JP2023092010A - Cutting blade, glass fiber cutting device, glass fiber manufacturing method, and cutting blade manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ガラス繊維を所定長さに切断する技術に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a technique for cutting glass fibers into a predetermined length.
ガラス繊維の切断装置は、複数の切断刃を備えた切断ロールと、これに対向させたゴム製のコンタクトロールとを備える。切断ロールとコンタクトロールの間に長尺なガラス繊維を連続的に供給することで、切断されたガラス繊維(チョップドストランド)が製造される。切断されたガラス繊維は、強化材などとして、自動車、電気・電子機器、住宅設備機器などの幅広い分野で使用される。 A glass fiber cutting device includes a cutting roll having a plurality of cutting blades and a contact roll made of rubber opposed thereto. Cutting glass fibers (chopped strands) are manufactured by continuously supplying long glass fibers between a cutting roll and a contact roll. Cut glass fibers are used as reinforcing materials in a wide range of fields such as automobiles, electric/electronic equipment, and housing equipment.
例えば特許文献1には、上記の切断刃として、超硬合金からなる刃部と、炭素工具鋼からなる基体部と、刃部と基体部とを接合する接合部(合金層)とを備えたものが開示されている。接合部は、ニッケル合金又はコバルト合金からなる。
For example, in
このような切断刃は、刃部が超硬合金で形成されているため耐摩耗性に優れ、基体部が炭素工具鋼で形成されているため耐衝撃性に優れる。また、ニッケル又はコバルトが炭素工具鋼及び超硬合金に溶け込んで一体化されているため、刃部及び基体部の接合強度も高くなる。これにより、切断刃の長期使用が可能となると共に、切断刃に過大な衝撃荷重が加わっても折損しにくくなるという利点がある。 Such a cutting blade is excellent in wear resistance because the cutting edge is made of cemented carbide, and is excellent in impact resistance because the base is made of carbon tool steel. In addition, since nickel or cobalt is dissolved in the carbon tool steel and the cemented carbide, the bonding strength between the blade and the base is increased. As a result, there is an advantage that the cutting blade can be used for a long period of time and is less likely to break even if an excessive impact load is applied to the cutting blade.
この種の切断刃は、刃部と基体部との間にニッケル又はコバルトからなる接合材を配置した状態で、接合材をレーザの照射により加熱し、刃部と基体部とを接合することにより製造される。 In this type of cutting blade, a bonding material made of nickel or cobalt is placed between the blade portion and the base portion, and the bonding material is heated by laser irradiation to bond the blade portion and the base portion. manufactured.
しかしながら、使用するレーザの種類(例えばCO2レーザなど)によっては、刃部及び基体部の接合部に与えられる熱量が過剰となり、その結果、このような切断刃を長時間使用すると、接合部にクラックが生じるという問題がある。このようなクラックは、切断刃の折損の原因となり得る。 However, depending on the type of laser used (e.g., CO2 laser), the amount of heat applied to the joint between the blade and the base may be excessive, and as a result, long-term use of such cutting blades may cause the joint to lose heat. There is a problem that cracks occur. Such cracks can cause breakage of the cutting blade.
本発明は、切断刃の接合部にクラックが生じるのを確実に抑制することを課題とする。 An object of the present invention is to reliably suppress the occurrence of cracks in the joints of cutting blades.
(1) 上記の課題を解決するために創案された本発明は、超硬合金を含む刃部と、炭素工具鋼を含む基体部と、刃部及び基体部を接合し、ニッケル又はコバルトを含む接合部とを備える切断刃であって、接合部は、デンドライト層を有し、切断刃の長手方向に対する接合部の任意の直交断面において、円相当径50μm以上のボイドが、1mm2当たり2個以下であることを特徴とする。ここで、「接合部の直交断面」は、接合部及び刃部の界面部と、接合部及び基体部の界面部とを含むものとする。「円相当径」とは、ボイドの面積に等しい面積を有する円の直径を意味する。「任意の直交断面」とは、切断刃の長手方向に対してランダムに選択された1か所の直交断面を意味する。
(1) The present invention, which has been devised to solve the above problems, provides a blade portion containing cemented carbide, a base portion containing carbon tool steel, a blade portion and the base portion joined together, and containing nickel or cobalt. and a joint portion, wherein the joint portion has a dendrite layer, and in any cross section of the joint portion perpendicular to the longitudinal direction of the cutting blade, there are 2 voids with an equivalent circle diameter of 50 μm or more per 1
このようにすれば、デンドライト層によるアンカー効果により、刃部及び基体部の接合強度が上がる。また、接合部に含まれる大きなボイド(空洞欠陥)の個数も少ない。したがって、ボイドを起点として接合部にクラックが生じるのを確実に抑制できる。 By doing so, the bonding strength between the blade portion and the base portion is increased due to the anchoring effect of the dendrite layer. Also, the number of large voids (cavity defects) included in the joint is small. Therefore, it is possible to reliably prevent cracks from occurring in the joint starting from voids.
