JP2012121101A - 固定砥粒ワイヤ - Google Patents
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Abstract
【課題】 寿命の低下を有効に抑制できる固定砥粒ワイヤを提供する。
【解決手段】 本発明に係る固定砥粒ワイヤは、波状ワイヤ11の表面に砥粒を固定したものであって、当該波状ワイヤ11は、その線径dを基準としたピッチPで、複数の波状湾曲部位12を長手方向に連続して配列させたものである。波状湾曲部位12のピッチPの好ましい範囲としては、例えば、当該波状ワイヤ11の線径dの20倍以上200倍以下の範囲を挙げることができる。
【選択図】 図1
【解決手段】 本発明に係る固定砥粒ワイヤは、波状ワイヤ11の表面に砥粒を固定したものであって、当該波状ワイヤ11は、その線径dを基準としたピッチPで、複数の波状湾曲部位12を長手方向に連続して配列させたものである。波状湾曲部位12のピッチPの好ましい範囲としては、例えば、当該波状ワイヤ11の線径dの20倍以上200倍以下の範囲を挙げることができる。
【選択図】 図1
Description
本発明は、ワイヤの外周に砥粒を固定して成る固定砥粒ワイヤに関し、特に、シリコン、石英、セラミック等の硬質材料の切断、スライス、内面研磨、ダイシング、またはインゴットの切断または切削等に用いられる固定砥粒ワイヤに関する。
単結晶シリコン、多結晶シリコン、サファイヤ、ジルコニア、石英、磁性体等といった高硬度脆性材料の切断、スライス、内面研磨、ダイシング、インゴット切り出し等加工(便宜上、まとめて切削加工と称する)ために、従来からワイヤソーが広く用いられている。一般的にワイヤソーの方式としては、遊離砥粒方式が挙げられる。この方式は、ワイヤを往復又は一方向に走行させ、当該ワイヤに遊離砥粒を含むスラリーを連続供給しながら材料(被加工物)を切削加工する方式である。
さらに最近では、ワイヤソーの他の方式として、固定砥粒方式が提案され、また実用化されつつある。この方式は、ワイヤ表面に樹脂バインダまたはメッキ層によって予めダイヤモンド等の砥粒を固定させる方式であって、スラリーを用いる必要がない。それゆえ、遊離砥粒方式と比較して、切削速度が速く、遊離砥粒の飛散等が生じないため作業環境性に優れ、廃液の処理量及び加工面の洗浄も軽減できるといった利点がある。
一方、砥粒固定方式ではワイヤにダイヤモンド等の砥粒をワイヤの固着させるため製造コストが高く、このコスト増に見合う切削速度の向上、ワイヤ寿命の向上等の切削性能の向上が求められている。
例えば、特許文献1には、芯線として、断面形状が真円でないもの(多角形状等)を用い、当該断面形状が長手方向の所定長さごとに異なるワイヤを用いている電着ワイヤ工具が開示されている。この文献に開示の技術によれば、切削中に生じる切削粉の排出を促進することによって切削性能を向上させることが可能であるとされる。また、特許文献2には、「小波くせ」と呼ばれるピッチの短い波状のくせが付けられたソーワイヤが開示されている。この文献に開示の技術によれば、ワイヤにくせを付けることで、切削加工する部位(加工部位)に遊離砥粒を良好に導入させたり加工部位から切削粉の排出を促進したりすることが可能であるとされる。
しかしながら、前述した各特許文献に開示の技術では、切削性能を十分に向上できないという課題が生じている。
特許文献1に開示の技術では、用いられている芯線が真円の断面を有するワイヤ(真円ワイヤ)ではない「異型線」であって、このような異型線は、真円ワイヤに比較して単位面積あたりの強度が低下してしまう。それゆえ、このような異型線を用いた固定砥粒ワイヤでは、十分な耐久性を確保できない傾向にあるため、切削性能を十分に向上できないという問題が生じていた。
また、砥粒固定方式では、遊離砥粒方式とは異なって加工部位に砥粒の導入が必要ないため、波付けワイヤの使用は実質的には検討されてこなかった。例えば、遊離砥粒方式を開示する特許文献2においては、固定砥粒にも採用可能であるとの記載があるものの、実質的には遊離砥粒方式のもののみに採用した構成しか開示されていない。つまり、特許文献2においては、固定砥粒ワイヤに関しては実質的に何も開示されていないも同然であるので、ワイヤに「小波くせ」をつけた固定砥粒ワイヤにおいて、切削性能を十分向上できるか否かはあきらかではなかった。
