(57)【要約】【課題】ロータリーカッターの切断能力（速度、精度）を向上させ、刃の寿命を伸ばし、従来の技術では難しかった金属泊などさまざまなワークの切り抜き、切断を行うことを課題とする。さらに、従来より問題とされているいわゆるカエリ、バリを効率的に除去することを目的とする。【解決手段】切断時に、ワークの幅方向の張力を加えることにより課題を解決できる。幅方向からの張力を加えることにより、ワークを引き裂く力が小さくて済み、刃の摩耗が押さえられ、また、難切断材の切断も可能になる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一方に切り抜き用の刃を有する２つのロールからなる回転体の間に挟み込むようにして帯状または板状のワークを切り抜いて、製品として必要な部分であるプロダクツと不要な切りかすであるトリムとに分離することを目的とするロータリーカッターにおいて、
ワークの幅方向に張力を加えることを特徴とするロータリーカッター。
【請求項２】
少なくとも一方のロールに、ワークの幅方向に張力を加える機構を有することを特徴とする請求項１に記載のロータリーカッター。
【請求項３】
ワークの幅方向に張力を加える機構が、ワークのトリムと接する凸部からなることを特徴とする請求項２に記載のロータリーカッター。
【請求項４】
凸部が弾性体からなることを特徴とする請求項３に記載のロータリーカッター。
【請求項５】
少なくとも一方のロールにワークのプロダクツと接触して、ワークへ圧力を加えることにより、切断時のワークのプロダクツの変形を抑制する部材を有することを特徴とする、請求項１から請求項４のいずれかに記載のロータリーカッター。
【請求項６】
テーパブロック、高さ調整ネジ、バネのいずれか１以上を使用してワークのプロダクツへ加える圧力または高さ調整するための部材が、ロール側周面上に設けられ、その上にプロダクツの変形を抑制する部材が載設され、プロダクツの変形を抑制する部材の位置をロールの半径方向に上下させることにより、ワークのプロダクツへ加える圧力または高さ調整を行うことを特徴とする請求項５に記載のロータリーカッター。
【請求項７】
プロダクツと直接接触する切断時のワークのプロダクツの変形を抑制する部材が、ロール側周面上にネジどめ、ボルト締め、接着、はめ込み、治具による挟み込み、磁力による吸着又は真空吸着のいずれか１以上の方法にて設けられていることを特徴とする請求項５に記載のロータリーカッター。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は不織布、紙、金属箔など各種帯状、布状の素材の裁断に用いられるロータリーカッターについての発明である。
【０００２】
【従来の技術】
ロータリーカッターは金型などの往復による従来からの切断法と異なり、動きが連続的であり、加工速度を上げるのが容易なために、布織材を中心にその利用範囲を広げつつある。
【０００３】
ロータリーカッターではなく、従来の打ち抜きの金型で加工する場合は、薄く、延性の高い連続板状また布状、板状の被切断材料（以下これらを「ワーク」と表記する）、特に厚さ０．０１ｍｍ以下のワークを切断することは困難である。これらを切断しようとした場合、パンチとダイの隙間（クリアランス）を０に近づけない限り、いわゆるかえり、バリなどが生じてしまう。しかし、クリアランスが０に近いパンチやダイは、その製作が困難である上に、実際打ち抜き金型として使用した場合、機械自体に高い精度が要求され、、また、寿命がパンチ、ダイの寿命が著しく短くなるために実用的ではない。
【０００４】
これに対し、ロータリーカッターの場合、薄いワークを切り抜くことは比較的容易である。しかし、ロータリーカッターの場合、その切断方法は打ち抜きの金型とは異なり、ワークを押しつぶして破断させる、いわゆる押し切りであるため、通常は延性の高いワークの切断分離は難しい。
