(57)【要約】【課題】強化繊維の分散性を高め、適切な繊維長の強化繊維が十分に残る繊維強化熱可塑性樹脂の混練方法を提供する。【解決手段】  可塑化装置（２）に熱可塑性樹脂と強化繊維とを供給してスクリュ（１１）を回転して繊維強化熱可塑性樹脂を得る混練方法を対象とする。強化繊維をシリンダ（９）内に供給するとき、異なる複数箇所から供給する。また、可塑化装置（２）はシリンダ（９）のボア（１７）とスクリュ（９）のクリアランスが所定のシリンダ位置から下流側が上流側に比して大きくなるようにし、強化繊維をシリンダ（９）内に供給する１箇所はそのシリンダ位置の下流側から供給する。さらに、シリンダ（９）には、せん断力の大きな混練区間（２７）を設け、上流側から供給した強化繊維が十分に混練されるようにする。【選択図】図１
2019069527.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダと該シリンダに入れられたスクリュとを備えた可塑化装置によって、前記シリンダに熱可塑性樹脂と強化繊維とを供給して前記スクリュを回転して繊維強化熱可塑性樹脂を得る混練方法であって、
前記強化繊維を前記シリンダ内に供給するとき、前記シリンダにおいて異なる複数箇所から供給するようにすることを特徴とする繊維強化熱可塑性樹脂の混練方法。
【請求項２】
請求項１に記載の混練方法において、前記可塑化装置は前記シリンダのボアと前記スクリュのクリアランスが所定のシリンダ位置から下流側が上流側に比して大きくなるようにし、前記強化繊維を前記シリンダ内に供給する前記複数箇所のうち少なくとも１箇所は前記所定のシリンダ位置の下流側から供給することを特徴とする繊維強化熱可塑性樹脂の混練方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の混練方法において、前記シリンダに前記強化繊維を供給する前記複数箇所のうち所定の１箇所から他の１箇所までの区間において、前記スクリュの形状によりせん断力を他の区間より大きくして混練することを特徴とする、繊維強化熱可塑性樹脂の混練方法。
【請求項４】
シリンダと該シリンダ内で回転するスクリュとからなり、前記シリンダに熱可塑性樹脂が供給されて溶融されると共に強化繊維が供給されて混練されて繊維強化熱可塑性樹脂が得られる可塑化装置であって、
前記シリンダには、強化繊維が投入される強化繊維投入口が複数箇所設けられ、並行して複数箇所から強化繊維が投入されるようになっていることを特徴とする可塑化装置。
【請求項５】
請求項４に記載の可塑化装置において、前記複数箇所の強化繊維投入口のうち所定の１箇所から下流においては、前記シリンダのボアと前記スクリュとのクリアランスが、上流側に比して大きくなっていることを特徴とする繊維強化熱可塑性樹脂の可塑化装置。
【請求項６】
請求項４に記載の可塑化装置において、前記可塑化装置はスクリュが２本の二軸押出機からなり、前記シリンダのボアは２個の同じ大きさの円が一部だけ重なり合った断面形状を呈し、これによって上下の２箇所からそれぞれ内側に向かうバレルチップが形成されており、前記複数箇所の強化繊維投入口のうち所定の１箇所から下流においては、前記ボアは少なくとも上下の一方の前記バレルチップが切断された形状になっていることを特徴とする繊維強化熱可塑性樹脂の可塑化装置。
【請求項７】
請求項４〜６のいずれかの項に記載の可塑化装置において、所定の１箇所の前記強化繊維投入口と他の１箇所の前記強化繊維投入口の間の区間において、前記スクリュには他の区間に比して混練時のせん断力の大きなフライトが形成されていることを特徴とする繊維強化熱可塑性樹脂の可塑化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、射出成形機の射出装置、押出機等のシリンダとスクリュを有する可塑化装置を使用して、熱可塑性樹脂と、炭素繊維、ガラス繊維等の強化繊維とから繊維強化熱可塑性樹脂を得る混練方法、および可塑化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
