JP2005034937A - ソーワイヤマシン - Google Patents

Abstract

【課題】ソーワイヤマシンにおいて、ソーワイヤの屈曲回数を従来のマシンよりも少なくすることにより、ソーワイヤの長寿命化を可能にする。
【解決手段】機枠１０と、機枠１０に水平方向に移動可能に取り付けられた加工物の支持台１２と、支持台１２の移動方向に対して金属製芯線に多数個の砥粒を固定したソーワイヤ１を垂直状に案内すべく支持台１２を挟んだ上下両側に配置された一対のガイドプーリー２１、２３と、ソーワイヤ１の巻き取り・繰り出し用のドラム２とを備え、ソーワイヤ１で加工物を切断するソーワイヤマシンにおいて、ドラム２のソーワイヤ１の巻き取り面の直径Ｄ０ を、一対のガイドプーリー２１、２３の各ソーワイヤの案内面間の間隔ＤＩ にほぼ等しい寸法に設定して課題解決の手段としている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固定砥粒式ソーワイヤを用いて加工物（ワーク）を切断するに好適なソーワイヤマシンに関し、特にソーワイヤの耐久性の向上を図りながら、軽量かつ低コストなマシンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
固定砥粒式ソーワイヤを用いて加工物（ワーク）を切断する機械（装置）は、「ソーワイヤマシン」なる名称で広く知られている。
従来は、ソーワイヤをワーク近傍に案内する一対のガイドプーリと、ソーワイヤの駆動プーリと、ソーワイヤに適切な張力を付与する引っ張りプーリとの計４個のプーリによりソーワイヤをワークに対して往復駆動する構成となっている。（例えば、特許文献１、特許文献２参照）
【０００３】
【特許文献１】
特表２００１−５１０７４２号公報（第１４頁、図１）
【特許文献２】
特表２００２−５４０９９３号公報（第９〜１１４頁、図３）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に記載の装置０１０では、図８に示すように、ソーワイヤ０１２をワーク０１４近傍に案内する一対のガイドプーリ０２０と、ソーワイヤの駆動プーリ０１６と、ソーワイヤに適切な張力を付与する引っ張りプーリ０２２との計４個のプーリによりソーワイヤをワークに対して往復駆動する構成となっている。
この装置では、ソーワイヤ０１２は、ソーワイヤの駆動プーリ０１６から取り出され、ワーク０１４に摺接してから駆動プーリ０１６に巻き戻されるまでの間の１回の往工程で、駆動プーリ０１６を含めて、４回、ほぼ９０°屈曲される。
【０００５】
ソーワイヤ０１２によるワーク０１４の切断加工は、ソ−ワイヤ０１２を、上記工程を連続往復させることにより行われるから、ソーワイヤ０１２は屈曲により疲労して切断しやすくなるという課題がある。
なお、図８において、符号０２４はワーク０１４の回転式支持機構を示しており、この支持機構０２４はワーク（インゴット）０１４をその長さ方向に沿って円周方向に囲む複数個の回転コレット取り付け具０２６と、ワーク再位置決め機構０３６とを備えて構成されている。
【０００６】
特許文献２に記載の装置０１０は、図９に示すように、ソーワイヤの駆動プーリ０１６、４個のガイドプーリ２０、２２でソーワイヤ０１２を駆動・ガイドする構成となっており、この特許文献２に記載のソーワイヤマシンでは、ソーワイヤ０１２は、ソーワイヤの駆動プーリ０１６から取り出され、ワーク０１４に摺接してから駆動プーリ０１６に巻き戻されるまでの間の１回の往工程で、駆動プーリ０１６を含めて、５回屈曲され、ソーワイヤ０１２は屈曲により疲労して切断しやすくなるという課題がある。
