JP2020199598A - 切断又は研削用工具の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】硬質材の切断・研削用のチップ付工具の製造を容易に且つ低コストで行うことを可能にする。【解決手段】この発明の製造方法は、切断・研削工具を構成する基材６の加工作用面に、硬質の粒状物からなる研削材９と金属粉末とをバインダーと共に混合した液状又はペースト状の混合物を塗布又は浸漬により付着させて焼結処理することにより、基材６の加工作用面に研削層７を形成させるものであり、研削材９はダイヤモンド粒とし、基材６を金属粉末の未焼結の成形体とする。【選択図】図３

Description

この発明は主としてコンクリート成型物や石材グラスファイバー製品，カーボン繊維製品，鉱物質の材料等の硬質材の切断その他の加工に使用する切断又は研削用工具の製造方法に関する。

一般に例えば上記のような硬質材の切断には、特許文献１に示すバンドの側端にダイヤモンドチップを付設したダイヤモンドチップソーや、特許文献２に示す円板状の台金にチップを取付けたチップソーが知られている。

上記チップソーにおいては、超硬金属の焼結体チップ又はダイヤモンドを含む焼結体チップを工具本体にロウ付やレーザー溶接等により接合して製造するほか、ダイヤモンドを電着により分散メッキして固着させる方法が知られている。

その他特許文献３に示すように硬質の刃先材料の焼結材を焼成型に収容し、硬質のチップ本体材料を充填して再焼成したものを、鋸板に圧入嵌合して取付ける木工用バンドソーが知られている。

特開平５−３３７９３３号公報 特開２０１３−１９３２００号公報 特開２０１０−２３４４９７号公報

しかし上記特許文献１〜２のチップソーはチップの高温高圧下での焼成等のために大掛かりな生産設備を必要とし、チップの取付けをろう付等によって行うため作業工程も多く作業性も悪いという問題があった。

また特許文献３のチップは着脱交換可能な嵌込み式なのでチップの装着や取外しが簡単に行える利点があるが、石材やコンクリートの切断ではチップ自体に多大な負荷が掛り、固着力に問題があるほか、チップ自体は刃先部の一次成形（焼成）と、本体部材料を充填した二次成形（焼成）の２回の焼成を行い、差込み固定のための寸法管理にも難点があった。

上記課題を解決するための本発明の方法は、第１に切断・研削工具を構成する基材６の加工作用面に、硬質の粒状物からなる研削材９と金属粉末とをバインダーと共に混合した液状又はペースト状の混合物を塗布又は浸漬により付着させて焼結処理することにより、基材６の加工作用面に研削層７を形成させることを特徴としている。

第２に、研削材９がダイヤモンド粒であることを特徴としている。

第３に、基材６が金属粉末の未焼結の成形体であることを特徴としている。

第４に、研削材９を付着させる基材６の加工作用面に予め凹凸８を形成することを特徴としている。

第５に、凹凸８の凹部８ａが基材６の加工作用面に形成した溝であることを特徴としている。

第６に、混合物又は混合物と基材６の金属がＣｕを主成分とし、Ｓｎを１〜３０ｗｔ％、Ｎｉを０〜１０ｗｔ％添加したことを特徴としている。

第７に、基材６がチップ本体であり、チップ１を回転する円板状又はバンド状の工具本体２に取付けることを特徴としている。

以上のように構成される本発明方法によれば以下のような効果を奏する。
（１）砥粒となる研削材を予め成形する必要がなく、液状又はペースト状混合物の塗布又は混合物への浸漬だけで基材への混合物の付着ができ、チップ等の基材自体も上記付着後の１回の焼成のみで製造できるので、製造が簡単で工程数も少なくて済む利点があるほか、基材（チップ）を嵌合によって工具本体側に取付ける場合も基材を軟質材で成形することにより寸法管理が容易である。

（２）混合物を付着させる基材の研削面等の加工作用面（付着面）を凹凸に形成することにより、ワークの切削・研削を行う研削層と基材とが加工作動方向に対して相互に入り込み合っているために高い付着強度を発揮し、粒状の研削材の研削層内での保持も確実になり、研削材の脱落も防止できる。

（３）研削層となる混合物又はさらに基材の材料がＣｕを主成分としているために軟質であり、研削時の研削材の保持も安定し、研削材による切削・研削性能も向上する。またＣｕの他にＳｎやＮｉの添加量を調節することにより、加工材料の性質等に応じて品質調整が可能となる。
上記以外の効果については発明の実施の形態の説明中で説明する。

本発明を適用したバンドソーにより石材，コンクリート材等のワークを研削する状態を示す断面図である。 バンドソーのチップ取付状態を示す部分拡大図である。 チップに対するダイヤモンドの付着構造を示す拡大断面図である。 （Ａ），（Ｂ）はダイヤモンドチップの構造とバンドソーブレードへの取付方法を示す側面部分拡大断面図と端面部分断面図である。

