JP4136893B2 - 円盤状工具 - Google Patents

Description

本発明は、木材、木質系材料、プラスチック、鉄鋼材料、非鉄金属等、材質に制限の無い加工に用いられる丸鋸等の円盤状工具に係り、特に切削振動や座屈が生じにくい円盤状工具に関する。

従来、この種の円盤状工具としては、例えば丸鋸の台金に形成される細長い孔であるスリットについて種々の形状のものが提案されている。例えば、特許文献１，２，３，４に示す通りである。このようなスリットを設けることにより、丸鋸の臨界回転数が増大し、またスリットに樹脂を詰めることで、騒音や切断面品質に悪影響を及ぼす振動が生じ難くなることは知られている。なお、臨界回転数とは丸鋸に座屈を生じる回転数であり、一般的に丸鋸は臨界回転数未満で使用される。しかし、このようなスリットの配設位置とその全体形状とが、丸鋸の剛性や臨界回転数にどのように関係し、さらに耐久性や振動の抑制にどのように影響するかについては、十分解明されておらず、従って、適正な位置に適正な形状のスリットが形成されているどうか不明確であった。
特公昭４６−２１３５６号公報 実公平５−１８０１０号公報 欧州特許第０６４０４２２Ａ１号明細書 西独国特許第１９６４８１２９Ａ１号明細書

本件発明者らは、円盤状工具に形成されるスリットの配設位置とその全体形状とが、円盤状工具の剛性や臨界回転数及び振動にどのように影響するかについて、詳細な解析を行うと共に、解析結果を具体的な実験によって確認することにより、それらについて解明し、その結果に基づいて本発明を想到するに至ったものである。

本発明は、上記した問題を解決しようとするもので、スリットの配設位置及び配設状態を具体的に特定することにより、高い剛性と臨界回転数を有し、耐久性が高く切削振動が生じにくい円盤状工具を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために上記請求項１に係る発明の構成上の特徴は、円盤形状の台金に、台金の回転中心から延びる２本の半径線と回転中心を同心とする台金上の２本の同心円で囲まれて形成される仮想領域を周方向に連続して複数個配置し、仮想領域毎に２本の半径線及び２本の同心円のすべてに接触するスリットを１本づつ設けてなる円盤状工具において、２本の半径線のなす中心角が９０°以下であり、仮想領域の数が４乃至２４個であり、仮想領域を形成する２本の同心円の間隔の中央に位置する中央同心円は、台金の最大歯底半径をｒとしたとき、台金の回転中心に対して０．６ｒ〜０．８ｒの範囲にあり、連続して隣り合う仮想領域の重なりは、回転中心を中心とした中心角が０°〜１２°の範囲にあり、隣り合うスリットの最小接近距離が０．０５ｒ以上であり、各仮想領域の、２本の同心円の間隔に対する前記中央同心円の仮想領域内における円弧長さの比が３〜６であることにある。

上記のように構成した請求項１の発明においては、円盤状工具として例えば図１に示すようなスリット１４を有する丸鋸を対象として、台金１１の最大歯底半径をｒとしたときの、仮想領域を形成する２本の同心円の間隔の中心に位置する中央同心円の半径方向位置について、円盤状工具の剛性値Ｒ（ｋｇｆ／ｍｍ）及び臨界回転数値ｍｉｎ−Ｎｃｒ（ｒｐｍ）との関係をコンピュータによる有限要素法（ＦＥＭ）解析により求められた。ＦＥＭ解析ソフトについては、ＡＮＳＹＳ（アンシスジャパン株式会社製）を使用した。なお、剛性値Ｒ及び臨界回転数地の基準値としては、図８に示す従来の台金内にスリットを有しない丸鋸（外周側に４本のスリットを有する）の値である剛性値Ｒ＝０．５９ｋｇｆ／ｍｍ、臨界回転数値＝４４３０ｒｐｍ以上とした。その結果、図３に示すように、中央同心円位置が０．６ｒ以上で、剛性値Ｒが基準値より高くなり、０．８ｒ以下で臨界回転数値が基準値より高くなった。従って、中央同心円位置として０．６ｒ〜０．８ｒの範囲であることが規定された。

