(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吐出ノズルが形成されたシリンダと、
前記シリンダの内部に回転可能および回転軸方向に移動可能に設けられたスクリュと、
樹脂原料を前記シリンダ内に供給する樹脂供給部と、
前記樹脂供給部よりも下流側に設けられ、強化繊維を前記シリンダ内に供給する繊維供給部と、
を備え、上流側で前記樹脂原料が供給され、下流側で前記強化繊維が供給される射出成形機であって、
前記スクリュは、
供給される前記樹脂原料を溶融する第１ステージと、
前記第１ステージに連なり、供給部と、前記供給部よりも下流側の圧縮部を備え、溶融された前記樹脂原料と供給された前記強化繊維を混合する第２ステージと、を備え、
前記第２ステージの前記供給部に設けられるフライトは、
相対的に外径の大きい大径フライトと、相対的に外径の小さい小径フライトと、を備え、
前記小径フライトの頂部と前記シリンダとの隙間からなり、前記スクリュの下流側のスクリュ溝から上流側のスクリュ溝に向けて、溶融された前記樹脂原料の逆流が生じる樹脂通路を備えることを特徴とする射出成形機。
【請求項２】
前記第２ステージの前記供給部は、
前記大径フライトと前記小径フライトが連なって、一条の前記フライトを構成する、
請求項１に記載の射出成形機。
【請求項３】
前記供給部は、
前記フライトが、主フライトと、前記主フライトによって形成されるスクリュ溝に設けられる副フライトと、を備える二条フライトからなり、
前記主フライトが前記大径フライトをなし、前記副フライトが前記小径フライトをなしている、
請求項１に記載の射出成形機。
【請求項４】
前記副フライトは、
前記スクリュの軸方向の一部の箇所又は複数の個所に設けられる、
請求項３に記載の射出成形機。
【請求項５】
前記副フライトは、
前記強化繊維が供給される部位に対応して設けられる、
請求項３に記載の射出成形機。
【請求項６】
前記副フライトは、
始端及び終端のいずれか一方又は双方が、前記主フライトに対して閉塞している、
請求項３〜請求項５のいずれか一項に記載の射出成形機。
【請求項７】
吐出ノズルが形成されたシリンダと、
前記シリンダの内部に回転可能および回転軸方向に移動可能に設けられたスクリュと、
樹脂原料を前記シリンダ内に供給する樹脂供給部と、
前記樹脂供給部よりも下流側に設けられ、強化繊維を前記シリンダ内に供給する繊維供給部と、
を備え、上流側で前記樹脂原料が供給され、下流側で前記強化繊維が供給される射出成形機であって、
前記スクリュは、
供給される前記樹脂原料を溶融する第１ステージと、
前記第１ステージに連なり、溶融された前記樹脂原料と供給された前記強化繊維を混合する第２ステージと、を備え、
前記第２ステージに設けられるフライトは、
前記フライトの巻回方向に連続性を欠くように、前記フライトの一部に切り欠きが設けられた複数条であって上流側のフライト条数が下流側のフライト条数よりも少ないか、または、上流側の前記フライトの巻回方向の延長線上に対し下流側の前記フライトの位相がずらされた、断続的なフライトであり、
前記切り欠きからなり、前記スクリュの下流側のスクリュ溝から上流側のスクリュ溝に向けて、溶融された前記樹脂原料の逆流が生じる樹脂通路を備えることを特徴とする射出成形機。
【請求項８】
内部に回転可能および回転軸方向に移動可能なスクリュが設けられたシリンダに、樹脂原料を供給するとともに、前記樹脂原料よりも下流側において強化繊維を供給して、強化繊維を射出成形する方法であって、
前記スクリュは、
供給される前記樹脂原料を溶融する第１ステージと、
前記第１ステージに連なり、供給部と、前記供給部よりも下流側の圧縮部を備え、溶融された前記樹脂原料と供給される前記強化繊維を混合する第２ステージと、を備え、
前記第２ステージの前記供給部において、
前記樹脂原料は、前記スクリュに設けられるフライトの頂部を乗り越えて、上流側のスクリュ溝内に流入される、
射出成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、強化繊維を含む樹脂の射出成形に関する。
【背景技術】
【０００２】
強化繊維を含有させることにより強度を高めた繊維強化樹脂の成形品が各種の用途に用いられている。この成形品を射出成形で得る手法として、可塑化装置をなすシリンダ内でスクリュの回転により熱可塑性樹脂を溶融し、それに繊維を混合又は混練した後に、射出成形機の金型に射出することが知られている。【０００３】
強化繊維による強度向上の効果を得るためには、強化繊維が樹脂の中に均一に分散していることが望まれる。均一分散を果たすためには、混合の条件を厳しくして強化繊維に付与するせん断力を強くすればよいが、過度に強いせん断力は強化繊維の切断を招いてしまう。そうすると、当初の繊維長よりも成形後の繊維長が大幅に短くなってしまい、得られた成形品は、所望の特性を満足できなくなるおそれがある（特許文献１）。したがって、混合時に繊維の折損が発生しないようにせん断力を弱めた射出成形の条件を選択することが必要になるが、そうすると、強化繊維が繊維強化樹脂中に均一に分散することができずに、偏在してしまう。強化繊維の均一分散に寄与するために、シリンダの内部に強化繊維を強制的に供給する機構（フィーダ）を設けることも行われているが（例えば、特許文献２）、強化繊維の塊を解消するには至っていない。特に強化繊維の含有量が１０％以上と高含有率の場合、強化繊維を樹脂中に均一に分散させることは困難となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−５６１７３号公報
【特許文献２】特表２０１２−５１１４４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、過度なせん断力を強化繊維に与えることなく、強化繊維の偏在を解消できる射出成形機のスクリュを提供することを目的とする。
また、本発明は、そのような射出スクリュを備える射出成形機を提供することを目的とする。
さらに、本発明は、そのような射出スクリュを用いて強化繊維を含む樹脂を射出成形する方法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】
【０００６】
本発明者らは、強化繊維が偏在する原因について検討を行ったところ、一つの結論を得た。つまり、射出成形の可塑化工程中に、図８に示すように、シリンダ３１０の内部に配置される射出成形用のスクリュ３００のフライト３０６間のスクリュ溝３０１に、多数の強化繊維Ｆの集合である繊維塊がフライトの引き側３０３に、また、溶融樹脂Ｍがフライトの押し側３０５に分かれて存在する。溶融樹脂Ｍの粘度が比較的高く、溶融樹脂Ｍが繊維塊の内部に侵入できないために、溶融樹脂Ｍを媒体としたスクリュ３００の回転による剪断力が繊維塊の内部に伝達されず繊維塊の開繊が進まない。したがって、強化繊維Ｆは繊維塊のままで射出成形されるために、成形品に強化繊維Ｆが偏在する。なお、図８（ａ）の白抜き矢印はスクリュ３００が回転する向きを示し、図８（ｃ）の白抜き矢印はスクリュ３００の回転に伴うスクリュ３００とシリンダ３１０の軸方向あるいは周方向における相対的な移動方向を示している。後述する実施形態についても同様である。
そこで、本発明者は、スクリュ溝３０１のフライトの押し側３０５にある溶融樹脂Ｍの一部を、フライト３０６の頂部Ｔを乗り越えて隣接するスクリュ溝３０１の引き側３０３に逆流させることを着想した。つまり、この逆流した溶融樹脂Ｍを繊維塊に作用させることで、繊維塊の開繊を促進しようというものである。【０００７】
