JPH0672252B2 - 丸鋸の腰入れ方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 a.産業上の利用分野 本発明は、丸鋸製造工程において円板状の丸鋸素材を腰
入れ加工する方法に関するものである。

b.従来の技術 一般に、材料に力を加えると一定の変形を起こすが、加
える力を徐々に増すとそれに応じて変形量が大となる。
ところが、材料の形状、力の加え方によっては、その加
える力がある大きさに達すると、それ迄の変形とは全然
別異の変形に突然移行する現象すなわち座屈現象が生じ
る。

丸鋸の場合、上述の如き座屈現象が熱応力によって起こ
ることがある。なお、この座屈現象が生じるメカニズム
は次の如くである。

すなわち、丸鋸を用いて木材、木質材料（プラスチック
を含む）等の被切断物を回転切削するときに丸鋸の外周
部に摩擦熱が発生するが、その際に丸鋸の内周側部分に
摩擦熱が全く発生しないため、丸鋸の外周部と内周部と
の間に比較的大きな温度勾配を生じる。しかして、外周
部に発生する摩擦熱のために丸鋸の刃部近傍箇所は外周
で伸びようとするが内周部の抵抗により伸びることがで
きないため、内周部に引張力が付与され、その反作用と
して外周部に圧縮応力を生じることとなる。従って、丸
鋸の外周部と内周部との間で膨張する割合が大きく異な
り、外周部の膨張に伴い外周部に圧縮応力が発生すると
共に内周部に引張応力が発生し、その結果、丸鋸の外周
部と内周部との間に応力勾配を生じる。

熱応力が大となって丸鋸の外周部がある温度まで上昇す
ると、それまで平面的に伸び縮みしていたものが急に別
の種類の変形（例えば、第９図及び10図に示す如く丸鋸
ａが皿のようにへこんだり、波形状になる変形）が生じ
る。このような変形すなわち座屈を生じると、丸鋸はも
はや切削不能となり、切削作業に支障を来たすこととな
る。

そこで、上述の如き摩擦熱による座屈の発生を防止する
ために、丸鋸素材に腰入れ加工を施すようにしている。
この腰入れ加工は、丸鋸素材の適当な円環状部分に塑性
展伸加工を施すことにより行なわれ、これにより、鋸刃
外周部において周方向に引張内力が付与され、切削時に
熱応力として鋸刃外周辺部に生じる接線方向の圧縮応力
が打消されることとなって座屈が効果的に防止される。

なお、この種の腰入れ方法としては、丸鋸素材の板面を
作業員がハンマーをもってたたいて塑性展伸加工を行な
うハンマー打法や、丸鋸素材の両面に金属ローラをそれ
ぞれ当てがってこれら一対の金属ローラで強力に挾持・
押圧して塑性展伸加工を行なうローラ加工法が従来より
行なわれている。

c.発明が解決しようとする課題 しかしながら、上述のような従来の腰入れ方法であるハ
ンマー打法やローラ加圧法は次に述べるような大きな問
題点があった。

まず、ハンマー打法の場合には、ハンマーを用いて丸鋸
素材をたたいて所定の腰入部に塑性展伸加工を施す作業
には多大の勘やコツを必要とし、特に加工面の全面に亘
って均一な腰入強度とするためには長年の経験と熟練と
を必要とするので、丸鋸の製作工程における省力化、自
動化が困難であった。また、充分に熟練した者であって
もその作業性が非常に悪く、均質な製品を得ることが難
しいため、良質の丸鋸を安価に量産することができない
のが実状である。

次に、ローラ加圧法の場合には、ハンマー打法に比べて
勘やコツを必要としないが、金属ローラを用いて腰入れ
部に塑性展伸加工を施す際に、前加工（丸鋸素材の製造
のためのロータリー研削等）の精度の良否によって影響
を受け易く、腰入れの局部的強弱を生じ易い。従って、
腰入強度が加工面の全面に亘って不均一となる場合が多
いが、このような場合には再三繰り返してローラ加圧を
行なうか、或いは既述のハンマー打法を併用するように
していた。このため、生産効率が極めて悪く、しかも一
定の加工条件下で均一な腰入強度を得ることが困難であ
るといった大きな問題点があった。

