(57)【要約】【課題】ＣＦＲＰ板を抜き型の刃物で能率よく低コストに高い寸法精度で裁断しながら、裁断縁の亀裂を防止する。【解決手段】ＣＦＲＰ板１０の片面又は両面に、ＣＦＲＰ板１０よりも柔軟なプラスチック製の保護材１１を接合して積層体１２とする積層工程と、積層体１２を表面弾性の受け台に載せて、抜き型の刃物３で裁断する裁断工程とでＣＦＲＰ板１０を裁断し、裁断工程においては、厚さ（Ｄ）を２ｍｍ以上であって５ｍｍ以下とする焼き入れされた炭素鋼板からなり、刃先４角（α）を６０度以下とし、さらに刃先４縁が刃物３の製品側表面から非製品側表面にシフトして配置されて、製品側表面から非製品側表面へのシフト量（ｄ）を刃物３の厚さ（Ｄ）の３％以上であって３０％以下とする抜き型の刃物３を使用する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣＦＲＰ板を抜き型の刃物で裁断する裁断方法であって、
ＣＦＲＰ板の片面又は両面に、ＣＦＲＰ板よりも柔軟なプラスチック製の保護材を接合して積層体とする積層工程と、
前記積層工程で得られる積層体を裁断する裁断工程とからなり、
前記裁断工程において、厚さ（Ｄ）を２ｍｍ以上であって５ｍｍ以下とする焼き入れされた炭素鋼板からなり、刃先角（α）を６０度以下とし、さらに刃先縁が刃物の製品側表面から非製品側表面にシフトして配置されて、製品側表面から非製品側表面へのシフト量（ｄ）を刃物の厚さ（Ｄ）の３％以上であって３０％以下とする抜き型の刃物を使用し、
前記裁断工程において、前記積層体を表面弾性の受け台に載せ、前記刃物を前記受け台に押し付けて、前記積層体を裁断して前記ＣＦＲＰ板を裁断することを特徴とするＣＦＲＰ板の裁断方法。
【請求項２】
請求項１に記載されるＣＦＲＰ板の裁断方法であって、
前記積層工程において、前記ＣＦＲＰ板の表面に複数枚の保護材を積層状態に接合することを特徴とするＣＦＲＰ板の裁断方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載されるＣＦＲＰ板の裁断方法であって、
前記保護材が、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネートの何れかのプラスチック製であるＣＦＲＰ板の裁断方法。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載されるＣＦＲＰ板の裁断方法であって、
前記積層工程において前記ＣＦＲＰ板の表面に接合する保護材の厚さを、前記ＣＦＲＰ板の１／１０以上であって２倍以下とすることを特徴とするＣＦＲＰ板の裁断方法。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載されるＣＦＲＰ板の裁断方法であって、
前記ＣＦＲＰ板の厚さを０．３ｍｍ以上であって３ｍｍ以下とすることを特徴とするＣＦＲＰ板の裁断方法。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載されるＣＦＲＰ板の裁断方法であって、
前記ＣＦＲＰ板の上面に接合する前記保護材を、前記ＣＦＲＰ板の下面に接合する保護材よりも厚くすることを特徴とするＣＦＲＰ板の裁断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＦＲＰ板を所定の形状に切断する裁断方法に関し、とくに、抜き型の刃物による切断が極めて難しいとされている、カーボン繊維で補強しているＣＦＲＰ板を裁断する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高強度繊維であるカーボン繊維で補強しているＣＦＲＰ板は、極めて強靭なカーボン繊維で補強されるので、強度の要求される用途、例えば航空宇宙用や特殊車両などに使用される。このＣＦＲＰ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、ＣＦＲＰ板の裁断に極めて大きなエネルギーを消費すると共に、能率良く短時間に裁断できない。また、ＣＦＲＰ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高強度繊維材料等を切断する装置は開発されている（特許文献３参照）。この裁断装置は、特殊な切断用カッターを使用して高強度繊維材料を切断する。この切断用カッターは、シャンク本体の先端に刃先部を接合している。刃先部は、厚さを先端へ向かうに従って漸次小さくしている。また、刃先部を、切刃を構成する超高硬度部と、切刃とシャンク本体とをつなぐ超硬合金部とを接合して一体に焼結成形させた複合体で形成して、刃先部の先端を、超高硬度部で形成している。超高硬度部と超硬合金部とからなる複合体は、ダイヤモンド等の高硬度粒子と結合材料として使用されるＴｉＮ、ＴｉＣ等の粒子とを混合し、これらを超高圧においてプレス成形し、また高温度において焼結することにより成形されたペレット状の超高硬度部と、タングステンカーバイト等により成形されたペレット状の超硬合金部とを、一体に焼結成形して所定形状に加工したものである。