以上の知見に基づく本発明の射出成形機は、吐出ノズルが形成されたシリンダと、シリンダの内部に回転可能および回転軸方向に移動可能に設けられたスクリュと、樹脂原料をシリンダ内に供給する樹脂供給部と、樹脂供給部よりも下流側に設けられ、強化繊維をシリンダ内に供給する繊維供給部と、
を備え、上流側で樹脂原料が供給され、下流側で強化繊維が供給される射出成形機であって、供給される樹脂原料を溶融する第１ステージと、第１ステージに連なり、供給部と、供給部よりも下流側の圧縮部を備え、溶融された樹脂原料と供給される強化繊維を混合する第２ステージと、を備える。
本発明のスクリュは、第２ステージの供給部に設けられるフライトが、スクリュの下流側のスクリュ溝から上流側のスクリュ溝に向けて、溶融された樹脂原料の逆流が生じる樹脂通路を備えることを特徴とする。本発明のスクリュは、樹脂通路を設けることにより、溶融樹脂Ｍに逆流が生ずるように仕向ける。
なお、本願で用いる上流又は下流の語は、スクリュにより樹脂が搬送される向きを基準にして用いられるものとする。
【０００８】
本発明のスクリュにける樹脂通路の形態としては、フライトの巻回方向の所定範囲で連続的に設ける形態Ａと、フライトの巻回方向の一部に設ける形態Ｂと、から選択できる。
形態Ａは、第２ステージが、一条のフライトからなる第１形態と、二条のフライトからなる第２形態の、いずれをも選択できる。【０００９】
形態Ａにおいて、第１形態は、第２ステージが、大径フライトと、相対的に外径の小さい小径フライトが連なって、一条のフライトを構成する。この形態における逆流通路は、小径フライトの頂部とシリンダとの隙間からなる。
また、第２形態は、第２ステージが、主フライトと、主フライトによって形成されるスクリュ溝に設けられる副フライトと、を備える二条フライトからなり、主フライトが大径フライトをなし、副フライトが小径フライトをなす。この形態においても、逆流通路は、小径フライトの頂部とシリンダとの間隙からなる。
第２形態において、副フライトは、スクリュの軸方向の一部の箇所又は複数の個所に設けることができる。
また、第２形態において、副フライトは、強化繊維が供給される部位に対応して設けることができる。もちろん、強化繊維が供給される部位から離れた位置に設けることもできる。
また、第２形態において、副フライトは、始端及び終端のいずれか一方又は双方が、主フライトに対して閉塞していることが好ましい。【００１０】
また、形態Ｂは、フライトの巻回方向に連続性を欠くように、フライトの一部に切り欠きが設けられた断続的なフライトからなり、樹脂通路はこの切り欠きからなる第３形態で実現できる。【００１１】
本発明は、吐出ノズルが形成されたシリンダと、シリンダの内部に回転可能および回転軸方向に移動可能に設けられたスクリュと、樹脂原料をシリンダ内に供給する樹脂供給部と、樹脂供給部よりも下流側に設けられ、強化繊維をシリンダ内に供給する繊維供給部と、を備える射出成形機において、上述したスクリュを適用した繊維強化樹脂の射出成形機を提供する。
また、本発明は、内部に回転可能および回転軸方向に移動可能なスクリュが設けられたシリンダに、樹脂原料を供給するとともに、樹脂原料よりも下流側において強化繊維を供給して、強化繊維を射出成形する方法において、上述したスクリュを適用した繊維強化樹脂の射出成形方法を提供する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、過度なせん断力を強化繊維に与えることなく、強化繊維の偏在を解消できる射出成形機のスクリュを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態に係る射出成形機の概略構成を示す図である。
【図２】本実施形態に係る射出成形の各手順における樹脂の溶融状態を模式的に示す図であり、（ａ）は可塑化開始時、（ｂ）は可塑化完了時、（ｃ）は射出完了時を示している。
【図３】本実施形態に係るスクリュ（第１実施形態）を示す図であり、（ａ）は第２ステージの要部を示す側面図、（ｂ）は大径フライトにより形成されるスクリュ溝及びその近傍を示す断面図、（ｃ）は小径フライトにより形成されるスクリュ溝及びその近傍を示す断面図、（ｄ）は溶融樹脂Ｍが小径フライトの頂部を乗り越えて逆流する様子を示す断面図、（ｅ）は強化繊維Ｆの隗に作用する溶融樹脂Ｍを示す図、（ｆ）は強化繊維Ｆの隗に作用するせん断力を示す図である。
【図４】本実施形態に係る他のスクリュ（第２−１形態）を示し、（ａ）は第２ステージの要部を示す側面図、（ｂ），（ｃ）は副フライト（小径フライト）が設けられる部分の断面図であって（ｂ）が下流側、（ｃ）が上流側を示し、（ｄ），（ｅ）は各々（ｂ），（ｃ）において溶融樹脂Ｍがバリアフライトの頂部を乗り越えて逆流する様子を示す断面図である。
【図５】本実施形態に係るさらに他のスクリュ（第２−２形態）を示し、（ａ）は第２ステージの要部を示す側面図、（ｂ）は副フライト（小径フライト）が設けられている部分の断面図、（ｃ）は副フライトが設けられていない部分の断面図、（ｄ），（ｅ）は各々（ｂ），（ｃ）における溶融樹脂Ｍ、強化繊維Ｆの挙動を示す断面図である。
【図６】図５に係るスクリュの変形例を示す図である。
【図７】本実施形態に係るさらに他のスクリュ（第３形態）を示し、（ａ）は第２ステージの要部を示す側面図、（ｂ）は副フライト（小径フライト）が設けられている部分の断面図、（ｃ）は副フライトが設けられていない部分の断面図、（ｄ），（ｅ）は各々（ｂ），（ｃ）における溶融樹脂Ｍ、強化繊維Ｆの挙動を示す断面図である。
【図８】従来のスクリュを示し、（ａ）は第２ステージの部分を示す側面図、（ｂ）はフライトにより形成されるスクリュ溝及びその近傍を示す断面図、（ｃ）はスクリュ溝の内部で強化繊維の塊と溶融樹脂の塊が分離して存在する様子を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
［第１実施形態］
本実施形態に係る射出成形機１は、図１に示すように、型締ユニット１００と、可塑化ユニット２００と、これらのユニットの動作を制御する制御部５０と、を備えている。
以下、型締ユニット１００の構成と動作、可塑化ユニット２００の構成と動作の概略について説明し、次いで、射出成形機１による射出成形の手順について説明する。
【００１５】
［型締ユニットの構成］
型締ユニット１００は、ベースフレーム１０１上に固設されるとともに固定金型１０３が取り付けられた固定ダイプレート１０５と、油圧シリンダ１１３を作動させることによってレールや摺動板などの摺動部材１０７上を図中左右方向に移動するとともに可動金型１０９が取り付けられた可動ダイプレート１１１と、固定ダイプレート１０５と可動ダイプレート１１１とを連結する複数のタイバー１１５とを備えている。固定ダイプレート１０５には、各タイバー１１５と同軸に型締め用の油圧シリンダ１１７が設けられており、各タイバー１１５の一端は油圧シリンダ１１７のラム１１９に接続されている。
これらの各要素は制御部５０の指示にしたがって必要な動作を行なう。
【００１６】
［型締ユニットの動作］
型締ユニット１００の概略の動作は以下の通りである。
