JP2015136757A - ダイヤモンドワイヤーソー - Google Patents

Abstract

【課題】切削対象物の抵抗を滑らかな曲面が接するようにして切削ダイヤモンド層の破損を防ぎ、切削対象物と垂直面の接触による小刻みな振動及び騒音も防ぐことができ、摩耗を順次進行させ使用寿命を延長することができるダイヤモンドワイヤーソーを提供する。
【解決手段】
本発明のダイヤモンドワイヤーソー(1)は、芯のワイヤーロープ(2)に、シャンク(3)とコイル(6)が交互に挿入され、シャンク(3)のいずれかの表面に切削ダイヤモンド層(4)が形成されてビーズ(5)を構成しており、全体が樹脂層(7)で覆われており、シャンク(3)は前方に向かって膨れた曲面形状部を有し、軸方向にはワイヤーロープに挿入するための中空部を含み、切削ダイヤモンド層(4)は前記曲面形状部の外表面に形成されており、樹脂層(7)はビーズ(5)の後ろに向かって直径が小さくなるよう形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明はダイヤモンドワイヤーソーに関する。

一般的に、コンクリート構造物の解体作業や、採石場で採石される石、あるいは川に架かる構造物の切断時などにおいて、迅速かつ切削面を均一にするためにワイヤーソーが使用されている。このような従来のワイヤーソー（１００）は、図７のように、ダイヤモンドのチップ（１０３）が円筒状に形成されたシャンク（１０４）の外周に融着、電気メッキ又はロウ付けにより固定装着されたビーズ（１０２）をワイヤー（１０１）の外周に一定の間隔で設置して、これらのワイヤー（１０１）を射出成形した樹脂によりビーズ（１０２）とワイヤー（１０１）を保護している。このように構成されたワイヤーソー（１００）を切断対象物に掛けて回転装置により高速回転させて切削対象物を切断する。特許文献１には被覆樹脂として蛍光塗料を含む樹脂が提案されている。特許文献２にはワイヤー表面の研磨材が固定されるシャンクの本体部を２段以上に形成することが提案されている。

従来ワイヤーのシャンク（１０４）の長さは１０〜１２ｍｍが一般的であり、ワイヤー直径４．８５ｍｍを使用する場合、ビーズ径は直径１０〜１１ｍｍを使用し、ワイヤー直径３〜３．２ｍｍを使用する場合、ビーズ径は直径８ｍｍを使用していた。上記寸法の設定理由は、円筒形ビーズによる切削性維持の為には、出来るだけ長い円筒形面積が必要であり、ワイヤーの曲率径の維持の限界であった。

特開平９−２３４７２８号公報 特開２００９−１１３１９８号公報

しかし、上記のような従来のワイヤーソーは、シャンクに段差があり、切削対象物への衝突により過剰な抵抗を受けやすいという問題、ダイヤモンド層が切削対象物に面接触し、ダイヤモンド砥粒の接触圧力を高くできないため切削効率が低い問題、ダイヤモンド層の過剰な摩擦によるワイヤー及び切削物の過剰な発熱の問題、切削時に進行方向にダイヤモンドチップの両側垂直面が切削対象物により過剰な抵抗を受けると、小刻みに振動する問題が発生し、又ワイヤーの振動によりワイヤーの送り速度を最適切削速度に設定出来ないという問題がある。これらの問題により、短時間運転でのワイヤーの破断、ワイヤー及び切削物の異常過熱によるダイヤモンド層の早期劣化により切削対象物切削時のワイヤー寿命の低下による高価なワイヤーソーを交換すること、切削速度の低下による切削時間の延長により切削コストが高騰する問題が生じる。

また、ダイヤモンド層の切削対象物への面接触することに起因し切削時に発生する切削屑を外部に適宜排出するために適切なシャンク長と間隔を置き、又ワイヤーが切削に必要な曲率を得るためにビーズを設置する為の間隔を取る必要があるため、ビーズの数の調節が難しいという問題点があり、ワイヤーの高寿命化、及び切削の高速化のためのビーズ数の増減に限界があった。より具体的には、従来ワイヤーの一般的シャンク長は１０ｍｍ〜１２ｍｍの為、１ｍ当たりのビーズ数は４０〜５０程度であり、それ以上のビーズ数はワイヤーの適切な曲率を得ることは困難であった。

