JP6247679B2 - 帯鋸刃の製造方法及び帯鋸刃 - Google Patents

Description

本発明は、帯鋸刃の製造方法及び帯鋸刃に係り、さらに詳細には、帯鋸刃におけるガレット部における歯底面の両側縁に面取り加工部を備えた帯鋸刃の製造方法及び帯鋸刃に関する。

既知のように、帯鋸刃は、胴部材（帯状部材）に大略三角形状の複数の鋸歯台を適宜間隔に備えている。そして、前記各鋸歯台の先端部には、例えば鋼材などのワークの切削を行う切削刃部を備えている。上記切削刃部は、例えば高速度鋼（ＨＳＳ）や超硬チップなどによって構成してある。前記切削刃部によって切削した切粉を収容保持してワークの外部へ搬出するために、前記各鋸歯台の間には大きな凹部としてのガレット部が形成されている。

前記構成のごとき帯鋸刃の製造に際しては、例えばミーリング加工、切削加工、レーザ加工などによって胴部材に前記鋸歯台やガレット部の加工を行うものである。したがって、前記ガレット部における歯底面には、ワークの切断加工（切削加工）時に、前記切削刃部によって切削された切粉と接触する接触面が形成される。そして、前記歯底面の両側には、断面形状が直角をなすシャープエッジが形成されることになる。

ところで、前述したように、切削刃部として高速度鋼や超硬チップ等が使用されることにより、歯先の耐摩耗性が向上し、帯鋸刃の長寿命化が図られている。しかし、帯鋸刃はエンドレス状に構成されて、帯鋸盤における駆動ホイール及び従動ホイールに掛回して使用されるものである。したがって、帯鋸刃には、引っ張り応力、曲げ応力、ねじり応力が繰り返し作用するものである。そして、近年の帯鋸盤の大型化、高剛性化、高馬力化、切削速度の高速化が図られることにより、帯鋸刃の胴部材に作用する負荷が大きくなっている。

すなわち、帯鋸刃における切削刃部の耐摩耗性の向上が図られるものの、胴部材の長寿命化が望まれている。そこで、帯鋸刃のガレット部にショットピーニングを行って、胴部材の寿命向上を図ることが提案されている（例えば特許文献１参照）。

特表平８−５０５８１８号公報

前記特許文献１には、ショットピーニングによって、帯鋸刃におけるガレット部の底部の隅部に丸味付けを行うこと、すなわちＲ面取りを行うことが記載されている（特許文献１の図３参照）。前記ショットピーニングは、硬質のセラミックボールを前記隅部に対して斜めに吹き付けることによって行われている。

ところで、ショットピーニングに関し、例えば特開２０１１−１１０６９１号公報には、歯車における歯面の歯先エッジ部に、鉄粒などの硬質のショット粒子を高速で投射するショットピーニングを行うことが記載されている。そして、前記歯先エッジ部の稜線の部分にショットピーニングを行うと、ショット粒子の投射衝撃によって、稜線の部分が押し出され、塑性変形して膨出部が発生することが記載されている。

したがって、前記特許文献１に記載の構成においては、ガレット部における歯底面の両側縁（特許文献１に示された符号３４の両側縁）の隅部にショットピーニングを行うと、ショット粒子の投射衝撃によって前記隅部の一部が前記底部（３４）側に向かって押し出される。よって前記底部（３４）に塑性変形が生じて膨出部が発生することとなり、前記底部（３４）の平滑面が損なわれることになる。ここで、底部（３４）の隅部におけるＲ面取りを大きくしようとすると、前記膨出部もより大きくなることとなり、Ｒ面取りを大きくすることは難しいものである。

換言すれば、帯鋸刃の長寿命化を図るために、前記底部（３４）の隅部におけるＲ面取りをショットピーニングによって行う場合、歯底面に膨出部を生じることなくＲ面取りを大きくすることは難しいものである。

本発明は、前述のごとき問題に鑑みてなされたもので、帯鋸刃の製造方法であって、
（ａ）先端部に切削刃部を備えた複数の鋸歯台を、帯状部材に適宜間隔に形成する工程、（ｂ）前記各鋸歯台間に形成したガレット部における歯底面の両側縁に、材料除去加工方法によって面取り加工を行う工程、
（ｃ）前記ガレットの歯底面及び面取り加工部にショットピーニングを行う工程、
の各工程を備えていることを特徴とするものである。

