JP5584135B2 - 切断装置 - Google Patents

Description

本発明は切断装置、特に回転切断装置に関する。

切断装置には多くの形式のものが存在している。例えば、穴鋸では、カップ状部材の口部の周りに形成された刃を回転させることにより環状切断部が形成される。典型的には刃（又は歯）は口部の周りに形成される。

セラミック製タイル材のような非常に硬い材料に切り込みを開始する際などのある状況下では、穴鋸のタイル材へのかじりやタイル材表面での滑り等の損傷を防止することが困難である。

本発明の実施形態によると、加工物に係合してそこに環状切断部を形成するように、回転軸の周りに回転自在の切断部材と、加工物に係合して前記環状切断部よりも小さい半径の先導凹部を形成する先導部材であって、前記先導凹部内に先導部材を位置づけて、前記加工物に対して横滑りしないで前記回転軸の周りで回転できる先導部材と、前記切断部材と前記先導部材のための駆動部材と、前記切断部材の前進につれて前記先導部材が前記切断部材に対して相対的に後退するように動作させる動作部材と、を備えた切断装置が提供される。
先導部材は、加工物が切断部材に係合する前に切断部材を超えて突出して前記加工物に係合することができる。

本発明の他の実施形態では、加工物に先導凹部を形成し、先導凹部に係合して加工物に対する回転軸位置を維持するように、軸線の周りに回転できる先導部材が提供される。さらに、先導部材は、取り付け部、切削部、及び該切削部を取り付け部に対して相対的に後退させる部材を含む。

先導部材はそれに力を加えて後退させることができる。この力は先導部材を加工物に対し押しつけることにより発生できる。先導部材は互いに移動可能な第１部材及び第２部材により取付が可能であり、これら部材の相対位置を偏倚させるように作用する偏倚部材を有する。これらの部材は先導部材が前進する相対位置に偏倚させうる。これらの部材は入れ子式に形成できる。これらの部材は軸線に沿って移動可能である。これらの部材の一方は細長部材、他方は細長部材がその中で軸線方向に滑動できるスリーブであってよい。最長部材はスリーブ中に拘束することができる。

先導部材は先導凹部を切削形成できる。先導部材は加工物に係合して先導凹部を形成する切削チップを有する。チップは先導凹部が形成される際に加工物に係合する部材により支持させることができ、この部材により先導凹部の深さを制限する。チップは加工物への初期接触を提供するチップ先端を有するチップ本体を含み、前記チップ先端が加工物に侵入するにつれて加工物を切削する切削形状を有する。チップ先端は回転軸からずれた（オフセット）位置にある。チップ本体はチップ先端に向けて傾斜するテーパ部を有する。テーパ部は回転軸線に中心を有する円錐形を有し、回転軸線に対して直角でない表面で境界づけられるように修正された表面であり、この表面は修正されない円錐内で前記回転軸に交差する。境界表面と修正されない円錐の表面とが交差して形成されるエッジは切削部を提供する。境界表面は平面でありうる。チップは回転軸に中心を有する円筒部により支持できる。

切削部材はほぼ円形の刃から構成できる。本発明の他の形態では、上記の切断装置を使用して、前記先導部材により加工物に先導凹部を形成し、前記切削部材により環状切断部を形成し、前記先導部材を前記切削部材が前進するにつれて該切削部材から相対的に後退させ、前記先導部材により先導凹部を形成し、該先導部材を先導凹部に係合させて先導部材が加工物に対して滑りを起こさないようにする、切断方法が提供される。

次に本発明を拘束するものでない実施例を図面を参照してさらに詳しく説明する。

本発明の切断装置の一実施例の側面図である。 図１の装置の正面図である。 図１の装置の分解側面図である。 図１の装置の先導部材の拡大断面図である。 図１の装置の部分破断した側面図である。 図４に相当する図であり、他の実施例を示す。 図４〜６の装置に使用するチップ本体の拡大図である。 図４〜６の装置に使用するチップ本体の拡大図である。 図４〜６の装置に使用するチップ本体の拡大図である。 チップ本体を製作するために使用するブランク材を示す。

添付図面は切断部材１２を備えた切断装置１０を例示している。切断部材１２は穴鋸の形状を有し、回転軸線１４を中心とした開放円筒形カップの形態を有し、カップの口縁に沿って環状に配列された多数の刃（または歯）１６を支持している。切断部材１２は軸線１４を中心として回転可能であり、加工物１８に係合して該加工物に環状切断部１９を形成する。

