JP3715432B2 - 違相のセレーションを有する溝切り刃 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般にナイフ又は刃に関し、更に詳細には、段ボールに溝(slot）を形成するための溝切り刃に関する。
【０００２】
【従来の技術】
中量用ないし重量用パッケージ箱は一般に、段ボールから製造される。段ボールシート材を適切な寸法に切断し、段ボールの適切な位置に溝及び折曲げ部分を形成し、２つの端部を接着して連続ループを形成する。これらの作業は一般に、折曲げ、溝切り、及び接着作業を全部実行可能な市販の機械で行なわれている。その結果得られる製品は次に顧客に出荷され、顧客は次に段ボールを適切な位置で折り曲げて、通常矩形の筒状体を形成し、溝によって作成されたフラップ(flap）を使用して、箱の両端を形成する。
【０００３】
１００％新しい紙（用）繊維から製造される段ボールの場合、溝は一般に、所望の溝の幅に対応した間隔の分だけ離された鋭利な刃を有する溝切り刃を用いて形成される。１つ以上の溝切り刃が、段ボールシート材より下に配置された２つの雌刃間であって、段ボールシート材より上にある回転溝切りヘッドに取り付けられている。雄刃の外側が雌刃の内側と相互作用して、ハサミのような方法で段ボールに溝を剪断する。天然繊維は比較的弱いので、段ボールから引き出される繊維はあまりないのでエッジのほつれもほとんどなく、形成される溝は比較的きれいである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、今日の市場では、１００％新しい紙繊維から段ボールを製造することは一般的ではない。現在、段ボールは一般的に、新しい紙繊維と再生（された）紙（用）繊維と合成繊維の組合せによって製造されている。１００％天然繊維段ボールに溝を形成するために使用される従来の溝切り刃では、再生紙繊維がきれいに切断されないことがしばしばあるので、きれいに成形された溝を形成することができない。それどころか、再生紙繊維が雄溝切り刃に捕捉され、段ボールシート材から引き出され、結果的にエッジのほつれや不均一な形状の溝が形成される。
【０００５】
段ボール箱の最終使用者はしばしば、清潔さ及び清潔な外観が最重要である産業界や食品業界に属するので、そのようなほつれたエッジは受け入れられない。それは、箱が汚いという印象だけでなく、その中の製品も汚くて所望の美観以下であるという印象を与える。
【０００６】
最近の従来技術の刃は、曲線切断面を有する通常の刃より良好に段ボールを切断するように装備された、切断エッジに沿った歯(teeth）又はセレーション（のこ歯状切り欠き、serration)を使用している。刃を形成するために使用される機械加工手順に従うと、通常、切断刃の両側のセレーションが一連の機械加工で整列され、溝を横切って同軸線にそって段ボールを貫通するようにされる。故に、両側の輪郭線は相互に鏡像を成し、セレーションが段ボールを穿孔して貫通した位置の周囲には繊維が残る。これによって溝の剪断の完璧さは低下し、溝に隣接した段ボールの側部からの繊維の引き出しが増加し、故にエッジのほつれ（frayed）も増加する。
【０００７】
更に、段ボールの生産における再生繊維の使用の増加によって、段ボールに溝を形成するために使用される刃は、摩耗性繊維を処理することが多くなり、遂には切断エッジが破砕され、刃が鈍ったりする結果となる。従来の刃は、切断面と相対する側面との間の接合部のみに鋭利な刃が設けられており、これらが破砕したり摩耗すると、切断効果は失われる。上述の最近の刃は切断エッジに沿ったセレーションを含むが、セレーションもエッジに沿って設けられているだけであり、これらが破砕或いは摩耗すると、それらの切断効果も同様に失われる。
【０００８】
本発明は主に、再生段ボールシートを含む幅広い範囲の段ボールシートに、きれいに剪断された溝を形成することのできる雄溝切り刃を提供することを意図している。
【０００９】
本発明の目的は、再生段ボールシートに含まれる再生繊維の摩耗性効果に抵抗できる、耐久性の高い雄溝切り刃を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
