(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超砥粒層の内周にコイルばねを接合したビーズを有することを特徴とするワイヤソー。
【請求項２】
超砥粒層とコイルばねがロウ材を介して接合されてなる請求項１記載のワイヤソー。
【請求項３】
ワイヤが合成樹脂又はゴムによって被覆されてなる請求項１又は請求項２記載のワイヤソー。
【請求項４】
超砥粒を含む金属粉末をリング状に圧縮成形した成形体のリング内周面にコイルばねを装着し、加熱焼結により超砥粒層を形成するとともにコイルばねと超砥粒層を接合してビーズとしたのち、ワイヤにビーズを挿通し、固定することを特徴とするワイヤソーの製造方法。
【請求項５】
超砥粒層とコイルばねを加熱焼結して接合したのち、コイルばねと超砥粒層をロウ付けする請求項４記載のワイヤソーの製造方法。
【請求項６】
ワイヤにビーズを挿通したのち、超砥粒層表面部分を除く部分を合成樹脂又はゴムにより被覆するとともにビーズを固定する請求項４記載の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】
本発明は、ワイヤソー及びその製造方法に関する。さらに詳しくは、本発明は、ビーズとワイヤの接合強度が大きく、軽量で屈曲性に優れ、ワイヤの損傷と破断を効果的に防止し、石材、コンクリート、鉄筋コンクリートなどの切断に好適に用いることができるワイヤソー及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超砥粒を固着した円筒状のビーズが、スチールワイヤなどに数珠状に連なって多数個固定されたワイヤソーは、ビーズソーとも呼ばれ、広く知られている。このようなワイヤソーは、ワイヤの端をつないでエンドレス状とし、張力を与えてプーリ駆動することにより、コンクリート構築物の切断や、石材の切断などに使用される。ワイヤソーによる切断は、ソーブレードによる切断に比べて騒音の発生が少なく、装置が簡単であり、水中での切断が可能などの特長を有するため広く使用されている。
従来、ビーズとワイヤの接着は、ゴムによる接着又はスリーブのかしめにより行われ、さらに、ワイヤ及びビーズ外周のスリーブの露出面が加硫ゴムにより被覆されていた。しかし、ビーズ外周面とゴムの接着力が弱く、使用中に接着破壊を起こして水が浸入し、錆を発生し、ついにはワイヤの破断に至るおそれがある。また、ビーズ内周面とワイヤをゴムにより接着した場合、ワイヤソーの使用時にはビーズに大きな力がかかるため、ビーズとワイヤの接着破壊を起こしてビーズが回転したり、ワイヤが破断するという事故のおそれがある。スリーブのかしめによりビーズをワイヤに固定した場合は、かしめた部分に応力が集中するために、ワイヤソーの使用中にワイヤがかしめ部分で破断するという事故のおそれがある。
このようなワイヤソーの損傷を防ぐために、種々の検討が行われている。例えば、実開平６−２４８２５号公報には、ビーズ台金内周部の摩耗を防止し得るワイヤソーとして、台金の内周部に硬質クロムメッキを施したビーズとコイルばねをワイヤに交互にはめ込んだワイヤソーが提案されている。また、実開平５−２９６２７号公報には、ワイヤとビーズの固定強度が大きく、ワイヤの損傷を防止し得るワイヤソーとして、ビーズ間にコイルばねを補強材として埋め込んだゴム製のスペーサをはめ込んだワイヤソーが提案されている。しかし、スペーサの焼付けや射出成形時にコイルばねを埋め込む作業は煩雑で手間がかかり、経済的に有利にワイヤソーを製造することは困難であった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、ビーズとワイヤの接合強度が大きく、軽量で屈曲性に優れ、ワイヤの損傷と破断を効果的に防止し、石材、コンクリート、鉄筋コンクリートなどの切断に好適に用いることができるワイヤソー及びその製造方法を提供することを目的としてなされたものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、超砥粒層の内周にコイルばねを接合したビーズを有するワイヤソーがビーズとワイヤの接合強度が大きく、さらに、超砥粒と金属粉末からなる圧縮成形体にコイルばねを装填し、加熱焼結することにより、形成される超砥粒層とコイルばねが焼結の時に同時に接合され、容易にビーズが得られることを見いだし、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、
