JPH05763U - フイルム・シート用切断刃 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】多種類のフィルム・シートを切断するに際し、
切れ味や耐久性が優れた切断刃を提供すること。 【構成】基材片２の刃先部分の表面は、厚さが100 〜50
00Å程度の気相成長ダイヤモンド炭素膜１で被覆されて
いる。また、前記気相成長ダイヤモンド炭素膜中のダイ
ヤモンド結晶含有率は80容量％以上である。基材片２に
気相成長ダイヤモンド炭素膜１を被覆する方法は、熱フ
ィラメント法、またはプラズマ化学的気相成長法によ
り、炭化水素ガスと水素ガスを反応させることによりダ
イヤモンドを生成し、基材片２に被着する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、フィルム・シートを切断するために使用される切断刃に関するもの である。

【０００２】

【従来の技術】

フィルム・シートには、硬さにより軟質フィルムから硬質フィルムがあり、ま た材質の種類としても、例えばポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン 、フッ素系、ポリカーボネイト、ポリエチレンテレフタレート、ポリスチレンと 数多くある。フィルム・シートの切断刃は、材質も硬さも異なるフィルム・シー トを切断するとき、性能である切れ味、耐久性等がいつも満足されなければなら ない。また、切断速度についても 10m／分から100m／分と種々の切断速度に対応 できる切断刃でなければならない。このように多くの条件が異なるフィルム・シ ートに対応できる切断刃を製造するために、これまでに数多くの改良がなされて きた。

【０００３】 一方、特開昭61-210179 号および特開昭62−2133号公報には、ミクロトーム用 セラミックス切断刃をダイヤモンド炭素膜で被覆することにより、切断刃の性能 を高める発明が開示されている。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

現在、フィルム・シートの切断刃には超硬合金刃が広く使用されており、これ はタングステン、カーボン、コバルトなどを混合した合金から造られた切断刃で ある。しかし、切れ味、耐久性などで満足できる切断刃はなかなか得られなかっ た。本考案は、前記公報に開示された切断刃にさらに改良を重ね、多種類のフィ ルム・シートに対応でき、切れ味や耐久性が優れた切断刃を提供することを目的 とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】

前記の目的を達成するためになされた本考案のフィルム・シート用切断刃は、 基材片の表面に厚さが100 〜5000Åの気相成長ダイヤモンド炭素膜で被覆されて いる。前記気相成長ダイヤモンド炭素膜中のダイヤモンド結晶含有率は80容量％ 以上である。

【０００６】 気相成長ダイヤモンド炭素膜は、厚さが100 Åより薄いと切断刃の耐久性が乏 しくなり、厚さが5000Åを越えると被切削物との摩擦抵抗が大きくなり、切断刃 の切削性が低下する。従って気相成長ダイヤモンド炭素膜の厚さは100 〜5000Å 程度の範囲であり、好ましくは300 〜3000Åである。また、気相成長ダイヤモン ド炭素膜中のダイヤモンド結晶含有率が80容量％未満の含有率では、切断刃の切 削性が劣る。

【０００７】 基材片に気相成長ダイヤモンド炭素膜を被覆する方法は、熱フィラメント法、 またはプラズマ化学的気相成長法により、炭化水素ガスと水素ガスを反応させる ことによりダイヤモンドを生成し、基材片に被着する。炭化水素ガスとしては、 例えばメタン、エタン、プロパン、エチレンが例示できる。

【０００８】 切断刃の基材としては、例えば金属では鉄、ステンレス鋼、超硬合金、セラミ ックスではジルコニア、アルミナが例示される。

【０００９】 基材片の表面にはあらかじめ下地として、気相成長ダイヤモンド炭素膜の付着 強度が強い物質で薄膜を形成しておき、その上に気相成長ダイヤモンド炭素膜を 被覆することが好ましい。下地には例えばモリブデン、タングステン、タンタル 、ケイ素、およびこれらの酸化物、窒化物、またはアルミナが例示できる。下地 の厚さは50〜200 Å、好ましくは50〜100 Åがよく、スパッタ蒸着法または真空 蒸着法で形成できる。

