JP2023057192A - 切断砥石 - Google Patents

Abstract

【課題】切れ味が良い状態を維持できて被加工物の切断が効率的にできると共に、使用寿命が長い切断砥石をより合理的に提供する。【解決手段】砥粒が結合剤によって結合されて円板状に成型されていることで被加工物を切断するように設けられた切断砥石において、前記砥粒の少なくとも一部が、柱状の太さに対する長さの比が１対３以上であることによってアスペクト比が３以上に設けられた長柱状の長柱状砥粒１１であり、好ましくは、長柱状砥粒１１の少なくとも一部が、酸化アルミニウムを主成分とするアルミナ微粒子の集合体を焼成することで、長柱状のセラミック体に成形された長柱状セラミック砥粒であることを特徴とする。【選択図】図３

Description

この発明は、砥粒が結合剤によって結合されて円板状に成型されていることで被加工物を切断するように設けられた切断砥石に関する。

砥粒が結合剤によって結合されている切断砥石では、被加工物を研削して切断する切刃に相当する砥粒と、その砥粒を保持する結合剤と、削り屑（切り屑）を除去するために必要な隙間である気孔という要素を備えている。この切断砥石によれば、研削作用によって被加工物を切断する際に、砥粒自体が欠けて破損することによって次々に新鮮な刃先を出現させて切れ味を維持し、その砥粒が消耗して結合剤による保持ができなくなると脱落し、次の砥粒が出るという現象（自生作用）を繰り返し生じさせている。このような切断砥石では、切れ味が良く効率的に被加工物の切断ができると共に、その使用寿命の長いものが要望されている。

従来の切断砥石では、取付穴を有し、砥石部の使用限界よりも小さな外径を有する円形の金属製コア部と、砥粒と該砥粒を結合するための樹脂結合剤とを含んで金属製コア部と同様の厚みを成し、金属製コア部の外周部に接着剤等で固着された円環状のレジノイド砥石部とで切断砥石を形成し、砥石が消耗すればそれを除去することにより、金属コア部を再使用できる（特許文献１）ものが提案されている。

また、従来の切断砥石では、バインダーおよび研磨粗粒から成る研磨物品であって、該研磨粗粒の少なくとも１０重量％が研磨粒子であり、該研磨粒子の各々が表面および裏面を有し、該表面が実質上裏面と同じ幾何学形状を有し、該両方の面が該粒子の厚さにより分離されており、該粒子の最短面寸法：厚さの比が少なくとも１：１、２：１又は５：１であり、該研磨粒子の幾何学形状が三角形、角形、又は円形である（特許文献２）研磨物品が開示されている。

特開２００３－０７１７２４号公報（第１頁） 特表平７－５０９５０８号公報（請求項１８～２３）

切断砥石に関して解決しようとする問題点は、その切れ味や使用寿命を向上させるために、切断砥石の全体形状を改良したものや、切断砥石の構成要素である砥粒の形状を改良したものが提案されているが、砥粒の形状をより合理的に改良することで、切れ味が良い状態を維持できて使用寿命を長くできるものが提案されていないことにある。

そこで本発明の目的は、切れ味が良い状態を維持できて被加工物の切断が効率的にできると共に、使用寿命が長い切断砥石をより合理的に提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するために次の構成を備える。
本発明に係る切断砥石の一形態によれば、砥粒が結合剤によって結合されて円板状に成型されていることで被加工物を切断するように設けられた切断砥石において、前記砥粒の少なくとも一部が、長柱状に設けられて太さに対する長さの比が１対３以上であることによってアスペクト比が３以上に設けられた長柱状砥粒であることを特徴とする。

本発明に係る切断砥石の一形態によれば、前記長柱状砥粒の少なくとも一部が、酸化アルミニウムを主成分とするアルミナ微粒子の集合体を焼成することで、長柱状のセラミック体に成形された長柱状セラミック砥粒であることを特徴とすることができる。

本発明に係る切断砥石の一形態によれば、前記アスペクト比の範囲について、中心のアスペクト比が、４から２５の範囲にあることを特徴とすることができる。

本発明に係る切断砥石の一形態によれば、前記長柱状砥粒の太さの範囲について、中心の太さが、５０μｍから１５００μｍの範囲にあることを特徴とすることができる。

本発明に係る切断砥石の一形態によれば、前記砥粒が、前記長柱状セラミック砥粒と、溶融アルミナを粉砕して設けられた溶融粉砕砥粒とが混合されたものであることを特徴とすることができる。

