JP4748365B2 - 繊維強化樹脂成形品の成形方法及び成形装置 - Google Patents

Description

本発明は、スクリューを内蔵した射出用シリンダ内で、樹脂と強化繊維を可塑化混練すると共に物理発泡剤を注入し、その混合物を成形金型のキャビティに射出して繊維強化樹脂成形品を成形する方法及び装置に関するものである。

従来、発泡樹脂成形品の成形技術として、スクリューを内蔵した射出用シリンダ内で、樹脂（合成樹脂）を可塑化（溶融）すると共に、物理発泡剤として超臨界状態の窒素や二酸化炭素等の流体（Super Critical Fluid：ＳＣＦ）を注入し、このＳＣＦ混合の可塑化樹脂を成形金型のキャビティに射出して圧力開放により微細に発泡させて、発泡樹脂成形品を成形する技術が実用に供されている。

近年では、発泡樹脂成形品の一層の軽量化と強度・剛性の向上を図るために、発泡樹脂成形品にカーボン繊維やガラス繊維等の強化繊維を混在させた繊維強化樹脂成形品が多用されつつあり、この繊維強化樹脂成形品の成形技術として、射出用シリンダ内で樹脂と強化繊維を可塑化混練すると共にＳＣＦを注入し、その混合物を成形金型のキャビティに射出して繊維強化樹脂成形品を成形する技術が実用に供されている（特許文献１参照）。

特許文献１の成形装置では、スクリューの長さ方向中央部分に逆流防止用のチェックリングが設けられ、射出用シリンダ内において、チェックリングの後側部分に樹脂と強化繊維の原料が供給され、この樹脂と強化繊維が可塑化混練されながらチェックリングの前側部分に導入され、チェックリングの前側近くのスクリューが存在する部分にＳＣＦが注入される。スクリューが射出完了位置から後退且つ回転して、射出用シリンダのうちスクリューの前側の樹脂溜め部内に混合物（樹脂、強化繊維、ＳＣＦ）が導入され、その混合物が所定量溜められてからスクリューの前進によって成形金型のキャビティに射出される。

ところで、図１４に示すように、射出用シリンダ101 内において、チェックリング103 よりも前側で樹脂溜め部104 よりも後側のスクリュー102 が存在する部分にＳＣＦを注入するようにした成形装置100 において、ＳＣＦによる適正な発泡を行えるようにするために、ＳＣＦを樹脂に確実に混練し、その混合物（樹脂、強化繊維、ＳＣＦ）を高圧に維持して成形金型のキャビティに射出する必要があり、そのために、ＳＣＦが樹脂、強化繊維の原料を供給する上流側へ逆流しないようにする逆流防止構造105 が必要になる。

この逆流防止構造105 は、スクリュー102 のうちＳＣＦの注入位置よりも上流側部分に、樹脂の流路が迷路状となった迷路構造105aを設けて、樹脂と共にＳＣＦの逆流を防止する構造になっている。
特開２００５−１３８８号公報

特許文献１の成形装置では、スクリューの長さ方向中央部分に逆流防止用のチェックリングを設け、射出用シリンダ内において、チェックリングの前側近くのスクリューが存在する部分にＳＣＦを注入するため、このＳＣＦの注入位置付近の内圧が非常に高圧になりチェックリングに作用するため、ＳＣＦ、樹脂がチェックリングから上流側へ逆流することが懸念され、故に、混合物（樹脂、強化繊維、ＳＣＦ）を高圧に維持して成形金型のキャビティに射出して、ＳＣＦによる適正な発泡を行うことができないという虞がある。

そこで、図１４に示すように、迷路構造を有する逆流防止構造を採用することで、ＳＣＦ、樹脂の逆流を確実に防止できるが、射出用シリンダ内において、この迷路構造よりも上流側部分に樹脂と強化繊維の原料が供給されるため、この強化繊維が迷路構造を通過することになり、その際、強化繊維が迷路構造によって損傷（折損）し、所期の強度・剛性を有する繊維強化樹脂成形品を成形できないという問題が生じる。

また、特許文献１の成形装置では、ＳＣＦの注入部が射出用シリンダに固定的に設けられ、その注入位置が射出用シリンダの長さ方向１箇所だけであるため、ＳＣＦの樹脂への分散混練を確実に行うことができない虞がある。

本発明の目的は、射出用シリンダ内で樹脂と強化繊維を可塑化混練すると共に物理発泡剤を注入し、その混合物を成形金型のキャビティに射出して繊維強化樹脂成形品を成形する方法及び装置において、混合物（樹脂、強化繊維、物理発泡剤）を高圧に維持して成形金型のキャビティに射出し、強化繊維の損傷を防止し、物理発泡剤の樹脂への分散混練を確実に行い、物理発泡剤による適正な発泡を行い、一様に微細に発泡させた軽量の且つ所期の強度・剛性を有する繊維強化樹脂成形品を成形すること、等である。

請求項１の繊維強化樹脂成形品の成形方法は、成形金型側の前端側部分に逆流防止用のチェックリングを有するスクリューを内蔵した射出用シリンダ内で、樹脂と強化繊維を可塑化混練すると共に物理発泡剤を注入し、その混合物を成形金型のキャビティに射出して繊維強化樹脂成形品を成形する方法において、前記スクリューを後退且つ回転させながら、前記射出用シリンダのうちチェックリングの前側の計量樹脂溜め部内にチェックリングの後側の可塑化混練部内で可塑化混練された樹脂と強化繊維を導入する樹脂導入工程と、前記樹脂導入工程の実行中又は実行後に、前記計量樹脂溜め部内に物理発泡剤を注入すると共に、この物理発泡剤の樹脂への分散混練を促進する発泡剤注入分散促進工程とを備えたことを特徴とする。

