JP4282607B2 - 歯車型加工チップ及びこれを取付けた加工工具 - Google Patents

Description

この発明は、コンクリート及び石材などのような被削材を切削、研磨、または穿孔する加工工具と、これに装着される加工チップに関し、より詳しくは、被削材(work piece)を一定の加工率で加工可能な、２層構造の歯車型加工チップ及びこれを取付けた歯車型加工工具に関する。

先ず、この出願明細書で使っている用語について簡単に定義し、これを一貫して使うことにする。
超砥粒とは、ダイヤモンド或は立方晶窒化硼素(Cubic Boron Nitride，CBN)のような高硬度を有する粒子を意味する。
加工チップとは、超砥粒とボンドを混合して所定の加工手続により形成され、被削材を加工する物を意味し、一般に、セグメントタイプとリムタイプに分けられる。
セグメントタイプの加工チップとは、所定の長さ、幅、高さを有する扇形状の断片または切片であって、加工ホイルに取付けられる。

リムタイプの加工チップとは、所定の幅と高さを有し、加工ホイルの外周に取付けられる円形環状の物を意味する。
ターボタイプとは、セグメントタイプ又はリムタイプの加工チップにおいて、その加工面と垂直方向の両方側面に形成された凹凸状を意味する。
ターボ−セグメントタイプの加工チップとは、その加工チップの両方側面に形成された凹凸を含むセグメントタイプの加工チップを意味する。
ターボ−リムタイプの加工チップは、その加工チップの両方側面に形成された凹凸を含むリムタイプの加工チップを意味する。

ボンド(又は結合剤)とは、加工チップで超砥粒を保持し、持続的に超砥粒が自生作用をするようにアシストする、金属粉末で構成されたものを意味する。
ブランク層とは、加工ホイルに銀ロー、レーザー等のような熱源により容易に溶着され、加工ホイルに加工チップを取付けるため、加工ホイルと加工チップとの間に形成され、超砥粒が含まない層を意味する。
ボンド層とは、加工チップにブランク層が取付けられた際、ブランク層に対する相対的な概念であり、ボンドにより超砥粒が焼付いた部分を意味する。

加工面とは、被削材の面に接触する加工チップの面を意味する。
超砥粒テールとは、加工ホイルと共に回転する加工チップの回転方向とは逆向きである、加工チップ内に含有した超砥粒の後方に形成された研磨されない線形の突出部を意味する。
加工ホイル(又はシャンク)は、所定の鋼鉄材料で製作され、円板、円筒のような形状の物を意味し、切削ホイル、研磨ホイル、穿孔ホイルに分けられる。

加工工具とは、加工ホイルの円周に加工チップを取付けて、切削、研磨、穿孔する工具を意味し、その加工作業により、切削工具、研磨工具、穿孔工具に分けられる。
加工装置とは、被削材に直接接触して加工する加工工具と、加工工具に動力を伝達する電動機と、電動機に連結される電気・機械装置とを含む、包括的な概念の装置を意味する。

一般に、被削材を切削加工、又は穿孔加工をする工具は、所定の直径を有する加工ホイル(又はシャンク)と、加工ホイルの円周に沿って取付けられた加工チップとから構成される。大強度及び／又は大硬度を有する加工チップは、ダイヤモンド或は立方晶窒化硼素(Cubic Boron Nitride：以下、CBNという)のような、高硬度を有する超砥粒を含んで製作される。上記加工チップは、加工ホイルの円周に取付けられた形状により、セグメントタイプとリムタイプとに分けられる。また、各々の加工チップは、被削材に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、ターボタイプに製作されることができる。

図１は、従来のセグメントタイプの加工チップを示す斜視図である。
図１に示すように、加工チップ(１)は、その内部に超砥粒(２)を含有し、所定の大きさの六面体であって、その長さ方向に沿って、加工ホイル(３)の外周縁と密接に結合できるように、外周縁の曲率半径と同じ曲率半径に曲がった形状に形成される。

図２は、従来のターボ−セグメントタイプの加工チップを示す斜視図である。
図２に示すように、加工チップ(１-１)は、その内部に超砥粒(２-１)を含有し、被削材に接する加工面と垂直方向の両面(４-１)に所定の凹凸が形成され、その長さ方向に沿って、加工ホイル(３-１)の外周縁と密接に結合できるように、外周縁の曲率半径と同じ曲率半径に曲がった形状に形成される。

上記のように構成される加工工具は、以下のような方法で製造される。ダイヤモンド又は立方晶窒化硼素(CBN)のような超砥粒と、金属粉末のようなボンドとを混合して混合物を設け、その混合物が所定の金型内に注入されると、その金型内で加圧、成型、焼結工程を介することで、セグメントタイプ又はリムタイプのような加工チップが製作される。上記のように製作された加工チップは、銀ロー、溶接、又は焼結工程により、所定の直径を有する加工ホイルの外周縁に取付けられることで、被削材を加工する加工工具が製作される。

一方、上記加工工具は、切削機能を主に行う場合に、ソー・ブレード(Saw blade)ともいわれる。
上記のように形成された加工工具の動作を、被削材を切削することに主として用いられる切削工具を通じて説明すると、以下の通りである。
所定の電動機の軸に結合された切削工具は、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削材へその回転力を伝達する。すると、上記被削材は、切削工具の加工チップが回転しながら、超砥粒粒子で生じる衝撃力と摩擦力により切削される。

