JP2000288948A - 丸鋸の製造方法および丸鋸 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】従来品に比べて鋼板と硬質部材片の接合強度が
大きい丸鋸の製造方法と丸鋸を提供する。 【解決手段】硬質部材片を鋼板の外周に当接させ、レー
ザビームを鋼板の表面および裏面から同時に当接部に照
射する事により鋼板と硬質部材片を溶接する。溶接に先
立ち鋼板と硬質部材片はレーザビームにより仮止めして
置く事が好ましい。またレーザビームはパルスレーザビ
ームが好ましい。また硬質部材片の両端部近傍ではエネ
ルギー密度が小さいパルスを用いる事が好ましい。また
パルスレーザビームの各１パルスは経過時間に対してエ
ネルギーが台形状になるものが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、パイプ、コンクリ
ート、石材等の切断に使用される丸鋸に関する。

【０００２】

【従来の技術】図９は、パイプ、コンクリート、石材等
の切断に使用されている丸鋸の例で、円板状の鋼板１の
外周に沿って複数の硬質部材片２が接合されてなる丸鋸
である。図中３は回転軸を挿通する孔で、４は適宜設け
た切欠きである。

【０００３】硬質部材片２は、従来は例えば高周波誘導
加熱を用いて、ろう接合により鋼板１の外周に接合され
ている。しかしろう接合では接合部の強度が不十分とな
り易くまた接合強度の変動が大きいという問題点があ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】近年、レーザビームに
よる溶接接合が行われているが、レーザビームを用いる
と、小面積の照射部に大きなエネルギーを供給すること
ができる。このため、硬質部材片２の接合に用いると、
鋼板１と硬質部材片２との接合部のみを専ら加熱する事
ができ細い接合強度が大きい溶接接合が得られる。また
鋼板や硬質部材片の、接合部から離れた位置は加熱され
る事がなく、従って変質する事がない。またレーザビー
ム溶接は大気中で行なうことができるために、真空下で
行なうエレクトロンビーム溶接に比べて、簡易に行なう
事ができる。

【０００５】図１０は図９のａ−ａ断面の説明図であ
る。本発明者等は図（イ）の如く、鋼板１と硬質部材片
２を突合せ状に当接させ、矢印６方向にＣＯ₂レーザを
照射して溶接接合した。図（ロ）はその際の接合部の形
状の説明図である。図（ロ）の如く接合部５は左側（鋼
板１の表面側）では厚く右側（鋼板１の裏面側）では薄
い。また接合部５の左側の表面は平滑で美麗であるが右
側の表面には凹凸がある。しかし接合部の左側と右側の
形状が非対象の図（ロ）の接合部５は、本発明者等の知
見によると、残留応力が大きく接合強度が不十分になり
易い。

【０００６】本発明はこれ当の問題点を解決するもの
で、即ちろう接合に比べて加熱面積が小さいために鋼板
や硬質部材片の材質を加熱により変質させる事が少な
く、また溶接であるためにろう接合に比べて溶接強度が
大きく、また一方向からのレーザビームを用いる通常の
レーザビーム溶接に比べて接合部の形状が均一で残留応
力が少ない、鋼板と硬質部材片の新たな接合方法と、こ
の方法で製造した丸鋸の提供を課題としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段及び発明の実施の形態】本
発明は、（１）円板状の鋼板の外周に沿って複数の硬質
部材片が接合されてなる丸鋸の製造方法において、鋼板
の外周に硬質部材片を当接させ、レーザビームを鋼板の
表面および裏面の該当接部に同時に照射し、照射位置を
該当接部に沿って移動せしめる事により鋼板と硬質部材
片とをレーザビームにより溶接する事を特徴とする、丸
鋸の製造方法である。

【０００８】本発明の丸鋸の形状は図９で既に述べた
が、鋼板１としては、板厚が約１．５ｍｍで直径が約２
００〜１０００ｍｍの高炭素鋼を用いる事が出来る。ま
た硬質部材片としては鋼板の円周に沿った長さが例えば
１００ｍｍで幅が１０ｍｍで厚さが２．０ｍｍの扇形状
のものを用いる事ができる。

