JP2008178938A - ワイヤソー - Google Patents

Abstract

【課題】小径化を達成しながらワイヤに対するビーズの固定強度を確保することができるワイヤソーを提供する。
【解決手段】ワイヤソー１は、シャンク１１の外周に超砥粒１３が固着されてなる円筒状のビーズ５がワイヤ３に配列されてなる無端状のワイヤソーである。このワイヤソー１において、ビーズ５の直径Ｒは、０．８ｍｍ以上且つ５．０ｍｍ以下であり、ワイヤ３の延在方向Ａにおけるビーズの長さＬと、ビーズの配列ピッチＰと、の関係は、０．３５＜Ｌ／Ｐ＜０．７２である
【選択図】図２

Description

本発明は、シャンクの外周に超砥粒が固着されてなる円筒状のビーズがワイヤに配列されてなる無端状のワイヤソーに関するものである。

従来から、研削部材が所定間隔でワイヤに配列されてなるワイヤソーが知られている（例えば、特許文献１参照。）。この種のワイヤソーは、切断スピードが速く大断面への対応が可能であるという特徴を活かし、コンクリートや石材等の切断に用いられる。特許文献１記載のワイヤソーの研削部材としては、直径約１０ｍｍのシャンクの外周にダイヤモンド砥粒が固着されてなるビーズが用いられている。
特開２０００−６１９２９号公報

例えば、このようなワイヤソーを、高価な材料からなるワークの切断に適用することも考えられるが、その場合には、ワークの材料損失を低減すべく、ワイヤソー自体を小径化することが望まれる。しかしながら、小径化のためにワイヤソー全体のサイズをそのまま縮小するとすれば、ビーズとワイヤとの接触面積が減少することで、ワイヤに対するビーズの固定強度が低下するので、使用時には、ビーズの位置がワイヤ上でズレてしまったり、ビーズがワイヤの回りで回ってしまったりするおそれがある。

そこで、本発明は、小径化を達成しながらワイヤに対するビーズの固定強度を確保することができるワイヤソーを提供することを目的とする。

本発明に係るワイヤソーは、シャンクの外周に超砥粒が固着されてなる円筒状のビーズがワイヤに配列されてなる無端状のワイヤソーにおいて、ビーズの直径Ｒは、０．８ｍｍ以上且つ５．０ｍｍ以下であり、ワイヤの延在方向におけるビーズの長さＬと、ビーズの配列ピッチＰと、の関係は、０．３５＜Ｌ／Ｐ＜０．７２であることを特徴とする。

このワイヤソーは、ビーズの直径が０．８ｍｍ以上且つ５．０ｍｍ以下になるように小径化されているので、カーフロスが低減され、切断されるワークの材料損失を抑えることができる。また、ビーズの長さＬが配列ピッチＰの０．３５倍よりも大きいので、ビーズとワイヤとの接触面積を確保することができ、その結果、ワイヤに対するビーズの固定強度を確保することができる。また、一般に、ビーズの長さＬが配列ピッチＰに対して長すぎると、ワイヤソーが曲がり難くなるが、このビーズの長さＬは、配列ピッチＰの０．７２倍よりも小さく抑えられるので、このワイヤソーの曲がり易さを確保することができ、その結果、このワイヤソーを曲げて走行させる際、円滑に走行させることができる。

また、本発明に係るワイヤソーは、ビーズ同士の間においてワイヤの外周を被覆する被覆部を備え、ビーズのシャンクと被覆部との境界は、ワイヤの延在方向に対して斜めに形成されることが好ましい。このような構成によれば、ワイヤの回りでのビーズの回転が被覆部により規制されるので、ビーズがワイヤ回りに回転し難くなり、ワイヤに対するビーズの回転方向の固定強度を向上することができる。

また、本発明に係るワイヤソーは、ビーズ同士の間においてワイヤの外周に巻きつけられたコイルバネを備えることが好ましい。このような構成によれば、隣接するビーズ同士の位置関係がコイルバネの付勢力によって規制されるので、ワイヤの延在方向においてビーズが移動し難くなり、その結果、ワイヤに対するビーズの固定強度を向上することができる。

