JP2607992B2 - 硬質脆性材料の加工装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、セラミックス等の硬く
て脆い材料（以下「硬質脆性材料」という。）を加工す
る装置に関するもので、特に走行するワイヤを用いて硬
質脆性材料からなるワークの切断や溝加工を行う装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】硬質脆性材料８０の切断や溝加工を行う
装置として、図９に示すマルチワイヤソー（機械工学便
覧Ｃ１−産業機械・装置ｐ１９４）や図１０に示す電着
ダイヤモンドワイヤソー（特開昭６３−９３５５８号公
報）などが知られている。図９のマルチワイヤソーは、
２個のボビン１０、１２の間に張架された１本の長尺の
無砥粒ワイヤ６０を多溝車５、６、７間に巻回してワー
ク８０に対向する加工ワイヤ列１７を形成し、ボビン１
０、１２と多溝車５、６、７間に設けたシーソーレバー
の往復揺動によって加工ワイヤ列を形成する各ワイヤ要
素を往復運動させながら遊離砥粒を供給して加工を行う
ものである。加工に際して遊離砥粒によってワイヤ６０
自体も摩耗するので、供給側ボビン１０から新たなワイ
ヤを繰り出し、巻取側ボビン１２で摩耗したワイヤを巻
き取っていくようにしている。

【０００３】一方、図１０に示す電着ダイヤモンドワイ
ヤソーは、本発明の出願人の発明に係るもので、表面に
ダイヤモンド砥粒を電着した複数本の短尺ワイヤ６０を
引き揃えて多溝車８３・・・に巻回してワーク８０に対
向する加工ワイヤ列１７を形成し、その両端をスライド
ガイド８１に沿って往復動するスライダ８２に固定して
往復駆動するものである。ワイヤ６０にダイヤモンド砥
粒を電着する作業は、素材となるピアノ線を所定の長さ
に切断してダイヤモンド砥粒を混入したメッキ槽に浸漬
し、ピアノ線とメッキ槽に設けた電極との間に給電する
ことによって行っている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来のマルチワイヤソ
ーは、遊離砥粒を用いて加工を行っているため、加工台
５４が汚れ、砥粒を含んだ切削液の飛散によって装置の
可動部が異常に摩耗して装置の寿命を短くするという欠
点がある。

【０００５】一方電着ダイヤモンドワイヤソーでは、固
定砥粒ワイヤを用いることによって上記欠点を回避でき
るが、ワイヤの往復運動によってワークを加工するの
で、実際にワークの切断に使用されるワイヤ長さがワイ
ヤ全長の１／２〜１／３であり、中央部のみが使用され
るので疲労し易く、ワイヤの破断が早期に起こるという
欠点があり、ワイヤの両端部分は使用されないまま破棄
されるので無駄が生じる。固定砥粒ワイヤは高価である
から、ワイヤの無駄は使用者の経済的負担を増大させ
る。

【０００６】また図１０に示す構造では、ワイヤの破断
がおきるたびに新しいワイヤと交換しなければならず、
生産性が低下する。更に、図９および図１０に示す従来
装置は共にワイヤを往復動させて加工を行うものである
から、一動作ごとに起動停止が繰り返され、加工速度を
高めることが難しい。

【０００７】このような問題は、図９のマルチワイヤソ
ーのワイヤとして表面に砥粒を固定した固定砥粒ワイヤ
を用いることができれば解決する。しかし従来の技術で
は、マルチワイヤソーとして使用できるような長尺の固
定砥粒ワイヤを経済的に得ることができず、そのような
装置が実現されていなかった。また他の方法として、短
尺の固定砥粒ワイヤの両端をレーザビームで溶接して長
尺ないし無端ワイヤとすることも提唱されているが、溶
接部の強度が他の部分に比べて１／１０程度しかなく、
溶接部がすぐに破断するので実用性がない。

