WO2016017803A1 - 超音波ナイフ、切断成形体の製造方法、ワークピースの切断方法、及び超音波切断装置 - Google Patents

超音波ナイフ、切断成形体の製造方法、ワークピースの切断方法、及び超音波切断装置 Download PDF

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WO
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molded body
ultrasonic
knife
cut
cutting
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PCT/JP2015/071810
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English (en)
French (fr)
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秀治 小池
弘之 堤
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Teijin Ltd
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Teijin Ltd
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B26—HAND CUTTING TOOLS; CUTTING; SEVERING
    • B26D—CUTTING; DETAILS COMMON TO MACHINES FOR PERFORATING, PUNCHING, CUTTING-OUT, STAMPING-OUT OR SEVERING
    • B26D1/00—Cutting through work characterised by the nature or movement of the cutting member or particular materials not otherwise provided for; Apparatus or machines therefor; Cutting members therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B26—HAND CUTTING TOOLS; CUTTING; SEVERING
    • B26D—CUTTING; DETAILS COMMON TO MACHINES FOR PERFORATING, PUNCHING, CUTTING-OUT, STAMPING-OUT OR SEVERING
    • B26D3/00—Cutting work characterised by the nature of the cut made; Apparatus therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B26—HAND CUTTING TOOLS; CUTTING; SEVERING
    • B26D—CUTTING; DETAILS COMMON TO MACHINES FOR PERFORATING, PUNCHING, CUTTING-OUT, STAMPING-OUT OR SEVERING
    • B26D7/00—Details of apparatus for cutting, cutting-out, stamping-out, punching, perforating, or severing by means other than cutting
    • B26D7/08—Means for treating work or cutting member to facilitate cutting

Definitions

  • the present invention relates to an ultrasonic knife for cutting a molded body containing carbon fiber and a thermoplastic resin, and aims to provide an excellent ultrasonic knife capable of reducing blade wear and breakage and extending the life of the blade. Is.
  • Patent Document 2 A technique of cutting the member to be cut without crushing the member to be cut by moving the cut member along the line to the member to be cut has also been studied (Patent Document 2).
  • Patent Documents 3 and 4 A technique of ultrasonically cutting a fiber fabric or an intermediate material for FRP molding is also known (Patent Documents 3 and 4).
  • the present invention provides an ultrasonic knife that can stably cut a molded body and reduce the replacement frequency of a cutting blade when cutting a molded body containing carbon fibers and a thermoplastic resin.
  • a method for producing a cut molded body by cutting a molded body using the above method is provided.
  • ⁇ 1> The ultrasonic knife whose knife edge angle is 45 degrees or more and less than 90 degrees.
  • ⁇ 2> The ultrasonic knife according to ⁇ 1>, wherein the blade length of the knife is at least twice the thickness of the knife.
  • ⁇ 3> The ultrasonic knife according to ⁇ 1> or ⁇ 2>, wherein the knife edge angle is 45 ° or more and less than 80 °.
  • ⁇ 4> ⁇ 1>- ⁇ 3> A cut molded body comprising a treatment of cutting a molded body containing carbon fiber and a thermoplastic resin by the action of ultrasonic vibration using the ultrasonic knife according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 3>. Manufacturing method.
  • ⁇ 5> The method for producing a cut molded article according to ⁇ 4>, wherein the molded article is cut by ultrasonically vibrating an ultrasonic knife.
  • ⁇ 6> ⁇ 4> or ⁇ 5> wherein the angle formed by the length direction of the blade of the ultrasonic knife and the fiber axis surface of the carbon fiber contained in the molded body is in the range of 30 ° to 90 °, and is ultrasonically oscillated.
  • the manufacturing method of the cutting molded object as described in 2.
  • the ultrasonic knife moves in the molded body while cutting the molded body in a direction that forms an angle of 0 ° or more with respect to the direction of ultrasonic vibration ⁇ 4.
  • ⁇ 11> ⁇ 1>- ⁇ 3> A method for cutting a workpiece comprising carbon fiber and a thermoplastic resin, wherein the ultrasonic knife according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 3> is used.
  • ⁇ 12> ⁇ 1>- ⁇ 3> An ultrasonic cutting apparatus comprising the ultrasonic knife according to any one of ⁇ 1> and ⁇ 3> and an ultrasonic oscillator.
  • the ultrasonic cutting device according to ⁇ 12> which has a mechanism that vibrates an ultrasonic knife with an ultrasonic oscillator.
  • the ultrasonic knife according to the present invention suppresses the generation of burrs after cutting even if the knife edge angle is obtuse to some extent in order to prevent blade wear, and cuts a molded body containing carbon fiber and thermoplastic resin.
  • the cut molded object excellent in the designability of the cut surface can be obtained.
  • (A) represents a schematic diagram (side view) of the ultrasonic knife
  • (b) represents a schematic diagram of the AA ′ cross section (cross section in the direction perpendicular to the blade length direction) in (a)
  • (C) represents the example of the cross-sectional shape of the direction orthogonal to the length direction of a blade.
  • (C-1) to (c-5) are, respectively, (c-1) single-sided, (c-2) single-sided, (c-3) double-sided, (c-4) double-sided, (c-5) ) Double-edged on both sides.
  • (C-6) to (c-9) are those in which the shape of the ridgeline of the blade is curved, sawtooth, or recessed in the thickness direction of the blade when the cross section of the blade of the ultrasonic knife with one blade on each side is viewed, and The ultrasonic knife which has a hole which penetrates in the thickness direction of a blade is illustrated.
  • (C) The schematic diagram which drawn the example of the attitude
  • (6A) to (6G) Ultrasonic knives with various edge shapes are illustrated in side views as seen from the thickness direction of the blades.
  • (7A) to (7D) shows an example of an ultrasonic knife viewed from the blade tip direction (equivalent to a plan view), a diagram viewed from the blade tip direction, a diagram viewed from the left side of the blade, and a perspective view. Is.
  • (7A) is equal to a cross-sectional view in a direction perpendicular to the length direction of the blade.
  • the fiber axis surface (two-dimensional plane) and cutting direction (the moving direction of the ultrasonic knife) of the carbon fiber in the molded body (workpiece) to be cut It is a schematic diagram of an example where and are non-parallel. In this figure, the description of the ultrasonic oscillator and the cords connecting the apparatus and the ultrasonic knife are omitted in the same manner as in the above figure, and the body of the body without the blade of the ultrasonic knife is further omitted. The description is also omitted.
  • the manufacturing method (workpiece cutting method) of the cutting molded object of the present invention it is a schematic diagram of an example in which the molded object (workpiece) to be cut is a long sheet.
  • Carbon fiber Any carbon fiber such as polyacrylonitrile (PAN), petroleum pitch, coal pitch, rayon, and lignin can be used as the carbon fiber contained in the molded article of the present invention.
  • PAN-based carbon fibers using PAN as a raw material are preferable because they are excellent in productivity and mechanical properties on an industrial scale.
  • the form of the carbon fiber constituting the molded body is not particularly limited, and may be any of continuous fiber, discontinuous fiber, woven fabric, knitted fabric, and non-woven fabric, and the fiber axes of a plurality of carbon fibers form substantially the same plane. And preferred. In the context of the present invention, this substantially identical plane is referred to as the fiber axis surface.
  • the fiber axis surface is preferably in a two-dimensional plane in the XY direction (hereinafter sometimes abbreviated as a two-dimensional plane (XY direction)) in the molded body.
  • the two-dimensional plane refers to the smallest dimension in the Z-direction in the XYZ coordinate system, that is, the thickness among the dimensions of the molded body in the front-rear, left-right, and vertical directions (three-dimensional directions) As appropriate, it is a plane in the XY direction when the X direction (width) and the Y direction (depth) are set.
  • the molded body when the carbon fiber is layered, it can be said that the molded body has a plurality of fiber axis surfaces.
  • a unidirectional material in which continuous fibers are arranged in one direction to form a sheet may be used.
  • a method for producing the unidirectional material a general method can be used.
  • a unidirectional plastic tape is prepared by a method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2013-104056, and then laminated to form a molded body. It is also good.
  • the unidirectional material it is possible to use a multi-layered material (for example, alternately laminated in the orthogonal direction) so that the fiber arrangement directions of the respective layers intersect each other, that is, a material having a plurality of fiber axial surfaces.
  • the carbon fibers in the present invention are discontinuous fibers, and are dispersed in a random direction in a two-dimensional plane (XY direction in FIG. 3). May be.
  • the dispersion in a random direction in the two-dimensional plane means that the carbon fibers are randomly distributed in a two-dimensional plane direction of the molded body, not in a specific direction like one direction. Means a state in which it is arranged in a plane without showing a specific directionality.
  • the carbon fibers are dispersed in a random direction in the two-dimensional plane, it is preferable because it is a substantially in-plane isotropic material having no anisotropy in the two-dimensional plane of the molded body.
  • the shaped body can be regarded as containing carbon fibers in the form of an infinite number of fiber axial surface pseudo-laminates.
  • the carbon fiber and the thermoplastic resin fiber or the like may be made into a sheet or a plate by wet papermaking, and the discontinuous carbon fibers are arranged so as to be dispersed and overlapped. It may be a sheet, plate, or mat.
  • the average fiber length of the carbon fibers contained in the molded body is preferably 1 to 100 mm, more preferably 3 to 100 mm, still more preferably 5 to 100 mm, still more preferably 8 mm to 100 mm, particularly preferably 10 to 100 mm, especially 12 to 50 mm is markedly preferred.
  • the average fiber length of the carbon fiber is shorter than 1 mm, the role as the reinforcing fiber cannot be sufficiently achieved and sufficient strength may not be obtained.
  • the average fiber length is longer than 100 mm, the fluidity at the time of molding is low, and the desired molded article may not be obtained.
  • the carbon fibers may be composed of carbon fibers having a single fiber length, and carbon fibers having different fiber lengths may be mixed.
  • the average fiber length may be a number average fiber length or a weight average fiber length, but a weight average fiber length is preferred.
  • the length of each discontinuous carbon fiber is substantially the same, and the length is the weight average of both the number average fiber length. It can also be regarded as the fiber length.