本発明は、従来のソーワイヤマシンにおける上記のような課題を解決しようとするもので、支持台の移動方向に対して上記ソーワイヤを垂直状に案内すべく同支持台を挟んだ上下両側に配置された一対のガイドプーリと、上記ソーワイヤの巻き取り・繰り出し用のドラムとを備えたソーワイヤマシンにおいて、同ドラムの上記ソーワイヤの巻き取り面の直径を上記一対のガイドプーリの各ソーワイヤの案内面間の間隔にほぼ等しい寸法に設定することにより、ソーワイヤが駆動プーリ（ソーワイヤの巻き取り・繰り出し用のドラム）から取り出され、ワークに摺接してからドラムに巻き戻されるまでの間の１回の往工程で、ドラムを
含めて、３回の屈曲ですませるような構成とすることにより、ソーワイヤの屈曲回数を低減させてソーワイヤの疲労切断を抑制できるようにした点に特徴を有する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、機枠と、同機枠に水平方向に移動可能に取り付けられた上記加工物の支持台と、同支持台の移動方向に対して金属製芯線に多数個の砥粒を固定したソーワイヤを垂直状に案内すべく同支持台を挟んだ上下両側に配置された一対のガイドプーリと、上記ソーワイヤの巻き取り・繰り出し用のドラムとを備え、上記ソーワイヤで加工物を切断するソーワイヤマシンにおいて、上記ドラムの上記ソーワイヤの巻き取り面の直径を、上記一対のガイドプーリの各ソーワイヤの案内面間の間隔にほぼ等しい寸法に設定して課題解決の手段としている。なお、上記の「一対のガイドプーリの各ソーワイヤの案内面間の間隔にほぼ等しい
寸法」とは、一対のガイドプーリの各ソーワイヤの案内面間の間隔の１．０倍〜０．６倍程度の寸法を意味する。
【０００８】
また、上記ドラムのシフト機構を省略するために、同ドラムのソーワイヤの巻き取り面に螺旋溝を形成して課題解決の手段としている。
【０００９】
さらに、上記螺旋溝を、断面Ｖ型形状に形成して課題解決の手段としている。
【００１０】
さらにまた、上記一対のガイドプーリを上側アームと下側アームとにそれぞれ回転可能に取り付け、上記下側アームをソーワイヤマシンの機枠に上下方向に移動可能に支持する構成とするとともに、上記ソーワイヤに所定の張力を与えるための張力付与手段（たとえば重錘）を上記下側アームに取り付けて課題解決の手段としている。また、重錘の重量の調節により、ソーワイヤの張力調整を可能にして課題解決の手段としている。
【００１１】
この発明のソーワイヤマシンによれば、ソーワイヤの屈曲回数を従来のマシンよりも少なくすることができ、ソーワイヤの長寿命化が可能となる。また、ドラムのシフト機構を省略できるので、マシンの軽量化、簡素化、低コスト化が可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、図面とともに本発明の実施形態について説明する。図１は本発明に係るソーワイヤマシンの側面図、図２は同平面図、図３は同要部拡大平面図、図４は下側アームの機枠支持部の拡大側面図、図５は同平面図、図６は同正面図、図７はドラムのソーワイヤの巻き取り面の一部を示す斜視図である。
【００１３】
図１において、符号１０はソーワイヤマシン（以下「マシン」と略称する）の機枠を示しており、この機枠１０の水平上面１１にワーク支持台１２が、ワーク支持台１２に取り付けられたローラ１２ａにより、図１上で左右方向（水平方向）に移動可能に載置されている。ワーク支持台１２はその左端部にワイヤ１４を介して取り付けられた錘１３により左方向に引っ張られて、ソーワイヤ１の通過位置（切断位置）にワークを常に一定荷重送りにすることができるように構成されている。
【００１４】
支持台１２の移動方向に対して、垂直状に、金属製芯線に多数個の砥粒を固定したソーワイヤ１を案内するために、支持台１２を挟んだ上下両側に、一対のガイドプーリ２１、２３が配置されている。
