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JP7579696B2 - Impregnation Equipment - Google Patents
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JP7579696B2 JP2020215553A JP2020215553A JP7579696B2 JP 7579696 B2 JP7579696 B2 JP 7579696B2 JP 2020215553 A JP2020215553 A JP 2020215553A JP 2020215553 A JP2020215553 A JP 2020215553A JP 7579696 B2 JP7579696 B2 JP 7579696B2
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Description

本発明は、長繊維強化熱可塑性樹脂を製造する際に用いられる含浸装置に関する。 The present invention relates to an impregnation device used in producing long fiber reinforced thermoplastic resin.

繊維で強化された熱可塑性樹脂として、長繊維強化熱可塑性樹脂が知られている。この長繊維強化熱可塑性樹脂は、繊維と熱可塑性樹脂から成る複合材料であり、熱可塑性樹脂の特性と繊維の強度や耐熱性が複合化され、さまざまな構造部材、耐熱部材に使用されている。 Long-fiber reinforced thermoplastic resin is known as a type of thermoplastic resin reinforced with fibers. This long-fiber reinforced thermoplastic resin is a composite material made of fibers and thermoplastic resin, which combines the properties of thermoplastic resin with the strength and heat resistance of fibers, and is used in a variety of structural and heat-resistant components.

従来より、かかる長繊維強化熱可塑性樹脂を製造する際には、含浸ダイが用いられている(例えば、特許文献1参照)。含浸ダイには様々なタイプがあるが、たとえば、図5に示すように、上型58aと下型58bとから構成される含浸ダイ58においては、上型58aと下型58bとの間の隙間58cにおいて、溶融された熱可塑性樹脂60を繊維束62に含浸させて連続繊維強化ストランド64を作成する。 Conventionally, impregnation dies have been used to manufacture such long fiber reinforced thermoplastic resins (see, for example, Patent Document 1). There are various types of impregnation dies, but for example, as shown in FIG. 5, in an impregnation die 58 consisting of an upper die 58a and a lower die 58b, molten thermoplastic resin 60 is impregnated into a fiber bundle 62 in a gap 58c between the upper die 58a and the lower die 58b to produce a continuous fiber reinforced strand 64.

ここで、上型58aと下型58bの隙間58cが狭いほど繊維束62が開繊し易くかつ熱可塑性樹脂60に繊維束62が含浸し易くなるが、隙間58cを狭くすると、繊維束62が断線するリスクが高くなるという問題がある。
このため、現状においては、かかるリスクに対する措置として、隙間58cに薄い鉄板を挟んで隙間を調整するという手段が講じられている。
Here, the narrower the gap 58c between the upper die 58a and the lower die 58b, the easier it is for the fiber bundle 62 to spread and for the fiber bundle 62 to be impregnated into the thermoplastic resin 60. However, narrowing the gap 58c increases the risk of the fiber bundle 62 breaking.
For this reason, currently, a measure against such a risk is taken in which a thin iron plate is inserted into gap 58c to adjust the gap.

特開2007-175959号公報JP 2007-175959 A

しかしながら、上述の含浸ダイ58においては、通常上型58aと下型58bとは図示しないボルトで締結されているため、連続繊維強化ストランド64の状態を確認しながら常時隙間58cの間隔を調整することができないという問題があった。 However, in the above-mentioned impregnation die 58, the upper die 58a and the lower die 58b are usually fastened together with bolts (not shown), which creates the problem that it is not possible to constantly adjust the size of the gap 58c while checking the state of the continuous fiber-reinforced strand 64.

このため、たとえば、隙間58cを進行する繊維束62に毛羽が大量に発生した場合には、その都度長繊維強化熱可塑性樹脂製造装置(図示せず)の動作を停止してボルトを取り外してから毛羽を除去する必要があった。
本発明の目的は、上型と下型との間の隙間の間隔を常時調整することが可能な含浸装置を提供することである。
For this reason, for example, when a large amount of fuzz was generated on the fiber bundle 62 moving through the gap 58c, it was necessary to stop the operation of the long fiber reinforced thermoplastic resin manufacturing apparatus (not shown) each time, remove the bolts, and then remove the fuzz.
An object of the present invention is to provide an impregnation device capable of constantly adjusting the gap between the upper and lower dies.

本発明の含浸装置は、
長繊維強化熱可塑性樹脂を製造する際に、溶融した熱可塑性樹脂を繊維束に含浸させて連続繊維強化ストランドを作成する含浸装置であって、
上型および下型を有し、前記熱可塑性樹脂が含浸された前記繊維束が通過する隙間が前記上型と前記下型との間に形成された含浸ダイと、
前記上型および前記下型の少なくとも一方を昇降させることにより、前記隙間の間隔を調整する隙間調整部と
を備えることを特徴とする。
これにより、含浸ダイで連続繊維強化ストランドが作成される様子を確認しながら、上型と下型との間の隙間の間隔を常時調整することができる。
The impregnation device of the present invention comprises:
An impregnation device for producing a continuous fiber reinforced strand by impregnating a fiber bundle with a molten thermoplastic resin when producing a long fiber reinforced thermoplastic resin,
an impregnation die having an upper mold and a lower mold, the gap through which the fiber bundle impregnated with the thermoplastic resin passes being formed between the upper mold and the lower mold;
The mold is characterized in that it is provided with a gap adjustment unit that adjusts the size of the gap by raising and lowering at least one of the upper mold and the lower mold.
This allows the operator to constantly adjust the gap between the upper and lower dies while watching the process of creating the continuous fiber reinforced strand in the impregnation die.

