(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
前方側に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に設けられた単軸のスクリュと、強化繊維を前記シリンダ内に充填する繊維供給装置と、を備え、
前記強化繊維と樹脂原料を個別に、かつ、前記強化繊維を前記樹脂原料よりも前方側から供給しながら射出成形する方法であって、
前記スクリュを正転させながら後退させることで、前記樹脂原料を溶融するとともに、溶融された前記樹脂原料に前記強化繊維を混錬して、所定量の混錬物を得る可塑化工程と、
前記スクリュを前進させることで前記混錬物を前記吐出ノズルから吐出させる射出工程と、を備え、
前記強化繊維を供給する領域の前記スクリュの溝内を減圧させてから、
前記射出工程において、所定の供給量だけ前記繊維供給装置で押し込むことによって、前記強化繊維が含まれていない前記スクリュの下方に前記強化繊維を前記シリンダ内に供給することを特徴とする射出成形方法。
【請求項２】
前記繊維供給装置から前記射出工程において供給する前記強化繊維の供給量は、
前記可塑化工程における前記スクリュの後退速度と、前記射出工程における前記スクリュの前進速度との速度比に基づいて決定される、
ことを特徴とする請求項１に記載の射出成形方法。
【請求項３】
前記繊維供給装置から前記射出工程において供給する前記強化繊維の供給量は、
前記速度比と、所望の繊維含有率となるように予め設定されている前記可塑化工程における、前記繊維供給装置から供給される前記強化繊維の供給量との演算結果に基づいて決定される、
ことを特徴とする請求項２に記載の射出成形方法。
【請求項４】
前記射出工程において、前記スクリュを正転又は逆転させる、
ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の射出成形方法。
【請求項５】
前記強化繊維を前記樹脂原料よりも前方側から供給するために、前記シリンダの胴部に外周面から内周面に貫通したベント孔を備え、
前記射出工程において、
前記ベント孔の投影領域における前記スクリュのフライトの移動が、
前記フライトの１リード長分以下となるように、前記スクリュの逆転速度を設定する、
ことを特徴とする請求項４に記載の射出成形方法。
【請求項６】
前記射出工程において、
前記スクリュが前記逆転されることに基づくスクリュ溝の進行速度の角度θ２を、
前記スクリュの前記フライトのリード角θ１に一致させるように、前記スクリュの後退速度及び前記スクリュの逆転速度を設定する、
ことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の射出成形方法。
【請求項７】
前記射出工程において、
前記可塑化工程における前記スクリュの回転速度と同じ条件で、前記スクリュを逆転させる、
ことを特徴とする請求項４に記載の射出成形方法。
【請求項８】
前方側に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に設けられた単軸のスクリュと、強化繊維を前記シリンダ内に充填する繊維供給装置と、前記繊維供給装置よりも後方側に設けられ、樹脂原料を前記シリンダ内に供給する樹脂供給ホッパと、を備える射出成形装置であって、
前記スクリュを正転させながら後退させることで、前記樹脂原料を溶融するとともに、溶融された前記樹脂原料に前記強化繊維を混錬して、所定量の混錬物を得る可塑化工程と、
前記スクリュを前進させることで前記混錬物を前記吐出ノズルから吐出させる射出工程と、を行い、
前記強化繊維を供給する領域の前記スクリュの溝内を減圧させてから、前記射出工程において、所定の供給量だけ前記繊維供給装置で押し込むことによって、前記強化繊維が含まれていない前記スクリュの下方に前記強化繊維が前記シリンダ内に供給される、
ことを特徴とする射出成形装置。
【請求項９】
前記射出工程において、前記スクリュを正転または逆転させる、
ことを特徴とする請求項８に記載の射出成形装置。
【請求項１０】
前記強化繊維を前記樹脂原料よりも前方側から供給するために、前記シリンダは胴部に外周面から内周面に貫通したベント孔を備え、
前記射出工程において、
前記ベント孔の投影領域における前記スクリュのフライトの移動が、前記フライトの１リード長分以下となるように、前記スクリュの逆転速度を設定する、
ことを特徴とする請求項９に記載の射出成形装置。
【請求項１１】
前記射出工程において、
前記スクリュが前記逆転されることに基づくスクリュ溝の進行速度の角度θ２を、
前記スクリュの前記フライトのリード角θ１に一致させるように、前記スクリュの後退速度及び前記スクリュの逆転速度を設定する、
ことを特徴とする請求項９又は１０に記載の射出成形装置。
【請求項１２】
前記射出工程において、
前記可塑化工程における前記スクリュの回転速度と同じ条件で、前記スクリュを逆転させる、
ことを特徴とする請求項９に記載の射出成形装置。
【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方法に関する。
【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。その成形品を射出成形で得るには、可塑化装置である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、それに繊維を混練した後に、射出成形装置の金型に射出される。【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、混練の条件を厳しくすればよいが、逆に、混練物へのせん断力が高まり、これにより、強化繊維が切断されてしまう。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、得られた繊維強化樹脂成形品は、所望の特性を満足することができなくなるおそれがある（特許文献１）。したがって、混練時に適度なせん断力が得られる射出成形の条件を選択することが必要になる。
また、可塑化工程における繊維の切断を防ぐために、シリンダに熱可塑性樹脂原料を供給するための供給口、繊維材料を供給するための供給口、樹脂中に含まれるガス分を除去するためのベント口をそれぞれ設けたシリンダとスクリュを備えた可塑化装置が提案されている（特許文献２）。
