(57)【要約】【課題】安価な抜き型で繊維強化プラスチック板を一回の往復運動で所定の外形に打ち抜き加工しながら、切断縁の亀裂を防止して正確な形状に切断する。【解決手段】抜き型３で繊維強化プラスチック板１０を打ち抜きする切断工程と、切断工程で打ち抜き加工される繊維強化プラスチック板１０の少なくとも切断部分を加熱する加熱工程とからなり、加熱工程で加熱された繊維強化プラスチック板１０を、抜き型３の刃先４で切断する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性樹脂に補強繊維を埋設してなる繊維強化プラスチック板の切断方法であって、
前記繊維強化プラスチック板(10)を受け台(1)の裁断面(2)に載せて、裁断面(2)に配置している繊維強化プラスチック板(10)の表面に、繊維強化プラスチック板(10)を線状に破断する刃先(4)の抜き型(3)を押し付けて、この抜き型(3)でもって、前記繊維強化プラスチック板(10)を打ち抜きする切断工程と、
前記切断工程で打ち抜き加工される前記繊維強化プラスチック板(10)の少なくとも切断部分を加熱する加熱工程とからなり、
前記加熱工程で加熱された前記繊維強化プラスチック板(10)を、前記抜き型(3)の刃先(4)で切断することを特徴とする繊維強化プラスチック板の切断方法。
【請求項２】
請求項１に記載される繊維強化プラスチック板の切断方法であって、
前記熱可塑性樹脂に埋設してなる補強繊維を、カーボン繊維、ケプラー繊維、ＰＢＯ繊維、超強力ポリエチレン繊維、高強力ポリアリレート繊維のいずれかからなる高強度繊維又はガラス繊維とすることを特徴とする繊維強化プラスチック板の切断方法。
【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板の切断方法であって、
前記繊維強化プラスチック板(10)の熱可塑性樹脂を、ポリカーボネート、ナイロン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ＡＢＳ樹脂、ポリスチレン、塩化ビニル樹脂、フッ素樹脂の何れかとする繊維強化プラスチック板の切断方法。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載される繊維強化プラスチック板の切断方法であって、
前記加熱工程において繊維強化プラスチック板(10)の加熱温度を熱可塑性樹脂の熱変形温度（１８．５Ｋｇｆ／ｃｍ２）＋１５℃以下であって、熱変形温度−２５℃以上、好ましくは熱変形温度＋１０℃以下であって熱変形温度−２０℃以上とするとすることを特徴とする繊維強化プラスチック板の切断方法。
【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板の切断方法であって、
前記加熱工程において前記繊維強化プラスチック板(10)を加熱された液体に浸漬して加熱することを特徴とする繊維強化プラスチック板の切断方法。
【請求項６】
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板の切断方法であって、
前記加熱工程において、前記繊維強化プラスチック板(10)の表面に赤外線を照射して加熱することを特徴とする繊維強化プラスチック板の切断方法。
【請求項７】
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板の切断方法であって、
前記加熱工程において、前記繊維強化プラスチック板(10)の表面に加熱プレート(32)を接触して加熱することを特徴とする繊維強化プラスチック板の切断方法。
【請求項８】
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板の切断方法であって、
前記加熱工程において、前記繊維強化プラスチック板(10)を超音波振動させて加熱することを特徴とする繊維強化プラスチック板の切断方法。
【請求項９】
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板の切断方法であって、
前記加熱工程において、前記抜き型(3)の刃先(4)を加熱して前記繊維強化プラスチック板(10)を加熱して切断することを特徴とする繊維強化プラスチック板の切断方法。
【請求項１０】
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板の切断方法であって、
前記加熱工程において、前記抜き型(3)の刃先(4)を超音波振動させて前記抜き型(3)で前記繊維強化プラスチック板(10)を加熱しながら切断することを特徴とする繊維強化プラスチック板の切断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、補強繊維をプラスチックに埋設して補強している繊維強化プラスチック板を所定の形状に切断する切断方法に関する。とくに、本発明は、抜き型での打ち抜きが難しいカーボン繊維、ケプラー繊維、ＰＢＯ繊維、超強力ポリエチレン繊維、高強力ポリアリレート繊維等の高強度繊維やガラス繊維等で補強して板状やシート状としてなる繊維強化プラスチック板の切断に最適な切断方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