【０００９】硬質部材片の材質は、切断加工される対象
物により異なる。例えば合成樹脂等の軟質物が対象物の
場合には熱処理した工具鋼等を用いる事ができる。また
例えば硬質のセラミックス等が対象物の場合は硬質部材
片としてダイヤモンド粒子を有する金属焼結体を用いる
事ができる。近年は同一硬質部材片内で、外面近傍には
ダイヤモンド粒子を多量含有し内面近傍にはダイヤモン
ド粒子の含有量が少ない、いわゆる性能傾斜部材が市販
されているが、本発明ではこの性能傾斜部材も硬質部材
片として用いる事ができる。

【００１０】レーザビーム溶接以外の通常の溶接では、
当接部に沿って広範囲に溶融部や熱影響部が発生し、材
質の変化や残留応力が大きく、接合部には溶接ワレが発
生し易い。レーザビームは集光せしめて小面積の照射部
に大密度のエネルギーを供給することができる。このた
め溶融部や熱影響部の面積が小さく、従って通常の溶接
では溶接ワレが発生する鋼板１や硬質部材片２の場合に
も、溶接ワレを発生させる事なく接合する事ができる。
尚レーザビーム溶接は照射部の面積は小さいが、深部ま
で加熱するために鋼板の外周と硬質部材片の当接部に
は、レーザビーム溶接以外の通常の溶接で多用されてい
る格別の形状の開先は設ける必要がない。

【００１１】図１は本発明の接合方法の説明図で、図９
のａ−ａ断面を示す図である。本発明ではレーザビーム
の照射は６−１方向に鋼板の表面の該当接部に照射する
と共に同時に６−２方向に鋼板の裏面の該当接部に照射
する。図２は図１の平面説明図である。本発明ではま
た、図２（イ）の如くに、照射位置を該当接部に沿って
６−１を例えば６−１−１，６−１−２，…，６−１−
７の如くに順次移動せしめる。この際６−２も同時に、
６−２−１，６−２−２，…，６−２−７如くに順次移
動せしめる。図２（ロ）は、表面の照射位置６−１と裏
面の照射位置を千鳥にずらせた例であるが、この場合も
６−１側と６−２側の照射位置にづれがない図２（イ）
と同様の好ましい溶接部が得られる。

【００１２】図３は本発明の接合方法で得られた溶接部
の形状の説明図で、図９のａ−ａ断面を示す図である。
また（イ）は、鋼板１と硬質部材片２の当接面の全てを
溶接した例で（ロ）は当接面の中央部は溶接しないで、
鋼板１の表面側５−１と裏面側５−２を溶接した例であ
る。図１で述べた如く、本発明ではレーザビームを６−
１方向と６−２方向から同時に照射するため、図１０と
は異なり、表面側の溶接部の幅と裏面側の溶接部の幅は
ほぼ等しく、且つ表面側の溶接部も裏面側の溶接部も何
れも平滑であり何れの側の溶接部にも図１０の（ロ）で
述べた凹凸がない。

【００１３】レーザビームの照射を鋼板の表面と裏面に
同時に行わないで、図２（イ）で表面の溶接を例えば６
−１−１，６−１−２，…，６−１−７の順に行い、６
−１−７が終了した後で裏面の溶接を例えば６−２−
１，６−２−２，…，６−２−７の順に行なう溶接法が
考えられる。しかし本発明者等の知見によると、本発明
とは異なるこの方法では、表面側の溶接部の幅と裏面側
の溶接部の幅が不揃いになり易く、硬質部材片２は丸刃
への取付け寸法精度が不十分になり易く、また溶接後に
熱応力が残留し易い。

【００１４】本発明の方法で溶接すると、鋼板１の表面
側と裏面側の接合が略同一に保たれるために、表面側の
溶接部も裏面側の溶接部も何れも平滑で凹凸がない。こ
のために接合部にはワレ疵の発生する起点がなく、高強
度の接合部が得られる。また表面側と裏面側の溶接部の
幅が略等しいために熱応力の残留が少なく、高強度の接
合部が得られる。

