JP3218434B2

JP3218434B2 - 丸鋸

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Publication number: JP3218434B2
Application number: JP04223999A
Authority: JP
Inventors: 悟西尾; 康貴中島
Original assignee: Kanefusa KK
Current assignee: Kanefusa KK
Priority date: 1999-02-19
Filing date: 1999-02-19
Publication date: 2001-10-15
Anticipated expiration: 2019-02-19
Also published as: WO2000048801A1; JP2000238003A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、最低臨界回転数
以上の回転域に到達しても、台金に蛇行を生ずることな
くワークを良好に切削し得る丸鋸に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】木材や樹脂系材料その他非鉄金属等のワ
ークは、一般に特殊鋼を材質とする台金の外周部に超硬
チップをロー付けした丸鋸(所謂チップソー)によって切
削される。この丸鋸はワーク切削時に高速で回転される
が、該丸鋸の最高回転数は台金に固有の「最低臨界回転
数」により制限されることが知られている。すなわち、
丸鋸は切削時のワークと切刃との摩擦や切屑と台金との
摩擦等によって、一般に台金外周部の発熱温度は中央の
フランジ近傍よりも高くなり、その最低臨界回転数は低
下するに至る。そして各丸鋸に固有の最低臨界回転数よ
り少し下の回転数で使用していると、該最低臨界回転数
の低下に伴い使用中の回転数が最低臨界回転数となる。
このように丸鋸の回転数が前記最低臨界回転数に達する
と、そのモードにおいて該台金に関する横方向の剛性が
極めて小さくなり、該台金は木材切削中に加わる横方向
の荷重により左右に蛇行するようになる。これは一種の
座屈現象であって、丸鋸の回転数を最低臨界回転数より
上昇させても該台金はそのモードで蛇行を継続し、その
蛇行の程度は臨界回転数からの上昇量に比例して大きく
なる。このため最低臨界回転数以上での丸鋸によるワー
クの切削は不可能であって、一般に最低臨界回転数の８
５％以下の回転数域で使用しているのが実情である。

【０００３】前述した台金の温度上昇に伴なう最低臨界
回転数の低下を抑制するための手段として、丸鋸の台金
に複数のスリットを穿設することが提案されている。こ
の場合、相互に隣接し合うスリットの中心角は等間隔ま
たは不等間隔であり、該スリットの長さは一般に同じで
台金半径の略５〜１０％程度の寸法になっている(特殊
な場合は中央のフランジ近くまで及んでいる)。また隣
接し合うスリットの長さを異ならせ、一つ置きに隣接し
合うスリットの長さは同じとした丸鋸も提案されてい
る。この場合は、スリットの本数は偶数であると共に中
心角は等間隔であり、かつ中心を挟んで直径方向に対向
する２本のスリットの長さの和は全て同じである。しか
しこの提案も完全なものではなく、台金の温度上昇が激
しくなると最低臨界回転数は大きく低下し、先に述べた
蛇行現象を生起するに至る。

【０００４】

【発明が解決すべき課題】ところで限りある木材資源を
有効に利用する観点から、木材の切断に使われる丸鋸の
厚みを減少することが要求されている。これは丸鋸の厚
みが大きければ、それだけ木材切断に材料のロスを生ず
るからである。しかしこの要請に答えるべく丸鋸の厚み
と共に台金の厚みを小さくすると、臨界回転数も低下す
る。前述したように該丸鋸は最低臨界回転数の例えば８
５％以下で使用する必要があるために、必然的に丸鋸の
回転数を下げざるを得なかった。例えば、丸鋸の厚みと
台金の厚みとを従来の台金の半分に設定すると、その最
低臨界回転数は半分になるので、５,０００ｒ.ｐ.ｍ.で
使用していた丸鋸は、前記常用回転数の半分の２,５０
０ｒ.ｐ.ｍ.で使用しなければならなくなる。しかも台
金の剛性は厚みの３乗に比例するために、その台金厚み
を半分にすると剛性は１/８にまで低下してしまう。丸
鋸の回転数を半分にすると、ワークの送り速度が同じ場
合は１歯当たりの切込み量は２倍になるが、１歯当りの
切削力は同じである。しかし前記の如く剛性が１/８に
低下することを考慮すると、ワークの送り速度は１/８
にまで下げる必要があり、従って加工能率が大幅に低下
する欠点がある。更に送り速度を充分に下げることなく
丸鋸の回転数を下げると、ワークの切断面が粗くなって
見映えが悪くなる難点も指摘される。

