JP3893349B2 - 超砥粒ワイヤソーによる切断方法 - Google Patents
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【発明が属する技術分野】
本発明は、超砥粒ワイヤソーによる切断方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来より超砥粒ワイヤソーの一例として、芯線にダイヤモンド砥粒を固着した、固定砥粒方式のダイヤモンドワイヤソーが提案されている。このワイヤソーは、切れ味が極めて良く、研削液と砥粒を混合したスラリーが不要であり、さらに水溶性もしくは不水溶性を問わず各種の加工液が利用できる。このため、飛散するスラッジによる機械およびその周辺の汚れが軽減され、作業環境を改善することができる。しかも、数Km以上の長尺のワイヤソーを製作できるので、マルチ切断が可能であり、スラリーを用いるマルチワイヤソーに比べ数倍以上の切断効率が得られる。固定砥粒方式のダイヤモンドワイヤソーとしては、ポリエチレン、ナイロン、ポリエステル等からなる素材若しくはこれら素材をガラス繊維、炭素繊維で補強した材料、またはピアノ線を芯線とし、この芯線の外周にダイヤモンド砥粒を合成樹脂接着剤又は電着で固着するものが提案されている。また、炭素繊維、アラミド繊維、アルミナ繊維、ボロン繊維、シリコンカーバイド繊維、若しくはシリコン−チタン−炭素−酸素系無機繊維等のモノフィラメント又はマルチフィラメントを芯線とし、この芯線の外周にダイヤモンド砥粒をメッキ又は合成樹脂バインダーで固着したものが提案されている。
【0003】
この超砥粒ワイヤソーは、例えば図1に示されるような切断装置に用いる。このワイヤソーを使った切断装置では、往復走行している多数本の超砥粒ワイヤソーに工作物を押しつけて、工作物を一度に多数枚に切り出す。この切断装置は、例えば、超硬合金、サーメット、セラミックス、Si、GaAsなどの半導体、ガラス、水晶などの単結晶、石材、耐火レンガ、タイル、樹脂材料、金属及びそれらの複合材料など広汎な材料の切断に用いられてきた。
具体的には図1に示すように、メインローラ5と6の外周面には工作物10の切断寸法に応じて溝が設けられている。超砥粒ワイヤソー1は、通常はリール2と9の外周面に巻かれている。一方のリール2からガイドローラ3と4を経由して取り出されたワイヤソー1は、メインローラ5と6の溝に順次巻き付けられ、ガイドローラ7と8を経由して、他方のリール9に巻き取られる。ワイヤソー1をリール2と9との間で往復走行させながら、多数本のワイヤソー1を工作物10に押しつけて工作物10を一度に多数枚に切り出す。このとき、メインローラ5と6の溝にはノズル11と12から加工液が供給される。
この装置を使った切断では、超砥粒ワイヤソーの張力安定が重要であり、通常、工作物とワイヤソーが接触して切断を行うメインローラ部の張力を一定かつ安定するように、ワイヤソーの繰り出しや巻き取りを行う構造になっている。
【0004】
従来の超砥粒ワイヤソーの張力は、芯線の外径が0.06〜0.25mm、超砥粒の粒径が30〜70μmのワイヤソーを用いて希土類合金を切断する際に、19.6〜39.2Nの張力を付与することが提案されている。(例えば、特許文献1参照)
【0005】
また、芯線の外径が0.18mmと0.14mm、砥粒の粒度が12/25μmと10/20μm及び8/16μm、結合材には感光性樹脂を用いた超砥粒ワイヤソーが提案されている。そして、超砥粒ワイヤソーの張力が切断装置の場所に関係なく、4Nで一定であることが提案されている。(例えば、非特許文献1参照)
【0006】
さらに、超砥粒ワイヤソーの張力値は開示されていないが、各リールとダンサローラーとの間に張力低減機構を設けているものがある。この張力低減機構は超砥粒ワイヤソーを周回させて案内するガイドローラーと、ガイドローラーを超砥粒ワイヤソーの走行方向へ回転させるために、超砥粒ワイヤソーの走行速度よりも遅い速度で回転する回転軸とを設ける。その回転軸とガイドラローラーとの間には滑りクラッチを介装するものである。この張力低減機構でリールから繰り出される超砥粒ワイヤソーの張力、及びリールに巻き取る張力を低減させてリールにかかる負荷の低減を図ることが提案されている。(例えば、特許文献2参照)
