JPH08142139A - 長繊維強化熱可塑性樹脂用射出成形装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ペレット状の長繊維強化熱可塑性樹脂を溶融
しても繊維の損傷を最小とすることができ、またペレッ
ト中の繊維束を、繊維長を保持したまま解繊しつつ樹脂
を溶融することができ、強度の高い繊維強化熱可塑性樹
脂を成形することにある。 【構成】 出口側に向けて移動する平面状加熱体４の表
面に、長繊維強化熱可塑性樹脂のペレット３を押圧する
ことにより溶融し可塑化する可塑化装置と、可塑化装置
の出口からの溶融樹脂を押出す押出機12と、押出機12か
らの樹脂を導入する射出シリンダ16を有し、射出シリン
ダ16内の樹脂を射出するプランジャ19を有する射出機15
とにより長繊維強化熱可塑性樹脂用射出成形装置を構成
したものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、比較的長さの長い（ 3
mm〜25.4mm程度）ガラス等の繊維により強化されたペレ
ット状熱可塑性樹脂材料を用いる射出成形装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、樹脂の強度を向上するため、
ガラス等の繊維を混入して強化した繊維強化樹脂が用い
られており、更にペレット化して運送を容易にし、ま
た、溶融、押出し成形を容易にするため、熱可塑性樹脂
を用い、これに繊維を混入し、強化してなる繊維強化熱
可塑性樹脂が用いられるようになっており、主として自
動車、家電、ＯＡ用部品、土木・建築資材用部品を射出
成形する際に用いられている。

【０００３】このような繊維強化熱可塑性樹脂を射出成
形する装置としては各種のものが提案されている。図５
は、例えば特公昭46−2909号公報に開示されたスクリュ
型射出成形機の一部破断側面図であって、これを同図に
基づいて説明すると、マシンべース31上にはタイロッド
32で４隅を連結された固定プラテン33とシリンダプラテ
ン34とが立設されており、タイロッド32には、可動プラ
テン35が固定プラテン33に対する遠近方向へ進退自在に
支持されている。固定プラテン33の外側には、図示しな
い固定金型が装着されており、内側には、加熱シリンダ
36が先端のノズル37をノズル孔に嵌合させて装着されて
いる。38は、加熱シリンダ36を加熱するヒータである。
可動プラテン35の中心部には、外筒39が先端部を加熱シ
リンダ36と進退自在に嵌合させて固定されており、その
周面にはヒータ40が装着されている。一方、シリンダプ
ラテン34には、射出シリンダ41のシリンダ42が一体形成
されており、このシリンダ41の内孔には、可動プラテン
35に固定された有底円筒状の射出ラム43が進退自在に嵌
合されている。44は、射出シリンダ41の端面に固定され
た低速可変の油圧モータであって、その回転軸45は、射
出ラム43の軸孔に回転自在に嵌合されており、この回転
軸45の先端連結部には、射出ラム43に摺動自在に指示さ
れた円筒状の開閉ラム46が回転方向へのみ一体となって
摺動自在に嵌合されている。開閉ラム46には、回転軸45
と同一軸心のスクリュ47が回転方向へのみ一体となって
摺動自在に嵌合されており、このスクリュ47は、外筒39
に進退自在に嵌合されている。そして、スクリュ47の先
端頭部47a と外筒39の端面とには、互いに対向する漏斗
状の傾斜面が形成されている。48は、開閉ラム46と可動
プラテン35との間に介装されたスラストベアリングであ
って、49は、外筒39に固定されてこの外筒39とスクリュ
47との間へ樹脂を供給するホッパである。また、50は、
射出ラム43と開閉ラム46との間の空間部へ圧油を送入す
るポートであり、51は、射出シリンダ41へ圧油を送入す
るポートである。

