CN101712135A - 树脂结合剂线锯 - Google Patents

Abstract

一种树脂结合剂线锯，包括由多根相互绞合的单线(6)构成的芯线，具有第一树脂且包围芯线的第一树脂层(3)，具有第二树脂且包围第一树脂层(3)的第二树脂层，以及固定在第二树脂层(5)上的磨料颗粒(4)。所述单线的横截面的外接圆的直径等于或大于0.20mm，但等于或小于0.40mm，并且由单线(6)的轮廓线和所述单线(6)的外接圆围成的区域的横截面面积等于或大于该外接圆横截面面积的30％，但等于或小于该外接圆横截面面积的55％。

Description

树脂结合剂线锯

技术领域

本发明涉及一种树脂结合剂线锯，这种线锯能够使芯线保持高的柔韧性、保证高的弯曲疲劳强度和高的抗扭强度，并降低芯线直径的变化量。

背景技术

固定有磨料颗粒的线锯根据其用途可以分成细线型和粗线型。例如，为了减少切割余量，在多次切分中需要使用细的切割线，而为了满足切槽直径的要求，必须使用较粗的芯线来制成所需的较粗的切割线。另外，当工作效率是关注点时，需要粗的切割线，因为物体需要在线处于高张力时进行切割。

然而，如果制成的芯线较粗，包括该芯线的线锯可具有较大的抗拉强度，但将会具有较小的抗重复弯曲的疲劳强度和较小的抗扭转的抗扭强度。

因此，与具有较细芯线的线锯相比，具有较粗芯线的线锯的断线率较高，并且与具有较细芯线的线锯相比，具有较粗芯线的线锯的使用寿命较短。

为了解决这些问题，通常采用以下两种方法。

作为解决问题的第一种方法，通过将装配有线锯的设备中的工作辊子、导轮以及绕线筒设计成具有更大的直径，线可以被设计成具有较小的弯曲曲率。然而，这种方法伴随着进一步的问题，即设备不可避免地具有大的尺寸，并且辊子和导轮不得不更换为直径与芯线直径相配的辊子和滑轮，导致生产率降低。

解决上述问题的第二种方法是使用柔韧性材料，例如纤维、不锈钢或铜，来提高芯线的柔韧性。然而，这种方法伴随着进一步的问题。通过使用柔韧性材料，芯线将具有优良的柔韧性，但是这些可变形材料不具有足够的抗拉强度。此外，在线锯的芯线由易于发生塑性变形的不锈钢或铜构成的情况下，由于芯线的塑性变形使线锯不能保持足够的切割精度。

另一方面，日本专利申请公报No.11-277398和2001-30178已经提出了一种包括芯线的线锯，该芯线由多根相互绞合的单线构成以确保芯线的柔韧性。当然，通过将芯线设计成由多根相互绞合的单线构成来确保芯线具有几种柔韧度也是可能的，然而，即使线锯包括由多根相互绞合的单线构成的芯线，如何固定磨料颗粒也影响了该线锯的切割性能。例如，如果磨料颗粒通过电镀固定在线锯上，线锯的弯曲疲劳强度和扭转强度将会降低。因此，通过包括由多根相互绞合的单线构成的芯线的优势被抵消掉。

在使用线锯的切割过程中，线以往复运动的方式高速地前后重复运动来切割工件，因此，当该线前后运动时其重复做正向自转和反向自转。如果由相互绞合的单线构成的芯线在所述单线绞合的方向上自转，该芯线将不会受到自转的不利影响。相反，如果该芯线在与所述单线绞合的方向相反的方向上自转，所述单线将会松释并因此径向扩张，导致芯线的直径发生变化以及该线锯切割工件的精度劣化。

发明内容

鉴于传统的线锯中的上述问题，本发明的目的是提供一种树脂结合剂线锯，这种线锯能够保证芯线的柔韧性，使芯线具有增强的弯曲疲劳强度和高的抗扭强度，并降低芯线直径的变化度，从而提高这种树脂结合剂线锯切割工件的精度。

