JP6324043B2 - 高強度繊維で強化されたプラスチック板の裁断装置 - Google Patents

Description

本発明は、熱可塑性のプラスチック板に、カーボン繊維、ケブラー繊維（登録商標）、ＰＢＯ繊維、超強力ポリエチレン繊維、高強力ポリアリレート繊維の何れかからなる高強度繊維を埋設している高強度繊維で強化されたプラスチック板を所定の形状に裁断する装置に関する。

高強度繊維のカーボン繊維をプラスチックに埋設しているカーボン繊維強化プラスチック板は、極めて強靭なカーボン繊維で補強されるので、強度の要求される用途、例えば航空宇宙用や特殊車両などに使用される。このプラスチック板の裁断装置として、レーザービームを照射する装置が開発されている。（特許文献１及び２参照）

これ等の公報に記載されるレーザービームの裁断装置は、プラスチック板の裁断に極めて大きなエネルギーを消費すると共に、能率良く短時間に裁断できない。また、高強度繊維で強化されたプラスチック板の裁断装置として、ウォータージェットで裁断する装置も開発されているが、この裁断装置も消費エネルギーが大きく、また能率よく速やかに裁断できない。また、レーザービームやウォータージェットの裁断装置は、設備コストとランニングコストの両方が相当に高くなる欠点もある。

ところで、航空宇宙材料として使用される高強度繊維材料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高強度繊維材料を切断する。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２０１３−９１１２８号公報

特許文献３に記載される装置は、特殊な切断用カッターで高強度繊維材料を裁断するので、レーザービームやウォータージェットに比較して能率よく裁断できる。しかしながら、この裁断装置は、切断用カッターを往復運動させながら前進させて高強度繊維材料を切断するので、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、炭素鋼をＨＲＣ硬度を６４以上に焼き入れした抜き型を開発し、これでもって、載せ台の上にセットしたプラスチック板を切断する装置を開発した（特許文献４参照）。この切断装置は、切断されたプラスチック板の切断縁で高強度繊維を完全に切断するのが難しい。それは、抜き型の刃先の一部と載せ台との間に、高強度繊維の太さよりも広い隙間ができると、この領域で高強度繊維を切断できなくなるからである。この欠点は、抜き型の刃先を全ての切断ラインにおいて、載せ台の表面に沿う形状として、刃先全体と載せ台との間の隙間を、高強度繊維の太さよりも小さくして解消できる。しかしながら、高強度繊維は極めて細いので、このことを実現するには、抜き型の刃先全体を極めて高い精度で切削加工し、また研磨加工する必要があって、加工コストが極めて難しくなり、また加工に著しく手間がかかる欠点がある。とくに、抜き型は、刃先を先鋭な尖った形状に切削加工し、また研磨しながら、その先端縁を載せ台の表面に沿う形状に加工するために、極めて高い精度と加工技術を必要とする。

抜き型の刃先の一部と載せ台との間に隙間ができる弊害は、載せ台の上に弾性シートを載せて解消できる。抜き型の刃先と載せ台との間に弾性シートが挟まれ、これが弾性変形して、抜き型と載せ台との間の隙間を吸収するからである。この裁断装置は、弾性シートが弾性変形して、抜き型の刃先と載せ台との隙間を吸収するので、弾性シートを厚くして、抜き型の刃先の一部と載せ台との間にできる隙間をより効果的に吸収できる。しかしながら、この裁断装置は、抜き型と載せ台とで繊維を直接に挟んで切断するのでなく、刃先と載せ台との間に弾性変形する弾性シートを挟むので、刃先が繊維を切断する圧力が弾性シートに吸収されて弱くなる。とくに、抜き型の刃先の誤差を吸収するために、弾性シートを厚くするほど、刃先が繊維を切断する圧力が低下する欠点がある。このため、刃先が載せ台の表面に沿わず、載せ台との間に隙間ができる抜き型は、その刃先を高強度繊維に強く押し付けて、強くて細い繊維を確実に切断するのが難しくなる。したがって、強くて細い高強度繊維を確実に切断するには、抜き型の刃先の全体を載せ台のより正確に沿う形状に加工することが大切となって、極めて高い加工精度が要求される。

ところで、弾性シートを使用する裁断装置において、抜き型の刃先角を、より尖った形状に加工することは、高強度繊維を確実に切断することに効果がある。ただ、抜き型の刃先角を小さくすると、刃先の寿命が短くなる。さらに、刃先角を小さくしても、載せ台との間に隙間ができると繊維を裁断できなくなるので、このことを解消するために、厚い弾性シートを使用して、刃先が高強度繊維を強く押圧できなって、高強度繊維を確実に切断できなくなる。

