(57)【要約】【課題】安価な打ち抜き刃物を使用して、繊維マットを能率よく正確なヘリカルギア形状に裁断し、多数の歯車マットを繰り返し正確な歯形に打ち抜きする。【解決手段】裁断装置は繊維マットの打ち抜き刃物３が歯形刃物３Ａを備え、歯形刃物３Ａは、ヘリカルギア形状に裁断する歯先刃４Ａと歯底刃４Ｂと歯面刃４Ｃとを有し、歯底刃４Ｂと歯面刃４Ｃとを先端縁として先端縁から後端に向かって延びる複数のＶ溝１６を外周面に、先端から後端に向かって伸びる縦溝２１と凸条２２とを内周面に設けて、縦溝２１の先端縁を歯先刃４Ａ、縦溝２１と凸条２２との間の先端縁を歯面刃４Ｃ、凸条２２の先端縁を歯底刃４ＢとしてＶ溝１６の内側対向位置に凸条２２を配置して、Ｖ溝１６と凸条２２とを中心軸に対して一定の傾斜角で傾斜する姿勢として、歯形刃物３Ａを水平面内で回転させながら繊維マット１０をヘリカルギア形状の歯車マット１１に裁断する。【選択図】図１
2018130809.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維マットを載せて裁断する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、ヘリカルギア形状の歯車マットに裁断する刃先を先端縁に設けてなる歯形刃物を有する打ち抜き刃物と、
前記打ち抜き刃物を往復運動させる刃物駆動機構とを備え、
前記歯形刃物は、歯車の歯先円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刃先を有し、
さらに前記歯形刃物は、前記歯底刃と歯面刃とを先端縁とし、かつ先端縁から後端に向かって延びる複数のＶ溝を外周面に所定の間隔で設けており、かつ、内周面には、先端から後端に向かって往復運動方向に伸びる縦溝と凸条とを交互に所定の間隔で設けており、
さらにまた、前記歯形刃物は、
前記縦溝の先端縁を前記歯先刃、
前記縦溝と前記凸条との間の先端縁を前記歯面刃、
前記凸条の先端縁を前記歯底刃としており、
かつまた、前記歯形刃物は、前記Ｖ溝の内側対向位置に前記凸条が配置されて、前記Ｖ溝と前記凸条とが歯形刃物の中心軸に対して一定の傾斜角で傾斜する姿勢に配置しており、
また、前記刃物駆動機構は、前記打ち抜き刃物の中心軸を回転軸として前記打ち抜き刃物を回転させながら、前記受け台の前記繊維マットを裁断する回転機構を備え、
前記刃物駆動機構が前記打ち抜き刃物を回転させながら、前記受け台の前記繊維マットを打ち抜きして裁断する構造としてなる繊維強化プラスチックからなるヘリカルギアに使用される繊維マットの裁断装置。
【請求項２】
請求項１に記載される繊維強化プラスチックからなるヘリカルギアに使用される繊維マットの裁断装置であって、
前記Ｖ溝は、刃先から前記歯形刃物の後端に向かって次第に浅く、
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歯先面の刃物角（α２）よりも大きく、
さらに、前記歯形刃物は、前記歯底刃の後端部の厚さ（Ｗ１）が、前記歯先刃の後端部の厚さ（Ｗ２）よりも厚くしてなることを特徴とする繊維強化プラスチック製のヘリカルギアに使用される繊維マットの裁断装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載される繊維強化プラスチックからなるヘリカルギア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、
先端縁に前記刃先を設けてなる刃物部と、
前記刃物部の後端側に一体構造に連結してなるベース部とからなり、
前記ベース部の硬度が前記刃物部の硬度よりも低いことを特徴とする繊維強化プラスチック製のヘリカルギアに使用される繊維マットの裁断装置。
【請求項４】
請求項３に記載される繊維強化プラスチックからなるヘリカルギアに使用される繊維マットの裁断装置であって、
前記刃物部と前記ベース部とが異なる鋼材からなり、前記刃物部と前記ベース部とが溶接構造で連結されてなるることを特徴とする繊維強化プラスチック製のヘリカルギアに使用される繊維マットの裁断装置。
【請求項５】
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からなるヘリカルギア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配置されて、前記歯車マットに貫通穴を裁断する円筒刃物とを有し、
前記円筒刃物は先端縁にサブ刃先を有し、前記サブ刃先が前記歯形刃物の先端に設けてなる刃先と同一平面に配置されて前記歯形刃物に固定されてなることを特徴とする繊維強化プラスチックからなるヘリカルギアに使用される繊維マットの裁断装置。
【請求項６】
繊維強化プラスチックからなるヘリカルギアに使用される繊維マットを受け台の裁断面に載せてヘリカルギア形状の歯車マットに打ち抜きする歯形刃物を有する繊維マット打ち抜き刃物の製造方法であって、
前記歯形刃物の製造工程が、
鋼材を所定の厚さの筒状であって、前記繊維マットをヘリカルギア形状に裁断する刃先を先端縁に設けてなる切削刃物とする切削工程と、
前記切削刃物を焼き入れして焼き入れ刃物とする焼き入れ工程と、
前記焼き入れ刃物を研磨する研磨工程とからなり、
前記切削工程は、内周面に一定の間隔で凸条と縦溝を交互に平行姿勢に設ける内面切削工程と、外周面に一定の間隔でＶ溝を設ける外面切削工程とからなり、
前記内面切削工程で設けられる前記凸条の外面対向位置に前記外面切削工程で設けるＶ溝を配置して、前記Ｖ溝の先端部を歯底刃と歯面刃として、前記Ｖ溝の間に歯先刃を設け、
さらに、前記凸条と前記縦溝と前記Ｖ溝とを中心軸に対して一定の角度で傾斜する姿勢に加工し、
さらにまた、前記外面切削工程において設ける前記Ｖ溝は、先端縁から後端に向かって浅くして、前記歯底刃の刃物角（α１）を、前記歯先刃の刃物角（α２）よりも大きくし、さらに、前記歯形刃物の後端部の厚さは、前記歯底刃の後端部の厚さ（Ｗ１）を、前記歯先刃の後端部の厚さ（Ｗ２）よりも厚く加工することを特徴とする繊維強化プラスチックからなるヘリカルギアに使用される繊維マット打ち抜き刃物の製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載される繊維強化プラスチックからなるヘリカルギアに使用される繊維マット打ち抜き刃物の製造方法であって、
前記内面切削工程が鋼材を放電加工して内面に凸条と縦溝とを設けことを特徴とする繊維強化プラスチックからなるヘリカルギアに使用される繊維マット打ち抜き刃物の製造方法。
【請求項８】
繊維強化プラスチックのヘリカルギアに使用される繊維マットを受け台の裁断面に載せて、打ち抜き刃物で前記繊維マットをヘリカルギアの外形に打ち抜きして裁断する裁断方法であって、