在本发明的一个典型方面，提供一种树脂结合剂线锯，其包括由相互绞合的多根单线形成的芯线，具有第一树脂并包围该芯线的第一树脂层，具有第二树脂并包围该第一树脂层的第二树脂层，以及固定在所述第二树脂层上的磨料颗粒，其中，所述单线横截面的外接圆的直径等于或大于0.20mm，但等于或小于0.40mm，并且由单线横截面的轮廓线和单线横截面的外接圆所围成区域的横截面面积等于或大于该外接圆横截面面积的30％，但等于或小于该外接圆横截面面积的55％。

由于第一树脂层包围由多根相互绞合的单线构成的芯线，即使这些单线松释并试图张开，但由于第一树脂层具有高的弹性可防止这些单线松释。因此，单线保持彼此紧密接触。即，第一树脂层防止单线松释。这能够减小由多根相互绞合的单线构成的芯线直径的增大并提高使用线锯切割工件的精度，同时保持由单线绞合所赋予给芯线的柔韧性。另外，和电镀线锯相比，树脂结合剂线锯具有高的弯曲疲劳强度和高的抗扭强度。

在由一根单线代替多根相互绞合的单线构成芯线的情况下，如果芯线的直径等于或大于0.20mm，芯线的柔韧性将会降低，从而芯线的弯曲疲劳强度和抗扭强度降低，导致芯线不能使用。如果芯线由多根相互绞合的单线构成，即使单线的横截面的外接圆的直径等于或大于0.20mm，芯线的柔韧性也不会降低，确保了芯线的弯曲疲劳强度和抗扭强度不会降低。如果单线的横截面的外接圆的直径小于0.20mm，芯线的柔韧性降低，类似于由一根单线构成的芯线，因此，由多根相互绞合的单线构成的芯线带来的优势降低。

另外，如果单线的横截面的外接圆的直径大于0.40mm，当芯线由两根单线构成时，需要使用直径大于0.20mm的单线，导致芯线的柔韧性发生所不希望的降低。

通过设计由单线的轮廓线和单线的外接圆围成的区域的面积等于或大于该外接圆横截面面积的30％，但等于或小于该外接圆横截面面积的55％，能够为切割点更大量地提供磨削流体，并更大量地从线锯移走碎屑，使得线锯的使用寿命延长以及使得该线锯切割工件的效率提高。

如果由单线的轮廓线和单线的外接圆围成的区域横截面面积小于该外接圆面积的30％，则通过将芯线设计成由多根相互绞合的单线构成具有的优势，即供给到切割点的磨削流体量和从线锯移走碎屑的量的增加的优势，降低到将芯线设计成由一根单线构成的情况一样。如果由单线的轮廓线和单线的外接圆围成的区域的横截面面积大于该外接圆面积的55％，所述单线将会以不稳定的状态发生所不希望的相互绞合。这将会在下文进行详细描述。

优选第一树脂层所具有的第一树脂是热固性树脂。

由于热固性树脂在固化时明显收缩，当第一树脂固化时，所述第一树脂能够渗透入单线之间形成的间隙，从而使单线彼此接触。另外，由于热固性树脂的收缩，树脂层能够易于在绞合的单线的表面周围形成。热固性树脂包括例如环氧树脂、酚醛树脂、聚氨酯树脂、硅树脂以及芳基化聚酰胺-酰亚胺树脂。在这些树脂中，优选使用环氧树脂和聚氨酯树脂。

优选第一树脂的弹性模量等于或大于500MPa，但等于或小于2000Mpa，并优选等于或大于1000MPa，但等于或小于2000Mpa，并且第一树脂层的厚度等于或大于2微米，但等于或小于10微米。弹性模量根据JIS K7171中规定的方法进行测量。

通过设计第一树脂的弹性模量等于或大于500Mpa，但等于或小于2000Mpa，第一树脂具有高的弹性，优选地防止单线松释，因此，可以降低芯线直径的变化量，从而使得用线锯切割工件的精度增加。

另外，由于具有在上述指定范围内的弹性模量的第一树脂在线锯切割工件时能够缓和对线锯产生的冲击，因此可以减少碎屑和变形层的厚度。在这里，变形层表示工件被切割的工作面上形成的层。变形层将在后续的步骤例如磨光步骤或抛光步骤中被去除。因此，通过减小变形层材料的厚度可以提高构成工件的材料的产率，并缩短进行上述后续步骤所必需的时间。