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、簡単に加工できる金型を使用しながら、プラスチック板を一回の往復運動で所定の外形に打ち抜き加工して極めて能率よく正確な外形に裁断でき、しかも、切断されたプラスチック板の裁断縁で繊維を確実に切断できる高強度繊維で強化されたプラスチック板の裁断装置を提供することにある。
また、本発明の他の大切な目的は、抜き型の加工を簡単にして、抜き型を安価に多量生産できる高強度繊維で強化されたプラスチック板の裁断装置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

本発明の裁断装置は、熱可塑性のプラスチック板にカーボン繊維、ケブラー繊維（登録商標）、ＰＢＯ繊維、超強力ポリエチレン繊維、高強力ポリアリレート繊維の何れかからなる高強度繊維を埋設してなるプラスチック板１を裁断する。この裁断装置は、プラスチック板１を打ち抜きして裁断する雌型９及び雄型８と、この雄型８と雌型９とを相対運動させる駆動機構１６とを備える。雌型９は、雄型８との対向面の裁断面１７に、開口縁をプラスチック板１を裁断する裁断ラインに沿う形状の裁断刃２とする凹部６を有し、雄型８は、雌型９の凹部６に挿入される突出部３を有すると共に、この突出部３は、その先端縁に、刃先角を９０度以下としてＨＲＣ硬度を６４以上とする裁断刃２を設けている。さらに、突出部３の裁断刃２の外形と雌型９の凹部６の裁断刃２の内形との間隔を１００μｍ以下として、突出部３と凹部６との間に繊維の破断隙間７を設けている。突出部３は凹部６に挿入されて、突出部３及び凹部６の裁断刃２でもってプラスチック板１を裁断して、プラスチック板１に埋設している繊維を突出部３と凹部６との破断隙間７で破断する。
ただし、本明細書において「ケブラー繊維（登録商標）」は、デュポン社が開発したアラミド繊維の一種であって、ポリ−Ｐ−フェンレンテレンラミドを意味するものとする。

以上の裁断装置は、簡単に加工できる金型を使用して、プラスチック板を一回の往復運動で所定の外形に打ち抜き加工して極めて能率よく正確な外形に裁断でき、しかも、切断されたプラスチック板の裁断縁から突出する繊維を確実に切断できる特徴がある。図１〜図４は、以上の裁断装置が、熱可塑性のプラスチックに高強度繊維を埋設しているプラスチック板１を裁断する状態を示している。図１と図２は、刃先角を鋭角とする裁断刃２がプラスチック板１を裁断する状態を示し、図３と図４は、刃先角を直角とする裁断刃２がプラスチック板１を裁断する状態を示している。

鋭角である突出部３の裁断刃２が、熱可塑性樹脂のプラスチック板１に押し付けられると、図１に示すように、裁断刃２がプラスチック板１を破断して、打ち抜き部１Ａとプラスチック板１との間に挿入される。この状態で、打ち抜き部１Ａはプラスチック板１から引き離されて、プラスチック板１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繊維４が、打ち抜き部１Ａやプラスチック板１から引き離し隙間５に引き出される。プラスチック板内の繊維４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５に引き出される。打ち抜き部１Ａとプラスチック板１との間の引き離し隙間５に引き出された繊維４は、突出部３がさらに凹部６に挿入される状態で、突出部３の表面と凹部６の内面との間の破断隙間７にあって、図２の×印で示す位置、すなわち打ち抜き部１Ａと破断隙間７との境界部分と、プラスチック板１と破断隙間７との境界部分において、すなわち、引き離し隙間５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５の両端部において小さい曲率半径で折曲された繊維４は、打ち抜き部１Ａがプラスチック板１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。図の×印で示す２カ所で破損された繊維４は、短い切れ端の繊維の破断屑となって、打ち抜き部１Ａとプラスチック板１から分離される。

図３と図４に示す突出部３の直角の裁断刃２は、これが熱可塑性樹脂のプラスチック板１に押し付けられると、図３に示すように、裁断刃２がプラスチック板１を破断して、打ち抜き部１Ａをプラスチック板１から分離して強制的に押し下げる。この状態で、打ち抜き部１Ａがプラスチック板１から引き離されると、打ち抜き部１Ａとプラスチック板１との間の引き離し隙間５に繊維４が引き出される。引き離し隙間５に引き出された繊維４は、突出部３がさらに凹部６に挿入されると、図４の×印で示す位置、すなわち打ち抜き部１Ａと引き離し隙間５との境界部分と、プラスチック板１と引き離し隙間５との境界部分において、小さい曲率半径に折曲され、さらに、引き離し隙間５に引き出されて両端部において小さい曲率半径で折曲された繊維４は、打ち抜き部１Ａがプラスチック板１から押し下げられるにしたがって、より強く引っ張られて破断される。図の×印で示す２カ所で破損された繊維４は、短い切れ端の繊維の破断屑となって、打ち抜き部１Ａとプラスチック板１から分離される。

