JP2006502873A - 改良された研ぎ装置 - Google Patents

Abstract

研ぎ装置は、少なくとも１つの摺動可能に取り付けられた研磨アセンブリを有するモータ駆動軸を含んでおり、この研磨アセンブリは、軸上の中央ボア穴により取り付けられた支持ハブ構造を有している。ハブ構造は、極細の研磨材を含んでいる対称的に成形された回転表面を支持する。回転表面は、研磨材を含んでいる表面と接触して刻面を並べるためのナイフガイドにより位置付けられるナイフの刻面と、回転しつつ摩滅する接触を維持するために、バネ作用により０．２ポンド未満の力で押圧される。

Description

本発明は、ナイフのエッジ部、および金属製切断工具のエッジ部のための改良された動力駆動の研ぎ装置に関する。

手動および動力駆動の両方の、ナイフのエッジ部および切断工具を研磨するための幅の広い装置および機構があった。多くのこれらは、米国特許第４，６２７，１９４号明細書、米国特許第４，７１６，６８９号明細書、米国特許第４，８０７，３９９号明細書、米国特許第４，８９７，９６５号明細書、米国特許第６，１１３，４７６号明細書および米国特許第６，０１２，９７１号明細書を包むこれらの発明者による特許の主題を有している。これらは、非常に鋭いエッジ部を作成することができる研ぎ装置を記載している。最終のエッジ部の完成および有効性は、それぞれの場合において、最終の研磨段階の設計により制限される。

本出願は、２００２年１０月１５日に出願された、米国仮出願番号６０／４１８，４７５号に基づくものである。本発明は金属除去工程の間、摩滅行為から生じるバリの大きさを最小化することによって、非常に鋭く効果的なエッジ部を作成する、動力による最終仕上げ段階の改良された設計に関する。本発明は、動力による研ぎ装置の最終仕上げ段階に、極細の粒度の研磨材を効果的に使用することを可能にする新規な手段を含む。切断エッジ部を研磨する工程は、共通して、一連の摩滅工程含む。

第一に、エッジ部に直接隣接するナイフの面は、ブレードの面の中心平面と関連して選択されたある角度αで、材料を除去することによって切断エッジ部の各々の側に斜角がつけられなければならない。大部分のナイフは、金属製である。金属は選択された角度で各々の面で除去されるため、刻面は、エッジ部において総角度２αで互いに交差するブレードのエッジ部に沿って形成される。これらの刻面が作られるため、最後に作成された（摩滅された）刻面に沿う材料除去工程が、エッジ部に沿って、図１に示すように近接する刻面の方向に摩滅する機構から離れて曲げられるバリを作成する。バリの作成は、刻面の交差により作成される非常に薄いエッジ部が支持されず、そして非常に薄いために磨滅工程により適用される力に物理的に対抗できないという事実から生じる。それ故に、形成されるエッジ部は、研磨行為から離れて曲がる。摩滅するために必要な力は、研磨材から離れてエッジ部を曲げるために必要な力を超える。それゆえに、この摩滅力が増加して、バリがより大きくなる。逆に、摩滅力を減少させることができれば、バリの大きさは減少する。堅くモータ軸に取り付けられた旧式の動力駆動砥石は、ナイフのエッジ部の刻面へ適用される非常に高い力により、エッジ部を過熱しつつ削り、大きなバリを残し、それ故にブレードが相対的に鈍くなる結果を生じさせた。

切断エッジ部に沿ったバリの存在は、エッジ部の切断能力を大幅に減少させる。従って、研磨の際にブレードの刻面へ適用される力を最小化し制限する方法によって研磨工程を変更することにより、結果として生じるバリの大きさを減少させ、バリの湾曲を減少させることが重要である。

金属ブレードが従来の摩滅工程によって研がれるときに、バリは実質的にエッジ部に沿って形成される。ダイヤモンドのようなより有効な研磨材が使われる場合、刻面の法線へ通常適用されなければならない摩滅力の大きさは、酸化シリコンまたはシリコンカーバイドのようなより有効的でない研磨材によって単位時間に刻面から同量の金属を研磨するために必要な力と比較して、減少される。より有効な研磨材を用いることにより、摩滅するのに必要な力が減少されるため、バリの大きさを減少させることができる。

