(57)【要約】【課題】アンバランスの低減が容易で回転時の振動低下効果が得られ、回転駆動時において動力面の省エネルギー効果が得られ、低コストで製造が可能なリールを提供する。【解決手段】超砥粒ワイヤソー巻き付け用リール１は、巻き軸８０方向に延在するドラム部２と、ドラム部２から外周方向に延在するフランジ部５とを備え、ドラム部２とフランジ部５とはアルミニウム合金鋳物からなる一体物により形成されている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超砥粒ワイヤソー巻き付け用リールであって、
巻き軸方向に延在するドラム部と、
前記ドラム部から外周方向に延在するフランジ部とを備え、
前記ドラム部と前記フランジ部とはアルミニウム合金鋳物からなる一体物により形成されている、超砥粒ワイヤソー巻き付け用リール。
【請求項２】
前記アルミニウム合金の組成は、Ａｌが８５から９８質量％、Ｓｉが０．５質量％以下、Ｃｕが０．２５質量％以下、Ｍｇが２から１０質量％である、請求項１に記載の超砥粒ワイヤソー巻き付け用リール。
【請求項３】
前記アルミニウム合金の硬さは、ブリネル硬さで４０以上である、請求項１または２に記載の超砥粒ワイヤソー巻き付け用リール。
【請求項４】
前記アルミニウム合金の破断伸びは５％以上である、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用リール。
【請求項５】
超砥粒ワイヤソーは、直径が０．０３ｍｍから０．５ｍｍの芯線を有する、請求項１から４のいずれか１項に記載の超砥粒ワイヤソー巻き付け用リール。
【請求項６】
超砥粒ワイヤソーの巻き付けテンションは３Ｎから４０Ｎである、請求項１から５のいずれか１項に記載の超砥粒ワイヤソー巻き付け用リール。
【請求項７】
超砥粒ワイヤソーの巻き付けピッチは、０．０５ｍｍから３．０ｍｍであり、巻き付け段数は２段以上である、請求項１から６のいずれか１項に記載の超砥粒ワイヤソー巻き付け用リール。
【請求項８】
ワンユース用である、請求項１から７のいずれか１項に記載の超砥粒ワイヤソー巻き付け用リール。
【請求項９】
超砥粒ワイヤソーに接触する前記ドラム部および前記フランジ部の表面粗さはＲａ３．２μｍ以下である、請求項１から８のいずれか１項に記載の超砥粒ワイヤソー巻き付け用リール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超砥粒ワイヤソー巻き付け用リールに関する。
【背景技術】
【０００２】
芯線の表面に、結合材として樹脂、ニッケルめっき、およびロウ材などにより、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。
【０００３】
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。
【０００４】
超砥粒ワイヤソーは、芯線と、結合材を用いて芯線の表面に固着された複数の超砥粒とを備える。超砥粒は、遊離砥粒方式の場合とは異なり、結合材の表面から突出するように設けられている。超砥粒ワイヤソーは、円筒状に形成されたリールの表面に、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。超砥粒ワイヤソーは、リールの表面の両端の間で一定のピッチで多段に巻き付けられており、隣り合う超砥粒ワイヤソー同士が接触している。
【０００５】
従来のこの種のリールとしては、以下のような先行技術が知られている。
特開平１１−１１４７９８号公報（特許文献１）には、超砥粒ワイヤソー等を巻き付けるリールで、鍔部分と胴部分が鋼で一体に成形され、中心軸部が中空となっており、中心軸部にアルミニウム合金を圧入したリールが開示されている。
【０００６】
このようにして、胴部分が変形したりせず、鍔部分と胴部分の隙間に超砥粒ワイヤソーが噛み込んで断線することがない効果をねらったリールである。
【０００７】
特開２０００−３１７８０５号公報（特許文献２）には、リールをワイヤソー切断機に取り付けるのに用いるナットをリールの先端部に収納できる凹部を設け、その凹部をフタで塞ぐことができるリールが開示されている。
【０００８】
ナットにスラリー等が付着して、ナットの緩め作業が阻害されないようにする効果をねらったリールである。なおこの種のリールは鋼で形成されている。
【０００９】
特開２００２−３７０１５２号公報には、鍔部分と胴部分が別々に形成された、組み立て方式のリールが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平１１−１１４７９８号公報
【特許文献２】特開２０００−３１７８０５号公報
【特許文献３】特開２００２−３７０１５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、従来の鋼で形成されたリールは、重量が重く、動バランス調整を精度良く実施することが困難なため、ワイヤソー切断機に振動が発生して超砥粒ワイヤソーが断線する原因となるだけでなく、工作物の切断面の精度不良を発生させる原因となることがあった。
