JP3034683U - ワイヤーソー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ワイヤーソーによる加工において、被加工物
の加工精度をよくするとともに、被加工物の歩留まりを
向上させ、加工速度を早くし、かつ、多溝ローラー寿命
の長いワイヤーソーを提供する。 【解決手段】 表面に複数のワイヤー溝を備えた多溝ロ
ーラーに加工用ワイヤ−を張設し、該ワイヤ−を移動さ
せて被加工物を加工するワイヤ−ソ−で、かつ該多溝ロ
ーラーを３本以上備えたワイヤーソーにおいて、該多溝
ローラーのすくなくとも溝部が合成樹脂で構成された樹
脂製多溝ローラーと、該多溝ローラーのすくなくとも溝
部がアルミナ含有量９０％のセラミックスで構成された
セラミックス製多溝ローラーの２種類の該多溝ローラー
が取り付けられていることを特徴とする。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【考案の属する技術分野】

本考案は、シリコン、磁性体、水晶等に切断、溝入等の加工を行うワイヤーソ ーに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

ワイヤーソーは、ワイヤーを張設した複数の多溝ローラーを備えており、該多 溝ローラーを回転させて該ワイヤーを直線運動させることにより、シリコン、磁 性体、水晶、セラミックス等の被加工物（ワーク）を切断、溝入等の加工をする 装置である。 従来からワイヤーソー用の多溝ローラーとして、表面の溝部をナイロン、ウレ タン等の合成樹脂からなるロ−ラ−が広く用いられて来たが、溝部の摩耗が激し いことや熱膨張による寸法精度の保持が困難であることなどの問題があり、その 解決のため溝部をセラミックス等の高硬度物体とした多溝ローラーを三角形状に 配置したワイヤーソーが提案されている（特開昭６３−２３７８６３）。

【０００３】 しかし、このワイヤーソーは三角形状に配置された３本のローラーはいずれも 溝部がセラミックス等の高硬度物体で形成されており、次のような問題がある。

【考案が解決しようとする課題】

【０００４】 溝部をセラミックス等で形成した如きセラミックス製多溝ローラーの場合は、 ワイヤー溝がセラミックスであるため、合成樹脂等と比較して非常に硬い。その ためワイヤー溝の摩耗は少ないが、溝部に荷重が加わったときにワイヤー溝の変 形がほとんど無いため、多溝ローラーの揺れ等による偏荷重がかかった場合には ローラーの方で緩衝吸収することが出来ず、すべてワイヤーにかかることになり 、ワイヤーの脱線、断線が発生しやすい。一旦ワイヤーの脱線、断線が発生する と加工中の被加工物を駄目にしてしまうことが多い。 しかも、該多溝ローラーの硬さから、ワイヤーのビビリ、各ワイヤーの張力 の急激な変動などをローラーにおいて吸収出来ないため、その影響により加工中 に、被加工物に小さな欠け、バリ等が発生し易い。

【０００５】 又、ワイヤーソーが、ワイヤーの往復運動により被加工物を切断、溝入が可能 な装置において、セラミックス製多溝ローラーを使用したワイヤーソーでは、溝 部を合成樹脂等で形成した樹脂製多溝ローラーを使用したワイヤーソーと比較し てローラー溝部とワイヤーとの摩擦力が小さい為、多溝ローラーを正逆反転する 際に、ワイヤーソーの動きと直結したドライブ用多溝ローラーの動きにワイヤー 等が、正確に追従出来ず、ワイヤーと多溝ローラー間でスリップをおこす。この スリップによりワイヤー、砥粒、ワイヤー溝がこすれあって、該多溝ローラーの ワイヤー溝の摩耗の原因ともなっている。従って、素早く反転出来ないためドラ イブ用多溝ローラーの反転速度を遅くしなければならず、加工が遅くなる。 しかも、樹脂製多溝ローラーと比較して、セラミックス製多溝ローラーは、重 量も重いため慣性力が大きくなり、素早い反転が出来ない原因の一つとなってい る。また、ワイヤーと多溝ローラー間にスリップが発生すると、ワイヤーにビビ リが発生して、これによって被加工物に欠け・バリを生ずると共に加工精度も悪 くなる。このことも、多溝ローラーを早く反転出来ない原因の１つである。

【０００６】 さらに近年では、被加工物の加工代を少なくするためワイヤー径を細くしたり 、要求加工精度も高く、加工速度も早くするためによりワイヤーに高張力をかけ るようになり、またセラミックス製多溝ローラーについても、溝の深さを浅くす る、あるいは溝のピッチを小さくする等の傾向があって、前述の問題点がより重 大な問題となっている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

本考案は、上記事情に鑑み、ワイヤーソーによる加工において、被加工物の加 工精度をよくするとともに、被加工物の歩留まりを向上させ、加工速度を早くし 、かつ、多溝ローラー寿命の長いワイヤーソーを以下の手段により構成した。

