(57)【要約】【課題】繊維の破断を抑えることにより当初の繊維長を維持できる繊維強化樹脂成形品の製造装置および製造方法を提供すること。【解決手段】繊維強化樹脂成形品を成形する成形装置１は、成形原料としての樹脂ペレットＰおよび繊維Ｆを予熱する加熱搬送装置５０と、シリンダ３１、スクリュー３２からなる移送部３０Ａ、および移送部３０Ａに原料を供給するための樹脂ペレットＰおよび繊維Ｆに共通の供給口３１０を有する射出機３０と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形原料としての樹脂および繊維を予熱する加熱装置と、
シリンダ、スクリューからなる移送部、および前記移送部に原料を供給するための前記樹脂および前記繊維に共通の原料供給口を有する可塑化装置と、を備える、
ことを特徴とする繊維強化樹脂成形品の製造装置。
【請求項２】
前記加熱装置は、
前記樹脂を予熱する樹脂加熱装置と、
前記繊維を予熱する繊維加熱装置と、が個別に構成される、
請求項１に記載の繊維強化樹脂成形品の製造装置。
【請求項３】
前記繊維は、多数の単繊維の束とされる、
請求項１または２に記載の繊維強化樹脂成形品の製造装置。
【請求項４】
長尺な繊維素材を刻むカッティング装置を備える、
請求項１から３のいずれか一項に記載の繊維強化樹脂成形品の製造装置。
【請求項５】
前記繊維加熱装置は、
前記繊維素材が前記カッティング装置に搬送される搬送路上に設けられ、
その内側を搬送される前記繊維素材を加熱する直線状の加熱領域を有する筒状ヒーターである、
請求項４に記載の繊維強化樹脂成形品の製造装置。
【請求項６】
前記繊維加熱装置は、
前記繊維素材が前記カッティング装置に搬送される搬送路上に設けられ、
その外周に前記繊維素材が巻きつけられることにより、前記繊維素材を搬送しながら加熱する螺旋状の加熱領域を有する回転体ヒーターである、
請求項４に記載の繊維強化樹脂成形品の製造装置。
【請求項７】
前記繊維加熱装置は、
前記可塑化装置の前記シリンダの外周に沿って搬送される前記繊維素材を加熱する加熱領域を有する、
請求項４に記載の繊維強化樹脂成形品の製造装置。
【請求項８】
前記加熱装置は、
前記成形材料のうち少なくとも前記樹脂を加熱対象とし、
前記加熱対象を攪拌しながら搬送する攪拌搬送手段を備える、
請求項１から７のいずれか一項に記載の繊維強化樹脂成形品の製造装置。
【請求項９】
成形原料としての樹脂および繊維を予熱する予熱工程と、
前記樹脂および前記繊維に共通の原料供給口から供給される予熱後の前記樹脂および前記繊維を可塑化する可塑化工程と、を備える
ことを特徴とする繊維強化樹脂成形品の製造方法。
【請求項１０】
前記予熱工程では、
前記樹脂および前記繊維を異なる装置により別々に予熱する、
請求項９に記載の繊維強化樹脂成形品の製造方法。
【請求項１１】
前記繊維として、多数の単繊維の束を用いる、
請求項９または１０に記載の繊維強化樹脂成形品の製造方法。
【請求項１２】
長尺な繊維素材を刻むカッティング工程を備える、
請求項９から１１のいずれか一項に記載の繊維強化樹脂成形品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維強化樹脂成形品の製造装置および製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
繊維を含有させることにより強度を高めた繊維強化プラスチックの成形品が各種の用途に用いられている。その成形には、先ず、押出機によって熱可塑性樹脂を溶融すると共に繊維と混練することによって製造される繊維入り樹脂ペレットを調達し、その繊維入りペレットを可塑化装置に供給して再び溶融、混練することを要していた。
また、このような繊維入りペレットを用いない直接的な方法も提案されている（特許文献１）。特許文献１に記載された射出機は、繊維を含有しない樹脂ペレットと、繊維とが共に供給される原料供給口を有しており、供給された樹脂ペレットを溶融するとともに繊維と共に混練する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３２８０８７５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
繊維入りペレット、繊維を含有しない樹脂ペレットのいずれを用いるにしろ、可塑化装置のシリンダ内でスクリューの回転により受ける圧縮力およびせん断力によって繊維が破断するので、当初の繊維長よりも射出時の繊維長が短くなってしまう。そうすると、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。
そこで、本発明は、繊維の破断を抑えることにより当初の繊維長を維持できる繊維強化樹脂成形品の製造装置および製造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】
【０００５】
本発明の繊維強化樹脂成形品の製造装置は、成形原料としての樹脂および繊維を予熱する加熱装置と、シリンダ、スクリューからなる移送部、および移送部に原料を供給するための樹脂および繊維に共通の原料供給口を有する可塑化装置と、を備えることを特徴とする。
この発明によれば、樹脂とともに繊維も予熱されているので、共通の原料供給口から供給される際に繊維と接触しても、樹脂の温度低下が避けられる結果、所望の軟化の程度を保つことができる。このため樹脂原料は、可塑化装置において圧縮、せん断力を受けることで早期に溶融する。
ここで、予熱により樹脂が軟化されていると、樹脂を介して繊維に伝わる圧縮力およびせん断力が緩和される。しかも、樹脂が早期に溶融すると、繊維が圧縮力およびせん断力を受ける時間が短くなる。したがって、一般に圧縮力およびせん断力が大きいために繊維が破断し易い原料供給口に比較的近い領域においても、繊維が破断し難いので、当初の繊維長を維持し易い。
