JP4014439B2

JP4014439B2 - ワイヤソー用滑車及びそれを用いたワイヤソー

Info

Publication number: JP4014439B2
Application number: JP2002131777A
Authority: JP
Inventors: 一久福永
Original assignee: Asahi Diamond Industrial Co Ltd
Current assignee: Asahi Diamond Industrial Co Ltd
Priority date: 2002-05-07
Filing date: 2002-05-07
Publication date: 2007-11-28
Anticipated expiration: 2022-05-07
Also published as: JP2003326450A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワイヤソー用滑車及びそれを用いたワイヤソーに関する。さらに詳しくは、本発明は、半導体材料、磁性材料、セラミックスなどの硬脆材料を高精度に溝入れ加工や、切断加工するワイヤソーに用いられる、寿命を向上させた多溝滑車などのワイヤソー用滑車、及び前記ワイヤソー用滑車を用いてなる被加工物の高精度の溝入れ加工や、切断加工が可能なワイヤソーに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、磁気ヘッドの振動子の溝入れ、切断、あるいはセラミックスやシリコンウエーハの切断など、硬脆材料の精密加工には、ワイヤソーが用いられている。このワイヤソーを用いる溝入れや切断方法としては、被加工物とワイヤの摺動部に遊離砥粒を供給しながら、溝入れや切断を行う方式と、ワイヤの表面に直接砥粒が固着された固定砥粒ワイヤソーを用いる方式がある。
前記ワイヤソーは、遊離砥粒を供給する方式では、一般に、表面にワイヤガイド用溝が多数設けられた多溝滑車（多溝ローラ）と、該多溝滑車の多数の溝に平行に多条配列されたワイヤと、該ワイヤ巻き付け用単溝滑車（ワイヤ巻き付け用プーリ）、すなわち該ワイヤを送り出すための単溝滑車（ワイヤ送り出し用プーリ）及び該ワイヤを巻き取るための単溝滑車（ワイヤ巻き取り用プーリ）と、ワイヤガイド用単溝滑車（ワイヤガイド用プーリ）と、遊離砥粒とを主要構成要素とするものである。
図１は、ワイヤソーを用いて被加工物を溝入れ又は切断加工する方法の１例を示す説明図である。ワイヤが巻き付けられたワイヤ送り出し用プーリ１１から送り出されたワイヤ１２は、回転可能に取り付けられた多溝ローラ１３ａ及び１３ｂの溝に案内され所定のピッチで多条配列され、ワイヤ巻き取り用プーリ１４で巻き取られる。この多条配列されたワイヤ１２を、被加工物１５に対して平行に高速往復走行させ、前記ワイヤ１２を被加工物１５に押し付け、ワイヤ１２と被加工物１５とが接触する摺動部に遊離砥粒を供給しながら（図示せず）、多数の切断又は多数の溝入れ加工を行う。なお、符号１６は上下移動機構、１７はワイヤガイド用プーリである。
このようなワイヤソーにおける前記の多溝ローラやワイヤ巻き付け用プーリ（ワイヤ送り出し用プーリ、ワイヤ巻き取り用プーリ）、ワイヤガイド用プーリなどの滑車としては、一般に製作が容易で、かつ適度の弾性を有するポリウレタンやポリ四フッ化エチレンなどの硬質ゴム系の樹脂材料が用いられている。しかしながら、このような樹脂製の滑車では、熱変形による伸び、ワイヤ張力及び研磨抵抗の負荷により、該滑車の溝が変形し、特に多溝ローラにおいては溝ピッチの精度が保持できず、その結果切断加工や溝入れ加工の精度が悪くなったり、加工面にうねりが発生したりする。このため、頻繁に溝を再加工する必要が生じ、被加工物の切断加工や溝入れ加工のコストが高くつくのを免れないという問題があった。
そこで、このような問題を解決するために、例えば樹脂からなるワイヤ溝部分にダイヤモンド粒子を電気メッキにより電着被覆した多溝ローラ（特開平５−２６１７２２号公報）、あるいはワイヤ溝部が、セラミックス、サーメット及びサファイアの中から選ばれる少なくとも１種の無機硬質材料からなる多溝ローラ（特開昭６３−２３７８６３号公報）などを用いる技術が開示されている。
