JP5586401B2

JP5586401B2 - 切断刃およびその製造方法並びにスリッティング工具

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Publication number: JP5586401B2
Application number: JP2010217204A
Authority: JP
Inventors: 成進金
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2010-09-28
Filing date: 2010-09-28
Publication date: 2014-09-10
Anticipated expiration: 2030-09-28
Also published as: JP2012071377A

Description

本発明は、樹脂フィルム、紙、金属箔等の長尺シート状の被切削物を連続的に切断するためのスリッタ用の切断刃およびその製造方法並びにスリッティング工具に関する。

従来より、樹脂フィルム、磁気テープ、紙、金属箔、金属薄板等の長尺シート状の被切削物を連続的に切断するためのスリッティング工具が多く用いられている。例えば、特許文献１では、切断刃の外周面を切刃から離れるにつれて縮径するテーパ面とする構成が開示され、切断する際に被切削物とテーパ面とが離れやすくなることが記載されている。

実開平０６−０８５７９１号公報

しかしながら、特許文献１のように切断刃の外周面をテーパ面にすると、被切削物の接触は少なくなるものの、テーパ面に続く次の面との境界で被切削物の切断面にキズをつけたり、境界部で発生する摩耗粉が切断刃の表面に固着して丸刃の平滑性を損なったりすることがあった。また、被切削物が接触する部分には溶着が発生しやすく、切断面が荒れたりダレたりするという不具合があった。

本発明は、良好な切断面を有するとともに耐欠損性を向上した切断刃およびその製造方法並びにスリッティング工具を提供することを目的とする。

本発明の切断刃は、円盤状で外周に切刃を備え、該切刃に続いて外周面を形成し、該外周面は反対主面に続く形状からなる切断刃であって、前記外周面と前記反対主面との間にはＲ曲面が形成され、前記外周面および前記Ｒ曲面においては前記切刃の稜線に垂直な円盤の径方向に対して被切削物の進行方向に＋５°〜＋１０°だけ傾いた斜め方向に研磨傷が存在するとともに、前記反対主面においては前記切刃の稜線に対して平行に研磨傷が存在している構成からなる。

また、本発明の他の切断刃は、円盤状で外周に切刃を備え、該切刃に続いて第１面および第２面を具備する外周面を形成し、該外周面は反対主面に続く形状からなる切断刃であって、前記外周面の前記第１面と前記第２面との間にはＲ曲面が形成され、前記外周面および前記Ｒ曲面においては前記切刃の稜線に垂直な円盤の径方向に対して被切削物の進行方向に＋５°〜＋１０°だけ傾いた斜め方向に研磨傷が存在するとともに、前記反対主面においては前記切刃の稜線に対して平行に研磨傷が存在している構成であってもよい。

ここで、前記Ｒ曲面の最大高さＲｚが０．２〜０．５μｍである構成であってもよい。

さらに、少なくとも前記Ｒ曲面には、基体表面に厚み０．２μｍ以下の被覆層が被覆された構成であってもよい。

また、本発明の切断刃の製造方法は、円盤状の基体を自転させながら該基体の両主面を研磨加工する工程と、前記基体の外周面が砥石に対して平行となるように傾けるとともに
、前記砥石の回転方向と前記円盤の径方向とが＋５°〜＋１０°だけ傾いた斜め方向になる配置で固定して前記外周面を研磨加工する工程と、前記外周面の研磨加工に引き続いてＲ曲面を研磨加工する工程とを備える。

さらに、本発明のスリッティング工具は、下刃および上刃が各々の中心を軸として互いに逆方向に回転しつつ、前記下刃と前記上刃との重なり部分で被切削物を剪断により連続的に切断するものであって、前記上刃が上記切断刃からなるものである。

本発明の切断刃によれば、切刃においては切刃作製時におけるチッピングの発生を抑制してシャープエッジを形成できるとともに、被切削物の溶着を抑制でき、かつ使用時の切刃の欠損も抑制できる。

本発明の切断刃の製造方法によれば、シャープな切刃で耐溶着性を改善した切断刃を作製できるとともに、精度の高い加工が可能である。

本発明のスリッティング工具によれば、切れ味が良く、かつ被切削物が溶着しにくい切断ができる。

本発明の切削工具の好適例であるウェブ切断装置について、（ａ）上刃と下刃を回転軸方向で見た概略図、（ｂ）（ａ）のＳ軸の断面についての要部拡大図、（ｃ）（ａ）のＴ軸の断面についての要部拡大図である。図１のウェブ切断装置について、（ａ）Ｓ軸における断面図、（ｂ）上面図である。図２の上切刃付近の拡大断面図であり、（ａ）第１の実施態様、（ｂ）第２の実施態様である。図２の上切刃の側面図である。

