(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
積み重ねられた金属薄板に直線状の片刃からなる刃先を押し込んで該金属薄板を断裁する断裁刃であって、台金に設けられた切欠段部に刃金をろう付けしてなる断裁刃において、前記刃金は炭化物の含有量の面積比が２０％以上の粉末ダイス鋼で形成され、刃裏面の表面粗さＲａが０．１２μｍ以下に仕上げられていることを特徴とする断裁刃。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は積み重ねられた金属薄板、特に、アルミニウム、銅、亜鉛などのような柔らかい金属薄板を積み重ねた状態で断裁する断裁刃に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、アルミニウム、銅、亜鉛などのような柔らかい金属薄板を積み重ねた状態で所定のサイズに断裁する場合、平板状の刃物の一方の長辺側縁に、垂直の刃裏面とその刃裏面と所定角度傾斜して交わっているしのぎ面とによって形成される直線状の片刃を備えた断裁刃を用いて、その断裁刃の刃先を金属薄板の断裁位置に垂直に押し込むことによって断裁している。
【０００３】
そして、この従来の断裁刃は、一般構造用圧延鋼や機械構造用炭素鋼などで形成された台金に設けられた切欠段部に高速度工具鋼などの刃金部材を一体にろう付けした構成になっている。しかし、この積み重ねられた金属薄板の断裁においては断裁刃の刃裏面やしのぎ面に断裁された金属が凝着し、特に刃裏面に凝着した凝着物が繰り返し断裁の早い時期に断裁面に傷を生じさせ、断裁不良となってしまうという問題があった。また、この凝着物は断裁刃の刃先の寿命を著しく低下させる原因にもなっていた。
【０００４】
そして、この断裁刃の刃裏面への金属の凝着の進行を押さえて、断裁不良の発生を低減するための従来技術としては次のものが挙げられる。
（イ）特開平２−８３１９７号公報や特開平５−３３７８７８号公報に開示されているように断裁刃の刃裏面に硬質カーボンコーティングなどを施した断裁刃。
（ロ）特開平５−２７７９８４号公報に開示されているように、断裁刃の刃裏面側に所定の角度で大きく傾斜している逃げ面を形成した断裁刃。
（ハ）特開平８−２５７９７９号公報に開示されているように刃裏面にテフロンコーティングなどの低摩擦化コーティング処理を施した断裁刃や酸化処理あるいは浸硫処理などの表面処理を施して刃先の摩擦係数を小さくした断裁刃、または断裁毎に潤滑剤を塗るなどして刃先の摩擦係数を小さくする方法。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記の特開平２−８３１９７号公報や特開平８−２５７９７９号公報に開示されている従来技術のように化学的に安定な物質が凝着作用防止に有効であるとのことから断裁刃の刃裏面に硬質カーボンコーティングなどを施した断裁刃や、被断裁物との摩擦抵抗を小さくすることによって凝着の発生を低減することを目的として断裁刃の刃裏面にテフロンコーティングを施したり、あるいは酸化処理や浸硫処理などの表面処理を施したりした断裁刃は極めて高価な刃物となっていた。
【０００６】
また、断裁刃は積層された金属薄板を押し切りするという過酷な使用条件のもとにさらされるので断裁刃の刃先には連続断裁によって摩耗や刃欠け等の欠陥が発生することは避けられず、研削による刃先の再生加工が必要になる。そして、この刃先の修理は断裁刃のしのぎ面を研削することによって行なわれるのでしのぎ面は繰り返して研削される。そのために断裁刃のしのぎ面には前記したような各種のコーティングや表面処理は施せないのでしのぎ面の刃先側先端付近には連続断裁の早い時期に金属の凝着が起り、刃先の寿命を縮める原因となっていた。その結果、コーティングや表面処理などを施すことによって刃裏面への金属の凝着の進行速度は遅らせることができたとしても、しのぎ面の研削修理は頻繁に行うことが求められていた。
【０００７】
更に、前記の特開平５−３３７８７８号公報に開示されているように大型の断裁刃に硬質カーボンコーティングなどを施す場合にはコーティング処理装置の大きさや技術の点で応用が困難であることよりコーティング可能な長さに分割された複数の部分刃と、この部分刃を長手方向に連ねて保持する保持手段とで構成しなければならなず断裁刃の構成が複雑になり、組み込み作業や刃先調整に工数が掛り全体に高価な刃物になってしまうという欠点も加わってしまう。
【０００８】
