JP6710173B2 - 繊維強化樹脂成形体の製造装置および製造方法、ならびに、繊維強化樹脂混練物の搬送機構 - Google Patents

Description

本発明は、繊維と熱可塑性樹脂との混練物から繊維強化樹脂成形体を製造する繊維強化樹脂成形体の製造装置および製造方法、ならびに、繊維と熱可塑性樹脂とが混練された繊維強化樹脂混練物の搬送機構に関する。

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ア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

熱可塑性樹脂を含む混練物は冷えると固まる性質があるため、成形装置（圧縮成形機）までの混練物の搬送距離または搬送時間が長い場合、搬送途中において混練物が冷却固化してしまう可能性がある。搬送途中において混練物が固化すると、成形装置において混練物を適切に加圧成形することが困難となる。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、繊維と熱可塑性樹脂との混練物から適切に繊維強化樹脂成形体を製造することのできる、繊維強化樹脂成形体の製造装置および製造方法を提供することである。

また、適切に繊維強化樹脂成形体を製造するために、繊維と熱可塑性樹脂との混練物（裁断混練物）の固化を防止または抑制することのできる、繊維強化樹脂混練物の搬送機構を提供することも他の目的とする。

この発明のある局面に従う繊維強化樹脂成形体の製造装置は、繊維と熱可塑性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、裁断装置の下流側に配置され、裁断混練物を所定の取出し位置まで搬送する搬送装置と、搬送装置により取出し位置まで搬送された裁断混練物を、成形型に移送する移送装置と、移送装置により移送された裁断混練物を成形型で加圧成形して繊維強化樹脂成形体を製造する成形装置とを備える。この製造装置は、搬送装置および移送装置のそれぞれに、裁断混練物の温度低下を防止するための保温手段が設けられていることを特徴とする。

好ましくは、搬送装置は、裁断混練物を搬送するコンベアを含む。この場合、搬送装置に設けられた保温手段は、コンベアの上方空間を囲う囲い部材と、囲い部材の内側に取り付けられた第１の加温部材とを含むことが望ましい。

搬送装置としてのコンベアは、例えば、ベルトの回転により裁断混練物を搬送するベルトコンベアである。この場合、搬送装置に設けられた保温手段は、裁断混練物を載置する載置面を形成するベルトの下方に配置される第２の加温部材をさらに含むことが望ましい。

好ましくは、搬送装置は、その上面に取出し位置が形成される台座を含む。搬送装置に設けられた保温手段は、台座の下方に設けられた第３の加温部材を含むことも望ましい。

好ましくは、移送装置は、取出し位置に送り出された裁断混練物を拾い上げる拾い上げ部と、拾い上げ部を成形型まで動かす移動部材とを含む。この場合、移送装置に設けられた保温手段は、拾い上げ部に拾い上げられた裁断混練物を加温する第４の加温部材を含むことが望ましい。

第４の加温部材は、拾い上げ部を見下ろす位置に配置されることが望ましい。

裁断装置は、混練物を裁断位置まで移送する移送部材を含む。裁断装置にも、移送部材により移送される混練物を加温するための第５の加温部材が設けられていてもよい。

この発明の他の局面に従う繊維強化樹脂混練物の搬送機構は、繊維と熱可塑性樹脂とを混練する混練装置から吐出された混練物を、成形型に搬送する搬送機構であって、混練物を所定の取出し位置まで搬送する搬送装置と、搬送装置により取出し位置まで搬送された混練物を、成形型に移送する移送装置とを備える。この搬送機構は、搬送装置および移送装置のそれぞれに、混練物の温度低下を防止するための保温手段が設けられていることを特徴とする。

この発明のさらに他の局面に従う繊維強化樹脂成形体の製造方法は、繊維と熱可塑性樹脂とを混練する工程と、繊維と熱可塑性樹脂とが混練された混練物を裁断して、裁断混練物を生成する工程と、裁断混練物を、保温状態で所定の取出し位置まで搬送する工程と、取出し位置まで搬送された裁断混練物を、保温状態で成形型に移送する工程と、移送された裁断混練物を成形型で加圧成形して繊維強化樹脂成形体を製造する工程とを備える。