【０００５】

【発明の目的】本発明は、前述した課題を好適に解決す
るために提案されたものであって、最低臨界回転数以上
の回転域でも切削できる台金が提供でき、該台金が薄く
ても高速回転数域での使用が可能となり、該台金を薄く
した分だけ鋸厚を薄くできるために、その分だけ１歯当
りの切削力を低くすることが可能で送り速度を大きく設
定でき、従ってワーク加工効率および能率を向上させる
ことが可能な丸鋸を提供することを目的とする。

【０００６】

【発明を解決するための手段】前記課題を克服し、所期
の目的を達成するため本発明は、丸鋸の台金に４本のス
リットを穿設し、これらスリットの長さは全て略同じ寸
法に設定すると共に、相互に隣り合うスリットの中心角
の差は５〜３０°の範囲内に設定し、前記丸鋸における
台金の節円数ｍが０でかつ同じ節直径数がｎとなる２つ
のモードにおいて、前記丸鋸の固有振動数をｆn ₁ (Hz)と
ｆn ₂ (Hz)(ここにｆn ₂ ＞ｆn ₁ )、固有振動数差△ｆn＝ｆn
₂ −ｆn ₁ とした場合に、その相対的な固有振動数差△ｆn
／ｆn ₁ を節直径数ｎ＝３で３.０％以上および節直径数
ｎ＝４で３.５％以上としたことを特徴とする。

【０００７】また前記課題を克服し、所期の目的を達成
するため本願の別の発明は、丸鋸の台金に４本のスリッ
トを穿設し、これらスリットの長さは全て略同じ寸法に
設定すると共に、相互に隣り合うスリットの中心角の差
は５〜３０°の範囲内に設定し、前記丸鋸における台金
の節円数ｍが０でかつ同じ節直径数がｎとなる２つのモ
ードにおいて、前記丸鋸の固有振動数をｆn ₁ (Hz)とｆn ₂
(Hz)(ここにｆn ₂ ＞ｆn ₁ )、固有振動数差△ｆn＝ｆn ₂ −
ｆn ₁ とした場合に、その相対的な固有振動数差△ｆn／
ｆn ₁ を節直径数ｎ＝２で１５％以上および節直径数ｎ＝
３で３.０％以上としたことを特徴とする。

【０００８】

【発明の実施の形態】次に本発明に係る丸鋸について、
その理解に必要な技術的背景を先に述べた後に、各種の
実験例を挙げて添付図面を参照しながら説明する。

【０００９】回転中の丸鋸に外部から何等かの応力を加
えると、該丸鋸には振動が励起される。この振動は、丸
鋸の直径方向に延在する節直径を境として丸鋸の台金が
表面側および裏面側に交互に振動して生ずるものであ
る。節円数ｍで節直径の数ｎにおける振動モードは、ｎ
＝０を除いて、図１０に示す如く２つのモードが存在す
る(degenerate pairs)。すなわち図１０の(Ａ)に示す第
１モードにおける節直径ｄの位置は、図１０の(Ｂ)に示
す第２モードにおける節直径ｄの位置の中間にある。な
お、ここで問題となる座屈現象は一般に節円数ｍ＝０の
場合であるので、以下の記述も全てｍ＝０の場合に関す
るものとする。また図１０(Ａ),(Ｂ)は、節円数ｍ＝
０、節直径数ｎ＝２の例である。

【００１０】第１モードおよび第２モードにおける丸鋸
に関して、その半径ｒでの最大振幅の形状を表す関数を
Un₁(r),Un₂(r)、固有振動数をｆn₁,ｆn₂とすると、丸鋸
を第１モードの節直径位置からθだけ回転させた方向の
振動Ｕn₁(r,θ,t)は、次のように表すことができる。Ｕn₁(r,θ,t)＝Un₁sin(nθ)cos(２πｆn₁t) また前記丸鋸を第２モードの節直径位置からθだけ回転
させた方向の振動Ｕn₂(r,θ,t)は、次のように表すこと
ができる。Ｕn₂(r,θ,t)＝Un₂cos(nθ)cos(２πｆn₂t＋φ) ここにφは、２つのモードの間の位相角である。そこで
最大振幅の形状関数Un₁＝Un₂＝Un、固有振動数ｆn₁＝ｆ
n₂＝ｆn、位相角φ＝−π／２とすると、丸鋸の回転数
Ｎの場合の後進波(丸鋸の回転方向と逆方向に伝播する
波)は、外部からの観測者に対してＵn(r,θ,t)＝Ｕn(r)
sin［２π(ｆn−nＮ／６０)t］で振動することになる。
この後進波の周波数はｆb＝ｆn−ｎＮ／６０であって、
該周波数が零(０)になる回転数が先に述べた臨界回転数
(Ｎncr＝６０・ｆn／ｎ)である。なお、各節直径数モー
ドのＮncrの内、最低のものを最低臨界回転数(Ｎcrmin)
と云う。

