螺桿、注塑成形機(jī)以及注塑成形方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種不將過度的剪切力施加于強(qiáng)化纖維就能夠消除強(qiáng)化纖維的分布不均的注塑成形機(jī)的螺桿。螺桿(10)設(shè)置在注塑成形機(jī)(1)的加熱缸(201)的內(nèi)部，注塑成形機(jī)(1)的加熱缸(201)在樹脂的輸送方向的上游側(cè)被供給樹脂顆粒(P)并在下游側(cè)被供給強(qiáng)化纖維(F)，螺桿(10)具備：第一段(21)，其使供給的樹脂顆粒(P)熔融；以及第二段(22)，其與第一段(21)相連，將熔融樹脂(M)與強(qiáng)化纖維(F)混合。設(shè)置在該第二段上的第二螺紋(28)具備外徑相對大的大徑螺紋(28A)和外徑相對小的小徑螺紋(28B)。
【專利說明】
螺桿、注塑成形機(jī)以及注塑成形方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及含有強(qiáng)化纖維的樹脂的注塑成形。
【背景技術(shù)】
[0002]通過含有強(qiáng)化纖維而提高了強(qiáng)度的纖維強(qiáng)化樹脂的成形品被用于各種用途。作為通過注塑成形來得到該成形品的方法，已知在構(gòu)成增塑裝置的工作缸內(nèi)通過螺桿的旋轉(zhuǎn)使熱塑性樹脂熔融，在其中混合或混煉纖維后，向注塑成形機(jī)的模具注射的方法。
[0003]為了得到強(qiáng)化纖維所帶來的強(qiáng)度提高的效果，期望強(qiáng)化纖維均勻地分散在樹脂之中。為了實(shí)現(xiàn)均勻分散，使混合的條件嚴(yán)格而增強(qiáng)對強(qiáng)化纖維施加的剪切力即可，但過強(qiáng)的剪切力會導(dǎo)致強(qiáng)化纖維的切斷。這樣一來，與當(dāng)初的纖維長度相比，成形后的纖維長度大幅縮短，存在得到的成形品不能滿足期望的特性的可能性(專利文獻(xiàn)I)。從而，需要選擇減弱剪切力以防在混合時(shí)發(fā)生纖維的折損的注塑成形的條件，但這樣一來，強(qiáng)化纖維不能均勻地分散在纖維強(qiáng)化樹脂中，從而產(chǎn)生分布不均。另外，為了有助于強(qiáng)化纖維的均勻分散，也有設(shè)置向工作缸的內(nèi)部強(qiáng)制地供給強(qiáng)化纖維的機(jī)構(gòu)(給料器)的情況(例如，專利文獻(xiàn)2)，但還不足以將強(qiáng)化纖維的塊消除。尤其在強(qiáng)化纖維的含有量為10%以上這種高含有率的情況下，變得難以將強(qiáng)化纖維均勻地分散在樹脂中。
[0004]在先技術(shù)文獻(xiàn)
[0005]專利文獻(xiàn)
[0006]專利文獻(xiàn)I:日本特開2012-56173號公報(bào)
[0007]專利文獻(xiàn)2:日本特表2012-511445號公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]發(fā)明所要解決的課題
[0009]本發(fā)明的目的在于提供一種不將過度的剪切力施加于強(qiáng)化纖維就能夠消除強(qiáng)化纖維的分布不均的注塑成形機(jī)的螺桿。
[0010]另外，本發(fā)明的目的在于提供一種具備此種注射螺桿的注塑成形機(jī)。
[0011]并且，本發(fā)明的目的在于提供一種使用此種注射螺桿來對含有強(qiáng)化纖維的樹脂進(jìn)行注塑成形的方法。
[0012]用于解決課題的方案
[0013]本發(fā)明人等對強(qiáng)化纖維分布不均的原因進(jìn)行了研究，得到了一個(gè)結(jié)論。即，在注塑成形的增塑工序中，如圖8所示，在工作缸310的內(nèi)部配置的注塑成形用的螺桿300的螺紋306間的螺桿槽301中，大量強(qiáng)化纖維F的集合即纖維塊存在于螺紋的拉側(cè)303，而熔融樹脂M存在于螺紋的推側(cè)305。熔融樹脂M的粘度比較高，熔融樹脂M不能侵入纖維塊的內(nèi)部，因此以熔融樹脂M為媒介的螺桿300的旋轉(zhuǎn)引起的剪切力不向纖維塊的內(nèi)部傳遞，導(dǎo)致纖維塊不進(jìn)行開纖。從而，強(qiáng)化纖維F以纖維塊的狀態(tài)被注塑成形，因此強(qiáng)化纖維F在成形品中分布不均。需要說明的是，圖8的(a)的空心箭頭表示螺桿300旋轉(zhuǎn)的方向，圖8的(c)的空心箭頭表示與螺桿300的旋轉(zhuǎn)相伴的、螺桿300與工作缸310的軸向或者周向上的相對的移動方向。對于后述的實(shí)施方式也是同樣的。
[0014]于是，本發(fā)明人想到了使位于螺桿槽301的螺紋的推側(cè)305的熔融樹脂M的一部分越過螺紋306的頂部T而向相鄰的螺桿槽301的拉側(cè)303逆流的方案。即，想要通過使該逆流的熔融樹脂M作用于纖維塊來促進(jìn)纖維塊的開纖。
[0015]基于以上見解而作成的本發(fā)明的螺桿設(shè)置在注塑成形機(jī)的工作缸的內(nèi)部，所述注塑成形機(jī)的所述工作缸在上游側(cè)被供給樹脂原料且在下游側(cè)被供給強(qiáng)化纖維，所述螺桿具備:第一段，其使供給的樹脂原料熔融；以及第二段，其與第一段相連，將熔融的樹脂原料與供給的強(qiáng)化纖維混合。
[0016]本發(fā)明的螺桿的特征在于，在第二段上設(shè)置的螺紋具備供熔融的樹脂原料從螺桿的下游側(cè)的螺桿槽朝向上游側(cè)的螺桿槽產(chǎn)生逆流的樹脂通路。本發(fā)明的螺桿通過設(shè)置樹脂通路而促使熔融樹脂M產(chǎn)生逆流。
[0017]需要說明的是，本申請中使用的上游或下游的用語以通過螺桿輸送樹脂的方向?yàn)榛鶞?zhǔn)。
[0018]作為本發(fā)明的螺桿中的樹脂通路的方式，可以從連續(xù)地設(shè)置在螺紋的回旋方向上的規(guī)定范圍內(nèi)的方式A、和設(shè)置在螺紋的回旋方向上的一部分的方式B中選擇。
[0019]方式A可以選擇第二段由一條螺紋構(gòu)成的第I方式、和第二段由兩條螺紋構(gòu)成的第2方式中的任一個(gè)。
[0020]在方式A中，第I方式構(gòu)成為，在第二段中，大徑螺紋與外徑相對小的小徑螺紋相連而構(gòu)成一條螺紋。該方式中的逆流通路由小徑螺紋的頂部與工作缸之間的間隙構(gòu)成。
[0021]另外，第2方式構(gòu)成為，第二段由兩條螺紋構(gòu)成，這兩條螺紋具備主螺紋和在由主螺紋形成的螺桿槽中設(shè)置的副螺紋，主螺紋構(gòu)成大徑螺紋，副螺紋構(gòu)成小徑螺紋。在該方式中，逆流通路也由小徑螺紋的頂部與工作缸之間的間隙構(gòu)成。
[0022]在第2方式中，副螺紋可以設(shè)置在螺桿的軸向的一處或多處。
[0023]另外，在第2方式中，副螺紋可以與被供給強(qiáng)化纖維的部位對應(yīng)地設(shè)置。當(dāng)然，也可以設(shè)置在從被供給強(qiáng)化纖維的部位離開的位置。
[0024]另外，在第2方式中，優(yōu)選副螺紋的起始端及終端中的任一方或雙方相對于主螺紋閉塞。
[0025]另外，方式B可以通過第三方式來實(shí)現(xiàn)，所述第三方式由以在螺紋的回旋方向上缺乏連續(xù)性的方式在螺紋的一部分設(shè)置切口的斷續(xù)的螺紋構(gòu)成，樹脂通路由該切口構(gòu)成。
[0026]本發(fā)明提供一種應(yīng)用了上述螺桿的纖維強(qiáng)化樹脂的注塑成形機(jī)，該注塑成形機(jī)具備:工作缸，其形成有排出噴嘴;螺桿，其在工作缸的內(nèi)部設(shè)置為能夠旋轉(zhuǎn)并能夠沿著旋轉(zhuǎn)軸方向移動;樹脂供給部，其將樹脂原料向工作缸內(nèi)供給；以及纖維供給部，其設(shè)置得比樹脂供給部靠下游側(cè)，將強(qiáng)化纖維向工作缸內(nèi)供給。
