JPH10253474A - シート状物の切断抵抗力測定方法および測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 張力を負荷した状態の紙や高分子フィルムな
どのシート状物を刃物で切断する場合の切断抵抗力を直
接評価できない。 【解決手段】 一直線状に対向して試料１５の両端部を
把持し得る一対の試料把持具１７と、少なくとも一方の
試料把持具１７を他方の試料把持具１７との対向方向に
駆動してこれら一対の試料把持具１７によって把持され
る試料１５の張力を所定値に設定するための張力調整手
段と、一対の試料把持具１７によって把持される試料１
５と対向してこれを切断し得る刃物２０と、刃物２０を
駆動して一対の試料把持具１７によって把持された試料
１５を切断するための駆動部２６と、一対の試料把持具
１７によって把持された試料１５の所定の物理量を検出
するロードセル１６と、このロードセル１６からの検出
データを取り込むデータ処理部２７とを具える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、張力を付与した状
態における紙などのシート状物を刃物によって切断する
際の切断抵抗力を測定する方法およびその装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ロール状の紙やロール状の高分子フィル
ムから所定寸法の枚葉紙あるいはシートをロータリカッ
ターによって断裁する場合のように、連続走行するシー
ト状物のカッター切断に対する抵抗力は、シート状物の
張力変動の重要な要因となり、加工製品や印刷物の寸法
精度の悪化や不良品の増加の問題が発生したり、また、
加工機や印刷機の走行安定性に問題を生じ、場合によっ
ては走行中のシート状物の破断などのトラブルを発生す
るため、カッターに対するシート状物の切断抵抗力、つ
まり「切れにくさ」を直接測定することが望ましい。

【０００３】このような要求は、上述以外に紙や高分子
フィルムの連続製袋加工機における鋸刃による断裁、フ
ォーム印刷加工機におけるミシン目加工、輪転印刷機の
給紙部における紙継ぎ直後の旧巻取り残紙の切断あるい
は折り機での紙の断裁の場合も同様である。

【０００４】紙や高分子フィルムなどのシート状物の強
度を知るための手段として、従来よりＪＩＳ Ｐ８１１
３で規定された引張強度試験法や、ＪＩＳ Ｐ８１１６
で規定された引き裂き強度試験法、あるいは衝撃引張強
度試験法（１９７６年に紙業タイムス社から発行された
「紙加工便覧」の第８４〜８７ページを参照のこと）な
どが知られており、これらは何れも試験片に引っ張り荷
重あるいは面外の引き裂き荷重を与えて試験片を破断さ
せ、この時の強度や仕事量を測定するものである。

【０００５】一般に、紙や高分子フィルムなどのシート
状物を加工する場合、引っ張り破断や引き裂き破断によ
らず、刃物で断裁したり打ち抜くなどの処理を施すこと
が広く行われている。しかし、このようなシート状物の
刃物による切断抵抗を測定する手段としては、数百〜数
千枚のシート状物を重ねて静置し、これを断裁する、い
わゆるギロチンカッターを用いた切断抵抗力の測定方法
が散見される（例えば、１９８８年に加工技術研究会か
ら発行された「新・仕上げ工程と周辺機器」の第１１３
〜１１８ページの岡田義人記載の "カッター刃の摩耗に
ついて" を参照のこと）。この方法は、刃物の摩耗度か
ら刃物に対するシート状物の抵抗力を推定するものであ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】引張強度試験法や引き
裂き強度試験法、あるいは衝撃引張強度試験法などの従
来から知られた方法は、刃物の切れ味を含め、この刃物
を使用してシート状物を切断した場合の切断抵抗力の大
小を評価することはできない。

【０００７】また、ギロチンカッターを用いた切断抵抗
力の測定方法では、断裁に使用する刃物の材質選定や刃
物の耐用期間の予測に役立つ知見は得られるものの、張
力が負荷した状態における１枚あるいは複数枚のシート
状物の切断抵抗力を直接評価することができない。

