(57)【要約】【課題】ロータリカッタにおいて、最近の切断速度の高速化及び段ボールシートの広幅化に対応し得る、軽量で十分な曲げ剛性及び捻り剛性をもったナイフシリンダを実現する。【解決手段】一対の円筒体の外周面にそれぞれナイフをスパイラル状に取り付けてなるナイフシリンダにおいて、シリンダ本体がＣＦＲＰ層からなり、かつシリンダ軸方向の引張り弾性率が２０６ＧＰａ以上に構成する。好ましくは、最内層がシリンダ周方向に沿う繊維勾配角を有するＣＦＲＰ層４１からなり、該最内層の上に、シリンダ軸方向に沿う繊維勾配角を有するＣＦＲＰ層４２及び該軸方向に対して±３０〜±６０度の繊維勾配角を有するＣＦＲＰ層４３，４４を複数層ランダムに積層して、圧縮強度と各層間の密着性を高め、かつ捻り剛性を向上させた。【選択図】図２
2008080429.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の円筒体の外周面にそれぞれナイフをスパイラル状に取り付けてなるナイフシリンダにおいて、
シリンダ本体が炭素繊維強化プラスチック層からなり、かつシリンダ軸方向の引張り弾性率が２０６ＧＰａ以上に構成されたことを特徴とするナイフシリンダ。
【請求項２】
前記炭素繊維強化プラスチック層を構成する炭素繊維の７０体積％以上がシリンダ軸方向に沿う繊維勾配角を有し、該繊維勾配角を有する炭素繊維が５９０ＧＰａ以上の引張り弾性率を有することを特徴とする請求項１記載のナイフシリンダ。
【請求項３】
最内層がシリンダ周方向に沿う繊維勾配角を有する炭素繊維強化プラスチック層からなり、
該最内層の上に、該シリンダ軸方向に沿う繊維勾配角を有する炭素繊維強化プラスチック層及びシリンダ軸方向に対して＋３０〜＋６０度及び−３０〜−６０度の繊維勾配角を有する炭素繊維強化プラスチック層を複数層積層してなることを特徴とする請求項１又は２のいずれか記載のナイフシリンダ。
【請求項４】
最内層がＰＡＮ系炭素繊維強化プラスチック層からなることを特徴とする請求項３記載のナイフシリンダ。
【請求項５】
前記炭素繊維強化プラスチック層の繊維密度が５０体積％以上であり、該炭素繊維強化プラスチック層の繊維がピッチ系炭素繊維であることを特徴とする請求項３記載のナイフシリンダ。
【請求項６】
前記最内層の上に、シリンダ軸方向に沿う繊維勾配角を有する第１の炭素繊維強化プラスチック層、シリンダ軸方向に対して＋３０〜＋６０度の繊維勾配角を持つ第２の炭素繊維強化プラスチック層、及びシリンダ軸方向に対して−３０〜−６０度の繊維勾配角を持つ第３の炭素繊維強化プラスチック層を規則的に積層してなることを特徴とする請求項３記載のナイフシリンダ。
【請求項７】
前記第２の炭素繊維強化プラスチック層と前記第３の炭素繊維強化プラスチック層とをシリンダ軸方向に対して対称となる繊維勾配角としたことを特徴とする請求項６記載のナイフシリンダ。
【請求項８】
炭素繊維強化プラスチック層を積層して構成した前記ナイフシリンダの表面をライニング層で被覆することを特徴とする請求項３記載のナイフシリンダ。
【請求項９】
前記ライニング層がゴム又はガラス繊維強化プラスチックであることを特徴とする請求項８記載のナイフシリンダ。
【請求項１０】
一対の円筒体の外周面にそれぞれナイフをスパイラル状に取り付けてなるナイフシリンダで該ナイフシリンダ間を通る帯状紙を切断するようにしたロータリカッタにおいて、
シリンダ本体が炭素繊維強化プラスチック層からなり、かつシリンダ軸方向の引張り弾性率が２０６ＧＰａ以上に構成されたナイフシリンダと、
該ナイフシリンダを支持固定する金属製ボスとからなり、
該金属性ボスが、該ナイフシリンダの内周面に嵌入される中空の円筒部と、該円筒部の一端に取り付けられたフランジ部と、該フランジ部から外方に突設された軸部とからなり、
前記ナイフシリンダの両端開口から該ナイフシリンダの両端部に前記円筒部を嵌入させることにより該金属製ボスで該ナイフシリンダを回転可能に支持するように構成したことを特徴とするロータリカッタ。
【請求項１１】
前記ナイフシリンダの外周面にスパイラル状に取り付けられたナイフ取り付け台にナイフを取り付けるように構成し、
該ナイフシリンダ軸と線対称となる位置の該ナイフシリンダ外周面又は内周面に該ナイフ取り付け台と同等の熱膨張係数をもつ熱伸び防止部材を取り付けたことを特徴とする請求項１０記載のロータリカッタ。
【請求項１２】
前記熱伸び防止部材の体積を前記ナイフ及びナイフ取り付け台の合計体積と等しくしたことを特徴とする請求項１１記載のロータリカッタ。
【請求項１３】
前記熱伸び防止部材を、
前記ナイフシリンダに固設される取り付け台と、
該取り付け台に着脱可能に取り付けられる本体部材とから構成したことを特徴とする請求項１１記載のロータリカッタ。
【請求項１４】
前記ナイフ取り付け台にナイフシリンダ軸方向に沿って１個以上のスリットを設けたことを特徴とする請求項１１記載のロータリカッタ。
【請求項１５】
前記ナイフシリンダに冷却手段を設けたことを特徴とする請求項１０記載のロータリカッタ。
【請求項１６】
前記冷却手段が、前記ナイフシリンダの外周面に設けられたフィン又はフィン溝であることを特徴とする請求項１５記載のロータリカッタ。
【請求項１７】
前記フィンが、前記ナイフシリンダの外周面に周方向に間隔を置いて複数並設されたアルミニウム製のフィンであることを特徴とする請求項１６記載のロータリカッタ。
【請求項１８】
請求項１１ないし１７のいずれか１項に記載のロータリカッタにナイフ取り付け台を取り付ける方法において、
前記ナイフ取り付け台を前記ナイフシリンダの外周面に熱硬化性樹脂系接着剤で接着することを特徴とするナイフ取り付け台の取り付け方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コルゲータと称され、走行するライナ、中芯及び片面シートなどのシートを貼り合わせて段ボールシートを製造する段ボールシート製造装置において、貼り合わされた段ボールシートをカットオフするロータリカッタ、また特に該ロータリカッタを構成し高剛性化及び低慣性化をなし得たナイフシリンダの構成及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
コルゲータと称される段ボール製造装置の製造ライン上流側には、一般的に、段ボールシートの原料になるライナや中芯原紙などのロール原紙を装備するミルロールスタンドと、コルゲータに向けて連続的に段ボール原紙を供給するための紙継ぎ装置としてのサプライサと、該ミルロールスタンドから繰り出された中芯原紙を波形に段成形してライナと貼り合わせ、片面段ボールシートを製造するシングルフェーサと、該シングルフェーサで製造された片面段ボールシートの段頂部に糊付けしてバックライナと貼り合わせて両面段ボールシートを製造するダブルフェーサとから構成される。
【０００３】
さらにダブルフェーサの製造ライン下流側には、両面段ボールシートの生産オーダに沿って所望位置に罫線加工及び裁断加工を行なうスリッタスコアラと、両面段ボールシートの切断加工を行なうカットオフ装置（ロータリカッタ）が設けられ、ロータリカッタの下流側には、紙継ぎ装置やコルゲータで段ボールシート製造中に発生した不良シートを除去する不良シート除去機が設けられている。
【０００４】
特許文献１（特開２００２−２８４４３０号公報）には、従来の段ボールシートのカットオフ装置が開示されている。図１２はこのカットオフ装置の立面図、図１３は同じく右側面図、図１４は図１２中のＢ−Ｂ線に沿う横断面図である。図１２〜１４において、左右のフレーム０１，０１に上ベアリング０４及び下ベアリング０５を介して回転可能に両軸端部を支持されて上下ナイフシリンダ０２，０３が備えられ、上ナイフシリンダ０２には上ナイフ０８が、下ナイフシリンダ０３には下ナイフ０９が、いずれもヘリカル状に取り付けられており、上下のナイフ０８，０９が噛み合って走行する段ボールシートＤを切断するように構成されている。
