JP2007223023A - 比較的硬質な材料を切削するための切削ワイヤ用の環状研磨ビード素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】比較的硬質な材料を切削するための切削ワイヤ用の環状研磨素子を製造する方法において、各ビードに支持素子の存在を必要としない方法を提供する。
【解決手段】本発明は、比較的硬質な材料を切削するための切削ワイヤ用の環状研磨ビード素子を製造するための方法に関し、金属材料粉末と粒状研磨材料との混合物を第１の金型の少なくとも１つの環状座部に入れる工程と、前記金型内の前記混合物を成形して、内部貫通孔（５）を有する少なくとも１つの成形された環状素子を得る工程と、成形された各環状素子を焼結して、完成した環状研磨素子を得る工程という一連の工程を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、石材のような比較的硬質な材料を切削するための切削ワイヤ用の環状研磨ビード素子の製造方法に関する。

公知のように、石材の切削には、いわゆる「ビードワイヤ」がしばしば使用されてきたが、研磨材料としてダイヤモンドの使用が想定されている。通常二つ以上のビードワイヤ用の巻き取り滑車を備え、滑車のうち少なくとも１つは電動式である「ワイヤ装置」と称される装置で、前記のビードワイヤが使用される。一方の巻き取り滑車と他方の滑車との間における前記のビードワイヤ部分の一方が、加工物（通常、大理石や花崗岩等のブロック）に接触させられ、ブロックとワイヤとの間の駆動動作がビードワイヤ又は加工物に付与される。

ダイヤモンドビードワイヤが使用されるとすると、例えば寸法の大きなダイヤモンドディスクにより達成される切削高さよりも、明らかに高い切削高さが得られる。これは、切削ワイヤが一般的にディスクよりも薄く精密で、消費エネルギーを小さくし、切削深さを均等にできるからである。

従来のダイヤモンドワイヤは一般的には、リング形状で１０ｍｍ程度の直径及び長さの、いわゆる「ビード」（ダイヤモンド）が固定されている高強度の撚線スチールケーブルにより構成される。

ダイヤモンドビードの製造には、粉状の金属材料（ビードマトリクス形成用）と細粒状の研磨材料との混合物を、通常、冷間プレスにかけ、ほぼ円筒状の支持素子を強制挿入するための貫通孔が形成された、業界用語では「冷間予備成形品」と称される圧縮塊を得る。しかし、得られた前記塊−支持素子のセットは、切削ワイヤ上のビードとして使用するには適さない。支持素子を備えた冷間予備成形品に対して、たとえば業界用語で言うところの「熱間プレスを伴わない焼結」、いわゆる「自由焼結」、「平衡焼結」、又は「黒鉛焼結」などの焼結加工をしなければならない。

熱間プレスを伴わない焼結は、ほぼ大気圧下で行われ、金属支持素子を備えた冷間予備成形品を一工程以上の加熱工程を経るものである。一方で、平衡焼結及び黒鉛焼結の場合、金属支持素子を伴う予備成形品を加圧圧縮工程で加工するものであり、加熱工程で加工してもよい。

焼結工程中、マトリクスにおける隣接した粒子間が強固に結合し、粒子間の空気領域を段階的に排除し、それにより単体粒子の表面エネルギーを減少させ、一度焼結された成形品の機械的特性が改善される。

焼結工程後、縦の貫通孔、好ましくはねじ孔が、通常金属支持素子中に形成され、完成された環状素子すなわちビードが得られる。この時点で、撚線金属ケーブルがこのように形成されたビードに挿入され、単数又は複数のビードを備えたワイヤ部分が射出成形用金型に装填され、少なくとも各ビードにプラスチック材料が注入され成形され、各ビードがスチールケーブルに安定して固定される。注入されたプラスチック材料による固定作用とともに、各ビードの内部のねじ山により、切削中にビード自体が撚線ケーブルに対して回転しないようにされる。

したがって、前記技術によって切削ワイヤを得るためには、金属支持体の使用が必要であるが、金属支持体は、各ビードという研磨部材を含むマトリクスを撚線ケーブルに固定する役割を果たすのみで、切削工程には積極的な役割を果たさない。

金属支持素子を使用すると、穿孔加工及び、場合によってはねじ切り加工が必要となり、それによって必然的に切削ワイヤ製造は、余計なコストがかかり、またより困難になり、時間もかかることになる。

現在使用されているビードはさらに、内側芯部、すなわち金属支持素子を備えているが、使用中にはこの金属支持素子は切削機能を有しない。このため、研磨用の外部被覆が一旦消耗すると、その他のビードのほとんどが切削には依然「有効」であるのに、ワイヤの切削作用は減少し始めることになる。