[0027]另外，本發(fā)明提供一種應(yīng)用了上述螺桿的纖維強(qiáng)化樹脂的注塑成形方法，該方法為向工作缸供給樹脂原料，并且在比樹脂原料靠下游側(cè)的位置向工作缸供給強(qiáng)化纖維，從而對強(qiáng)化纖維進(jìn)行注塑成形的方法，所述工作缸在內(nèi)部設(shè)置有能夠旋轉(zhuǎn)并能夠沿著旋轉(zhuǎn)軸方向移動的螺桿。
[0028]發(fā)明效果
[0029]根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種不將過度的剪切力施加于強(qiáng)化纖維就能夠消除強(qiáng)化纖維的分布不均的注塑成形機(jī)的螺桿。
【附圖說明】
[0030]圖1是示出本實(shí)施方式所涉及的注塑成形機(jī)的概要結(jié)構(gòu)的圖。
[0031]圖2是示意性地示出本實(shí)施方式所涉及的注塑成形的各過程中的樹脂的熔融狀態(tài)的圖，(a)示出增塑開始時(shí)，(b)示出增塑完成時(shí)，(C)示出注射完成時(shí)。
[0032]圖3是示出本實(shí)施方式所涉及的螺桿(第I實(shí)施方式)的圖，(a)是示出第二段的主要部分的側(cè)視圖，(b)是示出由大徑螺紋形成的螺桿槽及其附近的剖視圖，(C)是示出由小徑螺紋形成的螺桿槽及其附近的剖視圖，(d)是示出熔融樹脂M越過小徑螺紋的頂部而逆流的樣態(tài)的剖視圖，(e)是示出對強(qiáng)化纖維F的塊起作用的熔融樹脂M的圖，(f)是示出對強(qiáng)化纖維F的塊起作用的剪切力的圖。
[0033]圖4示出本實(shí)施方式所涉及的另一螺桿(第2-1方式)，(a)是示出第二段的主要部分的側(cè)視圖，(b)、(c)是設(shè)有副螺紋(小徑螺紋)的部分的剖視圖，(b)示出下游側(cè)，(C)示出上游側(cè)，(d)、(e)分別是示出在(b)、(C)中熔融樹脂M越過屏障螺紋的頂部而逆流的樣態(tài)的剖視圖。
[0034]圖5示出本實(shí)施方式所涉及的又一螺桿(第2-2方式)，(a)是示出第二段的主要部分的側(cè)視圖，(b)是設(shè)有副螺紋(小徑螺紋)的部分的剖視圖，(C)是未設(shè)有副螺紋的部分的剖視圖，(d)、(e)分別是示出(b)、(c)中的熔融樹脂M、強(qiáng)化纖維F的舉動的剖視圖。
[0035]圖6是表示圖5所涉及的螺桿的變形例的圖。
[0036]圖7示出本實(shí)施方式所涉及的又一螺桿(第3方式)，(a)是示出第二段的主要部分的側(cè)視圖，(b)是設(shè)有副螺紋(小徑螺紋)的部分的剖視圖，(C)是未設(shè)有副螺紋的部分的剖視圖，(d)、(e)分別是示出(b)、(c)中的熔融樹脂M、強(qiáng)化纖維F的舉動的剖視圖。
[0037]圖8示出現(xiàn)有的螺桿，(a)是示出第二段的部分的側(cè)視圖，(b)是示出由螺紋形成的螺桿槽及其附近的剖視圖，(C)是示意性地示出強(qiáng)化纖維的塊與熔融樹脂的塊在螺桿槽的內(nèi)部分離存在的樣態(tài)的剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0038]以下，基于附圖所示的實(shí)施方式對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0039][第I實(shí)施方式]
[0040]如圖1所示，本實(shí)施方式所涉及的注塑成形機(jī)I具備合模單元100、增塑單元200、以及對上述的單元的動作進(jìn)行控制的控制部50。
[0041]以下，對合模單元100的結(jié)構(gòu)與動作、增塑單元200的結(jié)構(gòu)與動作的概要進(jìn)行說明，然后，對注塑成形機(jī)I進(jìn)行的注塑成形的過程進(jìn)行說明。
[0042][合模單元的結(jié)構(gòu)]
[0043]合模單元100具備:固定模板105，其固定設(shè)置在基架101上且供固定模具103安裝；可動模板111，其通過使液壓缸113工作而在導(dǎo)軌、滑動板等滑動構(gòu)件107上沿圖中左右方向移動且供可動模具109安裝；以及多個(gè)連接桿115，其對固定模板105與可動模板111進(jìn)行連結(jié)。在固定模板105上，與各連接桿115同軸地設(shè)置有合模用的液壓缸117，各連接桿115的一端與液壓缸117的柱塞119連接。
[0044]上述的各要素按照控制部50的指示來進(jìn)行必要的動作。
[0045][合模單元的動作]
[0046]合模單元100的概要的動作如下。
[0047]首先，通過模開閉用的液壓缸113的工作使可動模板111移動至圖中的雙點(diǎn)劃線的位置而使可動模具109與固定模具103抵接。接下來，使各連接桿115的外螺紋部121與設(shè)于可動模板111的對開螺母123卡合，將可動模板111固定在連接桿115上。然后，提高液壓缸117內(nèi)的可動模板111側(cè)的油室的工作油的壓力，對固定模具103與可動模具109進(jìn)行緊固。在這樣進(jìn)行合模之后，從增塑單元200向模具的型腔內(nèi)注射熔融樹脂M而成形成形品。
[0048]如后述那樣，本實(shí)施方式的螺桿10是將熱塑性的樹脂顆粒P與強(qiáng)化纖維F在螺桿的長度方向上分別地供給的方式，因此螺桿10的全長或者增塑單元200的全長容易變長。因此，本實(shí)施方式在不能設(shè)置肘桿方式、在可動模板的背面具備合模缸的方式的合模裝置那樣的狹小空間中，通過組合具有能夠設(shè)置而實(shí)現(xiàn)省空間化的前述結(jié)構(gòu)的合模單元100，有效地將注塑成形機(jī)I的全長抑制得較短。然而，此處示出的合模單元100的結(jié)構(gòu)只不過是一例，并不妨礙應(yīng)用其他結(jié)構(gòu)或者進(jìn)行替換。例如，在本實(shí)施方式中示出液壓缸113作為模開閉用的致動器，但也可以替換為將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動的機(jī)構(gòu)與伺服電動機(jī)、感應(yīng)電動機(jī)等電動機(jī)的組合。作為該轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，能夠使用滾珠絲杠、齒輪齒條副。另外，當(dāng)然也可以替換為基于電動驅(qū)動或液壓驅(qū)動的肘桿式合模單元。
[0049][增塑單元的結(jié)構(gòu)]
[0050]增塑單元200具備筒型的加熱缸201、在加熱缸201的下游端設(shè)置的排出噴嘴203、在加熱缸201的內(nèi)部設(shè)置的螺桿10、供給強(qiáng)化纖維F的纖維供給裝置213、以及供給樹脂顆粒P的樹脂供給料斗207。纖維供給裝置213與設(shè)置在比樹脂供給料斗207靠下游側(cè)的位置的排氣孔206連結(jié)。
[0051 ]增塑單元200具備使螺桿10前進(jìn)或后退的第一電動機(jī)209、使螺桿10正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)的第二電動機(jī)211、以及對樹脂供給料斗207供給樹脂顆粒P的顆粒供給裝置215。上述的各要素按照控制部50的指示來進(jìn)行必要的動作。
[0052]螺桿10是與所謂的排氣式螺桿同樣的雙段型的設(shè)計(jì)。具體而言，螺桿10具有設(shè)置在上游側(cè)的第一段21、和與第一段21相連且設(shè)置在下游側(cè)的第二段22，第一段21從上游側(cè)起依次具備供給部23、壓縮部24以及計(jì)量部70，第二段22從上游側(cè)起依次具備供給部25、壓縮部26以及計(jì)量部71。需要說明的是，圖中右側(cè)為上游側(cè)，左側(cè)為下游側(cè)。對于后述的實(shí)施方式也是同樣的。
