JP5592093B2 - 鋸刃 - Google Patents

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Description

本発明は、例えば超硬合金、サーメット、セラミック、高速度工具鋼などの硬質材料を歯先に接合して備えた鋸刃に係り、さらに詳細には、鋸刃寿命の向上を図ると共に最大切断速度の向上を図るために、鋸刃における各鋸歯のワークに対する切り込み量を等しくした鋸刃に関する。
従来より、例えば金属製の大きなワークピースを切断する装置として、帯鋸盤が使用されている。
この帯鋸盤に使用される帯鋸刃は、材質的には、高速度工具鋼や超硬合金を刃先に、強靱性合金鋼を胴部に使用した、いわゆるバイメタル帯鋸刃が、多く使用されている。
また、形状的には歯先のピッチを複数設けて、切削騒音の低減をはかったバリアブルピッチ鋸刃や、アサリ幅を複数設定し、歯高(基準位置から歯先までの距離)が小さい歯ほどアサリ幅を大きく設定して、切り屑の細分化をはかり、切削抵抗の低減をはかった切り溝分散歯形鋸刃などが実用化されている。
最近では、歯先に超硬チップを使用したり、硬質コーティングを施す事により、切削時のワークと歯先の摩擦力を低減して、切削騒音の低減をはかった鋸刃も実用化されている。
歯先に超硬チップを接合した、いわゆる超硬鋸刃については、大別すると2種類に分けられる。
1つは、歯先の研摩後に、アサリの曲げ加工を行ったアサリ振り出しタイプの超硬鋸刃と、三味線の撥(あるいは鳩の尾羽根)の様に、超硬チップの接合部付近に較べて、歯先の方が広い台形状に研摩加工を行ったバチアサリタイプの超硬鋸刃がある。
一般的に、歯先を曲げて、アサリ加工を行った鋸刃は、ワークの切削時にアサリの加工方向に対して反対側に、切削抵抗を受けて振られるために、切断面にゴーストマークと呼ばれるツールマークが現れる。また、バチアサリタイプでは、1歯で左右両側にアサリ出しが行われているため、側面からの切削抵抗が相殺されて、鋸刃が振られる程度が小さく、綺麗な切断面が得られるという特徴がある。
なお、本発明に関係すると思われる先行例として、例えば特許文献1がある。
特許第3370166号公報
ところで、従来のバチアサリタイプの帯鋸刃としては、図3に示すごとき構成の帯鋸刃が普通である。すなわち、帯鋸刃1Aは、ワークWの切断を行うときに、切削溝3の中央部(W1の幅)を切削する鋸歯としての先行歯5と、この先行歯5によって切削された切削溝3を拡開すべく、上記先行歯5によって切削された切削溝3の両側(W2の幅)を同時に切削する鋸歯としての後続歯7とを備えている。前記先行歯5は、両側に傾斜面を形成することによって先端側の幅寸法を小さくしたベベル歯に形成してあり、前記後続歯7は、前記先行歯5によって切削した切削溝3の両側を切削する鳩尾形状の歯に形成してある。そして、前記後続歯7の歯高寸法(基準位置から歯先までの寸法)は、前記先行歯5の歯高寸法よりも小さく形成してある。
前記鋸刃1Aにおいて、複数の先行歯5A〜5Dと複数の後続歯7A〜7Dは交互に配置してあり、各先行歯5A〜5Dと各後続歯7A〜7Dとの間の各ピッチP1〜P8はP1(12.7mm)、P2(12.1mm)、P3(10.3mm)、P4(9.1mm)、P5(8.5mm)、P6(9.7mm)、P7(10.9mm)、P8(11.5mm)であって、それぞれのピッチ(ピッチ寸法)を異にしてある。そして、鋸刃1Aにおいては、前記ピッチP1〜P8を1グループとして、前記先行歯5A〜5Dと後続歯7A〜7Dの配置パターンが繰り返されるものである。
