JP2011005557A - 被切断物の切断機構、及び切断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】切断時の浮き上がりを防止して切断品位を向上させると共に、消耗部品のコストが低く、且つ、交換が容易な材料の切断機構を提供する。
【解決手段】材料を載置するステージと、前記ステージに設置された刃受け部材と、カッタホルダと、前記カッタホルダに固定され刃受け部材に対向させた切断刃と、前記カッタホルダを動作させる機構と、材料を吸引固定する機構とを有する材料の切断機構で、ステージには刃受け部材を組み込む溝がある。前記溝には吸引手段に接続される吸引孔が形成され、更に前記吸引孔は、材料が載置されるステージ上面に連通しており、前記吸引手段により、刃受け部材、および材料を吸引固定することを特徴とする材料の切断機構である。
上記の構造によると、切断する際の材料の浮き上がりを防止して切断品位を向上させる。また刃当て部材のコストを抑制し、交換が容易になる。よって生産効率を向上させるという効果を奏する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、被切断物を切断するための切断機構に関し、特に、切断面を均一な直線状に切断するとともに、切断に伴う傷などの発生無しに高品位な切断状態を得ることができる切断機構に関する。

樹脂シートなどのシート材は、製造直後は幅広且つ長尺のロール材であることが一般的である。材料メーカー、あるいはユーザーが原反から目的に見合った幅に切断し再度芯管に巻回させたものを製造し、それを最終的な形状に加工して製品とされることが多い。

ロール状のシートから長手方向に所定幅で切断して２次製品を製造する際には一般にスリッターと呼ばれるシートの送り方向に対して平行に並べられた切断刃によりシートを切断する装置が用いられる。このような切断方法では、シート材を送り出しながら切断を行うため、連続的な切断が容易である。また切断されるシート材には常に張力が負荷されているため、安定した切断状態が得られ易い。

一方、シートを短手方向に切断する場合は、上記のような方法を用いることができないため状況が異なる。シートの送り方向と切断方向が直交する場合の切断手段としては、プレスによる押し切りやシャーカット、切断刃を走査させることによる切断方法などが考えられるが、プレス機構は大型であり、装置コストも増大するため、切断刃を走査させる方法が簡便である。このような切断機構の形態としては、切断すべきシート材を載置する切断ステージと、前記切断ステージ上面に設置された刃受け部材と、カッタホルダと、前記カッタホルダに保持固定され刃先を前記刃受け部材に対向させた切断刃と、前記刃受け部材の長手方向に前記カッタホルダを動作させる機構とからなる切断機構が一般的である。またその場合、刃の形態としては直線刃と円形刃の２種類が使用される。円形刃の場合は、回転自在にカッタホルダに軸着されるのが一般的である。このような切断機構の一例としては特開昭６３-１６９２８６などが開示されている。

一方、上記のように切断刃を走査させてシート材を切断する際、切断されたシートが切断刃に付着するなどして浮き上がってしまうという問題が発生する。シートが浮き上がると、切断刃を保持固定しているカッタホルダとシートが接触して、シートに傷がつくという問題が発生する。

切断状態の良否を特に問わないような材料の切断であれば、上記は特に問題にはならないが、精密機器、特に光学部品に使用される光学シートなどを切断する場合、切断に伴う傷の発生は極力抑える必要がある。

そこで、切断時のシート固定をする手段として、切断されるシートを下方から吸引する方法が特開平６−８１８９号公報に開示されている。特開平６−８１８９号公報に開示されている手段は、シート材を支持すると共に、刃受け板となる部材に吸引孔を設け、載置されるシートの底面を吸引固定するという手段である。

