(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状のセラミックスを所望とする切断位置でセラミックスの軸心方向と直交する方向に切断する円筒状のセラミックスの切断方法において、前記円筒状のセラミックスの所望とする切断位置の軸心方向と直交する方向に切欠溝を形成し、次いでセラミックスの切欠溝に引張応力を誘起させるようにセラミックスの外周面に線状体又は帯状体を巻き回し、該線状体又は帯状体に引張荷重を負荷してセラミックスの外周面に側圧を負荷することによりセラミックスを前記切欠溝位置で切断することを特徴とする円筒状のセラミックスの切断方法。
【請求項２】
前記切欠溝は前記円筒状のセラミックスの外周面の所望とする切断位置の軸心方向と直交する方向に形成し、セラミックスの切欠溝から６ｍｍの間隔を置いてセラミックスの外周面に前記線状体又は帯状体で側圧を負荷することによりセラミックスを前記切欠溝位置で切断することを特徴とする請求項１に記載の円筒状のセラミックスの切断方法。
【請求項３】
前記切欠溝は前記円筒状のセラミックスの内周面の所望とする切断位置の軸心方向と直交する方向に形成し、次いでセラミックスの切欠溝位置の外周面に前記線状体又は帯状体で側圧を負荷することによりセラミックスを前記切欠溝位置で切断することを特徴とする請求項１に記載の円筒状のセラミックスの切断方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、円筒状のセラミックスの切断方法に関し、更に詳細に説明すると、円筒状のセラミックスを所望とする切断位置でセラミックスの軸心方向と直交する方向に切断する円筒状のセラミックスの切断方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、機械や電子機器には各種のセラミックスが使用され、これらのセラミックスの切断は主としてダイヤモンド砥石や鋸刃等の刃物により行われている。この刃物による切断の場合には切屑や騒音を発生させ、作業環境を悪化させる虞れを有し、また切断までにかなりの時間とエネルギーを要し、刃物の摩耗による損傷も著しく経済性に欠けるものであった。
【０００３】
また、円筒（中空）状及び円柱（中実）状のセラミックスをディスキング装置に配置してセラミックスに側圧（外周面からの絞込み圧）を負荷し、セラミックスを側圧による破壊を利用したディスキングと呼ばれる切断方法により切断することがすでに開発されている。
【０００４】
このディスキングによる切断方法は、図１に示すディスキング装置１により行われる。このディスキング装置１は圧力容器３の内部に円筒状のセラミックス５が挿入されてる。この円筒状のセラミックス５は外径ｄ、肉厚ｔである。両端開放状態の円筒状のセラミックス５の外周面にセラミックス５の軸心方向と直交する方向に複数の切欠溝７を適宜の間隔で、例えば間隔ｂで設け、このセラミックス５の外周面を側圧伝達筒９で被覆する。この側圧伝達筒９はセラミックス５よりもヤング率が非常に小さいアクリル樹脂等から形成されている。
【０００５】
また圧力容器３の圧力負荷口１１を挟んで左右一対のＯリング１３，１３が側圧伝達筒９の外周の両端に設けられ、この左右一対のＯリング１３，１３間に前記側圧伝達筒９を保持するカラー１５が設けられ、更にそれらの位置決めをする保持環１７と前記圧力容器３の外側に圧力の漏れを防止するための螺子１９が設けられている。
【０００６】
