JP2014037011A

JP2014037011A - スリッターナイフ

Info

Publication number: JP2014037011A
Application number: JP2012178943A
Authority: JP
Inventors: Satoru Nishio; 悟西尾; Tomoaki Watabe; 友朗渡部; Yoshihiro Inoue; 義博井上
Original assignee: Kanefusa Corp
Current assignee: Kanefusa Corp
Priority date: 2012-08-10
Filing date: 2012-08-10
Publication date: 2014-02-27

Abstract

【課題】安価で長寿命であるスリッターナイフを提供する。
【解決手段】スリッターナイフ１０は、第１の鋼と、この第１の鋼よりも結晶粒径が小さい第２の鋼とからなるクラッド鋼から形成される。スリッターナイフ１０は、第１の鋼からなる中間層１４と、この中間層１４の両側に配置されて、第２の鋼からなる一対の外層１６,１６とを備えている。一対の外層１６,１６は、中間層１４を挟んで対称な形状に形成され、両外層１６,１６に切刃１８が設けられている。
【選択図】図２

Description

この発明は、スリッターナイフに関するものである。

スリッターナイフは、帯鋼などの比較的薄い材料の縁部を切り揃えたりする等、材料を連続的に切断する際に多く用いられている(例えば、特許文献１参照)。特許文献１のサイドトリミング装置では、上下一対のスリッターナイフが、円盤状本体の周縁に形成された切刃を対向させた状態で回転可能に配設され、両スリッターナイフの間に材料を通すことで、上下の切刃によって材料を剪断するようになっている。スリッターナイフは、材料の切断に伴って切刃が摩耗して、次第に切れ味が悪くなるので、高速度工具鋼などの耐摩耗性に優れた鋼種が用いられることが多い。

特許２９８３１１８号公報特開平１０−１４６７１４号公報

ところで、耐摩耗性に優れた鋼種は、比較的高価であり、該鋼種を全体または多くの部分に用いると、スリッターナイフがコストアップしてしまう。また、特許文献２に開示のスリッターナイフの如く、円盤状本体の円周部をダイヤモンド状カーボンなどからなる硬質層で被覆することで、この硬質層により切刃の摩耗を抑制することが提案されている。しかしながら、硬質層で被覆したスリッターナイフは、切刃が摩耗した際に、研磨によって切刃を再生することはできず、全体を交換しなければならないので、結果としてコストアップしてしまう。

すなわち本発明は、従来の技術に係る前記問題に鑑み、これらを好適に解決するべく提案されたものであって、安価で寿命の長いスリッターナイフを提供することを目的とする。

前記課題を克服し、所期の目的を達成するため、本願の請求項１に係る発明のスリッターナイフは、
熱処理を経て形成される円盤状のスリッターナイフにおいて、
第１の鋼と、この第１の鋼よりも結晶粒径が小さい第２の鋼とからなるクラッド鋼から形成され、
前記第１の鋼からなる中間層と、この中間層の両側に配置され、前記第２の鋼からなる一対の外層とを備え、少なくとも一方の外層に切刃が設けられたことを要旨とする。
請求項１に係る発明によれば、第２の鋼よりも安価な第１の鋼からなる中間層と、第１の鋼よりも耐摩耗性に優れた第２の鋼からなる外層とから構成し、外層に切刃を設けているので、全体として安価で、かつ寿命を長くすることができる。

請求項２に係る発明では、前記一対の外層は、前記中間層を挟んで対称な形状に形成され、両外層に切刃が設けられたことを要旨とする。
請求項２に係る発明によれば、一対の外層を中間層を挟んで対称な形状に形成することで、応力分布のバランスがよくなり、歪み等の発生を抑制することができる。

請求項３に係る発明では、前記第２の鋼は、粉末高速度工具鋼であることを要旨とする。
請求項３に係る発明によれば、高い靱性、強度および耐摩耗性を備えた粉末高速度工具鋼を第２の鋼に用いることで、切刃の加工性および耐久性を向上させることができる。

