JPH10202538A

JPH10202538A - 銑鉄鋳物または鋼切断用多孔性ダイヤモンドカッター

Info

Publication number: JPH10202538A
Application number: JP912397A
Authority: JP
Inventors: Makoto Saito; 誠斉藤
Original assignee: Tone KK
Current assignee: Tone KK
Priority date: 1997-01-22
Filing date: 1997-01-22
Publication date: 1998-08-04

Abstract

(57)【要約】【課題】切削熱の放熱性や切れ味に優れた新規工具と
して、安定な切削性と耐久性をもつ銑鉄鋳物又は鋼切断
用多孔性ダイヤモンドカッターを提供する。【解決手段】本発明のダイヤモンドカッターは、円板
状基板１の外周縁に基板１の厚さ２より厚い切刃層３を
有し、切刃層３は硬質砥粒４を２層以上に積層し、硬質
砥粒４を限りなく小さな比表面積で相互に結合して有す
る切刃部５と、切刃部５と基板締めつけ部６の間の両側
面に、円板状基板１と切刃層３の厚さの段差より小さい
硬質砥粒７を電着により固着して成る側面部８とから構
成されている。切刃部５の砥粒４どうしの接着は、活性
銀ろう又は自溶性合金１０にて接着し、砥粒接着空隙率
が１０〜５０％の気孔１１を有している。また、側面部
８の硬質砥粒７は所定の砥粒を単体又は２種類以上混合
して、幾何学的配列形状にあるいは無作為に分散固着す
る。円板状基板１は所定組成の合金を使用している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、銑鉄鋳物切断用あ
るいは鋼切断用のダイヤモンドカッターに係り、特に、
銑鉄鋳物仕上用あるいは鋳鉄管切断用、または鋼切断用
のホイールあるいはバンドソーに好適な銑鉄鋳物または
鋼切断用多孔性ダイヤモンドカッターに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種のカッターは回転運動方式
のもので、外周刃構成として、ソリッド形、コンティニ
ュアスリム形、セグメント形、リムロック形に大別され
る。この外周刃切断ホイールは鋼製台金の外周に、レジ
ノイドボンド系、ビトリファイトボンド系、メタルボン
ド系および電着あるいは電鋳により、硬質砥粒を、熱硬
化性樹脂または金属により形成されたボンド中に、任意
に分散させて外周刃層を有するものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来、鋳物の素形材と
して供給する作業工程において、余分な駄肉等を除去す
る方法として、手持式電動機等に砥石を取付け、切断作
業により除去している。この砥石は一般にフェノール樹
脂等の熱硬化性結合剤で、ＳｉＣ、Ａｌ₂Ｏ₃等の砥粒を
焼成した、いわゆるレジノイド砥石が多用されている。
この種の砥石は自生刃作用が激しく、切れ味は良好なが
らも砥粒の飛散が激しく、耐久性のないために、作業効
率、環境衛生的にも好まれる砥石とは言い難いものであ
る。このような背景から、最近、メタルボンド系の多層
刃層を有するものと、電着法にて固着された単層刃に大
別される。メタルボンド系で台金の外周縁に多層刃を有
するタイプの切断作業は乾式切断を強いられ、粉塵等の
問題は解消されるが、切断による作用から硬質砥粒の摩
擦熱と、ボンド接触による摩擦抵抗が大きいために生ず
る摩擦熱とが発生する継続切断作業において、これらの
摩擦熱により砥粒の摩耗、ボンドの摩耗の推移によっ
て、次々と自生刃作用により耐久性を有する構成になっ
ているが、乾式切断で生ずるボンドの摩擦熱が大きいた
め、放熱性が悪く、結果的に砥粒の摩耗を促進し、切れ
味と耐久性が不安定なものであった。

