(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス繊維を切断する刃部と、該刃部を支持する基体部とを有する切断刃であって、
前記刃部及び／または前記基体部は、これらの接合部に隣接してニッケル含有部位が形成されたものであり、該ニッケル含有部に平均粒子径が０．２０〜０．８５μｍのタングステンカーバイド（ＷＣ）粒子を含有し、
前記切断刃の長手方向についての歪みの大きさが、長尺全長長さ（３００ｍｍ）当たり０．０７ｍｍ以下であることを特徴とするガラス繊維用切断刃。
【請求項２】
前記ニッケル含有部が、ニッケル鑞材を用いた刃部と基体部との溶接により形成されたニッケル拡散層であることを特徴とする請求項１に記載のガラス繊維用切断刃。
【請求項３】
前記刃部が超硬合金製であり、刃部を支持する基体部が炭素工具鋼であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のガラス繊維用切断刃。
【請求項４】
ガラス長繊維をガラスチョップドストランドに切断する工程に供されるものであることを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載のガラス繊維用切断刃。
【請求項５】
ニッケル鑞材を用いて刃部と基体部とを０．５ｋｇ／ｍ２〜５０ｋｇ／ｍ２の範囲の圧接応力で圧接接合する工程を有することにより請求項１から請求項４の何れかに記載のガラス繊維用切断刃を製造することを特徴とするガラス繊維用切断刃の製造方法。
【請求項６】
請求項１から請求項４の何れかに記載のガラス繊維用切断刃を具備することを特徴とするガラス繊維用切断装置。
【請求項７】
同軸円筒体表面上にガラス繊維用切断刃の基体部を配してなる構造を有することを特徴とする請求項６に記載のガラス繊維用切断装置。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス繊維製品の製造工程で使用されるガラス繊維用切断刃と、その切断刃の製造方法、及びガラス繊維用切断刃を具備したガラス繊維用切断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガラス繊維製品は種々の分野で利用されているが、その一般的な製造手順は次のようなものである。各種ガラス原料を秤量、混合し、さらにガラスカレットや添加物を適宜加えて、予めガラス繊維となった際に所定の目標組成となるように調整する。次いでこのガラス原料バッチを、チャージャー等の原料投入機を使用して高温に加熱されたガラス溶融炉内に投入し、清澄・撹拌による均質化などの一連の操作後、ガラス溶融炉の成形域で多数のノズルを有する白金製ブッシングより引き出して、水スプレー等で冷却してガラスモノフィラメントに紡糸する。そして集束剤などの各種の薬剤をこのガラスモノフィラメント表面に被覆させ、数百本から数千本を集束してストランドを形成し、このストランドを、例えばターレット型ワインダー等のフィラメントの巻き取り装置を利用してボビンに装着した紙管あるいは木管の周囲に連続的に巻き取り、ケーキあるいはチーズと称される粗糸巻き状態とした半製品とし、さらにこの半製品を各種工程で使用している。
【０００３】
このようにして形成されたケーキあるいはチーズより、ガラスロービングやガラスヤーンなどのガラス長繊維製品も製造することができるが、ここでは１つの事例としてガラスチョップドストランドについてさらに説明する。ガラスチョップドストランドは、上述のケーキあるいはチーズよりガラスストランドを連続的に解舒して引き揃えた後に、ロービングカッター等の各種の切断装置を使用し、連続的に所望の寸法に切断することにより製造されている。こうして得られたチョップドストランドは分散装置に供給され、分散堆積されて、チョップドストランドマットやペーパー、テープ等の所定の形態に加工されるか、あるいは有機材料やセメント材料等とＦＲＴＰやＦＲＰ、ＧＲＣ等の各種複合材料を構成するための骨材（フィラー、添加材、補強材などとも称す）としても利用されている。
【０００４】
上述したようにガラスストランドから優れた品位のガラスチョップドストランドを製造するためには各種の切断装置が利用される。この装置に搭載されるガラス繊維用の切断刃は、ガラスチョップドストランドの加工品位を決める基本的な部材であり、重要な工具の一つである。そこでガラス繊維を切断する切断刃の性能を向上するため、これまでに各種の発明が行われてきた。例えば特許文献１には、切断刃が圧接するゴムロールの強度を増加させるため、ゴムロールの材質を複合材料とした考案が開示されている。また特許文献２では、図５に示すように刃部１と基体部２についてビッカース硬度の比率を限定することで刃の磨耗を少なくし、長時間に亘って使用できるとする発明が行われている。また、特許文献３には、刃部１と基体部２の接合層３を介する接合により構成される繊維切断刃の刃部長さ寸法と基体部長さ寸法との比率を所定値に規定することで刃の破損を抑止できるという発明が開示されている。さらに、特許文献４には、刃部１と基体部２との溶接による残留歪を緩和する構造についての発明が開示されている。そして特許文献５には、刃部１のビッカース硬度をさらに向上させて２０００以上とし、特許文献６では高い硬度を有する刃部１との接合が容易となる基体部２についての発明が開示されている。