炭素繊維、ガラス繊維等の強化繊維と熱可塑性樹脂とからなる繊維強化熱可塑性樹脂によって成形される成形品は強度が大きく、色々な分野に利用されている。繊維強化熱可塑性樹脂は、射出成形機の射出装置、押出機等のスクリュを備えた可塑化装置によって混練して得られる。例えば、押出機によって繊維強化熱可塑性樹脂を得るには、ホッパから熱可塑性樹脂の材料である樹脂ペレットを供給する。樹脂ペレットは押出機のシリンダの中で溶融してスクリュによって前方に送られる。シリンダの所定の位置においてシリンダ内に強化繊維を供給する。強化繊維はいわゆるロービングとして提供されている。すなわち炭素繊維、ガラス繊維等の強化繊維は単繊維が数十〜数百本で集束されてストランドにされ、このようなストランドが数十本撚り合わされて粗糸状にされている。このようなロービングをそのままシリンダに供給する。あるいは所定長さに切断してシリンダに供給する。そうするとスクリュの回転によって溶融樹脂と強化繊維とが混練され、強化繊維がバラバラに分散すると共に適宜切断され、繊維強化熱可塑性樹脂が得られる。押出機の先端に設けられている所定のダイから押し出すと塊状中間成形物が得られる。これを圧縮用金型に搬送して圧縮成形すると繊維強化熱可塑性樹脂からなる成形品が得られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−６４６０７号公報
【０００４】
特許文献１には、熱可塑性樹脂と強化繊維とから繊維強化熱可塑性樹脂を製造するとき、ロービングとして提供される強化繊維を開繊して供給する方法が記載されている。この文献によると「開繊」とは、強化繊維束を連続して幅広く薄い状態にする工程であり、具体的な開繊方法としては、強化繊維の束を丸棒でしごいたり、水流や高圧空気流をあてたり、超音波振動で加振してばらけさせたり、あるいは開繊ローラを備えた開繊装置によって実施するようにしている。つまり物理的な力を作用させてロービングの状態で互いに拘束されている強化繊維をばらけさせるようにしている。特許文献１に記載の方法では、このように強化繊維を開繊した後に、これを所定長さに切断して切断済み強化繊維とする。そして例えば射出成形機であれば射出装置の加熱シリンダに切断済み強化繊維を供給する。そうすると加熱シリンダ内で溶融樹脂と強化繊維とが混練されて繊維強化熱可塑性樹脂が得られる。開繊せずに強化繊維束の状態で加熱シリンダに投入する従来の方法では、樹脂との混練時に強化繊維に作用する外力が束の外側と内側とで不均一になって強化繊維が折れたり切断し易いが、特許文献１に記載の方法により開繊した強化繊維を供給して樹脂と混練するようにすると強化繊維に作用する外力が一様になるので切断され難くなる。これによって繊維長分布が均一な繊維強化熱可塑性樹脂が得られる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の方法によっても、あるいは特許文献１に記載の方法によってもスクリュを備えた可塑化装置によって繊維強化熱可塑性樹脂を混練して得ることはできる。そしてこれを型締めした金型に直接射出する、あるいは押し出して塊状中間成形物を得て成形用金型に搬入して圧縮成形すると、成形品を得ることはできる。しかしながら解決すべき点、あるいは改善すべき点も見受けられる。繊維強化熱可塑性樹脂には、樹脂中に強化繊維が均一に分散していること、および適切な繊維長の強化繊維が多く残っていること、の２点が要求される。強化繊維の分散が不均一であれば成形品において強度の弱い部分が生じてしまうからであり、適切な繊維長の強化繊維が少なければ高い強度が得られないからである。しかしながら、これら２点の要求は二律背反の関係にある。樹脂と強化繊維の混練はスクリュを回転して実施するが、例えば、強化繊維の分散性を高めるには大きなせん断力が作用するスクリュを使用したり、シリンダの上流から強化繊維を供給して比較的長時間混練する必要がある。