(2) 上記の(1)の構成において、デンドライト層が、切断刃の厚み方向の全域にわたって形成されることが好ましい。 (2) In the configuration of (1) above, it is preferable that the dendrite layer is formed over the entire thickness direction of the cutting blade.
このようにすれば、刃部及び基体部の接合強度がより向上する。 By doing so, the bonding strength between the blade portion and the base portion is further improved.
(3) 上記の(1)又は(2)の構成において、接合部の直交断面において、デンドライト層に含まれるボイドが、10個以下であることが好ましい。 (3) In the configuration of (1) or (2) above, it is preferable that the number of voids contained in the dendrite layer is 10 or less in the orthogonal cross section of the joint.
このようにすれば、デンドライト層による接合強度の向上をより確実に図ることができる。 By doing so, it is possible to more reliably improve the bonding strength of the dendrite layer.
(4) 上記の(1)~(3)のいずれかの構成において、接合部の直交断面において、円相当径20μm以上のボイドが、1mm2当たり4個以下であることが好ましい。 (4) In any one of the above configurations (1) to (3), it is preferable that voids having an equivalent circle diameter of 20 μm or more are 4 or less per 1 mm 2 in the orthogonal cross section of the joint.
このようにすれば、接合部に含まれる小さいボイドの個数も少なくなるため、ボイドを起点とするクラックがより生じにくくなる。 By doing so, the number of small voids included in the joint portion is also reduced, so cracks originating from the voids are less likely to occur.
(5) 上記の(1)~(4)のいずれかの構成において、接合部の直交断面における接合部と刃部との界面部において、円相当径10μm以上のボイドの個数が、0.1mm2当たり3個以下であることが好ましい。 (5) In any one of the above configurations (1) to (4), the number of voids with an equivalent circle diameter of 10 μm or more is 0.1 mm at the interface between the joint and the blade in the orthogonal cross section of the joint. It is preferable that it is 3 or less per 2 .
一般的に、接合部及び刃部の界面部においてクラックが特に生じやすいが、上記のような構成とすれば、接合部及び刃部の界面部における非常に小さいボイドの個数も少なくなるため、接合部及び刃部の界面部におけるクラックも生じにくくなる。 In general, cracks are particularly likely to occur at the interface between the joint and the blade. Cracks are less likely to occur at the interface between the edge and the blade.
(6) 上記の(1)~(5)のいずれかの構成において、切断刃の長手方向の一端部における接合部の直交断面に含まれる円相当径50μm以上のボイドの個数が、切断刃の長手方向の他端部における接合部の直交断面に含まれる円相当径50μm以上のボイドの個数よりも多く、切断刃の長手方向の一端部における接合部に含まれるデンドライト層の層厚が、切断刃の長手方向の他端部における接合部に含まれるデンドライト層の層厚よりも大きくてもよい。 (6) In any one of the above configurations (1) to (5), the number of voids with an equivalent circle diameter of 50 μm or more included in the orthogonal cross section of the joint at one end in the longitudinal direction of the cutting blade is the number of voids in the cutting blade. The thickness of the dendrite layer contained in the joint at one end in the longitudinal direction of the cutting blade is greater than the number of voids with an equivalent circle diameter of 50 μm or more contained in the orthogonal cross section of the joint at the other end in the longitudinal direction. It may be greater than the layer thickness of the dendrite layer included in the joint at the other longitudinal end of the blade.
例えば後述する(10)の構成のように、接合工程で、接合材の一端部におけるファイバーレーザの走査速度を、接合材の他端部におけるファイバーレーザの走査速度よりも遅くすると、接合材の一端部に供給される熱量が相対的に大きくなる。そのため、製造された切断刃において、接合部の一端部の直交断面に含まれる円相当径50μm以上のボイドの個数が、接合部の他端部の直交断面に含まれる円相当径50μm以上のボイドの個数よりも多くなる場合がある。この場合、接合部の一端部において、接合部の他端部よりもボイドを起点とするクラックが生じやすくなることが懸念される。しかしながら、上記の構成では、接合部の一端部に含まれるデンドライト層の層厚が、接合部の他端部に含まれるデンドライト層の層厚よりも大きくなるため、接合部の一端部における接合強度が相対的に高くなる。したがって、接合部にクラックが生じにくい状態が維持される。 For example, as in the configuration (10) described later, in the joining step, if the scanning speed of the fiber laser at one end of the bonding material is slower than the scanning speed of the fiber laser at the other end of the bonding material, one end of the bonding material The amount of heat supplied to the part becomes relatively large. Therefore, in the manufactured cutting blade, the number of voids with an equivalent circle diameter of 50 μm or more included in the orthogonal cross section of one end of the joint is less than the number of voids with an equivalent circle diameter of 50 μm or more included in the orthogonal cross section of the other end of the joint. may be greater than the number of In this case, there is concern that cracks originating from voids are more likely to occur at one end of the joint than at the other end of the joint. However, in the above configuration, since the thickness of the dendrite layer included in one end of the joint is greater than the thickness of the dendrite layer included in the other end of the joint, the joint strength at the one end of the joint is reduced. is relatively high. Therefore, a state in which cracks are less likely to occur in the joint is maintained.
