JP2017154233A - 繊維強化プラスチック板の裁断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】裁断コストを低減して繊維強化プラスチック板を所定の外形に裁断する。
【解決手段】複数枚の繊維強化プラスチック板１０の間に、刃物３で切断され、かつ刃物３の裁断状態で押し潰される軟質シート１１を挟んで積層体１２とし、この積層体１２を表面弾性の受け台１に載せて、炭素鋼を焼き入れしてなる鋭角の刃先４の刃物３を押し付けて積層体１２を打ち抜き加工して、複数枚の繊維強化プラスチック板１０と軟質シート１１とを所定の外形に裁断する。
【選択図】図１

Description

本発明は、カーボン繊維やガラス繊維などの補強繊維で補強されて立体形状に成形されてなる繊維強化プラスチック板の裁断方法に関する。

ガラス繊維などの補強繊維を埋設している繊維強化プラスチック板は、プラスチック単体では到底実現できない優れた強度を実現することから、種々の用途に使用される。繊維強化プラスチック板として、ポリエステル樹脂にガラス繊維を埋設したものがＦＲＰとして多用されている。ＦＲＰは、雄形の表面にガラス繊維を付着し、ガラス繊維にペースト状の未硬化ポリエステル樹脂を塗布して製作される。

さらに、繊維強化プラスチック板は、軽くて強靭なことから、用途に適した外形に切断して、金属製パーツに代わって使用できる。金属板は刃物でプレス加工して所定の外形に切断できるので、能率よく安価に多量生産できるが、繊維強化プラスチック板は金属板のようにプレス加工して切断できないので、専用に切断装置で切断される。繊維強化プラスチック板の切断装置として、切断ラインに沿ってレーザー光線を照射して切断する装置や、ウォータージェットで切断する装置が開発されている。（特許文献１、２参照）

繊維強化プラスチック板の切断ラインに沿ってレーザー光線を照射し、また、ウォータージェットを噴射して切断する装置は、自由な外形に切断できる。しかしながら、切断ラインに沿ってレーザー光線やウォータージェットを移動して切断するので、切断に時間がかかり、短時間に能率よく切断できない。また、大出力のレーザー光線を照射し、あるいは超高圧に加圧されたウォータージェットを噴射して切断するので、切断装置が極めて高額で、しかもランニングコストも高くなる欠点がある。切断コストが高くなることは、繊維強化プラスチック板の部品コストを高くする。また、切断に時間がかかるのでタクトタイムを長くなって、能率よく多量生産できない。

ところで、航空宇宙材料として使用される繊維強化プラスチック等を切断する装置は開発されている（特許文献３参照）。この裁断装置は、特殊な切断用カッターを使用して繊維強化プラスチックを切断する。この切断用カッターは、シャンク本体の先端に刃先部を接合している。刃先部は、厚さを先端へ向かうに従って漸次小さくしている。また、刃先部を、切刃を構成する超高硬度部と、切刃とシャンク本体とをつなぐ超硬合金部とを接合して一体に焼結成形させた複合体で形成して、刃先部の先端を、超高硬度部で形成している。超高硬度部と超硬合金部とからなる複合体は、ダイヤモンド等の高硬度粒子と結合材料として使用されるＴｉＮ、ＴｉＣ等の粒子とを混合し、これらを超高圧においてプレス成形し、また高温度において焼結することにより成形されたペレット状の超高硬度部と、タングステンカーバイト等により成形されたペレット状の超硬合金部とを、一体に焼結成形して所定形状に加工したものである。

特開２０１０−２４７２０６号公報 特開２０１１−５６５８３号公報 特開平４−６９１８７号公報 特開２０１５−１０４７９７号公報 特開２０１３−０９１１２８号公報 特開２０１３−２４４５４１号公報

特許文献３に記載される装置は、切断用カッターを往復運動させながら前進させて繊維強化プラスチックを切断するので、一回の往復運動でプラスチック板を所定の形状に裁断できない。このため、能率よくプラスチック板を特定の外形に打ち抜き加工できない。とくに、切断用カッターが、刃先の超高硬度部を超硬合金部でシャンク本体に接合して一体に焼結成形させた複合体とするので、切断用カッターを複雑に湾曲する形状には加工できず、また、切断用カッターが極めて高価になる欠点がある。

