JP6694474B2 - 結晶ブールのためのダイヤモンドワイヤー切断方法 - Google Patents
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Description
本発明は、結晶プレートを作るために、切断ワイヤー、特に、ダイヤモンドワイヤー、を用いて少なくとも１つの結晶ブールを切断する方法に関する。
本発明は、計時器や宝飾品用の結晶の部品、特に、腕時計の風防のような２つの平行な面を備える部品、を製造する分野に関する。
結晶ブールの切断は、不規則な形である元の材料を保持することが難しいために、複雑な操作である。これらの材料の硬度が高いために、ダイヤモンドワイヤー切断が必要となる。このような切断は、高コストな操作であり、また、振動や遭遇する不純物に非常に敏感である。また、面どうしが完全に平行であって引っ掻き傷や摩耗の形跡がないような円盤状の部品を作ることは難しい。
SILTRONICによるドイツ特許出願ＤＥ１０２００４０４３７１８Ａ１は、もろい材料のロッドないし結晶、例えば、半導体結晶、からウェハーを切断する方法を開示している。いくつかの平行なワイヤーを備えたダイヤモンドソーまで回転式マウントに配置された２つ以上のワークピースが供給される。ワークピースホルダーは、中央軸のまわりを回転し、インデクシングドライブに嵌められてワークピースをダイヤモンドソーに供給する。ワークピースホルダーの往復運動するのこぎり駆動及び回転駆動の組み合わせによって、全体的な切断動作が行われる。
また、MEYER BURGER AGによる国際特許出願ＷＯ２０１０／００９８８１は、回転するワークピースホルダーを備えるマルチワイヤー切断デバイスと固体基材を切断する方法を開示している。この基材は、例えば、半導体、光発電、光学、セラミックス、電気的及びマグネト技術の産業においてウェハーとして用いられる。
本発明は、結晶ブールを切断する操作を巧妙に行って、いくつかの結晶ブールを同時に切断することができるような方法を開発することを提案するものである。これによって、特に、ダイヤモンドワイヤーや切断時間を節約し良好に仕上げられた製品を得ることを確実にするという点で、製造コストを抑えることを確実にすることができる。
このために、本発明は、請求項１に記載の少なくとも１つの結晶ブールを切断する方法に関する。
添付の図面を参照しながら下記の詳細な説明を読むことで、本発明の他の特徴及び利点を理解することができるであろう。
本発明は、結晶プレート１０を作るために、切断ワイヤー、特に、ダイヤモンドワイヤー、を用いて、サファイア又はルビーのブールタイプなどの少なくとも１つの結晶ブール１を切断する方法に関する。
具体的には、ブール軸ＤＢが決められ、ブール半径ＲＢを有する少なくとも１つのブール１が、ブール軸ＤＢに垂直に切断されるように選ばれる。
このブール半径ＲＢは、当該切断操作によって得られる結晶プレート１０の寸法構成を決め、したがって、腕時計の風防のような結晶プレート１０から得られる物の寸法構成を決める。
ブール軸ＤＢと平行な主軸ＤＰを中心としてブール１を動かすことによって切断が行われる。特に、この主軸ＤＰは、ブール半径ＲＢよりも大きな偏心距離Ｅの分、ブール軸ＤＢから離れている。
切断用ワイヤー２は、張るように保たれ、主軸ＤＰに垂直な平面内の直線状の区画に沿うように動かされ、具体的には（これに限定されない）、主軸ＤＰと切断ワイヤー２の距離が偏心距離Ｅとブール半径ＲＢの和の値を有するようなソフトアプローチ位置と、及び主軸ＤＰと切断ワイヤー２との距離が偏心距離Ｅとブール半径ＲＢとの差の値を有するような分離位置との間を動かされる。
本発明によると、切断操作全体にわたって主軸ＤＰに対して適切な位置にこの少なくとも１つのブール１を固定するような仮ドラム３が作られる。この切断操作全体において仮ドラム３の内側の少なくとも１つのブール１を切断しているときには、切断ワイヤー２が延在する直線状の区画の両方の側をブール軸ＤＢが通るようにされる。