まず、型開閉用の油圧シリンダ１１３の作動により可動ダイプレート１１１を図中の二点鎖線の位置まで移動させて可動金型１０９を固定金型１０３に当接させる。次いで、各タイバー１１５の雄ねじ部１２１と可動ダイプレート１１１に設けられた半割りナット１２３を係合させて、可動ダイプレート１１１をタイバー１１５に固定する。そして、油圧シリンダ１１７内の可動ダイプレート１１１側の油室の作動油の圧力を高めて、固定金型１０３と可動金型１０９とを締め付ける。このようにして型締めを行った後に、可塑化ユニット２００から金型のキャビティ内に溶融樹脂Ｍを射出して成形品を成形する。
【００１７】
本実施形態のスクリュ１０は後述するように熱可塑性の樹脂ペレットＰと強化繊維Ｆをスクリュの長手方向に個別に供給する方式であるため、スクリュ１０の全長もしくは可塑化ユニット２００の全長が長くなりやすい。このため、本実施形態は、トグルリンク方式や可動ダイプレートの背面に型締めシリンダを備えた方式の型締め装置が設置できないような狭いスペースでも、設置ができる省スペース化が可能な前述した構成を有する型締ユニット１００を組み合わせることが射出成形機１の全長を短く抑えるのに有効である。しかし、ここで示した型締ユニット１００の構成はあくまで一例に過ぎず、他の構成を適用し、あるいは置換することを妨げない。例えば、本実施形態では油圧シリンダ１１３を型開閉用のアクチュエータとして示したが、回転運動を直線運動に変換させる機構とサーボモータや誘導モータなどの電動モータとの組み合せに代えてもよい。この変換機構としては、ボールねじやラック・アンド・ピニオンを用いることができる。また、電動駆動あるいは油圧駆動によるトグルリンク式型締ユニットに代えてもよいことは言うまでもない。
【００１８】
［可塑化ユニットの構成］
可塑化ユニット２００は、筒型の加熱シリンダ２０１と、加熱シリンダ２０１の下流端に設けた吐出ノズル２０３と、加熱シリンダ２０１の内部に設けられたスクリュ１０と、強化繊維Ｆが供給される繊維供給装置２１３と、樹脂ペレットＰが供給される樹脂供給ホッパ２０７とを備えている。繊維供給装置２１３は、樹脂供給ホッパ２０７よりも下流側に設けられているベント孔２０６に連結されている。
可塑化ユニット２００は、スクリュ１０を前進又は後退させる第１電動機２０９と、スクリュ１０を正転又は逆転をさせる第２電動機２１１と、樹脂供給ホッパ２０７に対して樹脂ペレットＰを供給するペレット供給装置２１５と、を備えている。これらの各要素は制御部５０の指示にしたがって必要な動作を行なう。
【００１９】
スクリュ１０は、いわゆるガスベント式スクリュと同様の２ステージ型のデザインとなっている。具体的にはスクリュ１０は、上流側に設けられる第１ステージ２１と第１ステージ２１に連なり下流側に設けられる第２ステージ２２とを有し、第１ステージ２１は上流側から順に供給部２３と圧縮部２４と計量部７０を備え、第２ステージ２２は上流側から順に供給部２５と圧縮部２６と計量部７１を備える。なお、図中右側が上流側であり、左側が下流側である。後述する実施形態についても同様である。
スクリュ１０は、第１ステージ２１に第１フライト２７が設けられ、第２ステージ２２に第２フライト２８が設けられている。
第１ステージ２１及び第２ステージ２２ともに、相対的に、供給部２３，２５におけるフライト間のスクリュ溝が深く、圧縮部２４，２６のフライト間のスクリュ溝が上流側から下流側に向けて漸減していうように設定され、計量部７０、７１におけるスクリュ溝が最も浅く設定されている。ここで、第１ステージ２１の計量部７０よりも第２ステージ２２の供給部２５のスクリュ溝が深いために、第１ステージ２１から供給部２５に吐出される溶融樹脂Ｍが供給部２５のスクリュ溝を埋め尽くすことができない。これにより、溶融樹脂Ｍがスクリュ１０の回転により押し側３０５に押しつけられて偏在することになる。これにより第２ステージ２２の供給部２５の引き側３０３に空隙が発生する。このためベント孔２０６を介して繊維供給装置２１３から供給された強化繊維Ｆは、この空隙となった引き側３０３に強化繊維Ｆが配分されることで、図８に示したように、溶融樹脂Ｍと強化繊維Ｆが区分されるものと解される。
【００２０】
第１ステージ２１は、樹脂原料を溶融して溶融樹脂Ｍを生成するのに加えて、生成された溶融樹脂Ｍを第２ステージ２２に向けて搬送するので、溶融樹脂Ｍの搬送速度及び可塑化能力を確保する機能を備えていればよい。
この機能を得るために、図１に示すように、第１ステージ２１の第１フライト２７は、そのフライトリード（Ｌ１）が第２ステージ２２の第２フライト２８のフライトリード（Ｌ２）以下とすること、つまりＬ１≦Ｌ２が成り立つことが好ましい。なお、フライトリード（以下、単にリード）とは、前後のフライトの間隔をいう。一つの指標として、第１フライト２７のリードＬ１は、リードＬ２の０．４〜１．０倍とするのが好ましく、０．５〜０．９倍とすることがより好ましい。
【００２１】
次に、第２ステージ２２は、図３（ａ）に示すように、第２フライト２８が、外径の大きい大径フライト２８Ａと外径の小さい小径フライト２８Ｂとを備えている。ここでいう外径の大小は、相対的な問題であり、小径フライト２８Ｂは大径フライト２８Ａよりもδだけ外径（半径）が小さく設定されている。
通常、スクリュのフライトは、その頂部が加熱シリンダの内径面に摺動し得るように、外径が設定される。図３（ｂ），（ｃ）に示されるように、本実施形態の大径フライト２８Ａはこの内径面に摺動し得るフライトに相当し、小径フライト２８Ｂは、その頂部Ｔが加熱シリンダ２０１の内径面から離れるように形成される。そこに生じる間隙が、本発明における溶融樹脂Ｍの逆流が生じる樹脂通路を構成する。
スクリュ１０は、強化繊維Ｆが投入される上流側から、大径フライト２８Ａ，小径フライト２８Ｂ及び大径フライト２８Ａがこの順に配置されている。
第２ステージ２２に小径フライト２８Ｂを設けることによる効果については、射出成形の手順を説明した後に言及する。
【００２２】
上述したＬ１≦Ｌ２が成り立つ好ましい形態によると、第２ステージ２２の第２フライト２８のリードＬ２は、第１フライト２７のリードＬ１より大きい。第２ステージ２２は可塑化工程中にその後端側で強化繊維Ｆの供給を受ける。リードＬ２が大きいと、第２フライト２８の間の溝幅が大きく、強化繊維Ｆが落下して充填できる空隙が大きくなる。加えて、可塑化工程時のスクリュ１０の後退時および射出工程時のスクリュ１０の前進時にベント孔２０６が第２フライト２８に遮られる回数が少なくなる。したがって、スクリュ１０の後退中または前進中でも、強化繊維Ｆの落下が第２フライト２８で止まることなく連続して溝内に落ち易くなる。具体的には、第２フライト２８のベント孔２０６から供給される強化繊維Ｆを受ける領域において、リードＬ２は、１．０×Ｄ以上にすることが好ましく、さらに１．２×Ｄ以上にすることがより好ましい。そうすることで、射出工程中に、安定して強化繊維Ｆをスクリュ１０の溝内に落下させることができる。なお、Ｄは加熱シリンダ２０１の内径である。
ただし、リードＬ２が大きくなりすぎると、溶融樹脂Ｍを搬送する力が弱くなり、通常の可塑化に要する背圧（５〜１０ＭＰａ）程度でも、溶融樹脂Ｍの搬送が不安定となり、背圧による溶融樹脂Ｍがベント孔２０６に逆流してベントアップが発生しやすくなる。したがって、リードＬ２は、２．０×Ｄ以下にすることが好ましく、さらに１．７×Ｄ以下にすることがより好ましい。つまり、第２フライト２８のリードＬ２は、１．０×Ｄ〜２．０×Ｄとすることが好ましく、さらに１．２×Ｄ〜１．７×Ｄとすることがより好ましい。
また、第２フライト２８のフライトの幅は、リードＬ２の０．０１〜０．３倍（０．０１×Ｌ２〜０．３×Ｌ２）とするのが好ましい。フライトの幅がリードＬ２の０．０１倍より小さいと第２フライト２８の強度が不十分となり、フライトの幅がリードＬ２の０．３倍を超えると、スクリュ溝幅が小さくなり繊維がフライト頂部に引っかかって溝内に落ちにくくなるからである。
