(57)【要約】【課題】計量工程における可塑化装置の制御を最適なものとして、良好な複合成形品を成形することのできる複合材料の可塑化装置または複合材料の可塑化方法を提供する【解決手段】強化繊維材料Ａと樹脂材料Ｂを加熱筒１３内に供給して可塑化を行う複合材料の可塑化装置１１において、強化繊維材料Ａと樹脂材料Ｂの供給量を調整制御可能な材料供給装置２２，２３と、加熱筒１３内のスクリュ１４を回転する計量用モータ１８が設けられるとともに、計量工程における飢餓状態検出要素の検出に基づいて、前記材料供給装置２２，２３からの強化繊維材料Ａと樹脂材料Ｂの供給量を調整制御する。【選択図】図１
2019048435.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
強化繊維材料と樹脂材料を加熱筒内に供給して可塑化を行う複合材料の可塑化装置において、
強化繊維材料と樹脂材料の供給量を調整制御可能な材料供給装置と、
加熱筒内のスクリュを回転する計量用モータが設けられるとともに、
計量工程における飢餓状態検出要素の検出に基づいて、前記材料供給装置からの強化繊維材料と樹脂材料の供給量を調整制御することを特徴とする複合材料の可塑化装置。
【請求項２】
前記飢餓状態検出要素は、計量工程の計量時間、計量工程のスクリュの総回転量、計量工程の計量モータのトルク、および計量工程の供給口における材料量の少なくとも一つであることを特徴とする請求項１に記載の複合材料の可塑化装置。
【請求項３】
強化繊維材料と樹脂材料を加熱筒に供給して可塑化を行う複合材料の可塑化装置において、
強化繊維材料と樹脂材料の供給量を調整制御可能な材料供給装置と、
加熱筒内のスクリュを回転する計量用モータがそれぞれ設けられるとともに、
計量工程における強化繊維材料と樹脂材料の供給量の調整制御に用いる基準値の設定は、少なくとも計量時間とスクリュの総回転量が選択可能に設けられていることを特徴とする複合材料の可塑化装置。
【請求項４】
強化繊維材料と樹脂材料を加熱筒に供給して可塑化を行う複合材料の可塑化方法において、
強化繊維材料と樹脂材料の供給量を調整制御可能な材料供給装置と、
加熱筒内のスクリュを回転する計量用モータがそれぞれ設けられ、
計量工程における強化繊維材料と樹脂材料の供給量の調整制御に用いる基準値となる計量時間を冷却時間の設定時間に対して０．５倍〜１．０倍の範囲に設定することを特徴とする複合材料の可塑化方法。
【請求項５】
強化繊維材料と樹脂材料を加熱筒に供給して可塑化を行う複合材料の可塑化方法において、
強化繊維材料と樹脂材料の供給量を調整制御可能な材料供給装置と、
加熱筒内のスクリュを回転する計量用モータがそれぞれ設けられるとともに、
成形された複合成形品の繊維長が不足する際は、計量工程のスクリュの回転速度を減少させるかまたは前記材料の供給量を所定値までの間で増加させ、
成形された複合成形品の繊維の分散が不足する際は、計量工程の計量時間の延長またはスクリュの総回転量の増加を行うか前記材料の供給量を所定値までの間で減少させることを特徴とする複合材料の可塑化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、強化繊維材料と樹脂材料を加熱筒に供給して可塑化を行う複合材料の可塑化装置および可塑化方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、強化繊維材料と樹脂材料を加熱筒に供給して可塑化を行う複合材料の可塑化装置としては特許文献１に記載のものが知られている。特許文献１のように繊維含有ペレットを使用せずに強化繊維材料と樹脂材料をそれぞれ別々に加熱筒に供給する直接成形は、材料コストを低減することが可能となる。
【０００３】
また特許文献１の（００３２）に記載されているようにこれらの強化繊維材料と樹脂材料の可塑化装置においては、加熱筒内に空間を持った飢餓状態とすることも行われている。飢餓成形を行うことは、特許文献１のように負圧吸引装置を設けた場合には空間内の気体の吸引を容易にする効果がある。また飢餓成形を行うことは負圧吸引装置の有無にかかわらず、材料が加熱筒内へ供給されてから加熱筒の前方に貯留されるまでのスクリュの総回転量を増加させることができ、加熱筒内の特定部分で材料が強いストレスを受けにくくなるといった効果も備える。