[0053]螺桿10在第一段21上設(shè)置有第一螺紋27，在第二段22上設(shè)置有第二螺紋28。
[0054]第一段21以及第二段22均設(shè)定為，供給部23、25處的螺紋間的螺桿槽相對較深，壓縮部24、26處的螺紋間的螺桿槽從上游側(cè)朝向下游側(cè)而逐漸變淺，計(jì)量部70、71處的螺桿槽設(shè)定為最淺。在此，與第一段21的計(jì)量部70相比第二段22的供給部25的螺桿槽更深，因此從第一段21向供給部25排出的熔融樹脂M不能填滿供給部25的螺桿槽。由此，熔融樹脂M由于螺桿10的旋轉(zhuǎn)而被按壓至推側(cè)305而變得分布不均。由此，在第二段22的供給部25的拉側(cè)303產(chǎn)生空隙。因此，借助排氣孔206而從纖維供給裝置213供給的強(qiáng)化纖維F被分配至成為該空隙的拉側(cè)303，因此如圖8所示，熔融樹脂M和強(qiáng)化纖維F被區(qū)分開。
[0055]第一段21使樹脂原料熔融而生成熔融樹脂M，并且將生成的熔融樹脂M朝向第二段22輸送，因此具備確保熔融樹脂M的輸送速度以及增塑能力的功能即可。
[0056]為了得到該功能，如圖1所示，優(yōu)選第一段21的第一螺紋27的螺紋間距(LI)為第二段22的第二螺紋28的螺紋間距(L2)以下，S卩LKL2成立。需要說明的是，螺紋間距(以下，僅稱為螺距)是指前后的螺紋的間隔。作為一個(gè)指標(biāo)，第一螺紋27的螺距LI優(yōu)選為螺距L2的0.4?1.0倍，更加優(yōu)選為0.5?0.9倍。
[0057]接下來，第二段22如圖3的(a)所示，第二螺紋28具備外徑大的大徑螺紋28A和外徑小的小徑螺紋28B。此處所說的外徑的大小是相對的，小徑螺紋28B設(shè)定為外徑(半徑)比大徑螺紋28A小δ。
[0058]通常，螺桿的螺紋以其頂部能夠沿加熱缸的內(nèi)徑面滑動的方式設(shè)定外徑。如圖3的(b)、(c)所示，本實(shí)施方式的大徑螺紋28Α相當(dāng)于能夠沿加熱缸的內(nèi)徑面滑動的螺紋，小徑螺紋28B形成為其頂部T從加熱缸201的內(nèi)徑面離開。此處生成的空隙構(gòu)成本發(fā)明中的產(chǎn)生熔融樹脂M的逆流的樹脂通路。
[0059]螺桿10從供強(qiáng)化纖維F投入的上游側(cè)起依次配置有大徑螺紋28A、小徑螺紋28B以及大徑螺紋28A。
[0060]關(guān)于在第二段22上設(shè)置小徑螺紋28B所實(shí)現(xiàn)的效果，將在對注塑成形的過程進(jìn)行說明之后提及。
[0061]根據(jù)上述的LKL2成立的優(yōu)選方式，第二段22的第二螺紋28的螺距L2比第一螺紋27的螺距LI大。第二段22在增塑工序中，在其后端側(cè)接受強(qiáng)化纖維F的供給。若螺距L2大，則第二螺紋28之間的槽寬大，強(qiáng)化纖維F落下而能夠填充的空隙變大。并且，在增塑工序時(shí)的螺桿10的后退時(shí)以及注射工序時(shí)的螺桿10的前進(jìn)時(shí)，排氣孔206被第二螺紋28遮住的次數(shù)變少。從而，即便在螺桿10的后退中或者前進(jìn)中，強(qiáng)化纖維F的落下也不會被第二螺紋28阻止而容易連續(xù)地落入槽內(nèi)。具體而言，在第二螺紋28的接受從排氣孔206供給的強(qiáng)化纖維F的區(qū)域內(nèi)，螺距L2優(yōu)選為1.0 X D以上，進(jìn)一步優(yōu)選為1.2 X D以上。這樣一來，在注射工序中能夠使強(qiáng)化纖維F穩(wěn)定地向螺桿10的槽內(nèi)落下。需要說明的是，D是加熱缸201的內(nèi)徑。
[0062]但是，若螺距L2變得過大，則輸送熔融樹脂M的力變?nèi)?，即便在通常的增塑所需的背?5?1MPa)的程度下，熔融樹脂M的輸送也變得不穩(wěn)定，背壓使得熔融樹脂M向排氣孔206逆流而容易產(chǎn)生噴溢。從而，螺距L2優(yōu)選為2.0 X D以下，進(jìn)一步優(yōu)選為1.7 X D以下。即，第二螺紋28的螺距L2優(yōu)選為1.0 XD?2.0 XD，進(jìn)一步優(yōu)選為1.2 XD?1.7 XD。
[0063]另外，第二螺紋28的螺紋的寬度優(yōu)選為螺距L2的0.01?0.3倍(0.01 X L2?0.3 XL2)。這是由于，若螺紋的寬度小于螺距L2的0.01倍，則第二螺紋28的強(qiáng)度不充分，若螺紋的寬度超出螺距L2的0.3倍，則螺桿槽寬變小，纖維容易掛在螺紋頂部而難以落入槽內(nèi)。
[0064]另外，除了上述的LKL2成立的優(yōu)選方式，第二段22的尤其是供給部25的部分或全部第二螺紋28也可以不是一條螺紋而是多條螺紋。在該情況下，從第一段21排出的熔融樹脂M彼此分離而分配至由多條螺紋劃分出的螺桿槽內(nèi)，因此纖維塊與熔融樹脂M在各螺桿槽內(nèi)分別接觸、混合，從而對熔融樹脂M向纖維塊的浸滲有效。另外，通過進(jìn)一步使從纖維供給裝置213接受強(qiáng)化纖維F的供給的區(qū)域的螺紋條數(shù)為多條，從而通過多條螺紋而使螺桿10每次旋轉(zhuǎn)時(shí)螺紋在排氣孔206下通過的次數(shù)增加，因此從排氣孔206刮取強(qiáng)化纖維F的能力提高，強(qiáng)化纖維F向螺桿10槽內(nèi)的取入效率提高。
[0065]如圖1所示，本實(shí)施方式的纖維供給裝置213將雙軸型螺旋給料器214設(shè)置在加熱缸201上，將強(qiáng)化纖維F強(qiáng)制地向螺桿10的槽內(nèi)供給。需要說明的是，當(dāng)然也可以使用單軸型的螺旋給料器。
[0066]向雙軸型螺旋給料器214供給強(qiáng)化纖維F的供給方法可以是向雙軸型螺旋給料器214直接投入連續(xù)纖維、所謂的粗紗狀態(tài)的纖維(以下，稱為粗紗纖維)，也可以是投入預(yù)先切斷為規(guī)定長度的短切原絲狀態(tài)的纖維(以下，稱為短切纖維)。或者，也可以將粗紗纖維和短切纖維以規(guī)定的比例混合并投入。
[0067]在要投入短切纖維的情況下，可以以粗紗纖維的狀態(tài)輸送至計(jì)量給料器的纖維投入口附近，在纖維投入口附近切斷粗紗纖維后馬上投入到上述的計(jì)量給料器。由此，在投入成形機(jī)之前，容易飛散的短切纖維不會暴露，因此能夠提高操作性。
[0068]在本實(shí)施方式中，在雙軸型螺旋給料器214的纖維投入口附近設(shè)置粗紗切割器218。通過粗紗切割器218來切斷粗紗纖維，使之成為短切纖維后再向雙軸型螺旋給料器214供給。
[0069][增塑單元的動作]
[0070]增塑單元200的概要的動作如下。需要說明的是，請參照圖1。
[0071]當(dāng)在加熱缸201的內(nèi)部設(shè)置的螺桿10旋轉(zhuǎn)時(shí)，從纖維供給裝置213經(jīng)由排氣孔206供給的強(qiáng)化纖維F、以及從樹脂供給料斗207供給的由熱塑性樹脂構(gòu)成的顆粒(樹脂顆粒P)朝向加熱缸201的下游端的排出噴嘴203而被送出。需要說明的是，強(qiáng)化纖維F的供給開始的時(shí)刻優(yōu)選為從樹脂供給料斗207供給的樹脂顆粒P(熔融樹脂M)到達(dá)供給強(qiáng)化纖維F的排氣孔206之后。這是因?yàn)?，若在熔融樹脂M到達(dá)排氣孔206之前開始強(qiáng)化纖維F的投入，則缺乏流動性以及螺桿10的輸送性的強(qiáng)化纖維F會閉塞螺桿槽內(nèi)，妨礙熔融樹脂M的輸送，從而存在熔融樹脂M從排氣孔206溢出、或者發(fā)生螺桿10的異常磨損或破損的可能性。熔融樹脂M在與強(qiáng)化纖維F混合之后，以規(guī)定量向合模單元100的固定模具103與可動模具109之間形成的型腔注射。需要說明的是，當(dāng)然是伴隨著螺桿10的如下基本動作，S卩，螺桿10伴隨著樹脂顆粒P的熔融而一邊受到背壓一邊后退，之后前進(jìn)由此進(jìn)行注射。另外，并不妨礙應(yīng)用在加熱缸201的外側(cè)為了進(jìn)行樹脂顆粒P的熔融而設(shè)置加熱器等其他結(jié)構(gòu)或者進(jìn)行替換。
