JP2015136853A - ダイヤモンドワイヤーソー切削装置 - Google Patents

Abstract

【課題】曲面形状の切削ダイヤモンド層を有するワイヤーソーを用い、低い循環速度の領域において、高トルクでワイヤーソーを循環駆動する。【解決手段】ダイヤモンドワイヤーソー(1)と、駆動プーリー(2)及びガイドプーリー(3〜5)と、少なくとも一部のガイドプーリーを変位させるプーリー変位装置(8)とを備えたワイヤーソー切削装置。操作用の一対のガイドプーリー(3)間のワイヤーソーを被削物に当接させ、接触圧をプーリー変位装置によって調整しながら、ワイヤーソーを循環駆動する。ワイヤーソーの切削用ビーズは、循環駆動方向の後方に向かって直径が増大するとともに外方に向かって凸となった曲面形状部を有するシャンクと、曲面形状部の領域の外表面に設けた切削ダイヤモンド層とを備える。駆動プーリーを回転駆動する同期サーボ電動モータは、ワイヤーソーの循環速度が５〜２０ｍ／ｓｅｃの領域でトルクが最大である。【選択図】図１

Description

本発明は、ダイヤモンドビーズを備えたループ状のダイヤモンドワイヤーソーを、コンクリート等の被削物に圧接しながら循環駆動して被削物を切削するワイヤーソー切削装置に関する。

ワイヤーソー切削装置は、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削などに際して、迅速かつ切削面を均一にするために使用されている。ダイヤモンドワイヤーソーは、ワイヤーロープにダイヤモンドビーズを装着し無端のループ状に構成した切削工具である。

従来例のダイヤモンドワイヤーソーを、図１０に一部断面にして示す。このワイヤーソー１００は、ワイヤーロープ１０１からなる芯にビーズ１０２を装着したものである。ビーズ１０２は、円筒状のシャンク１０３の外周面に、ダイヤモンドのチップを融着、電気メッキまたはロウ付け工程により固定装着して切削ダイヤモンド層１０４を形成したものである。ワイヤー１０１に対して一定の間隔でビーズ１０２が設置され、さらに射出成形した樹脂１０５によりビーズ１０２とワイヤー１０１が保護される。

ワイヤーソー切削装置には複数のプーリーが設けられ、上記のように構成されたループ状のワイヤーソー１００は、プーリーに架張支持されながら循環駆動される。ワイヤーソーは、プーリーによって案内されるとともに、所定の張力が与えられるので、切削ダイヤモンド層１０４が被削物に対して所定の接触圧で圧接され、循環駆動されることで切削作用が得られる。

ワイヤーソー切削装置には、特許文献１に示されるような引張り切削型のものと、特許文献２に示されるような押し切り切削型のものが知られている。引張り切削型の場合、ワイヤーソーのループにより被削物を包囲させ、被削物に当接させた状態で、プーリーを介してワイヤーソーを引っ張ることにより所定の張力を与える。一方、押し切り切削型の場合は、ワイヤーソーのループ外に被削物を配置し、プーリー間に架張されたワイヤーソーを被削物に当接させた状態で、プーリーを被削物に対して前進させることにより所定の張力を与える。

特開平5-332035号公報 特開2013-2034号公報

従来のワイヤーソーのシャンクの長さは１０〜１２ｍｍが一般的であり、例えば、ワイヤーロープを直径４．８５ｍｍとする場合、ビーズは直径１０〜１１ｍｍとし、ワイヤーロープを直径３〜３．２ｍｍとする場合、ビーズは直径８ｍｍとしていた。このように設定する理由は、円筒形ビーズによる切削性維持のためには、出来るだけ長い円筒外周面面積が必要であり、一方、ワイヤーソーの曲率半径の維持に関わる限界も考慮する必要があったからである。

しかし、上記のような従来のワイヤーソーは、長い円筒外周面面積のために切削ダイヤモンド層が被削物に面接触する。そのため、ダイヤモンド砥粒の接触圧力を高くすることは困難であり、切削効率が低い原因となる。これに対して、十分な切削効率を得るには、ワイヤーソーを高速で循環させる必要があった。

