JP4482722B2 - ガラス繊維用切断刃及びそれを具備する切断装置 - Google Patents

Description

本発明は、ガラス繊維製品の製造工程で使用されるガラス繊維用切断刃とそれを具備した切断装置に関する。

ガラス繊維製品は産業界のあらゆる分野で利用されているが、一般に次のような手順で製造されている。先ず、予めガラス繊維となった際に所定の目標組成となるように各種ガラス原料を秤量、混合して調整し、さらにガラスカレットや添加物を適宜加えてガラス原料バッチとする。このガラス原料バッチは、原料投入機によって高温状態に加熱されたガラス溶融炉内に投入し、均質化操作などを行った後、ガラス溶融炉の成形槽で白金製ブッシングの多数のノズルより引き出して水スプレー等で冷却してガラスモノフィラメントとなるよう紡糸し、さらに集束剤などの各種の薬剤をガラスモノフィラメント表面に被覆させ、数千本までのガラスモノフィラメントを集束してストランドを形成し、例えばターレット型ワインダー等の巻き取り装置を利用してボビンに装着した紙管あるいは木管の周囲に巻き取り、ケーキあるいはチーズと呼称される半製品の粗糸巻き状態としたものをさらに各種工程で使用している。

こうして作製されたケーキあるいはチーズから、ガラスロービングやガラスヤーンといったガラス長繊維製品も製造することができるが、ここでは一般的な事例の１つとしてガラスチョップドストランドについて説明する。ガラスチョップドストランドは、上述のケーキあるいはチーズからストランドを連続的に解舒して引き揃えた後、ロービングカッター等の各種の切断装置を利用して所望の寸法に切断して製造されている。そしてこのチョップドストランドは、分散装置に供給されて適宜分散されて堆積してチョップドストランドマットやペーパー、テープ等の所定の形態に加工されるか、あるいは有機材料やセメント材料等とＦＲＴＰやＦＲＰ、ＧＲＣ等の各種複合材料を構成するための骨材（フィラー、添加材、補強材などとも呼称される。）としても利用されている。

上述したようにストランドから高い性能を有するガラスチョップドストランドを得るため利用される切断装置に搭載される切断刃は、ガラスチョップドストランドの加工品位を決める基本的な部材あるいは工具の一つである。このため切断刃の性能を向上するために、ガラス繊維切断刃についてこれまで各種の発明が行われてきた。例えば特許文献１では、切断刃が圧接するゴムロールの強度を増加させるため、ゴムロールの材質を複合材料とした考案が開示されている。また特許文献２では、図５に示すように刃部１と基体部２についてビッカース硬度の比率を限定することで刃の磨耗を少なくし、長時間に亘って使用できるとする発明が行われている。また、特許文献３では、刃部１と基体部２の接合層３を介する接合により構成される繊維切断刃の刃部長さ寸法と基体部長さ寸法との比率を所定値に規定することで刃の破損を抑止できるという発明が開示されている。さらに、特許文献４では、刃部１と基体部２との溶接による残留歪を緩和する構造についての発明が開示されている。そして特許文献５では、刃部１のビッカース硬度をさらに向上させて２０００以上とし、特許文献６では高い硬度を有する刃部１との接合が容易となる基体部２についての発明が開示されている。
実開平０５−９６０３３号公報 特開２００２−３５５７８８号公報 特開２００２−３６１５９０号公報 特開２００２−３７０１９２号公報 特開２００３−５３６９３号公報 特開２００３−２６６３７０号公報

しかし、これまで行われてきた発明だけでは、より高い性能を有するガラス繊維の切断刃を提供するには充分なものになってはいない。この切断刃は基体部と刃部という２つの部材を溶接接合することで製造されるが、製造ロットによっては溶接歩留まりが４０％程度にまで低下するという問題があり、この問題の原因を調べていく過程で、対処的に溶接時のレーザ光出力条件を変更することや、溶接時に発生する残留歪みに起因して切断刃の刃先部や底部に生じる歪みを研磨によって解消することが行われてきたが、このような方法のみでは恒久的な問題の解決は行えない。またこの溶接時の切断刃の歪みは、大きいものでは刃の長尺全長寸法（３００ｍｍ）に対して０．３５ｍｍに達する場合もあるため、歪み解消のために行われる研磨等にも労力を要するものとなっている。切断刃の歪みは、その歪み量が大きくなるとガラス繊維の切断に供する寿命を短くする、すなわち切断刃の耐用期間を短くするという問題もあるため、切断刃の歪みを低く抑制するのが重要となっている。

