JP6645948B2 - 裁断分離装置及び繊維強化樹脂成形体の製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、裁断分離装置及び繊維強化樹脂成形体の製造装置に関し、特定的には、繊維と樹脂との混練物を裁断及び分離する裁断分離装置、及び、裁断された混練物を繊維強化樹脂成形体に製造する装置に関する。

繊維強化樹脂成形体は、例えば、混練装置で繊維と樹脂との混練物を製造し、裁断装置でこの混練物を裁断し、成形装置で裁断された混練物を成形することにより製造される。混練装置及び成形装置は、例えば特開２０１３−１７３３３０号公報（特許文献１）に開示されており、裁断装置は、例えば特開２０１６−１１２６３７号公報（特許文献２）に開示されている。

具体的には、特許文献１には、ＬＦＴ−Ｄ（Long Fiber Thermoplastics -Direct）法により繊維強化樹脂成形体を製造する装置が開示されている。また、この特許文献１には、押出装置に連続繊維材と熱可塑性樹脂材とを導入し、押出装置内に配置されたスクリューの回転によって、連続繊維材を裁断しながら熱可塑性樹脂材と混練して混練材料を生成し、この混練材料を押出装置から押出して成形型内に充填し、成形型内の混練材料をプレス加工して繊維強化樹脂材を製造する方法が開示されている。

また、特許文献２には、刃物移動機構の寸法を大きくすることなく裁断刃物にスイング動作をさせて、裁断刃物を速い速度で移動させる裁断装置が開示されている。

また、特開昭５９−６８２０６号公報（特許文献３）には、熱可塑性プラスチックの成形装置が開示されている。特許文献３の成形装置は、熱可塑性プラスチック材料を押し出す押出装置と、押し出された素材を所定寸法に切断して、切断ピースをプッシャー位置に移動するカッターを含む切断装置と、プッシャー位置に移動された切断ピースを挟持して搬送する搬送装置と、搬送された切断ピースを塑性加工する圧造装置とを備えている。

特開２０１３−１７３３３０号公報 特開２０１６−１１２６３７号公報 特開昭５９−６８２０６号公報

上記特許文献１では、押出装置内に配置されたスクリューの回転速度を段階的に変更し、樹脂と混練される繊維の繊維長を段階的に変更することにより、成形型内において、押出装置から押し出された混練物に含まれる繊維長が段階的に異なる複層構造を形成し、複層の混練材料をプレス加工している。このように、特許文献１では、複層構造の混練物を成形するので、成形可能な形状に制限がある。

上記特許文献２及び３では、混練装置から押し出される長尺状の混練物を切断装置で切断しているので、成形可能な形状の制約は緩和される。しかしながら、本発明者は、上記特許文献２及び３の技術では、切断した混練物を成形装置の成形型内に適切に配置できない場合があるという問題を見出した。

本発明は、上記問題点に鑑み、適切に混練物を裁断する裁断分離装置を提供することを課題とする。また、製造する形状の制約を低減する繊維強化樹脂成形体の製造装置を提供することを課題とする。

本発明者は、切断した混練物を成形装置の成形型内に適切に配置できない場合があるという問題は、切断した混練物が上流側の混練物と再度接着するおそれがあることに起因していることに着目し、その要因は混練物間の隙間が小さいことであることを見出した。そこで、混練物間の隙間を大きくするために本発明者が鋭意研究した結果、本発明を完成させた。

すなわち、本発明の一の局面における裁断分離装置は、繊維と樹脂との混練物を製造し、この混練物を前方に向けて押し出す混練装置の吐出部に配置される裁断分離装置であって、吐出部から押し出された混練物を裁断して、裁断混練物を生成する裁断部と、この裁断部で裁断された位置で裁断混練物を把持する把持部と、この把持部を前方に向けて移動させ、裁断混練物を裁断前の混練物と分離する移送部とを備えている。

本発明の一の局面における裁断分離装置によれば、裁断部で混練装置から押し出された混練物を裁断できるので、成形する形状に応じて適切に混練物を裁断することにより、成形可能な形状の制約を低減できる。

また、裁断部で裁断された位置で、裁断された混練物（裁断混練物）を把持部で把持して、移送部により前方に移動するので、裁断混練物と裁断前の混練物との間隔を大きくすることができる。このため、裁断混練物が混練装置から押し出される裁断前の混練物と接着することを防止できるので、成形する形状に応じて適切に裁断された混練物の形状を維持できる。

また、本発明者は、切断した混練物を成形装置の成形型内に適切に配置できない場合があるという問題は、切断した混練物が所定位置からずれていることに起因していることを見出した。そこで、切断した混練物が所定位置からずれることを防止するために本発明者が鋭意研究した結果、本発明を完成させた。

本発明の他の局面における裁断分離装置は、繊維と樹脂との混練物を製造し、この混練物を前方に向けて押し出す混練装置の吐出部に配置される裁断分離装置であって、吐出部から押し出された混練物を裁断して、裁断混練物を生成する裁断部と、裁断混練物の両側方を把持する把持部と、把持部を移動させる移送部とを備えている。

本発明の他の局面における裁断分離装置によれば、裁断部で混練装置から押し出された混練物を裁断できるので、成形する形状に応じて適切に混練物を裁断することにより、成形可能な形状の制約を低減できる。

また、把持部が裁断混練物の両側方を把持するので、裁断混練物が中心から側方にずれるなど所定位置からずれた場合であっても、把持部は裁断混練物を容易に把持できる。このため、高い位置精度で、把持した裁断混練物を移動できるので、裁断した混練物を成形装置の成形型内に適切に配置できる。