一方、加工チップが被削材を切削する間に、加工チップに含まれた超砥粒も、被削材から衝撃力により破れたり、脱落したり、摩耗したりするが、加工チップに含有したさらに他の超砥粒が被削材に接触する面に新たに出現することで、被削材が一定の速度で加工(切削、穿孔、研磨)される。このように、超砥粒の作用で被削材が加工される現像を、自生作用という。

このような自生作用が加工チップの加工面でスムーズに行われるためには、ボンド層の加工面より突出した超砥粒粒子の状態が新たに出現した正常な粒子(Whole Crystal)の数、やや破砕されたが、被削材の加工ができる粒子(Micro Crushed Crystal)の数、破れきって被削材の加工ができない粒子、又はボンド層より抜け出した粒子(Micro Crushed and Pop-out Crystal)の数が、一定の比率で構成していなければならない。

ところが、高強度の被削材を加工する場合に、上記加工チップに導出している超砥粒粒子の鋭い刃が容易に鈍くなる。そうであると、粒子の露出状態が一定の比率に維持されない。また、鈍い粒子が脱落し難くなり、相対的にボンド層内にさらに多い比率で残存するようになると、鈍くなった超砥粒粒子が被削材から相対的に大きな摩擦負荷を受けるようになる。従って、加工チップは、その加工速度が遅くなり、衝撃力がもっと小さくなり、鈍くなった超砥粒粒子の比率が益々増加し、その結果、連続的に加工することができなくなる。

特に、最近は、建設用コンクリートの強度をより高めるために、ジャリ又は鉄筋などが含有した高強度のコンクリートが増加しつつある傾向であり、このような高強度の被削材が切削される場合に、超砥粒は相対的にもっと容易に鈍くなるため、加工が進むにつれ、加工速度がより遅くなる。

結局、加工チップの超砥粒の粒子は、切削機能を消失する程度に鈍くなることで、自生力を失い、摩擦負荷だけ増加させる。それにより、加工ホイルが変形するか、加工中、発生する高熱で加工チップの超砥粒及びボンドが容易に劣り、加工途中で脱落して安全上の深刻な問題点を引起こす。

図３Aと図３Bは、従来のセグメントタイプの加工チップを示す斜視図であり、日本公開特許第１９９８−５８３２９号(公開日：1998.3.3)に示した発明である。
図３Aに示す、従来の加工チップ(１-２)は、その内部に超砥粒(２-２)を含有し、その長さ方向に沿って加工ホイル(３-２)の外周縁と密接に結合できるように、外周縁の曲率半径と同じ曲率半径に曲がった形状に形成され、被削材に接する面に、所定の幅と深さでＶ及びＵ字形の凹み溝(５-１)が形成される。
図３Bに示す、従来の加工チップ(１-３)は、その内部に超砥粒(２-３)を含有し、その長さ方向に沿って加工ホイル(３-３)の外周縁と密接に結合できるように、外周縁の曲率半径と同じ曲率半径に曲がった形状に形成され、被削材に接する面に所定の幅と深さで角ができた(angled)Ｕ字形の凹み溝(５-２)が形成される。

しかし、上記日本公開特許第１９９８−５８３２９号に示した加工チップ(１-２)、(１-３)は、作業初期に加工工具の偏芯と超砥粒の露出(ドレッシング)不良による作業中の加工ホイルの揺れを防止し、その切削性を向上するために、被削材に接触する切削面に形成された凹み溝を有する。また、上記加工チップ(１-２)、(１-３)は、加工初期には被削材の切削性がよいが、上記凹み溝の基底面が被削材の表面に接触する程度に加工を行った後は、その加工面が平坦化して、被削材に接触する面積が増加し、それにより、突然、大きな加工負荷が得られる。従って、上記加工チップは、加工ホイルの外周縁から立てられた全高さに亘って、一定の切削性能が現れない問題点を有している。

一方、上記加工チップがその加工面より切り込まれた凹み溝を有する場合に、ボンド層に含有した超砥粒のため、ボンド層は、衝撃に弱い脆性が高くなる。これにより、上記加工チップは、小衝撃や振動による側面負荷でも加工ホイルから容易に取り外れるので、作業者の安全を損なうことがある。従って、上記加工チップ(１-２)、(１-３)は、その凹み溝の深さが加工チップの全高さの半分以下になるように製作されていることにほかならない。

さらに、上記凹み溝は、加工工具の作業初期に発生できる偏芯と揺れを防止する目的で、加工チップに形成されたので、その深さが約１〜２mm以内に制限され、これにより、上記加工チップ１-２、１-３は、作業初期に限り、その切削性が向上した効果が現れる。

図３Cは、従来のセグメントタイプの加工チップを示す斜視図であり、米国特許第５，３９２，７５９号(登録日：95.2.28)及び、米国特許第５，３１６，４１６号(登録日：94.5.31)に示した発明である。

図３Cに示す、従来の加工チップ(１-４)は、その内部に超砥粒(２-４)を含有し、その長さ方向に沿って、加工ホイル(３-４)の外周縁と結合できるように、外周縁の曲率半径と同じ曲率半径に曲がった形状に形成され、被削材に接する面に所定の幅と深さで第１の角ができた凹み溝(５-３)が形成され、前記第１の角ができた凹み溝の間に、上記外周縁に接する面から所定の幅と深さで第２の角ができた凹み溝(５-４)が形成される。

