JP3193312U - ワイヤーソー用使い捨て式金属製ボビン - Google Patents

Abstract

【課題】使い捨てに適すると同時に取り扱い性にも勝れた構成を有するワイヤーソー用使い捨て式金属製ボビンを提供する。【解決手段】ワイヤーソーが多層に巻き付けられる円筒状の胴部３と、胴部の軸線Ｌ方向の両端部に胴部の外周から軸線と直交する方向に突出するように形成された環状のフランジ部４とを有し、胴部とフランジ部とは、アルミニウム合金により一体に形成され、胴部両端の２つのフランジ部の、胴部外周面３ａから突出する高さＨは互いに等しく、また、２つのフランジ部の厚さＴは、フランジ部の高さ方向に一定であると共に互いに等しく、高さと厚さの比は１／２≦Ｈ／Ｔ≦２である。【選択図】図１

Description

本考案は、ワイヤーソーを巻き付けるための金属製ボビンに関するものであり、特に、１回の使用で廃棄する使い捨て式の金属製ボビンに関するものである。

シリコンウエハ等の半導体材料や、セラミックス材料、磁性材料などの脆弱性材料を切断する場合、ワイヤーソーが使用される。このワイヤーソーは、ピアノ線等の金属線を芯線として、その外周面に、多数のダイヤモンド砥粒を、レジンボンドや金属メッキ層などからなる結合材で固着することより製造されるもので、図６に示すように、製造されたワイヤーソー１０は、一定のテンションをかけた状態でボビン１１に多層に巻き付けられ、該ワイヤーソー１０が巻かれたボビン１１が製造工場から出荷される。

出荷された前記ボビン１１は、ワークの切断加工工場でワイヤーソー装置に装着され、該ボビン１１から前記ワイヤーソー１０が、切断加工のためのテンションをかけた状態で順次繰り出され、前記脆弱性材料の切断に使用される。

前記ワイヤーソー１０が全て繰り出されて空になった前記ボビン１１は、再び製造工場に戻され、新たに製造されたワイヤーソーが巻き付けられるといったように、繰り返し使用される。

その際、前記ボビン１１には、新たに製造されたワイヤーソー１０がテンションをかけられた状態で巻き付けられる際の締付力と、ワークの切断加工のために前記ワイヤーソー１０がテンションをかけられた状態で繰り出される際の締付力とが、繰り返し作用する。このため該ボビン１１は、図６に鎖線で示すように、胴部１１ａの中央部分が次第に縮径する方向に徐々に変形していき、それに伴って、該胴部１１ａの両端のフランジ部１１ｂが、内側に向けて傾斜する方向に次第に変形していくことになる。

その結果、新たに製造したワイヤーソー１０を前記ボビン１１に巻き付ける際や、切断加工時に該ボビン１１から前記ワイヤーソー１０を繰り出す際などに、前記胴部１１ａの端部の位置で該ワイヤーソー１０が傾斜した前記フランジ部１１ｂに接触し、該ワイヤーソー１０の巻き付けあるいは繰り出しが円滑に行われにくくなったり、該ワイヤーソー１０が擦れて損傷を受けたりし、最悪の場合には該ワイヤーソー１０が断線するなどの問題が生じ易かった。変形したボビン１１をワイヤーソー装置の支持部材に対して着脱する作業が困難になることも少なくなかった。

一方、前記ボビン１１の胴部１１ａを肉厚に形成して変形しにくくすると、前記ワイヤーソー１０を多層に巻き付ける際や、多層に巻かれたワイヤーソー１０を繰り出す際の締付力で、該ワイヤーソー１０の層が圧縮されて左右方向（ボビンの軸線Ｌ方向）の力が発生し、この力がフランジ部１１ｂに作用して該フランジ部１１ｂが外側に変形することもあった。