繊維強化樹脂の可塑化工程における繊維の切断は、主に可塑化装置の前半、すなわち樹脂ペレットの供給部及び圧縮部で発生するため、可塑化装置においては繊維材料の供給口を、熱可塑性樹脂が十分に溶融する、圧縮部以降に設けている。
【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】特開平３−７６６１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明者は、射出成形の条件、加えられる強化繊維の仕様を選択することにより、強化繊維を相当程度に均一に分散できることを確認している。一方で、特に特許文献２に示された可塑化装置に類似する、熱可塑性樹脂原料を供給するための供給口と、繊維材料を供給するための供給口とをそれぞれ個別に有するシリンダおよびスクリュを用いた成形において、均一に分散された他の領域に比べて強化繊維の含有量が明らかに少ない領域が、繊維強化樹脂成形品の不特定箇所に生じることを経験した。一つの成形品内において強化繊維の含有量の分布にバラツキがあると、局部的に強度の低い箇所が発生し、その成形品は設計上の強度が得られない虞があるとともに、冷却固化時の樹脂の収縮度合いが安定せず、大きな反りやヒケなどの成形不良が発生する虞がある。
本発明は、強化繊維の含有量のバラツキを防止あるいは抑制し、安定した成形品質が得られる、樹脂材料の射出成形方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、強化繊維の含有量が明らかに少ない領域が生じる原因を調査した結果、熱可塑性樹脂が溶融した後の射出工程が関与していることを知見した。つまり、射出工程は、スクリュの回転を停めたままでスクリュを前進させて、強化繊維を含む溶融樹脂を金型に向けて吐出するものである。通常、強化繊維は可塑化装置であるシリンダの上部に設けたホッパから供給されるが、スクリュの回転が停止されているので、強化繊維は自重によってスクリュのフライト間の溝を下方に向けて自然落下により移動することになる。ところが、強化繊維は原料ホッパ内で絡み合い易い。特に繊維長が２ｍｍ以上で自然落下しにくい傾向が出始め、繊維長が４ｍｍ以上では、強化繊維がホッパ内に充満されていると、強化繊維のスクリュ溝内への自然落下が困難になる。このため、高速でフライトが通過してホッパ孔を封鎖する射出工程中は、繊維がスクリュ内に落下できない。また高速で通過するフライトの間を通ってスクリュの溝内に強化繊維が落下しても、フライト間の溝には溶融した樹脂が付着しているため、溶融樹脂が抵抗となり強化繊維が下方に向けて移動することは容易でない。したがって、射出工程の間、フライト間の溝の下方の領域には強化繊維の含有量の少ない領域が生じるのである。【０００７】
そこでなされた本発明は、前方側に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に設けられた単軸のスクリュと、強化繊維をシリンダ内に充填する繊維供給装置と、を備え、強化繊維と樹脂原料を個別に、かつ、強化繊維を樹脂原料よりも前方側から供給しながら射出成形する方法であって、スクリュを正転させながら後退させることで、樹脂原料を溶融するとともに、溶融された樹脂原料に強化繊維を混錬して、所定量の混錬物を得る可塑化工程と、スクリュを前進させることで混錬物を吐出ノズルから吐出させる射出工程と、を備え、強化繊維を供給する領域のスクリュの溝内を減圧させてから、射出工程において、所定の供給量だけ繊維供給装置で押し込むことによって、強化繊維が含まれていないスクリュの下方に強化繊維をシリンダ内に供給することを特徴とする。
本発明は、射出工程においても原料ホッパ内やスクリュ溝内の状態によらずに強化繊維がスクリュ溝内に入るように強化繊維をスクリュ内に供給するので、長さが２ｍｍ以上の強化繊維を供給する場合であっても強化繊維量が少ないスクリュ溝の領域を低減できる。
本発明において、繊維供給装置から射出工程において供給する強化繊維の供給量は、可塑化工程におけるスクリュの後退速度と、射出工程におけるスクリュの前進速度との速度比に基づいて決定できる。また、繊維供給装置から射出工程において供給する強化繊維の供給量は、速度比と、所望の繊維含有率となるように予め設定されている可塑化工程における、繊維供給装置から供給される強化繊維の供給量との演算結果に基づいて決定できる。
【０００８】
本発明の射出工程において、スクリュを正転または逆転させることが好ましい。
射出工程において強化繊維を供給する際に、スクリュを正転または逆転させるので、スクリュの下方に位置したスクリュ溝部を位相置換してベント孔に対向できる。これにより、スクリュ溝表面に樹脂が付着していてもスクリュ全周に強化繊維を充填することができる。また、スクリュの回転により下方に停留した溶融樹脂を搬送できるので、スクリュの下方に強化繊維を充填する隙間を作ることができるので、強化繊維を下方の領域に移動させることができる。【０００９】
本発明の射出工程において、強化繊維が供給されるベント孔の下を通過するスクリュ溝の全域全周に繊維を充填するためには、ベント孔の下のスクリュ溝に連続して強化繊維を充填させるのが効果的である。そこで本発明の射出成形方法では、以下の第１の手法と第２の手法を提案する。
第１の手法は、強化繊維を樹脂原料よりも前方側から供給するために、シリンダの胴部に外周面から内周面に貫通したベント孔を備え、射出工程において、ベント孔の投影領域におけるスクリュのフライトの移動が、フライトの１リード長分以下となるように、スクリュの逆転速度を設定することが好ましい。
射出工程中に、当該投影領域におけるフライトが、フライトの１リード長分を超えて移動してしまうと、スクリュ溝内にベント孔に対向せず、強化繊維が充填されない領域が発生するからである。
また、第２の手法は、射出工程において、スクリュが逆転されることに基づくスクリュ溝の進行速度の角度θ２を、スクリュのフライトのリード角θ１に一致させるように、スクリュの後退速度及びスクリュの逆転速度を設定することが好ましい。
ベント孔の投影領域でスクリュのフライトが、ベント孔の投影領域における相対位置が同じ位置で動かないようにすると、ベント孔下を通過するスクリュ溝全周がベント孔に対向するようにスクリュが回転しながら移動する状態となるので、スクリュ溝内に強化繊維が充填されていない領域を無くすことができる。