本発明のワイヤソーによれば、小径化を達成しながらワイヤに対するビーズの固定強度を確保することができる。

以下、図面を参照しつつ本発明に係るワイヤソーの好適な実施形態について詳細に説明する。

（第１実施形態）
図１及び図２に示すワイヤソー１は、研削部材としてのワイヤソー用ビーズ５を、ワイヤ３に対して等間隔に配列し固定してなるワイヤソーである。以下、このワイヤソー１において、ワイヤ３の延在方向Ａにおけるビーズ５の長さをＬ、ビーズ５の配列ピッチをＰとする。このワイヤソー１では、金属製のビーズ５の孔５ａに撚り線のワイヤ３が挿入され、ビーズ５は接着剤を用いてワイヤ３に接着される。更に、隣接するビーズ５同士の間のワイヤ３の露出部分は、メッキにより形成されたゴムからなる円筒状の被覆部７により被覆されている。なお、被覆部７としては樹脂製のものを用いてもよい。このワイヤソー１は、ワイヤ３の両端部が編み込みにより連結され無端状（エンドレス）をなしているので、このような無端状のワイヤソーを用いる切削機械に適用することが可能である。

上記ビーズ５は、円筒状のステンレス製のシャンク１１を有しており、このシャンク１１の外周中央部には、ダイヤモンド砥粒（超砥粒）１３がろう付け加工により固着されている。このように、ろう付け加工を用いて超砥粒をシャンク１１外周に直接固着しているので、ビーズ５の直径を小さく抑えることができる。なお、この場合、ダイヤモンド砥粒１３は、シャンク１１外周面において規則配列されてもよく、ランダム配列されてもよい。

このワイヤソー１は、カーフロスを低減するために、ビーズ５の直径Ｒを、
０．８ｍｍ≦Ｒ≦５．０ｍｍ ・・・数式（１）
とすることが好ましく、この中でも、直径Ｒを０．８ｍｍ以上４．０ｍｍ以下とすることが更に好ましい。このようなサイズのビーズ５を用いれば、ワイヤソー１は、従来のワイヤソー（ビーズの直径が１．０〜１．５ｍｍ程度）に比較して、ビーズ５が小径であるので、カーフロスが１．２〜１．８ｍｍ程度と小さく抑えられ、ワークの材料損失を少なく抑えることができる。特に、ビーズ５の直径Ｒを４．０ｍｍ以下に抑えると、一般的なバンドソー（厚さ３ｍｍ程度）に遜色のない程度までカーフロスを抑えることができるので更に好ましい。その結果、従来はバンドソーを用いて切断していたセラミック、石英ガラス、シリコンといった高価なワークを、上記ワイヤソー１を用いて切断することも可能となる。そして、この場合、ワイヤソーの特徴を活かして、バンドソーを用いる場合よりも大断面のワークに対応可能であると共に、切断スピードも向上する。

その一方、ビーズ５を小径化すると、ビーズ孔５ａの内壁とワイヤ３との接触面積が小さくなることに加え、小さいビーズ孔５ａの内壁に接着強度向上のための加工を施すことも困難であるので、ビーズ５のワイヤ３に対する固定強度の確保が困難になる。ビーズ５のワイヤ３に対する固定強度が不足すると、ワイヤソー１の使用時に、ビーズ５の位置がワイヤ３上でズレてしまったり、ビーズ５がワイヤ３の回りで回ってしまったりするおそれがある。

そこで、このワイヤソー１においては、ビーズ５のビーズ長Ｌと配列ピッチＰとの関係が、
０．３５＜Ｌ／Ｐ＜０．７２ ・・・数式（２）
を満たすように設定されることが好ましい。なお、図に示すように、このビーズ５においては、ビーズ長Ｌはシャンク１１の長さに等しい。このように、ビーズ長Ｌを、配列ピッチＰの０．３５倍を超えるように比較的長く設定することにより、ビーズ孔５ａの内壁とワイヤ３との接着面積を確保することができるので、ビーズ５のワイヤ３に対する固定強度を確保することができる。その結果、ワイヤソー１の使用中に、ビーズ５の位置がワイヤ３の延在方向にズレてしまったり、ワイヤ３回りで回転してしまったりすることを抑制することができる。また、このビーズ長Ｌを、配列ピッチＰの０．７２倍よりも小さくすることで、ピッチＰに対して極端に大きくなり過ぎず、ワイヤソー１を比較的小さい曲率半径をもって曲げることができる。その結果、このワイヤソー１を曲線軌道で走行させる際にも、プーリーに巻き易く、円滑に走行させることができる。なお、ビーズ５のビーズ長Ｌと配列ピッチＰとの関係は、０．４４≦Ｌ／Ｐ≦０．５０を満たすように設定されると、更に好ましい。

また、小径化を容易にするワイヤソーとして、ワイヤ表面に直接砥粒を固着させたタイプのワイヤソーも存在するが、このようなタイプに比較して、ビーズ５を用いた上記ワイヤソー１は、破断強度が高い点で優れている。また、ダイヤモンド砥粒を含む砥粒層を予め焼結しシャンク外周に固着させたタイプのビーズも存在するが、このタイプの場合、砥粒層が薄くなりすぎると破損しやすくなるので、小径化が容易ではない。

