JP5342180B2 - シート材切断装置 - Google Patents

Description

本発明は、複写機やプリンタなどの事務機器や券売機などの機器に搭載され、シート状やロール状の紙やフィルム、シールやラベルなど各種のシート材を任意の長さに切断するために用いられるシート材切断装置に関する。

シート材切断装置には、シート材の幅方向に略平行に配置された直線状刃先を有する固定刃と、該固定刃に対向配置された曲線状刃先を有する回転刃との間にシート材を挿入し、前記回転刃を一方向に回転させて前記固定刃と噛み合わせることによって、シート材を切断するロータリ式と呼ばれるシート材切断装置がある。このようなロータリ式のシート材切断装置では、回転刃の曲線状刃先に対して固定刃の直線状刃先が近接および離間可能に固定刃を支持し、固定刃の直線状刃先を回転刃の曲線状刃先に対して噛込角を伴って圧接し、これにより互いの刃先を一点で噛み合わせることによって、シート材が切断できるように構成される。

上述した噛込角は交差角とも称され、例えば固定刃の刃先線を回転刃の回転軸に対して僅かに傾けることで交差させて形成される。このように回転刃に対して固定刃を噛込角を伴って圧接させる場合、互いの刃先を円滑に噛み合わせるために、回転刃の切断開始側に固定刃の刃先を案内する案内部を設け、回転刃の切断終了側に固定刃の刃先が回転刃の刃先から離間した後に、再び固定刃の刃先を回転刃の案内部へ誘導する誘導部を設けることが望ましい。

例えば、特許文献１の第１５図および第１６図に開示されるシート材切断装置は、案内部として、特定個所に回転刃の刃先始点の回転半径と同一回転半径を有してなるガイドリングが、回転刃の切断開始側に同心的に設けられている。また、誘導部として、特定個所が回転刃の刃先終点の回転半径と同一回転半径で始まった後に回転半径が渦巻状に減少していくガイドピースが、回転刃の切断終了側に同心的に設けられている。そして、該シート材切断装置では、切断開始前にガイドリングに接している固定刃の刃先は、回転刃が回転して切断動作に入るとガイドリングによって案内されて回転刃の刃先に接触し、次いで回転刃の刃先と噛み合ってシート材を切断する。そして、切断終了後には、固定刃の刃先は回転刃の刃先から離脱してガイドピースに接する。さらに回転刃が回転すると、固定刃の刃先は回転半径が渦巻状に減少していくガイドピースに誘導され、再びガイドリングに案内されて接し、終には切断開始前の待機位置に復元する。

特許文献１に開示される上述の回転刃は、例えば回転刃の略外形を有する丸棒素材や引抜素材などを用いて切削加工などの機械加工によって回転刃本体を形成し、これに別体で形成したガイドリングやガイドピースを組み付けて一体化する形成手段で得ている。個別部品の寸法形状や組み付けが高精度であれば、一連の切断動作において、回転刃と固定刃の互いの刃先が機械的衝突を生じることなく終始円滑に噛み合うことができ、これにより切断動作時の衝撃騒音や刃先磨耗を防止できる。

特開昭５１−４０６７７号公報

従来、機械加工によって形成された回転刃に上述したガイドリングやガイドピースを設ける場合、上述したようにガイドリングやガイドピースを旋盤やフライス盤などによる切り出しやプレスによる加圧成形や打抜きなどの機械加工により回転刃本体とは別体の部材として形成し、これらを回転刃の軸端部に溶着や嵌入などを行って一体化し、さらには研磨仕上げなどを行う形成手段によって回転刃を得ていた。しかしながら、上述した機械加工による形成手段で得た回転刃は、製造時の材料歩留や生産効率が低いために高額なものとなり、このような回転刃を搭載するシート材切断装置のコスト低減を阻んでいた。

また、上述したガイドリングやガイドピースを設けた回転刃は、回転刃自体が複雑形状となることに加え、回転刃の組立においてガイドリングやガイドピースの特定個所を回転刃の刃先の始点や終点の回転半径と一致させるといった高い組立精度が所望される。しかしながら、上述した別体の部材を回転刃に組み付けて一体化する形成手段では、部材の加工精度に加え、組み付け時の微小な位置ズレや段差などを生じやすく、回転刃と固定刃の互いの刃先が段差などを通過する際に衝突し、大きな衝撃騒音や著しい刃先磨耗や刃先欠けといった不具合を生じることがあった。

本発明の目的は、上記課題を鑑み、回転刃と固定刃の互いの刃先が円滑かつ安定に接することができる回転刃を安価な形成手段によって得て、切断動作時の衝撃騒音や予期しない刃先磨耗や刃先欠けといった不具合を防止できるシート材切断装置を提供することである。

本発明者は、複雑形状を有する回転刃を、具体的には上述したシャンク部と、刃部と、固定刃を前記刃部に案内する案内部と、固定刃を前記案内部に誘導する誘導部と、前記回転刃の回転を軸支するための軸部とを有する回転刃を、金属粉末射出成形法による金属粉末射出成形体が焼結された一体の金属焼結体でなる回転刃とすることによって、回転刃の形状寸法の高精度化や製造コスト低減ができることを見出して本発明に想到した。

