CN101254598A - 具有螺旋曲线转角上刀刃的薄纸裁切机构及其刀刃结构 - Google Patents

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Abstract

本发明一种具有螺旋曲线转角上刀刃的薄纸裁切机构，是在一基座上配置一可旋转的底刀轮，该底刀轮周环面相隔一预定间距处各配置有一底刀轮直线型刀刃。一刀架邻近配置于该底刀轮，该刀架与该底刀轮之间具有一轴线偏斜角。一上刀刃，结合在该刀架的刀架结构面，且该上刀刃是沿着该刀架的长轴方向，由该刀架的一端缘延伸至该刀架的另一端缘，并以螺旋方向延伸形成在该刀架的刀架结构面。该上刀刃轴线与底刀轮外圆切线的夹角随着裁切位置改变，而做非线性的多角度变化。

Description

具有螺旋曲线转角上刀刃的薄纸裁切机构及其刀刃结构
技术领域
本发明涉及一种切割机具的刀架，特别是关于一种螺旋曲线转角上刀刃的结构以及包括有该上刀刃的薄纸裁切机构。该薄纸裁切机构配合折纸滚轮与折迭压爪而可将长条薄纸在经过输送、裁切、压痕、抓压交迭之后，以制作出抽取式用纸。
背景技术
在薄纸裁切技术的领域中，业者已发展出不同类型的裁切技术。例如在传统的滚筒直刀式裁切机构是主要由一直排式裁切刀与一滚筒。在进行纸张裁切作业时，一长条状待裁切纸带环绕于该滚筒的周面，使该滚筒不断保持旋转状态，同时，控制该裁切刀相应于该滚筒而进行往复式的运动，当该裁切刀的刀锋与滚筒相接触时，即可完成薄纸的裁切作业。
然而，在该传统的裁切作业过程中，该裁切刀的刀锋与环绕于该滚筒周面的纸带之间，是呈现一线接触的型态，故在二者接触的瞬间，该裁切刀的刀锋(尤其是刀锋的两端点)将会因为承受极大的正向或斜向接触力而容易崩断。
在目前裁切薄纸的技术中，已普遍使用相对应的上刀刃与底刀滚轮刀刃做类似剪刀原理的剪切动作，以达到薄纸裁切的目的。在此类技术中，目前常见的薄纸裁切机构，为斜线式单片或多片刀、或为单纯的螺旋曲线刀。裁切时或为接触力不甚平均、或为多点同时接触，如此刀架、刀刃及滚轮瞬间必承受较大或较不均匀的冲击力，容易造成刀刃变形或破损，减少刀刃使用寿命。
参阅图1所示，其显示该多片斜线型上刀刃N1与直线型底刀刀刃N2作动关系示意图。此方式作动，剪切瞬间会有多点同时接触，刀刃需承受较大的冲击及振动。
业者针对该多片斜线型裁切机构的缺点乃又设计出单片斜线型或单纯螺旋型上刀刃与直线型底刀刀刃的结构。图2是显示传统单片斜线型或单纯螺旋型上刀刃N3与直线型底刀刀刃N4作动关系示意图。此方式作动，剪切瞬间虽仅有一点接触，但进刀速度仍较快，刀刃依旧承受较大的冲击及振动。
发明内容
鉴于前述现有技术所存在的各项问题，本发明的主要目的在于提供一种具有螺旋曲线转角上刀刃的薄纸裁切机构，其采用螺旋曲线转角上刀刃结合在刀架的刀架结构面。在进行薄纸的裁切作业时，该上刀刃轴线与底刀轮外圆切线的夹角随着裁切位置改变，而做非线性的多角度变化。
本发明的另一目的是提供一种用于薄纸裁切机构中的螺旋曲线转角上刀刃结构，该上刀刃是结合在该刀架的刀架结构面，且该上刀刃是沿着该刀架的长轴方向，由该刀架的一端缘延伸至该刀架的另一端缘，并以螺旋方向延伸形成在该刀架的刀架结构面。
相较于现有技术，本发明的螺旋曲线转角上刀刃，裁切作动时，不仅只是单一点的点接触。且具多变化的角度调整。随着剪切位置的改变，刀刃曲线角度亦随之变动，如此可使上刀刃与底刀滚轮刀刃，随时均保持较为稳定的点接触，提高刀刃使用寿命。