【００１５】図３の（ロ）は当接面の中央部は溶接され
ていないが、本発明者等の知見によると、表面側の溶接
部５−１の深さと裏面側の溶接部５−２の深さが適当で
あれば、十分な接合強度が得られる。又図１０の如く一
方向からのみ接合する場合は、鋼板１の板厚ｔの全厚さ
を溶接するために溶接能率は低いが、図３の（イ）では
ｔ／２の厚さを溶接するために溶接速度は速く、また図
３（ロ）ではｔ／２以下を溶接するために溶接能率は更
に向上する。尚接合を図３（イ）、図３（ロ）の何れに
するかは、丸鋸の使用環境を考慮の上適宜選定する事が
できる。

【００１６】本発明はまた（２）鋼板の外周に硬質部材
を当接させた後、溶接の前に、レーザビームを鋼板の表
面および裏面から同時に該当接部の長さ方向の一箇所又
は複数箇所に点状に照射する事により、硬質部材片を鋼
板の外周に仮止めし、以後溶接する事を特徴とする、前
記（１）に記載の丸鋸の製造方法である。尚図４はその
説明図である。

【００１７】図２で述べた如く、本発明では例えは６−
１−１，…，６−１−７（６−２−１，…，６−２−
７）の順に溶接して鋼板１の外周に硬質部材片２を接合
する。レーザビームは、鋼板１および硬質部材片２と非
接触で照射するため、溶接に際して硬質部材片２の位置
がずれることが少ない。しかし鋼板１と硬質部材片２の
熱膨張率等が異なるために、硬質部材片２が長い場合に
は６−１−１から溶接を開始し６−１−７に達した際に
は、６−１−７において鋼板１と硬質部材片２は密着し
ないで、その間にはわずかな隙間が観察される場合があ
る。

【００１８】本発明者等は図４の７（７’）の如く、接
合部の長さ方向の一箇所又は複数箇所に、溶接に先立ち
レーザビームを鋼板の表面および裏面から点状に照射し
て硬質部材２を鋼板１の外周に仮止めしたが、硬質部材
片の全長に亘ってすき間を発生させる事なく、高強度で
寸法精度が高い接合部を形成する事ができた。

【００１９】本発明はまた（３）レーザビームがパルス
レーザビームである事を特徴とする前記（１）または
（２）に記載の丸鋸の製造方法であり、また（４）パル
スレーザビームによる溶接が、硬質部材片の両端部（図
４の６−１−１及び６−１−７）ではエネルギー密度が
小さいパルスを用い、また硬質部材片の両端部から離れ
た位置ではエネルギー密度が一定で且つ大きいパルスを
用いる、硬質部材片の長さ方向に対してエネルギー密度
を台形状に変化せしめるパルスレーザビームによる溶接
である事を特徴とする前記（３）に記載の丸鋸の製造方
法である。

【００２０】レーザビームには、時間に対して連続波の
ものとパルス波のものがあるが、硬質部材片が熱衝撃に
弱くワレ易い等の場合には、ワレ等の発生を防止するた
めに、適度な強度のパルス波を１回あるいは複数回繰り
返して照射する事が好ましい。図５はその際に用いるパ
ルス波の強度{（エネルギー密度（Ｗ／ｍ sec）}の模式
説明図である。

【００２１】本発明者等の知見によると、硬質部材片の
下方の端部６−１−１では図５の６−１−１に隣接する
下方には硬質部材片がないために、照射されたパルス６
−１−１のエネルギーは下方には逸散しないで硬質部材
片内に貯えられ、硬質部材片の下端は過熱状態になり易
い。同様に上方の端部もパルス６−１−ｎにより硬質部
材片が過熱状態になり易い。図５の硬質部材片２の下端
から上端に至るまで、均一な幅の溶接部を形成して熱応
力を低減するためには、接合部に吸収されるエネルギー
を図５の硬質部材片２の下端から上端に至るまで均一化
する事が好ましい。