【０００８】 本考案は、表面に複数のワイヤー溝を備えた多溝ローラーに加工用ワイヤ−を 張設し、該ワイヤ−を移動させて被加工物を加工するワイヤ−ソ−で、かつ該多 溝ローラーを３本以上備えたワイヤーソーにおいて、該多溝ローラーのすくなく とも溝部が合成樹脂で構成された樹脂製多溝ローラーと、該多溝ローラーのすく なくとも溝部がアルミナ含有量９０％以上のセラミックスで構成されたセラミッ クス製多溝ローラーの２種類の多溝ローラーが取り付けられていることを特徴と するワイヤーソーである。

【０００９】 また本考案は、上記考案において被加工物に相対する２本の多溝ローラーが、 すくなくとも溝部がアルミナ含有量９０％以上のセラミックスで構成されたセラ ミックス製多溝ローラーであることを特徴とするワイヤーソーである。

【００１０】 また本考案は、上記考案において多溝ローラーに張設した加工用ワイヤーに駆 動力を与える多溝ローラーが、すくなくとも溝部が合成樹脂で構成された樹脂製 多溝ローラーであることを特徴とするワイヤーソーである。

【００１１】

【考案の実施の形態】

本考案は、セラミックス製および樹脂製の２種類の多溝ローラーが、全く違っ た特性を有していることに着目し、１装置内で１種類の多溝ローラーを使用する のではなく、装置内の各部位の多溝ローラーに要求される機能を有した、多溝ロ ーラーを適選、配置するとともに、出願人が先に発明した、多溝部分の加工に際 してチッピングを生ずることがなく、溝の深さが小さく、あるいは溝のピッチが 小さい場合でも断線、脱線が発生することなく、被加工物の精度が得られる、す くなくとも溝部がアルミナの含有量９０％以上のセラミックスで構成されたセラ ミックス製多溝ローラー（特願平８−１０２４０９参照）を使用することによっ て、ワイヤーソーの性能を向上させたものである。

【００１２】 以下本考案を実施例の第１図に基づき説明する。第１図はワイヤーソーの多溝 ローラー部分を示すものである。被加工物３に相対する２本のヘッド用多溝ロー ラー１ａ、１ｂと、これらのヘッド用ローラーの上方に１本のドライブ用多溝ロ ーラー２が設けられている。これらの多溝ローラー間には加工用ワイヤー４が張 設されている。ドライブ用多溝ローラー２には駆動用モーター（図示せず）が連 結しており、該駆動用モーターによってドライブ用多溝ローラー２が回転をする と多溝ローラー間に張設されている加工用ワイヤー４が移動運動する。ヘッド用 ローラー１ａ、１ｂ間に張設された加工用ワイヤーに当接するように設置された 被加工物３は、加工用ワイヤー４の移動運動によって切断・溝入等の加工がなさ れる。この際被加工物３は加工物台５、もしくは多溝ローラーが移動することに より、非加工物に砥液とワイヤーを押しつけながら加工は進行する。

【００１３】 この実施例において、被加工物３に相対する２本の多溝ローラーすなわちヘッ ド用多溝ローラー１ａ、１ｂにはワイヤー溝部がセラミックス（アルミナ）で形 成されたセラミックス製多溝ローラーが採用され、ドライブ用多溝ローラー２に はワイヤー溝部が合成樹脂（ナイロン）で形成された樹脂製多溝ローラーが採用 され ている。

【００１４】 被加工物３に相対する２本のヘッド用多溝ローラー１ａ、１ｂは、ワイヤー溝 の精度が被加工物の加工精度に大きく影響を及ぼす。よって、ヘッド用多溝ロー ラーは、少なくともワイヤー溝部がアルミナ含有量９０％以上のセラミックスで 構成されたセラミックス製多溝ローラー（以下、アルミナ製多溝ローラーという ）を使用する。本考案で使用するセラミックス製多溝ローラーはすべての部位が 、セラミックスで形成されていてもよいし、ワイヤー溝部をセラミックスで形成 し、他は金属等の他部材で形成したもの（例えば特開昭６３−２３７８６３記載 の多溝ローラー）であってもよい。アルミナ製多溝ローラーを使用すると、他の 材質例えば炭化けい素、サファイアなどを使用したローラーに較べ材料コストに 加え、溝加工工数が少なく低コストであるうえ、溝の形状が極めて精度の高いも のであるため被加工物の加工精度は極めて高く、またワイヤーソーによる加工時 のワイヤーの脱線、断線も回避される効果がさらに大きくなる。

