JP4411062B2

JP4411062B2 - 超砥粒ワイヤソー巻き付け構造、超砥粒ワイヤソー切断装置および超砥粒ワイヤソーの巻き付け方法

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Description

この発明は、一般的には、超砥粒ワイヤソー巻き付け構造、超砥粒ワイヤソー切断装置および超砥粒ワイヤソーの巻き付け方法に関し、より特定的には、シリコンインゴットからのシリコンウェハのスライシングや、金属、樹脂、鉱石、ガラス、サファイア、水晶、ＳｉＣおよび化合物半導体など各種材料の切断加工に用いられる固定砥粒方式の超砥粒ワイヤソーの巻き付け構造、超砥粒ワイヤソー切断装置および超砥粒ワイヤソーの巻き付け方法に関する。

従来、芯線の表面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、超砥粒ワイヤソーの一例として提案されている。このダイヤモンドワイヤソーを用いると、極めて良好な切れ味で金属等の材料を切断することができる。また、研磨液と砥粒とを混合したスラリーが不要であり、水溶性または不水溶性の切削液を利用することができる。このため、切断時に飛散するスラッジによって切断装置およびその周辺が汚染されることを抑制でき、作業環境の改善を図ることができる。

加えて、このダイヤモンドワイヤソーによれば、数ｋｍ以上といった長尺で作製することが可能となる。これにより、複数の切断加工を同時に行なうことができるため、スラリーを用いたマルチワイヤソー方式と比較して数倍以上の切断速度を得ることができる。このような固定砥粒方式の超砥粒ワイヤソーは、たとえば、特開平８−１２６９５３号公報（特許文献１）、特開平９−１５５６３１号公報（特許文献２）および国際公開第９８／３５７８４号パンフレット（特許文献３）に開示されている。

また別に、特開平４−３５１２２２号公報には、ボンディング作業時に繰り出し不良のない状態で、往復多層状に巻き取られたボンディングワイヤ巻線が開示されている（特許文献４）。特許文献４に開示されたボンディングワイヤ巻線では、スプールの一端から他端に向けて巻き取られるボンディングワイヤと、さらにスプールの他端から一端に向けて巻き取られるボンディングワイヤとが交差する角度が０．０３°以上に設定されている。

さらに、特開２００２−１８５１７号公報には、ボビンへの線材の巻き取り不良を防止することを目的とした線材巻き取り装置が開示されている（特許文献５）。特許文献５に開示された線材巻き取り装置は、電線、ワイヤ、ケーブルをボビンに巻き取るための装置である。線材巻き取り装置には、ボビンの鍔位置を検出可能な鍔検出センサが設けられており、そのセンサが鍔位置を検出するたびに、線材を案内するトラバーサの移動方向が反転される。

さらに、特開２０００−３４９１２０号公報には、ワイヤに傷不良が発生するまでのガイドの寿命を長くすることを目的とした半導体素子用ボンディングワイヤの巻き取り方法が開示されている（特許文献６）。特許文献６に開示された巻き取り方法では、非回転式の巻き取りガイドが用いられ、その巻き取りガイドは、ダイヤモンドライクカーボン膜で被覆した硬質基材から形成されている。
特開平８−１２６９５３号公報特開平９−１５５６３１号公報国際公開第９８／３５７８４号パンフレット特開平４−３５１２２２号公報特開２００２−１８５１７号公報特開２０００−３４９１２０号公報

上述の超砥粒ワイヤソーを用いて切断加工を行なう場合、超砥粒ワイヤソーは、リールに巻かれた状態とされ、その状態から加工物に向けて繰り出されたり、回収されたりする。このため、超砥粒ワイヤソーを切断装置に装着可能な状態とするためには、まず超砥粒ワイヤソーを切断装置に応じたリールに巻き付ける必要がある。図８は、従来において、リールに巻かれた超砥粒ワイヤソーを示す断面図である。

図８を参照して、超砥粒ワイヤソー３１０は、芯線３１１と、結合材３１２を用いて芯線３１１の表面に固着された複数の超砥粒３１３とを備える。超砥粒３１３は、遊離砥粒方式の場合とは異なり、結合材３１２の表面から突出するように設けられている。超砥粒ワイヤソー３１０は、円筒状に形成されたリール３０１の表面に、その表面の両端の間を往復しながら多層に巻き付けられている。超砥粒ワイヤソー３１０は、リール３０１の表面の両端の間で一定のピッチで巻き付けられており、隣り合う超砥粒ワイヤソー３１０同士が接触している。

このような状態に超砥粒ワイヤソー３１０をリール３０１に巻き付ける場合、隣り合う超砥粒ワイヤソー３１０同士が擦れ合うため、結合材３１２が超砥粒３１３によって傷付けられるという問題が発生する。また、超砥粒３１３同士が強く衝突することによって、超砥粒３１３が芯線３１１の表面から欠落するという問題も発生する。またこのような問題は、切断加工時において、図８に示す状態と同様の状態で超砥粒ワイヤソー３１０を加工物に向けて繰り出したり回収したりする場合にも発生する。

