(57)【要約】【課題】  安価であり、しかも優れた耐用寿命を有する繊維用切断刃を提供すること。【解決手段】  刃部と基体部とからなる繊維用切断刃であって、全体が炭素工具鋼から一体的になり、刃部の先端部の硬度が８００〜１，０００（ＨＶ）であり、基体部の硬度が６００〜８００（ＨＶ）であることを特徴とする繊維用切断刃。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
刃部と基体部とからなる繊維用切断刃であって、全体が炭素工具鋼から一体的になり、刃部の先端部の硬度が８００〜１，０００（ＨＶ）であり、基体部の硬度が６００〜８００（ＨＶ）であることを特徴とする繊維用切断刃。
【請求項２】
刃部の先端部と基体部との間に、刃部の先端部の硬度および基体部の硬度よりも硬度が低い領域が存在する請求項１に記載の繊維用切断刃。
【請求項３】
前記の硬度が低い領域の最小硬度と、基体部の硬度との差が、５０〜３００（ＨＶ）である請求項２に記載の繊維用切断刃。
【請求項４】
刃部の先端部から少なくとも０．０５〜０．３５ｍｍの範囲に、硬度が８００〜１，０００（ＨＶ）である領域が存在する請求項１に記載の繊維用切断刃。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維用切断刃に関し、さらに詳しくはガラス繊維（ガラスストランド、ガラス糸など）を一定の長さに切断する切断刃に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガラス繊維は、溶融したガラスを収納しているブッシングから、そのノズルを通して多数のフィラメントを引き出し、これらを一本または複数本に集束し、かつ集束液とアプリケーターローラとからなるアプリケーターにより、集束液を付与してフィラメントを集束させてストランドとして、ストランドを巻き取りドラムに巻き取ってケーキとして製造されている。このようなケーキから引き出されるストランドは撚糸工程を経てヤーンとしたり、合糸工程を経てロービングとすることにより、長繊維として使用されたり、切断工程を経て一定の長さの短繊維に切断することによって、チョップドストランドとされたりしている。上記チョップドストランドは熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、セメントなどの強化材として使用されている。
【０００３】
上記切断工程で使用されているストランドの切断装置は、図２に示すように切断刃１を等間隔で放射状に取りつけたカッターローラ２と、外周面にゴムなどの弾性層３を設けたゴムローラ４との間にストランド５を連続的に装入しつつ切断する構造を有している。
【０００４】
従来よりカッターローラ２に設置する切断刃１としては、一般に炭素工具鋼を焼入れし、研磨して鋭利な刃先を形成したものが使用されている。これらの従来の切断刃は切断対象物がガラスであることから、短時間で刃先が摩耗してしまい、切断性能が低下する。従ってチョップドストランドの製造中に切断刃を高頻度で交換することが要求され、チョップドストランドの生産性低下およびコスト高の要因となっている。このような課題を解決する目的で種々の切断刃が提案されている。１例を挙げると、刃部を超硬合金から形成し、基体部をそれより硬度の低い金属から形成し、両者を接合してなる切断刃が提案されている（特許文献１）。
【特許文献１】特開平９−１３６２８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来の超硬合金を使用した切断刃は、その耐用寿命は向上するものの、刃部と基体部との材質が異なることから、刃部が基体部から脱落する可能性がある。また、繊維の切断中に刃先が欠けたり、刃部が脱落したりする場合に、該欠けた部分や脱落した刃部が異物としてチョップドストランド中に混入するおそれがある。この場合、刃部の超硬合金は磁性が低く、磁石の使用で該異物をチョップドストランド中から除去することが困難となる。また、刃部に超硬合金を使用したり、刃部と基体部とを接合する作業を要することから、切断刃自体のコストも高くなる。
従って本発明は、優れた耐用寿命を有し、刃部の脱落のおそれがなく、刃部や刃先がチョップドストランド中に混入した場合に、それらを取り除くことが容易であり、しかも安価である繊維用切断刃を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的は以下の本発明によって達成される。すなわち、本発明は、刃部と基体部とからなる繊維用切断刃であって、全体が炭素工具鋼から一体的になり、刃部の先端部の硬度が８００〜１，０００（ＨＶ）であり、基体部の硬度が６００〜８００（ＨＶ）であることを特徴とする繊維用切断刃を提供する。
【０００７】