これらの意図及び目的に従うと、本発明の特徴は、２組のセレーションを備えた切断面を有する雄溝切り刃を提供することである。１組のセレーションは切断面の一側に隣接して設けられ、第２組のセレーションは刃の第２の側に隣接して設けられ、それらの間には谷が形成されている。それにより、刃は、エッジのほつれを生じることなく、段ボールの溝をよりきれいに剪断することができる。
【００１１】
本発明の別の特徴は、切断面の一側に１組のセレーションが設けられ、切断面の他側に第１組のセレーションとオフセットの位置で、すなわち違相（out-of-phase）の第２組のセレーションが設けられることにより、溝切り刃のきれいな剪断効果を高めた切断面を有する雄溝切り刃を提供することである。
【００１２】
本発明の更に別の特徴は、セレーションを切断刃の側面に沿うのみでなく、セレーションの間に形成された谷の中にまで深く機械加工することである。従って、切断エッジが再生繊維によって破砕したり摩耗したりしても、刃がセレーションの深さ全体にわたって鋭利な切断面が提供されているので、もって長く持続性及び高い耐久性を有する刃が得られる。
【００１３】
本発明の上記及びその他の目的及び利点は、添付の図面に則して述べる以下の詳細な説明から一層明白になるであろう。
【００１４】
本発明は様々な変形例や代替的構成が可能であるが、特定の実施形態について図面に示し、以下に詳細に説明する。しかし、開示する特定の形態に本発明を制限するつもりはなく、請求の範囲によって規定される本発明の精神及び範囲に該当する全ての変形例、代替的構成、及び均等物を網羅することを意図していることを理解されたい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１に、段ボールシート２６と相互作用して溝２４を形成するスロッタヘッド２２の動作の原理を示した溝切りシステムを非常に簡略に示す。雄スロッタ刃２０がスロッタヘッド２２に取り付けられており、段ボールシート２６に溝２４を形成するための作動中の状態を示している。従来の場合と同様に、スロッタヘッド２２が軸２８を中心に回転され、段ボールシート２６が台３０に沿って供給されると、刃２０が段ボールシート２６と係合して溝２４が形成される。雌回転刃３１が、その間に雄刃２０を受容するように設けられており、以下で詳細に説明するように、はさみのような方法で段ボール２６を切断する。
【００１６】
図には示していないが、スロッタヘッド２２が回転軸に取り付けられ、多くの刃を収容するための機構が設けられていることが当業者に認識されているであろう。更に、段ボールシート２６が、所望の位置に溝２４が置かれるように計算された速度で、台３０上に供給されることと、上記速度が数値制御装置又は従来のオペレータ入力機能を備えた中央処理装置によって計算及び制御されることとが、当業者には認識されているであろう。
【００１７】
段ボールシート２６に溝２４が形成されて、シート２６の適切な位置に折曲げ部３３が設けられた後、シート２６は箱又はパッケージに形成されることができる。段ボール箱は一般に食品を梱包するために使用されるので、きれいな線及びほつれのないエッジを有する溝２４を段ボール２６に形成することは重要である。段ボール箱の購入者がそのような要求するのは、縁のほつれた箱は審美的に不体裁であり、結果的に彼らの製品の清潔なイメージが低下するからである。
【００１８】
今日、段ボール箱は一般的に、再生繊維か、或いは再生繊維と新しい繊維との混合物から製造された段ボールから製造されている。再生繊維には、紙繊維だけでなく、合成繊維も含まれることがある。再生紙段ボールに含まれる短い再生紙繊維や合成繊維は、従来の溝切り刃で溝を切って、しかもほつれの無い縁を得ることは困難であることが立証されている。
【００１９】
本発明に従った刃２０は、合成繊維を含む段ボールシートであっても、効果的に溝を切ることができるように特別に形成されている。図２に最もよく示すが、刃２０は、前方側面３４、その反対側の後方側面３６、第１端面３８、第２端面４０、取付面４２、及び切断面４４を有する弧状板３２を含む。１実施形態では、弧状板３２は約５７°のスパンであるが、所望の溝２４の形状及び長さによって異なるスパンも可能である。また、好適な実施形態では、弧状板３２は、ロックウェルＣ硬さ定格が、５８〜６０の工具鋼で形成されている。これにより、摩耗特性が向上された、比較的費用効率の高い刃が得られる。
