JP4797661B2

JP4797661B2 - 繊維強化樹脂成形品の成形方法および成形装置

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Publication number: JP4797661B2
Application number: JP2006026306A
Authority: JP
Inventors: 淳一小川; 満晴金子; 洋平一原; 孝宏栃岡
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2006-02-02
Filing date: 2006-02-02
Publication date: 2011-10-19
Anticipated expiration: 2026-02-02
Also published as: US20070176313A1; EP1815962A1; JP2007203638A; EP1815962B1; DE602007002575D1

Description

本発明は、繊維強化された発泡樹脂成形品の成形方法および成形装置に関する。

近年、樹脂成形品において、軽量化等の目的で発泡性樹脂を材料とするものが多用されつつある。このような発泡樹脂成形品の成形方法は、熱可塑性樹脂に予め物理発泡剤としての超臨界状態の流体（Super Critical Fluid：ＳＣＦ）を注入し、キャビティ（成形金型内に形成された空間）に射出したときに圧力を開放することによって微細に発泡させるのが一般的である。

このような発泡樹脂成形品において、より一層の軽量化のため、ガラス繊維等の強化繊維により強度や剛性の向上を図ったものが開発されている。このような繊維強化発泡樹脂成形品の成形方法では、樹脂中に強化繊維を混合分散させるため、射出ユニットのシリンダー内（成形金型に射出注入するまでの過程）において、スクリューを用いて混練可塑化（溶融）される。そして、溶融した樹脂中に超臨界状態の流体を加圧注入し、成形金型に射出するまでその圧力を維持して発泡を抑制し、キャビティ内で初めて圧力を開放することにより発泡させることになる。

下記の特許文献１には、射出成形用のスクリューに設けられた圧力保持要素としてのリング逆止弁の直下流部に超臨界状態の流体もしくは発泡剤を注入するガス注入ノズルを設けたものが開示されており、リング逆止弁が上流方向への流れを制限するとともに、下流側の物質の圧力を一定圧に維持するようになっている。
特開２００５−１３８８号公報

上記の特許文献１に示されているような従来の成形方法で繊維強化発泡樹脂成形品を成形しようとすると、まず、強化繊維と樹脂とを攪拌混練し、可塑化する段階で、強化繊維がスクリューにより破断されて折損し、樹脂成形品の物性が所期の目標物性に対して低下するという問題があった。特に、超臨界状態の流体等からなる物理発泡剤を可塑化混練用のシリンダー内に供給するような場合に、次のような問題があった。

すなわち、発泡剤として超臨界状態の流体を用いる場合には、発泡を抑えるために加圧した状態で溶融樹脂中にこの流体を注入し、成形金型にこの溶融樹脂を射出注入する過程でもその圧力を維持して、キャビティ内で初めて圧力を開放することになる。したがって、射出されるまでのシリンダー内での溶融樹脂に掛かる圧力は高いものとなる。スクリューの螺旋形状により溶融樹脂が下流（射出端）側に送り出されるが、超臨界状態の流体を注入する位置よりも上流側にも上記の圧力が掛かるため、この部分に何も設けなければ、溶融樹脂、さらには投入される樹脂ペレットや強化繊維にもそれらが押し戻される方向に力が掛かることになる。そこで、このような超臨界状態の流体の注入位置より上流側において、超臨界状態の流体が注入された溶融樹脂等の逆流防止を図るための機構をスクリューの途中に設けることが必要になる。

通常、このような逆流防止機構は、樹脂の流路が迷路状となった迷路構造を備え、それより上流側に樹脂等が押し戻されるのを防止することになる。そして、このような逆流防止機構を有するスクリューを用いると、強化繊維が混入された樹脂がこの逆流防止機構（迷路構造）を通過する過程で強化繊維の破断が生じることとなる。したがって、発泡剤として超臨界状態の流体を用いる繊維強化発泡樹脂成形品の成形方法においては、この強化繊維の折損による物性の低下がより深刻なものとなる。

上記の特許文献１では、実施例において、強化繊維（短ガラス繊維）を含む樹脂がリング逆止弁の上流側から投入されており、上記のような強化繊維の折損については問題として意識されていない。このリング逆止弁では、リング材がスクリューのシール面あるいはブロック面のいずれかに接触するように位置を切り替えることにより、強化繊維を含む溶融樹脂の下流側への流れを許容する一方、下流側で注入される超臨界状態の流体からの圧力を制限している。したがって、このようなリング逆支弁においても強化繊維折損の問題が発生するものと考えられるが、それに対する対応策は何ら採られていない。

本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、逆流防止部を備えたスクリューを用いつつ、強化繊維が逆流防止部において折損されるのを防止することにより、強度、剛性等の物性の向上を図ることができる繊維強化樹脂成形品の成形方法および成形装置を提供することを目的とするものである。

請求項１に記載の発明は、逆流防止部を備えたスクリューを内蔵する材料送給シリンダー内で、強化繊維と樹脂とを可塑化混練し、この可塑化され、強化繊維が混入された樹脂を成形金型のキャビティ内に射出する繊維強化樹脂成形品の成形方法において、前記スクリューの逆流防止部より下流側の位置で前記シリンダー内に前記強化繊維を混入するとともに、前記逆流防止部より下流側の位置で前記シリンダー内に物理発泡剤を注入することを特徴としている。

また、請求項８に記載の発明は、逆流防止部を備えたスクリューを内蔵する材料送給シリンダー内で、強化繊維と樹脂とを可塑化混練し、この可塑化され、強化繊維が混入された樹脂を成形金型のキャビティ内に射出する繊維強化樹脂成形品の成形装置において、前記スクリューの逆流防止部より下流側の位置で前記シリンダー内に前記強化繊維を混入する強化繊維混入部を設けるとともに、前記逆流防止部より下流側の位置で前記シリンダー内に物理発泡剤を注入する発泡剤注入部を設けたことを特徴としている。

