TWI414405B - A tissue cutting mechanism with helical curved corner - Google Patents

Description

具有螺旋曲線轉角刀刃之薄紙裁切機構

本發明係關於一種切割機具之刀架，特別是關於一種具有螺旋曲線轉角刀刃之薄紙裁切機構。該薄紙裁切機構配合摺紙滾輪與摺疊壓爪而可將長條薄紙在經過輸送、裁切、壓痕、抓壓交疊之後，以製作出抽取式用紙。

在薄紙裁切技術之領域中，業者已發展出不同類型的裁切技術。例如在傳統的滾筒直刀式裁切機構係主要由一直排式裁切刀與一滾筒。在進行紙張裁切作業時，一長條狀待裁切紙帶環繞於該滾筒之周面，使該滾筒不斷保持旋轉狀態，同時，控制該裁切刀相應於該滾筒而進行往復式之運動，當該裁切刀之刀鋒與滾筒相接觸時，即可完成薄紙的裁切作業。

然而，在該傳統的裁切作業過程中，該裁切刀之刀鋒與環繞於該滾筒周面之紙帶之間，係呈現一線接觸之型態，故在二者接觸之瞬間，該裁切刀之刀鋒(尤其是刀鋒之兩端點)將會因為承受極大之正向或斜向接觸力而容易崩斷。

在目前裁切薄紙之技術中，已普遍使用相對應之上刀刃與底刀滾輪刀刃做類似剪刀原理之剪切動作，以達到薄紙 裁切之目的。在此類技術中，目前常見之薄紙裁切機構，為斜線式單片或多片刀、或為單純之螺旋曲線刀。裁切時或為接觸力不甚平均、或為多點同時接觸，如此刀架、刀刃及滾輪瞬間必承受較大或較不均勻之衝擊力，容易造成刀刃變形或破損，減少刀刃使用壽命。

參閱第一圖所示，其顯示該多片斜線型上刀刃N1與直線型底刀刀刃N2作動關係示意圖。此方式作動，剪切瞬間會有多點同時接觸，刀刃需承受較大之衝擊及振動。業者針對該多片斜線型裁切機構之缺點乃又設計出單片斜線型或單純螺旋型上刀刃與直線型底刀刀刃之結構。第二圖係顯示傳統單片斜線型或單純螺旋型上刀刃N3與直線型底刀刀刃N4作動關係示意圖。此方式作動，剪切瞬間雖僅有一點接觸，但進刀速度仍較快，刀刃依舊承受較大之衝擊及振動。

鑑於前述先前技術所存在之各項問題，本發明之主要目的在於提供一種具有螺旋曲線轉角刀刃之薄紙裁切機構，其採用螺旋曲線轉角刀刃結合在刀架之刀架結構面。在進行薄紙的裁切作業時，該螺旋曲線轉角刀刃軸線與底刀輪外圓切線之夾角隨著裁切位置改變，而做非線性之多角度變化。

本發明之另一目的是提供一種用於薄紙裁切機構中之螺旋曲線轉角刀刃結構，該螺旋曲線轉角刀刃係結合在該螺旋曲線轉角刀架之刀架結構面，且該螺旋曲線轉角刀刃係沿著該螺旋曲線轉角刀架之長軸方向，由該螺旋曲線轉角刀架 之一端緣延伸至該螺旋曲線轉角刀架之另一端緣，並以螺旋方向延伸形成在該螺旋曲線轉角刀架之刀架結構面。

本發明為解決習知技術之問題所採用之技術手段係在一基座上配置有一底刀輪，其周環面相隔一預定間距處各配置有一底刀輪直線型刀刃。一螺旋曲線轉角刀架係鄰近配置於該底刀輪，該螺旋曲線轉角刀架與該底刀輪之間具有一軸線偏斜角。一螺旋曲線轉角刀刃結合在該螺旋曲線轉角刀架之刀架結構面，且該螺旋曲線轉角刀刃係沿著該螺旋曲線轉角刀架之長軸方向，由該螺旋曲線轉角刀架之一端緣延伸至該螺旋曲線轉角刀架之另一端緣，並以螺旋方向延伸形成在該螺旋曲線轉角刀架之刀架結構面。在進行裁切作業時，該螺旋曲線轉角刀刃軸線與底刀輪外圓切線之夾角隨著裁切位置改變，而做非線性之多角度變化。

