(57)【要約】　　　（修正有）【課題】被研削物によるセルフドレッシング作用に依存せず、安全に、しかも長時間研削性能が変動しない、静粛で、研削性能が優れたワイヤソー、およびその製造方法を提供する。【解決手段】ワイヤーをロープ状の芯線と単条あるいは複条の円筒コイル状の台金線１０とで形成し、台金線の切断面形状を凹形状と凸形状の連続構造にして、凹部切断方向前面部に溝１１を構成した構造とし、砥粒２を金属によって強固に固着する。【選択図】　　　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単条あるいは複条の円筒コイル状に巻かれた台金線と、台金線に金属によって固着された多数の砥粒と、台金線の内側空間にその全長にわたって挿入固定されたロープ状の芯線とからなることを特徴とするワイヤソー。
【請求項２】
円筒コイル状に巻かれた台金線の切断面形状が芯線に対して凹形状と凸形状の連続的構造であり、凹部の内側に金属によって固着された多数の砥粒を包含する形状である請求項１記載のワイヤソー。
【請求項３】
円筒コイル状に巻かれた台金線の切断加工方向の前面部に切り屑、冷却水を通す連続したコイル状の溝を構築した構造である請求項１記載のワイヤソー。
【請求項４】
砥粒がダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素、炭化ケイ素、および超硬合金からなる群の中から選択された砥粒であることを特徴とする請求項１記載のワイヤソー。
【請求項５】
ワイヤソーの少なくとも芯線の部分の外周部と台金線をゴムあるいはプラスチックの被覆材で被覆した請求項１〜４のいずれかに記載のワイヤソー。
【請求項６】
単条あるいは複条の円筒コイル状に巻かれた凹形状と凸形状を形成する台金線に、銅合金あるいはニッケル合金などを主成分とした粉末に添加材を混練、成形したものを連続的に配置し、その表面及び内部に活性金属ロー材を塗布あるいは混練し、そのロー材の表面および内部に多数の砥粒を配設し、全体を真空、還元、あるいは中性の雰囲気中で合金成分の一部あるいは全部が溶融する温度まで加熱して砥粒をその配設箇所に金属によって化学的に固着し、台金線の切断加工方向の前面部に被削材の切り屑、冷却水を通すためのコイル状の溝が中空のコイル状構造物、あるいはゴム、プラスチック射出成形金型などにより構築され、さらにロープ状の芯線を前記台金線の内側空間にその全長にわたって挿入し、固定することを特徴とするワイヤソーの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、外周面に多数の砥粒を金属によって化学的に固着したロープ状のワイヤソーとその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ワイヤソーとしては、砥粒を金属粉末と混合成形した後に台金とともに焼成して、砥層部を有する台金（ビーズ）を製作し、この台金を金属ワイヤロープに固定した、石材、コンクリート構造物の切断に用いられるメタルボンドワイヤソーが広く知られている。（例えば、特公昭４９−２２３１号、特公昭５１−３８４７３号）
また、メタルボンドを用いずに直接台金に砥粒を接触させて、砥粒間の隙間にニッケルなどを電気メッキ法、化学メッキ法などで析出させて砥粒を固定させ、その台金をワイヤー線に固定する方法も広く知られている。
さらに、円筒コイル状に巻かれた台金線と、台金線の外側表面に金属によって固着された多数の砥粒と、台金線の内側空間にその全長にわたって挿入固定されたロープ状ワイヤソーもある。（例えば、特願平１２−７９０７０）
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来、メタルボンド研削工具は被研削物の切り屑による自生発刃作用（セルフドレッシング）により、切刃を露出させるためボンドの選択で研削性能が著しく変動する。また、加工により切り屑は冷却水とともに外部に排除されるが、十分に切り屑が冷却水とともに外部に排除されることにより、研削性能を向上させる必要がある。切り屑の量、形状はボンドと被削材、加工条件により、その整合性（相性）によっても研削性能に大きな影響を与えてしまう。これが研削性能の不安定要因となり、研削性能が著しく変動してしまう。
【０００４】
また、ボンド部材は摩耗することによって砥粒を露出させるが、ボンドと砥粒との間には、化学的な結合がないために、砥粒はボンド部材から容易に脱落してしまう。したがって、工具全体における砥粒の研削に関与できる割合は極めて低く、不安定な研削と工具寿命の短縮の原因になっていた。
【０００５】
さらに、従来のインプリ型（Ｉｍｐｒｅｇｎａｔｅｄ）メタルボンドワイヤソー１は図１に示すようにワイヤー芯線３に所定の間隔を置いて砥層台金６がコーキング（カシメ）によって固定され、さらにプラスチック、ゴムなどの被覆材８で固定されているため、本来ワイヤーのもつ柔軟性や応力の分散性能を阻害していた。
【０００６】