(7) 上記の課題を解決するために創案された本発明は、ガラス繊維の切断装置であって、上記の(1)~(6)のいずれかの構成を有する切断刃を備え、切断刃によりガラス繊維を所定長さに切断することを特徴とする。 (7) The present invention, invented to solve the above problems, is a glass fiber cutting device comprising a cutting blade having any one of the above configurations (1) to (6), The glass fiber is cut to a predetermined length by
このようにすれば、チョップドストランドを安定して製造できる。 In this way, chopped strands can be stably manufactured.
(8) 上記の課題を解決するために創案された本発明は、ガラス繊維の製造方法であって、上記の(1)~(6)のいずれかの構成を有する切断刃によりガラス繊維を所定長さに切断する切断工程を備えることを特徴とする。 (8) The present invention, which has been devised to solve the above problems, is a method for producing glass fibers, wherein a cutting blade having any one of the above (1) to (6) is used to cut glass fibers into a predetermined shape. It is characterized by comprising a cutting step of cutting to length.
このようにすれば、チョップドストランドを安定して製造できる。 In this way, chopped strands can be stably manufactured.
(9) 上記の課題を解決するために創案された本発明は、超硬合金を含む刃部と炭素工具鋼を含む基体部との間に、ニッケル又はコバルトを含む接合材を配置する接合準備工程と、接合準備工程の後に、接合材をファイバーレーザの照射により加熱し、刃部と基体部とを接合する接合工程とを備えることを特徴とする。 (9) The present invention, which has been devised to solve the above problems, is a bonding preparation method in which a bonding material containing nickel or cobalt is arranged between a blade containing cemented carbide and a base containing carbon tool steel. and, after the bonding preparation step, a bonding step of heating the bonding material by irradiating the fiber laser and bonding the blade portion and the base portion.
このように接合工程においてファイバーレーザを用いれば、製造された切断刃の接合部において、デンドライト層が形成され、ボイドの個数も非常に少なくなる。したがって、接合部にボイドを起点とするクラックが生じにくい切断刃を提供できる。 If a fiber laser is used in the joining process in this way, a dendrite layer is formed in the joint portion of the manufactured cutting blade, and the number of voids is greatly reduced. Therefore, it is possible to provide a cutting blade that is less susceptible to cracks originating from voids in the joint.
(10) 上記の(9)の構成において、接合工程では、切断刃の長手方向に沿って接合材の一端部側から他端部側に向かってファイバーレーザを走査すると共に、接合材の一端部におけるファイバーレーザの走査速度を、接合材の他端部を含むその他の部分におけるファイバーレーザの走査速度よりも遅くすることが好ましい。 (10) In the above configuration (9), in the joining step, the fiber laser is scanned from one end side of the joining material toward the other end side along the longitudinal direction of the cutting blade, and the one end of the joining material It is preferable that the scanning speed of the fiber laser at is slower than the scanning speed of the fiber laser at other portions including the other end portion of the bonding material.
このように接合材の一端部におけるファイバーレーザの走査速度を相対的に遅くすれば、接合材の一端部においてファイバーレーザから供給される熱量が相対的に大きくなる。この熱量によって、接合材の一端部を溶融すると同時に、接合材の他端部を含むその他の部分を予熱できる。したがって、接合材の他端部を含むその他の部分におけるファイバーレーザの走査速度を相対的に速くしても、接合材を十分に溶融できる。したがって、接合工程に要する時間を短くしつつ、刃部及び基体部を強固に接合できる。 If the scanning speed of the fiber laser at the one end of the joint material is relatively slowed down in this way, the amount of heat supplied from the fiber laser at the one end of the joint material becomes relatively large. This amount of heat melts one end of the bonding material and preheats other portions including the other end of the bonding material. Therefore, the bonding material can be sufficiently melted even if the scanning speed of the fiber laser is relatively high in other portions including the other end of the bonding material. Therefore, it is possible to firmly join the blade portion and the base portion while shortening the time required for the joining step.