上記本発明においては、刃部の先端部と基体部との間に、刃部の先端部の硬度および基体部の硬度よりも硬度が低い領域が存在すること；前記の硬度が低い領域の最小硬度と、基体部の硬度との差が、５０〜３００（ＨＶ）であること；または刃部の先端部から少なくとも０．０５〜０．３５ｍｍの範囲に、硬度が８００〜１，０００（ＨＶ）である領域が存在することが好ましい。
【発明の効果】
【０００８】
上記本発明によれば、安価であり、しかも優れた耐用寿命を有する繊維用切断刃を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
次に好ましい実施形態を挙げて本発明をさらに詳細に説明する。本発明者は、繊維用切断刃について鋭意研究の結果、従来の全体が焼入れされている炭素工具鋼製の繊維用切断の刃部の刃先のみを再度焼入れすることによって、刃先が欠けることなく長時間連続使用が可能な繊維用切断刃が得られることを見出した。
【００１０】
次に実施例を示す図面を参照して本発明をさらに詳しく説明する。図１ａは本発明の切断刃の側面図であり、図１ｂはその断面図である。本発明の切断刃は、従来の切断刃と同様な形状でよく、例えば、図示のように刃部６と基体部７とが、炭素工具鋼から一体的に形成されている。なお、図示の切断刃のサイズは長さ（Ｌ）が約１００〜２５０ｍｍ、高さ（Ｈ）が約５〜２０ｍｍ、厚み（Ｔ）が約０．２〜１．０ｍｍ、刃部の幅（ｗ）が約０．８〜１．５ｍｍである。
【００１１】
以上のような切断刃は任意の製造方法、例えば、板状の炭素工具鋼から所定の形状を切り出し、該切出物を常法に従って焼入れを行ない、長辺の一方の端部を研磨して刃出しを行なう（ここまでが従来の方法である）。本発明では、該従来の切断刃の刃部の先端部分のみを再度焼入れ処理する。
【００１２】
この再焼入れ処理の方法としては、公知の方法、例えば、炎焼入れ、高周波焼入れ、レーザ焼入れ、または電子ビーム焼入れなどを用いることができる。炎焼入れ方法とは、アセチレンガス、都市ガス、プロパンガスなどと酸素との火炎によって、鋼の表面のみを加熱して焼入れする、外熱式の焼入れ方法である。この炎焼入れ方法の特徴としては、被処理品の形状や寸法に制限を受けない；局所焼入れが可能で、硬化層深さの選定も比較的容易である；急速加熱、冷却のため酸化、脱炭、変形が比較的少ない；肉薄部品の局所焼入れは不向きであることなどが挙げられる。
【００１３】
レーザ焼入れ方法とは、高エネルギー密度のレーザビームを鋼部品の表面に照射して加熱し、自己冷却作用によって焼入硬化させる方法である。レーザビームによる加熱は超急速であり、また、焼入れも冷却剤は用いずに自己冷却であり、極短時間に小さい面積で局所焼入れができ、ひずみの発生も少ないなどの特徴を有する。レーザビームの発生源としてのレーザ発振装置には、炭酸ガスレーザ、ＹＡＧレーザ、プラズマレーザ、エキシマレーザなどが挙げられ、一般に普及していることから、炭酸ガスレーザを用いるのが好ましい。
【００１４】
高周波焼入れ方法とは、高周波誘導加熱によって鋼を焼入れする方法であり、高周波を発生するコイルと被加熱物とに流れる電流は、周波数が高くなるほど、加熱される深さが浅くなる性質を有する。そのため、被加熱物の寸法、形状に適したコイルを適宜選定して、所望の焼入れ処理を行うことができる。高周波焼入れの特徴は、直接加熱であるため熱効率が良く、作業時間が短い；局所焼入れが可能で、硬化層深さの選定も比較的容易である；短時間加熱、急冷処理のため酸化、脱炭、変形が少ない；作業の標準化、自動化が容易である；急熱、急冷のため表面に大きな圧縮残留応力が生じ、耐摩耗性のみならず耐疲労性も向上することなどが挙げられる。また、超高周波（周波数２７．１２ＭＨｚ）を用い、衝撃エネルギーで被加熱物の表面のみを、極短時間（例えば、０．００３秒程度）で焼入れ温度まで加熱して硬化層を得る衝撃焼入れ方法も高周波焼入れ方法に含まれる。
【００１５】
前記の刃部の先端部分の再焼入れ処理の方法としては、刃部の先端部のような微少な部分に焼入れが可能であること、短時間で加熱処理および急冷処理ができ、切断刃の変形などが少ないことなどから、高周波焼入れ方法を用いるのが好ましい。
【００１６】
上記の再焼入れを施した切断刃（２種、ａ、ｂ）と、再焼入れを施さなかった切断刃（ｃ）の刃先の硬度（ＨＶ）を測定したところ、図３に示すような硬度分布を有するものであった。図３に示すように、本発明の切断刃（ａ、ｂ）は、刃部の最先端の硬度が８００〜１，０００（ＨＶ）の範囲、好ましくは８５０〜９５０（ＨＶ）の範囲にあり、刃先の硬度は最先端から基体部の方向にむかって徐々に高くなっており、刃部の最先端から０．３０〜０．３５ｍｍ付近から硬度が急激に低下し０．５ｍｍ付近において硬度が回復し、基体部に至ると、比較例である再焼入れを施さなかった切断刃（ｃ）の硬度と同様な硬度になる（不図示）。これに対して比較例の切断刃（ｃ）の硬度は刃先の最先端から基体部方向において、硬度における大きな変化は認められない。ここで切断刃（２種、ａ、ｂ）の基体部の平均硬度は約７８０（ＨＶ）であった。また、切断刃ａの刃部の先端部における硬度が低い領域の最小硬度は５５０（ＨＶ）であった。
