JP4737490B2 - 連続繊維の切断装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガラス繊維、炭素繊維、セラミック繊維等の無機繊維や金属繊維等の連続繊維を一定寸法に切断する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば、ガラス繊維の場合、ゴムローラと切断ローラとの間にガラス繊維を送り込んで切断ローラの周囲に等間隔で配設した切断刃をゴムローラに順次押し付けることによって、連続するガラス繊維を一定寸法に切断している。この方式の切断装置においては、切断刃の材料として工具鋼（ＳＫ材）が用いられている。この理由は、工具鋼は弾性に優れており、これから作製された切断刃を用いてガラス繊維を切断すると、切断時に切断刃が反ることによって、切断された繊維片が弾き飛ばされ、隣接する切断刃間に繊維片が詰まるのを防止できるためである。
【０００３】
また、切断長さが比較的長い（例えば、１０ｍｍ以上の）繊維片に連続繊維を切断する場合は、隣接する切断刃間に繊維片が詰まる恐れが少ないため刃の反りを利用する必要はないが、刃の間隔が広いため同時にゴムローラに当る刃の枚数が少なくなり、刃にかかる負荷が増加する。また、ゴムローラの軸心に対して、刃の食い込み角度及び食い込み深さが、食い込み開始から離隔するまでの間に連続的に変化し、刃に曲げ応力が加わる。これらに対して、工具鋼は弾性材料であるため、前記負荷や曲げ応力等をゴムローラのみでなく、刃自身も弾性変形して吸収し、ゴムローラ表面の荒れ、刃の欠け及び機械の損傷を防止することに寄与する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、工具鋼で作製された切断刃は磨耗の進行が早く、頻繁に交換する必要があり、その都度、生産を停止しなければならず、大きな生産ロス時間を生じていた。また、刃の枚数が多いと、その交換手間も大変であった。そのため、切断刃の材質に、超硬合金を用いることが試みられているが、超硬合金は硬いが脆いために曲げ応力や衝撃には弱く、特に刃の厚みが薄い場合には、切断中に刃が欠け易く、欠けた箇所は切断不良を生じるという問題がある。また、欠け難いように厚みを厚くすると、切断時の衝撃がゴムローラを介して機械に伝わり、ゴムローラ表面を荒らし、機械を損傷させるという問題がある。
【０００５】
前記刃の欠け及び機械の損傷の原因としては、次のいくつかの要因が考えられる。その１つは、一般に切断ローラとゴムローラは、一方で他方が駆動されており、その動力伝達は刃を介して行われ、刃に曲げ応力がかかるということである。又別の要因は、ゴムローラに刃先が接触し、食い込み始めてから離れるまでの間、ゴムローラの軸心に対する刃の角度が変化し、刃に強い負荷がかかり、その反力として、同じ負荷がゴム部分にかかりゴムを変形させる力となるが、ゴムの変形による負荷の吸収には限界があり、この限界を超えた負荷はこのゴムを介して機械にかかり、異常振動、モータの焼損、機械の破損等を引き起こすことになる。
【０００６】
本発明は、従来の上記問題点に鑑みなされたものであり、切断刃の磨耗を少なくし、機械の損傷を防止して生産性に優れ、生産不良の発生を抑えることが可能な連続繊維の切断装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明は、周囲をゴムで被覆したゴムローラと、切断刃を外周面の周方向等間隔位置に放射状に配置した切断ローラとの間に連続繊維を供給して一定寸法に切断する装置において、前記ゴムローラ及び前記切断ローラのうち一方のローラが回転駆動され、該一方のローラの回転動力が前記切断刃を介して他方のローラに伝達され、前記切断刃の厚みを０．８ｍｍ以上２．０ｍｍ以下、切断ローラ表面からの刃先の半径方向突出長さを１．４ｍｍ以下、周方向配置間隔を１０ｍｍ以上とし、材質を超硬合金としたことを特徴とする。
【０００８】
上記構成によれば、超硬合金の特性によって、切断刃の磨耗を少なくし、交換頻度を著減させて生産性を各段に向上させることができる。この場合、材質が超硬合金であるため、切断刃の厚みが０．８ｍｍ以下では、刃先が脆いため、実際の生産工程でしばしば発生する小さな繊維の結び目状の部分で刃先の欠けが生じ易く、また、切断刃の厚みが２．０ｍｍ以上では、ゴムローラに食い込む幅が大きく、ゴムローラの表面の荒れが早く、また、機械に強い衝撃が伝わり、機械の損傷がしばしば起こる。また、切断刃の半径方向突出長さを１．４ｍｍ以下とすることによって、切断刃の付け根にかかるモーメントを小さく抑えることができる。切断刃の半径方向突出長さが１．４ｍｍより大きいと、切断刃の付け根にかかるモーメントが大きく、刃先に大きな力がかかり、欠け易い。また、刃先がゴムローラの表面に食い込み始めてから離れるまで、ゴムローラに強い変形力がかかるため、切断刃の半径方向突出長さが１．４ｍｍ以上では、その負荷が大きく、モータのトリップ及び焼き付き等が発生し、機械の運転が不可能となる。それらを防ぐためにモータの容量を上げると今度は切断ローラ軸が折れてしまうといったことが起きてくるため、超硬合金製の切断刃の厚み及び半径方向突出長さを前記範囲内とすることによって、機械の損傷を防止して生産性を向上させ、商品（繊維切断片）の品質不良の発生を抑えることができる。
