JP5851006B1 - シート切断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＣＦ−ＳＭＣの切断は、カッターナイフによる手動切断か、裁断はさみ切断であるが、いずれの手法も、ＣＦ−ＳＭＣに含まれる炭素繊維を綺麗に切断することは難しい。従って、裁断はさみによる危険な手動により、時間をかけて漸く切断しているのが現状である。【解決手段】外周側が先細りのテーパ状になった円盤状刃部１９と、その両側面から同軸状に挟持する一対の弾性ローラ１５、１５とで成る回転式切断部１３、上方に向かって開口し、直線状に延びる溝９が設けられた載置面７を有する載置部とを備える。シート状の被切断物を前記載置面に載せ、転動しながら走行させることで、弾性ローラ１５の載置面７への押えと、刃部１９のテーパ面２３の角縁部１１への押えの元に、隙間内に突出進行する刃部１９の先端２４が被切断物を切断していく。【選択図】 図６

Description

本発明は、シート、特に、ＣＦ−ＳＭＣ（carbon fiber-sheet molding compound）を切断するのに適したシート切断装置に関するものである。

ＳＭＣ成形法に使用する材料はＳＭＣ（Sheet Molding Compound）と呼ばれ樹脂、硬化剤、増粘剤等を混合した樹脂ペーストをチョップドストランドに含浸させ、両面をフィルムで被覆したシート状の物を所定の温度条件で加熱し増粘させ、取扱い性を良好にした複合材料である。現在は、繊維としてガラス繊維に含浸させたものが大半であり、このガラス繊維に含浸させたものはＧＦ−ＳＭＣ（glass fiber-sheet molding compound）と呼称されている。
最近では樹脂含浸技術の改善により、炭素繊維に含浸させることが可能になった。この炭素繊維に含浸させたものは、ＣＦ−ＳＭＣ（carbon fiber-sheet molding compound）と呼称されており、従来のＧＦ−ＳＭＣに比べて格段に高い比強度、比剛性を有するため、大幅な軽量化を実現できる。従って、自動車、航空機、更には産業機械をはじめとする幅広い分野での、金属材料からの代替化が期待されている。

特開平０８−２１６０９４号公報

ＣＦ−ＳＭＣの生産ラインは未だ開発段階であり、ＧＦ−ＳＭＣの生産ラインをそのまま利用している場合が多い。
而して、ＧＦ−ＳＭＣの生産ラインでは、切断は、カッターナイフによる手動切断か、特許文献１に示すような平刃のスライド移動による自動切断であるが、いずれの手法も、ＣＦ−ＳＭＣに含まれる炭素繊維を綺麗に切断することは難しい。
従って、裁断はさみによる危険な手動により、時間をかけて漸く切断しているのが現状であるが、これらの手法ですら、切断面が粗く、炭素繊維の一部は切断面で切断できずに外方に出ている。
最近では、超音波カッターによる切断も試みられているが、樹脂が熱で硬化したり、切断速度が遅くて作業性が低くなったり、実際の作業現場で防爆区域が多くて使用が制限される等の問題がある。

それ故、本発明は、上記した問題点を解消した、新規且つ有用な切断装置を提供することを、その目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために為されたものであり、請求項１の発明は、外周側の両側面がそれぞれテーパ面となった先細りのテーパ部を有する円盤状刃部と、前記刃部を両側面から同軸状に挟持する一対の弾性ローラとで成る回転式切断部と、上方に向かって開口し、直線状に延びる溝が設けられ、前記溝を挟んで対向する両角隅部が直角になった載置面を有する載置部とを備え、シート状の被切断物を前記載置面に前記溝に被さった状態で載せた状態で、前記切断部が転動しながら走行すると、前記一対の弾性ローラが前記被切断物を前記載置面に対して弾性的に押え付けた後に、前記弾性ローラの圧縮に伴って突出した前記刃部のテーパ部が前記被切断物を引っ張りながら前記溝に入り込み、前記テーパ部の両テーパ面が前記被切断物を前記溝の両角縁部に対して剛性的に押え付けながら、前記被切断物に前記テーパ部の先端の刃先が切り込んで打ち抜いていくことで、前記被切断物が切断されていくことを特徴とするシート切断装置である。

請求項２の発明は、請求項１に記載したシート切断装置において、切断部は刃部と弾性ローラとに分解可能に構成されていることを特徴とするシート切断装置である。

請求項３の発明は、請求項１または２に記載したシート切断装置において、弾性ローラはスポンジ状素材で構成されていることを特徴とするシート切断装置である。

請求項４の発明は、請求項１から３のいずれかに記載したシート切断装置において、前記切断部の移動機構が設けられていることを特徴とするシート切断装置である。

請求項５の発明は、請求項１から４のいずれかに記載したシート切断装置において、ＣＦ−ＳＭＣを切断するのに使用することを特徴とするシート切断装置である。

本発明のシート切断装置によれば、ＣＦ−ＳＭＣを、安全な作業下で、速やかにしかも綺麗に切断することができる。

本発明の実施の形態に係るシート切断装置の正面図である。 図１の切断部の分解斜視図である。 図１の切断部の斜視図である。 図１の切断部を中心とした断面図である。 図１のシート切断装置による切断動作の説明図である。 図５と同様に、図１のシート切断装置による切断動作の説明図である。