そこで本発明は、ガラス繊維の切断に供されるガラス繊維用切断刃として、切断刃の製造時における溶接歪みを低く抑制し、安定した切断品位を実現することができるガラス繊維用切断刃と、該ガラス繊維用切断刃を備えたガラス繊維切断装置の提供を課題とする。

本発明のガラス繊維用切断刃は、ガラス繊維を切断する刃部と基体部より構成される切断刃であって、前記刃部の材質はタングステンカーバイド（ＷＣ）を含む超硬合金であり、タングステンカーバイドの以下の数１の関係式に従う平均粒子径（Ｄ）が、０．２５μｍから０．８５μｍの範囲内にあり、切断刃の長手方向についての歪みの大きさが、長さ３００ｍｍ当たり０．０７ｍｍ以下であることを特徴とする。

ここで、ガラス繊維を切断する刃部と基体部より構成される繊維切断刃であって、前記刃部の材質はタングステンカーバイド（ＷＣ）を含む超硬合金であり、タングステンカーバイドの上述の数１の関係式に従う平均粒子径（Ｄ）が、０．２５μｍから０．８５μｍの範囲内にあり、切断刃の長手方向についての歪みの大きさが、長さ３００ｍｍ当たり０．０７ｍｍ以下であるとは、ガラス繊維を切断して、例えばガラスチョップドストランドのようなガラス製品とするガラス繊維切断用の切断刃について、その切断刃を構成する刃部と刃部を固定する基体部とにより切断刃が構成され、刃部の構成材質として上述した数１の関係式、すなわちフルマン（ｆｕｌｌｍａｎ）の式によって表されるタングステンカーバイド（化学元素表記でＷＣと表される）、すなわち炭化タングステンの平均粒子径（Ｄ）が、０．２５μｍから０．８５μｍの範囲内にあり、切断刃の長手方向についての歪みの大きさが、長さ３００ｍｍ当たり０．０７ｍｍ以下であることを表している。

本発明の刃部の材質としては、タングステンカーバイド以外の材質含有成分については、どのようなものを含有しても所定の硬度や強度を有し、切断性能を低く抑制することのないものであれば、適量含有してもよい。また、性能や機能の劣化することのないものであればタングステンカーバイドとして、その純度は問わない。具体的には、ＷＣ−Ｃｏ系、ＷＣ−ＴａＣ−Ｃｏ系、ＷＣ−ＴｉＣ−Ｃｏ系、ＷＣ−ＴｉＣ−ＴａＣ−Ｃｏ系の超硬合金を使用することができる。

刃部を構成するタングステンカーバイド（ＷＣ）の数１のフルマンの式に従う平均粒子径（Ｄ）が、０．２５μｍから０．８５μｍの範囲内にあることを確認する方法としては、以下のような手順で行う。

刃部の組織断面を清浄な状態となるように研磨加工し、光学顕微鏡や電子顕微鏡等の拡大装置を使用して、１０００倍から５０００倍までの拡大視野で観察を行う。通常は１０００倍で支障ないが、粒子が細粒であって細部についての詳細な画像を得ることが困難である場合には、５０００倍まで拡大して組織写真を撮影する。次いで撮影した組織写真の所定矩形面積内を適当な画像解析ソフト等を使用するか、あるいは人力によって等分に区切る互いに垂直な複数の縦線分、横線分を描き、その所定矩形全面積内のタングステンカーバイド粒子の粒子数と線分上のタングステンカーバイド粒子の粒子数とを計測する。ここで、粒子数については少なくとも１００００個以上の計測数となるまでの計測を続ける。よって１枚の組織写真では、タングステンカーバイドの粒子数が１００００個に満たない場合には、さらに他の箇所の組織写真を撮影し複数枚の組織写真について同様の作業を繰り返して、タングステンカーバイドの粒子数が１００００個以上となるようにする。こうして得られた計測値を使用し、上述した数１の関係式によりタングステンカーバイドの平均粒子数を算出する。この数１の関係式については、より具体的には次に示すフルマンの式（数２の関係式）のように詳細に表すことができるので、具体的に実際の計測値から算出するには、この式に従う。