このようにすると強化繊維の分散性が高くなるだけなく強化繊維への樹脂の含浸も促進される。しかしながら、強化繊維は切断されて適切な繊維長の強化繊維の割合が低下し、成形品の強度が十分に得られなくなる。一方、適切な繊維長の強化繊維を多く残すには、スクリュの形状を工夫して混練時のせん断力を小さくするようにしたりシリンダの下流から強化繊維を供給して混練の時間を比較的短時間にすればよい。しかしながらこのように混練すると強化繊維の分散が不十分になって、得られる成形品において強度が均一に発現しない。従来の方法においても、あるいは特許文献１に記載の方法においても、これらの二律背反の要求を同時に満たすことはできない。一応、特許文献１に記載されている方法は、ロービングとして提供されている強化繊維を開繊して樹脂に供給し混練するようになっているので、強化繊維が束になっている場合に比して樹脂との混練時に強化繊維に作用する外力は均一になり、強化繊維の切断をある程度抑制することはできるが、強化繊維の分散性を高めるために十分に混練しようとすると、せん断力による強化繊維の切断は避けられない。つまり前記した二律背反の関係にある２つの要求を同時に満たすことはできない。
【０００６】
したがって本発明は、熱可塑性樹脂と、炭素繊維、ガラス繊維等の強化繊維とを混合・混練して繊維強化熱可塑性樹脂を得るとき、強化繊維の分散性を高めると共に適切な繊維長の強化繊維が十分に残るようにする繊維強化熱可塑性樹脂の混練方法、およびそのような混練方法を実施する可塑化装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、シリンダと該シリンダに入れられたスクリュとを備えた可塑化装置によって、前記シリンダに熱可塑性樹脂と強化繊維とを供給して前記スクリュを回転して繊維強化熱可塑性樹脂を得る混練方法を対象としている。本発明は、強化繊維をシリンダ内に供給するとき、シリンダにおいて異なる複数箇所から供給するように構成する。また、可塑化装置はシリンダのボアとスクリュのクリアランスが所定のシリンダ位置から下流側が上流側に比して大きくなるようにし、強化繊維をシリンダ内に供給する複数箇所のうち少なくとも１箇所はそのシリンダ位置の下流側から供給するように構成する。さらに、シリンダに強化繊維を供給する複数箇所のうち所定の１箇所から他の１箇所までの区間において、スクリュの形状によりせん断力を他の区間より大きくして混練するように構成する。
【０００８】
すなわち、請求項１に記載の発明は、シリンダと該シリンダに入れられたスクリュとを備えた可塑化装置によって、前記シリンダに熱可塑性樹脂と強化繊維とを供給して前記スクリュを回転して繊維強化熱可塑性樹脂を得る混練方法であって、前記強化繊維を前記シリンダ内に供給するとき、前記シリンダにおいて異なる複数箇所から供給するようにすることを特徴とする繊維強化熱可塑性樹脂の混練方法として構成される。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の混練方法において、前記可塑化装置は前記シリンダのボアと前記スクリュのクリアランスが所定のシリンダ位置から下流側が上流側に比して大きくなるようにし、前記強化繊維を前記シリンダ内に供給する前記複数箇所のうち少なくとも１箇所は前記所定のシリンダ位置の下流側から供給することを特徴とする繊維強化熱可塑性樹脂の混練方法として構成される。