本発明によれば、切断刃の接合部にクラックが生じるのを確実に抑制できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it can suppress reliably that a crack arises in the junction part of a cutting blade.
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。なお、図中のX・Y・Zは、直交座標系である。 EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, it demonstrates, referring drawings for the form for implementing this invention. Note that X, Y, and Z in the figure are in an orthogonal coordinate system.
図1に示すように、本実施形態に係るガラス繊維の切断装置1は、切断ロール2と、これに対向させたコンタクトロール3とを備える。
As shown in FIG. 1, a glass
切断ロール2は、外周面に複数の切断刃4を放射状に有する。本実施形態では、複数の切断刃4は、切断ロール2の外周面の周方向に等間隔で設けられる。
The cutting
コンタクトロール3は、外周面にゴム層5を有する。
The
本実施形態に係るガラス繊維の製造方法に含まれる切断工程では、切断ロール2及びコンタクトロール3を回転させながら、これらロール2,3の間に長尺なガラス繊維Gを連続的に供給することで、切断刃4により所定の長さ(例えば1.5~12mm)に切断されたガラス繊維(チョップドストランド)Sが製造される。切断されたガラス繊維Sは、例えば、繊維強化熱可塑性プラスチック(FRTP)やガラス繊維強化セメント(GRC)などに使用される。なお、ガラス繊維G,Sは、モノフィラメントであってもよいが、本実施形態では集束剤(サイジング剤)によりモノフィラメントを多数集束したものである。
In the cutting step included in the method for producing glass fibers according to the present embodiment, long glass fibers G are continuously supplied between the cutting
図2及び図3に示すように、切断刃4は、刃部6と、基体部7と、刃部6の基端6b及び基体部7の先端7aを接合する接合部8とを備える。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
切断刃4の厚み(Z方向の寸法)は、0.3~4.5mmであることが好ましく、0.3~1.5mmであることがより好ましい。切断刃4の厚みが小さくなりすぎると、切断刃4の強度が低下し、切断刃4の厚みが大きいすぎると、ガラス繊維Gの切断長を短くすることが困難となるためである。
The thickness (dimension in the Z direction) of the
刃部6は、超硬合金から形成され、先端6aが先鋭な刃先とされる。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る。超硬合金は、耐磨耗性に優れ、また磨耗しても研磨すれば再使用が可能であることが好ましい。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、これらの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。
The
刃部6は、例えば平均粒径が0.3~1.0μm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6の基端6bから先端6aまでの寸法を3~7mmにする)に成形することで得ることができる。
For example, the
基体部7は、炭素工具鋼から形成される。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る。炭素工具鋼は、耐衝撃性に優れていることが好ましい。具体的には、SK-5、SK-2等が使用でき、これらの熱膨張係数は、25~200℃の温度域において100~120×10-7/℃である。
The
基体部7は、例えば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7の基端7bから先端7aまでの寸法を12~20mmにする)に成形することで得ることができる。
The
刃部6のビッカース硬度は、基体部7のビッカース硬度の2.0~3.0倍であることが好ましい。基体部7のビッカース硬度に対する刃部6のビッカース硬度の比が小さくなりすぎると、ガラス繊維Gの切断時に切断刃4全体が過度に変形し(粘り)やすくなり、特にコンタクトロール3が損耗してきた場合には、ガラス繊維Gに対して刃部6が正確に当たらず、切断不良が発生しやすくなるためである。また、基体部7のビッカース硬度に対する刃部6のビッカース硬度の比が大きくなりすぎると、基体部7と刃部6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になるおそれがあるためである。
The Vickers hardness of the
接合部8は、ニッケル合金層又はコバルト合金層から形成される。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(30~300℃の温度域において40~47×10-7/℃)を有するため、接合部8に残留応力が発生しにくく、接合部8の変形を抑制できるという利点がある。