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであって、切削性能を向上させることができる固定砥粒ワイヤを提供することを目的とする。
本発明に係る固定砥粒ワイヤは、前記の課題を解決するために、ワイヤの表面に砥粒を固定して成る固定砥粒ワイヤであって、前記ワイヤが、当該ワイヤの線径を基準としたピッチで、複数の波状湾曲部位を長手方向に連続して配列させた波状ワイヤであり、当該波状湾曲部位が螺旋状に湾曲している三次元的な波状である構成である。
前記構成においては、前記波状ワイヤにおける前記波状湾曲部位のピッチは、当該波状ワイヤの線径の20倍以上200倍以下であることが好ましく、前記波状ワイヤにおける前記波状湾曲部位の波高は、当該波状ワイヤの径の1.05倍以上3.00倍以下の範囲内となっていることが好ましく、前記波状ワイヤの線径は、0.05mm以上0.32mm以下の範囲内であることが好ましい。
また、前記構成においては、前記波状ワイヤは金属製であり、前記砥粒は、前記波状ワイヤの表面に形成される金属メッキ層、または、樹脂バインダによって、当該波状ワイヤに固定されている構成であればよい。
以上のように、本発明では、固定砥粒ワイヤを所定の波状ワイヤにすることにより、加工部位にクーラントの導入が容易となり、固定砥粒を冷却できるとともに、切削粉の排出を促進することができるので、切削性能を向上させることができるという効果を奏する。
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。
[波状ワイヤ]
本発明に係る固定砥粒ワイヤは、ワイヤの表面に砥粒が固定されている構成であって、ワイヤとして螺旋状の波状ワイヤが用いられている。より具体的には、図2(a)に示すように、固定砥粒ワイヤ10は、波状ワイヤ11と、その表面に設けられる固定材15と、当該固定材15により固定される砥粒14と、から構成されている。もちろんこれら以外の構成要素を備えていてもよいことはいうまでもない。
本発明に係る固定砥粒ワイヤは、ワイヤの表面に砥粒が固定されている構成であって、ワイヤとして螺旋状の波状ワイヤが用いられている。より具体的には、図2(a)に示すように、固定砥粒ワイヤ10は、波状ワイヤ11と、その表面に設けられる固定材15と、当該固定材15により固定される砥粒14と、から構成されている。もちろんこれら以外の構成要素を備えていてもよいことはいうまでもない。
図1(a)に示す固定砥粒ワイヤ10においては、図中破線で囲んだ部位10aが図面手前側に湾曲している部位であり、図中一点鎖線で囲んだ部位10bが図面奥側に湾曲している部位であり、これら部位10a,10bにより一つの波状湾曲部位12が構成されている。波状湾曲部位12は、螺旋状に湾曲している三次元的な波状であって、波状ワイヤ11は、複数の波状湾曲部位12を長手方向に連続して配列させた構成となっている。
具体的には、波状ワイヤ11は、複数の波状湾曲部位12を、当該波状ワイヤ11の線径を基準としたピッチで長手方向に連続して配列しているものであり、標準的なワイヤに波付けする加工が施されたものである。なお、以下の説明では、砥粒が固定される前のワイヤを、固定砥粒ワイヤ10と区別する便宜上、「コアワイヤ」と称する。
コアワイヤである波状ワイヤ11の材質は特に限定されず、その表面に砥粒を固定可能であって、被加工物を切削加工するときに加えられる荷重に耐え得るものであれば、公知のさまざまな材質のワイヤを好適に用いることができる。具体的には、例えば、硬鋼線、ステンレス線、タングステン線、モリブデン線等の金属ワイヤが挙げられる。これらのうち、その強度およびコストの点から見れば、硬鋼線を好ましく用いることができる。
波状ワイヤ11の線径(直径)も特に限定されず、被加工物の形状および物性、切削加工時のワイヤの張力、ワイヤの走行速度(線速)、被加工物のワイヤへの押し当て速度、クーラントの供給状況等といった切削条件に応じて適宜選択することができるが、本発明においては、0.05mm以上0.32mm以下の範囲内であることが好ましい。もちろん、線径が0.05mm未満であっても0.32mmを超えていても、本発明の作用効果を損うものではなく、上記の範囲は、特に被加工物をスライスしたり切断したりする用途において特に好ましい範囲の例示である。
