DE102008049730B4

DE102008049730B4 - Harzgebundene Drahtsägevorrichtung

Info

Publication number: DE102008049730B4
Application number: DE200810049730
Authority: DE
Inventors: Daisuke Ide
Original assignee: Noritake Co Ltd; Noritake Super Abrasive Co Ltd
Current assignee: Noritake Co Ltd; Noritake Super Abrasive Co Ltd
Priority date: 2008-09-30
Filing date: 2008-09-30
Publication date: 2015-05-13
Anticipated expiration: 2028-10-01
Also published as: DE102008049730A1

Abstract

Harzgebundene Drahtsägevorrichtung, umfassend: einen Kern/eine Seele (2), der eine Vielzahl von miteinander verdrillten Filamenten (6) umfasst; eine erste Harzschicht (3), die aus einem ersten Harz zusammengesetzt ist und den Kern/die Seele (2) umhüllt; eine zweite Harzschicht (5), die aus einem zweiten Harz zusammengesetzt ist und die erste Harzschicht (3) umhüllt; und Abrasivkörper (4), die auf der zweiten Harzschicht (5) angeordnet sind, wobei das erste Harz aus einem wärmehärtenden Harz zusammengesetzt ist, und wobei das erste Harz einen Elastizitätsmodul hat, der größer oder gleich 500 MPa, aber kleiner oder gleich 2000 MPa ist, und die erste Harzschicht (3) eine Dicke hat, die größer oder gleich 2 Mikrometer, aber kleiner oder gleich 10 Mikrometer ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine harzgebundene Drahtsägevorrichtung. Insbesondere zeigt die erfindungsgemäße Drahtsägevorrichtung gemäß Anspruch 1 eine hohe Biegsamkeit im Kern bzw. in der Seele, eine hohe Materialermüdungsfestigkeit gegenüber Biegen und eine hohe Torsionsfestigkeit, sowie eine geringe Variation im Kerndurchmesser.
Eine Drahtsägevorrichtung, auf der Abrasivkörper angeordnet sind, kann in Abhängigkeit von der Verwendung, in einen Dünne-Linie-Typ und einen Dicke-Linie-Typ unterteilt werden. Eine dünne Schnittlinie ist z. B. bei Mehrfachschnitten erforderlich, um den Schneiderand zu verkleinern. Um eine dickere Schnittlinie zu erzeugen, muss ein dickerer Kern verwendet werden, was notwendig ist, um den geforderten Rillendurchmesser zu erzeugen. Spielt außerdem die Arbeitseffizienz eine Rolle, ist eine dicke Schnittlinie erforderlich, da ein Gegenstand geschnitten werden muss, wenn der Draht stark gespannt ist.
Ist ein Kern/eine Seele jedoch dicker ausgebildet, so hat eine Drahtsägenvorrichtung mit einem solchen Kern eine größere Zugfestigkeit, weist aber weniger Materialermüdungsfestigkeit gegenüber wiederholtem Biegen und weniger Festigkeit gegenüber einer Torsion auf.
Im Ergebnis wird das Draht-Bruchverhältnis (wire-breakage ratio) einer Drahtsägevorrichtung mit einem dickeren Kern verglichen mit einer Drahtsägevorrichtung mit einem dünneren Kern groß und die Lebensdauer der Drahtsägevorrichtung verringert sich im Vergleich mit einer Drahtsägevorrichtung mit einem dünneren Kern.
Zur Lösung dieser Probleme werden im Allgemeinen die folgenden beiden Verfahren verwendet.
In einem ersten Verfahren zur Lösung der Probleme, kann ein Draht mit einer kleineren Biegekrümmung ausgestaltet werden, indem in einer Vorrichtung, in die eine Drahtsägevorrichtung integriert ist, eine Arbeitswalze, eine Führungsrolle und ein Spulenkörper mit einem größeren Durchmesser ausgestaltet werden. Dieses Verfahren wird jedoch von weiteren Problemen begleitet, da die Vorrichtung unvermeidlicherweise groß wird und die Walzen und Rollen mit Walzen und Rollen ersetzt werden müssen, die einen Durchmesser in Übereinstimmung mit dem Durchmesser des Kernes haben, was zu einer geringeren Produktivität führt.
Das zweite Verfahren zur Lösung der oben genannten Probleme verwendet biegsame Materialien, wie z. B. Fasern, rostfreien Stahl oder Kupfer, um die Biegsamkeit eines Kernes zu verbessern. Jedoch wird dieses Verfahren von einem weiteren Problem begleitet. Durch die Verwendung dieser biegsamen Materialien hat der Kern eine gute Biegsamkeit, jedoch haben diese biegsamen Materialien nicht genug Zugfestigkeit. Zusätzlich kann im Falle eines Drahtsägenkerns aus rostfreiem Stahl oder Kupfer, der leicht plastisch verformt werden kann, die Drahtsägevorrichtung aufgrund der plastischen Verformung des Kerns keine ausreichende Schnittgenauigkeit einhalten.
Um die Biegsamkeit des Kerns zu gewährleisten, haben JP11277398 und JP200130178 eine Drahtsägevorrichtung mit einem Kern vorgeschlagen, der eine Vielzahl von miteinander verdrillten Filamenten (threads) umfasst. Es ist selbstverständlich möglich zu gewährleisten, dass ein Kern einen gewissen Biegsamkeitsgrad aufweist, indem der Kern so ausgestaltet wird, dass er miteinander verdrillte Filamente umfasst. Doch auch wenn eine Drahtsägevorrichtung einen Kern hat, der eine Vielzahl von miteinander verdrillten Filamenten umfasst, wird die Schnittleistung der Drahtsägevorrichtung davon beeinflusst, wie die Abrasivkörper auf der Drahtsägevorrichtung angebracht sind. Werden die Abrasivkörper z. B. durch galvanisches Beschichten auf der Drahtsägevorrichtung angebracht, verringern sich die Materialermüdungsfestigkeit gegenüber Biegen und die Torsionsfestigkeit der Drahtsägevorrichtung. Somit gehen die Vorteile eines Kernes mit einer Vielzahl von Filamenten, die miteinander verdrillt sind, verloren oder heben sich auf.