このロータリーカッターについては、刃の材質や刃の形状、刃を有すロール（以下、「ダイカッター」と表記する）の構造や刃の付いてない受け側のロール（以下「アンビルロール」と表記する）や送り装置の工夫などの発明が数多くなされてきた。
【０００５】
その結果、切り抜き、切断速度やコスト、加工可能な被切り抜き、ワーク加工精度など様々な問題が解決されてきたが、現在もっとも問題とされているのが延性の高いワークの切断と、刃の寿命及び発生するバリについての問題である。
【０００６】
ロータリーカッターの機構は図１に示すようにワークをロールの刃とアンビルによって加圧し、加圧された部分とその部分と連続したワークの組織を圧力によって切り離すいわゆる「押し切り」によってなされている。押し切りによる切り抜き、切断は刃の断面が包丁やカッターのように鋭くする必要がないために、刃とアンビルロールの寿命が長いという利点がある。
【０００７】
しかしながら、ワークの材質が不織布や金属などの切断がしにくい材料については、ロータリーカッターは現在ほとんど用いられていない。その理由は押し切りによる切り抜き、切断によってこれらの材料が加工されにくいために刃にかかる圧力が増し、刃の寿命が著しく短くなること、及び、押し切りの際に生じるいわゆるカエリ、バリが顕著に残るためである。
【０００８】
そのために、切断時の条件を調整してなるべく一定の条件で精度良い加工を行うためワークの進行方向の張力を一定にする工夫が特許文献１などに示されているが、切断しにくい材料を能率良く切り抜き、切断するために充分な工夫はなされていない。
【特許文献１】実登３０５６７９２号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はロータリーカッターの、切断能力（速度、精度）を向上させ、刃の寿命を伸ばし、従来の技術では難しかったさまざまなワークの切り抜き、切断を行うことを目的とした。さらに、従来より問題とされているいわゆるカエリ、バリを効率的に除去することを目的とした。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の本発明は、少なくとも一方に切り抜き用の刃を有する２つのロールからなる回転体の間に挟み込むようにして帯状または板状のワークを切り抜いて、製品として必要な部分であるプロダクツと不要な切りかすであるトリムとに分離することを目的とするロータリーカッターにおいて、ワークの幅方向に張力を加えることを特徴とするロータリーカッターである。
【００１１】
本発明者は、前記ロータリ式の押し切りによる加工について調査したところ以下に示す知見を得た。
（１）図２に示すように、押し切り加工ではワークに対して垂直にかかる刃の圧力６の一部がワーク３に対して垂直の力７とワーク前後へ広がる力８へと分解される
（２）図３に示すように、ワークに最初に入ったクラック９がワークの厚さ方向にほぼ垂直に進展し、そこからワークは切断される
（３）ワーク前後へ広がる力はワークをクラックに従い引き裂く役割を果たす
【００１２】
本発明者はワーク前後へ広がる力８に着眼し、この力を増すことによりより切断を容易に行う方法を発明した。すなわち、切断が容易でないワークは、ワーク前後に広がる力８が小さいためであり、その力を刃先以外の外部から加えることにより切断を容易にする方法である。
【００１３】
一般にロータリー式切り抜き、切断装置は図４に示すような形状を有す。ワークを前後に広げる力８は図４中Ａに示されるような刃がワークの進行方向に対して直角に近い部分ではワークを進行方向に対して引っ張る力に相当する。これはワークの供給部分や、切り抜き、切断が終了したワークを回収する装置でその張力を制御することができる。
一方、図４中Ｂに示されるような刃がワーク進行方向に対して並行に近い部分は、ワークの供給部分やワークを回収する装置により張力を制御することができない。そのために本発明のように従来にない機構により張力を与える必要がある。
