(57)【要約】【課題】  石材やコンクリートなどを切断するためのワイヤーソーで、切断初期に被切断物の角にワイヤーソーが引っかからず、切断装置の駆動プーリーとの間でスリップが起こりにくく、しかも耐久性の高い超寿命のワイヤーソーを提供する。【解決手段】  円筒状の台金の外周に超砥粒層が設けられた複数のビーズが、ワイヤーロープに挿通され、被覆部材にて前記ワイヤーロープに接合固定されたワイヤーソーであって、前記ビーズ間の前記ワイヤーロープ外周には、コイルバネを設ける。そのコイルバネは、線材のピッチが線材の径の１．２〜２．５倍とし、前記被覆部材は、ＪＩＳ−Ａ硬度が５０〜７０の加硫ゴムからなり、前記線材の周囲および隙間には、前記被覆部材を設ける。前記線材の径は、１．０〜１．８ｍｍとするのが好ましい。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状の台金の外周に超砥粒層が設けられた複数のビーズが、ワイヤーロープに挿通され、被覆部材にて前記ワイヤーロープに接合固定されたワイヤーソーであって、
前記ビーズ間の前記ワイヤーロープ外周には、線材のピッチが線材の径の１．２〜２．５倍のコイルバネが設けられ、
前記被覆部材は、ＪＩＳ−Ａ硬度が５０〜７０の加硫ゴムからなり、
前記線材の周囲および隙間には、前記被覆部材が設けられていることを特徴とするワイヤーソー。
【請求項２】
前記線材の径は、１．０〜１．８ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載のワイヤーソー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石材、コンクリートなどの切断に使用されるワイヤーソーに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、石材やコンクリートを切断する工具の一つとして、ワイヤーソーが使用される。ワイヤーソーは、ワイヤーロープを芯材として多数のビーズを挿通し固定したものである。ビーズは円筒状の台金の外周部にリング状の超砥粒層が固着されており、この超砥粒層に含まれるダイヤモンドなどの超砥粒が切刃となって石材やコンクリートを切断する。ビーズをワイヤーロープに固定する方法としては、ビーズの台金の一部をかしめて機械的に固定する方法やワイヤーロープとビーズの台金の周囲にゴムや樹脂などの被覆部材を設け、被覆部材との接着により固定する方法などがある。
【０００３】
これらの固定方法にはそれぞれ利点や欠点を有している。まず、台金をかしめて固定する方法では、台金を変形させることにより高い固定力を得ることができるが、その反面ワイヤーロープを変形させることになり、使用時には変形した状態で繰り返しの屈曲が行われるため、ワイヤーロープが破断しやすくなる。しかも、台金とワイヤーロープが直接接してワイヤーロープの素線に傷を付けるために破断しやすくなる上、屈曲する際に擦れあってワイヤーロープが摩耗するため、より破断しやすくなる。
【０００４】
一方、被覆部材との接着による固定方法では、ワイヤーロープを変形させることは少なく、繰り返しの屈曲に対しても耐久性が向上する。しかも、ワイヤーロープと台金との隙間にも被覆部材を充填することで両者が直接接触することを防止でき、屈曲させてもワイヤーロープは摩耗しない。その反面、ビーズの固定はゴムや樹脂などの柔軟な材料によるため、使用中にビーズに抵抗がかかった時にワイヤーロープの長さ方向にずれやすくなる。そしてビーズがずれてダンゴ状になると、被覆部材が盛り上がって径が大きくなり切断溝に引っかかってしまうため、使用を中断する必要が生じる。この場合、ワイヤーソーの回転を止め、ビーズがずれた部分を切断除去した上で再度ワイヤーソーを接続して使用することになるので、切断除去する部分が無駄になる上、作業効率も悪くなる。
【０００５】
