JP2004358648A

JP2004358648A - ソーブレード

Info

Publication number: JP2004358648A
Application number: JP2003282859A
Authority: JP
Inventors: Seung Weon Lee; 承元李; Yong Hyun Park; 溶鉉朴; Jong Suk Choi; 宗錫崔; 義 ▲ソウ▼ ▲鄭▼; Eui Seok Jung
Original assignee: Ehwa Diamond Industrial Co Ltd
Current assignee: Ehwa Diamond Industrial Co Ltd
Priority date: 2003-05-30
Filing date: 2003-07-30
Publication date: 2004-12-24
Also published as: EP1481781A1; CN1572451A; US6872133B2; KR20040102965A; AU2003213299A1; US20040242138A1; AU2003213299B2

Abstract

【課題】研削作業時、シャンクに衝撃力が直接、伝わるのを防止し、機械的な強度を高め、作業中生ずる振動の増幅を抑制し、疲労が累積するのを防止するようにしたソーブレードを提供する。
【解決手段】このソーブレード１００は、円盤形のシャンク１０１と、このシャンクの中心部に形成され電動工具の軸が結合される結合孔１０９と、結合孔の中心から所定の半径の位置に配置された半径方向範囲に亘って配置されシャンクの半径方向に延びてシャンクの表面および裏面に所定間隔で反復的に突出するよう形成されるウェーブ形成部１１０と、被研削材を研削するため高硬度の粒子を含みシャンクの円周縁に取付けられた加工チップ１０４とを備えている。
【選択図】図５

Description

本発明は、コンクリート、石材など硬質の被研削材を研削加工するのに使用されるソーブレードに関し、更に詳細にのべると、研削刃の作用を行う加工チップを掴んで維持しながら回転力を与えるようシャンクの形状を改善したソーブレードに関するものである。

一般に、被研削材の研削加工を行うソーブレードは、所定の直径を有するシャンクと、このシャンクの円周に沿って付着されたチップとから成っている。チップは、ダイヤモンドまたは立方晶窒化ほう素（Cubic Boron Nitride, 以下CBNという）のような高い硬度を有する超研磨剤を含んで作製される。このチップは、シャンクの円周に付着された形状によってセグメント型とリム型とに分けられる。また、夫々のチップは被研削材と接する面と垂直方向の面に所定の凹凸をさらに形成してターボ型に作製することもできる。

研削加工装置は被研削材を加工する加工工具、これに動力を伝達する電動機、並びに電動機と連結される電気及び機械装置を含む装置のことである。ソーブレード（Saw blade）はこのような研削加工用工具の一つとして、所定の鋼鉄材料から成る円盤状の胴体を成すシャンクとシャンクの円周に付着される加工チップとで成る。

加工チップはソーブレードにおいて被研削材を加工する部分のことで、これは超研磨剤とボンドとを混合し所定の加工プロセスを経て形成される。超研磨剤はダイヤモンドまたは立方晶窒化ほう素（CBN）のような高い硬度を有する粒子を意味し、ボンドはチップにおいて超研磨剤を捉え研削稼動中、超研磨剤が持続的に再生するのを補助する金属粉末から成る。

更に、前記加工チップは、セグメント型とリム型とに分かれる。セグメント型チップは所定の長さ、幅及び高さを有する扇形状の断片または切片として、加工ホイールに付着される。リム型チップは、所定の幅と高さとを有して加工ホイールの外周に付着される円環状の部材から成る。

図1は従来の加工工具10を示す。図1に示すように、ソーブレードは、大別すると、シャンク11とチップ14から成り、シャンクには電動工具から回転力の伝達を受ける為に回転軸に挿入される所定の直径を有する孔19が形成されている。更に、シャンクの外周縁には、一定の個数のチップを付着するようにシャンクと接面するチップの湾曲した長さ分だけ等間隔でスロット17が形成されている。これらスロット17は、ソーブレードが研削作業時衝撃力を与え、また湿式作業の際、冷却水を供給する通路として用いられる。

前記のように構成される加工工具10は、次のような方法により製造される。先ず、ダイヤモンドまたは立方晶窒化ほう素（CBN）などの超研磨剤と金属粉末などのボンドとを混合して混合物を用意し、該混合物が所定の金型に注がれ、この金型内で加圧、成形及び焼結工程が施され、セグメント型またはリム型のようなチップが作製される。前記作製されたチップは銀はんだ、溶接または焼結工程により所定の直径を有するシャンクの外周縁に付着され、被研削材を加工する加工工具が仕上げられる。一方、前記加工工具は研削機能を主に行う場合にソーブレード（Saw blade）とも呼ばれる。