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の混練方法において、前記シリンダに前記強化繊維を供給する前記複数箇所のうち所定の１箇所から他の１箇所までの区間において、前記スクリュの形状によりせん断力を他の区間より大きくして混練することを特徴とする、繊維強化熱可塑性樹脂の混練方法として構成される。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、シリンダと該シリンダ内で回転するスクリュとからなり、前記シリンダに熱可塑性樹脂が供給されて溶融されると共に強化繊維が供給されて混練されて繊維強化熱可塑性樹脂が得られる可塑化装置であって、前記シリンダには、強化繊維が投入される強化繊維投入口が複数箇所設けられ、並行して複数箇所から強化繊維が投入されるようになっていることを特徴とする可塑化装置として構成される。
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の可塑化装置において、前記複数箇所の強化繊維投入口のうち所定の１箇所から下流においては、前記シリンダのボアと前記スクリュとのクリアランスが、上流側に比して大きくなっていることを特徴とする繊維強化熱可塑性樹脂の可塑化装置として構成される。
請求項６に記載の発明は、請求項４に記載の可塑化装置において、前記可塑化装置はスクリュが２本の二軸押出機からなり、前記シリンダのボアは２個の同じ大きさの円が一部だけ重なり合った断面形状を呈し、これによって上下の２箇所からそれぞれ内側に向かうバレルチップが形成されており、前記複数箇所の強化繊維投入口のうち所定の１箇所から下流においては、前記ボアは少なくとも上下の一方の前記バレルチップが切断された形状になっていることを特徴とする繊維強化熱可塑性樹脂の可塑化装置として構成される。
請求項７に記載の発明は、請求項４〜６のいずれかの項に記載の可塑化装置において、所定の１箇所の前記強化繊維投入口と他の１箇所の前記強化繊維投入口の間の区間において、前記スクリュには他の区間に比して混練時のせん断力の大きなフライトが形成されていることを特徴とする繊維強化熱可塑性樹脂の可塑化装置として構成される。
【発明の効果】
【００１０】
以上のように、本発明によると、シリンダと該シリンダに入れられたスクリュとを備えた可塑化装置によって、シリンダに熱可塑性樹脂と強化繊維とを供給してスクリュを回転して繊維強化熱可塑性樹脂を得る混練方法を対象としている。そして、強化繊維をシリンダ内に供給するとき、シリンダにおいて異なる複数箇所から供給するように構成されている。そうすると上流側で供給される強化繊維は、長い距離に渡って混練されてせん断力の作用を受けるので、混練により切断される繊維は若干多いが、樹脂中に強化繊維を均一に分散させることができる。一方、下流側で供給される強化繊維は短い距離しか混練できないので樹脂中において分散は不十分になる可能性はあるが、混練による切断を少なくすることができる。つまり適切な繊維長の強化繊維を大きい割合で残せる。これらによって、樹脂中には比較的短い強化繊維が均一に分散していると共に比較的長い繊維が所定の割合で含まれる状態になる。つまり、二律背反であると考えられていた２点の要求、すなわち繊維強化熱可塑性樹脂において強化繊維が均一に分散していること、および適切な繊維長の強化繊維が多く残っていること、のいずれも満たすことができる。強化繊維は比較的短くてもある程度の強度が発現し、適切な繊維長があれば十分に大きい強度が発現する。従って、このような繊維強化熱可塑性樹脂から成形品を成形すると、場所による強度の分布にムラができるのを抑制しつつ、全体として強度の高い成形品を得ることができる。他の発明によると、可塑化装置はシリンダのボアとスクリュのクリアランスが所定のシリンダ位置から下流側が上流側に比して大きくなるようにし、強化繊維をシリンダ内に供給する複数箇所のうち少なくとも１箇所は前記所定のシリンダ位置の下流側から供給するようにしている。そうすると、その１箇所から供給される強化繊維は、切断を十分に抑制できる。従って、樹脂中において適切な繊維長の強化繊維を十分な割合で残せることになる。さらに他の発明によると、シリンダに強化繊維を供給する複数箇所のうち所定の１箇所から他の１箇所までの区間において、スクリュの形状によりせん断力を他の区間より大きくして混練するようにしている。そうするとこの区間において強化繊維を強制的に樹脂中に分散させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態に係る成形装置を示す図で、その（ア）は成形装置を一部断面で示す正面図、その（イ）、（ウ）は成形装置を構成する本発明の実施の形態に係る二軸押出機についてそれぞれＸ−Ｘ、Ｙ−Ｙにおいて切断した断面図である。