【０００４】これらの除去作業は、駄肉等を効率よく取
り除くことはでき、しかも耐久性があるものが望まれる
もので、本出願人は、数々の実験結果の基に、岩石のよ
うに切屑によるボンド摩耗が、ある程度、徐々に進行し
たり、摩擦抵抗の少ないものは、自生刃の作用効果によ
る威力が発揮されるものであるが、しかし、鋳物の切断
に際しては、ボンドを積極的に摩耗させるものではな
く、むしろ電着製法による単層刃構成の方が、ダイヤモ
ンドを理想的にボンド面より突出させてなるもので、切
れ味がよい特性を示すものである。しかしながら、この
電着砥石はニッケル系のメッキによりダイヤモンドを物
理的に固着せしめているもので、砥粒径の半分以上のボ
ンドを有することにより、切断に際し砥粒の切削熱の放
熱性が悪いために、連続作業による蓄熱でボンドの密着
性や、砥粒の熱摩耗、脱落などの現象で、作業条件によ
っては急激な寿命を呈することもあり、いずれの構成刃
にしても、砥石として現在使われていいるものながら、
それらの特性は一長一短であり、より優れた砥石が待望
されているものである。

【０００５】また、鋼の切断作業においても、鉱物の中
で一番硬いダイヤモンド砥粒で切断は可能ながら、工業
製品として満足できる砥石構成を見い出せないのが実状
である。ダイヤモンドによる切削熱の熱力学データの解
析によれば、以下の過程がある。鉄系材料への拡散によるＦｅ₃Ｃ生成過程Ｃ（ダイヤモンド）＋３Ｆｅ⇒Ｆｅ₃Ｃ ΔＧ＝−７〔ｋｃａｌ／ｍｏｌ〕Ｃ（ダイヤモンド）⇒黒鉛＋３Ｆｅ⇒Ｆｅ₃Ｃ ΔＧ＝−５.７〔ｋｃａｌ／ｍｏｌ〕黒鉛化過程（酸素存在）２Ｃ（ダイヤモンド）＋Ｏ₂／２⇒Ｃ（黒鉛）＋ＣＯ ΔＧ＝−８６.６〔ｋｃａｌ／ｍｏｌ〕Ｆｅ₃Ｃ＋２Ｏ₂⇒Ｃ（黒鉛）＋Ｆｅ₂Ｏ₃ ΔＧ＝−１１６〔ｋｃａｌ／ｍｏｌ〕これらの熱力学データより、炭素と鉄との間に強い新和
性があるため、Ｆｅ₃Ｃが形成され、ダイヤモンドの激
しい熱摩耗になる原因で、むしろ鋼の研削に対しては、
熱的に安定で鉄との親和力のないＣＢＮ砥粒が採用され
ているのが実状である。