この問題を防止するものとして、ビーズ間のワイヤーロープ外周にゴム製の被覆部材を設け、その被覆部材の中にコイルバネを設けたワイヤーソーがある。このワイヤーソーでは、コイルバネの存在により、被覆部材による各ビーズ間の間隔を保持する力が増して、ビーズの移動を抑制するとともに、仮にビーズが大きく移動して、被覆部材に亀裂が入って破損しても、コイルバネとの接合により被覆部材の盛り上がりが抑制されてダンゴ状になりにくいとされている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平９−２２５７３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載のワイヤーソーのように、単にビーズ間にコイルバネを設け、その周囲に被覆部材を設けたワイヤーソーとするだけでは、被覆部材が繰り返しの屈曲により剥がれたり、あるいはコイルバネを設けても期待するほどビーズのずれ防止の効果が出ないこともあり得る。例えば、コイルバネの巻き数が多かったり線材の径が太くて、線材のピッチが狭い場合には、ビーズのずれ防止の効果は高くなるものの、ワイヤーソーを使用する際に被削材に対して柔軟に曲がらず、切断部位やガイドプーリーからはずれやすくなったり、被覆部材が剥がれやすくなり、その結果冷却水や切粉が内部に浸入してワイヤーロープが錆びてしまい、破断する問題が発生する。また、コイルバネの巻き数が少なかったり線材の径が細くて、線材のピッチが広い場合には、柔軟性には富むもののビーズのずれ防止効果は低くなる。
【０００７】
また、ワイヤーソーを回転させる時に、駆動プーリーとワイヤーソーとの間でスリップが発生し、ワイヤーソーを回転させることができなくなる恐れがある。一般に、ワイヤーソーにより石などの被切断物を切断する際には、角のある被切断物にワイヤーソーを巻き付けるため、切断初期には角に引っかかりやすくなる。そして、角に引っかかることでワイヤーソーが回転しにくくなり、切断装置の駆動プーリーとワイヤーソーとの間でスリップが発生しやすくなる。ワイヤーソーでの切断状況の一例を図３に示す。図３（ａ）では、ワイヤーソー１が被切断物１３に巻き付けられ、切断装置１１の駆動プーリー１２に懸けられている。この駆動プーリー１２を回転させることでワイヤーソー１が回転し、被切断物１３を切断する。しかしながら、被切断物１３の角１３ａや１３ｂにワイヤーソー１が引っかかて回転が阻害され、駆動プーリー１２の部分でワイヤーソー１がスリップを起こす。ワイヤーソー１が被切断物１３の角に引っかかる状況を図３（ｂ）に示す。この図に示すように、被切断物１３の角１３ａや１３ｂにはワイヤーソー１の被覆部材５の部分が食いつくように引っかかり、ワイヤーソー１の回転を阻害するため、この被覆部材５の部分の構造によってワイヤーソー１の回転が阻害され、スリップの発生が起こりやすくなることがある。
以上のようなことから、本発明のワイヤーソーは、ビーズ間に適切な構造のコイルバネを設けることでビーズのずれを防止して保持力を向上させ、しかも被切断物の切断時に駆動プーリーとワイヤーソーとの間でスリップが起こりにくいワイヤーソーを提案するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のワイヤーソーの第１の特徴は、円筒状の台金の外周に超砥粒層が設けられた複数のビーズが、ワイヤーロープに挿通され、被覆部材にて前記ワイヤーロープに接合固定されたワイヤーソーであって、
前記ビーズ間の前記ワイヤーロープ外周には、線材のピッチが線材の径の１．２〜２．５倍のコイルバネが設けられ、
前記被覆部材は、ＪＩＳ−Ａ硬度が５０〜７０の加硫ゴムからなり、
前記線材の周囲および隙間には、前記被覆部材が設けられていることである。
【０００９】