此上刀刃轴线与底刀轮外圆切线的夹角会随着裁切位置改变，而做非线性的多角度变化。随着螺旋曲线角度变化调整后，刀刃两端点及中间点的变形量会渐趋于平均，如此可避免刀刃上某一点因受力后，产生特别大的变形量而损坏，以延长刀具使用寿命，提高生产效率。设计上特意降低开始剪切时的切断速度，以有效减缓剪切瞬间冲击力，减少刀具振动。
附图说明
图1为传统多片斜线型上刀刃与直线型底刀刀刃作动关系的平面展开示意图；
图2为传统单片斜线型或单纯螺旋型上刀刃与直线型底刀刀刃作动关系的平面展开示意图；
图3显示本发明具有螺旋曲线转角上刀刃的薄纸裁切机构的各相关构件配置的示意图；
图4为本发明的上刀刃配置在刀架的示意图；
图5为本发明的上刀刃配置在刀架的端视图；
图6为本发明的刀架与底刀轮组装的相对关系立体图；
图7为本发明上刀刃与底刀轮直线型刀刃作动关系的平面展开示意图；
图8为一般常用的刀刃与本发明的上刀刃剪切时的特性比较图；
图9是显示本发明上刀刃与底刀轮直线型刀刃形成剪切接触(A点)开始裁切情形；
图10显示图9中A断面时，上刀刃轴线与底刀轮外圆切线间具有一夹角
Figure A20071000047200061
1的示意图；
图11为上刀刃与底刀轮直线型刀刃裁切至中点位置(B点)情形；
图12显示图11中B断面时，上刀刃轴线与底刀轮外圆切线间具有一夹角
Figure A20071000047200062
2的示意图；
图13为上刀刃与底刀轮直线型刀刃裁切至终结点(C点)情形；
图14显示图13中C断面时，上刀刃轴线与底刀轮外圆切线间具有一夹角
Figure A20071000047200063
3的示意图；
图15为上刀刃轴线与底刀轮外圆切线的夹角简化示意图；
图16说明上刀刃使用时的变形情况的前视图；
图17说明上刀刃使用时的刀刃变形情况的侧视示意图；
图18表示上刀刃，如暂时忽略转角效应，受力时的变形量曲线示意图；
图19表示上刀刃在仅讨论转角效应情况下，受力时的变形量曲线示意图；
图20表示上刀刃在受力时的总变形量曲线示意图。
【主要组件符号说明】
100    第一裁切机构
200    第二裁切机构
1           基座
2、2a       惰轮
3、3a       底刀轮
31、31a     轮轴
32、32a     底刀轮直线型刀刃
4、4a       刀架
40a、40b    端缘
41、41a     刀架轴
42、42a     刀座
43          刀架结构面
44          刀刃长度调整装置
45          刀刃夹紧装置
46          刀刃曲度调整装置
5、5a       上刀刃
6、6a       折纸滚轮
7、7a       折迭压爪
8、8a       气压控制杆装置
81、81a     气缸
82、82a     杆臂
S1、S2      长条薄纸
S11、S21    固定长度纸片
S           抽取式用纸
Figure A20071000047200071
x         轴线偏斜角
Figure A20071000047200072
1、
Figure A20071000047200073
2、
Figure A20071000047200074
3 夹角
I1           长轴方向
I2           旋转方向
I3           上刀刃轴线
I4           底刀轮外圆切线
N1           多片斜线型上刀刃