また特開２００３−３００１９０号公報に開示されている手段は、通気性の刃受け部材を通してシート部材を吸引固定する手段である。

また特開２００８−１６８３６２号公報に開示されている手段は、刃受け部材が埋め込まれ、シート部材を吸引固定する手段を有するものである。

特開昭６３−１６９２８６号公報 特開平６−８１８９号公報 特開２００３−３００１９０号公報 特開２００８−１６８３６２号公報

刃受け部材は、シート切断時に刃と接触するため、切断を繰り返すことで損傷し、シートの切断部に折れが発生するなどして切断状態が悪化する。このため、やがて使用が不可能となる。すなわち、刃受け部材は消耗品である。製品コストを抑えるためには、消耗品にかかるコストを極力抑える必要があるが、特許文献２に開示されている構造では、刃受け部材自体に吸引孔が設けられており、刃受け部材の形状が複雑であるため、刃受け部材の製造コストが高くなるという問題ある。また、特許文献２には詳細が記載されていないが、当該案文に開示されているような構造では、刃受け部材を交換する際に、空気吸引手段との着脱作業が必要となるため作業時間を要し、結果として生産効率を低下させてしまう。以上のような理由から、大量生産に対応すべきシート切断自動機に採用するには相応しくない構造と言える。

また特許文献３で記載されるような通気性の刃受け部材を通してシートを吸引固定する方法がある。しかしこの場合刃受け部材は通気するため、シートは吸引されているものの刃受け部材は固定されていない。よって切断中に刃受け部材のぶれなどによる刃の破損や位置ずれが発生する恐れがあった。

同様に特許文献４で記載されるような構造では、シートは吸引固定されるものの、刃受け部材はばねでステージに固定され、移動可能である。よって同様に、切断中の刃受け部材のぶれなどによる刃の破損や位置ずれが発生する恐れがあった。

本発明の目的は、上記問題に鑑み、シート材を切断する際にシートの浮き上がりを防止して切断品位を向上させると共に、切断中の刃受け部材のぶれを防止し、消耗部品コストが低く、消耗部品の交換が容易なシート材の切断機構を提供することである。

本発明の切断機構においては、被切断物を載置するステージと、刃受け部材と、 切断刃と、前記切断刃を動作させる機構と、被切断物を吸引固定する吸引手段とを有する切断機構であって、前記被切断物と前記刃受け部材は前記吸引手段で吸引されることを特徴とする。

この特徴によって、切断中の刃受け部材のぶれなく、刃の破損や位置ずれのない切断ができる。

また本発明の切断機構においては、被切断材物を載置する前記ステージ と、前記ステージに 設置された前記刃受け部材と、刃先を前記刃受け部材に対向させた前記切断刃と、前記切断刃 を動作させる機構と、前記被切断物を吸引固定する前記吸引手段 とを有する切断 機構であって、前記ステージには溝が形成されており、前記吸引手段に接続される吸引孔が前記溝と 前記ステージに設けられ、前記刃受け部材は前記溝に設置され、前記吸引孔の少なくとも一部が前記刃受け部材と接触することを特徴 とする。

この特徴によって、シート材を切断する際に刃受け部材の浮き上がりを防止して切断品位を向上させると共に、消耗部品である刃受け部材コストを抑え、且つ、刃受け部材の交換が容易になり結果として生産効率を向上させるという効果が得られる。

また本発明の材料の切断方法においては、被切断物をステージ上に載置し、前記ステージに設置された刃受け部材と、切断刃を前記刃受け部材に対向させ、前記切断刃を動作させる被切断物の切断方法であって、吸引手段に接続され、前記ステージと、前記ステージに形成された溝に設けられた吸引孔を介して、前記刃受け部材と前記被切断物を前記吸引手段により保持した状態で、前記切断刃を動作させることを特徴とする。

この特徴によって、材料を切断する際の浮き上がりを防止して切断品位を向上させると共に、消耗部品である刃受け部材コストを抑え、且つ、容易に刃受け部材の交換を行うことができる効果を有する。

本発明は、被切断物を載置するステージと、刃受け部材と、切断刃と、前記切断刃を動作させる機構と、被切断物を吸引固定する吸引手段とを有する切断機構であって、前記被切断物と前記刃受け部材は前記吸引手段で吸引されることを特徴とする切断機構である。

