JP6837800B2

JP6837800B2 - プラスチック歯車に使用される繊維マットの裁断装置とこの裁断装置に使用される打ち抜き刃物

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Publication number: JP6837800B2
Application number: JP2016200006A
Authority: JP
Inventors: 達喜岡
Original assignee: 達喜岡
Priority date: 2016-10-11
Filing date: 2016-10-11
Publication date: 2021-03-03
Anticipated expiration: 2036-10-11
Also published as: JP2018062012A

Description

本発明は、アラミド繊維（芳香族ポリアミド繊維）、ポリイミド繊維、ＰＢＯ繊維、超高分子量ポリエチレン繊維、ポリアリリート繊維、炭素繊維、フッ素繊維、ＰＰＳ繊維等の有機繊維や、カーボン繊維、炭化ケイ素繊維、アルミナ繊維、ガラス繊維、金属繊維等の無機繊維を所定の厚さに集合してなる繊維マットを歯車の外形に裁断する裁断装置と、この裁断装置に使用する打ち抜き刃物に関する。
本明細書において「繊維マット」は、繊維を方向性なく所定の厚さの集合した不織布に特定するものでなく、複数枚の不織布を積層したもの、さらに繊維を種々の織り方で編組してなる複数の繊維クロスを積層したもの、さらに積層した繊維層を厚さ方向に貫通する厚さ方向糸のある三次元繊維などの立体繊維組織として所定の厚さとしてなるものを含む意味に使用する。
さらに、「繊維マット」は繊維組織のみからなるものには特定せず、繊維間に熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂を添加してなるプリプレグを含む意味に使用する。

繊維シートで補強された繊維強化プラスチック歯車は開発されている。このプラスチック歯車の製造方法として、繊維強化プラスチックを円筒形に成形した後、外周を切削して歯形とする方法（特許文献１参考）と、強化用長繊維と熱可塑性樹脂プリプレグの積層体を歯車の形状に打ち抜きして歯車とする方法（特許文献２）とが開発されている。

円筒状に加工して外周を歯形に切削する方法は、切削工程における切削量が多く、製造コストが高くなる欠点がある。プリプレグを歯形に打ち抜きして歯車を製造する方法は、切削加工を簡単にして能率よく多量生産できる特徴がある。

特開２００９−９７７００号公報特開平６−１１４８６３号公報

特許文献２に記載される製造方法は、ポンチを使用して、繊維強化プラスチック歯車に使用される強化用長繊維と熱可塑性樹脂プリプレグの有角度積層板を歯形に打ち抜きする。ポンチは、雌型に設けた貫通穴に挿入されて有角度積層板を打ち抜きする。ポンチによる裁断は、厚い有角度積層板を正確な外形の歯形に裁断することが難しく、とくにカーボン繊維などの強靭な強化用長繊維からなる有角度積層板を能率よく裁断できない欠点がある。とくに、小さい歯車の外形を正確な歯型に裁断できない欠点がある。また、裁断時におけるポンチ外周縁の損傷が甚だしく、充分な耐久性を実現できないことから、ランニングコストが相当に高くなる欠点もある。

本発明者はポンチの欠点を解消するために、先端縁に刃先を設けた金属板を歯型に折曲加工してトムソン刃を製作した。トムソン刃を使用して、平面状の受け台に繊維シートを載せ、繊維シートに刃先を押し付けて裁断すると、切断しやすい繊維を集合している薄い繊維シートを歯型に裁断できるが、カーボン繊維やケブラー繊維などの強靭な繊維シートを繰り返し裁断できない。とくに、トムソン刃は、強靭な繊維を厚く積層している繊維マットを切断できない。刃先が強靭な繊維を切断できず、また、切断時に金属板が変形して歯形が崩れるからである。

プラスチック歯車は金属歯車に代わって使用されることから、金属に匹敵する強度が要求される。とくに、歯車は、噛み合わせ状態で歯を局部的に接触させてトルクを伝達する繊維強化プラスチック歯車には、強靭な繊維を相当に厚く集合している繊維マットが使用される。このことから、繊維強化プラスチック歯車用の繊維マットを裁断する打ち抜き刃物には、強靭な繊維を厚く集合している繊維マットを、繰り返し正確な歯型に裁断できるという極めて難しい特性が要求される。

本発明は、以上の難しい課題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、低コストに製作できる打ち抜き刃物を使用しながら、強靭な補強繊維を厚く集合している繊維マットをも能率よく正確な歯形に裁断でき、さらに多数の繊維マットを繰り返し裁断しながら、正確な歯形に打ち抜きして、プラスチック歯車を安価に多量生産できるプラスチック歯車に使用される繊維マットの裁断装置とこの裁断装置に使用する打ち抜き刃物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

本発明の繊維強化プラスチック歯車に使用される繊維マットの裁断装置は、繊維マット１０を載せて裁断する裁断面２を上面に有する受け台１と、この受け台１の裁断面２に向かって移動して、裁断面２の繊維マット１０を裁断する打ち抜き刃物３と、この打ち抜き刃物３を往復運動させる刃物駆動機構５とを備える。