樹脂導入工程において、前端側部分にチェックリングを有するスクリューを後退且つ回転させながら、射出用シリンダのうちチェックリングの前側の計量樹脂溜め部内にチェックリングの後側の可塑化混練部内で可塑化混練された樹脂と強化繊維を導入し、発泡剤注入分散促進工程において、樹脂導入工程の実行中又は実行後に、計量樹脂溜め部内に物理発泡剤を注入するため、スクリューの前端側部分のチェックリングにより、物理発泡剤、樹脂、強化繊維の計量樹脂溜め部から可塑化混練部への逆流が抑制され、前記チェックリングにより、計量樹脂溜め部の内圧が高圧に維持される。

つまり、混合物（樹脂、強化繊維、物理発泡剤）が高圧に維持されて成形金型のキャビティに射出され、故に、従来の迷路構造を有する逆流防止構造が不要になるため、強化繊維の損傷（折損）が防止される。しかも、発泡剤注入分散促進工程において、計量樹脂溜め部内に物理発泡剤を注入すると共に、この物理発泡剤の樹脂への分散混練を促進するので、物理発泡剤の樹脂への分散混練が確実に行われ、物理発泡剤が樹脂に一様に分散し、物理発泡剤による適正な発泡が行われる。その結果、一様に微細に発泡させた軽量の且つ所期の強度・剛性を有する繊維強化樹脂成形品が成形される。

請求項１の発明の従属請求項の構成として次の構成を採用可能である。
前記発泡剤注入分散促進工程において、前記計量樹脂溜め部内に物理発泡剤を射出用シリンダの長さ方向に異なる複数位置から、前側から後側へ順次又は一括に注入する（請求項２）前記発泡剤注入分散促進工程において、前記スクリューのチェックリングよりも前側部分に設けられた混練ヘッド部により、物理発泡剤の樹脂への分散混練を促進する（請求項３）。

前記発泡剤注入分散促進工程において、前記計量樹脂溜め部内に物理発泡剤を射出用シリンダの長さ方向に異なる複数位置から、後退する前記混練ヘッド部の位置に対応して前側から後側へ順次注入する（請求項４）。前記発泡剤注入分散促進工程において、前記計量樹脂溜め部内に物理発泡剤として超臨界状態の流体を注入する（請求項５）。

請求項６の繊維強化樹脂成形品の成形装置は、成形金型側の前端側部分に逆流防止用のチェックリングを有するスクリューと、このスクリューを内蔵した射出用シリンダと、スクリューを進退駆動する進退駆動機構と、スクリューを回転駆動する回転駆動機構とを備え、射出用シリンダ内で樹脂と強化繊維を可塑化混練すると共に物理発泡剤を注入し、その混合物を成形金型のキャビティに射出して繊維強化樹脂成形品を成形する装置において、前記射出用シリンダのうちチェックリングの前側の計量樹脂溜め部内に物理発泡剤を注入する発泡剤注入手段と、前記発泡剤注入手段で注入された物理発泡剤の樹脂への分散混練を促進する発泡剤分散促進手段とを備えたことを特徴とする。

進退駆動機構と回転駆動機構により、スクリューが後退且つ回転され、このスクリュー回転により樹脂と強化繊維が前方へ送られ、射出用シリンダのうちチェックリングの後側の可塑化混練部で可塑化混練された樹脂と強化繊維がチェックリングの前側の計量樹脂溜め部内に導入され、発泡剤注入手段により、計量樹脂溜め部内に物理発泡剤が注入される。スクリューの前端側部分に設けたチェックリングにより、物理発泡剤、樹脂、強化繊維の計量樹脂溜め部から可塑化混練部への逆流が抑制されるため、前記チェックリングにより、計量樹脂溜め部の内圧が高圧に維持される。

つまり、混合物（樹脂、強化繊維、物理発泡剤）が高圧に維持されて成形金型のキャビティに射出され、故に、従来の迷路構造を有する逆流防止構造が不要になるため、強化繊維の損傷（折損）が防止される。しかも、発泡剤分散促進手段により、発泡剤注入手段で注入された物理発泡剤の樹脂への分散混練が促進されるので、物理発泡剤の樹脂への分散混練が確実に行われ、物理発泡剤が樹脂に一様に分散し、物理発泡剤による適正な発泡が行われる。その結果、一様に微細に発泡させた軽量の且つ所期の強度・剛性を有する繊維強化樹脂成形品が成形される。

請求項６の発明の従属請求項の構成として次の構成を採用可能である。
前記発泡剤分散促進手段は、前記スクリューのチェックリングよりも前側部分に設けられた混練ヘッド部を有する（請求項７）。前記発泡剤分散促進手段は、前記発泡剤注入手段により、前記計量樹脂溜め部内に物理発泡剤を射出用シリンダの長さ方向に異なる複数位置から、前側から後側へ順次又は一括に注入可能に構成される（請求項８）。前記発泡剤注入手段は、前記射出用シリンダにその長さ方向に可動に且つ計量樹脂溜め部内に臨むように設けられた発泡剤注入部と、この発泡剤注入部を射出用シリンダの長さ方向に移動駆動する注入部駆動手段とを有する（請求項９）。

前記発泡剤注入手段は、前記射出用シリンダにその長さ方向に異なる複数位置に固定的に且つ計量樹脂溜め部内に臨むように設けられた複数の発泡剤注入部を有する（請求項１０）。前記発泡剤注入手段は、前記複数の発泡剤注入部から物理発泡剤を択一的に注入させるように切り換える注入切換手段を有する（請求項１１）前記物理発泡剤が超臨界状態の流体である（請求項１２）。

請求項１の繊維強化樹脂成形品の成形方法によれば、前端側部分に逆流防止用のチェックリングを有するスクリューを後退且つ回転させながら、射出用シリンダのうちチェックリングの前側の計量樹脂溜め部内にチェックリングの後側の可塑化混練部内で可塑化混練された樹脂と強化繊維を導入する樹脂導入工程と、樹脂導入工程の実行中又は実行後に、計量樹脂溜め部内に物理発泡剤を注入すると共に、この物理発泡剤の樹脂への分散混練を促進する発泡剤注入分散促進工程とを備えたので、スクリューの前端側部分のチェックリングにより、混合物（樹脂、強化繊維、物理発泡剤）の計量樹脂溜め部から可塑化混練部への逆流を抑制し、前記チェックリングにより、混合物を高圧に維持して成形金型のキャビティに射出し、これを従来の迷路構造を有する逆流防止構造を不要にして達成できるので、強化繊維の損傷を防止し、また、物理発泡剤の樹脂への分散混練を確実に行い、物理発泡剤を樹脂に一様に分散させ、物理発泡剤による適正な発泡を行い、一様に微細に発泡させた軽量の且つ所期の強度・剛性を有する繊維強化樹脂成形品を成形することが可能になる。