また、上述したＬ１≦Ｌ２が成り立つ好ましい形態の他、第２ステージ２２の特に供給部２５の一部または全部の第２フライト２８は、1条フライトではなく、複数条数のフライトでもよい。この場合、第１ステージ２１から吐出された溶融樹脂Ｍが、複数条数のフライトにより区画されたスクリュ溝にそれぞれ分割して分配されるため、各スクリュ溝内で繊維塊と溶融樹脂Ｍがそれぞれ接触、混合されるので、繊維塊への溶融樹脂Ｍの含浸に有効である。また更に繊維供給装置２１３から強化繊維Ｆの供給を受ける領域のフライト条数を複数にすることにより、複数条数のフライトによってスクリュ１０の１回転当たりのベント孔２０６下のフライトの通過回数が増加するため、強化繊維Ｆをベント孔２０６から掻き取る能力が向上し、強化繊維Ｆのスクリュ１０溝内への取り込み効率が向上する。
【００２３】
本実施形態の繊維供給装置２１３は、図１に示すように、２軸型スクリュフィーダー２１４を加熱シリンダ２０１に設け、強化繊維Ｆをスクリュ１０の溝内に強制的に供給する。なお、単軸型のスクリュフィーダーを用いても支障がないことは言うまでもない。
２軸型スクリュフィーダー２１４への強化繊維Ｆの供給方法は、２軸型スクリュフィーダー２１４に連続繊維、いわゆるロービング状態の繊維（以下、ロービング繊維という）を直接投入してもよいし、予め所定長さに切断されたチョップドストランド状態の繊維（以下、チョップド繊維という）を投入してもよい。あるいは、ロービング繊維とチョップド繊維を所定の割合で混合して投入してもよい。
チョップド繊維を投入する場合は、計量フィーダーの繊維投入口付近までロービング繊維で搬送し、繊維投入口付近でロービング繊維を切断した直後に上記の計量フィーダーに投入してもよい。これにより、飛散しやすいチョップド繊維を成形機投入まで暴露することがないので作業性を向上できる。
本実施形態では、２軸型スクリュフィーダー２１４の繊維投入口付近に、ロービングカッター２１８を設ける。ロービングカッター２１８により、ロービング繊維を切断し、チョップド繊維にしてから２軸型スクリュフィーダー２１４に供給する。
【００２４】
［可塑化ユニットの動作］
可塑化ユニット２００の概略の動作は以下の通りである。なお、図１を参照願いたい。
加熱シリンダ２０１の内部に設けられたスクリュ１０が回転されると、繊維供給装置２１３からベント孔２０６を介して供給された強化繊維Ｆ、および、樹脂供給ホッパ２０７から供給された熱可塑性樹脂からなるペレット（樹脂ペレットＰ）は、加熱シリンダ２０１の下流端の吐出ノズル２０３に向けて送り出される。なお、強化繊維Ｆの供給を開始するタイミングは、樹脂供給ホッパ２０７から供給された樹脂ペレットＰ（溶融樹脂Ｍ）が、強化繊維Ｆが供給されるベント孔２０６に到達した後とすることが好ましい。溶融樹脂Ｍがベント孔２０６に到達する前に強化繊維Ｆの投入を開始すると、流動性およびスクリュ１０による搬送性の乏しい強化繊維Ｆがスクリュ溝内を閉塞してしまい、溶融樹脂Ｍの搬送を妨げてベント孔２０６から溶融樹脂Ｍがあふれ出したり、スクリュ１０の異常摩耗や破損を発生したりするおそれがあるからである。溶融樹脂Ｍは強化繊維Ｆと混合された後に、型締ユニット１００の固定金型１０３と可動金型１０９の間に形成されるキャビティへ所定量だけ射出される。なお、樹脂ペレットＰの溶融に伴いスクリュ１０が背圧を受けながら後退した後に、前進することで射出を行なうというスクリュ１０の基本動作を伴うことは言うまでもない。また、加熱シリンダ２０１の外側には、樹脂ペレットＰの溶融のためにヒータを設けるなど、他の構成を適用し、あるいは置換することを妨げない。
【００２５】
［射出成形の手順］
以上の要素を備える射出成形機１は、以下の手順で射出成形を行なう。
射出成形は、よく知られているように、可動金型１０９と固定金型１０３を閉じて高圧で型締めする型締工程と、樹脂ペレットＰを加熱シリンダ２０１内で加熱、溶融して可塑化させる可塑化工程と、可塑化された溶融樹脂Ｍを、可動金型１０９と固定金型１０３により形成されるキャビティに射出、充填する射出工程と、キャビティに充填された溶融樹脂Ｍが固化するまで冷却する保持工程と、金型を開放する型開き工程と、キャビティ内で冷却固化された成形品を取り出す取り出し工程と、を備え、上述した各工程をシーケンシャルに、あるいは一部を並行させて実施して１サイクルの射出成形が完了する。
【００２６】
続いて、本実施形態が関連する可塑化工程と射出工程について、図２及び図３を参照しつつ、順に説明する。
［可塑化工程］
可塑化工程では、樹脂ペレットＰを加熱シリンダ２０１の上流側の樹脂供給ホッパ２０７に対応する供給孔２０８から供給する。可塑化開始当初ではスクリュ１０は、加熱シリンダ２０１の下流に位置しており、その初期位置からスクリュ１０を回転させながら後退させる（図２（ａ）「可塑化開始」）。スクリュ１０を回転させることで、スクリュ１０と加熱シリンダ２０１の間に供給された樹脂ペレットＰは、せん断力を受けて加熱されながら徐々に溶融して、下流に向けて搬送される。なお、本発明では可塑化工程におけるスクリュ１０の回転（向き）を正転とする。溶融樹脂Ｍが繊維供給装置２１３まで搬送されたならば、強化繊維Ｆを繊維供給装置２１３から供給する。スクリュ１０の回転に伴い、強化繊維Ｆは溶融樹脂Ｍに混錬、分散して溶融樹脂Ｍとともに下流に搬送される。樹脂ペレットＰ、強化繊維Ｆの供給を継続するとともに、スクリュ１０を回転し続けると、加熱シリンダ２０１の下流側に搬送され、溶融樹脂Ｍが強化繊維Ｆとともにスクリュ１０よりも下流側に溜まる。スクリュ１０の下流に溜まった溶融樹脂Ｍの樹脂圧力とスクリュ１０の後退を抑制する背圧とのバランスによってスクリュ１０を後退させる。この後、１ショットに必要な量の溶融樹脂Ｍが溜まったところで、スクリュ１０の回転及び後退を停止する（図２（ｂ）「可塑化完了」）。
【００２７】
図２は、樹脂（樹脂ペレットＰ，溶融樹脂Ｍ）と強化繊維Ｆの状態を、「未溶融樹脂」、「樹脂溶融」、「繊維分散」及び「繊維分散完了」の４段階に区別して示している。「可塑化完了」の段階では、スクリュ１０よりも下流の「繊維分散完了」は、溶融樹脂Ｍの中に強化繊維Ｆが分散され、射出に供される状態を示し、「繊維分散」は、スクリュ１０の回転に伴い、供給された強化繊維Ｆが溶融樹脂Ｍに分散されていることを示す。また、「樹脂溶融」は、樹脂ペレットＰがせん断力を受けることで徐々に溶融し、「未溶融樹脂」はせん断力を受けるが、溶融不足の樹脂が残存する状態であり全てが溶融するには到っていないことを示している。ただし、「繊維分散完了」の領域には、強化繊維Ｆが偏在することがある。
【００２８】
［射出工程］
射出工程に入ると、図２（ｃ）に示すように、スクリュ１０を前進させる。そうすると、スクリュ１０の先端部に備えられている図示しない逆流防止弁が閉鎖することで、スクリュ１０の下流に溜まった溶融樹脂Ｍの圧力（樹脂圧力）が上昇し、溶融樹脂Ｍは吐出ノズル２０３からキャビティに向けて吐出される。
以後は、保持工程と、型開き工程と、取り出し工程を経て、１サイクルの射出成形が完了し、次のサイクルの型締め工程、可塑化工程が行われる。
【００２９】
［小径フライト２８Ｂによる効果］
次に、本実施形態において、小径フライト２８Ｂを設けることによる効果を説明する。
