JP3971914B2 - 帯鋸刃製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被削材（主として金属被削材）の切削に使用される帯鋸刃を製造するための帯鋸刃製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の帯鋸刃製造方法について簡単に説明すると、以下のようになる。
【０００３】
即ち、まず、胴部材料と、この胴部材料よりも硬度が高い歯部材料を接合することにより、鋸刃ベースを成形する。そして、ホブを回転させて、ミーリングによる歯切り加工を行って、鋸刃ベースに多数の歯からなる歯群を形成する。これによって、所定の歯群歯形を有する帯鋸刃を製造することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、多数の鋸刃ベースを重ね合わせた状態の下で、ミーリングによる歯切り加工を行うことにより、多数の鋸刃ベースに対して同時に同一歯形の前記歯群を形成することができるため、同一種類の帯鋸刃を多量に製造するには従来の帯鋸刃製造方法は適している。一方、異なる歯群形状を有する多数種の帯鋸刃を製造するには、異なる歯群形状に対応して多数種のホブを製作する必要があることから、従来の帯鋸刃製造方法により前記多数種の帯鋸刃を製造すると、製造コストが非常に高くなるという問題がある。
【０００５】
そこで、本発明は、上述の問題を解決することのできる帯鋸刃製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明にあっては、予め調質された胴部材料と、この胴部材料よりも硬度の高い歯部材料を接合することにより、帯鋸刃ベースを成形する接合工程と、前記接合工程が終了した後に、前記帯鋸刃ベースに対して収束された熱切断ビーム（例えばレーザビーム、プラズマビーム）を照射すると共に不活性ガスを噴射して、溶断による歯切り加工を行うことにより、多数の歯における掬い部を適度の硬度にしつつ、多数の歯からなる歯群を形成する歯切り工程とを備えてなることを特徴とする。
【０００７】
請求項１に記載の発明特定事項によると、帯鋸刃ベースに対して収束された熱切断ビームを照射して、溶断による歯切り加工を行うため、熱切断ビームの照射位置を制御することによって、歯切り加工により形成される歯群の歯群形状（歯形）の自由度を高めることができる。
【０００８】
また、収束された熱切断ビームの熱エネルギー密度は高く、熱切断ビームの照射による熱硬化層の幅が拡がることを抑制しつつ、帯鋸刃ベースを局部的に溶断することができる。特に、不活性ガスの噴射によって帯鋸刃ベースが冷却されて、前記熱硬化層の幅の拡がりを更に抑制でき、歯形表層の酸化を防ぐこともできる。
【０００９】
更に、胴部材料が予め調質されているため、歯切り加工後において胴部材料に熱処理を施すことがなくなって、溶断による歯切り加工によって多数の歯の掬い部を適度の硬度にすることができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明にあっては、請求項１に記載の発明特定事項の他に、前記歯切り工程が終了した後に、多数の歯の歯先部にそれぞれ研磨処理を施す研磨工程とを備えてなることを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載の発明特定事項によると、請求項１に記載の発明特手事項による作用の他に、多数の歯の歯先部にそれぞれ研磨処理を施しているため、多数の歯の歯先部をより鋭利に整えることができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明にあっては、請求項１又は請求項２に記載の発明特定事項の他に、前記歯切り工程が終了した後に、多数の歯の底部にそれぞれ研磨処理を施すサブ研磨工程とを備えてなることを特徴とする。
【００１３】