そこでこの発明の目的は、上記の課題を解決することであり、結合材の損傷および超砥粒の欠落を軽減できる超砥粒ワイヤソー巻き付け構造、超砥粒ワイヤソー切断装置および超砥粒ワイヤソーの巻き付け方法を提供することである。

この発明に従った超砥粒ワイヤソー巻き付け構造は、平均直径Ｄで形成された超砥粒ワイヤソーと、リール部とを備える。超砥粒ワイヤソーは、芯線と、芯線の表面を取り囲む結合材と、結合材によって芯線の表面に固着された複数の超砥粒とを含む。リール部は、一方端と他方端とを有する外周面を含む。加工物に向けて順次繰り出される超砥粒ワイヤソーは、一方端と他方端との間で往復しながら外周面に多層に巻き付けられる。超砥粒ワイヤソーが一方端と他方端との間で外周面に巻き付けられるピッチＰは、１．１Ｄ＜Ｐ＜（３ ^1/2 ）Ｄの関係を満たす。

このように構成された超砥粒ワイヤソー巻き付け構造によれば、超砥粒ワイヤソーが巻き付けられるピッチＰが超砥粒ワイヤソーの平均直径Ｄの１．１倍よりも大きいため、超砥粒ワイヤソーをリール部の表面に巻き付ける際に、巻き付ける超砥粒ワイヤソーと、隣り合う位置に巻かれた超砥粒ワイヤソーとが強く擦れ合うことを防止できる。また、ピッチＰが（３ ^1/2 ）Ｄよりも小さいため、超砥粒ワイヤソーをリール部の表面に巻き付ける際に、巻き付ける超砥粒ワイヤソーが、下層に巻かれた、互いに隣り合う超砥粒ワイヤソーの隙間に食い込むということがない。これにより、超砥粒ワイヤソーを再びリール部から繰り出す時に、超砥粒ワイヤソー同士が強く擦れ合うことを防止できる。これらの理由から、ピッチＰが適正な範囲に設定された本発明によれば、結合材が損傷し、超砥粒が欠落することを軽減させることができる。

このように構成された超砥粒ワイヤソー巻き付け構造によれば、ピッチＰが（３^1/2）Ｄよりも小さいため、巻き付ける超砥粒ワイヤソーが、２層下に巻かれた超砥粒ワイヤソーに接触するということがない。このため、超砥粒ワイヤソー同士の接触に起因して結合材が損傷し、超砥粒が欠落することを軽減させることができる。

また好ましくは、芯線の平均直径がｄ１であり、超砥粒の平均直径がｄ２である場合、平均直径ｄ１およびｄ２は、０．０２＜ｄ２／ｄ１＜０．５の関係を満たす。このように構成された超砥粒ワイヤソー巻き付け構造によれば、ｄ２／ｄ１が０．５よりも小さいため、芯線の平均直径に対して超砥粒の平均直径が大きくなりすぎることがない。このため、芯線の表面に設けられた結合材によって超砥粒を確実に保持することができる。これにより、超砥粒が欠落することをさらに軽減させることができる。また、ｄ２／ｄ１が０．０２よりも大きいため、超砥粒がある程度の大きさを有している。これにより、超砥粒が切断時の加工応力に耐え切れず芯線の表面から欠落するという事態を回避することができる。また、超砥粒が細かすぎるために超砥粒ワイヤソーの切れ味が極端に低下するということがない。

また好ましくは、結合材は、レジンボンド、電着、メタルボンドおよびビトリファイドボンドからなる群より選ばれた少なくとも一種を含む。このように構成された超砥粒ワイヤソー巻き付け構造によれば、超砥粒を芯線の表面に確実に保持し、超砥粒の欠落を防止することができる。

この発明に従った超砥粒ワイヤソー切断装置は、上述のいずれかに記載の超砥粒ワイヤソー巻き付け構造を用いて設けられた超砥粒ワイヤソー供給部を備える。このように構成された超砥粒ワイヤソー切断装置によれば、結合材の損傷および超砥粒の欠落が軽減された超砥粒ワイヤソーを用いて、所望の切断加工を行なうことができる。