刃部を構成するタングステンカーバイドの平均粒子径について、上述した数２のフルマンの式に従う平均粒子径が、０．２５μｍから０．８５μｍの範囲内とすることによって、基体部と刃部とを溶接する際に、溶接直後に溶接部位の割れや破損の生じる比率が少なく、溶接時に発生する歪みについてもその大きさが小さくなるため好ましい。刃部を構成するタングステンカーバイドの平均粒子径が０．２５μｍに満たないと所望の熱的な性能を実現できない場合もあり好ましくない。一方、刃部を構成するタングステンカーバイドの平均粒子径が０．８５μｍを越える場合には、溶接性に問題の発生する場合があるので好ましくない。この事実は、本発明者らが行った試験片による溶接確認試験によって判明したものであり、数２のフルマンの式で表されるタングステンカーバイドの平均粒子径を所定範囲内に限定することによって、刃部の溶接歪などの溶接性が再現性よく著しく改善することができることを見いだしたことによるものである。このような観点に加え、本発明のガラス繊維用切断刃は、切断刃の耐用期間、すなわち寿命を長くするためには、該刃部の材質は、タングステンカーバイド（ＷＣ）の上述した数１の関係式に従う平均粒子径（Ｄ）が、０．３０μｍから０．８０μｍの範囲内とすることが好ましく、さらに好ましくは０．３５μｍから０．５５μｍの範囲内とすることである。

また本発明のガラス繊維用切断刃に係るタングステンカーバイドの平均粒子径の計測方法としては、上述した顕微鏡を活用する計測方法を補足する各種の方法を併用してもよい。例えばＣｏを含有する超硬合金の場合、合金を最大磁化させた時に、その磁化を０にするのに要する反対方向の磁場強度については、タングステンカーバイドの粒度が小さくなる程、磁場強度値が大きくなるため、この性質を使用することによって、基準となる複数の磁場強度値と、その際のタングステンカーバイドの粒度を予め顕微鏡による計測方法で決めておけば、その後の計測については時間を要する顕微鏡による計測方法を採用せずとも、タングステンカーバイドの平均粒子径の計測を磁場強度値の計測で代用することも可能である。このような代用法を採用すれば、より高速な測定が可能となるので、大幅に作業効率を向上することができ好ましい。

また本発明のガラス繊維用切断刃は、充分に高い剪断力をガラス繊維に加えることでガラス繊維を効率的に切断する機能を有するものであれば、どのような外観形態を有するものであってもよい。例えば刃部の形態については、刃部の断面形状が、刃先片側のみに傾斜したテーパー部を有する片刃の形状であってもよく、また両側にテーパー部を有する両刃（諸刃とも呼称する）であってもよい。また刃部の刃先の傾斜したテーパー部の断面の形状が直線形状となるストレイトグラインドやハマグリ状に曲線をもって膨らんだ外観を呈するコンベックスグラインド、またコンベックスグラインドとは逆向きに内側方向に曲面を有して絞られた外観となる内外Ｒ形状（またはホローグラインドとも呼称する）であっても、ガラス繊維切断用として使用することができる。またテーパー部の傾斜角についても所定の切断機能を実現できる傾斜角であれば採用できる。

本発明のガラス繊維用切断刃は、刃部と基体部との間には、溶接時に使用した厚さ０．０５ｍｍから０．６ｍｍの範囲の溶接材料が加熱されて生じた溶接拡散部があることを特徴とする。また本発明のガラス繊維用切断刃は、上述に加え前記刃部を支持する基体部が、炭素工具鋼よりなるものであれば、刃部を確実に固定し、安定した切断能を維持できるので好ましい。

