(57)【要約】    【課題】  炭素繊維の折損を従来装置より低減できるインラインスクリュ式の可塑化射出装置を提供すること。    【解決手段】  シリンダ１０とスクリュ１１を備え、熱可塑性樹脂２０を供給する供給部と熱可塑性樹脂２０を圧縮する圧縮部を形成するインラインスクリュ式の可塑化射出装置１であって、熱可塑性樹脂２０は炭素繊維を含有し、圧縮部及び供給部の少なくともいずれか一方に電磁誘導加熱装置３０を設けた構成である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダとスクリュを備え、熱可塑性樹脂を供給する供給部と前記熱可塑性樹脂を圧縮する圧縮部を形成するインラインスクリュ式の可塑化射出装置であって、
前記熱可塑性樹脂は炭素繊維を含有し、
前記圧縮部及び前記供給部の少なくともいずれか一方に電磁誘導加熱装置を設けたことを特徴とするインラインスクリュ式の可塑化射出装置。
【請求項２】
前記圧縮部は前記熱可塑性樹脂の発熱を検知する温度検知手段を備え、前記温度検知手段からの信号で前記電磁誘導加熱装置をフィードバック制御することを特徴とする請求項１に記載のインラインスクリュ式の可塑化射出装置。
【請求項３】
前記炭素繊維の一部又は全部はロービングであることを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかに記載のインラインスクリュ式の可塑化射出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁誘導加熱装置を備えた可塑化射出装置で、特にインラインスクリュ式のものに関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明に関する従来技術として、スクリュヘッドの構成を改良し、溶融可塑化された樹脂が緩やかに通過するようにしたことにより、長繊維の折損を防止する、逆流防止リング付きスクリュヘッドを備えたインラインスクリュ式の可塑化射出装置が開示されている。（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
また、大口径のスクリュ（特に、１００ｍｍ以上のスクリュ径）の仕様（Ｌ／Ｄ、供給部の長さ、溝深さ等）をガラス長繊維強化樹脂に最適な値とすることにより、可塑化性能を安定させるとともに、チェックリングの形状、溶融樹脂通路を適正な範囲とすることによって、ガラス長繊維の折損を抑えるとともに、射出工程におけるチェックリングのシール機能を改善して、ガラス長繊維強化樹脂材料からなる自動車部品等の大型射出成形品を安定して効率よく生産可能とするインラインスクリュ式の可塑化射出装置が開示されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００４】
また、樹脂と強化繊維を可塑化混練すると同時に物理発泡剤を注入し、強化繊維の損傷を防止し、分散性を高める射出成形装置が開示されている（例えば、特許文献３参照。）。
【０００５】
また、加熱シリンダ内に、樹脂ペレットを供給する射出成形用ホッパ本体の少なくとも一部が磁性材料で形成され、このホッパ本体の磁性材料で形成されたところに自己発熱させて樹脂ペレットを所定温度に昇温させ、加熱シリンダ内に供給するので、可塑化後の溶融樹脂は安定した温度となって成形金型に供給され変形、着色ムラ、及び物性低下を少なくできるよう電磁誘導加熱装置が設けられた射出成形装置が開示されている（例えば、特許文献４参照。）。
【特許文献１】特開平６−２４６８０２号公報
【特許文献２】特開２００４−２９１４０９号公報
【特許文献３】特開２００８−１０１５号公報
【特許文献４】特開平３−２６６６１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１のインラインスクリュ式の可塑化射出装置では、射出装置に弾性率の高い炭素繊維強化樹脂を用いる場合、スクリュの回転による剪断による折損が問題となる。
【０００７】
また、特許文献２のインラインスクリュ式の可塑化射出装置では、熱可塑性樹脂の粘度に応じてスクリュの構造を最適化する必要がある。
【０００８】
また、特許文献３の繊維強化樹脂成形品の成形方法及び成形装置では、物理発泡による分散混練工程で長繊維を含んでいる樹脂成形品に対して一様な発泡を得て強度・剛性を確保するのが困難である。又、スクリュの回転による剪断による折損が問題となる。
【０００９】
また、特許文献４の電磁誘導加熱装置が設けられた射出成形装置では、連結部は凸状で樹脂との接触面積を増加させているが、ホッパ自体が発熱するため、壁と接触する部分だけが温度上昇する。樹脂の内部まで熱が伝達する前に、加熱シリンダに供給されしまうため、スクリュ供給時の樹脂粘度は十分に低下せず、摩擦力が大きくなり、繊維を折損してしまう。また、ホッパの一部をコイルで巻いているが、ホッパ全体が磁性材料で構成されるため、ホッパ全体の温度が上昇し、壁面の樹脂が異常に加熱されて樹脂劣化を招来する虞がある。また、ホッパ下の供給部で樹脂が溶融して、圧縮部への輸送不良を起こし、計量ができなくなる虞がある。