Während eines Schnittprozesses, bei dem eine Drahtsägevorrichtung verwendet wird, bewegt sich ein Draht in einer Umkehrbewegung bei hoher Geschwindigkeit wiederholt vorwärts und rückwärts, um ein Erzeugnis zu sägen. Somit wiederholt der Draht eine positive Eigenrotation und eine reverse Eigenrotation, wenn sich der Draht vorwärts und rückwärts bewegt. Wenn ein Kern, der Filamente umfasst, die miteinander verdrillt sind, in die Richtung selbst rotiert, in die die Filamente verdrillt sind, hat die Eigenrotation keine nachteiligen Auswirkungen auf den Kern. Wenn aber im Gegensatz dazu der Kern in die Richtung selbst rotiert, die der Richtung, in die die Filamente verdrillt sind, entgegengesetzt ist, lockern sich die Filamente und expandieren radial, was zu einer Varianz im Drahtdurchmesser und somit zu einer Abnahme der Präzision führt, mit der die Drahtsägevorrichtung ein Erzeugnis sägt.
Ausgehend von dem eingangs beschriebenen Nachteilen des Standes der Technik einer herkömmlichen Drahtsägevorrichtung ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Drahtsägevorrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, die Biegsamkeit des Kerns/der Seele zu gewährleisten, eine verbesserte Materialermüdungsfestigkeit gegenüber Biegen und eine verbesserte Torsionsfestigkeit für den Kern/die Seele bereitzustellen und das Ausmaß zu reduzieren in dem der Durchmesser des Kerns/der Seele variiert, um eine verbesserte Präzision zu erzielen, mit der die harzgebundene Drahtsägevorrichtung ein Erzeugnis sägt.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch eine Drahtsägevorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Erfindungsgemäß wird eine harzgebundene Drahtsägevorrichtung bereitgestellt, mit einem Kern/einer Seele, der/die eine Vielzahl von Filamenten umfasst, die miteinander verdrillt sind, einer ersten Harzschicht, zusammengesetzt aus einem ersten Harz, das den Kern/die Seele umhüllt, einer zweiten Harzschicht, zusammengesetzt aus einem zweiten Harz, die die erste Harzschicht umhüllt, und Abrasivkörpern, die auf der zweiten Harzschicht angeordnet sind, wobei ein Umfangskreis eines Filamentenquerschnittes vorzugsweise einen Durchmesser hat, der größer oder gleich 0,20 mm, aber kleiner oder gleich 0,40 mm ist und eine Fläche, die von den Konturlinien der Filamentenquerschnitte und dem Umfangskreis des Filamentenquerschnitte umhüllt ist, eine Querschnittsfläche hat, die größer oder gleich 30%, aber kleiner oder gleich 55% einer Querschnittsfläche des Umfangskreises ist.
Da die erste Harzschicht den Kern umhüllt, der ein Vielzahl von miteinander verdrillten Filamenten umfasst, verhindert die erste Harzschicht, die eine hohe Biegsamkeit hat, das Lockern der Filamente, auch wenn die Filamente gelockert werden und versuchen sich auszudehnen. Somit verbleiben die Filamente in engem Kontakt, was bedeutet, dass die erste Harzschicht das Lockern der Filamente verhindert. Dies ermöglicht es, die Zunahme des Kerndurchmessers, der eine Vielzahl von miteinander verdrillten Filamenten umfasst, zu verringern und die Präzision zu verbessern, mit der die Drahtsägevorrichtung ein Erzeugnis sägt, während die Biegsamkeit, die dem Kern durch das Verdrillen der Filamente verliehen wird, aufrechterhalten wird. Darüber hinaus kann die harzgebundene Drahtsägevorrichtung, verglichen mit einer galvanisch beschichteten Drahtsägevorrichtung, eine hohe Materialermüdungsfestigkeit gegenüber Biegen und eine hohe Torsionsfestigkeit aufweisen.
In dem Fall, in dem der Kern ein einziges Filament anstatt einer Vielzahl von miteinander verdrillten Filamenten umfasst und der Kern einen Durchmesser hat, der größer oder gleich 0,20 mm ist, hat der Kern eine verringerte Biegsamkeit und somit eine verringerte Materialermüdungsfestigkeit gegenüber Biegen sowie eine verringerte Torsionsfestigkeit, was dazu führt, dass der Kern nicht verwendbar ist. Falls der Kern eine Vielzahl von Filamenten umfasst, die miteinander verdrillt sind, ist, auch wenn ein Umfangskreis der Filamentenquerschnitte einen Durchmesser hat, der größer oder gleich 0,20 mm ist, die Biegsamkeit des Kerns nicht verringert, was sicherstellt, dass sowohl die Materialermüdungsfestigkeit gegenüber Biegen und als auch die Torsionsfestigkeit des Kernes nicht verringert werden. Falls ein Umfangskreis eines Filamentenquerschnittes einen Durchmesser hat, der kleiner als 0,20 mm ist, hat der Kern eine verringerte Biegsamkeit, ähnlich eines Kernes, der nur ein einzelnes Filament umfasst, und somit verringern sich die Vorteile, die durch einen Kern entstehen, der eine Vielzahl von miteinander verdrillten Filamenten umfasst.
