WO2012056565A1 - 射出成形用可塑化スクリュ及びこれを用いた射出成形方法 - Google Patents

射出成形用可塑化スクリュ及びこれを用いた射出成形方法 Download PDF

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WO2012056565A1
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mixing
injection molding
flight
shaft
screw
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PCT/JP2010/069322
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苅谷　俊彦
戸田　直樹
宗宏 信田
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三菱重工プラスチックテクノロジー株式会社
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    • B29C45/17—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C45/1775—Connecting parts, e.g. injection screws, ejectors, to drive means
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    • B29K2105/00—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped
    • B29K2105/06—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing reinforcements, fillers or inserts
    • B29K2105/12—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing reinforcements, fillers or inserts of short lengths, e.g. chopped filaments, staple fibres or bristles

Definitions

  • the present invention relates to a plasticizing screw for injection molding in which mixing for stirring a mass of insufficiently melted resin is provided at the tip, and an injection molding method using the same.
  • An injection molding machine that melts a raw material made of a thermoplastic resin and injects it into a mold is configured by accommodating a screw inside an injection cylinder.
  • a screw having a blade-like flight spirally provided on the peripheral surface of a rotationally driven shaft is widely used.
  • the solid thermoplastic resin raw material supplied into the injection cylinder is kneaded while being melted and plasticized by receiving a shearing force from the rotating screw.
  • the molten thermoplastic resin is stored in the injection cylinder at the tip of the screw, and then injected into the mold as the screw advances in the axial direction.
  • a check valve of a thermoplastic resin called a check ring is provided at the tip of the screw so as to be movable in the axial direction.
  • Patent Document 1 The screw of Patent Document 1 is characterized by the following three points. First, the thickness at the top of the flight is formed to be 0.2 to 0.4 times the diameter of the screw. Second, on the tip end side of the screw, a step of 1 mm or less is formed in the flight top portion in the radial direction of the screw. Third, the moving stroke of the check ring is 5 mm to 20 mm.
  • the gap thickness between the tip of the secondary flight and the inner wall surface of the injection cylinder is formed to be a constant size. Therefore, if this gap thickness is set small, the thermoplastic resin is not sufficiently softened at the rear end of the screw that has just been introduced from the raw material inlet (hopper), so the radial front end of the secondary flight and the injection The thermoplastic resin is clogged with the inner wall surface of the cylinder, and plasticization failure (resin conveyance failure) occurs. Further, at the rear end of the screw where the thermoplastic resin is not sufficiently softened, the thermoplastic resin cannot absorb the shearing force received from the screw due to the deformation of itself.
  • the hopper side upstream in the resin transfer of the screw is represented as a screw rear end (or screw rear end side), and the downstream side is represented as a screw front end (or screw front end side).
  • the gap thickness is set to be large, breakage of the reinforcing fibers at the rear end of the screw can be suppressed, but the radial front end of the subflight is compared to the thermoplastic resin at the front end of the screw that has been sufficiently softened due to temperature rise. Since the shearing force and stretching force applied between the injection cylinder and the inner wall surface of the injection cylinder are absorbed by the deformation of the softened thermoplastic resin, it can be effectively applied to the reinforcing fibers floating inside. Can not. Therefore, a defibration defect or a dispersion defect occurs in the reinforcing fiber contained in the thermoplastic resin.
  • the present invention has been made in consideration of such circumstances, and the object thereof is to provide a mixing outer peripheral surface and an injection cylinder in a screw in which multiple stages of mixing are applied in the axial direction in order to improve dispersion of reinforcing fibers.
  • An object of the present invention is to provide means for reducing the occurrence of excessive breakage in the reinforcing fibers contained in the thermoplastic resin between the inner wall surface and the inner wall surface.
  • the plasticizing screw for injection molding is a plasticizing screw for injection molding equipped in an injection molding machine that performs injection molding by plasticizing a granular thermoplastic resin material containing reinforcing fibers, and is rotationally driven. And a plurality of fins provided in the circumferential direction in a spiral direction, provided in a spiral shape on the circumferential surface of the shaft, and provided on the distal end side in the axial direction from the flight and projecting radially from the circumferential surface of the shaft Mixing.
  • the mixing is provided in a plurality of stages in the axial direction, and the number of fins of the mixing in each stage increases from the rear end side in the axial direction toward the front end side in the axial direction.
  • the protrusion height from the peripheral surface of the shaft of each fin is lower than the protrusion height from the peripheral surface of the shaft of the flight.
  • the mixing provided on the axial rear end side of the screw has a small number of fins, and a wide gap is secured between the fins. Therefore, even when there is an incompletely melted resin lump in the thermoplastic resin that has reached mixing, this lump is deformed or collapsed without clogging between the fins and then sent to the tip end in the axial direction. The incompletely melted resin lump is further deformed or finely broken while sequentially passing through fins having a large number of fins provided on the downstream side in the axial direction. Thereby, dispersion
  • each fin is lower than the projecting height of the flight, even if the radial tip of the flight is close enough to contact the inner wall surface of the injection cylinder, the mixing outer peripheral surface and the injection cylinder inner wall surface A wide gap is secured between them. Thereby, even if the thermoplastic resin enters between the outer peripheral surface of the mixing and the inner wall surface of the injection cylinder, the reinforcing fiber breaks excessively by being crushed between the outer peripheral surface of the mixing and the inner wall surface of the injection cylinder. This can be prevented.
  • a step in the radial direction may be provided at the radial tip portion of the flight so that the screw tip side is lowered.
  • the radial tip of the flight is low on the screw tip side, that is, the gap between the inner wall surface of the injection cylinder and the radial tip of the flight is large. Easy to contain plastic resin. Therefore, even when the radial tip of the flight is close enough to contact the inner wall surface of the injection cylinder, the flight is pushed back by the pressure of the molten thermoplastic resin that has entered between the two, so that the contact between the two It is suppressed. Thereby, even if the reinforcing fiber enters between the radial tip portion of the flight and the inner wall surface of the injection cylinder, the reinforcing fiber can be prevented from being crushed by the radial tip portion of the flight.
  • the mixing is provided in three or more stages in the axial direction, and the number of the fins included in the first stage mixing located closest to the rear end in the axial direction is set. N, the number of the fins of the second-stage mixing positioned next to the rear end in the axial direction is in the range of more than 1.5N and less than 2.5N, and the second-stage The number of the fins included in the mixing in the third and subsequent stages located on the more distal end side in the axial direction may be greater than 3N.
  • thermoplastic resin a mass of an insufficiently melted resin existing in the thermoplastic resin is appropriately deformed or broken by mixing with a small number of fins provided on the rear end side in the axial direction. Then, the lump is further deformed or finely broken by mixing with a large number of fins provided on the tip end side in the axial direction. Thereby, dispersion
  • the protruding height of the fin from the peripheral surface of the shaft may be different in each direction in the circumferential direction.
  • the protrusion height of the fin is different in each circumferential direction, the swirling flow of the thermoplastic resin in the fin generated by the rotation of the screw becomes complicated, and the dispersion of the reinforcing fibers is promoted.
  • the flow of the thermoplastic resin becomes strong, so even when there is a large lump of insufficiently melted resin in the thermoplastic resin, This large mass is swept away by fins with a low protruding height. For this reason, even if it is a big lump, it is reliably deformed or broken finely without being clogged with fins.
  • an inclined surface in which the separation distance from the circumferential surface of the shaft increases from the axial front end side to the axial front end side at the axial rear end portion of the fin. May be formed.
  • thermoplastic resin that has entered the gap between the radial front end portion of the fin and the inner wall surface of the injection cylinder is guided from the inclined surface to the axial front end side by being guided by the inclined surface. Circulate smoothly toward Moreover, the lump of the thermoplastic resin which is insufficiently melted flows along the inclined surface or hits the inclined surface, thereby breaking the lump. Furthermore, the swirl flow of the thermoplastic resin in the fin generated by the rotation of the screw becomes complicated, and the dispersion of the reinforcing fibers is promoted. Thereby, it is possible to prevent the thermoplastic resin from being clogged in the gap.
  • the radial distance from the valley of the fin to the radial tip of the flight is at least twice the outer diameter of the granular thermoplastic resin material. It may be a size.
  • the gap formed between the valley of the fin and the inner wall surface of the injection cylinder even if close to the extent that the radial tip of the flight contacts the inner wall surface of the injection cylinder,
  • the width is twice or more the outer diameter of the thermoplastic resin raw material. Therefore, even if it is a lump in which two thermoplastic resin raw materials that are insufficiently melted are stacked, it can pass through the mixing without clogging this gap.
  • the flight may be a single-flight flight provided only on the peripheral surface of the shaft.
  • the injection molding method includes a step of plasticizing a thermoplastic resin material containing reinforcing fibers using a plasticizing screw for injection molding, and the plasticized thermoplastic resin material in a mold cavity. And a step of injecting.
  • the injection-molding plasticizing screw includes a shaft that is rotationally driven, a flight that is spirally provided on the circumferential surface of the shaft, and a radial direction from the circumferential surface of the shaft that is provided on the distal end side in the axial direction from the flight. A plurality of fins protruding in the circumferential direction.
  • the mixing is provided in a plurality of stages in the axial direction, and the number of fins of the mixing in each stage increases from the rear end side in the axial direction toward the front end side in the axial direction. Moreover, the protrusion height from the peripheral surface of the shaft of each fin is lower than the protrusion height from the peripheral surface of the shaft of the flight.
  • each fin is lower than the protruding height of the flight, a wide gap is secured between the outer peripheral surface of the mixing and the inner wall surface of the injection cylinder.
  • the same effect as that attained by the 1st aspect can be attained.
  • the reinforcing fiber may include at least one of glass fiber, carbon fiber, metal fiber, and natural fiber.
  • a molded product obtained by injection molding can be provided with thin and light weight, high mechanical strength, and recyclability.
  • the molded product can be reduced in weight, and when the molded product is used as a cover for housing an exterior member such as a vehicle body member or an electrical component, Since the exterior member, the cover, and the like can be provided with conductivity, the passengers and electrical components can be protected from a large current during a lightning strike.
  • a biological resin such as polylactic acid in particular, it is possible to provide a molded product with less burden on the global environment.
  • the strength and weight of the molded product can be reduced by preventing excessive breakage of the reinforcing fibers contained in the thermoplastic resin between the outer peripheral surface of the mixing and the inner wall surface of the injection cylinder. It is possible to improve the quality of the molded product, for example, by preventing variations or by preventing the reinforcing fibers from being exposed to the surface of the molded product and improving its appearance.
