(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
４本またはそれ以上の偶数本からなるスリット(18)を、台金(16)に等しい中心角毎に歯袋(20)から回転中心(C)に向けて所要長さで削成した丸鋸(10)において、
前記回転中心(C)を挟んで対向し合う任意の２本のスリット(18,18)の半径方向長さ(Ls)を同じ寸法に設定すると共に、対向し合わない他の全部または一部のスリット(18)の半径方向長さ(Ls)を異なる寸法に設定し、
前記回転中心(C)を挟んで対向し合う２本のスリット(18,18)における半径方向長さ(Ls)の和の最大値を、前記丸鋸(10)における直径(D)の５％〜２５％の範囲に設定し、
前記回転中心(C)を挟んで対向し合う２本のスリット(18,18)における半径方向長さ(Ls)の和の最小値を、前記最大値の０.４倍〜０.８倍の範囲に設定した
ことを特徴とする丸鋸。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、被切削材の切削中における台金の振動を抑制し得ると共に、切削騒音を低減させて該被切削材の切削を良好になし得る丸鋸の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
木材や樹脂系材料その他非鉄金属等の被切削材(以下ワークという)は、一般に特殊鋼を材質とする台金の外周部に所要間隔で超硬チップを順次ロー付けした丸鋸(所謂チップソー)によって切削される。この丸鋸はワーク切削時に高速で回転されるが、その際に切削振動が発生して切削騒音の一原因になると共に、前記ワークにおける切削面の品質を低下させる一原因にもなっていた。
【０００３】
【発明が解決すべき課題】
前述した丸鋸の切削振動を抑制する手段として、該台金に複数のスリットを半径方向に穿設することが提案されている。この場合、相互に隣接し合うスリットの中心角は等間隔または不等間隔であり、該スリットの長さは一般に同じで台金半径の略５〜１０％程度の寸法に設定されている(特殊な場合は中央のフランジ近くまで及んでいる)。また隣接し合うスリットの長さを異ならせ、かつ１つ置きに隣接し合うスリットの長さは同じに設定した丸鋸も提案されている。この場合は、スリットの本数は偶数であると共に中心角は等間隔であり、かつ中心を挟んで直径方向に対向する２本のスリットの長さの和は全て同じである。しかしこの提案も、完全なものとは云えなかった。
【０００４】
【発明の目的】
本発明は、前述した課題を好適に解決するために提案されたものであって、ワーク切削中に丸鋸の台金が振動するのを有効に抑制でき、従って該ワークの加工後における切削面の品質を向上させ得ると共に、該ワーク切削中に発生する騒音も有効に低減させ得る丸鋸を提供することを目的とする。
【０００５】
【発明を解決するための手段】
前記課題を克服し、所期の目的を達成するため本発明は、４本またはそれ以上の偶数本からなるスリットを、台金に等しい中心角毎に歯袋から回転中心に向けて所要長さで削成した丸鋸において、
前記回転中心を挟んで対向し合う任意の２本のスリットの半径方向長さを同じ寸法に設定すると共に、対向し合わない他の全部または一部のスリットの半径方向長さを異なる寸法に設定し、
前記回転中心を挟んで対向し合う２本のスリットにおける半径方向長さの和の最大値を、前記丸鋸における直径の５％〜２５％の範囲に設定し、
前記回転中心を挟んで対向し合う２本のスリットにおける半径方向長さの和の最小値を、前記最大値の０.４倍〜０.８倍の範囲に設定したことを特徴としている。
【０００６】
【発明の実施の形態】
次に本発明に係る丸鋸について、その理解に必要な技術的背景を先に述べた後に、好適な実施例を挙げて添付図面を参照しながら説明する。
【０００７】
回転中の丸鋸に外部から何等かの応力が繰り返して周期的に加わると、該丸鋸には振動が励起される。この振動は、丸鋸の直径方向に延在する節直径を境として丸鋸の台金が表面側および裏面側に交互に振動して生ずるものである。節円数ｍで節直径の数ｎにおける振動モードは、ｎ＝０を除いて、図５に示す如く２つのモードが存在する(degenerate pairs)。すなわち図５の(Ａ)に示す第１モードにおける節直径ｄの位置は、図５の(Ｂ)に示す第２モードにおける節直径ｄの位置の中間にある。ここで問題となる振動現象は一般に節円数ｍ＝０の場合であるので、以下の記述も全てｍ＝０の場合に関するものとする。また図５(Ａ),(Ｂ)は、節円数ｍ＝０、節直径数ｎ＝２の例である。