図１は本発明を適用したバンドソーで石材又はコンクリート材等のワークを研削加工する作業状態を示す正面図で、多数のダイヤモンドチップ１を所定ピッチ毎に固着したバンドソーの工具本体であるブレード２に対して、板状又はブロック状のワーク３を押接しながら送り作動させて研削切断する上体を示しており、送り作動はワーク３又はバンドソー側のいずれか一方又は両方であっても良い。４はワーク３に形成された切断溝である。

チップ１は図２に示すようにチップ本体（基材）６部分をブレード２の研削端側に後述するように嵌着固定されており、その研削（加工）作用面には研削層７が全面にわたって付着固定して形成されている。研削層７は図３に示されるように、チップ本体６の研削作用面に予め形成された横断方向（チップ１の研削作動方向）と略直角に交差する方向の角溝状の凹凸８（凹部８ａ，凸部８ｂ）に沿ってチップ本体６と交互に入り込み合う断面状態で付着しており、全体が焼結処理により一体的に形成されている。

上記チップ１の製造に際して、チップ本体６は図４に示すブロック状又は側面視テーブル状の構造で予め射出成形又はプレス成形等によって成形された未焼結のものを用いており（チップ本体６の全体構造等については後述する）、ワーク３の研削加工に関わる加工作用面の角溝８ａを埋めて被覆するように研削材９入りの研削層７が形成されている。上記凹凸８は研削層７のチップ本体６に対する固着強度（脱落防止）と層厚を確保するために有用である。上記凹部８ａは必ずしも角溝である必要はなく、さらに研削方向に沿った角度に形成されていても良い。

この研削層７はダイヤモンド粒，セラミック粒，鉱物粒又はこれらを混合した硬質の研削材９と、金属粉末を流動パラフィン，ワセリン，油脂，合成樹脂等のバインダーとを混合した液状又はペースト状の混合物を、未焼結のチップ本体６の凹凸８に塗布又は浸漬（ディッピング）することにより付着乾燥させ、これをチップ本体６とともに、例えば１０００℃前後の加熱下で焼結処理して接合し、一体化させたものである。これらの金属は、ダイヤモンドとの固溶や化合物の生成をもたらさないので、砥粒（研削材）としてのダイヤモンドの機能を妨げない利点がある。

上記混合物に加える金属粉末は、本例ではＣｕ（銅）を主成分とするが、Ｓｎ（錫）１〜３０ｗｔ％，Ｎｉ（ニッケル）０〜１０ｗｔ％の範囲で、ワーク３の加工寸法硬度その他の材質等の加工条件に応じて添加量を調節して調合する。

また射出成形材であるチップ本体６の材料も上記金属粉末と同一材料にすることが、混合物との付着強度を高め、後述する工具本体への嵌合固定を容易確実にする上では望ましいが、逆にこれらの機能の確保ができれば、チップ本体６の材質はこれに限定されるものではない。混合物中の金属成分の材質として上記のような金属を選択することにより、研削材９の保持を確実にし、研削（切断）作業中の研削性能の向上を図る効果もある。

次に上記チップ１の形状とバンドソーの工具本体（ブレード）２に対する脱着機構について説明すると、図４，図２はチップ１の構造とブレード２への取付構造を示している。チップ本体６は図４に示すように同図上面の凹凸８を備えた加工作用面に既述の研削層７を形成しており、本例では肉厚０．８００ｍｍ，全長５．００ｍｍ，全高３．５５ｍｍのサイズで、肉厚の中心には、ブレード２を挿入する０．３５ｍｍ幅で１．５０ｍｍ深さの下部開放型の角溝状のスリット１１が形成されるとともに、スリット１１の内部にはスリット幅と同一厚みで同図左右幅４．００ｍｍのゲート状の差込部１２が左右２本の脚部１２ａを備えて下向きに突出形成されている。スリット１１の溝幅は圧入による嵌合固定のためにブレード２の板厚より僅かに小サイズ嵌め合い公差にしてある。

脚部１２ａは図示するように下端部が細く角柱状の変形部１２ｂを形成し、上方の基端部は台形状に太く形成され、左右幅の中央は台形状の山形のスリット１３となっている他、上記変形部１２ｂは、スリット１１の前後両側壁１４の下端より０．７５ｍｍ程度下向きに突出するように形成されている。

他方、ブレード２の一側端側には、上記チップ本体６のスリット１１，１３と差込部１２に対応した形状の差込溝（受溝）１６が、チップ１の取付ピッチ毎に形成されている。但し、上記受溝１６における下端両側の脚受溝１６ａの下端部は、上記スリット１３の傾斜面に対応する台形の山形部の左右の傾斜面に沿ってハ字形に末広がりに開く方向に形成された変形溝（係止溝）１６ｂとなっている。

