JP2005046935A

JP2005046935A - スリッタ用切断刃およびスリッティング工具

Info

Publication number: JP2005046935A
Application number: JP2003204163A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Matsumoto; 昌昭松本
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2003-07-30
Filing date: 2003-07-30
Publication date: 2005-02-24
Anticipated expiration: 2023-07-30
Also published as: JP4127666B2

Abstract

【課題】先端切刃の刃立性および耐摩耗性をともに向上した切断刃を具備するスリッティング工具を提供する。
【解決手段】第１刃２および第２刃３が各々の中心を軸として互いに逆方向に回転しつつ、第１刃２の刃先２ａと第２刃３の刃先３ａとの重なり部分で被切削物を剪断により連続的に切断するスリッティング工具の第１刃２および第２刃３であって、第２刃３が刃先３ａにおける先端角が６５°以下で、刃先３ａ先端が曲率半径５μｍ以下のシャープエッジをなし、少なくとも刃先３ａ先端が膜厚０．１〜０．５μｍの被覆膜１１にて被覆されているとともに、第２刃３との重なり面５側に位置する刃先にテーパ７を形成した状態で、第１刃２および第２刃３を互いの刃先同士が径方向にて重なるように平行に配設する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、樹脂フィルム、紙、金属箔、金属薄板等の長尺シート状の被切削物を連続的に切断するためのスリッタ用切断刃およびスリッティング工具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、樹脂フィルム、磁気テープ、紙、金属箔、金属薄板等の長尺シート状の被切削物を連続的に切断するための図１に示すようなスリッタ用切断刃やセラミックグリーンシート裁断用の切断刃等として、超硬合金等硬質合金の刃先表面に被覆膜を被覆した切断刃が多く用いられている。例えば特許文献１、２では、超硬合金等の切断刃の表面に蒸着法によって膜厚１〜２μｍのダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）をコーティングすると長寿命化することが記載されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−７２２２４号公報
【０００４】
【特許文献２】
特開平１０−１４６７１４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１、２の蒸着法にて膜厚１〜２μｍのダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）をコーティングした切断刃では、図３に示すようにコーティング２０が刃先２１に集中して厚く成膜されてしまう結果、刃先の鋭利性が損なわれて切れ味が悪くなり、特に軟質で薄い被切断材を切断する場合等においては切断性低下して、被切断材の切断面にダレやバリ、変形が発生したり、切断面が切断ではなく破断されるようになって被切断材の一部が切削粉として（ばらばらに）脱落したり、場合によっては切断刃に大きな負荷がかかって寿命が短くなる恐れがあった。
【０００６】
そこで、上記ＤＬＣ膜の膜厚を単純に薄くすると、スリッティング時の刃先同士の摩擦によって早期にＤＬＣ膜が摩滅してしまい、切断刃の寿命がさほど伸びないという問題があった。
【０００７】
したがって、本発明の目的は、先端切刃の刃立性および耐摩耗性がともに向上した切断刃を具備する切断刃を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、先端角が小さく、かつ刃先がシャープな第１刃をなす切断刃に被覆膜をコーティングするに際して、被覆膜の膜厚を０．１〜０．５μｍに制御するとともに、第１刃と第２刃との刃先が擦り合うことなく特定のクリアランスを設けた構成とすることによって、切れ味がよく、良好な切断面が得られるとともに長寿命のスリッタ用切断刃となることを知見した。
【０００９】
すなわち、本発明のスリッタ用切断刃は、第１刃および第２刃が各々の中心を軸として互いに逆方向に回転しつつ、前記第１刃の刃先と前記第２刃の刃先との重なり部分で被切削物を剪断により連続的に切断するスリッティング工具の前記第１刃および前記第２刃をなすスリッタ用切断刃であって、前記第２刃の刃先における先端角が６５°以下で、刃先先端が曲率半径５μｍ以下のシャープエッジをなし、少なくとも刃先先端が膜厚０．１〜０．５μｍの被覆膜にて被覆されているとともに、前記第１刃との重なり面側に位置する刃先にテーパを形成した状態で、前記第１刃および前記第２刃の周縁部同士が互いに摺接した状態で重なるように平行に配設したことを特徴とするものである。
【００１０】
ここで、前記第２刃表面の算術平均粗さ（Ｒａ）が０．０３μｍ以下であることが、スムーズなスリッティングを実現して、切れ味を高めるとともに刃先への無駄な負荷を低減して切断刃の長寿命化を図る上で望ましい。
【００１１】
また、前記被覆膜がダイヤモンドライクカーボン膜からなることが、耐摩耗性向上、被削材との摩擦を防止して被削材の巻き付き防止、切屑排出性の点で望ましい。
【００１２】