本発明は、上記のような問題点を解決するため、短いシャンク長に切削作用を持つダイヤモンド砥粒を曲面形状をしたシャンク前面にダイヤモンド層として形成し、切削対象物へのシャンク前面の衝突による過剰な抵抗を滑らかな球帯形状により低下させ、且つ曲面形状による大きな表面積に切削ダイヤモンド層を形成し切削効率を上げるとともに切削ダイヤモンド層の過熱や破損を防ぎ、切削対象物とシャンク前面の垂直面の接触による小刻みな振動及び騒音も防ぐことができ、摩耗を順次進行させ使用寿命を延長し、且つ切断速度を高速化することができるダイヤモンドワイヤーソーを提供する。

本発明のダイヤモンドワイヤーソーは、芯のワイヤーロープに、シャンクとコイルが交互に挿入され、前記シャンクのいずれかの表面に切削ダイヤモンド層が形成されてビーズを構成しており、全体が樹脂層で覆われたダイヤモンドワイヤーソーであって、前記シャンクは前方に向かって膨れた曲面形状部を有し、軸方向にはワイヤーロープに挿入するための中空部を含み、前記切削ダイヤモンド層は前記曲面形状部の外表面に形成されており、前記樹脂層は前記ビーズの後ろに向かって直径が小さくなるよう形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、ビーズを構成するシャンクは前方が膨らんだ曲面形状部であり、その曲面形状部に切削ダイヤモンド層を形成することにより、切削効率が向上でき、ダイヤモンド層の接触圧力も高くでき、切削対象物の抵抗を受けにくく、滑らかな曲面が接するようにして切削ダイヤモンド層の破損を防ぐことができる。曲面形状の表面積は、円錐形状のものより表面積が大きく出来、また、曲面形状の場合、単位長当たりの表面積が最大となる。さらに、シャンクの軸方向にはワイヤーロープに挿入するための中空部を形成していることから、シャンク長を短く出来る。この結果、切削対象物と垂直面の接触による小刻みな振動及び騒音も防ぐことができ、摩耗が順次行われるため、使用寿命を延長することができる。また、シャンク長を短くすることによりビーズの数を多くすることができる。

さらに、樹脂層の形状を進行方向の後ろ側の直径が小さくなるように形成することにより、ビーズを支持すると同時に、切削屑を後方に順次排出することができる。

図１は、本発明の一実施例に係るワイヤーソーの一部を抜粋した斜視図である。 図２は同、部分断面図である。 図３は同、ワイヤーソーの部品組立を示す分離斜視図である。 図４は同、切削時の要部拡大断面図である。 図５は、本発明の一実施例に係るワイヤーソーを示した斜視図である。 図６Ａは本発明の一実施例に係るシャンクの断面図、図６Ｂは別の実施例のシャンクの断面図である。 図７は、従来のワイヤーソーの断面図である。

本発明は、コンクリートや石、鉄鋼構造物などを切断できるようにするワイヤーソーに関するものであり、ワイヤーに一定の間隔で配設されているビーズの送り方向側に曲面形状とそれに連続する僅かな直線部に形成することにより、最大表面積を確保し、その曲面に切削ダイヤモンドの層を固定し、曲面で切削する。曲面で切削すると単に切削対象物との引っ掛かりが少なくなるばかりでなく、すくい角ができ、効率のよい切削ができダイヤモンド層の余分な摩擦による過熱を防止。またワイヤー送り速度を従来品に比べて遅くし、接触圧力も高くでき、切削効率を挙げることができる。さらにビーズの数を任意に調整でき、好ましくは従来品よりも密度高く配置できることによりワイヤーの長寿命化、角のある切削物へのシャンクの過大な衝突による引っ掛かりによるワイヤー破断の事故が減少する。また、曲面形状は、同様の効果を持つ円錐形状よりも表面積が大きくできる。