【０００４】以上のように構成された射出成形機の動作
を説明する。油圧モータ44を回転させ、射出ラム43内に
ポート50から圧油を供給して開閉ラム46を前進限まで移
動させてスクリュ47の先端頭部47a を外筒39の先端面か
ら離した状態にし、ホッパ49からスクリュ47の周囲へ樹
脂を供給すると、この樹脂は、スクリュ47の回転により
その溝内を前進しながら混練され、外筒39の先端面とス
クリュ頭部47a との間に形成された傾斜状のすき間ｔか
ら加熱シリンダ36内に送り込まれて所定量だけ蓄積され
る。この蓄積樹脂の圧力によって外筒39及びこれと一体
の可動プラテン35を介して射出ラム43が後退する。そし
て、ポート50から射出ラム43内の油圧を抜くとともに、
ポート51へ圧油を送入すると、射出ラム43が前進し、可
動プラテン35と外筒39とを介しスクリュ47が前進して、
加熱シリンダ36内の樹脂がノズル37から金型内へ射出さ
れる。この場合、ポート50から油圧を抜いているので、
開閉ラム46はフリーの状態になり、スクリュ47の先端頭
部47a は外筒39に対して相対的に後退することになる。
従って、先ず最初に外筒39が前進してその先端のすき間
ｔが閉じてから射出が開始されるので、樹脂が逆流しな
い。

【０００５】以上、スクリュ型射出成形機の一例を示し
てその構成と動作とを説明したが、このようなスクリュ
型の射出成形機においては、成形材料の種類によって次
のような問題点があった。すなわち、比較的長さの長い
（ 3mm〜25.4mm程度）ガラス繊維を含む成形材料の機械
的性質は、成形品中のガラス繊維の状態との相関性が大
きく、繊維長が長くて、均一に分布した方が機械的強度
が向上するが、これに対して上記スクリュ型射出成形機
においては、樹脂がスクリュ47で送られるときに混練さ
れるためせん断を受け、材料中のガラス繊維が折損し長
い繊維の割合が少なくなり、強度が大幅に低下する。

【０００６】その対策として、例えば図６に示すよう
な、２軸混練機とアキュムレータを装備し、プランジャ
式射出機で射出成形することも提案されている。すなわ
ち、スクリュを２本並設してなる２軸混練機50に対し、
バレル51から熱可塑性樹脂を供給し、バレル52からはガ
ラス繊維を供給して、スクリュを互い反対方向に同速度
で回転させる。各原料はニーディングディスク部で混練
し、ベント53から脱気した後アキュムレータ54に供給
し、ロータリバルブ55を開放した後ピストン55を油圧で
押下し、プランジャ56により射出シリンダ57に供給す
る。射出シリンダ内の繊維混入樹脂は、ロータリバルブ
58の開放とシリンダ59の作動によってプランジャ60を前
進させ、この樹脂をノズル61から金型内に射出するもの
である。

【０００７】この射出成形装置においては、可塑化装置
として２軸混練機を用い、複合材を造粒工程を経ずに直
接射出成形するものであるため、造粒工程での繊維の折
損等を防止することができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記図６に示す従来の
射出成形装置においては、造粒工程での繊維の折損等は
防止できるものの、２軸混練機に供給されるガラス繊維
は、２本のスクリュ間で大きな剪断力を受けるため、２
軸混練機を出た後の樹脂中の繊維長は 1mm以下になって
しまい、市販の短繊維ペレットを用いた場合と何ら変わ
るところがなくなってしまう。したがって、原材料をペ
レット化して搬送を簡単にするということができないに
もかかわらず、繊維の折損等の面であまり効果がない。
しかもペレットの繊維長が、 3〜25.4mm程度の長繊維ペ
レットの成形には対応することができない。

【０００９】特に、スクリュの回転によって溶融するも
のにおいては、樹脂が固体から溶融体に変わる相変化の
時に剪断を受けると、ガラス繊維は著しく破損する性質
を有するため、樹脂の溶融過程中にスクリユ等による大
きな剪断を受けない何らかの手段が必要とされている。

【００１０】したがって、本発明は、ペレット状の長繊
維強化熱可塑性樹脂を溶融しても繊維の損傷を最小とす
ることができ、またペレット中の繊維束を、繊維長を保
持したまま解繊しつつ樹脂を溶融することができ、強度
の高い繊維強化熱可塑性樹脂を成形する射出成形装置を
提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明に係る長繊維強化熱可塑性樹脂用射出成形装
置は、出口側に向けて移動する平面状加熱体によって長
繊維強化熱可塑性樹脂のペレットを溶融し可塑化する可
塑化装置と、該可塑化装置の出口からの溶融樹脂を押出
す押出機と、該押出機から樹脂を導入して射出するプラ
ンジャ式射出機とからなるものである。

