JP2018171686A - 切断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】製造コストが低く、しかも切断刃の刃先にチッピングを生じにくい切断装置を提供する。【解決手段】切断刃を有するダイと、アンビルとを有し、ダイとアンビルの相対距離を縮める際に両者間に挟まれた被切断物であるワークを所望の刃先パターンに切断する切断装置であって、前記切断刃の刃先部の先端にランド面２１を有し、前記ランド面が刃先パターンに沿って２種類以上の材質（２３，２４）よりなる。具体的には切断刃の刃先部およびランド面は、鋼材２３と前記鋼材よりも高硬度を有する硬質材２４とで構成できる。【選択図】図３

Description

本発明は切断刃を有するダイと、アンビルとを有し、両者間に挟まれた被切断物であるワークを所望の刃先パターンに切断する切断装置に関する。

一般に切断装置は、製造のしやすさとコスト面から工具鋼等の鋼材製の切断刃を有している。ただし、鋼材の欠点として、摩耗しやすく製品寿命が短いことがあげられる。それを解決するために、いわゆる超硬合金製の切断刃が利用されている。しかし、切断刃全体を超硬合金などの硬質材で形成すると切断刃の製造コストが高くなり、また刃先が欠けやすく、いわゆるチッピングを生じやすいという欠点がある。

そこで特許文献１には、溶融状態の超硬合金を吹き付けて形成された溶射層全体を研削加工して、三角形状や台形状の凸状超硬部を形成する技術、およびロール表面に形成された凸部の表面全域に、前記溶射層を均一に成膜する技術が提案されている。

しかし、超硬合金の溶射層を研削加工して三角形状や台形状の凸状超硬部を形成するには、前記溶射層を厚くすることが必要であるが、溶射層を厚くするとその母材であるロールとの密着性が低下し、長期間使用していると溶射層が母材からはがれやすいことから、依然としてチッピングが発生するリスクが高い。また長期間の使用により凸状超硬部が摩耗した場合には、再度先端部全体に超硬合金を溶射して研削加工を行うことが必要であり、摩耗時の復元作業が大変で製造コストが高くなる。また、超硬合金を吹き付けた溶射層は、同じ超硬合金のバルク材に比べてもろいため、ロールの表面との加圧力が大きすぎると先端部に組織破壊を生じやすく、この点からもチッピングが発生するリスクが高い。また、ロール表面に形成された凸状部の表面全体に、溶射層を均一に成膜したものでは、超硬合金により鋭い刃先角度を有する刃先を形成することが困難であり、切断刃として構成するのが難しい。

また特許文献２には、２つの面をもつ切断刃の片方の面にのみ超硬合金を溶射した硬質膜を形成し、前記硬質膜の角部を所定の角度を有する刃先として機能させる技術、および前記切断刃の刃先よりも基部側に形成された凹部により、前記刃先を変位可能とさせ、前記刃先の組織破壊を防止する技術が提案されている。

しかし、前記硬質膜は同じ超硬合金のバルク材に比べて強度が低く、前記硬質層のみで構成される前記刃先はチッピングを生じやすい。また、再研磨の際に前記刃先の片面のみを研磨すると、前記刃先パターンの輪郭形状にずれが生じてしまう。また、前記刃先に過大な荷重がかからないようにするための前記凹部を刃先よりも根元側に形成したものでは、軸方向直線刃以外の刃先パターンにおける凹部へのチッピングが発生するリスクが高い。

特開２００１−８９６６号公報 特開２００４−２３７４１０号公報

本発明が解決しようとする課題は、製造コストが低く、しかも切断刃の刃先にチッピングを生じにくい切断装置を提供することにある。

本発明は、切断刃を有するダイと、アンビルとを有し、ダイとアンビルの相対距離を縮める際に両者間に挟まれた被切断物であるワークを所望の刃先パターンに切断する切断装置であって、前記切断刃の刃先部の先端にランド面を有し、前記ランド面が刃先パターンに沿って２種類以上の材質からなり、前記刃先部およびランド面が、鋼材と前記鋼材よりも高硬度を有する硬質材とで構成されることを特徴とするものである。

