旋转刀及其制造方法、旋转切割设备的制作方法

旋转刀及其制造方法、旋转切割设备的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种旋转刀及其制造方法、旋转切割设备。该旋转刀由能够高精度且容易地形成刀片的构件构成，且能够容易地增大形成刀片的螺旋形状的螺旋角，和/或容易地减小螺旋半径，在与柄进行安装时不需要使成为刀片的构件在宽度方向上进行变形。旋转刀为：刀片在具有旋转轴的棒状的柄的外周沿柄的长度方向延伸，形成该刀片的带状材料相对于柄的长度方向形成为螺旋形状，并且，形成为在平坦地展开时在宽度方向上弯曲的弓形形状，该带状材料的弓形形状的一边装配于柄，另外一边形成刀片。
【专利说明】旋转刀及其制造方法、旋转切割设备
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种旋转刀及其制造方法，该旋转刀主要用于对片材进行切割，用于在复印机、打印机等办公设备、售票机等各种设备中，将例如带状、卷状或者一定形状的纸类、膜、贴纸、标签等各种片材切割为任意的长度。另外，本发明还涉及使用该旋转刀的旋转切割设备。
【背景技术】
[0002]以往，在通过旋转刀(日文:口一夕U刃、回転刃)和固定刀(日文:固定刃)之间的咬合来切割上述各种片材的旋转切割设备(片材切割设备)中，可以经常见到利用切削加工来一体地形成柄和刀片的旋转刀(专利文献I)、将分别形成的柄和刀片固定成一体而形成的旋转刀(专利文献2、3)。
[0003]对于例如专利文献2公开的旋转刀，在被驱动而旋转的柄的长度方向的外周形成的带有一定倾斜角的笔直的槽内插入成为刀片的笔直的方棒材料并进行固定。另外，对于例如专利文献3公开的旋转刀，不是形成像专利文献2那样笔直的槽，而是在长度方向上形成螺旋状(类似于螺旋状的形状)的槽，向该槽内插入整体为平坦的板材并进行粘接，从而将刀片保持为螺旋状。对于分别地形成柄和刀片之后使它们形成为一体的旋转刀，虽然需要对柄和刀片进行安装的安装工序，但是各构件能够做成简易的形状，能够降低加工工时，另外由于各构件能够应用不同的材料，因此具有提高生产率、降低材料成本等优点。
[0004]另外，像专利文献3公开的旋转刀那样，通过将刀片保持为螺旋状，从而由旋转刀和固定刀的咬合所成的剪切角变大，因此具有能够降低切割所需的负载(切割负载)的优点。对于由柄和刀片构成的旋转刀，当降低切割负载时，与该降低相对应地柄所需要的机械强度也降低。因此，能确保柄所需要的机械强度，由切割负载的降低带来机械强度的余量，与之相对应地，能够谋求柄的小型化、轻量化。这样，像专利文献3那样将刀片保持为螺旋状是优选的。
[0005]还存在这样的方法，该方法不是像上述专利文献3所公开的那样利用形成于柄上的槽使板材塑性变形或弹性变形来形成螺旋状，而是使板材本身变形。例如专利文献4公开了以下方法:将平坦且笔直的板材(长板状旋转刀2a)在支承该板材的长度方向的两端部的状态下以一定的螺旋角进行扭转塑性变形而形成螺旋状。另外，例如专利文献5公开了以下方法:在两个模具11、12中分别设有加工孔11a、加工孔12a，仅使后方的加工孔12a位于相对于前方的加工孔Ila在横向上错开的位置且成为旋转的姿势，一边加热平坦且笔直的板材(平板9)而使其软化，一边使该板材穿过加工孔11a、加工孔12a，从而使该板材扭转塑性变形，形成螺旋状。
[0006]专利文献I美国专利第5001953号说明书
[0007]专利文献2日本特开平09-323292号公报
[0008]专利文献3日本特开2003-260688号公报
[0009]专利文献4日本特开昭59-115197号公报[0010]专利文献5日本特开昭60-206522号公报
[0011]对于上述专利文献3公开的旋转刀，参照专利文献3的说明书0010段及图1可知:成为刀片的板材整体形成为平坦且没有弯曲的薄的长方体状，设于柄上的槽形成为螺旋形状，没有关于上述槽的深度的描述。在将整体为平坦的板材插入具有螺旋形状的槽的情况下，必须以该板材的长度方向的两边的长度发生变化的程度使该板件在其宽度方向上弯曲。这是因为，如果不弯曲板材，则当将该板材的长度方向的一边上的部分譬如中央紧密接触于螺旋形状的槽的底部时，该板材的上述一边的两端部会从螺旋形状的槽的底部浮起很多。并且，槽的形成螺旋形状的螺旋角越大，且槽的形成螺旋形状的螺旋半径越小，则该板材的上述一边的两端部的浮起的程度越大。
[0012]一般地，在将适宜于刃具的刃具钢等应用于刀片的情况下，为了在该刀片的刀刃不容易产生缺口、磨损，对成为该刀片的材料(板材)进行热处理而使其变硬质。如果要使这样的硬质的材料(板材)在其宽度方向上弯曲，则与使该板材在其厚度方向上弯曲、或者使该板材以其长度方向为中心进行扭转变形的情况相比，需要相当大的力。这样，当要增大柄的螺旋形状的槽的螺旋角、或者缩小螺旋半径时，由于在现有技术中进行旋转刀的安装时需要很大的力，因此容易产生以下问题:将成为刀片的板材安装于柄变得困难，板材由于自身的弹力脱离柄的槽，或者安装精度低下。