したがって、本発明の一の局面及び他の局面における裁断分離装置は、適切に混練物を裁断することができる。

本発明の一の局面及び他の局面における裁断分離装置において好ましくは、裁断前の混練物を下方から支持して前方に移動させるコンベアをさらに備えている。

これにより、混練装置から押し出される混練物を所定の速度で移動できるので、効率よく裁断できる。

本発明の一の局面及び他の局面における裁断分離装置において好ましくは、コンベアは、吐出部と裁断部との間に配置され、吐出された混練物を下方から支持して前方に移動させる第１のコンベアと、この第１のコンベアの前方に配置され、把持部に把持された裁断混練物を下方から支持して前方に移動させる第２のコンベアとを含んでいる。

第１のコンベアにより、混練装置から押し出される混練物を所定の速度で移動できるとともに、第２のコンベアにより裁断混練物を所定の速度で移動できる。このため、第１のコンベア及び第２のコンベアの速度を同一とすることも異なるようにすることも可能になる。したがって、成形する形状等に併せて、適切な速度で移動できるので、効率よく裁断できる。

本発明の一の局面及び他の局面における裁断分離装置において好ましくは、移送部は、前後方向に把持部を移動させる往復手段を含んでいる。

これにより、混練物が裁断される位置と、この裁断位置から前方に離れた位置とを把持部が往復する。このため、裁断混練物が裁断前の混練物と接着することを防止しながら、混練装置から押し出される混練物を連続して裁断できるので、裁断混練物を効率よく製造できる。

本発明の繊維強化樹脂成形体の製造装置は、繊維と樹脂との混練物を製造し、混練物を吐出する混練装置と、上記いずれかに記載の裁断分離装置と、裁断混練物を成形する成形装置と、裁断分離装置で生成される裁断混練物を成形装置の成形型に搬送する搬送装置とを備えている。

本発明の繊維強化樹脂成形体の製造装置によれば、裁断分離装置の裁断部で混練装置から押し出された混練物を、成形する形状に応じて適切に裁断できるので、成形装置での成形可能な形状の制約を低減できる。

また、裁断分離装置において、裁断混練物を把持部で把持して、移送部により前方に移動するので、裁断混練物が裁断前の混練物と接着することを防止できる。このため、成形型に応じて適切に裁断された形状を維持する裁断混練物は、搬送装置によって、成形装置に搬送される。

また、裁断分離装置において切断された混練物を成形装置の成形型内に適切に配置できるので、適切な形状の繊維強化樹脂成形体を製造できる。

したがって、本発明の繊維強化樹脂成形体の製造装置は、製造する形状の制約を低減できる。

本発明の繊維強化樹脂成形体の製造装置において好ましくは、裁断分離装置は、搬送装置を含んでいる。

これにより、裁断分離装置の裁断部で裁断された混練物を把持部で把持して、移送部で搬送装置に移動させることができる。このため、効率よく繊維強化樹脂成形体を製造することができる。

本発明の裁断分離装置によれば、適切に混練物を裁断することができる。また、本発明の繊維強化樹脂成形体の製造装置は、製造する形状の制約を低減できる。

本発明の実施の形態における繊維強化樹脂成形体の製造装置を示す模式図である。 本発明の実施の形態における裁断分離装置を模式的に示す断面図である。 本発明の実施の形態における裁断分離装置を模式的に示す平面図である。 本発明の実施の形態における裁断分離装置を模式的に示し、図３における矢印ＩＶの方から見たときの正面図である。 本発明の実施の形態における裁断分離装置を構成する把持部及び移送部を模式的に示す平面図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照符号を付しその説明は繰り返さない。また、本明細書において、原料が導入される方を上流側及び後方（図２において左側）とし、原料が排出される方を下流側及び前方（図２において右側）とする。

図１〜図５を参照して、本発明の一実施形態の繊維強化樹脂成形体の製造装置１について説明する。図１に示すように、本実施の形態の繊維強化樹脂成形体の製造装置１は、混練装置２と、裁断分離装置１００と、搬送装置３と、成形装置４とを備えている。混練装置２は、樹脂と繊維との混練物を製造し、混練物を吐出する。裁断分離装置１００は、吐出部から押し出された混練物を裁断して、裁断混練物を生成する。搬送装置３は、裁断混練物を成形装置４に搬送する。成形装置４は、裁断混練物を成形して、繊維強化樹脂成形体を製造する。

＜混練装置＞
混練装置２は、ＬＦＴ−Ｄ法により、熱可塑性樹脂に繊維が混入されてなる成形体材料としての混練物を製造する装置である。つまり、熱可塑性樹脂と複数本の連続した繊維の束とを導入し、繊維を裁断しながら開繊させ、樹脂と繊維とを混練して混練物を生成する。熱可塑性樹脂及び繊維は特に限定されないが、熱可塑性樹脂はポリアミド樹脂であることが好ましく、繊維はガラス繊維、炭素繊維などであることが好ましい。炭素繊維を用いた場合には、製造装置１において熱可塑性ＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック：Carbon Fiber Reinforced Plastics）成形体が製造される。

混練装置２は、第１混練機１０と、第２混練機２０と、繊維供給部３０とを含んでいる。第１混練機１０は、熱可塑性樹脂と繊維とを混練する。第２混練機２０は、第１混練機１０に導入される熱可塑性樹脂を、第１混練機１０内での繊維との混練に先立って、混練・溶融する。繊維供給部３０は、第１混練機１０に繊維を供給する。

