JP5486629B2 - 脆性棒状部材の割断支援具及び割断方法 - Google Patents

Description

本発明は、脆性棒状部材の割断支援具及び割断方法に係り、特に、軸線に対して傾斜した端面を有する脆性棒状部材を得るための脆性棒状部材の割断支援具及び割断方法に関する。

従来、脆性棒状部材の一例であるガラス棒を切断するための装置として特許文献１や特許文献２に記載されたものがある。

特開平６−０９２６６４号公報 特開平７−３００３３０号公報

特許文献１，２に記載された各装置は、ガラス棒の軸線に直交するきれいな切断面を得ることができるものであるが、軸線に傾斜した切断面を得ることはできない。
端面が軸線に対して傾斜しているガラス棒は、種々の用途で有用であり、このようなガラス棒は低コストで簡単に得られることが望まれている。
しかしながら、傾斜端面を有するガラス棒のような脆性棒状部材を素部材から得ようとする場合、各特許文献に記載されたいずれかの装置を利用し、素部材を切断刃面に対して傾斜保持して切断を行うことが検討される。
しかしながら、各特許文献に記載された装置を利用すると、構造が複雑で大がかりになるので高コストである。また、いずれも動力を必要とするため、切断作業が準備を含めて容易とは言えず、特に、作業現場での切断作業が行い難いという問題点が生じる。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、傾斜端面を有する脆性棒状部材を低コストで容易に得るための脆性棒状部材の割断支援具及び割断方法を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明は次の構成及び手順を有する。
１） 脆性の棒状部材(G)の周面(Gs)に割断のための溝(M)を形成する脆性棒状部材の割断支援具であって、
前記棒状部材(G)を周方向で三点支持可能なよう配置された一対のテーパーローラ(7a,7b)及び円盤状の切り込み刃(5)を有し、
前記一対のテーパローラ(7a,7b)は、前記三点支持した状態の前記棒状部材(G)の一方端側に向かうに従ってその軸線(CLG)から離れるように傾斜した回転軸(CL7a,CL7b)まわりに回転自在とされ、
前記切り込み刃(5)は、前記軸線(CLG)を含む平面と平行な平面内で前記軸線(CLG)と直交する平面(CLG2)に対して所定角度(β)傾斜した回転軸(CL5)まわりに回転自在とされ、
前記三点支持した状態の前記棒状部材(G)を回転させることで、前記棒状部材(G)が前記軸線(CLG)方向に移動しつつ前記切り込み刃(5)により前記周面(Gs)に前記溝(M)を螺旋状に形成可能なよう構成されていることを特徴とする脆性棒状部材の割断支援具(51)である。
２） 保持部(Hz)によって保持した脆性の棒状部材(G)の表面(Gs)に溝(M)を形成し、前記棒状部材(G)を前記溝(M)に沿って割断する脆性棒状部材の割断方法であって、
前記保持部(Hz)は、前記棒状部材(G)を三点支持する一対のテーパローラ(7a,7b)と切り込み刃(5)とであって、前記一対のテーパローラ(7a,7b)を、前記三点支持した前記棒状部材(G)の一方端側に向かうに従ってその軸線(CLG)から離れるように傾斜した回転軸(CL7a,CL7b)まわりに回転自在とすると共に、前記切り込み刃(5)を、前記軸線(CLG)を含む平面と平行な平面内で前記軸線(CLG)に直交する平面(CLG2)に対して所定角度(β)傾斜した回転軸(CL5)まわりに回転自在としており、
前記棒状部材(G)を、前記一対のテーパローラ(7a,7b)と前記切り込み刃(5)とにより周方向に三点支持する支持ステップと、
前記棒状部材(G)を、所定の回転方向(DR2)に所定の角度範囲(α)だけ回転させて前記切り込み刃(5)によって前記棒状部材(G)の表面(Gs)に前記所定の角度範囲(α)に対応した長さの螺旋状の溝(M1)を形成する溝形成ステップと、
前記棒状部材(G)を、前記溝(M1)を開く方向に曲げて、前記溝(M1)に沿う傾斜破断面(Gs1)で割断する割断ステップと、
を含むことを特徴とする脆性棒状部材の割断方法である。
３） 前記所定の角度範囲(α)を、１８０°以下とすることを特徴とする２）に記載の脆性棒状部材の割断方法である。