この発明に従った超砥粒ワイヤソーの巻き付け方法は、平均直径Ｄで形成された超砥粒ワイヤソーと、一方端と他方端とを有する外周面を含むリール部とを準備する工程を備える。超砥粒ワイヤソーは、芯線、芯線の表面を取り囲む結合材および結合材によって芯線の表面に固着された複数の超砥粒を含む。超砥粒ワイヤソーの巻き付け方法は、超砥粒ワイヤソーを一方端と他方端との間で往復させながら外周面に多層に巻き付ける工程をさらに備える。超砥粒ワイヤソーを巻き付ける工程は、一方端と他方端との間で超砥粒ワイヤソーを巻き付けるピッチＰが、１．１Ｄ＜Ｐ＜（３ ^1/2 ）Ｄの関係を満たすように超砥粒ワイヤソーを巻き付ける工程を含む。

このように構成された超砥粒ワイヤソーの巻き付け方法によれば、超砥粒ワイヤソーを巻き付けるピッチＰが超砥粒ワイヤソーの平均直径Ｄの１．１倍よりも大きいため、超砥粒ワイヤソーをリール部の表面に巻き付ける際に、巻き付ける超砥粒ワイヤソーと、隣り合う位置に巻かれた超砥粒ワイヤソーとが強く擦れ合うということがない。また、ピッチＰが（３ ^1/2 ）Ｄよりも小さいため、超砥粒ワイヤソーをリール部の表面に巻き付ける際に、巻き付ける超砥粒ワイヤソーが、下層に巻かれた、互いに隣り合う超砥粒ワイヤソーの隙間に食い込むということがない。これにより、超砥粒ワイヤソーを再びリール部から繰り出す時に、超砥粒ワイヤソー同士が強く擦れ合うことを防止できる。これらの理由から、ピッチＰを適正な範囲に設定して超砥粒ワイヤソーを巻き付ける本発明によれば、結合材が損傷し、超砥粒が欠落することを軽減させることができる。

また好ましくは、超砥粒ワイヤソーを巻き付ける工程は、超砥粒ワイヤソーの破断強度の５％以上５０％以下となる巻き付け張力で超砥粒ワイヤソーを巻き付ける工程を含む。このように構成された超砥粒ワイヤソーの巻き付け方法によれば、巻き付け張力が超砥粒ワイヤソーの破断強度の５％以上であるため、いったんリール部に巻き付けた超砥粒ワイヤソーが時間の経過とともに緩むということがない。また、巻き付け張力が超砥粒ワイヤソーの破断強度の５０％以下であるため、超砥粒ワイヤソー同士が食い込んで結合材が傷付くということがない。

以上説明したように、この発明に従えば、結合材の損傷および超砥粒の欠落を軽減できる超砥粒ワイヤソー巻き付け構造、超砥粒ワイヤソー切断装置および超砥粒ワイヤソーの巻き付け方法を提供することができる。

この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１における超砥粒ワイヤソー巻き付け構造を備える超砥粒ワイヤソー巻き線を示す斜視図である。図１を参照して、超砥粒ワイヤソー１０が、円筒状に形成されたリール１の外周面に多層に巻き付けられている。後に詳細に説明するが、本実施の形態における超砥粒ワイヤソー巻き付け構造では、超砥粒ワイヤソー１０が外周面に巻き付けられるピッチＰが所定の範囲に設定されている。

超砥粒ワイヤソー１０は、シリコンインゴットからのシリコンウェハのスライシングの他、超硬合金、サーメット、セラミックス、ゲルマニウム、フェライト、センダスト、アルニコ、サマリウムコバルト、ネオジウム磁石、ガラス、水晶、サファイア、石材、耐火レンガ、タイル、樹脂材料、ＦＲＰ（fiber-glass reinforced plastic：ガラス繊維強化プラスチック）、ＣＦＲＰ（carbon fiber reinforced plastic：炭素繊維強化プラスチック）、グラファイト、砥石、宝石および金属材料などの切断加工に用いられる。

図２は、図１中の超砥粒ワイヤソーを拡大して示す模式図である。図２の一部には、超砥粒ワイヤソーの長手方向の縦断面が示されている。図３は、図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線上に沿った断面を示す模式図である。

図２および図３を参照して、超砥粒ワイヤソー１０は、線状に延びる芯線１１と、芯線１１の表面１１ａを覆う結合材１２と、結合材１２によって表面１１ａ上に固着された複数の超砥粒１３とを備える。超砥粒１３は、たとえばダイヤモンド砥粒から形成されており、結合材１２の表面１２ａから一部が突出するように設けられている。

超砥粒ワイヤソー１０は、平均直径Ｄを有する。この際、超砥粒ワイヤソー１０の長手方向に間隔を隔てた任意の位置に３つの測定地点を選び、これらの地点のそれぞれにおいて、超砥粒ワイヤソー１０の直径を３方向で測定し、合計９つの測定値を得る。そして、得られた測定値の平均を算出することによって、超砥粒ワイヤソー１０の平均直径Ｄを求める。

