(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス溶解炉から連続して供給されてくる溶融ガラスを一対の刃で切断する溶融ガラス切断用シャーブレードであって、基材が硬質材料からなり、一対の刃先が互いに当たる面のみに前記基材よりも硬質の硬質層を施してなることを特徴とする溶融ガラス切断用のシャーブレード。
【請求項２】
前記硬質層厚さが５〜５０μｍである請求項１に記載の溶融ガラス切断用のシャーブレード。
【請求項３】
前記硬質層が、放電被覆又は溶射により形成されている請求項１又は２に記載の溶融ガラス切断用のシャーブレード。
【請求項４】
前記基材が、高速度鋼であり、前記硬質層がタングステンカーバイド、ボロン、チタンカーバイドから選択される１種からなる請求項１〜３何れか１項に記載のシャーブレード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス溶解炉から連続して供給される溶融ガラスを切断する溶融ガラス切断用シャーブレードに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ガラス瓶やガラス食器などのガラス製品は、ガラス溶解炉から連続して供給されてくる溶融ガラスを２枚１対の水平往復動するシャーブレードによって切断して、所定寸法の溶融ガラス塊であるゴブとして、下方に設けた金型内に落下させてガラス瓶や食器あるいはその他のガラス製品に成形している。
シャーブレードは、図１に示すような切断刃部が平面湾曲凹型をし、刃先が鋭角断面となっており、一対の切断刃部同士が交わることによって、溶融ガラスを切断するが、溶融ガラスは１０００℃〜１４００℃と高温であり、切断刃部も高温になるため、摩耗しやすく、摩耗するとゴブの切口が不良となり、これが原因となって製品中に筋状のシャーマークが残る。また、ガラス瓶の成形の場合は、図９に示すように、ガラス瓶口天面３０や底面３２に筋３３ができたり、泡３４（特にガラス瓶天面にできるものを天筋、天泡と称している。）が発生して製品不良となる。
そのため、従来、成形工程に続く検査工程でセンサーによりそれらのシャーマークや天筋・天泡を検出して、不良品を排除すると共に該検出率が一定以上になると生産ラインを停止してシャーブレードを交換している。シャーブレードの頻繁な交換は、その都度生産ラインの停止を伴うため生産性が低下すると共に、シャーブレードのコスト高をもたらす問題点がある。
そのため、シャーマークや天筋・天泡の発生原因は明らかな刃の摩耗以外は必ずしも明確ではないが、シャーブレードの切断性能の低下によるものと考えられ、長期間にわたる切断性能を維持するために、シャーブレードの材質の面、刃先形状の面等から種々の提案がなされている。【０００３】
材質の面では、シャーブレードは一般には、高速度工具鋼、超鋼合金、あるいはセラミック等が使用されており、たとえば少なくとも切断刃部を特定組成のＣｏ基合金で構成したもの（特許文献１参照）、Ｎｉ基−Ｃｒ合金からなる基材の最表面にＣｒ，Ａｆｆｉ及びＴｉの各酸化物を混合層の状態で形成したもの（特許文献２）、放電加工が可能なセラミックスからなり刃先にＲ０．０５−０．３ｍｍの丸みを付けたもの（特許文献３）、刃先の形状や構成として金属製のサポートの先端に形成した低い段部に曲線形状を有するセラミック製の切刃を固定したもの（特許文献４）等が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６１−１８３４３１号公報
【特許文献２】特開平０３−２４２３２８号公報
【特許文献３】特開平１−１４８７１９号公報
【特許文献４】特開昭６３−５５１２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来、ゴブカットにおいて、それに続く容器等の成形において製品にシャーマークの発生、あるいは天泡や天筋の発生による排除数が一定数を超えた時点でシャーブレードを交換している。従来その原因がシャーブレードの摩耗にあるとして、シャーブレードの摩耗や切れ味を維持するために、前述のように種々提案されているが、いまだ満足する解決方法に至っていない。
そこで、本発明は簡単な方法で従来の方法よりも効果的にシャーマークの発生や泡や筋の発生を抑制でき、ゴブカットにおけるシャーブレードの交換間隔を長くすることができるシャーブレードを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するための、本発明の溶融ガラス切断用のシャーブレードは、ガラス溶解炉から連続して供給されてくる溶融ガラスを一対の刃で切断する溶融ガラス切断用シャーブレードであって、基材が硬質材料からなるシャーブレードであり、一対の刃先が互いに当たる面のみに前記基材よりも硬質の硬質層を施してなることを特徴とするものである。
