JP3914471B2

JP3914471B2 - 板状部材加工装置

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Publication number: JP3914471B2
Application number: JP2002187420A
Authority: JP
Inventors: 忠二柳本
Original assignee: Laserck Corp
Current assignee: Laserck Corp
Priority date: 2002-06-27
Filing date: 2002-06-27
Publication date: 2007-05-16
Anticipated expiration: 2022-06-27
Also published as: JP2004025395A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，常温では加工が難しい板状部材，特には，接着剤の多用やプラスチック材料の使用により高強度化されたダンボール材等やプラスチック製板材に対し，その表面への溝堀や押圧，切断等の加工を行う板状部材加工装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年，ダンボール材は接着剤の多用やプラスチック材料の使用により強度が高められ（以下，このように強化されたものを強化ダンボール材という），その軽量性，断熱性を生かして冷凍魚介類の梱包材等，その適用分野が拡大している。同様に，プラスチック製板材の適用分野も拡大している。そこで，各適用分野に応じて様々な形状に加工するべく強化ダンボール材やプラスチック製板材の切断，折り曲げ等の加工を行う必要がある。さらに，適用分野によっては非常に高精度での加工が要求される。
例えば，ダンボール材を精度高く折り曲げるためには，その折り曲げ部分を押圧することにより事前に罫線溝（折り目用の溝）を作る必要があるが，図５（ａ）に示すような波形の補強構造をもつ一般的な紙製ダンボール材では，図６（ａ）に示すような舟形工具や図６（ｂ）に示すようなローラー形工具をダンボール材の表面に押圧して移動させることによりダンボール材表面に前記罫線溝を作成していた。また，ダンボール材を切断する場合には，いわゆる電動ノコギリの要領で，所定の刃物をダンボール材に押し当て，該刃物を小幅で高速に往復動作させながら移動させることにより切断していた。その他，所定の工具を回転或いは振動等させながらダンボール材やプラスチック製板材に押し当て，その表面を削り取ったり，穴を開けたりする等の加工も行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら，強化ダンボール材は，図５（ｂ）に示すようなハニカム形の補強構造をもつものや，波形或いはハニカム形の補強構造が多層に構成されたもの等があり，これらは接着剤が多用される上，その素材も従来の紙の他，プラスチック材が用いられて補強される場合もあるため，通常のダンボール材と同じ方法では適正に加工できない。例えば，強化ダンボール材に図６に示したような工具を押圧して前記罫線溝を作成するには，非常に大きな押圧力が必要となるため装置構成上現実的でなく，かといって強化ダンボール材表面を掻き掘ってしまっては，せっかくの強度が損なわれてしまう。また，プラスチック製ダンボール材やプラスチック製板材の場合，図６に示したような工具を押圧して前記罫線溝を作成すると，押圧した部分が白濁して商品価値が下がるという問題も生じる。また，切断する場合も，強固な接着剤の存在のため，前記刃物が折れる等の問題が生じやすい。
【０００４】
ところで，強化ダンボール材等に用いられるプラスチック材は各種あるが，塩ビシート，ポリエステル樹脂，ナイロン樹脂等，いずれのプラスチック材にもその融点に達する温度までに軟化する温度域が存在する。また，ダンボール材に用いられる接着剤も同様である。
