JP2004276217A

JP2004276217A - 回転円盤砥石

Info

Publication number: JP2004276217A
Application number: JP2003074444A
Authority: JP
Inventors: Seiya Ogata; 誠也緒方
Original assignee: Noritake Co Ltd; Noritake Super Abrasive Co Ltd
Current assignee: Noritake Co Ltd; Noritake Super Abrasive Co Ltd
Priority date: 2003-03-18
Filing date: 2003-03-18
Publication date: 2004-10-07

Abstract

【課題】セグメントチップの内周側において、セグメントチップの側面の摩耗を抑制して、寿命を向上させた回転円盤砥石を提供する。
【解決手段】セグメントチップ１２の両側面１２ａと円盤状の基板１１の両表面１１ａとの間には、円盤状の基板１１の厚み方向にクリアランス２が設けられている。このクリアランス２は、石材等を深く切断する際に発生する切粉の流れを分散して、セグメントチップ１２の取付け基部における切粉による摩耗を防止する機能を有する。
耐摩耗性粒子４は、セグメントチップ１２の両側面１２ａに砥粒５と共に表面に露出した状態で埋め込まれている。セグメントチップ１２の側面上に分散現出した耐摩耗性粒子４の個数を、セグメントチップ１２の外周部から内周部にかけて増加させている。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、石材、コンクリート、アスファルト、レンガ、セラミックス、その他硬質材料の切断に用いられる回転円盤砥石に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、図４に示すような、円盤状の基板３１の外周面上に複数のセグメントチップ３２を一定間隔で配し、各セグメントチップ３２の間の基板外周部にスリット３３を形成した回転円盤砥石３０が、石材、コンクリート、アスファルト、レンガ、セラミックス、その他硬質材料の切断に用いられている。このようなスリット３３を形成することによって、切断、研削中における切粉の排出を円滑にし、切断性能を向上させることが可能となる。
ところで、上記のようなスリット３３を形成した回転円盤砥石３０においては、回転円盤砥石３０を回転させて切断、研削するときに、基板３１の回転方向に対してセグメントチップの両側面が中央部より大きい負荷を受け、両側面が中央部よりも先に摩耗しやすいという問題があった。この対策として、セグメントチップを形成する砥材の硬度、密度分布を変えたもの、あるいは各位置によってその硬さが異なる結合材を用いてセグメントチップをサンドウィッチ状に成形して、セグメントの作用面の摩耗の平均化を図ったブレードが知られている。
【０００３】
しかし、上記の回転円盤砥石では、セグメントチップが性状の異なる層で形成されているため、全体として摩耗速度が早く、側面摩耗の低減効果が得られていない。
これに対し本出願人は、基板の回転方向と平行な両側面と基板の両表面との間に基板の厚み方向にクリアランスを設け、セグメントチップの側面上にのみ砥粒と略同径の耐摩耗性粒子を砥粒とともに表面に分散現出させて耐摩耗面を形成した回転円盤砥石を開発し、特許文献１に開示している。この砥石によれば、従来の粒度、密度調整をしたセグメントチップよりも作動面の平坦、均一性が維持でき、側面の摩耗が減少するという効果が得られる。
【０００４】
【特許文献１】
特公平７−１２５９２号公報（問題点を解決するための手段部分）
【０００５】
