JP2015208879A - 射出成形機 - Google Patents

Abstract

【課題】可塑化シリンダ内において、予期せぬ圧力上昇が生じても、強化繊維のフィーダの不具合を防止できる可塑化装置を提供する。
【解決手段】射出ノズル２０３が形成された可塑化シリンダ２０１と、可塑化シリンダ２０１の内部に設けられる可塑化スクリュ１０と、樹脂ペレットＰＰを可塑化シリンダ２０１内に供給するペレット供給ホッパ２０７と、ペレット供給ホッパ２０７よりも前方側に設けられ、強化繊維Ｆを可塑化シリンダ２０１内に供給する繊維フィーダ３００と、を備える。繊維フィーダ３００は、可塑化シリンダ２０１に対して、押し付けられるとともに、強化繊維Ｆを供給する向きに進退が可能とされる。
【選択図】図２

Description

本発明は、強化繊維を含む樹脂の射出成形方法に関する。

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する。
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。そのために、可塑化装置のシリンダ（以下、可塑化シリンダということがある）の内部に強化繊維を強制的に供給する機構（フィーダ）を可塑化シリンダに取り付けることが行われている（例えば、特許文献１，特許文献２）。このフィーダは、例えば、供給シリンダと、供給シリンダの内部に配置される二軸の供給スクリュと、を備え、スクリュを回転させることにより、強化繊維を供給シリンダからシリンダの内部に強制的に供給する。

特開２０００−１１７８１０号公報 特表２０１２−５１１４４５号公報

繊維強化樹脂に限らず、樹脂製品を射出成形により成形する過程において、可塑化シリンダの内部において、溶融している樹脂の圧力が予期せぬほど高く上昇することがある。この異常な圧力の上昇は、シリンダの前端で先行するが、次第に強化繊維を供給するフィーダの部分にも波及する。フィーダは、可塑化シリンダの内部に連通しているため、溶融樹脂が供給シリンダの内部に逆流し供給シリンダの内部で固化して強化繊維の供給不良に繋がる。また、この供給シリンダの内部の圧力が上昇して、供給シリンダの固定部分が破損して可塑化シリンダから離脱したり、供給スクリュが損傷したりする恐れがある。
そこで本発明は、溶融樹脂に予期せぬ異常な圧力上昇が生じても、強化繊維の供給不良やフィーダの損傷を防止できる可塑化装置を提供することを目的とする。

かかる目的のもとになされた本発明の可塑化装置は、可塑化シリンダと、可塑化シリンダの内部に設けられる可塑化スクリュと、樹脂原料を可塑化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、強化繊維を可塑化シリンダ内に供給する繊維供給部と、を備える。
本発明の繊維供給部は、強化繊維を可塑化シリンダに向けて搬送する供給スクリュと、供給スクリュを内装し、先端側が可塑化シリンダの内部に連通した供給シリンダと、を備える。本発明の繊維供給部は、可塑化シリンダ内の強化繊維を含む溶融された樹脂原料の圧力上昇を検知可能な検知手段を備えることを特徴とする。
本発明の射出成形機は、強化繊維の供給シリンダに可塑化シリンダ内の樹脂圧力を検知可能な検知手段が備えられている。したがって、可塑化スクリュにより樹脂の可塑化工程中に可塑化シリンダ内の溶融樹脂圧力が予期せぬほど高く上昇した場合においても、検知手段により、予期せぬ圧力上昇を適時に検知し、溶融樹脂が供給シリンダの内部に逆流し供給シリンダの内部で固化して強化繊維の供給不良や、供給シリンダおよび供給スクリュの損傷が発生するのを防止できる。

本発明の射出成形機において、繊維供給部を可塑化シリンダに対して進退可能に設け、可塑化シリンダ内の溶融樹脂に予期せぬ異常な圧力上昇が発生したことを検知する。検知手段は、供給シリンダが可塑化シリンダ内の樹脂原料の圧力によって可塑化シリンダに対して離間する方向に押し圧される力が、所定の値に到達するのを検知することにより、予期せぬ異常な圧力上昇が発生したものと判断することができる。また、供給スクリュが可塑化シリンダ内の前記樹脂原料の圧力によって可塑化シリンダに対して離間する方向に押し圧される力が、所定の値に到達するのを検知することにより、予期せぬ異常な圧力上昇が発生したものと判断することができる。

本発明の繊維供給部を進退可能に支持する手段として、少なくとも以下の三つの形態を含んでいる。
一つ目の形態は、弾性体により、繊維供給部を進退可能に支持するというものである。繊維供給部の移動により弾性体が収縮するが、弾性体はフックの法則により縮小量（歪み）に比例した反力が発生する。つまり可塑化シリンダ内の圧力値の検知は、弾性体の負荷を直接検知する他、弾性体の縮小量が所定量に達したことを検知することにより、繊維供給部に負荷された可塑化シリンダ内の圧力値を検知することができる。弾性体としては、コイルばね、板ばねなどのばね類、弾性を備えるゴムなどを用いることができる。