請求項１または請求項８に記載の発明によれば、強化繊維を混入する位置が逆流防止部よりも下流側であるため、この逆流防止部により強化繊維が折損されることはなくなる。また、物理発泡剤を注入する位置も逆流防止部よりも下流側とする。なお、物理発泡剤を注入する位置と強化繊維を混入する位置とは上流下流の関係で同一の位置であってもよく、いずれか一方が上流側で他方が下流側であってもよい。いずれの場合であっても、成形方法あるいは成形装置を複雑化させることなく、強化繊維の折損が防止されることにより、強度、剛性等の物性が向上した繊維強化発泡樹脂成形品を得ることができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の繊維強化樹脂成形品の成形方法において、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している。また、請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の繊維強化樹脂成形品の成形装置において、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している。

請求項２または請求項９に記載の発明によれば、超臨界状態の流体が物理発泡剤として均一に混合分散されることにより、より微細な発泡セルを有する発泡成形品を得ることができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の繊維強化樹脂成形品の成形方法において、前記強化繊維が、前記物理発泡剤の注入位置より下流側の位置で混入されることを特徴としている。また、請求項１０に記載の発明は、請求項８または９に記載の繊維強化樹脂成形品の成形装置において、前記強化繊維が、前記発泡剤注入部より下流側の位置で混入されることを特徴としている。

請求項３または請求項１０に記載の発明によれば、強化繊維が物理発泡剤の注入位置より下流側の位置で混入されるので、物理発泡剤の注入により粘度が低下した樹脂中に強化繊維が混入され、強化繊維の混合分散性を向上させることができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の繊維強化樹脂成形品の成形方法において、前記強化繊維が単独で混入されることを特徴としている。また、請求項１１に記載の発明は、請求項８乃至１０のいずれかに記載の繊維強化樹脂成形品の成形装置において、前記強化繊維が単独で混入されることを特徴としている。

請求項４または請求項１１に記載の発明によれば、強化繊維が強化繊維混入部から単独で混入されることから、この強化繊維混入部において気密性の良好なシール構造を採用することができ、強化繊維混入部からの物理発泡剤ならびに可塑化された溶融樹脂の漏出を確実に防止することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の繊維強化樹脂成形品の成形方法であって、前記強化繊維が、連続繊維として前記シリンダー内に供給され、前記スクリューで切断されることによって前記シリンダー内に混入されることを特徴としている。また、請求項１２に記載の発明は、請求項１１に記載の繊維強化樹脂成形品の成形装置において、前記強化繊維が、連続繊維として前記シリンダー内に供給され、前記スクリューで切断されることによって前記シリンダー内に混入されることを特徴としている。

請求項５または請求項１２に記載の発明によれば、強化繊維が連続繊維として供給されるため、簡単なシール構造で強化繊維混入部における気密性の向上を容易に図ることができ、強化繊維混入部からの物理発泡剤ならびに可塑化された溶融樹脂の漏出を確実に防止することができる。

請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載の繊維強化樹脂成形品の成形方法において、前記物理発泡剤の注入位置から前記成形金型のキャビティに至る間の樹脂流路上において、前記強化繊維の樹脂中における混合分散が促進されることを特徴としている。また、請求項１３に記載の発明は、請求項８乃至１２のいずれかに記載の繊維強化樹脂成形品の成形装置において、前記発泡剤注入部から前記成形金型のキャビティに至る間の樹脂流路上において、前記強化繊維の樹脂中における混合分散が促進される混合分散促進手段が設けられていることを特徴としている。

請求項６または請求項１３に記載の発明によれば、スクリューの回転により強化繊維と樹脂が攪拌され、可塑化された溶融樹脂中での強化繊維の混合分散が行われるが、そのときの混合分散性が十分でない場合であっても、さらに混合分散促進手段により物理発泡剤の注入部から成形金型のキャビティに至る間の樹脂流路上において強化繊維の混合分散の促進が図られることになる。したがって、可塑化された溶融樹脂中により均一に強化繊維が分散され、優れた物性を有する繊維強化発泡樹脂成形品を得ることができる。

請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６に記載の繊維強化樹脂成形品の成形方法において、前記物理発泡剤が注入され、前記強化繊維が混入された樹脂が一旦貯留され、射出ユニットに移送され、成形に必要な量が計量された上で、当該射出ユニットを介して前記成形金型のキャビティ内に送出されることを特徴としている。また、請求項１４に記載の発明は、請求項８乃至１３に記載の繊維強化樹脂成形品の成形装置において、前記物理発泡剤が注入され、前記強化繊維が混入された樹脂が一旦貯留部に貯留され、射出ユニットに移送され、成形に必要な量が計量された上で、当該射出ユニットを介して前記成形金型のキャビティ内に送出されることを特徴としている。

請求項７または請求項１４に記載の発明によれば、物理発泡剤が注入され、強化繊維が混入された溶融樹脂が一旦貯留部に貯留され、射出ユニットに移送され、この溶融樹脂から成形に必要な量が計量された上で、この射出ユニットを介して成形金型のキャビティ内に送出されるため、この移送（合流）により溶融樹脂中における強化繊維の混合分散がより促進され、均一に強化繊維が分散され、より優れた物性を有する繊維強化発泡樹脂成形品を得ることができる。

請求項１５に記載の発明は、請求項８乃至１４のいずれかに記載の繊維強化樹脂成形品の成形装置において、前記シリンダーの前記強化繊維混入部に当該シリンダーの内外間をシールするシール手段が設けられていることを特徴とする。