本発明のワイヤーソーでは、公知のワイヤーソーと同様にビーズ間にコイルバネが設けられているが、このコイルバネは線材のピッチが線材の径の１．２〜２．５倍になるように巻かれたものが使用される。そして、被覆部材として、ＪＩＳ−Ａ硬度で５０〜７０の加硫ゴムが被覆され、ビーズとワイヤーロープが接合されるとともにワイヤーロープの周囲やコイルバネを構成する線材の周囲および隙間にも充填されている。ワイヤーソーの使用時には、ビーズに抵抗がかかりワイヤーソーの回転方向後側の被覆部材に圧縮応力がかかるがコイルバネが設けられているので、この圧縮応力により被覆部材がワイヤーロープから剥がれてビーズがずれるのを防止できる。また、コイルバネを構成する線材の隙間にも同様の被覆部材が充填されているので、コイルバネが圧縮されようとする力を緩和し、圧縮されにくくなるため、よりビーズがずれるのを防止できる。さらに、コイルバネを設けることで、被覆部材の厚みが薄くなり、被覆部材がその弾性により被切断物の角に食いつきやすくなるのを防止することができ、切断初期に駆動プーリーとの間でスリップが起こりにくくなる。好ましくは、コイルバネの直径と被覆部材の直径との差を１ｍｍ以下とする。
【００１０】
コイルバネを構成する線材のピッチを１．２倍以上とするのは、ワイヤーソーの使用時にワイヤーソーが曲がりやすくするために必要であり、これより小さいとワイヤーソーを屈曲させたときに隣り合う線材同士が当たって曲がりにくくなり、切断部位やプーリーの曲面部に追随しなくなるばかりか、無理な曲げ応力がかかった場合にはワイヤーロープに引張応力がかかって、ワイヤーロープの破断につながったり、コイルバネの伸縮性が悪くなって被覆部材が破壊されやすくなる。また、２．５倍以下とするのは、線材の間隔が広すぎると、切断初期に被切断物の角が線材間のゴムに食いついてしまい、駆動プーリーとワイヤーソーとの間でスリップが発生しやすくなるためである。また、ビーズにかかった抵抗でコイルバネが圧縮されやすくなり、ビーズがずれるのを防止する効果が低くなるとともに、圧縮された際に線材間のゴムが圧縮されて直径が大きくなり、被切断物との抵抗が大きくなるので、よりスリップが発生しやすくなる。なお、スリップ防止の観点から、より好ましくは、１．８倍以下とする。
【００１１】
被覆部材のＪＩＳ−Ａ硬度を５０以上とするのは、線材の隙間に充填された被覆部材によりコイルバネが圧縮されるのを適度に緩和するために必要な硬さであり、７０以下とするのは、ワイヤーソーがある程度屈曲させられても、被覆部材がコイルバネから剥がれないようにするためである。硬度が高すぎると、被覆部材自身は破壊しなくとも剥がれやすくなってしまうため好ましくない。なお、被覆部材の硬度については、加硫された後のゴムの硬度を示すものとする。
【００１２】
加硫ゴムを使用するのは、被覆部材に適度な弾性およびビーズ、ワイヤーロープ、コイルバネなどとの良好な接着性を持たせるために必要なものである。
【００１３】
以上のように、本発明のワイヤーソーでは、コイルバネの適切なピッチとその隙間に充填される適切な硬度の被覆部材、そして加硫ゴムという弾性に富んだ材料を使用する相乗効果により切断初期にスリップによるワイヤーソーの回転不良が発生するのを防止でき、しかもビーズがずれにくく、繰り返しの曲げ応力に対しても耐久性の高いワイヤーソーとすることができる。
【００１４】
コイルバネの伸縮性を適切なものとするために、前記コイルバネのバネ定数は、０．８〜１．８ｋｇ／ｍｍとするのが好ましい。このようなバネ定数とすることで、上記の被覆部材の硬度と相まって、ビーズを適切な力で保持することができ、切断時にビーズに抵抗がかかってずれることが防止される。
【００１５】
第２の特徴は、前記線材の径は、１．０〜１．８ｍｍであることである。
【００１６】
線材の径が１．０ｍｍ未満であるとビーズに抵抗がかかった時にずれやすくなるため、１．０ｍｍ以上とするのが好ましく、１．８ｍｍを超えるとコイルバネの剛性が高すぎてワイヤーソーの柔軟性が不足して、被覆部材の摩耗が酷くなる恐れがあり、しかも被覆部材からコイルバネが露出しやすくなるため、１．８ｍｍ以下とするのが好ましい。なお、被覆部材からコイルバネが露出するのを防ぐ観点からは、１．０ｍｍ以上１．５ｍｍ以下とするのがより好ましい。
