JP2005297134A - ワイヤソー並びに該ワイヤソー用ビーズ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】切味が良く、乾式、ミスト式での切断、さらには配筋率の高い鉄筋コンクリートや鋼材の切断にも好適に使用できるワイヤソー並びに該ワイヤソーに用いるビーズ及びその製造方法に関する。
【解決手段】
スリーブ２の外周上にダイヤモンド砥粒を含んだ砥粒層４を固着する。砥粒層は、軸方向において二つに分割されており、二つの砥粒環状体５、５で形成されている。環状体はその一端側において傾斜部５ａが形成されており、その傾斜部のある端部側が互いに接するようにして配置され、両者の間に溝が形成されている。このビーズは、砥粒環状体のもととなる仮成形体を、砥粒層ダイヤモンド砥粒とメタルボンド粉末とを混合した混合粉７を冷間圧縮により成形し、二つの仮成形体をその傾斜部が向い合うようにしてスリーブ２に嵌め、その状態で燒結することにより得られる。
【選択図】図１

Description

本発明は切断加工に使用されるワイヤソー並びに該ワイヤソーに用いるビーズ及びその製造方法に関する。さらに詳細に言えば、切味が良く、乾式での切断、さらには配筋率の高い鉄筋コンクリートや鋼材の切断にも好適に使用できるワイヤソー並びに該ワイヤソーに用いるビーズ及びその製造方法に関する。

ダイヤモンド砥粒などを使用したワイヤソーは、土木工事や石材の切断に用いられ、従来広く知られている。例えばダイヤモンドワイヤソーは、ダイヤモンドビーズを所定の間隔で備えたワイヤロープをエンドレス状に形成し、これを被切断体に巻きつけ、駆動機によって張力を与えながら循環走行させることにより、コンクリート構造物や石材などの被切断体を迅速に切断することができる。一般的にダイヤモンドビーズは、円筒状の鋼製スリーブの外周に、ダイヤモンド砥粒をメタルボンド、電着、ロー付けなどで固着して構成されている。この加工の特徴は、大型建造物などの切断も可能であること、縦横斜めなど方向自在な切断が可能であること、騒音や振動及び粉塵が少ないこと等が上げられる。

従来ダイヤモンドワイヤソーの切断作業は湿式でおこなわれるのが一般的であった。すなわち、切削点に冷却水を給水しながら切断をおこなう方法である。この冷却水は、ダイヤモンドワイヤソーと被切断体の冷却、切粉の排出、切削点における摩擦抵抗の低減等の作用をする。また、冷却水は、被切削体の切粉と混合してスラリーとなって排出される。このスラリーには、砥粒の結合剤となっているメタルボンドを削り、内部のダイヤモンド砥粒を表面に露出させる、いわゆる、ダイヤモンド砥粒の自生作用を促す作用もある。

ところで湿式では、１時間当たり１０００〜２０００ｌの大量の水を必要とする。このような大量の水の供給が困難な現場もあり、また、環境面から大量のスラリーの排出が問題となっている。そこで近年、乾式又はミスト式と呼ばれる研削をおこなう工法が開発されている。乾式とは、給水を使用せずにおこなう方法であり、その中ミスト式とは、切削点への給水はおこなわず、ダイヤモンドワイヤソーの被切断体の切削から戻ってきた部分に冷却用に少量の水を噴霧させる方法である。この工法は、給排水が困難な現場での作業が可能となり、また作業付近での大がかりな養生を必要としないため、湿式に比して作業効率が良い。しかし、乾式又はミスト式では、切削点に研削液が存在しないため湿式での作業ほど積極的なダイヤモンドの自生作用が起こらず、またダイヤモンド自体の磨耗も大きいため、ダイヤモンドワイヤソーの切味が悪いという問題があった。

また、従来のダイヤモンドワイヤソーは、配筋率の高い鉄筋コンクリートや、鋼材そのものを切断する場合は、湿式で切断作業をおこなっても切味が悪く、また、工具寿命が短いという問題があった。

