JP4320235B2

JP4320235B2 - 極細金属線巻取用リール

Info

Publication number: JP4320235B2
Application number: JP2003329712A
Authority: JP
Inventors: 進青地; 弘幸川添; 隆幸愛甲
Original assignee: 金井宏彰
Priority date: 2003-09-22
Filing date: 2003-09-22
Publication date: 2009-08-26
Anticipated expiration: 2023-09-22
Also published as: JP2005096886A

Description

本発明は、金属線を巻き取るリールに関し、特に、人工水晶、シリコン、セラミック等の硬質材料の切断に用いられるワイヤソー用ワイヤ（以下、ソーワイヤという）等の線径が０．２０mm以下の極細金属線の繰出しおよび巻取り用として好適の金属線巻取用リールに関するものである。

ソーワイヤ等の極細金属線の繰出し及び巻取り用のリールとしては、巻胴と両端のフランジを構造用炭素鋼（例えば、Ｓ４５Ｃ相当品）から一体物として削り出した一体物リールの他、特許文献１には、次に説明するようなリールが開示されている。

すなわち、図４に示すように、円筒状の巻胴１１と両端のフランジ１２、１２との分割構造とし、それらを溶接により接合した溶接リールが知られている。また、やはり、巻胴と両端フランジとの分割構造とし、溶接ではなく、ボルトで連結した組立リールも知られている。

一体物リールは、剛性が高く、繰り返し使用に耐えられるが、削り出しであるために材料費や加工コストが嵩み、また、中実構造であるから、総重量が増すため、取り扱いが容易でなく、運搬コストも増えるという欠点がある。

また、ボルトで連結した組立リールの場合は、各部を切削によらず鍛造等で成形できるので材料費および加工コストを低減でき、また、中空構造として軽量化を図ることができるが、ワイヤを多層に巻き付け、あるいは巻き取ったときの、ワイヤの巻き付け張力に起因して発生する側圧（両端のフランジを互いに離反する方向に押し拡げる力）によって、フランジと巻胴との間に隙間ができ、その隙間にワイヤが食い込むという問題が発生することがある。

それらの一体物リールやボルト連結組立リールに比して、図４に示す溶接リールは、中空構造として材料費および加工コストを低減するとともに軽量化を図ることができ、しかも、溶接接合により一体化されるので、フランジ１２、１２と巻胴１１との間に隙間ができにくく、隙間にワイヤが食い込むという問題は発生しにくい。しかし、溶接によって中空構造を実現し、リールの軽量化を図るとはいっても、ワイヤをリールに多層に巻き取ったときの締め付け力に対する強度を確保し、また、側圧に対する強度を確保するためには、巻胴１１に厚肉鋼管を用い、あるいは厚肉鋼板を曲げ加工により円筒形にしたものを巻胴１１として用い、フランジ１２、１２も、また肉厚の大きいものとする必要があって、軽量化の点で極めて不充分であった。

また、図５に示すように、軽量化を図るために、巻胴２１とフランジ２２の中の巻胴２１のみを薄肉鋼板で作り、強度不足を補うために巻胴２１の内側にリング状の補強板２３をあてがうようにした溶接リールも知られているが、この場合の巻胴２１は補強板２３から離れた箇所では補強効果が小さくなるため、補強板２３の数が少ないと、局部的に強度が弱い箇所が生じる。そこで、巻胴全体の補強効果を高めるために何箇所にも補強板２３を設けるのでは、製造コストが高くなり、製造工程の作業能率も悪くなる。
特開２００１−２０６６３６号公報

このように、溶接リールは、円筒状の巻胴と両端のフランジとで構成することにより、材料費及び加工コストの低減とともに、ある程度の軽量化を可能とするが、上述のように従来の溶接リールでは、強度を確保しつつ充分な軽量化を達成するということができなかった。

特に、ソーワイヤ用リールは、線径が０．２０mm以下の極細金属線であるワイヤを巻き付け、また、巻き取るものであって、ワイヤの径が細くなり、巻きピッチが密になると、そのワイヤを多層に巻き付け、あるいは巻き取ったときの巻き付け張力に起因して発生する締め付け力及び側圧が加速度的に増大する。そのため、巻胴及びフランジは、強度を確保するために、ますます厚肉にせざるを得ず、重くなって、取り扱い性が悪く、運搬コストや材料費や加工コストが嵩み、高価となる。