請求項２の繊維強化樹脂成形品の成形方法によれば、発泡剤注入分散促進工程において、計量樹脂溜め部内に物理発泡剤を射出用シリンダの長さ方向に異なる複数位置から、前側から後側へ順次又は一括に注入するので、軽量樹脂溜め部内に物理発泡剤を射出用シリンダの長さ方向に一様に注入して、この物理発泡剤の樹脂への分散混練を確実に促進することができる。

請求項３の繊維強化樹脂成形品の成形方法によれば、発泡剤注入分散促進工程において、スクリューのチェックリングよりも前側部分に設けられた混練ヘッド部により、物理発泡剤の樹脂への分散混練を促進するので、この物理発泡剤の樹脂へのより確実な分散混練を混練ヘッド部を設けた簡単な構成で達成できる。

請求項４の繊維強化樹脂成形品の成形方法によれば、発泡剤注入分散促進工程において、計量樹脂溜め部内に物理発泡剤を射出用シリンダの長さ方向に異なる複数位置から、後退する混練ヘッド部の位置に対応して前側から後側へ順次注入するので、この物理発泡剤の樹脂への一様な分散混練をより確実に促進することができる。

請求項５の繊維強化樹脂成形品の成形方法によれば、発泡剤注入分散促進工程において、計量樹脂溜め部内に物理発泡剤として超臨界状態の流体を注入するので、従来の技術において迷路構造を有する逆流防止構造を設けない場合、この物理発泡剤の逆流を防止することが難しいが、本発明ではこれを改善し、微細に発泡させた繊維強化樹脂成形品を成形可能になる。

請求項６の繊維強化樹脂成形品の成形装置によれば、前端側部分に逆流防止用のチェックリングを有するスクリューと、このスクリューを内蔵した射出用シリンダと、スクリューを進退駆動する進退駆動機構と、スクリューを回転駆動する回転駆動機構とを備え、射出用シリンダのうちチェックリングの前側の計量樹脂溜め部内に物理発泡剤を注入する発泡剤注入手段と、発泡剤注入手段で注入された物理発泡剤の樹脂への分散混練を促進する発泡剤分散促進手段とを備えたので、スクリューの前端側部分のチェックリングにより、混合物（樹脂、強化繊維、物理発泡剤）の計量樹脂溜め部から可塑化混練部への逆流を抑制し、前記チェックリングにより、混合物を高圧に維持して成形金型のキャビティに射出し、これを従来の迷路構造を有する逆流防止構造を不要にして達成できるので、強化繊維の損傷を防止し、また、物理発泡剤の樹脂への分散混練を確実に行い、物理発泡剤を樹脂に一様に分散させ、物理発泡剤による適正な発泡を行い、一様に微細に発泡させた軽量の且つ所期の強度・剛性を有する繊維強化樹脂成形品を成形することが可能になる。

請求項７の繊維強化樹脂成形品の成形装置によれば、発泡剤分散促進手段は、スクリューのチェックリングよりも前側部分に設けられた混練ヘッド部を有するので、この混練ヘッド部を回転させることで、樹脂と強化繊維との混練をより確実に行いつつ、物理発泡剤の樹脂への分散混練を確実に促進でき、この物理発泡剤の樹脂へのより確実な分散混練を混練ヘッドを設けた簡単な構成で達成できる。

請求項８の繊維強化樹脂成形品の成形装置によれば、発泡剤分散促進手段は、発泡剤注入手段により、計量樹脂溜め部内に物理発泡剤を射出用シリンダの長さ方向に異なる複数位置から、前側から後側へ順次又は一括に注入可能に構成したので、物理発泡剤を計量樹脂溜め部内に射出用シリンダの長さ方向に一様に注入することができ、この物理発泡剤の樹脂への一様な分散混練を確実に促進することができる。

請求項９の繊維強化樹脂成形品の成形装置によれば、発泡剤注入手段は、射出用シリンダにその長さ方向に可動に且つ計量樹脂溜め部内に臨むように設けられた発泡剤注入部と、この発泡剤注入部を射出用シリンダの長さ方向に移動駆動する注入部駆動手段とを有するので、計量樹脂溜め部内に物理発泡剤を射出用シリンダの長さ方向に異なる複数位置から、後退する混練ヘッド部の位置に対応して前側から後側へ順次注入することができ、物理発泡剤の樹脂への一様な分散混練をより確実に促進することができる。

請求項１０の繊維強化樹脂成形品の成形装置によれば、発泡剤注入手段は、射出用シリンダにその長さ方向に異なる複数位置に固定的に且つ計量樹脂溜め部内に臨むように設けられた複数の発泡剤注入部を有するので、この物理発泡剤の樹脂への分散混練を確実に促進することができる。

請求項１１の繊維強化樹脂成形品の成形装置によれば、発泡剤注入手段は、複数の発泡剤注入部から物理発泡剤を択一的に注入させるように切り換える注入切換手段を有するので、計量樹脂溜め部内に物理発泡剤を射出用シリンダの長さ方向に異なる複数位置から、後退する混練ヘッド部の位置に対応して前側から後側へ順次注入することができ、故に、物理発泡剤の樹脂への一様な分散混練をより確実に促進することができる。

請求項１２の繊維強化樹脂成形品の成形装置によれば、物理発泡剤が超臨界状態の流体であるので、従来の技術において迷路構造を有する逆流防止構造を設けない場合、この物理発泡剤の逆流を防止することが難しいが、本発明ではこれを改善し、微細に発泡させた繊維強化樹脂成形品を成形可能になる。

