JP2012139743A

JP2012139743A - ソーワイヤー

Info

Publication number: JP2012139743A
Application number: JP2010292437A
Authority: JP
Inventors: Eiji Matsuoka; 映史松岡; Shinji Takahashi; 慎治高橋; Shigeki Hada; 茂喜葉田
Original assignee: Sumitomo SEI Steel Wire Corp; Sumitomo Electric Tochigi Co Ltd
Current assignee: Sumitomo SEI Steel Wire Corp; Sumitomo Electric Tochigi Co Ltd
Priority date: 2010-12-28
Filing date: 2010-12-28
Publication date: 2012-07-26

Abstract

【課題】切削速度に優れたソーワイヤーを提供する。
【解決手段】互いに逆向きに突出する一対の頂部２，３からなる波形のくせが単一の平面上に連続するように、２次元にくせ付けられたソーワイヤー１によって上記課題が解決される。
【選択図】図１

Description

本発明は、硬質ガラスや半導体、超硬合金等の硬質材料を切断するためのワイヤーソーに用いられるワイヤーに関し、特に２次元の波型くせを有するソーワイヤーに関する。

従来より、硬質ガラスや半導体、超硬合金等の硬質材料のスライス加工にワイヤーソーが用いられている（例えば特許文献１参照）。図７はワイヤーソーを模式的に示したものである。
ワイヤーソー１００はガイド溝を有した少なくとも二つのガイドローラー１０１を有し、ソーワイヤー１０２がガイド溝に沿ってガイドローラー１０１に巻回され掛け渡されている。ワークを切断する際は、ガイドローラー１０１によってソーワイヤー１０２に張力を与え、ソーワイヤー１０２とワークとの間にダイヤモンド砥粒やアルミナ砥粒といった砥粒を含む切削油を供給しながらソーワイヤー１０２とワークとを近づけるように相対移動させる。このとき、ソーワイヤー１０２は切削油中に含まれる砥粒を巻き込みながらワークの被切削面を摺動し、ソーワイヤー１０２及び砥粒がワークの被切削面に圧接されてワークが切断される。

特開平４−５７６６６号公報

ところで、本発明者らは更にワイヤーソーの切削速度を向上させるために、ソーワイヤーの形状を種々検討した。
まず、ソーワイヤーにくせ付けがされていない直線状のソーワイヤーでは砥粒の巻き込みが起こりにくく、また、ソーワイヤーが砥粒をワークに強く押し付けることができないため、切削速度を向上できない。このため、特許文献１は３次元のくせを有するソーワイヤーを提案している。しかし、このような３次元のくせを有するワイヤーは、くせの頂部がワークの被切削面方向に突出する他に、ワークの被切削面以外の方向にも突出している。このため、くせの頂部をワークの被切削面に集中的に接触させることができないので、切削速度に向上の余地があることを本発明者らは見出した。

そこで本発明は、切削速度に優れたソーワイヤーを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係るソーワイヤーによれば、
２次元にくせ付けされたソーワイヤーが提供される。

また、上記ソーワイヤーにおいて、
前記ソーワイヤーは波形にくせ付けされており、
前記ソーワイヤーの線径ｄ、前記波形の波高さｈが、０．２０≦ｈ／ｄ≦０．３５を満たすことが好ましい。

また、上記ソーワイヤーにおいて、
前記ソーワイヤーは波形にくせ付けされており、
前記ソーワイヤーの線径ｄ、前記波形のピッチｐが、１０≦ｐ／ｄ≦１４を満たすことが好ましい。

また、上記ソーワイヤーにおいて、
前記ソーワイヤーにはくせ付け前にタフニング処理が施されていることが好ましい。

また、上記ソーワイヤーにおいて、
前記ソーワイヤーにはくせ付け前に低温熱処理が施されていることが好ましい。

本発明に係るソーワイヤーによれば、２次元にくせ付けられたソーワイヤーのくせの頂部がワークの被切削面に砥粒を集中的に押圧することができるため、切削速度に優れたソーワイヤーを提供することができる。

本実施形態に係るソーワイヤーを示す側面図である。本実施形態に係る２次元にくせ付けられたソーワイヤーを用いてワークを切断する様子を示す側断面図である。比較例に係る３次元にくせ付けられたソーワイヤーを用いてワークを切断する様子を示す側断面図である。本実施形態に係る２次元の波形にくせ付けられたソーワイヤーを用いてワークを切断する様子を示す上面図である。比較例に係る３次元にくせ付けられたソーワイヤーを用いてワークＷを切断する様子を示す上面図である。本実施形態に係る２次元の波形にくせ付けられたソーワイヤーの製造方法の説明図である。ワイヤーソーの模式図である。