ところが、従来のワイヤーソーを用いて高速で循環駆動することは困難を伴う。すなわち、シャンクに段差があるため、被削物への衝突により過剰な抵抗を受けやすい問題、面接触によりダイヤモンド層の過剰な摩擦が生じてワイヤーソー及び被削物が過剰発熱する問題、及び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被削物により過剰な抵抗を受けて小刻みに振動する問題が発生する。これらの問題は、短時間運転でのワイヤーソーの破断、異常過熱による切削ダイヤモンド層の早期劣化に起因するワイヤーソー寿命の低下等を惹き起こす。従って、切削効率の向上のためにワイヤーソーを高速で循環駆動させることは、実用上、望ましいものではない。

このような問題を解決するため、本発明者らは、切削ダイヤモンド層を所定の曲面形状に改良した。それにより、接触圧を高くすることが容易になり、低い循環速度でも十分に切削効率を向上させることができた。また、この形状改良に伴い、被削物との接触による小刻みな振動も防止され、破損の抑制が可能なダイヤモンドワイヤーソーを実現することができた。

一方、このように改良されたダイヤモンドワイヤーソーの特性を最大限に発揮するためには、適切な循環駆動の特性を持つようにワイヤーソー切削装置を調整することが望ましいことが判った。

従って本発明は、曲面形状の切削ダイヤモンド層を有するワイヤーソーを用い、低い循環速度の領域において、高い接触圧でワイヤーソーを循環駆動するのに適したダイヤモンドワイヤーソー切削装置を提供することを目的とする。

本発明のダイヤモンドワイヤーソー切削装置は、切削用ビーズをワイヤーロープに一定間隔で装着したループ状のダイヤモンドワイヤーソーと、駆動プーリー及び複数のガイドプーリーを含み、前記ワイヤーソーを支持案内するプーリーユニットと、少なくとも一部の前記ガイドプーリーを変位させるプーリー変位装置とを備える。操作用の一対の前記ガイドプーリー間に架張された前記ワイヤーソーを被削物に当接させ、その当接に伴う接触圧を前記プーリー変位装置による変位操作によって調整しながら、前記駆動プーリーを介して前記ワイヤーソーを循環駆動させて切削を行う。

上記課題を解決するために、前記ビーズは、前記循環駆動方向の後方に向かって直径が増大するとともに外方に向かって凸となった曲面形状部を少なくとも一部に有するシャンクと、前記曲面形状部の領域の外表面に設けた切削ダイヤモンド層とを備え、前記駆動プーリーを同期サーボ電動モータで回転駆動し、前記ワイヤーソーの循環速度が５〜２０ｍ／ｓｅｃの領域で前記同期サーボ電動モータのトルクが最大であるように設定されている。

本発明のダイヤモンドワイヤーソー切削装置によれば、シャンクの曲面形状部に設けられた切削ダイヤモンド層が、被削物に線的に接触するため、低い切削速度、かつ高い接触圧での駆動により、高い切削効率を得ることができる。そして、上記特性に適合させた同期サーボ電動モータを用いることで、低い循環速度の領域で、高い接触圧を可能とする高トルクが容易に得られ、ワイヤーソーの特性を最大限に発揮することが可能となる。

本発明の一実施の形態におけるダイヤモンドワイヤーソー切削装置の引張り切削型の構成例概要を、一部断面で示した正面図 同ワイヤーソー切削装置の押し切り切削型の構成例概要を、一部断面で示した正面図 同ワイヤーソー切削装置を構成するダイヤモンドワイヤーソーの一部を抜粋して示した斜視図 同ワイヤーソーの部分断面図 同ワイヤーソーの一部を示す分解斜視図 同ワイヤーソーのビーズを拡大して示した断面図 同ワイヤーソーによる切削時の様子を示す要部拡大断面図 同ワイヤーソーの他の構成例を示す部分断面図 図８のワイヤーソーのビーズを示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図 本発明の実施の形態におけるワイヤーソーのビーズの他の構成例を示す断面図 従来例のワイヤーソーを一部断面で示した正面図