（１）超砥粒層の内周にコイルばねを接合したビーズを有することを特徴とするワイヤソー、
（２）超砥粒層とコイルばねがロウ材を介して接合されてなる第(１)項記載のワイヤソー、
（３）ワイヤが合成樹脂又はゴムによって被覆されてなる第(１)項又は第(２)項記載のワイヤソー、
（４）超砥粒を含む金属粉末をリング状に圧縮成形した成形体のリング内周面にコイルばねを装着し、加熱焼結により超砥粒層を形成するとともにコイルばねと超砥粒層を接合してビーズとしたのち、ワイヤにビーズを挿通し、固定することを特徴とするワイヤソーの製造方法、
（５）超砥粒層とコイルばねを加熱焼結して接合したのち、コイルばねと超砥粒層をロウ付けする第(４)項記載のワイヤソーの製造方法、及び、
（６）ワイヤにビーズを挿通したのち、超砥粒層表面部分を除く部分を合成樹脂又はゴムにより被覆するとともにビーズを固定する第(４)項記載のワイヤソーの製造方法、
を提供するものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明のワイヤソーは、超砥粒層の内周にコイルばねを接合したビーズを有する。図１は、本発明のワイヤソーに用いるビーズの製造方法の説明図である。本発明においては、従来のビーズに用いられた円筒状スリーブの代わりにコイルばねを使用する。図１(ａ)は、コイルばね１の側面図である。使用するコイルばねの内径は、ワイヤソーに使用するワイヤの外径よりもわずかに大きいものを選択する。使用するコイルばねの長さには特に制限はなく、ビーズの超砥粒層の長さとワイヤソーのビーズのピッチ間隔の間の任意の長さとすることができる。コイルばねの長さがビーズの超砥粒層の長さと等しい場合、ワイヤはビーズが存在する部分のほかはコイルばねでは覆われない。コイルばねの長さがビーズのピッチ間隔と等しい場合、ワイヤは全面がコイルばねにより覆われる。
使用するコイルばねの形状には特に制限はなく、例えば、圧縮コイルばね、引張コイルばねなどを挙げることができる。使用するコイルばねの材料には特に制限はなく、例えば、硬鋼線、ピアノ線、炭素鋼オイルテンパー線、クロムバナジウム鋼オイルテンパー線、シリコンクロム鋼オイルテンパー線、シリコンマンガン鋼オイルテンパー線、ステンレス鋼線などを挙げることができる。コイルばねには、超砥粒層をロウ付けした後にブラスメッキなどの被覆を施すことができる。ブラスメッキなどの被覆を施すことにより、ビーズとゴムなどの被覆材との接着強度を向上することができる。
【０００６】
図１(ｂ)は、超砥粒圧縮成形体２の平面図及び側面図である。超砥粒圧縮成形体は、超砥粒と金属粉末を混合し、リング状に圧縮成形することにより作製することができる。リング状の超砥粒圧縮成形体は、加熱焼結により収縮するので、あらかじめ収縮率を考慮してその外径を選定することが好ましい。超砥粒圧縮成形体の内径は、リング内周面にコイルばねを装着できるよう、コイルばねの外径よりわずかに大きくすることが好ましい。超砥粒としては、ダイヤモンド砥粒、ＣＢＮ砥粒を挙げることができる。金属粉末としては、例えば、銅、銅合金、コバルト、ニッケル、コバルト−ニッケル合金、鉄などの粉末を挙げることができる。
