ニュース - 鋸刃の適切な歯の選び方

工業用切断分野では、鋸刃はしばしば一般的な消耗品と間違えられます。しかし、経験豊富なエンジニアや生産管理者にとって、鋸刃は精密に設計された工具です。切断効果の品質は、歯形形状のわずか2～3度の偏差に大きく左右され、鋸刃の深刻な破損や、鏡のように滑らかな切断面の実現につながる可能性があります。

今回は、鋸歯角度の物理的特性を詳しく調べ、特定の歯の形状が、鉄金属（乾式切削）、木材、建築用複合材の 3 つの主な材料タイプについて、熱の蓄積、切削片負荷、切削品質にどのように影響するかを分析します。

歯の解剖学

特定のアプリケーションを分析する前に、切断性能を定義する 3 つの重要な角度寸法に関する用語を標準化する必要があります。

すくい角は、刃の中心から歯の先端まで引いた放射状線に対する歯面の角度です。

関数：これは切断の「強度」を決定づけるものであり、せん断面角、つまり材料が変形してワークピースから分離する角度を決定づけます。

経験則:正角度が大きいほど、必要な電力は少なくなりますが、仕上がりは粗くなり、刃先の耐久性は低下します。負角度の場合は、より多くの馬力が必要になりますが、優れた制御性と刃先の強度が得られます。

逃げ角（逃げ角）—β

これは、刃先から離れた歯の上部の斜面です。

その役割は、超硬チップが切断した材料に擦れるのを防ぐことです。

トレードオフは次のとおりです:角度が急すぎると、歯先が脆くなり、支えが不足して欠けが生じます。角度が浅すぎると、摩擦によって過剰な熱が発生し、熱膨張を引き起こし、最終的にはワークピースが焼けてしまいます。

ラジアル（サイド）クリアランス

この角度により、歯は側面に沿って前から後ろに向かって細くなります。

歯の側面とカーフ（切削溝）の壁との間の摩擦を軽減します。歯の側面を冷却する潤滑剤がないドライカットの場合、この角度は熱の蓄積を防ぐために非常に重要です。

鉄金属（ドライカットコールドソー）

焦点：熱管理と耐衝撃性

ドライカット冷間鋸（サーメットまたはコーティングされた超硬チップを装着）は、設計において最も技術的に要求の厳しい分野です。そして、その目標は直感に反するもので、熱を発生させたいが、すぐにそれを除去しなければならないのです。

乾式切削では、鋼の塑性変形によって熱が発生します。工具の形状は、その熱の約80%から90%を切り屑に伝達する必要があります。これにより、刃と被削材の両方が冷却された状態を維持します。これがまさに「冷間切削」の原理です。

「コールドカット」の幾何学

軟鋼を切断する場合、通常は3チップ研削（TCG）プロファイルを使用します。ただし、角度は鋼の微細構造によって異なります。

薄肉用途（チューブ、アングルアイアン、チャンネル）

傾斜角: 正（+5°～+10°）

クリアランス角: 10°～12°

理由:クリアランスをわずかに高くすると、チューブの内側に通常形成されるバリを引きずることなく、歯が切断部からきれいに抜けるようになります。

固体用途（棒材、厚板）

傾斜角: ゼロから低正0°から+3°

物理学:鋼材を切削する場合、刃先はより長い時間材料に接触するため、連続的で大きな衝撃荷重が発生します。鋭角な正角度は超硬チップを支えず、強度を低下させます。ゼロレイク角超硬合金のせん断強度（低い）ではなく圧縮強度（高い）を利用して、切断力を刃の本体後方に導きます。