本発明の繊維強化樹脂成形品の成形方法及び成形装置は、成形金型側の前端側部分に逆流防止用のチェックリングを有するスクリューを内蔵した射出用シリンダ内で、樹脂と強化繊維を可塑化混練すると共に物理発泡剤を注入し、その混合物を成形金型のキャビティに射出して繊維強化樹脂成形品を成形するものである。

本発明の繊維強化樹脂成形品の成形方法は、スクリューを後退且つ回転させながら、射出用シリンダのうちチェックリングの前側の計量樹脂溜め部内にチェックリングの後側の可塑化混練部内で可塑化混練された樹脂と強化繊維を導入する樹脂導入工程と、樹脂導入工程の実行中又は実行後に、計量樹脂溜め部内に物理発泡剤を注入すると共に、この物理発泡剤の樹脂への分散混練を促進する発泡剤注入分散促進工程とを備えたものになる。

本発明の繊維強化樹脂成形品の成形装置は、成形金型側の前端側部分に逆流防止用のチェックリングを有するスクリューと、このスクリューを内蔵した射出用シリンダと、スクリューを進退駆動する進退駆動機構と、スクリューを回転駆動する回転駆動機構と、射出用シリンダのうちチェックリングの前側の計量樹脂溜め部内に物理発泡剤を注入する発泡剤注入手段と、発泡剤注入手段で注入された物理発泡剤の樹脂への分散混練を促進する発泡剤分散促進手段とを備えたものになる。

先ず、繊維強化樹脂成形品の成形装置１について説明する。
図１、図２に示すように、この成形装置１は、成形金型２、成形金型２側の前端側部分に逆流防止用のチェックリング２０を有するスクリュー３、スクリュー３を内蔵した射出用シリンダ４、スクリュー３を進退駆動する進退駆動機構５、スクリュー３を回転駆動する回転駆動機構６、射出用シリンダ４内に樹脂１５と強化繊維１６の原料を投入するホッパ７、射出用シリンダ４内に物理発泡剤１７を注入する発泡剤注入機構８、発泡剤注入機構８に物理発泡剤１７を供給する発泡剤供給機構９、発泡剤注入機構８で注入された物理発泡剤１７の樹脂１５への分散混練を促進する発泡剤分散促進機構１０を備えている。

例えば、樹脂１５はポリプロピレン等の合成樹脂であり、強化繊維１６はカーボン繊維又はガラス繊維であり、樹脂１５と強化繊維１６の原料は強化繊維含有の樹脂ペレットであり、物理発泡剤１７は超臨界状態の窒素又は二酸化炭素の流体（Super Critical Fluid：ＳＣＦ）である。また、成形装置１は制御装置１１を備え、この制御装置１１により、進退駆動機構５、回転駆動機構６、発泡剤注入機構８等が制御される。尚、発泡剤分散促進機構１０は制御装置１１を含むものである。

図示省略するが、成形金型２は固定金型と可動金型とを有し、成形金型２の型締めと型開きが可能な金型駆動機構と、型開きされた成形金型２から成形品（繊維強化樹脂成形品）を取り出すエジェクタ機構が設けられている。尚、これら金型駆動機構とエジェクタ機構は制御装置１１により制御される。

図２に示すように、スクリュー３は、前端側部分に逆流防止用のチェックリング２０を有し、後側部分に第２の逆流防止用のチェックリング２１を有し、スクリュー３のチェックリング２０よりも前側部分に、発泡剤分散促進機構１０の混練ヘッド５０が設けられている。スクリュー３は、シャフト部３ａとスクリュー部３ｂ，３ｃ有し、シャフト部３ａに、チェックリング２０，２１が夫々前後方向に所定ストロークだけ可動に装着され、混練ヘッド５０が固定的に装着され、シャフト部３ａのうちチェックリング２０，２１の間及びチェックリング２１の後側にスクリュー部３ｂ，３ｃが一体的に設けられている。

図２に示すように、射出用シリンダ４は、前端部が成形金型２に接続され、後端部が進退駆動機構５と回転駆動機構６のケーシングに固定され、スクリュー３の後端部分に進退駆動機構５と回転駆動機構６から駆動力が入力される。射出用シリンダ４内において、チェックリング２１の後側が原料投入部２５に構成され、チェックリング２０，２１の間が可塑化混練部２６に構成され、チェックリング２０の前側が計量樹脂溜め部２７に構成されている。ホッパ７は、原料投入部２５内に樹脂１５と強化繊維１６の原料を投入可能に、射出用シリンダ４の後端側部分に装備されている。

図２〜図６に示すように、発泡剤注入機構８は、射出用シリンダ４の計量樹脂溜め部２７内に物理発泡剤１７を注入し、発泡剤分散促進機構１０は、発泡剤注入機構８により、計量樹脂溜め部２７内に物理発泡剤１７を射出用シリンダ４の長さ方向に異なる複数位置から、前側から後側へ順次注入可能に構成されている。

発泡剤注入機構８は、射出用シリンダ４に前後方向に可動に且つ計量樹脂溜め部２７内に臨むように設けられた注入ノズルからなる発泡剤注入部３０と、発泡剤注入部３０を前後方向に移動駆動する注入部駆動機構３７を有する。射出用シリンダ４に可動スリーブ３１が外嵌状に前後摺動自在に設けられ、この可動スリーブ３１に発泡剤注入部３０が固定されている。射出用シリンダ４には、発泡剤注入部３０の移動領域において前後方向に細長いスリット４ａが形成され、このスリット４ａの前後両側において、射出用シリンダ４と可動スリーブ３１との間が環状シール部材３２でシールされている。

発泡剤注入部３０に、発泡剤供給機構９から物理発泡剤１７が供給通路３５を通って供給され、この供給通路３５に開閉弁３６が設けられている。注入部駆動機構３７は、流体圧シリンダや電動モータからなるアクチュエータ３８を有し、その出力部３８ａが可動スリーブ３１に連結され、このアクチュエータ３８により、可動スリーブ３１と共に発泡剤注入部３０が前後方向に移動駆動される。発泡剤注入部３０及びスリット４ａについては、前後方向同位置においてを周方向に異なる位置に複数設けてもよい。

