JP6710171B2 - 位置決め装置、繊維強化樹脂成形体の製造装置及び成形型投入方法 - Google Patents

Description

本発明は、品質のばらつきが少なく、繊維強化樹脂成形体を製造するための位置決め装置、繊維強化樹脂成形体の製造装置及び成形型投入方法に関する。

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、この混練物を成形装置で成形することにより製造される。このような製造装置は、例えば、特公平６−９４１３０号公報（特許文献１）に開示されている。

具体的には、この特許文献１には、熱可塑性樹脂と強化用繊維とを混練する押出し装置と、混練物を所定の寸法及び形状に成形する予成形装置と、この予成形装置で成形された予成形押出物を成形する圧縮成形機と、予成形押出物を圧縮成形機まで搬送するコンベヤ装置とを備えている装置が開示されている。

特公平６−９４１３０号公報

しかしながら、本発明者は、上記特許文献１の装置では、一直線に延びるコンベヤ装置によって予成形押出物を圧縮成形機まで搬送しており、繊維強化樹脂成形体の特性が悪くなる場合があるという問題に着目した。また一定厚み、および重量の予成形押出物を圧縮成形機に投入するため、特殊な形状、例えば箇所により厚みが相違する、つまり必要な重量が成形物の任意箇所で相違するような成形体を安定して得ることは困難である。そこで、繊維強化樹脂成形体の特性を向上する、位置決め装置、繊維強化樹脂成形体の製造装置及び成形型投入方法を提供することを課題とする。

本発明者は、成形体の物性を安定させるためには、金型の所定位置に如何に精度よく混練物を投入するかが重要であるということに着目した。金型に投入した位置により混練物の流動挙動が変化し、混練物中の繊維の配向は流動挙動に大きく依存することを突き止めた。成形物を複雑な形状に出来る自由度は、軽量化部品の創出に非常に有効な手段であるが、本発明の製造方法は、約１分〜３分に一つの部品を製造できる量産性を特徴としている。この特徴を発現するため、金型は混練物が固化する融点以下の温度に設定される。金型に混練物を投入すると同時に混練物の表面は、冷却固化を開始するため、必要な流動距離が長くなる軽量化に有効な複雑な形状や肉厚が大きく変化する形状には適用が困難である。具体的には全ての形状に混練物が充填されるまでに混練物が冷却固化してしまう現象が発生する。複数の混練物を同時に金型に投入することは本問題を解決する有効な手段ではあるが、混練物を金型の所定位置に精度よく投入することが難しく、複数個の材料が合流する地点（以下ウェルドライン）が、部品毎に相違することにつながり、安定した品質を確保することができない。本発明者は、金型へ投入する位置精度を高めることにより繊維の配向を制御して品質を安定にすることができるという着想に至り、本発明を完成させた。また複数の混練物を精度よく、また任意の位置に、同時に投入する機構を発明することで、軽量化に有効な複雑な形状を安定した品質で成形できることを見出した。

すなわち、本発明の位置決め装置は、混練装置から吐出された繊維と樹脂との混練物を裁断する裁断装置の下流側に配置される装置であって、裁断装置で裁断された裁断混練物を搬送する搬送手段と、この搬送手段から搬送された複数の裁断混練物を、成形型に投入するパターンに位置決めする位置決め手段とを備えている。

本発明の繊維強化樹脂成形体の製造装置は、繊維と樹脂との混練物を製造する混練装置と、混練物を裁断して、裁断混練物を生成する裁断装置と、この裁断装置の下流側に配置されるとともに、裁断装置で裁断された裁断混練物を搬送する搬送手段と、この搬送手段から搬送された複数の裁断混練物を成形型に投入するパターンに位置決めする位置決め手段とを含む位置決め装置と、この位置決め手段により所定のパターンに位置決めされた裁断混練物を成形する成形装置と、位置決め手段により位置決めされた裁断混練物を、成形装置の成形型に投入する投入装置とを備えている。

本発明の成形型投入方法は、混練装置から吐出された繊維と樹脂との混練物を裁断装置で裁断することにより、裁断混練物を生成する工程と、搬送手段により裁断混練物を搬送する工程と、搬送された裁断混練物を成形型に投入するパターンに位置決めする工程と、位置決めされた裁断混練物を成形型に投入する工程とを備えている。

