特開 2025-14461 繊維強化樹脂の射出成形装置および射出成形方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025014461

(43)【公開日】2025-01-30

(54)【発明の名称】繊維強化樹脂の射出成形装置および射出成形方法

(51)【国際特許分類】

   B29C 45/18 20060101AFI20250123BHJP

【ＦＩ】

B29C45/18

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023117034

(22)【出願日】2023-07-18

(71)【出願人】

【識別番号】000004215

【氏名又は名称】株式会社日本製鋼所

(71)【出願人】

【識別番号】000005326

【氏名又は名称】本田技研工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100106002

【弁理士】

【氏名又は名称】正林 真之

(74)【代理人】

【識別番号】100120891

【弁理士】

【氏名又は名称】林 一好

(74)【代理人】

【識別番号】100160794

【弁理士】

【氏名又は名称】星野 寛明

(72)【発明者】

【氏名】小林 正俊

(72)【発明者】

【氏名】千葉 英貴

(72)【発明者】

【氏名】梅田 光秀

(72)【発明者】

【氏名】國弘 大介

【テーマコード（参考）】

4F206

【Ｆターム（参考）】

4F206AA40

4F206AB16

4F206AB17

4F206AB18

4F206AB19

4F206AB25

4F206AB28

4F206AL16

4F206AL17

4F206JA07

4F206JF02

4F206JF13

4F206JF23

4F206JF46

4F206JL02

4F206JM01

4F206JN03

4F206JQ15

(57)【要約】

【課題】生産性を向上させるとともに、廃棄材料を減少させることが可能な繊維強化樹脂の射出成形装置および繊維強化樹脂の射出成形方法を提供する。
【解決手段】繊維強化樹脂の射出成形装置は、樹脂を溶融させる加熱シリンダ１１と、加熱シリンダ１１に挿通されているスクリュ１２と、加熱シリンダ１１に樹脂を投入するホッパーと、加熱シリンダ１１に長繊維Ｌを投入する投入ボックス１３Ｂと、加熱シリンダ１１で溶融した溶融樹脂Ｍと加熱シリンダ１１に投入された長繊維Ｌとの接触をアシストする接着剤噴霧部２１と、を備える。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

樹脂を溶融させる加熱シリンダと、
前記加熱シリンダに挿通されているスクリュと、
前記加熱シリンダに前記樹脂を投入する樹脂投入部と、
前記加熱シリンダに長繊維を投入する長繊維投入部と、
前記加熱シリンダで溶融した樹脂と前記加熱シリンダに投入された長繊維との接触を補助するアシスト部と、を備える、繊維強化樹脂の射出成形装置。

【請求項2】

前記長繊維投入部は、前記樹脂投入部の下流側に設けられている、請求項１に記載の繊維強化樹脂の射出成形装置。

【請求項3】

前記長繊維投入部は、前記加熱シリンダに複数の前記長繊維を投入する、請求項１または２に記載の繊維強化樹脂の射出成形装置。

【請求項4】

前記アシスト部は、前記加熱シリンダに投入された複数の長繊維に接着剤を噴霧する、請求項３に記載の繊維強化樹脂の射出成形装置。

【請求項5】

前記アシスト部は、前記加熱シリンダに投入された複数の長繊維の一部にホットメルト接着剤を吐出する、請求項３に記載の繊維強化樹脂の射出成形装置。

【請求項6】

前記アシスト部は、前記加熱シリンダに投入された長繊維に圧縮空気を吐出する、請求項１または２に記載の繊維強化樹脂の射出成形装置。

【請求項7】

前記アシスト部は、前記加熱シリンダに投入された長繊維をガイドプレートで案内する、請求項１または２に記載の繊維強化樹脂の射出成形装置。

【請求項8】

前記アシスト部は、前記長繊維を吸引して、前記加熱シリンダで溶融した樹脂との接触を補助する、請求項１または２に記載の繊維強化樹脂の射出成形装置。

【請求項9】

前記長繊維投入部に、前記長繊維を着脱可能な棒状部材が設けられており、
前記アシスト部は、前記長繊維を取り付けた棒状部材を移動させて、前記加熱シリンダで溶融した樹脂との接触を補助する、請求項１または２に記載の繊維強化樹脂の射出成形装置。

