JP2006263875A - 切断砥石 - Google Patents

Abstract

【課題】 結合材中に含有される繊維の配置状態を考慮し、かつ種類の異なる繊維を含有することによって、切断性能に優れた切断砥石を提供する。
【解決手段】 切断砥石１においては、円盤状の基板２の外周側に砥粒層３が設けられており、基板２の中心には、取付用の穴４が設けられている。砥粒層３には、その上面側と下面側とに周期的に切欠部５、６が設けられている。外層７には、ファイバー状の金属繊維９が円周方向に配置されている。このファイバー状の金属繊維９は、切欠部５、６を囲むようにも配置されている。内層８には、ファイバー状の無機質繊維１０が円周方向に配置されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、タイルやカワラ及び石材、コンクリート等の切断に用いられる切断砥石に関する。

タイルやカワラ及び石材、コンクリート等を切断する目的で、ダイヤモンド等の砥粒を結合材によって砥粒層を形成した切断砥石が用いられている。この切断砥石においては、砥粒を結合材で結合して砥粒層が形成されているが、結合材の強度が良好な状態で維持されることが切断性能の向上のために必要である。例えば、結合材の強度が低いと砥粒層に割れを生じやすく、結合材が脆いと、砥粒層の柔軟性が低下してクラックを生じやすい。

切断砥石の砥粒層について、その強度等を改善して切断性能を高めることを目的とした技術の一例が、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４に記載されている。

特開昭６３−５２９７２号公報 特開昭６３−３４０７３号公報 特開平１１−１５１６７３号公報 特許第３２６１７１２号公報

特許文献１には、結合材である硬化樹脂中にシリコン系繊維や炭素繊維などの短繊維を分散含有させたレジノイド砥石が記載されている。特許文献２には、金属被膜を施した炭素繊維を分散させたメタルボンド砥石が記載されている。特許文献３には、結合材であるポリビニルアセタール系樹脂に短繊維を含有した弾性砥石が記載されている。特許文献４には、熱硬化性樹脂にアルミナ質長繊維を含有した研磨材料が記載されている。

これらの先行技術はいずれも、繊維を結合材に含有させて砥粒層の強度等の改善を図ったものであるが、いずれの場合も繊維は結合材中で分散した状態で含有されている。本発明者らは、結合材中での繊維の配置を考慮すること、および含有する繊維の種類を異ならせることによって、砥粒層の切断性能を改善できることを見出した。
従って、本発明の課題は、結合材中に含有される繊維の配置状態を考慮し、かつ種類の異なる繊維を含有することによって、切断性能に優れた切断砥石を提供することにある。

以上の課題を解決するために、本発明は、円盤状の基板の外周側に砥粒層が設けられた切断砥石において、砥粒層にはその上面側と下面側とに周期的に切欠部が設けられ、上面側の切欠部に挟まれた領域、および下面側の切欠部に挟まれた領域である外層と、切欠部を囲む領域とに、ファイバー状の金属繊維が円周方向に配置され、砥粒層のうち前記外層以外の領域である内層に、ファイバー状の無機質繊維が円周方向に配置されていることを特徴とする切断砥石である。

上面側の切欠部に挟まれた領域、および下面側の切欠部に挟まれた領域である外層に、ファイバー状の金属繊維が円周方向に配置されていることによって、砥粒層の強度と延性が向上し、砥粒層の欠けやクラックの発生を抑制することができる。
また、切欠部を囲む領域に、ファイバー状の金属繊維が円周方向に配置されていることにより、切欠部の周囲の強度が向上し、この領域での破損を防止できる。

また、内層にファイバー状の無機質繊維が円周方向に配置されていることにより、砥粒層での摩耗速度が速くなり、自生作用を高めることができるとともに、無機質繊維の部分が切粉のポケットとして機能するため、回転方向に対する切粉の排出効果が高まる。

本発明においては、前記ファイバー状の金属繊維は、外径が１０μｍ以上２００μｍ以下であり、長さが５ｍｍ以上５０ｍｍ以下であり、含有量が砥粒層に対して５体積％以上５０体積％以下であることを特徴とする。

金属繊維の外径が１０μｍ未満であると、金属繊維が細すぎるため強度不足となって好ましくなく、２００μｍを超えると金属繊維が切断抵抗となって好ましくない。また、金属繊維の長さが５ｍｍ未満であると、上面側、下面側の切欠部を充分に包み込むことができず延性不足となって好ましくなく、５０ｍｍを超えると金属繊維が切断抵抗となって好ましくない。また、金属繊維の含有量が砥粒層に対して５体積％未満であると、充分な強度と延性を得ることが出来ないため好ましくなく、５０体積％を超えるとやはり、切断抵抗となり加工能率が低下して好ましくない。