本発明者は、以上の欠点を解消するために、熱可塑性のプラスチック板にカーボン繊維等の補強繊維を埋設してなるプラスチック板を裁断する装置を開発した。（特許文献４参照）この裁断装置は、図５に示すように、繊維強化プラスチック板１０１を打ち抜きして裁断する雌型１０９及び雄型１０８と、この雄型１０８と雌型１０９とを相対運動させる駆動機構１１６とを備え、雌型１０９は、雄型１０８との対向面の裁断面１１７に、開口縁を繊維強化プラスチック板１０１を裁断する裁断ラインに沿う形状の裁断刃１０２とする凹部１０６を有し、雄型１０８は、雌型１０９の凹部１０６に挿入される突出部１０３を有し、この突出部１０３は、その先端縁に裁断刃１０２を設けている。さらに、突出部１０３の裁断刃１０２の外形と雌型１０９の凹部１０６の裁断刃１０２の内形との間隔を１００μｍ以下として、突出部１０３と凹部１０６との間に繊維の破断隙間１０７を設けている。突出部１０３は凹部１０６に挿入されて、突出部１０３及び凹部１０６の裁断刃１０２でもって繊維強化繊維強化プラスチックを裁断する。

以上の裁断装置が繊維強化プラスチック板を裁断する状態を図６と図７に示している。雄型の突出部に設けた裁断刃１０２が、繊維強化プラスチック板１０１に押し付けられると、図６に示すように、裁断刃１０２が繊維強化プラスチック板１０１を破断して、打ち抜き部１０１Ａと繊維強化プラスチック板１０１との間に挿入される。この状態で、打ち抜き部１０１Ａは繊維強化プラスチック板１０１から引き離されて、繊維強化プラスチック板１０１との間に隙間ができる。この状態になると、熱可塑性樹脂に埋設している補強繊維１０４が、打ち抜き部１０１Ａや繊維強化プラスチック板１０１から引き離し隙間１０５に引き出される。繊維強化プラスチック板内の補強繊維１０４は、熱可塑性樹脂に対して長手方向には相対的に移動しやすく、熱可塑性樹脂から引き離し隙間１０５に引き出される。打ち抜き部１０１Ａと繊維強化プラスチック板１０１との間の引き離し隙間１０５に引き出された補強繊維１０４は、突出部１０３がさらに凹部１０６に挿入される状態で、突出部１０３の表面と凹部１０６の内面との間の破断隙間１０７にあって、図７の×印で示す位置、すなわち打ち抜き部１０１Ａと破断隙間１０７との境界部分と、繊維強化プラスチック板１０１と破断隙間１０７との境界部分において、すなわち、引き離し隙間１０５の両端部において、小さい曲率半径に折曲される。さらに、引き離し隙間１０５の両端部において小さい曲率半径で折曲された補強繊維１０４は、打ち抜き部１０１Ａが繊維強化プラスチック板１０１から引き離されるにしたがって、より強く引っ張られて破断される。図７の×印で示す２カ所で破損された補強繊維１０４は、短い切れ端の破断屑となって、打ち抜き部１０１Ａと繊維強化プラスチック板１０１から分離される。

以上の裁断装置は、突出部１０３の裁断刃１０２と、凹部１０６の裁断刃１０２は、鋏が補強繊維１０４を切断するように切断するのではなく、打ち抜き部１０１Ａと繊維強化プラスチック板１０１との間の破断隙間１０７に引き出された補強繊維１０４を、小さい曲率半径で折曲しながら強く引っ張って破断し、さらに、引き出された補強繊維１０４を破断隙間１０７の両端部で破断して、打ち抜き部１０１Ａと繊維強化プラスチック板１０１の両方から分離する。

さらに、本発明者は、繊維強化プラスチック板を表面弾性の受け台に載せて裁断する抜き型の刃物を開発した。(特許文献５、６参照)
本発明者が開発した以上の画期的な抜き型の刃物は、繊維強化プラスチック板を受け台に載せて１工程で裁断できる。このため、繊維強化プラスチック板を極めて能率よく裁断できる特長を実現する。

しかしながら、本発明者が開発した以上の抜き型の刃物は、一枚の繊維強化プラスチック板を確実に裁断できるが、複数枚の繊維強化プラスチック板を同時に裁断することはできず、さらに高能率に裁断できる装置が切望されている。

本発明は、さらに以上の欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、安価な装置を使用し、ランニングコストを低減し、極めて短時間にさらに高能率に繊維強化プラスチック板を所定の外形に裁断できる繊維強化繊維強化プラスチックの裁断方法を提供することにある。

課題を解決するための手段及び発明の効果

本発明は、可塑性樹脂に補強繊維を埋設している繊維強化プラスチック板１０を抜き型の刃物３で裁断する方法であって、複数枚の繊維強化プラスチック板１０の間に、刃物３で切断され、かつ刃物３が繊維強化プラスチック板１０を裁断する状態で変形して圧縮される軟質シート１１を挟んで積層体１２とし、この積層体１２を表面弾性の受け台１に載せ、炭素鋼を焼き入れしている鋭角の刃先の刃物３を受け台１に押し付けて積層体１２を打ち抜き加工し、複数枚の繊維強化プラスチック板１０と軟質シート１１とを所定の外形の裁断プレート１３に裁断する。

