JP2001269896A

JP2001269896A - ダイカットロールおよびそれを用いる裁断装置

Info

Publication number: JP2001269896A
Application number: JP2000087072A
Authority: JP
Inventors: Kenji Nakahara; 賢治中原; Shoji Eguchi; 庄司江口; Kohei Kitahara; 浩平北原; Shigeya Sakaguchi; 茂也坂口
Original assignee: Nippon Tungsten Co Ltd
Current assignee: Nippon Tungsten Co Ltd
Priority date: 2000-03-23
Filing date: 2000-03-23
Publication date: 2001-10-02

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、スリーブ形状で凸状押切刃を外周表
面に設けたダイカッターと、スリーブ形状で平滑な外周
表面をもつアンビルロールからなり金属または金属化合
物、あるいはそれらを含む複合材のシート状のワーク材
を裁断するダイカットロールにおいて、凸状押切刃の強
度を損ねずに、その切れ味を向上させて製品であるワー
クそのものの塑性変形や切断不良を低減させることを目
的とする。【解決手段】凸状押切刃の少なくとも一部において、凸
状押切刃の延設方向に直交する断面で、製品側を向く刃
面と切刃中心線とのなす角度βが非製品側を向く刃面と
切刃中心線となす角度αより小さくなるように設定する
ことによって、切刃中心線に対して非対称に形成するこ
とにより、ワークそのものの塑性変形や切断不良を低減
させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属または金属化
合物あるいはそれらを含むシート状複合材製品などのワ
ークの裁断に使用するダイカットロールおよびそれを用
いる裁断装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のダイカットロールは、一方に切断
すべき製品の形状に合わせて形成した凸状押切刃を回転
駆動ロール表面に設けたダイカッターをモーターによっ
て回転駆動し、他方に設けたアンビルロールの間に切断
するべきワークを通し、ダイカッターをアンビルロール
に押圧して凸状押切刃によって走行ワークを所定の製品
形状に切断するものである。そして、この凸状押切刃の
切れ味の改善とともに長寿命化のための試みが従来から
多くなされており、たとえば、特許第２５９３５７０号
公報には、凸状押切刃の押圧先端とアンビルロールの表
面との硬さの関係がその寿命に影響し、両方の硬度差を
HRA0.1以上にすることによってその寿命を１０倍以上延
びることが開示されており、また、特開平７−２２７７
９８号公報には、腐食の影響を低減するために硬度差を
形成するための特定材料の選定が開示されている。ま
た、特開平８−７１９９９号公報には凸状押切刃の形状
面からの長寿命化が開示されており、ダイカッターの軸
方向部分の凸状押切刃の幅を周方向部分の幅よりも小さ
くすることによって長寿命化することが開示され、ま
た、特開平８−７２０００号公報には、アンビルロール
の駆動をそれぞれ同調した２軸によって駆動させる二軸
駆動方式と、ダイカッターのみを駆動させてアンビルロ
ールをこれに従動させる一軸駆動方式のいずれにもクラ
ウンを持たせたダイカッターが開示されている。さら
に、特開平９−２６７２９９号公報には、動径に対する
刃先両斜面の角度α、β（ここで、頂角はα＋βとな
る）とすれば、特に回転軸に対して平行な刃先において
α≠βとし、０≦α≦６０°、２５≦β≦８０°、５≦
β―α≦８０°とすることにより、切刃の強度を損なう
ことなく、その切れ味を向上させる技術が開示されてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このダイカ
ットロールによる切断は、ダイカッター外周表面にある
鋭利な凸状押切刃によってシート状原材料ワークを回転
する硬質のアンビルロールの表面に押圧して切断する特
殊な方式であるため、凸状押切刃の延設方向によってそ
の切断挙動は異なり、上記の先行技術に示されている解
決課題のほかに、製品であるワークそのものの塑性変形
や切断不良を起こす要因がある。たとえば、金属または
金属化合物、あるいはそれらを含むシート状複合材であ
るワークを凸状押切刃によって押圧して切断する際、ダ
イカッターの回転に伴ってワークが凸状押切刃にそって
