JP2562597B2 - Wire source - Google Patents

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    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23DPLANING; SLOTTING; SHEARING; BROACHING; SAWING; FILING; SCRAPING; LIKE OPERATIONS FOR WORKING METAL BY REMOVING MATERIAL, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23D57/00Sawing machines or sawing devices not covered by one of the preceding groups B23D45/00 - B23D55/00
    • B23D57/003Sawing machines or sawing devices working with saw wires, characterised only by constructional features of particular parts
    • B23D57/0053Sawing machines or sawing devices working with saw wires, characterised only by constructional features of particular parts of drives for saw wires; of wheel mountings; of wheels

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明、研磨材を付着させたワイヤを駆動させて被加
工物体の切断や溝入などの精密加工を行うワイヤソーに
関するものである。
The present invention relates to a wire saw that drives a wire having an abrasive attached thereto to perform precision machining such as cutting or grooving an object to be machined.

〔従来の技術〕 磁気ヘッドや振動子の溝入、切断、またはセラミック
やシリコンウェハの切断などの精密切断にはワイヤソー
と呼ばれる装置を用いていた。このワイヤソーは第4図
に主要部の構造を示すようにフレームSにドライブロー
ラ10と2つのヘッドローラ20を回転可能に取り付けて、
これら3つのローラのまわりに一本のワイヤ30を一定間
隔おきに多数巻きつけて、2つのヘッドローラ20間にワ
イヤ列31を形成したもので、該ワイヤ30を案内するガイ
ドローラ40および研磨材を付着させる噴霧ノズル(不図
示)を備えていた。ドライブローラ10を往復回転運動さ
せながら巻き取りローラ(不図示)によってワイヤ30を
矢印方向に駆動させることによって、ワイヤ列31を往復
直線運動させ、このワイヤ列31に被加工物体Hを押し当
て、その間に研磨材を介在させることによって、ワイヤ
列31のピッチ幅に応じて切断、溝入を行うことができ
る。
[Prior Art] A device called a wire saw is used for grooving and cutting a magnetic head and a vibrator, or for precision cutting such as cutting a ceramic or a silicon wafer. This wire saw has a drive roller 10 and two head rollers 20 rotatably attached to a frame S as shown in FIG.
A large number of one wire 30 is wound around these three rollers at regular intervals to form a wire row 31 between two head rollers 20. A guide roller 40 for guiding the wire 30 and an abrasive material. It was equipped with a spray nozzle (not shown) for adhering. By driving the wire 30 in the direction of the arrow by a winding roller (not shown) while reciprocally rotating the drive roller 10, the wire row 31 is linearly reciprocated, and the workpiece H is pressed against the wire row 31. By interposing an abrasive between them, cutting and grooving can be performed according to the pitch width of the wire row 31.

なお、ワイヤ30は直径0.08〜0.25mm程度の特殊ピアノ
線であり、研磨剤はGC砥粒と特殊切削油を混合したもの
を用いていた。
The wire 30 was a special piano wire with a diameter of about 0.08 to 0.25 mm, and the abrasive used was a mixture of GC abrasive grains and special cutting oil.

このようなワイヤソーを構成するヘッドローラ20は第
5図に一部破断面図を示すように、ワイヤ30を案内する
ための多数の溝21を形成した表面部材22と、金属よりな
る芯材23を結合したものであり、前記表面部材22はナイ
ロン66、UMPE樹脂などの樹脂よりなっていた。また、ド
ライブローラ10も同様に溝を形成した樹脂よりなる表面
部材と金属よりなる芯材とを組合せたものであった。
The head roller 20 constituting such a wire saw has a surface member 22 having a large number of grooves 21 for guiding the wire 30 and a core material 23 made of metal, as shown in a partially broken sectional view in FIG. The surface member 22 was made of resin such as nylon 66 and UMPE resin. Further, the drive roller 10 is also a combination of a surface member made of a resin having a groove formed therein and a core material made of a metal.

