JP5190771B2 - カッター - Google Patents

Description

本発明は、ディスクグラインダ等の回転工具に取付けられて使用されるカッターに関する。

一般に切断用のカッターは、円板状の基板と、その外周縁に形成された複数の刃部から構成される。この刃部は、例えば切削刃部材である多数のチップを、円周方向に所定ピッチで基板に固着または溶接にて外周縁部分にて固定される。

カッターの切削性能は、チップの厚さ、ダイヤモンドをはじめとする切削用砥粒の粒径とその含有量、切削用砥粒を固定するボンドの磨耗および強度特性、チップの形状に左右される。切削作業においては粉塵の発生や騒音を伴うため、短時間で効率良く切断できるカッターの要求が強く、この要求に対して切り刃形状の改善の他に切断面積を少なくする手法、すなわちチップの厚さを薄くすることで切削面積を少なくしたカッターの開発がなされている。切断スピードを速くするためには、基板外周部に接合されるチップの厚さを薄くして、切断時の切削抵抗を小さくすれば良いことは周知のことである。しかし、チップを薄くするには基板を薄くする必要があるが、基板が薄くなるとその剛性が低くなる。そのため、基板に焼き入れ材を用いることで強度向上を図っているが、それでも更なる基板の薄板化の要求が高い。

基板を薄くすると基板の剛性が不足し、被削材を切断加工すると摩擦熱により熱膨張して内部に応力を生じたり、切断時の力が加わって撓みが発生し、狙った切断線上を真っ直ぐ切断することが難しいという問題が生じ、切断性能が低下する。また、基板の振動に起因する騒音が大きくなるおそれがある。

基板の撓みを防止する技術として、特許文献１には、２枚以上の金属板を張り合わせて基板を構成するカッターが開示されている。

特開平１１‐２３５６７１号公報

特許文献１に記載のカッターは、基板の撓みを防止することに効果があるものの、外径の等しい２枚の基板を貼り付けて、それらの外周にチップを接合しているため、チップの厚さは貼り合わせた基板２枚分の厚さよりも厚くなる。そのため、切削抵抗が大きくなり、切断スピードを速くすることが難しかった。

本発明の目的は、全体としての剛性を低下させることなく、基板やチップを薄くできるカッターを提供することにある。

本発明の別の目的は、切断時の基板の撓みを抑制し、切り曲がりのないまっすぐな切断が可能なカッターを提供することにある。

本発明の別の目的は、切断時に発生する基板の振動を減衰させ、振動や振動に起因する騒音を低減できるカッターを提供することにある。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの特徴を説明すれば、次の通りである。

本発明の一つの特徴によれば、取付け穴が形成された略円形の基板と、基板の外周側に接合された砥粒を含むチップを備えたカッターにおいて、基板よりも薄い板厚で外径が小さく、取付け穴を有する小径板を基板とこれらの回転中心が一致するように同心に重ね、基板と小径板を、小径板の内径から外径までの距離の中間より内周側において固定するとともに、小径板の内径から外径までの距離の中間より外周側において非固定とした。小径板は略円形であり、完全な円形を含むのはもちろんであるが、チップを形成した後に外径が円形になるカッターの基板用であれば、チップ取り付け用の突出を有する基板であっても、ここでは略円形というものとする。小径板の直径は、カッターの直径から最大切断深さを引いた径よりも小さくする。そして、基板と小径板は、取付けられる回転工具のフランジによる固定領域と重複する位置、又は、固定領域のすぐ外側の重複しない位置で溶接または接着にて固定される。溶接は電気溶接、ろう付けなど、任意の溶接方法を用いることができる。

本発明の他の特徴によれば、小径板は単なる平板では無く、回転工具のフランジによる固定領域と重複する位置から外周部の間に凹凸や隆起部を形成する、又は、外径が角位置によって変化する、例えば歯車状や星形であるように構成する。この際、小径板の最外周領域において基板と接触するとともに、最外周領域より内径側において、基板と離間するように形成されると良い。

請求項１の発明によれば、基板よりも外径が小さく、同径の取付け穴を有する小径板を前記基板の片側のみに基板と同心に重ね、基板と小径板を内周側において固定するとともに、中間より外周側において非固定とするので、基板の厚さを薄くすることができ、その結果チップが薄いカッターを実現でき、切断スピードを速くすることができる。また、基板が薄くても、小径板の重ね合わせによりカッター全体の剛性が高まり、切断時の基板の撓みを押さえることができ、切り曲がりのない、真っ直ぐな切断を行うことができる。