本発明の実施の形態に係るシート切断装置１を図面にしたがって説明する。
図１に示すように、シート切断装置１は、機体フレーム３のテーブルに、矩形の鋼材５を二枚平らに並べた状態で取り付けられており、それらの水平上面が載置面７になっている。図１では、正面側にある鋼材５が現れている。この鋼材５、５どうしは一定の間隔で僅かであるが離れており、それらの間に隙間９（図６）が形成されている。この隙間９は、上方から見ると溝になっている。また、この隙間９を挟んで対向する鋼材５、５の角隅部１１、１１（図６）はいずれも直角になっている。

載置面７には、上方から切断部１３が臨んでいる。
図２が切断部１３の分解斜視図であり、この図に示すように、弾性ローラ１５の中心側には孔が開けられ、そこに金属ワッシャ１７が内嵌されて一体化されている。弾性ローラ１５はシリコンスポンジを素材とするものであり、圧縮変形が可能となっている。

一対の弾性ローラ１５、１５が対向しており、それらの間に丸刃１９（円盤状刃部）が配設されている。この丸刃１９の中心には挿通孔２１が形成されている。また、外周は径方向外方に向かって先細りのテーパ状になっている。このテーパ部のテーパ面２３は、図６に示すように、滑らかな傾斜外面となっており、その先端２４は尖っている。
符号２５は円板状のスペーサを示し、このスペーサ２５にも中心に挿通孔２７が形成されている。スペーサ２５は、丸刃１９の両側面側に配設されて、それぞれ弾性ローラ１５と対向している。このスペーサ２５の径寸法は丸刃１９の径寸法より小さくなっている。

一方の弾性ローラ１５の丸刃１９と相対していない側では、円形の押えプレート２９が配設されている。この押えプレート２９にも中心に挿通孔３１が形成されている。押えプレート２９の径寸法はスペーサ２５と略同じになっている。
さらに、座金３３と、ワッシャ３５が介装された上で、ナット３７が配設されている。

他方の弾性ローラ１５の丸刃１９と相対していない側では、上記した押えプレート２９と同じ径寸法の押えプレート２９が配設されている。この押えプレート２９は連結筒３９に外方フランジとして固定されて一体化されている。
連結筒３９は上記した押えプレート２９が軸方向に二分割された状態となっており、弾性ローラ１５に向いた側は同径になっており、有る程度の筒長を有している。一方、反対側を向いた側は、テーパ状で先細りになっている。また、筒長も短くなっている。

符号４１はシャフトを示し、このシャフト４１が連結筒３９に通され、軸方向両端側が突出した状態で固定されている。なお、押えプレート２９を備えた連結筒３９とシャフト４１は一体物で、分解不能なものとなっている。
弾性ローラ１５側に突出した部位は、大径になっており、雄ネジ４３が形成されている。反対側に突出した部位は小径になっており、突出元側は滑らかな周面を有して回転軸部４５となり、先端側には雄ネジ４７が形成されている。

シャフト４１の雄ネジ４７側には、連結アーム４９が相対している。この連結アーム４９は矩形の平板の辺縁どうしを合掌し接合して断面を逆さＬ字状にしたものであり、垂直側の平板の中心には嵌込み孔５１が形成されている。また、その挿通孔５１の上下の縁寄りにそれぞれネジ孔５３、５３が形成されている。
連結アーム４９の垂直な板面を挟んで、シャフト４１と対向しているのは、矩形厚板状の保持ブロック５５である。この保持ブロック５５には、連結アーム４９の嵌込み孔５１に嵌め込むための環状突起５７が設けられている。保持ブロック５５の挿通孔とこの環状突起５７の挿通孔は連続しており、この内周側に円環状の軸受５９が圧入されて固定されている。
この保持ブロック５５には環状突起５７の上下の縁寄りにそれぞれネジ孔６１、６１が形成されている。

連結アーム４９と保持ブロック５５は、それぞれの板面を重ね合せ、ネジ孔５３、６１を連通させた上で、取付けネジ６３を保持ブロック５５側から差し込んで螺合させ、ネジ孔５３側まで螺進させて締め付けることで、一体化させている。
一体化されると、保持ブロック５５側の環状突起５７が連結アーム４９に嵌め込まれた状態となる。