【０００８】本発明は、固定砥粒ワイヤを用いたマルチ
ワイヤソーを実現して、清潔で長寿命かつ加工速度の高
い硬質脆性材料の加工装置を提供するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の硬質脆性材料の
加工装置は、２個のボビン１０、１２の間に張架された
ワイヤ１６を複数の多溝車５〜８に複数回巻回して加工
ワイヤ列１７を形成し、この加工ワイヤ列を形成する複
数本のワイヤ要素でワークの複数箇所を同時加工する硬
質脆性材料の加工装置において、ワイヤ１６としてダイ
ヤモンド砥粒７２を表面に電着した固定砥粒ワイヤが用
いられ、ワイヤ１６は２個のボビン１０、１２の一方か
ら他方へと一定速度で一方向に繰り出し端まで走行する
とともに繰出端においてワイヤ１６の走行方向が反転
し、ボビン１０、１２と複数の多溝車５〜８とを駆動し
て加工を行うことを特徴とするものである。より好まし
くは、ワークを固定した加工台５４を振動させる加振装
置を設ける。

【００１０】この発明の装置で使用される長尺の固定砥
粒ワイヤ１６は、ピアノ線等の長尺の材料ワイヤ６０を
ダイヤモンド砥粒７２を入れた第２電着槽６８を含む３
個の電着槽６７、６８、６９からなるメッキ槽６４に一
方向に一定速度で通過させ、第１電着槽６７で材料ワイ
ヤ６０の表面に薄い第１メッキ層８４を形成し、第２電
着槽６８で第１メッキ層８４の表面に第２メッキ層８５
を形成しつつこの第２メッキ層に超砥粒７２を固定し、
第３電着槽６９で固定された超砥粒７２の間に第３メッ
キ層８６を形成することによって連続的に且つ経済的に
製造することができる。

【００１１】ボビン１０、１２間に張架されたワイヤ１
６には、張力調整装置１９で一定の張力を付与すること
は当然のこととして、更にワイヤ１６を巻回した複数の
多溝車５〜８をそれぞれに設けたサーボモータ１〜４で
各独立に駆動する構造が好ましい。

【００１２】

【作用】本発明の装置のワイヤ１６は、ダイヤモンド砥
粒を表面に電着した固定砥粒ワイヤであり、一方向に走
行する一本のワイヤでマルチワイヤソーを形成するのに
充分な長さの固定砥粒ワイヤを経済的に得ることができ
る構造である。この長尺の固定砥粒ワイヤ１６を一定速
度で一方向に高速で移動させながらワークを加工するの
で、遊離砥粒を用いない清潔な加工が可能であり、かつ
装置の可動部分の磨耗を生ずることがない。また固定砥
粒ワイヤ１６が略全長にわたって均一に使用されるので
無駄がなく、部分的な疲労によるワイヤの破断も回避で
きる。そして固定砥粒ワイヤ１６を一方向に高速で移動
させつつ加工を行うので、加工速度が向上する。またワ
イヤを張架している多溝車５〜８を駆動することによ
り、スリップしにくい固定砥粒ワイヤ１６で形成した加
工ワイヤ列１７の各ワイヤ要素の張力を均一にすること
ができ、局部的な応力増加によるワイヤの破断が回避さ
れ、ワイヤの走行速度を更に高めることができる。

【００１３】

【実施例】図１ないし図５は本発明のマルチワイヤソー
を示したものである。図中、１〜４は長方形の四隅部に
平行に配置されたサーボモータ、５〜８はサーボモータ
１〜４の駆動軸に固着された多溝車、９はサーボモータ
１の上方に設けられた送出用サーボモータ、１０は送出
用サーボモータ９の駆動軸に固着された送出しボビン、
１１はサーボモータ４の上方に設けられた巻取用サーボ
モータ、１２は巻取用サーボモータ１１の駆動軸に固着
された巻取ボビン、１３は両ボビン１０、１２の中間上
方で両ボビンに沿って往復走行するトラバーサ、１４、
１５は両ボビン１０、１２の中間下方に配置されたワイ
ヤガイド、１６は送出しボビン１０に巻回されたワイヤ
で、その表面には後述する方法でダイヤモンド砥粒が電
着されている。