本発明によれば、繊維と熱可塑性樹脂との混練物（裁断混練物）の固化を防止または抑制することができる。その結果、繊維と熱可塑性樹脂との混練物から適切に繊維強化樹脂成形体を製造することが可能となる。

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搬送装置の要部拡大図である。 本発明の実施の形態におけ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。 本発明の実施の形態における搬送機構を模式的に示す図である。 移送装置の待機状態を模式的に示す図である。

本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。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。

＜繊維強化樹脂成形体の製造装置の基本構成について＞
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の基本構成について説明する。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、搬送装置１００と、移送装置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。搬送装置１００は、裁断混練物を所定の取出し位置まで搬送する。移送装置４は、取出し位置まで搬送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の成形型に移送し、成形型に裁断混練物を投入する。成形装置５は、成形型で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。

（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３４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。つまり、第１コンベア３３は、吐出部１５ａから吐出された混練物Ｋ１を裁断位置（裁断刃３６の位置）Ｐ１まで移送する。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、裁断された混練物、すなわち裁断混練物Ｋ２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、裁断混練物Ｋ２を裁断位置Ｐ１から搬送装置１００に移送する。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、裁断位置Ｐ１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。

（搬送装置）
図１に示すように、搬送装置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。本実施の形態における搬送装置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、例えば裁断混練物Ｋ２を位置決め手段１２０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。裁断混練物Ｋ２を裁断装置３から位置決め手段１２０まで搬送する方向、すなわち搬送手段１１０が延びる方向を、以下「搬送方向」という。

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。つまり、裁断装置３が第２コンベア３４を有さず、搬送装置１００の搬送手段１１０が、裁断位置Ｐ１に隣接して設けられていてもよい。

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方向移送位置決め手段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。

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１２４と、この保持台１２４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。あるいは、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を下から保持する保持台１２４と、この保持台１２４をＹ方向に移動させるためのガイドレールとを備えてもよい。

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部（図示せず）が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。移送装置４のロボットハンドとしての拾い上げ部７２は、取出し位置Ｐ２において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。なお、取出し位置Ｐ２は、搬送装置１００の最下流位置を意味し、取出し位置Ｐ２は、台座の上面に形成される。本実施の形態では、取出し位置Ｐ２は、位置決め手段１２０の（複数の）Ｘ方向移送位置決め手段１２１のコンベア上面に形成される。

図５は、ロボットハンド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。

このように、本実施の形態に係る製造装置１が、位置決め手段１２０を備えることで、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。

（移送装置）
図１及び図２に示すように、移送装置４は、搬送装置１００により取出し位置Ｐ２まで搬送された裁断混練物Ｋ２を、成形装置５の成形型５０に移送し、投入する。

移送装置４は、例えば、ロボットハンドである。移送装置４は、取出し位置Ｐ２に送り出された裁断混練物Ｋ２を拾い上げる拾い上げ部７２と、拾い上げ部７２を成形型５０まで動かす移動部材７３とを含む。移動部材７３は、ハンド部としての拾い上げ部７２を移動させるアーム部である。図２に示すように、移動部材７３は支点７１を中心として拾い上げ部７２を円弧状に移動させる。この円弧状上に、位置決め手段１２０のＸ方向移送位置決め手段１２１及び成形型５０が位置している。すなわち、拾い上げ部７２の移動経路上に、取出し位置Ｐ２及び成形型５０が位置している。

本実施の形態において、拾い上げ部７２は、搬送装置１００における裁断混練物Ｋ２の載置面と略平行な方向に延在する薄板部材により構成されており、取出し位置Ｐ２に配置された複数の裁断混練物Ｋ２を掬って拾い上げる。拾い上げ部７２は、Ｘ方向移送位置決め手段１２１から、Ｘ方向移送位置決め手段１２１上における配置パターンを維持した状態で、複数の裁断混練物Ｋ２を拾い上げる。