しかしながら、上記の特許文献１に記載の回転円盤砥石では、セグメントチップの側面上に分散現出させる耐摩耗性粒子の分散表面分布率を面積比で全側面の３〜２０％とし、かつその分布をランダムなものとしているため、耐摩耗性粒子の間隔が不揃いとなり、耐摩耗性粒子の分布が粗な部分では耐摩耗効果が得られにくいという問題がある。
そして、部分的に摩耗が生じてセグメントチップの側面に溝ができると、冷却水の流れや切粉の流れが偏り、冷却水が均等に回らず、砥石寿命や切断能力の向上が期待できなくなる。
【０００６】
この問題を解決するために、本出願人は、基板の外周面上にスリットを介して複数個のセグメントチップを一定間隔で配した回転円盤砥石において、前記セグメントチップの側面上に砥粒と略同径の耐摩耗性粒子を、分散表面分布率がセグメントチップ側面の面積の２〜２０％の範囲内で規則的に配設させたことを特徴とする回転円盤砥石を発明した（特願２００１−２２６５４９）。
セグメントチップの側面上に耐摩耗性粒子を規則的に配設することにより、耐摩耗性粒子の間隔を揃えること、すなわち耐摩耗性粒子を一定の分布密度とすることができ、セグメントチップ側面の摩耗を均一にすることができる。そして、均一な摩耗となることによって、冷却水の流れや切粉の流れが偏ることもなく、砥石寿命や切断能力の向上が期待できる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
この砥石においては、長距離切断用として砥石寿命を向上させるために、セグメントチップを高くして使用しろを増大させることが行われている。しかし、研削によって曝される切粉の量は、セグメントチップの外周部において小さく、内周部において大きいため、研削が進行してセグメントチップの高さが減少するに伴い、セグメントチップの内周部においてセグメントチップの側面の摩耗が顕著となる。
【０００８】
このように、セグメントチップの内周部の側面の摩耗が著しくなると、基板の厚み方向にクリアランスを設けていても、セグメントチップの高さが残っている状態において、セグメントチップと基板とのクリアランスがなくなってしまう。そのため、セグメントチップを高くしても寿命を十分に向上させることができないという問題がある。
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、セグメントチップの内周側において、セグメントチップの側面の摩耗を抑制して、寿命を向上させた回転円盤砥石を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するために、本発明は、基板の外周面上にスリットを介して複数個のセグメントチップを一定間隔で配した回転円盤砥石において、前記セグメントチップの側面上に砥粒と共に耐摩耗性粒子を表面に分散現出させて耐摩耗面を形成し、前記セグメントチップの前記側面上に分散現出した耐摩耗性粒子の個数を、セグメントチップの外周部から内周部にかけて増加させたことを特徴とする。
耐摩耗性粒子の個数を、セグメントチップの外周部から内周部にかけて増加させたことにより、研削によって曝される切粉の量が、セグメントチップの外周部において小さく、内周部において大きい回転円盤砥石においても、セグメントチップの側面が摩耗することを抑制することができる。そのため、セグメントチップの高さを高くしても、セグメントチップの内周部において、セグメントチップ側面の摩耗が抑制されることにより、冷却水の流れや切粉の流れが偏ることがなく、砥石寿命や切断能力を向上することができる。
【００１０】
セグメントチップの側面上に分散現出した耐摩耗性粒子の個数を、セグメントチップの外周部から内周部にかけて増加させることは、セグメントチップの側面上に分散現出した耐摩耗性粒子の密度を、セグメントチップの外周部から内周部にかけて高めることによって行うことができ、あるいは、セグメントチップの側面上に耐摩耗性粒子を分散現出させた領域の面積を、セグメントチップの外周部から内周部にかけて広くすることによっても可能である。
【００１１】