また、従来のボビンは、鉄で形成されていたり、特許文献１に記載されているようにクロム・モリブデン鋼あるいは炭素鋼等で形成されているため、高価で重量が非常に重く、経済性の観点から最使用回数をできるだけ多くする必要上、前記変形の問題が生じ易いばかりでなく、前記ワイヤーソー装置に装着してモーターで高速駆動する際に、駆動力の大きいモーターを使用する必要があるなどの問題もあった。

実用新案登録第３１５４００１号公報

本考案は、ボビンを繰り返し使用している間に徐々に変形するという従来の問題点に鑑み、該ボビンを使い捨て式にすることによって前記問題点を解決しようというもので、使い捨てに適すると同時に取り扱い性にも勝れた構成を有する金属製ボビンを提供することを目的とするものである。

前記目的を達成するため、本考案によれば、ワイヤーソーが多層に巻き付けられる円筒状の胴部と、該胴部の軸線方向の両端部に該胴部の外周面から前記軸線と直交する方向に突出するように形成された環状のフランジ部とを有し、前記胴部と前記フランジ部とは、アルミニウム合金により一体に形成され、前記胴部の両端の２つのフランジ部の、該胴部の外周面から突出する高さは、互いに等しく、また、前記２つのフランジ部の厚さは、該フランジ部の高さ方向に一定であると共に互いに等しく、前記フランジ部の高さＨと厚さＴとの比は１／２≦Ｈ／Ｔ≦２であることを特徴とするワイヤーソー用使い捨て式金属製ボビンが提供される。

本考案の一つの構成態様によれば、前記胴部の厚さは、前記フランジ部の厚さより小さいが、該フランジ部の厚さの１／２より大きいことが望ましく、また、前記フランジ部の高さは、該フランジ部の厚さより大きいことが望ましい。

本考案の他の構成態様によれば、前記胴部の厚さは、前記フランジ部の厚さより大きいことが好ましく、より好ましくは前記フランジ部の厚さの２倍以上あることである。
本考案において、前記フランジ部の高さは該フランジ部の厚さと等しくても良い。

また、本考案において好ましくは、前記胴部の外周面と前記フランジ部の内側面とが連なるコーナー部分は円弧状の曲面に形成されていて、該曲面の曲率半径をＲ、前記胴部に巻かれるワイヤーソーの線径をＤ、巻きピッチをＰとしたとき、前記曲率半径Ｒは、Ｄ＋Ｐ＞３Ｒ／２を満足することである。

本考案の金属製ボビンは、アルミニウム合金により形成されているので、鉄やクロム・モリブデン鋼あるいは炭素鋼等で形成された従来のボビンに比べて非常に安価であり、しかも、フランジ部の厚さを該フランジ部の高さ全体に渡って一定にすると共に、該フランジ部の高さＨと厚さＴとの比を１／２≦Ｈ／Ｔ≦２としたことにより、１回だけの使用時に、該ボビンの胴部に、ワイヤーソーをテンションをかけて巻き付ける際の締付力や、ワークの切断加工時に該ワイヤーソーをテンションをかけて繰り出す際の締付力等が作用しても、前記胴部の変形による前記フランジ部の傾きが生じにくいため、使い捨てタイプのボビンとして好適である。
また、本考案のボビンは、前記従来のボビンに比べて非常に軽量であるため、取り扱い易く、ワイヤーソー装置に駆動力の小さいモーターを使用することができる。

本考案に係る金属製ボビンの第１実施形態を示す断面図である。 図１の側面図である。 図１の要部拡大図である。 本考案に係る金属製ボビンの第２実施形態を示す断面図である。 図３の側面図である。 従来のボビンの断面図である。

図１及び図２は、本考案に係るワイヤーソー用使い捨て式金属製ボビンの第１実施形態を示すものである。このボビン１Ａは、全体として中空状をなすもので、ワイヤーソー２（図３参照）を多層に巻き付けるための円筒状をした胴部３と、該胴部３の軸線Ｌ方向両端部にそれぞれ形成された環状のフランジ部４とを有し、これら胴部３とフランジ部４とが、アルミニウム合金を素材として鋳造により一体成型されている。

