JP4073414B2 - 回転円盤カッター - Google Patents

Description

本発明は、回転円盤カッターに関し、特に、基板の外周端面の全面に砥粒を連続的に配置し、側面に砥粒を集合させて島状に配置した回転円盤カッターに関する。

コンクリート等を含む建材の切断用として、ダイヤモンド等を砥粒として用いたカッターが多く用いられている。建材切断用のカッターの種類は様々のものがあるが、例えば、砥粒をメタルボンドで結合してセグメントチップを形成したものや、砥粒を電着したものなどがある。
近年、建材もその用途に応じて多様なものが開発されており、押出し成形されたセメント材を含むものや、外壁として用いられる硬さの異なる材料２種以上の複合材（樹脂系材料と石膏ボードの複合材等）、木質系の軟質材などがあり、切断しにくい材料が増加している。

このような柔らかい被削材を切断する際に、メタルボンドを結合材としたセグメントチップカッターを用いると、メタルボンドの摩耗が少ないために砥粒の自生作用が弱く、また、砥粒の突出し量が小さいために、切断を良好に行うことができない。また、樹脂からなる被削材を切断する場合には、切断時に発生する熱によってメタルボンドに樹脂が溶着しやすいため好ましくない。一方、電着カッターでは、砥粒を固着するためのメッキ層が形成されるため、やはり砥粒の突出し量が小さい。
上記の問題を改善するために、砥粒をろう付けにより固着したカッターを用いることができるが、ろう付けカッターでは、砥粒を１個ずつ基板上に配列しているため、砥粒保持強度が弱く、切断時に砥粒が脱落しやすいという欠点がある。
住宅の外壁材として用いられる窯業系のサイディングボードのような、硬くて、切粉発生量の多い材料の切断用に使用することを目的とした切断砥石が特許文献１に記載されている。
また、研削加工時における目詰まりを防止する目的で、砥粒を島状に分散して固着させた電着ホイールが特許文献２に記載されている。

特開平１０−１１８９３７号公報 特開平９−１９８６８号公報

特許文献１記載の切断砥石においては、作用砥粒は１個又は集合した複数個の超砥粒の１層によって形成され、かつ作用砥粒間の間隔は作用砥粒の粒径以上となっている。しかし、切断時のカッターの負荷を考えると、基板の外周端面では負荷が大きく、側面では外周面より負荷が小さいことを考慮すると、外周端面では砥粒を全面に配置し、側面では切粉の排出とチッピングを考慮した砥粒の配置とすることが好ましい。
また、特許文献２記載のホイールにおいては、島状に分散固着させた砥粒の配置については言及されていない。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、砥粒の突出し量を大きくして良好な切断性能を維持しつつ、砥粒保持強度を高め、目詰まりを抑制して切味の良い回転円盤カッターを提供することを目的とする。

以上の課題を解決するために、本発明の回転円盤カッターは、円盤状の基板の外周端面と外周側面とに砥粒をろう付けした回転円盤カッターにおいて、前記外周端面の全面に砥粒を連続的に配置し、前記外周側面には複数の砥粒を集合させた砥粒集合体を所定の間隔をおいて配置し、前記砥粒集合体は、＃４０／５０の砥粒を７個集合させて形成され、中心に１つの砥粒を配置し、中心の砥粒に接するように同心円状に複数の砥粒を配置し、同心円状に配置された砥粒は隣り合う砥粒がいずれも接するように形成されていることを特徴とする。
外周端面の全面に砥粒を連続的に配置したことによって、負荷の大きい外周端面での摩耗を抑制するとともに、外周側面には複数の砥粒を集合させた砥粒集合体を所定の間隔をおいて配置したことにより、以下の作用効果を奏する。
すなわち、複数の砥粒を集合させた砥粒集合体を形成することによって、砥粒集合体の内部においては砥粒間隔が小さく、砥粒集合体と被削材との接触面が研削面として作用するため、切断抵抗を小さくすることができる。また、砥粒１個を単独にろう付けする場合と比べて、砥粒が基板に強固に固着されるため、砥粒の保持強度が高まり、砥粒の脱落を防ぐことができる。そのため、切味が向上し、チッピングを少なくすることができる。

また、側面の砥粒集合体を間隔をおいて配置したことにより、砥粒が配置されない領域が広く確保され、この領域を切粉が通りやすく、目詰まりを生じにくいため、切味が向上する。
また、基板側面に砥粒を配置する際に、細粒からなる砥粒集合体と１個の大径の粗粒との基板側面上への投影面積が等しい場合には、細粒からなる砥粒集合体を配置したほうが砥粒の高さを低くすることができる。つまり、同じ投影面積とするためには、砥粒１個の場合には大径の砥粒を使用せざるを得ないが、砥粒集合体を形成すると、細粒を用いてもこれを集合させることによって広い投影面積を確保することができ、細粒であるために砥粒の高さを低くできて、カッターの厚みを薄くすることができる。