本発明によれば、傾斜端面を有する脆性棒状部材を低コストで容易に得ることができる、という効果が得られる。

本発明の脆性棒状部材の割断支援具の実施例を説明するための外観斜視図である。 本発明の脆性棒状部材の割断支援具の実施例で脆性棒状部材を保持した状態を説明するための斜視図である。 本発明の脆性棒状部材の割断支援具の実施例の要部を説明するための図である。 本発明の脆性棒状部材の割断支援具の実施例で形成可能な溝について説明するための図である。 本発明の割断方法の実施例で形成する溝説明するための図である。 本発明の割断方法の実施例で形成する溝を説明するための斜視図である。 本発明の割断方法の実施例で割断した脆性棒状部材の一方を説明する斜視図である。

本発明の実施の形態を、好ましい実施例により図１〜図７を用いて説明する。
図１は、本発明の脆性棒状部材の割断支援具の実施例であるカッタ５１を示す外観斜視図である。図２は、カッタ５１の使用状態を説明する斜視図である。この実施例では、脆性棒状部材の例としてガラス棒Ｇを説明する。

図１において、カッタ５１は、基部１と、基部１に一体的に取り付けられ作業者が把持するグリップ部２と、基部１からグリップ部２とは反対側に延出した略アーチ状の腕部３と、を有している。
基部１には、刃ホルダ４がグリップ部２とは反対側において矢印ＤＲ１方向に移動自在に設けられている。刃ホルダ４の先端側には、円盤状の切り込み刃５が回転軸線ＣＬ５まわりに回転自由に取り付けられている。
刃ホルダ４は、送りノブ９を回すことでその回転方向に応じて基部１に対して矢印ＤＲ１方向に出入りし、セットスクリュ６によって所望の位置で固定できるようになっている。
腕部３の先端側には、一対のテーパローラ７ａ，７ｂを有するガイド部８が設けられている。
テーパローラ７ａ，７ｂは、それぞれ回転軸線ＣＬ７ａ，ＣＬ７ｂまわりに回転自在とされている。テーパローラ７ａ，７ｂの側面７ａ１，７ｂ１（テーパ面）は、その軸線に対して角度θａで傾斜している（図３参照）。
テーパローラ７ａ，７ｂにおいて側面７ａ１，７ｂ１を含む部位は、例えばゴム，樹脂，又は金属で形成されている。

ガラス棒Ｇの割断にカッタ５１を利用する。まず、刃ホルダ４を基部１側に縮めた状態で、一対のテーパローラ７ａ，７ｂと切り込み刃５との間にガラス棒Ｇを収め、その後、刃ホルダ４を伸ばしてテーパローラ７ａ，７ｂと切り込み刃５とで当接保持させる。
すなわち、ガラス棒Ｇは、一対のテーパローラ７ａ，７ｂと切り込み刃５とからなる保持部Ｈｚにより周方向で三点支持される。
この状態で、テーパローラ７ａ，７ｂ及び切り込み刃５とガラス棒Ｇとの当接関係は、図３に示されるようになっている。

図３（ａ）は、ガラス棒Ｇと、代表として一方のテーパローラ７ａとの当接関係を説明する図である。
テーパローラ７ａの軸線ＣＬ７ａは、ガラス棒Ｇの軸線ＣＬＧを含む平面に含まれガラス棒Ｇの軸線ＣＬＧに対して角度θａで傾斜して設定されている。
換言するならば、一対のテーパローラは、三点支持した状態の棒状部材の一方端側に向かうに従ってその軸線から離れるように角度θａで傾斜した回転軸まわりに回転自在とされている。
これにより、テーパローラ７ａの側面７ａ１は、ガラス棒Ｇの表面Ｇｓに対し、軸線ＣＬＧに平行な線上で概ね線接触するようになっている。これらの当接関係は、テーパローラ７ｂについても同様である。