以上の裁断装置は、突出部３を凹部６に挿入することで、打ち抜き部１Ａをプラスチック板１から裁断して分離し、分離された打ち抜き部１Ａをプラスチック板１から引き離して、破断隙間７に繊維４を引き出し、突出部３が凹部６に挿入されるにしたがって、破断隙間７に引き出された繊維４の両端部を小さい曲率半径で折曲すると共に、強い力で引っ張って破断する。打ち抜き部１Ａとプラスチック板１との間に引き出された繊維４は、破断隙間７の両端部で破断されて、短い繊維の破断屑となって、打ち抜き部１Ａとプラスチック板１の両方から切り離される。したがって、以上の裁断装置は、突出部３を凹部６に挿入して、プラスチック板１を所定の形状の打ち抜き部１Ａに裁断する。また、打ち抜き部１Ａとプラスチック板１との間で高強度繊維４が確実に破断されて、打ち抜き部１Ａとプラスチック板１の両方から分離される。とくに、以上の裁断装置は、突出部３の裁断刃２と、凹部６の裁断刃２は、鋏が繊維４を切断するように切り離すのではなく、打ち抜き部１Ａとプラスチック板１との間の破断隙間７に引き出された繊維４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、引き出された繊維４を破断隙間７の両端部で破断して、打ち抜き部１Ａとプラスチック板１の両方から分離する。したがって、プラスチック板１から切り離された裁断された打ち抜き部１Ａは、その切断縁から繊維４が突出しないように破断される。また、突出部３と凹部６との間に破断隙間７を設けながら、繊維４を確実に裁断するので、突出部３と凹部６の加工に高い精度が要求されず、金型を安価に多量生産できる特徴がある。

本発明の裁断装置は、破断隙間７を６０μｍ以下とすることができ、さらに破断隙間７を５０μｍ以下とすることができる。この裁断装置は、破断隙間７を広くするので、突出部３と凹部６の加工をより簡単として、安価に製造できる。

本発明の裁断装置は、破断隙間７を５μｍよりも大きくすることができる。この裁断装置は、破断隙間７を５μｍよりも大きくするので、突出部３と凹部６との加工に高い精度が要求されず、安価に多量生産できる。

本発明の裁断装置は、破断隙間７に強制送風して、破断隙間７で発生する高強度繊維４の繊維の破断屑を吸収して回収する吸引回収機１０を設け、雄型８の突出部３が雌型９の凹部６に挿入されて、プラスチック板１が裁断されて発生する繊維の破断屑を、破断隙間７に強制送風される気体流で吸引して吸引回収機１０に回収する。

以上の裁断装置は、破断隙間７で破断される繊維の破断屑を吸引回収機１０に吸引して回収するので、繊維の破断屑を効果的に回収できる特徴がある。とくに、破断隙間７に強制送風する気体流で繊維の破断屑を吸引して吸引回収機１０で回収するので、繊維の破断屑を外部に飛散させることなく、極めて効率よく回収できる特徴がある。

本発明の裁断装置は、突出部３の裁断刃２の内側に、破断隙間７で破断される繊維４の繊維の破断屑を吸収する吸入口１１を設け、この吸入口１１を吸引回収機１０に連結して、破断隙間７で発生する繊維の破断屑を吸引することができる。

以上の裁断装置は、簡単な構造で、破断隙間７に気体流を発生させて、繊維の破断屑を効果的に吸引回収機１０に回収できる。それは、突出部３の裁断刃２の内側に吸入口１１を設けて、この吸入口１１から気体を吸入して破断隙間７に気体流を発生できるからである。

本発明の裁断装置は、凹部６の下方開口端を閉鎖構造にできる吸引チャンバー１２に連結して、この吸引チャンバー１２を吸引回収機１０に連結して、破断隙間７で発生する繊維４の破断屑を吸引することができる。この裁断装置は、破断隙間７の繊維の破断屑を効果的に回収できるように気体流を発生できるので、繊維の破断屑をより効果的に外部に漏らさず回収できる特徴がある。