また、本発明の射出工程において、可塑化工程におけるスクリュの回転速度と同じ条件で、スクリュを逆転させることも好ましい。
スクリュ回転数の設定項目を増やさないシンプルな制御を行うことができるためである。
これらの好ましい形態は、以下の射出成形装置にも適用できることは言うまでもない。【００１０】
本発明は、前方側に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に設けられた単軸のスクリュと、強化繊維をシリンダ内に充填する繊維供給部と、繊維供給部よりも後方側に設けられ、樹脂原料をシリンダ内に供給する樹脂供給ホッパと、を備える射出成形装置としても捉えることができる。
この射出成形装置は、スクリュを正転させながら後退させることで、樹脂原料を溶融するとともに、溶融された樹脂原料に強化繊維を混錬して、所定量の混錬物を得る可塑化工程と、スクリュを前進させることで混錬物を吐出ノズルから吐出させる射出工程とを行うが、射出工程において、強化繊維がシリンダ内に供給されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、射出工程においても、強化繊維をシリンダ内に供給するので、強化繊維量が少ないスクリュ溝の領域を低減できる。したがって、本発明によると、成形品内に強化繊維の含有量の少ない領域が生じるのを防止できる。また、これにより、安定した成形品質を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態に係る射出成形装置の構成を示す図である。
【図２】本実施形態における射出成形の各手順の樹脂の溶融状態を模式的に示す図であり、（ａ）は可塑化開始当初、（ｂ）は可塑化完了時、（ｃ）は射出完了時、及び（ｄ）は次のサイクルのための可塑化開始時を示している。
【図３】従来の射出成形の手順の樹脂の溶融状態を模式的に示す図であり、（ａ）は図２の（ｃ）に対応する射出完了時、（ｂ）は射出時の問題点を示す図、（ｃ）は図２の（ｄ）に対応する可塑化開始時を示している。
【図４】本実施形態における射出成形を示し、（ａ）は図３の（ｂ）に対応し、（ｂ）は本実施形態において好ましいスクリュ溝の進行速度を説明する図である。
【図５】本実施形態の計測ユニットの概略構成を示し、（ａ）は計測していない状態を示し、（ｂ）は計測している状態を示している。
【図６】（ａ）は圧力管理情報を示し、（ｂ）は繊維含有量−粘度情報を示している。
【図７】本実施形態に係る可塑化ユニットの例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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。
【００１４】
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の作動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の一端は当該油圧シリンダ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。
【００１５】
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。
なお、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を示した。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、本実施形態では型開閉用のアクチュエータとして油圧シリンダ１１３を示したが、型開閉用のアクチュエータをボールねじやラック・アンド・ピニオンなどの回転運動を直線運動に変換させる部材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わせに代えてもよい。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。
【００１６】
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の前方側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よりも前方側に設けられているベント孔２０６に連結されている。また、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の後方側に、供給部２３、圧縮部２４を備えた第１ステージ２１と、第１ステージ２１に連結した供給部２５、圧縮部２６を備えた第２ステージ２２を有するデザインとなっている。第１ステージ２１で樹脂を溶融（溶融樹脂Ｍ）し、第２ステージ２２で溶融樹脂Ｍと強化繊維Ｆを混合、分散させる。第１ステージ２１の終端部（前側端）で圧縮により高圧となっている加熱シリンダ２０１内の溶融樹脂Ｍの圧力を、強化繊維Ｆを充填するために第１ステージ２１の終端（前側端）に第２ステージ２２の深溝部である供給部２５を直接的あるいは更に絞り流路を介して間接的に連結させて減圧することを目的としている。また、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。なお、可塑化ユニット２００において、溶融樹脂Ｍが射出される側を前、原料（強化繊維、樹脂ペレット）が供給される側を後とする。
【００１７】
可塑化ユニット２００の概略の動作は以下の通りである。
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の前方側の吐出ノズル２０３側へ送り出される。この過程において、搬送部から加熱され、徐々に溶融し始めた樹脂ペレットＰ（溶融樹脂Ｍ）は強化繊維Ｆと混錬された後に、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。
【００１８】
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、あるいは一部平行させて実施して１サイクルが完了する。
【００１９】
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説明する。
