(57)【要約】      （修正有）【課題】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、強化繊維を含む樹脂材料の射出成形装置及び射出成形方法の提供。【解決手段】加熱シリンダ２０１と、加熱シリンダ２０１の内部に回転可能に設けられたスクリュ１０と、樹脂ペレットＰを供給する樹脂供給ホッパ２０７と、樹脂供給ホッパ２０７よりも前方側に設けられ、強化繊維を前記加熱シリンダ内に供給する繊維供給装置２１３とを備え、スクリュ１０は、後方側に位置し、樹脂ペレットＰを溶融する第１ステージ２１と、前方側に位置し、溶融された樹脂ペレットＰと強化繊維Ｆを混合する第２ステージ２２と、を備え、繊維供給装置２１３は、外部と直接的に連通しないように密閉されている射出成形装置１。【選択図】図１
2016144941.tif 000002
【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前方側に設けられ、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、
前記スクリュは、
後方側に位置し、第１供給部と第１圧縮部を備え、前記樹脂原料を溶融する第１ステージと、
前方側に位置するとともに、前記第１ステージに連結された第２供給部と第２圧縮部を備え、溶融された前記樹脂原料と前記強化繊維を混合する第２ステージと、
前記第２供給部が前記繊維供給部から前記強化繊維を供給される繊維受け領域と、を備え、
前記繊維供給部は、
外部と直接的に連通しないように密閉される、
ことを特徴とする繊維強化樹脂の射出成形装置。
【請求項２】
前記繊維供給部は、
簡易式あるいは高度な気密が可能な密閉構造であるか、または、不活性ガスが封入されることで、外部との直接的に連通しないように密閉される、
ことを特徴とする請求項１に記載の射出成形装置。
【請求項３】
前記樹脂供給部は、
前記強化繊維との密着性を増強させる添加剤を含む前記樹脂原料を供給する、
ことを特徴とする請求項１又または請求項２に記載の射出成形装置。
【請求項４】
前記繊維供給部は、
粉状あるいはペレッ卜状の前記樹脂原料が混合された前記強化繊維を供給する、
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装置。
【請求項５】
前記繊維供給部は、
ロービング状態あるいはチョップドストランド状態のいずれか一方あるいは両方を混合した前記強化繊維と、粉状あるいはペレッ卜状の前記樹脂原料と、が混合されたものを供給する、
ことを特徴とする請求項４に記載の射出成形装置。
【請求項６】
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前方側に設けられ、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、
前記スクリュは、
後方側に位置し、第１供給部と第１圧縮部を備え、前記樹脂原料を溶融する第１ステージと、
前方側に位置するとともに、前記第１ステージに連結された第２供給部と第２圧縮部を備え、溶融された前記樹脂原料と前記強化繊維を混合する第２ステージと、
前記第２供給部が前記繊維供給部から前記強化繊維を供給される繊維受け領域と、を備える射出成形装置を用いる強化繊維樹脂の射出成形方法であって、
外部と直接的に連通しないように前記繊維供給部を密閉しながら、前記強化繊維を前記シリンダ内に供給する、
ことを特徴とする強化繊維樹脂の射出成形方法。
【請求項７】
前記繊維供給部は、
簡易式あるいは高度な気密が可能な密閉構造であるか、または、不活性ガスが封入されることで、外部との直接的に連通しないように密閉される、
ことを特徴とする請求項６に記載の射出成形方法。
【請求項８】
前記樹脂供給部は、
前記強化繊維との密着性を増強させる添加剤を含む前記樹脂原料を供給する、
ことを特徴とする請求項６又または請求項７に記載の射出成形方法。
【請求項９】
前記繊維供給部は、
粉状あるいはペレッ卜状の前記樹脂原料が混合された前記強化繊維を供給する、
ことを特徴とする請求項６〜請求項８のいずれか一項に記載の射出成形方法。
【請求項１０】
前記繊維供給部は、
ロービング状態あるいはチョップドストランド状態のいずれか一方あるいは両方を混合した前記強化繊維と、粉状あるいはペレッ卜状の前記樹脂原料と、が混合されたものを供給する、
ことを特徴とする請求項９に記載の射出成形方法。
【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。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、強化繊維を含む樹脂材料の射出成形装置及び射出成形方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の繊維強化樹脂の射出成形装置は、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、樹脂供給部よりも前方側に設けられ、強化繊維を前記シリンダ内に供給する繊維供給部と、を備える。
本発明におけるスクリュは、後方側に位置し、第１供給部と第１圧縮部を備え、樹脂原料を溶融する第１ステージと、前方側に位置するとともに、第１ステージに連結された第２供給部と第２圧縮部を備え、溶融された樹脂原料と強化繊維を混合する第２ステージと、第２供給部が繊維供給部から強化繊維を供給される繊維受け領域と、を備える。
