JPH0885100A - 発泡スチロール切断加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 発泡スチロールブロックを所定の３次元形状
に切断加工する場合に、切り屑、切り粉などの粉塵が生
じるのを防ぎ、また、ＮＣ工作機械で切断加工できない
ような形状も切断加工する。 【構成】 塑性変形自在な細長の細管２ａの内部に内周
を絶縁材２ｂで被覆して発熱線２ｃを細管２ａ先端で折
り返す往復配線封入して塑性変形自在な線状のヒートカ
ッター２を形成し、該ヒートカッター２の基端側をヒー
トカッター保持部３に取付け、加工される発泡スチロー
ルブロックａを載せるターンテーブル４を水平旋回自在
に設け、ヒートカッター保持部３を昇降自在及び上記タ
ーンテーブル４の旋回中心に向かって移動自在に設け
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、発泡スチロールブロ
ックを塑性変形自在な線状のヒートカッターの熱を利用
して所定の３次元形状に切断加工する発泡スチロール切
断加工装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】発泡スチロールは超軽量、易加工性のプ
ラスチック材として１９６０年代から各産業分野に広く
利用され、特に建材としては軽量断熱壁、屋根材などと
して、また物流業界では各種商品の包装資材として年間
２０〜３０万トンが生産されている。

【０００３】工業分野では木材の代替素材、断熱材とし
て、又優れた加工性を活用し複雑な構造物のデザイン研
究材料として設計模型または鋳造模型として利用範囲が
拡大している。一般に発泡スチロールによる商品模型や
鋳造模型の加工はＮＣ工作機械による切断または小規模
加工業者の手工具による手作業によるか、大量生産、例
えばパッケージボックスなどは金型による成型法が採用
されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、商品模
型や鋳造模型のために、発泡スチロールブロックを例え
ば、鋸、グラインダー、刃物、ワイヤブラシ、サンドペ
ーパーなどを使用して切断加工すると、切り屑、粉など
が生じる欠点があった。又ＮＣ工作機械による切断加工
にあっては、加工できない形状もあった。また、金型に
よる成型法は少量生産には不経済であり不向きであっ
た。

【０００５】この発明は、上記のような課題に鑑み、そ
の課題を解決すべく創案されたものであって、その目的
とするところは、発泡スチロールブロックを所定の３次
元形状に切断加工する場合に、切り屑、切り粉などの粉
塵が生じるのを防ぎ、また、ＮＣ工作機械で切断加工で
きないような形状も切断加工することのできる発泡スチ
ロール切断加工装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するた
めにこの発明は、塑性変形自在な細長の細管の内部に内
周を絶縁材で被覆して発熱線を細管先端で折り返す往復
配線封入して塑性変形自在な線状のヒートカッターを形
成し、該ヒートカッターの基端側をヒートカッター保持
部に取付け、加工される発泡スチロールブロックを載せ
るターンテーブルを水平旋回自在に設け、ヒートカッタ
ー保持部を昇降自在及び上記ターンテーブルの旋回中心
に向かって移動自在に設けた構成よりなるものである。

【０００７】ここで、好ましい態様として、ヒートカッ
ター保持部は、ターンテーブルの直進方向に対してその
直交方向に移動自在に設けられているのがよく、又水平
旋回及び傾動自在に設けられているのがよい。

【０００８】

【作用】以上のような構成を有するこの発明は、次のよ
うに作用する。すなわち、線状のヒートカッターを発泡
スチロールブロックの切断加工形状に対応するように塑
性変形させ、所定形状に塑性変形したヒートカッターを
ヒートカッター保持部に取付け、装置を作動させると、
一定の温度に加熱されたヒートカッターはターンテーブ
ル上の発泡スチロールブロックに接近し、ターンテーブ
ルの回転中心に対して前後に移動しながら、一定の速度
で回転する発泡スチロールブロックの表面をその熱で溶
解しながら切断して所定の３次元形状に加工すると共
に、その切断の際、切断箇所では一部は溶解し又ガスと
なり、切り屑や切り粉などの粉塵が生ぜず、粉塵の発生
を防ぐように作用する。