しかしながら、前記の樹脂からなる溝部分にダイヤモンド粒子を被覆する場合には、まず、溝部分にニッケルメッキからなる下地層を設け、その上に予めニッケル系の化学メッキにより処理したダイヤモンド粒子を電気メッキにより電着被覆するなど、操作が究めて煩雑である。しかも、このダイヤモンド被覆層が摩耗し、溝が変形した場合には、再度溝部のダイヤモンド被覆層を除去したのち、前記の煩雑な操作を施して、ダイヤモンド粒子を電着被覆しなければならず、経済的に極めて不利である。
一方、ワイヤ溝部分がセラミックスなどの無機硬質材料からなる場合、樹脂製に比べて極めて硬いために、該溝の摩耗は少ないという長所がある。しかしながら、この溝部に荷重が印加された際に、ワイヤ溝の変形がほとんど生じないため、多溝ローラに振れなどが生じると、該ローラの方で緩衝吸収することができず、全てワイヤにかかることにより、ワイヤの脱線や断線が発生するといった問題が生じる。しかも、多溝ローラの硬さから、ワイヤのびびり、各ワイヤの張力の急激な変動などを、該多溝ローラにおいて吸収できず、その結果、被加工物に小さな欠けやバリなどが発生しやすい。また、切断精度の低下を引きおこすおそれがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような事情のもとで、半導体材料、磁性材料、セラミックスなどの硬脆材料を、高精度に溝入れ加工や切断加工するワイヤソーに用いられ、かつ製作が容易であって、ワイヤの破線や断線が生じることがない上、寿命を向上させた多溝ローラ、あるいはワイヤ巻き付け用プーリやワイヤガイド用プーリなどのワイヤソー用滑車、及び前記ワイヤソー用滑車を用いてなる被加工物の高精度の溝入れ加工や切断加工が可能なワイヤソーを提供することを目的としてなされたものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、前記の優れた機能を有するワイヤソー用滑車及びワイヤソーを開発すべく鋭意研究を重ねた結果、多溝ローラやワイヤ巻き付け用プーリ、ワイヤガイド用プーリにおいて、少なくともワイヤ溝部分を、特定の平均粒径を有する微細な硬質粒子を含む樹脂材料で構成することにより、その目的を達成し得ることを見出し、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、
（１）半導体材料、磁性材料又はセラミックスの硬脆材料の高精度切断加工に用いられるワイヤソー用滑車であって、表面にワイヤガイド用溝が多数設けられた多溝滑車、ワイヤ巻き付け用単溝滑車及びワイヤガイド用単溝滑車の中から選ばれるワイヤソー用滑車において、ワイヤ溝部分が、平均粒径０.５〜３０μｍのダイヤモンド粒子及び／又は立方晶窒化ホウ素粒子からなる硬質粒子を含む樹脂材料で構成されていることを特徴とするワイヤソー用滑車、
（２）樹脂材料中の硬質粒子の含有量が、２〜１５重量％である第１項記載のワイヤソー用滑車、
（３）表面にワイヤガイド用溝が多数設けられた多溝滑車である第１項又は第２項記載のワイヤソー用滑車、及び
（４）第１項ないし第３項のいずれかに記載のワイヤソー用滑車を用いたことを特徴とするワイヤソー、
を提供するものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明のワイヤソー用滑車は、少なくともワイヤ溝部分が、徴細硬質粒子を含む樹脂材料から構成されたものであり、このようなワイヤソー用滑車としては、表面にワイヤガイド用溝が多数設けられた多溝ローラ、ワイヤ巻き付け用プーリ（ワイヤ送り出し用プーリ、ワイヤ巻き取り用プーリ）及びワイヤガイド用プーリを挙げることができるが、これらの中で多溝ローラ及びワイヤ巻き付け用プーリが好ましく、特に多溝ローラが好適である。
前記樹脂材料における樹脂としては、例えばポリウレタン、ポリ四フッ化エチレン、不飽和ポリエステル、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリイミド、シリコーンゴムなどを挙げることができ、これらは１種を単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよいが、これらの中で適度な弾性を有し、かつ滑車の製作が容易なポリウレタン及びポリ四フッ化エチレンが、特に好適である。
また、該樹脂材料に含有させる硬質粒子としては特に制限はなく、例えばアルミナ、炭化ケイ素、炭化ホウ素、ダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ）などの粒子を挙げることができる。これらは１種を単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよいが、これらの中でダイヤモンド粒子及び立方晶窒化ホウ素粒子が好適である。