保持ブロック５５の反対側では、段差のある座金６５と、ワッシャ６７が介装された上で、ナット６９が配設されている。

上で列記した各部材は軸方向に重ね合わされて一体化されている。
シャフト４１の大径側は、連結筒３９が弾性ローラ１５の金属ワッシャ１７〜スペーサ２５の挿通孔２７〜丸刃１９の挿通孔２１〜スペーサ２５の挿通孔２７〜弾性ローラ１５の金属ワッシャ１７に挿通され、その先では、雄ネジ４３が押えプレート２９の挿通孔３１〜座金３３〜ワッシャ３５に挿通され、ナット３７が締付けられて固定されており、押えプレート２９、２９の間で、一対の弾性ローラ１５、１５の間で丸刃１９が挟持された状態となっている。ナット３７が締め付けたときに、金属ワッシャ１７がその軸力を受け止めるので、スポンジで構成された弾性ローラ１５は潰れずに形状が保持されている。

シャフト４１の小径側は、連結筒３９から突出した回転軸部４５が軸受５９に挿通されており、連結筒３９の端面が軸受５９の軸方向一端部に当ってそれ以上の挿通は規制されているので、押えプレート２９と連結アーム４９の垂直部分の板部との間に隙間が確保されて互いに干渉しないようになっている。なお、連結アーム４９の水平な部分の板部も一対の弾性ローラ１５、１５の上端より離間して上方にあり、大径の弾性ローラ１５、１５にも干渉しないようになっている。
回転軸部４５の先では、雌ネジ４７が座金６５〜ワッシャ６７に挿通され、座金６５を軸受５９の軸方向他端部に当った状態でナット３７が締付けられて固定されており、シャフト４１の抜け落ちが規制されている。
従って、一対の弾性ローラ１５、１５と丸刃１９とでなる切断部１３が、軸受５９に軸周りに回転自在に安定的に支持されている。

切断部１３は保持ブロック５５を介して連結アーム４９に連結されているので、図３に示すように、弾性ローラ１５〜丸刃１９〜弾性ローラ１５からなる回転式の切断部１３が、矢印に示すように軸周りに回転可能な状態で、連結アーム４９に連結された状態となっている。

図１に示すように、連結アーム４９の水平な板部がロッドレスタイプのエアシリンダ７１の可動部に連結されて吊り下げ支持されており、エアシリンダ７１の可動部の動作を利用して切断部１３が矢印に示す方向に往復移動できるようになっている。
載置面７には、切断部１３が上方から臨んでおり、載置面７にＣＦ−ＳＭＣを載せると、図４に示すような状態となる。

上記のように構成されたシート切断装置１による切断動作を、次に説明する。
図５に示すように、被切断物は、ＣＦ−ＳＭＣである。ＣＦ−ＳＭＣは、短い炭素繊維（Ｃ）が含浸された樹脂部（Ｒ）は未だ硬化が完了しておらず、柔軟性を有しており、その上下面がフィルム（Ｆ）でコートされている。
ＣＦ−ＳＭＣが鋼材５、５の上面を載置面としてその上に載せられており、鋼材５、５どうしの間の隙間９にも被さった状態となっている。

切断部１３は吊下げ姿勢になっているときには、切断部１３が矢印に示すように転動走行するが、その際、一対の弾性ローラ１５、１５の下側の外周面１６は圧縮変形して平らになっており、ＣＦ−ＳＭＣを載置面７に対して弾性的に押え付けている。なお、切断部１３はエアシリンダ７１により載置面７に対して加圧されながら走行しており、上記の押えは、切断部１３の自重だけでなく、エアシリンダ７１の加圧も利用して実現されている。
また、一対の弾性ローラ１５、１５の下側の外周面１６が圧縮されたことにより、丸刃１９が外周面１６から突出する。この突出した部分はテーパ部であり、そのテーパ面２３の一部がＣＦ−ＳＭＣを伴って隙間９に入り込むようになっている。

図６が、上記した状態を、弾性ローラ１５〜丸刃１９〜弾性ローラ１５が並んで見える方向から示したものである。
切断部１３が転動しながら走行すると、弾性ローラ１５、１５の圧縮に伴い、丸刃１９の外周部が弾性ローラ１５、１５の間から相対的に突出して、隙間９に入り込んでいく。
その際には、先ず、二つの弾性ローラ１５、１５がＣＦ−ＳＭＣを載置面７に対して押え付け始める。
次に、丸刃１９が突出してくると、テーパ面２３にガイドされてＣＦ−ＳＭＣが隙間９内に引っ張り込まれる。
そして、テーパ部のテーパ面２３がＣＦ−ＳＭＣを鋼材５の角縁部１１に対して押え付けると、丸刃１９の先端２４がＣＦ−ＳＭＣを打ち抜くことで、切断する。