【００１２】そして、上記長繊維強化熱可塑性樹脂用射
出成形装置においては、平面状加熱体が複数の加熱用ロ
ールの組合せであってもよし、また加熱用ロールと加熱
用ベルトの組合せであってもよい。またさらに２つの加
熱用ベルトの組合せであってもよい。なお、加熱用ロー
ルの場合には、その両端部に大径部を有するものが好ま
しい。

【００１３】

【作用】本発明は、上記のように構成したので、平面状
加熱体の表面に長繊維強化熱可塑性樹脂のペレットを供
給すると、ペレットは、平面状加熱体の表面で転動する
ことによりペレットの長さ方向の軸線が平面状加熱体の
表面と次第に平行になり、この状態でその表面に押圧さ
れ、平面状加熱体の出口方向への移動に伴い溶融されつ
つ可塑化装置の出口に送られる。この後、溶融樹脂は押
出機により射出機の射出シリンダに押出され、射出シリ
ンダの樹脂は、プランジャによって金型内に射出され
る。したがって、ペレットは、可塑化装置、押出機およ
び射出機において混練されることがなく、繊維長を保持
したまま解繊しつつ樹脂を溶融することができ、強度の
高い繊維強化熱可塑性樹脂を成形することができる。

【００１４】

【実施例】本発明の実施例を図面に沿って説明する。図
１は本発明の第１実施例を示し、底板１が斜面をなすホ
ッパ２には、その上方から 3〜25.4mmの長さを有する長
円柱状のペレット３が適量づつ投下される。このペレッ
ト３は、長さ方向に沿って延びるガラス繊維が含まれて
いる熱可塑性樹脂製である長繊維含有熱可塑性樹脂ペレ
ットである。

【００１５】ホッパ２の底板１は加熱用ロール（平面状
加熱体）４の上部にまで延びており、底板１上に投下さ
れたペレット３は、降下するにつれて倒れ、すべて底板
１上を転動する状態で加熱用ロール４の表面に供給され
る。この加熱用ロール４は外部の駆動装置により図中矢
印の方向に回転する。また、この加熱用ロール４の前面
には、下方の駆動ロール５と上方の従動ロール６に巻回
された加熱用ベルト（平面状加熱体）７が押圧されてお
り、加熱用ベルト７は、駆動ロール５の図中矢印方向へ
の回転によって図中矢印方向、即ち加熱用ロール４の表
面に位置するベルトが加熱用ロール４と同一方向に、し
かもその周速と同一速度で駆動されている。

【００１６】加熱用ロール４は、電熱、あるいは内部に
導入される加熱流体により加熱され、加熱用ベルト７
は、それ自体に設けた電熱ヒータにより直接、あるいは
駆動ロール５や従動ロール６に設けた電熱ヒータまたは
加熱流体によって間接的に加熱され、各々 200℃程度に
温度が維持されている。

【００１７】加熱用ロール４は、図２に示すように、両
端部側に大径部８を有することにより、その間に小径部
９を形成しており、したがって、この加熱用ロール４に
圧接される加熱用ベルト７との間に所定の隙間10を形成
している。それにより、上記のように加熱用ロール４の
上部に供給されたペレットは、その長さ方向の軸線が加
熱用ロール４の表面と平行になった状態で、加熱用ベル
ト７と加熱用ロール４の小径部９間の隙間10に導入さ
れ、加熱用ベルト７と加熱用ロール４によって溶融さ
れ、かつ加熱用ベルト７の押圧力で押し潰され、溶融と
繊維の解繊が進行していく。

【００１８】溶融した樹脂は、その出口11から押出機12
に供給される。押出機12にはモータ13で駆動されるフィ
ードスクリュ14を有する。このフィードスクリュ14は溝
を深く形成しており、回転による送り量を大きくし、溶
融樹脂を射出機15に押し出す際に、溶融樹脂に対する剪
断が最小とされる。その結果、混入されているガラス繊
維の折損も最小となる。この押出機12は、その外周に電
熱ヒータを巻く等の手段により加熱され、内部の樹脂を
溶融状態に保っている。