以上の裁断方法は、レーザービームやウォータージェット等とは比較にならいほど安価な、刃物による打ち抜き装置を使用して、複数枚の繊維強化プラスチック板を短時間で能率よく、種々の外形に裁断できる。さらに、以上の裁断方法は、複数枚の繊維強化プラスチック板を積層して一度に能率よく裁断するが、繊維強化プラスチック板の間には、抜き型の刃物で切断される軟質シートを積層して裁断するので、刃物は鋭角の刃先は繊維強化プラスチック板を上層から順番に１枚毎に確実に裁断する。

鋭角の刃先で裁断される繊維強化プラスチック板は、表面に刃先が押し付けられる状態で小さい曲率半径で折曲される。下面に積層している軟質シートが押し潰されるように弾性変形するからである。刃先が繊維強化プラスチック板を小さい曲率半径で折曲し、補強繊維を破断しながら熱可塑性樹脂を切断する。繊維強化プラスチック板を裁断した刃先は、下面に積層している軟質シートを下面の繊維強化プラスチック板とで挟んで切断し、その後、下面に積層している繊維強化プラスチック板を上層の繊維強化プラスチック板と同様にして裁断する。最下段に積層している繊維強化プラスチック板は、上面が鋭角の刃先で押圧される状態で、表面弾性の受け台の表面が弾性変形して小さい曲率半径で折曲されて裁断される。以上の裁断方法は、積層している繊維強化プラスチック板を上から順番に１枚毎に裁断するので、刃先の損傷も少なく、１工程で複数の繊維強化プラスチック板を能率よく裁断する特長を実現する。また、以上の裁断方法は、複数枚の繊維強化プラスチック板を積層して１工程で裁断するが、抜き型の刃物は、１枚の薄い繊維強化プラスチック板を表面弾性の受け台に載せて裁断するのと同じ状態で、各々の繊維強化プラスチック板を効率よく裁断できる特長を実現する。

さらに、以上の方法は、複数枚の繊維強化プラスチック板を積層して裁断するが、１枚の繊維強化プラスチック板を裁断する抜き型の刃物と同じものを使用できるので、超高硬金属などを使用することなく、炭素鋼を焼き入れした刃先を使用できる。このため、多数の繊維強化プラスチック板を１工程で能率よく裁断しながら、抜き型の刃物の製造コストを安くしながら、種々の外形に裁断できる特徴も実現する。炭素鋼の抜き型の刃物は、焼き入れしない状態で自由な形状に加工できる。このため、抜き型の刃物は、積層体を用途に最適な形状に裁断する形状に加工でき、繊維強化プラスチック板を種々な複雑な形状に加工できる。

さらに、抜き型の刃物は、複数枚の繊維強化プラスチック板を積層して表面軟質の載せ台に載せて、１回の往復運動で打ち抜き加工して所定の外形に裁断するので、１回の往復運動で、複数枚の繊維強化プラスチック板を正確に同じ外形に裁断する。１回の往復運動で複数枚の繊維強化プラスチック板を裁断できるので、レーザービームやウォータージェットが切断ラインに沿って裁断するのとは比較にならないほど短時間で多数の繊維強化プラスチック板を裁断できる。このため、１枚の繊維強化プラスチック板を所定の外形に裁断する時間は極めて短く、タクトタイムを短縮して短時間に多量の繊維強化プラスチック板を正確な外形に裁断できる。また、積層体を打ち抜き加工する装置は、レーザービームやウォータージェットで切断する装置とは比較にならにいほど簡単な、刃物の打ち抜き装置で、設備コストも極めて安価にできる。

さらに、以上の裁断方法は、最上段の下に積層している繊維強化プラスチック板を、裁断縁の亀裂を防止しながら裁断できる特徴もある。それは、以上の裁断方法が、繊維強化プラスチック板の間に軟質シートを積層して、抜き型の刃物で裁断するからである。繊維強化プラスチック板を抜き型の刃物で裁断すると、裁断縁に亀裂が発生する。しかしながら、以上の裁断方法は、繊維強化プラスチック板の間に軟質シートを積層しているので、刃先が繊維強化プラスチック板の表面に衝突して裁断するとき、軟質シートが亀裂の発生を防止する。それは、刃先が繊維強化プラスチック板を裁断する衝撃を軟質シートが吸収するからである。すなわち、軟質シートの緩衝作用で亀裂の発生を防止する。とくに、裁断される繊維強化プラスチック板は、両面に軟質シートが配置されて、軟質シートに挟まれて、緩衝作用のある軟質シートの中間にフローティング状態に配置されるので、刃先が繊維強化プラスチック板を裁断するときの衝撃が両面の軟質シートに吸収されて亀裂の発生が防止される。