本発明の裁断装置は、雌型９の雄型８との対向面に、破断隙間７で発生する繊維の破断屑を吸引する吸引溝１３を設けて、この吸引溝１３を吸引回収機１０に連結して、吸引回収機１０で繊維の破断屑を回収するようにできる。

以上の裁断装置は、雌型９の表面に飛散する繊維の破断屑を効率よく回収して外部に飛散するのを防止できる。また、吸引溝１３に吸引する気体でもってプラスチック板１を雌型９の表面に吸着できる。このため、裁断されるプラスチック板を定位置に配置して突出部３と凹部６とで正確に裁断できる。

本発明の裁断装置は、凹部６の内面に破断隙間７で発生する繊維４の破断屑を吸引する吸引口１４を設けて、この吸引口１４を吸引回収機１０に連結して、吸引回収機１０で繊維の破断屑を回収することができる。この裁断装置は、破断隙間７に発生する繊維の破断屑を凹部６内面の吸引口１４から吸引して、吸引回収機１０で回収できる。

金型が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１の金型が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。 金型が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３の金型が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。 本発明の実施例にかかる裁断装置の一部拡大断面図である。 本発明の他の実施例にかかる裁断装置の一部拡大断面図である。 本発明の他の実施例にかかる裁断装置の断面図である。

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プラスチック板の裁断装置を例示するものであって、本発明は裁断装置を以下のものに特定しない。さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、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。

本発明の裁断装置は、プラスチック板に高強度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。プラスチック板は熱可塑性樹脂である。プラスチック板の熱可塑性樹脂は、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。高強度繊維は、カーボン繊維、ケブラー繊維（登録商標）、ＰＢＯ繊維、超強力ポリエチレン繊維、高強力ポリアリレート繊維の何れかである。

図５ないし図７の裁断装置は、プラスチック板１を打ち抜きして裁断する雌型９及び雄型８からなる金型１５と、この金型１５の雄型８と雌型９とを相対運動させる駆動機構１６とを備える。雌型９は、雄型８との対向面の裁断面１７に、開口縁をプラスチック板１を裁断する裁断ラインに沿う形状の裁断刃２とする凹部６を設けている。雄型８は、雌型９の凹部６に挿入される突出部３を有する。

図５ないし図７の裁断装置は、金型１５の雄型８と雌型９とを相対運動させる駆動機構１６を備える。駆動機構１６は、雌型９と雄型８とを平行移動させるためのガイド機構１８と、雄型８を往復運動させるシリンダ１９とを備える。ガイド機構１８は、ガイドロッド１８Ａと、このガイドロッド１８Ａを軸方向に移動できるように挿通しているガイド筒１８Ｂとからなる。図のガイド機構１８は、ガイドロッド１８Ａを雌型９に垂直姿勢に固定して、ガイド筒１８Ｂを雄型８に垂直姿勢に固定している。金型１５は四隅にガイドロッド１８Ａとガイド筒１８Ｂとを固定して、雄型８と雌型９とを水平姿勢で平行移動できる。さらに、図のガイド機構１８は、ガイドロッド１８Ａにコイルスプリングであるスプリング２０を挿通している。スプリング２０は雄型８を押し上げて、シリンダ１９が雄型８を押さない状態で、突出部３を雌型９の凹部６に挿通させない位置に配置する。シリンダ１９が雄型８を押してスプリング２０を圧縮して、突出部３が凹部６に挿入される。図のガイド機構１８は、ガイド筒１８Ｂをストッパに併用して、雄型８の降下位置を特定する。ガイド筒１８Ｂの下端が雌型９の表面に接触して、雄型８の降下位置が停止されるからである。この金型１５は、雄型８を往復運動させるシリンダ１９でもって雄型８の降下位置を特定する必要がなく、駆動機構１６を簡単にできる。

突出部３は焼き入れされた炭素鋼で、外周の先端縁には、刃先角を９０度以下としてＨＲＣ硬度を６４よりも大きくする裁断刃２を設けている。突出部３の刃先角は、突出部３がプラスチック板１を裁断する形状を考慮して最適値に設定することができる。たとえば、プラスチック板１に、直径を３０ｍｍ以下とする貫通孔を設ける裁断刃２は、刃先角を４５度よりも大きくし、プラスチック板１、長い裁断ラインで裁断する裁断刃２は、刃先角を３０度〜６０度とする。したがって、突出部３の裁断刃２は、その刃先角を、３０度よりも大きく、好ましくは４５度よりも大きくする。突出部３の裁断刃２は、刃先角を大きくして刃先の寿命を長くでき、反対に小さくしてプラスチック板１を綺麗に切断できる。