可塑化工程では、樹脂ペレットＰを加熱シリンダ２０１の後方の樹脂供給ホッパ２０７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の前方に位置しており、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「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、前方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とともに前方に搬送される。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の前方に搬送され、溶融樹脂Ｍがスクリュから吐出されスクリュ１０の前方に溜まる。スクリュ１０の前方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。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「可塑化完了」）。
【００２０】
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段階に模式的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よりも前方の「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、未だ溶融するには到っていないことを示している。
【００２１】
可塑化工程完了時は、図２（ｂ）に示す樹脂溶融領域は、強化繊維Ｆを供給する繊維供給装置２１３よりも後方にあるため、この領域のスクリュ１０の溝には強化繊維Ｆは供給されていない状態である。
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の前方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。
本実施形態では、射出工程中においても、繊維供給装置２１３によって加熱シリンダ２０１内に強化繊維Ｆを供給する。以下、この点において説明する。
【００２２】
図２（ｂ）の位置から、図２（ｃ）の位置あるいは図３（ａ）の位置にまでスクリュ１０は前進する。このとき、図２（ｂ）に示す樹脂溶融領域のスクリュ１０の溝内に、強化繊維Ｆは充填されていないが、従来、強化繊維Ｆは投入口であるベント孔２０６に取り付けられた原料ホッパ内で絡み合い易いため、スクリュ１０の長手方向に並んでいるフライトがベント孔２０６を高速で断続的に通過してベント孔２０６を略封鎖する射出工程中は、強化繊維Ｆをスクリュ１０内に充填できない。また、高速で通過するフライトの間を通ってスクリュ１０の溝内に強化繊維Ｆが落下しても、スクリュ１０の周囲には、溶融樹脂Ｍが付着しているため、図３（ｂ）に示すように、繊維供給装置２１３から供給された強化繊維Ｆが溶融樹脂Ｍに貼り付いてしまう。供給された強化繊維Ｆはスクリュ１０の上部に貼り付いたままで、スクリュ１０の溝内を伝って下方に充填するのは困難である。あるいは、スクリュ回転による溶融樹脂Ｍの搬送ができずに、スクリュ１０の溝内の溶融樹脂Ｍは重力によってスクリュ１０の下方に垂れ落ちて加熱シリンダ２０１との間に溜まる。このため、供給された強化繊維Ｆは垂れ落ちた溶融樹脂Ｍに塞がれてスクリュ１０の下方に充填するのは困難である。したがって、図２（ｂ）に示した樹脂溶融領域のスクリュ１０の溝内には強化繊維Ｆが十分充填されないままスクリュ１０が前進し、射出工程中に樹脂溶融領域は繊維供給装置２１３を通過して、更に前方に達するため、図３（ａ）に示すように、加熱シリンダ２０１の下方の溶融樹脂Ｍには、強化繊維Ｆが含まれずに、射出工程が終了する。
【００２３】
射出工程が終了して、次の成形サイクルのために可塑化ユニット２００により可塑化を進めると、図３（ｃ）に示すように、強化繊維Ｆを含まない部分Ｎが生じてしまう。
なお、樹脂ペレットＰを供給する領域では、この問題は生じない。当該領域は、樹脂ペレットＰが溶融しておらず、かつ、スクリュ１０の表面温度も樹脂ペレットＰが溶融する温度よりも十分低いため、スクリュ１０の周囲に溶融樹脂Ｍが存在しない（図２（ｂ）の右側）。したがって、樹脂ペレットＰは自重によりスクリュ１０の溝内、特にスクリュ１０の下方に流れ落ちることができる。
【００２４】
これに対して、射出工程中に繊維供給装置２１３によって強化繊維Ｆをスクリュ内に供給すると、加熱シリンダ２０１の下方にも、強化繊維Ｆを送り届けることができる。つまり、スクリュ１０のフライトが断続的にベント孔２０６を封鎖するものの、あるいは、スクリュ１０の全周囲には溶融樹脂Ｍが付着しているものの、あるいは、溶融樹脂Ｍがスクリュ１０の下方に溜まっているものの、繊維供給装置２１３から所定の量だけ供給される強化繊維Ｆがスクリュ１０の溝内に充填されるので、スクリュ１０の周囲に強化繊維Ｆを行き渡らせることができる。したがって、図２（ｄ）に示すように、本実施形態によると、繊維供給装置２１３よりも前方の領域は、強化繊維Ｆを漏れなく含むことになる。なお、射出工程中の繊維供給装置２１３からの強化繊維Ｆの供給は、射出工程の全期間に亘って行うことが好ましいが、断続的に供給するなど、一部の期間だけ停止させてもよいし、供給速度を連続的あるいは段階的に変化させてもよい。また、安定して良品成形を行うことを容易にするために、繊維供給装置２１３からの供給のタイミングと供給量をタイマー（図示しない）や、スクリュ位置センサー、第１電動機２０９および第２電動機２１１に備えた回転エンコーダなどの各種センサーを用いて高精度に制御してもよい。
【００２５】
また、強化繊維Ｆを加熱シリンダ２０１内に供給する繊維供給装置２１３は、スクリュ式あるいはピストン式などの計量フィーダーを用いることができる。この場合、加熱シリンダ２０１に繊維供給装置２１３を直接連結させ、加熱シリンダ２０１内に直接強化繊維Ｆを供給してもよいし、ベント孔２０６に繊維供給用ホッパ２０５を設けて、繊維供給装置２１３から強化繊維Ｆを繊維供給用ホッパ２０５に供給してもよい。
【００２６】