打ち抜き刃物３は、繊維マット１０を歯車形状に裁断する刃先部４を先端に設けてなる炭素鋼やハイスなどの鋼材からなる筒状の歯形刃物３Ａを備える。歯形刃物３Ａの刃先部４は、受け台１の裁断面２と平行な面内にあって、歯車の歯先を切断する歯先刃４Ａと、歯車の歯底を切断する歯底刃４Ｂと、歯先刃４Ａと歯底刃４Ｂとに連結されて歯車の歯面を切断する歯面刃４Ｃとを有している。さらに打ち抜き刃物は、歯形刃物３Ａの後端に固定してなる、歯形刃物３Ａよりも低硬度の金属からなるベース金属３Ｃを備え、ベース金属３Ｃを介して歯形刃物３Ａを刃物駆動機構５に連結している。

以上の繊維強化プラスチック歯車に使用される繊維マットの裁断装置は、低コストに製作できる打ち抜き刃物を使用して、強靭な補強繊維を厚く集合している繊維マットをも能率よく正確な歯形に裁断でき、さらに多数の繊維マットを繰り返し裁断しながら、正確な歯形の歯車状シートに打ち抜きでき、裁断された歯車状シートでもって繊維強化プラスチック歯車を安価に多量生産できる特徴を実現する。
とくに、以上の裁断装置の打ち抜き刃物は、ベース金属３Ｃの緩衝作用で、打ち抜き時の衝撃をベース金属３Ｃに吸収できるので、歯形刃物３Ａの硬度を高くしながら、打ち抜きする時の衝撃で、歯形刃物３Ａの刃先が損傷するのを防止できる。

歯形刃物３Ａは、外面を往復運動方向に傾斜する傾斜面として、刃先部４から後端に向かって次第に厚くして、その外面には、歯底刃４Ｂと歯面刃４Ｃとを先端縁として、刃先部４から後端に向かって伸びる複数のＶ溝１６を設けて、このＶ溝１６を、刃先部４から歯形刃物３Ａの後端に向かって次第に浅くして、歯底刃４Ｂから歯形刃物３Ａ後端までの歯底ライン１７の刃物角（α１）を、歯先刃４Ａから歯形刃物３Ａ後端までの外側ライン１８の刃物角（α２）よりも大きくし、また、歯形刃物３Ａは、歯底刃４Ｂを設けてなる領域における後端部の厚さ（Ｗ１）を、歯先刃４Ａを設けてなる領域における後端部の厚さ（Ｗ２）よりも厚くすることができる。

以上の打ち抜き刃物は、鋼材からなる歯形刃物３Ａの先端に、歯車の歯底を裁断する歯底刃４Ｂと、歯車の頂上部を裁断する歯先刃４Ａからなる刃先部４を設け、この歯形刃物３Ａの厚さを、先端の刃先部４から後端に向かって次第に厚くし、さらに、歯形刃物３Ａの外面には、先端を歯底刃４Ｂと歯面刃４Ｃとに配置しているＶ溝１６を設けて、Ｖ溝１６を先端の刃先部４から歯形刃物３Ａの後端に向かって次第に浅くして、刃先部４の変形を防止して繊維マット１０を裁断できる。とくに、以上の歯形刃物３Ａは、局部的に内側に突出する形状から変形しやすい歯底刃４Ｂを強靭な構造として、打ち抜き時の衝撃で歯底刃４Ｂが変形するのを確実に防止できる。歯底刃４Ｂは、歯車の歯底部を切断するために、局部的に内側に突出する形状で、打ち抜き時の瞬間的な応力で変形しやすく、さらに、歯底刃４Ｂは、打ち抜きされた繊維マット１０を内側に案内するために片刃形状とされることから、図６の断面図に示すように、刃先両面の中心線（Ａ）が歯形刃物３Ａの刃先部４が往復運動する方向に対して内側に傾斜し、打ち抜き時に矢印Ｂで示す応力を受ける。この応力は、繊維マット１０を裁断する毎に繰り返し歯底刃４Ｂに作用して変形させる原因となる。歯底刃４Ｂが刃先部４に作用する応力で次第に変形すると、打ち抜き刃物は多数の繊維マット１０を正確な歯車形状に裁断できない。

さらに、以上の打ち抜き刃物は、歯形刃物を前述の独得の形状として、打ち抜き時に瞬間的に作用する応力による刃先部４の変形を防止するので、裁断するのが極めて難しい強靭な繊維を厚く集合してなる繊維マットをも、正確な歯車形状に裁断でき、しかも繰り返し厚い繊維マットを裁断しながら正確な歯車形状に裁断できる特徴を実現する。