第１混練機１０は、混練軸１１と、シリンダー１２と、駆動部１３ａと、減速機１３ｂと、堰体１４と、ダイ１５とを含んでいる。

混練軸１１は、スクリュー１１ａと、回転軸１１ｂとを有している。第１混練機１０は、１本の混練軸１１を有する単軸混練機であってもよく、複数本の混練軸１１を含む多軸混練機であってもよいが、本実施の形態では、互いに並列に配置された２本の混練軸１１を含んだ２軸混練機としている。２本の回転軸１１ｂは、軸方向に相互に回転可能に配設されており、互いの回転方向は同じであってもよく、異なっていてもよい。

スクリュー１１ａは、回転することによって熱可塑性樹脂と繊維とを混練する。このスクリュー１１ａは、回転軸１１ｂに組み込まれている。スクリュー１１ａは、混練軸１１において上流側の端部と下流側の端部に配置されていれば特に限定されず、スクリュー１１ａのみが回転軸１１ｂに組み込まれていてもよく、中間部にはパドルが組み込まれていてもよい。

この２本の混練軸１１を内部に収容するようにシリンダー１２が設けられている。シリンダー１２と混練軸１１との隙間は、熱可塑性樹脂及び／または繊維が通過する流路となる。シリンダー１２は、第２混練機２０から供給される熱可塑性樹脂を第１混練機１０内に導入するための樹脂供給口１２ａと、繊維供給部３０から供給される複数本の連続した繊維を第１混練機１０内に導入するための繊維供給口１２ｂとを有している。繊維供給口１２ｂには、導入される連続した繊維を切断するための部材が設けられてもよいが、本実施の形態ではそのような部材は省略されており、繊維供給部３０から導入される連続した繊維をそのまま第１混練機１０内へ送る。

混練軸１１の一方（上流側）の軸端には、混練軸１１にトルクを分配する減速機１３ｂを経由して駆動部１３ａが接続されている。減速機１３ｂは、混練軸１１を所定の回転速度で同期させて回転させる。

混練軸１１の他方（下流側）の軸端側には、堰体１４が接続されている。堰体１４は、ブレーカープレートと中間軸受とを兼用でき、流路と交差する方向に延びるように配置されているので、熱可塑性樹脂と繊維との混練物に背圧を与える。

堰体１４は、混練物の流路となる開口部を有している。本実施の形態の堰体１４は、２本の混練軸１１のスクリュー１１ａのそれぞれの回転方向に沿う円弧状の開口部を複数有している。開口部は、混練軸１１ごとに対応して設けられている。

この堰体１４においてスクリュー１１ａと反対側には、ダイ１５が設けられている。ダイ１５は、混練物を排出する吐出部１５ａを有している。

第２混練機２０は、上述した第１混練機１０のシリンダー１２の樹脂供給口１２ａに導入される熱可塑性樹脂を予め溶融し、スクリュー２１ａを有する混練軸２１と、シリンダー２２と、駆動部２３ａと、減速機２３ｂと、ホッパー２４とを含んでいる。第２混練機２０は、１本の混練軸２１を有する単軸混練機であってもよく、複数本の混練軸２１を含む多軸混練機であってもよい。混練軸２１は、スクリュー２１ａのみが回転軸２１ｂに組み込まれていてもよく、中間部にはスクリューに代えてパドルが組み込まれていてもよい。シリンダー２２は、溶融された熱可塑性樹脂を第１混練機１０に供給する吐出部２２ａを有している。駆動部２３ａ及び減速機２３ｂは、混練軸２１を所定の回転速度で回転させる。ホッパー２４は、混練軸２１とシリンダー２２との間で混練される熱可塑性樹脂の原料２５を受ける。

繊維供給部３０は、上述した第１混練機１０のシリンダー１２の繊維供給口１２ｂに導入される繊維原料３２を供給する。繊維供給部３０は、複数本の連続する繊維の束が巻回された繊維原料３２を載置する載置部３１を含んでいる。載置部３１は、繊維原料３２から繊維の束の先端を取り出し、第１混練機１０のシリンダー１２の繊維供給口１２ｂに導入するための第１及び第２案内部３１ａ、３１ｂを有している。

＜裁断分離装置＞
図１に示すように、裁断分離装置１００は、混練物を前方に向けて押し出す混練装置２の吐出部１５ａに配置されている。裁断分離装置１００は、混練装置２の吐出部１５ａから押し出された連続する混練物Ｋ１を、成形装置４の成形型５０に投入する非連続的な裁断混練物Ｋ２に計量を伴って変えるためのものである。主に図２〜図５を参照して、本実施の形態の裁断分離装置１００について説明する。なお、図３は裁断された混練物Ｋ２を把持した状態を示し、図４及び図５は裁断された混練物Ｋ２を把持していない状態を示している。

図２〜図５に示すように、裁断分離装置１００は、裁断部１１０と、把持部１２０と、移送部１３０と、コンベア１４０とを含んでいる。

図２及び図３に示すように、裁断部１１０は、吐出部１５ａから押し出された混練物Ｋ１を裁断して、裁断混練物Ｋ２を生成する。裁断混練物Ｋ２は、後述する成形装置４の成形型５０に投入されるので、成形型５０のキャビティに適するサイズ及び重量に切断されたものである。裁断部１１０は、混練物を裁断する裁断刃１１１と、この裁断刃１１１の裁断動作を制御する制御部１１２とを有している。