【０００６】
前記硬質粒子は、平均粒径０.５〜３０μｍの範囲にあるものが用いられる。この平均粒径が０.５μｍ未満のものは十分な耐摩耗効果が得られないし、３０μｍを超えるとワイヤを損傷するおそれがあり、また溝の加工が困難となる。好ましい平均粒径は０.８〜２０μｍの範囲であり、特に１〜１０μｍの範囲が好適である。
また、樹脂材料中の当該硬質粒子の含有量としては特に制限はないが、２〜１５重量％の範囲が好ましい。この含有量が２重量％未満では当該硬質粒子を含有させた効果が十分に発揮されないし、１５重量％を超えるとワイヤ溝部の硬度が高くなりすぎ、該溝部に偏荷重などがかかった場合に、それを吸収することができにくくなる上、溝の加工が困難となる。当該硬質粒子のより好ましい含有量は、２〜１５重量％であり、特に２.７〜５.０重量％の範囲が好適である。
本発明においては、滑車全体が、当該硬質粒子を含む樹脂材料から構成されている必要はなく、少なくともワイヤ溝部分が、当該硬質粒子を含む樹脂材料から構成されていればよいが、ワイヤ巻き付け用プーリ（ワイヤ送り出し用プーリ、ワイヤ巻き取り用プーリ）やワイヤガイド用プーリは、サイズが小さいので、プーリ全体を当該硬質粒子を含む樹脂材料で構成するのがよい。ワイヤ巻き付け用プーリの径は、通常５０〜７０mm程度であり、ワイヤガイド用プーリの径は、通常１０〜３０mm程度である。
【０００７】
一方、多溝ローラはサイズが大きく、一般に径が８０〜１７０mm程度、長さが６０〜３００mm程度であり、したがって、ローラ全体ではなく、ワイヤ溝部分を当該硬質粒子を含む樹脂材料で構成するのが有利である。
図２は、本発明のワイヤ巻き付け用プーリの１例の断面図である。ワイヤ巻き付け用プーリ１の本体部２は、当該硬質粒子を含む樹脂材料で構成されており、そして、一般に外径ａが５０〜７０mm程度、幅ｂが８〜１４mm程度、ワイヤ溝３の開口径ｃが３〜６mm程度及びワイヤ溝３の深さｄが２.３〜５.２mm程度である。なお、符号４は軸受け部である。
図３は、本発明の多溝ローラの１例の断面図である。多溝ローラ１０は、取付け用買通孔７を有するスチール製芯材５の外周面に、多数のワイヤ溝が設けられた、当該硬質粒子を含む樹脂材料からなるスリーブ（樹脂製スリーブ）６が装着された構造を有している。該多溝ローラ１０においては、一般に長さＬが６０〜３００mm程度、外径Ｄが８０〜１７０mm程度、樹脂製スリーブ６の厚さｄが７〜１７.５mm程度、ワイヤ溝のピッチｅが０.５４〜０.５６mm程度である。
【０００８】
本発明のワイヤソー用滑車は、前記のように少なくともワイヤ溝部分を、当該硬質粒子を含む樹脂材料で構成することにより、以下に示す効果を奏する。
（１）溝表面に微細硬質粒子が点在しているため、ワイヤに付着した砥粒の侵入を防止することができ、ワイヤソー滑車、特に多溝ローラの耐摩耗性を向上させ、寿命を向上させることができる。
（２）適度の弾性を有する樹脂材料を用いているため、セラミックスなどの無機硬質材料製とは異なり、ワイヤ溝部に偏荷重などがかかっても、ある程度ワイヤ溝部で吸収が可能である。
（３）ワイヤ溝部が摩耗などにより変形しても、バイトなどで切削することにより、耐摩耗性を有するワイヤ溝部を、樹脂のみのワイヤ溝部より容易に形成することができる。
（４）本発明のワイヤソー用滑車、特に多溝ローラを用いることにより、被加工物を高精度に溝入れ加工や切断加工することができる。
（５）樹脂中に熱膨張率の低い硬質粒子を含有しているので、プーリの熱膨張率が下がり、特に多溝ローラの場合は、ピッチ精度が維持しやすい。熱伝導率も高いために、熱をよく逃がし、プーリの温度上昇を防ぐことができる。
本発明のワイヤソーは、前述の本発明のワイヤソー用滑車、すなわち多溝ローラ、ワイヤ巻き付け用プーリ（ワイヤ送り出し用プーリ、ワイヤ巻き取り用プーリ）及びワイヤガイド用プーリの中から選ばれる少なくとも１種の滑車を用いたものである。本発明のワイヤソーの使用方法については特に制限はなく、前述の図１に示す使用方法を用いることができるし、また、下記の図４に示す使用方法を用いることができる。
【０００９】