【図２】二軸押出機において強化繊維と熱可塑性樹脂を混練する様子を示す図で、その（ア）は二軸押出機の上流側の断面図であり、その（イ）は二軸押出機の下流側の断面図である。
【図３】本発明の他の実施の形態に係る成形装置を一部断面で示す正面図である。
【図４】本発明の他の実施の形態に係る単軸スクリュの押出機の断面図であり、その（ア）は押出機の上流側の断面図、その（イ）は強化繊維投入口より下流側の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の実施の形態について説明する。本実施の形態に係る成形装置１は、図１の（ア）に示されているように、熱可塑性樹脂と強化繊維とを混練して繊維強化熱可塑性樹脂を得る可塑化装置、すなわち本実施の形態に係る二軸押出機２と、該二軸押出機２から押し出した塊状中間成形物を圧縮成形して成形品を得る成形用金型４と、この成形用金型４を型締めする型締装置５と、二軸押出機２から押し出された塊状中間成形物を成形用金型４に搬送するロボットアーム７とから構成されている。
【００１３】
本実施の形態に係る二軸押出機２も、従来の二軸押出機と同様に複数個のシリンダブロック９ａ、９ｂ、…が連結されてなるシリンダ９と、このシリンダ９に入れられている２本のスクリュ１１、１１とから構成されている。シリンダ９の上流つまり後端部にはホッパ１２が設けられ熱可塑性樹脂のペレットが供給されるようになっている。次に説明するようにシリンダ９には強化繊維も供給されるようになっており、スクリュ１１、１１によって熱可塑性樹脂と強化繊維とが混練されて繊維強化熱可塑性樹脂が得られる。シリンダ９の先端には繊維強化熱可塑性樹脂が押し出される所定のダイ１５が設けられ、図には示されていないが、押し出された強化繊維熱可塑性樹脂を所定の大きさで切断するカッターがダイ１５に関連して設けられている。これによって塊状中間成形物が得られるようになっている。なお、シリンダ９の外周面には複数のヒータが設けられて、シリンダ９を加熱するようになっているが図１には示されていない。
【００１４】
本実施の形態に係る二軸押出機２は、強化繊維の供給口が軸方向に所定の間隔を空けて２箇所設けられている点に特徴がある。すなわち、第１、２の強化繊維投入口１３、１４が設けられている。本実施の形態においては、第１の強化繊維投入口１３はシリンダ９の中央部寄りであるシリンダブロック９ｊに、第２の強化繊維投入口１４はシリンダ９の先端に近いシリンダブロック９ｍに設けられている。これらの第１、２の強化繊維投入口１３、１４に関連して、強化繊維ロール１８、１９が設けられ、ロープ状の強化繊維束、すなわちロービングが引き出され第１、２の強化繊維投入口１３、１４に供給されるようになっている。
【００１５】
本実施の形態に係る二軸押出機２はスクリュ１１、１１が入れられているシリンダ９のボア１７ａ、１７ｂにも特徴がある。第２の強化繊維投入口１４より上流側、つまり図１の（ア）において符号２０で示されている区間においては、ボア１７ａは従来の二軸押出機のボアと同様の形状に形成されている。しかしながら第２の強化繊維投入口１４近傍から下流側、つまり符号２１で示されている区間においては、ボア１７ｂは従来の二軸押出機のボアと異なる形状に形成されている。これを説明する。まず符号２０の区間において、ボア１７ａは、図１の（イ）に示されているように、水平に配置されている２個の同じ大きさの円が一部だけ重なり合った形状を呈している。これによってボア１７ａには、その上側と下側においてそれぞれ内側に向かう突起、つまりバレルチップ２３、２３が形成されている。このような形状のボア１７ａに２本のスクリュ１１、１１が入れられている。これに対して符号２１の区間において、ボア１７ｂは、図１の（ウ）に示されているように、上側のバレルチップ２３が切り取られており、この上側の部分が平面状になっている。また一部が重なり合う２個の円の直径は、図１の（イ）に示されているボア１７ａの２個の円よりも若干大きい。従ってボア１７ｂとスクリュ１１、１１とのクリアランスは、符号２４で示されているように、上流側に比して大きくなっている。