本発明のダイヤモンドワイヤーソー切削装置は、上記構成を基本として以下のような態様を採ることができる。

すなわち、前記接触圧に対応する前記ワイヤーソーの張力が、前記切削の動作の開始時を除く少なくとも一部の期間において１００ｋｇｆ以上に達するように、前記プーリー変位装置による前記ガイドプーリーの変位が制御される構成とすることができる。上記基本構成によれば、従来例のワイヤーソー切削装置では不可能であった、このような高張力の適用が可能であり、それにより極めて高い切削効率が得られる。

また、前記切削の動作の開始時に、前記ワイヤーソーの循環速度が０ｍ／ｓｅｃから漸次増速するように、前記同期サーボ電動モータの回転が制御される構成とすることができる。上記基本構成のワイヤーソーによれば、ビーズによる被削物への引っ掛かりが減少するため、切断スタート時に過剰な抵抗がワイヤーソーに作用することがない。従って、ワイヤーソー張力を切断処理当初より付与することが可能であり、しかも、同期サーボ電動モータによって低速でも高トルクが得られるため、０ｍ／ｓｅｃの循環速度からのスタートにより、ワイヤーソーの切断位置のズレが生ずることを防止できる。

また、前記ワイヤーソーのループにより前記被削物を包囲させ、前記操作用のガイドプーリー間に架張された前記ワイヤーソーを前記被削物に当接させた状態で、前記プーリー変位装置によって前記プーリーを前記被削物に対して後退させることにより、前記接触圧が所定の状態に制御される構成とすることができる。

また、前記ワイヤーソーのループ外に前記被削物を配置し、前記操作用のガイドプーリー間に架張された前記ワイヤーソーを前記被削物に当接させた状態で、前記プーリー変位装置によって前記操作ガイドプーリーを前記被削物に対して前進させることにより、前記接触圧が所定の状態に制御される構成とすることができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。

＜実施の形態＞
［ワイヤーソー切削装置の構成］
図１は、一実施の形態におけるダイヤモンドワイヤーソー切削装置の構成例概要を、一部断面で示した正面図である。この装置は、引張り切削型として構成された例であり、本発明に特有の構成を有するダイヤモンドワイヤーソー１を用いて、高効率でコンクリート等の切削を行うために好適なように構成されている。

ワイヤーソー１は、複数個の切削用ビーズが装着されたワイヤーロープをループ状にして構成されており、基本的な構成は従来と同様である。本発明に特有の構成によれば、ビーズを構成するシャンクが、ワイヤーソー１の循環駆動の後方に向かって増大するとともに外方に向かって凸となった曲面形状部を少なくとも一部に有し、その曲面形状部の領域の外表面に切削ダイヤモンド層が設けられている。より具体的な構成、及び作用については後述する。

このワイヤーソー切削装置は、駆動プーリー２及び複数のガイドプーリー３〜５が構成するプーリーユニット（２〜５）を備えている。このプーリーユニット（２〜５）にループ状のワイヤーソー１が架張され支持されており、循環駆動が案内される。駆動プーリー２は電動モータ（図示省略）によって回転駆動され、駆動プーリー２を介してワイヤーソー１が循環駆動される。

ガイドプーリー３〜５のうち、被削物であるコンクリート構造物６に対する前方側に配置されるガイドプーリー３、４は、プーリー支持部材７によって支持されている。後方側に配置されるガイドプーリー５及び駆動プーリー２は、プーリー変位装置８によって支持されている。ここで、コンクリート構造物６に隣接する一対のガイドプーリー３を、操作ガイドプーリー３と記述する。ワイヤーソー１における操作ガイドプーリー３間に架張された部分をコンクリート構造物６に当接させて、切削処理を行う。なお、図１のコンクリート構造物６では、既切削領域６ａと、未切削領域６ｂが区分して図示されている。

駆動プーリー２及びガイドプーリー５は、プーリー変位装置８の変位により、コンクリート構造物６に対して変位可能である。それにより、コンクリート構造物６に対するワイヤーソー１の接触圧を調整する機能が得られる。なお、当該機能を得るためには、プーリーユニットの構造に応じて、少なくとも一部のガイドプーリーを変位可能とすればよい。図のように駆動プーリー２を含んでも良く、あるいは駆動プーリー２のみを変位可能とする構成も可能である。