本発明の繊維強化プラスチック歯車に使用される繊維マットの裁断装置は、歯形刃物３Ａの内側形状を、刃先部４から後端に向かって、一部又は全体を次第に大きくすることができる。この裁断装置は、繊維マットを裁断して得られる歯車状シートをスムーズに歯形刃物の内部に案内でき、また内側に案内された歯車状シートをスムーズに歯形刃物から取り出しできる特徴がある。

本発明の繊維強化プラスチック歯車に使用される繊維マットの裁断装置は、歯形刃物３Ａの内面に、往復運動方向に伸びる縦溝と凸条とを交互に設けて、縦溝の先端縁に歯先刃４Ａを、縦溝の先端縁と凸条の先端縁との間に歯面刃４Ｃを、凸条の先端縁に歯底刃４Ｂを設けることができる。

本発明の繊維強化プラスチック歯車に使用される繊維マットの裁断装置は、歯形刃物３Ａの内面に設けている凸条の高さを、刃先部４から後端に向かって次第に低くすることができる。

また、本発明の繊維強化プラスチック歯車に使用される繊維マットの裁断装置は、歯形刃物３Ａの内側に、歯車状シートに貫通穴を裁断する円筒刃物３Ｂを配置し、この円筒刃物３Ｂの先端縁にはサブ刃先部４Ｄを設けて、サブ刃先部４Ｄを歯形刃物３Ａの刃先部４と同一平面に配置することができる。この裁断装置は、繊維マットを貫通穴のある歯車状シートを裁断できる。

本発明の繊維強化プラスチック歯車に使用される繊維マットの裁断装置は、歯形刃物３Ａの後端面に歯形刃物よりも低硬度の金属のベース金属３Ｃを固定して、ベース金属３Ｃを介して歯形刃物３Ａを刃物駆動機構に連結する。さらにこの打ち抜き刃物は、ベース金属３Ｃを、内側に裁断された歯車状シートを案内できる筒状とすることができる。

本発明の一実施例にかかる裁断装置に使用する打ち抜き刃物の斜視図である。図１に示す打ち抜き刃物の平面図である。図１に示す打ち抜き刃物の底面図である。図１に示す打ち抜き刃物の正面図である。図１に示す打ち抜き刃物の歯底刃と歯先刃部分の垂直断面図である。打ち抜き刃物の歯底刃が繊維マットを裁断する状態を示す断面図である。金属ブロックを放電加工して筒体とし筒体を研削して歯形刃物とする状態を示す斜視図である。繊維マットを打ち抜きする裁断装置の概略斜視図である。本発明の他の実施例にかかる打ち抜き刃物の正面図である。

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歯車に使用される繊維マットの裁断装置と打ち抜き刃物の製造方法を例示するものであって、本発明は裁断装置と打ち抜き刃物の製造方法を以下に特定しない。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、繊維マットを歯車形状の歯車状シートに裁断し、歯車状シートを繊維強化プラスチック歯車の補強繊維に使用する。プリプレグの繊維マットを裁断して得られる歯車状シートは、加圧状態でプラスチックを硬化させて繊維強化プラスチック歯車とし、プラスチックを含まない歯車状シートは、プラスチックを含浸し、あるいはプラスチックに埋設し、プラスチックを成形して繊維強化プラスチック歯車に加工する。歯車状シートを埋設している繊維強化プラスチック歯車は、プラスチックを硬化させた状態で外周面を切削し、あるいは研磨してより高精度な外形の繊維強化プラスチック歯車となる。本発明は、繊維強化プラスチック歯車に使用する繊維マットを裁断するための装置と打ち抜き刃物にかかるものであって、繊維強化プラスチック歯車の製造装置や製造方法にかかるものでない。したがって、繊維マットを歯車形状に裁断して得られる歯車状シートを使用して繊維強化プラスチック歯車とする方法や装置は、現在使用され、あるいはこれから開発される方法と装置が使用できる。

繊維強化プラスチック歯車の補強用に使用される繊維マットは、アラミド繊維（芳香族ポリアミド繊維）、ポリアミド繊維等の有機繊維や、カーボン繊維、炭化ケイ素繊維、アルミナ繊維、ガラス繊維、金属繊維等の無機繊維をからなり、これ等の繊維を集合して所定の厚さとしたもの、さらに繊維間に熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂を添加してなるプリプレグである。繊維マットは、繊維を三次元に集合したもので、とくに厚さ方向に延びる繊維によって層間剥離が防止される。したがって、繊維マットを補強繊維として埋設している繊維強化プラスチック歯車は金属歯車に匹敵する強度を実現する。

繊維マットを歯車形状に裁断した歯車状シートは、積層して、あるいは積層することなくプラスチックに埋設されて繊維強化プラスチック歯車に加工される。刃幅の広い、言い換えると厚い繊維強化プラスチック歯車は、歯車状シートを積層する枚数で刃幅を調整できる。また、薄い歯車状シートは積層して刃幅の広い繊維強化プラスチック歯車に加工できる。したがって、歯車状シートの積層して得られる繊維強化プラスチック歯車は、歯車状シートの厚さと、繊維強化プラスチック歯車の刃幅で積層枚数を調整する。

