JPH03221408A - 脆性材料の切断方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、硬脆特性を示す材料、例えば、セラミック
スなどからなる棒状の被切断物を効率良く切断する方法
に関するものである。

（従来の技術） 現在、塑性変形抵抗が大きく、高硬度なセラミックスは
、その優れた種々の特性を生かして多くの分野で使用さ
れつつある。

その場合に、セラミックスを用途に合わせて所定の形状
寸法に機械加工することは不可避であり、セラくツクス
を所定寸法に切断する場合には、それが高硬度であるこ
とから、切断工具としての砥石車を確実に被切断物に喰
い込ませるため、切断装置、具体的には、砥石車の保持
機構の剛性を高め、一定の切込み量で砥石車を切り込む
、いわゆる位置制御方法が、従来から用いられてきた。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、出発材料を極めて高い温度で坑底して製
造されるセラミックスは、その製造に際して温度の影響
を受は易いことから、組織の偏りが大きく、また、砥石
車の円弧部分と被切断物との相対的な接触領域が、砥石
車の切り込み量に応じて増大すると、砥石車に作用する
反力が増加する。このため、切断効率を向上させるべく
、砥石車の切り込み量を大きく設定した場合には、砥石
車に作用する反力がその許容値を越えることとなり、当
該反力が砥石車の許容値を越えた状態が一定時間継続す
ると、砥石車及び／又は被切断物が破損されることとな
る。

このため、従来の方法にあっては、切断に際して、砥石
車に作用する反力を小さなものとし、また、被切断物の
損傷を防止するため、切り込み量を小さくして切断する
のが常であり、これがため、切断効率が低いと言う問題
があった。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり
、セラミックス等の硬脆性材料を、損傷することなく効
率良く切断し得る切断方法を提供することをその目的と
する。

（課題を達成するための手段） この目的を達成するため、本発明にあっては、例えば、
セラミックス等の硬脆特性を示す被切断物を、砥石車を
用いて切断するに際し、準備位置にある回転させた砥石
車を被切断物に当接する初期位置にもたらす工程と、砥
石車の被切断物に対する押圧力を、一定時間間隔でその
最小値と最大値との間で変動させると共に、砥石車の軸
線と被切断物の軸線との間の相対距離を検知する工程と
、砥石車に作用する反力を前記時間間隔より短い時間間
隔で検知し、反力の大きさに対応して、砥石車の押圧力
を最小とし、被切断物をその軸線周りに一定量回転させ
る工程と、砥石車の軸線と被切断物の軸線との相対距離
に基づいて砥石車を準備位置に復帰させる工程とを具え
てなる。

（作　用） 回転する砥石車と被切断物とが接触した状態、つまり砥
石車の押圧力が最小である状態から、砥石車の押圧力を
一定時間間隔で、砥石車の許容し得る最大押圧力との間
で変動させると、被切断物を砥石車のの許容最大押圧力
で切断することとなり、実質的に各時間間隔における砥
石車の押圧力を大きな値に設定したことと等価となるの
で、効率よく切断することができる。

また、一定時間間隔で最小押圧力と許容最大押圧力との
間で被切断物に押圧される砥石車に作用する反力を、当
該時間間隔より短い時間間隔で検知し、当該反力が最大
押圧力を越えて所定の時間以上作用する場合には、砥石
車の押圧力を最小、つまり、砥石車と被切断物とが単に
接触する状態として、被切断物をその軸線周りに一定量
回転させることにより、砥石車と被切断物との間の相対
的な接触領域を減少させた後、再び、砥石車を一定時間
間隔でその最大押圧力と最小押圧力との間で変動させる
ことにより、砥石車にその許容最大応力を越えた反力が
所定時間以上作用することがないので、砥石車が破損す
るこもない。

そして、砥石車の軸線と被切断物の軸線との相対距離が
所定値以下、つまり切断が完了したなったならば、砥石
車を準備位置に復帰させ、次の切断作業に備える。なお
、砥石車を一定時間間隔で最大及び最小押圧力との間で
変動させることとしたので、砥石車を充分冷却すること
ができ、その寿命を向上させることができる。

（実施例） 以下、図面を参照しながら、本発明方法について詳述す
る。

第１図は、酸化物系セラミックス、例えば、ＡｈＯ３、
Ｚｒ０ｚ、非酸化物系セラミックス、例えば、ＳｉＣ、
Ｂ、Ｃ、ＷＣ，，５ｉ３Ｎａ　、ＴｉＢｚ等の硬脆性を
示すセラミックスよりなる被切断物１０を、本発明方法
を用いた切断装置を示す路線図である。なお、第１図に
あっては、砥石車１２は、その外周が被切断物としての
、例えば、チタンダイポライド（Ｔｉｆｈ）からなるセ
ラミックス棒１０の外周面から離間した準備位置にある
。