特に、仮ドラム３は、ダイヤモンドワイヤー２による切断の間に回転される。具体的には、この回転速度は一定であり、ダイヤモンドワイヤー２の運動の速さも一定である。
具体的には（これに限定されない）、仮ドラム３内の切断ワイヤー２の係合に対応する直線状の区画は、所与の時点において、ドラムの軸と一致している主軸ＤＰを始点とする半径方向の線に垂直であり、この区画はこの半径方向の線に対して対称的である。
特に、この仮ドラム３は、それぞれが主軸ＤＰを中心として同じ形態で放射状に配置されているこのような複数のブール１を同時に切断するように構成している。
好ましいことに、仮ドラム３は、軸方向のチューブないしシリンダーによって形成（これに限定されない）される犠牲コア４をベースとしている。この軸方向のチューブないしシリンダーは、回転中心の軸が主軸ＤＰと一致しており、半径が偏心距離Ｅとブール半径ＲＢの差と等しい。そして、適切な調整の後に、各ブール１は、ブール軸ＤＢが主軸ＤＰと平行であるような向きでこの犠牲コア４に接合される。これによって、接合アセンブリー５を形成する。
別の特定の変種（これに限定されない）において、市販品を用いて接合が行われる。例えば、エポキシ樹脂と、１，４，７，１０−テトラアザデカンのような硬化剤とによって形成される二成分系接着剤である。このエポキシ樹脂と硬化剤は、混合と硬化の後にポリエポキシドを形成する。これは、特に、Huntsman Araldite（登録商標）製品群、又は組み立てられる材料に適した他の接着剤である。
別の特定の変種（これに限定されない）において、別の市販品、例えば、メタクリレート、シアノアクリレート、又は他の適切な接着剤、例えば、Henkel（登録商標）Loctite（登録商標）６４１の嫌気性接着剤である。これは、１５０℃までの温度で用いることができるメタクリル酸エステルであり、熱風の気流などによって２５０℃で非常に容易に溶ける。
特定のアプリケーションでは、ブール１は、長手方向に延び、少なくともその中央部において実質的に円筒状の形態である。ブール軸ＤＢは、この場合、この円筒形の軸である。
具体的には、ブール１は、互いに実質的に平行に接合され、それらのブール１どうしの距離は、可能であれば、４ｍｍ〜６ｍｍである。
計時器用部品を製造するための特定のアプリケーションにおいては、仮ドラム３の外径は、２４０ｍｍのオーダーであり、ドラム３における切断深さは、３０ｍｍ〜５５ｍｍであり、ブールにおける最も小さな内側支持直径は、１３０ｍｍ近くである。当然、この方法は、本発明の範囲から逸脱せずに、他の寸法構成の特徴を有するように実装することができる。
当該切断操作が完全に連続的な性質を有するために、本発明によって、前記のように切断されるエッジが操作の終わりにて得られる結晶プレート１０において非常に規則的な表面状態を有することを確実にしつつ、ダイヤモンドワイヤー２と操作時間を節約することができる。研磨による仕上げは、当業者によく知られており、ここでは説明しない。
好ましいことに、各ブールを、サンドブラスト、マイクロサンドブラスト、ピーニングなどで処理して、アルコール又は他の溶剤できれいにして、いずれのグリースや固体粒子をも除去することによって、調整をすることができる。これによって、ダイヤモンドワイヤー２は、磨耗を加速しがちないずれの粒子にも遭遇しないこととなる。
特に、これによって形成された接合アセンブリー５は、ブール１が犠牲コア４に接合された後に、型としてはたらくエンベロープ６に挿入される。このエンベロープ６の中では、この接合アセンブリー５が、特定の粘性を有するエポキシ樹脂のような高分子被覆７でオーバーモールドされる。この高分子被覆７は、実質的に一定の温度を維持するように冷却することによって、必要な時間、特に、２４時間以上、硬化させるために残される。これによって、オーバーモールドされたアセンブリー８を形成する。この冷却は、周囲温度の冷水の水流を用いて行うことができ、また、被覆製品の温度が高くなりすぎることを防ぎ、したがって、異質性を発生させる応力を防ぐ。