本発明は、上述の如き実状に鑑みてなされたものであっ
て、その目的は、丸鋸の腰入れ加工を勘やコツ等の熟練
を全く必要とすることなく能率的に、しかも湾曲変形を
生じることなく強い腰入れを行なうことができ、省力化
並びに自動化が可能な腰入れ方法を提供することにあ
る。

d.課題を解決するための手段 上述の課題を解決するために、本発明では、丸鋸の製造
工程で行われる腰入れ方法において、円板状の丸鋸素材
の中心部と外周部との間の所定箇所から内径側の円環領
状域内の箇所であって、かつ、前記丸鋸素材の径方向及
び周方向にそれぞれ沿って等間隔に配列された多数の散
在箇所にのみショット粒を投射してショットピーニング
加工を行うことにより、前記円環状領域の径方向に隣接
するショットピーニング加工箇所に圧縮応力を発生させ
ると共に、これらのショットピーニング加工箇所の間に
前記圧縮応力よりも大きな圧縮応力を発生せしめ、これ
に応じて、前記円環状領域よりも外周側の領域に周方向
に沿う引張内力を付与せしめるようにしている。

また、本発明では、丸鋸の製造工程で行われる腰入れ方
法において、円板状の丸鋸素材の中心部と外周部との間
の所定箇所から内径側の円環状領域内の箇所であって、
かつ、前記丸鋸素材の周方向に沿って等角度間隔に配列
された領域で前記丸鋸素材の径方向に沿って放射状に延
びる多数の多数の散在箇所にのみショット粒を投射して
ショットピーニング加工を行うことにより、前記円環状
領域の直径方向に隣接するショットピーニング加工箇所
に圧縮応力を発生させると共に、これらのショットピー
ニング加工箇所の間に前記圧縮応力よりも大きな圧縮応
力を発生せしめ、これに応じて、前記円環状領域よりも
外周側の領域に周方向に沿う引張内力を付与せしめるよ
うにしている。

以下、本発明の実施例に付き第１図〜第８図を参照して
説明する。

第１図は本発明に係る腰入れ方法を実施するためのショ
ットピーニング装置１を示すものであって、本装置１
は、被加工物である円板状の丸鋸素材２を保持する保持
治具３と、この保持治具３を回転駆動する駆動機構４
と、ショット粒投射機構５とから成る装置本体６を具備
している。

上述の装置本体６は、上下２段に分割された室8a,8bを
有する縦型の堅牢なハウジング９を備えており、このハ
ウジング９の隔壁10上に保持機構３が配設され、この保
持機構３に関連してハウジング９の下方の室8b内に駆動
機構４が配設されている。この駆動機構４は、ベルト及
びプーリーから成る回転力伝達機構12を介して駆動シャ
フト13に回転力を付与するインダクションモータ14を備
えており、前記駆動シャフト13が保持機構３の軸受部15
内を回転自在の状態で挿通されると共にその先端が被加
工物保持用基台16に連結されている。

なお、上述の保持治具３は第１図〜第３図に示すよう
に、基台16と、この基台16上に垂直に固定配置されたマ
スク部材17aと、このマスク部材17aに対向して取付けら
れるマスク部材17bと、これらのマスク部材17a,17b間に
配置されるリング状の介在部材18から構成されている。
上述のマスク部材17a,17bは円板状に成形されており、
それらの中心部には丸鋸素材２の中心孔2aに対応する円
孔17cが設けられている。さらにマスク部材17a,17bに
は、多数の円形開孔19a,19bが規則的に形成されてい
る。すなわち、第２図に明示するようにマスク部材17a
の中心部と外周部との間の所定箇所から内径側の円環状
領域Ａには、等角度間隔で半径方向に放射状延びるライ
ン上に沿って等間隔に、同径の円形開孔19aが整列状態
で打ち抜き加工されており、従って所定径の周方向に沿
っても円形開孔19が等間隔で整列配置されている。一
方、マスク部材17bにもこれと同様の配列により円形開
孔19bが形成されている。