二つ目の形態は、油圧シリンダに代表される流体圧シリンダにより、繊維供給部を進退可能に支持するというものである。流体圧シリンダは、シリンダ内の圧力流体が荷重を受けると、この圧力流体がエネルギの伝達媒体として機能する。
流体圧シリンダは、シリンダ内に圧力流体が封入されている形態ａ、シリンダ内に圧力流体が所定流量で供給される形態ｂ、あるいは、繊維供給部を所定の位置に保持するように位置制御する形態ｃに区分することができる。
形態ａの場合は、繊維供給部の移動により流体圧シリンダ内の流体室容積が縮小するので、逃げ場のない流体の圧力が上昇する。また、形態ｂの場合は、繊維供給部の移動によりシリンダ内の流体室容積が縮小する際に流体が逆流するために供給流量が低下する。この場合は、流体供給源は所定の流量を保つために供給圧力を上昇させるように制御する。さらに、形態ｃの場合は、可塑化シリンダ内の溶融樹脂圧力によって繊維供給部が移動するのを抑えるために、流体供給源は供給圧力を上昇させるように制御する。形態ａ〜形態ｃのいずれにおいても、流体圧シリンダ内の圧力が上昇する。よって、シリンダ内の圧力が所定値に到達したことを検知することにより、繊維供給部に負荷された可塑化シリンダ内の圧力値を検知することができる。また、流体圧シリンダには可塑化シリンダ内の圧力変動の伝搬などによって繊維供給部に発生する振動を減衰させる流体緩衝器としての効果も併せ持っている。圧力流体としては、油の他に水、グリセリンなどの液体、空気などの気体を用いることができる。

三つ目の形態は、電動機により、繊維供給部を進退可能に支持するというものである。この三つ目の形態は、繊維供給部を所定の位置に保持するように電動機を位置制御しておく。可塑化シリンダ内の溶融樹脂圧力によって繊維供給部が移動するのを抑えるために、電動機の制御装置は電動機の駆動力を増大させるべく供給電流を上昇させるように制御する。この供給電流が所定値に到達したことを検知することにより、繊維供給部に負荷された可塑化シリンダ内の圧力値を検知することができる。

電動機としては、汎用の直流モータや誘導モータなどの交流モータを用いても良いが、典型的には、サーボ機構により位置、速度等を制御できるサーボモータやリニアモータを用いることが好ましい。回転駆動力を出力するサーボモータなどの電動回転モータを用いる場合には、ボールねじ、台形ねじ、クランク機構などの回転を直進運動に変換する駆動力方向変換機構を介在することができるし、リニアモータの場合には、駆動力方向変換機構を省くことができる。

また、流体圧シリンダまたは電動機を一定の所定値で駆動して、繊維供給部を支持させておき、繊維供給部の移動量が所定値に到達したことを検知することにより、繊維供給部に負荷された可塑化シリンダ内の圧力値を検知することができる。つまり、供給スクリュが繊維供給可能な供給圧力において所定の推力値を予め設定しておき、この推力値により流体圧シリンダまたは電動機を駆動して、繊維供給部を可塑化シリンダ側に押しつけておく。この流体圧シリンダまたは電動機による推力値を可塑化シリンダ内の圧力による負荷が超えると繊維供給部が後退する。この後退量が所定の値に到達するのを検知することにより、可塑化シリンダ内の圧力が予期せぬ異常な圧力に上昇したことを検知することができる。

本発明の射出成形機において、検知手段が、供給スクリュの駆動電流供給回路内に備えられており、供給スクリュの駆動電流値を検知することができる。
可塑化シリンダ内の溶融樹脂に予期せぬ異常な圧力上昇が発生すると、溶融樹脂が供給シリンダの内部に逆流し、繊維供給の抵抗になったり、供給シリンダの内部で固化してしまい繊維供給ができなくなったりする虞がある。この場合、供給スクリュは逆流した溶融樹脂に抗して所定の回転速度で駆動しようとするため、供給スクリュの回転制御部は供給スクリュの駆動力を増大させるために駆動電流を増加させる。逆に、繊維供給の抵抗のために、供給シリンダ内の強化繊維と供給スクリュの間で滑りが発生し、供給スクリュが空回りする場合もある。この場合、供給スクリュの回転駆動力が低下するので、駆動電流値が低下する。この供給スクリュの駆動電流値の変動量が所定の値に到達するのを検知することにより、可塑化シリンダ内の圧力が予期せぬ異常な圧力に上昇したことを検知することができる。