本発明においては、セグメントチップの内周側領域における耐摩耗性粒子の数を、セグメントチップの外周側領域における耐摩耗性粒子の数に対して、２００％以上４００％以下としたことを特徴とする。
ここで、セグメントチップの内周側領域とは、セグメントチップの側面を内周側と外周側とに互いに等しい面積となるように２分割したときの、内周側の部分をいい、セグメントチップの外周側領域とは、外周側の部分をいう。
セグメントチップの内周部の耐摩耗性粒子の数が、セグメントチップの外周部の耐摩耗性粒子の数に対して２００％未満であると、セグメントチップの内周部におけるセグメントチップ側面の摩耗を十分に抑制することができない。
一方、セグメントチップの内周部の耐摩耗性粒子の数が、セグメントチップの外周部の耐摩耗性粒子の数に対して４００％を超えると、耐摩耗性粒子の間隔が狭く、側面での切粉の流れが悪くなって切断抵抗となるため、本発明の効果が得られにくい。
【００１２】
本発明においては、セグメントチップの側面上に分散現出した耐摩耗性粒子の分散表面分布率を、セグメントチップ側面の全面積に対して２％以上２０％以下として耐摩耗性粒子を等間隔に配列したことを特徴とする。
ここで分散表面分布率とは、（セグメントチップ側面に露出した耐摩耗性粒子の最大断面積の総和）／（セグメントチップ側面の面積）を％表記したものであり、耐摩耗性粒子がセグメントチップの側面に占める面積の割合を示し、セグメントチップ側面の耐摩耗性を表す指標である。
セグメントチップ側面への耐摩耗性粒子の配設範囲が、分散表面分布率で２％未満の場合は、当該砥石のセグメントチップを形成する砥材がセグメントチップ側面に出現する分散表面率と同等または低くなるため、セグメントチップ側面の摩耗を均一化する効果が得られない。一方、分散表面分布率が２０％を超えると、セグメントチップの切断に作用する外周面に耐摩耗性粒子が過度に出現することになり、この耐摩耗性粒子が切断抵抗を高めるため、切断能率が低下することになるので、２０％を上限としている。
【００１３】
本発明においては、耐摩耗性粒子の粒径が、砥粒の粒径の５０％以上１００％以下であることを特徴とする。
耐摩耗性粒子の平均粒径が前記範囲より小さいと、セグメントチップ側面のドレッシングの際に耐摩耗性粒子が削り落とされてしまうため好ましくない。一方、前記範囲より大きいと、ドレッシング後の耐摩耗性粒子の突出高さが砥粒の突出高さより高くなり、これが切れ味に対してブレーキとして働くため不適当である。また、耐摩耗性粒子を埋め込む深さは、砥粒の粒径までとし、セグメントチップ側面の表面に必ず耐摩耗性粒子が出現している必要がある。チップ内に深く埋まり込むと、砥粒による切れ味に対する抵抗となるためである。
【００１４】
本発明においては、耐摩耗性粒子の配列間隔が、耐摩耗性粒子の粒径の２倍以上５倍以下であることを特徴とする。
１個の耐摩耗性粒子の摩耗防御ゾーン域の大きさは、砥石回転方向の後方に対しては耐摩耗性粒子の粒径の１０倍以上にも及ぶが、耐摩耗性粒子の粒径の５倍を超える域では摩耗抑制効果は小さく、部分的な摩耗が発生する。そのため、砥石回転方向に見た耐摩耗性粒子の配設間隔は耐摩耗性粒子の平均粒径の５倍以内とするのが望ましい。また、砥石半径方向の配設間隔は可能な限り小さい方が望ましく、耐摩耗性粒子の配設作業が可能な限度として耐摩耗性粒子の平均粒径の２倍を最小間隔とすることが好ましい。
【００１５】
本発明においては、耐摩耗性粒子は、ダイヤモンド、ｃＢＮ、またはこれらを金属材料によりコートしたもの、あるいはＷ_２Ｃ、Ａｌ_２Ｏ_３，ＴｉＣからなることを特徴とする。
これらの粒子は、タフネスインデックス（ＴｏｕｇｈｎｅｓｓＩｎｄｅｘ）が当該砥石のセグメントチップを形成する砥粒以下の粒子となるものがあるためである。ここで、タフネスインデックスとは、粒子の破砕強度の指標であり、この値が小さいほど、粒子が破砕、摩耗しやすいという特性を表す。