雄型８の突出部３は、雌型９の凹部６に挿入されて、プラスチック板１を裁断する。雌型９は、凹部６の外周縁を裁断刃２とし、雄型８は突出部３の外周縁を裁断刃２とする。突出部３の裁断刃２と凹部６の裁断刃２は、プラスチック板１を裁断する裁断ラインに沿う形状に加工される。突出部３の裁断刃２と凹部６の裁断刃２は全く同じ形状には加工されない。突出部３外周の先端に設けている裁断刃２の外形は、凹部６の開口縁に設けている裁断刃２の内形よりも小さく、突出部３の裁断刃２の外形を、凹部６の裁断刃２の内形よりも小さくして、突出部３の外周と凹部６との内面との間に破断隙間７を設けている。破断隙間７の間隔（Ｄ）は、１００μｍ以下とし、好ましくは６０μｍ以下とし、さらに好ましくは５０μｍ以下、最適には２０μｍ〜３０μｍとする。破断隙間７は、ここに引き出された繊維４を両端で小さい曲率半径で折曲して破断する。したがって、破断隙間７を狭くして、ここに引き出された繊維４を小さい曲率半径で折曲して確実に裁断できる。ただ、破断隙間７が狭すぎると、強靭な高強度繊維４が裁断刃２の間に挟まれて裁断刃２を破損する。したがって、破断隙間７の間隔（Ｄ）は、プラスチック板１に埋設している高強度繊維４の直径よりも広く、好ましくは高強度繊維４の直径の２倍以上、より好ましくは５倍以上とする。破断隙間７を２０μｍ〜３０μｍとするとする金型１５は、直径を数μｍとする高強度繊維４を埋設しているプラスチック板１を裁断して、高強度繊維４を破断隙間７で確実に破断する。

以上の金型１５は、雄型８の突出部３を雌型９の凹部６に挿入して、突出部３の裁断刃２と凹部６の裁断刃２でプラスチック板１を裁断し、さらに、プラスチック板１に埋設している繊維４を、突出部３と凹部６との破断隙間７に引き出して破断する。金型１５が、突出部３を凹部６に挿入して、プラスチック板１を裁断する状態を図１〜図４に示している。これ等の図に示すように、突出部３が降下して、その裁断刃２が、プラスチック板１に押し付けられると、図１と図３に示すように、裁断刃２がプラスチック板１を裁断する。この状態で、打ち抜き部１Ａがプラスチック板１から引き離されて、打ち抜き部１Ａとプラスチック板１との間に引き離し隙間５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繊維４は、打ち抜き部１Ａやプラスチック板１から隙間に引き出される。打ち抜き部１Ａとプラスチック板１との間の引き離し隙間５に引き出された繊維４は、突出部３がさらに凹部６に挿入される状態では、破断隙間７にあって、図２と図４の×印で示す位置、すなわち打ち抜き部１Ａと破断隙間７との境界部分と、プラスチック板１と破断隙間７との境界部分において、すなわち、引き出された繊維４の両端部において、小さい曲率半径に折曲される。さらに、破断隙間７の両端部において小さい曲率半径で折曲された繊維４は、突出部３が凹部６に挿入されるにしたがって、打ち抜き部１Ａがプラスチック板１から引き離されて、より強く引っ張られて破断される。図の×印で示す２カ所で破損された繊維４は、短い切れ端の繊維の破断屑となって、打ち抜き部１Ａとプラスチック板１から分離される。

突出部３は、炭素鋼で製作される。この炭素鋼は、０．５％〜０．８％の炭素を含有する。図５の突出部３は、板状の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、裁断されるプラスチック板１の裁断刃２に沿う形状に加工している。図６と図７の突出部３は裁断される外形の柱状で、外周の先端縁を裁断刃２としている。突出部３の裁断刃２は、炭素鋼は炭素の含有量を０．６％とする。ただ、炭素の含有量を前述の範囲とするものも使用できる。突出部３の裁断刃２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。

図５の突出部３は、裁断刃２を閉ループとして、プラスチック板１を打ち抜き加工して打ち抜き部１Ａを分離する。図５の突出部３は、板状炭素鋼を閉ループに加工して先端縁を研磨して裁断刃２とする。図６と図７の突出部３は、柱状に加工して外周の下端縁を裁断刃２とする。裁断刃２は、炭素鋼を研磨して裁断刃２設けた後、焼き入れして硬化させる。炭素鋼はヤスリや砥石で研磨して裁断刃２を設けることができる。

