(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂を加熱し移送する供給部Ｓf と、該供給部から移送された加熱樹脂を溶融、混練する圧縮部Ｓc と、該圧縮部から移送され、溶融、混練された樹脂をノズル(6) へ移送する計量部Ｓm とから成る繊維強化熱可塑性樹脂の可塑化装置用スクリュ(1) であって、スクリュリード長さおよびスクリュ溝深さが各々下記式[1] 、[2] を満足し、かつ前記圧縮部Ｓc における各スクリュリード長さＬc i を、スクリュ先端に向かうにしたがって減少せしめたことを特徴とする繊維強化熱可塑性樹脂の可塑化装置用スクリュ。
記
計量部Ｓm のスクリュリード長さＬm ＜供給部Ｓf のスクリュリード長さＬf ……[1]
計量部Ｓm のスクリュ溝深さＨm ≦供給部Ｓf のスクリュ溝深さＨf ………………[2]
【請求項２】
前記スクリュリード長さが、さらに下記式[3] 、[4] を満足し、供給部Ｓf のスクリュ溝断面積Ａf と計量部Ｓm のスクリュ溝断面積Ａm との比が、下記式[5] を満足することを特徴とする請求項１記載の繊維強化熱可塑性樹脂の可塑化装置用スクリュ。
記
0.9 Ｄ≦供給部Ｓf のスクリュリード長さＬf ≦1.1 Ｄ  ………[3]
0.4 Ｄ≦計量部Ｓm のスクリュリード長さＬm ＜1.1 Ｄ  ………[4]
１＜〔供給部Ｓf のスクリュ溝断面積Ａf 〕／〔計量部Ｓm のスクリュ溝断面積Ａm 〕≦2.5 ………[5]
上記式[3],[4],[5] 中、Ｄ、Ａf 、Ａm は、各々下記内容を示す。
Ｄ  ：スクリュ直径
Ａf ：供給部Ｓf のスクリュ溝深さＨf ×供給部Ｓf のスクリュ溝幅Ｗf
Ａm ：計量部Ｓm のスクリュ溝深さＨm ×計量部Ｓm のスクリュ溝幅Ｗm
【請求項３】
スクリュ(1) およびスクリュヘッド(3) と、前記スクリュ(1) およびスクリュヘッド(3) の外周部に設けられたシリンダ(4) およびシリンダヘッド(4a)と、該シリンダヘッド(4a)の先端に取付けられたノズル(6) と、少なくとも前記シリンダ(4) に取付けられたヒータ(5) と、前記シリンダ(4) 内のスクリュ(1) に繊維強化熱可塑性樹脂を供給するためのホッパ(7) と、スクリュ回転用の回転装置および可塑化された繊維強化熱可塑性樹脂を吐出するためのスクリュ前後進用駆動装置(8) とを有する繊維強化熱可塑性樹脂成形用の可塑化装置であって、前記スクリュ(1) が、請求項１または２記載の繊維強化熱可塑性樹脂の可塑化装置用スクリュであることを特徴とする繊維強化熱可塑性樹脂成形用の可塑化装置。
【請求項４】
請求項３記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形用の可塑化装置を用いて可塑化した繊維強化熱可塑性樹脂を金型内に吐出することを特徴とする繊維強化熱可塑性樹脂の成形方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、繊維強化熱可塑性樹脂の可塑化を行う際に用いるスクリュ、該スクリュを装着した可塑化装置、該可塑化装置を用いて可塑化された繊維強化熱可塑性樹脂を成形する方法に関する。
【０００２】
本発明によれば、強化用繊維の破断を抑制することが可能なため、本発明は、特には、長繊維強化熱可塑性樹脂を用いた可塑化装置用スクリュ、可塑化装置、成形方法として適している。
【０００３】
【従来の技術】
長繊維強化熱可塑性樹脂ペレットは、溶融樹脂をガラス繊維などの強化用連続繊維束に含浸させ、ペレット化して製造されるもので、ペレットと等しい長さの強化用繊維を含んでいる特徴を有する。
したがって、長繊維強化熱可塑性樹脂ペレットを射出成形法などで成形して得られた成形体中の残存繊維長は、短繊維強化熱可塑性樹脂の成形体中の残存繊維長に比べて長いため、連続繊維強化コンポジットと同等の極めて優れた機械的特性、耐久性を有しながら、短繊維強化熱可塑性樹脂と同様の成形性を有する。
【０００４】
しかしながら、長繊維強化熱可塑性樹脂の可塑化は、一般的な熱可塑性樹脂用の可塑化装置を用い、同様の操作条件で行われているのが現状であった。
このため、可塑化時に強化用繊維が破断し、短くなったり、強化用繊維の破断を抑えるため剪断力などを弱めると、クランプ（：繊維束が未開繊の状態）が残存する問題があった。
【０００５】
図３に、従来より用いられている熱可塑性樹脂の可塑化装置用スクリュの構造を、側面図により示す。