続いて、上記ワイヤソー１を用いて本発明者らが行った切削試験について説明する。

切削試験に使用したワイヤソー１の詳細は次の通りである。ワイヤソー１用のワイヤ３は、７×７本撚りの外径２．０ｍｍのものである。そして、このワイヤ３に、配列ピッチＰの等間隔でビーズ５が配列され、金属接着用の接着剤で固定されている。このビーズ５のシャンク１１としては、内径２．２ｍｍ、外径３．２ｍｍ、長さ１１ｍｍのＳＵＳ４０３製のものが用いられ、このシャンク１１の外周面には、粒径約０．３ｍｍのダイヤモンド砥粒１３がランダム配列され、ろう付け加工により固着されている。このダイヤモンド砥粒１３が固着された範囲は、シャンク１１外周面の中央部において、長さ５．０ｍｍに亘っている。また、被覆部７の直径は、３．８ｍｍである。そして、ビーズ直径Ｒは、ろう付けされたダイヤモンド砥粒１３の厚さ分だけシャンク１１の直径よりも大きく、直径Ｒ＝４．０ｍｍである。また、ビーズ長Ｌは、シャンク１１の長さに等しい。

このようなワイヤソー１のビーズ長Ｌ及び配列ピッチＰを種々変えた各試験用ワイヤソーＴ１〜Ｔ５を用いて、精密用ワークである石英ガラス及びシリコンを、切断面１ｍ^２で切断した。このとき、周速は１３００〜１８００ｍ／ｍｉｎ、切断速度は５ｍｍ／ｍｉｎ程度とした。この切削試験の結果は、下表１に示している。

なお、表中のビーズ保持強度とは、ワイヤ３に対するビーズ５の接着強さを意味し、ワイヤ３に対するビーズ５の接着面のせん断強度を測定して得られた値である。

表１に示すように、ワイヤソーＴ１，Ｔ２は、上記数式（１）を満たすように小径化されているので、上記精密用ワークをカーフロス約４．３ｍｍで切断することができた。また、ワイヤソーＴ１，Ｔ２は、上記数式（２）を満たすようにビーズ長Ｌと配列ピッチＰとが設定されているので、曲線軌道上を円滑に走行させることができた。更に、ビーズ保持強度も、ワイヤソーＴ１では１．２０ｋＮ、ワイヤソーＴ１では０．８ｋＮと十分に確保することができ、ワークの切断後も、ワイヤ３上においてビーズ５がズレたり回転したりする現象が見られなかった。

また、ワイヤソーＴ３のビーズ長Ｌ及び配列ピッチＰは、上記数式（２）を満たさないものの、ワイヤ３に接着したビーズ５を更にカシメることによってビーズ保持強度を増し、ワイヤソーＴ２と同じビーズ保持強度を実現したものである。このようなワイヤソーＴ３によっても、ワークの切断後におけるビーズ５のズレや回転は見られなかった。この結果により、ビーズ５のズレや回転を防止する上では、ビーズ保持強度（単位：ｋＮ）として、ビーズ直径Ｒ（単位：ｍｍ）の０．１７倍以上の数値が必要であることが判った。そして、上記ワイヤソーＴ１，Ｔ２では、接着剤のみを用いて、このようなビーズ保持強度を満足することができ、上記ビーズ５のズレや回転を防止することができることが判明した。

これに比較し、ワイヤソーＴ４は、ビーズ長Ｌが配列ピッチＰに対して小さすぎたので、ビーズ５のワイヤ１に対する保持強度が０．３ｋＮと比較的弱く、ビーズ５のワイヤ３上でのズレや回転が発生した。また、ワイヤソーＴ５は、配列ピッチＰが２５ｍｍであり、ビーズ長Ｌが１８ｍｍ、被覆部７の長さが７ｍｍである。このように、ビーズ長Ｌが配列ピッチＰに対して大きすぎたので、ワイヤ１が曲がりにくく、曲線軌道を円滑に走行させることができなかった。

以上の結果より、上記数式（２）を満たすようにビーズ長Ｌと配列ピッチＰとを設定することで、ワイヤソー１を曲線軌道に沿って円滑に走行させることができ、ワークの切断後も、接着剤で固定されたビーズ５が、ワイヤ３上でズレたり回転したりすることを防止できることが判明した。

（第２実施形態）
続いて、本発明に係るワイヤソーの第２の実施形態として、図３及び図４に示すワイヤソー５１について説明する。なお、このワイヤソー５１において、ワイヤソー１と同一又は同等な構成については、図面に同一符号を付し、その説明は省略する。