つぎに、各仮想領域の２本の同心円の間隔に対する前記中央同心円の仮想領域内における円弧長さの比について、中央同心円位置が０．８ｒと０．６ｒの場合に求められた。中央同心円位置が０．８ｒの場合には、図４に示すように、剛性値Ｒは問題ないが臨界回転数値では比が３以上であることが必要である。中央同心円位置が０．６ｒの場合には、図５に示すように、剛性値Ｒは比が６以下であることが必要であり、臨界回転数値で問題なかった。その結果、同心円の間隔に対する円弧長さの比が３〜６の範囲であることが規定された。

つぎに、連続して隣り合う仮想領域の重なり範囲が求められた。中央同心円位置が０．７ｒの場合には、図６に示すように、剛性値Ｒは重なり角が１２°以下であり、臨界回転数値では−１°以上であれば問題はない。さらに、中央同心円位置が０．６ｒ、０．８ｒの場合の解析結果も考慮して、重なり角について０°〜１２°の範囲が規定された。

なお、２本の半径線のなす中心角が９０°より大きくなると、丸鋸の剛性が低下するのであり、これにより仮想領域の数が４個以上必要になる。また、仮想領域の数が２４個より多くなっても、特性の変化は少なく、スリット形成のコストが高くなる。さらに、隣り合うスリットの最小接近距離が０．０５ｒ、特定の過酷な条件では０．０８ｒより小さいと、スリット間が短絡し易くなり、丸鋸が破損し易くなるおそれがある。

また、本発明において、複数の仮想領域を同一形状とすることができる。複数の仮想領域形状を同一にすることにより丸鋸の回転方向の対称性が確保されて、生産性が高められると共に視覚的な美感が高められる。

さらに、複数の仮想領域を同一形状とすることに加えて、複数の仮想領域内に形成されるスリットを同一形状にすることができる。このように、複数の仮想領域形状が同一にされること加えて、各仮想領域内に形成されるスリットが同一形状にされたことにより、丸鋸の回転方向の対称性が確保されて、生産性、視覚的な美感がさらに高められる。

本発明によれば、丸鋸等の円盤状工具に設けるスリットの配設位置及び配設状態を具体的に特定したことにより、台金内にスリットを設けない従来の丸鋸と同等以上の剛性と臨界回転数特性を維持しつつ、耐久性が高く、騒音や切断面品質に悪影響を及ぼす振動の発生を抑えることができる。また、複数の仮想領域形状が同一にされ、さらに各仮想領域内に形成されるスリットが同一形状にされたことにより、円盤状工具の回転方向の対称性が確保されて、生産性、視覚的な美感がさらに高められる。

以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明する。図１は、同実施例に係るアルミニウム切断用の丸鋸を側面図により示したものであり、図２は、同丸鋸の要部を一部拡大側面図により拡大して示したものである。丸鋸１０は、円盤形状の台金１１と、台金１１の外周の連続した等間隔の複数ヶ所から径方向外方に突出して形成された歯１２を設けている。台金１１は、中心軸孔１１ａを有すると共に、周方向の等間隔の６箇所にて歯底外周から回転中心に向けてわずかに延びて内側で円弧状に丸められた外周スリット１１ｂを有している。台金１１は、その回転中心から延びる２本の半径線１３ａ，１３ｂと回転中心を同心とする台金上の２本の同心円１３ｃ，１３ｄで囲まれて形成される仮想の範囲である仮想領域１３を回転中心の周囲に連続して１４個設けている。各仮想領域１３内には、２本の半径線１３ａ，１３ｂ及び２本の同心円１３ｃ，１３ｄのすべてに接する各１本のスリット１４がレーザ加工等により形成されて設けられている。