本発明の切断砥石によれば、切れ味が良い状態を維持できて被加工物の切断が効率的にできると共に、その使用寿命を長くできるという特別有利な効果を奏する。

本発明に係る切断砥石の形態例を示す平面図である。 図１の形態例の断面図である。 図１の形態例の円周縁部の拡大断面図である。

以下、本発明に係る切断砥石の形態例を、図面（図１～３）に基づいて詳細に説明する。この切断砥石は、長柱状砥粒１１を含む砥粒が結合剤１２によって結合されて円板状に成型されていることで被加工物を切断するように設けられたものである。なお、この切断砥石は、回転駆動工具に、取付穴４０が嵌められることで固定されて使用される。

本発明に係る切断砥石は、砥粒の少なくとも一部が、長柱状に設けられて太さに対する長さの比が１対３以上であることによってアスペクト比が３以上に設けられた長柱状砥粒１１であるように設けられている。なお、本発明に係る長柱状砥粒１１の形態とは、例えば、円柱状、角柱状或いは多角形柱状などの軸心に直交するように破断した際の断面形状が一定の形状（円形や多角形など）になるものであり、押出し成型によって成型された後に焼成されて製造されるものを例に挙げることができる。

本発明に係る切断砥石によれば、長柱状砥粒１１が、その長柱状の形状から、研削作用によって被加工物を切断する際に、順次適切に欠けて破損することによって次々に新鮮な刃先を出現させて切れ味が良い状態を維持できて被加工物の切断が効率的にできると共に、使用寿命を長くすることができる。なお、従来の溶融アルミナを粉砕して設けられた一般的な溶融粉砕砥粒では、そのアスペクト比の大部分が、通常は１～２の範囲にあり、長短の方向性が明確にあるものではなく、本発明のような効果を得ることはできなかった。

すなわち、本発明に係る切断砥石は、回転することによって、その外周縁２０が被加工物に接触し、研削によって、その被加工物の切断をするものである。そして、この切断砥石は、被加工物を切断するものであるため、厚さの薄い円板状に形成されたドーナツ状の円板砥石部１０を備えており、長柱状砥粒１１は、その円板砥石部１０の中において、柱が倒れた状態に配されて結合剤によって結着された形態になっている。

つまり、長柱状砥粒１１は、円板砥石部１０の平面３０に対して、起立する方向ではなくて、ほぼ平行に沿う方向に配された状態になっている。このように長柱状砥粒１１が円板砥石部１０の平面に沿う状態に配されているため、長柱状砥粒１１の長尺方向の端縁である端縁部１１ａが、切断砥石（円板砥石部１０）の外周縁２０に露出し易く、研削による切断がなされる際に適切に欠け易い形態になっている。

これによれば、その長柱状砥粒１１の端縁部１１ａが、順次欠けて破損することによって次々に新鮮な刃先に更新でき、その長柱状砥粒１１の長尺方向に順次欠けていくことによって、結合剤１２による結合から脱落しないで長期に亘って刃先を更新できる形態になっている。これによって、切れ味が良い状態を維持できて被加工物の切断が効率的にできると共に、使用寿命を長くすることができる。

また、本発明に係る形態例では、長柱状砥粒１１の少なくとも一部が、酸化アルミニウムを主成分とするアルミナ微粒子の集合体を焼成することで、長柱状のセラミック体に成形された長柱状セラミック砥粒であるように設けられている。この長柱状セラミック砥粒は、焼成して形成される砥粒としては、多角形で軸方向に薄い形態のものと比較して安価に製造できる形態になっている。なお、この長柱状砥粒１１を形成するための原料としてのアルミナ微粒子は、その粒径の範囲について、中心の粒径が、５０ｎｍから１００ｎｍの範囲にあるものを用いることができる。

