JPS5848290B2 - ワイヤ−刃物 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は切削工具に関し、更に詳しくは切削機素として
研磨材複合体を使用する形式のワイヤー刃物に関する。

ダイヤモンド粉末又は細片のような微細に粉砕された研
磨材粒子が金属又はセラミックの母材内に配置されて形
或された複合体は大理石、花こう岩及びその他の鉱物の
犬なるブロックを薄切りするのに使中される工具の切削
機素として広く使用されている。

このような鉱物の犬なるブロックを切削する為に、特に
建築に於ける表面削りを行う為に、従来技術は非常に大
きな切削工具を使用して来ており、これは多くの問題を
提起していた。

例えば従来技術の１つのシステムは多数のダイヤモンド
／金属複合ブロックを有する剛体回転羽根を使用してお
り、これらブロックは羽根の周囲に研磨材切削機素とし
て結合されているものである。

広範囲の切削を行うには大きな羽根（例えば１８３ｍ（
６ｉｎ）又はそれ以上の半径を有する）が必要である。

このような回転羽根は羽根の回転面に関し横方向へ撓む
傾向がある。

このことから、このような羽根は完全な切削を得るのに
必要な構造的剛性を与える為に極めて厚くなされる傾向
がある。

この厚い羽根は等しい厚さの切削量を切削し、又それ故
切削速度が遅く、過犬な量の削りくずを生ずると同時に
高価な鉱物を破損せしめ、研磨材材料の消耗が大きく、
又作動せしめるのに非常に高価となっていた。

この代わりに、振動する羽根もまた使用されて来ており
、ダイヤモンド複合体が刃物の切削面に固定されたもの
であった。

振動羽根の作動は回転羽根の場合よりも更に遅く、又あ
らゆる実質的建築寸法の切削を達或出来るように刃物羽
根を振動させるには極めて複雑な装置が必要である。

更に、同じ横方向の撓みの問題により羽根はまた補強さ
れねばならず、これによって厚くなる傾向があり、作動
時に研磨材及び鉱物の両者の消耗が大きくなる傾向にな
らざるを得ない。

いずれの場合に於いても、実質的に剛性の羽根を使用す
る時はシステムで切削ユニットを形成する研磨材複合機
素は刃物の切削運動によって生ずる剪断力を主に受ける
。

このことから研磨材複合体を羽根に固定する為に使用さ
れている構造体は羽根の切削運動の方向と実質的に平行
に作用する剪断力に耐えるよう設計されることのみ必要
とされる。

一方、ワイヤー又は帯刃物が鉱物を犬なる寸法に切削す
る為に使用出来、これらのワイヤー刃物の表面に結合さ
れた研磨材が刃物の切削運動により生ずる剪断力を受け
るだけでなく、ワイヤー又は帯刃物が滑車の周囲に彎曲
されねばならない無端ベルトの形態となされることから
、刃物は所定の作動を行うのに横方向に撓まねばならな
いことが示唆されて来た。

刃物に結合された研磨材機素は羽根の彎曲から高められ
た引張力に耐えねばならず、これは研磨材機素の羽根に
対する結合を弓裂き又は少くも弱化せしめる傾向を有し
、これにより研磨材機素は最終的に剪断破壊されてしま
う如くなす引張力に耐えねばならない。

ダイヤモンド細片を例えば金属母材に混入することによ
って形成ざれた複合研磨材機素は従来技術により金属基
体に対して電解結合処理又は焼結結合処理のいずれたに
よって主に行われて来た。

従来技術の電解結合技術は比較的長時間で商業的に許容
し得ない沈着時間を要し、特に比較的濃い沈着物が望ま
れる所が必要でめった。

更に金属基体上にしば１７ば存在する酸化フイルムが固
定を阻害するよう作用していた。

従って、この技術は典形的には生活性又は減圧大気中に
於いて電解沈着を行ない、或る例に於いては沈着に先立
って金属表面に対しフラツクスをも使用していた。

このような処理は明らかに製造コストを増大するもので
ある。

焼結結合技術は一般に公知の電解結合技術より迅速であ
るが、高められた温度が必要とされこれが他の問題を生
じているのである。

例えば、焼結結合は典形的には結合母材の融点温度（０
Ｋ温度）のほぼ８０饅又はそれ以上の淵度が必要とされ
、典形的には結合母材は金属又はセラミックで１２００
〜１５００°Ｋ又はそれ以上で融解もしくは劣化するも
のである。