裁断刃１１１は、吐出部１５ａから押し出されて前方に移動する長尺の混練物Ｋ１を、裁断する。この裁断刃１１１は、吐出部１５ａから押し出される混練物Ｋ１の上方に配置され、混練物Ｋ１に対して上方から下方に向けて移動されることにより、混練物Ｋ１を裁断する。裁断刃１１１の上流側の面には、混練物の熱融着を防止するように表面処理されている。

図２に示すように、制御部１１２は、裁断刃１１１の移動を制御する。制御部１１２は、前方に押し出される混練物Ｋ１に対して直交するように裁断刃１１１を移動させてもよく、混練物Ｋ１に対して傾斜するように裁断刃１１１を移動させてもよい。このような裁断刃１１１の移動を補助するために、バネなどを利用してもよい。制御部１１２は、例えば、サーボモータ制御装置である。

また、裁断される混練物Ｋ１中の繊維長を混練装置２で短くした場合には、切断の確実性を高めるために、裁断前の混練物Ｋ１の同じ位置に、裁断刃１１１が複数回移動されるように（複数度切りアクション）制御してもよい。このような混練物Ｋ１の同じ位置での複数回の裁断を実現するために、例えば、第１コンベア１４１を停止させる。このような複数度切りアクションは、効率の観点から２度切りアクションであることが好ましい。

なお、裁断部１１０には、裁断刃１１１を保持する部材（図示せず）が設けられてもよい。また、裁断刃１１１を下方で支持するための受け板（図示せず）が設けられてもよい。また、裁断刃１１１に混練物が熱融着した場合には、熱融着した混練物を裁断刃から引き剥がす部材が設けられてもよい。

図３〜図５に示すように、把持部１２０は、裁断部１１０で裁断された位置で、裁断混練物Ｋ２を把持する。把持部１２０は、裁断混練物Ｋ２の両側方を把持する。換言すると、把持部１２０は、裁断混練物Ｋ２の移動方向と交差（本実施の形態では直交）する両側を把持する。さらに換言すると、把持部１２０は、裁断混練物Ｋ２において移送部１３０による把持部１２０の移動方向と交差する両側を把持する。

本実施の形態では、把持部１２０は、裁断された混練物Ｋ２を両側から掴むように構成されている。具体的には、把持部１２０は、吐出部１５ａから吐出される混練物の両外側にそれぞれ配置されるとともに、内方に向けて突出する突起部１２１を含んでいる。この突起部１２１は、内方（図４に示す矢印の方向）に移動されると、混練物に刺し込まれる。突起部１２１は、混練物Ｋ２の熱融着を防止するように表面処理されている。

また、把持部１２０は、突起部１２１を内方及び外方、すなわち左右（横）方向に移動させる往復手段１２２を含んでいる。往復手段１２２は、突起部１２１に連結されている。往復手段１２２は、裁断混練物に刺し込むために突起部１２１を内方に移動させるとともに、裁断混練物に刺し込まれた突起部１２１を外方に移動させて裁断混練物から外す。往復手段１２２は特に限定されず、その動力源は特に限定されないが、例えば、エアー、油圧、電気などである。

移送部（ガイド）１３０は、把持部１２０を前方に向けて移動させて、裁断後の混練物Ｋ２を裁断前の混練物Ｋ１と分離する。移送部１３０は、前後方向に把持部１２０を移動させる往復手段１３３を含んでいる。つまり、移送部１３０により、把持部１２０は前後方向の往復移動が可能に構成されている。図３では、移送部１３０は、第２コンベア１４２と第３コンベア１４３との間を把持部１２０が往復するように把持部１２０を移動させる。

具体的には、図４及び図５に示すように、把持部１２０の往復手段１２２上に、連結部材１３１が連結されている。この連結部材１３１上に、固定部材１３２が連結されている。この固定部材１３２の後方に、固定部材１３２を前後方向に移動させる往復手段１３３が取り付けられている。往復手段１３３は、突起部１２１及び往復手段１２２を有する把持部１２０と、連結部材１３１と、固定部材１３２とを含むユニットを、前後方向に往復移動させる。往復手段１３３は特に限定されず、その動力源は特に限定されないが、例えば、エアー、油圧、電気などである。

なお、把持部１２０の左右方向の移動及び移送部１３０の前後方向の移動は、リニアガイドなどを用いてもよい。

図２に示すように、コンベア１４０は、裁断前の混練物Ｋ１を下方から支持して前方に移動させる。コンベア１４０は、混練物を連続的に搬送する機械であり、本実施の形態では、輪状にしたベルトを台車の上で回転させ、その上に混練物を載置して移動させるベルトコンベアを用いている。

本実施の形態のコンベア１４０は、図２、図３及び図５に示すように、第１コンベア１４１と、第２コンベア１４２と、第３コンベア１４３とを含んでいる。上流側（後方）から下流側（前方）に向けて、第１コンベア１４１、第２コンベア１４２、及び第３コンベア１４３の順に配置されている。

第１コンベア１４１は、吐出部１５ａと裁断部１１０（裁断刃１１１）との間に配置され、吐出された混練物Ｋ１を下方から支持して、裁断部１１０に向けて前方に移動させる。第１コンベア１４１の載置面（上面）と、吐出された混練物Ｋ１の下面とは、同一平面上に位置している。

第２コンベア１４２は、第１コンベア１４１の前方に配置され、把持部１２０に把持された裁断混練物を下方から支持して前方に移動させる。つまり、第２コンベア１４２は、裁断部１１０で裁断された位置の裁断混練物Ｋ２を、前方に移動させる。第２コンベア１４２の載置面は、第１コンベア１４１の載置面と同一平面上に位置している。つまり、混練装置２から押し出される混練物Ｋ１は、平面上で裁断される。このため、混練装置２から押し出される混練物Ｋ１の伸縮を防止して、混練物Ｋ１を裁断できるので、裁断混練物Ｋ２の品質を高めることができる。