図８の繊維強化プラスチック歯車に使用される繊維マットの裁断装置は、繊維マット１０を載せて打ち抜き刃物３で裁断する裁断面２を上面に有する受け台１と、この受け台１の裁断面２に向かって移動して、裁断面２に配置している繊維マット１０を、歯車形状に裁断する打ち抜き刃物３と、この打ち抜き刃物３を往復運動させる刃物駆動機構５とを備える。

受け台１は金属プレートで、裁断面２を平面状としている。受け台は、全体又は表面をプラスチックやゴム製とすることもできる。金属プレートの受け台は、図６に示すように、表面に弾性シート１Ａを積層している。弾性シート１Ａは厚さを１ｍｍ〜１０ｍｍとするゴム状弾性体をシート状である。上面に弾性シート１Ａを積層している受け台１は、打ち抜き刃物３で繊維マット１０を打ち抜き加工する状態で、打ち抜き刃物３の刃先部４を弾性シート１Ａに密着させ、あるいは打ち抜き刃物３の刃先部４を弾性シート１Ａに挿入させて、繊維マット１０から打ち抜き加工される歯車状シート１１の裁断縁１１Ａを確実に綺麗に裁断できる。ただし、受け台は、必ずしも上面に弾性シートを配置する必要はなく、受け台の裁断面に打ち抜き刃物を接近ないし接触させて、繊維マットを打ち抜き加工して裁断することもできる。

刃物駆動機構５は、打ち抜き刃物３を上下に往復運動させて、受け台１の裁断面２に載せている繊維マット１０を打ち抜き刃物３で打ち抜きして裁断する。刃物駆動機構５は、打ち抜き刃物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。打ち抜き刃物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に載せている繊維マット１０を打ち抜きして歯車形状に裁断する。すなわち、打ち抜き刃物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に配置している繊維マット１０を受け台１と打ち抜き刃物３で挟んで、歯車形状に裁断する。

図１ないし図５に示す打ち抜き刃物３は、繊維マット１０を歯車形状の歯車状シート１１に裁断する歯形刃物３Ａと、この歯形刃物３Ａの内側に固定されて、歯車形状に裁断される歯車状シート１１の中心に貫通穴を設ける円筒刃物３Ｂとからなる。

打ち抜き刃物３は、歯形刃物３Ａで繊維マット１０を歯車形状の歯車状シート１１に裁断し、円筒刃物３Ｂで歯車形状に裁断される歯車状シート１１の中心に貫通穴を裁断する。歯形刃物３Ａと円筒刃物３Ｂは、各々の先端縁に、同一平面に刃先部４を配置して、繊維マット１０の外形と貫通穴とを同時に打ち抜きして裁断する。この打ち抜き刃物３で裁断される歯車状シート１１は、中心に貫通穴のある繊維強化プラスチック歯車に使用される。図１の打ち抜き刃物３は、歯形刃物３Ａと円筒刃物３Ｂとを設けて、中心に貫通穴のある歯車状シート１１を裁断するが、打ち抜き刃物３は必ずしも円筒刃物３Ｂを設けることなく、歯形刃物３Ａのみの構造とすることもできる。円筒刃物３Ｂのない打ち抜き刃物３は、中心に貫通穴のない歯車形状に歯車状シート１１を裁断する。中心に貫通穴のない歯車状シートは、中心に貫通穴のない繊維強化プラスチック歯車に使用され、あるいは、最後の工程で中心貫通穴を設けて、貫通穴のある繊維強化プラスチック歯車に加工される。

歯形刃物３Ａは、従来の打ち抜き刃物３のように、金属板を歯車形状に折曲加工して製作しない。歯形刃物３Ａは、金属ブロック１９を切削加工して製作される。金属ブロック１９は、円柱状又は厚い板状で、放電加工で筒状に加工した後、切削加工して製作される。金属ブロック１９の厚さは、歯形刃物３Ａの長さ（正確には往復運動方向の長さ）とする。歯形刃物３Ａの長さ、すなわち金属ブロック１９の厚さは、裁断される歯車の外径で調整する。金属ブロック１９の厚さ、すなわち歯形刃物３Ａの長さは、例えば繊維強化プラスチック歯車の外径の２０％以上であって２００％以下、好ましくは３０％以上であって１５０％以下、さらに好ましくは３５％以上であって１００％以下とする。例えば、外径を１００ｍｍとする繊維強化プラスチック歯車に使用する繊維マット１０の歯形刃物３Ａは、厚さを４５ｍｍとする金属ブロック１９を加工して製作される。