本発明においては、リング状の超砥粒圧縮成形体をコイルばねに装着して加熱焼結する。図２は、加熱焼結の状態を示す断面図である。図２(ａ)に示すように、リング状の超砥粒圧縮成形体２をコイルばね１に装着して加熱焼結すると、図２(ｂ)に示すように、リング状の超砥粒圧縮成形体より超砥粒層３が形成されるとともに、収縮により超砥粒層は超砥粒圧縮成形体より外径、内径ともに小さくなり、コイルばねに焼結と同時に接合される。図１(ｃ)は、超砥粒層がコイルばねに接合された状態を示す側面図である。本発明において、焼結方法には特に制限はなく、例えば、マッフル炉、誘電加熱炉、抵抗加熱炉などを用いて焼結することができる。焼結雰囲気には特に制限はないが、酸化防止のために、水素ガス、アンモニア分解ガス、窒素ガス、水素−窒素混合ガス、アルゴンガスなどの雰囲気中の焼結、あるいは、真空焼結を行うことができる。超砥粒圧縮成形体の焼結を還元雰囲気中で行うと、超砥粒層が収縮しやすくなり、コイルばねとの接合強度が向上するので特に好ましい。
【０００７】
本発明においては、ビーズの超砥粒層とコイルばねが、ロウ材を介して接合されることが好ましい。本発明に用いるロウ材には特に制限はなく、例えば、銀ロウ、銅ロウ、黄銅ロウ、アルミニウム合金ロウ、りん銅ロウ、パラジウムロウ、金ロウ、ニッケルロウなどを挙げることができる。
本発明においては、リング状の超砥粒圧縮成形体を加熱焼結して超砥粒層としたのち、コイルばねに装着してロウ付けにより接合することができる。焼結により超砥粒層を作製したのちにコイルばねにロウ付けすることにより、コイルばねの熱劣化を防止することができる。
本発明においては、超砥粒層とコイルばねを接合してなるビーズをワイヤに挿通し、ビーズを固定する。超砥粒層とコイルばねを接合してなるビーズには、あらかじめブラスメッキなどの被覆を施し、あるいは、接着剤を塗付することができる。ブラスメッキなどの被覆や接着剤の塗付により、ビーズと合成樹脂、ゴムなどの被覆材との接着強度を向上することができる。
本発明において使用するワイヤには特に制限はなく、例えば、ＪＩＳ Ｇ ３５３５に規定されている航空機用ワイヤロープのような、細素線を撚り合わせた線状体を、さらに複数本撚り合わせたワイヤを好適に使用することができる。使用するワイヤの外径は、コイルばねの内径よりわずかに細いものとすることが好ましい。本発明において、ビーズをワイヤに固定する方法には特に制限はなく、例えば、合成樹脂又はゴムによりビーズをワイヤに固定することができる。合成樹脂又はゴムによりビーズをワイヤに固定する場合は、同時にワイヤを合成樹脂又はゴムにより被覆することが好ましい。ワイヤを合成樹脂又はゴムで被覆することにより、ワイヤの傷と腐食を防ぎ、ワイヤソーの寿命を延ばすことができる。
【０００８】
本発明において、合成樹脂又はゴムによりワイヤを被覆し、ビーズをワイヤに固定する方法には特に制限はないが、ビーズをワイヤに挿通して金型内に設置し、金型内に合成樹脂を射出成形し、あるいは、金型内で生ゴムを加硫することにより、ビーズのコイルばねとともにワイヤを合成樹脂又はゴムで被覆し、ビーズをワイヤに固定することが好ましい。図３は、金型の断面図である。図３(ａ)は、金型のキャビティの構造を示す。金型のキャビティ４は、ワイヤソーのビーズのピッチ間隔と同じ間隔をおいて設けられたビーズ部５と、ビーズ部を連結するワイヤ部６からなる。キャビティのビーズ部は、ビーズを超砥粒層部分において金型に保持し、コイルばねの露出部に合成樹脂又はゴム被覆を施すための空間を有し、ワイヤ部は、ワイヤに合成樹脂又はゴム被覆を施すための空間を有している。ビーズのコイルばねの長さがビーズのピッチ間隔と等しい場合は、金型のキャビティはビーズ部のみからなる。図３(ｂ)は、金型にビーズ及びワイヤを設置した状態を示す。ビーズ７をワイヤ８に挿通し、ビーズをビーズ部に１個ずつ嵌設し、ビーズ及びワイヤを設置して金型を閉じる。
本発明において、合成樹脂又はゴムによりワイヤを被覆し、ビーズをワイヤに固定する方法には特に制限はなく、例えば、上述のようにビーズ及びワイヤを金型内に設置したのち、合成樹脂又は生ゴムを射出してビーズ内周面とワイヤの間隙並びにワイヤ及びビーズのコイルばねの露出面に充填し、金型により合成樹脂を冷却して固化し、あるいは、金型よりの加熱によりゴムを加硫することができる。また、ビーズをビーズ部に嵌設する際に、ワイヤ及びビーズのコイルばねの露出面に生ゴムのシートを被せ、金型を閉じることによりビーズ内周面とワイヤの間隙並びにワイヤ及びビーズのコイルばねの露出面に生ゴムを充填し、金型よりの加熱によりゴムを加硫することができる。合成樹脂が固化し、あるいは、ゴムが加硫されると、ワイヤ及びビーズのコイルばねの露出面が合成樹脂又は加硫ゴムによって被覆されるとともに、ビーズは合成樹脂又は加硫ゴムの接着効果によってワイヤに固定される。