その結果、可塑化を経た繊維の長さが当初の繊維長からさほど短くならないので、製造される繊維強化樹脂成形品が含有する繊維長を所望の値以上に確保することができる。
【０００６】
さらに、樹脂が早期に溶融されることにより、可塑化に要する時間、ひいては成形のサイクルタイムを短縮できる上、樹脂を溶融させるのに必要なスクリュー長、シリンダ長を短くすることができる。
また、樹脂が早期に溶融されることで、樹脂への繊維の分散性を高めることもできる。
そして、本発明によれば、互いに別体とされた樹脂ペレットと繊維とが可塑化装置において一体化されることによって繊維強化樹脂成形品が得られるので、繊維入り樹脂ペレットを別工程で作製する工程を省くことができる。これにより、繊維強化樹脂成形品の製造コストを低減できる。
【０００７】
本発明において樹脂および繊維を予熱する加熱装置は、両者を一緒に予熱することができるが、樹脂を予熱する樹脂加熱装置と、繊維を予熱する繊維加熱装置と、を個別に構成することもできる。
こうすることにより、樹脂および繊維を各々の熱伝導率も考慮の上、適切な温度に容易に予熱することができる。
【０００８】
本発明で原料とされる繊維には、多数本の単繊維の束、例えばロービング材を用いることができる。
上述のように予熱により樹脂が早期に溶融すると、溶融樹脂との混練によって繊維束からの単繊維の開繊が促進されるので、樹脂への繊維の分散性が向上する。
【０００９】
本発明の繊維強化樹脂成形品の製造装置は、長尺な繊維素材を刻んで所定長の繊維とするカッティング装置を備えることが好ましい。
本発明によれば、必要な繊維長毎に繊維を予め用意することなく、繊維素材を刻む長さを調整することにより、繊維強化樹脂成形品に要求される強度などの種々の要望に応えることができる。
【００１０】
ここで、長尺な繊維素材を用い、かつ樹脂加熱装置とは別に構成される繊維加熱装置の形態を３つ例示する。なお、下記の第１〜第３の形態は、単独で用いることができるし、組み合わせて用いることもできる。
第１の形態は、繊維素材がカッティング装置に搬送される搬送路上に設けられ、その内側を搬送される繊維素材を加熱する直線状の加熱領域を有する筒状ヒーターである。この形態は、以下の２つの形態に比べて構造が簡易な利点がある。
次に、第２の形態は、繊維素材がカッティング装置に搬送される搬送路上に設けられ、その外周に繊維素材が巻きつけられることにより、繊維素材を搬送しながら加熱する螺旋状の加熱領域を有する回転体ヒーターである。この形態の場合、回転体ヒーターとの接触伝熱によって繊維素材を効率良く予熱できる。それに加えて、加熱領域が螺旋状とされているので、軸方向の長さが同じ筒状ヒーター（第１の形態）よりも、繊維が加熱される距離を長くとれる。したがって、繊維素材を同じ温度に加熱するのに、回転体ヒーターの方が軸方向の長さが短くて済む。このため、繊維素材をコンパクトな繊維加熱装置で必要な予熱温度に加熱することができる。
さらに第３の形態は、可塑化装置の排熱を利用する。つまり、可塑化装置においては、樹脂がせん断力による摩擦によって発熱するが、第３の形態はこの熱により繊維素材を予熱する。そのために、第３の形態は、可塑化装置のシリンダの外周に沿って搬送される繊維素材を加熱する加熱領域を有している。こうすると、シリンダから放出される排熱を利用して繊維素材を予熱できるので、別途の加熱装置を必要としない。樹脂の溶融のために、可塑化装置のシリンダの外周にヒーターを備えることができるが、第３の形態はこのヒーターの排熱を利用することができる。
第１〜第３の形態により加熱された繊維素材は、カッティング装置で刻まれた後に、別途加熱された樹脂と共に、可塑化装置の原料供給口に供給される。
【００１１】
本発明における加熱装置は、成形材料のうち少なくとも樹脂を加熱対象とし、加熱対象を攪拌しながら搬送する攪拌搬送手段を備えることが好ましい。
撹拌搬送手段により樹脂が攪拌されながら搬送されると、樹脂の溶着を抑制しながら、均一に加熱できる。これによって樹脂を十分に軟化させるとともに、可塑化装置への定量供給を実現できる。
なお、この加熱装置は、所定長とされた繊維を加熱対象とすることもできるし、樹脂だけを加熱対象とすることもできる。後者の場合は、例えば上述した第１〜第３の形態により予熱された所定長の繊維とともに可塑化装置の原料供給口に供給される。
【００１２】
本発明は、繊維強化樹脂成形品の製造方法としても構成できる。
本発明の繊維強化樹脂成形品の製造方法は、成形原料としての樹脂および繊維を予熱する予熱工程と、樹脂および繊維に共通の原料供給口から供給される予熱後の樹脂および繊維を可塑化する可塑化工程と、を備えることを特徴とする。
ここで、予熱工程では、樹脂および繊維を異なる装置により別々に予熱することもできる。
また、当該製造方法は、長尺な繊維を刻むカッティング工程を備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、繊維の破断が抑制されることにより、当初の繊維長を維持できるので、製造される繊維強化樹脂成形品が含有する繊維長を所望の長さ以上に確保できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１実施形態に係る成形装置の概略構成図である。
【図２】（Ａ）は加熱装置の縦断面図を示し、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線に対応する位置における横断面図である。
【図３】射出成形工程のタイミングチャートを示す図である。
【図４】第２実施形態に係る成形装置の概略構成図である。
【図５】第３実施形態に係る成形装置の概略構成図である。