芯線１１の平均直径ｄ１は、０．０１ｍｍ以上１ｍｍ以下であることが好ましい。芯線１１の平均直径ｄ１は、上述の測定法によって同様に求めることができる。芯線１１としては、たとえば、鋼線、銅めっきを施した鋼線およびブラスめっきを施した鋼線のいずれか１つを用いることができる。

鋼線としては、容易に極細線に仕上げることができ、強度が高いピアノ線が最も好ましい。ピアノ線はそのままでも使用することができるが、保管を容易にし、かつレジンボンドの密着性を良好にして超砥粒の保持力を高めるためには、ピアノ線に銅めっきまたはブラスめっき等の表面処理を施すことが好ましい。

その他の材質の芯線としては、炭素繊維、アラミド繊維、ボロン繊維、ガラス繊維のいずれか１種の単線または撚り線を用いることができる。または、炭素繊維、アラミド繊維、ボロン繊維、ガラス繊維のうち２種以上の繊維を混合して撚り線としたものも用いることができる。さらに、これらの撚り線に鋼線を加えた撚り線を芯線として用いることも可能である。

超砥粒１３の平均直径がｄ２である場合、芯線１１および超砥粒１３の平均直径ｄ１およびｄ２は、０．０２＜ｄ２／ｄ１＜０．５の関係を満たすことが好ましい。この場合、平均直径ｄ１が、たとえば、０．１１ｍｍ、０．１３ｍｍ、０．１５５ｍｍ、０．１６ｍｍ、０．１８ｍｍ、０．２ｍｍまたは０．５ｍｍである芯線１１を用いることができる。また、平均直径ｄ２が、たとえば、０．０１０ｍｍ、０．０１２ｍｍ、０．０３２ｍｍ、０．０４２ｍｍまたは０．０５５ｍｍである超砥粒１３を用いることができる。このような関係を満たす超砥粒１３および芯線１１を使用することによって、表面１１ａ上に確実に保持した状態の超砥粒１３を切断加工に寄与させることができる。また同時に、優れた切れ味を得ることができる。

結合材１２としては、レジンボンド、電着、メタルボンドまたはビトリファイドボンドを用いることができる。また、レジンボンドとメタルボンドとの複合ボンドや、レジンボンドとビトリファイドボンドとの複合ボンドなどの各種の結合材を結合材１２として用いることもできる。なお、本実施の形態における効果が特に顕著に得られるのは、レジンボンドまたはレジンボンドを主体とする複合ボンドを用いた場合である。

レジンボンドとして適用できる樹脂としては、弾性率、軟化温度、成形性、物理的特性の観点から、アルキド樹脂、フェノール樹脂、ホルマリン樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、ポリエステルイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエステルウレタン樹脂、ビスマレイミド樹脂、ビスマレイミドトリアジン樹脂、シアナトエステル樹脂、ポリエーテルイミド、ポリパラバン酸、芳香族ポリアミドなどが好ましい。

電着とは、電着によって結合材１２を芯線１１の表面１１ａに形成する場合を指し、たとえば、ニッケル（Ｎｉ）めっきを結合材１２として表面１１ａに形成する。また、結合材１２としてメタルボンドを用いる場合、適当な金属粉と超砥粒１３とを混合粉とし、その混合粉を芯線１１の表面１１ａに焼き付ける。

図４は、図１中のＩＶ−ＩＶ線上に沿った断面図である。図４では、リール１に実際に巻かれている超砥粒ワイヤソー１０の一部のみが模式的に示されている。図４を参照して、リール１は、外周面２と、外周面２の両端から直角方向に立ち上がる内壁５とを有する。外周面２と内壁５とが交差する位置には、一方端３および他方端４が規定されている。

超砥粒ワイヤソー１０は、まず、一方端３から他方端４に向けてピッチＰで外周面２に巻き付けられている（第１層目の超砥粒ワイヤソー１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃおよび１０１ｄ）。第１層目の超砥粒ワイヤソーが他方端４まで巻き付けられた後、超砥粒ワイヤソー１０は、既に巻き付けられた超砥粒ワイヤソーの上から次は他方端４から一方端３に向けてピッチＰで巻き付けられている（第２層目の超砥粒ワイヤソー１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃおよび１０２ｄ）。さらに、超砥粒ワイヤソー１０は、第３層目では一方端３から他方端４に向けて、第４層目では他方端４から一方端３に向けてという具合に、一方端３と他方端４との間を往復しながらピッチＰで多層に巻き付けられている。

このように超砥粒ワイヤソー１０が一方端３と他方端４との間で外周面２上に巻き付けられるピッチＰは、Ｄ＜Ｐ＜２Ｄの関係を満たしている。また好ましくは、ピッチＰは、１．１Ｄ＜Ｐ＜１．９Ｄの関係を満たしている。