図３において、１はスクリュ、Ｓf は樹脂を加熱し移送する供給部、Ｓc は供給部Ｓf から移送された加熱樹脂を溶融、混練する圧縮部、Ｓm は圧縮部Ｓc から移送され溶融、混練された樹脂をノズルへ移送する計量部、Ｌf は供給部Ｓf のスクリュリード長さ、Ｌc1，Ｌc2，Ｌc i は圧縮部Ｓc のスクリュリード長さ、Ｌm は計量部Ｓm のスクリュリード長さ、Ｈf は供給部Ｓf のスクリュ溝深さ、Ｈm は計量部Ｓm のスクリュ溝深さ、Ｗf は供給部Ｓf のスクリュ溝幅、Ｗc i は圧縮部Ｓc のスクリュ溝幅、Ｗm は計量部Ｓm のスクリュ溝幅、Ｄはスクリュ直径を示す。
【０００６】
なお、スクリュリード長さとは、材料が100 ％スクリュ溝に充填されていると仮定し、スクリュが一回転するときの材料が軸方向に進む距離を示す。
スクリュ直径Ｄに対するスクリュの全長Ｌの割合、すなわちＬ／Ｄは15〜25が一般的である。
スクリュ１は、図３に示されるように、供給部Ｓf 、圧縮部Ｓc 、計量部Ｓm よりなり、各部の長さの割合は２：１：１〜３：２：１が一般的である。
【０００７】
なお、圧縮部とは、「スクリュ溝深さ×スクリュ溝幅」で示されるスクリュ溝断面積が徐々に減少し、その剪断力で樹脂を溶融、混練する部分を示す。
また、圧縮部Ｓc に対してスクリュ前後進用駆動装置側を供給部Ｓf 、また圧縮部Ｓc に対してスクリュヘッド側を計量部Ｓm と称す。
従来のスクリュでは、スクリュ溝深さは、供給部のスクリュ溝深さが計量部のスクリュ溝深さより大であり、スクリュ先端方向における溝深さの減少によるスクリュ溝断面積の減少によって、樹脂の溶融、混練に必要な剪断力が発生する。
【０００８】
スクリュ溝深さは、供給部で0.13Ｄ〜0.18Ｄ、計量部で0.03Ｄ〜0.08Ｄであり、「供給部のスクリュ溝深さ／計量部のスクリュ溝深さ」で示される圧縮比は1.8 〜3.5 が一般的である。
圧縮比が大きいほど圧縮部近傍からの剪断力が大きくなる。
スクリュリード長さは0.9 Ｄ〜1.1 Ｄであり、供給部から計量部まで一定であるのが一般的である。
【０００９】
次に、上記したスクリュを用いた熱可塑性樹脂用の可塑化装置について説明する。
熱可塑性樹脂は、通常、図４に示す可塑化装置を用いて可塑化され、成形に際しては、図５に示すように金型を取り付けて成形体を得る。
なお、図４および図５において、１はスクリュ、２は逆流防止装置、３はスクリュヘッド、４はシリンダ、4aはシリンダヘッド、５はヒータ、６はノズル、７はホッパ、８はスクリュ回転用の回転装置および油圧装置などのスクリュ前後進用駆動装置、9a,9b は金型、10はキャビティを示す。
【００１０】
繊維長９mmの長繊維強化熱可塑性樹脂を、従来の熱可塑性樹脂可塑化用スクリュが装着された可塑化装置を用いて成形すると、スクリュ各部分において強い剪断力を受け、成形体中の残存繊維長は0.5 mm程度まで低下してしまう。
したがって、得られた成形体の機械的特性は、短繊維強化熱可塑性樹脂（繊維長：約 0.3mm）とほとんど変わらないものであった。
【００１１】
これに対して、特開平２−292008号公報に、スクリュ溝深さをスクリュ全長にわたり５mm以上とすることで、可塑化時の繊維破断を防ぐ方法が開示されている。
しかしながら、残存繊維長の改善はある程度なされているが、機械的特性の向上はほとんど見られていない。
【００１２】
さらに、特開平２−292008号公報に示されている、スクリュの全長（Ｌ）とスクリュ径（Ｄ）との比を７〜15に制限する規定は、スクリュによって発生する剪断力が長繊維強化熱可塑性樹脂へ負荷される時間を短くする効果はあるが、一方では、スクリュ部分全体で長繊維強化熱可塑性樹脂が受ける全剪断力が小さくなるため、クランプ（：繊維束が未開繊の状態）が残存する可能性が高く、成形品の強度低下の原因（応力集中など）となり好ましくない。
【００１３】
この点を改善する方法として、特開平８−197597号公報には、計量部の先にニーディングディスクなどを設けることにより、スクリュの剪断力が低い場合に残存するクランプを解消する方法が開示されている。
しかしながら、残存繊維長および機械的特性について定量的な結果の記述がほとんどなされておらず、効果が明確でない。
【００１４】
さらに、この方法では可塑化能力の低下によって、樹脂の種類によっては可塑化できない可能性があり、成形する材料に応じてスクリュを交換する必要が生じ、作業が煩雑となり好ましくない。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
前記したように、繊維強化熱可塑性樹脂を、従来のスクリュが装着された可塑化装置を用いて成形すると、スクリュの供給部、圧縮部、計量部で強化用繊維の破断が起こるため、残存繊維長が短くなり、機械的強度が十分でないという問題点があった。