雌型９は金属プレートで、裁断面１７を平面状又は三次元の立体曲面としている。雌型９は、突出部３が挿入される凹部６を設けて、凹部６の開口縁を裁断刃２とするので、裁断刃２を突出部３の裁断刃２に匹敵する硬度の金属、たとえば炭素鋼で製作され、焼き入れしてＨＲＣ硬度を６４以上とする。

金型１５は、突出部３を凹部６に挿入して、プラスチック板１を裁断する。したがって、突出部３の裁断刃２は、凹部６の内形に沿う形状としている。突出部３の裁断刃２は、凹部６に挿入されて、プラスチック板１を凹部６の開口縁に沿う裁断ラインで裁断する。

以上の図に示す突出部３の裁断刃２は、プラスチック板１を平面状に裁断する。裁断刃２は、図示しないが、立体曲面状に成形しているプラスチック板を裁断することもできる。この裁断刃は、立体曲面に沿う三次元とする構造に加工される。この金型は、突出部の裁断刃を立体曲面とし、雌型の裁断面も突出部の裁断刃に沿う立体曲面とされる。

突出部３の炭素鋼は、先端縁を研磨して刃先を設けた状態で、刃先のＨＲＣ硬度を、６４以上、好ましくは約６５とするように焼き入れする。刃先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、突出部３の裁断刃２は、刃先のＨＲＣ硬度が６４よりも高くて、６９よりも低くなるように焼き入れする。焼き入れ後の刃先の硬度は、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、焼き入れ温度を８００℃〜９００℃で焼き入れして、ＨＲＣ硬度を前述の範囲とする。焼き入れ後のＨＲＣ硬度を６５とする裁断刃２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。

図５ないし図７に示すように、雄型８と雌型９とを平行移動させるガイド機構１８を備える金型１５は、突出部３を凹部６に挿入してプラスチック板１を裁断する状態、すなわち雄型８を最も降下させる状態で、雄型８の固定プレート８Ａと、雌型９の裁断面１７との間に隙間を設けて、ここにガイド機構１８のガイドロッド１８Ａやスプリング２０を配置する。この金型１５は、突出部３の全長を長くして、先端部を凹部６に挿入する必要がある。したがって、プラスチック板１に小さい貫通孔を設ける突出部３は、細長くなって折れやすくなる。とくに、ＨＲＣ硬度を高くしている突出部３は、折れやすくなる。

図６の雄型８は、以上の欠点を解消するために、突出部３は、凹部６に挿入される先端の裁断部３Ａを、凹部６に挿入されて凹部６の内面との間に破断隙間７ができる柱状とし、凹部６に挿入されない後端部を先端部よりも太くして補強部３Ｂとしている。図６の補強部３Ｂは、後端、図において上端に向かって次第に太くなるテーパー状として、補強部３Ｂの後端を固定プレート８Ａに固定している。柱状の裁断部３Ａは、その長さを、裁断されるプラスチック板１の厚さに等しく、あるいはこれよりもわずかに大きくして、凹部６に挿入されてプラスチック板１を破断できるようにしている。この形状の突出部３は、硬く焼き入れして、破損することなくプラスチック板１に小さい貫通孔を開口できる。それは、細い裁断部３Ａに太い補強部３Ｂを連結して全長を長くしているので、突出部３全体を細長くすることなく、プラスチック板１に小さい貫通孔を開口できかるからである。とくに、この雄型８は、先端の細い裁断部３Ａを硬く焼き入れしながら、これを凹部６に挿入して、プラスチック板１を破断する状態での破損を効果的に阻止できる。たとえば、厚さを５ｍｍとするプラスチック板１に、直径を４ｍｍとする貫通孔を開口する突出部３は、柱状に加工している裁断部３Ａの外径を約４ｍｍ長さを５ｍｍとして、太い補強部３Ｂを長くして全長を長くできる。この突出部３は、裁断部３Ａのみの外径を細くして、補強部３Ｂによって全長を長くする。したがって、細い裁断部３Ａで強靭なプラスチック板１に小さい貫通孔を開口して折れない構造を実現する。

雌型９は炭素鋼で、凹部６の開口縁に設けている裁断刃２を焼き入れして硬くしている。凹部６の開口縁に設けている裁断刃２は、好ましくはＨＲＣ硬度を６４以上とするように焼き入れしている。凹部６の裁断刃２は、好ましくは突出部３の裁断刃２と同等の硬度に焼き入れされる。凹部６の裁断刃２のＨＲＣ硬度を６４以上とする金型１５は、突出部３を凹部６に挿入してプラスチック板１を打ち抜きする工程で変形することなくプラスチック板１を破断し、また破断隙間７でプラスチック板１に埋設している高強度繊維４を確実に破断する。