計量フィーダーを加熱シリンダ２０１に直接連結する場合は、計量フィーダーによって強化繊維Ｆを強制的に加熱シリンダ２０１内に充填することができるので、ベント孔２０６内で強化繊維Ｆが絡み合ったとしても所定の供給量で、強化繊維Ｆをスクリュ１０の溝内に充填できる。これにより、スクリュ１０の溝内で溶融樹脂Ｍと混合する強化繊維Ｆの含有量（率）を任意にかつ容易に管理できる。
スクリュ式計量フィーダーを用いる場合は、スクリュが１本の単軸型のフィーダーでもスクリュが複数本の複数軸型フィーダーを用いることができる。溶融樹脂Ｍへの混合率を所定の値にするために強化繊維Ｆを計量し安定して供給する搬送力が強く強化繊維Ｆとフィーダー間の滑りを抑制できる複数軸型フィーダーが好ましく、特に構造がシンプルな２軸型フィーダーがコスト的にも設計的にも制御的にも好ましい。
【００２７】
そこで、本実施形態は、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、加熱シリンダ２０１に直接連結する場合においても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。
また、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繊維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繊維を投入してもよい。
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。
【００２８】
また、ロービングカッター２１８は、２軸型スクリュフィーダー２１４に向けて回転する回転式カッターのものを使用する。これにより、切断したチョップド繊維をカッターの回転力を利用して、ホッパなどの強化繊維Ｆの貯留部材を介することなく、直接２軸型スクリュフィーダー２１４のスクリュ溝内に投入できる。これにより、切断直後の絡み合いの少ない状態のままチョップド繊維を２軸型スクリュフィーダー２１４に投入できるので、２軸型スクリュフィーダー２１４に効率よくチョップド繊維を食い込ませて、２軸型スクリュフィーダー２１４から安定してスクリュ１０の溝内にチョップド繊維を供給できる。
なお、複数軸型のフィーダーにおいてスクリュ式の計量フィーダーを用いる場合は、スクリュのフライトと溝が互いに噛み合う、いわゆる、２軸押出成形機式のフィーダースクリュでも、隔壁により独立した、あるいは、隔壁が無いが互いに干渉することなく独立したフィーダースクリュでもよい。２軸押出成形機式のフィーダースクリュを用いる場合のスクリュの回転方向は、同方向でも異方向でもよい。
【００２９】
また、図７（ａ）に示すように、単軸型スクリュフィーダー２１６をベント孔２０６に連通して設けて強化繊維Ｆを供給することもできる。単軸型スクリュフィーダー２１６によっても、強化繊維Ｆはスクリュ１０の溝内に強制的に供給される。
次に、上記のとおり強制的に強化繊維Ｆをスクリュ１０の溝内に供給する場合において、２軸型スクリュフィーダー２１４あるいは単軸型スクリュフィーダー２１６から射出工程時に供給する強化繊維Ｆの供給量の決定の手法の一例を説明する。
第1ステップとして、図示しないスクリュ位置センサーで検知したスクリュ１０の位置変化情報から可塑化工程におけるスクリュ１０の後退速度を算出する。
第２ステップで、射出工程におけるスクリュの前進速度と第１ステップで算出したスクリュ１０の後退速度との比を算出する。射出工程が複数段速度制御の場合は、各速度に対して第１ステップで算出した可塑化工程時のスクリュ１０の後退速度との比を算出する。
第３ステップで、第２ステップで算出した可塑化工程と射出工程のスクリュ１０の比と、成形品が所望の繊維含有率となるように予め設定されている可塑化工程時に２軸型スクリュフィーダー２１４あるいは単軸型スクリュフィーダー２１６から供給される強化繊維Ｆの供給量あるいは供給速度を掛け合わせて、射出工程時に２軸型スクリュフィーダー２１４あるいは単軸型スクリュフィーダー２１６から供給する強化繊維Ｆの供給量あるいは供給速度の基準値を算出する。
第４ステップで、第３ステップで算出した射出工程時に２軸型スクリュフィーダー２１４あるいは単軸型スクリュフィーダー２１６から供給する強化繊維Ｆの供給量あるいは供給速度の基準値に補正係数を掛け合わせて、２軸型スクリュフィーダー２１４あるいは単軸型スクリュフィーダー２１６から射出工程時に供給する強化繊維Ｆの供給量の運転条件値を決定する。射出工程が複数段速度制御の場合は、各速度に対して補正係数を掛け合わせて強化繊維Ｆの供給量の運転条件値を決定し、射出速度を切り替える毎にフィーダーからの強化繊維Ｆの供給量も切り替える。なお、上記の補正係数は理論的に求めても、実験に基づいて求めてもどちらでも良い。また、射出工程が複数段速度制御の場合は、補正係数を各速度に対してそれぞれ別個に設定しても良いし、同一値でも良い。
【００３０】
また、２軸型スクリュフィーダー２１４あるいは単軸型スクリュフィーダー２１６から供給する強化繊維Ｆの供給量は、成形品内の強化繊維の含有分布バラツキを実験により求め、実験結果に基づき成形品内の強化繊維の含有分布バラツキが所望の含有率許容範囲に入るように、射出行程中に２軸型スクリュフィーダー２１４から強化繊維Ｆをスクリュ１０に供給する供給量の運転条件値を決定してもよい。
なお、２軸型スクリュフィーダー２１４あるいは単軸型スクリュフィーダー２１６から射出工程時に供給する強化繊維Ｆの供給量の決定手法は、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記の決定手法を取捨選択したり、他の手法に適宜変更することが可能である。
【００３１】
一方、繊維供給用ホッパ２０５を使用する場合は、繊維供給装置２１３として、例えば図７（ｂ）に示すように、ベルトフィーダ２１７を用いることができる。ベルトフィーダ２１７の搬送速度を調節することにより、強化繊維Ｆを所定の量だけ繊維供給用ホッパ２０５に供給できる（図７（ｂ））。
ここで、繊維供給装置２１３から繊維供給用ホッパ２０５に強化繊維Ｆを供給する場合は、ベント孔２０６内で強化繊維Ｆが絡み合わない程度の供給量、具体的にはベント孔２０６を充満させない程度に強化繊維Ｆの供給量に制限することによって、ベント孔２０６内を閉塞させることなく、強化繊維Ｆをスクリュ１０内に充填できる。これにより、強化繊維Ｆに負荷を与えることなく、スクリュ１０の溝内に供給できるので、スクリュ１０の溝内に投入する前の繊維折損を抑制できる。