従って、バリの大きさと伸張を減少させるためには、エッジ部が切断のために使用される前の最終研磨工程の際に、有効な研磨材およびより小さく有効な粒子サイズの砥粒が用いられ、できるだけ最小の力を刻面の法線へ適用させなければならない。いくつかの大きさのバリがエッジ部に沿って残る場合、バリはブレードの有する切断力により曲げられる。バリが大きいほど、容易に、隣接するエッジ部に対して曲がって折り返され、エッジ部の切断能力がより早く悪化される可能性がある。

これらの事実により、研磨の最終仕上げにおいて、極細の砥粒ではあるが効果的な研磨材と、刻面の法線に非常に低い磨滅力を使用することが重要である。動力駆動の研ぎ装置に低い磨滅力を用いるための前の試みは、達成できる鋭さを制限し、エッジ部に損傷を与え、そして磨滅表面の対称性を破壊するという重大な機械的問題のために不成功であった。

しかし、仕上げ装置の幾何学は多くの形式を利用することができ、本発明者は、新規で、非常に効果的で、低コストな、極細のダイヤモンドで覆われたモータ駆動ディスクの組み合わせを開発した。ここで、ディスクを覆う研磨材は、モータ駆動軸の位置決め用止め部に対して非常に小さな力のバネ作用により支持されている。位置決め用止め部は、研磨材で覆われたディスクの表面を、ナイフガイドに直接隣接して位置させつつ角度付けて配置するために役立つ。研がれたナイフのブレードのエッジ部の刻面は、モータ駆動で回転すると共にバネで加圧されるディスクの研磨表面に接触し、回転するディスクの研磨表面との接触を維持する間、ディスクを低い力のバネに対して移動させる。

従って、ブレードの刻面の研磨は、バネの力により速度制御されつつ制限されて起こる。バネ力の力が減少されるため、ブレードのエッジ部に結果として生じるバリの大きさが減少される。

図面
図１は、従来技術によって研がれるブレードの刻面を示す。

図２は、本発明に従う研磨段階において取り付けられるバネを示す側面図である。

図３は、防護カバーを伴う図２の研ぎ装置の側面図である。

図４は、図３に示される研ぎ装置の一部の部分断面図である。

図５は、本発明に従う更に多段の研ぎ装置を示す図２と類似する図である。

図６、７は、本発明に従う回転するディスクとその関連する構造の側面図および正面図である。

図８、９は、本発明に従う修正された構造の図６−７に類似する図である。

詳細な説明
極細の研磨材を有する研磨のための証明された効果を有する研ぎ装置のための物理的な配置の１つが、断面図の形態で図４に一例として示されている。研磨材で覆われた表面２を有する２つの研磨ディスク１は、電気モータ４によって駆動される軸３に取り付けられる。研磨表面と接することにより形成されるナイフ５のエッジ部の刻面７に対しての一様な回転表面を与えるために、金属スタンピングで作成されたディスク１は、軸３により駆動されるハブ６に設置される。ハブ６の各々は、ナイフエッジ部の刻面７がディスクの研磨表面２と接する際に、取り付けられたディスク１が物理的に移動できるように、軸３の直径より十分に大きい中心円筒ボア穴を有する。軸３と回転するために固定されており、ハブ６のスロット１０へクリアランスによって適合する直径の駆動ピン９によって、正確に確立される休止位置へ、ディスクが戻るようにディスク１の間に取り付けられる圧縮バネ８がディスクに力を与える。ばね８の力がハブ６を駆動ピン９と物理的に接触するように押圧するときに、ハブのスロット１０の終点が、ハブ６の休止位置を正確に確立する。ナイフのエッジ部の刻面７が研磨表面２に対して力で押圧されるときに、ディスクとそのハブは、バネの力に等しい力によって休止位置から移動される。この方法において、研磨力の大きさはバネの力により制御されると共に制限されることが可能であるが、しかし、ハブ６を貫通する円筒ボア穴と、駆動される軸３の外周との間に摩擦がないと仮定した場合にだけ、その力はバネの力に等しくなる。摺動するハブと軸の間の摩擦は、研磨されている際のエッジ部の刻面上の力を増加させる。

上述および図４に示されるようなこの取り付けと駆動機構は、０．２ポンドまたはそれ以上のオーダーのばねの力を伴って安定して作動する。しかし、このレベルの研磨力は、極細の研磨の砥粒によってでさえ、過度に大きなバリを成形する。より低い力のばねの使用によりバリを減少させるための繰り返された試みは、ナイフのエッジ部と断続的に接する跳ねを研磨ディスクに引き起こすのに十分な大きさの研磨表面の機械的振動を引き起こし、結果として生じる研磨表面のエッジ部の刻面との衝撃が、更にバネの張力の減少が反生産的となるのに十分な損傷を、極めて優れたナイフエッジ部に与えた。０．２ポンド未満のばねの力によるこれらの破壊的な振動の原因を解明することは、非常に難しいと判明した。これらは、これらの同じ変量の多くの要素と微妙な相互作用によるものであると分かった。