図４は、ワイヤソーを用いて被加工物を溝入れ又は切断加工する方法の異なる例を示す説明図である。この図４においては、ワイヤソーは、フレーム２０に、多溝ローラ２１ａ、２１ｂ及び２２の３つのローラを回転可能に取り付け、これら３つの多溝ローラのまわりに、１本のワイヤ２３を一定間隔おきに多数回巻き付けて、多溝ローラ２１ａと２１ｂ間にワイヤ列２４を形成すると共に、ワイヤ２３を案内するワイヤガイド用プーリ２５ａ及び２５ｂ、並びに研磨材を付着させる噴霧ノズル（図示せず）を備えている。多溝ローラ２２を往復回転運動させながら、ワイヤ巻き取り用ローラ（図示せず）によって、ワイヤ２３を矢印方向に駆動させることにより、ワイヤ列２４を往復直線運動させ、このワイヤ列２４に被加工物２６を押し当て、その間に研磨材を介在させることによって、ワイヤ列２４のピッチ幅に応じて、溝入れ、切断加工を行うことができる。
本発明のワイヤソーにおけるワイヤの直径は、通常０.０８〜０.２５mm程度である。
【００１０】
【実施例】
次に、本発明を実施例により、さらに詳細に説明するが、本発明は、この例によってなんら限定されるものではない。
実施例１
ポリウレタンに平均粒径３μｍのダイヤモンド粒子を０.２ct／cm³（樹脂材料全量に基づき２.７重量％）の割合で混入してなる樹脂材料を用い、長さ２１０mm、外径１２５mm、厚さ１７.５mmの樹脂製スリーブを作製し、図３に示す形状の取付け用貫通孔を有する長さ２５５mmのスチール製芯材の外周面に装着し、図３に示す形状の滑車を作製した。
次いで、旋盤の回転装置に上記滑車を装着し、切削バイトにより樹脂製スリーブの外周面に切削加工を施し、ピッチ０.５４mmで３５０個のワイヤ溝を設け、多溝ローラを製作した。
次に、このようにして得られた多溝ローラをワイヤ一式切断装置の３箇所に図４に示すように取り付け、径０.１８mmのワイヤ（ピアノ線）に、ＳｉＣ系砥粒（Ｈｖ２００〜２５００）からなる加工液を、加工液供給ノズルから散布しながら、外径１５２mmのシリコンインゴットを使用して切断加工を行い、耐摩耗性を評価した。
この際のワイヤ速度は３２０ｍ／min、ワイヤ張力は２４.５Ｎであった。
ダイヤモンド粒子を混入せず、ポリウレタンのみからなる樹脂製スリーブを用いた多溝ローラの場合、外径１５２mmのシリコンインゴットの切断加工において、数時間の運転時間でワイヤ溝が摩耗して、ワイヤが断線し加工不能になった。これに対し、ポリウレタンにダイヤモンド砥粒を混入した樹脂材料からなるスリーブを用いた多溝ローラの場合、外径１５２mmのシリコンインゴットの切断加工において、２０時間の連続運転の後でも使用可能であった。
【００１１】
【発明の効果】
本発明によれば、半導体材料、磁性材料、セラミックスなどの硬脆材料を、高精度に溝入れ加工や切断加工するワイヤソーに用いられ、かつ製作が容易であって、ワイヤの破線や断線が生じることがない上、寿命を向上させた多溝ローラ、あるいはワイヤ巻き付け用プーリやワイヤガイド用プーリなどのワイヤソー用滑車、及び前記ワイヤソー用滑車を用いてなる被加工物の高精度の溝入れ加工や切断加工が可能なワイヤソーを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、ワイヤソーを用いて被加工物を溝入れ又は切断加工する方法の１例を示す説明図である。
【図２】図２は、本発明のワイヤ巻き付け用プーリの１例の断面図である。
【図３】図３は、本発明の多溝ローラの１例の断面図である。
【図４】図４は、ワイヤソーを用いて被加工物を溝入れ又は切断加工する方法の異なる例を示す説明図である。
【符号の説明】
１ワイヤ巻き付け用プーリ
２本体部
３ワイヤ溝
４軸受け部
５スチール製芯材
６樹脂製スリーブ
７取付け用貫通孔
１０、１３ａ、１３ｂ、２１ａ、２１ｂ、２２多溝ローラ
１１ワイヤ送り出し用プーリ
１２、２３ワイヤ
１４ワイヤ巻き取り用プーリ
１５、２６被加工物
１６上下移動機構
１７、２５ａ、２５ｂワイヤガイド用プーリ
２０フレーム
２４ワイヤ列

Claims

半導体材料、磁性材料又はセラミックスの硬脆材料の高精度切断加工に用いられるワイヤソー用滑車であって、表面にワイヤガイド用溝が多数設けられた多溝滑車、ワイヤ巻き付け用単溝滑車及びワイヤガイド用単溝滑車の中から選ばれるワイヤソー用滑車において、ワイヤ溝部分が、平均粒径０.５〜３０μｍのダイヤモンド粒子及び／又は立方晶窒化ホウ素粒子からなる硬質粒子を含む樹脂材料で構成されていることを特徴とするワイヤソー用滑車。
樹脂材料中の硬質粒子の含有量が、２〜１５重量％である請求項１記載のワイヤソー用滑車。
表面にワイヤガイド用溝が多数設けられた多溝滑車である請求項１又は２記載のワイヤソー用滑車。
請求項１ないし３のいずれかに記載のワイヤソー用滑車を用いたことを特徴とするワイヤソー。