JP5194658B2 - ロータリーダイカッター - Google Patents

Description

本発明は、ダイカットロールの外周面に形成された刃型とアンビルロールとにより、シート状のワークに加工を施すロータリーダイカッターに関するものであり、特に、リチウムイオン２次電池の電極シートのように金属箔を有するワークを切断するのに適したロータリーダイカッターに関する。

従来、不織布、紙、フィルムなどのシート状のワークを所定形状に切断加工するものとして、例えば特許文献１に開示されているように、外周面に凸状の刃型が形成されたダイカットロールとアンビルロールとを有するロータリーダイカッターが提供されている。
このようなロータリーダイカッターでは、ダイカットロールに形成された刃型の先端をアンビルロールの外周面に押し付けることで、ダイカットロールとアンビルロールとの間に介在するワークを切断するものである。

近年、ノートパソコンや携帯電話等に広く使用されているリチウムイオン２次電池においては、アルミニウムや銅などからなる金属箔の表面にカーボンやマンガン酸リチウムなどの電極材料が塗布された電極シートが用いられている。このような電極シートを所定形状に効率良く切断する方法として、前述のロータリーダイカッターが注目されている（例えば特許文献２参照）。
特開平０７−２２７９８号公報 特開２００２−１１０１４６号公報

ところで、ロータリーダイカッターにおいては、切れ味を良くするために刃型の先端を尖らすように加工することになるが、加工精度の関係から刃型の先端には、例えば０．０１ｍｍから０．１ｍｍ程度の幅のフラット部が必ず形成されてしまうことになる。このような刃型でアルミニウムや銅などの延性を有する金属箔を切断しようとすると、金属箔がせん断によって破断せず、刃型の先端とアンビルロールの外周面との間で押し潰されるように変形してしまい、良好に切断できなくなってしまうことがあった。
また、刃型の先端とアンビルロールの外周面とで押し潰された部分が欠片となって、ワークの切断面に付着してヒゲとなったり、切断面にカエリが発生したりするといった問題があった。
このように、金属箔を有するワークをロータリーダイカッターで切断することは非常に困難であった。

この発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、例えばリチウムイオン２次電池の電極シートのように金属箔を有するワークを切断しても、ヒゲやカエリが発生することなく、かつ、確実に切断することが可能なロータリーダイカッターを提供することを目的とするものである。

前記目的を達成するために、本発明のロータリーダイカッターは、外周面から径方向外側に向けて突出した刃型を有するダイカットロールと、外周面が平滑に形成されたアンビルロールとが、それぞれの軸線が平行に、かつ、互いの外周面が対向するように配置され、前記ダイカットロールと前記アンビルロールとの間にワークを挿通させることにより、前記ワークに加工を施すロータリーダイカッターであって、前記アンビルロールの外周面に、前記アンビルロールの外周面よりも硬度が低い樹脂からなる樹脂フィルム層が形成され、前記ダイカットロールに、径方向外方に突出してアンビルロールの外周面に摺接するベアラー部が形成され、前記ベアラー部の突出高さが前記刃型の突出高さよりも高く設定されるとともに、前記ベアラー部の突出高さと前記刃型の突出高さとの差が、前記樹脂フィルム層の厚さよりも小さく設定されていることを特徴とする。

この構成のロータリーダイカッターによれば、ダイカットロールに形成された刃型がアンビルロールの樹脂フィルム層にまで入り込むことで、金属箔を有するワークを刃型形状に確実に切り抜くことが可能となる。また、刃型の先端のフラット部で押し潰されたワークの欠片が樹脂フィルム層に押し込まれてワークの切断面に付着することがなくなり、ヒゲやカエリの発生を抑制することができる。
また、ダイカットロールに、径方向外方に突出してアンビルロールの外周面に摺接するベアラー部が形成されており、ベアラー部の突出高さを前記刃型の突出高さよりも高く設定しているので、刃型がベアラー部よりも径方向内方に後退することになり、アンビルロールの外周面に形成された樹脂フィルム層に対して刃型が厚さ方向に貫通することがなくなり、樹脂フィルム層の劣化を抑制することができる。