すなわち本発明は、曲線状刃先を有する回転刃と直線状刃先を有する固定刃とが剪断角を画成し噛込角を伴って圧接するシート材切断装置であって、前記回転刃は、長尺状に形成されたシャンク部と、該シャンク部の長手方向に前記剪断角を画成するためのリード角をもって形成された前記曲線状刃先を有する刃部と、切断開始側に形成され前記固定刃を前記刃部に案内する案内部と、切断終了側に形成され前記固定刃が前記刃部から離脱した後に前記固定刃を前記案内部に誘導する誘導部と、前記シャンク部の長手方向の両端側には前記回転刃の回転を軸支するための軸部とを有し、前記シャンク部と、前記刃部と、前記案内部と、前記誘導部と、前記軸部とが金属粉末射出成形法による金属粉末射出成形体が焼結された一体の金属焼結体でなる、シート材切断装置である。

本発明において、前記固定刃は、前記誘導部に接触しながら前記案内部に接触して前記案内部に誘導されることが望ましい。
また、前記誘導部は、前記曲線状刃先から連続してなり、前記回転刃の回転軸を中心とする半径が暫減する渦巻状の外周面を有することができる。
また、前記案内部は、前記曲線状刃先に連続してなる円柱状の外周面を有することができる。

また、前記案内部および前記誘導部の少なくとも一方には潤滑剤保持部を有することができる。

本発明のシート材切断装置は、上述した複雑形状を有する回転刃を一体の金属焼結体でなる回転刃として廉価化し、加えて、切断動作における衝撃騒音や刃先磨耗といった不具合が防止される。そして、本発明のシート材切断装置を搭載する例えばプリンタや券売機といった機械装置や事務機器の低騒音化や長寿命化が可能となる。

本発明の重要な特徴は、曲線状刃先を有する回転刃と直線状刃先を有する固定刃とが噛込角を伴って圧接するシート材切断装置において、シャンク部と、刃部と、固定刃を前記刃部に案内する案内部と、固定刃を前記案内部に誘導する誘導部とを有して一体の金属焼結体でなる回転刃を用いたことである。

回転刃となる金属焼結体は、例えば金属粉末射出成形法（以下、ＭＩＭという）などの金属焼結法を適用して形成される金属焼結体であって、所望形状に対して近似形状を有して形成できる。このように所望形状に対して近似形状を有して形成される金属焼結体を回転刃に適用することで、シャンク部と刃部とからなる回転刃に対し、従来の別体の部材で形成した案内部や誘導部を組み付けて一体化する形成手段では得ることができなかった複雑形状を有する回転刃であっても形成することができる。

そして、回転刃を一体の金属焼結体で形成することにより、例えば、固定刃との噛み合いにおいて剪断角を画成する回転刃のリード角を従来よりも大きく形成する、刃先線の途中においてリード角を変化させて形成する、刃部の刃先線における刃先角を切断開始側から切断終了側まで一定の角度に形成する、回転刃の半径方向断面を必要に応じて変化させるなど、回転刃の各部の形状を所望形状に形成できる。このように複雑な形状を有していても一体の金属焼結体でなる回転刃は、所望する形状寸法を高精度化できる。望ましくは金属粉末射出成形体が焼結された金属焼結体でなる回転刃である。金属粉末射出成形体は、形状の再現性に優れたＭＩＭなどの形成手段により、従来の機械加工および組立による形成手段よりも高精度な回転刃をより安価に得ることができる。

このような所望形状に形成可能な金属焼結体でなる回転刃を用いて、本発明のシート材切断装置、すなわち、曲線状刃先を有する回転刃と直線状刃先を有する固定刃とが噛込角を伴って圧接するシート材切断装置を安価に構成することができる。そして、所望形状で高精度化された回転刃と固定刃とが摺動するとき、互いの刃先が噛み合うときなど、回転刃と固定刃との間に円滑かつ安定な摺動や噛み合いを得ることができる。これにより、回転刃と固定刃の機械的衝突に起因する衝撃騒音や刃先磨耗を防止することができる。

本発明において、回転刃のシャンク部は、通紙のための間隙を確保しつつ切断負荷に耐える強度を確保するために最小限の半径方向断面積を確保した上で、例えば、長手方向に円柱状の略形状、長手方向にテーパとなる円錐状の略形状など、略棒状の形状を有する外観に形成することができる。このようなシャンク部は、刃部を設ける芯金としての機能を有して刃部よりも長尺に形成でき、シャンク部の両端側を用いて回転刃を軸支することができる。また、シャンク部の半径方向断面、つまり回転刃断面の形状は、刃部の刃先線の形状に対応させて切断開始側よりも切断終了側の回転刃断面の断面係数が大きくなるように形成することができる。これにより、切断開始側から切断終了までの各々の回転刃断面に対し、切断負荷に耐えるために十分な強度を確保することができる。