【特許文献１】実開平０５−９６０３３号公報
【特許文献２】特開２００２−３５５７８８号公報
【特許文献３】特開２００２−３６１５９０号公報
【特許文献４】特開２００２−３７０１９２号公報
【特許文献５】特開２００３−５３６９３号公報
【特許文献６】特開２００３−２６６３７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、これまでに行われた発明だけでは、高い品位を有するガラス繊維製品を安定生産するには充分ではない。このガラス繊維の切断に使用される切断刃は、基体部材と刃部材という２つの部材を溶接して接合して一体化することで製造されているが、切断刃の製造ロットによって溶接歩留まりが著しく低下するという問題がある。この問題の対処的な解決策として、溶接時のレーザ光出力条件を変更することや、溶接時に発生する残留歪みに起因して切断刃の刃先部や底部に生じる歪みを研磨によって解消することが行われてきたが、このような方法のみでは恒久的な問題の解決は困難であった。この溶接時の切断刃に発生する歪みの大きさは、大きいものでは刃の長尺全長寸法（３００ｍｍ）に対して０．３０ｍｍに達する場合もあり、生じた歪みを解消するために行われる研磨等の加工工程にも労力を要する。切断刃の歪みについては、その歪みの大きさが大きくなるとガラス繊維の切断に供する切断刃の寿命を短くする、すなわち切断刃の耐用期間を短くするという問題もあり、製造原価を低減し、さらに安定品位のガラス繊維を得るためには切断刃の歪みを低く抑制するのが重要となっている。
【０００６】
そこで本発明は、ガラス繊維の切断に使用される切断装置に搭載されガラス繊維用切断刃として、切断刃の製造時における溶接歪みを低く抑制し、かつ安定した切断品位を長時間に亘り実現することができるガラス繊維用切断刃と、その製造方法、及び該ガラス繊維用切断刃を備えたガラス繊維切断装置の提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のガラス繊維用切断刃は、ガラス繊維を切断する刃部と、該刃部を支持する基体部とを有する切断刃であって、前記刃部及び／または前記基体部は、これらの接合部に隣接してニッケル含有部位が形成されたものであり、該ニッケル含有部に平均粒子径が０．２０〜０．８５μｍのタングステンカーバイド（ＷＣ）粒子を含有し、前記切断刃の長手方向についての歪みの大きさが、長尺全長長さ（３００ｍｍ）当たり０．０７ｍｍ以下であることを特徴とする。
【０００８】
ここで、ガラス繊維を切断する刃部と、該刃部を支持する基体部とを有する切断刃であって、前記刃部及び／または前記基体部は、これらの接合部に隣接してニッケル含有部位が形成されたものであり、該ニッケル含有部に平均粒子径が０．２０〜０．８５μｍのタングステンカーバイド（ＷＣ）粒子を含有し、切断刃の長手方向についての歪みの大きさが、長尺全長長さ（３００ｍｍ）当たり０．０７ｍｍ以下であるとは、ガラス繊維を適切な寸法で切断して所定長のガラス繊維製品とする際に使用されるガラス繊維切断用の切断刃について、その切断刃を構成する刃部と刃部を固定し、さらに切断装置に配設される基体部とにより切断刃が構成され、刃部あるいは基体部の少なくとも一方の構成材料中のニッケル含有部中に平均粒子径が０．２０μｍから０．８５μｍの範囲内のタングステンカーバイド（ＷＣ）粒子が含有され、切断刃の長手方向についての歪みの大きさは、長尺全長長さ（３００ｍｍ）当たり０．０７ｍｍ以下であることを意味している。
【０００９】
ニッケル含有部位については、ニッケル（元素記号でＮｉと表す）が、少なくとも質量百分率で０．０１％以上の濃度となっている部分のことであって、ニッケル以外の他の成分については、所定性能を有するなら特に限定されるものではない。また含有されるニッケルは、その状態が他の金属などの成分と溶け合った状態、すなわち固溶体の状態にあってもよく、結晶化した状態となっていてもよい。
【００１０】
タングステンカーバイド（ＷＣ）粒子については、タングステンカーバイドが質量百分率で５０％を越える含有率を有するものであればよい。また粒子の形状についても特に限定されることはない。
【００１１】
タングステンカーバイド（ＷＣ）粒子の平均粒子径については、以下の数１の関係式、すなわちフルマン（ｆｕｌｌｍａｎ）の式によって表されるタングステンカーバイド（化学元素表記でＷＣと表される）、すなわち炭化タングステンの平均粒子径（Ｄ）が、０．２０μｍから０．８５μｍの範囲内にあることを表している。
【００１２】
【数１】
0004529185.tif 000002
【００１３】
また本発明のガラス繊維用切断刃を構成する刃部については、どのようなものであってもよいが、所定の硬度や強度を有し、切断性能を低く抑制することのないものであればよく。性能や機能の劣化することのないものであれば、その純度は問わない。具体的には、ＷＣ−Ｃｏ系、ＷＣ−ＴａＣ−Ｃｏ系、ＷＣ−ＴｉＣ−Ｃｏ系、ＷＣ−ＴｉＣ−ＴａＣ−Ｃｏ系の超硬合金を使用することができる。