【０００８】このように、従来では張力を負荷した状態
の紙や高分子フィルムなどのシート状物を刃物で切断す
る場合の切断抵抗力を直接評価できるような適当な方法
や装置がなく、その出現が望まれていた。

【０００９】本発明の目的は、刃物によって切断される
張力を負荷した状態のシート状物の切断抵抗力を直接評
価可能なシート状物の切断抵抗力測定方法を提供するこ
とにある。

【００１０】本発明の他の目的は、このような本発明方
法を実現し得るシート状物の切断抵抗力測定装置を提供
することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明による第１の形態
は、シート状物を所定の張力を以て把持するステップ
と、所定の張力で把持された該シート状物を刃物で切断
するステップと、切断中の該シート状物の張力に関する
所定の物理量を検出するステップと、該張力に関する所
定の物理量に基づいて前記シート状物の切断抵抗力を評
価するステップとを具えたことを特徴とするシート状物
の切断抵抗力測定方法にある。

【００１２】ここで、張力に関する所定の物理量は、シ
ート状物の切断中の張力変化および最大張力および切断
所要時間および切断力積の少なくとも１つであることが
好ましい。

【００１３】また、本発明による第２の形態は、一直線
状に対向してシート状物の両端部を把持し得る一対の試
料把持具と、少なくとも一方の前記試料把持具を他方の
前記試料把持具との対向方向に駆動してこれら一対の試
料把持具によって把持される前記シート状物の張力を所
定値に設定するための張力調整手段と、前記一対の試料
把持具によって把持される前記シート状物と対向してこ
れを切断し得る刃物と、前記刃物を駆動して前記一対の
試料把持具によって把持された前記シート状物を切断す
るための刃物駆動手段と、前記一対の試料把持具によっ
て把持された前記シート状物の張力を検出する張力検出
器と、この張力検出器からの検出データを取り込んで処
理するデータ処理部とを具えたことを特徴とするシート
状物の切断抵抗力測定装置にある。

【００１４】ここで、張力検出器は、ロードセルである
ことが好ましい。また、データ処理部は、張力検出器か
らの検出データを１０〜１０００マイクロ秒の間隔で取
り込むことが好ましい。

【００１５】本発明によると、シート状物の両端部を一
対の試料把持具によって把持し、このシート状物の張力
を張力調整手段によって所定の張力に調整する。次に、
刃物駆動手段を操作してシート状物を刃物にて切断する
が、この切断中のシート状物の張力の変化を張力検出器
により検出してデータ処理部に取り込んで処理する。そ
して、データ処理部に取り込まれて処理された検出デー
タに基づき、シート状物の切断抵抗力を評価する。

【００１６】この場合、張力に関する物理量として、シ
ート状物の切断中の張力変化および最大張力および切断
所要時間および切断力積の少なくとも１つがデータ処理
部にて算出される。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明の第１の形態によるシート
状物の切断抵抗力測定方法において、刃物によるシート
状物の切断操作は、例えばフォーム印刷加工機のミシン
目加工やロータリカッターによる切断など、対象として
いる加工機械の実際の切断状況に対応したものであるこ
とが好ましい。また、シート状物としては木材パルプま
たは麻などの非木材パルプを原料とする紙の他に、ポリ
エチレン, ポリプロピレン, ポリエステルなどを原料と
する高分子フィルムまたは不織布などを挙げることがで
きるが、これらに限定されるものではない。

【００１８】また、本発明の第２の形態によるシート状
物の切断抵抗力測定装置において、一対の試料把持具に
よって把持されたシート状物の表面との対向方向に刃物
を移動させる形式のものであってもよいし、このシート
状物の表面と平行な回転軸線を持ったロータリカッター
を採用してもよい。