【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２０１３−０９１１２８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高強度繊維材料を裁断するので、レーザービームやウォータージェットに比較して能率よく裁断できる。しかしながら、この裁断装置は、切断用カッターを往復運動させながら前進させて高強度繊維材料を切断するので、一回の往復運動でＣＦＲＰ板を裁断できない。このため、短時間でＣＦＲＰ板を切断できず、切断コストが高くなる。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もある。切断縁の亀裂は、外周縁に沿って枠やカバーを設けて表面に露出しないようにできる。しかしながら、切断縁の亀裂は、使用状態で経時的に拡大して枠やカバーの外部に露出する弊害がある。さらに困ったことに、切断用カッターの切断縁には、見た目には判別できない微細な亀裂が内在することがある。内在する微細な亀裂も、経時的に拡大して外部に露出する弊害となる。とくに、微細な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原因となる。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、ＣＦＲＰ板を複雑な外形には切断できない。さらに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。
【０００７】
本発明者は、抜き型の刃物を使用してＣＦＲＰ板を能率よく裁断する方法を開発した。（特許文献４参照）
この裁断方法は、１回の往復運動でＣＦＲＰ板を所定の外形に打ち抜き加工して正確な外形に切断する。また、抜き型の刃物の製作コストを安くできるので、刃物による切断が極めて難しいとされていたＣＦＲＰ板を極めて低コストに能率よく速やかに、しかも正確な形状に裁断できる。
【０００８】
この裁断方法は、抜き型の刃物でＣＦＲＰ板を能率よく裁断できるが、裁断縁にできる亀裂を皆無にはできない。裁断縁にできる亀裂を除去するために、ＣＦＲＰ板の外周縁には研削シロを設け、裁断後には、研削シロを砥石で削り落として亀裂を除去している。この裁断方法は、裁断工程の後工程で、裁断縁を研削して亀裂を除去するので、この研削処理に手間がかかる欠点がある。とくに、裁断されるＣＦＲＰ板は、種々の用途に最適な外形とする必要があるので、外形を複雑な曲面とする場合、研削に極めて手間がかかってトータルの裁断コストが高くなる欠点がある。
【０００９】
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、ＣＦＲＰ板を抜き型の刃物で裁断しながら、裁断縁にできる亀裂を防止できるＣＦＲＰ板の裁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、裁断コストを著しく低減しながら、高い寸法精度で裁断できるＣＦＲＰ板の裁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】
【００１０】
本発明の裁断方法は、ＣＦＲＰ板の片面又は両面に、ＣＦＲＰ板よりも柔軟なプラスチック製の保護材を接合して積層体とする積層工程と、積層工程で得られる積層体を裁断する裁断工程とでＣＦＲＰ板を裁断する。裁断工程においては、厚さ（Ｄ）を２ｍｍ以上であって５ｍｍ以下とする焼き入れされた炭素鋼板からなり、刃先角（α）を６０度以下とし、さらに刃先縁が刃物の製品側表面から非製品側表面にシフトして配置されて、製品側表面から非製品側表面へのシフト量（ｄ）を刃物の厚さ（Ｄ）の３％以上であって３０％以下とする抜き型の刃物を使用する。さらに、裁断工程において、積層体を表面弾性の受け台に載せ、刃物を受け台に押し付けて、積層体を裁断してＣＦＲＰ板を裁断する。
【００１１】