前記の内部金属支持素子の存在はまた、焼結工程を実施する際に十分な注意が必要となる。焼結工程によって、過度に変形してマトリクスの破損を起こす危険性があるからである。

したがって、本発明の主な目的は、比較的硬質な材料を切削するための切削ワイヤ用の環状研磨素子すなわちビードを製造するための方法において、各ビードに支持素子の存在を必要としない方法を提供することである。

本発明の別の目的は、比較的硬質な材料を切削するための切削ワイヤ用の環状研磨素子すなわちビードを製造するための方法において、現在使用されている方法に比べて材料を大幅に削減できる方法を提供することである。

本発明の別の目的は、比較的硬質な材料を切削するための切削ワイヤ用の環状研磨素子すなわちビードを製造するための方法において、現在使用されている方法に比べて格段に低いコストで達成できる方法を提供することである。

本発明の別の目的は、これまで使用されてきた方法と比べて、簡便かつ迅速に製造できる切削ワイヤの製造方法を提供することである。

本発明の第一の様態によると、比較的硬質な材料を切削するための切削ワイヤ用の環状研磨ビード素子を製造する方法が提供され、
金属材料粉末と粒状研磨材料との混合物を第１の金型の少なくとも１つの環状座部に入れる工程と、
前記金型内の前記混合物を成形して、内部貫通孔（５）を有する少なくとも１つの成形された環状素子を得る工程と、
成形された各環状素子を焼結して、完成した環状研磨素子を得る工程という一連の工程を備えている。

本発明の別の様態によると、石材用の切削ワイヤを製造する方法が提供され、
本発明の方法により得られた少なくとも１つの完成した環状研磨素子を、少なくとも１つのケーブル部分に嵌める工程と、
少なくとも１つの環状研磨素子を担持した前記少なくとも１つのケーブル部分を、第２の金型の少なくとも１つの座部に前もって配置する工程と、
前記ケーブル上の完成した各環状研磨素子上に、少なくとも１種類の成形可能なプラスチック材料を成形して、各環状研磨素子を安定した状態で前記ケーブルに固定する工程という一連の工程を備えている。

本発明の別の様態によると、石材用の切削ワイヤを製造する方法が提供され、
本発明の方法により得られた少なくとも１つの完成した環状研磨素子を、第２の金型の少なくとも１つの座部に前もって配置する工程と、
前記少なくとも１つのケーブルを、前記第２の金型の前記少なくとも１つの座部に前もって配置された前記少なくとも１つの環状研磨素子に挿入する工程と、
前記ケーブル上の各環状研磨素子上に、少なくとも１種類の成形可能なプラスチック材料を成形して、各環状素子を安定した状態で前記ケーブルに固定する工程という一連の工程を備えている。

本発明のさらに別の様態及び利点は、非限定的な実施例により、現在好適であるいくつかの実施形態についての下記の詳細な説明によってより明らかになるであろう。実施形態は、図面を参照して記載している。図面では、同等又は類似の部分又は部品は同じ参照番号が付されている。

本発明の切削ワイヤ用の環状研磨素子すなわちビード１を作成するための方法は、粉末状金属材料と粒状研磨材料との混合物を金型の少なくとも１つの環状の座部に入れる工程、前記金型内の前記混合物を圧縮して、貫通孔を有する少なくとも１つの環状形状の素子を得る工程という一連の工程を備えている。

このようにして、冷間プレスされた半完成又は予備成形素子、すなわち、金型の座部としての環状素子が成形され、予備成形素子は好適な縦貫通孔の境界となる内壁１ａを備えるように成形される。

このようにして得られた予備成形素子は、最後に焼結され、完成した環状素子が得られる。

好適には、前記金属粉末材料は、粉末状、又は粉末の塊状である。好適には、圧縮方法は冷間プレスである。

焼結方法は好適には、ホットプレスを伴わずにほぼ大気圧下で行われる焼結方法である。

このような方法で得られた環状素子すなわちビード１は、本発明の方法により得られた完成した環状素子をケーブル部分、例えば撚線金属ケーブルの部分、又はケブラー（Kevlar）及び／又はカーボンファイバを含む部分に嵌め、金型Ｍの少なくとも１つの座部に、少なくとも１つの環状素子を備えた前記の金属ケーブル部分を前もって配置し、少なくとも１種類の成形可能なプラスチック材料ＰＭを、前記の金属ケーブル上のそれぞれ完成した環状素子位置で成形することにより、ケーブル、例えば撚線金属ケーブル、又はケブラー（Kevlar）若しくはカーボンファイバで形成した部分に固定でき、それによって切削ワイヤＦＴ部分を得ることができる。

