(57)【要約】【課題】  砥粒層と下地層との接合面の形状を改善して、砥粒層と下地層との接着力に優れ、かつ製造が容易なセグメントチップを備える超砥粒カッター及びその製造方法を提供する。【解決手段】  超砥粒カッター１は、スリット２１を外周上に形成した円板状の台金２の外周上に、超砥粒Ｐを含有する砥粒層３１と下地層３２とからなるセグメントチップ３を固着した超砥粒カッターであって、セグメントチップ３の砥粒層３１と下地層３２との接合面３３に、超砥粒カッター１の回転方向に対し垂直な面において曲線となるような曲面を形成している。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スリットを外周上に形成した円板状の台金の当該外周上に、超砥粒を含有する砥粒層と下地層とからなるセグメントチップを固着した超砥粒カッターであって、
前記セグメントチップの前記砥粒層と前記下地層との接合面に、超砥粒カッターの回転方向に対し垂直な面において曲線となるような曲面を形成したことを特徴とする超砥粒カッター。
【請求項２】
スリットを外周上に形成した円板状の台金の当該外周上に、超砥粒を含有する砥粒層と下地層とからなるセグメントチップを固着した超砥粒カッターの製造方法において、
焼結前のセグメントチップの砥粒層と下地層の密度を異ならせた状態で、当該セグメントチップを加熱、加圧して焼結することにより、砥粒層と下地層との接合面に曲面を形成することを特徴とする超砥粒カッターの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、切断に用いられる超砥粒カッター及びその製造方法であって、特に砥粒層と下地層とからなるセグメントチップを備える超砥粒カッター及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、円板状の台金の外周に、超砥粒をメタルで固めたセグメントチップを固着した超砥粒カッターは、コンクリート、アスファルト、瓦、タイル、新建材などの石材や建材からセラミックス、半導体等の各種材料の切断に用いられている。使用される装置も、工場で据え付けられたもの、工事現場での可搬式のもの、家庭用の小型のものまで幅広い用途がある。
図３は、従来の超砥粒カッターの一例である。超砥粒カッター１は、円板状の台金２とその外周面に固着されたセグメントチップ３ａから構成されている。台金２には、外周上に切断時の応力集中や衝撃を緩和するスリット２１が形成されている。セグメントチップ３ａは、外周側に位置する砥粒層３１ａと、その内周側の下地層３２ａとから構成されている。図３のＩV−ＩV断面図である図４によって、セグメントチップ３ａの断面を示す。砥粒層３１ａは、超砥粒Ｐを各種の金属で固めて形成されている。砥粒層３１ａを直接台金２に溶接すると、強度上の問題が生じることや、砥粒層３１ａの金属材料と台金２の金属材料によっては、溶接に適さないこともあることから、砥粒層３１ａの内周側には、砥粒層３１ａとの接着性がよく、かつ台金２との溶接に適した金属から形成される下地層３２ａが設けられている。そして、下地層３２ａの底面Ｂを台金２の外周上に溶接することによって、セグメントチップ３ａが、台金２の外周に固着されている。この超砥粒カッター１による材料の切断時においては、台金２が動力源によって回転され、セグメントチップ３ａの主として上面Ａの超砥粒Ｐによって材料の切断がなされる。砥粒層３１ａの外周側が磨耗すると、自生作用によって、徐々に内周側の超砥粒Ｐが外表面に現出して切断作用を行うことになる。なお、図４でのＣはセグメントチップ３ａの側面を示している。ところで、このようなセグメントチップ３ａの製造において、両側面Ｃから圧力を加えながら焼結を行う場合、砥粒層３１ａと下地層３２ａの接合面３３ａには、接合面３３ａに平行な圧力のみしか作用しないことから、焼結時における砥粒層３１ａと下地層３２ａとの接着が十分でないという問題がある。
それを改善するためになされた特許文献１の発明を図５に示す。セグメントチップ３ｂを構成する砥粒層３１ｂと下地層３２ｂとの接合面３３ｂを、超砥粒カッターの回転方向に対し垂直な面において斜めに傾斜した直線状に形成している。それによって、図６のとおり、セグメントチップ３ｂに対して、焼結時に側面Ｃから、図面で左右方向に圧縮力Ｐが加えられた際に、接合面３３ｂには接合面３３ｂに沿った圧縮力Ｐ２のみならず、接合面３３ｂに垂直な圧縮力Ｐ１が作用することになり、強い接着力を得ることができる。