本発明において、回転刃の刃部はシャンク部の長手方向に形成された曲線状刃先を有する。そして、該刃部の曲線状刃先が回転刃の回転によって固定刃の直線状刃先と順次噛み合うことにより、回転刃と固定刃との間に挿入したシート材を切断することができる。また、回転刃の曲線状刃先は、相手刃となる固定刃の直線状刃先とで剪断角を画成するためのリード角をもって形成でき、シャンク部の長手方向に沿って被切断シート材の切断幅よりも長尺に形成できる。また、刃部の曲線状刃先は、従来のような機械加工によって平面を組み合わせて得る簡易形状の刃先線に限らず、螺旋や円弧などの任意曲線の一部を適用した曲線状の刃先線を有して形成することができる。

本発明において、回転刃の案内部は、固定刃の直線状刃先を回転刃の刃部の曲線状刃先に案内するために切断開始側に形成される。このような案内部は、回転刃の刃部に有する曲線状刃先に向かって滑らかな連続形状を有して形成することができ、案内部と曲線状刃先との間において従来の個別の部材を組み立てる形成手段では生じやすかった微小な位置ズレや段差や継目などをなくすことができる。これにより、固定刃の直線状刃先と回転刃の曲線状刃先との噛み合いを円滑に開始させることができ、噛み合う際に生じる互いの刃先の機械的衝突が防止され、これに起因する衝撃騒音や刃先磨耗を防止できる。

また、案内部は、回転刃の回転軸を中心とする円柱状の外周面を有して形成することができる。これにより、回転刃の外周面が滑らかな連続面となって、固定刃が回転刃と円滑かつ安定に摺動することができ、摺動時の騒音や固定刃の刃先磨耗を低減することができる。このような案内部は、切断終了後、固定刃の直線状刃先が誘導部によって誘導されて再び案内部に接する際、固定刃と回転刃とが切断装置としての機能を有するに必要な最小限の位置決め精度を有していれば、固定刃の直線状刃先は回転刃の案内部に円滑に接触できて固定刃と案内部との機械的衝突に起因する衝撃騒音を防止することができる。

本発明において、回転刃の誘導部は、固定刃の直線状刃先が回転刃の刃部から離脱した後に固定刃の直線状刃先を再び回転刃の案内部に誘導するために、切断終了側に形成される。このような誘導部は、回転刃の刃部に有する曲線状刃先から滑らかな連続形状を有して形成することができ、曲線状刃先と誘導部との間において従来の個別の部材を組み立てる形成手段では生じやすかった微小な位置ズレや段差や継目などをなくすことができる。これにより、固定刃の直線状刃先が回転刃の曲線状刃先から離脱する際に生じる誘導部に対する固定刃の直線状刃先の機械的衝突に起因する衝撃騒音や、固定刃の刃先磨耗を防止することができる。

また、誘導部は、回転刃の回転軸を中心として半径が減少する渦巻状の外周面を有して形成することができる。このような誘導部は、回転刃への圧接方向において、回転刃の回転とともに、切断終了後に誘導部に接触した固定刃の直線状刃先を案内部に近づけるように誘導できる。回転刃と固定刃との間には、切断終了までに、噛込角を有することによって噛込量に相当するだけの隙間を生じてしまう。この隙間が回転刃と固定刃との間に残存したまま固定刃の直線状刃先を回転刃の案内部へ誘導した場合、固定刃の直線状刃先は案内部に対して衝突するため、上述した誘導動作で固定刃を回転刃の案内部へ誘導することが望ましい。終には、固定刃と回転刃との機械的衝突が回避され、固定刃の直線状刃先を回転刃の案内部に円滑に接触させることができ、これにより固定刃の直線状刃先と回転刃の案内部との機械的衝突に起因する衝撃騒音を防止できる。

本発明において、上述した回転刃の案内部および誘導部の少なくとも一方に、溝状、スリット状、ピット状などの凹形状を有する潤滑剤保持部を設けて形成できる。このような潤滑剤保持部を設けることで、回転刃に圧接する固定刃の直線状刃先が潤滑剤保持部を通過する際、固定刃の直線状刃先に潤滑剤が付着し、付着した潤滑剤が回転刃との間に潤滑作用を生じさせるので、互いの刃先磨耗が抑制されるとともに鋭利性が保持される。なお、上述した潤滑剤保持部は案内部および誘導部の両方に設けてもよい。

また、本発明において、回転刃の素材、つまり焼結させる金属としては、金属焼結可能な金属粉末、例えば、ステンレス系刃物鋼、ダイス鋼、高速度工具鋼などの金属粉末が使用でき、被切断シート材の厚みや材質、シート材切断装置に所望される耐久性や切断品位など、必要に応じて適宜選定することができる。
また、金属焼結させる手段としては、ＭＩＭや、プレス焼結や、プラズマ焼結等の手段が適用できる。特にＭＩＭは、上述したように形状の再現性において格段に優れているので複雑な寸法形状を有する回転刃の形成には好適である。