張力を与えることにより、ワークは引き裂かれる力を受ける。刃によってクラックが発生するのと前後して引っ張りの力を受けるために、従来切り抜き、切断が困難だったワークが従来ワークに加えていた圧力より極めて低い圧力で加工できるようになり、その結果刃の寿命も飛躍的に延ばすことができる。また、従来切断が容易であったワークに対してはさらに刃の寿命を延ばすことができ、交換やメンテナンス、刃の再研磨などの費用が削減できる。
【００１４】
また、発生したクラックはワーク厚さ方向にほぼ垂直に進展するために、初期にクラックの生じる位置を制御することにより、バリの部分は切断くず側に付着するようにできる。切断中に張力を与え、刃の断面形状を決定することにより、より容易にクラックの発生箇所を制御することができ、バリの問題を解決することができる。請求項２に記載の本発明は、少なくとも一方のロールに、ワークの幅方向に張力を加える機構を有することを特徴とする請求項１に記載のロータリーカッターである。また、請求項３に記載の本発明は、ワークの幅方向に張力を加える機構が、ワークのトリムと接する凸部からなることを特徴とする請求項２に記載のロータリーカッターである。図５に示すようにロールの表面に一定方向に張力を働かせる部材を有することにより、ロールの回転加工中に一定のワークの幅方向への力を加えることができる。実現する方法は請求項３に示すように張力を加える部材が弾力を持ったゴム、樹脂、プラスチックなどの有機物を用いることが安価であるが、張力のバランスや使用環境、加工精度などを考慮して図６のようにロール上に角度θを持たせてベアリングを配置する方法や、図７に示すように樹脂の突起を配置する方法や、油圧、空圧などの補助により機械的に力を加える方法など、その方法はさまざまとることができる。
【００１５】
ワークの幅方向への張力は、加工条件、装置環境、ワークの状態、カッター刃先の摩耗などにより頻繁に変化する。そのために、図１２、図１３に示すような張力調整のためのネジ、テーパブロック、バネにより張力を与える装置の土台の高さを変更したり、張力を与える材料自体を変え、張力を調整することが重要となる。調整して張力を一定に保つことにより、安定してワークの加工を行うことができる。
【００１６】
また、張力を与える部材を取り替え可能とすることにより、低コストにてワークに張力を安定して与え続けることができる。特に、ワークと常時接する部分のみの取り替えは経済的である。
【００１７】
以上は切断時に幅方向の張力を加える機構をロールが有す場合について述べたが、切断ロールの以外の部分に外向きの張力を加える装置を載置した図８および図９のような形態も可能である。
【００１８】
請求項４に記載の本発明は、凸部がゴム、樹脂、プラスチックのいずれかからなることを特徴とする請求項３に記載のロータリーカッターである。ワークが切り抜き、切断される際にワークの幅方向への張力を加える部材が弾力を有することにより、少ない力でワークが切り抜き、切断される際にワークの進行方向に対して水平面直角方向外向きへの張力を加える部材が弾性変形を起こし、その力も制御しやすい。また、弾力を有することにより、ワークと接触してもワークに傷などが入らない。また、弾力を有していることから、接触する側のロールとの摩擦を小さくすることができ、双方の摩耗を押さえることができる。
【００１９】
請求項５に記載の本発明は、少なくとも一方のロールにワークのプロダクツと接触して、ワークへ圧力を加えることにより、切断時のワークのプロダクツの変形を抑制する部材を有することを特徴とする、請求項１から請求項４のいずれかに記載のロータリーカッターである。請求項１から請求項４に記載の本発明のワーク幅方向に張力を加えるロータリーカッターは、ワークの材質や切断条件においては、張力によりワークに皺が入り、ワーク切断部の品質を落とすことがある。そのために、本発明は、ロールにワークと接触してワークへ垂直方向からの圧力を加えて変形を押さえる。ワークに張力が加わっていれば、変形の有無に関わらず同様に加工することができる。
【００２０】
