(57)【要約】【課題】ダイヤモンド等の砥粒を含むカッターにおいて、チップを形成するボンドを高強度化することで切り刃を薄くし、切削抵抗を低減して高速切断ができるカッターを提供することである。【解決手段】上記課題は、ボンドと基板を接合する部位の成形密度を均一に高密度することで達成でき、砥粒層の内部に半径方向に向かって延びる板部が介在し、板部を挟んで対抗するボンド同士を繋ぐための突き抜け孔が形成されているカッターにおいて、突き抜け孔を形成する壁部が基板の半径方向と鉛直な方向に対して傾斜して設けることにより解決される。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
取り付け孔が形成された略円形の基板と、前記基板の半径方向外側に設けられた砥粒層とを有し、前記砥粒層の内部には半径方向に向かって延びる板部が介在し、前記板部には前記板部を挟んで対向するボンド同士を繋ぐための突き抜け孔が形成されているカッターにおいて、
前記突き抜け孔を形成する壁部が、前記基板の半径方向と鉛直な方向に対して傾斜していることを特徴とするカッター。
【請求項２】
前記突き抜け孔は前記基板の半径方向と鉛直な方向の断面において、三角形状となるように形成したことを特徴とする請求項１記載のカッター。
【請求項３】
前記突き抜け孔は前記基板の半径方向と鉛直な方向の断面において、円錐或いは円弧状、またはこれらの組合せからなる形状であることを特徴とする請求項１に記載のカッター。
【請求項４】
前記板部は前記基板とは別体に設けられた補強部材であることを特徴とする請求項１から請求項３に記載のうち何れか一項に記載のカッター。
【請求項５】
前記板部における前記突き抜け孔の開口率が５０％以上８０％以下であることを特徴とした請求項１から請求項４に記載のうち何れか一項に記載のカッター。
【請求項６】
前記砥粒層は基板とは別体で製作され、レーザにより接合を行ったものであることを特徴とする請求項１から請求項５に記載のうち何れか一項に記載のカッター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転する工具に取り付けられてコンクリート、モルタル、石材等の切断に使用される各種の砥粒を含む切り刃を持つカッターに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
コンクリート、モルタル、陶磁器、石材等の切削や研削では、これらの物質が硬質であることから、ダイヤモンドや窒化物、炭化物を破砕粒として、それらをＷ、Cu、Co、Ｓｎなどの金属ボンドにより基板に一体焼結あるいは燒結したチップをレーザ等で基板に接合カッターが使用される。また、Ｎｉなどの金属と共に電着法により砥粒を固定したカッターもある。これらのカッターにあって、その切削性能は切断チップの厚さ、ダイヤモンドをはじめとする切削用粒子の粒径とその含有量、チップの形状に左右されることは周知の事実である。近年工具の高速化と相俟って作業効率向上の市場要求が強く、より高速切断の出来るカッターの開発が要望されている。この対応としては切削粒子含有量を増し、かつそれらを固定するボンド金属を軟質とすることが望ましいが、切削粒子の主体をなすダイヤモンドが高価であることに加え、ボンド材質の磨耗が促進されることで製品寿命が著しく低下することは避けられない。上記の背景より近年切断面積を少なくする手段、すなわちチップ刃厚を薄くしたカッターの開発がなされている。しかしながら、刃厚を薄くしていくと、切削抵抗が少なくなり切断スピードの上昇が望める一方で、チップを薄くすることに伴うチップ自身の強度低下やクラックが発生しやすくなるなどの問題が懸念される。
【０００３】