如果第一树脂的弹性模量小于500Mpa，将会造成单线之间相互紧密接触的程度小于所述第一树脂的弹性模量等于或大于500Mpa的情况，另外，当线锯切割工件时，由于磨料颗粒陷入第一树脂层内该线锯的锐利度将会降低。

如果第一树脂的弹性模量大于2000Mpa，第一树脂的弹性将会降低并因此坚硬且易碎，当线锯切割工件时，由于对第一树脂层产生的载荷或振动导致第一树脂层从芯线上脱落。

通过设计成第一树脂的厚度等于或大于2微米，但等于或小于10微米，这能够防止由于固化第一树脂层所用时间的延长以及导致产生大量的热所引起的抗拉强度的降低。

如果第一树脂层的厚度小于2微米，将会造成单线之间相互紧密接触的程度小于所述第一树脂的弹性模量等于或大于2微米的情况，并且第一树脂不能够防止不希望的单线的松释。

如果第一树脂层的厚度大于10微米，用于树脂固化的加热时间将会增加，导致由于加热使单线的抗拉强度发生所不希望的降低。

优选单线的捻距等于或大于5mm，但等于或小于20mm。

如果单线的捻距小于5mm，绞合的单线的数目增加，导致单线的强度发生所不希望的降低。如果单线的捻距大于20mm，所述单线将会更松释，因此芯线的直径将会增大，导致线锯切割工件的精度降低。

优选用于固定磨料颗粒的第二树脂由光固化树脂构成。

由于不需要加热光固化树脂来固化，单线的拉伸强度不会象热固化树脂那样因加热而降低。例如，光固化树脂可以选择紫外线固化树脂、电子束固化树脂或可见光固化树脂。示例性的光固化树脂包括丙烯酸类树脂例如环氧丙烯酸树脂、聚氨酯丙烯酸酯树脂以及聚酯丙烯酸树脂。在这些树脂中，优选使用环氧丙烯酸树脂和聚氨酯丙烯酸酯树脂。

通过上述本发明获得的主要优点如下文所述。

根据本发明的树脂结合剂线锯能够使芯线保持高的柔韧性，确保高的弯曲疲劳轻度和高的抗扭强度，降低芯线直径的变化量，并提高用该树脂结合剂线锯切割工件的精度。

参考附图结合下述说明，本发明的上述和其他目的以及优点特征将会清楚，附图中相同的附图标记代表相同或相似的部件。

附图说明

图1是根据本发明的实施方式的树脂结合剂线锯的纵向剖视图；

图2A是根据本发明的实施方式的树脂结合剂线锯的横向剖视图；

图2B示出了限定芯线的单线的外接圆；

图2C为芯线和第一树脂层的横向剖视图；

图3A包括由一根单线构成的芯线的树脂结合剂线锯的横向剖视图；

图3B和图3C为根据本发明的实施方式的树脂结合剂线锯的横向剖视图，其中各树脂结合剂线锯的单线数目彼此不同。

图4A是根据本发明的实施方式的树脂结合剂线锯的横向剖视图；

图4B和图4C是与根据本发明的实施方式的树脂结合剂线锯相比较的实例的横向剖视图；

图5示出了一种用于测试芯线的弯曲疲劳强度的设备；

图6A至图图6E是根据本发明的实施方式的树脂结合剂线锯的横向剖视图，其中由单线的轮廓线和单线的外接圆围成的区域的横截面面积与所述外接圆的横截面面积之间的比值是变化的。

图7是表示对图6A至图6E示出的例子进行切割测试的结果曲线图；

图8为对具有不同弹性模量的第一树脂的例子进行切割测试的结果曲线图。

图9是表示对不同厚度的第一树脂层进行扭转测试和拉伸测试的结果曲线图。

图10是示出了对具有不同捻距的单线进行拉伸测试和切割测试结果的曲线图。

具体实施方式

在下文中将会参考附图对根据本发明的实施方式进行说明。

图1是根据本发明的实施方式的树脂结合剂线锯1的纵向剖视图，图2A是该树脂结合剂线锯1的横向剖视图，图2B示出了构成芯线的单线的外接圆，图2C为芯线和第一树脂层的横向剖视图；

