JP7297627B2 - 刃及び刃の製造方法 - Google Patents
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Description
また、その他の切断手法として、スコアカット方式が知られている(例えば、特許文献1を参照。)。スコアカット方式は外周に丸刃をもつ刃付ローラーと円柱形の下ロールを平行に配置し、この2つのロール刃の間に被切断材を挟んだ状態で押付け、両ロールを回転させることにより、被切断材を押し切る方式である。
さらに、別の切断手法として、上刃と下刃を同じ刃を用いる技術(例えば、特許文献2に記載の切断装置を参照。)が挙げられる。この手法では、刃先を接触させるか又はわずかに隙間を空けた状態で、被切断材を挟むことで、金属板等の切断を行った場合でもカエリがなく、高精度な切断を行うことができる。
しかしながら、刃先の角度を大きくした場合には、切断の精度が低下するおそれがあり、刃先に強度の高い金属のめっきを施す技術については、使用期間が長くなると、めっきが剥がれて刃の耐久性が低下し、同じ刃を長期間使い続けることは難しい。
(1)円筒状の本体の外周部に形成された複数の刃であって、前記刃の全体が快削性合金からなることを特徴とする、刃。
(2)前記快削性合金が、ニッケル-リン合金であることを特徴とする、(1)に記載の刃。
(3)前記刃のビッカース硬度が、475以上であることを特徴とする、(1)又は(2)に記載の刃。
(4)前記刃は、先端平均幅が0.005mm以下であり、刃先角度が30°以下であり、刃の高さのばらつきが±0.001mm以内であり、刃先ピッチ精度が±0.001mm以内であることを特徴とする、(1)~(3)のいずれか1項に記載の刃。
(5)前記刃は、刃先の内周側に鎬部を有し、該鎬部は、鎬長が前記刃の高さより小さく、且つ、鎬角度が30°未満であることを特徴とする、(4)に記載の刃。
(6)円筒状の本体の外周部に形成される複数の刃の製造方法であって、原盤ロール母材上に、快削性合金のめっき層を形成する工程と、前記快削性合金のめっき層を切削加工し、刃を形成する工程と、を備え、形成された刃のピッチが0.5mm以下となることを特徴とする、刃の製造方法。
ここで、図1は、本発明の刃の一実施形態を正面から見た状態を、模式的に示したものであり、図2は、図1の刃の一部を拡大して見た状態を、模式的に示したものである。図3は、本発明の一実施形態に係る刃を回転軸方向から見た状態を模式的に示したものである。図4は、本発明の刃の製造方法の一実施形態の流れを説明するための図である。図9は、本発明の刃の他の実施形態について、刃の一部を拡大してみた状態を模式的に示したものである。
まず、本実施形態の刃について説明する。
本実施形態に係る刃は、図1に示すように、円筒状の本体20の外周部に形成された複数の刃30である。
そして、本実施形態に係る刃30は、その全体が快削性合金からなる。
刃30の刃先や表面だけでなく、全体を快削性合金から形成することによって、刃先の耐久性を大きく高めることができるとともに、快削性合金を用いているため、刃の加工性が高く、刃先の寸法精度を高めることが可能となる結果、高精度な切断と、耐久性とを両立することができる。さらに、時間の経過により刃の切れ味や切断精度が低下した際には、再び形状加工することによって再び切れ味や切断精度を再び高めることができるため、長期間の使用も可能となる。
なお、「刃30の全体が快削性合金からなる」とは、前記刃30の全て(表面だけでなく内部まで)が快削性合金のみで構成されていることをいう。ただし、前記快削性合金からなる場合であっても、不可避的不純物を含むことは許容される。ここで、不可避的不純物については、前記刃30の製造時に不可避的に含まれる成分であり、その含有量は合計で1質量%以下となる。
なお、前記刃30のビッカース硬度の測定は、市販のビッカース硬度計を用いて計測された値である。
なお、前記刃30の高さTとは、図2に示すように、後述する土台部分32(刃以外の基盤部分)から突出した刃先の長さのことである。
具体的には、前記刃30は、先端平均幅が0.005mm以下であり、刃先角度が30°以下であり、刃30の高さのばらつきが±0.001mm以内であり、刃先ピッチ精度が±0.001mm以内であることが好ましく、先端平均幅が0.002mm以下であり、刃先角度が25°以下であり、刃30の高さのばらつきが±0.0005mm以内であり、刃先ピッチ精度が±0.001mm以内であることがより好ましい。
前記刃30の刃先角度については、図2に示すように、前記刃30の刃先が形成する角度αのことである。