前記打ち抜き刃物に、前記繊維マットをヘリカルギアの刃先を裁断する歯先刃と、ヘリカルギアの歯底を裁断する歯底刃と、ヘリカルギアの歯面を裁断する歯面刃とからなる刃先を先端縁に設けてなる円筒状の歯形刃物を使用し、
前記歯形刃物を前記受け台の裁断面に接近させるにしたがって、前記歯形刃物と前記受け台の何れか又は両方を回転して、前記歯形刃物と前記受け台とを相対的に回転して、前記繊維マットをヘリカルギア形状の繊維マットを裁断することを特徴とする繊維強化プラスチックからなるヘリカルギアに使用される繊維マットの裁断方法。
【請求項９】
請求項８に記載されるヘリカルギアに使用される繊維マットの裁断方法であって、
前記歯形刃物に、以下のＡ〜Ｃの全ての構成の刃物を使用することを特徴とするヘリカルギアに使用される繊維マットの裁断方法。
Ａ．前記歯形刃物は、前記歯底刃と歯面刃とを先端縁とし、かつ先端縁から後端に向かって延びる複数のＶ溝を外周面に所定の間隔で設けており、かつ、内周面には、先端から後端に向かって往復運動方向に伸びる縦溝と凸条とを交互に所定の間隔で設けている。
Ｂ．前記歯形刃物は、
前記縦溝の先端縁を前記歯先刃、
前記縦溝と前記凸条との間の先端縁を前記歯面刃、
前記凸条の先端縁を前記歯底刃としている。
Ｃ．前記歯形刃物は、前記Ｖ溝の内側対向位置に前記凸条が配置されて、前記Ｖ溝と前記凸条とが歯形刃物の中心軸に対して一定の傾斜角で傾斜する姿勢に配置されてなる。
【請求項１０】
請求項９に記載されるヘリカルギアに使用される繊維マットの裁断方法であって、
前記歯形刃物に、以下のＡ及びＢの構成の刃物を使用することを特徴とするヘリカルギアに使用される繊維マットの裁断方法。
Ａ．前記Ｖ溝は、刃先から前記歯形刃物の後端に向かって次第に浅く、
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歯先面の刃物角（α２）よりも大きい。
Ｂ．前記歯形刃物は、前記歯底刃の後端部の厚さ（Ｗ１）が、前記歯先刃の後端部の厚さ（Ｗ２）よりも厚くしてなる。
【請求項１１】
請求項８〜１０のいずれかに記載されるヘリカルギアに使用される繊維マットの裁断方法であって、
前記歯形刃物に、先端縁に前記刃先を設けてなる刃物部と、前記刃物部の後端側に一体構造に連結してなるベース部とからなり、前記ベース部の硬度を前記刃物部の硬度よりも低くしてなる刃物を使用することを特徴とするヘリカルギアに使用される繊維マットの裁断方法。
【請求項１２】
請求項８〜１１のいずれかに記載されるヘリカルギアに使用される繊維マットの裁断方法であって、
前記打ち抜き刃物に、以下のＡとＢの構成の刃物を使用することを特徴とするヘリカルギアに使用される繊維マットの裁断方法。
Ａ．前記打ち抜き刃物が、前記歯形刃物の内側の同心位置あって前記歯形刃物に連結してなる円筒刃物を備える。
Ｂ．前記円筒刃物は先端縁にサブ刃先を有し、前記サブ刃先が前記歯形刃物の先端に設けてなる刃先と同一平面に配置されてなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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ヘリカルギア形状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の製造方法と、繊維マットをヘリカルギア形状に裁断する裁断方法とに関する。
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
本発明者はポンチの欠点を解消するために、先端縁に歯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、繊維シートに歯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。歯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。
【０００６】
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、伝達トルクの大きい繊維強化プラスチック歯車は、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。
【０００７】
本発明者は、以上の難しい課題を解決することを目的に図１１に示す裁断装置を開発した。（特許文献３参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−９７７００号公報
【特許文献２】特開平６−１１４８６３号公報
【特許文献３】特願２０１６−１９６０５６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
図１１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、歯車形状に裁断する刃先４を先端縁に設けてなる打ち抜き刃物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。
【００１０】
図１１の裁断装置の打ち抜き刃物を図１２に示す。この打ち抜き刃物３は、繊維マット１０を歯車形状に裁断する刃先４を先端に設けている鋼材からなる筒状の歯形刃物３Ａを備えている。歯形刃物３Ａの刃先４は、歯車の歯先面を切断する歯先刃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とからなる。
【００１１】
以上の裁断装置は、打ち抜き刃物３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、正確な歯形の歯車マットに打ち抜きできる特徴を実現する。
【００１２】
しかしながら、この裁断装置は平歯車しか製造できず、繊維強化プラスチックからなるヘリカルギアを製作できない欠点がある。ヘリカルギアは平歯車にない種々の特徴、たとえばなめらかに回転して、面圧強度を大きくし、さらに騒音レベルを低くできる等の特徴があることから、種々の用途に多用される。
【００１３】
本発明はヘリカルギアを低コストに製作できることを目的として開発されたもので、安価に多量生産できる打ち抜き刃物を使用しながら、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にヘリカルギアの歯形に裁断でき、さらに多数の繊維マットを繰り返し裁断しても正確なヘリカルギアの歯形に打ち抜きして、繊維強化プラスチックからなるヘリカルギアに使用するヘリカルギア形状の繊維マットを能率よく裁断できる裁断装置と、この裁断装置に使用する打ち抜き刃物３の製造方法と、ヘリカルギアに使用する繊維マットの裁断方法と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】