【００１０】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、炭素繊維の折損を従来装置より低減できるインラインスクリュ式の可塑化射出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、シリンダとスクリュを備え、熱可塑性樹脂を供給する供給部と前記熱可塑性樹脂を圧縮する圧縮部を形成するインラインスクリュ式の可塑化射出装置であって、前記熱可塑性樹脂は炭素繊維を含有し、前記圧縮部及び前記供給部の少なくともいずれか一方に電磁誘導加熱装置を設けた構成である。
【００１２】
また、請求項２に記載の発明は、前記圧縮部は前記熱可塑性樹脂の発熱を検知する温度検知手段を備え、前記温度検知手段からの信号で前記電磁誘導加熱装置をフィードバック制御することを特徴とする。
【００１３】
また、請求項３に記載の発明は、前記炭素繊維の一部又は全部はロービングであること、を特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明では、熱可塑性樹脂に含有する炭素繊維が電磁誘導加熱装置により自己発熱し、熱可塑性樹脂を内部から加熱するので、圧縮部に送られた熱可塑性樹脂は、粘度が十分に低下して摩擦力が小さくなり、スクリュの回転による炭素繊維の剪断による折損を低減できる。したがって、炭素繊維の繊維長が５ｍｍ〜１０ｍｍの長繊維を熱可塑性樹脂に多く残すことができるため、衝撃強度の高い樹脂製品が得られる。また、長繊維と、長繊維が部分的に折損（分割）して得られる繊維長が１ｍｍ以下の短繊維が熱可塑性樹脂に混在することで、衝撃強度とウエルドのバランスが良好な樹脂製品が得られる。
【００１５】
また、圧縮部は熱可塑性樹脂の粘度と相関のある発熱を温度検知手段により検知して、電磁誘導加熱装置をフィードバック制御するため、圧縮部での熱可塑性樹脂の粘度が安定し、炭素繊維の剪断による折損を安定して低減できるため、衝撃強度とウエルドのバランスが良好な樹脂製品が得られる。
【００１６】
また、炭素繊維の一部又は全部はロービングであるため、長繊維を熱可塑性樹脂に多く残すことができ衝撃強度が良好な樹脂製品が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に本発明の実施形態を図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１８】
図１は本発明のインラインスクリュ式の可塑化射出装置１である。可塑化射出装置１は、シリンダ１０と、シリンダ１０に挿入されるスクリュ１１と、シリンダ１０に炭素繊維を含有する熱可塑性樹脂２０を導入するホッパ１２を備えている。シリンダ１０の外周には複数のバンドヒータ１３が設けられる。スクリュ１１は供給部と圧縮部を形成する。供給部には電磁誘導加熱装置３０のコイル３１が設けられる。
【００１９】
炭素繊維を含有する熱可塑性樹脂２０としては、長繊維強化樹脂ペレット（ＧＦ・ＣＦ）、樹脂とチョップド（ＧＦ・ＣＦ）、樹脂とロービング（ＧＦ・ＣＦ）である。さらに、グラファイト、フラーレン、カーボンナノチューブを含有させてもよい。
【００２０】
電磁誘導加熱装置３０は、コイル３１と、コイル３１に交流電流を流す高周波電源ユニット３２を備えている。高周波電源ユニット３２によりコイル３１に交流電流を流すと、コイル３１の周囲に時間変化する磁界が生じる。時間変化する磁界の電磁誘導で、コイル３１の周囲にある炭素繊維には誘導電流が生じる。炭素繊維に誘導電流が生じると、その炭素繊維の抵抗値に応じて発熱が生じる。
【００２１】
圧縮部には熱可塑性樹脂２０の発熱を検知する温度検知センサ４０を備える。温度検知センサ４０からの信号は制御装置４１に送られ、制御装置４１は高周波電源ユニット３２と接続して電磁誘導加熱装置３０をフィードバック制御する。
【００２２】
本発明のインラインスクリュ式の可塑化射出装置１の動作を説明する。ホッパ１２から炭素繊維を含む熱可塑性樹脂２０が投入されると、熱可塑性樹脂２０に含まれる炭素繊維は供給部にて電磁誘導加熱装置３０のコイル３１による電磁誘導により自己発熱する。炭素繊維の自己発熱により内部から加熱された熱可塑性樹脂２０は圧縮部に送られる。圧縮部に送られた熱可塑性樹脂２０は、粘度が十分に低下していて摩擦力が小さい。
【００２３】
本発明のインラインスクリュ式の可塑化射出装置１では、熱可塑性樹脂２０に含有する炭素繊維が電磁誘導加熱装置３０により自己発熱し、熱可塑性樹脂２０を内部から加熱するので、圧縮部に送られた熱可塑性樹脂２０は、粘度が十分に低下して摩擦力が小さくなり、スクリュ１１の回転による炭素繊維の剪断による折損を低減できる。
【００２４】