本発明においては、前記ファイバー状の無機質繊維は、外径が１μｍ以上２０μｍ以下であり、長さが１０ｍｍ以下であり、含有量が砥粒層に対して０．５体積％以上２０体積％以下であることを特徴とする。

無機質繊維の外径が１μｍ未満であると、結合材の摩耗速度を速める効果が少なくなって好ましくなく、２０μｍを超えると突出した砥粒を脱落させやすくなって好ましくない。また、無機質繊維の長さが１０ｍｍを超えると切粉ポケットが広がりやすく、砥粒の脱落を起こしやすいため好ましくない。また、無機質繊維の含有量が砥粒層に対して０．５体積％未満であると、結合材の摩耗速度を速めることが出来ないため好ましくなく、２０体積％を超えると結合材の強度が低下し砥粒の脱落が多くなって好ましくない。

本発明においては、前記外層の厚みは、砥粒層の全体厚みの１／１０倍以上１／３倍以下であることを特徴とする。
外層の厚みが砥粒層の全体厚みの１／１０未満であると、砥粒層に充分な強度と延性が得られず好ましくなく、１／３倍を超えると切断時の抵抗となり加工能率を低下させるため好ましくない。

本発明によると、ファイバー状の金属繊維が円周方向に配置されていることによって、砥粒層の強度と延性が向上し、砥粒層の欠けやクラックの発生を抑制することができる。また、外層と内層とで異なる種類の繊維が含有されていることにより、外層と内層での摩耗のバランスが均整化して砥粒層の形状を良好な状態に保つことができ、切断性能が向上する。

以下に、本発明をその実施形態に基づいて説明する。
図１に、本発明の実施形態に係る切断砥石の構造を示す。図１（ａ）は、切断砥石の全体図であり、図１（ｂ）は砥粒層３の詳細を示す斜視図である。

切断砥石１においては、円盤状の基板２の外周側に砥粒層３が設けられており、基板２の中心には、取付用の穴４が設けられている。砥粒層３には、その上面側と下面側とに周期的に切欠部５、切欠部６が設けられており、図１において図示する砥粒層３の厚み方向について、上面側の切欠部５と下面側の切欠部６のいずれか一方のみが設けられている。このように切欠部５、切欠部６を設けることにより、砥粒層３の厚みが減少して強度不足となることを防止できる。
砥粒層３を側面側から見たときに、上面側の切欠部５に挟まれた領域、および下面側の切欠部６に挟まれた領域を外層７と呼び、砥粒層３のうち外層７以外の領域を内層８と呼ぶ。外層７の厚みは、砥粒層３の全体厚みＴの１／１０〜１／３としている。

外層７には、ファイバー状の金属繊維９が円周方向に配置されている。このファイバー状の金属繊維９は、切欠部５、６を囲むようにも配置されている。金属繊維９は、Ｆｅ、ステンレス、真鍮等の延性のある金属からなり、外径は１０μｍ〜２００μｍ、長さは５ｍｍ〜５０ｍｍとしている。また、金属繊維９の含有量は、砥粒層３に対して５〜５０体積％としている。

内層８には、ファイバー状の無機質繊維１０が円周方向に配置されている。無機質繊維１０は、Ｃ、Ｓｉ、Ｂ等からなり、外径は１μｍ〜２０μｍ、長さは１０ｍｍ以下としている。また、無機質繊維１０の含有量は、砥粒層３に対して０．５〜２０体積％としている。

以下に具体的な試験例を示す。
切断砥石の性能を確認するため、以下の試験を実施した。試験に用いたテスト品の寸法、仕様を表１に示す。

外層に金属繊維を含有したテスト品の詳細を表２に示す。

また、テスト品２と同様の仕様で外層に金属繊維を含有するものについて、内層に無機質繊維を含有するテスト品を用いて試験を行った。その詳細を表３に示す。

これらのテスト品について、図２に示す試験装置を用いて、テスト品の刃先強度を調査するため、曲げ試験を行った。試験条件を表４に示す。

曲げ試験の試験結果を図３に示す。図３においては、従来品の曲げ強度を１００とした指数で表している。
試験例１は、外層と内層の厚み比を変化させたものである。外層の厚みが大きいテスト品３が強度の点では優れている。

試験例２は、外層に含まれる金属繊維の外径と長さを変化させたものである。
テスト品５、２、６と、比較例としてのテスト品４、テスト品７とを比較すると、テスト品４は、金属繊維が細いために強度が弱い。また、テスト品７はテスト品６と強度については同等であるが、金属繊維が太いために、切断抵抗となりやすい。

試験例３は、外層に含まれる金属繊維の含有量を変化させたものである。
テスト品９、２、１０と、比較例としてのテスト品８、テスト品１１とを比較すると、テスト品８は、金属繊維の含有量が少ないために強度が弱い。また、テスト品１１はテスト品１０に比べて金属繊維の含有量が多いために、結合材の焼結性が低下し強度が低下するとともに、金属繊維が切断抵抗となりやすい。