図４の研ぎ装置は、図３に再び示されるが、支持基部１２を覆って位置する防護カバー１１と、電気スイッチ１７と有している。ナイフ５は、ガイド表面１３と、回転する研磨材で覆われた表面２に接する刻面７とが並んで示される。プラスチック製の支持柱１４は、ガイド表面１３のそばで下へ伸張するアーム１６を有する図２の柔軟なプラスチック製のバネ１５を支持するために与えられる。プラスチック製のバネアーム１６は、ナイフガイド表面１３に対してナイフが挿入される際に、ナイフ５と接触し、そして押圧する。このように、そのエッジ部の刻面が回転する研磨表面２と最適の接触で押圧されるように、ナイフ５は正しい角度と位置で保持される。図２〜４に示すように、一対のディスクだけがあるが、図５のように、１つの軸により多くのディスクと研磨段階を加えることができる。この配置は、より重いバネが第１の段階（段階１）に使用されることができ、第２の段階（段階２）において極端に軽いバネが使用されるという明確な効果がある。一般に、図５の第１段階の第１のスロットで第１のエッジ部の刻面を研ぎ、その後、ナイフは第２のナイフの刻面を研ぐために、第２のスロットへ移動される。ここで記載されるように、第１段階（段階１）は、極端な最終砥粒と低いバネの力を有する最終の研磨およびエッジ部仕上げ段階（段階２）を次に行うために先行する、はるかに積極的な予備研磨を達成するために加えられる。

図６、７、８および９は異なる図を示し、より詳細には、回転ディスク１、そのハブ６、駆動ピン９、および支持ハブ６のスロット１０の構成を示す。

図４を参照すると、例えばプラスチックから作られるハブ６は、軸３を通して取り付けられ、プラスチックのハブの中へ成形されるスロット１０の範囲内で、適合するように寸法決めされる好ましくは円筒状の形状の駆動ピン９の効力よって、軸３と共に回転させられる。ディスク２が、研がれているブレードによってその休止位置から移動されるため、そのハブ上のディスクは、摺動しつつブレードから離れるモータ軸の軸方向と平行に動き、そして駆動ピンは、スロットに強制されたまま、細長いハブのスロット１０の範囲内で摺動する。駆動ピン９の直径は、ハブとその支持ディスクの変位を制止しないように、ハブのスロット１０の幅より小さくなければならない。ディスクを移動させる力が、実質的にバネ８によって提供された抑止するためのバネ作用の極端に低い力だけであることが重要である。

駆動ピンはスロット１０の範囲内で自由に移動できなければならない一方で、図８の中で、ハブのスロットの幅Ｗが駆動ピン９の直径ｄよりも非常に大きい場合には、ハブとディスク表面の好ましくない振動が発生することが発見された。低い力のバネが使われる場合、ナイフが引き出されて、ディスクがその休止位置へ戻らないほど十分に堅固になる可能性があることによって、これらの振動は起こり、その代わりに、駆動ピン９がハブのスロット１０の交互の側に衝突するために共振し続ける。ディスクが適切にその休止位置へ戻らないので、研磨行為は非常に妥協される。

ハブおよびディスクの振動と有害な共振は、駆動ピンの直径ｄより大きくてもせいぜい０．０５５インチ大きくスロットの幅Ｗ（図８）を制限することによって、排除できることが分かった。これは、ピンが過度な角速度を得る機会を排除する。角速度がモータ速度の軽微な変化によって加速され、ハブのスロットの壁上のその衝撃の力が、ハブの重大な共振を発生させるのに不十分であるとわかったためである。この共振をさらに減少させるために、スロットの（軸に近接している）底部の幅がそのスロットの頂部よりも小さくなるように、図９に示すように駆動スロットの壁にテーパを付けることが有用であると判明した。このような方法で、共振がすぐに減衰させられることができる軸３に直接隣接して、駆動ピンが、スロットの底部だけでハブ６のスロットの壁を打つ。スロットの壁に対する駆動ピン９の衝撃点は、軸３に隣接するスロットの壁の底部にできるだけ近いことが、保証するために重要であると判明した。