ところで、溶融された樹脂原料の圧力は、可塑化シリンダの内部において直接的に検知できるが、その場合は、可塑化シリンダ内に樹脂圧力センサの検知部を直接露出させる必要がある。本発明が対象としている強化繊維を含有する樹脂による成形においては、可塑化シリンダ内は高硬度部材である強化繊維が高剪断状態で摺動しているので、樹脂圧力センサの検知部が強化繊維により摩耗してしまい、頻繁に交換しなければならない虞がある。また、樹脂圧力センサにおいては、一般にオペアンプの測定誤差であるオフセット電圧は、周囲温度が変化するとそれに応じて変化する特性があり、この周囲温度変化によるオフセット電圧の変動を主因とする出力の変動である温度ドリフトが発生する。
このため、可塑化シリンダに直接樹脂圧力センサを設けると、周囲温度である成形温度、つまり可塑化シリンダまたは溶融樹脂から伝熱により樹脂圧力センサが温度上昇した際に、温度ドリフトをリセットする精度校正が必要であり、これは成形温度が変更される度に校正をしなければならない。
これに対して、上述のように可塑化シリンダ内の樹脂圧力を、繊維供給部を介して間接的に検知することによって、温度ドリフトの校正を不要にできる。

本発明の射出成形機において、強化繊維を含む、溶融された樹脂原料の圧力が上昇して第１閾値に到達すると、可塑化スクリュの動作を低下または停止させるか、あるいは、繊維供給部から供給される強化繊維の供給量を低下させることができる。
この射出成形機によると、例えば、可塑化スクリュの回転速度を低下させて、溶融樹脂の搬送量を低下させるか、または、供給スクリュの回転速度を低下させて、強化繊維の供給量を低下させることにより、可塑化シリンダ内及び供給シリンダ内における溶融樹脂の圧力を低下させる。よって、この射出成形機によると、成形運転を継続させたまま繊維供給部の損傷を抑制にすることができる。
また、可塑化スクリュの回転を停止させて溶融樹脂の搬送を中止することで、可塑化シリンダ内及び供給シリンダ内における溶融樹脂の圧力上昇の源を停止させる。これにより、繊維供給部の損傷を確実に防止することができる。
なお、強化繊維の供給量を低下させるには、供給スクリュの回転速度を低下させる以外に、供給スクリュに投入する強化繊維の量を低下させることもできる。

本発明の射出成形機において、強化繊維を含む、溶融された樹脂原料の圧力が上昇して第１閾値に到達すると、可塑化スクリュの動作を低下させるか、または、繊維供給部から供給される強化繊維の供給量を低下させ、この後、溶融された樹脂原料の圧力が、第１閾値より大きい、第２閾値に到達すると、可塑化スクリュの動作を停止させることができる。
この射出成形機によると、可塑化シリンダ内の樹脂温度のバラツキや一時的な樹脂の詰まりによって、可塑化シリンダ内の溶融樹脂の圧力が一時的に上昇した場合でも、可塑化スクリュまたは供給スクリュの回転を低下させる。そうすることで、可塑化シリンダ内の樹脂圧力の低下を図り成形を継続することができるとともに、可塑化シリンダ内の圧力上昇が一時的なものでなかった場合には、可塑化スクリュを停止させる。
このように、第１閾値と第２閾値の２段構えにすることにより不要な成形運転の中断による生産性の低下を防止できるとともに、繊維供給部の損傷をより確実に防止、および可塑化スクリュの破損も防止することがきる。

本発明によれば、繊維供給部に可塑化シリンダ内の圧力上昇を検知可能な検知手段を設けているので、可塑化シリンダ内に発生する予期せぬ圧力上昇を検知して、繊維供給部における圧力上昇を緩和し、かつ、繊維供給部の破損を防止することができる。

第１実施形態に係る可塑化装置の概略構成を示す図である。 図１のフィーダ部分の横断面を示す図であり、（ａ）はフィーダが前進位置にあり、（ｂ）はフィーダが後退位置にあるのを示している。 図１の可塑化装置のフィーダ部分の平断面を示す図であり、（ａ）はフィーダが前進位置にあり、（ｂ）はフィーダが後退位置にあるのを示している。 第２実施形態に係るフィーダを示す図であり、（ａ）は図２（ａ）に対応し、また、（ｂ）は図３（ａ）に対応している。 第３実施形態に係るフィーダを示す図であり、（ａ）は図２（ａ）に対応し、また、（ｂ）は図３（ａ）に対応している。

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。
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。射出成形機１は、繊維強化樹脂を成形することのできる装置であり、そのために可塑化ユニット２００は、強化繊維を供給する機構である繊維フィーダ３００を備えている。

［型締ユニット１００］
型締ユニット１００は、図１に示すように、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。

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を射出して成形品を成形する。
なお、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、例えばトグル方式あるいは可動ダイプレートの中央で型締め力を負荷して固定金型と可動金型とを締め付ける直圧方式などの型締ユニットを適用し、あるいは置換することを妨げない。