本発明の繊維強化プラスチック板の裁断方法は、積層体１２の軟質シート１１に軟質のプラスチック発泡体を使用することができる。この裁断方法は、軟質シート１１に軟質のプラスチック発泡体を使用するので、軟質シート１１のコストを低減して、安価に多量の繊維強化プラスチック板１０１を裁断できる特長がある。

本発明の繊維強化プラスチック板の裁断方法は、裁断される繊維強化プラスチック板１０の厚さを、０．２ｍｍ以上であって３ｍｍ以下とすることができ、また、軟質シート１１の厚さを０．２ｍｍ以上とすることができる。さらに、２枚以上であって５０枚以下の繊維強化プラスチック板１０を積層して積層体として裁断できる。

本発明の裁断方法は、表面に弾性シート１Ａを積層して受け台１を表面弾性とすることができる。

本発明の繊維強化プラスチック板の裁断方法は、繊維強化プラスチック板１０の補強繊維を、カーボン繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ＰＢＯ繊維、超高強力ポリエチレン繊維［ダイニーマ（登録商標）］、高強力ポリアリレート繊維の何れかとすることができる。

本発明の一実施例にかかる繊維強化プラスチック板の製造方法に使用する裁断装置の一例を示す一部拡大概略断面図である。 裁断装置の他の一例を示す一部拡大概略断面図である。 図１及び図２に示す裁断装置の刃物の拡大端面図である。 図３に示す刃物が繊維強化プラスチック板を裁断する状態を示す拡大断面図である。 従来の裁断装置を示す一部拡大断面図である。 従来の裁断装置が繊維強化プラスチック板を裁断する状態を示す拡大端面図である。 図６の裁断装置が繊維強化プラスチック板を裁断する状態を示す拡大端面図である。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための繊維強化プラスチック板の裁断方法を例示するものであって、本発明は裁断方法を以下の方法には特定しない。さらに、この明細書は、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。

本発明の裁断方法は、プラスチック板に補強繊維を埋設して補強しているプラスチック板を裁断する。補強繊維を埋設しているプラスチックは熱可塑性樹脂である。熱可塑性樹脂は、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン１２等のポリアミド、ポリカーボネート、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンスルファイド、ポリエーテルイミド、ポテトラフルオロエチレン、フッ素樹脂、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリアミドイミド、アセチルセルロース、酢酸セルロース、エチルセルロース、ポリエチレンテレフタレート、ＡＢＳ樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、塩化ビニル樹脂、メータクリル酸エチル樹脂などで、加熱すると軟化し、または溶融する樹脂である。

補強繊維は、カーボン繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ＰＢＯ繊維、超高強力ポリエチレン繊維［ダイニーマ（登録商標）］、高強力ポリアリレート繊維等であって、熱可塑性樹脂に埋設して補強できる繊維である。

本発明の裁断方法に使用する裁断装置を図１と図２に示す。さらに、これ等の裁断装置の刃物の刃先の拡大端面図を図３に示す。これらの裁断装置は、繊維強化プラスチック板１０を受け台１に載せて抜き型の刃物３で裁断する。この裁断装置は、１枚の繊維強化プラスチック板を刃物の１回の往復運動で裁断するのではない。複数枚の繊維強化プラスチック板１０を積層して一緒に裁断する。複数枚の繊維強化プラスチック板１０は、間に軟質シート１１を挟んで積層体１２の状態で裁断される。刃物３は、軟質シート１１と繊維強化プラスチック板１０の両方を切断する。刃物３は軟質シート１１と繊維強化プラスチック板１０を交互に裁断する。刃物３が繊維強化プラスチック板１０を裁断するタイミングで、図４に示すように、裁断される繊維強化プラスチック板１０の下に積層している軟質シート１１は、平面状を維持できなくなって、上の繊維強化プラスチック板１０で局部的に押し潰される。軟質シート１１が薄く押し潰されると、上の繊維強化プラスチック板１０は小さい曲率半径で折曲される。小さい曲率半径で折曲された繊維強化プラスチック板１０は刃物３で破断される。

