JP2009107047A - ロータリーダイカッター及びワークの切断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】金属箔を有するワークを切断しても、ヒゲやカエリが発生することなく、かつ、確実に切断することが可能なロータリーダイカッターを提供する。
【解決手段】刃型２２を有するダイカットロールと、外周面が平滑に形成されたアンビルロールとの間にワークを挿通させることにより、前記ワークに加工を施すロータリーダイカッターであって、刃型２２は、その突出方向Ｐに沿った断面において、突出方向Ｐ先端側に向かうにしたがい近接する一対の側壁部２３、２３と、突出方向Ｐ先端に位置し突出方向Ｐに直交するように延在するフラット部２４と、を有しており、突出方向Ｐと側壁部２３とがなす角度αが、０°≦α≦２０°の範囲内に設定され、かつ、一対の側壁部２３、２３同士がなす角度βが、１０°≦β≦４０°の範囲内に設定されていることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、ダイカットロールの外周面に形成された刃型とアンビルロールとにより、シート状のワークに加工を施すロータリーダイカッターに関するものであり、特に、リチウムイオン２次電池の電極シートのように金属箔を有するワークを所定形状に切断するのに適したロータリーダイカッター及びこのロータリーダイカッターを用いたワークの切断方法に関する。

従来、不織布、紙、フィルムなどのシート状のワークを所定形状に切断加工するものとして、例えば特許文献１に開示されているように、外周面に凸状の刃型が形成されたダイカットロールとアンビルロールとを有するロータリーダイカッターが提供されている。
このようなロータリーダイカッターでは、ダイカットロールに形成された刃型の先端をアンビルロールの外周面に押し付けることで、ダイカットロールとアンビルロールとの間に介在するワークを切断するものである。

近年、ノートパソコンや携帯電話等に広く使用されているリチウムイオン２次電池においては、アルミニウムや銅などからなる金属箔の表面にカーボンやマンガン酸リチウムなどの電極材料が塗布された電極シートが用いられている。このような電極シートを所定形状に効率良く切断する方法として、前述のロータリーダイカッターが注目されている（例えば特許文献２参照）。
特開平０７−２２７９８号公報 特開２００２−１１０１４６号公報

ところで、ロータリーダイカッターにおいては、切れ味を良くするために刃型の先端を尖らすように加工することになるが、加工精度の関係から刃型の先端には、０．０５ｍｍ程度の幅のフラット部が必ず形成されてしまうことになる。このような刃型でアルミニウムや銅などの延性を有する金属箔を切断しようとすると、金属箔がせん断によって破断せず、刃型の先端とアンビルロールの外周面との間で押し潰されるように変形してしまい、良好に切断できなくなってしまうことがあった。
また、刃型の先端とアンビルロールの外周面とで押し潰された部分が欠片となって、ワークの切断面に付着してヒゲとなったり、切断面にカエリが発生したりするといった問題があった。
このように、金属箔を有するワークをロータリーダイカッターで切断することは非常に困難であった。

この発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、例えばリチウムイオン２次電池の電極シートのように金属箔を有するワークを切断しても、ヒゲやカエリが発生することなく、かつ、確実に切断することが可能なロータリーダイカッター及びこのロータリーダイカッターを用いたワークの切断方法を提供することを目的とするものである。

前記目的を達成するために、本発明のロータリーダイカッターは、外周面から径方向外側に向けて突出した刃型を有するダイカットロールと、外周面が平滑に形成されたアンビルロールとが、それぞれの軸線が平行に、かつ、互いの外周面が対向するように配置され、前記ダイカットロールと前記アンビルロールとの間にワークを挿通させることにより、前記ワークに加工を施すロータリーダイカッターであって、前記刃型は、その突出方向に沿った断面において、突出方向先端側に向かうにしたがい近接する一対の側壁部と、前記突出方向先端に位置し前記突出方向に直交するように延在するフラット部と、を有しており、前記突出方向と前記側壁部とがなす角度αが、０°≦α≦２０°の範囲内に設定され、かつ、一対の側壁部同士がなす角度βが、１０°≦β≦４０°の範囲内に設定されていることを特徴とする。