したがって、前記のプラスチック材料は、各環状素子１とケーブル２との間の接着剤として作用し、好適には前記の環状素子又は各環状素子１とケーブル２との間に形成された空間Ｉにも挿入される（図４）。

さらに、切削作業中のケーブルの損傷や破損を防ぐために、プラスチック材料等をケーブルの二つの連続したビード間の長さ部分にも注入することが可能である。

最初に金型に環状素子すなわちビードを前もって配置し、その後、金型内の環状素子にケーブルを挿入することが可能である。

さらに、環状素子に成形可能なプラスチック材料を供給するためにノズル３ａのみを想定することも可能であるが、このようなノズルを、二つの隣接した環状素子間のケーブル部分にプラスチック材料を供給するためのノズル３ｂと組み合わせることを想定することも可能である。また、金型の座部における全ケーブル部分にプラスチック材料を供給するための単一のノズルが１つあってもよい。

金属材料として適当な材料は、コバルト、鉄、銅、錫、タングステン、チタン、ニッケル、及び、例えばブロンズなどそれらの合金である。

好適には、前記の研磨材料は、工業用ダイヤモンド、タングステンカーバイド、炭化珪素、赤褐色コランダム、窒化硼素、炭化硼素で構成される群の少なくとも１つの成分の粒状体を含む。

前記のプラスチック成形可能材料として適した材料は、好適には以下の材料から選択される：ポリアクリレート樹脂、線状ポリアミド、ポリアミド−ポリアミン混合物、ポリアミド（ＰＡ）、ポリメタクリルアミド、ポリアミドイミド、ポリアリルアミド、ポリフタルアミド、ポリエーテルイミド、熱可塑性ポリウレタンポリマー、非晶質ポリアミド、ポリブチレン−１、ポリメチルペンテン、スチレンポリマー、フッ化ポリマー、ポリ（メタ）アクリルプラスチック材料、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）成形塊、ポリカーボネート、ポリアルキレンテレフタレート（ＰＴＰ）、ポリアリレート、酸化物−硫化物（ＰＰＳ）−線状ポリアリル硫化物、変性ポリフェニレンオキサイド（ＰＰＯ）、ポリアリルエーテル（ケトン、ポリスルホン、ＰＥＥＫ）、熱可塑性ポリエステル（ＬＣＰ）。

環状素子１の撚線ケーブルへの固定を向上させ、それによって環状素子１のケーブルに対する角運動（これが切削ワイヤの切削動作の効果を無くすか低下させる）を防止するために、冷間予備成形素子を得るための前記の金型の座部又は各金型の座部は、好適には、予備成形素子が把持手段すなわち部分４を備えるような形状とする。

図１−４を特に参照すると、環状素子１はそれぞれ、縦貫通孔すなわち穴５を有し、それぞれが軸ｘ−ｘに対して放射状に延びる１つ以上の横長凹部４ａを有する、軸ｘ−ｘを中心とする回転体として示されている。

好適には、各環状素子は、４つのノッチ４ａを形成しており、２つは貫通孔５の一端すなわち開口部６ａに形成し、２つは貫通孔５の他端すなわち開口部６ｂに形成している。より好適には、各開口部の前記２つの凹部は軸ｘ−ｘを含む面に対してほぼ対称的に延びる。

図５から７を参照すると、環状素子１は、貫通孔５を有する環状素子１の、ねじ山が形成された内壁４ｂを把持部として有するように示されているが、図８から１０は、内壁に縦長の軽目スロット４ｃ（図８では４つ）が形成された環状素子１を図示している。環状素子１の各端部６ａ、６ｂには、プラスチック材料ＰＭに対して別の係止手段となるように、一対の直径方向に対向する外部平坦面４ｄが形成されている（図１０）。

さらに、把持手段４は、例えば楕円（図８）などの非円形断面、又は、例えば三角形、四角形、五角形（図１２）などの断面の多角形部分４ｅを有する貫通孔５を備えてもよい。

このように、本発明の切削ワイヤは、ケーブル、好適には撚線金属ケーブルを含み、これには複数のダイヤモンドビードが固定されており（図１３）、ワイヤ領域すなわち連続したビード間部分は、プラスチック材料にて被覆されていてもよく（図１４）、被覆されていなくてもよい（図１３）。使用中できるだけ各ビードを所定位置に保持するために、従来の切削ワイヤに関して現在使用されている保持手段、例えば間隔バネＳ（図１５）、フレキシブルスペーサ等が使用できる。