また、前記の特開平５−２７７９８４号公報に開示されている従来技術のように刃裏面側に所定の角度で大きく傾斜している逃げ面を形成した断裁刃の場合であっても刃裏面としのぎ面の刃先側先端付近には連続断裁の早い時期に金属の凝着が起こることにかわりはなく、刃先の寿命を縮める原因になっていた。そして、刃物の形状が複雑なために刃先の研削修理のための段取り工数が多くなってしまうという問題があった。
【０００９】
本発明は上述したような従来技術の問題を解決するためになされたものであり刃裏面に特殊なコーティングや表面処理を施さない断裁刃でありながら積層された金属薄板を連続断裁した場合に断裁刃の刃裏面やしのぎ面への金属の凝着の進行が遅く、その結果、刃先の再生加工修理を必要とするまでの断裁回数が延びて作業効率が良くなる断裁刃を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記の技術的課題を解決するために次のような手段を採用したものである。特許を受けようとする発明は、積み重ねられた金属薄板に直線状の片刃からなる刃先を押し込んで該金属薄板を断裁する断裁刃であって、台金に設けられた切欠段部に刃金をろう付けしてなる断裁刃において、前記刃金は炭化物の含有量の面積比が２０％以上の粉末ダイス鋼で形成され、刃裏面の表面粗さＲａが０．１２μｍ以下に仕上げられている断裁刃である。そして、粉末ダイス鋼としては特許公報第２６８４７３６号（特開平２−１７５８４７号）公報に記載されている粉末冷間工具鋼などがその一例として挙げられる。
【００１２】
即ち、本発明者らは、刃金として用いられている工具鋼に含有されている炭化物の面積比と刃金の耐凝着性との関係に着目し、摩擦摩耗試験機を利用してアルミニウムに対する工具鋼の耐凝着性の実験を繰り返す中で、炭化物の含有量の面積比が多い工具鋼の方がアルミニウムに対する耐凝着性が優れていることを見いだし、さらに併せて、断裁刃のように鋭利な刃先を有する刃物の耐刃先欠け性には刃金としての工具鋼に添加されている炭化物はできるだけ微細な方が有利であるとの知見に基づいて本発明に至ったものである。
【００１３】
次に、摩擦摩耗試験機を利用して行ったアルミニウムに対する工具鋼の耐凝着性の実験について説明する。
実験にアルミニウムを選定した理由は、金属の塑性加工を行なった場合に工具表面に素材金属が凝着する現象を伴うが、特にアルミニウムの塑性加工においてこの現象が著しいとの一般の知見からである。
【００１４】
まず、図３は摩擦摩耗試験機の概略を示す構成図である。図３において、ディスクホルダー５はプーリー１２、１３、に掛け渡されたベルト１４を介してＶＳモーター１１により所定の回転数で回転されるようになっている。そして、そのディスクホルダー５の上部にはディスク（試験片Ａ）７が嵌め込まれる取り付け段部が設けられている。ディスクホルダー５の上部にはピンホルダー６が設けられ、そのピンホルダー６の上部に一体的に設けられている空圧シリンダー９の作用によりピンホルダー６は上下移動し、ピンホルダー６にセットされたピン（試験片Ｂ）８の先端面がディスク７の表面に所定の面圧で押し付けられるようになっている。尚、図において符号１５はディスクホルダー５の回転数測定用の近接センサーであり、符号１６は回転数表示器、符号１７はピンホルダー６の荷重や回転力などを測定表示するための計器類である。
【００１５】
次に、ディスク（試験片Ａ）７は図４の（イ）に示す形状であり、厚さＴは５ｍｍで、外径Ｄが５５ｍｍであり、外周の一部には回り止めのための切り欠き２０が設けてある。本実験では表１に示す５種類の工具鋼からなるディスクをそれぞれ所定数準備した。そして、それぞれの化学成分及び焼入れ硬度は表１に示すとおりのものであるが、表中の「炭化物量」の欄に示した数値は本発明者らがそれぞれの鋼種について顕微鏡試験方法によつて炭化物の含有量を判定した判定結果であり、炭化物の含有量を面積比で表わしたものである。
【００１６】
【表１】
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【００１７】
ピン（試験片Ｂ）８は図４の（ロ）に示す形状であり、外径ｄが８ｍｍで、高さｈが１５ｍｍの純アルミニウム（ＪＩＳ１０５０）の丸棒であり、ピンホルダー６にセットしたときにピン８の先端面ｆがディスク７の表面ｕと平行になるようにピン８の先端面ｆを研磨し、その後、４００番のエメリーペーパーで表面状態が均一になるように琢磨してある。また、前記のディスク７の表面ｕは研磨仕上げされており、その面粗（Ｒａ）は０.０６μｍ〜 ０.１８μｍの範囲に仕上げられている。