【０００９】
本発明のワイヤソーにおいては、ビーズにコイルばねが一体化して接合されているので、ビーズとコイルばねを交互にワイヤに挿通する必要がなく、作業の合理化が可能となる。また、超砥粒層がコイルばねに接合されているので、ビーズの超砥粒層部分以外は自在に曲げることができ、ワイヤソー全体の屈曲性が向上し、破断が少なくなる。さらに、ワイヤソー全体が軽量化し、作業中に機械に与える負荷が低減され、高速運転が可能となる。
本発明に使用する合成樹脂には特に制限はなく、例えば、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリオレフィン樹脂、塩化ビニル樹脂などを挙げることができる。本発明に使用するゴムには特に制限はなく、例えば、天然ゴム、スチレン−ブタジエンゴム、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、クロロプレンゴムなどを挙げることができる。生ゴムには、加硫剤及び加硫促進剤を配合し、その他必要に応じて、可塑剤、粘着剤、素練促進剤、硬化剤、発泡剤、補強剤、充填剤、老化防止剤、着色剤、難燃剤、接着助剤などを配合することができる。
【００１０】
【実施例】
以下に、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によりなんら限定されるものではない。
実施例１
線径１.１mm、コイル外径７.４mmのピアノ線材（ＳＷＰ）製のコイルばねを、有効巻数７で長さが１２.５mmになるよう切断し、図１(ａ)に示す形状のコイルばねとした。
金属粉末に粒度４０／５０の人造ダイヤモンド砥粒を集中度５０になるよう配合して金型を用いて圧縮成形し、図１(ｂ)に示すリング状の圧縮成形体を得た。リング状の圧縮成形体にコイルばねを装着し、ダイヤモンド砥粒層とコイルばねを焼結の時に同時に接合し、図１(ｃ)に示す形状のビーズを得た。ダイヤモンド砥粒層の寸法は、長さ６.５mm、外径１０.２mmであった。
このビーズに銀ロウ付けを行い、ビーズを完成した。さらに同じ操作を繰り返して、同じビーズ１,０００個を作製した。
ＪＩＳ Ｇ ３５３５に規定する、Ａ３号、Ａ７×１９、外径４.７６mmの炭素鋼ワイヤを長さ１０.０ｍに切断し、図３に示す形状を有し、ピッチ２５mmで上記のビーズに対応するビーズ部を設け、ワイヤ部の内径が８.０mmである金型を用いて、ゴムによるビーズのワイヤへの固定と、ワイヤ及びビーズのコイルばねの被覆を行った。
金型を１６５℃に加熱し、ワイヤの露出面及びビーズのコイルばねに生ゴムのシートを巻き付け、ビーズを金型のビーズ部に嵌設する作業を手早く繰り返して、金型キャビティのビーズ部とワイヤ部を充たし、直ちに金型を閉じて加圧し、７分間加硫を行った。同じ操作を繰り返し、全周１０.０ｍのワイヤソーを完成した。同じワイヤソーを、さらに２本、同様にして作製した。
このワイヤソーの１本を用いて、鉄筋コンクリートブロックの切断を行った。鉄筋コンクリートブロックは、１,２００mm×９００mmの切断面に、直径１６mmの鉄筋４２本を有し、圧縮強度が４００×１０-1ＭPaである。使用機械は、出力１８.５kW、プーリー径８００mm、最大張力１５０kgf、周速０〜３０ｍ／秒のダイヤモンドワイヤソー切断機であり、切断条件は、周速２０ｍ／秒、水量７.５リットル／分、切断速度２０mm／分、張力１５０kgfとした。１本のワイヤソーにより、上記の条件で、鉄筋コンクリートブロックの切断を２０回行った。２０回切断後のワイヤソーには、錆の発生やビーズ寄りはもちろん、被覆ゴムの接着破壊も認められなかった。
