JP2007268624A - ガラス繊維用切断刃及びそれを具備する切断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ガラス繊維用切断刃の製造における溶接歪みを小さくすることで、安定した切断品位を可能とするガラス繊維用切断刃と、ガラス繊維用切断刃を備えたガラス繊維切断装置の提供を課題とする。
【解決手段】本発明のガラス繊維用切断刃１０は、ガラス繊維を切断する刃部１０ａとニッケル接合部１０ｃを介して支持する基体部１０ｂとを有し、ニッケル接合部１０ｃからニッケルの拡散により刃部側及び基体部側に形成されたニッケル拡散層１０ｄ、１０ｅがそれぞれ形成されており、刃部１０ａの刃先から基体部１０ｂの底部に到る高さ方向に平行な刃部１０ａ側のニッケル拡散層１０ｄの上端から基体１０ｂ側ニッケル拡散層１０ｅの下端までのニッケル接合部１０ｃを含む厚さ寸法をＴが１ｍｍを越え、かつ４ｍｍ以下である。また本発明のガラス繊維用切断装置は、上記のガラス繊維用切断刃１０を具備するものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガラス繊維製品の製造工程で使用されるガラス繊維用切断刃とそれを具備する切断装置に関する。

複合材料などとして使用されるガラス繊維製品は多くの分野で広範に使用されているが、このようなガラス繊維製品は、それらを製造する方法により２種類に大別される。一つは溶融状態のガラスを遠心力等により吹き飛ばして成形するガラス短繊維に属するもの、もう一方は溶融状態のガラスをブッシングと呼ばれる多数のノズルを有する装置を使用して連続的に引き出して冷却することによって得られるガラス長繊維に属するものである。特にガラス繊維長や太さなどの形状が均質な状態となりやすいため、ガラス長繊維製品は高い性能を必要とする用途で多用されている。

ガラス長繊維製品の製造は、一般に次のような工程で行われる。予めガラス繊維となった際に所定の目標組成となるように各種ガラス原料を秤量、混合して調整し、さらにガラスカレットや添加物を適宜加えてガラス原料バッチを準備する。次いでこのガラス原料バッチを原料投入機によって高温状態のガラス溶融炉内に投入し、均質化操作などを行う。そして均質化を終えた溶融ガラスは、ガラス溶融炉の成形域で白金製のブッシングにある数百から数千の多数のノズルより引き出され、水スプレー等で冷却されてガラスモノフィラメントとなるよう紡糸され、さらに集束剤などの各種の薬剤をガラスモノフィラメント表面に被覆させ、数千本までのガラスモノフィラメントとなるように集束されてストランドが形成される。このストランドは、例えばターレット型ワインダー等の巻き取り装置を利用してボビンに装着した紙管あるいは木管の周囲に巻き取られ、ケーキあるいはチーズと呼称される半製品の粗糸巻き状態とされて各種工程で使用されることになる。

作製されたケーキあるいはチーズからは、ガラスロービングやガラスヤーンといったガラス長繊維の製品も製造することができるが、ここでは一般的な事例の１つとしてガラスチョップドストランドについてさらに説明する。ガラスチョップドストランドは、上記した半製品であるケーキあるいはチーズからストランドを連続的に解舒して引き揃えた後、ロービングカッター等の各種の切断装置を利用して所望の寸法に切断して製造されている。このチョップドストランドは、分散装置に供給され、適宜分散状態にされて堆積し、チョップドストランドマットやペーパー、テープ等の所定の形態に加工されるか、あるいは有機材料やセメント材料等とＦＲＴＰやＦＲＰ、ＧＲＣ等の各種複合材料を構成するための骨材（フィラー、添加材、補強材などとも呼ばれる。）としても利用されている。

このようにストランドから優れた性能のガラスチョップドストランドを製造するために用いられる切断装置に配設される切断刃は、ガラスチョップドストランドの加工品位を決める重要な部材あるいは工具の一つである。このため切断刃の性能を向上する目的で、ガラス繊維切断刃に関しては各種の発明が行われてきた。例えば特許文献１では、切断刃が圧接するゴムロール強度の増加を図るため、ゴムロールの材質を複合材料とした考案が開示されている。また特許文献２では、図４に示すように刃部１と基体部２についてビッカース硬度の比率を限定することで刃の磨耗を少なくし、長時間に亘って使用できるとする発明が行われている。さらに特許文献３では、刃部１と基体部２の接合層３を介する接合により構成される繊維切断刃の刃部長さ寸法と基体部長さ寸法との比率を所定値に規定することで刃の破損を抑止するという発明も開示されている。そして特許文献４では、刃部１と基体部２との溶接による残留歪を緩和する構造についての発明が開示されている。また特許文献５では、刃部１のビッカース硬度をさらに向上させて２０００以上とし、特許文献６では高い硬度を有する刃部１との接合が容易となる基体部２についての発明が開示されている。
実開平０５−９６０３３号公報 特開２００２−３５５７８８号公報 特開２００２−３６１５９０号公報 特開２００２−３７０１９２号公報 特開２００３−５３６９３号公報 特開２００３−２６６３７０号公報