このような混ｉに於いて金属基体の冶金特性は反対に作
用する。

又、このような湛度に露出されたダイヤモンドは黒鉛化
に劣化を生ずる。

例えばダイヤモンドの黒鉛化は約１ ０ ０ ００Ｋの
温度で比較的急速に生じ、１ ０ ０ ００Ｋより下の
湿度でも多少遅い速度ではあるが黒鉛化は生じる。

これら後者の問題は無酸素大気内で焼結処理を行うこと
により克服出来るが、作業コストが高くなる。

ワイヤー又は帯刃物に対し焼結結合又は電解結合のいず
れかにより結合された複合研磨材は充分ではなかった。

何故ならば結合が長期安定性を普通は示せないからであ
る。

それ故本発明の第１の目的は新規なワイヤー刃物を提供
することである。

本発明の他の目的は全体として従来技術の方法の多くの
場合より実質的に簡単であり、且つ特に撓みを受ける基
体に対し複合母体の結合を可能となしこの時基体の連続
する撓みが少くも制限された範囲では結合を重大に劣化
することのないような方法によって製造し得るワイヤー
刃物を提供することである。

又本発明の他の目的は建築材の鉱物の犬なるブロックを
狭い切削幅で高速度にて急速に且つ経済的な切削を可能
となす新規なワイヤー刃物を提供することである。

以下の目的を達戊するため本発明によれば、少なくとも
２つの滑車の間に張力をかけて支えられるようになって
いる形式のワイヤー刃物において、長手力向に配置され
た少なくとも１つの溝を有するたわみ自在の金属製のワ
イヤー無端ループと、前記溝内に隔たった状態で装着さ
れた結合母材に含まれた複合粉砕研磨材からなる複数の
ブロックとを包含し、前記ブロックがろう付部によって
前記ワイヤーに連結されており、このろう付部が熱伝導
率の高い、弾性のある柔軟な金属の層を包含し、この層
が前記母材およびワイヤーの融点より低い融点を有する
金属材料によって前記ワイヤーとブロックの両方に結合
されていることを特徴とするワイヤー刃物が提供される
。

本発明の特徴及び目的の完全な理解を得る為に添附図面
と関係してなされる以下の詳細な説明が参照されるべき
である。

さて第１及び２図を参照すれば本発明の切削ワイヤーす
なわちワイヤー刃物２０の好ましい具体例が示されてお
り、鋼製ワイヤーその他の金１属より作られた細長い本
体即ち基体部材２２の形状をなしている。

本体２２は大体長円形の横断面を有するものとして示さ
れているが、本体２２は多種の形状の横断面を有するこ
とが出来、又例えば円形、三角又は四角形状となし得る
ことは理解されよう。

本体２２は後述にて説明されるように多数の研磨材セグ
メント即ちブロック２４を支持している。

本体２２は１個又はそれ以上の比較的薄く狭いノツチ即
ち溝２６を有し、これら溝は本体表面上にその長さに対
し斜めに形威されている。

好ましくは溝２６は細長い溝の形態となされ、例えば第
１図に示されている如く本体２２の長手軸線の周囲に螺
旋状に形或される。

しかしながら溝２６はまた多数の短いノツチ（図示せず
）を含み、これらノツチは本体２２に沿う実質的に螺旋
状の線上に配置されるのが好ましい。

多数の比較的短かい研磨材セグメントブロック２４は溝
２６内に間隔を隔てた関係にて取付けられて（／１る。

ブロック２４は典形的には結合母材３０内のダイヤモン
ド小片及び細片２８の如きダイヤモンド粒子の混合物を
含み、これら全ては技術的に知られている通りである。

ダイヤモンド粒子２８の寸法及び結合母材に対する粒子
の形状は本発明に重要でなく、技術的に良く知られた如
く広い範囲にわたって変化ざれ得る。

こうして例えばブロック２４は１〜１２００ミクロンの
範囲の寸法で変化し得るダイヤモンド粒子を含むことが
出来、又結合母材の量を基に５〜７４体積百分率の範囲
の量が存在し得る。

上述した如く、ワイヤーは彎曲するよう意図されること
が明白となろう。

このことから、ワイヤー２０の彎曲時に高まる力によっ
て母材３０がき裂を生じるのを防止する為に、母材は多
少柔軟であることが好ましい。

この目的の為に母材３０は主に銅例えば約７０％迄の銅
又は他の展性金属からなり、又僅かの量の他の金属例え
ば鉄、亜鉛、錫、チタニウム、クローム、ジルコニウム
その他を含む。