斯かるディスキング装置１の構成において、圧力容器３の圧力負荷口１１より圧力容器３の内部に内圧Ｐを負荷すれば、セラミックス５は両端開放の状態で側圧を受け、側圧がある値に達することにより左右一対のＯリング１３，１３間の１つの切欠溝７を通る断面で亀裂が進展し切断する。更に側圧を負荷すればセラミックス５は別の切欠溝７を通る断面で順次切断する。この場合のセラミックス５の切断面は平滑である。これがディスキングによる切断である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
セラミックスの切断法として、従来から行われているダイヤモンド砥石や鋸刃等の刃物による切断法の欠点である切屑や騒音の発生を防止し、また切断までの時間とエネルギーを僅少にすると共に、刃物の摩耗による損傷を防止した円筒状のセラミックスの切断法の開発を行う。一方、前記ディスキングは円筒（中空）状のみならず円柱（中実）状のセラミックスの切断において、上記欠点を解消したセラミックスの切断を可能にしている。しかし、このときの切断圧力は高圧であることから、できるだけ低圧で切断を可能とする切断法の開発が望まれる。また前記ディスキングはセラミックスの大きさに適する圧力容器を必要とすることからセラミックスの大きさに関わらず、どのような大きさにも対応できる切断法の開発も望まれる。
【０００８】
本発明の目的は、前記課題に鑑みてなされたもので、円筒状のセラミックスに側圧（外周からの絞込み圧）を加えて小さな力で切断を可能にし、また種々の外径の大きさにも適する切断を可能にすることであって、切断では破壊時に発生する亀裂の進展を積極的に切断に利用することにより、刃物による切断法の欠点を解消し、切屑や騒音を発生させる虞れがなく、作業環境を悪化させる虞れがなく、簡易迅速に一瞬で切断することができ、切断面が平滑で経済性に優れた円筒状のセラミックスの切断方法を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は上述せる課題に鑑みてなされたもので、本発明の請求項１に記載の円筒状のセラミックスの切断方法は、円筒状のセラミックスを所望とする切断位置でセラミックスの軸心方向と直交する方向に切断する円筒状のセラミックスの切断方法において、前記円筒状のセラミックスの所望とする切断位置の軸心方向と直交する方向に切欠溝を形成し、次いでセラミックスの切欠溝に引張応力を誘起させるようにセラミックスの外周面に線状体又は帯状体を巻き回し、該線状体又は帯状体に引張荷重を負荷してセラミックスの外周面に側圧を負荷することによりセラミックスを前記切欠溝位置で切断することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の請求項２に記載の円筒状のセラミックスの切断方法は、請求項１に係る発明において、前記切欠溝は前記円筒状のセラミックスの外周面の所望とする切断位置の軸心方向と直交する方向に形成し、セラミックスの切欠溝から６ｍｍの間隔を置いてセラミックスの外周面に前記線状体又は帯状体で側圧を負荷することによりセラミックスを前記切欠溝位置で切断することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の請求項３に記載の円筒状のセラミックスの切断方法は、請求項１に係る発明において、前記切欠溝は前記円筒状のセラミックスの内周面の所望とする切断位置の軸心方向と直交する方向に形成し、次いでセラミックスの切欠溝位置の外周面に前記線状体又は帯状体で側圧を負荷することによりセラミックスを前記切欠溝位置で切断することを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下本発明に係る円筒状のセラミックスの切断方法を図面を参照して詳述する。