本発明の位置決め装置、繊維強化樹脂成形体の製造装置、及び成形型投入方法によれば、位置決め手段により、適切な大きさに切断された裁断混練物を所定のパターンに位置決めすることができる。このため、複数の裁断混練物を位置決めされたパターンのまま成形型に投入することができるので、複数の裁断混練物を成形型に適切に投入することができる。したがって、本発明の位置決め装置、繊維強化樹脂成形体の製造装置、及び成形型投入方法を用いることによって、繊維強化樹脂成形体の特性を向上することができる。

本発明の位置決め装置及び繊維強化樹脂成形体の製造装置において好ましくは、位置決め手段は、裁断混練物の搬送方向と同方向に裁断混練物を移送するＸ方向移送位置決め手段を含んでいる。本発明の成形型投入方法において好ましくは、位置決めする工程は、第Ｘ方向移送位置決め手段により、搬送する工程における裁断混練物の搬送方向と同方向に移送する工程を含んでいる。

本発明の位置決め装置及び繊維強化樹脂成形体の製造装置において好ましくは、位置決め手段は、裁断混練物の搬送方向と交差する方向に裁断混練物を移送するＹ方向移送位置決め手段を含んでいる。本発明の成形型投入方法において好ましくは、位置決めする工程は、Ｙ方向移送位置決め手段により、搬送する工程における裁断混練物の搬送方向と交差する方向に裁断混練物を移送する工程を含んでいる。

Ｘ方向移送位置決め手段及び／またはＹ方向移送位置決め手段によって、裁断混練物の搬送方向と同方向及び／または交差する方向に、裁断混練物を搬送できるので、複数の裁断混練物を容易に位置決めできる。

本発明の位置決め装置、繊維強化樹脂成形体の製造装置、及び成形型投入方法において好ましくは、搬送手段は、裁断混練物を加熱する加熱部材を含んでいる。これにより、搬送手段によって搬送される裁断混練物が硬化することを防止できる。

本発明の成形型投入方法及び繊維強化樹脂成形体の製造装置において好ましくは、投入装置は、位置決め手段により位置決めされた裁断混練物を把持して成形型に搬送するロボットハンドを含んでいる。ロボットハンドにより位置決めされた複数の裁断混練物を成形型に搬送できるので、容易に複数の裁断混練物を成形型に適切に投入することができる。

本発明の位置決め装置、繊維強化樹脂成形体の製造装置、及び成形型投入方法によれば、繊維強化樹脂成形体の特性を向上することができる。本発明によれば、製造が難しい厚み変化の大きな形状の物でも安定した製造を行うことができるので、設計形状の自由度が高く、軽量化効果の大きな繊維強化樹脂成形体を製作することができる。また、繊維強化樹脂成形体の繊維の配向を安定させることができるため、品質を安定させることができる。量産性を伴いながら、製品形状に応じて所定の位置に様々なパターンで混練物を同時に搬送できるため、複雑な形状でも品質の安定した成形を行うことができる。

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側方から模式的に見た状態を示す図である。 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上方から見た状態を模式的に示す図である。 本発明の実施の形態における位置決め装置の要部拡大図である。 位置決め手段の動作およびロボットハンドの動作を説明するための図解図である。 裁断混練物の配置パターンを示す図である。

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において右側）とし、原料が排出される方を下流側及び前方（図２において左側）とする。

図１〜図３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及び図２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、裁断装置３と、位置決め装置１００と、投入装置４と、成形装置５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。裁断装置３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。位置決め装置１００は、裁断混練物を所定のパターンに位置決めする。投入装置４は、位置決めされた裁断混練物を例えばロボットハンドにより保持して成形装置５にまで運び、それを成形装置５の成形型に投入する。成形装置５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（Long Fiber Thermoplastics - Direct）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。

図１に示すように、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。

＜裁断装置＞
図１及び図２に示すように、裁断装置３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。裁断装置３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５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。

図１に示すように、裁断装置３は、裁断刃３６と、制御部３７と、第１コンベア３３と、第２コンベアとを含んでいる。

裁断刃３６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３６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３６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。