請求項３に記載の発明特定事項によると、請求項１又は請求項２に記載の発明特定事項による作用の他に、多数の歯の底部における前記熱硬化層の幅を小さくすることができ、多数の歯の底部において硬度が過大な部分を除去できる。
【００１４】
請求項４に記載の発明にあっては、請求項１又は請求項２に記載の発明特定事項の他に、前記歯切り工程が終了した後に、多数の歯の底部にブラスト処理をそれぞれ施すブラスト工程とを備えてなることを特徴とする
請求項４に記載の発明特定事項によると、請求項１又は請求項２に記載の発明特定事項による作用の他に、多数の歯の底部にブラスト処理をそれぞれ施すため、多数の歯の底部における前記熱硬化層の幅を小さくすることができる。
【００１５】
請求項５に記載の発明にあっては、請求項１又は請求項２に記載の発明特定事項の他に、前記歯切り工程が終了した後に、多数の歯の底部に焼き鈍し処理を施す焼き鈍し工程を備えてなることを特徴とする。
【００１６】
請求項５に記載の発明特定事項によると、請求項１又は請求項２に記載の発明特定事項による作用の他に、多数の歯の底部に焼き鈍し処理をそれぞれ施すため、多数の歯の底部における前記熱硬化層の硬度を下げることができ、多数の歯の底部において硬度が過大な部分を除去できる。
【００１７】
請求項６に記載の発明にあっては、予め調質された胴部材料に対して収束された熱切断ビーム（例えばレーザビーム、プラズマビーム）を照射すると共に不活性ガスを噴射して、溶断による歯切り加工を行うことにより、多数の歯における掬い部を適度の硬度にしつつ、多数の歯からなる歯群を形成する歯切り工程と、
前記歯切り工程が終了した後に、多数の歯の歯先部に高硬度チップをそれぞれ接合する接合工程とを備えてなることを特徴とする。
【００１８】
請求項６に記載の発明特定事項によると、胴部材料に対して収束された熱切断ビームを照射して、溶断による歯切り加工を行うため、熱切断ビームの照射位置を制御することによって、歯切り加工により形成される歯群の歯群形状（歯形）の自由度を高めることができる。
【００１９】
また、収束された熱切断ビームの熱エネルギー密度は高く、熱切断ビームの照射による熱硬化層の幅が拡がることを抑制しつつ、胴部材料を局部的に溶断することができる。特に、不活性ガスの噴射によって帯鋸刃ベースが冷却されて、前記熱硬化層の幅の拡がりを更に抑制でき、歯形表層の酸化を防ぐことができる。
【００２０】
更に、胴部材料が予め調質されているため、歯切り加工後において胴部材料に熱処理を施すことがなくなって、溶断による歯切り加工によって多数の歯の掬い部を適度の硬度にすることができる。
【００２１】
請求項７に記載の発明にあっては、請求項６に記載の発明特定事項の他に、前記接合工程が終了した後に、多数の高硬度チップにそれぞれ研磨処理を施す研磨工程とを備えてなることを特徴とする
請求項７に記載の発明特定事項によると、請求項６に記載の発明特定事項による作用の他に、多数の高硬度チップにそれぞれ研磨処理を施しているため、多数の歯の歯先部（高硬度チップ）をより鋭利にすることができる。
【００２２】
請求項８に記載の発明にあっては、請求項６又は請求項７に記載の発明特定事項の他に、前記接合工程が終了した後に、多数の歯の底部にそれぞれ研磨処理を施すサブ研磨工程とを備えてなることを特徴とする。
【００２３】
請求項８に記載の発明特定事項によると、請求項６又は請求項７に記載の発明特定事項による作用の他に、多数の歯の底部に研磨処理をそれぞれ施すため、多数の歯の底部における前記熱硬化層の幅を小さくすることができ、多数の歯の底部において硬度が過大な部分を除去できる。
【００２４】
請求項９に記載の発明にあっては、請求項６又は請求項７に記載の発明特定事項の他に、前記接合工程が終了した後に、多数の歯の底部にブラスト処理をそれぞれ施すブラスト工程とを備えてなることを特徴とする。
【００２５】
請求項９に記載の発明特定事項によると、請求項６又は請求項７に記載の発明特定事項の他に、多数の歯の底部にブラスト処理をそれぞれ施すため、多数の歯の底部における前記熱硬化層の幅を小さくすることができる。