【００１４】送出しボビンから繰り出されたワイヤ１６
は、トラバーサ１３および奥側のワイヤガイド１４を経
て多溝車５〜８へと案内され、多溝車５〜８に複数回巻
回されて加工ワイヤ列１７を形成した後、手前側のワイ
ヤガイド１５、トラバーサ１３を経て巻取ボビン１２で
巻き取られる。

【００１５】このように構成されたワイヤ走行部１８
は、図２および図３に示すようにフレームの上半部分に
配置される。１９はワイヤ走行部１８のワイヤ１６に側
方から押圧されているテンションローラであり、このテ
ンションローラ１９はフレーム２０に支点ピン２１で軸
支された逆Ｌ形の揺動アーム２２の垂下部に軸着されて
いる。揺動アーム２２の水平端とフレーム２０との間に
はコイルバネ２３が張架され、揺動アーム２２の水平端
を下方に付勢している。ワイヤ１６の張力は、テンショ
ンローラ１９を介してコイルバネ２３によって一定に維
持される。２４はコイルバネ２３と平行に設けられたダ
ンパであり、ワイヤ１６に衝撃が加わったときに衝撃力
を吸収してワイヤの切断を防止する。

【００１６】被加工物を加工ワイヤ列１７側に送る昇降
装置２５は、フレーム２０の下半部に配置されている。
２６はフレームの下端に設けられた基台、２７は基台２
６上の長方形の四隅部に配置された支持杆、２８は４本
の支持杆２７の中心位置に立設されたネジ杆、２９はネ
ジ杆２８と平行に設けられた昇降モータ、３０は昇降モ
ータ２９のプーリとネジ杆２８に螺合したナットとの間
に巻架されたベルトであり、昇降モータ２９の回転によ
ってネジ杆２８が昇降する。

【００１７】３１はネジ杆２８および支持杆２７の先端
に固着された昇降テーブル、３２は昇降テーブル３１の
奥側に垂下されたガイド板、３３はガイド板３２に固着
されたスライドブロック、３４はフレーム２０に上下方
向に配置されたレールであり、スライドブロック３３が
このレールに摺動自在に嵌装されている。３５は昇降テ
ーブル３１に連結されたバランスウエイトであり、一定
荷重で被加工物に送りを与えるために設けられたもので
ある。３６は昇降テーブル３１上に設けられた加振装
置、３７は加振装置３６のモータ、３８は昇降テーブル
３１上に立設された軸受板である。

【００１８】図４はトラバーサの平面図である。トラバ
ーサ１３は、ボビン１０、１２と平行にフレーム２０に
架設されたガイドバー３９に摺動自在にスライド板４０
を設け、このスライド板４０の両端部に３個一組の溝車
群４１を設けたものである。上方の溝車の軸はボビン１
０、１２と平行であり、下方の溝車の軸はボビン１０、
１２に直角に設けられている。トラバーサ１３は、ワイ
ヤ１６の送り出し動作に応じてワイヤ１６の幅ずつ移動
し、巻取ボビン１２上でワイヤ１６が重ならないように
している。

【００１９】図５は加振装置の要部斜視図である。４３
は昇降テーブル３１に立設された軸受板３８に軸支され
た回転軸、４４は回転軸４３の基端に設けられたプー
リ、４５は図２で示したモータ３７のプーリとプーリ４
４とに巻架されたベルト、４６は回転軸４３の先端に設
けたクランク円板である。４７は昇降テーブル３１上に
平行に立設された支持ブラケット、４８は支持ブラケッ
ト４７に軸支された加振軸、４９は加振軸４８から横方
向に平行に伸びるアーム、５０はアーム４９の先端に架
設されたガイド軸、５１はガイド軸５０に摺動自在に嵌
挿されたスライダ、５２はスライダ５１に植設されたク
ランクピンであり、その先端部はクランク円板４６の偏
心孔に回転自在に挿通されている。５３は加振軸４８に
縦方向に設けられた揺動レバー、５４は揺動レバー５３
の先端に固定された加工台である。図２に示すモータ３
７を駆動するとクランク円板４６が一方向に回転し、ス
ライダ５１がガイド軸５０に沿って往復動して揺動レバ
ー５３を揺動させる。これにより加工台５４がワイヤ１
６の移動方向に揺動してワークに振動を与える。