【０００４】
前者の飢餓成形においては材料が加熱筒内へ供給されてから加熱筒の前方に貯留されるまでのスクリュの総回転量を増加させることができることについて更に説明すると、スクリュの総回転量が増加すれば材料がスクリュ回転の影響をより長い時間にわたり受けるので、強化繊維材料と樹脂材料の混合および分散が良好になる。また後者の飢餓成形においては加熱筒内の特定部分で材料が強いストレスを受けにくいという問題について更に説明すると、通常の成形のように加熱筒内に材料が充満した状態でスクリュが回転されるとまだ完全に溶融していない材料がコンプレッションゾーンからメタリングゾーンへ送られることになり、これらのゾーンにおいては部分的に材料の圧力が増大する。しかし前記のようにこのゾーンにおける材料は完全に溶融されていないので、スクリュ回転とともに強いせん断力を受ける。この際、材料に強化繊維を含むものでは、前記強化繊維がせん断力により切断されてしまうという問題がある。一方飢餓成形においては加熱筒内で部分的に材料の圧力が増大することが無いので、強化繊維の切断が発生しにくい。
【０００５】
従って強化繊維材料と樹脂材料を加熱筒に供給して可塑化を行う複合材料の可塑化装置においても飢餓成形を行うことが有効となるが、飢餓成形を行う場合、加熱筒内の材料量を一定状態に安定させるのが困難であるという問題があった。この問題に対応するものとして特許文献２に記載されたものが知られている。特許文献２は（００２７）に補強材として、ガラス繊維やカーボン繊維などが用いられてもよいことが記載されている。そして特許文献２では飢餓成形を行うに際してスクリュの回転数（回転速度）に基づいて各原料計量スクリュの回転数との比が所定値となるように設定することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１３−２２６６７２号公報（００３１、００３２、図１）
【特許文献２】特開２０１４−１００８９６号公報（００３８ないし００４２、図２、）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら特許文献２では、スクリュは材料の多少に関係なく設定回転数とほぼ同回転数（回転速度）で回転することが可能なため、実際には次のような問題が生じる。特許文献２では加熱筒内の材料の量に関連して検出される値を用いて制御を行う訳ではないので、原料計量スクリュの供給量は常にほぼ一定となり、微妙な調整を行うことができない。即ち実際の成形では、コントローラの制御により計量制御や射出制御が精密に行われたとしてもスクリュの摩耗などに起因する誤差により、常時完全に正確な計量や射出が行われる訳ではない。そして成形サイクル毎に発生する微差が、多数の成形サイクルを重ねるうちに累積されて加熱筒内の材料の量が変化してくる。しかしながら特許文献２ではそのような問題に対して加熱筒内の材料の量の変化を把握することができずに解決策を備えていない。
【０００８】
そこで本発明はこれらの問題に対応するものであり、飢餓成形による計量工程における可塑化装置の制御を最適なものとして、良好な複合成形品を成形することのできる複合材料の可塑化装置および可塑化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】
【０００９】
本発明の請求項１に記載の複合材料の可塑化装置は、強化繊維材料と樹脂材料を加熱筒内に供給して可塑化を行う複合材料の可塑化装置において、強化繊維材料と樹脂材料の供給量を調整制御可能な材料供給装置と、加熱筒内のスクリュを回転する計量用モータが設けられるとともに、計量工程における飢餓状態検出要素の検出に基づいて、前記材料供給装置からの強化繊維材料と樹脂材料の供給量を調整制御することを特徴とする。
【００１０】
本発明の請求項２に記載の複合材料の可塑化装置の材料供給装置は、請求項１において、前記飢餓状態検出要素は、計量工程の計量時間、計量工程のスクリュの総回転量、計量工程の計量モータのトルク、および計量工程の供給口における材料量の少なくとも一つであることを特徴とする。
【００１１】