【００１１】前述した如く座屈は、空間から見た丸鋸の
台金に関して、前記後進波の固有振動数が零(０)になっ
て剛性を喪失する現象を云うものである。そして臨界回
転数でワークの切削中に丸鋸の台金が蛇行するのは、臨
界回転数が同じ節直径数ｎの前記第１モードおよび第２
モードが連成されるためである。しかし最低臨界回転数
以上の回転数領域での前記座屈現象は実際には非線形で
あって、これについて今迄充分な解明はなされていなか
った。しかし前記後進波における座屈現象は、各モード
の固有振動数ｆn₁≠ｆn₂とすれば抑制されると考え、第
１モードおよび第２モードでの固有振動数をどの程度に
離せば連成されなくなるかを、各種の試験を通じて研究
した。

【００１２】この試験に供した丸鋸の仕様は次の通りで
ある。なお、以下の寸法単位はmmである。・Ｂ型チップソー φ３０５×２.２×１.６×２５.４×６０Ｐ (丸鋸径) (鋸厚) (台金厚) (軸孔径) (鋸刃数) ・すくい角２０° 横すくい角０° 先端逃げ角１５° 先端傾き角０° 側面逃げ角３° 側面向心角１° ・フランジ径 φ８０ φ１１０ φ１２０ φ１３０・外部スリット数２本でＬｓ＝０〜４５(スリット長さ) ６本でＬｓ＝０〜４５(スリット長さ) ２本でＬｓ＝(４５〜６０)および２本でＬｓ＝(３０〜５０)の組合わせ

【００１３】丸鋸による切断試験の条件は次の通りであ
る。・被削材木目の影響を最小限にするために、中密度フ
ァイバーボード(ＭＤＦ)で厚み１２mmのものを使用し
た。・回転数最低臨界回転数以下から丸鋸が蛇行する回転
数まで(上限は機械的に振動の生じる７９００ｒ.ｐ.
ｍ.) ・送り(Ｆ) 毎分７.０m ・変位図１１に示す如く、丸鋸台金の変位は渦電流型
センサＳ(非接触型変位センサ)の出力を１０Ｈｚのロー
パスフィルタを用いてペンレコーダに記録した。このペ
ンレコーダで記録した台金の変位(絶対値)が０.１mm以
上になったときを座屈回転数Ｎ_bとした。

【００１４】

【スリットのない丸鋸について】前述したスリットが穿
設されていない丸鋸について、回転数Ｎと後進波周波数
ｆbとの関係を確認した。この場合のフランジ直径は１
１０mmである。図１に、回転数と後進波周波数との関係
を示す(前進波は省略する)。図１から分かるように、後
進波の固有振動数が零(０)になる臨界回転数は、以下の
通りである。・節直径数ｎ＝２Ｎ_2cr=６３６９ｒ.ｐ.ｍ. ・節直径数ｎ＝３Ｎ_2cr=６０３９ｒ.ｐ.ｍ. ・節直径数ｎ＝４Ｎ_2cr=６８８７ｒ.ｐ.ｍ. ・節直径数ｎ＝５Ｎ_2cr=７９１４ｒ.ｐ.ｍ. これによれば最低臨界回転数はｎ＝３の場合で、Ｎ_crmi
n＝６０３９ｒ.ｐ.ｍ.である。なお各モードの固有振動
数ｆn₁,ｆn₂は、静止状態の丸鋸をハンマで打撃して生
じさせた振動を、例えば図１２に示す２つの非接触型変
位センサＳ,Ｓで測定することによって求めた。

【００１５】図２に、台金の部分にスリットが穿設され
ていない丸鋸によるワーク切削の試験結果を示す。縦軸
のＷは、変位センサＳの配設位置における最大撓み量
(変位の最大値)を示している。図から丸鋸にスリットが
ない場合は、最低臨界回転数であるｎ＝３の臨界回転数
(Ｎ_crmin＝６０３９ｒ.ｐ.ｍ.)に達すると該モードで座
屈し、丸鋸の台金は左右に蛇行した。このように一旦蛇
行を生ずると、それ以上に丸鋸の回転数を上げても引続
いて蛇行し、その振幅は回転数の増大に伴って大きくな
った。