［可塑化ユニット２００］
可塑化ユニット２００は、図１に示すように、筒型の可塑化シリンダ２０１と、可塑化シリンダ２０１の前方側に設けた射出ノズル２０３と、可塑化シリンダ２０１の内部に設けられた可塑化スクリュ１０と、強化繊維が投入される繊維フィーダ３００と、樹脂ペレットが投入されるペレット供給ホッパ２０７とを備えている。繊維フィーダ３００は、ペレット供給ホッパ２０７よりも前方側に設けられている。また、可塑化ユニット２００は、可塑化スクリュ１０を前進又は後退させる第１電動機２０９と、可塑化スクリュ１０を正転又は逆転させる第２電動機２１１と、繊維フィーダ３００に強化繊維を供給する繊維供給装置２１３と、ペレット供給ホッパ２０７に樹脂ペレットＰＰ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。
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、本実施形態の可塑化ユニット２００において、溶融樹脂が吐出される側を前、原料（樹脂ペレットＰＰ）が供給される側を後と定義する。

可塑化ユニット２００の概略の動作は以下の通りである。
可塑化シリンダ２０１の内部に設けられた可塑化スクリュ１０が回転されると、ペレット供給ホッパ２０７から供給された熱可塑性樹脂からなる樹脂ペレットＰＰ、及び、繊維フィーダ３００から供給された強化繊維は、可塑化シリンダ２０１の前方側の射出ノズル２０３へ送り出される。この過程において、徐々に樹脂ペレットＰＰは溶融され（溶融樹脂）強化繊維と混錬された後に、可塑化ユニット２００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、樹脂ペレットの溶融に伴い可塑化スクリュ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可塑化スクリュ１０の基本動作を伴うことはいうまでもない。また、可塑化シリンダ２０１の外側には、樹脂ペレットＰＰ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。なお、本実施形態ではインライン方式の射出装置を兼ねる可塑化ユニット２００を示したが、可塑化ユニットはプリプラ方式の可塑化専用のユニットを適用し、あるいは置換することを妨げない。

［繊維フィーダ３００］
繊維フィーダ３００は、図２（ａ），図３（ａ）に示すように、各々が回転することにより強化繊維を搬送する二つの供給スクリュ３０１，３０１と、供給スクリュ３０１，３０１を収容する供給シリンダ３０２と、を備える。二つの供給スクリュ３０１，３０１は、供給シリンダ３０２の内部に回転軸を平行にして並んで収容されている。供給シリンダ３０２は、先端に設けられる供給口３０２ａと、後端に設けられる後端壁３０２ｂと、後端壁３０２ｂに近接して配置される隔壁３０２ｃと、を備える。なお、繊維フィーダ３００において、可塑化シリンダ２０１に近い側を前、遠い側を後と定義する。供給口３０２ａと隔壁３０２ｃの間には、供給スクリュ３０１，３０１を収容する第１収容室３０２ｄが、また、隔壁３０２ｃと後端壁３０２ｂの間には、供給スクリュ３０１，３０１の各々を回転駆動する電動機３０３，３０３を収容する第２収容室３０２ｅが設けられている。供給スクリュ３０１，３０１の駆動軸は、隔壁３０２ｃを貫通し、第２収容室３０２ｅにおいて電動機３０３，３０３と接続される。また、供給シリンダ３０２には、前端側にフランジ３０２ｆが設けられている。供給シリンダ３０２は、フランジ３０２ｆよりも前端側の嵌合スリーブ３０２ｇが、可塑化シリンダ２０１の繊維供給口２０１ａに設けられた円筒状の溝の内側に摺動可能に嵌合される。この構成を採用することにより、供給シリンダ３０２が後退しても、溶融樹脂が外部に漏れるのを防止できる。また溶融樹脂の粘度が高いなどにより樹脂洩れの虞が小さい場合や、逆に溶融樹脂の粘度が低く嵌合スリーブ３０２ｇと繊維供給口２０１ａに設けられた円筒状の溝との嵌合隙間に溶融樹脂が浸入・固化するなど、供給シリンダ３０２と嵌合スリーブ３０２ｇの摺動に支障が発生する虞がある場合などは、嵌合スリーブ３０２ｇを備えなくてもよい。
本実施形態において、２本の供給スクリュ３０１が第１収容室３０２ｄを共有しているが、第１収容室３０２ｄに隔壁を設けて、２本の供給スクリュ３０１をそれぞれの収容室に収容してもよい。