刃部を支持する刃の基体部については、焼き入れ焼き戻しの処理工程によって形成されたものであって、適量の炭素（Ｃ）を含有する鋼材であり、熱膨張係数、硬度、弾性定数などの諸性質が適切であって、刃部と切断刃を固定して使用できる切断装置の構成部材との間に介在するに適した性能を有する炭素工具鋼であれば使用することができる。そして、特に刃部との接合を重視する場合には、より好ましくは基体部の材質としては、炭素含有量が質量百分率表示で、０．５質量％から１．６質量％の範囲内となる炭素工具鋼とすることである。

また本発明のガラス繊維用切断刃の刃部は、公知の製造技術を適用することで製造できるものであって、例えば所定量のコバルトをバインダとして含有するタングステンカーバイドの微粒子を加熱して焼結させて得られるもので、具体的には８８．５質量％、平均粒子径０．４５μｍのタングステンカーバイド粉末と１１．５質量％のコバルト粒子とを均質に配合し、ＨＩＰ（Ｈｏｔ Ｉｓｏｓｔａｔｉｃｓ Ｐｒｅｓｓ）により成形することで、所定形状とでき、こうして得られた合金はビッカース硬度が、Ｈｖ１８００以上となっている。

また刃部と基体部との固定については、充分に高い接合が可能となる方法であればよい。すなわち溶接等の方法が好ましいが、その際の溶接方法や材料、器具等についても適宜選択することができる。例えば溶接については、直接の溶接であっても低融点金属箔等を介しての接合であってもよい。

また本発明のガラス繊維用切断刃は、上述に加えガラス長繊維の切断に供されるものであれば、所望のガラス長繊維製品を成形することができ、用途に応じた寸法にガラス繊維を切断できるので好ましい。

ここで、ガラス長繊維の切断に供されるとは、ガラス溶融炉内で加熱された溶融ガラスを複数の白金製ノズルを有するブッシングより連続的に引き出して成形されたガラス繊維について、剪断力により切断する機能を有するものであることを表している。

ガラス長繊維であれば、ロービング、ヤーン、あるいはチョップドストランド等どのような形態であっても適用することができる。またこれらの繊維形態を起源とするガラス繊維製品についても、本発明の対象となる製品であることは言うまでもない。すなわち例えばガラス繊維製マット、組紐、ネット、テープ等を形成するにも、本発明を適用可能である。

また上述のようなガラス長繊維について、その表面を被覆する集束剤等の処理剤の種類について限定されることもない。

さらに本発明のガラス繊維用切断刃は、上述に加えガラスチョップドストランドの製造に使用されるものであれば、高い寸法精度と整った切断面を有するガラスチョップドストランドを長時間に亘り切断刃の交換等のメンテナンス作業を行わずに使用することができるので好ましい。

ガラスチョップドストランドであれば、そのガラス繊維の直径については限定されることはない。またそのガラス繊維の材質についても、特に限定されることはない。例えば、ガラス繊維の材質として、アルカリ金属元素を実質的に含有しない無アルカリのＥガラス材質、低い誘電率を有するＤガラス材質、耐アルカリ性能を実現することのできるＡＲガラス材質、耐酸性を有するＣガラス材質、高弾性率を実現するＭガラス材質、高強度、高い弾性率を実現するＳガラス材質、あるいはＳガラスと同様の機能を有するＴガラス材質、さらに高い誘電率を有するＨガラス材質といった各種ガラス材質を適宜採用することができ、さらに最適な機能を実現するように設計された上記以外の他のガラス材質であってもよい。

本発明のガラス繊維用切断装置は、上述の何れかに記載のガラス繊維用切断刃を具備することを特徴とする。

ここで、上述の何れかに記載のガラス繊維用切断刃を具備するとは、ガラス繊維を切断する刃部と基体部より構成される繊維切断刃で、前記刃部の材質はタングステンカーバイド（ＷＣ）を含む超硬合金であり、タングステンカーバイドの上述したフルマンの関係式に従う平均粒子径（Ｄ）が、０．２５μｍから０．８５μｍの範囲内にあるものであって、さらに加えて該刃部を支持する基体部が、炭素工具鋼よりなるものであってもよく、さらにガラス長繊維の切断に供されるものであるようなものであってもよいガラス繊維用切断刃を有するものであることを表している。