以上の裁断方法は、ＣＦＲＰ板を抜き型の刃物で裁断しながら、裁断縁にできる亀裂を効果的に阻止できる特徴がある。それは、以上の裁断方法が、ＣＦＲＰ板の表面にＣＦＲＰ板よりも柔軟なプラスチック製の保護材を接合して、独特の形状の抜き型の刃物で裁断するからである。表面にプラスチック製の保護材を接合しているＣＦＲＰ板は、抜き型の刃物で裁断されるが、この刃物は、厚さ（Ｄ）を２ｍｍ〜５ｍｍとする焼き入れされた炭素鋼板で、刃先角（α）を６０度以下とし、さらに刃先縁を刃物の製品側表面から非製品側表面にシフトして配置して、シフト量（ｄ）を刃物の厚さ（Ｄ）の３％以上であって３０％以下とするものである。
【００１２】
以上の刃物がＣＦＲＰ板を裁断する状態を図６に示している。刃物がＣＦＲＰ板を裁断して発生する亀裂は、刃先が最初にＣＦＲＰ板の表面に衝突して裁断するタイミングで発生しやすい。図６において刃先４がＡ点にあってＣＦＲＰ板１０の上面に衝突して裁断を開始するとき、表面に接合しているプラスチック製の保護材１１によって亀裂の発生が防止される。プラスチック製の保護材１１は、ＣＦＲＰ板１０よりも柔軟なことから、刃先４がＣＦＲＰ板１０を裁断する瞬間において、刃先４が直接にＣＦＲＰ板１０に衝突して裁断することなく、柔軟な保護材１１を介して裁断するので保護材１１が緩衝材の作用をし、さらに、保護材１１がＣＦＲＰ板１０を表面で補強して亀裂の発生を防止する。
【００１３】
さらにまた、刃先４がＣＦＲＰ板１０の上側表面を裁断するタイミングにおいて、刃物３の製品側傾斜面４Ａは、図の矢印ａで示す方向に保護材１１をＣＦＲＰ板１０の上面に押圧する。抜き型の刃物３が、刃先４の刃先縁４ｘをシフトさせることで、製品側の表面を傾斜しているからである。製品側傾斜面４ＡでＣＦＲＰ板１０の表面に押圧される保護材１１は、ＣＦＲＰ板１０の表面を補強して亀裂の発生をより確実に阻止する。とくに、製品側の表面である製品側傾斜面４Ａは、亀裂の発生しやすいＣＦＲＰ板１０の裁断縁１０ｘとの境界で保護材１１をより強くＣＦＲＰ板１０の表面に押圧して亀裂の発生を確実に防止する。保護材１１がＣＦＲＰ板１０の裁断縁１０ｘでとくに強く押圧されるのは、傾斜する製品側傾斜面４Ａが降下運動することで、保護材１１の裁断縁１１ａを矢印ａで示す方向に押圧して、製品側傾斜面４Ａと保護材１１との間の摩擦抵抗が増大するからである。摩擦抵抗は、押圧力に比例して増加するので、押圧力が強くなると摩擦抵抗力も増加する。製品側傾斜面４Ａの大きな摩擦抵抗は、保護材１１に働いてＣＦＲＰ板１０の表面を強く押圧する。保護材１１が強く押圧されるＣＦＲＰ板１０は、裁断縁１０ｘを補強して亀裂の発生を有効に防止する。とくに、製品側傾斜面４Ａとの間に発生する摩擦抵抗でＣＦＲＰ板１０に押圧される保護材１１は、刃先４の刃先縁４ｘの近傍で強く押圧されて、裁断縁１０ｘから内側に発生する亀裂を効果的に防止する。
【００１４】
さらに、ＣＦＲＰ板は表面弾性の受け台に載せて裁断されるので、刃先がＣＦＲＰ板の上面に衝突するタイミングにおいて、ＣＦＲＰ板は表面弾性の受け台に押し付けられるが、この状態で受け台の表面弾性は緩衝材の作用をして、刃先がＣＦＲＰ板に衝突する衝撃を緩和して亀裂の発生を防止する。
【００１５】
さらに、ＣＦＲＰ板の両面に保護材を接合して裁断する方法は、刃先がＣＦＲＰ板の積層体を裁断する状態で、ＣＦＲＰ板の両面を保護材で補強してより確実に亀裂の発生を防止する。とくに、刃先がＣＦＲＰ板の上面に衝突して裁断を開始するタイミングで、上面の保護材は刃先でＣＦＲＰ板に押し付けられ、刃先がＣＦＲＰ板を下面の保護材に押し付けるので、両面の保護材がＣＦＲＰ板の両面に強く密着される。このため、刃先で裁断されるＣＦＲＰ板は、両面が保護材で効果的に補強されて亀裂の発生がより効果的に阻止されて、極めて綺麗な裁断面で裁断される。
【００１６】
さらに、以上の裁断方法は、ＣＦＲＰ板の裁断コストを著しく低減しながら、種々の用途に最適な立体形状に高い寸法精度で裁断できる特徴も実現する。それは、以上の裁断方法が、刃先縁を製品側表面から非製品側表面にシフトして、そのシフト量（ｄ）を刃物の厚さの３％〜３０％とする刃物を使用して、ＣＦＲＰ板を保護材との積層体の状態で裁断するからである。この刃物は、製品側表面から非製品側表面に刃先縁をシフトして亀裂を防止しながら裁断するが、刃先縁のシフト量（ｄ）が小さいので、製品側表面の傾斜角（β）を小さくできる。この刃物は、刃先がＣＦＲＰ板の上下面を裁断する位置の変位（Ｓ）が小さく、ＣＦＲＰ板は垂直に裁断されて高い寸法精度を実現する。
【００１７】
本発明のＣＦＲＰ板の裁断方法は、積層工程において、ＣＦＲＰ板１０の表面に複数枚の保護材１１を積層状態に接合することができる。この裁断方法は、異なる硬度の保護材を積層して、裁断面の亀裂をさらに少なくできる特徴がある。
