置から第2位置までの間に配置された混練ピース部を有し、
前記(a1)の制御は、
前記スクリュの先端が、前記第1位置から前記第2位置の間において、前進位置に維持された状態で前記スクリュを回転させる制御、
前記スクリュの先端が、前記第1位置から前記第2位置の間において、前記前進位置から後退した後退位置に維持された状態で前記スクリュを回転させる制御、を含む、射出成形装置。
1 射出成形装置
5 プレス機
11 シリンダ
13 ホッパ
13h 供給口
15 供給装置
15c 制御部
15h 供給口
15s センサ
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 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
T スクリュの先端

Claims (20)

  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)工程と前記(d)工程の間に、
    (f)前記フィラー含有の溶融樹脂が前記スクリュの先端の前記第1位置に到達した後、前記スクリュの先端を前記第1位置に維持した状態で前記スクリュを回転させ、前記フィラー含有の溶融樹脂を混練する工程、を有する、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(b)工程の前記樹脂材料の供給量は第1量であり、
    前記(f)工程は、前記スクリュの先端部に前記第1量に対応する前記フィラー含有の溶融樹脂が存在する状態で前記スクリュを回転する工程である、射出成形方法。
  3. 請求項2記載の射出成形方法において、
    前記(b)工程から前記(d)工程の間に、前記樹脂材料の供給が中止される、射出成形方法。
  4. 請求項1記載の射出成形方法において、
    前記(d)工程の前記スクリュの後退時における前記スクリュの背圧は、第1圧力であり、
    前記(f)工程の前記スクリュの背圧は、前記第1圧力より高い第2圧力である、射出成形方法。
  5. 請求項4記載の射出成形方法において、
    前記第2圧力は、前記(b)工程から前記(e)工程の間の前記スクリュの背圧の最大圧力である、射出成形方法。
  6. シリンダと、前記シリンダ内に配備されたスクリュと、前記スクリュの駆動を制御する制御部と、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、を有し、
    前記制御部は、
    (a1)前記フィラーを含有する溶融樹脂が前記スクリュの先端の第1位置に到達した後、前記スクリュの先端を前記第1位置に維持した状態で前記スクリュを回転させ、前記フィラーを含有する溶融樹脂を混練し、
    (a2)前記(a1)の後、前記スクリュの先端が前記第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、
    (a3)前記(a2)の後、前記スクリュを前進させる、制御を行う、射出成形装置。
  7. 請求項6記載の射出成形装置において、
    前記第1供給口に接続されたホッパを有し、
    前記ホッパは、前記樹脂材料を第1量だけ供給するように制御され、
    前記(a1)の制御は、前記スクリュの先端部に前記第1量に対応する前記フィラー含有の溶融樹脂が存在する状態で前記スクリュを回転させる、射出成形装置。
  8. 請求項7記載の射出成形装置において、
    前記ホッパは、前記樹脂材料を第1量だけ供給した後に、前記樹脂材料の供給が中止されるように制御される、射出成形装置。
  9. 請求項6記載の射出成形装置において、
    前記(a2)の制御の前記スクリュの後退時における前記スクリュの背圧は、第1圧力であり、
    前記(a1)の制御の前記スクリュの背圧は、前記第1圧力より高い第2圧力である、射出成形装置。
  10. 請求項9記載の射出成形装置において、
    前記第2圧力は、前記(a1)から前記(a3)の制御における前記スクリュの背圧の最大圧力である、射出成形装置。
  11. (a)シリンダと、前記シリンダ内に配備されたスクリュ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)工程と前記(d)工程の間に、
    (f)前記フィラー含有の溶融樹脂が前記スクリュの先端の前記第1位置に到達した後、前記スクリュの先端を前記第1位置から前記第2位置の間に維持した状態で前記スクリュを回転させ、前記フィラー含有の溶融樹脂を混練する工程、を有する、射出成形方法であって、
    前記スクリュは、前記第2供給口から前記第1位置までの間に配置された混練ピース部を有し、
    前記(f)工程は、