図２には、本発明に係る円筒状のセラミックスの切断方法の概略が示されており、ＴはＹ−Ｙ断面で切断しようとする外径ｄ（肉厚ｔ）が一定の円筒状のセラミックスである。この円筒状のセラミックスＴのＡ−Ｂ部分の外周に沿って側圧ｐ（外周面からの絞込み圧）を負荷すると円筒状のセラミックスＴの外径ｄはｄ’に減少するが、側圧を受けていないＣ−Ｄ部分は最初の状態を保つ。このとき円筒状のセラミックスＴには外径ｄの変化に比例した応力が自動的に発生し、Ｂ−Ｃ部分における円筒状のセラミックスＴの外表面の一部に引張応力が誘起する。
【００１５】
一方、セラミックスは圧縮に強く引張りに弱いのが特徴である。いま、所望する切断位置のＹ−Ｙ断面における円筒外周線上の一部にガラス切り等の工具により切欠きｓを設けているものとし、さらにその切欠きｓの位置がＢ−Ｃ部分にあるものとする。この状態で側圧ｐがある値に達すると、応力集中により切欠きｓから引張破壊によるき裂が発生し、円筒状のセラミックスＴは切欠きｓを通り、所望する切断位置のＹ−Ｙ断面で一瞬にして分割される。これがここで言う円筒状のセラミックスＴの切断である。
【００１６】
ガラスはオールドセラミックスと呼ばれ、一種のセラミックスである。尚、本実施の形態ではオールドセラミックスに本発明を適用した場合につき説明するが、同様にニューセラミックスにも適用することができるものである。ここではガラス円筒とガラス瓶を上述の切断法を利用して切断した実施例について分けて述べる。
【００１７】
【参考例】
ディスキング装置１は図１に示しているものであり、円筒状のセラミックス５としての切断しようとするガラス円筒はパイレックス（登録商標）ガラスからなる外径ｄ＝６０mm、肉厚ｔ＝４．５mmのものである。また側圧伝達筒９はポリエチレンからなり、外径６８mm、肉厚３．５mm、軸長４９mmのものである。まず、円筒に市販のガラス切りで切欠溝７としての切欠きｓを円筒端面から６０mmの位置の円筒外表面に軸と直角に長さ約３mmに設けて切断位置を指定した。
【００１８】
そして切欠きｓの位置を側圧伝達筒９の端面から６mmの間隔を置いた位置にし、更に上述の図２に示すように円筒の外周面に側圧を静的に負荷すると、円筒は側圧Ｐ＝１８ＭＰａでピンという微弱音を発して切欠きｓを通る横断面で切断された。その切断面は平滑で鏡面となっている。尚、円筒端面から切欠きｓまでの長さを変えても切欠きｓを通り正確に切断されると共に切断面も極めて良好であった。また切断時の側圧をＰａで表すと、切断圧力Ｐａは軸長にかかわらず約一定値を示した。
【００１９】
円筒状のセラミックスＴの外周に設けた切欠きｓの位置を前記側圧伝達筒９の端面から外方にある長さｘ、例えば、ｘ＝３mm〜１０mmとして円筒状のセラミックスＴを配設した。尚、図３（ａ）にｘ＝３mm〜１０mmとした場合の試験結果を示す。ここでＰａは切断圧力であり、δは切断面の状態を示すものである。
【００２０】
図３（ｂ）に示すものはｘ＝３mmの場合の切断面の状態であり、このときの切断面は平滑とはならず、外周から内部に入り込んでる。ここでその入り込んだ最大距離をδで表す。切断面の状態には２種類のものがあることから、外周から内部に入り込んだものをａで示し、逆に外周から内部に突出したものをｂで示す。この切断面の状態を図３（ａ）の備考欄に示す。図３（ａ）に示す試験結果から、ｘ＝６mmのデータを見ると、切断圧力Ｐａ及びδの絶対値が最小値を示しており、ｘ＝６mmとするのが切断に適していることが判る。
【００２１】
【実施例１】
ここではワイヤー２１を用いて円筒状のセラミックスとしてのガラス瓶Ｔを切断した実施例について述べる。尚、本実施の形態では線状体としてのワイヤーを用いたが、他の線状体を用い、または帯状体等を用いてもよい。
図４に示す如く、準備したワイヤー２１は直径約４mmからなるスチール製のワイヤーであり、またガラス瓶Ｔ（外径６５mm、肉厚３mm、高さ１４０mm) に切欠きｓを市販のガラス切りでガラス瓶Ｔの外部底面から６０mmの位置の外表面に軸心方向と直角に長さ約３mmに設けて切断位置を指定した。