炭素鋼の金属ブロックは、歯形刃物に要求される硬さと脆さとを考慮して炭素の含有量を用途に最適な値に調整する。歯形刃物は、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、金属ブロック１９の炭素の含有量は、例えば１．４％以下、好ましくは０．７％以下、最適には０．４％以上とする。ただし、本明細書において炭素の含有量は質量パーセント濃度とする。金属ブロック１９は、放電加工で筒状に加工された後、砥石やヤスリで切削して先端に歯車形状の刃先部４を設け、その後焼き入れして、さらに研削して歯形刃物３Ａに加工される。刃先部４は、受け台１の裁断面２に載せた繊維マット１０を打ち抜きして歯車形状に裁断する。したがって、刃先部４、正確には刃先部の先端縁を、裁断面２と平行な面内に配置して、受け台表面の弾性シート１Ａに刃先縁をわずかに食い込ませて、繊維マット１０を歯車形状に裁断する。歯形刃物３Ａの内側に固定される円筒刃物３Ｂは、炭素の含有量を金属ブロック１９と同等とする炭素鋼板で製作される。歯形刃物は、炭素鋼に代わってハイスなどの鋼材で製作することもできる。円筒刃物３Ｂのサブ刃先部４Ｄも、受け台１の裁断面２に載せた繊維マット１０を打ち抜きして貫通穴を設ける。したがって、サブ刃先部４Ｄの先端縁も、受け台１の裁断面２と平行な面内に配置され、受け台表面の弾性シート１Ａに刃先縁がわずかに食い込んで、繊維マット１０を裁断する。

以下の製造工程で加工される歯形刃物の形状を図７に示す。
［切削工程］
この工程は、図７に示すように、金属ブロック１９を放電加工して所定の厚さの筒状に加工する。放電加工は、金属ブロック１９にワイヤ（図示せず）を貫通し、ワイヤと金属ブロック１９との間で放電させて、金属ブロック１９から筒体２０を分離する。放電加工は、ワイヤと金属ブロック１９とを相対的に移動させて、金属ブロック１９を筒状に切断する。放電加工で金属ブロック１９から切り離された筒体２０は、内面に、刃物の往復運動方向に延びる縦溝２１と凸条２２とを交互に設けて歯車形状としている。筒体２０は、その後に外周面を切削して、筒体２０の内面に設けている縦溝２１の先端縁を歯先刃４Ａに、縦溝２１の間に設けられる凸条２２の両側面の先端縁を歯面刃４Ｃに、溝底の先端縁を歯底刃４Ｂに加工される。

筒体２０の内面の歯車形状は、刃先部から後端まで同じ形状に加工される。この筒体２０は、縦溝２１と凸条２２が、歯形刃物３Ａの往復運動方向、言い換えると歯形刃物３Ａの中心軸方向に平行となる。ただ、筒体２０は、縦溝２１と凸条２２とを交互に設けている内面を、刃先部から後端に向かって次第に大きくなるテーパー状とすることもできる。

図７において、筒体２０は、外面を円柱に沿う形状としている。外面を円柱状として、内面を刃先部から後端までを同じ形状の歯車形状とする筒体は、放電加工でもって金属ブロックから簡単に製作できる。放電加工のワイヤを、金属ブロックの両面に対して垂直方向に配置し、金属ブロックとワイヤとを、相対的に両面に平行な面でＸ軸方向とＹ軸方向に移動して、筒体の内面と外面の両方を切断できるからである。ただし、筒体は、内面を刃先部から後端まで同じ形状とし、外面を刃先部から後端に向かって大きくするテーパー状に加工し、また内面と外面の両方を後端に向かって大きな形状とすることもできる。円柱状の金属ブロックを筒体に加工する方法は、筒体の外径に等しい円柱状の金属ブロックを使用して、筒体の内形のみを放電加工で切断して筒体を製作できる。

外面を円柱状とする筒体２０は、外側面を研削して、刃先部から後端に向かって外径を大きくするテーパー状に研削する。切削工程で外面をテーパー状に加工している筒体は、外面を研削してテーパー状に加工する工程を省略できる。さらに筒体２０は、先端部の外側面を研削して、先端に片刃の刃先部４を設けて切削筒２０Ａとする。

繊維マット１０を裁断する刃先部４は、歯先刃４Ａと歯面刃４Ｃと歯底刃４Ｂとが連結された歯車形状である。歯先刃４Ａは、歯車の歯先となる部分を切断し、歯面刃４Ｃは歯車の歯面となる部分を切断し、歯底刃４Ｂ歯車の歯底となる部分を切断する。歯先刃４Ａと歯面刃４Ｃと歯底刃４Ｂとからなる刃先部４は、内面を歯車形状とする筒体２０の外側面を研削して設けられる。

片刃の歯面刃４Ｃと歯底刃４Ｂは、筒体２０先端部の外面にＶ溝１６を研削して設けられる。Ｖ溝１６は、両面を歯面刃４Ｃに、溝底部を歯底刃４Ｂに配置する。Ｖ溝１６の溝底部が歯底刃４Ｂを設けるので、図に示すように、溝底部を所定の曲率半径で湾曲する形状とし、あるいは図示しないが所定の横幅とすることができる。Ｖ溝１６が、筒体２０の刃先部から後端に向かって次第に浅くなる形状によって、歯底刃４Ｂの刃物角を歯先刃４Ａの刃物角の大きくする。