チップの強度向上のためには、特許文献１に記載されているように、基板の外周部を複数個の貫通孔を設けた薄肉部とし、砥粒層により挟む構成としたり、基板の薄肉部を金網に置き換えて、同様に砥粒層により挟み込むことで構成することによって、チップの強度を大きくし、カッターの寿命の向上させたものが知られている。この従来例による基板外周の一部をチップ外周まで突き出す構造の例について、図７、図８を用いて説明する。図７は、従来例によるカッター１の、後述する図１のＡ−Ａ断面に対応する断面図である。基板１００２から半径方向に延出される梁部１０１１を包囲するようにボンド１０１０と、ボンド１０１０によって繋がれるダイヤモンド砥粒１００９が存在している。ここでカッターの両側面に位置するボンド１０１０は基板の半径方向に対して垂直に開けられた突き抜け孔１００８を介して接続されている。図８は、図７に示すカッターを成形する際の状態を示す。このようなカッターの成形には基板の上下にボンド粉体１０１０を充填して加圧成形し、基板との一体化を図り、焼却して固着される。加圧成形は圧力ａにより図の上下方向、即ち円盤状のカッターの両側平面から半径方向に垂直な圧力を受けて行われる。このとき、突き抜け孔１００８のある板を砥粒層で挟み込むことにより、突き抜け孔１００８を有する部位と有しない部位、即ち基板２の梁部１０１１が介在する部位と介在しない部位で、成形時の圧力分布が異なったものとなる。具体的には、梁部１０１１の介在する部位は上下の型１０１２、１０１３と平坦部１０１６に挟まれることで、ボンド１０１０が流動しにくくその場で密度が上昇するが、基板の介在しない突き抜け孔１００８の部分ではダイヤモンド砥粒１００９を繋ぐボンド粉体１０１０への加圧が不十分となる。
【０００４】
【特許文献１】特開昭６１−１４２０７６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記したダイヤモンドカッターは、背景技術の欠点を補うべく砥粒層に複数個の貫通孔を有する板状の部材を介在させたものであるが、このようなカッターを製造する工程においては、砥粒層の密度分布は成形時の影響を大きく受ける。砥粒層は、成形時にカッターの外周方向に対して垂直方向に加圧されるが、貫通孔がある部位では貫通孔を繋ぐ平坦な梁部がある部位に対して同様の密度を得ることが難しく、成形後の密度分布が異なってしまい、このようにして成形されたチップにおいては、部分的強度差が生じることになり、この部分を起点として強度の低下が生じていた。この改善のためには成形型を凹凸形状或いは穴の形状と分布に合せて製作する方法もあるが非常にコストが掛かり実用的ではない。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、上記した基板のチップ接合部の部分的な成形密度分布の改善を行い基板との接合強度とチップ自身の全体強度向上により、一層のチップの薄肉化による切断性能の向上を図ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
ボンド層全体を均一な密度により取り付け孔が形成された略円形の基板と、基板の半径方向外側に設けられた砥粒層とを有し、砥粒層の内部には半径方向に向かって延びる板部が介在し、板部には板部を挟んで対向するボンド同士を繋ぐための突き抜け孔が形成されているカッターにおいて、突き抜け孔を形成する壁部が、基板の半径方向と鉛直な方向に対して傾斜している。
【０００８】
このような構成によれば、基板にチップとなる砥粒入りのボンドを上下の成形型で加圧して成形する際に、上下の成形型と基板との間に充填された成形ボンド粉体が、基板外周に設けられた凹凸形状、或いは形状抜きされた孔などの空間に流れ込み易くなり、基板外周に設けられた砥粒層のボンドの成形密度を均一にすることが可能となる。基板の半径方向と鉛直な方向に対して傾斜する壁部は成形型による加圧によるボンドの流動を促すものであり、ここで傾斜とは単一の角度を持つ面或いは曲率を有する面、もしくはその両方を組み合わせたものを含む。
【発明の効果】
【０００９】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの特徴を説明すれば、次の通りである。
【００１０】
請求項１記載の発明による本発明のカッターによれば、ボンド層全体を均一な密度により成形することができるため、チップの全体的な強度向上が図れ、より一層薄いチップ厚みによる、切削抵抗を減少させた高速切断が可能なカッターを提供することができる。
【００１１】
請求項２記載の発明によれば、突き抜け孔は基板の半径方向と鉛直な方向の断面において、三角形状となるように形成したことにより、通常用いられる突き抜け孔の開口方法において、穿孔を基板平面に対して斜めから行うのみで容易に形成することができる。