本発明の切削工具の好適例であるウェブ切断装置について、（ａ）上刃と下刃を回転軸方向で見た概略図、（ｂ）（ａ）のＳ軸の断面についての要部拡大図、（ｃ）（ａ）のＴ軸の断面についての要部拡大図である図１、図１のウェブ切断装置について、（ａ）Ｓ軸における断面図、（ｂ）上面図である図２、図２の上切刃付近の拡大断面図であり、（ａ）第１の実施態様、（ｂ）第２の実施態様である図３、図２の上切刃の側面図である図４を基に説明する。

図１〜４によれば、スリッティング工具１は、略円柱形状の下刃２と、略円盤形状の上刃３とを備えている。下刃２及び上刃３は互いに対向する側の外周部にそれぞれ下切刃２５および上切刃３５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を通る直線方向（以下、中心軸方向という。）に重なっている。また、下刃２の下切刃２５と上刃３の上切刃３５における回転軌道面（それぞれの切刃の回転軌道を外周とする平面）は、互いに略平行となるように配置されている。なお、下刃２の下切刃２５と上刃３の上切刃３５それぞれの回転軌道面が平行から±５°の範囲内であることが、切断されるウェブ１０への応力や加工精度の観点から好ましい。

そして、図２のように、下刃２及び上刃３は図１に記載のＯ及びＰを回転軸として、それぞれ逆方向に回転させて、加工対象であるウェブ１０を下刃２及び上刃３の主面に対して垂直な方向から連続的に進入させて、下刃２の下切刃２５と上刃３の上切刃３５との間（具体的には、Ａ−Ａ’間）にてウェブ１０を切断する。

具体的に説明すると、下刃２は略円柱形状を有し、一端面に外周に亘って切り欠かかれた切欠部を有する第１ブロック２ａと、第１ブロック２ａと略同一径を有し、切欠部が形成されていない第２ブロック２ｂとからなる。第１ブロック２ａと第２ブロック２ｂはそれぞれの円柱の軸が合うように接合されている。そして、第１ブロック２ａの切欠部と第２ブロック２ｂとの一端面とによって空隙部２６が形成されている。なお、本発明の説明において、円柱形状とは外形が円柱になっていればよく、例えば内部に空隙部２６がある円筒形状も含むものである。

第１ブロック２ａは、外周側面２１と切欠部の入口面２２との間（即ちエッジ部分）に下切刃２５が形成されている。また、入口面２２では中心軸側に向かうにつれて下切刃２５の位置よりも後退した逃がし部が形成されている。

上刃３は略円盤形状を有しており、該円盤形状の外周に亘って上切刃３５が形成されている。また、上切刃３５は、回転軸と略直交するとともに下刃２と対向する上刃摺接面３２と、この上刃摺接面３２とは反対側の上刃裏面（反対主面）３３とによって構成されている。なお、本発明の説明において、円盤形状とは外形が円盤になっていればよく、例えば内部に空洞部３４があるドーナツ形状も含むものである。

下刃２の空隙部２６内には、上刃３の上切刃３５が挿入された状態で配置されている。上切刃３５が挿入される部分における空隙部２６の幅ｗは非常に狭い間隔（例えば１〜１０ｍｍ程度）に形成されている。そして、例えば切断装置１の下刃２および上刃３に対して垂直にウェブ１０を通すことにより、下切刃２５と上切刃３５との間でウェブ１０を切断する。このとき、ウェブ１０は下切刃２５と上切刃３５との間の剪断応力によって切断されることとなる。

下刃の第１ブロック２ａの外周側面２１および第２ブロック２ｂの外周側面は、ともに切断するウェブ１０を誘導する働きと切断時にウェブ１０の切断部分の両端を支持する働きを有している。そのため、外周側面２１はウェブ１０がはみ出さないようにウェブ１０の幅よりも幅広であることが好ましい。

ここで、図３、４の上刃３によれば、外周面３８と反対主面３３との間にはＲ曲面４０が形成され、外周面３８およびＲ曲面４０においては上切刃３５の稜線に垂直な円盤の径方向に対して被切削物の進行方向にθ＝＋５°〜＋１０°だけ傾いた斜め方向に研磨傷４２が存在するとともに、反対主面３３においては上切刃３５の稜線に対して平行に研磨傷４１が存在している構成からなる。

これによって、上切刃３５においては上切刃３５の作製時におけるチッピングの発生を抑制してシャープエッジを形成できるとともに、被切削物の上刃３への溶着を抑制でき、かつ使用時の上切刃３５の欠損も抑制できる。