【特許文献１】特開２００４−２９１１２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、特許文献１のものでは、接合面３３ｂが直線状であるために、接合面３３ｂの面積もそれほど大きくならず、また、接合面３３ｂへの垂直力Ｐ１を大きくするためには、接合面３３ｂの傾斜を大きくすることが必要となる。そうすると、その分、下地層３２ｂの一方側の高さが高くなり、下地層３２ｂの低い側の砥粒層３１ｂが有効利用できなくなる。そのために、傾斜角度を大きくはできず、面積もそれほど増大しないことから接着力も十分ではないことになる。また、接合面を形成する直線を折り返すようにすると、屈曲部での応力集中が生じる。さらに、焼結前に、砥粒層３１ｂと下地層３２ｂをプレス加工で仮成形する際に、砥粒層３１ｂの底面と下地層３２ｂの上面を傾斜させるための特殊な金型等が必要となるなど、製造に手間とコストがかかることになる。
本発明は、従来技術の上記問題を解決するためになされたものであり、砥粒層と下地層との接合面の形状を改善して、砥粒層と下地層との接着力に優れ、かつ製造が容易なセグメントチップを備える超砥粒カッター及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
このような目的を達成するために、本発明の超砥粒カッターは、スリットを外周上に形成した円板状の台金の当該外周上に、超砥粒を含有する砥粒層と下地層とからなるセグメントチップを固着した超砥粒カッターであって、セグメントチップの砥粒層と下地層との接合面に、超砥粒カッターの回転方向に対し垂直な面において曲線となるような曲面を形成したことを特徴とする。本発明によれば、砥粒層と下地層の間において、応力が集中することなく、接着力の大きな接合面とすることができる。
また、超砥粒カッターの製造方法を、スリットを外周上に形成した円板状の台金の当該外周上に、超砥粒を含有する砥粒層と下地層とからなるセグメントチップを固着した超砥粒カッターの製造方法において、焼結前のセグメントチップの砥粒層と下地層の密度を異ならせた状態で、当該セグメントチップを加熱、加圧して焼結することにより、砥粒層と下地層との接合面に曲面を形成するようにした場合、そのために、特段の金型や工程を増加することなく、容易に砥粒層と下地層との間に曲面を有する超砥粒カッターを製造することができる。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、超砥粒層の保持が強固になされ、製造も容易な超砥粒カッター及びその製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、図１、図２に基づいて、本発明による超砥粒カッター及びその製造方法の好適な実施形態について詳細に説明する。図面における符号は、図３〜図６の従来技術のものと対応させるとともに、同一部材には同一符号を付している。超砥粒カッターとしての全体構造は、図３と同様であり、セグメントチップ３のサイズは、例えば、台金２の外周に沿った長さが、約４０ｍｍ、厚さが約３ｍｍ、高さが約８ｍｍで、その高さのうち、下地層３２の高さが約２ｍｍ程度である。
図１は、従来技術における図４及び図５に対応するもので、本実施形態のセグメントチップ３を示す。砥粒層３１には、超砥粒Ｐが多数含まれている。超砥粒３１としては、天然ダイヤモンド、合成ダイヤモンド、金属被覆ダイヤモンドなどであり、また用途によっては立方晶窒化ほう素なども用いることができる。粒度についても、用途に合わせて選択すればよいが、ここでは、例えば４０メッシュ程度の超砥粒とする。これらの超砥粒Ｐが、メタルボンドにより固められている。メタルボンドとしては、コバルト系、スチール系、ブロンズ系などがあるが、ここでは、Ｃｏ−ＣｕＳｎ系のメタルボンドとする。すなわち、砥粒層３１では、超砥粒Ｐが、Ｃｏ，Ｃｕ，Ｓｎを主成分とする金属粉体を焼結したメタルボンドによって保持されている。下地層３２は、例えば、Ｃｏを主成分とする金属粉体を焼結した金属によって形成されている。そして、砥粒層３１と下地層３２との接合面３３は、この図１の断面におけるような、超砥粒カッター１の回転方向に対し垂直な面において、砥粒層３１側に凸となる曲線が形成されるような曲面とされている。このような、セグメントチップ３が、その下地層３２の底面において、鉄系材料で製造された台金２に溶接により固着されている。
【０００７】
次に、超砥粒カッター１、特にそのセグメントチップ３の製造方法について図２により説明する。図２は、その製造方法における要点を説明するものである。焼結前の砥粒層３１となる超砥粒とＣｏ，Ｃｕ，Ｓｎを主成分とする金属粉体との混合物と、焼結前の下地層３２となるＣｏを主成分とする金属粉体とをそれぞれ、異なる圧力によって押し固めて仮成形品を製造する。このとき、下地層３２側のプレスの圧力を砥粒層３１側の圧力よりも大きくしており、したがって、下地層３２側の密度が大きくされている。このような仮成形品が、プレス装置４の固定壁４１とパンチ４２で４方を囲まれた中に配置されている。なお、固定壁４１は、側方から見ると、セグメントチップ３の上面及び底面と同様な円弧形状とされており、また、図示しないが、セグメントチップ３が配置される空間部の紙面に垂直な方向での底面及び上面も閉じられている。