ここで、上記第１の角ができた凹み溝(５-３)と、第２の角ができた凹み溝(５-４)との深さは、加工チップの高さの半分よりも深く形成され、加工チップの中心部でオーバーラップ部(m)を有する。

たとえ、上記加工チップ(１-４)が、日本公開特許第１９９８−５８３２９号の加工チップ(１-２)、(１-３)が有している問題点を解決したとしても、被削材の接触面に形成された第１の角ができた凹み溝(５-３)が深さ(h)だけ摩耗すると、被削材に接触する加工チップの面積は減少する一方、第２の角ができた凹み溝(５-４)により相対的に分けられる部分らが生成されるため、加工ホイルと接合する部分が小さくなって、相対的に小衝撃又は振動のような側面負荷により加工チップが容易に離脱され得るので、作業者に危険を与える。特に、手で摘んで作業する加工工具は、作業者にさらに大きい危険を与えることになる。

図３Dは、従来のセグメントタイプの加工チップを示す斜視図であり、米国特許第５，４３３，１８７号(登録日：95.7.18)に示した発明である。
図３Dに示した従来の加工チップ(１-５)は、その内部に超砥粒(２-５)を含有し、その長さ方向に沿って加工ホイル(３-５)の外周縁と密接に結合できるように、外周縁の曲率半径と同じ曲率半径で曲がった形状に形成され、被削材に接する面に、所定の幅と深さで第１の角ができた凹み溝(５-５)が形成され、上記第１の角ができた凹み溝の間に、上記外周縁に接する面から所定の幅と深さで第２の角ができた凹み溝(５-６)が形成される。ここで、上記第１の角ができた各々の凹み溝(５-５)と、第２の角ができた各々の凹み溝(５-６)の深さは、加工チップの高さの半分以下に形成される。
日本国平成１０年特許出願公開第５８３２９号公報 米国特許第５，３９２，７５９号 米国特許第５，３１６，４１６号 米国特許第５，４３３，１８７号

しかし、加工チップ(１-５)は、その第１の角ができた凹み溝(５-５)と第２の角ができた凹み溝(５-６)とが、加工チップ(１-５)の高さの半分位置(Ａ)で重ね合わせないため、上記半分位置(Ａ)で加工面となる際、その加工面積が瞬間的に急激に増加し、加工速度が減少し、加工荷重が増加するようになる。

従って、手動作業の場合には、作業者はその加工速度を調節し難く、且つ不適切な作業負荷が加えられて、加工チップが加工ホイルから脱落し得る問題点を有している。また、切削ホイルの外周縁の下端に形成された凹み溝の間隔だけ、切削ホイルとの接合面積が小さくなって、接合強度が劣り、作業中で加工チップの離脱可能性も増える。また、移送速度、切込み、回転速度などといった、作業条件を一定に固定しておき、連続的な作業を行う機械装置に用いられる場合に、突然、切削負荷が増加して、工具と機械の両方に無理な作業荷重が加わえられることができ、これにより、加工ホイルが反るか、被削材を所望の形状に加工できなくなるばかりでなく、加工装置が容易に故障するという問題点を有している。

本発明の主目的は、被削材を加工する作業の間に、加工面の面積がほぼ一定に維持され、被削材の切粉を排出し易く、使用寿命を伸ばすことのできる歯車型加工チップ及びこれを取付けた歯車型加工工具を提供することにある。

本発明の他の目的は、加工チップの加工面に凹み溝を形成し、被削材に適した衝撃力を加えるための歯車型の加工チップが形成され、被削材を迅速で、連続的に作業することのできる歯車型加工チップ及びこれを取付けた歯車型加工工具を提供することにある。

本発明の他の目的は、被削材の切粉を容易に排出し、加工面で排出されずに残った切粉のため被削材が遮断しないようにして、加工チップの２次摩耗を防止し、加工速度を増加させる歯車型加工チップ及びこれを取付けた歯車型加工工具を提供することにある。

このため、本発明による加工チップは、所定の回転半径と第１の厚みを有する加工ホイルの外周縁に取付けられて被削材を加工する加工チップにおいて、前記第１の厚み方向に第１の幅及び前記加工ホイルの同径方向に第１の高さを有し、前記加工ホイルの曲率半径と同じ曲率半径を有し、前記被削材に接する面側及び前記外周縁に取付けられる面側に、前記各面から互いにずれて形成される、所定の形状の凹み溝を有するボンド層と；
前記第１の厚み方向に第２の幅及び前記加工ホイルの同径方向に第２の高さを有し、前記加工ホイルの曲率半径と同じ曲率半径を有し、前記外周縁側に向かうボンド層の面に形成された前記凹み溝に対応して密接に結合し、前記外周縁に前記ボンド層を取付けるブランク層とを含むことを特徴とし、ここで、前記ボンド層は超砥粒と金属粉末とを含み、前記ブランク層は金属粉末を含めて行うことで達成される。