また、前記帯鋸刃の製造方法において、前記面取り加工の面取り量Ｂは、当該帯鋸刃の切代をＴ、帯状部材の厚さをｔとしたとき、０．１０ｍｍ≦Ｂ≦ｔ／２−Ｔ／１２の関係にあることを特徴とするものである。

また、前記帯鋸刃の製造方法において、前記ガレット部における歯底面の前記面取り加工は、前記各鋸歯台における掬い面及び逃げ面に亘って行うことを特徴とするものである。

本発明によれば、帯鋸刃のガレット部における歯底面の両側縁に、材料除去加工方法によって面取り加工を行うものであるから、面取り量を大きくすることができ、前記歯底面の両側縁への応力集中を回避することができる。したがって、帯鋸刃における胴部破断を効果的に抑制でき、帯鋸刃の長寿命化を図ることができるものである。

本発明の実施形態に係る帯鋸刃の構成を示す構成説明図である。 図１における（Ｃ）に相当する断面図の拡大詳細説明図である。 ワークの切断面に切粉によって傷が発生した状態と、正常な状態とを示す写真の説明図である。 帯鋸刃のガレット部における歯底面の両側縁にショットピーニングを行った場合の面取り加工状態を示す写真の説明図である。 歯底面の両側縁における面取り加工の面取り量が０．０９以下の場合と、面取り加工がＣ０．１，Ｃ０．３の場合における胴部材の寿命の比較を示す説明図である。 歯底面の両側縁にＣ０．１以上の面取り加工を行うと、胴部材が長寿命となることを示すテスト結果である。

図１を参照するに、本発明の実施形態に係る帯鋸刃１は、図１（Ａ），（Ｂ）において左右方向（Ｘ軸方向）に長い胴部材（帯状部材）３を備えている。この胴部材３における幅方向（Ｚ軸方向）の一側には、複数の鋸歯台５Ａ，５ＢがＸ軸方向（帯鋸刃１の長手方向）に適宜間隔に備えられている。そして、各鋸歯台５Ａ，５Ｂの先端部には切削刃部９を形成した切削刃部材７Ａ，７Ｂが一体的に備えられている。前記切削刃部材７Ａ，７Ｂは、例えば高速度鋼や超硬チップから構成してある。そして、前記各鋸歯台５Ａ，５Ｂの間にはそれぞれ大きな凹部としてのガレット部１１が備えられている。

前記切削刃部材７Ａは、ワークの切断（切削）を行う際に、先行してワークに切込む先行歯をなすものであり、切削刃部材７Ｂは後続歯をなすものである。先行歯としての切削刃部材７Ａは、一般的なバチ型アサリ歯の帯鋸刃と同様に、ベベル歯に構成してある。後続歯としての前記切削刃部材７Ｂは、前記切削刃部材７Ａが切削加工した切削溝を拡開する作用をなすものであって、基準位置からの歯高寸法は、先行歯としての前記切削刃部材７Ａよりも低く構成してある。なお、この種の帯鋸刃の全体的構成は公知であるから、帯鋸刃の全体的構成についての詳細な説明は省略する。

ところで、前記帯鋸刃１の製造は、従来の帯鋸刃と同様に製造されるものである。すなわち、例えばミーリング加工、切削加工、レーザ加工などによって、胴部材３に鋸歯台５Ａ，５Ｂが加工されると共に、ガレット部１１が加工されるものである。そして、前記鋸歯台５Ａ，５Ｂの先端部には、切削刃部材７Ａ，７Ｂが一体的に固定されるものである。上述のように、胴部材３に鋸歯台５Ａ，５Ｂ及びガレット部１１を加工した状態においては、ガレット部における歯底面の両側縁は、面取り加工が行われない状態にある。すなわち直角のシャープエッジに形成されている。したがって、ガレット部における歯底面の両側縁に応力集中が生じ易いものである。