本発明の請求項３に記載の複合材料の可塑化装置は、強化繊維材料と樹脂材料を加熱筒に供給して可塑化を行う複合材料の可塑化装置において、強化繊維材料と樹脂材料の供給量を調整制御可能な材料供給装置と、加熱筒内のスクリュを回転する計量用モータがそれぞれ設けられるとともに、計量工程における強化繊維材料と樹脂材料の供給量の調整制御に用いる基準値の設定は、少なくとも計量時間とスクリュの総回転量が選択可能に設けられていることを特徴とする。
【００１２】
本発明の請求項４に記載の複合材料の可塑化方法は、強化繊維材料と樹脂材料を加熱筒に供給して可塑化を行う複合材料の可塑化方法において、強化繊維材料と樹脂材料の供給量を調整制御可能な材料供給装置と、加熱筒内のスクリュを回転する計量用モータがそれぞれ設けられ、計量工程における強化繊維材料と樹脂材料の供給量の調整制御に用いる基準値となる計量時間を冷却時間の設定時間に対して０．５倍〜１．０倍の範囲に設定することを特徴とする。
【００１３】
本発明の請求項５に記載の複合材料の可塑化方法は、強化繊維材料と樹脂材料を加熱筒に供給して可塑化を行う複合材料の可塑化方法において、強化繊維材料と樹脂材料の供給量を調整制御可能な材料供給装置と、加熱筒内のスクリュを回転する計量用モータがそれぞれ設けられるとともに、成形された複合成形品の繊維長が不足する際は、計量工程のスクリュの回転速度を減少させるかまたは前記材料の供給量を所定値までの間で増加させ、成形された複合成形品の繊維の分散が不足する際は、計量工程の計量時間の延長またはスクリュの総回転量の増加を行うか前記材料の供給量を所定値までの間で減少させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の複合材料の可塑化装置は、強化繊維材料と樹脂材料を加熱筒内に供給して可塑化を行う複合材料の可塑化装置において、強化繊維材料と樹脂材料の供給量を調整制御可能な材料供給装置と、加熱筒内のスクリュを回転する計量用モータが設けられるとともに、計量工程における飢餓状態検出要素の検出に基づいて、前記材料供給装置からの強化繊維材料と樹脂材料の供給量を調整制御するので、計量工程における可塑化装置の制御を最適なものとして、良好な複合成形品を成形することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施形態の複合材料の可塑化装置の要部拡大断面図である。
【図２】本実施形態の複合材料の可塑化方法を示すフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本実施形態の可塑化装置について図１を参照して説明する。本実施形態の可塑化装置は、炭素繊維材料Ａと樹脂材料Ｂを含む複合材料の成形品を成形するための射出成形機（射出圧縮成形機を含む）の射出装置１１とその材料供給装置１２を備えている。本実施形態では射出成形機の射出装置１１は一般的なものである。射出装置１１の加熱筒１３は、所定肉厚の円筒部材であり、ヒータ１３ａと図示しない熱電対がそれぞれ複数配設され、各ヒータ１３ａのゾーンごとに温度制御が可能となっている。そして加熱筒１３の軸方向の中心に設けられた内孔１３ｂには計量および射出用のスクリュ１４が回転可能かつ前後進可能に配設されている。スクリュ１４にはフライト部１４ａが設けられ、計量時にはスクリュ１４の回転により炭素繊維材料Ａを含む樹脂材料Ｂを混練・計量しながらスクリュ前方の内孔１３ｂ内に送って貯留し、射出時はスクリュ１４の前進により前記貯留した材料を図示しない金型内のキャビティ内へ射出する役割を有する。なおスクリュ１４の長さと直径の関係を示すＬ／Ｄはこれに限定されるものではないが一例として１５〜２５程度である。またスクリュ１４のフィードゾーン１５と図示しないメタリングゾーンとの溝断面積の比率を示す圧縮比はこれに限定されるものでないが一例として１．０〜３．０程度のものでもよい。
【００１７】
加熱筒１３の前方には図示しないノズルが固着されており、前記射出の際はノズルを介してキャビティへの射出がなされる。また加熱筒１３の後部寄りの上部には材料の供給孔１６が設けられている。そして加熱筒１３の供給孔１６の部分の周囲には、ハウジング部１７（前プレート）が固着されている。