上記の構造によると、単純な構造により、シート材を切断する際にシートの浮き上がりや位置ずれ、あるいはそれに伴う刃の破損を防止して切断品位を向上させことが可能であると共に、消耗部品である刃受け部材コストを抑え、且つ、刃受け部材の交換が容易になり、結果として生産効率を向上させることが可能となる。また、シート状製品の自動生産装置への採用も容易な切断機構、及び方法を提供することが可能である。

本発明の一実施形態を示す説明図である。 本発明の一実施形態を示す説明図であり、図１のＡの拡大図である。 本発明の一実施形態を示す説明図である。

実施例を用いて本発明を詳細に説明する。

図１に、本発明に係る切断機構の一実施形態を示す。切断機構２は、主に、ロール材３１の芯管を取り付け固定するとともに被切断物であるシート材３２を送り出す原反ローラ２１、ロール材３１から引き出されたシート材３２を搬送するテンション調整機構を有するシート搬送系（図示せず）、ロール材３１から引き出されたシート材３２を上下から挟持するピンチローラ２２、ステージ２３、カッタホルダ２４からなっている。なお、上記機構は全てベースプレート４に固定されている。

原反ローラ２１は図示しないモーターと連結されており、ロール材３１の径によりモーターの回転角度を制御して巻出し量を調整する機構を有している。ロール材３１の径の測定手段としては超音波センサーや光電センサーなどの利用が考えられるが、その手段は特に限定されるものではない。

ピンチローラ２２は、モーターに連結された駆動ローラ２２ａと加圧ローラ２２ｂから構成されており、駆動ローラ２２ａがモーター駆動により回転することでシート材３２を巻出す。ここで、加圧ローラ２２ｂの加圧力原としてはエアシリンダ、バネなどが考えられるが、その手段は特に限定するものではない。

ステージ２３には、門型のブラケット２５を介してスライドガイド２６が固定されている。スライドガイド２６のスライダ２６ａにはカッタホルダ２４が固定されている。

カッタホルダ２４には円形刃５が回転自在に軸着されるとともに、ロッドエンドベアリング２７が固定されている。ロッドエンドベアリング２７にはエアシリンダ（図示せず）のロッド２８が固定されている。このような構造により、エアシリンダが動作することにより、カッタヘッド２４が図中矢印方向に動作する。なお、カッタホルダを動作させる動力源は、電動シリンダを用いるなどしても良く、特に限定するものではない。さらに、ここでは図示しないが、円形刃５が取り付けられている軸を保持する軸受けは、カッタホルダ２４に対して上下方向に移動可能に取り付けられており、また、カッタホルダ２４に固定されたマイクロメータ２９の動作軸先端は、前記軸受け（あるいは軸受けを保持固定する部材）の上面に接触する構造を有している。また、前記軸受け（あるいは軸受けを保持固定する部材）はコイルばね等により上方へ付勢されて保持される構造を有している。このような構造によれば、マイクロメータ２９を操作することで刃受け部材１に対する円形刃５の刃先の切り込みを調整可能であり、また、マイクロメータ２９の回転を固定する、もしくは前記軸受け（あるいは軸受けを保持固定する部材）等をボルトなどで固定することにより、円形刃５の刃先位置を固定することが可能である。なお、刃受け部材１に対する円形刃５の切込みを調整する機構はこれに限定するものではなく、切込みを特に厳密に調整する必要が無ければ、マイクロメータ２９の代わりにボルトを使用しても良い。また、ここでは切断刃として円形刃を使用しているが、直線刃を使用しても問題ない。

更に、ステージ２３には溝２３１が形成されており、溝２３１には刃受け部材１が挿入固定されている。

次に、図２（ａ）および(ｂ)に、図１Ａ部（刃受け部材１）の拡大図、および断面図を示す。

Ａ部周辺は、主に被ボルト固定可動部品１２、被ボルト固定部品１３、前記被ボルト固定可動部品１２及び１３を載置するように配置された下敷き部品１４、被ボルト固定可動部品１２及び１３に挟持されるように配置された刃受け部材１から構成されている。