Falls des Weiteren ein Umfangskreis eines Filamentenquerschnittes einen Durchmesser hat, der größer als 0,40 mm ist, wenn der Kern zwei Filamente umfasst, ist es notwendig, einen Draht mit einem Durchmesser zu verwenden, der größer als 0,20 mm ist, was zu einer unerwünschten Verringerung der Kernbiegsamkeit führt.
Durch das Ausgestalten einer Fläche, die von der Filamentenkonturlinie und dem Umfangskreis der Filamente umhüllt ist, mit einer Querschnittsfläche, die größer oder gleich 30%, aber kleiner oder gleich 55% der Querschnittsfläche des Umfangskreises ist, ist es möglich, im Schneidebereich der Säge ein größeres Volumen an Schmirgelflüssigkeit (grinding fluid) zuzuführen und ein größere Menge an Spänen (chips) aus der Drahtsäge zu entfernen, was sowohl zu einer Erhöhung der Lebensdauer der Drahtsägevorrichtung als auch der Wirksamkeit, mit der die Drahtsägevorrichtung ein Erzeugnis sägt, führt.
Falls eine Fläche, die von der Filamentenkonturlinie und dem Umfangskreis der Filamente umhüllt ist, eine Querschnittsfläche hat, die kleiner als 30% ist, werden die Vorteile, die durch das Ausgestalten des Kernes als eine Vielzahl von miteinander verdrillten Filamenten bereitgestellt werden, d. h. eine Erhöhung sowohl des Volumens der Schmirgelflüssigkeit, die dem Schneidbereich zugeführt wird, als auch der Menge, der aus der Drahtsägevorrichtung zu entfernenden Späne, auf die Vorteile reduziert, die durch das Ausgestalten der Drahtsägevorrichtung umfassend ein einziges Filament bereitgestellt werden. Falls die Fläche, die von den Filamentenkonturlinien und dem Umfangskreis der Filamente umhüllt ist, eine Querschnittsfläche hat, die größer als 55% ist, sind die Filamente auf unerwünschte Weise in einem instabilen Zustand miteinander verdrillt. Dies wird weiter unten ausführlich beschrieben.
Es ist bevorzugt, dass das erste Harz, aus dem die erste Harzschicht zusammengesetzt ist, sich aus einem wärmehärtenden Harz zusammensetzt.
Da wärmehärtendes Harz sich deutlich zusammenzieht wenn es ausgehärtet wird, kann das erste Harz Bereiche durchdringen, die sich zwischen den Filamenten gebildet haben, wenn das erste Harz ausgehärtet wird, um somit den Filamenten zu ermöglichen, untereinander Kontakt auszubilden. Da das wärmehärtende Harz sich zusammenzieht, kann sich darüber hinaus um die Oberfläche der verdrillten Filamente herum leicht eine Harzschicht bilden. Wärmehärtende Harze können beispielsweise, Epoxidharz, Phenolharz, Polyurethanharz, Silikonharz und aromatisches Polyamidimidharz sein. Bevorzugt werden Epoxidharz und Polyurethanharz verwendet.
Es ist bevorzugt, dass das erste Harz einen Elastizitätsmodul hat, der größer oder gleich 500 MPa, aber kleiner oder gleich 2000 MPa ist, bevorzugt größer oder gleich 1000 MPa, aber kleiner oder gleich 2000 MPa ist, und die erste Harzschicht eine Dicke hat, die größer oder gleich 2 Mikrometer, aber kleiner oder gleich 10 Mikrometer ist. Der Elastizitätsmodul wurde nach einem Verfahren gemäß JIS K7171 gemessen.
Durch Ausgestalten des ersten Harzes mit einem Elastizitätsmodul, der größer oder gleich 500 MPa, aber kleiner oder gleich 2000 MPa ist, verhindert das erste Harz, das eine hohe Biegsamkeit hat, ein Lockern der Filamente. Somit ist es möglich, das Ausmaß zu verringern, in dem der Kerndurchmesser variiert, was zu einer erhöhten Präzision führt, mit der die Drahtsägevorrichtung ein Erzeugnis sägt.
Da das erste Harz, das einen Elastizitätsmodul in dem oben angegebenen Bereich hat, Belastungen abschwächen kann, die auf die Drahtsägevorrichtung wirken, wenn die Drahtsägevorrichtung ein Erzeugnis sägt, ist es darüber hinaus möglich, das Spanen und die Dicke einer sich bildenden veränderten Schicht (alteration layer) zu verringern. Hier bedeutet eine veränderte Schicht eine Schicht, die auf der Oberfläche eines Erzeugnisses gebildet wird, auf der das Erzeugnis geschnitten wird, aufgrund von Einwirkungen, die erzeugt werden, wenn die Abrasivkörper, insbesondere Abrasivkörner, während des Sägens Material abtragen. Eine veränderte Schicht sollte in nachfolgenden Schritten, wie z. B. einem Läppschritt oder einem Polierschritt entfernt werden. Indem die Dicke der veränderten Schicht verringert wird, ist es somit möglich, die Ausbeute eines Materials, aus dem ein Erzeugnis sich zusammensetzt, zu erhöhen und den Zeitraum zu verkürzen, der notwendig ist, um die oben beschriebenen nachfolgenden Schritte durchzuführen.