N2           直线型底刀刀刃
N3    单片斜线型或单纯螺旋型上刀刃
N4    直线型底刀刀刃
具体实施方式
图3显示本发明具有螺旋曲线转角上刀刃的薄纸裁切机构的各相关构件配置的示意图，其显示在一基座1上配置了左右相对应的第一裁切机构100及第二裁切机构200。该第一裁切机构100及第二裁切机构200组成了本发明的薄纸裁切装置，以使两道具有一定宽度的长条薄纸S1、S2在分别经过该薄纸裁切装置的输送、裁切、压痕、抓压交迭之后，以制作出抽取式用纸S。
该第一裁切机构100是包括有数个惰轮2、一底刀轮3、一刀架4、一上刀刃5(亦称上刀刃)、一折纸滚轮6、一折迭压爪7、一气压控制杆装置8。其中该底刀轮3的周环面相隔一预定间距处各配置有一底刀轮直线型刀刃32。该底刀轮3具有一轮轴31，用以将该底刀轮3可旋转地结合于该基座1的预定位置。该刀架4具有一刀架轴41，用以将该刀架4配置于该底刀轮3的邻近位置。
长条薄纸S1经过第一裁切机构100的惰轮2而被输送至底刀轮3时，该底刀轮3是以一旋转方向旋转，此时上刀刃5与该底刀轮3的其中一个底刀轮直线型刀刃32形成剪切接触，以将该长条薄纸S1裁切成具固定长度纸片S11。随后该固定长度纸片S11被传送至折纸滚轮6上。
相同地，该第二裁切机构200是包括有数个惰轮2a、一底刀轮3a、一刀架4a、一上刀刃5a、一折纸滚轮6a、一折迭压爪7a、一气压控制杆装置8a。其中该底刀轮3a的周环面相隔一预定间距处各配置有一底刀轮直线型刀刃32a。该底刀轮3a具有一轮轴31a，用以将该底刀轮3a可旋转地结合于该基座1的预定位置。该刀架4a具有一刀架轴41a，用以将该刀架4a配置于该底刀轮3a的邻近位置。
长条薄纸S2经过第二裁切机构200的惰轮2a而被输送至底刀轮3a时，此时上刀刃5a与该底刀轮3a的其中一个底刀轮直线型刀刃32a形成剪切接触，以将该长条薄纸S2裁切成具固定长度纸片S21。随后该固定长度纸片S21被传送至折纸滚轮6a上。
由于该折纸滚轮6、6a的轮面设有折痕结构，故此时折纸滚轮6、6a会分别将该固定长度纸片S11、S21压出折痕，再经过折迭压爪7、7a的抓压，使该纸片S11、S21沿着折痕互相交迭，即成为抽取式用纸S。
该底刀轮3、3a及折纸滚轮6、6a分别连通有现有的抽气装置(未示)，并在其轮面配置多数个气孔。故通过由控制该抽气装置的动作可以控制纸片使其吸附在轮圆面上、或从轮面上释放。
该气压控制杆装置8、8a分别包括有气缸81、81a及连结于该刀架4、4a的杆臂82、82a。可使得当长条薄纸S1、S2用完时，可利用气缸81、81a控制该杆臂82、82a做伸缩，可分别控制刀架4、4a作一适当角度的旋转，使该上刀刃5、5a移离相对应的底刀轮直线型刀刃32、32a至一间隔位置，以便操作者引入新长条薄纸，待置入新长条薄纸后再利用该气缸81、81a控制该杆臂82、82a驱动该刀架4、4a旋转，使该刀架4、4a归位至原裁切位置(即移近底刀轮)，以继续生产。
第一裁切机构100与第二裁切机构200中的相对应构件乃为相同，故以下以第一裁切机构100是进一步的结构说明。图4为本发明的上刀刃配置在刀架的示意图。图5为本发明的上刀刃配置在刀架的端视图。由图4及图5中知，该刀架4设有一刀座42，以供嵌置固定该上刀刃5。
该刀座42是沿着该刀架4的长轴方向I1，由该刀架4的一端缘40a延伸至该刀架4的另一端缘40b，并以螺旋方向延伸形成在该刀架4的刀架结构面43。