ところで、特開平１０−６１３４は、ダイヤモンドビーズに単一の砥粒層を備え、これに溝を設ける技術を開示している。しかし、この目的は冷却水の巡りを良くして冷却水を切削点へ供給させるものであった。また、この溝は、単一の砥粒層の外周に円周方向に形成するものであり、放電加工や研削等により設けられ、加工に手間が掛かるという問題があった。

特開平１０−６１３４

本発明は上記従来の問題点に鑑みなされたものであり、乾式の切断でも切味が良く、また、配筋率の高い鉄筋コンクリートや鋼材の切断にも切味が良い、ダイヤモンドワイヤソー及びダイヤモンドビーズの製造方法を提供することをその目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る、円筒状のスリーブと、該スリーブの外周上に固着された略円筒状の、砥粒を含んで構成された砥粒層とを備えたワイヤソー用ビーズにおいては、その砥粒層は、少なくとも二つ以上の砥粒環状体を軸方向に重ねて構成され、砥粒環状体は互いに近接配置されており、この砥粒環状体は、隣り合う砥粒環状体の少なくともいずれか一方が、他方の砥粒環状体に隣り合う端部から軸方向所定の長さ範囲において、その端部から軸方向において離れるにつれて外径が大きくなる傾斜部を設けた。

本発明はさらにワイヤーソー用ビーズの製造方法を提供する。その方法では、先ず砥粒とメタルボンド材とを混合して混合粉を所定の型に充填してリング状に圧縮成形し、軸方向での少なくとも一方の端部側において、端部から軸方向所定の長さ範囲において、端部から軸方向において離れるにつれて外径が大きくなる傾斜部を備えた仮成形体を製作する。次いで、スリーブに複数のこの仮成形体を、隣り合う仮成形体の少なくともいずれか一方が、他方の仮成形体に隣り合う端部側が傾斜部となるように、積層して装着し、熱処理することにより仮成形体を燒結すると共に前記スリーブに固着し、砥粒層を形成する。

本発明はさらに、新規なワイヤソーをも提供する。そのワイヤソーは、ワイヤと、該ワイヤに取付けられた複数のビーズとを備えたワイヤソーであり、ビーズが、円筒状のスリーブと、該スリーブの外周上に固着された略円筒状の、砥粒を含んで構成された砥粒層とを備え、その砥粒層は、少なくとも二つ以上の砥粒環状体を軸方向に重ねて構成され、砥粒環状体は互いに近接配置されており、この砥粒環状体は、隣り合う砥粒環状体の少なくともいずれか一方が、他方の砥粒環状体に隣り合う端部から軸方向所定の長さ範囲において、端部から軸方向において離れるにつれて外径が大きくなる傾斜部を備えている。

本発明においては上記から判るとおり、本発明では砥粒層が軸方向において２以上の砥粒環状体に分割され、外周側において隣合う砥粒層の間に空隙が画成される。したがって、軸方向長さが同じ場合、被削材との接触面積が小さくなって局所的な接触となるので、作用力が従来に比して大きくなり、切味が向上する。さらに、１個の砥粒層に２以上の切刃が形成されるので、これによっても切削砥能力が高まることとなる。

また、上記の空隙が形成されることから、砥粒層の表面積が大きくなり、ビーズの冷却効果が高まる。

以上から、乾式研削、ミスト研削に使用しても従来より良好な切味を達成することができ、さらには高配筋率のコンクリート、或いは鋼材そのものの切断に使用しても従来より良好な切味が得られる。

また、この空隙が画成された砥粒層は、端部に傾斜部が形成された２以上の仮成形体を積層して燒結することにより得られる。したがって、従来のビーズを製造する工程と何等変わらない作業で製造することができる。したがって、切削などによって溝を形成するものに比してはるかに簡単に、作業能率も高く、製造費も安く製造することができる。

また、砥粒層の磨耗は、溝の状態により判断することができる。そしてその溝の底部は、スリーブの外周面にきわめて近くまで形成できるので、砥粒層を略完全に使い切ることができる。