ここで、切断刃の構成は、図３（ａ）に示すような第１の実施態様に限定されるものではなく、図３（ｂ）に示すような第２の実施態様例であってもよい。すなわち、外周面３８が第１面３８ａおよび第２面３８ｂの複数の面からなる構成であってもよく、この場合には、第１面３８ａと第２面３８ｂとの間にＲ曲面４０が形成された構成となる。そして、外周面３８およびＲ曲面４０においては上切刃３５の稜線に垂直な円盤の径方向に対して被切削物の進行方向に＋５°〜＋１０°だけ傾いた斜め方向に研磨傷４２が存在するとともに、反対主面３３においては上切刃３５の稜線に対して平行に研磨傷４１が存在している構成であってもよい。なお、外周面が３面以上の構成からなる場合には、切刃に隣接する２面間のみにＲ曲面４０を形成すれば切刃作製時におけるチッピングの発生を抑制し
てシャープエッジを形成できるとともに、被切削物の溶着を抑制でき、かつ使用時の切刃の欠損も抑制できることから、第２面と第３面（図示せず）との間およびそれ以降には、Ｒ曲面４０をつけなくてもよい。

そして、Ｒ曲面４０の最大高さＲｚが０．２〜０．５μｍであることが、被切削物の加工面粗度を改善できるとともに、切断加工後に被切削物が上刃３に吸い付くことを抑制できる点で望ましい。

さらに、図１（ｂ）（ｃ）に示すように、上刃摺接面３２の上切刃３５側にテーパ面３７を形成し、下刃２および上刃３の中心軸を通る断面上においてテーパ面３７に下切刃２５の１点で接触させた構成とすることもできる。この構成によれば、テーパ面３７を形成することにより、上切刃３５および下切刃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、上切刃３５と下切刃２５同士の接触による摩耗屑の低減ができて、下刃２と上刃３の切刃２５、３５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（上切刃３５と下切刃２５との距離Ｅ）を長期間にわたり精度良く設定することができる。このように所定の微小幅のクリアランスを維持した状態でウェブ１０を連続的に進入させることにより、下切刃２５と上切刃３５との間に所望の剪断応力が付与されて、ウェブ１０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。

ここで、下刃２および上刃３を構成する基体は、超硬合金、サーメット、高速度鋼等の硬質材が好適に使用可能であり、特に、刃先研磨加工に耐えうる靭性を兼ね備えて下切刃２５および上切刃３５の切刃５の先端における刃立性を向上できるとともに、切刃５の先端の耐摩耗性を両立する超硬合金が望ましい。

なお、下切刃２５および上切刃３５の表面に被覆層（図示せず）が形成されていてもよい。被覆層としては、周期表第４、５、６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種の被覆層を含む単層または複数層、または上記構成に対してさらにフッ素樹脂被覆層を積層した構成が好適に使用可能である。特に、被覆層はＤＬＣからなることが、耐摩耗性向上、摺動性の点で望ましい。なお、下切刃２５および上切刃３５の切刃以外もＤＬＣからなる被覆層にて被覆されており、ウェブ１０との摩擦を低減してウェブ１０の溶着を抑制する。このとき、少なくともＲ曲面４０においては、被覆層の厚みが０．２μｍ以下、特に０．０５〜０．２μｍであることがよく、これによれば、上切刃３５の耐摩耗性が向上するとともに、切断加工後に被加工物の上刃３への吸い付きを抑制できる点で望ましい。

また、上記切断刃を製造するには、まず、円盤状の基体を作製し、砥石の中心と基体の中心を合わせた位置に載置して、基体を自転させながらその両主面を砥石の回転方向に対して逆回転させて研磨加工する。

次に、上記両主面を研磨加工した基体の外周面が前記砥石の表面に対して平行となるように傾けるとともに、前記砥石の回転方向が前記切刃稜線に対して８０〜８５°となるように基体を配置して研磨加工することにより第１面を研磨加工する。このとき、第１面には切刃稜線に対して上切刃の稜線に垂直な円盤の径方向に対して被切削物の進行方向に傾いた斜め方向に研磨加工傷が入るように基体の位置を決める。

それから、所望により、第１面の研磨加工位置と同じ位置で前記砥石に対して前記基体を傾けて第２面を研磨加工する。この工程によれば、第２面の研磨加工傷は第１面の研磨加工傷と同じく、上切刃の稜線に垂直な円盤の径方向に対して被切削物の進行方向に＋５°〜＋１０°だけ傾いた斜め方向に研磨加工傷が入る。

そして、切断刃を砥石に対して前記第２面の研磨加工位置から前記第１面側に動かしながら研磨して前記第１面と前記第２面との間のＲ曲面を研磨加工する。この工程によって、Ｒ曲面にも切刃稜線に対して＋５°〜１０°だけ傾いた斜め方向に研磨傷が入る。