  • FIG. 5A and 5B are cross-sectional views of each part of FIG. 4, in which FIG. 5A shows an AA cross section, FIG. 5B shows a BB cross section, and FIG. 5C shows a CC cross section. It is.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing an overall configuration of an injection molding machine 1 including an injection-molding plasticizing screw 10 (hereinafter simply referred to as “screw 10”) according to a first embodiment.
  • screw 10 an injection-molding plasticizing screw 10
  • the injection molding machine 1 includes a mold unit 3 in which a cavity 2 is formed, and an injection unit 4 for injecting a thermoplastic resin into the cavity 2.
  • the mold unit 3 includes a fixed mold 31 provided so as not to move, and a movable mold 32 provided so as to be movable with respect to the fixed mold 31. .
  • a cavity 2 is formed between the concave portion of the fixed mold 31 and the convex portion of the movable mold 32 provided to face each other.
  • the injection unit 4 includes a unit main body 41, an injection cylinder 42, a screw 10, a hopper 43, a connecting shaft 44, a motor 45, a piston 46, and a hydraulic pipe 47.
  • a hydraulic oil cylinder 411 is formed inside the unit main body 41.
  • the injection cylinder 42 extends from the unit main body 41, and the tip of the injection cylinder 42 is connected to the fixed mold 31.
  • the screw 10 is accommodated inside the injection cylinder 42, and the hopper 43 is provided on the upper part of the injection cylinder 42.
  • the connecting shaft 44 is connected to the rear end portion of the screw 10 and is rotationally driven by a motor 45.
  • the piston 46 is accommodated in the hydraulic oil cylinder 411 and is fixed to the connecting shaft 44.
  • the hydraulic pipe 47 is connected to the hydraulic oil cylinder 411.
  • FIG. 2 is a schematic front view showing the external appearance of the screw 10.
  • the screw 10 includes a shaft 11, a flight 12, a mixing 13, a small diameter shaft 14, a screw tip 15, and a check ring 16.
  • the shaft 11 has a long cylindrical shape, and a small-diameter shaft 14 having a smaller diameter than the shaft 11 extends in the axial direction from a tip portion thereof.
  • a substantially conical screw tip 15 is provided at the tip of the small diameter shaft 14.
  • the check ring 16 has a ring shape, and its inner diameter is slightly larger than that of the small-diameter shaft 14. By inserting the small diameter shaft 14 into the check ring 16, the check ring 16 can move along the small diameter shaft 14. Further, as shown in FIG. 2, the flight 12 protrudes from the shaft 11 in the radial direction, and is provided so as to wind its peripheral surface spirally.
  • FIG. 3 and 4 are enlarged views of the tip portion of the shaft 11, FIG. 3 is a schematic perspective view, and FIG. 4 is a schematic front view.
  • the screw chip 15 is not shown for convenience of explanation.
  • the mixing 13 is for breaking and stirring the lump of resin that is insufficiently melted and present in the thermoplastic resin that has passed through the flight 12. As shown in FIG. 2, the mixing 13 is provided in a region on the distal end side in the axial direction from the flight 12 on the peripheral surface of the shaft 11. The mixing 13 is provided in three stages along the axial direction, and more specifically, the first mixing 131 provided at the most distal end side, the second mixing 132 provided at the next distal end side, and the rearmost end. A third mixing 133 provided on the side.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of each part of FIG. 4.
  • FIG. 5 (a) is a cross-sectional view taken along the line AA
  • FIG. 5 (b) is a cross-sectional view taken along the line BB
  • FIG. C sections are shown.
  • the first mixing 131 has 16 first fins 131 a that protrude in the radial direction from the circumferential surface of the shaft 11 and are provided at regular intervals in the circumferential direction.
  • the first fin 131 a has a substantially rectangular parallelepiped shape, and is fixed to the peripheral surface of the shaft 11 so that the longitudinal direction thereof is directed to the axial direction of the shaft 11.
  • the 16 first fins 131a are formed so that the protruding heights H1 from the peripheral surface of the shaft 11 are all equal as shown in FIG. 5A, and the protruding heights H1 are as shown in FIG. Is set lower than the protrusion height Hf of the flight 12.
  • the second mixing 132 has ten second fins 132 a provided so as to protrude in the radial direction from the peripheral surface of the shaft 11 and provided at regular intervals in the circumferential direction.
  • the second fins 132 a also have a substantially rectangular parallelepiped shape as shown in FIG. 3, and are fixed to the peripheral surface of the shaft 11 so that the longitudinal direction thereof is directed to the axial direction of the shaft 11.
  • the ten second fins 132 a are all formed with the same protruding height H ⁇ b> 2 from the peripheral surface of the shaft 11.
  • the protrusion height H2 of the second fin 132a is set to be substantially equal to the protrusion height H1 of the first fin 131a and lower than the protrusion height Hf of the flight 12, as shown in FIG.
  • the third mixing 133 has five third fins 133 a that are provided so as to protrude in the radial direction from the peripheral surface of the shaft 11 and are provided at regular intervals in the circumferential direction. Yes.
  • the third fins 133 a also have a substantially rectangular parallelepiped shape as shown in FIG. 3 and are fixed to the peripheral surface of the shaft 11 so that the longitudinal direction thereof is directed to the axial direction of the shaft 11.
  • the five third fins 133 a are all formed with the same protruding height H ⁇ b> 3 from the peripheral surface of the shaft 11.
  • the protrusion height H3 of the third fin 133a is substantially equal to the protrusion height H1 of the first fin 131a and the protrusion height H2 of the second fin 132a as shown in FIG. The height is set lower than Hf.
  • the number of the first fins 131a included in the first mixing 131 located further on the front end side in the axial direction than the second mixing 132 is set to be larger than 3N.
  • the radial distance from the trough of the first fin 131a to the radial tip of the flight 12, that is, the protrusion height Hf of the flight 12 in this embodiment is a thermoplastic resin material to be described later.
  • the outer diameter is more than twice as large as the outer diameter.
  • the radial distance from the valley of the second fin 132a to the radial tip of the flight 12 and the radial distance from the valley of the third fin 133a to the radial tip of the flight 12 are also the present embodiment. Then, it is substantially equal to the projecting height Hf of the flight 12, and is at least twice as large as the outer diameter of the thermoplastic resin raw material to be described later.
  • the hopper 43 which comprises the injection unit 4 shown in FIG. 1 is filled with the solid thermoplastic resin raw material (not shown) containing glass fiber or carbon fiber.
  • the motor 45 starts driving the connecting shaft 44
  • the screw 10 connected thereto starts to rotate.
  • the thermoplastic resin raw material is supplied from the hopper 43 to the injection cylinder 42, the thermoplastic resin raw material is conveyed to the axial front end side while being melted and plasticized by the flight 12.
  • the thermoplastic resin that has passed through the flight 12 and is in a molten state is further conveyed toward the tip end side in the axial direction and reaches the third mixing 133.
  • the number of the third fins 133a included in the third mixing 133 is as small as five, and a wide gap is secured between the third fins 133a. Therefore, even when there is an incompletely melted resin mass in the thermoplastic resin that has passed through the flight 12, the mass is deformed by passing through this gap without clogging the gap between the third fins 133a. Or it breaks down.
  • the incompletely melted resin mass reaches the second mixing 132 provided on the downstream side in the axial direction of the third mixing 133.
  • the number of the second fins 132a of the second mixing 132 is greater than that of the tenth and third mixing 133, and the gap between the second fins 132a is narrower than that of the third fin 133a. Therefore, the incompletely melted resin mass is further deformed or finely broken by passing through the gap between the second fins 132a.
  • the incompletely melted resin mass reaches the first mixing 131 provided on the downstream side in the axial direction of the second mixing 132.
  • the number of the first fins 131a included in the first mixing 131 is greater than that of the 16th and second mixing 132, and the gap between the first fins 131a is narrower than that of the second fins 132a. Therefore, the incompletely melted resin mass is further deformed or finely broken by passing through the gap between the first fins 131a.
  • the lump of the resin that is insufficiently melted is finely broken, thereby promoting the dispersion of the reinforcing fibers in the thermoplastic resin.
  • the first fin 131a to the third fin 133a included in each of the first mixing 131 to the third mixing 133 are all set so that the protruding heights H1 to H3 are lower than the protruding height Hf of the flight 12. Yes. Therefore, even if the radial tip of the flight 12 is close enough to contact the inner wall 421 of the injection cylinder 42, the radial tip of the first fin 131a to the third fin 133a and the inner wall 421 of the injection cylinder 42 A wide gap is secured between them.
  • thermoplastic resin enters between the first fin 131a to the third fin 133a and the inner wall surface 421 of the injection cylinder 42, it is possible to prevent the reinforcing fiber from being excessively broken due to a large shearing force. it can.
  • the molten thermoplastic resin that has passed through the mixing 13 reaches the check ring 16 shown in FIG.
  • the check ring 16 is pressed against the screw chip 15 by a molten thermoplastic resin.
  • the molten thermoplastic resin includes a gap between the shaft 11 and the check ring 16, a gap (not shown) between the check ring 16 and the small diameter shaft 14, and the check ring 16 and the injection cylinder shown in FIG. It passes through the gap between the injection cylinder 42 and is stored at the tip of the injection cylinder 42.
  • the weight average fiber length of the remaining fibers in the molded product can be equal to or greater than the desired length.
  • first fins 131a to the third fins 133a included in the first mixing 131 to the third mixing 133 are not limited to the present embodiment, and can be appropriately changed in design.
  • the first fin 131a to the third fin 133a shown in the present embodiment are provided in a direction parallel to the central axis of the mixing 13, but may be provided to be inclined in the same direction as the flight 12 with respect to the central axis. .
  • the first fin 131a to the third fin 133a can be provided with a resin conveying force similarly to the flight 12, so that the screw 10
  • the flow resistance (equivalent to back pressure) of the thermoplastic resin discharged from the can be reduced.
  • the resin discharge capacity (plasticization capacity) of the screw 10 as a whole can be improved, and the time (plasticization time) in which the reinforcing fibers are kneaded and stirred in the screw 10 can be shortened, so that breakage of the reinforcing fibers is suppressed. It is effective to do.
  • the number of the first fin 131a to the third fin 133a increases from the axial rear end side toward the axial front end side, and can be arbitrarily changed within a range satisfying the above-described relationship. .
  • FIG. 6 is an enlarged schematic front view of the periphery of the flight 17 in the screw 10 according to the second embodiment.
  • the screw 10 according to the second embodiment is different from the screw 10 of the first embodiment only in the configuration of the flight 17. Since the other configuration is the same as that of the first embodiment, the same reference numerals are used and description thereof is omitted here.
  • FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing a DD cross section in FIG.
  • the flight 17 of the present embodiment is provided with a step in the radial direction at the distal end portion in the radial direction. That is, a stepped portion 171 is formed at the radial front end portion of the flight 17 by partially notching the axial front end side. The upper surface of the stepped portion 171 is lower by a step length T in the radial direction than the surrounding area.
  • the screw tip side of the flight 17 is lowered, that is, the gap between the inner wall surface 421 of the injection cylinder 42 and the stepped portion 171 of the flight 17 is increased. It becomes easy to enter the plastic resin.
  • the stepped portion 171 of the inner wall surface 421 of the injection cylinder 42 and the flight 17. When the flight 17 is pushed back by the pressure of the molten thermoplastic resin that has entered between the two, the contact between the inner wall surface 421 of the injection cylinder 42 and the flight 17 is suppressed. Thereby, even if the reinforcing fiber enters between the inner wall surface 421 of the injection cylinder 42 and the flight 17, it is possible to suppress the reinforcing fiber from being crushed by the flight 17.