〔従来技術の問題点〕[Problems of conventional technology]

ところが、このような従来のワイヤソーはドライブロ
ーラ10およびヘッドローラ20の溝部分が樹脂よりなって
いたため、ワイヤ30による摩耗が激しかった。摩耗が大
きくなると、ワイヤ30が溝21にくいこんで、ワイヤ30を
駆動させるための抵抗が大きくなってしまい、遂にはワ
イヤ切れを起こす恐れがあるため、実際の使用では、1
週間程度でドライブローラ10、ヘッドローラ20を新品と
交換しなければならず、手間がかかるだけでなく、コス
トも高いものであった。
However, in such a conventional wire saw, since the groove portions of the drive roller 10 and the head roller 20 are made of resin, the wire 30 is severely worn. When the wear increases, the wire 30 is difficult to enter into the groove 21 and the resistance for driving the wire 30 increases, which may eventually break the wire.
The drive roller 10 and the head roller 20 had to be replaced with new ones in about a week, which was troublesome and costly.

また、前記したように、被加工物体Hの切断幅は、ワ
イヤ列31におけるワイヤ30のピッチ幅によって決るが、
これは2つのヘッドローラ20に形成された溝21のピッチ
幅に応じたものとなるため、この溝21のピッチ幅は非常
に高精度にしておかなければならなかった。ところが、
樹脂は熱膨張率が大きいため、溝加工時や、その後のア
ニール時、または使用時の温度変化によって溝21のピッ
チ幅が大きく変化してしまい高精度の切断を行うために
優れた寸方精度を保ち続けることが困難であった。
Further, as described above, the cutting width of the workpiece H is determined by the pitch width of the wires 30 in the wire row 31,
Since this depends on the pitch width of the groove 21 formed in the two head rollers 20, the pitch width of the groove 21 must be set to a very high precision. However,
Since the resin has a large coefficient of thermal expansion, the pitch width of the groove 21 will change significantly due to temperature changes during groove processing, subsequent annealing, or during use, and excellent dimensional accuracy for highly accurate cutting. Was difficult to keep.

さらに、樹脂は硬度は低く変形しやすいため、ドライ
ブローラ10やヘッドローラ20の取り扱い中に溝部分が変
形しやすくピッチの寸法精度を劣化されてしまう恐れも
あった。
Furthermore, since the resin has a low hardness and is easily deformed, the groove portion may be easily deformed during handling of the drive roller 10 and the head roller 20, and the dimensional accuracy of the pitch may be deteriorated.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

そこで、上記問題点に鑑み、表面に複数の溝を備え、
少なくとも上記溝部がセラミク、サーメット、サファイ
アのうちいずれか一種からなる円筒状のローラを三角形
状に配置するとともに、これらのローラの溝にワイヤを
案内してワイヤ列を形成し、該ワイヤ列に微少移動を伴
った往復運動をさせつつ、研磨材でもって被加工物体の
切断を行えるようにしてワイヤソーを構成したものであ
る。
Therefore, in view of the above problems, a plurality of grooves are provided on the surface,
At least the groove is arranged in a triangular shape with a cylindrical roller made of ceramic, cermet, or sapphire, and a wire is formed by guiding the wire into the groove of these rollers. The wire saw is configured so that an object to be processed can be cut with an abrasive while reciprocating with movement.

〔実施例〕〔Example〕

以下本発明実施例に係るワイヤソーを構成するドライ
ブローラおよびヘッドローラを図によって説明する。
A drive roller and a head roller that compose the wire saw according to the embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第1図(a)に示すヘッドローラ20は全体をアルミ
ナ、ジルコニア、炭化珪素、窒化珪素などのセラミック
またはサーメットにより形成した略円筒状体であり、外
周面にワイヤ30を案内するための溝21を170本程度備
え、内部には取付用の貫通孔22を形成したものである。
溝21は第1図(b)に拡大図を示すように底部を曲率半
径0.05mm程度の曲面として、ワイヤ30の安定を良くした
ものであり、溝21のピッチpは、誤差が3μm以内の高
精度に加工されている。
The head roller 20 shown in FIG. 1 (a) is a substantially cylindrical body entirely made of ceramics such as alumina, zirconia, silicon carbide, silicon nitride or cermet, and has a groove 21 for guiding the wire 30 to the outer peripheral surface. About 170 are provided, and through holes 22 for mounting are formed inside.
As shown in the enlarged view of FIG. 1 (b), the groove 21 has a curved surface with a radius of curvature of about 0.05 mm to improve the stability of the wire 30, and the pitch p of the groove 21 has an error of 3 μm or less. It is processed with high precision.

