JP4618408B2

JP4618408B2 - ロータリーカッター

Info

Publication number: JP4618408B2
Application number: JP2004162610A
Authority: JP
Inventors: 加藤　　雄一郎; 純三上
Original assignee: Toyo Seikan Kaisha Ltd
Current assignee: Toyo Seikan Kaisha Ltd
Priority date: 2004-05-31
Filing date: 2004-05-31
Publication date: 2011-01-26
Anticipated expiration: 2024-05-31
Also published as: JP2005342812A

Description

本発明は、ロータリーカッター、特に容器にラベルを装着するラベラー用のロータリーカッタ−に関する。

プラスチックボトル等に装着するフィルムラベルをウェブから所定長さに切断供給するラベルカッタ−は、固定刃と回転刃を有するロータリーカッタ−が採用されているが、安定したラベルカットを行なうためには回転刃と固定刃とのクリアランスが０μｍ〜５μｍにセットされていることが必要とされていた。しかし、使用場所の温度変化やクリアランス調整時と使用時のカッタ−温度が異なると、刃自体及び刃を保持しているカッタ−本体の熱膨張によりクリアランスが規定値から外れてしまい切断性や耐久性が低下する問題があった。即ち、カッタ−本体温度が上昇するとクリアランスが広がり、切断不良やラベル詰り不良が発生し、カッタ−本体温度が低下するとクリアランスが狭まりカッタ−の両刃先同士が当り刃の損傷が発生し耐久性と切断性を低下させるという問題点があった。そのため、従来カッター刃の刃先を３ヶ月に１回程度再研磨する必要があったが、刃先の再研磨は熟練を要し、専門の研ぎ業者に依頼しているのが実情であり、メンテナンスコストを増大させている。

一方、従来、ロータリーカッタ−での温度膨張によるクリアランスの変化を調節する手段として、例えば、カッタ−とカッタ−ブラケットとの間にバネ部材を設けて、カッタ−の熱膨張をバネ部材で吸収するようにしたもの（例えば、特許文献１参照）、あるいはカッティングロールとアンビルロールの内部に冷媒を流通させることにより、刃を冷却して熱膨張を抑えるようにしたもの（例えば、特許文献２参照）等が提案されている。
特開平８−３０９７４５号公報特開２００１−３８６７５号公報

上記のように、ロータリーカッターにおける熱膨張による固定刃と回転刃間のクリアランスの変化に対応する手段として種々提供されているが、冷媒を流通させるものは冷媒の漏洩防止を施した循環経路等構造が複雑にならざるを得ず、またバネによる熱膨張の吸収はカッタ−間の微小クリアランスを正確に調節することは困難であり、且つ高速での繰り返し使用はバネのへたり等が生じ易く長期間の安定使用性にかける問題点がある。また、従来のラベルカッタ−としてのロータリーカッターは、固定刃を押しネジで変位させてクリアランスを調節する機構が設けられているが、ミクロン単位での微調整が難しく熟練を必要とするため、現場では殆ど整備調節ができないのが実情である。

そこで、本発明は、ロータリーカッタ−における温度変化による固定刃と回転刃のクリアランスの変化を、複雑な機構を採用せず、かつ特別な調節手段や調節のための熟練を要せずして、自動的に温度変化による熱膨張変化を吸収して、クリアランスを常に一定範囲に保ち、良好なラベル切断ができ、かつ刃先の研磨等の保守期間を長くすることができ、メンテナンスコストを低下させることができるロータリーカッタ−を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明のロータリーカッターは、回転刃と固定刃を有し、前記回転刃は、回転刃取付軸に形成した取付凹部に台座を介してボルトにより固定され、且つ前記回転刃取付軸は、その両端部をサイドフレームに設けられた軸受に回転自在に軸受され、前記固定刃は、固定刃取付台座に前記回転刃の刃先と所定のクリアランスを保つようにクリアランス調整機構を介して前記サイドフレーム間に取り付けられてなるロータリーカッターであって、前記回転刃及び前記固定刃を保持するサイドフレームの材質を前記回転刃と前記固定刃の材質と同程度の熱膨張率を有する鋼材で形成し、温度変化による回転刃と固定刃間のクリアランスの変化量を抑制したことを特徴とするものである。
前記サイドフレームの材質と固定刃及び回転刃の母材の材質は、日本工業規格で規定する炭素工具鋼鋼材、高速度工具鋼鋼材又は合金工具鋼鋼材から選ばれる鋼材であるのが望ましい。また、前記回転刃及び固定刃は、刃先が超硬合金刃先チップで形成され、該超硬合金刃先チップの幅を４〜１０ｍｍの範囲内の小さいサイズに形成することによって、超鋼合金による母材の熱膨張量への影響を少なくし、サイドフレームと回転刃及び固定刃の熱膨張量を同レベルに近づけることができて望ましい。