【００１６】
本発明の実施の形態に係る二軸押出機２は、スクリュ１１、１１のフライトの形状についても特徴がある。まず、スクリュ１１、１１は、第１、２の強化繊維投入口１３、１４の近傍において、他の区間に比して輸送力が大きくなるようにフライトが形成されている。輸送力が大きいので、第１、２の強化繊維投入口１３、１４の近傍には樹脂圧力が低下する飢餓区間２５、２６が形成される。飢餓区間２５、２６におけるフライトの形状として、例えばフライト間の溝の深さを深くしてもよいし、フライト幅を狭くしてもよい。本実施の形態においてはフライトのピッチを他の部分に比して大きくして輸送力が大きくなるようにしている。なお本実施の形態においてスクリュ１１、１１は、飢餓区間２５、２６において二重フライトになっている。
【００１７】
本実施の形態においてスクリュ１１、１１は、第１の強化繊維投入口１３と第２の強化繊維投入口１４で挟まれた区間において、混練の作用を強める混練区間２７が設けられている点にも特徴がある。混練区間２７には、例えばニーディングフライトを設けることもできるが、本実施の形態においてはミキシングフライトが設けられている。
【００１８】
本実施の形態において成形用金型４は、圧縮成形により成形品を成形する金型からなる。この成形用金型４を型締めする型締装置５はトグル機構によって、あるいは型締シリンダによって型締めするようになっている。
【００１９】
本実施の形態に係る成形装置１によって、繊維強化熱可塑性樹脂を得、成形品を成形する成形方法を説明する。本発明の実施の形態に係る二軸押出機２において、スクリュ１１、１１を回転してホッパ１２から熱可塑性樹脂のペレットを供給する。ペレットはシリンダ９において溶融して前方に送られる。溶融した樹脂の圧力は飢餓区間２５において下がる。強化繊維ロール１８から引き出したロービング、つまり強化繊維２８を第１の強化繊維投入口１３からシリンダ９内に供給する。飢餓区間２５によって樹脂圧力が低下するので、強化繊維の供給は容易に実施できる。強化繊維２８は、シリンダ９内に供給されスクリュ１１、１１の回転によって混練されるとき、その一部は図２の（ア）に示されているように２本のスクリュ１１、１１の周囲に巻かれた状態になる。強化繊維２８にはバレルチップ２３、２３において押されて強いテンションが作用し、そして符号３１、３２で示されているように、シリンダ９のボア１７ａとスクリュ１１、１１の間で摩擦が作用する。従ってこれらの作用によって切断される。また樹脂との混練によるせん断力によっても切断され、比較的短い強化繊維が樹脂中に均一に分散することになる。このような樹脂つまり繊維強化熱可塑性樹脂は混練区間２７によって、さらに強力に混練され、強化繊維の分散性がさらに大きくなる。繊維強化熱可塑性樹脂が飢餓区間２６に送られると樹脂圧力が再び低下する。強化繊維ロール１９から引き出したロービング、つまり強化繊維２９を第２の強化繊維投入口１４からシリンダ９内に供給する。符号２１で示されている区間はシリンダ９のボア１７ｂとスクリュ１１、１１のクリアランスは大きく、バレルチップ２１は下側だけしか設けられていない。第２の強化繊維投入口１４から供給された強化繊維２９は、その一部が図２の（イ）に示されているように、スクリュ１１、１１の周囲に巻かれるが、この強化繊維２９に作用するテンションは小さく、ボア１７ｂとスクリュ１１のクリアランスが大きいので摩擦も作用し難い。