  • screw 10 the configuration of the plasticizing screw 10 for injection molding according to the third embodiment of the present invention (hereinafter simply referred to as “screw 10”) will be described.
  • the screw 10 according to the third embodiment is different from the screw 10 of the first embodiment only in the mixing configuration. Since the other configuration is the same as that of the first embodiment, the same reference numerals are used and description thereof is omitted here.
  • FIG. 8 is a schematic front view in which the peripheral portion of the mixing 18 in the screw 10 is enlarged.
  • the mixing 18 of the present embodiment is provided in three stages along the axial direction, and includes a first mixing 181, a second mixing 182, and a third mixing 183 from the axial front end side to the axial rear end side. This is the same as the mixing 13 of the first embodiment.
  • the shapes of the first fin 181a, the second fin 182a, and the third fin 183a constituting the first mixing 181, the second mixing 182, and the third mixing 183 are the same as those in the first embodiment.
  • the first fin 131a, the second fin 132a, and the third fin 133a are different from each other.
  • the first fin 181a to the third fin 183a of the present embodiment have a shaft 11 at the rear end portion in the axial direction from the rear end side in the axial direction toward the front end side in the axial direction.
  • An inclined surface 19 is formed so that the distance from the circumferential surface of the surface increases.
  • the thermoplastic resin that has entered the gap between the radial tip ends of the first fin 181 a to the third fin 183 a and the inner wall surface 421 of the injection cylinder 42 is guided by the inclined surface 19. It smoothly circulates from the rear end side in the axial direction toward the front end side in the axial direction. Moreover, the lump of the thermoplastic resin which is not sufficiently melted flows along the inclined surface 19 or hits the inclined surface 19, thereby breaking the lump. Thereby, it is possible to prevent the thermoplastic resin from being clogged in the gap.
  • screw 10 the configuration of the plasticizing screw 10 for injection molding according to the fourth embodiment of the present invention (hereinafter simply referred to as “screw 10”) will be described.
  • the screw 10 according to the fourth embodiment also differs from the screw 10 of the first embodiment only in the mixing configuration. Since the other configuration is the same as that of the first embodiment, the same reference numerals are used and description thereof is omitted here.
  • FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing a cross section orthogonal to the axial direction of the screw 10 at the position of the second mixing 202.
  • the second mixing 202 has ten second fins 202 a that are provided so as to protrude in the radial direction from the circumferential surface of the shaft 11 and are provided at regular intervals in the circumferential direction.
  • the second fins 202a are different from each other in the circumferential direction within a range in which the protruding height H2 from the peripheral surface of the shaft 11 is lower than the protruding height Hf of the flight 17 shown in FIG.
  • the first fin and the third fin have the same height H1 and the same height H3 as the second fin 202a from the shaft 11, and the same. An effect is produced.
  • Used injection molding machine Mitsubishi Heavy Industries Plastic Technology Co., Ltd. 1050em-100, screw diameter 90mm
  • Used thermoplastic resin material Polypropylene (PP)
  • Reinforcing fiber Glass fiber or carbon fiber
  • Reinforcing fiber content 20% by weight or 30% by weight
  • Fiber length of reinforcing fiber contained in thermoplastic resin raw material 10 mm, 20 mm, or 25 mm
  • Shape of molded product casing with outer dimensions of 1000 mm ⁇ 300 mm ⁇ 15 mm and wall thickness of 2 mm (7) Molding temperature: 230 ° C.
  • Preheating temperature of thermoplastic resin raw material 80 ° C
  • Weight average fiber length of reinforcing fibers A square test piece of 60 to 100 mm square is cut out from an arbitrary place of the molded product. Then, the test piece is heated for a predetermined time at a temperature equal to or higher than the decomposition temperature of the thermoplastic resin, and the resin content is removed by ashing to make only the reinforcing fiber. Thereafter, a test piece containing only reinforcing fibers is dispersed in an appropriate liquid medium, and the length of 700 to 1000 reinforcing fibers is measured using image processing or the like. Then, the weight average fiber length is calculated from the measured lengths of the individual reinforcing fibers by using the following formula.
  • Li in the formula means the measured fiber length of the reinforcing fiber
  • Qi means the number of reinforcing fibers having the fiber length Li.
  • [Weight average fiber length] ( ⁇ Qi ⁇ Li 2 ) / ( ⁇ Qi ⁇ Li) (10)
  • Dispersion degree of reinforcing fiber If the fiber dispersion degree is poor, a bundle of fibers is exposed on the surface of the molded product. .
  • B A fiber bundle is not exposed on the surface of the molded product, but the gloss of the molded product surface is low.
  • C A fiber bundle is exposed on at least a part of the surface of the molded product.
  • Tables 1 to 4 below show test results for the respective examples. According to the results of Examples 1 to 6, by carrying out the present invention, even when the state of the thermoplastic resin raw material is different, more specifically, the presence or absence of preheating, the content of reinforcing fibers, or the reinforcement Even when the fiber lengths of the fibers were different, the weight average fiber length of the reinforcing fibers in the molded product was 1.0 mm or more. (Generally, in pellets containing reinforcing fibers, the weight-average fiber length of the reinforcing fibers remaining in the molded product is required to be 1.0 mm or more in order to obtain an effect specific to the long fibers that improves the mechanical strength. .)
  • the fiber length of the reinforcing fiber contained in the thermoplastic resin raw material is preferably 1.0 mm or more and 20 mm or less.
  • Example 7 confirms the correlation between the number of mixing stages and the dispersion degree of reinforcing fibers.
  • mixing is provided in four stages along the axial direction.
  • the weight average fiber length of the reinforcing fiber in the molded product is 1.0 mm or more at which the mechanical strength of the molded product is improved as described above, but is slightly shorter than that of Example 1. ing. This is thought to be because the number of stages of mixing is larger than that in Example 1, and the breakage of the reinforcing fibers proceeds as the time or number of times that the thermoplastic resin is subjected to shearing force from mixing increases.
  • Example 8 also confirms the correlation between the number of mixing stages and the dispersion degree of reinforcing fibers.
  • mixing is provided in two stages along the axial direction.
  • the weight average fiber length of the reinforcing fibers in the molded product is 1.0 mm or more at which the mechanical strength of the molded product is improved as described above. It is getting longer.
  • the dispersity of the reinforcing fibers is lower than that in Example 1. This is because the mixing provided on the most distal side along the axial direction has only a small number of fins as compared with the first embodiment, and no mixing is provided in the intermediate portion in the axial direction. This is probably because the agitation effect of the thermoplastic resin due to is reduced as compared with Example 1.
  • Example 9 and Example 10 confirm the correlation between the number of fins and the dispersion degree of reinforcing fibers.
  • all mixing has fewer fins compared to Example 1.
  • the other mixing except the mixing provided on the most distal side along the axial direction has only a small number of fins as compared with the first embodiment.
  • Example 9 and Example 10 the weight average fiber length of the reinforcing fibers in the molded article is longer than that in Example 1. ing.
  • the stirring effect of the thermoplastic resin by the fins is reduced as compared with Example 1, the dispersity of the reinforcing fibers is reduced as compared with Example 1 in Examples 9 and 10.
  • Example 11 confirms the correlation between the mixing groove depth and the dispersion degree of the reinforcing fibers.
  • the mixing groove depth is made smaller than in the first embodiment.
  • the thermoplastic resin is easily clogged in the mixing groove.
  • the time during which the thermoplastic resin is placed in the screw becomes long.
  • the time during which the reinforcing fibers are kneaded and stirred by flight and mixing is increased, the breakage of the reinforcing fibers proceeds, and the weight average fiber length of the reinforcing fibers in the molded product is considered to be shorter than in Example 1. It is done.
  • Example 12 confirms the correlation between the presence or absence of a step at the radial tip of the flight and the dispersion degree of the reinforcing fibers.
  • no step is provided at the radial tip of the flight.
  • the dispersion degree of the reinforcing fibers is equivalent to that in Example 1, but the weight average fiber length of the reinforcing fibers in the molded product is shorter than that in Example 1. This is because the step provided at the radial tip of the flight does not affect the kneading of the thermoplastic resin by the flight, but the thermoplastic resin is between the radial tip of the flight and the inner wall of the injection cylinder. This is considered to be because the breakage of the reinforcing fiber contained therein was suppressed.
  • Example 13 confirms the correlation between the difference in the height of the protrusion between the fin and the flight and the dispersion degree of the reinforcing fiber.
  • the protrusion height of the fin and the protrusion height of the flight are made equal.
  • the dispersion degree of the reinforcing fibers is equivalent to that in Example 1. This is presumably because the degree of stirring of the thermoplastic resin by mixing is not affected even if a wide gap is formed between the radial tip of the fin and the inner wall surface of the injection cylinder.
  • Example 13 the weight average fiber length of the reinforcing fibers in the molded product is shorter than that in Example 1. This is because when the radial tip of the flight is close enough to contact the inner wall surface of the injection cylinder, the radial tip of the fin having the same diameter as the flight also contacts the inner wall surface of the injection cylinder. This is probably because if the thermoplastic resin enters between the tip portion and the inner wall surface of the injection cylinder, the reinforcing fiber is crushed by the tip portion in the radial direction of the fin, and excessive breakage occurs in the reinforcing fiber.
  • Example 14 confirms the correlation between the number of flights and the dispersion of reinforcing fibers.
  • mixing is combined with a double flight screw.
  • the double flight screw improves the kneading degree of the thermoplastic resin and increases the dispersion degree of the reinforcing fibers, but the weight average fiber length of the reinforcing fibers in the molded product may be shorter than that in Example 1.
  • the reinforcing fiber is kneaded and stirred by a double flight screw, and further kneaded and stirred by mixing, so that the frequency at which a shearing force is applied to the reinforcing fiber is increased.
  • Comparative Example 1 confirms the degree of dispersion of the reinforcing fibers when a simple single flight screw without mixing is used. In this case, since the shearing force received by the thermoplastic resin is reduced, the weight average fiber length of the reinforcing fibers in the molded product is longer than that in Example 1. Further, since there is no mixing, the stirring effect at the time of plasticization is poor, and the dispersion degree of the reinforcing fibers is lower than in Examples 1 to 14.
  • Comparative Example 2 confirms the dispersion degree of the reinforcing fiber in the case where 18 fins are provided for all the mixing in a single flight screw having three stages of mixing.
  • the weight average fiber length of the reinforcing fibers in the molded product is shorter than that in Example 1. This is because the thermoplastic resin is clogged in the mixing groove and the plasticizing time is prolonged, so that the time for which the thermoplastic resin is placed in the screw is increased, that is, the reinforcing fiber is kneaded and stirred by flight and mixing. This is thought to be because the breakage time was increased and excessive breakage occurred in the reinforcing fibers.
  • the cause of the clogging of the thermoplastic resin in the mixing groove is that the mixing provided on the most rear end side has a large number of fins. It is conceivable that the conveyance of the resin was hindered.
  • the plasticizing screw for injection molding according to the present invention includes a shaft, a flight, and mixing.
  • a plurality of mixing stages are provided in the axial direction, and the number of fins included in each stage of mixing increases from the rear end side in the axial direction toward the front end side in the axial direction.
  • the protrusion height from the peripheral surface of the shaft of each fin is lower than the protrusion height from the peripheral surface of the shaft of the flight.