The joint 8 is formed from a nickel alloy layer or a cobalt alloy layer. In particular, the nickel alloy layer has a thermal expansion coefficient (40 to 47×10 −7 /° C. in a temperature range of 30 to 300° C.) that is close to that of cemented carbide, so residual stress is generated in the
図4に示すように、切断刃4の長手方向Xに対する接合部8の直交断面(以下、単に「接合部8の直交断面」という)において、接合部8は、デンドライト層9を有する。接合部8の直交断面は、図2のA-A断面のようにY方向に沿った断面である。デンドライト層9は、デンドライト(樹枝状結晶)Dを含む層である。デンドライトDは、例えばNi-Co析出物であり、刃部6の成分(例えばCo)が接合部8(例えばNi)に拡散することで析出したものと推定される。
As shown in FIG. 4 , the joint 8 has a
本実施形態では、デンドライト層9は、接合部8のうち刃部6との界面部8a近傍を含む領域に形成されている。デンドライト層9は、切断刃4の厚み方向Zの全域にわたって均一に形成されていることが好ましい。デンドライト層9に含まれるデンドライトDは、刃部6との界面部8aから接合部8内に樹枝状に広がるため、アンカー効果により接合部8と刃部6の密着力が向上する。デンドライト層9は、接合部8のうち基体部7との界面部8b近傍を含む領域に形成されていてもよい。この場合、アンカー効果により接合部8と基体部7の密着力が向上する。したがって、接合部8の接合強度を向上させる観点からは、デンドライト層9は、接合部8のうち、刃部6との界面部8aから基体部7との界面部8bに至る領域(接合部8のY方向全域)に形成されていることが好ましい。なお、デントライト層9は、切断刃4の長手方向Xにおいてその厚みが一定である必要はない。例えば、後述するように接合部8の長手方向Xの一端部8cに含まれるデンドライト層9の層厚T1が、接合部8の長手方向Xの他端部8dに含まれるデンドライト層9の層厚T2と異なっていてもよい(図6を参照)。
In this embodiment, the
なお、図示は省略するが、刃部6の基端6b側には、接合部8の成分(例えばNi)が、刃部6に拡散した拡散層が形成される。
Although illustration is omitted, a diffusion layer is formed on the
図5に示すように、接合部8の直交断面において、接合部8は、ボイド(図5では黒色で表示される)Vを含む場合がある。ただし、接合部8の任意の直交断面において、円相当径50μm以上のボイドVは、1mm2当たり2個以下である。円相当径50μm以上のボイドVは、1mm2当たり1個以下であることが好ましく、0個であることがさらに好ましい。これにより、ボイドVを起点として接合部8にクラックが生じるのを確実に抑制できる。なお、任意の直交断面は、長手方向Xの中央部1か所をランダムに選択してもよく、長手方向Xの中央部、一端部8c、他端部8dのそれぞれ1か所をランダムに選択してもよい。
As shown in FIG. 5, in an orthogonal cross-section of the joint 8, the joint 8 may contain voids (shown in black in FIG. 5) V. As shown in FIG. However, in any orthogonal cross-section of the joint 8, the number of voids V having an equivalent circle diameter of 50 μm or more is 2 or less per 1 mm 2 . The number of voids V having an equivalent circle diameter of 50 μm or more is preferably 1 or less per 1 mm 2 , more preferably 0. As a result, it is possible to reliably prevent cracks from occurring in the
接合部8の任意の直交断面において、デンドライト層9に含まれるボイドVは、10個以下であることが好ましい。
The number of voids V contained in the
接合部8の任意の直交断面において、円相当径20μm以上のボイドVは、1mm2当たり4個以下であることが好ましく、2個以下であることがさらに好ましく、0個であることがより好ましい。 In any orthogonal cross section of the joint 8, the number of voids V having an equivalent circle diameter of 20 μm or more is preferably 4 or less per 1 mm 2 , more preferably 2 or less, and more preferably 0. .
接合部8の任意の直交断面における刃部6との界面部8aにおいて、円相当径10μm以上のボイドVは、0.1mm2当たり3個以下であることが好ましく、2個以下であることがさらに好ましく、0個であることがより好ましい。なお、円相当径10μm以上のボイドVの個数は、界面部8aを含む0.1mm2の領域当たりに含まれるボイドVの個数である。