しかし、これまで行われてきた発明だけでは、安定してより高い性能を実現することができるガラス繊維の切断刃を提供するには充分なものとなっていない。この切断刃は基体部と刃部という２つの部材を溶接接合することで製造されるが、製造ロットによっては溶接の際の歩留まりが４０％程度にまで低下するという問題があり、この問題についての調査を進める過程において、対処的な改善策として溶接時のレーザ光出力条件を変更することや、溶接時に発生する残留歪みに起因して切断刃の刃先部や底部に生じる歪みを研磨によって解消するといったことが行われもしたが、これらの方法では恒久的な問題の解決は行えない。またこの溶接時の切断刃の歪みは、大きいものでは刃の長尺全長寸法（３００ｍｍ）に対して０．３５ｍｍにも達する場合があるため、このような歪みを解消のために行われる研磨等にも労力と時間を要するものとなっている。切断刃の歪みは、その歪みが大きくなるとガラス繊維の切断に供する寿命を短くする、すなわち切断刃の耐用期間を短くするという問題もあるため、切断刃の歪みを小さくすることが重要になっている。

そこで本発明は、ガラス繊維の切断を行う際に使用されるガラス繊維用切断刃として、切断刃の製造における溶接歪みを小さくすることで、安定した切断品位を可能とするガラス繊維用切断刃と、該ガラス繊維用切断刃を備えたガラス繊維切断装置の提供を課題とする。

本発明のガラス繊維切断用切断刃は、ガラス繊維を切断する刃部と、該刃部を、ニッケル接合部を介して支持する基体部とを有するガラス繊維用切断刃であって、
前記ニッケル接合部からのニッケルの拡散により刃部側及び基体部側にニッケル拡散層がそれぞれ形成されており、該刃部の刃先から基体部の底部に到る高さ方向に平行な刃部側のニッケル拡散層の上端からニッケル接合部を含む基体部のニッケル拡散層の下端までの厚さ寸法が１ｍｍを越え、かつ４ｍｍ以下であることを特徴とする。

ここで、ガラス繊維を切断する刃部と、該刃部を、ニッケル接合部を介して支持する基体部とを有するガラス繊維用切断刃であって、前記ニッケル接合部からのニッケルの拡散により刃部側及び基体部側にニッケル拡散層がそれぞれ形成されており、該刃部の刃先から基体部の底部に到る高さ方向に平行な刃部側のニッケル拡散層の上端からニッケル接合部を含む基体部のニッケル拡散層の下端までの厚さ寸法が１ｍｍを越え、かつ４ｍｍ以下であるとは、無機ガラス繊維を所定長の寸法で切断する際に使用される刃部と、その刃部に溶接して接合された基体部、そして刃部と基体部との間に挟持された状態で一体に溶接する際に使用されるニッケル部とによって構成されるガラス繊維を切断する際に使用される切断刃について、刃部と基体部との溶接面に挟まれたニッケル部から加熱により両方の部材側に拡散することによって形成されたニッケル拡散層の大きさとして、刃先方向に対して平行な方向へのニッケル拡散層の刃部側から基体側までのニッケル部を含む厚さの最大の寸法の大きさが１ｍｍより大きく、かつ４ｍｍ以下となるような寸法となるものであることを表している。

発明者らは、溶接によって発生する歪みの大きさと溶接の際に溶接に使用したニッケルの拡散状態を調査したところ、刃部の刃先から基体部の底部に到る高さ方向に平行なニッケル拡散層の刃部側から基体側までのニッケル接合部を含む厚さ寸法が４ｍｍを越えるとニッケルが拡散しすぎて、歪みを低減する効果が充分なものとならないことを見いだした。また高さ方向に平行なニッケル拡散層の刃部側から基体側までのニッケル接合部を含む厚さが１ｍｍ以下であると、刃部あるいは基体部中へのニッケルの拡散が不十分であるため、歪みを低減することができないばかりか、溶接部の強度も弱く、長時間の切断工程には使用できないものとなる。このように発明者らは、溶接で生じる歪みの大きさと、使用したニッケルの拡散状態との間に密接な関連性を見いだし、詳細な研究の結果、ニッケル拡散層の大きさが、刃部側のニッケル拡散層の上端から基体側のニッケル拡散層の下端までのニッケル接合部を含む厚さ寸法が１ｍｍを越え、かつ４ｍｍ以下であるような状態に加熱条件等を調整することで歪みの大きさを小さくすることが可能となることを見いだした。