換言すれば、鋸刃1Aは、切削溝3の幅方向の中央部を切削する機能の複数の先行歯5A〜5Dと、切削溝3の幅方向の両側を切削する機能の複数の後続歯7A〜7Dとを備えた構成であり、機能の異なる鋸歯としては、先行歯5と後続歯7との2種類である。したがって、鋸刃1Aは、歯形パターンとしては、2歯歯形パターンと称することができる。そして、各鋸歯5、7のピッチはP1〜P8の8種類であるから、歯ピッチパターンとしては8歯ピッチパターンと称することができる。
また、前記2歯歯形パターンと歯ピッチパターンとを含んで1グループとした機能鋸刃群9とすると、帯鋸刃1Aの全長に亘って前記機能鋸刃群9のパターンが繰り返されるものであり、その繰り返しのピッチパターン長Ptは84.8mmとなる。そして、この機能鋸刃群9において同一機能を奏する先行歯5A〜5Dの各ピッチ(機能ピッチ)PH1〜PH4は、PH1(24.8mm)、PH2(19.4mm)、PH3(18.2mm)、PH4(22.4mm)であり、それぞれ異なっている。また、同一機能を奏する後続歯7A〜7Dの各ピッチ(機能ピッチ)PL1〜PL4は、PL1(22.4mm)、PL2(17.6mm)、PL3(20.6mm)、PL4(24.2mm)で、それぞれ異なっている。
上記構成の帯鋸刃1Aは、歯先ピッチが前記ピッチP1〜P8の如くそれぞれ異なるバリアブルピッチの鋸刃であるから、各鋸歯5A〜5D;7A〜7DのワークWに対する切り込み量を変化させ、各鋸歯の切削時に発生する振動(摩擦音)を変化させて共振を低減できる。また、各鋸歯がワークWに突入する際(切り込む際)の衝突の時間的間隔を不均等にして、衝突音の共振を低減することができる。すなわち、歯先ピッチの最大歯先ピッチはP1(12.7mm)であり、最小歯先ピッチはP5(8.5mm)であるから、P1/P5=12.7/8.5≒1.5であって、1.5倍の変化で衝突音の共振を低減している。
ところで、各鋸歯5、7には、チッピングが発生する限界の切り込み量が存在する。前記鋸刃1Aにおいては、切削溝3の幅方向の中央部を切削する先行歯5(5A〜5D)と、切削溝3の両側を切削する後続歯7(7A〜7D)とによって切削機能を分担しているので、限界の切り込み量は、前記機能ピッチPH1〜PH4;PL1〜PL4によって考える必要がある。上記機能ピッチで最小の機能ピッチはPL2(17.6mm)であり、最大の機能ピッチはPH1(24.8mm)である。
したがって、PH1/PL2=24.8/17.6≒1.4で、1.4倍異なる変化で切削騒音の低減に寄与している。また、機能ピッチPH1(24.8mm)の鋸歯5Bと機能ピッチPL2(17.6mm)の鋸歯7Cの負荷は、約1.4倍異なることになる。
ここで、鋸歯における限界の切り込み量を考えると、ワークWの切断時における切削抵抗が最大となる鋸歯は、最大機能ピッチ(PH1)を有する鋸歯(5B)であるから、この鋸歯(5B)が最初に限界の切り込み量に達することになる。したがって、ワークWを鋸刃1Aによって切断するときの最大切断速度(ワークWに対する鋸刃1Aの最大切り込み速度)は、最大機能ピッチを有する鋸歯(5B)によって制限されることになる。そして、鋸刃1Aにおいて、複数の機能ピッチPH1〜PH4;PL1〜PL4が存在するということは、機能ピッチが異なる毎に各鋸歯の切り込み量が異なり、すなわち各鋸歯の働きが不均一であり、切断効率が悪いことになる。
例えば、被削材材質S45C(JIS)、直径150mmを想定し、鋸速60m/分での1歯の限界切り込み量を0.02mmとした場合の切断時間と最小機能ピッチの切り込み量を考えると、切断時間Tは、次式で与えられる。
T=PH÷(1000Va)分 P:歯先のピッチ(mm)
H:被削材高さ(mm)
V:鋸速(m/分)