波状ワイヤ11における波状湾曲部位12は、コアワイヤが波状に湾曲した一部分を指し、波状ワイヤの長手方向に連続して複数配列している。図1(b)に模式的に示すように、波状ワイヤ11は、互いに反対方向に突出するピーク11a(図中上側)およびピーク11b(図中下側)が交互に繰り返される構成となっており、同一方向(図中上側)の連続する2つのピーク11aの間が、一つの波状湾曲部位12となる。また、ピーク11aの間は波状湾曲部位12のピッチ(間隔)Pである。さらに、隣り合うピーク11a,11bにおいて、同一方向の表面(図中上側の表面)の距離が、波状湾曲部位12の波高Hとなる。すなわち、図1(b)に示す構成においては、図中上側に突出するピーク11aの図中上側の表面(外面)と、図中下側に突出するピーク11bの図中下側の表面(外面)との距離が、波状湾曲部位12の波高Hとなっている。
なお、図1(b)においては、説明の便宜上、波状湾曲部位12を平面的に図示しているが、実際には図1(a)に示すように螺旋状の三次元的な波となっている。また、図1(b)においては、図中向かって左側のピーク11aと中央のピーク11bとの間の部位が、図1(a)に示す、手前側に湾曲している部位10aに対応し、中央のピーク11bと図中向かって右側のピーク11aとの間の部位が、図1(a)に示す、奥側に湾曲している部位10bに対応する。
ここで、本発明においては、波状湾曲部位12のピッチPは、波状ワイヤ11の線径dを基準として設定される。具体的なピッチPの範囲は特に限定されず、前記切削条件に応じて適宜選択することができるが、本発明においては、ピッチPは、線径dの20倍以上200倍以下である(20d≦P≦200d)ことが好ましく、30倍以上180倍以下である(30d≦P≦180d)であることがより好ましい。
前記切削条件にもよるが、本実施の形態では、ピッチPが200dを超えると、波状湾曲部位12の曲率半径が大きくなり過ぎ、切削等の加工時に固定砥粒ワイヤ(波状ワイヤ11)に張力が加えられた状態で、波状湾曲部位12の曲率を十分に維持できなくなるおそれがある。一方、ピッチPが20d未満になると、波状湾曲部位12の曲率半径が小さくなり過ぎ、固定砥粒ワイヤ(波状ワイヤ11)の強度が低下する傾向にある。また、波状ワイヤ11の単位長さ当たりにおける波状湾曲部位12の数が増加するので、加工コストが上昇する。
具体的には、例えば、特許文献2には、前述のとおり、「小波くせ」をつけた遊離砥粒方式のソーワイヤが開示され、当該ソーワイヤは固定砥粒方式にも適用可能である旨記載されている。ここで、特許文献1に開示の構成では、ソーワイヤが固定砥粒方式であったとしても、コアワイヤの線径dに関係なく「小波くせ」のピッチPが1.0〜2.0mmに設定されている。この場合、ピッチPが短すぎるので、前述したとおり、コアワイヤの強度が低下したり加工コストが上昇したりすることになる。
一方、本発明に係る固定砥粒ワイヤ10は、波状ワイヤ11の線径dを基準としてピッチPを設定するため、波状ワイヤ11の強度低下と加工コストの上昇とを有効に抑制できるとともに、張力が加えられた状態で波状湾曲部位12の曲率を十分に維持することができる。これにより、固定砥粒ワイヤの寿命の低下を有効に抑制することができ、切削性能を良好に維持することができる。
ここで、本発明においては、波状ワイヤ11の波高Hも、当該波状ワイヤ11の線径dに基づいて所定の範囲内に設定される。具体的には、前記切削条件に応じて適宜選択することができるが、本発明においては、線径dの1.05倍以上3.00倍以下である(1.05≦H≦3.00)ことが好ましく、1.80倍以上2.50倍以下である(1.80≦H≦2.50)ことがより好ましい。
波高Hが線径dの1.05倍未満であると、波状湾曲部位12の曲率半径が大きくなり過ぎ、切削等の加工時に固定砥粒ワイヤ(波状ワイヤ11)に張力が加えられた状態で、波状湾曲部位12の曲率を十分に維持できなくなるおそれがある。一方、波高Hが線径dの3.00倍を超えると、波状湾曲部位12の曲率半径が小さくなり過ぎ、固定砥粒ワイヤ(波状ワイヤ11)の強度が低下する傾向にあるとともに、切削加工時にカーフロスが大きくなり過ぎる。