溶接面については、平面に限らず、刃先に対して凹面状や凸面状であってもよく、また傾斜したような面であってもよい。また溶接面は接合強度を向上するような凹凸状の微細な起伏を設けてもよく、意図的に表面粗さを調整してもよい。

本発明に係るニッケル拡散層と認めうるニッケルの濃度は、質量％表示で０．００１％、すなわち１０ｐｐｍまでの濃度として検出できる箇所までである。検出方法としては、ＥＰＭＡ等の微量元素の検出装置を使用することによって、予め作成した検量線に従い、溶接部断面の分析を行いニッケル拡散層の境界線を特定することができる。

また本発明のガラス繊維用切断刃は、充分に高い剪断力をガラス繊維に加えることでガラス繊維を効率的に切断する機能を有するものであれば、どのような外観形態を有するものであってもよい。例えば刃部の形態については、刃部の断面形状が、刃先片側のみに傾斜したテーパー部を有する片刃の形状であってもよく、また両側にテーパー部を有する両刃（諸刃とも呼称する）であってもよい。また刃部の刃先の傾斜したテーパー部の断面の形状が直線形状となるストレイトグラインドやハマグリ状に曲線をもって外側に膨らんだ外観を呈するコンベックスグラインド、またコンベックスグラインドとは逆向きに内側方向に曲面を有して絞られた外観となる内外Ｒ形状（またはホローグラインドとも呼称する）であっても、ガラス繊維の切断用として使用することができる。またテーパー部の傾斜角についても所定の切断機能を実現できる傾斜角であれば採用できる。

また刃部と基体部との固定については、溶接方法や使用する材料、器具等について適宜選択することができ、充分に高い接合が可能となるものであればよい。

また本発明のガラス繊維用切断刃は、上述に加えニッケル拡散層がレーザ溶接により形成されたものであれば、強固な溶接を容易に行うことができ、レーザ出力の微調整や加熱時間等の調整が容易なため、強靱な切断刃を製造する上で好ましいものである。

ここで、ニッケル拡散層がレーザ溶接により形成されるというのは、溶接金属部の酸化等を防ぐために、アルゴンやヘリウム、窒素などのシールドガスを溶接金属部へ吹付けつつＣＯ₂レーザやＹＡＧレーザ等をレーザ発振器として使用し、放物面鏡や集光レンズなどを使用することで適切なサイズまでビーム径を絞り込み、金属の所定箇所を局所的に高温状態となるまで加熱して溶接することのできる装置を使用することによって、溶接部に使用されたニッケル箔のニッケルが刃部と基体部の両方へと拡散することでニッケル拡散層が形成されることを表している。

使用するニッケル箔の厚さやニッケルの純度などについては、所望の溶接ができるものであれば、どのようなものを採用してもよい。またレーザ溶接装置やレーザ溶接方法についても特に限定するものではない。

また本発明のガラス繊維切断用切断刃は、上述に加え刃部が超硬合金、基体部が炭素工具鋼よりなるものであれば、ガラス繊維を切断しつづけることのできる強度を有する刃部が確実に固定されたものとなる基体部を有するものとなるので、高い切断性能を有する切断刃である。

ここで刃部が超硬合金よりなり、基体部が炭素工具鋼よりなるものであるとは、ガラス繊維を直接切断する刃部の材質として、タングステンカーバイド（ＷＣ）を含む超硬合金が用いられ、さらにこの刃部に溶接される基体部の材質として、適量の炭素（Ｃ）を含有する鋼材よりなるものであることを表している。

本発明に係る刃部の材質としては、ガラス繊維を切断するための所定の硬度や強度を有し、切断性能を低く抑制することのないものであれば、タングステンカーバイド以外の材質含有成分については、どのような成分であっても適量含有してもよい。また、性能や機能の劣化することのないものであればタングステンカーバイドとして、その純度は問わない。具体的には、ＷＣ−Ｃｏ系、ＷＣ−ＴａＣ−Ｃｏ系、ＷＣ−ＴｉＣ−Ｃｏ系、ＷＣ−ＴｉＣ−ＴａＣ−Ｃｏ系の超硬合金を使用することが好ましい。