図５の断面図は、歯先刃４Ａと歯底刃４Ｂの断面形状を示す。この図において、実線は歯底刃４Ｂの断面形状を示し、鎖線は歯先刃４Ａの断面形状を示している。歯底刃４Ｂの刃物角は、Ｖ溝１６を刃先部から後端に向かって浅くすることで、歯先刃４Ａの刃物角よりも大きくなる。図１と図５の歯形刃物３Ａは、図４の正面図に示すように、Ｖ溝１６を筒体２０の後端（図において下端）まで延長せず、また歯底刃４Ｂを、筒体２０の内面に突出する部分に設けているので、歯底刃４Ｂを設けている歯形刃物３Ａの後端部の厚さ（Ｗ１）は、歯先刃４Ａを設けている歯形刃物３Ａの後端部の厚さ（Ｗ２）よりも厚い。耐久性に優れた歯形刃物３Ａの実現において、この独得の構造は極めて重要である。繊維マット１０の打ち抜き工程において、内側に突出する歯底刃４Ｂの変形歪みを防止して耐久性を向上させるからである。

図１ないし図５に示す歯形刃物３Ａは、Ｖ溝１６を後端に向かって次第に浅くし、さらに、歯底刃４Ｂを設けた部分の後端部の厚さ（Ｗ１）を、歯先刃４Ａを設けた部分の後端部の厚さ（Ｗ２）より大きくすることで、歯底刃４Ｂから歯形刃物３Ａ後端までの歯底ライン１７の傾斜角、即ち歯底刃４Ｂの刃物角（α１）が、歯先刃４Ａから歯形刃物３Ａ後端までの傾斜角である歯先刃４Ａの刃物角（α２）よりも大きくしている。

さらに、刃先部４の先端部分を、先端縁から１ｍｍ〜５ｍｍ幅で外側面を研削して、刃物角を先端に向かって次第に大きくして、刃先部先端の仕上げ角を１０度以上であって６０度以下、さらに好ましくは１５度以上であって４５度以下として耐久性を向上している。

さらに図５に示す歯形刃物３Ａは、筒体２０の内側面の一部を研削して、刃先部から後端に向かって内側形状が次第に大きくしてなるテーパー状に加工している。図５の歯形刃物３Ａは、歯底刃４Ｂを設けるために、筒体２０の内側に突出している凸条２２を後端部で研削して、凸条２２を設けている部分を、後端に向かって次第に大きくなる形状としている。凸条２２は内側に突出するので簡単に切削できる。また、切削工程で得られる筒体２０は、後端を大きく開口しているので、この開口部からヤスリや砥石を筒体２０の内側に挿入して、凸条２２を簡単に研削できる。この歯形刃物３Ａは、凸条２２を後端部に向かって厚く研削することで、歯形刃物３Ａの後端に向かって凸条２２を次第に低くして、凸条２２部分の内側形状を後端に向かって次第に大きく加工できる。後端に向かって内側形状を大きくしてなる歯形刃物３Ａは、繊維マット１０の裁断された歯車状シート１１をスムーズに内側に案内でき、また内側に案内した歯車状シート１１を速やかに排出できる。
以上の切削工程は、金属ブロックを放電加工で筒状に切断した後、外周面を切削して切削筒に加工するが、本発明は、切削工程を以上の方法には特定しない。たとえば、所定の厚さの金属板を切断して金属ブロックとし、この金属ブロックを円柱状に切削した後、放電加工で円柱の内側を切断して切削筒に加工でき、また円柱状の金属ロッドを所定の長さに切断した後、放電加工して内側を切断して筒状に加工することもできるからである。さらに、筒状に加工された筒体は、放電加工の前工程で、あるいは後工程で先端部を切削して刃先部を設けることができるので、放電加工で金属ブロックを切削する工程と、切削して刃先部を設ける工程は、その前後を特定するものではない。

［焼き入れ工程］
切削工程で得られた切削筒２０Ａは、刃先部４を硬くするために焼き入れして、焼き入れ筒とする。焼き入れされた刃先部４は、ＨＲＣ硬度を６２以上、好ましくは約６５とするように焼き入れする。刃先部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、刃先部４は、ＨＲＣ硬度を６２よりも高く、好ましくは６４よりも高く、かつ７２よりも低く、好ましくは６６より低くなるように焼き入れする。焼き入れ後の刃先部４の硬度は、炭素の含有量と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部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、歯形刃物３Ａは、炭素の含有量を０．６％とする金属ブロック１９を使用し、焼き入れ温度を７８０℃〜９５０℃として、ＨＲＣ硬度を６２〜７２の範囲とする。刃先部４の焼き入れ後のＨＲＣ硬度を６５とする歯形刃物３Ａは、炭素の含有量を０．６％、焼き入れ温度を８５０℃とする。

［研磨工程］
焼き入れ筒は、この工程で仕上げ研磨して鋭利な刃先部４の歯形刃物３Ａとする。特に研磨工程は、刃先部４の先端部分の外側面を研磨して、仕上げ角を最適値に調整する。