[0072][注塑成形的過程]
[0073]具備以上的要素的注塑成形機(jī)I通過以下的過程進(jìn)行注塑成形。
[0074]眾所周知，注塑成形包括:合模工序，其中，閉合可動模具109與固定模具103而以高壓進(jìn)行合模;增塑工序，其中，將樹脂顆粒P在加熱缸201內(nèi)進(jìn)行加熱、熔融而使之增塑;注射工序，其中，將增塑后的熔融樹脂M向由可動模具109和固定模具103形成的型腔注射、填充;保持工序，其中，冷卻直至型腔中填充的熔融樹脂M固化;開模工序，其中，打開模具；以及取出工序，其中，取出在型腔內(nèi)冷卻固化后的成形品，按序?qū)嵤┥鲜龈鞴ば?、或者并行?shí)施上述各工序的一部分，從而完成一個(gè)循環(huán)的注塑成形。
[0075]接下來，參照圖2以及圖3對與本實(shí)施方式關(guān)聯(lián)的增塑工序和注射工序依次進(jìn)行說明。
[0076][增塑工序]
[0077]在增塑工序中，從加熱缸201的上游側(cè)的與樹脂供給料斗207對應(yīng)的供給孔208供給樹脂顆粒P。在增塑剛開始時(shí)，螺桿1位于加熱缸201的下游，使螺桿1從其初始位置起一邊旋轉(zhuǎn)一邊后退(圖2的(a) “增塑開始”)。通過使螺桿10旋轉(zhuǎn)，由此供給至螺桿10與加熱缸201之間的樹脂顆粒P—邊接受剪切力而被加熱，一邊緩慢熔融且朝向下游被輸送。需要說明的是，在本發(fā)明中使增塑工序中的螺桿10的旋轉(zhuǎn)(方向)為正轉(zhuǎn)。熔融樹脂M被輸送至纖維供給裝置213時(shí)，從纖維供給裝置213供給強(qiáng)化纖維F。伴隨著螺桿10的旋轉(zhuǎn)，強(qiáng)化纖維F混煉、分散到熔融樹脂M中而與熔融樹脂M—起輸送至下游。若持續(xù)供給樹脂顆粒P、強(qiáng)化纖維F且使螺桿10持續(xù)旋轉(zhuǎn)，則熔融樹脂M與強(qiáng)化纖維F—起被輸送至加熱缸201的下游側(cè)，并存積在比螺桿10靠下游側(cè)的位置。根據(jù)在螺桿10的下游存積的熔融樹脂M的樹脂壓力與抑制螺桿10的后退的背壓之間的平衡而使螺桿10后退。然后，在存積了一次注射(Ishot)所需量的熔融樹脂M之后，停止螺桿10的旋轉(zhuǎn)以及后退(圖2的(b) “增塑完成”)。
[0078]圖2將樹脂(樹脂顆粒P、熔融樹脂M)與強(qiáng)化纖維F的狀態(tài)區(qū)分為“未熔融樹脂”、“樹脂熔融”、“纖維分散”以及“纖維分散完成”這四個(gè)階段來示出。在“增塑完成”的階段，比螺桿10靠下游的“纖維分散完成”表示在熔融樹脂M中分散有強(qiáng)化纖維F而供注射的狀態(tài)，“纖維分散”表示伴隨著螺桿10的旋轉(zhuǎn)，供給的強(qiáng)化纖維F分散在熔融樹脂M中的狀態(tài)。另外，“樹脂熔融”表示樹脂顆粒P由于受到剪切力而緩慢地熔融的狀態(tài)，“未熔融樹脂”表示雖然受到剪切力但殘存有熔融不足的樹脂，并沒有全部熔融這一狀態(tài)。但是，在“纖維分散完成”的區(qū)域中，強(qiáng)化纖維F有時(shí)會分布不均。
[0079][注射工序]
[0080]進(jìn)入注射工序后，如圖2的(C)所示，使螺桿10前進(jìn)。這樣一來，在螺桿10的前端部設(shè)置的未圖示的逆流防止閥關(guān)閉，從而存積在螺桿10的下游的熔融樹脂M的壓力(樹脂壓力)上升，熔融樹脂M從排出噴嘴203朝向型腔排出。
[0081]以后，經(jīng)過保持工序、開模工序以及取出工序，完成一個(gè)循環(huán)的注塑成形，進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)的合模工序、增塑工序。
[0082][小徑螺紋28B的效果]
[0083]接下來，對在本實(shí)施方式中設(shè)置小徑螺紋28B的效果進(jìn)行說明。
[0084]第二段22在增塑工序中，由其供給部25接受強(qiáng)化纖維F的供給。如之前參照圖8所述的那樣，在螺紋徑固定的現(xiàn)有的螺桿中，強(qiáng)化纖維F成為纖維塊而存在于螺紋的拉側(cè)。小徑螺紋28B是為了對該纖維塊進(jìn)行開纖以便于強(qiáng)化纖維F的均勻分散而設(shè)置的。以下，參照圖3進(jìn)行說明。需要說明的是，以下為了與第2實(shí)施方式以及第3實(shí)施方式進(jìn)行區(qū)別，將螺桿10稱為螺桿10A。
[0085]螺桿1A在第二段22上具備大徑螺紋28A和小徑螺紋28B，當(dāng)螺桿1A配設(shè)在加熱缸201的內(nèi)部時(shí)，如圖3的(b)、( c)所示，即使大徑螺紋28A的頂部T與加熱缸201的內(nèi)徑面2011抵接，小徑螺紋28B的頂部T與加熱缸201的內(nèi)徑面2011之間也產(chǎn)生間隙(δ)。
[0086]從而，如圖3的(d)所示，在螺紋的推側(cè)35滯留的熔融樹脂M的一部分越過頂部Τ，從而向上游側(cè)的螺桿槽31產(chǎn)生逆流400。越過頂部T后的區(qū)域是存在纖維塊的螺桿槽31的拉側(cè)33，因此逆流的熔融樹脂M從加熱缸201的徑向外側(cè)(以下，稱為上方)覆蓋在成為纖維塊的強(qiáng)化纖維F上。這樣，通過設(shè)置小徑螺紋28B，由此纖維塊不僅與位于側(cè)方的推側(cè)35的熔融樹脂M接觸，還從上方與熔融樹脂M接觸。需要說明的是，在圖3的(d)中，熔融樹脂M的流動由虛線箭頭表示。
[0087]需要說明的是，熔融樹脂M的逆流400是指，相對于增塑工序中的熔融樹脂M從上游朝向下游(從圖中的右側(cè)朝向左側(cè))輸送而向其反向(從圖中的左側(cè)朝向右側(cè))流動。
[0088]在此，為了使纖維塊開纖，與螺桿1A的旋轉(zhuǎn)相伴的熔融樹脂M的回旋流引起的剪切力不僅作用于纖維塊的外周還作用于纖維塊的內(nèi)部是很重要的。
[0089]如上述那樣，通過設(shè)置小徑螺紋28B，如圖3的(e)中的箭頭e所示，不僅從側(cè)面SS還從上表面US與纖維塊G進(jìn)行接觸的熔融樹脂M進(jìn)入纖維塊G (簡化為由長方體表示)的內(nèi)部而浸滲。從而，與熔融樹脂M僅從側(cè)面SS浸滲的情況相比，剪切力以熔融樹脂M為媒介而傳遞至纖維塊G內(nèi)部的更廣泛的范圍，其結(jié)果是，纖維塊G的開纖得到促進(jìn)。另外，如圖3的(f)所示，在螺桿1A旋轉(zhuǎn)時(shí)，不僅在纖維塊G的側(cè)面SS處，在纖維塊G的上表面US處也能夠以粘著性高的熔融樹脂為媒介而不在工作缸的內(nèi)徑面201T上滑動地對纖維塊G作用剪切力S，因此開纖得到進(jìn)一步促進(jìn)。
[0090]只要能夠使熔融樹脂M逆流，則在第二段22上設(shè)置小徑螺紋28B的位置是任意的。從而，在供給部25以及壓縮部26中的任一方上均可以設(shè)置小徑螺紋28B，但優(yōu)選設(shè)置在供給部25上。這樣一來，在供給部25處促進(jìn)強(qiáng)化纖維F的開纖之后，將熔融樹脂M輸送至與供給部25相比能夠作用更強(qiáng)的剪切力的壓縮部26，由此能夠有助于熔融樹脂M中的強(qiáng)化纖維F的均勻分散。另外，能夠在供給部25處促進(jìn)強(qiáng)化纖維F的開纖而使纖維塊G變小之后，向槽深逐漸減小的壓縮部26輸送，因此能夠防止大的纖維塊G閉塞壓縮部26的槽內(nèi)。另外，也可以將多個(gè)小徑螺紋28B隔開間隔而設(shè)置在多處。在該情況下，能夠進(jìn)一步促進(jìn)強(qiáng)化纖維F的開纖。
