JP3790090B2 - 硬質の合成樹脂材の切断方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、硬質の合成樹脂材を所望の形状に切断する切断方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アクリル樹脂等の硬質の合成樹脂からなる板素材は、常温でせん断加工するとクラックを生じ易い。この種の合成樹脂製板素材を真空成形や加圧成形する場合、成形メーカーは、素材メーカーが押出しやキャスト法等によって製造した規格寸法の定尺の板素材を、製品形状に応じた矩形寸法に丸鋸やバンドソー等で切断し、二次加工している。更に、真空成形や加圧成形の場合には、成形加工後、耳部を切断している。
【０００３】
上記製造工程によると、
・耳部や切屑が発生するため、素材の重量歩留まりが低く
・生産性が低く（切断形状が複雑な場合、自動化が困難で切断速度が遅い）
・リサイクルが不可能な切屑を大量に発生する
不都合がある。
【０００４】
切屑を発生しない切断方法として、被切断形状に形成した切断刃と、この切断刃の周囲に弾性体を配設した上型及び下型を用い、上下型の間に樹脂板を置いて、樹脂板の上下面に切断刃を打込み、切断する技術が提案されている（特開平７−２８５０９９号）。この技術は、超硬合金等で形成した刃を備え、上下型を鋼等で形成した高価な打抜き型に利用されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者が、上記技術を種々の板厚のアクリル樹脂に適用して試験したところ、以下の事項が明らかになった。
・切断面は上刃食い込み部、クラック部、及び下刃食い込み部からなる。
・板厚が増加すると、クラック部の表面が粗くなる。
・切断刃の刃先が鋭利なうちはクラック部の表面は滑らかであるが、刃先が鈍くなるとクラック部の表面は粗くなる。
・アクリル樹脂へのゴムの添加量が増加すると、われ、欠け、ひげ等の欠陥が発生しにくい。
・ゴムの添加量が少ないアクリル樹脂は、切断刃の食い込み量、弾性体の厚み、硬度等の切断条件により、クラック部の表面の粗さが大きく変化する。
そして、上記発明によると、切断刃の刃先の摩耗・損傷が比較的早期に発生するので、滑らかな切断面を得るには、頻繁な切断刃の交換が必要である。また、合成樹脂の材質や板厚の変化により、得られる切断面の粗さが大きく変化する不都合がある。
【０００６】
本発明は、幅広い材質、板厚に亘って滑らかな切断面が得られ、しかも、切断刃の寿命が長い、硬質の合成樹脂材の切断方法を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は次の解決手段を採る。
本発明は、刃物が上型基板の下面と下型基板の上面から突出して対向配置され、前記上下の各刃物の両側面に刃物の突出高さよりも厚い厚さの弾性体が配置され、前記対向する刃物の刃先を板材の上下面に打ち込んで硬質の合成樹脂材を切断する方法であって、切断時、先に一方の型の刃物の刃先が板材の一面に接触し、食い込み、板材に曲げ変形を生じさせ、次に、他方の面側の刃物の刃先が板材の表面に接触し、食い込み、他方の面側の刃物の刃先から一方の面側の刃物の刃先に向かって脆性破壊を生じさせて板材を切断する方法において、
上型の弾性体下面と刃物の刃先との距離をＤＵ、下型の弾性体上面と刃物の刃先との距離をＤＬとしたとき、上型の弾性体をＤＵだけ圧縮する力の大きさと、下型の弾性体をＤＬだけ圧縮する力の大きさとが相違していることを特徴とする。
【０００８】
上記の関係は、次のいずれかの手段で実現できる。
（１）ＤＵ＝ＤＬで、上型の弾性体の硬度と下型の弾性体の硬度とを相違させる。例えば、ＤＵ＝ＤＬで、上型の弾性体の硬度を下型の弾性体の硬度よりも低くする。