この構成のロータリーダイカッターによれば、ダイカットロールに形成された刃型が、その突出方向に沿った断面において突出方向先端側に向かうにしたがい近接する一対の側壁部を有し、前記突出方向と前記側壁部とがなす角度αが２０°以下に設定され、一対の側壁部同士がなす角度βが４０°以下に設定されているので、刃型をワークに押し付けた際に刃型の側壁部でワークを押し潰すように変形させることがなくなり、切断面にヒゲやカエリが発生することを効果的に抑制することができる。また、刃型の一対の側壁部同士がなす角度βが１０°以上に設定されているので、刃型の突出方向先端部分の強度を確保でき、刃型の欠損を防止してダイカットロールの長寿命化を図ることができる。

ここで、前記フラット部の幅Ｗを、前記ワークの厚さｔに対して、Ｗ＜ｔとなるように構成してもよい。
この場合、アンビルロールに押し付けられる刃型の先端幅Ｗよりも刃型とアンビルロールの外周面との間に介在するワーク厚さｔが大きくなるので、ワークのうち刃型によって押圧される部分の断面（せん断応力が作用する断面）は、押圧方向（ワークの厚さ方向）の長さ（厚さｔ）が刃型の先端幅Ｗよりも長くなって、押圧方向に縦長の長方形形状となる。すると、押圧される部分の断面（せん断応力が作用する断面）の断面係数Ｚが横長の長方形状である場合に比べて大きくなり、ワークに加わる応力が大きくなる。よって、ワークが変形せずに破断することになり、バリやカエリの発生をさらに確実に抑制することが可能となる。

また、本発明のワークの切断方法は、前述のロータリーダイカッターを用いたワークの切断方法であって、前記ワークを、前記フラット部の幅Ｗが前記ワークの厚さｔに対してＷ＜ｔとなるように構成された刃型を備えたダイカットロールによって切断することを特徴とする。
この構成のワークの切断方法によれば、例えば金属箔を含むリチウム２次電池の電極シートのように延性を有するワークを切断する際に、刃型によってワークを押し潰すように変形させることが抑えられ、切断面にバリやカエリの発生を抑制することができる。

本発明によれば、リチウムイオン２次電池の電極シートのように金属箔を有するワークを切断しても、ヒゲやカエリが発生することなく、かつ、確実に切断することが可能なロータリーダイカッター及びこのロータリーダイカッターを用いたワークの切断方法を提供することができる。

本発明の実施形態について添付した図面を用いて説明する。
図１から図３に本発明の実施形態であるロータリーダイカッターを示す。このロータリーダイカッター１０は、アルミニウムや銅等の金属箔の表面に電極材料が塗布されたリチウムイオン２次電池の電極シートＳを所定形状に切断するものである。なお、この電極シートＳ（金属箔）の厚さｔは、０．００５ｍｍ≦ｔ≦０．１ｍｍの範囲内とされており、本実施形態では、ｔ＝約０．０５ｍｍとされている。
本実施形態であるロータリーダイカッター１０は、図１に示すように、それぞれ軸線Ｍ、Ｎに沿って延びる多段円柱状をなすダイカットロール２０とアンビルロール３０とを備えている。

アンビルロール３０は、超硬合金又は一般鋼材等で構成され、その外周面３０Ａが軸線Ｎを中心とした円筒状に形成されるとともに平滑な面とされている。アンビルロール３０の両端部には、アンビルロール３０の軸線Ｎに沿って延びる軸部３１が形成されている。また、アンビルロール３０の外周面３０Ａには、後述するベアラー部２５と摺接されるベアラー受け部が設けられている。

ダイカットロール２０は、超硬合金又は工具鋼などの硬質材料で構成されており、その両端部に軸線Ｍに沿って延びる軸部２１が形成されている。ダイカットロール２０の外周面２０Ａには、凸状の刃型２２が形成されており、この刃型２２の両端側に間隔をあけて、外周面２０Ａ部分の外径よりも一段大径とされたベアラー部２５が形成されている。