【００２２】このため本発明では硬質部材片の両端部
（図５の６−１−１近傍と６−１−ｎ近傍）ではエネル
ギー密度が小さいパルスを用い、また両端部から離れた
位置ではエネルギー密度が一定で且つ大きいパルスを用
いて、硬質部材片の長さ方向に対してエネルギー密度を
図５の如く台形状に変化させる。本発明者等は図５のパ
ルスエネルギーでダイヤモンド粒子を含有する焼結金属
製の硬質部材片を鋼板に溶接したが、ワレ疵がなく且つ
接合強度が優れた溶接部が得られた。

【００２３】また本発明は（５）パルスレーザビームの
各１パルスが、そのエネルギー密度が時間経過と共に直
線近似に上昇し、最大値に達して最大値を保持し、その
後直線近似に降下する台形状に変化するエネルギー密度
の１パルスである事を特徴とする、前記（３）または
（４）の丸鋸の製造方法である。

【００２４】図５ではパルスレーザビームの各１パル
ス、例えば６−１−５のパルスのエネルギーを模式的に
角形で示したが、レーザビームの各１パルスの通常の照
射エネルギーは図６の例えば点線の曲線状である。しか
しながら照射位置を自動制御により、例えば６−１−１
から６−１−ｎに移動せしめるに際しては、図６の点線
の曲線状のパルスは計数制御が複雑になる。本発明者等
は図６の点線の曲線状のパルスに代えて、エネルギー密
度が時間経過と共に直線近似に上昇し、最大値に達して
最大値を保持し、その後直線近似に降下する図６の実線
で示した台形状に変化するエネルギー密度のパルスを用
いたが、計数制御が容易で且つ接合強度が優れた溶接部
が得られた。

【００２５】本発明はまた（６）前記（１）〜（５）の
何れかの方法で製造した事を特徴とする丸鋸である。本
発明の丸鋸は前記（１）〜（５）の方法で製造されてい
るため、既に述べた如く、従来のろう接合で製造したも
のに比べて鋼板と硬質部材片の接合強度が大きく、また
鋼板や硬質部材片の材質の劣化が少ない。

【００２６】またレーザビーム溶接は鋼板の表面と裏面
の双方から行なうために接合強度が大きく接合部にはワ
レ等の欠陥がない。

【００２７】またパルスレーザビームを用い、また照射
するレーザビームのエネルギー密度を前記（４）及び
（５）の如くに管理しているために、他の溶接方法では
接合が困難な硬質部材片を使用する事ができ、また接合
部は残留応力が少なく寸法精度が優れかつ高強度であ
る。

【００２８】

【実施例】本発明者等は、表１の鋼板と硬質部材片を本
発明の方法で接合して丸鋸を作成した。接合に先立ちフ
ィード装置を用いて硬質部材片を鋼板の外周に機械的に
締結し、硬質部材片の長さの略中央部で鋼板の表面と裏
面にレーザビームを照射して鋼板と硬質部材片を点状に
仮止めした。仮止め後に表２の接合条件で硬質部材片を
鋼板の外周面に接合した。

【００２９】尚パルスレーザビームの照射は、各パルス
を接合部の長さ方向に０．２５ｍｍのピッチで移動して
行い、またパルスレーザは硬質部材片の一方の端部近傍
（図５の６−１−１近傍）ではエネルギー密度が１５０
〜６００Ｗ／ｍ secの傾斜で直線近似に上昇させ、また
硬質部材片の他方の端部近傍（図５の６−１−ｎ近傍）
ではエネルギー密度を１５０〜６００Ｗ／ｍ secの傾斜
で直線近似に減衰させた。

【００３０】

【表１】

【００３１】

【表２】

【００３２】溶接接合後に表面側及び裏面側の溶接部を
拡大鏡を用いて検査したが、溶接部は幅が約０．５ｍｍ
の均一な線状で、表面は平滑で凹凸はまったくなかっ
た。溶接接合部の強度を図７に示した試験装置を用いて
測定した。図中８は押え治具で９は加圧装置であり、測
定は鋼板を押え治具８で挾みつけ、加圧装置９を用いて
矢印方向の荷重を硬質部材片に負荷し、荷重と硬質部材
片の端部の変位量を測定した。