【００１４】
本発明の繊維強化プラスチックからなるヘリカルギア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をヘリカルギア形状の歯車マット１１に裁断する刃先４を先端縁に設けている歯形刃物３Ａを有する打ち抜き刃物３と、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。歯形刃物３Ａは、ヘリカルギアの歯先円を切断する歯先刃４Ａと、ヘリカルギアの歯底を切断する歯底刃４Ｂと、歯先刃４Ａと歯底刃４Ｂとに連結されてヘリカルギアの歯面を切断する歯面刃４Ｃとを有する刃先４を有する。さらに歯形刃物３Ａは、歯底刃４Ｂと歯面刃４Ｃとを先端縁とし、かつ先端縁から後端に向かって延びる複数のＶ溝１６を外周面に所定の間隔で設けて、内周面には、先端から後端に向かって伸びる縦溝２１と凸条２２とを交互に所定の間隔で設けている。さらにまた、歯形刃物３Ａは、縦溝２１の先端縁を歯先刃４Ａとし、縦溝２１と凸条２２との間の先端縁を歯面刃４Ｃとし、凸条２２の先端縁を歯底刃４Ｂとしている。また、歯形刃物３Ａは、Ｖ溝１６の内側対向位置に凸条２２を配置して、Ｖ溝１６と凸条２２とを歯形刃物３Ａの中心軸に対して一定の傾斜角で傾斜する姿勢に配置している。刃物駆動機構５は、打ち抜き刃物３の中心軸を回転軸として打ち抜き刃物３を回転させながら受け台１の繊維マット１０を裁断する回転機構５Ａを備える。刃物駆動機構５が打ち抜き刃物３を回転させながら受け台１の繊維マット１０を打ち抜きして繊維マット１０をヘリカルギア形状の歯車マット１１に裁断する。
【００１５】
以上の繊維強化プラスチックからなるヘリカルギアに使用される繊維マットの裁断装置は、安価に多量生産できる打ち抜き刃物を使用しながら、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にヘリカルギア形状に裁断でき、さらに多数の繊維マットを繰り返し裁断しても正確なヘリカルギア形状の歯車マットに打ち抜きできる特徴がある。
【００１６】
それは、以上の裁断装置が、繊維マット１０をヘリカルギア形状に裁断する歯先刃４Ａと歯底刃４Ｂと歯面刃４Ｃからなる刃先４を先端縁に設けている歯形刃物３Ａを、回転機構５Ａのある刃物駆動機構５で回転させながら受け台１の繊維マット１０を裁断すると共に、歯形刃物３Ａには、歯底刃４Ｂと歯面刃４Ｃとを先端縁とし、かつ先端縁から後端に向かって延びる複数のＶ溝１６を外周面に所定の間隔で設けて、内周面には、先端から後端に向かって往復運動方向に伸びる縦溝２１と凸条２２とを交互に所定の間隔で設け、さらにまた、縦溝２１の先端縁を歯先刃４Ａ、縦溝２１と凸条２２との間の先端縁を歯面刃４Ｃ、凸条２２の先端縁を歯底刃４Ｂとして、Ｖ溝１６の内側対向位置に凸条２２を配置して、Ｖ溝１６と凸条２２とを歯形刃物３Ａの中心軸に対して一定の傾斜角で傾斜する姿勢に配置してい刃物を使用し、この歯形刃物３Ａを刃物駆動機構５で回転させながら受け台１の繊維マット１０を打ち抜きして繊維マット１０をヘリカルギア形状の歯車マット１１に裁断するからである。
【００１７】
ヘリカルギアに使用される繊維マットの裁断装置は、歯形刃物３ＡのＶ溝１６を、刃先４から歯形刃物３Ａの後端に向かって次第に浅くし、歯底刃４Ｂから歯形刃物３Ａ後端までの歯底ラインの刃物角（α１）を、歯先刃４Ａから歯形刃物３Ａ後端までの歯先面の刃物角（α２）よりも大きくし、さらに、歯形刃物３Ａの歯底刃４Ｂの後端部の厚さ（Ｗ１）を、歯先刃４Ａの後端部の厚さ（Ｗ２）よりも厚くすることができる。
【００１８】
以上のヘリカルギアは、局部的に内側に突出する形状から変形しやすい歯底刃を強靭な構造として、打ち抜き時の衝撃で歯底刃が変形するのを確実効果的に防止できる特徴がある。歯底刃は、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、歯底刃は、打ち抜きされた繊維マット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、歯先両面の中心線（Ａ）がヘリカルギア３Ａの刃先４が矢印で示す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が水平方向に作用する応力で次第に変形すると、打ち抜き刃物３は多数の繊維マット１０を正確なヘリカルギア形状に裁断できないが、以上の歯形刃物３Ａは以上の弊害を防止して、多数の繊維マット１０を正確なヘリカルギア形状に裁断しながら、優れた耐久性も実現する特徴がある。
【００１９】
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、正確なヘリカルギア形状に裁断でき、しかも繰り返し厚い繊維マットを裁断しながら正確なヘリカルギア形状に裁断できる特徴を実現する。
【００２０】
本発明の裁断装置の歯形刃物３Ａは、先端縁に刃先４を設けている刃物部３ａと、この刃物部３ａの後端側に一体構造に連結しているベース部３ｂとで構成して、ベース部３ｂの硬度を刃物部３ａの硬度よりも低くすることができる。この歯形刃物は、刃物部よりも低硬度のベース部の緩衝作用で、打ち抜き時の衝撃を吸収できるので、歯形刃物で繊維マットをスムーズに打ち抜きできる特徴がある。この構造の歯形刃物３Ａは、刃物部３ａとベース部３ｂとを異なる鋼材として、刃物部３ａとベース部３ｂとを溶接構造で連結することができる。
【００２１】
本発明の裁断装置は、打ち抜き刃物３に円筒刃物３Ｂを設け、この円筒刃物３Ｂを歯形刃物３Ａの内側に配置して、先端縁にはサブ刃先４Ｄを設けて、サブ刃先４Ｄを歯形刃物３Ａの刃先４と同一平面に配置して、円筒刃物３Ｂで歯車マット１１に歯形刃物３Ａに固定する構造として、歯車マット１１に貫通穴を設ける構造とすることができる。この打ち抜き刃物は、外形がヘリカルギア形状で、中心に貫通穴のある歯車マットを裁断できる。また、この打ち抜き刃物は、裁断された歯車マットの外周面と内周面の歪みを少なくして正確な形状に裁断できる特徴も実現する。
【００２２】