このため，従来は，強化ダンボール材を事前に恒温槽等で暖めておき，接着剤やプラスチック材を軟化させた状態で加工する必要があった。
しかしながら，事前に強化ダンボール材を暖めることは大きなエネルギーと手間と時間とを要するという問題点があった。さらに，強化ダンボール材の温度が下がる前に加工しなければならないという作業工程上の制約が厳しいという問題点もあった。また，温度管理を誤ると強化ダンボール材が発火するという危険も生じ得た。
従って，本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり，その目的とするところは，プラスチック材等が用いられた強化ダンボール材やプラスチック製板材等，常温では加工が難しい板状部材を，その強度を損なうことなく安全，省エネルギー，省工数，かつ高精度で加工できる板状部材加工装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は，所定の刃物その他の工具を位置決め装置により移動させながら板状部材に接触させて前記板状部材を加工する板状部材加工装置において，前記工具をその先端部が前記板状部材にめり込む加工位置と前記先端部が前記板状部材の近傍となる退避位置とに移動させる加工・退避位置移動手段と，前記加工・退避位置移動手段により前記退避位置に位置された前記工具における前記先端部に該工具の軸に略垂直な方向から若しくは斜め下方向から熱風を吹き付けて予熱するとともに，前記加工・退避位置移動手段により前記加工位置に位置された前記工具における前記先端部の近傍に該工具の軸に略垂直な方向から若しくは斜め下方向から熱風を吹きつけて加熱する熱風噴出手段とを具備してなることを特徴とする板状部材加工装置として構成されるものである。
これにより，前記工具の前記板状部材に接触する先端部が加熱され，これと接触する前記板状部材に用いられるプラスチック材や接着剤が軟化するため，比較的弱い駆動力で前記工具を動作させるだけで加工でき，刃物（前記工具の一例）が折れたり，前記板状部材が白濁したりすることもない。さらに，前記工具を加熱しながら加工するため，前記工具の温度が下がらないうちに加工しなければならないといった作業工程上の制約もなくなる。しかも，前記板状部材を事前加熱する必要がなく，前記工具部分を局所的に加熱するだけで済むので，発火等の危険もなく安全であり，省エネルギーかつ省工数でもある。
さらに，予熱時には前記工具の前記板状部材と接触する先端部を直接加熱することにより，短時間で予熱が完了するので，総加工時間の短縮及び省エネルギー化が図れる。
【０００６】
また，例えば，前記熱風噴出手段が，前記工具を囲む環状管部材の内側に設けられた１又は複数の開口から，前記工具に向かって熱風を吹きつけるよう構成されたものが考えられる。
通常，前記工具は，加工内容（切断，前記罫線溝作成等）に応じて取り替える（前記位置決め手段と着脱可能に構成される）必要があるため，前記工具自体にヒータ等を設けることは現実的でない。また，前記位置決め手段における前記工具の取り付け部分にヒータ等を設け，伝熱により加熱することも考えられるが，この場合，前記工具の取り付け部分と前記工具との熱膨張率の違いにより，前記工具の位置決め精度が低下してしまうことが考えられる。そこで，前記工具の前記板状部材との接触部近傍に熱風を吹きつける構成とすることにより前記工具のみが加熱されるので，位置決め精度に影響を与えず高精度の加工が可能となる。
【０００７】
また，前記位置決め装置が，Ｘ−Ｙプロッタにおけるペンの位置決め装置と共用されるよう構成されたものも考えられる。
これにより，加工前にＸ−Ｙプロッタとして作動させ，前記板状部材表面に加工する部分の線描き等を行えば，加工内容が正しいことを事前確認できるので便利である。また，Ｘ−Ｙプロッタとして別の用途にも使用できるので，それぞれ別個に用意する場合に比べて省スペース，低コストとなる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下添付図面を参照しながら，本発明の実施の形態について説明し，本発明の理解に供する。尚，以下の実施の形態は，本発明を具体化した一例であって，本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