【００１４】
そして本発明のガラス繊維用切断刃を構成する基体部についても刃部を強固に固定することができ、しかも切断装置とも容易に固定することのできる性能を有する材質であれば特に限定されることはなく、純度や寸法についても限定はされない。
【００１５】
ニッケル含有部に存在するタングステンカーバイド（ＷＣ）の平均粒子径（Ｄ）が、数１のフルマンの式に従う０．２０μｍから０．８５μｍの範囲内にあることを確認する方法としては、以下のような手順で行う。
【００１６】
まず、刃部を、その組織断面が清浄な状態となるように研磨加工を施し、光学顕微鏡や電子顕微鏡等の拡大装置を使用して、１０００倍から５０００倍までの拡大視野での観察を行う。通常は１０００倍でも支障はないが、タングステンカーバイドの粒子が細粒であって、細部についての詳細な画像を得ることが困難である場合には、さらに倍率を５０００倍まで拡大して断面の組織写真を撮影する。次いで撮影した組織写真の所定矩形面積内を適当な画像解析ソフト等を使用するか、あるいは人力によって等分に区切る互いに垂直な複数の縦線分、横線分を任意本数描き、その所定矩形全面積内のタングステンカーバイド粒子の粒子数と線分上のタングステンカーバイド粒子の粒子数とを計測する。ここで、タングステンカーバイドの粒子数については、少なくとも１００００個以上の計測数となるまでの計測を続ける。また１枚の組織写真では、タングステンカーバイドの粒子数が１００００個に満たない場合については、さらに他の箇所の組織写真を撮影し複数枚の組織写真について同様の作業を繰り返して行い、タングステンカーバイドの粒子数が１００００個以上となるようにする。こうして得られた計測値を使用して、上述した数１の関係式によりタングステンカーバイドの平均粒子数を算出する。この数１の関係式については、より具体的に実際の計測値から算出するには、次の数２に示すフルマンの関係式によって詳細に表すことができる。
【００１７】
【数２】
0004529185.tif 000003
【００１８】
タングステンカーバイドの平均粒子径が０．２０μｍに満たないと熔着歪みを充分に減少させる効果が少なく、長期の使用については所望の耐久性能を実現できない場合があり好ましくない。一方、タングステンカーバイドの平均粒子径が０．８５μｍを越える場合には、溶接性に問題の発生する場合があるので好ましくない。本発明では、タングステンカーバイドの平均粒子径としては、上述した数２のフルマンの式に従う平均粒子径を０．２０μｍから０．８５μｍの範囲内とすることによって、基体部と刃部とを溶接する際に、溶接直後に溶接部位の割れや破損の生じる比率が少なく、溶接時に発生する歪みについてもその大きさが小さくなるため好ましい。この事実は、本発明者らが行った試験片による溶接確認試験で、数２のフルマンの式で表されるタングステンカーバイドの平均粒子径を所定範囲内に限定すると、刃部の溶接歪などの溶接性が著しくかつ再現性よく改善されることを見いだしたことによるものである。このような観点に加え、本発明のガラス繊維用切断刃は、切断刃の耐用期間、すなわち寿命を長くするためには、該刃部の材質は、上述した数１の関係式に従い、タングステンカーバイド（ＷＣ）の平均粒子径（Ｄ）が、０．３０μｍから０．８０μｍの範囲内とすることが好ましく、さらに好ましくは０．３５μｍから０．５５μｍの範囲内とすることである。
【００１９】
また本発明のガラス繊維用切断刃に係るタングステンカーバイドの平均粒子径の計測方法としては、上述した顕微鏡を活用する計測方法を補足する各種の方法を併用してもよい。例えばＣｏを含有する超硬合金の場合、合金を最大磁化させた時に、その磁化を０にするのに要する反対方向の磁場強度の値は、タングステンカーバイドの粒度が小さくなる程、大きくなる。この性質を使用して基準となる複数の磁場強度値と、その際のタングステンカーバイドの粒度を顕微鏡により計測しておき、予め検量関係を決めておけば、その後の計測については時間を要する顕微鏡による計測方法を要せず、磁場強度値の計測でタングステンカーバイドの平均粒子径の計測を代用することも可能である。このような代用法を採用すれば、より高速な測定が可能となるので、大幅にガラス繊維用切断刃を製造する際の検査作業の効率を向上させることができ好ましい。
【００２０】
また上記の構成を有する本発明のガラス繊維用切断刃は、充分に高い剪断力をガラス繊維に加えて効率的に切断することができるものであれば、どのような外観形態を有するものであってもよい。例えば刃部の形態については、刃部の断面形状が、刃先片側のみに傾斜したテーパー部を有する片刃の形状であってもよく、また両側にテーパー部を有する両刃（諸刃とも呼称する）であってもよい。また刃部の刃先の傾斜したテーパー部の断面の形状が直線形状となるストレイトグラインドやハマグリ状に曲線をもって膨らんだ外観を呈するコンベックスグラインド、またコンベックスグラインドとは逆向きに内側方向に曲面を有して絞られた外観となる内外Ｒ形状（またはホローグラインドとも呼称する）であっても、ガラス繊維切断用として使用することができる。またテーパー部の傾斜角についても所定の切断機能を実現できる傾斜角であれば採用できる。