【０００９】

【実施例】以下、図面に記載の実施例に基づいてこの発
明をより具体的に説明する。ここで、図１は発泡スチロ
ール切断加工装置の側面図、図２は発泡スチロール切断
加工装置の平面図、図３は発泡スチロール切断加工装置
の正面図、図４（Ａ）はヒートカッターの側面図、
（Ｂ）はヒートカッターの正面図、（Ｃ）はヒートカッ
ターの部分拡大断面図、図５は発泡スチロール切断加工
装置の制御機構図である。

【００１０】図において、発泡スチロール切断加工装置
１は、発泡スチロールブロックａを塑性変形自在な線状
のヒートカッター２の熱を利用して所定の３次元形状に
切断加工する装置で、切断加工時に切り屑や切り粉など
の粉塵が発生しない特徴を有している。また、発泡スチ
ロール切断加工装置１は、線状のヒートカッター２を用
いるため、線の状態で切断加工して、ＮＣ工作機械のよ
うな点切断加工でないため、切断加工形状によってはＮ
Ｃ工作機械よりも加工時間が短くてよく、しかもＮＣ工
作機械で加工できないものの加工も可能な場合がある。

【００１１】ヒートカッター２は内部に封入された発熱
線２ｃの熱によって加熱され、その熱で発泡スチロール
ブロックａの切断加工面を溶かしながら切断加工するも
のであり、切断加工部分は熱で溶ける部分とガスになる
部分になり、切り屑や切り粉などの粉塵は生じない。ヒ
ートカッター２は塑性変形自在な線状のものからなり、
切断加工形状に合わせて適宜曲げたりして変形して使用
される。このため、ヒートカッター２を形成する各部材
も変形自在な材料からなっている。

【００１２】ヒートカッター２は、細管２ａ、絶縁材２
ｂ及び発熱線２ｃなどの各部品から構成されている。細
管２ａは直径が１mm程で長さが５００mm程の細長い管
で、塑性変形自在な材質からなっており、この実施例で
は例えばステンレス細管が使用されている。細管２ａは
その塑性変形自在な性質を利用して、切断加工面に対応
して湾曲などの変形がなされ、その変形された状態で発
泡スチロールブロックａを切断加工する。

【００１３】細管２ａはその内部が空洞になっていて、
空洞の内部の内周面には絶縁材２ｂが取付けられてい
る。絶縁材２ｂはその内部の発熱線２ｃと細管２ａとを
絶縁するために設けられたものであり、絶縁材２ｂの材
質には例えば酸化マグネシウムが使用されている。

【００１４】発熱線２ｃは細管２ａ内部で更に絶縁材２
ｂで被覆された内部に往復配線封入されている。即ち、
発熱線２ｃは細管２ａの基端側から先端側に向かって配
線され、細管２ａの先端で折り返されて基端側に戻るよ
うに配線されている。

【００１５】このため、発熱線２ｃは細管２ａの基端側
のみを電源側に接続すればよく、発熱線２ｃの両端側を
電源側に接続する場合に比べて片側接続で済み、その接
続が簡単となる。更に、発熱線２ｃを封入した細管２ａ
はその先端側を電源側に接続する必要がなく先端側はフ
リーにすることができるので、切断加工に応じて自在に
変形する場合の変形範囲が広くなる。

【００１６】発熱線２ｃには例えばニッケルクロム電線
が使用されており、最高温度は９００度Ｃ〜１１００度
Ｃ程にもなる。ヒートカッター２はこの発熱線２ｃの熱
により、切断の状態に応じて例えば１００度Ｃ〜３００
度Ｃ程の温度に調整されて使用される。発熱線２ｃは後
述する制御装置５が電圧電流調整器５ｂを制御すること
によってその温度は調整される。

【００１７】細管２ａに発熱線２ｃを封入したヒートカ
ッター２は、その基端側にフランジ２ｄがその外周面に
巻かれて取付けられている。このフランジ２ｄが巻かれ
た部分が後述のチャック３ａに保持される。さらにその
フランジ２ｄの基端には絶縁チューブ２ｅが取付けら
れ、その絶縁チューブ２ｅの内部に細管２ａの先端で折
り返された発熱線２ｃの両端側は封入されている。そし
て、絶縁チューブ２ｅよりはみ出した発熱線２ｃの両端
は圧電端子２ｆにそれぞれ接続されている。