Falls das erste Harz einen Elastizitätsmodul hat, der kleiner als 500 MPa ist, führt dies dazu, dass die Filamente in einem geringeren Ausmaß einen engen Kontakt untereinander ausbilden, als in dem Fall, in dem das erste Harz einen Elastizitätsmodul hat, der größer oder gleich 500 MPa ist und darüber hinaus verringert sich die Schärfe der Drahtsägevorrichtung, da Abrasivkörper in die erste Harzschicht einsinken, wenn die Drahtsägevorrichtung ein Erzeugnis sägt.
Falls das erste Harz einen Elastizitätsmodul hat, der größer als 2000 MPa ist, hat das erste Harz eine verringerte Biegsamkeit und ist somit hart und spröde, was dazu führt, dass sich das erste Harz aufgrund von Belastungen oder Oszillationen, die auf die erste Harzschicht wirken, wenn die Drahtsägevorrichtung ein Erzeugnis sägt, vom Kern ablöst.
Durch Ausgestalten der ersten Harzschicht mit einer Dicke, die größer oder gleich 2 Mikrometer, aber kleiner oder gleich 10 Mikrometer ist, ist es möglich, die Verringerung der Zugfestigkeit zu verhindern, was verursacht wird, wenn der Zeitraum für das Aushärten der ersten Harzschicht verlängert und daraus resultierend eine große Wärmemenge erzeugt wird.
Falls die erste Harzschicht eine Dicke hat, die kleiner als 2 Mikrometer ist, bilden die Filamente in einem geringeren Ausmaß einen Kontakt untereinander aus als in dem Fall, in dem das erste Harz eine Dicke hat, die größer oder gleich 2 Mikrometer ist und das erste Harz kann somit unerwünschterweise das Lockern der Filamente nicht verhindern.
Falls die erste Harzschicht eine Dicke hat, die größer als 10 Mikrometer ist, wird der Erwärmungszeitraum zum Aushärten des ersten Harzes länger, was dazu führt, dass die Zugfestigkeit der Filamente aufgrund von Wärme auf unerwünschte Weise verringert wird.
Es ist bevorzugt, dass die Ganghöhe der Filamente größer oder gleich 5 mm, aber kleiner oder gleich 20 mm ist.
Falls die Ganghöhe der Filamente kleiner als 5 mm ist, erhöht sich die Anzahl der Verdrillungen der Filamente, was dazu führt, dass die Stärke der Filamente auf unerwünschte Weise verringert wird. Falls die Ganghöhe der Filamente größer als 20 mm ist, lockern sich die Filamente stark und somit erhöht sich der Durchmesser des Kernes, was zu einer Verringerung der Präzision führt, mit der die Drahtsägevorrichtung ein Erzeugnis sägt.
Es ist bevorzugt, dass das zweite Harz zum Aufbringen von Abrasivkörpern aus einem strahlungshärtenden Harz zusammengesetzt ist.
Da es nicht notwendig ist, das strahlungshärtende Harz zum Aushärten zu erwärmen, wird anders als bei dem wärmehärtenden Harz, die Zugfestigkeit der Filamente durch Wärme nicht verringert. Als strahlungshärtendes Harz kann beispielsweise ein ultravioletthärtendes Harz, ein elektronenstrahlhärtendes Harz oder ein durch sichtbare Strahlung härtendes Harz ausgewählt werden. Ein beispielhaftes strahlungshärtendes Harz enthält acrylatbasierte Harze wie z. B. Epoxidacrylatharz, Urethanacrylatharz und Polyesteracrylatharz. Bevorzugt werden Epoxidacrylatharz und Urethanacrylatharz verwendet.
Die beispielhaften Vorteile, die mit der vorliegenden Erfindung erhalten werden, werden im Folgenden näher beschrieben.
Die erfindungsgemäße harzgebundene Drahtsägevorrichtung kann eine hohe Flexibilität im Kern aufrechterhalten, eine hohe Materialermüdungsfestigkeit gegenüber Biegen und eine hohe Torsionsfestigkeit sicherstellen, das Ausmaß reduzieren, in dem der Durchmesser eines Kerns variiert und die Präzision erhöhen, mit dem die erfindungsgemäße Drahtsägevorrichtung ein Erzeugnis sägt.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aufgrund der Beschreibung von Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnung.
Es zeigt
1 eine Schnittdarstellung in Längsrichtung der harzgebundenen Drahtsägevorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2A eine Schnittdarstellung in Querrichtung der harzgebundenen Drahtsägevorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2B einen Umfangskreis der Filamente, die den Kern definieren;
2C eine Schnittdarstellung in Querrichtung des Kerns und der ersten Harzschicht;
3A eine Schnittdarstellung in Querrichtung einer harzgebundenen Drahtsägevorrichtung mit einem Kern, der ein einzelnes Filament umfasst;
3B und 3C Schnittdarstellungen in Querrichtung der harzgebundenen Drahtsägevorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei jede der harzgebundenen Drahtsägevorrichtungen eine unterschiedliche Anzahl von Filamenten hat;
4A eine Schnittdarstellung in Querrichtung der harzgebundenen Drahtsägevorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
4B und 4C Schnittdarstellungen in Querrichtung von Beispielen als Vergleich mit der harzgebundenen Drahtsägevorrchtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
5 eine Vorrichtung, die für das Untersuchen der Materialermüdungsfestigkeit eines Drahtes gegenüber Biegen verwendet wird;
6A bis 6E Schnittdarstellungen in Querrichtung der harzgebundenen Drahtsägevorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei das Verhältnis zwischen der Querschnittsfläche einer Fläche, die von der Filamentenkonturlinie und dem Umfangskreis der Filamente umhüllt ist, und der Querschnittsfläche des Umfangskreises variiert;
7 eine graphische Darstellung der Ergebnisse des Schnittversuchs, der mit den in den 6A bis 6E veranschaulichten Beispielen durchgeführt wurde;
8 eine graphische Darstellung der Ergebnisse des Schnittversuchs, der mit unterschiedlichen Ausführungsformen des ersten Harzes mit unterschiedlichen Elastizitätsmodulen durchgeführt wurde;
9 eine graphische Darstellung der Ergebnisse von Torsions- und Zugversuchen, die mit unterschiedlich dicken ersten Harzschichten durchgeführt wurden;
10 eine graphische Darstellung der Ergebnisse des durchgeführten Zug- und Schnittversuchs, wobei die Filamente unterschiedliche Ganghöhen aufwiesen.
