JP2004314218A

JP2004314218A - 回転鋸

Info

Publication number: JP2004314218A
Application number: JP2003109560A
Authority: JP
Inventors: Haruo Inoue; 治男井上; Makoto Kawanishi; 眞川西
Original assignee: Allied Material Corp
Current assignee: Allied Material Corp
Priority date: 2003-04-14
Filing date: 2003-04-14
Publication date: 2004-11-11

Abstract

【課題】超硬質焼結体チップを用いた回転鋸で、特にハイシリコンアルミニウム合金などチップが土砂摩耗をしやすい材料の切断を行う際に、チッピングや台金の損傷が発生しにくく、耐久性が高くて寿命の長い回転鋸を提供する。
【解決手段】円板状の台金２の外周に複数の超硬合金製台座が設けられ、前記台座に超硬質焼結体からなるチップ４が固着された回転鋸１に関する。前記の超硬合金製台座のチップポケット構成面の長さがチップ長さ以上であって、台金２が鋼で構成されていて、チップポケット底部に超硬質粒子が固着されている回転鋸である。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、金属材料などを切断するために刃部となるチップに超硬質焼結体を用いた回転鋸に関するものであり、チップや台金が土砂摩耗を受け易い材料の切断に好適な回転鋸に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ダイヤモンドソーブレードを用いてコンクリートやアスファルト道路を切断すると、ダイヤモンド砥石セグメントの真下において台金が摩耗する。コンクリートやアスファルトに含まれている砂や砂利から発生する切粉がソーブレードの台金などに当たり、台金は摩耗して厚さが減少しやがて破損する。このような課題に対して特許文献１は、ダイヤモンドソーブレードの回転方向前面にダイヤモンド砥石セグメントと同等の耐摩耗性を有する耐摩耗性チップを接合したものを提案している。
【０００３】
【特許文献１】
実開平３−８８６６８号公報（第１、４〜６頁、図１〜４）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献１のソーブレードは、耐摩耗性のチップをダイヤモンド砥石セグメントのほかに余分に準備しなければならない。しかも一つ一つの耐摩耗性チップを薄い基板に接合しなければならず、高価なものになってしまい実用的ではない。そこで、本発明の目的は、台金回転方向前面のチップポケット部の耐摩耗性を高めた、安価で実用的な回転鋸を提供しようとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
第一の本発明は、円板状の台金の外周に複数の超硬合金製台座が設けられ、台座に超硬質焼結体からなるチップが固着された回転鋸であって、超硬合金製台座のチップポケット構成面の長さがチップの長さ以上であり、台金が鋼で構成されていて、チップポケット底部の台金の上に超硬質粒子が固着されている回転鋸を提供するものである。
切粉が接触しやすく摩耗が生じやすいチップポケット底部に超硬質粒子が固着することで、台金が摩耗することを抑制し、回転鋸の長寿命化を実現できる。
【０００６】
以下、本発明の構成をより詳しく説明する。
第一の発明において、超硬合金製台座のチップポケット構成面の長さがチップの長さ以上である。回転鋸の切刃部分を回転方向前面から見たとき、最外周はチップであり以下順に超硬合金製の台座、更に台金で構成されるチップポケット底部へとつながっている。このとき台座の見える部分が、台座のチップポケット構成面である。そしてそのときのチップ半径方向の距離がチップの長さであり、チップポケット構成面の半径方向の距離がチップポケット構成面の長さとなる。耐摩耗性の高いものから順に並べると、超硬質焼結体からなるチップ、超硬合金製台座、台金を構成する鋼となる。被削材は、主としてチップ先端部で切断されるので最外周部に耐摩耗性の高いチップがあればよい。形成された切粉は、台座の部分で後部へ排出される。従って、切粉の流れをよくするためには、台座、特に台座中間部を長くすることが重要である。一方、価格面から見るとチップを構成する超硬質焼結体は超硬合金より高いので、チップを小さくし超硬合金製台座を大きくして台金の摩耗を防ぐことが考えられる。そこで、前記超硬合金製台座のチップポケット構成面の長さがチップの長さ以上とした。