【００２６】
請求項１０に記載の発明にあっては、請求項６又は請求項７に記載の発明特定事項の他に、前記接合工程が終了した後に、多数の歯の底部に焼き鈍し処理を施す焼き鈍し工程を備えてなることを特徴とする。
【００２７】
請求項１０に記載の発明特定事項によると、請求項６又は請求項７に記載の発明特定事項による作用の他に、多数の歯の底部に焼き鈍し処理をそれぞれ施すため、多数の歯の底部における前記熱硬化層の硬度を下げることができ、多数の歯の底部において硬度が過大な部分を除去できる。
【００２８】
請求項１１に記載の発明にあっては、請求項１から請求項１０のうちのいずれかの請求項に記載の発明特定事項の他に、不活性ガスが充満された歯切り空間内で、熱切断ビームの照射による溶断がなされることを特徴とする。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００３０】
図１から図３を参照して、帯鋸刃１を製造するための第１の帯鋸刃製造方法について説明する。第１の帯鋸刃製造方法は、［i］接合工程、［ii］歯切り工程、［iii］研磨工程、［iv］後工程（サブ研磨工程、ブラスト工程、焼き鈍し工程のうち少なくともいずれかの工程）を備えている。帯鋸刃１は、多数の歯３からなる歯群５を有している。
【００３１】
［i］ 接合工程
図１（ａ）に示すように、予め調質された胴部材料７と、この胴部材料７よりも硬度の高い歯部材料９を溶接により接合することにより、鋸刃ベース１１を成形する。
【００３２】
ここで、胴部材料７は、例えばバネ鋼であって、胴部の他に、歯群５のうち多数の歯３の歯先部３ａを除く部位（掬い部３ｂ、底部３ｃ等）を構成する。歯部材料９は、例えば高速度鋼であって、歯群５のうちの多数の歯３の歯先部３ａを構成する。なお、鋸刃ベース１１は、厚さ１．３mm，幅３４mmである。
【００３３】
［ii］ 歯切り工程
前記［i］接合工程が終了した後に、レーザ発振器（図示省略）により発振されたレーザビームを集光レンズ（図示省略）により集光（収束の一態様）して、レーザ加工ヘッド（図示省略）のノズルから鋸刃ベース１１に対して集光されたレーザビームを照射する。また、レーザ加工ヘッドのノズルから鋸刃ベース１１に対して不活性ガスを噴射する。これによって、鋸刃ベース１１に対して溶断による歯切り加工を行うことができ、多数の歯３における掬い部３ｂを適度の硬度にしつつ、図１（ｂ）に示すように、多数の歯３からなる歯群５を形成することができる。
【００３４】
溶断による歯切り加工条件は、次の通りである。
【００３５】
即ち、ＣＯ２レーザ発振器は、連続発振の出力２ＫＷ、パルスピーク出力３．５ＫＷの性能を有するもので、ＣＯ２レーザ発振器の他に、ＹＡＧレーザ発振器、半導体レーザ発振器、エキシマレーザ発振器等の種々のレーザ発振器を用いることができる。集光レンズの焦点距離は３．７５インチであって、レーザ加工ヘッドのノズルの内径は３．０mmである。また、溶断条件としては、溶断速度（換言すれば鋸刃ベース１１に対するレーザ加工ヘッドの移動速度）を１０００mm／min，発振周波数１０００Ｈz，デューティを４５％，平均出力を９６０Ｗ とし、不活性ガスとして窒素を用いる。
【００３６】
更に、不活性ガスが充満された歯切り空間内で、レーザの照射による溶断がなされるようにし、その他、０．５気圧以下の半真空状態下で酸素量を減少させた歯切り空間内で、溶断がなされるようにしてもよい。また、レーザビームの照射による溶断によって生じる熱硬化層（図３参照）の厚さが、多数の歯３の少なくとも掬い部３ｂにおいて０．７mm以下になるようにし、好ましくは多数の歯３において０．１mm以上で０．２mm以下になるようにする。
【００３７】
［iii］ 研磨工程
前記［ii］歯切り工程が終了した後に、多数の歯３の歯先部３ａにそれぞれ研磨処理を施す。
【００３８】
［iv］ 後工程（サブ研磨工程、ブラスト工程、焼き鈍し工程のうち少なくともいずれかの工程）