ソーワイヤは、その線径が０．１４mm、０．１６mm、０．１８mmなど、各種のものがあり、それを重量にすると、例えば、２０kgや３０kgとなるので、その重量のワイヤを巻き付けることができるようにリールが設計される。このソーワイヤ用リールは、ワイヤメーカーにおいてソーワイヤを巻き付けた後、ユーザーに出荷される。そして、ユーザーは、リールをワイヤソー装置に装着し、リールから繰り出したソーワイヤによって、例えばシリコンウエハーが切断される。そして、空のリールは、ワイヤメーカーに返送され、新たなソーワイヤが巻き付けられて再度ユーザーに出荷される。従来のソーワイヤ用リールは高価なものであり、こうして繰り返し使用されている。

それらソーワイヤをメーカーにおいてリールに巻き付けるときの巻き付け張力は、１kg前後であって非常に大きく、一方、ユーザーにおいてワイヤーソー装置に装着したリールからソーワイヤを繰り出すときの張力も１kgであって非常に大きい。このように大きな張力に起因してソーワイヤ用リールには、大きな締め付け力および側圧（フランジに対する押し拡げ力）が発生する。リールの巻胴は、この締め付け力に対して充分な強度を有するものでなければならない。

また、フランジは、上記側圧に対して充分な強度を有するとともに、側圧による撓み（両方のフランジの外周部の間隙が広がる方向への反り返り）の少ない剛性を有するものでなければならない。側圧によるフランジの撓みは、巻胴の変形（へこみ）を引き起こし、それがワイヤを巻き取るときのハンチングにつながり、断線の要因となる。特に、フランジが外側に拡がるように変形すると、その変形量に応じてリールを（ワイヤ進入方向に対して直交する）トラバース方向に移動させることにより巻幅を調整することが必要となり、巻不良の原因となりやすい。

このように、フランジの撓みや変形は、断線や巻不良といった事故につながりやすい。

本発明は従来の技術の有するこのような問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、軽量で且つ強度並びに剛性が高く、特に、側圧に対して変形しにくい構造を有する極細金属線巻取用のリールを提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は、円筒状の巻胴（１）の両端にフランジ（２、２）を接続し、上記フランジ（２）の外面に補強板（３）の外周部が当接するように該補強板（３）を取り付けた極細金属線巻取用リールにおいて、フランジ（２）の外周部と補強板（３）の外周部との両外周部に外側に向けてカールするカール部（２ｃ、３ａ）を設け、上記補強板（３）が、フランジ（２）の内周面に沿って巻胴（１）の長手方向内側に向けてやや突出した内向突出部（３ｂ）と、この内向突出部（３ｂ）から外側に張り出した膨出部（５ｃ）とを有し、上記膨出部（５ｃ）とフランジ（２）の外面との間には間隙が形成され、上記膨出部（５ｃ）にフランジ（２）外面に向けて接近するように折り曲げ部（５ｄ）を設けたことを特徴としている。

上記したように、リールにワイヤを巻き取るときに、巻胴およびフランジに大きな力が負荷される。中でも、フランジを押し拡げようとする側圧により、フランジが外側に変形すると、その変形量に応じてリールをトラバース方向に移動させることにより巻幅を調整することが必要となり、巻不良の原因となりやすい。また、上記したように、側圧によりフランジが撓むと、巻胴の変形（へこみ）を引き起こし、それがワイヤ巻取時のハンチングにつながり、断線の要因となりやすい。

そこで、フランジ外面に補強板の少なくとも外周部が当接するように該補強板を取り付けることによりフランジの強度および剛性を高め、ワイヤを巻き取るときの側圧に対してフランジが変形しにくくなる。しかも、補強板の外周部にカール部（曲げ加工を施した部分）を設けることにより、変形に対する抵抗力を増すことができる。