[0091]第二段22具備大徑螺紋28A。
[0092]這是為了保證螺桿1A的穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)。即，也可以將第二段22的第二螺紋28全部替換為小徑螺紋28B，但這樣一來，在加熱缸201的內(nèi)徑面2011與第二螺紋28的頂部T之間的軸向上的整個(gè)區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生間隙。由此，在使螺桿1A旋轉(zhuǎn)時(shí)，第二段22振擺回轉(zhuǎn)，可能會產(chǎn)生螺桿1A的異常磨損、異常振動。于是，在本實(shí)施方式中，在小徑螺紋28B的前后(上游側(cè)以及下游側(cè))設(shè)置大徑螺紋28A，使該大徑螺紋28A作為軸承而發(fā)揮功能，由此防止第二段22的振擺回轉(zhuǎn)，保證螺桿1A的穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)。需要說明的是，也可以代替小徑螺紋28B的上游側(cè)的大徑螺紋28A而使用第一段21的第一螺紋27，從而僅在小徑螺紋28B的下游側(cè)設(shè)置大徑螺紋28A。
[0093]在本實(shí)施方式中，優(yōu)選間隙δ的大小的下限值為0.1mm，上限值為8mm及槽深的60%中的較小的一方。這是因?yàn)?，若小?.1_，則存在強(qiáng)化纖維F閉塞間隙δ而難以產(chǎn)生逆流400的情況。若大于8_及槽深的60%中的較小的一方，則雖然纖維塊G上覆蓋的熔融樹脂M的量變多而熔融樹脂M向纖維塊G的浸滲得到促進(jìn)，但螺桿10的向下游側(cè)的樹脂輸送能力不足而存在成形生成效率降低的可能性。另外，與進(jìn)行了攪拌的下游側(cè)相比，剛投入纖維后不久的上游側(cè)的纖維塊G的大小更大，因而若上游側(cè)的δ小則強(qiáng)化纖維F變得容易閉塞間隙δ，因此優(yōu)選間隙S從上游側(cè)朝向下游側(cè)而逐漸減小或階段性地縮小。
[0094][第2實(shí)施方式]
[0095]在第I實(shí)施方式中對螺紋為一條的所謂的單螺紋螺桿進(jìn)行了說明，但在第二段22中可以應(yīng)用具備由主螺紋和副螺紋構(gòu)成的兩條螺紋的雙螺紋。以下，將應(yīng)用了雙螺紋的螺桿作為第2實(shí)施方式來進(jìn)行說明。第2實(shí)施方式包括在被供給強(qiáng)化纖維F的部位應(yīng)用雙螺紋的第2-1方式、以及在從被供給強(qiáng)化纖維F的部位離開的下游區(qū)域應(yīng)用雙螺紋的第2-2方式。
[0096]需要說明的是，將第I實(shí)施方式中的第二螺紋28視為構(gòu)成主螺紋的螺紋，以下，將第二螺紋28在措辭上換成主螺紋28，將副螺紋標(biāo)記為副螺紋29。關(guān)于其他部分，對與第I實(shí)施方式相同的要素引用與第I實(shí)施方式相同的附圖標(biāo)記，以下，以與第I實(shí)施方式不同的部分為中心進(jìn)行說明。
[0097][第2-1 方式]
[0098]如圖4的(a)、(b)、(C)所示，第2-1方式所涉及的螺桿1B具備主螺紋28和副螺紋29。需要說明的是，圖4的(b)示出下游側(cè)的任意的位置的剖面，圖4的(c)示出上游側(cè)的任意的位置的剖面。
[0099]主螺紋28設(shè)置在第二段22的軸向上的大致整個(gè)區(qū)域，由其頂部T確定的外徑設(shè)定為在全長范圍內(nèi)相等。主螺紋28在壓縮部26處不伴有副螺紋29而單獨(dú)設(shè)置。主螺紋28的外徑設(shè)定為與第I實(shí)施方式中的大徑螺紋28A相同。需要說明的是，將主螺紋28的頂部標(biāo)記為T28，將副螺紋29的頂部標(biāo)記為T29。
[0100]副螺紋29設(shè)置在前后相鄰的主螺紋28之間，且具備與主螺紋28的螺距相同的螺距或者比主螺紋28大的螺距，如圖4的(b)、(c)所示，將設(shè)置在相鄰的主螺紋28之間的螺桿槽31區(qū)分為下游側(cè)的拉側(cè)槽31A和上游側(cè)的推側(cè)槽31B。副螺紋29設(shè)定為外徑比主螺紋28小，與第I實(shí)施方式的小徑螺紋28B對應(yīng)。
[0101]副螺紋29設(shè)置在第二段22的上游側(cè)的區(qū)域X(圖4的(a))，該區(qū)域X包括供強(qiáng)化纖維F向加熱缸201的內(nèi)部供給的排氣孔206的投影區(qū)域。即，供給的強(qiáng)化纖維F落下或者被強(qiáng)制導(dǎo)入到形成有副螺紋29的區(qū)域X的范圍。尤其在增塑工序開始時(shí)，如圖4的(a)所示，以使排氣孔206以副螺紋29為界而跨到螺桿槽31的兩側(cè)的方式設(shè)定螺桿1B的位置。
[0102]接下來，對第2-1方式所涉及的螺桿1B的作用以及效果進(jìn)行說明。
[0103]來源于從樹脂供給料斗207供給的樹脂顆粒P的熔融樹脂M被從第一段21送入第二段22。這樣一來，恪融樹脂M進(jìn)入螺桿1B的副螺紋29與位于比副螺紋29靠下游側(cè)的位置的主螺紋28之間的拉側(cè)槽31A。如圖4的(e)所示，進(jìn)入到拉側(cè)槽31A的熔融樹脂M的一部分隨著螺桿1B的旋轉(zhuǎn)，越過副螺紋29的頂部T29而向推側(cè)槽3IB逆流。越過副螺紋29的熔融樹脂M覆蓋在導(dǎo)入到推側(cè)槽31B內(nèi)的強(qiáng)化纖維F上而浸滲至強(qiáng)化纖維F的內(nèi)部。需要說明的是，本實(shí)施方式中的副螺紋29的頂部T29與加熱缸201的內(nèi)徑面2011之間的間隙構(gòu)成本發(fā)明中的熔融的樹脂原料產(chǎn)生逆流的樹脂通路。
[0104]另一方面，強(qiáng)化纖維F供給至推側(cè)槽31B和拉側(cè)槽31A這雙方。從而，在推側(cè)槽31B中，強(qiáng)化纖維F被卷入逆流的熔融樹脂M，并且在拉側(cè)槽31A中，強(qiáng)化纖維F被從上方壓入熔融樹脂M。
[0105]在此，從第一段21送入第二段22的熔融樹脂M只有一部分越過副螺紋29，大部分停留在拉側(cè)槽31A，并且拉側(cè)槽31A的寬度比第一段21的螺桿槽窄。由此，供給的強(qiáng)化纖維F能夠成為纖維塊G而存在的有空隙的空間大幅縮小，因此拉側(cè)槽31A的內(nèi)部的熔融樹脂M的填充程度高。從而，纖維供給裝置213的壓入力作為向熔融樹脂M的內(nèi)部壓入強(qiáng)化纖維F的力而有效地發(fā)揮作用，因此熔融樹脂M向纖維塊G的浸滲得以促進(jìn)，其結(jié)果是，熔融樹脂M進(jìn)入強(qiáng)化纖維F與強(qiáng)化纖維F之間而使纖維彼此的纏繞變?nèi)?、或者使纖維束的束合劑由于熔融樹脂M的熱量而熔融或者分解等，從而使束合力變?nèi)?，得以促進(jìn)開纖。
[0106]另外，與主螺紋28連結(jié)的副螺紋29的起始端29S處的螺距可以與副螺紋29的軸向中央部的螺距為相同的大小，也可以為圖4的(a)那樣。即，在本發(fā)明中，可以使副螺紋29的起始端29S處的螺距比副螺紋29的軸向中央部的螺距大，提前縮小拉側(cè)槽31A的槽寬。通過提前縮小拉側(cè)槽31A的槽寬，能夠進(jìn)一步提高拉側(cè)槽31A的內(nèi)部的熔融樹脂M的填充程度。這樣一來，纖維供給裝置213的壓入力作為向熔融樹脂M的內(nèi)部壓入強(qiáng)化纖維F的力而有效地發(fā)揮作用，并且使拉側(cè)槽31A內(nèi)的熔融樹脂M的壓力增大，能夠促進(jìn)從拉側(cè)槽31A向推側(cè)槽31B的逆流。