休止位置へハブとディスクを回復させるために使用される非常に軽い力のバネのため、駆動ピンには、十分な運動量を有してスロットの底をまた撃つために休止位置へ戻ることによって、軸の軸方向の共振を設定するような傾向と、ハブ／ディスクの組み合わせに、休止位置の中および外で振動を引き起こさせ、再び研磨作用を邪魔させる傾向がある。これらの振動の大きさを、図８に示すように駆動ピンの半径に適合させる湾曲したスロットの内側の角に切り取り部（ｆｉｌｅｔ）を設けることによって減少させることができることが発見された。これは、ピンに、その円周に沿う１つの点においてよりも多少適合した輪郭で、ランダム接触を引き起こさせ、共振する傾向を止めるために役立つ。

モータ電機子の磁極がモータの固定極と交差するので、上述したディスクの跳ねの効果を増大させる機械的な共振のいくつかは、駆動モータの不均一な角速度と、そしてモータのトルクおよびスピードの、小さいが過度に瞬間的な変化とに原因を有している。これは、詳しくは、研ぎ装置に広く使用される安価な二極の隈取り磁極モータに伴う問題である。

これらの共振は、また、駆動軸上の置き換え可能なディスクの何か弛みを有して連結される研磨ディスクの偏心のために、部分的に発生する。ディスクは、ナイフのエッジ部が研磨ディスクの研磨表面と接するときに応じて、軸に沿って自由に動かなければならない（滑らなければならない）。１つまたは複数の研磨ディスクは、ディスクをその休止位置の方に押す制止バネの力により、軸上の休止位置に保持される。研がれたブレードがナイフガイド上に位置され、ディスクの研磨表面上の適当な範囲で接して滑らされるときに、回転するディスクが、実際の研磨工程の間にモータの軸に沿って位置されるために、軸、ディスク上の研磨表面、およびナイフガイド上の停止ピンの位置の関係は、極めて正確でなければならない。これは、ディスクは研磨工程の間、常に多少移動されることを保証し、ブレードのエッジ部の刻面上の研磨力が、圧縮バネの力によって主に制御されることを可能にする。

ナイフエッジ部が接触するときに、ディスクアセンブリ（プラスチックのハブによって保持されるディスク）がバネの力に対してモータ軸上を自由に摺動（移動）されなければならないので、バネの復原力よりも非常に大きな摩擦の効果を避けるために、ハブの円筒状ボアと軸表面の間に十分なクリアランスが存在しなければならない。過度の摩擦はハブに曲げまたは軸上での停止を引き起こし、研がれたナイフのエッジ部上に過度の力を生じさせ、結果としてナイフのエッジ部を削り、そして作成される鋭いエッジ部を破壊する。ナイフのエッジ部が非常になだらかになるように、０．２ポンドより下の低い力のバネが使用されるとき、ハブと軸の間の摩擦力は、非常に小さくならなければならない。しかし、ハブの穴の大きさが、摩擦の効果がバネの動きを邪魔しないレベルへ摩擦を低減させるために十分に増加すれば、機械的な共振が研磨表面を振動させ、研がれるエッジ部を軽く”打つ”。エッジ部の質と精密さは、発生し得る物理的共振によって、逆に悪化させる。０．２４９６インチの直径の軸３とハブ６の円筒ボアの間の最適なクリアランスは、約０．０００９インチであるとわかった。

これらの共振により起こり得るハンマリング効果（ｈａｍｍｅｒｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ）は、ディスクの振れ（ｒｕｎｏｕｔ）により、すなわち回転軸と関連するディスクの研磨表面の対称性の何かの不完全性により悪化される。振れが過多な場合、共振が増強され、ハンマリング効果がディスクの研磨システムによる非常に鋭いナイフのエッジ部の生成を妨げるのに十分となる可能性がある。

研磨ディスクのための都合のいい設計は、例えば円錐台の形をした対称金属ディスクのような硬固に成形された基材上に、好ましくはダイヤモンドである研摩粒子が薄く接着された層がある。この設計では、研磨層の研磨砥粒の大きさや厚さが金属基材の振れよりも極めて大きいとき、ディスクの研磨表面の振れが、表面を磨滅させて消耗させることにより研磨表面を減少せることができる。事実上、振れを伴うディスク表面上の研削材の初期寿命は、主としてディスク表面上の高点において存在し、高点を”消耗させて”減少させることにより、ディスクの明白な振れが順々に改良される。振れの大きさよりも小さい寸法の細かい砥粒の単一層により、表面の”消耗させる”量が制限される。それ故、極細の砥粒を使用するときには、ディスクの初期の振れが非常に小さいという大きな要求がある。