請求項４に係る発明では、前記第１の鋼は、溶製高速度工具鋼または機械構造用合金鋼であることを要旨とする。
請求項４に係る発明によれば、溶製高速度工具鋼または機械構造用合金鋼を第１の鋼に用いることで、スリッターナイフ全体として必要な強度を安価に確保することができる。

請求項５に係る発明では、前記第１の鋼は、前記第２の鋼よりも靱性が高く設定されたことを要旨とする。
請求項５に係る発明によれば、第１の鋼を第２の鋼よりも靱性を高くすることで、熱処理に伴って膨脹・収縮する外層を中間層で柔軟に受け止めることができ、内部応力の発生を緩和することができる。

本発明に係るスリッターナイフによれば、安価で、かつ寿命を長くすることができる。

本発明の好適な実施例に係るスリッターナイフを示す正面図である実施例のスリッターナイフを示し、(ａ)は側面図であり、(ｂ)は図１のＡ−Ａ線断面図である。実施例の別例に係るスリッターナイフを示し、(ａ)は側面図であり、(ｂ)は図１のＡ−Ａ線に対応する部位で破断した断面図である。変更例のスリッターナイフを示し、(ａ)は正面図であり、(ｂ)は側面図である。切断試験を示す模式図である。

次に、本発明に係るスリッターナイフにつき、好適な実施例を挙げて、添付図面を参照して以下に説明する。

図１および図２に示すように、実施例に係るスリッターナイフ１０は、円盤状に形成されると共に中心を厚み方向に貫通する円形の軸孔１２が形成されており、この軸孔１２に支持軸を嵌め合わせて切断装置に配設される。そして、スリッターナイフ１０は、軸孔１２を中心に回転駆動または従動回転され、周縁に設けられた切刃１８を、紙や樹脂や金属等のシート状または板状の被加工材に押し当てて切断するようになっている。

前記スリッターナイフ１０は、複数種類の金属を張り合わせて複層に構成されたクラッド鋼から形成され、焼き入れなどの熱処理や、必要に応じて行われる研磨などその他の処理を経て製造される。前記クラッド鋼は、第１の鋼と、この第１の鋼よりも結晶粒径が小さい第２の鋼とからなり、第１の鋼を挟む両側に第２の鋼が配置された３層構造になっている。第１の鋼は、第２の鋼の結晶粒径より大きくなる比較的低品位な鋼種が採用される。これに対して、第２の鋼は、比較的高品位な鋼種が採用され、その結晶粒径が、オーステナイト結晶粒度試験法(ＪＩＳＧ０５５０１)で１０以上にあるものを用いることができる。なお、一般的に鋼は、結晶粒径が小さくなる程、強度や耐摩耗性などの物性が向上し、これに対して結晶粒径が大きくなる程、強度や耐摩耗性などの物性が低下する。

前記第１の鋼としては、クロム鋼(SCr)、マンガン鋼(SMn)、マンガンクロム鋼(SMnC)、クロムモリブデン鋼(SCM)、ニッケルクロム鋼(SNC)、ニッケルクロムモリブデン鋼(SNCM)、アルミニウムクロムモリブデン鋼(SACM)等の機械構造用合金鋼、または溶製高速度工具鋼など、組み合わせられる第２の鋼と比べて安価なものが用いられる。また、第１の鋼は、組み合わせられる第２の鋼と比べて靱性が高いものが好ましく、例えば含有炭素量が０．４％〜１．０％の範囲にあるものを用いることで、熱処理に際して必要な強度および高い靱性が得られる。なお、第１の鋼の含有炭素量が０．４％未満であると、熱処理に際して必要な強度が得られず、１．０％を超えると、靱性が不足して内部応力の残留などの問題が生じるおそれがある。