本発明の打ち抜き刃物の製造方法は、繊維強化プラスチックからなるヘリカルギアに使用される繊維マット１０を受け台１の裁断面２に載せて、ヘリカルギア形状の歯車マット１１に打ち抜きする歯形刃物３Ａを製造する方法であって、この製造方法は、歯形刃物３Ａの製造工程を、鋼材を所定の厚さの筒状であって、前記繊維マット１０をヘリカルギア形状に裁断する刃先４を先端縁に設けてなる切削刃物３１とする切削工程と、切削刃物３１を焼き入れして焼き入れ刃物とする焼き入れ工程と、焼き入れ刃物を研磨する研磨工程とからなる。切削工程は、内周面に一定の間隔で凸条２２と縦溝２１を交互に平行姿勢に設ける内面切削工程と、外周面に一定の間隔でＶ溝１６を設ける外面切削工程とからなる。内面切削工程で設けられる凸条２２の外面対向位置に外面切削工程で設けるＶ溝１６を配置して、Ｖ溝１６の先端部を歯底刃４Ｂと歯面刃４Ｃとして、Ｖ溝１６の間に歯先刃４Ａを設け、さらに、凸条２２と縦溝２１とＶ溝１６とを中心軸に対して一定の角度で傾斜する姿勢に加工する。さらにまた、外面切削工程において設けるＶ溝１６は、先端縁から後端に向かって浅くして、歯底刃４Ｂの刃物角（α１）を、歯先刃４Ａの刃物角（α２）よりも大きくし、さらに、歯形刃物３Ａの後端部の厚さは、歯底刃４Ｂの後端部の厚さ（Ｗ１）を、歯先刃４Ａの後端部の厚さ（Ｗ２）よりも厚く加工する。
【００２３】
以上の方法で製造される歯形刃物は、安価に多量生産できると共に、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にヘリカルギアの歯形に裁断でき、さらに多数の繊維マットを繰り返し裁断しても正確なヘリカルギアの歯形に打ち抜きして、繊維強化プラスチックからなるヘリカルギアに使用するヘリカルギア形状の繊維マットを能率よく裁断できる特徴がある。
【００２４】
本発明の繊維マット打ち抜き刃物の製造方法は、内面切削工程においては、鋼材を放電加工して内面に凸条２２と縦溝２１とを設けることができる。この方法は、鋼材を能率よく加工して内面をヘリカルギア形状に加工できる特徴がある。
【００２５】
本発明の繊維マットをヘリカルギア形状の歯車マットに打ち抜きして裁断する裁断方法は、繊維マット１０を受け台１の裁断面２に載せて、打ち抜き刃物３で繊維マット１０をヘリカルギアの外形の歯車マット１１に打ち抜きする。この裁断方法は、打ち抜き刃物３に、繊維マット１０をヘリカルギアの刃先４を裁断する歯先刃４Ａと、ヘリカルギアの歯底を裁断する歯底刃４Ｂと、ヘリカルギアの歯面を裁断する歯面刃４Ｃとからなる刃先４を先端縁に設けている全体を円筒状とする歯形刃物３Ａを使用する。歯形刃物３Ａが受け台１の裁断面２に接近するにしたがって、歯形刃物３Ａと受け台１の何れか又は両方が回転されて、歯形刃物３Ａと受け台１とが相対的に回転されて、繊維マット１０をヘリカルギア形状の繊維マット１０を裁断する。
【００２６】
以上の裁断方法は、低コストに多量生産できる打ち抜き刃物３を使用しながら、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にヘリカルギアの歯形に裁断でき、さらに多数の繊維マットを繰り返し裁断しても正確なヘリカルギアの歯形に打ち抜きして、繊維強化プラスチックからなるヘリカルギアに使用するヘリカルギア形状の繊維マットを能率よく裁断できる特徴がある。
【００２７】
本発明の繊維マットの裁断方法は、裁断に使用する歯形刃物３Ａに、以下のＡ〜Ｃの全ての構成の刃物を使用することができる。
Ａ．歯形刃物３Ａは、歯底刃４Ｂと歯面刃４Ｃとを先端縁とし、かつ先端縁から後端に向かって延びる複数のＶ溝１６を外周面に所定の間隔で設けており、かつ、内周面には、先端から後端に向かって往復運動方向に伸びる縦溝２１と凸条２２とを交互に所定の間隔で設けている。
Ｂ．歯形刃物３Ａは、
縦溝２１の先端縁を歯先刃４Ａ、
縦溝２１と凸条２２との間の先端縁を歯面刃４Ｃ、
凸条２２の先端縁を歯底刃４Ｂとしている。
Ｃ．歯形刃物３Ａは、Ｖ溝１６の内側対向位置に凸条２２が配置されて、Ｖ溝１６と凸条２２とが歯形刃物３Ａの中心軸に対して一定の傾斜角で傾斜する姿勢に配置されてなる。
【００２８】
本発明のヘリカルギアに使用される繊維マットの裁断方法は、歯形刃物３Ａに、以下のＡ及びＢの構成の刃物を使用することができる。
Ａ．Ｖ溝１６は、刃先４から歯形刃物３Ａの後端に向かって次第に浅く、
歯底刃４Ｂから歯形刃物３Ａ後端までの歯底ラインの刃物角（α１）が、歯先刃４Ａから歯形刃物３Ａ後端までの歯先面の刃物角（α２）よりも大きい。
Ｂ．歯形刃物３Ａは、歯底刃４Ｂの後端部の厚さ（Ｗ１）が、歯先刃４Ａの後端部の厚さ（Ｗ２）よりも厚くしてなる。
【００２９】
本発明のヘリカルギアに使用される繊維マットの裁断方法は、歯形刃物３Ａに、先端縁に刃先４を設けてなる刃物部３ａと、刃物部３ａの後端側に一体構造に連結してなるベース部３ｂとからなり、ベース部３ｂの硬度を刃物部３ａの硬度よりも低くしてなる刃物を使用することができる。
【００３０】
本発明のヘリカルギアに使用される繊維マットの裁断方法は、
打ち抜き刃物３に、以下のＡ及びＢの構成を備える刃物を使用することができる。
Ａ．打ち抜き刃物３が、歯形刃物３Ａの内側の同心位置あって歯形刃物３Ａに連結してなる円筒刃物３Ｂを備える。
Ｂ．円筒刃物３Ｂは先端縁にサブ刃先４Ｄを有し、サブ刃先４Ｄが歯形刃物３Ａの先端に設けてなる刃先４と同一平面に配置されてなる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の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２】図１に示す打ち抜き刃物の平面図である。
【図３】図１に示す打ち抜き刃物の正面図である。
【図４】図１に示す打ち抜き刃物の底面図である。
【図５】図１に示す打ち抜き刃物のＶ溝と縦溝に沿って切断した断面図である。
【図６】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。
【図７】金属ブロックを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。
【図８】繊維マットを打ち抜きする裁断装置の概略断面図である。
【図９】繊維マットを打ち抜きして得られる歯車マットの半径方向の略断面図である。
【図１０】打ち抜き刃物が繊維マットを打ち抜きする状態を示す概略断面図である。
【図１１】本発明者が先に開発した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。
【図１２】図１１の裁断装置の打ち抜き刃物を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
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からなるヘリカルギアに使用される繊維マットの裁断装置と、これに使用する打ち抜き刃物の製造方法と、この打ち抜き刃物を使用する繊維マットの裁断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と裁断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。
【００３３】
