JP6257105B2 - 複合材料用チップソー - Google Patents

Description

本発明は、特に、熱可塑性樹脂をマトリックスとし、炭素繊維等をフィラーとした繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）等の複合材料の切断に使用することができるチップソーに関する。

繊維強化プラスチックは、ガラス繊維等のフィラーを、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂等のマトリックスに混入させて成形した複合材料であり、比較的安価である一方、軽量で物理的強度に優れていることから、種々の構成材料として用いられており、特に炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）は、高強度と軽さを併せ持つため、ゴルフクラブのシャフトや釣り竿などのスポーツ・アウトドア用途から実用化が始まり、現在では航空機、電車、自動車などの産業用に用途が拡大し、更に建築、橋梁の耐震補強といった建設分野においても広く使用されるようになっている。

このような繊維強化プラスチックの切断を行う場合、通常、加圧された水を小さい穴などに通すことによって得られるウォータージェットや、円板状台金の外周にダイヤモンド砥粒等を付着させた切断砥石が一般に使用されているが、これらはコスト的に高価であり、また上記切断砥石の場合、繊維強化プラスチック材の切削中に目詰まりが生じて加工速度が低下し易く、切断効率が悪いという問題があった。

特開２０１０−２３４５０７号公報 特開２０１２−２０６２１２号公報 特開２０１３−１５４４１５号公報

前述した問題に鑑みて、比較的コストが安価で切削速度が速いチップソーを使用して繊維強化プラスチック材を切断することが考えられるが、繊維強化プラスチックは、前述した通り、炭素繊維やガラス繊維等のフィラーを熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂等のマトリックスに混入させて成形した複合材料であるため、切削作業の際に、その切断面にバリや毛羽立ち、或は切削中の表層剥離が生じ易いという問題がある。

具体的には、図７および図８に示すように、チップソー５１は、円板状台金５２の外周に一定間隔をあけて鋸刃５３が突設され、鋸刃５３に形成されたL字状の台座５４に、すくい方向に突出した刃先５６を有するチップ５５をろう付けや溶接等によって接合した構造であったため、繊維強化プラスチック材Wの切断時に、その表面を前記チップ５５の刃先５６で掻き上げることとなるため、毛羽立ちやバリが発生すると共に、マトリックスが熱可塑性樹脂の場合には、該マトリックスが切断時の発熱によって刃先５６に溶着し、その結果、切断不能の状態となる。

また、前記チップソー５１において、鋸刃５３のピッチを小さくすることで、前述した繊維強化プラスチックの切断に関する問題を軽減することが考えられるが、図９に示すように、略方形のチップ５５を接合したチップソー５１の場合、その接合時にチップ５５の十分な接合強度を得るためには、台座５４から少なくとも中心方向へ広範囲に加熱温度域Ｈ１を形成する必要があったことから、鋸刃５３のピッチを小さくした場合、台金５２の外周部が高温になり過ぎて、その熱影響によって該外周部が膨張して塑性変形を起こすという問題があった。

以上のような事情から、これまでチップソーは繊維強化プラスチックの切断に使用されないのが実情であった。

本発明の目的は、前述した種々の問題を一挙に解消し、繊維強化プラスチック材の切断が可能な複合材料用チップソーを提供することにある。

請求項１記載の本発明は、円板状台金の外周に凹弧状の台座が所定間隔をあけて形成され、各凹弧状台座に全体が略扇形のチップ単体が固着された複合材料用チップソーであって、チップは前側の半径部がすくい面となされ、後側の半径部が逃げ面となされ、両半径部をつなぐ凸弧部が前記円板状台金の外周の凹弧状台座に直接固着され、且つ隣り合うチップ間のピッチが４．５ｍｍ未満となされており、前記チップは、その逃げ面が左端から右端へ下る傾斜面と右端から左端に下る傾斜面とで構成された左端と右端が交互に先鋭状の千鳥刃となされ、且つ各チップのすくい面は台金の中心から外周方向に伸びる中心線を基準として当該チップソーの回転方向と反対方向へ傾いたマイナス角度となされている複合材料用チップソーである。

請求項２記載の本発明は、前記請求項１記載の複合材料用チップソーについて、複合材料の溶着防止用として、外周部分に一定幅の脱水素型ＤＬＣコーティングが施されたものである。