第３コンベア１４３は、第２コンベア１４２の前方に配置され、把持部１２０から離れた裁断混練物Ｋ２を下方から支持して前方に移動させる。第３コンベア１４３は、後述する搬送装置３に相当する。第３コンベア１４３の載置面は、第２コンベア１４２の載置面と同一平面上に位置している。つまり、裁断混練物Ｋ２は、押し出し方向において前方に直進するように搬送される。これにより、裁断混練物Ｋ２の伸縮を防止して、搬送されるので、裁断混練物Ｋ２の品質を高めることができる。

第１〜第３コンベア１４１〜１４３には、混練物が冷えて固まらないように混練物を加熱する加熱部（図示せず）が設けられている。加熱部は、例えば混練物に過熱蒸気を加えて保温する機能を有しており、例えばトンネル炉としてもよい。

なお、第２コンベア１４２と第３コンベア１４３とは分離されたものではなく、１つのコンベアであってもよい。また、各コンベアの代わりに、フリーローラを用いてもよい。

また、本実施の形態の裁断分離装置１００において、吐出部１５ａ前方に、吐出される混練物Ｋ１のバイパス経路を設けてもよい。バイパス経路は、例えば、吐出部１５ａと第１コンベア１４１との間に配置される。バイパス経路は、混練物Ｋ１が不良であると判断されたときに、その混練物Ｋ１の一次的な保管、または、その混練物Ｋ１を混練装置２に戻す経路として用いられる。

＜搬送装置＞
図１に示すように、搬送装置３は、裁断分離装置１００の裁断部１１０で所定の大きさに切断された混練物を成形装置４に移動する。本実施の形態では、搬送装置３は、裁断分離装置１００の第３コンベア１４３と、第１載置部４１と、第１把持部４２と、スライド部４３とを含んでいる。

第１載置部４１は、第３コンベア１４３から搬送された裁断混練物Ｋ２を載置する台である。この第１載置部４１に載置された裁断混練物を把持して成形型５０に投入するために、第１把持部４２が設けられている。第１把持部４２は、例えばロボットアームである。

第１把持部４２により、裁断混練物は、スライド部４３上に載置された成形型５０の下型５２上に配置される。スライド部４３は、水平方向に移動可能に構成されており、下型５２をホルダ４４上に移動させる。スライド部４３は、例えばスライドテーブルである。

＜成形装置＞
成形装置４は、裁断混練物を加圧成形して、繊維強化樹脂成形体を製造する。成形装置４は、ホルダ４４と、プレート４５と、第２把持部４６と、第２載置部４７と、上型５１と下型５２とを有する成形型５０とを含んでいる。

ホルダ４４は、スライド部４３により裁断混練物が配置された下型５２を支持する。プレート４５は、成形型５０の上型５１を支持する。

成形型５０は、上型５１と下型５２とを含み、上型５１と下型５２との空洞部分であるキャビティに裁断混練物が配置され、上型５１と下型５２とが閉じられることにより、この裁断混練物を加圧成形する。

成形型５０により製造された繊維強化樹脂成形体を把持するために、第２把持部４６が設けられている。第２把持部４６により把持された繊維強化樹脂成形体を、第２載置部４７に載置する。第２載置部４７は、完成品である繊維強化樹脂成形体を載置する台である。

続いて、本実施の形態の繊維強化樹脂成形体の製造方法について、図１〜図５を参照して説明する。

まず、樹脂と繊維とを混練して、混練物を製造する。この工程では、図１に示す混練装置２により、以下のように、成形体材料としての混練物を生成する。

第２混練機２０のホッパー２４を経由して熱可塑性樹脂の原料２５を供給する。駆動部２３ａ及び減速機２３ｂを用いて混練軸２１を所定の回転速度で回転させ、混練軸２１によりシリンダー２２内の熱可塑性樹脂の原料２５を溶融・混練する。

また、複数本の連続した繊維原料３２を準備する。複数本とは、例えば１万２千本以上であり、２万４千本以上であってもよく、５万本以上であってもよい。本実施の形態では、繊維原料３２として、１万２千本以上の繊維の束（ロービング）とし、この繊維の束を複数束準備する。複数本の連続した繊維が巻回された繊維原料３２を繊維供給部３０の載置部３１に載置し、繊維原料３２の先端部を第１案内部３１ａに通し、第２案内部３１ｂに支持させる。

次に、第１混練機１０に、第２混練機２０で溶融した樹脂と、繊維供給部３０で準備した複数本の連続した繊維とを導入する。この工程では、第２混練機２０の吐出部２２ａから排出される溶融された樹脂を、第１混練機１０の樹脂供給口１２ａに導入する。また、繊維供給部３０の第１案内部３１ａ及び第２案内部３１ｂから導かれる複数本の繊維の先端部を、第１混練機１０の繊維供給口１２ｂに導入する。

次に、繊維を裁断しながら熱可塑性樹脂と繊維とを混練することで混練物を製造する。具体的には、駆動部１３ａを用いて回転軸１１ｂを回転させることにより、混練軸１１を所定の回転速度で回転させる。混練軸１１のスクリュー１１ａ（パドルを含む場合はスクリュー１１ａ及びパドル）の回転によって、混練軸１１とシリンダー１２との間に形成される流路を移動する樹脂及び繊維に圧力が加えられるので、繊維を裁断しながら、樹脂と繊維とを混練する。