【００１６】

【６本のスリットを有する丸鋸について】先に述べた如
くスリットが穿設されていない丸鋸では、節直径数ｎ＝
３の臨界回転数に達すると座屈した。そこで６本のスリ
ットを隣り合う中心角および長さが等しくなるよう穿設
した丸鋸を用意し、節直径数ｎ＝３のモードにおいて、
前記スリットの位置に節直径があるスリットノーダルタ
イプ(nodal type)と、各スリットの中間位置に節直径が
あるアンチノーダルタイプ(anti-nodal type)とに分離
させた。このときスリットノーダルタイプの固有振動数
ｆn₁は、アンチノーダルタイプの固有振動数ｆn₂より低
くなる。

【００１７】モード毎の臨界回転数Ｎncrと実際に座屈
した際の座屈回転数Ｎｂとの関係を表１に示し、固有振
動数の分離と座屈との関係を表２に示す。表中の丸鋸Ｎ
ｏ.に関して、Ｓ０はスリットを設けてない丸鋸を示
し、６Ｓは６本のスリットを穿設した丸鋸を示してい
る。また、６Ｓの後に続く２桁の数字は該スリットの長
さ(mm)を示している。更に表２において、「〇」は当該
のモードで座屈が生じたことを示し、「×」は当該のモ
ードで座屈が生じなかったことを示し、「−」は座屈回
転数Ｎｂが当該モードの臨界回転数まで達しなかったこ
とを示す。

【００１８】

【表１】

【００１９】

【表２】

【００２０】この表から△ｆ₃≧７.５Ｈｚ，△ｆ₃／ｆ
₃₁≧３.０％とすれば、節直径数ｎ＝３の座屈は生じな
くなることが判った。しかし後述する表４を合わせ考え
ると、更に数値修正して△ｆ₃＞６.２Ｈｚ，△ｆ₃／ｆ
₃₁＞２.５％とすれば座屈を確実に抑制し得るものであ
る。例えば、フランジ径＝φ１１０でＮｏ.６Ｓ３０の
丸鋸において、回転数Ｎと後進波周波数ｆbおよび台金
の変位量Ｗの関係を、図３に示す。節直径数ｎ＝３の場
合に、△ｆ₃＞１２.５Ｈｚ，△ｆ₃／ｆ₃₁＞６.２％であ
り、その臨界回転数はＮ₃₁cr＝４８０２ｒ.ｐ.ｍ.およ
びＮ₃₂cr=５１３１ｒ.ｐ.ｍ.であったが、該回転数に達
しても座屈は生じなかった。しかし節直径数ｎ＝４の臨
界回転数Ｎ₄cr=５４２８ｒ.ｐ.ｍ.に達すると、このモ
ードで座屈を生じた。但し、節直径数ｎ＝３の臨界回転
数と使用回転数が厳密に合致する回転数では丸鋸の台金
上に節直径が固定し、図３のＡの部分に示すように、所
謂定常波の振動が振幅は大きくないが発生し変位を生じ
た。この現象は、座屈を抑制するようにした丸鋸の台金
に全て共通であった。

【００２１】

【２本のスリットを有する丸鋸について】先と同様の考
えをもって、節直径数ｎ＝３の他に節直径数ｎ＝２とｎ
＝４の座屈を抑制するべく、台金に等間隔で等長さのス
リットを２本穿設した。材質的に均一な完全円板を想定
すると、理論的にスリットが２本の場合は、節直径数ｎ
＝０を除いて全てのモードが２つに分離する。その結果
を、モード毎の臨界回転数と座屈するに至る回転数との
関係として表３に示す。

【００２２】

【表３】

【００２３】表１および表３で空白になっている座屈回
転数Ｎｂの欄は、試験回転数７９００ｒ.ｐ.ｍ.までワ
ークを切削しても座屈を生じなかったことを示してい
る。

【００２４】

【表４】

【００２５】表４から、節直径数ｎ＝４のモードは△f₄
≧１２.５Ｈｚ，△f₄／f₄₁≧３.４％とすれば、座屈を
抑制し得ることが判る。しかし節直径数ｎ＝２では、こ
の段階で座屈を抑制できなかった。