歯形刃物３Ａは以上の工程で製作されるが、円筒刃物３Ｂは、細長い炭素鋼板を円柱に沿う形状に湾曲し、両端を溶接して筒状に加工すると共に、先端部分を研削して刃先部４を設けた後、焼き入れし、焼き入れの後さらに仕上げ研磨して製作される。円筒刃物３Ｂは、２ｍｍ〜５ｍｍの鋼材板で製作される。この鋼材板は、焼き入れする前工程で湾曲して円筒状に加工して、先端縁に円形のサブ刃先部４Ｄを設ける。円筒状の鋼材板は、先端部分の内側面を研削して円形のサブ刃先部４Ｄを設ける。

円筒刃物３Ｂは、サブ刃先部４Ｄに向かって刃物角が次第に大きくなる形状として、打ち抜き時の衝撃でサブ刃先部４Ｄが損傷するのを防止する。先端に向かって次第に刃物角を大きくする円筒刃物３Ｂは、先端の仕上げ角が、耐久性と裁断能力に影響を与える。したがって、円筒刃物３Ｂの仕上げ角は、好ましくは、１５度以上であって６０度以下、最適には約３０度とする。円筒刃物３Ｂは、刃先部４のＨＲＣ硬度を歯形刃物３Ａと同等とするように焼き入れする。

円筒刃物３Ｂは連結金具２３を介して歯形刃物３Ａに固定される。連結金具２３は、円筒刃物３Ｂ及び歯形刃物３Ａの後端に溶接して固定されて、円筒刃物３Ｂを歯形刃物３Ａの同心位置に配置し、かつ、円筒刃物３Ｂのサブ刃先部４Ｄと、歯形刃物３Ａの刃先部４を同一平面に配置する。図４の打ち抜き刃物３は、円筒刃物３Ｂと歯形刃物３Ａとの間に４本の連結金具２３を放射状に固定している。図４の連結金具２３は、一端を円筒刃物３Ｂの外側に溶接して固定し、他端を歯形刃物３Ａに設けた嵌合凹部に入れて溶接して固定している。連結金具２３と円筒刃物３Ｂと歯形刃物３Ａは後端面を同一平面に配置している。この打ち抜き刃物３は、連結金具２３と円筒刃物３Ｂと歯形刃物３Ａとを同一平面に配置している後端面を刃物駆動機構で押圧して、繊維マット１０を裁断する。

さらに、図９に示す打ち抜き刃物は、歯形刃物３Ａの後端面にベース金属３Ｃを固定している。ベース金属３Ｃは、歯形刃物３Ａよりも低硬度の金属で製作される。ベース金属３Ｃは、たとえば歯形刃物３Ａよりも炭素の含有量の少ない金属で製作して歯形刃物よりも低い硬度にできる。ベース金属は刃物としての硬度が要求されないので、歯形刃物よりも低硬度の鉄や鉄合金である。ベース金属３Ｃは歯形刃物３Ａの後端面に面接触状態に密着して固定される。歯形刃物は、ベース金属を介して刃物駆動機構に連結される。この構造の打ち抜き刃物は、ベース金属３Ｃの緩衝作用で、打ち抜き時の衝撃をベース金属３Ｃに吸収できるので、歯形刃物３Ａの硬度を高くしながら、打ち抜きする時の衝撃で、歯形刃物３Ａの刃先部が損傷するのを防止できる。

ベース金属３Ｃは歯形刃物３Ａの後端に溶接して固定されて、裁断された歯車状シートを内側に案内できる筒状に製作される。ベース金属３Ｃは、好ましくは、連結部の内形を歯形刃物３Ａと同じ形状として、連結部に段差ができない状態で連結されて、裁断された歯車状シートを変形させることなくスムーズに内側に案内できる。図９の打ち抜き刃物は、連結金具２３をベース金属３Ｃと円筒刃物３Ｂに固定して、円筒刃物３Ｂをベース金属３Ｃの後端に連結している。ただし、ベース金属は必ずしも筒状に加工する必要はなく、たとえば図示しないが所定の厚さの金属板とすることもできる。

１…受け台
１Ａ…弾性シート
２…裁断面
３…打ち抜き刃物
３Ａ…歯形刃物
３Ｂ…円筒刃物
３Ｃ…ベース金属
４…刃先部
４Ａ…歯先刃
４Ｂ…歯底刃
４Ｃ…歯面刃
４Ｄ…サブ刃先部
５…刃物駆動機構
６…上下台
７…シリンダ
１０…繊維マット
１１…歯車状シート
１１Ａ…裁断縁
１６…Ｖ溝
１７…歯底ライン
１８…外側ライン
１９…金属ブロック
２０…筒体
２０Ａ…切削筒
２１…縦溝
２２…凸条
２３…連結金具