【００３２】
[第２実施形態]
本実施形態は、第１実施形態の射出成形機１を用いて、更に強化繊維Ｆの供給を円滑に行なうために、射出工程の間、スクリュ１０を逆転させる。第１実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００３３】
従来、射出工程の間はスクリュ１０の回転を停止させていた。ところが、これでは強化繊維Ｆを円滑に供給できない場合がある。つまり、第１実施形態で示した繊維供給装置２１３を用いても、繊維供給装置２１３の供給力が小さい場合などは、スクリュ１０の溝内の樹脂抵抗を乗り越えられず、射出工程の間、強化繊維Ｆはスクリュ１０の下方に充填することができない。
【００３４】
これに対して、射出工程中にスクリュ１０を逆転させる本実施形態によると、図４（ａ）に示すように、スクリュ１０を逆転させることで、溶融樹脂Ｍに貼り付いた強化繊維Ｆもスクリュ１０の溝内に押込まれながら、加熱シリンダ２０１の下方に向けて搬送される。あるいは、スクリュ１０の下方に溜まった溶融樹脂Ｍがスクリュ１０を回転させることで、スクリュ１０の溝内を搬送されスクリュ１０の下方の溝内に強化繊維Ｆの入り込める隙間を発生させることができる。よって、スクリュ１０を前進させながら逆転させることで、スクリュ１０の周囲に強化繊維Ｆを行き渡らせることができる。この間、強化繊維Ｆを溶融樹脂Ｍに混錬させているということもできる。したがって、本実施形態によると、繊維供給装置２１３よりも前方の領域は、強化繊維Ｆを漏れなく含むことになる。なお、射出工程中のスクリュ１０の回転は、射出工程の全期間に亘って行うことが好ましいが、断続的に逆転するなど、一部の期間だけ停止させてもよいし、逆転と正転を交互に切り替えたり、回転速度を連続的あるいは段階的に変化させてもよい。また、安定して良品成形を行うことを容易にするために、スクリュ１０の逆転は、回転のタイミングと速度を図示しないタイマーや、スクリュ位置センサー、第１電動機２０９および第２電動機２１１に備えた回転エンコーダなどの各種センサーを用いて高精度に制御してもよい。
【００３５】
スクリュ１０を逆転させる好ましい条件は以下の通りである。なお、好ましい条件を実現するには、制御部５０が、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を正転又は逆転させる第２電動機２１１と、を同期して制御すればよい。
スクリュ１０を逆転させる場合、スクリュ１０を前進させる速度（前進速度）をＶ１、スクリュ１０を逆転させる速度（回転速度）をＶ２とする。また、スクリュ１０のフライト１１のリード角をθ１とする。この場合、図４（ｂ）に示すように、前進速度Ｖ１と回転速度Ｖ２から規定されるスクリュ溝の進行速度Ｖ３のなす角度θ２をリード角θ１と一致させることが好ましい。この条件を満足すれば、繊維供給装置２１３から強化繊維Ｆが供給されるベント孔２０６に対するフライト１１の相対的な位置（あるいはベント孔２０６から見えるフライト１１の位置）を一定にすることができる。そうすれば、強化繊維Ｆをスクリュ１０の溝にむらなく連続的に押込むことができる。
前進速度Ｖ１と回転速度Ｖ２は以下により特定することができる一方、リード角θ１は既知であるから、前進速度Ｖ１と回転速度Ｖ２を調整することにより、好ましい条件を設定できる。
Ｄ＝スクリュ１０の外径（ｍｍ）
ａＤ＝スクリュ１０のフライト１１のリード（ｍｍ）
ｎＤ＝射出ストローク（ｍｍ）
射出時間＝ｔ（ｓｅｃ）
上記のようにすると、ｔａｎθ１＝ａＤ／πＤ、ｔａｎθ２＝Ｖ１／Ｖ２と表されるので、θ１＝θ２となる逆転速度Ｖ２０は、Ｖ２０＝πＶ１／ａとなる。
【００３６】
他の好ましい条件として、可塑化工程時のスクリュ溝の進行速度をＶ４とすると、スクリュ溝の進行速度Ｖ３を、大きさは進行速度Ｖ４と同じにするが、向きを逆（１８０°反転）にしてもよい。そうすれば、可塑化工程でスクリュ溝に供給されたのと等量の強化繊維Ｆを供給できる。
また、高速で前進する射出工程において、スクリュ１０の前進速度Ｖ１と回転速度Ｖ２をθ１＝θ２となるように制御することは電動サーボモータによる駆動など、高精度な駆動制御系を必要とする。しかし、油圧駆動など高精度な駆動制御系を有しない射出成形機においては、ベント孔２０６の投影領域にある、つまりベント孔２０６から見える、スクリュ１０のフライト１１が射出工程中にフライト１１の１リード長分を超えて移動しないように、スクリュ１０の逆転速度で回転制御してもよい。
【００３７】
スクリュ１０を逆転してベント孔２０６から見えるスクリュ１０のフライト１１が射出工程中にフライト１１の１リード長分を超えて移動しないようにするスクリュ１０の逆回転速度は、下記の通り求めることができる。
スクリュ１０が前進速度Ｖ１でフライト１１の１リード分前進する時間ｔ０は、ｔ０＝ａＤ／Ｖ１と表される。
時間ｔ０の間にベント孔２０６から見えるスクリュ１０のフライト１１の位置が変わらないように見える逆転速度は、時間ｔ０の間にスクリュが１周する速度である。そして、これは、θ１＝θ２となる速度でありＶ２０である。
時間ｔ０の間にスクリュ１０が２周すれば、ベント孔２０６から見えるスクリュ１０のフライト１１が射出工程中にフライト１１の１リード長分だけ後方に移動するように見える。
よって、時間ｔ０の間にスクリュが２周する逆転速度Ｖ２１は、Ｖ２１＝２×Ｖ２０と表される。
また、時間ｔ０の間にスクリュ１０が半周しかしなければ、ベント孔２０６から見えるスクリュ１０のフライト１１が射出工程中にフライト１１の１リード長分だけ前方に移動するように見える。
よって、時間ｔ０の間にスクリュ１０が半周する逆転速度Ｖ２２は、Ｖ２２＝Ｖ２０／２と表すことができる。
したがって、ベント孔２０６から見えるスクリュ１０のフライト１１が射出工程中にフライト１１の移動量が１リード長分以下であるように見える、スクリュ１０の逆転速度範囲は、時間ｔ０の間にスクリュが半周する逆転速度以上で、かつ、時間ｔ０の間にスクリュ１０が２周する逆転速度以下になる。
【００３８】
そうすると、ベント孔２０６から見えるスクリュ１０のフライト１１の、射出工程中の移動量が１リード長分以下となる、スクリュ１０の回転速度Ｖ２の範囲は、Ｖ２１＝Ｖ２０／２≦Ｖ２≦Ｖ２２＝２×Ｖ２０である。