【００２１】
また刃部と基体部との固定については、刃部及び／または基体部に、これらの接合部に隣接してニッケル含有部位が形成されるものであるならば、充分に高い接合が可能となる方法であればよい。すなわち溶接等の方法が好ましいが、その際の溶接方法や材料、器具等についても適宜選択することができる。例えば溶接については、直接の溶接であっても低融点金属箔等を介しての接合であってもよい。
【００２２】
また本発明のガラス繊維用切断刃は、上述に加えニッケル含有部位が、ニッケル鑞材を用いた刃部と基体部との溶接によりニッケルが拡散することで形成されたニッケル拡散層であれば、溶接によって強固に刃部と基体部とが固定されることになるため、切断刃を長期に亘り使用することができる。
【００２３】
ニッケル含有部位が、ニッケル鑞材を用いた刃部と基体部との溶接によりニッケルが拡散することで形成された拡散層であるとは、刃部と基体部とを溶接する際に刃部と基体部の接合面に、例えば金属ニッケル箔を介在させて加熱することにより、ニッケル箔から刃部と基体部との両方の部材の内、少なくとも１方の材料中へとニッケルを拡散させることで刃部と基体部とが接合された状態となり、接合後の刃部と基体部との界面からそれぞれの部材の少なくとも一方にニッケルの拡散層が形成された状態となっていることを表している。
【００２４】
ここでニッケル箔の厚さや純度については、特に限定することはなく、また形成されたニッケル拡散層についてもその大きさ等については特に限定されるものではない。
【００２５】
また本発明のガラス繊維用切断刃は、上述に加え前記刃部が超硬合金製であり、刃部を支持する基体部が、炭素工具鋼であるならば、刃部を確実に固定し、安定した切断能を維持できるので好ましい。
【００２６】
本発明のガラス繊維用切断刃の刃部は、公知の製造技術を適用することで製造できる超硬合金製であることが好ましい。例えば所定量のコバルトをバインダとして含有するタングステンカーバイドの微粒子を加熱して焼結させて得られるもので、具体的には８８．５質量％、平均粒子径０．４５μｍのタングステンカーバイド粉末と１１．５質量％のコバルト粒子とを均質に配合し、ＨＩＰ（Ｈｏｔ  Ｉｓｏｓｔａｔｉｃｓ  Ｐｒｅｓｓ）により成形することで、所定形状とでき、こうして得られた合金はビッカース硬度が、Ｈｖ１８００以上である。
【００２７】
また刃部を支持する刃の基体部については、焼き入れ焼き戻しの処理工程によって形成されたものであって、適量の炭素（Ｃ）を含有する鋼材であって、熱膨張係数、硬度、弾性定数などの諸性質が適正なものであり、刃部と切断刃を固定して使用できる切断装置の構成部材との間に介在するに適した性能を有する炭素工具鋼であれば使用することができる。そして、特に刃部との接合を重視する場合には、より好ましくは基体部の材質としては、炭素の含有量が質量百分率表示で、０．５質量％から１．６質量％の範囲内となる炭素工具鋼とすることである。
【００２８】
また本発明のガラス繊維切断刃は、上述に加えガラス長繊維をガラスチョップドストランドに切断する工程に供されるものであれば、高い寸法精度と整った切断面を有するガラスチョップドストランドを長時間に亘り切断刃の交換等のメンテナンス作業を行わずに使用し続けることができるので好ましい。
【００２９】
本発明では、ガラスチョップドストランドであれば、そのガラス繊維の直径については限定されることはない。またそのガラス繊維の材質についても、特に限定されることはない。例えば、ガラス繊維の材質として、アルカリ金属元素を実質的に含有しない無アルカリのＥガラス材質、低い誘電率を有するＤガラス材質、耐アルカリ性能を実現することのできるＡＲガラス材質、耐酸性を有するＣガラス材質、高弾性率を実現するＭガラス材質、高強度、高い弾性率を実現するＳガラス材質、あるいはＳガラスと同様の機能を有するＴガラス材質、さらに高い誘電率を有するＨガラス材質といった各種ガラス材質を適宜採用することができ、さらに最適な機能を実現するように設計された上記以外の他のガラス材質であってもよい。
【００３０】
また本発明では、上述のようなガラスチョップドストランドについて、その表面を被覆する集束剤等の処理剤の種類についても限定されることもない。
【００３１】  本発明のガラス繊維切断刃の製造方法は、ニッケル鑞材を用いて刃部と基体部とを０．５ｋｇ／ｍ２〜５０ｋｇ／ｍ２の範囲の圧接応力で圧接接合する工程を有することにより上述の何れかに記載のガラス繊維用切断刃を製造することを特徴とする。 【００３２】  ここで、ニッケル鑞材を用いて刃部と基体部とを０．５ｋｇ／ｍ２〜５０ｋｇ／ｍ２の範囲の圧接応力で圧接接合する工程を有することにより上述の何れかに記載のガラス繊維用切断刃を製造するとは、ガラス繊維を切断する刃部と基体部より構成される切断刃であって、圧接する応力の大きさが０．５ｋｇ／ｍ２〜５０ｋｇ／ｍ２の範囲の圧力で圧接しつつ加熱溶接することで刃部及び／または基体部のニッケル含有部が平均粒子径０．２０〜０．８５μｍのタングステンカーバイド（ＷＣ）粒子を含有する切断刃を製造するものであって、好ましくはニッケル含有部が、刃部と基体部との溶接によりニッケルを拡散させることでニッケル拡散層を形成するものであり、さらに好ましくは前記刃部が超硬合金製で、刃部を支持する基体部が、炭素工具鋼であって、ガラス長繊維から所定寸法を有するガラスチョップドストランドを連続的に切断操作によって製造する際に使用されるに適したガラス繊維用切断刃を製造するということである。 【００３３】