【０００７】
超硬合金製台座の一部が、チップの背面に位置する場合、台座の長さがチップの長さの倍以上の方が望ましい。チップを強固に台座に固着することができるからである。この構成の場合、実用性を考慮すれば、超硬合金製台座の長さの上限は、チップ長さの４倍以下程度である。それより大きくなるとチップにかかる抵抗によって、刃台が変形し易くなり、また刃振れが大きくなり好ましくない。
【０００８】
台金のチップポケット底部には超硬質粒子を固着する。チップポケット底部は切粉との接触により摩耗しやすい鋼の台金が露出しているので、超硬質粒子を固着することで、その部分の耐摩耗性を高めることができる。従って、従来のソーブレードのように、耐摩耗性のチップをダイヤモンド砥石セグメントのほかに余分に準備する必要もなく、ロウ付け接合のために、再度台金を加熱する必要もないので、台金の歪が防止できる。また、耐摩耗性チップに比べて超硬質粒子は台金からはずれにくい。超硬質粒子の固着は、台金だけでなく台座に行なっても良い。
【０００９】
超硬質粒子の固着は、ダイヤモンド粒子またはＣＢＮ粒子のＮｉストライクメッキによる電着であることが望ましい。ダイヤモンド粒子またはＣＢＮ粒子は、特に硬質で耐摩耗性に優れる上、Ｎｉストライクメッキは、これら粒子の固着を容易に行なえる手段である。
【００１０】
用いる超硬質粒子の平均粒径は、５〜５０μｍであることがさらに望ましい。５μｍより小さいものは実用上使用しづらいためである。５０μｍより大きいものは超硬質粒子の固着面の粗さが粗くなり、切粉が引っかかり易くなって排出性が悪化するためである。
【００１１】
超硬質粒子の固着は、通常、台金のチップポケット底部以外をマスキングし、メッキすることで行なう。一方、台金の側面部にマスキングしないでＮｉメッキによる超硬質粒子の電着を行なうと、超硬質粒子のチップポケット底部への固着と、台金側面の外周部のＮｉ電気メッキとを同時進行できて効率的である。このメッキは、切粉や砂による台金への損傷や切粉の堆積を防止する。したがって、台金側面の外周部の電気メッキは、台金の摩耗を防ぎ、工具寿命を延ばし、工具精度を長時間維持する効果がある。また、台金の刃台に台座をロウ付けするときに台金外周部に発生する色むらをなくす効果もある。このメッキの厚みは１０〜１００μｍ程度が好ましい。
【００１２】
超硬質粒子の固着が、超硬合金の基本組成であるＷＣ−Ｃｏの溶射であってもよい。この場合ＷＣが超硬質粒子であり、Ｃｏが接合材の働きをして、ＷＣを強固に台金に接合することができる。また、台金に用いられる鋼は、Ｓ４５Ｃ、ＳＫＳ、マルエージ鋼であることが望ましい。マルエージ鋼は、従来の鋼に比べると焼入れ硬度と靭性を高くできる。従って、これらの物性を必要に応じ制御する自由度が高い。
【００１３】
台座には、平刃チップと山刃チップが交互に固着されていることが望ましい。ここで平刃チップというのは、図４に示すチップの上端が平坦なものである。これに対して山刃チップは、図４の平刃チップの角部を切り落とし台形状の切刃としたものである。山刃チップの上端の切刃部は、平刃チップより高くなっているので、被削材に案内溝の役割を持つ溝を形成する。従って、回転鋸の振れを防ぐことができる。
【００１４】
また、第二の発明は、円板状の台金の外周に複数の超硬合金製台座が設けられ、台座に超硬質焼結体からなるチップが固着された回転鋸であって、超硬合金製台座のチップポケット構成面の長さがチップの長さ以上であり、台金が超硬合金で構成されている回転鋸を提供する。台金自体を超硬合金とすることで、台金が摩耗することを抑制する。超硬合金自体、鋼に比較すると耐摩耗性の高い材料なので超硬質粒子をチップポケット底部に固着しなくても、回転鋸の寿命を長くできる。
【００１５】
第二の発明は、剛性の高い超硬合金を台金として使用するので、３ｍｍ以下の厚さの台金に適している。この厚さ限定により、薄い取りしろで切断できる。また、超硬合金製台金の側面全面にメッキすると、超硬合金表面に研磨時などに生じたマイクロクラックをＮｉが埋めるので、台金の寿命が長くなる。しかしながら、超硬合金製台金は脆いので、制振用スリットや歪み防止用スリットなど亀裂の始点になり易い構造を避ける方が望ましい。