【０００６】いずれにしても、ダイヤモンド工具は鉄系
材料に対して工業製品として提供するには不適であると
一般に知られているが、ダイヤモンドは比熱（０.３３
ｃａｌ／ｇ／℃）、熱伝導度（１.４８ｃａｌ／ｃｍ ℃
／ｓｅｃ）ともに、ボンド金属に比べて優れた特性を有
しながら、新規砥石として開示されることなく推移して
いるのが実状である。本発明の目的は、砥石の研削メカ
ニズムにおいての問題点を解析し、この問題点を解消す
ることで、切削熱の放熱性に優れ、切れ味や耐久性の向
上した新規工具として、銑鉄鋳物または鋼切断用多孔性
ダイヤモンドカッターを提供するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解消するため
に、本発明は以下の手段を採用した。請求項１記載発明
は、円板状基板の外周縁に基板厚さより厚い切刃層を有
し、前記切刃層は硬質砥粒を複層以上に積層し、前記硬
質砥粒は限りなく小さな比表面積で硬質砥粒を相互に結
合して有する切刃部位と、前記切刃部位と基板締めつけ
部の両側面に、円板状基板と切刃層の厚さの段差より小
さい硬質砥粒を電着により固着して成る側面部位とから
成ることを特徴とする銑鉄鋳物または鋼切断用多孔性ダ
イヤモンドカッターである。このようなカッターによれ
ば、切削熱の放熱性に富むという優れた作用がある。ま
た、請求項２記載発明は、前記切刃部位の砥粒と砥粒と
の間の接着は、Ｔｉ−Ａｇ−Ｃｕ系またはＴｉ−Ｉｎ−
Ａｇ−Ｃｕ系の活性銀ろう、あるいはＮｉ−Ｃｒ−Ｂ系
自溶性合金にて行い、砥粒接着空隙率が１０〜５０％の
気孔を有することを特徴とするので、ダイヤモンドの強
固な接着力と放熱性を有するという良い点がある。ま
た、請求項３記載発明は、前記切刃部位の硬質砥粒は、
６０メッシュ以上のダイヤモンドあるいは立方晶窒化ホ
ウ素（ＣＢＮ）であることを特徴とする。それにより、
切れ味がよいというメリットがある。また、請求項４記
載発明は、前記側面部位の硬質砥粒は、６０メッシュ未
満のダイヤモンド、ＣＢＮ、アルミナジルコニアセラミ
ック砥粒を、単体あるいは２種類以上を混合して全面あ
るいは幾何学的配列形状に、あるいは無作為に分散固着
したことを特徴とするので、直接切断に寄与しないが、
切断中に被削材と接触したときの高速回転による摩擦熱
の発生防止、および摩擦抵抗を低減し、基板を保護する
という優れた作用がある。また、請求項５記載発明は、
前記円板状基板は、熱膨張係数が２×１０~⁶／℃以下で
あるＦｅ−Ｎｉ合金からなることを特徴とするので、基
板に伝わった切削熱が生じても基板の波打ち現象が起こ
らず、良好な切断作業を継続することが可能であるとい
う効果がある。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面を参照して説明する。図１は本発明の一実施形態を示
す断面図、図２は本実施形態の側面図、図３は本実施形
態の切刃多層刃層の拡大図である。これらの図に示すよ
うに、本実施形態のダイヤモンドカッターは、円板状基
板１の外周縁に、基板１の厚さ２より厚い切刃層３を有
し、切刃層３は硬質砥粒４を２層以上に積層し、硬質砥
粒４を限りなく小さな比表面積で相互に結合して有する
切刃部５と、切刃部５と基板締めつけ部６の間の両側面
に、円板状基板１と切刃層３の厚さの段差より小さい硬
質砥粒７を電着により固着して成る側面部８とから構成
されている。切刃部５の砥粒４どうしの接着は、Ｔｉ−
Ａｇ−Ｃｕ系またはＴｉ−Ｉｎ−Ａｇ−Ｃｕ系の活性銀
ろう、あるいはＮｉ−Ｃｒ−Ｂ系自溶性合金１０にて接
着し、砥粒接着空隙率が１０〜５０％の気孔１１を有し
ている。また、切刃部５の硬質砥粒４には、６０メッシ
ュ以上のダイヤモンドあるいは立方晶窒化ホウ素（ＣＢ
Ｎ）が用いら、側面部８の硬質砥粒７は、６０メッシュ
未満のダイヤモンド、ＣＢＮ、アルミナジルコニアセラ
ミック砥粒を、単体あるいは２種類以上を混合して、側
面部８の全面あるいは一部に、幾何学的配列形状に分散
固着する。図２の例では、側面部８に硬質砥粒７の領域
９が幾何学的配列形状に分散固着されている。また、円
板状基板１は、熱膨張係数が２×１０~⁶／℃以下である
Ｆｅ−Ｎｉ合金を使用している。

【０００９】従来のこの種の砥石は、切断・切削の加工
に際し、メタルボンド系の多層刃ホイールの焼結過程に
おいて、かなり緻密な状態に焼結されるため、ボンド摩
擦熱を生じ、結果的に切刃ダイヤモンドに熱が蓄熱され
て砥粒の摩耗が促進され、強いては切削性耐久性を損な
うものである。電着単層刃ホイールも同様の摩擦熱と、
物理的な固定による抱き力の低下から、ダイヤモンドの
脱落も生じてくる。特に、これらの乾式加工形態で、摩
擦熱の抑制と砥粒の抱き力を向上させることにより、砥
粒と結合剤（ボンド）との濡れ反応による保持接着の強
化が優れたホイールとなることは明らかである。本実施
形態のダイヤモンドカッターは、この現象を有効に作用
させるに卓越したホイールの提供を可能としたものであ
る。メタルボンド系砥石（多層刃）、電着砥石（単層
刃）等において、様々なボンド金属の組合わせによって
砥粒を分散固着されながらも砥粒とボンドの反応固着さ
れているものではない。この種の砥石の熱放散性を向上
する目的で、様々な例が開示されているが、切削性、耐
久性に卓越したホイールを提供するものである。