０．００２インチよりも小さい大きさの砥粒で、０．２ポンドよりも低いバネの力で、そして休止位置にディスクを復元させる０．０１ポンド（０．１６オンス）とほぼ同程度の力で、共振せず安定な研磨ディスクシステムを作成する取り組みを行ったが、駆動モータの軸、または研磨ディスクが設けられる軸が、揺れ（ｗｏｂｂｌｅ）や０．０００９インチを超えるディスクアセンブリの横方向の動きを含む偏芯運動を有している場合には、約３０００〜３６００ＲＰＭの従来の低コストのモータによって駆動することに効果がなかった。特に駆動軸（０．２４９６インチの直径）とディスクアセンブリのプラスチックのハブの穴の間のクリアランスが０．０００９インチを超える場合、このような偏芯運動は共振を悪化させた。非常に鋭いナイフを作成することを望む場合、共振は０．００２インチより大きなクリアランスでは容認できなくなった。このような小さい機械的な不完全性の相互作用と、損傷を与える共振の原因を絶縁することの困難さにもかかわらず、上述のような不完全性のそれぞれの型式のための許容範囲を確立することは、可能であった。

従来技術によって研がれるブレードの刻面を示す。 本発明に従う研磨段階において取り付けられるバネを示す側面図である。 防護カバーを伴う図２の研ぎ装置の側面図である。 図３に示される研ぎ装置の一部の部分断面図である。 本発明に従う更に多段の研ぎ装置を示す図２と類似する図である。 本発明に従う回転するディスクとその関連する構造の側面図である。 本発明に従う回転するディスクとその関連する構造の正面図である。 本発明に従う修正された構造の図６に類似する図である。 本発明に従う修正された構造の図７に類似する図である。

Claims (10)

1. 金属製ナイフのエッジ部に隣接する一つ以上の刻面を伴う金属製ナイフのエッジ部のための研ぎ装置であって、一つ以上の研磨ディスクアセンブリが摺動可能に設置されるモータ駆動軸を有し、前記アセンブリの各々は、前記軸上の中央ボア穴に設けられる支持ハブ構造を有しつつ、極細の研磨材を含んで対称的に成形された回転する研磨表面を支持しており、当該研磨表面が、前記研磨材を含む前記表面と接してナイフの刻面を並べるためのナイフガイドにより位置付けられたナイフの刻面と接して、回転しつつ磨滅する接触を維持するためのバネ作用により、０．２ポンド未満の力で押圧される表面である研ぎ装置。
2. 前記対称的に成形された表面は、前記極細の研磨材で覆われている成形された金属性ディスクである請求項１に記載の研ぎ装置。
3. 前記極細の研磨材が０．００１６インチの直径よりも小さな粒度である請求項１に記載の研ぎ装置。
4. 前記極細の研磨材がダイヤモンドである請求項１に記載の研ぎ装置。
5. 前記ハブ構造の芯は、公称で円筒状であり、前記駆動軸の直径よりも、多くても０．００２インチ大きい直径を有する請求項１に記載の研ぎ装置。
6. 前記対称的に成形された表面の振れは、前記表面の回転の略軸線方向の前記表面に対する法線方向で、＋０．００６インチから−０．００６インチまでよりも小さい請求項１に記載の研ぎ装置。
7. 前記軸に取り付けられる駆動ピンが、前記支持ハブ構造で細長い開口端を有するスロットに緩く係合されることにより、前記ハブ構造を前記軸と共に回転させ、前期対称的に成形された研磨表面を有する前記ハブ構造が、ナイフの刻面が前記表面と接する際に、前記バネ作用に対抗して軸に沿って摺動する請求項１に記載の研ぎ装置。
8. 前記駆動ピンは、前記スロットの底部で公称上測定されて、前記細長い開口端を有するスロットの幅より少なくとも０．０５５インチ小さい直径を有する円筒状である請求項７に記載の研ぎ装置。
9. 前記スロットの幅は、前記スロットの頂部における前記スロットの幅よりも前記軸に隣接する前記スロットの底部において狭い請求項８に記載の研ぎ装置。
10. 前記スロットの内部の角は、前記駆動ピンと公称上同じ円形状で成形された切り取り部を有して形成されている請求項８に記載の研ぎ装置。

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