【００１６】
台金と台座に使用される超硬合金は、種類が異なることが好ましい。台金用の超硬合金は、薄い板に加工しやすく、衝撃に強く、靭性の高い材料が使用される。これに対して台座に用いる超硬合金は、耐欠損性に優れ、かつ耐摩耗性の高い材料が選ばれる。チップポケット底部は、鋼の台金と同様に超硬質粒子を固着した方が長い寿命となる。
【００１７】
第二の発明において、超硬合金製台座のチップポケット構成面の長さがチップの長さ以上としている理由は第一の発明と同様である。また、台座に平刃チップと山刃チップとを交互に固着することが好ましい点も第一の発明と同様である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の回転鋸の側面を図１、そのチップ部を拡大して図２に示す。図１に示す本発明の回転鋸は、ＳＫＳ５やＳＫＳ５１などの鋼や超硬合金製の薄板円板からなる台金２の外周に、チップ４が接合されていて矢印Ｒの方向に回転させて被切断材料を切断する。台金には、制振用スリット１１や歪み防止用スリット１２が設けられている。
【００１９】
図２は、チップ４とチップ周辺部を拡大した側面図である。台金の外周部には刃台２ａが形成され、そこに台座３がロウ付けされる。さらにその上に、超硬合金基台４ｂと超硬質焼結体４ａが接合されてなるチップ４がロウ付けなどの方法で接合されている。回転鋸の加工精度は、回転鋸の寸法精度に依存しているので、チップ４、台座３および台金の刃台２ａそれぞれの寸法精度と、ロウ付け精度を高く維持することが重要である。台金の刃台２ａに台座３をロウ付けし、ついで台座３にチップ４をロウ付けすると寸法精度を高くロウ付けできる。
【００２０】
台座３は、台座中間部よりも緩やかに傾斜した台座下部８を経由してチップポケット底部に至る。一方、チップポケット底部５は、超硬質粒子６がＮｉメッキにより固着され、この部分の耐摩耗性を高めている。Ｎｉの電気メッキ１３は、例えば図２の斜線で示されている台金側面の外周部または台金側面の全面に形成することができる。台座３の中間部斜面７は、切粉が逃げ易いよう回転方向の後方へ行くほど幅が広がるように傾斜している。
【００２１】
また、図２において、台座３は、チップポケット底部５より高い位置で台金の刃台２ａにロウ付けされている。そして、台金の刃台２ａは台金２より薄くなっているので、チップポケット底部５に到達した切粉は台座３と台金２の間隙を通って後方に排出され易くなっている。
【００２２】
図３は本発明の別の実施例である。この例では、チップ４は直接台金の刃台２ａに固着されている。台座３は、チップ４と台金の刃台２ａの間に介在される部分がなく、チップの台金中心側に隣接して台金の刃台２ａに固着されている。この方式は、台金が厚い場合にチップの接合強度が高くなるので利用される。チップポケット底部５に超硬質粒子６が固着されているので、チップポケット底部の摩耗は抑制される。
【００２３】
図４は、回転鋸のチップを回転方向の前側から見たときの平刃チップの状態を示したものである。チップ先端に向かい先広がりの形状をしている。これは、チップの先端部のみで被削材を取り除き、それ以外の部分が被削材と接することを防ぐ効果がある。台座の長さをＬ１、台座の中間部長さをＬ２、チップの長さをＬ３、台座のチップポケット構成面の長さをＬ４とし、刃幅をＷ１、台座底の幅をＷ２とした。ただし、図中点線は、台座の上端部を示す。そして、Ｗ１はＷ２より大きくなっている。本発明では、Ｌ４がＬ３より長いことが重要である。また、台座３がチップの背面に位置する場合は、Ｌ１／Ｌ３が２以上であることが望ましい。Ｌ２の長さは、台座下部の長さと関係し適宜設定される。
【００２４】
本発明の回転鋸は、チップを土砂摩耗させやすい材料の切断に適している。土砂摩耗とは、液体とその中に混在する固形物によって進む摩耗のことで、土砂が崩れるようなイメージで、切刃周辺が摩耗する摩耗形態のことである。本発明の回転鋸を使用することで、土砂摩耗を起こしやすい被削材に対しても台金の摩耗を防止でき、回転鋸の寿命を大幅に向上させることができる。具体的には、４〜２０％シリコンアルミニウムやＡＬＣ（軽量気泡コンクリート）、ＭＭＣなどの切断に好適な回転鋸を提供しようとするものである。特に、エンジンのシリンダブロックなどに用いられるハイシリコンアルミニウム合金を２００℃以上に加熱した状態で切断する場合に特に効果がある。
【００２５】
