JP4216219B2 - 切断工具およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、コンクリート、石材、ブロック等のワークの切断加工を行うために使用される切断工具およびその製造方法に関する。

一般に、切断工具（研削工具ともいう）は、円盤状であり、石材などのワークを切断加工するときに使用されている。図８（ａ）は、従来のダイヤモンドカッターである切断工具の平面図、（ｂ）は（ａ）の断面図である。図８（ａ）に示すように、従来の切断工具２０は、円盤状の基板２１の外周面に切刃部２２が設けられている。切刃部２２は、研磨砥石のダイヤモンド粒子が混入されており、切断するワークに対し、充分な強度を備えている。また、切刃部２２にはスリット溝２３が複数個形成されている（例えば、特許文献１参照）。さらに、図８（ｂ）に示すように、切断工具２０の中央部には取付穴２１ｃが形成されている。

図１（ｃ）で参照するディスクグラインダ３０のスピンドル３１が、この切断工具２０の取付穴２１ｃに挿通され、締付部材であるフランジ３２、ブッシュ３３、締付用ナット３４等によって、ディスクグラインダ３０のスピンドル３１に固定して使用されるものである。従来の切断工具２０を装着したディスクグラインダ３０が起動されると、切断工具２０が回転し、例えば、コンクリート３６に切断溝３７が加工され、切断加工が行われていく。

しかし、このような構成の切断工具２０では、以下に示す問題点が存在した。すなわち、切断工具２０では、切断溝３７が次第に深く加工されていくと、手ぶれのために基板２１の表面に面ぶれが起き、基板２１（図８（ｂ）参照）の表面２１ａ、裏面２１ｂが切断溝３７（図１（ｃ）参照）の上面３７ａまたは下面３７ｂに接触する。そうすると、その反動で反対側の面にも接触し、基板２１の表面２１ａと裏面２１ｂには、引かき傷ができるという問題があった。
図８（ａ）、（ｂ）に示すように、このような凹凸の引かき傷によって、いわゆる首下摩耗という現象が起きる。このため、切刃部２２はまだ充分使用できるにも拘わらず、基板２１の首下摩耗によって切断工具２０が使用できなくなるという問題があった。また、スリット溝２３のあるカッターでは、スリット部分に傷が入ると、その傷に応力集中が起こり、基板割れの原因になり、切断工具２０の寿命を短くするという問題があった。

そこで、基板の首下摩耗を起こさない長寿命で切味の良いブレードが従来、提案されている（例えば、特許文献２参照）。図９（ａ）は切断工具の正面図、（ｂ）は（ａ）に示すＡ−Ａ線の断面図である。図９（ａ）に示すように、基板４１の外周には、ダイヤモンドまたはＣＢＮ砥粒を金属粉末と混合し、焼結した超砥粒層４２が配設されている。超砥粒層４２の脚付チップ４２Ａは、首下摩耗を防止するために基板４１の内周側へ延長した超砥粒層４２をもつチップ（脚付チップ）である。図９（ｂ）に示すように、脚付チップ４２Ａの厚みｂは、超砥粒層４２の厚みａと等しく延長させることが特徴である。
特開２００３−１５９６５６号（図１、図４、図５、図６） 特開平８−９０４２５号（段落番号００１１〜００１６ 図３、４、５）

しかしながら、超砥粒層４２の厚みａを脚付チップ４２Ａの厚みｂに等しく延長させることにより、基板の首下摩耗を防止できるとしても、ワークの切断過程において、チップ（切刃）がワークの切断溝側面に常に当たるため、切削抵抗が大きくなるという問題があった。さらに、切削抵抗が大きくなると、切削力が低下して切れ味が悪くなるという問題があった。

そこで、本発明は、これらの問題点を解決するために創案されたものであり、常にワークの切断溝側面に当たる切刃は最小限にして、手ぶれが生じたとしても負荷が一定で負荷変動が少なく、円盤状の基板の表面には、引かき傷の発生し難い切断工具を提供することを課題とする。