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Abstract

　本発明に係る射出成形用可塑化スクリュは、強化繊維を含有する粒状の熱可塑性樹脂原料を可塑化して射出成形を行う射出成形機に装備される射出成形用可塑化スクリュであって、シャフトと、フライトと、ミキシングと、を具備する。　ミキシングが軸方向に複数段設けられ、各段のミキシングが有するフィンの条数が、軸方向後端側から軸方向先端側に向かって増加する。また、各フィンのシャフトの周面からの突出高さが、フライトのシャフトの周面からの突出高さより低い。

Description

射出成形用可塑化スクリュ及びこれを用いた射出成形方法
　本発明は、溶融不足の樹脂の塊を撹拌するためのミキシングが先端部に設けられた射出成形用可塑化スクリュ及びこれを用いた射出成形方法に関する。
　熱可塑性樹脂からなる原料を溶融して金型に射出する射出成形機は、射出シリンダーの内部にスクリュを収容して構成される。そして、このスクリュとしては、回転駆動されるシャフトの周面に羽根状のフライトが螺旋状に設けられたスクリュが広く用いられている。このようなスクリュによれば、射出シリンダーの内部に供給された固体状の熱可塑性樹脂原料が、回転するスクリュからせん断力を受けることにより、溶融及び可塑化されながら混練される。そして、溶融した熱可塑性樹脂は、スクリュの先端部において射出シリンダーの内部に貯留された後、スクリュが軸方向に前進することにより、金型に射出される。ここで、一般的にスクリュの先端部には、チェックリングと呼ばれる熱可塑性樹脂の逆止弁が、軸方向に移動可能に設けられている。
　ところで、成形品の機械特性を向上させるために、熱可塑性樹脂に強化繊維を含有させることが広く行われている。そして、強化繊維を含有した熱可塑性樹脂を上記スクリュによって射出成形する場合、スクリュによる可塑化及び攪拌によって強化繊維に過大な折損が発生すると、成形品の品質に問題が生じる。そこで、強化繊維の折損を低減することが可能な低せん断型スクリュが従来提唱されている（例えば、特許文献１を参照）。この特許文献１のスクリュは、次の３つの点を特徴としている。第１には、フライト頂部における厚みを、スクリュの直径に対して０．２～０．４倍の大きさに形成している。第２には、スクリュの先端側において、フライト頂部にスクリュの径方向に向かって１ｍｍ以下の段差を形成している。第３には、チェックリングの移動ストロークを５ｍｍ～２０ｍｍとしている。
　しかし、特許文献１のスクリュによれば、強化繊維の折損は低減できるものの、低せん断型であるために、一般的な樹脂成形用のスクリュを使用した場合に比べて、強化繊維の熱可塑性樹脂中における解繊及び分散が劣っているという、いわゆる分散不足の問題が生じる。そこで、この分散不足の問題を防止する手段として、２条のフライトを備えたいわゆるダブルフライトスクリュが近年用いられている（例えば、特許文献２を参照）。このダブルフライトスクリュは、スクリュの軸方向全長に渡って主フライトが設けられるとともに、隣接する主フライトの間にこれより高さの低い副フライトが設けられることにより構成される。このような構成によれば、主フライトに加えて副フライトによっても熱可塑性樹脂が撹拌されるので、熱可塑性樹脂中における強化繊維の分散が促進される。
　しかし、特許文献２に記載のダブルフライトスクリュでは、副フライトの先端と射出シリンダーの内壁面との間の隙間厚さが一定の大きさに形成される。従って、この隙間厚さを小さく設定すると、原料投入口（ホッパー）から投入されて間もないスクリュ後端部では、熱可塑性樹脂の軟化が不十分であるので、副フライトの径方向先端と射出シリンダーの内壁面との間に熱可塑性樹脂が詰まり、可塑化不良（樹脂搬送不良）が発生する。また、熱可塑性樹脂の軟化が不十分であるスクリュの後端部では、熱可塑性樹脂は自身が変形することによってスクリュから受けるせん断力を吸収することができない。従って、副フライトの径方向先端と射出シリンダーの内壁面との間で熱可塑性樹脂が大きなせん断力を受けると、強化繊維にもそのまません断力が伝搬し、強化繊維に過大な折損が発生する。尚、本発明においてはスクリュの樹脂搬送において上流であるホッパー側をスクリュ後端部（あるいはスクリュ後端側）と表し、下流側をスクリュ先端部（あるいはスクリュ先端側）と表する。
　一方、隙間厚さを大きく設定すると、スクリュ後端部での強化繊維の折損は抑制できるが、温度が上昇して十分に軟化したスクリュ先端部の熱可塑性樹脂に対し、副フライトの径方向先端と射出シリンダーの内壁面との間において負荷されるせん断力及び引き延ばし力は、軟化した熱可塑性樹脂の変形に吸収されてしまうため、その内部に浮遊する強化繊維に対して有効に負荷することができない。従って、熱可塑性樹脂に含有される強化繊維に解繊不良や分散不良が発生する。
　ところで、一般にスクリュが有する分散不足の問題を防止する他の手段として、スクリュの先端部にいわゆるミキシングを軸方向に複数段設ける方法が従来提唱されている（例えば、特許文献３を参照）。このミキシングは、径方向に突出する複数条のフィンが周方向に一定間隔で設けられたものである。
特開２００５－１６９６４６号公報 特開２００２－２８３４２１号公報 特開平５－２３７９１３号公報
　しかし、特許文献３に記載のスクリュを強化繊維の分散不足への対策として適用したとしても、強化繊維の分散不足の問題は低減できるものの、ミキシングの外周面と射出シリンダーの内壁面との間に熱可塑性樹脂が入り込んだ場合、ミキシングの外周面によって潰されることにより強化繊維が過大に折損するという問題が生じる。
　本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、強化繊維の分散向上のために軸方向に複数段のミキシングを適用したスクリュにおいて、ミキシングの外周面と射出シリンダーの内壁面との間で、熱可塑性樹脂に含有される強化繊維に過大な折損が生じることを低減する手段を提供することにある。
　本発明に係る射出成形用可塑化スクリュは、強化繊維を含有する粒状の熱可塑性樹脂原料を可塑化して射出成形を行う射出成形機に装備される射出成形用可塑化スクリュであって、回転駆動されるシャフトと、前記シャフトの周面に螺旋状に設けられたフライトと、前記フライトより軸方向先端側に設けられ、前記シャフトの周面から径方向に突出するフィンを周方向に複数条有するミキシングと、を具備する。
　前記ミキシングが軸方向に複数段設けられ、各段の前記ミキシングが有する前記フィンの条数が、軸方向後端側から軸方向先端側に向かって増加する。また、前記各フィンの前記シャフトの周面からの突出高さが、前記フライトの前記シャフトの周面からの突出高さより低い。
　このような構成によれば、スクリュの軸方向後端側に設けられたミキシングはフィンの条数が少なく、フィン同士の間に広い隙間が確保されている。従って、ミキシングに到達した熱可塑性樹脂中に溶融不足の樹脂の塊が存在する場合でも、この塊はフィン間に詰まることなく変形され或いは崩された後、軸方向先端側へ送られる。そして、この溶融不足の樹脂の塊は、軸方向下流側に設けられたフィンの条数が多いフィンを順次通過する間に、更に変形され或いは細かく崩される。これにより、熱可塑性樹脂中における強化繊維の分散が促進される。
　また、各フィンの突出高さがフライトの突出高さより低いので、フライトの径方向先端部が射出シリンダーの内壁面と接触する程度に近接しても、ミキシングの外周面と射出シリンダーの内壁面との間には広い隙間が確保される。これにより、ミキシングの外周面と射出シリンダーの内壁面との間に熱可塑性樹脂が入り込んでも、ミキシングの外周面と射出シリンダーの内壁面との間で押し潰されることによって強化繊維が過大に折損することを防止することができる。
　また、本発明に係る射出成形用可塑化スクリュにおいては、前記フライトの径方向先端部に、スクリュ先端側が低くなるように径方向への段差が設けられてもよい。
　このような構成によれば、フライトの径方向先端部は、スクリュ先端側が低い、つまり射出シリンダーの内壁面とフライトの径方向先端部との間の隙間が大きいので、この隙間に溶融状態の熱可塑性樹脂が入りやすい。従って、フライトの径方向先端部が射出シリンダーの内壁面に接触する程度に近接しても、両者の間に入り込んだ溶融状態の熱可塑性樹脂の圧力によってフライトが押し返されるため、両者の接触が抑制される。これにより、フライトの径方向先端部と射出シリンダーの内壁面との間に強化繊維が入り込んでも、フライトの径方向先端部によって強化繊維が押し潰されるのを抑制することができる。
　また、本発明に係る射出成形用可塑化スクリュにおいては、前記ミキシングが軸方向に３段以上設けられ、最も軸方向後端側に位置する１段目の前記ミキシングが有する前記フィンの条数をＮとした時、次に軸方向後端側に位置する２段目の前記ミキシングが有する前記フィンの条数が、１．５Ｎより多く且つ２．５Ｎより少ない範囲であって、前記２段目より軸方向先端側に位置する３段目以降の前記ミキシングが有する前記フィンの条数が、３Ｎより多くてもよい。
　このような構成によれば、熱可塑性樹脂中に存在する溶融不足の樹脂の塊が、軸方向後端側に設けられたフィンの条数が少ないミキシングによって塊が適度に変形され或いは崩される。そして、軸方向先端側に設けられたフィンの条数が多いミキシングによって塊は更に変形され或いは細かく崩される。これにより、熱可塑性樹脂中における強化繊維の分散が適度に促進される。
　また、本発明に係る射出成形用可塑化スクリュにおいては、前記フィンの前記シャフトの周面からの突出高さが、周方向に各条で異なってもよい。
　このような構成によれば、フィンの突出高さが周方向に各条で異なるため、スクリュの回転により発生するフィン内における熱可塑性樹脂の旋回流が複雑になり、強化繊維の分散が促進される。また、フィンの突出高さが低く、射出シリンダーとの間の隙間が大きい部分は、熱可塑性樹脂の流動が強くなるので、熱可塑性樹脂中に溶融不足の樹脂の大きな塊が存在する場合でも、この大きな塊は突出高さが低いフィンによって押し流される。このため、大きな塊でもフィンで詰まることなく、確実に変形され或いは細かく崩される。
　また、本発明に係る射出成形用可塑化スクリュにおいては、前記フィンの軸方向後端部に、軸方向先端側から軸方向先端側に向かってシャフトの周面からの離間距離が大きくなる傾斜面が形成されてもよい。
　このような構成によれば、フィンの径方向先端部と射出シリンダーの内壁面との隙間に入り込んだ熱可塑性樹脂は、傾斜面に案内されることによって軸方向後端側から軸方向先端側に向かって円滑に流通する。また、溶融不足の熱可塑性樹脂の塊が傾斜面に沿って流れることにより、或いは傾斜面に当たることにより、塊が切り崩される。更には、スクリュの回転により発生するフィン内の熱可塑性樹脂の旋回流が複雑になり、強化繊維の分散が促進される。これにより、当該隙間に熱可塑性樹脂が詰まることを未然に防止することができる。
　また、本発明に係る射出成形用可塑化スクリュにおいては、前記フィンの谷部から前記フライトの径方向先端部までの径方向距離が、粒状の前記熱可塑性樹脂原料の外径の２倍以上の大きさであってもよい。