カーボン繊維をプラスチックに埋設しているカーボン繊維強化プラスチック板は、極めて強靭な繊維で補強されるので、強度の要求される用途、例えば航空宇宙用や特殊車両などに使用される。この繊維強化プラスチック板の裁断装置として、レーザービームを照射する装置が開発されている（特許文献１及び２参照）。
【０００３】
これ等の公報に記載されるレーザービームの裁断装置は、繊維強化プラスチック板の裁断に極めて大きなエネルギーを消費すると共に、切断ラインに沿ってレーザービームを移動して切断するので能率良く短時間に裁断できない。また、繊維強化プラスチック板の裁断装置として、ウォータージェットで裁断する装置も開発されているが、この裁断装置も消費エネルギーが大きく、また能率よく速やかに裁断できない。また、レーザービームやウォータージェットの裁断装置は、設備コストとランニングコストの両方が相当に高くなる欠点もある。
【０００４】
ところで、航空宇宙材料として使用される補強繊維材料等を切断する装置は開発されている（特許文献３参照）。この裁断装置は、特殊な切断用カッターを使用して補強繊維材料を切断する。この切断用カッターは、シャンク本体の先端に刃先部を接合している。刃先部は、厚さを先端へ向かうに従って漸次小さくしている。また、刃先部を、切刃を構成する超高硬度部と、切刃とシャンク本体とをつなぐ超硬合金部とを接合して一体に焼結成形させた複合体で形成して、刃先部の先端を、超高硬度部で形成している。超高硬度部と超硬合金部とからなる複合体は、ダイヤモンド等の高硬度粒子と結合材料として使用されるＴｉＮ、ＴｉＣ等の粒子とを混合し、これらを超高圧においてプレス成形し、また高温度において焼結することにより成形されたペレット状の超高硬度部と、タングステンカーバイト等により成形されたペレット状の超硬合金部とを、一体に焼結成形して所定形状に加工したものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２４７２０６号公報
【特許文献２】特開２０１１−５６５８３号公報
【特許文献３】特開平４−６９１８７号公報
【特許文献４】特開２０１３−２４４５４１号公報
【特許文献５】特願２０１３−０４０５５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献３に記載される装置は、特殊な切断用カッターで補強繊維材料を裁断するので、レーザービームやウォータージェットに比較して能率よく裁断できる。しかしながら、この裁断装置は、切断用カッターを往復運動させながら前進させて補強繊維材料を切断するので、一回の往復運動で所定の形状に裁断できず、切断ラインに沿って切断用カッターを移動する必要がある。このため、能率よく短時間で特定の外形に切断できず、切断コストが高くなる欠点がある。また、部分的に切断する工程を繰り返して所定の形状に切断するので、切断するときに、繊維強化プラスチック板に局部的に過大な力が作用して、切断縁に沿って無数の亀裂が発生しやすい欠点がある。
【０００７】
切断縁の亀裂は、使用状態において経時的に亀裂が次第に進行する弊害がある。さらに、カッターによる切断縁は、見た目には判らない亀裂が内在することがあって、この亀裂が経時的に進行する弊害もある。内在する亀裂は製造工程での発見が難しく、その後に発生する亀裂によって部品の品質を著しく低下させる欠点がある。さらに、以上の切断用カッターは、刃先の超高硬度部を超硬合金部でシャンク本体に接合して一体に焼結成形させた複合体とするので、切断用カッターを複雑に湾曲する形状には加工できず、複雑な外形や内形には切断できない。また、この切断用カッターは、構造が複雑なために極めて高価になる欠点もある。
【０００８】
本発明者は、繊維強化プラスチック板を能率よく切断する抜き型を開発した（特許文献４参照）。この抜き型は、高強度繊維で強化されたプラスチック板を打ち抜き加工して極めて能率よく切断できる。ただ、この抜き型も繊維強化プラスチック板を折曲縁に沿って破断して切断するので、切断縁に無数の亀裂が発生する。
【０００９】
本発明者は、さらにこの欠点を解決する切断方法を開発した（特許文献５参照）。この切断方法は、繊維強化プラスチック板を、研削シロを設けて完成品よりも大きく切断し、切断後に研削シロを研削して、切断縁を綺麗に仕上げている。この方法は、破断された切断縁の亀裂を研削して除去するので、切断縁の亀裂を除去できるが、打ち抜き加工した後に研削するので、加工に手間がかかると共に、短時間に多量生産するのが難しい欠点がある。
【００１０】