本発明の裁断装置は、繊維マットをヘリカルギアの歯車マットに裁断する。裁断された歯車マットはプラスチック製ヘリカルギアの補強繊維に使用される。プリプレグの繊維マットを裁断して得られる歯車マットは、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製のヘリカルギアとし、プラスチックを含まない歯車マットは、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製のヘリカルギアに加工する。歯車マットを埋設している繊維強化プラスチック製のヘリカルギアは、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ヘリカルギアとなる。
【００３４】
本発明は、繊維強化プラスチック製のヘリカルギア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の製造方法と繊維マットの裁断方法にかかるものであって、ヘリカルギアの製造装置や製造方法にかかるものでない。したがって、繊維マットをヘリカルギアに裁断して得られる歯車マットを使用して繊維強化プラスチック製のヘリカルギア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。
【００３５】
繊維強化プラスチック製のヘリカルギア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、ＰＢＯ繊維、超高強力ポリエチレン繊維、高強力ポリアリレート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製のヘリカルギアは金属歯車に匹敵する強度を実現する。
【００３６】
繊維マットをヘリカルギア形状に裁断した歯車マットは、積層し、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製のヘリカルギアに加工される。刃幅の広い、言い換えると厚いヘリカルギアは、歯車マットを積層枚数で刃幅を調整できる。また、薄い歯車マットは積層して刃幅の広いヘリカルギアにできる。したがって、歯車マットを積層して製作されるヘリカルギアは、歯車マットの厚さと、ヘリカルギアの刃幅で積層枚数を調整する。
【００３７】
図８の裁断装置は、繊維強化プラスチック製のヘリカルギアに使用される繊維マットを裁断する装置で、この装置は、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、ヘリカルギア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。
【００３８】
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１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１は、図１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のシートである。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を打ち抜きする状態で、打ち抜き刃物３の刃先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４を弾性シート１Ａの表面に挿入して、繊維マット１０から裁断される歯車マット１１の裁断縁１１Ａを綺麗に裁断できる。ただし、受け台１は、必ずしも上面に弾性シートを配置する必要はなく、弾性シートに代わって刃先で切断される軟質シートを積層し、あるいは弾性シートや軟質シートを積層することなく、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。
【００３９】
刃物駆動機構５は、打ち抜き刃物３を水平面内で回転させながら繊維マット１０を裁断する。この刃物駆動機構５は、打ち抜き刃物３の回転機構５Ａを備える。図の刃物駆動機構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、回転機構５Ａで上下台６を水平面内で回転させる。打ち抜き刃物３は上下台６の下面に垂直姿勢に固定され、回転機構５Ａが上下台６を回転して、シリンダ７が上下に上下に移動して、受け台１に載せている繊維マット１０をヘリカルギア形状の歯車マット１１を裁断する。ヘリカルギアは、外周面の歯先が回転軸に対して傾斜している。したがって、打ち抜き刃物で裁断される歯車マットは、外周の歯先が回転軸に対して傾斜するヘリカルギア形状に裁断される。
【００４０】
回転機構５Ａは降下する上下台６を水平面内で回転させる。回転機構５Ａは、上下台６の上下位置で回転位置を特定する。回転機構５Ａは、打ち抜き刃物３の刃先４が、繊維マット１０をヘリカルギア形状に裁断する回転位置に、打ち抜き刃物３を回転させる。上下台６が回転することなく降下すると、裁断される歯車マットの外形が平歯車の外形となるからである。回転機構５Ａで回転されながら降下する打ち抜き刃物は、繊維マットをヘリカルギア形状、すなわち回転軸に対して傾斜する歯先の歯車マットに裁断する。以上の回転機構５Ａは、上下台６を介して打ち抜き刃物３を水平面内で回転させるが、回転機構は、受け台を回転し、あるいは上下台と受け台の両方を回転して、繊維マットをヘリカルギア形状に裁断することもできる。したがって、本発明は、刃物駆動機構の回転機構を、上下台を回転させる機構に特定するものでなく、受け台を回転し、あるいは受け台と上下台の両方を回転する機構とすることもできる。
【００４１】
回転機構５Ａは、上下台６が降下するときに、降下する上下台６の降下位置に対して特定の回転角とするように上下台６を回転する。回転機構５Ａが降下する上下台６を回転する回転角、言い換えると、上下台６の降下距離に対する回転角は、ヘリカルギアの歯先の傾斜角を特定する。したがって、回転機構５Ａが上下台６を回転する回転角、正確には降下距離に対する回転角は、裁断される歯車マットの歯先が、ヘリカルギアの傾斜角となる角度に設定される。
【００４２】
図８の回転機構５Ａは、上下台６の降下位置で上下台６の回転位置を特定するために、上下台６から半径方向に外側に向かって突出するガイド凸部２４と、このガイド凸部２４を案内するガイド溝２５を内面に設けている螺旋ガイド２６とを備える。螺旋ガイド２６は内面にガイド溝２５を設けている。ガイド溝２５は螺旋状で、ここにガイド凸部２４を案内して、降下する上下台６の回転位置を特定する。この回転機構５Ａは、ガイド溝２５の中心軸に対する傾斜角を調整して、上下台６の降下位置に対する回転位置を調整できる。ガイド溝２５の中心軸に対する傾斜角は、裁断される歯車マット１１の刃先４の傾斜角に設定される。図の回転機構５Ａは、上下台６の外周の対向位置にガイド凸部２４を設けているが、回転機構は、図示しないが、外周に多数のガイド凸部を設け、各々のガイド凸部を案内するガイド溝を螺旋ガイドに設けることもできる。また、図の回転機構は、上下台にガイド凸部を設けて、螺旋ガイドにガイド溝を設けているが、ガイド凸部を螺旋ガイドに設けて、このガイド凸部を案内するガイド溝を上下台の外周に設けることもできる。
