JP3981184B2 - 切断工具 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は切断加工に適した回転工具に関する。さらに具体的には、鉄または鉄合金や、アルミニウムまたはアルミニウム合金や、銅または銅合金や、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｔｉ系合金、Ｃｏ−Ｃｒ系合金、ＮｉーＣｒ系合金等の歯科用合金等の金属、或いは、石材や、単結晶または多結晶のシリコンや、セラミックや、カーボンや、アラミド繊維を含むタイヤ、アラミド繊維で補強されたＦＲＰ等の非金属を切断加工するのに適した切断工具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の工具としては、特公平ー１０２５０４号公報において開示されるように、アルミナ質繊維等のセラミック繊維を一方向に引き揃えた繊維層を複数枚積層し、これに熱硬化性樹脂等の樹脂バインダを含浸硬化させて緻密質な円盤体に形成し、この円盤体の外周面に前記セラミック繊維の繊維端を加工要素として露出させ、この繊維端で加工を施せるようにした工具が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来の工具の場合、工具全体を緻密質に構成する必要があるため、繊維クロスの使用を行えず、一方向に引き揃えた繊維層を複数枚積層させる必要があった。そのため、繊維層間における層間剥離の問題などがあり、強度的に充分な回転工具に構成できないという不都合があり、セラミック繊維を加工要素とするこの種の回転工具は実用化されていないのが現状である。
また、加工要素として作用する繊維端が円盤体の円周面にしか現れないため、工具の製造は簡単なものの実際の切削、切断などの使用において極めて不充分な加工しかできないという不都合があった。即ち、これを詳述すると、切断を目的としたいわゆる切断用砥石等の切断工具において重要な要素は切断時の抵抗の低減と被切断物の端面の面粗さの低減が挙げられる。この両者は切断工具の側面の状態にかかわるもので、切断能力を持たない切断工具の側面では被切断物との摩擦のため切断抵抗が増大し、極端な場合、切断方向がどんどんずれて行くことになる。また、被切断物の端面も摩擦熱による焼けが生じることになる。これらの欠点を補うため、例えば、ダイヤモンド電着切断砥石等では刃先の側面側にも電着を行い刃先部分の厚味を金属部の厚味より厚くしてある。また、これでも不十分な場合には、刃先に至る金属の側面部に研磨性を持たすように側面部に円周方向に一定の幅でダイヤモンドを電着することも行われている。また、刃先のみを厚くできないビトリファイドの切断砥石等では切断面も側面も同一材質にすることにより、側面でも削れるようにし、切断抵抗の低減と被切断物の端面の仕上がりをよくする工夫がなされている。即ち、切断用砥石等の切断工具では側面での削り性が切断抵抗にも、被切断物の端面の仕上がりにも大きく影響を及ぼすのである。
残念ながら、従来から知られている一方向に引き揃えた繊維層を重ね合わせたものや繊維クロスを単に積層しただけのものでは切断用に使う砥石として使用した場合、両側面には繊維の側面が露出しているだけで、切削や研磨効果を期待することは無理であった。
そこで、本発明は前記従来技術の不都合を解消し、セラミック繊維を利用した切断工具において、強度も充分に得られ、かつ、加工性に優れた切断工具を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、前記目的を達成するべく鋭意研究の結果、前記従来技術の前提としていた工具全体を緻密質に構成しなければならないという常識に反し、セラミック繊維束を織成してなるセラミック繊維クロスを使用し、かつ、この繊維クロスを構成する繊維束による編み目の交点当たりを切削乃至研磨して、その交点部分において繊維束を構成するフィラメントの切断面を形成し、こうして形成されたフィラメントの端面と円盤体外周面に露出する繊維束のフィラメントの端面とを両刃形状に配向させることにより、極めて強度に優れ、かつ、加工性の良い切断工具が得られることを知見した。
