JPH0260450B2

JPH0260450B2 -

Info

Publication number: JPH0260450B2
Application number: JP57083739A
Authority: JP
Inventors: Shozaburo Maruyama; Yasuyoshi Amaya
Original assignee: Mitsubishi Metal Corp
Current assignee: Mitsubishi Metal Corp
Priority date: 1982-05-18
Filing date: 1982-05-18
Publication date: 1990-12-17
Also published as: JPS58202711A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］この発明は、磁気テープに代表されるようなテ
ープ類を製造するに際し、極薄でかつ幅広の原板
を所望の幅に切断するのに用いられる丸刃工具の
上刃構造に関する。

［従来の技術］一般に、この種丸刃工具には、第１図および第
２図に示すように、上下一対として使用される上
刃および下刃とがある。

上刃１としては、従来例を説明すると例えば第
３図に示すように、一端部にフランジ部１１ａを
有し、他端部に締付けナツト１２がねじ込まれた
鋼製のシヤフト１１の外周に、切刃１３ａを有す
るリング状の超硬合金製刃物１３、サラバネ１４
および鋼製のスペーサ１５が交互に複数個（通常
40個程度）宛嵌合されるとともに、フランジ部１
１ａと刃物１３との間および締付けナツト１２と
スペーサ１５との間にはそれぞれスペーサ１６，
１７が嵌合されてなるものが知られている。な
お、刃物１３はサラバネ１４が弾性変形すること
により、シヤフト１１の軸線方向に移動可能とさ
れている。

一方、下刃２の軸線方向のサイズは所望のテー
プ幅の基準となるものである。従つて、下刃のピ
ツチを高精度なものとする必要がある。そこで本
発明者等は、別途特許出願において、第４図に示
すような、刃物とスペーサとを一体に形成したセ
ラミツク製刃物２３を用いることにより、研削面
を半減させ、各刃物２３の切刃２３ａのピツチ精
度を向上させた下刃構造を提案している。すなわ
ち、下刃２は一端部にフランジ部２１ａを有する
鋼製のシヤフト２１の外周に、上刃１の刃物１３
と同数の刃物２３を嵌合するとともに、刃物２３
とフランジ部２１ａとの間にスペーサ２６を、図
中右端の刃物２３の外側にスペーサ２５，２７を
それぞれ嵌合し、締付けナツト２２によつて締付
け固定してなるものである。

そして、これら上刃１と下刃２とを組み合わせ
て使用する場合には、刃物１３の切刃１３ａが形
成された側面１３ｂと刃物２３の切刃２３ａが形
成された側面２３ｂとの外周部を対向させ、そし
て上刃１と下刃２とを軸線方向に相対移動させて
側面１３ｂと側面２３ｂとを接触させ、接触後さ
らに若干量相対移動（以下、この接触後の移動量
をオーバーハング量という。）させることにより、
側面１３ｂと側面２３ｂとに所定の面圧を付与す
るようにして使用する。この所定の面圧を付与す
ることは、側面１３ｂ，２３ｂどうしを密接さ
せ、切刃１３ａ，２３ａによる良好な切削性を得
るという点およびテープの所望の切断幅を得ると
いう点から特に重要である。

［発明が解決しようとする問題点］ところで最近、このような丸刃工具において
は、磁気テープの需要が増大していることから、
生産性の向上を図るため、丸刃１３ａ，２３ａの
直径を大きくしたりあるいは回転速度を上げたり
してテープの切断速度を向上することが検討され
ている。ところが、刃物１３，２３の直径を大き
くしたり、回転速度を上げたりする程、切刃１３
ａ，２３ａ部分の欠損が多発し、また摩耗が増大
して刃物１３，２３の寿命が低下し、さらにテー
プ切断幅が不揃いになる上、切断面が悪化する等
の問題が発生し、切断速度の向上を図ることが困
難であつた。

そこで、本発明者等は、上記問題点が発生する
原因について鋭意調査した結果、その主因は刃物
の材質が超硬合金であるため、その重量が大きい
点および超硬合金製である刃物と鋼製であるシヤ
フトとの熱膨張係数に大幅な差異がある点にある
という知見を得るに至つた。