そして、本発明の繊維供給部は、外部と直接的に連通しないように密閉される、ことを特徴とする。
【０００７】
本発明の繊維供給部は、簡易式あるいは高度な気密が可能な密閉構造であるか、または、不活性ガスが封入されることで、外部との直接的に連通しないように密閉される、ことが好ましい。
また、本発明の樹脂供給部は、強化繊維との密着性を増強させる添加剤を含む樹脂原料を供給する、ことが好ましい。
また、本発明の樹脂供給部は、粉状あるいはペレッ卜状の前記樹脂原料が混合された強化繊維を供給する、ことが好ましい。
さらに、本発明の繊維供給部は、ロービング状態あるいはチョップドストランド状態のいずれか一方あるいは両方を混合した強化繊維と、粉状あるいはペレッ卜状の樹脂原料と、が混合されたものを供給する、ことが好ましい。
【０００８】
本発明の繊維強化樹脂の射出成形方法は、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、樹脂供給部よりも前方側に設けられ、強化繊維をシリンダ内に供給する繊維供給部と、を備える射出成形装置を用いる。この射出成形装置のスクリュは、後方側に位置し、第１供給部と第１圧縮部を備え、樹脂原料を溶融する第１ステージと、前方側に位置するとともに、第１ステージに連結された第２供給部と第２圧縮部を備え、溶融された樹脂原料と強化繊維を混合する第２ステージと、第２供給部が繊維供給部から強化繊維を供給される繊維受け領域と、を備える。
本発明の射出成形方法は、外部と直接的に連通しないように繊維供給部を密閉しながら、強化繊維をシリンダ内に供給する、ことを特徴とする。
【０００９】
本発明の繊維供給部は、簡易式あるいは高度な気密が可能な密閉構造であるか、または、不活性ガスが封入されることで、外部との直接的に連通しないように密閉される、ことが好ましい。
また、本発明の繊維供給部は、強化繊維との密着性を増強させる添加剤を含む樹脂原料を供給する、ことが好ましい。
また、本発明の繊維供給部は、粉状あるいはペレッ卜状の樹脂原料が混合された強化繊維を供給する、ことが好ましい。
さらに、本発明の繊維供給部は、ロービング状態あるいはチョップドストランド状態のいずれか一方あるいは両方を混合した前記強化繊維と、粉状あるいはペレッ卜状の前記樹脂原料と、が混合されたものを供給する、ことが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、強化繊維と樹脂との密着性を増強するために、特にポリプロピレンやポリエチレンなどの非極性樹脂にマレイン酸などの添加剤が含有される場合に、この添加剤の揮発成分がベント孔からシリンダの外部に漏れ出てしまわないようにできる。特に、ベント孔に不活性ガスを封入すれば、樹脂の酸化劣化の原因である加熱シリンダの周辺空気が、加熱シリンダの内部に入り込むのを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【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】本実施形態のスクリュを示す図である。
【図６】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】
【００１２】
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。
【００１３】
［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。
【００１４】
［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。
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。
【００１５】
［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。
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を正転又は逆転が可能な第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。
【００１６】
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。
【００１７】
スクリュ１０は、第１ステージ２１が備える第１フライト２７及び第２ステージ２２が備える第２フライト２８が、以下の条件を満足する。なお、図５を参照願いたい。