[0013]另外，即使能够将平坦的板材强制地插入柄的螺旋形状的槽，也是板材在从槽的底部浮起的状态下被粘接，或板材在脱离槽的方向上蓄力的状态下被粘接，由此容易产生以下问题:刀片不能具有必要的能够承受与固定刀的咬合、切割负载的程度的机械强度。而且，容易产生以下问题:板材不能以正确的姿势从柄立起，而以倒伏的姿势被粘接；实际上应该形成刀片的板材的另外一边产生波浪样的变形。
[0014]由于上述原因，在将成为刀片的板材装配于柄并将该刀片保持为螺旋形状的情况下，增大形成螺旋形状的螺旋角，和/或减小螺旋半径，由此，难以谋求小型化、轻量化，难以实现紧凑的片材切割用的旋转刀。
[0015]另外，对于专利文献4所公开的在支承笔直的板材的两端部的状态下进行扭转塑性变形的方法，板材在进行扭转变形时的螺旋半径实质为O的状态下进行扭转。因而，扭转变形后的板材不能形成与供其装配的柄的形状适合的螺旋形状，在将扭转变形后的板材作为旋转刀的刀片装配于柄时，有使扭转变形后的板材进一步更大地变形后进行装配的必要等，可知会产生与上述专利文献3的情况下同样的问题。
[0016]另外，对于专利文献5中公开的使笔直的板材穿过两个加工孔中的一个加工孔位于在横向上错开的位置且为旋转的姿势的这样的两个加工孔进行塑性变形的方法，由于在进行扭转变形时加热该板材而使其软化，因此有可能损害作为刃具的特性，特别是使硬度确切地降低了。并且，根据本发明人的研究发现，利用该方法，当要使笔直的板材形成为满足能够期望与柄装配的简易化及高精度化的程度的螺旋形状时，具有多个操作条件:材料(板材)的加热前后的机械特性的变化量；各批材料的偏差；加工孔的尺寸精度、定位精度；插入和拔出条件等，本领域技术人员需要进行超过其所能预期的程度的反复的尝试(日文:試行錯誤)。
[0017]这样，要实现具有所期望的构成、功能及切割性能的旋转刀，具有本领域技术人员需要进行超过其所能预期的程度的反复的尝试的上述问题。
【发明内容】

[0018]本发明的目的是提供一种旋转刀，在实现高性能的旋转刀时，能容易地增大刀片的形成螺旋形状的螺旋角，和/或能容易地减小螺旋半径，成为刀片的板材在与柄进行安装时不需要在其宽度方向上进行变形，能高精度且容易由具有形成为螺旋形状的形状的构件形成刀片。
[0019]本发明人专心研究了以往的旋转刀的成为装配于柄的刀片的板材。并且发现:通过利用带状材料的特殊性质也就是挠性及易加工性，将具有特定形状的带状材料应用于旋转刀的刀片，从而能够解决上述问题，而实现本发明。
[0020]S卩，本发明是一种旋转刀，其包括:具有旋转轴的棒状的柄，在上述柄的外周沿上述柄的长度方向延伸的由带状材料构成的刀片，上述带状材料相对于上述柄的长度方向形成为螺旋形状，并且，形成为在平坦地展开时在其宽度方向上弯曲的弓形形状，上述带状材料的上述弓形形状的一边装配于上述柄，上述带状材料的另外一边形成为上述刀片。
[0021]另外，优选为，上述带状材料形成为具有相对于上述柄的长度方向而言的规定的螺旋半径(Rt)和规定的螺旋角度(θ t)的螺旋形状，并且，形成为在平坦地展开时以规定的曲率(Re)在其宽度方向上弯曲的弓形形状，上述带状材料的上述弓形形状的曲率或平均曲率较大的一边装配于上述柄。
[0022]在本发明中，优选为，上述柄具有在上述外周沿其长度方向延伸的螺旋槽，该螺旋槽具有与上述带状材料的螺旋形状匹配的槽形状，上述带状材料的上述一边插入而装配于上述螺旋槽。
[0023]另外，在本发明中，优选为，在上述刀片的对切割有效的刃口长度(W)的范围内，上述刀片的从一端到另外一端的绕上述旋转轴的旋转轴线的旋转角(Φ )为80度?130度。另外，优选为，在上述刀片的对切割有效的刃口长度(W)范围内，上述刀片的用于装配于上述柄的上述一边的上述螺旋角(Θ t)为3度?10度、上述螺旋半径(Rt)与上述刃口长度(W)之比(Rt/W)为 0.7 ?1.6。
[0024]上述本发明的旋转刀能够通过包括以下工序的制造方法来制造，在该工序中，通过使宽度为D且厚度为T的带状材料在其宽度方向上弯曲塑性变形，从而将上述带状材料形成为以规定的曲率(Re)在其宽度方向上弯曲的弓形形状。
[0025]能够使用上述本发明的旋转刀获得旋转切割设备。也就是，对于本发明的旋转切割设备，上述本发明的旋转刀和具有直线状的刀刃的固定刀通过以规定的剪切角依次咬合，从而进行片材的切割。
[0026]在本发明中，由于将具有特定的形状的带状材料应用于旋转刀的刀片，因此能够使形成刀片的带状材料在柄的外周沿柄的长度方向容易地延伸而进行装配。因此，能容易地增大刀片的用于形成螺旋形状的螺旋角，和/或能容易地减小螺旋半径，或者在与柄安装时没有必要使带状材料在其宽度方向上塑性变形，并且实质上也没有必要使其弹性变形。因而，能够高精度且容易地形成螺旋形状的刀片，具有作为刀片必要且充分的机械强度，因此能够通过谋求小型化、轻量化，从而得到紧凑的旋转刀。
[0027]另外，使用本发明的旋转刀，能够获得比以往紧凑且便宜的旋转切割设备。并且，通过搭载本发明的旋转切割设备，从而也能够期待有助于例如打印机、售票机这样的机械设备、办公设备的紧凑化、便宜化以及轻量化。
【专利附图】