ここで、前述したように、線径dを基準としてピッチPを設定しても、カーフロスの増大を抑制できる。それゆえ、前記切削条件に応じて、波高HおよびピッチPのいずれかが大きくなり過ぎたり小さくなり過ぎたりしないように、それぞれが好適な範囲内となるように設定することが好ましい。本実施の形態では、前述したとおり、ピッチPが20d〜200dの範囲内であれば好ましく、また、波高Hは、ピッチPとは独立して1.05d〜3.00dの範囲内が好ましいが、さらには、ピッチPが20d〜200dの範囲内であり、かつ、波高Hが1.05d〜3.00dの範囲内であると、より好ましい。
波状ワイヤ11の形状は、前述したとおり、複数の波状湾曲部位12が長手方向に連続して配列している形状(波状)であればよいが、各波状湾曲部位12は同じピッチPまたは同じ波高Hでなくてもよい。つまり、波状ワイヤ11は、同一のピッチPおよび波高Hを有する波状湾曲部位12が連続して配列する構成であればよいが、例えば、被加工物の種類または加工条件等に応じて、2種類の波状湾曲部位12(例えば、ピッチPが短い波状湾曲部位12およびピッチPが長い波状湾曲部位12)が交互に配列する構成であってもよいし、3種類以上の波状湾曲部位12が交互に配列する構成であってもよいし、交互配列する以外の規則的な配列であってもよいし、ランダムな配列であってもよい。
いずれにせよ、本発明においては、波状ワイヤ11の線径dを基準として、少なくともピッチPが設定されていれば、波状ワイヤ11としては、切削条件に応じて、さまざまな構成を採用することができる。なお、一般的な切削加工においては、応力集中を回避して固定砥粒ワイヤの強度を向上させる観点から、略同一の形状で均等に波状湾曲部位12が配列する構成であることがより好ましい。
また、前述したように、波状ワイヤ11の「波状」は、波状湾曲部位12が螺旋状に湾曲している三次元的な波状であればよいが、波状湾曲部位12が単一面内に収まるように(平面状に)湾曲している二次元的な波状であってもよいし、これらを組み合わせた波状であってもよい。ここでいう三次元的な波状には、一般的な湾曲による螺旋形状だけでなく、コアワイヤが多角形状に周回しながら折れ曲がることで全体的に見たときに螺旋状になっている形状も含む。同様に、二次元的な波状にも、コアワイヤが略波状に折れ曲がった形状も含む。
[砥粒およびその固定]
図2(a)に示すように、本発明に係る固定砥粒ワイヤ10は、前記構成の波状ワイヤ11の表面に固定材15により砥粒14が固定されている構成であるが、用いられる砥粒14の具体的な種類は特に限定されず、ダイヤモンド砥粒、アルミナ質砥粒、炭化ケイ素質砥粒等、公知のものを好適に用いることができる。また、砥粒14の粒径も特に限定されず、砥粒14の種類または切削条件等に応じて適宜好ましい粒径のものを用いることができる。本実施の形態では、例えば、粒径が5〜30μmの範囲内の範囲内のダイヤモンド砥粒を好適に用いることができる。
図2(a)に示すように、本発明に係る固定砥粒ワイヤ10は、前記構成の波状ワイヤ11の表面に固定材15により砥粒14が固定されている構成であるが、用いられる砥粒14の具体的な種類は特に限定されず、ダイヤモンド砥粒、アルミナ質砥粒、炭化ケイ素質砥粒等、公知のものを好適に用いることができる。また、砥粒14の粒径も特に限定されず、砥粒14の種類または切削条件等に応じて適宜好ましい粒径のものを用いることができる。本実施の形態では、例えば、粒径が5〜30μmの範囲内の範囲内のダイヤモンド砥粒を好適に用いることができる。
また、砥粒14を波状ワイヤ11の表面に固定する方法も特に限定されず、図2(b)に示すように、樹脂バインダまたはメッキ層等の固定材15を用いる公知の固定方法を好適に用いることができる。
これらのうち、樹脂バインダによる固定方法は、典型的には、固定材15として用いられる樹脂と砥粒14を含む溶液を調製し、当該樹脂溶液を波状ワイヤ11の表面に塗布してから加熱または焼成する方法である。用いられる樹脂としては、フェノール樹脂、ホルマリン樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、ウレア樹脂等の公知の樹脂を好適に用いることができる。また、樹脂溶液の調製方法、樹脂溶液の塗布方法、塗布後の加熱または焼成方法についても特に限定されず、公知のさまざまな方法を好適に用いることができる。また、樹脂バインダには、公知のさまざまな添加剤が含まれてもよい。