【００１０】

【作用】 切断刃は、基材片の表面を適度な厚さの気相成長ダイヤモンド炭素膜で被覆す ることにより、切削性が向上し、多頻度の切断にも耐えられる。

【００１１】

【実施例】

以下、本考案の実施例を詳細に説明する。

【００１２】 図１は本考案を適用したフィルム・シート用切断刃の実施例の正面図および断 面図である。同図の切断刃は、基材片２の刃先部分にのみ幅５mm程度の気相成長 ダイヤモンド炭素膜１を被覆している。

【００１３】 切断刃の基材として幅20mm、長さ40mm、厚さ0.3mm 、刃角14度のステンレス鋼 片を用意し、純水およびイソプロピルアルコールで洗浄し、乾燥した。

【００１４】 前記のステンレス鋼片の表面には、気相成長ダイヤモンド炭素膜の付着力を強 化するため、スパッタ蒸着法でモリブデンの薄膜を形成し、下地とした。スパッ タ蒸着装置は密閉された反応器の内部にモリブデンの蒸発源があり、この蒸発源 から出るモリブデン蒸気の流れ方向に対して、ステンレス鋼片の刃先が真向いに なるようにステンレス鋼片を支持台に置く。次に、反応器内の圧力を５パスカル 程度に排気した後、蒸発源を2100℃に加熱してモリブデン蒸気を発生させた。モ リブデン蒸気が発生した後、蒸発源とステンレス鋼片の間に設けた遮蔽板を１〜 ３秒間の間隔で開閉した。ステンレス鋼片の表面に膜厚が80〜150 Åのモリブデ ンの薄膜が形成された。

【００１５】 次に、ステンレス鋼片のモリブデン薄膜の上に、熱フィラメント法により炭化 水素ガスから気相成長ダイヤモンド炭素膜を被覆する。装置である反応器の内部 にはコイル状のタングステン線が設置されており、タングステン線の下方数mm〜 10mm程度の位置にステンレス鋼片の刃先部分が位置するように置く。

【００１６】 次に、反応器内の空気は圧力が0.001 〜0.01Torr程度になるまで排気し、その 後、炭化水素ガスおよび水素ガスを導入し、圧力を10〜30Torr程度にまで高める 。炭化水素ガス（Ａ）と水素ガス（Ｂ）との容量の割合はＡ／Ｂ＝0.10〜0.001 の範囲であればよい。前記二種類のガスに、必要に応じてキャリアガスとしてア ルゴン等の不活性ガスを加えてもよい。不活性ガスを混合するときは、炭化水素 ガス（Ａ）、水素ガス（Ｂ）及び不活性ガス（Ｃ）の容量の割合はＡ／(B−C)＝ 0.10〜0.001 であり、不活性ガス（Ｃ）の水素ガス（Ｂ）に対する置換率は50％ 以下であることが好ましい。

【００１７】 次に、800 〜 850℃の電気炉よりタングステン線に通電し、タングステン線の 表面温度を1950〜2100℃に保持すると、ステンレス鋼片の表面温度は800 〜1000 ℃の範囲に保てる。ステンレス鋼片の表面温度が800 ℃以下では気相成長ダイヤ モンド炭素膜中に水素が混入する恐れがあり、1000℃を超えると析出したダイヤ モンドが黒鉛に逆転移する。炭化水素ガスは高温のタングステン線と接触して熱 分解され、ステンレス鋼片の表面にダイヤモンド結晶が被着して均一な板状の膜 が形成される。

【００１８】 具体的には以下の実験を試みた。炭化水素ガスとしてメタンガスを使用し、ス テンレス鋼片の表面にモリブデンの薄膜を形成した後、反応器内のタングステン 線の下方10mm程度の位置にステンレス鋼片の刃先部分を置いた。反応器内の圧力 を0.003Torr に排気した後、３容量％のメタンガスを、水素ガスと共に導入し、 内部圧力を20Torrに調整した。タングステン線の表面温度を2000℃に保持し、メ タンガスを反応させた。約２０分後には、ステンレス鋼片の刃先の表面に1000〜 2000Åの気相成長ダイヤモンド炭素膜が析出し、所望の切断刃が得られた。

【００１９】 気相成長ダイヤモンド炭素膜で被覆された切断刃を反応器から取り出して、被 覆膜の構造をＸ線回折装置で分析したところ、ダイヤモンド成分が確認できた。 気相成長ダイヤモンド炭素膜中のダイヤモンド結晶含有率は、以下のように測定 し、90％であった。