したがって、πＶ１／２ａ≦Ｖ２≦２πＶ１／ａの範囲で運転することで、ベント孔２０６の下を通過するスクリュ溝を、連続した溝としてベント孔２０６に対向させることできるので、強化繊維Ｆが充填されない領域の発生を防止あるいは抑制できる。
また、ベント孔２０６に真空ポンプなどの負圧発生装置を連通させてベント孔２０６内部を負圧とすれば、強化繊維Ｆと共にシリンダ内部に入り込んだ外気、または樹脂および樹脂の添加剤からの揮発するガスをシリンダの外部に排出できるので、シルバーやボイド、および樹脂の酸化劣化による黒点異物などの成形不良や金型の汚れを防止することが出来る。また、強化繊維Ｆと共にシリンダ内部に入り込んだ外気、または樹脂および樹脂の添加剤からの揮発するガスをシリンダの外部に排出するために、強化繊維Ｆを供給するためのベント孔２０６よりも前方に、更にシリンダ外周面から内周面に至る貫通孔を設けてもよい。
【００３９】
［第３実施形態］
本実施形態では、射出成形機２において、可塑化工程中に、繊維含有量Ｃの計測を行なう。
本実施形態に係る射出成形機２は、第１実施形態および第２実施形態の射出成型機１の要素に、さらに、計測ユニット３００（図５）を備える。なお、この計測ユニット３００の動作は制御部５０で制御することができる。
射出成型機２における可塑化工程および射出工程は、第１実施形態および第２実施形態と同様であるため、第１実施形態および第２実施形態と相違する点を中心に説明する。
計測ユニット３００は、図５に示すように、吐出ノズル２０３に至る溶融樹脂に含まれる強化繊維の量（繊維含有量）を計測するのに用いられる。計測ユニット３００は、可塑化ユニット２００の吐出ノズル２０３の近傍に設けられる。
計測ユニット３００は、吐出ノズル２０３内の吐出通路２０４から分岐した分岐通路３０１と、分岐通路３０１上に設けられる開閉弁３２１と、分岐通路３０１を流れてきた溶融樹脂を一時的に貯える樹脂溜まり３０５と、樹脂溜まり３０５に貯えられる溶融樹脂の温度、圧力を計測する温度計３０７、圧力計３０９と、樹脂溜まり３０５に貯えられる溶融樹脂に圧力を付与するアクチュエータ３１１と、を備えている。なお、計測ユニット３００の具体的な形態は上述したものに限るものではなく、溶融樹脂Ｍの圧力Ｐ１を測定できるのであれば、他の形態を採用しても支障ない。
【００４０】
吐出通路２０４には、分岐通路３０１の分岐部分よりも溶融樹脂が流れる向きの下流に開閉弁３２２が設けられている。また、樹脂溜まり３０５には戻り通路３１５の一端が接続されており、戻り通路３１５の他端は、吐出ノズル２０３の吐出通路２０４に接続される。戻り通路３１５の他端は、開閉弁３２２よりも下流において吐出通路２０４に接続される。戻り通路３１５には、開閉弁３２３が設けられている。戻り通路３１５のうちで、樹脂溜まりブロック３０６の内部の部分は絞り３１６を構成する。
【００４１】
計測ユニット３００の開閉弁３２１，３２２及び３２３、並びに、温度計３０７及び圧力計３０９は制御部５０に接続されている。
制御部５０は、当該計測の要・否に応じて開閉弁３２１，３２２及び３２３に対して開・閉の指令信号を送る。開閉弁３２１，３２２及び３２３の開・閉を制御することで、溶融樹脂Ｍを計測ユニット３００の分岐通路３０１を介して樹脂溜まり３０５に引き込む。引き込まれた溶融樹脂Ｍの温度、圧力を温度計３０７及び圧力計３０９で計測すると、計測された温度、圧力に関する情報は制御部５０に送信される。制御部５０は、取得した温度、圧力に関する情報に基づいて、繊維含有量を求める。
繊維含有量が求められると、樹脂溜まり３０５に貯えられていた溶融樹脂は、戻り通路３１５を通って、吐出通路２０４に戻される。
【００４２】
繊維含有量は、溶融樹脂の粘度に基づいて、例えば以下のようにして求めることができる。
溶融樹脂の繊維含有量Ｃと当該樹脂の粘度ηとは比例関係にある。
一方、粘度ηは、下記の式（１）により求めることができる。なお、式（１）において、圧力Ｐ１を除き、Ｖ、Ｌ、Ｒ及びＲｃは既知の値であるから、圧力Ｐ１を計測すれば、当該溶融樹脂Ｍの粘度ηを求めることができる。なお、速度Ｖは一定速とされる。
【００４３】
粘度η＝（Ｐ１／Ｖ・Ｌ）×（Ｒ／Ｒｃ）  …  （１）
Ｐ１：樹脂溜まり３０５における溶融樹脂の圧力（Ｐａ）
Ｖ：アクチュエータ３１１の押込み速度Ｖ（ｍｍ／ｓｅｃ）
Ｌ：絞り３１６の長さ（ｍｍ）
Ｒｃ：樹脂溜まり３０５の半径（ｍｍ）
Ｒ：絞り３１６の半径（ｍｍ）
【００４４】
したがって、射出成形に供される樹脂における繊維含有量と粘度ηの関係を予め把握しておき、計測ユニット３００を用いて粘度ηを計測すれば、計測された溶融樹脂の繊維含有量Ｃを特定することができる。
そのためには、例えば、図６（ｂ）に示す繊維含有量Ｃと粘度ηを対応付けた情報（含有量−粘度情報）を実験的に求め、この含有量−粘度情報を制御部５０にデータベースとして記憶しておく。
制御部５０は、圧力計３０９で計測された圧力Ｐ１を取得すると、自己のデータベースに記憶されている含有量−粘度情報と照合することで、繊維含有量Ｃを求めることができる。
【００４５】
図６（ｂ）には、例として、３種類の含有量−粘度情報を示している。含有量−粘度情報は、樹脂の物性及び強化繊維の物性により変動しうるものであるため、樹脂（Ａ，Ｂ，Ｃ）及び繊維（ｄ，ｅ，ｆ）の組み合わせに応じた含有量−粘度情報が設定される。
【００４６】
粘度ηは、当該樹脂の温度によっても変動する。したがって、含有量−粘度情報は温度が特定されるべきであり、制御部５０はこの温度（計測温度Ｔ）に関する情報を、含有量−粘度情報とともに記憶している。一方、計測ユニット３００は、樹脂溜まり３０５に貯められる溶融樹脂を計測温度Ｔに維持するために、樹脂溜まり３０５の周囲に加熱ヒータ３１７を設けている。制御部５０は、温度計３０７から取得した温度情報を計測温度Ｔと照合し、必要に応じて加熱ヒータ３１７による溶融樹脂の加熱を調整する。
【００４７】
続いて、繊維含有量Ｃの計測の手順について説明する。
繊維含有量Ｃの計測を行なわないときには、図５（ａ）に示すように、計測ユニット３００は、開閉弁３２１〜３２３が以下のように開閉が制御されている。したがって、溶融樹脂Ｍは、樹脂溜まり３０５にはたまらない。
［非計測時］
開閉弁３２１：開（ＯＮ）
開閉弁３２２：閉（ＯＦＦ）
開閉弁３２３：閉（ＯＦＦ）
【００４８】
計測を行なうときには、図５（ｂ）に示すように、計測ユニット３００は、開閉弁３２１〜３２３を以下のように開閉が制御される。
［計測時］
開閉弁３２１：閉（ＯＦＦ）