【００１８】
実験は所定の回転数で回っているディスク７の表面ｕにアルミニウムのピン８の先端面ｆを空圧シリンダー９の作用により所定の圧力で直角方向に押し付けて所定の距離を回転走行させたときの各ディスク７の表面ｕへのアルミニウムの凝着高さを測定することによって各種工具鋼からなるディスクの耐凝着性を比較した。
【００１９】
実験１では早期での凝着状態を比較するためにピン８の押し付け圧力を２０ｋｇ（面圧０.４ｋｇｆ／ｍｍ2）として１２.６ｍ 走行させ、実験２では高面圧での凝着状態を比較するためにピン８の押し付け圧力を５０ｋｇ（面圧１ｋｇｆ／ｍｍ2）として５０ｍ 走行させた。そして、それぞれ表１に示した５種類の工具鋼につき各４枚のディスクについて実験を行い、図５に示すようにディスク７の表面ｕにリング状に凝着したアルミニウムの凝着痕Ｋの８箇所につき表面粗さ計を用いて各々の測定箇所の凝着層の最大高さを求めその８箇所の凝着層の最大高さの平均値をそのディスクの凝着高さとした。
【００２０】
表２は実験１の早期での凝着状態の測定結果を示した表であり、４枚のディスクの凝着高さの平均
値は炭化物の含有量の面積比が３０．８％と最も多い粉末ダイス鋼である鋼種Ｄが最も小さく、０.８μｍであり、次いで、炭化物の含有量が２０．４％と多い粉末ダイス鋼の鋼種Ｅが１.４μｍであることから、炭化物の含有量の面積比が粉末ダイス鋼ほど凝着層高さの平均値が小さくなる傾向が認められた。しかし、炭化物の含有量の面積比の少ない他の鋼種は凝着層高さの平均値が１.７〜２.０μｍと大きく、また、炭化物の含有量の面積比と凝着層高さとの関連は認められなかった。
【００２１】
【表２】
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【００２２】
表３は実験２の高面圧での凝着状態の測定結果を示した表であり、凝着高さの平均値は実験１と同様に炭化物の含有量の面積比が最も多い粉末ダイス鋼である鋼種Ｄが最も小さく、平均で１．６μｍであり、次に炭化物の含有量の面積比が多い粉末ダイス鋼の鋼種Ｅが２.０μｍであることから、この場合も炭化物の含有量の面積比が多い粉末ダイス鋼ほど凝着層高さの平均値が小さくなり、表２と同じ傾向が認められた。しかし、炭化物の含有量の面積比の少ない他の鋼種は凝着層高さの平均値が２．８μｍ〜４．１μｍと大きく、また、炭化物の含有量の面積比と凝着層高さとの関連は認められなかった。
【００２３】
【表３】
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【００２４】
一方、図６ないし図１０に示す写真は、実験２での各鋼種のディスク番号１番を試料として選定し、面分析を行った結果であり、試験終了後のディスク７をアセトンで１５分間超音波洗浄した後、ディスク７の琢磨方向に対して直角にアルミニウムのピン８が走行した部分をＥＤＳ（エネルギー分散型蛍光Ｘ線分析装置）でアルミニウムの面分析を行ったものであり、図６は合金工具鋼の鋼種Ａ（ＳＫＤ１１の改良鋼）、図７は高速度工具鋼の鋼種Ｂ（ＳＫＨ５１）、図８は粉末高速度鋼の鋼種Ｃ、図９は粉末ダイス鋼の鋼種Ｄ、図１０は粉末ダイス鋼の鋼種Ｅの面分析結果を示す写真で、それぞれ白く見えている部分がアルミニウムであり、この面分析の写真からも鋼種Ｄや鋼種Ｅの粉末合金工具鋼が他の鋼種よりアルミニウムの凝着が少ないことが確認できる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図１を参照しながら説明する。図１に示すように、本発明の断裁刃はアルミニウムや銅、亜鉛等のような金属薄板を積み重ねた状態で断裁する断裁装置に用いられ、平板状の台金１に設けられた切欠段部に刃金２をろう付けしてなる断裁刃であって、台金１はＳＳ４００などの一般構造用圧延鋼やＳ５０Ｃなどの機械構造用炭素鋼で形成される構成とする。そして、刃金２は表１の鋼種Ｄなどからなる炭化物の含有量の面積比が２０％以上の粉末ダイス鋼で形成するとともに、台金１にろう付けされるものとする。
【００２６】
また、ろう付けと同時に刃金２に焼入れを施すために刃金２の焼入れ温度まで加熱された中性又は還元性雰囲気炉などの熱処理炉内でろう付けと焼入れを同時に行う。すなわち、断裁刃は機械構造用炭素鋼などで台金１が形成され、台金１の一方の長辺側に設けられた切欠段部に粉末ダイス鋼で形成された刃金２が銅ろうを用いて炉内ろう付けされ、かつ焼入れされる。その後、所定の焼もどし処理や平坦度の修正がなされ、続いて所定の加工工程を経て刃金２の先端に刃裏面２ａとしのぎ面２ｂとが形成され、その刃裏面２ａとしのぎ面２ｂとの交差部が刃先Ｈとなる。尚、図において符号３は積層金属薄板であり、符号４は受け台である。