さらには、工事業者が使用する際にも、本発明の実施品はビーズが特有な形状を有するところから、従来の湿式用のものとは明らかに区別がつき、便宜である。

以下、本発明の具体的な実施の形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施の形態に係るビーズ１を示す正面図であり、本実施の形態ではそのビーズ１は、砥粒層にダイヤモンド砥粒を使用したダイヤモンドビーズである。ダイヤモンドビーズ１は、スリーブ２と砥粒層４とを備えている。砥粒層４は軸方向において少なくとも２つ以上に分割され、互いに密着して配置された砥粒環状体５からなり、本発明の実施の形態では、砥粒層４は２つの砥粒環状体５からなる。

スリーブ２は所定の長さの円筒状となっており、その端部は僅かに面取りがされている。砥粒環状体５は略円環状に形成され、一方の端部に、端部から軸方向所定の長さ範囲で、端部から離れるにつれて外径が大きくなることにより形成されたる傾斜部５ａが設けられている。そして、その傾斜部５ａのある端部側において互いに接するようにして配置され、略Ｖ字状の溝５ｂを形成している。

砥粒層４はスリーブ２より短く、スリーブ２の軸方向略中央に固着され、その軸方向両側にスリーブ２の突出部２ａ、２ａが略同じ長さで突出している。砥粒層４は前述の如く２つの砥粒環状体５からなり、本実施の形態では、これら２つの砥粒環状体５は同一の形状をしている。そしてＶ字状の溝５ｂの底部、略スリーブ２の外周面に略達する深さであるが、スリーブ２の外周面は露出してはいない。

次に、本発明のワイヤソービーズ１の製造方法を図２乃至４を参照しながら説明する。図２は、砥粒環状体５を仮形成している状態を示す断面図であり、砥粒環状体５は、先ず砥粒と金属粉末とを混合した混合粉７を型９を用いて冷間圧縮成形して仮成形体８に成形される。ここで使用する砥粒は、ダイヤモンド砥粒、ＣＢＮ砥粒が利用できる。また、使用する金属粉末としては、例えば、銅、銅合金、コバルト、ニッケル、コバルト−ニッケル合金、鉄などの粉末を利用することができる。スリーブ２は、材質に特に制限はなく、例えば、炭素鋼、工具鋼、低合金鋼、高張力鋼、ステンレス鋼などを使用できる。また、スリーブ２の表面には、焼結成形する際に砥粒層４が固着しやすいように銅メッキなどの被膜処理をおこなうことが望ましい。

次に、型９による仮成形体８の成形の手順を説明する。型９は、適宜な厚さで形成され横断面円形の中空部１０ａを有するダイ１０を備え、ダイ１０は表面が平坦な台座１１上に載置されている。次に、ダイ１０の中空部１０ａに、この中空部１０ａの径に等しい外径を有する丈の短い円筒状の下側パンチ１２が収納され、台座１１上に載置される。この下側パンチ１２の内径寸法は、スリーブ２の外径寸法より僅かに大きくすることが好ましい。次いで下側パンチ１２内に、下側パンチの内径に等しい外径を有する適宜な高さの円柱状の中子１３を挿通し、台座１１上に載置させる。

この状態において、仮成形体８の原料となる混合粉を所定量だけ、ダイ１０と下側パンチ１２と中子１３とで画成された空所１４に投入する。所定の長さを有し、下側パンチ１２内外径が等しい円筒状の押しパンチ１５により、矢印Ｐ方向に所定の圧力で圧縮する。これにより仮成形体８に成形される。

押しパンチ１４は、混合粉７を押す側の端部において、端部から軸方向所定の範囲で端部側の内径が大きくなる傾斜部１６が設けられている。従って、型９より成形された仮成形体８は、例えば、図３（イ）に示されるように、一方の端部に傾斜１８が形成された仮成形体８に成形される。圧縮成形後、押しパンチ１４と中子１３とを順番に取り除き、仮成形体８を取り出す。