【００１５】 次にアルミナ製多溝ローラーを用いることにより、表１に示すとおり樹脂製多 溝ローラーより熱膨脹係数が非常に小さいため、温度変化に対するワイヤー溝の ピッチの変化が小さく、またワイヤー溝部が硬いためワイヤーの張力によるワイ ヤーソー溝の変形が極めて小さく、ワイヤー溝のピッチがワイヤーの張力によっ て変わらないという効果が発揮される。

【００１６】

【表１】

【００１７】 さらにアルミナは耐摩耗性が高い為、溝形状を樹脂製多溝ローラーより長時間 正確に維持できる。実験の結果、アルミナ製多溝ローラーは、図６に示すとおり 、多溝ローラーの軸芯に対してラジアル方向のみに摩耗が進んでいくことが判り 、ある程度ワイヤー溝の摩耗が進んでも溝ピッチ精度は、狂わず長時間安定した 精度で、被加工物を加工することが可能である。

【００１８】 一方、樹脂製多溝ローラーは、図７に示すとおりワイヤー溝の摩耗が、多溝ロ ーラーの軸芯に対してラジアル方向だけではなくアキシャル方向にも摩耗してい く為、ワイヤー溝のピッチが狂ってしまい、被加工物の加工精度がすぐに悪くな ってしまうという欠点がある反面、硬さが小さいためワイヤー溝部に偏荷重等が かかってもある程度ワイヤー溝部にて吸収が可能であり、またワイヤー溝部にお けるワイヤーとの摩擦力はセラミックスに比べ樹脂の方が大きい利点がある。

【００１９】 本考案において、２本のヘッド用多溝ローラーを含むすべて多溝ローラーにア ルミナ製多溝ローラーを採用した場合、表１に示すように弾性係数が１桁以上の 差があり樹脂に比べワイヤー溝の変形が少ないため、多溝ローラーの揺れ、ワイ ヤーのビビリ、各ワイヤーの張力の急激な変化等をアルミナ製多溝ローラーによ って完全に吸収する事が出来ない。よって発生する偏荷重のすべてをワイヤーで 受けなければならないためワイヤーの脱線、断線もしくは、被加工物の加工面の ビビリ、バリ等の発生の原因となる。

【００２０】 そこで２本のヘッド用多溝ローラー以外の少なくとも１本を樹脂製多溝ローラ ーにする事により、該樹脂製多溝ローラーがクッション材となり、ワイヤー脱線 断線又、被加工物の加工面のビビリ、バリなどの発生を抑えることができる。

【００２１】 実際に多溝ローラーが３本であるワイヤーソーを使用して非加工物の磁性体を 切断した結果、３本共アルミナ製多溝ローラーを使用したワイヤーソーの場合、 ５μｍ以下の大きさの欠けが加工後の磁性体に数カ所確認された。しかし、２本 のヘッド用多溝ローラー以外に１本樹脂製多溝ローラーを装着したワイヤーソー による同条件の加工を行った結果、欠け等は全く発生しなかった。

【００２２】 つぎに、多溝ローラーとワイヤーとの摩擦力について検討した。多溝ローラー の外径が１００ｍｍで６０°のＶ型ワイヤー溝に４種類の荷重をかけた、直径 ０．１４ｍｍのワイヤーを用い、樹脂製及びアルミナ製多溝ローラーとワイヤー との摩擦力を調べた結果、表２の結果となり、樹脂製多溝ローラーの方がアルミ ナ製多溝ローラーより１００〜２００ｇ／本摩擦力が大きいことが判明した。 仮に、多溝ローラー１本当たり３００本のワイヤーを巻いた場合、樹脂製多溝 ローラーとアルミナ製多溝ローラーとの摩擦力の差は、３０〜６０kgと大きな値 となる。

【００２３】

【表２】

【００２４】 以上のことから、ワイヤーソーがワイヤーを往復反転運動をさせながら、被加 工物を切断等の加工をする構造である場合においては、樹脂製多溝ローラーをド ライブ用多溝ローラーに使用すると次のような効果を発揮する。反転時に大きな 伝達力を必要とするドライブ用多溝ローラーに摩擦力の大きい樹脂製多溝ローラ ーを使用することにより、反転時のワイヤーと該ドライブ用多溝ローラーとのス リップの発生を抑えることができる。 スリップが発生しないため、スリップの際に起こるワイヤー溝の摩耗を抑える ことが出来、かつ反転速度を早くすることが出来るため、加工速度も早くなる。 又、スリップが発生するとワイヤーがビビリ、それが被加工物の加工面にビビリ 、欠け等を発生させる要因の１つになっていたが、それも抑えることが出来る。

【００２５】 更に表１に示すとおり、樹脂はセラミックスより比重が軽いため、１装置内の すべての多溝ローラー重さの合計も軽くなる。よって慣性力も小さくなり、上記 の効果がさらに大きくなる。