【０００９】
また、前記切断刃の周方向配置間隔を１０ｍｍ以上としたことにより、切断された繊維片自身の重量がより大きく、また、長さが長いため、切断刃の間に入った繊維片の耐座屈力も弱く、切断ローラの回転する遠心力で容易に切断刃の間から弾き飛ばされるため、刃詰まりを起こさず、切断を継続することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る連続繊維の切断装置の要部概略側面図であって、同図において、１は周囲をゴムで被覆したゴムローラ、２は切断刃３を円筒状外周面の周方向等間隔位置に放射状に配置した切断ローラ、４は連続繊維を示している。切断刃３は、周方向の６等分位置に配置した場合を例示しているが、他の等分数位置に配置してもよい。
【００１１】
ゴムローラ１と切断ローラ２は、図１に示すように、切断刃３の刃先をゴムローラ１の表面に圧接させて若干食い付かせるように対設され、いずれか一方のローラがモータ等の駆動手段（図示省略）により矢印方向に回転駆動され、一方のローラの回転動力が切断刃３を介して他方のローラに伝達される。これにより、双方のローラが同一周速度で回転する。これらのゴムローラ１と切断ローラ２との間に連続繊維４を供給して切断刃３により連続繊維４を一定寸法に切断し、繊維片４ａを生産している。
【００１２】
切断刃３は、全体を超硬合金製の長方形薄板材で構成され、図２の（Ａ）および（Ｂ）に示すように、切断ローラ２の円筒状外周面に取り付け固着される。刃先は、片刃、両刃その他いずれの形状でもよい。切断刃３の厚みｔは、０．８ｍｍ以上２．０ｍｍ以下（好ましくは１．０〜１．８ｍｍ）とされ、切断ローラ２の表面から半径方向への刃の突出長さｈは１．４ｍｍ以下（好ましくは１．３ｍｍ以下）とされる。また、切断刃３の周方向配置間隔Ｐは、１０ｍｍ以上（好ましくは３０ｍｍ以上）とされる（図１参照）。
【００１３】
切断刃３は、超硬合金製であるため、その厚みｔが０．８ｍｍ以下では、刃先が脆いため、実際の生産工程でしばしば発生する小さな繊維の結び目状の部分で刃先の欠けが生じ易く、また、切断刃３の厚みｔが２．０ｍｍ以上では、ゴムローラ１に食い込む幅が大きく、ゴムローラ１の表面の荒れが早く、また、機械に強い衝撃が伝わり、機械の損傷がしばしば起こる。また、切断刃３の半径方向突出長さｈを１．４ｍｍ以下とすることによって、切断刃３の付け根にかかるモーメントを小さく抑えることができる。切断刃３の半径方向突出長さｈが１．４ｍｍより大きいと、切断刃３の付け根にかかるモーメントが大きく、切断刃３に大きな力がかかり、欠け易い。また、切断刃３の刃先がゴムローラ１の表面に食い込み始めてから離れるまで、ゴムローラ１に強い変形力がかかるが、切断刃３の半径方向突出長さｈが１．４ｍｍ以上では、その負荷が大きく、モータのトリップ及び焼き付き等が発生し、機械の運転が不可能となる。それらを防ぐためにモータの容量を上げると今度は切断ローラ２の軸が折れてしまうといったことが起きてくる。従って、超硬合金製の切断刃３の厚みｔ及び半径方向突出長さｈを前記範囲内とすることによって、機械の損傷を防止して生産性を向上させ、商品（繊維切断片）の品質不良の発生を抑えることができる。
【００１４】
また、切断刃３の周方向配置間隔が１０ｍｍより広い場合は、切断された繊維片４ａ自身の重量がより大きく、また、長さが長いため、刃の間に入った繊維片４ａの耐座屈力も弱く、切断ローラ２の回転する遠心力で容易に切断刃３の間から弾き飛ばされるため、刃詰まりを起こさず、切断を継続することができる。
【００１５】
【実施例】
切断刃３の周方向配置間隔が５０ｍｍで切断刃３が６枚セットされている切断ローラ２をもつ切断機で連続ガラス繊維の切断を次の条件で実施した。１台の切断機に送り込まれるガラス繊維束の番手は６６００ｔｅｘ（４４０ｔｅｘ×１５本＝６６００ｇ／１０００ｍ）、繊維束の送り込みスピード（切断スピード）は１２０ｍ／ｍｉｎとした。またゴムローラ１の材質はウレタンゴムとした。ゴムローラ１のゴム硬度８８．０±８度が適している。この値の範囲よりゴム硬度が大きくなるとゴムの変形による切断刃３の曲げ応力の吸収作用が減少し、機械の振動が大きくなり、安定した生産ができない。逆に、ゴム硬度が前記の値の範囲より小さくなると、ゴムがよく変形し、上記の問題は起きないが、ゴムが変形し過ぎてガラス繊維を安定して切断することができない。