図３（ｂ）は、ガラス棒Ｇと切り込み刃５との当接関係を説明する図である。より詳しくは、両者の接触点Ｐを通る法線の外方側から見た図である。
切り込み刃５の回転軸線ＣＬ５は、ガラス棒Ｇの軸線ＣＬＧと平行な平面に含まれて延在し、かつ軸線ＣＬＧに対して角度θｂで傾斜している。

図３（ｃ）は、テーパローラ７ａ，７ｂ及び切り込み刃５のガラス棒Ｇに対する周方向位置を説明する図であり、ガラス棒Ｇの軸線ＣＬＧ方向から見た図である。
切り込み刃５は、テーパローラ７ａの中心ＣＴＲ７ａとガラス棒Ｇの中心ＣＴＲＧとを通る直線ＬＮ１と、テーパローラ７ｂの中心ＣＴＲ７ｂとガラス棒Ｇの中心ＣＴＲＧとを通る直線ＬＮ２と、の間の、各テーパローラ７ａ，７ｂに対して中心ＣＴＲ７ａを挟んだ反対側でガラス棒Ｇに当接するようになっている。

次に、ガラス棒Ｇを斜め割断する手順について説明する。カッタ５１は、この斜め割断を簡便に行うための道具として使用される。
斜め割断に際しては、切り込み刃５をガラス棒Ｇに所定の力で押しつけるように（表面Ｇｓに溝Ｍが形成できるように）刃ホルダ４の位置決めをして固定しておく。
この状態は図２に示されている。以下の説明における前後方向を、図２の矢印で示される方向に規定する。

＜割断の手順＞
まず、この図２に示される状態において、ガラス棒Ｇを軸線ＣＬＧまわりの一方向に回転させる。ここでは、例えば矢印ＤＲ２方向に回転させる。

この回転において、まず一対のテーパローラ７ａ，７ｂの接触を考える。すなわち、ガラス棒ＧのＤＲ２方向の回転に伴い、その表面Ｇｓとテーパローラ７ａの側面７ａ１，７ｂ１との摩擦力によってテーパローラ７ａ，７ｂは共に矢印ＤＲ３方向に回転する。
すると、テーパローラ７ａ，７ｂは、ガラス棒Ｇの軸線ＣＬＧに対して角度θａだけ傾斜した回動軸線ＣＬ７ａ，ＣＬ７ｂまわりに回転するので、例えば一回転した際の接触距離は、前方側よりも後方側の方が長くなる。
そのため、ガラス棒Ｇは、後方側が図２の手前側に来るように（矢印ＤＲ４参照：〔図３（ａ）も参照〕）その姿勢を回転させようとする。
しかしながら、図３（ｃ）に示されるように、ガラス棒Ｇは、一対のテーパローラ７ａ，７ｂ及び切り込み刃５により保持されその矢印ＤＲ４方向の姿勢回転が規制される。
その結果、テーパローラ７ａ，７ｂの側面７ａ１，７ｂ１とガラス棒Ｇの表面Ｇｓとの間で前後方向のすべりが生じ、ガラス棒ＧはＤＲ２方向に回転しつつ前方に向け移動する（矢印ＤＲ５参照）。

一方、切り込み刃５は、その回転軸線ＣＬ５がガラス棒Ｇの軸線ＣＬＧに対して角度θｂで傾いており、かつ、刃先がガラス棒Ｇの表面Ｇｓに食い込んでいるので、ガラス棒Ｇの矢印ＤＲ５方向の移動速度は実質的に切り込み刃５により規制されて一定となる。
ここにおいて、テーパローラ７ａ，７ｂの傾斜した角度θａに起因して生じる移動の移動速度との差は、上述の側面７ａ１，７ｂ１と表面Ｇｓとの間のすべりに吸収される。

以上の結果、ガラス棒Ｇの回転に、伴い切り込み刃５によってガラス棒Ｇの表面Ｇｓに前後方向に傾いた溝Ｍが刻まれる。

この溝Ｍについて図４を参照して詳述する。図４（ｂ）はガラス棒Ｇの側面図であり、図４（ａ）はガラス棒Ｇの周面を展開して平面化した図であり、図４（ｃ）は、溝Ｍに直交する面で切断した溝Ｍの断面図である。