在本發明較佳實施例中，該螺旋曲線轉角刀架連結有一氣壓控制桿裝置，其係由一氣缸及連結於該螺旋曲線轉角刀架之桿臂所組成，該氣缸控制該桿臂做伸縮，可控制螺旋曲線轉角刀刃移離相對應之底刀輪直線型刀刃至一間隔位置或移近該底刀輪。再者，該螺旋曲線轉角刀架更配置有一刀刃長度調整裝置、一刀刃夾緊裝置及一刀刃曲度調整裝置，分別作為該螺旋曲線轉角刀刃之突出長度、夾緊、曲度做調整。

相較於現有技術，本發明之螺旋曲線轉角刀刃，裁切作動時，不僅只是單一點之點接觸。且具多變化之角度調整。隨著剪切位置之改變，刀刃曲線角度亦隨之變動，如此可使上刀刃與底刀滾輪刀刃，隨時均保持較為穩定之點接觸，提高刀刃使用壽命。

此螺旋曲線轉角刀刃軸線與底刀輪外圓切線之夾角會隨著裁切位置改變，而做非線性之多角度變化。隨著螺旋曲線角度變化調整後，刀刃兩端點及中間點之變形量會漸趨於平均，如此可避免刀刃上某一點因受力後，產生特別大之變形量而損壞，以延長刀具使用壽命，提高生產效率。設計上特意降低開始剪切時之切斷速度，以有效減緩剪切瞬間衝擊力，減少刀具振動。

本發明所採用的具體實施例，將藉由以下之實施例及附呈圖式作進一步之說明。

第三圖顯示本發明具有螺旋曲線轉角刀刃之薄紙裁切機構之各相關構件配置之示意圖，其顯示在一基座1上配置了左右相對應之第一薄紙裁切機構100及第二薄紙裁切機構200。該第一薄紙裁切機構100及第二薄紙裁切機構200組成了本發明之薄紙裁切裝置，以使兩道具有一定寬度的長條薄紙S1、S2在分別經過該薄紙裁切裝置之輸送、裁切、壓痕、抓壓交疊之後，以製作出抽取式用紙S。

該第一薄紙裁切機構100係包括有數個惰輪2、一底刀輪3、一螺旋曲線轉角刀架4、一螺旋曲線轉角刀刃5(亦稱上刀刃)、一摺紙滾輪6、一摺疊壓爪7、一氣壓控制桿裝置8。其中該底刀輪3之周環面相隔一預定間距處各配置有一底刀輪直線型刀刃32。該底刀輪3具有一底刀輪軸31，用以將該底刀輪3可旋轉地結合於該基座1之預定位置。該螺旋曲線轉角刀架4具有一刀架軸41，用以將該螺旋曲線轉角刀架4配置於該底刀輪3之鄰近位置。

長條薄紙S1經過第一薄紙裁切機構100之惰輪2而被輸送至底刀輪3時，該底刀輪3係以一旋轉方向旋轉，此時螺旋曲線轉角刀刃5與該底刀輪3之其中一個底刀輪直線型刀刃32形成剪切接觸，以將該長條薄紙S1裁切成具固定長度紙片S11。隨後該固定長度紙片S11被傳送至摺紙滾輪6上。

相同地，該第二薄紙裁切機構200係包括有數個惰輪2a、一底刀輪3a、一螺旋曲線轉角刀架4a、一螺旋曲線轉角刀刃5a、一摺紙滾輪6a、一摺疊壓爪7a、一氣壓控制桿裝置8a。其中該底刀輪3a之周環面相隔一預定間距處各配置有一底刀輪直線型刀刃32a。該底刀輪3a具有一底刀輪軸31a，用以將該底刀輪3a可旋轉地結合於該基座1之預定位置。該螺旋曲線轉角刀架4a具有一刀架軸41a，用以將該螺旋曲線轉角刀架4a配置於該底刀輪3a之鄰近位置。