請求項６に記載の本発明は、テーパブロック、高さ調整ネジ、バネのいずれか１以上を使用してワークのプロダクツへ加える圧力または高さ調整するための部材が、ロール側周面上に設けられその上にプロダクツの変形を抑制する部材が載設され、プロダクツの変形を抑制する部材の位置をロールの半径方向に上下させることにより、ワークのプロダクツへ加える圧力または高さ調整を行うことを特徴とする請求項５に記載のロータリーカッターである。高さ調整はネジやスペーサなどで行うことができる。過大な圧力による摩耗、動力のロスや機器の振動を防ぐことができ、また、過小な圧力だとワークに皺が入る。高さ調整を行うことにより、これらの問題を解決できる。
【００２１】
請求項７に記載の本発明は、プロダクツと直接接触する切断時のワークのプロダクツの変形を抑制する部材が、ロール側周面上にネジどめ、ボルト締め、接着、はめ込み、治具による挟み込み、磁力による吸着又は真空吸着のいずれか１以上の方法にて設けられていることを特徴とする請求項５に記載のロータリーカッター。である。交換可能な材質や構造で製作することにより、より安定した加圧を安価にて得ることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明のロータリー式切り抜き、切断装置は、現状のロータリーカッターによりワークが加工される際に、ワークの幅方向への張力を加える機構を加えることで得ることができる。
前記機構は大きく分けて２種類がある。
その一つはロールに前記機構を付与する方法である。その形態は様々考えられるが、大きく分けて回転によりロール中心部とロール端部とにかかる圧力を不均等にすることにより回転方向と直角方向に働く分力からなる張力を発生させる方法と、回転に関係なく部材そのものの働きで張力を加え続ける方法である。図６は回転によりロール中心部とロール端部とにかかる圧力を不均等にすることにより張力を得るために俵型のベアリングをロール上に載置した実施例である。これは、ロールの回転の力が一部ワークの幅方向に働く張力に振り分けられるために、直接外方向にひっぱりを加えたのと同様の働きを示す。また、回転に関係なく部材そのものの働きで張力を加え続ける方法としては、図５に示すような弾力を持った有機物を用いる方法がもっとも安価で適している。例えば有機物として硬質ゴムを用いれば、取り替えも容易で安価であるし、ワークに傷を付けずに弾力を持つ材料で有れば樹脂やプラスチック、金属などその材質は限定されない。また、形状や取り付け角度などを工夫することにより強度と弾力、耐摩耗性を有するいずれの有機物でも同様の効果を得ることができる。
【００２３】
また、もう一つの方法は図８および図９に示すようにロール以外の部分に張力発生させる機構を与えることである。張力調整が容易であり、張力の設定を厳密に行いたい場合などにはもっとも適している。
また、ワークの変形を抑制する部材は図１５中３６の様にワークに圧力を掛ける部材をダイカッター上に設けることにより得ることができる。また、ワークの形状によってはアンビル上に設けることも可能である。
【００２４】
以下実施例により本発明の効果をより詳細に説明する。
【００２５】
【実施例】
（実施例１）
ワークとして銅箔（厚さ１０μｍ、純銅）から１０ｍｍ×１０ｍｍの正方形の部品を切り抜く実験装置に対し、本発明を適用した。
実験を行った装置は、２つのロールの一方はダイカッターであり、他方はアンビルロールである。これら一対のロールを箱形のフレームに組み込み、アンビルロールを油圧にてダイカッター側に押しつける圧力を加え、切断荷重が調整できる機構を有するロータリー式の切断機を作製した。刃の材質は、ＨＲＡ硬さ９２である超硬合金を用いた。
ロールの径をφ１００ｍｍとし、ロール回転はハンドルによる手動で行った。ワークには、流れ方向の張力を加えず、ワークとアンビルロール表面の摩擦力によってワーク流れ方向の駆動力とした。
切り抜き加工を行うにあたり、本発明のワークの幅方向に張力を加えるロータリーカッターとしての機構を実現する手段として図１０に示すようにダイカッター上で刃先よりもロール端部に近い部分に硬質ゴムを設けた装置を作製した。