【図６】第４実施形態に係る成形装置の概略構成図である。
【図７】第５実施形態に係る成形装置の概略構成図である。
【図８】第６実施形態に係る成形装置の概略構成図である。
【図９】（Ａ）は加熱装置の上面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の９Ｂ−９Ｂ線における縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面に示す実施形態に基づいて、本発明を詳細に説明する。
以降の説明において、既に説明した構成と同様の構成については、同じ符号を付し、その説明を省略または簡略する。
〔第１実施形態〕
図１に示す本実施形態の成形装置１は、樹脂ペレットＰと、繊維Ｆとを成形原料とし、繊維強化樹脂成形品を得るものである。成形装置１は、樹脂ペレットＰを乾燥させる乾燥装置１１と、繊維Ｆを刻むカッティング装置１３と、乾燥が済んだ樹脂ペレットＰと刻まれた繊維Ｆとを予熱するとともに搬送する加熱搬送装置２０と、加熱搬送装置２０から供給された樹脂ペレットＰを溶融するとともに繊維Ｆと混練し、図示しない金型内に射出する射出機３０と、成形装置１の各部の動作を制御する図示しない制御装置とを備えている。
【００１６】
樹脂ペレットＰは、任意の熱可塑性樹脂材料を一旦溶融して数ｍｍ〜数十ｍｍの粒状に加工したものであり、円柱状などに形成される粒状物である。樹脂ペレットＰは、繊維を含有していない。樹脂ペレットＰの集合物には、樹脂ペレットＰの製造に水が用いられるために水分が含まれているので、その水分を除去するために乾燥装置１１が用いられる。
なお、樹脂ペレットＰの代わりに、径がより小さな粉末状の樹脂原料も用いることができる。
【００１７】
繊維Ｆは、ガラスファイバ、カーボンファイバ等であり、多数の単繊維が方向を揃えられてなるロービング材が用いられている。
繊維素材であるロービング材は、リール１２に巻き取られており、そのリール１２から、図示しない駆動源により回転駆動されるロール１８に掛け回されている。ロール１８の個数や位置は任意である。本実施形態では、ロール１８からカッティング装置１３へとロービング材が引き出されている。ロール１８が回転すると、ロービング材はリール１２から繰り出され、カッティング装置１３へと搬送される。
【００１８】
乾燥装置１１は、樹脂ペレットＰを収容する容器１１Ａと、容器１１Ａ内を加熱する図示しないヒーターとを備えている。容器１１Ａから排出される樹脂ペレットＰは、ホッパ１４，定量フィーダ１５を介してベルト搬送部１６に送られる。
【００１９】
カッティング装置１３は、リール１２から繰り出された長尺な繊維Ｆを刻むためにニップロール１３１、ゴムロール１３２、およびカッターロール１３３を備えている。繊維Ｆは、ゴムロール１３２とカッターロール１３３との間に受け取られるときにロール間で屈曲されると、略一定の長さに折れる。このようにして繊維Ｆが刻まれる。
なお、ここでは複数のリール１２から繰り出された繊維Ｆ（ロービング材）が１本に統合されたものを刻んでいるが、各リール１２から繰り出された繊維Ｆを別々に刻むこともできる。
刻まれた繊維Ｆは、ベルト搬送部１６へと送られ、樹脂ペレットＰと共にベルト搬送部１６の端部からホッパ１７内に投入される。そして、ホッパ１７から加熱搬送装置２０の内部へと導入される。
【００２０】
加熱搬送装置２０は、樹脂ペレットＰおよび繊維Ｆを予熱し、ホッパ１９を介して射出機３０に供給する。本実施形態では、樹脂ペレットＰおよび繊維Ｆを同一の加熱搬送装置２０により同時に予熱する。この加熱搬送装置２０は、図２に示すように、水平方向に軸線が沿うように配置される円筒状のドラム２１と、ドラム２１の後端２１Ａに設けられる後側ブロック２２と、ドラム２１の前端２１Ｂに設けられる前側ブロック２８と、ドラム２１を軸線周りに回転させるモーター２３と、ドラム２１内部を加熱する棒状のヒーター２４と、樹脂ペレットＰおよび繊維Ｆを攪拌しながら搬送する攪拌搬送手段４０とを備えている。
【００２１】
ドラム２１は、内部に樹脂ペレットＰおよび繊維Ｆを保持しながら回転される。なお、ドラム２１は、水平方向に対して傾斜していてもよい。
【００２２】
後側ブロック２２には、ベルト搬送部１６の端部から樹脂ペレットＰおよび繊維Ｆが投入されるホッパ１７と、回転するドラム２１内部とに連通する導入路２２０が設けられている。
モーター２３は、図示しない出力軸を介してドラム２１を一定方向に回転駆動する。
【００２３】
ヒーター２４は、図示しない支持手段によってドラム２１の軸線に沿って延在するように支持されている。このヒーター２４は、延在範囲に亘ってほぼ均一な温度の熱を発するように構成することもできるし、その長さ方向において異なる温度を発するように構成することもできる。例えは、ドラム２１の後端側から前端側に向かうにつれて次第に昇温することにより、溶着を生じさせ易い温度ムラ（樹脂ペレットＰの局所的な温度上昇）を抑えることができる。
ヒーター２４には、上部を覆うように断面半円状のカバー２５が設けられている。このカバー２５は、ヒーター２４の長さ方向に連続して設けられている。図２（Ａ）ではカバー２５の図示を省略している。
【００２４】
前側ブロック２８には、ドラム２１内の樹脂ペレットＰおよび繊維Ｆを外部に排出するための排出路２９が設けられている。この排出路２９には、樹脂ペレットＰおよび繊維Ｆを通過させる又は遮断する開閉機構２７が設けられている。
【００２５】
ドラム２１の内側に設けられる攪拌搬送手段４０について説明する。
攪拌搬送手段４０は、いずれもドラム２１の内壁から立ち上がるスパイラルリブ４１および軸方向リブ４２と、ドラム２１の内側空間に配置される傾斜板４３とを備えている。
【００２６】
スパイラルリブ４１は、ドラム２１の後端２１Ａから前端２１Ｂに向けて螺旋状に形成されている。