由于该上刀刃5是嵌置定位在该刀座42，故使得该上刀刃5与该刀架4间的对应关系亦是沿着该刀架4的长轴方向I1，由该刀架4的一端缘40a延伸至该刀架4的另一端缘40b，并以螺旋方向延伸形成在该刀架4的刀架结构面43。
该刀架4另配置有刀刃长度调整装置44、刀刃夹紧装置45及刀刃曲度调整装置46，可分别作为该上刀刃5的突出长度、夹紧、曲度做调整。图6为本发明的刀架4与底刀轮3组装的相对关系立体图，其显示该底刀轮3是可以一旋转方向I2旋转，该刀架4与底刀轮3之间具有一轴线偏斜角
Figure A20071000047200091
x。
图7为本发明上刀刃5与底刀轮直线型刀刃32作动关系的平面展开示意图。此方式作动，不仅只是单一点的点接触，且具多变化的角度调整。随着剪切位置的改变，刀刃曲线角度亦随的变动，如此可使上刀刃5与底刀轮直线型刀刃32随时均保持较为稳定的点接触，提高刀刃使用寿命。设计上亦特意降低开始剪切的切断速度，以减少刀刃所受的振动。
图8为一般常用的刀刃与本发明的上刀刃剪切时的特性比较图，其横坐标是表示剪切时间(秒)，纵坐标是表示刀刃长度(微米)。图中曲线X1为传统多片斜线型上刀刃于剪切瞬间有多点同时接触，剪切时间甚短，表示刀刃瞬间必受较大的冲击及振动。曲线X2为传统单片斜线型上刀刃于剪切瞬间虽仅有一点接触，但剪切时间仍短，表示进刀速度仍较快，刀刃依旧承受较大的冲击及振动。曲线X3为单纯螺旋型上刀刃，由图中可知剪切开始至中间点的时间T1几近等于中间点至剪切终结点时间T2，意即切断速度为一固定值。但图中曲线X4所示本发明的上刀刃于剪切开始至中间点的时间T1远大于中间点至剪切终结点时间T2，意即开始剪切时特意将切断速度放慢，如此可有效减缓剪切开始时的瞬间冲击力，也减少刀具的振动，可降低刀刃的损耗，提高刀具寿命。
图9是显示本发明上刀刃5与底刀轮直线型刀刃32接触(A点)开始裁切情形。图10夹角
Figure A20071000047200101
1为相对应的上刀刃轴线与底刀轮外圆切线的夹角。图11为上刀刃5与底刀轮直线型刀刃32裁切至中点位置(B点)情形。图12夹角
Figure A20071000047200102
2为相对应的上刀刃轴线与底刀轮外圆切线的夹角。图13为上刀刃5与底刀轮直线型刀刃32裁切至终结点(C点)情形。图14夹角
Figure A20071000047200103
3为相对应的上刀刃轴线与底刀轮外圆切线的夹角。
由作图法可得： &Theta; 1 > &Theta; 2 , &Theta; 2 < &Theta; 3 , &Theta; 1 = &Theta; 3 . 表示上刀刃轴线与底刀轮外圆切线的夹角会随着裁切位置改变，而做非线性的多角度变化。图15为上刀刃轴线I3与底刀轮外圆切线I4的夹角
Figure A20071000047200108
简化示意图，由图中可知随着剪切位置的变化，此夹角会在1～
Figure A200710000472001010
2，
Figure A200710000472001011
2～3之间做周期性的非线性角度变化(Δ
Figure A200710000472001013
)。
图16说明上刀刃5使用时的变形情况的前视图。图17说明上刀刃5使用时的刀刃变形的示意图。图18至图20则表示上刀刃5在不同受力位置A、B、C时与变形量的曲线示意图。
图18表示上刀刃5固定于刀架4时，依常理可知两端尖角A及C强度必较弱，受力时的变形量比中间点B的变形量大，此处以条纹表示变形量大小(参看图16)，两端A及C处条纹较长，表示变形量较大。在图18中ΔY1为两端点A、C与中间点B的变形量差异示意图。