第２ステージ２２は、可塑化工程中にその供給部２５で強化繊維Ｆの供給を受ける。図８を参照して先に述べたように、フライトの径が一定の従来のスクリュでは、強化繊維Ｆが繊維塊となってフライトの引き側に存在するものと解される。小径フライト２８Ｂは、この繊維塊を開繊して強化繊維Ｆの均一分散に供するために設けられる。以下、図３を参照して説明する。なお、以下では第２実施形態および第３実施形態と区別するために、スクリュ１０をスクリュ１０Ａと称する。
【００３０】
スクリュ１０Ａは、第２ステージ２２に大径フライト２８Ａと小径フライト２８Ｂを備えており、加熱シリンダ２０１の内部に配設されると、図３（ｂ），（ｃ）に示すように、大径フライト２８Ａの頂部Ｔが加熱シリンダ２０１の内径面２０１Ｉに当接したとしても、小径フライト２８Ｂの頂部Ｔと加熱シリンダ２０１の内径面２０１Ｉとの間に隙間（δ）が生じる。
したがって、図３（ｄ）に示すように、フライトの押し側３５に滞留する溶融樹脂Ｍの一部が頂部Ｔを乗り越えて上流側のスクリュ溝３１に逆流４００が生じる。頂部Ｔを乗り越えた領域は、繊維塊が存在するスクリュ溝３１の引き側３３であるから、逆流した溶融樹脂Ｍは加熱シリンダ２０１の径方向外側（以下、上方と称す）から繊維塊となった強化繊維Ｆに覆い被さる。こうして、小径フライト２８Ｂを設けることによって、繊維塊は、側方に位置する押し側３５の溶融樹脂Ｍに加えて、上方からも溶融樹脂Ｍと接することになる。なお、図３（ｄ）において、溶融樹脂Ｍの流れを破線矢印で示している。
なお、溶融樹脂Ｍの逆流４００とは、可塑化工程における溶融樹脂Ｍが上流から下流（図中の右側から左側）に向けて搬送されるのに対して、その逆向き（図中の左側から右側）に流動することを意味する。
【００３１】
ここで、繊維塊を開繊するには、スクリュ１０Ａの回転に伴う溶融樹脂Ｍの旋回流によるせん断力を繊維塊の外周だけでなく内部にも作用させることが肝要である。
上述したように、小径フライト２８Ｂを設けることにより、図３（ｅ）に矢印ｅで示すように、側面ＳＳからだけでなく上面ＵＳから接する溶融樹脂Ｍが繊維塊Ｇ（簡略化して直方体で示している）の内部に進入し含浸される。したがって、側面ＳＳだけから溶融樹脂Ｍが含浸するのに比べて、繊維塊Ｇの内部のより広範な範囲に溶融樹脂Ｍを媒体としてせん断力が伝達される結果、繊維塊Ｇの開繊が促進される。また、図３（ｆ）に示すように、スクリュ１０Ａの回転時に繊維塊Ｇの側面ＳＳに加えて、上面ＵＳにも粘着性の高い溶融樹脂を媒体としてシリンダの内径面２０１Ｉと滑ることなく繊維塊Ｇにせん断力Ｓを作用させることができるので、開繊がより促進される。
【００３２】
第２ステージ２２において小径フライト２８Ｂを設ける位置は、溶融樹脂Ｍを逆流させることができる限り、任意である。したがって、供給部２５及び圧縮部２６のいずれにも小径フライト２８Ｂを設けることができるが、供給部２５に設けることが好ましい。そうすれば、供給部２５において強化繊維Ｆの開繊を促進してから、供給部２５よりも強いせん断力を作用できる圧縮部２６に溶融樹脂Ｍを搬送することにより、溶融樹脂Ｍにおける強化繊維Ｆの均一分散に寄与できる。また、供給部２５において強化繊維Ｆの開繊を促進して繊維塊Ｇを小さくしてから、溝深さが漸減する圧縮部２６に搬送できるので、大きな繊維塊Ｇが圧縮部２６の溝内を閉塞するのを防止できる。また、複数の小径フライト２８Ｂを間隔をあけて複数箇所に設けてもよい。この場合、強化繊維Ｆの開繊をより促進することができる。
【００３３】
第２ステージ２２は、大径フライト２８Ａを備える。
これは、スクリュ１０Ａの安定した回転を担保するためである。つまり、第２ステージ２２の第２フライト２８をすべて小径フライト２８Ｂに置き換えることもできるが、そうすると、加熱シリンダ２０１の内径面２０１Ｉと第２フライト２８の頂部Ｔの間に軸方向の全域で隙間が生じる。これで、スクリュ１０Ａを回転させると、第２ステージ２２が振れ回り、スクリュ１０Ａの異常摩耗や異常振動が発生するおそれがある。そこで、本実施形態では、小径フライト２８Ｂの前後（上流側および下流側）に大径フライト２８Ａを設け、この大径フライト２８Ａに軸受として機能させることにより、第２ステージ２２の振れ回りを防止して、スクリュ１０Ａの安定した回転を担保する。なお、小径フライト２８Ｂの上流側の大径フライト２８Ａは、第１ステージ２１の第１フライト２７を代用することで、小径フライト２８Ｂの下流側だけに大径フライト２８Ａを設けてもよい。
【００３４】
本実施形態において、隙間δの大きさの下限値は０．１ｍｍとし、上限値は８ｍｍまたは溝深さの６０％のいずれか小さい方とすることが好ましい。０．１ｍｍより小さいと強化繊維Ｆが隙間δを閉塞してしまい逆流４００を生じさせることが難しい場合がある。８ｍｍまたは溝深さの６０％のいずれか小さい方より大きいと、繊維塊Ｇに被さる溶融樹脂Ｍの量が多くなり繊維塊Ｇへの溶融樹脂Ｍの含浸が促進されるが、スクリュ１０による下流側への樹脂搬送能力が不足し成形生産効率が低下する恐れがあるためである。また、繊維塊Ｇの大きさは攪拌が進んだ下流側より繊維投入して間もない上流側の方が大きいことから、上流側のδが小さいと強化繊維Ｆが隙間δを閉塞しやすくなるため、隙間δは上流側から下流側に向けて漸減あるいは段階的に縮小することが好ましい。
【００３５】
[第２実施形態]
第１実施形態ではフライトが一条のいわゆるシングルフライトスクリュについて説明したが、第２ステージ２２に、主フライトと副フライトからなる二条のフライトを備えるダブルフライトを適用することができる。以下、ダブルフライトが適用されるスクリュを第２実施形態として説明する。第２実施形態は、強化繊維Ｆが供給される部位にダブルフライトを適用する第２−１形態と、強化繊維Ｆが供給される部位から離れた下流域にダブルフライトを適用する第２−２形態とを含む。
なお、第１実施形態における第２フライト２８が主フライトを構成するものとみなして、以下では、第２フライト２８を主フライト２８と読み替えるものとし、副フライトは副フライト２９と表記する。その他については、第１実施形態と同じ要素には第１実施形態と同じ符号を引用しつつ、以下では、第１実施形態との相違部分を中心に説明する。
【００３６】
［第２−１形態］
第２−１形態にかかるスクリュ１０Ｂは、図４（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、主フライト２８と副フライト２９を備える。なお、図４（ｂ）は下流側の任意の位置の断面を示し、図４（ｃ）は上流側の任意の位置の断面を示している。
主フライト２８は、第２ステージ２２の軸方向のほぼ全域に設けられるものであるが、その頂部Ｔで特定される外径は全長に亘って等しく設定されている。主フライト２８は、圧縮部２６においては副フライト２９を伴わずに、単独で設けられている。主フライト２８の外径は第１実施形態における大径フライト２８Ａと同様に設定される。なお、主フライト２８の頂部をＴ２８と表記し、副フライト２９の頂部をＴ２９と表記する。
【００３７】
副フライト２９は、前後に隣接する主フライト２８の間に設けられ、かつ主フライト２８のリードと同一のリードあるいは主フライト２８よりも大きなリードを備えるものであり、図４（ｂ），（ｃ）に示すように、隣接する主フライト２８の間に設けられるスクリュ溝３１を下流側の引き側溝３１Ａと上流側の押し側溝３１Ｂに区分する。副フライト２９は、外径が主フライト２８よりも小さく設定されおり、第１実施形態の小径フライト２８Ｂに対応している。