本発明によれば、回転刃及び固定刃を保持するサイドフレームの材質を前記回転刃及び固定刃の材質とほぼ同程度の熱膨張率を有する鋼材で形成したので、前記回転刃と前固定刃及びサイドフレームとの熱膨張量が同レベルとなり、温度変化による回転刃と固定刃間のクリアランスの変化量を少なくすることができ、刃の損耗を防止でき、且つ最適なクリアランスを保つことができ、良好にフィルムラベルを切断することができる。また、回転刃及び固定刃の超合金刃先チップの幅を従来の刃先チップよりも短い４〜１０ｍｍ、望ましくは４〜７ｍｍに構成することによって、超合金刃先チップによる母材の熱膨張量への影響を少なくし、サイドフレームと回転刃及び固定刃の熱膨張量を同レベルに近づけることができて望ましい。

以下、本発明を図１〜図３に示す実施形態により詳細に説明する。
図面は本発明の実施形態に係るロータリーカッターを示し、図１はその要部平面図であり、図２は図１のＡ−Ａ矢視拡大図である。但し、図２においては、回転刃の回転角を図１に示す状態から４５°回転させた状態で示している。図３は実施例と比較例の回転刃と固定刃における刃先チップの寸法を示す要部断面拡大図であり、破線は比較例における刃先チップを示す。

図中、１は回転刃であり、回転刃取付軸２に形成した取付凹部８に台座３を介して適宜のボルト４により固定されている。回転刃取付軸２は、その両端部をサイドフレーム５、５に設けられた軸受６、６に回転自在に軸受され、軸端部に設けられたクラッチ機構７を介して図示しない回転駆動源に連結され、回転駆動される。１０は固定刃であり、固定刃取付台座１５に前記回転刃の刃先と所定のクリアランスを保つようにクリアランス調整機構を介して、両側のフレーム５間に取付けられている。

クリアランス調整機構は、図２に明示するように、楔押し込み機構により構成されている。即ち、固定刃１０の頂面１０ｃをテーパ―状に形成し、該頂面１０ｃに対して接触面がテーパー状となっている固定刃調整ブロック１１を楔状に変位可能に設け、該固定刃調整ブロック１１をカッターフレーム９に設けられた調整ボルト１２によって変位させることによって、楔による押し込み作用により、固定刃１０を回転刃側に移動させて回転刃１とのクリアランスを調節できるようになっている。固定刃１０は、カッターフレーム９に設けられた調整ボルト１３によって変位可能に設けられた固定刃押え板１４によって、固定刃取付台座１５に対して押圧して保持されている。

従って、固定刃１０が所定の押下げ力で変位可能に調整ボルト１３による押圧力を調整した状態で、調整ボルト１２により固定刃調整ブロック１１を変位させることにより、固定刃１０を回転刃１側に微小変位させて両刃間のクリアランスを調整することができる。調整後、調整ボルト１３を緊締することによって、固定刃１０をその位置に固定することができる。このように構成することによって、クリアランスを５μｍ程度まで熟練を要することなく容易に調節可能である。また、固定刃１０を上記のように固定刃取付台座１５と固定刃押え板１４とで両側から固定刃の全長に亘って挟圧保持するので、固定刃の剛性が向上し、固定刃の刃先面の波打ち現象が低減するという効果もある。