母材主材料としての銅の目的はブロック２４に望まれる
柔軟度を与える。

ブロック２４は単一体として例えば技術的に良く知られ
ている技術によって結合母材を焼結することにより形或
されている。

ブロック２４は溝２６の深さに関して寸法決めされ、溝
内に配置された時短い長さ例えば３１７５１ ． １ＩＬＷＬ（／８ｌｎ）だけ本体２２の表面を越えて突
出するように寸法決めざれる。

ブロック内のダイヤモンド粒子は以下の説明により明白
となる如く羽根の研磨材即ち切削機素を形成する。

研磨材機素ブロック２４はスロット２６内に３２で全体
を示された層状金属のろう付部を含む新規な結合システ
ムによって保持されている。

注目される如く、ろう付部３２は低融点金属の層の間に
弾性な柔軟金属を挟んだ構造であり、低融点金属は少く
も柔軟金属と同程度の引張強度を有し、柔軟金属、ワイ
ヤー２０の基体金属及びブロック２４の母材材料に対し
強固に結合している。

ろう付部３２は次に典形的には主成分が金属銅よりなる
内側層を含む多数の比較的薄い金属含有層よりなり、層
間に挟まれた各部は主成分に金属銀を含む。

例とし，て３個の金属層３４．３６及び３８が示されて
いるが、ろの付部３２は４個又はそれ以上の層を含み得
ることが理解されよう。

典形的には、金属層３４．３６及び３８は０．１２７ｍ
ｍ（０．００５ｉｎ）程度に薄く、又同じあるいは異な
る厚さとなし得る。

しかしながら明確となす為に第２図の金属層３４．３６
及び３８の相対的厚さは誇大されている。

外側の層である層３４及び３８のそれぞれは主成分に銀
を含む薄い金属フイルムよりなり、又銀との合金とされ
る少量の例えば銅、亜鉛、カドミウム及びニッケルの如
き金属を含む。

中間層３６は主成分に金属銅を含む薄いフイルムよりな
る。

このようにして例えば層３６は実質的に純粋な銅又は銅
に含まれる１つ又はそれ以上の合金金属を含み得る。

層３６は実質的に層３４及び３８と等しい厚さとなされ
ることが出来るが、しかしながら層３６は以下の説明に
より明白となる如き理由により層３４及び３８のいずれ
よりも多少厚くなされることが好ましい。

ろう付部３２の層は典形的には溝３６内に置かれ、−１
の層が同時に又はサンドインチ構造体として置かれる。

次に研磨材ブロック２４が１個の外側の層上に溝２６内
に配置される。

ブロックは次に加圧されてろう付部３２ヘクランプざれ
、又ブロック及び本体２２は次に互いに銀含有層が溶融
して流れるまでサンドイツチ構造部をカロ熱してろう付
される。

本発明の好ましい具体例に於いて ろう付は本体を通し
て電流を流すことにより金属基体本体２２の誘導加熱に
よって行われる。

この処理は多くの重大な利点を有している。

１つには、加熱が比較的急速に行われ（赤外線加熱処理
に比較して）この結果ダイヤモンド粒子が単に比較的短
い時間のみ高温度になされ、これによりダイヤモンドの
高混劣化を最少限に保つことが出来る。

このようにして典形的にはろう付する為の加熱は約１０
秒あるいはそれ以下の時間で達或し得るのである。

他の利点は従来技術によってしばしば必要とされていた
例えば不活性又は減圧された大気中に於ける加熱の遂行
の為の実質的装置の省略が出来ることである。

本発明の１つの実症具体例が説明される。

第１及び２図を参照すれば帯状ワイヤー刃物が本発明の
原理を用いて形戊されている。

ハミルトンプレシジョンメタルス、ランカスター、ペン
シルバニャ、Ｕ．Ｓ．Ａより入手されるマルエージング
鋼のタイプｒｌ！ｌ３００が基体部材２２として使用さ
れている。

製造元はこのワイヤーが冷間加工によるものであり、マ
ルエージング鋼が実質的に１０〜１９φのニッケル、８
．５〜９．５条のコバルｔ−、４．６〜５． ２ ％の
モリブデン、０．５ 〜０．８％（７）チタニウム、０
．１％以下の銅、マンガン、アルミニウム、シリコーン
、ホウ素、ジルコニウム及びカルシウムをそれぞれ含有
し、これら全ては重量百分率であって残りが鉄であると
記載している。