切削操作を行う際には、操作ガイドプーリー３間に架張された部分のワイヤーソー１をコンクリート構造物６に当接させ、その当接に伴う接触圧をプーリー変位装置８によるガイドプーリー５等の変位操作によって調整しながら、駆動プーリー２によりワイヤーソー１を循環駆動する。

上記構成の装置は、引張り切削型として構成されているので、図示のように、切削作業時にはワイヤーソー１のループによりコンクリート構造物６を包囲させる。そして、操作ガイドプーリー３間に架張されたワイヤーソー１をコンクリート構造物６に当接させた状態で、プーリー変位装置８によってガイドプーリー５等をコンクリート構造物６に対して矢印Ｘｂの方向に後退させることにより、接触圧が所定の状態に調整されて、良好な切削作用が得られる。

一方、同様のワイヤーソー１を用いて、押切り切削型としてワイヤーソー切削装置を構成してもよい。その一例を図２に示す。図１に示した装置の構成要素と同様の要素については、同一の参照番号を付して、説明の繰り返しを省略する。

このワイヤーソー切削装置では、プーリーユニットを構成する複数のガイドプーリーとして、図１の構成におけるガイドプーリー３に代えたガイドプーリー９、１０を含んでいる。駆動プーリー２は、図１の構成と同様、電動モータ（図示省略）によって回転駆動され、それによってワイヤーソー１が循環駆動される。

被削物であるコンクリート構造物６に対して前方側に位置するガイドプーリー９、１０、４は、プーリー支持部材１１によって支持されている。コンクリート構造物６に隣接する一対のガイドプーリー１０を、操作ガイドプーリー１０と記述する。ワイヤーソー１における操作ガイドプーリー１０間に架張された部分をコンクリート構造物６に当接させて、切削処理を行う。

この装置は、押切り切削型として構成されているので、ワイヤーソー１のループによりコンクリート構造物６を包囲させることはない。操作ガイドプーリー１０は、プーリーレール１２によって支持され、コンクリート構造物６に対して矢印Ｘｆの方向に前進させることが可能である。それにより、操作ガイドプーリー１０間に架張された部分のワイヤーソー１が、コンクリート構造物６に圧接され、コンクリート構造物６に対するワイヤーソー１の接触圧を調整する機能が得られる。同時に、プーリー変位装置８により駆動プーリー２及びガイドプーリー５を変位させて、操作ガイドプーリー１０の変位に伴うワイヤーソー１の位置調整を行う。

このようにしてワイヤーソー１の接触圧を調整しながら、駆動プーリー２によりワイヤーソー１を循環駆動することにより、接触圧が所定の状態に調整されて、良好な切削作用が得られる。

以上のようなダイヤモンドワイヤーソー切削装置によれば、ビーズを構成するシャンクが規定された曲面形状部を有し、その領域の外表面に切削ダイヤモンド層が設けられて、曲面形状の切削ダイヤモンド層によって被削物（コンクリート構造物６等）の切削が行われる。曲面形状の切削ダイヤモンド層は、被削物に対して線的に接触して切削を行う。これにより、接触圧力を高くすることが可能であり、従来の円筒形状の切削ダイヤモンド層による面接触の場合と比べて、効率のよい切削ができる。なお、線的に接触とは、完全な線接触の状態に限定されず、概ね線接触と同等の状態を含む意味である。

このような効率のよい切削機能が得られる結果、切削速度（ワイヤーソーの循環速度）を従来品に比べて遅くすることが可能であり、接触圧を高くして、高い切削効率を得ることができる。循環駆動の低速化により、短時間運転でのワイヤーソーの破断、ワイヤーソー及び被削物の異常過熱による切削ダイヤモンド層の早期劣化に起因するワイヤーソー寿命の低下等の問題が顕著に抑制される。