以下に、これらの点について詳述する。

(i) 刃物の重量が大きい点超硬合金の比重は、周知のように、約15であ
り、鋼の比重7.8のほぼ２倍であり、またセラミ
ツクの比重は4.0である。このように大きな比重
の超硬合金製刃物が数十個嵌合されたシヤフト
は、シヤフト自体の重さのみならず、これに加え
て刃物の重量によつたたわむこととなる。このた
わみについては、超硬合金製刃物に同じく超硬合
金製スペーサを一体形成した下刃において特に大
きいが、上刃においても下刃に比較して量が小さ
いとはいえ、刃物とスペーサが超硬合金であれ
ば、やはりたわみを発生する。シヤフトがたわん
だまま回転することによつて刃物に振動が発生
し、この刃物の振動は、上刃と下刃とが組み合わ
されて使用されることから倍加される。そして、
この振動によつて上刃の刃物と下刃の刃物とが互
に衝突し、この衝突時の衝撃によつて刃物の切刃
部分が欠損することとなる。同時に丸刃工具で切
断される製品は磁器テープ，シートフイルムなど
により以下の薄材でかつプラスチツクに磁性材料
を塗布した特異なシートを多数条に切断する関係
上、その精度がミクロン単位の許容範囲の要求に
対応しなければならない。したがつてシヤフトの
振動やそれによる刃物のたわみによりシート切断
時に誤差が生じ不良品を発生する大きな原因とな
つていた。

(ii) 刃物とシヤフトとの熱膨張係数の差超硬合金の熱膨張係数は、周知のように、５×
10^-6／℃であり、鋼の熱膨張係数11×10^-6／℃に
比して半分以下である。従つて、切断加工時にお
ける超硬合金製の上刃と下刃との刃物どうしの摩
擦熱等によつて、刃物とこれを嵌合保持している
シヤフトとが熱膨張した場合には、シヤフトの軸
線方向の熱膨張量が刃物全体の軸線方向の熱膨張
量より大きくなり、そのために上刃においてはサ
ラバネによる刃物に対する押圧力が低下して、下
刃においては刃物の締め付けが緩むこととなる。
このため、上、下刃の各刃物間のオーバーハング
量にバラツキが発生したり、あるいは小さくなつ
たりし、切断されたテープ幅が不揃いとなつた
り、テープの切断面が悪化したりすることにな
る。さらに、下刃における刃物の締め付けの緩み
は、刃物の振動を助長することになる。

また、刃物とシヤフトとの熱膨張量の差は、軸
線方向に生じるばかでなく、径方向にも生じる。
このため、従来の丸刃工具においては、刃物の内
径をシヤフトの外径より若干大きくして刃物とシ
ヤフトとの間に若干の隙間を形成するようにして
いる。そして、この隙間に起因する刃物の外周フ
レについては、刃物をシヤフトに組み付けた後外
周研削することによつて解消している。ところ
が、このようにした場合には、外周研削後の刃物
の重心がシヤフトの軸線からずれてしまい、この
点からも刃物の振動が助長され、より一層切刃部
分が欠損する結果となつていたのである。

しかも、これら切刃部分の欠損、切断テープ幅
の不揃い等は、刃物の重量および刃物とシヤフト
との熱膨張量の差に起因するものであることか
ら、刃物を大径化してその重量が増すほど、また
回転速度を高速化して振動数が増すとともに、刃
物間に発生する摩擦熱が増すほど顕著となる。な
お、回転速度を高速化すれば、刃物どうしが互い
に高速度でこすり合わされ、こすり摩耗が増大す
るのは勿論である。