そこで、前記帯鋸刃１において、胴部材（帯状部材）３の寿命向上を図るために、前記ガレット部１１における歯底面１３の両側縁（胴部材３の厚さ方向（Ｙ軸方向）の両側縁）に面取り加工部１５Ａ，１５Ｂが形成してある。この面取り加工部１５Ａ，１５Ｂは、前記歯底面１３の部分から、前記各鋸歯台５Ａ，５Ｂにおける掬い面及び逃げ面の適宜範囲（歯底面１３から高さＨの範囲であって、つまり歯底面取り加工を歯底より上部のガレットで確認できる高さから歯材やその接合部に掛からない高さまでの範囲を高さＨの範囲とする）に亘って形成してある。前記面取り加工部１５Ａ，１５Ｂの形状は、Ｃ面取り又はＲ面取りでもよいものである。さらには、Ｃ面取り時の角度を、例えば３０°のように、４５°以外の角度にしてもよいものである。

前記面取り加工部１５Ａ，１５Ｂは、例えば研削加工、切削加工、レーザ加工などによって歯底面１３における両側縁の一部を除去することによって加工されている。換言すれば、前記両側縁に大きな塑性変形を付与することなく材料を除去する材料除去加工方法（前記研削加工、切削加工、レーザ加工等）によって面取り加工部１５Ａ，１５Ｂの加工が行われている。したがって、前記面取り加工部１５Ａ，１５Ｂの面取り量Ｂ（図２参照）を、例えば０．１ｍｍ以上の大きさとすることが容易なものである。

上述のように、帯鋸刃１においては、歯底面１３の両側縁に大きな面取り加工部１５Ａ，１５Ｂを備えた構成である。したがって、歯底面１３における両側縁に作用する応力集中を緩和できることとなり、帯鋸刃１における胴部材３の長寿命化を図ることができるものである。なお、両側の面取り加工部１５Ａ，１５Ｂの面取り量や形状は等しいことが望ましい。しかし、面取り量や面取りの形状（例えば、Ｒ面取り、Ｃ面取り）が異なる場合であっても、応力集中を緩和することができるものである。すなわち、面取り加工部１５Ａ，１５Ｂは、歯底面１３の両側縁の応力集中を緩和して胴部材３の長寿命化を図ることができる大きさであればよいものである。

ところで、前記帯鋸刃１における胴部材（帯状部材）３を、ガレット部１１において帯鋸刃１の長手方向（Ｘ軸方向）に対して直交する平面で切断すると、前記歯底面１３には、図２に示すように、直線状を呈する直線部１７が形成される。そして、前記直線部１７の両側に前記面取り加工部１５Ａ，１５Ｂの断面が表われる。前記直線部１７は、前記切削刃部材７Ａによるワーク（図示省略）の切削時に連続した形態で生じる切粉１９に接触する接触面１７Ｆの一部である。

前記歯底面１３の前記接触面１７Ｆは、連続的に生じる前記切粉１９がカーリングする際に案内する機能を奏する。また、接触面１７Ｆは、ワークの切削時に、ガレット部１１がワークの外部に移動するまでの間、切粉１９をガレット部１１内に収容保持する機能を奏するものである。したがって、前記接触面１７Ｆは、胴部材３の厚さ方向（図２において左右方向）に傾斜することのない平滑面に形成してある。よって、連続的に生じた切粉１９はガレット部１１内に安定した状態に案内され収容保持されるものである。

ところで、図２に詳細に示すように、帯鋸刃１において先行歯としての切削刃部材７Ａは、歯先側（図２において上部側）が次第に幅小になるベベル歯に形成してある。そして、後続歯としての切削刃部材７Ｂは、歯先側が次第に幅大となる台形状に形成してある。そして、この種のバチ型アサリ帯鋸刃においては、切粉１９の細分化を図るために、後続歯としての切削刃部材７Ｂの切代（切削幅）をＴとすると、先行歯としての切削刃部材７Ａの切代は約Ｔ／３に設定してあるのが一般的である。