ここで、前記樹脂フィルム層を、前記アンビルロールの外周面に着脱可能に装着された樹脂フィルム材としてもよい。
この場合、樹脂フィルム層が、刃型によって切断されたりワークの欠片が埋め込まれたりして劣化した際に、簡単に樹脂フィルム層を交換することが可能となり、良好な切断条件を常に確保して、ワークの切断を確実に行うことができる。

また、前記樹脂フィルム層の厚さｔを、前記刃型の先端幅Ｗに対して１×Ｗ≦ｔ≦２０×Ｗの範囲内に設定してもよい。
この場合、前記樹脂フィルム層の厚さｔが前記刃型の先端幅Ｗに対してｔ≧１×Ｗとされているので、アンビルロールに押し付けられる刃型の先端幅Ｗよりも、刃型とアンビルロールの外周面との間に介在するワーク及び樹脂フィルム層の合計厚さが厚くなる。これにより、ワーク及び樹脂フィルム層のうち刃型によって押圧される部分の断面（せん断応力が作用する断面）は、押圧方向（ワーク及び樹脂フィルム層の厚さ方向）の長さが刃型の先端幅Ｗよりも長くなって、押圧方向に縦長の長方形形状となる。すると、押圧される部分の断面（せん断応力が作用する断面）の断面係数Ｚが横長の長方形状である場合に比べて大きくなり、ワークに加わる応力が大きくなる。よって、ワークが変形せずに破断することになり、バリやカエリの発生をさらに確実に抑制することが可能となる。
さらに、前記樹脂フィルム層の厚さｔが前記刃型の先端幅Ｗに対してｔ≦２０×Ｗとされているので、刃型によってワークを押圧した際にワークが樹脂フィルム層に逃げて切断できなくなることを防止できる。つまり、樹脂フィルム層よりも硬度の高いアンビルロールの外周面と刃型とでワーク及び樹脂フィルム層を挟み込むことで、ワークを確実に切断できるのである。

本発明によれば、リチウムイオン２次電池の電極シートのように金属箔を有するワークを切断しても、ヒゲやカエリが発生することなく、かつ、確実に切断することが可能なロータリーダイカッターを提供することができる。また、ベアラー部の外周面からの突出高さが、刃型の突出高さに対して高く設定されているので、刃型がベアラー部よりも径方向内方に後退することになり、アンビルロールの外周面に形成された樹脂フィルム層に対して刃型が厚さ方向に貫通することがなく、樹脂フィルム層３５の劣化を抑制することができる。さらに、ベアラー部の突出高さと刃型の突出高さとの差が、樹脂フィルム層の厚さよりも小さく設定されているので、刃型を樹脂フィルム層の表面に入り込ませることができ、ワークを確実に切断することができる。

本発明の実施形態について添付した図面を用いて説明する。
図１から図５に本発明の実施形態であるロータリーダイカッターを示す。このロータリーダイカッター１０は、アルミニウムや銅等の金属箔の表面に電極材料が塗布されたリチウムイオン２次電池の電極シートＳを所定形状に切断するものである。なお、この電極シートＳ（金属箔）の厚さＸは、約０．０１ｍｍとされている。
本実施形態であるロータリーダイカッター１０は、図１に示すように、それぞれ軸線Ｍ、Ｎに沿って延びる多段円柱状をなすダイカットロール２０とアンビルロール３０とを備えている。

ダイカットロール２０は、超硬合金等で構成されており、その両端部に軸線Ｍに沿って延びる軸部２１が形成されている。ダイカットロール２０の外周面２０Ａには、凸状の刃型２２が形成されており、この刃型２２の両端側に間隔をあけて、外周面２０Ａ部分の外径よりも一段大径とされたベアラー部２４が形成されている。

刃型２２は、超硬合金等の硬質材料で構成されており、本実施形態では、図２に示すように概略正方形状をなしている。この刃型２２の断面形状は、図３に示すように、ダイカットロール２０の径方向外側（先端側）に向かうにしたがいその厚みが漸次小さくなるように形成され、その径方向外側端（先端）には幅Ｗのフラット部２３が設けられている。このフラット部２３の幅Ｗは、０．０１ｍｍから０．１ｍｍ程度とされており、本実施形態では、例えばＷ＝０．０２ｍｍとされている。