前記第２の鋼としては、溶製高速度工具鋼や粉末高速度工具鋼などの高速度工具鋼など、組み合わせられる第１の鋼と比べて強度および耐摩耗性に優れたものが用いられ、この中でも粉末高速度工具鋼が好適である。溶製高速度工具鋼が第２の鋼として選択される場合は、第１の鋼として該溶製高速度工具鋼よりも結晶粒径が大きい鋼種が選択される。第２の鋼は、例えば含有炭素量が１．０％〜２．２％の範囲にある高速度工具鋼を用いることで、必要とされる靱性、強度および耐摩耗性が得られる。なお、第２の鋼の含有炭素量が１．０％未満であると、耐摩耗性が低下し、２．２％を超えると、靱性が不足して刃欠けなどの問題が生じるおそれがある。粉末高速度工具鋼は、粉末冶金法によって得られ、均一微細化された組織を有する鋼種であり、溶製高速度工具鋼は、粉末冶金法以外の方法によって得られ、粉末高速度工具鋼よりも組織が粗い一般的な高速度工具鋼を指す。

前記クラッド鋼から形成されるスリッターナイフ１０は、第１の鋼からなる中間層１４と、この中間層１４の両側に配置され、第２の鋼からなる一対の外層１６,１６とを備え、少なくとも一方(図１の例では両方)の外層１６に切刃１８が設けられている。このように、スリッターナイフ１０は、第２の鋼からなる外層１６が外側に位置するよう、厚み方向に２種類の鋼が互い違いに重なった３層構造になっている(図２参照)。また、スリッターナイフ１０は、一対の外層１６,１６が中間層１４を挟んで対称な形状に形成され、両外層１６,１６が中間層１４を間にしてバランスよく配置されている。より具体的には、スリッターナイフ１０は、その厚み方向中央を挟んで中間層１４の外形および厚みが同一な対称形状に形成されると共に、一対の外層１６,１６が厚み方向中央を挟んで外形および厚みが同一な対称形状に形成される。

前記スリッターナイフ１０では、外層１６と比べて中間層１４の厚みが大きく設定され、多くの部分が中間層１４で構成される(図２参照)。中間層１４および外層１６の厚みは、切断する被加工材や条件等に応じて設定されるが、例えば中間層１４の厚みを２ｍｍ〜３０ｍｍの範囲に設定すると共に、外層１６の厚みを０．１ｍｍ〜１．５ｍｍの範囲で設定すれば、スリッターナイフ１０の一般的な用途で性能を確保できる。ここで、スリッターナイフ１０の一般的な用途とは、紙、樹脂または金属からなる厚み０．１ｍｍ以下のシート状被加工物の切断から、厚み３．２ｍｍ程度の金属製の板状被加工物の切断までが代表される。外層１６の厚みが０．１ｍｍ未満では、対向配置された一対のスリッターナイフ１０,１０の切刃１８,１８が互いに接触しながら切断を行うと、比較的柔軟な樹脂製のシート状被加工物であっても切刃１８の実用的な耐久性が得られない。また、３．２ｍｍ程度の金属製板状被加工材を切断する場合には、外層１６の厚みが１．１ｍｍ以上あるのが望ましく、耐久性を考慮するならば外層１６の厚みを１．５ｍｍとするのがより望ましい。なお、外層１６の厚みが１．５ｍｍを超えると、中間層１４をなす第１の鋼と比べて高価な外層１６をなす第２の鋼の割合が大きくなり、クラッド鋼を用いるコスト的なメリットが小さくなる。

前記スリッターナイフ１０は、外層１６によって構成された外周面の縁部と平坦な端面とが交差する角が切刃１８となっている(図２参照)。スリッターナイフ１０は、図２に示すように、外周面全体が厚み方向に沿って直線的に延在するよう形成され、外層１６に略直角な切刃１８が設けられる。また、図３に示す別例のスリッターナイフ２０のように、外周面を厚み方向中央側から端面側に向かうにつれて半径方向外側へ傾くよう傾斜形成してもよく、外層１６に鋭角な切刃１８が設けられる。このように、スリッターナイフ１０,２０は、外周面を平坦な形状としたり、外周面を厚み方向中央が半径方向内側へ湾曲状またはＶ字状に凹んだ形状とすることで、切刃１８の角度が被加工材や条件等に応じて調節される。