【０００５】
本装置では、上ナイフシリンダ０２の一方（ここでは右方）の軸端には上メインギア０２０が取り付けられ、下ナイフシリンダ０３の一方（右方）の軸端には上メインギア０２０と噛み合う下メインギア０２１が取り付けられている。下メインギア０２１は、上メインギア０２０とのガタ調整のため２分割されたスプリット歯車を構成しており、２分割された一方の歯車で上メインギア０２０との噛み合いにおいてバックラッシュを防止できる機構となっている。
【０００６】
また下メインギア０２１には下ピニオンギア０２３ａ、０２３ｂを介して補助駆動モータとしての下駆動モータ０２５ａ、０２５ｂが接続されており、上メインギア０２０には上ピニオンギア０２２ａ、０２２ｂを介して主駆動モータとしての上駆動モータ０２４ａ、０２４ｂが接続されている。これらの駆動モータ０２４ａ、０２４ｂ、０２５ａ、０２５ｂは、コントローラ０２６により制御されるようになっている。
【０００７】
上下ナイフ０８，０９は、ヘリカル状に取り付けられているため、ナイフ０８，０９の噛み合いは、一端（図１２では右側端、これを始端Ｓとする）から始まり他端（図１２では左側端、これを終端Ｅとする）に向かって進む。このように段ボールシートＤの切断を始端Ｓから終端Ｅに向かって行なうシェア切断とし、過大な切断荷重を上下ナイフ刃先にかけないようにしている。
図１４は、本装置の横断面から視た、上下ナイフの噛み合い状態と段ボールシートＤの潰れ（切断）状態を示す説明図である。図１４において、上下ナイフシリンダ０２、０３の外周面には、上下ナイフシリンダのメタルインサート部０３２，０３３に取り付けられる固定用ボルト０３４，０３５によって上下ナイフ取り付け台０３０、０３１が取り付けられている。
【０００８】
上下ナイフ取り付け台０３０，０３１には、上下ナイフ固定用ボルト０３６，０３７によって上下ナイフ０８，０９が取り付けられている。ｔ１は上ナイフ０８の刃先の軌跡であり、ｔ２は下ナイフ０９の刃先の軌跡である。
かかる構成において、段ボールシートＤは矢印Ｒ３方向に走行し、上下ナイフシリンダ０８，０９が、夫々矢印Ｒ１、Ｒ２方向に回転して、上下ナイフの噛み合い開始点Ａで切断を開始し、噛み合い終了点Ｂで切断を終了する。
【０００９】
段ボールシートＤの切断時切断荷重がナイフ０８，０９にかかる。このためナイフ０８，０９及びナイフシリンダ０２，０３に撓みが生じて、両ナイフ０８，０９の刃先が開くことになる。この刃先の開きが大きくなると、シートＤの切断ができないため、切断中の刃先の開きを防止するため、予めナイフ０８，０９間に所定の押付力（上下ナイフ０８，０９の対向面間を押し付ける接触力、以下「与圧力」という。）を与えている。
【００１０】
従来この与圧力を与えるために、下ナイフシリンダ０９のナイフ取り付け台０３１に与圧力付与用ボルト０３８を取り付けていた。与圧力付与用ボルト０３８によって下ナイフ０９を上ナイフ０８側に押すことによって上下ナイフシリンダ間に互いに撓みを発生させ、これによって上下ナイフ０８，０９間に与圧力を付与するようにしていた。なお与圧力付与用ボルト０３８は、上ナイフシリンダ０２に設けてもよい。
【００１１】
しかしかかる方法では、終端Ｅ側にも上下メインギア０２０、０２１を設けて、ナイフシリンダの両端側からナイフシリンダを支持して、上下ナイフの刃先の開きを拘束する必要がある。またナイフシリンダの必要以上の撓みの増大をなくすためにはナイフシリンダの剛性を高くしなければならなかった。
【００１２】
そのため本装置では、上下ナイフ０８，０９が噛み合う範囲では、下メインギア０２１の歯面を削り、上メインギア０２０との間に積極的に遊隙ができるように構成し、この遊隙により上下ナイフ０８，０９が互いに接近するよう上下ナイフシリンダの回転位相を変えることができるようにしている。
【００１３】
また上下ナイフ０８，０９が噛み合っていない範囲では、下駆動モータ０２５ａ、０２５ｂは上駆動モータ０２４ａ、０２４ｂに連れ回り状態となるか、又は上駆動モータ０２４ａ、０２４ｂと同期して回転するようにコントローラ０２６により制御される。そして上下ナイフが噛み合う範囲では、下駆動モータ０２５ａ、０２５ｂは、下ナイフ０９を上ナイフ０８に押し付ける押付力が生じるようにコントローラ０２６によってトルク制御されるようになっている。
【００１４】
このようにナイフシリンダの駆動モータを制御することにより、両ナイフ間に押付力を与えるようにしており、これによって押付力の調整を容易にし、ナイフシリンダの剛性を小さいものにすることができ、またナイフシリンダの一端側の歯車を省略できるようになり、ナイフシリンダの駆動モータを小容量化することができるようになる利点がある。
【００１５】
しかし最近になって段ボールシートの生産コストの低減及び生産効率の向上がますます要求されるようになってきており、そのため切断精度を維持しながらカットオフ装置（ロータリカッタ）における段ボールシートの切断速度をさらに増大させるとともに、シートの広幅化を図り、一方で駆動モータの容量を低減する必要性が高まってきた。
高速回転あるいは広幅化に耐え得るためにはナイフシリンダの曲げ剛性及び捩れ剛性を一層向上させる必要があり、一方で軽量化を図って低慣性とする必要がある。
【００１６】
特許文献２（実用新案登録第２５２７２８８号公報）には、ナイフシリンダを、鋼鉄製の軸芯材と、該軸芯材を外装する炭素繊維の非鋼鉄製の外周材とをもって形成することにより、曲げ剛性、捻り剛性を損なうことなく、回転慣性の軽減を図ったロータリカッタが開示されている。
【００１７】
また特許文献３（特開２００２−２５４３８８号公報）には、ロールに巻き取られた状態の紙、プラスチックフィルム等の材料（原反）走行過程で長さ方向に沿って所定の幅間隔ごとに複数枚にスリットするスリッタの広幅化、軽量化を図るとともに、高速回転を可能にし、短時間で大量のスリット製品を生産可能にしたスリッタ用下刃溝付きローラについて開示されている。
【００１８】
このスリッタは、上刃を該下刃溝付きローラの軸方向に所定の間隔（原反のスリット幅に相当）ごとに配置するとともに、上刃を対応する下刃溝内に入れた状態で下刃溝付きローラを回転させ、かつ原反を該ローラと上刃間に案内し、該ローラの回転に合わせて原反を走行させることにより、原反を上刃によって切断するものであるが、該ローラの主軸を円筒状に形成した炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）製で構成するとともに、該主軸の外面に嵌合される溝付円筒体をＣＦＲＰ製内管と外周面に下刃用溝を有するステンレス製外管とを密着した二重管構造とすることにより、軽量化を図るとともに、撓み、歪み等に対し高剛性を維持するようにしたものである。
【００１９】
【特許文献１】特開２００２−２８４４３０号公報
【特許文献２】実用新案登録第２５２７２８８号公報
【特許文献３】特開２００２−２５４３８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
しかしながら特許文献２に開示されたナイフシリンダは、軸芯材が鋼鉄製であるため、未だ十分な低慣性化が図られていない。また炭素繊維を、軸芯材を外装する外周材に使うというアイデアのみが開示されているにすぎない。
また特許文献３においても、スリッタ用下刃溝付きローラの主軸等をＣＦＲＰ製とするというアイデアのみが開示されているにすぎず、このアイデアをそのままロータリカッタのナイフシリンダに適用しても、最近のニーズに十分対応できる高い曲げ剛性や捻り剛性及び低慣性のナイフシリンダを実現することができない。
【００２１】