本発明のダイヤモンドワイヤーソーは、長さ方向に長い芯のワイヤーロープに、シャンクとコイルが交互に挿入されており、前記シャンクは軸方向に中空部と、前方に向かって膨れた曲面形状部を含み、前記切削ダイヤモンド層は前記曲面形状部の外表面に形成されており、前記ビーズの切削ダイヤモンド層は前方に向かって膨れた曲面を有し、樹脂層はビーズの後ろに向かって直径が小さくなるよう形成されている。これにより、ビーズと樹脂層は全体として膨出形又ダイヤモンドワイヤーソーは水滴形であり、切削対象物の抵抗を従来のようにシャンクの垂直面に受けずに滑らかな曲面が接するようにして切削ダイヤモンド層の破損を防ぐことができる。また、従来の切削対象物と垂直面の衝突による小刻みな振動及び騒音も防ぐことができ、摩耗が順次行われるため、使用寿命を延長することができる。又、ビーズによる被切削物への引っ掛かりが減少する為、切断スタート時の過剰な抵抗がワイヤーにかからないことによりワイヤーに適度な張力をかけることができる。従って従来のワイヤーでの切断作業前に被切削物の角部分に切削溝を作る作業の必要が無くなる。

前記において、芯のワイヤーロープに挿入できるビーズのシャンク長は８ｍｍ以下が好ましく、さらに好ましくは４〜８ｍｍ以下である。このようにすると６０〜１５０ｐ／ｍ（１ｍ当たりの数）とすることができる。もちろん６０ｐ／ｍ未満にすることは容易にできる。従来品はシャンク長が１０ｍｍ以上であり４０〜５０ｐ／ｍのものが限界であった。また本発明のビーズと樹脂層の最大直径は１０〜１５ｍｍが好ましく、さらに好ましくは１０〜１２ｍｍである。この点、従来のワイヤーは、シャンク長さ１１〜１２ｍｍであり、１１ｍｍの場合はワイヤー１ｍ当たり１１×４０＝４４０ｍｍ、１２ｍｍの場合は１２×５０＝６００ｍｍであった。これに対して本発明のワイヤーはシャンク長さを４〜８ｍｍにできるので、８ｍｍの場合ワイヤー１ｍ当たり８×６０＝４８０ｍｍ、４ｍｍの場合４×１５０＝６００ｍｍとなり、６０〜１５０ｐ／ｍとすることができる。

本発明においては、上記ビーズとビーズの間にコイル（スプリング）を含む。コイル（スプリング）はワイヤーロープに挿入され、ビーズ間の適正距離を維持し、切削時に切削対象物から伝わる切削抵抗を緩和し、被切削対象物とワイヤーとの接触によるワイヤーロープの破損を防止する。コイル（スプリング）は、ビーズが切削時に切削対象物から伝わる切削抵抗によって後ろに押される過剰な荷重を弾性力によって吸収する。

前記シャンクの曲面形状部は、前方に向かって半球状又は弾丸状である曲面形状が好ましい。断面で見ると半円状、半楕円状又は半長円状である。これにより、切削ダイヤモンド層も同様に前方に向かって半円状に形成でき、シャンクの単位長当たりの表面積が円錐形や円筒状と比較して大きな表面積が確保でき、切削効率をさらに上げることができる。前記切削ダイヤモンド層は、シャンクの曲面形状部の外部表面に金属結合材層を介して固着される。前記金属結合材層は電気メッキ法、融着、ロウ付け法又は真空ロウ付け法を採用するのが好ましい。これにより、曲面形状部であってもダイヤモンド層を形成できる。また、前記形状のシャンクにすることにより、短いシャンク長で大きな表面積を持ったダイヤモンド層が形成可能である。

前記シャンクは、曲面形状部と、シャンク内部の軸方向に中空部を含む。中空部にはワイヤーロープが挿入されるため、曲面形状部表面の切削ダイヤモンド層に切削抵抗が掛かっても、中空部によって支えることができ、切削ダイヤモンド層が動くことは防止される。