【００４３】
以上の回転機構５Ａは、上下台６が降下する状態で、ガイド凸部２４をガイド溝２５に案内し、ガイド凸部２４がガイド溝２５に沿って移動することで、上下台６の降下位置に対する回転位置を正確に特定できる。また、この回転機構５Ａは、極めて簡単な機構としながら、上下台６の降下位置に対する回転位置を正確に特定して、裁断される歯車マット１１を正確なヘリカルギア形状に裁断できる。機構を簡単にできるのは、上下台を回転するためにモータやシリンダなどのアクチュエーターを必要とせず、さらにアクチュエーターを制御するための制御機構も必要としないからである。ただし、本発明は、回転機構を以上の構造に特定するものでなく、たとえば、上下台の上下位置をセンサで検出し、センサの検出位置で、上下台をシリンダやモータなどのアクチュエーターで回転する機構とすることもできるのは言うまでもない。
【００４４】
以上の刃物駆動機構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、ヘリカルギア形状の歯車マット１１に裁断する。
【００４５】
図１ないし図５は、繊維マット１０をヘリカルギア形状に裁断する打ち抜き刃物３を示す。これ等の図に示す打ち抜き刃物３は、繊維マット１０を歯車マット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、歯車マット１１の中心に貫通穴を設ける円筒刃物３Ｂとを備える。
【００４６】
歯形刃物３Ａは、繊維マット１０をヘリカルギア形状の歯車マット１１に裁断し、円筒刃物３Ｂで歯車マット１１の中心に円形の貫通穴を裁断する。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４を配置して、歯車マット１１の外形と貫通穴とを同時に打ち抜きする。この打ち抜き刃物３で裁断される歯車マット１１は、中心に貫通穴のあるヘリカルギアに使用される。図１の打ち抜き刃物は、中心に貫通穴のある歯車マットを裁断するが、打ち抜き刃物は必ずしも円筒刃物を設けることなく、歯形刃物のみの構造とすることもできる。円筒刃物のない打ち抜き刃物は、中心に貫通穴のないヘリカルギアに歯車マットを裁断する。中心に貫通穴のない歯車マットは、中心に貫通穴のないヘリカルギアに使用され、あるいは、後工程で中心貫通穴を設けて、貫通穴のあるヘリカルギア形状に加工される。
【００４７】
図に示す歯形刃物３Ａは、薄い金属板を歯形に折曲加工したものではない。歯形刃物３Ａは、所定の厚さの金属ブロック１９を切削し、研削し、焼き入れして製作される。切削される金属ブロック１９は鋼材で、円柱状、円筒状又は厚い板状で、金属ブロックを切削工程で切削して切削刃物３１とし、焼き入れ工程で切削刃物３１を焼き入れして焼き入れ刃物とし、研磨工程で焼き入れ刃物を研削して製作される。切削工程は、金属ブロックを放電加工して内側に凸条２２と縦溝２１のある筒状に切削し、外側を研削して切削刃物３１とする。
【００４８】
図の歯形刃物３Ａは、先端縁に刃先４を設けている刃物部３ａと、この刃物部３ａの後端側に一体構造に連結しているベース部３ｂとからなる。この歯形刃物３Ａは、ベース部３ｂの硬度を刃物部３ａの硬度よりも低くする。この歯形刃物３Ａは、刃物部３ａとベース部３ｂとを異なる金属で製作し、ベース部３ｂの金属を刃物部３ａの金属よりも低硬度の金属製とする。この歯形刃物３Ａは、低硬度のベース部３ｂの緩衝作用が打ち抜き時の衝撃を吸収する。したがって、この歯形刃物３Ａは、繊維マット１０を打ち抜きするときの衝撃がベース部３ｂに吸収されて、繊維マット１０をスムーズに打ち抜きできる特徴がある。刃物部とベース部とからなる歯形刃物は、刃物部とベース部とを同じ炭素鋼で製作して、焼き入れ工程で刃物部の硬度をベース部よりも高くすることもできる。
【００４９】
図１の歯形刃物３Ａは、刃物部３ａの内形をヘリカルギア形状の外形とし、ベース部３ｂの内形を刃物部３ａの内形よりも大きくしている。この歯形刃物３Ａは、裁断された歯車マット１１をスムーズにベース部３ｂに案内できる。この歯形刃物３Ａは、刃物部３ａの高さ（ｈ）、すなわち歯形刃物３Ａの軸方向の長さを、好ましくは裁断される歯車マット１１の厚さに等しく、あるいはこれよりも長くする。この刃物部３ａは、歯車マット１１を正確なヘリカルギア形状に裁断できる。裁断された歯車マット１１を刃物部の内側に案内できるからである。ただし、刃物部３ａの高さ（ｈ）は、歯車マット１１の厚さよりも低くすることもできる。それは、繊維マット１０のクッション性で、裁断された歯車マット１１のヘリカルギア形状を弾性変形して、刃物部３ａとベース部３ｂに案内できるからである。
【００５０】
図１の歯形刃物３Ａは、ベース部３ｂの高さ（Ｈ）を刃物部３ａの高さ（ｈ）よりも大きくしている。この歯形刃物３Ａは、ベース部３ｂの緩衝作用が大きく、打ち抜き時の衝撃を少なくしてスムーズに繊維マット１０を歯車マット１１に打ち抜きできる。また、ベース部３ｂを上下台６に連結して、上下台６に簡単に取り付けできる特徴もある。さらに、刃物部３ａよりも内形を大きくしているベース部３ｂは、裁断された歯車マット１１を変形させることなく、あるいはわずかに変形して内側に案内できるので、裁断された複数枚の歯車マット１１をベース部３ｂに案内してスムーズに取り出すことで、能率よく繊維マット１０を裁断できる特徴もある。
【００５１】
図１の歯形刃物３Ａは、刃物部３ａとベース部３ｂとを溶接構造で一体構造に連結して製作される。一体構造に連結される歯形刃物３Ａは、焼き入れされない切削刃物と、焼き入れされないベース部とを連結して一体構造とし、その後焼き入れし、研削して製作される。刃物部３ａとベース部３ｂに加工される鋼材は、加工性に優れた炭素鋼が適している。炭素鋼は、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３Ａ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、刃物部３ａに加工される鋼材の炭素の含有量は、例えば０．４％以上であって１．４％以下、好ましくは０．４５％以上であって０．７％以下とする。ベース部３ｂは、刃物部３ａよりも炭素の含有量の少ない炭素鋼板、たとえば、０．３％以上であって１％以下、好ましくは０．４％以上であって０．６％以下の炭素鋼板を使用する。ただし、刃物部とベース部とを同じ炭化含有量の鋼材で製作することもできる。本明細書において鋼材の炭素含有量は質量パーセント濃度とする。