前記歯切り工程が終了した後に、多数の歯３の底部３ｃにそれぞれ研磨処理を施す（サブ研磨工程）。また、サブ研磨工程の代わりに、或いはサブ研磨工程と共に、多数の歯３の底部３ｃにそれぞれブラスト処理を施すブラスト工程、多数の歯３の底部３ｃにそれぞれ焼き鈍し処理を施す焼き鈍し工程のうちのいずれかの工程を備えてもよい。
【００３９】
以上により、図４又は図５に示すような、ビビリ振動を抑制できる所定の歯群歯形を有する帯鋸刃１を製造することができる。ここで、図４に示す帯鋸刃１は、異なる歯間ピッチ（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６，Ｐ７，Ｐ８，Ｐ９，Ｐ１０，Ｐ１１）を有する歯形パターンを繰り返して形成されたものであって、図５に示す帯鋸刃１は、異なる歯形状（歯先角θ１，θ２，θ３，θ４，θ５、底アールＲ１，Ｒ２）を有する歯形パターンを繰り返して形成されたものである。なお、帯鋸刃１は、異なる歯間ピッチ及び異なる歯形状を有する歯形パターンを繰り返して形成されたものでもよい。
【００４０】
次に、第１の帯鋸刃製造方法の作用について説明する。
【００４１】
帯鋸刃ベース１１に対して集光されたレーザビームを照射して、溶断による歯切り加工を行うため、レーザビームの照射位置を制御することによって、歯切り加工により形成される歯群５の歯群形状（歯形）の自由度を高めることができる。また、集光されたレーザビームの熱エネルギー密度は高く、レーザビームの照射による熱硬化層（図３参照）の幅が拡がることを抑制しつつ、帯鋸刃ベース１１を局部的に溶断することができる。特に、不活性ガスの噴射によって帯鋸刃ベース１１が冷却されて、前記熱硬化層の幅を拡がりを確実に抑制できる。更に、不活性ガスが充満された歯切り空間内、又は０．５気圧の半真空状態下で酸素量を減少させた歯切り空間内で、レーザビームの照射による溶断がなされた場合、歯切り加工によって歯３に酸化層が生じることを抑制できる。
【００４２】
上述の作用の他に、多数の歯３の歯先部３ａにそれぞれ研磨処理を施していると共に、熱硬化層の厚さが多数の歯３の少なくとも掬い部３ｂにおいて０．７mm以下になるようにしたため、多数の歯３の歯先部３ａをより鋭利にすることができる。また、胴部材料７が予め熱処理（調質）されているため、歯切り加工後において胴部材料７に熱処理を施すことがなくなって、歯切り加工による溶断によって多数の歯３の掬い部３ｂを適度の硬度にすることができる。更に、多数の歯３の底部３ｃに研磨処理（ブラスト処理又は焼き鈍し処理）をそれぞれ施すため、多数の歯３の底部３ｃにおける前記熱硬化層の幅を小さくする（ブラスト処理の場合にあっては熱硬化層の幅を小さくする）ことができ、多数の歯３の底部３ｃにおいて硬度が過大な部分を除去できる。
【００４３】
従って、第１の帯鋸刃製造方法によれば、レーザビームの照射位置を制御することによって、歯切り加工により形成される歯群５の歯群形状（歯形）の自由度を高めることができるため、帯鋸刃１の製造コストが高くなることを抑制しつつ、歯群歯形の異なる多数種の帯鋸刃１を容易に製造することができる。
【００４４】
また、帯鋸刃ベース１１を局部的に溶断することができるため、歯先部３ａに丸みを帯びたダレが生じることを抑制して熱硬化層の幅を小さくできると共に、帯鋸刃１の側面に対する歯先部３ａの角度を図２に示すようにほぼ直角（９０°）にすることができる。よって、多数の歯３の歯先部３ａを鋭利にすることができ、帯鋸刃１による被削材の切削作業が向上する。特に、不活性ガスの噴射によって帯鋸刃ベース１１が冷却されて、前記熱硬化層の幅を更に小さくできると共に、上述の如く多数の歯３の歯先部３ａをより鋭利にすることができるため、上記効果をより一層向上させることができる。
【００４５】
更に、歯切り加工による溶断によって多数の歯３の掬い部３ｂを適度の硬度にすることができるため、帯鋸刃１による被削材の切削作業中に、歯３の底部３ｃに胴破断の要因であるクラックが生じることを抑制でき、帯鋸刃１の寿命をより向上させることができる。