本発明による歯車型加工工具は、所定の回転半径と第１の厚みを有する加工ホイルと、前記加工ホイルの外周縁に取付けられ、被削材を加工する加工チップとを含むことを特徴とし、ここで、前記加工チップは、前記第１の厚み方向に第１の幅及び前記加工ホイルの同径方向に第１の高さを有し、前記加工ホイルの曲率半径と同じ曲率半径を有し、前記被削材に接する面側及び前記外周縁に取付けられる面側に、前記各面から互いにずれて形成される、所定の形状の凹み溝らを有するボンド層と；
前記第１の厚み方向に第２の幅及び前記加工ホイルの同径方向に第２の高さを有し、前記加工ホイルの曲率半径と同じ曲率半径を有し、前記外周縁側に向かうボンド層の面に形成された前記凹み溝らに対応して密接に結合し、前記外周縁に前記ボンド層を取付けるブランク層とを含み、ここで、前記ボンド層は超砥粒と金属粉末とを含み、前記ブランク層は金属粉末を含めて行うことで達成される。

本発明による歯車型加工チップは、超砥粒を含有し、被削材に接する加工面に凹み溝が形成されたボンド層と、上記ボンド層を加工ホイルに取付けるブランク層とを有する、二層構造形状で具現され、加工ホイルに取付けられた形態により、セグメントタイプの加工チップ、又はリムタイプの加工チップに分けられる。また、本発明による加工工具は、上記加工チップがその外周縁に取付けられて具現され、機能により、切削工具、研磨工具、穿孔工具に分けられる。本発明の実施の形態では、セグメントタイプの加工チップを挙げて説明することにする。

図４は、本発明の第１の実施の形態によるセグメントタイプの加工チップ構成図である。
同図に示すように、本発明の第１の実施の形態(１０)は、その内部に超砥粒(１１-1)を含有し、その長さ方向に沿って、加工ホイル(１５)の外周縁の曲率半径と同じ曲率半径に曲がった形状に形成され、加工面に所定の幅と深さを有するように、ＶまたはＵ字形に切込まれた加工面凹み溝(１３)が形成され、上記加工ホイル(１５)の外周縁側の面に所定の幅と深さを有するように、ＶまたはＵ字形に切込まれた凹み溝(１４)が上記加工面凹み溝(１３)の間に形成されたボンド層(１１)と、加工ホイル(１５)の同径方向に所定の厚み(又は、高さ)を有し、上記ボンド層(１１)の上記外周縁凹み溝(１４)と密接に結合し、上記ボンド層(１１)を上記加工ホイル(１５)の外周縁に取付けるブランク層(１２)とから構成される。

ここで、上記加工面凹み溝(１３)の深さと上記外周縁凹み溝(１４)の深さとは、上記ボンド層(１１)の全高さに対して半分長さより大きく、これにより、上記凹み溝(１３)、(１４)は各々の深さが、ボンド層(１１)の半分位置を超えるところまで切込まれる。また、上記加工面凹み溝(１３)の方向と上記外周縁凹み溝(１４)の方向とは、互いにずれて向き合って形成される。

上記ブランク層(１２)は、上記外周縁凹み溝(１４)の形状に沿って、ボンド層(１１)にさらに広い面積で密接に結合するため、加工ホイル(１５)に上記ボンド層(１１)を強固に取り付けることにより、加工作業中、加工ホイルから加工チップが脱落しないようにするばかりでなく、加工衝撃を緩衝する。

図５は、本発明の第２の実施の形態によるセグメントタイプの加工チップの構成図である。
図５に示しているように、本発明の第２の実施の形態(２０)は、その内部に超砥粒(２１-１)を含有し、その長さ方向に沿って、加工ホイル(２５)の外周縁の曲率半径と同じ曲率半径に曲がった形状に形成され、加工面に所定の幅と深さを有するように、加工面の法線方向に切込まれた角ができた加工面凹み溝(２３)が形成され、上記加工ホイル(２５)の外周縁側の面に所定の幅と深さを有するように、上記法線方向に切込まれた角ができた外周縁凹み溝(２４)が、角ができた加工面凹み溝(２３)の間に形成されたボンド層(２１)と、加工ホイル(２５)の同径方向に所定の厚み(又は、高さ)を有し、上記ボンド層(２１)の角ができた外周縁凹み溝(２４)と密接に結合し、上記ボンド層(２１)を上記加工ホイル(２５)の外周縁に取付けるブランク層(２２)とから構成される。

ここで、上記角ができた加工面凹み溝(２３)の深さと、上記角ができた外周縁凹み溝(２４)の深さとは、上記ボンド層(２１)の全高さに対して半分長さより大きい。従って、上記凹み溝(２３)、(２４)は各々の深さが、ボンド層(２１)の半分位置を超えるところまで切込まれる。

上記ブランク層(２２)は、上記角ができた外周縁凹み溝(２４)の形状に沿って、ボンド層(２１)と密接に結合するため、加工ホイル(２５)に上記ボンド層(２１)を強固に取付けることで、加工作業中で加工ホイルから加工チップが脱落しないようにするばかりでなく、加工衝撃を緩衝する。