    (f1)前記スクリュの先端が、前記第1位置から前記第2位置の間において、前進位置に維持された状態で前記スクリュを回転させる工程、
    (f2)前記スクリュの先端が、前記第1位置から前記第2位置の間において、前進位置から後退した後退位置に維持された状態で前記スクリュを回転させる工程、を有し、
    前記(d)工程の前記スクリュの後退時における前記スクリュの背圧は、第1圧力であり、
    前記(f)工程の前記スクリュの平均背圧は、前記第1圧力より高い、射出成形方法。
  12. 請求項11記載の射出成形方法において、
    前記(b)工程の前記樹脂材料の供給量は第1量であり、
    前記(f)工程は、前記スクリュの先端部に前記第1量に対応する前記フィラー含有の溶融樹脂が存在する状態で前記スクリュを回転する工程である、射出成形方法。
  13. 請求項11記載の射出成形方法において、
    前記(b)工程から前記(d)工程の間に、前記樹脂材料の供給が中止される、射出成形方法。
  14. 請求項11記載の射出成形方法において、
    前記(f)工程の前記スクリュの背圧は、前記(b)工程から前記(e)工程の間の前記スクリュの背圧の最大圧力を含む、射出成形方法。
  15. シリンダと、前記シリンダ内に配備されたスクリュと、前記スクリュの駆動を制御する制御部とを有し、
    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、を有し、
    前記制御部は、
    (a1)前記フィラーを含有する溶融樹脂が前記スクリュの先端の第1位置に到達した後、前記スクリュの先端を前記第1位置から第2位置の間に維持した状態で前記スクリュを回転させ、前記フィラーを含有する溶融樹脂を混練し、
    (a2)前記(a1)の後、前記スクリュの先端が前記第1位置から前記第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、
    (a3)前記(a2)の後、前記スクリュを前進させる、制御を行い、
    前記スクリュは、前記第2供給口から前記第1位置までの間に配置された混練ピース部を有し、
    前記(a1)の制御は、
    前記スクリュの先端が、前記第1位置から前記第2位置の間において、前進位置に維持された状態で前記スクリュを回転させる制御、
    前記スクリュの先端が、前記第1位置から前記第2位置の間において、前記前進位置から後退した後退位置に維持された状態で前記スクリュを回転させる制御、を含み、
    前記(a2)の制御の前記スクリュの後退時における前記スクリュの背圧は、第1圧力であり、
    前記(a1)の制御の前記スクリュの平均背圧は、前記第1圧力より高い、射出成形装置。
  16. 請求項15記載の射出成形装置において、
    前記第1供給口に接続されたホッパを有し、
    前記ホッパは、前記樹脂材料を第1量だけ供給するように制御され、
    前記(a1)の制御は、前記スクリュの先端部に前記第1量に対応する前記フィラー含有の溶融樹脂が存在する状態で前記スクリュを回転させる、射出成形装置。
  17. 請求項16記載の射出成形装置において、
    前記ホッパは、前記樹脂材料を第1量だけ供給した後に、前記樹脂材料の供給が中止されるように制御される、射出成形装置。
  18. 請求項15記載の射出成形装置において、
    前記(a1)の制御の前記スクリュの背圧は、前記(a1)から前記(a3)の制御における前記スクリュの背圧の最大圧力を含む、射出成形装置。
  19. (a)シリンダと、前記シリンダ内に配備されたスクリュ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)工程と前記(d)工程の間に、
    (f)前記フィラー含有の溶融樹脂が前記スクリュの先端の前記第1位置に到達した後、前記スクリュの先端を前記第1位置に維持した状態で前記スクリュを回転させ、前記フィラー含有の溶融樹脂を混練する工程、を有し、
    前記(f)工程において、前記スクリュの回転トルクの積算値が所定の値となるまでの間、前記フィラー含有の溶融樹脂を混練する、射出成形方法。
  20. (a)シリンダと、前記シリンダ内に配備されたスクリュ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)工程と前記(c)工程の間に、
    (e)前記溶融樹脂が前記スクリュの先端の前記第1位置に到達した後、前記スクリュの先端を前記第1位置に維持した状態で前記スクリュを回転させ、前記溶融樹脂を混練する工程、を有する、射出成形方法。
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