【００１６】
耐摩耗性粒子の配設パターンはとくに限定されるものではないが、たとえば格子状、斜め格子状、千鳥状として砥石回転方向と砥石半径方向にみた配設間隔を一定間隔とした配設パターンとすることができる。また、砥石半径方向の間隔を砥石回転方向の間隔よりも小さい一定間隔とすることもできる。さらに、セグメントチップ側面の耐摩耗性粒子を配設する部分を限定することで、セグメントチップ側面の耐摩耗性を部分的に調節することができるので、たとえば、一部分に耐摩耗性粒子を配設しない領域を設けることで、この領域の摩耗が他の部分よりも早く進行して、結果として砥石を使用しながら冷却水の通路となる溝を形成することができる。
【００１７】
耐摩耗性粒子を配設する方法としては、セグメントチップ側面用パンチに耐摩耗性粒子を接着しておき、その間を砥粒と結合材を充填し焼結する方法、耐摩耗性粒子を含む粉体を一層だけチャージしておき、その上に砥粒と結合材を充填し、さらにその上に耐摩耗性粒子を一層チャージして同時焼結する方法、さらには、砥粒を含むグリーンコンパクトを作り、側面に接着材を塗布して耐摩耗性粒子を貼りつけて焼結する方法などを採用することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をその実施の形態に基づいて説明する。
図１は本発明の実施形態における回転円盤砥石の平面図であり、図２は図１に示した回転円盤砥石のＡ−Ａ断面図である。また、図３は、図２に示す回転円盤砥石の先端付近の拡大図である。
本実施形態の回転円盤砥石１０は、図１に示すように、炭層工具鋼製の円盤状の基板１１の外周面上にセグメントチップ１２を一定間隔で配し、各セグメントチップ１２の間の基板外周部に形状の異なるスリット１３と１４を交互に配設した回転円盤砥石である。
【００１９】
図２、図３に示すように、セグメントチップ１２の両側面１２ａと円盤状の基板１１の両表面１１ａとの間には、円盤状の基板１１の厚み方向にクリアランス２が設けられている。このクリアランス２は、石材等を深く切断する際に発生する切粉の流れを分散して、セグメントチップ１２の取付け基部における切粉による摩耗を防止する機能を有する。
耐摩耗性粒子４は、セグメントチップ１２の両側面１２ａに砥粒５と共に表面に露出した状態で埋め込まれている。
【００２０】
〔試験例〕
図１に示した基板形状の砥石のセグメント側面に、図３に示すように、セグメントチップの側面上に分散現出した耐摩耗性粒子の個数を、セグメントチップの外周部から内周部にかけて増加させて耐摩耗性粒子を配設した発明品の砥石３個と、セグメントチップの側面上に耐摩耗性砥粒を均一に配設した従来品の砥石３個を、アスファルト舗装道路切断用ダイヤモンドブレードにそれぞれ適用して切断試験を行った。
【００２１】
ここでは、セグメントチップの高さ方向の外周側から内周側に向かって、耐摩耗性粒子の配列間隔を４段階に変化させており、外周側から順に、耐摩耗性粒子の配列間隔を３．０ｍｍ、２．０ｍｍ、１．５ｍｍ、１．０ｍｍとしている。その結果、外周側領域と内周側領域での耐摩耗性粒子の個数比は、外周側領域：内周側領域＝１００：３５０となっている。
【００２２】
各部の寸法は、砥石外径３７９ｍｍ、セグメントチップの長さ４７ｍｍ、厚さ３．３ｍｍであり、高さは１２ｍｍまたは１５ｍｍである。
試験条件は、以下の通りである。
切断機械：台車式エンジンカッター
出力３７ｋＷ（５０馬力）
ブレード主軸回転速度２４００ｍｉｎ^−１
被切断材：アスファルト（舗装道路）打設厚さ１５０ｍｍ
ブレード切り込み深さ：１００ｍｍ
冷却水量：４．０１／ｍｉｎ
切断速度：予め設定したエンジン回転数が切断抵抗により低下する範囲を１０％以内に保つように、機械の走行装置を調整する。切断速度の数値が高いことは、切断抵抗が低く切断能率が良いことを示す。
【００２３】
試験結果を表１、表２に示す。
【表１】
セグメントチップ高さ１２ｍｍの場合