Beispiele
Eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
1 ist eine Schnittdarstellung in Längsrichtung der harzgebundenen Drahtsägevorrichtung 1 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, 2A ist eine Schnittdarstellung in Querrichtung der harzgebundenen Drahtsägevorrichtung 1, 2B veranschaulicht einen Umfangskreis der Filamente, die den Kern definieren, und 2C ist eine Schnittdarstellung in Querrichtung des Kernes und der ersten Harzschicht.
Die harzgebundene Drahtsägevorrichtung 1 der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die 1 und 2A bis 2C beschrieben.
Wie in den 1 und 2A veranschaulicht, umfasst die harzgebundene Drahtsägevorrichtung 1 einen Kern 2, der eine Vielzahl von Filamenten 6 umfasst, die miteinander verdrillt sind, eine erste Harzschicht 3, die aus dem ersten Harz zusammensetzt ist und den Kern 2 umhüllt, eine zweite Harzschicht 5, die sich aus dem zweiten Harz zusammensetzt und die erste Harzschicht 3 umhüllt und Abrasivkörper 4, die auf der zweiten Harzschicht 5 angeordnet sind.
Das erste Harz ist aus einem wärmehärtenden Harz zusammengesetzt, und das zweite Harz ist aus einem strahlungshärtenden Harz zusammengesetzt.
Die Ganghöhe in Längsrichtung der Filamente 6 liegt im Bereich von 5 mm und 20 mm, beide Werte mit eingeschlossen.
Da die Filamente 6 in engem Kontakt zueinander stehen, kann, wie in 2B veranschaulicht, ein Umfangskreis 7 des Querschnitts der Filamente 6 gezeichnet werden. In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform ist der Umfangskreis 7 so ausgestaltet, dass er einen Durchmesser hat, der größer oder gleich 0,20 mm, aber kleiner oder gleich 0,40 mm ist.
Eine Fläche 50 (schraffierte Fläche in 2B) die von den Konturlinien 8 der Filamente 6 und dem Umfangskreis 7 der Filamente 6 umhüllt ist, ist so ausgestaltet, dass sie eine Querschnittsfläche hat, die größer oder gleich 30%, aber kleiner oder gleich 55% einer Querschnittsfläche des Umfangkreises 7 ist.
Wie in 2C veranschaulicht, hat die erste Harzschicht 3 eine Dicke T die größer oder gleich 2 Mikrometer, aber kleiner oder gleich 10 Mikrometer ist.
Eine Querschnittsfläche der Fläche 50 variiert in Abhängigkeit von der Zahl der Filamente 6.
3A veranschaulicht, wie eine harzgebundene Drahtsägevorrichtung mit einem Kern, der ein einzelnes Filament 6 umfasst, ein Erzeugnis 10 sägt, 3B veranschaulicht, wie eine harzgebunden Drahtsägevorrichtung mit einem Kern, der zwei Filamente 6 umfasst, ein Erzeugnis 10 sägt, und 3C veranschaulicht, wie eine harzgebundene Drahtsägevorrichtung mit einem Kern, der sieben Filamente 6 umfasst, ein Erzeugnis 10 sägt.
Der Grund weshalb die Schnittleistung einer harzgebundenen Drahtsägevorrichtung in Abhängigkeit von der Zahl der Filamente eines Kernes variiert, wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die 3A bis 3C erklärt.
Wie in den 3A bis 3C veranschaulicht, führt eine harzgebundene Drahtsägevorrichtung in dem Erzeugnis 10 eine Eigenrotation durch, wobei das Erzeugnis 10 gesägt wird bzw. die harzgebundene Drahtsägevorrichtung eine Rille im Erzeugnis 10 erzeugt. In den Raum, der sich zwischen dem Erzeugnis 10 und der harzgebundenen Drahtsägevorrichtung gebildet hat, wird Schmirgelflüssigkeit zugeführt und über diesen Raum werden auch die Späne von der harzgebundenen Drahtsägevorrichtung entfernt. Die Größe des Raums ist von der Struktur des Kerns abhängig.
Während der entstandene Raum zwischen dem Erzeugnis 10 und der in 3A veranschaulichten harzgebundenen Drahtsägevorrichtung mit einem Kern, der ein einzelnes Filament 6 umfasst, relativ klein ist, ist der entstandene Raum zwischen dem Erzeugnis 10 und der in 3B veranschaulichten harzgebundenen Drahtsägevorrichtung mit einem Kern, der zwei Filamente 6 umfasst, größer als der Raum, der in 3A veranschaulicht ist.
Da jedoch die in 3C veranschaulichte harzgebundene Drahtsägevorrichtung mit einem Kern; der sieben Filamente 6 umfasst, eine Querschnittsfläche hat, die annähernd gleich der Querschnittsfläche der in 3A veranschaulichten harzgebundenen Drahtsägevorrichtung mit einem ein einzelnes Filament 6 umfassenden Kern ist, ist der Raum, der zwischen dem Erzeugnis 10 und der in 3C veranschaulichten harzgebundenen Drahtsägevorrichtung entstanden ist, relativ klein.