このワイヤソー５１は、上述のワイヤソー１におけるビーズ５に代えてビーズ５５を備え、被覆部７に代えて被覆部５７を備えている。このビーズ５５は、斜円筒の形状をなすシャンク６１を有する点において、円筒状のシャンク１１を有するビーズ５と異なっている。また、このビーズ５５の形状に対応して、被覆部５７も斜円筒形状をなす点において、円筒状の被覆部７と異なっている。従って、ワイヤソー１とは異なり、ワイヤソー５１におけるビーズ５５と被覆部５７との境界は、ワイヤ３の延在方向Ａに対して斜めに形成されている。このような構成によれば、ワイヤ３回りにおけるビーズ５５の回転が、被覆部５７によって規制されるので、ビーズ５５がワイヤ３回りに回転し難くなり、ビーズ５５の回転方向における固定強度が向上する。その結果、ビーズ５５がワイヤ３回りで回転してしまうことが更に抑制される。

（第３実施形態）
本発明に係るワイヤソーの第３の実施形態として、図５に示すワイヤソー５１について説明する。なお、このワイヤソー５１において、ワイヤソー１と同一又は同等な構成については、図面に同一符号を付し、その説明は省略する。

このワイヤソー７１は、すべてのビーズ５同士の間に装着され、ワイヤ３と被覆部７との間に配置されたコイルバネ７２を更に備えている。このコイルバネ７２は、ワイヤ３の外周面に巻き付けられ、隣接するビーズ５の端面同士に挟まれて圧縮されている。そして被覆部７は、このコイルバネ７２を外側から覆いながらワイヤ３を被覆している。このような構成によれば、隣接するビーズ５同士の位置関係がコイルバネ７２の付勢力によって規制されるので、ビーズ５がワイヤ３の延在方向Ａに移動し難くなり、ビーズ５の方向Ａにおける固定強度が向上する。その結果、特に、ビーズ５の位置がワイヤ３の延在方向Ａにズレてしまうことが更に抑制される。

この無端状のワイヤソー７１の製造においては、ワイヤ３の両端部を編み込んで連結することが必要であり、その連結部においては、連結後にコイルバネ７２を装着する必要がある。そこで、オープンエンドの端部形状をもつコイルバネ７２を採用すれば、ワイヤ３の両端を編み込んで連結した後、当該連結部におけるワイヤ３の周囲に、コイルバネ７２を容易に巻き付けて装着することができる。

本発明は、前述した実施形態に限定されるものではない。例えば、上記のビーズ５，５５において、シャンク１１外周にダイヤモンド砥粒１３を固着する方法としては、ろう付け法に限られず、電着法を用いてもよい。また、ダイヤモンド砥粒１３は、単層に限られず多層に固着させてもよい。また、インプリ法によりシャンク１１外周にダイヤモンド砥粒層を形成してもよい。また、シャンク１１外周に固着される超砥粒としては、ダイヤモンド砥粒に限られず、ＣＢＮ砥粒を用いてもよい。

本発明に係るワイヤソーの第１実施形態を示す一部破断斜視図である。 図１に示すワイヤソーの断面図である。 本発明に係るワイヤソーの第２実施形態を示す部分断面図である。 図３に示すワイヤソーの分解斜視図である。 本発明に係るワイヤソーの第３実施形態を示す一部破断斜視図である。 図５に示すワイヤソーの断面図である。

符号の説明

１，５１，７１…ワイヤソー、３…ワイヤ、５，５５…ビーズ、７，５７…被覆部、１１，６１…シャンク、１３…ダイヤモンド砥粒（超砥粒）、７２…コイルバネ、Ａ…ワイヤの延在方向、Ｌ…ビーズ長、Ｐ…配列ピッチ、Ｒ…ビーズ直径。

Claims (3)

1. シャンクの外周に超砥粒が固着されてなる円筒状のビーズがワイヤに配列されてなる無端状のワイヤソーにおいて、
   前記ビーズの直径Ｒは、０．８ｍｍ以上且つ５．０ｍｍ以下であり、
   前記ワイヤの延在方向における前記ビーズの長さＬと、前記ビーズの配列ピッチＰと、の関係は、
   ０．３５＜Ｌ／Ｐ＜０．７２
   であることを特徴とするワイヤソー。
2. 前記ビーズ同士の間において前記ワイヤの外周を被覆する被覆部を備え、
   前記ビーズの前記シャンクと前記被覆部との境界は、前記ワイヤの延在方向に対して斜めに形成されることを特徴とする請求項１に記載のワイヤソー。
3. 前記ビーズ同士の間において前記ワイヤの外周に巻きつけられたコイルバネを備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載のワイヤソー。

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