本発明のガラス繊維用切断装置は、使用する切断刃の枚数や配設状態については特に限定するものではない。また切断を効率良く行うための複数の附帯設備を併用することができる。例えば切断のためのガラス繊維を解舒するための装置や撚りを付与または解舒する装置、さらに切断後のガラス繊維を輸送するための装置や、表面処理剤などを塗布する装置、繊維の不用意な切断を監視する装置や、切断速度を調整するための各種の制御装置等がある。

また本発明のガラス繊維用切断装置は、上述に加えて同軸円筒面上にガラス繊維用切断刃の基体部を配してなる構造を有するものであれば、連続的にガラス繊維の切断を行うことができるので好ましい。

このように同軸円筒面上にガラス繊維用切断刃の基体部を配してなる構造とすることによって、例えば切断刃を同軸円筒面位置で放射状に配設した構造とし、ロール形状のローラ周囲に所定数の切断刃を等間隔に配することができ、連続的に供給されるガラスストランドの所定箇所に適正な剪断力が印加されるように、ガラスストランドを２つの対向するロール間に巻き込むようにして切断し、所定の長さ寸法のガラスチョップドストランドとすることができる。そして具体的には、対向する２つのロールとしては、ゴムロールと切断刃を配したカッターロールという構成とすればよい。カッターロールに圧接するゴムロールの材質やその寸法については、適宜選択することができ、耐熱性や機械的な耐久性について好ましいものを配して構成することができる。カッターロールについても、実用上充分に安定した高い強度を有する構成となるものであれば採用することができる。

また、カッターロールに圧接するゴムロールとしては、その強度が実用に耐えるものとするため、ゴムロール中に必要に応じてガラス繊維、炭素繊維、ガラスフレーク、有機繊維、ガラスビーズ、セラミックス繊維及びセラミックス粒子の群の中から選ばれる少なくとも１以上の補強充填材を含有させることができる。

また本発明のガラス繊維切断装置では、それぞれの切断刃を互いに近距離、例えば３ｍｍ間隔で配置する場合、切断刃同士が接触する等して経時的に摩耗し、破損あるいは破壊することがある。そこで切断刃の両面にゴム（例えば厚み０．２ｍｍ〜０．５ｍｍ）等の緩衝材や金属製スペーサ等、切断刃の補強が可能となるような附帯部品を配設することによって、切断刃が破損し難くなり、切断装置の耐久性を向上させることができる。

また本発明のガラス繊維切断装置は、切断刃を配設した切断機構の下方、あるいは側方に切断された後のガラス繊維を連続的に捕集する機構を有することとすることで、切断操作により生成したガラスチョップドストランド等の製品を切断動作の妨げとならないように切断機構の系外へと移動させることができる。このようなものとしては、例えばベルトコンベヤによる連続搬送や気流による搬送ダクト等の採用ができ、設備規模などによって必要とされるものを必要数、適宜採用することができる。

また本発明のガラス繊維切断装置にストランドを供給する供給機構については、ストランドの切断機構が供給機構を兼ねるものであってもよく、またストランドの切断機構とは別にストランドの供給装置を適宜本装置に適切に配設するものであってもよい。

（１）以上のように本発明のガラス繊維用切断刃は、ガラス繊維を切断する刃部と基体部より構成される切断刃であって、前記刃部の材質はタングステンカーバイド（ＷＣ）を含む超硬合金であり、タングステンカーバイドの上述した数１の関係式に従う平均粒子径（Ｄ）が、０．２５μｍから０．８５μｍの範囲内にあり、切断刃の長手方向についての歪みの大きさが、長さ３００ｍｍ当たり０．０７ｍｍ以下であるため、溶接時に発生する歪み量を抑制することができ、刃部の溶接性が著しく改善することができるので、ガラス繊維用切断刃の耐用時間を延ばすことができる。

（２）また本発明のガラス繊維用切断刃は、前記刃部を支持する基体部が、炭素工具鋼よりなるならば、刃部を確実に固定することで切断刃に加わる外力によって刃部に過度な負荷が加わるのを防ぐことができ、切断刃を使用し続ける際の経時的な品位を予測し易いものとすることができる。