【００２０】
図２から分かるように、切断面４４には、チャネル４８の両側に配置した多数のセレーションが設けられている。第１組のセレーション５０は左側面３４に合わせて整列され、第２組のセレーションは右側面３６に合わせて整列されている。ここで図３を参照すると、各セレーションは山５４と谷５６から成っており、山５４と山５４の間は所定の距離となっていることが分かる。好適な実施形態でこの距離は約３／１６"である。
【００２１】
また、図３及び図４に示すように、チャネル４８の一側の第１組のセレーション５０は、チャネルの他側の第２組のセレーション５２とは整列していない。むしろ、第１組のセレーション５０と第２組のセレーション５２は、相互に１８０°の違相であり、この点の重要さについては以下で詳しく説明する。また、図２及び図３に示すように、切断面４４は更に、前縁６０に隣接したハンマ部５８を有する。チャネル４８は後縁６２からハンマ部５８まで延びており、溝２４に端部切込み６６を形成する機構として、横方向切断エッジ（transverse cutting edge）６４が形成されている。ハンマ部５８が無い場合、溝２４は側面切込み６８と一緒に形成されるが、端部切込み６６を形成する機構が無いので、溝２４は、段ボール２６に蝶番式に付いたまま維持される。図１に最もよく示すように、切断エッジ６４は第１組のセレーション５０及び第２組のセレーション５２と連続しており、これによって端部切込み６６が形成される。
【００２２】
次に、図５及び図６に、共通底部（mutual base）７４を共有する前方傾斜側面７０及び隣接する後方傾斜側面７２を有するチャネル４８を示す。第１組のセレーション５０及び第２組のセレーション５２は、前方傾斜側面７０及び後方傾斜側面７２と、左側面３４及び右側面３６とに形成されている。
【００２３】
図５と図６を比較することによって分かるように、各山５４及び各谷５６は弧状板３２の左側面３４及び右側面３６に形成された両側面３４、３６から内方に前方傾斜側面７０及び後方傾斜側面７２にも延びている。谷５６は傾斜側面を底部７４に向かって延びてポケット７６を形成し、山５４も傾斜側面を底部７４に向かって延びてベベル７８を形成している。こうして山と谷は、側面３４又は３６の位置では鋭利に形成されているが、刃の中心では底部７４に向かって含まれている。従って、切断面４４は、側面３４、３６と切断面４４の接合部だけでなく、ポケット７６及びベベル７８の深み全体に沿っても鋭利な切断エッジを有することができる。刃２０が使用され摩耗してくるにつれて、更に深みにあるポケット７６及びベベル７８に近づくされるようになる。従って本発明は、より長持ちする、より鋭利な切断面４４を備えている。
【００２４】
次に、位置をずらしたセレーション５０、５２の意味について説明する。左側面３４の各山５４及び各谷５６が、右側面３６の各山５４及び各谷５６と違相であることは、図３を見ると最もよく理解できる。単に鋭利にされたエッジを有する刃の側面に直交する切断面を有する従来の溝切り刃が、雌回転刃と協働して雌回転刃と協動して段ボールをはさみのような方法で切断するの相対して、本発明はセレーション５０、５２を使用して、従来の刃で可能な程度よりいっそう容易に段ボールシート２６を穿孔し貫通する。例えば、従来の刃の場合、切断エッジはほぼ直線的であり、切断面全体が段ボールと係合すると同時に、溝を段ボールから圧迫する傾向がある。この圧迫効果は、段ボールシートの溝に隣接する部分から繊維を引き出す傾向があり、その結果エッジにほつれが生じる。しかし、本発明の刃２０は、セレーション５０、５２を設けることにより、山５４が最初にシート２６と係合し、谷５６によって設けられる刃に沿って段ボール内を駆動していくので、段ボールシート２６を容易に貫通し通過することができる。
【００２５】