ここで、本発明のガラス繊維切断刃の製造方法において、圧接する応力の大きさは、０．１ｋｇ／ｍ2以上とすることが必要であって、圧接力が弱いとニッケルの拡散が充分に進まないため好ましくない。また圧接する応力の大きさが強すぎると、溶接形状が偏ったものとなったりする問題が生じる危険性があり、そのような観点から圧接する応力の大きさ０．５ｋｇ／ｍ2〜５０ｋｇ／ｍ2の範囲とすることがより好ましい。
【００３４】
ガラス繊維用切断刃の製造手順としては、前記したような手順で、予め刃部と基体部にそれぞれ超硬合金製、炭素工具鋼等の適切な材料部材を準備して形状を整え、接合面が清浄な状態となるようにしておく。次いでその接合面に前記したように、例えばニッケル箔を挟持した状態として、所定の圧力で圧接しながらレーザ照射を行い、ニッケル箔を加熱して刃部と基体部とを溶接するということになる。
【００３５】
本発明のガラス繊維切断装置は、上述の何れかに記載のガラス繊維用切断刃を具備することを特徴とする。
【００３６】
ここで上述の何れかに記載のガラス繊維用切断刃を具備するガラス繊維切断装置とは、前記したように刃部及び／または基体部に、これらの接合部に隣接してニッケル含有部位があり、そのニッケル含有部位に平均粒子径０．２０〜０．８５μｍのタングステンカーバイド（ＷＣ）粒子が含まれるような切断刃を配設した構造のガラス繊維切断装置であることを意味している。
【００３７】
本発明のガラス繊維用切断装置は、使用する切断刃の枚数や配設状態については特に限定するものではない。また切断を効率良く行うために必要に応じて他の工程設備、すなわち複数の附帯設備などを併用することができる。例えば切断のためのガラス繊維を解舒するための装置や撚りを付与または解舒する装置、さらに切断後のガラス繊維を輸送するための装置や、表面処理剤などを塗布する装置、繊維の不用意な切断を監視する装置や、切断速度を調整するための各種の制御装置等がある。
【００３８】
また本発明のガラス繊維切断装置は、上述に加え同軸円筒体表面上にガラス繊維用切断刃の基体部を配してなる構造を有するものであれば、連続的なガラス繊維の切断を効率よく行うことができるので好ましい。
【００３９】
このように同軸円筒面上にガラス繊維用切断刃の基体部を配してなる構造とすることによって、例えば切断刃を同軸円筒面位置で放射状に配設した構造とし、ロール形状のローラ周囲に所定数の切断刃を等間隔に配することができ、連続的に供給されるガラスストランドの所定箇所に適正な剪断力が印加されるように、ガラスストランドを２つの対向するロール間に巻き込むようにして切断し、所定の長さ寸法のガラスチョップドストランドとすることができる。そして具体的には、対向する２つのロールとしては、ゴムロールと切断刃を配したカッターロールという構成とすればよい。カッターロールに圧接するゴムロールの材質やその寸法については、適宜選択することができ、耐熱性や機械的な耐久性について好ましいものを配して構成することができる。カッターロールについても、実用上充分に安定した高い強度を有する構成となるものであれば採用することができる。
【００４０】
また、カッターロールに圧接するゴムロールとしては、その強度が実用に耐えるものとするため、ゴムロール中に必要に応じてガラス繊維、炭素繊維、ガラスフレーク、有機繊維、ガラスビーズ、セラミックス繊維及びセラミックス粒子の群の中から選ばれる少なくとも１以上の補強充填材を含有させることができる。
【００４１】
また本発明のガラス繊維切断装置では、それぞれの切断刃を互いに近距離、例えば３ｍｍ間隔で配置する場合、切断刃同士が接触する等して経時的に摩耗し、破損あるいは破壊することがある。そこで切断刃の両面にゴム（例えば厚み０．２ｍｍ〜０．５ｍｍ）等の緩衝材や金属製スペーサ等、切断刃の補強が可能となるような附帯部品を配設することによって、切断刃が破損し難くなり、切断装置の耐久性を向上させることができる。
【００４２】
また本発明のガラス繊維切断装置は、切断刃を配設した切断機構の下方、あるいは側方に切断された後のガラス繊維を連続的に捕集する機構を有するものであると、切断操作により生成したガラスチョップドストランド等の製品を切断動作の妨げとならないように切断機構の系外へと移動させることができる。このようなものとしては、例えばベルトコンベヤによる連続搬送や気流による搬送ダクト等の採用ができ、設備規模などによって必要とされるものを必要数、適宜採用することができる。
【００４３】
また本発明のガラス繊維切断装置にストランドを供給する供給機構については、ストランドの切断機構が供給機構を兼ねるものであってもよく、またストランドの切断機構とは別にストランドの供給装置を適宜本装置に適切に配設するものであってもよい。
【発明の効果】
【００４４】