ステージ２３上面には前記刃受け部材１、被ボルト固定可動部品１２、被ボルト固定部品１３、下敷き部品１４を取り付けるための溝２３１が形成されており、また、溝２３１の底面には溝２３２が、溝２３２の底面には吸引孔２３３が形成され、図示しない吸引手段に接続されている。吸引手段は、通常の真空吸着のために用いられる真空源であれば問題ない。更に、前記溝２３１の底面には雌ネジ部２３４が形成されている。尚、前記溝２３２は、長手方向について後述の貫通孔１２ａの形成範囲以上の長さを有している。

前記溝２３１の最下部に挿入配置される下敷き部品１４には、前記雌ネジ部２３４と連通するネジ穴１４ｃが形成されている。さらに、下敷き部品１４の上面、図２（ｂ）向かって左側には被ボルト固定可動部品１２が、右側には被ボルト固定部品１３が載置され、被ボルト固定可動部品１２、および１３にはそれぞれ、前記下敷き部品１４に形成されたネジ穴１４ｃと連通するネジ穴１２ｂ、および１３ｃが形成されている。以上の構造により、ステージ２３、被ボルト固定可動部品１２、被ボルト固定部品１３、下敷き部品１４は、図２（ｂ）に示す様にボルト１５ａ、および１５ｂにより締結固定される。なお、ここでは図示しないが、ステージ２３に形成された吸引孔２３３は刃受け部材１の長手方向について一定間隔おきに複数個所設けられている。また、被ボルト固定可動部品１２、１３、１４を固定するボルト締結部も同様に刃受け部材１の長手方向について一定間隔おきに複数個所設けられている。

刃受け部材１は略正方形断面を有しており、前記被ボルト固定部品１３に形成された段付部１３ｂに収納され、且つ、前記被ボルト固定可動部品１２と１３に挟持されるように配置される。尚、前記段付部１３ｂの断面形状は前記刃受け部材１の断面と略同一形状であるが、その深さは前記刃受け部材１が収納された状態において、前記刃受け部材１の上面が前記被ボルト固定部品１３の上面より数十〜数百μm高くなるような寸法であることが望ましい（シート材を送る際、シート材の端部が前記段付部１３ｂのエッジに引っ掛かるのを防止する為）。ここで、被ボルト固定部品１３に形成された段付部１３ｂの刃受け部材１の搭載面には、下敷き部品１４に形成された刃受け部材用貫通孔１４ａを介して溝２３２の底面に形成された吸引孔２３３に連通する貫通孔１３ａが形成されており、吸引手段を有効とすることで刃受け部材１が貫通孔１３ａに接触した状態で吸着固定することが可能な構造となっている。また、刃受け部材１の断面は略正方形であるため、着脱が容易であり、また切削等による製作が容易であるとともに、刃受け部材として４面使用することが可能であるため、消耗部材である刃受け部材のコストを最小限に抑えることが可能である。更に図３（ａ）で示されるように、被ボルト固定可動部品１２の底面は刃受け部材１の方向へ傾斜するような形状を有し、また、下敷き部品１４の被ボルト固定可動部品１２を搭載する部分も被ボルト固定可動部品１２の底面と同様の傾斜を持った形状を有してもよい。この場合、前記ボルト１５ａを締め込むことで被ボルト固定可動部品１２が刃受け部材１を被ボルト固定部品１３に対して押し付ける力が働き、刃受け部材１の固定をより強固なものにできる構造を有している。以上のような構造とすることで、吸引手段による吸引を無効にし、ボルト１５ａを軽く緩めるだけで刃受け部材１を取り外すことが可能な構造となっている。

なお刃受け部材１及びシート材３２、またそれらの吸引手段の構造は以上に示した構造に限るものではない。例えば図３（ｂ）に示されるように、刃受け部材１とシート部材３２が、それぞれ刃受け部材用貫通孔１４ａと貫通孔１３ａ、それと隣接せずに単独で設けられた被切断物用貫通孔１４ｂと貫通孔１２ａを通して吸引される構造であってもよい。

