JP5159262B2

JP5159262B2 - シート切断装置

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Publication number: JP5159262B2
Application number: JP2007294808A
Authority: JP
Inventors: 昌昭松本; 裕光横田; 仁志上湯瀬
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2007-08-29
Filing date: 2007-11-13
Publication date: 2013-03-06
Anticipated expiration: 2027-11-13
Also published as: JP2009072900A

Description

本発明は、樹脂フィルム、紙、金属箔、金属薄板等の長尺状のシート材を連続的に切断するシート切断装置に関する。

従来から、樹脂フィルム、磁気テープ、紙、金属箔、金属薄板等の長尺状のシート材を連続的に切断するために、上刃と下刃の一対の２枚の円盤の間にシート材を通しつつ下刃と上刃を回転させて切断するシート切断装置が知られている。

例えば、特許文献１には、上刃シャフトに複数個の上刃が装着された上刃部と、下刃シャフトに複数の下刃と該下刃同士の間に該下刃と同一外径の円筒状のスペーサーが装着された下刃部とを有しており、前記下刃に対向するスペーサー円筒面のエッジ部にＲ加工又はテーパ加工を施す技術が記載されている。

当該構成によれば、円筒面のエッジ部に切断されたシート材の端部が、上刃により押しつけられて引き伸ばされることによるひび割れを防止できると記載されている。また、インク受容層（塗工層）をコーティングしたインクジェット記録用紙などのシート材を良好に裁断できると記載されている。
特開２００１−２６００７７号公報

しかしながら、特許文献１のように、シート材が支持されるスペーサー円筒面のエッジ部をＲ加工またはテーパ加工する方法では、シート材端部の変形を改善する効果はあるものの不十分であった。

すなわち、図７に示すように、シート材６０は、上刃７０の刃部から押圧力を受けて押しつけられて下刃８０により切断されるものであるが、金属材などからなるシート材６０は塑性変形しやすいため、切断時に受ける圧力によって切断面が変形するという問題があった。

また、アルミニウムや銅等の金属箔の表面にカーボン等の塗工層を形成する場合、金属箔の切断面が変形するのに加えて、上刃７０の刃部からの押圧力により、シート材６０の
下刃８０側の塗工層が、下刃８０の刃先部分に擦り付けられ、塗工層にクラックやチッピングが生じたり、酷い場合は剥離が発生したり、塗工層の厚みが変化しまったりして、良好な切断面を得ることができないという問題があった。

そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、その目的は、切断面に発生する変形や、塗工層のクラック・チッピング・剥離を抑制して良好な切断面の得られるシート切断装置を提供することにある。

本発明のシート切断装置は、回転可能な円盤形状を有し、外周部に切刃が形成された一対の上刃および下刃を備え、前記上刃と前記下刃は、回転軸方向において重なる部分を有するとともに、前記切刃同士が接するように配置され、前記上刃および前記下刃の前記切刃間でシート材を切断するシート切断装置において、前記上刃の切刃は、前記下刃の切刃と接触するテーパ部を備えており、前記下刃は、該下刃の刃先から円盤の径方向の外側に向かって傾斜する傾斜面を備えており、該傾斜面は、傾斜によって前記シート材を変形させることなく保持するものであり、前記傾斜面と、前記下刃の回転軸と平行な線とのなす角度θ１が０°を超えて４５°以内であることを特徴とする。

また、上記発明において、前記テーパ部と、前記上刃の回転軸と直行する線とのなす角度θ２が１〜５°であることが好ましい。

また、上記発明において、前記下刃は、該下刃の刃先から円盤の径方向の内側に向かって厚みの薄くなる方向に傾斜する第２傾斜面を備えることが好ましい。

また、上記発明において、前記第２傾斜面と、前記下刃の回転軸と直行する線とのなす角度θ３が１〜５°であることが好ましい。

また、上記発明において、前記上刃の刃先の角度θ４が２０〜５０°であることを特徴とする。

また、上記発明において、前記傾斜面と、前記下刃の回転軸と平行な線とのなす角度θ１が２０°以内であることが好ましい。

また、上記発明において、前記上刃の回転軌道面は、下端が下刃側になるように傾斜していることが好ましい。

本発明のシート切断装置を用いることにより、シート材の切断面の面品位、特に下刃側の切断面についての面品位を良好にすることができる。

シート材の下刃側の切断面についての面品位が改善される要因は正確に分かっていないが、以下の仮説を立てることができる。

すなわち、下刃の外周部（外周側面）をシート材が通過する際、シート材は摩擦力によって下刃の外周側面にある程度保持された状態となっているものと推測される。そのため、従来は、切断されシート材が下刃の外周側面に沿って通過するにあたり、下面の外周部（外周側面）側に大きな応力が加わった状態で通過することとなる。その結果、シート材の塗工層にチッピングが生じたり剥離したり、塗工層の厚みが変化してしまい、切断面の加工面品位が低下していたと考えられる。