本発明でこの効果は、切断面４４に設けられ、チャネル４８によって分離され、違相の配向状態に配置された２組のセレーション５０、５２によって増強される。同相のセレーションを有する刃とは異なり、セレーション５０、５２を示す本発明の側面の輪郭線は、図３に示すように、より鋸歯状で、側面の輪郭線では、各セレーション５０が、チャネル４８の向こうに位置するセレーション５２によって分離されている。この結果、溝２４の長手方向軸線に沿ってより多くの位置でセレーション５０、５２が段ボールを貫通することにより、溝に対する刃２０の圧迫効果が軽減され、穿孔及び剪断効果が増強される。
【００２６】
この効果は、溝２４の幅を横切るのに充分な長さの繊維が段ボール２６に含まれる場合に、いっそう顕著になる。このような状況では、繊維が、同相セレーションと合致するように溝２４の両側にまたがって延びる可能性はあまりないが、実際問題として、繊維は、セレーションの山が任意の繊維をまたぐように位置するかもしれず、従って繊維を切ることができないことがある。しかし、本発明の場合、セレーションの側面輪郭線には２倍の数の鋸歯を有しており、従って溝２４の長手軸に沿ってセレーション５０、５２が段ボール２６を貫通する位置も２倍になる。このため、繊維がセレーション５０、５２によって係合され、剪断される可能性は必然的に倍加する。
【００２７】
刃２０は更に、切断面４４の反対側に取付面４２を含む。図１及び図３に最もよく示すように、取付面４２は、好適な実施形態では切断面４４の弧と一致する５７°の弧を有する弧状の表面である。取付面４２は、入口８２と半円形端部８４とを有する１対の切欠き８０を含む。好適な実施形態では、従来のスロッタヘッド２２のＴボルトを受容するように、入口８２を幅９／１６"に製造し、代替実施形態では、様々な直径のねじ穴や非ねじ穴を同様に使用する。刃２０を取り付けるスロッタヘッドの型によって、異なる数の切欠き８０や、異なる幅や形状の切欠きを使用できることは言うまでもない。
【００２８】
動作時には、段ボールシート２６が台３０に沿って進んだときに刃２０が段ボールシート２６と係合して溝２４を形成するように、刃２０が回転可能なスロッタヘッド２２に取り付けられる。刃２０は、対の雌回転刃３１の間で段ボールシート２６と係合される。刃２０の左側面３４と右側面３６は、雌刃３１の内部側面と協動して、はさみのような方法で作動し、段ボール２６に溝２４を切る。シート２６は、刃２０の前縁６０が段ボールシート２６の前縁と係合するように、台３０に沿って並べられる。刃２０の回転が終わると、ハンマ部又はチップ４８が段ボールシート２６と係合し、切断エッジ６４は段ボールシート２６を切り進み、端部切込み６６を形成し、溝２４が完全に形成される。
【００２９】
刃２０が連続して使用されると、段ボール２６の摩耗性繊維により、刃２０は最終的に摩耗され、セレーション５０、５２の一部が破砕される。しかし、山５４と谷５６を、対応するポケット７６とベベル７８を設けるように形成することによって、セレーション５０、５２の一部が破砕されても、切断面４４には鋭利な切断面が繰返し現われる。この結果、先行技術で得られるよりずっと高い耐久性の刃が実現され、使用者のコスト削減におけるその有意性が最終的に明らかになる。
【００３０】
更に、相互に違相のセレーション５０、５２を設けることにより、結果的に刃２０によって形成される切込みは、従来技術の溝切り刃により可能になるよりずっときれいになり、ほつれがずっと少なくなる。セレーション５０、５２は、溝２４の長手方向軸線に沿ってより多くの位置で段ボール２６を貫通し、より多くの位置で段ボール２６の繊維を直接切断するので、刃２０が段ボール２６を貫通する回転を続けるときに、刃２０の溝２４に対する圧迫効果が減少されて剪断効果が増強される。圧迫によって段ボール２６の溝２４に隣接する側面から繊維が引き出される傾向があって結果的にエッジにほつれが現われるが、剪断ではそういうことがないので、本発明は結果的にエッジのほつれがほとんどない。
【００３１】
セレーションの鋸歯の構成や、刃のエッジに沿って及びエッジ間に配置されたセレーションの鋸歯の相互関係は、任意でも単純な選択でもない。実際、歯を形成するプロセスは、所望の歯の性質によって、単純にも、きわめて複雑にもなり得る。例えば、直線状の鋸歯状の歯は、刃全体にわたって各歯をフライス削りすることにより、比較的容易に切ることができ、また、同相の歯も、刃全体にわたってフライスツールや研削ツールを切断エッジから切断エッジに連続的に通すことにより、各歯を形成することは比較的簡単である。しかし、本発明の違相の鋸歯や傾斜した歯を形成するには、以下で説明する特別な機械加工プロセスが必要である。