　このような構成によれば、フライトの径方向先端部が射出シリンダーの内壁面と接触する程度に近接しても、フィンの谷部と射出シリンダーの内壁面との間に形成される隙間は、その幅が熱可塑性樹脂原料の外径の２倍以上の大きさである。従って、溶融不足の熱可塑性樹脂原料が２つ積み重なった塊であっても、この隙間に詰まることなくミキシングを通過することができる。
　また、本発明に係る射出成形用可塑化スクリュにおいては、前記フライトが、前記シャフトの周面に１条だけ設けられた単条フライトであってもよい。
　このような構成によれば、強化繊維の折損を抑制するには有効であるが、分散性に劣る単条フライトを備えたスクリュを用いることにより、強化繊維の折損を最低限に抑えるとともに、強化繊維の分散度を向上させることができる。また、ダブルフライトスクリュを用いる場合と比較して、熱可塑性樹脂が受けるせん断力を低減することにより、強化繊維に過大な折損が生じることを防止することができる。但し、強化繊維の折損度合いよりも分散を優先させる場合は、ダブルフライトスクリュを用いてもよい。
　また、本発明に係る射出成形方法は、射出成形用可塑化スクリュを用い、強化繊維を含有する熱可塑性樹脂原料を可塑化する工程と、可塑化された熱可塑性樹脂原料を金型のキャビティに射出する工程と、を備える。
　前記射出成形用可塑化スクリュは、回転駆動されるシャフトと、前記シャフトの周面に螺旋状に設けられたフライトと、前記フライトより軸方向先端側に設けられ、前記シャフトの周面から径方向に突出するフィンを周方向に複数条有するミキシングと、を具備する。
　前記ミキシングが軸方向に複数段設けられ、各段の前記ミキシングが有する前記フィンの条数が、軸方向後端側から軸方向先端側に向かって増加する。また、前記各フィンの前記シャフトの周面からの突出高さが、前記フライトの前記シャフトの周面からの突出高さより低い。
　このような方法によれば、フライトを通過した熱可塑性樹脂中に溶融不足の溶融樹脂の塊が存在する場合でも、フィンの条数が少ない軸方向後端側のミキシングからフィンの条数が多い軸方向先端側のミキシングを順次通過する間に、この塊は変形され或いは細かく崩される。これにより、含有される強化繊維の繊維長が長く、且つ強化繊維の分散が良好な成形品を得ることができる。
　また、各フィンの突出高さがフライトの突出高さより低いので、ミキシングの外周面と射出シリンダーの内壁面との間には広い隙間が確保される。これにより、請求項１に係る発明と同じ作用効果が奏される。
　また、本発明に係る射出成形方法においては、前記強化繊維が、ガラス繊維、炭素繊維、金属繊維、天然繊維のうち少なくとも１種類を含むものであってもよい。
　このような方法によれば、射出成形により得た成形品に、薄肉軽量性、高い機械的強度、及びリサイクル性を持たせることができる。特に、炭素繊維や金属繊維を採用すれば、成形品の軽量化を図ることができるとともに、車両のボディ部材などの外装部材や電装品を収納するためのカバー等として成形品を用いる場合に、外装部材やカバー等に導電性を与えることができるので、落雷時の大電流から搭乗者や電装品を保護することができる。また、天然繊維を採用し特にポリ乳酸などの生物由来系樹脂と組み合わせることにより、更に地球環境への負担の少ない成形品を提供することができる。
　本発明によれば、ミキシングの外周面と射出シリンダーの内壁面との間で、熱可塑性樹脂に含有される強化繊維に過大な折損が生じることを防止することにより、成形品の強度や重量のバラツキが防止され、或いは成形品の表面への強化繊維の露出が防止されてその外観が向上する等、成形品の品質を向上させることができる。
本発明の第１実施形態に係る射出成形用可塑化スクリュを備えた射出成形機の全体構成を示す模式図である。 本発明の第１実施形態に係るスクリュの外観を示す概略正面図である。 本発明の第１実施形態に係るシャフトの先端部を拡大した概略斜視図である。 本発明の第１実施形態に係るシャフトの先端部を拡大した概略正面図である。 図４の各部断面を示す図であって、図５（ａ）はＡ－Ａ断面を、図５（ｂ）はＢ－Ｂ断面を、図５（ｃ）はＣ－Ｃ断面をそれぞれ示す図である。 本発明の第２実施形態に係るスクリュについてフライトの周辺部を拡大した概略正面図である。 図６におけるＤ－Ｄ断面を示す概略断面図である。 本発明の第３実施形態に係るスクリュについてミキシングの周辺部を拡大した概略正面図である。 本発明の第４実施形態に係るスクリュについて第２ミキシングの位置におけるスクリュの軸方向に直交する断面を示す概略断面図である。
（第１実施形態）
　以下、図面を参照し、本発明の実施の形態について説明する。まず、本発明の第１実施形態に係る射出成形用可塑化スクリュの構成について説明する。図１は、第１実施形態に係る射出成形用可塑化スクリュ１０（以下、単に「スクリュ１０」と略す）を備えた射出成形機１の全体構成を示す模式図である。
　射出成形機１は、図１に示すように、内部にキャビティ２が形成された金型ユニット３と、キャビティ２に対して熱可塑性樹脂を射出するための射出ユニット４と、を備える。
　金型ユニット３は、図１に示すように、移動不能に設けられた固定金型３１と、この固定金型３１に対して移動可能に設けられた可動金型３２と、を具備している。そして、相対向するように設けられた固定金型３１の凹部と可動金型３２の凸部との間に、キャビティ２が形成されている。
　射出ユニット４は、ユニット本体４１と、射出シリンダー４２と、スクリュ１０と、ホッパー４３と、連結軸４４と、モータ４５と、ピストン４６と、油圧配管４７と、を備える。ユニット本体４１の内部には、作動油シリンダー４１１が形成されている。射出シリンダー４２は、ユニット本体４１から延出しており、射出シリンダー４２の先端部は固定金型３１に接続されている。スクリュ１０は射出シリンダー４２の内部に収容されており、ホッパー４３は射出シリンダー４２の上部に設けられている。連結軸４４は、スクリュ１０の後端部に接続されており、モータ４５によって回転駆動される。ピストン４６は、作動油シリンダー４１１の内部に収容され、連結軸４４に固定されている。油圧配管４７は、作動油シリンダー４１１に接続されている。
　ここで、図２は、スクリュ１０の外観を示す概略正面図である。スクリュ１０は、シャフト１１と、フライト１２と、ミキシング１３と、小径軸１４と、スクリュチップ１５と、チェックリング１６と、を備えている。
　シャフト１１は、図２に示すように、長尺な円筒形状を有し、その先端部からシャフト１１より小径の小径軸１４が軸方向に延びている。そして、この小径軸１４の先端には、略円錐形状のスクリュチップ１５が設けられている。また、チェックリング１６は、リング形状を有し、その内径は小径軸１４より若干大径に形成されている。このチェックリング１６に小径軸１４が挿通されることにより、チェックリング１６は小径軸１４に沿って移動可能となっている。また、フライト１２は、図２に示すように、シャフト１１から径方向に突出し、その周面を螺旋状に巻回するように設けられている。
　また、図３及び図４は、シャフト１１の先端部を拡大した図であって、図３は概略斜視図、図４は概略正面図である。尚、図４では説明の便宜上、スクリュチップ１５の図示を省略している。
　ミキシング１３は、フライト１２を通過した熱可塑性樹脂中に存在する溶融不足の樹脂の塊を崩して撹拌するためのものである。このミキシング１３は、図２に示すように、シャフト１１の周面におけるフライト１２より軸方向先端側の領域に設けられている。このミキシング１３は、軸方向に沿って３段に設けられ、より詳細には最も先端側に設けられた第１ミキシング１３１、その次に先端側に設けられた第２ミキシング１３２、及び最も後端側に設けられた第３ミキシング１３３、を具備している。
　ここで、図５は図４の各部断面を示す図であって、図５（ａ）はＡ－Ａ断面を、図５（ｂ）はＢ－Ｂ断面を、図５（ｃ）はＣ－Ｃ断面をそれぞれ示している。第１ミキシング１３１は、図５（ａ）に示すように、シャフト１１の周面から径方向に突出し、周方向に一定間隔で設けられた１６条の第１フィン１３１ａを有している。この第１フィン１３１ａは、図３に示すように略直方体形状を有し、その長手方向をシャフト１１の軸方向に向けるようにしてシャフト１１の周面にそれぞれ固定されている。そして、１６条の第１フィン１３１ａは、図５（ａ）に示すようにシャフト１１の周面からの突出高さＨ１が全て等しく形成され、且つ、図４に示すようにその突出高さＨ１はフライト１２の突出高さＨｆより低く設定されている。
　第２ミキシング１３２は、図５（ｂ）に示すように、シャフト１１の周面から径方向に突出して設けられ、周方向に一定間隔で設けられた１０条の第２フィン１３２ａを有している。この第２フィン１３２ａも、図３に示すように略直方体形状を有し、その長手方向をシャフト１１の軸方向に向けるようにしてシャフト１１の周面にそれぞれ固定されている。また、１０条の第２フィン１３２ａは、図５（ｂ）に示すように、シャフト１１の周面からの突出高さＨ２が全て等しく形成されている。そして、この第２フィン１３２ａの突出高さＨ２は、図４に示すように、第１フィン１３１ａの突出高さＨ１に略等しく、且つ、フライト１２の突出高さＨｆより低く設定されている。
　第３ミキシング１３３は、図５（ｃ）に示すように、シャフト１１の周面から径方向に突出して設けられ、周方向に一定間隔で設けられた５条の第３フィン１３３ａを有している。この第３フィン１３３ａも、図３に示すように略直方体形状を有し、その長手方向をシャフト１１の軸方向に向けるようにしてシャフト１１の周面にそれぞれ固定されている。また、５条の第３フィン１３３ａも、図５（ｃ）に示すように、シャフト１１の周面からの突出高さＨ３が全て等しく形成されている。そして、この第３フィン１３３ａの突出高さＨ３は、図４に示すように、第１フィン１３１ａの突出高さＨ１及び第２フィン１３２ａの突出高さＨ２に略等しく、且つ、フライト１２の突出高さＨｆより低く設定されている。
　このように、第１ミキシング１３１～第３ミキシング１３３がそれぞれ有する第１フィン１３１ａ～第３フィン１３３ａの条数を、軸方向後端側の第３ミキシング１３３から軸方向先端側の第１ミキシング１３１に向かって増加するように設定している。より詳細には、最も軸方向後端側に位置する第３ミキシング１３３が有する第３フィン１３３ａの条数をＮとした時、次に軸方向後端側に位置する第２ミキシング１３２が有する第２フィン１３２ａの条数を、１．５Ｎより多く且つ２．５Ｎより少ない範囲に設定する。本実施形態では、第３フィン１３３ａを５条（Ｎ＝５）に設定したことにより、第２フィン１３２ａを７．５条（＝１．５Ｎ）より多く且つ１２．５条（＝２．５Ｎ）より少ない範囲である、１０条に設定している。
　また、第２ミキシング１３２より更に軸方向先端側に位置する第１ミキシング１３１が有する第１フィン１３１ａの条数を、３Ｎより多く設定する。本実施形態では、第３フィン１３３ａを５条（Ｎ＝５）に設定したことにより、第１フィン１３１ａを１５条（＝３Ｎ）より多い１６条に設定している。