  • the volume ratio of carbon fibers contained in the molded body defined by the following formula (1) is not particularly limited, but the carbon fibers are random in a two-dimensional plane. In the case of a dispersed form in any direction, the carbon fiber volume fraction (Vf) in the molded body is preferably 10 to 70 Vol%.
  • Vf 100 ⁇ carbon fiber volume / (carbon fiber volume + thermoplastic resin volume)
  • the carbon fiber volume ratio in the molded body is 10 Vol% or more, desired mechanical properties are easily obtained.
  • the fluidity of the molding material is improved, and a desired shape is easily obtained during molding.
  • a more preferable range of the carbon fiber volume ratio in the fiber reinforced resin material is 20 to 60 Vol%, and a further preferable range is 30 to 50 Vol%.
  • thermoplastic resin for example, vinyl chloride resin, vinylidene chloride resin, vinyl acetate resin, polyvinyl alcohol resin, polystyrene resin, acrylonitrile-styrene resin (AS resin), acrylonitrile-butadiene-styrene.
  • ABS resin acrylic resin, methacrylic resin, polyethylene resin, polypropylene resin, various thermoplastic polyamide resins, polyacetal resin, polycarbonate resin, polyethylene terephthalate resin, polyethylene naphthalate resin, Polybutylene naphthalate resin, Boribylene terephthalate resin, Polyarylate resin, Polyphenylene ether resin, Polyphenylene sulfide resin, Polysulfone resin, Polyethersulfone resin Fat, polyether ether ketone resins, such as polylactic acid-based resin.
  • nylon heat-melting polyamide
  • polycarbonate polyoxymethylene
  • polyphenylene sulfide polyphenylene ether
  • modified polyphenylene ether polyethylene terephthalate
  • polybutylene terephthalate polyethylene naphthalate
  • polyethylene polypropylene
  • polystyrene polymethyl methacrylate
  • AS resin ABS resin
  • preferred thermoplastic resins include polyamide resins such as nylon 6, polybutylene terephthalate resins, polyethylene resins, polypropylene resins, polyacetal resins, polyphenylene sulfide resins, and the like.
  • Nylon which is one of polyamide resins, includes PA6 (also called polycaproamide, polycaprolactam, poly ⁇ -caprolactam), PA26 (polyethylene adipamide) PA46 (polytetramethylene adipamide), PA66 (polyhexamethylene adipamide), PA69 (polyhexamethylene azepamide), PA610 (polyhexamethylene sebacamide), PA611 (polyhexamethylene undecamide) , PA612 (polyhexamethylene dodecanamide), PA11 (polyundecanamide), PA12 (polydodecanamide), PA1212 (polydodecane dodecamide), PA6T (polyhexamethylene terephthalamide), PA6I (polyhexamethylene terephthalamide), PA6I (polyhexamethylene terephthalamide), PA6I (polyhexamethylene terephthalamide), PA6I (polyhexamethylene terephthalamide), PA6
  • the ultrasonic knife in this invention cuts the molded object containing carbon fiber and a thermoplastic resin.
  • the thickness of the molded object that is the object to be cut is not particularly limited, but if it is too thick, the cutting resistance increases, the cutting speed becomes slow, or the blade may be missing.
  • the following is preferable, 3 mm or less is more preferable, and 2 mm or less is most preferable.
  • there is no limitation in particular in the shape of a molded object It can select suitably according to a use, such as not only the thing of the complicated shape which has a three-dimensional shape but flat plate shape, curved plate shape, and corrugated plate shape.
  • the molded product in the present invention is not limited to the molded product that is the final product, but may be an intermediate molded product in the middle of molding, and includes a thermoplastic resin and carbon fiber, and a material that can be cut is a material. However, it corresponds to a molded body.
  • the ultrasonic knife in the present invention has a knife edge angle of 45 ° or more and less than 90 °.
  • the knife edge angle in the present invention is also referred to as a blade angle, which is a vertex angle of a blade in a cross section perpendicular to the length direction of the blade, and is a blade angle (blade angle) of a portion to be cut in contact with a workpiece.
  • FIG. 1A shows a schematic diagram of the ultrasonic knife of the present invention (a side view of the ultrasonic knife viewed from the thickness direction of the blade).
  • the ultrasonic knife 2 in FIG. 1A has a blade 3.
  • Reference numeral 3-1 denotes the length of the blade of the ultrasonic knife.
  • FIG. 1B shows a schematic diagram of the shape of the AA ′ cross section which is a direction orthogonal to the length (3-1) direction of the blade 3.
  • the apex angle 1 of the blade is the knife edge angle.
  • 3-2 indicates the thickness of the blade of the ultrasonic knife.
  • the cross-sectional shape in the direction orthogonal to the blade length direction is not particularly limited.
  • An example of a cross-sectional shape in a direction perpendicular to the length direction of the blade is shown in FIG. (C-1) to (c-5) are, respectively, (c-1) single-sided, (c-2) single-sided, (c-3) double-sided, (c-4) double-sided, (c-5) ) Double-edged on both sides.
  • (C-6) to (c-9) are those in which the shape of the ridgeline of the blade is curved, sawtooth, or recessed in the thickness direction of the blade when the cross section of the blade of the ultrasonic knife with one blade on each side is viewed, and
  • the ultrasonic knife which has a hole which penetrates in the thickness direction of a blade is illustrated.
  • the knife edge angle is preferably 45 ° or more and less than 80 °, and more preferably 48 ° or more and less than 70 °.
  • a thermoplastic resin molded body not containing carbon fibers is cut with an ultrasonic knife having a knife edge angle of 45 ° or more, a large amount of burrs are generated.
  • the ultrasonic knife is an ultrasonic cutting knife and does not refer to the entire apparatus including the ultrasonic oscillator.
  • the ultrasonic knife of the present invention has a knife blade length that is less than the thickness of the knife from the viewpoint of cutting efficiency, ease of blade preparation, and less restrictions due to the size and shape of the molded object to be cut. It is preferably 2 times or more, more preferably 5 times or more, even more preferably 15 times or more, and particularly preferably 20 times or more. There is no particular upper limit on the length of the blade of the ultrasonic knife / the thickness of the ultrasonic knife (hereinafter sometimes referred to as the blade length / thickness ratio), but from the viewpoint of ease of production and handling If provided, it is more preferably 150 times or less, and particularly preferably 80 times or less.
  • a preferable numerical range of the blade length / thickness ratio can be appropriately selected from the above upper limit value and lower limit value, but is preferably 5 times or more and 150 times or less, more preferably 8 times or more and 150 times or less, The ratio is more preferably 15 times or more and 150 times or less, and further preferably 20 times or more and 80 times or less.
  • the length of the blade refers to the “blade span” (hawatari) in Japanese, that is, the shortest distance between the tip of the blade and the root of the blade. In FIG. That's it.
  • the shape of the ultrasonic knife is not particularly limited, and the knife edge angle and the blade thickness may differ depending on the location of the blade.
  • the shape of the blade edge when the ultrasonic knife is viewed from the thickness direction of the blade is not limited to a straight blade as illustrated in FIG. Or a combination thereof (a part of the cutting edge is linear, the rest is curved, etc.).
  • Various examples of the shape of the cutting edge are illustrated in (6A) to (6G) of FIG.
  • the shape of the ridgeline of the blade may also be linear, sawtooth, curved, or a combination thereof.
  • the blade of the ultrasonic knife may have a hole that penetrates in the thickness direction. Examples of the shape of the edge of the blade when the cross section of the blade of the ultrasonic knife is viewed are illustrated in (C-6) to (C-9) of FIG.
  • the material of the ultrasonic knife of the present invention iron, tungsten, diamond, titanium, aluminum or the like may be used alone, or an alloy such as high speed steel, stainless steel, carbide, duralumin or the like may be used.
  • the ultrasonic knife made of these materials may be one whose surface is further plated or coated.
  • the ultrasonic knife of the present invention is preferably for cutting a carbon fiber composite material.
  • the method for producing a cut molded body of the present invention includes a process for cutting a molded body containing carbon fibers and a thermoplastic resin by the action of ultrasonic vibration using the ultrasonic knife. It is.
  • the knife is preferably subjected to ultrasonic vibration along the length of the knife in the frequency range of 20 to 40 kHz by an ultrasonic generator, and the amplitude is preferably in the range of 10 to 100 ⁇ m, 40 ⁇ m is more preferable. If the frequency is 40 kHz or less, the length of the knife blade can be easily increased, and the ultrasonic knife is excellent.
  • the frequency x amplitude is preferably in the range of 200 to 4000 kHz ⁇ ⁇ m, and more preferably in the range of 700 to 1800 kHz ⁇ ⁇ m. If it is within the above range, for example, even when the feeding speed exceeds 500 mm / sec or more and exceeds 1000 mm / sec at the maximum in cutting the molded body, sharp and smooth cutting can be performed without any trouble such as knife breakage.
  • the ultrasonic knife is connected to an ultrasonic generator, and the molded body is cut by ultrasonic vibration transmitted from the ultrasonic generator to the tip of the knife.
  • a known ultrasonic generator can be used.
  • the output of the ultrasonic generator is not particularly limited, but if an example of the numerical range of the output is given, it is 1 to 4000 W, its upper limit is preferably 800 W, more preferably 500 W, and its lower limit is 10 W. Is preferable, and 100 W is more preferable.
  • the molded body in the process of cutting a molded body containing carbon fiber and a thermoplastic resin by the action of ultrasonic vibration, the molded body is cut by ultrasonically vibrating an ultrasonic knife.
  • the molded body is cut by ultrasonically vibrating an ultrasonic knife.
  • a method is preferable, and a method in which an ultrasonic knife is ultrasonically vibrated in the length direction of the blade to cut the formed body is more preferable.
  • the vibration direction of the ultrasonic knife in the present invention (7 in FIG. 4, 7 in FIGS. 5 (a) and (c)) is not particularly limited, but the angle formed with the fiber axis of the carbon fiber is 30 ° or more and 90 ° or less ( It is preferable to be 8 in FIG. 4 and 8) in FIGS. 5 (a) and 5 (c). In the present invention, the angle is expressed by an acute angle of 90 ° or less.
