JP2002355788A

JP2002355788A - 繊維用切断刃、及びそれを用いた繊維切断装置、並びにガラスチョップドストランド

Info

Publication number: JP2002355788A
Application number: JP2002078258A
Authority: JP
Inventors: Masanori Matsubara; 正典松原; Masakazu Tominaga; 昌和冨永
Original assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Priority date: 2001-03-22
Filing date: 2002-03-20
Publication date: 2002-12-10

Abstract

(57)【要約】【目的】刃部の硬度と基体部の硬度との相互の関係を
均衡させることによって、刃部と基体部を安定して接合
でき、また刃部の摩耗が非常に少なく、しかも耐衝撃性
に優れた繊維用切断刃を提供する。【構成】繊維用切断刃１は、平均粒径が０．５μｍで
９０質量％のタングステンカーバイド（ＷＣ）と、１０
質量％のコバルト（Ｃｏ）とからなり、ビッカース硬度
がＨｖ．１７００である板状の超硬合金により形成され
た刃部１ａと、９８質量％の鉄（Ｆｅ）と０．８質量％
の炭素（Ｃ）を含有し、焼入れ焼戻しを施した、ビッカ
ース硬度がＨｖ．８００である板状の炭素工具鋼により
形成された基体部１ｂとを備えており、刃部１ａのビッ
カース硬度は基体部１ｂのビッカース硬度の約２．１倍
である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、繊維用切断刃に関
し、特に、ガラス繊維を一定の長さに切断するのに適し
た切断刃に関する。

【０００２】

【従来の技術】ガラス繊維の製造は、溶融ガラスを、ブ
ッシング底部に形成された多数のノズルから引き出し
て、連続した細いガラスフィラメントとして紡出し、こ
れを水スプレーで冷却し、さらに、サイジング剤を表面
にコーティングして、数百本乃至数千本集束することに
よりガラスストランドとし、ガラスストランドをワイン
ダーで巻取ってケーキと称される粗糸巻を形成する。巻
取られたガラスストランドは、撚糸工程を経てヤーンと
して、あるいは合糸工程を経てガラスロービングとし
て、それぞれ長繊維のまま使用されるほか、チョップ工
程を経て一定の長さのガラスチョップドストランドとし
てＦＲＴＰやＧＲＣ（ガラス繊維強化セメントの略称）
等に使用されている。

【０００３】上記チョップ工程で、ガラスストランドの
切断に使用される繊維切断装置としては、一般に、図３
（Ａ）に示すような装置が使用されている。この装置
は、複数の切断刃１を等間隔で放射状に取り付けたカッ
ターローラ２と、外周面にゴムを装着したゴムローラ３
とを備えてなり、カッターローラ２とゴムローラ３との
間にガラスストランドＧを送り込むことによって所定の
長さ（例えば１．５〜１２ｍｍ）に切断するようにして
いる。

【０００４】従来、この種のカッターローラ２に取り付
ける切断刃１としては、耐衝撃性に優れているという理
由から、焼入れ焼き戻しを施し、Ｈｖ．８００程度のビ
ッカース硬度を有する炭素工具鋼の先端を研磨して刃付
け加工を施したものが一般に使用されている。しかしな
がら、このような炭素工具鋼からなる切断刃１は、使用
時間の経過とともに刃部が磨耗して切れなくなる。特に
ガラス繊維は、有機繊維等に比べて硬いため、刃部の摩
耗が激しく、切断刃を数時間毎に交換する必要があり、
これが生産効率を低下させる原因となっていた。

【０００５】また、従来から耐磨耗性に優れている金属
として超硬合金が知られており、超硬合金は磨耗しても
研磨すれば再使用が可能といった長所を有するが、耐衝
撃性の点では劣るという欠点がある。このため、超硬合
金で作製した切断刃１をカッターローラ２に取り付けた
切断装置で、カッターローラ２を高速回転させた際に、
切断刃１に過大な衝撃荷重が加わると、折損して飛散す
る虞れがあるため、カッターローラ２の回転を低速にし
なければならず、これが生産効率の向上にとって障害と
なっていた。