また、ハウジング９の上方の室8aの側壁20には、既述の
ショット粒投射機構５が配設されている。本例のショッ
ト粒投射機構５は、遠心力方式のものであって、ショッ
ト粒供給源21と、ショット粒供給管22と、この管22に連
結されかつハウジング９の側壁20に貫通配置されたホー
ン状部材23と、このホーン状部材23内に回転可能に配設
された羽根車24と、この羽根車24を垂直面内において回
転駆動するモータ25とから構成されている。なお、上述
の羽根車24としては、その直径が400mm,羽根数が８枚の
ものが使用され、モータ25及びベルト26によって1500r.
p.m.の回転数で回転駆動され、これにより例えば直径0.
5〜1.2mmのショット粒（鋼球）が50〜60m/sの速度で前
記室8a内に投射されるようになっている。

さらに、ハウジング９の隔壁10の外縁箇所には、ショッ
ト粒排出用孔28が形成されると共に、ハウジング９の室
8bの側壁29の内側近傍にショット粒ガイド壁30が設けら
れており、側壁29及びガイド壁30にて通路31が形成され
ている。そして、通路31の下端にはショット粒吸引管32
の一端が接続されており、この管32の他端はハウジング
９の上方に配置されたセパレータ33に接続されている。
このセパレータ33は、投射されたショット粒のうち、再
使用不可能な程度に破損したショット粒を外部に分離放
出するためのものであって、無傷またはそれに準じる再
使用可能なものは連結管34を介してショット粒供給源21
にフィードバックされるようになっている。さらに、シ
ョット粒投射機構５のホーン状部材23には、吸引管35を
介して収塵装置36が連結されている。

次に、上述の如き構成のショットピーニング装置１を用
いて丸鋸素材２を腰入れ加工する場合に付き説明する。

まず、焼入れ・焼戻し工程を行なって得られた丸鋸素材
２を第１図に示す如く装置本体６の保持用治具３に取付
けることにより、この丸鋸素材２を垂直状に保持する。
なお、丸鋸素材２の保持用治具３への取付けは、丸鋸素
材２の外周縁部をマスク部材17aに対して同軸状となる
ように当てがうと共にもう一つのマスク部材17bを丸鋸
素材２の他面の外周縁部に同軸状に当てがって、これら
一対のマスク部材17a,17b間に丸鋸素材２の外周縁部と
その外周側に配されたリング状の介在部材18とを一緒に
挟み込み、この状態の下でマスク部材17a,17bを外周縁
部の数箇所及び中央箇所においてボルト38及びナット39
にて締付け固定することにより行なう（第２図及び第３
図参照）。これにより、丸鋸素材２は一対のマスク部材
17a,17b間にしっかりと挾持されると共に、丸鋸素材２
の両面は円形開孔19a,19bに対応する部分を除いてマス
キングされる。

しかして、丸鋸素材２は前記円形開孔19に対応する部分
のみが露出された状態で保持治具３に取付けられ、かつ
第３図に示すように一対のマスク部材17a,17bの各円形
開孔19が互いに対向配置された状態で固定される。

このようにして、丸鋸素材２を保持治具３に取付けた後
に、インダクションモータ14を作動させることにより、
保持治具３及び丸鋸素材２を第３図の矢印Ｓ方向に回転
駆動させる。次いで、ショット粒供給源21から供給管22
を介してホーン部材23内に多数のショット粒を供給し、
モータ25にて高速に回転駆動されている羽根車24によっ
てショット粒を丸鋸素材２に向けて投射して前記円形開
孔19に対応する部分Ｂに塑性加工を施す。なお、この
際、丸鋸素材２のうち前記円形開孔19に対応する部分Ｂ
以外の部分は、既述の如く完全にマスキングされている
ので塑性加工は全く施されない。