【００１６】
実施例及び比較例を表１に示す。
【００１７】
【表１】

【００１８】
表１において、刃の材質で、超硬とは超硬合金鋼を表し、ＳＫとは工具鋼を表す。刃の厚みとは、刃のしのぎ部分ではなく、母体の部分の厚みを表す。刃の突出長さとは、切断刃３が固定されている切断ローラ２の表面から刃先までの刃の突出長さを表す。刃の交換頻度は、切断刃６枚の内一ヶ所でも欠けが生じると切断ミスを起こすため、新品の刃をセットして切断を始めてから、切断ミスを起こすまでのその刃で切断したガラス繊維の重量（トン数）を表示したものである。このトン数が多いということは、それだけ刃の交換の必要が少なく、連続して生産することができ、また、刃を差し替える交換手間も少ないことを意味し、生産効率及びコスト面で有利となる。
【００１９】
実施例１：刃厚１．０ｍｍ、刃の突出長さ１．２ｍｍの超硬刃を使用した。１４トンを切断した後に切断ミスが発生した。刃先をチェックすると、シャープさがなくなり、丸みを帯びていた。
【００２０】
実施例２：刃厚１．４ｍｍ、刃の突出長さ１．２ｍｍの超硬刃を使用した。１６トン切断することができた。切断後の状況は実施例１と同様であった。
【００２１】
実施例３：刃厚１．７ｍｍ、刃の突出長さ１．２ｍｍの超硬刃を使用した。実施例１に比べ、ややゴム表面の荒れが大きかったが、実施例１と同じく１４トン切断することができた。
【００２２】
比較例４：従来の工具鋼（ＳＫ材）製の厚み０．５ｍｍの刃を刃の突出長さ１．５ｍｍで切断した。切断量０．７トンで刃が切れなくなった。刃先は磨耗し、丸みを帯びていた。
【００２３】
比較例５：実施例１に対し、刃の厚みのみを０．７ｍｍに変え、それ以外は実施例１と同じ条件で切断を行った。０．３トンで欠けが発生した。原因は繊維の解舒時にしばしば発生する小さな結び目であった。切断中は実施例１に対し、大きく異なることはなかった。なお、超硬合金鋼を０．７ｍｍの厚みまで薄くする加工は難しく歩留まりが悪いため、実用的ではなかった。
【００２４】
比較例６：実施例１に対し、刃の厚みのみを２．５ｍｍに変え、それ以外は実施例１と同じ条件で切断を行った。０．２トンでゴム表面の荒れがひどくなり、生産を続行できなかった。衝撃は実施例１〜３、比較例４、５のどれに比べても大きく、もう少し生産を続けた場合、機械の損傷が予想される状況であった。
【００２５】
比較例７：刃の突出長さを１．５ｍｍとし、それ以外は実施例２と同じ条件で切断しようとしたが、機械は、モータの負荷オーバーで即止まってしまった。何度か繰り返していると、短時間切断を開始したが、著しい機械の振動で切断ローラ軸が折れてしまった。
【００２６】
以上の結果から、実施例１〜３については、従来方式の比較例４に対し、刃の寿命が２０倍以上と大幅な伸びを得ることができた。また、比較例５〜７から明らかな通り、超硬合金製の切断刃を使用する場合でも、切断刃の厚みｔ及び突出長さｈが異なれば、切断刃の寿命が短く、機械の損傷が激しいことが確認できた。
【００２７】
以上、本発明をガラス繊維の切断に適用した実施例につき説明してきたが、本発明は、ガラス繊維の切断に限らず、炭素繊維、セラミック繊維等の無機繊維や金属繊維等の連続繊維を一定寸法に切断する場合に適用することができる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、刃の寿命が大幅に長くなり、その結果、ライン停止によるロス時間が極めて少なく、かつ、切断刃の交換に要する作業時間の大幅に少ない切断工程を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る連続繊維の切断装置の要部概略側面図。
【図２】（Ａ）は切断ローラの切断刃取り付け部の部分拡大断面図、（Ｂ）は切断ローラの概略斜視図。
【符号の説明】
１ ゴムローラ
２ 切断ローラ
３ 切断刃
４ 連続繊維
４ａ 繊維片

Claims (1)

1. 周囲をゴムで被覆したゴムローラと、切断刃を外周面の周方向等間隔位置に放射状に配置した切断ローラとの間に連続繊維を供給して一定寸法に切断する装置において、
   前記ゴムローラ及び前記切断ローラのうち一方のローラが回転駆動され、該一方のローラの回転動力が前記切断刃を介して他方のローラに伝達され、
   前記切断刃の厚みを０．８ｍｍ以上２．０ｍｍ以下、切断ローラ表面からの刃先の半径方向突出長さを１．４ｍｍ以下、周方向配置間隔を１０ｍｍ以上とし、材質を超硬合金としたことを特徴とする連続繊維の切断装置。

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