本発明の切断工具はかかる知見に基づきなされたもので、セラミック繊維束を織成してなる少なくとも１枚のセラミック繊維クロスに樹脂バインダを含浸硬化させて円盤体に形成し、前記円盤体の円周面並びに該円盤体の両側面の少なくとも外周側に前記セラミック繊維束を構成するフィラメントの端面が現れるようにし、このフィラメントの端面を利用して切断加工するようにしたことを特徴とする。
また、請求項２記載の切断工具は、前記円盤体の両側面の全面にフィラメントの端面が現れるようにしたことを特徴とする。
また、請求項３記載の切断工具は、前記セラミック繊維クロスはアルミナ質繊維クロス或いは炭化珪素質繊維クロスであることを特徴とする。
また、請求項４記載の切断工具は、前記セラミック繊維クロスは平織、綾織、或いは、三軸織物であることを特徴とする。
また、請求項５記載の切断工具は、前記樹脂バインダはエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂であることを特徴とする。
また、請求項６記載の切断工具の製造方法は、セラミック繊維束を織成してなる少なくとも１枚のセラミック繊維クロスに樹脂バインダを含浸硬化させて該セラミック繊維束を構成するフィラメントの端面が円周面に現れる円盤体を形成し、少なくとも前記円盤体の両側面の外周側を切削乃至研磨して前記セラミック繊維束を構成するフィラメントを切断し、この切断により形成されたフィラメントの端面を前記側面に現れるようにすることを特徴とする。
また、請求項７記載の切断工具の製造方法は、前記円盤体の両側面全体を切削乃至研磨して前記セラミック繊維束を構成するフィラメントを切断し、この切断により形成されたフィラメントの端面を前記側面全体に現れるようにすることを特徴とする。
【０００５】
このように、本発明によれば繊維クロスの縦糸、横糸の一部または全部を研削または研磨により切断し、繊維クロスを形成している繊維束（ヤーン、ストランド等）のフィラメントの端面を切断工具の両側面に露出させることにより、この切断工具の両側面での研磨が切断時に同時に生じ、被切断物の端面は後工程での研磨を必要としない仕上がり面となり、かつ、側面での摩擦による抵抗が減少したことから、切断面が曲がってゆくいわゆる逃げる現象も全く生じなくなる。また、アルミ等のねばりのある材料では通常の切断砥石では被切断物の切断面にバリを生じ、後工程でバリ取り作業が必要となるが、セラミック繊維による側面研磨の可能な切断工具による切断においてはこのバリが全く生じず、切断が可能である。即ち、タイヤ等のゴム質材料からステンレスに至る難切断材料まで、被切断物の端面の平坦度及び仕上がりは抜群となる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
前記セラミック繊維クロスを構成するセラミック繊維としては、アルミナ質繊維、炭化珪素質繊維、ボロン質繊維、窒化珪素質繊維などが挙げられるが、本発明者等の実験によれば、アルミナ質繊維クロス、或いは、炭化珪素質繊維クロスを用いた場合に、極めてシャープな切れ味が得られることが確認された。
【０００７】
前記セラミック繊維クロスは、一枚または必要に応じ複数枚重ね合わせてから樹脂バインダで含浸硬化させて円盤体に形成してもよく、或いは、一枚ずつ樹脂バインダを含浸せしめたものを複数枚重ね合わせて樹脂を硬化せしめて複数枚の繊維クロスが積層された円盤体に形成し、その後、この円盤体の両側面の繊維クロスの縦糸または横糸の網目交点部分を切断乃至研磨により一部または全部切断し、縦糸繊維束、横糸繊維束を構成するフィラメントの切断面を露出せしめ、このフィラメントの端面を利用して切断加工を容易に行えるようにするものである。
【０００８】
尚、クロスの織り方は、平織り、綾織り、朱子織り等の２軸織りクロスや、或いは３軸織りクロス等任意である。但し、セラミック繊維束の交点の密度や均一性の観点からは平織、綾織、或いは、三軸織物が好ましい。
【０００９】
また、前記セラミック繊維クロスに含浸させる樹脂バインダは、特に限定されるものではないが、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂が好ましい。尚、耐熱性を必要とする場合はポリイミド、ポリアミド樹脂等の耐熱性樹脂の使用が好ましい。