【００１６】
また、繊維破断を防ぐために剪断力を低下させたスクリュの場合は、繊維の破断を防ぐことは可能であるが、クランプが残存したり、可塑化能力の低下により樹脂を可塑化できない。
本発明は、前記した従来技術の問題点を解決し、繊維強化熱可塑性樹脂の強化用繊維 (以下強化繊維とも記す）の破断を抑制することが可能な繊維強化熱可塑性樹脂の可塑化装置用スクリュ、該スクリュを用いた可塑化装置、成形方法を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明者らは、かかる課題を解決するため、繊維強化熱可塑性樹脂の溶融、混練を行う可塑化装置のスクリュに関して鋭意検討を行った。
その結果、計量部のスクリュリード長さを供給部のスクリュリード長さより短くし、計量部のスクリュ溝深さを供給部のスクリュ溝深さ以下とし、さらに、圧縮部における各スクリュリード長さを、スクリュ先端方向に向かって減少せしめることにより、前記した問題点を解決することが可能であることを見出し、本発明に至った。
【００１８】
この場合、強化用繊維の破断の原因となる剪断力を低減させることができる。
さらに、スクリュ溝深さを極端に大きくしなくても容易に可塑化ができるため、クランプの残存を解消することもできる。
その結果、成形品の機械的特性を著しく向上できる。
すなわち、第１の発明は、樹脂を加熱し移送する供給部Ｓf と、該供給部から移送された加熱樹脂を溶融、混練する圧縮部Ｓc と、該圧縮部から移送され溶融、混練された樹脂をノズル６へ移送する計量部Ｓm とから成る繊維強化熱可塑性樹脂の可塑化装置用スクリュ１であって、スクリュリード長さおよびスクリュ溝深さが各々下記式[1] 、[2] を満足し、かつ前記圧縮部Ｓc における各スクリュリード長さＬc i を、スクリュ先端に向かうにしたがって減少せしめ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用スクリュである。
【００１９】
計量部Ｓm のスクリュリード長さＬm ＜供給部Ｓf のスクリュリード長さＬf ……[1]
計量部Ｓm のスクリュ溝深さＨm ≦供給部Ｓf のスクリュ溝深さＨf ………………[2]
なお、前記第１の発明において、前記圧縮部Ｓc における各スクリュリード長さＬc i を、スクリュ長さ方向において、スクリュ先端に向かうにしたがって減少せしめる方法としては、段階的に減少させてもよいし、連続的に減少させてもよい。
【００２０】
連続的に減少させるときは、一定の勾配で減少させてもよく、減少の勾配を途中で変化させてもよい。
前記第１の発明においては、前記スクリュリード長さが、さらに下記式[3] 、[4] を満足し、供給部のスクリュ溝断面積Ａf と計量部のスクリュ溝断面積Ａm との比が、下記式[5] を満足することが、より好ましい。
【００２１】
0.9 Ｄ≦供給部Ｓf のスクリュリード長さＬf ≦1.1 Ｄ  ………[3]
0.4 Ｄ≦計量部Ｓm のスクリュリード長さＬm ＜1.1 Ｄ  ………[4]
１＜〔供給部Ｓf のスクリュ溝断面積Ａf 〕／〔計量部Ｓm のスクリュ溝断面積Ａm 〕≦2.5 ………[5]
上記式[3],[4],[5] 中、Ｄ、Ａf 、Ａm は、各々下記内容を示す。
【００２２】
Ｄ  ：スクリュ直径
Ａf ：供給部Ｓf のスクリュ溝深さＨf ×供給部Ｓf のスクリュ溝幅Ｗf
Ａm ：計量部Ｓm のスクリュ溝深さＨm ×計量部Ｓm のスクリュ溝幅Ｗm
また、前記第１の発明においては、供給部のスクリュリード長さＬf と計量部のスクリュリード長さＬm との比であるＬf ／Ｌm が、1.07〜2.50であることがより好ましく、さらに好ましくはＬf ／Ｌm は1.13〜1.80である。
【００２３】
また、スクリュ直径Ｄはスクリュの全長において一定であるのが好ましく、供給部における各スクリュリード長さＬf および各スクリュ溝深さＨf は、いずれも各々一定であるのが好ましい。
また、計量部における各スクリュリード長さＬm および各スクリュ溝深さＨm は、いずれも各々一定であるのが好ましい。
【００２４】
また、供給部のスクリュ溝深さＨf と計量部のスクリュ溝深さＨm との比であるＨf ／Ｈm は、１〜2.3 であることが好ましい。
これは、Ｈf ／Ｈm が１未満の場合、剪断力が小さくなり、可塑化が十分に行われず、クランプが発生し、逆に、Ｈf ／Ｈm が2.3 を超える場合、剪断力が大きくなり、可塑化時に強化用繊維の破断が生じ、残存繊維長が短くなり易いためである。
【００２５】