繊維フィーダ３００は、図２（ａ），図３（ａ）に示すように、供給スクリュ３０１を含む供給シリンダ３０２を支持する架台３１０を備えている。架台３１０は、固定架台３１１と、固定架台３１１に前後方向に移動が可能に搭載されるスライド架台３１３と、固定架台３１１とスライド架台３１３の間に設けられる複数のコイルばね３１５と、を備えている。供給シリンダ３０２は、スライド架台３１３の上面に固定されるので、スライド架台３１３とともに、可塑化シリンダ２０１に対して前後方向、つまり強化繊維Ｆが供給される向きに進退することができる。
繊維フィーダ３００は、強化繊維が投入される繊維供給ホッパ３０５を備えている。繊維供給ホッパ３０５は、供給シリンダ３０２の上面に設けられる開口３０２ｈに接続されており、繊維供給装置２１３から供給された強化繊維は、繊維供給ホッパ３０５を介して供給シリンダ３０２の内部に供給される。繊維供給装置２１３からは、通常、定量の強化繊維が供給されるが、可塑化スクリュ１０の回転速度あるいは前後進速度の変化に基づいて段階的にあるいは連続的に供給量を変化させても良い。

固定架台３１１は、平板状の部材であり、図示を省略する基礎構造体に固定される。したがって、固定架台３１１は、前後方向も含め、変位が拘束される。固定架台３１１は、後端縁が突出して形成されるばね固定３１１ａを備える。ばね固定３１１ａの前側には、各々のコイルばね３１５の一端が、ロードセル３１６（図２（ａ））を介して固定されている。
固定架台３１１の上に搭載されるスライド架台３１３もまた平板状の部材であり、後端がばね固定３１１ａと隙間を空けて配置される。この隙間にコイルばね３１５が配置され、複数のコイルばね３１５の他端がスライド架台３１３の後端に固定されている。繊維フィーダ３００が所定位置に設置されていると、コイルばね３１５は自由状態より縮んで、スライド架台３１３とばね固定３１１ａの間に配置されている。スライド架台３１３に固定される供給シリンダ３０２は、供給口３０２ａのフランジ３０２ｆを介して可塑化シリンダ２０１の繊維供給口２０１ａの周囲に押し付けられる。
このコイルばね３１５は、可塑化シリンダ２０内の樹脂圧力が予め設定された異常値に基づいて縮み量が決められている。例えば、コイルばね３１５の縮み反力が、予め設定された異常圧力判定値に第１収容室３０２ｄの断面積を積算して求めた繊維フィーダ３００の最大繊維供給力値以下となるように、コイルばね３１５の初期取り付け縮み量が決められて取り付けられている。
ロードセル３１６は、コイルばね３１５から加えられる力を電気信号に変換し、この電気信号は制御部５０に継続的に送られる（図２（ａ））。なお、本実施形態ではコイルばね３１５にロードセル３１６が組み合わせてあるが、ロードセル３１６を用いることなく予めばね常数が明確になっているコイルばねのみを用いても良い。

［制御部５０］
制御部５０は、型締ユニット１００及び可塑化ユニット２００の動作を制御するが、本実施形態においては、制御部５０は、ロードセル３１６から受け取った電気信号に基づいて、各々のコイルばね３１５に生じた力Ｐを演算により求める。この力Ｐは、供給シリンダ３０２が可塑化シリンダ２０内の樹脂原料の圧力によって可塑化シリンダ２０に対して離間する方向に押し圧されることにより生ずるものである。求められた力Ｐは溶融樹脂の圧力Ｐに対応するので、以下では、樹脂圧力Ｐと読み替えるものとする。なお、繊維フィーダ３００よりも前方側の可塑化シリンダ２０１の内部において溶融樹脂の樹脂圧力Ｐを直接的に検知し、この検知結果を用いることもできる。また、ロードセル３１６を用いない場合は、コイルばね３１５の初期取り付け縮み量を基準に、樹脂圧力Ｐによって更に縮んだ縮み量からフックの法則を用いて演算によりコイルばね３１５に生じた力Ｐを求めてもよい。
制御部５０は、樹脂圧力Ｐについて、二つの閾値Ｐ１とＰ２（Ｐ１＜Ｐ２）を予め保持する。制御部５０は、演算により求められる樹脂圧力Ｐと閾値Ｐ１，Ｐ２を比較する。制御部５０は、樹脂圧力Ｐが閾値Ｐ１に到達すると、樹脂圧力Ｐが相当程度に高くなったものと判断し、可塑化スクリュ１０の回転速度を低下させて、可塑化スクリュ１０の昇圧力を低下させる。また、制御部５０は、樹脂圧力Ｐが閾値Ｐ２に到達すると、樹脂圧力Ｐが異常に高くなったものと判断し、可塑化スクリュ１０を回転させる第２電動機２１１を停止させる。
以上では、供給シリンダ３０２が押し圧される力を樹脂圧力Ｐとしているが、供給スクリュ３０１，３０１を供給シリンダ３０２に対して進退可能に設け、この供給スクリュ３０１，３０１が可塑化シリンダ２０内の樹脂原料の圧力によって可塑化シリンダ２０に対して離間する方向に押し圧される力を樹脂圧力Ｐとして扱うこともできる。