引き込まれ切断される過程において、製品であるワーク
そのものの塑性変形や切断不良を起こす。これを解決す
るためには、製品側の凸状押切刃先端部が凸状押切刃の
刃先先端中心部を通って延びる刃先中心線に対してなす
角度を小さくする必要がある。しかしながら、従来のダ
イカッターにおいては、前記角度が前記中心線に対して
対称になるように形成されていたので、凸状押切刃の切
れ味をよくするために前記角度を小さくすると、凸状押
切刃の肉厚が小さくなって、チッピングやカケなどの欠
損が発生しやすくなるという問題があった。本発明が解
決しようとする課題は、前記ダイカットロールにおい
て、凸状押切刃の強度を損ねずに、その切れ味を向上さ
せて製品であるワークそのものの塑性変形や切断不良を
低減するための手段を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、金属あるいは
金属化合物、あるいはそれらを含んだ複合材などのワー
クを切断する際に、凸状押切刃の強度を損ねずに、その
切れ味を向上させてワークそのものの塑性変形や切断不
良を低減するために、凸状押切刃の少なくとも一部にお
いて、凸状押切刃の延設方向に直交する断面を製品側と
非製品側で非対称に形成したことを特徴とする。これに
より、上記凸状押切刃の少なくとも凸状押切刃の延設方
向が回転軸に対して１〜９０°を有する部分において、
上記回転軸から上記凸状押切刃の刃先先端中心部を通っ
て延びる切刃中心線に関し、製品側を向く面の凸状押切
刃先端部が上記切刃中心線に対してなす角度が、非製品
側を向く面の凸状押切刃先端部が上記切刃中心線に対し
てなす角度よりも小さくなるように設定できるので、凸
状押切刃の肉厚が小さくなり刃先強度を低下させるのを
防ぎながら、製品側の切れ味を改善して製品の塑性変形
と切断不良を低減することが可能となる。ここで、刃先
が使用上問題となるようなチッピングやカケを発生させ
ない程度の十分な強度を持ち、その切れ味を改善するた
めには、凸状押切刃の延設方向に直交する断面におい
て、製品側を向く面の凸状押切刃先端部が上記切刃中心
線に対してなす角度０〜６０°の範囲に設定され、かつ
非製品側を向く面の凸状押切刃先端部が上記切刃中心線
に対してなす角度が３０〜８５°の範囲に設定されるこ
とが望ましい。又、本発明の実施にあたり、凸状押切刃
の損傷やアンビルロール表面のキズを防止するようにダ
イカッターとアンビルロールとの間に硬度差HRA0.1以上
の差を持たせるようにしている。それぞれのダイカッタ
ーとアンビルロールの少なくとも表面を構成する材料と
しては、寿命と保守性を満足するために、超硬合金、WC
系等のバインダレス超硬合金、ZrO₂系、Al₂O₃系、SiC
系、Si₃N₄系、Cr₃C₂系等のセラミックスを使用できる
が、特にバインダレス超硬合金、ZrO₂系セラミックスな
どの硬質材料の使用が好ましい。これらの材料を選定し
た理由は、金属または金属化合物、あるいはそれらを含
むシート状複合材などとの反応性が小さく、凝着や化学
反応を発生しにくく、かつダイカットロールとしての硬
度、強度、破壊靱性値などを有する必要があるためであ
る。本発明のダイカッターおよびアンビルロールにおい
て、硬さはHRA81〜96の範囲に限定しているが、HRA81よ
り小さいと摩耗速度が増大し寿命と保守性を著しく損ね
るという問題があり、HRA96より大きいとチッピングや
割れなどの問題があるので、硬さはHRA81〜96の範囲と
する必要がある。また、本発明はダイカッターとアンビ
ルロールの少なくとも何れか一方の表面をAl、Ti、V、C
r、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、Wのうち何れか１種または２種
以上の窒化物、炭化物、炭窒化物で、１層あるいは２層
以上コーティングされたことを特徴としている。これら
の材料を選定した理由は、非常に高い硬度や良好な摺動
特性をもち、基材との密着性がよく、ダイカットロール
としての強度、破壊靱性値などを有する必要があるため
である。さらに、凸状押切刃の損傷やアンビルロール表
面のキズ防止するように、このコーティングされたダイ
カッターとアンビルロールとの間に硬度差HRA0.1以上の
差を持たせたり、ダイカッターとアンビルロールのコー
ティング材を異なるようにしている。本発明のダイカッ
トロールを用いた、フレームユニット、軸受け、ギア、
加圧装置などから成る裁断装置によれば、金属あるいは
金属化合物、あるいはそれらを含んだ複合材ワークなど
を裁断する際に、ワークそのものの塑性変形や切断不良
を効果的に低減することができる。

