(57)【要約】【課題】  ワイヤが長寿命であり、且つ加工精度が高く、信頼性の高いワイヤソー装置を提供すること。【解決手段】  ワイヤソー装置１は、１本のワイヤ２を巻きつける３個の多溝ローラー３ａ、３ｂ、３ｃを有し、各多溝ローラーに、例えば約１２０ミクロンの直径を有するワイヤ２を巻き付けるワイヤ列を構成し、このワイヤ列のワイヤ２をワイヤ駆動モータ４により駆動されるドライブ側多溝ローラー３ａの駆動により往復運動させるようになっている。またワイヤ２を巻き取り、送り出すボビン５ａ、５ｂを持っている。被切断物９と多溝ローラー３ｂ、３ｃの間のワイヤ２に磁石１２を接合した超音波振動子１３を接触させる。そして超音波振動子１３の振動方向は切断方向と一致させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
遊離砥粒を含むスラリを供給された走行するワイヤまたは、砥粒を固定した走行するワイヤに対し被切断物を押し付け接触させて、被切断物を切断するワイヤソーにおいて、ワイヤに超音波振動子を接合した磁石を接触させ、前記超音波振動子に交流電圧を印加することを特徴とする。
【請求項２】
遊離砥粒を含むスラリを供給された走行するワイヤまたは、砥粒を固定した走行するワイヤに対し被切断物を押し付け接触させて、被切断物を切断するワイヤソーにおいて、ワイヤに磁歪振動子を接触させ、前記磁歪振動子に交流電圧を印加することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、例えば、サファイアなどの酸化物単結晶材料、半導体材料、磁性材料、セラミック等の脆性材料をワイヤにより切断するワイヤソー装置およびこれを用いた切断方法に関する。
【背景技術】
【０００２】  一般にワイヤソーは、複数の加工用ローラーが所定間隔をおいて配設され、それらのローラーの外周に複数の環状溝が所定ピッチで形成されており、それらの環状溝間には１本のワイヤが順に巻回されている。そして、加工用ローラーの回転にともなって、ワイヤを走行させながら、そのワイヤ上に遊離砥粒を含むスラリを供給し、この状態でワイヤに対し被切断物を押し付け接触させて、被切断物を切断するように構成されている。【０００３】  このように構成されるワイヤソーにおいては、切断能力を向上させるために各種の提案がなされている。例えば、特許文献１においては、外周に凹凸部を有した補助ローラーを被切断物近傍のワイヤに接触するように設け、このローラーの回転によりワイヤに対して直接上下に振動を付与するようにしている。
【特許文献１】特開平８−９９２６２号公報
【０００４】  しかしながら、上に述べたワイヤソーにおいては、ワイヤと補助ローラーが接触することにより、補助ローラーの外周に凹凸部が平坦化するためワイヤの振動は小さくなってしまう。このため、補助ローラーの頻繁な交換が必要である。また、被切断物を効率よく切断するために、１５ＫＨｚ以上の振動数でかつ振幅を３μｍ以上の振動をワイヤの付与することが好ましいが、補助ローラ凹凸部を設ける構成では難しい。【０００５】  そこで特許文献２のワイヤソーが提案された。このワイヤソー装置は、一対の磁界発生器を被切断物の加工域におけるワイヤ進行方向両側に設ける。そして、磁界発生器に対して、所定の駆動出力を供給し、磁界発生器を動作させて、ワイヤを間欠的に吸引し、ワイヤに対して上下振動を付与する。
【特許文献２】特開２００１−６２７００号公報
【０００６】  この発明によれば、ワイヤ列に近接し、微少間隔を介してワイヤに振動を付与する振動手段が設けられるため、ワイヤの振動により、ワイヤと被切断物との間に十分な量のスラリを供給することができ、効率的な切断加工を行うことができるとされている。しかも、ワイヤに振動を付与する振動付与手段がワイヤと接触しないため、その振動付与手段がワイヤによって切断されたり、磨耗されたりすることがなく、耐久性を向上させることができるとされている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】  上記の特許文献２に記載のワイヤソーにおいては、ワイヤと非接触で交流電源から磁界発生器によりワイヤに交番する振動力を印加するものであるが、非接触であるためワイヤの振幅量を調整することは困難である。【０００８】  また、磁界発生を発生させるための交流電源は、１５ＫＨｚ以上の超音波領域では、効率が低く熱を発生させるのでワイヤの温度を上昇させる虞がある。ワイヤの温度上昇は加工精度の悪化そしてワイヤの寿命を短くすることの原因にもなる。