図６は、本発明の第３の実施の形態によるセグメントタイプの加工チップの構成図である。
図６に示しているように、本発明の第３の実施の形態(３０)は、その内部に超砥粒(３１-１)を含有し、その長さ方向に沿って、加工ホイル(３５)の外周縁の曲率半径と同じ曲率半径に曲がった形状に形成され、加工面に所定の幅と所定の深さを有するように切込まれ、その深さの端部に曲面(３３-１)が形成されるように、法線方向に切込まれた曲面加工面凹み溝(３３)が複数形成され、上記加工ホイル(３５)の外周縁側の面に所定の幅と深さを有するように切込まれ、その切込まれ始める部分に曲面(３４-１)が形成されるように、法線方向に曲面外周縁凹み溝(３４)が上記曲面の加工面凹み溝(３３)の間に形成されたボンド層(３１)と、加工ホイル(３５)の同径方向に所定の厚み(または、高さ)を有し、上記ボンド層(３１)の曲面の外周縁凹み溝(３４)と密接に結合し、上記ボンド層(３１)を上記加工ホイル(３５)の外周縁に取付けるブランク層(３２)とから構成される。

上記ブランク層(３２)は、上記曲面の外周縁凹み溝(３４)の形状に沿って、ボンド層(３１)と密接に結合するため、加工ホイル(３５)に上記ボンド層(３１)を強固に取付けることで、加工作業中で加工ホイルから加工チップが脱落しないようにするばかりでなく、加工衝撃を緩衝する。

ここで、上記加工面の形状は曲面(３３-１)で具現されたが、ブランク層が出現する形態、例えば、角ができた形態で具現されることもできる。さらに、上記曲面(３４-１)が曲面で具現されたが、角ができた形態で具現されることもできる。

図７は、本発明の第４の実施の形態によるセグメントタイプの加工チップの構成図である。
図７に示しているように、第４の実施の形態(４０)は、その内部に超砥粒(４１-１)を含有し、その長さ方向に沿って、加工ホイル(４５)の外周縁の曲率半径と同じ曲率半径に曲がった形状に形成され、加工面に所定の幅と深さを有するように、加工面の法線方向に切込まれた角ができた加工面凹み溝(４３)が形成され、上記加工ホイル(４５)の外周縁側の面に所定の幅と深さを有するように、上記法線方向に切込まれた角ができた外周縁凹み溝(４４)が角ができた加工面凹み溝(４３)の間に形成されたボンド層(４１)と、加工ホイル(４５)の同径方向に所定の厚み(または、高さ)を有し、上記ボンド層(４１)の角ができた外周縁凹み溝(４４)と密接に結合し、上記ボンド層(４１)を上記加工ホイル(４５)の外周縁に取付けるブランク層(４２)とから構成される。

ここで、上記ボンド層(４１)の幅(Ｗ１)は、上記ブランク層(４２)の幅(Ｗ２)より大きい。また、図８は、図７のＸ-Ｘの側断面図であり、Ｗ１の幅を有する上記角ができた外周縁凹み溝(４４)のその幅の中心に、Ｗ２の幅を有する上記ブランク層(４２)の中心が密接に結合される状態を示す。

上記ブランク層(４２)は、上記角ができた外周縁凹み溝(４４)の形状に沿って、ボンド層(４１)と密接に結合するため、加工ホイル(４５)に上記ボンド層(４１)を強固に取付けることで、加工チップが加工ホイルから脱落しないようにするばかりでなく、加工衝撃を緩衝する。

一方、上記第４の実施の形態による加工チップ(４０)のブランク層(４２)は、超砥粒を含有しなく、金属粉末で形成されるように実施したが、上記ボンド層(４１)に含有される超砥粒と金属粉末の比率において、超砥粒が占める比率と同一又は小さいように、金属粉末と混ぜて実施することができる。即ち、上記ブランク層(４２)は、ボンド層(４１)で超砥粒が占める比率と同一または小さい比率で、金属粉末と混合される超砥粒を含んで具現されることができる。

上記のような構造を有する加工チップらが加工ホイルに取付けられる加工工具の実施の形態を図面と共に説明すると、以下の通りである。
図９は、本発明によるセグメントタイプの切削工具を示す構成図であり、加工ホイルの外周縁にセグメントタイプの加工チップが取付けられる。ここで、上記セグメントタイプの加工チップは、凹み溝を有するボンド層と、上記ボンド層に結合されたブランク層との二層構造をなしている。

図１０は、本発明によるリムタイプの切削工具を示す構成図であり、加工ホイルの外周縁にリムタイプの加工チップが取付けられる。ここで、上記リムタイプの加工チップは、凹み溝を有するボンド層と、上記ボンド層に結合されたブランク層との二層構造をなしている。

図１１は、本発明によるセグメントタイプの穿孔工具を示す構成図であり、円筒形の加工ホイルの外周縁にセグメントタイプの加工チップが取付けられる。ここで、上記セグメントタイプの加工チップは、その加工面に対する両方側面が上記円筒形加工ホイルの曲率半径と同じ曲率半径を有するように形成される。

図１２は、本発明によるリムタイプの穿孔工具を示す構成図であり、円筒形の加工ホイルの外周縁にリムタイプの加工チップが取付けられる。ここで、上記リムタイプの加工チップは、その加工面に対する両方側面が上記円筒形加工ホイルの曲率半径と同じ曲率半径を有するように形成される。

ここで、上記加工チップは、銀ロー、レーザー、焼結拡散方式を用いて、加工ホイルに接合される。
本発明の歯車型加工チップが被削材を加工する動作を、上記歯車型加工チップが取付けられた加工工具の動作を通じて説明すれば、以下の通りである。