軸線周りに回転して、セラミックス棒１０を切断する円
板形状をした砥石車１２は、切断すべきセラミックス棒
に合わせてその周縁部にダイヤモンド砥粒を具備するも
のであり、一方、砥石車１２を支持するヘッド部分１４
は、当該砥石車１２をセラミックス棒１０に対して進退
させ得るものであれば良く、本実施例では、加圧流体の
適用に伴って出力軸を進退させ得る流体圧シリンダ機構
を具える。

この流体圧シリンダ機構は、第２図に示したように、シ
リンダチューブ１６及びその内部に摺動自在に配設した
ピストン１８により区画される隔室２０ａ及び２０ｂに
、それぞれ所望圧力とした加圧流体を適用することによ
り、その出力軸２２、ひいては砥石車１２の進退量を変
更することができるシリンダ２４と、操作圧力源２６と
しての、例えば、エアーコンプレッサに接続された二組
の対をなす弁を有する圧力制御弁２８とを具え、圧力制
御弁のそれら対をなす多弁の弁開度を、コントローラ３
０からの制御信号に応じて調整することにより、それぞ
れの隔室に適用される加圧流体の圧力差に応じて砥石車
１２の被切断物１０に対する押圧力を適宜に変更するこ
とができる。なお、各隔室に適用される加圧流体の圧力
の大きさは、シリンダ２４に加圧流体を給排する管路３
２に設けた圧力検知手段３４ａ及び３４ｂを介して求め
ることができる。

更に、ヘッド部分１４にはラック３６がシリンダ２４の
出力軸に一体的に配設され、当該ラックに噛合するピニ
オンを有する不動のロータリエンコーダ３８からの出力
信号に基づいて、砥石車１２のヘッド部分に対する相対
運動量を検知する。

次に、このような切断装置を用いてセラミックス棒１０
を切断する本発明方法について、第３図を参照しながら
説明する。

第３図（ａ）に示したように、砥石ヘッドに取付けた砥
石車１２をその軸線周りに（同図（ａ）にあっては矢印
Ａで示す方向に）回転させ、コントローラ３゜からの制
御信号に伴う流体圧シリンダ機構の作動下で、砥石車１
２をその準備位置から、その外周がセラミックス棒１０
の外周面に当接する初期位置まで移動させる。

それゆえ、砥石車１２は、初期位置にあっては第３図（
ｂ）に示したように、単にセラミックス棒１０に接触す
る状態にあり、セラミックス棒からの反力が作用するこ
とがない。なお、砥石車１２の準備位置から初期位置ま
での移動は、目視により確認しながら手動にて行い得る
ことは勿論、砥石車１２と被切断物１０との当接に伴う
ロータリエンコーダ３８からの出力信号変化、即ち、ロ
ータリコンコーダ３８の出力信号が一定となることから
検知することもできる。なお、その場合には、コントロ
ーラ３０を用いて判定することが有利である。

そして、コントローラ３０からの制御信号に基づいて圧
力制御弁２８を駆動して、シリンダ２４の各隔室に適用
される加圧流体の圧力を、予め定められた時間間隔（ｔ
ｏ）で交互に変化させると、砥石車１２は、被切断物と
してのセラミックス棒１０に単に接触する最小押圧力と
、砥石車１２を破壊することがなくセラミックス棒１０
に押圧し得る最大押圧力との間でその押圧力を変化させ
ながら、セラミックス棒１０の切断を開始する。その様
子を同図（Ｃ）に示す。なお、砥石車の押圧力の切換え
時間間隔（ｔｏ）及びその最小最大押圧力は、切断すべ
きセラミックス材料に対する砥石車の破壊試験を行うこ
とにより予め求めることができる。

ところで、砥石車１２のセラミックス棒１０に対する実
際の押圧力（Ｐ）は、操作圧力源２６からシリンダのそ
れぞれの隔室に適用される加圧流体の圧力差を、管路３
２に配設した圧力検知手段３４ａ及び３４ｂを介して検
知することにより知ることができる。

一方、セラミックス棒の切断に際して砥石車１２に作用
する反力（Ｒ）は、砥石車１２を含む砥石ヘッド部分の
質量（Ｍ）が既知であり、また、ロータリエンコーダ３
８の出力信号から、砥石ヘッド部分の移動速度（Ｖ）、
ひいては、当該ヘッド部分の加速度αが既知となるので
、次式に従って求めることができる。

Ｐ−Ｒ＝Ｍα　　　　　　・・・（１）Ｓαｄｔ＝　ｖ
　　　　　　　　・・・（２）そして、コントローラ３
０は、砥石車１２に作用する反力Ｒが、砥石車の許容応
力を越えるものであれば、圧力制御弁２８に制御信号を
送り、砥石車１２とセラミックス棒１０とが単に接触し
た相対位置関係、即ち初期状態となるよう、シリンダ２
４の各隔室に所定圧力として加圧流体を適用する。それ
ゆえ、砥石車１２が破損する恐れのある大きさの反力、
つまりその許容値を越えた反力が所定時間以上作用する
ことがないので、砥石車が破損することがない。