また、本発明の含浸装置は、
雄ネジ部が形成され、前記隙間調整部が駆動することにより回転するボールスクリューと、
前記上型に固定された上支持フレーム、および前記下型に固定された下支持フレームとを備え、
前記上支持フレームおよび前記下支持フレームの少なくとも一方には、前記雄ネジ部と螺合する雌ネジ部が形成され、
前記ボールスクリューが回転することにより、前記雄ネジ部と前記雌ネジ部の螺合を通じて前記上支持フレームと前記下支持フレームのうち前記雌ネジ部を有する一方または双方が昇降し、これに合わせて前記上型および前記下型の少なくとも一方が昇降することを特徴とする。
このように、雄ネジ部と雌ネジ部の螺合を利用することで、隙間の間隔を連続的に調整することができる。
The impregnation apparatus of the present invention further comprises:
a ball screw having a male screw portion formed thereon and rotated by driving the gap adjustment portion ;
an upper support frame fixed to the upper mold and a lower support frame fixed to the lower mold,
At least one of the upper support frame and the lower support frame is formed with a female screw portion that screws into the male screw portion,
As the ball screw rotates, one or both of the upper support frame and the lower support frame having the female threaded portion rise and fall through the screwing of the male threaded portion and the female threaded portion , and at least one of the upper mold and the lower mold rise and fall accordingly.
In this way, by utilizing the screwing of the male screw portion and the female screw portion, the gap width can be continuously adjusted.

また、本発明の含浸装置は、
前記隙間を撮像するカメラと、
前記カメラによる撮像結果から所定量以上の毛羽が発生しているか否かを判定する判定部を備え、
前記隙間調整部は、前記判定部により、所定量以上の毛羽が発生していることが判定された場合に前記隙間を開くことを特徴とする。
これにより、ほぼ人手を介することなく上型と下型との間の隙間の間隔を常時調整することができる。
The impregnation apparatus of the present invention further comprises:
A camera for capturing an image of the gap;
A determination unit is provided that determines whether or not a predetermined amount of fluff is generated based on the image captured by the camera,
The gap adjusting section is characterized in that it opens the gap when the determining section determines that a predetermined amount or more of fluff has been generated.
This allows the gap between the upper and lower dies to be constantly adjusted with almost no manual intervention.

また、本発明の含浸装置は、
前記隙間調整部は、サーボモータであり、
前記ボールスクリューは、前記隙間調整部のモータ軸と同軸に配置されていることを特徴とする。
これにより、含浸装置の構造をシンプルにすることができる。
The impregnation apparatus of the present invention further comprises:
The gap adjustment unit is a servo motor,
The ball screw is arranged coaxially with a motor shaft of the gap adjustment unit.
This allows the structure of the impregnation device to be simplified.

本発明によれば、上型と下型との間の隙間の間隔を常時調整することが可能な含浸装置を提供することができる。 The present invention provides an impregnation device that can constantly adjust the gap between the upper and lower dies.

実施の形態に係る含浸ダイを用いた長繊維強化熱可塑性樹脂製造装置の概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram of a long fiber reinforced thermoplastic resin production apparatus using an impregnation die according to an embodiment. 実施の形態に係る含浸装置の概要を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an outline of an impregnation device according to an embodiment. 実施の形態に係る含浸装置の構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of an impregnation device according to an embodiment. 実施の形態に係る含浸装置により含浸ダイの隙間の間隔を調整する処理を示すフローチャートである。4 is a flowchart showing a process for adjusting the gap width of an impregnation die by the impregnation device according to the embodiment. 従来の含浸ダイの概要を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an outline of a conventional impregnation die.

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。図1は、実施の形態に係る含浸装置を備えた長繊維強化熱可塑性樹脂製造装置の概略図である。図1に示すように、長繊維強化熱可塑性樹脂製造装置2は、繰出機4、開繊バー6、押出機8、含浸装置9、賦形ダイ12、水槽14、フォーミングロール16、引取機18、カッター部20を備えている。 The following describes an embodiment of the present invention with reference to the drawings. Figure 1 is a schematic diagram of a long fiber reinforced thermoplastic resin manufacturing apparatus equipped with an impregnation device according to an embodiment. As shown in Figure 1, the long fiber reinforced thermoplastic resin manufacturing apparatus 2 is equipped with a payout machine 4, a fiber opening bar 6, an extruder 8, an impregnation device 9, a shaping die 12, a water tank 14, a forming roll 16, a take-up machine 18, and a cutter section 20.

ここで、繰出機4には、繊維束32が巻回された複数の炭素繊維ロービング4aが収納されている。また、繰出機4は、炭素繊維ロービング4aから繊維束32を繰り出すための繰出ロール4bを備えている。なお、繊維束32には、たとえば、ガラス繊維、炭素繊維などが用いられる。 Here, the unwinding machine 4 stores a plurality of carbon fiber rovings 4a around which fiber bundles 32 are wound. The unwinding machine 4 also includes a unwinding roll 4b for unwinding the fiber bundles 32 from the carbon fiber rovings 4a. The fiber bundles 32 are made of, for example, glass fiber or carbon fiber.