本発明のガラス繊維用切断刃の刃部を製造するのは、公知の製造技術を適用することで製造できるもので、例えば所定量のコバルトをバインダとして含有するタングステンカーバイドの微粒子を加熱して焼結させて得られるものでもよい。一例を示せば、８８．５質量％、平均粒子径０．４５μｍのタングステンカーバイド粉末と１１．５質量％のコバルト粒子とを均質に配合し、ＨＩＰ（Ｈｏｔ Ｉｓｏｓｔａｔｉｃｓ Ｐｒｅｓｓ）により成形することで、所定形状とでき、こうして得られた合金はそのビッカース硬度が、Ｈｖ１８００以上となっている。

また基体部については、熱膨張係数、硬度、弾性定数などの性質が適正で、刃部と切断刃を固定して使用できる切断装置の構成部材との間に介在するに適した性能の炭素工具鋼であれば使用することができる。そして、さらに刃部との接合を重視する場合には、より好ましくは基体部の材質としては、炭素含有量が質量百分率表示で、０．５質量％から１．６質量％の範囲内となる炭素工具鋼とすることである。基体部は焼き入れ、焼き戻しの処理工程によって形成されたものとするのがよい。

また本発明のガラス繊維切断用切断刃は、上述に加えブッシングを使用して成形されたガラス長繊維の切断に供されるものであれば、用途に応じた寸法にガラス繊維を切断することができ、所望のガラス長繊維製品を加工することができるので好ましい。

ここで、ガラス長繊維の切断に供されるとは、ガラス溶融炉内で加熱されて均質化された溶融ガラスを数百から数千の白金製ノズルを有するブッシングより連続的に引き出して成形されたガラス繊維について、剪断力により所定長に切断する性能を有するものであることを表している。

ガラス長繊維であれば、ロービング、ヤーン、あるいはチョップドストランド等どのような形態であっても本発明を適用することができる。またこれらの繊維形態を起源とするガラス繊維製品についても、本発明の対象となる製品であることは言うまでもない。すなわち例えばガラス繊維製マット、組紐、ネット、テープ等を製造するにも、本発明を適用可能である。

また上述のようなガラス長繊維について、その表面を被覆する集束剤等の各種の処理剤の種類についても特に限定されることはない。

また本発明のガラス繊維切断用切断刃は、上述に加えガラスチョップドストランドの製造に使用されるものであれば、高い寸法精度と整った切断面を有するガラスチョップドストランドを長時間に亘り切断刃の交換等のメンテナンス作業を行わずに使用することができるので好ましい。

ガラスチョップドストランドであれば、そのガラス繊維の直径については限定されることはない。またそのガラス繊維の材質についても、特に限定されることはない。例えば、ガラス繊維の材質として、アルカリ金属元素を実質的に含有しない無アルカリのＥガラス材質、低い誘電率を有するＤガラス材質、耐アルカリ性能を実現することのできるＡＲガラス材質、耐酸性を有するＣガラス材質、高弾性率を実現するＭガラス材質、高強度、高い弾性率を実現するＳガラス材質、あるいはＳガラスと同様の機能を有するＴガラス材質、さらに高い誘電率を有するＨガラス材質といった各種ガラス材質を適宜採用することができ、さらに最適な機能を実現するように設計された上記以外の他のガラス材質であってもよい。

本発明のガラス繊維用切断装置は、上記のガラス繊維用切断刃を具備することを特徴とする。

ここで上記のガラス繊維用切断刃を具備するとは、ガラス繊維を切断する刃部と、該刃部を、ニッケル接合部を介して支持する基体部とを有するガラス繊維用切断刃であって、前記ニッケル接合部からのニッケルの拡散により刃部側及び基体部側にニッケル拡散層がそれぞれ形成されており、該刃部の刃先から基体部の底部に到る高さ方向に平行な刃部側のニッケル拡散層の上端からニッケル接合部を含む基体部のニッケル拡散層の下端までの厚さ寸法が１ｍｍを越え、かつ４ｍｍ以下であり、好ましくはニッケル拡散層がレーザ溶接により形成されたものであり、さらに加えて好ましくは刃部が超硬合金、基体部が炭素工具鋼よりなるような切断刃であって、ブッシングを使用して成形されたガラス長繊維の切断に供されるものである切断刃を備えたものであることを表している。