  • an ultrasonic knife at a position indicated by an angle 8' can be expressed as an obtuse angle as an increase in the angle 8; Is not expressed using an obtuse angle, and the angle between the two directions is also regarded as the angle between the lines, and is represented by a minimum angle, that is, an acute angle. It is preferable that the angle formed by the vibration direction of the ultrasonic knife and the fiber axis surface is 30 ° or more, since roughening of the cut surface and processing burrs are further suppressed.
  • a more preferable angle is 40 ° to 90 °, an even more preferable angle is 40 ° to 80 °, a still more preferable angle is 40 ° to 70 °, and a particularly preferable angle is 45 ° to 60 °.
  • the angle is 90 ° or less (even 90 °)
  • the cut (delamination or carbon fiber is missing) or fine cracks are generated.
  • the angle is less than 90 °, vibration of the molded body during cutting and rubbing between the side surface of the ultrasonic knife and the cut surface of the molded body are less likely to occur. Less and less knife loss.
  • the angle formed by the length direction of the blade of the ultrasonic knife and the fiber axis surface of the carbon fiber contained in the molded body is in the range of 30 ° to 90 °. It is preferable to ultrasonically vibrate.
  • the angle formed by the length direction of the blade of the ultrasonic knife and the fiber axis surface of the carbon fiber contained in the molded body is more preferably 40 ° to 90 °, and more preferably 40 ° to 80 °. More preferably, 40 ° to 70 ° is more preferable, and 45 ° to 60 ° is particularly preferable.
  • the vibration direction of the ultrasonic knife is preferably the same as the length direction of the blade, and it is not necessary that they are completely the same, and the angle formed by the vibration direction and the length direction of the blade is 10 ° or less. Preferably, it is 5 ° or less, more preferably 2 ° or less.
  • the direction of the blade length can also be referred to as the direction of the cutting edge line (knife edge).
  • the molded body to be cut is a carbon fiber contained in the molded body, which is a continuous fiber oriented in one direction or a two-dimensional random dispersion. It is preferably a continuous fiber.
  • the form of the carbon fiber in the present invention is not particularly limited, but the carbon fiber contained in the molded body is dispersed in a random direction within a two-dimensional plane (two-dimensional random dispersion). (Fig. 3).
  • a molded body in which carbon fibers are dispersed in a random direction within a two-dimensional plane is used, some carbon fibers may be oriented three-dimensionally. In this case, the effect of the present invention can be obtained by vibrating within a range of 30 ° or more and 90 ° or less with respect to a fiber axial surface made of approximately 50% carbon fiber.
  • the vibration direction of the preferable ultrasonic knife is preferably 30 ° or more and 90 ° or less with respect to the fiber axis surface of the carbon fiber, so that the fiber axis surface is a two-dimensional plane of the molded body.
  • the angle formed by the vibration direction and the two-dimensional plane is preferably 30 ° or more and 90 ° or less.
  • a more preferable angle formed by the vibration direction and the two-dimensional plane is 40 ° to 90 °, an even more preferable angle is 40 ° to 80 °, a further preferable angle is 40 ° to 70 °, and a particularly preferable angle is It is 45 ° -60 °.
  • the carbon fibers are dispersed in a random direction within a two-dimensional plane, and a plurality of carbon fibers have their fiber axes substantially in the same plane, In the plane, it can be said that the fiber axes of the carbon fibers are not oriented.
  • the direction shown to 7 of FIG. 4 is illustrated.
  • the vibration direction preferably coincides with the length direction of the ultrasonic knife.
  • an angle indicated by 8 in FIG. 4 is exemplified.
  • the attitude of the ultrasonic knife is within the range of the direction along the side surface of the cone shown by the dotted line in FIG. It can be set appropriately.
  • the thing of the continuous fiber in which the carbon fiber contained in a molded object orientated to one direction can be used.
  • the vibration direction of the preferable ultrasonic knife described above can be 30 ° or more and 90 ° or less with respect to the fiber axis surface of each carbon fiber.
  • the fiber axis surface formed by these carbon fibers that is, 30 ° or more and 90 ° or less with respect to the two-dimensional plane. It will be preferable.
  • a more preferable angle with respect to the two-dimensional plane is 40 ° to 90 °, an even more preferable angle is 40 ° to 80 °, a further preferable angle is 40 ° to 70 °, and a particularly preferable angle is 45 ° to 60 °. It is.
  • each layer is regarded as a fiber axis surface, that is, a two-dimensional plane.
  • the angular range related to the vibration direction of the ultrasonic knife is the same range.
  • the vibration direction of the ultrasonic knife in the case of cutting a formed body that is a unidirectional material with an ultrasonic knife the direction shown by 7 in FIG. 5C is exemplified.
  • the ultrasonic knife may be vibrated within the range of the conical direction indicated by the dotted lines in FIGS.
  • the ultrasonic knife may move in the molded body while cutting the molded body in a direction that forms an angle of 0 ° or more with respect to the direction of ultrasonic vibration.
  • the ultrasonic knife moves in the molded body while cutting the molded body in a direction that forms an angle of 30 ° or more and 90 ° or less with respect to the direction of ultrasonic vibration, and the angle is 40 ° to 90 °. Is more preferably 40 ° to 80 °, even more preferably 40 ° to 70 °, and particularly preferably 45 ° to 60 °.
  • the fiber axis surface (two-dimensional plane) of the carbon fiber in the molded body and the direction in which the ultrasonic knife moves in the molded body while cutting the molded body (the cutting direction)
  • the angle 8 formed by the fiber axis surface and the vibration direction may be different from the angle 11 formed by the cutting direction and the vibration direction.
  • a molded body containing carbon fiber and a thermoplastic resin is cut to obtain a cut molded body.
  • the carbon fibers and thermoplastic resins contained in the cut molded body include the same carbon fibers and thermoplastic resins as described above.
  • the molded body containing carbon fiber and thermoplastic resin is obtained by molding a molding material containing carbon fiber and thermoplastic resin with a molding die.
  • an object made of a material containing carbon fiber and a thermoplastic resin for example, a mixture of carbon fiber and thermoplastic resin formed into a sheet shape with a heating roller, a 3D printer, a carbon fiber It may be a fusion lump or the like generated due to an apparatus abnormality when manufacturing the reinforced resin or its injection-molded body.
  • the present invention when expressed in terms of a workpiece, which means an intermediate product processed by a tool or a machine, in the manufacturing process, uses the above-described ultrasonic knife of the present invention, carbon fiber, and thermoplasticity.
  • the present invention also relates to a method for cutting a workpiece including resin.
  • a preferred embodiment of the method for cutting the workpiece is the same as that described above with respect to the method for manufacturing the cut molded body.
  • FIG. 9 shows an example of a method of cutting a workpiece including carbon fibers and a thermoplastic resin, which is a long sheet-like material, using an ultrasonic knife.
  • an angle 8 formed by the fiber axis surface of the carbon fiber in the workpiece and the vibration direction of the ultrasonic knife, and an angle 11 formed by the cutting direction and the vibration direction by the ultrasonic knife. is substantially the same.
  • the present invention also relates to an ultrasonic cutting apparatus including the above-described ultrasonic knife of the present invention and an ultrasonic oscillator. It is preferable that the ultrasonic cutting device has a mechanism for vibrating an ultrasonic knife by an ultrasonic oscillator.
  • Unitika KE435-POG is a carbon fiber (Tenax STS40 manufactured by Toho Tenax Co., Ltd., average fiber diameter of 7 ⁇ m) that is cut into an average fiber length of 16 mm and distributed in a random direction in a two-dimensional plane so as to have an average basis weight of 270 g / m 2.
  • PA6 A flat composite material 1 having a carbon fiber volume ratio (Vf) of 35% and a thickness of 1 mm was produced by sandwiching between 5 sheets of cloth and pressing at 260 ° C. and 2.5 MPa. The obtained composite material 1 was heated at 280 ° C. for 2 minutes using an IR heater to obtain a heat-softened sheet 1. Thereafter, the heat-softening sheet 1 was sandwiched between an upper mold and a lower mold to form a flat molded body 1. The molding conditions were a mold temperature of 100 ° C. and a pressure of 15 MPa for 1 minute.
  • a molded body was prepared in the same manner as the molded body 1 except that polycarbonate (Teijin Limited: L-1225Y) was used instead of Unitika KE435-POG (PA6) used in the molded body 1. Obtained.
  • polycarbonate Teijin Limited: L-1225Y
  • PA6 Unitika KE435-POG
  • Carbon fiber (Tenax STS40-24KS manufactured by Toho Tenax, fiber diameter 7 ⁇ m, tensile strength 4000MPa) is laminated with PA6 film (Unitika Emblem ON 25 ⁇ m thickness), and 32 layers are stacked alternately at 0 ° and 90 ° in the fiber direction (carbon The composite material 3 was produced by heating and compressing at 260 ° C., 2 MPa, 20 minutes, and the fibers were alternately 0 ° 90 °, symmetrical lamination, carbon fiber volume ratio (Vf) 47%, 1 mm thickness. The obtained composite material 3 was molded in the same manner as the composite material 1 to obtain a flat molded body 3.
  • PA6 film Unitika Emblem ON 25 ⁇ m thickness
  • the unidirectional molding material was cut into a size of 400 mm ⁇ 400 mm, dried with a hot air dryer at 120 ° C.
  • the molded body 6 is the same as the composite material 1 except that the carbon fiber is replaced with glass fiber EX-2500 (average fiber diameter 15 ⁇ m) fiber manufactured by Nippon Electric Glass Co., Ltd., and the basis weight is adjusted so that Vf is 35%. Was made.
  • the molded body 1 is made of cemented carbide with a knife edge angle of 50 ° (angle 1 in FIG. 1B), a blade length (length 3-1 in FIG. 1) of about 25 mm, and a thickness of 1 mm.
  • the ultrasonic knife is operated in the length direction of the blade under the conditions of output 200 to 400 W, vibration frequency 40 kHz, amplitude 10 to 40 ⁇ m.
  • the molded body was cut by ultrasonic vibration to obtain a cut molded body.
  • the cutting speed was 300 mm / second.
  • the angle formed by the length direction of the blade of the ultrasonic knife and the two-dimensional plane (XY direction) of the molded body at the time of cutting was 90 °.