a:1歯の切り込み量(mm)
ここで、図3の場合の1歯の切り込み量は、前述のとおり、先行歯5と後続歯7とで切断幅W1、W2を分担しているので、機能ピッチで考える必要があり、最大の機能ピッチを有する歯(5B)が最大の切り込み量になるので、上式の歯の切り込み量aは、図3のPH1(24.8mm)を代入する。
切断時間T=24.8×150÷(1000×60×0.02)=3.1分
また、切り込み量aは、次式で与えられるので、最小機能ピッチPL2(17.6mm)の切り込み量を考えると、
切り込み量a=PH÷(1000VT)=17.6×150÷(1000×60×3.1)=0.014mmとなり、最大の機能ピッチPH1に比べて、(0.014/0.02)×100=70%で、30%の余裕があるにもかかわらず、最大切断速度は、最大機能ピッチを有する鋸歯(5B)によって制限されていることになる。
換言すれば、各鋸歯5A〜5D;7A〜7Dの切り込み量及びワーク切断時の負荷が異なり、各鋸歯5A〜5D;7A〜7Dの寿命が異なることとなり、鋸刃の長寿命化を図る上において問題がある。また、最大機能ピッチを有する鋸歯(5B)によって最大切断速度が制限されるので、最大切断速度をより大きくする上において問題がある。
本発明は、前述のごとき従来の問題に鑑みてなされたもので、ワークの切断を行うときに、切削溝の中央部を切削する鋸歯としての先行歯と、上記先行歯によって切削した切削溝を拡開すべく、上記先行歯によって切削された切削溝の両側を切削する鋸歯としての後続歯とを備えた鋸刃であって、上記先行歯と後続歯とを交互に配置した歯形パターンを2つ備え、この2つの歯形パターンを含む構成において、先行歯と後続歯との間のピッチと、後続歯と先行歯との間のピッチとを異にした両ピッチを1グループとした2組の歯ピッチパターンを備えた1グループの機能鋸歯群備え、この機能鋸歯群における前記歯形パターンの鋸歯数と前記歯ピッチパターンの鋸歯数は同一であり、かつ前記機能鋸歯群における各鋸歯においてそれぞれ同一機能を奏する鋸歯のピッチはそれぞれ等しいことを特徴とするものである。
また、ワークの切断を行うときに、切削溝の中央部を切削する鋸歯としての複数の先行歯と、上記先行歯によって切削した切削溝を拡開すべく、上記先行歯によって切削された切削溝の両側を切削する鋸歯としての複数の後続歯とを備えた鋸刃であって、前記先行歯及び後続歯はそれぞれ連続することなく、かつ各鋸歯間のピッチを不等ピッチに配置した3種類の鋸歯を備え、この3種類の鋸歯のワークに対する切り込み量を等しくするために、前記先行歯間の機能ピッチと前記後続歯間の機能ピッチと前記3種類の鋸歯で繰り返されるピッチパターン長とを等しくしてあることを特徴とするものである。
本発明によれば、鋸刃における各鋸歯の切り込み量が等しくなり、各鋸歯の寿命の均等化を図ることができ、鋸刃全体としての長寿命化を図ることができる。また、各鋸歯の切り込み量が等しいことにより、ワークに対する鋸刃の切り込み速度すなわち切断速度の増大を図ることができるものである。
本発明の第1の実施形態に係る帯鋸刃の構成を示す説明図である。 本発明の第2の実施形態に係る帯鋸刃の構成を示す説明図である。 従来の帯鋸刃の構成を示す説明図である。
以下、図面を用いて本発明の実施形態に係る鋸刃について説明するに、前述した従来の鋸刃1Aにおける構成と同一機能を奏する構成要素には同一符号を付することとして重複した説明は省略する。
図1を参照するに、本発明の実施形態に係る鋸刃1は、前述した鋸刃1Aと同様に、ワークWの切断を行うときに、切削溝3の幅方向の中央部を幅寸法W1で切削する、歯高寸法の大きな鋸歯としての先行歯5(5A,5B)と、この先行歯5によって切削された切削溝3を拡開すべく、切削溝3の両側を幅寸法W2でもって同時に切削する、歯高寸法の小さな鋸歯としての後続歯7(7A,7B)とを備えている。