ここで、前記切削刃部材７Ａの切削作用によって生じた切粉１９がガレット部１１の歯底面１３（接触面１７Ｆ）に安定的に案内されてカーリングし、かつ安定的に収容保持されるには、前記直線部１７の長さ（接触面１７Ｆの幅）Ｗは、切粉１９における幅寸法（Ｔ／３）の１／２以上の幅が必要である。換言すれば、直線部１７の長さＷが、Ｔ／３の１／２以下になると、接触面１７Ｆでもっての切粉１９の案内支持が不安定となり、切粉１９は、胴部材３とワークの切断面との間の間隙に入り易くなるものである。したがって、接触面１７Ｆの幅（直線部１７の長さ）Ｗは、Ｗ≧切代Ｔ×１／３×１／２＝Ｔ／６となることが望ましいものである。

また、前記胴部材３の厚さをｔとし、面取り加工部１５Ａ，１５Ｂの面取り量をＢとすると、Ｗ＝ｔ−２Ｂで表される。したがって、ｔ−２Ｂ＝Ｗ≧Ｔ／６の関係にある。よって、胴部材３の厚さｔと面取り量Ｂとの関係は、Ｂ≦ｔ／２−Ｔ／１２の関係にあることが望ましいものである。

ここで、前記直線部１７の長さＷを、切代Ｔの関係において、Ｗ≧Ｔ／６とすることが適切か否かの試験を行った。試験条件は次のとおりである。

帯鋸盤 アマダ製 ＣＴＢ４００
帯鋸刃 アマダ ＡＸＥＥＬＡ Ｇ
鋸刃サイズ 幅41mm×厚さ1.3mm×長さ4715mm×ピッチ1.8／2P
被削材 ＳＫＤ６１ φ２５２
鋸速 60ｍ／分 切断時間 8分18秒／カット
湿式 アマダ製 水溶性切削油ＳＤ

前記帯鋸刃において、直線部１７の長さＷを、０〜０．２ｍｍ、０．２〜０．３５ｍｍ、０．３５〜０．５０ｍｍに加工した３本の帯鋸刃を用意した。そして、ワークの切断を行ったところ、直線部１７の長さが０〜０．２ｍｍ、０．２〜０．３５ｍｍの２本の鋸刃は、図３（Ａ）に示すように、ワークの切断面に切粉に起因する傷が発生した。しかし、直線部１７の長さが０．３５〜０．５０ｍｍの場合には、図３（Ｂ）に示すように、切粉に起因する傷の発生はなかった。

前記直線部１７の長さ０．３５ｍｍは、帯鋸刃１の切代Ｔの１／６（０．３７ｍｍ）にほぼ等しい長さである。したがって、直線部１７の長さＷと切代Ｔとの関係において、Ｗ≧Ｔ／６であることが望ましいものである。

ところで、直線部１７の長さＷと切代Ｔとの関係において、Ｗ＜Ｔ／６になると、歯底面１３における接触面１７Ｆの幅が小さくなり、ガレット部１１内の切粉１９の収容保持が不安定になる。すなわち、Ｗ＜Ｔ／６になると、歯底面１３における両側の面取り量Ｂが大きくなる。したがって、ガレット部１１内の切粉１９が帯鋸刃１の側面とワークの切断面との間の僅かな間隙内に入り込み易くなり、ワークの切断面に傷が生じるものと思われる。したがって、直線部１７の長さＷと切代Ｔとの関係はＷ≧Ｔ／６であることが望ましいものである。

ところで、帯鋸刃１のガレット部１１における歯底面１３の両側縁に面取り加工部１５Ａ，１５Ｂを加工するに際し、前記特許文献１に記載されているように、前記歯底面１３に対して４５°傾斜した方向（図２に示す矢印Ａ，Ｂ方向）から両側縁に鉄粒などの硬質のショット粒子を投射してショットピーニングを行うと、両側縁に面取り加工部１５Ａ，１５Ｂを形成することができる。しかし、鉄粒などの硬質のショット粒子を使用してショットピーニングを行うと、前述したように、歯底面１３に膨出部が発生することとなる。したがって、歯底面１３の両側縁の面取り加工を行うに際しては、硬質のショット粒子を使用してショットピーニングを行うことは望ましいものではない。