はじめに、第２ステージ２２の第２フライト２８のリードＬ２が、第１フライト２７のリードＬ１より大きく設定されている。これは以下の理由による。第２ステージ２２は可塑化工程時および射出工程時にその後端側で強化繊維Ｆの供給を受けるが、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、リードＬ２が大きいと、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強化繊維Ｆを溝内に落とすことができる。また、強化繊維Ｆを充填する溝の一部には溶融樹脂Ｍが既に入っているが、可塑化工程が終了しスクリュ１０の回転が止まると溝内の溶融樹脂Ｍは自重で下方に垂れ落ちて、スクリュ１０の上方面の溶融樹脂Ｍと加熱シリンダ２０１の内壁面の間に隙間ができる。そうすると、溝内の溶融樹脂Ｍが射出工程時のスクリュ１０の前進に伴いベント孔２０６を通過しても強化繊維Ｆをこの隙間に入れることができる。結果的に、スクリュ１０の溝内に強化繊維Ｆを落とすことができる。このため、リードＬ２が大きいと、溶融樹脂Ｍが溝内に入っていても溶融樹脂Ｍが自重により下方に垂れ落ちることにより空いたスクリュ上方の空隙に強化繊維Ｆを充填することができる溝幅は、溶融樹脂Ｍが入っている領域を無視して溝幅の全域を使うことができる。よって、強化繊維Ｆを射出工程中にスクリュ溝内に充填することが容易となる。またリードＬ２を大きくすることは強化繊維Ｆの折損抑制に有効である。具体的にはスクリュ先端部までのスクリュ溝の螺旋状の溝長さが短くできるため、可塑化工程時にスクリュの回転によって強化繊維Ｆを含有した溶融樹脂Ｍが、スクリュ溝内での旋回流動による剪断力を受ける距離または時間を短縮できるためである。
【００１８】
第２フライト２８のリードＬ２は、以上の趣旨に基づいて、１．２×Ｄ以上にすることが好ましく、更に１．４×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、更に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、１．２×Ｄ〜２．０×Ｄとすることが好ましく、更に１．４×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Ｗ２は、リードＬ２の０．０１〜０．３倍（０．０１×Ｌ２〜０．３×Ｌ２）とする。フライトの幅Ｗ２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Ｗ２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。
ここでは、第２フライト２８が１条の例を示しているが、本発明は２条のフライトを備えることもできる。この場合は、フライト幅はリードＬ２の０．０１〜０．１５倍と幅狭のフライトにすることが好ましい。
なお、以上のように、第２フライト２８のリードＬ２を第１フライト２７のリードＬ１より大きくするのは、第２ステージ２２の全域である必要はない。第２ステージ２２の中で、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、第２フライト２８のリードＬ２が大きくされていれば、目的を達成できるからである。一つの指針として、第１ステージ２１と第２ステージ２２の境界部分から、第２ステージ２２側の少なくとも２．０×Ｄの範囲において、第２フライト２８のリードＬ２を大きくする。
【００１９】
第１ステージ２１は、溶融樹脂Ｍの搬送速度及び可塑化能力を確保するために、リードＬ１をリードＬ２よりも小さくする。第１ステージ２１の第１フライト２７のリードＬ１は、第２フライト２８のリードＬ２の０．４〜０．８倍とすることが好ましく、０．５〜０．７倍とすることがより好ましい。リードＬ１がリードＬ２の０．４倍より小さくなると、第１ステージ２１における溶融樹脂Ｍの搬送速度が遅くなり滞留熱劣化や気泡の発生に繋がりやすくなるとともに、可塑化能力が小さく生産性を悪化させるおそれがある。また、リードＬ１がリードＬ２の０．８倍よりも大きくなると、第２ステージ２２に流入する溶融樹脂Ｍの量が多くなるため、強化繊維Ｆが充填される空隙が少なくなり、必要な量の強化繊維Ｆを充填しにくくなる。
【００２０】
［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。
【００２１】
［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、あるいは一部平行させて実施して１サイクルが完了する。
【００２２】
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（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）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（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、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。このときスクリュ１０の回転および後退によりフライトが断続的にベント孔２０６を封鎖するものの、スクリュ１０は、第２ステージ２２の第２フライト２８のリードＬ２が前述したように大きく設定されているので、スクリュ１０溝内に強化繊維Ｆを充填することが容易となる。この後、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」）。
【００２３】
図２（ｂ）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。
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。
【００２４】
［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。
【００２５】
