JPS62140758A - メカニカルワイヤカツトソー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は切断及び精密加工用のメカニカルワイヤカット
ソーに関し、詳細には、セラミック材やＳｉ単結晶素材
の如き硬質素材の切断及び精密加工（以下車に精密加工
ということがある）に使用される、優れた強度と耐摩耗
性を兼備したメカニカルワイヤカットソーに関するもの
である。

［従来の技術］ メカニカルワイヤカットソーとは、硬質金属材を細線状
に加工してなる精密加工々具を言い、使用に当たっては
被加工物にワイヤカットソーを圧着し、砥粒を吹き付け
ながら該ワイヤカットソーを高速走行させて被加工物の
切断若しくは研磨加工を行なうもので、特にＳｉ単結晶
素材の如く非常に高価な素材では、切断代を少なくして
素材ロスを低減する為線径の小さいワイヤカットソーが
要求される。また溝加工等においてはコーナ部の曲率を
小さくしたいという要望もあり、この様な溝加工を実現
する為には線径の細いワイヤカットソーが必要となる。

ところで現在実用化されているワイヤカットソーの代表
的な素材はタングステン線材であり、このタングステン
線材は加工硬化特性が優れており伸線加工を加えれば加
えるほど硬質化して強度か高まり、例えば８０μｍφ程
度まで伸線加工を行なうと約２９０　Ｋｇｆ　／　ｍｍ
２　といった高強度を示すものになるところから、高レ
ベルの耐摩耗性が要求されるワイヤカットソー素材とし
て広く実用化されている。

［発明が解決しようとする問題点］ ところがタングステン線材の場合、伸線加工率を高めて
強度を上げるとそれに反比例して靭性が低下し断線を起
こし易くなるという問題がある為、製品としての強度は
３００　Ｋｇｆ　／　ｍｍ２程度が実用上の限界と考え
られている。

しかしながら適用領域の拡大や生産性の向上を進める上
でも、更に高強度・高耐摩耗性を示し且つ細線化の進ん
だワイヤカットソーの開発が要望されている。

本発明はこうした状況に着目してなされたものであって
、その目的は、従来のタングステン線材よりなるワイヤ
カットソーの強度及び耐摩耗性を凌駕する性能を有し且
つ細線化の要求にも答えることのできるワイヤカットソ
ーを提供しようとするものである。

［問題点を解決する為の手段］ 本発明に係るメカニカルワイヤカットソーの構成は、Ｓ
ｉ：１０〜２０重量％とＢ：１５〜２０重量％を含み、
或はこれらに加えて下記Ｎｂ。

Ｗ、Ｔａよりなる群から選択される１種以上の強化元素
を含み、 Ｎｂ：１重量％以下 Ｗ　：１重量％以下 Ｔａ　：　１０重量％以下 残部が実質的にＦｅからなる鉄系アモルファス金属によ
り構成してなるところに要旨を有するものである。

［作用コ アモルファス金属は最近特に脚光をあびている新素材の
１つであって色々の製造方法が開発されており、線状物
を得る方法としては水流中紡糸法、回転液中紡糸法、ガ
ラス被覆紡糸法等があるか、何れの方法にしても溶融金
属を紡糸しつつ急冷凝固させることによって金属の結晶
化を防止しアモルファス組織とするものであり、優れた
強度特性を有しているところからその用途は急速に拡大
してきている。本発明者らもかねてよりアモルファス金
属の特性を利用した用途開発を企画し、種々の金属につ
いて研究を進めているが、今回アモルファス金属の強度
特性をメカニカルワイヤカットソーとして有効に活用す
べく好適金属組成等について検討を行なった。その結果
、Ａ量のＳｉ及びＢ或はこれらと共にＮｂ、Ｗ、Ｔａよ
りなる群から選択される１種以上の強化元素を含む鉄系
のアモルファス金属線材は、従来のタングステン伸線加
工材よりなるメカニカルカットワイヤソーを凌駕する卓
越した強度及び耐摩耗性を示し、前述の如き要求を十分
に満たすものとなり得ることをつきとめた。