軸方向リブ４２は、スパイラルリブ４１と交差するように、ドラム２１の軸線方向Ｄ０に沿って延びており、ドラム２１の周方向において等間隔に複数が設けられている。
スパイラルリブ４１において軸線方向Ｄ０に隣り合う部分４１Ａ，４１Ａの間を連結するように、軸方向リブ４２が形成されている。互いに交差するスパイラルリブ４１および軸方向リブ４２により、ドラム２１内部には複数のマス目が形成されている。
なお、軸方向リブ４２が延びる方向は、スパイラルリブ４１に交差する限り、軸線方向Ｄ０からずれていてもよい。
【００２７】
以上のような軸方向リブ４２の先端部には、ドラム２１内壁から垂直に立ち上がるリブ本体４２Ａに対して屈曲する爪部４２Ｂが形成されている。
爪部４２Ｂは、リブ本体４２Ａの先端から、ドラム２１の回転方向前方（矢印方向）に向けて突出している。
【００２８】
傾斜板４３は、ドラム２１の後端２１Ａ側から前端２１Ｂ側に向かうにつれて次第に下るように傾斜しており、軸線方向Ｄ０において間隔をおいて複数設けられている。各傾斜板４３は、カバー２５よりも上方に位置している。
【００２９】
次に、射出機３０は、ホッパ１９が接続されるシリンダ３１と、シリンダ３１内で回転および進退されるスクリュー３２とを備えている。シリンダ３１およびスクリュー３２によってスクリュー式の移送部３０Ａが構成されている。
射出機３０には、シリンダ３１内に原料を供給するための供給口３１０が設けられている。供給口３１０は、樹脂ペレットＰおよび繊維Ｆに共通の原料供給口とされている。射出機３０は、この供給口３１０から供給された原料をシリンダ３１内部で溶融、混練により可塑化し、可塑化された原料を金型内に射出する所謂インライン式射出機とされている。
シリンダ３１の後端３１Ａに設けられる供給口３１０には、ホッパ１９が接続されており、この供給口３１０を介して樹脂ペレットＰおよび繊維Ｆがシリンダ３１内に供給される。
スクリュー３２は、可塑化の進行に応じた溝深さおよびフライト幅を有する複数の部位からなる。
シリンダ３１内に供給された樹脂ペレットＰおよび繊維Ｆは、スクリュー３２の外周部とシリンダ３１内壁との間でせん断するときに発熱し、かつヒーターにより加熱されるとともに、スクリュー３２の回転によって混練されながらシリンダ３１の前端３１Ｂまで移送される。
【００３０】
以上説明した構成の成形装置１を稼働させると、乾燥装置１１により樹脂ペレットＰが乾燥される一方、カッティング装置１３により繊維Ｆが刻まれる（カッティング工程）。そして、乾燥された樹脂ペレットＰおよび刻まれた繊維Ｆが、加熱搬送装置２０のドラム２１内に供給される。そして、加熱搬送装置２０による予熱工程と、射出機３０による可塑化工程とを経て、繊維強化樹脂成形品が製造される。
【００３１】
次に、加熱搬送装置２０による予熱工程について説明する。
樹脂ペレットＰおよび繊維Ｆは、以下に示すように、攪拌搬送手段４０によって攪拌および搬送されながら、ヒーター２４により加熱される。
なお、加熱温度は、樹脂ペレットＰの材料に応じて、十分に軟化させることのできる融点手前の温度が選択される。例えば、融点が１６５℃であるポリプロピレンの場合は約１３５℃〜約１５５℃が選択されるのが好ましい。融点が１３０℃であるポリエチレンの場合は約１００℃〜約１２０℃が選択されるのが好ましい。他の材料の場合も、目安として、融点に対して−３０℃〜−１０℃が選択されるのが好ましい。
【００３２】
ドラム２１が回転すると、図２（Ｂ）に示すように、樹脂ペレットＰおよび繊維Ｆが軸方向リブ４２とドラム２１内壁との間に入り込んで保持された状態でドラム２１内の下方から上方へと周方向に沿って持ち上げられ、その後、ドラム２１内空間の上部において傾斜板４３に向けて落下する。
その樹脂ペレットＰおよび繊維Ｆは、傾斜板４３上をドラム２１の軸線方向に沿って前方に向けて滑り落ちる。そして、再び、軸方向リブ４２によってドラム２１内の下方から上方へと持ち上げられるとともに、先程滑り落ちた傾斜板４３よりも前方に位置する傾斜板４３上に受け止められて前方へと送られる。
このように、軸方向リブ４２による周方向への移動、および傾斜板４３による軸線方向への移動が交互に繰り返されることにより、樹脂ペレットＰおよび繊維Ｆは次第に前方に向けて搬送される。
【００３３】
さらに、ドラム２１内の樹脂ペレットＰおよび繊維Ｆは、ドラム２１の回転に伴い、スパイラルリブ４１により螺旋方向に案内されることによっても前方に搬送される。このとき、軸方向リブ４２の存在により、樹脂ペレットＰおよび繊維Ｆが回転方向とは逆向きに、スパイラルリブ４１に沿って滑り落ちるのが防止されるので、効率良く搬送できる。
【００３４】
以上のように、ドラム２１内の樹脂ペレットＰおよび繊維Ｆが、軸方向リブ４２、傾斜版４３、およびスパイラルリブ４１によって周方向および軸線方向に順次移動される過程で、樹脂ペレットＰおよび繊維Ｆが攪拌される。ドラム２１内の下部に溜まる樹脂ペレットＰおよび繊維Ｆは、各軸方向リブ４２によって小分けされた状態に保持され、上方に運ばれる。その後、各軸方向リブ４２から樹脂ペレットＰおよび繊維Ｆが順次、傾斜板４３上に落下し、さらに傾斜板４３の前端から下方に落下してドラム２１内壁に当たると、樹脂ペレットＰおよび繊維Ｆは、軸方向リブ４２により持ち上げられる前とは個々の位置が入れ替わった状態にばらける。樹脂ペレットＰおよび繊維Ｆの「撹拌」は、本実施形態においてこの意味で用いる。樹脂ペレットＰおよび繊維Ｆの周方向への移動と、軸線方向への移動とが交互に繰り返されることにより、樹脂ペレットＰおよび繊維Ｆはより十分に撹拌される。
【００３５】