ベアラー部２４は、ダイカットロール２０の外周面２０Ａから径方向外側に突出するようにして構成されており、ダイカットロール２０の外周面２０Ａからの突出高さは、刃型２２の突出高さに対してわずかに高く設定されている。本実施形態においては、ベアラー部２４の突出高さと刃型２２の突出高さとの差が、後述する樹脂フィルム層３５の厚さｔよりも小さく設定されている。

アンビルロール３０は、超硬合金又は一般鋼材等で構成され、その外周面３０Ａが軸線Ｎを中心とした円筒状に形成されるとともに平滑な面とされている。アンビルロール３０の両端部には、アンビルロール３０の軸線Ｎに沿って延びる軸部３１が形成されている。また、アンビルロール３０の外周面３０Ａには、ベアラー部２４と摺接されるベアラー受け部３４が形成されている。
そして、アンビルロール３０の外周面３０Ａには、アンビルロール３０の外周面３０Ａよりも硬度が低い樹脂からなる厚さｔの樹脂フィルム層３５が形成されている。
なお、この樹脂フィルム層３５は樹脂フィルム材がアンビルロール３０の外周面３０Ａに着脱可能に装着されたものであり、本実施形態では、フッ素樹脂製の熱収縮チューブを用いてアンビルロール３０の外周面３０Ａに樹脂フィルム層３５を形成している。

ここで、樹脂フィルム層３５の厚さｔは、ダイカットロール２０の刃型２２の先端に設けられたフラット部２３の幅Ｗに対して、１×Ｗ≦ｔ≦２０×Ｗの範囲内となるように設定されている。なお、本実施形態では、樹脂フィルム層３５の厚さｔは、０．０２ｍｍとされ、ｔ＝１×Ｗとされている。
さらに、この樹脂フィルム層３５の硬さは、鉛筆硬度で２Ｈ以上に設定されている。

前述のダイカットロール２０とアンビルロール３０とは、互いの外周面２０Ａ，３０Ａ同士が対向し、かつ、互いの軸線Ｍ、Ｎが平行になるように配置される。そして、ダイカットロール２０の軸部２１とアンビルロール３０の軸部３１とが、それぞれベアリングボックス（図示せず）に回転可能に支持されるとともに、駆動装置（図示せず）に連結されていて、この駆動装置により、ダイカットロール２０及びアンビルロール３０は、それぞれ図１に示す矢印Ｘ、Ｙ方向に回転駆動される。

この構成のロータリーダイカッター１０においては、ダイカットロール２０とアンビルロール３０とが図１に示す矢印Ｘ，Ｙ方向にそれぞれ回転され、ダイカットロール２０とアンビルロール３０との間に前記回転方向Ｘ，Ｙの接線方向に沿って電極シートＳが挿入され、電極シートＳから刃型２２がなす形状と同じ形状（本実施形態では、概略正方形状）をした部分が切断される。

ここで、刃型２２によって電極シートＳを切断する際の模式図を図６に示す。なお、図６（ａ）が本実施形態であるロータリーダイカッター１０による切断状況を示しており、図６（ｂ）が樹脂フィルム層３５を有さない従来のロータリーダイカッター１１０による切断状況を示している。
従来のロータリーダイカッター１１０では、図６（ｂ）に示すように、電極シートＳの厚さＸ＝０．０１ｍｍに対して、刃型１２２の先端に形成されたフラット部１２３の幅Ｗ＝０．０２ｍｍとされているので、電極シートＳのうち刃型１２２の先端（フラット部１２３）で押圧される部分の断面Ｐ（せん断応力が作用する断面）は、横長の長方形形状となる。このとき、この押圧される部分の断面Ｐ（せん断応力が作用する断面）の断面係数Ｚは、Ｚ＝Ｗ×Ｘ^３／６となる。また、刃型１２２によって押圧された電極シートＳが変形することで、せん断力による破断が、押圧される部分の断面Ｐの両端の２箇所（図６（ｂ）においてＣ１、Ｃ２）で発生することになる。