さらに、砥粒を１個ずつ配置するよりも、砥粒集合体を形成して配置するほうが、使用するろう材の使用量を減らすことができる。砥粒を１個ずつ配置するときには、砥粒と基板との接点ばかりでなく、その周囲にもろう材が付着することとなり、砥粒の周囲に付着するろう材の量は使用されるろう材の全体量に対して比較的大きい。これに対し、砥粒集合体を形成して配置すると、砥粒集合体の周囲に付着するろう材の量は使用されるろう材の全体量に対してその割合を小さくすることができる。

中心に１つの砥粒を配置し、中心の砥粒に接するように同心円状に複数の砥粒を配置し、同心円状に配置された砥粒は隣り合う砥粒がいずれも接するように砥粒集合体を形成するためには、７個の砥粒を集合させて砥粒集合体を形成することが好ましい。
６面体、８面体、または１４面体をなす砥粒を稠密に配置するためには、砥粒集合体を形成する砥粒の数を７個とすると、１個の砥粒を中心として他の砥粒を稠密に配置することができ、砥粒集合体を形成することによる上述の作用効果を有効に得ることができる。

本発明の回転円盤カッターにおいては、隣り合う砥粒集合体の間隔が、砥粒粒径の４倍以上１５倍以下であることを特徴とする。
ここで、隣り合う砥粒集合体の間隔とは、図４に示すように、隣り合う砥粒集合体について砥粒集合体の中心に位置する砥粒同士の間隔を意味する。
隣り合う砥粒集合体の間隔が、砥粒粒径の４倍未満であると、７粒の集合体が接近し切粉の排出の妨げとなり好ましくない。一方、隣り合う砥粒集合体の間隔が、砥粒径の１５倍以上になると砥粒間隔が広すぎる為にチッピングが大きくなって好ましくない。

本発明によると以下の効果を奏することができる。
（１）複数の砥粒を集合させた砥粒集合体を形成して配置することにより、砥粒集合体の内部においては砥粒間隔が小さく、砥粒集合体と被削材との接触面が研削面として作用するため、切断抵抗を小さくすることができる。また、砥粒１個を単独にろう付けする場合と比べて、砥粒が基板に強固に固着されるため、砥粒の保持強度が高まり、砥粒の脱落を防ぐことができる。そのため、切味が向上し、チッピングを少なくすることができる。

（２）基板側面の砥粒集合体を間隔をおいて配置したことにより、砥粒が配置されない領域が広く確保され、この領域を切粉が通りやすく、目詰まりを生じにくいため、切味が向上する。

（３）基板側面に砥粒を配置する際に、細粒からなる砥粒集合体と１個の粗粒との基板側面上への投影面積が等しい場合には、細粒からなる砥粒集合体を配置したほうが砥粒の高さを低くすることができるため、カッターの厚みを薄くすることができる。

（４）砥粒集合体を形成して配置することにより、使用するろう材の使用量を減らすことができる。

（５）砥粒集合体を形成する砥粒の数を７個とすることにより、６面体、８面体、または１４面体をなす砥粒を稠密に配置することができ、砥粒集合体を形成して配置することによる効果が得られやすい。

以下に、本発明をその実施の形態に基づいて説明する。
図１に、本発明の実施形態に係る回転円盤カッターの正面図を示す。
図１において、回転円盤カッター１は、円盤状の基板２の外周側に、基板２上に砥粒をろう付けした砥粒層３を形成したものであり、回転円盤カッター１の中心には、回転主軸を取り付けるための中心穴４が設けられている。また、回転円盤カッター１の外周側には、切粉の排出を促進するためのスリット５が設けられている。

図２は、図１のＡ部を拡大した図であり、基板２の外周端面２ａには砥粒１０が連続的に配列されている。また、基板２の外周側面２ｂには複数の砥粒を集合させた砥粒集合体１１が島状に、すなわち砥粒集合体１１が互いに接することなく間隔をおいて配置されている。従って、基板２の外周側面２ｂには、砥粒が配置されない領域が広く確保されている。

図３は、図２のＢ部を拡大した図であり、基板２の外周端面２ａに砥粒１０がろう材により連続的に配列されている様子を示している。また、基板２の外周側面２ｂに複数の砥粒１０を集合させた砥粒集合体１１が配置されている様子を示しており、この実施形態においては、砥粒集合体１１は７個の砥粒１０からなり、中心の１個の砥粒１０の周囲を他の砥粒１０が稠密に取り囲んで形成されている。このような砥粒集合体を形成することは、例えば、目視によりピンセット等で砥粒を配置することによって可能である。