開閉弁３２２：開（ＯＮ）
開閉弁３２３：閉（ＯＦＦ）
【００４９】
開閉弁３２１〜３２３をこのように制御することで、吐出通路２０４から溶融樹脂Ｍは、分岐通路３０１を通って樹脂溜まり３０５に流れこむ。樹脂溜まり３０５に所定量の溶融樹脂Ｍが充填されたならば、アクチュエータ３１１を一定の速度Ｖで動作させて、樹脂溜まり３０５の溶融樹脂Ｍに圧力を加える。アクチュエータ３１１の動作と同時に、開閉弁３２３を開き、樹脂溜まり３０５から溶融樹脂Ｍを押し出す。この過程で圧力計３０９により計測された圧力Ｐ１を制御部５０が取得し、制御部５０は、前述したように、圧力Ｐ１を記憶するとともに、繊維含有量Ｃを求める。押し出された溶融樹脂Ｍは戻り通路３１５を通って、吐出通路２０４に戻される。以後、図５（ａ）に示すように、開閉弁３２１を開き、また、開閉弁３２２を閉じることで、射出工程への移行準備が整う。
【００５０】
射出工程が終了したならば、保持工程、成形品取り出し工程を経て、次の射出成形サイクルが行なわれる。次のサイクル以降においても、可塑化工程における圧力（繊維含有量）の計測、射出工程においてスクリュ１０の逆転を同様に行う。
制御部５０は、サイクル毎に圧力Ｐ１を記憶しておくとともに、図６（ａ）に示す圧力管理情報と比較する。制御部５０は、取得する圧力Ｐ１が圧力管理情報から外れないように、繊維供給装置２１３に強化繊維Ｆの供給量の調整を指示する。圧力管理情報は、管理値上限と管理値下限を含んでおり、圧力Ｐ１が管理値上限または管理値下限に近づくと、次の射出成形サイクルにおいてはそれに対応して、強化繊維Ｆの供給量を減らすかまたは増やす。これにより、溶融樹脂Ｍの繊維含有量Ｃを成形運転中に監視し、所定の範囲内となるように成形サイクル毎に制御できるので、成形品の品質バラツキを低減することができる。
【００５１】
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することが可能である。
例えば、射出工程時のスクリュの回転は、逆転に限らず正転であっても、スクリュ下方に位置する溝領域をベント孔２０６に対向する位置に位相置換させることができる。したがって、上記の実施形態と同様の強化繊維Ｆが充填されていない領域を低減できる効果を得ることができる。
ところで、射出工程時に逆転する場合は、スクリュ１０の逆転によりスクリュ１０の先端部の溝内の溶融樹脂Ｍが後部側に逆流搬送されることになり、スクリュ１０の先端部の溶融樹脂Ｍの圧力が低下する。このとき、樹脂の種類や逆転の条件によっては、溶融樹脂Ｍ中に気泡が発生し成形品表面に現れて成形不良となる場合がある。しかし、射出工程時にスクリュ１０を正転させる場合は、スクリュ１０の先端部の圧力を低下させることなく、ベント孔２０６下部のスクリュ１０の溝内に強化繊維Ｆを充填できる効果も得ることができる。
なお、このスクリュ１０の正転に伴うスクリュ１０の先端部の溶融樹脂Ｍの圧力上昇によって、スクリュ１０の先端部に備えられた図示しない逆流防止弁の閉鎖が遅れる場合は、正転開始をスクリュ１０の前進開始から遅延することが有効であると考える。スクリュ１０の正転開始の遅延制御としては、タイマーのタイムアップやスクリュ１０の前進量の所定値への到達や射出のための電動モータトルクや油圧力の所定値への到達を検知するなどが考えられる。
【００５２】
本実施形態の可塑化ユニット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た場合は、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。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より前方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より前方のスクリュ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。また、フィーダースクリュの切り替え方は、単なるＯＮ／ＯＦＦ制御でも良いし、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前方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。
【００５３】
また、本実施形態において、スクリュ１０を２ステージタイプの形状で示したが、樹脂供給ホッパ２０７からの樹脂ペレットＰの供給量を制限することで、樹脂供給ホッパ２０７からスクリュ１０内を搬送された溶融樹脂Ｍあるいは未溶融状態の樹脂を含む半溶融樹脂が繊維供給装置２１３に達したときに、スクリュ１０の溝内に強化繊維Ｆを充填できる空隙を設けることができる場合は、１ステージタイプのスクリュ形状を用いてもよい。また、スクリュ１０の先端部にミキシングを設けた図を示しているが、強化繊維Ｆが解繊しやすい場合は、ミキシングを設けなくてもよい。
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。
【符号の説明】
【００５４】
１，２  射出成型機
１０    スクリュ
１１    フライト
２１    第１ステージ
２２    第２ステージ
２３，２５  供給部
２４，２６  圧縮部
１００  型締ユニット
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
２００  可塑化ユニット
２０１  加熱シリンダ
２０３  吐出ノズル
２０５  繊維供給用ホッパ
２０６  ベント孔
２０７  樹脂供給ホッパ
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
２１６  単軸型スクリュフィーダー
２１７  ベルトフィーダ
２１８  ロービングカッター
３１１  アクチュエータ
３１７  加熱ヒータ
Ｆ      強化繊維
Ｍ      溶融樹脂
Ｐ      樹脂ペレット
Ｖ１    前進速度
Ｖ２    回転速度
Ｖ３，Ｖ４  進行速度
【図１】
0005894336.tif 000002
【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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