本発明の仮成形体８は、前記の図３（イ）に示される形状には限定されない。例えば、図３（イ）のように傾斜部１６が仮成形体８の内周から外周にわたって形成されるのではなく、図３（ロ）に示されるように、仮成形体８の内周から径方向所定の位置までの範囲で下向きの傾斜部２０を形成し、それより外側の部分を水平面２１となるようにしても良い。また、図３（ハ）に示されるように、仮成形体８の内周から外周に向かって下降する曲線２２となるようにしても良い。さらに、図３（ニ）に示されるように、下側パンチ１２の混合粉７と接触する端部に、押しパンチ１４の混合粉７を押す側の端部と同様の形状を設けて、仮成形体８の両端に同じ形状の傾斜部２３が形成されるようにしても良い。

仮成形体８は、図４に示されるように型２６を使用して加熱焼結されて砥粒層４に形成される。即ち、型２６は、下側にスリーブ４の突出部２ａの外形と長さにそれぞれ略等しい内径と深さを備えた円柱状の下部空所２８を備えている。そして下部空所２８の上側には、これと同心状に、仮成形体８の外径より若干径が大きく、２個の仮成形体８を重ねた厚みに略等しい深さを備えた円柱状の上部空所２９を備えている。そして、上部空所２９の内部に、仮成形体８が２個重ねられた状態で、下部空所２８と上部空所２９との境で形成される肩部３０に受け止められて収受される。仮成形体８は、傾斜を有する端面どうしを向かい合わせの状態で配置される。次いでスリーブ２が仮成形体８に挿通され、その下側の部分が下部空所２８に収納される。

この状態で加熱焼結がおこなわれ、仮成形体８は砥粒層４に形成されるとともに、収縮により外径、内径ともに小さくなりスリーブ２に固着される。冷却後、型２６から取り出してダイヤモンドビーズ１を得る。

図５は、本発明のダイヤモンドワイヤソー３２の部分正面図である。このダイヤモンドワイヤソー３２は、公知のものでよいワイヤロープ３４にダイヤモンドビーズ１を挿通して構成されている。これらのダイヤモンドビーズ１は、所定の間隔で配置され、スリーブ２の一端をかしめることにより固定される。ワイヤロープ３４にダイヤモンドビーズ1を固定する方法はこれには限定されず、また、必ずしもワイヤロープ３４に直接固定する必要はない。そして、ワイヤロープ３４のダイヤモンドビーズの外に露出している部分は、従来行なわれているように通常はゴム３６などで被膜することが望ましい。この被膜３６は、ワイヤロープ３４が切粉により傷ついたり腐食するのを防ぎ、ダイヤモンドワイヤソー３２の寿命を延ばすことと、ダイヤモンドビーズ１の軸中心の回転とワイヤロープ３２方向への前後移動とを防ぐといった効果がある。また、図に示されるように、ダイヤモンドビーズ１の間でワイヤロープ３４に圧縮バネ３８を挿通させ、ダイヤモンドビーズ１がワイヤロープ３４に対して回転するのを防止するようにしてもよい。

本発明に係るワイヤソーは、その全てのビーズを溝付きのものとしても良いし、従来型の溝のないビーズと組合せて、例えば一個づつ交互に、或いは3個おきに溝付きのビーズを使用しても良い。

ＪＩＳ Ｂ４１３１に規定する粒度３０／４０のダイヤモンド砥粒とメタルボンド粉末とをダイヤモンドの集中度が１．５ｃｔ／ｃｍ^３になるように混合して混合粉をつくり、所定量を型に充填した。これを上から押しパンチにより冷間圧縮し、一方の端部に、端部から軸方向所定の範囲で端部側の外径が小さくなる傾斜を有する略円環状の仮成形体に成形した。

このように製作した２つの仮成形体を、傾斜を有する端面どうしを向かい合わせて、スリーブの外周上に嵌め、これを炉中に設置して還元雰囲気で８６０℃まで加熱し、１２０分間保持して焼結をおこない砥粒層を形成するとともに、砥粒層をスリーブに固着させた。冷却後、炉から取り出してダイヤモンドビーズを得た。