Die Größe des entstandenen Raums zwischen dem Erzeugnis 10 und der harzgebundenen Drahtsägevorrichtung mit einem Kern, der eine Vielzahl von Filamenten 6 umfasst, die miteinander verdrillt sind, variiert in Abhängigkeit von der Anzahl der Filamente 6 und ist insbesondere abhängig von einem X/Y-Verhältnis, wobei X die Querschnittsfläche der Fläche 50 (siehe 2B) angibt, die von den Konturlinien 8 der Querschnitte der Filamente 6 und dem Umfangskreis 7 der Querschnitte der Filamente 6 umhüllt ist und Y die Querschnittsfläche des Umfangkreises 7 angibt. Wenn das X/Y-Verhältnis größer ist, hat der Raum eine größere Querschnittsfläche. Somit kann Schmirgelflüssigkeit in den Raum zugegeben werden und Späne können aus dem Raum in einem größeren Maß entfernt werden. Dies wird im Folgenden ausgehend von den Versuchsergebnissen ausführlich beschrieben.
Die harzgebundene Drahtsägevorrichtung 1 ist mit der ersten Harzschicht 3 ausgestaltet, die den Kern 2 umhüllt. Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 4A, 4B und 4C die Funktion der ersten Harzschicht 3 beschrieben.
4A veranschaulicht, dass eine Vielzahl von miteinander verdrillten Filamenten 6 einen engen Kontakt untereinander ausbilden. Wenn das Erzeugnis 10 mittels der harzgebundenen Drahtsägevorrichtung 1 geschnitten wird, lockern sich manchmal die Filamente 6.
4B veranschaulicht gelockerte Filamente 6, wobei die Filamente 6 untereinander einen breiteren Abstand einnehmen.
Da die harzgebundene Drahtsägevorrichtung 1 gemäß der beispielhaften Ausführungsform ausgestaltet ist, eine erste Harzschicht 3 zu enthalten, die die Filamente 6 umhüllt, und die erste Harzschicht 3 ausgestaltet ist, um biegsam zu sein, verhindert die erste Harzschicht 3 ein Lockern der Filamente 6 und hält, wie in 4A veranschaulicht, die Form des Kernes 2 aufrecht.
Um die oben erwähnte Funktion zu gewährleisten, ist es bevorzugt, dass die erste Harzschicht 3 einen Elastizitätsmodul hat, der größer oder gleich 500 MPa, aber kleiner oder gleich als 2000 MPa ist, und eine Dicke hat, die größer oder gleich 2 Mikrometer, aber kleiner oder gleich 10 Mikrometer ist.
Falls die harzgebundene Drahtsägevorrichtung 1 so ausgestaltet ist, dass sie die erste Harzschicht 3 nicht enthält, lockern sich, wie in 4C veranschaulicht, die Filamente 6 stark und dementsprechend wird sich das strahlungshärtende Harz 5 (die zweite Harzschicht), auf dem die Abrasivkörper angeordnet sind, sich von den Filamenten 6 lösen, was zu einer erheblichen Verschlechterung sowohl der Schärfe der harzgebundenen Drahtsägevorrichtung 1 als auch der Präzision, mit der die harzgebundene Drahtsägevorrichtung 1 das Erzeugnis 10 sägt, führt.
Die Erfinder haben den Versuch zur Untersuchung der Materialermüdungsfestigkeit gegenüber Biegen von harzgebundenen Drahtsägevorrichtungn mit einem Kern, der ein einzelnes Filament oder eine Vielzahl von Filamenten umfasst, mittels einer in 5 veranschaulichten Messvorrichtung durchgeführt.
In diesem Versuch wurde ein Polyurethanharz als wärmehärtendes Harz und ein Urethanacrylatharz als strahlungshärtendes Harz verwendet, wobei diese auf herkömmliche Weise durch Erwärmen bzw. Behandlung mit UV-Strahlung (vorherrschende Wellenlänge 365 nm) gehärtet wurden.
Die Messvorrichtung, die in 5 veranschaulicht ist, umfasst eine erste Drahthaspel 51, eine zweite Drahthaspel 52, eine erste Umlenkrolle 53 mit einem Durchmesser von 40 mm, eine zweite Umlenkrolle 54 mit einem Durchmesser von 40 mm, ein erstes Paar von Walzen 55a und 55b und ein zweites Paar von Walzen 56a und 56b.
Ein Draht W wird an den Enden an der ersten und zweiten Drahthaspel 51 und 52 befestigt und von den ersten und zweiten Umlenkrollen 53 und 54 und den Walzen 55a, 55b, 56a und 56b gespannt.
In dem Versuch bewegen sich die ersten und zweiten Drahthaspeln 51 und 52 wiederholt rotierend vorwärts und rückwärts, was dazu führt, dass der Draht W eine Umkehrbewegung durch die ersten und zweiten Umlenkrollen 53 und 54 macht.
Nachdem der Draht W für zwei Stunden eine Umkehrbewegung durch die ersten und zweiten Umlenkrollen 53 und 54 ausgeführt hat, wird die Materialermüdungsfestigkeit gegenüber Biegen gemessen. Falls der Draht W während der reziproken Bewegung brach, wurde die Zeit von Versuchbeginn bis zu dem Zeitpunkt, zu dem der Draht W brach, gemessen.