さらに、本発明のスリッティング工具は、上記スリッタ用切断刃の前記第１刃および第２刃が各々の中心を軸として互いに逆方向に回転しつつ、前記第１刃の刃先と前記第２刃の刃先との重なり部分で被切削物を剪断により連続的に切断することを特徴とするものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の、樹脂フィルム、磁気テープ、紙、金属箔、金属薄板等の長尺シート状の被切削物を連続的に切断するためのスリッタ用切断刃について、（ａ）正面図、（ｂ）切断刃（第１刃２、第２刃３）の中心Ｐ、Ｏを通るＳ−Ｓ断面における刃先部分の概略拡大模式図、（ｃ）第１刃２、第２刃３の重なり開始点Ａを通るＴ−Ｔ断面における刃先部分の概略拡大模式図である図１を基に説明する。
【００１４】
図１によれば、スリッタ用切断刃１は、概略円板形状の２枚の切断刃である第１刃（下刃）２と第２刃（上刃）３との刃先２ａ、３ａが所定間隔（オーバーラップ量）Ｄだけ重なった状態で平行に配設されており、各切断刃２、３は各々の中心を固定されて、その軸を中心にそれぞれが回転するようにセッティングされている。なお、本発明によれば、第１刃（下刃）２と第２刃（上刃）３それぞれの周縁部の軌跡にて形成される仮想平面同士の平行度（図１（ｂ）のＬ_１とＬ_２との平行度）は２度以内であればずれていてもよい。
【００１５】
本発明によれば、スリッタ用切断刃１のうち第２刃（上刃）３のように刃先における先端角θが６０°以下、特に４５°以下、さらには１０〜３０°で、刃先先端が曲率半径５μｍ以下、特に３μｍ以下のシャープエッジをなす薄刃を具備することが大きな特徴であり、これによって、被切断材にかかる応力を小さくできて切断面の寸法精度が高くかつダレやバリのない良好な加工面とすることができる。
【００１６】
また、本発明によれば、図２に示すように、薄刃である第２刃（上刃）３の少なくとも刃先に、膜厚が０．１〜０．５μｍの被覆膜１１を被覆するとともに、前記第１刃２との重なり面側に位置する刃先にテーパ５を形成した状態で、前記第１刃２および前記第２刃３の周縁部同士が互いに摺接した状態で重なるように平行に配設して、第１刃と第２刃との刃先が接触することなく良好に切断できる構成としたことが大きな特徴であり、これによって、切れ味がよく、かつ長寿命のスリッタ用切断刃１となる。
【００１７】
なお、被覆膜１１としては、周期律表第４ａ、５ａ、６ａ族金属の炭化物、窒化物、炭窒化物、炭酸窒化物、特に（Ｔｉ_ａＭ_ｂ）Ｃ_ｘＮ_ｙＯ_ｚ（ただし、Ｍ：Ａｌ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｓｉの群から選ばれる少なくとも１種、０＜ａ≦１、０≦ｂ＜１、ａ＋ｂ＝１、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）、ダイヤモンド、ダイヤモンドライクカーボン（以下、ＤＬＣと略す。なお、本発明のＤＬＣはテトラヘデラルアモルファスカーボンも含む。）、立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ）およびＡｌ_２Ｏ_３の群から選ばれる少なくとも１種の硬質被覆膜、またはフッ素樹脂被覆膜を単層または複数層が好適に使用可能であるが、特にＤＬＣからなることが、耐摩耗性向上、切屑処理性の点で望ましい。また、刃先３ａ以外にも、下刃２と対向する面５をＤＬＣからなる被覆膜１１にて被覆することにより、被切断物との摩擦を防止して被削材の巻き付き防止が容易となるとの効果もある。
【００１８】
また、本発明によれば、下刃２についても、膜厚２μｍ以下の被覆膜１１を形成することが望ましく、これによって、下刃２と被切断物とのこすれ摩耗による被切断物の研磨屑を低減することができる。
【００１９】
ここで、被切断材が切断刃（上刃３）と接触して剥離不良による巻き込みを生じたり、耐溶着性が悪かったり、切屑の滑り性が悪かったりする場合には、非切断材が接触しながら通過する切断刃（上刃３）の摺接面（特に下刃２と対向する面５、上刃３の主面Ｆ_１）、および摺接面とは反対の面６表面を算術平均粗さ（Ｒａ）が０．１〜０．４μｍの梨地状態に制御することが望ましく、被切断材の摩擦低減、切屑排出性の点では、切断刃（上刃３）の摺接面（特に下刃２と対向する面５、上刃３の主面Ｆ_１）、および摺接面とは反対の面６表面を算術平均粗さ（Ｒａ）が０．０３μｍ以下、特に０．０２μｍ以下の鏡面状態に制御することが望ましい。ちなみに、本発明において、被覆膜１１としてＤＬＣを使用する場合には、上刃３主面（特に下刃２と対向する面５、Ｆ_１）表面の算術平均粗さ（Ｒａ）が０．０３μｍ以下であることが望ましい。
【００２０】
なお、本発明によれば、第２刃（上刃）３の母材１２が、Ｃｒ、ＶおよびＴａの群から選ばれる少なくとも１種を炭化物換算による合計で０．３〜３．０質量％、特に０．５〜２質量％と、Ｃｏを８〜１５質量％、特に９〜１３質量％との割合で含有し、残部が平均粒径０．１〜０．５μｍ、特に０．１〜０．４μｍのＷＣ粒子からなることが超微粒超硬合金組織の均一性および刃先研磨加工に耐えうる靭性とを兼ね備えて切断刃３の刃先先端における刃立性を向上できるとともに、刃先先端の耐摩耗性を両立する超硬合金となる点で望ましい。
【００２１】
また、前述のとおり、上刃３の重なり面側Ｆ_１に位置する刃先３ａに重なり面Ｆ_１側の刃先３ａの角部を切り取るようなテーパ５を形成することにより、下刃２および上刃３の刃先２ａ、３ａが接触したり擦れ合ったりすることを防止できる結果、刃先同士の接触による摩耗屑の低減、および刃先２ａ、３ａそれぞれの寿命を延命できるとともに、刃先２ａ、３ａが重なり始める点Ａを通るＴ−Ｔ断面における下刃２と上刃３との配置を示す横拡大側面図である図１（ｃ）、および点Ｂを通るＳ−Ｓ断面における下刃２と上刃３との配置を示す横拡大側面図である図１（ｂ）に示すように、所定の微小幅のクリアランス（上刃３の刃先と下刃２との距離）Ｅを長期間にわたり精度良く設定することができる。
【００２２】