【００１２】
請求項３記載の発明によれば、前記突き抜け孔は前記基板の半径方向と鉛直な方向の断面において、円錐或いは円弧状、またはこれらの組合せからなる形状としたことで、成形時に上下にボンド充填された粉体の流動性を改善することができ、成形体の密度を更に向上させることができる。
【００１３】
請求項４記載の発明によれば、前記板部は前記基板とは別体に設けられた補強部材であり、これによれば成形が容易となると共にチップに発生するクラックの進展を効果的に抑止することが可能となる。
【００１４】
請求項５記載の発明によれば、前記板部における前記突き抜け孔の開口率が５０％以上８０％以下としたことで、チップ成形時に基板を介して一体化するボンドの面積を確保すると共に、ボンド層に亀裂が発生した場合の進展を抑制する効果を確保できる。
【００１５】
請求項６記載の発明によれば、砥粒層は基板とは別体で製作され、レーザにより接合を行ったことにより、基板とチップとの接合強度の高いカッターを提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図面に沿って説明する。図１は本発明の第一の実施形態に係るカッター１を示す図である。図２は図１のカッターのボンド包囲部の平面部の拡大図、図３は砥粒が含まれるボンド包囲部の図２に示すＡ−Ａ断面模式図、図４は図３の成形時のボンド包囲部の断面模式図と粉の流れである。
【００１７】
図１において、カッター１は、略円形状の基板２と、基板２の外周に配置された切断用チップ４から構成され基板２の中心部にはカッター１を工具へと取り付けるための取り付け孔３が形成されている。基板２の外周には、図２に示すように基板２の中心付近の厚みより薄肉状に形成されたボンド包囲部７が配置されている。ボンド包囲部７及び砥粒層５から形成されるチップ４は基板とは別体で形成されたもので、接合金属層６を介してレーザ溶接を行うことにより、基板と接合されている。ボンド包囲部７は基板の平面に対して平行に伸びる平坦面からなり、砥粒層５の外縁部まで延びているため、カッター１の図示しない外縁視において現れるものである。また、ボンド包囲部７には複数の突き抜け孔８が形成されており、突き抜け孔８は梁部１１によって繋がれる壁部１５によって形成される空間であり、ボンド包囲部７を挟んで対向する砥粒層５のボンド１０を接続させている。壁部１５はカッター１の半径方向に対する垂直方向、即ち砥粒層の成形時における加圧方向に対して傾斜して設けられており、図３に示すＡ−Ａ断面において三角形状となるように形成されている。尚、図２の平面視におけるボンド包囲部中の突き抜け孔８の開孔率は５０％以上８０％以下となっている。
【００１８】
このような構成のカッター１において、チップ４の成形時の状態について図４に示す。図４は、砥粒層５の成形時に、上型１２と下型１３を介してカッターの半径方向と垂直方向から圧力ａによってボンド１０が加圧された状態を示す。上下方向から加圧されたボンド１０は、ボンドの流れ１４によって示される方向に向かって流動する。本実施形態においてボンドの流れ１４は加圧ａに対して傾斜する壁部１５に沿った方向を示し、ボンド１０が突き抜け孔８の空間に流れ込むことにより、突き抜け孔８を有する部位についてもその密度が向上し、全体に均一な密度による砥粒層５が成形される。
【００１９】
上述したように、突き抜け孔８を形成する壁部１５をカッター１の半径方向に鉛直な方向に対して傾斜させて設けているため、加圧時のボンド１０の流れを突き抜け孔８の空間に流れ込むように促し、全体に均一な密度による砥粒層５を成形し、これによってチップの全体的な強度向上が図れるカッター１が形成される。
【００２０】
また、板部は基板とは別体に設けられた補強部材であり、これによれば成形が容易となると共にチップに発生するクラックの進展を効果的に抑止することが可能となる。
【００２１】
また、板部は基板平面と平行に延びる平坦面からなることにより、カッター１の厚みを増やすことなく、チップ４の効果的な補強を行うことができる。
【００２２】