　また、図４に示すように、第１フィン１３１ａの谷部からフライト１２の径方向先端部までの径方向距離、すなわち本実施形態におけるフライト１２の突出高さＨｆは、後述する熱可塑性樹脂原料の外径の２倍以上の大きさとなっている。同様に、第２フィン１３２ａの谷部からフライト１２の径方向先端部までの径方向距離、及び第３フィン１３３ａの谷部からフライト１２の径方向先端部までの径方向距離も、本実施形態ではフライト１２の突出高さＨｆと略等しく、後述する熱可塑性樹脂原料の外径の２倍以上の大きさとなっている。
　次に、本発明の第１実施形態に係るスクリュ１０を用いた射出成形方法の手順、及びその作用効果について説明する。まず、図１に示す射出ユニット４を構成するホッパー４３に対し、ガラス繊維や炭素繊維を含有する固体状の熱可塑性樹脂原料（不図示）が充填される。この状態で、モータ４５が連結軸４４の駆動を開始すると、これに接続されたスクリュ１０が回転を開始する。そして、ホッパー４３から射出シリンダー４２に対して熱可塑性樹脂原料が供給されると、この熱可塑性樹脂原料がフライト１２によって溶融及び可塑化されながら軸方向先端側へ搬送される。
　そして、フライト１２を通過して溶融状態となった熱可塑性樹脂は、更に軸方向先端側へ搬送されて第３ミキシング１３３に到達する。ここで、前述のように第３ミキシング１３３が有する第３フィン１３３ａはその条数が５条と少なく、第３フィン１３３ａ同士の間に広い隙間が確保されている。従って、フライト１２を通過した熱可塑性樹脂中に溶融不足の樹脂の塊が存在する場合でも、この塊は第３フィン１３３ａ同士の間の隙間に詰まることなく、この隙間を通過することによって変形され或いは崩される。
　その後、溶融不足の樹脂の塊は、第３ミキシング１３３の軸方向下流側に設けられた第２ミキシング１３２に到達する。ここで、第２ミキシング１３２が有する第２フィン１３２ａはその条数が１０条と第３ミキシング１３３より多く、第２フィン１３２ａ同士の間の隙間は第３フィン１３３ａより狭くなっている。従って、溶融不足の樹脂の塊は、この第２フィン１３２ａ同士の間の隙間を通過することによって更に変形され或いは細かく崩される。
　更に、溶融不足の樹脂の塊は、第２ミキシング１３２の軸方向下流側に設けられた第１ミキシング１３１に到達する。ここで、第１ミキシング１３１が有する第１フィン１３１ａはその条数が１６条と第２ミキシング１３２より更に多く、第１フィン１３１ａ同士の間の隙間は第２フィン１３２ａより更に狭くなっている。従って、溶融不足の樹脂の塊は、この第１フィン１３１ａ同士の間の隙間を通過することによって更に変形され或いは細かく崩される。このように、第３ミキシング１３３から第２ミキシング１３２を経て第１ミキシング１３１を通過する間に、溶融不足の樹脂の塊が細かく崩されることによって、熱可塑性樹脂中における強化繊維の分散が促進される。
　また、前述のように第１ミキシング１３１～第３ミキシング１３３がそれぞれ有する第１フィン１３１ａ～第３フィン１３３ａは、全てその突出高さＨ１～Ｈ３がフライト１２の突出高さＨｆより低く設定されている。従って、フライト１２の径方向先端部が射出シリンダー４２の内壁面４２１と接触する程度に近接しても、第１フィン１３１ａ～第３フィン１３３ａの径方向先端部と射出シリンダー４２の内壁面４２１との間には広い隙間が確保される。これにより、第１フィン１３１ａ～第３フィン１３３ａと射出シリンダー４２の内壁面４２１との間に熱可塑性樹脂が入り込んでも、強化繊維が大きなせん断力を受けて過大に折損することを防止することができる。
　その後、ミキシング１３を通過した溶融状態の熱可塑性樹脂は、図３に示すチェックリング１６に到達する。この時チェックリング１６は、溶融状態の熱可塑性樹脂によってスクリュチップ１５に押し付けられる。これにより、シャフト１１とチェックリング１６との間に隙間が生じる。溶融状態の熱可塑性樹脂は、このシャフト１１とチェックリング１６との間の隙間と、チェックリング１６と小径軸１４との間の隙間（不図示）、及び図１に示すチェックリング１６と射出シリンダー４２との間の隙間を通過し、射出シリンダー４２の先端部に貯留される。
　そして、油圧配管４７から作動油シリンダー４１１に対して作動油（不図示）が供給されると、ピストン４６が作動油シリンダー４１１の内部で金型ユニット３の側へ移動し、これに伴ってスクリュ１０が射出シリンダー４２の内部で軸方向に前進する。
　この時、スクリュチップ１５に押し付けられていたチェックリング１６が軸方向につまりシャフト１１側に移動し、シャフト１１と当接することによってシャフト１１とチェックリング１６との間の隙間を閉鎖し、溶融状態の熱可塑性樹脂がこの隙間を通ってシャフト１１側に逆流するのを防止する。
　これにより、射出シリンダー４２の先端部に貯留された溶融状態の熱可塑性樹脂がスクリュ１０に押圧されて射出され、金型ユニット３のキャビティ２に充填される。
　このチェックリング１６の軸方向の移動ストロークを強化繊維の所望の重量平均繊維長以上とすることにより、成形品中の残存繊維の重量平均繊維長を所望の長さ以上とすることができる。
　その後、この熱可塑性樹脂が冷却固化した後、可動金型３２を固定金型３１から離間させることにより、成形品が取り出される。この時、射出動作は油圧による駆動ではなく、電動モータとボールねじの組み合わせ等による電動駆動であっても支障ない。
　尚、第１ミキシング１３１～第３ミキシング１３３がそれぞれ有する第１フィン１３１ａ～第３フィン１３３ａの形状や大きさは、本実施形態に限定されず適宜設計変更が可能である。例えば、本実施形態に示した第１フィン１３１ａ～第３フィン１３３ａは、ミキシング１３の中心軸と平行な方向に設けてあるが、中心軸に対しフライト１２と同方向に傾けて設けても良い。つまり、第１フィン１３１ａ～第３フィン１３３ａをフライト１２と同方向に傾けることにより、第１フィン１３１ａ～第３フィン１３３ａにおいてもフライト１２と同様に樹脂搬送力を備えることができるので、スクリュ１０から吐出される熱可塑性樹脂の流動抵抗（背圧相当）を低減できる。これにより、スクリュ１０全体としての樹脂吐出能力（可塑化能力）を向上させて、強化繊維がスクリュ１０内で混練および撹拌される時間（可塑化時間）を短縮できるので、強化繊維の折損を抑制することに有効である。また、第１フィン１３１ａ～第３フィン１３３ａの条数は、軸方向後端側から軸方向先端側に向かって増加し、且つ、前述の関係を満たす範囲内において、任意に変更が可能である。
（第２実施形態）
　次に、本発明の第２実施形態に係る射出成形用可塑化スクリュ１０（以下、単に「スクリュ１０」と略す）の構成について説明する。図６は、第２実施形態に係るスクリュ１０についてフライト１７の周辺部を拡大した概略正面図である。第２実施形態に係るスクリュ１０は、第１実施形態のスクリュ１０と比較すると、フライト１７の構成だけが異なっている。それ以外の構成については第１実施形態と同じであるため、同じ符号を用い、ここでは説明を省略する。
　ここで、図７は、図６におけるＤ－Ｄ断面を示す概略断面図である。本実施形態のフライト１７は、その径方向先端部に径方向への段差が設けられている。すなわち、フライト１７の径方向先端部には、軸方向先端側を部分的に切り欠いて段落ち部１７１が形成されている。そして、この段落ち部１７１の上面は、周囲と比較して径方向に段差長Ｔだけ低くなっている。
　このような構成によれば、フライト１７のスクリュ先端側が低くなり、つまり射出シリンダー４２の内壁面４２１とフライト１７の段落ち部１７１との間の隙間が大きくなるので、この隙間に溶融状態の熱可塑性樹脂が入りやすくなる。これにより、図７に示すように、フライト１７の径方向先端部が射出シリンダー４２の内壁面４２１に接触する程度に近接しても、射出シリンダー４２の内壁面４２１とフライト１７の段落ち部１７１との間に入り込んだ溶融状態の熱可塑性樹脂の圧力によりフライト１７が押し返されることにより、射出シリンダー４２の内壁面４２１とフライト１７との接触が抑制される。これにより、射出シリンダー４２の内壁面４２１とフライト１７との間に強化繊維が入り込んでも、フライト１７によって強化繊維が押し潰されることを抑制することができる。
（第３実施形態）
　次に、本発明の第３実施形態に係る射出成形用可塑化スクリュ１０（以下、単に「スクリュ１０」と略す）の構成について説明する。第３実施形態に係るスクリュ１０は、第１実施形態のスクリュ１０と比較すると、ミキシングの構成だけが異なっている。それ以外の構成については第１実施形態と同じであるため、同じ符号を用い、ここでは説明を省略する。
　ここで、図８は、スクリュ１０におけるミキシング１８の周辺部を拡大した概略正面図である。本実施形態のミキシング１８は、軸方向に沿って３段に設けられ、軸方向先端側から軸方向後端側に向かって、第１ミキシング１８１、第２ミキシング１８２、及び第３ミキシング１８３を具備している点で第１実施形態のミキシング１３と同じである。しかし、本実施形態のミキシング１８は、第１ミキシング１８１、第２ミキシング１８２、及び第３ミキシング１８３を構成する第１フィン１８１ａ、第２フィン１８２ａ、及び第３フィン１８３ａの形状が、第１実施形態の第１フィン１３１ａ、第２フィン１３２ａ、及び第３フィン１３３ａとは異なっている。
　より詳細には、図８に示すように、本実施形態の第１フィン１８１ａ～第３フィン１８３ａは、その軸方向後端部に、軸方向後端側から軸方向先端側に向かってシャフト１１の周面からの離間距離が大きくなる傾斜面１９が形成されている。
　このような構成によれば、第１フィン１８１ａ～第３フィン１８３ａの径方向先端部と射出シリンダー４２の内壁面４２１との隙間に入り込んだ熱可塑性樹脂は、傾斜面１９に案内されることによって軸方向後端側から軸方向先端側に向かって円滑に流通する。また、溶融不足の熱可塑性樹脂の塊が傾斜面１９に沿って流れる、或いは傾斜面１９に当たることにより、塊が切り崩される。これにより、当該隙間に熱可塑性樹脂が詰まることを未然に防止することができる。
（第４実施形態）
　次に、本発明の第４実施形態に係る射出成形用可塑化スクリュ１０（以下、単に「スクリュ１０」と略す）の構成について説明する。第４実施形態に係るスクリュ１０も、第１実施形態のスクリュ１０と比較すると、ミキシングの構成だけが異なっている。それ以外の構成については第１実施形態と同じであるため、同じ符号を用い、ここでは説明を省略する。
　本実施形態のミキシングは、図に詳細は示さないが、第１実施形態と同様に軸方向に沿って３段に設けられ、軸方向先端側から軸方向後端側に向かって、第１ミキシング、第２ミキシング、及び第３ミキシングを具備している。そして、図９は、第２ミキシング２０２の位置におけるスクリュ１０の軸方向に直交する断面を示す概略断面図である。
　第２ミキシング２０２は、図９に示すように、シャフト１１の周面から径方向に突出して設けられ、周方向に一定間隔で設けられた１０条の第２フィン２０２ａを有している。この第２フィン２０２ａは、シャフト１１の周面からの突出高さＨ２が、図４に示すフライト１７の突出高さＨｆより低い範囲内で、周方向に各条で異なっている。
　このような構成によれば、熱可塑性樹脂中に種々の大きさの溶融不足の樹脂の塊が存在する場合でも、隙間厚さが大きく熱可塑性樹脂の流動が強い第２フィン２０２ａによって大きな塊は押し流される。このため、大きな塊でも詰まることなく、突出高さＨ２の第２フィン２０２ａによって確実に変形され或いは細かく崩される。これにより、熱可塑性樹脂中における強化繊維の分散が促進される。