図５は、図１中に示す超砥粒ワイヤソー巻き線を製造するための巻き付け装置を示す概略図である。図５を参照して、巻き付け装置２１は、リール１が取り付けられる回転軸を有し、リール１を所定の速度で回転させるための第１の駆動手段としてのモーター２２と、リール１の近傍に配置され、リール１に巻き付けられる超砥粒ワイヤソー１０が案内されるトラバーサ２４と、トラバーサ２４が接続され、トラバーサ２４を往復運動させるための第２の駆動手段としてのモーター２５とを備える。

モーター２５の回転軸は、ボールネジ２６に接続されており、トラバーサ２４は、ボールネジ２６のナットに接続されている。モーター２５を所定の周期で正反転させることによって、トラバーサ２４を矢印２７に示す方向に往復運動させることができる。超砥粒ワイヤソー１０がリール１に向けて繰り出される経路上には、超砥粒ワイヤソー１０の巻き付け張力を測定するための張力計２３が設けられている。巻き付け装置２１には、さらに、モーター２２および２５の回転速度を適切に制御するための図示しない制御部が設けられている。

続いて、巻き付け装置２１を用いて、超砥粒ワイヤソー１０をリール１に巻き付ける方法について説明する。まず、モーター２２の回転軸にリール１をセッティングし、外周面２の一方端３側に超砥粒ワイヤソー１０の先端を固定する。次に、モーター２２を駆動させることによってリール１を回転させ、トラバーサ２４に案内された超砥粒ワイヤソー１０を外周面２に巻き付けてゆく。この際、モーター２２の回転速度に基づいて、図示しない制御部からモーター２５に向けて適切な回転速度と、回転方向を反転する時期とが指示される。これにより、トラバーサ２４は一定速度で往復運動を行ない、超砥粒ワイヤソー１０は、Ｄ＜Ｐ＜２Ｄの関係を満たすピッチＰで一方端３と他方端４との間を往復しながら多層に巻き付けられる。

また、張力計２３で測定された超砥粒ワイヤソー１０の巻き付け張力Ｔに基づいて、図示しない制御部からモーター２２に向けて適切な回転速度が指示されてもよい。この場合、図示しない制御部からは、巻き付け張力Ｔが超砥粒ワイヤソー１０の破断強度の５％以上５０％以下となるようにモーター２２の回転速度が指示される。これにより、いったん巻き付けた超砥粒ワイヤソー１０が緩んでしまうことを防止できる。また同時に、巻き付けられた超砥粒ワイヤソー１０同士が食い込んで、結合材１２が損傷することを防止できる。

また好ましくは、巻き付け張力Ｔが超砥粒ワイヤソー１０の破断強度の５％以上３０％以下となるようにモーター２２の回転速度を制御する。さらに好ましくは、巻き付け張力Ｔが超砥粒ワイヤソー１０の破断強度の１０％以上２０％以下となるようにモーター２２の回転速度を制御する。

このように構成された超砥粒ワイヤソー巻き付け構造および超砥粒ワイヤソーの巻き付け方法によれば、Ｄ＜Ｐの関係を満たすピッチＰで超砥粒ワイヤソー１０が巻き付けられているため、超砥粒ワイヤソー１０をリール１に巻き付ける際に互いに隣り合う超砥粒ワイヤソー１０同士（たとえば、図４中の超砥粒ワイヤソー１０２ｂと超砥粒ワイヤソー１０２ｃ）が擦れ合うということがない。また、Ｐ＜２Ｄの関係を満たすピッチＰで超砥粒ワイヤソー１０が巻き付けられているため、巻き付けようとする超砥粒ワイヤソー１０が下層の互いに隣り合う超砥粒ワイヤソー１０の間（たとえば、図４中の超砥粒ワイヤソー１０２ｂが、超砥粒ワイヤソー１０１ｃと超砥粒ワイヤソー１０１ｄとの間）に食い込むことがない。これにより、超砥粒ワイヤソー１０の結合材１２が傷付いたり、超砥粒１３が欠落したりすることを防止できる。

なお本実施の形態では、超砥粒ワイヤソー巻き線を製造するための巻き付け装置として、超砥粒ワイヤソー１０が水平方向に往復移動しながらリール１に巻き付けられる横型の巻き付け装置２１を用いたが、超砥粒ワイヤソー１０が水平方向以外の方向、たとえば垂直方向に巻き付けられる縦型の巻き付け装置を用いてもよい。但し、横型の巻き付け装置２１を用いた場合には、重力の影響を受けないため、超砥粒ワイヤソー１０をリール１の外周面２上で滑らすことなく所定のピッチＰで巻き付け易くなる。

（実施の形態２）
この発明の実施の形態２における超砥粒ワイヤソー巻き付け構造は、実施の形態１における超砥粒ワイヤソー巻き付け構造と比較して、基本的には同様の構造を備える。以下、重複する構造については説明を繰り返さない。