但し、本発明の構成のワイヤーソー１の機能を最大限に活かすためには、ワイヤーソー切削装置の構成をワイヤーソー１の特性に十分に適合させることが望ましい。そのため、本実施の形態のワイヤーソー切削装置は、規定された曲面形状の切削ダイヤモンド層を有するワイヤーソー１を用い、駆動プーリー２を回転駆動するための電動モータとして、同期サーボ電動モータを用いることを特徴とする。更に、ワイヤーソー１の循環速度が５〜２０ｍ／ｓｅｃの領域で、同期サーボ電動モータのトルクが最大であるように設定される。このような循環速度の領域は、従来例のワイヤーソー切削装置で適用されていた循環速度である２０〜３０ｍ／ｓｅｃと比べて低速である。同期サーボ電動モータは、低速でも十分な高トルクを得ることができるので、低速領域での稼働に適している。

このような設定に基づき同期サーボ電動モータによって駆動プーリー２を回転駆動することにより、低い循環速度の領域で、高い接触圧を可能とする高トルクが得られ、ワイヤーソー１の特性を最大限に発揮することが可能となる。十分な切削効率を得るためには、接触圧に対応するワイヤーソーの張力が、切削の動作の開始時を除く、定常的な作動期間の少なくとも一部の期間において１００ｋｇｆ以上に達するように制御することが望ましい。このような高張力により、極めて高い切削効率が得られる。これに対して、従来例のワイヤーソー切削装置では、適用されていた張力は６０〜９０ｋｇｆであり、一般的に設定されていた循環速度の領域で１００ｋｇｆ以上のような高張力を適用することは不可能であった。但し、ワイヤーソーの張力は、切削用ビーズが装着されたワイヤーロープに対して印加される張力が、弾性限界未満に制限されるように設定することが望ましい。

また、ワイヤーソー１が上述のように規定された構成を有することにより、ビーズによる被削物への引っ掛かりが減少するため、切断スタート時に過剰な抵抗がワイヤーソー１に作用することがない。従って、切断位置設定に必要な適度なワイヤーソー張力を切断処理当初より付与することが可能であり、しかも、同期サーボ電動モータによって低速でも高トルクが得られるため、スロースタートによりワイヤーソーの切断位置のズレが生ずることを防止できる。これにより、従来のワイヤーソーの場合とは異なり、切断作業前に被削物の角部分に切削溝を作る作業の必要が無くなる。好ましくは、切削の動作の開始時に、ワイヤーソー１の循環速度が０ｍ／ｓｅｃから漸次増速して５〜２０ｍ／ｓｅｃの領域に達するように、同期サーボ電動モータの回転を制御する。

［ダイヤモンドワイヤーソー１の構成］
本実施の形態のワイヤーソー切削装置を構成するダイヤモンドワイヤーソー１の構成の詳細について、図３〜図１０を参照して説明する。但し、本発明は下記の形態に限定されるものではなく、ワイヤーソー切削装置の構成に関する記述の冒頭部で述べたワイヤーソーの特徴の構成を必須として、種々の態様を採ることが可能である。すなわち、必須の構成は、ビーズを構成するシャンクが、循環駆動の後方に向かって直径が増大するとともに外方に向かって凸となった曲面形状部を少なくとも一部に有し、その曲面形状部の領域の外表面に切削ダイヤモンド層が設けられていることである。

図３は、ダイヤモンドワイヤーソー１の一部を抜粋して示した斜視図である。この構造が延在されループ状に形成されている。矢印Ａの方向が、図１、２に示した循環駆動の進行方向となる。左端に一断面のみが示されるが、ワイヤーロープ２０を芯としてシャンク２１が装着されている。

シャンク２１と、その外表面の一部領域に設けた切削ダイヤモンド層２２により、切削用ビーズを構成している。なお、ワイヤーソー１の外表面は、作製直後には、全体的に樹脂層２３で覆われているが、構造の理解のし易さを考慮して、図３では切削ダイヤモンド層２２が露出した状態を描いた。樹脂層２３の外側表面に形成された凹部２４は、製造時に、ワイヤーロープ２０にビーズ等を固定したピンの跡であり、ワイヤーソー１の機能には関わりがない。