スクリュー１１ａの回転に伴って、混練軸１１とシリンダー１２との間の流路を移動した混合物は、最下流に位置するスクリュー１１ａと堰体１４との間に充満され、スクリュー１１ａが回転しない領域で適度な背圧が加えられるので、ショートパスした未開繊の繊維をばらばらにできる。開繊された繊維には、樹脂が含浸される。この混練物Ｋ１は、堰体１４の開口部を通過し、ダイ１５の吐出部１５ａから排出される。

次に、裁断分離装置１００で、混練装置２から吐出される混練物Ｋ１を裁断して裁断混練物Ｋ２を生成し、裁断前の混練物Ｋ１と分離する。具体的には、以下の工程を実施する。

図２に示すように、裁断部１１０により混練装置２から前方に吐出される混練物Ｋ１を裁断して、裁断混練物Ｋ２を生成する。この工程では、混練装置２の吐出部１５ａから押し出された混練物Ｋ１を第１コンベア１４１で下方から支持して前方に移動させつつ、裁断刃１１１を混練物Ｋ１上から下方に向けて移動させる。これにより、長尺の混練物Ｋ１を裁断して、適切なサイズ及び重量を有する裁断混練物Ｋ２を生成する。裁断混練物Ｋ２は、第２コンベア１４２で下方から支持される。

図３に示すように、裁断部１１０で裁断された位置で、把持部１２０により、裁断混練物Ｋ２を把持する。この工程では、往復手段１２２により突起部１２１を、内方（図４及び図５に示す状態から図３に示す状態）に移動させて、裁断混練物Ｋ２に突起部１２１を刺し込む。

その後、移送部１３０により、把持部１２０を前方に向けて移動させ、裁断前の混練物Ｋ１と分離する。この工程では、図３に示すように、裁断混練物Ｋ２を把持部１２０に把持した状態で、移送部１３０の往復手段１３３により、把持部１２０を第３コンベア１４３まで前方に移動する。

次いで、把持部１２０の往復手段１２２により突起部１２１を外方に移動させて、裁断混練物Ｋ２から突起部１２１を外す。これにより、裁断混練物Ｋ２は、第３コンベア１４３に載置される。この状態で、移送部１３０の往復手段１３３により、把持部１２０を第２コンベア１４２まで後方に移動する。これにより、図５に示す位置に把持部１２０を裁断位置に配置できる。

このように、往復手段１２２で把持部１２０の突起部１２１を左右方向に移動するとともに、往復手段１３３で把持部１２０を前後方向に移動することを繰り返す。このため、混練装置２から前方に吐出される混練物Ｋ１を裁断及び分離する工程を連続して実施できる。

次に、図１に示すように、搬送装置３を用いて、裁断混練物を成形装置４の成形型５０のキャビティに配置する。具体的には、第３コンベア１４３で、裁断混練物が冷却されない状態を維持しながら、第１載置部４１に搬送する。そして、第１載置部４１上に載置された裁断混練物を第１把持部４２が把持して、スライド部４３上に配置された下型５２に移動させる。スライド部４３により、裁断混練物が配置された下型５２をホルダ４４上に位置させる。

次に、混練物を加圧成形する。具体的には、プレート４５に取り付けられた上型５１を下方に移動させて、上型５１と下型５２とを合わせて加圧成形する。この工程により、繊維強化樹脂成形体を製造できる。

製造した繊維強化樹脂成形体を、図１に示すように第２把持部４６で把持し、第２載置部４７上に載置する。

以上説明したように、本実施の形態の裁断分離装置１００は、繊維と樹脂との混練物を製造し、この混練物を前方に向けて押し出す混練装置２の吐出部１５ａに配置され、吐出部１５ａから押し出された混練物Ｋ１を裁断して裁断混練物Ｋ２を生成する裁断部１１０と、この裁断部１１０で裁断された位置で裁断混練物Ｋ２を把持する把持部１２０と、この把持部１２０を前方に向けて移動させ、裁断混練物Ｋ２を裁断前の混練物Ｋ１と分離する移送部１３０とを備えている。

本実施の形態の繊維強化樹脂成形体の製造装置１は、繊維と樹脂との混練物を製造し、混練物Ｋ１を吐出する混練装置２と、上記裁断分離装置１００と、裁断混練物Ｋ２を成形する成形装置４と、裁断分離装置１００で生成される裁断混練物Ｋ２を成形装置４の成形型５０に搬送する搬送装置３とを備えている。

本実施の形態の裁断分離装置１００及び繊維強化樹脂成形体の製造装置１によれば、裁断分離装置１００の裁断部１１０で混練装置２から押し出された混練物Ｋ２を裁断できる。このため、成形装置４の成形型５０で成形する形状に応じたサイズ及び重量の裁断混練物Ｋ２を生成できる。このように、成形型５０に合わせて適切に混練物を裁断することができるので、利用可能な成形型５０の制約を低減できる。

また、裁断分離装置１００において混練物Ｋ１を連続して裁断すると、裁断混練物Ｋ２と、上流側の混練物Ｋ１とは、裁断面でわずかに接触しない程度の間隔に位置する。しかし、本実施の形態では、裁断混練物Ｋ２を把持部１２０で把持して、移送部１３０により把持部１２０を強制的に前方に移動して、裁断後の混練物Ｋ２を裁断前の混練物Ｋ１から引き離す。これにより、裁断混練物Ｋ２が混練装置２から押し出される裁断前の混練物Ｋ１と接触することを防止できるので、成形する形状に応じて適切に裁断された混練物Ｋ２の形状を維持できる。そして、搬送装置３によって、この裁断混練物Ｋ２は、成形型５０に応じて適切に裁断された形状を維持して、成形装置４に搬送される。