図１に示すように、発泡剤供給機構９は、窒素又は二酸化炭素のボンベ４０と、このボンベ４０から送られてきた窒素又は二酸化炭素を高温高圧にして超臨界状態の流体（物理発泡剤１７）を生成するＳＣＦ生成装置４１とを有し、このＳＣＦ生成装置４１から供給通路３５を介して発泡剤注入部３０に物理発泡剤１７が供給される。

図１、図２、図４〜図６に示すように、発泡剤分散促進機構１０は、発泡剤注入機構８と制御装置１１と混練ヘッド５０を備え、混練ヘッド５０は、前端が頂部となる円錐形状に形成され、そのテーパ部に沿って頂部を中心に放射状に延びる複数の突条部５１が形成されている。制御装置１１が、スクリュー３の後退駆動及び回転駆動に同期させて、発泡剤注入機構８の開閉弁３６と注入部駆動機構３７（アクチュエータ３８）を制御して、計量樹脂溜め部２７内に物理発泡剤１７を後退する混練ヘッド部５０の位置に対応して前側から後側へ順次注入する。

次に、繊維強化樹脂成形品の成形方法について説明する。
図７に示すように、この成形方法では、スクリュー３を図４の射出完了位置から図６の射出準備位置へ後退且つ回転させることで、原料投入工程（Ｐ１）、可塑化混練工程（Ｐ２）、樹脂導入工程（Ｐ３）、発泡剤注入分散促進工程（Ｐ４）が略同時に行われ、その後、射出工程（Ｐ５）が行われ、このＰ１〜Ｐ５が繰返し行われて、複数の繊維強化樹脂成形品が成形されていく。

Ｐ１の原料投入工程では、樹脂１５と強化繊維１６の原料がホッパ７から原料投入部２５内に投入され、スクリュー３が回転することで、その樹脂１５と強化繊維１６が可塑化混練されながら原料投入部２５内からチェックリング２１で逆止される通路を通って可塑化混練部２６内に導入され、Ｐ２の可塑化混練工程では、スクリュー３が回転することで、可塑化混練部２６内において、樹脂１５と強化繊維１６がスクリュー３に対して前方へ移送されながら完全に可塑化混練された状態になる。

Ｐ３の樹脂導入工程では、スクリュー３が図４の射出完了位置から図６の射出準備位置へ後退することで、計量樹脂溜め部２７の容積が大きくなり、その際、スクリュー３が回転することで、容積が大きくなっていく計量樹脂溜め部２７内に、順次、可塑化混練部２６で可塑化混練された樹脂１５と強化繊維１６が可塑化混練部２６からチェックリング２０で逆止される通路を通って導入される。この樹脂導入工程の実行中にＰ４の発泡剤注入分散促進工程が実行される。

Ｐ４の発泡剤注入分散促進工程では、スクリュー３と一体的に混練ヘッド部５０が後退するが、発泡剤注入部３０が、その注入方向が混練ヘッド部５０に向く位置を維持するように、混練ヘッド部５０の後退と共に後退しつつ、計量樹脂溜め部２７内に物理発泡剤１７を注入する。こうして、計量樹脂溜め部２７内に物理発泡剤１７が射出用シリンダ４の長さ方向に異なる複数位置から、後退する混練ヘッド部５０の位置に対応して前側から後側へ順次連続的に注入される。更に、混練ヘッド部１７はスクリュー３と一体的に回転するため、この混練ヘッド部１７により、樹脂１５と強化繊維１６とがより確実に混練されつつ、物理発泡剤１７の樹脂１５への分散混練が行われる。

Ｐ５の射出工程では、計量樹脂溜め部２７内に混合物（樹脂１５、強化繊維１６、物理発泡剤１７）が所定量溜められてから、スクリュー３が前進することで、その混合物が成形金型２のキャビティに射出され、樹脂１５がある程度硬化してから、成形金型２が型開きされ、その際の圧力開放により微細に発泡して、繊維強化樹脂成形品が成形される。

以上説明した繊維強化樹脂成形品の成形技術によれば、成形装置１において、成形金型２側の前端側部分に逆流防止用のチェックリング２０を有するスクリュー３、このスクリュー３を内蔵した射出用シリンダ４、スクリュー３を進退駆動する進退駆動機構５、スクリュー３を回転駆動する回転駆動機構６を備えると共に、射出用シリンダ４のうちチェックリング２０の前側の計量樹脂溜め部２７内に物理発泡剤１７を注入する発泡剤注入機構８、発泡剤注入機構８で注入された物理発泡剤１７の樹脂１５への分散混練を促進する発泡剤分散促進機構１０を備えた。

従って、繊維強化樹脂成形品の成形方法において、スクリュー３を後退且つ回転させながら、射出用シリンダ４のうちチェックリング２０の前側の計量樹脂溜め部２７内にチェックリング２０の後側の可塑化混練部２６内で可塑化混練された樹脂１５と強化繊維１６を導入する樹脂導入工程と、この樹脂導入工程の実行中に、計量樹脂溜め部２７内に物理発泡剤１７を注入すると共に、この物理発泡剤１７の樹脂１５への分散混練を促進する発泡剤注入分散促進工程とを実現することができる。

その結果、スクリュー３の前端側部分のチェックリング２０により、混合物（樹脂１５、強化繊維１６、物理発泡剤１７）の計量樹脂溜め部２７から可塑化混練部２６への逆流を抑制し、チェックリング２０により、混合物を高圧に維持して成形金型２のキャビティに射出し、これを従来の迷路構造を有する逆流防止構造を不要にして達成できるので、強化繊維１６の損傷を防止し、強化繊維１６の長さを所期の長さ（例えば５ｍｍ程度）に維持でき、また、物理発泡剤１７の樹脂１５への分散混練を確実に行い、物理発泡剤１７を樹脂１５に一様に分散させ、物理発泡剤１７による適正な発泡を行い、一様に微細に（例えば、１０μｍ程度に）発泡させた軽量の且つ所期の強度・剛性を有する繊維強化樹脂成形品を成形することが可能になる。