【０００９】  さらに、ローラーの外周に設けられた環状溝から、ワイヤが振動により外れてしまう虞がある。【００１０】  本発明の目的は、加工精度が高くかつ、切断速度を向上させることができるワイヤソーおよびこれを用いた切断方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】  本発明は、遊離砥粒を含むスラリを供給された走行するワイヤまたは、砥粒を固定した走行するワイヤに対し被切断物を押し付け接触させて、被切断物を切断するワイヤソーにおいて、ワイヤに超音波振動子を接合した磁石を接触させ、前記超音波振動子に交流電圧を印加するものである。【００１２】  遊離砥粒を含むスラリを供給された走行するワイヤまたは、砥粒を固定した走行するワイヤに対し被切断物を押し付け接触させて、被切断物を切断するワイヤソーにおいて、ワイヤに磁歪振動子を接触させ、前記磁歪振動子に交流電圧を印加するものである。
【発明の効果】
【００１３】  本発明のワイヤソー装置を用いた切断加工により、高精度かつ高速加工が可能となり、さらにワイヤが長寿命となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】  以下、本発明に関わるワイヤソー装置の実施の形態について図１の斜視図を用いて説明する。ワイヤソー装置１は、１本のワイヤ２を巻きつける３個の多溝ローラー３ａ、３ｂ、３ｃを有し、各多溝ローラーに、例えば約１２０ミクロンの直径を有するワイヤ２を巻き付けるワイヤ列を構成し、このワイヤ列のワイヤ２をワイヤ駆動モータ４により駆動されるドライブ側多溝ローラー３ａの駆動により往復運動させるようになっている。またワイヤ２を巻き取り、送り出すボビン５ａ、５ｂを持っている。多溝ローラー３ａ、３ｂ、３ｃの表面に設けられた複数の溝は図面の都合上省略した。また、ワイヤに超音波振動を印加する手段も図面が複雑になるため省略した。【００１５】  次にワイヤ２に超音波振動を印加する手段を図２の平面図と図３の側面図を用いて説明する。被切断物９と多溝ローラー３ｂ、３ｃの間のワイヤ２に磁石１２を接合した超音波振動子１３を接触させる。そして超音波振動子１３の振動方向は切断方向と一致させる。【００１６】  超音波振動子１３はランジュバン型超音波振動子と呼ばれているもので、アルミ合金製のフロントマス１４と同じくアルミ合金製のリアマス１５の間に圧電セラミック１６ａ、１６ｂを図示しないボルトにより締め付け一体化したものである。磁石１２はエポキシ樹脂によりフロントマス１４に接合されている。そして燐青銅製の電極はリード線で電気的に結ばれている。そしてリード線の他方は超音波発振器に接続されている。【００１７】  磁石１２はネオジウム鉄系の永久磁石である。また、磁石１２は電磁石でもよく、電磁石の場合は、電流の大きさにより磁力を調整することができる。【００１８】  ワイヤ２は、磁性体であるので磁石１２により吸引される。磁石１２は超音波振動子１３により超音波振動が与えられているので、ワイヤ２は磁石１２に吸引されながら超音波振動する。ワイヤ２と磁石１２は超音波振動するので、互いに摩擦力は小さくなるためワイヤ２の磨耗、切断の虞はほとんどない。【００１９】  そして、超音波振動子１３の振動がほぼそのままワイヤ２に伝播するので、超音波振動子１３の振幅量を調整することでワイヤ２の振動振幅を調整することができる。このため、不要に大きい振動をワイヤ２に与えることはない。【００２０】  また、ワイヤ列に対向する上方には、送りモータ６を有し被切断物９を送るフィードユニット７が設けられており、このフィードユニット７のカーボンベース８に接着された被切断物９、例えばサファイアインゴットをワイヤ列に押し付けて研磨切断するようになっている。【００２１】  多溝ローラー３ｂ、３ｃと被切断物９の間のワイヤ列にスラリ１１を供給するスラリポンプを有するスラリ供給装置１０が設けられている。【００２２】  次に本発明のワイヤソー装置１を用いたサファイアインゴットの切断方法について説明する。【００２３】  最初に、図１に示すように、被切断物９であるサファイアインゴットをカーボンベース８に接着する。ワイヤ駆動モータ４を回転させて、ワイヤ列を高速で動かし、そして図２、図３に示す磁石１２を接合したランジュバン型超音波振動子１３の圧電セラミック１６ａ、１６ｂに超音波発振器よりの超音波交流電圧を印加する。も���、１台の超音波発振器も用いて多数のランジュバン型超音波振動子を駆動したい場合は、ランジュバン型超音波振動子のそれぞれの固有振動数が異なるため、固有振動数の最小、最大値を含むスイープ周波数の電圧を印加するとよい。