【００１９】

【実施例】本発明によるシート状物の切断抵抗力測定装
置の実施例について、図１〜図６を参照しながら詳細に
説明する。

【００２０】本実施例の概略構造を破断状態で表す図１
およびそのII−II,III−III 矢視断面構造をそれぞれ表
す図２, 図３に示すように、ベッド１１上に垂直に立設
された左右一対の支柱１２の上端部には、トップビーム
１３の左右両端部が一体的に固定され、これら一対の支
柱１２とトップビーム１３とによって門型のフレームが
形成される。支柱１２には、これら支柱１２に対して図
示しない昇降機構を介して駆動昇降するクロスビーム１
４が装着されている。このクロスビーム１４には、支柱
１２に対してクロスビーム１４を固定するための図示し
ない機械的なロック機構が組み込まれており、試料１５
の長さに対応した位置で支柱１２に対してクロスビーム
１４を一体的に固定できるようになっている。

【００２１】クロスビーム１４の中央部には、後述する
ロードセル１６を介して試料把持具１７を下端に有する
上部ワークホルダ１８が下向きに突設されている。ま
た、この上部ワークホルダ１８と同様な下部ワークホル
ダ１９が上部ワークホルダ１８と一直線状に並ぶよう
に、ベッド１１の中央部に上向きに突設されており、こ
の下部ワークホルダ１９の上端にも試料把持具１７が設
けられている。

【００２２】なお、上述した本実施例装置の主要部の構
成は、例えば株式会社島津製作所の「サーボパルサー」
などの市販の油圧式材料試験機を流用することができ
る。

【００２３】試料１５となるシート状の紙は、１枚ある
いは複数枚を重ねてその上下両端部が試料把持具１７に
対して着脱可能に把持され、ベッド１１内に組み込まれ
た油圧による駆動源（アクチュエータ）によって下部ワ
ークホルダ１９を下降させることにより、所定の張力が
与えられる。この張力は、実際の使用形態を勘案して任
意に設定することができるが、当然のことながら試料１
５の静的引張強度を越える大きさであってはならない。

【００２４】また、試料把持具１７に把持される試料１
５の枚数は、実際の使用形態に応じて適宜選択すること
ができるが、多数枚の試料１５を重ねたことによって切
断抵抗力が大きくなることが予想される場合には、試料
１５を重ねる枚数を実際の使用形態よりも少なくするこ
とが可能であり、その逆も当然可能である。この場合、
測定の再現性を考慮して測定に伴う大きな誤差の発生を
回避すべく、個々の試料１５にそれぞれ負荷する張力に
著しい差が生じないように留意することが望ましい。

【００２５】試料１５の幅（図１中、左右方向の長さ）
は、測定の目的に応じて任意に設定することができる
が、試料１５を切断する刃物２０の刃長や、試料把持具
１７の幅寸法、検出張力の精度、測定の作業性などを考
慮すると１０mmから１００mmに設定することが好ましい
が、特に限定するものではない。また、試料１５の長
さ、つまり上下に対向する一対の試料把持具１７の間隔
は、試料１５の重ね枚数や伸縮特性などに応じて任意に
設定することができるが、刃物２０による切断時の伸び
や、切断時の衝撃に伴う振動などの影響を考慮して４０
mmから３００mmの範囲内に設定することが好ましい。

【００２６】前記ベッド１１とクロスビーム１４との間
の左右一対の支柱１２には、これら支柱１２に対して手
動にて昇降可能な左右一対のスライダ２１が装着されて
いる。図示しないロック装置によって、ベッド１１とク
ロスビーム１４との間の支柱１２の任意の位置に固定可
能な左右一対のスライダ２１には、それぞれブラケット
２２を介してサブビーム２３の左右両端部が固定されて
いる。

【００２７】サブビーム２３の中央部には、コントロー
ラ２４によってピストンロッド２５の作動を制御される
エアシリンダ２６が固定されている。つまり、エアシリ
ンダ２６は、コントローラ２４によって給排が制御され
る圧縮空気により、そのピストンロッド２５が図２中、
上下方向に往復移動するようになっている。ピストンロ
ッド２５の先端部には、試料１５を切断するための刃物
２０が交換可能に取り付けられている。