在下文中将参考图1、图2A至图2C对根据本发明的树脂结合剂线锯1进行说明。

如图1和图2A所示，所述树脂结合剂线锯1包括由多根相互绞合的单线6构成的芯线2，由第一树脂制成并包围住该芯线2的第一树脂层3，由第二树脂制成并包围住该第一树脂层3的第二树脂层5，以及固定在所述第二树脂层5上的磨料颗粒4。

第一树脂由热固性树脂制成，并且所述第二树脂由光固化树脂形成。

单线6纵向上的捻距在大于等于5mm、且小于等于20mm的范围内。

如图2B所示，由于单线6相互紧密接触，因此可以画出所述多根单线6的横截面的外接圆7。在当前的实施方式中，外接圆7设计成其直径等于或大于0.20mm，但是等于或小于0.40mm。

由单线6的轮廓线8和所述单线6的外接圆7围成的区域50(图2B中画有阴影线的区域)设计成其横截面面积等于或大于外接圆7的横截面面积的30％，但等于或小于该外接圆7横截面面积的55％。

如图2C所示，第一树脂层3的厚度T等于或大于2微米，但等于或小于10微米。

区域50的横截面面积根据单线6的数目不同而变化。

图3A示出了包括由一根单线6构成的芯线的树脂结合剂线锯正在切割工件10，图3B示出了包括由两根单线6构成的芯线的树脂结合剂线锯正在切割工件10，图3C示出了包括由七根单线6构成的芯线的树脂结合剂线锯正在切割工件10。

如果构成芯线的单线数目发生变化，导致该树脂结合剂线锯的切割性能发生变化的原因将参考图3A至3C在下文中进行解释。

图3A至图3C所示，树脂结合剂线锯在工件10中自转，从而通过该树脂结合剂线锯在工件10中形成槽时来切割工件10。磨削流体被供给到该工件10和树脂结合剂线锯之间形成的空间内，并且将碎屑通过该空间从树脂结合剂线锯1移去。该空间的大小取决于芯线的结构。

特别地，在工件10和图3A所示的包括由一根单线6构成的芯线的树脂结合剂线锯之间所形成的空间相对小，而在工件10和图3B所示的包括由两根单线6构成的芯线的树脂结合剂线锯之间所形成的空间大于图3A中示出的空间。

然而，由于图3C所示包括由七根单线6构成的芯线的树脂结合剂线锯的横截面面积几乎等于图3A所示包括由单根单线6构成的芯线的树脂结合剂线锯的横截面面积，在工件10和图3C所示的树脂结合剂线锯之间形成的空间相对较小。

在工件10和包括由多根单线6相互绞合构成的芯线的树脂结合剂线锯之间形成的空间大小的变化取决于单线6的数量，特别是取决于X/Y的比值，其中X表示由单线6的横截面的轮廓线8和所述单线6的横截面的外接圆7围成的区域50(见图2B)的横截面面积，而Y表示该外接圆7的横截面面积。当X/Y较大时，所述空间具有较大的横截面面积，因此，磨削流体将以较大的量供给入该空间内，并且碎屑从该空间移走的速度也可以提高。这将基于实验结果在下文中详细说明。

该树脂结合剂线锯1设计成包括包围芯线2的第一树脂层3。在下文中将会参考图4A、图4B和图4C来解释该第一树脂层3的作用。

图4A示出了多根单线6相互绞合使其彼此紧密接触。当通过树脂结合剂线锯1切割工件10时，单线6有时候会松释。

图4B示出了松释的单线6，并且所述单线6彼此间隔开。

因为根据本实施方式的树脂结合剂线锯1设计成包括包围单线6的第一树脂层3，并且该第一树脂层3设计成具有弹性，所以第一树脂层3防止单线6松释，并且将芯线2保持在如图4A所示的形状。