本実施形態では、樹脂ペレットＰおよび繊維Ｆが、各軸方向リブ４２により持ち上げられるためにドラム２１の周方向に沿って分布するとともに、各傾斜板４３上を滑るためにドラム２１の軸線方向にも分布する。こうすることによって、樹脂ペレットＰおよび繊維Ｆをドラム２１内空間における各部に分散させることができるので、ヒーター５２から発せられる熱が樹脂ペレットＰおよび繊維Ｆに均一に伝わり易い。
【００３６】
上述したように樹脂ペレットＰおよび繊維Ｆが分散した状態に攪拌されながら搬送されることにより、樹脂ペレットＰおよび繊維Ｆがムラ無く加熱される上、隣り合う粒子同士であるいはドラム２１内壁等に樹脂ペレットＰが溶着する間が与えられない。
このため、過熱により軟化状態を超え、樹脂ペレットＰの表面が溶けて繋がる現象であるブリッジの発生を抑えながら、融点近くの加熱温度での予熱により、ドラム２１内の樹脂ペレットＰおよび繊維Ｆの全体を十分に、迅速に軟化させることができる。
【００３７】
以上のように、加熱搬送装置２０により予熱された樹脂ペレットＰおよび繊維Ｆは、以下に示す射出成形工程における所定のタイミングで射出機３０に供給される。上述のようにブリッジの発生が抑制されることで、加熱搬送装置２０から射出機３０に一定量の樹脂ペレットＰおよび繊維Ｆが供給される。
以下、射出機３０による可塑化工程について説明する。
図３に示すように、射出成形工程は、金型を閉じてから、射出、冷却を経て、金型を開けて成形品を取り出すまでが１サイクルとして行われる。
その成形サイクルにおいて、射出機３０の動作としては、スクリュー３２を前進させる射出、スクリュー３２を後退させる可塑化、スクリュー３２を進退させずに制御装置からの指令を待つ待機が順次行われる。
金型への射出後、射出機３０による可塑化、および金型内の樹脂の冷却に移行する。可塑化が完了しても、冷却が済み、金型を押さえる圧力を降下させ、金型を開けて成形品を取り出した後、再度金型を閉じて昇圧する一連の処理が完了するまで、射出機３０は射出工程には移行せずに待機状態とされる。なお、成形品の形状、大きさや材料によって、可塑化完了と冷却完了とは前後する。
【００３８】
待機時には、加熱搬送装置２０から射出機３０への原料供給を停止する必要がある。それには、加熱搬送装置２０の作動を停止することも選択できるが、それによってドラム２１の回転が止まり、ドラム２１内の原料が滞留することによって樹脂ペレットＰが溶着するのを避けるために、待機時にもドラム２１を回転させることが好ましい。ここで、ドラム２１を回転させると、樹脂ペレットＰおよび繊維Ｆが搬送されて射出機３０に供給されるので、待機時には加熱搬送装置２０の開閉機構２７を閉じることにより、射出機３０への樹脂ペレットＰおよび繊維Ｆの供給を停止する。
制御装置からの指令に基づいて、開閉機構２７は、可塑化が完了したタイミングで閉じるように制御される。例えば、制御装置による射出実行の指令信号を受け取ってからｎ秒後に閉じるように制御される。
【００３９】
そして、開閉機構２７が、必要な待機時間後に開くように制御されることにより、スクリュー３２を前進させる射出から、スクリュー３２を後退させる可塑化までの間のみ、ドラム２１内の樹脂ペレットＰおよび繊維Ｆを吐出し、ホッパ１９を介して射出機３０に供給する。
なお、成形装置１が備えるホッパや、定量フィーダ等の搬送装置が原料のバッファとなるので、待機時間を含む射出成形工程全体を通して、原料は、成形装置１による製造ラインを連続して流れる。
【００４０】
以上のように、射出、可塑化、および待機を通じてドラム２１を連続して回転させつつ、射出および可塑化と、待機とに同期したタイミングで開閉機構２７を開閉することにより、樹脂ペレットＰの溶着をより十分に抑制しつつ、一定量の原料を射出機３０に供給することができる。
【００４１】
さて、本実施形態は、樹脂ペレットＰおよび繊維Ｆの双方を予熱するとともに、その樹脂ペレットＰおよび繊維Ｆを共通の供給口３１０から供給して可塑化することに最も大きな特徴を有している。
樹脂ペレットＰは、同じ供給口３１０から供給される繊維Ｆが予熱されているために、繊維Ｆによって熱が奪われることなく、軟化状態を保つ。換言すれば、樹脂ペレットＰおよび繊維Ｆの双方が予熱されているからこそ、共通の供給口３１０からの原料供給が有効となる。シリンダ３１内における樹脂の溶融状態は、供給口３１０からシリンダ３１の前端３１Ｂに向けて、固液二相から液相へと次第に変化するのであるが、樹脂ペレットＰは軟化されているので、短時間で早期に液相に変態（溶融）する。
【００４２】
樹脂ペレットＰが予熱により軟化し、それによって樹脂ペレットＰが早期に溶融されることは、繊維Ｆにも影響する。樹脂ペレットＰが軟化されていると、繊維Ｆに対して樹脂ペレットＰを介して伝わる圧縮力およびせん断力が緩和される。しかも、その力を繊維Ｆが受ける時間が、軟化による樹脂ペレットＰの早期溶融によって短くなる。したがって、一般に圧縮力およびせん断力が大きい供給口３１０の付近においても、繊維Ｆが破断し難いので、繊維Ｆの破断を十分に抑制できる。
このようにして繊維Ｆの折損が抑制される結果、製造される射出成形品が含有する繊維長を長くすることができる。本実施形態の成形装置１によれば、５ｍｍ以上の平均繊維長を確保できる。
【００４３】
以上に加え、樹脂ペレットＰが軟化されていることで、樹脂ペレットＰ間の隙間が狭まることにより、シリンダ３１内の空隙率が低下するので、熱伝達率が向上する。これにより、可塑化を効率良く安定して行える。
そして、樹脂ペレットＰが早期に溶融されることにより、成形のサイクルタイムを短縮できる上、固相から液相に変化させるのに必要なスクリュー長を短くすることができる。
【００４４】
そして、樹脂ペレットＰが早期に溶融されると、ロービング材の繊維束が開くことにより、樹脂への分散性を高めることもできる。ロービング材は、その繊維束の外側から内側へと溶融樹脂が浸透するのと、溶融樹脂の流動によるせん断力によって開繊していく。したがって、樹脂ペレットＰが早期に溶融すると（樹脂の溶融場が早期に作られると）、溶融樹脂との混練によって開繊を促進することができる。繊維Ｆの開繊により、樹脂への繊維Ｆの分散性が増すので、高品質な繊維強化樹脂成形品が得られる。