ワイヤソーの他の１本を用いて、疲労試験を行った。直径５００mmのプーリー２個にワイヤソーをかけ、張力８００kg、ワイヤソーの速度２０ｍ／秒の条件で３０時間走行させた。その後、ｎを１〜２０の自然数として、撚り継ぎ箇所から１５ｎ番目と１５ｎ＋１番目の２個のビーズがワイヤ片に接着している試験片２０個を切り出した。また、疲労試験を行わない残りの１本のワイヤソーからも、同様にして試験片２０個を切り出した。
万能試験機［(株)島津製作所、ＡＧ−２０ｋＮＣ］を用い、試験片のビーズをチャックで掴んで、引張速度１０mm／分で試験を行い、接着破壊に至るまでの最大荷重を求めて接着強度とした。疲労試験を行わない試験片の接着強度は、２８２〜３００kgfであった。また、疲労試験後の試験片の接着強度は、２７０〜２８０kgfであった。
実施例２
線径１.１mm、コイル外径７.４mmのばね用ステンレス鋼線（ＳＵＳ３０４）製のコイルばねを、有効巻数１５で長さが２５.０mmになるよう切断し、図４(ａ)に示す形状のコイルばねとした。
金属粉末に粒度４０／５０の人造ダイヤモンド砥粒を集中度５０になるよう配合して金型を用いて圧縮成形し、図１(ｂ)に示すリング状の圧縮成形体を得た。リング状の圧縮成形体にコイルばねを装着し、ダイヤモンド砥粒層とコイルばねを焼結の時に同時に接合し、図４(ｂ)に示す形状のビーズを得た。ダイヤモンド砥粒層の寸法は、長さ６.５mm、外径１０.２mmであった。このビーズに銀ロウ付けを行い、同じビーズを必要数作製した。
ＪＩＳ Ｇ ３５３５に規定する、Ａ３号、Ａ７×１９、外径４.７６mmの炭素鋼ワイヤを長さ１０.０ｍに切断し、上記のビーズを挿通した。コイルばねを自然の状態にしたとき、ワイヤはすべてコイルばねにより覆われた状態となった。ピッチ２５mmで上記のビーズに対応するビーズ部を設け、ワイヤ部の内径が１０.０mmである金型を用いて、ゴムによるビーズのワイヤへの固定と、ビーズのコイルばねの被覆を行った。
金型を１６５℃に加熱し、ビーズのコイルばねに生ゴムのシートを巻き付け、ビーズを金型に嵌設する作業を手早く繰り返して、金型キャビティを充たし、直ちに金型を閉じて加圧し、７分間加硫を行った。同じ操作を繰り返し、全周１０ｍのワイヤソーを完成した。
このワイヤソーを用いて、鉄筋コンクリートブロックの切断を行った。鉄筋コンクリートブロックは、１,２００mm×９００mmの切断面に、直径１６mmの鉄筋４２本を有し、圧縮強度が４００×１０-1ＭPaである。使用機械は、出力１８.５kW、プーリー径８００mm、最大張力１５０kgf、周速０〜３０ｍ／秒のダイヤモンドワイヤソー切断機であり、切断条件は、周速２０ｍ／秒、水量７.５リットル／分、切断速度２０mm／分、張力１５０kgfとした。１本のワイヤソーにより、上記の条件で、鉄筋コンクリートブロックの切断を２０回行った。２０回切断後のワイヤソーには、錆の発生やビーズ寄りはもちろん、被覆ゴムの接着破壊も認められなかった。
【００１１】
【発明の効果】
本発明のワイヤソーは、ビーズとワイヤの接合強度が大きく、軽量で屈曲性に優れ、ワイヤの損傷と破断を効果的に防止し、石材、コンクリート、鉄筋コンクリートなどの切断に好適に用いることができる。本発明方法によれば、このようなワイヤソーを合理化された工程により容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明のワイヤソーに用いるビーズの製造方法の説明図である。
【図２】図２は、加熱焼結の状態を示す断面図である。
【図３】図３は、金型の断面図である。
【図４】図４は、本発明のワイヤソーに用いるビーズの説明図である。
【符号の説明】
１  コイルばね
２  圧縮成形体
３  超砥粒層
４  キャビティ
５  ビーズ部
６  ワイヤ部
７  ビーズ
８  ワイヤ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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