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。
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。そうすると、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ことになる。
【００２６】
［射出工程中の強化繊維供給］
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。
【００２７】
これに対して、本実施形態では、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。そうすると、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。しかも、スクリュ１０は、第２ステージ２２の第２フライト２８のリードＬ２が前述したように大きく設定されているので、スクリュ１０の溝内において強化繊維Ｆの充填の障害となる溶融樹脂Ｍが付着していない領域が大きく、より確実にスクリュ１０の周囲に強化繊維Ｆを行き渡らせることができる。
【００２８】
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よりも前方の領域に、強化繊維Ｆを漏れなく含ませることができる。
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。
【００２９】
［繊維供給装置の形態］
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。
【００３０】
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。またこのとき、ベント孔２０６の清掃などのメインテナンスのために、計量フィーダーと加熱シリンダ２０１を簡易脱着可能な構造にしておくことが好ましい。
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。
【００３１】
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、強化繊維Ｆ表面の樹脂の濡れ性を大きくするために、スクリュフィーダーを図示しないヒータによって加熱してもよい。これにより、スクリュフィーダー内の強化繊維Ｆの温度が上昇し、溶融樹脂Ｍが強化繊維Ｆに接触したときに、溶融樹脂Ｍが温度低下して固化あるいは粘度が増大し、強化繊維Ｆの塊の中に溶融樹脂Ｍが浸入しにくくなるのを防止できる。これにより、強化繊維Ｆの繊維間に溶融樹脂Ｍが入り、繊維の束が解けて強化繊維Ｆの溶融樹脂Ｍ中への分散を促進できる。また強化繊維Ｆの温度を高温にすることにより溶融樹脂Ｍが強化繊維Ｆに付着しやすくなるので、可塑化工程時のスクリュ１０によって溶融樹脂Ｍが搬送される力あるいは回転される力を、または射出工程時のスクリュ１０と共に溶融樹脂が前進する力を、強化繊維Ｆをベント孔２０６からシリンダ内に引き込む力として利用することも可能となる。この場合、フィーダーの加熱温度は、樹脂のガラス転移点以上、加熱シリンダの設定温度以下とすることが好ましい。樹脂の金属に対する摩擦係数はガラス転移点近傍から急激に上昇するため、強化繊維Ｆの温度を樹脂のガラス転移点以上とすることにより、溶融樹脂Ｍの温度が強化繊維Ｆと接触により温度低下しても、摩擦係数の大きい下限値であるガラス転移点を下回らないため、溶融樹脂Ｆにより強化繊維Ｆの引き込み効果が大きくできる。また、フィーダー加熱温度を加熱シリンダ温度以下とすることにより、溶融樹脂Ｍの過度の温度上昇により熱劣化を防止することができる。
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。ロービング繊維を直接投入する場合は、切断されていない状態の長い繊維をスクリュに投入できるため、最終的に射出される溶融樹脂中に長い繊維を残すことができる。チョップド繊維を投入する場合は、繊維の絡み合いにより互いに拘束し合うため、繊維間の滑りが抑制され、フィーダーによる繊維の搬送が安定する。またチョップド繊維とロービング繊維を混合して投入する場合は、ロービング繊維による長い繊維を得られると共に、チョップド繊維の絡み合いに起因したフィーダーによる繊維の搬送が安定するという両方の効果を得ることができる。
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。
【００３２】
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。
【００３３】
また、図６（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。
また、通常、強化繊維と樹脂との密着性を増強するために、特にポリプロピレンやポリエチレンなどの非極性樹脂にマレイン酸などの添加剤が含有されている場合があるが、この添加剤は原料樹脂の溶融時に揮発し易い。よって、この添加剤の揮発成分がベント孔２０６から加熱シリンダ２０１の外部に漏れ出てしまわないように、ベント孔２０６が直接外部と連通しないような簡易式あるいは高度な気密が可能な密閉構造とするか、またはベント孔２０６内に窒素ガスなどの不活性ガスを封入しておくことが好ましい。ベント孔２０６内に不活性ガスを封入することは、樹脂の酸化劣化の原因である加熱シリンダ２０１の周辺空気が、加熱シリンダ２０１の内部に入り込むのを防止する観点からも好ましい。