【００３２】
従って、本発明は、図７及び図８に図式的に示すように、上記の溝切り刃を製造する方法をも包含する。図７は、弧状のブランク（半加工品）から始める初期フライス削り作業を示す。回転フライスツール９０をブランク３４に係合して、弧状の溝６２を形成する。ツール９０はボールエンドミルであり、所定の直径を有し、それぞれの壁に２つの鋭利なエッジを形成するために、ブランクのエッジ４４を貫通するようにセットする。エッジはこの時点では鋸歯化していない。実際には、ブランク３４が円弧の中心の周りを回転するように、ブランク３４をワークピース受台に取り付け、ボールミル９０をエッジ４４と係合させて、中心に弧状のチャネル６２を形成する。ハンマ６６を形成するために、ワークピースの端部に達する前にワークピースからツール９０を引き抜く。
【００３３】
中央チャネル６２を形成した後、小型のボールエンドミルを利用して、最初円滑だった切断エッジにセレーションを形成する。図８に矢印で図式的に示した運動をする多軸フライス削りツールを使用して、セレーションを形成できることは理解されるであろう。こうして、ワークピース３４が矢印１００で示すように中心円弧を中心に回転されると、ツール９０ａ及びワークピース３４は、相互に対して複雑な章動状（nutating-like motion）運動を行ない、位置のずれた鋸歯状切断エッジが形成される。このように、ワークピース３４が矢印１００で示すように中心の周りを回転すると、ワークピース３４は矢印１０１で示すようにエッジからエッジに移動して、ツール９０ａが矢印１０２で示すように出入りを繰り返すので、歯間にセレーションが形成される。こうして、歯５４の先端は、図７で形成されたワークピースのエッジ６２ａとほぼ同じ高さになる。材料がツール９０ａで除去され、隣接する山の間にセレーションが形成される。ボールエンドミル９０ａの直径により、山と山との間の距離が決定されることを理解されたい。ツール９０ａが端壁を貫通して、山５２の間に谷５６を形成した後、エンドミルがチャネルの中心に向かい、同時にワークピース３４の回転中心に向かって移動するように、ワークピース３４及びツール９０ａを運動させ、傾斜したセレーションが形成される。ワークピース３４は矢印１００で示すように回転し続け、次にフライス削りツール９０ａは反対側の切断エッジに接近し始め、その時点で多軸フライス削り盤によって生じる複雑な運動により、ツール９０ａは反対側の切断エッジに接近しながら、ワークピース３４の半径に沿って手前に引っ込み始め、反対側の切断エッジの谷によって分離された対の山を形成する。軸１００に沿った調整された回転により、これらの山と谷は、その前に反対側の切断エッジに形成された山と谷の対に対して１８０°の違相で形成される。こうして、溝６２全体がこの第２作業によって機械加工され、ワークピースの対置する端部に沿って、それぞれの切断エッジにおけるセレーションの山が約１８０°違相の、２つの円滑な鋸歯付き切断エッジが形成されるまで、ワークピース３４を回転しながら、ワークピース及びツールはこの章動を実行し続ける。
【００３４】
以上の説明から、本発明が、従来技術で得られるよりも耐久性が高く、長持ちするのみでなく、きれいでほつれが少なく、より均等な形状の溝が結果的に得られる、再生段ボールに溝を生成するための新規な改良型雄溝切り刃を実現するものであることが理解され得る。切断面を刃内に機械加工して、刃が繰返し使用されるに従って徐々に切断面の深い部分にアクセスすることができるので刃は耐久性が高く、従来技術の装置のように刃をしばしば交換する必要がない。この結果、箱の製造者だけでなく、箱の最終使用者にとってもコストの削減になる。よりきれいに成形された溝を切ることにより、溝切り作業から得られる箱はよりきれいな外観を有し、箱を包装に使用する製造業者にとってだけでなく、最終顧客にとってもより審美的に魅力がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 段ボールシートに溝を形成するためにスロッタヘッドに取り付けられた本発明の斜視図である。