【００２０】 ダイヤモンド結晶含有率を測定する方法は、まず切断刃からステンレス鋼片及 び下地のモリブデン膜を除去し、気相成長ダイヤモンド炭素膜のみを分別する。 気相成長ダイヤモンド炭素膜はダイヤモンド及び黒鉛のみからなると仮定する。 ダイヤモンド及び黒鉛の真比重を夫々3.515 、2.25、気相成長ダイヤモンド炭素 膜、及び黒鉛の容積を夫々Ａ（cc）、Ｗ(cc)、気相成長ダイヤモンド炭素膜の重 量をＢ(gw)とすれば、ダイヤモンド結晶の容積含有率は以下の通りである。

【００２１】 Ｂ＝3.515(Ａ−Ｗ）＋2.25Ｗ の式よりＷを求め、次式に代入する。

【００２２】

【数１】

【００２３】 上記の式によりダイヤモンド結晶の容積含有率を求めることができる。

【００２４】 気相成長ダイヤモンド炭素膜を被覆した切断刃で、ＪＩＳ T 0201 の切れ味試 験を行うと3.8 ccであった。これに対し従来の気相成長ダイヤモンド炭素膜を被 覆していない切断刃は8.9cc であった。この切れ味試験は、ナイロン糸を切る切 断力を水の重さで表し、少量の水であれば小さい切断力で切れるので切れ味が優 れているということになる。

【００２５】 また、塩化ビニルの厚さ５０μｍのフィルム・シートを、気相成長ダイヤモン ド炭素膜を被覆した切断刃、および気相成長ダイヤモンド炭素膜を被覆していな い切断刃を使用し、以下に示す切れ味試験を行い、表１の結果を得た。この切れ 味試験では、上刃および下刃からなる小型スリッタ（西村式）を使用し、上刃に 気相成長ダイヤモンド炭素膜を被覆した切断刃をセットし、フィルム・シートを 80m/分で切断した。切れ味の評価は、上刃への切り粉の付着具合、およびフィル ム・シートの切断面のヒゲの有無の２種類について行い、一定の切断スリット長 さ毎にチェックした。

【００２６】

【表１】

【００２７】 また、塩化ビニル以外のポリプロピレンのフィルム・シートについても前記の 小型スリッタで同様の切れ味試験を行ったが、良い結果が得られた。

【００２８】 尚、気相成長ダイヤモンド炭素膜を被覆する方法としてプラズマ化学的気相成 長法を用いる場合は、以下のように行う。まず反応器の内部にステンレス鋼片を 設置し、反応器内の圧力を0.001 〜0.01Torrの範囲になるまで排気する。その後 、反応器内に炭化水素ガスおよび水素ガスを、また必要に応じて不活性ガスを導 入し、反応器内の圧力はプラズマを安定に維持するために10〜30Torrの範囲に調 整する。ステンレス鋼片の表面温度を800 〜1000℃に保持しておき、反応器の外 部からマイクロ波高周波電力を印加して反応器内にプラズマ火炎を発生させる。 炭化水素ガスがプラズマ火炎と接触して熱分解され、ステンレス鋼片の表面に気 相成長ダイヤモンド炭素膜が均一に被着される。

【００２９】

【考案の効果】

以上、詳細に説明したように本考案のフィルム・シート用切断刃は、基材片の 表面に適度な厚さの気相成長ダイヤモンド炭素膜を被覆しているので、切れ味、 および耐久性に優れている。また、多種類のフィルム・シートに対応でき、費用 も高価にならないため、フィルム・シートの切断刃として極めて有用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案を適用するフィルム・シート用切断刃の
実施例の正面図及び断面図を示す図。

【符号の説明】

１は気相成長ダイヤモンド炭素膜、２はステンレス鋼
片。

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 基材片の表面に厚さが100 〜5000Åの気
   相成長ダイヤモンド炭素膜で被覆されていることを特徴
   とするフィルム・シート用切断刃。
2. 【請求項２】 前記気相成長ダイヤモンド炭素膜中のダ
   イヤモンド結晶の含有率が80容量％以上であることを特
   徴とする請求項１に記載のフィルム・シート用切断刃。