【００５２】
刃物部３ａは、切削工程において、鋼材を放電加工して筒状に加工した後、研削工程において、砥石やヤスリで切削して先端にヘリカルギアの刃先４を設けて切削刃物３１とする。切削刃物はベース部と一体構造に連結されて焼き入れ工程で焼き入れされて焼き入れ刃物とし、さらに焼き入れ刃物を研削して製作される。ベース部３ｂは、筒状の炭素鋼板を円筒状に加工して内面を切削し、あるいは炭素鋼を研削して製作される。
【００５３】
図７は、歯形刃物の製造工程を示す。ただし、この図は、刃物部３ａとベース部３ｂとを異なる鋼材で製作して、一体構造に連結する歯形刃物３Ａの刃物部３ａの製造工程を示している。この工程で製造された刃物部３ａは、ベース部３ｂを一体構造に連結して歯形刃物３Ａとされる。
図示しないが、歯形刃物は、ひとつの金属ブロックを切削加工して製造することもできるが、この方法で製造される歯形刃物は、切削工程において金属ブロックの内面と外面を刃物で切削して図１に示す形状として製作される。
【００５４】
［切削工程］
この工程は、内面を切断する切断工程と、切断工程で内面が加工された筒体の外面を研削する研削工程とからなる。
【００５５】
［切断工程］
切断工程は、金属ブロック１９を放電加工して所定の厚さの筒体２０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を切断する。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から筒体２０を切り離す。放電加工で金属ブロック１９から切り離された筒体２０の内面には、中心軸に対して傾斜する縦溝２１と凸条２２とが交互に平行に設けられている。内面に縦溝２１と凸条２２を設けている筒体２０は、内面の形状を、ヘリカルギア形状の外形としている。縦溝２１と凸条２２は筒体２０の中心軸に対して傾斜し、傾斜角を、ヘリカルギアの外周に設けられる歯の回転軸に対する傾斜角に等しくしている。
【００５６】
筒体２０は、放電加工で鋼材の金属ブロックから切り離されて外面を円柱に沿う形状とする。外面を円柱状とし、内面をヘリカルギア形状とする筒体２０は、放電加工で金属ブロックから簡単に加工される。金属ブロックと放電加工のワイヤとを相対的に移動して、筒体２０の内面と外面の両方を加工できるからである。筒体２０は、放電加工で内面形状をヘリカルギア形状とし、あるいは、図示しないが、内面形状を先端から後端に向かって大きくなる形状に加工される。さらに、筒体２０は、放電加工で外面形状を先端から後端に向かって大きくするテーパー状に、あるいは先端から後端まで同じ外形に放電加工される。円柱状や円筒状の金属ブロックを筒体に放電加工する方法は、筒体２０径に等しい円柱状又は円筒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して筒体を製作できる。
【００５７】
［研削工程］
この工程は、外面を円柱状とする筒体２０の外側面を研削して、先端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。放電加工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。さらにこの工程は、筒体２０の先端部の外側面を研削して、先端に歯先刃４Ａを設けた切削刃物３１とする。
【００５８】
切削刃物３１の刃先４は、繊維マット１０をヘリカルギア形状に裁断するもので、歯先刃４Ａと歯面刃４Ｃと歯底刃４Ｂとを連結する刃先である。歯先刃４Ａは、ヘリカルギアの歯先面となる部分を切断し、歯面刃４Ｃはヘリカルギアの歯面となる部分を切断し、歯底刃４Ｂは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４は、筒体２０の外側面を研削して設けられる。
【００５９】
研削工程は、筒体２０の先端部の外面にＶ溝１６を研削して設けて、歯面刃４Ｃと歯底刃４Ｂとを設ける。Ｖ溝１６は、筒体２０内面に設けた凸条２２の外側に設けられる。Ｖ溝１６は、凸条２２との対向位置に設けられる。凸条２２は筒体２０の中心軸に対して傾斜するので、Ｖ溝１６も中心軸に対して傾斜する。Ｖ溝１６は先端縁の両面を歯面刃４Ｃとして、溝底部を歯底刃４Ｂとする。Ｖ溝１６の溝底部が刃先４を歯底刃４Ｂとするので、図７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は、筒体２０の先端から後端に向かって次第に浅くなる形状で、歯底刃４Ｂの刃物角を歯先刃４Ａの刃物角より大きくする。
【００６０】
図５は、Ｖ溝１６を長手方向に切断した断面図である。この図は歯先刃４Ａと歯底刃４Ｂの断面形状を示している。この図において、実線はＶ溝１６の長手方向に沿って切断した歯底刃４Ｂの断面形状を示し、鎖線は縦溝２１の長手方向に沿って切断した歯先刃４Ａの断面形状を示している。歯底刃４Ｂの刃物角は、Ｖ溝１６を先端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３の歯形刃物３Ａは、図３の正面図に示すように、Ｖ溝１６を後端（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を設けている刃物部３ａの後端部の厚さ（Ｗ１）は、歯先刃４Ａを設けている刃物部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。
【００６１】
図１ないし図５に示す歯形刃物３Ａの刃物部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である刃物部３ａの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）を、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。
【００６２】
さらに、刃先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４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できる。さらに刃物部３ａは、筒体２０の内側面の一部を研削して、先端から後端に向かって内側形状を次第に大きくするテーパー状に加工することもできる。
【００６３】
［切削刃物とベース部との連結工程］
研削工程で得られた刃物部となる切削刃物３１は、焼き入れすることなく、後端にベース部３ｂが一体構造に連結される。ベース部３ｂは、筒状の炭素鋼板の内面を切削し、あるいは研削して製作されたものである。歯形刃物３Ａは、ベース部３ｂの内形を刃物部３ａの内形よりも大きくしている。刃物部となる切削刃物３１に連結されるベース部３ｂは、内形を大きくして、先端から後端に向かって内形を次第に大きくすることができる。この歯形刃物３Ａは、ベース部３ｂに設けた凸条２２を先端から後端に向かって低くして、後端部の内形を先端部よりも大きくできるので、裁断された歯車マット１１をスムーズにベース部３ｂの内側に案内でき、また、裁断された歯車マット１１を歯形刃物３Ａの後端からスムーズに分離できる。