【００４５】
上述のように、樹脂ペレットＰおよび繊維Ｆの双方が予熱されているため、共通の供給口３１０において繊維Ｆと接触しても樹脂ペレットＰが硬化しないので、行われた予熱が無効化されることなく、インライン式の射出機３０を実現できる。
ここで、樹脂ペレットＰおよび繊維Ｆの予熱は行わずに、供給口３１０よりも後段側に別の供給口を設け、この後段側の供給口からは、シリンダ３１内で軟化させた樹脂ペレットＰに混入する繊維Ｆを供給するならば、シリンダ３１に２つの供給口が必要となるので射出機３０の構成が複雑となる。本実施形態のように、いずれも予熱した樹脂ペレットＰおよび繊維Ｆを共通の供給口３１０から供給することにより、簡略な構成のインライン式射出機３０を実現できる。
【００４６】
このような本実施形態では、繊維入り樹脂ペレットを用いることなく、互いに別体とされた樹脂ペレットＰおよび繊維Ｆから繊維強化樹脂成形品を得ている。したがって、繊維入り樹脂ペレットを製造するために、押出機によって樹脂を溶融すると共に繊維と混練する別工程を必要としないので、製造コストを低減できる。
しかも、本実施形態によれば、カッティング装置１３により刻まれた長さを維持できるので、繊維Ｆを刻む長さを調整することにより、繊維強化樹脂成形品に要求される強度などの種々の要望に応えることができる。
【００４７】
〔第２実施形態〕
上記第１実施形態では、樹脂ペレットＰおよび繊維Ｆを同じ加熱搬送装置２０によって予熱していたが、以下示す第２実施形態〜第５実施形態では、樹脂ペレットＰおよび繊維Ｆを個別に予熱している。
図４に示す第２実施形態の成形装置２は、樹脂ペレットＰを予熱する加熱搬送装置２０と、繊維Ｆを搬送しながら予熱する繊維加熱搬送装置７０とを備えている。
【００４８】
繊維加熱搬送装置７０は、カッティング装置１３により刻まれた繊維Ｆをベルト上に受ける第１ベルト７１と、第１ベルト７１との間に繊維Ｆを保持する第２ベルト７２とを備えており、図示しないヒーターを内蔵している。
【００４９】
繊維加熱搬送装置７０のヒーターの出力は、繊維Ｆの熱伝導率を考慮して設定されている。そのヒーター出力は、樹脂ペレットＰを加熱する加熱搬送装置２０のヒーター出力と同じにすることも、相違させることもできる。
【００５０】
また、ヒーター出力に、搬送の向きにおいて変化を持たせることもできる。例えば、搬送の向きの後方（ベルトの後端側）では高出力とし、ベルトの前端側ではそれよりも低い出力とすることにより、樹脂ペレットＰに比べて熱が伝達され難い繊維Ｆを十分な温度に加熱した後、保温することができる。繊維Ｆは、樹脂ペレットＰと供給口３１０で合流するときに目的の温度となるように、その温度が整えられる。
【００５１】
このような本実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果が得られるとともに、繊維Ｆが専用の繊維加熱搬送装置７０により加熱されることで、繊維Ｆを適切な温度に容易に予熱することができる。
【００５２】
〔第３実施形態〕
図５に示す第３実施形態の成形装置３は、繊維Ｆを予熱する繊維加熱装置として、いずれも筒状の第１筒状ヒーター８１および第２筒状ヒーター８２を備えている。
第１筒状ヒーター８１は、リール１２からロール１８まで繰り出される長尺な繊維Ｆを内側に通すように設置されている。
第２筒状ヒーター８２は、ロール１８からカッティング装置１３まで延出する繊維Ｆを内側に通すように設置されている。
これらの第１、第２筒状ヒーター８４，８２は、各々の内側に、直線状に延びる繊維Ｆを加熱する直線状の加熱領域Ｒ１を有する、
【００５３】
これらの第１筒状ヒーター８１および第２筒状ヒーター８２の各々の内周面と繊維Ｆとの間には、繊維Ｆがスムーズに搬送されるように隙間があいており、繊維Ｆは各ヒーターによる輻射伝熱によって加熱される。第１筒状ヒーター８１の出力と第２筒状ヒーター８２の出力とは異なっていてもよい。これらのヒーター出力は、第２実施形態で述べたように適宜調整することができる。
【００５４】
本実施形態では、繊維Ｆを予熱する第１筒状ヒーター８１および第２筒状ヒーター８２がカッティング装置１３よりも前段に設けられている。そのため、カッティング装置１３により処理される間に目的の温度を下回らないように、第１筒状ヒーター８１および第２筒状ヒーター８２の出力が調整される。必要であれば、カッティング装置１３にもヒーターが設けられる。
【００５５】
本実施形態のように第１筒状ヒーター８１および第２筒状ヒーター８２によって繊維Ｆを予熱しても、第２実施形態と同様に、繊維Ｆを適切な温度に容易に予熱することができる。
また、本実施形態によれば、リール１２からカッティング装置１３へと繊維Ｆが搬送されるまでのスペースを利用して、繊維Ｆを予熱する第１筒状ヒーター８１および第２筒状ヒーター８２を設けることができるので、繊維加熱装置の設置スペースを特に必要としない。
【００５６】
〔第４実施形態〕
図６に示す第４実施形態の成形装置４は、繊維加搬装置として、回転体ヒーター８３を備えている。回転体ヒーター８３は、図示しない駆動源により回転駆動される。
回転体ヒーター８３は、個数や位置は任意であるが、ここでは１つ、ロール１８とカッティング装置１３との間に回転可能に設置されている。この回転体ヒーター８３の外周には、繊維Ｆが巻きつけられており、その繊維Ｆは、回転体ヒーター８３の外周面から発せられる熱により加熱される。回転体ヒーター８３の外周面には、繊維Ｆと接触する螺旋状の加熱領域Ｒ２が形成される。回転体ヒーター８３が回転されると、繊維Ｆがカッティング装置１３に向けて搬送されながら、回転体ヒーター８３との接触伝熱によって加熱される。