【0007】
【特許文献1】
特開2001−138205号公報(第2頁)
【非特許文献1】
2002年度砥粒加工学会学術講演会講演論文集(97頁〜98頁)
【特許文献2】
特開平8−71910号公報(第2〜3頁)
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
上記の文献には、ワイヤソーの切断に寄与する張力と、リールに巻き付ける張力を同じにすることが提案されているが、後者のコントロールについては言及されていない。超砥粒ワイヤソーで工作物をスライシングするには張力を出来る限り大きくしたほうが良好な切断寸法精度のものが得られる。しかしながら、リールに巻き付ける張力が大きくなると超砥粒ワイヤソー同士が擦れて結合材を損傷するという問題があった。
そこで、本発明の課題は、このような結合材の損傷を低減できる、超砥粒ワイヤソーによる切断方法を提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を行なった結果、超砥粒ワイヤソーの切断に寄与する張力と、リールに巻き付ける張力の比をコントロールすることによって、この課題が解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
本発明は、超砥粒を結合材により固着した超砥粒ワイヤソーによる切断方法であって、切断に寄与する超砥粒ワイヤソーの張力(T1)と、リールに巻き付ける超砥粒ワイヤソーの張力(T2)の比(T2/T1)が0.15〜0.4、切断に寄与する超砥粒ワイヤソーの張力(T1)は、芯線の抗張力の10%〜80%、リールに巻き付ける超砥粒ワイヤソーの張力(T2)は、芯線の抗張力の5%〜50%とするものである。
また、結合材として、レジンボンド、電着およびメタルボンドのいずれか1つを適用することができる。
【0010】
【発明の実施の形態】
前述のように、超砥粒ワイヤソーにおいては、超砥粒層にクラックなどの物理的ダメージを与えない最大の張力を超砥粒ワイヤソーに付与することにより、最も良好な工作物の寸法精度と、最大の切断効率が得られる。一方、リールに超砥粒ワイヤソーを巻き付けるときは、巻き付けたものが振動などにより、巻き乱れが生じない程度まで張力を下げる。これにより、超砥粒ワイヤソー同士の擦れ合いによる超砥粒層の損傷を低減するだけでなく、超砥粒の脱落がなくなる。
本発明では、切断に寄与する超砥粒ワイヤソーの張力(T1)と、リールに巻き付ける超砥粒ワイヤソーの張力(T2)の比(T2/T1)は、0.15〜0.4とする。切断に寄与する超砥粒ワイヤソーの張力(T1)は、芯線の抗張力の10%〜80%とする。好ましくは20%〜80%、より好ましくは30%〜80%とする。リールに巻き付ける超砥粒ワイヤソーの張力(T2)は、芯線の抗張力の5%〜50%とする。好ましくは5%〜40%、より好ましくは5%〜35%とする。
ここで、T2/T1が0.15未満の場合はリールに巻き乱れが生じ、また0.4を超える場合は超砥粒ワイヤソー同士の擦れ合いにより超砥粒層を損傷する。そしてT1が10%未満の場合は切断面にうねりを生じ、80%を超える場合は超砥粒の脱落を生じる。さらにT2が5%未満の場合はリールに巻き乱れが生じ、50%を超える場合は超砥粒ワイヤソー同士の擦れ合いにより超砥粒層を損傷する。
超砥粒ワイヤソーの結合材としては、たとえば、レジンボンド、電着およびメタルボンド等が挙げられる。なお、これらの結合材の中では耐摩耗性が最も劣るレジンボンドを適用した場合、本発明の顕著な効果が得られる。
【0011】
【実施例】
(実施例1)
フェノール樹脂塗料(昭和高分子製、BRP−5417をクレゾールにて溶解した塗料)と、平均粒径2.6μmのダイヤモンドフィラー(トーメイダイヤ株式会社製、IRM)と、粒径40/60μmのニッケル被覆ダイヤモンド砥粒(トーメイダイヤ株式会社製、IRM−NP)をそれぞれの固形分比が60容量%、5容量%、35容量%となるように均一に混合し、さらに、この混合物に溶剤のクレゾールを加えて、塗料中の溶剤量を50容量%とした。次に、この砥粒分散溶解液を外径0.18mm(抗張力82.2N)の銅めっきピアノ線に塗布し、内径0.28mmのダイスを通した後、炉内温度300度の焼き付け炉で焼き付け硬化させた。そして、外径0.24mm、レジンボンド層の厚み約20μmのダイヤモンドワイヤソーを得た。その後、T2=7.4N(抗張力の9%)の張力を与えながら、リールに巻き取った。