実験結果
本発明の方法で得られた切削ワイヤと従来の切削ワイヤとを比較するために、いくつもの実験を行い、その結果をまとめて以下に示す。

ａ）従来のダイヤモンドワイヤ（参照として）
ブロックの材料：花崗岩
ワイヤを駆動する切削ワイヤ装置：電動モータで駆動される市販のタイプの切削ワイヤ装置
切削ワイヤの種類：３７ビード／メータの従来の市販タイプのワイヤであり、ビードは平衡焼結により得られる１１ｍｍサイズのビード
長さ１８９ｃｍの花崗岩のブロックを切削する切削ワイヤの線速度：２２ｍ／ｓ
負荷状態での切削ワイヤ装置モータによる電流吸収：１５０／１６０アンペア
切削ブロックにおける切削高さ：５５ｃｍ／時間
ブロック長による、ブロックにおける時間あたりの切削高さ：約１ｍ²／時間
切削ワイヤの張り：ワイヤは２つの滑車に掛けられ、適当な引張装置によって４２．５バールの圧力を印加することにより、牽引状態に保たれた。

平均切削ワイヤ歩留り：２００／２５０平方メータの切削
ｂ）本発明の方法により得られたダイヤモンドワイヤ
ブロック材料：花崗岩
切削ワイヤ装置：電動モータで駆動される市販のタイプのワイヤーソー装置
切削ワイヤの種類：本発明の方法により自由焼結で得られる１１ｍｍサイズのビードを２７ビード／メータ備えた切削ワイヤ
長さ１８０ｃｍの花崗岩のブロックを切削する際のワイヤの線速度：２２ｍ／ｓ
切削ワイヤ駆動のための負荷状態でのソーモータによる電流吸収：１５０／１７０アンペア
最大ブロック切削速度：８３ｃｍ／時間
ブロック長当たりの切削されるブロック高さ／時間：約１．５ｍ²／時間
ワイヤの張り：切削ワイヤは２つの滑車に掛けられ、適当な引張装置によって約４２．５バールの圧力を印加することにより、牽引状態に保たれた。

平均切削ワイヤ歩留り：１７０／１９０平方メータの切削
本発明の方法によるダイヤモンド切削ワイヤを得るためのコストは、従来のダイヤモンドワイヤのコストの半分近くであることが分かった。

前記のデータから、本発明の方法による切削ワイヤは、従来のダイヤモンドワイヤと比べて僅かに歩留りが低いとしても、非常に低いコストで得られるにもかかわらず大きな切削速度（すなわち時間切削当たりのブロック高さ）を確実に提供することが分かる。

したがって、本発明の環状素子を得る方法は、ビード用の金属支持部材の使用を不要とすることができ、その結果、このような支持を提供するために必要となる付加的な操作、例えば穿孔加工及びねじ切り加工を不要とすることができる。さらに、焼結工程では環状素子は、金属支持部材の望ましくない変形による破損の危険性無く変形することができる。これはコストを明らかに削減する一方で、ダイヤモンド切削ワイヤ用の環状素子の製造をより簡便かつ迅速にし、その結果、ダイヤモンド切削ワイヤの製造自体をより簡便かつ迅速にする。

上記のような環状素子を得る方法は、請求項に定義される保護の範囲内で様々な変更及び変形が可能である。

本発明の切削ワイヤを得るための金型の断面における部分平面図。 本発明の環状研磨素子の平面図。 図２のIII−III線縦断面図。 図２と同様の環状研磨素子に挿入された撚線金属ケーブルの縦断面図。 本発明の環状研磨素子の別の実施形態についての図２と同様の図。 本発明の環状研磨素子の別の実施形態についての図３と同様の図。 本発明の環状研磨素子の別の実施形態についての図４と同様の図。 本発明の環状研磨素子の別の実施形態についての図２と同様の図。 本発明の環状研磨素子の別の実施形態についての図３と同様の図。 本発明の環状研磨素子の別の実施形態についての図４と同様の図。 本発明の環状素子に挿入された撚線金属ケーブルの一部の側面図。 図１１のXII−XII線断面図。 本発明の切削ワイヤの側面図。 ２つの隣接した環状研磨素子の間のケーブル部分、すなわち長さ部分がコーティングされた図１３のワイヤの一部切り欠き側面図。 本発明の切削ワイヤの一部切り欠き側面図。

Claims (19)