【００２８】本実施例では、刃物２０として、中央が尖
った、例えばオルファ株式会社の「オルファマットカッ
タ４５度用替え刃」を使用し、試料１５の中央に刃物２
０の先端が当たるようにサブビーム２３に対するエアシ
リンダ２６の取り付け位置を設定し、試料１５の切断が
左右均等に行われるようにして測定の再現性を向上させ
るようにしているが、試料１５の幅方向一端側から切断
し始めるようにしてもよく、実際の切断形態などに応じ
て切断開始位置を適宜選択することが可能である。

【００２９】刃物２０の形状および材質は、測定する試
料１５の特性や重ね合わせの枚数などにより任意に選択
することが可能であり、直刃, 丸刃, 鋸状の刃などの形
状の切れ刃を持ったものが、また、材質では、ステンレ
ス鋼, 高速度鋼などの合金鋼や超硬合金などの他に、目
的に応じてセラミックス, プラスチック, 繊維強化プラ
スチック, 紙, ガラスなどが使用可能である。なお、切
れ刃の先端が尖ったものや直刃の場合、試料１５に対す
る切れ刃の相対角度も任意に設定することができる。

【００３０】また、試料１５に対する刃物２０の突入速
度は、実際の使用形態に基づいて適宜選択することがで
きるが、異なる性質の試料１５に対する測定ができるよ
うに、秒速１０cm〜１０ｍの範囲で適宜設定できること
が望ましく、このため、必要に応じて増速機構などを刃
物駆動手段に組み込むようにしてもよい。

【００３１】前記ロードセル１６は、刃物２０による切
断時に試料１５に発生する張力変動を検出するためのも
のであり、検出の精度がよいことおよび検出データを電
気信号として取り込むことができるなどの点で他の検出
器よりも好ましいと思われる。

【００３２】このロードセル１６の検出容量は、試料１
５の切断抵抗力や検出精度に鑑み、任意のものを選択す
ることができる。ただし、切断時の衝撃などがロードセ
ル１６に伝わってロードセル１６が振動するため、ロー
ドセル１６の固有振動数が小さい場合には、検出データ
を取り込む際の測定精度に悪影響を及ぼす虞がある。こ
のため、ロードセル１６の検出容量は、検出精度の点か
ら検出張力を下回らない程度に小さいものを選ぶことが
得策である。しかし、検出容量の小さなロードセル１６
は、一般にロードセル１６自身の固有振動数が小さいた
め、切断時の衝撃などによってロードセル１６に振動が
発生した場合、振動波形の周期が長い検出データの波形
がその振動波形に埋もれてしまう虞がある。従って、こ
のような場合には検出張力の精度をある程度犠牲にして
もロードセル１６の検出容量を大きくする必要がある。
以上の点を考慮すると、紙などの試料１５に対しては、
１０kgf から３００kgf 程度の検出容量のロードセル１
６が適当であり、本実施例では１００kgf の検出容量の
ロードセル１６を使用した。

【００３３】このロードセル１６からの出力は、所定の
サンプリング周期でデータ処理部２７に取り込まれ、こ
こで所定のデータ処理がなされる。データ処理部２７
は、ロードセル１６からのアナログ信号を高速でデジタ
ルデータに変換し、内蔵した大容量のデータメモリに蓄
え、さらにこのデータをコンピュータなどを用いて処理
するものであり、ロードセル１６からの検出信号を１０
〜１０００マイクロ秒程度の間隔で取り込むことによっ
て、ロータリカッターなどの高速断裁機の断裁速度に対
しても対応させることができる。試料１５の切断は高速
で進行するため、全測定時間は試料１５の種類にもよる
が、２秒前後で充分である。