使用時にはゴムの弾力によりワークをワークの幅方向外向きの張力を与え続けることができる。
この本発明の装置にて、切断荷重を９４０Ｎとし、両ロール間に前記ワークを通したところ、ロール間を通ったワークは完全に切断分離され排出された。
【００２６】
（比較例１）
実施例１と全く同様の条件にて、実施例１で使用した装置から硬質ゴムの部材を除去して実験を行った。
その結果、切断荷重が９４０Ｎではワークに刃で圧縮された後は残っていたが、切断されなかった。切断荷重を１２００Ｎに上げると、ワークは部分的に切断できたが、完全に分離された状態で排出されず、ワークを必要部分と不要部分とに分離するためには、改めて手で引き裂かなくてはならなかった。その後、さらに切断荷重を上げる試みを行ったが、ダイカッターの刃先にチッピングが生じ、工具を破損するに至った。
【００２７】
（実施例２）
実施例１と同様の装置に請求項５に示す張力の調整機構を付加した実施例を示す。
ワークの形状により、水平面直角外向きの張力を大きくする必要がある場合は、ワークがずれたり、ロールに傷が付いたりする。特に図１１に示すようなワークの進行方向に向かって非対称なワーク形状の場合はこの現象が顕著に現れる。
よって、図１２に示すような調整ねじを用いて、硬質ゴムを取り付けている土台の高さを変え、ゴムがワークの不要部分を押さえつける力を調整した。このことにより、張力の大きさを調整し、常に最適な張力が切断部分にかかるようにした。また、使用済みのダイカッターは、再度ロール直径を０．３ｍｍ程小さくし、刃先研磨を行うことにより再生できるが、その際も、張力を加える機構を取り替えることなく使用することができるようになった。
また調整ネジの代わりに、図１３に示すようにくさび形状を有す部材にて調整しても同様の効果が得られた。
【００２８】
（実施例３）
実施例１および実施例２に記載の試験装置において、硬質ゴムの取り付け部をゴム部分のみ交換できるよう、土台部分を図１４に示すようなクランプ方式とて容易に交換できる構造とした。
この装置にて、切断荷重９４０Ｎで実施例１とは駆動方法を変え、電動式とした装置で同様の切り抜きを行った。１千万回転を終えて硬質ゴムを観察したところ、ゴムの先端が０．３ｍｍ摩耗していた。切断時の張力は若干切断前より低下しており、そのために充分切断できていないワークが約９９０万回転時から出現した。
そのために、クランプを緩めてゴムのみを交換したところ、切断初期の状態と変わらない状態に戻り、さらに９００万回転以上の良好な加工が可能であった。
【００２９】
（実施例４）
実施例１から実施例３に挙げた本発明は、切断が困難である薄く延性のある材料に対して大きな効果が得られるが、同時に薄いワークでは張力を加えると皺を生じやすくなる。この現象は特にワークが薄いものや、変形しやすい材質である際に顕著に現れる。
皺の生じたワークを切断すると、切断部が粗雑な形状になってしまい、切断したワークは製品価値を失ってしまう。
そこで、ワークが薄いワークや、変形しやすい材質であってもワークに皺が生じずに、充分な切断能を確保することを目的に、本実施例では製品部分の変形を抑制する部材を設けた。
図１１に示すような非対称形状にて、厚さ５μで幅２００ｍｍのアルミ箔からなる薄膜電極用の部品を切り抜くダイカッターにおいて、図１５に示すように、刃の製品側にワークの必要部と接触して、ワークへ圧力を付加し、切断時のワークの必要部の変形を抑制する部材を設けた。この機構は、ダイカッターのロール外周曲率半径より１ｍｍ大きい内径曲率半径を有する分割円管形状をしており、ダイカッターとは取り付けボルトによって締結されている。また、本機構表面は厚さ１ｍｍのウレタンシートを着脱可能な接着剤によって接着し、押さえる際ワークを傷つけ無いようにすると共に、ウレタンシートが傷んだ場合、取り替えが可能になるよう工夫している。また、押さえる力加減を調整できるように、土台には調整ボルトを設け、高さを調整できるようにした。これにより、厚さ５μのアルミ箔を、製品部分に皺を寄せることなく、不要部分のみに張力を加え、容易に切断することに成功した。