【００３４】
［可塑化工程時の強化繊維の供給量の決定手法］
次に可塑化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ステップで、強化繊維Ｆを繊維供給装置２１３から供給することなく、樹脂ペレットＰのみを加熱シリンダ２０１の後方の樹脂供給ホッパ２０７から供給し可塑化行い、所定量の樹脂を計量完了後に射出を行う。
第２ステップで、射出した樹脂の重量を測定する。
第３ステップで、測定した樹脂の重量に対し所望の強化繊維含有率を積算し、所望の強化繊維重量を算出する。
第４ステップで、算出した強化繊維重量と可塑化に要した時間から、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から加熱シリンダ２０１に供給する単位時間当たりの強化繊維Ｆ供給量を決定する。
【００３５】
第５ステップで、第４ステップで算出した可塑化工程時に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から可塑化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。
このとき、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からの強化繊維Ｆの供給量は、スクリュ１０の回転数または後退速度に同期させて制御してもよい。また、可塑化工程のスクリュ１０の回転数が複数段制御の場合は、回転数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、回転数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よい。また、可塑化工程におけるスクリュ１０の回転数が複数段制御の場合は、補正係数を各回転数に対してそれぞれ別個に設定してもよいし、同一値でもよい。
またスクリュ１０の後退により原料ホッパからスクリュ先端までの距離である、いわゆる有効スクリュ長が短縮する。これによりスクリュ回転による原料樹脂の搬送力が低下するため、スクリュ１０の後退量につれてスクリュ後退速度が低下していく。このときスクリュ１０内を搬送されている溶融樹脂Ｍの流量も低下している。スクリュ１０内の溶融樹脂Ｍの搬送流量が低下した場合でも強化繊維Ｆの供給量を一定値で供給すると、スクリュ１０内の溶融樹脂Ｍに含有される強化繊維Ｆの含有率が所望の値よりも大きくなる虞がある。この溶融樹脂Ｍの搬送流量はスクリュ１０の後退速度に略比例しているので、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からの強化繊維Ｆの供給量をスクリュ１０の後退速度に同期させて変化させることで、所望の強化繊維Ｆの含有率を維持することができる。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からの強化繊維Ｆの供給量をスクリュ１０の後退速度の検知タイミングに対して、時間的な速度の差を考慮してフィーダーからの強化繊維Ｆの供給量を制御しても良い。スクリュ後退は繊維供給部の下流であるスクリュ先端から吐出される溶融樹脂Ｍの流量によってスクリュ後退速度が決まることが広く知られている。しかし、スクリュ先端から吐出される溶融樹脂Ｍの流量は、強化繊維Ｆが供給されたスクリュ１０の略中央部からみて下流の流量である。つまりスクリュ先端部の溶融樹脂Ｍの流量は強化繊維Ｆの供給部から見たら既に過去に通過した樹脂の流量である。よって、スクリュ１０の後退はこの過去に通過した樹脂の流量による結果である。つまり、スクリュ１０の後退量が大きい場合は前述の通りスクリュ後退速度が低下するため、強化繊維Ｆの供給部においてスクリュ１０内を送られている溶融樹脂の流量は、スクリュの先端部の流量よりも少ない場合がある。よって、スクリュ後退速度にオンタイムでフィーダーからの強化繊維Ｆの供給量を制御すると、強化繊維Ｆの供給部における溶融樹脂Ｍへの強化繊維Ｆの含有率が所望の含有率よりも大きくなる場合がある。これに対して、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からの強化繊維Ｆの供給量をスクリュ１０の後退速度の検知タイミングに対して、時間的な速度の差を考慮してフィーダーからの強化繊維Ｆの供給量を制御することで、強化繊維Ｆを所望の含有率にすることができる。この時間的な速度の差を考慮する方法として、制御部５０が事前に１サイクル中のスクリュ後退速度のプロファイルを測定によって学習し、そのプロファイルを元にスクリュの後退速度プロファイルに対して時間的に遡った形態の、フィーダーからの強化繊維Ｆの供給プロファイルを作成して、これにより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を制御しても良い。
【００３６】
［射出工程時の強化繊維の供給量の決定手法］
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。
【００３７】