次に、スリッターナイフ１０の製造方法について簡単に説明する。クラッド鋼は、第１の鋼の表裏両側に第２の鋼を重ね合わせて、重ね合わせた材料を加熱炉で加熱した後に圧延し、第１の鋼と第２の鋼を冶金的に接合させることで得られる。ここで、クラッド鋼では、第１の鋼を挟んで第２の鋼が対称に配置されている。円形に切り出したクラッド鋼に対して、必要に応じて焼きならしや焼きなましを行って歪み取った後に、更に焼き入れや焼き戻しなどの熱処理を行い、第１の鋼および第２の鋼を硬化させる。そして、必要に応じて研磨によって切刃１８などを整える仕上げ処理を経て、第１の鋼からなる中間層１４を挟んで第２の鋼からなる外層１６,１６が対称に形成されたスリッターナイフ１０が得られる。

実施例のスリッターナイフ１０によれば、切刃１８をなす外層が耐摩耗性および強度に優れた第２の鋼で構成されているので、製品寿命を向上させることができる。例えば粉末高速度工具鋼は、溶製高速度工具鋼と比べて４倍以上の価格であるが、スリッターナイフ１０は、全体を第２の鋼で構成するのではなく、中間層１４を第２の鋼よりも品位が低い故に安価な第１の鋼で構成しているので、全体としてコストを抑えることができる。しかも、クラッド鋼から形成されたスリッターナイフ１０は、第１の鋼と第２の鋼とが原子レベルで圧着しているため、外層１６が中間層１４からめっき等の後加工で被覆される被膜のように剥がれたりしない。そして、スリッターナイフ１０は、切刃１８の強度を増すために被膜等の後加工を行わないので、摩耗した切刃１８を研磨して再生することでができ、一層の長寿命化を図り得る。特に粉末高速度工具鋼は、組織が微細・均一であり、靱性と強度と耐摩耗性とを高いレベルで兼ね備えているので、粉末高速度工具鋼で外層１６を構成することで、欠けや丸みの小さいしっかりとした切刃１８を形成することができる。従って、切刃１８の加工性および耐久性を向上させることができる。また、溶製高速度工具鋼または機械構造用合金鋼を第１の鋼に用いることで、スリッターナイフ１０全体として必要な強度を安価に確保することができる。

前記スリッターナイフ１０は、中間層１４を外層１６よりも靱性が高い鋼で構成することで、焼き入れ硬化時に膨脹・収縮する外層１６の変化を中間層１４で柔軟に受け止めることができ、内部応力の発生を緩和することができる。また、スリッターナイフ１０は、中間層１４を挟んで一対の外層１６,１６が対称に配置されているので、焼き入れ硬化時に膨脹・収縮する両外層１６,１６に伴う内部応力が中間層１４を挟んでバランスよく生じるから、歪み等の発生を抑制することができる。

(実験例)
第１の鋼としてのクロムモリブデン鋼(ＪＩＳ規格：ＳＣＭ４４０)の両側を、第２の鋼としての粉末高速度工具鋼(商品名：ＨＡＰ４０：日立金属株式会社製)で挟むように構成した実験例１のクラッド鋼を製造した。実験例１のクラッド鋼から円形に切り出した後に、所定の熱処理を行い、直径２３５ｍｍ、厚み５ｍｍで形成された実験例１のスリッターナイフを得た。ここで、熱処理は、１１６０℃で１２分間焼き入れを行った後に、冷却した。実験例１のスリッターナイフは、厚み４ｍｍの中間層の両側に厚み０．５ｍｍの外層が配置され、切刃等の全体的な形状を図１に示す実施例と同じとしている。なお、実験例１のスリッターナイフには、直径１２０ｍｍの軸孔が形成されている。