これに対して、本発明では、図４に示すように、下刃の外周側面に保持されたシート材は、上刃から加わる圧力を下刃の切刃に形成された傾斜面により、シート材に加わる応力（図４において右斜め下に延びるベクトル）を下方向にシート材を押す力と、横方向にシート材を引っ張る力とに分散することができるため、シート材の下刃側にかかる応力を軽減でき、シート材の変形等を防止することができる。

また、シート材は引っ張られた状態となっていることから、切刃の切れ味がよくなるとともに、切断されたシート材は切断された直後から切断面同士が引き離されるように移動していくものと思われる。その結果、切断面の加工面品位の低下を防止できるものと考えられる。

以下に本発明のシート切断装置について図を参照して説明する。図１は正面図、図２は図１のＳ−Ｓ断面における切刃部分の概略拡大模式図、図３は図１のＴ−Ｔ断面及びＵ−Ｕ断面における切刃部分の概略拡大模式図である。

図１によれば、シート切断装置１は、円盤形状の下刃２と、円盤形状の上刃３とを有している。下刃２及び上刃３は円盤形状の外周部にそれぞれ切刃を備えている。下刃２と上刃３とはＡ−Ａ’間において回転軸Ｐ、Ｏが延びる方向（以下、回転軸方向ともいう。）に重なっている。また、上刃３と下刃２の回転軌道面（切刃の回転軌道を外周とする平面）は、互いに平行または平行から±５°の範囲内であることが、切断されるシート材への応力や加工精度の観点から好ましい。

そして、上刃３及び下刃２は図１に記載のＯ及びＰを回転軸とし、それぞれ逆方向に回転させることによって、上刃３の切刃と下刃２の切刃との間（具体的には、Ａ−Ａ’間）において加工対象であるシート材を切断する。

次に、図２及び図３を参照して上刃３と下刃２の関係について詳しく説明する。下刃２は、外周側面の厚み方向の一端に切刃２０が形成されている。また、下刃２の外周側面は、図２に示すように、下刃２の回転軸Ｐと平行な線Ｖ−Ｖを基準に、下刃２の刃先２５から円盤の径方向の外側に向かって傾斜する傾斜面２８を備えている。

傾斜面２８と線Ｖ−Ｖとのなす角度θ１は、０°を超えて４５°以下であることが好ましく、特にθ１が０°を超えて２０°以下であることが好ましい。

また、上刃３の切刃３０には、下刃側にテーパ部３８が形成されている。上刃３のテーパ部３８と下刃２の刃先２５は、上刃３及び下刃２の回転軸を通る断面上において１点で接触している。さらに、下刃２の刃先２５は、図１において上刃３と下刃２とが重なる部分、所謂オーバーラップしている部分の全体（図１におけるＡ−Ａ’間）が、上刃３のテーパ部３８の直下領域に位置している。

上記構成によれば、テーパ部３８を形成することにより、上刃３の刃先３５と下刃２の刃先２５が接触したり擦れあったりすることを防止することができる。そのため、切刃２０、３０の接触による摩耗屑の低減及び上刃及び下刃の切刃２０、３０の寿命を延命することができる。また、上刃３を大きく撓ますことなく所定の微小幅クリアランスＥ（上刃３の刃先３５と下刃２の刃先２５の距離）を長期間にわたり精度良く設定することができる。

すなわち、上記のように所定の微小幅に制御されたクリアランスＥを維持した状態で下刃２及び上刃３を、回転軸Ｐ、Ｏを基準に互いに逆方向に回転させつつ被切断材であるシ
ート材（図示せず）を上刃３と下刃２との間に連続的に進入させることにより、特に点Ａにおいて、下刃２と上刃３とが近似的に重なったとき、所望の剪断応力が付与されて、シート材を連続的に小さい力で鋭利な剪断面にカッティングすることができる。