【００３４】データ処理部２７では、ロードセル１６の
検出データに基づいて試料１５の切断抵抗力を評価する
ため、切断開始から切断終了に至る張力変化曲線を作成
し、さらに切断最大荷重、切断開始から切断終了に至る
切断所要時間、切断力積、つまり切断開始から切断終了
までの張力変化曲線の時間積分値などを演算し、この演
算結果を表示部２８にて表示する。オペレータは、これ
ら演算結果に基づいて試料１５の切断抵抗力の大小を判
断する。

【００３５】なお、上述した張力変化曲線や切断最大荷
重、切断所要時間、切断力積などをを表示部２８にてす
べて表示するようにしても良いが、これらの一部のみを
表示し、残りをオペレータが演算あるいは読み出すよう
にしてもよい。

【００３６】次に、上述した装置を用いて実際に２つの
試料１５を測定した結果について、図４および図５を用
いて説明する。図４は、坪量４３g/m²の新聞用紙を１５
mm×１００mmの大きさに４枚重ね合わせた試料１５に対
し、４０マイクロ秒のサンプリング周期で張力変化を
０. ０８秒間検出したものであり、図中のＳ点が切断開
始位置、Ｅ点が切断終了位置を示している。また、図５
は、坪量６６g/m²の上質紙を１５mm×１００mmの大きさ
に４枚重ね合わせた試料１５に対し、４０マイクロ秒の
サンプリング周期で張力変化を０. ０８秒間検出したも
のであり、図中のＳ点が切断開始位置、Ｅ点が切断終了
位置を示している。

【００３７】図４および図５から明らかなように、上質
紙の方が新聞用紙よりも最大張力および切断力積が共に
大きい、つまり切断抵抗力が大きいことが判る。また、
図４および図５中の張力曲線における周期的な振動波形
は、切断時の衝撃によるロードセル１６の振動によるも
のである。このロードセル１６の振動による振動波形を
消すため、必要に応じて高周波フィルタをかけたり、平
均化処理を行ったり、あるいは振動成分を抽出して差し
引きするなどの補正を行うことも有効である。

【００３８】本実施例では、刃物２０をサブビーム２３
に取り付けたエアシリンダ２６に固定し、このサブビー
ム２３の左右両端部を左右一対の支柱１２に支持させて
いるため、装置全体をコンパクト化することが可能であ
る。しかし、刃物２０を駆動した場合にその振動が支柱
１２を介してロードセル１６に伝わり、測定に悪影響を
及ぼす虞があるため、ブラケット２２やサブビーム２３
などを振動しにくい材料および構造にしたり、あるいは
エアシリンダ２６を駆動した場合の振動が支柱１２を介
してロードセル１６側に伝わらないように、エアシリン
ダ２６をベッド１１に対して独立の系として別個に設け
るようにしてもよい。

【００３９】上述した実施例では、刃物駆動手段として
エアシリンダ２６を採用したが、実際の使用形態に応じ
て高圧の作動油によって高速移動する油圧シリンダや、
ばねの反発力を利用したばね式移動装置、ロータリカッ
ターを用いた電動の断裁装置、磁力を利用した直動機
構、リニアモータなどを用いることも可能である。例え
ば、ロータリカッターを用いた本発明の他の実施例の主
要部の外観を図６に示すが、先の実施例と同一機能の部
分にはこれと同一符号を記すに止め、重複する説明は省
略するものとする。

【００４０】すなわち、図示しないサブビームには、ロ
ータ回転軸２９の両端部が回転自在に支持されており、
このロータ回転軸２９と一体のロータ３０の外周には、
試料１５を切断するための刃物３１が取り付けられてい
る。ロータ回転軸２９の一端部には、ロータ３０を図６
に示す待機位置から時計回りに瞬間的に駆動回転させる
図示しない駆動モータが連結されている。そして、上下
一対の試料把持具１７により上下両端部が把持されて所
定の張力が付与された試料１５の中央部が回転するロー
タ３０に取り付けられた刃物３１によって切断される。