［射出成形の手順］
さて、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、樹脂ペレットＰＰを可塑化シリンダ２０１内で加熱、溶融して可塑化させる工程と、可塑化された溶融樹脂を可動金型１０９と固定金型１０３により形成されるキャビティに射出、充填する工程と、キャビティに充填された溶融樹脂が固化するまで冷却する保持工程と、金型を開放し、キャビティ内で冷却固化された成形品を取り出す工程と、を備え、成形品を取り出した後、次の一連のサイクルに備えて金型の閉締を行って１サイクルが完了する。以下では、本実施形態が関連する可塑化工程と射出工程について説明する。

可塑化工程では、樹脂ペレットＰＰを可塑化シリンダ２０１の後方のペレット供給ホッパ２０７から樹脂ペレットＰＰを供給する。可塑化開始時点では可塑化スクリュ１０は、可塑化シリンダ２０１の前方に位置しており、その初期位置から可塑化スクリュ１０を回転させる。可塑化スクリュ１０を回転させることで、可塑化スクリュ１０と可塑化シリンダ２０１の間に供給された樹脂ペレットＰＰ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。
溶融樹脂が繊維フィーダ３００まで搬送されたならば、強化繊維Ｆを繊維フィーダ３００から供給する。可塑化スクリュ１０の回転に伴い、強化繊維Ｆは溶融樹脂に混錬、分散して溶融樹脂とともに前方に搬送される。樹脂ペレットＰＰ、強化繊維Ｆの供給を継続するとともに、可塑化スクリュ１０を回転し続けると、可塑化シリンダ２０１の前方に搬送され、滞留する。スクリュの前方に溜まった溶融樹脂の樹脂圧力Ｐによって、可塑化スクリュ１０を後退させる。必要な量の溶融樹脂が溜まったところで、可塑化スクリュ１０の回転及び後退を停止する。

射出工程に入ると、可塑化スクリュ１０を前進させる。そうすると、可塑化スクリュ１０の前方に溜まった溶融樹脂の圧力（樹脂圧力）が上昇し、溶融樹脂は射出ノズル２０３からキャビティに向けて射出される。
射出工程の間も、繊維フィーダ３００から強化繊維Ｆを、また、ペレット供給ホッパ２０７から樹脂ペレットＰＰを供給することが好ましい。

［効 果］
次に、本実施形態の効果、特に繊維フィーダ３００による効果を説明する。
以上の可塑化工程、射出工程において、樹脂圧力Ｐが予期せぬ値まで上昇したとする。この影響は、繊維フィーダ３００にまで及び、強化繊維Ｆを含む溶融樹脂は、内部から供給シリンダ３０２を後方に向けて押す。
ところが、本実施形態は、供給シリンダ３０２が、可塑化シリンダ２０１に例えば締結手段により固定されるのではなく、可塑化シリンダ２０１に押し付けられているだけであり、かつ、供給シリンダ３０２の嵌合スリーブ３０２ｇが可塑化シリンダ２０１の繊維供給口２０１ａに摺動可能に嵌合されている。しかも、供給シリンダ３０２がコイルばね３１５で支持されているスライド架台３１３に支持されているので、図２（ｂ），図３（ｂ）に示すように、供給シリンダ３０２は溶融樹脂による押し付け力に応じて無理なく後退することができる。このように、本実施形態の繊維フィーダ３００の架台３１０、特にコイルばね３１５は、樹脂圧力の異常な上昇に対する安全装置として機能する。

また、制御部５０は、樹脂圧力Ｐが閾値Ｐ１に到達すると、可塑化スクリュ１０の回転速度を低下させて、可塑化スクリュ１０の昇圧力を低下させる。または、可塑化スクリュ１０の回転を停止させる。可塑化スクリュ１０の回転速度を低下させた場合は、樹脂圧力Ｐが下がることもあるし、少なくとも樹脂圧力Ｐがさらに高くなるのを防止しながら、繊維強化樹脂の成形を継続することができる。可塑化スクリュ１０の回転を停止した場合は、樹脂圧力Ｐの増大を確実に防止できる。
さらに、閾値Ｐ１に達した際に可塑化スクリュ１０の回転速度を低下させた後、仮に樹脂圧力Ｐが閾値Ｐ１を超えて閾値Ｐ２に達した際に、可塑化スクリュ１０を停止させる２段階制御を行えば、以下の効果が奏される。すなわち、可塑化シリンダ２０１内の樹脂温度のバラツキや一時的な樹脂詰まりによって可塑化シリンダ２０１内の溶融樹脂の圧力が一時的に上昇した場合でも、可塑化スクリュ１０または供給スクリュ３０１の回転速度を低下させて、可塑化シリンダ２０１内の樹脂圧力の低下を図る。したがって、成形を継続することができるとともに、可塑化シリンダ２０１内の圧力上昇が一時的なものでなかった場合には、可塑化スクリュ１０を停止させる。このように、第１閾値と第２閾値の２段構えにすることにより不要な成形運転の中断による生産性の低下を防止できるとともに、可塑化スクリュ１０および繊維フィーダ３００が損傷するのを防止することができる。
以上の可塑化スクリュ１０の回転速度の低下および停止の制御は、供給シリンダ３０２の位置を検知することにより行うこともできる。例えば、図２（ａ），図３（ａ）における供給シリンダ３０２の位置を初期位置とし、制御部５０は、初期位置から供給シリンダ３０２が後退する位置に対応して、可塑化スクリュ１０の回転速度の低下と停止を実行することができる。この位置による制御は、後述する第２実施形態及び第３実施形態にも適用できる。本実施形態では、樹脂圧力Ｐが閾値Ｐ１に達した際に、可塑化スクリュ１０の回転速度を低下させた例を示したが、可塑化スクリュ１０に代えて繊維フィーダ３００の電動機３０３の回転速度を低下させても良い。