1. 比較的硬質な材料を切削するための切削ワイヤ用の環状研磨ビード素子を製造する方法であって、
   金属材料粉末と粒状研磨材料との混合物を第１の金型の少なくとも１つの環状座部に入れる工程と、
   前記金型内の前記混合物を成形して、内部貫通孔（５）を有する少なくとも１つの成形された環状素子を得る工程と、
   成形された各環状素子を焼結して、完成した環状研磨素子を得る工程という一連の工程を備えたことを特徴とする方法。
2. 前記焼結作業は、ほぼ大気圧下で行われることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記金属材料粉末は、コバルト、鉄、銅、錫、タングステン、チタン、ニッケル、及びそれらの合金を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記粒状研磨材料は、工業用ダイヤモンド、タングステンカーバイド、炭化珪素、赤褐色コランダム、窒化硼素、炭化硼素で構成される群の少なくとも１つの成分の粒状体を含むことを特徴とする先行する請求項のいずれかに記載の方法。
5. 前記金型の各座部は、各成形環状素子に把持手段（４、４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｅ）を形成するような形状としていることを特徴とする先行する請求項のいずれかに記載の方法。
6. 前記把持手段は、少なくとも１つの横長凹部（４ａ）を含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 前記把持手段は、前記内部貫通孔（５）に形成された少なくとも１つのねじ山（４ｂ）を含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。
8. 前記把持手段は、前記内部貫通孔（５）に形成された少なくとも１つの縦長スロット（４ｃ）を含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。
9. 前記把持手段は、断面が多角形（４ｅ）である前記内部貫通孔（５）を少なくとも含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。
10. 前記把持手段は、断面が楕円形である前記内部貫通孔（５）を少なくとも含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。
11. 請求項１から１０のいずれかに記載の方法により得られた環状ビード素子。
12. 石材用の切削ワイヤを製造する方法であって、
    請求項１から１０のいずれかに記載の方法により得られた少なくとも１つの完成した環状研磨素子（１）を、少なくとも１つのケーブル部分（２）に嵌める工程と、
    少なくとも１つの環状研磨素子（１）を担持した前記少なくとも１つのケーブル部分（２）を、第２の金型（Ｍ）の少なくとも１つの座部に前もって配置する工程と、
    前記ケーブル（２）上の完成した各環状研磨素子上に、少なくとも１種類の成形可能なプラスチック材料を成形して、各環状研磨素子を安定した状態で前記ケーブル（２）に固定する工程という一連の工程を備えたことを特徴とする方法。
13. 石材用の切削ワイヤを製造する方法であって、
    請求項１から１０のいずれかに記載の方法により得られた少なくとも１つの完成した環状研磨素子（１）を、第２の金型（Ｓ）の少なくとも１つの座部に前もって配置する工程と、
    前記少なくとも１つのケーブル（２）を、前記第２の金型の前記少なくとも１つの座部に前もって配置された前記少なくとも１つの環状研磨素子（１）に挿入する工程と、
    前記ケーブル上の各環状研磨素子上に、少なくとも１種類の成形可能なプラスチック材料を成形して、各環状素子を安定した状態で前記ケーブル（２）に固定する工程という一連の工程を備えたことを特徴とする方法。
14. 前記ケーブルは、撚線金属ケーブルであることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
15. 前記ケーブルは、ケブラー（Kevlar）及び／又はカーボンファイバを含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
16. 前記成形が射出成形であって、前記少なくとも１種類のプラスチック材料を、各環状研磨素子（１）と前記ケーブル（２）との間に強制的に浸入させることを特徴とする請求項１１から１５のいずれかに記載の方法。
17. 前記少なくとも１種類のプラスチック材料は、環状研磨素子間のケーブル部分全体を被覆するように成形されることを特徴とする請求項１１から１６のいずれかに記載の方法。
18. 前記プラスチック材料は、ポリアクリレート樹脂、線状ポリアミド、ポリアミド−ポリアミン混合物、ポリアミド（ＰＡ）、ポリメタクリルアミド、ポリアミドイミド、ポリアリルアミド、ポリフタルアミド、ポリエーテルイミド、熱可塑性ポリウレタンポリマー、非晶質ポリアミド、ポリブチレン−１、ポリメチルペンテン、スチレンポリマー、フッ化ポリマー、ポリ（メタ）アクリルプラスチック材料、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）成形塊、ポリカーボネート、ポリアルキレンテレフタレート（ＰＴＰ）、ポリアリレート、酸化物−硫化物（ＰＰＳ）−線状ポリアリル硫化物、変性ポリフェニレンオキサイド（ＰＰＯ）、ポリアリルエーテル（ケトン、ポリスルホン、ＰＥＥＫ）、熱可塑性ポリエステル（ＬＣＰ）で構成される群から選択されることを特徴とする請求項１１から１７のいずれかに記載の方法。
19. 請求項１１から１８のいずれかに記載の方法により得られる切削ワイヤ。

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