開繊バー6は、繰出ロール4bから繰り出された繊維束32を開繊する開繊工程を実行するためのロールバーである。
押出機8は、溶融した熱可塑性樹脂を、本発明に係る含浸装置9に含まれる含浸ダイ10に供給する装置であり、含浸ダイ10は、開繊された繊維束32に溶融した熱可塑性樹脂を含浸する含浸工程を実行する装置である。かかる含浸工程において連続繊維強化ストランド34が作成される。なお、熱可塑性樹脂には、たとえば、ポリプロピレン、ポリアミドなどが用いられる。
The spreading bar 6 is a roll bar for carrying out a spreading process of spreading the fiber bundle 32 unwound from the unwinding roll 4b.
The extruder 8 is a device that supplies molten thermoplastic resin to an impregnation die 10 included in an impregnation device 9 according to the present invention, and the impregnation die 10 is a device that performs an impregnation step of impregnating the opened fiber bundle 32 with the molten thermoplastic resin. In this impregnation step, a continuous fiber-reinforced strand 34 is produced. Note that, for example, polypropylene, polyamide, etc. are used as the thermoplastic resin.

賦形ダイ12は、連続繊維強化ストランド34の径を絞るための装置であり、含浸ダイ10の連続繊維強化ストランド34が排出される側に取り付けられている。
水槽14は、賦形ダイ12で径が絞られた連続繊維強化ストランド34を水などの液体に浸し、冷却を行うための装置である。
The shaping die 12 is a device for reducing the diameter of the continuous fiber-reinforced strand 34, and is attached to the side of the impregnation die 10 from which the continuous fiber-reinforced strand 34 is discharged.
The water tank 14 is a device for immersing the continuous fiber-reinforced strand 34, the diameter of which has been reduced by the shaping die 12, in a liquid such as water to cool it.

フォーミングロール16は、水槽14で冷却された連続繊維強化ストランド34の外径形状を成形するためのロールバーである。
引取機18は、連続繊維強化ストランド34を引き取る引取工程を実行するためのロールである。
The forming roll 16 is a roll bar for forming the outer diameter shape of the continuous fiber-reinforced strand 34 cooled in the water tank 14 .
The take-up machine 18 is a roll for performing a take-up process of taking up the continuous fiber-reinforced strand 34 .

カッター部20は、引取機18で引き取った連続繊維強化ストランド34を所定の長さにカッティングするための装置である。このカッター部20で連続繊維強化ストランド34をカットすることにより、長繊維強化熱可塑性樹脂38が製造される。 The cutter section 20 is a device for cutting the continuous fiber reinforced strand 34 taken up by the take-up machine 18 to a predetermined length. By cutting the continuous fiber reinforced strand 34 with this cutter section 20, a long fiber reinforced thermoplastic resin 38 is produced.

次に、本発明において長繊維強化熱可塑性樹脂製造装置2の要部を構成する含浸装置9について説明する。図2は、含浸装置9の概要を示す図である。図2に示すように、含浸装置9は、含浸ダイ10、支持フレーム42、ボールスクリュー44、サーボモータ46、およびコントローラー48(図3参照)を備えている。 Next, we will explain the impregnation device 9 that constitutes the main part of the long fiber reinforced thermoplastic resin manufacturing apparatus 2 in the present invention. Figure 2 is a diagram showing an overview of the impregnation device 9. As shown in Figure 2, the impregnation device 9 includes an impregnation die 10, a support frame 42, a ball screw 44, a servo motor 46, and a controller 48 (see Figure 3).

ここで、含浸ダイ10は、上型10aと下型10bとから成り、上型10aと下型10bとの間には、熱可塑性樹脂が含浸された繊維束32(図1参照)が通過する隙間10cが形成されている。 Here, the impregnation die 10 consists of an upper die 10a and a lower die 10b, and a gap 10c is formed between the upper die 10a and the lower die 10b through which the fiber bundle 32 (see Figure 1) impregnated with the thermoplastic resin passes.

支持フレーム42は、含浸ダイ10を上下から支持する部材であり、それぞれ上型10aに固定された上支持フレーム42a、および下型10bに固定された下支持フレーム42bを有している。そして、上支持フレーム42aには、ボールスクリュー44の雄ネジ部44aと螺合する雌ネジ部43aが内部に形成されたネジ貫通穴43が設けられている。また、下支持フレーム42bには、ボールスクリュー44の雄ネジ部44aが形成されていない非ネジ部44bが貫通する貫通穴45が設けられている。 The support frame 42 is a member that supports the impregnation die 10 from above and below, and has an upper support frame 42a fixed to the upper die 10a, and a lower support frame 42b fixed to the lower die 10b. The upper support frame 42a has a screw through hole 43 formed therein with a female threaded portion 43a that screws into the male threaded portion 44a of the ball screw 44. The lower support frame 42b has a through hole 45 through which the non-threaded portion 44b of the ball screw 44, which does not have the male threaded portion 44a, passes.