副フライト２９は、第２ステージ２２の上流側の領域Ｘ（図４（ａ））に設けられており、この領域Ｘは、強化繊維Ｆが加熱シリンダ２０１の内部に供給されるベント孔２０６の投影領域を含んでいる。つまり、供給される強化繊維Ｆは、副フライト２９が形成された領域Ｘの範囲に落下あるいは強制導入される。特に、可塑化工程の開始時に、図４（ａ）に示すように、副フライト２９を境にしてベント孔２０６がスクリュ溝３１の両側に跨るように、スクリュ１０Ｂの位置が設定される。
【００３８】
次に、第２−１形態に係るスクリュ１０Ｂの作用及び効果を説明する。
樹脂供給ホッパ２０７から供給された樹脂ペレットＰに由来する溶融樹脂Ｍは、第１ステージ２１から第２ステージ２２に送り込まれる。そうすると、溶融樹脂Ｍは、スクリュ１０Ｂの副フライト２９と副フライト２９よりも下流側に位置する主フライト２８との間の引き側溝３１Ａに進入する。図４（ｅ）に示すように、引き側溝３１Ａに進入した溶融樹脂Ｍの一部は、スクリュ１０Ｂの回転に伴い、副フライト２９の頂部Ｔ２９を乗り越えて、押し側溝３１Ｂに逆流することになる。副フライト２９を乗り越える溶融樹脂Ｍは、押し側溝３１Ｂ内に導入された強化繊維Ｆに覆い被さり強化繊維Ｆの内部に含浸される。なお、本実施形態における副フライト２９の頂部Ｔ２９と加熱シリンダ２０１の内径面２０１Ｉの隙間が、本発明における溶融された樹脂原料の逆流が生じる樹脂通路を構成する。
【００３９】
一方で、強化繊維Ｆは、押し側溝３１Ｂと引き側溝３１Ａの両方に亘って供給される。したがって、押し側溝３１Ｂにおいて逆流した溶融樹脂Ｍに強化繊維Ｆが巻き込まれるとともに、引き側溝３１Ａにおいては、上方から強化繊維Ｆが溶融樹脂Ｍに押し込まれることになる。
【００４０】
ここで、第１ステージ２１から第２ステージ２２に送り込まれた溶融樹脂Ｍは、一部だけが副フライト２９を乗り越えるものの、大部分は引き側溝３１Ａに留まるのに加えて、引き側溝３１Ａの幅は、第１ステージ２１のスクリュ溝に比べて狭い。よって、供給された強化繊維Ｆが繊維塊Ｇとなって存在しうる空いたスペースは大幅に縮小するので、引き側溝３１Ａの内部における溶融樹脂Ｍの充填の度合いは高い。したがって、繊維供給装置２１３による押し込み力が、溶融樹脂Ｍの内部への強化繊維Ｆの押し込む力として有効に作用するので、繊維塊Ｇへの溶融樹脂Ｍの含浸が促進される結果、強化繊維Ｆと強化繊維Ｆの間に溶融樹脂Ｍが入り込み繊維同士の絡みつきが弱まり、あるいは繊維束の結束剤が溶融樹脂Ｍの熱によって溶融するあるいは分解するなどして結束力が弱まり開繊が促進される。
また、主フライト２８と連結される副フライト２９の始端２９Ｓにおけるリードは、副フライト２９の軸方向中央部のリードと同じ大きさにしてもよいが、図４（ａ）のようにすることができる。つまり、本発明において、副フライト２９の始端２９Ｓにおけるリードを、副フライト２９の軸方向中央部のリードよりも大きくして、引き側溝３１Ａの溝幅を早期に狭めてもよい。引き側溝３１Ａの溝幅を早期に狭めることにより、引き側溝３１Ａの内部における溶融樹脂Ｍの充填の度合いをさらに高めることができる。そうすると、繊維供給装置２１３による押し込み力が、溶融樹脂Ｍの内部へ強化繊維Ｆを押し込む力として有効に作用することに加えて、引き側溝３１Ａ内の溶融樹脂Ｍの圧力を増大させて、引き側溝３１Ａから押し側溝３１Ｂへの逆流を促進させることができる。
引き側溝３１Ａから押し側溝３１Ｂに逆流する溶融樹脂Ｍは、強化繊維Ｆに含浸するが、副フライト２９の頂部Ｔ２９と加熱シリンダ２０１の内径面の隙間を通過して逆流する際に、相応のせん断力が作用するので、溶融樹脂Ｍとともに引き側溝３１Ａから押し側溝３１Ｂに逆流する繊維塊Ｇの開繊をさらに促進させることができる。
【００４１】
スクリュ１０Ｂの回転に伴って、引き側溝３１Ａにおける繊維塊Ｇへの溶融樹脂Ｍの含浸と溶融樹脂Ｍが逆流する際に強いせん断力の作用が継続されながら、溶融樹脂Ｍが副フライト２９の終点に達する。その過程において、図４（ｄ）に示すように、引き側溝３１Ａの幅が狭くなり、引き側溝３１Ａから幅が広くなった押し側溝３１Ｂに逆流した溶融樹脂Ｍには開繊された強化繊維Ｆが分散するに至る。
【００４２】
本実施形態は、副フライト２９の始端２９Ｓと終端２９Ｅの両方が、主フライト２８に対して閉塞されているが、これは本実施形態において必須の要素ではない。しかし、始端２９Ｓと終端２９Ｅが主フライト２８から離れていると、その隙間から溶融樹脂Ｍが漏えいするのに対して、閉塞していれば溶融樹脂Ｍが副フライト２９の頂部Ｔ２９をもれなく乗り越えさせてせん断力を付与できる。
【００４３】
［第２−２形態］
第２−２形態に係るスクリュ１０Ｃは、図５（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、強化繊維Ｆの投入部よりも下流に副フライト２９を設ける。このことを除くと、スクリュ１０Ｃは第２−１形態のスクリュ１０Ｂと構成が同じであるから、以下ではスクリュ１０Ｂとの相違点を中心に説明する。
【００４４】
スクリュ１０Ｃは、副フライト２９が概ね供給部２５の中央部分から下流端に亘って設けられる一方、副フライト２９が設けられる領域よりも上流側は主フライト２８が単独で設けられている。したがって、強化繊維Ｆが供給されてから副フライト２９に達するまでは、第１実施形態で示したのと同様に、図５（ｅ）に示すように、溶融樹脂Ｍと強化繊維Ｆは、押し側溝３１Ｂと引き側溝３１Ａに区分される。
【００４５】
スクリュ１０Ｃの回転に伴って、溶融樹脂Ｍと強化繊維Ｆが下流に搬送され、副フライト２９が設けられるダブルフライトゾーンに達する。そうすると、溶融樹脂Ｍは強化繊維Ｆとともに引き側溝３１Ａに導かれる。さらに下流側に搬送されると、引き側溝３１Ａの幅が次第に狭くなるのにしたがって、溶融樹脂Ｍは、図５（ｄ）に示すように、強化繊維Ｆを伴って副フライト２９の頂部Ｔ２９を乗り越えて押し側溝３１Ｂに逆流する。副フライト２９の頂部Ｔ２９と加熱シリンダ２０１の内径面２０１Ｉの隙間を通過する際に強いせん断力が作用するので、押し側溝３１Ｂに移送される強化繊維Ｆの開繊が促進される。ただし、副フライト２９の頂部Ｔ２９を乗り越えても開繊が不十分な繊維塊Ｇが残ることも想定される。しかし、副フライト２９の引き側側面に偏在するこの繊維塊Ｇに対して第２−１形態と同様にして、引き側溝３１Ａから押し側溝３１Ｂへの強化繊維Ｆを伴う溶融樹脂Ｍの逆流が副フライト２９の終端まで継続される。以上によって、副フライト２９の頂部Ｔ２９を乗り越えた溶融樹脂Ｍが副フライト２９の引き側側面に偏在した繊維塊Ｇに覆い被さることで繊維塊Ｇの内部に溶融樹脂Ｍの含浸が促進されて、押し側溝３１Ｂ内の溶融樹脂Ｍの強化繊維Ｆはより開繊が促進し、均一に分散するに至る。
【００４６】
スクリュ１０Ｃは副フライト２９を設ける範囲を長くしているために、押し側溝３１Ｂ及び引き側溝３１Ａの各々の拡幅が緩慢であるが、図６（ａ）に示すように、副フライト２９を設ける範囲を短くして拡幅を急峻にすることもできる。この場合、副フライト２９を乗り越える際に作用する単位時間当たりのせん断力を強くすることができる。
この短い副フライト２９は、図６（ｂ）に示すように、間隔をあけて複数箇所（ここでは２カ所）に設けることにより、強化繊維Ｆの開繊をより促進することができる。
また、複数箇所に副フライト２９を設ける場合は、組み合せるフライトの組み合わせは任意である。例えば、図６（ｂ）のように領域Ｘの長さが同じ副フライト２９を組み合わせてもよいし、領域Ｘの長さが異なる副フライト２９を組み合せてもよい。前者の場合には、図４（ａ）あるいは図５（ａ）のような領域Ｘの長さが長い副フライト２９同士を組み合わせてもよい。また、後者の場合には、図４（ａ）あるいは図５（ａ）のような領域Ｘの長さが長い副フライト２９と、図６（ａ）のような短い副フライト２９を組み合わせてもよい。