なお、本発明において、供給部の各スクリュリード長さＬｆ、計量部の各スクリュリード長さＬm が一定でない場合は、該Ｌｆ、Ｌm は平均値を示す。
また、供給部の各スクリュ溝深さＨf 、計量部の各スクリュ溝深さＨm が一定でない場合は、該Ｈf 、Ｈm は平均値を示す。
また、供給部の各スクリュ溝幅Ｗｆ、計量部の各スクリュ溝幅Ｗm が一定でない場合は、該Ｗｆ、Ｗm は平均値を示す。
【００２６】
第２の発明は、スクリュ１およびスクリュヘッド３と、前記スクリュ１およびスクリュヘッド３の外周部に設けられたシリンダ４およびシリンダヘッド4aと、該シリンダヘッド4aの先端に取付けられたノズル６と、少なくとも前記シリンダ４に取付けられたヒータ５と、前記シリンダ４内のスクリュ１に繊維強化熱可塑性樹脂を供給するためのホッパ７と、スクリュ回転用の回転装置および可塑化された繊維強化熱可塑性樹脂を吐出するためのスクリュ前後進用駆動装置８とを有する繊維強化熱可塑性樹脂成形用の可塑化装置であって、前記スクリュ１が、前記した第１の発明の繊維強化熱可塑性樹脂の可塑化装置用スクリュであることを特徴とする繊維強化熱可塑性樹脂成形用の可塑化装置である。
【００２７】
前記した第２の発明においては、スクリュ１とスクリュヘッド３との間に逆流防止装置２を設けることが好ましい。
第３の発明は、前記第２の発明の繊維強化熱可塑性樹脂成形用の可塑化装置を用いて可塑化した繊維強化熱可塑性樹脂を金型内に吐出することを特徴とする繊維強化熱可塑性樹脂の成形方法である。
【００２８】
なお、前記した第１の発明〜第３の発明における供給部Ｓf 、圧縮部Ｓc 、計量部Ｓm とは、前記したとおり、下記のように定義される。
圧縮部Ｓc ：「スクリュ溝深さＨi ×スクリュ溝幅Ｗi 」で示されるスクリュ溝断面積が徐々に減少し、その剪断力で樹脂を溶融、混練する部分を示す。
【００２９】
供給部Ｓf ：圧縮部Ｓc に対して樹脂の供給側で、樹脂を加熱し、圧縮部Ｓc 側へ樹脂を移送する部分を示す。
計量部Ｓm ：圧縮部Ｓc に対してスクリュヘッド３側で、圧縮部Ｓc で溶融、混練された樹脂をノズル６側へ移送する部分を示す。
また、後記する図１に示すスクリュ溝深さが、スクリュ長さ方向で同一のスクリュの場合は、前記した第１の発明〜第３の発明における供給部Ｓf 、圧縮部Ｓc 、計量部Ｓm とは、下記のように定義される。
【００３０】
圧縮部Ｓc ：「スクリュ溝深さＨi ×スクリュ溝幅Ｗi 」で示されるスクリュ溝断面積が徐々に減少し、その剪断力で樹脂を溶融、混練する部分を示す。
供給部Ｓf ：圧縮部Ｓc に対して樹脂の供給側で、樹脂を加熱し、圧縮部Ｓc 側へ樹脂を移送する部分で、かつ樹脂供給側のスクリュ溝（ｊ）の深さをＨj 、スクリュ溝幅をＷj 、該スクリュ溝（ｊ）の次のスクリュヘッド３側のスクリュ溝（ｊ＋１）の深さをＨj+1 、スクリュ溝幅をＷj+1 とした場合、下記式[6] を満足する部分を示す。
Ｈj ×Ｗj ≦Ｈj+1 ×Ｗj+1 ………[6]
計量部Ｓm ：圧縮部Ｓc に対してスクリュヘッド３側で、圧縮部Ｓc で溶融、混練された樹脂をノズル６側へ移送する部分で、かつ圧縮部Ｓc 側のスクリュ溝（ｋ）の深さをＨk 、スクリュ溝幅をＷk 、該スクリュ溝（ｋ）の次のスクリュヘッド３側のスクリュ溝（ｋ＋１）の深さをＨk+1 、スクリュ溝幅をＷk+1 とした場合、下記式[7] を満足する部分を示す。
Ｈk ×Ｗk ≦Ｈk+1 ×Ｗk+1 ………[7]
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は、以下の詳細な説明により限定されるものではない。
本発明のスクリュ形状と従来のスクリュ形状との差を示すために、本発明のスクリュを示す図１および図２と従来のスクリュを示す前記した図３とを対比しながら説明する。
【００３２】
図１および図２は、本発明の可塑化装置用スクリュの一例を示す側面図であり、図中Ｌc i は圧縮部Ｓc における各スクリュリード長さを示し、その他の符号は、図３と同一の内容を示す。
図１は、スクリュ溝深さが、スクリュ長さ方向で同一のタイプであり、図２は、スクリュ溝深さが計量部と供給部とで異なるタイプである。
【００３３】
また、図１および図２に示すスクリュは、いずれも圧縮部Ｓc における各スクリュリード長さＬc i が、スクリュ長さ方向においてスクリュ先端に向かうにしたがって減少する構造となっている。
供給部Ｓｆのスクリュリードは10〜16個、圧縮部Ｓc のスクリュリードは６〜10個、計量部Ｓm のスクリュリードは５〜10個である。
【００３４】
これに対して、図３に示す従来のスクリュは、前記したようにスクリュリード長さは、スクリュ長さ方向で同一であり、また、圧縮部において、スクリュ溝深さをスクリュ先端に向かうにしたがって徐々に減少させる構造となっている。