本発明は、さらに以上の欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、極めて安価な抜き型を使用しながら、補強繊維で補強してなる繊維強化プラスチック板を一回の往復運動で所定の外形に打ち抜き加工して、極めて能率よく正確な外形に切断できる繊維強化プラスチック板の切断方法を提供することにある。
また、本発明の他の大切な目的は、正確な形状に加工して切断縁の亀裂を防止して正確な形状に切断できる繊維強化プラスチック板の切断方法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】
【００１１】
本発明の繊維強化プラスチック板の切断方法は、熱可塑性樹脂に補強繊維を埋設している繊維強化プラスチック板１０を切断する方法であって、繊維強化プラスチック板１０を受け台１の裁断面２に載せて、裁断面２に配置している繊維強化プラスチック板１０の表面に、繊維強化プラスチック板１０を線状に破断する刃先４の抜き型３を押し付けて、この抜き型３でもって、繊維強化プラスチック板１０を打ち抜きする切断工程と、切断工程で打ち抜き加工される繊維強化プラスチック板１０の少なくとも切断部分を加熱する加熱工程とからなり、加熱工程で加熱された繊維強化プラスチック板１０を、抜き型３の刃先４で切断する。
【００１２】
以上の切断方法は、極めて安価な抜き型を使用しながら、補強繊維で補強してなる繊維強化プラスチック板を一回の往復運動で所定の外形に打ち抜き加工して、極めて能率よく正確な外形に切断でき、しかも切断縁の亀裂を防止しながら正確な形状に切断できる特徴を実現する。それは、加熱して軟化する熱可塑性樹脂からなる繊維強化プラスチック板を加熱して切断するからである。加熱状態で切断される熱可塑性樹脂は、軟化状態にあって抜き型の刃先でスムーズに切断され、さらに軟化状態で切断されるので破断による亀裂を少なくできる。以上の切断方法は、従来のように切断縁を研削して亀裂を除去するのではなく、切断工程において切断縁に亀裂が発生するのを防止する。このため、以上の切断方法は、研削シロを設けることなく打ち抜き加工することも可能となり、製品の外形に沿って切断して正確な外形に切断できる特徴も実現する。さらに、研削工程を省略し、あるいは簡単にできるので、能率よく多量生産できる特徴も実現する。
【００１３】
さらに、以上の繊維強化プラスチック板の切断方法は、安価な抜き型を使用して能率よく正確な形状に切断するので、打ち抜き加工のコストをも低減して、繊維強化プラスチック板を極めて低コストに能率よく速やかに正確な形状に加工できる。とくに、以上の方法は、刃物による切断が難しいとされて、ウォータージェットなど極めて加工コストの高い非能率的な方法で切断していた繊維強化プラスチック板を、加工コストを著しく低減して所定の形状に加工できる。
【００１４】
さらに、以上の切断方法は、抜き型で繊維強化プラスチック板を所定の形状に切断するが、切断部分においては、繊維強化プラスチック板の熱可塑性樹脂を軟化状態としている。熱可塑性樹脂を軟化状態としている繊維強化プラスチック板を所定の形状に切断する抜き型は、寿命が長く、正確な形状に切断できる。それは、抜き型の刃先が、軟化状態にある熱可塑性樹脂を切断しながら、補強繊維を切断するからである。また、この状態で繊維強化プラスチック板を所定の形状の製品に切断する方法は、抜き型の刃先を押し付けて所定の形状に加工できるので、極めて能率よく短時間で正確な形状に切断できる。また、加熱状態で切断された製品は、熱可塑性樹脂を軟化状態として切断するので、破断縁の亀裂を防止できる。繊維強化プラスチック板を抜き型で切断すると、刃先が局部的に破断するので、切断縁に沿って応力歪みが残存し、しかも目に見えない無数の亀裂が内在するが、本発明は、熱可塑性樹脂を軟化状態として切断するので、亀裂の発生を防止することに加えて、局部的な応力歪みが内在するのも防止できる。したがって、本発明の方法で切断された製品は、切断縁の亀裂と応力歪みを少なくできる。
【００１５】
本発明の繊維強化プラスチック板の切断方法は、補強繊維を、カーボン繊維、ケプラー繊維、ＰＢＯ繊維、超強力ポリエチレン繊維、高強力ポリアリレート繊維等の高強度繊維とし、あるいはガラス繊維とすることができる。
【００１６】
本発明の繊維強化プラスチック板の切断方法は、繊維強化プラスチック板１０の熱可塑性樹脂を、ポリカーボネート、ナイロン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ＡＢＳ樹脂、ポリスチレン、塩化ビニル樹脂、フッ素樹脂の何れかとすることができる。
【００１７】
本発明の繊維強化プラスチック板の切断方法は、加熱工程において繊維強化プラスチック板１０の加熱温度を熱可塑性樹脂の熱変形温度（１８．５Ｋｇｆ／ｃｍ２）＋１５℃以下であって、熱変形温度−２５℃以上、好ましくは熱変形温度＋１０℃以下であって熱変形温度−２０℃以上とするとすることができる。
【００１８】