請求項１５に記載の発明によれば、シリンダーの内外間をシールするシール手段で強化繊維混入部をシールすることにより、この強化繊維混入部からの物理発泡剤ならびに可塑化された溶融樹脂の漏出を確実に防止することができる。

請求項１６に記載の発明は、請求項８乃至１４のいずれかに記載の繊維強化樹脂成形品の成形装置において、前記強化繊維混入部より漏出する物理発泡剤の導出路に流量検出手段が介設され、当該流量検出手段により検出された物理発泡剤の漏出量に対応して、前記発泡剤注入部から物理発泡剤が補充されることを特徴とする。

請求項１６に記載の発明によれば、強化繊維混入部より漏出する物理発泡剤の導出路に介設された流量検出手段により物理発泡剤の漏出量が検出され、この漏出量に対応した量の物理発泡剤が発泡剤注入部から補充される。このようにして物理発泡剤が補充されることにより、樹脂中の物理発泡剤の量を所定の量以上に確保し、所期の発泡率を有する繊維強化樹脂成形品として物性の向上を図ることができる。

強化繊維を混入する位置が逆流防止部よりも下流側であるため、この逆流防止部により強化繊維が折損されることはなくなる。したがって、成形方法あるいは成形装置を複雑化させることなく、強化繊維の折損が防止されるとともに、物理発泡剤が均一に混合分散されることにより、強度、剛性等の物性が向上した繊維強化発泡樹脂成形品を得ることができる。

以下、本発明の繊維強化樹脂成形品の成形方法および成形装置について、具体的に説明する。

［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係る繊維強化樹脂射出成形装置の全体構成を図１に示す。この繊維強化樹脂射出成形装置１は、可塑化押出部１０、樹脂貯留部２０、計量射出部３０、ＳＣＦ供給ユニット４０、ＧＦ供給ユニット５０および成形金型６０を備えている。

可塑化押出部１０は、材料送給シリンダー１１内にスクリュー１２を内蔵し、ホッパー１６から投入された樹脂２をスクリュー１２の回転により攪拌混練し、可塑化（溶融）するとともに、強化繊維混入部１４にてＧＦ供給ユニット５０から供給される強化繊維３と発泡剤注入部１５にてＳＣＦ供給ユニット４０から供給される物理発泡剤４とを可塑化された溶融樹脂中に混合分散させる。そして、強化繊維３（および物理発泡剤４）を含む可塑化された溶融樹脂５（以下、強化繊維３等が混入された溶融樹脂を樹脂組成物５ともいう）を樹脂貯留部２０に押出（移送）し、その貯留槽２１で一時貯留する。本実施形態において、可塑化押出部１０は射出ユニットとしては構成されておらず、可塑化された樹脂組成物５を樹脂貯留部３０に移送する押出能力を有するものである。可塑化押出部１０の押出端１７（出口）には、オンオフ操作で開閉動作するバルブ１８が取り付けられている。

シリンダー１１内のスクリュー１２には逆流防止部１３が設けられている。この逆流防止部１３は、例えば前述した迷路構造を有するものであってもよく、また、リング材の位置切替機構を有するものであってもよい。この逆流防止部１３と強化繊維混入部１４、発泡剤注入部１５との位置関係については、後で詳述する。

樹脂貯留部２０は、可塑化押出部１０から移送されてきた樹脂組成物５を貯留槽２１に一時貯留する。一時貯留された樹脂組成物５は、貯留槽２１の下流端（出口）に取り付けられたバルブ２２の開閉動作により、計量射出部３０の合流部３１に移送される。

計量射出部３０は、シリンダー３１内に射出ピストン３２を内蔵した射出ユニットとして構成され、可塑化押出部１０で可塑化され、樹脂貯留部２０の貯留槽２１に一旦蓄積されていた樹脂組成物５を合流部３３に導入することで樹脂組成物５中での強化繊維３ならびに物理発泡剤４の混合分散を行うとともに、さらに成形に必要な量の樹脂組成物５を計量した上で、射出端３４（出口）に取り付けられたバルブ３５の開閉動作と射出ピストン３２の往復動により成形金型６０のキャビティ６３（図７参照）内に射出注入する。

上述したように、可塑化押出部１０、樹脂貯留部２０および計量射出部３０の下流端（出口）には、オンオフ操作で開閉動作するバルブ１８，２２，３５が取り付けられている。これらのバルブ１８，２２，３５は、開放時には樹脂組成物５の流動を許容し、閉止時には樹脂組成物５の流動を止めて気密性を確保した上で、樹脂組成物５の逆流を防止することができる。バルブ１８，２２，３５は、単に開閉動作を行うだけなので、その動作により強化繊維３を折損することがない。

ＳＣＦ供給ユニット４０は、物理発泡剤４を繊維強化樹脂射出成形装置１内に導入するためのものであり、上記の可塑化押出部１０に設けられた発泡剤注入部１５にて物理発泡剤４をシリンダー１１内（樹脂２中）に注入する。ＳＣＦ供給ユニット４０は、原料ガスが充填されているガスボンベ４１と、ガスボンベ４１から導入される原料ガスを所定の圧力まで昇圧し、昇圧された物理発泡剤４のシリンダー１１内への導入量を制御する昇圧制御部４２とを備えている。