At the
接合部8の長手方向Xの一端部8cの直交断面に含まれる円相当径50μm以上のボイドVの個数が、接合部8の長手方向Xの他端部8dの直交断面に含まれる円相当径50μm以上のボイドVの個数よりも多くてもよい。この場合、図6に示すように、接合部8の長手方向Xの一端部8cに含まれるデンドライト層9の層厚(Y方向の寸法)T1が、接合部8の長手方向Xの他端部8dに含まれるデンドライト層9の層厚T2よりも大きいことが好ましい。これにより、接合部8の一端部8cでボイドVの個数が相対的に多くなっても当該部分8cでデンドライト層9の層厚が大きくなるため、接合部8にクラックが生じにくい状態が維持される。なお、図6は、接合部8の長手方向Xに沿った断面であり、デンドライト層9の形成範囲(クロスハッチングを付した部分)を模式的に示している。デンドライト層9の層厚T1,T2は、例えば、ボイドVの個数を測定する接合部8の直交断面において測定してもよい。デンドライト層9の層厚が接合部8の直交断面内で変動する場合は、層厚T1,T2は、例えば当該断面に含まれるデンドライト層9の最大厚みで規定される。
The number of voids V with an equivalent circle diameter of 50 μm or more included in the orthogonal cross section of one
なお、デンドライト層9の層厚が長手方向Xで変化する場合、図示は省略するが、刃部6の長手方向Xの一端部(接合部8の一端部8c側の端部)に含まれる拡散層(接合部8の成分が刃部6に拡散した層)の層厚も、刃部6の長手方向Xの他端部(接合部の他端部8d側の端部)に含まれる拡散層の層厚よりも大きくなることがある。
In addition, when the layer thickness of the
次に、以上のように構成された切断刃4の製造方法を説明する。
Next, a method for manufacturing the
図7に示すように、本製造方法は、刃部6を準備する刃部準備工程S1と、基体部7を準備する基体部準備工程S2と、刃部6と基体部7との間に接合材11を配置する接合準備工程S3と、接合材11を用いて刃部6と基体部7とを接合する接合工程S4と、基体部7と接合された刃部6の先端6aを研磨する刃付け加工工程S5とを備える。
As shown in FIG. 7, this manufacturing method includes a blade portion preparation step S1 for preparing the
刃部準備工程S1では、刃部6として、平均粒径が0.3~1.0μm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6の基端6bから先端6aまでの寸法を3~7mmにする)に成形した超硬合金を準備する。
In the blade portion preparation step S1, the
基体部準備工程S2では、基体部7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7の基端7bから先端7aまでの寸法を12~20mmにする)に成形した炭素工具鋼を準備する。
In the base portion preparation step S2, as the
図8に示すように、接合準備工程S3では、長手方向Xを互いに整合させた基体部7の先端7aと刃部6の基端6bとで接合材11を両側から挟むように、基体部7、刃部6及び接合材11を配置する。接合材11は、例えば厚み0.2~0.5mmのニッケル箔又はコバルト箔である。
As shown in FIG. 8, in the bonding preparation step S3, the
図9に示すように、接合工程S4では、接合材11をファイバーレーザLの照射により加熱する。これにより、接合材11及びその近傍が局所的に加熱され、刃部6と基体部7とを接合する接合部8が形成される。接合部8は、ニッケル合金層又はコバルト合金層により形成される。合金層は、ニッケル又はコバルトが炭素工具鋼の主成分である鉄と固溶すると共に、超硬合金に溶け込むことにより形成される。ファイバーレーザLは、光ファイバを増幅媒体とする固体レーザの一種である。
As shown in FIG. 9, in the bonding step S4, the
このように接合工程S4においてファイバーレーザLを用いれば、上述のように、接合部8にデンドライト層9が形成されると共に、接合部8のボイドVの個数も非常に少なくなる。したがって、接合部8にボイドVを起点とするクラックが生じにくくなる。
If the fiber laser L is used in the joining step S4 in this way, the
ファイバーレーザLの波長は、例えば1.06μmである。ファイバーレーザLのレーザ出力は、500~1000Wであることが好ましく、600~800Wであることがより好ましい。ファイバーレーザLのスポット径は、50~300μmであることが好ましく、100~200μmであることがよい好ましい。 The wavelength of the fiber laser L is, for example, 1.06 μm. The laser output of the fiber laser L is preferably 500-1000W, more preferably 600-800W. The spot diameter of the fiber laser L is preferably 50-300 μm, more preferably 100-200 μm.