また図３（ｃ）（ｄ）で示されるように、下敷き部品１４には刃受け部材用貫通孔１４ａのみが設けられ、材料用貫通孔と併用とし、刃受け部材１を貫通するように貫通孔１２ａが設けられてもよい。この場合、被切断物用貫通孔１４ｂは刃受け部材用貫通孔１４ａと連続しており、かつその幅が刃受け部材用貫通穴１４ａより小さいものとすることで、シート材３２を載置し、吸引手段により吸引することで、刃受け部材１、シート材３２とも吸引、保持することができる。また図３（ｄ）に示すとおり、刃受け部材用貫通孔１４ａ、貫通孔１３ａと被切断物用貫通孔１４ｂ、貫通孔１２ａが連続せず、別々の貫通孔として設けられてもよい。また被切断物用貫通孔１４ｂを刃受け部材１を貫通させて設ける場合はいずれも、円形刃が当たる部分が被切断物用貫通孔１４ｂに触れないような位置に材料用貫通孔を設けるのが望ましい。

被ボルト固定可動部品１２には下敷き部品１４の被切断物用貫通孔１４ｂを介して前記溝２３２に連通する貫通孔１２ａが形成されている。貫通孔１２ａは、前記ボルト１５ａを締め込むことで被ボルト固定可動部品１２が刃受け部材１に密着した後も図２（ａ）で示されるように刃受け部材１の長手方向に一定間隔おきに複数個所存在するような構造となっている。このような構造により、吸引手段を有効とすることで、刃受け部材１上に載置されたシート材を吸引固定することが可能となる。

また、貫通孔１２ａの断面形状は特に限定するものではないが、サイズが大きすぎると吸引の際にシートを変形させてしまい、切断状態に影響を及ぼす可能性があるため、直径１〜１．５ｍｍ程度の円形に近い形状が望ましい。また、切断するシート幅を超えた範囲まで貫通孔１２ａを設けると、リークにより吸着力が低下してしまう恐れがあるため、切断するシートの幅が特定であるような場合は、シート幅の範囲外に貫通孔１２ａを設けないことが望ましい。また、ここでは、シート切断部に対して巻出し上流側のみを吸着する構造を開示したが、同様の構造により切断部の下流側を吸着する機能を追加することも可能である。

なお、刃受け部材１の素材は円形刃５の素材よりも低硬度の材料、例えば樹脂材料であれば良く、特に限定されるものではないが、切削加工、あるいは射出成型しやすい材料であることが望ましい。また、被ボルト固定可動部品１２、および１３、および下敷き部品１４の素材は、ステージ２３と同一の材料でも、刃受け部材１と同一の材料でも良く、その材料を特に限定するものではない。また、ステージ２３に形成された吸引孔２３２に接続される吸引手段は真空ポンプやエジェクタなどを使用する方法が考えられるが、その手段は特に限定されるものではない。

続いて、切断機構２を用いた切断方法について説明する。

図１に示す様に、ロール材３１からシート３２を、搬送経路（詳細は図示せず）を経て、ピンチローラ２２間を介し、更に門型ブラケット２５の下をくぐらせ、シート３２の端部がステージ２３上の刃受け部材１を超えるまで引き出す。このとき、ピンチローラ２２ｂの加圧を解除した状態にしておき、シート材３２の端部が前記位置まで到達した時点でピンチローラ２２ｂによる加圧を有効とする。

以上の準備作業を終了させ、切断機構２を動作させてテストカットを実施する。動作をスタートさせると、ピンチローラ２２の駆動ローラ２２ａが所定角度回転する。その動作に同期して原反ローラ２１が動作し、シート材３２が所定長さ巻き出される。このとき、ステージ２３に接続された吸引手段は無効の状態である。シート材３２の巻出しが完了すると、ステージ２３に接続された吸引手段が作動し、吸引力が刃受け部材１と、シート材３２の底面に及び、刃受け部材１とシート材３２を固定する。シート材３２の吸引固定が完了するとエアシリンダが駆動しシリンダロッド２８が動作、これによりシリンダロッド２８に連結されたカッタヘッド２４が動作しシート材３２の切断動作が完了する。カッタホルダ２４の動作が完了すると、前記吸引手段が無効となり、刃受け部材１と、シート材３２の吸着が解除される。なお、上記テストカットにおいてシート材３２の切断が不可能で合った場合は、先述のマイクロメータ２９を操作し、刃受け部材１に対する円形刃５の切込みを調整する。以上のように制御された動作を繰り返し行うことで、連続的にシート材３２を切断することが可能である。