本発明のガラス繊維用切断装置は、使用する切断刃の枚数や配設状態については特に限定するものではない。また切断を効率良く行うための複数の附帯設備を必要に応じて併用することができる。例えば切断のためのガラス繊維を解舒するための装置や撚りを付与または解舒する装置、さらに切断後のガラス繊維を輸送するための装置や、表面処理剤などを塗布する装置、また繊維の不用意な切断を監視する装置や、切断速度を調整するための各種の制御装置等がある。

また本発明のガラス繊維用切断装置は、上述に加え同軸円筒面上にガラス繊維用切断刃の基体部を配してなる構造を有するものであれば、連続的にガラス繊維の切断を行うことができるので好ましい。

このように同軸円筒面上にガラス繊維用切断刃の基体部を配してなる構造とすることによって、例えば切断刃を同軸円筒面位置で刃先を外側に向けて放射状に配設した構造とし、ロール形状のローラ周囲に所定数の切断刃を等間隔に配することができる。そしてこのような構造であれば、連続的に供給されるガラスストランドの所定箇所に適正な剪断力が印加されるように、ガラスストランドを２つの対向するロール間に巻き込むようにして切断し、所定の長さ寸法のガラスチョップドストランドとすることができる。具体的には、対向する２つのロールとしては、ゴムロールと切断刃を配したカッターロールという構成とすればよい。カッターロールに圧接するゴムロールの材質やその寸法については、適宜選択することができ、耐熱性や機械的な耐久性について好ましいものを配して構成することができる。カッターロールについても、実用上充分に安定した高い強度を有するものであれば採用できる。

また、カッターロールに圧接する構造で配設するゴムロールとしては、その強度が実用に耐えるものとするため、ゴムロール中に必要に応じてガラス繊維、炭素繊維、ガラスフレーク、有機繊維、ガラスビーズ、セラミックス繊維及びセラミックス粒子の群の中から選ばれる少なくとも１以上の補強充填材を含有させることができる。

また本発明のガラス繊維切断装置では、それぞれの切断刃を互いに近距離、例えば３ｍｍ間隔で配置する場合、切断刃同士が接触する等して経時的に摩耗し、破損あるいは破壊することがある。そこで切断刃の両面にゴム（例えば厚み０．２ｍｍ〜０．５ｍｍ）等の緩衝材や金属製スペーサ等、切断刃の補強が可能となるような附帯部品を配設することによって、切断刃が破損し難くなり、切断装置の耐久性を向上させることができる。

また本発明のガラス繊維切断装置は、切断刃を配設した切断機構の下方、あるいは側方に切断された後のガラス繊維を連続的に捕集する機構を有するものであって、切断操作により生成したガラスチョップドストランド等の製品を切断動作の妨げとならないように切断機構の系外へと移動させることができる。このようなものとしては、例えばベルトコンベヤによる連続搬送や気流による搬送ダクト等を採用することができ、設備規模などによって必要とされるものを必要数、適宜採用することができる。

また本発明のガラス繊維切断装置にストランドを供給する供給機構については、ストランドの切断機構が供給機構を兼ねるものであってもよく、またストランドの切断機構とは別にストランドの供給装置を適宜本装置に適切に配設するものであってもよい。

（１）以上のように本発明のガラス繊維用切断刃は、ガラス繊維を切断する刃部と、該刃部を、ニッケル接合部を介して支持する基体部とを有するガラス繊維用切断刃であって、
前記ニッケル接合部からのニッケルの拡散により刃部側及び基体部側にニッケル拡散層がそれぞれ形成されており、該刃部の刃先から基体部の底部に到る高さ方向に平行な刃部側のニッケル拡散層の上端からニッケル接合部を含む基体部のニッケル拡散層の下端までの厚さ寸法が１ｍｍを越え、かつ４ｍｍ以下であるため、切断刃を溶接によって製造する際に切断刃に発生する溶接歪みを約４０％小さく抑制することで、安定したガラス繊維の切断品位を実現することができる。

（２）また本発明のガラス繊維用切断刃は、ニッケル拡散層がレーザ溶接により形成されたものであれば、溶接部が強固に結合したものとなり、長期の使用に耐える性能を有するものとなる。

（３）さらに本発明のガラス繊維用切断刃は、刃部が超硬合金よりなり、基体部が炭素工具鋼よりなるものであれば、ガラス繊維の切断に必要な剛性を有し、しかもガラス繊維切断装置への配設も行い易く、効率的な切断を行うことができる。

（４）また本発明のガラス繊維用切断刃は、ブッシングを使用して成形されたガラス長繊維の切断に供されるものであれば、種々のガラス長繊維製品の加工を円滑に行うことができ、加工不良の発生率を低く抑えることができる。

