JP2021035731A - 熱可塑性樹脂複合材料の加工装置及び加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】物流や保管にかかるコストや資材の物性変化等を低減させることが可能となる熱可塑性樹脂複合材料の加工装置及び加工方法を提供する。【解決手段】熱可塑性樹脂複合材料の加工装置１は、熱可塑性樹脂及び繊維を有するテキスタイルを連続的に導入する導入部２０と、導入部２０から導入されたテキスタイルを引き抜くことにより、テキスタイルから樹脂含浸した複合材料帯板を連続して形成する引抜部３０と、複合材料帯板を部分的に加熱しながら所定の形状にロール成形するロール成形部７０と、を備えている。【選択図】 図１

Description

本願は、繊維強化熱可塑性樹脂を加工する加工装置及び加工方法に関するものである。

繊維強化熱可塑性樹脂（熱可塑性樹脂及び繊維を有する材料）による成形物は、軽量であるとともに高強度であるため、各分野で、その需要がますます高まっている。このことから、繊維強化熱可塑性樹脂によって成形された形状部材に対する潜在需要が存在している。

特許文献１には、繊維強化熱可塑性樹脂シートを含む、熱可塑性樹脂シートをロール成形するロール成形装置が記載されている。

特開２０１８−００８４３９号公報

しかし、上記従来のロール成形装置では、ロール成形の基となるシート材は基材製造メーカから購入する必要があるので、シート材の物流やその保管にコストがかかることや、シート材の保管時における材料の物性変化があること等の問題がある。

そこで本願は、物流や保管にかかるコストや資材の物性変化等を低減させることが可能となる熱可塑性樹脂複合材料の加工装置及び加工方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に係る熱可塑性樹脂複合材料の加工装置は、熱可塑性樹脂及び繊維を有するテキスタイル又はテキスタイルを含む素材を連続的に導入する導入部と、導入部から導入されたテキスタイル又はテキスタイルを含む素材を引き抜くことにより、テキスタイル又はテキスタイルを含む素材から樹脂含浸した複合材料帯板を連続して形成する引抜部と、複合材料帯板を部分的に加熱しながら所定の形状にロール成形するロール成形部と、を備えたことを特徴とする。

また、請求項２に係る熱可塑性樹脂複合材料の加工装置は、請求項１の加工装置において、引抜部は、テキスタイル又はテキスタイルを含む素材が圧縮されながら通って行く通路と、通路を加熱するヒータとを有する金型を含む、ことを特徴とする。

また、請求項３に係る熱可塑性樹脂複合材料の加工装置は、請求項２の加工装置において、金型は、上型と、下型と、を有し、引抜部は、上型に対して継続的に加圧と除圧とを繰り返して行う機構を有する、ことを特徴とする。

上記目的を達成するため、請求項４に係る熱可塑性樹脂複合材料の加工方法は、熱可塑性樹脂及び繊維を有するテキスタイル又はテキスタイルを含む素材を連続的に導入する導入工程と、導入工程により導入されたテキスタイル又はテキスタイルを含む素材を引き抜くことにより、テキスタイル又はテキスタイルを含む素材から樹脂含浸した複合材料帯板を連続して形成する引抜工程と、複合材料帯板を部分的に加熱しながら所定の形状にロール成形するロール成形工程と、を備えたことを特徴とする。

請求項１に係る熱可塑性樹脂複合材料の加工装置によれば、繊維強化熱可塑性樹脂による長尺形状付与材料をテキスタイル材料から連続的に一貫製造することができるので、物流や保管はテキスタイル材料について行えばよい。これにより、物流や保管にかかるコストや資材の物性変化等を低減させることが可能となる。

請求項３に係る熱可塑性樹脂複合材料の加工装置によれば、引抜部によってなされる複合材料帯板の生成速度が向上するため、複合材料帯板の生成速度を、ロール成形部によってなされる複合材料帯板のロール成形速度に近づけることができる。その結果、加工装置全体の動作速度を向上させることができる。

本願の一実施の形態に係る熱可塑性樹脂複合材料の加工装置の概略平面図（（ａ））、正面図（（ｂ））及び左側面図（（ｃ））である。 図１の熱可塑性樹脂複合材料の加工装置に含まれる引抜部の概略構成を示す図である。

以下、本願の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本願の一実施の形態に係る熱可塑性樹脂複合材料の加工装置１全体の概略構成を示している。以下、熱可塑性樹脂複合材料の加工装置１を単に加工装置１と略していう。

本実施形態の加工装置１は、一方向に連続繊維が配置されかつ熱可塑性樹脂が連続繊維に含浸されたテープ状材料や、強化繊維束に熱可塑性樹脂繊維束が組み合わさった混繊糸で構成された組み物等のテキスタイル材料もしくは両材料を積層し組み合わせた材料（以下「引抜素材」という）を供給する供給部１０を備えている。図示例の供給部１０は一般的に、アンコイラと呼ばれている。