【００２０】加工に際しては、加工台５４にワークを固
定し、振動を与えながら上昇させる。同時にサーボモー
タ１〜４、９、１１を駆動してワイヤ１６を一定速度で
移動する。加工台５４を上昇させてワークを加工ワイヤ
列１７に押圧し、所定の送りを与えながら切断又は溝加
工をする。ワークが厚くてワイヤ１６を全部繰り出して
も切断できないときは、加工台５４の送り動作を一旦停
止し、サーボモータ１〜４、９、１１を反転させて加工
を継続する。

【００２１】図６および図７は、この発明の装置に用い
られる長尺の固定砥粒ワイヤの製造装置を示した図であ
る。５７は材料ワイヤ６０の供給ビーム、５８は材料ワ
イヤを処理槽６２、６３、６４に順次導く案内溝車、５
９は製造された固定砥粒ワイヤの巻取ビームである。供
給ビーム５７から繰り出された材料ワイヤ６０は、銅製
の回転電極６１と接触して負に帯電し、アセトンで満た
された第１前処理槽６２と塩酸で満たされた第２前処理
槽６３を通過して表面に付着している汚れやサビが除去
され、メッキの付着力を高めるために表面が活性化され
る。前処理された材料ワイヤ６０は、下記のメッキ槽６
４を通過する間にダイヤモンド砥粒７２を電着され、巻
取ビーム５９で巻取られる。

【００２２】メッキ槽６４は、４個の仕切６５で５槽６
６〜７０に区画されており前槽６６と後槽７０との間に
３つの電着槽６７、６８、６９が設けられている。第１
電着槽６７と第３電着槽６９にはメッキ液７１が入って
おり、第２電着槽６８にはダイヤモンド砥粒７２とメッ
キ液７１が入っている。第２電着槽６８には錘７３が挿
入され、槽内のダイヤモンド砥粒の濃度（密度）を一定
に維持している。

【００２３】メッキ槽６４は、内面にテフロン膜７５を
貼付した２板の側板７６で仕切６５を両側から挟んだ構
造である。仕切６５には材料ワイヤ６０が通過する透孔
７７が設けられて材料ワイヤの通路が形成される。電着
槽６７、６８、６９には材料ワイヤの通路に沿って一定
間隔で円孔７８が設けられており、この円孔を閉塞する
ようにニッケル極板７９が側板７６に添設されている。
ニッケル極板７９は正に帯電しており、ニッケル極板か
ら溶出したニッケルイオンがテフロン膜７５を通って材
料ワイヤ６０に電着する。ダイヤモンド砥粒７２は、テ
フロン膜７５を通過することができず、ニッケルイオン
と共に材料ワイヤ６０に電着する。

【００２４】図８は上記装置で材料ワイヤ６０の表面に
ダイヤモンド砥粒７２が着床していく過程を模式的に示
したものである。材料ワイヤ６０が第１電着槽６７を通
過する間に第１メッキ層８４が薄く電着され、次に第２
電着槽６８で第１メッキ層８４の表面に第２メッキ層８
５が形成されると共にダイヤモンド砥粒７２が接触し、
第２メッキ層８５の成長に伴いダイヤモンド砥粒７２が
取り込まれ始める。このとき取り込まれたダイヤモンド
砥粒７２は第２メッキ層８５への埋没深さが浅いために
材料ワイヤ６０の移動に伴ってワイヤ６０の近傍にある
ダイヤモンド砥粒によって掻き落とされ、その結果第２
メッキ層８５の表面に多数の凹所８７を残す。この凹所
８７に次のダイヤモンド砥粒７２が落ち込み、第２メッ
キ層８５の成長に伴って凹所８７の深さが深くなって落
ち込んだ砥粒７２が掻き落とされ難くなり、最後に落ち
込んだ砥粒がワイヤ６０の表面に固定される。そして固
定されたダイヤモンド砥粒７２の間隙に第３電着槽６９
で第３メッキ層８６が施され、ダイヤモンド砥粒７２が
材料ワイヤ６０の表面に完全に固定される。