また、上記効果に加えて、シート材の切断面の面品位、特に下刃側の切断面についての面品位を良好にすることができる。すなわち、図１のＵ−Ｕ断面とＳ−Ｓ断面との間における断面図である図４に示すように、上刃３と下刃２の間における煎断応力を維持しながら、下刃２の刃先２５におけるシート材４０の下刃側にかかる応力を傾斜面２８と垂直方向に分散することができる。そのため、シート材４０の塗工層の下刃側におけるチッピングや剥離を効果的に防止することができる。

さらに、シート材４０は引っ張られた状態となって剪断力が増すことから、切刃２０、３０の切れ味がよくなるとともに、切断されたシート材４０は切断された直後から切断面同士が引き離されるように移動していくものと思われる。その結果、シート材４０の切断面が下刃２の外周側面から離れた状態で通過していくことになり、切断面の加工面品位の低下を防止できる。

なお、図５に示すように、上刃３の回転軸Ｏを通る断面において、上刃３のテーパ部３８と、上刃３の回転軸Ｏと直行する線Ｗ−Ｗとのなす角度θ２は、クリアランス幅によって適宜設計できる。特に、厚みが０．１ｍｍ以下の金属箔等においては、良好な面品位とするために１〜５°であることが好ましい。

また、図６に示すように下刃２は、下刃２の刃先２５から円盤の径方向の内側に向かって厚みの薄くなる方向に傾斜する第２傾斜面２９を備えている。下刃２と上刃３が切刃２０、３０以外の所で接触することを防止することができる。

なお、第２傾斜面２９と、下刃２の回転軸と直行する線Ｘ−Ｘとのなす角度θ３が１〜５°であることが好ましい。当該範囲内においては、下刃２の刃先２５の強度を低下させることなく、下刃２と上刃３の接触を効果的に防止することができる。また、下刃２の切刃２０より所定距離内側に切り欠き８を形成することによって、切刃２０を砥石で研磨する際に、加工性が良いという効果がある。

さらに、切断面を良好に保つため、上刃３の刃先３５の角度θ４は２０〜５０°であることが好ましい。

ここで本発明によれば、サブμｍ〜数μｍオーダーの所定量のクリアランスＥを容易に設定できる点で、傾斜面２８とテーパ部３８のなす角度θ５が４５°〜９０°であることが好ましい。

さらに、切断面を良好に保つ他の方法として、上刃３の回転速度を下刃２の回転速度と比較して５〜１０％程度速くすることが好ましい。

本発明は、シート材４０の厚み方向にかかる応力を低減できることから、シート材４０が、表面に塗工層を形成した金属材からなる場合に特に有効である。これにより、下刃２とシート材４０に加わる応力によるシート材４０の下面側の塗工層の剥がれや厚みの変形を抑制することができる。

ここで、金属材としては、アルミニウムや銅等が使用でき、塗工層としては、カーボンを主成分とする材料などが使用可能である。

また、薄刃である上刃３の少なくとも切刃３０に、膜厚が０．１〜３μｍの被覆膜を被覆することによって、切れ味がよく、かつ長寿命のシート切断刃となる。

なお、上記被覆膜としては、周期律表第４ａ、５ａ、６ａ族金属の炭化物、窒化物、炭窒化物、炭酸窒化物、特に（Ｔｉ_ａＭ_ｂ）Ｃ_ｘＮ_ｙＯ_ｚ（ただし、Ｍ：Ａｌ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｓｉの群から選ばれる少なくとも１種、０＜ａ≦１、０≦ｂ＜１、ａ＋ｂ＝１、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）、ダイヤモンド、ダイヤモンドライクカーボン（以下、ＤＬＣと略す。なお、本発明のＤＬＣはテトラヘデラルアモルファスカーボンも含む。）、立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ）およびＡｌ_２Ｏ_３の群から選ばれる少なくとも１種の硬質被覆膜、またはフッ素樹脂被覆膜を単層または複数層が好適に使用可能であるが、特にＤＬＣからなることが、耐摩耗性向上、切屑処理性の点で望ましい。また、切刃３０以外にも、下刃２と対向する面をＤＬＣからなる被覆膜にて被覆することにより、シート材４０との摩擦を防止してシート材４０の巻き付き防止が容易となるとの効果もある。

また、本発明によれば、下刃２についても、膜厚３μｍ以下の被覆膜を形成することが望ましく、これによって、下刃２とシート材４０とのこすれ摩耗によるシート材４０の研磨屑を低減することができる。