この発明は、上記事情を考慮してなされたもの
で、切刃部分の欠損あるいは切断テープの不揃い
等の問題が発生することなく、刃物の直径を大き
くしたり、回転速度を上げたりしてテープの切断
速度を向上させることができる丸刃工具の上刃構
造を提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］この発明の丸刃工具の上刃構造は、鋼製のシヤ
フトと、軸線方向のほぼ半分が小径部とされ他の
半分が大径の環状鍔部とされて全体として鍔つき
円筒状に形成されるとともに、前記シヤフトの軸
線方向に複数個を並設して嵌合固定されるスペー
サと、このスペーサの小径部にサラバネを介在し
て嵌合された円盤状の刃物とを揃え、前記刃物の
他面をスペーサに隣接する他のスペーサの背面に
当接配置させ、上記刃物を装着したスペーサは、
小径部を他の隣接するスペーサの大径の環状鍔部
の中央部背面と順次に当接させてシヤフト１に嵌
合固定されてなり、かつ前記スペーサと前記刃物
とを、正方晶および／または単斜晶酸化ジルコニ
ウム（ZrO₂）を５〜20容量％、酸化イツトリウ
ム（Y₂O₃）、酸化マグネシウム（MgO）、酸化カ
ルシウム（CaO）、酸化ニツケル（NiO）または
希土類元素の酸化物のうち１種または２種以上を
合計で0.1〜2.0容量％含有し、残りの成分が酸化
アルミニウム（Al₂O₃）と不可避の不純物あるい
は、ジルコニウム（Zr）の窒化物、炭窒化物、
炭酸化物、酸窒化物または炭窒酸化物のうち１種
または２種以上を合計で１〜10容量％、酸化アル
ミニウムと不可避の不純物とからなるセラミツク
スによつて形成したものである。なお、他のスペ
ーサ１６，１７，２６，２７を上述したセラミツ
クス製としてもよい。

［作用］刃物およびスペーサを構成するセラミツクは、
その比重が約4.0程度であり、超硬合金の比重
15.0のみならず、鋼の比重7.8に比較しても約２
〜４倍と大幅に小さい。従つて、上記丸刃工具の
上刃構造においては、シヤフトのたわみを小さく
して刃物の振動を軽減し、振動に起因する切刃部
分の欠損を防止することができる。

また、前記セラミツクの熱膨張係数は８×
10^-6／℃程度であり、超硬合金の熱膨張係数は５
×10^-6／℃に比して鋼の熱膨張係数11×10^-6／℃
に近い。従つて、この上刃構造における刃物およ
びスペーサの軸線方向の総熱膨張量は、それらを
超硬合金製とした場合の総熱膨張量よりもシヤフ
トの熱膨張量に近くなり、刃物に対する締め付け
の緩みおよびサラバネによる刃物に対する押圧力
の低下を防止し、各刃物間のオーバツプ量のバラ
ツキおよびその減少を軽減することができる。こ
れによつて、切断されたテープ幅を所望の幅とす
ることができ、またオーバラツプ量の減少に伴う
切削性の低下を防止してテープの切断面が悪化す
るのを防止することができる。さらに、セラミツ
クの熱膨張係数が鋼の熱膨張量に近いから、刃物
の内径をシヤフトの外径とほぼ同じ大きさに形成
して最初から緊密な嵌合に組みたてることがで
き、これによつて従来の超硬合金製刃物と鋼性の
シヤフト組立嵌合をしたような多少のルーズさを
もつてはめているがために刃物の重心がシヤフト
の軸線からずれることに起因する刃物の振動を防
止し、より一層切刃部分の欠損を防止することが
できる。

そして、これら刃物およびスペーサの重量を軽
くしたことと、熱膨張量をシヤフトの熱膨張量に
近づけたこととが相俟つて刃物の材質を超硬合金
よりも硬度の高いセラミツクとしているにもかか
わらず切刃部分が欠損したり、切断されたテープ
幅に不揃い（ミクロンオーダの精度）が生じたり
するのを防止し、刃物を大径化し、またシヤフト
の回転速度を高速化することができる。

ところで、刃物およびスペーサとして、通常広
く用いられているセラミツクスを用いた場合に、
比重および熱膨張量の点からは上述したような作
用効果が得られるものの、一般にこの種のセラミ
ツクスにおいては、その抗析力および硬度が小さ
いことから、折損性および耐摩耗性の観点から丸
刃工具の上刃として用いることは不適当であつ
た。ちなみに、ジルコニア（ZrO₂）を主成分
（95％以上）とするセラミツクスにあつては、抗
折力は80kgf／mm²であり、これにHIP（熱間静水圧
処理）を施した場合に抗折力は約150kgf／mm²に
上昇するものの、硬度は88HRAであり超硬合金
の89〜92HRAより小さいため、丸刃工具として
十分な耐摩耗性を得ることはできない。また、酸
化アルミニウム（Al₂O₃）を主成分（98％以上）
とするセラミツクスにあつては、逆に硬度は
92.5HRAと十分であるのに対し抗折力は40kgf／
mm²で強度が不足してしまう。