前記硬質層は厚さが５〜５０μｍであるのが望ましい。
前記硬質層の形成は、放電被覆、プラズマ溶射、ＰＶＤ法等により形成することができる。
また、前記硬質層は、前記基材よりも硬質材料であればよく特に限定されるものではないが、例えば基材が高速度鋼であれば、該高速度鋼よりも硬質であるタングステンカーバイド、ボロン、チタンカーバイド等が採用できる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、シャーブレードの刃先の下刃と上刃の当たり面側のみに基材よりも硬質の硬質層を設け、ガラスと接触する刃裏部は、硬質層を有しないので高温の溶融ガラスとの繰り返し接触により次第に摩耗するが上面の硬質層は刃裏部よりも摩耗が少なく維持される結果、刃裏部は常に砥いだ形となり刃先の鋭さが維持される。その結果、非常に簡単な構成にも関わらず、硬質層を両面に施したもの、或いは刃先を基材と異なる材質で形成したもの等と比較して、長期間使用してもシャーマークや天筋・天泡の発生がなく、生産性を飛躍的に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態に係る一対のシャーブレードのうちの下側のシャーブレードの平面図である。
【図２】上下のシャーブレードを図１のＡ−Ａ相当位置での断面図である。
【図３】溶融ガラスを切断している模式図である。
【図４】従来のシャーブレードの刃先の摩耗状態を示すシャーブレードの刃先断面図である。
【図５】比較例の刃先全面に硬質層を形成した比較例に係るシャーブレードの断面図である。
【図６】実施例１のシャーブレードの刃先摩耗状態を示す刃先断面模式図である。
【図７】実施例２における４組のシャーブレードにおける各下刃、上刃の摩耗状態を示すグラフである。
【図８】従来の４組のシャーブレードにおける各下刃、上刃の摩耗状態を示すグラフである。
【図９】（ａ）（ｃ）はガラス瓶における天泡の一例を、（ｂ）（ｄ）は天筋の一例を、（ｅ）はガラス瓶底面におけるシャーマークの一例を示している。
【符号の説明】
【０００９】
１：  シャーブレード（下刃）
２：  シャーブレード（上刃）
５：  シャーブレード本体
１０、２０：  硬質層
１１、２１：  摩耗面を表す仮想線
１５：  溶融ガラス塊
２３１、２３２：  刃先面
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明者は上記問題点を解決するために、天筋・天泡の発生とシャーブレードの刃先の摩耗との因果関係を調べた。調査は５日間使用して天筋・天泡の発生状況と刃先の摩耗状態を調べた。図８に刃先の摩耗状態を測定した結果を示す。同図はシャーブレードの中心線の刃先断面を下刃と上刃を対比させた状態で示し、ｘ軸が刃先軸方向距離、ｙ軸が高さ方向距離を表し、分かり易くするためにｙ軸を１０倍に拡大して示している。
図８においてＡ、Ｂは天筋・天泡が多く発生したシャーブレードを示し、Ｃ、Ｄは天泡の発生が少なかったシャーブレードであるが、刃先の摩耗状態ではＡ、ＢとＣ、Ｄに差異は殆ど認められなかった。そして、いずれも刃先がだれているのが観測された。したがって、この実験結果からは、天筋・天泡の発生が必ずしも刃先の摩耗状態、あるいは刃だれに起因しているとは言えず、従来から提案されている刃先の摩耗或いは刃だれの減少を低減させる方策（例えば刃先をより硬質材料にする等）では、天筋・天泡の発生を長期間にわたって防止することはできないことが分かった。
【００１１】
その知見に基づきさらに研究した結果、シャーマークや天筋・天泡の発生原因は、刃の摩耗や刃だれよりも、刃の切れ味にあることが分かった。即ちシャーブレードは使用を続けることによって、切れ味が次第に低下する。シャーブレードの切れ味が短期間に劣化する原因は次の現象にあると考えられる。
シャーブレードに多く使われる高速度工具鋼ＳＫＨ２は、ロックウェル硬さＨＲＣ６５と十分な硬度を有しているが、１１５０℃〜１２００℃のゴブを切ることで焼戻し温度である６５０℃を超えて軟化する。軟化した刃は変形しやすくなり、刃同士の接触・擦れによる摩耗で刃が薄くなり、変形が促進され、刃あたり面が維持できない。これにより刃同士のあたりに隙間が生じるばかりでなく、刃自体も摩耗で図４に破線４１で示すように刃先が丸くなる。その結果、ゴブの切れが悪くなり製品にシャーマークが発生する原因となっていることが判明した。
【００１２】
該知見に基づき、その現象を緩和するために図５に示すように刃５１、５２の刃先当たり面５３及び刃裏面５４に硬質層を形成することを着想して実験した（後述する比較例参照）。