ここで、シート材４０が上刃３と接触して剥離不良による巻き込み、耐溶着性、または、切屑の滑り性をさらに良好にするには、被切断材が接触しながら通過する上刃３の摺接面であるテーパ部３８や上刃３の主面３３およびテーパ部３８の反対側にあたる反対面３６の表面を算術平均粗さ（Ｒａ）が０．１〜０．４μｍの梨地状態に制御することが望ましい。

特に、被切断材の摩擦低減、切屑排出性を向上させるためには、テーパ部３８や上刃３の主面３３および反対面３６の表面の算術平均粗さ（Ｒａ）を０．０８μｍ以下、特に０．０２μｍ以下の鏡面状態に制御することが望ましい。ちなみに、被覆膜としてＤＬＣを使用する場合には、上刃３のテーパ部３８および主面３３の表面の算術平均粗さ（Ｒａ）が０．０３μｍ以下であることが望ましい。

なお、本発明によれば、上刃３の母材が、Ｃｒ、ＶおよびＴａの群から選ばれる少なくとも１種を炭化物換算による合計で０．３〜３．０質量％、特に０．５〜２質量％と、Ｃｏを８〜１５質量％、特に９〜１３質量％との割合で含有し、残部が平均粒径０．１〜０．５μｍ、特に０．１〜０．４μｍのＷＣ粒子からなることが超微粒超硬合金組織の均一性および切刃研磨加工に耐えうる靭性とを兼ね備えて上刃３の切刃３５の先端における刃立性を向上できるとともに、切刃３５の先端の耐摩耗性を両立する超硬合金となる点で望ましい。

なお、下刃２も上刃３と同じ超微粒超硬合金にて形成してももちろん良い。また、図１はスリッタ用の切断刃について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ゲーベル刃やギャング刃、板刃、繊維切断用ナイフ等の特殊形状刃のような薄刃を具備する切断刃についても好適に使用可能である。

また、上記シート切断刃を組み込んだ本発明のシート切断装置はシート材４０の切断面の状態がよく、良好な切断性能を発揮するものであり、例えば、樹脂フィルム、磁気テープ、紙、金属箔、金属薄板等の長尺状のシート材４０を連続的に良好に切断することができ、特に塗工層をコーティングした金属箔の切断においてもきれいな切断面が得られる。

（実施例１）
平均粒径０．４μｍの炭化タングステン（ＷＣ）粉末に、金属コバルト（Ｃｏ）粉末を１０質量％、炭化バナジウム（ＶＣ）粉末を０．３質量％、炭化クロム（Ｃｒ_３Ｃ_２）粉末を０．６質量％の比率で添加し、溶媒としてメタノールを添加し、粉砕メディアとして炭化タングステン粒子の平均粒径が０．３μｍの超微粒子超硬合金からなる直径３ｍｍのボールを加えて、２０時間アトライタ粉砕・混合し、乾燥した後、プレス成形により所定の円盤形状に成形し、１３８０℃で１時間焼成して超硬合金を作製した。

次に、上記超硬合金からなる円盤形状の図１のテーパ部３８、主面３３、反対面３６の表面に対してダイヤモンド砥石を用いて研削し、表１の形状からなる上刃３と下刃２を作製した。この時、上刃３の先端角３０°、算術平均粗さ（Ｒａ）が０．０１μｍ以下の鏡面とした。そして、得られた上刃３と下刃２をシート切断装置に組み付けて、下記条件で切断テストを行った。

＜条件＞
シート：上下面に１００μｍの有機材料からなる塗工膜をコーティングした１００μｍのアルミニウム箔
テープスピード：１００ｍ／分
上下刃のオーバーラップ（重なり）量：０．５ｍｍ
上刃のテーパ部の角度：１°評価方法：切断面の状態を観察する。

なお、表１の記載において、下刃広がり角度とは、図２に示す傾斜面２８と線Ｖ−Ｖとのなす角度θ１を意味し、回転軌道面間距離とは、上刃３と下刃２のクリアランスＥを意味する。また、上刃のテーパ部の角度とは、図３に示すテーパ部３８と線Ｗ−Ｗとのなす角度θ２を意味する。