【００１８】
射出成形機の可塑化装置である射出装置１１の駆動部等については公知であるので詳細な説明は省略するが、スクリュ１４を回転させるための計量用サーボモータ１８（計量用モータ）、スクリュ１４を前後進させるための図示しない射出用サーボモータ、射出時や計量時にスクリュ１４の軸方向にかかる力を検出する図示しないロードセル、射出装置全体を前後進させるとともにノズルを金型のノズルタッチ面に向けて押圧する図示しないノズルタッチ機構などが設けられている。計量用サーボモータ１８と射出用サーボモータには回転数（回転角度）を検出するロータリエンコーダが備えられている。また前記計量用サーボモータ１８と射出用サーボモータとそのロータリエンコーダやロードセル等は、制御装置１９に接続されている。
【００１９】
加熱筒１３の供給孔１６にはハウジング部１７の供給孔２０が接続されている。これら供給孔１６，２０は、スクリュ１４の軸方向に長くスクリュ１４の軸方向に直交する方向に短い長孔となっている。そしてハウジング部１７の上面の供給孔２０の周囲は、材料供給筒２１が上方に向けて設けられている。本実施形態の材料供給筒２１内には、何も形成されていないが、炭素繊維材料Ａと樹脂材料Ｂが撹拌されながら落下されるように、邪魔板や邪魔棒またはモータ駆動式のスクリュや攪拌用羽根などの攪拌手段を設けてもよい。
【００２０】
材料供給装置１２は、直接成形を行うために繊維含有ペレットを使用せずに、炭素繊維材料Ａと樹脂材料Ｂをそれぞれ別個に供給量を制御して供給可能なものである。材料供給装置１２は、材料供給筒２１の上方にフィード装置２２，２３が設けられている。ここにおいてフィード装置２２、２３は、炭素繊維材料Ａと樹脂材料Ｂの供給量を調整制御可能な材料供給装置に相当する。フィード装置２２は、炭素繊維材料Ａの供給量を調整可能な材料供給装置であり、フィード装置２３は、熱可塑性樹脂等の樹脂材料Ｂの供給量を調整可能な材料供給装置である。ただしそれぞれのフィード装置２２，２３は、予め強化繊維材料用、樹脂材料用と用途が限定されたものではなく、成形に応じて一方の材料がフィード装置２２，２３にとちらかに供給されるものでもよい。
【００２１】
そして材料供給筒２１の上部開口部２４に、フィード装置２２，２３の円筒状の下部供給筒２５，２６が挿通されている。本実施形態では下部供給筒２５，２６は材料供給筒２１の中心に向けて斜め方向に設けられ、複数のフィード装置２２，２３からそれぞれ落下して供給される炭素繊維材料Ａと樹脂材料Ｂが供給孔２０の中央に混ざって落下されるようになっている。この材料供給筒２１の上部開口部２４とフィード装置２２，２３の下部供給筒２５，２６は直接接続して取付けられていない。そしてフィード装置２２は別途の載置台２７に重量計測手段であるロードセル２８を介して載置されている。またフィード装置２３は別途の載置台２９に重量計測手段であるロードセル３０を介して載置されている。
【００２２】
フィード装置２２について更に説明すると、フィードスクリュ３１が内孔に設けられた円筒状のスクリュ筒部３２が水平方向または下流側が上方になるように設けられ、スクリュ筒部３２の一方（下流側）の下側には前記下部供給筒２５の部分が取付けられている。またスクリュ筒部３２において下部供給筒２５とは反対側の端部にはフィードスクリュ３１を回転させるモータが取付けられている。本実施形態において前記モータはサーボモータ３３であり、その駆動軸に減速機等を介してフィードスクリュ３１が取付けられている。またサーボモータ３３は制御装置１９（サーボアンプを含む）と接続されている。またスクリュ筒部３２の下部供給筒２５とは反対側の上部には、上部供給孔３４が設けられている。そして上部供給孔３４の上方には材料貯留部であるホッパ３５が取付けられている。ホッパ３５は、図示しない材料供給用のホースが接続されている。なおフィード装置２２のホッパ３５への材料供給は作業員が直接材料を供給するものでもよい。また図１においてはホッパ３５の底部にはシャッタ装置は記載されていないが、樹脂交換時時に使用する等の目的でシャッタ装置を設けてもよい。
【００２３】