次に、メッキ層による固定方法は、電気メッキを利用して砥粒14を波状ワイヤ11に固定させる方法である。例えば、本願出願人によって、特許4538049号公報に開示される「砥粒電着ワイヤ」が開発されており、この公報においてメッキ層による砥粒14の固定方法の好ましい一例が記載されている。なお、この公報の内容は、本明細書で参照することにより本明細書の記載の一部とする。
なお、本発明において、樹脂バインダまたはメッキ層による固定方法のいずれにおいても、前述した以外の公知の方法を好適に用いることができることはいうまでもない。さらに、本発明においては、樹脂バインダまたはメッキ層以外の固定方法を用いることができることができる。
ここで、本発明においては、先に波状ワイヤ11が製造されてから、当該波状ワイヤ11の表面に砥粒14を固定して固定砥粒ワイヤ10を製造することが好ましい。言い換えれば、コアワイヤに砥粒14を固定してから波付けする加工を施すのではなく、コアワイヤに波付けする加工を施してから砥粒14を固定することが好ましい。コアワイヤを波付けする加工は、当該コアワイヤに外力を加えることになるため、先に砥粒14を固定させていると、外力によって砥粒14が脱離するおそれがある。これに対して、予め波状湾曲部位12を形成した波状ワイヤ11の表面に砥粒14を固定させれば、波状湾曲部位12の形成時に、波状ワイヤ11の表面から砥粒14が脱離するおそれを回避することができる。その結果、固定砥粒ワイヤ10の寿命の低下を、さらに有効に抑制することができる。
[波状ワイヤの加工方法]
本発明においては、波状ワイヤ11の加工方法(コアワイヤへの波付け方法)は特に限定されず、加工前のコアワイヤを、線径dを基準としたピッチPで波状湾曲部位12を長手方向に連続して配列させるように加工できれば、公知のどのような方法であっても利用することができる。
本発明においては、波状ワイヤ11の加工方法(コアワイヤへの波付け方法)は特に限定されず、加工前のコアワイヤを、線径dを基準としたピッチPで波状湾曲部位12を長手方向に連続して配列させるように加工できれば、公知のどのような方法であっても利用することができる。
例えば、図3(a)に示す加工方法では、3本のピン21の間にコアワイヤ13を交互に通し、当該コアワイヤ13を矢印C1の方向に回転させることで、螺旋状の波状ワイヤ11を形成している。また、図3(b)に示す加工方法では、外周部全体にピン24aが設けられたピン歯車24同士を噛み合わせ、コアワイヤ13を、一対のガイドチップ25で支持した状態で、ピン歯車24同士の噛み合わせ部位に通し、各ピン歯車24を矢印C4方向に回転させることで、二次元波状の波状ワイヤ11を形成している。なお、説明の便宜上、ピン歯車24は噛み合わせ部位のみにピン24aを図示しているが、ピン24aは上記のとおり外周部全体に設けられている。また、ピン歯車24aではなく、一般的な歯車を用いることもでき、この場合には、湾曲した波状ではなく、折れ曲がり状の略波状を形成することができる。
なお、本発明に係る固定砥粒ワイヤ10を製造する際には、前述した砥粒14の固定方法、あるいは波状ワイヤ11の加工方法以外にも、公知のさまざまな処理を用いて当該固定砥粒ワイヤ10を修飾することができる。
[固定砥粒ワイヤの使用方法]
本発明に係る固定砥粒ワイヤ10は、公知のワイヤソーに好適に用いることができる。典型的なワイヤソーとしては、シングルワイヤソーとマルチワイヤソーとが挙げられる。シングルワイヤソーは、ループ状のソーワイヤ(固定砥粒ワイヤ10)を複数のローラの間に張架させる構成であり、ローラの間でソーワイヤを循環して走行させ、このワイヤに被加工物を押し当てることにより切削加工を行う。マルチワイヤソーは、図4(a)に示すように、図示しないボビンに巻き取られたソーワイヤ(固定砥粒ワイヤ10)を繰り出して、複数のローラ16(図4(a)では2個)にコイル状に所定の間隔で巻き回すように張架させてワイヤ列17を形成する構成であり、この状態でボビンを順方向または逆方向に交互に回転させることによって固定砥粒ワイヤ17を走行させる。これにより、ワイヤ列17を形成する固定砥粒ワイヤ10も順方向または逆方向に走行するので、これに被加工物20を押し当てることにより切削加工を行う。いずれのワイヤソーにおいても、ワイヤまたはワイヤ列には、所定の張力が加えられた状態で走行しており、走行しているワイヤまたはワイヤ列に対して被加工物が接触して切削加工が行われる。