発泡剤分散促進機構１０は、スクリュー３のチェックリング２０よりも前側部分に設けられた混練ヘッド部５０を有するので、発泡剤注入分散促進工程において、混練ヘッド部５０を回転させることで、物理発泡剤１７の樹脂１５への混練を促進することができ、つまり、樹脂１５と強化繊維１６との混練をより確実に行いつつ、物理発泡剤１７の樹脂１５への分散混練を確実に促進でき、物理発泡剤１７の樹脂１５へのより確実な分散混練を混練ヘッド部５０を設けた簡単な構成で達成でき、この場合、混練ヘッド部５０をスクリュー３に一体的に設けたので、スクリュー３の回転を利用できる。

発泡剤分散促進機構１０は、発泡剤注入機構８により、計量樹脂溜め部２７内に物理発泡剤１７を射出用シリンダ４の長さ方向に異なる複数位置から、前側から後側へ順次注入可能に構成され、そのために、発泡剤注入機構８は、射出用シリンダ４にその長さ方向に可動に且つ計量樹脂溜め部２７内に臨むように設けられた発泡剤注入部３０と、この発泡剤注入部３０を射出用シリンダ４の長さ方向に移動駆動する注入部駆動機構３７とを有するので、発泡剤注入分散促進工程において、計量樹脂溜め部２７内に物理発泡剤１７を射出用シリンダ４の長さ方向に異なる複数位置から、後退する混練ヘッド部５０の位置に対応して前側から後側へ順次注入することができ、故に、物理発泡剤１７を計量樹脂溜め部２７内に射出用シリンダ４の長さ方向に一様に注入することができ、物理発泡剤１７の樹脂１５への一様な分散混練をより確実に促進することができる。

物理発泡剤１７が超臨界状態の流体であるので、発泡剤注入分散促進工程において、計量樹脂溜め部２７内に物理発泡剤１７として超臨界状態の流体を注入することができ、従来の技術において迷路構造を設けない場合、この物理発泡剤１７の逆流を防止することが難しいが、本発明ではこれを改善して、非常に微細に発泡させた繊維強化樹脂成形品を確実に成形可能になる。

尚、実施例１では、次のように変更してもよい。繊維強化樹脂成形品の成形装置１において、混練ヘッド５０を省略し、更に、繊維強化樹脂成形品の成形方法において、樹脂導入工程の実行後に発泡剤注入分散促進工程を実行させ、この発泡剤注入分散促進工程では、スクリュー３が図６の射出準備位置に位置する状態で、発泡剤注入部３０を前後方向へ移動させることで、計量樹脂溜め部２７内に物理発泡剤１７を射出用シリンダ４の長さ方向に異なる複数位置から、前側から後側へ（或いは、後側から前側へ）順次注入する。また、スクリュー３の後側部分のチェックリング２１を省略する。

図８に示すように、実施例２の繊維強化樹脂成形品の成形装置１Ａは、実施例１の成形装置１において、発泡剤注入機構８と発泡剤分散促進機構１０を変更したものである。この成形装置１Ａにおいて、発泡剤注入機構８Ａは、射出用シリンダ４の計量樹脂溜め部２７内に物理発泡剤１７を注入し、発泡剤分散促進機構１０Ａは、発泡剤注入機構８Ａにより、計量樹脂溜め部２７内に物理発泡剤１７を射出用シリンダ４の長さ方向に異なる複数位置から、前側から後側へ順次注入可能に構成されている。

発泡剤注入機構８Ａは、射出用シリンダ４にその長さ方向に異なる複数位置に固定的に且つ計量樹脂溜め部２７内に臨むように設けられた複数（例えば、５つ）の注入ノズルからなる発泡剤注入部６０、複数の発泡剤注入部６０から物理発泡剤１７を択一的に注入させるように切り換える注入切換機構６８を有する。複数の発泡剤注入部６０に、発泡剤供給機構９から物理発泡剤１７が供給通路６５を通って供給され、これら供給通路６５に複数の開閉弁６６が設けられ、注入切換機構６８はこれら開閉弁６６を有する。発泡剤注入部６０については、前後方向同位置においてを周方向に異なる位置に複数設けてもよい。

発泡剤分散促進機構１０Ａは、発泡剤注入機構８Ａと制御装置１１と混練ヘッド５０を備え、制御装置１１が、スクリュー３の後退駆動及び回転駆動に同期させて、混練ヘッド部５０と同位置の発泡剤注入部６０に対応する開閉弁６６のみを開作動させるように、複数の開閉弁６６を開閉制御して、計量樹脂溜め部２７内に物理発泡剤１７を後退する混練ヘッド部５０の位置に対応して前側から後側へ順次注入する。

実施例２の繊維強化樹脂成形品の成形方法の発泡剤注入分散促進工程では、実施例１の発泡剤注入分散促進工程と同様、計量樹脂溜め部２７内に物理発泡剤１７が射出用シリンダ４の長さ方向に異なる複数位置から、後退する混練ヘッド部５０の位置に対応して前側から後側へ順次連続的に注入される。この繊維強化樹脂成形品の成形技術では、実施例１と同様の作用・効果を奏し、また、実施例１の変更と同様の変更を加えることができる。

図９に示すように、実施例３の繊維強化樹脂成形品の成形装置１Ｂは、実施例１の成形装置１において、発泡剤注入機構８と発泡剤分散促進機構１０を変更したものである。この成形装置１Ｂにおいて、発泡剤注入機構８Ｂは、射出用シリンダ４の計量樹脂溜め部２７内に物理発泡剤１７を注入し、発泡剤分散促進機構１０Ｂは、発泡剤注入機構８Ｂにより、計量樹脂溜め部２７内に物理発泡剤１７を射出用シリンダ４の長さ方向に異なる複数位置から一括に注入可能に構成されている。