  • This angle is also an angle in a direction in which the ultrasonic knife moves while cutting the molded body with respect to the direction of ultrasonic vibration.
  • Example 2 The ultrasonic wave is the same as in Example 1 except that the angle formed by the length direction of the blade of the ultrasonic knife and the two-dimensional plane (XY direction) of the molded body (angle 8 in FIG. 4) is 45 °.
  • the molded body was cut using a knife to obtain a cut molded body. The results are shown in Table 1.
  • Example 3 The ultrasonic wave is the same as in Example 1 except that the angle formed by the length direction of the blade of the ultrasonic knife and the two-dimensional plane (XY direction) of the molded body (angle 8 in FIG. 4) is 30 °.
  • the shaped body was cut using a knife. The results are shown in Table 1.
  • Example 4 The molded body was cut using an ultrasonic knife in the same manner as in Example 1 except that the molded body 2 was used. The results are shown in Table 1.
  • Example 5 The molded body was cut using an ultrasonic knife in the same manner as in Example 1 except that the molded body 3 was used. The results are shown in Table 1.
  • Example 6 The molded body was cut using an ultrasonic knife in the same manner as in Example 1 except that the molded body 4 was used. The results are shown in Table 1.
  • Example 7 The molded body was cut using an ultrasonic knife in the same manner as in Example 1 except that an ultrasonic knife having a knife edge angle of 75 ° was used. The results are shown in Table 1.
  • Example 1 The molded body was cut using an ultrasonic knife in the same manner as in Example 1 except that an ultrasonic knife having a knife edge angle of 23 ° was used. The results are shown in Table 1.
  • Example 2 The molded body was cut using an ultrasonic knife in the same manner as in Example 1 except that an ultrasonic knife having a knife edge angle of 17 ° was used. The results are shown in Table 1.
  • Example 3 The molded body was cut using an ultrasonic knife in the same manner as in Example 1 except that an ultrasonic knife having a knife edge angle of 95 ° was used. The results are shown in Table 1.
  • Reference Example 2 The molded body was cut using an ultrasonic knife in the same manner as in Reference Example 1 except that an ultrasonic knife having a knife edge angle of 23 ° was used. The results are shown in Table 1.
  • the ultrasonic knife for cutting a molded body containing the carbon fiber and the thermoplastic resin of the present invention has a significantly longer blade life than conventional ones, and is produced in large quantities, particularly represented by automobiles and home appliances. It is suitable for use.
  • the matrix may be used for cutting a molded body of a material other than the thermoplastic resin, for example, a carbon fiber reinforced material such as a thermosetting resin or rubber.
  • Knife edge angle of ultrasonic knife 1 Knife edge angle of ultrasonic knife 2 Ultrasonic knife 3 Blade of ultrasonic knife 3-1 Length of blade of ultrasonic knife 3-2 Thickness of blade of ultrasonic knife 4 Including carbon fiber and thermoplastic resin Molded body (workpiece) 5 Discontinuous carbon fiber 6 Planned cutting part 7 Vibration direction of ultrasonic knife 8, 8 ′ Angle formed by fiber axial plane ⁇ 2-dimensional plane (XY direction) ⁇ of carbon fiber and ultrasonic knife vibration direction 9 Unidirectional carbon fiber 10 Direction in which the ultrasonic knife moves through the molded body while cutting the molded body (cutting direction) 11 Angle of cutting direction with respect to vibration direction of ultrasonic knife

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Abstract

　炭素繊維と、熱可塑性樹脂とを含む成形体を切断する際に、安定して成形体を切断でき、切断刃の交換頻度を低減できる超音波ナイフ（２）及びこれを用いて成形体を切断し、切断成形体を製造する方法を提供することを目的とし、ナイフエッジ角度（１）が４５°以上９０°未満である、超音波ナイフ（２）を提供する。

Description

超音波ナイフ、切断成形体の製造方法、ワークピースの切断方法、及び超音波切断装置
　本発明は炭素繊維と熱可塑性樹脂とを含む成形体を切断する超音波ナイフに関するものであり、刃の摩耗や折損を軽減し、刃の寿命を延命できる優れた超音波ナイフを提供しようとするものである。
　一般的に、自動車の樹脂製バンパーや樹脂製ダッシュボード等の樹脂成形体を切断する場合、プレスによる打ち抜き加工やエンドミルによる切削加工が行われている。
　同様に、超音波発振器にナイフを接続し、ナイフを振動させながら樹脂成形体に当てて樹脂成形体を切断する、つまり超音波ナイフによる超音波切断も、従来から一般的に用いられている（特許文献１）。超音波切断に関しては、高周波振動機構に連結された振動刃が、刃先の一方の面を被切断部材の表面に対して所定の角度で傾斜されて保持された状態で、この刃先の一方の面に沿って被切断部材へ向けて移動させることにより、被切断部材を押し潰すことがなく被切断部材を切断するとの手法も検討されている（特許文献２）。
　その他、繊維布帛やＦＲＰ成形用中間素材を超音波切断する方法も知られている（特許文献３および４）。
日本国特開平２－９７３５号公報 日本国特開平１０－２１７１９３号公報 日本国特開２００２－３２１１８９号公報 日本国特開平３－４３１８９号公報
　しかしながら、特許文献１や２に記載の従来の超音波ナイフでは刃の厚みが薄いため、これを用いて炭素繊維と熱可塑性樹脂とを含む成形体（炭素繊維複合材料）を切断する場合、切断効果を向上させるため刃の振動の振幅を増大させると、刃にクラックや破損が発生する恐れがある。