ここに，図１は本発明の実施の形態に係る板状部材加工装置Ｘの斜視図，図２は本発明の実施の形態に係る板状部材加工装置Ｘの加工工具部分の斜視図，図３は本発明の実施の形態に係る板状部材加工装置Ｘの加工工具部分の加工動作中と予熱中の状態を表す断面図，図４は本発明の実施の形態に係る板状部材加工装置Ｘによりダンボール材表面に罫線溝を作成している状態を表す図，図５はダンボール材の補強構造の一例を表す図，図６はダンボール材表面に罫線溝を作成するために用いる工具の一例を表す図である。
【０００９】
まず，図１を用いて，本発明の実施の形態に係る板状部材加工装置Ｘの構成について説明する。
本板状部材加工装置Ｘは，その本体３上部に設けられた台部４，ＣＲＴ及びキーボードや液晶表示タッチパネル等で構成される表示操作部５，前記本体３内部に設けられ前記表示操作部５と接続された演算装置３１，前記台部４に載置されたダンボール材等の板状部材８に対するヘッド部１のＸ及びＹ方向の位置を位置決めするＸ軸制御部２１及びＹ軸制御部２２，前記ヘッド部１に着脱可能に取り付けられた工具１１のＺ方向の位置を位置決めするＺ軸制御部２３，前記本体３内部に設けられ所定のヒータで加熱空気を発生させる熱源３２，前記工具１１を囲うように前記ヘッド部１に固定された環状管部材１２，前記熱源３２により発生した空気を前記環状管部材１２内に導く熱風導管６，テンキー等の入力部を備え前記熱源３２により発生させる熱風の温度及び前記環状管部材１２に導く熱風の風量を前記入力部で設定された値となるよう制御する熱風制御部７とを具備している（前記環状管部材１２，前記熱風導管６，及び前記熱源３２により前記工具加熱手段の一例を構成）。
前記演算装置３１は，前記表示操作部５からの入力操作，或いは前記演算装置の具備するＣＤ−ＲＯＭドライブ等の記憶メディア読取り装置により，板状部材８（プラスチック製板材，通常の紙製ダンボール材及び前記強化ダンボール材のいずれも含む，以下同じ）の加工に関するＣＡＤ情報を入力する機能，及び該ＣＡＤ情報に従って前記Ｘ軸，Ｙ軸，及びＺ軸制御部２１，２２，２３を制御し，前記工具１１を板状部材８の加工位置に移動させる機能を有している。
また，前記ヘッド部１は，各種の工具１１を取り付け可能であるとともに，ペンも取りつけ可能に構成されており，これにより，前記台部４に載置されたダンボール材やシート材に，前記ＣＡＤ情報に従った文字や図形を描くことが可能である。即ち，前記Ｘ軸，Ｙ軸，及びＺ軸制御部２１，２２，２３（前記位置決め装置の一例）は，いわゆるＸ−Ｙプロッタの位置決め装置と共用されるよう構成されている。
これにより，まず，前記ヘッド部１の前記Ｚ軸制御部２３にペンを取り付け，前記台部４に載置されたダンボール材表面に，前記ＣＡＤ情報に従って切断する部分と前記罫線溝を作成する部分とを線種分けや色分けによって予め線描きし，それが正しいことを確認した上で加工工程に移行することも可能である。
【００１０】
図２は，前記環状管部材１２の部分を拡大した斜視図（一部透視図）であり，前記工具１１が板状部材８切断用の刃物である場合の例である。図２に示すように，前記環状管部材１２の内側の複数箇所に開口１２ａが設けられ，前記熱風導管６により導かれた熱風が，前記開口１２ａから前記工具１１に向かって吹きつけられるよう構成されている。これにより，前記工具１１が加熱され，板状部材８の該工具１１と接触する部分が高温となるので，板状部材８に用いられているプラスチック材や接着剤が軟化し，小さな駆動力でスムーズに板状部材８を切断することが可能となる（従って，切断面も滑らかとなる）。ここで，前記開口１２ａは１つ又は４つ以外の複数であってもよいが，前記工具１１の均一加熱のため，複数方向から熱風を吹き付けるよう構成することが望ましい。また，前記工具１１へ熱風を吹き付ける構成としては，前記環状管部材１２によるものに限らず，例えば，１又は複数のノズルを前記工具１１に向けて設け，該ノズルから熱風が吹き出すよう構成する等，他の構成であっても自由である。また，図２では，熱風を略水平方向（前記工具１１の軸に略垂直な方向）に吹き付ける構成としているが，これに限らず，例えば，斜め下方向から熱風を吹き付ける構成としてもよい。また，熱風を吹き出す前記環状管部材１２や前記ノズルの向きを変更可能な構成とすることも考えられる。これは，例えば，前記工具１１の種類や加工する板状部材８の種類によって熱風を吹き付ける位置が異なる場合等に有効である。