【００１８】
本発明のＣＦＲＰ板の裁断方法は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネートの何れかのプラスチック製の保護材１１を使用することができる。また、積層工程において、ＣＦＲＰ板１０の表面に接合する保護材１１の厚さを、ＣＦＲＰ板１０の１／１０以上であって２倍以下とすることができる。さらにまた、裁断されるＣＦＲＰ板１０の厚さを、０．３ｍｍ以上であって３ｍｍ以下とすることができる。
【００１９】
本発明の裁断方法は、ＣＦＲＰ板１０の上面に接合する保護材１１を、ＣＦＲＰ板１０の下面に接合する保護材１１よりも厚くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態にかかるＣＦＲＰ板の裁断方法に使用する裁断装置の概略斜視図である。
【図２】図１に示す裁断装置の一部拡大垂直断面図である。
【図３】裁断装置の他の一例を示す概略斜視図である。
【図４】図３に示す裁断装置の一部拡大垂直断面図である。
【図５】裁断装置の他の一例を示す垂直断面図である。
【図６】刃物がＣＦＲＰ板を裁断する状態を示す拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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ＣＦＲＰ板の裁断方法を例示するものであって、本発明はＣＦＲＰ板の裁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。
【００２２】
本発明の裁断方法は、図１〜図４に示すように、抜き型の刃物３でＣＦＲＰ板１０を打ち抜きして裁断する。裁断されるＣＦＲＰ板１０は、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂にカーボン繊維を埋設している。ＣＦＲＰ板１０は、例えば厚さを０．２ｍｍ以上であって５ｍｍ以下、好ましくは０．２ｍｍ以上であって３ｍｍ以下、さらに好ましくは０．２ｍｍ以上であって２ｍｍ以下とするが、本発明は裁断するＣＦＲＰ板１０の厚さを以上の範囲に特定するものではない。
【００２３】
ＣＦＲＰ板１０は平面状、あるいは立体曲面の板状である。平面状のＣＦＲＰ板１０は、厚さを１．５ｍｍ以下、とくに１ｍｍ以下として湾曲できるので、平面状のＣＦＲＰ板１０を裁断した後、使用場所で湾曲して使用できる。裁断されるＣＦＲＰ板１０は、プリプレグの状態になく、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂を板状に硬化させたものである。抜き型である刃物３は、ＣＦＲＰ板１０を裁断し、製品として使用される部分を製品プレート１３として分離する。製品プレート１３は、用途に適した外形に裁断しているものと、用途に適した内形の貫通孔を設けたものとがある。
【００２４】
ＣＦＲＰ板１０は、プラスチック製の保護材１１を表面に接合して積層体１２の状態で抜き型である刃物３で裁断される。保護材１１は、好ましくは図２と図４に示すようにＣＦＲＰ板１０の両面に接合される。両面に保護材１１を接合している積層体１２は、保護材１１の間にＣＦＲＰ板１０が積層されるサンドイッチ構造となる。以下、ＣＦＲＰ板１０の両面に保護材１１を積層するサンドイッチ構造の積層体１２の状態でＣＦＲＰ板１０を裁断する具体例を詳述する。ただし、保護材１１を、裁断時に上面（刃先４の衝突面）となる片面にのみ積層してＣＦＲＰ板１０を裁断することもできる。保護材１１は接着してＣＦＲＰ板１０に接合され、あるいは粘着層を介して剥離できるようにＣＦＲＰ板１０に接合される。保護材１１はＣＦＲＰ板１０よりも柔軟なプラスチック製で、主としてプラスチックフィルムを使用する。ただ、保護材１１は、プラスチックフィルムよりも薄くて柔軟なプラスチックシートも使用でき、またプラスチックフィルムよりも厚いプラスチック板も使用できる。保護材１１は、ＣＦＲＰ板１０を裁断する刃物３で切断されるプラスチックであって、好ましくは、受け台１表面の弾性シート１Ａよりも弾性変形し難い硬いもの、たとえば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート等が使用される。ただ、保護材１１には、軟質のプラスチックであって、受け台１の表面に設けている弾性シート１Ａよりも変形し難く、ＣＦＲＰ板１０よりも柔軟で、かつ抜き型の刃物３で切断できる他の全てのプラスチックが使用できる。