本実施の形態では、超砥粒ワイヤソー１０が、さらに１．１Ｄ＜Ｐ＜（３^1/2）Ｄの関係を満たすピッチＰでリール１の外周面２に巻き付けられている。また、さらに好ましくは、ピッチＰは、１．２Ｄ＜Ｐ＜（３^1/2）Ｄの関係を満たしている。このように構成された超砥粒ワイヤソー巻き付け構造によれば、実施の形態１に記載の効果に加えて、以下に説明する効果を奏することができる。

図６は、リールに巻き付けられた超砥粒ワイヤソーの外形を表した模式図である。図６を参照して、第ｎ層に巻き付けられた超砥粒ワイヤソー３１ａの上から、第（ｎ＋１）層に超砥粒ワイヤソー３１ｂおよび３１ｃが巻き付けられ、第（ｎ＋２）層に超砥粒ワイヤソー３１ｄが巻き付けられた状態が示されている。これらの超砥粒ワイヤソーは、Ｐ＝（３^1/2）ＤとなるピッチＰで巻き付けられている。

この場合、図中の角度αは３０°となり、第（ｎ＋２）層に巻き付けられた超砥粒ワイヤソー３１ｄは、第（ｎ＋１）層に巻き付けられた超砥粒ワイヤソー３１ｂおよび３１ｃのみならず、第ｎ層に巻き付けられた超砥粒ワイヤソー３１ａに接触した状態となる。このような接触によって、超砥粒ワイヤソー３１ａの結合材１２が損傷するおそれは増大する。また、Ｐ＞（３^1/2）Ｄの関係を満たすピッチＰで超砥粒ワイヤソーが巻き付けられている場合、超砥粒ワイヤソー３１ｄは、超砥粒ワイヤソー３１ａにのみ接触する。この場合、超砥粒ワイヤソーの巻き付けられた状態が不安定となり、巻き付けピッチが変動するおそれが生じる。

したがって、本実施の形態における超砥粒ワイヤソー巻き付け構造によれば、結合材１２の損傷および超砥粒１３の欠落をさらに軽減できるとともに、巻き乱れのない状態で超砥粒ワイヤソー１０をリール１に巻き付けることができる。

（実施の形態３）
図７は、この発明の実施の形態３における超砥粒ワイヤソー切断装置を示す斜視図である。図７を参照して、超砥粒ワイヤソー切断装置５１は、加工物５５との間で超砥粒ワイヤソー１０を繰り出したり、回収したりする超砥粒ワイヤソー供給部５７を備える。超砥粒ワイヤソー供給部５７には、実施の形態１または２における超砥粒ワイヤソー巻き付け構造を用いて超砥粒ワイヤソー１０が巻き付けられたリール１が設けられている。リール１は、加工物５５に対して両側に２つ配置されており、それぞれモーターの回転軸に取り付けられている。

超砥粒ワイヤソー切断装置５１は、さらに、超砥粒ワイヤソー１０を案内する複数のガイドローラー５２および５３と、加工物５５の下方に位置し、所定の間隔を隔てて配置された２つのメインローラー５６と、メインローラー５６の近傍に設けられた２つの切削液ノズル５４とを備える。メインローラー５６の外周面には、加工物５５の切断寸法に応じて溝が設けられている。２つのリール１に両端が巻き付けられた超砥粒ワイヤソー１０は、その溝に案内されながら、２つのメインローラー５６の間で張架されている。ガイドローラー５２は、所定の方向に往復運動可能に設けられている。

超砥粒ワイヤソー切断装置５１を用いて加工物５５を切断する場合、リール１が接続されたモーターを正反転させ、超砥粒ワイヤソー１０を２つのリール１の間で往復運動させる。このとき、ガイドローラー５２を図５中に示すトラバーサ２４と同様に往復運動させてもよい。これにより、超砥粒ワイヤソー切断装置５１を用いた切断加工時においても、超砥粒ワイヤソー１０が所定のピッチＰでリール１に巻き付けられ、実施の形態１または２に記載の効果と同様の効果を奏することができる。

続いて、２つのメインローラー５６の間で移動する多数本の超砥粒ワイヤソー１０に向けて、加工物５５を押し付ける。これにより、加工物５５を多数枚に切断加工することができる。この際、メインローラー５６の外周面に形成された溝と加工物５５には、切削液ノズル５４から切削液が供給される。この切削液は、切断加工時の摩擦を低減し、冷却を促進する役割を果たす。なお、超砥粒ワイヤソー１０が所定のピッチＰで巻き付けられるようにガイドローラー５２を往復移動させた場合には、超砥粒ワイヤソー１０がリール１に巻き付けられた状態で、超砥粒ワイヤソー１０の隙間に切断加工時に供給された切削液が介在する。このため、切削液による上述の効果を特に有効に得られるものと考えられる。