図１および図２において円板状の台金２の外周縁部に、台座３を台金の刃台２ａに、チップ４を台座３にロウ付けする際の熱膨張による歪を抑制する歪み防止用スリット１２を設けることができる。一般に、チップ４もしくはチップの台座３を台金２に接合するには、ロウ付けが用いられる。その際、台金２も加熱されて熱膨張するため、この膨張分を逃がしておかないと台金２が歪む。台金２が歪むと、チップ４の回転軌跡がずれるのでチッピングなどの原因となるばかりでなく、振れが発生する原因となる。チップ４がロウ付けされる外周縁部に歪み防止用スリット１２を設けることで、台金２の歪みを防止し、チッピングを抑制することができる。
【００２６】
また、図１において円板状の台金２に制振用のスリット１１を設けることができる。制振用のスリット１１は、台金２の強度を低下させずに振動の減衰性能を高くすることができる。土砂摩耗しやすい材料を切断するとき、切断抵抗により高速回転している台金２が変形し、切刃のチッピングの原因となることがある。制振用のスリット１１は、台金２の変形を抑制し、切刃のチッピングを防止しさらに、切断時の騒音も抑制する。この制振用スリット１１に、樹脂を充填すると効果的である。
【００２７】
超硬質焼結体を構成する超硬質粒子の平均粒径は１０〜１００μｍが望ましく、チップ４の刃先のすくい角は−１〜−２０度の負角であることが望ましい。
【００２８】
（実施例１）
以下、本発明の実施例を図面に基づき説明する。本発明の回転鋸は２４枚刃で、制振スリット１１や歪み防止用スリット１２を持つ。図２を参照して、チップ４の素材として超硬合金基台４ｂ上に平均粒径５０μｍのダイヤモンド焼結体４ａが接合されたブランクを、山刃チップおよび平刃チップの形状に切断した後、砥石による研削および研磨してチップ４を製作した。材質がＳ４５Ｃの鋼製の台金２に接合された台座３の座ぐり部に、山刃チップと平刃チップを交互にろう付けした。
【００２９】
次いでチップポケット底部５に平均粒径２０μｍのダイヤモンド粒子をＮｉにより電着し、同時に台金２の側面の外周部にＮｉを電気メッキ１３した。具体的には、まず台金の両側面の外周部とチップポケット底部を除いてマスキングした。次に台金を立てて槽の中に入れ、超硬質粒子を含むメッキ液を循環しながらメッキした。まず、第一のメッキの条件である電流密度を１ｃｍ^２あたり１ｍＡとし、１５分間メッキしてチップポケット底部５に超硬質粒子を仮止めした。次に台金を１２０度回転し、同じ条件でメッキした。この操作を３回繰り返して、全周に超硬質粒子を仮止めした。このとき超硬質粒子は、台金の側面部には止まらないので、側面部に固着しない。
【００３０】
この後、第二のメッキの条件として、１ｃｍ^２あたり１０ｍＡで２０分間肉盛メッキし超硬質粒子をチップポケット底部にしっかり固着した。台金側面の外周部も、前記した第一のメッキの条件、第二のメッキの条件と同じ条件で自動的にメッキされる。このようにして製作された回転鋸を試料１とした。
【００３１】
この回転鋸の仕様は以下の通りである。
外径：２５０ｍｍ
台金厚み：３ｍｍ
平刃チップ刃幅Ｗ１：４．５ｍｍ
山刃チップ刃幅：２．５ｍｍ
刃先のすくい角：−１°
【００３２】
ここにおいて平刃チップ用の台座各部の寸法は、下記の通りである。なお、山刃チップは平刃チップより０．２ｍｍ高くしているので、山刃チップ用の台座の寸法Ｌ３、Ｌ１を下記の寸法に対してそれぞれ０．２ｍｍ長くしてある。
台座長さＬ１：１２ｍｍ
台座中間部長さＬ２：３ｍｍ
チップの長さＬ３：４ｍｍ
チップポケット構成面の長さＬ４：９ｍｍ
刃幅Ｗ１：４．５ｍｍ
台座底の幅Ｗ２：３ｍｍ
【００３３】
試料２〜７および比較例１〜３の回転鋸の仕様については上記の試料１の仕様に準じた。ただし、台金２の材質、チップポケット底部５に固着する超硬質粒子の種類および固着の方法、台座３の長さＬ１とチップ４の長さＬ３の比を変化させたものを製作した。これらの内容を表１に示す。また、超硬合金を台金に用いた試料４〜７には、制振用スリットと歪み防止用スリットを設けず、試料４のＮｉの電気メッキは、側面全面に電気メッキした。なお、切刃の状況を一定にするために平刃チップの長さＬ３を一定とし、台座３の長さＬ１の値を変えて表１に示すＬ１／Ｌ３の回転鋸を製作した。また、電気メッキに変えてＷＣ−Ｃｏを溶射した試料３は、超硬質粒子としてダイヤモンドを用いたものと同様に寿命の延長に効果があった。なお、ＷＣ−Ｃｏの溶射は、一般的に用いられている条件を用いた。
【００３４】
【表１】

【００３５】