本発明の切断装置では、切断刃の刃先部の先端のランド面が刃先パターンに沿って２種類以上の材質からなり、具体的には切断刃の刃先部およびランド面が、鋼材と前記鋼材よりも高硬度を有する硬質材とで構成される。このように硬質材と鋼材で刃先部およびランド面を形成することにより、硬質材の耐摩耗性により刃先の摩耗量を少なくすることができ、寿命を長くできる。また、硬質材の厚みを厚くする必要がなくなり、鋼材との密着性が失われないため硬質材の剥がれ（チッピング）を防ぐことができる。また、刃先部およびランド面に鋼材が存在することにより、切断時に生じる前記硬質材への過大な荷重の負荷を緩和することができるので、前記特許文献２のように刃先部に凹部を形成する必要はなく、硬質材の組織破壊やチッピングを防ぐことができるだけでなく、この効果は切断方向には依存しないものとなる。

刃先が摩耗したときには、刃先部（前記硬質材と鋼材）の両側を再研磨することで、刃先を復元できる。このとき刃先部において前記２種以上の材質（前記硬質材と鋼材）の境界面が前記ランド面に対して垂直であるようにしておけば、刃先パターンの輪郭形状にずれを生じることなく、刃先を復元することができる。

本発明の実施の形態の一例であるロータリーカッターを示す図である。 本発明の実施の形態の他の例である反復カッターを示す図である。 本発明の切断装置における切断刃の刃先部の形態を断面から見た模式図である。 刃先部の形態の変形例を示す模式図である。

本発明の実施に適した形態を示す。

図１は本発明の実施の形態の一例であるロータリーカッターを示す図である。ロータリーカッターは切断刃３を有するダイカットロール１と、アンビルロール２を有し、両ロールの間に被切断物であるワークＷを挟み荷重をかけることによる切断を行なう。挟まれたワークＷはダイカットロール１の切断刃３の刃先部とアンビルロール２の間で荷重をかけられ、圧縮された上で破断（切断）する。

ダイカットロール１は代表的にはその切断刃３を胴部２２よりも５〜２０ｍｍ程度（径方向に）高く設けており、刃先部の先端である刃先は鋭利な形状ではなく平坦なランド面２１（図３参照）とされることが多い。これはチッピングが起らず、耐久性を保つために採用されている形状である。このランド面の幅２１は０．０１〜０．１ｍｍが適当な範囲である。

ダイカットロール１は、切断刃３以外の部分についてはその材質は問わず、切断に十分な程度に十分な剛性さえ得られればよい。ダイカットロール１には軸４が使用中にぶれるなどの現象を起こせば良好な切断ができなかったり、刃先を破損させたりするおそれがある。被加工性や費用の面を考慮すれば鋼材（鉄系材料）が適当である。より適当な材質は前述の工具鋼などを用いればよい。

アンビルロール２については、前述の鉄系材料やそれに超硬合金の表層を有するものを用いるのが好ましく、硬度は所定の範囲のものを用いればよい。

図２は、本発明の実施の形態の他の例である反復カッターを示す図である。反復カッターとは、ダイまたはアンビルの少なくとも一方の直線的な反復運動によりワークを切断する切断装置のことである。

図２に示す反復カッターは、切断刃３を有するダイ１２と、アンビル１１を有し、被切断物であるワークＷを挟み荷重をかけることにより切断を行なう。挟まれたワークＷは切断刃３の刃先部とアンビル１１の間で圧力をかけられ、圧縮された上で破断（切断）する。

圧縮にかける単位面積当たりの荷重はワークＷの厚さや材質によって大きく異なるが、１〜１０００ＭＰａのことが多い。

ダイ１２は代表的にはその切断刃３を胴部２２よりも５〜２０ｍｍ程度高く設けており、前述のロータリーカッターの場合と同様に、刃先部の先端である刃先は鋭利な形状ではなく平坦なランド面２１（図３参照）とされることが多い。ランド面２１の幅は０．０１〜０．１ｍｍが適当な範囲である。もちろん切断するワークの厚さなどによってこの値は変化する。

ダイ１２は、切断刃３以外の部分についてはその材質は問わず、切断に十分な程度に十分な剛性さえ得られればよい。被加工性や費用の面を考慮すれば鋼材（鉄系材料）が適当である。より適当な材質は前述の工具鋼などを用いればよい。

アンビル１１については、前述の鉄系材料やそれに超硬合金の表層を有するものを用いるのが好ましく、硬度は所定の範囲のものを用いればよい。

ダイ１２とアンビル１１を対向状態で互いに接近可能な筐体に設置し、アンビル１１とのオフセットを所定の数値にあわせ、少なくとも一方が直線的な反復運動を可能に設置すればよい。接近して、切断刃３とアンビル１１とに挟まれたワークＷが切断対象となる。駆動方式は油圧式やカム式などがあるが、いずれの機構においても実施が可能である。