先導部材２０は細長い形状を有し、回転軸線１４を中心として回転できる。これにより先導部材２０は加工物に環状切断部１９よりも小さい半径を有する先導凹部２２を形成することができる。先導部材２０は先導凹部２２の内部に定着し、以下に説明するように、先導部材が加工物１８上を横滑りすることを防止する。

太軸またはチャックの形状をした駆動部材２４は切断部材１２及び先導部材２０に対する駆動を行う。

後退部材２６（図４参照）は切断部材１２及び駆動部材２４に対して相対的に先導部材２０を後退させる。

より具体的に説明するに、装置１０は、点線で示した動力装置２８に取り付けられた駆動部材２４に取り付けてある。使用時に、動力装置２８は駆動部材２４を回転軸線１４の周りに回転させ、それにより装置１０を回転させる。カップ１２の口の周りに歯列１６が取り付けてある。歯列は例えば炭化タングステンのようなチップ材から形成されており、隣接した歯からは凹所３０により分離されている。

この例では先導部材２０は炭化タングステンのような小さい円錐要素４２の形の最先端チップ４０を有する。円錐要素４２は回転軸線１４に位置づけられている。図２から分かるように、円錐要素４２の軸線１４からの最大半径は軸線１４からの歯列１６の最大半径よりもはるかに小さい。

図１の緩めた状態では、先導部材２０は切断部材１２のカップ状の口から延び出して、円錐要素子４２を歯列１６を越えた個所に位置づける。すなわち、駆動部材（チャック）２４から延びる軸線１４を横切る方向に見たとき、円錐要素４２は歯列１６により画定される横断面を横切って延び出している。

図示した実施例では、切断部材１２及び先導部材２０は装置１０の個別の部材を形成しており、各独立にチャック２４に取り付けられている。この例の場合には、チャック２４はRobert Bosch GmbH社製の形式のものであり、「動力変換チャック組立体」として知られている。他の形式のチャックを使用することもできる。

Robert Bosch GmbH社製の動力変換チャック組立体２４に対しては、先導部材２０は円筒形の六角形部４４を有する。これは先導部材２０に対する取り付け部を構成する。切断部材１２は同様な六角形部４６を有する。各六角形部４４、４６はチャック２４内のボール軸受に作用する周溝４８、４８を有し、これらはチャック２４内の対応した部材を取り付けるために使用される。切断部材１２の六角形部４６は部分４４を受けるための六角形中央孔を有する。これにより、六角形雄部と六角形雌部を嵌合させ、チャック２４から駆動されたときに、切断部材１２と先導部材２０を軸線１４の周りに一緒に回転させることができる。

先導部材２０の詳細が図４に記載されている。一端に六角形部４４を有する先導軸５０は、他端にスリーブ５４内に配置された頭部５２を有する。スリーブ５４は一端にスリーブ５４の端面５３から突出するチップ４０を支持している。端面５３は軸線１４にほぼ直交している。

頭部５２はスリーブ５４内に拘束されている。これはいくつかの方法で達成できる。例えば、スリーブ５４の材料を、かしめ、曲げつけ、ロール掛け、その他の方法で変形させて頭部５２の背後の円周スロット５６に回り込ませ、頭部５２を捕捉させる。他の例では、止め輪またはオーバサイズヘッド（図示せず）を使用することも可能である。圧縮ばね５８がスリーブ５４の内部を頭部５２の面からスリーブ５４の他端部へ向けて延びている。ばね５８はスリーブ５４と先導軸５０を図４の位置に偏倚させ、そこに上記の手段で維持させる。部材５０、５４はそれらの入れ子式の配置により軸線１４に沿って相対運動が可能である。これにより、先導部材２０と特にチップ４０とは、切断部材１２と軸５０に対して後退することができる。

装置１０は図１に示したように、下記の方法で使用できる。まず、切断装置１２により切断すべき加工物１８の所望位置に円形孔の所望位置を選択すると、装置１０は歯列１６の平面を加工物１８に対してほぼ平行に対峙させ、円錐要素４２を所望の円形孔の中心に対峙させる。装置１０が加工物１８に向けて前進すると、円錐要素４２が歯列１６の前方に突出しているために、円錐要素４２と加工物１８との間に最初の接触が起きる。その結果、小さい円錐形先導凹部２２が形成される。先導凹部２２が形成されると直ちに円錐要素４２と先導凹部２４との間に機械的な係合状態が生じ、円錐部材４２は加工物１８の表面での滑りに抵抗し、それにより加工物１８の孔を形成すべき所望の位置において、切断部材１２を加工物１８に対して正確な位置決め状態に維持する。