次に、特に、エポキシ樹脂の、被覆物７の硬化の後に、これによって形成されたオーバーモールド済みアセンブリー８がそのエンベロープから取り除かれ、テンパリングされる。これは、特に、４０℃〜５０℃の温度で少なくとも１２時間テンパリングされる。これによって、仮ドラム３を得る。このエンベロープは、好ましいことに、再利用可能である。
このようにして、実際の切断操作が仮ドラム３に対して行われる。すなわち、仮ドラム３は主軸ＤＰの方へダイヤモンドワイヤー２を半径方向に少なくとも分離位置まで進めることによってスライスされる。これによって、切断リング９の素片を形成する。
これらの切断リング９の分離は、回転工具又は他の工具を用いる機械加工、又は他の手段によって、犠牲コア４を切り離すことによって完了する。
温度を上げること、熱した流体に浸すこと、及び／又はタンブリングデバイスなどのデバイスで処理することによって、被覆７、特に、エポキシ樹脂など、が切断リング９から取り除かれる。これによって、２つの平行な面を備えた結晶プレート１０が解放される。接着剤の除去は、コーティングと接合のために選ばれた材料に応じて、特に、温度を上げることによって、同時に又は別々の操作で、行うことができる。
特に、当該方法は、サファイア又はルビーの結晶ブールに適用される。
特に、当該方法は、得られる結晶プレートを成形して仕上げることによって、腕時計の風防の製造に適用される。
特に、この方法は、得られた結晶プレートを成形して仕上げることによる計時器のための宝飾品の製造に適用される。
本発明によって、ダイヤモンドワイヤー２を相当に節約することができ、また、切断時間を抑えて短くし、２つの完全に平行な主面及び非常に規則的な表面状態を有するような結晶プレート１０を確実に得ることができる。
１ 結晶ブール
２ 切断用ワイヤー
３ 仮ドラム
４ 犠牲コア
５ 接合アセンブリー
６ エンベロープ
７ 被覆材料
８ オーバーモールドされたアセンブリー
９ 切断リング
１０ 結晶プレート
ＤＢ ブール軸
ＤＰ 主軸
Ｅ 偏心距離
ＲＢ ブール半径
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９ 切断リング
１０ 結晶プレート
ＤＢ ブール軸
ＤＰ 主軸
Ｅ 偏心距離
ＲＢ ブール半径
Claims (7)
- ダイヤモンドワイヤー（２）を用いて少なくとも１つの結晶ブール（１）を切断する方法であって、
ブール半径（ＲＢ）を有する少なくとも１つの前記結晶ブール（１）を切断するように選ばれる方向に対して垂直なブール軸（ＤＢ）が定められ、
前記結晶ブール（１）は、前記ブール軸（ＤＢ）と平行な主軸（ＤＰ）を中心として動かされ、
切断用ワイヤー（２）は、緊張しているように保たれ、前記主軸（ＤＰ）に垂直な平面上の直線線分に沿うように動かされ、
切断操作全体にわたって前記主軸（ＤＰ）に対して適切な位置に前記少なくとも１つの結晶ブール（１）を固定する仮ドラム（３）が作られ、
この切断操作をしているときに、前記ブール軸（ＤＢ）が、前記仮ドラム（３）内の前記少なくとも１つの結晶ブール（１）が切断されているときに前記直線線分の両方の側を通るようにされ、
前記仮ドラム（３）は、軸方向のチューブないしシリンダーによって形成される犠牲コア（４）をベースとしており、
この犠牲コア（４）は、回転軸が前記主軸（ＤＰ）と一致しており、犠牲コア（４）の半径が、前記犠牲コア（４）の半径と前記ブール半径（ＲＢ）との和である偏心距離（Ｅ）と前記ブール半径（ＲＢ）との差と等しく、
この犠牲コア（４）に、調整の後の前記結晶ブール（１）が接合され、