【００２５】
保護材１１は、ＣＦＲＰ板１０の両面に接合されて、抜き型の刃物３による裁断時に亀裂ができるのを防止する。両面に接合された保護材１１は、ＣＦＲＰ板１０の両面を補強して、裁断縁１０ｘの亀裂を防止する。抜き型である刃物３の刃先４がＣＦＲＰ板１０の上面を裁断する瞬間に、刃先４は保護材１１をＣＦＲＰ板１０に押し付けて、保護材１１でＣＦＲＰ板１０の上面を補強し、刃先４がＣＦＲＰ板１０の下面から離れる瞬間には、ＣＦＲＰ板１０を保護材１１に押し付けて亀裂を防止する。
【００２６】
ＣＦＲＰ板１０の表面に接合されて、裁断時には刃物３でＣＦＲＰ板１０の表面に押し付けられる保護材１１は、ＣＦＲＰ板１０の表面を補強し、また裁断時に緩衝材の作用をして裁断の衝撃で亀裂が発生するのを防止する。刃先４がＣＦＲＰ板１０の上面を裁断する瞬間において、刃物３の製品側傾斜面４Ａは、保護材１１をＣＦＲＰ板１０に押し付け、刃先４がＣＦＲＰ板１０の下面を通過する瞬間において、刃物３の製品側傾斜面４ＡはＣＦＲＰ板１０を下面の保護材１１に押し付ける。製品側傾斜面４Ａは、傾斜角と摩擦抵抗の両方で、保護材１１とＣＦＲＰ板１０を押し付けて密着させる。
【００２７】
粘着層を介してＣＦＲＰ板１０の表面に接合される保護材１１は、裁断後には剥離して取り除くことができる。この保護材１１は剥離可能な粘着層を介してＣＦＲＰ板１０に接合される。ただ、保護材１１は、裁断後も剥離されることなく、ＣＦＲＰ板１０に接合された状態で製品として使用することもできる。裁断後も保護材１１をＣＦＲＰ板１０から剥離することなく接合して使用する用途においては、保護材１１を表面シート等として使用する。裁断後にＣＦＲＰ板１０から剥離されない保護材１１は、表面を着色しているシートや模様や文字をプリントしている化粧シートである。裁断後も保護材１１を剥離することなく製品として使用されるＣＦＲＰ板１０は、保護材１１を接合する状態で湾曲できる状態として、種々の形状に変形できる用途に使用できる。ただし、本発明は厚いＣＦＲＰ板１０も裁断できるので、製品プレート１３の状態で可撓性のない状態とすることもできる。
【００２８】
保護材１１は単層でＣＦＲＰ板１０の表面に接合され、あるいは複数枚を積層してＣＦＲＰ板１０の表面に接合される。複数枚の保護材１１は、異なる材質のプラスチックフィルム、たとえば、ポリエチレンフィルムとポリカーボネートフィルム等とすることができる。２枚の保護材１１が積層して接合されるＣＦＲＰ板１０は、裁断時において亀裂の発生をより効果的に防止できる。積層して接合される複数の保護材１１は、柔軟性が異なる、すなわち硬い保護材１１と柔らかい等、物性の異なる保護材１１を使用する。物性が異なる保護材１１は、変形し難い保護材１１がＣＦＲＰ板１０の表面側に、あるいは変形しやすい保護材１１がＣＦＲＰ板１０の表面側に接合される。変形し難い保護材１１をＣＦＲＰ板１０の表面側に接合して裁断されるＣＦＲＰ板１０は、硬くて強靭な保護材１１によって亀裂の発生をより効果的に防止できる。弾性変形しやすい保護材１１をＣＦＲＰ板１０の表面側に接合して裁断されたＣＦＲＰ板１０は、保護材１１を剥離することなく使用する状態で、表面を硬くて傷つき難い製品プレート１３として使用できる。
【００２９】
保護材１１は、たとえば厚さを０．１ｍｍ以上であって１ｍｍ以下とし、好ましくは０．１ｍｍ以上であって０．５ｍｍ以下とする。複数の保護材１１を積層して裁断されるＣＦＲＰ板１０は、積層される保護材１１のトータルの厚さを以上の範囲とするが、トータルの厚さを１ｍｍ以上とし、あるいは３層以上の保護材１１を積層して接合することもできる。積層して接合される複数の保護材１１は、同じ厚さとし、あるいは異なる厚さとする。たとえば、ポリカーボネートフィルムとポリエチレンフィルムとを積層して接合する積層体１２は、伸縮性の少ないポリカーボネートフィルムを厚くして亀裂の発生をより効果的に防止できる。
【００３０】
ＣＦＲＰ板１０の上面に接合される保護材１１をより厚くして、亀裂をより効果的に防止できる。ＣＦＲＰ板１０の上面に接合される厚い保護材１１が、刃物３の製品側傾斜面４Ａによって強くＣＦＲＰ板１０の表面に押し付けられるからである。したがって、上面に厚い保護材１１を接合する裁断方法においては、ＣＦＲＰ板１０の上面側に、例えば、ＣＦＲＰ板１０の厚さの１／４以上であって３倍以下、好ましくは１／２以上であって２．５倍以下の保護材１１を接合して、より効果的に亀裂の発生を防止できる。
【００３１】