以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施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したりすることが可能である。

例えば、本発明は、図４（第２実施形態）に示すように、コイルばね３１５の代替として油圧シリンダ３２５を用いることが可能であり、この油圧シリンダ３２５は、前述した、樹脂圧力の異常な上昇に対する安全装置として機能する。
また、油圧シリンダ３２５の内部の油圧ＯＰを検知するセンサ３２６を設けておき、制御部５０は、検知された油圧ＯＰと閾値Ｐ１，Ｐ２を比較し、可塑化スクリュ１０の回転速度または繊維フィーダ３００の電動機３０３の回転速度を低下させ、また、可塑化スクリュ１０を停止させることもできる。

また、図５（第３実施形態）に示すように、コイルばね３１５の代替として動力変換機構３３５を用いることができる。動力変換機構３３５は、サーボモータとボールねじから構成することができ、正転及び逆転が可能なサーボモータの回転駆動力を、ボールねじにて直進運動に変換する。
例えば、サーボモータが正転すると、ボールねじを介してスライド架台３１３を前方に向けて変位させる力が発生し、供給シリンダ３０２が可塑化シリンダ２０１に押し付けられる。サーボモータが逆転すると、ボールねじを介してスライド架台３１３を後方に向けて変位させる力が発生し、供給シリンダ３０２が可塑化シリンダ２０１から後退することができる。

サーボモータの正転／逆転の制御は、制御部５０が行うことができる。つまり、制御部５０は、位置制御されているサーボモータのトルクＴを検知し、トルクＴの大小に応じてサーボモータの正転／逆転を制御し、供給シリンダ３０２の可塑化シリンダ２０１に対する押し付け力あるいは位置を制御する。
この場合、制御部５０は、二つの閾値Ｔ１とＴ２（Ｔ１＜Ｔ２）を予め保持し、検知されるトルクＴと比較する。閾値Ｔ１，Ｔ２は、各々、前述した閾値Ｐ１，Ｐ２に対応する。制御部５０は、トルクＴが閾値Ｔ１に到達すると、可塑化スクリュ１０の回転速度または繊維フィーダ３００の電動機３０３の回転速度を低下させ、また、トルクＴが閾値Ｔ２に到達すると、可塑化スクリュ１０を停止させることができる。
なお、トルクＴはサーボモータに供給される電流値に比例するので、トルクＴの代わりにこの電流値を用いることができる。

また、以上説明した実施形態では、供給シリンダ３０２が可塑化シリンダ２０１に対して進退可能とされ、樹脂圧力Ｐの変動を供給シリンダ３０２の進退に伴ってロードセル３１６で検知する。つまり供給シリンダ３０２を介して樹脂圧力Ｐを検知している。本発明は、供給スクリュ３０１を供給シリンダ３０２に対して進退可能に設け、樹脂圧力Ｐの変動に伴う供給スクリュ３０１の進退を検知することで、つまり、供給スクリュ３０１を介して樹脂圧力Ｐを検知することもできる。この場合、電動機３０３を、コイルばねによって支持する構造、あるいはコイルばねとロードセルを組み合わせて配置して支持する構造を採用すればよい。供給スクリュ３０１は軽量であり小さな力で押されても移動可能なため、供給シリンダ３０２を介して樹脂圧力Ｐを検知するよりも、樹脂圧力Ｐの小さな変動も検知することができるので、更に高精度に樹脂圧力Ｐの上昇を検知することができる。