【００２４】  さらに、ワイヤ列にスラリ供給装置１０を作動させスラリ１１を供給し、送りモータ６を回転させてサファイアインゴットをワイヤ列に接触させ、切断を開始し、切断を継続する。【００２５】  ここでワイヤ２と接触する磁石１２の先端部にワイヤ２に損傷を与えないために図４の側面図で示すようにワイヤ２に比較して硬度が低いフッ素系プラスチック製の摺動板１８を接合してもよい。プラスチックの消耗が大きいときは、例えば炭素繊維複合材料のような繊維によりプラスチックを強化した複合材料が適している。【００２６】  ワイヤ２の超音波振動により、ワイヤ２と被切断物との摩擦が減少することにより、ワイヤ２の消耗は少なくなり、かつワイヤ２の切断の恐れも小さくなる。さらに、ワイヤ２と被切断物９との摩擦熱が小さくなるため、加工精度も向上する。そして、また超音波振動の効果により切断速度が向上する。【００２７】  また、ワイヤ２の超音波振動により、ワイヤ２と被切断物９との間にスラリ１１が十分供給されるので、切断速度が向上する。さらに、被切断物９の切断粉及びワイヤ２の消耗粉などが速やかに排除されるため加工精度は向上し、切断速度も向上する。【００２８】  なお超音波切削加工は、例えば、非特許文献１に詳しく記載されている。超音波切削加工は、加工対象物と工具との摩擦抵抗が、小さくなるため、加工面の熱歪みが低減され、加工精度が高くなり、そして、切削工具の寿命が長くなるなどの利点を有している。そして、加工速度が倍以上になることも非特許文献２に詳しく記載されている。
【非特許文献１】超音波便覧編集委員会、「超音波便覧」、丸善株式会社、平成１１年８月、ｐ６７９−６８４
【非特許文献２】日本電子機械工業会、「超音波工学」、株式会社コロナ社、１９９３年、ｐ２１８−２２９
【００２９】  上記のように、ワイヤに超音波振動を付与することによりワイヤが長寿命であり、加工精度の高い、信頼性の高いワイヤソー装置を提供できる。【００３０】  また、超音波振動を発生させる別の手段として磁歪振動子がある。超音波振動を発生させる手段としての磁歪振動子は、非特許文献３に詳しく記述されている。
【非特許文献３】日本電子機械工業会、「超音波工学」、株式会社コロナ社、１９９３年、ｐ２８−４０
【００３１】  図５の側面図を用いて、磁歪振動子１７によりワイヤ２に超音波振動を付与する例について説明する。磁歪振動子１７は、もちろん電磁石にもなるのでワイヤ２を吸引する。そしてもちろん超音波振動もするので、ワイヤ２を吸引すると同時に超音波振動もさせることができる。そして磁歪振動子１７のコイルに電流を流さないときには、ワイヤ２も吸引しないので不要なときには、ワイヤ２になんの応力も作用させないのでワイヤ２に全くダメージを与えない。【００３２】  ワイヤ２と接触する磁歪振動子１７の先端部にワイヤ２に損傷を与えないために図６の側面図で示すようにワイヤ２に比較して硬度が低いフッ素系プラスチック製の摺動板１８を接合してもよい。プラスチックの消耗が大きいときは、例えば炭素繊維複合材料のような繊維によりプラスチックを強化した複合材料が適している。【００３３】  高強度の芯線の周面上に超砥粒をボンド層（固着層）より固定した固定砥粒ワイヤにも本発明は利用できることはもちろんである。
【産業上の利用可能性】
【００３４】  本発明のワイヤソー装置は、半導体材料、磁性材料、セラミック等の脆性材料を切断することに用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の構成のワイヤソー装置を示す斜視図である。
【図２】ワイヤと磁石を先端に持つ超音波振動子を示す平面図である。
【図３】ワイヤと磁石を先端に持つ超音波振動子を示す側面図である。
【図４】先端に摺動板を持つ図３の構成の側面図である。
【図５】ワイヤと磁歪振動子を示す側面図である。
【図６】先端に摺動板を持つ図５の構成の側面図である。
【符号の説明】
【００３６】１    ワイヤソー装置
２    ワイヤ
３    多溝ローラー
４    ワイヤ駆動モータ
５    ボビン
６    送りモータ
７    フィードユニット
８    カーボンベース
９    被切断物
１０  スラリ供給装置
１１  スラリ
１２  磁石
１３  超音波振動子
１４  フロントマス
１５  リアマス
１６  圧電セラミック
１７  磁歪振動子
１８  摺動板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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