ＧＦ供給ユニット５０は、強化繊維３（本実施形態では、ガラス繊維３の連続繊維）を上記の可塑化押出部１０に設けられた強化繊維混入部１４に供給するためのものであり、図２に示すように、コイル状に巻回されたガラス繊維３を気密に収納するＧＦ収納部５１と、強化繊維混入部１５に接続されるＧＦ供給部５３と、ＧＦ収納部５１からＧＦ供給部５３の間を連結し、管内挿通孔を通してガラス繊維３を送給するフレキシブルチューブ状の送給管５２とを備えている。本実施形態において、ＧＦ供給部５３は、回転駆動によってガラス繊維３を送り出す繊維送給ローラ５４と、この繊維送給ローラ５４を保持して強化繊維混入部１４の開口部周辺に押し付けることによりシリンダー１１の側壁（シリンダーバレル１１ａ）との間を気密にシールするシール部材５５とを有している。このように、本実施形態においては、ＧＦ収納部５１、送給管５２およびＧＦ供給部５３が気密に接続され、その内部環境が外部雰囲気と遮断されて全体的にシールされ、シリンダー１１内に導入された物理発泡剤４および物理発泡剤４を含む樹脂組成物５が強化繊維混入部１４（ＧＦ供給部５３，ＧＦ供給ユニット５０）から漏れ出さないように構成されている。

そして、連続繊維状のガラス繊維３は、繊維送給ローラ５４の回転駆動により可塑化押出部１０のシリンダー１１内に送り込まれ、シリンダー１１内を回転するスクリュー１２の剪断力により切断される。切断されるガラス繊維３の長さは、スクリュー１２の回転速度と繊維送給ローラ５４による繊維３の送り速度により調整される。

本実施形態においては、強化繊維３の混入部１４がスクリューに設けられた逆流防止部１３より下流側に位置するよう設定されている。また、物理発泡剤４の注入部１５は、同様に逆流防止部１３より下流側で、強化繊維３の混入部１４より上流側に位置するように設定されている。そして、このように強化繊維３の混入部１４が逆流防止部１３より下流側に位置するように配されることにより、強化繊維３が逆流防止部１３で折損されるのを防止している。また、物理発泡剤４の注入部１５が強化繊維３の混入部１４より上流側に配されることにより、物理発泡剤４の注入により粘度が低下した樹脂２中に強化繊維３が混入され、強化繊維３の混合分散性を向上させることができる。また、混入された強化繊維３が物理発泡剤４により下流側に移送され、上流側に遡上することがない。

さらに、本実施形態においては、強化繊維３が物理発泡剤４の注入位置（注入部１５）より下流側の位置（混入部１４）で混入されるので、物理発泡剤４の注入により粘度が低下した樹脂２中に強化繊維３が混入され、強化繊維３の樹脂組成物５中での混合分散性を向上させることができる。

本実施形態おいて、樹脂２としては、熱可塑性樹脂が用いられる。本発明において好適に使用できる熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体（ＡＢＳ樹脂）、ポリスチレン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、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、アクリロニトリル−スチレン共重合体（ＡＳ樹脂）、シンジオタクチックポリスチレン、ポリメタクリル酸メチル、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルスルホン、ポリアリレート、ポリアミド、ポリイミド、液晶樹脂、ポリフェニレンオキシド、ポリアセタール、ポリエチレンナフタレート等が挙げられる。この中で好ましくは、ポリプロピレン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、シンジオタクチックポリスチレン、ポリフェニレンスルフィドであり、特に好ましくはポリプロピレン系樹脂である。また、上記熱可塑性樹脂として、ポリマーブレンドを用いてもよい。

また、強化繊維３としては、ガラス繊維、カーボン繊維、無機ウィスカー、チタン酸カリウムウィスカー等が挙げられる。好ましくは、ガラス繊維である。

熱可塑性樹脂組成物５における、熱可塑性樹脂２の含有量は、好ましくは、２０重量％〜９５重量％であり、特に好ましくは、６０重量％〜９０重量％である。熱可塑性樹脂２の量が少なすぎると、流動性の不足や、機械強度が低下する恐れがある。また、強化繊維３の含有量は、好ましくは、熱可塑性樹脂組成物５の０重量％〜５０重量％であり、特に好ましくは、１０重量％〜４０重量％である。

さらに、上記の熱可塑性樹脂組成物５に、粉末状充填剤、可塑剤、安定剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、帯電防止剤、難燃剤、難燃助剤やその他各種の添加剤や改質剤を添加してもよい。

本実施形態において、物理発泡剤４は、超臨界状態の超臨界流体（Super Critical Fluid：ＳＣＦ）のほか、圧力が臨界圧以下の発泡剤を含むものであり、単に化学反応により熱的に発泡させる化学発泡剤を含まないことを意味しているに過ぎない。本実施形態において好適な物理発泡剤４は、上記の熱可塑性樹脂組成物５に溶け込むことができ、かつ不活性であれば特に超臨界状態にあることに限定はされないが、二酸化炭素や窒素又はこれらの混合ガスによる超臨界流体は、安全性、コスト等の面から好ましい。そして、物理発泡剤４にこれらの超臨界流体を用いた場合には、発泡剤４が混合分散されやすく、より微細な発泡セルを有する繊維強化樹脂成形品を得ることができ、より一層の物性向上を図ることができることから望ましい。

超臨界流体に窒素を使用した場合は、地球環境に悪影響を与えることがなく特に好ましい。二酸化炭素の臨界温度は３１．３℃で、臨界圧は７．４ＭＰａであり、また、窒素の臨界温度は−１４７℃で、臨界圧力は３．４ＭＰａであって、いずれも加熱（窒素の場合は常温でも可）、加圧するだけで容易に超臨界状態を維持することができる。超臨界状態の二酸化炭素又は窒素を採用すれば、超臨界流体が可塑剤として作用するので樹脂流動性が向上し、強化繊維３を添加した樹脂組成物５の射出成形に好適な流動性が得られる。