【０００６】上記の問題に対処するために、本出願人
は、特開平１１−１２３６９３号において、刃部が超硬
合金から形成され、基体部が焼入れ焼戻しを施した炭素
工具鋼から形成され、刃部と基体部がニッケル合金層を
介して接合されてなる繊維用切断刃を提案している。

【０００７】上記の繊維用切断刃は、図３（Ｂ）に示す
ように、刃部１ａが超硬合金で形成されているため耐磨
耗性に優れ、また、基体部１ｂが焼入れ焼戻しを施した
炭素工具鋼で形成されているため耐衝撃性に優れてお
り、繊維の切断時に基体部１ｂが振動を吸収するため刃
部１ａの折損を抑えることができる。さらに、この繊維
用切断刃１は、刃部１ａと基体部１ｂとがニッケル合金
層１ｃを介して接合されており、このニッケル合金層１
ｃは、ニッケルが炭素工具鋼及び超硬合金に溶け込んだ
ものであり、刃部１ａの材料である超硬合金の熱膨張係
数に近似した熱膨張係数を有しているため、刃部１ａと
基体部１ｂとの接合部の残留応力が小さくなり、接合部
に変形が発生せず高い強度を実現することができるとい
った長所を備えている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような刃部１ａが超硬合金からなり、基体部１ｂが炭素
工具鋼からなる切断刃であっても、刃部１ａの硬度と基
体部１ｂの硬度との相互の関係において均衡を欠く場合
には問題が生じる。

【０００９】例えば、特開平１１−１２３６９３号で
は、ビッカース硬度Ｈｖ１７００の超硬合金からなる刃
部１ａと、ビッカース硬度Ｈｖ５００の炭素工具鋼から
なる基体部１ｂとがニッケル合金層を介して接合されて
なる繊維用切断刃１が例示されているが、この切断刃１
の場合、刃部１ａの硬度が、基体部の硬度に比べて大き
すぎるため、安定して接合（溶接）が出来なくなる。

【００１０】本発明は上記問題に鑑みてなされたもので
あって、その目的とするところは、刃部の硬度と基体部
の硬度との相互の関係を均衡させることによって、刃部
と基体部を安定して接合でき、また刃部の磨耗が少な
く、しかも耐衝撃性に優れた繊維用切断刃を提供するこ
とにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の繊維用切断刃
は、超硬合金からなる刃部と、炭素工具鋼からなる基体
部が接合されてなり、刃部のビッカース硬度が、基体部
のビッカース硬度の２．０〜３．０倍であることを特徴
とする。

【００１２】また本発明の繊維切断装置は、複数の繊維
用切断刃を等間隔で放射状に取り付けたカッターローラ
と、外周面にゴムを装着したゴムローラを備えてなる繊
維切断装置であって、前記繊維用切断刃が、超硬合金か
らなる刃部と、炭素工具鋼からなる基体部が接合されて
なり、刃部のビッカース硬度が、基体部のビッカース硬
度の２．０〜３．０倍であることを特徴とする。

【００１３】さらに本発明のガラスチョップドストラン
ドは、複数の繊維用切断刃を等間隔で放射状に取り付け
たカッターローラと、外周面にゴムを装着したゴムロー
ラを備えてなる繊維切断装置であって、前記繊維用切断
刃が、超硬合金からなる刃部と、炭素工具鋼からなる基
体部が接合されてなり、刃部のビッカース硬度が、基体
部のビッカース硬度の２．０〜３．０倍である繊維切断
装置によって製造されてなることを特徴とする。