本発明に係る固定砥粒ワイヤ10は、公知のワイヤソーに好適に用いることができる。典型的なワイヤソーとしては、シングルワイヤソーとマルチワイヤソーとが挙げられる。シングルワイヤソーは、ループ状のソーワイヤ(固定砥粒ワイヤ10)を複数のローラの間に張架させる構成であり、ローラの間でソーワイヤを循環して走行させ、このワイヤに被加工物を押し当てることにより切削加工を行う。マルチワイヤソーは、図4(a)に示すように、図示しないボビンに巻き取られたソーワイヤ(固定砥粒ワイヤ10)を繰り出して、複数のローラ16(図4(a)では2個)にコイル状に所定の間隔で巻き回すように張架させてワイヤ列17を形成する構成であり、この状態でボビンを順方向または逆方向に交互に回転させることによって固定砥粒ワイヤ17を走行させる。これにより、ワイヤ列17を形成する固定砥粒ワイヤ10も順方向または逆方向に走行するので、これに被加工物20を押し当てることにより切削加工を行う。いずれのワイヤソーにおいても、ワイヤまたはワイヤ列には、所定の張力が加えられた状態で走行しており、走行しているワイヤまたはワイヤ列に対して被加工物が接触して切削加工が行われる。
前記ワイヤソーは、一般的に、被加工物をテーブルで支持した状態で、走行するワイヤまたはワイヤ列に接触させる構成となっているが、その具体的な構成は特に限定されない。例えば、テーブルを移動させることにより、被加工物をワイヤまたはワイヤ列に押圧、接触させる構成であってもよいし、ワイヤまたはワイヤ列を移動させて被加工物に押圧、接触させる構成であってもよい。また、ワイヤまたはワイヤ列の上側に被加工物の下面を当接させる構成であってもよいし、ワイヤまたはワイヤ列の下側に被加工物の上面を押し当てる構成であってもよい。なお、図4(a)ではワイヤ列17を説明する便宜上、テーブルは図示していない。
本発明に係る固定砥粒ワイヤ10は、前記のいずれの構成のワイヤソーにおいても、好適に用いることができるだけでなく、前記以外の公知の構成のワイヤソーまたはそれに類似する切削装置にも好適に用いることができる。
ここで、ワイヤソーは、走行するワイヤに被加工物を押し当てながら切削加工を行うものであるため、当該ワイヤは被加工物の押し当て方向にたわむことになる。例えば、図4(b)は、図4(a)における二点鎖線の矢印IIの矢視方向からの平面図であるが、この図4(b)に示すように、図中上から被加工物20が押し当てられることにより、固定砥粒ワイヤ10はたわみ量fでたわむ。
ワイヤのたわみ量fは、前記切削条件によって変化するが、一般に、被加工物20の押し当て速度が速ければワイヤのたわみ量fが大きくなって切断の精度が低下する傾向にある。特にたわみ量fが大きくなり過ぎると、ワイヤが断線するおそれもある。一方、被加工物20の押し当て速度が遅ければワイヤのたわみ量fを小さくできる反面、切削加工に要する時間が長くなり、切削加工の効率が低下するとともに、ワイヤの消費量が多くなる。つまり、ワイヤの「切れ味」がよいとたわみ量が小さくなるが、「切れ味」が悪いとたわみ量が大きくなる。
これに対して、本発明に係る固定砥粒ワイヤ10は、前述したとおり、波状湾曲部位12のピッチPは、波状ワイヤ11(コアワイヤ)の線径dを基準として設定されているので、切削加工時にワイヤのたわみ量fの増加を抑制し、「切れ味」を向上させて迅速かつ効率的な切削加工を実現することができる。
なお、波状ワイヤ11は、波付けする前のワイヤと比較して、相対的に強度が低下する傾向にある。これは、前述した加工方法(波付け方法)のように、ワイヤを塑性変形させることで波状ワイヤ11を得ているためである。ここで、本発明に係る固定砥粒ワイヤ10は、波付けにより形成される波状湾曲部位12のピッチPを、線径dを基準とした長さ(好ましくは20d〜200dの範囲内)に設定しているので、強度低下をより軽減させるように波付けすることが可能となる。