長條薄紙S2經過第二薄紙裁切機構200之惰輪2a而被輸送至底刀輪3a時，此時螺旋曲線轉角刀刃5a與該底刀 輪3a之其中一個底刀輪直線型刀刃32a形成剪切接觸，以將該長條薄紙S2裁切成具固定長度紙片S21。隨後該固定長度紙片S21被傳送至摺紙滾輪6a上。

由於該摺紙滾輪6、6a之輪面設有摺痕結構，故此時摺紙滾輪6、6a會分別將該固定長度紙片S11、S21壓出摺痕，再經過摺疊壓爪7、7a之抓壓，使該紙片S11、S21沿著摺痕互相交疊，即成為抽取式用紙S。

該底刀輪3、3a及摺紙滾輪6、6a分別連通有習用之抽氣裝置(未示)，並在其輪面配置複數個氣孔。故藉由控制該抽氣裝置之動作可以控制紙片使其吸附在輪圓面上、或從輪面上釋放。

該氣壓控制桿裝置8、8a分別包括有氣缸81、81a及連結於該螺旋曲線轉角刀架4、4a之桿臂82、82a。可使得當長條薄紙S1、S2用完時，可利用氣缸81、81a控制該桿臂82、82a做伸縮，可分別控制螺旋曲線轉角刀架4、4a作一適當角度之旋轉，使該螺旋曲線轉角刀刃5、5a移離相對應之底刀輪直線型刀刃32、32a至一間隔位置，以便操作者引入新長條薄紙，待置入新長條薄紙後再利用該氣缸81、81a控制該桿臂82、82a驅動該螺旋曲線轉角刀架4、4a旋轉，使該螺旋曲線轉角刀架4、4a歸位至原裁切位置(即移近底刀輪)，以繼續生產。

第一薄紙裁切機構100與第二薄紙裁切機構200中之相對應構件乃為相同，故以下以第一薄紙裁切機構100係進一步之結構說明。第四圖為本發明之螺旋曲線轉角刀刃配置 在螺旋曲線轉角刀架之示意圖。第五圖為本發明之螺旋曲線轉角刀刃配置在螺旋曲線轉角刀架之端視圖。由第四圖及第五圖中知，該螺旋曲線轉角刀架4設有一刀座42，以供嵌置固定該螺旋曲線轉角刀刃5。

該刀座42係沿著該螺旋曲線轉角刀架4之長軸方向I1，由該螺旋曲線轉角刀架4之一端緣40a延伸至該螺旋曲線轉角刀架4之另一端緣40b，並以螺旋方向延伸形成在該螺旋曲線轉角刀架4之刀架結構面43。

由於該螺旋曲線轉角刀刃5係嵌置定位在該刀座42，故使得該螺旋曲線轉角刀刃5與該螺旋曲線轉角刀架4間之對應關係亦係沿著該螺旋曲線轉角刀架4之長軸方向I1，由該螺旋曲線轉角刀架4之一端緣40a延伸至該螺旋曲線轉角刀架4之另一端緣40b，並以螺旋方向延伸形成在該螺旋曲線轉角刀架4之刀架結構面43。

該螺旋曲線轉角刀架4另配置有刀刃長度調整裝置44、刀刃夾緊裝置46及刀刃曲度調整裝置45，可分別作為該螺旋曲線轉角刀刃5之突出長度、夾緊、曲度做調整。第六圖為本發明之螺旋曲線轉角刀架4與底刀輪3組裝之相對關係立體圖，其顯示該底刀輪3係可以一旋轉方向I2旋轉，該螺旋曲線轉角刀架4與底刀輪3之間具有一軸線偏斜角θ x。