次に、このダイヤモンドワイヤソーを、図2に示すキャプスタン付きの切断機に装着し、リールに巻き取る張力を変更して、張力がレジンボンド層に及ぼす影響を以下の実験により調査した。その際の条件は以下の通りである。
(実験条件)
ダイヤモンドワイヤソーの走行速度:毎分800m、工作物無し
ダイヤモンドワイヤソーの走行方向:往復走行、424回往復
T2/T1の値 :0.4
切断部の張力(T1) :49.3N(抗張力の60%)
リール部の張力(T2) : 7.4N(抗張力の9%)
加工液 :水溶性加工液
張力を求めるには、日本電産シンポ株式会社製の張力測定器(ハンドヘルド型デジタルテンションメータ、DTMX−5B型)を用いた。例えば、切断部の張力(T1)を測定するには、切断機を止めた状態で、メインローラとメインローラのちょうど中間点付近の張力を測定する。工作物は取り付けずに、無負荷運転で424回の往復走行後、レジンボンド層の剥離した長さを目視で調査し、その長さを合計して累積剥離長さとした。
(実施例2〜9)
実施例1と同一仕様のダイヤモンドワイヤソーを用いた。実験条件は、T1、T2、T2/T1以外は実施例1と同一とした。
(比較例1〜7)
実施例1と同一仕様のダイヤモンドワイヤソーを用いた。実験条件はT1、T2、T2/T1以外は実施例1と同一とした。
【0012】
【表1】
【0013】
(実施例10)
粒径40/60μmのダイヤモンドをニッケルめっきにより、外径0.18mmの銅めっきピアノ線に固着した。ニッケルめっきには公知の砥粒電着装置を利用し、ニッケルめっきの厚みが約20μmの電着ダイヤモンドワイヤソーを得た。その後、7.4Nの張力を与えながら、リールに巻き取った。次に、この電着ダイヤモンドワイヤソーを、図2に示すキャプスタン付きの切断機に装着し、リールに巻き取る張力を変更して、張力がニッケルめっき層に及ぼす影響を実験により調査した。実験条件は、T1、T2、T2/T1以外は実施例1と同一とした。
(実施例11〜18)
実施例10と同一の電着ダイヤモンドワイヤソーを用いた。実験条件は、T1、T2、T2/T1以外は実施例1と同一とした。
(比較例8〜14)
実施例10と同一の電着ダイヤモンドワイヤソーを用いた。実験条件は、T1、T2、T2/T1以外は実施例1と同一とした。
【0014】
【表2】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように本発明の切断方法によれば、超砥粒ワイヤソー同士の擦れあいによる結合材の損傷が軽減される。これにより超砥粒ワイヤソーの良好な切れ味を長期間に渡って維持することができ、高能率かつ高精度の切断加工を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【図1】超砥粒ワイヤソー切断装置を示す概略図
【図2】実験に用いた超砥粒ワイヤソー切断装置を示す概略図
【符号の説明】
1 超砥粒ワイヤソー
2,9 リール
3,4,7,8, ガイドローラ
5,6 メインローラ
10 工作物
11,12 ノズル
13 超砥粒ワイヤソー
14,15 リール
16〜19 キャプスタン
20,21 メインローラ
22,23 ノズル
24 工作物
25,26 ガイドローラ
Claims (2)
- 銅を含む層で被覆されたピアノ線からなる芯線の表面に、超砥粒を結合材により固着した超砥粒ワイヤソーによる切断方法であって、
切断に寄与する超砥粒ワイヤソーの張力(T1)と、リールに巻き付ける超砥粒ワイヤソーの張力(T2)の比(T2/T1)は0.15〜0.4、
張力(T1)は上記芯線の抗張力の10%〜80%、
張力(T2)は上記芯線の抗張力の5%〜50%であることを特徴とする超砥粒ワイヤソーによる切断方法。 - 上記結合材は、レジンボンド、電着およびメタルボンドのいずれか1つであることを特徴とする請求項1に記載の切断方法。
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