前記のように形成された加工工具の作用を説明する。

所定の電動機の軸に結合された加工工具、即ちソーブレード10は、電動機が動作してその軸が回転すると、石材やコンクリートのような被研削材にその回転力を伝達する。そうすると、前記被研削材は、研削工具のチップの回転に伴い超研磨剤粒子から発生する衝撃力と摩擦力とにより研削される。

この際、ソーブレードのシャンクは、チップと被研削材との衝撃力と摩擦力が直接伝わる為、その伝達される衝撃力などから切断方向と直角に左右振動しながら被研削材と摩擦を起こすようになる。即ち、研削時の衝撃力と研削作業の進行方向とが一致し続ければ問題無いが、研削作業中、研削方向と垂直方向に移動し、あるいは振動すると、衝撃力などが直接、研削方向と垂直な方向に伝わって大きな振動を引き起すことになる。

更に、ソーブレードが数千RPMの高速回転をしながら摩擦によって乾式連続作業を行う場合には、ソープレードのシャンクが数百度の高温に加熱される。

このようにソーブレードが瞬間的に加熱されると、鋼鉄製のシャンクであろうとも機械的な剛性が落ち、左右大幅な振動を起こすことになる。こうして大幅に振動すると、シャンクが割れ、あるいはシャンクの外周縁に付着したチップが外れて、人命に危険を及ぼすなど、安全上の問題が生じる恐れがあった。

一方、ソーブレードを用いて研削加工する際、伝わる衝撃を分散すべく、図3及び図4に示すような改善された形態のソーブレードが提供されている。図3のソーブレードはシャンクの内径を中心に外周縁方向へ放射線状に凹凸を設けた形態とされている。

図3において、ソーブレード20は、その中心から放射状に凹凸が設けられている。

ソーブレード20のシャンク21の外周縁には研削用チップ24が形成され、中心から前記チップ24まで円周方向に上方屈曲部26及び下方屈曲部27が形成される。これは図4に示された断面を参照すれば、明らかである。

しかしながら、上述の如きソーブレードにより切断加工する場合、被研削材と接触するチップ24が衝撃を吸収してシャンクが振動する。こうした衝撃に対して、シャンクが平坦な形状のものは、振幅が大きく振動するのに比して、シャンクが図4のように屈曲構造を成すものは振動に対してより強い剛性を有するようになる。

上述のように、図3に示すソーブレード20によれば、研削作業の際に衝撃力の分散効果が得られるが、外周縁の端部でクリアランスが無くなり、むしろ、シャンク21が被研削材と摩擦を起こし研削負荷を誘発しかねない。とりわけ、手動用工具に付着して使用する場合、自動工具の場合より振動がひどくなる為、こうした可能性が高まる。さらに、9“以下の小型ではシャンクの振動がそれほど問題にならずに済むが、それ以上の大型ではシャンクの直径が大きくなるにつれて、振動による被研削材とシャンクとの摩擦負荷が発生する可能性がより増大する。このように摩擦負荷が発生する場合、小型工具において、最も重要な品質要素である研削速度が落ち、またシャンクが被研削材と持続的な摩擦によって摩耗されて熱が発生し、作業中の衝撃により変形が生じるという安全上の問題があった。

そこで、本発明の目的は、研削作業時、シャンクに衝撃力が直接、伝わるのを防止し、機械的な強度を高め、作業中生ずる振動の増幅を抑制し、疲労が累積するのを防止するようにしたソーブレードを提供することにある。

また、本発明の目的は、シャンクが被研削材の研削部分と直接接触して摩擦が増大するのを防止し、研削速度が向上するようにしたソーブレードを提供することにある。

更に、本発明の目的は、シャンクの衝撃及び熱発生を防止して寿命が長く、且つ研削性能が改善されたソーブレードを提供することにある。

上記の如き目的を達成するために、本発明では、円盤形のシャンクと、このシャンクの中心部に形成され電動工具の軸が結合される結合孔と、この結合孔の中心から所定の半径の位置に配置された半径範囲に亘って形成されシャンクの半径方向に延び、所定の間隔でシャンクの表面および裏面に反復的に突出するよう形成されたウェーブ形成部と、被研削材を研削するため高硬度の粒子を含み前記シャンクの円周縁に取付けられた加工チップとを備えるソーブレードを提供するようにしたものである。