そして、1グループの機能鋸歯群9として、上記鋸刃1は、先行歯5と後続歯7とを1グループとして配置した2組の歯形パターン、すなわち前記先行歯5Aと後続歯7Aとを1グループとし、かつ先行歯5Bと後続歯7Bとを、もう1つのグループとした2組の歯形パターンを備えている。前記歯形パターンにおいて、先行歯5と後続歯7との間のピッチP1(8.5mm)と後続歯7と先行歯5との間のピッチP2(12.7mm)を異にしてピッチP1,P2を1グループとした2組の歯ピッチパターン(P1,P2;P1,P2)を備えている。すなわち、第1の実施形態に係る鋸刃1は、2歯ピッチパターン(P1,P2)+2歯歯形パターン(5,7)の形態の鋸刃である。
より詳細には、鋸刃1において、1グループの機能鋸歯群9として、先行歯5A,7Aをグループとした歯形パターンと、先行歯5B,7Bをグループとした歯形パターンの2組の歯形パターンを備えている。そして、1グループの機能鋸歯群9には、歯ピッチパターンとしては、先行歯5Aと後続歯7Aとの間のピッチP1及び後続歯7Aと先行歯5Bとの間のピッチP2をグループとした歯ピッチパターンと、先行歯5Bと後続歯7Bとの間のピッチP1及び後続歯7Bと先行歯5Aとの間のピッチP2をグループとした歯ピッチパターンの2組の歯ピッチパターンを備えている。
既に理解されるように、鋸刃1において、1グループの機能鋸歯群9における歯形パターンの鋸歯数と前記歯ピッチパターンの鋸歯数は同一である。そして、前記機能鋸歯群9における各鋸歯5,7において、それぞれ同一機能を奏する先行歯5A,5Bのピッチ(機能ピッチ)はPH1(21.2mm)であり、後続歯7A,7Bのピッチ(機能ピッチ)はPL1(21.2mm)であって、それぞれ同一機能を奏する鋸刃5A,5B;7A,7Bの機能ピッチPH1,PL1はそれぞれ等しく設けてある。また、先行歯5と後続歯7の2種類の歯で繰り返されるピッチパターン長Pt(21.2mm)も前記機能ピッチPH1,PL1と等しく設けてある。
上記鋸刃1において、先行歯5(5A,5B)及び後続歯7(7A,7B)は、同一機能の鋸歯が連続することなく、かつ各鋸歯間のピッチを不等ピッチ(P1,P2)に配置してある。そして、前記先行歯5A,5B及び後続歯7A,7BのワークWに対する切り込み量を等しくするために、前記先行歯5A,5B間の機能ピッチPH1と前記後続歯7A,7B間の機能ピッチPL1とを等しくしてある。
すなわち、機能ピッチPH1=PL1=21.2mmであるから、図3の一般的な鋸刃と同様に、例えば、被削材材質S45C(JIS)直径150mmを想定し、鋸速60m/分での1歯の限界切り込み量を0.02mmとした場合の切断時間を考えると、
切断時間T=21.2×150÷(1000×60×0.02)=2.65分
となり、図3に示した従来の鋸刃1Aの場合に比較して、3.1÷2.65=1.17倍速くなる。
すなわち、図3に示した従来の鋸刃1Aにおいて、ワークWの切断加工時における1歯の切り込み量は、最大機能ピッチPH1(24.8mm)を有する鋸歯5Bが最も大きく、最初に限界の切り込み量に達するために、最大切断速度(ワークWに対する切り込み速度)は、最大機能ピッチを有する鋸歯5Bによって制限される。ところが、本実施形態に係る鋸刃1においては、全ての鋸歯5A,5B;7A,7Bにおいて機能ピッチPH1,PL1が等しいので、全鋸歯5A,5B;7A,7Bが均等に働き、ワークWの切断加工時における全鋸歯5A,5B;7A,7Bの1歯の切り込み量は常にほぼ等しいものである。