物理発泡剤４を熱可塑性樹脂組成物５に注入する時の圧力は、十分な注入速度を確保するといった観点から、１５ＭＰａ以上、さらには２０ＭＰａ以上であることが好ましい。また、物理発泡剤４の注入量は、その種類にもよるが、熱可塑性樹脂組成物５の１００重量部に対して、好ましくは０．１〜２０重量部、より好ましくは０．５〜１０重量部である。物理発泡剤４が０．１重量部よりも少ないと、微細な発泡セルを得ることができず、２０重量部よりも多いと、粗大な発泡セルが生成しやすく、成形品の外観が損なわれることがある。

また、本実施形態において、成形金型６０は、炭素鋼やアルミニウム合金、銅合金等の金属材料で作製される固定金型６１と可動金型６２とからなり、固定金型６１と可動金型６２とが型締めされた状態でキャビティ６３が形成され、射出注入孔６４（スプル）からゲート６５に至る溶融した樹脂組成物５の流路上にホットランナー部６６が設けられている。

上記したように、本実施形態では、強化繊維３を混入する位置（強化繊維混入部１４）が逆流防止部１３よりも下流側であるため、この逆流防止部１３により強化繊維３が折損されることはなくなる。また、物理発泡剤４を注入する位置（発泡剤注入部１５）も逆流防止部１３よりも下流側としている。なお、強化繊維混入部１４と発泡剤注入部１５とは上流下流の関係で同一の位置であってもよく、いずれか一方が上流側で他方が下流側であってもよい。いずれの場合であっても、強化繊維混入部１４と発泡剤注入部１５とが逆流防止部１３よりも下流側に位置しておればよく、成形方法あるいは成形装置を複雑化させることなく、強化繊維３の折損が防止されることにより、強度、剛性等の物性が向上した繊維強化発泡樹脂成形品を得ることができる。

本実施形態では、強化繊維混入部１４が発泡剤注入部１５より下流側に配されている。このことにより、物理発泡剤４の注入された樹脂２中に強化繊維３が混入されるので、強化繊維３が物理発泡剤４の注入により粘度が低下した樹脂２中で攪拌され、樹脂組成物５中での強化繊維３の混合分散性を向上させることができる。

そして、強化繊維３が強化繊維混入部１４から単独で混入されることから、この強化繊維混入部１４において気密性の良好なシール構造を採用することができ、強化繊維混入部１４からの物理発泡剤４および樹脂組成物５の漏出を確実に防止することができる。さらに、強化繊維３が連続繊維として供給されるため、簡単なシール構造で気密性の向上を容易に図ることができる。

また、一旦樹脂貯留部２０に貯留された樹脂組成物５が計量射出部３０に移送され、樹脂組成物５から成形に必要な量が計量された上で、この計量射出部３０を介して成形金型６０のキャビティ６３内に送出される。この移送（合流）により樹脂組成物５中における強化繊維３の混合分散がより促進されるため、均一に強化繊維３が分散され、より優れた物性を有する繊維強化発泡樹脂成形品を得ることができる。

［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態に係る繊維強化樹脂射出成形装置の全体構成を図３に示す。この繊維強化樹脂射出成形装置１Ａは、樹脂貯留部２０を備えていない点で上記の第１の実施形態における繊維強化樹脂射出成形装置１と相違している。その他の点については第１の実施形態の繊維強化樹脂射出成形装置１と同一であり、同一の構成についてはその説明を省略する。

本実施形態においては、可塑化押出部１０で可塑化された樹脂組成物５が、計量射出部３０との合流部３３に直接供給される。そして、この合流部３３において、樹脂組成物５中での強化繊維３および物理発泡剤４の混合分散が図られ、成形に必要な量だけ計量された上で、成形金型６０のキャビティ６３内に射出注入される。

この第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様、発泡剤注入部１５が逆流防止部１３より下流側に配され、強化繊維混入部１４が発泡剤注入部１５より下流側に配されている。したがって、強化繊維３が逆流防止部１３で折損されることなく、しかも、樹脂組成物５中で良好に混合分散されるので、強度、剛性等の物性が向上した繊維強化発泡樹脂成形品を得ることができる。

［第３の実施形態］
上記の第１の実施形態では、ＧＦ供給部５３にシール部材５５を設け、強化繊維混入部１４（ＧＦ供給ユニット５０）から物理発泡剤４や樹脂組成物５が漏出するのを防止していたが、これに替えて、物理発泡剤４の漏出を許容しつつ、その漏出量に見合った物理発泡剤４を補償する手段を設けてもよい。

物理発泡剤の漏出補償手段を設けた可塑化押出部の概略構造を図４に示す。この可塑化押出部１０は、上記の第一あるいは第二の実施形態の射出成形装置１，１Ａに適用されるものであり、逆流防止部１３より下流側の位置に発泡剤注入部１５と、さらにその下流側に強化繊維混入部１４とが配列されている。発泡剤注入部１５にはＳＣＦ供給ユニット４０から物理発泡剤５を送給する配管４３が接続され、強化繊維混入部１４にはバッファタンク５６が接続され、このバッファタンク５６の筒体側壁面５６ａにＧＦ供給ユニット５０からガラス繊維３が送給される枝管５７（送給管５２に連接）が取り付けられる一方、このバッファタンク５６の上部端壁面５６ｂに漏出した物理発泡剤４を外部環境あるいはＳＣＦ供給ユニット４０に導くＳＣＦ導出管４４が接続されている。そして、ＳＣＦ導出管４４の途中部分には流量計４５（流量検出手段に相当）が介設されており、これにより漏出した物理発泡剤４の漏出流量が測定されている。この漏出流量はＳＣＦ供給ユニット４０にフィードバックされ、この漏出流量に基づいてＳＣＦ供給ユニット４０から同量の物理発泡剤４が発泡剤注入部１５を介してシリンダー１１内に供給されるように制御されている。あるいは、強化繊維混入部１４の下流側に図略の第二の発泡剤注入部１５’を設け、ＳＣＦ供給ユニット４０から漏出流量と同量の物理発泡剤４を第二の発泡剤注入部１５’を介してシリンダー１１内に再注入するようにしてもよい。