そこで、ショットピーニングによる面取り効果を確認するために、研削性が高く、膨出部をほとんど発生することのないショット粒子として、アルミナ粒子を使用してショットピーニングを行った。対象帯鋸刃はアマダ製の帯鋸刃ＳＧＬＢ 幅４１ｍｍ×厚さ１．３ｍｍ×ピッチ２／３Ｐの歯底面１３である。そして、前記歯底面１３に対して４５°傾斜した方向（例えば、図２に示す矢印Ａ，Ｂ方向）からショット粒子を投射した。この際のアルミナの粒径は０．１ｍｍ〜０．３ｍｍである。そして、歯底部１３に対するショットピーニン投射時間は、通常の一般的な投射時間と、通常投射時間の２倍及び１０倍の３通である。この際の測定結果は図４に示すとおりであった。なお、図４は、歯底部１３における左右の面取り加工部を４５°傾斜した方向から見た拡大写真である。そして、面取り加工部は、写真の中央部に白い線で表れている。

図４から明らかなように、ショットピーニングによる面取り量はＲ０．０５〜Ｒ０．０９で小さなものである。

次に、歯底面１３の両側縁に面取り加工を行った場合の効果を確認するために、バンドソーの空転疲労試験を行った。この際使用した帯鋸盤はアマダ製のＨＦＡ４００Ｓである。そして、帯鋸刃としてはＳＧＬＢ 幅４１ｍｍ×厚さ１．３ｍｍ×長さ４９９５ｍｍ×ピッチ２／３Ｐを使用し、従来品１〜６として、ショットピーニングによってＲ０．０１〜Ｒ０．０５の面取りを行った帯鋸刃と、従来品７〜８として、ショットピーニングによってＲ０．０７〜Ｒ０．０９の面取り加工を行った帯鋸刃を用意した。そして、実施形態の帯鋸刃として、研磨加工によってＣ０．１，Ｃ０．３の面取り加工を行い、歯底面１３と面取り加工部１５Ａ，１５Ｂにショットピーニングを行って、圧縮応力が残留した微小凹凸面（梨地肌面）に形成した。

前記帯鋸盤における駆動ホイール、従動ホイールの直径は５２５ｍｍ、鋸刃ガイド間隔４００ｍｍ、帯鋸刃のヒネリ角９０°、鋸速８０ｍ／分、鋸刃テンション２５００ｋｇｆである。

試験結果は図５に示すとおりであった。図５に示す結果から明らかなように、歯底面１３の両側縁にＲ０．０９以下の面取りを行った構成（図５においての従来帯鋸刃の構成）においては５０時間以内に胴部材３の破断を生じている。そして、実施形態の帯鋸刃（面取りＣ０．１，Ｃ０．３）においては２００時間経ても破断することはなかった。したがって、帯鋸刃における歯底面１３の両側縁に面取り加工を行うにしても、面取り量が０．０９ｍｍ以下では応力集中を効果的に緩和することが難しいものと思われる。そして、面取り量を０．１ｍｍ，０．３ｍｍにすると応力集中を緩和することができ、胴部材３の長寿命化に効果を奏するものと思われる。すなわち、面取り量を０．１ｍｍ以上とすることが望ましいものである。

次に、アマダ製のテストスタンドを用いて切削テストを行った。上記テストスタンドは、直径が６００ｍｍの駆動ホイールと従動ホイールとを水平に回転自在に備えている。したがって、帯鋸刃はヒネリ角を与えられることなく、鋸歯先を垂直下方向に指向できるものである。そして、前記駆動ホイールと従動ホイールとの間には、スリット状の鋸刃ガイドが備えられている。この鋸刃ガイドと帯鋸刃の側面との間には０．０２ｍｍの隙間が付与されている。この隙間は、帯鋸刃によるワークの切削時における負荷が増大し、切れ曲がりが大きくなると、帯鋸刃が鋸刃ガイドに接触する大きさである。

テストを行う帯鋸刃としては、アマダ製 ＡＸＣＥＬＡ Ｇ 幅６７ｍｍ×厚さ１．６ｍｍ×長さ６２２４ｍｍ×ピッチ１．８／２Ｐの帯鋸刃において面取り量がＲ０．０５の帯鋸刃と研磨加工によってＣ０．１０〜Ｃ０．２０及びＣ０．３０〜Ｃ０．３５の面取り加工を行った帯鋸刃（試作品１，２）を用意した。このテストの際の鋸刃テンションは６５００ｋｇｆ、切削油はアマダ製水溶性切削油ＳＤを使用した。