請求項２の発明によれば、カッターが取付けられる回転工具のフランジによる固定領域と重複する位置で、基板と小径板が固定されるので、切断時に基板が撓もうとした場合、小径板の外周部側面と圧接状態となり、基板の撓みが規制される。また、基板と小径板の当接面が僅かに擦れることで、切断時に発生する基板の振動が減衰され、切断時の振動・騒音を低減できる。

請求項３の発明によれば、カッターが取付けられる回転工具のフランジによる固定領域の外側の近傍において、基板と小径板が固定されるので、切断時に基板が撓もうとした場合、小径板の外周部側面と圧接状態となり、基板の撓みが規制される。また、基板と小径板の当接面が僅かに擦れることで、切断時に発生する基板の振動が減衰され、切断時の振動・騒音を低減できる。

請求項４の発明によれば、小径板の最大径を、カッターの直径から最大切断深さを引いた径よりも小さくするので、小径板の外周部が被削材に接触することが無く、切削に影響を与えずにカッター全体の剛性を高めることができる。

請求項５の発明によれば、小径板を円形にしたので、カッターの角位置によって重量が変化せずに、回転時のバランスをとりやすくなる。

請求項６の発明によれば、小径板には凹凸が形成されるので、切断時の放熱性を向上させることができ、蓄熱によるチップ材質の劣化を抑制し、カッターの寿命を延ばすことができる。

請求項７の発明によれば、小径板は、最外周領域において、基板と接触するように固定されるとともに、最外周領域より内径側において基板と離間するように形成されるので、基板と小径板の当接面が擦れることで、切断時に発生する基板の振動が減衰され、切断時の振動・騒音を低減することができる。

請求項８の発明によれば、小径板は、外周の輪郭が歯車形または星形であるので、基板の外周部の形状に伴い撓みやすいところに小径板が突出するように構成でき、基板撓みやすい箇所と小径板を積極的に当接させることができ、切断時に発生する基板の振動が減衰され、切断時の振動・騒音を低減することができる。また、その最大径は前記カッターの直径から最大切断深さを引いた径よりも小さいので、小径板がカッターの切削に影響を与えることがない。

本発明の上記及び他の目的ならびに新規な特徴は、以下の明細書の記載及び図面から明らかになるであろう。

本発明に係るカッター１の実施形態を、図１〜図３を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態に係るカッターの外観を示す図で、（１）はその正面図、（２）はその側面図である。図２は、本発明の実施形態に係るカッターの外観を示す斜視図である。図３は、図１のカッターの部分拡大図で、（１）はチップ４の取付け部付近の拡大図、（２）は隆起部３ｂ付近の拡大図である。

図１、２において、基板１は、中心に回転工具への取付け用の取付け穴２が形成された１枚の薄い円形の金属板であり、強度向上を図るため、例えば焼き入れ材を用いる。基板１の外周部には、複数のチップ４が接合される。チップ４は、ダイヤモンドを主とする硬質の砥粒をＷ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｓｎ、Ａｇ、などの金属粉体を混合したボンドにより焼結したものである。カッターの直径は、例えば１２５ｍｍであり、１０，０００〜１１，０００回転／分程度で回転させる。しかし、カッターの直径は切断対象に応じて、小径のものから大径のものまで様々である。

基板１と小径板３が同心円状に重ね合わせられる。小径板３は、基板１と同軸、同径の取付け穴３ｄを有する１枚の薄い円形の金属板であり、取付け穴３ｄの近傍付近で、複数箇所の点溶接５が施されることによって、基板１に貼り合わされる。点溶接５を施す箇所の数は、図１では６カ所であるが、基板１と小径板３の大きさに合わせて、或いは、製造上の容易性からその数を選択し、複数箇所とすれば良い。点溶接５を施す箇所は、取付け穴３ｄの外周側であって、その近傍であることが好ましく、図１の例では、図示しない回転工具に装着した際に、回転工具のフランジが接する位置の外径位置６よりも、内周部であるのが最も好ましい。しかしながら、点溶接５を施す箇所は、フランジの外径位置６上、あるいは、外径位置６よりもやや外周側であっても良い。