この実施形態では、ガイドプーリ２１、２３に並んで補助ガイドプーリ２２、２４が取り付けられている。ガイドプーリ２１、２２は、上側アーム２５先端部よりのところに、回転可能に取り付けられている。この上側アーム２５は、機枠１０に垂設された上側案内枠材３１に、その基端部を上下方向の取り付け位置を調節自在に取り付けられられている。
【００１５】
ガイドプーリ２３、２４は、下側アーム２６の先端部よりのところに、回転可能に取り付けられている。この下側アーム２６は、機枠１０に垂直状に取り付けらた案内部材３２に垂直方向に移動可能に取り付けられている。案内部材３２に、下側アーム２６を垂直方向に移動可能に取り付けるために、案内部材３２の前面にΩ形状の突条３２ａが形成される一方、このΩ形状の突条３２ａに嵌合可能な形状の凹部を有するブラケット３５が下側アーム２６の基端部よりのところに取り付けられている。（ブラケット３５とΩ形状３２ａとで、一般にリニアガイドとよばれている案内機構が構成される。）
【００１６】
さらに、下側ア−ム２６の基端部に、複数枚の金属板３３ａからなる重錘３３がボルト３４により着脱自在に取り付けられていて、後述するように、取り付けられる金属板３３ａの枚数を選定することにより、ソーワイヤ１に付与する張力を、簡単な操作で調節できる構成となっている。
【００１７】
上側案内枠材３１とリニアガイド３２とは、ほぼ同一垂直線上に配設されており（図１の例では、両部材は若干ずれて配設されているが、この程度のずれも「ほぼ同一垂直線上に配設」の概念に含む）、これらの配設位置から図１において右側の離れたところに、ソーワイヤ１の巻き取り・繰り出し用のドラム２が機枠１０に取り付けられている。この実施形態では、ドラム２はモータ３に直結された構成となっているが、間接駆動形式としてもよい。
【００１８】
ドラム２はそのソーワイヤ１の巻き取り面の直径を、一対のガイドプーリ２１、２３の各ソーワイヤの案内溝間の間隔にほぼ等しい寸法に設定されている。
したがって、この実施形態のマシンでは、図１に示すように、ソーワイヤ１は、補助ガイドプーリ２２、２４から直接ドラム２に巻き取られたり、繰り出されたりするから、原理上は、一対のガイドプーリ２１、２３（補助ガイドプーリ２２、２４を含む）とドラム２との３個の部材により案内・駆動される構成となる。その結果、ソーワイヤ１がソーワイヤの巻き取り・繰り出し用のドラム２から取り出され、ワークに摺接する切断工程を経てドラム２に巻き戻されるまでの間の１回の（往）工程で、ドラム２を含めて、ソーワイヤ１は３回屈曲させられるだけとなり、従来のマシンが、１回の往工程でソーワイヤを４回〜５回屈曲させる構成であったのに較べて、ソーワイヤ１の屈曲回数を低減することができ、ソーワイヤ１の疲労切断を抑制できるようになる。この実施形態のマシンでは、ソーワイヤ１の疲労度を、従来のものに較べて約１／５に低減することができた。なお、ドラム２のソーワイヤ１の巻き取り面の直径Ｄ０ が、一対のガイドプーリの各ソーワイヤの案内溝の間の間隔ＤＩ の１．０倍〜０．６倍程度の寸法に設定されている場合においても、同様の効果を得ることができた。
【００１９】
さらに、ワーク支持台１２の下側に配設されるガイドプーリ２３、２４は、下側アーム２６の先端部よりのところに回転可能に取り付けられており、この下側アーム２６は機枠１０に垂直状に取り付けらたリニアガイド３２に垂直方向に移動可能に取り付けられ、さらに下側アーム２６の基端部に、複数枚の金属板３３ａからなる重錘３３がボルト３４により着脱自在に取り付けられていて（図５参照）、この金属板３３ａの取り付け枚数を選定することにより、ガイドプーリ２３、２４を下方向に引っ張る力を調節して、ソーワイヤ１に所望の張力を、簡単な操作で調節することができるようになっている。つまり下側のガイドプーリ２３、２４がソーワイヤ１に所望の張力を付与するためのテンションプーリプーリの機能を備えることになるので、従来のマシンのように、テンションプーリを別個に設ける必要がなく、その分構成が簡素となり、マシンの軽量化、低コスト化が可能となる。テンションプーリを無くすことは、コスト面で有利となるばかりか、従来のマシンのカンチレバー式のテンションプーリの場合、ソ−ワイヤの往復動に伴って「振れ」が発生し、この振れによりソーワイヤが振動し、その結果切断面の表面粗さが悪くなるという欠点を解消することもできるようになる。