上記したように、切断に至るまでに、上記のように二段階でＣＦ−ＳＭＣが押え付けられている。最初の弾性ローラ１５、１５の押え付けにより、ＣＦ−ＳＭＣの隙間９を跨いだ中間部分の両側が固定された状態となり、そのまま、その中間部分が隙間９内に引っ張り込まれることで突っ張った状態となっていく。
そして、丸刃１９の両側面にあるテーパ面２３、２３が角縁部１１に剛性的に強固に当って押え付けていくので、刃先２４がＣＦ−ＳＭＣに切り込んだときの振れが解消され、鋭い切れ味が実現される。

結果として、ＣＦ−ＳＭＣを、速やかにしかも綺麗に切断することができる。
しかも、電気的駆動により自動的に作業を行うことができるので、安全性も高い。

以上、本発明の実施の形態について詳述してきたが、具体的構成は、この実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計の変更などがあっても発明に含まれる。
例えば、上記の実施の形態では、丸刃１９の径寸法より弾性ローラ１５の径寸法が大きく設定されており、弾性ローラ１５が圧縮されていないときには、丸刃１９の外周縁は弾性ローラ１５の外周縁より内方に後退しているが、これに限定されず、弾性ローラ１５が載置面７に対して押え作用を働かせられるのであれば、丸刃１９の径寸法を弾性ローラ１５の径寸法と同じまたは大きく設定してもよい。
また、上記の実施の形態では、エアシリンダ７１を利用して弾性ローラ１５を載置面に対して押えているが、これに限定されず、油圧式シリンダでも良い。更には、スプリング、ゴム等の弾性体を載置面に対して付勢させて押えてもよい。但し、エアシリンダを利用すると、押え圧を調整し易いので、所望の押え圧を簡単に実現できる点が、他のものに比べて長所となっている。
また、上記の実施の形態では、隙間９の両側にある角縁部１１、１１は略直角となっており、このように尖った方が、ＣＦ−ＳＭＣを押え付け易いが、多少の丸みを有していても、押え効果は十分得らえる。

本発明のシート切断装置は、ＣＦ−ＳＭＣの生産ラインに組み込むのに適している。

１……シート切断装置
３……機体フレーム ５……鋼材 ７……載置面
９……隙間 １１……角縁部 １３……切断部
１５……弾性ローラ １６……外周面 １７……金属ワッシャ
１９……丸刃 ２１…挿通孔 ２３……テーパ面
２４……（丸刃の）先端 ２５……スペーサ ２７……押えプレート
２９……挿通孔 ３１……押えプレート ３３……座金
３５…ワッシャ ３７……ナット ３９……連結筒
４１……シャフト ４３…雄ネジ ４５……回転軸部
４７……雄ネジ ４９……連結アーム ５１……嵌込み孔
５３……ネジ孔 ５５……保持ブロック ５７……環状突起
５９……軸受 ６１……ネジ孔 ６３……取付けネジ
６５……座金 ６７……ワッシャ ６９……ナット
７１……ロッドレスタイプのエアシリンダ
ＣＦ−ＳＭＣ
Ｃ……炭素繊維 Ｒ‥‥樹脂部 Ｆ……フィルム

Claims (5)

1. 外周側の両側面がそれぞれテーパ面となった先細りのテーパ部を有する円盤状刃部と、前記刃部を両側面から同軸状に挟持する一対の弾性ローラとで成る回転式切断部と、
   上方に向かって開口し、直線状に延びる溝が設けられ、前記溝を挟んで対向する両角隅部が直角になった載置面を有する載置部とを備え、
   シート状の被切断物を前記載置面に前記溝に被さった状態で載せた状態で、前記切断部が転動しながら走行すると、前記一対の弾性ローラが前記被切断物を前記載置面に対して弾性的に押え付けた後に、前記弾性ローラの圧縮に伴って突出した前記刃部のテーパ部が前記被切断物を引っ張りながら前記溝に入り込み、前記テーパ部の両テーパ面が前記被切断物を前記溝の両角縁部に対して剛性的に押え付けながら、前記被切断物に前記テーパ部の先端の刃先が切り込んで打ち抜いていくことで、前記被切断物が切断されていくことを特徴とするシート切断装置。
2. 請求項１に記載したシート切断装置において、
   切断部は刃部と弾性ローラとに分解可能に構成されていることを特徴とするシート切断装置。
3. 請求項１または２に記載したシート切断装置において、
   弾性ローラはスポンジ状素材で構成されていることを特徴とするシート切断装置。
4. 請求項１から３のいずれかに記載したシート切断装置において、
   前記切断部の移動機構が設けられていることを特徴とするシート切断装置。
5. 請求項１から４のいずれかに記載したシート切断装置において、
   ＣＦ−ＳＭＣを切断するのに使用することを特徴とするシート切断装置。

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