【００４７】
また、第２−１形態および第２−２形態における主フライト２８と副フライト２９の高さの差である隙間δは、実施例１と同様にするのが好ましい。つまり、隙間δの下限値は０．１ｍｍとし、上限値は８ｍｍまたは溝深さの６０％のいずれか小さい方とすることが好ましく、上流側から下流側に向けて段階的に縮小する、あるいは領域Ｘの全長に渉ってあるいは部分的に漸減することが好ましい。特に複数箇所に副フライト２９を備える場合には、各箇所の副フライト２９における隙間δを下流側から上流側に向けて漸減させてもよいし、各箇所の副フライト２９における隙間δはそれぞれ一定として、下流側に設けられた副フライト２９の隙間δを上流側に設けられた副フライト２９の隙間δに対し相対的に小さくしてもよい。この場合、第１形態にて示したのと同様に、下流側のδを小さくすることで攪拌の進んだ繊維塊Ｇに適度なせん断を加えられるので、開繊に有効である。特に上流側の隙間δを大きくしておくことで、開繊の進んでいない大きな繊維塊Ｇが副フライト２９の頂部Ｔ２９部の隙間δに入り込む際に、急激な変形を受けて過大なせん断力が発生することによる強化繊維Ｆの折損を防止できる。
【００４８】
また、副フライト２９の領域Ｘの長さは、１．５×Ｄ〜１２×Ｄ（Ｄは加熱シリンダ２０１の内径）とすることが好ましい。
領域Ｘが１．５×Ｄより短いと、引き側溝３１Ａの溝断面積が急激に縮小することにより繊維塊Ｇが急激な変形を受けて発生する過大な圧縮力およびせん断力により強化繊維Ｆの折損が発生しやすくなる。また、短距離の間に大きな繊維塊Ｇが小さな隙間δに流れ込まなければならなくなり、隙間δが繊維塊Ｇにより閉塞するおそれがあり、そうすると溶融樹脂Ｍの下流側から上流側への逆流が発生しなくなる。
領域Ｘが、１２×Ｄよりも長いと溶融樹脂Ｍが繊維塊Ｇに被さる領域が大きくなるので繊維塊Ｇへの溶融樹脂Ｍの含浸が促進されるが、溶融樹脂Ｍが副フライト２９の終端２９Ｅに到達するまでの間に大半が副フライト２９を乗り越えてしまう。そうすると、終端２９Ｅ付近では流動性およびスクリュ１０による搬送性の乏しい繊維塊Ｇのみが残り、繊維塊Ｇが副フライト２９を乗り越えることができずに引き側溝３１Ａ内に滞留してしまうおそれがある。
【００４９】
また、引き側溝３１Ａの溝深さは、領域Ｘの全長に渉って一定（供給部２５または計量部７１）でもよい。しかしこれに限らず、副フライト２９の終端２９Ｅで溶融樹脂Ｍまたは繊維塊Ｇが滞留するのを防止するために、引き側溝３１Ａの溝深さは、副フライト２９の終端２９Ｅ付近は圧縮部２６として上流側から下流側に向けて漸減するのが好ましい。供給部２５から圧縮部２６への切り替わり位置は、領域Ｘよりも上流側で供給部２５から圧縮部２６に切り替わってもよいし、領域Ｘの内部で供給部２５から圧縮部２６に切り替わってもよい。特に、副フライト２９の終端２９Ｅにおいては、引き側溝３１Ａが消失するように引き側溝３１Ａの溝底から副フライト２９の頂部Ｔ２９まで溝深さが漸減するのが好ましい。この場合、終端２９Ｅにおいて引き側溝３１Ａの溝深さが漸減する勾配は、圧縮部２６の勾配と同一でもよいし、終端２９Ｅ近傍において勾配を切り替えて圧縮部２６の勾配より大きなあるいは小さな勾配としてもよい。
【００５０】
[第３実施形態]
第１実施形態及び第２実施形態では、溶融された樹脂原料の逆流が生じる樹脂通路が、フライトの巻回方向の所定範囲で連続的に設けられる例について説明したが、本発明は、樹脂通路をフライトの巻回方向の一部に設けることができる。以下、樹脂通路がフライトの巻回方向の一部に適用されるスクリュを第３実施形態として説明する。
なお、第１実施形態と同じ要素には第１実施形態と同じ符号を引用しつつ、以下では、第１実施形態との相違部分を中心に説明する。
【００５１】
第３実施形態にかかるスクリュ１０Ｆは、図７（ａ）に示すように、第２フライト２８の一部に切り欠き７５が設けられており、切り欠き７５により区分された上流側のフライト２８Ｃと下流側のフライト２８Ｄにより断続的な第２フライト２８を構成している。第２フライト２８は、巻回方向に連続している第２フライト２８の一部を切り欠いて上流側のフライト２８Ｃの終端とし、切り欠き７５を境界にして上流側のスクリュ溝と下流側のスクリュ溝が溝底で連結している。上流側のフライト２８Ｃの終端と下流側のフライト２８Ｄの始端の間には隙間（δ）が設けられており、この隙間（δ）が本発明における溶融樹脂Ｍに逆流が生じる樹脂通路に該当する。
【００５２】
次に、第３実施形態に係わるスクリュ１０Ｆの作用及び効果を説明する。
スクリュ１０Ｆは、第２ステージの第２フライト２８の一部に切り欠き７５を設けることで、隙間（δ）が設けられた断続的なフライトを備え、上流側のスクリュ溝と下流側のスクリュ溝が溝底で連結している。
したがって、図７（ａ）に示すように、フライトの押し側３５に滞留する溶融樹脂Ｍの一部が、上流側フライト２８Ｃの終端２８Ｅと下流側フライト２８Ｄの始端２８Ｓの間に隙間（δ）を形成する切り欠き７５を通って、上流側のスクリュ溝３１に逆流する。隙間（δ）を通過した領域は、繊維塊Ｇが存在するスクリュ溝３１の引き側３３であるから、逆流した溶融樹脂Ｍは引き側３３から繊維塊Ｇとなった強化繊維Ｆに主に側方から覆い被さる。こうして、切り欠き７５を設けることによって、繊維塊Ｇは、側方に位置する押し側３５の溶融樹脂Ｍに加えて、引き側３３からも溶融樹脂Ｍと接することになる。なお、図７（ａ）において、溶融樹脂Ｍの流れを破線矢印で示している。
【００５３】
第２ステージ２２においてフライトの切り欠き７５を設ける位置、大きさ、および数は、溶融樹脂Ｍを逆流させることができる限り、任意である。
また、切り欠き７５を有する第２フライト２８の条数は、１条に限るものではなく、図７（ｂ）のように、それぞれ周方向の位相の異なる複数条の第２フライト２８，２８を設けてもよい。複数条数の第２フライト２８，２８の場合、それぞれの第２フライト２８，２８の一部だけをオーバーラップしてもよいし、全部をオーバーラップしてもよい。この場合、それぞれの第２フライト２８，２８に切り欠き７５を設けるので、隙間δが複数になる。
また、強化繊維Ｆの開繊を促進して繊維塊Ｇを順次細分化し小さくしてより小さな繊維塊Ｇの表面に樹脂を被せて含浸させ、溝深さが漸減する圧縮部２６に搬送できるように、図８（ｃ）のように、フライト条数は上流側のフライト条数を下流側のフライト条数よりも少なくすることが好ましい。図８（ｃ）は、条数が、上流側が２条、下流側が３条の例を示している。
また、隙間δを複数備える場合には、隙間δは全て同一の幅でもよいが、異なる幅にすることができる。繊維塊Ｇの大きさは攪拌が進んだ下流側より繊維投入して間もない上流側の方が大きいことから、上流側のδが小さいと強化繊維Ｆが隙間δを閉塞しやすくなる。そこで、隙間δは上流側から下流側に向けて漸減あるいは段階的に縮小することが好ましい。また、供給部２５において強化繊維Ｆの開繊を促進して繊維塊Ｇを小さくしてから、溝深さが漸減する圧縮部２６に搬送できるので、大きな繊維塊Ｇが圧縮部２６の溝内を閉塞するのを防止できる。
また、断続的な第２フライト２８は、図７（ｄ）にように、上流側のフライト２８Ｃの巻回方向の延長線上に対し、下流側のフライト２８Ｄを位相をずらして設けてもよい。この場合、フライトの終端部で繊維塊Ｇが逆流してくる溶融樹脂Ｍとの接触面積が増大することから、繊維塊Ｇへの溶融樹脂Ｍの含浸が促進される。