以上のようにして、所定時間に亘るショット粒の投射に
より丸鋸素材２の円環状領域への腰入れ加工を完了した
後、ショット粒の投射を停止する。

なお、投射されたショット粒は隔壁10の孔28を通って下
方の室8bの通路31内を落下し、ショット粒吸引管32を介
してセパレータ33に移送され、再使用可能な破砕粒のみ
が分離されて外部へ排出されると共に、再使用可能なシ
ョット粒はショット粒供給源21に再び供給されて再利用
される。

次に、上述の如きショットピーニング装置１を用いて、
本発明に係る腰入れ方法を実施した具体例を以下に示
す。

具体例１ （１）丸鋸素材の材質 SKS-5 （２）丸鋸素材の寸法 外径 305mm 中心孔の直径 25.4mm 板厚 2.4mm 歯数 79 （３）円環状領域Ａ 丸鋸素材２の外周より35〜89 mmの帯状部分 （４）マスク部材17a,17bの直径 10mm （５）マスク部材の円形開孔の配列角度θ（第２図参
照） θ＝12° （６）ショット加工部分 （７）加工条件 〈イ〉ショット粒の直径 0.8mm 〈ロ〉ショット粒の硬度 HRC58 〈ハ〉ショット粒の材質 鋳鋼 〈ニ〉ショット粒の投射速度 50m/s 〈ホ〉ショット粒の投射角度 90° 〈ヘ〉ショット粒の投射時間 ４分 〈ト〉丸鋸素材の回転速度 10r.p.m. この具体例１によって得られた丸鋸素材は湾曲変形が全
くなく、その表面の残留応力を測定したところ第６図に
示す如き結果となった。

第６図に示す測定結果から明らかなように、ショット粒
が投射された部分Ｂすなわちショットピーニング加工部
分Ｂには符号Ｃで示されるように充分な圧縮応力（負の
応力）の発生が認められる。

また、丸鋸素材２の直径方向に沿って隣接するショット
ピーニング加工部分Ｂの間の中間箇所の残留応力は符号
Ｄで示すように両側のショットピーニング加工部分Ｂの
残留応力よりも更に大きな圧縮応力が生じていることが
認められる。

なお、通常の予測では、ショット粒にて衝撃を受けた部
分の方がその周辺部分よりも大きな圧縮応力が生じ、シ
ョットピーニングしない部分には圧縮応力は発生せず、
逆に引張応力が発生するものと考えられる。これに反
し、上述の如く現象が生じる理由を考察すると、次の如
くである。すなわち、多数の散在箇所であるショットピ
ーニング加工部分Ｂにショット粒を投射して衝撃力を与
えると、その衝撃力がそれらの衝撃部分（ショットピー
ニング加工部分Ｂ）の周辺に分散され、この分散された
衝撃力が互いに隣接する衝撃部分の中間箇所で複合され
て相乗され、その結果大きな圧縮応力として発現するも
のと考案される。

一方、円環状領域Ａより外周の部分には符号Ｅで示すよ
うに引張内力（正の応力）が発生しているのが認められ
る。また、第６図における破線は丸鋸素材２の周方向に
沿って隣接するショットピーニング加工部分Ｂの間の中
間箇所の残留応力を示すものである。この測定結果から
明らかなように、当該箇所もショットピーニング加工が
施こされていないにも拘わらず、前記円環状領域Ａ内に
は比較的小さな圧縮応力が発生し、かつその外周領域で
は引張内力が発生していることが認められる。なお、第
６図で一点鎖線にて示されるのはショットピーニング加
工前における丸鋸素材２の残留応力である。