【００２６】

【４本のスリットを有する丸鋸について】節直径数ｎ＝
３およびｎ＝４での座屈を抑止しながら、節直径数ｎ＝
２の２つのモードの固有振動数を大きく分離するため
に、スリットを等間隔に４本穿設した。このとき、中心
を挟んで対向するスリットの長さは同じ寸法としたが、
隣り合うスリット同士の長さ寸法は変化させた。モード
毎の臨界回転数と座屈するに至る回転数との関係を表５
に示し、固有振動数の分離と座屈との関係を表６に示
す。

【００２７】

【表５】

【００２８】

【表６】

【００２９】図４に、丸鋸Ｎｏ.２Ｓ６０−２Ｓ４５の
試験結果を示す。この図４から、節直径数ｎ＝３および
ｎ＝２の臨界回転数域で僅かに振れるが、座屈すること
はなく、切削機械の回転上限まで安定して切削作業を達
成できた。以上の結果から、節直径数ｎ＝２のモード
は、△ｆ₂≧２３Ｈｚ，△ｆ₂／ｆ₂₁≧１５％とすれば、
座屈を有効に抑制し得ることが判った。

【００３０】

【不等長さのスリットの効果について】図５に示すよう
に、丸鋸に穿設した中心角が等しい４本のスリットの内
で、中心を挟んで対向する２本のスリットの長さ寸法を
同じに設定し、隣り合うスリットの長さ寸法を変化させ
た。丸鋸台金のモデルは、厚み以外は前述した形状と同
じで、φ３０５(丸鋸径)×１.０(台金厚)×６０Ｐ(鋸刃
数)であった。フランジ径はφ１１０である。材料特性
は、縦弾性係数Ｅ＝２１０００kgf／mm²、ポアソン比ν
＝０.８、密度ρ＝８×１０^-10kgf・s²／mm⁴とした。４
本のスリットの内、等間隔で対向する２本のスリットの
長さを５５mmとし、残りの対向する２本のスリットの長
さＬｓについて変化させた。ここで丸鋸の歯袋の深さは
１０mmであった。

【００３１】図６に、シェルモデルで有限要素解析を行
なった結果を示す。固有振動数ｆnは台金の厚みに比例
するので、相対的な固有振動数差△ｆn／ｆn₁は台金の
厚みに無関係である。そしてスリットの長さＬｓを５０
mm以下または６０mm以上とすれば、本願における請求項
１を満足し、またスリットの長さＬｓを５０mmまたは６
０mm以上とすれば、本願における請求項２を満足するも
のである。

【００３２】

【４本のスリットの位置関係の影響について】図７に示
すように、丸鋸に穿設した長さＬｓの等しい４本のスリ
ットの内で、中心を挟んで対向する２本のスリットを円
周方向に移動させて、隣接するスリットに対する中心角
を変化させた。丸鋸台金のモデルは、図５に示した丸鋸
のものと同じで、φ３０５(丸鋸径)×１.０(台金厚)×
６０Ｐ(鋸刃数)であった。すなわち４本のスリットの各
長さ(Ｌｓ＝５５mm)を同じとし、これらのスリットの内
で、対向する２本のスリットが隣接するスリットに対し
て形成する中心角をθ＝１２.５°〜９０°の範囲で変
化させた。ここで丸鋸の歯袋の深さは１０mmであった。

【００３３】図８に、シェルモデルで行なった有限要素
解析の結果を示す。この図８において、相互に隣り合う
スリット同士の９０°からの偏位中心角θs(θs＝９０
°−θ)を２.５°以上で７５°以下とすれば、固有振動
数差△ｆ₃／ｆ₃₁≧３.０％，△f ₄／f₄₁≧３.４％となる
ので、節直径数ｎ＝３、ｎ＝４でのモードの座屈が抑制
できる。但し、偏位中心角θsを１５°以上にした場合
は、丸鋸の台金が剛性的にアンバランスとなる。また偏
位中心角θsを２.５°以上で１２.５°以下とすると、
固有振動数差△ｆ₂／ｆ₂₁≧１５％となるので、節直径
数ｎ＝２でのモードの座屈も抑制し得ることになる。す
なわち相互に隣り合うスリット同士の中心角の差が５°
以上３０°以下で、節直径数ｎ＝３、ｎ＝４のモードの
座屈が有効に抑制でき、更には該中心角の差が２５°以
下で節直径数ｎ＝２のモードの座屈も同じく抑制できる
ものである。