【００１４】本発明において、刃部となる超硬合金のビ
ッカース硬度を、基体部となる炭素工具鋼のビッカース
硬度の２．０倍以上に限定した理由は、刃部のビッカー
ス硬度が、基体部のビッカース硬度の２．０倍未満であ
ると、切断刃全体の硬度が小さくなり、安定して繊維を
切断できなくなるからである。つまり基体部が十分な耐
衝撃性を持つためには、それに使用される炭素工具鋼
は、焼き入れ焼き戻しを施すことによってＨｖ６００以
上のビッカース硬度を有していることが必要であるた
め、Ｈｖ．７００〜９００程度のビッカース硬度を有す
る炭素工具鋼が使用される。ところが刃部となる超硬合
金のビッカース硬度が、基体部のビッカース硬度の２倍
未満であると、繊維の切断時に切断刃全体が過度に変形
し（粘り）やすくなり、特にゴムローラが損耗してきた
場合には、繊維に対して刃先が正確に当たらず、誤切断
（ミスカット）が発生し、切断物の長さが不揃いになり
やすい。またビッカース硬度の小さい超硬合金は、粒径
の大きいタングステンカーバイドを焼結させることによ
って作製されるが、これを炭素工具鋼と溶接すると、マ
イクロクラックが発生しやすいという問題もある。さら
に刃部のビッカース硬度が小さくなると、その耐摩耗性
が低下するため、長時間の使用に耐えることができない
という問題もある。

【００１５】一方、刃部となる超硬合金のビッカース硬
度を、基体部となる炭素工具鋼のビッカース硬度の３．
０倍以下に限定した理由は、刃部のビッカース硬度が、
基体部のビッカース硬度の３．０倍超であると、両者の
熱膨張係数差が大きくなり、安定して接合することが困
難となるからである。つまり、上記したように炭素工具
鋼のビッカース硬度は、Ｈｖ．７００〜９００程度が好
適であり、その熱膨張係数は約１００〜１２０×１０^-7
／℃であるが、その３倍超のビッカース硬度を有する超
硬合金は熱膨張係数が非常に小さくなる。そのため、こ
の超硬合金を炭素工具鋼と溶接すると、残留応力が発生
しやすく、良好に接合し難く、仮に接合できたとして
も、使用時に破損しやすくなる。また超硬合金のビッカ
ース硬度を、炭素工具鋼のビッカース硬度の３倍超にし
ようとすると、粒径が非常に小さいタングステンカーバ
イド（ＷＣ）を焼結させて作製する必要があるが、この
ような超硬合金は脆化しやすく、刃の材料としては不向
きである。刃部のビッカース硬度としては、Ｈｖ．１６
００〜２２００、好ましくはＨｖ．１７００〜２０００
が適している。

【００１６】本発明の刃部を形成する超硬合金として
は、金属元素炭化物の粉末と金属の粉末とを配合して焼
結させた極めて硬い合金が使用可能であり、この合金は
耐摩耗性に優れ、また摩耗しても研磨すれば再使用が可
能である。具体的には、ＷＣ−Ｃｏ系、ＷＣ−ＴａＣ−
Ｃｏ系、ＷＣ−ＴｉＣ−Ｃｏ系、ＷＣ−ＴｉＣ−ＴａＣ
−Ｃｏ系の合金が使用でき、これら合金の熱膨張係数
は、２５〜２００℃の温度域において４８〜６２×１０
^-7／℃である。

【００１７】また本発明の基体部を形成する炭素工具鋼
は、炭素を含有する鉄に焼入れ焼戻しを施したものであ
り、耐衝撃性に優れている。具体的には、ＳＫ−５、Ｓ
Ｋ−２等が使用でき、これらの熱膨張係数は、２５〜２
００℃の温度域において１００〜１２０×１０^-7／℃で
ある。

【００１８】本発明では、刃部と基体部をニッケル合金
層又はコバルト合金層を介して接合することが好まし
い。つまり刃部と基体部の間にニッケル又はコバルトを
配置し、これを溶接すると、ニッケルやコバルトが炭素
工具鋼及び超硬合金に溶け込み、一体化する。特にニッ
ケル合金層は、超硬合金の熱膨張係数に近似した熱膨張
係数を有するため、残留応力が発生し難く、また材料費
が安価であり、加工性にも優れているため好適である。