基板１の外周部のチップ４には、スリット８が形成される。チップ４は、図３（１）に示すように、基板１の外周よりも先端側に、突出するように取付けられた、その断面形状が略長方形状である。この長方形状の短辺の長さを短くする、即ちチップの厚さを薄くすると、被削材に食い込みやすく、切断面積を小さくすることができ、作業性が向上する。

小径板３は、その表面積を大きくするための任意の形状の凹凸又は隆起が施される。本実施形態では、小径板３の円周上に連続した波形の隆起部３ｂが形成される。また、隆起部３ｂの外周側、即ち、小径板３の外周部３ａの側面は、図３（２）に示すように、基板１の側面１ａに接触させるか、又は、微少距離をもって隣接させる。隆起部３ｂは、回転工具への取付けに影響がでない程度に大きくとることにより、空気と触れる表面積が大きくなり、冷却効果を向上できる。隆起部３ｂの大きさは作業性、チップ４の寿命など目的に応じて決定できる。

小径板３の外径は、基板１の最大切り込み深さ位置７よりも小さくする。ここで、最大切り込み深さＸ（図１）は、カッターの外径から回転工具の取付け部分の大きさを引いて、２で割った値である。回転工具の取付け部分の大きさは、例えば、ディスクグラインダのキヤカバー外径などであり、使用する回転工具によってその大きさは異なる。

このように小径板３の大きさを制限したことによって、回転工具を最大切り込み深さＸで使用した場合でも、小径板３は被削材に接触しない。このように小径板３は被削材に接触しないため、小径板３の半径方向中間部分の形状は比較的自由度があり、例えば、本実施形態の隆起部３ｂの隆起の高さ、即ち軸方向の厚さは、チップ４の部分の厚さを超えても良い。図１（２）では、隆起部３ｂと基板１を合わせた厚さは、チップ４の厚さよりも厚くなっている。

次に、本実施形態による小径板３を用いる効果について説明する。図４は、本実施形態に係るカッターの動きを説明するための模式図であり、寸法などは正しく描かれていない。図４（１）は、被削物を切断していない段階での位置関係を示す。図４（１）において、小径板３は、最内周から外周に向かって平坦部３ｃ、隆起部３ｂ、平坦部３ａが形成される。平坦部３ｃは点溶接５をするためと回転工具に取り付ける取り付け面とするために形成されるもので、小径板３の内周側に形成される。隆起部３ｂは主に小径板３の外周側に形成されるが、外周側だけでなく内周側に延びるように配置しても良い。平坦部３ａは小径板３の最外周側に形成するもので、その側面が基板１と接触させる面となる。このカッターは、図４（１）では回転工具のモータが右側、カッターを押さえるフランジが左側から固定されると好ましい。尚、説明の便宜上、基板１と小径板３の間に隙間が空いているように描いているが、実際には接触しているか、又は、きわめて微少な隙間で両者は隣接している。

本実施形態によるカッターを使って被削材を切断すると、切断時には基板１が軸方向に撓むことにより振動する。図４（２）は左側に撓んだ状態を示す。このように切断時に基板１が撓もうとすると、小径板３の外周部３ａの側面と基板１の側面の部分領域１ａが圧接状態となり、基板１の撓みが規制される。また、切断時に発生する基板１の振動により、基板１と小径板３の当接面とが僅かに擦れる。その結果、小径板３は板バネと同様の作用で制震作用を果たすことができる。この制震作用を効果的にするために、小径板３には隆起部３ｂが形成されており、この隆起部３ｂの形状や、小径板３の材質を工夫することによって板バネとしての効果を向上させることができる。尚、小径板３の材質は、ばね性の高い材料が好ましく、例えばばね鋼が好ましい。また、小径板３は基板１と必ずしも同等の強度を有する必要はなく、基板１とは異なる材質からなるようにしても良い。また、小径板３の厚さは、基板１と必ずしも同じである必要はなく、基板１に比べて薄い板厚としても良い。

図４（３）は右側に撓んだ状態を示す。この場合は、小径板３の作用がないために、この方向に対する制震作用はほとんど期待できない。しかしながら、基板１の振動は必ず左側と右側に及ぶ振幅を有する振動であるので、左側だけの振幅を制震するだけでも、全体としての制震作用は大きいものである。尚、右側への撓みを押さえるために、基板１の両面、すなわち、右側にも小径板３を設けることも考えられる。このようにすれば、制震効果としては非常に好ましいが、基板を３枚重ねることにより厚くなりすぎて回転工具の取付け部のフランジに取付けられなくなるおそれがあること、コストが上昇してしまうこと、カッターが重くなり操作性が悪くなってしまうこと、などの理由から好ましくない。尚、これらの欠点が問題にならないような状況下においては、小径板３を基板１の両側に設けるようにしても良い。