従って、丸鋸素材２は腰入れ強度が充分に強い理想的な
腰入れ加工がなされていることが確認された。

すなわち、丸鋸の使用時に刃が取付けられた最外周近傍
の外周部分に発生する熱によってこの外周部分に摩擦熱
が発生してその内部に圧縮応力が生じても、ショットピ
ーニング加工にて圧縮応力が付与された円環状領域の存
在により前記外周部分には引張応力が予め付与されてい
るので、内径部分に引張力を及ぼすことなく熱膨張する
こととなり、従って大きな応力勾配を生じることがな
い。このため、丸鋸の熱座屈現象の発生を効果的に防止
できる。

このような効果を確かめるために、本例で得られた丸鋸
素材にロータリー研削及びアサリ出し加工を施してその
最外周部に超硬合金等から成るチップ刃を取付けた後、
切削試験を行なったところ、熱座屈という異常現象は全
く発生せず、耐久性についても従来のハンマー打法、或
いはロール加圧法による腰入れ加工品と同様であり、良
好な結果を得られた。

また、第４図及び第５図は本発明の第２実施例を示すも
のであって、丸鋸素材２の表裏両面に密着配置されるマ
スク部材17a,17bの円形開孔19a,19bが互いに対向されず
にずれた状態となるようにした実施例である。更に詳述
すれば、本例では、一方のマスク部材17aの円形開孔19
のうち、周方向に沿って隣接する円形開孔19の間の部分
に対応するように、他方のマスク部材17bの円形開孔19
が配置されるようにしている。

本例による方法によって得られた丸鋸素材２の表面の残
留応力を測定したところ、第７図に示す如き結果を得
た。第７図に示す測定結果から明らかなように、第３図
に示す実施例とほぼ同様の傾向の残留応力が付与されて
おり、理想的な腰入れがなされていることが認められ
る。

以上、本発明の実施例につき述べたが、本発明はこれら
の実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的思
想に基づいて各種の変更が可能である。

例えば、ショット粒投射方向，投射速度，投射時間，粒
径材質等の加工条件を適宜変更することによって、腰入
れ強度の調整を容易に行なうことが可能である。さら
に、丸鋸素材２を回転させつつショットピーニング加工
する必要は必ずしもなく、所定時間毎に180°反転させ
るようにしてもよく、また丸鋸素材２を停止状態とし、
その両面側からショット粒を投射するようにしてもよ
い。さらに、マスク部材17a,17bに円形以外（四角形，
楕円等）の形状の開孔を設けてもよい。

また、既述の実施例では何れも、マスク部材17a,17bの
円環状部分Ａにショットピーニング加工用の多数の円形
開孔19を設けるようにしたが、これに限らず、第８図に
示すように、マスク部材17a,17bの円環状部分Ａに半径
方向に沿って延びる多数の長孔状の開孔40を放射状に形
成するようにしてもよい。この場合にも、既述と同様に
良好な腰入れを行ない得ることが実験により確認され
た。

e.発明の効果 以上の如く本発明は、円板状の丸鋸素材の中心部と外周
部との間の所定箇所から内径側の円環状領域内の多数の
散在箇所（丸鋸素材の径方向及び周方向にそれぞれ沿っ
て等間隔に配列された箇所、又は、丸鋸素材の周方向に
沿って等角度間隔に配列された領域で径方向に沿って延
びる箇所）をショットピーニング加工（塑性加工）する
ことによって前記円環状領域の周方向（接線方向）に圧
縮応力を発生させると共に前記円環状領域よりも外周の
領域すなわち最外周の刃部近傍の外周部分に周方向に沿
う引張内力を付与せしめるようにしたものであるから、
腰入れ強度の強い良好な腰入れ加工が施された丸鋸を得
ることができる。また、ショット粒の大きさや材質並び
に投射条件等を任意に選択することにより、残留応力ひ
いては腰入れ強度の調整を容易に行なうことができる。

さらに、本発明においては所定の散在箇所のみをショッ
トピーニング加工すればよいため、ショット面積が少な
くて済み、強いショットピーニング加工を行なっても丸
鋸素材の歪みの発生を防止できる。