第七圖為本發明螺旋曲線轉角刀刃5與底刀輪直線型刀刃32作動關係之平面展開示意圖。此方式作動，不僅只是單一點之點接觸，且具多變化之角度調整。隨著剪切位置 之改變，刀刃曲線角度亦隨之變動，如此可使螺旋曲線轉角刀刃5與底刀輪直線型刀刃32隨時均保持較為穩定之點接觸，提高刀刃使用壽命。設計上亦特意降低開始剪切之切斷速度，以減少刀刃所受之振動。

第八圖為一般常用之刀刃與本發明之螺旋曲線轉角刀刃剪切時之特性比較圖，其橫座標係表示剪切時間(秒)，縱座標係表示刀刃長度(微米)。圖中曲線X1為傳統多片斜線型上刀刃於剪切瞬間有多點同時接觸，剪切時間甚短，表示刀刃瞬間必受較大之衝擊及振動。曲線X2為傳統單片斜線型上刀刃於剪切瞬間雖僅有一點接觸，但剪切時間仍短，表示進刀速度仍較快，刀刃依舊承受較大之衝擊及振動。曲線X3為單純螺旋型上刀刃，由圖中可知剪切開始至中間點之時間T1幾近等於中間點至剪切終結點時間T2，意即切斷速度為一固定值。但圖中曲線X4所示本發明之螺旋曲線轉角刀刃於剪切開始至中間點之時間T1遠大於中間點至剪切終結點時間T2，意即開始剪切時特意將切斷速度放慢，如此可有效減緩剪切開始時之瞬間衝擊力，也減少刀具之振動，可降低刀刃之損耗，提高刀具壽命。

第九圖係顯示本發明螺旋曲線轉角刀刃5與底刀輪直線型刀刃32接觸(A點)開始裁切情形。第十圖夾角θ 1為相對應之螺旋曲線轉角刀刃軸線與底刀輪外圓切線之夾角。第十一圖為螺旋曲線轉角刀刃5與底刀輪直線型刀刃32裁切至中點位置(B點)情形。第十二圖夾角θ 2為相對應之螺旋曲線轉角刀刃軸線與底刀輪外圓切線之夾角。第十三圖為螺 旋曲線轉角刀刃5與底刀輪直線型刀刃32裁切至終結點(C點)情形。第十四圖夾角θ 3為相對應之螺旋曲線轉角刀刃軸線與底刀輪外圓切線之夾角。

由作圖法可得：θ 1>θ 2，θ 2<θ 3，θ 1=θ 3。表示螺旋曲線轉角刀刃軸線與底刀輪外圓切線之夾角θ會隨著裁切位置改變，而做非線性之多角度變化。第十五圖為螺旋曲線轉角刀刃軸線I3與底刀輪外圓切線I4之夾角θ簡化示意圖，由圖中可知隨著剪切位置之變化，此夾角會在θ 1~θ 2，θ 2~θ 3之間做週期性的非線性角度變化(△θ)。

第十六圖說明螺旋曲線轉角刀刃5使用時之變形情況之前視圖。第十七圖說明螺旋曲線轉角刀刃5使用時之刀刃變形之示意圖。第十八圖至第二十圖則表示螺旋曲線轉角刀刃5在不同受力位置A、B、C時與變形量之曲線示意圖。

第十八圖表示螺旋曲線轉角刀刃5固定於刀架4時，依常理可知兩端尖角A及C強度必較弱，受力時之變形量比中間點B之變形量大，此處以條紋表示變形量大小(參看第十六圖)，兩端A及C處條紋較長，表示變形量較大。在圖十八中△Y1為兩端點A、C與中間點B之變形量差異示意圖。

第十九圖表示螺旋曲線轉角刀刃軸線與底刀輪外圓切線之夾角隨著裁切位置改變而變化，夾角角度θ愈大，依力學原理可知，受力之有效分量則愈小，變形量亦愈小。兩端點A及C之夾角θ 1、θ 3，都比中間點B之夾角θ 2大。單純依此點而言，兩端點之受力變形量較小，中間點變形量 較大。