【００３３】図８はその結果である。尚図８の図中の比
較例は鋼板と硬質部材片を、図１０（イ）の如く、一方
向からレーザビームを照射する事によって溶接した例で
ある。図８にみられる如く、表面と裏面にレーザビーム
を照射した本発明の実施例は、比較例に比べて高強度で
あり、比較例は１２０４ｋｇｆで破断したが、本発明の
実施例は１５２２ｋｇｆに至るまで破断しなかった。

【００３４】

【発明の効果】本発明によると、鋼板と硬質部材片がろ
う接合された従来の丸鋸に比べて、接合強度が大きく、
また鋼板や硬質部材の熱履歴による変質劣化が少ない。
またレーザビーム以外の溶接では接合が困難な材質の硬
質部材片を接合する事ができる。また通常のレーザビー
ムによる溶接に比べて接合部は高強度で、寸法精度も好
く優れている。

【図面の簡単な説明】

【図１】は本発明の接合方法の説明図。

【図２】は図１の平面説明図。

【図３】は本発明の方法で得られた溶接部の形状の説明
図。

【図４】は鋼と硬質部材片の仮止めの例の説明図。

【図５】は本発明のパルスレーザのエネルギー密度の模
式説明図。

【図６】は本発明のパルスレーザの１パルスのエネルギ
ー密度の模式説明図。

【図７】は溶接部の強度の測定方法の例を示す図。

【図８】は本発明例と比較例の接合強度の例を示す図。

【図９】は丸鋸の例を示す図。

【図１０】は通常のレーザビーム溶接法の例の説明図。

【符号の説明】

１：鋼板、 ２：硬質部材片、 ３：回転軸を挿通する
孔、 ４：鋼板に設けた切欠き、 ５（５−１，５−
２）：溶接部、 ６（６−１，６−２，６−１−１〜６
−１−７，６−２−１〜６−２−７）：レーザビーム、
７：仮止め、８：押え治具、 ９：加圧装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山口 哲 千葉県富津市新富20−１ 新日本製鐵株式 会社技術開発本部内 Ｆターム(参考） 3C063 AA10 AB02 BA03 BA04 BB01 BG01 BG07 BH05 CC09 CC23 EE31 4E068 BA00 BA05 CA03 DB01 DB06 DB12

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】円板状の鋼板の外周に沿って複数の硬質部
   材片が接合されてなる丸鋸の製造方法において、鋼板の
   外周に硬質部材片を当接させ、レーザビームを鋼板の表
   面および裏面の該当接部に同時に照射し、照射位置を該
   当接部に沿って移動せしめる事により鋼板と硬質部材片
   とをレーザビームにより溶接することを特徴とする、丸
   鋸の製造方法。
2. 【請求項２】鋼板の外周に硬質部材片を当接させた後、
   溶接の前に、レーザビームを鋼板の表面および裏面から
   同時に該当接部の長さ方向の一箇所又は複数箇所に点状
   に照射する事により、硬質部材片を鋼板の外周に仮止め
   し、以後溶接する事を特徴とする、請求項１に記載の丸
   鋸の製造方法。
3. 【請求項３】レーザビームがパルスレーザビームである
   事を特徴とする請求項１または２に記載の丸鋸の製造方
   法。
4. 【請求項４】パルスレーザビームによる溶接が、硬質部
   材片の両端部ではエネルギー密度が小さいパルスを用
   い、硬質部材片の両端部から離れた位置ではエネルギー
   密度が一定で且つ大きいパルスを用いて、硬質部材片の
   長さ方向に対してパルスのエネルギー密度を台形状に変
   化せしめるパルスレーザビームによる溶接である事を特
   徴とする、請求項３に記載の丸鋸の製造方法。
5. 【請求項５】パルスレーザビームの各１パルスが、その
   エネルギー密度が時間経過と共に直線近似に上昇し、最
   大値に達して最大値を保持し、その後直線近似に降下す
   る台形状に変化するエネルギー密度の１パルスである事
   を特徴とする、請求項３または４に記載の丸鋸の製造方
   法。
6. 【請求項６】請求項１〜５の何れかの製造方法で製造し
   た事を特徴とする丸鋸。