樹脂層２３によって覆われたワイヤーソー１の内部の構造を、図４に示す。図５には、ワイヤーソー１の一部を分解斜視図で示す。これらの図から判るように、ワイヤーロープ２０には、多数のビーズ２５とコイル２６が交互に一定の間隔で配設され、全体は樹脂層２３で覆われている。図６にビーズ２５の断面を示す。

図５、図６に明瞭に示されるように、ビーズ２５を構成するシャンク２１は、所定の長さの円筒部２１ａと、その後部に延在する曲面形状部２１ｂを備えている。円筒部２１ａにワイヤーロープ２０が挿通されて、シャンク２１が所定の姿勢で支持されている。コイル２６は、曲面形状部２１ｂの中空部内部にまで挿入されている。切削ダイヤモンド層２２は曲面形状部２１ｂの外表面に設けられ、従って、曲面形状部２１ｂと同様の曲面形状を有する。図４に示すように、樹脂層２３におけるコイル２６表面の領域は、ビーズ２５の後ろに向かって直径が小さくなる傾斜面を形成している。

曲面形状部２１ｂの直径は、切削時の進行方向の後方に向かって円筒部２１ａの直径から漸次増大する。更に、曲面形状部２１ｂの外形形状は、外向きに凸となっている。図４〜６に示した例では、曲面形状部２１ｂは球帯形状であり、従って断面は円弧である。曲面形状部２１ｂの形状としては、球帯形状に限らず、弾丸状、回転放物面状、回転長円面状、回転楕円面状等を用いることができる。このような形状によれば、円錐形や円筒状と比較して、シャンクの単位長当たりに大きな表面積を確保でき、切削効率を向上させる効果が大きい。言い換えれば、短いシャンク長で大きな表面積を持った切削ダイヤモンド層を形成可能である。

切削ダイヤモンド層２２は、例えば、ダイヤモンド粒子（平均直径０．３〜１．０ｍｍ）を、シャンク２１の曲面形状部２１ｂの外側表面に金属結合材層を介して固着して形成する。金属結合材層は例えばニッケルとし、電気メッキ法、融着、ロウ付け法又は真空ロウ付け法等により形成することができる。

樹脂層２３の形成は、ワイヤーロープ２０にビーズ２５とコイル２６を交互に挿入した後、射出成形機により行う。樹脂層２３は、コイル２６の表面と後のシャンク２１の円筒部２１ａの表面まで、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する。このとき曲面形状部２１ｂの内部空間にも樹脂層２３が充填される。樹脂層２３は、弾性のある樹脂材料で形成することが好ましい。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され難い。樹脂材料としては、ゴム、ウレタン、熱硬化性又は熱可塑性エラストマーを用いることができる。

コイル２６は、圧縮可能なスプリングとして機能するものであり、隣接する２つのビーズ２５の間に適正な間隔を維持するために設置される。また、コイル２６は、切削時に被削物から伝わる切削抵抗を緩和する機能も有する。コイル（スプリング）としては、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。

ビーズ２５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、ワイヤーロープ２０に沿ったビーズ２５の密度を、６０〜１５０ｐ／ｍ（１ｍ当たりの個数）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である。従来品はシャンク長が１１〜１２ｍｍであり、密度を４０〜５０ｐ／ｍとすることが限界であった。ビーズ２５の密度が高い程、切削の高速化に有効である。

すなわち、従来例のワイヤーソーの１ｍ当たりのシャンクの占有長さは、１個のシャンク長が１１ｍｍ、密度が４０ｐ／ｍの場合、１１×４０＝４４０ｍｍとなる。シャンク長が１２ｍｍ、密度が５０ｐ／ｍの場合、１２×５０＝６００ｍｍとなる。これに対して、本発明のワイヤーソーにおいて１ｍ当たりのシャンクの占有長さを上記従来例と同等にすれば、シャンク長さが８ｍｍの場合、８×６０＝４８０ｍｍであるから、ビーズ２５の密度を６０ｐ／ｍとすることができる。シャンク長さが４ｍｍの場合、４×１５０＝６００ｍｍであるから、密度を１５０ｐ／ｍとすることができる。