【００２４】
【表２】
セグメントチップ高さ１５ｍｍの場合

【００２５】
表１、表２から、発明品のブレードは、耐摩耗性粒子の個数を、セグメントチップの外周部から内周部にかけて増加させたことによって、セグメントチップ側面の耐摩耗性を増大させることができ、その結果、均一に耐摩耗性砥粒を配設した従来品のブレードに比べて、セグメント幅残りが多く、側面の摩耗が低減していることがわかる。また、セグメント高さ残りが多く（凸型摩耗が少なく）、セグメントの使用しろが多いことがわかる。
セグメントチップ高さが１２ｍｍのブレードでは、ブレード寿命の差は５％であったが、セグメントチップ高さが１５ｍｍのブレードでは、ブレード寿命は１８％向上している。
また、平均切断速度は、セグメントチップ高さが１５ｍｍのブレードでは、従来品に対して１０％向上している。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、以下の効果を奏することができる。
（１）基板の外周面上にスリットを介して複数個のセグメントチップを一定間隔で配した回転円盤砥石において、セグメントチップの側面上に砥粒と共に耐摩耗性粒子を表面に分散現出させて耐摩耗面を形成し、セグメントチップの側面上に分散現出した耐摩耗性粒子の個数を、セグメントチップの外周部から内周部にかけて増加させたことにより、セグメントチップの高さを高くしても、セグメントチップの内周部においてセグメントチップ側面の摩耗が抑制され、冷却水の流れや切粉の流れが偏ることがなく、砥石寿命や切断能力を向上することができる。
【００２７】
（２）セグメントチップの内周側領域における耐摩耗性粒子の数を、セグメントチップの外周側領域における耐摩耗性粒子の数に対して、２００％以上４００％以下としたことにより、セグメントチップの内周部におけるセグメントチップ側面の摩耗を十分に抑制しつつ、切粉の流れが悪くなって切断抵抗が増大することを防止することができる。
【００２８】
（３）セグメントチップの側面上に分散現出した耐摩耗性粒子の分散表面分布率を、セグメントチップ側面の全面積に対して２％以上２０％以下として等間隔に配列したことにより、切断能率を低下させることなく、セグメントチップ側面の摩耗を抑制することができる。
【００２９】
（４）耐摩耗性粒子の粒径を、砥粒の粒径の５０％以上１００％以下とすることにより、セグメントチップ側面のドレッシングの際に耐摩耗性粒子が削り落とされることを防止できるとともに、ドレッシング後の耐摩耗性粒子の突出高さが砥粒の突出高さより高くなることによる切れ味の低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態における回転円盤砥石の平面図である。
【図２】図１に示した回転円盤砥石のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図２に示す回転円盤砥石の先端付近の拡大図である。
【図４】従来の回転円盤砥石の平面図である。
【符号の説明】
２クリアランス
４耐摩耗性粒子
５砥粒
１０回転円盤砥石
１１基板
１２セグメントチップ
１３、１４スリット

Claims

基板の外周面上にスリットを介して複数個のセグメントチップを一定間隔で配した回転円盤砥石において、前記セグメントチップの側面上に砥粒と共に耐摩耗性粒子を表面に分散現出させて耐摩耗面を形成し、前記セグメントチップの前記側面上に分散現出した耐摩耗性粒子の個数を、セグメントチップの外周部から内周部にかけて増加させたことを特徴とする回転円盤砥石。
前記セグメントチップの前記側面上に分散現出した耐摩耗性粒子の密度を、セグメントチップの外周部から内周部にかけて高めることにより、前記セグメントチップの前記側面上に分散現出した耐摩耗性粒子の個数を、セグメントチップの外周部から内周部にかけて増加させたことを特徴とする請求項１記載の回転円盤砥石。
前記セグメントチップの前記側面上に耐摩耗性粒子を分散現出させた領域の面積を、セグメントチップの外周部から内周部にかけて広くしたことにより、前記セグメントチップの前記側面上に分散現出した耐摩耗性粒子の個数を、セグメントチップの外周部から内周部にかけて増加させたことを特徴とする請求項１または２記載の回転円盤砥石。
前記セグメントチップの内周側領域の耐摩耗性粒子の数を、前記セグメントチップの外周側領域の耐摩耗性粒子の数に対して、２００％以上４００％以下としたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の回転円盤砥石。
前記セグメントチップの前記側面上に分散現出した耐摩耗性粒子の分散表面分布率を、セグメントチップ側面の全面積に対して２％以上２０％以下として耐摩耗性粒子を等間隔に配列したことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の回転円盤砥石。
前記耐摩耗性粒子の粒径が、砥粒の粒径の５０％以上１００％以下であることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の回転円盤砥石。
前記耐摩耗性粒子の配列間隔が、前記耐摩耗性粒子の粒径の２倍以上５倍以下であることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の回転円盤砥石。
前記耐摩耗性粒子は、ダイヤモンド、ｃＢＮ、またはこれらを金属材料によりコートしたもの、あるいはＷ_２Ｃ、Ａｌ_２Ｏ_３，ＴｉＣからなることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の回転円盤砥石。