スリット１４は、２本の半径線のなす回転中心を中心とした中心角が略３４°であり、かつ中心角を三分割した回転前方側から見て連続した前側小径部１４ａ、中央傾斜部１４ｂ、後側大径部１４ｃの３つの部分に分けられている。前側小径部１４ａの半径は略０．６４ｒであり、後側大径部１４ｃの半径は略０．７６ｒである。ここで、ｒは、台金１１の最大歯底半径、すなわち台金中心から歯１２の根元までの半径を表す。中央傾斜部１４ｂは、前側小径部１４ａ及び後側大径部１４ｃ間に傾斜して配置され、前側小径部１４ａ及び後側大径部１４ｃとの境界である連結部分が円弧状になっている。これにより、仮想領域１３を形成する２本の同心円１３ｃ，１３ｄの間隔の中心に位置する中央同心円１３ｅの半径方向位置（半径位置）は、０．７ｒとなっている。

また、連続して隣り合う仮想領域１３の重なりは、回転中心を中心とした中心角θｓが略８．２９°である。また、隣り合うスリット１４の最小接近距離は、略０．１ｒである。さらに、各仮想領域１３の２本の同心円の間隔０．１０４ｒに対する中央同心円１３ｅの仮想領域１３内における円弧長さ０．４１５ｒの比（スリット縦横比）が略３．９９である。

上記構成の実施例においては、丸鋸１０に設けるスリット１４の配設位置及び配設状態を上記具体的な数値範囲で規定したことにより、台金内にスリットを設けない従来の丸鋸と同等以上の剛性と臨界回転数特性を保持しつつ、耐久性を高め、騒音や切断面品質に悪影響を及ぼす振動の発生を抑えることができる。また、複数の仮想領域１３の形状が同一にされることに加えて、各仮想領域１３内に形成されるスリット１４が同一形状にされたことにより、丸鋸１０の回転方向の対称性が確保されて、生産性、視覚的な美感がさらに高められる。ただし、複数の仮想領域形状が同一であることは必ずしも必要ではなく、また、スリットの形状が同一であることも必須ではない。

つぎに、上記実施例の変形例について説明する。
変形例に係る丸鋸２０は、図７に示すように、円盤形状の台金２１の外周に、連続した１ピッチの等間隔で配列された４つの歯２２と、これから１．５ピッチずれた歯２３が組みとなって、複数ヶ所から径方向外方に突出して形成されている。等間隔の複数の歯２２の個数については、４個が最も望ましいが、３個あるいは５個であってもよい。台金２１に形成されたスリット２４及び仮想領域（図示しない）の構成については、上記実施例のスリット１４及び仮想領域１３と同様である。

変形例の丸鋸２０においては、所定のスリッ２４を設けたことにより、上記実施例と同様の効果が得られ、さらに等ピッチの複数の歯２２にピッチのずれた歯２３を１つ含ませることにより、鋼管等の金属製パイプの切断に非常に有効であることが明かにされた。

つぎに、上記実施例及び変形例の具体的実験例について説明する。
試験品として、実施例のアルミ材切断用の試験品１と、変形例の鋼管切断用の試験品２を用意した。試験品１は、下記表１に示すように、上記スリット構成を有する丸１〜丸３の３種類の仕様（外径×歯厚×台金厚×中心孔径×歯数）の鋸刃で、外周から回転中心に１０ｍｍ延びた外周スリットを６本有している。切断条件は、各鋸刃に対して異なる回転数Ｎ及び送り速度Ｆとなっている。被削材は、アルミ押出し形材Ａ６０６３である。
試験品２は、下記表１に示すように、上記スリット構成を有する丸１，丸２の２種類の仕様（外径×歯厚×台金厚×中心孔径×歯数）の鋸刃で、外周スリットを有していない。切断条件は、共通の回転数Ｎ及び送り速度Ｆとなっている。被削材は、各種鋼製パイプＳＴＫＭ１３Ｃ，１５Ａ，１５Ｂである。