従来のスクリュ形状の場合、スクリュ溝深さを極端に大きくしないと強化用繊維の破断を抑制することができず、またスクリュ溝深さを大きくした場合、剪断力が不足するためクランプが残存し易い。
【００３５】
以上述べた従来の可塑化装置用スクリュに対して、本発明の可塑化装置用スクリュは、スクリュリード長さおよびスクリュ溝深さが各々下記式[1] 、[2] を満足し、かつ、圧縮部Ｓc における各スクリュリード長さＬc i が、スクリュの長さ方向において、スクリュ先端に向かうにしたがって減少する構造とした。
計量部Ｓm のスクリュリード長さＬm ＜供給部Ｓf のスクリュリード長さＬf ……[1]
計量部Ｓm のスクリュ溝深さＨm ≦供給部Ｓf のスクリュ溝深さＨf ………………[2]
計量部のスクリュリード長さＬm が、供給部のスクリュリード長さＬf と等しいか、もしくは供給部のスクリュリード長さＬf より長い場合、可塑化能力が低下し、クランプが残存し易い。
【００３６】
また、脱泡が不十分になり、成形体中にボイドが残存し易くなる。
本発明によれば、さらに、圧縮部Ｓc における各スクリュリード長さＬc i を、スクリュの長さ方向において、スクリュ先端に向かうにしたがって減少する構造としたことによって、溝深さを深くしなくても十分な可塑化能力が得られ、クランプの発生を防ぎながら、繊維破断を抑制する効果が得られる。
【００３７】
上記した圧縮部Ｓc における各スクリュリード長さＬc i の減少の方法は、階段的に減少させてもよいし、一定の勾配で減少させてもよい。
また、前記圧縮部Ｓc における各スクリュリード長さＬc i を段階的に減少せしめる場合は、連続的に減少させてもよく、不連続的に減少させてもよい。
すなわち、圧縮部Ｓc におけるスクリュリードがｎ個で、スクリュ供給部に最も近い圧縮部Ｓc のスクリュリードのスクリュリード長さをＬc1、スクリュ計量部に最も近い圧縮部Ｓc のスクリュリードのスクリュリード長さをＬc n とした場合、下記式[8] を満足することが好ましい。
【００３８】
Ｌc1≧Ｌc2≧Ｌc i ＞Ｌc i+1 ＞Ｌc i+2 ＞・・・≧Ｌc n-1 ≧Ｌc n ……[8]
また、本発明においては、可塑化時の強化用繊維の破断を防止し、残存繊維長を長くするために、供給部のスクリュリード長さＬf と計量部のスクリュリード長さＬm との比であるＬf ／Ｌm が、1.07〜2.50であることがより好ましく、さらに好ましくはＬf ／Ｌm は1.13〜1.80である。
【００３９】
Ｌf ／Ｌm が2.50超えの場合、剪断力が大きくなり、可塑化時に強化用繊維の破断が生じ、残存繊維長が短くなり好ましくない。
Ｌf ／Ｌm が1.07未満の場合、剪断力が小さくなり、可塑化が十分に行われず、クランプが発生し易くなり好ましくない。
また、計量部のスクリュ溝深さＨm が供給部のスクリュ溝深さＨf を超えて深いと、可塑化能力が低下し、クランプが残存し易くなる。
【００４０】
本発明におけるスクリュは、スクリュリード長さが、さらに加えて下記式[3] 、[4] を満足し、供給部のスクリュ溝断面積Ａf と計量部のスクリュ溝断面積Ａm との比が、下記式[5] を満足することが、より好ましい。
0.9 Ｄ≦供給部Ｓf のスクリュリード長さＬf ≦1.1 Ｄ  ………[3]
0.4 Ｄ≦計量部Ｓm のスクリュリード長さＬm ＜1.1 Ｄ  ………[4]
１＜〔供給部Ｓf のスクリュ溝断面積Ａf 〕／〔計量部Ｓm のスクリュ溝断面積Ａm 〕≦2.5 ………[5]
上記式[3],[4],[5] 中、Ｄ、Ａf 、Ａm は、各々下記内容を示す。
【００４１】
Ｄ  ：スクリュ直径
Ａf ：供給部Ｓf のスクリュ溝深さＨf ×供給部Ｓf のスクリュ溝幅Ｗf
Ａm ：計量部Ｓm のスクリュ溝深さＨm ×計量部Ｓm のスクリュ溝幅Ｗm
供給部のスクリュリード長さＬf が1.1 Ｄより大きいと、可塑化能力が低下しクランプが残存し易く、0.9 Ｄより小さいと剪断力が大きくなり、繊維破断を起こし易く好ましくない。
【００４２】
また、計量部のスクリュリード長さＬm が1.1 Ｄ以上の場合、供給部のスクリュリード長さより大きくなるため、可塑化能力が低下し、クランプが残存し易く、逆に、0.4 Ｄより小さいと剪断力が大きくなり、繊維破断を起こし易く好ましくない。
また、供給部のスクリュ溝断面積Ａf と計量部のスクリュ溝断面積Ａm との比が１以下の場合、可塑化能力が低下しクランプが残存し易く、2.5 より大きいと剪断力が大きくなり、繊維破断を起こし易く好ましくない。