（１）本発明のガラス繊維用切断刃は、ガラス繊維を切断する刃部と、該刃部を支持する基体部とを有する繊維切断刃であって、前記刃部及び／または前記基体部は、これらの接合部に隣接してニッケル含有部位が形成されたものであり、該ニッケル含有部に平均粒子径が０．２０〜０．８５μｍのタングステンカーバイド（ＷＣ）粒子を含有し、切断刃の長手方向についての歪みの大きさが、長尺全長長さ（３００ｍｍ）当たり０．０７ｍｍ以下であるため、刃部と基体部との溶接性を向上させることができ、歪みが発生し難く高い強度を有する切断刃とすることができる。
【００４５】
（２）また本発明のガラス繊維用切断刃は、ニッケル含有部位が、ニッケル鑞材を用いた刃部と基体部との溶接により形成されたニッケル拡散層であるならば、刃部と基体部とが強固な接合状態となっているため、長時間の加工作業においても安定した切断性能を実現することができる。
【００４６】
（３）さらに本発明のガラス繊維用切断刃は、前記刃部が超硬合金製であり、刃部を支持する基体部が炭素工具鋼であれば、刃部を確実に基体部に固定することができ、さらに基体部も切断装置などに配設しやすい性能を有するので、切断刃に加わる外的な応力によって刃部に過度な負荷が加わるのを防止でき、切断刃を使用し続ける際の経時的な品位を予測し易いものとすることができる。
【００４７】
（４）また本発明のガラス繊維用切断刃は、ガラス長繊維をガラスチョップドストランドに切断する工程に供されるものであれば、ガラスチョップドストランドの切断工程で発生する切断長の異なる繊維の混入や切断時の異物の混入、さらに切断面の異常等といった不適正な問題が発生するのを抑制することができ、設計寸法、設計品位に従うガラスチョップドストランドを製造することが容易である。
【００４８】  （５）本発明のガラス繊維用切断刃の製造方法は、ニッケル鑞材を用いて刃部と基体部とを０．５ｋｇ／ｍ２〜５０ｋｇ／ｍ２の範囲の圧接応力で圧接接合する工程を有することにより上述の何れかに記載のガラス繊維用切断刃を製造するものであるため、ニッケルを介して高い接合強度を実現することができ、切断時にかかる負荷に長期に亘り耐えることのできる切断刃を容易に構成することができる。 【００４９】
（６）本発明のガラス繊維用切断装置は、上述の何れかに記載のガラス繊維用切断刃を具備するものであるため、不良発生率の低いガラス繊維製品を連続的に生産することが可能となるものであって、切断装置を使用中に発生する切断刃に起因とする装置の不調や切断に関わるトラブルの発生頻度を最小に抑制することができるものである。
【００５０】
（７）本発明のガラス繊維用切断装置は、同軸円筒体表面上にガラス繊維用切断刃の基体部を配してなる構造を有するものであるため、優れた性能を有する各種のガラス長繊維製品を高い効率で生産することができ、ガラス繊維製品の加工費を抑制することが可能となるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５１】
[実施例]以下に本発明の繊維切断刃とその製造方法、及び繊維切断刃を具備するガラス繊維切断装置について、実施例に基づいて具体的に説明する。
【実施例１】
【００５２】
図１（Ａ）及び（Ｂ）に本発明のガラス繊維用切断刃について、その具体例の一つを示す。図１（Ａ）は平面図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）中のＸ−Ｘ断面部についての構造を表している。
【００５３】
図１に示した切断刃１０は、刃部１０ａ及び基体部１０ｂとによって構成されており、両者の固定は加熱による溶接によってなされたものであるため、刃部１０ａと基体部１０ｂとの間には、溶接時に使用したニッケル箔が加熱されて生じたニッケル拡散層１０ｃ、１０ｄがあり、これらのニッケル拡散層１０ｃ、１０ｄはニッケル層１０ｅを介して刃部１０ａと基体部１０ｂとを強固に結合している。切断刃１０の刃部１０ａについて、その各部の寸法は、厚さ寸法が０．４ｍｍ〜０．８ｍｍ、幅寸法が０．５ｍｍ〜１４．５ｍｍであって、その先端形状は諸刃のストレイトグラインドをなすものである。切断刃１０の刃部１０ａの材質については、コバルト（Ｃｏ）が１６質量％、タングステンカーバイド（ＷＣ）が８４質量％のＷＣ−Ｃｏ系の超硬合金製である。
【００５４】
切断刃１０の刃部１０ａの合金の微細構造を１０００倍以上の倍率で観察することのできる顕微鏡等の適切な装置を利用して観察、調査すると、刃部のニッケルが拡散した部分では図２に概念的に表したような構造を有することが確認できる。この図から判明するように、タングステンカーバイド（ＷＣ）は、刃部のニッケルが拡散した部分で微細構造を呈しており、粒子Ｍとなってニッケルの拡散相Ｐの中に分散した状態で分布している。そしてさらに、刃部のニッケルが拡散した部分でのタングステンカーバイド粒子Ｍの平均粒子径を算出するため、５０００倍の電子顕微鏡画像の写真撮影を行って、得られた組織写真から矩形面積内について画像解析ソフトによって二値化処理とタングステンカーバイド粒子Ｍのナンバリング処理を行い、さらに矩形面積内を等分となるように区切った縦の仮想的な線分と横の仮想的な線分とを線引きし、そこから仮想的に形成された矩形全面積内のタングステンカーバイド粒子Ｍの粒子数と仮想線分上のタングステンカーバイド粒子Ｍの粒子数とを計測し、粒子Ｍのナンバリング数が１００００以上となるように計測を繰り返して計測精度を向上させ、上述した数２のフルマンの式によって、算出すると、タングステンカーバイド（ＷＣ）の平均粒径Ｄの値は０．４５μｍから０．５０μｍであって、本発明のガラス繊維用切断刃に用いられる刃部として好適なものであった。