[0107]從拉側(cè)槽31A向推側(cè)槽31B逆流的熔融樹脂M浸滲于強(qiáng)化纖維F，在通過副螺紋29的頂部T29與加熱缸201的內(nèi)徑面之間的間隙而進(jìn)行逆流時(shí)，相應(yīng)的剪切力起作用，因此能夠進(jìn)一步促進(jìn)與熔融樹脂M—起從拉側(cè)槽31A向推側(cè)槽31B逆流的纖維塊G的開纖。
[0108]伴隨著螺桿1B的旋轉(zhuǎn)，拉側(cè)槽31A中的熔融樹脂M向纖維塊G的浸滲和熔融樹脂M逆流時(shí)的強(qiáng)剪切力的作用持續(xù)，熔融樹脂M到達(dá)副螺紋29的終點(diǎn)。在該過程中，如圖4的(d)所示，拉側(cè)槽31A的寬度變窄，從拉側(cè)槽31A向?qū)挾茸儗挼耐苽?cè)槽31B逆流的熔融樹脂M中分散有開纖的強(qiáng)化纖維F。
[0109]本實(shí)施方式的副螺紋29的起始端29S與終端29E這雙方相對于主螺紋28閉塞，但這在本實(shí)施方式中并不是必須要素。然而，若起始端29S與終端29E從主螺紋28離開，則熔融樹脂M從其間隙泄漏，與此相對，若閉塞，則熔融樹脂M能夠不泄漏地越過副螺紋29的頂部T29而被賦予剪切力。
[0110][第2-2 方式]
[0111]如圖5的(a)、(b)、(c)所示，第2-2方式所涉及的螺桿1C在比強(qiáng)化纖維F的投入部靠下游的位置設(shè)置副螺紋29。除此之外，螺桿1C與第2-1方式的螺桿1B的結(jié)構(gòu)相同，因此，以下以與螺桿1B的不同點(diǎn)為中心進(jìn)行說明。
[0112]在螺桿1C中，副螺紋29大致從供給部25的中央部分起設(shè)置到下游端，另一方面，在比設(shè)置有副螺紋29的區(qū)域靠上游側(cè)的位置單獨(dú)地設(shè)置主螺紋28。從而，從供給強(qiáng)化纖維F后直至強(qiáng)化纖維F到達(dá)副螺紋29之前，如圖5的(e)所示，與第I實(shí)施方式中示出的情況同樣地，熔融樹脂M與強(qiáng)化纖維F被推側(cè)槽31B和拉側(cè)槽31A劃分開。
[0113]隨著螺桿1C的旋轉(zhuǎn)，熔融樹脂M和強(qiáng)化纖維F向下游輸送，到達(dá)設(shè)置有副螺紋29的雙螺紋區(qū)。這樣一來，熔融樹脂M與強(qiáng)化纖維F—起被引導(dǎo)至拉側(cè)槽31A。當(dāng)進(jìn)一步向下游側(cè)輸送時(shí)，隨著拉側(cè)槽31A的寬度逐漸變窄，如圖5的(d)所示，熔融樹脂M伴著強(qiáng)化纖維F越過副螺紋29的頂部T29而向推側(cè)槽31B逆流。在通過副螺紋29的頂部T29與加熱缸201的內(nèi)徑面2011之間的間隙時(shí)，強(qiáng)剪切力起作用，因此移送至推側(cè)槽31B的強(qiáng)化纖維F的開纖得到促進(jìn)。但是，設(shè)想即使越過副螺紋29的頂部T29也殘留有開纖不充分的纖維塊G的情況。然而，對在副螺紋29的拉側(cè)側(cè)面分布不均的該纖維塊G而言，與第2-1方式同樣地，與強(qiáng)化纖維F相伴的熔融樹脂M的從拉側(cè)槽31A向推側(cè)槽31B的逆流持續(xù)直至副螺紋29的終端。由此，越過副螺紋29的頂部T29的熔融樹脂M覆蓋在副螺紋29的拉側(cè)側(cè)面分布不均的纖維塊G，由此促進(jìn)熔融樹脂M浸滲到纖維塊G的內(nèi)部，從而進(jìn)一步促進(jìn)推側(cè)槽31B內(nèi)的熔融樹脂M的強(qiáng)化纖維F的開纖直至強(qiáng)化纖維F均勻地分散。
[0114]螺桿1C使設(shè)置副螺紋29的范圍增長，因此推側(cè)槽3IB以及拉側(cè)槽31A各自的寬度擴(kuò)展平緩，但如圖6的(a)所示，也可以縮短設(shè)置副螺紋29的范圍而使寬度擴(kuò)展陡峭。在該情況下，能夠增強(qiáng)在越過副螺紋29時(shí)起作用的每單位時(shí)間的剪切力。
[0115]如圖6的(b)所示，該短的副螺紋29隔開間隔而設(shè)置在多處(在此為兩處)，由此能夠進(jìn)一步促進(jìn)強(qiáng)化纖維F的開纖。
[0116]另外，在多處設(shè)置副螺紋29的情況下，組合的螺紋的組合是任意的。例如，可以如圖6的(b)那樣組合區(qū)域X的長度相同的副螺紋29，也可以組合區(qū)域X的長度不同的副螺紋29。在前者的情況下，可以將圖4的(a)或者圖5的(a)那樣的區(qū)域X的長度長的副螺紋29彼此組合。另外，在后者的情況下，可以將圖4的(a)或者圖5的(a)那樣的區(qū)域X的長度長的副螺紋29與圖6的(a)那樣的區(qū)域X的長度短的副螺紋29組合。
[0117]另外，第2-1方式以及第2-2方式中的主螺紋28與副螺紋29的高度之差即間隙δ優(yōu)選與實(shí)施例1相同。即，優(yōu)選間隙S的下限值為0.1mm，上限值為8mm及槽深的60%中的較小的一方，優(yōu)選間隙S從上游側(cè)朝向下游側(cè)階段性地縮小、或者在區(qū)域X的全長范圍內(nèi)逐漸減小、或者在區(qū)域X的局部范圍內(nèi)逐漸減小。尤其是在多處具備副螺紋29的情況下，可以使各處的副螺紋29的間隙δ從下游側(cè)朝向上游側(cè)逐漸減小，也可以使各處的副螺紋29的間隙δ分別固定，使設(shè)置在下游側(cè)的副螺紋29的間隙δ相對于設(shè)置在上游側(cè)的副螺紋29的間隙δ相對減小。在該情況下，與第I方式所示的情況同樣地，能夠通過減小下游側(cè)的S來對進(jìn)行了攪拌的纖維塊G施加適度的剪切，因此對開纖是有效的。尤其是通過增大上游側(cè)的間隙δ，能夠在開纖未進(jìn)展的大的纖維塊G進(jìn)入副螺紋29的頂部T29部的間隙δ時(shí)，防止受到急劇的變形而產(chǎn)生過大的剪切力所引起的強(qiáng)化纖維F的折損。
[0118]另外，副螺紋29的區(qū)域X的長度優(yōu)選為1.5X D?12 X D(D為加熱缸201的內(nèi)徑)。
[0119]若區(qū)域X比1.5X D短，則由于拉側(cè)槽3IA的槽截面面積急劇地縮小，纖維塊G受到急劇的變形而產(chǎn)生過大的壓縮力以及剪切力，從而容易產(chǎn)生強(qiáng)化纖維F的折損。另外，大的纖維塊G不得不在短距離內(nèi)流入小的間隙δ，間隙δ可能會由于纖維塊G而閉塞，從而不再產(chǎn)生熔融樹脂M從下游側(cè)向上游側(cè)的逆流。
[0120]若區(qū)域X比12X D長，則熔融樹脂M覆蓋在纖維塊G上的區(qū)域變大，因此熔融樹脂M向纖維塊G的浸滲得到促進(jìn)，但在熔融樹脂M到達(dá)副螺紋29的終端29Ε為止的期間，大半熔融樹脂M越過副螺紋29。這樣一來，在終端29Ε附近僅殘留缺乏流動性以及螺桿10的輸送性的纖維塊G，存在纖維塊G不能越過副螺紋29而滯留在拉側(cè)槽31Α內(nèi)的可能性。
[0121]另外，拉側(cè)槽31Α的槽深也可以在區(qū)域X的全長范圍內(nèi)固定(供給部25或計(jì)量部71)。然而并不限于此，為了防止熔融樹脂M或者纖維塊G滯留在副螺紋29的終端29Ε，拉側(cè)槽31Α的槽深優(yōu)選副螺紋29的終端29Ε附近作為壓縮部26而從上游側(cè)朝向下游側(cè)逐漸減小。就從供給部25向壓縮部26切換的切換位置而言，可以在比區(qū)域X靠上游側(cè)的位置從供給部25切換為壓縮部26，也可以在區(qū)域X的內(nèi)部從供給部25切換為壓縮部26。尤其優(yōu)選從拉側(cè)槽31Α的槽底至副螺紋29的頂部T29槽深逐漸減少，使得拉側(cè)槽31Α在副螺紋29的終端29Ε處消失。在該情況下，在終端29Ε處拉側(cè)槽31Α的槽深逐漸減小的梯度可以與壓縮部26的梯度相同，也可以在終端29Ε附近切換梯度而成為比壓縮部26的梯度大或小的梯度。
[0122][第3實(shí)施方式]