以上に説明した切断装置を用いてワークの切断加工を行なう。

不織布、繊維、布、紙、プラスチック、樹脂、カーボン、金属箔、ゴム板など薄板状または箔状のワークに使用できる。ワークの送り機構は別途設け、ダイとアンビルの再接近時に切断を終了し、いったん離れ、次のワークが送られた状態でまた接近して切断という動作を繰り返す。

図３は本発明の切断装置における切断刃の刃先部の形態を断面から見た模式図である。刃先部は硬質材２４と鋼材２３の二つの材質で構成され、刃先部の先端であるランド面２１は硬質材のランド面３２と鋼材のランド面３１を有している。図４（ａ）のように硬質材と鋼材の境界面３５は、ランド面に対して垂直でなくてもよい。硬質材２４の厚みは１０ｍｍ以下の範囲であることが好ましく、さらに好ましくは０．００５〜２ｍｍである。また、鋼材の斜面３３と境界面３５とがなす角度を傾斜角α、硬質材の斜面３４と境界面３５とがなす角度を傾斜角βとすると、傾斜角αとβを合わせた角度は４０〜１２０度が好ましく、図４（ｂ）のように傾斜角αとβは等しくなくてもよい。

図４（ｃ）、（ｄ）のように硬質材２４と鋼材２３の境界面３５は２つ以上存在してもよい。

図４（ｅ）のように硬質材のランド面３２と鋼材のランド面３１は同水平面上になくともよい。すなわちランド面２１は必ずしも平坦である必要はない。ただし、刃先の加工性等を考慮すると、ランド面２１は図３のように平坦であることが好ましい。

なお、鋼材と硬質材で構成されている刃先パターンの一部を硬質材または鋼材のみで構成してもよいが、刃先パターンの全部を鋼材と硬質材で構成することが好ましい。

刃先部が摩耗した際には、軸中心を中心としてダイを回転させるなどの方法により、前記刃先部の先端に位置する鋼材のランド面３１と硬質材のランド面３２とが同一の円周面または平面上になるように硬質材２４と鋼材２３とを同時に研磨する。さらに、刃先部の鋼材の斜面３３および硬質材の斜面３４を研磨することで、刃先を復元できる。このとき、図３に示すように硬質材と鋼材の境界面３５がランド面に対して垂直であれば、硬質材の斜面３４と鋼材の斜面３３とを同時に研磨していくことにより、刃先パターンの輪郭形状にずれが生じることはない。なお、刃先パターンとは、ワーク（被切断物）を切断する際のワークの輪郭形状や、ワークに形成される線状の切断形状を指す。

前記硬質材２４は、刃先部に大きな荷重が集中してかかるために、容易に破壊されないように強度や靱性が高い材料の使用がより望ましい。前記硬質材２４は、例えばセラミックス、超硬合金などの材料であり、溶射膜、焼結合金、スパッタ膜であってよい。

前記超硬合金は、例えば高融点金属の炭化物であり、タングステン（Ｗ）とコバルト（Ｃｏ）およびカーボン（Ｃ）を含むいわゆる超硬合金を溶融状態として、前記刃先部の境界面３５に吹き付けて形成することができる。その溶射膜は、比較的薄く、しかも境界面３５に沿ってほぼ均一な膜厚で形成される。超硬合金の溶射膜が薄いと、鋼材に対する密着性がよく、また膜内の残留応力による膜剥がれが生じ難い。

前記刃先部の一部の材質はＷＣを主成分とすることが好ましい。ＷＣを主成分とする超硬合金は、耐摩耗性に優れ、製造もセラミックスなどの靱性が低い材料と比較すると容易である。製造コストや製造の容易さで特に優れているのは、ＷＣを主成分として金属バインダであるＣｏ、Ｎｉ、Ｆｅを添加した超硬合金である。また、この合金の一部を４ａ〜６ａ族金属およびそれらの炭化物、窒化物、炭窒化物を単独または複合で置換した材料でもよい。