フィード装置２３についてはフィード装置２２と同様の構造の装置であり、下部供給筒２６、スクリュ筒部３６、フィードスクリュ３７、サーボモータ３８、上部供給孔３９、ホッパ４０、ホッパ４０への材料供給用のホース等を備えている。本実施形態では同じ形状のフィード装置２２，２３が２つ設けられているが、フィード装置の数は少なくとも２つ以上であれば限定されない。また例えば炭素繊維材料Ａと樹脂材料Ｂとでフィード装置２２，２３の上部ホッパやフィードスクリュ３１，３７の形状が異なるようにしてもよい。
【００２４】
上記のようにフィード装置２２は、材料供給筒２１とは独立して設けられ、フィード装置２２の重量（各機構部とスクリュ筒部３２内部やホッパ３５内部の炭素繊維材料Ａを含む）は、それぞれロードセル２８により測定可能となっている。またフィード装置２３も、材料供給筒２１とは独立して設けられ、フィード装置２３の重量（各機構部とスクリュ筒部３６内部やホッパ４０内部の樹脂材料Ｂを含む）は、それぞれロードセル３０により測定可能となっている。なおフィード装置２２，２３は、フィードスクリュ３１，３７を設けたものに限定されず、一例としてベルトにより材料Ａ，Ｂを送るベルト式フィーダ等でもよい。ベルト式フィーダの場合、ベルトを循環移動させるモータの回転数を制御して材料Ａ，Ｂの送り量をコントロールする。またフィード装置２２，２３は、重量測定装置を備えていないものでもよく、その場合はフィードスクリュの回転量を制御することにより材料供給量を制御する。また繊維材料についてはリールから供給量を制御して供給されるものでもよい。
【００２５】
またフィード装置２２とフィード装置２３の間の部分には、材料供給量測定用のセンサ４１が材料供給筒２１に直接取り付けられている。本実施形態ではセンサ４１は、超音波反射式のセンサが用いられているが、供給孔１６，２０を介して加熱筒１３内の材料量を検出する目的を達成できるものであれば他のセンサやＣＣＤカメラであってもよい。また取付位置も他の位置であってもよい。なお本発明において材料供給量測定用のセンサ４１は必須ではない。
【００２６】
次に可塑化装置である射出装置１１への材料供給装置１２からの材料供給方法について図１および図２のフローチャート図を参照して説明する。フィード装置２２のホッパ３５には一例として炭素繊維材料Ａが貯留され、フィード装置２３のホッパ４０には一例として熱可塑性樹脂からなる樹脂材料が貯留されている。最初に作業員は、射出成形機の成形条件を設定する。この際に計量工程に関しては、スクリュ回転速度（単位時間当たりの回転数）、計量完了位置（計量完了時のスクリュの軸方向の位置）、背圧値が設定される。また本実施形態では計量工程の基準値となる計量時間が設定される。なお計量時間は通常は試し成形を行って計量時間を実測してから決定することが望ましい。スクリュ回転速度については、回転速度（回転数）が早くなりすぎると加熱筒１３内でスクリュによる繊維のせん断が進行するので、所定値以下にすることが望ましく、これに限定するものではないが一例として３０〜１００ｒｐｍが望ましい。また背圧値は、繊維長さを確保するために低いほうが望ましく、これに限定するものではないが一例として樹脂圧換算で０ＭＰａ〜５ＭＰａが望ましい。
【００２７】
計量工程における炭素繊維材料Ａと樹脂材料Ｂの供給量の調整制御に用いる基準値となる計量時間の設定値は、本実施形態においては飢餓成形を継続的に安定して行うために必要な設定である。計量工程における計量時間は、加熱筒１３内の材料量が想定量よりも多くなると短くなり、逆に材料量が少なくなると長くなるといった反比例または反比例に類する関係にあることから、計量工程における飢餓状態検出要素に該当する。なお計量時間とスクリュ回転速度（回転数）の関係は、相反する関係にあり、スクリュ回転速度を速くすれば、計量時間は短くなる。またスクリュ回転速度を遅くすれば、計量時間は長くなる。
【００２８】
またスクリュ回転速度および計量時間と繊維を含む樹脂から成形される複合成形品との関係では、材料の供給量が同じで状態でスクリュ回転速度を速くすれば、繊維の折損は増加して平均繊維長さは短くなるが、繊維と樹脂の分散は良好になる傾向にある。また材料の供給量が同じ状態でスクリュ回転速度を遅くすれば、繊維の折損は減少して平均繊維長さは長くなるが、繊維と樹脂の分散は低下する傾向にある。更に計量工程の計量時間を延長すれば、成形された複合成形品の強化繊維の分散は良好になるが、計量時間が不足すると前記強化繊維の分散は良好でない場合が多くなる。