图19表示上刀刃轴线与底刀轮外圆切线的夹角随着裁切位置改变而变化，夹角角度
Figure A20071000047200111
愈大，依力学原理可知，受力的有效分量则愈小，变形量亦愈小。两端点A及C的夹角
Figure A20071000047200112
1、
Figure A20071000047200113
3，都比中间点B的夹角
Figure A20071000047200114
2大。单纯依此点而言，两端点的受力变形量较小，中间点变形量较大。
图20为图18加上图19的总效应，ΔY2＜ΔY1，表示随着螺旋曲线角度变化调整后，两端点A、C、及中间点B的变形量渐趋于平均，如此可避免刀刃上某一点因受力后，产生特别大的变形量而损坏，以延长刀具使用寿命。

Claims (8)

1. 一种具有螺旋曲线转角上刀刃的薄纸裁切机构，用以裁切一长条薄纸成多数条固定长度的纸片，其特征在于包括有：
一基座；
一底刀轮，具有一轮轴，结合于该基座，可以一预定的旋转方向旋转，该底刀轮周环面相隔一预定间距处各配置有一底刀轮直线型刀刃；
一刀架，具有一刀架轴，结合于该基座，该刀架是邻近配置于该底刀轮，该刀架与该底刀轮之间具有一轴线偏斜角；
一上刀刃，结合在该刀架的刀架结构面，且该上刀刃是沿着该刀架的长轴方向，由该刀架的一端缘延伸至该刀架的另一端缘，并以螺旋方向延伸形成在该刀架的刀架结构面；
其中该长条薄纸被输送通过该刀架与底刀轮之间时，由该上刀刃与该底刀轮的直线型刀刃形成剪切接触，且该上刀刃轴线与底刀轮外圆切线的夹角随着裁切位置改变，而做非线性的多角度变化，以将该长条薄纸裁切成具固定长度纸片。
2. 如权利要求1的具有螺旋曲线转角上刀刃的薄纸裁切机构，其特征在于，包括有多数个惰轮，用以将该长条薄纸输送通过该底刀轮与刀架之间。
3. 如权利要求1的具有螺旋曲线转角上刀刃的薄纸裁切机构，其特征在于，包括有折纸滚轮，邻近配置在该底刀轮，用以将该被裁切成具固定长度纸片压出折痕。
4. 如权利要求1的具有螺旋曲线转角上刀刃的薄纸裁切机构，其特征在于，包括有一气压控制杆装置，其是由一气缸及连结于该刀架的杆臂所组成，该气缸控制该杆臂做伸缩，可控制上刀刃移离相对应的底刀轮直线型刀刃至一间隔位置或移近该底刀轮。
5. 如权利要求1的具有螺旋曲线转角上刀刃的薄纸裁切机构，其特征在于，该刀架更配置有一刀刃长度调整装置、一刀刃夹紧装置及一刀刃曲度调整装置，分别作为该上刀刃的突出长度、夹紧、曲度做调整。
6. 一种具有螺旋曲线转角的上刀刃结构，是配置在一薄纸裁切机构的刀架，配合一相对应的底刀轮直线型刀刃，用以裁切一长条薄纸成多数固定长度的纸片，其特征在于，该上刀刃是沿着该刀架的长轴方向，由该刀架的一端缘延伸至该刀架的另一端缘，并以螺旋方向延伸形成在该刀架的刀架结构面。
7. 如权利要求6的具有螺旋曲线转角的上刀刃结构，其特征在于，该刀架设有一刀座，该刀座是沿着该刀架的长轴方向，由该刀架的一端缘延伸至该刀架的另一端缘，并以螺旋方向延伸形成在该刀架的刀架结构面，该上刀刃即嵌置固定于该刀座。
8. 如权利要求6的具有螺旋曲线转角的上刀刃结构，其特征在于，该刀架还配置有一刀刃长度调整装置、一刀刃夹紧装置及一刀刃曲度调整装置，分别作为该上刀刃的突出长度、夹紧、曲度做调整。
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