【００３４】

【部分腰入れの影響について】丸鋸の台金にハンマリン
グやプレス等で外部応力を印加する「部分腰入れ」によっ
て、該台金の機械的特性を改善し得ることが知られてい
る。そこで部分腰入れを丸鋸の台金に施すことによっ
て、特に節直径数ｎ＝２のモードにおける固有振動数ｆ
nの分離量を調査した。また部分腰入れによって、スリ
ットの長さＬｓを減少できるかを併せて検討した。試験
に供した丸鋸の仕様は、φ３０５(丸鋸径)×２.２(鋸
厚)×１.６(台金厚)×２５.４(軸孔径)×６０Ｐ(鋸刃
数)、フランジ径φ１２０のものであった。スリットの
長さＬｓを変化させ、点対称となる位置に２本、或いは
等中心角の位置に４本形成した。図１３に示すように、
丸鋸を８つの領域に仮想的に分割し、この内の２つ或い
は４つの領域の内部中間にスリットが含まれるようにし
た。スリットを有する領域を避けて、１つ置きの領域に
前述したハンマリングやプレス等による腰入れを施し
た。固有振動数ｆnの分離量を、部分腰入れを施さなか
った場合と比較して表７に示す。

【００３５】

【表７】

【００３６】この表７から、スリットを施した場合と同
様に、部分腰入れの領域数に応じた節直径数のモードの
固有振動数ｆnの分離量が多くなることが判明する。す
なわち、図１３の如く４つの領域に部分腰入れを施すこ
とによって、節直径数ｎ＝２のモードの固有振動数ｆn
が大きく分離する。Ｎｏ.２Ｓ５５-２Ｓ５０の丸鋸を例
にとると、部分腰入れを施してない場合は固有振動数差
△f₂／f₂₁＝１５.８％であったが、部分腰入れを施すこ
とで固有振動数差△f₂／f₂₁は２２.０％に大きく改善さ
れた。このように部分腰入れを施す領域数を適切に設定
することによって、それに応じた節直径数のモードの固
有振動数ｆnを大きく分離し得るものである。例えば節
直径数ｎ＝２ならば４ケ所の領域に、節直径数ｎ＝３な
らば６ケ所の領域に、また節直径数ｎ＝４ならば８ケ所
の領域に分け、前記スリットの近傍を避けて部分腰入れ
を等間隔に施すのが最も効果的である。

【００３７】

【適用分野について】先に述べたスリットおよび部分腰
入れの何れも施してない丸鋸に関して、その場合の臨界
回転数をΩc(ｒ.ｐ.ｍ.)とする。この臨界回転数Ωc
は、G.S.Schajerの近似式から以下の如く求められる、 Ωｃ＝Ｈ／Ｂ²・Ｓ(Ａ／Ｂ) ここにＨは丸鋸台金の厚み(mm)、Ｂは外直径(mm)、Ａは
フランジ直径(mm)、Ｓは臨界速度関数(mm／min)であ
る。図９に、前記スリットを施してない丸鋸におけるフ
ランジ直径および台金外径の比Ａ／Ｂと、臨界速度関数
Ｓ(Ａ／Ｂ)との関係を示す。図９から、最低臨界回転数
のモードは、Ａ／Ｂ＝０〜０.２６の場合に節直径数
ｎ＝２、Ａ／Ｂ＝０.２６〜０.４６の場合に節直径数
ｎ＝３、Ａ／Ｂ＝０.４６〜０.５８の場合に節直径数
ｎ＝４であることが判る。従って、一般的に云ってＡ／
Ｂは０.５以下であるので、該Ａ／Ｂが０.２６以上の場
合は本願の請求項１の仕様で、また該Ａ／Ｂが０.２６
以下の場合は請求項２の仕様で丸鋸を設計するのが適切
と考えられる。なお前記G.S.Schajerの近似式は、Fores
t Prod.J.,誌(１９８６年)３６−２，３７−４３に「丸
鋸の固有振動数および臨界速度に関する単純公式」とし
て記載されている。