すなわち、上記のように所定の微小幅に制御されたクリアランスＥに調整してセッティングされたスリッタ用切断刃１の下刃２および上刃３を、図１（ａ）に示すように、各々の切断刃２、３の中心を軸として互いに逆方向に回転させつつ、被切断材（図示せず）がスリッタ用切断刃１の側面方向を垂直に横切るように連続的に送ることにより、点Ａから点Ｂ付近に至る過程、特に点Ａにおいて、下刃２と上刃３とが近似的に重なる部分、換言すれば被切断材のうち各々の刃先２ａ、３ａ間に形成された所定幅のクリアランスＥ部分に入り込んだ部分に所望の有効な剪断応力が付与されて、被切削物を連続的に小さい力で鋭利な剪断面にカッティングすることができる。
【００２３】
ここで、本発明によれば、サブμｍ〜数μｍオーダーの所定量のクリアランスを容易に設定できる点で、上刃３の刃先３ａのテーパ角θ_１が０°１５′〜４０°であることが望ましい。
【００２４】
また、刃先２ａ、３ａ間の切れ味を高め、かつカッティングした後の被切削物が傾くことにより切断刃２、３から無理な力を受けず逃げられるようにするために、図１（ｂ）の下刃２の概略側面図に示すように、上刃３の重なり面Ｆ_１が中央３ｂから刃先３ａに向かって傾き角θ_２＝２〜１０°だけ傾いた凹形状をなしていることが望ましい。
【００２５】
つまり、下刃２の刃先２ａと上刃３の刃先３ａとのなす角θ_３、すなわち第１刃２の軸線Ｌ_１と上刃３の刃先３ａのテーパ５とのなす角θ_３（θ_１−θ_２）は０〜３０°であることが望ましく、これによってクリアランスＥ＝（Ｄ／２）×ｔａｎθ_３の微少幅、特に０．００５〜０．１ｍｍのクリアランスＥを精度良く、かつ容易に設定することができる。ここで、軸線Ｌ_１は下刃２の中心Ｐを通って対向する刃先（２ａ、２ａ’）間を通る直線を指す。
【００２６】
なお、従来刃先以外の所が、接触しないように軸と直角の刃先面より内側へ、数度の逃げ（アンダーカット）がとってあり、下刃２の重なり面Ｆ_２に位置する刃先２ａにもテーパ７が形成されていることが望ましい。また、下刃２の刃先２ａより所定距離内側に切り欠き８を形成することによって、刃先を砥石で研磨する際に、加工性が良いという効果がある。
【００２７】
なお、図１における下刃２も上刃３と同じ超微粒超硬合金にて形成してももちろん良い。また、図１はスリッタ用の切断刃について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ゲーベル刃やギャング刃、板刃、繊維切断用ナイフ等の特殊形状刃のような薄刃を具備する切断刃についても好適に使用可能である。
【００２８】
【実施例】
平均粒径０．４μｍの炭化タングステン（ＷＣ）粉末に、金属コバルト（Ｃｏ）粉末を１０質量％、炭化バナジウム（ＶＣ）粉末を０．３質量％、炭化クロム（Ｃｒ_３Ｃ_２）粉末を０．６質量％の比率で添加し、溶媒としてメタノールを添加し、粉砕メディアとして炭化タングステン粒子の平均粒径が０．３μｍの超微粒子超硬合金からなる直径３ｍｍのボールを加えて、２０時間アトライタ粉砕・混合し、乾燥した後、プレス成形により所定のドーナツ円板形状に成形し、１３８０℃で１時間焼成して超硬合金を作製した。
【００２９】
次に、上記超硬合金からなる切断刃に超硬合金からなる切断刃（上刃３）主面（図１の面５、Ｆ１、６）表面に対してダイヤモンド砥石を用いて研削し、先端角３０°、算術平均粗さ（Ｒａ）が０．０１μｍ以下の鏡面とした。
【００３０】
そして、上記切断刃全体にＰ−ＣＶＤ法によって、膜厚０．２μｍのＤＬＣからなる被覆膜を被覆した。なお、被覆膜を成膜した後、再度上刃３表面（テーパ面５）の算術平均粗さ（Ｒａ）を測定したところ、やはり０．０１μｍ以下であった。
【００３１】
得られたＤＬＣ被覆膜付きの切断刃（上刃）と同様にして同じ母材、被覆膜材質で下刃を作製し、これら切断刃を用いて図１のようなスリッティング工具とし、アルミ箔を用いて下記条件でスリッティングテストを行った。
【００３２】
＜条件＞
テープスピード：１００ｍ／分
上下刃のオーバーラップ量：０．５ｍｍ
スリッティングテスト中、随時被切断材の加工面状態を顕微鏡で観察して切断面にバリや変形が発生した時点を寿命として評価したところ、１６０×１０^４ｍの長さ切断可能であった。
【００３３】
（比較例１）
実施例のスリッタ用切断刃に対して、ＤＬＣコーティングの膜厚を２μｍとし、かつ第１刃および第２刃が擦り合うような刃先構成とする以外は実施例と同様に切断刃およびスリッティング工具を作製し、同様に評価したところ、切断刃の寿命は３０×１０^４ｍであった。
【００３４】
（比較例２）
比較例１のスリッタ用切断刃に対して、ＤＬＣコーティングの膜厚を０．３μｍとする以外は比較例１と同様に切断刃およびスリッティング工具を作製し、同様に評価したところ、切断刃の寿命は５０×１０^４ｍであった。
【００３５】
【発明の効果】
以上，詳述したように、本発明のスリッタ用切断刃は、刃先がシャープな切断刃に被覆膜をコーティングするに際して、被覆膜の膜厚を０．１〜０．５μｍに制御するとともに、第１刃と第２刃との刃先が接触することなく良好に切断できる構成とすることによって、切断刃の刃先先端における刃立性を向上できるとともに、刃先先端の耐摩耗性を兼ね備える薄刃となることから、優れたスリッティング性能を発揮するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）〜（ｃ）は本発明の切断刃の一例であるスリッタの構造を示す模式図である。
【図２】切断刃の刃先の構成を説明するための概念断面図である。
【図３】従来の被覆膜をコーティングした刃先の構成を説明するための概念図である。
【符号の説明】
１スリッタ用切断刃
２第１刃（下刃）
３第２刃（上刃（切断刃））
５，７テーパ面
６上刃の下刃と対向する面とは逆向きの主面
８切り欠き
１１被覆膜
１２母材