ボールスクリュー44は、下端がサーボモータ46の図示しないモータ軸と同軸に固定され、サーボモータ46上に立設された棒状の部品であり、ネジ貫通穴43および貫通穴45を貫通する。そして、ボールスクリュー44の上半部には雌ネジ部43aと螺合する雄ネジ部44aが形成され、下半部には貫通穴45を貫通するネジ山が形成されていない非ネジ部44bが形成されている。このため、ボールスクリュー44を回転させることにより、上支持フレーム42aを昇降させることができる。 The ball screw 44 is a rod-shaped part that is fixed at its lower end coaxially with the motor shaft (not shown) of the servo motor 46 and stands on the servo motor 46, and passes through the screw through hole 43 and the through hole 45. The upper half of the ball screw 44 is formed with a male threaded portion 44a that screws into the female threaded portion 43a, and the lower half is formed with a non-threaded portion 44b that does not have a thread that passes through the through hole 45. Therefore, by rotating the ball screw 44, the upper support frame 42a can be raised and lowered.

サーボモータ46は、下支持フレーム42bの下側に位置しており、隙間10cの間隔を調整する隙間調整部としての機能を備えている。具体的には、図3に示すブロック図のように、各部を統括的に制御する制御部46aを備えている。制御部46aには、ボールスクリュー44を回転させる駆動部46b、隙間10cの状態を撮像するカメラ46c、撮像された画像の画像データ等を記憶する記憶部46d、隙間10cを広げる間隔(以下、ピッチという。)を記憶する隙間記憶部46e、およびコントローラー48との送受信を有線または無線にて行う通信部46fを備えている。なお、制御部46aは、隙間10cを進行する繊維束32に毛羽が所定量以上発生しているか否かを判定する判定部としても機能する。 The servo motor 46 is located below the lower support frame 42b and functions as a gap adjustment unit that adjusts the gap 10c. Specifically, as shown in the block diagram of FIG. 3, the control unit 46a is provided to comprehensively control each unit. The control unit 46a is provided with a drive unit 46b that rotates the ball screw 44, a camera 46c that captures the state of the gap 10c, a memory unit 46d that stores image data of the captured image, a gap memory unit 46e that stores the interval (hereinafter referred to as the pitch) for widening the gap 10c, and a communication unit 46f that transmits and receives data to and from the controller 48 by wire or wirelessly. The control unit 46a also functions as a judgment unit that judges whether or not a predetermined amount of fluff is generated in the fiber bundle 32 moving through the gap 10c.

コントローラー48は、作業者が隙間10cを調整する際の操作を行う部位であり、独立した操作装置であってもよく、パソコンなどの端末機器をコントローラー48として用いてもよい。 The controller 48 is a part that an operator operates to adjust the gap 10c, and may be an independent operating device, or a terminal device such as a personal computer may be used as the controller 48.

次に、本発明の含浸装置9を用いて隙間10cの間隔を調整する第1の方法についてその手順を説明する。なお、ここでは、隙間10cを進行する繊維束32に毛羽が所定量以上発生した場合を例に説明する。まず、作業者は、長繊維強化熱可塑性樹脂製造装置2の稼働中において、含浸ダイ10で連続繊維強化ストランド34が作成される様子を目視で監視している。ここで、たとえば、隙間10cを進行する繊維束32に毛羽が所定量以上発生したと認識した場合、作業者は、隙間10cを開くため、コントローラー48の、たとえば、図示しない開ボタンを操作する。 Next, the procedure for the first method of adjusting the spacing of the gap 10c using the impregnation device 9 of the present invention will be described. Note that, here, an example will be described in which a predetermined amount or more of fuzz has been generated on the fiber bundle 32 moving through the gap 10c. First, while the long fiber reinforced thermoplastic resin manufacturing apparatus 2 is in operation, the operator visually monitors the state in which the continuous fiber reinforced strand 34 is produced by the impregnation die 10. Here, for example, if the operator recognizes that a predetermined amount or more of fuzz has been generated on the fiber bundle 32 moving through the gap 10c, he or she operates, for example, an open button (not shown) on the controller 48 to open the gap 10c.

開ボタンが操作されると、隙間10cを開く旨の指令信号がコントローラー48から送信されてサーボモータ46の通信部46fに受信され、制御部46aによって検知される。制御部46aは、指令信号を検知すると、駆動部46bを介して、隙間10cが開く方向にモータ軸を回転させる。これにより、ボールスクリュー44が回転し、ボールスクリュー44の雄ネジ部44aと螺合する雌ネジ部43aがネジ貫通穴43の内部に形成された上支持フレーム42aが上昇し、これに従って上支持フレーム42aに固定された上型10aが上昇することにより、隙間10cが広げられる。 When the open button is operated, a command signal to open the gap 10c is sent from the controller 48, received by the communication unit 46f of the servo motor 46, and detected by the control unit 46a. When the control unit 46a detects the command signal, it rotates the motor shaft in the direction to open the gap 10c via the drive unit 46b. This rotates the ball screw 44, and the upper support frame 42a, in which the female threaded portion 43a that screws into the male threaded portion 44a of the ball screw 44 is formed inside the screw through hole 43, rises, and the upper mold 10a fixed to the upper support frame 42a rises accordingly, widening the gap 10c.