発泡剤注入機構８Ｂは、射出用シリンダ４の前側部分に一体的に設けられた筒状の発泡剤注入部材７０を有し、この発泡剤注入部材７０に形成された複数の発泡剤注入部７１であって、射出用シリンダ４にその長さ方向に異なる複数位置に固定的に且つ計量樹脂溜め部２７内に臨むように設けられた複数の注入口からなる発泡剤注入部７１を有する。

発泡剤注入部材７０の内部には、複数の発泡剤注入部７１に連通する通路が形成され、この発泡剤注入部材７０の通路に発泡剤供給機構９から物理発泡剤１７が供給通路７５を通って供給され、この供給通路７５に開閉弁７６が設けられている。発泡剤分散促進機構１０Ｂは、発泡剤注入機構８Ｂと制御装置１１と混練ヘッド５０を備え、制御装置１１が、スクリュー３の後退駆動後に開閉弁７６を開作動させるように制御して、複数の発泡剤注入部７１から計量樹脂溜め部２７内に物理発泡剤１７を一斉に注入する。

実施例３の繊維強化樹脂成形品の成形方法の発泡剤注入分散促進工程では、Ｐ４の泡剤注入分散促進工程が、Ｐ３樹脂導入工程の実行後に実行され、この泡剤注入分散促進工程において、複数の発泡剤注入部７１により、計量樹脂溜め部２７内に物理発泡剤１７を射出用シリンダ４の長さ方向に異なる複数位置から一括に注入する。この繊維強化樹脂成形品の成形技術では、実施例１と略同様の作用・効果を奏する。尚、混練ヘッド５０を省略してもよい。

図１０に示すように、実施例３の繊維強化樹脂成形品の成形装置１Ｃは、実施例１の成形装置１において、発泡剤注入機構８と発泡剤分散促進機構１０と混練ヘッド５０を変更したものである。この成形装置１Ｃにおいて、発泡剤注入機構８Ｃは、射出用シリンダ４の計量樹脂溜め部２７内に物理発泡剤１７を注入し、発泡剤分散促進機構１０Ｃは、発泡剤注入機構８Ｃにより、計量樹脂溜め部２７内に物理発泡剤１７を射出用シリンダ４の長さ方向に異なる複数位置から、前側から後側へ順次注入可能に構成されている。

発泡剤注入機構８Ｃは、混練ヘッド５０Ｃにそのテーパ部から前方へ臨むように形成された複数の注入口からなる発泡剤注入部８０を有し、スクリュー３の内部（中心部分）に、その略全長に亙って複数の発泡剤注入部８０に連通する通路８１が形成されている。尚、混練ヘッド５０Ｃは、実施例１の混練ヘッド５０に複数の発泡剤注入部８０を形成したものである。

このスクリュー３の通路８１に発泡剤供給機構９から物理発泡剤１７が供給通路８５を通って供給され、この供給通路８５に開閉弁８６が設けられている。発泡剤分散促進機構１０Ｃは、発泡剤注入機構８Ｃと制御装置１１と混練ヘッド５０Ｃを備え、制御装置１１が、スクリュー３の後退駆動及び回転駆動に同期させて、発泡剤注入機構８Ｃの開閉弁８６を制御して、計量樹脂溜め部２７内に物理発泡剤１７を後退する混練ヘッド部５０Ｃから順次注入する。

実施例４の繊維強化樹脂成形品の成形方法の発泡剤注入分散促進工程では、Ｐ４の泡剤注入分散促進工程が、Ｐ３樹脂導入工程の実行中に実行され、この泡剤注入分散促進工程において、複数の発泡剤注入部８０により、計量樹脂溜め部２７内に物理発泡剤１７を射出用シリンダ４の長さ方向に異なる複数位置から順次注入する。この繊維強化樹脂成形品の成形技術では、物理発泡剤１７を混練ヘッド５０Ｃから注入するので、この混練ヘッド５０Ｃにより、物理発泡剤１７の樹脂１５への分散混練を確実に促進できる。

実施例５では、実施例１〜４の繊維強化樹脂成形品の成形装置１，１Ａ〜１Ｃ及び成形方法において適用可能な混練ヘッド５０Ｄ〜５０Ｆを開示する。尚、混練ヘッド５０Ｄ〜５０Ｆの基本的な形状は、実施例１〜４と同様に、前端が頂部となる円錐形状に形成されたものである。図１１に示すように、この混練ヘッド５０Ｄは、そのテーパ部において、頂部を中心として周方向に交互に、複数（例えば、３つ）の凸部５３と複数（例えば、３つ）の凹部５４とを区画して形成したものである。

図１２に示すように、この混練ヘッド５０Ｅは、そのテーパ部に沿って頂部から外周側へ螺旋状に延びる複数の突条部５５を形成したものである。図１３に示すように、この混練ヘッド５０Ｆは、そのテーパ部に沿って頂部から外周側へ螺旋状に延びる複数の突条部５６を形成すると共に、そのテーパ部から前方へ臨むように複数の穴５７を形成したものである。複数の穴５７については、可塑化混練された樹脂１５と強化繊維１６の通路として使用できるので、この樹脂１５と強化繊維１６の混練を助長でき、また、実施例４の成形装置１Ｃに適用する場合には、発泡剤注入部として使用できる。尚、混練ヘッド５０Ｅ，５０Ｆについては、正面視にて時計回りに回転させることが好ましい。

尚、実施例１〜５の混練ヘッド５０，５０Ｃ〜５０Ｆについては、前記のように、スクリュー３に一体的に設ける他、独立に回転可能に設けることができる。この場合、混練ヘッドを回転駆動する電動モータ等のアクチュエータを設けることで、スクリュー３と独立に回転可能となり、つまり、混練ヘッドをスクリュー３の回転速度よりも早く回転させることができ、また、スクリュー３が回転停止状態でも、混練ヘッドのみを回転させることが可能になる。故に、物理発泡剤１７の樹脂１５への一層の分散混練を期待できる。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、前記開示事項以外の種々の変更を付加して実施可能であり、また、本発明については、種々の繊維強化樹脂成形品を成形する装置及び装置に適用することが可能である。