複数枚の繊維強化プラスチック板１０は、間に軟質シート１１を挟む積層体１２として受け台１に載せて裁断されるので、刃物３は、繊維強化プラスチック板１０と軟質シート１１とを交互に切断して積層体１２の全体を裁断する。積層体１２は、最下面に軟質シート１１を積層することなく受け台１に載せて裁断できる。受け台１を表面弾性としているからである。表面弾性の受け台１は、表面に弾性シート１Ａを積層して実現されるが、この受け台１は、最下段の繊維強化プラスチック板１０が裁断される状態で、刃先４に押されて弾性シート１Ａを変形させる。弾性シート１Ａが変形して、最下段の繊維強化プラスチック板１０は小さい曲率半径で折曲されて裁断される。積層体１２は、下面に軟質シート１１を設けて裁断することもできる。軟質シート１１と弾性シート１Ａの両方を押し潰して裁断できるからである。

軟質シート１１は、ウレタンフォームなどの軟質のプラスチック発泡体が最適である。軟質シート１１は、上面に積層している繊維強化プラスチック板１０が刃先４で押圧される状態で局部的に押し潰されるように変形し、さらに刃先４で裁断されるシートである。軟質シート１１は、上に積層している繊維強化プラスチック板１０の裁断時に刃物３で切断される。

軟質シート１１の厚さは、例えば０．２ｍｍ以上、好ましくは１ｍｍ以上、さらに好ましくは２ｍｍ以上である。軟質シート１１が薄すぎると、繊維強化プラスチック板１０を裁断時に小さい曲率半径で折曲してスムーズに裁断するのが難しいからである。軟質シート１１の厚さは、好ましくは厚さを３０ｍｍ以下、より好ましくは２０ｍｍ以下、最適には１５ｍｍ以下とする。軟質シート１１が厚すぎると、繊維強化プラスチック板１０の積層枚数が少なくなって能率よく裁断できなくなり、また軟質シート１１のコストが高くなって裁断コストが高くなるからである。軟質シート１１の厚さは、裁断能率とコストを両方を考慮して最適値に設定される。

裁断される繊維強化プラスチック板１０の厚さは、例えば０．２ｍｍ以上であって３ｍｍ以下、好ましくは０．５ｍｍ以上であって２ｍｍ以下とする。１枚の厚さが薄すぎると充分な強度が実現できず、また厚すぎると刃物３による裁断が難しくなるからである。繊維強化プラスチック板１０は、好ましくは２枚以上であって５０枚以下、より好ましくは５枚以上であって２０枚以下を積層して裁断される。積層枚数が少ないと裁断能率が低下して、反対に多すぎると、全ての繊維強化プラスチック板を正確な形状に裁断するのが難しくなるからである。

図１と図２の栽培装置は、上面に裁断面２を設けている受け台１と、この受け台１の裁断面２に配置している複数枚の繊維強化プラスチック板１０を裁断する抜き型の刃物３と、この抜き型の刃物３を上下に往復運動させる刃物駆動機構５とを備える。刃物３は、繊維強化プラスチック板１０を裁断する裁断ライン１３Ａに沿う刃先４を有する。刃先４は、繊維強化プラスチック板１０を打ち抜きして裁断プレート１３を分離する。刃先４は、打ち抜かれる裁断プレート１３の外形や内形に沿う閉ループ状である。

受け台１は、上面に弾性シート１Ａを積層している金属プレートで、上面の裁断面２を平面状としている。裁断面２は、繊維強化プラスチック板１０を裁断して得られる裁断プレート１３の裁断ライン１３Ａ、すなわち裁断ライン１３Ａに沿う形状とされる。したがって、裁断される裁断ライン１３Ａを平面状とする裁断プレート１３を打ち抜き加工する受け台１は、裁断面２を平面状とし、裁断される裁断ライン１３Ａを三次元の立体曲面とする裁断プレート１３を打ち抜き加工する受け台１は、裁断面２を裁断プレート１３の裁断ライン１３Ａに沿う立体曲面としている。

受け台１は、裁断面２の上に弾性シート１Ａを積層して表面弾性を実現している。弾性シート１Ａは、厚さを１ｍｍ〜１０ｍｍとするゴム状弾性体のシートである。受け台１の表面に積層している弾性シート１Ａは、抜き型の刃物３で最下段に積層している繊維強化プラスチック板１０を打ち抜きするときに押し潰される状態に弾性変形して、最下段の繊維強化プラスチック板１０を確実に裁断できる状態とする。さらに、最下段の繊維強化プラスチック板１０を裁断した刃先４は、弾性シート１Ａの表面部分を切断して、最下段の繊維強化プラスチック板１０を確実に切り離す。とくに、立体曲面に成形された繊維強化プラスチック板１０を、立体曲面の受け台１に載せて裁断する状態では、刃先４が弾性シート１Ａの表面部分を切断して内部に食い込む深さでもって、受け台１と抜き型の刃物３の刃先４との隙間誤差を吸収して、立体曲面の繊維強化プラスチック板１０を確実に切り離すことができる。平面状の繊維強化プラスチック板１０も、刃先４を弾性シート１Ａ表面に食い込む状態として、確実に裁断できる。