超硬合金からなる上刃の表面に対してダイヤモンド砥石を用いて研削し、上刃摺接面、先端角３０°の切刃、第１面、Ｒ曲面、所望により第２面、反対主面と続く表１の形状に加工した。そして、試料Ｎｏ．８においては、上刃全体にアークイオンプレーティング法によって、膜厚０．２μｍのＤＬＣからなる被覆層を被覆した。得られたＤＬＣ被覆層付きの上刃と同様にして同じ基体と被覆層にて下刃を作製し、これらを組み込んだ切断装置を用いて図１のようなスリッティング工具とし、アルミ箔を用いて下記条件でスリッティングテストを行った。
＜条件＞
刃具形状：スリッタ刃（上刃９８φ、下刃８０φ）
テープスピード：８０ｍ／分
上下刃のオーバーラップ量：０．５ｍｍ
被削材：アルミ箔（A1085H18）、２０μｍ厚
スリッティングテスト中、５００ｍ切断毎に被切断材の加工面状態を顕微鏡で観察して切断面にバリや変形が発生した時点を寿命として評価した。結果は表１に示した。

表１の結果から明らかなとおり、Ｒ曲面が形成されなかった試料Ｎｏ．７では、被切削物の加工面付近に加工筋が入っており、切刃には溶着が発生していた。また、Ｒ曲面の研磨傷の方向が切刃の稜線に対して垂直な試料Ｎｏ．６では全周に亘ってチッピングが発生して加工面の状態が悪く、逆に、Ｒ曲面の研磨傷の方向が切刃の稜線に対して平行な試料
Ｎｏ．５では、全周に亘って溶着が発生して切断距離も短いものであった。

これに対して、外周面およびＲ曲面においては切刃稜線に垂直な円盤の径方向に対して被切削物の進行方向に＋５°〜＋１０°だけ傾いた斜め方向に研磨傷が存在するとともに、反対主面においては切刃稜線に対して平行に研磨傷が存在している試料Ｎｏ．１〜４、８では、被覆層の剥離や被切削物の吸い付きが少なくて切断距離が長くなった。

１スリッティング工具
２下刃
２ａ第１ブロック
２ｂ第２ブロック
２１外周側面
２２入口面
２５下切刃
２６空隙部
３上刃
３２上刃摺接面
３３反対主面
３４空洞部
３５上切刃
３７テーパ面
３８外周面
３８ａ第１面
３８ｂ第２面
４０Ｒ曲面
４１、４２研磨傷
５切刃
Ｏ上刃回転軸
Ｐ下刃回転軸
Ｓ中心軸（回転軸Ｐ、Ｏを通る直線）方向
Ｔ点Ａおよび点Ａ’を通って中心軸Ｓに平行な直線
θ 切断刃の径方向と研磨傷とのなす角

Claims

円盤状で外周に切刃を備え、該切刃に続いて外周面を形成し、該外周面は反対主面に続く形状からなる切断刃であって、前記外周面と前記反対主面との間にはＲ曲面が形成され、前記外周面および前記Ｒ曲面においては前記切刃の稜線に垂直な円盤の径方向に対して被切削物の進行方向に＋５°〜＋１０°だけ傾いた斜め方向に研磨傷が存在するとともに、前記反対主面においては前記切刃の稜線に対して平行に研磨傷が存在している切断刃。
円盤状で外周に切刃を備え、該切刃に続いて第１面および第２面を具備する外周面を形成し、該外周面は反対主面に続く形状からなる切断刃であって、前記外周面の前記第１面と前記第２面との間にはＲ曲面が形成され、前記外周面および前記Ｒ曲面においては前記切刃の稜線に垂直な円盤の径方向に対して被切削物の進行方向に＋５°〜＋１０°だけ傾いた斜め方向に研磨傷が存在するとともに、前記反対主面においては前記切刃の稜線に対して平行に研磨傷が存在している切断刃。
前記Ｒ曲面の最大高さＲｚが０．２〜０．５μｍである請求項１または２記載の切断刃。
少なくとも前記Ｒ曲面には、基体表面に厚み０．２μｍ以下の被覆層が被覆された構成からなる請求項１乃至３のいずれか記載の切断刃。
円盤状の基体を自転させながら該基体の両主面を研磨加工する工程と、前記基体の外周面が砥石に対して平行となるように傾けるとともに、前記砥石の回転方向と前記円盤の径方向とが＋５°〜＋１０°だけ傾いた斜め方向になる配置で固定して前記外周面を研磨加工する工程と、前記外周面の研磨加工に引き続いて前記Ｒ曲面を研磨加工する工程とを備えた切断刃の製造方法。
下刃および上刃が各々の中心を軸として互いに逆方向に回転しつつ、前記下刃と前記上刃との重なり部分で被切削物を剪断により連続的に切断するものであって、前記上刃が請求項１乃至４のいずれかに記載の切断刃からなるスリッティング工具。