また、前記請求項１に係るチップソーでは、隣り合うチップ間のピッチはより好ましくは、３．５ｍｍ以下である。

請求項１記載の本発明に係るチップソーによれば、台金の外周に固着されたチップが千鳥刃となされているため、被切削材である複合材料の切断箇所において、常に外側のフィラーを切断しながら、内側のマトリックスを切削していくこととなるため、表層剥離が発生しない切削が可能となる。しかも、本発明のチップソーでは、チップのすくい面は台金の中心から外周方向に伸びる中心線を基準として当該チップソーの回転方向と反対方向へ傾いたマイナス角度となされていることで、このような刃先角度によってＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）等の複合材料に対して、刃先が７５°〜１０５°の範囲で切削を行い、且つ必ず９０°（直角）で切り込む箇所がある。その結果、フィラー（繊維）の剥がれや毛羽立ちが発生せず、これが前述した千鳥刃による連続的な切削作用と相まって、複合材料中のフィラーを逃さずに鋭く切断することが可能となり、そのためＣＦＲＰの切削も確実に行えるという格別の効果が得られる。

請求項１記載の本発明に係るチップソーは、チップの形状を略扇形とすることで、チップを台金における台座に接合する際に、チップの中心部分を加熱することでその熱がチップの外縁方向へ容易に放出されるようにして、チップ固着時の熱影響を最小限に抑制し、その結果、従来問題となっていた台金外周部の熱膨張による塑性変形が発生しない状況として、隣り合うチップ間のピッチを４．５ｍｍ未満、より好ましく３．５ｍｍ程度まで非常に小さくすることに成功したものであり、そして、このような極小ピッチを実現することによって、ＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）等の複合材料の厚みが、３ｍｍ未満、或は１ｍｍ以下の非常に薄い板厚であっても、該複合材料を振動させることなく、安定的に切削が行え、またこの際、複合材料のマトリックスが熱可塑性プラスチックであっても、前述したような極小ピッチの各チップにおける効率的な放熱によって熱可塑性プラスチックがチップに溶着することなく、確実に切削作業が行えるという格別の利点を有する。

以上要するに、前記本発明に係るチップソーは、前述した鋸刃構成によって、従来問題となっていた複合材料の切断時におけるバリや毛羽立ち、表層剥離の発生および目詰まりを確実に防止することができ、被切削材がＣＦＲＰであっても鋭利性をもってスムーズに切断することが可能である。

請求項２記載の本発明に係る複合材料用チップソーは、前記請求項１記載の複合材料用チップソーについて、外周部分に一定幅の脱水素型ＤＬＣコーティングが施されていることにより、表面平滑性と切削時の摩擦係数の低下を図ることができる。そのため、特に熱可塑性樹脂のＣＦＲＰの切断において、溶融樹脂が刃先に溶着することが完全に防止され、バリのない綺麗な切断面を得ることができ、また前述した通り、摩擦係数を低くできることから、被切削材の切断時に刃先に発生する切削熱そのものを抑制することができ、これに伴って工具寿命を延ばし、また台金の塑性変形の防止や溶融温度が低い熱可塑性プラスチックに対する切削性の更なる向上が可能となる。また、前記ＤＬＣコーティングによれば、一般的に施されているＰＶＤコーティングに比べて、約１／４の摩擦係数となる。

実施形態１のチップソーの一部を示す側面図である。 図１のチップソーにおけるチップ取付部分の拡大図である。 同チップソーにおける千鳥刃型のチップによる切削状況を示す要部拡大正面図である。 同チップソーにおける台金部分の加熱範囲を示す部分拡大側面図である。 同チップソーによる切削状況を示す側面図である。 同チップソーにＤＬＣコーティングを施した実施形態を示す側面図である。 従来のチップソーによる切削状況を示す側面図である。 図７のチップソーにおける刃先部分の拡大図である。 図８のチップソーにおける台金部分の加熱範囲を示す部分拡大側面図である。 従来のチップソーによる切削試験の結果を示す被切削材の切断面画像である。 本実施形態のチップソーによる切削試験の結果を示す被切削材の切断面画像である。

次に、本発明の実施形態について、図面にしたがって説明するが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではない。

図１および図２に示すように、複合材料用チップソー２１は、円板状台金２２の外周に凹弧状の台座２４が所定間隔をあけて形成され、各凹弧状台座２４に全体が略扇形のチップ２５が固着されたものであって、刃先Ｂを頂点として、前側の半径部２５ａがすくい面となされ、後側の半径部２５ｂが逃げ面となされ、両半径部２５ａ・２５ｂをつなぐ凸弧部２５ｃが前記凹弧状台座２４にロウ付けや溶接によって固着され、且つ隣り合うチップ間のピッチＰが４．５ｍｍ未満となされており、前記チップ２５はその逃げ面が左端から右端へ下る傾斜面と右端から左端に下る傾斜面とで構成された左端と右端が交互に先鋭状の千鳥刃となされ、且つ各チップ２５のすくい面２５ａは台金２２の中心から外周方向に伸びる中心線ＣＬを基準として当該チップソー２１の回転方向Ａと反対方向へ傾いたマイナス角度αとなされている。なお、図中２３は、台金２２の外縁の一部を示す。