　刃の振動の振幅を大きくし、かつ刃の強度を確保するために刃の厚さを大きくすることが考えられるが、刃の厚さが大きくなりすぎると、切断抵抗が増して、切断成形体の切断面の性状が悪化し、必ずしも良い結果が得られない。この課題は、特許文献３～４など他の超音波切断による技術によっても解決されていない。
　本発明者らは、切断対象物に炭素繊維と熱可塑性樹脂とが含まれた成形体を選んだ場合、炭素繊維が存在しているために、樹脂のみが含まれた成形体を切断する場合に比べて、ナイフの刃を摩耗、あるは欠損させ、刃の寿命が著しく短くなるという課題が生じることを見出した。
　そこで本発明は、かかる状況に鑑み、炭素繊維と、熱可塑性樹脂とを含む成形体を切断する際に、安定して成形体を切断でき、切断刃の交換頻度を低減できる超音波ナイフ及びこれを用いて成形体を切断し、切断成形体を製造する方法を提供するものである。
　本発明者らは鋭意検討した結果、以下に示す手段により、上記課題を解決できることを見出し、本発明に到達した。
＜１＞
　ナイフエッジ角度が４５°以上９０°未満である、超音波ナイフ。
＜２＞
　ナイフの刃の長さが、ナイフの厚さに対して２倍以上である＜１＞に記載の超音波ナイフ。
＜３＞
　ナイフエッジ角度が４５°以上８０°未満である＜１＞または＜２＞に記載の超音波ナイフ。
＜４＞
　＜１＞～＜３＞の何れか１項に記載の超音波ナイフを用いて、炭素繊維と、熱可塑性樹脂とを含む成形体を超音波振動の作用により切断する処理を含む、切断成形体の製造方法。
＜５＞
　超音波ナイフを超音波振動させて成形体を切断する＜４＞に記載の切断成形体の製造方法。
＜６＞
　超音波ナイフの刃の長さ方向と、成形体に含まれる炭素繊維の繊維軸面とのなす角を３０°以上９０°以下の範囲にして、超音波振動させる、＜４＞または＜５＞に記載の切断成形体の製造方法。
＜７＞
　成形体に含まれる炭素繊維が、一方向に配向した連続繊維であるか、又は２次元ランダム状に分散している不連続繊維である、＜４＞～＜６＞のいずれか１項に記載の切断成形体の製造方法。
＜８＞
　成形体に含まれる炭素繊維が、２次元ランダム状に分散している、平均繊維長が１～１００ｍｍの不連続繊維である、＜４＞～＜７＞のいずれか１項に記載の切断成形体の製造方法。
＜９＞
　成形体に含まれる炭素繊維の体積割合（Ｖｆ）が１０Ｖｏｌ％以上７０Ｖｏｌ％以下である、＜４＞～＜８＞のいずれかに１項に記載の切断成形体の製造方法。
＜１０＞
　超音波ナイフを用いて成形体を切断する処理において、超音波振動の方向に対して０°以上の角度をなす方向に、超音波ナイフが成形体を切断しながら成形体中を移動する＜４＞～＜９＞のいずれかに１項に記載の切断成形体の製造方法。
＜１１＞
　＜１＞～＜３＞の何れか１項に記載の超音波ナイフを用いる、炭素繊維と、熱可塑性樹脂とを含むワークピースの切断方法。
＜１２＞
　＜１＞～＜３＞のいずれか１項に記載の超音波ナイフと、超音波発振器とを含む超音波切断装置。
＜１３＞
　超音波ナイフを超音波発振器により振動させる機構を有する＜１２＞に記載の超音波切断装置。
　本発明者らは、熱可塑性樹脂を含む成形体が炭素繊維で強化されていた場合、刃が摩耗しやすい一方、切断時の剥離性は向上していることを見出した。
　したがって、本発明の超音波ナイフは、刃の摩耗を防ぐためにある程度ナイフエッジ角度を鈍角にしていても、切断後にバリの発生は抑制され、炭素繊維と、熱可塑性樹脂とを含む成形体を切断した際、切断面の意匠性に優れた切断成形体を得ることができる。
（ａ）は超音波ナイフの模式図（側面図）を表し、（ｂ）は（ａ）におけるＡ－Ａ’断面（刃の長さ方向に直交する方向の断面）形状の模式図を表し、（ｃ）は刃の長さ方向に直交する方向の断面形状の例を表す。（ｃ－１）～（ｃ－５）は、それぞれ（ｃ－１）片側片刃、（ｃ－２）片側両刃、（ｃ－３）両側片刃、（ｃ－４）両側片刃、（ｃ－５）両側両刃である。（ｃ－６）～（ｃ－９）は、それぞれ片側両刃の超音波ナイフの刃の断面を見たとき刃の稜線の形状が曲線状、鋸歯状、刃の厚み方向に窪みあるもの、および刃の厚み方向に通孔する孔があるものである超音波ナイフを例示したものである。 超音波ナイフによる成形体の切断の模式図。 炭素繊維が２次元平面内においてランダムな方向に分散している成形体を切断する模式図。（ａ）成形体と超音波ナイフを示す模式図。（ｂ）成形体を切断する場所を示した模式図。（ｃ）成形体の端部を切断する場所を示した模式図。 炭素繊維が２次元平面内においてランダムな方向に分散している成形体を切断する際の、超音波ナイフの姿勢の例及びそのうちの一例における超音波ナイフの振動方向を描いた模式図。 （ａ）一方向の連続した炭素繊維に対する、超音波ナイフの姿勢の例及びそのうちの一例における超音波ナイフの振動方向を描いた模式図。（ｂ）炭素繊維が一方向に配向した連続繊維である、成形体の模式図。（ｃ）炭素繊維が一方向に配向した連続繊維である成形体を切断する際の、超音波ナイフの姿勢の例及びそのうちの一例における超音波ナイフの振動方向を描いた模式図。 （６Ａ）～（６Ｇ）様々な刃先形状の超音波ナイフを、それらの刃の厚み方向から見た側面図で例示したものである。 （７Ａ）～（７Ｄ）超音波ナイフの一例について、刃の先端方向から見た図（平面図相当）、刃先方向から見た図、刃の左側面から見た図、および斜視図を示したものである。当該例の超音波ナイフでは、（７Ａ）は刃の長さ方向に直交する方向の断面図に等しい。 本発明の切断成形体の製造方法（ワークピースの切断方法）において、切断される成形体（ワークピース）における炭素繊維の繊維軸面（２次元平面）と切断方向(超音波ナイフの移動方向)とが非平行である一例の模式図である。なお、本図においては上記の図と同様に超音波発振装置や、当該装置と超音波ナイフとを接続しているコード類の記載を省略し、更に超音波ナイフの刃がついていない胴部の記載も省略した。 本発明の切断成形体の製造方法（ワークピースの切断方法）において、切断される成形体（ワークピース）が長尺のシート状物である一例の模式図である。
　以下に、本発明の実施の形態について順次説明するが、本発明はこれらに制限されるものではない。
［炭素繊維］
　本発明の成形体に含まれる炭素繊維としては、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系、石油ピッチ系、石炭ピッチ系、レーヨン系、リグニン系など、何れの炭素繊維も使用することができる。特に、ＰＡＮを原料としたＰＡＮ系炭素繊維が、工業規模における生産性及び機械的物性に優れており好ましい。
［炭素繊維の形態］
　成形体を構成する炭素繊維の形態はとくに限定されず、連続繊維、不連続繊維、織物、編み物、不織布のいずれでもよく、複数本の炭素繊維の繊維軸が略同一平面を形成する形態であると好ましい。本発明に関して、この略同一平面を繊維軸面と称する。この繊維軸面は、成形体においてＸＹ方向の２次元平面｛以下、２次元平面(ＸＹ方向)と略記することがある｝にあると好ましい。ここで、２次元平面(ＸＹ方向)とは、成形体の前後、左右、上下方向（３次元方向）の寸法のうち、最も小さいものをＸＹＺ座標系におけるＺ方向の寸法、つまり厚みとして残りを適宜、Ｘ方向(幅)、Ｙ方向(奥行き)とした場合のＸＹ方向の平面のことである。成形体において、炭素繊維が層状になっている場合は、当該成形体は複数の繊維軸面を有すると言える。
　１．炭素繊維の配向が一方向の場合
　連続繊維の場合は、連続繊維を一方向に配列させてシート状にした一方向材であっても良い。一方向材の製造方法は一般的方法を利用することができ、例えば日本国特開２０１３－１０４０５６号公報に記載の方法で、一方向性プラスチックテープを作成した後に、これを積層して成形体としても良い。この際、一方向材は、各層の繊維配列方向が互いに交差するよう多層に積層（例えば直交方向に交互に積層）したもの、つまりは複数の繊維軸面を有するものを使用することもできる。
　２．炭素繊維が２次元平面内においてランダムな方向に分散している場合
　本発明における炭素繊維は、不連続繊維であって、２次元平面内（図３のＸＹ方向）においてランダムな方向に分散していてもよい。ここで、２次元平面内においてランダムな方向に分散しているとは、炭素繊維が、成形体の２次元平面内方向において一方向のような特定方向ではなく無秩序に分散しており、全体的には特定の方向性を示すことなく平面内に配置されている状態を言う。炭素繊維が２次元平面内においてランダムな方向に分散していた場合、成形体の２次元平面内に異方性を有しない、実質的に面内等方性の材料となり好ましい。当該成形体は無数の繊維軸面の擬似積層物の形態で炭素繊維を含有しているとみなすことができる。この場合、成形体を作成するにあたり、炭素繊維と熱可塑性樹脂繊維等とを湿式抄造してシート状や板状にしたものでもよく、不連続の炭素繊維が分散して重なるように配置させてシート状や板状、あるいはマット状にしたものであってもよい。
　（炭素繊維の平均繊維長）
　成形体に含まれる炭素繊維の平均繊維長は好ましくは１～１００ｍｍ、より好ましくは３～１００ｍｍ、より一層好ましくは５～１００ｍｍ、さらに好ましくは８ｍｍ～１００ｍｍ、特に好ましくは１０～１００ｍｍ、中でも１２～５０ｍｍが際立って好ましい。炭素繊維の平均繊維長が１ｍｍより短い場合、強化繊維としての役割を十分に果たせなく、十分な強度が得られない場合がある。逆に平均繊維長が１００ｍｍより長い場合、成形する時の流動性が低く、望む成形体が得られない場合がある。炭素繊維は単一の繊維長の炭素繊維で構成してもよく、異なる繊維長の炭素繊維が混在しても構わない。
　上記の平均繊維長は数平均繊維長でも重量平均繊維長でも良いが、重量平均繊維長が好ましい。炭素繊維ストランド等を一定の長さに切断して得られる不連続炭素繊維混合物においては、１つ１つの不連続炭素繊維の長さほぼ同じであり、その長さは数平均繊維長とも重量平均繊維長ともみなすことができる。
　（繊維体積割合）
　本発明において、下記式（１）で定義される成形体に含まれる炭素繊維体積割合（以下、単に「Ｖｆ」ということがある）に特に限定は無いが、炭素繊維が２次元平面内においてランダムな方向に分散させた形態であった場合、成形体における炭素繊維体積割合（Ｖｆ）は、１０～７０Ｖｏｌ％であることが好ましい。
　式（１） Ｖｆ＝１００×炭素繊維体積／（炭素繊維体積＋熱可塑性樹脂体積）