第二十圖為第十八圖加上第十九圖之總效應，△Y2<△Y1，表示隨著螺旋曲線角度變化調整後，兩端點A、C、及中間點B之變形量漸趨於平均，如此可避免刀刃上某一點因受力後，產生特別大之變形量而損壞，以延長刀具使用壽命。

藉由上述之本發明實施例可知，本發明確具產業上之利用價值。惟以上之實施例說明，僅為本發明之較佳實施例說明，凡習於此項技術者當可依據本發明之上述實施例說明而作其它種種之改良及變化。然而這些依據本發明實施例所作的種種改良及變化，當仍屬於本發明之發明精神及界定之專利範圍內。

100‧‧‧第一薄紙裁切機構

200‧‧‧第二薄紙裁切機構

1‧‧‧基座

2、2a‧‧‧惰輪

3、3a‧‧‧底刀輪

31、31a‧‧‧底刀輪軸

32、32a‧‧‧底刀輪直線型刀刃

4、4a‧‧‧螺旋曲線轉角刀架

40a、40b‧‧‧端緣

41、41a‧‧‧刀架軸

42、42a‧‧‧刀座

43‧‧‧刀架結構面

44‧‧‧刀刃長度調整裝置

46‧‧‧刀刃夾緊裝置

45‧‧‧刀刃曲度調整裝置

5、5a‧‧‧螺旋曲線轉角刀刃

6、6a‧‧‧摺紙滾輪

7、7a‧‧‧摺疊壓爪

8、8a‧‧‧氣壓控制桿裝置

81、81a‧‧‧氣缸

82、82a‧‧‧桿臂

S1、S2‧‧‧長條薄紙

S11、S21‧‧‧固定長度紙片

S‧‧‧抽取式用紙

θ x‧‧‧軸線偏斜角

θ 1、θ 2、θ 3‧‧‧夾角

I1‧‧‧長軸方向

I2‧‧‧旋轉方向

I3‧‧‧螺旋曲線轉角刀刃軸線

I4‧‧‧底刀輪外圓切線

N1‧‧‧多片斜線型上刀刃

N2‧‧‧直線型底刀刀刃

N3‧‧‧單片斜線型或單純螺旋型上刀刃

N4‧‧‧直線型底刀刀刃

第一圖為傳統多片斜線型上刀刃與直線型底刀刀刃作動關係之平面展開示意圖；第二圖為傳統單片斜線型或單純螺旋型上刀刃與直線型底刀刀刃作動關係之平面展開示意圖；第三圖顯示本發明具有螺旋曲線轉角刀刃之薄紙裁切機構之各相關構件配置之示意圖；第四圖為本發明之螺旋曲線轉角刀刃配置在螺旋曲線轉角刀架之示意圖；第五圖為本發明之螺旋曲線轉角刀刃配置在螺旋曲線轉角刀架之端視圖； 第六圖為本發明之螺旋曲線轉角刀架與底刀輪組裝之相對關係立體圖；第七圖為本發明螺旋曲線轉角刀刃與底刀輪直線型刀刃作動關係之平面展開示意圖；第八圖為一般常用之刀刃與本發明之螺旋曲線轉角刀刃剪切時之特性比較圖；第九圖係顯示本發明螺旋曲線轉角刀刃與底刀輪直線型刀刃形成剪切接觸(A點)開始裁切情形；第十圖顯示第九圖中A斷面時，螺旋曲線轉角刀刃軸線與底刀輪外圓切線間具有一夾角θ 1之示意圖；第十一圖為螺旋曲線轉角刀刃與底刀輪直線型刀刃裁切至中點位置(B點)情形；第十二圖顯示第十一圖中B斷面時，螺旋曲線轉角刀刃軸線與底刀輪外圓切線間具有一夾角θ 2之示意圖；第十三圖為螺旋曲線轉角刀刃與底刀輪直線型刀刃裁切至終結點(C點)情形；第十四圖顯示第十三圖中C斷面時，螺旋曲線轉角刀刃軸線與底刀輪外圓切線間具有一夾角θ 3之示意圖；第十五圖為螺旋曲線轉角刀刃軸線與底刀輪外圓切線之夾角簡化示意圖；第十六圖說明螺旋曲線轉角刀刃使用時之變形情況之前視圖；第十七圖說明螺旋曲線轉角刀刃使用時之刀刃變形情況之側視示意圖； 第十八圖表示螺旋曲線轉角刀刃，如暫時忽略轉角效應，受力時之變形量曲線示意圖；第十九圖表示螺旋曲線轉角刀刃在僅討論轉角效應情況下，受力時之變形量曲線示意圖；第二十圖表示螺旋曲線轉角刀刃在受力時之總變形量曲線示意圖。