（５）さらに本発明のガラス繊維用切断刃は、ガラスチョップドストランドの製造に使用されるものであれば、ガラス繊維長などの外形寸法の整った製品を製造することができ、複合材料などとして利用する際にも高い性能を有する製品とすることができるものである。

（６）本発明のガラス繊維用切断装置は、上記のガラス繊維用切断刃を具備するものであるため、耐用時間が予測しやすくなり、効率的なガラスチョップドストランド等の製造が行え、製造原価の低減に役立つものである。

（７）また本発明のガラス繊維用切断装置は、同軸円筒面上にガラス繊維用切断刃の基体部を配してなる構造を有するものであれば、連続的なガラス繊維の切断を容易に行え、高速に大量の加工を実現できるため好ましい。

以下に本発明のガラス繊維用切断刃とそのガラス繊維用切断刃を具備するガラス繊維切断装置について、実施例に基づいて説明する。

図１に本発明のガラス繊維用切断刃１０について、その具体例の一つを示す。ここに示した切断刃１０は、刃部１０ａと基体部１０ｂと、これらの間にニッケル箔によるニッケル接合部１０ｃを配した構造を有するものであり、刃部１０ａと基体部１０ｂとの間のニッケル接合部１０ｃが溶接時に刃部１０ａ側及び基体部１０ｂ側の双方に拡散することによって形成されたニッケル拡散層１０ｄ、１０ｅとがそれぞれの部材に存在しており、このニッケル拡散層１０ｄ、１０ｅ及びニッケル接合部１０ｃは、刃部１０ａと基体部１０ｂとの間にあって、両部材を強固に結合した状態となっている。

このガラス繊維用切断刃１０の刃部１０ａについては、その各部の寸法は、厚さ寸法が０．４ｍｍ〜０．８ｍｍ、幅寸法が０．５ｍｍ〜１４．５ｍｍであって、その先端形状は諸刃のストレイトグラインドをなすものである。また切断刃１０の刃部１０ａの材質については、コバルト（Ｃｏ）が１６質量％、タングステンカーバイド（ＷＣ）が８４質量％のＷＣ−Ｃｏ系の超硬合金製である。

そして刃先から基体部１０ｂの底部に到る切断刃１０の高さ方向と平行な方向について、刃部１０ａのニッケル拡散層１０ｄの最も遠くまで拡散した位置を特定して、その拡散距離の大きさを計測するため、走査電子顕微鏡に備えられたＥＰＭＡ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｌｏｂｅ Ｍｉｃｒｏａｎａｌｙｚｅｒ）分析装置を使用して面分析を行い、予め準備したニッケルについての検量線とを比較することによって、ニッケル濃度が１０ｐｐｍとなる箇所を特定した。次いで基体部１０ｂについてもニッケル拡散層１０ｅの最も遠くまで拡散した位置を特定し、その拡散距離の大きさを計測するため、同様にＥＰＭＡによる特定作業をおこなった。次いで、刃部１０ａについてのニッケル拡散層１０ｄのニッケル接合部１０ｃから最も遠くにあるニッケル濃度が１０ｐｐｍの位置から同様の基体部１０ｂの位置までの寸法を計測して、切断刃１０の高さ方向に平行な方向への刃部１０ａ側のニッケル拡散層１０ｄの上端から基体部１０ｂ側のニッケル拡散層１０ｅの下端までのニッケル接合部１０ｃを含む厚さ寸法をＴとした。この計測によって、厚さ寸法Ｔの値は、２．３ｍｍであることが判明し、本発明のガラス繊維用切断刃として好適なものであった。

さらに図１のガラス繊維用切断刃１０の刃部１０ａについて、その材質の硬度を、ビッカース硬度計を使用して計測すると、その値はＨｖ．１７００〜２０００の範囲となっていた。

またガラス繊維用切断刃１０の基体部１０ｂは、その厚さ寸法が０．３〜１２ｍｍであって、幅寸法は５ｍｍから２５ｍｍであり、材質については炭素（Ｃ）の含有率が１．０質量％から１．４質量％の範囲内にある炭素工具鋼である。

次いでこのガラス繊維用切断刃１０の作製手順について以下に説明する。

本発明のガラス繊維用切断刃１０の刃部１０ａに関しては、まず粒子径が０．３５μｍから０．５５μｍの大きさを有するタングステンカーバイド（ＷＣ）粒子を使用して、タングステンカーバイドを８４質量％相当分と、コバルト粉末を１６質量％相当分とを偏析などの問題が発生しないように均質に混合して、ＨＩＰによって加熱成形を行うことで、超硬合金よりなる板形状の刃部１０ａの基素材を予め形成する。