図１３は、図９のセグメントタイプの切削工具の動作状態を示す構成図であり、図１４A〜図１４Cは、加工時間による加工面の変化を示す構成図である。加工ホイルに表れた矢印は、その回転方向を示し、加工ホイルの外に表れた矢印は、加工ホイルの直進方向を示す。また、加工ホイルがその場で回転し、被削材が移動することで加工される場合には、被削材の内部に矢印が示される(図示せず)。

図１４Aに示しているように、加工チップの初期加工面［A11(abcd)、A12(ijkl)、A13(opqr)］の面積[S11(abcd)、S12(ijkl)、S13(opqr)]を有する切削工具が回転すると、加工チップの超砥粒を含有するボンド層が被削材を切削し始める。すると、上記加工チップは、凹み溝を通じて、加工作業で生成される被削材の切粉を容易に排出する。ここで、上記面積[S11(abcd)、S12(ijkl)、S13(opqr)]は、互いにほぼ等しい。

加工工具が所定時間の間、加工作業を行うと、加工チップの加工面が摩耗し、該当する加工面凹み溝と外周縁凹み溝により、上記加工面[A11(abcd)]は、図１４Bに示したように、加工面[A111(図示せず)、A112(efcd)]に分離され、上記加工面[A12(ijkl)]は、加工面ら[A121(ijnm)、A22(uvkl)]に分離され、上記加工面[A13(opqr)]は、加工面[A131(opts)、A132(図示せず)]に分離される。

ここで、上記加工面に晒されるブランク層は、超砥粒を含有してはいないが、その間隔が最大２〜３mmに制限されると、超砥粒のテール長程度の長さにその長さが制限されるため、摩擦負荷が作用せず初期の切削性が維持される。ここで、上記テールは、前で定義したように、加工工具の回転方向の逆向きに向かって、超砥粒の後方にあるボンド層にテールのように導出して形成された部分を意味する。上記導出した部分は、超砥粒が導出している高さだけ、超砥粒が回転する方向の後方にボンドが被削材と摩擦しないため、摩耗せず超砥粒の後方に残存するからである。

上記ボンドのテールは、その長さが普通５mm程度であるため、加工面に晒されるブランク層は、その長さが最大２〜３mm程度で、摩擦負荷を殆ど引起こさない。従って、上記テールは、初期切削率の変化にあまり影響しない。

上記加工面[A112(efcd)、A121(ijnm)、A122(uvkl)、A131(opts)]に該当する面積は、各々、S112(efcd)、S121(ijmn)、S122(uvkl)、S131(opts)となる。たとえ、上記加工面の数が初期加工面の数より２倍に増加するとしても、初期加工面の面積は、所定時間の作業後に形成された加工面の面積の和とほぼ等しい。例えば、S12(ijkl)＝S121(ijnm)＋S122(uvkl)が成立する。従って、加工チップは、初期切削率がそのまま維持しながら、切削作業を行う。

また、上記加工工具がさらに切削作業をすればするほど、加工チップの加工面は、図１４Cに示すように、加工ホイルの外周縁に隣り合う面の形状と等しくなる。また、加工面[A21(efnm)、A22(uvts)]は、面積[S21(efnm)、A22(uvts)]は互いに等しく、ボンド層の加工面の面積の和は、初期加工面の面積の和とほぼ等しい。

従って、本発明による加工チップは、被削材を加工する間に、被削材に接する加工面の面積がほぼ一定に維持されるため、切削率と摩耗率も一定に維持される。それにより、加工チップの寿命が相対的に長くなる。

上記のように構成される本発明による歯車型加工チップ、例えば、切削チップが被削材を加工する際、その寿命と切削率を定性的に分析した結果を説明すると、以下の通りである。

図１５Aは、本発明による切削チップの寿命指数を示すグラフで、横軸は、切削チップの高さ(切削層)の摩耗変化を示し、縦軸は、その寿命指数を示す。
図１５Aに示したように、加工チップの単位長さ当り加工される被削材の面積の比が、例えば、図１４Aのような初期状態にて３.０、図１４Bのような中期状態にて２.９、図１４Cのような末期状態にて３.２又は３.１であり、切削チップの加工速度は、その加工チップの高さによらずほぼ一定である。従って、本発明による加工チップは、その加工チップが摩耗するまで、一定の摩耗率で切削加工が可能であるため、その全体的な寿命が長くなる。

図１５Bは、本発明による加工チップの加工率を示すグラフである。横軸は、切削チップの高さ(切削層)の摩耗変化を示し、縦軸は、その切削率を示す。
図１５Bに示したように、加工チップの分当り加工される被削材の面積の比が、例えば、図１４Aのような初期状態にて(４９０)、図１４Bのような中期状態にて(５１０)、図１４Cのような末期状態で(４８０)又は(４９０)であり、切削チップの加工速度は、その加工チップの高さによらず一定である。従って、本発明による加工チップは、その加工チップが摩耗するまで切削率が一定であるため、その全体的な切削率が高くなる。