前記胴部３の外径ｄは、全長にわたって均一であり、前記フランジ部４は、該胴部３の外周面３ａから、該胴部３の半径方向外側に向けて、該胴部３の外周面３ａに対して直角（従って前記軸線Ｌに対して直角）に突出している。
また、前記ボビン１Ａの内孔５は、前記胴部３の内部を軸線Ｌ方向に延びる中央部分５ａと、前記ボビン１Ａの両端に前記フランジ部４の内部の位置で開口する孔端部分５ｂとを有し、該中央部分５ａと孔端部分５ｂとで孔径が異なっており、該孔端部分５ｂの孔径は前記中央部分５ａの孔径より小径に形成されている。

前記フランジ部４の内側面４ａ及び外側面４ｂは、前記軸線Ｌに対して直交する平面であり、従って該フランジ部４の厚さＴは、該フランジ部４の前記胴部３の外周から突出する高さＨ全体に渡って一定である。また、該フランジ部４の前記厚さＴ及び高さＨは、胴部３の両端の２つのフランジ部４，４相互間で互いに等しく、該フランジ部４の高さＨと厚さＴとの比は、１／２≦Ｈ／Ｔ≦２の範囲内にあるように設定されている。
前記フランジ部４の厚さＴ、高さＨ、及び胴部３の厚さｔの好ましい数値の一例は、Ｔ＝２０ｍｍ、Ｈ＝３１．５ｍｍ、ｔ＝１４ｍｍであるが、これ以外の数値であっても良いことは勿論である。

前記フランジ部４の高さＨと厚さＴとをこのような関係に設定することにより、フランジ部４の高さＨが従来のボビンに比べて低く形成されることでワイヤーソー２の巻き重ね層数が減少することも相俟って、前記ボビン１Ａに、製造されたワイヤーソー２をテンションをかけて巻き付ける際の締付力や、ワークの切断加工時に該ワイヤーソー２をテンションをかけて繰り出す際の締付力等が作用しても、前記胴部３の変形によるフランジ部４の傾きは生じにくくなり、該ボビン１Ａは、１回の使用に対する耐久性を十分備えることになる。この場合に好ましくは、前記胴部３の厚さｔを、前記フランジ部の厚さＴより小さくても、該フランジ部の厚さＴの１／２より大きく形成しておくことである。

また、前記ボビン１Ａは、従来のボビンに比べて軽量であるため、取り扱い易く、ワイヤーソー装置に駆動力の小さいモーターを使用することができる。

一方、前記ボビン１Ａは、図３に示すように、胴部３の外周面３ａと前記フランジ部４の内側面４ａとが連なるコーナー部分が、円弧状の曲面６に形成されているが、この曲面６の曲率半径Ｒが大きい場合、多層に巻いたワイヤーソー２の上層部分が下層部分に潜り込み易くなり、巻崩れを生じるだけでなく、下層に潜り込んだワイヤーソー２を無理やり引き出そうとすると、大きな張力が作用して断線に至ることもある。

そこで、前記曲率半径Ｒはできるだけ小さいことが望ましく、その大きさは、例えば、ワイヤーソー２の線径をＤ、巻きピッチをＰとしたとき、Ｄ＜Ｐ≦５Ｄ、即ち２Ｄ＜Ｄ＋Ｐ≦６Ｄを満足する大きさであることが必要であり、このことから、前記曲率半径Ｒは、Ｄ＋Ｐ＞３Ｒ／２を満足する大きさであることが望ましいと言える。
これにより、多層に巻いたワイヤーソー２の上層部分が下層部分に潜り込むのが防止されるため、巻崩れが発生しないだけでなく、下層に潜り込んだワイヤーソー２を無理やり引き出そうとすることによる断線も防止される。

図１及び図２中の符号７は、前記フランジ部４の外面に軸線Ｌに対して対象位置を占めるように形成されたケリ穴で、前記ワイヤーソー２をボビン１Ａに巻き付ける際に駆動装置に係止させるためのものである。