ここで、評価１として、ＳＵＪ３φ１７０をブレード速度１８０ｍ／分、切断時間４６秒／カットの条件で破断するまでの切断面積（ｃｍ²）を測定した。また、評価２として、ＳＣＭ４４０φ２００をブレード速度２００ｍ／分、切断時間４０秒／カットの条件で破断するまでの切断面積（ｃｍ²）を測定した。テストの結果は図６に示すとおりであった。

図６から明らかなように、面取り量がＣ０．１０〜Ｃ０．２０の試作品１及び面取り量がＣ０．３０〜０．３５の試作品２は、面取り量がＲ０．０５の帯鋸刃の場合よりも長寿命であった。したがって、面取り量は０．１０ｍｍ以上が望ましいものである。

以上のごとき説明から理解されるように、本実施形態によれば、帯鋸刃１におけるガレット部１１の歯底面１３の両側縁の面取り加工は、例えば研磨加工や切削加工などの材料除去加工方法によって行うものである。したがって、例えばショットピーニングによって面取り加工を行う場合よりも面取り量Ｂが大きな面取り加工を行い得るものである。したがって、歯底面１３の両側縁における応力集中を緩和することができ、胴部材３の長寿命化を図ることができるものである。

そして、面取り加工をおこなった後の、歯底面１３における接触面１７Ｆの幅寸法Ｗは、帯鋸刃１の切代をＴとしたとき、Ｗ≧Ｔ／６であるから、ワークの切削によって生じた切粉１９をガレット部１１内に安定して収容保持できるものである。

また、面取り加工の面取り量をＢとし、帯鋸刃の切代をＴ、胴部材の厚さをｔとしたとき、０．１０ｍｍ≦Ｂ≦ｔ／２−Ｔ／１２の関係にあるので、面取り量Ｂと前記接触面１７Ｆの幅寸法との関係が適切なものとなるものである。すなわち、胴部材３の長寿命化を図りつつ、ワークの切断面が切粉１９によって傷付くことを抑制できるものである。

また、ガレット部１１の歯底面１３と面取り加工部１５Ａ，１５Ｂにショットピーニングを行うものであるから、胴部材３の長寿命化を図ることができるものである。

なお、本発明は、前述したごとき実施形態に限ることなく、適宜の変更を行うことにより別の形態でもって実施可能なものである。すなわち、前記説明は、帯鋸刃１がバチ型アサリ歯の帯鋸刃について説明した。しかし、直歯と左右のアサリ歯とを備えたアサリ出し帯鋸刃におけるガレット部の歯底面における両側縁に面取り加工を行って、アサリ出し帯鋸刃における胴部材の長寿命化を図ることも可能である。

１ 帯鋸刃
３ 帯状部材（胴部材）
５Ａ，５Ｂ 鋸歯台
７Ａ，７Ｂ 切削刃部材
９ 切削刃部
１１ ガレット部
１３ 歯底面
１５Ａ，１５Ｂ 面取り加工部
１７ 直線部
１７Ｆ 接触面
１９ 切粉

Claims (3)

1. 帯鋸刃の製造方法であって、
   （ａ）先端部に切削刃部を備えた複数の鋸歯台を、帯状部材に適宜間隔に形成する工程、
   （ｂ）前記各鋸歯台間に形成したガレット部における歯底面の両側縁に、材料除去加工方
   法によって面取り加工を行う工程、
   （ｃ）前記ガレットの歯底面及び面取り加工部にショットピーニングを行う工程、
   の各工程を備えていることを特徴とする帯鋸刃の製造方法。
2. 請求項１に記載の帯鋸刃の製造方法において、前記面取り加工の面取り量Ｂは、当該帯
   鋸刃の切代をＴ、帯状部材の厚さをｔとしたとき、０．１０ｍｍ≦Ｂ≦ｔ／２−Ｔ／１２
   の関係にあることを特徴とする帯鋸刃の製造方法。
3. 請求項１又は２に記載の帯鋸刃の製造方法において、前記ガレット部における歯底面の
   前記面取り加工は、前記各鋸歯台における掬い面及び逃げ面に亘って行うことを特徴とす
   る帯鋸刃の製造方法。