しかるに、本発明における上述したセラミツク
スは、後述するように抗折力および硬度のそれぞ
れにおいて優れ、特に硬度は超硬合金より優れて
いるため、上述した比重および熱膨張量における
利点に加えて、さらに通常のセラミツクスと異な
り、高速化に伴つて切断中に折損したりあるいは
早期に摩耗したりすることがない。

加えて、熱伝導度がジルコニアの略２倍である
ため、刃先部の温度の低化を計ることができる。

しかも、この発明の上刃構造においては、シヤ
フトの軸線方向に多数のスペーサが互いの小径部
と隣接するものの環状鍔部の背面とを当接させた
状態で前記シヤフトの全長に亙つて密に並べて組
立てられているので、熱の上昇に伴つて該スペー
サがシヤフトの全長に亙つて線膨張する。このた
め、従来のものよりも総膨張量が大きいため、上
述した熱膨張係数における利点との相乗効果によ
り、一層熱膨張による問題点を解消することがで
きる。しかも、相互に接触する刃物とスペーサ
が、同質のセラミツクスによつて形成されている
ので、互いの摩耗が減少し、よつて長期に亙つて
ガタが生じることがなく高い切断精度を維持する
ことができる。また、セラミツクは超硬合金に比
して安価であるから工具費を低減させることがで
きる。

〔実施例１〕第５図はこの発明の上刃構造の一実施例を示す
もので、この上刃１においては、スペーサ１５の
軸線方向のほぼ半分を小径部１５ｂに形成し、他
の半分を大径の環状の鍔部１５ａに形成し、全体
として鍔つき円筒状に形成し、前記スペーサ１５
の小径部１５ｂにセラミツク材料で形成した円盤
状の刃物１３をサラバネ１４を介在して嵌合する
とともに、刃物１３の他面をスペーサ１５に隣接
する他のスペーサの背面に当接配置して固定した
ものである。なお、スペーサ１４自体は締付けナ
ツト（第５図には図示せず）によつてシヤフト１
１に固定されている。

ここで、上記スペーサ１５と刃物１３を形成す
るセラミツクは、正方晶酸化ジルコニウムと単斜
酸化ジルコニウムとのうち、いずれか一方あるい
は両方を合計で５〜20容量％、酸化イツトリウ
ム、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ニ
ツケル（NiO）または希土類元素の酸化物のうち
１種または２種以上を合計で0.1〜2.0容量％含有
する点に特徴があり、残りの成分が酸化アルミニ
ウムと不可避の不純物からなるものである。この
ような成分とすることにより、単に酸化アルミニ
ウムと不可避の不純物とから構成した場合よりも
大きな抗析力が得られる。すなわち、上記成分の
セラミツクは、抗析力が50〜80Kg／mm²、HIPを施
せば150〜200Kg／mm²、破壊靭性値K₁Cが５〜８、
硬度がHRA92〜92.5である。

より具体的に上記セラミツクスの成分について
述べれば、正方晶および単斜晶酸化ジルコニウム
を合計で15容量％、酸化イツトリウムおよび酸化
ニツケルを合計で0.5容量％とし、残りを酸化ア
ルミニウムと不可避の不純物とによつて構成す
る。このセラミツクは、抗析力70Kg／mm²、硬度
HRA92、比重4.1、熱膨張係数９×10^-6／℃であ
る。

〔実施例２〕上記スペーサ１５および刃物１３を形成するセ
ラミツクとして、ジルコニウムの窒化物、炭窒化
物、炭酸化物、酸窒化物および炭窒酸化物のうち
１種または２種以上を合計で１〜10容量％加え、
その分酸化アルミニウムを減らしたセラミツクを
用いる。この場合、抗析力50〜80Kg／mm²、破壊靭
性値K₁Cが7.5〜8.5と大きく、さらに硬度は一層
向上してHRA92.5〜93.5であり、かつ実施例１の
ものよりも微細な組織が得られる。