【附图说明】
[0028]图1为表示本发明的旋转刀的一个例子的结构图。
[0029]图2为表示图1所示的旋转刀的构成构件的位置关系的图。
[0030]图3为图1所示旋转刀的在线段QQ处进行剖切的剖视图。
[0031]图4为表示使用与图1所示缓冲环5不同结构的缓冲环5’的旋转刀的一个例子的结构图。
[0032]图5为表示缓冲环5的以与图1不同视角看到的一侧的结构图。
[0033]图6为应用了具有与图3所示剖面形状不同的剖面形状的柄的结构的图，是在与图1所示线段QQ相同位置进行剖切的剖视图。
[0034]图7表示从切割开始侧(轴部2c侦D朝向切割结束侧(轴部2d侦彳)观察图1所示的与柄2进行了装配状态下的刀片3的各个位置时得到的包含刀片3的剖面在内的形状的图，其中，图7的(a)为切割开始附近的图，图7的(b)为中央附近的图，图7的(c)为切割结束附近的图。
[0035]图8为表示弓形形状材料100的图，其模拟将图2所示刀片3平坦展开时的以一定的曲率(Re)在宽度方向上弯曲的弓形形状。
[0036]图9为本发明的旋转切割设备的一个例子的结构图。
[0037]图10为图9所示旋转切割设备的在线段PP处进行剖切的剖面图。
[0038]图11为表示图9所示的旋转刀的构成构件的位置关系的图。
[0039]图12为表示通过冲头110和冲模111对多个的带状薄板材料(带状材料101)进行加压、以形成图11所示的弓形形状的设备的一个例子的图。
【具体实施方式】
[0040]本发明的旋转刀为适宜于片材切割的旋转刀，其是由带状材料构成的刀片在具有旋转轴的棒状的柄的外周沿柄的长度方向延伸的旋转刀。
[0041]在像现有技术那样将板材应用于旋转刀的刀片的情况下，需要具有与柄装配的简易化、高精度化以及作为刀片的必要且充分的机械强度，能正确地保持该刀片的姿势而进行高质量的切割。因此，重要的是，使板材不容易从柄上浮起，将板材装配于柄时不仅使板材不会塑性变形而且不会弹性变形。
[0042]在充分考虑这些要点的基础上，本发明的旋转刀应用具有上述特殊性质也就是良好的挠性及易加工性的带状材料，将该带状材料相对于柄的长度方向形成为螺旋形状，并且，形成为在平坦展开时在其宽度方向上弯曲的弓形形状。并且，该带状材料的弓形形状的一边装配于柄，该带状材料的另外一边形成刀片。
[0043]本发明中的上述“带状材料”与以往使用的普通板材相比，为与能够获得上述特殊性质相应地厚度薄宽度窄的具有较大挠性的带形状的材料，在技术含义上意思是容易较大地扭转变形的材料。同样的，本发明中的“螺旋”是日语称为“螺旋”、“弦卷(。石i务)”、英语称为“spiral”、“herix”的三维曲线的一种，在技术含义上意思是一边旋转，一边朝向与旋转面垂直的方向中的一个方向前进的三维曲线。[0044]在本发明中，上述带状材料的螺旋形状具体地与作为在柄的外周沿柄的长度方向延伸的刀片所期望的形状相对应，能够用相对柄的长度方向而言的规定的螺旋半径(Rt)及规定的螺旋角(9t)来表示。在刀片的对切割有效的刃口长度(W)的范围内，刀片的螺旋半径(Rt)、螺旋角(0t)能够以刀片的装配于柄的一边为对象来设定。另外，在上述刃口长度(W)的中途，能够按规定改变、设定刀片的上述螺旋半径(Rt)、螺旋角(θ t)的值，该值既可以增大也可以减小，这情况下，也能够取有代表性的各位置的曲率的平均值作为平均曲率来表示。并且，大多数情况下刀片的螺旋角被设定为恒定值。这种情况下，螺旋半径(Rt)和螺旋角(et)设为本领域技术人员所期望的恒定的值就可以了。并且，在将具有螺旋角被设定为恒定的刀片的旋转刀应用于具有刀刃为笔直的固定刀的旋转切割设备的情况下，该刀片与固定刀所成的剪切角也被设定为恒定。
[0045]另外，上述具有恒定的螺旋角的螺旋形状能够形成为与下述螺旋曲线实质相同或近似的形状:例如，使用圆柱坐标，设圆柱半径为r，螺旋前进方向的螺旋角为Θ，由螺旋而在上述圆柱的外周前进的轨迹的长度为X，与每I单位的螺旋角相对应的轨迹的长度的变化量为h，上述轨迹的长度X可以用式子“ X =θ -SQR (r2 + h2)”来以数学方式表示。其中，SQR的意思是取其后的括弧内的式子或数值的平方根。
[0046]在本发明中，成为刀片的带状材料形成为如上述那样的螺旋形状，同时，形成为当解开该螺旋形状而平坦地展开时在其宽度方向上弯曲的弓形形状。该平坦地展开时的带状材料的平面形状为上述弓形形状，是在本发明中最重要的特征。在将带状材料形成为螺旋形状之后装配于柄的情况下，通过先将带状材料形成为上述特定的弓形形状而使其在其宽度方向上平缓地弯曲，从而即使由于形状的修正而有必要在宽度方向进一步弯曲或拉伸，也能够将其变形量抑制得很小。因此，能够不仅使带状材料不容易从柄上浮起，装配于柄时板材不用塑性变形，而且也不用弹性变形，刀片能够以具有正确地姿势及合适的机械强度的方式容易地形成，因此能够解决发明所要解决的问题。