前記刃の高さのばらつきについては、狙いとする刃の高さ値Xに対して、任意に選択した5個の刃のうち、最も高い刃の高さ値X1との差、最も低い刃の高さ値X2との差のことであり、具体的には、狙いとする高さ値Xに対して、X1が+0.001mm以内、X2が-0.001mm以内であることを、±0.001 mmと表現している。
前記刃先ピッチ精度については、図1に示すように、前記刃30の形成されるピッチPについて、狙いとする刃先ピッチPに対して、幅方向に任意に選択した5個の刃を周方向4カ所計測し、そのうち、最も大きなピッチP1との差、最も小さなピッチP2との差のことであり、具体的には、狙いとする刃先ピッチPに対して、P1が+0.001mm以内、P2が-0.001mm以内であることを、±0.001mmと表現している。
さらに、前記鎬部は、図9に示すように、鎬長Uが前記刃の高さHより小さく、且つ、鎬角度βが30°未満であることが好ましい。前記刃先34を形成する点からは、前記鎬長Uは、前記刃の高さHより小さくする必要があり、前記鎬角度βを30°未満とすることで、切断品を通過させる空間が広がり、切断品への接触抵抗を減らすことができるためである。同様の観点から、前記刃の高さHに対する前記鎬長U(鎬長U/刃の高さH×100%)は、35%~90%であることがより好ましく60%~90%であることがさらに好ましく、また、前記鎬角度βは、0~10°であることがより好ましい。
ただし、本発明では、前記土台部分32の形成については特に限定はされず、前記本体20上に刃30が直接される構成とすることもできる。
前記円筒状の本体20を、回転軸Cを中心に回転させることで、本実施形態に係る刃30についても回転する。そして、回転している本実施形態に係る刃30に対象物を接触させることで、対象物の切断が行われる。
例えば、前記本体20として、ステンレスや、鋼、高強度の合金、高強度の金属等、の強度及び耐久性の高い材料を用いることがきる。
また、前記本体20の寸法についても、切断装置の種類や要求される性能等に応じて適宜選択することができる。
次に、本実施形態に係る刃の製造方法について説明する。
本実施形態に係る刃の製造方法は、図4に示すように、円筒状の本体20の外周部に形成される複数の刃30の製造方法であって、原盤ロール母材21上に、快削性合金のめっき層31を形成する工程(図4(a)、(b))と、前記快削性合金のめっき層31を切削加工し、刃30を形成する工程(図4(c)、(d))と、を備え、形成された刃30のピッチPが0.5mm以下となる。
上述の工程(図4(a)~(d))を経ることによって、刃30の形成ピッチPが0.5mm以下と細かい場合であっても、全ての刃30の寸法精度が高く、高精度な切断が可能な刃を得ることができる。また、得られた刃30は、全てが快削合金からなることから、加工がしやすい上に、耐久性が高く、長期間の使用も可能となる。
本工程(図4(a)、(b))によって、前記刃30の元となるめっき層31を形成することができる。
なお、前記原盤ロール母材21は、ロール(円筒)状の形状を有しているが、例えば、母材の表面を切削加工したり、研削加工することによって形成することができる。
なお、前記めっき層は、組成成分として快削性合金のみからなるが、不可避的不純物は含有し得る。
また、前記めっき層の快削性合金については、ニッケル-リン合金、硬質銅合金が挙げられ、これらの中でも、ニッケル-リン合金を用いることが好ましい。刃の加工性や、刃の耐久性をより高めることができるためである。
本工程(図4(c)、(d))によって、前記原盤ロール母材21(本体20)上に、刃30を形成することができる。
前記ダイヤモンド工具については、例えば図4(d)に示すように、断面が台形でテーパー形状の工具42を用いることができる。前記工具42のテーパー角度は刃30の刃先角度の寸法精度を高める観点から、該刃先角度に近い角度を有することが好ましい。
熱処理の条件は、特に限定はされない。例えば、300~350℃、で60分以上の熱処理とすることができる。
次に、本実施形態に係る切断装置について説明する。
本実施形態の切断装置は、上述した本発明の刃を有する。本発明の刃を用いることによって、高精度な切断が可能であるとともに、刃の耐久性が高く、長期間の使用が可能となる。
これらの切断装置の中でも、本発明の刃による効果をより発揮できる観点からは、スコアカット方式の切断装置とすることが好ましい。