【０００８】
第１モードおよび第２モードにおける丸鋸に関して、その半径ｒでの最大振幅の形状を表す関数をUn1(r),Un2(r)、固有振動数をｆn1,ｆn2とすると、丸鋸を第１モードの節直径位置からθだけ回転させた方向の振動Ｕn1(r,θ,t)は、次のように表すことができる。
Ｕn1(r,θ,t)＝Un1sin(nθ)cos(２πｆn1t)
また前記丸鋸を第２モードの節直径位置からθだけ回転させた方向の振動Ｕn2(r,θ,t)は、次のように表すことができる。
Ｕn2(r,θ,t)＝Un2cos(nθ)cos(２πｆn2t＋φ)
ここにφは、２つのモードの間の位相角である。
そこで最大振幅の形状関数Un1＝Un2＝Un、固有振動数ｆn1＝ｆn2＝ｆn、位相角φ＝−π／２とすると、丸鋸における回転数Ｎの場合の後進波(丸鋸の回転方向と逆方向に伝播する波)は、外部からの観測者に対して、Ｕn(r,θ,t)＝Ｕn(r)sin［２π(ｆn−nＮ／６０)t］で振動することになる。また位相角φ＝π／２とすると、丸鋸における回転数Ｎの場合の前進波(丸鋸の回転方向に伝播する波)は、外部からの観測者に対して、Ｕn(r,θ,t)＝−Ｕn(r)sin［２π(ｆn＋nＮ／６０)t］で振動することになる。
【０００９】
そこで丸鋸切削中の後進波または前進波による横振動を抑制するには、各モードの固有振動数ｆｎ1≠ｆｎ2とすればよいと考えるに至り、この点につき各種の試験を通じて研究した。なお、分離したモードの固有振動数の差が大きい丸鋸ほど、横振動をより効果的に抑制し得るという事実については、１９９６年発行の木材学会誌第４２巻第６号第５４６頁〜第５５６頁「丸のこ切削時の横振動に対する部分ハンマリングの効果」(西尾悟，丸井悦男)において既に公知である。しかるに本発明は、分離したモードの固有振動数の差を大きくする方法を、簡単な手法によって具現化しようとするものである。
【００１０】
試験に供した丸鋸は図１に示した如きものであって、その仕様は次の通りである。なお、寸法単位はmmである。
0004597332.tif 000002
これらスリットの内で、回転中心を挟んで対向する１組２本のスリットの半径方向長さは２５mmに夫々設定すると共に、他の１組２本のスリットの半径
方向長さはＬｓ(Ｌｓ＝０〜５５)に夫々設定した。
【００１１】
すなわち図１に示した丸鋸１０は、回転中心Ｃを挟んで対向し合う任意の２本のスリット１８ａ,１８ａの半径方向長さＬｓが同寸法２５mmに設定されると共に、これらスリット１８ａ,１８ａに対し中心角９０°だけ偏位して、回転中心Ｃを挟んで対向し合う２本のスリット１８ｂ,１８ｂの半径方向長さＬｓは異なる寸法に設定されている。そして前記丸鋸１０における２本のスリット１８ｂ,１８ｂに関して、その半径方向長さＬｓを変化させながら固有振動数をシェルモデルで有限要素法(ＦＥＭ)による解析を行なって計算した。その測定結果を図２に示す。この図２によれば、４本のスリットを同じ半径方向長さ(Ｌｓ＝２５)に設定した場合は、節直径数ｎが偶数であるモードの固有振動数は２つに分離するが(ｆｎ1≠ｆｎ2)、奇数であるモ−ドの固有振動数は分離しなかった(ｆｎ1＝
ｆｎ2)。
【００１２】
次に前記丸鋸１０における一方の組のスリット１８ａ,１８ａの半径方向長さＬｓを２５mmに維持したまま、他方の組のスリット１８ｂ,１８ｂの半径方向長さＬｓを異ならせると(但しＬｓ≠２５)、ｎ＝０以外の全てのモードで固有振動数の分離が確認された。なお、図２は縦軸の目盛が粗いために、ｆ１1＝ｆ１2となっているように観察されるが、この縦軸を細かい目盛で表現すると明らかに固有振動数は分離している(ｎ＝０のモードが分離することはない)。但し、前記スリット１８ｂ,１８ｂの半径方向長さＬｓが小さくなると、偶数のモードにおける固有振動数の分離の差が小さくなった。
【００１３】
前記の仕様に係る丸鋸１０を用いてワークの切削試験を行ない、その切削時に生ずる騒音を測定した。切削条件は次の通りである。
・ワーク  厚み４５mmのスプルース材
・回転数(Ｎ)  ３０００〜５６００ｒ.ｐ.ｍ.