上述したように機械加工後に組み立てる従来の形成手段よりも安価に得られる一体の金属焼結体でなる回転刃を用いる本発明のシート材切断装置は、一連の切断動作、具体的には、固定刃の直線状刃先が回転刃の案内部によって刃部に案内され、該刃部に有する曲線状刃先と噛み合うことでシート材を切断し、次いで刃部から離脱した後に回転刃の誘導部に接触しながら案内部に接触し、終には切断開始前の待機位置に移行される、という一連の切断動作が円滑かつ安定にでき、従来よりも衝撃騒音や刃先磨耗が極めて低減されたシート材切断装置となる。

以下、上述した本発明の特徴である一体の金属焼結体でなる回転刃につき、図面を用いて具体的に説明する。
図１は、本発明のシート材切断装置に用いる回転刃１００に対し、直線状刃先２０１を有する固定刃２００を組み合わせた一例を示す正面図である。図２は、図１に示す状態すなわち固定刃２００が切断開始前の待機位置にあるときの右方側面を示す側面図である。図３は、図１中に示す線分ＰＰにおいて、その右方断面を示す断面図である。図４は、図１に示す状態から回転刃１００が回転して切断動作を開始した後に、回転刃１００と固定刃２００との接触位置が案内部１０５と刃部１０３との境界（Ａ）に達した状態であって、図１中に示す線分ＰＰにおいて、その右方断面を示す断面図である。図５は、図４に示す状態から回転刃１００がさらに回転してシート材（図示せず）を切断した後に、回転刃１００と固定刃２００との接触位置が刃部１０３と誘導部１０６との境界（Ｂ）に達した状態であって、図１中に示す線分ＲＲにおいて、その右方断面を示す断面図である。なお、各図において、切断動作における回転刃の回転方向とシート材の切断方向を矢印で示す。また、各図中に黒丸点で示す（Ａ）〜（Ｄ）は、回転刃における当該位置の明確化のために誇張して示している。

回転刃１００は、長尺状に形成されたシャンク部１０１と、シャンク部１０１の長手方向に形成された曲線状刃先１０４を有する刃部１０３と、刃部１０３の切断開始側に設けた案内部１０５と、刃部１０３の切断終了側に設けた誘導部１０６とを有し、一体の金属焼結体で形成されている。また、図１において、回転刃１００の刃先線を左下方から右上方に傾斜する直線状に示しているが、回転刃１００は略円柱状の外観形状を有することから、回転刃１００の刃先線は曲線状刃先１０４となっている。

シャンク部１０１は、その長手方向の両端側には回転刃１００の回転を軸支するための軸部１０２ａ、１０２ｂを有している。また、刃部１０３が形成されたシャンク部１０１の半径方向断面の形状は、図４に示す形状から図５に示す形状へと変化するように形成している。これにより回転刃１００と固定刃２００との間にシート材（図示せず）を挿入する間隙を確保するとともに、回転刃１００が切断負荷に耐えるだけの強度を確保している。

また、回転刃１００は、上述したように切断開始側に案内部１０５を有し、固定刃２００の直線状刃先２０１を刃部１０３に案内することができる。また、案内部１０５の外周面は、刃部１０３の曲線状刃先１０４に対して微小な段差を有さないように連続して形成されている。

また、回転刃１００は、上述したように切断終了側に誘導部１０６を有し、固定刃２００が刃部１０３から離脱した後に固定刃２００を案内部１０５に誘導することができる。また、誘導部１０６の外周面は、刃部１０３の曲線状刃先１０４から連続して形成された渦巻状の外周面を有し、微小な段差を有さないように連続した外周面として形成されている。また、上述した渦巻状の外周面は、回転刃１００の回転軸を中心とする半径が暫減する形状を有している。

また、案内部１０５および誘導部１０６には、回転刃１００の回転軸回りに溝状の形状を有して潤滑剤保持部１０７、１０８が形成され、潤滑剤供給部（図示せず）から供給される潤滑油を保持することができる。潤滑剤保持部１０７、１０８に潤滑剤を供給することにより、回転刃１００と固定刃２００の直線状刃先２０１との摺動および噛み合いがより円滑化され、摺動および噛み合い時の騒音や刃先磨耗の抑制が期待できる。

平板状の外観形状を有する固定刃２００は、回転刃１００に対して噛込角を伴って圧接される直線状刃先２０１を有し、この直線状刃先２０１が回転刃１００と噛込角を有するように回転刃１００の長手方向となる回転軸方向に沿うよう配置されている。ここでいう噛込角は、回転刃１００の回転軸と固定刃１００の直線状刃先２０１とがなす角度を意味するが、概して、回転刃１００の曲線状刃先１０４を有する刃部１０３の外周面と固定刃２００の直線状刃先２０１とがなす角度と解することもできる。また、図５において、回転刃１００の境界（Ｂ）で接する固定刃２００の直線状刃先２０１が誘導部１０６の外周面に対して交差するように図示されているが、この交差が噛込角に相当するものである。