[0123]在第I實(shí)施方式以及第2實(shí)施方式中，對熔融的樹脂原料產(chǎn)生逆流的樹脂通路連續(xù)地設(shè)置在螺紋的回旋方向的規(guī)定范圍內(nèi)的例子進(jìn)行了說明，但本發(fā)明可以將樹脂通路設(shè)置在螺紋的回旋方向的一部分。以下，將在螺紋的回旋方向的一部分應(yīng)用樹脂通路的螺桿作為第3實(shí)施方式來進(jìn)行說明。
[0124]需要說明的是，對與第I實(shí)施方式相同的要素引用與第I實(shí)施方式相同的附圖標(biāo)記，以下，以與第I實(shí)施方式不同的部分為中心進(jìn)行說明。
[0125]如圖7的(a)所示，第3實(shí)施方式所涉及的螺桿1F在第二螺紋28的一部分設(shè)置有切口 75，通過由切口 75劃分的上游側(cè)的螺紋28C和下游側(cè)的螺紋28D來構(gòu)成斷續(xù)的第二螺紋28。就第二螺紋28而言，將在回旋方向上連續(xù)的第二螺紋28的一部分切去而作為上游側(cè)的螺紋28C的終端，上游側(cè)的螺桿槽與下游側(cè)的螺桿槽以切口 75為界而在槽底連結(jié)。在上游側(cè)的螺紋28C的終端與下游側(cè)的螺紋28D的起始端之間設(shè)置有間隙(δ)，該間隙(δ)相當(dāng)于本發(fā)明的熔融樹脂M產(chǎn)生逆流的樹脂通路。
[0126]接下來，對第3實(shí)施方式所涉及的螺桿1F的作用以及效果進(jìn)行說明。
[0127]螺桿1F在第二段的第二螺紋28的一部分設(shè)置切口75，從而具備設(shè)有間隙(δ)的斷續(xù)的螺紋，上游側(cè)的螺桿槽與下游側(cè)的螺桿槽在槽底連結(jié)。
[0128]從而，如圖7的(a)所示，在螺紋的推側(cè)35滯留的熔融樹脂M的一部分通過在上游側(cè)螺紋28C的終端28E與下游側(cè)螺紋28D的起始端28S之間形成間隙(δ)的切口 75，而向上游側(cè)的螺桿槽31逆流。通過間隙(δ)后的區(qū)域是存在纖維塊G的螺桿槽31的拉側(cè)33，因此逆流的熔融樹脂M從拉側(cè)33主要自側(cè)方覆蓋在成為纖維塊G的強(qiáng)化纖維F上。這樣，通過設(shè)置切口75，從而纖維塊G不僅與位于側(cè)方的推側(cè)35的熔融樹脂M接觸，還從拉側(cè)33與熔融樹脂M接觸。需要說明的是，在圖7的(a)中，熔融樹脂M的流動由虛線箭頭表示。
[0129]只要能夠使熔融樹脂M逆流，則在第二段22上設(shè)置螺紋的切口75的位置、大小以及數(shù)量是任意的。
[0130]另外，具有切口75的第二螺紋28的條數(shù)不限于一條，如圖7的(b)所示，也可以設(shè)置周向的相位彼此不同的多條第二螺紋28、28。在設(shè)置多條第二螺紋28、28的情況下，可以僅重疊第二螺紋28、28各自的一部分，也可以重疊全部。在該情況下，在各第二螺紋28、28上設(shè)置切口 75，因此間隙δ成為多個(gè)。
[0131]另外，就螺紋條數(shù)而言，優(yōu)選如圖8的(C)那樣，上游側(cè)的螺紋條數(shù)比下游側(cè)的螺紋條數(shù)少，從而促進(jìn)強(qiáng)化纖維F的開纖而使纖維塊G依次細(xì)化變小，使樹脂覆蓋在更小的纖維塊G的表面并向纖維塊G浸滲，使得能夠向槽深逐漸減小的壓縮部26輸送。圖8的(c)示出上游側(cè)的條數(shù)為兩條、下游側(cè)的條數(shù)為三條的例子。
[0132]另外，在具備多個(gè)間隙δ的情況下，間隙δ可以全部是相同的寬度，也可以是不同的寬度。與進(jìn)行了攪拌的下游側(cè)相比，剛投入纖維后不久的上游側(cè)的纖維塊G的大小更大，因而若上游側(cè)的S小則強(qiáng)化纖維F容易閉塞間隙δ。于是，優(yōu)選間隙δ從上游側(cè)朝向下游側(cè)而逐漸減小或階段性地縮小。另外，能夠在供給部25處促進(jìn)強(qiáng)化纖維F的開纖而使纖維塊G變小之后，向槽深逐漸減小的壓縮部26輸送，因此能夠防止大的纖維塊G閉塞壓縮部26的槽內(nèi)。
[0133]另外，如圖7的(d)所示，就斷續(xù)的第二螺紋28而言，可以相對于上游側(cè)的螺紋28C的回旋方向的延長線錯(cuò)開相位而設(shè)置下游側(cè)的螺紋28D。在該情況下，在螺紋的終端部，纖維塊G與逆流來的熔融樹脂M的接觸面積增大，因此熔融樹脂M向纖維塊G的浸滲得以促進(jìn)。
[0134]以上，基于實(shí)施方式對本發(fā)明進(jìn)行了說明，在不脫離本發(fā)明的主旨的范圍內(nèi)，能夠取舍選擇上述實(shí)施方式中所列舉的結(jié)構(gòu)、或適當(dāng)變更為其他的結(jié)構(gòu)。
[0135]另外，可以將第I方式的小徑螺紋28B與第2方式的副螺紋29組合而隔開間隔設(shè)置，也可以在小徑螺紋28B的螺桿槽31內(nèi)設(shè)置副螺紋29。另外，可以將第I實(shí)施方式至第3實(shí)施方式的螺紋任意組合來設(shè)置。
[0136]另外，螺桿10不限于本實(shí)施方式示出的雙段型的設(shè)計(jì)，可以采用在第二段的下游側(cè)還設(shè)置有具備供給部、壓縮部、計(jì)量部的第三段的三段型的設(shè)計(jì)。在該情況下，可以在第三段中追加向熔融樹脂添加功能構(gòu)件或者使揮發(fā)物質(zhì)排出這樣的功能等。
[0137]本發(fā)明的增塑單元200使纖維供給裝置213以及樹脂供給料斗207相對于加熱缸201固定，但也可以采用在螺桿10的軸向上移動的可動式的料斗。尤其在纖維供給裝置213使用多軸型的計(jì)量給料器的情況下，也可以在螺桿10的長度方向上平行地連結(jié)配置多個(gè)給料器，在增塑工序中切換供給強(qiáng)化纖維F的給料器來使用。具體而言，在增塑工序開始時(shí)，從在螺桿10的前端側(cè)配置的給料器供給強(qiáng)化纖維F，在增塑工序中伴隨著螺桿10的后退，將供給強(qiáng)化纖維F的給料器依次向后側(cè)切換，以使螺桿10與排出纖維的給料器螺桿之間的相對位置不會發(fā)生變化。由此，與螺桿10的后退以及注射時(shí)的螺桿1的前進(jìn)引起的加熱缸201與螺桿10之間的相對位置的變化無關(guān)地，能夠使強(qiáng)化纖維F相對于螺桿10的供給位置固定。
[0138]具體而言，能夠使完成增塑時(shí)的纖維供給給料器螺桿的位置、即填充有強(qiáng)化纖維F的最后部的螺桿槽的位置在由于注射而前進(jìn)的螺桿位置處，與下一次增塑開始時(shí)的纖維供給給料器螺桿的位置一致，因此能夠向比纖維供給裝置213靠下游的螺桿槽連續(xù)地供給強(qiáng)化纖維F，有效地防止或抑制在比纖維供給裝置213靠下游的螺桿10的槽內(nèi)產(chǎn)生未填充有強(qiáng)化纖維F的區(qū)域。
[0139]另外，給料器螺桿的切換方法可以是單純的0N/0FF(接通/斷開)控制，也可以使相鄰的螺旋給料器的轉(zhuǎn)速協(xié)同變化。具體而言，可以伴隨著螺桿的后退而使下游側(cè)的螺旋給料器的轉(zhuǎn)速逐漸降低，并且使后側(cè)的螺旋給料器的轉(zhuǎn)速逐漸增加。
[0140]另外，強(qiáng)化纖維F向加熱缸201的供給不僅限于注射工序、增塑工序，例如也可以在保壓工序、注射等待工序(從增塑工序完成到注射工序開始為止的期間)中進(jìn)行。在保壓工序中、注射等待工序中，螺桿10不進(jìn)行旋轉(zhuǎn)以及前進(jìn)或者后退，因此不會由于螺紋的移動而斷續(xù)地封閉排氣孔。因此，能夠?qū)?qiáng)化纖維穩(wěn)定地向螺桿10的槽內(nèi)供給。
[0141]另外，向纖維供給裝置213不僅可以供給強(qiáng)化纖維F，也可以供給混合有粉狀或顆粒狀的原料樹脂的強(qiáng)化纖維F。在該情況下，即便熔融樹脂M難以浸入強(qiáng)化纖維F間，混合的原料樹脂也能夠在強(qiáng)化纖維F的塊中熔融，進(jìn)入纖維束中而促進(jìn)纖維束的開纖。