【００４３】
また、本発明に係わるスクリュは、供給部、圧縮部、計量部の各部の長さの割合が、供給部：圧縮部：計量部＝２：１：１〜３：２：１が好ましい。
本発明の繊維強化熱可塑性樹脂成形用の可塑化装置は、図４に示すように、スクリュ１およびスクリュヘッド３と、スクリュ１およびスクリュヘッド３の外周部に設けられたシリンダ４およびシリンダヘッド4aと、シリンダヘッド4aの先端に取付けられたノズル６と、少なくともシリンダ４に取り付けられたヒータ５と、シリンダ４内のスクリュ１に繊維強化熱可塑性樹脂を供給するためのホッパ７と、スクリュ回転用の回転装置および可塑化された繊維強化熱可塑性樹脂を吐出（射出）するためのスクリュ前後進用駆動装置８とを有し、スクリュ１として前記した本発明のスクリュを取付けた可塑化装置である。
【００４４】
上記した本発明の可塑化装置においては、成形時に、溶融した樹脂の逆流を防止するために、スクリュ１とスクリュヘッド３との間に逆流防止装置２を設置するのが好ましい。
上記した逆流防止装置２としては、例えば、チェックリング、ボールチェックなどが例示される。
【００４５】
また、本発明の繊維熱可塑性樹脂の成形方法は、図５に示すように、上記した本発明の可塑化装置を用いて可塑化した繊維強化熱可塑性樹脂を金型9a、9b内に吐出し、成形する方法である。
なお、本発明においては、金型の構造など金型の仕様は制限されるものではない。
【００４６】
本発明で用いられる繊維強化熱可塑性樹脂の熱可塑性樹脂としては、熱可塑性樹脂であれば制限されることはなく、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン類、ナイロン６、ナイロン６６などのポリアミド類、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレートなどのポリエステル類などを例示することができる。
【００４７】
また、本発明で用いられる繊維強化熱可塑性樹脂の強化用繊維としては、ガラス繊維、炭素繊維、スチール繊維、ステンレス繊維などを例示することができる。
本発明で用いられる繊維強化熱可塑性樹脂は、特には限定されないが、本発明のスクリュは繊維の破断を防止できるため、本発明は、長繊維強化熱可塑性樹脂に適用することが、より好ましい。
【００４８】
上記した長繊維強化熱可塑性樹脂は、例えば、強化用連続繊維束中へ熱可塑性樹脂を含浸させ、切断して得られる。
本発明で用いられる長繊維強化熱可塑性樹脂の熱可塑性樹脂としては、熱可塑性樹脂であれば制限されることはなく、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン類、ナイロン６、ナイロン６６などのポリアミド類、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレートなどのポリエステル類などを例示することができる。
【００４９】
また、本発明で用いられる長繊維強化熱可塑性樹脂の強化用連続繊維としては、ガラス繊維、炭素繊維、スチール繊維、ステンレス繊維などを例示することができる。
本発明で用いられる長繊維強化熱可塑性樹脂において、強化用連続繊維束中へ熱可塑性樹脂を含浸する方法はいかなる方法を用いても良く、例えば下記▲１▼〜▲６▼の方法が例示される。
【００５０】
▲１▼：熱可塑性樹脂のエマルジョンを強化用連続繊維束に含浸し、被覆付着後、乾燥させる方法。
▲２▼：熱可塑性樹脂の粉末懸濁液を強化用連続繊維束に付着させ、乾燥後、加熱溶融含浸させる方法。
▲３▼：強化用連続繊維束を帯電させて、熱可塑性樹脂粉末を付着させた後、加熱溶融含浸させる方法。
【００５１】
▲４▼：熱可塑性樹脂を溶媒に溶かし、連続強化繊維に含浸後、溶媒を除去する方法。
▲５▼：熱可塑性樹脂の連続繊維と強化用連続繊維の混合繊維を加熱し、溶融した熱可塑性樹脂を含浸させる方法。
▲６▼：バー、ロール、ダイス上で強化用連続繊維束を開繊させながら、加熱溶融した熱可塑性樹脂を含浸させる方法。
【００５２】
これらの方法のうち、装置およびプロセスの簡便さから、バー、ロール、ダイス上で強化用連続繊維束を開繊させながら、加熱溶融した熱可塑性樹脂を含浸させる方法が最も好ましい。
以上の方法で得られた樹脂を含浸した強化用連続繊維束（：樹脂ストランド）は冷却後、所望の長さに切断される。
【００５３】
このようにして得られた切断後のペレット中には、強化用繊維が、ペレットと同一長さで繊維同士が平行に整列した状態で存在する。
本発明において原料として好ましく用いられる長繊維強化熱可塑性樹脂である上記ペレットには、強化繊維が15〜75重量％含有され、またペレット長さが繊維方向で２〜150mm であることが好ましい。