　成形体における炭素繊維体積割合が１０Ｖｏｌ％以上の場合、所望の機械物性が得られやすい。一方、７０Ｖｏｌ％以下の場合、成形体を作成する際、成形材料の流動性が向上し、成形時に所望の形状を得られやすい。
　繊維強化樹脂材料中における炭素繊維体積割合のより好ましい範囲は２０～６０Ｖｏｌ％であり、さらに好ましい範囲は３０～５０Ｖｏｌ％である。
　（熱可塑性樹脂）
　本発明に用いる熱可塑性樹脂について、例えば、塩化ビニル系樹脂、塩化ビニリデン系樹脂、酢酸ビニル系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂、ポリスチレン系樹脂、アクリロニトリル－スチレン系樹脂（ＡＳ樹脂）、アクリロニトリル－ブタジエン－スチレン系樹脂（ＡＢＳ樹脂）、アクリル系樹脂、メタクリル系樹脂、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、各種の熱可塑性ポリアミド系樹脂、ポリアセタール系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエチレンテレフタレート系樹脂、ポリエチレンナフタレート系樹脂、ポリブチレンナフタレート系樹脂、ボリブチレンテレフタレート系樹脂、ポリアリレート系樹脂、ポリフェニレンエーテ系樹脂、ポリフェニレンスルフィド系樹脂、ポリスルホン系樹脂、ポリエーテルスルホン系樹脂、ポリエーテルエーテルケトン系樹脂、ポリ乳酸系樹脂などが挙げられる。なかでも、ナイロン（熱溶融性ポリアミド）、ポリカーボネート、ポリオキシメチレン、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンエーテル、変性ポリフェニレンエーテル、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ＡＳ樹脂、ＡＢＳ樹脂等が挙げられる。好ましい熱可塑性樹脂としては、具体的にはナイロン６などのポリアミド系樹脂、ポリブチレンテレフタレート系樹脂、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、ポリアセタール系樹脂、ポリフェニレンスルフィド系樹脂などを挙げる事ができる。中でも、ポリアミド系樹脂、ポリブチレンテレフタレート系樹脂、ポリフェニレンスルフィド系樹脂は、耐熱性や機械的強度に優れるなど好適に用いられる。ポリアミド系樹脂の一つであるナイロン（以下「ＰＡ」と略記することがある）としては、ＰＡ６（ポリカプロアミド、ポリカプロラクタム、ポリε－カプロラクタムとも称される）、ＰＡ２６（ポリエチレンアジパミド）、ＰＡ４６（ポリテトラメチレンアジパミド）、ＰＡ６６（ポリヘキサメチレンアジパミド）、ＰＡ６９（ポリヘキサメチレンアゼパミド）、ＰＡ６１０（ポリヘキサメチレンセバカミド）、ＰＡ６１１（ポリヘキサメチレンウンデカミド）、ＰＡ６１２（ポリヘキサメチレンドデカミド）、ＰＡ１１（ポリウンデカンアミド）、ＰＡ１２（ポリドデカンアミド）、ＰＡ１２１２（ポリドデカメチレンドデカミド）、ＰＡ６Ｔ（ポリヘキサメチレンテレフタルアミド）、ＰＡ６Ｉ（ポリヘキサメチレンイソフタルアミド）、ＰＡ９１２（ポリノナメチレンドデカミド）、ＰＡ１０１２（ポリデカメチレンドデカミド）、ＰＡ９Ｔ（ポリノナメチレンテレフタラミド）、ＰＡ９Ｉ（ポリノナメチレンイソフタルアミド）、ＰＡ１０Ｔ（ポリデカメチレンテレフタラミド）、ＰＡ１０Ｉ（ポリデカメチレンイソフタルアミド）、ＰＡ１１Ｔ（ポリウンデカメチレンテレフタルアミド）、ＰＡ１１Ｉ（ポリウンデカメチレンイソフタルアミド）、ＰＡ１２Ｔ（ポリドデカメチレンテレフタラミド）、ＰＡ１２Ｉ（ポリドデカメチレンイソフタルアミド）、ポリアミドＭＸＤ６（ポリメタキシリレンアジパミド）からなる群より選ばれる少なくとも１種が好ましい。上記熱可塑性樹脂は、必要に応じて、安定剤、難燃剤、顔料、充填剤等の添加剤を含んでも差し支えない。これらの熱可塑性樹脂は、単独で用いてもよく、２種以上を併用しても、共重合体や変性体であってもよい。
　［成形体］
　本発明における超音波ナイフは、炭素繊維と熱可塑性樹脂を含む成形体を切断するものである。
　被切断対象物である成形体の厚みは特に限定されるものではないが、厚すぎると切断抵抗が大きくなり切断速度が遅くなったり、刃が欠ける可能性があったりする必要がある為、５ｍｍ以下が好ましく、３ｍｍ以下がより好ましく、２ｍｍ以下が最も好ましい。また、成形体の形状に特に限定はなく、３次元形状を有する複雑形状のものだけでなく、平板状、曲板状、波板状など、用途に応じて適宜選択することができる。
　なお、本発明における成形体とは、最終製品となった成形体だけでなく、成形の途中段階の中間成形体であっても良く、熱可塑性樹脂と炭素繊維を含み、切断可能なものは材料であっても成形体に該当する。
　［超音波ナイフ］
　本発明における超音波ナイフは、ナイフエッジ角度は４５°以上９０°未満である。本発明におけるナイフエッジ角度とは、刃角ともいい、刃の長さ方向に直交する方向の断面における刃の頂角であり、被加工物と接触して切断する部分の刃の角度（刃角）で表される。
　図１（ａ）に本発明の超音波ナイフの模式図（超音波ナイフを刃の厚み方向から見た側面図）を表す。図１（ａ）の超音波ナイフ２は、刃３を有する。３－１は、超音波ナイフの刃の長さを示している。刃３の長さ（３－１）方向に直交する方向であるＡ－Ａ’断面の形状の模式図を図１（ｂ）に示す。図１（ｂ）において、刃の頂角１が、ナイフエッジ角度である。また、３－２は、超音波ナイフの刃の厚みを示している。
　なお、刃の長さ方向に直交する方向の断面形状は、特に限定されない。刃の長さ方向に直交する方向の断面形状の例を図１（ｃ）に示す。（ｃ－１）～（ｃ－５）は、それぞれ（ｃ－１）片側片刃、（ｃ－２）片側両刃、（ｃ－３）両側片刃、（ｃ－４）両側片刃、（ｃ－５）両側両刃である。（ｃ－６）～（ｃ－９）は、それぞれ片側両刃の超音波ナイフの刃の断面を見たとき刃の稜線の形状が曲線状、鋸歯状、刃の厚み方向に窪みあるもの、および刃の厚み方向に通孔する孔があるものである超音波ナイフを例示したものである。
　ナイフエッジ角度は４５°以上８０°未満が好ましく、４８°以上７０°未満がより好ましい。
　通常、炭素繊維が含まれておらず、熱可塑性樹脂のみ含む成形体を、超音波ナイフを用いて切断する場合、ナイフエッジ角度は４５°未満であっても問題なく切断できる。一方、炭素繊維が含まれていない熱可塑性樹脂成形体を、ナイフエッジ角度が４５°以上の超音波ナイフで切断した場合にはバリが多量に発生してしまう。
　しかしながら、ナイフエッジ角度が４５°未満である超音波ナイフで、炭素繊維と熱可塑性樹脂とが含まれる成形体を切断した場合、刃にチッピングや著しい摩耗を生じる。これは成形体中に炭素繊維が含まれている為、超音波ナイフの刃への打撃が著しく増加するためと考えられる。
　ここで、炭素繊維が含まれた成形体の切断は、炭素繊維が入っていない成形体に比べて、剥離性が向上していることを、本発明者は発見した。明確な理由は定かではないが、超音波ナイフで成形体を切断する際、切断された炭素繊維の破片がナイフの刃の上に付着した熱可塑性樹脂を掻くことで剥離性を向上させていると本発明者は考えている。
　この剥離性向上の性質を利用し、ナイフエッジ角度を４５°以上で炭素繊維と、熱可塑性樹脂とを含む成形体を切断したところ、切断面にはバリが発生していない事を、本発明者は見出した。
　ただし、ナイフエッジ角度が９０°以上となると、ナイフの切れ味が著しく低下し、切断成形体の切断面に引き摺ったような跡がついてしまい、刃としての役割を果たさなくなる。
　なお、超音波ナイフとは、より正確にいうと超音波切断用ナイフであり、超音波発振機を含む装置全体をさすものではない。
　本発明の超音波ナイフは、切断の効率、刃の作製のし易さ、切断対象の成形体の寸法・形状などによる制約が少ない等の観点から、ナイフの刃の長さが、ナイフの厚さに対して２倍以上であることが好ましく、５倍以上であるとより好ましく、１５倍以上であるとより一層好ましく、２０倍以上であると特に好ましい。超音波ナイフの刃の長さ／超音波ナイフの厚さ（以下、刃の長さ／厚さ比と略称することがある）に、特に上限は無いが、作製や取扱いの容易さという観点からあえて設けるなら、１５０倍以下であるとより好ましく、８０倍以下であると特に好ましい。刃の長さ／厚さ比の好ましい数値範囲は、上記の上限値、下限値から適宜選択できるが、５倍以上１５０倍以下であると好ましく、８倍以上１５０倍以下であるとより好ましく、１５倍以上１５０倍以下であるとより一層好ましく、２０倍以上８０倍以下であると更に好ましい。
　ここで、刃の長さとは、日本語での「刃渡り」（ｈａｗａｔａｒｉ）、つまり、刃の先端と刃の根元との最短の距離を指し、図１（ａ）においては、３－１の長さである。
　（超音波ナイフの形状）
　超音波ナイフの形状は特に限定されるものではなく、刃の箇所によってナイフエッジ角度や刃の厚みが異なっていてもよい。また、超音波ナイフを刃の厚み方向から見たときの刃先形状については、図１（ａ）に例示されるような直線刃だけでなく、ギザギザした鋸歯状刃であっても、単純な円弧などの曲線状、またはこれらの組み合わせ（刃先の一部は直線状、残りは曲線状など）であっても良い。それら刃先形状の種々の例について図６の（６Ａ）～（６Ｇ）に例示する。
　図１（ｂ）に例示されるような超音波ナイフの刃の断面を見たとき刃の稜線の形状についても、直線状、鋸歯状、曲線状、またはこれらの組み合わせであっても良い。超音波ナイフの刃は、厚み方向に通孔する孔があるものでも良い。超音波ナイフの刃の断面を見たときの刃の稜線の形状の例について図１の（Ｃ－６）～（Ｃ－９）に例示する。
　（超音波ナイフの材質）
　本発明の超音波ナイフの材質としては、鉄、タングステン、ダイヤモンド、チタン、アルミニウムなどを単一で用いても良く、ハイス、ステンレス、超硬、ジュラルミンなどの合金を用いても良い。これらの材質からなる超音波ナイフは、更にその表面がメッキやコーティングを施されたものであっても良い。
　本発明の超音波ナイフは、炭素繊維複合材料切断用であることが好ましい。
　［切断成形体の製造方法］
　本発明の切断成形体の製造方法は、上記超音波ナイフを用いて、炭素繊維と、熱可塑性樹脂とを含む成形体を超音波振動の作用により切断する処理を含む、切断成形体の製造方法である。