一旦この機械的な係合が達成されたら、装置１０は加工物１８に対してさらに押されるので、切断部材１２を加工物１８に向けて推し進め係合させるに至る。この運動はばね５８に抗して行われ、ばね５８は切断部材１２が円錐要素４２に対して相対的に前進することを許容するためには圧縮されなければならない。こうして、切断部材１２が前進するにつれて、円錐要素４２は切断部材１２に対して相対的に後退する。この運動が起きると、歯列１６は加工物１８を切削し始め、環状切り込み１９を形成する。円錐要素４２と先導凹部２２の間の機械的係合により、加工物１８の表面に沿った歯列１６の滑り傾向は抵抗を受ける。さらに、この運動が起きると、ばね５８はスリーブ５４により頭部５２の方（駆動部材２４の方）へますます圧縮されて円錐要素４２を先導凹部２４へ向けて押しつけ、切断要素１２の位置を加工物１８に対して維持する。

先導凹部２４の深さは加工物１８に対する端面５３の衝合により制限される。

従って、円錐要素４２の作用は機械的な係合を提供するに十分な深さの先導凹部２２を形成するに必要な作用に限定される。円錐要素４２の加工物１８へのさらなる侵入は阻止される。従って、円錐要素４２の摩耗はその加工物１８に対する不必要な加工を回避することにより最小に抑制される。これにより、円錐要素４２の寿命が相当に増すことが予想される。

一旦切断部材１２が加工物１８を貫通して環状切断部１９が完成したら、円形孔が形成され、円形屑６０がカップ１２の口部に残る。スリーブ５４は先導軸５０の上に押し戻され且つばね５８は圧縮されているが、装置１０が加工物１８から取り除かれると、ばね５８は緩み、スリーブ５４を図４に示された元の位置に押し戻し、こうして屑６０を切断部材１２から排除する。

先導部材２０ａの他の例を図６に示す。図４の装置に対応した構成部分は同じ参照符号に添え字ａを付する。一端に六角形断面４４ａを有し、他端に頭部５２ａを有する先導軸５０ａは、スリーブ５４ａの中に配置されている。頭部５２ａはねじ、溶接、接着その他の方法でスリーブ５４ａに固定されている。スリーブ５４ａの他端には中空フィンガ５５が設けられる。中空フィンガ５５はスリーブ５４ａ内に配置された頭部５７を有する。フィンガ５５はその自由端にチップ４０ａを支持している。チップ４０ａはフィンガ５５の端面５３ａから突出している。端面５３ａは軸線１４ａにほぼ直交している。

頭部５７はスリーブ５４ａ内に拘束されている。これは多数の方法により達成できる。例えば頭部５７を大径にし、その周りでスリーブ５４ａの材料を頭部５２ａの後部に、かしめ、曲げつけ、ロール掛け、或いは変形により曲げつけ、頭部５２ａを拘束する。他の例では、円形リング、周溝（図示せず）などを使用できる。圧縮ばね５８ａは、スリーブ５４ａに沿って頭部５２ａの面からスリーブ５４ａの他端、次いで中空フィンガ５５へと延びている。ばね５８ａはフィンガ５５とスリーブ５４ａを図６に示した位置へ偏倚させる。この状態ではフィンガ５５はスリーブ５４ａから突出し、上に説明したようにその位置に保持されている。部材５４ａ、５５の入れ子式構造により、それらは軸線１４ａに沿って相対移動する。これにより先導部材２０ａ特にチップ４０ａは、切断部材１２及び軸５０ａに対して相対的に後退する。

この代替的な先導部材２０ａは図１に記載したものと同様に使用できる。

チップ４０が小さい円錐要素を有することは上に説明した。これに代わるチップも可能であり、以下の図に拡大尺度で例示される。

図７、図８、図９はチップ４０ｂを例示する。チップ４０ｂはタングステンカーバイドその他の切削材料であるチップ本体７０と、上に説明したように加工物（図示せず）に対する最初の接触を行うチップ先端７２を有する。チップ本体７０は回転軸線１４を中心とした円筒部７４を有する。円筒部７４からはテーパ部７６がチップ先端７２に向けて傾斜している。チップ本体７０はチップ先端が加工物に侵入する際に加工物を切削する切削形状（エッジ）７８を有する。切削形状７８は図１０に例示したチップ本体７０を形成する方法の例を考慮すると良く説明できる。