（２）上型の弾性体の硬度と下型の弾性体の硬度とが同一で、ＤＵとＤＬの長さを相違させる。例えば、上型の弾性体の硬度と下型の弾性体の硬度とが同一で、ＤＵ＜ＤＬの関係にする。
（３）ＤＵとＤＬの長さが相違し、上型の弾性体の硬度と下型の弾性体の硬度とを相違させる。例えば、ＤＵ＜ＤＬで、上型の弾性体の硬度を下型の弾性体の硬度よりも低くする。
【０００９】
上記の関係を満たすのに、弾性体を、硬度が相違している少なくとも２層の積層構造としてもよい。
【００１１】
曲げ変形の曲率半径は３００〜８００ｍｍの範囲であるのが好ましい。
【００１２】
上記の切断型の上型と下型との間に、硬質の合成樹脂板を置き、対向する刃物の刃先を被切断物の上下面に打込むと、上型の弾性体をＤＵだけ圧縮する力の大きさと、下型の弾性体をＤＬだけ圧縮する力の大きさとが相違しているため、先に一方の型の刃物の刃先が板材の一面に接触し、食い込み、板材は他方の面を凸に曲げ変形を生じる。このとき、板材には、曲げ変形により、他方の面側に切断面に垂直な引張応力が作用する。更に、プレスすると、他方の面側の刃物の刃先が板材の表面に接触し、食い込み、他方の面側の刃物の刃先から一方の面側の刃物の刃先に向かって脆性破壊が起きて、板材が所定の打抜き形状に切断される。このように、切断時、板材の片方の面側に、切断面に垂直な引張応力が作用した状態で刃物が打ち込まれることにより、片方の面側の刃物の刃先からもう片方の面側の刃物の刃先に向かってクラックが連続的に発生するため、滑らかで良好な切断面が得られる。また、上型と下型の刃物の食い込み量が浅くて切断できるため、刃物の寿命を長くできる。
【００１３】
上記において、硬質の合成樹脂としては、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ＡＢＳ、ポリエチレンテレフタレート樹脂等の汎用プラスチック、アクリル樹脂、ポリスチレン樹脂、メタアクリル−スチレン共重合樹脂及びスチレン−アクリロニトリル共重合樹脂等の熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、及びエンジニアリングプラスチックなどが挙げられる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態１を図１〜図３により説明する。なお、図は位置決め孔などは省略して描かれており、刃物と弾性体の関係を図示している。
【００１５】
切断型は、上型１と下型２とからなる。上型１及び下型２を形成する上型基板３及び下型基板４の材料は、Ａｌ合金製である。本実施形態の切断型は、板材を端から短冊状に切断するものであり、真直ぐな帯状刃物５，６を備えている。
【００１６】
上型基板３と下型基板４は、真直ぐな帯状刃物５，６が圧入される刃物圧入部７，８を有している。上型基板３の刃物圧入部７は、一直線上に間隔をおいて配置する複数個のスリット状の貫通孔９と、貫通孔９間の基板３の下面に形成されている溝１０とで構成されている。貫通孔９と溝１０は基板３に垂直に形成され、同じ圧入幅を有している。下型基板４の刃物圧入部８は、上型基板３の刃物圧入部７に対向する位置に、上型基板３の刃物圧入部７と同じ構造、大きさの貫通孔１１と溝１２とで構成されている。なお、溝１２は下型基板４の上面に形成されている。
【００１７】
上型基板３と下型基板４に固定される各刃物５，６は、紙、シート、ゴム等を切断するトムソン刃等を用いることができる。各刃物５，６は、それぞれ上型基板３及び下型基板４の刃物圧入部７，８と略同じ大きさの帯状刃物であり、刃先角度は一般的に３０〜５５度である。刃先角度が小さいほど、厚板の切断に適しているが、刃先の寿命が短くなる。上型基板３及び下型基板４の刃物圧入部７，８の貫通孔９，１１と溝１０，１２の幅は、刃物５，６の厚さよりやや小さく（１／１００〜３／１００ｍｍ）すると、各刃物５，６がそれぞれ上型基板３及び下型基板４に確実に固定され、刃先の位置精度を向上できる。