つまり強化繊維２９は切断されにくい。強化繊維２９は混練によるせん断力で切断されるが、切断され過ぎて細かくなることはない。そうすると繊維強化熱可塑性樹脂において適切な繊維長の強化繊維が十分に残ることになる。つまり本実施の形態に係る二軸押出機２によって得られる繊維強化熱可塑性樹脂には、比較的短い強化繊維が均一に分散していると共に適切な繊維長の強化繊維が十分に含まれることになる。図１の（ア）に示されているように、ダイ１５から所定量の繊維強化熱可塑性樹脂を押し出し、所定のカッターで切断する。そうすると塊状中間成形物が得られる。ロボットアーム７によって塊状中間成形物を把持し、型開きした成形用金型４のキャビティに搬入する。型締装置５を駆動して圧縮成形する。冷却固化を待って型開きすると、成形品が得られる。以下、同様に成形する。
【００２０】
本実施の形態に係る繊維強化熱可塑性樹脂の混練方法は、このように可塑化装置に強化繊維を供給するとき異なる２箇所以上の複数箇所から供給することに特徴があるが、可塑化装置として、射出成形機の射出装置を使用しても本発明に係る混練方法を実施できる。図３には、第２の実施の形態に係る成形装置３５、つまり射出成形機３５が示されている。射出成形機３５の射出装置３６すなわち可塑化装置は、シリンダ３７とこのシリンダ３７内で軸方向と回転方向とに駆動されるスクリュ３８とから構成されている。シリンダ３７の後端部にはホッパ４０が設けられ、先端部寄りには強化繊維投入口４１が設けられている。スクリュ３８は強化繊維投入口４１近傍においてフライト溝が深くなっており、樹脂の圧力が低下する飢餓区間になっている。シリンダ３７の先端には射出ノズル４３が設けられ、型締装置４４によって型締めされる成形用金型４５のスプルに当接している。この第２の実施の形態に係る成形装置３５においては、ホッパ４０は熱可塑性樹脂のペレットを供給するだけでなく、強化繊維の供給も兼ねている。ホッパ４０に対応して、強化繊維供給装置４６が設けられており、強化繊維供給装置４６は強化繊維ロール４７と切断装置４８とを備えている。強化繊維ロール４７から引き出されたロービングの強化繊維は切断装置４８によって切断されてホッパ４０からシリンダ３７内に供給されるようになっている。なおホッパ４０には、図には示されていないが所定のフィーダーが設けられており、熱可塑性樹脂のペレットと強化繊維とが一定の比率でシリンダ９内に供給されるようになっている。スクリュ３８を回転するとホッパ４０から供給されたペレットと強化繊維とが前方に送られ、ペレットが溶融し、強化繊維と共に混練されて強化繊維はせん断力によって切断される。つまり比較的短い強化繊維が均一に分散した繊維強化熱可塑性樹脂が得られる。このような繊維強化熱可塑性樹脂はスクリュ３８によって送られて飢餓区間において樹脂圧力が低下する。強化繊維ロール４９から引き出されたロービングの強化繊維が強化繊維投入口４１からシリンダ３７内に供給される。ここで供給された強化繊維も混練のせん断力によってある程度切断されるが適切な繊維長の強化繊維が十分に残る。つまり、比較的短い強化繊維が均一に分散していると共に適切な繊維長の強化繊維が十分に含まれる繊維強化熱可塑性樹脂が計量される。型締装置４４によって成形用金型４５を型締めし、スクリュ３８を駆動して繊維強化熱可塑性樹脂を射出する。冷却固化を待って型開きすると成形品が得られる。
【００２１】
本実施の形態に係る成形装置１、あるいは成形装置３５は色々な変形が可能である。例えば強化繊維の投入口は２箇所として説明したが、３箇所以上あってもよい。また強化繊維はロービングとしてそのまま供給してもよいし、切断して供給してもよい。さらにはホッパ１２、４０から供給するペレットとして強化繊維入りペレットを採用することも考えられる。この場合、シリンダ９、３７において他の１箇所からさらに強化繊維を供給すれば、実質的に２箇所から強化繊維を供給したことになる。つまり、シリンダ９、３７において異なる２箇所から強化繊維を供給したことになる。そうすると、比較的短い強化繊維が均一に分散していると共に適切な繊維長の強化繊維が十分に含まれる繊維強化熱可塑性樹脂が得られる。つまり本発明に係る繊維強化熱可塑性樹脂の混練方法が実施できる。