上記チップ１は、図４（Ａ）に示すようにブレード２の受溝１６に差込部１２を差込む方向（矢印ａ₁方向）に押圧しながら差込むことによってブレード２に圧着状態で取付けられる。チップ１を最深部まで差込む途中で、チップ本体６から直角方向に下向きに突出している変形部１２ｂが受溝１６の末広がりの傾斜面に当接すると、押圧力により該傾斜面に沿って外側に向って押広げられ、脚受溝１６ａの下端部の変形溝１６ｂに案内され且つその形状に沿う形で塑性変形し、ブレード２に対してかしめ固定され、抜け出し方向に対して係止される。図４（Ａ）に示すようにこの時変形溝１６ｂ底面と変形部１２ｂの下端との間には僅かなクリアランスが確保される。

ブレード２に対するチップ１の上記のような圧入嵌合により、チップ１は研削作動方向に対しては受溝１６の前後内壁面で受け止め係止され、チップ１の抜け出し（脱落）方向に対しては変形部１２ｂと変形溝１６ｂとの係止によって固定される。２本の変形溝１６ｂ及び変形後の変形部１２ｂの形状は、図示するハ字形に限らず、互に逆向きに変形していることが望ましいので、内向きの傾斜方向でも良い。

その結果ブレード２の受溝１６には、チップ１の前後両側壁１４と研削層７側とがブレード断面に被さる形で嵌合固着され、図１のワーク３の切断加工に耐える固着強度の確保ができる。他方、チップ１の研削層７が使用により摩耗した時は、チップ１を図２，図４で上向き方向に引抜くことにより、変形部１２ｂが逆変形しながら受溝１６から抜取られ、新しいチップ１との交換着脱が可能となる。

ちなみにチップ本体６の材料は、焼結処理の結果物において、脚部１２ａの特に変形部１２ｂが差込圧入時に上記のように塑性変形しながら密接圧着され且つ切断作業時にチップ係止（固定）強度を保持し、抜き取り時には逆形状（ハ字形が元通りの平行又は平行に近い形）に再変形できる材質（例えばＨＶ８０〜１２０）であれば足りる。

また研削材９としては粒子状のダイヤモンドが最も望ましいが、コストやワークの材質その他の加工条件に応じてセラミックやその他の鉱物を用いることも可能であり、特に研削層の耐摩耗性向上のためにはダイヤモンド粒と混合した方が有効性が高い。

本発明の方法はバンドソーのブレードにチップを取付ける例について説明したが、ジグソー，チェンソー，丸鋸型のチップソー，ディスク研摩機等にチップその他の基材を取付けることも可能である他、ワークとしてはコンクリート構造物の切断解体，石材，硬質金属，グラスファイバーやカーボン，Ｓｉ製品等の硬質物の切断や研削等にも利用可能である。

１ チップ
２ 工具本体（ブレード）
３ ワーク
６ 基材（チップ本体）
７ 研削層
８ 凹凸（８ａ：角溝状の凹部，８ｂ：凸部）
９ 研削材（ダイヤモンド粒）
１１ スリット
１２ 差込部
１２ａ 脚部
１２ｂ 変形部
１３ スリット
１４ 側壁
１６ 受溝（差込溝）
１６ａ 脚受溝

Claims (7)

1. 切断・研削工具を構成する基材（６）の加工作用面に、硬質の粒状物からなる研削材（９）と金属粉末とをバインダーと共に混合した液状又はペースト状の混合物を塗布又は浸漬により付着させて焼結処理することにより、基材（６）の加工作用面に研削層（７）を形成させる切断又は研削用工具の製造方法。
2. 研削材（９）がダイヤモンド粒である請求項１に記載の切断又は研削用工具の製造方法。
3. 基材（６）が金属粉末の未焼結の成形体である請求項１又は２に記載の切断又は研削用工具の製造方法。
4. 研削材（９）を付着させる基材（６）の加工作用面に予め凹凸（８）を形成する請求項１〜３のいずれかに記載の切断又は研削用工具の製造方法。
5. 凹凸（８）の凹部（８ａ）が基材（６）の加工作用面に形成した溝である請求項４に記載の切断又は研削用工具の製造方法。
6. 混合物又は混合物と基材（６）の金属がＣｕを主成分とし、Ｓｎを１〜３０ｗｔ％、Ｎｉを０〜１０ｗｔ％添加した請求項１〜５のいずれかに記載の切断又は研削用工具の製造方法。
7. 基材（６）がチップ本体であり、チップ（１）を回転する円板状又はバンド状の工具本体（２）に取付ける請求項１〜６のいずれかに記載の切断又は研削用工具の製造方法。

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