【００１０】本発明は、ダイヤモンドの比熱、熱伝導度
の優れた特性に着眼し、放熱性を向上させるものであ
る。ダイヤモンドとボンドの濡れ反応接合により、強固
な砥粒保持力を有すること。ダイヤモンドとボンドの接合多層刃層に、１０〜５
０％の気孔を有すること。この条件を複合させることにより、回転加工中に生じる
加工摩擦熱は、多孔性ホイールのための回転によって矯
正空冷されることと、ダイヤモンド砥粒自体の放熱が助
長され、切刃層の放熱性に伴い摩擦熱が抑制される。ま
た、切刃層のダイヤモンドとボンドは、活性銀ろう１０
により、砥粒・砥粒間の接着反応によって、限りなく小
さな比表面積で砥粒相互に接合していることであり、ボ
ンド接触による摩擦抵抗が軽減され、強いては摩擦熱の
蓄熱が生じにくい構成を有するものである。多層刃とし
ての切削性と自生刃作用による耐久性とが、従来砥石に
比べて、安定した切れ味を持続させることを可能にした
多孔性カッターである。

【００１１】さらに、円板状基板１の外周縁に多孔性の
切刃層３を有するが、定置切断方式ならば、基本的に切
刃層以外の基板側面８の露出部分には、ワークが直接触
れることはほとんどないが、現実の作業体系の多くが、
ハンドタイプの電動機に砥石を取付けて切断作業が行な
われるために、斜め切りや、ワークの残留応力等で、砥
石が挟み込まれることがある。基板の側面はワークの切
断に直接寄与するものではないが、高速回転による鉄と
鉄どうしの接触により、摩擦熱が発生し、基板に損傷や
振動を与え、安全上好ましくない状態を誘発する。切刃
層以外の基板取り付けナット部分の基板露出部分に、全
面あるいは回転体として基板に接触するところに、幾何
学配列形状に分散固着することで、基板の保護と摩擦抵
抗を減少し、より安全性の高いカッターとするものであ
る。分散固着される硬質砥粒はダイヤモンドが良好なが
ら、直接切削性に寄与する部分でないので、低価格で仕
様的に問題のない範囲で、ＣＢＮ、アルミナ、ジルコニ
アセラミックダイヤモンド砥粒の、単体あるいは２種以
上を混合して固着することで十分目的を達成せしめるも
のである。もちろん、基板側面部に分散固着する砥粒領
域は、幾何学的配列に限定されるものではなく、ホイー
ルバランス的に支障がなければ、無作為に配列すること
も可能である。

【００１２】また、一般のメタルボンド系および電着砥
石に使われる基板は、切削力をより多く伝達するため
に、工具鋼（ＳＫ）あるいは合金工具鋼（ＳＫＳ）等が
使われている。放熱効果のよい多孔性の切刃層を有しな
がらも、切削熱の蓄熱はあり、低温においても基板の温
度変化により、熱膨張係数が約１１.７×１０~⁶／℃と
高いため、基板の波うち現象を誘発し、手持ち式グライ
ンダーに振動として変換され、作業が継続できない状態
におちいる。この問題を解決するために、本実施形態で
は、２×１０~⁶／℃以下であるＦｅ−Ｎｉ合金を使うこ
とにより、基板に伝わった切削熱が生じても基板の波打
ち現象が起こらず、良好な切断作業を継続することを可
能としたものである。以上のように、熱膨張係数が２×
１０~⁶／℃以下である円板状基板の外周縁に、基板厚さ
より厚い切刃層を有し、複層以上に積層した切刃砥粒の
表面に限りなく小さな比表面積で、砥粒間をアルゴン雰
囲気または真空雰囲気にて活性銀ろう、あるいはＮｉ−
Ｃｒ−Ｂ系自溶性合金１０を含浸して濡れ反応にて接合
し、砥粒接着空隙率が１０〜５０％の気孔率を有する多
孔質切刃層を形成し、この切刃層と締め付けナットとの
間の両側面基板露出面に、単層砥粒を全面あるいは幾何
学配列形状に電着製法にて実施し、切刃砥粒径未満の砥
粒を一層固着させる。