【００１８】
各刃物５，６の縦方向長さはそれぞれ上型基板３及び下型基板４の厚さよりも長い長さを有しており、刃先と反対側の端部には複数個所に矩形形状の切欠き１３，１４を有している。各切欠き１３，１４は上型基板３及び下型基板４に形成されている各刃物圧入部７，８の溝１０，１２位置に対応して形成されている。したがって、各刃物５，６がそれぞれ上型基板３及び下型基板４の各刃物圧入部７，８に圧入固定された状態では、刃物５，６の切欠き１３，１４部が刃物圧入部７，８の溝１０，１２部に圧入されており、切欠き１３，１４の形成されていない部分が刃物圧入部７，８の貫通孔９，１１に圧入されている。この際、各刃物５，６の刃先と反対側の端面が上型基板３及び下型基板４の端面と面一になるように固定されることによって、各刃物５，６の上下方向の位置決めが行われ、各刃物５，６の刃先はそれぞれ上型基板３及び下型基板４から所定長さ突出して配置される。
【００１９】
上型基板３及び下型基板４の表面からの各刃物５，６の刃先の突出高さは、２．５〜６．０ｍｍの範囲とする。刃物５，６の突出高さが高すぎると、刃先の位置精度が低下する。しかし、突出高さが小さすぎると、被切断物を位置決めするガイドピンや後述する弾性体等の構成に不自由を生じる。より好ましい突出高さは３．０〜５．０ｍｍである。
【００２０】
上型基板３の下面には、同一形状、同一の大きさの弾性体１５，１６が刃物５の両側面に配置固定されている。弾性体１５，１６は、矩形の板形状をなし、ゴム製スポンジ等の弾性材から形成されており、刃物５の突出高さより少し厚い厚さを有している。下型基板４にも、その上面に、同一形状、同一の大きさの弾性体１７，１８が刃物６の両側面に配置固定されている。弾性体１７，１８は、矩形の板形状をなし、ゴム製スポンジ等の弾性材から形成されており、刃物６の突出高さより少し厚い厚さを有している。
【００２１】
ここで、上型１の弾性体１５，１６の下面と刃物５の刃先との距離をＤＵ、下型２の弾性体１７，１８の上面と刃物６の刃先との距離をＤＬとしたとき、
上型１の弾性体１５，１６をＤＵだけ圧縮する力の大きさ＜下型２の弾性体１７，１８をＤＬだけ圧縮する力の大きさ
となるように構成する。
【００２２】
本実施形態においては、上記関係を満たすために、上型１の弾性体１５，１６の硬度は下型２の弾性体１７，１８の硬度よりも低くされており、ＤＵ＝ＤＬである。上型１の弾性体１５，１６の硬度は硬度１５、下型２の弾性体１７，１８の硬度は硬度２５である。このような関係は、板材が比較的薄い場合に効果的である。
【００２３】
図２及び図３において、上型１と下型２との間に描かれている板材２０は、被切断物である硬質の合成樹脂板を示している。
【００２４】
次に、上記切断型を用いて硬質の合成樹脂板を切断する方法を説明する。
【００２５】
前述した切断型を機械式プレス機あるいは油圧プレス機にセットする。セットした切断型の上型１と下型２との間に、硬質の合成樹脂板２０を置き、対向する刃物５，６の刃先を被切断物の上下面に打込む。
【００２６】
このとき、
上型１の弾性体１５，１６をＤＵだけ圧縮する力の大きさ＜下型２の弾性体１７，１８をＤＬだけ圧縮する力の大きさ
の関係があるので、先に上型１の刃物５の刃先が板材２０の上面に接触し、食い込み、板材２０は下面を凸に曲げ変形を生じる。このとき、板材２０には、曲げ変形により、下面側に切断面に垂直な引張応力が作用する。更に、プレスすると、下型２の刃物６の刃先が板材２０の下面に接触し、食い込み、下型２の刃物６の刃先から上型１の刃物５の刃先に向かって脆性破壊が起きて、板材２０が所定の打抜き形状に切断される。下型２の刃物６の刃先が接触する際の板材２０の曲げ変形の曲率半径は３００〜８００ｍｍの範囲とするのが望ましい。
【００２７】