ステンレスの原盤ロール母材(SUS440C、直径:98mm、軸方向の長さ:70mm(そのうち12mmの長さ範囲に刃を形成))を用意し、該母材に無電解めっきを施し、平均厚さが0.35mmのニッケル-リン合金の層を形成した。その後、R形状のバイトによって、合金層を円柱状に表面加工した後、テーパー角度25度のダイヤモンド工具を用いて形状加工を行い、サンプルとなる刃を得た。
得られた刃の数は31個、先端平均幅は0.002mm、刃先角度は25°、ビッカース硬度は550である。
実施例1と同様の条件で刃を作製した後、300℃で1時間の熱処理を施すことで、サンプルとなる刃を得た。
得られた刃の数は31個、先端平均幅は0.002mm、刃先角度は25°、ビッカース硬度は900である。
ステンレスの原盤ロール母材(SUS304、直径:98mm、軸方向の長さ:70mm(そのうち4mmの長さ範囲に刃を形成))を用意し、該母材に無電解めっきを施し、平均厚さが0.35mmのニッケル-リン合金の層を形成した。その後、R形状のバイトによって、合金層を円柱状に表面加工した後、テーパー角度25度のダイヤモンド工具を用い、形状加工を行い、サンプルとなる刃を得た。
得られた刃の数は11個、先端平均幅は0.005mm、刃先角度は25°、ビッカース硬度は550である。
ステンレスの原盤ロール母材(SUS304、直径:98mm、軸方向の長さ:70mm(そのうち3mmの長さ範囲に刃を形成))を用意し、該母材に無電解めっきを施し、平均厚さが0.35mmのニッケル-リン合金の層を形成した。その後、R形状のバイトによって、合金層を円柱状に表面加工した後、テーパー角度25度のダイヤモンド工具を用いて刃先の形状加工を行った後、テーパー角度8度のダイヤモンド工具を用いて鎬部の加工を行い、サンプルとなる刃を得た。
得られた刃の数は11個、先端平均幅は0.002mm、刃先角度は25°、鎬角度は8°、鎬長さは0.2mm、ビッカース硬度は550である。
ステンレスの原盤ロール母材(SUS304、直径:98mm、軸方向の長さ:70mm(そのうち3mmの長さ範囲に刃を形成))を用意し、該母材に無電解めっきを施し、平均厚さが0.35mmのニッケル-リン合金の層を形成した。その後、R形状のバイトによって、合金層を円柱状に表面加工した後、テーパー角度25度のダイヤモンド工具を用いて刃先の形状加工を行った後、テーパー角度8度のダイヤモンド工具を用いて鎬部の加工を行い、サンプルとなる刃を得た。
得られた刃の数は11個、先端平均幅は0.002mm、刃先角度は25°、鎬角度は8°、鎬長さは0.15mm、ビッカース硬度は550である。
ステンレスの原盤ロール母材(SUS304、直径:98mm、軸方向の長さ:70mm(そのうち3mmの長さ範囲に刃を形成))を用意し、該母材に無電解めっきを施し、平均厚さが0.35mmのニッケル-リン合金の層を形成した。その後、R形状のバイトによって、合金層を円柱状に表面加工した後、テーパー角度25度のダイヤモンド工具を用いて刃先の形状加工を行った後、テーパー角度8度のダイヤモンド工具を用いて鎬部の加工を行い、サンプルとなる刃を得た。
得られた刃の数は11個、先端平均幅は0.002mm、刃先角度は25°、鎬角度は8°、鎬長さは0.1mm、ビッカース硬度は550である。
金属製の円形刃(材質:SKH51)を5枚準備した。刃軸に対し、ディスタンスピース(又は、スペーサ)、刃、ディスタンスピースの順に積層し、所定の刃の間隔で、ローラー状の本体に組み付けた。
刃の寸法は、円の直径が98mm、厚さが0.5mmであった。
銅からなる原盤ロール母材(直径:98mm、軸方向の長さ:70mm(そのうち4mmの長さ範囲に刃を形成))を用意し、R形状のバイトによって、母材を円柱状に表面加工した後、テーパー角度25度のダイヤモンド工具を用い、形状加工を行い、サンプルとなる刃を得た。
比較例2のサンプルでは、得られた刃の数は11個、先端平均幅は0.005mm、刃先角度は25°、ビッカース硬度は180である。
比較例3のサンプルでは、得られた刃の数は11個、先端平均幅は0.035mm、刃先角度は25°、ビッカース硬度は180である。
比較例4のサンプルでは、得られた刃の数は11個、先端平均幅は0.002mm、刃先角度は25°、ビッカース硬度は180である。
実施例1~3及び比較例1~4のサンプルについて、使用前の、刃の寸法状態(刃先角度、刃先ピッチ精度、先端平均幅、硬度)について、顕微鏡及び写真を用いて確認及び測定した。結果を表2に示す。
さらに、実施例及び比較例の各サンプルについては、上述した刃の寸法状態の測定に加えて、以下(1)及び(2)の評価も行った。