本発明の繊維強化プラスチック板の切断方法は、加熱工程において繊維強化プラスチック板１０を加熱された液体に浸漬して加熱することができる。また、加熱工程において、繊維強化プラスチック板１０の表面に赤外線を照射して加熱することができる。さらに、繊維強化プラスチック板１０の表面に加熱プレート３２を接触して加熱することができる。また、加熱工程において、繊維強化プラスチック板１０を超音波振動させて加熱し、あるいは、抜き型３の刃先４を加熱して繊維強化プラスチック板１０を加熱して切断することができる。超音波振動による加熱や、刃先４を加熱する方法は、切断部分のみを加熱して切断することができる。さらにまた、加熱工程において、抜き型３の刃先４を超音波振動させて抜き型３で繊維強化プラスチック板１０を加熱しながら切断することもできる。この方法は、繊維強化プラスチック板の切断部分を加熱しながら切断するので、極めて短時間に加熱して切断でき、また超音波振動する刃先で切断するので、能率よく切断できる特長も実現する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施例にかかる繊維強化プラスチック板の切断方法に使用する切断装置の概略構成図である。
【図２】本発明の他の実施例にかかる繊維強化プラスチック板の切断方法に使用する切断装置の概略構成図である。
【図３】本発明の他の実施例にかかる繊維強化プラスチック板の切断方法に使用する切断装置の加熱装置の概略構成図である。
【図４】本発明の他の実施例にかかる繊維強化プラスチック板の切断方法に使用する切断装置の概略構成図である。
【図５】裁断装置の一例を示す概略斜視図である。
【図６】図５に示す裁断装置の抜き型を示す一部拡大垂直断面図である。
【図７】裁断装置の他の一例を示す概略斜視図である。
【図８】図７に示す裁断装置の抜き型を示す一部拡大垂直断面図である。
【図９】裁断装置の他の一例を示す垂直断面図である。
【図１０】抜き型が繊維強化プラスチック板を破断する状態を示す拡大断面図である。
【図１１】抜き型の他の一例を示す垂直断面図である。
【図１２】抜き型の一例を示す拡大断面図である。
【図１３】抜き型の他の一例を示す拡大断面図である。
【図１４】図５ないし図８に示す裁断装置で切断された製品の一例を示す平面図である。
【図１５】従来の抜き型の一例を示す一部拡大横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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板の切断方法を例示するものであって、本発明は切断方法を以下の方法に特定しない。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。
【００２１】
本発明の切断方法は、熱可塑性樹脂に補強繊維を埋設して補強している繊維強化プラスチック板を抜き型で打ち抜き加工して所定の形状に切断する。熱可塑性樹脂は、ポリカーボネート、ナイロン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ＡＢＳ樹脂、ポリスチレン、塩化ビニル樹脂、フッ素樹脂等、補強繊維を埋設して補強できる全ての熱可塑性樹脂である。熱可塑性樹脂に埋設している補強繊維は、カーボン繊維、ケプラー繊維、ＰＢＯ繊維、超強力ポリエチレン繊維、及び高強力ポリアリレート繊維等の高強度繊維やガラス繊維で、これ等を単独で、あるいは複数種を混合して埋設している。
【００２２】
繊維強化プラスチック板は、加熱工程で加熱される。加熱された繊維強化プラスチック板は、切断工程において抜き型の刃先で切断して所定の形状に打ち抜き加工される。図１と図２の切断装置１００は、繊維強化プラスチック板１０を加熱する加熱装置３０と、加熱された繊維強化プラスチック板１０を打ち抜き加工する裁断装置２０とを備える。
【００２３】
加熱装置３０は、繊維強化プラスチック板１０の全体あるいは切断部分を、熱可塑性樹脂を軟化させる温度まで加熱する。加熱装置３０が繊維強化プラスチック板１０を加熱して熱可塑性樹脂を軟化させる加熱温度は、熱可塑性樹脂の１８．５Ｋｇｆ／ｃｍ２における熱変形温度＋１５℃以下であって、熱変形温度−２５℃以上、好ましくは熱変形温度＋１０℃以下であって熱変形温度−２０℃以上とする。さらに好ましくは、加熱温度を熱変形温度とする。熱可塑性樹脂の熱変形温度は所定の幅がある。たとえば、ポリカーボネートの熱変形温度は１２９℃〜１４０℃、４０％のガラス繊維を充填して１４３℃〜１４９℃と変化する。したがって、ポリカーボネートの熱変形温度は１２９℃〜１４９℃の範囲で変化する。加熱温度の最高値は、熱変形温度の最高温度＋１５℃以下、好ましくは＋１０℃以下とし、加熱温度の最低値は、熱変形温度の最低温度−２５℃以上、好ましくは−２０℃以上とする。加熱工程において、繊維強化プラスチック板１０を加熱する温度が高すぎると、加熱工程で繊維強化プラスチック板１０が変形して正確な形状に打ち抜きできなくなり、反対に加熱温度が低すぎると切断縁に亀裂が発生しやすくなる。したがって、繊維強化プラスチック板１０の加熱温度は、熱可塑性樹脂の種類、埋設する補強繊維の量、板厚などを考慮して前述の範囲で最適温度に設定する。