また、裁断分離装置１００において裁断部１１０で裁断された位置で、把持部１２０により裁断混練物Ｋ２を把持できる。このため、混練装置２から連続して混練物Ｋ１が押し出されても、容易に連続して裁断することができる。このため、長尺の混練物Ｋ１を連続して裁断して裁断混練物Ｋ２を製造できるので、切断ピースをカッターで保持して移動する上記特許文献３に比べて、効率よく裁断できる。このため、本実施の形態では、裁断混練物Ｋ２を用いて効率よく繊維強化樹脂成形体を製造できる。

したがって、本実施の形態の裁断分離装置１００及び繊維強化樹脂成形体の製造装置１は、製造する繊維強化樹脂成形体の形状の制約を低減し、かつ効率よく繊維強化樹脂成形体を製造することができる。

また、本実施の形態の裁断分離装置１００及び繊維強化樹脂成形体の製造装置１において、繊維と樹脂との混練物を製造し、この混練物Ｋ１を前方に向けて押し出す混練装置２の吐出部１５ａに配置され、吐出部１５ａから押し出された混練物Ｋ１を裁断して裁断混練物Ｋ２を生成する裁断部１１０と、裁断混練物Ｋ２を把持する把持部１２０と、この把持部１２０を移動させる移送部１３０とを備え、把持部１２０は、裁断混練物Ｋ２の両側方を把持する。

本実施の形態の混練装置２は、必要な物性に応じて混練物中の繊維長を調整することができる。このような混練装置２のダイ１５の吐出部１５ａから吐出される混練物Ｋ１は、前方に直進して吐出されるとは限らず、搬送方向に対して左右のいずれか一方にずれて吐出されることがある。また、裁断部１１０での裁断において、裁断刃１１１が斜めに降りてくる際に引っ張られて、中心からずれてしまうことがある。これらの場合、成形装置４の成形型５０に混練物を投入する位置がずれる可能性が生じる。しかし、本実施の形態では、混練物Ｋ１の混練装置２から出てきた際の曲り、裁断刃が斜めに降りてくる際に成形物が引っ張られることによる中心からずれなどが生じても、把持部１２０は裁断混練物Ｋ２をセンターに位置決めするために両側方から把持できる。つまり、把持部１２０は、裁断混練物Ｋ２のセンタリング機能を有しているので、把持した裁断混練物Ｋ２の移動において、位置精度を向上できる。これにより、裁断した混練物Ｋ２を成形装置４の成形型５０内に適切に配置できる。成形型５０内での混練物の流動挙動は、裁断混練物が投入される位置と密接な関係があるので、安定した品質の繊維強化樹脂成形体を製造することができる。

なお、本実施の形態の裁断分離装置１００及び繊維強化樹脂成形体の製造装置１において、把持部１２０が裁断混練物Ｋ２の両側方を把持する場合には、把持部１２０は裁断部１１０で裁断された位置で裁断混練物Ｋ２を把持しなくてもよい。つまり、把持部１２０は、後工程の位置決め時までの差支えのない位置で裁断混練物Ｋ２を把持してもよい。

また、把持部１２０が裁断混練物Ｋ２の両側方を把持する場合には、移送部１３０は、把持部１２０を前方に移動させ裁断混練物Ｋ２を裁断前の混練物Ｋ１と分離しなくてもよい。

しかし、裁断分離装置及び繊維強化樹脂成形体の製造装置において、把持部１２０は裁断混練物Ｋ２の両側方を把持し、移送部１３０は把持部１２０を前方に移動させて裁断混練物Ｋ２を裁断前の混練物Ｋ１と分離することが好ましい。この場合、裁断混練物Ｋ２が中心から側方にずれるなど所定位置からずれても、把持部１２０は裁断混練物Ｋ２を容易に把持できるため、高い位置精度で、把持した裁断混練物Ｋ２を前方中心へ移動できる。それに加えて、把持部１２０は裁断部１１０で裁断された位置で裁断混練物Ｋ２を把持することがより好ましい。この場合、長尺の混練物Ｋ１を連続して裁断して、効率よく裁断混練物Ｋ２を製造できる。したがって、裁断した混練物Ｋ２を成形装置４の成形型５０内により適切に、かつ効率よく配置できる。

本実施の形態の裁断分離装置１００及び繊維強化樹脂成形体の製造装置１において好ましくは、裁断前の混練物Ｋ１を下方から支持して前方に移動させるコンベア１４０をさらに備えている。

本発明者は、混練装置２から所定の速度で混練物Ｋ１が押し出されるので、吐出直後に動力を有していないフリーローラを配置して混練物Ｋ１の押し出される力を利用することを考えた。しかし、鋭意検討の結果、フリーローラの代わりに、搬送能力の高いコンベア１４０が配置されている場合の方が、効率よく裁断混練物Ｋ２を生成できることを本発明者は見出した。すなわち、混練装置２から押し出される混練物Ｋ１をコンベア１４０で所定の速度で移動することにより、効率よく裁断できることがわかった。それに加えて、混練装置２から押し出される混練物Ｋ１の吐出速度と、第１コンベア１４１の搬送速度とを同期させる（同じ速度にする）ことにより、押し出される混練物Ｋ１の伸縮が防止されるので、製造する繊維強化樹脂成形体の品質を高めることができる。