また本発明のガラス繊維用切断刃１０の基体部１０ｂについては、焼き入れ、焼き戻し処理を繰り返すことによって調整し、炭素（Ｃ）含有量が１．２質量％となるようにし、得られた板形状の炭素工具鋼を切断刃１０の形状に適合するように加工して、切断刃１０の基体部１０ｂとした。

次に刃部１０ａの端面と基体部１０ｂとの端面との間隙に厚さ寸法が０．０５ｍｍから０．６ｍｍの範囲の適正な寸法となるように接合用の９９．９％以上の金属ニッケルよりなるニッケル箔を挟持して突き合わせた状態とし、基体部１０ｂの先端近傍にレーザ照射をその出力及び照射時間を調整して行う。このレーザ照射によって挟持されたニッケル箔が加熱されて高温状態となり、同様に刃部１０ａ及び基体部１０ｂについても局所的に高温となって、ニッケル箔からその内部にニッケルが拡散していくことになる。こうして刃部１０ａ及び基体部１０ｂとそれぞれニッケル接合部１０ｃが一体化し、刃部１０ａ及び基体部１０ｂにはニッケル拡散層１０ｅ、１０ｄが形成され、厚さ寸法Ｔが２．３ｍｍになる。

この接合材料のニッケル拡散層１０ｃの線熱膨張係数は、３０℃から３００℃の温度範囲において４１×１０^-7〜４５×１０^-7／Ｋの範囲内であって、刃部１０ａの線熱膨張係数（２５〜２００℃の温度範囲において４５×１０^-7／Ｋ）と近似しているので、刃部１０ａと基体部１０ｂとの接合部に残留する熱応力が小さい値となり、接合部に設計外の変形を生じることなく、刃部１０ａと基体部１０ｂとが強固に接合される。そして刃部１０ａの先端に刃付け加工等を施すことによって鋭利な刃部１０ａを形成し、切断刃１０が得られることになる。

次に、以上のような溶接工程によって製造したガラス繊維用切断刃１０の特性について調査するため、上述の金属材について溶接試験片を作製して溶接後の溶接部表面を目視観察で評価したところ、溶接箇所の表面部には、割れやクラック等の欠陥については概ね良好であって、良品率は９８．５％となり、従来よりも溶接品位が大幅に改善されたことを確認することができた。

またこの様な手順で作製したガラス繊維用切断刃１０に生じる歪み量について、図３に示すように、切断刃１０の長手方向についての歪み量Ｌの値を計測したところ、従来では切断刃の歪み量は、長尺全長長さ（３００ｍｍ）当たり０．３０ｍｍにもなる場合があったが、本発明のガラス繊維用切断刃１０については、１０検体について、その歪み量Ｌの値の計測値が０．０５ｍｍ以下となっており、著しく小さい値にまで改善できていることが判明した。

次いで、この本発明のガラス繊維用切断刃１０を使用したガラス繊維切断装置について、以下に説明する。

ここでは、本発明のガラス繊維切断装置の１事例として、ガラスチョップドストランドを加工するための切断装置について、図３に示した概念図に従い説明する。この装置１００では、予め同じ仕様で製造された複数枚の本発明のガラス繊維用切断刃１０をカッターロール２０の周囲に等間隔で刃先を外側に向けて放射線状に配したものである。具体的には、ガラス繊維用切断刃１０の基体部１０ｂをカッターロール２０の同軸円筒面上に放射線状に等間隔になるように調整して固定することによって、ガラス繊維用切断刃１０を配設したものである。この装置１０では、さらに回転軸を中心に回転自在のカッターロール２０と、このカッターロール２０の切断刃１０の刃先に、ガラスストランドＧを供糸するためのゴムロール３０とを備えているものである。そしてカッターロール２０とゴムロール３０の回転速度は、それぞれ任意に調整できる仕様となっている。

このガラス切断装置１００を使用し、カッターロール２０を周速度４５０ｍ／分の回転速度で作動させることによって、Ｅガラス組成を有する連続したガラスストランドを長さ寸法３ｍｍのガラスチョップドストランドに切断し続けたところ、１００時間経過した後も切断能力に目立った変化はなく、従来の切断刃では困難であった長時間に亘る使用においても良好な切断機能が維持されることを確認することができた。