[0047]对于上述带状材料的在宽度方向上弯曲的弓形形状，具体地与沿着供作为刀片的带状材料装配的柄的外周的形状相匹配，将该外周的形状平坦地展开时能够用规定的曲率(Re)来近似地表示。并且，该带状材料的弓形形状的曲率或平均曲率大的一边装配于柄。对于这样的“以规定的曲率(Re)在宽度方向上弯曲的弓形形状”，例如在弓形形状具有的曲率为单一的值的情况下，对应为圆周的一部分、也就是圆弧投影的形状，但技术含义上是指，在宽度方向上平缓地弯曲而成为弓形的曲线投影的形状，包含为圆弧的情况。对于该弓形形状的曲率(Re)，以一个曲率或组合多个曲率作为带状材料的上述一边的曲率来设定，像上述那样以与沿着柄的供带状材料装配的外周的形状相匹配的方式来设定。
[0048]对于在支承被形成上述特定的弓形形状的带状材料的两端部的状态下与螺旋角(Θ t)相对应地被扭转塑性变形的带状材料，因为能够容易地形成具有与上述规定的曲率(Re)相对应的螺旋半径的螺旋形状，因此以与装配的柄的形状相匹配的方式设定规定的曲率(Re)就可以了。因此，能够容易地形成具有以下螺旋形状的带状材料，该螺旋形状能够使带状材料和柄的装配简易化且高精度化。
[0049]例如，在沿着柄的供带状材料装配的外周的形状能够用上述螺旋曲线表示的情况下，能够将弓形形状的曲率(Re)设定为单一的值。另外，在沿着柄的供带状材料装配的外周的形状要用多个不同的螺旋曲线表示的情况下，以与各个螺旋曲线相对应的方式改变曲率(Re)来进行设定是优选的，这种情况下也能够用上述平均曲率来表示。另外，优选为，以带状材料的装配于柄的一边为对象，设定弓形形状的曲率(Re)。这是因为，带状材料的一边是与所装配的柄最接近的部分，因此通过将该一边设定为具有规定的曲率(Re)，从而能够使带状材料的形状最适合柄的形状。并且，这种情况下的该一边在弓形形状中具有最大的曲率或平均曲率。
[0050]将上述带状材料形成为弓形形状时的规定的曲率(Re)例如能够以以下的顺序来设定。首先，基于旋转刀的所期望尺寸设定柄和刀片的各部分尺寸。包括:刀片所成的旋转轨迹圆的直径，供刀片装配的柄的外径，刀片的对切割有效的刃口长度、旋转角、从柄立起的高度(刃口高度)、以及，刀片的根据刀片与相配合的刀的关系而形成剪切角的螺旋角等。基于这些，计算用于将带状材料形成为螺旋形状的螺旋半径(Rt)和螺旋角(θ t)及刀片的取决于有效刃口长度的长度等。然后，通过将该螺旋形状在平面上展开，从而能够计算用于决定弓形形状的在宽度方向上的弯曲的上述曲率(Re)。另外，在弓形形状为圆弧的情况下，该曲率能够使用求圆弧的长度的数学式来容易地设定。
[0051]以下，对本发明的旋转刀的认为是优选的结构进行说明。
[0052]在本发明中，在使上述具有螺旋形状的带状材在柄的外周沿柄的长度方向延伸而进行装配的情况下，能够应用将带状材料配置于供其装配的柄的外周并通过熔接、粘接来固定的方法。另外，柄在其外周形成有沿其长度方向延伸的螺旋槽，且该螺旋槽具有与带状材料的螺旋形状相匹配的槽形状是优选的，通过将带状材料的一边插入到该螺旋槽而进行装配，从而能够容易将带状材料以适当的姿势沿柄的长度方向配置于柄的外周的适当的位置。这时，即使带状材与柄的螺旋槽相互之间的形状不是十分合适，只要是由于带状材是挠性较大的带状材料，就能够柔软地弹性变形，所以也能够容易地进行将带状材料插入到柄的螺旋槽的操作。
[0053]另外，在本发明中，在刀片的对切割有效的刃口长度(W)的范围内，刀片的从一端到另外一端的绕旋转轴的旋转轴线的旋转角(Φ )为80度?130度是优选的。对于旋转刀，当刀片的旋转角不到80度时，由于刀片的旋转角与刀片的有效的刃口长度即刀片的刀刃的长度之间的关系，难以确保优选的螺旋角，对于刀片与相配合的刀之间的关系而言难以确保优选的剪切角。另外，当旋转角超过130度时，在旋转刀和相配合的刀之间难以确保用于插入片材的空间。本发明中的“旋转角”为绕旋转刀的旋转轴线的角度，当将刀片的刃口长度(W)的两端点和上述旋转轴线投影于与旋转刀的旋转轴线正交的平面上时，该旋转角与连接被投影的两端点和旋转轴线所形成的角度相对应。
[0054]另外，在本发明中，优选为，在刀片的对切割有效的刃口长度(W)的范围内，上述刀片的从一端到另外一端的绕上述旋转轴线的旋转角(Φ)为80?130度。另外，优选为，在上述刀片的对切割有效的刃口长度(W)的范围内，上述刀片的用于装配于上述柄的上述一边的上述螺旋角(Θ t)为3度?10度，上述螺旋半径(Rt)与上述刃口长度(W)之比(Rt/W)为0.7?1.6。对于旋转刀，当刀片的螺旋角不到3度时，在应用其的旋转切割设备中，刀片与相配合的刀的咬合所成的剪切角实质上也不到3度，获得所需切割力的驱动源就会变大。另外，当刀片的螺旋角超过10度时，上述的剪切角实质上也超过了 10度，在咬合点产生了大的负载。
[0055]另外，在刀片的对切割有效的刃口长度(W)相同的情况下，可以说上述比(Rt/W)越小越能成为紧凑的旋转刀。但是，当上述比(Rt/W)不到0.7时，用于装配带状材料的柄的直径变小而机械强度下降，因此柄容易弯曲到损害切割品质的程度。另外，当上述比(Rt/W)超过0.1时，刀片的旋转轨迹圆的直径变大，成为必要以上，因此对于期望紧凑化的旋转刀是不利的。
[0056]接下来，关于上述本发明的旋转刀，列举具体例，使用合适的附图来详细说明。并且，本发明的旋转刀并不限定于以下说明的具体例。