この材料は約４．４ ４ ５ｍｍ（０．１７５ｉｎ）の
直径を有するものであって約４２１．８ｋｙ／ｉ（ ６
０ ０ ０ ｐｓｉ ）の引張強度を有している。

２本の螺旋状溝２６はワイヤー基体の表面に冷間口ール
加工されて溝２６の内面にいかなる切欠又はニツクの発
生を防止することが好ましい。

溝２６はそれぞれ約２．５ ４ｍｙｒｔ（ ０． １
ｉｎ ）の幅であり、又全長にわたって約０． ４ ５
７ｍｍ（０．０１８ ｉｎ ）の深さとされている。

溝２６は基体部材２２の周囲を各６ ｌｃｒＩＬ（ ２
４ ｉｎ ）で完全に一撚りされ、螺旋形は互いに位
相が１８００ずれている。

３層の複合金属サンドインチ構造を含む細長いろう付帯
材は溝２６内に配置される。

複合金属サンドインチ構造は層３４及び３８（各々約０
．０ ６ ３ ５ｍｍ（ ０．０ ０ ２５ ｉｎ ）
厚）の各側面に結合された実質的に純粋な金属銅コア−
３６（約０．１ ２ ７ｍｍ（ ０．００ ５ ｉｎ
）厚）を含み、これら層３４及び３３は重量で約５０％
の金属銀、１６φのカドミウム、１５．５φの銅及び亜
鉛、及び３係のニッケルを含んでいる。

多数の研磨材機素ブロック２４は次に示す如く形成され
ている。

ブロック２４は結合母材内にダイヤモンド粒子の存在す
る単一体よりなる。

ダイヤモンド粒子は次に示す如く異なる寸法のダイヤモ
ンド粒子の混合物よりなる。

即ち４０〜５０メッシュが容積百分率で４０％、５０〜
６０メッシュが４０容積φ、及び６０〜８０メッシュが
２０容積φ（全てのメッシュ寸法はテイラースタンダー
ドスクリーンスケールによる桝シリーズ）である。

ダイヤモンド粒子は約６９優の銅、１１多の亜鉛、８％
の鉄、２φの錫、３％のチタニウム、２饅のクローム、
１係のジルコニウム、残りイージー−フロ３（ Ｅａｓ
ｙ Ｆｌｏ ３ ）を４係を含む結合母材と混合され、
ろう付粉末はハンディーアンドハーマン、ニューヨーク
、ニューヨークより市販され入手出来る。

製造元はこの後者の製品が約５０％の銀、１６φのカド
ミウム、１５．５％の銅及び亜鉛、及び３％のニッケル
（すべて重量φ）を含むものであると記載している。

ダイヤモンド粒子の混合物は典形的には１対１０の容積
比率にて結合母材に対し、混合される。

ダイヤモンド粒子及び結合母１ ， 材の混合物は１ ２．７ｍｍ（ ／２ｌｎ ）の長さ
、２．２８６＋＋ｍ（ ．０９０ ｉｎ ）の幅及び２
．０３２ｍｍ（．０８０ｉｎ）の高さ寸法を有するブロ
ックとなるよう形威され圧縮される。

形或されたブロックは次に結合混合物を硬化する為に加
熱され、例えば典形的には混合物はｉｏｏｏ℃迄加熱さ
れ又１分間その湿度に保持される。

ブロック２４はこの結果１ ２．７ｍｍ（ ０．５ ｉ
ｎ ）の長さ、約２．５４ｍｍ（０．１ｉｎ）の幅及び
約３．１ ７ ５ｍｍ（ ０．１ ２ ５ｉｎ）の高さ
を有するものとなる。

形成され焼結されたブロック２４は１２．７ｍｍ（０．
５ｉｎ）で互いに間隔を置いて溝２６内にクランプされ
、約７ｋｇ／ｉ（ １ ０ ０ ｐｓｉ ）の圧力にて
保持される。

ワイヤー２０は電源に接続され、そしてワイヤーはそれ
を約７００’Ｃ迄急速に温度上昇せしめるに充分な電流
がワイヤーを通して流されて加熱される。

ワイヤーは約１０秒間その稿度に保持され、次に空冷さ
れる。

ブロック２４の圧力を解除することにより、ブロックが
ワイヤー２０の基体に強固に結合されることは見出され
る。

第３図に示される如く、ワイヤー２０の両端は互いに結
合されて連続せるループ４０を形戊するようになされ、
このループは少くも２個の滑車４２及び４４の間に支持
ざれ、又ワイヤーの疲労応力／張力特性の約８０φ迄張
力を掛けられる。

滑車はループ４０の高張力を維持するに充分な強度のあ
る適当な支持部材４６及び４８により支持される。

モーター及びプーリー構戊５０として簡単に示された装
置がループを望ましくは分速３．６６ｋｍ（１ ２００
０ ｆｔ ）のような高い速度で駆動する為に備えられ
ている。