ガラス棒Ｇの直径をＤａとすると、図４（ａ）の展開図において表面Ｇｓの幅はπＤａとなる。切り込み刃５による表面Ｇｓへの切り込みは、ガラス棒Ｇの軸線ＣＬＧに直交する面に対し角度βで傾いた姿勢で上述したテーパローラ７ａ，７ｂの作用によりガラス棒Ｇが軸線方向（矢印ＤＲ５）にも移動しつつ行われる。
そのため、仮に、切り込み刃５でガラス棒Ｇの全周にわたり溝Ｍを形成したとすると、溝Ｍは、この展開図において軸線ＣＬＧに相当する軸線ＣＬＧ１に直交する平面ＣＬＧ２に対して角度βで傾いた直線状となる。

この全周にわたる溝Ｍは、ガラス棒Ｇの側面視で図４（ｂ）に示されるように略螺旋状を呈するので、ガラス棒Ｇの一回転で両端は繋がらない。
すなわち、溝Ｍの形跡は、ガラス棒Ｇをある傾斜平面で切断してできる端面の周縁部形状とは一致しない。
また一方、一般的にガラス棒は、表面にその表面と直交する方向に切り込まれた溝が設けられ、その溝を中心として溝を開く方向に引っ張りつつ折り曲げられると、概ね表面に対して直交する方向に脆性的に破断する。

そこで、実施例においては、切り込み刃５の刃の断面形状を、溝Ｍの断面が図４（ｃ）に示されるように、ガラス棒Ｇの表面Ｇｓに対して直交する方向に切り込まれるものとし（溝Ｍの最奥位置Ｍｐが直交する線ＬＮ３上にある）、切り込み刃５によって周方向の半周（１８０°）以下の角度αの範囲にのみ溝Ｍ（以下、溝Ｍ１と称する）を設け、その溝Ｍ１を中心としてその溝Ｍ１を開く方向に引っ張りつつ折り曲げることで斜め割断を行うようにしている。
これについて、図５を参照して説明する。

図５（ｂ）はガラス棒Ｇの側面図であり、図５（ａ）はガラス棒Ｇの周面を展開して平面化した図であり、図５（ｃ）は、図５（ｂ）における矢視Ｙ図である。
ここではα＝１２０°とし、周方向の角度１２０°の範囲にのみ溝Ｍ１を設けた例を説明する。
図５（ａ）に示されるように、溝Ｍ１を、ガラス棒Ｇの軸線ＣＬＧに相当する軸線ＣＬＧ１に直交する平面ＣＬＧ２に対して角度βで傾斜し、その形成範囲は図５（ｂ），（ｃ）に示されるように、軸線ＣＬＧに対し直交する平面における周方向の角度α（＝１２０°）に対応した範囲にのみ（長さでのみ）形成する。
すなわち、図２に示される保持状態において、切り込み刃５により切り込みを行いながらガラス棒Ｇを１２０°回転させたところで停止し、刃ホルダ４を基部１側に移動させて切り込み刃５とガラス棒Ｇとの当接を解除する。

図６は、ガラス棒Ｇに溝Ｍ１を形成した状態を示す斜視図である。
周方向の角度αの範囲に溝Ｍ１を形成したら、溝Ｍ１を中心として軸線ＣＬＧ方向に引っ張り（矢印ＤＲ６）つつ溝Ｍ１を開くように折り曲げる（矢印ＤＲ７）。
これにより、ガラス棒Ｇは、図７に示されるように、溝Ｍ１を周縁の一部に含む傾斜した破断面Ｇｓ１で破断し、ガラス棒Ｇは割断される。図７では割断した一方側のみ示されている。

以上の手順により、カッタ５１を用いることで、ガラス棒Ｇを斜め割断を容易に行うことができる。
破断面Ｇｓ１は、厳密には平面状の傾斜面ではないので、平面状の傾斜面を得る場合には、二次加工を行うとよい。この二次加工も、軸線ＣＬＧに直交した破面から面を傾斜させる加工は含まれないので、工数は大幅に低減される。