図１０の例では、ブランク材８０は回転軸線１４を中心とする円筒部８２とテーパ部分８４を有する。テーパ部分８４は回転軸線１４を中心とする円錐形の形状を有する。ブランク８０は次いで点線８６に沿って切断または研削することにより修正される。点線８６は軸線１４に対して直交しない平面を表し、修正しない円錐内部の点８８で回転軸線１４に交差している。ブランク材８０をこのように線８６で表される平面を境界とするように修正する効果は、図７〜９から分かるいくつかの特徴を生じる。先ず、修正しないテーパ部分８４の頂点から材料を除去すると、回転軸線１４と先端７２を通る線９０との間のずれから分かるように、先端７２は回転軸線１４から離間（オフセット）している（図７）。一例として、この離間は約０．２ｍｍである。第２にエッジ７８は境界面８６と修正前の円錐８４の表面の交差部に、加工物に係合するときに切削形成を行うエッジを提供する。

図９は上記の形状の重要性を例示する。図９は回転軸線１４の方向に見たときのチップ４０ｂを例示している。上に説明したように、先端７２は回転軸線１４からずれている。２つのエッジ７８間のほぼ中間にある点９４から先端７２までの距離は、点９４の直径を挟んだ反対側の点９６から先端７２までの距離よりも大きい。さらに、軸線１４はチャック２４がその周りに回転する公称回転軸ではあるが、先端７２は加工物に係合して軸線１４からわずかに食い違った新たな回転軸線を規定する。その結果、チップ４０ｂが先端７２の周りに回転するとき、加工物に形成される先導凹部は、先端７２と点９４との間の距離により規定される円筒部分７４の直径よりもわずかに大きい直径を有することになる。チップ４０ｂと加工物の接触は、従って点９４の近傍のみで生じる。これによりチップ４０ｂの摩耗を減じる。加工物が切削されて先導凹部が形成されるので、ある程度の摩耗が予想されるが、しかしこれはエッジ７８の一種の自己砥ぎ（sharpening）を結果する。先導凹部が一旦深さの限界に達すると、チップ４０ｂがわずかに過大寸法の先導凹部内を回転するので、チップ４０ｂのさらなる摩耗は最小になる。

本発明の範囲内で多くの変形例、修正例が可能である。特に、多くの異なった材料、寸法、相対寸法、形状が可能である。ダイヤモンド、炭化タングステン、その他の硬質材料、研磨材料が円錐要素４２、４２ａ、７６及び歯（刃）１６に使用できる。多くの形状の円錐要素４２、４２ａ、７６及び歯１６が使用できる。円錐要素４２、４２ａ、７６は円錐形切削部ではなくて環状切削部を形成する。円錐要素は加工物に切削というよりむしろはぎ取り作用の形態で加工物に侵入できる。先導部材２０は独立に供給して、通常の先導ねじれドリルの代わりに、通常の穴鋸にはめ込むことができる。チャック又は太軸に本装置を取り付ける手段は例示のものから変形して、従来のまたは他のチャック又は太軸に適した適当な形態にすることができる。

先導部材の後退の能力のため、切断部材１２は、先導部材が加工物に不必要に深い穴を形成する必要なしに案内されうる。特に、先導部材は切断部材により形成される最終の切断深さよりも深く切削しない。例えば、セラミックタイルを切断する場合、先導部材はタイルの表面に係合する一方、切断部材はタイルの深さを切削するが、先導部材はタイルの深さを越えてタイルが取り付けられている表面までも切削することはない。

上記の装置は単一穿孔操作により、先導された穴切断作用を提供する。先導孔を穿孔する予備操作が不要になる。従って単一穿孔作用が２回の穿孔作用に置き換わり、向上した生産性が得られる。特にセラミック等の加工物に対する損傷の危険は減じる。

加工物はセラミック、木材、金属その他の材料が可能である。本書の説明は特に重要と思われる発明の特徴に注意を払ったが、本発明は特に強調されていなくても本書に記載され或いは図面に示された特徴の特許性ある特徴及び組合せに関して保護を請求するものである。

１０ 切断装置
１２ 切断部材
１４ 軸線
１６ 刃（または歯）
１８ 加工物
１９ 環状切断部
２０ 先導部材
２２ 先導凹部
２４ 駆動部材（チャック又は太軸）
２６ 後退部材
２８ 動力装置
３０ 凹所
４０ チップ
４２ 円錐要素
４４、４６ 六角形部
４８ 周溝
５０ 先導軸
５２ 頭部
５３ 端面
５４ スリーブ
５５ 中空フィンガ
５６ 円周スロット
５７ 頭部
５８ 圧縮ばね
７０ チップ本体
７２ チップ先端
７４ 円筒部
７６ テーパ部
７８ 切削形状（エッジ）
８０ ブランク材
８２ 円筒部
８４ テーパ部分（円錐）