さらに、本発明に係る固定砥粒ワイヤ10は、切削加工時に張力を加えられた状態でも前述した湾曲形状が有効に残存するように波状湾曲部位12のピッチPが設定されている。それゆえ、前述したとおり、波状ワイヤ11の強度低下と加工コストの上昇とを有効に抑制できるとともに、張力が加えられた状態で波状湾曲部位12の曲率を十分に維持することができるので、波状湾曲部位12の凹部に被加工物の切削粉を保持して外部に放出しやすくなる。つまり、固定砥粒ワイヤ10の「切れ味」を向上させることができる。
このように、本発明に係る固定砥粒ワイヤ10は、そもそも「切れ味」が向上している上に、従来の波状ワイヤと比較して相対的に強い張力を加えることが可能であるため、前記たわみ量をより小さくすることができ、切削加工をより迅速かつ効率的に行うことができる。また、従来よりも強い張力を加えることが可能であるということは、コアワイヤである波状ワイヤ11の強度も相対的に向上していることになるので、コアワイヤの耐久性を向上することができ、固定砥粒ワイヤ10の寿命の低下を有効に抑制できるものとなっている。
また、典型的なワイヤソーにおいては、ワイヤまたはワイヤ列と被加工物との接触部位にクーラントを供給する構成となっている。このクーラントとしては、鉱物油を主成分とする油性クーラントであってもよいし、水溶性の低分子量樹脂等を含む水溶性クーラントであってもよい。特に水溶性クーラントは、油性クーラントに比べて、加工後の被加工物の洗浄に有機溶剤を必要としない等の利点があるため好ましい。具体的な水溶性クーラントとしては、例えば、低分子量ポリグリコール類を含む構成、アミン類および水溶性ポリエーテルを含む構成等が挙げられるが特に限定されず、公知のものを好適に用いることができる。
特に本発明においては、固定砥粒ワイヤ10が波状湾曲部位12を有しているため、切削加工時には、波状湾曲部位12の凹部にクーラントを保持しやすくなる。それゆえ、固定砥粒ワイヤ10と被加工物との間にクーラントを導入しやすくすることができる。しかも、前述したとおり、波状湾曲部位12のピッチPは、波状ワイヤ11(コアワイヤ)の線径dを基準として設定されているので、固定砥粒ワイヤ10に引張り負荷を加えた状態でも、カーフロスが過剰に大きくならない範囲で、波状湾曲部位12を適切に保持することができる。その結果、固定砥粒ワイヤ10を良好に冷却することができるので、砥粒14の熱による劣化を有効に軽減することが可能となり、固定砥粒ワイヤ10の寿命の低下をより有効に抑制することができる。
本発明について、実施例、比較例および参考例に基づいてより具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。当業者は本発明の範囲を逸脱することなく、種々の変更、修正、および改変を行うことができる。
[実施例1]
まず、本発明に係る固定砥粒ワイヤ10として、波状湾曲部位12が螺旋状であり、線径d=0.12mm、ピッチP=4mm(約33d)、波高H=0.23mm(約1.92d)の波状ワイヤ11に、粒径5〜20μmのダイヤモンド砥粒を電気メッキ法により固定したものを製造した。
まず、本発明に係る固定砥粒ワイヤ10として、波状湾曲部位12が螺旋状であり、線径d=0.12mm、ピッチP=4mm(約33d)、波高H=0.23mm(約1.92d)の波状ワイヤ11に、粒径5〜20μmのダイヤモンド砥粒を電気メッキ法により固定したものを製造した。
次に、本発明に係る固定砥粒ワイヤ10をボビンに巻き取って一対のメインローラ16,16の外周にコイル状に巻き回して25.0Nの張力で張架することにより、図4(a)に示すようにワイヤ列17を形成した。そして、1000.0m/分の線速(走行速度)で固定砥粒ワイヤ10を走行させた。
被加工物20としては、単結晶Siのインゴット(高さ125mm、幅125mm、長さ200mm)を用い、これを図4(b)には示さないテーブルで支持した。そして、水溶性クーラントを100.0kg/分の量で供給しながら、テーブルを1000μm/分の速度(切削加工速度)で移動させて、被加工物20を走行するワイヤ列17に徐々に接近させて接触させることにより、当該被加工物20を切断した。
以上の条件で、切断加工時の固定砥粒ワイヤ10におけるたわみ量f(図4(b)参照)を計測するとともに、切断加工後の固定砥粒ワイヤ10における砥粒14の残存状態を目視評価した。切断加工前とほとんど変わらずに砥粒14が残存している場合には、残存状態を○と評価し、明確に砥粒14の脱離が確認できる場合には、残存状態を×と評価した。これらの結果を表1に示す。