また、砥石車１２は、それがセラミックス棒１０と単に
当接する初期位置にもたらされ、冷却水が砥石車及び切
断面に効率良く流入することから、切断時の発熱を小さ
く抑制することができる。なお、砥石車の破損防止をよ
り有効なものとするため、砥石車１２に作用する反力（
Ｒ）を検知する時間間隔（ｔｐ）を、砥石車１２の押圧
力（Ｐ）の切換え時間（ｔｏ）より短くするものとし、
本実施例にあっては、Ｌｏが２００ｍ５であるのに対し
、ｔ２を５０ｍ５とした。

砥石車１２が、そこに作用する反力が許容値を越えたこ
とに対応して初期位置にもたらされたならば、第３図（
ｄ）に示したように、既知の回転機構に支持されたセラ
ミックス棒１０をその軸線周りに一定量回転させた後、
砥石車１２を一定時間間隔を以てその最大及び最小押圧
力の間で変化させながら、セラミックス棒１０の切断を
続行する。

このように、砥石車１２に作用する反力が、その許容応
力を越えたならば、砥石車と被切断物との間の相対距離
を離間させて砥石車に作用する反力を低減させることに
より、その破損を大幅に低減することができる。

そして、砥石車１２の軸線とセラミックス棒１０の軸線
との相対距離が、所定の距離より小さくなったならば、
砥石車１２が準備位置となるよう、コントローラ３０は
圧力制御弁２８に制御信号を送り、砥石車１２に関連す
るシリンダ２４の隔室に適用される加圧流体の圧力を変
更して、一つの切断作業を終了する。

なお、本実施例にあっては、棒状の被切断物を切断する
場合について述べたが、被切断物が平板形状をしたもの
にあっても同様であり、砥石車を、その最小及び最大押
圧力の間で変化させながら平板に平行に移動させて切断
する場合に、砥石車に作用する反力が一定時間その許容
値を越える場合にも適用することができることは勿論、
セラミックス以外の硬脆性材料にも適用し得る。

次に、本発明方法と従来方法とを比較するため、ＴｉＢ
２よりなる試験片を複数本切断して、切断面粗さ、切断
に要する時間並びに砥石車及び被切断物の破損の割合を
調べた結果を次表に示す。なお、切断試験に供した試験
片の直径は２５１１ＩＩ１１であり、ダイヤモンド砥粒
を具える直径１５０　ｆｆＩｍの砥石車を３００Ｏｒ、
ｐ、ｍで回転させると共に、その最小押圧力を５ｋｇｆ
、最大押圧力を１０ｋｇｆとして２００ｍ５の時間間隔
で切換え、砥石車に作用する反力の測定時間間隔を５０
ｍ５とした。

但し、切断面粗さは、精密粗さ計を用いて最大あらさを
測定した。

上記表から明らかなように、本発明方法によれば、砥石
車及び被切断物が破損することがなく、切断時間を短縮
することができ、しかも、切断面粗さを小さなものとな
ることが分かる。

（発明の効果） かくして、本発明方法によれば、砥石車及び被切断物を
損傷することなく、セラミックス等の硬脆性材料を効率
良く切断でき、しかも、切断面粗さを小さなものとする
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明方法を適用した切断装置を示す模式図
、 第２図は、第１図に示す装置に適用して好適な流体圧シ
リンダ機構を示す説明図、そして、第３図（ａ）〜（イ
）は、本発明方法を用いて切断する様子を示す図である
。 １０−被切断物　　　　１２−砥石車 １４−ヘッド部分　　　２４−　シリンダ２６−操作圧
力源　　　２８−圧力制御弁３０−　コントローラ　　
３２−管路 ３６・−ラック ３８−　　ロータリエンコーダ 第２図 （ａ） （ｄ） 二３図 （ 〆

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、硬脆特性を示す被切断物を砥石車を用いて切断する
   に際し、 準備位置にある回転させた砥石車を被切断物に当接する
   初期位置にもたらす工程と、砥石車の被切断物に対する
   押圧力を、一定時間間隔で、その最小値と最大値との間
   で変動させると共に、砥石車の軸線と被切断物の軸線と
   の間の相対距離を検知する工程と、砥石車に作用する反
   力を前記時間間隔より短い時間間隔で検知し、反力の大
   きさに対応して砥石車の押圧力を最小とし、被切断物を
   その軸線周りに一定量回転させる工程と、砥石車の軸線
   と被切断物軸線との相対距離に基づいて砥石車を準備位
   置に復帰させる工程とを具えてなることを特徴とする脆
   性材料の切断方法。