次に、上述した回転刃１００とは別の回転刃と固定刃２００を用いた構成について説明する。図７は、本発明のシート材切断装置に用いる回転刃１１０に対し、直線状刃先２０１を有する固定刃２００を組み合わせた一例を示す正面図である。図８は、図７に示す固定刃２００が切断開始前の待機位置にあるときの右方側面を示す側面図である。図９は、図７に示す状態から回転刃１１０が回転して切断動作を開始した後に、回転刃１１０と固定刃２００との接触位置が案内部１１５と刃部１１３との境界（Ａ）に達した状態であって、図７中に示す線分ＰＰにおいて、その右方断面を示す断面図である。図１０は、図９に示す状態から回転刃１１０が回転してシート材（図示せず）を切断した後に、回転刃１１０と固定刃２００との接触位置が刃部１１３と誘導部１１６との境界（Ｂ）に達した状態であって、図７中に示す線分ＲＲにおいて、その右方断面を示す断面図である。なお、各図において、切断動作における回転刃の回転方向とシート材の切断方向を矢印で示す。また、各図中に黒丸点で示す（Ａ）〜（Ｄ）は、回転刃における当該位置の明確化のために誇張して示している。

回転刃１１０は、上述した回転刃１００と同様に、長尺状に形成されたシャンク部１１１と、シャンク部１１１の長手方向に形成された曲線状刃先１１４を有する刃部１１３と、刃部１１３の切断開始側に設けた案内部１１５と、刃部１１３の切断終了側に設けた誘導部１１６とを有して一体の金属焼結体で形成され、この回転刃１１０に対して固定刃２００の直線状刃先２０１が噛込角を伴って圧接される。また、回転刃１１０の刃先線は緩やかな曲線状刃先１１４に形成され、シャンク部１１１の長手方向の両端側には回転刃１１０を軸支する軸部１１２ａ、１１２ｂを有する。シャンク部１１１の半径方向断面の形状は図９に示す形状から図１０に示す形状へと連続的に変化するように形成され、回転刃１１０と固定刃２００との間にシート材（図示せず）を挿入する間隙を確保するとともに、回転刃１１０が切断負荷に耐えるだけの強度を確保している。

また、回転刃１１０は、切断開始側に固定刃２００の直線状刃先２０１を刃部１１３に案内する案内部１１５を有し、切断終了側に固定刃２００が刃部１１３から離脱した後に固定刃２００を案内部１１５に誘導する誘導部１１６を有する。案内部１１５の外周面は刃部１１３の曲線状刃先１１４に対して境界（Ａ）で連続して形成され、誘導部１１６の外周面は刃部１１３の曲線状刃先１１４から境界（Ｂ）で連続するように形成される。また、案内部１１５の外周面は（Ａ）〜（Ｄ）間において滑らかに連続する円筒状面を有し、誘導部１１６の外周面は（Ｂ）〜（Ｃ）間において滑らかに連続しつつも（Ｃ）に達するまでに噛込角によってもたらされる固定刃２００の噛込量に相当するだけ回転半径が減少するような連続面を有する。また、回転刃１１０は、案内部１１５に回転刃１１０の回転軸回りに溝状の形状を有して潤滑剤保持部１１７を有する。

上述した２つの回転刃１００、１１０は、シャンク部１０１、１１１や刃部１０３、１１３の形状は異なるものの本発明において好適な回転刃であって、一体に金属焼結体でなることから案内部１０５、１１５から刃部１０３、１１３に有する曲線状刃先１０４、１１０を経て誘導部位１０６、１１６へと微小な段差などを有さないように連続して形成され、これにより回転刃１００、１１０と固定刃２００とが互いに機械的衝突を生じることなく円滑に摺動および噛み合いが可能となる。加えて、潤滑剤保持部１１７に潤滑剤を供給することにより、さらなる摺動および噛み合いの円滑化や、騒音および刃先磨耗の抑制が期待できる。このような作用効果が得られる回転刃の形状、つまり、シャンク部、刃部、案内部、誘導部、さらには曲線状刃先、半径方向断面形状、軸部などの形状は多様に設計可能である。

以下、図１に示す回転刃１００と固定刃２００との組合せにおいて、切断動作につき、すなわち、回転刃１００が一回転し、固定刃２００が図１に示す待機位置から再び同じ待機位置に戻る間の動作につき、具体的に説明する。切断動作における回転刃１００と固定刃２００との接点の軌跡を図６に模式的に示す。
図１に示す待機位置において、固定刃２００の直線状刃先２０１は回転刃１００の案内部１０５に当接している。厳密には、固定刃２００は回転刃１００に対して噛込角を伴って圧接するため、直線状刃先２０１は案内部１０５の外周面を画成する線分ＰＰに位置する辺縁に当接している。この待機位置における接点は、図６においては（Ｄ）と（Ａ）との間に位置する。

回転刃１００が回転すると、回転刃１００と固定刃２００との接点は、待機位置から案内部１０５を通って刃部１０３の曲線状刃先１０４との境界（Ａ）に達する。そして、境界（Ａ）を通過した接点は曲線状刃先１０４に達する。このとき固定刃２００の直線状刃先２０１は、回転刃２００の曲線状刃先１０４と摺動しながら噛み合うので、刃先間に挿入されたシート材（図示せず）を切断することができる。