具体例において、前記半径範囲の半径方向幅は、好ましくは、結合孔の半径より大きく加工チップ形成部の半径より小さく設定されている。また、ウェーブ形成部の突出高は、好ましくは、加工チップの、シャンクの表面及び裏面側への突出高より小さく設定されている。更に、ウェーブ形成部は、好ましくは、シャンクの表裏面に交互に突出する複数個のリング状に形成されるか、あるいは螺旋形に形成される。

本発明によるソーブレードによれば、研削作業の際、ソーブレードのシャンクに衝撃力が直接、伝わるのを防止し、衝撃力を分散及び吸収することができる。

更に、本発明によるソーブレードは、衝撃力の分散及び吸収と共にシャンクの機械的な強度を向上させ、シャンクが高速回転しながら摩擦を起こし数百度の高熱によりその機械的な剛性が低下して左右振動する側面振動（Wobbling）の発生を抑制でき、ソーブレードに疲労が累積するのを防止することができる。

更に、本発明に係るソーブレードは、乾式連続使用中でもシャンクの真直性を保ちながら研削加工を行うことができ、研削速度が一定に維持されると同時に迅速に加工でき、側面振動が防止され且つシャンクの外周縁に付着されたセグメントチップの脱落を防止できる等安全上の問題も解決することができる。

更に、本発明のソーブレードは、シャンクが被研削材の研削部分と直接接触するのを防止して摩擦の増大を防止し、シャンクの衝撃及び熱発生を防止してソーブレードの寿命が長く且つ研削性能を改善でき、切断面あるいは研削面の粗いか細かいかの度合いが重要な製品の場合、チッピング（Chipping、欠損）を発生させずに良質の製品を加工することができる。

本発明を実施するための最良の形態

以下、本発明を実施するための最良の形態について添付の図面を参照して詳細に説明する。図5は、本発明に係るリングウェーブ型シャンクを装着したソープレードを示し、図6は、図5のC−C´に沿って切断した部分を示す。

図5は、本発明に係るウェーブ形成部110を有するシャンク101と、加工チップ104とを備えたソーブレード100を示す。図5においてシャンク101は、所定の半径と厚さとを有する円盤形に形成されている。このシャンク101は、所定の鋼鉄材料から成り、その中心には電動工具（図示せず）の中心軸が結合される結合孔109が形成されている。

一方、シャンク101の外周縁には、シャンクの円周方向に一定の間隔をあけて複数個のスロット107が形成され、これらスロットは、所定の深さを有する。従って、シャンクの外周縁には、これらスロット107によって複数の分割部103が形成され、これら分割部の外周面には被研削材（図示せず）を加工する加工チップ104が取付けられている。

加工チップ104は、例えば、ダイヤモンドまたは立方晶窒化ほう素（CBN）のような高硬度を有する粒子とボンド等の接着物質とを混合して所定の加工プロセスにより形成される。夫々のチップ（104）は、前記混合された物質を金型内で加圧、成形及び焼結工程を施して形成される。この際、加工チップは、前述したように、セグメント型またはリム型チップに形成される。このように形成されたチップは、銀はんだ、溶接または焼結工程などによりシャンク（101）の外周縁、即ち、分割部103の外周面に取付けられる。

シャンク101に設けられたウェーブ形成部110は、結合孔109の中心から所定の間隔をあけた位置に配置されたリング状の半径範囲Sに亘って形成されている。このウェーブ形成部110は、シャンクの中心から外縁に向かって半径方向に延び、且つ所定の間隔でシャンクの一面（表面）から他面（裏面）に反復的に突出するように設けられた複数のウェーブ（波付け）から成っている。

このウェーブ形成部110の詳細を図6に示す。図6は、シャンク（101）の中心を通る直線に沿って切断した断面を示す。シャンク101の断面は、図5の表面から裏面へシャンクの半径方向に所定の間隔で反復的に突出するよう形成されている。従って、ウェーブ形成部110は、表面突出部116及び裏面突出部117を含む。これは、まるでウェーブ（波型）のような曲線を描くように形成されている。

こうしたウェーブ形成部110は、シャンク101に、所定の半径方向範囲に亘って形成される。即ち、シャンクと電動工具とが結合する結合孔109の半径より大きい半径範囲Sに形成され、この半径範囲は、またシャンクに形成されたチップ形成部102の半径、即ち、シャンクの中心からチップ形成部までの距離より小さく設定されている。特に、外周縁のチップ部分において被研削材の研削時、被研削材とシャンクとの干渉による摩擦を防止するため、ウェーブ形成部110は、チップ形成部102と一定の間隔hで離隔されている。

ウェーブ形成部110において、表面突出部116及び裏面突出部117の突出高Ｅ（図6参照）は、前記加工チップ104のシャンクの表面または裏面への突出高より小さいことが好ましい。これは、研削過程において被研削材の研削面とシャンクとの干渉による摩擦を防止するためである。