［発明の効果］以上説明したように、この発明の丸刃工具によ
れば、セツトされた刃物重量を従来の超硬合金製
に比し、約２〜４倍と大幅にダウンし、その振動
やたわみによつて生じるところの切刃部分の欠損
や、剪断テープの幅が不揃い切断となることを防
止でき、また刃物を大径化し、かつシヤフトの回
転速度を高速化することによつても上記の弱点を
生じないので、刃物の大径化と高速化を実現で
き、切断能率の向上を達成できるものである。ま
た、上記セラミツクは抗折力および硬度が共に高
いから、刃物の欠損はこすり摩耗を軽減し、その
寿命向上を図ることができる。さらにセラミツク
は超硬合金に比して安価できるから、工具費の軽
減を図ることができる等々の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はこの種の丸刃工具が組み
込まれた装置の一例を示し、第１図はその平面
図、第２図はその側面図、第３図は従来例の上刃
の一例を示す半断面図、第４図は下刃を示す半断
面図、第５図は本件発明の上刃の実施例を示す一
部省略半断面図である。１…上刃、２…下刃、１１，１２…シヤフト、
１３，２３…刃物、１３ａ，２３ａ…切刃、１
５，２５…スペーサ。

Claims

【特許請求の範囲】１鋼製のシヤフト１１と、その軸線方向に複数
個を並設して嵌合固定するようにしてなるスペー
サ１５と、このスペーサーの全体をセラミツク材
料で一体に形成するとともに、軸線方向のほぼ半
分を小径部１５ｂに形成し他の半分を大径の環状
鍔部１５ａに形成し全体として鍔つき円筒状に形
成し、前記スペーサ１５の小径部１５ｂにセラミ
ツク材料で形成した円盤状の刃物１３をサラバネ
１４を介在して嵌合するとともに、刃物１３の他
面をスペーサ１５に隣接する他のスペーサ１５の
背面に当接配置し、上記刃物１３を装着したスペ
ーサ１５は、小径部１５ｂを他の隣接するスペー
サの大径の環状鍔部１５ａの中央部背面と順次に
当接してシヤフト１に嵌合固定してなり、かつ前
記スペーサと前記刃物とを形成するセラミツク材
料は、正方晶および／または単斜晶酸化ジルコニ
ウム（ZrO₂）を５〜20容量％、酸化イツトリウ
ム（Y₂O₃）、酸化マグネシウム（MgO）、酸化カ
ルシウム（CaO）、酸化ニツケル（NiO）または
希土類元素の酸化物のうち１種または２種以上を
合計で0.1〜2.0容量％含有し、残りの成分が酸化
アルミニウム（Al₂O₃）と不可避の不純物とから
なることを特徴とする丸刃工具の上刃構造。２鋼製のシヤフト１１と、その軸線方向に複数
個を並設して嵌合固定するようにしてなるスペー
サ１５と、このスペーサーの全体をセラミツク材
料で一体に形成するとともに、軸線方向のほぼ半
分を小径部１５ｂに形成し他の半分を大径の環状
鍔部１５ａに形成し全体として鍔つき円筒状に形
成し、前記スペーサ１５の小径部１５ｂにセラミ
ツク材料で形成した円盤状の刃物１３をサラバネ
１４を介在して嵌合するとともに、刃物１３の他
面をスペーサ１５に隣接する他のスペーサ１５の
背面に当接配置し、上記刃物１３を装着したスペ
ーサ１５は、小径部１５ｂを他の隣接するスペー
サの大径の環状鍔部１５ａの中央部背面と順次に
当接してシヤフト１に嵌合固定してなり、かつ前
記スペーサと前記刃物とを形成するセラミツク材
料は、正方晶および／または単斜晶酸化ジルコニ
ウム（ZrO₂）を５〜20容量％を、酸化マグネシ
ウム（MgO）、酸化イツトリウム（Y₂O₃）、酸化
カルシウム（CaO）、酸化ニツケルまたは希土類
元素の酸化物のうち１種または２種以上を合計で
0.1〜2.0容量％、ジルコニウム（Zr）の窒化物、
炭窒化物、炭酸化物、酸窒化物または炭窒酸化物
のうち１種または２種以上を合計で１〜10容量％
含有し、残りの成分が酸化アルミニウムと不可避
の不純物とからなることを特徴とする丸刃工具の
上刃構造。