【００１７】
コイルバネの線材の断面形状は、角形や楕円形状にすることも考えられるが、コイルバネの表面側では被覆部材が被切断物と擦れて摩耗し線材が露出した場合に、角形や楕円形状では急激に線材が露出して切断抵抗が大きくなる恐れがあるので、略真円形状とするのが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のワイヤーソーでは、ビーズ間に適切な構造と柔軟性とを有するコイルバネを設け、その隙間には適切な硬度の被覆部材を設けているので、切断時にビーズにかかる抵抗によりビーズがずれるのを防止できるとともに、使用初期に被切断物の角が被覆部材に食いつきにくくなり、切断装置の駆動プーリーとワイヤーソーとの間でスリップが発生しにくくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明のワイヤーソーの一部断面を含む部分正面図を図１に、本発明のワイヤーソーに使用されるコイルバネの正面図を図２に示す。図１を参照して、ビーズ２は円筒状の台金２ｂの外周に超砥粒層２ａが設けられたものであり、ワイヤーロープ３に挿通されている。また、ビーズ２間にはコイルバネ４が挿通されていて、ビーズ２、コイルバネ４およびワイヤーロープ３は被覆部材５によりお互いに接合固定されている。図２を参照して、このコイルバネ４は、コイルバネ４を形成する線材のピッチｐが線材の径ｄの１．２〜２．５倍になっている。すなわち、線材と線材の間隔は、線材の径ｄの０．２〜１．５倍の間隔になっており、この部分にも被覆部材５が設けられていて、コイルバネ４の伸縮を被覆部材５により抑制することができるようになっている。また、被覆部材５はＪＩＳ−Ａ硬度が５０〜７０の加硫ゴムからなり、上記のコイルバネ４の伸縮を効果的に抑制することができるようになっている。コイルバネ４の線材の断面は略真円形状で、その径ｄは１．０〜１．８ｍｍであり、ビーズ２がずれるのを防止するとともに、柔軟性の高いワイヤーソーとすることができる。また、線材の径ｄが小さすぎると、被覆部材５の厚みが厚くなり、被切断物の角に引っかかりやすくなってスリップが発生しやすくなる問題が起こりやすく、線材の径ｄが大きすぎると被覆部材５の厚みが薄くなって、表面に露出しやすいという問題が起こりやすくなる。
【実施例１】
【００２０】
図１に示す構造のワイヤーソーを製作し、コンクリートの切断を行って、比較試験を行った。本発明および比較例のワイヤーソーのいずれも、直径７ｍｍ、穴径５．２ｍｍ、長さ１０ｍｍの台金２ｂの外周に直径１０．５ｍｍ、長さ６ｍｍの超砥粒層２ａを焼結により一体化したビーズ２を使用し、直径４．９ｍｍ（公称径は４．７６ｍｍ）のワイヤーロープ３に挿通したものとした。ビーズ２のピッチは２５ｍｍとし、各ビーズ２間には断面が略真円形状の線材からなり全長Ｌが１４．７ｍｍのコイルバネ４が挿通され、被覆部材５によりビーズ２とコイルバネ４がワイヤーロープ３に固定されている。個々に異なる仕様として、コイルバネ４の仕様や被覆部材５の硬度があげられるが、これらの仕様を表１に示す。なお、コイルバネ４の内径については、すべて５．１ｍｍとし、線材径ｄにより外径Ｄが異なるものとした。上記のビーズ２およびコイルバネ４を交互にワイヤーロープ３に挿通し、ゴム加硫成形装置により、ゴムからなる被覆部材５を加硫成形させて、図１に示す構造のワイヤーソーを製作した。
【００２１】
【表１】
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【００２２】