図２は、熱可塑性樹脂２０に含有する炭素繊維の繊維長が５ｍｍ〜１０ｍｍの長繊維と繊維長が１ｍｍ以下の短繊維の占める重量割合を示す。本発明のインラインスクリュ式の可塑化射出装置１では、炭素繊維の繊維長が５ｍｍ〜１０ｍｍの長繊維を熱可塑性樹脂２０に多く残すことができるため、衝撃強度の高い樹脂製品が得られる。また、長繊維と、長繊維が部分的に折損（分割）して得られる繊維長が１ｍｍ以下の短繊維が熱可塑性樹脂２０に混在することで、衝撃強度とウエルドのバランスが良好な樹脂製品が得られる。
【００２５】
また、圧縮部は熱可塑性樹脂２０の粘度と相関のある発熱を温度検知センサ４０により検知して、制御装置４１は電磁誘導加熱装置３０をフィードバック制御するため、圧縮部での熱可塑性樹脂２０の粘度が安定し、炭素繊維の剪断による折損を安定して低減できるため、衝撃強度とウエルドのバランスが良好な樹脂製品が得られる。
【００２６】
また、炭素繊維の一部又は全部にロービングとすることで、長繊維を熱可塑性樹脂２０に多く残すことができ衝撃強度が良好な樹脂製品が得られる。また、繊維長が長くなることで、電磁誘導の際の導電性が向上し、良好な自己発熱が得られる。
【００２７】
また、熱可塑性樹脂２０にグラファイト、フラーレン、カーボンナノチューブを含有させることにより、熱可塑性２０の熱伝導性が向上し、加熱時間を短縮できる。さらにグラファイト、フラーレンではそれ自体に異方性が無いため、樹脂製品の異方性の影響を受けにくい。
【００２８】
本発明では、圧縮部を備えたインラインスクリュ式の可塑化射出装置であるが、圧縮部を備えていないインラインスクリュ式の可塑化射出装置への適用も可能である。また、本発明ではシリンダ１０の外周に複数のバンドヒータ１３を設けたが、バンドヒータ１３を設けない構成も可能である。
【００２９】
（変形例１）
図３は、変形例１でサイドフィード口５１を備えたインラインスクリュ式の可塑化射出装置５０である。図１のインラインスクリュ式の可塑化射出装置１と共通の機能、部位については共通の符号を用いて説明する。
【００３０】
変形例１の可塑化射出装置５０では、シリンダ１０の熱可塑性樹脂２０の溶融部に炭素繊維を供給するサイドフィード口５１を設け、また炭素繊維を含有しない熱可塑性樹脂５３はシリンダ１０の外周に設けられた複数のバンドヒータ５２で加熱される。その他の構成については図１と同一である。
【００３１】
変形例１のインラインスクリュ式の可塑化射出装置５０の動作を説明する。炭素繊維を含有しない熱可塑性樹脂５３がホッパから導入されると、熱可塑性樹脂５３はスクリュ１１の回転により射出口方向へ送られる（未溶融部）。熱可塑性樹脂５３はバンドヒータ５２により加熱され、粘度が低下する（溶融部）。熱可塑性樹脂５３の粘度が低下した状態でサイドフィード口５１からは炭素繊維が供給される。炭素繊維は、スクリュ１１の回転により熱可塑性樹脂５３と混合して射出口方向へ送られる。
【００３２】
変形例１のインラインスクリュ式の可塑化射出装置５０では、炭素繊維は熱可塑性樹脂５３が溶融した状態でサイドフィード口５１から供給されるので、炭素繊維がスクリュ１１により射出口へ送られる距離を従来よりも短くすることが出来る。よって、スクリュ１１の回転による炭素繊維の剪断による折損を低減できる。
【００３３】
変形例１では、スクリュは１段であるが、スクリュは２段スクリュでも良く、１段目は樹脂溶融のため圧縮部を備えるが、２段目は炭素繊維を分散させるためだけで圧縮部を備えないスクリュも可能である。また、スクリュ内にヒータを入れて、スクリュ自体を加熱する内筒加熱方式のスクリュも可能である。
【００３４】
（変形例２）
図４は、変形例２でキャピラリー式の可塑化射出装置６０である。図１のインラインスクリュ式の可塑化射出装置１と共通の機能、部位については共通の符号を用いて説明する。
【００３５】
変形例２のキャピラリー式の可塑化射出装置６０では、炭素繊維を含有する熱可塑性樹脂２０は、シリンダ１０の側面に設けられた加熱筒６１に送られ、バンドヒータ６２により加熱されて、加熱筒６１内で溶融化する。溶融化した炭素繊維を含有する熱可塑性樹脂２０は、シリンダ１０内に溜まる。シリンダ１０内に溜まった熱可塑性樹脂２０は、ピストン６３により射出方向に射出される。
【００３６】
キャピラリー式の可塑化射出装置６０では、インラインスクリュ式の可塑化射出装置のように、スクリュの回転による炭素繊維の剪断による折損がなくなるため繊維長の長い樹脂製品が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明のインラインスクリュ式の可塑化射出装置である。
【図２】熱可塑性樹脂に含有する長繊維と短繊維の占める重量割合を示す。
【図３】変形例１のサイドフィード口を備えたインラインスクリュ式の可塑化射出装置である。
【図４】変形例２のキャピラリ-式の可塑化射出装置である。
【符号の説明】
【００３８】
１  可塑化射出装置
１０  シリンダ
１１  スクリュ
２０  熱可塑性樹脂
３０  電磁誘導加熱装置
３１  コイル
４０  温度検知センサ（温度検知手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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