加工装置１は、機器取付板設置台２と、機器取付板３とを備えている。機器取付板３は、後述する各部２０〜８０に含まれる各種機器を取り付けるための板状体である。機器取付板設置台２は、この機器取付板３を設置するための台座である。

機器取付板３には、引抜素材１００が搬送される方向の上流側（成形方向の上流側）から、まず導入部２０が取り付けられている。導入部２０は、供給部１０から供給される引抜素材１００を下流側の引抜部３０に導入する役割を果たしている。

導入部２０は、上部ローラ２０ａと下部ローラ２０ｂとを備え、上部ローラ２０ａと下部ローラ２０ｂとの間に引抜素材１００を挟み込み、上部ローラ２０ａ及び下部ローラ２０ｂを回転させることにより、引抜素材１００を下流側に搬送する。上部ローラ２０ａ及び下部ローラ２０ｂは、ローラ駆動モータ９０によって回転駆動される。なお、ローラ駆動モータ９０は、上部ローラ２０ａ及び下部ローラ２０ｂに限らず、他の上部ローラ及び下部ローラも回転駆動させる。

図２は、引抜部３０の概略構成を示している。引抜部３０は、金型３２を備えている。金型３２は、上型３２ａと下型３２ｂとによって構成され、導入部２０によって導入された引抜素材１００が通る通路３２ｃを有している。通路３２ｃは、図２に示すように、入口から出口方向に向かってテーパー状に狭く形成されている。

また金型３２の内部には、複数の電熱ヒータ３４が設置されている。電熱ヒータ３４は、引抜素材１００に含まれる熱可塑性樹脂の融点以上に金型３２の通路３２ｃを加熱する。引抜素材１００が通路３２ｃを通過すると、通路３２ｃの熱によって引抜素材１００内に熱可塑性樹脂が溶融する。通路３２ｃは、上述のように出口方向に向かいテーパー状に狭くなっているので、引抜素材１００が通路３２ｃを移動することにより、引抜素材１００に圧力が付与され、強化繊維束に熱可塑性樹脂が移動することで繊維速内に熱可塑性樹脂が含浸し、もしくは、積層された引抜素材の積層部が溶融し一体化する。

引抜素材１００は引抜部３０内をさらに進み、一定断面形状の通路を有する引抜部３０内の冷却ゾーン（図示せず）で冷却され、熱可塑性樹脂が固化し、帯状の板材（以下「帯板材」という）１００ａとなる。帯板材１００ａは、金型３２の出口側に配置された引抜ローラ３６により下流方向に移動する。

なお、金型３２は、その上型３２ａに油圧シリンダー３８ａ等を接続し、継続的に上型を加圧と除圧とを繰り返すような機構（加振機構）３８により、引抜成形速度を向上させている。

引抜部３０の下流側には、第１引張部４０、第２引張部４２及び第３引張部４４がこの順序で取り付けられている。第１〜第３引張部４０，４２，４４はそれぞれ、上記導入部２０と同様に、上部ローラと下部ローラとを備え、上部ローラと下部ローラとの間に帯板材１００ａを挟み込み、上部ローラ及び下部ローラを回転させることにより、帯板材１００ａを下流側に搬送する。

第１引張部４０と第２引張部４２との間には、第１材料加熱部５０が取り付けられ、第２引張部４２と第３引張部４４との間には、第２材料加熱部６０が取り付けられている。

第１材料加熱部５０は、冷却された帯板材１００ａを再度加熱するためのものであり、第２材料加熱部６０も同様に、第１材料加熱部５０で加熱された帯板材１００ａをさらに加熱するためのものである。

第１及び第２材料加熱部５０，６０は、引抜部３０から出た帯板材１００ａの上下方向にヒータ（図示せず）を配置し、このヒータ間を帯板材１００ａが通過することで、曲げ加工が可能な温度まで帯板の加熱を行う。ヒータは、加熱成形効率を向上させることを目的として、熱源には赤外線ランプヒータ等が用いられ、最終形状に合わせ最適化された加熱長さ・加熱幅が選択され、折り曲げ部以外が加熱されないようにヒートマスクを有している。

第３引張部４４の下流側には、ロール成形部７０が取り付けられている。ロール成形部７０は、帯板材１００ａを最終形状にするために最適化されたいくつかの対のロールを有している。またロール成形部７０には、ロール通過時に加熱された材料の温度が低下しないように保温機構があり、ロール成形の最終段階では、加熱された材料の熱可塑性樹脂が固化するように冷却機構も有している。