図４は，前記工具１１が板状部材８に前記罫線溝を作成する際に用いる船形工具（図６（ａ）の工具に相当）である場合の加工中の状態を表す図である（前記環状管部材１２及び前記熱風導管６は２点破線で示されている）。このように，前記罫線溝を作成する場合も，前記船形工具が加熱されているので，板状部材８の前記船形工具に接触する部分が軟化し，小さな押圧力で白濁を生じさせることなくきれいに（商品価値を下げることなく）板状部材８に前記罫線溝を作成することが可能となる。この他，プラスチック製板材の表面の溝掘り加工や穴開け加工，切断等の他の加工においても，プラスチック材が軟化することによって加工が容易となり，仕上がりも滑らかとなる。
また，小さな金属製の前記工具４のみを加熱するエネルギーだけで済むので，板状部材８全体を恒温槽等で加熱する場合に比べ，はるかに省エネルギーである。さらに，熱風で加熱しながら加工を行うので，予め板状部材８や前記工具１１を暖め，その温度が下がる前に加工を終わらせないといけないといった作業工程上の制約もない。また，前記熱風制御部７により熱風温度が適正に制御され，前記工具１１のみを熱する小さいエネルギーで加熱されるだけなので，異常高温となって板状部材８が発火する危険もなく安全である。もちろん，より直接的な温度管理を行うため，前記工具取付け部１１ａの前記工具１１と接触する部分にサーミスタ等の温度検出器を設け，その検出温度を前記熱風制御部７に取り込み，該検出温度が所定の設定温度となるように，熱風の温度及び風量が調節されるよう構成してもよい。
【００１１】
ここで，前記熱風制御部７に設定される温度（熱風温度或いは前記工具１１の温度）及び風量は，加工する板状部材８に用いられる材質により様々である。
材質ごとの軟化温度領域は，例えば，ＭＣナイロンである場合は，１６０〜２００℃，ナイロン６であれば５５〜５８℃，ナイロン６６であれば約７５℃，ナイロン１１であれば４０〜５０℃，ナイロン６１２であれば８０〜１１０℃，ＡＢＳであれば８０〜９５℃，ポリアセタール（コポリマー）であれば約１１０℃等であり，これら材質に応じた適切な熱風温度及びその風量を実験等により予め求めておき，加工する板状部材８の材質に応じて前記熱風制御部７に適切な温度及び風量を設定する。前記熱風制御部７は，設定された値に従って前記熱源３２を制御する。もちろん，熱風温度は，各材質の溶融温度未満に制御されることはいうまでもない。さらに，熱風温度は，金属製（例えば，アルミ合金製）の前記工具１１の劣化防止のため，その焼銑，焼戻しにおける低温焼戻し温度未満に制御される。例えば，アルミ合金製の場合，前記低温焼戻し温度は３７０〜４００℃程度であり，その他の材質では，同２００℃程度の場合もある。
【００１２】
また，前記工具１１を加温する構成としては，例えば，前記Ｚ軸制御装部２３（図１参照）に設けられた工具取付け部１１ａ（図２参照）にヒータを設ける等により伝熱させる構成も考えられるが，そのようにすると，前記工具１１と前記工具取付け部１１ａとの熱膨張率の差により，前記工具１１の位置決め誤差が生じて高精度での加工が行えない。この問題を解消するため，本板状部材加工装置Ｘでは，前記環状管部材１２から熱風を噴射することにより，前記工具１１の板状部材８に接触する部分或いはその直近部分のみを局所的に加熱するよう構成している。これにより，位置決め誤差を生ずることなく精度の高い加工が可能となる。もちろん，熱膨張率の差が加工精度に問題とならない程度である場合には，前述したようにヒータ等からの伝熱によって加熱する構成としてもよい。
【００１３】