サンプルごとに、5つの刃(n1~n5)を任意に選択し、刃の表面に紫外線硬化型樹脂を滴下した後に紫外線を照射し硬化させることで、当該刃の転写物を得ることにより、選択した刃の高さについて観察及び測定を行った。測定結果を表1に示す。
表1の結果から、実施例の各サンプルについては、刃の高さのばらつきがないことがわかった。一方、比較例2~4については、0.004mm程度のばらつきが生じることがわかった。
サンプルごとに、5つの刃(n1~n5)を任意に選択し、狙った刃先ピッチ(表2の平均刃先ピッチ)からのばらつきを刃先ピッチの精度として測定した。測定結果を表2に示す。また、刃先ピッチのばらつきは、刃の周方向に沿って4カ所(0°、90°、180°、270°)の位置で測定しており、その測定結果をグラフにプロットして図5及び図6に示している。表2では、全20個のデータ(5つの刃×周方向の4カ所)のうち、最も大きなピッチと最も小さなピッチとの差を刃先ピッチ精度として表示している。
表2、図5及び図6の結果から、実施例の各サンプルのピッチのばらつきは、比較例2~4のサンプルのピッチのばらつきに比べて、半分以下であり、刃先ピッチ精度が大きく改善されていることがわかった。
そして、各サンプルの刃を用いたスコアカット方式の切断装置によって、PETフィルム(東洋紡A4300、厚さ:50μm、幅:4mm)を切断した。なお、切断装置によるフィルムの切断は、100mの長さまで実施した。フィルム切断を行った後、以下(3)~(5)の評価を行った。
切断装置によるフィルムの切断を、100mまで実施できたか否かについて目視にて確認を行った。
評価については、100mのフィルムの切断を確認できた場合には○、100mのフィルムの切断を確認できたものの切りにくかった場合には▲、100mのフィルムの切断を確認できなかった場合には×とし、結果を表2に示す。また、実施例1~3及び比較例2~4のサンプルについては、切断後のフィルムの状態を撮影し、図7及び8に示す。
切断装置によるフィルムの切断を行った後、刃のダメージがあるか否かをマイクロスコープによって観察した。
評価については、フィルムの切断を行った後に刃の損傷がなかった場合には○、フィルムの切断を行った後に刃の損傷があった場合には×とし、結果を表2に示す。また、実施例1~3及び比較例2~4のサンプルについては、切断前後の刃の状態を撮影し、図7及び8に示す。
切断装置によるフィルムの切断を行った後、切断されたフィルムの状態を、顕微鏡によって観察した。
評価については、100mのフィルムの中で、切断幅のばらつきが0.002mm以下の場合には○、切断幅のばらつきが0.002mmを超える場合には×とし、表2に示す。また、実施例1~3及び比較例2~4のサンプルについては、切断されたフィルムの一部の状態を撮影し、図7及び8に示す。
一方、比較例1のサンプルの刃を用いた場合には、切断前の刃の寸法精度及びフィルムの切断精度について、劣る結果を示すことがわかった。これは、刃の寸法精度が低いことに加えて、刃をロールに組み付けた際の精度に問題があったと思われる。
また、比較例2~4のサンプルの刃を用いた場合には、切断前の寸法精度には優れるものの、フィルム切断を十分に行うことができず、耐久性が低い結果となった。
20 本体
21 原盤ロール母材
30 刃
31 めっき層
32 土台部分
33 鎬部
32 刃先
41 バイト
42 工具
P 刃先ピッチ
W 刃の先端の幅
T 刃の高さ
α 刃先角度
β 鎬角度
U 鎬長
Claims (5)
- 円筒状の本体の外周部に形成された複数の刃であって、
前記刃の全体が快削性合金からなり、前記本体部分は快削性合金を有しておらず、
前記快削性合金が、ニッケル-リン合金であることを特徴とする、刃。 - 前記刃のビッカース硬度が、475以上であることを特徴とする、請求項1に記載の刃。
- 前記刃は、先端平均幅が0.005mm以下であり、刃先角度が30°以下であり、刃の高さのばらつきが±0.001mm以内であり、刃先ピッチ精度が±0.001mm以内であることを特徴とする、請求項1又は2に記載の刃。
- 前記刃は、刃先の内周側に鎬部を有し、
該鎬部は、鎬長が前記刃の高さより小さく、且つ、鎬角度が30°未満であることを特徴とする、請求項3に記載の刃。 - 円筒状の本体の外周部に形成される複数の刃の製造方法であって、
原盤ロール母材上に、快削性合金のめっき層を形成する工程と、
前記快削性合金のめっき層を切削加工し、刃を形成する工程と、を備え、
形成された刃のピッチが0.5mm以下となることを特徴とする、刃の製造方法。
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