本発明の実施の形態において、セグメントタイプの加工チップの加工面に形成された凹み溝の数が４個で具現されたが、２個から５個程度が望ましい。例えば、定められた長さに対して、上記凹み溝の数が相対的に多い、例えば、６個以上であると、加工チップの絶対幅が小さくなり過ぎ、加工作業中その側面負荷が増加し、加工ホイルから脱落する可能性が増加し、また、セグメントタイプの加工チップ内で分割したチップに与えられる衝撃力があまり大きく増加するため、超砥粒の粒子は、その衝撃荷重を大きく受けることにより、ボンド層で容易に破れるか、ボンド層から脱落する可能性が増加する。

特に、図８に示した加工チップは、その幅の範囲が０.１〜０.５[mm]程度が望ましく、かつ、ボンド層の厚みがブランク層の厚みより大きいため、ブランク層が被削材と直接摩擦することなく、それにより、摩擦負荷が減少し、切削性が相対的に優れている。

本発明による歯車型加工チップとこの加工チップが取付けられた歯車型加工工具の製造過程を説明すると、以下の通りである。
先ず、予め形成された金型において、ダイヤモンド又は立方晶窒化硼素(ＣＮＢ)などのような超砥粒粉末とボンドとを均一に混合したボンド層と、金属粉末だけで形成されたブランク層とを各々成型する。上記成型されたボンド層は、その外周縁凹み溝の間に上記外周縁の凹み溝の形状に該当する突出部を有するブランク層と互いに結合されて、焼結金型で組み立てられ焼結することで、加工チップが製作される。

一方、上記加工チップは、特殊に製作された成型金型を用いて、成型金型内でボンド層とブランク層とが1つの胴体に成型された後、焼結することで製作されることができる。
上記のように製作された加工チップは、該当する加工ホイルの外周縁に銀ロー、レーザー又は焼結拡散により取付けられることで、加工工具が製作される。

また、本発明によるセグメントタイプとリムタイプの加工チップは、その加工面に対して両方の垂直面に凹凸を形成して、ターボ-セグメントタイプ、又はターボ-リムタイプに変形することができる。
本発明の実施の形態による加工チップは、Ｖ字形とＵ字形及び四角柱状でそのボンド層の凹み溝及びブランク層を行ったが、その断面が三角柱状、四角柱状などのような多角柱や、ステップ状の柱状など、多様に施すことができる。

また、本発明による加工チップと加工工具は、製造条件(焼結、銀ロー、レーザー溶融)などを異ならせることで、多様な特性を有するように製作されることができる。

本発明による歯車型加工チップ及びこれを取付けた加工工具は、被削材を加工する加工面の面積を一定に維持し、被削材の切粉らを収容し、外部に放出してしまうチップ・ボケット(Chip Pocket)の役割が可能な、上記加工面と加工ホイルに取付けられる面に凹み溝が形成されたボンド層と、上記加工ホイルに取付けられる面に形成された凹み溝と密着するブランク層とから形成され、切削速度が一定に維持することができる。

また、被削材と加工チップに残る被削材の切粉らが、被削材加工作業の進行と殆ど同時に外部に除去されるので、被削材は、超砥粒と直接に摩擦し、これにより、切削力が向上し、被削材をさらに精密に加工することができる。

さらに、外周縁の凹み溝によりボンド層の摩擦面積が小さくなり、これにより、適切な切削負荷が超砥粒に加えられ、相対的に被削材は切粉が大きく発生され、超砥粒は鋭く破れることで、切削性能が向上し、従来のターボ-セグメントタイプの加工チップは、側面に埋設まれた超砥粒粒子の数が相対的に少ないため、曲面に摩耗が進み、チップがまるで刃のように形成され、急激に摩耗が行われ、また、加工中、加工ホイルの揺れが酷く発生し得る。しかし、本発明による加工チップは、チップの側面部が均一に摩耗して、その使用寿命が伸びる。

また、加工ホイルに加工チップが強固に接合できるブランク層を媒介物として用い、レーザー溶接で加工ホイルにボンド層が強固に結合することで、耐熱性が要求される乾式作業と、より強い接合強度を必要とする手動(Hand held)作業とで使われる工具として製作されることがもできる。

更に、加工ホイルの外周縁と加工チップのボンド層との間に形成されたブランク層は、ボンド層と歯車型でボンド層とブランク層との接合面積が増加して結合されるため、外部の加工衝撃に強いだけでなく、側面荷重に強く、これにより、加工ホイルから加工チップが脱落しなくなるようにする。

従来のセグメントタイプの加工チップの斜視図である。 従来のターボ-セグメントタイプの加工チップの斜視図である。 従来のセグメントタイプの加工チップを示す斜視図である。 従来のセグメントタイプの加工チップを示す斜視図である。 従来のセグメントタイプの加工チップを示す斜視図である。 従来のセグメントタイプの加工チップを示す斜視図である。 本発明の第１実施の形態によるセグメントタイプの加工チップの構成図である。 本発明の第２実施の形態によるセグメントタイプの加工チップの構成図である。 本発明の第３実施の形態によるセグメントタイプの加工チップの構成図である。 本発明の第４実施の形態によるセグメントタイプの加工チップの構成図である。 図７のＸ-Ｘの断面図である。 本発明によるセグメントタイプの切削工具を示す構成図である。 本発明によるリムタイプの切削工具を示す構成図である。 本発明によるセグメントタイプの穿孔工具を示す構成図である。 本発明によるリムタイプの穿孔工具を示す構成図である。 本発明によるセグメントタイプの切削工具の動作状態を示す構成図である。 加工時間による加工面の変化を示す構成図である。 加工時間による加工面の変化を示す構成図である。 加工時間による加工面の変化を示す構成図である。 本発明による加工チップの寿命指数を示すグラフである。 本発明による加工チップの加工率を示すグラフである。