また、本発明において、供給スクリュ３０１を駆動する電動機３０３を駆動するために供給される電流を検知することにより、樹脂圧力Ｐを検知することもできる。
つまり、溶融樹脂が供給シリンダ３０２に逆流すると、逆流した溶融樹脂に抗して電動機３０３の回転速度を維持するために、電動機３０３の動作を制御する制御部は供給スクリュ３０１の駆動力を増大させるために駆動電流を増加させる。逆に、繊維供給の抵抗のために、供給シリンダ３０２内の強化繊維と供給スクリュ３０１の間で滑りが発生し、供給スクリュ３０１が空回りする場合もある。この場合、供給スクリュ３０１の回転駆動力が低下するので、駆動電流値が低下する。また万一、供給スクリュ３０１が強化繊維との摺動により摩耗し折損した場合に、電動機３０３の駆動電流が低下するので、供給スクリュ３０１に異常が発生したことを検知できる。したがって、駆動電流供給回路にこの駆動電流を検知する手段を設けておき、検知した駆動電流に基づいて、可塑化シリンダ内の圧力が予期せぬ異常な圧力に上昇したことを検知することもできる。

１ 射出成形機
１０ 可塑化スクリュ
５０ 制御部
１００ 型締ユニット
１０１ ベースフレーム
１０３ 固定金型
１０５ 固定ダイプレート
１０７ レール
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
１１９ ラム
１２１ 雄ねじ部
１２３ ナット
２００ 可塑化ユニット
２０１ 可塑化シリンダ
２０１ａ 繊維供給口
２０３ 射出ノズル
２０７ ペレット供給ホッパ
２０９ 第１電動機
２１１ 第２電動機
２１３ 繊維供給装置
２１５ ペレット供給装置
３００ 繊維フィーダ
３０１ 供給スクリュ
３０２ 供給シリンダ
３０２ａ 供給口
３０２ｂ 後端壁
３０２ｃ 隔壁
３０２ｄ 第１収容室
３０２ｅ 第２収容室
３０２ｆ フランジ
３０２ｇ 嵌合スリーブ
３０３ 電動機
３１０ 架台
３１１ 固定架台
３１１ａ ばね固定
３１３ スライド架台
３１５ コイルばね
３１６ ロードセル
３２５ 油圧シリンダ
３２６ センサ
３３５ 動力変換機構

Claims (7)

1. 可塑化シリンダと、
   前記可塑化シリンダの内部に設けられる可塑化スクリュと、
   樹脂原料を前記可塑化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、強化繊維を前記可塑化シリンダ内に供給する繊維供給部と、を備え、
   前記繊維供給部は、
   前記強化繊維を前記可塑化シリンダに向けて搬送する供給スクリュと、
   前記供給スクリュを内装し、先端側が前記可塑化シリンダの内部に連通した供給シリンダと、
   前記可塑化シリンダ内の前記強化繊維を含む溶融された前記樹脂原料の圧力上昇を検知可能な検知手段と、を備えている、ことを特徴とする射出成形機。
2. 前記繊維供給部は、弾性体、流体圧シリンダ及び電動機の少なくとも一つを含む支持手段により支持されることで、前記可塑化シリンダに対し進退が可能とされることを特徴とする、
   請求項１に記載の射出成形機。
3. 前記繊維供給部は、前記供給シリンダが前記可塑化シリンダに対し進退可能とされ、
   前記検知手段は、前記供給シリンダが前記可塑化シリンダ内の前記樹脂原料の圧力によって前記可塑化シリンダに対して離間する方向に押し圧される力が、所定の値に到達するのを検知することを特徴とする、
   請求項２に記載の射出成形機。
4. 前記繊維供給部は、前記供給スクリュが前記供給シリンダに対して進退可能とされ、
   前記検知手段は、前記供給スクリュが前記可塑化シリンダ内の前記樹脂原料の圧力によって前記可塑化シリンダに対して離間する方向に押し圧される力が、所定の値に到達するのを検知することを特徴とする、
   請求項２に記載の射出成形機。
5. 前記検知手段は、前記供給スクリュの駆動電流供給回路内に備えられており、かつ、前記供給スクリュの駆動電流値が所定の値に到達するのを検知することを特徴とする、
   請求項１に記載の射出成形機。
6. 前記検知手段により検知された前記溶融された前記樹脂原料の圧力が上昇して第１閾値に到達すると、
   前記可塑化スクリュの動作が低下または停止されるか、あるいは、前記繊維供給部から供給される前記強化繊維の供給量が低下されることを特徴とする、
   請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の射出成形機。
7. 前記検知手段により検知された前記溶融された前記樹脂原料の圧力が上昇して第１閾値に到達すると、
   前記可塑化スクリュの動作が低下されるか、または、前記繊維供給部から供給される前記強化繊維の供給量が低下され、この後、前記溶融された前記樹脂原料の圧力が前記第１閾値より大きい、第２閾値に到達すると、
   前記可塑化スクリュの動作が停止されることを特徴とする、
   請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の射出成形機。

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