これによれば、長柱状砥粒１１の一種であって、より効果的な長柱状セラミック砥粒を適切に設けることができる。この長柱状セラミック砥粒によれば、前述のように研削による切断がなされる際に、順次より適切に欠けて破損でき、切断砥石切れ味が良い状態を維持できて被加工物の切断がより効率的にできると共に、使用寿命より長期化することができる。なお、従来の溶融アルミナを粉砕して設けられた溶融粉砕砥粒などであっても、そのアスペクト比が３以上の範囲にあり、長短の明らかな方向性があるものでは、本発明のような効果を得ることができるのは勿論である。

また、砥粒の全体重量に対する長柱状砥粒１１の混合率は、高いほど前述した効果が高まることになるが、少なくとも２０％以上になると明らかな効果が生じ、５０％以上になると顕著な効果を生じる。なお、長柱状砥粒１１は、コストが高くなるため、費用対効果を考えると、その混合率が、一例として４０～６０％程度の範囲で最も優れた効果を発揮できる。

さらに、本発明に係る形態例では、長柱状砥粒１１の柱状の太さに対する長さの比であるアスペクト比の範囲について、中心のアスペクト比が、４から２５の範囲にあることで、より性能を向上できる。

すなわち、長柱状砥粒１１の柱状の太さに対する長さの比であるアスペクト比が、大きいほど、前述したように、長柱状砥粒１１の長尺方向に順次欠けていくことによって、脱落しないで長期に亘って刃先を更新できるため、使用寿命を長期化できるメリットがある。しかしながら、長柱状砥粒１１は、アスペクト比が極端に大きくなると、円板状に成型される製造工程で圧力がかかるため長尺方向で折れやすく、また、絡みつき易くなり、均一に分散させることが難しくなることから、そのアスペクト比が適切な範囲にあることが好ましい。

また、本発明に係る形態例では、長柱状砥粒１１の太さの範囲について、中心の太さが、５０μｍから１５００μｍの範囲にあることで、より性能を向上できる。

すなわち、本発明に係る切断砥石は回転して被加工物を切断するものであるため、円板砥石部１０の厚さは、例えば１ｍｍから５ｍｍ（１０００μｍから５０００μｍ）程度に薄く設けられており、長柱状砥粒１１は、その円板砥石部１０の中において、柱が倒れた状態に配されて結合剤によって結着された形態になっている。このため、長柱状砥粒１１の太さが５０μｍから１５００μｍの範囲にあることで、その長柱状砥粒１１を厚さ方向に複数の層状に合理的に配することができ、研削による切断性能を高めることができる。

また、本発明に係る形態例では、砥粒が、長柱状砥粒１１である長柱状セラミック砥粒と、溶融アルミナを粉砕して設けられた溶融粉砕砥粒とが混合されたものであることで、研削による切断性能が高く費用対効果が優れた切断砥石を構成できる。

すなわち、長柱状セラミック砥粒を、溶融粉砕砥粒が介在することで効果的に分散させることができると共に、溶融粉砕砥粒が長柱状セラミック砥粒の粒子同士の間隙を好適に埋めることができ、研削による切断性能を向上でき、費用対効果に優れた切断砥石を構成できる。

次に、本発明に適用される切断砥石の基本的な製造方法について説明する。なお、この切断砥石の製造方法は、従来の方法と実質的に同等の方法になっている。
先ず、熱硬化性樹脂（例えば、フェノール樹脂、エポキシ樹脂）、熱可塑性樹脂などから成る粉末状及び液状の結合剤１２の原料によって、少なくとも所要の分量の長柱状砥粒１１を含む砥粒の表面をコーティングする。これによれば、砥粒に粉末状の結合剤の原料がまぶされた状態になり、熱硬化性樹脂が熱硬化した際に適切に気孔が形成されるようになっている。

次に、その熱硬化性樹脂で表面がコーティングされた砥粒を、成形型に入れて所要の圧力をかけることで圧着状態として円板状に成型する。
そして、所要の温度（例えば１８０℃）で加熱して焼成することで、熱硬化性樹脂が、硬化することによって砥粒を固定する結合剤１２になり、適度に気孔が設けられた状態で、切断砥石が完成される。