【００２４】
熱可塑性樹脂の１８．５Ｋｇｆ／ｃｍ２における熱変形温度は、補強繊維を充填して高くなる。たとえば、ポリカーボネートの熱変形温度は１２９℃〜１４０℃であるが、４０％のガラス繊維が充填されて１４３℃〜１４９℃と高くなる。ナイロン６６の熱変形温度は７４．８℃であるが、３０％のガラス繊維が充填されて２５１℃と高くなる。高密度ポリエチレンの熱変形温度は６１℃〜７２℃、ポリプロピレンの熱変形温度は６９℃〜７７℃であるが、４０％のガラス繊維が充填されて１２８℃〜１６７℃と高くなる、ＡＢＳ樹脂の熱変形温度は９０℃〜１１５℃であるが、ガラス繊維が充填されて９８℃〜１１５℃となる、ポリスチレンの熱変形温度は９０℃〜１０４℃、硬質塩化ビニル樹脂の熱変形温度は５４℃〜７４℃、フッ素樹脂である四フッ化エチレンの熱変形温度は約１２１℃、フッ素樹脂である三フッ化塩化エチレンの熱変形温度が１２６℃である。加熱装置３０は、繊維を充填しない状態における熱変形温度から、繊維を充填する状態における熱変形温度の範囲で繊維強化プラスチック板１０を加熱する。
【００２５】
図１の加熱装置３０は、繊維強化プラスチック板１０を加熱油３１に浸漬して加熱する。この加熱装置３０は、加熱油３１の温度を繊維強化プラスチック板１０の軟化温度に加温している。この加熱装置３０は、加熱油３１の温度と加熱油３１に浸漬する時間を調整して、繊維強化プラスチック板１０を加熱する温度をコントロールする。加熱油３１の温度を高く、浸漬時間を長くして繊維強化プラスチック板１０の加熱温度を高くできる。加熱油３１の温度と浸漬時間は、熱可塑性樹脂の種類と厚さとを考慮して最適値に設定する。好ましくは、加熱油３１の温度は、熱可塑性樹脂の軟化温度に設定される。浸漬時間は厚さを考慮して、例えば１０秒〜３分、好ましくは２０秒〜２分、さらに好ましくは３０秒〜１分の範囲で最適値に設定される。
【００２６】
図２の加熱装置３０は、２枚の加熱プレート３２の間に繊維強化プラスチック板１０を加圧状態で挟んで加熱する。加熱プレート３２は金属製で、繊維強化プラスチック板１０を挟む対向面を平面状として、ヒーターや加熱蒸気で設定温度に加熱している。ヒーターで加熱される加熱プレートは、ヒーターを絶縁状態に内蔵している。この加熱プレートは、加熱プレートの温度を検出する温度センサ（図示せず）でヒーターの通電をコントロールして、加熱プレートを設定温度に保持する。加熱蒸気で加熱される加熱プレートは、内部に蒸気の循環路を設けて、この循環路に加熱蒸気を循環させる。この加熱プレートは、加熱プレートの温度を検出する温度センサ（図示せず）で循環路に設けた開閉弁を開閉して、加熱プレートを設定温度に保持する。
【００２７】
図２の加熱装置３０は、下側の加熱プレート３２の上にコンベアベルト８を配置している。コンベアベルト８は熱伝導特性の優れたゴム状弾性体のベルトで、両側のプーリ９に駆動されて繊維強化プラスチック板１０を加熱装置３０から裁断装置２０に移送する。ゴム状弾性体のコンベアベルト８は、熱伝導特性に優れた金属粉末やカーボンファイバー等を添加して熱伝導率を高くしている。コンベアベルト８は、下側の加熱プレート３２の上面に接し、裁断装置２０の受け台１の上面に接するように配置されて、繊維強化プラスチック板１０を移送する。裁断装置２０の受け台１の上に配置されるゴム状弾性体のコンベアベルト８は、切断工程において抜き型３の刃先４と繊維強化プラスチック板１０との間に挟まれる弾性シート１７に併用される。打ち抜き加工は、繊維強化プラスチック板１０と受け台１との間に弾性シート１７を配置して、刃先４の損傷を防止できる。
【００２８】
コンベアベルト８は、繊維強化プラスチック板１０を加熱するタイミングと、切断するタイミングとで停止される。加熱プレート３２がひとつの繊維強化プラスチック板１０を挟んで加熱するタイミングで、加熱された他の繊維強化プラスチック板１０を切断することができる。この切断装置１００は、一方の繊維強化プラスチック板１０を加熱しながら、別の繊維強化プラスチック板１０を切断できるので、能率よく繊維強化プラスチック板１０を加熱して切断できる。
【００２９】
コンベアベルト８を停止するタイミングで、加熱装置３０は、繊維強化プラスチック板１０を上下の加熱プレート３２で挟んで加熱する。繊維強化プラスチック板１０を設定温度に加熱した後、上側の加熱プレート３２を上昇させてコンベアベルト８を駆動して、加熱された繊維強化プラスチック板１０を加熱装置３０から裁断装置２０に移送する。ただ、加熱プレートは、表面から赤外線を放射して繊維強化プラスチック板を加熱することもできる。また、繊維強化プラスチック板の表面に加熱空気を噴射して、繊維強化プラスチック板を加熱することもできる。赤外線を放射し、あるいは加熱空気を噴射して繊維強化プラスチック板を加熱する加熱装置は、繊維強化プラスチック板をコンベアベルトで移送しながら連続して加熱できる。
【００３０】