【００１２】
さらに、鍔部分と胴部分が別々に形成された、組み立て方式のリールでは、鍔部分と胴部分の隙間に超砥粒ワイヤソーが噛み込んで断線する原因となることがあった。
【００１３】
本発明は、従来の鋼製リールに比較して、アンバランスの低減が容易で回転時の振動低下効果が得られ、回転駆動時において動力面及び運送にかかる省エネルギー効果が得られ、しかも低コストで製造が可能なリールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この発明に従った超砥粒ワイヤソー巻き付け用リールは、巻き軸方向に延在するドラム部と、ドラム部から外周方向に延在するフランジ部とを備え、ドラム部とフランジ部とはアルミニウム合金鋳物からなる一体物により形成されている。
【００１５】
このように構成された超砥粒ワイヤソー巻き付け用リールでは、ドラム部とフランジ部とはアルミニウム合金鋳物からなる一体物により形成されているため、リールが軽量となり、アンバランスの低減が容易で回転時の振動低下効果が得られる。さらに、回転駆動時において動力面及び運送にかかる省エネルギー効果が得られ、しかも低コストで製造が可能なリールを提供できる。
【００１６】
好ましくは、アルミニウム合金の組成は、Ａｌが８５から９８質量％、Ｓｉが０．５質量％以下、Ｃｕが０．２５質量％以下、Ｍｇが２から１０質量％である。
【００１７】
好ましくは、アルミニウム合金の硬さは、ブリネル硬さで４０以上である。
好ましくは、アルミニウム合金の破断伸びは５％以上である。なお、破断伸びの測定方法は、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４１に従う。
【００１８】
好ましくは、超砥粒ワイヤソーは、直径が０．０３ｍｍから０．５ｍｍの芯線を有する。
【００１９】
好ましくは、超砥粒ワイヤソーの巻き付けテンションは３Ｎから４０Ｎである。
好ましくは、超砥粒ワイヤソーの巻き付けピッチは、０．０５ｍｍから３．０ｍｍであり、巻き付け段数は２段以上である。
【００２０】
好ましくは、ワンユース用、すなわち、一度客先に納められると供給者がリールを再度回収しない仕様である。
【００２１】
好ましくは、超砥粒ワイヤソーに接触するドラム部およびフランジ部の表面粗さはＲａ３．２μｍ以下である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】この発明の実施の形態における超砥粒ワイヤソー巻き付け用リールに巻かれた超砥粒ワイヤソーを示す斜視図である。
【図２】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３】図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線上に沿った断面を示す模式図である。
【図４】図１中のＩＶ−ＩＶ線上に沿った断面図である。
【図５】この発明の実施の形態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。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１は、この発明の実施の形態における超砥粒ワイヤソー巻き付け用リールに巻かれた超砥粒ワイヤソー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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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、ドラム部２と、ドラム部２の両端から直角方向に立ち上がるフランジ部５とを有する。ドラム部２とフランジ部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。
【００３６】
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でドラム部２に巻き付けられている（第１層目の超砥粒ワイヤソー１０１）。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１０２）。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。
【００３７】
また、張力計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３Ｎから４０Ｎとなるようにモーター２２の回転速度が指示されることが好ましい。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。
【００３８】