【００１７】
以上の結果から、本発明の繊維用切断刃は、刃部の先端部と基体部との間に、刃部の先端部の硬度および基体部の硬度よりも硬度が低い領域が存在すること；前記の硬度が低い領域の最小硬度と、基体部の硬度との差が、５０〜３００（ＨＶ）であり、好ましくは１００〜２５０（ＨＶ）であること；または刃部の先端部から少なくとも０．０５〜０．３５ｍｍの範囲に、硬度が８００〜１，０００（ＨＶ）である領域が存在することが好ましいことが判る。
【００１８】
次に本発明の切断刃を用いるチョップドストランドの製造方法について説明する。ブッシングなどから引き出された多数本のガラスフィラメントに、少なくともカップリング剤を含有する水溶液を、固形分として０．１〜１．５質量％となるように付着させた後、引き揃えて集束し、ドラムに巻きつけてケーキとする。得られたケーキからストランドを引き出し、切断装置のフィードローラとカッターローラとの間にストランドを挟んで、所望の長さに切断する。フィードローラは、ゴムまたは合成樹脂などの弾性体からなる円筒または円柱状の形状である。カッターローラは、放射状に植設された多数の刃を有する円筒または円柱状の形状である。ストランドの切断長も、特に限定されないが、通常１．５〜１３ｍｍが好ましい。なお、切断装置の切断能力は、ストランドの糸種、投入するストランドの本数、バインダー組成物などによって決まる。
【実施例】
【００１９】
次に実施例を挙げて本発明を説明する。
実施例１
ブッシングから、平均繊維径１０μｍのＥガラスのフィラメント１，０００本の束を引き出し、バインダー組成物（γ−アミノプロピルトリエトキシシランとエポキシ樹脂エマルジョンとを含有する水溶液）を、固形分として０．８質量％となるように付着させた後、引き揃えて集束してストランドとし、ドラムに巻きつけてケーキとした。複数の該ケーキからストランドを引き出し、ストランドを切断装置のフィードローラとカッターローラとの間に挟んで、３ｍｍの長さに切断した。その時、上記本発明の切断刃（ａ）と、前記比較例の切断刃（ｃ）とを変更する以外は、同一の条件で切断した。切断刃（ａ）を用いた場合には、ストランドのミスカットがなく、連続して４０時間使用することができた。これに対して切断刃（ｃ）を用いた場合には、８時間の連続使用でストランドのミスカットが発生し、約８時間経過毎に切断刃を交換した。
【００２０】
上記ストランドの切断後の切断刃の刃先の形状およびゴムローラの外周のゴムの表面状態を顕微鏡で調べたところ、図４および図５に示す如くであった。図４および図５に示すように、本発明の切断刃（ａ）の先端は、上記条件で摩耗が著しく少なく（図４（ａ））、外周ゴムを痛める程度が低いことが判る（図５（ａ））。これに対して比較例の切断刃（ｃ）は、刃部先端部の摩耗が激しく（図４（ｂ））、また、外周ゴムの損傷も大きい（図５（ｂ））。
【００２１】
以上のように本発明の切断刃（ａ、ｂ）が、従来の切断刃（ｃ）に比較してその強度および耐久性が顕著に改善されたのは、刃先部分のみを再焼入れすることにより、刃先（図３のＡ参照）の硬度が向上したこと、および再焼入れによって刃部の中において刃先に連続している基体よりの部分（図３のＢ参照）が、焼入れ前よりも硬度が低くなっている（焼きなましの状態）ことから、この部分（Ｂ）の弾性が増し、硬度の高い刃先（Ａ）の破損や欠けを防止しているものと想像される。また、本発明の切断刃を使用した場合には、比較例の切断刃を使用した場合と比較して、チョップドストランド中に刃先の細片やゴムの破片が混入する可能性が顕著に低下することも判る。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
上記本発明によれば、安価であり、しかも優れた耐用寿命を有する繊維用切断刃を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の切断刃の形状を説明する図。
【図２】ガラス繊維の切断装置を説明する図。
【図３】切断刃の刃先の硬度変化を説明する図。
【図４】一定時間使用後の本発明および比較例の切断刃の刃先の状態を示す図。
【図５】一定時間使用後の本発明および比較例の切断刃を使用した場合のゴムローラの表面状態を示す図。
【符号の説明】
【００２４】
１：切断刃
２：カッターローラ
３：弾性層
４：ゴムローラ
５：ストランド
６：刃部
７：基体部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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