図４及び図５は、本考案に係る金属製ボビンの第２実施形態を示すもので、この第２実施形態のボビン１Ｂが前記第１実施形態のボビン１Ａと相違する点は、胴部３の厚さｔがフランジ部の厚さＴより大きく、約２倍以上に形成されていること、及び、前記フランジ部４の高さＨが該フランジ部の厚さＴと等しく形成されていることである。好ましい具体的な数値例としては、前記胴部３の厚さｔが６０ｍｍ、前記フランジ部の厚さＴが２０ｍｍ、高さＨが２０ｍｍである。

また、前記ボビン１Ｂの内孔５は、前記胴部３の内部に位置する中央部分５ａの孔径より、前記ボビン１Ｂの両端に開口する孔端部分５ｂの孔径が、大径に形成されている。さらに、前記ボビン１Ｂの両端面は、軸線Ｌ方向外側に向けて段階的に小径化されている。

この第２実施形態のボビン１Ｂでは、前記胴部３の厚さｔが前記フランジ部の厚さＴより厚く形成されているため、ワイヤーソー２を多層に巻き付ける際の締付力や、多層に巻き付けられたワイヤーソー２を繰り出す際の締付力が作用しても、前記胴部３はより変形しにくい。このため、前記第１実施形態の場合より、前記胴部３の変形によるフランジ部４の傾きは一層生じにくくなっており、より耐久性に勝れる。

また、前記ワイヤーソー２の巻き付け時や繰り出し時に、該ワイヤーソー２の層が圧縮されることにより左右方向（軸線Ｌ方向）の力が発生し、この力がフランジ部４に外向きに作用しても、前記フランジ部４の高さＨと厚さＴとが等しく形成されているため、該フランジ部４の強度が保たれ、外向きに変形することがない。

１Ａ，１Ｂ ボビン
２ ワイヤーソー
３ 胴部
３ａ 外周面
４ フランジ部
４ａ 内側面
６ 曲面
Ｌ 軸線
ｔ 胴部の厚さ
Ｔ フランジ部の厚さ
Ｈ フランジ部の高さ
Ｄ ワイヤーソーの線径
Ｐ ワイヤーソーのピッチ
Ｒ 曲率半径

Claims (7)

1. ワイヤーソーが多層に巻き付けられる円筒状の胴部と、該胴部の軸線方向の両端部に該胴部の外周から前記軸線と直交する方向に突出するように形成された環状のフランジ部とを有し、
   前記胴部と前記フランジ部とは、アルミニウム合金により一体に形成され、
   前記胴部の両端の２つのフランジ部の、該胴部の外周面から突出する高さは、互いに等しく、また、前記２つのフランジ部の厚さは、該フランジ部の高さ方向に一定であると共に互いに等しく、前記フランジ部の高さＨと厚さＴとの比は１／２≦Ｈ／Ｔ≦２である、
   ことを特徴とするワイヤーソー用使い捨て式金属製ボビン。
2. 前記胴部の厚さは、前記フランジ部の厚さより小さいが、該フランジ部の厚さの１／２より大きいことを特徴とする請求項１の記載の金属製ボビン。
3. 前記フランジ部の高さは該フランジ部の厚さより大きいことを特徴とする請求項２に記載の金属製ボビン。
4. 前記胴部の厚さは、前記フランジ部の厚さより大きいことを特徴とする請求項１の記載の金属製ボビン。
5. 前記胴部の厚さは前記フランジ部の厚さの２倍以上であることを特徴とする請求項４に記載の金属製ボビン。
6. 前記フランジ部の高さは該フランジ部の厚さと等しいことを特徴とする請求項４又は５に記載の金属製ボビン。
7. 前記胴部の外周面と前記フランジ部の内側面とが連なるコーナー部分は円弧状の曲面に形成されていて、該曲面の曲率半径をＲ、前記胴部に巻かれるワイヤーソーの線径をＤ、巻きピッチをＰとしたとき、前記曲率半径Ｒは、Ｄ＋Ｐ＞３Ｒ／２を満足することを特徴とする請求項１から６の何れかに記載の金属製ボビン。

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