このような課題を解決すべく創案された請求項１の発明は、円盤状の基板の外周面にその基板よりも肉厚に焼結して配設される切刃部を設け、前記基板の表裏面に基板保護材を配設し、前記基板保護材の上面を前記切刃部の上面よりも低く設定した切断工具において、前記基板保護材は、前記基板に固着された基材と、この基材の上面に設けられた砥粒と、から構成され、前記基板が鉄板であり、前記基材が銅薄板であり、前記基板と、前記基板にスポット溶接または糊付して仮留めされ、メタルボンドによって表面に砥粒を塗布したシート状の円形に形成した前記基材からなる前記基板保護材と、前記切刃部とをプレスをかけて加圧した状態で焼結して前記基板に固着したことを特徴とする。

このように、前記基板が鉄板、前記基材が銅薄板であり、前記基板と前記基材とをプレスと焼結により固着したことにより、表裏面の切刃部と基板との段差内において、基板保護材を配設し、基板保護材の上面は切刃部よりも低くして形成しているので、基板保護材がワークとの常時接触を避けることができる。また、基板に応力が加わって曲がりがでた場合や、カッターが斜めに入った場合など、ワークと基板が接触しようとした時は、基板保護材が基板表面より先にワークに当たるため、基板を保護することができる。

また、基板保護材を銅薄板の基材と砥粒とから構成することにより、基材と砥粒のいろいろな組み合わせによる基板保護材を容易に形成することができる。

請求項２の発明は、金属薄板からなる基材と、この基材の上面に設けられた砥粒からなる前記基板保護材を所望のサイズ形状に成形する第１工程と、基板の表裏面に前記基板保護材をスポット溶接または糊付して仮留めするとともに、前記基板の外周面に前記基板と前記基板保護材を合わせた厚さよりも肉厚の粉末焼結材からなる切刃部を配置して仮留めする第２工程と、前記基板保護材と前記基板が仮留めされた状態、および、前記切刃部を型に装填して前記基板と前記切刃部が仮留めされた状態で、プレスをかけて加圧する第３工程と、前記型を高温にしてメタルボンドよって表面に砥粒を塗布したシート状の前記基板保護材と前記切刃部とを前記基板に焼結する第４工程と、を含むことを特徴とする。
このように、第１工程から第４工程のステップを踏むことにより、切断工具に基板保護材を強固に配設することができる切断工具の製造方法を提供できる。

請求項１に係る発明によれば、基板に固着された基材の銅薄板と、この基材の上面に設けられた砥粒とから構成された基板保護材を、基板の表裏面に配設し、切刃部より基板保護材の上面を低く設定しているので、基板の首下摩耗を防止できて、しかも、ワークの切断作業過程において、切刃部が同じ厚みで延長されていないため、基板表裏面が常にワークの切断溝側面に当たることなく、切削抵抗が小さい。また、切削抵抗が大きくならないため、切れ味が維持できる。
さらに、切断工具の基板の表裏面に基板保護材を配設したことにより、ワークの切断溝が深く、手元のくるいが引き起す手ぶれが生じた場合は基板保護材がワーク側と接触し、基板保護材が基板を保護するとともに、微粒子の砥粒から構成された基板保護材が微量の研磨を行い、摩擦を低減するため、負荷変動が少ない切断工具を提供することができる。また、基板の表面は引かき傷により摩耗しない切断工具を提供することができるため、切断工具の寿命を延ばすことができる。

また、基板保護材を基材と砥粒とから構成することにより、基材と砥粒のいろいろな組み合わせによる基板保護材を容易に形成することができるため、扱い易く、また、安価にできる。