　尚、図９に詳細は示さないが、第１フィン及び第３フィンに関しても、そのシャフト１１からの突出高さＨ１及び突出高さＨ３は第２フィン２０２ａと同様の構成であって、同様の作用効果が奏される。
（実施例）
　次に、本発明の実施例について説明する。本出願人は、下記に示す条件を適宜変化させた複数の実施例について、強化繊維を含有する熱可塑性樹脂を使用して射出成形を行い、実施例毎に成形品の品質を確認した。
（１）使用した射出成形機：三菱重工プラスチックテクノロジー株式会社製１０５０ｅｍ－１００，スクリュ直径９０ｍｍ
（２）使用した熱可塑性樹脂原料：ポリプロピレン（ＰＰ）
（３）強化繊維：ガラス繊維または炭素繊維
（４）強化繊維の含有率：２０重量％または３０重量％
（５）熱可塑性樹脂原料に含有される強化繊維の繊維長：１０ｍｍ，２０ｍｍ，または２５ｍｍ
（６）成形品の形状：外形１０００ｍｍ×３００ｍｍ×１５ｍｍ、肉厚２ｍｍの筐体
（７）成形温度：２３０℃
（８）熱可塑性樹脂原料の予熱温度：８０℃
（９）強化繊維の重量平均繊維長：成形品の任意の場所から６０～１００ｍｍ四方の正方形状の試験片を切り出す。そして、この試験片を熱可塑性樹脂の分解温度以上の温度で所定時間加熱し、樹脂分を灰化除去することによって強化繊維のみとする。その後、強化繊維のみとした試験片を適当な液媒中で分散させ、７００～１０００本の強化繊維の長さを画像処理などを用いて計測する。そして、計測した個々の強化繊維の長さから、次式を用いることによって重量平均繊維長を算出する。但し、式中のＬｉは計測した強化繊維の繊維長を意味し、Ｑｉは繊維長Ｌｉである強化繊維の本数を意味している。
［重量平均繊維長］＝（ΣＱｉ×Ｌｉ２）／（ΣＱｉ×Ｌｉ）
（１０）強化繊維の分散度：繊維の分散度が悪いと、成形品表面に繊維の束が露出することから、繊維の分散度評価は成形品の外観状態によってＡ，Ｂ，Ｃで評価した。
Ａ：成形品表面に繊維の束の露出が無く、成形品表面の光沢度が高いもの。
Ｂ：成形品表面に繊維の束の露出が無いが、成形品表面の光沢度が低いもの。
Ｃ：成形品表面の少なくとも一部に、繊維の束が露出しているもの。
　ここで、以下の表１から表４は、各実施例についての試験結果を示したものである。実施例１～実施例６の結果によれば、本発明を実施することによって、熱可塑性樹脂原料の状態が異なっている場合でも、より詳細には予熱の有無、強化繊維の含有率、または強化繊維の繊維長が異なっている場合でも、成形品中の強化繊維の重量平均繊維長は１．０ｍｍ以上を得られた。（一般的に、強化繊維を含有するペレットにおいて、機械的強度を向上させるという長繊維特有の効果を得るためには、成形品に残存する強化繊維の重量平均繊維長は１．０ｍｍ以上が必要である。）
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　尚、実施例５と実施例６の結果とを比較すると、熱可塑性樹脂原料に含有される強化繊維の繊維長が２０ｍｍを超えると、成形品に残存する強化繊維の重量平均繊維長が一定になることを示している。このことから、本発明の効果をより明確に得るためには、熱可塑性樹脂原料に含有される強化繊維の繊維長が１．０ｍｍ以上で２０ｍｍ以下であることが好ましい。
　実施例７は、ミキシングの段数と強化繊維の分散度との相関関係を確認したものである。実施例７では、軸方向に沿ってミキシングを４段に設けている。この実施例７によれば、成形品中の強化繊維の重量平均繊維長は前述のように成形品の機械的強度が向上する１．０ｍｍ以上であるが、実施例１と比較すると若干短くなっている。これは、ミキシングの段数が実施例１と比較して多く、熱可塑性樹脂がミキシングからせん断力を受ける時間または回数が増加することにより、強化繊維の折損が進むためと考えられる。
　実施例８も、ミキシングの段数と強化繊維の分散度との相関関係を確認したものである。実施例８では、軸方向に沿ってミキシングを２段に設けている。この実施例８によれば、成形品中の強化繊維の重量平均繊維長は、前述のように成形品の機械的強度が向上する１．０ｍｍ以上であり、実施例１と比較しても若干長くなっている。しかし、この実施例８では、強化繊維の分散度が実施例１と比較して低下している。これは、軸方向に沿って最も先端側に設けられたミキシングが実施例１と比較して小数のフィンしか有しておらず、また軸方向中間部にはミキシングが設けられておらず、フィンによる熱可塑性樹脂の撹拌効果が実施例１と比較して低下するためと考えられる。
　実施例９及び実施例１０は、フィンの条数と強化繊維の分散度との相関関係を確認したものである。実施例９では、全てのミキシングが実施例１と比較して少数のフィンしか有していない。また、実施例１０では、軸方向に沿って最も先端側に設けられたミキシングを除いた他のミキシングが、実施例１と比較して少数のフィンしか有していない。
　従って、熱可塑性樹脂がミキシングからせん断力を受ける時間または回数が減少することにより、実施例９及び実施例１０では成形品中の強化繊維の重量平均繊維長が実施例１と比較して長くなっている。また、フィンによる熱可塑性樹脂の撹拌効果が実施例１と比較して低下することにより、実施例９及び実施例１０では強化繊維の分散度が実施例１と比較して低下している。
　実施例１１は、ミキシングの溝深さと強化繊維の分散度との相関関係を確認したものである。この実施例１１では、ミキシングの溝深さを実施例１と比較して小さくしている。この場合、可塑化計量時間にバラツキが発生する傾向が見られたことから、ミキシングの溝部で熱可塑性樹脂の詰まりが発生しやすくなっていると考えられる。このため、熱可塑性樹脂の流動速度が遅くなるので、熱可塑性樹脂がスクリュ内に置かれる時間が長くなる。これにより、強化繊維がフライト及びミキシングによって混練及び撹拌される時間が長くなり、強化繊維の折損が進み、成形品中の強化繊維の重量平均繊維長が実施例１と比較して短くなったと考えられる。
　実施例１２は、フライトの径方向先端部における段差の有無と強化繊維の分散度との相関関係を確認したものである。この実施例１２では、フライトの径方向先端部に段差を設けていない。この場合、強化繊維の分散度は実施例１と同等であるが、成形品中の強化繊維の重量平均繊維長が実施例１と比較して短くなった。これは、フライトの径方向先端部に設けられた段差は、フライトによる熱可塑性樹脂の混練には影響を与えないが、フライトの径方向先端部と射出シリンダーの内壁面との間に熱可塑性樹脂が入り込んだ場合、それに含有される強化繊維の折損を抑制したためと考えられる。
　実施例１３は、フィンとフライトの突出高さの差と、強化繊維の分散度との相関関係を確認したものである。この実施例１３では、フィンの突出高さとフライトの突出高さを等しくしている。この場合、強化繊維の分散度は実施例１と同等である。これは、フィンの径方向先端部と射出シリンダーの内壁面との間に広い隙間が形成されても、ミキシングによる熱可塑性樹脂の撹拌度合は影響を受けないためと考えられる。
　一方、実施例１３では、成形品中の強化繊維の重量平均繊維長が実施例１と比較して短くなっている。これは、フライトの径方向先端部が射出シリンダーの内壁面に接触する程度に近接する場合、フライトと同径のフィンの径方向先端部も射出シリンダーの内壁面に接触するため、フィンの径方向先端部と射出シリンダーの内壁面との間に熱可塑性樹脂が入り込むと、強化繊維がフィンの径方向先端部に押し潰されて、強化繊維に過大な折損が発生するためと考えられる。
　実施例１４は、フライトの条数と強化繊維の分散度との相関関係を確認したものである。この実施例１４では、ミキシングをダブルフライトスクリュと組み合わせている。この場合、ダブルフライトスクリュによって熱可塑性樹脂の混練度合いが向上し、強化繊維の分散度は高くなるが、成形品中の強化繊維の重量平均繊維長は実施例１と比較して短くなることが分かる。これは、強化繊維がダブルフライトスクリュによって混練及び撹拌され、更にミキシングでも混練及び撹拌されるため、強化繊維にせん断力が負荷される頻度が増大したためと考えられる。
　比較例１は、ミキシングを持たない単純なシングルフライトスクリュを使用した場合における、強化繊維の分散度を確認したものである。この場合、熱可塑性樹脂の受けるせん断力が低減するため、成形品中の強化繊維の重量平均繊維長は実施例１と比較して長くなっている。また、ミキシングを持たないために可塑化時の撹拌効果に乏しく、実施例１～実施例１４と比較して強化繊維の分散度が低下している。
　比較例２は、ミキシングを３段に設けたシングルフライトスクリュにおいて、全てのミキシングに１８条のフィンを設けた場合における、強化繊維の分散度を確認したものである。この場合、成形品中の強化繊維の重量平均繊維長が、実施例１と比較して短くなっている。これは、ミキシングの溝部で熱可塑性樹脂の詰まりが発生して可塑化時間が長くなることにより、熱可塑性樹脂がスクリュ内に置かれる時間が長くなる、つまり強化繊維がフライト及びミキシングによって混練及び撹拌される時間が長くなり、強化繊維に過大な折損が生じたためと考えられる。尚、ミキシングの溝部で熱可塑性樹脂の詰まりが発生した原因としては、最も後端側に設けられたミキシングが多数のフィンを有するため、溶融不足の樹脂の塊がこのミキシングの溝に詰まり、溶融樹脂の搬送を阻害したことが考えられる。
　本発明に係る射出成形用可塑化スクリュは、シャフトと、フライトと、ミキシングと、を具備する。そして、ミキシングが軸方向に複数段設けられ、各段のミキシングが有するフィンの条数が、軸方向後端側から軸方向先端側に向かって増加する。また、各フィンのシャフトの周面からの突出高さが、フライトのシャフトの周面からの突出高さより低い。
　このような構成によれば、各フィンの突出高さがフライトの突出高さより低いので、フライトの径方向先端部が射出シリンダーの内壁面と接触する程度に近接しても、ミキシングの外周面と射出シリンダーの内壁面との間には広い隙間が確保される。これにより、ミキシングの外周面と射出シリンダーの内壁面との間に熱可塑性樹脂が入り込んでも、強化繊維が過大に折損することを防止することができる。
１　射出成形機
２　キャビティ
３　金型ユニット
４　射出ユニット
１０　射出成形用可塑化スクリュ
１１　シャフト
１２　フライト
１３　ミキシング
１４　小径軸
１５　スクリュチップ
１６　チェックリング
１７　フライト
１８　ミキシング
１９　傾斜面
３１　固定金型
３２　可動金型
４１ユニット本体
４２　射出シリンダー
４３　ホッパー
４４　連結軸
４５　モータ
４６　ピストン
４７　油圧配管
１３１　第１ミキシング
１３２　第２ミキシング
１３３　第３ミキシング
１７１　段落ち部
１８１　第１ミキシング
１８２　第２ミキシング
１８３　第３ミキシング
２０２　第２ミキシング
４１１　作動油シリンダー
４２１　内壁面
１３１ａ　第１フィン
１３２ａ　第２フィン
１３３ａ　第３フィン
１８１ａ　第１フィン
１８２ａ　第２フィン
１８３ａ　第３フィン
２０２ａ　第２フィン
Ｈ１　突出高さ（第１フィン）
Ｈ２　突出高さ（第２フィン）
Ｈ３　突出高さ（第３フィン）
Ｈｆ　突出高さ（フライト）
Ｔ　段差長