実施例１と同様の構成でガラス繊維用切断刃１０の刃部１０ａの材質を変更した場合について、以下に示す。

この切断刃１０の刃部１０ａの材質は、コバルト（Ｃｏ）が１０質量％、タングステンカーバード（ＷＣ）が９０質量％よりなる超硬合金である。

この切断刃１０について、実施例１と同様の手順によって実施例１と同じ炭素工具鋼へのレーザ溶接試験を実施したところ、溶接作業そのものに起因する不良品は発生したものの、その良品率は９５％という高い数値を示す結果となった。

また実施例１と同様な手順で行ったレーザ溶接によって得られたガラス繊維用切断刃について、やはり実施例１と同様の手順でニッケル拡散層とニッケル部とを合わせた刃先方向に平行な厚み寸法を計測したところ、その値Ｔは３．２〜３．３ｍｍとなっていることが判明し、やはり本発明のガラス繊維用切断刃となっていることを確認することができた。

さらに実施例１と同様に刃先の歪み量Ｌの値を計測したところ、１０検体についての長尺方向の全長寸法（３００ｍｍ）当たり、０．０７ｍｍ以下の値となり、実施例１と同様に歪みの小さい状態で一体化されたものとなっていることを確認することができた。

次いで本発明の比較例として、刃部と基体部との溶接面から刃部側及び基体側へと拡散により形成されたニッケル拡散層について、刃先に平行な方向へのニッケル拡散層の刃部側から基体側までのニッケル部を含む厚さが４ｍｍを越えるもの（比較例１）、及び１ｍｍ以下のもの（比較例２）を、溶接条件を調整することによって意図的に作成して、溶接歪みと溶接性に関して実施例１と同様の比較調査を行った。

その結果、比較例１については４．６ｍｍの厚み寸法となるものであったが、ニッケルが拡散しすぎて歪みを低減する効果が弱く、歪みの大きさを測定すると長尺全長長さ（３００ｍｍ）当たり０．２２ｍｍであった。また比較例２については、刃先に平行な方向へのニッケル拡散層の刃部側から基体側までのニッケル部を含む厚さが０．５ｍｍであったが、溶接部の強度も弱く、溶接部にクラックが認められるものがあり実使用では問題の発生が予想できるものであった。

以上のように、本発明のガラス繊維用切断刃は、長時間に亘り安定した切断品位を実現できる非常に小さい溶接歪みを有するものであり、その切断刃を搭載するガラス繊維切断装置は各種用途に使用されるガラス繊維の切断に最適な性能を有しており、優れたガラス繊維製品を製造する際に重要なものとなっている。

本発明のガラス繊維用切断刃の部分断面図、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＸ−Ｘ断面の図、（Ｃ）は（Ｂ）のＹ部の拡大図である。 切断刃の歪み値の計測箇所についての説明図を表す。 本発明のガラス繊維切断装置についての要部説明図を表す。 従来のガラス繊維用切断刃の説明図であって、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＺ−Ｚ断面の図を表す。

符号の説明

１０ ガラス繊維用切断刃
１、１０ａ 刃部
２、１０ｂ 基体部
１０ｃ ニッケル接合部
１０ｄ、１０ｅ ニッケル拡散層
２０ カッターロール
３０ ゴムロール
１００ 切断装置
Ｇ ガラスストランド
Ｌ 歪み寸法
Ｔ ニッケル箔を含むニッケル拡散層の厚さ寸法

Claims (7)

1. ガラス繊維を切断する刃部と、該刃部を、ニッケル接合部を介して支持する基体部とを有するガラス繊維用切断刃であって、
   前記ニッケル接合部からのニッケルの拡散により刃部側及び基体部側にニッケル拡散層がそれぞれ形成されており、該刃部の刃先から基体部の底部に到る高さ方向に平行な刃部側のニッケル拡散層の上端からニッケル接合部を含む基体部のニッケル拡散層の下端までの厚さ寸法が１ｍｍを越え、かつ４ｍｍ以下であることを特徴とするガラス繊維用切断刃。
2. ニッケル拡散層がレーザ溶接により形成されたものであることを特徴とする請求項１に記載のガラス繊維用切断刃。
3. 刃部が超硬合金よりなり、基体部が炭素工具鋼よりなるものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のガラス繊維用切断刃。
4. ブッシングを使用して成形されたガラス長繊維の切断に供されるものであることを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載のガラス繊維用切断刃。
5. ガラスチョップドストランドの製造に使用されるものであることを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載のガラス繊維用切断刃。
6. 請求項１から請求項５の何れかに記載のガラス繊維用切断刃を具備することを特徴とするガラス繊維用切断装置。
7. 同軸円筒面上にガラス繊維用切断刃の基体部を配してなる構造を有することを特徴とする請求項６に記載のガラス繊維用切断装置。

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