以下、本発明に係るソーワイヤーの実施形態の例を、図面を参照して説明する。
図１は本実施形態に係るソーワイヤー１を示す側面図である。図１に示すように、本実施形態に係るソーワイヤー１には、互いに逆向きに突出する一対の頂部２，３からなる波形のくせが単一の平面上（図１の紙面方向）に連続するように、２次元にくせ付けられている。

また、以下の説明では、ソーワイヤー１の線径をｄ、波形のくせの波高さ（隣り合う頂部２，３間の高さ）をｈ、隣り合う頂部２，３の間隔（ピッチ）をｐ／２、波形のくせが形成される平面（くせの頂部の突出方向を含む平面）をくせ付け面と定義する。また、図１では正弦波の波形の例を図示したが、三角波等、他の波形形状であってもよいことはもちろんである。

＜切削速度＞
以下図２，３を参照して、本実施形態に係る２次元にくせ付けられたソーワイヤー１が、比較例に係る３次元にくせ付けられたソーワイヤー１１よりも切削速度に優れていることを説明する。図２は本実施形態に係る２次元にくせ付けられたソーワイヤー１を用いてワークＷを切断する様子を示す側断面図であり、図３は比較例に係る３次元にくせ付けられたソーワイヤー１１を用いてワークＷを切断する様子を示す側断面図である。

本実施形態に係る２次元の波形にくせ付けられたソーワイヤー１は、ソーワイヤー１のくせ付け面と切削方向が一致するようにガイドローラーのガイド溝に収められた状態でガイドローラーに掛け渡され、切断加工が行われる。したがって、図２に示す２次元の波形にくせ付けられたソーワイヤー１において、ワークＷの被切削面ｗ１側に突出する頂部２，２の間隔はｐとなる。

一方、図３に示す比較例に係る３次元のジグザグ状にくせ付けられたソーワイヤー１１は、図２に示す２次元にくせ付けられたソーワイヤー１と同様の曲率のくせが形成されるように、波高さがｈ、隣り合う頂部１２〜１５の間隔がｐ／２となるようにくせ付けられている。また、隣り合う頂部１２〜１５が径方向に９０度回転するようにひねられて３次元にくせ付けられている。このような３次元にくせ付けられたソーワイヤー１１において、ワークＷの被切削面ｗ１方向に突出する頂部１２の間には常に３つの頂部１３，１４，１５が存在しているので、ワークＷの被切削面ｗ１方向に突出する頂部１２，１２間の間隔は２ｐとなる。

これらのソーワイヤー１，１１を用いてワークＷを切断する際には、ワークＷの被切削面ｗ１とソーワイヤー１，１１との間隔が狭められた頂部２，１２近傍に位置された砥粒ｇがこの頂部２，１２によってワークＷの被切削面ｗ１に押し付けられ、被切削面ｗ１が研削される。したがって、ワークＷの被切削面ｗ１側に多くの頂部２，１２が突出していると、多くの砥粒ｇが被切削面ｗ１に押し付けられることになり、切断速度が向上する。

図２，３を比較して明らかなように、本実施形態に係る２次元にくせ付けられたソーワイヤー１の被切削面ｗ１側に突出する頂部２の間隔は、３次元にくせ付けられたソーワイヤー１１の当該間隔よりも狭く、ワークＷの被切削面ｗ１側に多くの頂部２が突出することになる。したがって、より多くの砥粒ｇが被切削面ｗ１に押し付けられるので、２次元にくせ付けられたソーワイヤー１は切断速度に優れている。

なお、図３の３次元にくせ付けられたソーワイヤーでは隣り合う頂部１２，１３，１４，１５が互いに９０度回転している例を示したが、くせの回転角度が大きくなるほどソーワイヤー１１の被切削面ｗ１側に突出する頂部１２の間隔が大きくなるので、２次元にくせ付けられたソーワイヤー１の方がワークＷの被切削面ｗ１側に突出する頂部が多く、切断速度に優れている。

また、上述の比較例とは別のスパイラル状の３次元にくせ付けられたソーワイヤーにおいても、単位長さ当たりの被切削面ｗ１側に突出する頂部１２の数が２次元にくせ付けられたソーワイヤー１よりも少ないので、２次元にくせ付けられたソーワイヤー１の方が切断速度に優れている。