【００２２】
そして、図４に示すようにガラス瓶Ｔの外表面に１本のワイヤー２１を二重にして巻き回し、ワイヤー２１の交差時に一方を二重のワイヤー２１の間に通し、そのワイヤー２１の両端を夫々反対方向に引張るためワイヤー２１に引張荷重Ｗを試験機により静的に負荷した。この時の切欠きｓとワイヤー２１との間隔はｘ＝６mmとした。ガラス瓶Ｔは外周面に沿って側圧が負荷され、引張荷重Ｗ＝２．９４ｋＮでピッシィという微弱音を発して切欠きｓを通る横断面で切断された。このワイヤー２１を用いる場合には、ワイヤー２１が破断しない限り、ガラス瓶Ｔの外径に関わらずどのような大きさの円筒状のセラミックスＴでも容易に切断することができるものである。
【００２８】
次いで、本発明の異なる実施の形態を図５及び図６を参照して説明する。この実施の形態では、図２に示した円筒状のセラミックスＴの外周に設けた切欠きｓの位置をセラミックスＴの内周に設けたことを特徴とするものである。
【００２９】
先ず、図５を参照して切断原理を説明すると、ＴはＹ−Ｙ断面で切断しようとする外径ｄ（肉厚ｔ）が一定の円筒状のセラミックスである。いまＹ−Ｙ断面を通る円筒状のセラミックスＴの外周線上に側圧ｐを負荷すると、円筒状のセラミックスＴの直径ｄはｄ´に減少するが、側圧を受けていない部分は最初の状態を保つ。このため円筒状のセラミックスＴには外径ｄの変化に比例した応力が発生し、Ｙ−Ｙ断面における円筒内周線上の軸心方向に最大引張応力が誘起する。
【００３０】
いま、円筒状のセラミックスＴの切断する位置であるＹ−Ｙ断面における円筒内周線上の一部に、ガラス切り等の工具により切欠きＳを設ける。この状態で円筒状のセラミックスＴに側圧ｐを負荷すると、円筒状のセラミックスＴの切欠きＳ部には、最大引張応力のみならず切欠きＳによる応力集中が重畳されるため、側圧ｐがある値に達すると切欠きＳから亀裂が発生すると共に、この亀裂が伝播して円筒状のセラミックスＴは所望とする位置のＹ−Ｙ断面で一瞬に切断される。
【００３１】
前記切断原理を用いた円筒状のセラミックスＴの切断方法を図６に示す。尚、図４に示すと同様の方法を用いることができる。本実施の形態では、図６に示す如く、Ｔは外径ｄ、肉厚ｔ、軸長ｌの円筒状のセラミックスである。円筒状のセラミックスＴの切断位置における円筒内周面には切欠きＳを予め設けておく。
【００３２】
円筒状のセラミックスＴの切断位置である切欠きＳを通る円筒外周線上に、１本のワイヤー２１を二重にして図４に示すと同様に巻き回す。このとき側圧が円筒外周面に均一に負荷されるように滑車Ｋを用いている。また巻き回したワイヤー２１が拡がらないように、即ち図５に示すような線上の側圧ｐが負荷されるようにリングＲを利用してワイヤー２１を配置する。
【００３３】
この状態で、ワイヤー２１の上端と、下端の滑車Ｋ間に引張荷重Ｗを負荷し、引張荷重Ｗがある値に達すると、前述した切断原理により亀裂が切欠きＳ部より発生すると共に、この亀裂が伝播して円筒状のセラミックスＴは切欠きＳを通る横断面で一瞬にして切断される。尚、ワイヤー２１の太さは適宜増減させることができる。
【００３４】
【実施例２】
この実施例２では円筒状のセラミックスＴとしてのガラス円筒につき切断を試みた。切断しようとするガラス円筒はパイレックス（登録商標）ガラスからなり、切断では軸長を二等分するように円筒中央の位置に内周に沿って長さ約３mmの切欠きＳを円筒内周面に市販のガラス切りで設けた。
【００３５】
次いで、図６に示す如く、鋼製のリングＲと滑車Ｋを利用して直径１．５mmのスチールワイヤー２１をガラス円筒に巻き回し、引張荷重Ｗを静的に負荷し、ガラス円筒の切断時の引張荷重、即ち切断荷重Ｗａとガラス円筒の切断状態を調べた。