【００５４】
強化用繊維の含有率が15重量％未満の場合、成形体の強度の向上が少なく、また、マスターバッチとしての利点を生かせないため、経済的に不利となる上、希釈後の成形品の製品適用範囲が狭くなることから、工業的価値が減ずる。
逆に、75重量％を超えると、強化用繊維への樹脂の含浸が十分に行えず、製造が極めて困難となる。
【００５５】
すなわち、好ましい強化用繊維の含有率は、15〜75重量％である。
また、ペレット長さが２mm未満の場合、成形体中の強化用繊維の長さが短くなり、成形体の機械的強度、特に衝撃強度が低下する。
逆に、150mm を超えた場合、成形時のホッパ内でのブリッジングや噛み込み不良や、希釈用熱可塑性樹脂と混合した場合、偏析が起こるので好ましくない。
【００５６】
また、長繊維強化熱可塑性樹脂成形体の特徴である高強度、高耐衝撃性、耐クリープ性、耐振動疲労性に対する効果が顕著でなくなる。
すなわち、好ましいペレット長さは２〜150mm であり、より好ましくは３〜25mmである。
ペレットの形状は、長さが２〜150mm であればどのような形状でもよく、例えば切断面が円形、楕円形、四角形の形状が例示される。
【００５７】
また、ペレットの径、すなわちペレットの切断面の径は、アスペクト比（：ペレット長さと切断面の径との比）が、好ましくは0.1 〜20、より好ましくは0.2 〜15となる径であることが好ましい。
また、ホッパへの供給時に、長繊維強化熱可塑性樹脂ペレットに加え、希釈用の熱可塑性樹脂のペレットを供給しても良い。
【００５８】
本発明で適用される長繊維強化熱可塑性樹脂の成形方法としては、可塑化装置がほとんど共通している射出成形、射出圧縮成形、射出プレス成形、ガスアシスト成形、押出成形、ブロー成形などを例示することができる。
熱可塑性樹脂を可塑化する条件を例示すると下記の通りである。
温度            ：（樹脂の融点＋20℃）〜（樹脂の融点＋80℃）
射出速度        ：10〜100mm/s
背圧            ：10kgf/cm2 未満
スクリュ回転数  ：10〜100rpm
本発明で得られた繊維強化熱可塑性樹脂成形体は、残存繊維長が約２mm以上と長いため、機械的強度が高く、自動車のバンパービーム、フロントエンドなど、強度を必要とする種々の部品に最適である。
【００５９】
【実施例】
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明は下記実施例に制限されるものではない。
本実施例において原料として使用した長繊維強化熱可塑性樹脂ペレットの性状および得られた成形体の評価方法を下記に示す。
【００６０】
なお、本実施例における可塑化後の残存繊維長は、可塑化後のサンプルを600 ℃で２時間焼成し、下記の残存繊維長の測定方法に準じて測定した。
〔原料として使用した長繊維強化熱可塑性樹脂ペレットの性状：〕
熱可塑性樹脂  ：ポリプロピレン（融点；160 ℃）
強化用繊維    ：ガラス繊維
強化用繊維の含有率：40重量％
ペレット長さ  ：９mm
ペレット中のガラス繊維長さ：９mm
〔成形体の評価方法：〕
（残存繊維長；）
200mm ×150mm ×4.5mm の平板状成形体に成形し、得られた平板状成形体の中央部分40mm×40mmを切り出し、600 ℃で２時間焼成し、投影機を用い、300 本の繊維長を測定し、下記式[9] に従って重量平均繊維長を求めた。
【００６１】
残存平均繊維長＝〔Σ（ｗi ×ｌi ）〕／〔Σｗi 〕………[9]
なお、上記式中、ｗi は残存繊維の重量、ｌi は残存繊維長である。
（引張試験；）
JIS K7054
（曲げ試験；）
JIS K7055
（Izod衝撃試験；）
JIS K7110
なお、各試験片は200mm ×150mm ×4.5mm の平板状成形体に成形し、得られた平板状成形体から切り出して調製した。
【００６２】
（可塑化時間；）
射出成形時に、設定された体積と同量の溶融した樹脂を得るのに要する時間(sec) を測定した。
（成形体の外観；）
200mm ×150mm ×4.5mm の平板状成形体を画像解析により観察し、クランプの面積率によって、下記基準に基づき評価した。
【００６３】
良好：クランプ面積率が５％未満の場合
不良：クランプ面積率が５％以上の場合
〔実施例１〜21、比較例１〜３〕
図４に示す型締め力が200 トン、スクリュ直径Ｄが50mmφ、スクリュ全長Ｌが1150mm（Ｌ／Ｄ＝23）、スクリュ前後進用駆動装置８が油圧式の可塑化装置を使用した。
【００６４】