このダイヤモンドビーズをワイヤロープに挿通して所定の間隔で固着し、それぞれのダイヤモンドビーズ間にゴムを充填してダイヤモンドワイヤソーを製作した。

このダイヤモンドワイヤソーを用いて鉄筋コンクリートの切断をおこなった。鉄筋コンクリートは、配筋率（断面比）３％、ダイヤモンドワイヤソーの速度は２０m／ｓ、切断は乾式でおこない、ダイヤモンドワイヤソーの冷却のために被削材からの出口側でミスト状の研削水を１００ｃｃ／ｍｉｎ供給した。

比較例

比較例として、実施例と同条件の混合粉を冷間圧縮し、両端面が平行かつ平坦で全長が実施例の２倍となる略円環状の仮成形体に成形した。この単一の仮成形体を実施例と同じスリーブの外周上に嵌めて、実施例と同条件で焼結し、冷却してダイヤモンドビーズとした。これを使用し、実施例と同条件でダイヤモンドワイヤソーを製作した。

このダイヤモンドワイヤソーを用いて、実施例と同じ鉄筋コンクリートの切断を同条件でおこなった。実施例と比較例との結果を表１に示す。

表１から判るとおり、本発明の実施例のダイヤモンドワイヤソーは、比較例のものと比して約１．２倍の切断速度を得ることができた。

本発明の実施の形態に係るダイヤモンドビーズの正面図である。 本発明の実施の形態に係る混合粉の冷間圧縮成型時の断面図である。 本発明の実施の形態に係る仮成形体の断面図である。 本発明の実施の形態に係るダイヤモンドビーズの焼結時の断面図である。 本発明の実施の形態に係るダイヤモンドワイヤソーの一部の正面図である。

符号の説明

１ ダイヤモンドビーズ
２ スリーブ
４ 砥粒層
５ 砥粒環状体
７ 混合粉
８ 仮成形体
３２ ダイヤモンドワイヤソー
３４ ワイヤロープ

Claims (3)

1. 円筒状のスリーブと、該スリーブの外周上に固着された略円筒状の、砥粒を含んで構成された砥粒層とを備えたワイヤソー用ビーズにおいて、前記砥粒層は、少なくとも二つ以上の砥粒環状体を軸方向に重ねて形成され、前記二つ以上の砥粒環状体は互いに近接配置されており、隣り合う前記砥粒環状体の少なくともいずれか一方が、他方の砥粒環状体に隣り合う端部から軸方向所定の長さ範囲において、軸方向において前記端部から離れるにつれて外径が大きくなる傾斜部を備えていることを特徴とする、ワイヤソー用ビーズ。
2. 円筒状のスリーブと、該スリーブの外周上に固着された略円筒状の、砥粒を含んで構成された砥粒層とを備えたワイヤソー用ビーズの製造方法において、砥粒とメタルボンド材とを混合して混合粉を所定の型に充填してリング状に圧縮成形し、軸方向での少なくとも一方の端部側において、端部から軸方向所定の長さ範囲において、軸方向において前記端部から離れるにつれて外径が大きくなる傾斜部を備えた仮成形体を製作し、前記スリーブに複数の前記仮成形体を、隣り合う前記仮成形体の少なくともいずれか一方が、他方の仮成形体に隣り合う端部側が前記傾斜部となるように、積層して装着し、熱処理することにより前記仮成形体を燒結すると共に前記スリーブに固着し、前記砥粒層を形成することを特徴とする、ワイヤソー用ビーズの製造方法。
3. ワイヤと、該ワイヤに取付けられた複数のビーズとを備えたワイヤソーにおいて、前記ビーズが、円筒状のスリーブと、該スリーブの外周上に固着された略円筒状の、砥粒を含んで構成された砥粒層とを備え、前記砥粒層は、少なくとも二つ以上の砥粒環状体を軸方向に重ねて形成され、前記二つ以上の砥粒環状体は互いに近接配置されており、隣り合う前記砥粒環状体の少なくともいずれか一方が、他方の砥粒環状体に隣り合う端部から軸方向所定の長さ範囲において、軸方向において前記端部から離れるにつれて外径が大きくなる傾斜部を備えていることを特徴とする、ダイヤモンドワイヤソー。
   

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