【００１３】具体的な切刃多孔性多層刃の製造工程は、
円板状基板に、任意厚さを有する多層刃とするために、
カーボン型と基板とのすきまに、６９メッシュ以上のダ
イヤモンド砥粒を緻密な状態に充填する。この状態で、
８００〜９００℃のアルゴン雰囲気または真空雰囲気中
で、活性銀ろう（Ａｇ；７０〜６０％、Ｃｕ；２８〜２
４％の他ＴｉおよびＩｎを含む）を含浸させて多孔質切
刃層を形成させる。切刃層が形成された基板の両側面
に、６０メッシュ未満のダイヤモンド等の砥粒を一層、
ニッケルメッキの電着法により砥粒を固着形成させる。
以上の構成により、切削性、耐久性に優れた特徴をもつ
多孔性カッターを提供するものである。

【００１４】以下に、本発明の切断用多孔性ダイヤモン
ドカッターと比較対象する目的で、多層刃を有するメタ
ルボンド系カッターと、単層刃を有する電着カッターと
を対象として、種々の実験を行なった。切削性、耐久性
の比較実験を行なう目的で、本発明品の構成を部分的に
統一する必要があるため、共通要項としては、基本的に
は乾式切断のため、多層刃および単層刃に使用される従
来の素材は工具鋼および合金工具鋼であるため、切削熱
により基板の振れが発生するので、２×１０~⁶／℃以下
の低熱膨張係数であるＦｅ−３６％Ｎｉ合金を適用す
る。切刃層に使用するダイヤモンド粒は同質で粒度は、
４０／４５＃（３５０〜４２０μ）、両側面ダイヤモン
ド粒は、７０／８０＃（１７７〜２１０μ）のものを使
用する。

【００１５】Ｓａｍｐｌｅ（Ａ）；本発明になる多孔性
ダイヤモンドカッター基本形状は円板状で、φ３５０×２.０ｔ×φ２５.４を
使用し、多孔性切刃層Ｔ；３.５ｍｍ，Ｈ；２.０ｍｍの
形状にて多層刃を形成する。切刃層形成後、基板のそり
等を矯正加工した後、両側面に締付けナット径（φ１０
０）まで幾何学形状にニッケルメッキにより砥粒を単層
に電着する。Ｓａｍｐｌｅ（Ｂ）；コンティニュアスリム型多層刃メ
タルボンド系ダイヤモンドカッター基板に一体型焼結法により、Ｈ；５.０ｍｍの形状に形
成する、メタルボンド組成については、Ｃｕ−１０％Ｓ
ｎボンドとし、ダイヤモンドの集中度は４０％とする。Ｓａｍｐｌｅ（Ｃ）；単層電着ダイヤモンドカッター基板はサンプル（Ａ）（Ｂ）の切断巾と統一するため
に、φ３０５×２.５ｔ×φ２５.４を使用し、単層刃を
電着にて形成する。

【００１６】以上のサンプルによる実験について説明す
る。被切削材はダクタイル鋳鉄管（外径φ１１８、肉厚
７.５ｍｍ、内面４ｍｍのモルタルライニング管）を用
い、切断機は市販の定量式切断機で、出力２.２ｋｗ、
回転数１９００ｒｐｍを用いて、ダクタイル鋳鉄管に推
力５（ｋｇ）の力を付与させて全切断を行ない比較実験
とした。図４に示すように、ダクタイル鋳鉄管の一発全
切断のとき、すなわち、切断機にワークを固定し、カッ
ターにより一回の推力で全切断を行うとき、当然、切断
長に対して切削性が劣ってくるが、負荷一定荷重（ｋ
ｇ）時に要する切断時間４５〜５０秒までの比較を行な
った。Ｓａｍｐｌｅ（Ａ）〜（Ｃ）の切刃層は、負荷荷
重を付与することで切断は可能であるが、絶対的な対象
評価として比較できる実験である。