これに対して、本実施形態のロータリーダイカッター１０では、図６（ａ）に示すように、電極シートＳの厚さＸ＝０．０１ｍｍ及び樹脂フィルム層３５の厚さｔ＝０．０２ｍｍの合計厚さ０．０３ｍｍに対して、刃型２２の先端に形成されたフラット部２３の幅Ｗ＝０．０２ｍｍとされているので、電極シートＳ及び樹脂フィルム層３５のうち刃型２２の先端（フラット部２３）で押圧される部分の断面Ｐ（せん断応力が作用する断面）は、縦長の長方形形状となる。このとき、この押圧される部分の断面Ｐ（せん断応力が作用する断面）の断面係数Ｚは、Ｚ＝Ｗ×（Ｘ＋ｔ）^３／６となり、従来のロータリーダイカッター１１０で切断するときよりも大きくなる。断面係数Ｚが大きいと、この断面に加わる応力も大きくなるため、押圧力が逃げることなくこの断面に作用することになる。また、刃型２２によって押圧された電極シートＳに大きなせん断応力が作用するので、破断が１箇所（図６（ａ）においてＣ０）で発生することになる。

このようにして切断された電極シートＳは、ダイカットロール２０及びアンビルロール３０の後方に配置されたサクションロール（図示せず）に巻きかけられ、これにより、切断された部分の内側が抜き取られるとともに、電極シートＳの残りの部分が巻き取られて処理される。

前述のような構成とされた本実施形態であるロータリーダイカッター１０によれば、ダイカットロール２０に形成された刃型２２が、アンビルロール３０の外周面３０Ａよりも硬度の低い樹脂フィルム層３５にまで入り込むことで、金属箔を有する電極シートＳを刃型２２の形状に確実に切り抜くことが可能となる。また、刃型２２の先端のフラット部２３で押し潰された電極シートＳ（金属箔）の欠片が樹脂フィルム層３５に押し込まれることになり、電極シートＳの切断面に付着することがなく、電極シートＳの切断面にヒゲやカエリが発生することを抑制できる。

また、樹脂フィルム層３５がアンビルロール３０の外周面３０Ａに着脱可能に装着された樹脂フィルム材とされているので、樹脂フィルム層３５が、刃型２２が入り込むことによって切断されたり、電極シートＳ（金属箔）の欠片が埋め込まれたりして劣化した際に、簡単に樹脂フィルム層３５を交換することが可能となり、良好な切断条件を常に確保して、電極シートＳの切断を長期間にわたって良好に行うことができる。

また、樹脂フィルム層３５の厚さｔが、刃型２２の先端に形成されたフラット部２３の幅Ｗに対して１×Ｗ≦ｔ≦２０×Ｗの範囲内に、本実施形態では、ｔ＝１×Ｗ（０．０２ｍｍ）に設定されているので、アンビルロール３０に押し付けられる刃型２２の先端（フラット部２３）の幅Ｗよりも、刃型２２とアンビルロール３０の外周面３０Ａとの間に介在する電極シートＳの厚さＸ及び樹脂フィルム層の厚さｔの合計厚さｔ＋Ｘが厚くなり、電極シートＳ及び樹脂フィルム層３５のうち刃型２２の先端（フラット部２３）で押圧される部分の断面Ｐ（せん断応力が作用する断面）は、縦長の長方形形状となる。これにより、押圧される部分の断面Ｐに大きなせん断応力を作用させて電極シートＳを変形せずに破断することが可能となる。また、押圧される部分の断面Ｐに大きなせん断応力が作用することで、破断が１箇所（図６（ａ）においてＣ０）で発生することになる。よって、電極シートＳの切断面にバリやカエリが発生することを確実に抑制することが可能となる。
また、樹脂フィルム層３５の厚さｔがｔ≦２０×Ｗとされているので、刃型２２によって電極シートＳを押圧した際に電極シートＳが樹脂フィルム層３５に逃げて切断できなくなることを防止できる。

