［研究報告］

低切断荷重はさみの切断荷重の推定＊
飯村崇＊＊、長嶋宏之＊＊＊、井上研司＊＊＊＊、井山俊郎＊＊＊＊＊、本村貢＊＊＊＊＊＊

医療用や理美容用のはさみは一般的なはさみと比べて、切断に対する要求が非常に厳しい。
具体的にはその切断荷重が、他のはさみと比べて非常に小さくなっている。その結果、荷重に影響する因子の推定が難しい。そこで、本報告では、最終目的であるはさみの切断機構の理論化のため、空切り荷重の推定を試みた。空切りとは何も切断せずにはさみを開閉する動作を指す。その結果、形状の測定値を元にいくつかの仮定を盛り込んだ数値計算を行うことで、空切り荷重の推定が可能となった。また、この結果から、空切りの開閉感に影響を及ぼす因子が明らかになった。
キーワード：はさみ、切断荷重

Estimation of Cutting-Load with Low Cutting-Load Scissors
IIMURA Takashi, NAGASHIMA Hiroyuki, INOUE Kenji,
IYAMA Toshirou and MOTOMURA Mitsugu
Cutting Load of Hair-Cutting Scissors and Medical Scissors is lower than other Scissors,and it is difficult to estimate effective factors on cutting-load. Therefore, the method toestimate cutting-load of Low Cutting-Load scissors without cutting (only closing) is
proposed in this paper. This investigation is the first step to form a theory of cutting withscissors. As a result, cutting-load (only closing) was able to estimate by numericalcalculation based on measuring shape of scissors. Effective factors on cutting-load wereclarified by use of this method.
key words: Hair-Cutting Scissors､ Cutting-Load１緒言の推定が難しい。

これまではさみの良否判定や、はさみ設計の簡便化

そこで、本報告では、最終目的であるはさみの切断を目的として、切断荷重を計算から推定する試みがい機構を理論化するための切断荷重推定の第一歩として、くつかなされてきた。代表的なものとしては大阪工業

低切断荷重はさみの何も切断せずにはさみを開閉する奨励館の藤原らの一連の報告や、岐阜県製品技術研究際の荷重（以後、空切り荷重と呼ぶ）の推定を試みた。

所の竹腰らの報告がある。1)2)3)4)5) しかし上述の藤原ら

この空切り荷重は、刃線上の交点及び触点部分での摩の報告においては基本的にはラシャ切はさみ等切断荷擦抵抗とはさみの自重による抵抗の合力となることが重の大きなはさみを対象にしており、竹腰らの報告に過去の研究においても既に明らかにされているが、低おいても金属板や径の大きな棒材を切断するような状切断荷重はさみの場合、切断荷重が微小であるため、況を想定している。ところが医療用や理美容用の切断これに加えてネジ部での摩擦抵抗も考慮する必要があ荷重が低いはさみ（以後、低切断荷重はさみと呼ぶ）る。また、摩擦力は垂直荷重と摩擦係数によって計算では、扱う切断荷重が非常に小さく、刃やワッシャでされるが、この垂直荷重ははさみ全体のたわみ、樹脂起こる摩擦等が大きく影響を及ぼすと考えられること

ワッシャの変形及び刃先端微小部分の変形と、刃のおから、ラシャ切りはさみ等と比べ荷重に影響する因子がみ形状から決定できると考えられる。しかし、この＊都市エリア産学官連携促進事業発展型「MRI 対応医療用はさみの開発」＊＊ 電子機械技術部（現 材料技術部）＊＊＊ 企画デザイン部＊＊＊＊ （株）東光舎＊＊＊＊＊ 岩手大学 工学部 機械工学専攻＊＊＊＊＊＊ 早稲田大学 基幹理工学部 機械科学航空科学 機械科学専攻

岩手県工業技術センター研究報告第１５号（２００８）
開閉荷重 F は、四つの力の合力と考えられ式(1)の様

ネジ
静刃
挟み角に示すことができる。

F × L = f 1 × l1 + f 2 × l 2 + f 3 × l 3 + f 4 × l 4(1)

ここで、f1 は f1’を用いて次のように表すことができる。

刃線

f1 = f1 '×μ1

刃先

触点

f2’、f4’は、f1’に釣り合う力なので、f2、f4 はネジからの距離を用いて (3)・(4)式で表すことができる。

刃元

f 2 = f 2 '×μ1 = f1 '×(l1 l2 ) ×μ1
f 4 = f 4 '×μ2 = f1 '×(1 + l1 l2 ) ×μ2

動刃

図１(2)

はさみ各部の名称(3)(4)

f3 については開き角によって方向が変化するので、(5)式となる。

垂直荷重を、測定したおがみ形状のみから計算で求め

f 3 = f 3 '⋅ cosθ= M ⋅ cosθ(5)