【００４６】
なお、第１の帯鋸刃製造方法にあっては、上記［iii］研磨工程又は上記［iv］後工程を省略してもよい。
【００４７】
図６を参照して、第２の帯鋸刃製造方法について説明する。第２の帯鋸刃製造方法は、ｉ歯切り工程、ii接合工程、iii研磨工程、iv後工程（サブ研磨工程、
ブラスト工程、焼き鈍し工程のうち少なくともいずれかの工程）を備えている。
【００４８】
ｉ 歯切り工程
レーザ発振器（図示省略）により発振されたレーザビームを集光レンズ（図示省略）により集光して、レーザ加工ヘッド（図示省略）のノズルから胴部材料７に対して集光されたレーザビームを照射する。また、レーザ加工ヘッドのノズルから胴部材料７に対して高圧の不活性ガスを噴射する。これによって、胴部材料７に対して溶断による歯切り加工を行うことができ、多数の歯３における掬い部３ｂを適度の硬度にしつつ、図６（ａ）に示すように、多数の歯３からなる歯群５を形成することができる。
【００４９】
ここで、胴部材料７は、例えばバネ鋼であって、胴部の他に、歯群５のうち多数の歯３の歯先部３ａを除く部位（掬い部３ｂ、底部３ｃ等）を構成する。なお、鋸刃ベース１１は、厚さ１．３mm，幅３４mmである。
【００５０】
また、溶断条件は、第１の帯鋸刃製造方法における前記［ii］歯切り工程の溶断条件とほぼ同じである。
【００５１】
ii 接合工程
前記i溶断工程が終了した後に、図６（ｂ）に示すように、多数の歯３の歯先部３ａに高硬度チップ１３をそれぞれ接合する。なお、高硬度チップ１３の形状は図６（ｂ）に示すような形状の他に、円柱形状、球形状等を用いることができる。
【００５２】
iii 研磨工程
前記iii研磨工程が終了した後に、多数の歯３の歯先部３ａにそれぞれ研磨処理を施す。
【００５３】
iv 後工程（サブ研磨工程、ブラスト工程、焼き鈍し工程のうち少なくともいずれかの工程）
前記iii 歯切り工程が終了した後に、多数の歯３の底部３ｃにそれぞれ研磨処理を施す（サブ研磨工程）。また、サブ研磨工程の代わりに、或いはサブ研磨工程と共に、多数の歯３の底部３ｃにそれぞれブラスト処理を施すブラスト工程、多数の歯３の底部３ｃにそれぞれ焼き鈍し処理を施す焼き鈍し工程のうちのいずれかの工程を備えてもよい。
【００５４】
第２の帯鋸刃製造方法においても、第１の帯鋸刃製造方法と同様の作用、効果を奏する。
【００５５】
なお、第２の帯鋸刃製造方法にあっては、上記iv後工程を省略してもよい。
【００５６】
なお、本発明は、前述の如き発明の実施の形態の説明に限るものではなく、例えばレーザビームの代わりにプラズマビーム等の熱切断ビームを用いる等、適宜の変更を行うことによりその他種々の態様で実施可能である。
【００５７】
【発明の効果】
請求項１から請求項１１のうちのいずれかの請求項に記載の発明によれば、熱切断ビームの照射位置を制御することによって、歯切り加工により形成される歯群の歯形の自由度を高めることができるため、帯鋸刃の製造コストが高くなることを抑制しつつ、歯群歯形の異なる多数種の帯鋸刃を容易に製造することができる。
【００５８】
また、帯鋸刃ベース（又は胴部材料）を局部的に溶断することができるため、歯先部に丸みを帯びたダレが生じることを抑制して熱硬化層の幅を小さくできると共に、帯鋸刃の側面に対する歯先部の角度をほぼ直角にすることができる。よって、多数の歯の歯先部を鋭利にすることができ、帯鋸刃による被削材の切削作業が向上する。特に、不活性ガスの噴射によって帯鋸刃ベース（又は胴部材料）が冷却されて、前記熱硬化層の幅を更に小さくできるため、上述の効果はより向上する。
【００５９】
更に、溶断によって多数の歯の掬い部を適度の硬度にすることができるため、帯鋸刃による被削材の切削作業中に、歯の底部に胴破断の要因であるクラックが生じることを抑制でき、帯鋸刃の寿命をより向上させることができる。
【００６０】