この後、回転刃１００と固定刃２００との接点は、曲線状刃先１０４と誘導部１０６との境界（Ｂ）に達した後に刃部１０３の曲線状刃先１０４から離脱して誘導部１０６に達する。回転刃１００がさらに回転すると、前記接点は誘導部１０６の渦巻状の外周によって回転刃１００の半径方向において回転軸へ次第に近づくよう誘導されて（Ｃ）まで達する。前記接点が（Ｂ）まで移動される過程において、回転刃１００と固定刃２００の直線状刃先２０１との間には、噛込角を有することによって生じる噛込量に相当するだけの隙間が画成される。しかしながら、前記接点が（Ｂ）から（Ｃ）へ移動される過程において、前記接点が、ほぼ上述の噛込量に相当するだけ回転軸に近づく方向に誘導されるため上述の隙間は小さくなっていく。望ましくは、前記接点が（Ｃ）に達したとき前記隙間がなくなって、固定刃２００の直線状刃先２０１が回転刃１００の案内部１０５の（Ｄ）に接し、これにより前記接点が（Ｃ）から（Ｄ）へ移行される（図６に破線で示す）ことである。

回転刃１００と固定刃２００との接点が誘導部１０６の（Ｃ）に達したとき、固定刃２００の直線状刃先２０１が誘導部１０６における（Ｃ）に接触しながら案内部１０５における（Ｄ）に接触して案内部１０５に誘導されることが望ましい。つまり、固定刃２００の直線状刃先２０１が、回転刃１００の切断終了側（誘導部１０６）および切断開始側（案内部１０５）の２箇所に実質的に同時に接する構成が望ましい。このような構成は、前記接点が誘導部１０６における境界（Ｃ）に達したとき、噛込角を伴うことにより固定刃２００の直線状刃先２０１が回転刃１００の案内部１０５の外周と離間する距離分だけ回転半径が小さくなるような形状に、誘導部１０６の外周を形成することで可能となる。誘導部１０６の（Ｃ）と案内部１０５の（Ｄ）を上述した位置関係とすることで、固定刃２００の直線状刃先２０１は誘導部１０６における（Ｃ）で接触しながらも案内部１０５における（Ｄ）で接触することができ、固定刃２００の直線状刃先２０１が回転刃１００の誘導部１０６から再び案内部１０５に乗り移る際の案内部１０５への衝突を防止することができる。

このように再び案内部１０５の（Ｄ）へ移動した接点は、終には待機位置へ戻る。
本発明における一体の金属焼結体でなる回転刃を用いたシート材切断装置は、上述した一連の切断動作における回転刃と固定刃との接触および噛み合いが円滑かつ安定にできるので、従来問題となっていた回転刃と固定刃との機械的衝突に起因する衝撃騒音や刃先磨耗や刃先欠けといった不具合が解決されたシート材切断装置となる。

本発明のシート材切断装置の一例について説明する。図１１は、図１に示す回転刃１００および固定刃２００と同様の外観形状を有する回転刃１および固定刃２を用いて構成した本発明のシート材切断装置の一例の構成図である。なお、回転刃１と回転刃１００との外観形状の違いは、回転刃１００が有する潤滑剤保持部１０７、１０８を回転刃１には設けていない点である。図１２は、図１１に線分ＰＰで示す位置の右方断面を示す断面図である。図１３は、図１１に示すシート材切断装置の各部材の位置関係を示す構成図である。

まず、回転刃１を金属射出成形法（以下、ＭＩＭという）により形成した。
（１）金属粉末として合金工具鋼ＳＫＤ１１、バインダとしてパラフィンワックスおよびポリプロピレン、この他ゴム材（ＳＢＲ）を混合して混練し、射出成形用素材とする。
（２）前記射出成形用素材を回転刃１の形状に対応する空間形状を有する加温された金型キャビティ内に射出して成形し、常温（２５度）まで冷却した後に型開きし、回転刃１に近似する外観形状を有するグリーン体を得る。
（３）前記グリーン体を炭化水素系溶剤に浸漬してパラフィンワックスを除去し、乾燥させた後に加熱してポリプロピレンやゴム材を除去し、この後さらに加熱して金属粉末を焼結させて、回転刃１に近似する外観形状を有する金属焼結体を得る。
（４）前記金属焼結体の反りを矯正後、焼入れ温度１０３０度および焼戻し温度１７０度で熱処理を施し、さらに刃先を研削仕上げする。
以上の手順により、刃部の硬さがＨＲＣ６１の金属焼結体でなる回転刃１を得た。

上述の製造方法によって得た回転刃１は、長尺状のシャンク部１ａと、その長手方向に設けた刃部１ｂと、切断開始側に案内部１ｄと、切断終了側に誘導部１ｅとを有し、これらが一体の金属焼結体で形成されている。また、シャンク部１ａの外周は円柱面の一部分でなり、この円柱面の最大外径を８ｍｍとした。また、シャンク部１ａの両端に、長さ１５ｍｍで外径６ｍｍの軸部１ｆ、長さ１０ｍｍで外径６ｍｍの軸部１ｇを設けた。案内部１ｄは、その外周面は長手方向の幅が３ｍｍで最大外径が８ｍｍの円柱状とした。誘導部１ｅは、その外周面は長手方向の幅が１．５ｍｍで最大外径が８ｍｍであって半径減少による最小外径が７ｍｍとなる渦巻状とした。