【図２】 本発明の斜視図である。
【図３】 本発明の側面図である。
【図４】 後方側面を断面で示すために前方側面の一部分を切り欠いた、セレーション及びハンマ部の拡大側面図である。
【図５】 図３の線５−５における本発明の端断面図である。
【図６】 図５に示すチャネル及びセレーションの拡大断面図である。
【図７】 刃のブランクにチャネルを形成中の状態を示した斜視図である。
【図８】 チャネルがすでに形成されたブランクにセレーションを形成中の状態を示した斜視図である。
【符号の説明】
２０…雄刃、２２…スロッタヘッド、２４…溝、２６…段ボールシート、３０…段ボール供給台、３１…雌回転刃、４８…チャネル、５８…ハンマ部。

Claims (8)

1. 互いに反対向きの第１及び第２の側面、第1及び第２の端部、切断面及び取付面を有する弧状板であって、前記第１の側面と前記第２の側面とが平行であり、前記第１の端部、前記第２の端部、前記切断面及び前記取付面が、前記第１及び第２の側面を横切るように配置されている弧状板と、
   前記切断面に設けられた、前記第１の側面と整列した第１の複数のセレーションと、
   前記切断面に設けられた、前記第２の側面と整列した第２の複数のセレーションであって、前記第１の複数のセレーションとは違相である前記第２の複数のセレーションと、
   を備えた段ボール箱製造用の溝切り刃。
2. 前記切断面の前記第１と第２の複数のセレーションとの間にチャネルを更に含み、前記チャネルが前記第１及び第２の側面から共通の底部に向かって下向きに延びている第１及び第２の傾斜側面を有する請求項１記載の溝切り刃。
3. 各セレーションが山と谷を有し、前記山と前記谷が各々前記側面の一側に形成されて隣接する傾斜側面に沿って前記底部に向かって延びており、もって前記各セレーションの深さが定義され、前記各セレーションが前記深さ全体に沿って鋭利であり、前記セレーションが使用によって摩耗されても連続的に鋭利な切断面が供給される請求項２記載の溝切り刃。
4. 前記第１の端部と前記切断エッジが交わって後縁を形成し、前記第２端部と切断面が交わって前縁を形成しており、前記切断面が前記前縁に隣接するハンマ部を有し、前記谷が前記ハンマ部から前記後縁まで延びており、前記ハンマ部が前記第１及び第２の複数のセレーションを横切る切断面を提供するように鋭利である請求項２記載の溝切り刃。
5. 回転可能なスロッタヘッドに前記溝切り刃を取り付けるための手段を更に含む請求項１記載の溝切り刃。
6. 前記取付け手段が、前記回転可能なスロッタヘッドの留め具を受容するように適応された、前記取付け表面に形成された少なくとも１つの溝を含む請求項５記載の溝切り刃。
7. 切断面を形成するように適合された弧状エッジを有するブランクを提供するステップと、
   前記弧状エッジの中心部を中心に回転するように前記ブランクを取り付けるステップと、
   前記弧状エッジにフライス削りツールを係合させ、前記フライス削りツールと前記弧状エッジとの間に前記中心部を中心とする相対運動を実行させて、前記エッジに横方向の溝をフライス削りするステップと、
   前記弧状エッジに前記第１のフライス削りツールより小さい直径の第２のフライス削りツールを係合させ、前記中心部を中心に前記ブランクを回転させながら前記フライス削りツールと前記ブランクとの間に章動（又は複雑な運動）を実行させ、前記エッジから前記横方向の前記溝の中心に向かって延びた波形セレーションを形成するステップと、
   両側に違相の鋸歯状のエッジが形成され、一方のエッジに沿った山が他方のエッジの谷と対向するように、前記ブランクの回転と前記章動とを調整するステップと、
   を含む溝切り刃の製造方法。
8. 弧状表面の小部分が前記フライス削りツールのどちらにも係合されないように前記ブランクの弧状回転を制限して、前記ブランクの前記第２の端部にハンマ部を形成するステップを更に含む請求項７記載の方法。

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