超砥粒ワイヤソー巻き付け用のリール１は、巻き軸８０方向に延在するドラム部２と、ドラム部２から外周方向に延在するフランジ部５とを備え、ドラム部２とフランジ部５とはアルミニウム合金鋳物からなる一体物により形成されている。ドラム部２とフランジ部５とはアルミニウム合金鋳物からなる一体物により形成されているため、リール１が軽量となり、アンバランスの低減が容易で回転時の振動低下効果が得られる。さらに、回転駆動時において動力面の省エネルギー効果が得られ、しかも低コストで製造が可能なリール１を提供できる。好ましくは、アルミニウム合金の組成は、Ａｌが８５から９８質量％、Ｓｉが０．５質量％以下、Ｃｕが０．２５質量％以下、Ｍｇが２から１０質量％である。好ましくは、アルミニウム合金の硬さは、ブリネル硬さで４０以上である。好ましくは、アルミニウム合金の破断伸びは５％以上である。好ましくは、超砥粒ワイヤソー１０は、直径が０．０３ｍｍから０．５ｍｍの芯線を有する。好ましくは、超砥粒ワイヤソー１０の巻き付けテンションは３Ｎから４０Ｎである。好ましくは、超砥粒ワイヤソー１０の巻き付けピッチは、０．０５ｍｍから３．０ｍｍであり、巻き付け段数は２段以上である。好ましくは、リール１はワンユース用である。好ましくは、超砥粒ワイヤソー１０に接触するドラム部２およびフランジ部５の表面粗さはＲａ３．２μｍ以下である。
【００３９】
図５は、この発明の実施の形態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５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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
（実施例１）
以下のような本発明の実施例１の超砥粒ワイヤソー用のアルミニウム合金鋳物製リールを製作して、本発明の効果を実験により確認した。
【００４４】
実施例１のアルミニウム合金鋳物製リールに用いたアルミニウム合金鋳物の組成は質量％で、Ｓｉが０．１５％、Ｃｕが０．０５％、Ｍｇが５％、残部はＡｌと微量の不純物（Ｚｎ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｃｒなど）を含む。アルミニウム合金鋳物のブリネル硬さ（ＨＢＷ）は４５、伸びは１０％であった。なお、本明細書において、「伸び」とは、破断伸びを意味する。アルミニウム合金鋳物製リールの表面は、切削工具により切削加工され、ドラム部２およびフランジ部５のうち超砥粒ワイヤソーに接触する部分の表面粗さはＲａ０．４μｍであった。アルミニウム合金鋳物製リールの寸法は、胴部（ドラム部２）の外径（直径）Ｄ１は１１０ｍｍで長さＬ１は２５０ｍｍ、鍔部（フランジ部５）の外径（直径）Ｄ２は１９０ｍｍで厚みＴ１は２０ｍｍであった。
【００４５】
巻き付けに用いた超砥粒ワイヤソーは、平均粒径５μｍのダイヤモンド砥粒をフェノール系レジンボンドで直径０．０３ｍｍのピアノ線の表面に固着したレジンボンド超砥粒ワイヤソーで、平均外径（平均直径）Ｄは０．０４１ｍｍであった。
【００４６】
このレジンボンド超砥粒ワイヤソーを上記リールにピッチＰが０．０５ｍｍ、巻き付けテンション３Ｎで、全長１０ｋｍを巻き付けた。
【００４７】
このようにレジンボンド超砥粒ワイヤソー１０ｋｍを巻き付けたリールをワイヤソー切断機に取り付けて、シリコンインゴットのスライシング実験を行ったところ、ワイヤソー切断機の振動発生は無く、良好な切れ味を発揮し、シリコンインゴットの切断面も良好な表面粗さが得られた。
【００４８】
（実施例２〜２０）
【００４９】
【表１】
2014181125.tif 000003
【００５０】
【表２】
2014181125.tif 000004
【００５１】
実施例２から２０では、表１および２で示す超砥粒ワイヤソーをリールに巻きつけた。リールの寸法は実施例１と同じであり、リールを構成するアルミニウム合金は、表１および表２で示されるものである。
【００５２】
これらの超砥粒ワイヤソーを巻き付けたリールをワイヤソー切断機に取り付けて、シリコンインゴットのスライシング実験を行ったところ、ワイヤソー切断機の振動発生は無く、良好な切れ味を発揮し、シリコンインゴットの切断面も良好な表面粗さが得られた。
【００５３】
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。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明のリールは、各種の超砥粒ワイヤソーの巻き付けに用いることが考えられる。
【符号の説明】
【００５５】
１  リール、２  ドラム部、３  一方端、４  他方端、５  フランジ部、１０  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。
【図１】
2014181125.tif 000005
【図２】
2014181125.tif 000006
【図３】
2014181125.tif 000007
【図４】
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【図５】
2014181125.tif 000009