Claims (14)

1. 所定の回転半径と第１の厚みを有する加工ホイルの外周縁に取付けられ、被削材を加工する加工チップにおいて、
   前記第１の厚み方向に第１の幅及び前記加工ホイルの同径方向に第１の高さを有し、前記加工ホイルの曲率半径と同じ曲率半径を有し、前記被削材に接する面側及び前記加工ホイルの外周縁に取付けられる面側に、前記各面から互いにずれて形成される、所定の形状の凹み溝を有するボンド層と、
   前記第１の厚み方向に第２の幅及び前記加工ホイルの同径方向に第２の高さを有し、前記加工ホイルの曲率半径と同じ曲率半径を有し、前記加工ホイルの外周縁側に向かうボンド層の面に形成された前記凹み溝に対応して密接に結合し、前記外周縁に前記ボンド層を取付けるブランク層とを含むことを特徴とし、
   ここで、前記ボンド層は超砥粒と金属粉末とを含み、前記ブランク層は金属粉末を含み、前記被削材に接する加工面の面積を一定にしてあることを特徴とする歯車型加工チップ。
2. 前記凹み溝の前記形状は、
   前記面から前記ボンド層の高さ方向に、その断面が曲面であることを特徴とする請求項１に記載の歯車型加工チップ。
3. 前記凹み溝の前記形状は、
   前記面から前記ボンド層の高さ方向に、その断面が角のできた四角形であることを特徴とする請求項１に記載の歯車型加工チップ。
4. 前記被削材に接する面側に形成された凹み溝の前記形状は、
   前記面から前記外周縁方向に、その断面が前記面側では角ができ、前記外周縁側では曲線形であり、
   前記外周縁側の面に形成された凹み溝の前記形状は、前記外周縁から前記被削材に接する面側に、その断面が前記外周縁側では曲線形であり、前記面側では角ができたことを特徴とする請求項１に記載の歯車型加工チップ。
5. 前記第１の幅は、
   前記第２の幅より相対的に大きいことを特徴とする請求項１に記載の歯車型加工チップ。
6. 前記凹み溝の前記形状は、
   前記面から前記ボンド層の高さ方向に、その断面が角のできた四角形であることを特徴とする請求項５に記載の歯車型加工チップ。
7. 前記ボンド層及び前記ブランク層は、
   前記外周縁の円周方向に、所定の長さを有することを特徴とする請求項１に記載の歯車型加工チップ。
8. 前記凹み溝の前記形状は、
   前記面から前記ボンド層の高さ方向に、その断面が曲面であることを特徴とする請求項７に記載の歯車型加工チップ。
9. 前記凹み溝の前記形状は、
   前記面から前記ボンド層の高さ方向に、その断面が角のできた四角形であることを特徴とする請求項７または８に記載の歯車型加工チップ。
10. 前記被削材に接する面側に形成された凹み溝の前記形状は、
    前記面から前記外周縁方向に、その断面が前記面側では角ができ、外周縁側では曲線形であり、
    前記外周縁側の面に形成された凹み溝の前記形状は、
    前記外周縁から前記被削材に接する面側に、その断面が前記外周縁側では曲線形であり、前記面側では角ができたことを特徴とする請求項７または８に記載の歯車型加工チップ。
11. 前記第１の幅は、
    前記第２の幅より相対的に大きいことを特徴とする請求項７または８に記載の歯車型加工チップ。
12. 前記凹み溝の前記形状は、
    前記面から前記ボンド層の高さ方向に、その断面が角のできた四角形であることを特徴とする請求項１１に記載の歯車型加工チップ。
13. 所定の回転半径と第１の厚みを有する加工ホイルと、
    前記加工ホイルの外周縁に取付けられ、被削材を加工する加工チップとを含むことを特徴とし、
    ここで、前記加工チップは、
    前記第１の厚み方向に第１の幅及び前記加工ホイルの同径方向に第１の高さを有し、前記加工ホイルの曲率半径と同じ曲率半径を有し、前記被削材に接する面側及び前記外周縁に取付けられる面側に、前記各面から互いにずれて形成される、所定の形状の凹み溝を有するボンド層と、
    前記第１の厚み方向に第２の幅及び前記加工ホイルの同径方向に第２の高さを有し、前記加工ホイルの曲率半径と同じ曲率半径を有し、前記外周縁側に向かうボンド層の面に形成された前記凹み溝に対応して密接に結合し、前記外周縁に前記ボンド層を取付けるブランク層とを含み、
    ここで、前記ボンド層は超砥粒と金属粉末とを含み、前記ブランク層は金属粉末を含み、前記被削材に接する加工面の面積を一定にしてあることを特徴とする歯車型加工工具。
14. 前記ボンド層及び前記ブランク層は、
    前記外周縁の円周方向に、所定の長さを有することを特徴とする請求項１３に記載の歯車型加工工具。

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