ベアラー部２５は、ダイカットロール２０の外周面２０Ａから径方向外側に突出するようにして構成されており、ダイカットロール２０の外周面２０Ａからの突出高さは、刃型２２の突出高さに対してわずかに低く設定されている。本実施形態においては、ベアラー部２５の突出高さは、刃型２２の突出高さに対して例えば１〜３μｍ程度低くなるように設定されている。

刃型２２は、超硬合金又は工具鋼などの硬質材料で構成されており、本実施形態では、図２に示すように概略正方形状をなしている。この刃型２２は、ダイカットロール２０の径方向外側に向けて突出するように構成されており、この突出方向（ダイカットロール２０の径方向）に沿った断面において、図３に示すようにダイカットロール２０の径方向外側、つまり、刃型２２の突出方向先端側（図３の矢印Ｕ方向）に向かうにしたがい互いに近接する一対の側壁部２３、２３と、刃型２２の突出方向先端に設けられた幅Ｗのフラット部２４とを備えている。

ここで、前記断面において側壁部２３と刃型２２の突出方向（図３の矢印Ｕ方向）とがなす角度αは、０°≦α≦２０°の範囲内に設定されており、本実施形態ではα＝１５°とされている。また、一対の側壁部２３、２３同士がなす角度βは、１０°≦β≦４０°の範囲内に設定されており、本実施形態ではβ＝３０°とされている。このように本実施形態では、一対の側壁部２３、２３がそれぞれ前記突出方向となす角度αが同一に設定されており、β＝２×αとされ、刃型２２の断面は、図３に示すように概略等脚台形状をなしているのである。

また、フラット部２４の幅Ｗは、切断する電極シートＳの厚さｔに対してＷ＜ｔとなるように設定されており、本実施形態では、電極シートＳの厚さｔ＝０．０５ｍｍに対して、フラット部２４の幅Ｗ＝０．０２ｍｍとされている。

前述のダイカットロール２０とアンビルロール３０とは、互いの外周面２０Ａ，３０Ａ同士が対向し、かつ、互いの軸線Ｍ、Ｎが平行になるように配置される。そして、ダイカットロール２０の軸部２１とアンビルロール３０の軸部３１とが、それぞれベアリングボックス（図示せず）に回転可能に支持されるとともに、駆動装置（図示せず）に連結されていて、この駆動装置により、ダイカットロール２０及びアンビルロール３０は、それぞれ図１に示す矢印Ｘ、Ｙ方向に回転駆動される。

この構成のロータリーダイカッター１０においては、ダイカットロール２０とアンビルロール３０とが図１に示す矢印Ｘ，Ｙ方向にそれぞれ回転され、ダイカットロール２０とアンビルロール３０との間に前記回転方向Ｘ，Ｙの接線方向に沿って電極シートＳが挿入され、電極シートＳから刃型２２がなす形状と同じ形状（本実施形態では、概略正方形状）をした部分が切断される。

ここで、刃型２２によって電極シートＳを切断する際の模式図を図４に示す。なお、図４（ａ）が本実施形態であるロータリーダイカッター１０による切断状況を示しており、図４（ｂ）が従来のロータリーダイカッター１１０による切断状況を示している。
従来のロータリーダイカッター１１０では、図４（ｂ）に示すように、電極シートＳの厚さｔ＝０．０５ｍｍに対して、刃型１２２の先端に形成されたフラット部１２４の幅Ｗ１はＷ１＞ｔとなるように、具体的には、Ｗ１＝０．１ｍｍに設定されているので、電極シートＳのうち刃型１２２の先端（フラット部１２４）で押圧される部分の断面Ｐ（せん断応力が作用する断面）は、横長の長方形形状となる。また、刃型１２２によって押圧された電極シートＳが変形することで、せん断力による破断が、押圧される部分の断面Ｐの両端の２箇所（図４（ｂ）においてＣ１、Ｃ２）で発生することになる。