図３の加熱装置３０は、超音波振動するホーンの先端を繊維強化プラスチック板１０の表面に押し付けて、繊維強化プラスチック板１０を加熱する。この図の加熱装置３０は、超音波ホーン３３と、超音波ホーン３３を超音波振動させる超音波振動子３４と、超音波振動子３４を超音波振動させる高周波電源３５とを備える。図３の超音波ホーン３３は、繊維強化プラスチック板１０の切断部分１０Ａのみを加熱するように、下端に切断部分１０Ａに接触する突出部３６を設けている。突出部３６は先端を平滑面として、繊維強化プラスチック板１０の切断部分１０Ａに面接触状態に加圧されて、切断部分１０Ａを超音波振動させて加熱する。超音波振動子３４は高周波電源３５から供給される高周波電力を超音波振動に変換して、超音波ホーン３３を超音波振動させる素子である。高周波電源３５は、たとえば２０ＫＨｚ〜１ＭＨｚの高周波電力を超音波振動子３４に供給して超音波振動させる。以上の加熱装置３０は、繊維強化プラスチック板１０の切断部分１０Ａのみを加熱するので、切断部分１０Ａを数秒以下と極めて短い時間で能率よく軟化温度まで加熱できる。ただ、超音波振動による加熱装置は、超音波ホーンの下端面を繊維強化プラスチック板の全面に密着させて、繊維強化プラスチック板の全面を加熱することもできる。
【００３１】
図４の加熱装置３０は、超音波振動するホーンの先端に抜き型３を固定し、抜き型３を超音波振動させて、抜き型３で繊維強化プラスチック板１０を加熱しながら切断する。したがって、この加熱装置３０は、裁断装置２０に併用される。この切断装置１００は、抜き型３の刃先４を繊維強化プラスチック板１０の表面に押し付け、刃先４を超音波振動させて繊維強化プラスチック板１０を加熱しながら切断する。この図の加熱装置３０は、下端面に抜き型３を固定している超音波ホーン３３と、超音波ホーン３３を超音波振動させる超音波振動子３４と、超音波振動子３４を超音波振動させる高周波電源３５とを備える。図４の超音波ホーン３３は、下端の振動面に抜き型３を固定して、抜き型３を超音波振動させる。抜き型３の刃先４は、繊維強化プラスチック板１０に加圧状態で超音波振動されて、切断部分１０Ａを超音波振動のエネルギーで加熱して切断する。超音波振動子３４は高周波電源３５から供給される高周波電力を超音波振動に変換して、超音波ホーン３３を超音波振動させる素子である。高周波電源３５は、たとえば２０ＫＨｚ〜１ＭＨｚの高周波電力を超音波振動子３４に供給して、超音波振動させる。以上の切断装置１００は、抜き型３を超音波振動させて、繊維強化プラスチック板１０の切断部分１０Ａを加熱しながら切断するので、極めて短時間に能率よく、しかも切断部分１０Ａのみを局部的に加熱して切断するので、とくに能率よく切断できる特長がある。
【００３２】
図５ないし図９は、補強繊維の繊維強化プラスチック板１０を破断して、所定の形状の製品とする裁断装置２０を示している。
【００３３】
これらの図の裁断装置２０は、繊維強化プラスチック板１０を載せて抜き型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強化プラスチック板１０を製品１１の破断縁１１Ａに沿って所定の長さの非直線状に打ち抜きする刃先４を有する抜き型３と、この抜き型３を往復運動させる刃物駆動機構５とを備える。
【００３４】
受け台１は金属プレートで、図５ないし図８の裁断装置２０は、裁断面２を平面状としている。図９の受け台１は、裁断面２を三次元の立体曲面としている。受け台は、樹脂やゴムプレート等のゴム状弾性シートを設けることができる。裁断面２は、繊維強化プラスチック板１０を破断して得られる製品１１の破断縁１１Ａ、すなわち破断縁１１Ａに沿う形状とされる。したがって、破断される破断縁１１Ａを平面状とする製品１１を打ち抜き加工する受け台１は、裁断面２を平面状とし、破断される破断縁を三次元の立体曲面とする製品を打ち抜き加工する受け台１は、裁断面を製品１１の破断縁１１Ａに沿う立体曲面としている。
【００３５】
図５ないし図９の受け台１は、裁断面２に弾性シート１７を積層している。弾性シート１７は厚さを１ｍｍ〜１０ｍｍとするゴム状弾性体をシート状としたものである。上面に弾性シート１７を積層している受け台１は、抜き型３で繊維強化プラスチック板１０を打ち抜き加工する状態で、抜き型３の刃先４を弾性シート１７に密着させ、あるいは抜き型３の刃先４を弾性シート１７に挿入させて、繊維強化プラスチック板１０から打ち抜き加工される製品１１の破断縁１１Ａを確実に綺麗に破断できる。弾性シート１７を上面に積層している受け台１は、破断縁１１Ａを立体曲面とする製品を、その破断縁１１Ａで綺麗に破断できる。ただし、破断縁１１Ａを平面状とする製品１１も、裁断面２を平面状としてその上に弾性シート１７を積層して、綺麗に破断縁１１Ａを破断できる。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、受け台の裁断面に抜き型を接近ないし接触させて、繊維強化プラスチック板を打ち抜き加工して破断することもできる。
【００３６】