抜き型の刃物３は、炭素の含有量を０．４５重量％〜１．４重量％、好ましくは０．５重量％〜０．７重量％とする板状炭素鋼で製作される。刃物３の炭素鋼は、炭素の含有量を多くして硬くできる。ただ、炭素の含有量が多くなると脆くなるので、硬さと脆さとを考慮して前述の範囲で最適な値とする。刃物３は、厚さを２ｍｍないし５ｍｍとする板状炭素鋼で製作する。ただし、刃物３は、その厚さを１ｍｍよりも厚くて１０ｍｍより薄い板状炭素鋼とすることもできる。刃物３は、薄すぎると打ち抜き加工の衝撃で破損しやすく、厚すぎると破断されて刃物３の内側に挿入される破断物をスムーズに抜き取りできなくなる。刃物３は、板状炭素鋼を焼き入れする前工程で折曲し、あるいは湾曲して、裁断される裁断プレート１３の裁断ライン１３Ａに沿う形状に加工される。

刃先４を裁断プレート１３の裁断ライン１３Ａに沿う形状に加工している抜き型の刃物３は、刃先４を閉ループとして、閉ループの刃先４で積層体１２を打ち抜き加工して裁断プレート１３を分離する。板状炭素鋼を閉ループに加工している板状の炭素鋼からなる刃物３は、先端縁を研磨して刃先４を設ける。刃物３は、板状炭素鋼の片面を傾斜するように研磨して鋭角の刃先４を設けた後、焼き入れして硬化させる。図１と図２の抜き型の刃物３は、刃先４の長手方向に直交する横断面形状における先端の角度、すなわち刃先角（α）を約３０度とするように板状炭素鋼を研磨している。板状炭素鋼は砥石やヤスリで研磨して刃先４を設けることができる。

打ち抜き刃物３の刃先４は、熱可塑プリプレグの裁断能力を考慮して、刃先角（α）を鋭角とするが、好ましくは６０度よりも小さく、さらに好ましくは４５度よりも小さくする。さらに、刃物は、寿命を考慮して刃先傾斜角（α）を５度よりも大きく、好ましくは１５度よりも大きくする。

抜き型の刃物３は、刃先角（α）が大きくても小さくても、積層体１２の裁断能力は低下するので、鋭角とする。鋭角の刃先角（α）は、好ましくは６０度よりも小さく、さらに好ましくは４５度よりも小さくする。また、刃先角（α）は、５度よりも大きく、好ましくは１５度よりも大きくする。

さらに、抜き型は、図３の拡大端面図に示すように、刃先縁４ｘを僅かに片側にシフトしている片刃の刃物３である。この刃物３は、ほぼ垂直面である製品側表面３Ａから非製品側表面３Ｂにシフトして配置している。製品側表面３Ａから非製品側表面３Ｂへのシフト量（ｄ）は、刃物３の厚さ（Ｄ）の３％以上であって３０％以下とする。シフト量（ｄ）は、繊維強化プラスチック板や１０軟質シート１１の厚さや物性を考慮して、亀裂の発生を効果的に阻止し、かつ裁断プレート１３を高い寸法精度で裁断される最適値に設定される。刃先縁４ｘのシフト量（ｄ）は、亀裂の発生と寸法精度に影響を与える。シフト量（ｄ）が少なすぎると亀裂の発生を効果的に防止するのが難しくなり、また、シフト量（ｄ）が大きすぎると裁断される裁断プレート１３の寸法精度を低下させる。したがって、刃先縁４ｘのシフト量（ｄ）は、亀裂と寸法精度の両方を考慮し、さらに繊維強化プラスチック板１０と軟質シート１１の厚さや物性を考慮して、前述の範囲で最適値に設定される。シフト量（ｄ）の大きい抜き型が厚い繊維強化プラスチック板１０を裁断すると、裁断プレート１３の寸法精度が低下する。したがって、厚い繊維強化プラスチック板を裁断する抜き型は、薄い繊維強化プラスチック板を裁断する抜き型よりも刃先縁４ｘのシフト量（ｄ）を小さくする。したがって、刃先縁４ｘのシフト量（ｄ）は、亀裂の発生、裁断プレート１３の寸法精度、繊維強化プラスチック板１０の厚さを考慮して前述の範囲で最適値に設定されるが、たとえば、０．２ｍｍ〜１ｍｍの繊維強化プラスチック板１０を裁断する刃物３は、好ましくはシフト量（ｄ）を刃物３０の厚さ（Ｄ）の３％以上であって２０％以下、さらに好ましくは５％以上であって１５％以下に設定する。