【００２５】

【発明の効果】以上のように、本発明の装置によれば、
遊離砥粒を用いないので清潔な加工が可能であり、長尺
の固定砥粒ワイヤの全長を有効に使って加工するのでワ
イヤの無駄がなく経済的である。そして加工中にワイヤ
に作用する応力を均一にできるのでワイヤの切断が起こ
り難くなり、交換期間が長くなって生産性が向上する。
さらに図示実施例の装置では、ワイヤが巻回されている
多数の多溝車を各個別に駆動することによってワイヤに
作用する応力を更に均一化しており、ワイヤの走行速度
を向上させることができ、ワークを振動させつつ加工す
ることによって加工速度を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ワイヤ走行部を示す斜視図

【図２】加工装置の正面図

【図３】加工装置の側面図

【図４】トラバーサの平面図

【図５】加振装置の要部斜視図

【図６】メッキ装置の断面図

【図７】メッキ装置の要部拡大斜視図

【図８】ワイヤへの砥粒の固定作用を示す説明図

【図９】従来のマルチワイヤソーを示す模式図

【図１０】従来の電着ダイヤモンドワイヤソーを示す模
式図

【符号の説明】

１〜４ サーボモータ ５〜８ 多溝車 10 送出しボビン 12 巻取ボビン 16 固定砥粒ワイヤ 17 加工ワイヤ列 19 テンションローラ 60 材料ワイヤ 72 ダイヤモンンド砥粒 80 硬脆材料 84 第１メッキ層 85 第２メッキ層 86 第３メッキ層

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 材料ワイヤ（６０）の表面にダイヤモン
   ド砥粒（７２）を電着してなる固定砥粒ワイヤ（１６）
   を２個のボビン（１０），（１２）の間に張架し、この
   ワイヤ（１６）を複数の多溝車（５）〜（８）に複数回
   巻回して加工ワイヤ列（１７）を形成し、この加工ワイ
   ヤ列を形成する複数本のワイヤでワークの複数箇所を同
   時加工する硬質脆性材料の加工装置において、ワイヤ
   （１６）の表面には、長尺の材料ワイヤ（６０）をメッ
   キ液を入れた第１電着槽（６７）、メッキ液とダイヤモ
   ンド砥粒とを入れた第２電着槽（６８）およびメッキ液
   を入れた第３電着槽（６９）に一方向に通過させること
   により、ダイヤモンド砥粒が介在しない薄い下層のメッ
   キ層（８４）とダイヤモンド砥粒を保持する上層のメッ
   キ槽（８５）、（８６）とが形成されており、ワイヤ
   （１６）は２個のボビン（１０），（１２）の一方から
   他方へと一定速度で一方向に繰出端まで走行するととも
   に繰出端においてワイヤ（１６）の走行方向が反転し、
   ボビン（１０），（１２）と複数の多溝車（５）〜
   （８）とを駆動して加工を行うことを特徴とする、硬質
   脆性材料の加工装置。
2. 【請求項２】 ２個のボビン（１０），（１２）間に張
   架されたワイヤ（１６）に設定された張力を付与する張
   力調整装置（１９）を備え、固定砥粒ワイヤ（１６）を
   巻回した複数の多溝車（５）〜（８）をそれぞれに設け
   たサーボモータ（１）〜（４）で各独立に駆動すること
   を特徴とする、請求項１記載の硬質脆性材料の加工装
   置。