したがって、各鋸歯5A,5B;7A,7Bの摩耗はほぼ等しいものであり、一部の鋸歯のみが激しく摩耗することを抑制でき、鋸刃1の全体の寿命向上を図ることができるものである。また、全ての鋸歯5A,5B;7A,7Bの機能ピッチPH1,PL1を等しくして、全鋸歯5A,5B;7A,7Bが均等に働く構成としてあることにより、切削効率の向上、すなわち切断速度の向上を図ることができるものである。
また、図1については、帯鋸刃1の各鋸歯がワークWに突入する際(切り込む際)の衝突の時間的間隔を不均等にして、衝突音の共振を低減することができる。
すなわち、歯先ピッチの最大歯先ピッチはP2(12.7mm)であり、最小歯先ピッチはP1(8.5mm)であるから、P1/P2=12.7/8.5≒1.5であって、1.5倍の変化で衝突音の共振を低減できる。
図2は、本発明の第2の実施形態に係る鋸刃1を示すもので、前記実施形態の構成要素と同一の機能を奏する構成要素には同一符号を付することとして重複した説明は省略する。この第2の実施形態においては、歯高寸法の大きな鋸歯としての先行歯5(5A,5B)と、歯高寸法の小さな鋸歯としての後続歯7(7A,7B)との間に、歯高寸法が中間の鋸歯としてベベル歯からなる第2の後続歯11(11A,11B)を備えている。上記先行歯5(5A,5B)は、切削溝3の幅方向の中央部を切削幅W1で切削する機能を奏し、第2の後続歯11(11A,11B)は、先行歯5(5A,5B)が切削した切削溝の両側を切削幅W2で拡開する機能を奏するものである。そして、後続歯7(7A,7B)は、第2後続歯11(11A,11B)が切削した切削溝の両側を切削幅W3で拡開する機能を奏するものである。
上記構成の鋸歯1において、先行歯5Aと第2後続歯11Aとの間のピッチはP1(10.6mm)であり、第2後続歯11Aと後続歯7Aとの間のピッチはP2(8.5mm)である。そして、後続歯7Aと先行歯5Bとの間のピッチはP3(12.7mm)である。上記ピッチP1〜P3は、先行歯5Bと第2後続歯11Bとの間、第2後続歯11Bと後続歯7Bとの間、及び後続歯7Bと先行歯5Aとの間において繰り返される。すなわち、上記構成において1グループの機能鋸歯群9としては、先行歯5Aと第2後続歯11Aと後続歯7Aとを含む1グループと、先行歯5Bと第2後続歯11Bと後続歯7Bとを含むもう1つのグループの2組の歯形パターンを備えている。またピッチはP1,P2,P3を1グループとした2組の歯ピッチパターン(P1,P2,P3;P1,P2,P3)を備えている。すなわち、第2の実施形態に係る鋸刃1は、3歯ピッチパターン(P1,P2,P3)+3歯歯形パターン(5,7,11)の形態の鋸刃である。
上記鋸刃1において、先行歯5A,5B間のピッチ(機能ピッチ)はPH1(31.8mm)、第2後続歯11A,11B間のピッチ(機能ピッチ)はPM1(31.8mm)であり、後続歯7A,7B間のピッチ(機能ピッチ)はPL1(31.8mm)である。そして、3種類の鋸歯5A,11A,7A(5B,11B,7B)で繰り返されるピッチパターン長Pt(31.8mm)も前記機能ピッチPH1,PM1,PL1と等しく設けてある。
すなわち、この第2の実施形態に係る鋸刃1においても、同一機能を奏する各鋸歯の機能ピッチPH1,PM1,PL1をそれぞれ等しく設けてあるので、この鋸歯1においても第1の実施形態に係る鋸刃と同様の効果を奏し得るものである。
また、図2については、帯鋸刃1の各鋸歯がワークWに突入する際(切り込む際)の衝突の時間的間隔を不均等にして、衝突音の共振を低減することができる。