【００１８】ヒートカッター保持部３は、ヒートカッタ
ー２の基端側を保持して昇降自在及びターンテーブル４
の旋回中心に向かって移動するもので、チャック３ａ、
水平張出保持盤３ｂ、垂直スライド盤３ｃ、チャック装
着板３ｄ、調整撮み３ｅ、水平スライド盤３ｆ及びスラ
イドモーター３ｇなどから構成されている。

【００１９】上記ヒートカッター２はその基端側がヒー
トカッター保持部３の先端下部に設けられたチャック３
ａに下向きに保持されて取付けられている。ヒートカッ
ター保持部３を構成する水平張出保持盤３ｂは水平に張
り出しており、その先端にはチャック装着板３ｄが前方
に張り出して取付けられている。この張り出しているチ
ャック装着板３ｄの下面に上記チャック３ａが下向きに
取付けられている。

【００２０】先端にチャック３ａがチャック装着板３ｄ
を介して取付けられている水平張出保持盤３ｂの基端側
は垂直に立てられた柱状の垂直スライド盤３ｃに昇降自
在に取付けられている。水平張出保持盤３ｂは調整撮み
３ｅによって、垂直スライド盤３ｃに固定され又は固定
解除される。即ち、調整撮み３ｅを弛めて水平張出保持
盤３ｂを所定の高さに昇降移動させ、その高さで調整撮
み３ｅを締めて水平張出保持盤３ｂを固定するようにな
っている。

【００２１】垂直スライド盤３ｃはその下部が水平スラ
イド盤３ｆに水平移動自在に取付けられている。水平ス
ライド盤３ｆの一端には発泡スチロールブロックａを載
せるターンテーブル４が取付けられ、又その反対側の他
端には垂直スライド盤３ｃを一端のターンテーブル４に
向かって前進及び後退移動させるスライドモーター３ｇ
が取付けられている。垂直スライド盤３ｃはスライドモ
ーター３ｇの駆動によって水平スライド盤３ｆ上を水平
前進移動し、又水平後退移動し、その前後移動速度も制
御されている。スライドモーター３ｇは後述の制御装置
５によって制御される。スライドモーター３ｇには例え
ばステッピングモーターが使用されている。

【００２２】水平スライド盤３ｆの一端にはアングル材
４ａが逆Ｌ字状に取付けられ、この逆Ｌ字状のアングル
材４ａの水平部分の上方にターンテーブル４が水平旋回
自在に取付けられている。ターンテーブル４は正逆回転
自在になっている。又アングル材４ａの水平部分の下部
にターンテーブル４を水平旋回するターンテーブル回転
モーター４ｂが取付けられている。ターンテーブル４は
ターンテーブル回転モーター４ｂによってその回転速度
が制御され、又その回転方向も正逆自在になっている。
ターンテーブル回転モーター４ｂは後述の制御装置５に
よって制御される。ターンテーブル回転モーター４ｂに
は例えばステッピングモーターが使用されている。

【００２３】ヒートカッター２が水平張出保持盤３ｂを
介して取付けられた垂直スライド盤３ｃ及びターンテー
ブル４などが取付けられた水平スライド盤３ｆは、発泡
スチロール切断加工装置１の支持フレーム機構によって
移動自在に支持されている。即ち、水平スライド盤３ｆ
は、その下部が前後一対の垂直フレーム１ａ上に支持さ
れている。水平スライド盤３ｆを支持する垂直フレーム
１ａは、その下端が平面から見てＨ型の下部フレーム１
ｂ上にに一体的に取付けられている。更に下部フレーム
１ｂの下方にはキャスター１ｃがそれぞれ取付けられて
いて、発泡スチロール切断加工装置１は移動可能になっ
ている。

【００２４】発泡スチロール切断加工装置１には、ヒー
トカッター２の温度、ターンテーブル４の回転速度、ヒ
ートカッター保持部３の移動速度などを制御する制御装
置５が設けられている。制御装置５はキーボードなどの
入力部５ａから入力される情報に基づいてこれらを制御
する。