この発明は前記問題点を根本的に解決するもので、被研削物によるセルフドレッシング作用に依存せず、安全に、しかも長時間研削性能が変動しない、静粛で、研削性能が優れたワイヤソー、およびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明のワイヤソーは、単条あるいは複条の円筒コイル状に巻かれたその切断面形状が芯線に対して凹形状と凸形状の連続的構造台金線と、凹形状の台金線の凹部内側に金属によって固着された多数の砥粒と、台金線の内側空間にその全長にわたって挿入固定されたロープ状の芯線とからなることを特徴としている。
また、この発明のワイヤソーの製造方法は、円筒コイル状に巻かれた台金線に対して凹形状の凹部の内側に、銅合金などを主成分とした粉末に添加材を混練、成形したものを連続的に配置し、その表面及び内部に活性金属ロー材を塗布し、または混練しそのロー材の表面及び内部に多数の砥粒を配設し、全体を真空、還元、あるいは中性の雰囲気中で合金成分の一部あるいは全部が溶融する温度まで加熱して砥粒をその配設箇所に金属によって固着し、台金線の切断加工方向の前面部に被削材の切り屑、冷却水を通すためのコイル状の溝が中空のコイル状構造物あるいはゴム、プラスチック射出成形金型などにより構築された溝をもち、さらにロープ状の芯線を前記台金線の内側空間にその全長にわたって挿入、固定することを特徴としている。
【０００８】
この発明のワイヤソーにおいては、芯線は金属で構成する。
一方、砥粒としては、ダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素、炭化ケイ素、および超硬合金からなる群の中から選択するとよい。
コイル状の台金線の切断面形状は芯線に対して凹形状と凸形状の連続的構造であり、凹部の内側の凹空間に砥粒を配設できる、砥粒を凹台金の内側空間の表面あるいは内部に包含できてよい。
台金線の切断加工方向の前面部に被削材の切り屑、冷却水を通すためのコイル状の溝が中空のコイル状構造物を台金線とともに埋設するか、またはゴム、プラスチックなどと接着しないコイル状構造線を埋設した後、ゴム、プラスチックなどでの固定後に除去することにより溝形状を構築してもよい。
また、芯線への台金線の固定は、コイル状の台金線の弾性変形によって生じる摩擦により行うとよく、さらに台金線コイルの防錆のため、ゴム、プラスチックスなどで少なくとも芯線の部分の表面を被覆するとよい。
【０００９】
【作用】
以上のように構成することにより、この発明のワイヤソーは台金線の上に砥粒による連続した切れ刃を形成できる。しかも台金線は単条あるいは複条の円筒コイル状に巻かれているので、そのコイルのピッチを変化させることにより平均砥粒間隔を調整して、切れ味と寿命を制御することができる。
【００１０】
台金線の切断加工方向の前面部に被削材の切り屑、冷却水を通すための中空のコイル状構造物はワイヤソー表面が被削材によって摩耗すると中空であるので部分的に連続した溝が構成される。あるいはゴム、プラスチック射出成形金型などにあらかじめ凸部を構成させると溝は成形できる。このため切り屑、冷却水の排除が容易になされる。
【００１１】
また、台金線は連続した複数のコイル状であるから、砥粒の切れ刃は常に切断すべき被研削物に対して接触しているので、断続研削で生じやすい振動や騒音を極めて少なくすることができる。さらに、コイル状態の特徴として切断方向に対して、常に螺旋角度を保持できるので、作業時にワイヤソー全体に自転を生じることになり、ワイヤソーの偏摩耗を防止でき、工具の寿命伸長に極めて有利に作用する。
【００１２】
また、コイル状の台金線は芯線に張りと柔軟性を付与して、被切断物の小さな曲率部分の切断を可能にすると共に、ワイヤソーの駆動による張力に対して、適切な応力分散を可能にする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。図１は従来のインプリ型メタルボンドワイヤソー１の一部縦断正面図であって、このワイヤソー１ではダイヤモンド砥粒２がメタルボンド層４によって台金６に取り付けられ、その台金６がワイヤソー１の芯線３にその長手方向に間隔を置いて固定されていた。
【００１４】
図２はこの発明のワイヤソーの一部を示す正面図で、このワイヤソー１は例えば以下のようにして作成される。銅合金（Ｃｕ−２０重量％Ｓｎ）を主成分にした粉末に、パラフィン、ポリエチレングリコールなどの添加材を混練したものを成形して、単条のコイル状台金線１０の外側表面に連続的に配置し、その表面にジルコニュウム入りロー材のような活性金属ロー材を塗布し、砥粒２をそのロー材の上に散布、配設する。次に、これら全体を１０−３Ｐａ以下の真空、還元あるいは中性の雰囲気中で、合金成分の一部あるいは全部が溶融する温度、例えば８８０°Ｃ以上の温度で約１０分間加熱して、ロー材により、砥粒２の台金線１０への金属による固着を実現する。
【００１５】
以上のようにして、凹形状内側空間に多数の砥粒２を固着された単条あるいは複条のコイル状台金線１０にコイル状台金線とほぼ同一内径、外径、ピッチの鋼状コイル１３を回転させながら台金線に沿わせて切断方向前部になるように設置して後、この内側空間に、ロープ状の芯線３をその全長にわたって挿入し、芯線３を台金線の弾性変形等によって台金線自体に固定して、ワイヤソー１を完成する。