（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。

＜繊維強化樹脂成形体の製造方法について＞
続いて、上記した構成の製造装置１による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。この裁断工程では、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、裁断位置Ｐ１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、搬送工程において、搬送装置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４では２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、移送工程において、移送装置４によって、取出し位置Ｐ２に送り出された複数の裁断混練物Ｋ２を成形装置５の成形型５０に移送する。この工程では、拾い上げ部７２が、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、Ｘ方向移送位置決め手段１２１から掬って成形型５０に移送する。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。

以上説明した製造装置１及び製造方法によって、繊維と熱可塑性樹脂との混練物から繊維強化樹脂成形体が成形される。

ここで、混練装置２から吐出された混練物は、成形装置５の成形型５０に搬送される途中、空気に触れる。そのため、裁断位置Ｐ１から成形型５０にまで搬送される途中、空気に冷やされて裁断混練物Ｋ２が固化するおそれがある。そうすると、成形装置５において適切に繊維強化樹脂成形体を成形することが困難となる。

そこで、本実施の形態に係る製造装置１は、裁断混練物Ｋ２の温度低下を防止するための保温手段を備えている。以下に、本実施の形態における保温手段について詳細に説明する。

＜保温手段について＞
図２において概念的に示されるように、搬送装置１００および移送装置４のそれぞれに、保温手段６，８が設けられている。これにより、上述の搬送工程において、裁断混練物Ｋ２を、保温状態で取出し位置Ｐ２まで搬送し、上述の移送工程において、取出し位置Ｐ２まで搬送された裁断混練物Ｋ２を、保温状態で成形型５０に移送することができる。保温手段６，８の具体的な構成例については、図６を参照して説明する。

搬送装置１００の保温手段６は、直線状に延びる搬送手段１１０に設けられている。保温手段６は、搬送手段１１０を構成するベルトコンベアの上方空間を囲う囲い部材６１と、囲い部材６１の内側に取り付けられた加温部材（第１の加温部材）６２とを含む。

囲い部材６１は搬送手段１１０の一端から他端まで延在し、トンネル状に形成されている。囲い部材６１は、ベルトコンベア（搬送手段１１０）の載置面、すなわちベルト１１１の上面と略平行に配置される上壁部と、上壁部の交差方向両端に接続される一対の側壁部とを有する。以下の説明において、ベルト１１１のうち、載置面を形成する部分（上側の部分）をベルトの上部分１１１ａという。

加温部材６２は、囲い部材６１の上壁部に取り付けられている。これにより、ベルトの上部分１１１ａに載置される裁断混練物Ｋ２は、囲い部材６１の内部において、加温部材６２により上方から加温される。したがって、側壁部に加温部材６２が取付けられる場合に比べて、裁断混練物Ｋ２の全体を均一に加温することができる。

このように、トンネル状の囲い部材６１と加温部材６２とにより、内部を通過する搬送物を加熱する炉が形成される。したがって、裁断混練物Ｋ２を効率良く加温することができる。

本実施の形態において、保温手段６は、裁断混練物Ｋ２を下方からも加温できるように、ベルトコンベア内部に設けられた加温部材（第２の加温部材）６３をさらに含んでいる。具体的には、加温部材６３は、ベルトの上部分１１１ａの真下に配置される。上側の加温部材６２と下側の加温部材６３とが上下方向において重なる位置に配置され、裁断混練物Ｋ２は加温部材６２，６３により上方および下方から加温される。

加温部材６２，６３は、例えば株式会社浅野研究所製の中赤外線ヒータであることが望ましい。この場合、裁断混練物Ｋ２は、加温部材６２，６３からの照射光により加温される。中赤外線ヒータは、セラミックヒータ等に比べて約６０倍の昇温応答性を有するヒータである。中赤外線は、例えば波長が１．５μｍ〜３．０μｍの赤外線である。