【００２５】制御装置５は電圧電流調整器５ｂの制御を
通じてヒートカッター２の発熱線２ｃの温度を制御して
いる。電圧電流調整器５ａはヒートカッター２の発熱線
２ｃと電源とを結ぶ配線コード５ｃの途中に設けられて
いる。また、制御装置５はターンテーブル回転モーター
４ｂの制御を通じてターンテーブル４の回転速度を制御
し、又スライドモーター３ｇの制御を通じてヒートカッ
ター保持部３の移動速度を制御している。このため、制
御装置５は、電圧電流調整器５ｂ、ターンテーブル回転
モーター４ｂ及びスライドモーター３ｇなどと制御ケー
ブルで接続されている。

【００２６】次に、上記実施例の構成に基づく作用につ
いて以下説明する。先ず、線状のヒートカッター２を発
泡スチロールブロックａの切断加工形状に対応するよう
に塑性変形させる。常温でヒートカッター２を所定の形
状に変形させた場合、残留変形応力によってヒートカッ
ター２は少し元の形状に戻るため、正確に変形させるこ
とが困難である。

【００２７】このため、ヒートカッター２の塑性変形
は、例えば石膏ボード表面に発泡スチロールブロックａ
の切断加工形状に対応する形状に形成された線状溝内に
ヒートカッター２を押し込んで通電し、ヒートカッター
２を加熱することによりヒートカッター２に残留する変
形応力を取り除き、冷ました後、石膏ボード表面の線状
溝から取り出すことによって完了する。

【００２８】次に所定形状に塑性変形したヒートカッタ
ー２をヒートカッター保持部３に取付ける。即ち、ヒー
トカッター２の基端側をヒートカッター保持部３のチャ
ック３ａに保持装着させ、又、ヒートカッター２の基端
の圧電端子２ｆを配線コード５ｂの端子に接続する。

【００２９】このヒートカッター２のチャック３ａへの
取付け作業と相前後して、発泡スチロールブロックａを
ターンテーブル４の上に載せ、又発泡スチロール切断加
工装置１のスイッチを入れ、制御装置５にヒートカッタ
ー２の加熱温度、ターンテーブル４の回転速度及びヒー
トカッター保持部３の前後移動速度などの情報を入力部
５ａから入力する。入力された情報により制御装置５
は、電圧電流調整器５ａの制御を通じてヒートカッター
２を所定の加熱温度に制御し、ターンテーブル回転モー
ター４ｂを所定の回転速度に制御し、又スライドモータ
ー３ｇを所定の回転速度に制御する。

【００３０】なお、切断試験によれば、ヒートカッター
２の加熱温度、切断速さ及び切断幅は、３０倍発泡、９
０倍発泡の各発泡スチロールブロックａ（直径４００mm
×高さ３００mm）の場合、図６に示すようになってい
る。

【００３１】一定の温度に加熱されたヒートカッター２
は、同ヒートカッター２を水平張出保持盤３ｂを介して
保持している垂直スライド盤３ｃが水平スライド盤３ｆ
上に沿ってターンテーブル４の回転中心に向かって移動
することにより、ターンテーブル４上の発泡スチロール
ブロックａに接近する。そして、ヒートカッター２は回
転中心に対して前後に移動しながら、一定の速度で回転
する発泡スチロールブロックａの表面をその熱で溶解し
ながら切断して所定の３次元形状に加工して行く。その
切断の際、切断箇所では一部は溶解し又ガスとなり、切
り屑や切り粉などの粉塵が生ぜず、粉塵の発生を防ぐこ
とができる。