張力ループはループの走路即ち直線脚部が花こう岩ブロ
ック５２の如き被加工物に隣接される。

被加工物は次にエレベーター等による如くしてループ４
０の隣接走路に対し実質的に垂直に移動され、ループ４
０が被加工物の表面に静かに接触して研削する。

典形的には、削りくずは水その他の如き流体冷却材によ
って洗い流される。

特にろう付部の中間層が高い熱伝導を行うことにより、
冷却材によって冷却されたワイヤーは研磨材ブロックを
比較的高潟に保持する為のヒートシンクとしての作用に
役立つ。

更に、ワイヤーは滑車４２及び４４の周囲の移動に於い
て彎曲する時、ろう付部特に中間層３６は柔軟であるの
で曲げ応力のもとて変形を生じ、引張力の実質的部分を
解除せしめ、この引張力はそうでないとブロック２４に
与えられるのである。

比較的厚い柔軟金属よりなる中間層３６は層３４及ひ３
８の融点に於いて寸法的な安定を維持し、ろう付が捲こ
された後中間層はクッション即ち障壁を形戊してブロッ
ク２４内のダイヤモンド粒子がろう付部に浸入しワイヤ
ー２０を切削し又はニツクを生ぜしめることを防止し、
又それ故ワイヤーが強大な張力で保持された場合破損を
生じ得る如き応力集中を増大することから防止する。

第４図に示される如く、渭車４２は溝付周縁５６の形或
された強い金属（鋼その他）のディスク５４として形威
されるのが好ましい。

滑車４２の周＠５６の内面（滑車４４の場合もまた好ま
しい）はゴムその他の如き柔らかい弾性材料５８で形戊
されていて、ループ４０のブロック２４が柔らかい材料
を実質的に引裂き、切断し又はえぐることなく把持即ち
結合出来るようになっている。

こうしてブロック２４がループ４０に沿って螺旋状に配
置ざれていることから、ブロック２４が材料５８と連続
して係合する時、その間ワイヤー２０は各ブロックに対
し直角に駆動され、捩り力は少くも滑車４２の位置でワ
イヤーに与えられ、ワイヤーをその軸線の廻りにゆっく
り回転させるよう作用する。

この回転はブロックが被加工物５２の切削部を研磨する
際ブロック２４の摩耗を実質的に均等に配分する為に役
立つ。

ここに記載した本発明は発明の精神から逸脱することな
く変更し得るものである。

すなわち例えばダイヤモンド含有ブロックは予め焼結す
ることなく形威し得る。

ダイヤモンド粒子の結合母材内への結合及び母材の金属
基体上への結合は次に１つの加熱段階にて同時に達成し
得る。

上述の装置及び処理に於いてここに含まれた本発明の範
囲から逸脱することなくある他の変形がなされ得ること
から、上述の説明に含まれた又添附図面に示されたあら
ゆる問題は説明であり限定するものでないと解釈される
べきことを意図している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の研磨材切削ワイヤーの一部の破断斜視
図、第２図は第１図線２−２に沿う工具の拡大横断面図
、第３図は本発明のワイヤー刃物の側立面概略図、そし
て第４図は第３図の滑車の１つを通る拡大横断面図であ
る。 ２０・・・・・・ワイヤー刃物、２２・・・・・・ワイ
ヤー基体、２４・・・・・・複合研磨材ブロック、２６
・・・・・・溝、２８・・・・・・ダイヤモンド粒子、
３０・・・・・・結合母材、３２・・・・・・ろう付部
、４０・・・・・・ワイヤーのループ、４２，４４・・
・・・・渭車、５２・・・・・・被加工物、５６・・・
・・・溝付周縁、５８・・・・・・柔軟材。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 少なくとも２つの滑車の間に張力をかけて支えられ
   るようになっている形式のワイヤー刃物において、長手
   力向に配置された少なくとも１つの溝を有するたわみ自
   在の金属製のワイヤーの無端ループと、前記溝内に隔た
   った状態で装着された結合母材に含まれた複合粉砕研摩
   材からなる複数のブロックとを包含し、前記ブロックが
   ろう付部によって前記ワイヤーに連結されており、この
   ろう付部が熱伝導率の高い、弾性のある柔軟な金属の層
   を包含し、この層が前記母材およびワイヤーの融点より
   低い融点を有する金属材料によって前記ワイヤーとブロ
   ックの両方に結合ざれていることを特徴とするワイヤー
   刃物。