クリアランス角：8°

理由:クリアランス角を小さくすると、刃先の後ろに厚みが増し、ヒートシンクや構造サポートとして機能します。

ステンレス鋼（加工硬化の課題）

傾斜角: 0°+5°まで
特別な考慮:ステンレス鋼（SUS304など）は、擦れると「加工硬化」する傾向があります。刃はしなければならないスライドではなくカット。ゼロレーキは強度を高めますが、少し大きめのレーキが必要になることが多いです。クリアランス角（12°)軟鋼に使用されるものよりも優れています。これにより、切断後、歯の裏側が材料に接触することがなくなり、材料の弾力性によりわずかに「跳ね返る」ようになります。

木工用途

焦点：木目方向と繊維の切断

木材は異方性材料であり、木目に対する力の方向によって物理的特性が異なります。そのため、鋸刃の形状は木目に合わせて調整する必要があります。

A. リッピング（木目に沿って切る）

リッピングは本質的にはノミで削る作業です。その目的は、長い繊維の束を持ち上げ、邪魔にならないようにすることです。
- 傾斜角: 高いポジティブ（+20°+25°まで）
- ジオメトリ: フラットトップグラインド（FTG）
- 物理学:フックの角度が高いため、手鉋のように材料を素早く削り取ります。この強い角度により、木材は刃に引き込まれます。これにより、製材所にとって非常に重要な、非常に速い送り速度が可能になりますが、表面は粗く仕上がります。
- 食道因子:「ガレット」（歯と歯の間の溝）は深く広くなければなりません。長い繊維は大きな切粉を生み出します。ガレットが小さすぎると、おがくずが圧縮され、摩擦が生じて木材（と刃）が焦げてしまいます。
B. クロスカッティング（木目を横切る）

横切りでは、切断面に対して垂直な繊維を切断する必要があります。ここでリッピングブレード（FTG）を使用すると、出口側の木材が「吹き飛ばされる」、つまり裂けてしまいます。
- 傾斜角: 中程度の肯定的（+10°+15まで°)
- ジオメトリ: オルタネートトップベベル（ATB）またはハイATB
- 物理学:歯は交互にナイフのような先端を形成するように斜めにカットされており、切り込みの左右の繊維に切り込みを入れます。前に中心材料を除去する。下側のすくい角（10°20対°) は刃の「つかみ」を遅くし、より滑らかなせん断動作を可能にして、磨かれた端面を残します。

非鉄金属および複合材料

焦点：安全性と耐摩耗性

A. アルミニウムおよび非鉄金属

アルミニウムは柔らかく、延性があり、融点が低い。粘り気があり、刃の歯詰まりを起こしやすいことで有名である。
- 傾斜角: マイナス（-5°-6まで°)
- ジオメトリ: TCG
- 安全の物理学：アルミに木材用ブレードのような正のフック角度を使用すると、ブレードが材料に「乗り上げ」ます。手動のチョップソーでは、このことが鋸のハンドルを激しく引き下げたり、加工物を飛ばしたりする可能性があります。マイナスレーキ角度によって力のベクトルが変わり、材料が押し出される離れて刃から後ろのフェンスまで届くため、安全でコントロールされたカットが行えます。
- 潤滑:鋼の乾式切削とは異なり、アルミニウムでは通常、切りくずが溝に溶着するのを防ぐためにミスト潤滑が必要です。
B. 建設用複合材料（ラミネート、メラミン、ファイバーセメント）
- 傾斜角: マイナス（-2°〜-5°）
- 物理学:メラミンのような素材は、柔らかいパーティクルボードの芯材の上に、ガラスのように硬い脆い表面コーティングが施されています。ポジティブフックが素材を上方に持ち上げ、脆い表面が剥がれ落ちます。ネガティブフック切断中に材料を下方に押し付け、表面層を圧縮して欠けを防ぎます。
- 材質に関する注記:ファイバーセメント（研磨性の高いシリカ含有量が多い）の場合、角度は先端の材質ほど重要ではありません。多結晶ダイヤモンド（PCD）チップは長寿命のために必須であり、通常は低い正の角度（+5°) を使用し、大量の粉塵負荷を管理します。