ロータリカッタでは、段ボールシートの切断速度の高速化に伴い、モータからの熱伝導や、高温シートを切断するナイフからの熱伝導、高い雰囲気温度等の影響により、ナイフシリンダ自体の温度も上昇する。このためナイフシリンダの表面温度は約６０℃にも達し、熱膨張係数は、鉄で１６．６×１０−６（／℃）、ピッチ系ＣＦＲＰで０．７×１０−６（／℃）であり、鉄のほうが熱膨張係数は約２４倍大きい。
【００２２】
ナイフシリンダの軸方向長さは通常１４００ｍｍ〜２８００ｍｍあり、このためＣＦＲＰ製のナイフシリンダを採用した場合、ナイフシリンダの表面温度が６０℃となれば、ＣＦＲＰ自体よりその外周面に取り付けてあるナイフ及びナイフ取り付け台が、熱膨張係数の違いにより主に幅方向（ナイフシリンダ軸方向）に伸長し、結果としてナイフシリンダは、ナイフ取り付け台がない側を内側にバナナ状に曲がってしまい、幅方向に均一な切断ができなくなる。
【００２３】
またロータリカッタには様々な振動要因があり、ナイフシリンダが振動すると、与圧力に影響を与えるため、適正な与圧状態を保持しにくい。そこで振動振幅を小さくするために、ナイフシリンダの剛性を高くすると、従来の金属製では回転の慣性モーメントが大きくなり、シリンダ系の回転慣性ＧＤ２（Ｇは回転体の重量、Ｄは回転体の直径）も増大し、加減速制御する駆動モータの容量を大きくしなければならない。
【００２４】
本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、ロータリカッタにおいて、最近の切断速度の高速化及び段ボールシートの広幅化に対応し得る、軽量で低慣性でありかつ十分な引張り強度と曲げ剛性及び捻り剛性をもったナイフシリンダを実現することを目的とする。
また段ボールシートのジャムアップ（シート詰まり）等でナイフシリンダに過大な外力が加わった場合や、シートがナイフシリンダに接触した場合に、ナイフシリンダのシートによる破損、磨耗を防ぎ、こわれにくいナイフシリンダを実現することを目的とする。
【００２５】
またナイフシリンダの高温化による熱変形を防止するとともに、ナイフシリンダの振動を防止し、かつＣＦＲＰ製のナイフシリンダ外周面への金属製のナイフ取り付け台の取り付けを強固かつ容易にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
かかる目的を達成するため、本発明のナイフシリンダは、一対の円筒体の外周面にそれぞれナイフをスパイラル状に取り付けてなるナイフシリンダにおいて、シリンダ本体が炭素繊維強化プラスチック層からなり、かつシリンダ軸方向の引張り弾性率が２０６ＧＰａ以上、好ましくは２２０ＧＰａ以上となるように構成されたものである。
【００２７】
このようにナイフシリンダ本体を金属よりも軽いＣＦＲＰ層で構成し、さらにシリンダ軸方向の引張り弾性率が２０６ＧＰａ以上、好ましくは２２０ＧＰａ以上となるように構成することで、引張り強度と曲げ剛性が高いナイフシリンダを実現でき、引張り強度と曲げ剛性が高いため、ナイフシリンダを薄肉とすることができ、かつＣＦＲＰ層自体が軽量であるため、この相乗効果で極めて低慣性なナイフシリンダを実現することができる。
該ＣＦＲＰ層は、繊維勾配角が一様となるよう一方向に揃えて並べた炭素繊維に樹脂を含浸させてなるシート状のプリプレグ（樹脂がまだ柔らかい状態で表面の摩擦係数が大）を複数層積層した後、加熱硬化させて製造することができる。
【００２８】
ＣＦＲＰ層中の炭素繊維をシリンダ軸方向に対して傾きをもたせて配置すると、該炭素繊維のシリンダ軸方向の引張り弾性率は急激に低下する。従ってシリンダ軸方向の引張り弾性率を２０６ＧＰａ以上とするためには、ＣＦＲＰ層を構成する炭素繊維の７０体積％以上がシリンダ軸方向に沿う繊維勾配角を有し、該繊維勾配角を有する炭素繊維が５９０ＧＰａ以上の引張り弾性率を有するように構成するとよい。
【００２９】
即ちＣＦＲＰ層中の炭素繊維の繊維密度は、通常６０体積％程度が上限であるが、次の計算式（１）から、シリンダ軸方向に沿う繊維勾配角をもつ炭素繊維の割合が７０体積％以上であり、かつ該繊維勾配角をもつ炭素繊維の引張り弾性率が５９０ＧＰａ以上であれば、シリンダ軸方向の引張り弾性率が２０６ＧＰａ以上であるナイフシリンダを製造することができる。
【数１】
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【００３０】
またシリンダ軸方向に沿う繊維勾配角をもつ炭素繊維の割合が７０％以上である場合、シリンダ軸方向に沿う繊維勾配角を有する炭素繊維の８０体積％以上をピッチ系ＣＦＲＰとすれば、残りのＣＦＲＰがＰＡＮ系ＣＦＲＰであっても、シリンダ軸方向の引張り弾性率が鉄より大きいナイフシリンダを製造可能である。即ちピッチ系ＣＦＲＰの引張り弾性率は６４０ＧＰａであり、ＰＡＮ系ＣＦＲＰの引張り弾性率２３０ＧＰａであり、シリンダ軸方向に沿う繊維勾配角を有する炭素繊維の８０体積％以上をピッチ系ＣＦＲＰとし、残りをＰＡＮ系ＣＦＲＰとすれば、次の計算式（２）及び（３）から、合計の引張り弾性率が２０６ＧＰａを越えるので、シリンダ軸方向の引張り弾性率が鉄より大きいナイフシリンダを製造可能となる。
【００３１】
【数２】
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【数３】
2008080429.tif 000005
【００３２】
また本発明では、好ましくは、最内層がシリンダ周方向に沿う繊維勾配角を有するＣＦＲＰ層からなり、該最内層の上に、該シリンダ軸方向に沿う繊維勾配角を有するＣＦＲＰ層及びシリンダ軸方向に対して＋３０〜＋６０度及び−３０〜−６０度の繊維勾配角を有するＣＦＲＰ層を複数層積層してシリンダ軸方向の引張り弾性率が鉄より大となるように構成するとよい。なお本明細書では、便宜上ナイフシリンダのシリンダ軸方向を０度とし、シリンダ周方向を９０度とする。
【００３３】
従来多層からなる円筒形状のＣＦＲＰ層を製造する方法は、炭素繊維を液状の樹脂にドブ漬けした後、成形用マンドレルに所定の角度をもたせて直接炭素繊維を巻き付け、これを複数回繰り返して多層に形成し、その後加熱硬化して多層のＣＦＲＰ層を形成する方法と、炭素繊維を一方向に揃えて並べたりあるいは織ったりしてシート状にした後、樹脂を含浸させてシート状のプリプレグを製造し、それを成形用マンドレルに一層ずつ巻き付けた後加熱硬化する方法とがある。本発明の前記積層構造においては、後者の方法で多層の円筒状ＣＦＲＰ層を製造する。
【００３４】
また前記積層構造においては、最内層をシリンダ周方向に沿う繊維勾配角を有するＣＦＲＰ層で構成する。ＣＦＲＰの繊維勾配角をシリンダ周方向に配置することによって、ナイフシリンダの外側から内側方向に作用する圧縮荷重に対して高い圧縮強度を保持することができるため、かかる圧縮荷重に対抗して良好な保形性をもつことができる。
【００３５】
該最内層の上部には、シリンダ軸方向（０度）に沿う繊維勾配角を有するＣＦＲＰ層及びシリンダ軸方向に対して±３０〜±６０度の繊維勾配角を有するＣＦＲＰ層を複数層積層する構成としているが、繊維勾配角がシリンダ周方向（９０度）以外に配置された繊維勾配角を有するＣＦＲＰ層は、炭素繊維が含浸した樹脂の内側への熱収縮を炭素繊維が阻止する作用を有しないため収縮が起こり、この収縮作用によって最内層に対して隙間のない密着した積層体を形成することができる。
【００３６】
この収縮作用は、繊維勾配角がシリンダ軸方向に対して±４５度に配置された場合を極大として、シリンダ軸方向に対して±３０〜±６０度の範囲で配置された場合に大きな収縮作用があり、この範囲の繊維勾配角を有するＣＦＲＰ層を配置することによって、各層間に隙間のない強固に一体化された積層体を形成することができる。
【００３７】
ナイフシリンダは、金属製（通常鉄製）の支持円筒の外面に嵌入されて該円筒で支持固定されるが、本発明のナイフシリンダを該円筒から引き抜く場合には、最内層の保形性を利用し、かつ金属とＣＦＲＰとの熱膨張率の違いを利用して、引抜きを容易に行なうことができる。