図５ないし図７の裁断装置は、プラスチック板１を裁断して発生する繊維の破断屑を回収する吸引回収機１０を備える。吸引回収機１０は、破断隙間７に強制送風し、破断隙間７から繊維の破断屑を吸収して回収する。図の吸引回収機１０は、空気と繊維の破断屑とを分離する分離器２１と、この分離器２１に破断隙間７の空気を吸引するファン２２とを備える。

図の吸引回収機１０は、分離器２１にサイクロンを使用する。サイクロンは円筒状で、円筒の中央部に排出ダクトを連結して、円筒の下には下窄みテーパー状の排出部を連結している。排出部の下端にはロータリーフィーダ２３を連結している。ロータリーフィーダ２３は空気を通過させることなく、ロータを回転して繊維の破断屑を外部に排出する。サイクロンは、接線方向に吸入される空気に含まれる繊維の破断屑を遠心力で半径方向に加速する。半径方向に加速される繊維の破断屑は、円筒の内面に沿って落下して排出部からロータリーフィーダ２３を介して外部に排出される。繊維の破断屑の除去された空気は、円筒の中央部に配置する排出ダクトから外部に排気される。サイクロンから排出される空気を、バグフィルター（図示せず）でろ過して、さらに繊維の破断屑を除去して清澄な空気として排出することもできる。

以上の吸引回収機１０は分離器２１をサイクロンとするが、分離器２１には、図示しないがバグフィルターも使用できる。バグフィルターは、繊維の破断屑を通過させない網目の袋で繊維の破断屑を分離して空気のみを排出する。

図の吸引回収機１０は、吸入側に開閉弁２４を連結している。開閉弁２４は、繊維の破断屑が発生するタイミングで開弁されて、破断隙間７の空気を吸引する。繊維の破断屑は、雄型８の突出部３が雌型９の凹部６に挿入されるタイミングで発生する。したがって、開閉弁２４の開閉を、雄型８の上下運動に同期して制御することで、繊維の破断屑が発生するタイミングで破断隙間７の空気を吸引できる。この吸引回収機１０は連続してファン２２を運転しないので、ファン２２の消費電力を少なくできる。また、吸引回収機１０の吸入側に真空タンク２５を連結することで、小容量のファン２２でもって、繊維の破断屑が発生するタイミングで多量の空気を吸引して効率よく繊維の破断屑を回収できる。

図５の裁断装置は雄型８に繊維の破断屑を吸入する吸入口１１を設けており、図６の裁断装置は、雌型９に吸引口１４を設けている。図５の裁断装置は、筒状の突出部３の内側、すなわち裁断刃２の内側に、破断隙間７で破断される繊維４の破断屑を吸収する吸入口１１を設けている。吸入口１１と吸引口１４は吸引回収機１０に連結されて、破断隙間７で発生する繊維の破断屑を吸引する。さらに、図５の裁断装置は、雌型９に設けている凹部６の下方開口端を閉鎖構造とする吸引チャンバー１２を設けている。吸引チャンバー１２は、打ち抜き部１Ａを積層して収納できる筒状で、下端の開口部を底板で閉塞している。底板は、プラスチック板１を裁断するタイミング、すなわち繊維の破断屑が発生するタイミングにおいて閉塞され、収納している打ち抜き部１Ａを排出するタイミングで開口される。図５に示すように、凹部６の下方開口部を閉塞して、突出部３から空気を吸引する構造は、破断隙間７で発生する繊維の破断屑を外部に漏らすことなく、より効果的に吸引回収機１０に回収できる。それは、図５の一部拡大断面図で示すように、裁断刃２の両面に空気を強制送風して、繊維の破断屑を回収するからである。なお、図５の一部拡大図は、金型１５がプラスチック板１を裁断する状態をわかりやすくするために実線で示している。ただ、裁断装置は、必ずしも凹部６の下方開口部を閉塞することなく、雄型８の突出部３の内側から空気を吸引して繊維の破断屑を回収することもできる。それは、突出部３の内側に吸入される空気流が破断隙間７で発生する繊維の破断屑を吸入して回収するからである。

図６と図７の裁断装置は、雌型９の凹部６の下方開口端に吸引チャンバー１２を連結して、この吸引チャンバー１２を吸引回収機１０に連結して、破断隙間７で発生する繊維４の破断屑を吸引回収機１０に吸引して回収する。さらに、図６の裁断装置は、一部拡大断面図で示すように、破断隙間７に強制送風する空気流で繊維の破断屑を吸入して、繊維の破断屑を外部に漏らすことなく吸引回収機１０で確実に回収する。なお、図６の一部拡大図は、金型１５がプラスチック板１を裁断する状態をわかりやすくするために実線で示している。