刃先縁４ｘのシフト量（ｄ）は、刃物３の厚さ（Ｄ）と、刃先角（α）と、刃物３の製品側傾斜面４Ａ（往復運動方向に対する角度β）と非製品側傾斜面４Ｂ（往復運動方向に対する角度γ）の傾斜角の比率（β／γ）とで特定される。製品側傾斜面４Ａの傾斜角（β）は、非製品側傾斜面４Ｂの傾斜角（γ）に対して、たとえば３％以上であって３０％以下とする。

抜き型の刃物３が積層体１２を裁断する状態を図４の断面図に示している。この図に示すように、抜き型の刃物３は、刃先４で繊維強化プラスチック板１０と軟質シート１１の積層体１２を裁断して被裁プレート１３として切り離す。図４は、鋭角の刃先４が繊維強化プラスチック板１０の表面に押し付けられると、下面に積層している軟質シート１１が押し潰されて、繊維強化プラスチック板１０は小さい曲率半径で折り曲げられて裁断される。この状態で熱可塑性樹脂のみが裁断されて補強繊維を裁断することなく刃先４が下面の軟質シート１１に食い込むと、補強繊維はさらに小さい曲率半径で強く折曲されて裁断される。軟質シート１１を裁断した鋭角の刃先４は、さらに下面に積層している繊維強化プラスチック板１０を同じようにして裁断する。

抜き型の刃物３は、焼き入れした板状炭素鋼を独特の硬度に焼き入れして、先端縁に鋭角の刃先４を設けている。この抜き型の刃物３は、繊維強化プラスチック板１０と軟質シート１１とを鋏のように一対の刃物で挟んで切断するのではない。繊維強化プラスチック板１０を小さい曲率半径で強く折り曲げて切断する。

図１と図２の抜き型の刃物３は、刃先４を僅かにシフトしている片刃としている。積層体１０を抜き型の刃物３で打ち抜き加工すると、製品となる裁断プレート１３と、廃棄される廃棄部１４とに分離される。図１の抜き型の刃物３は、ループ状の刃先４の内側を製品側傾斜面４Ａとして、外側を非製品側傾斜面４Ｂとしている。この刃物３で裁断された繊維強化プラスチック板１０は、刃物３の内側に裁断された裁断プレート１３が配置される。刃物３は、裁断プレート１３の外周で繊維強化プラスチック板１０を裁断する。繊維強化プラスチック板１０は、抜刃物３で打ち抜きされて、裁断プレート１３と、廃棄される廃棄部１４とに分離される。図２の抜き型の刃物３は、繊維強化プラスチック板１０に貫通孔を設けるように打ち抜き加工して、貫通孔として打ち抜かれる部分を廃棄部１４とし、貫通孔の外側を裁断プレート１３として裁断ライン１３Ａを綺麗に裁断できる。この抜き型の刃物３は、内側を非製品側傾斜面４Ｂとして、外側を製品側傾斜面４Ａとする。

ただ、抜き型の刃物は、必ずしも刃先をシフトさせた片刃とする必要はなく、片側の面と垂直面とするくさび形状の片刃とすることもできる。さらに、全体をくさび形とする刃物は、刃先に向かって刃先角（α）が次第に大きくなる形状とすることもできる。この抜き型の刃物は、刃先の刃先角（α）を大きくすることで刃先の損傷を防止でき、また、くさび部の刃先角（α）を小さくして、積層体の表面にできる割れ目にくさび部をスムーズに挿入して、積層体をより効率よく裁断できる。

さらに、抜き型の刃物３は、図示しないが、刃先に向かって刃先角（α）を次第に大きくすることもできる。刃先に向かって刃先角（α）を大きくするのは、刃先でもって硬くて強靭な積層体を効率よく裁断しながら、刃先の損傷を防止するためである。この抜き型の刃物は、片刃の傾斜面を湾曲するように研磨して、刃先に向かって刃先角（α）を次第に大きくすることができる。抜き型の刃物は、刃先に向かって段階的に刃先角（α）が大きくなるように研磨することもできる。

板状炭素鋼の抜き型の刃物３は、先端縁を研磨して刃先４を設けた状態で、刃先４のＨＲＣ硬度が６２以上であって７２よりも低く、好ましくは６２以上であって６６よりも低く、より好ましくは約６５とするように焼き入れする。刃先４の硬度は硬くして寿命を長くできるが、硬すぎると脆くなって打ち抜き加工時に損傷しやすくなる。したがって、抜き型の刃物３は、焼き入れ後の刃先４の硬度は、焼き入れ温度でコントロールする。焼き入れの温度を高くして刃先４の硬度を高くでき、温度を低くして硬度を低くできる。たとえば、炭素鋼は、炭素の含有量を０．６重量％とし、焼き入れ温度を７８０℃〜９５０℃として、ＨＲＣ硬度を前述の６２〜７２範囲とする。焼き入れ後のＨＲＣ硬度を６５とする抜き型の刃物３は、焼き入れ温度を８５０℃として、この硬度とすることができる。