また、第2図に示すドライブローラ10は溝11を形成し
たセラミックまたはサーメットよりなる表面部材12と取
付用の貫通孔13を形成した金属よりなる芯部材14を結合
してなるものである。
The drive roller 10 shown in FIG. 2 is formed by combining a surface member 12 made of ceramic or cermet having grooves 11 and a core member 14 made of metal having a through hole 13 for mounting.

さらに、第3図に示すドライブローラ10は溝11を形成
したサフィア単結晶よりなる表面部材12を取付用の貫通
孔13を形成したセラミックまたは金属などよりなる芯部
材14の外側に結合してなるもである。
Further, the drive roller 10 shown in FIG. 3 is formed by connecting a surface member 12 made of sapphire single crystal having a groove 11 to the outside of a core member 14 made of ceramic or metal having a through hole 13 for mounting. It is also.

以上の第1図〜第3図に示した実施例は、それぞれド
ライブローラ10またはヘッドローラ20の片方のみを示し
たが、両方のローラに適用できることは言うまでもな
い。また、溝11,12の加工はダイヤモンドホイールを用
いて行ったものである。
The above-described embodiments shown in FIGS. 1 to 3 show only one of the drive roller 10 and the head roller 20, respectively, but needless to say, they can be applied to both rollers. The grooves 11 and 12 are processed using a diamond wheel.

第1表に、さまざまなセラミック、サーメット、サフ
ァイアと樹脂の特性を比較して示すように、本発明実施
例で用いたセラミック、サーメット、サファイアは、樹
脂に比べ硬度が大きく、熱膨張率が小さいことがわか
る。したがって、ドライブローラ10およびヘッドローラ
20の溝11,21をこれらの材料で形成すれば耐摩耗性が大
きく、また温度変化による寸法精度の変化が小さいため
高精度の切断を行うことができる。
As shown in Table 1 by comparing the characteristics of various ceramics, cermets, sapphires and resins, the ceramics, cermets and sapphires used in the examples of the present invention have a higher hardness and a smaller coefficient of thermal expansion than resins. I understand. Therefore, the drive roller 10 and the head roller
If the 20 grooves 11 and 21 are formed of these materials, the wear resistance is high and the change in dimensional accuracy due to temperature change is small, so that highly accurate cutting can be performed.

次に、本発明の実施例として、第2図に示すような金
属芯材とアルミナよりなる表面部材を組み合わせたドラ
イブローラ10、ヘッドローラ20を試作し、実際のワイヤ
ソーに組み込んだ。比較例として、従来のナイロン66に
より溝部を形成したドライブローラ10、ヘッドローラ20
を用いたワイヤソーを用意し、両者を同一条件のもとで
磁気ヘッドの切断に使用してみた。1日に8時間、1ケ
月に21日の使用を続けた結果、比較例のものは、1週間
後に新しいものと交換しなければならなかったのに対
し、本発明実施例のものは6ケ月程度まで充分使用可能
な状態を保っていた。
Next, as an embodiment of the present invention, a drive roller 10 and a head roller 20 in which a metal core material and a surface member made of alumina as shown in FIG. 2 were combined were prototyped and incorporated into an actual wire saw. As a comparative example, a drive roller 10 and a head roller 20 each having a groove formed of conventional nylon 66 are used.
We prepared a wire saw using and used both for cutting the magnetic head under the same conditions. As a result of continuous use for 8 hours a day and 21 days a month, the comparative example had to be replaced with a new one after one week, whereas the inventive example had 6 months. It was kept in a usable state to some extent.

また、ヘッドローラ20において溝21のピッチpの寸法
精度は3μmが限界であり、従来のナイロン66よりなる
ものは約0.7℃の温度変化で前記寸法精度の限界を超え
てしまうため温度管理を厳密に行わねばならないのに対
し、アルミナより形成した本発明実施例のものは約7℃
の温度変化でも前記寸法精度の限界内であるため、温度
管理が容易であった。
Further, in the head roller 20, the dimensional accuracy of the pitch p of the groove 21 is limited to 3 μm, and the conventional nylon 66 is strict in temperature control because the dimensional accuracy exceeds the limit with a temperature change of about 0.7 ° C. In contrast to this, the embodiment of the present invention formed of alumina has a temperature of about 7 ° C.
Since the dimensional accuracy is within the limit even when the temperature changes, the temperature control was easy.