[0057]图1所示的旋转刀A为以宽度6英寸以下的片材为切割对象、适宜于片材切割的本发明的旋转刀的一个例子。在该旋转刀A中，刀片3呈螺旋状配置于柄2的外周，在刀片3的两端侧具有导向环构件4和缓冲环构件5。构成该旋转刀A的各个构件的位置关系在图2表示，在线段QQ处的径向方向的剖面在图3表示。
[0058]对于旋转刀A的柄2，机械加工长条圆棒状的金属材料，在长度方向上延伸，形成有外周2a和轴部2c、轴部2d。另外，轴部2c、轴部2d用于给旋转刀A带来旋转轴的功能。另外,柄2的外周2a的径向方向的剖面外形形成为直径14_的圆形形状。另外，在轴部2c、轴部2d形成具有用于分别使导向环构件4、缓冲环构件5停止旋转的D形切削状的卡定面2f、2h的安装部2e、安装部2g。并且，如图2所示，在柄2的外周2a上形成有具有规定的螺旋角的深度为1.4mm的螺旋槽2b，该螺旋槽2b沿外周2a的长度方向延伸。
[0059]图3所示的柄2形成为其剖面形状为圆形形状，但本发明的旋转刀的结构并不限定于此。例如，为了确保插入片材的空间宽阔，也可以是具有图6所示的切除一部分而外观成为D字形状的剖面形状(D形切削状剖面2a’ )的柄2’，螺旋槽2b’也以适合该剖面形状的方式形成。
[0060]旋转刀A的刀片3以淬火的带状钢材作为材料，使用加工后的厚度为0.7mm、宽度为4.6mm的带状材料。淬火的带状钢材通过淬火处理等而具有适宜于刃具的硬质性，因此适宜于作为刀片的材料。另外，该带状材料的厚度与宽度的比(厚度/宽度)为0.15。并且，在柄2使用金属材料的情况下，考虑功能性、材料成本，优选为，相比硬质性优先选择耐切割时的弯曲负载的韧性。
[0061]该刀片3由带状材料构成，该带状材料形成为相对于柄2的长度方向具有规定的螺旋半径(Rt)和规定的螺旋角(θ t)的螺旋形状，并且，形成为在平坦展开时以规定的曲率(Re)在宽度方向上弯曲的弓形形状。具体地，将宽度为6英寸以下的旋转刀A的刀刃线3a的对切割有效的长度(刀刃的长度)设定为162mm，对于带状材料的装配于柄2的一边，设定Rt=5.6mm、Θ t=5.6度(对应于与相配合的刀所成的剪切角)，计算上理论值为Rc=0.7X 10-3/mm (相当于以曲率半径表不的1450mm)。
[0062]该带状材料的弓形形状通过包括以下工序的制造方法形成，在该工序中，使宽度D=4.6_、厚度T=0.7mm的带状材料在其宽度方向弯曲塑性变形，从而形成为以规定的曲率(Re)在其宽度方向上弯曲的弓形形状。除此以外，例如，也可以是通过用冲床等对平坦的薄的板材进行冲裁等制造方法。并且，其后将形成为弓形形状的带状材料扭转使其塑性变形为螺旋形状时，该带状材料一边变形一边伸长，实际尺寸就变长了。考虑到该带状材料的伸长，优选为，将带状材料形成为弓形形状时的曲率(Re)设定得比所期望的刀片的形状所表现出的曲线具有的曲率大(如果以曲率半径表示，形成为弓形形状时的曲率半径比所期望的刀片的形状所表现出的曲线具有的曲率半径小)。在旋转刀A的情况下，考虑到适应后述的扭转塑性变形，设定为比上述计算上的理论值Rc=0.7 X 10_3/mm大的值1.0X10_3/mm (相当于以曲率半径表示的1000mm)。
[0063]例如，图12为使上述宽度为D且厚度为T的带状材料在其宽度方向上进行弯曲塑性变形的设备的一个例子，相比通过用冲床等对板材进行冲裁，材料成品率较高。在该设备中，沿箭头所示方向移动的冲头110和冲模111之间对作为材料的带状材料进行加压而使其塑性变形，能够形成为以规定的曲率(Re)在宽度方向上弯曲的弓形形状的带状材料101。在考虑到材料的弹性回复(回弹)的基础上，将该冲头面IlOa和冲模面Illa形成与规定的曲率(Re)相对应的形状，从而通过少次数的加压就能够形成所期望的弓形形状。这样形成的弓形形状的带状材料100的一例如图8所示，对于该弓形形状的带状材料100，用于将该带状材料100作为刀片配置于供其装配用的柄的外周的边缘IOOa具有最大的曲率。
[0064]在两个模具上分别设有加工孔，在形成所期望的弓形形状后，仅使后方的加工孔成为相对于前方的加工孔与螺旋角(Θ t)相应地旋转的姿势，在常温下，使具有上述规定的曲率(Re)的弓形形状的带状材料通过两个加工孔，从而对具有上述规定的曲率(Re)的弓形形状的带状材料进行扭转而使其塑性变形，形成具有与上述规定的曲率(Re)相对应的螺旋半径(Rt)的螺旋形状的带状材料。这样形成的带状材料为这样的构件:相对于柄2的长度方向而言具有规定的螺旋半径(Rt)和规定的螺旋角(0t)的螺旋形状，并且，具有平坦展开时以规定的曲率(Re)在宽度方向上弯曲的弓形形状。
[0065]由这样形成的带状材料构成的刀片3的形状如图7所示。图7表示从切割开始侧(轴部2c侧)向切割结束侧(轴部2d侧)观察旋转刀A的刀片3的各个位置时得到的包含刀片3的剖面在内的形状。并且，为了刀片3的清楚化，对于柄2，仅表示了外周2a和旋转轴的中心P。对于刀片3，插入部3b部分插入至柄2的图中未示出的螺旋槽2b，刀刃线3a从切割开始附近经过中央部附近到切割结束附近，一边扭转变形为螺旋状，一边盘旋。正因为该刀片3的形状，才成为带状材料的上述螺旋形状且在平坦展开时为弓形形状这样的特定的形状，该特定的形状对于将刀片3容易且高精度地装配于柄2是重要的。