制御部３７は、裁断刃３６の裁断動作を制御する。制御部３７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３６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３６を移動させてもよい。このような裁断刃３６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３７は、例えば、サーボモータ制御装置である。

第１コンベア３３は、吐出部１５ａと裁断刃３６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、裁断刃３６に向けて前方に移動させる。第１コンベア３３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３４は、第１コンベア３３の前方に配置され、裁断される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３４は、裁断刃３６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３４の載置面は、第１コンベア３３の載置面と同一平面上に位置している。

なお、裁断装置３は、裁断刃３６で裁断された位置で、裁断混練物を把持する把持部（図示せず）と、この把持部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（図示せず）とを備えていてもよい。把持部は、裁断混練物Ｋ２の両側方を把持することで、裁断時に混練物が入刃方向にずれた場合、再び所定の位置に戻すことができる。把持部と移送部とによって、裁断混練物Ｋ２と裁断前の混練物Ｋ１との間隔を大きくできるので、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と再び接着することを防止できる。

＜位置決め装置＞
図１に示すように、位置決め装置１００は、混練装置２から吐出された繊維と樹脂との混練物を裁断する裁断装置３の下流側に配置される装置である。位置決め装置１００は、図２に示すように、裁断装置３で裁断された裁断混練物Ｋ２を搬送する搬送手段１１０と、この搬送手段１１０から搬送された複数の裁断混練物Ｋ２を、成形型５０に投入するパターンに位置決めする位置決め手段１２０とを含んでいる。

搬送手段１１０は、裁断混練物Ｋ２を位置決め手段まで搬送できれば特に限定されず、例えば裁断混練物Ｋ２を位置決め手段まで連続的に搬送するコンベアであり、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、その上に裁断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。

搬送手段１１０としてのコンベアは、第２コンベア３４の前方に配置され、裁断混練物Ｋ２を下方から支持して前方に移動させる。搬送手段１１０としてのコンベアの載置面は、第１コンベア３３及び第２コンベア３４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。

なお、搬送手段１１０としてのコンベアと、第２コンベア３４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。

第１コンベア３３、第２コンベア３４、及び搬送手段１１０としてのコンベアには、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材（図示せず）が設けられている。第１コンベア３３及び第２コンベアはトンネル炉の形式であることが望ましく、加熱して保温する手段として、例えば混練物に過熱蒸気を加えてもよいし、赤外線ヒータ等を用いてもよい。

図２及び図３に示すように、位置決め手段１２０は、Ｘ方向移送位置決め手段１２１と、Ｙ方向移送位置決め手段１２２とを有している。

Ｘ方向移送位置決め手段１２１は、例えばコンベアであり、搬送手段１１０の前方に設置され、裁断混練物Ｋ２を受け取る。その後、Ｘ方向移送位置決め手段１２１は、受け取った裁断混練物Ｋ２をＸ方向、すなわち裁断混練物Ｋ２の搬送方向（図２及び図３における左右方向）と同方向（図３における矢印Ａ）に移送し、裁断混練物Ｋ２を所定の位置にまで運ぶ。図示した実施形態では、２個のＸ方向移送決め手段１２１が設けられており、それらは後述するＹ方向移送位置決め手段１２２上に保持されている。

Ｘ方向移送位置決め手段１２１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材（図示せず）が設けられている。

図示した実施形態のＸ方向移送位置決め手段１２１は、コンベアであり、そのコンベアの載置面は、搬送手段１１０のコンベアの載置面よりもやや下方または同一平面上に位置している。したがって、搬送手段１１０のコンベアに搬送された裁断混練物Ｋ２をスムーズにＸ方向移送位置決め手段１２１のコンベア載置面に移すことができる。

Ｙ方向移送位置決め手段１２２は、複数のＸ方向移送位置決め手段１２１を下から保持し、それらをＹ方向、すなわち裁断混練物Ｋ２の搬送方向と交差する方向（図３における矢印Ｂ）に動かすことができる。本実施の形態のＹ方向移送位置決め手段１２２は、Ｘ方向移送位置決め手段１２１を図３における矢印Ｂに沿って移動させる移動部材として、複数のＸ方向移送位置決め手段１２１を下から保持する保持台と、この保持台をＹ方向に移動させるための油圧シリンダ等の駆動手段とを備える。