[0142]另外，在本發(fā)明中應(yīng)用的樹脂、強(qiáng)化纖維不受特別限定，廣泛地包括聚丙烯、聚乙烯等通用樹脂、聚酰胺、聚碳酸酯等工程塑料等公知的樹脂、以及玻璃纖維、碳纖維、竹纖維、麻纖維等公知的強(qiáng)化纖維等公知的材質(zhì)。需要說明的是，為了顯著地得到本發(fā)明的效果，優(yōu)選以強(qiáng)化纖維的含有量為10%以上這種高含有率的纖維強(qiáng)化樹脂為對象。然而，若強(qiáng)化纖維的含有率超過70%，則螺桿槽內(nèi)的強(qiáng)化纖維的輸送阻力變大，因此在使用樹脂的輸送能力比較低的小徑螺紋的本發(fā)明中，輸送強(qiáng)化纖維變得困難，強(qiáng)化纖維可能會閉塞螺桿槽內(nèi)而在排氣孔部產(chǎn)生噴溢。因此，在本發(fā)明中應(yīng)用的強(qiáng)化纖維的含有率優(yōu)選為10%?70%，進(jìn)一步優(yōu)選為15%?50%。
[0143]附圖標(biāo)記說明
[0144]I注塑成形機(jī)
[0145]10、1B ?1G螺桿
[0146]21第一段
[0147]22第二段
[0148]23供給部
[0149]24壓縮部
[0150]25供給部
[0151]26壓縮部
[0152]27第一螺紋
[0153]28第二螺紋、主螺紋
[0154]28A大徑螺紋
[0155]28B小徑螺紋
[0156]28C螺紋
[0157]28D螺紋
[0158]28E終端
[0159]28S起始端
[0160]29副螺紋
[0161]29E終端
[0162]29S起始端
[0163]31螺桿槽
[0164]31A拉側(cè)槽
[0165]31B推側(cè)槽
[0166]33拉側(cè)
[0167]35推側(cè)
[0168]50控制部
[0169]70計(jì)量部
[0170]71計(jì)量部
[0171]75切口
[0172]100合模單元
[0173]101基架
[0174]103固定模具
[0175]105固定模板
[0176]107滑動構(gòu)件
[0177]109可動模具
[0178]111可動模板
[0179]113液壓缸
[0180]115連接桿
[0181]117液壓缸
[0182]119柱塞
[0183]121外螺紋部
[0184]123對開螺母
[0185]200增塑單元
[0186]201加熱缸
[0187]2011內(nèi)徑面
[0188]203排出噴嘴
[0189]206排氣孔
[0190]207樹脂供給料斗
[0191]208供給孔
[0192]209第一電動機(jī)
[0193]211第二電動機(jī)
[0194]213纖維供給裝置
[0195]214雙軸型螺旋給料器
[0196]215顆粒供給裝置
[0197]218粗紗切割器
[0198]300螺桿
[0199]301螺桿槽
[0200]303拉側(cè)[0201 ]305推側(cè)
[0202]306螺紋
[0203]310工作缸
[0204]400逆流
[0205]F強(qiáng)化纖維
[0206]G纖維塊
[0207]M、Mr熔融樹脂
[0208]P樹脂顆粒
[0209]T、T28、T29頂部
[0210]δ間隙
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種螺桿，其設(shè)置在注塑成形機(jī)的工作缸的內(nèi)部，所述注塑成形機(jī)的所述工作缸在上游側(cè)被供給樹脂原料且在下游側(cè)被供給強(qiáng)化纖維， 所述螺桿的特征在于，具備: 第一段，其使供給的所述樹脂原料熔融；以及 第二段，其與所述第一段相連，將熔融的所述樹脂原料與供給的所述強(qiáng)化纖維混合，在所述第二段上設(shè)置的螺紋具備樹脂通路，所述樹脂通路供熔融的所述樹脂原料從所述螺桿的下游側(cè)的螺桿槽朝向上游側(cè)的螺桿槽產(chǎn)生逆流。2.—種螺桿，其特征在于， 在所述第二段上設(shè)置的螺紋具備外徑相對大的大徑螺紋和外徑相對小的小徑螺紋， 所述逆流通路由所述小徑螺紋的頂部與所述工作缸之間的間隙構(gòu)成。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的螺桿，其中， 在所述第二段中，所述大徑螺紋與所述小徑螺紋相連而構(gòu)成一條所述螺紋。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的螺桿，其中， 所述第二段的所述螺紋由兩條螺紋構(gòu)成，所述兩條螺紋具備主螺紋、以及在由所述主螺紋形成的螺桿槽中設(shè)置的副螺紋， 所述主螺紋構(gòu)成所述大徑螺紋，所述副螺紋構(gòu)成所述小徑螺紋。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的螺桿，其中， 所述副螺紋設(shè)置在所述螺桿的軸向的一處或多處。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的螺桿，其中， 所述副螺紋與被供給所述強(qiáng)化纖維的部位對應(yīng)地設(shè)置。7.根據(jù)權(quán)利要求4至6中任一項(xiàng)所述的螺桿，其中， 所述副螺紋的起始端及終端中的任一方或雙方相對于所述主螺紋閉塞。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺桿，其中， 在所述第二段上設(shè)置的所述螺紋是以在所述螺紋的回旋方向上缺乏連續(xù)性的方式在所述螺紋的一部分設(shè)置切口而成的斷續(xù)的螺紋， 所述樹脂通路由所述切口構(gòu)成。9.一種纖維強(qiáng)化樹脂的注塑成形機(jī)，其特征在于，具備: 工作缸，其形成有排出噴嘴； 螺桿，其在所述工作缸的內(nèi)部設(shè)置為能夠旋轉(zhuǎn)并能夠沿著旋轉(zhuǎn)軸方向移動； 樹脂供給部，其將樹脂原料向所述工作缸內(nèi)供給；以及 纖維供給部，其設(shè)置得比所述樹脂供給部靠下游側(cè)，將強(qiáng)化纖維向所述工作缸內(nèi)供給， 所述螺桿應(yīng)用權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的螺桿。10.一種纖維強(qiáng)化樹脂的注塑成形方法，其為向工作缸供給樹脂原料，并且在比所述樹脂原料靠下游側(cè)的位置向工作缸供給強(qiáng)化纖維，從而對強(qiáng)化纖維進(jìn)行注塑成形的方法，所述工作缸在內(nèi)部設(shè)置有能夠旋轉(zhuǎn)并能夠沿著旋轉(zhuǎn)軸方向移動的螺桿， 所述纖維強(qiáng)化樹脂的注塑成形方法的特征在于， 所述螺桿應(yīng)用權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的螺桿。11.一種注塑成形方法，其為向工作缸供給樹脂原料，并且在比所述樹脂原料靠下游側(cè)的位置向工作缸供給強(qiáng)化纖維，從而對強(qiáng)化纖維進(jìn)行注塑成形的方法，所述工作缸在內(nèi)部設(shè)置有能夠旋轉(zhuǎn)并能夠沿著旋轉(zhuǎn)軸方向移動的螺桿， 所述注塑成形方法的特征在于， 所述螺桿具備: 第一段，其使供給的所述樹脂原料熔融；以及 第二段，其與所述第一段相連，將熔融的所述樹脂原料與供給的所述強(qiáng)化纖維混合， 在所述第二段中，所述樹脂原料越過在所述螺桿上設(shè)置的螺紋的頂部而流入上游側(cè)的螺桿槽內(nèi)。
【文檔編號】B29C45/47GK105934320SQ201480073788
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2014年6月9日
【發(fā)明人】苅谷俊彥, 信田宗宏, 戶田直樹, 木下清, 山口雄志
【申請人】三菱重工塑膠科技股份有限公司