その後、作業者は、隙間10cを進行する繊維束32に毛羽が所定量以上発生しなくなったことを確認すると図示しない停止ボタンを操作する。停止ボタンが操作されると、隙間10cを開くことを停止する旨の指令信号がコントローラー48から送信され、サーボモータ46の通信部46fを介して制御部46aによって検知される。制御部46aは、指令信号を検知すると、駆動部46bはモータ軸の回転を停止させ、ボールスクリュー44の回転が停止する。これにより、隙間10cが適切な間隔に広げられた状態が維持され、多くの毛羽を発生させることなく含浸ダイ10で連続繊維強化ストランド34が作成され続ける。なお、広げられた隙間10cの間隔は、おおよそ0.1mm以上10mm以下である。 After that, when the operator confirms that the fiber bundle 32 moving through the gap 10c is no longer generating a predetermined amount of fuzz or more, he operates a stop button (not shown). When the stop button is operated, a command signal to stop opening the gap 10c is sent from the controller 48, and is detected by the control unit 46a via the communication unit 46f of the servo motor 46. When the control unit 46a detects the command signal, the drive unit 46b stops the rotation of the motor shaft, and the rotation of the ball screw 44 stops. This maintains the gap 10c in an appropriate widened state, and the impregnation die 10 continues to produce the continuous fiber-reinforced strand 34 without generating a lot of fuzz. The widened gap 10c has a width of approximately 0.1 mm to 10 mm.

次に、本発明の含浸装置9を用いて隙間10cの間隔を調整する第2の方法について、その手順を説明する。まず、長繊維強化熱可塑性樹脂製造装置2が稼働し、一定期間が経過すると、制御部46aは、カメラ46cにより、含浸ダイ10で連続繊維強化ストランド34が作成される様子の撮像を開始する(ステップS1)。撮像は、たとえば、動画や連続的な静止画を撮像して行われる。 Next, the procedure for the second method of adjusting the spacing of the gap 10c using the impregnation device 9 of the present invention will be described. First, the long fiber reinforced thermoplastic resin manufacturing device 2 is operated, and after a certain period of time has elapsed, the control unit 46a starts to capture images of the process in which the continuous fiber reinforced strand 34 is produced in the impregnation die 10 using the camera 46c (step S1). The images are captured, for example, by taking a video or continuous still images.

撮像開始後、制御部46aは、カメラ46cによって撮像された画像データを記憶部46dから読み出して、隙間10cを進行する繊維束32に毛羽が所定量以上発生しているか否かを判定する(ステップS2)。なお、判定は、たとえば、画像データに基づく画像から繊維束32に所定量以上の毛羽が発生している状態をパターンマッチング等によって検出することにより行う。 After the image capture starts, the control unit 46a reads out the image data captured by the camera 46c from the storage unit 46d and determines whether or not a predetermined amount of fluff has been generated on the fiber bundle 32 moving through the gap 10c (step S2). The determination is made, for example, by detecting a state in which a predetermined amount of fluff has been generated on the fiber bundle 32 from an image based on the image data by pattern matching or the like.

毛羽が所定量以上発生していない場合(ステップS2:No)、ステップS2の判定操作を繰り返す。一方、毛羽が所定量以上発生している場合(ステップS2:Yes)、制御部46aは、駆動部46bを介して、隙間10cが開く方向にモータ軸を回転させる(ステップS3)。これにより、ボールスクリュー44が回転して上型10aが上昇することにより、隙間10cが広げられる。ここで、隙間10cを広げる際のピッチは、たとえば0.05mmなど、隙間記憶部46eにおいて予め設定されており、隙間10cの間隔の設定は、適宜変更することができる。なお、ピッチは、0.02mm以上0.10mm以下であれば好ましい。 If the fluff does not occur in a predetermined amount or more (step S2: No), the judgment operation of step S2 is repeated. On the other hand, if the fluff occurs in a predetermined amount or more (step S2: Yes), the control unit 46a rotates the motor shaft via the drive unit 46b in a direction to open the gap 10c (step S3). This rotates the ball screw 44 and raises the upper die 10a, widening the gap 10c. Here, the pitch for widening the gap 10c is preset in the gap memory unit 46e, for example, 0.05 mm, and the setting of the interval of the gap 10c can be changed as appropriate. Note that the pitch is preferably 0.02 mm or more and 0.10 mm or less.

次に、制御部46aは、直近に撮像された画像データを用いて、隙間10cを進行する繊維束32に毛羽が所定量以上発生しなくなったか否かを判定する(ステップS4)。隙間10cを進行する繊維束32に未だに毛羽が所定量以上認められる場合(ステップS4:No)、制御部46aは、さらに隙間10cを広げ(ステップS3)、判定を繰り返す(ステップS4)。 Next, the control unit 46a uses the most recently captured image data to determine whether or not the fiber bundle 32 moving through the gap 10c has no more than a predetermined amount of fuzz (step S4). If the fiber bundle 32 moving through the gap 10c still has more than a predetermined amount of fuzz (step S4: No), the control unit 46a further widens the gap 10c (step S3) and repeats the determination (step S4).