抜き型３は、炭素の含有量を０．４５％〜１．４％とする板状の炭素鋼で製作される。抜き型は、好ましくは厚さを２ｍｍないし５ｍｍとする板状炭素鋼で製作する。ただし、抜き型は、その厚さを１ｍｍよりも厚くて１０ｍｍより薄い板状炭素鋼とすることもできる。抜き型は、薄すぎると打ち抜き加工の衝撃で破損しやすく、厚すぎると破断されて抜き型の内側に挿入される破断物をスムーズに抜き取りできなくなる。
【００３７】
抜き型３は、板状炭素鋼を焼き入れする前工程で折曲し、あるいは湾曲して、破断される製品１１の破断縁１１Ａに沿う形状に加工している。抜き型３に最適な炭素鋼は炭素の含有量を０．５％〜０．７％とする。ただ、炭素の含有量を前述の範囲とするものも使用できる。抜き型３の炭素鋼は、炭素の含有量を多くして硬くできる。ただ、炭素の含有量が多くなると脆くなるので、硬さと脆さとを考慮して前述の範囲で最適な値とする。
【００３８】
刃先４を製品１１の破断縁１１Ａに沿う形状に加工している抜き型３は、刃先４を閉ループとして、閉ループの刃先４で繊維強化プラスチック板１０を打ち抜き加工して製品１１を分離する。板状炭素鋼を閉ループに加工している板状の炭素鋼は、先端縁を研磨して刃先４を設ける。抜き型３は、板状炭素鋼の片面を傾斜するように研磨して刃先４を設けた後、焼き入れして硬化させる。図６と図８の抜き型３は、刃先４の長手方向に直交する横断面形状における先端の角度、すなわち刃先傾斜角（α）を約４０度とするように板状炭素鋼を研磨している。板状炭素鋼はヤスリや砥石で研磨して刃先４を設けることができる。
【００３９】
抜き型３は、刃先傾斜角（α）が大きくても小さくても、繊維強化プラスチック板１０の破断能力は低下する。したがって、抜き型３の刃先傾斜角（α）は、２５度よりも大きく、好ましくは３０度よりも大きくする。さらに、抜き型の刃先傾斜角（α）は、６０度よりも小さくする。
【００４０】
切断部分において、抜き型で繊維強化プラスチック板を破断して製品に加工する状態を図１０の断面図に示している。この図に示すように、抜き型３は、刃先４を繊維強化プラスチック板１０の表面に押し付けて、図１０（１）で示すように、先端の刃先４で繊維強化プラスチック板１０の表面をわずかに切断して割れ目１４を作る。さらに、抜き型３の刃先４が繊維強化プラスチック板１０を深く破断すると、図１０（２）で示すように、図において刃先４よりも上部に位置するくさび部３Ａが割れ目１４に挿入されて、割れ目１４を拡開する。くさび部３Ａが割れ目１４を拡開する状態で、硬化したプラスチックに埋設している補強繊維１５は、割れ目１４の両側のプラスチックに強く引っ張られて切断されやすくなる。この状態で抜き型３の刃先４がさらに割れ目１４に深く挿入されて、切れやすくなった補強繊維１５を切断する。抜き型３の刃先４はさらに、割れ目１４に深く挿入されて、繊維強化プラスチック板１０を完全に破断する。
【００４１】
図１０の抜き型３は、刃先４に向かって刃先傾斜角（α）が次第に大きくなる形状としている。この抜き型３は、刃先４の刃先傾斜角（α）を大きくして刃先の損傷を防止でき、また、くさび部３Ａの刃先傾斜角（α）を小さくして、繊維強化プラスチック板１０の表面にできる割れ目１４にくさび部３Ａをスムーズに挿入して、繊維強化プラスチック板１０をより効率よく破断できる。
【００４２】
裁断装置２０に使用する抜き型３は、刃先傾斜角（α）を、従来の抜き型３に比較して極めて大きくしている。図１５の断面図は、従来の抜き型９３の一部拡大横断面図を示している。この図に示すように、従来の抜き型９３は、刃先傾斜角（α）が相当に小さく、先鋭な刃先９４で被破断シート９０などを確実に切断する形状としている。
【００４３】
抜き型は、焼き入れした板状炭素鋼を独特の硬度に焼き入れして、刃先傾斜角（α）を従来の抜き型とに比較して著しく大きくしている。この抜き型は、従来の抜き型のように、製品を先鋭な刃先のみで破断するのではない。独特の硬度で特定の刃先傾斜角（α）の抜き型３は、硬すぎて刃物による破断が難しいとされている繊維強化プラスチック板１０を効率よく破断して刃先４の損傷がない。図１０に示すように、くさび部３Ａを繊維強化プラスチック板１０の割れ目１４に挿入して、補強繊維１５を引っ張り状態の切れやすい状態で破断するからである。
【００４４】
図６と図８の抜き型３は、刃先４を片刃としている。片刃の抜き型３は、刃先４の片面を垂直面４Ａとするので、垂直面４Ａを製品１１の破断縁１１Ａとして、製品１１の破断縁１１Ａを亀裂の少ない状態で破断できる。繊維強化プラスチック板１０は、抜き型３で打ち抜き加工されて、製品となる製品１１と、廃棄される廃棄部１３とに分離される。図６の抜き型３は、繊維強化プラスチック板１０を所定の外形の製品１１として打ち抜き加工する。この抜き型３は、外周面を傾斜面４Ｂとする片刃で、所定の外形の製品１１として打ち抜かれる部分を製品とし、製品１１の外側を廃棄部１３として、製品１１の破断縁１１Ａを廃棄部１３よりも亀裂を少なくして破断できる。破断縁１１Ａが抜き型３の垂直面４Ａで破断されるからである。図８の抜き型３は、繊維強化プラスチック板１０を打ち抜き加工して、抜き型３の外側を製品に加工する製品１１とする。すなわち、製品に貫通孔１２などを加工する。この抜き型３は、内側を傾斜面４Ｂとする片刃で、抜き型３の内側に打ち抜かれる部分を廃棄部１３、抜き型３の外側に分離される部分を製品１１として、製品１１内周の破断縁１１Ａを綺麗に破断できる。