【００３２】なお、この発明は上記実施例に限定される
ものではなく、この発明の精神を逸脱しない範囲で種々
の改変をなし得ることは勿論である。例えば、ヒートカ
ッター保持部３をターンテーブル４の直進方向に対して
その直交方向に移動自在に設ける場合には、水平スライ
ド盤３ｆと垂直フレーム１ａとの間に、水平スライド盤
３ｆに直交する直交スライド盤を新たに設け、この直交
スライド盤に対して水平スライド盤３ｆを前後方向に移
動自在に取付け、この水平スライド盤３ｆを移動させる
別個のスライドモーターを設ける。また、このスライド
モーターと制御装置５を制御ケーブルで結び、制御装置
５でこのスライドモーターを制御するようにする。ま
た、ヒートカッター保持部３を水平旋回及び傾動自在に
設ける場合には、水平張出保持盤３ｂと垂直スライド盤
３ｃとの間に別途の水平旋回及び傾動機構を設ける。

【００３３】

【発明の効果】以上の記載より明らかなようにこの発明
に係る発泡スチロール切断加工装置によれば、ＮＣ工作
機械に比べて構造が簡単でコンパクト化することができ
る。しかも、従来の例えばカッターなどの手動工具で切
断加工する場合には切り屑や粉などの粉塵が生じるが、
この発明の場合には、切断したとき熱で溶ける部分とガ
スになる部分になって粉塵が生じるのを防ぐことができ
る。線状のヒートカッターの熱で線状態で切断加工し、
ＮＣ工作機械のような点切断加工でないため、切断加工
形状によってはＮＣ工作機械よりも加工時間が短くてよ
く、しかもＮＣ工作機械で切断できない形状の切断も可
能である。即ち、切断加工面が内部側に窪んでいるよう
な構造になっている場合にはＮＣ工作機械の回転切断刃
物が入ることができず、切断加工することができない場
合がある。この発明では回転切断刃物を使用しないの
で、そのような部分の切断加工も可能となる、極めて新
規的有益なる効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例を示す発泡スチロール切断加
工装置の側面図である。

【図２】この発明の実施例を示す発泡スチロール切断加
工装置の平面図である。

【図３】この発明の実施例を示す発泡スチロール切断加
工装置の正面図である。

【図４】（Ａ）はこの発明の実施例を示すヒートカッタ
ーの側面図である。（Ｂ）はこの発明の実施例を示すヒ
ートカッターの正面図である。（Ｃ）はこの発明の実施
例を示すヒートカッターの部分拡大断面図である。

【図５】この発明の実施例を示す発泡スチロール切断加
工装置の制御機構図である。

【図６】この発明の実施例を示す発泡スチロールブロッ
クの切断幅、切断速さ、ヒートカッターの温度の切断条
件の切断試験図である。

【符号の説明】

１ 発泡スチロール切断加工装置 １ａ 垂直フレーム １ｂ 下部フレーム １ｃ キャスター ２ ヒートカッター ２ａ 細管 ２ｂ 絶縁材 ２ｃ 発熱線 ２ｄ フランジ ２ｅ 絶縁チューブ ２ｆ 圧電端子 ３ ヒートカッター保持部 ３ａ チャック ３ｂ 水平張出保持盤 ３ｃ 垂直スライド盤 ３ｄ チャック装着板 ３ｅ 調整撮み ３ｆ 水平スライド盤 ３ｇ スライドモーター ４ ターンテーブル ４ａ アングル材 ４ｂ ターンテーブル回転モーター ５ 制御装置 ５ａ 入力部 ５ｂ 電圧電流調整器 ５ｃ 配線コード ａ 発泡スチロールブロック

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 塑性変形自在な細長の細管の内部に内周
   を絶縁材で被覆して発熱線を細管先端で折り返す往復配
   線封入して塑性変形自在な線状のヒートカッターを形成
   し、該ヒートカッターの基端側をヒートカッター保持部
   に取付け、加工される発泡スチロールブロックを載せる
   ターンテーブルを水平旋回自在に設け、ヒートカッター
   保持部を昇降自在及び上記ターンテーブルの旋回中心に
   向かって移動自在に設けたことを特徴とする発泡スチロ
   ール切断加工装置。
2. 【請求項２】 ヒートカッター保持部は、ターンテーブ
   ルの直進方向に対してその直交方向に移動自在に設けら
   れている請求項１記載の発泡スチロール切断加工装置。
3. 【請求項３】 ヒートカッター保持部は、水平旋回及び
   傾動自在に設けられている請求項１記載の発泡スチロー
   ル切断加工装置。