可塑化装置に、表１に示す仕様のスクリュを装着し、スクリュヘッド３、シリンダヘッド4aを未装着の状態で、ホッパ７から前記した性状の長繊維強化熱可塑性樹脂ペレットを可塑化装置のシリンダ４内に供給し、シリンダ温度：240 ℃、スクリュ回転数：50rpm の条件下、スクリュを30秒回転させた後、シリンダから溶出している長繊維強化熱可塑性樹脂溶融物を５秒間サンプリングし、その中の残存繊維長、および未溶融ペレットの有無を目視で観察した。
【００６５】
なお、比較例３のスクリュは、特開平２−292008号公報に記載されたスクリュである。
得られた結果を表２に示す。
本発明のスクリュは、ペレットを完全に可塑化しながら、残存繊維長を長く維持し、特に、供給部のスクリュリード長さＬf と計量部のスクリュリード長さＬm との比であるＬf ／Ｌm が1.07以上、さらには1.13以上で顕著な効果が見られた。また、クランプも残存していなかった。
【００６６】
【表１】
0003755293.tif 000002
【００６７】
【表２】
0003755293.tif 000003
【００６８】
【表３】
0003755293.tif 000004
【００６９】
【表４】
0003755293.tif 000005
【００７０】
【表５】
0003755293.tif 000006
【００７１】
〔実施例22、23、比較例４、５〕
図５に示す型締め力が200 トン、スクリュ直径Ｄが50mmφ、スクリュ全長Ｌが1150mm（Ｌ／Ｄ＝23）、スクリュ前後進用駆動装置８が油圧式の射出成形機を使用した。
射出成形機に、前記した実施例２、４、比較例１、３で用いたスクリュを装着し、ホッパ７から長繊維強化熱可塑性樹脂ペレットを射出成形機のシリンダ４内に供給し、シリンダ温度：240 ℃、スクリュ回転数：50rpm 、背圧：０kgf/cm2 の条件下で可塑化し、射出速度：30mm/secで射出を行った後、得られた成形体の残存繊維長、クランプの有無、機械的特性を測定した。
【００７２】
得られた結果を表３に示す。
表３に示されるように、本発明の可塑化装置用スクリュの場合、繊維長が良好に維持されると共に、クランプが無く、機械的特性、特にIzod衝撃強度が著しく向上した。
また、本発明の可塑化装置用スクリュの場合、可塑化時間が短く、生産性向上を達成することが可能であることが分かる。
【００７３】
【表６】
0003755293.tif 000007
【００７４】
【発明の効果】
本発明のスクリュを装着した可塑化装置は、スクリュリード長さがスクリュの長さ方向において同一でスクリュ溝深さが圧縮部において徐々に減少する従来の可塑化装置に対して、スクリュ溝深さを極端に大きくしなくても十分な剪断力が得られるため、クランプが残存せず、スクリュの供給部、圧縮部、計量部で起こる繊維破断が最小限に抑制される。
【００７５】
この結果、本発明によれば、残存繊維長が長く、また、機械的特性も大きく向上した成形体を容易に得ることが可能となった。
さらに、本発明の可塑化装置用スクリュを用いることによって、可塑化時間が短くなり、生産性向上を達成することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の可塑化装置用スクリュの一例を示す側面図である。
【図２】本発明の可塑化装置用スクリュの一例を示す側面図である。
【図３】従来の可塑化装置用スクリュを示す側面図である。
【図４】可塑化装置の一例を示す側面図である。
【図５】射出成形機の一例を示す側面図である。
【符号の説明】
１  スクリュ
２  逆流防止装置
３  スクリュヘッド
４  シリンダ
4a  シリンダヘッド
５  ヒータ
６  ノズル
７  ホッパ
８  スクリュ回転用の回転装置およびスクリュ前後進用駆動装置
9a、9b  金型
10  キャビティ
Ｄ  スクリュ直径
Ｈf   供給部のスクリュ溝深さ
Ｈm   計量部のスクリュ溝深さ
Ｌc1、Ｌc2、Ｌc i   圧縮部におけるスクリュリード長さ
Ｌf   供給部のスクリュリード長さ
Ｌm   計量部のスクリュリード長さ
Ｓf   樹脂を加熱し移送する供給部
Ｓc   供給部から移送された加熱樹脂を溶融、混練する圧縮部
Ｓm   圧縮部から移送され溶融、混練された樹脂をノズルへ移送する計量部
Ｗc i   圧縮部のスクリュ溝幅
Ｗf   供給部のスクリュ溝幅
Ｗm   計量部のスクリュ溝幅
【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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