【００５５】
さらに図１のガラス繊維用切断刃１０の刃部１０ａについては、その材質の硬度についてビッカース硬度計を使用することによって１０点の計測を行うと、その値はＨｖ．１６００〜２０００の範囲であることが判明した。
【００５６】
またガラス繊維用切断刃１０の基体部１０ｂは、その厚さ寸法が０．２〜１４ｍｍであって、幅寸法は３ｍｍから２７ｍｍであり、材質については炭素（Ｃ）の含有率が１．０質量％から１．４質量％の範囲内にある炭素工具鋼である。
【００５７】
上述したと同様の操作を基体部におけるニッケルが拡散した部分についても行い、やはり数２のフルマンの式によって、タングステンカーバイド粒子Ｍの平均粒子径を算出すると、その値Ｄは０．５２μｍから０．５９μｍであって、基体部についても本発明のガラス繊維用切断刃に用いられるものとして好適であることが判明した。
【００５８】
次いでこのガラス繊維用切断刃１０の製造方法について以下に順番に説明する。
【００５９】
本発明のガラス繊維用切断刃１０は、まず粒子径が０．３５μｍから０．５５μｍの範囲内にあるタングステンカーバイド（ＷＣ）のうち、適するタングステンカーバイドを８４質量％相当分と、コバルト粉末を１６質量％相当分と計量して偏析などが生じないように均質に混合し、ＨＩＰによって高圧加熱成形することによって、超硬合金よりなる板形状の刃部１０ａの基礎材を形成する。
【００６０】
一方、基体部に関しては、刃部の製造とは別に焼き入れ、焼き戻し処理を繰り返すことによって、炭素（Ｃ）含有量が１．２質量％となるように調整した板形状の炭素工具鋼を切断刃１０の形状に適合するように加工して、切断刃１０の基体部１０ｂを作製する。
【００６１】
次いで刃部１０ａの端面と基体部１０ｂとの端面との清浄な間隙に、厚さ寸法が０．０５ｍｍから０．６ｍｍの範囲内の適切な寸法となるように予め準備した接合用のニッケルよりなる金属材料箔をかませ、基体部材料である炭素工具鋼と刃部である超硬合金とを互いに突き合わせた状態として挟持して０．１ｋｇ／ｍ2以上の圧力で圧接した状態とし、基体部１０ｂの先端近傍にレーザ照射を行う。この照射によって基体部材料である炭素工具鋼が加熱されて高温状態となると、熱伝導によって基体部１０ｂの端面に当接する接合用のニッケルよりなる金属材料箔１０ｄが加熱されて溶融状態となる。さらに溶融状態となったニッケルよりなる金属材料箔１０ｄから熱伝導によって刃部１０ａのタングステンカーバイドを含有するも一体的に加熱されることとなり、刃部１０ａとニッケルよりなる金属材料箔、そして基体部１０ｂとが一体化された状態となり、ニッケル箔から超硬合金側、炭素工具鋼側の両側方向にニッケルが拡散してゆき、ニッケル拡散層１０ｃ、１０ｄが形成されることとなる。
【００６２】
このニッケルの拡散により形成されたニッケル拡散層１０ｃ、１０ｄの線熱膨張係数は、３０〜３００℃の温度範囲において４２×１０-7〜４６×１０-7／Ｋの範囲内であって、刃部１０ａの線熱膨張係数（２５〜２００℃の温度範囲において４５×１０-7／Ｋ）と近似しているため、刃部材と基体部との接合部に残留する熱応力が小さい値となり、接合部に設計外の歪み変形を発生することもなく、刃部１０ａと基体部１０ｂとが強固に接合される。そして刃部１０ａの先端に刃付け加工等を施すことによって鋭利な刃部１０ａを形成し、切断刃１０が得られることになる。
【００６３】
次に、このようにして製造したガラス繊維用切断刃１０の溶接性について調査するため、上述の金属材について溶接試験片を作製して溶接後の溶接部表面を目視観察で評価したところ、溶接箇所の表面部には、割れやクラック等の欠陥については概ね良好であって、良品率は９８．５％となり、従来よりも溶接品位が大幅に改善されたものとなった。
【００６４】
また以上のような一連の工程で製造されたガラス繊維用切断刃１０に発生する溶接時の歪みの大きさに関して、図３に示すように、切断刃１０の長手方向についての歪みの大きさＬの値を計測したところ、従来までは切断刃の歪みの大きさは、長尺全長長さ（３００ｍｍ）当たり０．３０ｍｍになる場合もあったが、本発明のガラス繊維用切断刃１０については、１０検体の計測で、その歪みの大きさであるＬの値の計測値が０．０５ｍｍ以下となっており、歪みの大きさが著しく小さい値にまで改善できた切断刃となっていることが判明した。
【００６５】
次いで、この切断刃１０を使用し、構成されたガラス繊維切断装置について、以下に説明する。
【００６６】