試験の結果、試験品１，２共に図８に示す従来の丸鋸に比べて、耐久性が約１．５倍に高められている。すなわち、試験品が、従来品に比べて、剛性及び臨界回転数が高められたことによる結果である。また、臨界回転数が高められたことにより、従来品に比べて切削の際の振動の発生が抑えられ、それに伴い騒音が抑えられると共に切削面の加工精度も高められた。

なお、上記実施例において、丸鋸の歯底は均一にされているが、歯底が不均一であってもよく、その場合にｒの値は最大歯底半径が用いられる。また、上記実施例において、丸鋸に設けるスリットの特定により、剛性及び臨界回転数を適正に維持しつつ、振動の発生を抑えるようにしたものであるが、このようなスリット特定条件については、丸鋸に限るものではなく、他の円盤状の回転切削工具、例えば円形切断砥石、円形スリッタナイフ等に対しても同様に適用される。

本発明は、円盤状工具に形成されるスリットの配設位置とその全体形状とが規定され、円盤状工具の剛性や臨界回転数が高められて振動の発生が抑えられることにより、円盤状工具の設計等において非常に有用である。

本発明の一実施例である丸鋸を示す側面図である。 同丸鋸の要部を拡大して示す一部拡大側面図である。 同丸鋸の仮想領域を形成する２本の同心円の間隔の中心に位置する中央同心円の半径方向位置と、丸鋸の剛性値Ｒ（ｋｇｆ／ｍｍ）及び臨界回転数値ｍｉｎ−Ｎｃｒ（ｒｐｍ）との関係を示すグラフである。 各仮想領域の２本の同心円の間隔に対する中央同心円の仮想領域内における円弧長さ（中央同心円位置が０．８ｒ）の比と、丸鋸の剛性値Ｒ及び臨界回転数値ｍｉｎ−Ｎｃｒとの関係を示すグラフである。 各仮想領域の２本の同心円の間隔に対する中央同心円の仮想領域内における円弧長さ（中央同心円位置が０．６ｒ）の比と、丸鋸の剛性値Ｒ及び臨界回転数値ｍｉｎ−Ｎｃｒとの関係を示すグラフである。 連続して隣り合う仮想領域の重なり角度と、丸鋸の剛性値Ｒ及び臨界回転数値ｍｉｎ−Ｎｃｒとの関係を示すグラフである。 変形例である丸鋸を示す側面図である。 従来例である丸鋸を示す側面図である。

符号の説明

１０…丸鋸、１１…台金、１２…歯、１３…仮想領域、１４…スリット、２０…丸鋸、２１…台金、２２，２３…歯、２４…スリット。

Claims (3)

1. 円盤形状の台金に、該台金の回転中心から延びる２本の半径線と該回転中心を同心とする該台金上の２本の同心円で囲まれて形成される仮想領域を周方向に連続して複数個配置し、該仮想領域毎に前記２本の半径線及び２本の同心円のすべてに接触するスリットを１本づつ設けてなる円盤状工具において、
   前記２本の半径線のなす中心角が９０°以下であり、
   前記仮想領域の数が４乃至２４個であり、
   該仮想領域を形成する２本の同心円の間隔の中央に位置する中央同心円は、前記台金の最大歯底半径をｒとしたとき、該台金の回転中心に対して０．６ｒ〜０．８ｒの範囲にあり、
   連続して隣り合う前記仮想領域の重なりは、前記回転中心を中心とした中心角が０°〜１２°の範囲にあり、
   隣り合う前記スリットの最小接近距離が０．０５ｒ以上であり、
   前記各仮想領域の、２本の同心円の間隔に対する前記中央同心円の該仮想領域内における円弧長さの比が３〜６である
   ことを特徴とする円盤状工具。
2. 複数の前記仮想領域が同一形状であることを特徴とする前記請求項１に記載の円盤状工具。
3. 複数の前記仮想領域内に形成される前記スリットが同一形状であることを特徴とする前記請求項２に記載の円盤状工具。
   

Images