前記樹脂層は、ビーズの背面から後方に向かって径が細くなるように形成された傾斜部を有するのが好ましい。これにより、切削ダイヤモンド層によって切断された切削屑は、逃げ角を形成した傾斜部に集まって外部に排出が容易になり、また切削ダイヤモンド層が切断するための前面と上面が露出しやすくなる。

樹脂層は、弾性樹脂であるのが好ましい。弾性樹脂であればワイヤーロープに様々なストレスが掛かっても破壊しにくい。樹脂層は、天然ゴム、合成ゴム、シリコーンゴム、ウレタン又は熱硬化性エラストマーが好ましい。場合によっては熱可塑性エラストマーも使用できる。また樹脂層の外周には凹部が形成されてもよい。これにより樹脂成形性を上げることができる。樹脂層は射出成形により形成するのが好ましい。

熱硬化性エラストマーとしては、一例としてスチレン系，オレフィン系，塩化ビニル系，ウレタン系，エステル系，アミド系，塩素化ポエチレン系，Ｓｙｎ−１，２−ポリブタジエン系，Ｔｒａｎｓ−１，４−ポリイソプレン系，フッ素系等の熱硬化性エラストマーが挙げられる。熱硬化性エラストマーには任意の着色剤、安定剤、紫外線防止剤、強化繊維などが添加されていても良い。

前記切削ダイヤモンド層を覆う樹脂層は、切削時には剥がれて曲面状の切削ダイヤモンド層が露出し、切削対象物を切削する。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を詳細に説明する。本発明は下記の実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
本発明のワイヤーソー（１）は、図１〜図３に示すように、芯のワイヤーロープ（２）に、シャンク（３）とコイル（６）を交互に挿入し、全体は樹脂層（７）で覆った構造である。シャンク（３）の断面図は図６Ａに示すとおりであり、内部の軸方向には中空部（３ａ）を形成し、ここにワイヤーロープ（２）を挿入した。シャンク（３）は前方に向かって膨れた断面が円形の曲面形状部とした。切削ダイヤモンド層（４）は、シャンク（３）の曲面形状部の外表面に形成した。切削ダイヤモンド層（４）はビーズ（５）の前方に向かって膨れた曲面を有し、コイル（６）表面の樹脂層（７）はビーズ（５）の後ろに向かって直径が小さくなる傾斜面とした。

上記ワイヤーロープ（２）は、長さ方向に長く延長されて、切断対象物に形成される切削ボールや切削溝にワイヤーソー（１）をかけた後、回転装置に装着して回転力を利用して、切断対象物を切断する。ワイヤーソー（１）は進行方向Ａに向かって右又は左に旋回しながら切断対象物を切断する。

上記のビーズ（５）は、図２のように、ワイヤーロープ（２）の外周に多数が一定の間隔で配設されているシャンク（３）と、そのシャンク（３）に取り付けられる切削ダイヤモンド層（４）で構成されている。

上記のシャンク（３）の中空部（３ａ）は、表１に記載の内径を有する。シャンク（３）は、例えば最大直径１０〜１１ｍｍ程度とし、前方から後方に向かって大径となるように湾曲された曲面形状部が形成されている。曲面形状部は半球状又は弾丸状であっても良い。

切削ダイヤモンド粒子は、ビーズ（５）を構成するシャンク（３）の曲面形状部の外側表面に金属結合材層を介して固着した。前記金属結合材層はニッケルとし、真空ロウ付け法により形成した。これにより、切削ダイヤモンド層（４）を前記曲面形状部と同じように湾曲させて形成できた。

本実施例のシャンクは、一例としてワイヤーロープ直径３．０〜３．２ｍｍのタイプと直径４．８ｍｍタイプのものがあるので、分けて一例の寸法を示すと次の表１の通りとなる。

芯のワイヤーロープ（２）にシャンク（３）とコイル（６）を交互に挿入した後、射出成形機により樹脂層（７）を形成した。樹脂層（７）はコイル（６）の表面に後ろに向かって直径が小さくなる傾斜面を有するように充填した。