【００２０】
従来のマシンでは、巻き取ったソーワイヤが、ドラムのソーワイヤの巻き取り面上で重ならないようにするために、ソーワイヤの巻き取り時にドラムを軸方向にすこしずつ移動させるシフト機構が設けられている。
この実施形態のマシンでは、ドラム２のソーワイヤ１の巻き取り面に、図７に示すように、螺旋溝２ａを形成することにより、高価なシフト機構を省略してマシンの低コスト化を図っている。
すなわち、ドラム２のソーワイヤ１の巻き取り面に巻き取られたソーワイヤ１は、ドラム２が回転することによって、ソーワイヤ巻き取り面に形成された螺旋溝２ａに沿って順次ドラム２の巻き取り面上を、ドラム２の軸方向に移動しながら巻き取られることになる。したがって、ドラム２のソーワイヤの巻き取り面上でソーワイヤ１が重なるというような事態が発生することはない。
【００２１】
しかしながら、ドラム２の巻き取り面の幅があまりにも広いと、補助ガイドプーリ２２、２４とドラム２との間に張設されるソーワイヤ１との角度とドラム２の巻き取り面上の螺旋溝２ａのリード角との間にずれが生じて、ソーワイヤ１が螺旋溝２ａに旨く巻き込まれなくなってしまう虞れが発生する。そのため、この実施形態のマシンでは、図３に示すように、ドラム２の巻き取り面の幅を、巻き取り角度が７°以内になるように設定している。なお図３の例では、補助ガイドプーリ２４の軸芯とドラム２の軸芯との間は約３３３ｍｍ，ドラム２のソーワイヤ１の巻き取り面の直径Ｄ０ は約１６０ｍｍである。
なおこの角度は、ドラム２と補助ガイドプーリ２２、２４との間の寸法を大きくすることにより、より小さな角度に設定することができるが、マシンの簡素化、軽量化を図るのがこの発明の目的でもあるので、この実施形態では、ドラム２の巻き取り面の幅を巻き取り角度などを上記の寸法に設定した。しかしこの寸法はあくまで１例であって、本発明がこの寸法に限定されるべきでないことはいうまでもない。
【００２２】
さらに、螺旋溝２ａはその断面をＶ型形状に形成されている。螺旋溝２ａの断面形状をＶ型形状に形成することにより、溝入り口部分の広い螺旋溝２ａを形成することができ、ソーワイヤ１の巻き取り時にソーワイヤ１をスムーズに螺旋溝２ａに導入することができて、ソーワイヤ１の巻き取り時のトラブルを低減することが可能となる。
【００２３】
この実施形態のマシンも、ソーワイヤ１をドラム２の一方端側から巻き取りながら他方端側から繰り出して、ソーワイヤ１をワークに対して往復駆動させてワークの切断を行うものであり、従来のマシンと同様に、シリコンインゴットの切断のほか、水晶、ガラス、人工サファイヤ、石英などの硬い材料の切断に適用可能である。しかもこのマシンは、従来のものに較べて軽量なため、取り扱いが容易であるばかりか、ソーワイヤ１の疲労度が従来のものの１／５程度となるため、長期の使用に耐えることができる。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、次のような効果が得られる。
（１）ソーワイヤがソーワイヤの巻き取り・繰り出し用のドラムから取り出され、ワークに摺接する切断工程を経てドラムに巻き戻されるまでの間の工程の間でのソーワイヤの屈曲回数を低減することができるので、ソーワイヤの疲労による切断を抑制することが可能となる。