図３は，板状部材８の加工中（切断中，（ａ））と加工開始前の予熱中（ｂ）とにおける前記工具１１と前記環状管部材１２との相対位置関係を表す図である。図３（ａ）に示すように，板状部材８の加工中は，前記工具１１の板状部材８への接触部１１ｂ（先端部）は板状部材８にめり込んだ状態（加工位置の状態）であり，直接その接触部１１ｂを加熱できないため，前記環状管部材１２の開口１２ａからの熱風は，その直近上部（近傍）に向かって吹きつけられる。一方，加工開始前は，前記Ｚ軸制御部２３（前記相対位置移動手段の一例）によって，前記開口１２ａからの熱風の噴出先が前記工具１１の前記接触部１１ｂとなる位置（工具先端部が板状部材８の近傍となる退避位置）に，前記工具１１と前記環状管部材１２とのＺ軸方向の相対位置が移動させられており，前記工具１１の前記接触部１１ｂが直接予熱される。これにより，短時間で予熱が完了するので，総加工時間の短縮及び省エネルギー化が図れる。
本実施の形態では，前記環状部材１２が前記ヘッド部１に固定され，前記Ｚ軸制御部２３で前記工具１１をＺ軸方向に移動させることにより，前記環状部材１２と前記工具１１との相対位置を移動させる構成としているが，前記工具１１を固定した状態で前記環状管部材１２を移動させる構成や，前記工具１１と前記環状部材１２との双方を移動させる構成によって前記工具１１と前記環状部材１２との相対位置関係を移動させるものであってもよい。
【００１４】
【発明の効果】
以上説明したように，本発明によれば，プラスチック材等が用いられた高強度のダンボール材やプラスチック製板材等，常温では加工が難しい板状部材を，加工工具の部分のみ局所的に小さなエネルギーで加熱し，板状部材の工具と接触する部分のみを軟化させながら加工するので，ダンボール材を傷つけることなく，発火するような高温とならず（安全），省エネルギーで，ダンボール材の事前加熱等の余分な工数を必要とせず（省工数），かつ高精度で加工できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る板状部材加工装置Ｘの斜視図。
【図２】本発明の実施の形態に係る板状部材加工装置Ｘの加工工具部分の斜視図。
【図３】本発明の実施の形態に係る板状部材加工装置Ｘの加工工具部分の加工動作中と予熱中の状態を表す断面図。
【図４】本発明の実施の形態に係る板状部材加工装置Ｘによりダンボール材表面に罫線溝を作成している状態を表す図。
【図５】ダンボール材の補強構造の一例を表す図。
【図６】ダンボール材表面に罫線溝を作成するために用いる工具の一例を表す図。
【符号の説明】
１…ヘッド部
３…装置本体
４…台部
５…表示操作部
６…熱風導管
７…熱風制御部
８…板状部材
１１…工具（又はペン）
１１ａ…工具取付け部
１１ｂ…工具のダンボール材との接触部
１２…環状管部材
１２ａ…熱風噴出用の開口
２１…Ｘ軸制御部
２２…Ｙ軸制御部
２３…Ｚ軸制御部
３１…演算装置
３２…熱源

Claims

所定の刃物その他の工具を位置決め装置により移動させながら板状部材に接触させて前記板状部材を加工する板状部材加工装置において，
前記工具をその先端部が前記板状部材にめり込む加工位置と前記先端部が前記板状部材の近傍となる退避位置とに移動させる加工・退避位置移動手段と，
前記加工・退避位置移動手段により前記退避位置に位置された前記工具における前記先端部に該工具の軸に略垂直な方向から若しくは斜め下方向から熱風を吹き付けて予熱するとともに，前記加工・退避位置移動手段により前記加工位置に位置された前記工具における前記先端部の近傍に該工具の軸に略垂直な方向から若しくは斜め下方向から熱風を吹きつけて加熱する熱風噴出手段と，
を具備してなることを特徴とする板状部材加工装置。
前記熱風噴出手段が，前記工具を囲む環状管部材の内側に設けられた１又は複数の開口から，前記工具に向かって熱風を吹きつけるよう構成されてなる請求項１に記載の板状部材加工装置。
前記位置決め装置が，Ｘ−Ｙプロッタにおけるペンの位置決め装置と共用されるよう構成されてなる請求項１又は２のいずれかに記載の板状部材加工装置。