このような焼結前の状態では、この仮成形品における砥粒層３１と下地層３２との境界面は、Ｅで示すように直線状である。これは、特許文献１の従来技術以前の技術であって、接合面について何らの改良もしていない図２で説明した場合と同じである。この状態において、約８００℃程度の高温で、パンチ４２をセグメントチップ３の側面から押し付けて、圧力を加える。このようなホットプレスによって、仮成形品であったセグメントチップ３は、その側面Ｃが、図２の破線のように圧縮されたものとなる。
ところで、下地層３２は、砥粒層３１よりも高密度とされているため、ホットプレスによって、セグメントチップ３が圧縮される際に、パンチ４２と接触していない下地層３２の中央部が砥粒層３１側に押し出されることになり、前記の焼結前の砥粒層３１と下地層３２の境界面Ｅは、接合面３３のように砥粒層３１側に凸の曲面となる。同時に、各金属粉体は、互いに焼結されて、砥粒層３１と下地層３２とは、接合面３３において接合される。この焼結の際に、接合面３３は、円弧状となっているために、側面Ｃ側から受ける圧縮力は、この接合面３３に大きな垂直な成分を生じ、強力に接着されることになる。また、接合面３３の面積が直線状の場合に比べて大であることから、総合的に接着力が大きくなる。
以上のような本実施形態にあっては、砥粒層３１と下地層３２との間は、接合面３３が曲面を形成していることから、焼結時に大きな圧縮力をしかも広い面積によって加えることが可能となり、接着力の大きな接合面３３とすることができる。しかも、その際に、局部的に応力が集中することもない。
また、超砥粒カッター１による切断時においては、セグメントチップ３には、回転方向の力と切り込みのための半径方向の力に加え、切断材料が超砥粒カッター１に対してわずかに斜めから力を及ぼすこともあり、特に手持ちの場合は、その傾向が大きい。そのときに、本実施形態のものでは、接合面３３での接着力が強大であることに加え、接合面３３が左右ほぼ均等な一方に凸となった曲面であるために、接合面３３では、横方向からの力に対しても対抗力が働き、接合面３３での接着の剥離を防止できる。また、同様なときに、曲面であることから、応力が集中することもない。
また、超砥粒カッター１の製造の際においては、焼結前のセグメントチップ３の砥粒層３１と下地層３２の密度を異ならせた状態で、セグメントチップ３を加熱、加圧して焼結することにより、容易に砥粒層３１と下地層３２との間に、一方に凸となった曲面状の接着力に優れた接合面３３を形成することができる。また、仮成形品の段階まで、砥粒層３１と下地層３２との境界面Ｅは上面Ａ、底面Ｂとほぼ平行な直線であることから、特段の金型や工程を増加することもなく、接合面３３を強度の大きなものとすることができる。
【０００８】
本実施形態においては、砥粒層３１におけるメタルをＣｏ−ＣｕＳｎ系とし、下地層３２をＣｏ系としたが、相互の接着がなされ、下地層３２が台金２に溶接され得るものであればよい。また、その材料によって、ホットプレス時の温度や圧力は適宜決定されるものである。また、砥粒の種類や粒度も切断の用途によって決めればよく、特に限定されるものではない。さらに、本実施形態では、接合面３３は、砥粒層３１側に凸としたが、逆に下地層３２側に凸としてもよい。その場合は、砥粒層３１側の密度を大きくすればよい。さらに、セグメントチップ３のサイズも、用途や台金２の大きさによって適宜定めればよい。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態のセグメントチップの断面図である。
【図２】本発明の実施形態のセグメントチップの製造時の状態を示す断面図である。
【図３】従来の超砥粒カッターの側面を示す図である。
【図４】図３におけるＩV−ＩV断面図である。
【図５】特許文献１の発明におけるセグメントチップの断面図である。
【図６】図５のセグメントチップの焼結時の力の作用を示す図である。
【符号の説明】
【００１０】
１‥超砥粒カッター、２‥台金、２１‥スリット、３‥セグメントチップ、３１‥砥粒層、３２‥下地層、３３‥接合面、４‥プレス装置、４１‥固定壁、４２‥パンチ
【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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