Ｘ方向移送位置決め手段１２１は、裁断混練物Ｋ２をＸ方向に所定距離だけ移送し、裁断混練物Ｋ２のＸ方向位置を定める。Ｙ方向移送位置決め手段１２２は、裁断混練物Ｋ２をＹ方向に所定距離だけ移送し、裁断混練物Ｋ２のＹ方向位置を定める。したがって、Ｘ方向移送位置決め手段１２１によるＸ方向移送距離及びＹ方向移送位置決め手段１２２によるＹ方向移送距離を制御することにより、複数の裁断混練物Ｋ２の配置パターンを任意に変更することができる。

図４及び図５を参照して、位置決め手段１２０の動作を再度説明する。説明の便宜上、非常に単純な動作パターンを例示する。まず、図４（ａ）に示すように、搬送手段１１０によって運ばれてきた裁断混練物Ｋ２は、中継手段１２３を介して第１のＸ方向移送位置決め手段１２１上に移される。コンベアの形態の第１Ｘ方向移送位置決め手段１２１は、裁断混練物Ｋ２を受け取ると、所定の距離だけ裁断混練物Ｋ２をＸ方向に動かし、所定の位置で停止する。所定の距離の感知は、例えばセンサによって行う。

次に、図４（ｂ）に示すように、Ｙ方向移送位置決め手段１２２は、第１及び第２のＸ方向移送位置決め手段１２１をＹ方向に動かし、第２Ｘ方向移送位置決め手段１２１を中継手段１２３に整列させる。その後、第２Ｘ方向移送位置決め手段１２１は、２個目の裁断混練物Ｋ２を受け取り、それを所定の距離だけＸ方向に動かし、所定の位置で停止する。所定の距離の感知は、例えばセンサによって行う。

次に、図４（ｃ）に示すように、Ｙ方向移送位置決め手段１２２が第１及び第２のＸ方向移送位置決め手段１２１をＹ方向に沿って原位置まで後退させる。投入装置４のロボットハンド１３０は、所定のパターンで配置されている２個の裁断混練物Ｋ２をその配置パターンのままで取り出し、成形装置５にまで運ぶ。

図５は、ロボットハンド１３０によって保持された２個の裁断混練物Ｋ２の配置パターンを示している。（ａ）に示すパターンでは、２個の裁断混練物Ｋ２のＹ方向位置は同じである。（ｂ）に示すパターンでは、２個の裁断混練物Ｋ２のＹ方向位置はずれている。

図４及び図５は、単純な配置パターンを示したが、複雑な配置パターンにすることも可能である。例えば、３個以上の裁断混練物Ｋ２によって所定の配置パターンにしても良いし、複数の裁断混練物Ｋ２を全面的又は部分的に重なり合うようにすることも可能である。さらに、図示した実施形態では、コンベア形態のＸ方向移送位置決め手段１２１を２個設けたが、Ｘ方向移送位置決め手段の数は、１個でも良いし、３個以上であっても良い。

＜投入装置＞
図１及び図２に示すように、投入装置４は、位置決め手段により位置決めされた裁断混練物Ｋ２を、成形装置５の成形型５０に投入する。

投入装置４は、例えば、ロボットハンドである。ロボットハンドは、位置決め手段１２０により位置決めされた裁断混練物Ｋ２を把持して成形型５０に搬送する。図２に示すように、ロボットハンドにおいて裁断混練物Ｋ２を把持する部分は、ロボットハンドの支点を中心として、円弧状に移動し、この円弧状上に位置決め装置１００のＸ方向位置決め手段１２１及び成形型５０が位置している。ロボットハンドにおいて裁断混練物Ｋ２を把持する部分には、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材（図示せず）が設けられている。加熱部材は、例えばロボットハンドのすくい面に取り付けられる。

なお、投入装置はロボットハンドに限定されず、例えば、位置決め手段により位置決めされた裁断混練物Ｋ２を、作業者が成形装置５の成形型５０に投入してもよい。

＜成形装置＞
図１に示すように、成形装置５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５は、ホルダ４４と、プレート４５と、把持部４６と、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、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、把持部４６が設けられている。把持部４６により把持された繊維強化樹脂成形体を、載置部４７に載置する。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３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、裁断装置３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。