【００１９】本発明の繊維用切断刃の厚さは０．３〜
４．５ｍｍであることが好ましい。切断先の厚さが０．
３ｍｍ未満であると強度が低下し、また、切断刃の厚さ
が４．５ｍｍを超えると繊維の切断長を短くすることが
困難になる。

【００２０】次に、本発明の繊維用切断刃の作製方法を
説明する。

【００２１】まず、刃部として、平均粒径が０．５〜
１．０μｍで８５〜９５質量％のタングステンカーバイ
ド（ＷＣ）粉末と、５〜１５質量％のコバルト（Ｃｏ）
粉末とを配合して焼結させることによって所定の寸法形
状（例えば刃部の接合端から刃先までの長さを３〜７ｍ
ｍにする）に成形した超硬合金と、基体部として、０．
８〜１．３質量％の炭素（Ｃ）を含有する鉄（Ｆｅ）に
焼入れ焼戻しを施すことによって所定の寸法形状（例え
ば基体部の接合端から他端までの長さを１２〜２０ｍｍ
にする）に成形した炭素工具鋼とを準備する。次に、炭
素工具鋼からなる基体部の先端にニッケル箔（厚み０．
２〜０．５ｍｍ）を整合させ、ニッケル箔で整合された
基体部の先端に超硬合金からなる刃部の後端を整合させ
た後、ニッケル箔にレーザを照射して加熱する。これに
より、ニッケルと炭素工具鋼及び超硬合金とが局部的に
加熱されてニッケル合金層を形成し、このニッケル合金
層によって刃部と基体部とが接合される。このニッケル
合金層（熱膨張係数は３０〜３００℃の温度域において
４０〜４７×１０^-7／℃）は、ニッケルが炭素工具鋼及
び超硬合金に溶け込んだものであり、また刃部の材料で
ある超硬合金（熱膨張係数：２５〜２００℃の温度域に
おいて４８〜６２×１０^-7／℃）に近似した熱膨張係数
を有するため、刃部と基体部との接合部に残留する熱応
力が小さく、この接合部に変形を生じることなく刃部と
基体部とが強固に接合される。こうして刃部と基体部と
を接合した後、刃部の先端に刃付け加工を施すことによ
って繊維用切断刃が得られる。尚、基体部と刃部の接合
は、基体部の先端にニッケルを溶射して被覆した後、刃
部の後端を整合させ、レーザを照射することによって行
うことも可能であるが、ニッケル箔を使用する方が、安
定したニッケル合金層が得られるため好ましい。またニ
ッケルに代えてコバルトを被覆し、レーザー照射するこ
とにより刃部と基体部を接合することも可能である。

【００２２】また本発明の繊維切断装置は、刃部の摩耗
が少ないため、ガラス繊維のような硬い繊維の切断に好
適であり、しかもこの装置は、長時間に亘ってミスカッ
トが少なく、これによって製造されるガラスチョップド
ストランドは、一定の長さに揃っている。

【００２３】また本発明の繊維切断装置において、各切
断刃を近距離（例えば３ｍｍ間隔）で配置する場合、切
断刃同士が接触して徐々に摩耗し、破損することがある
が、切断刃の両面にゴム（例えば厚み０．２〜０．５ｍ
ｍ）等の緩衝材や金属製スペーサを取り付けると、切断
刃が破損し難くなるため好ましい。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の繊維用切断刃の実
施例を図面に基づき詳細に説明する。