【０００５】

【発明の実施の形態】図１、図２、図３および図４は本
発明のダイカットロールの一つの実施形態を示す。図５
は本発明のダイカットロールを用いた裁断装置を示す。
図中１は凸状押切刃、２はダイカッター、３はモータ
ー、４はアンビルロール、９aはダイカッターギア、９b
はアンビルロールギア、１０はワーク、１１は油圧（エ
ア）シリンダー、１２aはダイカッター軸受ボックス、
１２bはアンビルロール軸受ボックス、１３は油圧（エ
ア）コンプレッサー、１４はエアコンプレッサー、１５
はエア吸引装置、１６はフレームユニット、２０は製品
である。モーター７の駆動軸は直接ダイカッター２を回
転軸Ｘとして駆動し、ダイカッターギア９aにより、ア
ンビルロールギア９bを回転軸Ｙとして駆動し、それに
連結した駆動軸により、アンビルロール４が回転同期し
て駆動されている。これによって、ダイカッター２とア
ンビルロール４との間をＣ方向に通過するシート状ワー
ク１０をダイカッター２の凸状押切刃１のとおりに裁断
し、製品２０を得る。また、ダイカッター２とアンビル
ロール４はフレームユニット１６に組み込まれ、軸両端
の軸受ボックス１２aと１２bを介して油圧（エア）シリ
ンダー１１で加圧、保持されている。裁断されたワーク
などのハンドリングにはエアの吸引、吐出を使用するた
め、エアコンプレッサー１４とエア吸引装置１５が付属
されている。図２はシート状ワーク１０と製品２０の詳
細図であり、シート状ワーク１０は凸状押切刃１の延設
方向が回転軸Ｘに対して９０°を有する部分、つまり円
周方向刃において裁断されたシート状ワーク１０の部分
１０ａと、凸状押切刃１の延設方向が回転軸Ｘに対して
０°を有する部分、つまり回転軸方向刃において裁断さ
れたシート状ワーク１０の部分１０ｂを有している。一
方、製品２０は凸状押切刃１の延設方向が回転軸Ｘに対
して９０°を有する部分、つまり円周方向刃において裁
断された製品２０の部分２０ａと、凸状押切刃１の延設
方向が回転軸Ｘに対して０°を有する部分、つまり回転
軸方向刃において裁断された製品２０の部分２０ｂを有
している。ここで、図３は、凸状押切刃１の延設方向が
回転軸Ｘに対して９０°を有する部分、つまり円周方向
刃において回転軸Ｘを含む面Ａ−Ａで切った断面図であ
り、また図４は、凸状押切刃１の延設方向が回転軸Ｘに
対して０°を有する部分、つまり回転軸方向刃において
回転軸Ｘに直交する面Ｂ−Ｂで切った断面図であって、
これら図３および図４のように凸状押切刃１は、その断
面がダイカッター外周面から山型に形成されていて、山
型の頂上部分が切刃となっている。本実施形態では切刃
断面が上記円周方向刃において回転軸Ｘを含む面A−Aで
切った断面では図３のように製品側を向く刃面Ａinと非
製品側を向く刃面Ａoutとで非対称に形成されているの
に対し、切刃断面が上記軸方向刃において回転軸Ｘに直
交する面Ｂ−Ｂで切った断面では図４のように製品側を
向く刃面Ｂinと非製品側を向く刃面Ｂoutとで対称に形
成されている。また、図３においては、回転軸Ｘから凸
状押切刃の刃先先端中心部を通って延びる切刃中心線Ｚ
に関し、製品側を向く刃面Ａinが上記切刃中心線Ｚに対
してなす角度βが、非製品側を向く刃面Ａoutが上記切
刃中心線Ｚに対してなす角度αよりも小さく設定されて
いることによって、凸状押切刃が非対称形状に形成され
ている。しかも、これらの角度α、βは、本実施形態で
は非製品側を向く刃面Ａoutの角度αが３０〜８５°の
範囲に設定されるとともに、製品側を向く刃面Ａinの角
度βが０〜６０°の範囲に設定されている。さらに、両
刃面の角度α、βの差β−αは、５〜８５°の範囲に設
定されるのが、切れ味と刃先強度の面で望ましい。ここ
において、凸状押切刃の製品側を向く刃面Ａinと非製品
側を向く刃面Ａoutが上記切刃中心線Ｚに対してなす角
度α、βは、小さくすると切れ味を改善するとともにシ