両面に保護材１１を接合して積層体１２としてするＣＦＲＰ板１０を裁断する裁断装置を、図１〜図５に示している。図に示す裁断装置は、抜き型の刃物３でＣＦＲＰ板１０を裁断して所定の形状の製品プレート１３とする。これらの図の裁断装置は、両面に保護材１１を接合しているＣＦＲＰ板１０の積層体１２を載せて抜き型の刃物３で裁断する受け台１と、この受け台１の上面の裁断面２に向かって往復運動して、裁断面２に配置しているＣＦＲＰ板１０の積層体１２を裁断する抜き型である刃物３と、この抜き型である刃物３を往復運動させる刃物駆動機構５とを備える。
【００３２】
受け台１は金属プレートで、図１〜図４の装置は、平面状のＣＦＲＰ板１０を裁断するので、裁断面２を平面状としている。図５の受け台１は、立体曲面のＣＦＲＰ板１０を裁断するので、裁断面２を三次元の立体曲面としている。受け台の裁断面２は、ＣＦＲＰ板１０を裁断して得られる製品プレート１３の裁断縁１０ｘに沿う形状とされる。したがって、平面状のＣＦＲＰ板１０を打ち抜き加工する受け台１は、裁断面２を平面状とし、裁断される裁断縁を三次元の立体曲面とする製品プレート１３を打ち抜き加工する受け台１は、裁断面２を製品プレート１３の裁断縁１０ｘに沿う立体曲面としている。
【００３３】
受け台１は、図１〜図５に示すように、表面に弾性シート１Ａを積層して表面弾性としている。弾性シート１Ａは厚さを１ｍｍ〜２０ｍｍ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１Ａを積層している受け台１は、抜き型の刃物３でＣＦＲＰ板１０の積層体１２を打ち抜き加工する状態で、刃先４で弾性シート１Ａの表面部分を切断する。弾性シート１Ａを上面に積層している表面弾性の受け台１は、ＣＦＲＰ板１０の裁断縁１０ｘを綺麗に裁断する。ただし、裁断縁１０ｘを平面状とする製品プレート１３も、裁断面２を平面状としてその上に弾性シート１Ａを積層して、綺麗に裁断縁１０ｘを裁断できる。
【００３４】
さらに、ＣＦＲＰ板１０の両面に保護材１１を積層してなる積層体１２を裁断する装置においては、ＣＦＲＰ板１０の下面側に積層される保護材１１の厚さを厚くすると、この保護材１１が実質的には受け台１に設けた弾性シート１Ａを同じ働きをする。したがって、受け台１は、上面に配置する弾性シート１Ａを省略して、ＣＦＲＰ板１０の下面に積層される保護材１１を弾性シート１Ａに兼用することもできる。
【００３５】
抜き型の刃物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。抜き型の刃物３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、抜き型の刃物３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。抜き型の刃物３は、薄すぎると打ち抜き加工の衝撃で破損しやすく、厚すぎると裁断されて抜き型の刃物３の内側に挿入される裁断物をスムーズに抜き取りできなくなる。
【００３６】
抜き型の刃物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、裁断される製品プレート１３の裁断縁１０ｘに沿う形状に加工している。抜き型の刃物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。抜き型の刃物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。
【００３７】
刃先４を製品プレート１３の裁断縁１０ｘに沿う形状に加工している抜き型の刃物３は、刃先４を閉ループ形状として、閉ループの刃先４でＣＦＲＰ板１０を打ち抜き加工して製品プレート１３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。抜き型の刃物３は、板状炭素鋼の両側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。抜き型の刃物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、すなわち刃先角（α）を６０度以下とするように板状炭素鋼を研磨する。板状炭素鋼はヤスリや砥石で研磨して刃先４を設ける。
【００３８】
抜き型の刃物３は、刃先角（α）が大きくても小さくても、ＣＦＲＰ板１０の裁断能力は低下する。したがって、抜き型の刃物３の刃先角（α）は、好ましくは２０度よりも大きく、好ましくは２５度よりも大きくて６０度以下とする。
【００３９】