【００２５】図１は本発明の繊維用切断刃を示す説明図
であって、（Ａ）は正面図を、（Ｂ）は（Ａ）のＹ−Ｙ
線断面図である。

【００２６】繊維切断刃１は、平均粒径が０．５μｍで
９０質量％のタングステンカーバイド（ＷＣ）と、１０
質量％のコバルト（Ｃｏ）とからなり、ビッカース硬度
がＨｖ．１７００である板状の超硬合金（２５〜２００
℃の温度域における熱膨張係数５７×１０^-7／℃）によ
り形成された刃部１ａと、９８質量％の鉄（Ｆｅ）と
０．８質量％の炭素（Ｃ）を含有し、焼入れ焼戻しを施
した、ビッカース硬度がＨｖ．８００である板状の炭素
工具鋼（ＳＫ−５：２０〜２００℃の温度域における熱
膨張係数１１２．５×１０^-7／℃）により形成された基
体部１ｂとを備えており、刃部１ａのビッカース硬度は
基体部１ｂのビッカース硬度の約２．１倍である。刃部
１ａと基体部１ｂとはニッケル合金層１ｃ（３０〜３０
０℃の温度域における熱膨張係数４０〜４７×１０^-7／
℃）を介して接合されている。またこの繊維用切断刃１
の刃部１ａの接合端から刃先までの長さ（刃部の幅）Ｌ
₁は５ｍｍ、基体部１ｂの接合端から他端までの長さ
（基体部の幅）Ｌ₂は１３ｍｍである。

【００２７】上記の繊維用切断刃１は、次のようにして
作製した。

【００２８】まず、図２（Ａ）に示すように、Ｃｏをバ
インダとして含むタングステンカーバイト（ＷＣ）の微
粒を焼成した後、ＨＩＰ（ＨｏｔＩｓｏｓｔａｔｉｃ
ｓＰｒｅｓｓ）処理して、板状の超硬合金からなる刃部
材１ａ’を作製した。また焼入れ焼戻しを施した炭素工
具鋼を作製し、刃部材１ａ’の端面形状に合わせて加工
して基体部１ｂを作製した。

【００２９】次に、図２（Ｂ）に示すように、基体部１
ｂの先端近傍に、厚さ約０．３ｍｍのニッケル箔Ｎを整
合し、ニッケル箔Ｎで整合された基体部１ｂの先端に刃
部材１ａ’の後端を整合させた状態で、ニッケル箔Ｎに
向けてＹＡＧレーザを照射した。このＹＡＧレーザ照射
によりニッケル箔Ｎと基体部１ｂとが加熱され、図２
（Ｃ）に示すように、主にニッケルが炭素工具鋼の成分
である鉄に固溶し、また同時に超硬合金にも溶け込むこ
とによってニッケル合金層１ｃ’が形成される。

【００３０】こうして刃部材１ａ’と基体部１ｂを接合
した後、図２（Ｄ）に示すように、刃部材１ａ’の先端
に刃付け加工を施すことによって、刃部１ａと基体部１
ｂがニッケル合金層１ｃを介して接合された繊維用切断
刃１を形成した。

【００３１】こうして得られた切断刃１の複数枚を、図
３（Ａ）に示すようにカッターローラ２の周囲に等間隔
で放射状に取付けて繊維用切断装置とした。この繊維用
切断装置を用いて、カッターローラ２を周速度５００ｍ
／分で回転させ、ガラスストランドＧを３ｍｍの長さに
切断したところ、約６０時間が経過しても刃部１ａに折
損は認められず、またミスカットも発生せず、長さ３ｍ
ｍのガラスチョップドストランドを不揃いなく製造する
ことができた。その後、切断性能に低下が見られた時点
で、切断性能の回復のために刃部１ａの刃先の研磨を行
い再使用したが、この研磨・再使用を５回以上繰返して
も刃部１ａの研磨代が十分に余裕があり、同時間の反復
使用が可能であった。