図７の裁断装置は、雌型９の雄型８との対向面に、破断隙間７で発生する繊維の破断屑を吸引する吸引溝１３を設けて、この吸引溝１３を吸引回収機１０に連結して、吸引回収機１０で繊維の破断屑を回収している。

１…プラスチック板 １Ａ…打ち抜き部
２…裁断刃
３…突出部 ３Ａ…裁断部 ３Ｂ…補強部
４…繊維
５…引き離し隙間
６…凹部
７…破断隙間
８…雄型 ８Ａ…固定プレート
９…雌型
１０…吸引回収機
１１…吸入口
１２…吸引チャンバー
１３…吸引溝
１４…吸引口
１５…金型
１６…駆動機構
１７…裁断面
１８…ガイド機構 １８Ａ…ガイドロッド １８Ｂ…ガイド筒
１９…シリンダ
２０…スプリング
２１…分離器
２２…ファン
２３…ロータリーフィーダ
２４…開閉弁
２５…真空タンク

Claims (5)

1. 熱可塑性樹脂からなるプラスチック板にカーボン繊維、ケブラー繊維（登録商標）、ＰＢＯ繊維、超強力ポリエチレン繊維、高強力ポリアリレート繊維の何れかからなる高強度繊維を埋設してなる高強度繊維で強化されたプラスチック板の裁断装置であって、
   前記プラスチック板を打ち抜きして裁断する雌型(9)及び雄型(8)からなる金型(15)と、この金型(15)の雄型(8)と雌型(9)とを相対運動させる駆動機構(16)とを備え、
   前記雌型(9)は、雄型(8)との対向面の裁断面に、開口縁を前記プラスチック板(1)を裁断する裁断ラインに沿う形状の裁断刃(2)とする凹部(6)を有し、
   前記雄型(8)は、前記雌型(9)の凹部(6)に挿入される突出部(3)を有すると共に、この突出部(3)は、その先端縁に、刃先角を９０度以下としてＨＲＣ硬度を６４以上とする裁断刃(2)を設けており、
   さらに、前記突出部(3)の裁断刃(2)の外形と前記雌型(9)の凹部(6)の裁断刃(2)の内形との間隔を１００μｍ以下として、前記突出部(3)と凹部(6)との間に繊維の破断隙間(7)を設けており、
   前記突出部(3)が前記凹部(6)に挿入されて、突出部(3)及び凹部(6)の裁断刃(2)でもって前記プラスチック板(1)が裁断されると共に、プラスチック板(1)に埋設してなる繊維(4)を前記突出部(3)と前記凹部(6)との破断隙間(7)で破断するようにしてなる裁断装置であって、
   前記破断隙間(7)に強制送風して、破断隙間(7)で破断される高強度繊維の破断屑を吸収して回収する吸引回収機(10)を備え、
   前記雄型(8)の突出部(3)が前記雌型(9)の凹部(6)に挿入されて、前記プラスチック板(1)が裁断されて発生する繊維の破断屑が、前記破断隙間(7)に強制送風される気体流で吸引されて前記吸引回収機(10)に回収されるようにしてなる裁断装置。
2. 前記突出部(3)の裁断刃(2)の内側に、前記破断隙間(7)で破断される繊維の破断屑を吸収する吸入口(11)を設けており、この吸入口(11)を前記吸引回収機(10)に連結して、破断隙間(7)で発生する繊維の破断屑を吸引するようにしてなる請求項１に記載される裁断装置。
3. 前記凹部(6)の下方開口端を閉鎖構造にできる吸引チャンバー(12)に連結しており、この吸引チャンバー(12)を前記吸引回収機(10)に連結して、前記破断隙間(7)で発生する繊維の破断屑を吸引するようにしてなる請求項１又は２に記載される裁断装置。
4. 前記雌型(9)の雄型(8)との対向面に、前記破断隙間(7)で発生する繊維の破断屑を吸引する吸引溝(13)を設けており、この吸引溝(13)が前記吸引回収機(10)に連結されて、吸引回収機(10)が繊維の破断屑を回収するようにしてなる請求項１ないし３のいずれかに記載される裁断装置。
5. 前記凹部(6)の内面に破断隙間(7)で発生する繊維の破断屑を吸引する吸引口(14)を設けており、この吸引口(14)が前記吸引回収機(10)に連結されて、前記吸引回収機(10)が繊維の破断屑を回収するようにしてなる請求項１ないし４のいずれかに記載される裁断装置。

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