また、樹脂バインダとしては、耐熱性の熱可塑性樹脂であっても使用が可能である。
【００１０】
切断工具の繊維含有量は、６０〜８３重量％の範囲が望ましい。尚、６０重量％未満では切断能力が低下し、また、８３重量％を超えると切断時に繊維クロス間で層間剥離を生じる危険性があるため、安全をとり、７０〜８０重量％の範囲が最適である。
【００１１】
本発明切断工具の両側面に繊維クロスを形成する縦糸、横糸の網目交点部分を切断して繊維束を構成するフィラメントの端面を露出せしめる方法としては、円盤体の両側面にサンドブラストにより砂やセラミック粉末等を空気により吹き付けることにより、或いは、アルミナ砥石やダイヤモンド電着砥石等で両側面を切削、または研磨すること等で円盤体の両側面に位置する繊維クロスの縦糸及び横糸の網目交点部分を一部または全部切断することにより簡単に行われる。
【００１２】
【実施例】
次に、本発明切断工具の実施例につき、図面に基づき説明する。
（実施例１）
まず、アルミナ繊維成分８５重量％、シリカ成分１５重量％よりなるγーアルミナ結晶を有するアルミナ質繊維ストランド（９μｍ，１０００本フィラメント）を平織りクロスに織成加工したセラミック繊維クロス（目付３２０ｇ／ｍ² ，厚さ０．２ｍｍ）を約２０ｃｍ×２０ｃｍに切り取り、エポキシ樹脂（エピコート８２８：エピコート１００１＝６：４，油化シェルエポキシ社製，硬化剤 三フッ化ホウ素モノエチルアミンを全樹脂量の２．５％，溶媒としてメチルエチルケトンを全樹脂量の３５％に調整したもの。）に含浸後、ゴムローラプレス機にて余剰の樹脂液を絞り取ったものを３枚作成した。
これを温風乾燥機にて、９５℃、６０分乾燥して得た所定のアルミナ繊維クロスプリプレグを３枚積層し、ホットプレスにて温度１６０℃、圧力２０ｋｇ／ｃｍ² 、時間６０分の条件で成形を行い、室温付近まで徐冷後、これをホットプレスより取り出し、得られた樹脂含浸クロスを図１に示すように、直径９６ｍｍ、内径３０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍのドーナツ状に加工して、薄いアルミナ質繊維強化樹脂（ＡＬＦＲＰ）円盤体３１を作成した。この円盤体３１の外周面３２にはセラミック繊維クロス１０の縦糸、横糸であるセラミック繊維束１１を構成するフィラメント１２の端面１３が露出して刃先部を形成している。
こうして得られた円盤体３１の両側面３３をダイヤモンド砥粒入りの＃４００のサンドペーパーで研磨し、図２及び図３に示すように、円盤体３１の両側面３３のセラミック繊維クロス１０を構成する繊維束１１である縦糸と横糸が重なって凸部となっている交点部分１４の繊維束１１の一部が切断されてフィラメント１２の端面１３が出ている状態に円盤体３１の両側面３３を仕上げ、切断工具３０を得た。
尚、図においては、樹脂バインダを省略し、セラミック繊維クロス１０の構成のみを模式的に示すようにした。
【００１３】
この切断工具３０を用い、φ２０ｍｍのアルミロッド、及び鉄ロッドを切断した所、切断の際にバリを生じず、しかも被切断面が後研磨を必要としない、＃１２００の砥石での仕上げ程度の良好な切断面を得ることができた。
【００１４】
これに対し、両側面をダイヤモンド砥粒入りのサンドペーパーで仕上げる前の円盤体３１、従って、円盤体３１の両側面３３に繊維束１１を構成するフィラメント１２の端面１３が出ていない円盤体３１を使っての切断では被切断物の切断面はせいぜい＃４００の砥石による仕上がり面粗さで、其の差は歴然としたものであった。
【００１５】
（実施例２）
図４に示すように、実施例１と同様にして作成したプリプレグクロスを１枚だけ用い、実施例１と同様の成形条件で、プレス成形し、実施例１と同様にカットしクロス１枚からなる円盤体３１を作成した。この円盤体３１を実施例１と同様、ダイヤモンド砥粒入りの＃４００サンドペーパーを用い、円盤体３１の両側面３３を研磨することにより円盤体３１の両側面３３の縦糸と横糸の重なった凸部の繊維束１１の一部をカットしフィラメント１２の端面１３が出ている状態に円盤体３１の両側面３３を仕上げ切断工具を得た。