裁断装置３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３３で下方から支持して前方に移動させつつ、裁断刃３６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３４で下方から支持される。

この工程では、裁断された位置で、把持部により、裁断混練物Ｋ２を把持し、移送部により把持部を前方に向けて移動させ、裁断前の混練物Ｋ１と分離する。

次に、位置決め装置１００の搬送手段１１０により、裁断混練物Ｋ２を搬送する。本実施の形態では、裁断混練物Ｋ２は、前方（混練物の押出方向）に向けて搬送される。なお、この工程は、第２コンベア３４で裁断混練物Ｋ２を移送する工程と兼ねてもよい。

次に、位置決め手段１２０によって、搬送された裁断混練物Ｋ２を成形型に投入するパターンに位置決めする。この工程では、Ｘ方向移送位置決め手段により、裁断混練物Ｋ２を搬送方向と同方向に移送するとともに、Ｙ方向移送位置決め手段により、裁断混練物Ｋ２を搬送方向と交差する方向に移送する。この工程において、複数の裁断混練物Ｋ２を図３に示す矢印Ａ及び矢印Ｂの方向に搬送することによって、所定のパターンに位置決めされた複数（図２及び図３では６個）の裁断混練物Ｋ２をＸ方向移送位置決め手段１２１上に配置できる。この工程を実施することによって、裁断装置３で裁断された裁断混練物Ｋ２は、搬送される流れを止められて、成形型５０でプレスされるために投入されるパターンに位置決めされる。

次に、投入装置４によって、位置決めされた裁断混練物Ｋ２を成形装置５の成形型５０に投入する。この工程では、ロボットハンドによって、位置決め手段１２０により所定のパターンに位置決めされた複数の裁断混練物Ｋ２を把持して成形型５０に搬送する。このため、複数の裁断混練物Ｋ２は所定のパターンを有した状態で、成形型５０の下型５２のキャビティに配置される。

次に、混練物を加圧成形する。具体的には、図１に示すように、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に示すように把持部４６で把持し、載置部４７上に載置する。

以上説明したように、本実施の形態の位置決め装置１００は、裁断装置３で裁断された裁断混練物Ｋ２を搬送する搬送手段１１０と、この搬送手段１１０から搬送された複数の裁断混練物Ｋ２を、成形型５０に投入するパターンに位置決めする位置決め手段１２０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する混練装置２と、混練物Ｋ１を裁断して裁断混練物Ｋ２を生成する裁断装置３と、裁断装置３の下流に配置されるとともに、裁断装置３で裁断された裁断混練物Ｋ２を搬送する搬送手段１１０と、この搬送手段１１０から搬送された複数の裁断混練物Ｋ２を成形型５０に投入するパターンに位置決めする位置決め手段１２０とを含む位置決め装置１００と、位置決め手段１２０により所定のパターンに位置決めされた裁断混練物Ｋ２を成形する成形装置５と、位置決め手段１２０により位置決めされた裁断混練物Ｋ２を、成形装置５の成形型５０に投入する投入装置とを備えている。

本実施の形態の成形型投入方法は、混練装置２から吐出された繊維と樹脂との混練物Ｋ１を裁断装置３で裁断することにより、裁断混練物Ｋ２を生成する工程と、搬送手段１１０により裁断混練物Ｋ２を搬送する工程と、搬送された裁断混練物Ｋ２を成形型５０に投入するパターンに位置決めする工程と、位置決めされた裁断混練物Ｋ２を成形型５０に投入する工程とを備えている。

本実施の形態の位置決め装置１００、繊維強化樹脂成形体の製造装置１、及び成形型投入方法によれば、位置決め手段１２０によって、適切なサイズに切断された裁断混練物Ｋ２を複数集合させて所定のパターンに位置決めすることができる。このため、複数の裁断混練物Ｋ２を位置決めされたパターンのまま成形型５０に投入できるので、複数の裁断混練物Ｋ２を成形型５０に適切に投入することができる。