実施例１の繊維強化樹脂成形品の成形装置の側面図である。 繊維強化樹脂成形品の成形装置の要部の部分断面図である。 繊維強化樹脂成形品の成形装置の要部の部分断面図である。 繊維強化樹脂成形品の成形装置の作動説明図である。 繊維強化樹脂成形品の成形装置の作動説明図である。 繊維強化樹脂成形品の成形装置の作動説明図である。 繊維強化樹脂成形品の成形方法の工程図である。 実施例２の繊維強化樹脂成形品の成形装置の要部の部分断面図である。 実施例３の繊維強化樹脂成形品の成形装置の要部の部分断面図である。 実施例４の繊維強化樹脂成形品の成形装置の要部の部分断面図である。 実施例５の混練ヘッドの正面図である。 実施例５の別の混練ヘッドの正面図である。 実施例５の更に別の混練ヘッドの正面図である。 従来の繊維強化樹脂成形品の成形装置の要部の部分断面図である。

符号の説明

１，１Ａ〜１Ｃ 繊維強化樹脂成形品の成形装置
２ 成形金型
３ スクリュー
４ 射出用シリンダ
５ 進退駆動機構
６ 回転駆動機構
８，８Ａ〜８Ｃ 発泡剤注入機構
１０，１０Ａ〜１０Ｃ 発泡剤分散促進機構
１５ 樹脂
１６ 強化繊維
１７ 物理発泡剤
２０ チェックリング
２６ 可塑化混練部
２７ 計量樹脂溜め部
３０，６０，７１，８０ 発泡剤注入部
３７ 注入部駆動機構
５０，５０Ｃ〜５０Ｆ 混練ヘッド部
６８ 注入切換機構

Claims (12)

1. 成形金型側の前端側部分に逆流防止用のチェックリングを有するスクリューを内蔵した射出用シリンダ内で、樹脂と強化繊維を可塑化混練すると共に物理発泡剤を注入し、その混合物を成形金型のキャビティに射出して繊維強化樹脂成形品を成形する方法において、
   前記スクリューを後退且つ回転させながら、前記射出用シリンダのうちチェックリングの前側の計量樹脂溜め部内にチェックリングの後側の可塑化混練部内で可塑化混練された樹脂と強化繊維を導入する樹脂導入工程と、
   前記樹脂導入工程の実行中又は実行後に、前記計量樹脂溜め部内に物理発泡剤を注入すると共に、この物理発泡剤の樹脂への分散混練を促進する発泡剤注入分散促進工程と、
   を備えたことを特徴とする繊維強化樹脂成形品の成形方法。
2. 前記発泡剤注入分散促進工程において、前記計量樹脂溜め部内に物理発泡剤を射出用シリンダの長さ方向に異なる複数位置から、前側から後側へ順次又は一括に注入することを特徴とする請求項１に記載の繊維強化樹脂成形品の成形方法。
3. 前記発泡剤注入分散促進工程において、前記スクリューのチェックリングよりも前側部分に設けられた混練ヘッド部により、物理発泡剤の樹脂への分散混練を促進することを特徴とする請求項１に記載の繊維強化樹脂成形品の成形方法。
4. 前記発泡剤注入分散促進工程において、前記計量樹脂溜め部内に物理発泡剤を射出用シリンダの長さ方向に異なる複数位置から、後退する前記混練ヘッド部の位置に対応して前側から後側へ順次注入することを特徴とする請求項３に記載の繊維強化樹脂成形品の成形方法。
5. 前記発泡剤注入分散促進工程において、前記計量樹脂溜め部内に物理発泡剤として超臨界状態の流体を注入することを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の繊維強化樹脂成形品の成形方法。
6. 成形金型側の前端側部分に逆流防止用のチェックリングを有するスクリューと、このスクリューを内蔵した射出用シリンダと、スクリューを進退駆動する進退駆動機構と、スクリューを回転駆動する回転駆動機構とを備え、射出用シリンダ内で樹脂と強化繊維を可塑化混練すると共に物理発泡剤を注入し、その混合物を成形金型のキャビティに射出して繊維強化樹脂成形品を成形する装置において、
   前記射出用シリンダのうちチェックリングの前側の計量樹脂溜め部内に物理発泡剤を注入する発泡剤注入手段と、
   前記発泡剤注入手段で注入された物理発泡剤の樹脂への分散混練を促進する発泡剤分散促進手段と、
   を備えたことを特徴とする繊維強化樹脂成形品の成形装置。
7. 前記発泡剤分散促進手段は、前記スクリューのチェックリングよりも前側部分に設けられた混練ヘッド部を有することを特徴とする請求項６に記載の繊維強化樹脂成形品の成形装置。
8. 前記発泡剤分散促進手段は、前記発泡剤注入手段により、前記計量樹脂溜め部内に物理発泡剤を射出用シリンダの長さ方向に異なる複数位置から、前側から後側へ順次又は一括に注入可能に構成されたことを特徴とする請求項６又は７に記載の繊維強化樹脂成形品の成形装置。
9. 前記発泡剤注入手段は、前記射出用シリンダにその長さ方向に可動に且つ計量樹脂溜め部内に臨むように設けられた発泡剤注入部と、この発泡剤注入部を射出用シリンダの長さ方向に移動駆動する注入部駆動手段とを有することを特徴とする請求項８に記載の繊維強化樹脂成形品の成形装置。
10. 前記発泡剤注入手段は、前記射出用シリンダにその長さ方向に異なる複数位置に固定的に且つ計量樹脂溜め部内に臨むように設けられた複数の発泡剤注入部を有することを特徴とする請求項８に記載の繊維強化樹脂成形品の成形装置。
11. 前記発泡剤注入手段は、前記複数の発泡剤注入部から物理発泡剤を択一的に注入させるように切り換える注入切換手段を有することを特徴とする請求項１０に記載の繊維強化樹脂成形品の成形装置。
12. 前記物理発泡剤が超臨界状態の流体であることを特徴とする請求項６〜１１の何れかに記載の繊維強化樹脂成形品の成形装置。

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