請求項２から請求項５、請求項７から請求項１１のうちのいずれかの請求項に記載の発明によれば、上述の効果を奏する他に、多数の歯の歯先部をより鋭利にすることができるため、帯鋸刃による被削材の切削作業の能率がより向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１の帯鋸刃製造方法を説明するための図である。
【図２】 図１（ｂ）におけるＩＩ−ＩＩ線に沿った図である。
【図３】 溶断によって生じる熱硬化層を説明する図である。
【図４】 第１の帯鋸刃製造方法により製造された帯鋸刃を示す図である。
【図５】 第１の帯鋸刃製造方法により製造された帯鋸刃を示す図である。
【図６】 第２の帯鋸刃製造方法を説明するための図である。
【符号の説明】
１ 帯鋸刃
３ 歯
３ａ 歯先部
３ｂ 掬い部
３ｃ 底部
５ 歯群
７ 胴部材料
９ 歯部材料
１１ 鋸刃ベース
１３ 高硬度チップ

Claims (11)

1. 予め調質された胴部材料と、この胴部材料よりも硬度の高い歯部材料を接合することにより、帯鋸刃ベースを成形する接合工程と、
   前記接合工程が終了した後に、前記帯鋸刃ベースに対して収束された熱切断ビームを照射すると共に不活性ガスを噴射して、溶断による歯切り加工を行うことにより、多数の歯における掬い部を適度の硬度にしつつ、多数の歯からなる歯群を形成する歯切り工程とを備えてなることを特徴とする帯鋸刃製造方法。
2. 前記歯切り工程が終了した後に、多数の歯の歯先部にそれぞれ研磨処理を施す研磨工程とを備えてなることを特徴とする請求項１に記載の帯鋸刃製造方法。
3. 前記歯切り工程が終了した後に、多数の歯の底部にそれぞれ研磨処理を施すサブ研磨工程とを備えてなることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の帯鋸刃製造方法。
4. 前記歯切り工程が終了した後に、多数の歯の底部にブラスト処理をそれぞれ施すブラスト工程とを備えてなることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の帯鋸刃製造方法。
5. 前記歯切り工程が終了した後に、多数の歯の底部に焼き鈍し処理を施す焼き鈍し工程を備えてなることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の帯鋸刃製造方法。
6. 予め調質された胴部材料に対して収束された熱切断ビームを照射すると共に不活性ガスを噴射して、溶断による歯切り加工を行うことにより、多数の歯における掬い部を適度の硬度にしつつ、多数の歯からなる歯群を形成する歯切り工程と、
   前記歯切り工程が終了した後に、多数の歯の歯先部に高硬度チップをそれぞれ接合する接合工程とを備えてなることを特徴とする帯鋸刃製造方法。
7. 前記接合工程が終了した後に、多数の高硬度チップにそれぞれ研磨処理を施す研磨工程とを備えてなることを特徴とする請求項６に記載の帯鋸刃製造方法。
8. 前記接合工程が終了した後に、多数の歯の底部にそれぞれ研磨処理を施すサブ研磨工程とを備えてなることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の帯鋸刃製造方法。
9. 前記接合工程が終了した後に、多数の歯の底部にブラスト処理をそれぞれ施すブラスト工程とを備えてなることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の帯鋸刃製造方法。
10. 前記接合工程が終了した後に、多数の歯の底部に焼き鈍し処理を施す焼き鈍し工程を備えてなることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の帯鋸刃製造方法。
11. 不活性ガスが充満された歯切り空間内で、熱切断ビームの照射による溶断がなされることを特徴とする請求項１から請求項１０のうちのいずれかの請求項に記載の帯鋸刃製造方法。

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