【００１９】射出機15のシリンダ室16内に押出機12から
の樹脂を受け入れる供給口17には、図示しない駆動手段
により駆動される開閉バルブ18を備えており、開閉バル
ブ18の開放時に、押出機12から樹脂を供給口17からシリ
ンダ室16内に受け入れる。この樹脂の圧力により、シリ
ンダ内のプランジャ19は後退し、所定量後退すると開閉
バルブ18は閉じられる。次いで、プランジャ19は後端の
油圧シリンダ19a の作動によって前方に押し出され、ノ
ズル20から図示省略する金型内にシリンダ室16内の樹脂
を射出する。なお、押出機12からシリンダ室16内に導入
される樹脂の圧力は、プランジャ19の後端の油圧シリン
ダ19a の油圧を調節することにより任意に調節可能であ
る。

【００２０】上記のように、この実施例の成形装置にお
いては、ホッパ２から投入されるペレット３は、平面状
加熱体としての加熱用ロール４と加熱用ベルト７間で加
熱されて溶融し、かつ両者で押圧されることにより樹脂
中の繊維の解繊が行われる。この時、溶融されるペレッ
トに対しては単に押圧力のみ作用し、剪断力が作用しな
いので、樹脂中の繊維が、樹脂の溶融時に剪断作用を受
けることによって折損することを防止することができ
る。

【００２１】なお、上記実施例においては、加熱用ロー
ル４の周速度と加熱用ベルト７の走行速度が同一となる
ようにし、両者間で押圧されるペレット３には全く剪断
力が作用しないように構成したが、両者間に僅かな速度
差を与え、僅かな剪断力を与えることもできる。この場
合、僅かな剪断力の作用で樹脂の折損を最小限に抑える
一方で、解繊が促進されると同時に可塑化そのものも促
進される可能性がある。

【００２２】また、加熱用ロール４には、必ずしも小径
部を設けて加熱用ベルト７間に隙間10を形成する必要は
なく、加熱用ロール４の表面を平面状とし、両者に挾ま
れたペレット３が側方から落下しないように側板を設け
るようにしても良い。この時は、加熱用ロール４と加熱
用ベルト７との相互の押付け力によって、ペレット３の
加圧力は一義的に決定される。

【００２３】上記実施例において、ペレット３は、加熱
用ロール４と加熱用ベルト７間で溶融、解繊したもので
あるが、図３に示すように、加熱用ベルト７を用いず加
熱用ロール４の表面に押圧可能な、かつ加熱用ロール４
の表面形状と一致する内面形状を有するガイドプレート
21を用いても良い。

【００２４】このガイドプレート21は電熱等の手段で 2
00〜 300℃程度に加熱され、その上端部は上部加熱ロー
ル（平面状加熱体）22の表面に近接し、下端部は下部加
熱ロール（平面状加熱体）23の表面に近接している。上
部加熱ロール22及び下部加熱ロール23も、電熱あるいは
加熱流体の導入等により 200〜 300℃程度に加熱されて
いる。

【００２５】この実施例においても、ホッパ２の底板１
上に投下されたペレット３はその表面を転動落下し、ペ
レット３の長手方向の軸線は、加熱用ロール４の表面に
おいて加熱用ロール４の軸線と略平行になり、互いに逆
方向に同速度で回転する上部加熱用ロール22と加熱用ロ
ール４間に入り、両ロールによって加熱用ロール４とガ
イドプレート21間に押し込まれる。各加熱用ロール及び
ガイドプレート21によってペレット３は加熱され溶融す
る。この時、ペレット３は片側を固定されたガイドプレ
ート21と接しているので、加熱用ロール４の回転によっ
て剪断力を受けることとなるが、前記のように、この時
のペレット３の長さ方向の軸線は、加熱用ロール４の軸
線とほぼ平行になっているので、ペレット３中において
ペレット３の長さ方向の軸線に沿って混入している長繊
維の折損は最小限に留めることができる。また、この剪
断力によりペレット３内の繊維の解繊性が向上する。