【００５７】
本実施形態によれば、回転体ヒーター８３から繊維Ｆへと接触伝熱によって効率良く熱伝達される。しかも、回転体ヒーター８３の外周に繊維Ｆが巻きつけられることで、軸方向の長さが同じ筒状のヒーターよりも繊維Ｆが加熱される距離を長くとれる。したがって、同じ温度に加熱するのに必要な長さが短くて済むので、小さなスペースで繊維Ｆを取り回しながら、十分に加熱することができる。
【００５８】
〔第５実施形態〕
図７に示す第５実施形態の成形装置５では、射出機３０の排熱を繊維Ｆの予熱に利用している。本実施形態の射出機３０は繊維加熱装置として機能する。
射出機３０は、樹脂ペレットＰのせん断による発熱、シリンダ３１に設けられるヒーターによる加熱によって樹脂ペレットＰを溶融する。これに伴ってシリンダ３１の外側に熱が放出されるので、それを繊維Ｆの予熱に用いる。
【００５９】
シリンダ３１の外周面の近傍には、図示しない駆動源により回転駆動される複数のロール８５が設けられている。これらのロール８５は、シリンダ３１の軸線に対して千鳥状に配置されており、各ロール８５に繊維Ｆが掛け回されている。このようにロール８５に繊維Ｆが掛け回された範囲が、シリンダ３１の外周に沿って搬送される繊維Ｆを加熱する加熱領域Ｒ３とされている。
なお、樹脂が溶融状態とされるシリンダ３１内の溶融場の付近に繊維Ｆを掛け回すと、繊維Ｆの余熱に必要な所定温度以上の熱を得やすい。繊維Ｆは、シリンダ３１近傍のロール８５から、別のロール１８を介してカッティング装置１３にまで引き出されている。ロール８５とロール１８との間では、繊維Ｆは筒状ヒーター８１の内側に通されている。
【００６０】
ロール８５が回転されると、長尺な繊維Ｆはシリンダ３１の周りを蛇行するようにリール１２から繰り出されながら、シリンダ３１の外側に放出される熱によって加熱されるとともに、筒状ヒーター８１により、カッティング装置１３によるカットを見込んだ目的の温度に整えられる。
本実施形態によれば、加熱装置を付加することなく、繊維Ｆを予熱することができる。繊維Ｆは樹脂ペレットＰとは違い、上記のようにシリンダ３１の外周に沿って取り回すことができるので、シリンダ３１の排熱を予熱に容易に利用できる。
なお、筒状ヒーター８１は、シリンダ３１から繊維Ｆと樹脂ペレットＰとの合流部までの距離が短い場合には省略できる。
【００６１】
以上の第２実施形態〜第５実施形態で示した繊維Ｆを予熱する加熱装置は、互いに組み合わせて用いることもできる。
【００６２】
〔第６実施形態〕
次に、第６実施形態は、第１実施形態で示した加熱搬送装置２０（図１）と同様の機能を有する加熱搬送装置を示す。
図８に示す第６実施形態の成形装置６は、樹脂ペレットＰおよび繊維Ｆを予熱し、射出機３０に供給する円錐台状の加熱搬送装置５０を備えている。
加熱搬送装置５０は、図９に示すように、軸線方向が鉛直方向に沿うように配置されるホッパ５１と、ホッパ５１内部を加熱するヒーター５２と、ホッパ５１内に導入される樹脂ペレットＰおよび繊維Ｆを攪拌しながら搬送する攪拌搬送手段６０とを備えている。
ホッパ５１は、入口５１Ａと、入口５１Ａよりも小径の出口５１Ｂとを有しており、出口５１Ｂ側が射出機３０の供給口３１０に接続される。
ホッパ５１の出口５１Ｂには、開閉機構５３が設けられている。
【００６３】
攪拌搬送手段６０は、ホッパ５１の内部を仕切る略円形の複数の仕切板６１と、ホッパ５１の軸線に沿って設けられる回転軸６２と、回転軸６２の外周部に放射状に固定される複数の羽根部材６３とを備えている。なお、図９（Ｂ）において、羽根部材６３のハッチングの図示を省略している。
【００６４】
仕切板６１は、ホッパ５１の軸線方向に間隔をおいて複数が設けられている。これらの水平方向に設けられる仕切板６１の外周部が、ホッパ５１の内壁に固定されることにより、ホッパ５１内部には複数の加熱層Ｌｙが形成されている。
【００６５】
仕切板６１の下面には、シート状とされるとともに遠赤外線を放射（輻射）するヒーター５２が設けられている。ホッパ５１の出口５１Ｂから供給口３１０に供給されるときに樹脂ペレットＰおよび繊維Ｆが目的の温度となるように、ヒーター５２による加熱温度が適宜決められる。
各加熱層Ｌｙのヒーター５２は、同じ出力とされていてもよいが、互いに異なっていてもよい。本実施形態では加熱層Ｌｙ毎にヒーター５２が設けられるので、各加熱層における加熱温度を異ならせることが容易にできる。例えは、上層から下層に向かうにつれて次第に昇温することにより、樹脂ペレットＰの局所的な温度上昇を抑えることができる。
【００６６】
仕切板６１には、各々、その板上の１箇所に、厚み方向に貫通する開口部として貫通孔６１０が形成されている。
貫通孔６１０は、仕切板６１の半径に沿って延びる長丸形状とされている。最上段の仕切板６１に貫通孔６１０が形成される角度を０度とすると、そこから回転軸６２の回転方向（矢印）とは逆向きに例えば４５度、９０度、１３５度といったように、仕切板６１の各々に貫通孔６１０が形成される角度をずらしている。
【００６７】
回転軸６２は、各仕切板６１の中央部に形成された孔を貫通している。回転軸６２の上端部は図示しないモーターに接続されている。モーターが出力する回転駆動力により、回転軸６２は一定方向に回転する。
各羽根部材６３は、仕切板６１上で、回転軸６２の外周部に固定される基端６３Ａからホッパ５１内壁に対向する先端６３Ｂまで延びている。回転軸６２の回転に伴い、羽根部材６３は、その下端が仕切板６１上を摺動するように回転する。
【００６８】
本実施形態の成形装置６を稼働させると、ベルト搬送部１６から加熱搬送装置５０のホッパ５１内に樹脂ペレットＰおよび繊維Ｆが導入される。