これにより、この漏出流量に対応した量の物理発泡剤４が発泡剤注入部１５，１５’から補充されるため、樹脂組成物５中の物理発泡量４の量を所定の量以上に確保し、所期の発泡率を有する樹脂成形品として物性の向上を図ることができる。ここでの所定量や所期の発泡率は、樹脂成形品の設計上決められる値である。なお、バッファタンク５６の上部端壁面５６ｂの内面側およびガラス繊維送給用の枝管５７の取付け内面部には多孔質構造体５８が封入設置されており、この多孔質構造体５８により物理発泡剤４と共に漏出しようとした樹脂組成物５を遮断し、それより先に樹脂組成物５が漏出するのを防止している。

このような第３の実施形態によると、強化繊維混入部１４より漏出する物理発泡剤の導出路（ＳＣＦ導出管４４）に介設された流量検出手段（流量計４５）により物理発泡剤４の漏出量が検出され、この漏出量に対応した量の物理発泡剤４が発泡剤注入部１５，１５’から補充される。このようにして物理発泡剤４が補充されることにより、樹脂組成物５の物理発泡剤４の量を所定の量以上に確保し、所期の発泡率を有する繊維強化樹脂成形品として物性のより一層の向上を図ることができる。

なお、上記開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の技術的範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれると解される。

［変形の実施形態］
以下に、上記の実施形態に替えてあるいは加えて、一部機能を変更あるいは付加する変形実施例について説明する。

１）上記の第１乃至第３の実施形態では、スクリュー１２に設けられた逆流防止部１３より下流側に物理発泡剤４の注入部１５と強化繊維３の混入部１４とがこの順番で配されているが、これに限定されず、強化繊維３の混入部１４が物理発泡剤４の注入部１５より上流側に配されていてもよいし、上流下流の関係で同一の位置に配されていてもよい。いずれもが、逆流防止部１３より下流側に配されていればよい。

２）上記の第１乃至第３の実施形態では、連続繊維状の強化繊維３をＧＦ供給ユニット５０から送給し、単独で強化繊維混入部１４からシリンダー１１内に混入させているが、強化繊維３の供給は必ずしもこれに限定されるものではなく、予め所定の長さに切断された強化繊維３が混入された樹脂２を逆止防止部１３より下流側の強化繊維／樹脂混入部から投入するようにしてもよい。この場合にも、この強化繊維／樹脂混入部には物理発泡剤４の注入に伴う大きな圧力が掛かり、物理発泡剤４や樹脂組成物５の漏出の可能性があるため、上記したのと同様のシール構造を強化繊維／樹脂混入部に設ける必要がある。ただし、実施形態で示したように連続繊維で供給した場合には、強化繊維３の混入部１４においてシール構造を容易に構成することができ、この部分からの物理発泡剤４等の漏出を防止する観点から上記実施形態で示したような態様を採ることが望ましい。

３）上記の第１乃至第３の実施形態では、可塑化押出部１０の強化繊維混入部１４から混入された強化繊維３は、物理発泡剤４と共に、その押出端１７（出口）のバルブ１８に至る間で可塑化された樹脂組成物５中に混合分散されるようになっており、さらに、計量射出部３０の射出端３４（出口）付近で樹脂貯留部２０あるいは可塑化押出部１０から可塑化された樹脂組成物５を受入れて、その際の流入に伴う混合分散効果により強化繊維３と物理発泡剤４の樹脂組成物５中への混合分散を図っている。しかし、強化繊維混入部１４が逆流防止部１３よりも下流側に配設されているため、強化繊維混入部１４から押出端１７（出口）のバルブ１８に至る間の距離は比較的短く設定されており、その間での強化繊維３や物理発泡剤４（特に強化繊維３）の樹脂組成物５中への混合分散が不十分となることが懸念される。

そこで、上記の各実施形態において、図５（ａ）に示すように、計量射出部３０から樹脂組成物５を成形金型６０に送出する際にミキシングノズル７０を介して射出注入することが望ましい。ミキシングノズル７０は、図５（ｂ）に示すように、例えば、円筒状のノズル管体７１内に、平板を右回り螺旋状に１８０°ひねったエレメントＡ７２と左回り螺旋状に１８０°ひねったエレメントＢ７３とを軸方向に交互に配列し、収容することにより構成される。そして、このようなミキシングノズル７０内に導入された樹脂組成物５は、軸方向に進むことで右回りと左回りとに交互にひねられ、攪拌されることによって強化繊維３および物理発泡剤４の混合分散が促進されることになる。

このように、強化繊維３の樹脂組成物５中での混合分散性が十分でない場合（あるいは十分でないと懸念される場合）であっても、ミキシングノズル７０のような混合分散促進手段により強化繊維３の混入位置（混入部１４）から成形金型６０のキャビティ６３に至る間の樹脂流路上において強化繊維３の混合分散の促進が図られることになる。したがって、樹脂組成物５中により均一に強化繊維３が分散され、優れた物性を有する繊維強化発泡樹脂成形品を得ることができる。

なお、強化繊維３の樹脂組成物５中での混合分散を促進する手段としては、上記のようなミキシングノズル７０に限定されるものではない。ミキシングノズル７０の内部構造も上記のものに限定されることなく、要は樹脂流路上において樹脂組成物５を攪拌し、強化繊維３や物理発泡剤４の混合分散を促進できるものであればよく、種々の態様を採ることができる。そして、ミキシングノズル７０以外の混合分散促進手段として、以下の変形例４）〜６）に示すものが例示できる。