上記樹脂層（７）は、ビーズ（５）とビーズ（５）との間に形成されており、ワイヤーロープ（２）に取り付けられたビーズ（５）の理解のため、図２のように前方に位置する前方ビーズ（５ａ）と後方に位置する後方ビーズ（５ｂ）に区別して説明する。

前記樹脂層（７）は前が広く後が細い直径でビーズ（５）を覆って成形した。切削ダイヤモンド層（４）によって切断された切削屑は、前方の傾斜部に集まって外部に排出が容易になった。樹脂層（７）は切削対象物と接触した後は切削ダイヤモンド層（４）の表面の部分は無くなり、切削ダイヤモンド層（４）の前面と上面が露出して切削対象物を切削する（図４）。

上記樹脂層（７）の外側表面に形成された凹部（８）は、ワイヤーソー（１）製造時ワイヤーロープ（２）とビーズ（５）とコイル（６）を固定したピンがシート状のゴム原料（７）が固化するとき、抜けて形成される。ピンを使用しない場合、凹部（８）は形成されない。

これらの樹脂層（７）の材質は、弾性のある材料で形成するのが好ましく、好ましい材質はゴム、ウレタン又は熱硬化性エラストマーである。本実施例では合成ゴムを使用した。

上記コイル（６）は、圧縮可能なスプリングで構成され、ワイヤーロープ（２）に挿入した。これらのコイル（６）は、ビーズ（５）とビーズ（５）の適正な距離を維持するために設置され、また、切削時に切削対象物から伝わる切削抵抗を緩和するために組み込まれている。コイル（スプリング）は、ばね用ステンレス鋼線、ピアノ鋼線等のばね用鋼線を巻いた圧縮ばねを使用する。好ましいばね鋼線の太さは０．５〜１．３ｍｍが好ましく、コイルの長さはビーズのピッチによって任意に選択する。

このようなコイル（６）は、上記のシャンク（３）の後端に一端が支持され、他端はシャンク（３）の中空部（３ａ）の先端に設置されて組み込まれる。

このように構成されたワイヤーソーの切削作業は次のとおりである。まず、切断対象物に切削ボールや切削溝を形成する事無く、図６のように、円形の輪に用意されたワイヤーソー（１）を切断位置及び回転装置に装着し保持可能なワイヤー張力を掛けて切断位置を確定させ、切断作業を準備する。

その後、回転装置により徐々にワイヤー送り速度を増加作動すると、ワイヤーソー（１）が回転している前方にある前方ビーズ（５ａ）の切削ダイヤモンド層（４）が切断対象物の設定位置を正確に切断するようになる。この時に発生する切粉は、樹脂層（７）の傾斜部から外側に向かって排出される。

本実施例のワイヤーは切削物への引っ掛かりを無くす構造になっているため、切断位置を確定するための切削ボールや切削溝を作ってワイヤー位置を確定することを省き、位置設定に必要なワイヤー張力を切断当初より設定出来、かつスロースタートによりワイヤーの切断位置のズレが生ずることを防止できる。

この時、前方ビーズ（５ａ）が切断対象物に過度に接触すると、切断対象物には抵抗が発生するが、この時に発生する切削抵抗によって前方ビーズ（５ａ）が後ろに押されると、支持の役割をするコイル（６）がわずかに圧縮され、切削抵抗に対応してビーズ（５）の破損が防止される。

このように、切削ダイヤモンド層（４）をシャンク（３）の前方曲面形状部に付着させることにより、高価な切削ダイヤモンド層（４）の破損を防止し、切削力を向上させ、同時に使用寿命を延長する便利なワイヤーソー（１）を提供できる。