（３）さらに本発明のガラス繊維用切断刃は、ガラス長繊維の切断に供されるならば、各種のガラス製品の性能を損なうことのない切断作業を実現でき、切断部位に起因する不良等を抑制することが可能で、安定した品位のガラス繊維製品を製造できる。

（４）また本発明のガラス繊維用切断刃は、ガラスチョップドストランドの製造に使用されるならば、ガラスチョップドストランドの切断工程で発生する切断不良を抑制することができ、設計寸法、設計品位に従うガラスチョップドストランドを製造することができる。

（５）本発明のガラス繊維用切断装置は、上記のガラス繊維用切断刃を具備するものであるため、ガラス繊維製品を不良発生率の低い状態で生産することが可能となるものであって、切断装置を使用中に発生する切断刃を原因とする不調によるトラブルを最小に抑制することができるものである。

（６）さらに本発明のガラス繊維用切断装置は、同軸円筒面上にガラス繊維用切断刃の基体部を配してなる構造を有するものであれば、各種のガラス長繊維製品を効率良く生産することができるので、ガラス製品の加工費用を低減することが可能となるものである。

以下に本発明の繊維切断刃とその繊維切断刃を使用するガラス繊維切断装置について、実施例に基づいて説明する。

図１に本発明のガラス繊維用切断刃について、その具体例の一つを示す。ここに示した切断刃１０は、刃部１０ａと基体部１０ｂとによって構成されており、両者の固定は溶接によるものであるため、刃部１０ａと基体部１０ｂとの間には、溶接時に使用した溶接材料が加熱されて生じた溶接拡散部１０ｃがあり、この溶接拡散部１０ｃは刃部１０ａと基体部１０ｂとを強固に結合している。切断刃１０の刃部１０ａについて、その各部の寸法は、厚さ寸法が０．４ｍｍ〜０．８ｍｍ、幅寸法が０．５ｍｍ〜１４．５ｍｍであって、その先端形状は諸刃のストレイトグラインドをなすものである。切断刃１０の刃部１０ａの材質については、コバルト（Ｃｏ）が１６質量％、タングステンカーバイド（ＷＣ）が８４質量％のＷＣ−Ｃｏ系の超硬合金製である。

そしてこの刃部１０ａの合金の微細構造を１０００倍以上の倍率による観察が可能な顕微鏡等の適切な装置を使用して観察すると、図２に概念図で表したような構造を確認することができる。この図から明らかなように、タングステンカーバイドは微細構造を呈しており、粒子Ｍとなってコバルト相Ｐ中に分散分布している。そこで、タングステンカーバイド粒子Ｍの平均粒子径を算出するため、５０００倍の電子顕微鏡画像の写真撮影を行って、得られた組織写真から矩形面積内について画像解析ソフトによって二値化処理とタングステンカーバイド粒子Ｍのナンバリング処理を行って、矩形面積内を等分になるように区切った縦の線分と横の線分とを仮想的に線引きし、そこから矩形全面積内のタングステンカーバイド粒子Ｍの粒子数と仮想線分上のタングステンカーバイド粒子Ｍの粒子数とを計測し、粒子Ｍのナンバリング数が１００００以上となるように計測を繰り返して精度を向上させて、上述した数２のフルマンの式によって、算出すると、その値は０．４５μｍ〜０．５０μｍであって本発明のガラス繊維用切断刃に搭載される刃部として好適なものであった。

またタングステンカーバイドの平均粒子径の計測値については、上述したように超硬合金を最大磁化させた時に、その磁化を０にするのに要する反対方向の磁場強度を計測することによって簡易的に計測を行うことも可能である。本発明の場合には、磁場強度の計測値は、１３〜３０（ｋＡ／ｍ）であった。

さらに図１のガラス繊維用切断刃１０の刃部１０ａについては、その材質の硬度についてビッカース硬度計を使用することによって計測すると、その値はＨｖ．１６００〜２０００の範囲となっていた。

またガラス繊維用切断刃１０の基体部１０ｂは、その厚さ寸法が０．３〜１２ｍｍであって、幅寸法は５ｍｍから２５ｍｍであり、材質については炭素（Ｃ）の含有率が１．０質量％から１．４質量％の範囲内にある炭素工具鋼である。