一方、隙間10cを進行する繊維束32に所定量以上の毛羽が発生しなくなった場合(ステップS4:Yes)、制御部46aは、駆動部46bによりモータ軸の回転を停止させ、ボールスクリュー44の回転を停止させる(ステップS5)。これにより、隙間10cが適切な間隔に広げられた状態が維持され、隙間10cを進行する繊維束32に所定量以上の毛羽を発生させることなく、含浸ダイ10で連続繊維強化ストランド34が作成され続ける。 On the other hand, if the fiber bundle 32 moving through the gap 10c no longer generates a predetermined amount of fuzz (step S4: Yes), the control unit 46a stops the rotation of the motor shaft by the drive unit 46b, and stops the rotation of the ball screw 44 (step S5). This maintains the gap 10c in an appropriate widened state, and the impregnation die 10 continues to produce a continuous fiber-reinforced strand 34 without generating a predetermined amount of fuzz on the fiber bundle 32 moving through the gap 10c.

この実施の形態の含浸装置9によれば、含浸ダイ10で連続繊維強化ストランド34が作成される様子を確認しながら、上型10aと下型10bとの間の隙間10cの間隔を常時調整することができる。このため、含浸ダイ10の隙間10cが狭いために繊維束32に毛羽が多く発生することを容易に防止することができる。 The impregnation device 9 of this embodiment allows the width of the gap 10c between the upper die 10a and the lower die 10b to be constantly adjusted while observing how the continuous fiber-reinforced strand 34 is being produced in the impregnation die 10. This makes it easy to prevent excessive fuzz from being generated in the fiber bundle 32 due to the narrow gap 10c of the impregnation die 10.

これにより、従来の技術のように、繊維束32に毛羽が大量に発生するたびに長繊維強化熱可塑性樹脂製造装置2の稼働を停止し、ボルトを外して含浸ダイ10を開いた後に毛羽を取り除くという一連の手間を大幅に省略することができる。 This makes it possible to significantly reduce the amount of work required in the conventional technology to stop the operation of the long fiber reinforced thermoplastic resin manufacturing device 2 every time a large amount of fuzz is generated in the fiber bundle 32, remove the bolts, open the impregnation die 10, and then remove the fuzz.

また、雄ネジ部44aと雌ネジ部43aの螺合を利用することで、隙間10cの間隔を連続的に調整することができる。
また、大量の毛羽が発生した場合において、すぐに隙間10cの間隔を開くことができるため、繊維束32に負担を掛けずに毛羽の発生を抑制することができる。
Furthermore, by utilizing the screw engagement between the male screw portion 44a and the female screw portion 43a, the width of the gap 10c can be continuously adjusted.
Furthermore, even if a large amount of fluff occurs, the gap 10c can be opened immediately, so that fluff generation can be suppressed without putting a strain on the fiber bundle 32.

さらに、従来のような鉄板による隙間調整では、たとえば0.1mm毎程度の間隔でしか隙間58c(図5参照)を調整することができなかったが、実施の形態に係る含浸装置9によれば、隙間10cを所望の間隔に微調整することができるため、より精密な隙間10cの調整を実現することができる。 Furthermore, in conventional gap adjustment using an iron plate, the gap 58c (see FIG. 5) could only be adjusted to intervals of about 0.1 mm, for example. However, with the impregnation device 9 according to the embodiment, the gap 10c can be finely adjusted to the desired interval, allowing for more precise adjustment of the gap 10c.

なお、上述の実施の形態においては、上型10aを昇降させて隙間10cの間隔を調整する場合が例示されているが、隙間10cの間隔の調整は必ずしもこの方法に限定されない。たとえば、下型10bを昇降させて隙間10cの間隔を調整してもよい。 In the above embodiment, the case where the gap 10c is adjusted by raising and lowering the upper mold 10a is illustrated, but the adjustment of the gap 10c is not necessarily limited to this method. For example, the gap 10c may be adjusted by raising and lowering the lower mold 10b.

この場合、ボールスクリュー44の下半部に雄ネジ部44aが形成され、上半部に非ネジ部44bが形成されることになる。そして、ボールスクリュー44の雄ネジ部44aと螺合する雌ネジ部43aが下支持フレーム42bに設けられ、上支持フレーム42aはボールスクリュー44に回転可能に固定される。 In this case, a male threaded portion 44a is formed in the lower half of the ball screw 44, and a non-threaded portion 44b is formed in the upper half. A female threaded portion 43a that screws into the male threaded portion 44a of the ball screw 44 is provided in the lower support frame 42b, and the upper support frame 42a is rotatably fixed to the ball screw 44.

また、上型10aと下型10bの双方を昇降させて隙間10cを調整してもよい。この場合、ボールスクリュー44の高さ方向に広く雄ネジ部44aが設けられ、雌ネジ部43aが上支持フレーム42aと下支持フレーム42bの双方に設けられることになる。ただし、上支持フレーム42aと下支持フレーム42bの螺合方向は逆方向になる。 Alternatively, the gap 10c may be adjusted by raising and lowering both the upper die 10a and the lower die 10b. In this case, the male thread portion 44a is provided widely in the height direction of the ball screw 44, and the female thread portion 43a is provided on both the upper support frame 42a and the lower support frame 42b. However, the screwing directions of the upper support frame 42a and the lower support frame 42b are opposite.