【００３６】
表１に外径ｄ＝４０mm、軸長ｌ＝８０mmを一定にして、肉厚ｔのみを変化させて、ガラス円筒を中央で二等分したときの切断結果を示す。切断は同一寸法のガラス円筒を３本準備し、切断荷重Ｗａとしてはその平均で示している。ガラス円筒は表１の切断荷重Ｗａに達したとき、ピシッという微弱音を発して切欠きＳを通る横断面で一瞬に切断された。その切断面は平滑で鏡面となっていて、本発明の切断方法では切断時に切り屑の発生がない。
【００３７】
【表１】
0004175495.tif 000002
【００３８】
ガラス円筒の切断荷重Ｗａは表１に示すように肉厚ｔに依存し、肉厚ｔを増すと切断荷重Ｗａも増すが、ガラス円筒の切断面は肉厚ｔにかかわらず、何れも極めて良好であった。
【００３９】
次に、表２に肉厚ｔ＝３．２mm、軸長ｌ＝８０mmを一定にして、ガラス円筒の外径ｄのみを変化させてガラス円筒を中央で２等分したときの切断結果を示す。切断は同一寸法のガラス円筒を３本準備し、切断荷重Ｗａとしてはその平均で示している。ガラス円筒は表２の切断荷重Ｗａで切欠きＳを通る横断面で一瞬に切断された。
【００４０】
【表２】
0004175495.tif 000003
【００４１】
表２の切断結果から明らかなように、ガラス円筒の切断荷重Ｗａは外径ｄに依存し、外径ｄを大きくすると切断荷重Ｗａが増大するが、ガラス円筒の切断面は外径ｄにかかわらず、何れも極めて良好であった。
【００４２】
【参考例】
この参考例では円筒状のセラミックスＴとしてのガラス瓶につき切断を試みた。切断しようとするガラス瓶は外径７７mm、肉厚４mm、高さ２９０mmの焼酎用のものと、外径６７mm、肉厚３mm、高さ１９５mmの日本酒用のものである。ガラス瓶の場合には容器の内周面にガラス切りで切欠きＳを設けることが困難な場合がある。本実施の形態では、切断を希望する位置に、ガラス切りで切欠きＳを設ける代わりに、直径２mmのドリルによりガラス瓶に貫通する横穴を穿設した。このとき横穴の位置はガラス瓶の外部底面から前者では９０mmであり、後者では４０mmであった。尚、横穴の大きさは適宜増減することができ、また長穴とすることもできる。
【００４３】
次いで、図６に示すと同様に、鋼製のリングＲと滑車Ｋを利用して直径１．５mmのスチールワイヤー２１をガラス瓶に巻き回し、引張荷重Ｗを静的に負荷した。両者のガラス瓶は何れも横穴を通る横断面で一瞬に切断された。ガラス瓶の切断時の切断荷重Ｗａは前者でＷａ＝１２００Ｎであり、後者でＷａ＝１１１０Ｎであった。両者のガラス瓶は所望とする位置で切断されたばかりでなく、切断面も極めて良好であった。
【００４４】
【発明の効果】
以上が本発明に係る円筒状のセラミックスの切断方法の実施の形態であるが、本発明の請求項１に記載の円筒状のセラミックスの切断方法によれば、円筒状のセラミックスの所望とする切断位置の軸心方向と直交する方向に切欠溝を形成し、次いでセラミックスの切欠溝に引張応力を誘起させるようにセラミックスの外周面に線状体又は帯状体を巻き回し、該線状体又は帯状体に引張荷重を負荷してセラミックスの外周面に側圧を負荷することによりセラミックスを前記切欠溝位置で切断するので、刃物による切断の欠点を解消し、切屑や騒音を発生させる虞れがなく、作業環境を悪化させる虞れがなく、簡易迅速に円筒状のセラミックスを小さな力で一瞬に切断することができ、平滑な切断面を得ることができる。
また、線状体又は帯状体を使用してセラミックスの外周面に側圧を負荷するので、どのような外径の円筒状のセラミックスにも対応することができる。
【００４５】