さらに、ベアラー部２４の外周面２０Ａからの突出高さが、刃型２２の突出高さに対してわずかに高く設定されているので、刃型２２がベアラー部２４よりも径方向内方に後退することになり、アンビルロール３０の外周面３０Ａに形成された樹脂フィルム層３５に対して刃型２２が厚さ方向に貫通することがなく、樹脂フィルム層３５の劣化を抑制することができる。なお、本実施形態では、ベアラー部２４の突出高さと刃型２２の突出高さとの差が、後述する樹脂フィルム層３５の厚さｔよりも小さく設定されているので、刃型２２を樹脂フィルム層３５の表面に入り込ませることができ、電極シートＳを確実に切断することができる。

また、本実施形態では、フッ素樹脂製の熱収縮チューブを用いてアンビルロール３０の外周面３０Ａに樹脂フィルム層３５を形成しているので、比較的簡単に樹脂フィルム層３５を形成することが可能となる。
さらに、樹脂フィルム層３５の硬さが、鉛筆硬度で２Ｈ以上に設定されているので、樹脂フィルム層３５表面の傷つきを抑制することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、樹脂フィルム層をフッ素樹脂で構成したものとして説明したが、これに限定されることはなく、例えば、ＰＥＴ、ＰＶＣ、ＯＰＰ、ＣＰＰ、ＰＥ、ＯＰＳ等の他の樹脂材料であってもよい。また、フッ素樹脂として、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ等を使用してもよい。

また、フッ素樹脂製の熱収縮チューブをアンビルロールの外周面に装着したものとして説明したが、これに限定されることはなく、樹脂材料をアンビルロールの外周面に塗布して硬化させたものであってもよい。
さらに、リチウムイオン２次電池用の電極シートＳを切断するものとして説明したが、これに限定されることはなく、その他のシート材の切断に用いても良い。

また、本実施形態においては、刃型を正方形形状としたが、この形状はその目的に合わせて任意に決定することが好ましい。また、切刃を断続的に設けることにより、シート状のワークに任意の形状のミシン目を入れることも可能である。

本発明の実施形態であるロータリーダイカッターの斜視図である。 図１に示すロータリーダイカッターに備えられたダイカットロールの正面図である。 図２に示すダイカットロールに形成された刃型の断面図である。 図１に示すロータリーダイカッターに備えられたアンビルロールの正面図である。 図４に示すアンビルロールのＺ−Ｚ断面図である。 本実施形態及び従来のロータリーダイカッターでワークを切断する状態を示す模式図である。

符号の説明

１０ ロータリーダイカッター
２０ ダイカットロール
２０Ａ 外周面
２２ 刃型
２３ フラット部
３０ アンビルロール
３０Ａ 外周面
３５ 樹脂フィルム層

Claims (3)

1. 外周面から径方向外側に向けて突出した刃型を有するダイカットロールと、外周面が平滑に形成されたアンビルロールとが、それぞれの軸線が平行に、かつ、互いの外周面が対向するように配置され、前記ダイカットロールと前記アンビルロールとの間にワークを挿通させることにより、前記ワークに加工を施すロータリーダイカッターであって、
   前記アンビルロールの外周面に、前記アンビルロールの外周面よりも硬度が低い樹脂からなる樹脂フィルム層が形成され、
   前記ダイカットロールに、径方向外方に突出してアンビルロールの外周面に摺接するベアラー部が形成され、
   前記ベアラー部の突出高さが前記刃型の突出高さよりも高く設定されるとともに、前記ベアラー部の突出高さと前記刃型の突出高さとの差が、前記樹脂フィルム層の厚さよりも小さく設定されていることを特徴とするロータリーダイカッター。
2. 前記樹脂フィルム層は、前記アンビルロールの外周面に着脱可能に装着された樹脂フィルム材であることを特徴とする請求項１に記載のロータリーダイカッター。
3. 前記樹脂フィルム層の厚さｔが、前記刃型の先端幅Ｗに対して１×Ｗ≦ｔ≦２０×Ｗの範囲内に設定されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のロータリーダイカッター。

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