100‧‧‧第一薄紙裁切機構

200‧‧‧第二薄紙裁切機構

1‧‧‧基座

2、2a‧‧‧惰輪

3、3a‧‧‧底刀輪

31、31a‧‧‧底刀輪軸

32、32a‧‧‧底刀輪直線型刀刃

4、4a‧‧‧螺旋曲線轉角刀架

41、41a‧‧‧刀架軸

5、5a‧‧‧螺旋曲線轉角刀刃

6、6a‧‧‧摺紙滾輪

7、7a‧‧‧摺疊壓爪

8、8a‧‧‧氣壓控制桿裝置

81、81a‧‧‧氣缸

82、82a‧‧‧桿臂

S1、S2‧‧‧長條薄紙

S11、S21‧‧‧固定長度紙片

S‧‧‧抽取式用紙

Claims (3)

1. 一種具有螺旋曲線轉角刀刃之薄紙裁切機構，用以裁切一長 條薄紙成複數固定長度之紙片，包括有：一基座；一底刀輪，具有一底刀輪軸，結合於該基座，可以一預定之旋轉方向旋轉，該底刀輪周環面相隔一預定間距處各配置有一底刀輪直線型刀刃；一螺旋曲線轉角刀架，具有一刀架軸，結合於該基座，該螺旋曲線轉角刀架係鄰近配置於該底刀輪，該螺旋曲線轉角刀架與該底刀輪之間具有一軸線偏斜角；一螺旋曲線轉角刀刃，結合在該螺旋曲線轉角刀架之刀架結構面，且該螺旋曲線轉角刀刃係沿著該螺旋曲線轉角刀架之長軸方向，由該螺旋曲線轉角刀架之一端緣延伸至該螺旋曲線轉角刀架之另一端緣，並以非線性螺旋方向延伸形成在該螺旋曲線轉角刀架之刀架結構面，且該螺旋曲線轉角刀刃與該底刀輪之一底刀輪直線型刀刃在接觸時形成一切線夾角，且在裁切時，該夾角沿著該螺旋曲線轉角刀架之長軸方向係隨著裁切位置而改變；其中該長條薄紙被輸送通過該螺旋曲線轉角刀架與其中一底刀輪之間時，由該螺旋曲線轉角刀刃與該底刀輪之直線型刀刃形成剪切接觸，且該螺旋曲線轉角刀刃於剪切開始至中間點之時間大於中間點至剪切終結點時間，以減緩該螺旋曲線轉角刀刃與該底刀輪直線型刀刃在剪切開始時之瞬間衝擊力。
2. 如申請專利範圍第1項之具有螺旋曲線轉角刀刃之薄紙裁 切機構，其更包括有一氣壓控制桿裝置，其係由一氣缸及連結於該螺旋曲線轉角刀架之桿臂所組成，該氣缸控制該桿臂做伸縮，可控制螺旋曲線轉角刀刃移離相對應之底刀輪直線型刀刃至一間隔位置或移近該底刀輪。
3. 如申請專利範圍第1項之具有螺旋曲線轉角刀刃之薄紙裁切機構，其中該螺旋曲線轉角刀架更配置有一刀刃長度調整裝置、一刀刃夾緊裝置及一刀刃曲度調整裝置，分別作為該螺旋曲線轉角刀刃之突出長度、夾緊、曲度做調整。