ート状ワークそのものの塑性変形を低減することができ
るものの、小さすぎると凸状押切刃の肉厚が強度の面で
不十分となり、チッピングやカケが実用上問題となる程
度に増加して好ましくない。反対に、非製品側を向く刃
面Ａoutの上記切刃中心線Ｚに対してなす角度αが大き
すぎると、刃面とシート状ワークが干渉して切断時に多
大な応力が発生するとともに、製品側を向く刃面Ａinの
上記切刃中心線Ｚに対してなす角度βが大きすぎると、
切れ味が悪くなり、製品における部分２０ａの塑性変
形、例えば「かえり」や「バリ」、が実用上問題となる
程度に増大してしまい、いずれも好ましくない。したが
って、本実施形態のように上記角度α、βは、角度αが
３０〜８５°の範囲に、また角度βが０〜６０°の範囲
において、α＞βとなるように設定されるのが好まし
い。さらに、両刃面の角度α、βの差β−αは、５〜８
５°の範囲に設定されるのが、同じ理由で望ましい。一
方、図４においては、上記切刃中心線Ｚに関し、製品側
を向く刃面Ｂinが上記切刃中心線Ｚに対してなす角度
が、非製品側を向く刃面Ａoutが上記切刃中心線Ｚに対
してなす角度と等しく、角度γとして設定されており、
切刃中心線Ｚに対して対称になっている。ここにおい
て、凸状押切刃１の刃面Ｂinと刃面Ｂoutが上記切刃中
心線Ｚに対してなす角度が等しく設定されたのは次のよ
うな理由による。上記回転軸方向刃は回転軸Ｘのまわり
を回転してシート状ワークをその切刃によって裁断する
際に、ダイカッターの回転方向に対して凸状押切刃１が
延びていないので、上記回転軸方向刃はダイカッターの
回転方向に対してほぼ同時にシート状ワークを裁断す
る。したがって、上記回転方向刃においてはダイカッタ
ーの切刃の回転によるシート状ワークの巻き込みがな
く、回転軸方向刃によって裁断されたワークにおける部
分１０ｂおよび製品における２０ｂでは、塑性変形が非
常に小さい。したがって、本実施形態においては凸状押
切刃１の刃面Ｂinと刃面Ｂoutが上記切刃中心線Ｚに対
してなす角度を非対称に設定する必要がなく、該角度を
等しく設定した。ただし、凸状押切刃１の延設方向がダ
イカッターの回転軸Ｘに対してなす角度が１°を越える
と、切刃はダイカッターの回転方向に対して同時ではな
くなり、シート状ワークの巻き込みに伴う塑性変形が実
用上問題となる程度に大きくなる。この解析結果から、
製品側と非製品側で凸状押切刃を非対称とする必要があ
るのは、少なくとも凸状押切刃１の延設方向がダイカッ
ターの回転軸Ｘに対してなす角度が１〜９０°の範囲で
ある。さらに、本発明の他の実施形態を図６として示
す。図６は図１におけるＡ−Ａ断面に相当する断面図を
示しており、ワークの裁断に寄与する刃先先端部分のみ
の製品側を向く刃面Ａinおよび非製品側を向く破面Ａou
tにおいて、切刃中心線Ｚに対してなす角度を製品側と
非製品側で非対称に設定しており、さらにワークの裁断
に寄与しない刃先部分は刃先強度を上げるためにワーク
の裁断に寄与する刃先部分の角度より大きく設定されて
いる。これによって、切れ味を維持してワークの塑性変
形と切断不良を抑えながら、刃先の強度はさらに改善さ
れ、チッピングやカケをいっそう低減することが可能と
なる。ここでは、異なる角度を有する２つの刃面で構成
された刃先を説明したが、角度を無段階に変化させて、
刃面そのものを曲面としても同様の効果が得られる。本
発明のダイカッターおよびアンビルロールを外径100m
m、軸方向長さ100mmのスリーブ形状で製作し組み合わ
せ、本発明の裁断装置を構成させた上で、アルミ箔（JI
S A1050、厚さ0.02mm）をワークとして、ワークの塑性
変形量や切断不良率を求めるテストを実施した。そのテ
ストの結果、本発明のダイカットロールでは従来のもの
と比較して、ワークの塑性変形量は１／１０程度、切断
不良率は１／３程度まで低減することができるようにな
った。