上述した回転刃１を用いて、図１１〜図１２に示すシート材切断装置を構成した。
シャンク部１ａの長手方向に有する刃部１ｂの曲線状刃先１ｃの刃渡り８６ｍｍのを有する回転刃１と、刃渡り９０ｍｍで厚さ０．８ｍｍのＳＫＤ１１鋼板でなる固定刃２を組み合せて、一般に３インチと呼ぶ幅８０ｍｍのシート材の切断に対応できるようにした。また、回転刃１の曲線状刃先１ｃのリード角を１．５度とし、曲線状刃先１ｃと固定刃２の直線状刃先２ａとでなす剪断角が１．５度となるように配置した。また、回転刃１の回転軸に対する固定刃２の直線状刃先２ａの交差量すなわち噛込量を０．４ｍｍとなるように配置した。このとき、回転刃１と固定刃２の直線状刃先２ａとがなす噛込角は約０．２５度となる。また、誘導部１ｅにおける渦巻状の外周面において、固定刃２の直線状刃先２ａは、回転刃１の半径方向に上述の噛込量０．４ｍｍよりも大きな最大０．５ｍｍの移動が可能となるため、上述したように（Ｃ）および（Ｄ）の両方の位置で回転刃１に接することが可能となる。

シート材切断装置において、軸部１ｆ、１ｇを軸受７で軸支した回転刃１とホルダ５に取り付けた固定刃２とを上述したように約０．２５度の噛込角を伴って配置し、バネ９によって固定刃２を回転刃１に圧接した。また、ホルダ５や軸受７はフレーム３および側板４で支持し、回転刃１と固定刃２の噛合量すなわち噛込角を調整する調整板６を設けた。また、回転刃１の曲線状刃先１ｃと固定刃２の直線状刃先２ａとの間において、シート材の挿入が可能な図１２に示すように間隙１２を確保した。

フレーム３および調整板６とで軸支されるホルダ５は、その取付面５ａに固定刃２が固着され、切断幅方向両側の曲げ部に設けた貫通孔５ｂにフレーム３および調整版６に軸支される支軸８の軸端８ａ、８ｂが連通され、一方の曲げ部にのみ設けた貫通孔５ｃにバネ９の一方の足９ｂが連通されてバネ９を係止している。また、支軸８はホルダ５およびバネ９を軸支し、バネ９は、その弾性力により、回転刃１に対し、具体的には案内部１ｄや曲線状刃先１ｃや誘導部１ｅに対し、固定刃２の直線状刃先２ａを付勢して圧接している。

回転刃１を側板４とで軸支するフレーム３は、切断幅方向の一方側に貫通孔３ａ、３ｂを有し、貫通孔３ａに軸受７を取り付けて回転刃１の一方の軸部１ｆを軸支し、貫通孔３ｂでホルダ５の貫通孔５ｂを連通した支軸８の一方の軸端８ａを軸支している。また、フレーム３の切断幅方向の他方側にはタップ孔３ｃを有し、このタップ孔３ｃに側板４を取り付け、側板４に設けた貫通孔４ｂに軸受７を取り付けて回転刃１の他方の軸部１ｇを軸支している。また、フレーム３の他方側に取り付けられた側板４は、逃がし孔４ｃに支軸８の他方の軸端８ｂおよびバネ９の他方の足９ａを連通してこれらとの干渉を回避し、貫通孔４ａの個所でネジ１０によってフレーム３に固定される。

側板４の外側に取り付けられた調整板６は、タップ孔４ｄの個所でネジ１１によって側板４に取り付けられ、貫通孔６ｂに支軸８の他方の軸端８ｂを挿入して軸支し、貫通孔６ｃにバネ９の一方の足９ａを連通してバネ９を係止している。そして、調整板６においては、フレーム３の貫通孔３ｂの軸心に対して貫通孔６ｂの軸心をシート材を挿入する方向に変位させるために貫通孔６ａの外縁とネジ１１の外周との間に所定のクリアランスを設け、このクリアランスの範囲内で支軸８の軸端８ｂ側を微小に位置調整することにより、固定刃２の直線状刃先２ａと回転刃１との噛込量を調整することができる。

次に、上述した構成を有するシート材切断装置を用いてシート材の切断を実施した。被切断シート材としては、市販される各種の３インチ対応サーマルプリンタに使用可能な厚さ０．１５ｍｍで幅８０ｍｍの感熱ロール紙（以下、シート材という）を選定した。
回転刃１と固定刃２との間の間隙１２にシート材（図示せず）を挿入後、回転刃１を回転して切断動作を開始した。回転刃１の曲線状刃先１ｃと固定刃２の直線状刃先２ａとは接触しながら摺動し、曲線状刃先１ｃと直線状刃先２ａとが順次噛み合った。このとき曲線状刃先１ｃと直線状刃先２ａの接点は、図１１において案内部１ｄから曲線状刃先１ｃの左方から右方へとシート材の幅方向に移動した後に誘導部１ｅへ達した。この後、曲線状刃先１ｃと直線状刃先２ａの接点は、誘導部１ｅから案内部１ｄへと誘導され、切断動作開始前の待機位置に達した。