＜切り代＞
更に、図４，５を用いて、本実施形態に係る２次元にくせ付けられたソーワイヤー１は３次元にくせ付けられたソーワイヤー１１よりも切り代が小さくワークＷを有効に利用できること、及び加工面ｗ２の寸法精度が良いことを説明する。

図４は本実施形態に係る２次元の波形にくせ付けられたソーワイヤー１を用いてワークＷを切断する様子を示す上面図であり、図５は比較例に係る図３に示した３次元にくせ付けられたソーワイヤー１１を用いてワークＷを切断する様子を示す上面図である。

図４に示すように、本実施形態に係る２次元にくせ付けられたソーワイヤー１を用いてワークＷを切断する際は、ソーワイヤー１のくせ付け面が切断方向と一致（換言すれば、くせ付け面がワークＷの被切削面ｗ１と直交）している。したがって、一方に突出した頂部２は被切削面ｗ１に正対し被切削面ｗ１に砥粒ｇを押し付け、他方に突出した頂部３は被切削面ｗ１とは反対側に向いてワークに砥粒を押し付けないので、ワークＷの被切削面ｗ１のみが研削される。

一方、図５に示すように、比較例に係る図３に示す３次元にくせ付けられたソーワイヤー１１を用いてワークＷを切断する際は、くせの頂部が、ワークＷの被切削面ｗ１の他に、ワークＷの被切削面ｗ１に垂直な加工面ｗ２側に突出する頂部１３，１５が存在する。したがって、これらワークＷの加工面ｗ２側に突出する頂部１３，１５が加工面ｗ２に砥粒ｇを押し付けて研削するので、加工面ｗ２が研削される分、切り代Ｃが大きくなる。この切り代Ｃは、ソーワイヤー１１のくせ付け高さｈが大きくなるほど顕著になる。

このように、２次元にくせ付けられたソーワイヤー１は被切削面ｗ１に集中的に砥粒ｇを押し付けるので、加工面ｗ２にも砥粒ｇを押し付ける３次元にくせ付けられたソーワイヤー１１よりも切断時の切り代Ｃが小さく、ワークＷに形成される切り代をソーワイヤー１の線径とほぼ同程度とすることができる。

また、ガイドローラーによってソーワイヤー１，１１は被切削ｗ１面側に押し付け力が付与されているため、図５に示すような３次元にくせ付けられたソーワイヤー１１は、ワークＷの加工面ｗ２側に突出した頂部１３，１５がワークＷの加工面ｗ２に正対する方向に砥粒ｇを押し付けるとは限らない。この時には砥粒ｇがソーワイヤー１１と加工面ｗ２の間から離脱する虞があり、砥粒ｇを加工面ｗ２に一様に押し付けることができない。その結果、加工面ｗ２は一様に研削されず、加工面ｗ２の寸法精度が劣化することがある。

しかし、図４に示すような本実施形態に係る２次元にくせ付けられたソーワイヤー１によれば、互いに逆向きに突出する頂部２，３のいずれもワークＷの加工面ｗ２に砥粒ｇを積極的に押し付けないので、加工面ｗ２の精度が劣化することが生じにくい。

＜製造方法＞
次に、上述の２次元の波形にくせ付けられたソーワイヤー１の製造方法を説明する。まず、図６に示すように、外周面に所定間隔ｌを有する複数のくせ付けピン２１が設けられた一対のくせ付けローラー２０を用意し、この一対のくせ付けローラー２０を中心間の間隔Ｌを隔てて配置し、ピアノ線等の金属製の加工前ワイヤー３０を一対のくせ付けローラー２０の間に通すことで２次元にくせ付けられたソーワイヤー１が得られる。くせ付けピッチｐはくせ付けピン２１の間隔ｌを変更することにより調整することができ、くせ付け高さｈは一対のくせ付けローラー２０の中心間の間隔Ｌを変更することにより調整することができる。

なお、くせ付けローラー２０に通す前の加工前ワイヤー３０は通常、巻回されて保存されているので、くせ付けローラー２０に通す前に加工前ワイヤー３０の真直度を向上させるために前処理を施すことが好ましい。前処理としては、図６に示すように、くせ付けローラー２０の上流側に複数の真直ローラー４０を千鳥状に配置し、これら複数の真直ローラー４０間に加工前ワイヤー３０を通すタフニング処理が挙げられる。加工前ワイヤー３０に曲げ応力及び引張応力を繰り返し作用させることにより、その真直度を向上させることができる。