[0066]如图7所示，将具有这样的特定的形状的带状材料应用于刀片3。在成为刀片3的带状材料与柄2的装配中，将刀片3的刀刃线3a的刀刃长度设为上述的162mm，将该带状材料插入于在柄2的外周2a形成的螺旋槽2b。在柄2的外周2a形成的螺旋槽2b的宽度形成为与刀片3的插入部3b的厚度相同。这样，能够利用嵌合将彼此固定成一体。另外，还可以进一步通过激光熔接使它们牢固地一体化。并且，即使螺旋槽的槽宽大于等于插入的带状材料的厚度，也能够通过粘着剂、熔接等方法将彼此固定。
[0067]刀片3的螺旋形状以旋转角为120度的方式形成。另外，以螺旋的内径(螺旋半径)与内切于螺旋槽2b的底的轨迹的内切圆的直径相等的方式，设定目标值，刀片3的螺旋形状形成为具有与螺旋槽2b的螺旋角相等的螺旋角。当如此将刀片形成为螺旋形状时，向螺旋槽的插入操作能够容易地进行。也可以是，形成为具有通过带状材料本身的弹性变形而能够插入螺旋槽2b的程度的螺旋角的形状。另外，旋转刀A的刀片3在其整个长度范围内以相同的螺旋角形成为螺旋形状。此外，也可以形成为:例如从中途起朝向切割结束侧螺旋角渐渐增大。
[0068]其后，成为刀片3的带状材料的长度方向的两端侧以分别与导向环构件4和缓冲环构件5的各侧面相抵靠的状态固定。在旋转刀中设有导向环构件、缓冲环构件对于以下一系列的动作变得顺畅是有效的，即:在切割开始侧沿旋转刀的刀刃线顺畅地对旋转的旋转刀与相配合的刀之间的接触点进行引导，使该接触点在切割结束侧顺畅地离开刀刃线，然后再次移到切割开始侧。
[0069]在图1、图2所示的旋转刀A的情况下，导向环构件4位于切割开始侧。并且，导向环构件4具有:轮状部4a，其具有与旋转刀A的刀片3的旋转轨迹圆同径的外周面；贯通孔4b，其具有与柄2的包括卡定面2f在内的安装部2e相对应的孔形状。另一方面，缓冲环构件5位于切割结束侧。并且，该缓冲环构件5具有:引导部5a，其形成为，与旋转刀A的刀片3的旋转轨迹圆同径的位置为外周面的最大直径的位置，该外周面的半径呈漩涡状地依次减少；贯通孔5b，其具有与柄2的包括卡定面2h在内的安装部2g相对应的孔形状。
[0070]这些导向环构件4、缓冲环构件5都通过以下方法形成:重叠具有与刀片3相同的特性的金属平板材料的冲裁片4片?5片，在轮状部4a、引导部5a的外周面的接合部4c、接合部5c的位置进行焊接而形成为一体。采用这样的简易的方法，与例如从一个整体的金属材料切削出一体物的情况相比，在制造成本、材料成本方面是有利的。
[0071]这里，叙述成为刀刃的带状材料与缓冲环之间的接合的方法。
[0072]在图1、图2所示的旋转刀A的情况下，以带状材料的端部抵靠于缓冲环构件5的侧面的状态接合。与此不同的优选的方法在图4、图5中表示。在图5中，从与图4不同的视点看缓冲环构件5’侧。缓冲环构件5’与图1、图2所示的缓冲环构件5不同的地方为在引导部5’ a形成的间隙5’ d。缓冲环构件5’的间隙5’ d形成于以下两个位置之间、即成为外周面的最大径且与刀片的旋转轨迹圆同径的位置与该外周面的半径呈漩涡状地渐渐减少而成为最小径的位置之间。
[0073]在将作为刀片的带状材料的一端固定时，若采用图4、图5所示的构成，通过仅将刀片3’插入至间隙5’ d的这样简易的方法就能够保持刀片3’的一端。这种情况下，刀片3’的长度虽然相比图1、图2所示的刀片3延长了与间隙5’ d的深度相对应的量也就是与缓冲环5’的厚度相对应的量，但是可以说能够忽略对材料成本的影响。
[0074]另外，供刀片3’插入的间隙5’d的宽度只要大于等于刀片3’的厚度就可以，宽些也没关系。例如，间隙5’d的宽度与刀片3’的厚度相等的情况下，可以通过嵌合来固定，在间隙5’ d的宽度比刀片3’的厚度宽的情况下，通过以刀片3’的位于切割时的旋转方向的后方的侧面抵接于间隙5’ d的壁面的方式，在考虑螺旋的方向的基础上插入刀片3’，从而能够将在切割时受到反作用力的刀片3’支承在间隙5’ d的壁面。
[0075]如以上所述，对于旋转刀A，将形成为螺旋状的刀片3装配并固定于柄2之后，一边旋转柄2 —边研磨刀片3的外周。于是，以刀片3的最外部所成的旋转轨迹圆的直径为15mm的方式，使刀片3的突出端锋利，精加工成用于进行切割的刀刃。这样，获得刀刃长度为162mm、刀片3的旋转轨迹圆的直径为15mm的旋转刀A。
[0076]接下来，关于上述本发明的旋转切割设备，列举使用上述旋转刀A的一个例子，通过附图来详细说明。并且，本发明的旋转切割设备并不限定于以下说明的具体例。
[0077]图9表示外观，图10表示在线段PP处的径向方向的剖面，旋转切割设备B为本发明的旋转切割设备，其使用以宽度6英寸以下的片材为切割对象的旋转刀A。