請求項２に係る発明によれば、第１工程から第４工程のステップを踏むことにより、切断工具に基板保護材の基材を銅薄板とし、この基材の上面に設けられた砥粒とから構成された基板保護材をしっかり固着させた切断工具を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１（ａ）は、切断工具であるダイヤモンドカッターの平面図、図１（ｂ）は、（ａ）の断面図である。図１（ａ）に示すように、切断工具（以下、カッターともいう）１０は、円盤状の基板１と、この基板１の外周面に設けた切刃部２とを備えている。
基板１は、鉄板などの金属板であり、一例として直径がφ９４、板厚ｃが１．４ｍｍである。
切刃部２は、研磨材であるダイヤモンド粒子が含有されおり、例えば、基板１の外周を１．５ｍｍ噛み込んで形成され、切刃部２の直径をφ１０５となるように形成されている。また、切刃部２の厚みａは一例として、３．０ｍｍに形成され、所定間隔をあけてスリット溝３が複数形成されている。
さらに、図１（ｂ）に示すように、基板１の表面１ａと裏面１ｂには、所望の形状である円形に成形された基板保護材５が一ヶ所以上（ここでは４ヶ所）配設されている。基板保護材５の単体厚みは、例えば、０．１ｍｍとしたとき、基板保護材５を配設後の基板１と基板保護材５とを合わせた位置での厚みｂは１.６ｍｍとしている。

この基板保護材５は、基板１に固着された基材５ａと、この基材５ａの上面に配設された砥粒５ｂとから構成されている。基材５ａは、金属薄板であり、金属薄板の片面に砥粒５ｂをメタルボンドによって均等にコーティングさせたシート状のものを円形に成形したものをここでは使用している。また、基板保護材５に用いられる基材５ａの金属薄板は銅薄板とし、その片面にメッキにより砥粒５ｂを付着させてもよい。

図１（ａ）に示すように、基板保護材５は、基板１が回転したとき、例えば、直径φｄとした場合、基板１上に外径φａで内径φｂとするリング状のエリアをカバーすることになる。一般に、ディスクグラインダ３０（図１（ｃ）参照）の回転数は９，０００〜１２，０００ｍｉｎ^−１の仕様で市販されている。毎分９，０００〜１２，０００回転とは、毎秒１５０〜２００回転に相当する。例えば、手元のくるいが引き起す手ぶれの瞬間の時間を０．０１ｓとすると、手ぶれの瞬間に１．５〜２回転するため、基板保護材５の個数は１個であってもよい。すなわち、手ぶれの瞬間に基板保護材５が基板１の表面と、ワークとの接触を離間させるように作用することになる。
基板保護材５の配設個数は、ここでは４等配の４個としている。４個であれば、より安定した手ぶれ対策が可能である。なお、４個の他に、２個、３個、５個、６個…としても構わない。基板保護材５の貼付位置は、切刃部２の近傍が好適である。

つぎに、切断工具１０の製造方法を説明する。図２は、製造方法を説明するフロー図である。図２に示すように、第１工程は、基板保護材５を所望のサイズ形状に成形するステップである。基板保護材５はシート状であるため、刃物で容易に成形することができる。
第２工程は、基板１の表面１ａ、裏面１ｂに、前記基板保護材５を仮留めするステップである。前記基板保護材５の裏面は金属板表面であるため、仮留めとして糊で貼付することができる。または、糊付の代わりにスポット溶接にて固定しても構わない。ただし、スポット溶接にて固定する場合は、図４にて後記するように、導電性を考慮することが望ましい。
第３工程は、基板保護材５に仮留めされた基板１を型に装填し、プレスをかけるステップである。図３はカーボン製の下型７、中型８、上型９に基板１を装填した状態を示す断面図である。図３に示すように、型の中央には位置決めをする位置決めピン６が挿通されている。型は焼結カーボンで形成されており、下型７の上には基板保護材５に仮留めされた基板１が装填され、中型８で多段に密封され、最後に上型９で密封し、上からプレスをかける。
第４工程は、前記型を焼結するステップである。このとき、基板保護材５の上面は、切刃部２の上面よりも低くなるように設定されている。
この焼結では、焼結温度６００〜１０００℃に加熱し、切刃部２も同時に焼結するが、切刃部２は、基板１と基板保護材５を合わせた厚さよりも肉厚に設定されている。
これらの第１工程から第４工程を行うことにより、基板保護材５が強固に固着する切断工具１０を提供することができる。