本発明の金属線巻取用リールによれば、次の効果を奏する。
フランジ外面に補強板の少なくとも外周部が当接するように取り付けた補強板によりフランジの強度および剛性が高まり、ワイヤを巻き取るときの側圧に対して変形しにくくなる。しかも、補強板の外周部にカール部を設けることにより、変形に対する抵抗力を増すことができる。そのため、ソーワイヤ等の線径が０．２０mm以下の極細金属線の繰出しおよび巻取り用のリールで、巻き付け、あるいは巻き取る金属線の線径が細くなり、巻きピッチが密になって巻き付け張力に起因して発生する側圧が著しく増大する場合でも、巻胴およびフランジを厚肉とすることなく、フランジを押し拡げようとする側圧によるフランジの変形を抑えることができる。このようにして、軽量で且つ強度並びに剛性が高く、特に、側圧に対して変形しにくい構造を有する極細金属線巻取用のリールを提供することができる。また、補強板が、フランジ内周側と巻胴との接続部分のフランジ内周面に沿って巻胴長手方向内側に向けてやや突出した内向突出部と、この内向突出部から外側に張り出してフランジ外面に達する膨出部とを有し、この膨出部にフランジ外面に向けて接近するように折り曲げ部を設けることにより、フランジを押し拡げようとする側圧に対する抵抗力をさらに増すことができ、側圧によるフランジの変形量を極小にすることができる。

以下、本発明の実施の形態を説明する。
（実施の形態１）
本発明の第一の実施形態は、円筒状の巻胴の両端にフランジを接続してなる金属線巻取用リールにおいて、上記フランジ外面に補強板の少なくとも外周部が当接するように該補強板を取り付け、フランジに当接する上記補強板外周部に外側に向けてカールするカール部を設けたことを特徴している。

カール部のカール量（曲げ量）が少ないと変形に対する抵抗力は小さくなる。一方、一定以上に曲げても、抵抗力は向上せず、曲げ加工が複雑になり、加工コストの上昇を招いてしまう。曲げ量は、ワイヤをリールに巻き付けるときの巻き付け張力やワイヤの巻き付け重量によっても異なるが、図１（ｃ）に示すように、補強板の厚みをｔmmとした場合、カール部の内側において半径ｔmmの円弧を描き、カール部の外側において半径２ｔmmの円弧を描く程度に、カールさせるのが好ましい。
（実施の形態２）
本発明の第二の実施形態は、補強板が、フランジ内周側と巻胴との接続部分のフランジ内周面に沿って巻胴長手方向内側に向けてやや突出した内向突出部と、この内向突出部から外側に張り出してフランジ外面に達する膨出部とを有し、この膨出部にフランジ外面に向けて接近するように折り曲げ部を設けたことを特徴としている。

この折り曲げ部は変形に対する抵抗力として働く。従って、膨出部の円周方向にほぼ均等に折り曲げ部を設けることが好ましい。折り曲げ部は必ずしも複雑な形状にする必要はなく、フランジ外面に向けて接近するように塑性加工を施したものであればよい。例えば、膨出部に僅かなへこみを設ければ、そのへこみは側圧によるフランジの変形に対する抵抗力として働く。へこみ深さは、補強板の材料の弾性限界を超えて、塑性変形領域に達する程度であればよく、へこみ深さが深すぎると（塑性変形量が多すぎると）、部分的に非常に厚みの薄い箇所ができて、膨出部に割れが発生することがあるので好ましくない。

本発明のリールは、巻胴と両端のフランジとの分割構造とし、巻胴と両端のフランジとをそれぞれ鋼材で形成し、それらを溶接により接合してなる金属線巻取用リールに適用することができる。この場合、巻胴は、鋼板を曲げ加工で円筒形にすることにより製造することができる。

溶接リールの場合、巻胴と両端のフランジは、強度を確保するために、ともに高張力鋼板で製造するのが好ましく、冷間圧延高張力鋼板または熱間圧延高張力鋼板を使用するのが好ましい。また、巻胴とフランジの材料として、構造用炭素鋼を採用することもできる。

巻胴を構成する高張力鋼板の厚みは、３．０〜６．０mmが好ましい。３．０mm未満では、強度が不足である。しかし、６．０mmを超える厚みは強度上必要ではなく、軽量化の妨げとなるので好ましくない。また、フランジを構成する高張力鋼板の厚みは、１．０〜５．０mmが好ましい。１．０mm未満では強度が不足し、高い側圧に耐えることができなくなる。しかし、５．０mmを超えると、側圧に耐える強度はあっても、弾性に乏しいため、撓みに対する復元力が低下するので好ましくない。