これに対して、本実施形態のロータリーダイカッター１０では、図４（ａ）に示すように、電極シートＳの厚さｔ＝０．０５ｍｍに対して、刃型２２の先端に形成されたフラット部２４の幅Ｗ＝０．０２ｍｍとされているので、電極シートＳのうち刃型２２の先端（フラット部２４）で押圧される部分の断面Ｐ（せん断応力が作用する断面）は、縦長の長方形形状となる。すると、この断面Ｐの断面係数Ｚが横長の長方形状である場合に比べて大きくなり、電極シートＳに加わる応力も大きくなるため、押圧力が逃げることなくこの断面に作用することになる。また、刃型２２によって押圧された電極シートＳに大きなせん断応力が作用するので、破断が１箇所（図６（ａ）においてＣ０）で発生することになる。

このようにして切断された電極シートＳは、ダイカットロール２０及びアンビルロール３０の後方に配置されたサクションロール（図示せず）に巻きかけられ、これにより、切断された部分の内側（製品）が抜き取られるとともに、電極シートＳの残りの部分（端材）が巻き取られて処理される。

前述のような構成とされた本実施形態であるロータリーダイカッター１０においては、ダイカットロール２０に形成された刃型２２が、その突出方向（矢印Ｕ方向）に沿った断面において突出方向先端側に向かうにしたがい近接する一対の側壁部２３、２３を有し、突出方向とそれぞれの側壁部２３、２３とがなす角度αが２０°以下に設定され、本実施形態ではα＝１５°とされるとともに、一対の側壁部２３、２３同士がなす角度βが４０°以下に設定され、本実施形態ではβ＝３０°とされているので、刃型２２を電極シートＳに押し付けた際に、刃型２２の側壁部２３で電極シートＳを押し潰すように変形させることがなく、切断面にヒゲやカエリが発生することを効果的に抑制することができる。また、刃型２２の一対の側壁部２３、２３同士がなす角度βが１０°以上に設定されているので、刃型２２の突出方向先端部分の強度を確保でき、刃型２２の欠損を防止してダイカットロール２０の長寿命化を図ることができる。

また、フラット部２４の幅Ｗが、切断する電極シートＳの厚さｔに対してＷ＜ｔとなるように設定されており、本実施形態では、電極シートＳの厚さｔ＝０．０５ｍｍに対してフラット部２４の幅Ｗ＝０．０２ｍｍとされているので、電極シートＳのうち刃型２２の先端（フラット部２４）で押圧される部分の断面Ｐ（せん断応力が作用する断面）が縦長の長方形形状となる。これにより、押圧される部分の断面Ｐに大きなせん断応力を作用させて電極シートＳを変形せずに破断することが可能となる。また、押圧される部分の断面Ｐに大きなせん断応力が作用することで、破断が１箇所（図４（ａ）においてＣ０）で発生することになる。よって、電極シートＳの切断面にバリやカエリが発生することを確実に抑制することが可能となる。

さらに、ベアラー部２５の外周面２０Ａからの突出高さが、刃型２２の突出高さに対してわずかに低く設定され、本実施形態においては、ベアラー部２５の突出高さが刃型２２の突出高さに対して例えば１〜３μｍ程度低く設定されているので、刃型２２の先端のフラット部２４をアンビルロール３０の外周面３０Ａに当接させて、電極シートＳを確実に切断することができるとともに、刃型２２の先端がアンビルロール３０の外周面３０Ａに強く押し付けられることがなく刃型２２の欠損防止を図ることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、リチウムイオン２次電池用の電極シートＳを切断するものとして説明したが、これに限定されることはなく、その他のシート材の切断に用いても良い。

また、一対の側壁部２３、２３がそれぞれ突出方向（矢印Ｕ方向）に対して同じ角度で交差し、刃型２２の断面が概略等脚台形状となるものとして説明したが、これに限定されることはなく、例えば図５に示すように、一対の側壁部２３、２３のうちの一方が突出方向（矢印Ｕ方向）と平行に配置され、他方が突出方向（矢印Ｕ方向）に対して交差するように構成したものであってもよい。この場合、突出方向（矢印Ｕ方向）と平行に配置された側壁部２３を切断する電極シートＳの製品側とし、突出方向（矢印Ｕ方向）と交差するように配置された側壁部２３を切断する電極シートＳの端材側とすることで、切断された電極シートＳの製品側の切断面を良好に仕上げることが可能となる。