た例は無い。そこで本報告では、測定可能な刃のおが(2)・(3)・(4)・(5)式を(1)式に代入して、(6)式が得

み形状から刃にかかる垂直荷重を計算で推定することられる。

及び、得られた垂直荷重から空切り荷重を推定するこF = f1 '×[l1 ×μ1 + l1 ×μ1 + (1 + l1 l2 )× l4 ×μ2 ]とを目標とした。また、得られた推定方法を用いて、+ M × l3 × cosθ

(6)

それぞれの変形がどのくらいの割合で荷重に作用してこのことから、垂直荷重 f1’を求めることができれば、いるかなども推定したので報告する。

空切り荷重 F を計算により推定することが可能である。
２－２２

交差部分の垂直荷重垂直荷重 f1’を推定する。単純化のため、以下の近空切り開閉荷重の推定

図２に使用する記号を、以下にそれぞれの記号の意

似を導入する。なお、図３はこの近似前後の形状を示した図である。

味を示す。
L：ネジ～力点の距離 / F：開閉荷重 / θ：開き角 /l1：ネジ～刃線上の交点の距離 / f1：刃線上の交点でa)はさみ形状のうち大きな曲線で構成される部分は直線で近似：刃線上の交点での垂直荷重 / μ1：の摩擦抵抗 / f1’b)刃の断面形状は単純な三角形と近似

刃及び触点の摩擦係数 / l2：ネジ～触点の距離 / f2：c)ネジ穴部分での変形はないと考え、穴は無視

触点での摩擦抵抗 / f2’：触点での垂直荷重 / l3：ネd)円形の樹脂ワッシャを、直線で近似

ジ～動刃の重心の距離 / M：動刃の重さ(gf) / g：重e)刃先端の変形は刃の断面を幅Ｂ=1mm の片持ち梁力加速度 / f3：動刃の重さによる抵抗の回転方向成分と近似して考慮/ f3’：動刃の重さによる抵抗 / f4：ネジ部での摩擦はじめに、はさみ全体のたわみについて検討を行う。

：ネジ部での垂直荷重 / l4：ネジの半径（ネ抵抗 / f4’

はさみは、図３に示すように先端からの距離 a により、ジの摩擦力） / μ2：ネジ部の(樹脂との）摩擦係数 /断面形状が変化する一端固定梁と考える。そうした場

y：おがみ量（刃先端の垂直荷重を調整するために刃に合、垂直荷重 f1’によるはさみのたわみ量は、次の(7)付けられている曲がり量） / λ1：垂直荷重 f1’によ式で求められる。

る刃全体のたわみ量 / λ2：垂直荷重 f1’によるネジ

λ1 =部樹脂ワッシャの変形による刃先端の変位量 / λ3：
垂直荷重 f1’による刃の交差部分の微小変形量２－１

空切り開閉荷重

f1 ' x − adxdx
E ∫∫ I z3bhIz = x x12(7)(8)

ここで、bx, hx は x の一次式で、はさみの幅や厚みにｌ2

ｌ1
l3f2m

θ

f1

おがみより傾きと切片が変化する。

f3Lf3’=mgF

図２ 理美容はさみにかかる力と記号低切断荷重はさみの切断荷重の推定より、はじめは小さい面積で軽く当たり、次第に広い範囲で当たるようになる様子を近似することができる。

はさみ(近似前)また、刃の先端は薄く変形しやすいため、刃先端微bx小部の変形も考え合わせる必要がある。これについて
は、図３の矢印で抜き出した部分の様に刃の一部を先はさみ(近似後)B

lx

端が薄い、幅 B の梁と近似して、その変形量λ3 を求めhxb

刃先端の微小変形af1'る。

λ3 =hxf1 'bdbdb∫∫
EB hxb 3(11)これら 3 つの変形量を合わせた値が、はさみのおがみ量と一致する。つまり、垂直荷重 f1’に対するおがみ

図３ 単純化のための近似量ｙは f1’とその他の部分 H(x)の積で、(12)式で表す
次に、図４に示すネジ部ワッシャの変形による刃のことができる。

y =λ1 +λ2 +λ3 = f 1 '×H ( x)長手方向の傾きを検討する。ワッシャの変形量は物質(12)の単純圧縮で求めることができ、刃先端の荷重 f1’で従って、おがみ量ｙがわかっているときの垂直荷重 f1’の変形量をλ2’とすると、ワッシャ変形による刃先端は(13)式となる。の変形量λ2 は(9)式で表すことができる。

yH ( x)(13)(9)
0.00005(10)