ここでは、本発明のガラス繊維切断装置に関して、その一つの事例として、ガラスストランドを所望の寸法に切断加工してガラスチョップドストランドを得るための切断装置について図４に概念的に示した説明図に従って説明する。この切断装置１００では、予め複数枚作製して準備した本発明のガラス繊維用切断刃１０をカッターロール２０の周囲に等間隔で放射線状に配設したものである。具体的には、ガラス繊維用切断刃１０の基体部１０ｂをカッターロール２０の同軸円筒面上に放射線状に等間隔になるように調整して固定することで、切断刃１０を配設している。またこの装置１０では、回転軸を中心に回転自在のカッターロール２０と、このカッターロール２０の切断刃１０の刃先に、ガラスストランドＧを供糸するためのゴムロール３０とを備えているものである。そしてカッターロール２０とゴムロール３０の回転速度は、それぞれ任意に調整できる構成となっている。
【００６７】
このガラス切断装置１００を使用し、カッターロール２０を周速度４５０ｍ／分の回転速度で動作させることによって、Ｅガラス組成を有する連続したガラスストランドを長さ寸法３ｍｍのガラスチョップドストランドに切断し続けたところ、１００時間経過した後も切断能力に目立った変化はなく、従来の切断刃では困難であった長時間に亘る良好な切断機能が維持されることを確認することができた。
【実施例２】
【００６８】
実施例１と同様の構成でガラス繊維用切断刃１０の刃部１０ａの材質を変更した場合について、以下に示す。
【００６９】
この切断刃１０の刃部１０ａの材質は、コバルト（Ｃｏ）が１０質量％、タングステンカーバード（ＷＣ）が９０質量％よりなる超硬合金である。そして、接合用のニッケルよりなる金属材料箔から拡散して形成されたニッケル拡散部にあるタングステンカーバイドの平均粒子径については、上述したと同様に顕微鏡を使用して写真を撮影し、その画像から数２のフルマンの式に当てはめて算出すると０．６０〜０．８０μｍであり、本発明の要件を満足するガラス繊維用切断刃となっている。
【００７０】
この切断刃１０について、実施例１と同様の手順で実施例１と同じ炭素工具鋼への溶接試験を実施したところ、溶接作業そのものに起因する不良品は発生したものの、その良品率は９５％という高い数値を示す結果となった。また実施例１と同様に刃先の歪み量Ｌの値を計測したところ、１０検体についての長尺方向の全長寸法（３００ｍｍ）当たり、０．０７ｍｍ以下の値となり、実施例１と同様に歪みの小さい状態となっていることを確認することができた。
【００７１】  [比較例]本発明の比較例として、刃部を構成するタングステンカーバイドの平均粒子数が０．１１μｍのもの（比較例１）を使用したもの、そして同様に刃部を構成するタングステンカーバイドの平均粒子径が０．９３μｍのもの（比較例２）を使用したものを、それぞれ他の点については実施例１と同様の製造工程をもって作成した。【００７２】
比較例１及び比較例２について、溶接時の歪み量や溶接性に関して調査を行った。まず、溶接時の歪みの大きさＬ値について比較例１及び比較例２について調査したところ、切断刃の歪みの大きさＬ値は、長尺全長長さ（３００ｍｍ）当たり０．２５ｍｍになるものも認められ、改善が認めがたいものであった。
【００７３】
また比較例１と比較例２とについて、実施例と同様にその溶接性についての評価を行ったところ、比較例１については特に目立った欠点は認められなかったが、比較例２については、溶接箇所に微細なクラック、割れが認められるものがいくつかあり、試験片として作成した２０検体中８検体が使用時に問題の発生する状態であり、良品率は６割であった。
【００７４】
以上のように、本発明のガラス繊維用切断刃は、長時間に亘り安定した切断品位を実現できる極めて小さい溶接歪み値を示すものであって、その切断刃を搭載するガラス繊維切断装置は各種用途に使用されるガラス繊維の切断に最適な性能を有するものであり、優れたガラス繊維製品を製造する際に重要なものであることが明瞭となった。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明のガラス繊維用切断刃の部分断面図、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＸ−Ｘ断面の図を表す。
【図２】本発明のガラス繊維用切断刃について、その刃部の微細組織構造の概念図を表す。
【図３】切断刃の歪み値の計測箇所についての説明図を表す。
【図４】本発明のガラス繊維切断装置についての要部説明図を表す。
【図５】従来のガラス繊維用切断刃の説明図であって、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＹ−Ｙ断面の図を表す。
【符号の説明】
【００７６】
１０    ガラス繊維用切断刃
１、１０ａ    刃部
２、１０ｂ    基体部
１０ｃ、１０ｄ    ニッケル拡散層
１０ｅ    ニッケル層
２０    カッターロール
３０    ゴムロール
１００    切断装置
Ｇ    ガラスストランド
Ｍ    タングステンカーバード（ＷＣ）粒子
Ｐ    ニッケル拡散相
Ｌ    歪み寸法
【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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