これらのワイヤーソーを用いて、コンクリートの切断を行い、鉄筋コンクリートの切断を行った。被切断物として直径１６ｍｍの鉄筋が入った耐圧強度２５５ｋｇ／ｃｍ２のコンクリート（配筋率１．１％）を用い、ワイヤーソー小型切断機（コンセック製ＤＳＭ−１０Ｖ）により切断を行った。１つの切断面の大きさは１．０ｍ２であり、切断に使用するワイヤーソーの長さは６ｍとした。切断を行う際には、切断初期のワイヤーソーと駆動プーリーとの間のスリップの発生状況、２ｍ２／ｍ切断後の被覆部材の摩耗状況および損傷の状況を確認した。その結果を、表２に示す。
【００２３】
【表２】
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【００２４】
切断を行った結果、本発明１〜５および比較例１〜２によりコイルバネの仕様の違いとして、線材径が同じでピッチを変えたもので比較すると、本発明の範囲のものはピッチが線材径の２倍以上のもので僅かにスリップが発生した他は、切断初期に駆動プーリーとの間でスリップが発生せず、スムーズに回転させることができたのに対し、比較例のうち、ピッチが線材径の３倍のものでは、スリップが発生しスムーズに回転させることができなかった。特に、ピッチが広くなるほどスリップの発生は酷くなる傾向が見られ、コイルバネの線材間にある被覆部材に被切断物の角が食いつく現象が見られた。また、２ｍ２／ｍ切断後の被覆部材の状況は、本発明の範囲のものは、ピッチが線材径の１．２倍というかなり線材同士が接近したものでは、わずかに被覆部材とコイルバネとの界面に隙間が発生したが、その他のものは損傷が見られなかったのに対し、比較例のものでは被覆部材とコイルバネとの界面に隙間や剥がれが多数発生し、継続して使用することが困難な状態になっていた。
【００２５】
次に、本発明２、６〜８および比較例３〜４によりゴム硬度の違いで比較すると、本発明の範囲のものは切断初期に駆動プーリーとの間でスリップが発生せず、スムーズに回転させることができるとともに２ｍ２／ｍ切断後も被覆部材には損傷が見られなかったのに対し、比較例についてはスリップは発生しなかったが、２ｍ２／ｍ切断後にゴム硬度が低いものではビーズのずれが発生し、ビーズの保持力が不足している傾向が見られた。また、ゴム硬度が高いものではゴムの伸縮性が悪いため被覆部材とコイルバネとの界面に剥がれが発生した。
【００２６】
さらに、本発明２、９〜１１および比較例５〜６により線材径の差で比較すると、本発明の範囲のものは切断初期に駆動プーリーとの間でスリップが発生せず、スムーズに回転させることができるとともに２ｍ２／ｍ切断後も線材径が１．８ｍｍのもののコイルバネが僅かに露出したことを除いては被覆部材には損傷が見られなかったのに対し、比較例についてはスリップは発生しなかったが、２ｍ２／ｍ切断後に線材径の細いものではビーズのずれが発生し、ビーズの保持力が不足している傾向が見られた。また、線材径の太いものではコイルバネ外周側の被覆部材が摩耗してコイルバネが露出し、被覆部材とコイルバネとの界面に剥がれも見られた。
【００２７】
以上の結果より、本発明のワイヤーソーでは、切断初期に駆動プーリーとの間でスリップが発生せず、スムーズに回転させることができるとともに、切断を継続させても被覆部材には損傷が発生せず、耐久性の高いワイヤーソーとすることができることが分かった。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明のワイヤーソーの一部断面を含む部分正面図である。
【図２】本発明のワイヤーソーに使用するコイルバネを示す正面図である。
【図３】ワイヤーソーの切断の状況を示す図である。
【符号の説明】
【００２９】
１    ワイヤーソー
２    ビーズ
２ａ  超砥粒層
２ｂ  台金
３    ワイヤーロープ
４    コイルバネ
５    被覆部材
１１  切断装置
１２  駆動プーリー
１３  被切断物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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