Die Versuchsergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1

Nr.	Draht	Durchmesser des Kerns	Ergebnis
1	Einzelnes Filament	0,16 mm	Kein Bruch
2	Einzelnes Filament	0,18 mm	Kein Bruch
3	Einzelnes Filament	0,20 mm	1,8 Stunden
4	Einzelnes Filament	0,25 mm	1,0 Stunden
5	Einzelnes Filament	0,30 mm	0,5 Stunden
6	Verdrillte Filamente	0,30 (Durchmesser eines Umfangskreises von Filamentenquerschnitten) (drei Filamente mit einem Durchmesser von 0,14 mm sind miteinander verdrillt)	Kein Bruch
7	Verdrillte Filamente	0,42 (Durchmesser eines Umfangskreises von Filamentenquerschnitten) (drei Filamente mit einem Durchmesser von 0,20 mm sind miteinander verdrillt)	1,5 Stunden

Gemäß den Versuchsergebnissen ist ein Draht W mit einem Kern, der eine Vielzahl von miteinander verdrillten Filamenten umfasst, schwer zu brechen, auch wenn der Draht W mit einem großen Durchmesser ausgestaltet ist. Wenn jedoch der Durchmesser des Umfangskreises der Filamentenquerschnitte größer als 40 mm ist, hat der Draht jedoch eine verringerte Biegsamkeit und bricht leicht.
Die 6A bis 6E veranschaulichen Drahtbeispiele mit unterschiedlichen X/Y-Verhältnissen, wobei X eine Querschnittsfläche der Fläche 50 angibt, (siehe 2B), die von den Konturlinien 8 der Querschnitte der Filamente 6 und dem Umfangskreis 7 der Querschnitte der Filamente 6 umhüllt ist, und Y die Querschnittsfläche des Umfangskreises 7 angibt.
Der Schnittversuch wurde mit den in den 6A bis 6E veranschaulichten Beispielen durchgeführt. Die Versuchsergebnisse sind in 7 gezeigt.
Indem Versuch wurde Silizium mittels eines Multidrahtschneiders, der jeden der in den 6A bis 6E veranschaulichten Drähte enthält, unter den folgenden Bedingungen geschnitten.

Maschinengeschwindigkeit: 1000 m/min
Korngröße der Abrasivkörper: #400/500
(Mittlere Korngröße (D50): 50 Mikrometer)
Schnittgeschwindigkeit: 1,0 mm/min
Erzeugnis: 150 mm²
Die Beispiele wurden bezüglich der Schärfe der Schnitte wie folgt erfasst: sie wurde erstens in Abhängigkeit desjenigen Volumens abgeschätzt, das der Scheidkopf bei einer Schnitttiefe von 100 mm von einem Siliziumwerkstück abgeschnitten hat und zweitens anhand der Schneidwirkung, berechnet aufgrund der Dauer während der der Schneidkopf das Silizium tatsächlich schnitt. Darüber hinaus wurde die Welligkeit auf der Siliziumoberfläche, an der das Silizium mittels des Schneidkopfes geschnitten wurde, ebenfalls gemessen.
Wenn, wie in 7 veranschaulicht, das X/Y-Verhältnis in einem Bereich von 30% bis 55% liegt, beide Werte mit eingeschlossen, kann eine hohe Schärfe erhalten werden und die Welligkeit bleibt gering. Wenn im Gegensatz dazu das X/Y-Verhältnis kleiner als 30% ist, dann verringert sich die Schärfe basierend auf dem Mechanismus, der unter Bezugnahme auf 3 erklärt wurde. Ist das X/Y-Verhältnis größer als 55%, wie in dem in 6E veranschaulichten Beispiel gezeigt, sind die Filamente 6 in einem instabilen Zustand miteinander verdrillt, was sowohl zu einer Verschlechterung der Schärfe als auch der Präzision führt, mit der die Drahtsägevorrichtung das Erzeugnis 10 sägt.
Die Erfinder haben darüber hinaus den Schnittversuch mit wärmehärtenden Harzen, aus denen sich die erste Harzschicht 3 zusammensetzt, mit unterschiedlichen Elastizitätsmodulen durchgeführt.
Der Schnittversuch wurde auf die gleiche Art und Weise durchgeführt, wie der Versuch, der mit den in den 6A bis 6E veranschaulichten Beispielen durchgeführt wurde.
Die Ergebnisse des Schnittversuchs sind in 8 gezeigt.
Wenn, wie in 8 veranschaulicht, das wärmehärtende Harz, aus dem die erste Harzschicht 3 zusammengesetzt ist, einen Elastizitätsmodul in einem Bereich von 500 MPa und 2000 MPa hat, beide Werte mit eingeschlossen, kann eine hohe Schärfe erreicht werden und die Welligkeit bleibt gering.
Falls der Elastizitätsmodul kleiner als 500 MPa ist, ist die erste Harzschicht 3 so weich, dass die Abrasivkörper 4 tief in der ersten Harzschicht 3 stecken, was sowohl zu einer Verschlechterung der Schärfe als auch der Präzision, mit der die Drahtsägevorrichtung das Erzeugnis 10 sägt, führt. Falls der Elastizitätsmodul größer als 2000 MPa ist, ist die erste Harzschicht 3 so hart und brüchig, dass die Abrasivkörper 4 sich von der harzgebundenen Drahtsägevorrichtung 1 ablösen, was sowohl zu einer Verschlechterung der Schärfe als auch der Präzision, mit der die Drahtsägevorrichtung das Erzeugnis 10 sägt, führt.
Darüber hinaus haben die Erfinder einen Torsions- und Zugversuch mit Kernen, die drei Filamente umfassten, wobei jedes einen Durchmesser von 0,18 mm hatte und diese miteinander verdrillt waren, und einschließlich unterschiedlich dicken ersten Harzschichten 3 durchgeführt.