次に、切断砥石の具体的な形態例として、以下に実施例（１、２）と比較例（１～３）を示し、その切断砥石による切断性能の評価結果を示す。

［実施例１］
アスペクト比１：５を８０％以上含む長柱状セラミック砥粒（粒度Ｆ６０）を使用し、結合材としては液状フェノール樹脂及び粉末状フェノール樹脂を、無機充填材としてはクレオライトを採用した。このコーティングされた砥粒を用いて、外径１０５ｍｍ、厚さ１．０ｍｍの切断砥石を得た。

［実施例２］
アスペクト比１：５を８０％以上含む長柱状セラミック砥粒（粒度Ｆ６０）を５０％、アルミナ砥粒（粒度Ｆ６０）を５０％の比率にて使用し、結合材としては液状フェノール樹脂及び粉末状フェノール樹脂を、無機充填材としてはクレオライトを採用した。これらのコーティングされた砥粒を用いて、外径１０５ｍｍ、厚さ１．０ｍｍの切断砥石を得た。

［比較例１］
アルミナ砥粒（粒度Ｆ６０）を使用し、結合材としては液状フェノール樹脂及び粉末状フェノール樹脂を、無機充填材としてはクレオライトを採用した。このコーティングされた砥粒を用いて、外径１０５ｍｍ、厚さ１．０ｍｍの切断砥石を得た。

［比較例２］
アスペクト比１：１．５を中心とするセラミック砥粒（粒度Ｆ６０）を使用し、結合材としては液状フェノール樹脂及び粉末状フェノール樹脂を、無機充填材としてはクレオライトを採用した。このコーティングされた砥粒を用いて、外径１０５ｍｍ、厚さ１．０ｍｍの切断砥石を得た。

［比較例３］
アスペクト比１：１．５を中心とするセラミック砥粒（粒度Ｆ６０）を５０％、アルミナ砥粒（粒度Ｆ６０）を５０％の比率にて使用し、結合材としては液状フェノール樹脂及び粉末状フェノール樹脂を、無機充填材としてはクレオライトを採用した。これらのコーティングされた砥粒を用いて、外径１０５ｍｍ、厚さ１．０ｍｍの切断砥石を得た。

［評価結果］
以上の実施例及び比較例のとおりに作成した砥石の切断性能の評価を行った。この評価にあたっては、電動回転工具（回転数１２，０００ｒｐｍ）を使用し、切断部材（被加工物）は、ＳＵＳ３０４、φ１３ｍｍの丸棒とした。また、切断条件を統一するため、電動回転工具に、１．５ｋｇの荷重をかけて切断を行った。
下記の表１に示したように、実施例は、比較例に比べて切断部材を多くカットでき、使用寿命が長く、切断性能が高いことがわかる。また、１カットにかかる切断時間も、実施例は、比較例に比べて同等若しくは短く、切れ味が良い状態を維持できて被加工物の切断を効率的に行うことができ、切断性能が高いことが確認された。

以上、本発明につき好適な形態例を挙げて種々説明してきたが、本発明はこの形態例に限定されるものではなく、発明の精神を逸脱しない範囲内で多くの改変を施し得るのは勿論のことである。

１０ 円板砥石部
１１ 長柱状砥粒
１１ａ 端縁部
１２ 結合剤
２０ 外周縁
３０ 平面
４０ 取付穴

Claims (5)

1. 砥粒が結合剤によって結合されて円板状に成型されていることで被加工物を切断するように設けられた切断砥石において、
   前記砥粒の少なくとも一部が、長柱状に設けられて太さに対する長さの比が１対３以上であることによってアスペクト比が３以上に設けられた長柱状砥粒であることを特徴とする切断砥石。
2. 前記長柱状砥粒の少なくとも一部が、酸化アルミニウムを主成分とするアルミナ微粒子の集合体を焼成することで、長柱状のセラミック体に成形された長柱状セラミック砥粒であることを特徴とする請求項１記載の切断砥石。
3. 前記アスペクト比の範囲について、中心のアスペクト比が、４から２５の範囲にあることを特徴とする請求項１又は２記載の切断砥石。
4. 前記長柱状砥粒の太さの範囲について、中心の太さが、５０μｍから１５００μｍの範囲にあることを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の切断砥石。
5. 前記砥粒が、前記長柱状セラミック砥粒と、溶融アルミナを粉砕して設けられた溶融粉砕砥粒とが混合されたものであることを特徴とする請求項２～４のいずれかに記載の切断砥石。

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