このように、切断時、板材２０の下面側に、切断面に垂直な引張応力を作用させた状態で下型２の刃物６が打ち込まれることにより、下型２の刃物６の刃先から上型１の刃物５の刃先に向かってクラックが連続的に発生するため、滑らかで良好な切断面が得られる。また、上型１と下型２の刃物５，６の食い込み量が浅くて切断できるため、刃物５，６の寿命を長くできる。
【００２８】
被切断物への刃先の打込み深さは上下それぞれ０．２〜０．７ｍｍとする。打込み深さが小さすぎると切断できない部分が生じることがあり、大きすぎると刃先の寿命を短くする。また、打込み速度が大きい方が若干切断面性状が良好となる傾向が認められる。しかし、被切断物の板厚が０．８〜５．０ｍｍの範囲であれば、通常の機械式プレス機あるいはこれより低速の油圧プレス機のプレス速度の範囲で切断可能である。
【００２９】
切断後、上型１と下型２を離反させると、切断材は圧縮されていた弾性体１５，１６，１７，１８の元の形への復帰力によって刃物５，６の刃先から離脱され、下型２の弾性体１７，１８上に載置される。
【００３０】
切断材は、切断面が上型１の刃物５の食い込み部、クラック部、及び下型２の刃物６の食い込み部の順に並んでおり、上型１の刃物５の食い込み部の長さが下型２の刃物６の食い込み部の長さよりも大きい。
【００３１】
図４は、本発明の別の実施形態２を示している。本実施形態２と上記実施形態１とは弾性体の構成が相違しているだけで、他の構成は同じである。本実施形態２の弾性体は、上型１の弾性体１５，１６の硬度が下型２の弾性体１７，１８の硬度よりも低くされており、ＤＵ＜ＤＬである。上型１の弾性体１５，１６の硬度は硬度１５、下型２の弾性体１７，１８の硬度は硬度２５である。このような関係は、板材が厚い場合に効果的である。
【００３２】
図５は、本発明の更に別の実施形態３を示している。本実施形態３と上記実施形態１とは弾性体の構成が相違しているだけで、他の構成は同じである。本実施形態３は、上型１の弾性体１５，１６と下型２の弾性体１７，１８が、硬度が相違している２層の積層構造にそれぞれ形成されている。そして、上型１の弾性体１５，１６の硬度が下型２の弾性体１７，１８の硬度よりも低くされており、ＤＵ＝ＤＬである。上型１の一方の弾性体１５は弾性体１５ａ（硬度１５）と弾性体１５ｂ（硬度２５）が上型基板３に順に積層されて形成されており、もう一方の弾性体１６も弾性体１６ａ（硬度１５）と弾性体１６ｂ（硬度２５）が上型基板３に順に積層されて形成されている。下型２の一方の弾性体１７は弾性体１７ａ（硬度３５）と弾性体１７ｂ（硬度２５）が下型基板４に順に積層されて形成されており、もう一方の弾性体１８も弾性体１８ａ（硬度３５）と弾性体１８ｂ（硬度２５）が下型基板４に順に積層されて形成されている。
【００３３】
図６は、本発明の更に別の実施形態４を示している。本実施形態４と上記実施形態１とは弾性体の構成が相違しているだけで、他の構成は同じである。本実施形態４は、上型１の弾性体１５，１６は１層であり、下型２の弾性体１７，１８は硬度が相違している２層の積層構造に形成されている。そして、上型１の弾性体１５，１６の硬度が下型２の弾性体１７，１８の硬度よりも低くされており、ＤＵ＜ＤＬである。上型１の弾性体１５，１６の硬度は硬度２５である。下型２の一方の弾性体１７は弾性体１７ａ（硬度３５）と弾性体１７ｂ（硬度２５）が下型基板４に順に積層されて形成されており、もう一方の弾性体１８も弾性体１８ａ（硬度３５）と弾性体１８ｂ（硬度２５）が下型基板４に順に積層されて形成されている。
【００３４】
以上説明した切断型で、板厚が０．８〜５ｍｍの範囲、材質がゴム添加量０〜３０％の範囲の種々のアクリル樹脂板の切断試験を行ったところ、安価なトムソン刃を用いているにもかかわらず、３万回の切断後も良好な切断面が得られ、本発明の効果が確認された。