上記の回転鋸を用いて、ハイシリコンアルミニウム合金（Ｓｉ含有率：１２質量％）の切断を行った。切断条件を以下に示す。
回転数（周速度）：２３６５ｍｉｎ^−１（１８５７ｍ／ｍｉｎ）
切り込み量：３０ｍｍ
送り速度：３６０ｍｍ／ｍｉｎ
被削材のサイズ：厚さ１００ｍｍ×幅１００ｍｍ×長さ３００ｍｍの角材
被削材の温度：２３０℃
【００３６】
上記の条件で切断を行い、寿命を測定した。その結果を表１に示す。鋼を台金とし超硬質粒子を電着していない比較例１および２とＬ１／Ｌ３が１．５の比較例３は、図２の点線で示した従来の摩耗状態９まで摩耗が進み、やがて台座３の保持強度が下がり、取れてしまった。ここで、寿命は、回転鋸の寿命までの切り口の切断面積の総和であり、１つの切り口の切断面積と切断個数をかけた数値である。
【００３７】
表１に示すように、試料番号１〜７は比較例よりも高い寿命を示している。試料番号１は比較例３より寿命が短いが、これは台金の材質が異なるためである。試料番号１が長寿命であることは、同じＳ４５Ｃを台金としている比較例１と比較すると明らかになる。超硬質粒子を固着した試料１は、その固着をしていない比較例１の寿命の２．５倍もの寿命がある。超硬質粒子固着の効果は、Ｓ４５Ｃ以外の台金の場合にも認められる。さらに、超硬質粒子を固着しない場合でも、台金を超硬合金とした場合は寿命が延びることがわかる。
【００３８】
【発明の効果】
本発明の構成とすることによりチップポケット底部の摩耗を抑制できるので、本発明の回転鋸は著しく長い寿命となる。固着された超硬質粒子は、台金そのものに切断性能を持たせるので、台金へ切粉が溶着しにくくなる。また、鋼製の台金外周にＮｉを電気メッキすることにより、溶着による回転鋸の重量のアンバランスで誘発される振動を抑えることができる。その結果、切れ刃のチッピングや台金の損傷を防ぐことにより、工具寿命を飛躍的に長くすることができる。超硬合金製台金の側面部にメッキをすると、マイクロクラックの発生を防止する効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の回転鋸を示す側面図である。
【図２】図１のチップ周辺の拡大側面図である。
【図３】本発明の別の例で、チップ周辺の拡大側面図である。
【図４】本発明の回転鋸のチップを回転方向前面から見た正面図である。
【符号の説明】
１回転鋸
２台金
２ａ台金の刃台
３台座
４チップ
４ａ超硬質焼結体
４ｂ超硬合金基台
５チップポケット底部
６固着された超硬質粒子
７台座中間部斜面
８台座下部
９従来の回転鋸の摩耗
１１制振用スリット
１２歪み防止用スリット
１３電気メッキ
１４台座のチップポケット構成面
Ｌ１台座の長さ
Ｌ２台座の中間部長さ
Ｌ３チップの長さ
Ｌ４チップポケット構成面の長さ
Ｗ１刃幅
Ｗ２台座底の幅
Ｒ回転方向

Claims

円板状の台金の外周に複数の超硬合金製台座が設けられ、前記台座に超硬質焼結体からなるチップが固着された回転鋸であって、
前記超硬合金製台座のチップポケット構成面の長さがチップの長さ以上であり、
台金が鋼で構成されていて、
チップポケット底部の台金の上に超硬質粒子が固着されていることを特徴とする回転鋸。
前記超硬質粒子の固着が、ダイヤモンド粒子またはＣＢＮ粒子のＮｉストライクメッキによる電着であることを特徴とする請求項１に記載の回転鋸。
前記超硬質粒子の平均粒径は、５〜５０μｍであることを特徴とする請求項１または２に記載の回転鋸。
前記台金の側面の外周部には、Ｎｉが電気メッキされていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の回転鋸。
前記超硬質粒子の固着が、ＷＣ粒子の溶射であることを特徴とする請求項１または４に記載の回転鋸。
台金に用いられる鋼が、Ｓ４５Ｃ、ＳＫＳ、マルエージ鋼のいずれかであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の回転鋸。
前記台座に固着されたチップは、平刃チップと山刃チップが交互に配置されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の回転鋸。
円板状の台金の外周に複数の超硬合金製台座が設けられ、前記台座に超硬質焼結体からなるチップが固着された回転鋸であって、
前記超硬合金製台座のチップポケット構成面の長さがチップの長さ以上であり、
台金が超硬合金で構成されていることを特徴とする回転鋸。