（２）下側のガイドプーリがソーワイヤに所望の張力を付与するためのテンションプーリの機能を備える構成となっているので、テンションプーリを別個に設ける必要がなく、その分構成が簡素となり、マシンの軽量化、低コスト化が可能となる。テンションプーを無くすことは、コスト面で有利になるばかりか、従来のマシンのカンチレバー式のテンションプーリの場合、ソーワイヤの往復運動に伴って「振れ」が発生し、この振れによりソーワイヤが振動し、その結果切断面の表面粗さが悪くなるという欠点をも解消することもできるようになる。
（３）ドラムのソーワイヤの巻き取り面に螺旋溝を形成することにより、高価なドラムシフト機構を省略しながら、ドラムのソーワイヤの巻き取り面上でソーワイヤが重なるというような事態の発生を防止できるため、マシンの低コスト化が可能となる。
（４）上記螺旋溝の断面をＶ型形状に形成したので、螺旋溝を入り口部分の広い溝に形成することができ、ソーワイヤの巻き取り時にソーワイヤをスムーズに螺旋溝に導入することができて、ソーワイヤのドラムへの巻き取り時のトラブルを低減することが可能となる。
（５）ソーワイヤの張力付与手段が重錘であり、かつその重量が調節可能であるので、ソーワイヤの張力調節が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るワイヤマシンの側面図。
【図２】同平面図。
【図３】同要部拡大平面図。
【図４】同下側アームの機枠支持部の拡大側面図。
【図５】同平面図。
【図６】同正面図。
【図７】同ドラムのソーワイヤの巻き取り面の一部を示す斜視図。
【図８】従来のワイヤマシンの側面図。
【図９】従来の他のワイヤマシンの側面図。
【符号の説明】１：ソーワイヤ、２：ソーワイヤの巻き取り・繰り出し用のドラム、１０：ソーワイヤマシンに機枠、１２：ワーク支持台、１３：錘、２１、２３：ガイドプーリ、２２、２４：補助ガイドプーリ、２５：上側アーム、２６：下側アーム、３１：上側案内部材、３２、直線状の案内部材、３３：重錘、３３ａ：金属板、３４：ボルト、Ｄ０ ：ドラム２のソーワイヤ１の巻き取り面の直径、ＤＩ ：一対のガイドプーリの各ソーワイヤの案内溝の間の間隔。

Claims (6)

1. 金属製芯線に多数個の砥粒を固定したソーワイヤを用いて加工物を切断するソーワイヤマシンにおいて、
   機枠と、同機枠に水平方向に移動可能に取り付けられた上記加工物の支持台と、同支持台の移動方向に対して上記ソーワイヤを垂直状に案内すべく同支持台を挟んだ上下両側に配置された一対のガイドプーリと、上記ソーワイヤの巻き取り・繰り出し用のドラムとを備え、
   同ドラムの上記ソーワイヤの巻き取り面の直径が、上記一対のガイドプーリの各ソーワイヤの案内面間の間隔にほぼ等しい寸法に設定されていることを特徴とするソーワイヤマシン。
2. 上記ドラムのソーワイヤの巻き取り面に螺旋溝が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のソーワイヤマシン。
3. 上記螺旋溝が、断面Ｖ型形状であることを特徴とする請求項２に記載のソーワイヤマシン。
4. 上記一対のガイドプーリが上側アームと下側アームとにそれぞれ回転可能に取り付けられ、上記下側アームがソーワイヤマシンの機枠に上下方向に移動可能に支持されるとともに、上記ソーワイヤに所定の張力を与えるための張力付与手段が上記下側アームに取り付けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のソーワイヤマシン。
5. 上記張力付与手段が重錘であることを特徴とする請求項４に記載のソーワイヤマシン。
6. 上記重錘の重量が調節可能であることを特徴とする請求項５に記載のソーワイヤマシン。

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