【００４５】
さらに、抜き型３は、図１１に示すように、刃先４を、両面を傾斜面４Ｂとする両刃とすることもできる。
【００４６】
図６と図８の抜き型３は、繊維強化プラスチック板１０を平面状に破断している。抜き型３は、図９に示すように、立体曲面状に成形している繊維強化プラスチック板１０を、刃先４を立体曲面に沿う三次元とする構造として、製品１１の破断縁１１Ａを立体曲面に打ち抜き加工して破断することもできる。この抜き型３は刃先４を立体曲面とし、受け台１の裁断面２も抜き型３の刃先４に沿う立体曲面としている。
【００４７】
さらに、抜き型３は、図１２の拡大断面図に示すように、刃先４に向かって刃先傾斜角（α）を次第に大きくしている。刃先４に向かって刃先傾斜角（α）を大きくするのは、刃先４でもって硬くて強靭な繊維強化プラスチック板１０を効率よく破断しながら、刃先４の損傷を防止するためである。この抜き型３は、刃先傾斜角（α）の大きい刃先４を繊維強化プラスチック板１０の表面に最初に接触させて破断を開始し、破断が開始された後は、刃先傾斜角（α）が次第に小さくなる部分で製品１１と廃棄部１３とを切り離すようにして破断する。図１２の拡大断面図に示す抜き型３は、片刃の傾斜面４Ｂを湾曲するように研磨して、刃先４に向かって刃先傾斜角（α）を次第に大きくしている。抜き型３は、図１３の拡大断面図に示すように、刃先４に向かって段階的に刃先傾斜角（α）が大きくなるように研磨することもできる。
【００４８】
板状炭素鋼は、先端縁を研磨して刃先４を設けた状態で、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、抜き型３は、刃先４のＨＲＣ硬度が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、炭素鋼は、炭素の含有量を０．６％とし、焼き入れ温度を７８０℃〜９５０℃として、ＨＲＣ硬度を前述の６２〜７２の範囲とする。焼き入れ後のＨＲＣ硬度を６５とする抜き型３は、炭素の含有量を０．６％、焼き入れ温度を８５０℃として、この硬度とすることができる。
【００４９】
刃物駆動機構５は、図５ないし図９に示すように、抜き型３を上下に往復運動させて、受け台１の裁断面２に載せている繊維強化プラスチック板１０を抜き型３で打ち抜き加工して破断する。刃物駆動機構５は、抜き型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。抜き型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に載せている繊維強化プラスチック板１０を打ち抜き加工する。すなわち、抜き型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強化プラスチック板１０を受け台１と抜き型３で挟んで、製品１１の破断縁１１Ａに沿って打ち抜きして破断する。
【００５０】
以上の切断部分で得られる製品１１の一例を図１４に示す。この図に示す製品１１は、平面状の繊維強化プラスチック板１０を、図５と図６に示す裁断装置２０を使用して、外周縁に沿って抜き型３で破断した後、図７と図８に示す裁断装置２０を使用して、貫通孔１２の内周縁に沿って抜き型３で破断して所定の形状に加工している。このように、製品１１は、複数回の切断部分を経て、複雑な形状に加工することができる。ただ、裁断装置２０は、図示しないが、複数の抜き型を組み合わせた構造とすることもできる。この裁断装置２０は、１回の切断部分で製品を所定の形状に加工できる。
【００５１】
以上の裁断装置２０は、抜き型を超音波ホーンに固定して超音波振動させながら繊維強化プラスチック板を加熱しながら切断することができる。
【符号の説明】
【００５２】
１００…切断装置
１…受け台
２…裁断面
３…抜き型
３Ａ…くさび部
４…刃先
４Ａ…垂直面
４Ｂ…傾斜面
５…刃物駆動機構
６…上下台
７…シリンダ
８…コンベアベルト
９…プーリ
１０…繊維強化プラスチック板
１０Ａ…切断部分
１１…製品
１１Ａ…破断縁
１２…貫通孔
１３…廃棄部
１４…割れ目
１５…補強繊維
１７…弾性シート
２０…裁断装置
３０…加熱装置
３１…加熱油
３２…加熱プレート
３３…超音波ホーン
３４…超音波振動子
３５…高周波電源
３６…突出部
９０…被破断シート
９３…抜き型
９４…刃先
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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