はさみがワッシャに対し片当たりするため、ワッシャ0拝み量(ml +lλ2 =λ2 '× 1 2l2l +l 1 1
λ2 ' = f 1 ' 1 2 ∫ dtl 2 E At

f1 ' =

00.020.04

0.06

0.08

0.1

0.12-0.00005-0.0001の変形は、図４の下の図のようにワッシャ全体ではな-0.00015

く片側から部分的に起こり、徐々に全体に広がってい-0.0002

く。この様な当たり方を近似するために、ワッシャの刃先端からの距離(m)断面形状を図５に示すように二次曲線とした。これに図６ おがみ量実測値

おがみ0

刃

固定ネジ
ピックテスタ
固定治具

デジタルフォースゲージ

図７

刃自体のたわみによる垂直荷重測定方法

図８

垂直荷重測定の様子

岩手県工業技術センター研究報告

刃

500

ネジ

ﾜｯｼｬ

第１５号（２００８）450400
垂直荷重(g開350
300
250
200

本体のみの変形による荷重
本体のみの変形による荷重(実測値)

150
100
50
0

閉00.010.02

図４ 開閉時の刃と樹脂ワッシャの変形
図９0.030.040.05
刃先端からの距離(m)0.060.07

刃自体のたわみによる垂直荷重の比較

0.00060.000016
0.00040.000014
計算値
実測値

0.000012

000.0001

0.00020.00030.00040.00050.0006-0.0002

測定点の変位量(

幅(m)0.0002-0.0004

0.00001
0.000008
0.000006
0.000004
0.000002-0.0006
高さ(m)00

図５0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

刃先端からの距離(m)

ワッシャの近似形状
図１２

測定点の変位量（刃先端より 50mm）

このようにして得られた f1’を(6)式に代入することにより、空切り開閉荷重 F を得ることができる。

今回の手法を検証するため、先ず、はさみのおがみ形状を測定した（図６）。測定にはレーザ三次元測定器（三鷹光機 NH-3SP）を使用した。この値を元に、各種の計算値を求め、実測値との比較により検証を行う。
３－１

計算値
実測値0.00002

推定方法の検証
測定点の変位量(３0.000025

0.000015

0.000010.000005

はさみ全体のたわみ
0

図６のおがみ量実測値から、(7)式で求められるはさ00.010.02を求め、実測値と比較を行う。実測値は、先端から 0，0.03

0.040.05

0.060.07

刃先端からの距離(m)

み全体のたわみについて、発生する垂直荷重の計算値
図１３

測定点の変位量（刃先端より 65mm）

10，20，30，40，50mm の 6 点について求めた。測定方法は、測定点にピックテスタを当て、そのごく近傍を似したことが原因であると考えられる。それ以外は、おがみ量が 0 になるまでデジタルフォースゲージ(イおおむねよく一致しており、はさみ全体のたわみによマダ DPS-5)で加重し、その時のデジタルフォースゲー

る垂直荷重は、今回の近似とそれをベースにした計算ジの示す値を読み取る。図９は比較を行った結果であから求めることができることを確認した。

る。刃先端(横軸が 0)で若干のずれがあるが、これは、３－２近似ａ）で示したように、刃の形状を単純に直線で近ワッシャの変形

低切断荷重はさみの切断荷重の推定
ワッシャの変形に関する部分を検証するために、はがみ等に起因する傾きはキャンセルできている。図１

さみを一定の位置まで開閉させたときの、ネジ近傍の２、１３は計算値と測定値の比較を行ったグラフであ高さの変化を計算値と測定値で比較することとした。

る。図１２は先端から 50mm の所で刃が当たり始めるよ（刃を開閉させるのは、図１０の右の図のように、刃うにセッティングした場合、図１３は先端から 65mm同士の接触点をずらして、刃の傾きを変えるためであのところで刃が当たり始めるようにセッティングしたる。ここで、静刃の柄が固定されているので、静場の場合である。いずれも計算値と実測値がよく一致して触点近傍は動刃を動かしても傾きが変化しない。）３－いる。ただし、先ほど同様、先端部分については近似１で、はさみ全体のたわみについて計算で求めることのずれが原因と考えられる、誤差が発生している。

ができることを確認したので、これに、ワッシャの変おがみをキャンセルする要素として今回は、はさみ形量計算値を合わせ、ネジ近傍の高さ変化を求める。

全体のたわみ・ワッシャの変形・刃先端の微小変形の測定にはレーザ三次元測定機（三鷹光機 NH-3SP）を使3 つを考えているが、刃先端の微小変形については、用する。高さの測定に先立ち、固定している静刃の 3