【請求項10】

前記長繊維投入部に、前記長繊維を搬送する搬送部材が設けられている、請求項１または２に記載の繊維強化樹脂の射出成形装置。

【請求項11】

スクリュが挿通されている加熱シリンダに樹脂を投入して溶融させる工程と、
前記加熱シリンダに長繊維を投入する工程と、
前記加熱シリンダで溶融した樹脂と前記加熱シリンダに投入された長繊維との接触を補助する工程と、を含む、繊維強化樹脂の射出成形方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、繊維強化樹脂の射出成形装置および繊維強化樹脂の射出成形方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、樹脂と長繊維を事前に溶融混練せず、加熱シリンダ（加熱筒）に直接樹脂と長繊維を投入して、溶融混練して、射出成形するダイレクト射出成形機が知られている。

【0003】

特許文献１には、加熱筒と、加熱筒の内側に挿通されるスクリュと、スクリュの先端側に設けられる射出部と、加熱筒の内側にマトリックス樹脂を投入する樹脂投入部と、加熱筒の内側に長繊維を投入する長繊維投入部と、加熱筒の内側に長繊維よりも短い短繊維を投入する短繊維投入部と、を有する繊維強化樹脂成形品の製造装置が記載されている。ここで、繊維強化樹脂成形品の製造装置は、長繊維投入部よりも短繊維投入部がスクリュの後端に近い。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２２－１３８８５１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１に記載されている繊維強化樹脂成形品の製造装置では、加熱筒で溶融した樹脂に複数の長繊維が接触しにくくなって、生産性が低下するとともに、廃棄材料が増加する場合がある。

【0006】

本発明は、生産性を向上させるとともに、廃棄材料を減少させることが可能な繊維強化樹脂の射出成形装置および繊維強化樹脂の射出成形方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

（１）樹脂を溶融させる加熱シリンダと、前記加熱シリンダに挿通されているスクリュと、前記加熱シリンダに前記樹脂を投入する樹脂投入部と、前記加熱シリンダに長繊維を投入する長繊維投入部と、前記加熱シリンダで溶融した樹脂と前記加熱シリンダに投入された長繊維との接触を補助するアシスト部と、を備える、繊維強化樹脂の射出成形装置。

【0008】

（２）前記長繊維投入部は、前記樹脂投入部の下流側に設けられている、（１）に記載の繊維強化樹脂の射出成形装置。

【0009】

（３）前記長繊維投入部は、前記加熱シリンダに複数の前記長繊維を投入する、（１）または（２）に記載の繊維強化樹脂の射出成形装置。

【0010】

（４）前記アシスト部は、前記加熱シリンダに投入された複数の長繊維に接着剤を噴霧する、（３）に記載の繊維強化樹脂の射出成形装置。

【0011】

（５）前記アシスト部は、前記加熱シリンダに投入された複数の長繊維の一部にホットメルト接着剤を吐出する、（３）に記載の繊維強化樹脂の射出成形装置。

【0012】

（６）前記アシスト部は、前記加熱シリンダに投入された長繊維に圧縮空気を吐出する、（１）から（３）のいずれか一項に記載の繊維強化樹脂の射出成形装置。

【0013】

（７）前記アシスト部は、前記加熱シリンダに投入された長繊維をガイドプレートで案内する、（１）から（３）のいずれか一項に記載の繊維強化樹脂の射出成形装置。

【0014】

（８）前記アシスト部は、前記長繊維を吸引して、前記加熱シリンダで溶融した樹脂との接触を補助する、（１）から（３）のいずれか一項に記載の繊維強化樹脂の射出成形装置。

【0015】

（９）前記長繊維投入部に、前記長繊維を着脱可能な棒状部材が設けられており、
前記アシスト部は、前記長繊維を取り付けた棒状部材を移動させて、前記加熱シリンダで溶融した樹脂との接触を補助する、（１）から（３）のいずれか一項の繊維強化樹脂の射出成形装置。

【0016】

（１０）前記長繊維投入部に、前記長繊維を搬送する搬送部材が設けられている、（１）から（９）のいずれか一項に記載の繊維強化樹脂の射出成形装置。

【0017】

（１１）スクリュが挿通されている加熱シリンダに樹脂を投入して溶融させる工程と、前記加熱シリンダに長繊維を投入する工程と、前記加熱シリンダで溶融した樹脂と前記加熱シリンダに投入された長繊維との接触を補助する工程と、を含む、繊維強化樹脂の射出成形方法。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、生産性を向上させるとともに、廃棄材料を減少させることが可能な繊維強化樹脂の射出成形装置および繊維強化樹脂の射出成形方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本実施形態の繊維強化樹脂の射出成形装置の一例を示す模式図である。