以下本発明において鉄系アモルファス金属の化Ｓｉ：１
０〜２０％（重量％二以下同じ）Ｓｔは後記Ｂとの共存
によって鉄基合金素材のアモルファス化を可能にすると
共に、強度、靭性及び耐摩耗性を高めるうえで欠くこと
のできない元素である。尚鉄基合金のアモルファス化を
達成するという目的のみからすれば、系中に少なくとも
５％のＳｉを含有させることによって一応の目的を果た
すことはできるが、アモルファス化を達成しつつ更にタ
ングステン伸線加工材を超える強度、靭性及び耐摩耗性
を備え且つ伸線加工の可能な線材を得る為には、Ｓｉを
１０〜２０％含有させなければならない。しかしてＳｉ
量が１０％未満では延伸性を十分に発揮し得るほどのア
モルファス化が進行せず、また５ｉｆｃが２０％を超え
ると靭性が低下し伸線工程中或は加工作業中の切断を招
く原因となる等、何れも本発明の目的を達成し得なくな
る。

Ｂ：１５〜２０％ Ｂは前記Ｓｉとの相互作用によって鉄基合金のアモルフ
ァス化を推進し、強度、靭性及び耐ｒ２耳性を高める作
用がある。アモルファス化を可能にするという趣旨から
規定される）３ｆｆｉの範囲は１０〜２５％程度である
が、更にタングステン伸線加工材を凌駕する機械的特性
を備え且つ伸線可能な線材を得る為にはＢ量を１５〜２
０％という極めて狭い範囲に設定しなければならない。

しかしてＢｆｌＬ’が１５％未満ではアモルファス体と
しての靭性が不十分てあり、断線を起こし易くなる。ま
たＢ：ａが２０％を超えると延伸性が悪くなり細線化の
目的を満足し得なくなり、何れも本発明の目的を達成す
ることができない。

ちなみに第１図はＦ　ｅ　−Ｓ　ｉ　−Ｂよりなる３成
分系の合金において、本発明の目的にかなう機械的特性
を確保し得る成分組成を、多数の実験結果を基に三角グ
ラフとして整理して示したものであり、破線で囲まれる
領域はアモルファス化の可能な成分組成を、又実線で囲
まれる領域はアモルファス化を達成しつつカットワイヤ
ソーとしての要求特性を確保し得る成分組成を示したも
のであり、図中○印は実験により優れた機械的特性と伸
線性を宥することが確認された成分組成を、又・印は機
械的特性か乏しく或は伸線工程で断線を生じ細線化で籾
なかった成分組成を夫々示している。この図からも明ら
かな如く、鉄に１０〜２０％のＳｉと１５〜２０％のＢ
を含有させた鉄系アモルファス線材は伸線により細線化
が可能で且つ強度、靭性及び耐摩耗性においても非常に
優ねたものであり、優秀なメカニカルワイヤカット・ツ
ーとなる。

鉄中に配合される必須元素は前述の如＜　Ｓ　ｉとＢの
２種であるが、更にこれらの好適成分組成を外れない範
囲でＮｂ、Ｗ及びＴａの１　ｆｆｆｉ又は２　ｆｆｆｉ
以上を少量含有させれば、ワイヤカットソーとし２ての
特性を一段と高めることができる。これら３種の元素が
Ｆ　ｅ　−Ｓ　ｉ　−Ｂ系アモルファス金属線材の機械
的特性を更に高める理論的理由は明らかでないが、実験
により確認したところによるとこれら３元素は何れもＦ
　ｅ　−Ｓ　ｉ　−Ｂ系アモルファス金属線材の強度及
び耐摩耗性を高める強化作用を有していることが判明し
た。しかしながらこね６３３元素含有量が多過ぎると靭
性が乏しくなって断線を起こし易くなるので、Ｎｂ及び
Ｗは夫々１％以下に、又Ｔａは１０％以下に夫々抑えな
ければならない。尚上記３元素は微量でも存在すれは夫
々の作用効果を発揮するが、より好ましい下ｉ艮イ直と
してはＮ　ｂ　：　０．５％、Ｗ　：　０．５％、Ｔａ
・１０％が夫々設定される。