　［超音波］
　ナイフには超音波発生器により振動数２０～４０ｋＨｚの範囲でナイフの長さ方向に沿って超音波振動を与えることが好ましく、その振巾は１０～１００μｍの範囲とするのが好ましく、１５～４０μｍがより好ましい。
　振動数が４０ｋＨｚ以下であれば、容易にナイフの刃の長さを長くすることができ、超音波ナイフとして良好なものとなる。
　より好ましい切断をするうえでは、前記振動数×振巾を２００～４０００ｋＨｚ・μｍの範囲とするのが好ましく、７００～１８００ｋＨｚ・μｍの範囲とするのがより好ましい。上記範囲内であれば例えば成形体の切断において送り速度が５００ｍｍ／ｓｅｃ以上、最大１０００ｍｍ／ｓｅｃを越えてもナイフの破損等の不具合もなくシャープかつスムーズな切断が行なえる。
　［超音波発生器］
　各図面には図示してはいないが、超音波ナイフは超音波発生装置に連結され、この超音波発生装置からナイフ先端部に伝達された超音波振動により成形体が切断されるものである。超音波発生器としては公知のものを利用できる。超音波発生器の出力に特に制限は無いが、出力の数値範囲について一例を挙げるなら１～４０００Ｗであり、その上限値としては８００Ｗが好ましく、５００Ｗであるとより好ましく、その下限値としては１０Ｗが好ましく、１００Ｗであるとより好ましい。
　本発明の切断成形体の製造方法において、炭素繊維と、熱可塑性樹脂とを含む成形体を超音波振動の作用により切断する処理には、超音波ナイフを超音波振動させて成形体を切断する方法と、成形体を超音波振動させて切断する方法があるが、超音波振動によるエネルギーをより効率的に用いて切断できるという観点から、超音波ナイフを超音波振動させて成形体を切断する方法が好ましく、超音波ナイフをその刃の長さ方向に超音波振動させて成形体を切断する方法がより好ましい。
　［超音波ナイフの振動方向］
　本発明における超音波ナイフの振動方向（図４の７、図５（ａ）（ｃ）の７）に特に限定はないが、炭素繊維の繊維軸面となす角度が３０°以上９０°以下（図４の８、図５（ａ）（ｃ）の８）であると好ましい。なお、本発明に関し、角度は９０°以下の鋭角で表現される。例えば、図４の符号８と８’に関して、符号８’の角度で示される位置にある超音波ナイフについては、符号８の角度が増大したものとして鈍角で表現することも可能だが、本発明においては鈍角を用いた表現はせず、２つの方向間の角度も線同士の角度とみなして最小の角度、つまり鋭角で示す。超音波ナイフの振動方向と繊維軸面とがなす角度が３０°以上であると、切断面の荒れや加工バリが更に抑制されるため好ましい。より好ましい角度は４０°～９０°であり、より一層好ましい角度は４０°～８０°であり、更に好ましい角度は４０°～７０°であり、特に好ましい角度は４５°～６０°である。本発明の超音波ナイフを用いた切断成形体の製造方法においては、上記角度が、９０°以下であれば（９０°でも）毟れ（デラミや炭素繊維の抜け）や、微細なクラックが発生しにくく、９０°未満であれば、切断時の成形体の振動や、超音波ナイフ側面と成形体切断面との擦れがより起き難くなり、３０°以上であれば超音波ナイフへの打撃が少なく、超音波ナイフの欠損が減る。
　また、本発明の切断成形体の製造方法において、超音波ナイフの刃の長さ方向と、成形体に含まれる炭素繊維の繊維軸面とのなす角を３０°以上９０°以下の範囲にして、超音波振動させることが好ましい。超音波ナイフの刃の長さ方向と、成形体に含まれる炭素繊維の繊維軸面とのなす角は、４０°～９０°であることがより好ましく、４０°～８０°であることがより一層好ましく、４０°～７０°が更に好ましく、４５°～６０°が特に好ましい。
　本発明において、超音波ナイフの振動方向は刃の長さ方向と同一であると好ましく、それらは完全に同一である必要は無く、振動方向と刃の長さ方向がなす角度は１０°以下であると好ましく、５°以下であるとより好ましく、２°以下であるとより一層好ましい。
　なお、図７に例示されるような超音波ナイフの刃については、刃の長さの方向は刃先線（ナイフエッジ）の方向ということもできる。
　本発明の切断成形体の製造方法において、切断される成形体としては、成形体に含まれる炭素繊維が、一方向に配向した連続繊維であるか、又は２次元ランダム状に分散している不連続繊維であることが好ましい。これらの成形体についての詳細な説明は前述したとおりである。
　［炭素繊維が２次元平面内においてランダムな方向に分散している場合］
　本発明における炭素繊維の形態に特に限定はないが、成形体に含まれる炭素繊維が２次元平面内においてランダムな方向に分散している（２次元ランダム状に分散している）ものを用いることができる（図３）。
　炭素繊維が２次元平面内においてランダムな方向に分散している成形体を用いると、一部の炭素繊維が３次元に配向している場合がある。この場合、おおよそ５０％の炭素繊維からなる繊維軸面に対して３０°以上９０°以下の範囲で振動させれば本発明における効果を奏する。
　この場合、前述の好ましい超音波ナイフの振動方向は、炭素繊維の繊維軸面に対してそれぞれ３０°以上９０°以下とすることが好ましいため、繊維軸面が成形体の２次元平面である場合、振動方向と２次元平面とがなす角度は３０°以上９０°以下とすることが好ましいことになる。振動方向と２次元平面とがなすより好ましい角度は４０°～９０°であり、より一層好ましい角度は４０°～８０°であり、更に好ましい角度は４０°～７０°であり、特に好ましい角度は４５°～６０°である。本発明において、成形体や切断成形体に関し、炭素繊維が２次元平面内においてランダムな方向に分散しているとは、複数本の炭素繊維が、それらの繊維軸は略同一平面にあるが、当該平面において、各炭素繊維の繊維軸は無配向である状態ということもできる。
　また、ここでいう振動方向としては、図４の７に示す方向が例示される。振動方向は、超音波ナイフの長さ方向と一致することが好ましい。振動方向と繊維軸面とのなす角度（振動方向と２次元平面とのなす角度とも言う）としては、図４の８に示す角度が例示される。
　なお、たとえば振動方向と繊維軸面のなす角度を図４の８に示す角度とした場合は、超音波ナイフの姿勢は、図４の点線で示した円錐の側面に沿った方向の範囲内で適宜設定することができる。
　［炭素繊維が一方向に配向している場合］
　本発明における炭素繊維の形態に特に限定はないが、成形体に含まれる炭素繊維が一方向に配向した連続繊維のものを用いることができる。
　この場合、前述の好ましい超音波ナイフの振動方向は、各炭素繊維の繊維軸面に対してそれぞれ３０°以上９０°以下とすることもできる。図５（ｂ）のように一方向の連続した炭素繊維が平行に複数本並んでいる場合、それら炭素繊維が形成する繊維軸面、つまり２次元平面に対して３０°以上９０°以下とすることが好ましいことになる。２次元平面に対するより好ましい角度は４０°～９０°であり、より一層好ましい角度は４０°～８０°であり、更に好ましい角度は４０°～７０°であり、特に好ましい角度は４５°～６０°である。
　なお、一方向材が、各層の繊維配列方向が互いに交差するよう多層に積層（例えば直交方向に交互に積層）したものを使用した場合も、各層を繊維軸面つまりは２次元平面とみなして、超音波ナイフの振動方向に関する角度範囲は、同様の範囲となる。
　一方向材である成形体を超音波ナイフで切断する場合の、超音波ナイフの振動方向としては、図５（ｃ）の７に示す方向が例示される。超音波ナイフの振動方向と、繊維軸面（図５（ｂ）のように一方向の連続した炭素繊維が平行に並んでいる平板の成形体では２次元平面）とが成す角度としては、図５（ｃ）の８に示す角度が例示される。具体的には、図５（ａ）（ｃ）の点線で示した円錐方向の範囲内で、超音波ナイフを振動させれば良い。
　超音波ナイフを用いて成形体を切断する処理において、超音波振動の方向に対して０°以上の角度をなす方向に、超音波ナイフが成形体を切断しながら成形体中を移動することが好ましく、超音波振動の方向に対して３０°以上９０°以下の角度をなす方向に、超音波ナイフが成形体を切断しながら成形体中を移動することが好ましく、当該角度は４０°～９０°であるとより好ましく、４０°～８０°であるとより一層好ましく、４０°～７０°であると更に好ましく、４５°～６０°であると特に好ましい。本発明においては、図８に例示されるように、成形体における炭素繊維の繊維軸面（二次元平面）と超音波ナイフが成形体を切断しながら成形体中を移動する方向（切断方向と略称される場合がある）とが非平行の関係にある、つまり、繊維軸面と振動方向とがなす角度８と、切断方向と振動方向とがなす角度１１とが異なってもよい。
　［切断成形体］
　本発明における超音波ナイフを用いて、炭素繊維と、熱可塑性樹脂とを含む成形体を切断して、切断成形体が得られる。切断成形体に含まれる炭素繊維と熱可塑性樹脂は、上述した炭素繊維、熱可塑性樹脂と同様のものが含まれる。
　［ワークピースの切断方法］
　上述した本発明の切断成形体の製造方法において、炭素繊維と、熱可塑性樹脂とを含む成形体とは、炭素繊維と、熱可塑性樹脂とを含む成形材料を成形型で成形することにより得られたものに限らず、炭素繊維と、熱可塑性樹脂とを含む材料よりなる物体、例えば、炭素繊維と熱可塑性樹脂との混合物を加熱ローラーでシート状にしたもの、３Ｄプリンタによる造形物、炭素繊維強化樹脂やその射出成形体の製造時に、装置異常により発生した融着塊などであってもよい。
　つまり、製造過程において、道具や機械で加工される中間製品を意味するワークピースとの用語を使って表現すると、本発明は、前述の本発明の超音波ナイフを用いる、炭素繊維と、熱可塑性樹脂とを含むワークピースの切断方法にも関する。ワークピースの切断方法の好ましい態様は、切断成形体の製造方法に関して、前述したものと同様である。
　図９に、長尺のシート状物である、炭素繊維と熱可塑性樹脂とを含むワークピースを超音波ナイフで切断する方法の一例を示す。当該例では図３等の例と同様に、ワークピース中の炭素繊維の繊維軸面と超音波ナイフの振動方向とがなす角度８と、超音波ナイフによる切断方向と振動方向とがなす角度１１とは略同一である。
　［超音波切断装置］
　本発明は、前述の本発明の超音波ナイフと、超音波発振器とを含む超音波切断装置にも関する。超音波切断装置は、超音波ナイフを超音波発振器により振動させる機構を有することが好ましい。
　以下、本発明を実施例に用いて具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