【図2】図１の繊維強化樹脂の射出成形装置の部分拡大断面図である。

【図3】図２の接着剤噴霧部の作用を説明する断面図である。

【図4】図２の接着剤噴霧部の作用を説明する断面図である。

【図5】図１の繊維強化樹脂の射出成形装置の変形例の部分拡大断面図である。

【図6】図５のホットメルト接着剤吐出部の作用を説明する断面図である。

【図7】図５のホットメルト接着剤吐出部の作用を説明する断面図である。

【図8】図５のホットメルト接着剤吐出部の作用を説明する断面図である。

【図9】図１の繊維強化樹脂の射出成形装置の変形例の部分拡大断面図である。

【図10】図１の繊維強化樹脂の射出成形装置の変形例の部分拡大断面図である。

【図11】図１０の繊維強化樹脂の射出成形装置の変形例の部分拡大断面図である。

【図12】図１の繊維強化樹脂の射出成形装置の変形例の部分拡大断面図である。

【図13】図１２の繊維強化樹脂の射出成形装置の変形例の部分拡大断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。

【0021】

［繊維強化樹脂の射出成形装置］
図１に、本実施形態の繊維強化樹脂の射出成形装置の一例として、射出成形機１０を示す。

【0022】

射出成形機１０は、樹脂を溶融させる加熱シリンダ１１と、加熱シリンダ１１に挿通されているスクリュ１２と、を備えるダイレクト射出成形機である。加熱シリンダ１１には、加熱シリンダ１１に樹脂を投入する樹脂投入部としての、ホッパー１３Ａと、加熱シリンダ１１に複数の長繊維を投入する長繊維投入部としての、投入ボックス１３Ｂと、が設置されている。ここで、加熱シリンダ１１で溶融した樹脂は、スクリュ１２の回転により、加熱シリンダ１１の上流側から下流側に搬送される。なお、投入ボックス１３Ｂは、ホッパー１３Ａの下流側に設けられているが、加熱シリンダ１１に投入された長繊維を加熱シリンダ１１で溶融した樹脂と接触させることが可能であれば、投入ボックス１３Ｂは、ホッパー１３Ａの下流側に設けられていなくてもよい。また、投入ボックス１３Ｂから、単数の長繊維を投入してもよい。さらに、ホッパー１３Ａから、樹脂とともに、短繊維を投入してもよい。

【0023】

なお、射出成形機１０は、加熱シリンダ１１で生成する溶融混練物（繊維強化樹脂）を射出するノズル（射出口）１４と、ノズル１４から射出された溶融混練物を成形する金型１５と、をさらに備える。ここで、加熱シリンダ１１のノズル１４の近傍は、スクリュ１２の先端部を収納することが可能な略円錐状の領域が形成されている。金型１５は、固定型および可動型から構成されている。

【0024】

射出成形機１０は、図２に示すように、加熱シリンダ１１で溶融した溶融樹脂Ｍと加熱シリンダ１１に投入された長繊維Ｌとの接触を補助するアシスト部としての、接着剤噴霧部２１が投入ボックス１３Ｂの上面に設置されている。接着剤噴霧部２１は、長繊維Ｌに接着剤Ａを噴霧する。接着剤噴霧部２１の市販品としては、例えば、自動スプレーガンＳＧＡ－３シリーズ（アネスト岩田製）が挙げられる。

【0025】

射出成形機１０は、複数のロービングＲから引き出された複数の長繊維Ｌを投入ボックス１３Ｂに案内する複数のチューブ２２を備え、投入ボックス１３Ｂの隣り合うチューブ２２の間に接着剤噴霧部２１が配置されている。このとき、複数のチューブ２２の上流側および下流側に、圧縮空気供給部２３および２４が設置されている。圧縮空気供給部２３および２４は、それぞれ、圧縮空気を供給して、長繊維Ｌを鉛直上向きおよび鉛直下向きに搬送する搬送部材である。圧縮空気供給部２３および２４の市販品としては、例えば、バキュームフロー（ＳＭＣ製）が挙げられる。

【0026】

図３に示すように、加熱シリンダ１１に投入された複数の長繊維Ｌに対して、接着剤噴霧部２１が接着剤Ａを噴霧すると、長繊維Ｌの表面に粘着性が付与される。その結果、図４に示すように、複数の長繊維Ｌは、接着した後、スクリュ１２に付着した溶融樹脂Ｍに接触し、その結果、スクリュ１２に巻き付く。

【0027】

射出成形機１０において、接着剤噴霧部２１が設置されていないと、スクリュ１２に付着した溶融樹脂Ｍに複数の長繊維Ｌが接触しにくくなって、生産性が低下するとともに、廃棄材料が増加する場合がある。