【０００６】

【発明の効果】本発明によって、金属または金属化合
物、あるいはそれらを含むシート状複合材などのワーク
材を裁断する場合、凸状押切刃の断面を製品側と非製品
側で非対称な形状に形成することによって、特に凸状押
切刃の延設方向とダイカッター回転軸とのなす角度が１
〜９０°の範囲にある凸状押切刃において、刃先強度を
十分に確保してチッピングやカケを防止しながら、刃先
に良好な切れ味を付与することができる。そして、これ
によって、製品の塑性変形や切断不良率を低減し、信頼
性が高く、高精度で円滑な裁断加工が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明のダイカットロールを示した説明
図である。

【図２】図２は本発明のダイカットロールによって裁断
されたワークおよび製品の説明図である。

【図３】図３は図１におけるＡ−Ａ断面図である。

【図４】図４は図１におけるＢ−Ｂ断面図である。

【図５】図５は本発明のダイカットロールを用いた裁断
装置を示した説明図である。

【図６】図６は本発明の他の実施形態を示す、図１にお
けるＡ−Ａ断面に相当する断面図である。

【符号の説明】

１：凸状押切刃、２：ダイカッター、３：モーター、
４：アンビルロール、５：ワーク（被加工物）、９ａ：
ダイカッターギア、９ｂ：アンビルロールギア、１０：
ワーク（被加工物）、１０ａ：ワークにおいて円周方向
刃によって裁断された部分、１０ｂ：ワークにおいて回
転軸方向刃によって裁断された部分、１１：油圧（エ
ア）シリンダー、１２a：ダイカッター軸受ボックス、
１２b：アンビルロール軸受ボックス、１３：油圧（エ
ア）コンプレッサー、１４：エアコンプレッサー、１
５：エア吸引装置、１６：フレームユニット、２０：製
品、２０ａ：製品に円周方向刃によって裁断された部
分、２０ｂ：製品において回転軸方向刃によって裁断さ
れた部分、Ｃ：ワーク流れ方向、Ｘ：ダイカッター回転
軸、Ｙ：アンビルロール回転軸、Ｚ：切刃中心線、α：
非製品側を向く刃面が切刃中心線Ｚに対してなす角度、
β：製品側を向く刃面が切刃中心線Ｚに対してなす角
度、γ：軸方向刃において刃面が切刃中心線Ｚに対して
なす角度