【００２２】
本実施の形態に係る成形装置１において二軸押出機２のボア１７ｂを変形することも可能である。二軸押出機２は、第２の強化繊維投入口１４の近傍から下流にかけて、ボア１７ｂとスクリュ１１、１１のクリアランスが上流に比して大きくなっていると共に、第２の強化繊維投入口１４の近傍から下流にかけて、上下のバレルチップ２３、２３の少なくとも一方が取り除かれているように説明した。しかしながら、ボア１７ａ、１７ｂとスクリュ１１、１１のクリアランスは一定にし、かつバレルチップ２３、２３は取り除かないようにしてもよい。このようにすると第２の強化繊維投入口１４から投入した強化繊維は切断されやすくはなるが、混練される時間は第１の強化繊維投入口１３から供給される強化繊維に比して短いので、適切な繊維長の強化繊維は十分に残ることになる。あるいは、このような変形とは逆の方向での変形も可能である。つまり第２の強化繊維投入口１４の近傍から下流にかけてボア１７ｂとスクリュ１１、１１のクリアランスを大きくすると共に、上下のバレルチップ２３、２３の両方を取り除いてもよい。このようにすると第２の強化繊維投入口１４から供給される強化繊維の切断はさらに抑制されることになる。
【００２３】
本発明の実施の形態に係る繊維強化熱可塑性樹脂の混練方法は、可塑化装置として単軸からなる押出機も使用できる。単軸からなる押出機によって実施する場合にも、強化繊維はシリンダにおいて異なる２箇所以上の複数箇所から供給すればよい。なお、シリンダ内において２箇所から強化繊維を供給する場合、最下流の供給箇所に対して、その上流側については、図４の（ア）に示されているように、シリンダ５０のボア５１とスクリュ５２とのクリアランスは小さくし、下流側については、図４の（イ）に示されているようにシリンダ５０のボア５１とスクリュ５２とのクリアランスを大きくするようにすることが好ましい。そうすると、押出機において上流側で供給される強化繊維は樹脂との混練によって切断されて若干短くはなるが繊維強化熱可塑性樹脂中において均一に分散することになり、下流側で供給される強化繊維は切断されにくく適切な繊維長の長さの強化繊維が十分に残ることになる。
【符号の説明】
【００２４】
１    成形装置                ２    二軸押出機
４    成形用金型              ５    型締装置
７    ロボットアーム          ９    シリンダ
１１    スクリュ              １２    ホッパ
１３    第１の強化繊維投入口  １４    第２の強化繊維投入口
１５    ダイ                  
１７ａ、１７ｂ    ボア
１８    強化繊維ロール        １９    強化繊維ロール
２３    バレルチップ          ２５    飢餓区間
２６    飢餓区間              ２７    混練区間
２８    強化繊維              ２９    強化繊維
３５    射出成形機            ３６    射出装置
３７    シリンダ              ３８    スクリュ
４０    ホッパ                ４１    強化繊維投入口
４３    射出ノズル            ４４    型締装置
４５    成形用金型            ４６    強化繊維供給装置
４７    強化繊維ロール        ４８    切断装置
４９    強化繊維ロール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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