　（評価方法）
　１．超音波ナイフの刃の耐久性評価（ｍ）
　実施例で作成した成形体を、各種超音波ナイフで切断し、１ｍ切断する毎に、成形体の切断面と、刃の状態をそれぞれ顕微鏡観察した。切断面にバリなどの外観不良の発生はなく、実用上問題無い場合は、切削面に外観不良が発生するか、または切断長が１００ｍに到達するまで、成形体の切断を続けた。
　外観不良が発生した時の長さを超音波ナイフの耐久性評価（ｍ）とした。外観不良が発生せず、切断長が１００ｍに達した場合は耐久性評価を１００ｍとした。
　２．超音波ナイフの刃の欠損深さ（μｍ）
　各種成形体を切断面にバリなどの外観不良が発生するまで切断した後、顕微鏡観察にて超音波ナイフの刃の部分の欠損を観察した。評価は欠損の深さ（μｍ）で確認した。
　［製造例１］
　平均繊維長１６ｍｍにカットした炭素繊維（東邦テナックス製テナックスＳＴＳ４０、平均繊維径７μｍ）を平均目付け２７０ｇ／ｍ２となるよう２次元平面内においてランダムな方向に分散して配置し、ユニチカＫＥ４３５－ＰＯＧ（ＰＡ６）クロス５枚の間に挟みこんで２６０℃、２．５ＭＰａでプレスし、炭素繊維体積割合（Ｖｆ）３５％、厚み１ｍｍの平板の複合材料１を作製した。得られた複合材料１を、ＩＲ式加熱機を用いて２８０℃で２分間加熱し、加熱軟化シート１とした。その後、該加熱軟化シート１を、上型と下型で挟んで成形を実施し、平板の成形体１を得た。成形条件は、成形型温度が１００℃、圧力１５ＭＰａで１分間であった。
　［製造例２］
　成形体１で使用したユニチカＫＥ４３５－ＰＯＧ（ＰＡ６）の代わりに、ポリカーボネート（帝人株式会社製：Ｌ－１２２５Ｙ）を使用した以外は、成形体１と同様に成形体を作成し、成形体２を得た。
　［製造例３］
　炭素繊維（東邦テナックス製テナックスＳＴＳ４０－２４ＫＳ（繊維径７μｍ、引張強度４０００ＭＰａ）を、ＰＡ６フィルム（ユニチカ・エンブレムＯＮ２５μｍ厚）を積層しながら、繊維方向０°、９０°交互に３２層積層し（炭素繊維３２層でＰＡ３３層）、２６０℃、２ＭＰａ、２０分加熱圧縮し、繊維が０°９０°交互、対称積層、炭素繊維体積割合（Ｖｆ）４７％、１ｍｍ厚の複合材料３を作製した。得られた複合材料３を、複合材料１と同様に成形を実施し、平板の成形体３を得た。
　［製造例４］
　炭素繊維（東邦テナックス（株）製、テナックス（登録商標）ＳＴＳ４０－２４ＫＳ（繊維径７μｍ、引張強度４０００ＭＰａ）の連続繊維からなる一方向材とし、炭素繊維１００体積部に対して樹脂１００体積部となるように、ＭＸＤナイロン 三菱ガス化学（株）製レニー６００７（登録商標）のフィルムを乗せ、２６０℃の加熱ローラーにて貼り合わせ、厚みｔ＝０．０２ｍｍ、Ｖｆ５０％の一方向成形材料を得た。上記一方向成形材料を４００ｍｍ×４００ｍｍの大きさに切り出し、１２０℃の熱風乾燥機で４時間乾燥した後、赤外線加熱機により３００℃まで昇温した。４００ｍｍ×４００ｍｍ平板用金型を１４０℃に設定し、上記一方向成形材料を加熱させた後、５枚を重ねて同金型内に導入した。ついで、プレス圧力２ＭＰａで１分間加圧し、一方向性の成形体４を得た。
　［製造例５］ 炭素繊維を含有しないポリカーボネート成形体の製造
　ポリカーボネート（帝人株式会社製：Ｌ－１２２５Ｙ）を用い、２６０℃に加熱したプレス装置にて、２．０ＭＰａにて５分間加熱し、１２０℃以下になるまで約１０分間冷却し、ポリカーボネートからなる、厚さ１ｍｍの成形体５を得た。
　［製造例６］
　炭素繊維を、日本電気硝子社製のガラス繊維ＥＸ－２５００（平均繊維径１５μｍ）繊維に替え、Ｖｆが３５％になるよう目付けを調整したこと以外は、複合材料１と同様にして成形体６を作製した。
　［実施例１］
　成形体１を、ナイフエッジ角度が５０°（図１（ｂ）の１の角度）、刃の長さ（図１の３－１の長さ）が約２５ｍｍ、厚さ１ｍｍの超硬製の超音波ナイフを準備し、ソノテック社／ＳＨ－３５１０の超音波発生器に接続して、出力２００～４００Ｗ、振動数４０ｋＨｚ、振幅１０～４０μｍの条件で超音波ナイフを、その刃の長さ方向に超音波振動させて成形体を切断し、切断成形体を得た。カット速度は３００ｍｍ／秒とした。また切断時における、超音波ナイフの刃の長さ方向と、成形体の２次元平面（ＸＹ方向）とがなす角度（刃の長さ方向と、成形体に含まれる炭素繊維の繊維軸面とのなす角、図４の８の角度）は９０°であった。この角度は、超音波振動の方向に対して、超音波ナイフが成形体を切断しながら移動する方向の角度でもある。本実施例の評価結果を表１に示す。
　［実施例２］
　超音波ナイフの刃の長さ方向と、成形体の２次元平面（ＸＹ方向）とがなす角度（図４の８の角度）を４５°としたこと以外は、実施例１と同様に超音波ナイフを用いて成形体を切断し、切断成形体を得た。結果を表１に示す。
　［実施例３］
　超音波ナイフの刃の長さ方向と、成形体の２次元平面（ＸＹ方向）とがなす角度（図４の８の角度）を３０°としたこと以外は、実施例１と同様に超音波ナイフを用いて成形体を切断した。結果を表１に示す。
　［実施例４］
　成形体２を用いた事以外は実施例１と同様に、超音波ナイフを用いて成形体を切断した。結果を表１に示す。
　［実施例５］
　成形体３を用いた事以外は実施例１と同様に、超音波ナイフを用いて成形体を切断した。結果を表１に示す。
　［実施例６］
　成形体４を用いた事以外は実施例１と同様に、超音波ナイフを用いて成形体を切断した。結果を表１に示す。
　［実施例７］
　ナイフエッジ角度が７５°の超音波ナイフを用いた事以外は実施例１と同様に、超音波ナイフを用いて成形体を切断した。結果を表１に示す。
　［比較例１］
　ナイフエッジ角度が２３°の超音波ナイフを用いたこと以外は、実施例１と同様に超音波ナイフを用いて成形体を切断した。結果を表１に示す。
　［比較例２］
　ナイフエッジ角度が１７°の超音波ナイフを用いたこと以外は、実施例１と同様に超音波ナイフを用いて成形体を切断した。結果を表１に示す。
　［比較例３］
　ナイフエッジ角度が９５°の超音波ナイフを用いたこと以外は、実施例１と同様に超音波ナイフを用いて成形体を切断した。結果を表１に示す。
　［参考例１］
　成形体５を用いた事以外は実施例１と同様に、超音波ナイフを用いて成形体を切断した。切れ味が悪くて成形体の切断面が荒れ易く、切断を開始した直後から切断面にバリが発生した。結果を表１に示す。
　［参考例２］
　ナイフエッジ角度が２３°の超音波ナイフを用いたこと以外は、参考例１と同様に、超音波ナイフを用いて成形体を切断した。結果を表１に示す。
　［参考例３］
　成形体６を用いて、ナイフエッジ角度が２３°の超音波ナイフを用いたこと以外は、実施例１と同様に、超音波ナイフを用いて成形体を切断した。結果を表１に示す。耐久性評価において成形体を１４２０ｍまで切断しても外観不良は発生しなかった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　本発明の炭素繊維と熱可塑性樹脂とを含む成形体を切断するための超音波ナイフは、刃の寿命が従来に比べて飛躍的に延び、特に自動車や家電に代表される、大量に生産される用途に好適である。また、マトリクスが熱可塑性樹脂以外の材質、例えば熱硬化性樹脂、ゴムなどの炭素繊維強化材料の成形体の切断に利用しても良い。
　本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。
　本出願は、２０１４年８月１日出願の日本特許出願（特願２０１４－１５７６７４）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
　１　　超音波ナイフのナイフエッジ角度
　２　　超音波ナイフ
　３　　超音波ナイフの刃
　３－１　　超音波ナイフの刃の長さ
　３－２　　超音波ナイフの刃の厚み
　４　　炭素繊維と、熱可塑性樹脂とを含む成形体（ワークピース）
　５　　不連続炭素繊維
　６　　切断予定部分
　７　　超音波ナイフの振動方向
　８、８’　　炭素繊維の繊維軸面｛２次元平面（ＸＹ方向）｝と超音波ナイフ振動方向とがなす角度
　９　　一方向炭素繊維
１０　　超音波ナイフが成形体を切断しながら成形体中を移動する方向（切断方向）
１１　　超音波ナイフの振動方向に対する切断方向の角度

Claims (13)

  1. 　ナイフエッジ角度が４５°以上９０°未満である、超音波ナイフ。
  2. 　ナイフの刃の長さが、ナイフの厚さに対して２倍以上である請求項１に記載の超音波ナイフ。
  3. 　ナイフエッジ角度が４５°以上８０°未満である請求項１または２に記載の超音波ナイフ。
  4. 　請求項１～３の何れか１項に記載の超音波ナイフを用いて、炭素繊維と、熱可塑性樹脂とを含む成形体を超音波振動の作用により切断する処理を含む、切断成形体の製造方法。
  5. 　超音波ナイフを超音波振動させて成形体を切断する請求項４に記載の切断成形体の製造方法。
  6. 　超音波ナイフの刃の長さ方向と、成形体に含まれる炭素繊維の繊維軸面とのなす角を３０°以上９０°以下の範囲にして、超音波振動させる、請求項４または５に記載の切断成形体の製造方法。
  7. 　成形体に含まれる炭素繊維が、一方向に配向した連続繊維であるか、又は２次元ランダム状に分散している不連続繊維である、請求項４～６のいずれか１項に記載の切断成形体の製造方法。
  8. 　成形体に含まれる炭素繊維が、２次元ランダム状に分散している、平均繊維長が１～１００ｍｍの不連続繊維である、請求項４～７のいずれか１項に記載の切断成形体の製造方法。
  9. 　成形体に含まれる炭素繊維の体積割合（Ｖｆ）が１０Ｖｏｌ％以上７０Ｖｏｌ％以下である、請求項４～８のいずれかに１項に記載の切断成形体の製造方法。
  10. 　超音波ナイフを用いて成形体を切断する処理において、超音波振動の方向に対して０°以上の角度をなす方向に、超音波ナイフが成形体を切断しながら成形体中を移動する請求項４～９のいずれかに１項に記載の切断成形体の製造方法。
  11. 　請求項１～３の何れか１項に記載の超音波ナイフを用いる、炭素繊維と、熱可塑性樹脂とを含むワークピースの切断方法。
  12. 　請求項１～３のいずれか１項に記載の超音波ナイフと、超音波発振器とを含む超音波切断装置。
  13. 　超音波ナイフを超音波発振器により振動させる機構を有する請求項１２に記載の超音波切断装置。
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