・送り速度(Ｆ)  毎分１２ｍ
・突出し量  ２ｍｍ
・フランジ径  φ１２０
・騒音計  １１０ｄＢ(Ｆレンジ)
図３に示すように、丸鋸１０で４５mm厚のスプルース材１２を切削するに際して、該丸鋸１０による切削位置の僅か前方にマイクロホン１４を配置し、該マイクロホン１４により捕捉した騒音を前記騒音計(図示せず)で数値化した。
【００１４】
前記丸鋸１０でスプルース材１２を切削した際の騒音を前記騒音計で測定し、該騒音の平均値を図４にプロット化した。これによれば、４本のスリット１８を同じ半径方向長さ(Ｌｓ＝２５)とした場合は従来の丸鋸の騒音レベルであった。
しかるに半径方向長さＬｓ≠２５として、隣り合うスリット１８ｂ,１８ｂの長さを他方のスリット１８ａ,１８ａに対して異ならせた場合は、その切削騒音が顕著に低下することが判明した。但し、隣り合うスリット１８ｂ,１８ｂの半径方向長さＬｓが余り小さくなると切削騒音は増大した。また半径方向長さ(Ｌｓ)が長すぎる場合も、やはり切削騒音は増大した。
【００１５】
前述した如く丸鋸１０におけるスリット１８の数を変えたり、他の仕様を変えたりして同様な試験を繰り返した。その結果、図１に示す如く、台金１６に等しい中心角で４本以上の偶数本からなるスリット１８を、歯袋２０から回転中心Ｃに向けて所要長さで削成した丸鋸１０の構成を前提とした場合に、以下の事実が導びかれることが判明した。
(1) 丸鋸１０の回転中心Ｃを挟んで対向し合う任意の２本のスリット１８,１８の半径方向長さＬｓは同寸であるが、回転中心Ｃを挟んで対向し合わない別のスリット１８,１８の全部または一部を異なる長さに設定した場合、ｎ＝０の場合を除いて全てのモ−ドで固有振動数が分離する。
(2) 丸鋸１０の回転中心Ｃを挟んで対向し合う２本のスリット１８,１８における半径方向長さＬｓの和の最大値を、該丸鋸１０における直径Ｄの５％未満にすると、全てのモ−ドでの固有振動数の分離が不充分で騒音は増加する。
(3) 丸鋸１０の回転中心Ｃを挟んで対向し合う２本のスリット１８,１８における半径方向長さＬｓの和の最大値が、該丸鋸１０における直径Ｄの２５％を超えると、スリット１８の付近における台金１６の剛性が低下し、該台金１６が撓むと共に暴れ易くなって騒音が増大する。
(4) 丸鋸１０の回転中心Ｃを挟んで対向し合う２本のスリット１８,１８における半径方向長さＬｓの和の最小値を、前記半径方向長さＬｓの和の最大値の０.４倍〜０.８倍の範囲に設定すると、切削騒音の顕著な低下が認められる。
【００１６】
以上の知見を総合すると、台金１６に等しい中心角で偶数本(４本以上)からなるスリット１８を、歯袋２０から回転中心Ｃに向けて所要長さで削成した丸鋸１０に関して、次の如き構造的限定を付することにより所期の目的が達成されることが判る。すなわち、前述した全てのモ−ドで固有振動数を分離させて前記台金１６の振動を抑制し、併せて切削時の騒音を低下させるには、(i)対向し合う任意の２本のスリット１８の半径方向長さＬｓを同じ寸法に設定すると共に、対向し合わない他の全部または一部のスリット１８の半径方向長さＬｓを異なる寸法に設定すること、(ii)対向し合う２本のスリット１８における半径方向長さＬｓの和の最大値を、丸鋸直径Ｄの５％〜２５％の範囲に設定すること、および(iii)対向し合う２本のスリット１８における半径方向長さＬｓの和の最小値を、前記最大値の０.４倍〜０.８倍の範囲に設定することが必要である。実際に、図１に示した構成を有する丸鋸１０に関して、前記(i)〜(iii)の要件を具備させた上で前記ワーク１２の切削を行なったところ、台金１６の振動が抑制されて切削後のワーク１２の切断面は極めて良好であり、また併せて切削時の騒音が著しく低下することが確認された。
なお、実施例では直線的なスリットを示したが、曲線的なスリットとしてもよい。この場合におけるスリット長さは、半径方向の直線距離とする。
【００１７】
【発明の効果】
以上説明した如く本発明に係る丸鋸によれば、台金の横振動が効果的に抑制され、ワークにおける切削加工面の品質が向上すると共に、切削時に発生する不快な騒音も低減できて作業環境の向上に資するところが大きいものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】中心角が等しい４本のスリットの内で、中心を挟んで対向する２本のスリットの長さ寸法を同じ値に設定すると共に、隣り合うスリットの長さ寸法を変化させた丸鋸の概略図である。
【図２】図１に示した丸鋸について、シェルモデルで有限要素法による解析を行なった結果を示すグラフ図である。
【図３】丸鋸により切削中に生ずる騒音を、マイクロホンで捕捉して騒音計に表示する際の概略説明図である。
【図４】２本のスリット長さと平均最大切削騒音との関係を示すグラフ図である。
【図５】丸鋸の節円数ｍで節直径の数ｎにおける振動モードが、(Ａ)に示す第１モードおよび(Ｂ)に示す第２モードの２つが存在することを示す概略説明図である。
【符号の簡単な説明】
１０  丸鋸
１６  台金
１８  スリット
２０  歯袋
Ｃ  回転中心
Ｄ  直径
Ｌｓ  半径方向長さ
【図１】
0004597332.tif 000003
【図２】
0004597332.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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