为了能具有上述功能，优选第一树脂层3具有等于或大于500MPa、但等于或小于2000MPa的弹性模量，并且该树脂层的厚度等于或大于2微米，但等于或小于10微米。

如果该树脂结合剂线锯1被设计成不包括第一树脂层3，单线6将会更松释，如图4C所示，并且因此其上固定有磨料颗粒4的光固化树脂(第二树脂层)5从单线6上脱落，导致树脂结合剂线锯1的锐利度和该树脂结合剂线锯1切割工件10的精度均大幅度劣化。

发明人进行实验，通过如图5所示的测试设备来测试包括由一根或多根单线构成的芯线的树脂结合剂线锯的弯曲疲劳强度。

在该实验中，聚氨酯树脂用作热固性树脂，聚氨酯丙烯酸树脂用作光固化树脂，并且分别通过加热或紫外线(主波长365nm)照射处理以传统的方式进行固化。

图5所示的测试设备包括第一绕线轮51、第二绕线轮52、直径为40mm的第一滑轮53、直径为40mm的第二滑轮54，第一对辊子55a和55b、第二对辊子56a和56b。

线W的相对两端固定在第一绕线轮51和第二绕线轮52上，并通过第一和第二滑轮53和54以及辊子55a、55b、56a和56b进行拉伸。

在测试中，第一和第二绕线轮51和52反复进行向前和反向的旋转运动，使线W通过所述第一和第二滑轮53和54做往复运动。在所述线W通过第一和第二滑轮53和54做往复运动两个小时后，测量该线W的弯曲疲劳强度。如果该线W在其做往复运动期间发生断裂，测量从开始测试直到线W发生断裂的时间长度。

测试结果如表1所示

表1

序号	单线	芯线的直径	结果
				1	一根单线	0.16mm	未断裂
2	一根单线	0.18mm	未断裂
				3	一根单线	0.20mm	1.8小时
4	一根单线	0.25mm	1.0小时
				5	一根单线	0.30mm	0.5小时
6	绞合的单线	0.30mm(单线横截面的外接圆直径)(三根直径为0.14mm的单线相互绞合)	未断裂
				7	绞合的单线	0.42mm(单线横截面的外接圆直径)(三根直径为0.20mm的单线相互绞合)	1.5小时

根据测试结果，包括由多根相互绞合的单线构成的芯线的线W即使设计成具有大的直径也不容易发生断裂。然而，如果单线横截面的外接圆的直径大于0.40mm，该线W的柔韧性将会降低，因此将容易发生断裂。

图6A至图6E示出了具有不同的X/Y比值的线的例子，其中X表示由单线6的横截面的轮廓线8和所述单线6的横截面的外接圆7围成的区域50(见图2B)的横截面面积，而Y表示该外接圆7的横截面面积。

对图6A至图6E中所示的例子进行切割测试，测试结果如图7所示。

在测试中，在下列条件下用包括图6A至图6E中所示的各芯线的多线切割机对硅进行切割。

线速：1000m/min

磨料颗粒的颗粒尺寸：#400/500

(平均颗粒尺寸(D50)：50微米)

切割速度：1.0mm/min

工件：150mm的正方形。

根据当切割机对硅切割100mm时该切割机实际切割硅的量以及基于切割机实际切割硅的时间计算出的切割效率来对例子的锐利度进行评估。此外，还测量了用切割机进行切割的硅表面的波纹度。

如图7所示，当比值X/Y在大于等于30％到小于等于55％的范围内时，可以获得高的锐利度，并且波纹度保持在较低的水平。相反，当比值X/Y小于30％时，基于关于图3已解释的机理，锐利度降低。如果比值X/Y大于55％，如图6E所示的实施方式所示，相互绞合的单线6处于不稳定的状态，导致用线锯切割工件10的锐利度和精度均降低。