ベルトの上部分１１１ａの下方から裁断混練物Ｋ２を照射するためは、ベルト１１１がメッシュ（網目）状であるネットコンベアが、搬送手段１１０として採用され得る。これにより、ベルト１１１に形成された多数の孔を照射光が通過するため、ベルト１１１上の裁断混練物Ｋ２を加温することができる。メッシュ状のベルト１１１は、例えばステンレスにより形成される。なお、ネットコンベアもベルトコンベアの一種であるものとする。

保温手段６が、加温部材６２，６３を有することで、搬送手段１１０により搬送される裁断混練物Ｋ２の温度低下を防止することができる。なお、ここでの搬送手段１１０は、図１に示した裁断装置３の裁断位置Ｐ１よりも前方に位置する第２コンベア３４を含むことが望ましい。これにより、裁断刃３６による裁断後すぐに裁断混練物Ｋ２を加温することができる。

移送装置４の保温手段８は、拾い上げ部７２に載置された裁断混練物Ｋ２を加温する加温部材（第４の加温部材）８２を含む。拾い上げ部７２は、搬送装置１００の取出し位置Ｐ２に送り出された裁断混練物Ｋ２を掬い上げる構成であるため、加温部材８２は拾い上げ部７２を見下ろす位置に配置されることが望ましい。

具体的には、拾い上げ部７２を構成する薄板部材の上面に対面する位置に、加温部材８２が配置される。拾い上げ部７２の上面は、裁断混練物Ｋ２の掬い面（載置面）である。加温部材８２は、例えば、移動部材７３に固定された庇部８１の下面に取り付けられる。この加温部材８２もまた中赤外線ヒータであってよい。

このように、拾い上げ部７２を見下ろす位置に加温部材８２が設けられるため、搬送装置１００の前端位置である取出し位置Ｐ２から成形装置５の成形型５０に移送する移送工程において常時、裁断混練物Ｋ２を上方から加温することができる。

なお、搬送装置１００による搬送工程においても常時、裁断混練物Ｋ２を保温状態とするために、図６に示されるように、搬送手段１１０だけでなく、位置決め手段１２０にも加温部材（第３の加温部材）６４が設けられることが望ましい。具体的には、位置決め手段１２０のうち、Ｘ方向移送位置決め手段１２１を構成するコンベア内に、加温部材６４が配置される。すなわち、加温部材６４は、搬送手段１１０における加温部材６３と同様に、コンベアの上部分の真下に配置される。位置決め手段１２０が複数のＸ方向移送位置決め手段１２１を含む場合には、Ｘ方向移送位置決め手段１２１ごとに加温部材６４が設けられる。

Ｘ方向移送位置決め手段１２１を構成するコンベアは、移送装置４の拾い上げ部７が裁断混練物Ｋ２を拾い上げる際の摩擦抵抗を考慮すると、ローラコンベアであることが望ましい。この場合、ローラコンベア内に配置される加温部材６４としては、例えばセラミックヒータなどの汎用ヒータが用いられる。なお、Ｘ方向移送位置決め手段１２１を構成するコンベアを、搬送手段１１０のコンベアと同様に、ネットコンベアとし、ネットコンベアの内部に配置される加温部材６４を、中赤外線ヒータとしてもよい。

このように、Ｘ方向移送位置決め手段１２１に加温部材６４が設けられることで、裁断混練物Ｋ２を位置決めのためにＸ方向およびＹ方向に移送している間も、裁断混練物Ｋ２を継続的に加温することが可能となる。

ここで、移送装置４は、裁断混練物Ｋ２を成形型５０に移送した後すぐに、拾い上げ部７２を搬送装置１００の取出し位置Ｐ２の近傍へ移動させて、取出し位置Ｐ２の近傍で裁断混練物Ｋ２が取出し位置Ｐ２に送られるのを待機する。つまり、拾い上げ部７２は、位置決め手段１２０による裁断混練物Ｋ２の位置決めが完了する前から、取出し位置Ｐ２の近傍で待機する。

この場合、ロボットハンドとしての拾い上げ部７２は、庇部８１と対面する作業位置と、庇部８１に対面しない後退位置（図６において想像線で示す位置）との間を変位可能に構成されていることが望ましい。