試験例４は、外層に含まれる金属繊維の材質を変えたものである。
Ｃｕを用いたテスト品１２では、従来品より強度が低下しているが、ステンレスを用いたテスト品２、Ｆｅを用いたテスト品１３、Ｗを用いたテスト品１４では、これらの金属繊維を含有することにより、従来品より強度が向上している。このことから、外層にこれらの金属繊維を含ませることのみによっても、強度を高めることが可能であることが実証されている。

試験例５は、内層に含まれる無機質繊維の外径と長さを変化させたものである。
内層に含まれる無機質繊維の外径が小さく、長さが短いテスト品１５、１６が強度の点では優れており、テスト品１５では、強度の点ではテスト品１６と同等であるが、無機質繊維の外径が小さいために、結合材の摩耗速度を速める効果は低下するため好ましくない。テスト品１６〜テスト品１８は、強度の点では大きな差はないが、テスト品１９は無機質繊維の外径が大きすぎて強度が低下している。

試験例６は、内層に含まれる無機質繊維の含有量を変化させたものである。
内層に含まれる無機質繊維の含有量が小さいテスト品２０が強度の点では優れているが、無機質繊維の含有量が小さいために、結合材の摩耗速度を速める効果が低下するため好ましくない。テスト品２１〜テスト品２３は、十分な強度を有しているが、テスト品２４は無機質繊維の含有量が多すぎて強度が低下し、従来品の強度に近づいている。

次に、テスト品のうち、切断性能に最も影響を与えやすい内層の無機質繊維量を変化させて、切断性能試験を行った。試験条件を表５に示す。

切断性能試験の試験結果を図４に示す。
外層のみに金属繊維を添加すると、外層と内層の寸法比率が１：５であるテスト品２では、従来品と同等の切断速度が得られるが、外層と内層の寸法比率が１：３であるテスト品３では、切断速度が従来品の６０％まで低下した。外層の金属繊維量の含有量を３０％まで増加させたテスト品１０では、切断速度が従来品の８０％に低下した。

また、外層に含有した金属繊維の材質がステンレスであるテスト品２、Ｆｅであるテスト品１３については、従来品と同等の切断速度が得られるが、外層に含有した金属繊維の材質がＷであるテスト品１４では、切断速度が従来品の８０％まで低下した。
これに対し、内層に無機質繊維を含ませたテスト品２０、テスト品２１では、切断速度が大きく増加した。このことから、切断速度を高めるためには、内層に無機質繊維を含ませることが効果的であることがわかる。

寿命は内層に含まれる無機質繊維量が増加するとともに低下するが、テスト品２１についても、従来品と比べると寿命は長い。刃先の摩耗に伴って、従来品ではかまぼこ型に摩耗するのに対して、発明品では、外層の強度を高め、内層の摩耗を促進させることで、刃先がフラットとなるため、切断性能が向上している。

本発明は、砥粒層の欠けやクラックの発生を抑制することが可能な切断砥石として利用することができる。

本発明の実施形態に係る切断砥石の構造を示す図である。 曲げ試験の試験装置を示す図である。 曲げ試験の試験結果を示す図である。 切断性能試験の試験結果を示す図である。

符号の説明

１ 切断砥石
２ 基板
３ 砥粒層
４ 穴
５，６ 切欠部
７ 外層
８ 内層
９ 金属繊維
１０ 無機質繊維

Claims (4)

1. 円盤状の基板の外周側に砥粒層が設けられた切断砥石において、砥粒層にはその上面側と下面側とに周期的に切欠部が設けられ、上面側の切欠部に挟まれた領域、および下面側の切欠部に挟まれた領域である外層と、切欠部を囲む領域とに、ファイバー状の金属繊維が円周方向に配置され、砥粒層のうち前記外層以外の領域である内層に、ファイバー状の無機質繊維が円周方向に配置されていることを特徴とする切断砥石。
2. 前記ファイバー状の金属繊維は、外径が１０μｍ以上２００μｍ以下であり、長さが５ｍｍ以上５０ｍｍ以下であり、含有量が砥粒層に対して５体積％以上５０体積％以下であることを特徴とする請求項１記載の切断砥石。
3. 前記ファイバー状の無機質繊維は、外径が１μｍ以上２０μｍ以下であり、長さが１０ｍｍ以下であり、含有量が砥粒層に対して０．５体積％以上２０体積％以下であることを特徴とする請求項１または２記載の切断砥石。
4. 前記外層の厚みは、砥粒層の全体厚みの１／１０倍以上１／３倍以下であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の切断砥石。

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