【００１６】
この切断工具を用い、実施例１と同じようにφ２０ｍｍのアルミロッド、及び鉄ロッドを切断した所、切り代が０．２ｍｍと非常にわずかになり、しかも切断面にバリを生ぜずしかも被切断面は後研磨を必要としない＃１２００砥石による仕上げに匹敵する良好な切断面を得ることができた。
これに対し、円盤体の両側面をダイヤモンド砥粒入りのサンドペーパーで仕上げる前の円盤体、従って、円盤体の両側面に繊維束を構成するフィラメントの端面が出ていない円盤体を使っての切断では被切断物の切断面はせいぜい＃４００の砥石による仕上がり面粗さで、其の差は歴然としたものであった。
【００１７】
（実施例３）
次に、前記実施例１のアルミナ質繊維クロスに代え、炭化珪素質繊維クロスを用いて前記実施例１と同様の切断工具を作成したところ、前記実施例１と同様、従来の円盤体の両側面に繊維束を構成するフィラメントの端面が出ていないものと比較して、芳香族ポリアミド繊維強化プラスチックや芳香族ポリアミド繊維強化ゴム等の切断においてもその被切断物の切断面は抜群の面のスムースさを示した。
【００１８】
前記各実施例では、セラミック繊維クロス１０のセラミック繊維束１１の網目交点部分１４の一部のみを切断するようにしたが、図５に示すように、網目交点部分１４のセラミック繊維束１１を完全に切断し、繊維束１１を構成するフィラメント１２の全端面１３が露出するようにしてもよい。
【００１９】
【発明の効果】
このように、発明によれば、セラミック繊維クロスを利用した切断工具において、強度も充分に得られ、かつ、極めて加工性に優れた切断工具が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明切断工具の製造工程における円盤体の平面図
【図２】 本発明切断工具の一実施例の平面図
【図３】 本発明切断工具の一実施例の部分拡大正面図
【図４】 本発明切断工具の他実施例の部分拡大正面図
【図５】 本発明切断工具の更なる他実施例の部分拡大正面図
【符号の説明】
１０ セラミック繊維クロス
１１ セラミック繊維束
１２ フィラメント
１３ 端面
１４ 網目交点部分
３０ 回転工具
３１ 円盤体
３２ 外周面
３３ 側面

Claims (7)

1. セラミック繊維束を織成してなる少なくとも１枚のセラミック繊維クロスに樹脂バインダを含浸硬化させて円盤体に形成し、前記円盤体の円周面並びに該円盤体の両側面の少なくとも外周側に前記セラミック繊維束を構成するフィラメントの端面が現れるようにし、このフィラメントの端面を利用して切断加工するようにしたことを特徴とする切断工具。
2. 前記円盤体の両側面の全面にフィラメントの端面が現れるようにしたことを特徴とする請求項１記載の切断工具。
3. 前記セラミック繊維クロスはアルミナ質繊維クロス或いは炭化珪素質繊維クロスであることを特徴とする請求項１または２記載の切断工具。
4. 前記セラミック繊維クロスは平織、綾織、或いは、三軸織物であることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の切断工具。
5. 前記樹脂バインダはエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂であることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載に切断工具。
6. セラミック繊維束を織成してなる少なくとも１枚のセラミック繊維クロスに樹脂バインダを含浸硬化させて該セラミック繊維束を構成するフィラメントの端面が円周面に現れる円盤体を形成し、少なくとも前記円盤体の両側面の外周側を切削乃至研磨して前記セラミック繊維束を構成するフィラメントを切断し、この切断により形成されたフィラメントの端面を前記側面に現れるようすることを特徴とする切断工具の製造方法。
7. 前記円盤体の両側面全体を切削乃至研磨して前記セラミック繊維束を構成するフィラメントを切断し、この切断により形成されたフィラメントの端面を前記側面全体に現れるようにすることを特徴とする請求項６記載の切断工具の製造方法。

Images