【００１７】初期切削性は、本発明品（Ａ）と単層電着
品（Ｂ）は同等の切れ味を示しているが、切削熱は切管
後の輻射熱温度測定では、（Ａ）５０℃、（Ｂ）９０
℃、（Ｃ）７０℃となり、（Ａ）は明らかに切削熱の低
下を引き起こしている。実際のダイヤモンドとワークと
の接触による摩擦熱は、測定が不可能であり、（Ｂ）
（Ｃ）では、かなり高温状態にさらされていることは明
らかである。サンプル（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）共に、使用上
絶対的な寿命を呈しているものではないが、本発明品
（Ａ）は安定した切削性を有している。また、メタルボ
ンド系カッターは、初期ドレッシングされているため、
作用ダイヤモンドの摩擦熱の方が多く働いているが、ダ
イヤモンドの摩耗に伴いボンドの接触摩擦熱が発生し、
切削性については、切刃砥粒の自生刃作用で耐久性を維
持するが、ノコギリの形状のように、切れ味が良くなっ
たり悪くなったりするサイクルを繰り返す現象、すなわ
ち、ノコギリ形状のサイクル現象の特性を示し、不安定
な切削性を有するものである。以上の実験結果から、本
発明品（Ａ）の切削性が安定結果を示していることは、
ダイヤモンドの放熱性による加工摩擦効果が非常に大き
く作用している証しであり、耐久性に優れたカッターを
提供できる所以である。

【００１８】

【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば、砥石の
研削メカニズムにおいての問題点が解消され、切削熱の
放熱性に優れ、切れ味や耐久性の向上した新規工具とし
ての、銑鉄鋳物または鋼切断用多孔性ダイヤモンドカッ
ターを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示す断面図である。

【図２】本実施形態の側面図である。

【図３】本実施形態の切刃多層刃層の拡大図である。

【図４】鋳鉄管の切管による切断時間と切断長との関係
を示す図である。

【符号の説明】

１円板状基板２基板厚さ３切刃層４硬質砥粒５切刃部６基板締めつけ部７硬質砥粒８側面部９側面部の硬質砥粒領域１０活性銀ろうまたは自溶性合金１１気孔

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】円板状基板の外周縁に基板厚さより厚い
切刃層を有し、前記切刃層は硬質砥粒を複層以上に積層
し、前記硬質砥粒は限りなく小さな比表面積で硬質砥粒
を相互に結合して有する切刃部位と、前記切刃部位と基
板締めつけ部の両側面に、円板状基板と切刃層の厚さの
段差より小さい硬質砥粒を電着により固着して成る側面
部位とから成ることを特徴とする銑鉄鋳物または鋼切断
用多孔性ダイヤモンドカッター。
【請求項２】前記切刃部位の砥粒と砥粒との間の接着
は、Ｔｉ−Ａｇ−Ｃｕ系またはＴｉ−Ｉｎ−Ａｇ−Ｃｕ
系の活性銀ろう、あるいはＮｉ−Ｃｒ−Ｂ系自溶性合金
にて行い、砥粒接着空隙率が１０〜５０％の気孔を有す
ることを特徴とする請求項１に記載の銑鉄鋳物または鋼
切断用多孔性ダイヤモンドカッター。
【請求項３】前記切刃部位の硬質砥粒は、６０メッシ
ュ以上のダイヤモンドあるいは立方晶窒化ホウ素（ＣＢ
Ｎ）であることを特徴とする請求項１に記載の銑鉄鋳物
または鋼切断用ダイヤモンドカッター。
【請求項４】前記側面部位の硬質砥粒は、６０メッシ
ュ未満のダイヤモンド、ＣＢＮ、アルミナジルコニアセ
ラミック砥粒を、単体あるいは２種類以上を混合して全
面あるいは幾何学的配列形状に、あるいは無作為に分散
固着したことを特徴とする請求項１に記載の銑鉄鋳物ま
たは鋼切断用ダイヤモンドカッター。
【請求項５】前記円板状基板は、熱膨張係数が２×１
０~⁶／℃以下であるＦｅ−Ｎｉ合金からなることを特徴
とする請求項１に記載の銑鉄鋳物または鋼切断用ダイヤ
モンドカッター。