なお、切断されたシート材の取り扱いについては特に限定するものではないが、当該切断機構が単一の装置であれば、切断されたシートは人手で取り除きストックしていけば良いし、切断されたシート材を自動で移載する機構を介して他の装置と連結して使用することも可能である。

以上のような切断機構、及び方法によると、単純な構造により、シート材を切断する際にシートの浮き上がりや位置ずれ、あるいはそれに伴う刃の破損を防止して切断品位を向上させことが可能であると共に、消耗部品である刃受け部材コストを抑え、且つ、刃受け部材の交換が容易になり、結果として生産効率を向上させることが可能となる。また、シート状製品の自動生産装置への採用も容易な切断機構、及び方法を提供することが可能である。

紙や樹脂など一般的なシート状材料は勿論のこと、光学シートなど高品位な切断状態を得る必要があるシート材を切断する自動シート切断装置に応用することが可能である。
また、同様の構造を、シートの打抜き機構（刃をパンチに、刃受けをダイに置き換える）などに応用するとシートの固定とダイの固定、交換を容易に行うことが可能となる。

１・・・刃受け部材
１２・・・被ボルト固定可動部品
１２ａ・・・貫通孔
１２ｂ・・・ネジ穴
１３・・・被ボルト固定部品
１３ａ・・・貫通孔
１３ｂ・・・段付部
１３ｃ・・・ネジ穴
１４・・・下敷き部品
１４ａ・・・刃受け部材用貫通孔
１４ｂ・・・材料用貫通孔
１４ｃ・・・ネジ穴
１５・・・ボルト
２・・・切断機構
２１・・・原反ローラ
２２・・・ピンチローラ
２２ａ・・・駆動ローラ
２２ｂ・・・加圧ローラ
２３・・・ステージ
２３１・・・溝
２３２・・・溝
２３３・・・吸引孔
２３４・・・雌ネジ部
２４・・・カッタホルダ
２５・・・ブラケット
２６・・・スライドガイド
２６ａ・・・スライダ
２７・・・ロッドエンドベアリング
２８・・・シリンダロッド
２９・・・マイクロメータ
３１・・・ロール材
３２・・・シート材
４・・・ベースプレート
５・・・円形刃

Claims (3)

1. 被切断物を載置するステージと、刃受け部材と、切断刃と、前記切断刃を動作させる機構と、被切断物を吸引固定する吸引手段とを有する切断機構であって、前記被切断物と前記刃受け部材は前記吸引手段で吸引されることを特徴とする切断機構。
2. 前記被切断物を載置する前記ステージと、前記ステージに設置された前記刃受け部材と、刃先を前記刃受け部材に対向させた前記切断刃と、前記切断刃を動作させる機構と、前記被切断物を吸引固定する前記吸引手段とを有する切断機構であって、
   前記ステージには溝が形成されており、前記吸引手段に接続される吸引孔が前記溝と前記ステージに設けられ、前記刃受け部材は前記溝に設置され、前記吸引孔の少なくとも一部が前記刃受け部材と接触することを特徴とする請求項１に記載の切断機構。
3. 刃受け部材を備えたステージ上に載置された被切断物の切断方法であって、
   前記ステージに形成された溝に設けられた吸引孔を介して吸引することにより、前記刃受け部材と前記被切断物との両方をステージに保持する工程と、
   前記刃受け部材に対向して設けられた切断刃と前記ステージとを相対的に移動させる工程とからなる、被切断物の切断方法。