Der Torsionsversuch wurde durch das Befestigen der oben erwähnten Kerne an einem Ende und Drehen der Kerne an dem anderen Ende durchgeführt.
Die Kerne wurde in die Richtung gedreht, die entgegensetzt der Richtung war, in die die Filamente verdrillt waren, und nachdem die Filamente 6 voneinander gelöst waren, wurde die Anzahl der Verdrillungen der Kerne gezählt. Die auf diese Weise ermittelte Anzahl wurde als Maß für die Kraft angesehen, bei der die Filamente 6 einen engen Kontakt untereinander ausbilden.
Der Zugversuch wurde durch Ziehen von Kernen mit unterschiedlich dicken ersten Harzschichten 3 durchgeführt. Es wurden die Belastungen gemessen, bei denen die Kerne brachen.
Die Ergebnisse der Versuche sind in 9 gezeigt.
Falls die erste Harzschicht 3 eine Dicke hat, die kleiner als 2 Mikrometer ist, verringert sich die Festigkeit, bei der die Filamente 6 einen engen Kontakt untereinander. ausbilden, da die erste Harzschicht 3 dünn ist, was zu einer Verschlechterung der Torsionseigenschaften führt. Hat im Gegenzug dazu die erste Harzschicht 3 eine Dicke, die größer als 10 Mikrometer ist, dauert es sehr lange das erste Harz auszuhärten, da die erste Harzschicht 3 dick ist, was zu einer Verringerung der Festigkeit der Filamente 6 führt.
Somit ist es bevorzugt, dass die erste Harzschicht 3 eine Dicke hat, die größer oder gleich 2 Mikrometer, aber kleiner oder gleich 10 Mikrometer ist.
Darüber hinaus haben die Erfinder eine Zug- und Schnittversuch mit Kernen durchgeführt, die drei Filamente umfassten, wobei jedes einen Durchmesser von 0,18 mm hatte, diese untereinander verdrillt waren und die Ganghöhe der Filamente unterschiedlich war.
Der Zugversuch wurde durch Ziehen der Kerne bzw. der Kerndrähte, wobei jeder die erste Harzschicht 3 enthielt, und Messen der Belastung, bei der die Kerndrähte brachen, durchgeführt.
Der Schnittversuch wurde auf die gleich Art und Weise durchgeführt wie der Versuch, der mit den in den 6A bis 6E veranschaulichten Beispielen durchgeführt wurde. Darüber hinaus wurde die Welligkeit auf der Siliziumoberfläche gemessen, an der das Silizium mittels des Schneidkopfs geschnitten wurde.
Die Ergebnisse des Zug- und des Schnittversuchs sind in 10 gezeigt.
Wenn die Ganghöhe der Filamente kleiner ist als 5 mm, verringert sich die Festigkeit der Filamente, da die Anzahl der Verdrillungen der Filamente groß ist. Ist im Gegensatz dazu die Ganghöhe der Filamente größer als 20 mm, lockern sich die Filamente, da die Anzahl der Verdrillungen der Filamente klein ist, was zu einer Verringerung der Präzision führt, mit der das Silizium gesägt wird.
Es ist somit bevorzugt, dass die Ganghöhe der Filamente größer oder gleich 5 mm, aber kleiner oder gleich 20 mm ist.
Die erfindungsgemäße harzgebunden Drahtsägevorrichtung kann eine hohe Biegsamkeit des Kernes aufrechterhalten, eine hohe Materialermüdungsfestigkeit gegenüber Biegen und eine hohe Torsionsfestigkeit sicherstellen, das Ausmaß verringern, in dem der Durchmesser eines Kernes variiert, und die Präzision erhöhen, mit der die harzgebundene Drahtsägevorrichtung ein Erzeugnis sägt

Claims

Harzgebundene Drahtsägevorrichtung, umfassend: einen Kern/eine Seele (2), der eine Vielzahl von miteinander verdrillten Filamenten (6) umfasst; eine erste Harzschicht (3), die aus einem ersten Harz zusammengesetzt ist und den Kern/die Seele (2) umhüllt; eine zweite Harzschicht (5), die aus einem zweiten Harz zusammengesetzt ist und die erste Harzschicht (3) umhüllt; und Abrasivkörper (4), die auf der zweiten Harzschicht (5) angeordnet sind, wobei das erste Harz aus einem wärmehärtenden Harz zusammengesetzt ist, und wobei das erste Harz einen Elastizitätsmodul hat, der größer oder gleich 500 MPa, aber kleiner oder gleich 2000 MPa ist, und die erste Harzschicht (3) eine Dicke hat, die größer oder gleich 2 Mikrometer, aber kleiner oder gleich 10 Mikrometer ist.
Harzgebundene Drahtsägevorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein Umfangkreis (7) eines Querschnitts der Filamente (6) einen Durchmesser hat, der größer oder gleich 0,20 mm, aber kleiner oder gleich 0,40 mm ist, und eine Fläche, die von Konturlinien (8) der Querschnitte der Filamente (6) und dem Umfangskreis (7) der Querschnitte der Filamente (6) umhüllt ist, eine Querschnittsfläche hat, die größer oder gleich 30%, aber kleiner oder gleich 55% einer Querschnittsfläche des Umfangskreises (7) ist.
Harzgebundene Drahtsägevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Ganghöhe der Filamente (6) größer oder gleich 5 mm, aber kleiner oder gleich 20 mm ist.
Harzgebundene Drahtsägevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das zweite Harz aus einem strahlungshärtenden Harz zusammengesetzt ist.
Harzgebundene Drahtsägevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Kern (2) einen Draht umfasst.