次いでこのガラス繊維用切断刃１０の作製手順について以下に説明する。

本発明のガラス繊維用切断刃１０は、まず粒子径が０．３５μｍから０．５５μｍの範囲内にあるタングステンカーバイド（ＷＣ）のうち適するタングステンカーバイドを８４質量％相当分と、コバルト粉末を１６質量％相当分とを偏析など生じぬように均質に混合して、ＨＩＰによって加熱成形を行うことで、超硬合金よりなる板形状の刃部１０ａの基礎材を形成する。

一方、焼き入れ、焼き戻し処理を繰り返すことによって調整し、炭素（Ｃ）含有量が１．２質量％となるようにした板形状の炭素工具鋼を切断刃１０の形状に適合するように加工して、切断刃１０の基体部１０ｂを作製する。

次いで刃部１０ａの端面と基体部１０ｂとの端面との間隙に厚さ寸法が０．０５ｍｍから０．６ｍｍの範囲の適切な寸法となるように接合用の金属材料箔をかませて突き合わせた状態として保持し、基体部１０ｂの先端近傍にレーザ照射を行う。この照射によって基体部材料である炭素工具鋼が加熱されて高温状態となると、熱伝導によって基体部１０ｂの端面に当接する接合用の金属材料箔が加熱されて溶融状態となる。さらに溶融状態となった金属材料箔から熱伝導によって刃部のタングステンカーバイドを含有する超硬合金も一体的に加熱されることとなり、刃部１０ａと金属材料箔、そして基体部１０ｂとが一体となり、拡散接合部１０ｃが形成されることとなる。この際に拡散接合部１０ｃには、炭素工具鋼中の鉄が拡散している。また金属材料箔は超硬合金へも溶け込み、拡散接合部１０ｃで接合することとなる。この接合材料の合金層の線熱膨張係数は、３０〜３００℃の温度範囲において４１×１０^-7〜４５×１０^-7／Ｋの範囲内であって、刃部１０ａの線熱膨張係数（２５〜２００℃の温度範囲において４５×１０^-7／Ｋ）と近似しているので、刃部材と基体部との接合部に残留する熱応力が緩和されて小さい値となり、接合部に設計外の変形を生じることなく、刃部１０ａと基体部１０ｂとが強固に接合される。そして刃部１０ａの先端に刃付け加工等を施すことによって鋭利な刃部１０ａを形成し、切断刃１０が得られることになる。

次に、このようにして製造したガラス繊維用切断刃１０の溶接性について調査するため、上述の金属材について溶接試験片を作製して溶接後の溶接部表面を目視観察で評価したところ、溶接箇所の表面部には、割れやクラック等の欠陥については概ね良好であって、良品率は９８．５％となり、従来よりも溶接品位が大幅に改善されたことを確認することができた。

またこの様な手順で作製したガラス繊維用切断刃１０に生じる歪み量について、図３に示すように、切断刃１０の長手方向についての歪み量Ｌの値を計測したところ、従来では切断刃の歪み量は、長尺全長長さ（３００ｍｍ）当たり０．３０ｍｍにもなる場合があったが、本発明のガラス繊維用切断刃１０については、１０検体について、その歪み量Ｌの値の計測値が０．０５ｍｍ以下となっており、著しく小さい値にまで改善できていることが判明した。

次いで、この切断刃１０を使用し、構成されたガラス繊維切断装置について、以下に説明する。

ここでは、本発明のガラス繊維切断装置の１事例として、ガラスチョップドストランドを成形するための切断装置について図４に示した概念図に従い説明する。この装置１００では、予め複数枚作製した本発明のガラス繊維用切断刃１０をカッターロール２０の周囲に等間隔で放射線状に配したものである。具体的には、ガラス繊維用切断刃１０の基体部１０ｂをカッターロール２０の同軸円筒面上に放射線状に等間隔になるように調整して固定することで、切断刃１０を配設したものである。この装置１０では、さらに回転軸を中心に回転自在のカッターロール２０と、このカッターロール２０の切断刃１０の刃先に、ガラスストランドＧを供糸するためのゴムロール３０とを備えているものである。そしてカッターロール２０とゴムロール３０の回転速度は、それぞれ任意に調整できる仕様となっている。