发明人还对形成第一树脂层3的具有不同弹性模量的热固性树脂进行了切割测试。

该切割测试与对图6A到图6E所示的例子进行切割测试的方法相同。

图8示出了切割测试的结果。

如图8所示，当形成第一树脂层3的热固性树脂的弹性模量在大于等于500MPa到小于等于2000MPa的范围内时，能够获得高的锐利度，并且波纹度保持在低水平。

如果弹性模量小于500MPa，第一树脂层3太软以致磨料颗粒4陷入所述第一树脂层内，导致使用该线锯切割工件10的锐利度和精度均降低。如果弹性模量大于2000Mpa，第一树脂层3太硬且易碎以致磨料颗粒4从该树脂结合剂线锯1上脱落，导致线锯切割工件10的锐利度和精度均降低。

另外，发明人还对由三根各自直径为0.18mm的相互绞合的单线构成的芯线进行了扭转测试和拉伸测试，该芯线包括具有不同厚度的第一树脂层3。

通过将上述芯线的一端固定，并在另一端扭转芯线来进行扭转测试。

该芯线在与单线绞合方向相反的方向上被扭转，当单线6彼此松开时计测出芯线的扭转次数。这样计算出的次数作为单线6彼此间紧密接触的强度的度量值。

通过拉伸包括具有不同厚度的第一树脂层3的芯线进行拉伸测试。在芯线断裂时测量载荷。

图9示出了该测试结果。

如果第一树脂层3厚度小于2微米，单线6彼此间紧密接触的强度因为第一树脂层3薄而降低，导致扭转特性的劣化。与此相反，如果第一树脂层3厚度大于10微米，因为第一树脂层3的厚度，需要花费更多时间来固化第一树脂，导致单线6的强度降低。

因此，优选所述第一树脂层3的厚度等于或大于2微米，但等于或小于10微米。

另外，发明人还对由三根各自直径为0.18mm的相互绞合的单线构成的芯线进行了拉伸测试和切割测试，所述芯线具有不同的单线捻距。

通过拉伸各包括第一树脂层3的芯线进行拉伸测试，测量出芯线发生断裂时的载荷。

切割测试与对图6A到图6E所示样品进行切割测试的方式相同。另外，也在通过该切割机所切割的硅的表面上测量波纹度。

图10示出了拉伸测试和切割测试的结果。

如果单线的捻距小于5mm，因为绞合单线的数目多，所以单线的强度降低。相反，如果单线的捻距大于20mm，由于绞合的单线的数目少，单线会松释，导致切割硅的精度降低。

因此，优选单线的捻距等于或大于5mm，但等于或小于20mm。

工业实用性

根据本发明的树脂结合剂线锯能够使芯线保持高的柔韧性，确保高的弯曲疲劳强度和高的抗扭强度，降低芯线直径的变化量，并且提高了树脂结合剂线锯切割工件的精度。

虽然已经结合具体的实施方式对本发明进行了描述，但可以理解，本发明所包含的主题并不受这些特别的实施方式的限制。相反，本发明的主题所包括的涵盖在后附的权利要求书的精神范围内的所有替换、改变和等同都是要保护的。

Claims (6)

1.一种树脂结合剂线锯，包括：

芯线，包括多根相互绞合的单线；

第一树脂层，具有第一树脂并包围所述芯线；

第二树脂层，具有第二树脂并包围所述第一树脂层；和

磨料颗粒，固定在所述第二树脂层上，

其中所述单线的外接圆的直径等于或大于0.20mm，但等于或小于0.40mm，

以及

由所述单线横截面的轮廓线和该单线的所述外接圆围成的区域的横截面面积等于或大于该外接圆的横截面面积的30％，但等于或小于该外接圆的横截面面积的55％。

2.根据权利要求1所述的树脂结合剂线锯，其特征在于，所述第一树脂由热固性树脂形成。

3.根据权利要求2所述的树脂结合剂线锯，其特征在于，所述第一树脂的弹性模量等于或大于500MPa，但等于或小于2000MPa，并且所述第一树脂层的厚度等于或大于2微米，但等于或小于10微米。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的树脂结合剂线锯，其特征在于，所述单线的捻距等于或大于5mm，但等于或小于20mm。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的树脂结合剂线锯，其特征在于，所述第二树脂由光固化树脂形成。

6.根据权利要求4所述的树脂结合剂线锯，其特征在于，所述第二树脂由光固化树脂形成。

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