[実施例2]
固定砥粒ワイヤ10として、波状湾曲部位12が螺旋状であり、線径d=0.12mm、ピッチP=20mm(約167d)、波高H=0.39mm(約3.25d)の波状ワイヤ11に、粒径5〜20μmのダイヤモンド砥粒を電気メッキ法により固定したものを用いた以外は、実施例1と同様にして、被加工物20を切断した。そのときのたわみ量fおよび砥粒14の残像状態の結果を表1に示す。
固定砥粒ワイヤ10として、波状湾曲部位12が螺旋状であり、線径d=0.12mm、ピッチP=20mm(約167d)、波高H=0.39mm(約3.25d)の波状ワイヤ11に、粒径5〜20μmのダイヤモンド砥粒を電気メッキ法により固定したものを用いた以外は、実施例1と同様にして、被加工物20を切断した。そのときのたわみ量fおよび砥粒14の残像状態の結果を表1に示す。
[実施例3]
固定砥粒ワイヤ10として、波状湾曲部位12が平面状であり、線径d=0.12mm、ピッチP=4mm(約33d)、波高H=0.29mm(約2.41d)の波状ワイヤ11に、粒径5〜20μmのダイヤモンド砥粒を電気メッキ法により固定したものを用いた以外は、実施例1と同様にして、被加工物20を切断した。そのときのたわみ量fおよび砥粒14の残像状態の結果を表1に示す。
固定砥粒ワイヤ10として、波状湾曲部位12が平面状であり、線径d=0.12mm、ピッチP=4mm(約33d)、波高H=0.29mm(約2.41d)の波状ワイヤ11に、粒径5〜20μmのダイヤモンド砥粒を電気メッキ法により固定したものを用いた以外は、実施例1と同様にして、被加工物20を切断した。そのときのたわみ量fおよび砥粒14の残像状態の結果を表1に示す。
[比較例1]
コアワイヤに、粒径5〜20μmのダイヤモンド砥粒を電気メッキ法により固定した比較ソーワイヤを製造して用いた以外は、実施例1と同様にして、被加工物20を切断した。そのときのたわみ量fおよび砥粒14の残像状態の結果を表1に示す。
コアワイヤに、粒径5〜20μmのダイヤモンド砥粒を電気メッキ法により固定した比較ソーワイヤを製造して用いた以外は、実施例1と同様にして、被加工物20を切断した。そのときのたわみ量fおよび砥粒14の残像状態の結果を表1に示す。
なお、本発明は前記実施の形態の記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示した範囲内で種々の変更が可能であり、異なる実施例や複数の変形例にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施の形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
本発明は、シリコン、石英、セラミック等の硬質材料の切断、スライス、内面研磨やダイシング、インゴット切り出し等の切削加工の分野に広く用いることができる。
10 固定砥粒ワイヤ
11 波状ワイヤ
12 波状湾曲部位
14 砥粒
d 線径
P ピッチ
H 波高
11 波状ワイヤ
12 波状湾曲部位
14 砥粒
d 線径
P ピッチ
H 波高
Claims (5)
- ワイヤの表面に砥粒を固定して成る固定砥粒ワイヤであって、
前記ワイヤが、当該ワイヤの線径を基準としたピッチで、複数の波状湾曲部位を長手方向に連続して配列させた波状ワイヤであり、当該波状湾曲部位が螺旋状に湾曲している三次元的な波状であることを特徴とする、固定砥粒ワイヤ。 - 前記波状ワイヤにおける前記波状湾曲部位のピッチは、当該波状ワイヤの線径の20倍以上200倍以下であることを特徴とする、請求項1に記載の固定砥粒ワイヤ。
- 前記波状ワイヤにおける前記波状湾曲部位の波高は、当該波状ワイヤの径の1.05倍以上3.00倍以下の範囲内となっていることを特徴とする、請求項1に記載の固定砥粒ワイヤ。
- 前記波状ワイヤの線径は、0.05mm以上0.32mm以下の範囲内であることを特徴とする、請求項2または3に記載の固定砥粒ワイヤ。
- 前記波状ワイヤは金属製であり、
前記砥粒は、前記波状ワイヤの表面に形成される金属メッキ層、または、樹脂バインダによって、当該波状ワイヤに固定されていることを特徴とする、請求項1に記載の固定砥粒ワイヤ。
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