【0028】

また、射出成形機１０において、複数のチューブ２２の下流側に、圧縮空気供給部２４が設置されていない場合、例えば、スクリュ１２の回転を一時停止し、手作業で複数の長繊維Ｌを加熱シリンダ１１に投入した後、スクリュ１２の回転を再開し、スクリュ１２に複数の長繊維Ｌを巻き付ける。このとき、加熱シリンダ１１に投入した全ての長繊維Ｌがスクリュ１２に巻き付くまで、手作業を繰り返す必要があり、生産性が低下するとともに、廃棄材料が増加する。

【0029】

接着剤Ａは、長繊維Ｌに噴霧すること、および、長繊維Ｌの表面に粘着性を付与することが可能であれば、特に限定されない。接着剤Ａの市販品としては、例えば、スーパーＧスプレーＺ（コニシ製）、ＲＱ－ＮＶＮ２（アイカ工業製）が挙げられる。

【0030】

溶融樹脂Ｍを構成する樹脂としては、特に限定されないが、例えば、ポリイミドが挙げられる。

【0031】

長繊維Ｌおよび短繊維を構成する繊維としては、特に限定されないが、例えば、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維が挙げられる。

【0032】

なお、長繊維Ｌおよび短繊維を構成する繊維は、同一であってもよいし、異なっていてもよい。

【0033】

射出成形機１０において、投入ボックス１３Ｂの上面に接着剤噴霧部２１を設置する代わりに、投入ボックス１３Ｂの、スクリュ１２の回転方向に対して、上流側の側面にホットメルト接着剤吐出部５１を設置してもよい（図５参照）。ホットメルト接着剤吐出部５１は、複数の長繊維Ｌの一部にホットメルト接着剤Ｈを吐出する。このとき、ホットメルト接着剤吐出部５１の市販品としては、例えば、電動ホットメルトガンＴＥ－ｍ１２（三洋ライフマテリアル製）が挙げられる。

【0034】

図６に示すように、加熱シリンダ１１に投入された複数の長繊維Ｌの一部に対して、ホットメルト接着剤吐出部５１がホットメルト接着剤Ｈを吐出角度αで吐出すると、図７に示すように、ホットメルト接着剤Ｈにより接着した長繊維Ｌは、スクリュ１２に付着した溶融樹脂Ｍに接触し、その結果、スクリュ１２に巻き付き始める。次に、図８に示すように、長繊維Ｌの残部は、スクリュ１２に巻き付き始めた長繊維Ｌにより、スクリュ１２に付着した溶融樹脂Ｍに接触するように誘導され、その結果、複数の長繊維Ｌは、スクリュ１２に巻き付く。

【0035】

ホットメルト接着剤Ｈを構成する材料としては、長繊維Ｌの一部を接着することが可能であれば、特に限定されないが、例えば、ポリアミド、ポリオレフィン、エチレン酢酸ビニル共重合体、アクリル樹脂が挙げられる。

【0036】

ホットメルト接着剤Ｈの粘度は、長繊維Ｌの一部に吐出することが可能であれば、特に限定されないが、例えば、１０００ｃｐｓ以上１７０００ｃｐｓ以下である。

【0037】

吐出角度αは、長繊維Ｌの一部を接着させることが可能であれば、特に限定されないが、例えば、２５°以上４５°以下である。

【0038】

射出成形機１０において、投入ボックス１３Ｂの上面に接着剤噴霧部２１を設置する代わりに、投入ボックス１３Ｂの、スクリュ１２の回転方向に対して、上流側の側面に圧縮空気吐出部９１を設置してもよい（図９参照）。圧縮空気吐出部９１は、複数の長繊維Ｌに圧縮空気Ｃを吐出する。このとき、圧縮空気吐出部９１の市販品としては、例えば、充電式エアダスタＡＳ００１ＧＺ（マキタ製）が挙げられる。

【0039】

加熱シリンダ１１に投入された複数の長繊維Ｌに対して、圧縮空気吐出部９１が圧縮空気Ｃを吐出角度βで吐出すると、複数の長繊維Ｌは、圧縮空気Ｃにより、スクリュ１２に付着した溶融樹脂Ｍと接触するように誘導され、その結果、スクリュ１２に巻き付く。

【0040】

吐出角度βは、複数の長繊維Ｌが溶融樹脂Ｍと接触することが可能であれば、特に限定されないが、例えば、２５°以上４５°以下である。

【0041】

射出成形機１０において、投入ボックス１３Ｂの上面に接着剤噴霧部２１を設置する代わりに、投入ボックス１３Ｂの、スクリュ１２の回転方向に対して、上流側の側面に傾斜角γでガイドプレート１０１を設置してもよい（図１０参照）。ガイドプレート１０１は、複数の長繊維Ｌを案内する。ガイドプレート１０１として、傾斜方向に移動することが可能な可動式のガイドプレートを使用してもよい。