[0078]旋转切割设备B由图11所示的各种构件构成，在该旋转切割设备B中，具有螺旋状的刀刃线3a的旋转刀A和具有直线状的刀刃线Ia的固定刀I能够通过以规定的剪切角依次咬合而将片材(未图示)切割。具体地，旋转切割设备B除了旋转刀A和固定刀I之外还具有:用于安装固定刀I的固定刀保持架6 ;用于支承旋转刀A的轴部2c、轴部2d、固定刀保持架6的侧板7、侧板8 ;连接于侧板7、侧板8的下框9、上框10等。另外，构成旋转切割设备B的设备整体的框架结构的侧板7、侧板8、下框9、上框10之间使用螺纹构件15?18，在分别设于上述侧板7、侧板8、下框9、上框10的贯通孔7a、贯通孔7b、贯通孔8a、贯通孔Sb、螺孔9a、螺孔％、螺孔10a、螺孔IOb的位置被紧固连接。由此，能够防止切割时侧板
7、侧板8的倒伏。
[0079]将旋转刀A的两端侧的轴部2c、轴部2d插入至轴承13的贯通孔13a，然后将轴承13的外圈插入至侧板7、侧板8的贯通孔7c、贯通孔Sc，从而旋转刀A以能够旋转的方式被轴支承。并且，用于使旋转刀A旋转的驱动源等驱动单元(未图示)设于作为切割的切割结束侧的轴部2d侧。
[0080]对于成为与旋转刀A配合的刀的固定刀1，使用具有能够贴紧固定刀保持架6的安装面6a的平面Ib的平板状，其长度方向的边缘形成为直线状的刀刃线la。另外，对于固定刀1，将设于安装面6a上的凸部6b、凸部6c插入至设于固定刀I的平面Ib上的贯通孔lc、贯通孔ld，在凸部6b的位置进行定位，在凸部6c的位置进行机械的嵌塞(日文..“的3)，从而固定刀I安装于固定刀保持架6上。
[0081]另外，固定刀I以相对于旋转刀A的旋转轴线成0.18度的角度的方式配置，以使固定刀I自身的刀刃线Ia与旋转刀A的刀刃线3a以在一点接触的方式咬合，其中，将固定刀I相对于旋转刀A的旋转轴线所成的角度称为咬入角。这是采用如下方法进行的，即:将旋转刀A的旋转轴线配置为正交于片材的进纸方向，以将安装有固定刀I的固定刀保持架6移动与上述咬入角相对应的量。具体地，通过在插入由贯通孔6d、贯通孔6e轴支承的销时将其位置相对于侧板7、侧板8的贯通孔7d、贯通孔6d偏置相应的量而实现的。并且，当咬入角为0.08度以上时，容易使两个刀刃在一点的接触稳定。另外，当咬入角为2.0度以下时，接触点的移动容易顺畅地进行。
[0082]在固定刀保持架6中，具有规定的弹力的螺旋弹簧14的螺旋部连通于将固定刀保持架6的一侧轴支承的销12的轴部12a。并且，螺旋弹簧14的一腿部14a卡定于侧板8的槽口部Se，另一腿部14b挂于固定刀保持架6上。通过这样的结构，将螺旋弹簧14的弹力从腿部14b传递到固定刀保持架6也就是固定刀1，就能够以相对于旋转刀A合适的压接力对固定刀I进行施力。
[0083]另外，在固定刀保持架6的长度方向的中央附近设有抵挡部6f。这是用于处理以下情况:在片材被切割时，异常的负载作用于固定刀1，固定刀保持架6克服螺旋弹簧14的弹力而后退。这种情况下，固定刀保持架6的抵挡部6f抵接于上框10的支承面10c，从而能够借助上框10承受上述异常的负载。这样固定刀I不会发生异常的弯曲变形。
[0084]对于具有上述结构的旋转切割设备B，固定刀I的直线状的刀刃线Ia和旋转刀A的螺旋状的刀刃线3a之间保持5.6度的剪切角，且从切割的开始到结束以一点接触。通过该接触，固定刀的刀刃和旋转刀的刀刃之间形成以适当的压接力咬合的切割点。并且，该切割点随着切割的进行顺次移动，从而在旋转刀A与固定刀I之间的进纸用的空间30中插入的片材(未图示)在正交于插入方向的方向上被以任意的长度切断。
[0085]另外，上述旋转切割设备B能够与片材的输送速度相对应进行旋转刀A的旋转控制。这样，实现能够对在旋转刀A与固定刀I之间的空间30内沿进纸方向移动的片材进行输送的同时对其进行切割的旋转切割设备。这样的旋转切割设备B也能够切割在空间30内处于静止状态的片材。
[0086]下面，关于通过上述旋转切割设备B将处于静止状态的片材切割的一系列的动作，使用合适的附图详细地说明。
[0087]在图10中所示的处于待机状态的旋转切割设备B中，作为切割对象的片材在空间30内的规定位置处于静止状态，对此在图中未图示。这时，旋转刀A处于静止状态。另外，固定刀I的刀刃线Ia接触于位于旋转刀A的切割开始侧的导向环构件4的外周面、即轮状部4a ο
[0088]当旋转刀A沿以箭头所示方向旋转时，固定刀I的刀刃线Ia在导向环构件4的轮状部4a的外周面上滑动，向与旋转刀A的刀刃线3a相连的部位靠近。不久，固定刀I的刀刃线Ia从导向环构件4的轮状部4a离开，移向旋转刀A的刀刃线3a。然后，固定刀I和旋转刀A这两者的刀刃线la、刀刃线3a形成在一点接触的咬合点。当旋转刀A进一步旋转时，咬合点沿着固定刀I和旋转刀A这两者的刀刃线la、刀刃线3a移往片材的一端。不久，当咬合点达到片材的一端时，该咬合点成为切割点而将片材切割。该咬合点在片材的宽度方向上移动，当达到片材的另外一端时，片材在宽度方向上被完全切断。