なお、砥粒集合体１１を形成する砥粒１０の数は、６面体、８面体、または１４面体をなす砥粒を稠密に配置するためには、７個とするのが好ましい。７個の砥粒を用いると、上述したように砥粒を稠密に配置できるため、砥粒集合体を形成することによる効果が得られやすい。しかし、砥粒集合体を形成する砥粒の数はこれに限定されるものではなく、必要に応じて任意の数とすることができる。

以下、具体的な実施例を示す。
図５に示す形状、寸法の回転円盤カッターを作製し、軽量コンクリートからなる新建材を以下の試験条件で切断した時の切味指数・寿命指数・チッピング量を評価した。図５において、（ａ）は回転円盤カッターの左半分の正面図、（ｂ）はその断面図であり、基板２の外周側面２ｂには７個の砥粒を集合させた砥粒集合体１１が形成されている。
試験条件を以下に示す。

試験結果を図６，図７に示す。図６は、砥粒集合体を形成する砥粒数を１個、３個、５個、７個、１０個と変えたときの切味指数と寿命指数を表したものであり、図７は、切味指数とチッピング量を表したものである。いずれも砥粒集合体を形成する砥粒数を７個としたときの指数を１００として表現している。
砥粒集合体を形成する砥粒数が７個より少ないと、切粉の排出が悪く側面抵抗が増え切味指数が低くなる。また、寿命指数については、１個、３個の砥粒集合体では砥粒が脱落するため寿命指数が２０程度低くなっている。

チッピングについては、１個から７個までの砥粒集合体では通常切断でのチッピング量の許容範囲であるが、１０個以上の砥粒集合体の場合には、砥粒集合体の幅が広くなり被削材への衝撃が大きくなって急激にチッピング量が増加する。
この結果より、砥粒集合体を７個の砥粒を集合させて形成するときに、切味、寿命、チッピングが良好であることがわかる。これは、図８に示すように、７個の砥粒を集合させたときには、１個の砥粒を中心に他の６個の砥粒で囲む構造となることから、どの方向からの負荷に対しても、同等の砥材保持強度となり一番安定している理想的な形となるためである。

図９に、砥粒集合体の間隔を変化させたときの研削性能を示す。試験条件は、表１に示すものと同様である。砥粒集合体は、＃４０／５０の砥粒を７個集合させて形成している。砥粒の粒径が０．４２ｍｍであり、７個の集合体では３個の砥粒が直線状に並ぶため、砥粒集合体の径は１．３ｍｍとなる。そのため、砥粒集合体の間隔が、砥粒の粒径の４倍未満では、砥粒間隔が近すぎて切粉の排出効果を充分に得ることができない。一方、砥粒集合体の間隔を８ｍｍ以上に設定すると、被削材へのあたりが悪くチッピングが１．５ｍｍ以上と大きくなる。これに対し、砥粒集合体の間隔が２ｍｍから６ｍｍの間では、切粉の排出効果を保ちながら、チッピングについても良好な状態を維持することができる。従って、砥粒集合体の間隔は、砥粒の粒径の４倍以上１５倍以下とすることが好ましい。

本発明は、コンクリート等を含む建材の切断用の回転円盤カッターとして利用することができる。

本発明の実施形態に係る回転円盤カッターの正面図である。 図１のＡ部を拡大した図である。 図２のＢ部を拡大した図である。 砥粒集合体の配設間隔を示す図である。 切断試験に使用した回転円盤カッターの構成を示す図である。 切味指数と寿命指数を示す図である。 切味指数とチッピング量を示す図である。 砥粒集合体を形成する砥粒数を変えたときの砥粒集合体の形状を示す図である。 砥粒集合体の間隔を変えたときの切味指数とチッピング量を示す図である。

符号の説明

１ 回転円盤カッター
２ 基板
２ａ 外周端面
２ｂ 外周側面
３ 砥粒層
４ 中心穴
５ スリット
１０ 砥粒
１１ 砥粒集合体

Claims (2)

1. 円盤状の基板の外周端面と外周側面とに砥粒をろう付けした回転円盤カッターにおいて、前記外周端面の全面に砥粒を連続的に配置し、前記外周側面には複数の砥粒を集合させた砥粒集合体を所定の間隔をおいて配置し、前記砥粒集合体は、＃４０／５０の砥粒を７個集合させて形成され、中心に１つの砥粒を配置し、中心の砥粒に接するように同心円状に複数の砥粒を配置し、同心円状に配置された砥粒は隣り合う砥粒がいずれも接するように形成されていることを特徴とする回転円盤カッター。
2. 前記側面において隣り合う前記砥粒集合体の間隔が、砥粒粒径の４倍以上１５倍以下であることを特徴とする請求項１記載の回転円盤カッター。

Images