ビーズ２５の各部の寸法例を（表１）に示す。ワイヤーロープ２０の直径３．０〜３．２ｍｍのタイプと、直径４．８ｍｍタイプのものに分けて示す。表中のアルファベット符号は、図６に示したものである。シャンク曲面部外径曲率半径(r)は、曲面形状が球帯である場合の値である。

図７に、ワイヤーソー１による切削時の様子を示す。図１あるいは図２に示したようなワイヤーソー切削装置にワイヤーソー１を装着し、駆動プーリー２を作動させると、ワイヤーソー１は矢印Ａで示す方向に進行する。それにより、コンクリート構造物６と接触すると、切削ダイヤモンド層２２の表面の部分の樹脂層２３が徐々に削除されて、切削ダイヤモンド層２２の前面と上面が露出する。ビーズ２５の切削ダイヤモンド層２２により、コンクリート構造物６の設定位置が正確に切削され始める。

上述のとおり、切削ダイヤモンド層２２の曲面は、コンクリート構造物６に対して適度のすくい角（マイナスの）をもった線的な接触により切削を行うので、接触圧力を高くすることが可能であり、切削速度を遅くしても、高い切削効率を得ることができる。また、切削ダイヤモンド層２２の破損を防止し、小刻みな振動及び騒音を防止して、使用寿命を延長することができる。

更に、樹脂層２３は上述のとおり、ビーズ２５の後部に直径が漸減する傾斜面を形成している。そのため、切削ダイヤモンド層２２によって切削された切削屑２７ａ、２７ｂは、図示されるように、逃げ角を形成した傾斜部の小径側の領域に集まって外側に向かって排出される。このようにしてコンクリート構造物６に切削溝２８が形成され、連続して切削作業を続けると、被削物が切断される。

また、切削ダイヤモンド層２２がコンクリート構造物６に接触すると、コンクリート構造物６からの切削抵抗を受けてビーズ２５が後ろに押される。これにより、コイル２６がわずかに圧縮され、被削物から伝わる切削抵抗を緩和して、切削抵抗に起因するビーズ２５の破損が防止される。

ワイヤーソーは、図８に示すような形態とすることもできる。図８に示すワイヤーソー１ａは、ビーズ２９の形態が上述のビーズ２５とは異なるが、それ以外については、上述のワイヤーソー１と同様の構成を有する。ビーズ２９のみを拡大して、図９に示す。図９（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。

ビーズ２９を構成するシャンク３０には、内部を軸方向に貫通する円筒状の中空部３０ａが形成されるとともに、中空部３０ａと同一領域のシャンク３０の外表面が球帯形状の曲面形状部３０ｂを形成している。曲面形状部３０ｂの形状は、上述のシャンク２１の曲面形状部２１ｂと同様であり、前縁から後方に向かって漸次直径が増大し、しかも径方向外向きに凸となっている。中空部３０ａにワイヤーロープ２０が挿通され、曲面形状部３０ｂに切削ダイヤモンド層２２が設けられる。樹脂層２３におけるコイル２６表面の領域は、ビーズ２９の後ろに向かって直径が小さくなる傾斜面を形成している。

この形態によれば、シャンク３０はワイヤーロープ２０の方向における同一領域に中空部３０ａと曲面形状部３０ｂ（従って切削ダイヤモンド層２２）を有することになる。従って、ワイヤーロープ２０に沿ったビーズ２９の配置密度を高くでき、切削効率をより向上させることが可能である。

図１０（ａ）、（ｂ）に、更に別の形態のビーズを示す。図１０（ａ）に示すビーズ３１は、図５、図６に示した構成の変形例である。すなわち、ビーズ３１を構成するシャンク３２は、円筒部３２ａと曲面形状部３２ｂを有するが、円筒部３２ａが曲面形状部３２ｂの内側に形成されている。曲面形状部３２ｂの外側表面に切削ダイヤモンド層２２が形成され、円筒部３２ａにワイヤーロープを挿入する。