このように構成された超砥粒ワイヤソー切断装置によれば、所定のピッチＰで巻き付けられた超砥粒ワイヤソー１０を用いているため、超砥粒ワイヤソー１０を再びリール１から繰り出す際にも結合材１２が損傷したり超砥粒１３が欠落したりすることがない。このため、加工物５５を優れた切れ味で切断することができ、超砥粒ワイヤソー１０の寿命を延ばすことができる。また、超砥粒ワイヤソー１０が所定のピッチＰで巻き付けられるようにガイドローラー５２を往復移動させた場合には、切断加工の継続中においても、結合材１２が損傷したり超砥粒１３が欠落することを軽減できる。

本発明による超砥粒ワイヤソー巻き付け構造および巻き付け方法の評価を行なうため、以下に説明する実施例および比較例を実施した。

（実施例１）
図７中の超砥粒ワイヤソー切断装置５１を利用して、超砥粒ワイヤソー１０の巻き付けピッチＰが、結合材１２の損傷および超砥粒１３の欠落にどのような影響を与えるかを調査する試験を行なった。超砥粒ワイヤソー１０の芯線１１として、平均直径ｄ１が０．１８ｍｍのピアノ線を使用した。また、超砥粒１３として、平均直径ｄ２が４２μｍのダイヤモンド砥粒を使用し、結合材１２としてフェノール樹脂を使用した。超砥粒ワイヤソー１０の平均直径Ｄは、０．２５ｍｍであった。

以下の試験条件で、超砥粒ワイヤソー１０を２つのリール１の間で繰り返し往復走行させる繰り出し試験を行なった。

「試験条件」
超砥粒ワイヤソー速度；８００ｍ／ｍｉｎ
巻き付け張力Ｔ；９．８Ｎ
巻き付けピッチＰ；０．４ｍｍ（Ｄ＜Ｐ＜２Ｄ）
切削液；水溶性切削液
繰り出しサイクル（１往復を１サイクルとする）；２１２サイクル
試験後、２つのメインローラー５６の間に張架されている長さ約８２ｍの超砥粒ワイヤソー１０を顕微鏡を用いて観察し、結合材１２の累積剥離長さおよび超砥粒１３の欠落の有無を調査した。結果、結合材１２の累積剥離長さは、５０ｍｍであり、超砥粒１３の欠落はほとんど認められなかった。

（比較例１）
実施例１と同一仕様の超砥粒ワイヤソー１０を用い、実施例１の試験条件に倣って繰り出し試験を行なった。但し、試験条件のうち巻き付けピッチＰのみを０．２ｍｍ（Ｐ＜Ｄ）とした。試験後、実施例１と同様に超砥粒ワイヤソー１０を観察した結果、結合材１２の累積剥離長さは、２５０ｍｍであり、超砥粒１３の欠落が確認された。

（比較例２）
実施例１と同一仕様の超砥粒ワイヤソー１０を用い、実施例１の試験条件に倣って繰り出し試験を行なった。但し、試験条件のうち巻き付けピッチＰのみを０．６ｍｍ（Ｐ＞２Ｄ）とした。試験後、実施例１と同様に超砥粒ワイヤソー１０を観察した結果、結合材１２の累積剥離長さは、２８０ｍｍであり、超砥粒１３の欠落が確認された。

（実施例２）
次に、超砥粒ワイヤソー１０の巻き付け張力Ｔの変化によりどのような影響があるかを調査するため、実施例１と同一仕様の超砥粒ワイヤソー１０を用い、以下の試験条件で繰り出し試験を行なった。なお、予め超砥粒ワイヤソー１０に引っ張り試験を実施した結果、超砥粒ワイヤソー１０の破断強度は７８Ｎであった。

「試験条件」
超砥粒ワイヤソー速度；８００ｍ／ｍｉｎ
巻き付け張力Ｔ；９．８Ｎ（超砥粒ワイヤソー１０の破断強度の１２．６％）
巻き付けピッチＰ；０．４ｍｍ（Ｄ＜Ｐ＜２Ｄ）
切削液；水溶性切削液
繰り出しサイクル；４２４サイクル
試験後、実施例１と同様に超砥粒ワイヤソー１０を観察した結果、結合材１２の累積剥離長さは、３５０ｍｍであった。

（実施例３）
実施例１と同一仕様の超砥粒ワイヤソー１０を用い、実施例２の試験条件に倣って繰り出し試験を行なった。但し、試験条件のうち巻き付け張力Ｔのみを２５．７Ｎ（超砥粒ワイヤソー１０の破断強度の３３％）とした。試験後、実施例１と同様に超砥粒ワイヤソー１０を観察した結果、結合材１２の累積剥離長さは、２３００ｍｍであった。