図10に示すように、ファイバーレーザLは、長手方向Xに沿って接合材11の一端部11c側から他端部11d側に向かって走査される。ファイバーレーザLの走査速度は、接合材11の長手方向Xで一定であってもよいし、変化してもよい。
As shown in FIG. 10, the fiber laser L scans along the longitudinal direction X from one
ファイバーレーザLの走査速度を変化させる場合、接合材11の一端部(溶接開始側端部)11cにおけるファイバーレーザLの走査速度R1を、接合材11の他端部(溶接終了側端部)11dを含むその他の部分におけるファイバーレーザLの走査速度R2よりも遅くすることが好ましい。走査速度R2は、例えば、走査速度R1の1.2~2.0倍である。このようにすれば、接合材11の一端部11cにおいてファイバーレーザLから供給される熱量が相対的に大きくなる。そのため、接合材11の一端部11cに供給する熱量によって、接合材11の一端部11cを溶融すると同時に、接合材11の他端部11dを含むその他の部分を予熱できる。したがって、接合材11の他端部11dを含むその他の部分が少ない熱量で予め溶融しやすい状態となるため、ファイバーレーザLの走査速度R2を相対的に速くしても接合材11を十分に溶融できるという利点がある。
When changing the scanning speed of the fiber laser L, the scanning speed R1 of the fiber laser L at one end (welding start side end) 11c of the
この場合、接合部8の一端部8cの直交断面に含まれる円相当径50μm以上のボイドVの個数が、接合部8の他端部8dの直交断面に含まれる円相当径50μm以上のボイドVの個数よりも多くなりやすい。その一方で、接合部8の一端部8cに含まれるデンドライト層9の層厚T1が、接合部8の他端部8dに含まれるデンドライト層9の層厚T2よりも大きくなりやすい。したがって、ボイドVの個数が多くなる部分ではデンドライト層9の層厚が大きくなって接合強度が高められるため、接合部8にクラックが生じにくい状態が維持される。
In this case, the number of voids V with an equivalent circle diameter of 50 μm or more included in the orthogonal cross section of the one
刃付け加工工程S5では、刃部6の先端6aを研磨して先鋭な刃先を形成する。これにより、刃部6と、基体部7と、刃部6及び基体部7を接合する接合部8とを備える切断刃4が製造される。なお、刃付け加工工程S5では、必要に応じて、切断刃4の両主表面の外側に膨出した接合部8の余剰部分を研磨により除去してもよい。
In the sharpening step S5, the
本発明は、上記の実施形態の構成に限定されるものではなく、上記した作用効果に限定されるものでもない。本発明は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。 The present invention is not limited to the configurations of the above-described embodiments, nor is it limited to the above-described effects. Various modifications can be made to the present invention without departing from the gist of the present invention.
上記の実施形態において、ガラス繊維の製造方法は、以下の工程を備えていてもよい。ガラス繊維の製造方法は、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する紡出工程と、ガラスフィラメントを水スプレーで冷却する冷却工程と、集束剤をガラスフィルトの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する集束工程と、ガラスストランドをワインダーで巻き取る巻取工程と、巻き取られたガラスストランドを所定の長さに切断してガラスチョップドストランドを形成する切断工程とを備えていてもよい。切断工程では、上述の切断装置1(切断刃4)が使用される。 In the above embodiment, the method for producing glass fibers may include the following steps. The method for producing glass fibers includes a spinning step in which molten glass is drawn out from a number of nozzles formed at the bottom of the bushing and spun out as continuous thin glass filaments, a cooling step in which the glass filaments are cooled with a water spray, and a bundle A process of coating an agent on the surface of a glass film and collecting several hundred to several thousand to form glass strands; a winding process of winding the glass strands with a winder; and cutting to a predetermined length to form glass chopped strands. In the cutting process, the cutting device 1 (cutting blade 4) described above is used.
以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されない。 EXAMPLES The present invention will be described in detail below based on examples, but the present invention is not limited to these examples.
(1)刃部
刃部として、タングステンカーバイド(WC)粉末と、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に成形した超硬合金を準備した。
(2)基体部
基体部として、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に成形した炭素工具鋼とを準備した。
(3)接合材(接合部)
接合材として、ニッケル箔(厚み0.35mm)を準備した。
(1) Blade As the blade, a cemented carbide was prepared by blending tungsten carbide (WC) powder and cobalt (Co) powder and sintering them to form a predetermined size and shape.
(2) Substrate As the substrate, carbon tool steel was prepared by quenching and tempering iron (Fe) containing carbon (C) so as to have a predetermined size and shape.
(3) Joining material (joint part)
A nickel foil (thickness: 0.35 mm) was prepared as a bonding material.
比較例では、CO2レーザを用いて上記の接合材を加熱して上記の刃部及び基体部を接合し、切断刃を製造した。これに対し、実施例1及び実施例2では、ファイバーレーザを用いて上記の接合材を加熱して上記の刃部及び基体部を接合し、切断刃を製造した。そして、各切断刃の接合部の直交断面を電子顕微鏡により観察し、接合部の直交断面におけるデンドライト層の有無、及び、ボイドの個数を観測した。その結果を表1に示す。 In a comparative example, a cutting blade was manufactured by heating the bonding material using a CO 2 laser to bond the blade portion and the base portion. On the other hand, in Examples 1 and 2, the cutting blade was manufactured by heating the bonding material using a fiber laser to bond the blade portion and the base portion. Then, the orthogonal cross section of the joint portion of each cutting blade was observed with an electron microscope, and the presence or absence of the dendrite layer and the number of voids in the orthogonal cross section of the joint portion were observed. Table 1 shows the results.