【００２６】更に他の実施例としては、図４に示すよう
に、ホッパ２から投入されるペレット３の溶融は加熱用
ロール４との直接接触によらず、２本の加熱用ベルト
（平面状加熱体）25, 26によって行うようにしても良
い。この時の第１加熱用ベルト25は、駆動ローラ27a と
従動ローラ27b に巻回され、第２加熱用ベルト26は、駆
動ローラ28a と従動ローラ28b に巻回され、両加熱用ベ
ルト25, 26は、相互に僅かの間隙を有するよう各ロール
が配置されている。

【００２７】両加熱用ベルト25, 26が相互に対向する部
分において、ホッパ２からのペレット３が押圧され、加
熱されるように、両加熱用ベルトを相互に押圧する方向
に力を付与するアイドラーガイドロール29を対向させて
設けている。両加熱用ベルト25, 26は、前記図１に示さ
れた実施例の加熱用ベルト７と同様の手段により、直接
あるいは間接的に 200℃程度に加熱されている。

【００２８】この実施例においては、ホッパ２から投入
されるペレット３は、両加熱用ベルト25, 26間におい
て、互いに反対方向に走行する加熱用ベルト25, 26によ
って、図中下方に送られつつ加熱されて溶融され、アイ
ドラーガイドロール29の押圧作用によっても内部の繊維
は解繊される。これにより、ペレット３及びその溶融樹
脂との接触時間は充分長くとることができるようにな
り、ペレット３の可塑化をゆっくり行うことができ、安
定した可塑化及び繊維の解繊を行うことができる。な
お、図３又は図４に示された実施例についても、適度な
剪断力を付与するため、加熱ロール又は加熱用ベルトの
移動速度を異なるものとすることもできる。

【００２９】

【発明の効果】本発明は、上記のように構成し作用する
ので、ペレット状の長繊維強化熱可塑性樹脂を溶融して
も繊維の損傷を最小とすることができ、また、ペレット
中の繊維束を、繊維長を保持したまま解繊しつつ樹脂を
溶融することができるので、強度の高い繊維強化熱可塑
性樹脂を成形することができる。特に、可塑化装置に加
熱ロールや加熱用ベルトを用いこれらを適宜組み合わせ
て構成した間にペレットを導入するので、ペレット中の
繊維束を、繊維長を保持したまま解繊しつつ樹脂を溶融
することができるとともに、強度の高い繊維強化熱可塑
性樹脂を成形することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の断面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ部分の断面図である。

【図３】本発明の他の実施例の断面図である。

【図４】本発明の更に他の実施例の断面図である。

【図５】従来例を示す断面図である。

【図６】他の従来例を示す断面図である。

【符号の説明】

１：底板 ２：ポッパ
３：ペレット ４：加熱用ロール ５：駆動ロール
６：従動ロール ７：加熱用ベルト 10：隙間 1
1：出口 12：押出機 13：モータ 1
4：フィードスクリュ 15：射出機 16：シリンダ室 1
7：供給口 18：開閉バルブ 19：プランジャ 2
0：ノズル

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】出口側に向けて移動する平面状加熱体によ
   って長繊維強化熱可塑性樹脂のペレットを溶融し可塑化
   する可塑化装置と、該可塑化装置の出口からの溶融樹脂
   を押出す押出機と、該押出機から樹脂を導入して射出す
   るプランジャ式射出機とからなることを特徴とする長繊
   維強化熱可塑性樹脂用射出成形装置。
2. 【請求項２】平面状加熱体が複数の加熱用ロールの組合
   せである請求項１記載の長繊維強化熱可塑性樹脂用射出
   成形装置。
3. 【請求項３】平面状加熱体が加熱用ロールと加熱用ベル
   トの組合せである請求項１記載の長繊維強化熱可塑性樹
   脂用射出成形装置。
4. 【請求項４】加熱用ロールが両端部に大径部を有する請
   求項２または３記載の長繊維強化熱可塑性樹脂用射出成
   形装置。
5. 【請求項５】平面状加熱体が２つの加熱用ベルトの組合
   せである請求項１記載の長繊維強化熱可塑性樹脂用射出
   成形装置。