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の後退速度の比と、成形品が所望の繊維含有率となるように、上述の要領にて決定され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。
【００３８】
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よい。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よいし、同一値でもよい。
【００３９】
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、補正係数を用いずに直接強化繊維Ｆの供給量を決定してもよいし、あるい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。
【００４０】
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６（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６（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。
【００４１】
[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。以下では、第１実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００４２】
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。
【００４３】
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、第２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。
【００４４】
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の第２フライト２８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に対する第２フライト２８の相対的な位置（あるいはベント孔２０６から見える第２フライト２８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。
Ｄ２＝スクリュ１０の第２フライト２８の外径（ｍｍ）
ａＤ２＝スクリュ１０の第２フライト２８のリードＬ２（ｍｍ）
ｎＤ２＝射出ストローク（ｍｍ）
射出時間＝ｔ（ｓｅｃ）
上記のようにすると、ｔａｎθ１＝ａＤ２／πＤ２、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。
なお、スクリュ１０におけるベント孔２０６の投影面に対応する領域が、本発明における繊維受け領域を構成する。
【００４５】
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の第２フライト２８が射出工程中に第２フライト２８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。
【００４６】
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の第２フライト２８が射出工程中に第２フライト２８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で第２フライト２８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の第２フライト２８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の第２フライト２８が射出工程中に第２フライト２８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の第２フライト２８が射出工程中に第２フライト２８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の第２フライト２８が射出工程中に第２フライト２８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。
【００４７】
そうすると、ベント孔２０６から見えるスクリュ１０の第２フライト２８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。
【００４８】
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の内部を負圧とすれば、強化繊維Ｆと共に加熱シリンダ２０１の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加熱シリンダ２０１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と共に加熱シリンダ２０１の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加熱シリンダ２０１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、更に加熱シリンダ２０１の外周面から内周面に至る貫通孔を設けてもよい。
【００４９】