以上の実施例では、溝部分をアルミナにより形成した
もののみを示したが、ジルコニア、炭化珪素、窒化珪素
などの他のセラミックやサーメット、サファイアなどに
より形成したものでも同様の結果であった。特に溝部分
をサファイア、炭化珪素、窒化珪素などで形成したもの
はより耐摩耗性が大きく優れていた。
In the above examples, only those in which the groove portion was formed of alumina were shown, but similar results were obtained even in the case of other ceramics such as zirconia, silicon carbide, silicon nitride, etc., or cermet, sapphire or the like. In particular, those in which the groove portion was formed of sapphire, silicon carbide, silicon nitride, etc. were more excellent in abrasion resistance and excellent.

また、ドライブローラ10、ヘッドローラ20だけでな
く、ガイドローラ40もセラミック、サーメットなどから
形成すれば、より効果的であった。
Further, it was more effective if not only the drive roller 10 and the head roller 20 but also the guide roller 40 was formed of ceramic, cermet or the like.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

叙上のように本発明によれば、表面に複数の溝を形成
するとともに、該溝部をセラミック、サーメット、サフ
ァイアのうちいずれか一種により形成してなる円筒状の
ローラによってワイヤを案内し、該ワイヤを駆動させな
がら研磨剤を用いて被加工物体の切断を行うようにして
ワイヤソーを構成したことにより、溝部の耐摩耗性が大
きいため長期間安定した使用を行えるだけでなく、温度
変化による溝のピッチ幅の寸法精度の変化が小さく、ま
た取扱い中の変形もないことから特に厳しい温度管理を
せずに高精度の切断を行うことができ、被加工物体の品
質を優れたものとできるなどの特長を有したワイヤソー
を提供することができる。
As described above, according to the present invention, a plurality of grooves are formed on the surface, and the wire is guided by a cylindrical roller formed of any one of ceramic, cermet and sapphire, and the groove is formed. By constructing the wire saw by cutting the object to be processed with abrasive while driving the wire, not only can the groove be worn for a long period of time due to the large wear resistance, but also the groove due to temperature change can be used. Since the change in the dimensional accuracy of the pitch width is small and there is no deformation during handling, it is possible to perform high-precision cutting without particularly strict temperature control, and to improve the quality of the processed object. It is possible to provide a wire saw having the features of.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図(a)は本発明実施例に係るワイヤソーを構成す
るヘッドローラを示す一部破断側面図、第1図(b)は
同図(a)中のA部の拡大図である。第2図、第3図は
それぞれ本発明の他の実施例に係るワイヤソーを構成す
るドライブローラを示す一部破断側面図である。 第4図はワイヤソーを主要部を示す概略斜視図、第5図
は従来のワイヤソーのヘッドローラを示す一部破断側面
図である。 10:ドライブローラ、20:ヘッドローラ 30:ワイヤ、H:被加工物体
FIG. 1 (a) is a partially cutaway side view showing a head roller constituting a wire saw according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1 (b) is an enlarged view of a portion A in FIG. 1 (a). 2 and 3 are partially cutaway side views showing drive rollers constituting a wire saw according to another embodiment of the present invention. FIG. 4 is a schematic perspective view showing a main part of a wire saw, and FIG. 5 is a partially cutaway side view showing a head roller of a conventional wire saw. 10: Drive roller, 20: Head roller 30: Wire, H: Object to be processed

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】表面に複数の溝を備えたローラを三角形状
に配置するとともに、これらのローラの溝にワイヤを案
内してワイヤ列を形成し、該ワイヤ列を往復運動させな
がら、研磨材を用いて被加工物体の切断や溝入を行うよ
うにしてなるワイヤソーにおいて、前記ローラの少なく
とも溝部をセラミック、サーメット、サファイアのうち
いずれか一種により形成したことを特徴とするワイヤソ
ー。
1. A roller having a plurality of grooves on the surface thereof is arranged in a triangular shape, and a wire is formed by guiding a wire into the groove of these rollers, and the abrasive wire is reciprocally moved. A wire saw for cutting or grooving an object to be processed using, wherein at least the groove portion of the roller is formed of any one of ceramic, cermet and sapphire.
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