第１の鋼としての溶製高速度工具鋼(ＪＩＳ規格：ＳＫＨ２)の両側を、第２の鋼としての粉末高速度工具鋼(商品名：ＨＡＰ４０：日立金属株式会社製)で挟むように構成した実験例２のクラッド鋼を製造した。実験例２のスリッターナイフは、実験例２のクラッド鋼から形成する以外については、実験例１と同一条件および形状で製造した。

比較例１として、実験例において第２の鋼として用いた粉末高速度工具鋼(商品名：ＨＡＰ４０：日立金属株式会社製)だけからなるスリッターナイフを製造した。比較例２として、実験例２において第１の鋼として用いた溶製高速度工具鋼(ＪＩＳ規格：ＳＫＨ２)だけからなるスリッターナイフを製造した。比較例１および２のスリッターナイフは、素材以外は実験例１と同一条件および形状で製造されている。

実験例および比較例のスリッターナイフＫを図５に示す模式図のように用いて、１００ｍ／ｍｉｎの送り速度で移送される被加工材(ステンレス鋼板：厚さ２ｍｍ)Ｎを切断し、各スリッターナイフＫの耐用期間を試験した。なお、当該切断試験では、図５の拡大図に示すように、バリ、カエリＥ１またはダレＥ２の何れかの加工不良が被加工材Ｎに生じた際に、耐用期間を終えたと判断した。

実験例１および実験例２のスリッターナイフは、比較例２よりも高い耐久性を示すと共に、比較例１と遜色がない耐久性を示すことが判った。ここで、実験例１のスリッターナイフは、実験例２のスリッターナイフよりも耐久性が劣る結果が出た。これは、実施例１のスリッターナイフの中間層を構成するクロムモリブデン鋼が溶製高速度工具鋼と比べて焼き入れ硬化能が低いことから、実験例１のスリッターナイフ全体の強度が実験例２よりも劣り、切断時に作用する力で切刃が僅かに塑性変形して、実験例２のスリッターナイフの噛み合わせに隙間が生じたためであると推測される。

(変更例)
前述した構成に限定されず、以下のように変更することも可能である。
(１)図４に示す変更例のスリッターナイフ３０のように、外周面を厚み方向の一方から他方に向かうにつれて半径方向外側に傾く傾斜面で形成し、外方へ延出した側の外層１６に切刃１８を設ける構成であってもよい。この場合であっても、中間層１４を挟んで一対の外層１６,１６を対称に配置した状態で熱処理を行えば内部応力をバランスよく発生させることができ、熱処理後に研磨により外周面を斜めに形成すればよい。すなわち、熱処理に際して両外層１６,１６の厚み方向の対称性が担保されていれば、得られたスリッターナイフを厚み方向に非対称な形状としてもよい。
(２)切刃の形状は、前述した構成に限定されず、片刃や両面が傾斜した両刃等、様々な形状を選択可能である。

１４中間層，１６外層，１８切刃

Claims

熱処理を経て形成される円盤状のスリッターナイフにおいて、
第１の鋼と、この第１の鋼よりも結晶粒径が小さい第２の鋼とからなるクラッド鋼から形成され、
前記第１の鋼からなる中間層(14)と、この中間層(14)の両側に配置され、前記第２の鋼からなる一対の外層(16,16)とを備え、少なくとも一方の外層(16)に切刃(18)が設けられた
ことを特徴とするスリッターナイフ。
前記一対の外層(16,16)は、前記中間層(14)を挟んで対称な形状に形成され、両外層(16,16)に切刃(18)が設けられた請求項１記載のスリッターナイフ。
前記第２の鋼は、粉末高速度工具鋼である請求項１または２記載のスリッターナイフ。
前記第１の鋼は、溶製高速度工具鋼または機械構造用合金鋼である請求項１〜３の何れか一項に記載のスリッターナイフ。
前記第１の鋼は、前記第２の鋼よりも靱性が高く設定された請求項１〜４の何れか一項に記載のスリッターナイフ。