本発明のワイヤカットソー中に不純物として不可避的に
混入してくる微量元素については、不純物二の範囲を超
えない限り特に悪影響を及ぼすことはない。

尚基質金属としてＦｅを選んだのはワイヤカットソーと
しての過酷な使用環境に耐え得るものでなければならな
いからである。

上記鉄基合金を用いてアモルファス金属細線を得る方法
は特に制限されず、公知の水流中紡糸法、回転液中紡糸
法、ガラス被覆紡糸法等を利用して製造することができ
るが、最も代表的な方法は水中紡糸法である。第２図（
Ａ）　、　（Ｂ）は水中紡糸法を例示する概略説明図で
あり、石英製のノズル１内に母材を装入して高周波加熱
等によって熔解する。一方回転ドラム２は所定の回転数
（例えば３８０ｒｐｍ）にて回転させておき、該ドラム
内面側に冷却水Ｗを入れる。そしてこの冷却水Ｗ中にノ
ズル１から金属溶湯を噴出して急冷凝固させる。この場
合、ドラム回転数と溶湯流速の此等コントロールするこ
とにより金属線材の径を調整することができる。

［実施例コ 第１表に示ず鉄基合金を溶製し、第２図（Ａ）。

（Ｂ）　　に示した水中紡糸法によって１２０μｍφ中
のアモルファス細線を製造し、これに伸線加工層して約
５０μｍφの鉄基アモルファス金属細線を製造した。

得られた各細線をメカニカルワイヤカッ］・ソーとして
カッティング装置にセットし、下記の条件でカッティン
グ試験を行ない、夫々の断線回数を調へた。

くカッティング条件〉 カッティング素材　：センダスト合金 カッティングサイズ：１０ｍｍ口ｘ　１００１００Ｏワ
イヤピツチ　　　：　０．５ｍｍ カット数　　　　　　＝１００枚（１カ・ソト）砥粒　
　　　　　　　・カーボランダム（＠　４０００） ワイヤ張力　　　　　５００ｇ 〃　　　径　　　　　　　　　　　；　５０　μ　ｍ　
φノｌ　供給速度　　−２ｍ／分 ツノ　往復周波数　−ＩＨｚ ））　　往復振幅　　：２００ｍｍ カッティング所要時間：８時間以内 結果を第１表に一括して示す。尚比較の為従来のタング
ステン系伸線加工線材を用いて行なった実験結果も第１
表に併記した。

第１表 傘延性不良につき伸線加工ができず試験できない。

第１表より次の様に考察することができる。

ＮＯ１特２，３，５，９，１１，１３．１４は何れも本
発明の規定要件を満たす鉄系アモルファス金属細線を用
いた実施例であり、何れも全く断線を生ずることがなく
、強度、靭性、耐摩耗性の全てにおいてＮｏ、１８の従
来材よりも優れたものであることが分かる。

これに対しＮｏ、　　１はＳｌ量が不足し、ＮＯ６゜８
はＢｉか多過ぎる為何れも延性が劣悪であり、５０μｍ
φまで伸線加工することができない。

またＮ００４はＳｉｉが多過ぎ、Ｎｏ、　７はＢｆｆｉ
が不足し、Ｎｏ、１０．１２及び１５はＮｔ）ｆｆｉ、
Ｗ量及びＴａｆｉが規定範囲を超えている為何れも靭性
か不足気味となり、断線回数か非常に多くなっている。

Ｎｏ、１６はＦｅの代りにＣＯを基質金属として用いた
例であるが、やはり相当数の断線を生じている。またＮ
ｏ、１７は第４成分としてＭｏを加えた例であり、同組
成からＭｏを除いたものに相当いる。

［発明の効果コ 本発明は以上の様に構成されており、特定成分組成の鉄
系アモルファス金属細線の特性を有効に活用することに
よって、従来のタングステン伸線加工線材では得ること
のできない優れた性能のメカニカルワイヤカットソーを
提供し得ることになった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の目的にかなうＦ　ｅ　−Ｓ　ｉ　−Ｂ
系合金の含有率範囲を示す三角グラフ、第２図は本発明
に係るワイヤカットソーの素材となるアモルファス金属
細線の製造法を例示する説明図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｓｉ：１０〜２０重量％とＢ：１５〜２０重量％
   を含み、残部が実質的にＦｅからなる鉄系アモルファス
   金属により構成してなることを特徴とする切断及び精密
   加工用メカニカルワイヤカットソー。
2. （２）Ｓｉ：１０〜２０重量％とＢ：１５〜２０重量％
   を含む他、下記Ｎｂ、Ｗ及びＴａよりなる群から選択さ
   れる１種以上の強化元素を含み、Ｎｂ：１重量％以下 Ｗ：１重量％以下 Ｔａ：１０重量％以下 残部が実質的にＦｅからなる鉄系アモルファス金属によ
   り構成してなることを特徴とする切断及び精密加工用メ
   カニカルワイヤカットソー。