一方、前記ウェーブ形成部110のウェーブは、シャンクの表面及び裏面へ交互に突出するように複数個のリング形状に形成することができる。即ち、複数個の同心円が反復的に表裏面に突出するよう形成される。更に、ウェーブ形成部のウェーブは、シャンクの中心に近接した位置から始まり、シャンク外径部分まで形成される螺旋形にすることもできる。即ち、一定の間隔の螺旋に形成され、換言すると、表面突出部及び裏面突出部が並んで螺旋状に形成される。

上述のように、シャンクにウェーブ形成部を形成することにより、加工作業中、被研削材とシャンクとが摩擦する部位が最小化される上、シャンクに加えられる衝撃を分散吸収してシャンクに直接研削負荷がかからないようにする効果が得られる。これから、連続作業または乾式作業時にもシャンクの変形が最少化されるのはもちろん、研削衝撃を分散させる効果を奏することができる。

ソーブレードは数千RPMの高速回転をする為、シャンクの側面が被研削材と摩擦を起こすと高熱により容易に変形または破損される恐れが高い。とりわけ、乾式の用途等、作業者が直接機械を掴んで作業する場合において、作業中、研削刃の振動が起こる為、こうした危険性が増大する。

従って、本発明は被研削材の加工作業の間に、超研磨剤が露出されたチップと被研削材とが衝撃及び摩擦を起こして生じる衝撃力及び摩擦力などがシャンクに伝わり発生する影響を最少化できるシャンク構造を提供するものである。

しかし、シャンクに前記のようなウェーブ形成部が形成されると、図5に示すようなシャンク101に対して半径方向に加えられる衝撃力などを分散して吸収する効果を奏する。即ち、垂直に加えられる力をウェーブ面で水平及び垂直の力に分散させ、前記ウェーブが前後対称に形成される為前後方向への水平分散力が相殺し衝撃力の吸収を可能にする。

更に、前記のようなウェーブ形成構造は、ソーブレードにより持続的な作業を行う場合、シャンクに印加される反復応力による衝撃負荷の為、シャンクに疲労が累積し、実質的な機械的強度より低い負荷で変形が生じ、シャンクの変形または破損、その他セグメントチップとの溶接など接合部位の脱落が起こる可能性を最少化することができる。

更に、上記の如きウェーブ形成構造は、研削加工中、冷却水を充分に供給することができるという利点を有する。即ち、研削加工中、充分な冷却水が供給できないと、被研削材との摩擦により発生する高熱によってシャンクの機械的な剛性が低下する。しかし、前記のようなウェーブ形成部を含むシャンクにおいては冷却水がウェーブ面に沿って加工チップ部分まで充分に供給され得る利点がある。これによりシャンクの変形、破損、及びその他のセグメントチップとの溶接などによる接合部位の脱落の可能性を防止することができる。

更に、本発明によるソーブレードは、上述したように作業中発生しかねない振動と衝撃に対する機械的な強度を高め、さらに被研削材とシャンクとの摩擦を最小化できる構造を提供する。

本発明に係るウェーブ型ソーブレードは加工作業中硬質の被研削材との衝撃に伴う側面左右振動が発生しない特性を有する。こうした特性からシャンクが被研削材と直接摩擦する現象が最少化され、連続切断作業または乾式作業時にも衝撃荷重や熱による変形が防止されるなど、研削時発生する衝撃を吸収する効果がある。

こうした構造に対する材料的な特性を比較検証すべく、先ず、従来のソーブレードと本発明によるウェーブ型ソーブレードとを、試片を使って引張試験を行った結果、従来のソーブレードのシャンクの引張強度は570N／mm²,本発明によるウェーブ型ソーブレードのシャンクの引張強度は610N／mm²であり、本発明の引張強度が、従来技術の引張強度に比べて約7％ほど高かった。

前記引張試験には図7に示す規格の試片を使用した。前記試片の規格は、下記の通りである。

この場合、引張試験機はドイツのズヴィック（zwick）社の10ton容量を使用し、ローディング速度（loading speed）5mm／分で荷重を与えた。

更に、実際の切断時、発生する衝撃振動を実験により検証したが、衝撃振動実験の手順は次の通りである。

先ず、機械は市中で最も多く使われているボッシュ（Bosch）社の手動用電動工具（Angle Grinder、5，000RPM、2200W）を装着したテーブルソー（Table Saw）を用いた。この際、外径350mmのソーブレードを用いて移送速度1．5〜2．0m／minで厚さ20mmの花崗岩に瞬間的に衝撃を与えた後、直ちに、花崗岩被研削材をソープレードから分離して振動幅を透明定規で測定する方法を用いた。その結果は、次の表1−１の通りである。