刃物駆動機構５は、抜き型の刃物３を上下に往復運動させて、受け台１の裁断面２に載せている積層体１０を抜き型の刃物３で打ち抜き加工して裁断する。刃物駆動機構５は、抜き型の刃物３を固定する上下台６と、この上下台６を上下に往復運動させるシリンダ７とを備えている。抜き型の刃物３は上下台６の下面に固定され、上下台６をシリンダ７で上下に往復運動されて、受け台１に載せている積層体１０を打ち抜き加工する。すなわち、抜き型の刃物３を刃物駆動機構５で往復運動させて、受け台１の裁断面２に配置している積層体１０を受け台１と抜き型の刃物３で挟んで、裁断プレート１１の裁断ライン１３Ａに沿って打ち抜きして裁断する。

以上の栽培装置は、複数枚の繊維強化プラスチック板１０を、間に軟質シート１１を挟んで積層して積層体１２とし、積層体１２を表面弾性の受け台１に載せて、抜き型の刃物３を押し付けて、積層体１２を打ち抜き加工して、複数枚の繊維強化プラスチック板１０を裁断する。

本発明は、補強繊維を熱可塑性樹脂に埋設している複数枚の繊維強化プラスチック板の能率よく低コストに裁断して、車や航空機など種々の用途に優れた素材として有効に利用される。

１…受け台
１Ａ…弾性シート
２…裁断面
３…刃物
３Ａ…製品側表面
３Ｂ…非製品側表面
４…刃先
４Ａ…製品側傾斜面
４Ｂ…非製品側傾斜面
５…刃物駆動機構
６…上下台
７…シリンダ
１０…繊維強化プラスチック板
１１…軟質シート
１２…積層体
１３…裁断プレート
１３Ａ…裁断ライン
１４…廃棄部
１０１…繊維強化プラスチック板
１０１Ａ…打ち抜き部
１０２…裁断刃
１０３…突出部
１０４…補強繊維
１０５…引き離し隙間
１０６…凹部
１０７…破断隙間
１０８…雄型
１０９…雌型
１１６…駆動機構
１１７…裁断面

Claims (7)

1. 熱可塑性樹脂に補強繊維を埋設してなる繊維強化プラスチック板を抜き型の刃物で裁断する裁断方法であって、
   複数枚の繊維強化プラスチック板を積層すると共に、繊維強化プラスチック板の間に、前記刃物で切断され、かつ前記刃物が繊維強化プラスチック板を裁断する状態で変形して圧縮される軟質シートを挟んで積層体とし、
   前記積層体を表面弾性の受け台に載せ、
   炭素鋼を焼き入れしてなる鋭角の刃先を有する刃物を前記受け台に押し付けて、前記積層体を打ち抜き加工して、複数枚の前記繊維強化プラスチック板と軟質シートとを所定の外形の裁断プレートに裁断することを特徴とする繊維強化プラスチック板の裁断方法。
2. 請求項１に記載される繊維強化プラスチック板の裁断方法であって、
   前記軟質シートに、軟質のプラスチック発泡体を使用することを特徴とする繊維強化プラスチック板の裁断方法。
3. 請求項１又は２に記載される繊維強化プラスチック板の裁断方法であって、
   裁断される前記繊維強化プラスチック板の厚さを、０．２ｍｍ以上であって３ｍｍ以下としてなることを特徴とする繊維強化プラスチック板の裁断方法。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載される繊維強化プラスチック板の裁断方法であって、
   前記積層体が、２枚以上であって５０枚以下の前記繊維強化プラスチック板を積層してなることを特徴とする繊維強化プラスチック板の裁断方法。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載される
   繊維強化プラスチック板の裁断方法であって、前記軟質シートの厚さを０．２ｍｍ以上としてなる繊維強化プラスチック板の裁断方法。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載される繊維強化プラスチック板の裁断方法であって、
   前記受け台が表面に弾性シートを積層して表面弾性としてなる繊維強化プラスチック板の裁断方法。
7. 請求項１ないし６のいずれかに記載される繊維強化プラスチック板の裁断方法であって、
   前記補強繊維が、カーボン繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ＰＢＯ繊維、超高強力ポリエチレン繊維［ダイニーマ（登録商標）］、高強力ポリアリレート繊維の何れかとする繊維強化プラスチック板の裁断方法。

Images