各結晶ブール（１）は、そのブール軸（ＤＢ）が前記主軸（ＤＰ）と平行であり、
このようにして、前記結晶ブール（１）が前記犠牲コア（４）に接合された接合アセンブリー（５）を形成し、
前記結晶ブール（１）が前記犠牲コア（４）に接合された後に、前記接合アセンブリー（５）がエンベロープ（６）内に挿入され、このエンベロープ（６）内にて前記接合アセンブリー（５）がエポキシ樹脂の被覆材料（７）でオーバーモールドされ、
この被覆材料（７）は、少なくとも２４時間一定の温度で冷却することによって、残されて硬化して、オーバーモールドされたアセンブリー（８）が形成され、
前記被覆材料（７）の硬化の後に、前記オーバーモールドされたアセンブリー（８）は、前記エンベロープ（６）から取り除かれ、４０℃〜５０℃の温度で少なくとも１２時間テンパリングされて、前記仮ドラム（３）を得え、
前記調整は、その結晶ブールに対して、サンドブラスト、マイクロサンドブラスト、又はピーニングを行い、
その結晶ブールを、アルコール又は他の溶媒によってきれいにして、いずれのグリースや固体粒子をも取り除くことによって行われ、そして
前記仮ドラム（３）は、少なくとも前記分離位置まで、前記主軸（ＤＰ）の方へとダイヤモンドワイヤー（２）を半径方向に進めることによって、スライスされ、これによって、切断リング（９）の素片が形成され、
前記切断リング（９）の分離は、回転又は他の工具を用いた機械加工によって前記犠牲コア（４）を切り離すことによって完了し、
前記被覆材料であるエポキシ樹脂は、温度を増加させること、加熱された流体に浸すこと、及びタンブリングデバイスなどのデバイスに処理させることによって、前記切断リング（９）から取り除かれ、これによって、２つの平行な面を備えた結晶プレート（１０）が解放される
ことを特徴とする切断方法。 - 前記主軸（ＤＰ）は、前記ブール半径（ＲＢ）よりも大きな偏心距離（Ｅ）の分、前記ブール軸（ＤＢ）から離れており、
前記切断用ワイヤー（２）は、張るように保たれ、前記主軸（ＤＰ）と前記切断用ワイヤー（２）との距離が前記偏心距離（Ｅ）と前記ブール半径（ＲＢ）の和と等しい値を有するようなソフトアプローチ位置と、及び前記主軸（ＤＰ）と前記切断用ワイヤー（２）との距離が前記偏心距離（Ｅ）と前記ブール半径（ＲＢ）との差と等しい値を有するような分離位置との間で動かされる
ことを特徴とする請求項１に記載の切断方法。 - 前記主軸（ＤＰ）は、前記ブール半径（ＲＢ）よりも大きな偏心距離（Ｅ）の分、前記ブール軸（ＤＢ）から離れており、
前記切断用ワイヤー（２）は、張るように保たれ、前記主軸（ＤＰ）と前記切断用ワイヤー（２）との距離が前記偏心距離（Ｅ）と前記ブール半径（ＲＢ）の和と等しい値を有するようなソフトアプローチ位置と、及び前記主軸（ＤＰ）と前記切断用ワイヤー（２）との距離が前記偏心距離（Ｅ）と前記ブール半径（ＲＢ）との差と等しい値を有するような分離位置との間で動かされる
ことを特徴とする請求項１に記載の切断方法。 - 前記仮ドラム（３）は、それぞれが前記主軸（ＤＰ）に対して同じ形態で半径方向に構成している複数の前記結晶ブール（１）を同時に切断するように構成している
ことを特徴とする請求項１に記載の切断方法。 - 前記結晶ブールとして、サファイア又はルビーで作られているものが選ばれる
ことを特徴とする請求項１に記載の切断方法。 - 請求項１から５のいずれか一項に記載の切断方法を用いて腕時計の風防を製造する方法であって、
前記切断方法を実行して作った結晶プレート（１０）に対して成形及び仕上げ操作を行う
ことを特徴とする方法。 - 請求項１から５のいずれか一項に記載の切断方法を用いて計時器用の宝飾品を製造する方法であって、
前記切断方法を実行して作った結晶プレート（１０）に対して成形及び仕上げ操作を行う
ことを特徴とする方法。
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