また、本実施形態のチップソー２１における凹弧状の各台座２４は、円板状台金２２の外周よりも中心方向に窪んだ形態となされ、該台座２４に前述した略扇形のチップ２５が固着されることにより、隣り合うチップ２５間が刃室２６となっているものである。

更に、当該チップソー２１における隣り合う鋸刃ピッチＰはより好ましくは、３．５ｍｍ程度である。

また、図３に示すように、台金２２の外周における凹弧状台座２４に固着されたチップ２５が前記の通り、千鳥刃となされている。より詳細には、前記チップ２５の逃げ面２５ｂが左端から右端へ下る傾斜面と右端から左端に下る傾斜面とで構成された左端と右端が交互に先鋭状の千鳥刃となされている。

図４に示すように、当該チップソー２１は、前述したように、チップ２５が略扇形であって、前側の半径部２５ａがすくい面となされ、後側の半径部２５ｂが逃げ面となされ、両半径部２５ａ・２５ｂをつなぐ凸弧部２５ｃが台金２２外周に一定間隔をあけて形成された凹弧状の台座２４に固着された構成となされているため、チップ２５の接合にあたって、該チップ２５の中心部分を加熱することにより、該チップ２５の凸弧部２５ｃを介して台金２２の凹弧状の台座２４に均一且つ効率的に熱量Ｈ２を与えることができるため、台金２２外周における熱影響が最小限に抑えられる。

そのため、前述した通り、当該チップソー２１では、隣り合う鋸刃ピッチを３．５ｍｍ程度に狭くすることが実現される。

また、図５に示すように、前述した構成のチップソー２１でＣＦＲＰ等の複合材料Ｗを切削する際、複合材料Ｗに対して、刃先が７５°〜１０５°の範囲で切削を行い、且つチップ２５のすくい面２５ａが直角に切れ込む箇所があるため、この箇所において複合材料Ｗ中の繊維の剥離が防止されつつ、複合材料Ｗが切削される。

更に、図３に示すように、前記複合材料Ｗの切削の際、チップ２５は前述した通り、その先鋭状の千鳥刃型となされているため、左右の刃先Ｂ１・Ｂ２によって、交互に切り込みがバランス良く行われ、且つ先鋭状の刃先Ｂ１・Ｂ２が協働して、複合材料Ｗのフィラー（繊維）を切断しつつ、更に切り込んでマトリックス（樹脂）を切削するため、毛羽立ちや表層剥離が完全に防止される。このような点は、前記実施形態１のチップソー１においても同様である。

図６に示すように、チップソー３１は、本実施形態に係る前記チップソー２１について、その外周部分に一定幅の脱水素型ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）コーティング２９を施したものである。また、該コーティング２９は、前記実施形態１のチップソー１においても同様に行われ得る。

（切断試験）

次に、前述した実施形態のチップソー２１と図７および図８に示す従来のチップソー５１とによって、ＣＦＲＰの切断試験を行ったところ、図１０に示すように、従来のチップソー５１では、切削面に切断斑が生じ、ＣＦＲＰ中の炭素繊維を掻き上げたことに起因する毛羽立ちＦや表層剥離Ｅが確認された。

一方、図１１に示すように、実施形態に係るチップソー２１では、切断斑のない綺麗な切削面となり、また切断された被切削材であるＣＦＲＰにはバリや毛羽立ち、あるいは表層剥離がまったく認められなかった。更に、脱水素型ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）コーティング２９を施した実施形態のチップソー３１では、更に切削時における摩擦抵抗の低下が顕著に認められた。

本発明のチップソーによれば、従来不可能であった熱可塑性ＣＦＲＰ等の複合材料の切削が容易に行われるため、幅広い利用が期待できる。

２１ チップソー
２２ 円板状台金
２４ 台座
２５ チップ
２５ａ チップのすくい面
２５ｂ チップの逃げ面
α すくい角度

Claims (2)

1. 円板状台金の外周に凹弧状の台座が所定間隔をあけて形成され、各凹弧状台座に全体が略扇形のチップ単体が固着された複合材料用チップソーであって、チップは前側の半径部がすくい面となされ、後側の半径部が逃げ面となされ、両半径部をつなぐ凸弧部が前記円板状台金の外周の凹弧状台座に直接固着され、且つ隣り合うチップ間のピッチが４．５ｍｍ未満となされており、前記チップは、その逃げ面が左端から右端へ下る傾斜面と右端から左端に下る傾斜面とで構成された左端と右端が交互に先鋭状の千鳥刃となされ、且つ各チップのすくい面は台金の中心から外周方向に伸びる中心線を基準として当該チップソーの回転方向と反対方向へ傾いたマイナス角度となされている複合材料用チップソーである。
2. 複合材料の溶着防止用として、外周部分に一定幅の脱水素型ＤＬＣコーティングが施された、請求項１記載の複合材料用チップソー。