図１（ｃ）はその使用状態を示す説明図である。図１（ｃ）に示すように、ディスクグラインダ３０に基板保護材５を複数配設した切断工具１０を固定し、コンクリート３６に切断溝３７を切り込んで行くと、手ぶれが生じて基板１の表面に変動が起きる。このとき、基板１の表裏面は、コンクリート３６の切断溝３７の上面３７ａ、下面３７ｂの削り面に接触する。基板保護材５の上下面は基板１の表裏面よりもわずかに凸状に突出しているため、最初に基板保護材５が接触する。そうすると、基板１の表裏面に配設された基板保護材５が微量の研磨を行い摩擦を低減させてすべるように接触する。そして、基板保護材５の上面にコーティングされた微粒子である研磨砥粒の硬度はコンクリート３６よりはるかに高いので、基板保護材５の砥粒が、結果としてワークを研磨することになる。そのため、この基板保護材５によって、負荷変動の少ない、負荷が一定な切断工具１０を実現する。また、基板の表面は、引かき傷のない元の状態が維持できる。

図４は本発明の切断工具の他の構成に係り、図４（ａ）は切断工具の平面図、（ｂ）は（ａ）の断面図である。図１の切断工具１０との違いは、基板保護材１５の配設は、スポット溶接にて固定されているため、基板保護材１５の基材１５ａである金属板の上面が露出してスポット溶接できるようメタルボンドを介して設けられた砥粒１５ｂが円環状に形成されている点である。図４に示すように、基板保護材１５は、基材１５ａである金属薄板の表面に砥粒１５ｂのメタルボンドを介して円環状に均等にコーティングされているため、基板保護材１５の中央部にコーティングをしない場所（図１（ａ）参照）を設け、これにより、金属薄板は導電性に支障なく、スポット溶接にて簡単に仮留め用の固定をすることができる。なお、スポット溶接された基板保護材１５は、その後、焼結によって基板１に固着される。

図５は、本発明の切断工具の他の形態に係り、図５（ａ）は切断工具の平面図、（ｂ）は（ａ）の断面図である。図１の切断工具１０との違いは、基板１に形成された窪み１ｄに基板保護材２５を充填した点である。図５に示すように、窪み１ｄは、基板保護材２５を充填する数だけ形成されている。切断工具１２の窪み１ｄの位置は、表面の窪み１ｄの位置と裏面の窪み１ｄの位置を不一致にすることにより、基板１の強度を低下させることを防止できる。
切断工具１２では、この窪み１ｄへ、基材２５ａであるメタルボンドと、例えば砥粒２５ｂであるダイヤモンドの混入量が均一に混入された基板保護材２５を充填し、その後、焼結によって固着される。

切断工具１２に窪み１ｄを設けて基板保護材２５を固着する製造方法を説明する。
図６は、製造方法を説明するフロー図である。図６に示すように、第１工程は、基板１に所望のサイズ形状の窪み１ｄを成形するステップである。窪み１ｄの加工方法は、例えば、ドリルによるザグリであってもよいし、プレス加工による凹部成形であってもよい。さらに、板の貼り合わせであってもよい。
第２工程は、メタルボンドに研磨砥粒を加えて生成した基板保護材２５を前記窪み１ｄに充填するステップである。ここでは、基板保護材２５は、半固体であり、流動性を有している。基板保護材２５を窪み１ｄに充填するときは、切刃部２より基板保護材２５の上面が低くなるように設定されている。
第３工程は、基板保護材２５を充填した基板１を型に入れ、プレスをかけるステップである。型への装填方法は、図３の説明と同様であるので、説明は省略する。
第４工程は、焼結するステップである。
これらのステップを行うことにより、基板保護材２５がより強固に固着する切断工具１２を提供することができる。