４）上記の第１乃至第３の実施形態では、強化繊維３が混入され、物理発泡剤４が注入された樹脂組成物５を計量射出部３０において受入れるときにこれらの混合分散を図っているが、特にこの混合分散を促進する機構を設けていなかった。これに対して、積極的に樹脂組成物５に振動を付与することにより強化繊維３や物理発泡剤４の混合分散を促進する振動付与手段を設けてもよい。

振動付与手段としては、例えば、超音波振動子３６Ａ（発振装置）による機械的振動の付与手段、あるいは電磁波発振器３６Ｂによる加熱振動の付与手段を挙げることができる。例えば、超音波振動を利用する場合、図６（ａ）に示すように、計量射出部３０のシリンダー３１側壁（シリンダーバレル外面）に超音波振動子３６Ａを取付け、これに不図示の超音波発振器から超音波電圧を加えることで、シリンダー３１内の樹脂組成物５に振動（攪拌力）を与えることができる。なお、超音波振動子３６Ａの取付け部位は上記に限定されるものではない。電磁波振動付与手段を利用する場合の電磁波発振器３６Ｂの取付けについても同様である。

このように、超音波振動子３６Ａ、電磁波発振器３６Ｂ等の振動付与手段により樹脂組成物５に振動が付与され、樹脂組成物５中における強化繊維３や物理発泡剤４の混合分散が促進されることになる。

また、振動付与手段として、駆動されることにより周囲の樹脂に流動力を与え、攪拌するものであってもよい。例えば、図６（ｂ）に示すように、計量射出部３０のシリンダー３１内に、射出ピストン３２とは別に、この射出ピストン３２の合流部３３側の空間内に複数の穴３７ａが貫通開口した攪拌板３７を配置し、射出ピストン３２の位置を固定した状態でこの攪拌板３７を前後進（往復動）させる。そして、このような攪拌板３７の前後進により、穴３７ａの中を樹脂組成物５が流動する（乱流発生）ことで強化繊維３や物理発泡剤４の混合分散を促進することができる。そして、射出時には射出ピストン３２と攪拌板３７とを共に前進させることにより樹脂組成物５を成形金型６０に送出する。

なお、攪拌板３７は、射出時に射出ピストン３２に密着した状態で射出ピストン３２と一体的に前進させるか、射出前に予め前進限に位置させておいて射出ピストン３２のみを前進させることにより、射出時における射出ピストン３２の動作との干渉を回避することができる。攪拌板３７を貫通開口する穴３７ａの形状・個数は、図示されている断面円形状および４個に限定されるものではない。また、穴３７ａに上述のミキシングノズル７０の場合と同様のエレメント７２，７３（平板を右回り又は左回りに１８０°ひねったもの）を組み付けてもよく、さらには穴３７ａの形状自体をエレメント７２，７３と類似の螺旋状に加工してもよい。これにより一層攪拌板３７による混合分散効果を向上させることができる。

さらに、上記のような攪拌板３７に限定されるものではなく、往復駆動あるいは回転駆動により周囲の樹脂組成物５に流動力を与え、攪拌することができるものであればよい。上記の攪拌板３７以外の例として、例えば、攪拌翼を有するプロペラ状のものを回転駆動するものであってもよく、あるいは攪拌翼を円穴内に有する攪拌板を往復駆動するものであってもよい。

５）上記の第１乃至第３の実施形態では、成形金型６０において、特に強化繊維３や物理発泡剤４の混合分散を促進する機構を設けていないが、図７に示すように、上記のミキシングノズル７０と同様の構成により混練攪拌機能を有するミキシング部６７を成形金型６０内の溶融した樹脂組成物５の流路（例えば、ホットランナー部６６）に埋設することも有効である。このような方法によれば、樹脂組成物５が成形金型６０のキャビティ６３内に流入する前に強化繊維３や物理発泡剤４の混合分散を促進させることができる。

６）上記の第１乃至第３の実施形態では、可塑化押出部１０の発泡剤注入部１５において、特に物理発泡剤４の混合分散を促進する機構を設けていないが、図８に示すように、この注入ノズル１５ａの内壁面に多孔質の構造体１５ｂ（例えば、金属製の多孔質部材）を配置することも有効である。これにより物理発泡剤の注入孔１５ｃを多点化し、樹脂組成物５との接触面積を増やして、物理発泡剤４を樹脂組成物５中に速やかに拡散させることにより、混合分散を促進させることができる。

７）上記の第１の実施形態では、繊維送給ローラ５４を保持するシール部材５５をシリンダーバレル１１ａ（強化繊維混入部１４の開口部周辺）に押し付けて気密性を維持することによりＧＦ供給ユニット５０全体をシールする構造を例示したが、ゴムエラストマー等からなりゴム弾性を有する弾性部材５９でシール構造を構成してもよい。例えば、図９に示すようにコルク状の弾性部材５９の中心に貫通細孔５９ａ（ただし、細孔５９ａの最小内径＜ガラス繊維３の外径）を穿孔して、弾性部材５９をシリンダーバレル１１ａに押し付け、さらにこの貫通細孔５９ａを挿通して強化繊維３を送給することにより気密性を維持することのできるシール構造を構成することができる。弾性部材５９のシリンダーバレル１１ａに押接する面は、必ずしも図に示されるような平面状に形成されていなくてもよく、Ｏリング状の突出部を有するものであってもよい。このようなＧＦ供給部５３（強化繊維混入部１４）での局所的なシール構造（弾性部材５９）を採用することにより、簡単な構成で設備コスト上の負担を軽減することができる。