さらに抜き型である刃物３は、図６に示すように、刃先縁４ｘを刃物３の製品側表面３Ａから非製品側表面３Ｂにシフトして配置するが、製品側表面３Ａから非製品側表面３Ｂへのシフト量（ｄ）は、刃物３の厚さ（Ｄ）の３％以上であって３０％以下とする。シフト量（ｄ）は、ＣＦＲＰ板１０や保護材１１の厚さや物性を考慮して、亀裂の発生を効果的に阻止し、かつ製品プレート１３を高い寸法精度で裁断できる最適値に設定される。刃先縁４ｘのシフト量（ｄ）は、亀裂の発生と寸法精度に影響を与える。シフト量（ｄ）が少なすぎると亀裂の発生を効果的に防止するのが難しくなり、また、シフト量（ｄ）が大きすぎると裁断される製品プレート１３の寸法精度を低下させる。したがって、刃先縁４ｘのシフト量（ｄ）は、亀裂と寸法精度の両方を考慮し、さらにＣＦＲＰ板１０と保護材１１の厚さや物性を考慮して、前述の範囲で最適値に設定される。シフト量（ｄ）の大きい刃物２が厚いＣＦＲＰ板１０を裁断すると、製品プレート１３の寸法精度が低下する。したがって、厚いＣＦＲＰ板１０を裁断する刃物３は、薄いＣＦＲＰ板１０を裁断する刃物３よりも刃先縁４ｘのシフト量（ｄ）を小さくする。したがって、刃先縁４ｘのシフト量（ｄ）は、亀裂の発生、製品プレート１３の寸法精度、ＣＦＲＰ板１０の厚さを考慮して前述の範囲で最適値に設定されるが、たとえば、１ｍｍ以下のＣＦＲＰ板１０を裁断する刃物３は、好ましくはシフト量（ｄ）を刃物３の厚さ（Ｄ）の５％以上であって２０％以下、さらに好ましくは８％以上であって１５％以下に設定する。
【００４０】
刃先縁４ｘのシフト量（ｄ）は、刃物３の厚さ（Ｄ）と、刃先角（α）と、刃物３の製品側傾斜面４Ａ（往復運動方向に対する角度β）と非製品側傾斜面４Ｂ（往復運動方向に対する角度γ）の傾斜角の比率（β／γ）とで特定される。製品側傾斜面４Ａの傾斜角（β）は、亀裂と寸法精度に影響を与える。製品側傾斜面４Ａの傾斜角（β）が大きくなると、裁断時に製品側傾斜面４Ａが保護材１１とＣＦＲＰ板１０を押圧する圧力が強くなって、保護材１１を強くＣＦＲＰ板１０の表面に接合するので、亀裂の発生を効果的に防止できる。ただ、製品側傾斜面４Ａの傾斜角（β）が大き過ぎると、製品プレート１３の寸法精度を低下させる原因となるので、製品側傾斜面４Ａの傾斜角（β）は、非製品側傾斜面４Ｂの傾斜角（γ）に対して、たとえば５％以上であって３０％以下とする。
【００４１】
図２の抜き型の刃物３は、ループ状の刃先４の内側を製品側傾斜面４Ａとして、外側を非製品側傾斜面４Ｂとしている。この刃物３で裁断されたＣＦＲＰ板１０は、刃物３の内側に裁断された製品プレート１３が配置される。刃物３は、製品プレート１３の外周でＣＦＲＰ板１０を裁断する。ＣＦＲＰ板１０は、抜刃物３で打ち抜きされて、製品プレート１３と、廃棄される廃棄部１４とに分離される。図４の抜き型は、ＣＦＲＰ板１０を打ち抜きして、刃物３の外側の製品プレート１３と内側の廃棄部１４とを分離する。この製品プレート１３は、抜き型で貫通孔を設ける。この抜き型の刃物３は、内側を非製品側傾斜面４Ｂとして、外側を製品側傾斜面４Ａとする。
【００４２】
裁断工程において、抜き型がＣＦＲＰ板１０を裁断して、製品プレート１３と廃棄部１４とに切り離す状態を図６の拡大断面図に示している。抜き型は、ＣＦＲＰ板１０の上面に接合している保護材１１を切断した後、刃先４をＣＦＲＰ板１０の表面に押し付けてＣＦＲＰ板１０を裁断する。刃先４は、直接にＣＦＲＰ板１０の表面を裁断することなく、ＣＦＲＰ板１０よりも軟質の保護材１１を切断してからＣＦＲＰ板１０の裁断を開始する。刃先４は、直接に硬いＣＦＲＰ板１０の表面に衝突せず、ＣＦＲＰ板１０よりも柔軟性のある保護材１１を介してＣＦＲＰ板１０の表面に衝突して裁断を開始する。刃先４がＣＦＲＰ板１０の表面に衝突する瞬間に、柔軟性のある保護材１１は緩衝材の作用で、刃先４がＣＦＲＰ板１０の表面に衝突する衝撃を緩和する。さらに、この瞬間において、刃先４に設けた製品側傾斜面４Ａは保護材１１をＣＦＲＰ板１０の表面に押し付けて密着する。ＣＦＲＰ板１０に密着された保護材１１は、ＣＦＲＰ板１０表面の水平方向の変位を制限するように表面を補強する。この状態で、刃先４がＣＦＲＰ板１０表面の裁断を開始するので、このタイミングにおいてＣＦＲＰ板１０の表面に発生する亀裂が防止される。
【００４３】
図６に示すように、両面に保護材１１を積層してＣＦＲＰ板１０を裁断する方法は、刃先４がＣＦＲＰ板１０を裁断するタイミングで、保護材１１がＣＦＲＰ板１０を両面で補強して亀裂の発生を防止するので、より効果的に亀裂の発生を防止できる特徴がある。とくに、刃先４がＣＦＲＰ板１０を裁断するタイミングで、上面の保護材１１がＣＦＲＰ板１０で押し付けられ、ＣＦＲＰ板１０を下面の保護材１１に押し付けられるので、両面の保護材１１が強くＣＦＲＰ板１０の両面に強く密着されて、亀裂の発生はより確実に阻止される。このため、この状態で裁断されるＣＦＲＰ板１０は、裁断面が極めて綺麗な状態となる。