表１に示すように、下刃広がり角度θ１が０°以下の試料Ｎｏ．１、２では、シート材４０の上刃側及び下刃側の切断面に塗工膜の剥離やアルミニウムの剥離が見られた。また、下刃広がり角度θ１が４５°を越える試料Ｎｏ．９では、シート材４０の上刃側及び下刃側の切断面において表面擦れが確認された。

これに対して、下刃広がり角度θ１が０°を超えて４５°以下である試料３〜８では、試料８において若干の表面擦れが見られたものの、シート材４０の切断面が良好な面品位であることが確認された。

（実施例２）
上記実施例１においてシート材４０の下刃側および上刃側の切断面状態がともに良好であった試料５を基準にして、上記実施例１と同様の製造方法で、上刃のテーパ部の角度θ
２、上刃の刃先角度θ４および上下刃のオーバーラップ（重なり）量を変化させて、その他の条件を同じにし、切断面の状態をそれぞれ観察した。

表２に示すように、上刃のテーパ部の角度θ２を１°より大きくした試料１０、１１および１７は、上刃側の切断面状態が特に良好となった。また、上刃の刃先角度θ４を３０°以下にした試料１２は上刃側の切断面状態が特に良好となった。それに対して、上刃の刃先角度θ４が４５°である試料１５は大きな変化はなく、上刃の刃先角度θ４が６０°である試料１６は、多少上刃側の断面が多少変形していた。

さらに、上下刃のオーバーラップ量を０．５ｍｍより小さくした試料１３および試料１４においては、下刃側の切断面状態が特に良好であった。特に試料１７においては、上刃側および下刃側の両方の切断面状態が特に良好であり、シート材４０の切断面が良好な面品位であることが確認された。

本発明のシート切断装置の一実施形態を示す正面図である。図１のＳ−Ｓ断面における切刃部分の概略拡大模式図である。図１のＴ−Ｔ断面及びＵ−Ｕ断面における切刃部分の概略拡大模式図である。図１のＵ−Ｕ断面とＳ−Ｓ断面との間における断面図である。本発明にかかる上刃の拡大断面図である。本発明にかかる下刃の拡大断面図である。従来のシート切断装置の断面図である。

１シート切断装置
２下刃
２０下刃の切刃
２５下刃の刃先
２８傾斜面
２９第２傾斜面
３上刃
３０上刃の切刃
３３主面
３５上刃の刃先
３６反対面
３８テーパ部
４０シート材
８切り欠き
Ｏ上刃回転軸
Ｐ下刃回転軸
Ｅクリアランス

Claims

回転可能な円盤形状を有し、外周部に切刃が形成された一対の上刃および下刃を備え、
前記上刃と前記下刃は、回転軸方向において重なる部分を有するとともに、前記切刃同士が接するように配置され、
前記上刃および前記下刃の前記切刃間でシート材を切断するシート切断装置において、
前記上刃の切刃は、前記下刃の切刃と接触するテーパ部を備えており、
前記下刃は、該下刃の刃先から円盤の径方向の外側に向かって傾斜する傾斜面を備えており、
該傾斜面は、傾斜によって前記シート材を変形させることなく保持するものであり、
前記傾斜面と、前記下刃の回転軸と平行な線とのなす角度θ１が０°を超えて４５°以内であることを特徴とするシート切断装置。
前記テーパ部と、前記上刃の回転軸と直行する線とのなす角度θ２が１〜５°であることを特徴とする請求項１に記載のシート切断装置。
前記下刃は、該下刃の刃先から円盤の径方向の内側に向かって厚みの薄くなる方向に傾斜する第２傾斜面を備えていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のシート切断装置。
前記第２傾斜面と、前記下刃の回転軸と直行する線とのなす角度θ３が１〜５°であることを特徴とする請求項３に記載のシート切断装置。
前記上刃の刃先の角度θ４が２０〜５０°であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のシート切断装置。
前記傾斜面と、前記下刃の回転軸と平行な線とのなす角度θ１が２０°以内であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のシート切断装置。
前記上刃の回転軌道面は、下端が下刃側になるように傾斜していることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のシート切断装置。
前記上刃の回転速度が、前記下刃の回転速度と比較して５〜１０％速いことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のシート切断装置。
前記シート材が、表面に塗工層が形成された金属材からなることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載のシート切断装置。
前記金属材が、アルミニウムであることを特徴とする請求項９に記載のシート切断装置。
前記塗工層が、カーボンを主成分とする材料からなることを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載のシート切断装置。