【００３８】
即ち該支持円筒を冷却して熱収縮させ、該支持円筒とＣＦＲＰ層との間に緩みをもたせる。この場合最内層のＣＦＲＰ層の繊維勾配角がシリンダ周方向を向いているので、この繊維勾配角を有する炭素繊維が炭素繊維に含浸した樹脂の熱収縮で発生する圧縮荷重に対抗して熱収縮を阻止する作用をなす。また金属の高い熱膨張係数により、支持円筒を冷却した場合、ＣＦＲＰ層との間に十分な隙間を生じさせることができるため、支持円筒からの引抜きを容易にすることができる。
【００３９】
本発明のナイフシリンダを成形用マンドレルで成形した後、該成形用マンドレルから引き抜く場合も前記の性質を利用してナイフシリンダと該成形用マンドレルとの間に隙間を持たせることにより該形成用マンドレルからの引抜きを容易にすることができる。
なお好ましくは、最内層を構成するＣＦＲＰとしてピッチ系ＣＦＲＰよりも高強度をもつＰＡＮ系ＣＦＲＰを用いれば、熱収縮に対する圧縮荷重に抗して十分な圧縮強度をもつことができる。
【００４０】
また最内層の上にシリンダ軸に対して±３０〜±６０度の繊維勾配角を有するＣＦＲＰ層を配置することによって、ナイフシリンダの捻り剛性を高めることができる。
またシリンダ軸方向のＣＦＲＰ層をシリンダ本体の引張り弾性率が２０６ＧＰａ以上となるように配置することによって、高い引張り強度と曲げ剛性を得ることができる。
【００４１】
このように本発明のナイフシリンダのうち前記積層構造としたときには、シリンダ周方向の繊維勾配角をもつ最内層と、該最内層の上にシリンダ軸方向の繊維勾配角をもつＣＦＲＰ層と、シリンダ軸方向に対して±３０度〜±６０度の繊維勾配角をもつＣＦＲＰ層とを積層することにより、圧縮強度に対する良好な保形性と、鉄より大きい引張り強度及び曲げ剛性と、各ＣＦＲＰ層間の強固な一体化と、高い捻り剛性とを保有することができる。
またこのように異方向の繊維勾配角をもつＣＦＲＰ層を重ね合わせることにより、各層間の摩擦係数を増やして滑りをなくし、各層間の密着性を良くすることができる。
【００４２】
また前記積層構造において、ＣＦＲＰ層の繊維密度が５０体積％以上で、かつシリンダ軸方向の引張り弾性率が２０６ＰＧａ以上となるように該炭素繊維の繊維勾配角とＣＦＲＰ層に占めるピッチ系ＣＦＲＰ層の割合を設定するようにすれば、鉄より高い曲げ剛性を可能とし、同時に高い捻り剛性を付与することができる。このため図１１に示す特許文献１のロータリカッタの構成と同様に、ナイフシリンダの一側側の歯車を省略することができる。
【００４３】
本発明において、最内層の上に、シリンダ軸方向の繊維勾配角を有する第１のＣＦＲＰ層、シリンダ軸方向に対して＋３０〜＋６０度の繊維勾配角を持つ第２のＣＦＲＰ層、及びシリンダ軸方向に対して−３０〜−６０度の繊維勾配角を持つ第３のＣＦＲＰ層を規則的に積層するようにすれば、高い曲げ剛性及び正逆両方向の荷重に対する高い捻り剛性を保持したナイフシリンダを実現でき、かつナイフシリンダの製造が容易になる。
【００４４】
即ち一方向に揃えた炭素繊維に樹脂を含浸させてなるシート状のプリプレグを複数層重ね合わせ、重ね合わせ時各プリプレグの繊維勾配角を前記第１〜第３のＣＦＲＰ層の繊維勾配角に一致する方向に配置した積層体を予め用意しておき、該積層体を最内層上に複数重ね合わせるようにしていけば、ナイフシリンダを構成するＣＦＲＰ層の製造が容易になる。
また第２のＣＦＲＰ層と第３のＣＦＲＰ層とをシリンダ軸方向に対して対称となる繊維勾配角とすれば、ナイフシリンダに発生する正逆両方向の捻り力に対して同一の捻り剛性を付与することができる。
【００４５】
なお本発明の前記積層構造において、０度方向の引張り弾性率を鉄より高く構成することを前提として、ピッチ系ＣＦＲＰ層又はＰＡＮ系ＣＦＲＰ層のどちらか一方、あるいは両方を使用することができる。
【００４６】
また本発明において、好ましくは、ＣＦＲＰ層で構成したナイフシリンダの表面をライニング層で被覆すれば、段ボールシートがジャムアップ（シート詰まり）した時などナイフシリンダの外周面に過大な外力がかかった場合や、段ボールシートがナイフシリンダに接触して磨耗するおそれがある場合に、このライニング層がナイフシリンダのＣＦＲＰ層を保護し、ＣＦＲＰ層の破損、磨耗を防止するため、破壊しにくいナイフシリンダを実現することができる。
【００４７】
ライニング層は、ゴム材又はガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ）材等を用いるとよい。ゴム製ライニング層を用いれば、安価で済み、取り付けが比較的容易である。またＧＦＲＰ製ライニング層を用いると、特にＣＦＲＰ層の保護効果が著しい。
【００４８】
また本発明のロータリカッタは、ＣＦＲＰ層で構成された前記ナイフシリンダと、該ナイフシリンダの内周面に嵌合される金属製ボスとからなり、該金属製ボスは、ナイフシリンダの内周面に嵌入される中空の円筒部と、該円筒部の一端に取り付けられたフランジ部と、該フランジ部から外方に突設された軸部とからなり、該ナイフシリンダの両端開口から該ナイフシリンダの内周面に該円筒部を嵌入させることにより該金属製ボスで該ナイフシリンダを回転可能に支持するように構成するものである。
【００４９】
本発明のロータリカッタでは、ＣＦＲＰ層で構成した軽量であって曲げ剛性及び捩れ剛性の高いナイフシリンダを中空の円筒部に嵌合して回転可能に支持させるようにする。このようにナイフシリンダを中空の円筒部を有する金属製ボスで両端支持させることで、ナイフシリンダの重量増大を防ぎ、低慣性を保持できるようにしている。
これによってナイフシリンダの駆動モータの容量低減を図り、切断速度の増大を可能にしている。
【００５０】
また最内層をシリンダ本体周方向に沿う繊維勾配角を有するＣＦＲＰ層で構成しているため、前述のように、該中空円筒部を冷却することにより、該最内層の圧縮強度とＣＦＲＰと金属との熱膨張率の違いを利用して、該最内層と該中空円筒部との間に隙間を生じさせ、金属製ボスからの脱着を容易にすることができる。
【００５１】
また本発明のロータリカッタは、ナイフシリンダの外周面にナイフ取り付け台をスパイラル状に設け、該ナイフ取り付け台にナイフを取り付けるように構成し、該ナイフシリンダ軸と線対称となる位置の該ナイフシリンダ外周面又は内周面に該ナイフ取り付け台と同等の熱膨張係数をもつ熱伸び防止部材を取り付けるとよい。このようにすれば、鉄等金属製のナイフ取り付け台とＣＦＲＰとの熱膨張係数の違いに起因したナイフシリンダの軸方向の曲がりを防止することができる。
【００５２】
段ボールシートの切断速度の高速化に伴い、モータからの熱伝導や、高温シートを切断するナイフからの熱伝導、高い雰囲気温度等の影響により、ナイフシリンダ自体の温度も上昇する。このためナイフシリンダの表面温度は約６０℃にも達し、熱膨張係数は、鉄で１６．６×１０−６（／℃）、ピッチ系ＣＦＲＰで０．７×１０−６（／℃）であり、鉄のほうが熱膨張係数は約２４倍大きい。
【００５３】
従ってナイフシリンダをＣＦＲＰ層で構成し、ＣＦＲＰ層の外周面に鉄製のナイフ及びナイフ取り付け台を取り付けた場合、ナイフシリンダの表面が６０℃ともなれば、ナイフ及びナイフ取り付け台の熱膨張により、ナイフシリンダはナイフ取り付け台がない側を内側にバナナ状に曲がってしまい、幅方向に均一な切断ができなくなる。
【００５４】
本発明では、前記構成により、熱伸び防止部材の伸び量とナイフ及びナイフシリンダの伸び量とがキャンセルされ、その結果ナイフシリンダの軸方向の曲がりを防止することができる。特に熱伸び防止部材の体積をナイフ及びナイフ取り付け台の合計体積と等しくすれば、両者の熱膨張による伸び分を同一とすることができるので、ナイフシリンダの曲がりを完全になくすことができる。