図７は本発明の切断工具の他の形態に係り、図７（ａ）は、切断工具１３の平面図である。（ｂ）はその断面図、（ｃ）はその使用状況を示す説明図である。
図７（ａ）に示すように、基板保護材３５は、スリット溝３の形状に対応して形成したリング状の基材となる金属薄板と、この金属薄板の表面にメタルボンドを介して設けた砥粒とを備えている。この基板保護材３５の最外周位置を示す外径φａは切刃部２の内径で決まり、基板保護材３５の最内周位置を示す内径φｂは、図７（ｃ）に示すディスクグラインダ３０のトップ３０ａの位置によって決まる。そして、リング状の基板保護材３５は、スリット溝３の溝形状に合わせて逃がしが施されている。

なお、本発明はその技術思想の範囲内で種々の改造、変更が可能である。例えば、図１に示す基板保護材５の形状は、円形に限らず、所望のサイズ形状、例えば、半円形、楕円形、四角形、リング形等その他いろいろな形状に裁断し、成形してもよい。また、切断工具の基板に形成した窪みの形状も半円形、楕円形、四角形、リング形等その他いろいろな形状であってもよい。

（ａ）は本発明に係る切断工具の平面図であり、（ｂ）は（ａ）の断面図、（ｃ）はその使用形態を示す説明図である。 本発明に係る切断工具の製造方法を説明するフロー図である。 本発明に係る切断工具を製造するときに使用されるカーボン製の下型、中型、上型に基板を装填した状態を示す断面図である。 （ａ）は本発明に係る他の形態を示す切断工具の平面図、（ｂ）は（ａ）の断面図である。 （ａ）は本発明に係る他の形態を示す切断工具の平面図、（ｂ）は（ａ）の断面図である。 本発明に係る切断工具の製造方法を説明するフロー図である。 （ａ）は本発明に係る他の形態を示す切断工具に係る平面図、（ｂ）は、その断面図、（ｃ）はその使用状況を示す説明図である。 従来の切断工具を示し、（ａ）は切断工具の平面図、（ｂ）は（ａ）の断面図である。 従来の切断工具を示し、（ａ）は切断工具の正面図、（ｂ）は（ａ）に示すＡ−Ａ線の断面図である。

符号の説明

１ 基板
１ａ 表面
１ｂ 裏面
１ｃ 取付穴
１ｄ 窪み
２ 切刃部
３ スリット溝
５，１５，２５，３５ 基板保護材
５ａ，１５ａ，２５ａ 基材
５ｂ，１５ｂ,２５ｂ 砥粒
６ 位置決めピン
７ 下型
８ 中型
９ 上型
１０,１１,１２,１３ 切断工具（ダイヤモンドカッター）
２０ 切断工具（ダイヤモンドカッター）
２１ 基板
２２ 切刃部

Claims (2)

1. 円盤状の基板の外周面にその基板よりも肉厚に焼結して配設される切刃部を設け、前記基板の表裏面に基板保護材を配設し、前記基板保護材の上面を前記切刃部の上面よりも低く設定した切断工具において、
   前記基板保護材は、前記基板に固着された基材と、この基材の上面に設けられた砥粒と、から構成され、
   前記基板が鉄板であり、前記基材が銅薄板であり、
   前記基板と、前記基板にスポット溶接または糊付して仮留めされ、メタルボンドによって表面に砥粒を塗布したシート状の円形に形成した前記基材からなる前記基板保護材と、前記切刃部とをプレスをかけて加圧した状態で焼結して前記基板に固着したことを特徴とする切断工具。
2. 金属薄板からなる基材と、この基材の上面に設けられた砥粒からなる前記基板保護材を所望のサイズ形状に成形する第１工程と、
   基板の表裏面に前記基板保護材をスポット溶接または糊付して仮留めするとともに、前記基板の外周面に前記基板と前記基板保護材を合わせた厚さよりも肉厚の粉末焼結材からなる切刃部を配置して仮留めする第２工程と、
   前記基板保護材と前記基板が仮留めされた状態、および、前記切刃部を型に装填して前記基板と前記切刃部が仮留めされた状態で、プレスをかけて加圧する第３工程と、
   前記型を高温にしてメタルボンドよって表面に砥粒を塗布したシート状の前記基板保護材と前記切刃部とを前記基板に焼結する第４工程と、
   を含むことを特徴とする切断工具の製造方法。

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