【００３８】前述した一連の手段を施すことで、丸鋸に
よるワークの切削中に生ずる台金の蛇行(座屈)を抑制し
得るものであるが、これとても臨界回転数での振れを完
全に防止できるものではない。そこで、ワーク切削中に
おける台金の振れを更に抑制するため前記スリット或い
は別途設けたスリット部に、例えばワイパチップを固着
する(このワイパチップはスリットの内側に固着される
チップであって、その厚みは鋸厚より僅かに小さく、か
つ台金厚より大きく設定されている。そしてワーク切削
中に、該ワークが台金を直接挟み込むのを防止する作用
を果すものである)。そしてワイパチップの１つ以上
が、切削中にワーク(被削材)に接触するようにすれば、
更に振動を抑制することが可能となる。また先に述べた
スリットは、丸鋸台金の外周(歯袋)に一端が開口するよ
う穿設されたものであったが、このような外周スリット
の外に、台金の外周に開口しない内部スリットを穿設す
るようにしてもよい。この場合は、固有振動数の分離に
は殆ど影響しない。またスリットの内部に粘弾性の樹脂
を充填することで減衰能を向上させ、これによって臨界
回転数域での定常波の振動を抑制するようにしてもよ
い。

【００３９】以上の検討結果を総合的に纏めると以下の
通りである。 (1) フランジ直径が丸鋸の外径の約２６％以上の場合、
節直径数ｎ＝２のモードの臨界回転数は、節直径数ｎ＝
３およびｎ＝４の臨界回転数よりも高くなる。またその
傾向は、フランジ直径が大きくなるに伴って急激に増大
する。このような場合、節直径数ｎ＝３とｎ＝４との座
屈を抑制すれば、丸鋸を高い回転数で広範囲に亘って使
用できる。この場合、丸鋸の台金の節円数ｍが０で、か
つ同じ節直径数ｎの２つのモードにおいて、該丸鋸の固
有振動数をｆn₁(Hz)とｆn₂(Hz)(ここにｆn₂＞ｆn₁)、固
有振動数差△ｆn＝ｆn₂−ｆn₁とすると、その相対的な
固有振動数差△ｆn／ｆn₁を節直径数ｎ＝３で３.０％以
上および節直径数ｎ＝４で３.５％以上とするのが好ま
しい。これは本願の請求項１に対応している。

【００４０】(2) フランジ直径が丸鋸の外径の約２６％
以下の場合、特に節直径数ｎ＝２と３のモードでの座屈
が問題となる。このような場合は、丸鋸の台金の節円数
ｍが０で同じ節直径数ｎの２つのモードにおいて、該丸
鋸の固有振動数をｆn₁(Hz)とｆn₂(Hz)(ここでｆn₂＞ｆn
₁)、固有振動数差△ｆn＝ｆn₂−ｆn₁とすると、その相
対的な固有振動差△ｆn／ｆn₁を節直径数ｎ＝２で１５
％以上および節直径数ｎ＝３で３.０％以上とすれば、
これらのモードの座屈を有効に抑制できて好適である。
これは本願の請求項２に対応している。

【００４１】(3) 前述した(1)および(2)の内容を実現す
る手段として、丸鋸の台金に略等しい中心角の間隔で４
本のスリットを穿設することで、節直径数ｎ＝２および
ｎ＝４またはｎ＝３のモードの固有振動数を分離させ
る。更に、丸鋸の中心を挟んで対合する２本のスリット
の長さは略同じ寸法とし、相互に隣り合うスリットの長
さは異なることによって、他のモードの固有振動数も同
時に分離させることができる。これは本願の請求項３に
対応している。

【００４２】(4) 前述した(1)および(2)の内容を実現す
る手段として、丸鋸の台金に４本のスリットを穿設す
る。この場合に、スリットの長さは全て略同じ寸法に設
定すると共に、相互に隣り合うスリットの中心角の差は
５°〜３０°の範囲内に存在させる。これは本願の請求
項４に対応している。

【００４３】(5) 丸鋸の台金に複数本のスリットを穿設
した場合において、隣り合うスリットにより挟まれる個
所に、例えばハンマリングやプレスによる外部応力の印
加の如き部分的な腰入れを施す。これによって、その部
分腰入れの個数に応じたモードの固有振動数を分離させ
ることができる。これは本願の請求項５に対応してい
る。

【００４４】(6) 先に述べた手段によって台金の蛇行
(座屈)を抑制させても、厳密には最低臨界回転数での振
れを完全に抑制できない。そこで前記スリット、或いは
別途設けたスリット部にワイパチップを固着し、これら
ワイパチップの１つ以上が切削中にワーク(被削材)と接
触するようにすることで更に振動を抑制することが可能
である。またスリットは、丸鋸台金の外周に近い部分に
穿設したものに限られず、台金の内部に近い部分にスリ
ットを穿設してもよい。この場合は、固有振動数の分離
は殆ど影響しない。また、該スリットの内部に粘弾性の
樹脂を充填することで減衰能を向上させて、臨界回転数
域での定常波の振動を抑制することもできる。