【００４４】
ＣＦＲＰ板１０は表面弾性の受け台１に載せて裁断されるので、上面にのみ保護材１１を接合して裁断されるＣＦＲＰ板１０は、刃先４が上面に衝突するタイミングにおいては、ＣＦＲＰ板１０は、上面の保護材１１と受け台１の弾性シート１Ａに挟まれた位置に配置されて、緩衝作用のある軟質層の中間にフローティング状態に配置されるので、刃先４がＣＦＲＰ板１０に衝突する衝撃が緩和されて亀裂の発生が防止される。このため、片面にのみ保護材１１を接合して、亀裂の発生を防止しながらＣＦＲＰ板１０を裁断することもできる。
【００４５】
また、ＣＦＲＰ板１０の下面側を裁断するタイミングにおいては、ＣＦＲＰ板１０の下面が下側に積層された保護材１１に強く押し付けられる状態で裁断される。とくに、刃先４によって局部的に下向きに押圧されるＣＦＲＰ板１０は、刃先４と対向する下面が柔軟な保護材１１に強く押しつけられることで、裁断部分の下面が下方に撓む状態となる。このため、ＣＦＲＰ板１０の下面側では、下方に撓む部分に両側方向への張力が作用する状態となり、この状態で刃先４により裁断されるので、ＣＦＲＰ板１０の裁断部分が裁断縁１０ｘに沿って速やかに分断される。このため、下面側の表面における亀裂の発生を効果的に防止できる。
【００４６】
抜き型の刃物は、刃先に向かって刃先角（α）が次第に大きくなる形状とすることができる。この抜き型の刃物は、刃先の刃先角（α）を大きくして刃先の損傷を防止でき、また、くさび部の刃先角（α）を小さくして、保護材を効率よく裁断できる。
【００４７】
刃物３は炭素鋼板で製作される。刃物３の炭素鋼板は、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、抜き型の刃物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とする抜き型の刃物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。
【００４８】
刃物駆動機構５は、図１ないし図５に示すように、抜き型の刃物３を上下に往復運動させて、受け台１の裁断面２に載せているＣＦＲＰ板１０の積層体１２を抜き型の刃物３で打ち抜き加工して裁断する。刃物駆動機構５は、抜き型の刃物３を固定する上下台６と、この上下台６を上下に往復運動させるシリンダ７とを備えている。抜き型の刃物３は上下台６の下面に固定され、上下台６をシリンダ７で上下に往復運動されて、受け台１に載せているＣＦＲＰ板１０の積層体１２を打ち抜き加工する。すなわち、抜き型の刃物３を刃物駆動機構５で往復運動させて、受け台１の裁断面２に配置しているＣＦＲＰ板１０の積層体１２を受け台１と抜き型の刃物３で挟んで、製品プレート１３の裁断縁１０ｘに沿って打ち抜きして裁断する。
【００４９】
ＣＦＲＰ板１０は、以上の栽培装置を使用して、積層工程と裁断工程で裁断される。
［積層工程］
この工程は、ＣＦＲＰ板１０の両面に、ＣＦＲＰ板１０よりも柔軟なプラスチック製の保護材１１を接合して積層体１２とする。
【００５０】
［裁断工程］
この工程は、刃先縁ｘを刃物３の製品側表面３Ａから非製品側表面３Ｂにシフトして配置している抜き型の刃物３を使用し、ＣＦＲＰ板１０の積層体１２を表面弾性の受け台１に載せて、刃物３を受け台１に押し付けて、積層体１２を裁断してＣＦＲＰ板１０を裁断する。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明は、裁断するのが極めて難しいＣＦＲＰ板を、裁断縁にできる亀裂を防止しながら種々の形状に能率よく、低コストに裁断して種々の用途に使用できる優れたＣＦＲＰ板材として提供する。
【符号の説明】
【００５２】
１…受け台
１Ａ…弾性シート
２…裁断面
３…刃物
３Ａ…製品側表面
３Ｂ…非製品側表面
４…刃先
４Ａ…製品側傾斜面
４Ｂ…非製品側傾斜面
４ｘ…刃先縁
５…刃物駆動機構
６…上下台
７…シリンダ
１０…ＣＦＲＰ板
１０ｘ…裁断縁
１１…保護材
１１ａ…裁断縁
１２…積層体
１３…製品プレート
１４…廃棄部
【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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