テーパローラ７ａ，７ｂにおけるテーパの角度θａ，切り込み刃５の傾斜の角度β，及び溝Ｍ１を形成する周方向の角度αは、得るべき破断面Ｇｓ１の角度、テーパローラの材質等に応じて適宜設定することができる。
基本的に、切り込み刃５の傾斜の角度βが破断面Ｇｓ１の角度に反映される。
テーパローラ７ａ，７ｂの角度θａは、その角度θａに基づく軸方向への送りで切り込み刃５にかかる負荷がより少なくなるように、テーパローラ７ａ，７ｂの材質等に応じて設定するとよい。

本発明の実施例は、上述した構成及び手順に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において変形例としてもよいのは言うまでもない。
脆性棒状部材はガラス棒に限らない。セラミックスや脆性を呈する金属等であってもよい。
カッタ５１は、ハンディタイプのものを説明したが、それに限定されない。
一対のテーパローラ７ａ，７ｂの間隔を可変として、安定して保持できる被割断部材の太さを拡張できるようにするとよい。
刃ホルダ４は、切り込み刃５の角度βを可変とする構造にするとよりよい。

１ 基部
２ グリップ部
３ 腕部
４ 刃ホルダ
５ 切り込み刃
６ セットスクリュ
７ａ，７ｂ テーパローラ、 ７ａ１，７ｂ１ 側面（テーパ面）
８ ガイド部
９ 送りノブ
ＣＬ５，ＣＬ７ａ，ＣＬ７ｂ 回転軸線、 ＣＬＧ 軸線、ＣＬＧ２ 面
ＣＴＲ７ａ，ＣＴＲ７ｂ，ＣＴＲＧ 中心
ＤＲ１〜ＤＲ７ 方向
Ｈｚ 保持部
Ｇ ガラス棒（脆性棒状部材）、 Ｇｓ 表面
ＬＮ１，ＬＮ２ 直線
Ｍ，Ｍ１ 溝
Ｐ 接触点
θａ，θｂ，β，α 角度

Claims (3)

1. 脆性の棒状部材の周面に割断のための溝を形成する脆性棒状部材の割断支援具であって、
   前記棒状部材を周方向で三点支持可能なよう配置された一対のテーパーローラ及び円盤状の切り込み刃を有し、
   前記一対のテーパローラは、前記三点支持した状態の前記棒状部材の一方端側に向かうに従ってその軸線から離れるように傾斜した回転軸まわりに回転自在とされ、
   前記切り込み刃は、前記軸線を含む平面と平行な平面内で前記軸線と直交する平面に対して所定角度傾斜した回転軸まわりに回転自在とされ、
   前記三点支持した状態の前記棒状部材を回転させることで、前記棒状部材が前記軸線方向に移動しつつ前記切り込み刃により前記周面に前記溝を螺旋状に形成可能なよう構成されていることを特徴とする脆性棒状部材の割断支援具。
2. 保持部によって保持した脆性の棒状部材の表面に溝を形成し、前記棒状部材を前記溝に沿って割断する脆性棒状部材の割断方法であって、
   前記保持部は、前記棒状部材を三点支持する一対のテーパローラと切り込み刃とであって、前記一対のテーパローラを、前記三点支持した前記棒状部材の一方端側に向かうに従ってその軸線から離れるように傾斜した回転軸まわりに回転自在とすると共に、前記切り込み刃を、前記軸線を含む平面と平行な平面内で前記軸線と直交する平面に対して所定角度傾斜した回転軸まわりに回転自在としており、
   前記棒状部材を、前記一対のテーパローラと前記切り込み刃とにより周方向に三点支持する支持ステップと、
   前記棒状部材を、所定の回転方向に所定の角度範囲で回転させて前記切り込み刃によって前記棒状部材の表面に前記所定の角度範囲に対応した長さの螺旋状の溝を形成する溝形成ステップと、
   前記棒状部材を、前記溝を開く方向に曲げて、前記溝に沿う傾斜破断面で割断する割断ステップと、
   を含むことを特徴とする脆性棒状部材の割断方法。
3. 前記所定の角度範囲を、１８０°以下とすることを特徴とする請求項２記載の脆性棒状部材の割断方法。

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