【００３５】
なお、本発明は上記実施形態に限られることはなく、例えば、ＤＵ＞ＤＬで、上型１の弾性体１５，１６の硬度を下型２の弾性体１７，１８の硬度よりも低くすることにより、
上型１の弾性体１５，１６をＤＵだけ圧縮する力の大きさ＜下型２の弾性体１７，１８をＤＬだけ圧縮する力の大きさ
の関係を実現させることもできる。
また、本発明は上記実施形態とは逆に、
上型１の弾性体１５，１６をＤＵだけ圧縮する力の大きさ＞下型２の弾性体１７，１８をＤＬだけ圧縮する力の大きさ
の関係を満たすように構成しても勿論よい。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、幅広い材質、板厚にわたって滑らかで良好な切断面が得られ、切断刃の寿命が長い、硬質の合成樹脂材の切断方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の切断方法に使用される切断型の平面図である。
【図２】 図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】 図１のＢ−Ｂ線断面図である。
【図４】 本発明の切断方法に使用される別の切断型を示し、図２に対応する断面図である。
【図５】 本発明の切断方法に使用される更に別の切断型を示し、図２に対応する断面図である。
【図６】 本発明の切断方法に使用される更に別の切断型を示し、図２に対応する断面図である。
【符号の説明】
１ 上型
２ 下型
３ 上型基板
４ 下型基板
５，６ 刃物
７，８ 刃物圧入部
９，１１ 貫通孔
１０，１２ 溝
１３，１４ 切欠き
１５，１６，１７，１８ 弾性体
２０ 硬質の合成樹脂板

Claims (7)

1. 刃物が上型基板の下面と下型基板の上面から突出して対向配置され、前記上下の各刃物の両側面に刃物の突出高さよりも厚い厚さの弾性体が配置され、前記対向する刃物の刃先を板材の上下面に打ち込んで硬質の合成樹脂材を切断する方法であって、切断時、先に一方の型の刃物の刃先が板材の一面に接触し、食い込み、板材に曲げ変形を生じさせ、次に、他方の面側の刃物の刃先が板材の表面に接触し、食い込み、他方の面側の刃物の刃先から一方の面側の刃物の刃先に向かって脆性破壊を生じさせて板材を切断する方法において、
   上型の弾性体下面と刃物の刃先との距離をＤＵ、下型の弾性体上面と刃物の刃先との距離をＤＬとしたとき、上型の弾性体をＤＵだけ圧縮する力の大きさと、下型の弾性体をＤＬだけ圧縮する力の大きさとが相違していることを特徴とする硬質の合成樹脂材の切断方法。
2. ＤＵ＝ＤＬで、上型の弾性体の硬度と下型の弾性体の硬度とが相違していることを特徴とする請求項１記載の硬質の合成樹脂材の切断方法。
3. ＤＵとＤＬの長さが相違し、上型の弾性体の硬度と下型の弾性体の硬度とが同一であることを特徴とする請求項１記載の硬質の合成樹脂材の切断方法。
4. ＤＵとＤＬの長さが相違し、上型の弾性体の硬度と下型の弾性体の硬度とが相違していることを特徴とする請求項１記載の硬質の合成樹脂材の切断方法。
5. 弾性体が、硬度が相違している少なくとも２層の積層構造を有していることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の硬質の合成樹脂材の切断方法。
6. 刃物がトムソン刃であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の硬質の合成樹脂材の切断方法。
7. 曲げ変形の曲率半径が３００〜８００ｍｍの範囲であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の硬質の合成樹脂材の切断方法。

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