上述した一連の切断動作により、間隙１２に挿入したシート材は幅方向に切断され、切断されたシート材の切断面は毛羽立ちや千切れなどの不具合もなく安定な切断品位であることが確認できた。また、上述した切断動作の間、回転刃１と固定刃２とは円滑にかつ安定して摺動および噛み合い、機械的衝突を生じることもなく、衝撃騒音、刃先の欠け、酷い刃先磨耗や偏磨耗といった不具合の発生も認められなかった。
以上より、複雑な形状を有する、具体的には、シャンク部、刃部、案内部、誘導部とを有する回転刃を一体の金属焼結体でなる回転刃として廉価化し、この回転刃を用いて構成した本発明のシート材切断装置は、切断動作における衝撃騒音や刃先の欠けや予期しない磨耗や偏磨耗といった不具合が防止されることを確認でき、本発明のシート材切断装置を搭載する機械装置や事務機器の低騒音化や長寿命化が期待できることが確認できた。

本発明において使用可能な回転刃と固定刃の組み合せの一例を示す正面図である。 図１に示す回転刃と固定刃の組み合せの右方側面を示す側面図である。 図１に示す線分ＰＰにおける右方断面を示す断面図である。 図１に示す線分ＰＰにおいて固定刃の直線状刃先が境界（Ａ）に達したときの右方断面を示す断面図である。 図１に示す線分ＲＲにおいて固定刃の直線状刃先が境界（Ｂ）に達したときの右方断面を示す断面図である。 図１に示す構成での切断動作において回転刃と固定刃が接する接点の移動軌跡を示す模式図である。 本発明において使用可能な回転刃と固定刃の組み合せの別の一例を示す正面図である。 図７に示す回転刃と固定刃の組み合せの右方側面を示す側面図である。 図７に示す線分ＰＰにおいて固定刃の直線状刃先が境界（Ａ）に達したときの右方断面を示す断面図である。 図７に示す線分ＲＲにおいて固定刃の直線状刃先が境界（Ｂ）に達したときの右方断面を示す断面図である。 本発明におけるシート材切断装置の一例を示す構成図である。 図１１に示す線分ＰＰにおける右方断面を示す断面図である。 図１１に示すシート材切断装置の各部材の配置関係を示す構成図である。

符号の説明

１．回転刃、１ａ．シャンク部、１ｂ．刃部、１ｃ．曲線状刃先、１ｄ．案内部、１ｅ．誘導部、１ｆ，１ｇ．軸部、２．固定刃、２ａ．直線状刃先、３．フレーム、３ａ，３ｂ．貫通孔、３ｃ．タップ孔、４．側板、４ａ，４ｂ．貫通孔、４ｃ．逃がし孔、４ｄ．タップ孔、５．ホルダ、５ａ．取付面、５ｂ，５ｃ．貫通孔、６．調整板、６ａ，６ｂ，６ｃ．貫通孔、７．軸受、８．支軸、８ａ，８ｂ．軸端、９．バネ、９ａ，９ｂ．足、１０，１１．ネジ、１２．間隙、
１００．回転刃、１０１．シャンク部、１０２ａ，１０２ｂ．軸部、１０３．刃部、１０４．曲線状刃先、１０５．案内部、１０６．誘導部、１０７，１０８．潤滑剤保持部、
１１０．回転刃、１１１．シャンク部、１１２ａ，１１２ｂ．軸部、１１３．刃部、１１４．曲線状刃先、１１５．案内部、１１６．誘導部、１１７．潤滑剤保持部、
２００．固定刃、２０１．直線状刃先

Claims (5)

1. 曲線状刃先を有する回転刃と直線状刃先を有する固定刃とが剪断角を画成し噛込角を伴って圧接するシート材切断装置であって、前記回転刃は、長尺状に形成されたシャンク部と、該シャンク部の長手方向に前記剪断角を画成するためのリード角をもって形成された前記曲線状刃先を有する刃部と、切断開始側に形成され前記固定刃を前記刃部に案内する案内部と、切断終了側に形成され前記固定刃が前記刃部から離脱した後に前記固定刃を前記案内部に誘導する誘導部と、前記シャンク部の長手方向の両端側には前記回転刃の回転を軸支するための軸部とを有し、前記シャンク部と、前記刃部と、前記案内部と、前記誘導部と、前記軸部とが金属粉末射出成形法による金属粉末射出成形体が焼結された一体の金属焼結体でなることを特徴とするシート材切断装置。
2. 前記固定刃は前記誘導部に接触しながら前記案内部に接触して前記案内部に誘導されることを特徴とする請求項１に記載のシート材切断装置。
3. 前記誘導部は前記曲線状刃先から連続してなり前記回転刃の回転軸を中心とする半径が暫減する渦巻状の外周面を有することを特徴とする請求項１または２に記載のシート材切断装置。
4. 前記案内部は前記曲線状刃先に連続してなる円柱状の外周面を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のシート材切断装置。
5. 前記案内部および前記誘導部の少なくとも一方には潤滑剤保持部を有す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材切断装置。