本実施形態によれば、基板全体としての剛性を低下させることなく、外周部にチップ４を接合する基板１を薄くすることができるので、チップ４の厚さを薄くすることができる。このため、チップ４の薄いカッターが提供でき、コンクリートやタイルなどの切断作業において、切断スピートが速くなり、作業効率を向上させることができる。さらに、小径板の重ね合わせにより、基板全体の剛性が高くなるため、切断時の基板１の撓みが抑制され、切り曲がりのない、真っ直ぐな切断が可能になる。

また、基板１と小径板３の当接面が僅かに擦れることで、切断時に発生する基板１の振動が減衰され、振動が低減されると共に、振動に起因する騒音も低減することができる。さらに、小径板３に波形などの凹凸形状を施して表面積を大きくすることができるので、切断時の放熱性を向上させ、蓄熱によるチップ材質の劣化を抑制し、カッターの寿命を延ばすことができる。また、凹凸形状にしたことにより切断時に小径板がフィンの役割を果たし、半径方向外方への風を発生させるため、チップ４の更なる放熱性の向上と、発生する切り粉を効率良く排出することが可能になる。

次に図５を用いて、溶接箇所について説明する。図５は、本実施形態に係るカッターの溶接箇所を説明するための図である。図５においては、説明の便宜上チップ４の記載を省略している。また、寸法を除いて各部を模式的に記載している。図５において、基板１と小径板３は、３カ所の点溶接５によって接合される。点溶接される箇所は、ある程度の直径を有する円領域であり、（１）の例では回転工具の取付け部のフランジ（図示せず）の外径位置６より内周側に位置し、（２）の例では外径位置６と重複する位置にあり、（３）は外径位置６の近くの外周側に位置する。前述したように、小径板３のバネ効果は、主に点溶接した箇所から小径板の外周までの距離ｂの範囲で発揮されるため、（３）の最内周から点溶接した箇所までの距離ａと距離ｂの大きさがａ＜ｂの関係であることが望ましい。従って、本実施例では（１）〜（３）のいずれの溶接箇所も、小径板を内周側（ａ＜ｃ／２）に配置している。

尚、上述の条件から外れても距離ｂがある程度確保されていればバネ効果を有する。一方、ａ＞ｂとすると基板１と小径板３を強固に接合することになるので基板の強度アップが図れる。よって基板の強度アップを目的とするか、基板の振動防止を目的とするかに応じてａとｂの長さ関係を適宜設定すればよい。また、点溶接される箇所の数は、本実施形態では３つであるが、複数以上であれば任意の箇所で接合しても良い。また、実施形態では点溶接する箇所をすべて同じ半径の円周上に配置したが、必ずしもこれに限定されずに、複数の半径の円周上に配置するようにしても良い。

次に図６を用いて、本発明の第２の実施形態を説明する。第２の実施形態では、いわゆるセグメントタイプのカッターで、スリット１８を有する略円形の基板１１に小径板１３を重ねて、３カ所の点溶接５で接合したものである。前述した第１の実施形態と異なり、ここでは小径板１３には凹凸はなく、平らな板である。しかし、その外径は、円でなく、外側に突出する突出部１３ａと内側に窪んでいる引っ込み部１３ｂが交互に形成された、いわば歯車のような形状である。基板１１と小径板１３は、接触した状態で接合されるか、或いは、ほんの僅かな隙間を有するように接合される。本実施形態においては、切削時に基板１１が振動した際に、小径板１３の突出部１３ａが基板１３に接触することによって制震作用を果たす。特に、本実施形態では、基板１自体にスリット１８が形成されたセグメントタイプのカッターであるので、各セグメント部の振動が出やすい。よって、基板１のブレード状に延在している箇所に突出部１３ａが位置し、引っ込み部１３ｂはスリット１８の穴１９に対応する位置になるように配置すれば、振動する各セグメントを効果的に制振することができる。