【００６４】
［焼き入れ工程］
焼き入れされない切削刃物３１とベース部３ｂとが一体構造に連結された状態で、刃先４を硬くするために焼き入れする。焼き入れ工程は、刃先４の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、焼き入れ工程は、刃先４の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、刃物部３ａの鋼材に、炭素の含有量を０．６％とする炭素鋼を使用し、焼き入れ温度を７８０℃〜９５０℃として、ＨＲＣ硬度を６２〜７２の範囲にできる。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。
【００６５】
［研磨工程］
焼き入れ刃物は、最後に仕上げ研磨して鋭利な刃先４とする。特に研削工程は、刃先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。
【００６６】
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の炭素鋼板で製作される。炭素鋼板は、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４ＤＤを設ける。円筒状の炭素鋼板は、先端部分の内側面を研削して円形のサブ刃先４ＤＤを設ける。
【００６７】
円筒刃物３Ｂは、サブ刃先４ＤＤ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４ＤＤ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。
【００６８】
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と歯形刃物３Ａの刃先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５で押圧して、繊維マット１０を裁断する。
【００６９】
以上の打ち抜き刃物を備える図８の裁断装置は、以下の工程で繊維強化プラスチックのヘリカルギアに使用される繊維マットをヘリカルギア形状に裁断する。
［繊維マットを受け台にセットする工程］
シリンダ７で上下台６を持ち上げ、上下台６の下面に固定している打ち抜き刃物３を上昇位置に配置する。この状態で、打ち抜き刃物３は受け台１から上に離して配置される。
受け台１の裁断面２に繊維マット１０を載せる。繊維マット１０と裁断面２との間には弾性シート１Ａを積層している。
【００７０】
［打ち抜き刃物を降下する状態］
シリンダで上下台６を押し下げる。上下台６が水平面内で回転しながら降下するので、打ち抜き刃物３が繊維マット１０を裁断する。このとき、打ち抜き刃物３は回転しながら降下するので、刃先４で繊維マット１０をヘリカルギア形状に裁断する。打ち抜き刃物３の刃先４は、繊維マット１０をヘリカルギア形状の歯車マット１１に裁断した後、さらに弾性シートに食い込んで繊維マット１０を確実に裁断する。
【００７１】
打ち抜き刃物３は、歯形刃物３Ａの内側に円筒刃物３Ｂを固定しているので、歯形刃物３Ａで歯車マット１１の外形をヘリカルギア形状に裁断し、円筒刃物３Ｂで歯車マット１１の中心に貫通穴を設ける。歯形刃物３Ａと円筒刃物３Ｂは刃先４を同一面内に配置しているので、歯形刃物３Ａと円筒刃物３Ｂの両方が繊維マット１０を裁断して歯車マット１１に裁断する。裁断時に、歯形刃物３Ａは回転しながら降下して、歯車マット１１の外形をヘリカルギア形状に裁断し、円筒刃物３Ｂも回転しながら歯車マット１１に貫通穴を裁断する。回転しながら歯車マット１１に貫通穴を設ける円筒刃物３Ｂは、円周方向に回転するので、刃先４が貫通穴に円周に方向に移動して、歯車マット１１の中心に確実に綺麗な貫通穴を開口する。
【００７２】
歯形刃物３Ａの内側に円筒刃物３Ｂを固定して、歯形刃物３Ａと円筒刃物３Ｂとの両方で同時に繊維マット１０を裁断する打ち抜き刃物３は、裁断される歯車マット１１を正確なヘリカルギア形状に裁断できる。それは、歯形刃物３Ａと円筒刃物３Ｂとの間に繊維マット１０を挟む状態で中心に貫通穴のあるヘリカルギア形状に裁断するからである。弾性変形する繊維マット１０を打ち抜き刃物３で打ち抜きして貫通穴のないヘリカルギア形状に裁断すると、図９の（１）に示すように、外周面は中央に凹部ができる形状に変形して裁断される傾向がある。それは、図１０の鎖線で示すように、打ち抜き刃物３が繊維マット１０を押し潰す状態となって、上面が突出して大きく湾曲する状態で裁断されるからである。これに対して、歯形刃物３Ａの内側に円筒刃物３Ｂを固定している打ち抜き刃物３で繊維マット１０を裁断すると、図１０の実線で示すように、歯形刃物３Ａと円筒刃物３Ｂの両方が繊維マット１０の表面に押し付けられて裁断するので、歯形刃物３Ａと円筒刃物３Ｂとの間で湾曲して突出する高さが小さくなり、表面がほぼ平面状に近い状態で裁断されて、図９の（２）で示すように、外周面と内周面の中央部の凹部は小さくできる。このことは、裁断された歯車マットの外周面と内周面の両方をより正確なヘリカルギア形状に裁断できる特徴を実現する。
【００７３】
［裁断された歯車マットの取り出し工程］
裁断された歯車マット１１は、歯形刃物３Ａと円筒刃物３Ｂとの間に挿入される。シリンダで上下台６を上昇し、上下台６で打ち抜き刃物３を上昇して、打ち抜き刃物３の内側に挿入された歯車マット１１を打ち抜き刃物３から抜き出す。
繊維マット１０は、以上の工程を繰り返して歯車マット１１に裁断される。
【符号の説明】
【００７４】
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
３ａ…刃物部
３ｂ…ベース部
３１…切削刃物  
３Ｂ…円筒刃物
４…刃先
４Ａ…歯先刃
４Ｂ…歯底刃
４Ｃ…歯面刃
４Ｄ…サブ刃先
５…刃物駆動機構
５Ａ…回転機構
６…上下台
７…シリンダ
１０…繊維マット
１１…歯車マット
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
２１…縦溝
２２…凸条
２３…連結金具
２４…ガイド凸部
２５…ガイド溝
２６…螺旋ガイド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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