【００４１】

【発明の効果】本発明によると、所定の張力を付与した
状態のシート状物を刃物で切断し、この時のシート状物
に生ずる張力に関する所定の物理量に基づいてシート状
物の切断抵抗力を評価するようにしたので、従来では測
定することのできなかった刃物によるシート状物の切断
抵抗力を直接測定することが可能である。

【００４２】従って、従来の技術では予測し得なかっ
た、シート状物の加工機や印刷機における寸法精度の悪
化や不良品の増加を予測したり、あるいは連続走行する
シート状物の走行不安定の問題や破断トラブルなどを予
測することが可能である。さらに、シート状物の切断抵
抗に関する物性値を変更するための製造条件の変更や、
切断時の刃物などの切断手段の選択も容易になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による切断抵抗力測定装置の一実施例の
概略構造を破断状態で表す概念図である。

【図２】図１中のII−II矢視断面図である。

【図３】図１中の III− III矢視断面図である。

【図４】図１〜３に示した装置を用いて新聞用紙を切断
した場合の時間と張力との関係を表すグラフである。

【図５】図１〜３に示した装置を用いて上質紙を切断し
た場合の時間と張力との関係を表すグラフである。

【図６】本発明による切断抵抗力測定装置の他の実施例
における刃物の部分の抽出拡大図である。

【符号の説明】

１１ ベッド １２ 支柱 １３ トップビーム １４ クロスビーム １５ 試料 １６ ロードセル １７ 試料把持具 １８ 上部ワークホルダ １９ 下部ワークホルダ ２０ 刃物 ２１ スライダ ２２ ブラケット ２３ サブビーム ２４ コントローラ ２５ ピストンロッド ２６ エアシリンダ ２７ データ処理部 ２８ 表示部 ２９ ロータ回転軸 ３０ ロータ ３１ 刃物 Ｓ 切断開始位置 Ｅ 切断終了位置

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シート状物を所定の張力を以て把持する
   ステップと、 所定の張力で把持された該シート状物を刃物で切断する
   ステップと、 切断中の該シート状物の張力に関する所定の物理量を検
   出するステップと、 該張力に関する所定の物理量に基づいて前記シート状物
   の切断抵抗力を評価するステップとを具えたことを特徴
   とするシート状物の切断抵抗力測定方法。
2. 【請求項２】 前記張力に関する所定の物理量は、前記
   シート状物の切断中の張力変化および最大張力および切
   断所要時間および切断力積の少なくとも１つであること
   を特徴とする請求項１に記載のシート状物の切断抵抗力
   測定方法。
3. 【請求項３】 一直線状に対向してシート状物の両端部
   を把持し得る一対の試料把持具と、 少なくとも一方の前記試料把持具を他方の前記試料把持
   具との対向方向に駆動してこれら一対の試料把持具によ
   って把持される前記シート状物の張力を所定値に設定す
   るための張力調整手段と、 前記一対の試料把持具によって把持される前記シート状
   物と対向してこれを切断し得る刃物と、 前記刃物を駆動して前記一対の試料把持具によって把持
   された前記シート状物を切断するための刃物駆動手段
   と、 前記一対の試料把持具によって把持された前記シート状
   物の張力を検出する張力検出器と、 この張力検出器からの検出データを取り込んで処理する
   データ処理部とを具えたことを特徴とするシート状物の
   切断抵抗力測定装置。
4. 【請求項４】 前記張力検出器は、ロードセルであるこ
   とを特徴とする請求項３に記載のシート状物の切断抵抗
   力測定装置。
5. 【請求項５】 前記データ処理部は、前記張力検出器か
   らの検出データを１０〜１０００マイクロ秒の間隔で取
   り込むことを特徴とする請求項３または請求項４に記載
   のシート状物の切断抵抗力測定装置。