さらに、補強板は、厚み１．０〜５．０mmの冷間圧延高張力鋼板または熱間圧延高張力鋼板が好ましい。１．０mm未満では補強効果が小さく、５．０mmを超えると、重量増加による軽量化の妨げとなるので好ましくない。

以下に本発明のより具体的な実施の形態について説明する。

図１（ａ）は、本発明による金属線巻取用リールの一実施例の正面図、図１（ｂ）はそのＡ−Ａ矢視断面である要部破断側面図である。このリールは、例えば、人工水晶、シリコン、セラミック等の硬質材料の切断に用いられるソーワイヤ等の線径が０．２０mm以下の極細金属線の繰出し及び巻取り用として好適の金属線巻取用リールであって、円筒状の巻胴１と両端のフランジ２、２との分割構造とされ、それらが複数箇所においてスポット溶接により接合されている。

巻胴１は、例えば、厚み５．５mmの冷間圧延高張力鋼板を、円筒状に曲げ加工して製作することができる。

フランジ２、２は、例えば、厚み４．０mmの熱間圧延高張力鋼板をプレス成形することによって製作することができ、フランジ２、２には、径方向外側に張り出した鍔部２ａから巻胴１の長手方向内側に向けてやや突出した内向き突出部２ｂを設け、この突出部２ｂが巻胴１の両端部分と複数箇所でスポット溶接される。Ｗ₁はスポット溶接箇所を示す。また、鍔部２ａの外周部には、外側に向けてカールするカール部２ｃが形成されている。このカール部２ｃも後記する補強板のカール部とともに側圧によるフランジの変形に対する抵抗力として作用する。

フランジ２、２の外面に厚み３．２mmの熱間圧延高張力鋼板製の補強板３の外周部が当接し、補強板３はフランジ２、２の外面に複数箇所でスポット溶接されている。Ｗ₂はスポット溶接箇所を示す。また、補強板３の外周部には外側に向けてカールするカール部３ａが形成されている。

カール部３ａのカール量（曲げ量）が少ないと変形に対する抵抗力が小さくなる。一方、一定以上に曲げても、抵抗力は向上せず、曲げ加工が複雑になり、加工コストの上昇を招いてしまう。そこで、図１（ｃ）に示すように、補強板３の厚みをｔmmとした場合、カール部３ａの内側において半径ｔmmの円弧を描き、カール部３ａの外側において半径２ｔmmの円弧を描く程度に、カールさせるのが好ましい。

図１（ａ）において、４、４はリールを巻取機に固定するためのジグを挿入する孔である。

また、補強板３には、フランジ２、２の内向き突出部２ｂの内周面に沿って巻胴１の長手方向内側に向かってやや突出した内向き突出部３ｂが形成されている。

図１（ｂ）の左側のフランジ２は右側のフランジ２と同じ構成であり、右側のフランジ２と同様に、補強板３は左側のフランジ２の外面に複数箇所でスポット溶接されている。

図２（ａ）は、本発明による金属線巻取用リールの別の実施例の正面図、図２（ｂ）はそのＢ−Ｂ矢視断面である要部破断側面図である。図３は、本実施例の巻取リールで使用した補強板の斜視図である。

本実施例２においても、フランジ２、２には、それぞれ鍔部２ａと内向き突出部２ｂとカール部２ｃが設けられている点は実施例１と同じである。また、本実施例２においても、フランジ２、２の外面に厚み３．２mmの熱間圧延高張力鋼板製の補強板５の外周部が当接し、補強板５はフランジ２、２の外面に複数箇所でスポット溶接されており、補強板５の外周部には外側に向けてカールするカール部５ａが形成されている。カール部５ａのカール量は実施例１のカール部３ａのカール量よりやや少ない。

本実施例２の補強板５には、フランジ２、２の内向き突出部２ｂの内周面に沿って巻胴１の長手方向内側に向かってやや突出した内向き突出部５ｂから外側に張り出してフランジ２外面に達する膨出部５ｃに、フランジ２外面に向けて接近するように折り曲げ部５ｄが設けられている。