【００３２】これに対して、８３質量％のＷＣ（平均粒
径１．３μｍ）と１７質量％のＣｏとからなり、ビッカ
ース硬度がＨｖ１３００である超硬合金により形成され
た刃部１ａ’と、ビッカース硬度がＨｖ．８００である
炭素工具鋼により形成された基体部１ｂとをニッケル合
金層１ｃを介して接合し、刃付け加工を施した切断刃１
を作製した。この切断刃１は、刃部１ａ’のビッカース
硬度が基体部１ｂのビッカース硬度の約１．６倍であ
り、これを複数枚取り付けたカッターローラ２を用いて
上記と同じ条件でガラスストランドＧを切断したとこ
ろ、一部ミスカットが発生した。また約２０時間で刃部
１ａ’の刃先に激しい磨耗が認められ、研磨して再使用
したが、３回の研磨で研磨代が僅かになり、それ以上の
使用は不可となった。

【００３３】また９７質量％のＷＣ（平均粒径０．３μ
ｍ）と３質量％のＣｏとからなり、ビッカース硬度がＨ
ｖ２５００である超硬合金により形成された刃部１ａ’
と、ビッカース硬度がＨｖ．８００である炭素工具鋼に
より形成された基体部１ｂとをニッケル合金層１ｃを介
して接合し、刃付け加工を施した切断刃１を作製した。
この切断刃１は、刃部１ａ’のビッカース硬度が基体部
１ｂのビッカース硬度の約３．１倍であり、これを複数
枚取付けたカッターローラ２を用いて上記と同じ条件で
ガラスストランドＧを切断したところ、約１５時間で切
断刃１の刃部１ａに折損が生じた。

【００３４】尚、本実施例では、ガラス繊維を切断する
例を挙げたが、本発明はこれに限定されるものではな
く、これ以外の各種繊維、例えばアラミド繊維や炭素繊
維等にも適用できることは言うまでもない。また本発明
におけるビッカース硬度は、ＪＩＳＺ２２５１に準じ
て測定したものである。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の繊維用切
断刃は、刃部の硬度と基体部の硬度との相互の関係が均
衡し最適に保持されているので、刃部と基体部を良好に
接合でき、刃部の磨耗が少ないため長時間に亘って使用
することができ、耐衝撃性に優れているためカッターロ
ーラを高速回転させても折損が少なく、生産効率の大幅
な向上を図ることができる。

【００３６】また本発明の繊維切断装置は、切断刃の刃
部の摩耗が少ないため、ガラス繊維のような硬い繊維の
切断に好適であり、しかもこの装置は、長時間に亘って
ミスカットが少なく、これによって製造されるガラスチ
ョップドストランドは、一定の長さに揃っている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の繊維用切断刃を示す説明図であって、
（Ａ）は正面図、（Ｂ）は（Ａ）のＹ−Ｙ線断面図であ
る。

【図２】本発明の繊維用切断刃を作製する工程を示す説
明図である。

【図３】繊維切断装置を示す要部概略説明図である。

【図４】従来の繊維用切断刃を示す概略断面図である。

【符号の説明】

１繊維用切断刃１ａ刃部１ｂ基体部１ｃニッケル合金層２カッターローラ３ゴムローラＧストランドＮニッケル箔

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】超硬合金からなる刃部と、炭素工具鋼か
らなる基体部が接合されてなり、刃部のビッカース硬度
が、基体部のビッカース硬度の２．０〜３．０倍である
ことを特徴とする繊維用切断刃。
【請求項２】刃部と基体部が、ニッケル合金層又はコ
バルト合金層を介して接合されてなることを特徴とする
請求項１記載の繊維用切断刃。
【請求項３】複数の切断刃を等間隔で放射状に取り付
けたカッターローラと、外周面にゴムを装着したゴムロ
ーラを備えてなる繊維切断装置であって、前記切断刃
が、超硬合金からなる刃部と、炭素工具鋼からなる基体
部が接合されてなり、刃部のビッカース硬度が、基体部
のビッカース硬度の２．０〜３．０倍であることを特徴
とする繊維切断装置。
【請求項４】請求項３記載の繊維切断装置によって製
造されてなることを特徴とするガラスチョップドストラ
ンド。