これにより、シート切断時に上下のナイフシリンダの取り付けられた上下ナイフの刃先ギャップが開くことなく、正確にシートを切断できる。
【００５５】
実験によれば、全長３０００ｍｍのＣＦＲＰ層を被覆したナイフシリンダで鉄製のナイフ及びナイフシリンダを取り付けた場合、常温から４０℃の昇温によりナイフシリンダの中央部で約０．５ｍｍの撓みが発生する。これは無視できない数値であり、シートの切断性能に影響を与える。
【００５６】
さらに熱伸び防止部材を、ナイフシリンダに固設される取り付け台と、該取り付け台に着脱可能に取り付けられる本体部材とから構成すれば、ナイフシリンダが熱変形を生じた時に必要に応じて熱伸び防止部材をナイフシリンダに取り付けることができ、ナイフシリンダの熱変形を簡単に防止することができる。
【００５７】
また熱伸び防止部材がシリンダ軸と線対称となる位置のナイフシリンダ外周面又は内周面に取り付けられることで、カウンタウェイトとしても機能させ、ナイフシリンダの振動防止用としても用いることができる。
前記構成により、熱伸び防止部材の本体部材を着脱可能とすれば、重量の異なる部材に取替え可能であるので、ナイフシリンダの固有振動数に合わせて重量を選択することにより、ナイフシリンダの振動を効果的に防止することができる。
【００５８】
またナイフシリンダの外周面にスパイラル状に設けたナイフ取り付け台にシリンダ軸方向に向かって１個以上のスリットを設ければ、ナイフ取り付け台による熱伸びが半減することが本発明者等によって解明された。この構成によれば、かかる簡単な手段によってナイフシリンダの熱伸びを半減させ、シートの切断に支障をきたさないようにすることができる。
【００５９】
また本発明によれば、ナイフシリンダに冷却手段を設けて、熱伸びによるナイフシリンダの曲がりを防止することもできる。冷却手段として、ナイフシリンダの外周面に複数のフィン又はフィン溝を設けるようにするか、あるいはナイフシリンダの内部に冷却空気を導入するようにしてもよい。例えばＣＦＲＰ層からなるナイフシリンダの外周面にライニング層を被覆し、該ライニング層にナイフシリンダの周方向に間隔を置いてアルミニウム製のフィンを並設してもよい。
【００６０】
また本発明において、ＣＦＲＰ層からなるナイフシリンダの外周面にナイフ取り付け台を固設する方法として、ナイフ取り付け台をナイフシリンダの外周面に熱硬化性樹脂系接着剤で接着する。熱硬化性樹脂系接着剤として、例えば接着性の良いエポキシ樹脂を用いてもよい。なお、強度面から剪断強度１０ＭＰａ以上の接着強度のものを用いる方が好ましい。
さらに、安全面を考慮してナイフ取り付け台をナイフシリンダの外周面に該接着剤による接着に加えて、ボルト接合を併用してもよい。接着剤で十分な剪断強度が得られる場合は必ずしも必要ないが、ボルト接合を併用することにより、接着力をさらに強化できる。
【００６１】
また本発明の前記積層構造を有するナイフシリンダの製造方法は、次のようにして行うことができる。即ち成形用マンドレルの円筒面上に、炭素繊維を一方向に揃えてシート状にした後樹脂を含浸させてなるシート状のプリプレグを、炭素繊維の勾配角が所定の角度になるように最内層から順に常温（１５〜３０℃、好ましくは１８〜２５℃）及び加圧下で巻き付けていくようにする。
本発明の前記積層構造は、最内層にシリンダ周方向に沿う繊維勾配角を有するＣＦＲＰ層、好ましくはＰＡＮ系ＣＦＲＰ層を有し、該最内層の上に、該シリンダ軸方向に沿う繊維勾配角を有するＣＦＲＰ層及びシリンダ軸方向に対して＋３０〜＋６０度並びに−３０〜−６０度の繊維勾配角を有するＣＦＲＰ層を、シリンダ軸方向の引張り弾性率が２０６ＧＰａ以上となるように複数層積層した構成をもつ。
【００６２】
次にこのように形成した積層体を加熱硬化し、その後加熱硬化した該積層体を前記成形用マンドレルから引抜くようにする。
シート状のプリプレグを加圧しながら一層ずつあるいは複数層ずつ成形用マンドレルに巻いていくやり方は、例えば図１５に示す装置で実施することができる。図１５において、成形用マンドレル０４２は３本のロール０４３、０４４及び０４５に挟持され、これらロール群の矢印方向の回転によって従動回転される。
【００６３】
プリプレグ０４１は、最内層から順にマンドレル０４２とロール群０４３〜０４５との間に挿入されて該ロールの加圧力を受けながらマンドレル０４２に巻き付けられる。このようにプリプレグが一層又は複数層ずつ順にマンドレル０４２に巻き付けられ、該ロールの加圧力で巻き付け状態が保持される。
その後該積層されたプリプレグを成形用マンドレルごと加熱炉に入れて加熱硬化する。
【００６４】
かかる方法によって、積層間の密着強度が大で繊維勾配角の異なる複数層のＣＦＲＰ層からなる、高強度で曲げ剛性及び捩れ剛性がともに大であり、軽量で低慣性なナイフシリンダを製造することができる。
かかる方法は、炭素繊維を成形用マンドレルに直接巻き付ける従来の方法に比べて容易にナイフシリンダを製造可能である。
【００６５】
なお最内層の上に、０度の繊維勾配角を有する第１のピッチ系ＣＦＲＰ層、＋３０〜＋６０度の繊維勾配角を有する第２のピッチ系ＣＦＲＰ層及び−３０〜−６０度の繊維勾配角を有する第３のピッチ系ＣＦＲＰ層を規則的に積層していくことにより、高い曲げ剛性及び正逆両方向の荷重に対する高い捻り剛性を保持しながら、前述のようにナイフシリンダの製造が容易になる。
【００６６】
なお本発明のナイフシリンダの外周面にライニング層を被覆する場合、ゴム製ライニング層の場合は、加熱硬化処理した後のＣＦＲＰ層の積層体の外表面にゴム製ライニング層を巻き付けた状態で、加熱炉に入れて加熱し、ゴム製ライニング層を加硫し硬化する。
またＧＦＲＰ製のライニング層を被覆する場合は、形成用マンドレルに巻き付けた状態で加熱硬化処理前の前記炭素繊維プリプレグの積層体の外表面に該ライニング層を巻き付け、加熱炉に入れて該炭素繊維プリプレグの加熱硬化処理と該ライニング層の加熱硬化処理とを同時に行なっても良い。あるいは加熱硬化処理後のＣＦＲＰ層に該ライニング層を巻き付けて加熱炉に入れ、該ライニング層のみを加熱硬化処理してもよい。
【００６７】
このような方法でＣＦＲＰ層の積層体からなるナイフシリンダの外周面にライニング層を強固に被着することができる。
またライニング層をナイフシリンダに軸方向に分割して被覆するようにすれば、低コストでライニング層による保護効果を得ることができ、またライニング層を分割するため、取り付けも容易になる。
【発明の効果】
【００６８】
本発明によれば、シリンダ本体が炭素繊維強化プラスチック層からなり、かつシリンダ軸方向の引張り弾性率が２０６ＧＰａ以上、好ましくは２２０ＧＰａ以上となるように構成されたナイフシリンダであるので、引張り強度と曲げ剛性が高く、そのためナイフシリンダを薄肉とすることができ、かつＣＦＲＰ層自体が軽量であるため、この相乗効果で極めて低慣性なナイフシリンダを実現することができる。
【００６９】
好ましくは、最内層がシリンダ周方向に沿う繊維勾配角を有するＣＦＲＰ層、好ましくは高強度のＰＡＮ系ＣＦＲＰ層からなり、該最内層の上に、該シリンダ軸方向に沿う繊維勾配角を有するピッチ系ＣＦＲＰ層及びシリンダ軸方向に対して＋３０〜＋６０度並びに−３０〜−６０度の繊維勾配角を有するピッチ系ＣＦＲＰ層を複数層積層してシリンダ軸方向の引張り弾性率が鉄より大となるように構成したことにより、曲げ剛性及び捩れ剛性が高く軽量で低慣性化を達成したナイフシリンダを実現できるとともに、ナイフシリンダの外側から内側に作用する圧縮荷重に対して高い圧縮強度を保持して良好な保形性をもつことができる。
【００７０】
このように外方から加わる圧縮荷重に対して高い圧縮強度を保持して良好な保形性をもつことができるとともに、該保形性及びＣＦＲＰ層と金属との熱膨張率の違いを利用して金属製の成形用マンドレル又は金属製ボスの支持円筒を冷却することにより、ナイフシリンダの該マンドレル又は該支持円筒からの着脱を容易にすることができる。