【0042】

加熱シリンダ１１に複数の長繊維Ｌが投入されると、複数の長繊維Ｌは、ガイドプレート１０１により、スクリュ１２に付着した溶融樹脂Ｍと接触するように案内され、その結果、スクリュ１２に巻き付く。

【0043】

傾斜角γは、複数の長繊維Ｌが溶融樹脂Ｍと接触することが可能であれば、特に限定されないが、例えば、１５°以上４５°以下である。

【0044】

図１０において、圧縮空気供給部２４の代わりに、電動回転式ローラー１１１を設置してもよい（図１１参照）。電動回転式ローラー１１１は、回転することにより、長繊維Ｌを鉛直下向きに搬送する搬送部材である。なお、図１０以外の射出成形機１０に電動回転式ローラー１１１を適用してもよい。

【0045】

射出成形機１０において、圧縮空気供給部２４を設置せず、加熱シリンダ１１に、投入ボックス１３Ｂを設置する代わりに、投入口１２１を形成するとともに、加熱シリンダ１１で溶融した樹脂と加熱シリンダ１１に投入された長繊維Ｌとの接触を補助する吸引部１２２を加熱シリンダ１１に設置してもよい（図１２参照）。吸引部１２２には、投入口１２１に対して、加熱シリンダ１１の下流側に吸引経路１２２ａが形成されており、吸引ポンプ１２２ｂにより吸引される。このとき、吸引経路１２２ａでは、鉛直上向きに吸引され、投入口１２１では、鉛直下向きに吸引される。このため、複数の長繊維Ｌは、加熱シリンダ１１とスクリュ１２との間の空間において、投入口１２１から吸引経路１２２ａに向かって吸引されるため、スクリュ１２に付着した溶融樹脂Ｍと接触する。

【0046】

図１２において、加熱シリンダ１１に吸引部１２２を設置する代わりに、投入口１２１に長繊維Ｌを着脱可能な棒状部材１３１を設置してもよい（図１３参照）。棒状部材１３１は、支持部材１３２により、支持されており、例えば、モータにより鉛直方向に移動させることができる。このとき、長繊維Ｌを取り付けた棒状部材１３１を鉛直下向きに移動させると、スクリュ１２に付着した溶融樹脂Ｍと接触する。一方、棒状部材１３１を鉛直上向きに移動させると、溶融樹脂Ｍと接触した長繊維が棒状部材１３１から取り外される。

【0047】

棒状部材１３１は、長繊維Ｌを着脱可能であれば、特に限定されないが、例えば、先端部に耐熱ゴムが付与されていてもよいし、先端部に凹部が形成されていてもよい。

【0048】

［繊維強化樹脂の射出成形方法］
本実施形態の繊維強化樹脂の射出成形方法は、スクリュが挿通されている加熱シリンダに樹脂を投入して溶融させる工程と、加熱シリンダに長繊維を投入する工程と、加熱シリンダで溶融した樹脂と加熱シリンダに投入された長繊維との接触を補助する工程と、を含む。ここで、本実施形態の繊維強化樹脂の射出成形方法は、本実施形態の繊維強化樹脂の射出成形装置を使用して実施することができる。

【0049】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されず、本発明の趣旨の範囲内で、上記の実施形態を適宜変更してもよい。例えば、接着剤噴霧部２１、ホットメルト接着剤吐出部５１、圧縮空気吐出部９１およびガイドプレート１０１のいずれかを組み合わせて使用してもよい。

【符号の説明】

【0050】

１０ 射出成形機
１１ 加熱シリンダ
１２ スクリュ
１３Ａ ホッパー
１３Ｂ 投入ボックス
１４ ノズル
１５ 金型
２１ 接着剤噴霧部
２２ チューブ
２３、２４ 圧縮空気供給部
５１ ホットメルト接着剤吐出部
９１ 圧縮空気吐出部
１０１ ガイドプレート
１１１ 電動回転式ローラー
１２１ 投入口
１２２ 吸引部
１２１ａ 吸引経路
１２１ｃ 吸引ポンプ
１３１ 棒状部材
１３２ 支持部材
Ａ 接着剤
Ｃ 圧縮空気
Ｈ ホットメルト接着剤
Ｌ 長繊維
Ｍ 溶融樹脂
Ｒ ロービング

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】