【００２９】
本発明では成形完了した複合成形品またはノズルからパージされた樹脂を作業者が分析し、繊維長が不足する際は、計量工程のスクリュの回転速度を減少させるかまたは前記材料の供給量を所定値までの間で増加させる。材料の供給量を所定値までの間で増加させるとスクリュの総回転量は減少し、その結果、繊維長を確保できる。ただし前記所定値までの間で増加とは、飢餓成形可能な範囲内での増加であり、例えば加熱筒内の材料の容積比率が一例として８０％を超えない範囲とすることが望ましい。また成形完了した複合成形品またはノズルからパージされた樹脂を作業者が分析して繊維の分散が不足する際は、計量工程の計量時間を延長またはスクリュの総回転量を増加させるか前記材料の供給量を所定値までの間で減少させる。材料の供給量を所定値までの間で減少させるとスクリュの総回転量は増加し、その結果、材料が混合される時間が延びるので繊維の分散が良好になる。ただし前記所定値までの間で減少とは、飢餓成形可能な範囲内での減少であり、例えば加熱筒内の材料の容積比率が一例として３０％を下回らない範囲とする。そしてまた計量工程の基準値となる計量時間を延長またはスクリュの総回転量を増加させるように計量工程における制御を変更することによっても、結果的に加熱筒内の材料量は減少する。
【００３０】
この計量工程のスクリュ１４の回転速度（単位時間当たりの回転数）は上記したように予め設定される。スクリュ１４の回転速度は、供給量の調整制御に用いられる基準値となる計量時間の設定時間が、冷却時間の設定時間に対して０．５倍〜１．０倍（より一層望ましくは一例として０．８倍〜１．０倍）の範囲に設定することが望ましい。この場合一般的には作業者が望ましい回転速度（回転数）を設定して試験的に計量して計量完了位置に到達するまでの時間も最適となるように回転速度（回転数）を調整し、その上で基準となる計量時間を決定する。しかしながら望ましい基準となる計量時間から作業者または制御装置１９が逆算してスクリュ１４の回転速度を決めるものでもよい。
【００３１】
飢餓成形を行う場合、加熱筒１３内の後部のフィードゾーン１５では加熱筒１３内の空間が多く、加熱筒１３から樹脂材料に十分に熱が伝わりにくい。そのため樹脂材料は予め加熱しておくか、または加熱筒１３の後部ゾーンのヒータの設定温度を一般的な成形の際よりも高めの温度にしておくことが望ましい。そして手動成形等により試験成形を行って、望ましいスクリュ回転速度と計量時間の関係が見出されたら連続成形に移行する。
【００３２】
図２のフローチャート図は連続成形時における計量工程のステップを示したものである。まず射出後に所定時間が経過すると計量スタートする（ｓ１）。この際ノズルはシャッタがある場合はシャッタによりノズル孔が閉鎖されているかまたは金型に当接してノズル孔が閉塞されているので、ノズルから前方に溶融樹脂が漏れることはない。計量スタートすると同時に計量用サーボモータ１８が回転駆動されスクリュ１４が回転する（ｓ２）。この際に同時か僅かに前後してフィード装置２２のサーボモータ３３とフィード装置２３のサーボモータ３８がそれぞれ回転駆動され、炭素繊維材料Ａと樹脂材料Ｂが略同時に加熱筒１３内に供給される（ｓ３）。
【００３３】
この際、重量フィーダ式のフィード装置２２の供給量は、１ショット分の複合成形品の成形品重量に炭素繊維材料Ａの比率を乗算した量ｎ１が供給されるように炭素繊維材料Ａの重量を測定して供給する。また重量フィーダ式のフィード装置２３の供給量は、１ショット分の成形品重量に樹脂材料Ｂの比率を乗算した量ｎ２が供給されるように樹脂材料Ｂの重量を測定して供給する。なお本実施形態では計量完了時にフィード装置２２，２３からの材料供給も同時に完了するように制御を行っている。しかし計量完了前にフィード装置２２，２３からの材料供給を終わってもよく、射出時にも並行してフィード装置２２，２３からの材料供給を行うようにしてもよい。射出時にも並行してフィード装置２２，２３から材料供給すると材料Ａ，Ｂをスクリュ１４の溝内により一層分散して供給できる。