そして、本発明は、上記の手動によるクリアランス調整機構に加えて、温度変化による固定刃と回転刃のクリアランスの変化に対して、次のような対策を施すことによって、温度変化による固定刃と回転刃のクリアランスの変化量を低減させた。
従来のロータリーカッターの固定刃及び回転刃は一般にＳＫＨ系高速度工具鋼鋼材で形成され、サイドフレームはＳ４５Ｃ鋼材等で形成されている。温度変化によるクリアランス変化は、固定刃及び回転刃とそれを支持するサイドフレームの上記材質による熱膨張率の相違によることが大きな要因となっている。そこで、本発明ではサイドフレームと刃の熱膨張変化量を同レベルにするために、サイドフレームの材質を固定刃と回転刃の母材と同程度の熱膨張率を有する材質に変更した。本発明のサイドフレーム及び固定刃１０と回転刃１の母材部分１ａ、１０ａを、ＳＫＨ系の高速度工具鋼材と同程度の強度及び熱膨張率を有するＪＩＳ規格で規定する炭素工具鋼鋼材、高速度工具鋼鋼材、合金工具鋼鋼材の何れかを採用した。

しかしながら、固定刃及び回転刃は、前述のように母材部分１ａ、１０ａがＳＫＨ系の高速度工具鋼材で形成されているが、刃先チップ１ｂ、１０ｂは超硬合金で形成されている。超硬合金の熱膨張率はＳＫＨ系の高速度工具鋼材の半分程度であるから、刃先に超硬合金チップを取付た場合には、刃全体の熱膨張量は取付けない場合よりも減少する。そのため、サイドフレームと刃の母材を熱膨張率がほぼ同一の材料を使用しても、サイドフレームと刃の熱膨張量が同レベルとならず、クリアランスが変化してしまう。この問題を解決するために、種々研究した結果、刃先チップの幅を従来よりも短く形成することによって解決が可能なことを見出した。

従来のロータリーカッターの場合、前記したように刃先の損傷が発生するため、３ヶ月に１回程度の頻度で再研磨を行なう必要がある。そのため、刃の頻繁な交換を避けるため刃先チップは通常回転刃が１３ｍｍ、固定刃が１４ｍｍ程度の刃幅を有し、数回の再研磨が可能なようになっている。しかしながら、本発明が目的とするように刃の損傷の発生を抑えることができれば、刃先の再研磨頻度も従来よりも長くすることができるので、超合金チップの幅を従来よりも短くすることが可能である。超合金チップを最少サイズにすることによって、超合金チップが母材に与える熱膨張率差の影響も少なくなり、熱膨張率差によるクリアランス変化量を少なくすることが出来る。本発明は、以上のような知見に基き、超合金チップの幅を４〜１０ｍｍ、望ましくは従来よりも半分以下程度の４〜７ｍｍの範囲に形成することによって、温度変化によるクリアランス変化量を少なくすることができた。超合金チップと母材との熱膨張率差の影響を超合金チップの幅をなるべく小さくするのが望ましいが、４ｍｍ以下であると母材への固定や再研磨が難しく、且つ許容再研磨回数が少なくなり、１０ｍｍ以上であると回転刃及び固定刃とサイドフレームの熱膨張量の差が大きくなるので、上記範囲が望ましく、より望ましくは４〜７ｍｍの範囲に形成することである。

固定刃及び回転刃の材質、サイドフレームの材質を以下のものを選択して、温度変化によるクリアランス量の変化を測定した。
実施例：
固定刃及び回転刃の材質：ＳＫＨ５５（母材部分）＋超硬合金（刃先チップ部）
固定刃の刃先チップの幅：５ｍｍ
回転刃の刃先チップの幅：５ｍｍ
サイドフレームの材質：ＳＫＨ５５