【００２６】 以上は、図１に示す実施例に基づいて説明したが、他の実施例について以下記 載する。 図２は本考案の上記の第１実施例の多溝ローラー部分を示す。多溝ローラーを ３本使用しするワイヤーソーで、１本のドライブ用多溝ローラー２が樹脂製多溝 ローラーで、非加工物３に相対する２本のヘッド用多溝ローラー１ａ、１ｂがア ルミナ製多溝ローラーで構成されている。

【００２７】 図３に本考案の第２実施例の多溝ローラー部分を示す。第１実施例の多溝ロー ラーの配置を上下逆位置にした構造になっており、上方に非加工物３およびそれ に相対して２本のヘッド用多溝ローラー１ａ、１ｂが配置され、該２本のヘッド 用多溝ローラー１ａ、１ｂはアルミナ製多溝ローラーで、下方の１本のドライブ 用多溝ローラー２は樹脂製多溝ローラーで構成されている。

【００２８】 図４に本考案の第３実施例の多溝ローラー部分を示す。多溝ローラーを４本使 用するワイヤーソーであって、下方に被加工物３を、それに相対してヘッド用多 溝ローラー１ａ、１ｂが配置され、上方ドライブ用多溝ローラー２ａおよびガイ ド用多溝ローラー２ｂがそれぞれ１本が配置され、ヘッド用多溝ローラー１ａ、 １ｂはアルミナ製多溝ローラーで、他の２本の多溝ローラー２ａ、２ｂは樹脂製 多溝ローラーで構成されている。

【００２９】 図５に本考案の第４実施例の多溝ローラー部分を示す。多溝ローラーを４本使 用するワイヤーソーであって、第３実施例の配置を上下逆にしたものである。第 ３実施例に準じてヘッド用多溝ローラー１ａ、１ｂはセラミックス製多溝ローラ ーで、他の２本の多溝ローラー２ａ、２ｂは樹脂製多溝ローラーで構成されてい る。

【００３０】

【考案の効果】

本考案は、ワイヤーソーの１装置内において、樹脂製多溝ローラーとアルミナ 製多溝ローラーを組み合わせ、適選配置することにより、次の様な顕著な効果を 奏する。 他材質の他溝ローラーに較べ低コストで、かつワイヤー溝のピッチ精度が向上 することにより、被加工物の精度が向上する。樹脂製及びセラミックス製多溝ロ ーラーの対摩耗性が向上する。ワイヤーの脱線、断線を起こしにくくなる。被加 工物の欠け、ビビリ等が減少する。多溝ローラーの反転動作が早く出来、結果加 工時間が短くなる。被加工物の歩留まりが向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の第１実施例のワイヤーソーの多溝ロー
ラー部分の要部を示す斜視図である。

【図２】本考案の第１実施例のワイヤーソーの多溝ロー
ラー部分の概要を示す説明図である。

【図３】本考案の第２実施例のワイヤーソーの多溝ロー
ラー部分の概要を示す説明図である。

【図４】本考案の第３実施例のワイヤーソーの多溝ロー
ラー部分の概要を示す説明図である。

【図５】本考案の第４実施例のワイヤーソーの多溝ロー
ラー部分の概要を示す説明図である。

【図６】アルミナ製多溝ローラーのワイヤー溝断面の概
略図ある。

【図７】樹脂製多溝ローラーのワイヤー溝断面の概略図
ある。

【符号の説明】

１ａ、１ｂ ヘッド用多溝ローラー ２，２ａ ドライブ用多溝ローラー ２ｂ ガイド用多溝ローラー ３ 被加工物 ４ ワイヤー ５ 砥液供給装置 ６ 加工物台

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 表面に複数のワイヤー溝を備えた多溝ロ
   ーラーに加工用ワイヤ−を張設し、該ワイヤ−を移動さ
   せて被加工物を加工するワイヤ−ソ−で、かつ該多溝ロ
   ーラーを３本以上備えたワイヤーソーにおいて、該多溝
   ローラーのすくなくとも溝部が合成樹脂で構成された樹
   脂製多溝ローラーと、該多溝ローラーのすくなくとも溝
   部がアルミナ含有量９０％以上のセラミックスで構成さ
   れたセラミックス製多溝ローラーの２種類の多溝ローラ
   ーが取り付けられていることを特徴とするワイヤーソ
   ー。
2. 【請求項２】 被加工物に相対する２本の多溝ローラー
   が、すくなくとも溝部がアルミナの含有量９０％以上の
   セラミックスで構成されたセラミックス製多溝ローラー
   であることを特徴とする請求項１記載のワイヤーソー。
3. 【請求項３】 多溝ローラーに張設したワイヤーに駆動
   力を与える多溝ローラーが、すくなくとも溝部が合成樹
   脂で構成された樹脂製多溝ローラーであることを特徴と
   する請求項１、２記載のワイヤーソー。