Claims

繊維マットの裁断面を上面に有する受け台と、この受け台の裁断面に向かって移動して、裁断面の繊維マットを裁断する打ち抜き刃物と、この打ち抜き刃物を往復運動させる刃物駆動機構とを備え、
前記打ち抜き刃物は、繊維マットを歯車形状に裁断する刃先部を先端に設けてなる鋼材からなる筒状の歯形刃物を備え、
前記歯形刃物の刃先部は、前記受け台の裁断面と平行な面内にあって、歯車の歯先を切断する歯先刃と、歯車の歯底を切断する歯底刃と、前記歯先刃と前記歯底刃とに連結されて歯車の歯面を切断する歯面刃とを有し、
前記打ち抜き刃物が、前記歯形刃物の後端に固定してなる、前記歯形刃物よりも低硬度の金属からなるベース金属を備え、前記ベース金属を介して前記歯形刃物が前記刃物駆動機構に連結されてなることを特徴とする繊維強化プラスチック歯車に使用される繊維マットの裁断装置。
請求項１に記載される繊維強化プラスチック歯車に使用される繊維マットの裁断装置であって、
前記歯形刃物の内側形状が、前記刃先部から後端に向かって一部又は全体を次第に大きくしてなることを特徴とする繊維強化プラスチック歯車に使用される繊維マットの裁断装置。
請求項１又は２に記載される繊維強化プラスチック歯車に使用される繊維マットの裁断装置であって、
前記歯形刃物の内面に、往復運動方向に伸びる縦溝と凸条とを交互に設けており、
前記縦溝の先端縁に前記歯先刃が設けられ、前記縦溝の先端縁と前記凸条の先端縁との間に歯面刃が設けられ、前記凸条の先端縁に歯底刃を設けてなることを特徴とする繊維強化プラスチック歯車に使用される繊維マットの裁断装置。
請求項３に記載される繊維強化プラスチック歯車に使用される繊維マットの裁断装置であって、
前記歯形刃物が、前記凸条の高さを、刃先部から後端に向かって次第に低くしてなることを特徴とする繊維強化プラスチック歯車に使用される繊維マットの裁断装置。
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歯車に使用される繊維マットの裁断装置であって、
前記打ち抜き刃物が、前記歯形刃物の内側に、歯車状シートに貫通穴を裁断する円筒刃物を有し、
前記円筒刃物が先端縁にサブ刃先部を有し、前記サブ刃先部と前記刃先部が同一平面に配置されてなることを特徴とする繊維強化プラスチック歯車に使用される繊維マットの裁断装置。
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歯車に使用される繊維マットの裁断装置であって、
さらに前記歯形刃物は、
外面には、前記歯底刃と歯面刃とを先端縁とし、刃先部から後端に向かって延びる複数のＶ溝を有し、
前記Ｖ溝は、前記刃先部から前記歯形刃物の後端に向かって次第に浅く形成されてなることを特徴とする繊維強化プラスチック歯車に使用させる繊維マットの裁断装置。
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歯車に使用される繊維マットの裁断装置であって、
前記歯形刃物は、前記歯底刃から前記歯形刃物後端までの歯底ラインの刃物角（α１）が、前記歯先刃から歯形刃物後端までの外側ラインの刃物角（α２）よりも大きいことを特徴とする繊維強化プラスチック歯車に使用される繊維マットの裁断装置。
請求項１ないし７のいずれかに記載される繊維強化プラスチック歯車に使用される繊維マットの裁断装置であって、
前記歯形刃物は、前記歯底刃を設けてなる領域における後端部の厚さ（Ｗ１）が、前記歯先刃を設けてなる領域における後端部の厚さ（Ｗ２）よりも厚いことを特徴とする繊維強化プラスチック歯車に使用される繊維マットの裁断装置。
請求項１ないし８のいずれかに記載される繊維強化プラスチック歯車に使用れさる繊維マットの裁断装置であって、
前記ベース金属が、内側に歯車状シートを案内する筒状であることをことを特徴とする繊維強化プラスチック歯車に使用される繊維マットの裁断装置。
繊維マットの裁断面を上面に有する受け台の裁断面に向かって、刃物駆動機構で打ち抜き刃物を往復運動させて、裁断面の繊維マットを裁断する裁断装置に使用される打ち抜き刃物であって、
繊維マットを歯車形状に裁断する刃先部を先端に設けてなる鋼材からなる筒状の歯形刃物と、
前記歯形刃物の後端に固定してなる前記歯形刃物よりも低硬度の金属からなるベース金属とを備え、
前記歯形刃物が、前記ベース金属を介して刃物駆動機構に連結されるようにしてなり、
前記歯形刃物の刃先部は、前記歯形刃物が刃物駆動機構に連結された状態で受け台の裁断面と平行な面内に配置される、歯車の歯先を切断する歯先刃と、歯車の歯底を切断する歯底刃と、前記歯先刃と前記歯底刃とに連結されて歯車の歯面を切断する歯面刃とを有することを特徴とする繊維強化プラスチック歯車に使用される繊維マットを裁断する打ち抜き刃物。