なお、タフニング処理の他に、例えば２５０〜３５０℃に設定した炉中を３〜１０秒通過させる等、比較的低温で熱処理を行う低温熱処理を加工前ワイヤー３０に施しても良い。低温熱処理により加工前ワイヤー３０中に残存していた残留歪みを除去することで加工前ワイヤー３０の真直度を向上することができる。

また、タフニング処理と低温熱処理の双方を加工前ワイヤー３０に施しても良い。このように、加工前ワイヤー３０の真直度が向上した後に加工前ワイヤー３０をくせ付けローラー２０に通すことにより、形成された２次元の複数のくせが単一のくせ付け面内に収まりやすくなる。２次元のくせがどれだけ単一のくせ付け面内に収まっているかは、くせ付けされたワイヤー１を水平面に投影した時の波高さｈのばらつきにより測定することができる。

表１は、線径ｄが０．２５ｍｍのピアノ線の加工前ワイヤーを用いて、波高さｈを０．０６ｍｍ、ピッチｐを３．０ｍｍでくせ付けし、前処理の有無によって波高さｈがどれくらいばらつき、その結果として前述の加工面寸法精度がどのように影響されるかを測定したものである。なお、加工面寸法精度は、切断条件としてワイヤー送り速度を８０ｍ／ｍｉｎ、ガイドローラーの移動速度を０．６ｍ／ｍｉｎ、粒径１０〜２０μｍのダイヤモンド砥粒を用い、硬質ガラスをワークに設定したときの、加工面の表面粗さとして測定した。また、表１中の加工面寸法精度は、前処理を施さずに作製したワイヤーソーを用いて切断した時の加工面寸法精度を１としたときの相対評価として示した。加工面寸法精度の数値が低いほど、加工面が滑らかな表面であることを示す。

また、試料Ｂ，Ｄは、加工前ワイヤー３０を５個の真直ローラーに通したタフニング処理を施した後にくせ付けローラー２０でくせ付けしたものである。また、試料Ｃ，Ｄは、加工前ワイヤー３０を３００℃の炉内に５秒間入れて低温熱処理を施した後にくせ付けローラー２０でくせ付けしたものである。

表１から明らかなように、前処理を施した方が波高さのばらつきが小さくなるので、加工面の寸法精度が向上する。２次元の波形のくせが単一のくせ付け面内に収まっている度合いが高い（表１中のばらつきが小さい）程、砥粒をワークの被切削面に集中して押し付けることができるので、切り代を小さくすることができる。また、砥粒がワークの加工面を切削する頻度が小さくなるので、加工面の寸法精度も向上する。したがって、加工前ワイヤーに、くせ付けをする前にタフニング処理または低温熱処理の少なくともいずれかを施すことが好ましい。

＜実施例＞
次に、表２に示すように、ピアノ線を用いて、くせの種類、線径ｄ、くせの波高さｈ、くせのピッチｐが相異なる試料Ｎｏ．１〜１１のソーワイヤーを作製し、破断強さ、引張強さ、降伏点について測定した。

また、表３は、表２の試料Ｎｏ．１〜１１について、最大切断速度、加工面寸法精度及び切り代を測定し、その結果をまとめたものである。なお、表３中の最大切断速度、加工面寸法精度、切り代は、試料Ｎｏ．１のそれぞれの数値を１とした時の相対評価である。切断切り代の数値は低いほど切断切り代が小さく、ワークの加工効率が良いことを表す。

最大切断速度とは、試料Ｎｏ．１〜１１のワイヤーソーを用いて、切断条件としてワイヤー送り速度を８０ｍ／ｍｉｎ、粒径１０〜２０μｍのダイヤモンド砥粒を用い、硬質ガラスをワークに設定し、ガイドローラーの移動速度を徐々に上げていきながらワークを切断し、ソーワイヤーが破断したときのガイドローラーの移動速度を最大切断速度として測定した。表中の最大切断速度の数値は大きいほど高速でワークを切断できることを示す。
また、試料Ｎｏ．１〜１１のワイヤーソーを用いて、ワイヤー送り速度を８０ｍ／ｍｉｎ、ガイドローラーの移動速度を０．６ｍ／ｍｉｎ、粒径１０〜２０μｍのダイヤモンド砥粒を用い、硬質ガラスをワークに設定してワークを切断したときの、加工面寸法精度、及び切り代を測定した。