本発明の第１の実施形態に係る繊維強化樹脂射出成形装置に関して（ａ）はその全体構成を示す側面図であり、（ｂ）は可塑化押出部のシリンダー内部、（ｃ）は計量射出部のシリンダー内部の要部構成を示す側断面図である。第１の実施形態において、ＧＦ供給部での発泡剤の漏出を防止するシール構造を備えたＧＦ供給ユニットの構成を示す一部断面図である。本発明の第２の実施形態に係る繊維強化樹脂射出成形装置の全体構成を示す側面図である。本発明の第３の実施形態に係る繊維強化樹脂射出成形装置のＧＦ供給部における物理発泡剤の漏出を補償する手段の概略構成を示す説明図である。ミキシングノズルの取付け状態（ａ）およびその要部（ｂ）を示す側断面図である。振動付与手段を設けた計量射出部のシリンダー内部の状態を示す側断面図であり、（ａ）は超音波振動子（または電磁波発振器）、（ｂ）は攪拌板の組付け状態を示す。ミキシングノズルと類似の攪拌手段をホットランナー部に設けた成形金型の側断面図である。注入ノズルの内壁に多孔質の構造体を配置した発泡剤注入部の側断面図である。変形例としての弾性部材を用いたシール構造を示す断面図である。

符号の説明

１，１Ａ繊維強化樹脂射出成形装置
２樹脂
３強化繊維
４物理発泡剤
５溶融樹脂（樹脂組成物）
１０可塑化押出部
１１シリンダー
１２スクリュー
１３逆流防止部
１４強化繊維混入部
１５発泡剤注入部
２０樹脂貯留部
３０計量射出部
３１シリンダー
３２射出ピストン
３３合流部
３６Ａ超音波振動子
３６Ｂ電磁波発振器
３７攪拌板
４０ＳＣＦ供給ユニット
５０ＧＦ供給ユニット
６０成形金型
７０ミキシングノズル

Claims

逆流防止部を備えたスクリューを内蔵する材料送給シリンダー内で、強化繊維と樹脂とを可塑化混練し、この可塑化され、強化繊維が混入された樹脂を成形金型のキャビティ内に射出する繊維強化樹脂成形品の成形方法において、
前記スクリューの逆流防止部より下流側の位置で前記シリンダー内に前記強化繊維を混入するとともに、前記逆流防止部より下流側の位置で前記シリンダー内に物理発泡剤を注入する
ことを特徴とする繊維強化樹脂成形品の成形方法。
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１に記載の繊維強化樹脂成形品の成形方法。
前記強化繊維が、前記物理発泡剤の注入位置より下流側の位置で混入されることを特徴とする請求項１または２に記載の繊維強化樹脂成形品の成形方法。
前記強化繊維が、単独で混入されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の繊維強化樹脂成形品の成形方法。
前記強化繊維が、連続繊維として前記シリンダー内に供給され、前記スクリューで切断されることによって前記シリンダー内に混入されることを特徴とする請求項４に記載の繊維強化樹脂成形品の成形方法。
前記物理発泡剤の注入位置から前記成形金型のキャビティに至る間の樹脂流路上において、前記強化繊維の樹脂中における混合分散が促進されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の繊維強化樹脂成形品の成形方法。
前記物理発泡剤が注入され、前記強化繊維が混入された樹脂が一旦貯留され、射出ユニットに移送され、成形に必要な量が計量された上で、当該射出ユニットを介して前記成形金型のキャビティ内に送出されることを特徴とする請求項１乃至６に記載の繊維強化樹脂成形品の成形方法。
逆流防止部を備えたスクリューを内蔵する材料送給シリンダー内で、強化繊維と樹脂とを可塑化混練し、この可塑化され、強化繊維が混入された樹脂を成形金型のキャビティ内に射出する繊維強化樹脂成形品の成形装置において、
前記スクリューの逆流防止部より下流側の位置で前記シリンダー内に前記強化繊維を混入する強化繊維混入部を設けるとともに、前記逆流防止部より下流側の位置で前記シリンダー内に物理発泡剤を注入する発泡剤注入部を設けた
ことを特徴とする繊維強化樹脂成形品の成形装置。
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８に記載の繊維強化樹脂成形品の成形装置。
前記強化繊維が、前記発泡剤注入部より下流側の位置で混入されることを特徴とする請求項８または９に記載の繊維強化樹脂成形品の成形装置。
前記強化繊維が、単独で混入されることを特徴とする請求項８乃至１０のいずれかに記載の繊維強化樹脂成形品の成形装置。
前記強化繊維が、連続繊維として前記シリンダー内に供給され、前記スクリューで切断されることによって前記シリンダー内に混入されることを特徴とする請求項１１に記載の繊維強化樹脂成形品の成形装置。
前記発泡剤注入部から前記成形金型のキャビティに至る間の樹脂流路上において、前記強化繊維の樹脂中における混合分散が促進される混合分散促進手段が設けられていることを特徴とする請求項８乃至１２のいずれかに記載の繊維強化樹脂成形品の成形装置。
前記物理発泡剤が注入され、前記強化繊維が混入された樹脂が一旦貯留部に貯留され、射出ユニットに移送され、成形に必要な量が計量された上で、当該射出ユニットを介して前記成形金型のキャビティ内に送出されることを特徴とする請求項８乃至１３に記載の繊維強化樹脂成形品の成形装置。
前記シリンダーの前記強化繊維混入部に当該シリンダーの内外間をシールするシール手段が設けられていることを特徴とする請求項８乃至１４のいずれかに記載の繊維強化樹脂成形品の成形装置。
前記強化繊維混入部より漏出する物理発泡剤の導出路に流量検出手段が介設され、当該流量検出手段により検出された物理発泡剤の漏出量に対応して、前記発泡剤注入部から物理発泡剤が補充されることを特徴とする請求項８乃至１４のいずれかに記載の繊維強化樹脂成形品の成形装置。