図４は切削時の要部拡大断面図である。ワイヤーソー（１）は進行方向Ａに向かって旋回されながら進み、切削ダイヤモンド層（４）は切削対象物（１０）に対してすくい角を持って曲面で切削する。このため切削効率は極めて高い。切削屑（９ａ，９ｂ）は後方の樹脂層（７）の傾斜面に溜まり、左右いずれかの方向に落下して排除される。このようにして切削溝（１１）が形成され、連続して切削作業続けるといずれは切削対象物を切断できる。実際の金属切削物の切削面には、ダイヤモンド層によって切削された切断マークが表れるが、従来ワイヤーのそれよりも深い切断紋（刃物切削で言うナイフマークが現出している。

本実施例のワイヤー直径４．８ｍｍのダイヤモンドワイヤーソーと図８に示す同一径の従来品を比較すると、次の表２に示すようになる。なお、切削対象物は縦３ｍ、横１．５ｍ、配筋率８％の鉄筋コンクリートとし、ダイヤモンドワイヤーソーの長さ２０ｍとした。

以上のとおり、本発明の実施例品は従来品に比べて、ビーズ密度を高く、切削対象物との接触圧力とワイヤー張力を高く、送り速度を遅くできる。この結果、発熱が低いため冷却水は不要であり、火花の発生もなく、振動もないダイヤモンドワイヤーソーとすることができた。この結果、寿命特性も大幅に向上できた。

（実施例２）
図６Ｂに示すシャンク（１３）を用いた以外は実施例１と同様にダイヤモンドワイヤーソーを作製した。このシャンク（１３）は中空部（１３ａ）が内部の軸方向に形成されており、外側表面は断面が楕円状の曲面形状部に形成し、前記曲面形状部の外側表面に切削ダイヤモンド層（１４）を真空ロウ付けにより形成した。そして中空部（１３ａ）にワイヤーロープ（２）を挿入した。得られたダイヤモンドワイヤーソーの特性は実施例１とほぼ同様であった。

本発明のダイヤモンドワイヤーソーは、コンクリート構造物の解体作業や、採石場で採石される石、あるいは川に架かる構造物の切断時、金属の切断、原子力発電所の切断解体作業などを水を使用せずに切断するために有用である。

１ ワイヤーソー
２ ワイヤーロープ
３，１３ シャンク
３ａ，１３ａ 中空部
４，１４ 切削ダイヤモンド層
５ ビーズ
６ コイル
７ 樹脂層
８ 凹部
９ａ，９ｂ 切削屑
１０ 切削対象物
１１ 切削溝
Ａ 進行方向

Claims (7)

1. 芯のワイヤーロープに、シャンクとコイルが交互に挿入され、前記シャンクのいずれかの表面に切削ダイヤモンド層が形成されてビーズを構成しており、全体が樹脂層で覆われたダイヤモンドワイヤーソーであって、
   前記シャンクは前方に向かって膨れた曲面形状部を有し、軸方向にはワイヤーロープに挿入するための中空部を含み、
   前記切削ダイヤモンド層は前記曲面形状部の外表面に形成されており、
   前記樹脂層は前記ビーズの後ろに向かって直径が小さくなるよう形成されていることを特徴とするダイヤモンドワイヤーソー。
2. 前記シャンクの曲面形状部は、前方に向かって半球状又は弾丸状である請求項１に記載のダイヤモンドワイヤーソー。
3. 前記樹脂層は前記ビーズの後ろに向かって傾斜面に形成されている請求項１又は２に記載のダイヤモンドワイヤーソー。
4. 前記切削ダイヤモンド層は、シャンクの曲面形状部の外部表面に金属結合材層を介して固着されており、前記金属結合材層は電気メッキ、融着、ロウ付け又は真空ロウ付けにより形成されている請求項１〜３のいずれかに記載のダイヤモンドワイヤーソー。
5. 前記樹脂層は、弾性樹脂である請求項１〜４のいずれかに記載のダイヤモンドワイヤーソー。
6. 前記樹脂層は、ゴム、ウレタン及び熱硬化性エラストマーから選ばれる少なくとも一つである請求項１〜５のいずれかに記載のダイヤモンドワイヤーソー。
7. 前記シャンク長は８ｍｍ以下である請求項１〜６のいずれかに記載のダイヤモンドワイヤーソー。

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