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、スクリュ１０については、図５（ｂ）〜（ｅ）に示す形態を単独であるいは取捨選択により組み合わせて採用することができる。
図５（ｂ）に示すスクリュ１０は、第２ステージ２２であって、スクリュ１０の先端側にフライトのない領域Ａ１を設けている。領域Ａ１では、加熱シリンダ２０１の内径面近傍の強化繊維Ｆを含んだ溶融樹脂Ｍがスクリュ回転時にフライトに掻き取られることによりフライトの側面に沿ってスクリュ溝底方向に流動することによるスクリュ溝内での溝幅方向の旋回が発生することがない。したがって、強化繊維Ｆは、旋回流動による剪断力が負荷されないために、折損が抑制される。なお、図５（ｂ）に示す領域Ａ１は、スクリュ１０の先端側に連続して設けられているが、断続的に複数箇所に分けて設けてもよい。
図５（ｃ）に示すスクリュ１０は、第２ステージ２２であって、スクリュ１０の先端側にミキシング機構を備える領域Ａ２を設けている。この領域Ａ２を通過する過程で、溶融樹脂Ｍに含まれる強化繊維Ｆの解繊、分散を促進させることができる。
【００５０】
図５（ｄ）に示すスクリュ１０は、第２ステージ２２であって、スクリュ１０の先端側に、リードＬ２よりも小さいリードＬ３の領域を設けている。そうすることで、スクリュ先端部のスクリュ式ポンプとしての昇圧能力が増大するので、スクリュ背圧（先端部樹脂圧）に負けることなく、溶融樹脂Ｍを先端側に搬送することが容易になる。リードＬ３は、１．２×Ｄ以下である。
図５（ｅ）は、第２ステージ２２の圧縮比を小さく、具体的には１．０〜２．０としたスクリュ１０を示している。第２ステージ２２の圧縮比を小さく抑えることによって、スクリュ先端部の圧力を低く抑えられるので、昇圧能力が低いリードの大きい第２フライト２８でも溶融樹脂Ｍの搬送が容易となり、スクリュ溝内の溶融樹脂Ｍの搬送速度を増大できる。これにより、溶融樹脂Ｍに混合された強化繊維Ｆがスクリュ溝内で剪断を受ける時間が短縮されるので、強化繊維Ｆの折損を抑えることができる。
また、図示を省略するが、第２ステージ２２の第２フライト２８の外径（Ｄ２）は、スクリュ１０の最大外径（Ｄｍａｘ）より小さくすることができる。そうすると、第２フライト２８の外周と加熱シリンダ２０１の内周との間に隙間ができるので、供給された強化繊維Ｆがこの隙間に入ることができるので強化繊維Ｆを加熱シリンダ２０１内に充填しやすくできる。また、強化繊維Ｆがスクリュ１０のフライト頂部と加熱シリンダ２０１の内径面の間に挟み込まれて折損するのを防止できる。また、可塑化工程中のスクリュ１０の回転によって、スクリュ１０が回転する向きの前方である押し側のフライト側面近傍に存在する溶融樹脂Ｍが第２フライト２８を乗り越えて後方のスクリュ溝に逆流する。したがって、第２フライト２８より当該回転の向きの後方である引き側のフライト側面近傍に存在する強化繊維Ｆの塊に溶融樹脂Ｍが早期に含浸して、強化繊維Ｆの分散に有効である。
【００５１】
また、第２実施形態に示した射出工程時のスクリュ１０の回転は、逆転に限らず正転であっても、スクリュ１０の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。
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。
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ので、図２（ｂ）に示す強化繊維Ｆが充填されていない樹脂溶融領域を縮小させることができる。
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。また、強化繊維Ｆの繊維間に、または強化繊維Ｆとフィーダーの間に、粉状あるいはペレット状の原料樹脂が介在することによって、強化繊維Ｆの繊維間の、または強化繊維Ｆとフィーダーの間の滑りが抑制され、フィーダーによる繊維の搬送が安定する。
【００５３】
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      射出成形機
１０    スクリュ
２１    第１ステージ
２２    第２ステージ
２３，２５  供給部
２４，２６  圧縮部
２７    第１フライト
２８    第２フライト
５０    制御部
１００  型締ユニット
１０３  固定金型
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
２００  可塑化ユニット
２０１  加熱シリンダ
２０５  繊維供給用ホッパ
２０６  ベント孔
２０７  樹脂供給ホッパ
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
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
Ｆ      強化繊維
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３  リード
Ｍ      溶融樹脂
Ｐ      樹脂ペレット
【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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