また、上述の実施の形態において、第1の方法では、コントローラー48から開ボタンや閉ボタンを操作することで隙間10cの開閉を調整しているが、開ボタンや閉ボタンに代えてダイヤルを用いてもよい。この場合、たとえば、ダイヤルを正方向に操作している間は隙間10cが連続的に開かれ、ダイヤルを逆方向に操作している間は隙間10cが連続的に閉じられれる。これにより、隙間をさらに微調整することができる。 In the above embodiment, in the first method, the opening and closing of the gap 10c is adjusted by operating the open button and close button on the controller 48, but a dial may be used instead of the open button and close button. In this case, for example, the gap 10c is continuously opened while the dial is operated in the forward direction, and the gap 10c is continuously closed while the dial is operated in the reverse direction. This allows for even finer adjustment of the gap.

また、上述の実施の形態において、第2の方法では、隙間記憶部46eに候補となるピッチを複数記憶するようにしてもよい。そして、複数の候補の中から所望のピッチを選択する選択部を備えていてもよい。選択部は、独立した部位であってもよいが、たとえば、コントローラー48を選択部として用い、所望するピッチをコントローラー48から指示してもよい。 In the above-described embodiment, the second method may store a plurality of candidate pitches in the gap memory unit 46e. A selection unit may be provided that selects a desired pitch from the plurality of candidates. The selection unit may be an independent part, but for example, the controller 48 may be used as the selection unit, and the desired pitch may be specified from the controller 48.

また、上述の実施の形態において、第2の方法に第1の方法を補完的に用いてもよい。すなわち、第2の方法によって調整された隙間10cの間隔を開ボタンや閉ボタン、ダイヤルなどで再修正してもよい。 In addition, in the above-described embodiment, the first method may be used complementarily with the second method. That is, the distance of the gap 10c adjusted by the second method may be readjusted using an open button, a close button, a dial, or the like.

また、上述の実施の形態の第2の方法においては、隙間記憶部46eでピッチを設定しておき、たとえば0.05mm毎に隙間10cの間隔を調整する場合を例示しているが、第1の方法と同様に、隙間10cの間隔を連続的に調整するようにしてもよい。これにより、隙間10cの間隔をさらに細かく微調整することができる。なお、この場合、隙間10cの間隔を広げながらステップS2~ステップS4の操作を行うことになる。 In the second method of the above embodiment, the pitch is set in the gap memory unit 46e, and the gap 10c is adjusted in increments of 0.05 mm, for example. However, as in the first method, the gap 10c may be adjusted continuously. This allows the gap 10c to be adjusted even more finely. In this case, steps S2 to S4 are performed while widening the gap 10c.

また、上述の実施の形態においては、繊維束32に毛羽が所定量以上発生しているか否かの判定をパターンマッチングによって行う場合を例示しているが、判定は、必ずしもパターンマッチングである必要はない。すなわち、毛羽が所定量以上発生したことが検知できれば、その他の既存技術を用いてもよい。 In addition, in the above embodiment, a case is illustrated in which the determination of whether or not a predetermined amount of fluff has occurred in the fiber bundle 32 is performed by pattern matching, but the determination does not necessarily have to be by pattern matching. In other words, other existing technologies may be used as long as it is possible to detect that a predetermined amount of fluff has occurred.

また、上述の実施の形態において、隙間調整部は、所望の間隔で隙間を調整することが可能なモータであれば必ずしもサーボモータ46でなくてもよい。
また、上述の実施の形態においては、含浸装置9が長繊維強化熱可塑性樹脂を製造する場合に用いられる場合を例示して説明しているが、含浸装置9は、長繊維強化熱可塑性樹脂製造装置2以外の長繊維強化樹脂を製造する装置に用いられてもよい。たとえば、繊維束32を熱硬化樹脂との複合材とする場合に含浸装置9を用いてもよい。
In the above-described embodiment, the gap adjustment unit does not necessarily have to be the servo motor 46 as long as it is a motor capable of adjusting the gap to a desired interval.
In the above embodiment, the impregnation device 9 is used to produce a long fiber reinforced thermoplastic resin, but the impregnation device 9 may be used in an apparatus for producing a long fiber reinforced resin other than the long fiber reinforced thermoplastic resin production apparatus 2. For example, the impregnation device 9 may be used when the fiber bundle 32 is made into a composite material with a thermosetting resin.

さらに、含浸装置9は、長繊維強化樹脂のみならず、開繊が必要な他の製品を製造する際にも適用することが可能である。たとえば、UDテープ、シート状成形材料(SMC)、プリプレグ、および繊維の織物などを製造する場合にも用いることができる。なお、これらの製品を製造する場合と比較して、長繊維強化熱可塑性樹脂を製造する場合には、繊維束32の進行速度が速く毛羽が発生しやすい。このため、毛羽の抑制という観点からすれば、実施の形態に係る含浸装置9は、長繊維強化熱可塑性樹脂を製造するのに最適である。 Furthermore, the impregnation device 9 can be used not only to manufacture long fiber reinforced resin, but also to manufacture other products that require fiber spreading. For example, it can be used to manufacture UD tapes, sheet molding compounds (SMC), prepregs, and fiber woven fabrics. Compared to manufacturing these products, when manufacturing long fiber reinforced thermoplastic resin, the fiber bundles 32 move faster and fluff is more likely to occur. For this reason, from the perspective of suppressing fluff, the impregnation device 9 according to the embodiment is ideal for manufacturing long fiber reinforced thermoplastic resin.