一般製品のソーブレードの場合には、花崗岩被研削材と衝突直後、最大左右5mmの振幅を示し、本発明によるウェーブ型ソーブレードには、同一試験を行った場合に、左右1mm以下の振幅を示し、ほぼ振動が生じないことが判った。

尚、ここで熱処理したシャンクの硬度は、約HRC33〜39、熱処理しないシャンクの硬度は、HRB85〜105であり、材質は全てSCM3種の低炭素鋼を使用した。

更に、比較のため、本発明のウェーブ型ソーブレードと、一般の平面型シャンクを用いたソーブレードとによって、切断試験を行った。試験製品の仕様は、先ず、チップ規格が厚さ3，2mm、長さ40mmで、使用ボンドはコバルト（Cobalt）100％を用い、ダイヤモンドは集中度23Conc、韓国のILJIN Diamond Co., Ltd社のISD−1650（40／50）と同級の（30／40）粒度とを夫々50％ずつ混合したものを使用し、レーザー溶接によりチップをシャンクに接合して使用した。被研削材は、圧縮強度約300Kg．f／cm²のコンクリートを切り込み深さ35mmで、手動移送しながら一度に30CMずつ50本で総15Mを切断した。

その結果、一般製品（従来）のソーブレードは、733 cm²／分の研削速度を示した。本発明によるウェーブ型シャンクを用いたソーブレードは、896 cm²／分の研削速度を示し、従来のソーブレードに比して、研削速度が約22％向上することが判った。

更に、本発明によるウェーブ型ソーブレードは、研削方向とこの方向に対して垂直方向への振動が防止され、切断速度が向上する上、被研削材を真っ直ぐ切断して精密に加工することができ、従って、特に、硬質の花崗岩や大理石など切断面の研削粗さが重要な製品において、チッピング（Chipping）が発生せず、良質の製品が加工できるという利点も得られる。

更に、湿式切断作業の際、冷却水の供給において従来の平坦シャンクの場合には、ソーブレードが数千RPMで回転することによって生ずる旋風の為、冷却水が適切に供給されずに、外方で揮散したり、冷却水がソーブレードのチップまで確実に分散しきれないのに比べ、本発明によるウェーブ型シャンクを用いたソーブレードの場合には、冷却水に回転力を与え外方へ均質に冷却水を供給することができるため、少量の冷却水であっても、被研削材の切粉がより効率的に直ちに除去され、作業能率が向上する効果も得られる。

上記のように、本発明を特定の実施例について図示・説明してきたが、本発明は、特許請求範囲を逸脱しない限度内において種々の改変及び変更を行うことができることが当業者であれば容易に想到され得る。

従来の平面型シャンクを有するソーブレードの平面図である。図1のA−A´に沿って切断した部分の断面図である。従来のウェーブ型シャンクを有するソーブレードの平面図である。図3のB−B´に沿って切断した部分の断面図である。本発明に係るウェーブ型シャンクを装着したソーブレードの平面図である。図5のC−C´に沿って切断した部分の断面図である。引張試験時の引張試験片の規格を示す一部断面した側面図である。

符合の説明

100 ソーブレード
101シャンク
104加工チップ
107 スロット
110 ウェーブ形成部
116表面突出部
117裏面突出部

Claims

円盤形のシャンクと、該シャンクの中心部に形成され電動工具の軸が結合される結合孔と、前記結合孔の中心から所定の半径の位置に配置された半径範囲に亘って形成され前記シャンクの半径方向に延び所定の間隔でシャンクの表面および裏面に反復的に突出するよう形成されたウェーブ形成部と、被研削材を研削するため高硬度の粒子を含み前記シャンクの円周縁に取付けられた加工チップとを備えるソーブレード。
前記半径範囲は、前記結合孔の半径より大きく、シャンクの加工チップ形成部の半径より小さいことを特徴とする請求項1に記載のソーブレード。
前記ウェーブ形成部の突出高は、前記加工チップのシャンクの表面又は裏面からの突出高より小さいことを特徴とする請求項1に記載のソーブレード。
前記ウェーブ形成部は、シャンクの表裏面へ交互に突出する複数個のリングに形成されていることを特徴とする請求項1に記載のソーブレード。
前記ウェーブ形成部は、螺旋形に形成されることを特徴とする請求項1に記載のソーブレード。