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者坂口茂也福岡県福岡市博多区美野島１丁目２番８号日本タングステン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】スリーブ形状で切断すべき製品の形状に合
わせて形成した凸状押切刃を外周表面に設けたダイカッ
ターと、スリーブ形状で平滑な外周表面をもつアンビル
ロールの組み合わせとからなり、回転するアンビルロー
ル上を移動するワーク材上にダイカッターの凸状押切刃
を回転押圧してワーク材を切断加工するダイカットロー
ルにおいて、ワーク材が金属または金属化合物、あるい
はそれらを含むシート状複合材などであり、凸状押切刃
の延設方向に対して直交する断面が製品側と非製品側で
非対称に形成されていることを特徴とするダイカットロ
ール。
【請求項２】上記凸状押切刃は、上記切刃のうち少なく
とも凸状押切刃の延設方向が回転軸に対して１〜９０°
を有する部分において、その上記断面が製品側と非製品
側で非対称に形成されていること特徴とする請求項１記
載のダイカットロール。
【請求項３】上記凸状押切刃の断面は、上記切刃のうち
少なくとも凸状押切刃の延設方向が回転軸に対して１〜
９０°を有する部分において、上記回転軸から上記凸状
押切刃の刃先先端中心部を通って延びる切刃中心線に関
し、製品側を向く面の凸状押切刃先端部が上記切刃中心
線に対してなす角度が、非製品側を向く面の凸状押切刃
先端部が上記切刃中心線に対してなす角度よりも小さく
設定されていることを特徴とする請求項２記載のダイカ
ットロール。
【請求項４】上記凸状押切刃の断面において、製品側を
向く面の凸状押切刃先端部が上記切刃中心線に対してな
す角度０〜６０°の範囲に設定され、かつ非製品側を向
く面の凸状押切刃先端部が上記切刃中心線に対してなす
角度が３０〜８５°の範囲に設定されていることを特徴
とする請求項１から請求項３のいずれか記載のダイカッ
トロール。
【請求項５】ダイカッターとアンビルロールのうち、少
なくともダイカッターの切刃表面部分が超硬合金、ある
いはセラミックス、またはW、Ti、Ta、V、Cr、Zr、Nb、
Mo、Hfのうち何れか１種以上の炭化物と不可避的不純物
とから構成されるバインダレス超硬合金であることを特
徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のダイ
カットロール。
【請求項６】アンビルロールの少なくとも外周表面が超
硬合金、あるいはセラミックス、またはW、Ti、Ta、V、
Cr、Zr、Nb、Mo、Hfのうち何れか１種以上の炭化物と不
可避的不純物とから構成されるバインダレス超硬合金製
であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれ
かに記載のダイカットロール。
【請求項７】ダイカッターとアンビルロールとの間にHR
A0.1以上の硬度差をもたせたことを特徴とする請求項１
から請求項６のいずれかに記載のダイカットロール。
【請求項８】ダイカッターとアンビルロールの硬さをHR
A81〜96であることを特徴とする請求項１から請求項７
のいずれかに記載のダイカットロール。
【請求項９】ダイカッターとアンビルロールの少なくと
も何れか一方の表面をAl、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、H
f、Ta、Wのうち何れか１種または２種以上の窒化物、炭
化物、炭窒化物で、１層あるいは２層以上コーティング
されたことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれ
かに記載のダイカットロール。
【請求項１０】ダイカッターとアンビルロールとの間に
HRA0.1以上の硬度差をもたせたことを特徴とする請求項
９記載のダイカットロール。
【請求項１１】請求項１から請求項１０のいずれかに記
載のダイカットロールを用いることを特徴とする裁断装
置。