試料Ｎｏ．１〜８は本実施形態に係る実施例である。
まず、破断強さ、引張強さ及び降伏点について、２次元の波くせが付けられた試料Ｎｏ．１〜８は、３次元のくせが付けられた試料Ｎｏ．９，１０よりも良好な値を示している。これは、３次元のくせを付ける際にワイヤーがねじられるため、機械的強度が低下するためと考えられる。したがって、２次元にくせ付けされたソーワイヤーは、大きな張力を与えてガイドローラー間に掛け渡すことができるので、切断時にソーワイヤーが撓むことなく加工面寸法精度が向上する。

最大切断速度についても、上述の説明の如く２次元にくせ付けられたソーワイヤーは、ワークの被切削面方向に突出したくせの頂点が砥粒を集中的に被切削面に押し付けるので、３次元にくせ付けられたソーワイヤー（試料Ｎｏ．９，１０）あるいはくせ無しのソーワイヤー（試料Ｎｏ．１１）よりも早い切断速度でワークを切断できることが確認できた。

加工面寸法精度及び切り代についても、上述の説明の如く２次元にくせ付けられたソーワイヤーを用いて切断した場合は、ワークの加工面にはくせの頂部が砥粒を積極的に押し付けないため、３次元にくせ付けられたソーワイヤーを用いて切断した切断した場合よりも、加工面寸法精度および切り代が優れていることが確認できた。

なお本実施形態に係る試料Ｎｏ．１〜８のうちで、試料Ｎｏ．２〜７の如く、ソーワイヤーの線径ｄ及び波高さｈが０．２０≦ｈ／ｄ≦０．３５を満たすようにくせ付けすることが好ましい。線径ｄに対して波高さｈが低くなり過ぎると、砥粒が抱え込まれるワークとソーワイヤーとの離間距離が十分に画成されず、砥粒を巻き込みにくくなって多くの砥粒をワークの被切削面に押し付けられない。一方、線径ｄに対して波高さｈが高くなり過ぎると、形成されたくせが単一のくせ付け面内に収まりにくくなり、加工面精度が劣化する虞がある。

また、本実施形態に係る試料Ｎｏ．１〜８のうちで、試料Ｎｏ．１〜３，５，７，８の如く、ソーワイヤーの線径ｄ及びピッチｐが１０≦ｐ／ｄ≦１４を満たすようにくせ付けすることが好ましい。ｐ／ｄの値が低く、線径ｄに対してピッチｐが小さくなり過ぎると、砥粒が抱え込まれる隣り合う頂部の空間が狭くなり、多くの砥粒をワークの被切削面に押し付けられない。一方、線径ｄに対してピッチｐが大きくなり過ぎると、ワークに砥粒を押し付ける頂部の数が少なくなり、切削速度の向上が見込めない。

以上の要因より、ソーワイヤーの線径ｄ及び波高さｈが０．２０≦ｈ／ｄ≦０．３５を満たし、かつ、ソーワイヤーの線径ｄ及びピッチｐが１０≦ｐ／ｄ≦１４を満たす試料Ｎｏ．２，３，５，７が特に加工面寸法精度、切断切り代及び最大切断速度の全ての項目において良好な値を示すことが確認できる。

１：ソーワイヤー（ソーワイヤー）、２，３：頂部、２０：くせ付けローラー、３０：加工前ワイヤー、４０真直ローラー、Ｗ：ワーク、ｗ１：切削面、ｗ２：加工面、ｇ：砥粒、ｈ：波高さ、ｐ：ピッチ、ｄ：線径、Ｃ：切り代

Claims

２次元にくせ付けされたソーワイヤー。
前記ソーワイヤーは波形にくせ付けされており、
前記ソーワイヤーの線径ｄ、前記波形の波高さｈが、０．２０≦ｈ／ｄ≦０．３５を満たすことを特徴とする請求項１に記載のソーワイヤー。
前記ソーワイヤーは波形にくせ付けされており、
前記ソーワイヤーの線径ｄ、前記波形のピッチｐが、１０≦ｐ／ｄ≦１４を満たすことを特徴とする請求項１または２に記載のソーワイヤー。
前記ソーワイヤーにはくせ付け前にタフニング処理が施されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のソーワイヤー。
前記ソーワイヤーにはくせ付け前に低温熱処理が施されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のソーワイヤー。