JP3631857B2

JP3631857B2 - ワイヤーソー

Info

Publication number: JP3631857B2
Application number: JP22747096A
Authority: JP
Inventors: 斎藤　　弘; 正雄佐々木; 克己松井
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 1996-08-09
Filing date: 1996-08-09
Publication date: 2005-03-23
Anticipated expiration: 2016-08-09
Also published as: JPH1052817A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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。
【発明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、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】
本発明は、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】
本発明は、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ワイヤーソーである。
【０００９】
また本発明は、上記発明において被加工物に相対する２本の多溝ローラーが、すくなくとも溝部を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】
また本発明は、上記発明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、すくなくとも溝部を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】
【発明の実施の形態】
本発明は、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、配置することにより、ワイヤーソーの性能を向上させたものである。
【００１２】
以下本発明を実施例の第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セラミックスで形成されたセラミックス製多溝ローラーを採用するのが望ましい。本発明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。ここでのセラミックスは、アルミナ、ジルコニア、炭化珪素、窒化珪素などの硬質セラミックスが用いられる。
【００１５】
セラミックス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いので、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】
さらにセラミックス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、セラミックス製多溝ローラーは、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】
本発明において、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セラミックス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セラミックス製多溝ローラーによって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本共セラミックス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、樹脂製及びセラミックス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セラミックス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セラミックス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、スリップ時に際に起こるワイヤー溝の摩耗を抑えることができかつ、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は本発明の上記の第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がセラミックス製多溝ローラーで構成されている。
【００２７】
図３に本発明の第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はセラミックス製多溝ローラーで、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に本発明の第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。
【００２９】
図５に本発明の第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】
【発明の効果】
本発明は、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セラミックス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。
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】本発明の第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】本発明の第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】本発明の第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】本発明の第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】本発明の第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】セラミックス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

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。
被加工物に相対する２本の多溝ローラーが、すくなくとも溝部を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。
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、すくなくとも溝部を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。