本発明の請求項２に記載の円筒状のセラミックスの切断方法によれば、請求項１に係る発明において、前記切欠溝は前記円筒状のセラミックスの外周面の所望とする切断位置の軸心方向と直交する方向に形成し、セラミックスの切欠溝から６ｍｍの間隔を置いてセラミックスの外周面に前記線状体又は帯状体で側圧を負荷することによりセラミックスを前記切欠溝位置で切断するので、刃物による切断の欠点を解消し、切屑や騒音を発生させる虞れがなく、作業環境を悪化させる虞れがなく、簡易迅速に円筒状のセラミックスを小さな力で一瞬に切断することができ、平滑な切断面を得ることができる。
【００４６】
本発明の請求項３に記載の円筒状のセラミックスの切断方法によれば、請求項１に係る発明において、前記切欠溝は前記円筒状のセラミックスの内周面の所望とする切断位置の軸心方向と直交する方向に形成し、次いでセラミックスの切欠溝位置の外周面に前記線状体又は帯状体で側圧を負荷することによりセラミックスを前記切欠溝位置で切断するので、切欠きを設けた切断位置と側圧を負荷する位置とを一致させることにより簡易迅速に切断作業を行うことができ、刃物による切断の欠点を解消し、切屑や騒音を発生させる虞れがなく、作業環境を悪化させる虞れがなく、簡易迅速に円筒状のセラミックスを小さな力で一瞬に切断することができ、平滑な切断面を得ることができる。
【００４９】
本発明によれば、刃物による切断の欠点を解消し、切屑や騒音を発生させる虞れがなく、作業環境を悪化させる虞れがなく、簡易迅速に円筒状のセラミックスを一瞬に切断することができ、切断に要するエネルギーを減少させることができ、切断面が平滑で経済性に優れた円筒状のセラミックスの切断方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る円筒状のセラミックスの切断方法に用いられるディスキング装置の断面図。
【図２】本発明に係る円筒状のセラミックスの切断方法の概略を示す断面説明図。
【図３】本発明に係る円筒状のセラミックスの切断方法を示すもので、（ａ）は試験結果を示す表、（ｂ）は切断面の状態を示す説明図。
【図４】本発明に係る円筒状のセラミックスの切断方法を示す斜視説明図。
【図５】本発明に係る円筒状のセラミックスの切断方法の異なる実施の形態を示す断面説明図。
【図６】本発明に係る円筒状のセラミックスの切断方法の異なる実施の形態を示す斜視説明図。
【符号の説明】
１      ディスキング装置
３      圧力容器
５      円筒状のセラミックス
７      切欠溝
９      側圧伝達筒
１１    圧力負荷口
１３    Ｏリング
１５    カラー
１７    保持環
１９    螺子
２１    ワイヤー
Ｔ      円筒状のセラミックス（ガラス瓶）
ｓ      切欠き（円筒外周面に設けた場合）
Ｗ      引張荷重
Ｐ      圧力容器に負荷する内圧（側圧伝達筒に負荷する側圧）
ｄ      セラミックスの外径
ｔ      セラミックスの肉厚
ｂ      切欠溝の間隔
ｐ      セラミックスに負荷される側圧
ｄ´    側圧により減少したセラミックスの外径
Ｘ      側圧伝達筒の端面からの長さ
Ｐａ    切断圧力
δ      切断面の状態を示す最大距離
ｌ      セラミックスの軸長
Ｓ      切欠き（円筒内周面に設けた場合）
Ｋ      滑車
Ｒ      リング
【図１】
0004175495.tif 000004
【図２】
0004175495.tif 000005
【図３】
0004175495.tif 000006
【図４】
0004175495.tif 000007
【図５】
0004175495.tif 000008
【図６】
0004175495.tif 000009