Claims

第１刃および第２刃が各々の中心を軸として互いに逆方向に回転しつつ、前記第１刃の刃先と前記第２刃の刃先との重なり部分で被切削物を剪断により連続的に切断するスリッティング工具の前記第１刃および前記第２刃をなすスリッタ用切断刃であって、前記第２刃が刃先における先端角が６５°以下で、刃先先端が曲率半径５μｍ以下のシャープエッジをなし、少なくとも刃先先端が膜厚０．０１〜０．５μｍの被覆膜にて被覆されているとともに、前記第１刃との重なり面側に位置する刃先にテーパを形成した状態で、前記第１刃および前記第２刃の周縁部同士が互いに摺接した状態で重なるように平行に配設したことを特徴とするスリッタ用切断刃。
前記第２刃表面の算術平均粗さ（Ｒａ）が０．０３μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載のスリッタ用切断刃。
前記被覆膜がダイヤモンドライクカーボン膜からなることを特徴とする請求項１または２記載のスリッタ用切断刃。
請求項１乃至３のいずれか記載のスリッタ用切断刃の前記第１刃および第２刃が各々の中心を軸として互いに逆方向に回転しつつ、前記第１刃の刃先と前記第２刃の刃先との重なり部分で被切削物を剪断により連続的に切断することを特徴とするスリッティング工具。