図７は、移送装置４の待機状態を模式的に示す図である。図７に示されるように、移送装置４は、待機状態において、拾い上げ部７２を後退位置とし、庇部８１を位置決め手段１２０の上に位置させる。つまり、移送装置４は、庇部８１が、Ｘ方向移送位置決め手段１２１の少なくとも一部と対面する位置で待機する。これにより、待機中の（位置決め途中の）裁断混練物Ｋ２を、位置決め手段１２０側の加温部材６４と移送装置４側の加温部材８２とで、上方および下方の両方向から加温することができる。

なお、位置決め手段１２０側の加温部材は、取出し位置Ｐ２が形成される面よりも下に配置されていればよく、たとえば、Ｙ方向移送位置決め手段１２２の保持台１２４の下部に、加温部材が配置されてもよい。また、この場合、加温部材は、保持台１２４のうちＸ方向移送位置決め手段１２１が載せられる部分の下部にのみ配置されていてもよい。保持台１２４は、上述のように、裁断混練物Ｋ２が載せられるＸ方向移送位置決め手段１２１を上面に載置した状態で、Ｙ方向に移動する。そのため、保持台１２４の下部に加温部材が設けられる形態においても、裁断混練物Ｋ２を位置決めのためにＸ方向およびＹ方向に移送している間、裁断混練物Ｋ２を継続的に加温することが可能となる。

また、裁断装置３の第１コンベア３３にも保温手段が設けられることが望ましい。この保温手段は、第１コンベア３３により裁断位置Ｐ１まで移送される混練物Ｋ１を加温するための加温部材（図示せず）を含む。また、この保温手段は、第１コンベア３３の上方空間を囲う囲い部材をさらに含み、上述の保温手段６のように、囲い部材と加温部材とにより混練物Ｋ１を加熱する炉を形成してもよい。

このように、裁断装置３にも保温手段が設けられることで、混練工程から成形工程までの間の全工程、すなわち混練物（混練物Ｋ１および裁断混練物Ｋ２）が空気に触れる期間全体において、混練物を保温することができる。その結果、成形工程において適切に繊維強化樹脂成形体を成形することが可能となる。

なお、本実施の形態では、搬送装置１００が位置決め手段１２０を含み、例えばＸ方向移送位置決め手段１２１を構成するコンベアが、上面に取出し位置Ｐ２を形成する台座として機能することとした。しかしながら、搬送手段１１０の出口外部に、その上面に取出し位置Ｐ２が形成される台座が設けられていればよく、搬送装置１００は位置決め手段１２０を含まなくてもよい。

拾い上げ部７２は、裁断混練物Ｋ２を掬い上げることなく把持または保持してもよい。

以上説明したような、混練物を保温状態で成形型５０まで搬送／移送する搬送装置１００および移送装置４を取り出して、搬送機構２００（図６）として提供することもできる。このような搬送機構２００によれば、混練物の固化を防止または抑制することができる。

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説明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およ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 移送装置、５ 成形装置、６，８ 保温手段、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、３１，４７ 載置部、３１ａ 第１案内部、３１ａ 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、５０ 成形型、５１ 上型、５２ 下型、６１ 囲い部材、６２，６３，６３，６４，８２ 加温部材、７１ 支点、７２ 拾い上げ部、７３ 移動部材、８１ 庇部、１００ 搬送装置、１１０ 搬送手段、１１１ ベルト、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、１２４ 保持台、２００ 搬送機構、Ｋ１ 混練物、Ｋ２ 裁断混練物、Ｐ１ 裁断位置、Ｐ２ 作業位置、Ｐ３ 取出し位置。

Claims (7)