[0089]如上述那样对片材进行切割之后，当旋转刀A进一步继续旋转时，固定刀I的刀刃线Ia离开旋转刀A的刀刃线3a。与该离开几乎同时地，固定刀I的刀刃线Ia接触于作为缓冲环构件5的外周面的引导部5a。通过该动作，两刀刃线la、3a成为非接触状态而咬合被解除。当咬合被解除时，固定刀I的刀刃线Ia成为接触于缓冲环构件5的引导部5a的最大直径的位置的状态。从旋转刀A的径向上看，该位置相当于与导向环构件4的轮状部4a直径相同的位置，但是固定刀I的刀刃线Ia成为离开导向环构件4的轮状部4a的状态。这是通过设置了相对于旋转刀A的旋转轴线而言的咬入角实现的。
[0090]处于接触于上述缓冲环构件5且不接触于导向环构件4的状态下的固定刀I的刀刃线Ia随着旋转刀A的旋转，在切割结束侧在缓冲环构件5的引导部5a上滑动，且在切割开始侧向导向环构件4的轮状部4a靠近。这是通过沿着旋转方向呈漩涡状直径变小的缓冲环构件5的引导部5a实现的。其后，固定刀I的刀刃线Ia顺畅地接触于导向环构件4的轮状部4a，同时离开缓冲环构件5的引导部5a。这样，通过缓冲环构件5的特别的效果，被螺旋弹簧施力的固定刀I的刀刃线Ia从缓冲环构件5的引导部5a向导向环构件4的轮状部4a能够以没有机械冲突的方式顺畅地移动。
[0091]其后，当旋转刀A返回最初的位置时，固定刀I的刀刃线Ia也返回最初的位置，旋转切割设备B返回最初的待机状态。
[0092]通过上述一连串的切割动作，旋转切割设备B能够将在旋转刀A与固定刀I之间的空间30内插入的处于静止状态的片材沿其宽度方向切断。这样得到的切割后的片材的切割面没有起毛、起皱等，为良好的片材。并且，关于上述旋转切割设备B的一连串的片材切割动作，对于使用如图6所示的由具有D形切削状剖面2a’的柄构件2’构成的旋转刀的旋转切割设备也是一样的。
[0093]附图标记说明
[0094]A、旋转刀；B、旋转切割设备；1、固定刀；la、刀刃线；lb、平面；lc、ld、贯通孔；2、2'柄;2a、外周；2a’、D形切削剖面；2b、2b’、螺旋槽；2c、2d、轴部；2e、2g、安装部；2f、2h、卡定面；3、刀片；3a、刀刃线；3b、插入部；4、导向环构件；4a、轮状部；4b、贯通孔；4c、接合部；5、5’、缓冲环构件；5a、5’ a、引导部；5b、贯通孔；5c、接合部；5’ d、间隙；6、固定刀保持架；6a、安装面；6b、6c、凸部；6d、6e、贯通孔；6f、抵挡部；7、侧板；7a、7b、7c、7d、贯通孔；8、侧板；8a、8b、8c、8d、贯通孔；9、下框；9a、9b、螺孔;10、上框;10a、10b、螺孔；10c、支承面；11.销；12、销；12a、轴部；13、轴承；13a、贯通孔；14、螺旋弹簧；14a、14b、腿部；15、16、17、18、螺纹构件；30、空间；100、弓形形状的带状材料；100a、边缘；101、带状材料；110、冲头；110a、冲头面；111、冲模；llla、冲模面。
【权利要求】
1.一种旋转刀，其特征在于， 该旋转刀包括: 具有旋转轴的棒状的柄； 由在上述柄的外周沿上述柄的长度方向延伸的带状材料构成的刀片， 上述带状材料相对于上述柄的长度方向形成为螺旋形状，并且，形成为在平坦地展开时在其宽度方向上弯曲的弓形形状， 上述带状材料的上述弓形形状的一边装配于上述柄， 上述带状材料的另外一边形成为上述刀片。
2.根据权利要求1所述的旋转刀，其特征在于， 上述带状材料形成为具有相对于上述柄的长度方向而言的规定的螺旋半径(Rt)和规定的螺旋角(9t)的螺旋形状，并且，形成为在平坦地展开时以规定的曲率(Re)在其宽度方向上弯曲的弓形形状； 上述带状材料的上述弓形形状的曲率或平均曲率较大的一边装配于上述柄。
3.根据权利要求1或2所述的旋转刀，其特征在于， 上述柄具有在上述外周沿其长度方向延伸的螺旋槽，该螺旋槽具有与上述带状材料的螺旋形状匹配的槽形状； 上述带状材料的上述一边插入、装配于上述螺旋槽。
4.根据权利要求1?3中任一项所述的旋转刀，其特征在于， 在上述刀片的对切割有效的刃口长度(W)的范围内，上述刀片的从一端到另外一端的绕上述旋转轴的旋转轴线的旋转角(Φ )为80度?130度。
5.根据权利要求2中任一项所述的旋转刀，其特征在于， 在上述刀片的对切割有效的刃口长度(W)的范围内，上述刀片的用于装配于上述柄的上述一边的上述螺旋角(9t)为3度?10度、上述螺旋半径(Rt)与上述刃口长度(W)之比(Rt/ff)为 0.7 ?1.6。
6.一种旋转刀的制造方法，其特征在于， 该制作方法为权利要求1?5中任一项所述的旋转刀的制造方法，该制作方法包括以下工序，在该工序中，使宽度为(D)且厚度为(T)的带状材料在其宽度方向上弯曲塑性变形，从而将上述带状材料形成为以规定的曲率(Re)在其宽度方向上弯曲的弓形形状。
7.一种旋转切割设备，其特征在于， 权利要求1?5中任一项所述的旋转刀和具有直线状的刀刃的固定刀以规定的剪切角依次咬合，从而进行片材的切割。
【文档编号】B26D1/12GK103659864SQ201310403761
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年9月6日 优先权日:2012年9月7日
【发明者】富永修, 桥本秀一 申请人:株式会社日立金属精密, 日立金属株式会社