【００７１】
これによって、シリンダ剛性が高く、破損しにくく、シリンダ寿命が延長できるとともに、ナイフシリンダの広幅化及び駆動モータの容量低減を図ることができ、切断速度を大幅に増大することができる。
また好ましくは、ＣＦＲＰで構成したナイフシリンダの表面をライニング層で被覆すれば、このライニング層がナイフシリンダのＣＦＲＰ層を保護し、ＣＦＲＰ層の破損、磨耗を防止でき、破壊しにくいナイフシリンダを実現することができる。
【００７２】
また好ましくは、ナイフシリンダの外周面にスパイラル状に設けたナイフ取り付け台に対してシリンダ軸と線対称となる位置のナイフシリンダ外周面又は内周面に該ナイフ取り付け台と同一の熱膨張係数をもつ熱伸び防止部材を取り付けるようにすれば、鉄等金属製のナイフ取り付け台とＣＦＲＰとの熱膨張係数の違いに起因したナイフシリンダの軸方向の曲がりを防止することができる。
【００７３】
また熱伸び防止部材がシリンダ軸と線対称となる位置のナイフシリンダ外周面又は内周面に取り付けられることで、カウンタウェイトとしても機能させ、ナイフシリンダの振動防止を可能する。
また本発明によれば、ナイフシリンダに冷却手段を設けて、熱伸びによるナイフシリンダの曲がりを防止することもできる。
【００７４】
また本発明のロータリカッタによれば、ＣＦＲＰ製のナイフシリンダを該ナイフシリンダの両端開口から該ナイフシリンダの内周面に中空の円筒部を嵌入させることにより、該マンドレルで該ナイフシリンダを回転可能に支持するように構成しているため、ナイフシリンダの重量増大を防ぎ、低慣性を保持でき、これによってナイフシリンダの駆動モータの容量低減を図り、切断速度の増大を可能にしている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７５】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明をそれのみに限定する趣旨ではない。
図１の（ａ）は、本発明の第１実施形態の上ナイフシリンダを示す立面図、（ｂ）は（ａ）中のＡ−Ａ線に沿う横断面図、図２は前記第１実施形態のナイフシリンダの横断面図、図３は前記第１実施形態のナイフシリンダのナイフ取り付け部の静的破壊試験結果を示す線図である。
【００７６】
図４は本発明の第２実施形態のナイフシリンダの横断面図、図５は本発明の第３実施形態のナイフシリンダの横断面図、図６は本発明の第４実施形態のナイフシリンダの横断面図、図７は前記第４実施形態のナイフシリンダの立面図である。
図８は本発明の第５実施形態のナイフシリンダの横断面図、図９は本発明の第６実施形態のナイフ取り付け台の斜視図、図１０は本発明の第７実施形態のナイフシリンダの横断面図、図１１の（ａ）は本発明の第８実施形態のナイフシリンダの立面図、（ｂ）はナイフシリンダの縦断面図である。
（実施形態１）
【００７７】
本発明の第１実施形態を示す図１及び２において、上ナイフシリンダ２は、円筒形をしたＣＦＲＰ層の積層体４０で構成され、該積層体４０を両側から鋼鉄製のボス５０ａ及び５０ｂが回転可能に支持している。ボス５０ａ及び５０ｂは、積層体４０の内周面に嵌合される円筒部５３ａ、５３ｂ、積層体４０の端面が当接されるフランジ部５２ａ及び５２ｂ、及びフランジ部５２ａ、５２ｂから外方に突設された軸部５１ａ及び５１ｂから構成される。
【００７８】
上ナイフシリンダ２の外周部を構成する積層体４０の一部はメタルインサート部３２が形成され、そこに上ナイフ取り付け台３０が固定ボルト３４によって、図１（ａ）に図示するようにナイフシリンダ２の軸方向に沿ってスパイラル状に固設されている。また同時に上ナイフ取り付け台３０は、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂系接着剤によって積層体４０の表面に接着されている。上ナイフ取り付け台３０には固定ボルト３６によって上ナイフ８が固定されている。下ナイフシリンダは、図示を省略しているが、図１２に示すように、下ナイフ取り付け台を上ナイフ取り付け台３０とシリンダ軸方向に対称に配置する以外は、上ナイフシリンダ２と同一構成をなす。
【００７９】
上ナイフ８（及び図示しない下ナイフ）がナイフシリンダの軸方向に沿ってスパイラル状に固設される理由は、段ボールシートをナイフ始端Ｓ（図１（ａ）で右側）からナイフ終端Ｅ（同左側）に向かって徐々に切断するシェア切断を行い、過大な切断荷重を上下ナイフの刃先に付加しないためである。
【００８０】
ナイフシリンダ２の外側部を構成するＣＦＲＰ積層体４０は、図２に示すように、その最内層は繊維勾配角がナイフシリンダ周方向（９０度）に向いたＰＡＮ系ＣＦＲＰ層４１で構成され、その上層は、順に繊維勾配角がナイフシリンダの軸方向（０度）に向いたピッチ系ＣＦＲＰ層４２、繊維勾配角が＋４５度の方向に向いたピッチ系ＣＦＲＰ層４３及び繊維勾配角が−４５度の方向（ナイフシリンダ軸方向を中心として＋と反対方向）に向いたピッチ系ＣＦＲＰ層４４で構成されている。
【００８１】
なおＣＦＲＰ層４３と４４とは、重ね順序が逆であってもよい。かかる３層で構成された積層体が外周面まで複数層（ｎ層）積層されている。このＣＦＲＰ積層体４０は、例えば２５ｍｍの厚さをもつ。
第１実施例は、上ナイフシリンダ２及び図示しない下ナイフシリンダがＣＦＲＰ積層体４０で構成されている。
【００８２】
かかるナイフシリンダの製造方法は、図１５に図示したような装置を用い、炭素繊維を一方向に揃えシート状とした後樹脂を含浸させてなるシート状のプリプレグ０４１を一層又は複数層ずつ常温（１８〜２５℃）下で成形用マンドレル０４２の周囲に配したロール群０４３〜０４５により加圧しながら成形用マンドレル０４２に巻いていく。この場合該プリプレグを加熱硬化した後の各ＣＦＲＰ層が前述のような繊維勾配角をもつように各プリプレグの巻き付け時の向きを変えていく。
【００８３】
その後この積層体を成形用シリンダ０４２に巻き付けたまま加熱炉に入れ加熱硬化することにより、各層間を一体に固着してＣＦＲＰ層からなるナイフシリンダを製造する。その後製造したナイフシリンダの最内層の高圧縮強度と、ＣＦＲＰと金属との熱膨張率の違いを利用して、該ナイフシリンダを成形用マンドレル０４２から引き抜く。
【００８４】
この場合該シート状のプリプレグ層を成形用マンドレル０４２に下層から順々に一層ずつ巻き付けていってもよいし、あるいは予め３層の該シート状プリプレグをそれぞれＣＦＲＰ層４２，４３，４４と同一方向の繊維勾配角となるように配置方向を調整して重ね巻きしておき、この３層からなる積層体を複数組順に成形用マンドレル０４２に巻き付けていくようにしてもよい。
本実施例においては、繊維勾配角がナイフシリンダの軸方向（０度）に向いたピッチ系ＣＦＲＰ層４２の割合をナイフシリンダ本体の引張り弾性率が２４０ＧＰａとなるように調節している。
【００８５】
第１実施形態によれば、積層体４０の最内層が繊維勾配角をナイフシリンダの周方向に向いたＰＡＮ系ＣＦＲＰ層４１で構成されているため、ナイフシリンダの外側から内側に半径方向に向かう圧縮荷重に対して高い圧縮強度を保持して、潰れにくい保形性をもつことができる。
【００８６】
従って積層体４０を成形用マンドレル又は金属製ボス５０ａ、５０ｂの円筒部５３ａ、５３ｂとの嵌合面から取り外す場合に、成形用マンドレルや該円筒部５３ａ、５３ｂを冷却したとき、該ＰＡＮ系炭素繊維が高い圧縮強度をもつため、該炭素繊維に含浸した樹脂の熱収縮による圧縮荷重に抗して積層体４０の潰れや収縮を阻止し、この保形性と金属製のマンドレル又は円筒部５３ａ、５３ｂとＣＦＲＰ層との熱膨張率の差を利用して積層体４０と該マンドレル又は円筒部５３ａ、５３ｂとの間に隙間を形成できるため、取り外しが容易になる利点がある。
【００８７】