第２の実施形態では、小径板１３は平板であるので製造コストを安くすることができ、小径板１３の外周部の形状を、基板１１の形状に対応させるだけで良く、簡単な構成で切断時の基板の撓みを押さえることができる。尚、小径板１３の形状は、歯車のような形状だけにとどまらず、星形、花形、正多角形など、円ではない形状でも良いが、小径板１３もカッターと共に回転する関係上、回転させてもバランスのとれる形状であることが望ましい。

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、基板の厚さを薄くしてチップ厚さも薄いカッターとすることができ、切断スピードを速くすることができる。また、基板が薄くても、小径板の重ね合わせによりカッター全体の剛性が高まり、切断時の基板の撓みを押さえることができ、切り曲がりのない、真っ直ぐな切断を行うことができる。

さらに、本発明によれば、切断時に基板が撓もうとした場合、小径板の外周部側面と圧接状態となり、基板の撓みが規制される。また、基板と小径板の当接面が僅かに擦れることで、切断時に発生する基板の振動が減衰され、切断時の振動・騒音を低減することができる。

以上、本発明を示す実施形態に基づき説明したが、本発明は上述の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。

たとえば、小径板３、１３の取付け穴３ｄ、１３ｄの大きさは、基板１、１１の取り付け穴２、１２と完全に同じである必要はなく、異なってもよい。一般に基板１、１１の取り付け穴２、１２はカッターとしての取り付け位置あわせに重要であるが、小径板３、１３の取付け穴３ｄ、１３ｄは取り付け位置あわせにはさほど重要ではないので、取り付け穴２、１２よりもやや大きくしても良い。また、小径板３、１３の取付け穴３ｄ、１３ｄを比較的大きめにして、フランジの外径位置６よりも大きくしても良い。

さらに、本実施形態では、いわゆるリムタイプの基板１（図１）には外形が円形の小径板３を用い、いわゆるセグメントタイプの基板１１（図６）には外形が歯車形の小径板１３を用いたが、これらの組み合わせはこれらに限られず、違う組合せであっても良い。

本発明の実施形態に係るカッターの外観を示す図で、（１）はその正面図、（２）はその側面図である。 本発明の実施形態に係るカッターの外観を示す斜視図である。 図１のカッターの部分拡大図で、（１）はチップ４の取付け部付近の拡大図、（２）は隆起部３ｂ付近の拡大図である。 本実施形態に係るカッターの動きを説明するための模式図である。 本実施形態に係るカッターの溶接箇所を説明するための図である。 本発明の第２の実施形態に係るカッターの外観を示す図で、（１）はその正面図、（２）はその側面図である。

符号の説明

１、１１ 基板 ２、１２ 取付け穴 ３、１３ 小径板
３ａ （小径板の）外周部 ３ｂ（小径板の）隆起部
３ｃ （小径板の）平坦部 ３ｄ（小径板の）取付け穴
４ チップ ５ 点溶接 ６ （フランジの）外径位置
７ 最大切り込み深さ位置 ８ スリット １３ａ （小径版の）突出部
１３ｂ （小径版の）引っ込み部 １３ｄ （小径板の）取付け穴
１４ チップ １８ スリット １９ 穴

Claims (8)

1. 取付け穴が形成された略円形の基板と、該基板の外周側に接合された砥粒を含むチップを備えたカッターにおいて、
   前記基板よりも薄い板厚で外径が小さく、取付け穴を有する小径板を前記基板と同心に重ね、
   前記基板と前記小径板を、前記小径板の内径から外径までの距離の中間より内周側において固定するとともに、前記小径板の内径から外径までの距離の中間より外周側において非固定としたことを特徴とするカッター。
2. 前記基板と前記小径板は、取付けられる回転工具のフランジによる固定領域と重複する位置で、固定されることを特徴とする請求項１に記載のカッター。
3. 前記基板と前記小径板は、取付けられる回転工具のフランジによる固定領域の外側の近傍において、固定されることを特徴とする請求項１に記載のカッター。
4. 前記小径板の最大径は、前記カッターの直径から最大切断深さを引いた径よりも小さいことを特徴とする請求項２又は３に記載のカッター。
5. 前記小径板は円形であることを特徴とする請求項４に記載のカッター。
6. 前記小径板は、凹凸が形成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のカッター。
7. 前記小径板は、最外周領域において、前記基板と接触するように固定されるとともに、前記最外周領域より内径側において、前記基板と離間するように形成されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のカッター。
8. 前記小径板は、外周の輪郭が歯車状または星形であることを特徴とする請求項４に記載のカッター。
   

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