【００３０】
（実施例５）
実施例１と全く同様の装置にて、ワークを１０μｍの樹脂シートとして切断を行ったところ、変形や皺が入ることもなく良好な切断が行えた。
【００３１】
（実施例６）
実施例１と同様の実験を、刃の材質を変更して、どの様な材質が刃先として適しているかの実験を行った。評価は切り残しのない良好な切断が、長時間に渡り維持できるかどうかにて行った。
その結果、刃の材質をビッカーズ硬さＨＶ９００以上のＷＣ基材料からなる超硬合金、同ＨＶ９００以上のアルミナ、アルミナ−炭化チタン、ジルコニア、炭化珪素、窒化珪素のいずれかを基とするセラミックス、同ＨＶ５００以上であるダイス鋼、高速度鋼、ステンレス鋼のいずれか１種以上とすることにより、良好な切断を行うことができた。
【００３２】
【発明の効果】
本発明のロータリーカッターは以下の効果を奏する。
（１）従来のロータリー式の切り抜き、切断機では加工が難しかった不織布、金属箔、樹脂などのシートの切り抜き、切断加工が可能となった。
（２）従来のロータリー式の切り抜き、切断機と同様の加工を行った場合には、その刃先寿命を飛躍的に延ばすことができ、コスト削減効果が大きい。
（３）従来のロータリー式の切り抜き、切断機と比較して、発生するバリの制御が簡単にできるようになり、加工されたワークの精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】ロータリー式切り抜き、切断機によるワーク切り抜き、切断の模式図を示す
【図２】ロータリーカッターなどによる押し切り切断の切断機構を示す
【図３】クラック発生の模式図を示す
【図４】ダイカッター刃の模式図
【図５】本発明の一定方向に張力を働かせる部材をロール表面に有する一例を示す
【図６】本発明の表面にベアリングを有すロールを示す
【図７】本発明の樹脂の突起を配置したロールを示す
【図８】本発明のロール以外の部分に外向きの張力を加える装置を載置した切断機の一例を示す
【図９】本発明のロール以外の部分に外向きの張力を加える装置を載置した切断機の一例を示す
【図１０】ロール状の刃部よりも端部側に近い部分に硬質ゴムを設けた装置を示す
【図１１】ワーク進行方向に対して非対称のワークの一例を示す
【図１２】調整ネジを用いて硬質ゴムの張力を調整する機構を示す
【図１３】テーパブロックを用いて張力を調整する機構を示す
【図１４】クランプ方式で交換可能な硬質ゴムを示す
【図１５】切断後のワークの必要部の変形を抑制する装置の一例を示す
【符号の説明】
１  ダイカッター
２  アンビルロール
３  ワーク
４  ロールの回転方向
５  刃
６  相手ロールに押しつける力
７  相手ロールに押しつける方向への分力
８  ワークを引っ張り、分断する方向への分力
９  発生したクラック
１０  Ａ  刃がワークのワークの進行方向に向かって直角に近い部分
１１  Ｂ  刃がワークのワークの進行方向に向かって平行に近い部分
１５  ワークにワークの幅方向の張力を付与する部材
１６  ワークにが引き張られる方向
２１  ベアリング
２３  樹脂の突起
２５  ワークを引き張る機構の一例である回転体
２６  動力伝達ベルト
２７  ワークにワークの幅方向への張力を付与する回転体
２８  硬質ゴム
２９  ワークの進行方向
３０  プロダクツの切り抜き跡
３１  調整ネジ
３２  テーパブロック調製ツマミ
３３  テーパブロック
３４  クランプ部材
３５  クランプ調整用ネジ
３６  ウレタンパッド
【図１】
2005001012.tif 000002
【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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