【００４５】

【発明の効果】以上説明した如く本発明に係る丸鋸によ
れば、最低臨界回転数以上の回転域でも切削できる台金
形状が提供でき、台金を薄くしても高速回転数域での使
用が可能となる。従って、丸鋸の台金を薄くした分だけ
ワーク切削時における材料のロスを抑制し得ると共に、
１歯当りの切削力を低くし得るので送り速度を大きく設
定でき、ワーク加工能率を大幅に向上させ得る等の有益
な効果が奏される。

【図面の簡単な説明】

【図１】外周スリットが穿設されていない丸鋸に関し
て、回転数Ｎと後進波周波数ｆbとの関係を示すグラフ
図である。

【図２】外周スリットが穿設されていない丸鋸に関し
て、ワーク切削の試験結果を示すグラフ図である。

【図３】Ｎｏ.６Ｓ３０の丸鋸における回転数、後進波
周波数および台金の変位量の関係を示すグラフ図であ
る。

【図４】丸鋸Ｎｏ.２Ｓ６０−２Ｓ４５の試験結果を示
すグラフ図である。

【図５】中心角が等しい４本のスリットの内で、中心を
挟んで対向する２本のスリットの長さ寸法を同じに設定
し、隣り合うスリットの長さ寸法を変化させた丸鋸の概
略図である。

【図６】図５に示した丸鋸について、シェルモデルで有
限要素解析を行なった結果を示すグラフ図である。

【図７】長さの等しい４本のスリットの内で、中心を挟
んで対向する２本のスリットが隣接するスリットに対し
て形成する中心角を変化させた丸鋸の概略図である。

【図８】図７に示した丸鋸について、シェルモデルで有
限要素解析を行なった結果を示すグラフ図である。

【図９】スリットを施してない丸鋸に関して、フランジ
直径および台金外径の比Ａ／Ｂと臨界速度関数Ｓ(Ａ／
Ｂ)との関係を示すグラフ図である。

【図１０】丸鋸の節円数ｍで節直径の数ｎにおける振動
モードが、(Ａ)に示す第１モードと、(Ｂ)に示す第２モ
ードとの２つ存在することを示す概略説明図である。

【図１１】丸鋸における台金の変位を、例えば渦電流型
センサで測定する際の概略説明図である。

【図１２】丸鋸に人工的に生じさせた振動を、例えば２
つの非接触型変位センサで測定する際の概略説明図であ
る。

【図１３】一例として丸鋸を８つの領域に仮想的に分割
し、この内の２つの領域の内部中間にスリットが含まれ
るようにした場合に、該スリットを有する領域を避けて
１つ置きの領域に部分腰入れを施すときの概略説明図で
ある。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B27B 33/08 B23D 61/02 - 61/04

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】丸鋸の台金に４本のスリットを穿設し、
これらスリットの長さは全て略同じ寸法に設定すると共
に、相互に隣り合うスリットの中心角の差は５〜３０°
の範囲内に設定し、前記丸鋸における台金の節円数ｍが
０でかつ同じ節直径数がｎとなる２つのモードにおい
て、前記丸鋸の固有振動数をｆn ₁ (Hz)とｆn ₂ (Hz)(ここ
にｆn ₂ ＞ｆn ₁ )、固有振動数差△ｆn＝ｆn ₂ −ｆn ₁ とした
場合に、その相対的な固有振動数差△ｆn／ｆn ₁ を節直
径数ｎ＝３で３.０％以上および節直径数ｎ＝４で３.５
％以上としたことを特徴とする丸鋸。
【請求項２】丸鋸の台金に４本のスリットを穿設し、
これらスリットの長さは全て略同じ寸法に設定すると共
に、相互に隣り合うスリットの中心角の差は５〜３０°
の範囲内に設定し、前記丸鋸における台金の節円数ｍが
０でかつ同じ節直径数がｎとなる２つのモードにおい
て、前記丸鋸の固有振動数をｆn ₁ (Hz)とｆn ₂ (Hz)(ここ
にｆn ₂ ＞ｆn ₁ )、固有振動数差△ｆn＝ｆn ₂ −ｆn ₁ とした
場合に、その相対的な固有振動数差△ｆn／ｆn ₁ を節直
径数ｎ＝２で１５％以上および節直径数ｎ＝３で３.０
％以上としたことを特徴とする丸鋸。