このように１つの繊維強化樹脂成形体を製造するために、成形型５０内で、小さいサイズの裁断混練物Ｋ２を複数個同時にプレスできる。サイズの大きい１個の裁断混練物がプレスされる場合には、混練物中にランダムに配向されていた繊維が位置によって配向のばらつきを生じる。しかし、本実施の形態では、小さいサイズの裁断混練物Ｋ２を複数個同時にプレスできるので、サイズの大きい１個の裁断混練物がプレスされる場合と比較して、配向のばらつきを抑制できる。したがって、製造する繊維強化樹脂成形体の特性を向上することができる。特に、本実施の形態の位置決め装置１００、繊維強化樹脂成形体の製造装置１、及び成形型投入方法は、繊維長の長い繊維を含有する繊維強化樹脂成形体の製造に好適に用いられる。

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 裁断装置、４ 投入装置、５ 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、３３ 第１コンベア、３４ 第２コンベア、３６ 裁断刃、３７ 制御部、４４ ホルダ、４５ プレート、４６ 把持部、４７ 載置部、５０ 成形型、５１ 上型、５２ 下型、１００ 位置決め装置、１１０ 搬送手段、１２０ 位置決め手段、１２１ Ｘ方向移送位置決め手段、１２２ Ｙ方向移送位置決め手段、１２３ 中継手段、Ａ，Ｂ 矢印、Ｋ１，Ｋ２ 混練物。

Claims (9)

1. 混練装置から吐出された繊維と樹脂との混練物を裁断する裁断装置の下流側に配置される装置であって、
   前記裁断装置で裁断された裁断混練物を搬送する搬送手段と、
   １つの成形型に対し複数の裁断混練物を所定の配置パターンで投入するために、前記搬送手段から搬送された複数の裁断混錬物を前記所定の配置パターンに位置決めする位置決め手段とを備える、位置決め装置。
2. 前記位置決め手段は、前記裁断混練物の搬送方向と同方向に前記裁断混練物を移送するＸ方向移送位置決め手段を含む、請求項１に記載の位置決め装置。
3. 前記位置決め手段は、前記裁断混練物の搬送方向と交差する方向に前記裁断混練物を移送するＹ方向移送位置決め手段を含む、請求項１または２に記載の位置決め装置。
4. 前記搬送手段は、前記裁断混練物を加熱する加熱部材を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の位置決め装置。
5. 繊維と樹脂との混練物を製造する混練装置と、
   前記混練物を裁断して、裁断混練物を生成する裁断装置と、
   前記裁断装置の下流側に配置されるとともに、前記裁断装置で裁断された裁断混練物を搬送する搬送手段と、前記搬送手段から搬送された複数の裁断混練物を所定の配置パターンに位置決めする位置決め手段とを含む位置決め装置と、
   前記位置決め手段により前記所定の配置パターンに位置決めされた複数の裁断混練物を１つの成形型で成形する成形装置と、
   前記位置決め手段により位置決めされた複数の裁断混練物を、前記所定の配置パターンで前記成形型に投入する投入装置とを備える、繊維強化樹脂成形体の製造装置。
6. 前記投入装置は、前記位置決め手段により位置決めされた裁断混練物を把持して前記成形型に搬送するロボットハンドを含む、請求項５に記載の繊維強化樹脂成形体の製造装置。
7. 混練装置から吐出された繊維と樹脂との混練物を裁断装置で裁断することにより、裁断混練物を生成する工程と、
   搬送手段により、前記裁断混練物を搬送する工程と、
   搬送された複数の裁断混練物を所定の配置パターンに位置決めする工程と、
   位置決めされた複数の裁断混練物を、前記所定の配置パターンで１つの成形型に投入する工程とを備える、成形型投入方法。
8. 前記位置決めする工程は、Ｘ方向移送位置決め手段により、前記搬送する工程における前記裁断混練物の搬送方向と同方向に、前記裁断混練物を移送する工程を含む、請求項７に記載の成形型投入方法。
9. 前記位置決めする工程は、Ｙ方向移送位置決め手段により、前記搬送する工程における前記裁断混練物の搬送方向と交差する方向に、前記裁断混練物を移送する工程を含む、請求項７または８に記載の成形型投入方法。

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