その樹脂ペレットＰおよび繊維Ｆは、ホッパ５１内で攪拌搬送手段６０によって攪拌および搬送されながら、ヒーター５２が発する熱によって加熱される。
【００６９】
ホッパ５１内に供給された樹脂ペレットＰおよび繊維Ｆは、最上段の仕切板６１に落下する。その仕切板６１上で隣り合う羽根部材６３と羽根部材６３とがなす各区画Ｖ内に入り込んで保持された状態で、樹脂ペレットＰおよび繊維Ｆは羽根部材６３の回転に伴ってホッパ５１の周方向に移動される。そして、各区画Ｖ内の樹脂ペレットＰおよび繊維Ｆは、仕切板６１の貫通孔６１０まで到達すると、その貫通孔６１０から次々と落下し、仕切板６１，６１に挟まれた加熱層Ｌｙに流入する。
【００７０】
その加熱層Ｌｙでは、区画Ｖに樹脂ペレットＰおよび繊維Ｆが順次入り込んで保持される。そして、回転する羽根部材６３によって掃かれるようにして周方向に移動しながら、仕切板６１下面のヒーター５２から発せられる熱によって加熱される。
ここで、加熱層Ｌｙに流入した樹脂ペレットＰおよび繊維Ｆは、羽根部材６３により、仕切板６１の貫通孔６１０から遠い側に向けて移動し、貫通孔６１０まで１周近く周回してから、下段の仕切板６１上に落下する。１周近く周回する間に、樹脂ペレットＰおよび繊維Ｆは十分に加熱される。
上記のような羽根部材６３による樹脂ペレットＰおよび繊維Ｆの周回と、貫通孔６１０を通じて行われる次の加熱層への移送とが交互に繰り返されることによって、樹脂ペレットＰおよび繊維Ｆはホッパ５１の出口５１Ｂ側まで搬送される。そして、最下段の仕切板６１の貫通孔６１０およびホッパ５１の出口５１Ｂを通じて、樹脂ペレットＰおよび繊維Ｆが射出機３０に供給される。
【００７１】
以上のように、ホッパ５１内の樹脂ペレットＰおよび繊維Ｆが貫通孔６１０を有する仕切板６１、羽根部材６３の上記作用によって周方向および軸線方向に順次移動される過程で、樹脂ペレットＰおよび繊維Ｆが攪拌される。樹脂ペレットＰおよび繊維Ｆは、各加熱層Ｌｙにおいて羽根部材６３と羽根部材６３との間の区画Ｖ内に保持されて周方向に運ばれる。その後、各区画Ｖから貫通孔６１０を通じて下方の仕切板６１上に樹脂ペレットＰおよび繊維Ｆが落下すると、樹脂ペレットＰおよび繊維Ｆは、当該加熱層に流入した際とは個々の位置が入れ替わった状態にばらける。
ここで、ホッパ５１内の樹脂ペレットＰおよび繊維Ｆは、羽根部材６３により区画されるためにホッパ５１の周方向に沿って分布するとともに、貫通孔６１０から落下する樹脂ペレットＰおよび繊維Ｆの流れが存在するために軸線方向にも分布する。こうすることによって、樹脂ペレットＰおよび繊維Ｆをホッパ５１内空間における各部に分散させることができるので、ヒーター５２から発せられる熱が樹脂ペレットＰおよび繊維Ｆに均一に伝わり易い。
【００７２】
本実施形態によれば、上述のように、樹脂ペレットＰおよび繊維Ｆが分散した状態に攪拌されながら搬送されるので、第１実施形態と同様に、樹脂ペレットＰの溶着を発生させることなく、均一に加熱できる。これによって樹脂ペレットＰを十分に軟化させるとともに、射出機３０への樹脂ペレットＰおよび繊維Ｆの定量供給を実現できる。
【００７３】
加熱搬送装置５０による予熱工程および射出機３０による可塑化工程は、第１実施形態と同様に行われる。本実施形態においても、成形サイクルを通じて、羽根部材６３を連続して回転させるとともに、開閉機構５３を射出および可塑化時にのみ開き、待機時には閉じるように制御している。これにより、樹脂ペレットＰの溶着をより十分に抑制しつつ、一定量の原料を射出機３０に供給することができる。
【００７４】
以上の各実施形態により、樹脂および繊維を予熱する種々の加熱装置を示したが、本発明は、樹脂および繊維を予熱できる限り、その加熱手段を問わない。
上述した成形装置１〜６の構成は、原材料や、成形品の仕様等によって種々変更できる。例えば、樹脂ペレットＰの水分含有量によっては、乾燥装置１１を省略し、予熱時に樹脂ペレットＰを乾燥させることもできる。また、装置から装置へと原料を受け渡す搬送装置やホッパは、適所に適宜な形態で設けられていればよい。
また、射出機３０には、供給された樹脂ペレットＰを加熱溶融するヒーターを設けることができる。
【００７５】
なお、既に刻まれた繊維を調達し、それを原料として用いることも本発明は許容する。この場合、カッティング装置は必要ない。
【００７６】
本発明は、射出成形以外にも、例えば押出成形等、樹脂および繊維を用いる任意の成形に適用することができる。
上記以外にも、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。
【符号の説明】
【００７７】
１〜６  成形装置（製造装置）
１３    カッティング装置
２０，５０  加熱搬送装置（加熱装置）
２１    ドラム
２４    ヒーター
３０    射出機（可塑化装置）
３０Ａ  移送部
３１    シリンダ
３２    スクリュー
４０，６０  攪拌搬送手段
５１    ホッパ
５２    ヒーター
７０    繊維加熱搬送装置
７１    第１ベルト
７２    第２ベルト
８１    第１筒状ヒーター
８２    第２筒状ヒーター
８３    回転体ヒーター
３１０  供給口（原料供給口）
Ｆ      繊維
Ｐ      樹脂ペレット
Ｒ１〜Ｒ３  加熱領域
【図１】
2013237241.tif 000003
【図２】
2013237241.tif 000004
【図３】
2013237241.tif 000005
【図４】
2013237241.tif 000006
【図５】
2013237241.tif 000007
【図６】
2013237241.tif 000008
【図７】
2013237241.tif 000009
【図８】
2013237241.tif 000010
【図９】
2013237241.tif 000011