2 長繊維強化熱可塑性樹脂製造装置
4 繰出機
4a 炭素繊維ロービング
4b 繰出ロール
6 開繊バー
8 押出機
9 含浸装置
10 含浸ダイ
10a 上型
10b 下型
10c 隙間
12 賦形ダイ
14 水槽
16 フォーミングロール
18 引取機
20 カッター部
32 繊維束
34 連続繊維強化ストランド
38 長繊維強化熱可塑性樹脂
42 支持フレーム
42a 上支持フレーム
42b 下支持フレーム
43 ネジ貫通穴
43a 雌ネジ部
44 ボールスクリュー
44a 雄ネジ部
44b 非ネジ部
45 貫通穴
46 サーボモータ
46a 制御部
46b 駆動部
46c カメラ
46d 記憶部
46e 隙間記憶部
46f 通信部
48 コントローラー
58 含浸ダイ
58a 上型
58b 下型
58c 隙間
60 熱可塑性樹脂
62 繊維束
64 連続繊維強化ストランド
2 Long fiber reinforced thermoplastic resin manufacturing apparatus 4 Unwinder 4a Carbon fiber roving 4b Unwinding roll 6 Fiber opening bar 8 Extruder 9 Impregnation device 10 Impregnation die 10a Upper die 10b Lower die 10c Gap 12 Shaping die 14 Water tank 16 Forming roll 18 Take-up machine 20 Cutter section 32 Fiber bundle 34 Continuous fiber reinforced strand 38 Long fiber reinforced thermoplastic resin 42 Support frame 42a Upper support frame 42b Lower support frame 43 Screw through hole 43a Female threaded portion 44 Ball screw 44a Male threaded portion 44b Non-threaded portion 45 Through hole 46 Servo motor 46a Control unit 46b Drive unit 46c Camera 46d Memory unit 46e Gap memory unit 46f Communication unit 48 Controller 58 Impregnation die 58a Upper die 58b Lower die 58c Gap 60 Thermoplastic resin 62 Fiber bundle 64: Continuous fiber reinforced strand

Claims (4)

長繊維強化熱可塑性樹脂を製造する際に、溶融した熱可塑性樹脂を繊維束に含浸させて連続繊維強化ストランドを作成する含浸装置であって、
上型および下型を有し、前記熱可塑性樹脂が含浸された前記繊維束が通過する隙間が前記上型と前記下型との間に形成された含浸ダイと、
前記上型および前記下型の少なくとも一方を昇降させることにより、前記隙間の間隔を調整する隙間調整部と
を備えることを特徴とする含浸装置。
An impregnation device for producing a continuous fiber reinforced strand by impregnating a fiber bundle with a molten thermoplastic resin when producing a long fiber reinforced thermoplastic resin,
an impregnation die having an upper mold and a lower mold, the gap through which the fiber bundle impregnated with the thermoplastic resin passes being formed between the upper mold and the lower mold;
and a gap adjustment unit that adjusts the size of the gap by raising and lowering at least one of the upper mold and the lower mold.
雄ネジ部が形成され、前記隙間調整部が駆動することにより回転するボールスクリューと、
前記上型に固定された上支持フレーム、および前記下型に固定された下支持フレームとを備え、
前記上支持フレームおよび前記下支持フレームの少なくとも一方には、前記雄ネジ部と螺合する雌ネジ部が形成され、
前記ボールスクリューが回転することにより、前記雄ネジ部と前記雌ネジ部の螺合を通じて前記上支持フレームと前記下支持フレームのうち前記雌ネジ部を有する一方または双方が昇降し、これに合わせて前記上型および前記下型の少なくとも一方が昇降することを特徴とする請求項1記載の含浸装置。
a ball screw having a male screw portion formed thereon and rotated by driving the gap adjustment portion ;
an upper support frame fixed to the upper mold and a lower support frame fixed to the lower mold,
At least one of the upper support frame and the lower support frame is formed with a female screw portion that screws into the male screw portion,
The impregnation device according to claim 1, characterized in that, as the ball screw rotates , one or both of the upper support frame and the lower support frame having the female threaded portion rise and fall through the screwing of the male threaded portion and the female threaded portion, and accordingly, at least one of the upper mold and the lower mold rise and fall.
前記隙間を撮像するカメラと、
前記カメラによる撮像結果から所定量以上の毛羽が発生しているか否かを判定する判定部を備え、
前記隙間調整部は、前記判定部により、所定量以上の毛羽が発生していることが判定された場合に前記隙間を開くことを特徴とする請求項1または2記載の含浸装置。
A camera for capturing an image of the gap;
A determination unit is provided that determines whether or not a predetermined amount of fluff is generated based on the image captured by the camera,
3. The impregnation device according to claim 1, wherein the gap adjustment section opens the gap when the determination section determines that a predetermined amount or more of fuzz has been generated.
前記隙間調整部は、サーボモータであり、
前記ボールスクリューは、前記隙間調整部のモータ軸と同軸に配置されていることを特徴とする請求項記載の含浸装置。
The gap adjustment unit is a servo motor,
3. The impregnation device according to claim 2 , wherein the ball screw is disposed coaxially with a motor shaft of the gap adjustment unit.
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