図１０（ｂ）に示すビーズ３３は、図９に示した構成の変形例である。すなわち、ビーズ３３を構成するシャンク３４には、内部を軸方向に貫通する円筒状の中空部３４ａが形成されるとともに、中空部３４ａと同一領域のシャンク３４の外表面が、曲面形状部３４ｂを形成している。図９に示した構成のシャンク３０との相違は、曲面形状部３４ｂの形状が、回転楕円面状であることである。

図３〜図６に示した構成を有する実施例のダイヤモンドワイヤーソーを、図１１に示した従来品と比較したところ、（表２）に示すような結果が得られた。なお、被削物は縦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を２０ｍとした。

本発明のダイヤモンドワイヤーソー切削装置は、低い切削速度、かつ高い接触圧での駆動により、高い切削効率を得ることができ、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に有用である。

１ ワイヤーソー
２ 駆動プーリー
３、１０ 操作ガイドプーリー
４、５、９ ガイドプーリー
６ コンクリート構造物
６ａ 既切削領域
６ｂ 未切削領域
７、１１ プーリー支持部材
８ プーリー変位装置
１２ プーリーレール
２０ ワイヤーロープ
２１、３０、３２、３４ シャンク
２１ａ、３２ａ、３４ａ 円筒部
２１ｂ、３２ｂ、３４ｂ 曲面形状部
２２ 切削ダイヤモンド層
２３ 樹脂層
２４ 凹部
２５、２９、３１、３３ ビーズ
２６ コイル
２７ａ、２７ｂ 切削屑
２８ 切削溝
３０ａ 中空部

Claims (5)

1. 切削用ビーズをワイヤーロープに一定間隔で装着したループ状のダイヤモンドワイヤーソーと、
   駆動プーリー及び複数のガイドプーリーを含み、前記ワイヤーソーを支持案内するプーリーユニットと、
   少なくとも一部の前記ガイドプーリーを変位させるプーリー変位装置とを備え、
   操作用の一対の前記ガイドプーリー間に架張された前記ワイヤーソーを被削物に当接させ、その当接に伴う接触圧を前記プーリー変位装置による変位操作によって調整しながら、前記駆動プーリーを介して前記ワイヤーソーを循環駆動させて切削を行うダイヤモンドワイヤーソー切削装置において、
   前記ビーズは、前記循環駆動方向の後方に向かって直径が増大するとともに外方に向かって凸となった曲面形状部を少なくとも一部に有するシャンクと、前記曲面形状部の領域の外表面に設けた切削ダイヤモンド層とを備え、
   前記駆動プーリーを同期サーボ電動モータで回転駆動し、前記ワイヤーソーの循環速度が５〜２０ｍ／ｓｅｃの領域で前記同期サーボ電動モータのトルクが最大であるように設定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切削装置。
2. 前記接触圧に対応する前記ワイヤーソーの張力が、前記切削の動作の開始時を除く少なくとも一部の期間において１００ｋｇｆ以上に達するように、前記プーリー変位装置による前記ガイドプーリーの変位が制御される請求項１に記載のダイヤモンドワイヤーソー切削装置。
3. 前記切削の動作の開始時に、前記ワイヤーソーの循環速度が０ｍ／ｓｅｃから漸次増速するように、前記同期サーボ電動モータの回転が制御される請求項１または２に記載のダイヤモンドワイヤーソー切削装置。
4. 前記ワイヤーソーのループにより前記被削物を包囲させ、前記操作用のガイドプーリー間に架張された前記ワイヤーソーを前記被削物に当接させた状態で、前記プーリー変位装置によって前記プーリーを前記被削物に対して後退させることにより、前記接触圧が所定の状態に制御される請求項１〜３のいずれか１項に記載のダイヤモンドワイヤーソー切削装置。
5. 前記ワイヤーソーのループ外に前記被削物を配置し、前記操作用のガイドプーリー間に架張された前記ワイヤーソーを前記被削物に当接させた状態で、前記プーリー変位装置によって前記操作ガイドプーリーを前記被削物に対して前進させることにより、前記接触圧が所定の状態に制御される請求項１〜３のいずれか１項に記載のダイヤモンドワイヤーソー切削装置。

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