（実施例４）
実施例１と同一仕様の超砥粒ワイヤソー１０を用い、実施例２の試験条件に倣って繰り出し試験を行なった。但し、試験条件のうち巻き付け張力Ｔのみを２９．４Ｎ（超砥粒ワイヤソー１０の破断強度の３７．７％）とした。試験後、実施例１と同様に超砥粒ワイヤソー１０を観察した結果、結合材１２の累積剥離長さは、４１２０ｍｍであった。

（比較例３）
実施例１と同一仕様の超砥粒ワイヤソー１０を用い、実施例２の試験条件に倣って繰り出し試験を行なった。但し、試験条件のうち巻き付け張力Ｔのみを３９．２Ｎ（超砥粒ワイヤソー１０の破断強度の５２％）とした。試験後、実施例１と同様に超砥粒ワイヤソー１０を観察した結果、結合材１２の累積剥離長さは、６５３０ｍｍであった。

（比較例４）
実施例１と同一仕様の超砥粒ワイヤソー１０を用い、実施例２の試験条件に倣った繰り出し試験を試みた。但し、試験条件のうち巻き付け張力Ｔのみを３Ｎ（超砥粒ワイヤソー１０の破断強度の３．８％）とした。しかしながら、この場合、リール１に超砥粒ワイヤソー１０を巻き付ける際に、巻き緩みが発生し、試験を実施することができなかった。

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明の実施の形態１における超砥粒ワイヤソー巻き付け構造を備える超砥粒ワイヤソー巻き線を示す斜視図である。図１中の超砥粒ワイヤソーを拡大して示す模式図である。図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線上に沿った断面を示す模式図である。図１中のＩＶ−ＩＶ線上に沿った断面図である。図１中に示す超砥粒ワイヤソー巻き線を製造するための巻き付け装置を示す概略図である。リールに巻き付けられた超砥粒ワイヤソーの外形を表した模式図である。この発明の実施の形態３における超砥粒ワイヤソー切断装置を示す斜視図である。従来において、リールに巻かれた超砥粒ワイヤソーを示す断面図である。

符号の説明

１リール、２外周面、３一方端、４他方端、１０，３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ超砥粒ワイヤソー、１１芯線、１１ａ表面、１２結合材、１３超砥粒、５１超砥粒ワイヤソー切断装置、５７超砥粒ワイヤソー供給部。

Claims

芯線と、前記芯線の表面を取り囲む結合材と、前記結合材によって前記芯線の表面に固着された複数の超砥粒とを含み、平均直径Ｄで形成された超砥粒ワイヤソーと、
一方端と他方端とを有する外周面を含み、加工物に向けて順次繰り出される前記超砥粒ワイヤソーが、前記一方端と前記他方端との間で往復しながら前記外周面に多層に巻き付けられるリール部とを備え、
前記超砥粒ワイヤソーが前記一方端と前記他方端との間で前記外周面に巻き付けられるピッチＰは、１．１Ｄ＜Ｐ＜（３ ^1/2 ）Ｄの関係を満たす、超砥粒ワイヤソー巻き付け構造。
前記芯線の平均直径がｄ１であり、前記超砥粒の平均直径がｄ２である場合、平均直径ｄ１およびｄ２は、０．０２＜ｄ２／ｄ１＜０．５の関係を満たす、請求項１に記載の超砥粒ワイヤソー巻き付け構造。
前記結合材は、レジンボンド、電着、メタルボンドおよびビトリファイドボンドからなる群より選ばれた少なくとも一種を含む、請求項１または２に記載の超砥粒ワイヤソー巻き付け構造。
請求項１から３のいずれか１項に記載の超砥粒ワイヤソー巻き付け構造を用いて設けられた超砥粒ワイヤソー供給部を備える、超砥粒ワイヤソー切断装置。
芯線、前記芯線の表面を取り囲む結合材および前記結合材によって前記芯線の表面に固着された複数の超砥粒を含み、平均直径Ｄで形成された超砥粒ワイヤソーと、一方端と他方端とを有する外周面を含むリール部とを準備する工程と、
前記超砥粒ワイヤソーを前記一方端と前記他方端との間で往復させながら前記外周面に多層に巻き付ける工程とを備え、
前記超砥粒ワイヤソーを巻き付ける工程は、前記一方端と前記他方端との間で前記超砥粒ワイヤソーを巻き付けるピッチＰが、１．１Ｄ＜Ｐ＜（３ ^1/2 ）Ｄの関係を満たすように前記超砥粒ワイヤソーを巻き付ける工程を含む、超砥粒ワイヤソーの巻き付け方法。
前記超砥粒ワイヤソーを巻き付ける工程は、前記超砥粒ワイヤソーの破断強度の５％以上５０％以下となる巻き付け張力で前記超砥粒ワイヤソーを巻き付ける工程を含む、請求項５に記載の超砥粒ワイヤソーの巻き付け方法。