すなわち、歯先ピッチの最大歯先ピッチはP3(12.7mm)であり、最小歯先ピッチはP2(8.5mm)であるから、P1/P2=12.7/8.5≒1.5であって、1.5倍の変化で衝突音の共振を低減している。
前記説明より理解されるように、1グループの機能鋸歯群に含まれる複数の鋸歯において、ワークを切断するときの切削機能として同一機能を奏する鋸歯間のピッチ、すなわち機能ピッチはそれぞれ等しく設けてあるので、ワークを切断するときの各鋸歯の1歯の切り込み量はそれぞれほぼ等しいものとなり、摩耗もほぼ等しくなる。したがって、全鋸歯の寿命の均等化を図り、鋸刃全体の寿命向上を図ることができるものである。
また、鋸刃において、切削機能として同一機能を奏する鋸歯間のピッチ、すなわち機能ピッチをそれぞれ等しく設けてあるので、1歯の切り込み量が最大となる鋸歯に対応して切断速度が制限されることがなく、各鋸歯の切り込み量を等しくして、ワークに対する切り込み方向の切断速度の高速化を図ることができる。換言すれば、全鋸歯の働きが均等となり、切断効率が向上するものである。
1 鋸刃
3 切削溝
5(5A,5B) 先行歯
7(7A,7B) 後続歯
11(11A,11B) 第2後続歯
P1〜P3 ピッチ
PH1,PM1,PL1 機能ピッチ

Claims (2)

  1. ワークの切断を行うときに、切削溝の中央部を切削する鋸歯としての先行歯(5A)と、上記先行歯によって切削した切削溝を拡開すべく、上記先行歯によって切削された切削溝の両側を切削する鋸歯としての後続歯(7A)とを有する鋸歯グループ(5A,7A)を備えたバリアブルピッチの鋸刃であって、
    前記鋸刃には、複数の前記鋸歯グループ((5A,7A)、(5B,7B))がピッチパターン長(Pt)で配置され、
    前記鋸歯グループ(5A,7A)において、前記先行歯(5A)と、後続歯(7A)の歯形は相互に異なり、かつ、
    前記鋸歯グループ(5A,7A)における、前記先行歯と後続歯との間の間隔(P1)、および当該鋸歯グループの最後の後続歯(7A)と次の鋸歯グループの先行歯(5B)との間隔(P2)は、相互に異なり、
    前記先行歯は、後続歯より歯高が高く、
    前記先行歯はべベル形状であり、後続歯は、鳩尾形状又はべベル形状である
    ことを特徴とするバリアブルピッチの鋸刃。
  2. ワークの切断を行うときに、切削溝の中央部を切削する鋸歯としての先行歯(5A)と、上記先行歯によって切削した切削溝を拡開すべく、上記先行歯によって切削された切削溝の両側を切削する鋸歯としての複数の後続歯(11A,7A)とを有する鋸歯グループ(5A,11A,7A)を備えたバリアブルピッチの鋸刃であって、
    前記鋸刃には、複数の前記鋸歯グループ((5A,11A,7A)、(5B,11B,7B))がピッチパターン長(Pt)で配置され、
    鋸刃において、同一歯形間のピッチである機能ピッチ(PH1,PM1,PL1)は、グループの繰り返しピッチであるピッチパターン長(Pt)と等しく、
    前記鋸歯グループ(5A,11A,7A)において、
    前記先行歯と隣接する後続歯の間のピッチ(P1)と、
    隣接する後続歯(11A,7A)の間のピッチ(P2)と、
    当該鋸歯グループの最後の後続歯(7A)と次の鋸歯グループの先行歯(5B)のピッチ(P3)とは、
    相互に不均等であり、
    前記先行歯は、後続歯より歯高が高く、
    前記先行歯はべベル形状であり、後続歯は、鳩尾形状又はべベル形状である
    ことを特徴とするバリアブルピッチの鋸刃。
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