前記刃先部の硬質材２４のロックウェルＡスケールの硬さをＨＲＡｃと表したとき、ＨＲＡｃ≧８５．０であることが好ましい。前記硬質材２４の硬さは、その耐摩耗性に直結する。刃先部の摩耗は、アンビルとワークを介して荷重が与えられるために、硬質材２４が硬さの低い材質であれば摩耗が進みやすくなり望ましくない。十分な耐摩耗性を得るためにはロックウェル硬さＡスケールで８５ＨＲＡ以上が望ましい。また、実用的な超硬合金やセラミックスなどで硬質材２４を形成する場合でも、８５ＨＲＡ以上が望ましい。

また、前記鋼材２３のロックウェル硬さＡスケールをＨＲＡｓと表したとき、（ＨＲＡｃ−ＨＲＡｓ）＞０とする。刃先の耐摩耗性を得るためにダイの刃先部の鋼材２３と硬質材２４の硬さは、硬質材２４のほうが高くなければならない。アンビル寿命を重視するのであれば、刃先部の硬質材２４の硬さ（ＨＲＡｃ）よりアンビルのロックウェルＡスケールの硬さ（ＨＲＡａ）をやや低くする（０＜ＨＲＡｃ−ＨＲＡａ≦５）。逆に刃先パターンの形状が複雑や加工しにくい形状の場合は、刃先部の硬質材２４の硬さ（ＨＲＡｃ）よりアンビルの硬さ（ＨＲＡａ）を十分低くすることにより（２≦ＨＲＡｃ−ＨＲＡａ≦１５．０）、刃先部の長寿命効果が得られ刃先部の再加工に要する費用や時間を短縮できる（２≦ＨＲＡｃ−ＨＲＡａ≦１５．０）。特にどちらかが問題にならなければ、ＨＲＡｃ−ＨＲＡａを２〜１０程度とすればよい。

刃先部への硬質材２４の被覆（設置）については公知の方法、すなわちコーティング材料をガス状にして蒸着するか、液体を用いてメッキのようにコーティングするか、合金粉を境界面３５に付着さて焼結させるか、あるいは固体または溶融した粒子を高速で衝突させる溶射やコールドスプレー法といった方法により行なうことができる。いずれの方法をとっても、硬質材２４の気孔率は１％以下、望ましくは０．２％以下がよい。

コーティングした表面は、緻密さや厚さが均一でないことが多い。そのために、精密な寸法を得て均一な状態とするために、機械加工を行なう必要がある。機械加工は、切削が不可能か十分な面の特性（平滑性や同心度など）が得られない場合は、硬質粒子のホイールを用いた研削加工により行なう。

一方、アンビルロール２またはアンビル１１の表面の面粗さはＲａ（２００１年度版ＪＩＳ）で、概ね０．１μｍ以下まで加工することが望ましい。

１ ダイカットロール
２ アンビルロール
３ 切断刃
４ 軸
１１ アンビル
１２ ダイ
２１ ランド面
２２ 胴部
２３ 鋼材
２４ 硬質材
３１ 鋼材のランド面
３２ 硬質材のランド面
３３ 鋼材の斜面
３４ 硬質材の斜面
３５ 境界面
α 鋼材の斜面と境界面がなす角
β 硬質材の斜面と境界面がなす角

Claims (6)

1. 切断刃を有するダイと、アンビルとを有し、ダイとアンビルの相対距離を縮める際に両者間に挟まれた被切断物であるワークを所望の刃先パターンに切断する切断装置であって、前記切断刃の刃先部の先端にランド面を有し、前記ランド面が刃先パターンに沿って２種類以上の材質からなり、前記刃先部およびランド面が、鋼材と前記鋼材よりも高硬度を有する硬質材とで構成される切断装置。
2. 前記硬質材のロックウェルＡスケールの硬さをＨＲＡｃと表したとき、
   ＨＲＡｃ≧８５．０である請求項１に記載の切断装置。
3. 前記アンビルのロックウェルＡスケールの硬さをＨＲＡａと表したとき、
   ０＜（ＨＲＡｃ−ＨＲＡａ）≦１５．０の関係を満たす請求項２に記載の切断装置。
4. 前記切断刃の刃先部において前記２種以上の材質の境界面が前記ランド面に対して垂直である請求項１から請求項３のいずれかに記載の切断装置。
5. 前記ダイがダイカットロール、前記アンビルがアンビルロールであり、両ロールの協働により両ロール間を進行するワークを切断する請求項１から請求項４のいずれかに記載の切断装置。
6. 前記ダイ又はアンビルの少なくともいずれか一方の直線的な反復運動によりワークを切断する請求項１から請求項４のいずれかに記載の切断装置。