また、比較例として従来のものにおける同温度条件でのクリアランス変化量を測定した。
比較例（従来例）
固定刃及び回転刃の材質：ＳＫＨ５５（母材部分）＋超硬合金（刃先チップ部）
固定刃の刃先チップの幅：１４ｍｍ
回転刃の刃先チップの幅：１３ｍｍ
サイドフレームの材質：Ｓ４５Ｃ
なお、上記各材質の熱膨張係数α（×１０^−６／℃）は次の通りである。
超硬合金＝５．５、ＳＫＨ５５＝１１．５、Ｓ４５Ｃ＝１１．７

以上のような実施例及び比較例において、常温２０℃を基準に回転刃と固定刃とのクリアランスをそれぞれ１０μｍを目標値として設定し、設定後に雰囲気温度を５℃まで低下させ、その後再び２０℃に戻し、そこから３７℃に昇温させた場合における各温度でのクリアランスを実測し、設定値（設定後の実測値）との変化量Δｓを求めた。その結果を表１に示す。

表１から明らかなように、実施例の場合は、雰囲気温度２０℃から低温度の５℃になってもクリアランスは略１μｍ程度の変化しかなく、逆に３７℃に上昇するとほぼ設定値に近づき、温度変化によるクリアランス量の変化は殆ど影響がないことが確認された。これに対し、比較例の場合は、５℃では略６μｍ近くクリアランスが狭くなり、３７℃の高温度雰囲気となる約９μｍ近くまでクリアランスが広がっており、温度変化によるクリアランス量の変化が大きいことが実測された。以上の結果から、本発明が温度変化によるクリアランス量の変化を低減させるのに極めて有効であることが確認された。そして、本実施例の場合は、回転刃と固定刃とのクリアランスは予め設定した設定値が温度変化によって殆ど変化しないので、刃先チップ同士が当って損傷することは殆どなく、刃先チップの再研磨頻度は１年以上であることが予測され、従来のものと比べてメンテナンス性が著しく向上した。

本発明は、カッター刃のクリアランスが熱膨張に影響されないラベラー用ロータリーカッターであり、カッター刃の熱膨張による切断不良を有効に防止でき、且つカッター刃の損傷を防止できてメンテナンス性を向上させることができ、産業上の利用可能性が高い。

本発明の実施形態に係るロータリーカッターの要部平面図である。図１のＡ−Ａ矢視拡大図である。但し、回転刃の回転角を図１に示す状態から４５°回転させた状態で示している。実施例と比較例の回転刃と固定刃における刃先チップの寸法を示す要部断面拡大図であり、破線は比較例におる刃先チップを示す。

符号の説明

１回転刃
２回転刃取付軸
３台座
５サイドフレーム
７クラッチ機構
８取付凹部
９カッターフレーム
１０固定刃
１１固定刃調整ブロック
１２、１３調整ボルト
１４固定刃押え板
１５固定刃取付台座

Claims

回転刃と固定刃を有し、前記回転刃は、回転刃取付軸に形成した取付凹部に台座を介してボルトにより固定され、且つ前記回転刃取付軸は、その両端部をサイドフレームに設けられた軸受に回転自在に軸受され、前記固定刃は、固定刃取付台座に前記回転刃の刃先と所定のクリアランスを保つようにクリアランス調整機構を介して前記サイドフレーム間に取り付けられてなるロータリーカッターであって、前記回転刃及び前記固定刃を保持するサイドフレームの材質を前記回転刃と前記固定刃の材質と同程度の熱膨張率を有する鋼材で形成し、温度変化による回転刃と固定刃間のクリアランスの変化量を抑制したことを特徴とするロータリーカッター。
前記サイドフレームの材質が、日本工業規格で規定する炭素工具鋼鋼材、高速度工具鋼鋼材又は合金工具鋼鋼材から選ばれる鋼材である請求項１に記載のロータリーカッター。
前記回転刃及び固定刃が、刃先が超硬合金刃先チップで形成され、該超硬合金刃先チップの幅が、４〜１０ｍｍの範囲内に形成されている請求項１又は２に記載のロータリーカッター。