本実施の形態の裁断分離装置１００及び繊維強化樹脂成形体の製造装置１において好ましくは、コンベア１４０は、吐出部１５ａと裁断部１１０との間に配置されるとともに、吐出された混練物Ｋ１を下方から支持して前方に移動させる第１のコンベア（図２では第１コンベア１４１）と、この第１のコンベアの前方に配置されるとともに、把持部１２０に把持された裁断混練物Ｋ２を下方から支持して前方に移動させる第２のコンベア（図２では第２及び第３コンベア１４２、１４３）とを含んでいる。

第１のコンベア（第１コンベア１４１）により、混練装置２から押し出される混練物Ｋ１を所定の速度で移動できるとともに、第２のコンベア（第２及び第３コンベア１４２、１４３）により裁断混練物Ｋ２を所定の速度で移動できる。つまり、第１コンベア１４１、第２コンベア１４２及び第３コンベア１４３の速度を同一とすることも異なるようにすることも可能になる。このため、第１コンベア１４１を混練装置２の混練物Ｋ１の押出速度に応じた速度に設定し、第２コンベア１４２及び第３コンベア１４３を下流工程の動作ピッチに応じた速度に設定することもできる。したがって、裁断混練物Ｋ２の搬送ピッチを任意に設定できるので、成形する形状等に併せて適切な速度で移動できるため、より効率よく繊維強化樹脂成形体を製造できる。

本実施の形態の裁断分離装置１００及び繊維強化樹脂成形体の製造装置１において好ましくは、移送部１３０は、前後方向に把持部１２０を移動させる往復手段１３３を含んでいる。

これにより、混練物が裁断された位置と、この裁断位置から前方に離れた位置とを把持部１２０が往復運動する。このため、裁断混練物Ｋ２が裁断前の混練物Ｋ１と接着することを防止しながら、混練装置２から押し出される混練物Ｋ１を連続して裁断できる。したがって、裁断混練物Ｋ２をより効率よく製造できるので、繊維強化樹脂成形体をより効率よく製造できる。

本実施の形態の繊維強化樹脂成形体の製造装置１において、裁断分離装置１００は、搬送装置３（第３コンベア１４３）を含んでいる。

これにより、裁断分離装置１００の裁断部１１０で裁断された混練物Ｋ２を把持部１２０で把持して、移送部１３０で第３コンベア１４３に移動させることができる。このため、より効率よく繊維強化樹脂成形体を製造することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 製造装置、２ 混練装置、３ 搬送装置、４ 成形装置、１０ 第１混練機、１１，２１ 混練軸、１１ａ，２１ａ スクリュー、１１ｂ，２１ｂ 回転軸、１２，２２ シリンダー、１２ａ 樹脂供給口、１２ｂ 繊維供給口、１３ａ，２３ａ 駆動部、１３ｂ，２３ｂ 減速機、１４ 堰体、１５ ダイ、１５ａ，２２ａ 吐出部、２０ 第２混練機、２４ ホッパー、２５ 原料、３０ 繊維供給部、３１ 載置部、３１ａ 第１案内部、３１ｂ 第２案内部、３２ 繊維原料、４１ 第１載置部、４２ 第１把持部、４３ スライド部、４４ ホルダ、４５ プレート、４６ 第２把持部、４７ 第２載置部、５０ 成形型、５１ 上型、５２ 下型、１００ 裁断分離装置、１１０ 裁断部、１１１ 裁断刃、１１２ 制御部、１２０ 把持部、１２１ 突起部、１２２，１３３ 往復手段、１３０ 移送部、１３１ 連結部材、１３２ 固定部材、１４０ コンベア、１４１ 第１コンベア、１４２ 第２コンベア、１４３ 第３コンベア、Ｋ１，Ｋ２ 混練物。

Claims (7)

1. 繊維と樹脂との混練物を製造し、前記混練物を前方に向けて押し出す混練装置の吐出部に配置される裁断分離装置であって、
   前記吐出部から押し出された前記混練物を裁断して、裁断混練物を生成する裁断部と、
   前記裁断部で裁断された前記裁断混練物を把持する把持部と、
   前記裁断混練物を把持した前記把持部を前方に向けて移動させることによって、前記裁断混練物を裁断前の前記混練物と分離する移送部とを備える、裁断分離装置。
2. 前記把持部は、前記裁断混練物の両側方を把持する、請求項１に記載の裁断分離装置。
3. 裁断前の前記混練物を下方から支持して前方に移動させるコンベアをさらに備える、請求項１または２に記載の裁断分離装置。
4. 前記コンベアは、
   前記吐出部と前記裁断部との間に配置され、吐出された前記混練物を下方から支持して前方に移動させる第１のコンベアと、
   前記第１のコンベアの前方に配置され、前記把持部に把持された前記裁断混練物を下方から支持して前方に移動させる第２のコンベアとを含む、請求項３に記載の裁断分離装置。
5. 前記移送部は、前後方向に前記把持部を移動させる往復手段を含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の裁断分離装置。
6. 繊維と樹脂との混練物を製造し、前記混練物を吐出する混練装置と、
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の裁断分離装置と、
   前記裁断混練物を成形する成形装置と、
   前記裁断分離装置で生成される前記裁断混練物を前記成形装置の成形型に搬送する搬送装置とを備える、繊維強化樹脂成形体の製造装置。
7. 前記裁断分離装置は、前記搬送装置を含む、請求項６に記載の繊維強化樹脂成形体の製造装置。
   

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