さらに、刃型に形成されるフラット部の幅Ｗは、ワークの厚さｔに対してＷ＜ｔとなるように設定されていればよく、切断するワークの厚さｔに応じて設定すればよい。なお、切れ味及び刃先の強度を確保する観点から、フラット部の幅Ｗは、０．０１ｍｍ≦Ｗ≦０．０５ｍｍの範囲内に設定することが好ましい。
また、本実施形態においては、刃型を正方形形状としたが、この形状はその目的に合わせて任意に決定することが好ましい。また、切刃を断続的に設けることにより、シート状のワークに任意の形状のミシン目を入れることも可能である。

以下に、実施例を挙げて本発明の効果を実証する。
比較例１及び実施例１は、図５に示すように、一方の側壁部が突出方向と平行に配置され、他方の側壁部が突出方向に対して交差するように構成された刃型とし、他方の側壁部と突出方向とがなす角度α及び一対の側壁部同士がなす角度βを、それぞれ設定した。
実施例２−４及び比較例２−４は、図３に示すように、断面形状が概略等脚台形上となる刃型とし、側壁部と突出方向とがなす角度α及び一対の側壁部同士がなす角度βを、それぞれ設定した。

これらの形状の刃型を用いてワーク（電極シート）の切断を行い、ワークの切断部分の潰れ、ヒゲ及びカエリの発生状況、刃型先端（刃先）の欠損の状況を評価した。発生が認められなかったものを○とし、一部に発生が認められたものを△とし、発生頻度が高いものを×とした。評価結果を表１に示す。

表１に示すように、角度βが５°とされた比較例１では、刃先に欠損が生じており、長時間安定して切断をすることができないことが確認された。一方、角度αが２０°を超え、かつ、角度βが４０°を超えた比較例２−４においては、ワークの潰れやヒゲ及びカエリの発生が認められた。角度α及び角度βが大きくなるにつれてワークの潰れやヒゲ及びカエリの発生頻度が高くなることが確認された。

これに対して、角度αが０°〜２０°、角度βが１０°〜４０°に設定された実施例１−４においては、刃先の欠損もなく、かつ、ワークの潰れやヒゲ及びバリの発生も認められなかった。このように本発明によれば、延性を有するワークを良好に切断することができることが確認された。

本発明の実施形態であるロータリーダイカッターの斜視図である。 図１に示すロータリーダイカッターに備えられたダイカットロールの正面図である。 図２に示すダイカットロールに形成された刃型の断面図である。 本実施形態及び従来のロータリーダイカッターでワークを切断する状態を示す模式図である。 本発明の他の実施形態であるロータリーダイカッターに形成された刃型の断面図である。

符号の説明

１０ ロータリーダイカッター
２０ ダイカットロール
２０Ａ 外周面
２２ 刃型
２３ 側壁部
２４ フラット部
３０ アンビルロール
３０Ａ 外周面

Claims (3)

1. 外周面から径方向外側に向けて突出した刃型を有するダイカットロールと、外周面が平滑に形成されたアンビルロールとが、それぞれの軸線が平行に、かつ、互いの外周面が対向するように配置され、前記ダイカットロールと前記アンビルロールとの間にワークを挿通させることにより、前記ワークに加工を施すロータリーダイカッターであって、
   前記刃型は、その突出方向に沿った断面において、突出方向先端側に向かうにしたがい近接する一対の側壁部と、前記突出方向先端に位置し前記突出方向に直交するように延在するフラット部と、を有しており、
   前記突出方向と前記側壁部とがなす角度αが、０°≦α≦２０°の範囲内に設定され、かつ、一対の側壁部同士がなす角度βが、１０°≦β≦４０°の範囲内に設定されていることを特徴とするロータリーダイカッター。
2. 前記フラット部の幅Ｗが、前記ワークの厚さｔに対して、Ｗ＜ｔとなるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のロータリーダイカッター。
3. 請求項１又は請求項２に記載されたロータリーダイカッターを用いたワークの切断方法であって、
   前記ワークを、前記フラット部の幅Ｗが前記ワークの厚さｔに対してＷ＜ｔとなるように構成された刃型を備えたダイカットロールによって切断することを特徴とするワークの切断方法。

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