成形の後段階であるロール成形部７０では、帯板材１００ａの折り曲げ部を加熱し、加熱された帯板材１００ａを複数の対のロールに引込長手方向に移動させることにより、段階的に形状を付与する。すなわち、引抜部３０の後工程にロール成形部７０を組み合わせることで、同一速度で連続的に材料を長手方向に移動させることにより、テキスタイルから連続的に長尺の複合材部材を成形する。

なお、ロール成形部７０は、上記特許文献１に記載のロール成形装置の構成と同様の構成を用いているので、その構成についてのこれ以上の説明は省略する。

ロール成形部７０の下流側には、曲げ部８０が取り付けられている。曲げ部８０は、ロール成形部７０によって成形された帯板材１００ａ、つまり、長尺の複合材部材を曲げて曲げ材１００ｂとするものであるが、曲げないでストレート材１００ｃとすることもできる。

以上説明したように、本実施形態の加工装置１は、熱可塑性樹脂及び繊維を有するテキスタイル又はテキスタイルを含む素材を連続的に導入する導入部２０と、導入部２０から導入されたテキスタイル又はテキスタイルを含む素材を引き抜くことにより、テキスタイル又はテキスタイルを含む素材から樹脂含浸した複合材料帯板を連続して形成する引抜部３０と、複合材料帯板を部分的に加熱しながら所定の形状にロール成形するロール成形部７０と、を備えている。

このように、本実施形態の加工装置１では、繊維強化熱可塑性樹脂による長尺形状付与材料をテキスタイル材料から連続的に一貫製造することができるので、物流や保管はテキスタイル材料について行えばよい。これにより、物流や保管にかかるコストや資材の物性変化等を低減させることが可能となる。

また、引抜部３０は、テキスタイル又はテキスタイルを含む素材が圧縮されながら通って行く通路３２ｃと、通路３２ｃを加熱する電熱ヒータ３４とを有する金型３２を含んでいる。

ちなみに、電熱ヒータ３４は、「ヒータ」の一例である。

また、金型３２は、上型３２ａと、下型３２ｂと、を有し、引抜部３０は、上型３２ａに対して継続的に加圧と除圧とを繰り返して行う機構３８を有する。

これにより、引抜部３０によってなされる帯板材１００ａの生成速度が向上するため、帯板材１００ａの生成速度を、ロール成形部７０によってなされる帯板材１００ａのロール成形速度に近づけることができる。その結果、加工装置１全体の動作速度を向上させることができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものでなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。

上記実施形態では、曲げ部８０の下流側には何も設けられていないが、これに限らず、切断部を設け、曲げ部８０から排出された帯板材１００ａを長手方向の任意の長さで切断可能にしてもよい。

１‥加工装置、２０‥導入部、３０‥引抜部、３２‥金型、３２ａ‥上型、
３２ｂ下型、３２ｃ‥通路、３４‥電熱ヒータ、７０‥ロール成形部、
８０‥曲げ部、１００‥引抜素材、１００ａ‥帯板材。

Claims (4)

1. 熱可塑性樹脂及び繊維を有するテキスタイル又は前記テキスタイルを含む素材を連続的に導入する導入部と、
   前記導入部から導入された前記テキスタイル又は前記テキスタイルを含む前記素材を引き抜くことにより、前記テキスタイル又は前記テキスタイルを含む前記素材から樹脂含浸した複合材料帯板を連続して形成する引抜部と、
   前記複合材料帯板を部分的に加熱しながら所定の形状にロール成形するロール成形部と、
   を備えたことを特徴とする熱可塑性樹脂複合材料の加工装置。
2. 前記引抜部は、
   前記テキスタイル又は前記テキスタイルを含む前記素材が圧縮されながら通って行く通路と、前記通路を加熱するヒータとを有する金型
   を含む、
   ことを特徴とする請求項１に記載の熱可塑性樹脂複合材料の加工装置。
3. 前記金型は、
   上型と、下型と、
   を有し、
   前記引抜部は、
   前記上型に対して継続的に加圧と除圧とを繰り返して行う機構
   を有する、
   ことを特徴とする請求項２に記載の熱可塑性樹脂複合材料の加工装置。
4. 熱可塑性樹脂及び繊維を有するテキスタイル又は前記テキスタイルを含む素材を連続的に導入する導入工程と、
   前記導入工程により導入された前記テキスタイル又は前記テキスタイルを含む前記素材を引き抜くことにより、前記テキスタイル又は前記テキスタイルを含む前記素材から樹脂含浸した複合材料帯板を連続して形成する引抜工程と、
   前記複合材料帯板を部分的に加熱しながら所定の形状にロール成形するロール成形工程と、
   を備えたことを特徴とする熱可塑性樹脂複合材料の加工方法。

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