また、板部における前記突き抜け孔の開口率が５０％以上８０％以下としたことで、チップ成形時に基板を介して一体化するボンドの面積を確保すると共に、ボンド層に亀裂が発生した場合の進展を抑制する効果を確保できる。
【００２３】
また、砥粒層は基板とは別体で製作され、レーザにより接合を行ったことにより、基板とチップとの接合強度の高いカッターを提供することが可能となる。
【００２４】
また、突き抜け孔８は基板２の半径方向と鉛直な方向の断面において、三角形状となるように形成したため、通常のパンチによる突き抜け孔８の開口方法によって斜め方向から穿孔することにより容易に形成することができる。
【００２５】
また、本実施形態において突き抜け孔８は基板２の半径方向と鉛直な方向の断面において、三角形状となるように形成したが、これに限定されず、図５、図６に示されるような円錐或いは円弧状、またはこれらの組合せからなる形状とすることで、梁部１１が平坦部を全く有さない形状となるため、成形時に上下にボンド充填された粉体の流動性を更に改善することができ、成形体の密度を更に向上させることができる。
【００２６】
尚、この形成時の空孔部位の開効率が小さい場合は、基板上下に形成されるボンド層同士の接合面積の減少に伴うチップ全体の強度低下を発生し易く、特に表面処理を施していない金属基板にあっては、ボンド層との金属拡散接合作用が生じにくくなる。また、必然的に梁部で加圧面と平行な平面の存在が避けられなくなることから、開口率は５０％以上を確保することが必要である。また、突き抜け孔８以外の梁１１部はボンド層にマイクロクラックが発生した場合のクラックの進展を停止させ、大きく破損することを抑制させる目的を持っており、この効果を得るためには８０％以下の開口率とすることが望ましく、特にチップの厚さを薄くする場合には更に小さな比率とすることが望ましい。
この、穴等の空孔部を形成する手段は、板厚が厚い場合はレーザ、突起を有するパンチでの穿孔、０．５ｍｍ以下の薄板の場合は前記と塑性加工との組み合わせが有効である。このとき発生するバリは、粉体との絡みが生じボンドとの結合性向上に効果的に作用することが多いため取り除く必要は無い。
【００２７】
なお、ここでボンド包囲部に付与する穴を始めとする空孔部の大きさと形状はその中に混入させる各種の粒子径、換言すれば対象とする切削物によって決まるものであって固定されるものではない。
【００２８】
また、幾つかのチップを単独で製作し、その後レーザ等で基板外周に接合したセグメントタイプのカッターにおける適用例について説明したが、外周全域がチップとなっているリムタイプのカッターの場合においても、外周に薄肉部を形成するなどして適用することで、同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第一の実施形態によるカッターの正面図である。
【図２】本発明のカッターのボンド包囲部の正面拡大図である。
【図３】本発明のカッターのボンド包囲部周辺の断面模式図である。
【図４】本発明のカッターのボンド包囲部の断面模式図と成形時のボンドの流れを示す図である。
【図５】本発明と別の実施形態によるカッターのボンド包囲部の断面模式図と成形時のボンドの流れを示す図である。
【図６】本発明と別の実施形態によるカッターのボンド包囲部の断面模式図と成形時のボンドの流れを示す図である。
【図７】従来の技術によるカッターのボンド包囲部周辺の断面模式図である。
【図８】従来の技術によるカッターのボンド包囲部の断面模式図と成形時のボンドの流れを示す図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  カッター    ２  基板    ３  取り付け穴    ４  チップ    ５  砥粒層    ６  接合金属層    ７  ボンド包囲部    ８  突き抜け孔    ９  砥粒    １０  ボンド    １１  梁部    １２  上型    １３  下型    １４  ボンドの流れ    １５  壁部    １６  平坦部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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