このガラス切断装置１００を使用し、カッターロール２０を周速度４５０ｍ／分の回転速度で動作させることによって、Ｅガラス組成を有する連続したガラスストランドを長さ寸法３ｍｍのガラスチョップドストランドに切断し続けたところ、１００時間経過した後も切断能力に目立った変化はなく、従来の切断刃では困難であった長時間に亘る良好な切断機能が維持されることを確認することができた。

実施例１と同様の構成でガラス繊維用切断刃１０の刃部１０ａの材質を変更した場合について、以下に示す。

この切断刃１０の刃部１０ａの材質は、コバルト（Ｃｏ）が１０質量％、タングステンカーバード（ＷＣ）が９０質量％よりなる超硬合金である。そして、タングステンカーバイドの平均粒子径については、上述したと同様に顕微鏡を使用して写真を撮影し、その画像から数２のフルマンの式に当てはめて算出すると０．６０〜０．８０μｍであり、本発明の要件を満足するガラス繊維用切断刃となっている。

この切断刃１０について、実施例１と同様の手順で実施例１と同じ炭素工具鋼への溶接試験を実施したところ、溶接作業そのものに起因する不良品は発生したものの、その良品率は９５％という高い数値を示す結果となった。また実施例１と同様に刃先の歪み量Ｌの値を計測したところ、１０検体についての長尺方向の全長寸法（３００ｍｍ）当たり、０．０７ｍｍ以下の値となり、実施例１と同様に歪みの小さい状態となっていることを確認することができた。

以上のように、本発明のガラス繊維用切断刃は、長時間に亘り安定した切断品位を実現できる極めて小さい溶接歪み値を示すものであって、その切断刃を搭載するガラス繊維切断装置は各種用途に使用されるガラス繊維の切断に最適な性能を有するものであり、優れたガラス繊維製品を製造する際に重要なものであることが明瞭となった。

本発明のガラス繊維用切断刃の部分断面図、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＸ−Ｘ断面の図を表す。 本発明のガラス繊維用切断刃について、その刃部の微細組織構造の概念図を表す。 切断刃の歪み値の計測箇所についての説明図を表す。 本発明のガラス繊維切断装置についての要部説明図を表す。 従来のガラス繊維用切断刃の説明図であって、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＹ−Ｙ断面の図を表す。

符号の説明

１０ ガラス繊維用切断刃
１、１０ａ 刃部
２、１０ｂ 基体部
１０ｃ 拡散接合部
２０ カッターロール
３０ ゴムロール
１００ 切断装置
Ｇ ガラスストランド
Ｍ タングステンカーバード粒子
Ｐ Ｃｏ相
Ｌ 歪み寸法

Claims (7)

1. ガラス繊維を切断する刃部と基体部より構成される切断刃であって、
   前記刃部の材質はタングステンカーバイド（ＷＣ）を含む超硬合金であり、
   タングステンカーバイドの以下の数１の関係式に従う平均粒子径（Ｄ）が、０．２５μｍから０．８５μｍの範囲内にあり、
   切断刃の長手方向についての歪みの大きさが、長さ３００ｍｍ当たり０．０７ｍｍ以下であることを特徴とするガラス繊維用切断刃。
   
2. 刃部と基体部との間には、溶接時に使用した厚さ０．０５ｍｍから０．６ｍｍの範囲の溶接材料が加熱されて生じた溶接拡散部があることを特徴とする請求項１に記載のガラス繊維用切断刃。
3. 前記刃部を支持する基体部が、炭素工具鋼よりなることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のガラス繊維用切断刃。
4. ガラス長繊維の切断に供されることを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載のガラス繊維用切断刃。
5. ガラスチョップドストランドの製造に使用されることを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載のガラス繊維用切断刃。
6. 請求項１から請求項５の何れかに記載のガラス繊維用切断刃を具備することを特徴とするガラス繊維用切断装置。
7. 同軸円筒面上にガラス繊維用切断刃の基体部を配してなる構造を有することを特徴とする請求項６に記載のガラス繊維用切断装置。