しかしながら、当該シャーブレードは、硬質層を表裏に施したことによって、ゴブの切断における当たり面及び刃裏の摩耗速度は減少し、交換時期を若干延長させることはできたが、最終的には刃裏部の摩耗に先んじて当たり面の摩耗が進み、結果として刃先が摩耗して丸くなり、シャーマーク、天筋・天泡が発生し、初期の目的達成には至らなかった。
【００１３】
この現象を基にさらに研究した結果、意外なことに硬質層を刃と刃の当たり面のみに設けて、刃裏面には硬質層を設けないことによって、硬質層を両面に設ける場合よりも飛躍的にシャーマークや天筋・天泡の発生率が減少し、シャーブレードの交換間隔を長くすることができることが分かり、本発明に到達したものである。その理由は、必ずしも明確ではないが、次のようなメカニズムが考えられる。
ゴブ切断に際して、図３に於いて、下刃１と上刃２の当たり面は、それぞれ硬質層１０、２０によって耐摩耗性が維持される。一方、溶融ガラス塊１５と接触する刃裏面は、硬質層を有しないので、図３に仮想線１１、２１で示すように溶融ガラスとの接触により次第に摩耗するが当り面は硬質層１０、２０は摩耗量が少なく維持される。その結果、刃裏部から常に砥いだ形となり刃先の鋭さが維持される。
それに反して、図５に示すように刃先全体あるいは表裏の両面に硬質層を設けると刃同士が接触する当り面側だけが摩耗し、溶融ガラスと接触する刃裏側はほとんど摩耗しない。その結果、砥ぎ効果が失われ当たり面側の摩耗により平滑度が失われ刃先は次第に丸くなり切れが悪くなり、結果としてゴブにシャーマークを生じさせる原因をもたらすことになる。
【００１４】
図１〜図３は本発明に係るシャーブレードの実施形態を示し、図１は一対のシャーブレードのうちの下側のシャーブレード１の平面図であり、図２は上下のシャーブレードを図１のＡ−Ａ相当位置での断面図であり、図３は溶融ガラスを切断している模式図である。
シャーブレード１は、シャーブレード本体５の基材として例えば高速度鋼、その他の合金鋼、ＷＣ等の超硬合金、セラミック等公知のシャーブレードで採用されている材質が採用できる。そして、本発明では、図２に示すようにシャーブレード本体５、５の一対の刃先が互いに当たる面のみに基材よりも硬質の硬質層１０、２０をそれぞれ施してなることを特徴とするものである。該硬質層１０、２０は、基材よりも硬質材料であればよく特に限定されるものではない。例えば、基材が高速度鋼であれば、該高速度鋼よりも硬質であるタングステンカーバイド、ボロン、チタンカーバイド、或いはセラミック粉末等が採用できる。該硬質層は、厚さが５〜５０μｍが望ましく、より望ましくは１５〜２５μｍが望ましい。硬質層が５μｍよりも薄いと硬質層としての効果が薄く、５０μｍ以上であると硬質層としての効果が飽和すると共に、逆に硬質層が厚くなりすぎると砥ぎ効果が減少するので、上記範囲が望ましい。
【００１５】
上記硬質層の形成は、放電被覆、プラズマ溶射、ＰＶＤ法、あるいは基材への拡散浸透等により形成することができる。例えば、プラズマ溶射は、基材に与える熱の影響が少なく、良好に硬質層を形成することができるが、硬質層の基材への接着性を向上させるためには基材表面を粗面加工を施すのが望ましい。また基材は金属に限らずセラミック等も採用可能である。
【実施例】
【００１６】
実施例１：
１．シャーブレードの構成
基材：高速度鋼（ＳＫＨ１２）
硬質層：タングテンカーバイド放電被覆により刃当り面のみに厚さ約２０μｍのタングステンカーバイド層を形成した。
２．ゴブ切断条件
切断速度：１１．５カット／分（５日間で約８０万カット）
ゴブ温度：１１６０℃
オーバーラップ：１．３ｍｍ
以上の条件でゴブ切断に上記５日間使用後、刃先の摩耗状態及びだれ状態を観察した。その結果、刃先中心位置の刃先の摩耗・だれ状態は、使用前の状態から使用後は刃先部分が水平方向に約０．９ｍｍ摩耗したが、刃面の鋭利さは保たれており、成形品にシャーマークや天筋・天泡の発生は５日間連続切断を繰り返しても０．２％〜０．４％で安定して推移して、シャーブレードを調整することなく８０万個問題なくカットすることができた。そして、本実施例によれば５日間使用後もまだ十分使用できる状態であった。
図６は、図１のＡ−Ａ断面で刃先の摩耗状態を模式的に示しており、破線で示す部分は使用開始状態から８０万回切断後に摩耗した部分であり、シャーブレード本体５の刃先面２３１は使用開始前は硬質層側（刃当たり面側）先端ａ１と刃裏側先端ｂ１とを結ぶ面であり、刃先角度θ１である。この状態から溶融ガラスの切断を繰り返すことによって、刃当たり面側よりも硬質層の無い刃裏面側２４が溶融ガラスとの接触を繰り返すことにより摩耗量が多くａ２とｂ２を結ぶ刃先面２３２となり、刃先角度がより鋭角なθ２となった。即ち、砥ぎ効果と同様な効果を奏し刃先がより鋭利になった。なお、刃先の鋭利さは、θ２≦θ１の関係を満たすことにより維持される。【００１７】