上記の表1から、CO2レーザを用いて接合した比較例に係る切断刃では、デンドライト層が形成されず、接合部の直交断面における各種サイズのボイドの個数が多くなっていることが確認できる。これに対し、上記の表1から、ファイバーレーザを用いて接合した実施例1及び実施例2に係る切断刃では、デンドライト層が形成され、接合部の直交断面における各種サイズのボイドの個数が非常に少なくなっていることが確認できる。特に、ファイバーレーザのレーザ出力を800Wとした実施例2において、デンドライト層が緻密に形成されると共に、各種サイズのボイドの個数が零となる良好な結果を得た。そして、比較例に係る切断刃では、長時間(例えば200時間)の使用により接合部においてボイドを起点とするクラックが生じたが、実施例1,2に係る切断刃では、長時間の使用によっても接合部においてボイドを起点とするクラックは生じなかった。 From Table 1 above, it can be confirmed that the number of voids of various sizes in the orthogonal cross section of the joint portion is large in the cutting blade according to the comparative example joined using the CO 2 laser, without forming a dendritic layer. . On the other hand, from Table 1 above, the cutting blades according to Examples 1 and 2, which were joined using a fiber laser, formed a dendritic layer, and the number of voids of various sizes in the orthogonal cross section of the joint was very large. It can be confirmed that the In particular, in Example 2 in which the laser output of the fiber laser was 800 W, good results were obtained in which the dendrite layer was densely formed and the number of voids of various sizes was zero. Then, with the cutting blade according to the comparative example, cracks originating from voids occurred in the joint due to long-term use (for example, 200 hours). No cracks originating from voids occurred at the joints.
1 切断装置
2 切断ロール
3 コンタクトロール
4 切断刃
5 ゴム層
6 刃部
7 基体部
8 接合部
9 デンドライト層
11 接合材
V ボイド(空洞欠陥)
D デンドライト(樹枝状結晶)
G ガラス繊維
L ファイバーレーザ
S チョップドストランド
S1 刃部準備工程
S2 基体部準備工程
S3 接合準備工程
S4 接合工程
S5 刃付け加工工程
1 cutting
D Dendrite (dendritic crystal)
G Glass fiber L Fiber laser S Chopped strand S1 Blade part preparation process S2 Base part preparation process S3 Bonding preparation process S4 Bonding process S5 Cutting process
Claims (10)
前記接合部が、デンドライト層を有し、
前記切断刃の長手方向に対する前記接合部の任意の直交断面において、円相当径50μm以上のボイドの個数が、1mm2当たり2個以下であることを特徴とする切断刃。 A cutting blade comprising a blade portion containing cemented carbide, a base portion containing carbon tool steel, and a joint portion joining the blade portion and the base portion and containing nickel or cobalt,
the junction has a dendrite layer,
A cutting blade, wherein the number of voids having an equivalent circle diameter of 50 μm or more is 2 or less per 1 mm 2 in any cross section of the joint portion perpendicular to the longitudinal direction of the cutting blade.
前記切断刃の長手方向の一端部における前記接合部に含まれる前記デンドライト層の層厚が、前記切断刃の長手方向の他端部における前記接合部に含まれる前記デンドライト層の層厚よりも大きい請求項1~5のいずれか1項に記載の切断刃。 The number of voids having an equivalent circle diameter of 50 μm or more included in the orthogonal cross section of the joint at one end in the longitudinal direction of the cutting blade is equal to or greater than the number of voids in the orthogonal cross section of the joint at the other end in the longitudinal direction of the cutting blade. more than the number of voids with an equivalent circle diameter of 50 μm or more,
The thickness of the dendrite layer included in the joint portion at one end portion in the longitudinal direction of the cutting blade is greater than the layer thickness of the dendrite layer included in the joint portion at the other end portion in the longitudinal direction of the cutting blade. The cutting blade according to any one of claims 1-5.
前記接合準備工程の後に、前記接合材をファイバーレーザの照射により加熱し、前記刃部と前記基体部とを接合する接合工程とを備えることを特徴とする切断刃の製造方法。 A bonding preparation step of disposing a bonding material containing nickel or cobalt between a blade portion containing cemented carbide and a base portion containing carbon tool steel;
A method for manufacturing a cutting blade, further comprising, after the bonding preparation step, a bonding step of heating the bonding material by irradiating a fiber laser to bond the blade portion and the base portion.
前記接合材の一端部におけるファイバーレーザの走査速度を、前記接合材の他端部を含むその他の部分におけるファイバーレーザの走査速度よりも遅くする請求項9に記載の切断刃の製造方法。
In the joining step, a fiber laser is scanned from one end side of the joining material toward the other end side along the longitudinal direction of the cutting blade,
10. The method of manufacturing a cutting blade according to claim 9, wherein the scanning speed of the fiber laser at one end portion of the bonding material is made slower than the scanning speed of the fiber laser at other portions including the other end portion of the bonding material.
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