また上ナイフシリンダ２の外周部が高強度を有するピッチ系ＣＦＲＰ層の積層体で構成され、繊維勾配角がシリンダ軸方向に配置されたピッチ系ＣＦＲＰ層４２の全体ＣＦＲＰ層に対する体積割合がナイフシリンダ２の引張り弾性率が２４０ＧＰａとなるように設定され、かつピッチ系ＣＦＲＰ層４３及び４４が＋４５度、−４５度の繊維勾配角を有するものであるため、曲げ剛性及び捻り剛性をともに高く維持でき、かつ軽量で低慣性なナイフシリンダとすることができる。
【００８８】
そのためナイフシリンダで振動の発生が起こりにくく、シート切断時に上下ナイフシリンダに取り付けられた上下ナイフの刃先にギャップが生じないため、正確にシートを切断することができる。また低慣性であるため、ナイフシリンダの駆動モータを低容量とすることができ、シートの切断速度を大幅に増大することができる。
【００８９】
また第１実施形態では、ＣＦＲＰ層４３及び４４の繊維勾配角を±４５度とすることにより、炭素繊維が含浸している樹脂の収縮作用を最大にすることができ、これによってピッチ系ＣＦＲＰ層４２〜４４が収縮してＰＡＮ系ＣＦＲＰ層で構成された最内層４１に密着し、強固に一体化された積層体を作ることができる。
なおＣＦＲＰ層４３及び４４の繊維勾配角が±３０〜±６０度の範囲内で対称となる繊維勾配角になるように積層することにより、ナイフシリンダに発生する正逆両方向の捻りに対して同一の捻り剛性を確保することができる。
【００９０】
なお第１実施形態において、０度の繊維勾配角をもつピッチ系ＣＦＲＰ層４２と４５度の繊維勾配角をもつピッチ系ＣＦＲＰ層４３の間にさらにシリンダ周方向（９０度）のＰＡＮ系ＣＦＲＰ層を挿入すれば、圧縮強度の一層優れた積層体を得ることができる。
【００９１】
また上ナイフ取り付け台３０を積層体４０の表面に固定用ボルト３４だけでなく、熱硬化性樹脂系接着剤（エポキシ樹脂接着剤；平均剪断荷重１０ＭＰａ以上）で固着しているため、鋼鉄製の取り付け台３０とＣＦＲＰ積層体４０との熱膨張率の大きな相違にかかわらず、取り付け台３０を強固に積層体４０に取り付けることができる。
また前述の方法でナイフシリンダを製造するため、炭素繊維をシリンダ成形用マンドレルに直接巻き付ける等の従来の方法に比べて製造工程が容易である。
【００９２】
次に、本実施形態のナイフシリンダのナイフ取り付け部に対して行なった静的破壊試験結果及び疲労試験結果について説明する。
（１）ナイフ取り付け部の静的破壊試験結果
この試験は、室温にて供試体のナイフシリンダを固定した状態でナイフ取り付け台の長手軸方向中央部に垂直方向から静的荷重をかけ、即ち図２のナイフ取り付け台３０に矢印ａ方向から静的荷重をかけ、静的破壊試験を行った。この結果を図３に示す。図３において、縦軸は荷重（Ｎ）、横軸は荷重方向のナイフ取り付け台の変位（ｍｍ）を示す。図３に示すように、ナイフ切断荷重１６００Ｎの２０倍の荷重を付与しても破断されなかった（Ｐｍａｘ＝７０４４０Ｎで破断した）。
【００９３】
（２）ナイフ取り付け部の疲労試験結果
前記と同様の供試体について、前記試験と同一箇所で同一方向から以下のような条件で繰り返し荷重をかけて試験を行ったが、繰り返し数１×１０７回後でも供試体に目視で確認できる欠陥はなく、破断しなかった。
・試験温度：室温
・負荷荷重：Ｐｍａｘ１０００Ｎ、Ｐｍｉｎ１００Ｎ
・振幅荷重：４５０Ｎ
・試験速度：５Ｈｚ
・試験機：島津製１０ｔｏｎ疲労試験機
（実施形態２）
【００９４】
次に本発明の第２実施形態を図４により説明する。図４において、第２実施形態は、積層体４０の表面に、ライニング層としてグラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ）層又はゴム層５５を被覆したものであり、その他の構成は第１実施形態と同一であるため、第１実施形態と同一の符号を付し、該同一符号を付した部位については説明を省略する。
かかるライニング層の被覆方法は、ライニング層としてゴム層を用いる場合には、すでに加熱硬化済みのＣＦＲＰ層からなるナイフシリンダの外周面にゴム層を巻き付け、加熱炉に入れて加熱することによりゴム層を加硫硬化させる。
【００９５】
ライニング層としてＧＦＲＰ層を用いる場合には、ナイフシリンダ本体の成形時に、図１５の巻付け装置を使ってナイフシリンダ本体を構成するＣＦＲＰ層用プリプレグを巻き付けた後、ライニング層としてのＧＦＲＰ層を同様に加圧しながら巻き付ける。
その後ＣＦＲＰ層用プリプレグとＧＦＲＰ層とを成形用マンドレルに巻き付けた状態で加熱炉に入れ、ＣＦＲＰ層用プリプレグとＧＦＲＰ層とを同時に加熱硬化する。その後ナイフシリンダを成形用マンドレルから引き抜く。この引き抜き時ナイフシリンダの保形性及びＣＦＲＰと金属の熱膨張率の違いを利用してナイフシリンダを成形用マンドレルから容易に引抜くことができる。
【００９６】
あるいは加熱硬化処理後のナイフシリンダ（成形用マンドレルに巻き付けた状態のまま又は成形用マンドレルから引抜いた後のどちらでもよい）にＧＦＲＰ層を巻きつけ、加熱炉に入れて加熱硬化させるようにしてもよい。
【００９７】
第２実施形態によれば、積層体４０の表面をＧＦＲＰ層又はゴム層５５で被覆したことにより、該ライニング層５５がナイフシリンダの積層体４０を保護し、積層体４０のＣＦＲＰ層の破損、磨耗を防止するため、破壊しにくいナイフシリンダとすることができる。ゴム製ライニング層を用いれば、安価で済み、取り付けが比較的容易であり、またＧＦＲＰ製ライニング層を用いると、特にＣＦＲＰ層の保護効果が著しい。
【００９８】
なおこのようなライニング層をナイフシリンダの軸方向に分割して被覆するようにすれば、低コストでライニング層による保護効果を得ることができ、かつ取り付けが容易になる。例えばナイフシリンダの両端部及びナイフ取り付け台を取り付ける場所等特に積層体４０が破損、磨耗しやすい場所を選んでライニング層を設ければよい。
（実施形態３）
【００９９】
次に本発明の第３実施形態を図５により説明する。図５において、第３実施形態は、ナイフシリンダの外周部を構成する積層体４０’の最内層は繊維勾配角がシリンダ周方向（９０度）に向いたＰＡＮ系ＣＦＲＰ層４１で構成され、その上層は下層から順に繊維勾配角がシリンダ軸方向（０度）に向いたピッチ系ＣＦＲＰ層４２、繊維勾配角が＋４５°の方向に向いたＰＡＮ系ＣＦＲＰ層４５、繊維勾配角が−４５°の方向に向いたＰＡＮ系ＣＦＲＰ層４６で構成されている。このような３層４２，４５，４６をこの順序で組み合わせた積層体が外周面まで複数層（ｎ層）積層されている。
【０１００】
また積層体４０’の外表面には前記第２実施形態と同様に、ＧＦＲＰ層又はゴム層からなるライニング層５５を被覆している。またライニング層５５は、ナイフシリンダの軸方向（シートの幅方向）に複数分割して被覆されている。
かかる構成の第３実施形態によれば、繊維勾配角が±４５°の方向に向いたＣＦＲＰ層を引張り弾性率がピッチ系より劣るがピッチ系より安価なＰＡＮ系ＣＦＲＰ層４５及び４６で構成したことにより、コスト低減を達成することができる。ただしシリンダ軸方向（０度）方向の引張り弾性率が２４０ＧＰａとなるように０度方向のピッチ系ＣＦＲＰ層４２の全体ＣＦＲＰ層に対する体積割合を調節している。
またライニング層５５をナイフシリンダの幅方向に分割して被覆したことにより、低コストで積層体４０’の保護効果を得ることができ、また取り付けが容易になる。
（実施形態４）
【０１０１】
次に本発明の第４実施形態を図６により説明する。図６において、第４実施形態は、ナイフシリンダの外周部を構成する積層体４０の外表面に、熱伸び防止部材６１を取り付けたものであり、その他の構成は図２に示す第１実施形態と同一であるので、第１実施形態と同一部位は同一符号を付すとともに、それらの説明を省略する。
【０１０２】