Claims (9)

  1. 　強化繊維を含有する粒状の熱可塑性樹脂原料を可塑化して射出成形を行う射出成形機に装備される射出成形用可塑化スクリュであって、
    　回転駆動されるシャフトと、
    　前記シャフトの周面に螺旋状に設けられたフライトと、
    　前記フライトより軸方向先端側に設けられ、前記シャフトの周面から径方向に突出するフィンを周方向に複数条有するミキシングと、を具備し、
    　前記ミキシングが軸方向に複数段設けられ、各段の前記ミキシングが有する前記フィンの条数が、軸方向後端側から軸方向先端側に向かって増加するとともに、
    　前記各フィンの前記シャフトの周面からの突出高さが、前記フライトの前記シャフトの周面からの突出高さより低い射出成形用可塑化スクリュ。
  2. 　前記フライトの径方向先端部に、スクリュ先端側が低くなるように径方向への段差が設けられた請求項１に記載の射出成形用可塑化スクリュ。
  3. 　前記ミキシングが軸方向に３段以上設けられ、
    　最も軸方向後端側に位置する１段目の前記ミキシングが有する前記フィンの条数をＮとした時、次に軸方向後端側に位置する２段目の前記ミキシングが有する前記フィンの条数が、１．５Ｎより多く且つ２．５Ｎより少ない範囲であって、
    　前記２段目より軸方向先端側に位置する３段目以降の前記ミキシングが有する前記フィンの条数が、３Ｎより多い請求項１又は２に記載の射出成形用可塑化スクリュ。
  4. 　前記フィンの前記シャフトの周面からの突出高さが、周方向に各条で異なる請求項１から３のいずれか１項に記載の射出成形用可塑化スクリュ。
  5. 　前記フィンの軸方向後端部に、軸方向先端側から軸方向先端側に向かってシャフトの周面からの離間距離が大きくなる傾斜面が形成されたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の射出成形用可塑化スクリュ。
  6. 　前記フィンの谷部から前記フライトの径方向先端部までの径方向距離が、粒状の前記熱可塑性樹脂原料の外径の２倍以上の大きさである請求項１から５のいずれか１項に記載の射出成形用可塑化スクリュ。
  7. 　前記フライトが、前記シャフトの周面に１条だけ設けられた単条フライトである請求項１から６のいずれか１項に記載の射出成形用可塑化スクリュ。
  8. 　射出成形用可塑化スクリュを用い、強化繊維を含有する熱可塑性樹脂原料を可塑化する工程と、
    　可塑化された熱可塑性樹脂原料を金型のキャビティに射出する工程と、を備える射出成形方法であって、
    　前記射出成形用可塑化スクリュは、
    　回転駆動されるシャフトと、
    　前記シャフトの周面に螺旋状に設けられたフライトと、
    　前記フライトより軸方向先端側に設けられ、前記シャフトの周面から径方向に突出するフィンを周方向に複数条有するミキシングと、を具備し、
    　前記ミキシングが軸方向に複数段設けられ、各段の前記ミキシングが有する前記フィンの条数が、軸方向後端側から軸方向先端側に向かって増加するとともに、
    　前記各フィンの前記シャフトの周面からの突出高さが、前記フライトの前記シャフトの周面からの突出高さより低い、射出成形用可塑化スクリュである射出成形方法。
  9. 　前記強化繊維が、ガラス繊維、炭素繊維、金属繊維、天然繊維のうち少なくとも１種類を含む、請求項８に記載の射出成形方法。
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5657021B2 (ja) * 2010-11-08 2015-01-21 三菱重工プラスチックテクノロジー株式会社 車両構造部材用のまたは航空機構造部材用の樹脂成形品
JP5889493B1 (ja) * 2015-01-15 2016-03-22 三菱重工プラスチックテクノロジー株式会社 射出成形機及び射出成形方法
JP5893214B2 (ja) * 2013-04-15 2016-03-23 三菱重工プラスチックテクノロジー株式会社 射出成形装置、及び、射出成形方法
CN106414021A (zh) * 2014-05-30 2017-02-15 三菱重工塑胶科技股份有限公司 注塑成形方法、螺杆以及注塑成形机
JP6300997B1 (ja) * 2017-08-04 2018-03-28 株式会社名機製作所 強化繊維含有樹脂成形品の成形方法
CN110154340A (zh) * 2019-05-31 2019-08-23 浙江精劲机械有限公司 高精度新型螺杆
US11123906B2 (en) 2016-10-10 2021-09-21 Kraussmaffei Technologies Gmbh Injection moulding machine for producing fibre-reinforced plastic mouldings

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105934321B (zh) * 2014-11-14 2017-12-22 宇菱塑胶科技有限公司 注塑成形方法以及注塑成形机
US10926436B2 (en) * 2014-11-25 2021-02-23 Ube Machinery Corporation, Ltd. Injection molding method and injection molding machine
CN106113399B (zh) * 2015-05-08 2018-09-28 三菱电机株式会社 注射喷嘴、注射装置、注射成型装置、注射方法及注射成型方法
JP6971488B2 (ja) * 2019-10-09 2021-11-24 石田産業株式会社 成形用スクリュー、フリーブレンド方式用射出成形機およびフリーブレンド方式の樹脂成形体製造方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5836122U (ja) * 1981-09-01 1983-03-09 宇部興産株式会社 ベント式成形機用スクリュ
JPS62162516A (ja) * 1986-01-14 1987-07-18 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 単軸押出機用スクリユ
JP2000218677A (ja) * 1999-01-28 2000-08-08 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 成形機用スクリュ、押出成形機、及び、射出成形機

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3319297A (en) 1964-07-17 1967-05-16 Goodrich Co B F Injection molding machine
DE4301431C2 (de) * 1992-02-27 1996-03-14 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Zweistufenreihen-Extruder
JPH05237913A (ja) 1992-02-27 1993-09-17 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 高混練スクリュ
US5653534A (en) * 1994-10-12 1997-08-05 Sumitomo Chemical Company, Limited Screw apparatus and method for supplying reinforcing fiber-containing molten resin using the apparatus
JP3105417B2 (ja) 1994-12-09 2000-10-30 住友重機械工業株式会社 射出装置
US6132076A (en) * 1998-12-09 2000-10-17 General Electric Company Single extruder screw for efficient blending of miscible and immiscible polymeric materials
JP2002283421A (ja) 2001-03-27 2002-10-03 Toray Ind Inc 繊維強化熱可塑性樹脂の射出成形方法及び成形品
AU2003243861A1 (en) * 2003-06-19 2005-01-04 Husky Injection Molding Systems Ltd. Improved mixer for a plasticizing screw
JP4272502B2 (ja) 2003-12-08 2009-06-03 三菱重工プラスチックテクノロジー株式会社 射出成形方法
KR20070015399A (ko) * 2004-03-12 2007-02-02 니폰 제온 가부시키가이샤 광확산판 및 그의 제조방법
DE202006020302U1 (de) 2006-12-21 2008-03-13 Kraussmaffei Technologies Gmbh Mischer für Extruder
CN201272007Y (zh) * 2008-10-13 2009-07-15 中山力劲机械有限公司 Pe高效混炼精密注射螺杆

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5836122U (ja) * 1981-09-01 1983-03-09 宇部興産株式会社 ベント式成形機用スクリュ
JPS62162516A (ja) * 1986-01-14 1987-07-18 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 単軸押出機用スクリユ
JP2000218677A (ja) * 1999-01-28 2000-08-08 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 成形機用スクリュ、押出成形機、及び、射出成形機

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP2633973A4 *

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5657021B2 (ja) * 2010-11-08 2015-01-21 三菱重工プラスチックテクノロジー株式会社 車両構造部材用のまたは航空機構造部材用の樹脂成形品
JP5893214B2 (ja) * 2013-04-15 2016-03-23 三菱重工プラスチックテクノロジー株式会社 射出成形装置、及び、射出成形方法
CN106414021A (zh) * 2014-05-30 2017-02-15 三菱重工塑胶科技股份有限公司 注塑成形方法、螺杆以及注塑成形机
JP5889493B1 (ja) * 2015-01-15 2016-03-22 三菱重工プラスチックテクノロジー株式会社 射出成形機及び射出成形方法
WO2016113776A1 (ja) * 2015-01-15 2016-07-21 三菱重工プラスチックテクノロジー株式会社 射出成形機のスクリュ、射出成形機及び射出成形方法
US11123906B2 (en) 2016-10-10 2021-09-21 Kraussmaffei Technologies Gmbh Injection moulding machine for producing fibre-reinforced plastic mouldings
JP6300997B1 (ja) * 2017-08-04 2018-03-28 株式会社名機製作所 強化繊維含有樹脂成形品の成形方法
JP2019030977A (ja) * 2017-08-04 2019-02-28 株式会社名機製作所 強化繊維含有樹脂成形品の成形方法
CN110154340A (zh) * 2019-05-31 2019-08-23 浙江精劲机械有限公司 高精度新型螺杆

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