【００３４】
スクリュ１４の回転駆動により可塑化された繊維を含む溶融樹脂がスクリュ前方の加熱筒１３内に貯留され、それに伴いスクリュ１４が計量完了位置まで後退したことが射出用サーボモータのエンコーダにより検出されると（ｓ４）、計量用サーボモータ１８の回転を停止して計量完了となる。本実施形態では、この際の計量スタート（ｓ１）から計量完了（ｓ５）までの計量時間を測定する（ｓ６）。そして制御装置１９において実測された計量時間と予め設定した基準となる計量時間とを比較して差を演算する（ｓ７）。そして基準となる計量時間よりも実測された計量時間が短い場合は、次回のサイクルのフィード装置２２，２３から供給される炭素繊維材料Ａの供給量ｎ１と樹脂材料Ｂの供給量ｎ２を成形品１ショット分よりも減少させｎ１-α、ｎ２-αとなるように調整値を演算し制御装置１９の記憶部に記憶する。また逆に基準となる計量時間よりも実測された計量時間が長い場合は、次の成形サイクルの計量工程時のフィード装置２２，２３から供給される炭素繊維材料Ａの供給量ｎ１と樹脂材料Ｂの供給量ｎ２を成形品１ショット分よりも増加させｎ１＋α、ｎ２＋αとなるように調整値を演算し（ｓ８）、制御装置１９の記憶部に記憶する。この際の調整値は予めテストにより最適値を算出して調整表を作成し、その調整表に基づいて調整を行う。
【００３５】
そして予め設定した成形個数分のサイクルが終了するまでは連続成形を継続する（ｓ９）。そして次の成形サイクルでは前回の成形サイクルにおいて、制御装置１９に記憶された炭素繊維材料Ａの供給量ｎ１＋α（またはｎ１-α）、樹脂材料Ｂの供給量ｎ２+α（またはｎ２-α）等を用いて材料供給を行う。従って炭素繊維材料Ａの供給量と樹脂材料Ｂの供給量はクローズドループ制御により増減される。
【００３６】
また本実施形態では、射出成形機の計量工程の基準値の設定は、少なくとも計量時間とスクリュ１４の総回転量が選択可能となっている。従って計量時間の設定に変えてスクリュ１４の総回転量を設定してもよい。加熱筒１３内に樹脂が充満している場合と不足している場合では、スクリュ１４が計量完了位置に到達するまでのスクリュ１４の総回転量は相違する。換言すれば、加熱筒１３内の樹脂量によって、同じ回転速度と同じ総回転量、同じ背圧値でスクリュ１４を回転させても加熱筒前方に貯留される繊維を含む溶融材料の量には差が発生する。従って計量工程におけるスクリュ１４の総回転量も計量時間と同様に本発明の計量工程における飢餓状態検出要素に相当する。そしてスクリュ１４の総回転量設定が基準値に選択された場合は、スクリュ１４が計量完了位置に到達するまでのスクリュ１４の総回転量を計量用サーボモータ１８のロータリエンコーダにより検出し、設定された基準値との比較が行われる。
【００３７】
また加熱筒１３内の飢餓状態を検出するための飢餓状態検出要素としては、計量工程時の計量用サーボモータ１８（計量モータ）のトルク（電流値）を検出するものでもよい。即ち加熱筒１３内の材料量が増加すれば、計量用サーボモータ１８のトルクは増大し、材料量が減少すれば計量用サーボモータ１８のトルクは減少するので、計量用サーボモータ１８のトルクを検出して次回の成形時のフィード装置２２，２３からの材料供給量を調整することができる。または計量用サーボモータ１８のトルクを検出して同じ計量工程時のフィード装置２２，２３からの材料供給量を調整することも不可能ではない。
【００３８】
更には加熱筒１３内の飢餓状態を検出するための飢餓状態検出要素としては、材料供給量測定用のセンサ４１により計量工程の加熱筒１３内の材料量を直接計測するものでもよい。具体的には本実施形態の超音波センサのようなセンサ４１により、計量工程における加熱筒の供給口の材料量を検出し、例えばスクリュ１４の軸よりも一定以上上方まで材料が貯留されたことが検出されたら次回のフィード装置２２，２３からの材料供給量を減少させるなどの制御を行ってもよい。本発明では上記したような飢餓状態検出要素を用いて加熱筒１３内の材料を一定量に保ち良好な飢餓成形を行う。
【００３９】