熱伸び防止部材６１は、鋼鉄製のナイフ８及びナイフ取り付け台３０と同一の熱膨張係数を有するもの（例えば鋼鉄製）であり、ナイフシリンダの軸方向にスパイラル状に配置されたナイフ８及びナイフ取り付け台３０とナイフシリンダの軸線に対して線対称となる位置に配置されるとともに、ナイフ８及びナイフ取り付け台３０の合計体積と同一の体積を有している。例えば図７に示すような形状及び配置位置をなす。
【０１０３】
ＣＦＲＰ製の積層体４０と熱膨張係数が異なる鋼鉄製のナイフ８及びナイフ取り付け台３０が高温化する運転環境により膨張し、これによってナイフシリンダ２を軸線ｈに沿ってバナナ形状に曲げる現象が生じるが、第４実施例では、積層体４０の表面に熱伸び防止部材６１を取り付けることにより、熱伸び防止部材６１の伸び量とナイフ８及びナイフ取り付け台３０の伸び量とが互いにキャンセルし合い、その結果ナイフシリンダ２の軸方向の曲がりを防止することができる。
【０１０４】
なお熱伸び防止部材６１の積層体表面への取り付け方法は、ナイフ取り付け台３０を積層体４０に取り付ける場合の前述の取り付け方法と同一でよい。
また熱伸び防止部材６１は、ナイフシリンダの軸方向に複数に分割して取り付けてもよく、この場合ナイフシリンダ周囲のスペースの無駄を省くことができる。
（実施形態５）
【０１０５】
次に本発明の第５実施形態を図８により説明する。図８において、第５実施形態は、第４実施形態の熱伸び防止部材６１をナイフシリンダの外周部を構成する積層体４０の内周面に取り付けたものである。熱伸び防止部材６２は、熱伸び防止部材６１と同様に、ナイフ８及びナイフ取り付け台３０とナイフシリンダの軸線に対して線対称となる位置に配置されるとともに、ナイフ８及びナイフ取り付け台３０と同一の体積を有している。
かかる構成によっても、第４実施形態と同様にナイフシリンダ２の曲がりを効果的に防止することができる。またナイフシリンダ２の内側に熱伸び防止部材６２を設けているために、ナイフシリンダの外周にスペースを確保でき、シンプルな構造とすることができる。
（実施形態６）
【０１０６】
次に本発明の第６実施形態を図９により説明する。本実施形態は、ナイフ取り付け台（例えば図２に示すナイフ取り付け台３０）の構造に関するものである。図９において、本実施形態のナイフ取り付け台７０は、ナイフシリンダ外周面との接触面ｔを有する接触部７１と、接触部７１から立設されたナイフ取り付け部７２とからなる。ナイフ取り付け部７２には、複数のスリット７３が長手方向に等間隔で並設されている。また接触部７１には、スリット７３と同一間隔でスリット７３の延長上にＲ溝７３が凹設されている。スリット７３の間隔は例えば１００〜２００ｍｍで構成される。
【０１０７】
第６実施形態によれば、かかる構成にナイフ取り付け台７０を設けることにより、前記第４実施形態のように、熱伸び防止部材６１を設けなくとも、ナイフ８及びナイフ取り付け台３０によるナイフシリンダの熱伸びを半減することができる。このため回転慣性ＧＤ２も増加せず、ナイフシリンダの駆動モータの容量を低減でき、シンプルな構成でコスト低減を図ることができる。
このように第６実施形態では、ナイフ取り付け台の構造を工夫することにより、簡単にナイフシリンダの熱変形を少なくして、シートの切断に支障がないようにすることができる。
（実施形態７）
【０１０８】
次に本発明の第７実施形態を図１０により説明する。図１０は、上ナイフシリンダ２（下ナイフシリンダでもよい）の横断面図であり、本実施例は、ナイフ取り付け台３０に対してナイフシリンダ軸線ｈを中心に線対称となる位置のナイフシリンダ外周面にカウンタバランス取り付け台８１が取り付けられ、取り付け台８１にカウンタバランス８２が着脱可能に取り付けられている。
【０１０９】
なおカウンタバランス取り付け台８１及びカウンタバランス８２の合計体積は、ナイフ及びナイフ取り付け台３０と等しく、かつカウンタバランス取り付け台８１及びカウンタバランス８２の熱膨張係数は、ナイフ及びナイフ取り付け台３０と等しくなるように構成されている。
【０１１０】
かかる構成によれば、カウンタバランス取り付け台８１及びカウンタバランス８２は、前記第４実施形態又は第５実施形態の熱伸び防止部材６１又は６２と同様に、ナイフシリンダの熱変形防止効果を有するとともに、ナイフシリンダの振動を防止する効果を有する。即ちカウンタバランス８２を重量の異なる部材に取替え可能であるので、ナイフシリンダの固有振動数に合わせて重量を選択することにより、ナイフシリンダの振動を効果的に防止することができる。
またカウンタバランス８２は、着脱可能であるので、ナイフシリンダの熱変形を防止する必要がある時のみ取り付けることができる。
（実施形態８）
【０１１１】
次に本発明の第８実施形態を図１１により説明する。図１１（ａ）は上ナイフシリンダ２を示す立面図であり、（ｂ）は、ナイフシリンダ外周部の一部拡大断面図である。図１１において、ＣＦＲＰ積層体４０からなるナイフシリンダ２の外周部に、ＧＦＲＰ層又はゴム層からなるライニング層５５を被覆し、ライニング層５５の表面にナイフシリンダの周方向に間隔を置いて並設されたフィン９１を設けている。
【０１１２】
かかる構成のフィン９１を設けたことにより、ナイフシリンダ２の冷却効果が高まり、ナイフシリンダの軸方向熱伸びを効果的に防止することができる。これによってナイフシリンダの熱変形を防ぎ、上下ナイフシリンダに設けた上下ナイフ間のギャップの開きを防止し、シートの切断性能を維持することができる。
なお本実施形態において、別な手段としてライニング層５５に溝（フィン溝）を設けて冷却機能をもたせてもよいし、あるいは別な冷却手段として、ナイフシリンダの中空な内部に冷却空気を供給するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１１３】
【図１】（ａ）は、本発明の第１実施形態の上ナイフシリンダを示す立面図、（ｂ）は（ａ）中のＡ−Ａ線に沿う横断面図である。
【図２】前記第１実施形態のナイフシリンダの横断面図である。
【図３】前記第１実施形態のナイフ取り付け部の静的破壊試験結果を示す線図である。
【図４】本発明の第２実施形態のナイフシリンダの横断面図である。
【図５】本発明の第３実施形態のナイフシリンダの横断面図である。
【図６】本発明の第４実施形態のナイフシリンダの横断面図である。
【図７】前記第４実施形態のナイフシリンダの立面図である。
【図８】本発明の第５実施形態のナイフシリンダの横断面図である。
【図９】本発明の第６実施形態のナイフ取り付け台の斜視図である。
【図１０】本発明の第７実施形態のナイフシリンダの横断面図である。
【図１１】（ａ）は本発明の第８実施形態のナイフシリンダの立面図、（ｂ）はナイフシリンダの縦断面図である。
【図１２】従来のロータリカッタの立面図である。
【図１３】図１１のロータリカッタの右側面図である。
【図１４】従来のロータリカッタの上下ナイフの噛み合い状態を示す説明図である。
【図１５】ＣＦＲＰ層又はライニング層の形成装置を示す斜視図である。
【符号の説明】
【０１１４】
２    上ナイフシリンダ
８    上ナイフ
３０、７０    上ナイフ取り付け台
４０、４０’    ＣＦＲＰ層積層体
４２、４３、４４    ピッチ系ＣＦＲＰ層
４１、４５、４６    ＰＡＮ系ＣＦＲＰ層
５０ａ、５０ｂ    ボス
５１ａ、５１ｂ    軸
５２ａ、５２ｂ    フランジ部
５３ａ、５３ｂ    円筒部
５５    ＧＦＲＰ層又はゴム層（ライニング層）
６１、６２    熱伸び防止部材
７３    スリット
８２    カウンタバランス
９１    フィン（冷却手段）
【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７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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