この折り曲げ部５ｄは変形に対する抵抗力として働き、膨出部５ｃの円周方向に均等に８個形成されている。もちろん、折り曲げ部５ｄの数は８個に限定されるものでなく、膨出部５ｃの円周方向にほぼ均等に折り曲げ部を配置する構成であればよく、場合によっては、膨出部５ｃの円周方向の全面にわたって折り曲げ部を形成することもできる。また、折り曲げ部５ｄは複雑な形状にする必要はなく、フランジ２外面に向けて接近するように塑性加工を施したものであればよい。例えば、膨出部に僅かなへこみを設ければ、そのへこみは折り曲げ部となり、側圧によるフランジの変形に対する抵抗力として働く。本実施例２では、折り曲げ部５ｄは平面視で二等辺三角形に類似したへこみ形状であるが、実際の加工作業としては膨出部５ｃ上の一点６から半径方向の中心に向かう中心線７に沿って押し込むような押圧作業をすることにより、折り曲げ部５ｄを形成することができる（補強板５の斜視図である図３参照）。
もちろん、折り曲げ部５ｄの形状は実施例２以外の各種の形状を採用することができるのは、言うまでもない。

図２（ａ）において、８、８はリールを巻取機に固定するためのジグを挿入する孔である。

図２（ｂ）の左側のフランジ２は右側のフランジ２と同じ構成であり、右側のフランジ２と同様に、補強板５は左側のフランジ２の外面に複数箇所でスポット溶接されている。

次ぎに、直径が０．ｌ６mmのワイヤを０．６３kgf の張力で１００kg巻き取る作業を、５回繰り返したときの側圧によるフランジ２の変形量（フランジ２、２間の距離３１６mmの伸び量）を調査したので、表１に示す。

表１に示すように、補強板のない従来の溶接リールのフランジ変形量は、非常に大きい。

しかし、実施例１のリールに示すように、フランジ外面に補強板外周部が当接するように補強板を取り付け、その補強板外周部にカール部を設けることにより、フランジの変形量を軽減できることが分かる。さらに、実施例２のリールに示すように、フランジから外側に張り出した補強板の膨出部にフランジ外面に向けて接近するように折り曲げ部を設けることにより、フランジの変形量を一層軽減できることが分かる。

本発明の金属線巻取用リールは、人工水晶、シリコン、セラミック等の硬質材料の切断に用いられるソーワイヤ等の線径が０．２０mm以下の極細金属線の繰り出しおよび巻き取り用として好適である。

図１（ａ）は本発明の金属線巻取用リールの一実施例の正面図、図１（ｂ）はそのＡ−Ａ矢視要部破断側面図、図１（ｃ）はカール部のカール量を説明する図である。図２（ａ）は本発明の金属線巻取用リールの別の実施例の正面図、図２（ｂ）はそのＢ−Ｂ矢視要部破断側面図である。図２（ａ）（ｂ）に示す巻取リールで使用した補強板の斜視図である。従来の溶接リールの要部破断側面図である。従来の他の溶接リールの要部破断側面図である。

符号の説明

１巻胴
２フランジ
２ａ鍔部
２ｂ内向き突出部
２ｃカール部
３補強板
３ａカール部
３ｂ内向き突出部
５補強板
５ａカール部
５ｂ内向き突出部
５ｃ膨出部
５ｄ折り曲げ部

Claims

円筒状の巻胴（１）の両端にフランジ（２、２）を接続し、上記フランジ（２）の外面に補強板（３）の外周部が当接するように該補強板（３）を取り付けた極細金属線巻取用リールにおいて、
フランジ（２）の外周部と補強板（３）の外周部との両外周部に外側に向けてカールするカール部（２ｃ、３ａ）を設け、
上記補強板（３）が、フランジ（２）の内周面に沿って巻胴（１）の長手方向内側に向けてやや突出した内向突出部（３ｂ）と、この内向突出部（３ｂ）から外側に張り出した膨出部（５ｃ）とを有し、
上記膨出部（５ｃ）とフランジ（２）の外面との間には間隙が形成され、
上記膨出部（５ｃ）にフランジ（２）外面に向けて接近するように折り曲げ部（５ｄ）を設けたことを特徴とする極細金属線巻取用リール。