実施例２：
次の同一条件で得た４組のシャーブレードについて、同一条件でゴブ切断をおこない、各組の上刃及び下刃の摩耗状態及びその鋭利状態を観察した。
１．シャーブレードの構成
基材：高速度鋼（ＳＫＨ１２）
硬質層：タングテンカーバイド放電被覆により刃当り面のみに厚さ約２０μｍのタングステンカーバイド層を形成した。
２．ゴブ切断条件
切断速度：１５．１カット／分（６日間で約１３０万カット）
ゴブ温度：１１４５℃
その結果、４組のシャーブレードとも、図７のグラフに示すように、ほぼ均等の摩耗状態であり、且つ刃先が丸まらず鋭利状態が維持されており、６日間使用でもシャーマークの発生及び天筋・天泡の増加は観察されなかった。そして、６日間使用後、タングステンカーバイド溶射により再被覆処理を行い、１０日間（約２７０万カット）使用を続けたが、４組とも問題なく使用できた。なお、図において摩耗量は、切断開始前のシャーブレードの重量から１３０万カット終了後のシャーブレードの重量の差を摩耗量（ｇ）とした。【００１８】
比較例１
刃先の表裏面とも被覆層がない以外は、実施例１と同一基材、同一形状からなるシャーブレード２組で、実施例１と同様な切断条件で溶融ガラスを５日間で８０万カットを目標に切断した。
その結果、切断開始から２日目までは天筋・天泡の発生状況は０．２〜０．４％の状況で推移したが、スタート３日目に０．６％に上昇したので、シャーブレードのオーバーラップ量及びテンションを調整した。調整の結果一時的には天筋・天泡の発生状況は０．２〜０．４％に減少したが、その後再び０．６％に上昇したので、スタートから５日を待たずに当該シャーブレードによるカットを中止した。即ち、比較例１によれば３日間使用により刃先が摩耗劣化して切れ味が低下し、天筋・天泡の発生状況が増大した。また、他の一組については、使用開始後天筋・天泡の発生状況が０．６％に上昇した段階で新たなものに交換して切断を再開したが、やはり交換後３日目から天筋・天泡の発生状況は１％に上昇したため、ラインを止めてシャーブレードを交換した。
切断後の刃先に約０．１５ｍｍの摩耗（刃当たり面側の垂直方向）及び刃先の丸みが観察された。【００１９】
比較例２
実施例１と同一基材、同一形状からなるシャーブレードに、図５に示すように刃先全面にタングテンカーバイド放電被覆をして、厚さ約２０μｍの硬質層を形成した。得られたシャーブレードで、実施例１と同一条件で溶融ガラスの切断をおこなった。
その結果、製品へのシャーマーク、天筋・天泡の発生は見られなかったが、刃の状態は当たり面側刃先に約０．２ｍｍの摩耗が観察され、刃裏側はゴブとの接触による摩耗は認められなかった。その結果、刃先に丸み、だれが観察された。
以上の実施例１、比較例１、２において、シャーブレードのテンションを弱、強の状態でそれぞれ溶融ガラスを切断した場合の、上記回数の切断終了後の刃当たり面、刃裏の摩耗状況、刃先の鋭利さを観測した状態の結果を表１に示す。表１に示すように、実施例１の場合は、比較例１、２と比べて刃先の鋭利さが維持されていることがわかる。【００２０】
【表１】
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【００２１】
本発明のシャーブレードは、その基材は金属材料に限らずセラミック材料も採用でき、また硬質層は該基材より硬質の材料であれば良く適用範囲が広く、且つ切れ味を維持してガラス瓶にシャーマークや天筋・天泡を発生させないように良好に溶融ガラスを切断できるので、産業上の利用可能性が高い。
【要約】
シャーマークの発生や天筋・天泡の発生を抑制でき、ゴブカットにおけるシャーブレードの交換間隔を長くすることができるシャーブレードを得る。
溶融ガラス切断用のシャーブレード（１，２）であって、一対の刃先が互いに当たる面のみに基材よりも硬質の硬質層（１０，２０）を施してなる。ゴブカットに際して、ガラスと接触する硬質層の無い刃裏部は摩耗し、刃先の硬質面は維持されるので、刃裏部から砥いだ形になり、刃先の鋭さが維持される。【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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【図６】
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【図９】
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【図７】
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【図８】
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