1. 繊維と熱可塑性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、前記裁断混練物を所定の取出し位置まで搬送する搬送装置と、
   前記搬送装置により前記取出し位置まで搬送された前記裁断混練物を、成形型に移送する移送装置と、
   前記移送装置により移送された前記裁断混練物を前記成形型で加圧成形して繊維強化樹脂成形体を製造する成形装置とを備え、
   前記搬送装置および前記移送装置のそれぞれに、前記裁断混練物の温度低下を防止するための保温手段が設けられており、
   前記移送装置は、前記取出し位置に送り出された前記裁断混練物を拾い上げる拾い上げ部と、前記拾い上げ部を前記成形型まで動かす移動部材と、前記移動部材に固定された庇部とを含み、
   前記移送装置に設けられた前記保温手段は、前記庇部の下面に設けられ、前記拾い上げ部に拾い上げられた前記裁断混練物を上方から加温する第１の加温部材を含み、
   前記拾い上げ部は、前記庇部と対面する作業位置と、前記庇部に対面しない後退位置との間を変位可能に構成されている、繊維強化樹脂成形体の製造装置。
2. 前記搬送装置は、前記裁断混練物を搬送するコンベアを含み、
   前記搬送装置に設けられた前記保温手段は、前記コンベアの上方空間を囲う囲い部材と、前記囲い部材の内側に取り付けられた第２の加温部材とを含む、請求項１に記載の繊維強化樹脂成形体の製造装置。
3. 前記搬送装置としてのコンベアは、ベルトの回転により前記裁断混練物を搬送するベルトコンベアであり、
   前記搬送装置に設けられた前記保温手段は、前記裁断混練物を載置する載置面を形成するベルトの下方に配置される第３の加温部材をさらに含む、請求項２に記載の繊維強化樹脂成形体の製造装置。
4. 前記搬送装置は、その上面に前記取出し位置が形成される台座を含み、
   前記搬送装置に設けられた前記保温手段は、前記台座の下方に設けられた第４の加温部材を含む、請求項１〜３のいずれかに記載の繊維強化樹脂成形体の製造装置。
5. 前記裁断装置は、前記混練物を裁断位置まで移送する移送部材を含み、
   前記裁断装置には、前記移送部材により移送される前記混練物を加温するための第５の加温部材が設けられている、請求項１〜４のいずれかに記載の繊維強化樹脂成形体の製造装置。
6. 繊維と熱可塑性樹脂とを混練する混練装置から吐出された混練物を、成形型に搬送する搬送機構であって、
   前記混練物を所定の取出し位置まで搬送する搬送装置と、
   前記搬送装置により前記取出し位置まで搬送された前記混練物を、成形型に移送する移送装置とを備え、
   前記搬送装置および前記移送装置のそれぞれに、前記混練物の温度低下を防止するための保温手段が設けられており、
   前記移送装置は、前記取出し位置に送り出された前記混練物を拾い上げる拾い上げ部と、前記拾い上げ部を前記成形型まで動かす移動部材と、前記移動部材に固定された庇部とを含み、
   前記移送装置に設けられた前記保温手段は、前記庇部の下面に設けられ、前記拾い上げ部に拾い上げられた前記混練物を上方から加温する加温部材を含み、
   前記拾い上げ部は、前記庇部と対面する作業位置と、前記庇部に対面しない後退位置との間を変位可能に構成されている、繊維強化樹脂混練物の搬送機構。
7. 繊維と熱可塑性樹脂とを混練する工程と、
   繊維と熱可塑性樹脂とが混練された混練物を裁断して、裁断混練物を生成する工程と、
   前記裁断混練物を、保温状態で所定の取出し位置まで搬送する工程と、
   前記取出し位置まで搬送された前記裁断混練物を、移送装置の拾い上げ部で拾い上げ、前記移送装置の移動部材に固定された庇部の下面に設けられた加温部材によって、前記拾い上げ部で拾い上げた前記裁断混錬物を上方から加温した状態で成形型に移送する工程と、
   移送された前記裁断混練物を前記成形型で加圧成形して繊維強化樹脂成形体を製造する工程とを備え、
   前記拾い上げ部は、前記庇部と対面する作業位置と、前記庇部に対面しない後退位置との間を変位可能に構成されている、繊維強化樹脂成形体の製造方法。

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