また、所定の円環状領域のうちの多数の分散箇所のみに
ショットピーニング加工を施すようにしたことにより、
ショットピーニング加工箇所に圧縮応力を生ぜしめると
共にこれらの間の箇所に前記圧縮応力よりも大きな圧縮
応力を発生せしめるようにしたので、圧縮応力の分散が
なされて応力集中を回避でき、従ってショットピーニン
グ加工に伴う丸鋸素材の湾曲変形を防止でき、平板状の
丸鋸製品を得ることができる。しかも、上述のような圧
縮応力特性により、衝撃吸収能力をも付与することがで
きる。

しかも、本発明に係るショット粒投射による方法によれ
ば、従来のハンマー打法に比べて熟練を要することなく
均一な腰入れ強度を得ることができ、また従来のロール
加圧法のような面倒な繰り返し操作を行なうことなく一
回の操作にて、能率的に腰入れ加工を行なうことができ
る。

さらに、本方法を実施する装置としては従来公知のショ
ットピーニング装置を用いればよく、従って腰入れ加工
を自動化して省力化を図ることも容易に可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明の第１実施例を説明するための
ものであって、第１図は本発明に係る腰入れ方法を実施
するためのショットピーニング装置の断面図、第２図は
丸鋸素材を保持する治具の正面図、第３図は第２図にお
けるIII-III線断面図、第４図及び第５図は本発明の第
２実施例を説明するためのものであって、第４図は丸鋸
素材を保持する治具の正面図、第５図は第４図における
V-V線断面図、第６図は第１実施例による方法にてショ
ット粒を投射した場合の残留応力の測定結果を示すグラ
フ、第７図は第２実施例による方法にてショット粒を投
射した場合の残留応力の測定結果を示すグラフ、第８図
は本発明の別例を示す保持治具の正面図、第９図及び第
10図は丸鋸の座屈状態をそれぞれ示す断面図である。 １……ショットピーニング装置、 ２……丸鋸素材、３……保持治具、 ４……駆動機構、５……ショット粒投射機構、 ６……装置本体、17a,17b……マスク部材、 19a,19b……円形開孔、21……ショット粒供給源、 22……ショット粒供給源、23……ホーン状部材、 24……羽根車、40……長孔、 Ａ……丸鋸素材２の円環状領域、 Ｂ……ショットピーニング加工部分。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】丸鋸の製造工程で行われる腰入れ方法にお
   いて、円板状の丸鋸素材の中心部と外周部との間の所定
   箇所から内径側の円環領状域内の箇所であって、かつ、
   前記丸鋸素材の径方向及び周方向にそれぞれ沿って等間
   隔に配列された多数の散在箇所にのみショット粒を投射
   してショットピーニング加工を行うことにより、前記円
   環状領域の径方向に隣接するショットピーニング加工箇
   所に圧縮応力を発生させると共に、これらのショットピ
   ーニング加工箇所の間に前記圧縮応力よりも大きな圧縮
   応力を発生せしめ、これに応じて、前記円環状領域より
   も外周側の領域に周方向に沿う引張内力を付与せしめる
   ようにしたことを特徴とする丸鋸の腰入れ方法。
2. 【請求項２】丸鋸の製造工程で行われる腰入れ方法にお
   いて、円板状の丸鋸素材の中心部と外周部との間の所定
   箇所から内径側の円環状領域内の箇所であって、かつ、
   前記丸鋸素材の周方向に沿って等角度間隔に配列された
   領域で前記丸鋸素材の径方向に沿って放射状に延びる多
   数の多数の散在箇所にのみショット粒を投射してショッ
   トピーニング加工を行うことにより、前記円環状領域の
   直径方向に隣接するショットピーニング加工箇所に圧縮
   応力を発生させると共に、これらのショットピーニング
   加工箇所の間に前記圧縮応力よりも大きな圧縮応力を発
   生せしめ、これに応じて、前記円環状領域よりも外周側
   の領域に周方向に沿う引張内力を付与せしめるようにし
   たことを特徴とする丸鋸の腰入れ方法。