Claims (20)

1. 加工物に先導凹部を形成し、前記先導凹部に係合して加工物に沿って横滑りしないよう
   に、回転軸線の周りに回転できる先導装置であって、チップ取り付け部、切断部、及び切
   断部を前記取り付け部に対して相対的に後退させる後退部材を備え、さらに前記先導凹部
   を形成するために前記加工物に係合すべく前記チップ取り付け部に取り付けたチップ本体
   を有し、前記チップ本体は前記加工物に対する最初の接触を行うチップ先端を有し、前記
   チップ先端は前記回転軸線からずれており且つ加工物に侵入するにつれて加工物を切削す
   る切削形状を有している、先導装置。
2. 前記先導装置は該先導装置に加えられる力により後退するように構成される請求項１に
   記載の装置。
3. 前記力は前記チップ本体を加工物に対し押しつけることにより発生できる請求項２に記
   載の装置。
4. 前記先導装置は互いに移動可能な第１部材及び第２部材の一方に取り付けられ、前記第
   １部材及び第２部材の相対位置を偏倚させるように作用する偏倚部材を有している、請求
   項１〜３の何れか一項に記載の装置。
5. 前記第１部材及び第２部材は前記先導装置が前進される相対位置に偏倚される請求項４
   に記載の装置。
6. 前記第１部材及び第２部材は入れ子式である請求項４又は５に記載の装置。
7. 前記第１部材及び第２部材は前記回転軸線に沿って移動可能である請求項４〜６の何れ
   か一項に記載の装置。
8. 前記第１部材及び第２部材の一方は細長部材であり、他方は前記細長部材を回転軸線に
   沿って移動可能に収容したスリーブである請求項４〜７の何れか一項に記載の装置。
9. 前記細長部材は前記スリーブ中に拘束されている請求項８に記載の装置。
10. 前記先導装置は使用時に前記先導凹部を切削形成するものである請求項１〜９の何れか
    一項に記載の装置。
11. 前記チップは加工物に係合する部材により支持され、前記先導凹部が形成される際に前
    記先導凹部の深さを制限する請求項１〜１０の何れか一項に記載の装置。
12. 前記チップ本体は前記チップ先端に向けて傾斜するテーパ部分を有する請求項１〜１１
    のいずれか一項に記載の装置。
13. 前記テーパ部分は前記回転軸線を中心とした円錐の形状を有し、該円錐は、前記回転軸
    線に対して直交でない交差をする境界表面を有するように修正され、前記境界表面は、修
    正前の前記円錐の範囲内で前記回転軸線に交差している、請求項１２に記載の装置。
14. 前記境界表面と前記修正前の円錐との交差部のエッジは切削形状を有する請求項１３に
    記載の装置。
15. 前記境界表面は平面である請求項１３又は１４に記載の装置。
16. 前記チップは前記回転軸線を中心とする円筒部により支持されている請求項１〜１５の
    何れか一項に記載の装置。
17. 前記切断部はほぼ円形の切断刃を有する請求項１〜１６の何れか一項に記載の装置。
18. 加工物に係合して環状凹部を形成するために回転軸線の周りに回転できる切削部材と、
    前記加工物に係合して環状凹部の半径よりも小さい先導凹部を形成するために前記回転
    軸線の周りに回転できる請求項１〜１７の何れか一項に記載の先導装置とを備え、
    前記先導凹部は前記環状凹部の内側にあって前記切削部材が前記加工物に対して横滑す
    ることを阻止するものであり、
    前記切削部材と前記先導装置を回転させる駆動部材と、
    前記切削部材が前進するにつれて前記先導装置を後退させる部材と、
    から構成される切断装置。
19. 前記先導装置は前記切削部材を超えて突出していて前記加工物が前記切削部材により係
    合される前に加工物に係合するように構成されている請求項１８に記載の切断装置。
20. 前記請求項１８又は１９に記載の切断装置を使用して、加工物に前記先導装置により先
    導凹部を形成し、前記切削部材により環状の切断部を形成し、前記切削部材による切断の
    進行につれて前記先導装置を前記切削部材に対して相対的に後退させる方法であって、前
    記先導装置が前記先導凹部を形成し、前記先導凹部に係合し、前記先導装置が加工物に沿
    って横滑りしないようにした切断方法。

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