上記の計量工程の計量時間、計量工程のスクリュの総回転量、計量工程の計量モータのトルク、および計量工程の供給口における材料量といった計量工程における飢餓状態検出要素の検出に基づいての材料供給量の調整は、上記したような次サイクルにおいて供給量を増減するものに限定されない。一例としては基準となる計量時間に所定の幅を設け、実測された計量時間がその範囲内に収まっている場合は、次の成形サイクルの計量工程時のフィード装置２２，２３からの供給量は１ショット分として変化させず、実測された計量時間が前記基準となる計量時間の上限か下限に到達、または上限か下限を超えた場合のみフィード装置２２，２３からの供給量を調整するようにしてもよい。また微分等を用いて外乱を除去する形で供給量の調整を行ってもよい。
【００４０】
更には一定期間の連続した計量工程の検出値または一定期間の所定間隔ごとの計量工程の検出値の平均値や傾向値に基づいてフィード装置２２，２３から供給される炭素繊維材料Ａと樹脂材料Ｂの供給量を調整するようにしてもよい。従ってそれらのケースでは、検出値は次回の計量工程の供給量の調整に反映されない場合もあり得る。
【００４１】
そして成形された複合成形品を分析して、繊維長が不足している場合は、計量工程のスクリュの回転速度を減少させる調整を行う。この際に最適な飢餓成形が継続されるように基準となる計量時間も決定される。即ちスクリュの回転速度を減少させ、なおかつ基準となる計量時間が同じ時間のままとする場合は、加熱筒内に供給される供給量はプラス方向に調整され、加熱筒内の材料は増加する。またスクリュの回転速度を減少させ、なおかつ基準となる計量時間を延長する場合は、加熱筒内の材料量は、そのまま同じ水準に維持されるか減少する。
【００４２】
または成形された複合成形品を分析して、成形された複合成形品の繊維の分散が不足している場合は、計量工程の基準となる計量時間の延長またはスクリュの総回転量の増加を行う。この際にスクリュ回転速度が変更されなければ、加熱筒内に供給される供給量はマイナス方向に調整されて加熱筒内の材料は減少する。またスクリュの回転速度を増速させて加熱筒内の材料を加熱筒内の材料量を、そのまま同じ水準に維持するか減少させてもよい。更にはこれらのスクリュの回転速度や計量時間に加えて一例として背圧値の設定を変えることによっても最適な飢餓成形の状態を維持することが可能である。
【００４３】
本発明については、一々列挙はしないが、上記した本実施形態のものに限定されず、上記の各記載を組み合わせたものや当業者が本発明の趣旨を踏まえて変更を加えたものについても、適用されることは言うまでもないことである。例えば繊維材料のフィード装置２２と樹脂材料のフィード装置２３から一つのホッパに材料を供給して混合し、更に強化繊維材料と樹脂材料の供給量を調整制御可能な単独の材料供給装置により加熱筒１３内に材料の供給量を調整制御しつつ供給するものでもよい。この場合材料の比率の調整を行うために繊維材料のフィード装置２２と樹脂材料のフィード装置２３は共に重量フィーダ方式であることが望ましいが、更に設けらる加熱筒１３内への材料供給用のフィード装置（材料供給装置）についても別途の重量フィーダを備える。
【００４４】
可塑化装置は、スクリュを内蔵した加熱筒を備えた可塑化装置とプランジャを内蔵した加熱筒を備えた射出装置を連結したプリプラ（登録商標）式の射出成形機であってもよい。更に可塑化装置は、プレス装置に繊維を含む溶融樹脂をダイから供給するスタンピング成形用の供給装置でもよい。更にまた可塑化装置は、押出機の可塑化装置であってもよい。また飢餓供給を行うこれらの可塑化装置は、加熱筒１３内を真空状態または減圧状態、不活性ガスの導入等を行うものでもよい。
【００４５】
また可塑化装置１１に供給される繊維材料については、炭素繊維材料Ａに限定されず、ガラス繊維またはガラス繊維と炭素繊維の混合物等、他の繊維材料であってもよい。また樹脂材料については、好ましくは熱可塑性樹脂が用いられるがその種類は限定されず、熱硬化性樹脂であってもよい。
【符号の説明】
【００４６】
１１  射出装置（可塑化装置）
１２  材料供給装置
１３   加熱筒
１４  スクリュ
１８  計量用サーボモータ
２２，２３  フィード装置
Ａ  炭素繊維材料
Ｂ  樹脂材料
【図１】
2019048435.tif 000003
【図２】
2019048435.tif 000004