変形量が非常に小さく、測定が困難であるため今回は点（図１０の基準１，２，３）を測定して測定の基準検証を割愛する。

平面を作った。以後の測定は、それを元に高さ方向の３－３測定を行っているので、固定の仕方や刃のねじれ、お閉

動刃開

静刃

基準３

測定点

基準 1図１０基準２

傾き測定の測定点と測定基準点

図１１

傾き測定の様子

空切り荷重の推定

岩手県工業技術センター研究報告第１５号（２００８）

３－１，３－２で、今回用いた近似および計算方法

また図２０は、計算により求めたはさみ全体のたわを個別に確認し、垂直荷重を精度よく求めることが可

み、ワッシャの変形、刃先端微小部の変形の各要素が能であることを確認した。これを用いて、はさみ全体全体の変形に占める割合を示している。ワッシャ変形の垂直荷重を計算により求めたのが図１４，１５，１の割合が全般的に高く、次いで根元の部分では刃先端６である。それぞれ先端から 75mm、65mm、50mm の所で微小部の変形が、先端部分でははさみ全体のたわみが動刃と静刃が接触し始める様にネジの調整を行ってい大きな割合を占めていることがわかる。このことから、る。次に、図１４、１５，１６で得られた値を元に、35荷重を計算式(13)より求めた値を図１７，１８，１９
ただし、図１９では接触が緩い部分での値が、若干ずれており、例えばガタがあるために発生するはさみの傾きにより、余分な摩擦抵抗などが発生しているので30空切り荷重(gに示す。計算値と実測値がおおむねよく一致している。

Approximated Force
Measured Force

252015105はないかと考えられる。

001020開き角(rad)7060

図１７3040空切り荷重(調整値 75mm)

40303025空切り荷重(g垂直荷重(g502010000.010.020.030.040.050.060.07

Calculated Force
Measured Force

20151050.08

刃先端からの距離(m)00

図１４51015

垂直荷重計算値（調整値 75mm）
図１８2025開き角(rad)303540空切り荷重(調整値 65mm)

504540252030空切り荷重(g垂直荷重（g35252015

Approximated Force
Measured Force

1510510050000.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

510150.082025
開き角(rad）

303540

刃先端からの距離(m)

図１９
図１５垂直荷重計算値(調整値 65mm)
90%

3080%
各要素の変形割合3525
垂直荷重(g

空切り荷重(調整値 50mm)

2015
1070%
60%
刃の変形
ワッシャの変形
刃先端微小部の変形

50%
40%
30%
20%
10%

50%

000.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0.08

00.01

刃先端からの距離(m)

図１６

垂直荷重計算値(調整値 50mm)

図２０0.02

0.03
0.04
0.05
刃先端からの距離(m)0.06

各要素が変形に占める割合

0.07

低切断荷重はさみの切断荷重の推定
例えば簡単に開閉感をコントロールするには、ワッシとが可能である。ただし、ゆるめに調整した場合ャの形状や材質の変更が効果的であること、先端を柔などは、さらに刃のガタによる傾きなども影響しらかくするには刃の断面積を小さくするのが効果的でてくることが予想される。

あること、刃元を柔らかくするには刃角度を小さくしまた、空切り荷重が推定可能になったことにより、て刃先端微小部の変形が起こりやすくすると効果的で荷重に影響を及ぼすと考えられる各要素の影響度合いあること等、空切り時のはさみの微小な挙動が予測可が明らかになり、空切り時のはさみの微小な挙動が予能になった。なお、今回の計算においては、ワッシャ想可能になった。今回検討した、垂直荷重に影響を及を断面積が二次関数的に変化する形状に仮定することぼす 3 つの要素のうち、最も影響の大きいのがワッシで、実測値とよく一致した結果が得られているが、こャの変形、次いで刃先でははさみ全体のたわみ、刃元れは、閉じる動作の初期の段階でワッシャとはさみがでは刃先端微小部の変形であった。さらに、ワッシャ片当たりして、閉じて行くに従い次第に接触面積が増形状に盛り込んだ仮定から、空切り時のワッシャの作えていくためと考えられる。これについては今後検討用の仕方などもある程度予想可能となっているが、こを行い、精度を上げていく予定である。

れについては来年度更なる検討が必要である。

４結言

今回の研究から、はさみの空切り荷重を計算により求めることが可能となった。

文献1)藤原：大阪府立工業奨励館報告、40(1966)、79-85
2)藤原：大阪府立工業奨励館報告、43(1967)、48-55

１）はさみの空切り荷重には大きく分けて、刃と触3)竹腰：岐阜県金属試験場業務報告、(1978)、36-38

点の摩擦、動刃の自重及びネジ部の摩擦が作用す

4)竹腰：岐阜県金属試験場業務報告、(1979)、26-88

る。

5)竹腰：岐阜県金属試験場業務報告、(1980)、21-25２）摩擦を左右する最大の要因である刃にかかる垂直荷重は、はさみ全体のたわみ、ワッシャの変形、刃先端の微小変形により発生しており、おがみ形状から計算で求めることができる。
３）１）、２）を元に計算で空切り荷重を推定するこ

6)井上ら：第 55 回塑加連講論、(2004)