【００２７】
一方、図２に示すように刃裏面２ａにはテリあるいはテーパまたはその両方を加工することによっておおよそ０.０５゜〜０.０１゜程の微小の逃げ角αが設けられ、その刃裏面２ａの表面粗さＲａは０．１２μｍ以下に仕上げられている。そして、刃金を炭化物の含有量の面積比が２０％以上の粉末ダイス鋼とし、難削材であるにもかかわらず刃裏面２ａの表面粗さＲａを０．１２μｍ以下としたのは、表１の測定結果と表２、表３の実験結果から、炭化物の含有量が２０％以上の粉末ダイス鋼で、刃裏面２ａの表面粗さＲａが０．１２μｍ以下であれば、面粗の大小に影響されずに炭化物の含有量の面積比が多いほど凝着層高さの平均値が小さくなるという良好な結果を得ることができたからである。
【００２８】
次に、長さ１,８００ｍｍ、 高さ１５０ｍｍで厚さが１２ｍｍの大きさで刃先角θが３０゜の断裁刃を準備し、板厚が０.３ｍｍ のＰＳ版（オフセット印刷用の版材）用アルミニウム板を５０枚重ねて連続断裁した結果、刃金２の材質がＳＫＤ１１の改良鋼（鋼種Ａ）で形成された断裁刃の場合には５００カット程度で積層されたアルミニウムの断裁面に傷が出始める程度にまで刃先近傍にアルミニウムが凝着したが、刃金２の材質を粉末ダイス鋼（鋼種Ｄ）で形成した断裁刃では３倍の１,５００カット でもアルミニウムの凝着は微少であり積層されたアルミニウムの断裁面には傷が認められなかった。
【００２９】
なお、刃金２が炭化物の含有量の面積比が２０％以上の粉末ダイス鋼で形成されたことを特徴とする本特許の断裁刃について、前記した従来技術のように刃裏面に硬質カーボンコーティングやその他のコーティングを施した断裁刃の刃裏面よりも耐凝着性に優れていると主張するものではないので、本発明の断裁刃の刃裏面に硬質カーボンコーティングやその他のコーティングを施せば、本発明によるしのぎ面の耐凝着性との相乗効果によりより優れた耐凝着性と耐刃先欠け性を備えた断裁刃を得ることが可能になる。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、断裁刃の刃金を耐凝着性が良く、かつ合金元素の炭化物が微細である粉末ダイス鋼で形成するため、積層された金属薄板を連続断裁した場合に断裁刃の刃裏面やしのぎ面への金属の凝着の進行が遅く、併せて、耐刃先欠け性も優れたものになるので、刃先の再生加工修理を必要とするまでの断裁回数が延びて作業効率の良い断裁刃が得られる。また、本発明の断裁刃の刃裏面に従来技術のように硬質カーボンコーティングなどを施すことによって本発明のしのぎ面における耐凝着効果と相俟て従来技術の断裁刃より更に寿命の長い断裁刃を得ることも可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す斜視図である。
【図２】図１の断裁刃の側面図である。
【図３】摩擦摩耗試験装置の概略図である。
【図４】摩擦摩耗試験に使用する試験片（ディスク及びピン）を示す図である。
【図５】摩擦摩耗試験での金属の凝着状態を示す図である。
【図６】ディスクへのアルミニウムの凝着状態を示す面分析の写真Ａである。
【図７】ディスクへのアルミニウムの凝着状態を示す面分析の写真Ｂである。
【図８】ディスクへのアルミニウムの凝着状態を示す面分析の写真Ｃである。
【図９】ディスクへのアルミニウムの凝着状態を示す面分析の写真Ｄである。
【図１０】ディスクへのアルミニウムの凝着状態を示す面分析の写真Ｅである。
【符号の説明】
１      台金
２      刃金
２ａ    刃裏面
２ｂ    しのぎ面
３      積層金属薄板
４      受け台
５      ディスクホルダー
６      ピンホルダー
７      ディスク
８      ピン
９      空圧シリンダー
１１      ＶＳモーター
１２      プーリー
１３      プーリー
１４      ベルト
１５      近接センサー
１６      回転数表示器
【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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