さらに、ワイヤソー１の全体、あるいは芯線３の部分の外周をゴムあるいはプラスチックの被覆材８で被覆する。その後鋼コイル１３をワイヤソー１の表面から除去すると溝１１が構成された。
例えば、図３に示すようにその右半分に示した撚り芯線１２を有するワイヤソーを、その左半分に示すように黒色ゴムの被覆材８で被覆する。この場合、先ずワイヤソー１全体を被覆材８で被覆しておくと、ワイヤソーの使用に応じて砥粒の刃先が被覆材を破り、続いて台金線部分の被覆材が剥離されて、図の左半分に示した被覆状態にすると溝１１が構成されたことになる。
また、台金線には亜鉛、スズ成分が含まれているため、ゴムと台金線との密着は十分に高く、ゴムそのものの強度よりも強い接着強度が得られる。鋼コイル１３はゴムとは接着しないので、容易に除去できる。
【００１６】
砥粒２の粒度は、２０〜８０メッシュが好ましく、場合によっては８０〜４００メッシュとしてもよい。
銅合金は１０〜３３重量％Ｓｎの青銅合金、５〜２０重量％Ｚｎの真鍮合金あるいは、１〜１３重量％ＡｌのＡｌ合金などの組み合わせでもよい。好ましくは炭素と反応しない銅、スズ、アルミの合金で活性金属の固溶限が大きいものがよい。
活性金属ロー材はセラミックスを濡らす性質があるが、金属間化合物を構成して脆化することがある。ロー材の厚みは砥粒径の１０〜６０％の厚みにするのがよい。銅合金に対する活性金属ロー材の割合は７〜２０重量％になるようにロー材を調整する。砥粒の突出量はロー材に濡れた状態で砥粒径に対して３０〜７０％が適当である。
【００１７】
次に、この発明における単条あるいは複条コイル状台金線の切断面形状については凹形状を例として、図４に示した。台金線の切断面形状が凹形のコイル状によりその凹部の内側空間に砥粒を配設できる。これは砥粒を凹部内側に包含させる形状で受けることで、砥粒の脱落を防止できる。したがって、切れ味、寿命に極めて大きな効果を与える。
【００１８】
実験例
直径８ｍｍで約２５メートルのワイヤソーをこの発明のとおりに製作し、移動式ワイヤソーマシンを用いて繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）材の切断加工を実施し、その切断速度を計測して、加工性能を溝付きと溝なし品と比較した。砥粒はいずれもダイヤモンド砥粒であり、砥粒径はすべて４０／５０メッシュのものを用いた。
その結果、この発明のワイヤソーの切断速度は、溝なしに比べ１０〜３０％早く切断でき、その高い切断加工性能が確認された。
【００１９】
また、耐久性においても、溝なしワイヤソーは偏摩耗を生じる場合があり、台金まで達する部分も見られたが、溝付きは冷却と切り屑の良好な排除により、ＦＲＰの焼け付きも生じることなく、全面が均一な摩耗形態を示しており、これが切断性能、特に耐久性を向上させた原因と考えられた。この発明のワイヤソーはほとんど砥粒の脱落はなく、耐久性にも優れている事がわかった。また、焼け付きも全く見られなかった。
【００２０】
【発明の効果】
この発明の製造方法により製造されたワイヤソーは砥粒の突出量を非常に大きくとれ、かつ溝成形で空間を構成したことにより、被削材の切りくずの排除がよく、ボンド部分と被削材との接触が少ないので研削抵抗の低下させ、被削材と台金との接触で生ずる振動や騒音を固定するゴムなどの被覆材で吸収できるので極めて高い静粛性や高い加工性能を示し、刃先部分、溝部が常に連続しているので切り屑の排除、研削熱の放散性もよい。
また、砥粒は金属によって強く固着されているので、長時間の安定した研削性能を維持でき、砥粒の有効利用が計れる。芯線は、材料を適宜に選んで強度を向上できるため、細いワイヤソーの製造ができ、加工能率が向上する。そのため、目詰まりし易く、焼きつきを生じやすいＦＲＰなどの切断加工には特に有効である。
また、硬い石材からコンクリート構造物、人工大理石、窯業製材、あるいはそれらの複合材料の切断など広い用途に適合できる。軽量で取り扱いやすいものにできるので、全体として低コストで安全性が高く、付加価値の高いワイヤソーとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のインプリ型メタルボンドワイヤソーの一部縦断正面図である。
【図２】この発明のワイヤソーの一部を示す正面図であり、被覆成形前に鋼コイルを台金線前部に配置した状況を示す説明図である。
【図３】撚り芯線を被覆材で被覆した、この発明の実施例を、被覆材を一部剥離して溝が構成された状況を示す説明図である。
【図４】この発明の台金線コイルの切断面形状を示す説明図である。
【符号の説明】
１　ワイヤソー
２　砥粒
３　芯線
４　メタルボンド層
６　台金
８　被覆材
１０　台金線
１１　溝
１２　撚り芯線
１３　鋼コイル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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