【００５４】
以上、本発明を実施形態に基づいて説明したが、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更したりすることが可能である。
また、第１形態の小径フライト２８Ｂと第２形態の副フライト２９を組み合わせて、間隔をあけて設けてもよいし、小径フライト２８Ｂのスクリュ溝３１内に副フライト２９を設けてもよい。また、第１実施形態乃至第３実施形態のフライトを任意に組み合わせて設けてもよい。
また、スクリュ１０は本実施形態に示した２ステージ型のデザインに限るものではなく、第２ステージの下流側に、さらに供給部、圧縮部、計量部を備えた第３ステージを備える３ステージ型のデザインとすることができる。この場合、第３ステージに、溶融樹脂へ機能部材を添加しあるいは揮発物質を脱気するといった機能などを追加してもよい。
【００５５】
本発明の可塑化ユニット２００は、繊維供給装置２１３及び樹脂供給ホッパ２０７を加熱シリンダ２０１に対して固定させているが、スクリュ１０の軸方向に移動する可動式のホッパにすることができる。特に繊維供給装置２１３に複数軸型の計量フィーダーを用いる場合には、スクリュ１０の長手方向に複数のフィーダーを平行に連結配置し、可塑化工程において強化繊維Ｆを供給するフィーダーを切り替えて使用してもよい。具体的には可塑化工程開始時は、スクリュ１０の先端側に配置したフィーダーから強化繊維Ｆを供給し、可塑化工程においてスクリュ１０が後退するのに伴い、スクリュ１０と繊維が吐出してくるフィーダースクリュとの相対位置が変化しないように、強化繊維Ｆを供給するフィーダーを後方側に順々に切り替えていってもよい。これによって、スクリュ１０の後退および射出時のスクリュ１０の前進による、加熱シリンダ２０１とスクリュ１０の相対位置の変化にかかわらず、スクリュ１０に対する強化繊維Ｆの供給位置を一定とすることができる。
【００５６】
具体的には、可塑化が完了したときの繊維供給フィーダースクリュの位置、つまり、強化繊維Ｆが充填されている最後部のスクリュ溝の位置を、射出により前進したスクリュ位置において、次の可塑化開始時の繊維供給フィーダースクリュの位置と一致させることができるので、繊維供給装置２１３より下流のスクリュ溝に連続して強化繊維Ｆを供給でき、繊維供給装置２１３より下流のスクリュ１０の溝内で強化繊維Ｆが充填されていない領域の発生の防止あるいは抑制に有効である。
【００５７】
また、フィーダースクリュの切り替え方は、単なるＯＮ／ＯＦＦ制御でもよいし、隣り合うスクリュフィーダーの回転数を連携して変化させてもよい。具体的にはスクリュの後退に伴い下流側のスクリュフィーダーの回転数を徐々に低下させるとともに後方側のスクリュフィーダーの回転数を徐々に増加させてもよい。
【００５８】
また強化繊維Ｆの加熱シリンダ２０１への供給は、射出工程や可塑化工程のみでなく、例えば保圧工程や射出待機工程（可塑化工程完了から射出工程開始までの間）においても行ってよい。保圧工程中や射出待機工程中は、スクリュ１０が回転および前進あるいは後退を行わないので、フライトの移動によってベント孔が断続的に封鎖されることがない。このため安定して強化繊維をスクリュ１０の溝内に供給することができる。
【００５９】
また繊維供給装置２１３には、強化繊維Ｆのみでなく、粉状あるいはペレット状の原料樹脂を混合した強化繊維Ｆを供給してもよい。この場合、強化繊維Ｆ間に溶融樹脂Ｍが浸入しにくくても、混合した原料樹脂が強化繊維Ｆの塊中で溶融し、繊維束の中に入り込んで繊維束の解繊を促進できる。
【００６０】
また、本発明に適用される樹脂、強化繊維は、特に限定されるものでなく、ポリプロピレンやポリエチレンなどの汎用樹脂や、ポリアミドやポリカーボネートなどのエンジニアリングプラスチックなどの公知の樹脂、およびガラス繊維、炭素繊維、竹繊維、麻繊維などの公知の強化繊維など、公知の材質を広く包含している。なお、本発明の効果を顕著に得るには、強化繊維の含有量が１０％以上と高含有率な繊維強化樹脂を対象とするのが好ましい。しかし、強化繊維の含有率が７０％を超えるとスクリュ溝内の強化繊維の搬送抵抗が大きくなるので、比較的樹脂の搬送能力の低い小径フライトを用いる本発明では、強化繊維を搬送することが困難となり、強化繊維がスクリュ溝内を閉塞してベント孔部でベントアップを発生してしまうおそれがある。このため、本発明に適用される強化繊維は含有率が１０〜７０％であることが好ましく、さらには１５〜５０％であることが好ましい。
【符号の説明】
【００６１】
１        射出成形機
１０，１０Ｂ〜１０Ｇ      スクリュ
２１      第１ステージ
２２      第２ステージ
２３      供給部
２４      圧縮部
２５      供給部
２６      圧縮部
２７      第１フライト
２８      第２フライト，主フライト
２８Ａ    大径フライト
２８Ｂ    小径フライト
２８Ｃ    フライト
２８Ｄ    フライト
２８Ｅ    終端
２８Ｓ    始端
２９      副フライト
２９Ｅ    終端
２９Ｓ    始端
３１      スクリュ溝
３１Ａ    引き側溝
３１Ｂ    押し側溝
３３      引き側
３５      押し側
５０      制御部
７０      計量部
７１      計量部
７５      切り欠き
１００    型締ユニット
１０１    ベースフレーム
１０３    固定金型
１０５    固定ダイプレート
１０７    摺動部材
１０９    可動金型
１１１    可動ダイプレート
１１３    油圧シリンダ
１１５    タイバー
１１７    油圧シリンダ
１１９    ラム
１２１    雄ねじ部
１２３    半割りナット
２００    可塑化ユニット
２０１    加熱シリンダ
２０１Ｉ  内径面
２０３    吐出ノズル
２０６    ベント孔
２０７    樹脂供給ホッパ
２０８    供給孔
２０９    第１電動機
２１１    第２電動機
２１３    繊維供給装置
２１４    ２軸型スクリュフィーダー
２１５    ペレット供給装置
２１８    ロービングカッター
３００    スクリュ
３０１    スクリュ溝
３０３    引き側
３０５    押し側
３０６    フライト
３１０    シリンダ
４００    逆流
Ｆ        強化繊維
Ｇ        繊維塊
Ｍ        溶融樹脂
Ｐ        樹脂ペレット
Ｔ，Ｔ２８，Ｔ２９  頂部
δ        隙間
【要約】
過度なせん断力を強化繊維に与えることなく、強化繊維の偏在を解消できる射出成形機のスクリュを提供する。
樹脂の搬送方向の上流側で樹脂ペレットＰが供給され、下流側で強化繊維Ｆが供給される射出成形機１の加熱シリンダ２０１の内部に設けられるスクリュ１０であって、供給される樹脂ペレットＰを溶融する第１ステージ２１と、第１ステージ２１に連なり、溶融樹脂Ｍと強化繊維Ｆを混合する第２ステージ２２と、を備える。この第２ステージに設けられる第２フライト１８は、相対的に外径の大きい大径フライト２８Ａと、相対的に外径の小さい小径フライト２８Ｂとを備る。【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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