固定砥粒ワイヤ
【課題】 寿命の低下を有効に抑制できる固定砥粒ワイヤを提供する。
【解決手段】 本発明に係る固定砥粒ワイヤは、波状ワイヤ１１の表面に砥粒を固定したものであって、当該波状ワイヤ１１は、その線径ｄを基準としたピッチＰで、複数の波状湾曲部位１２を長手方向に連続して配列させたものである。波状湾曲部位１２のピッチＰの好ましい範囲としては、例えば、当該波状ワイヤ１１の線径ｄの２０倍以上２００倍以下の範囲を挙げることができる。
【解決手段】 本発明に係る固定砥粒ワイヤは、波状ワイヤ１１の表面に砥粒を固定したものであって、当該波状ワイヤ１１は、その線径ｄを基準としたピッチＰで、複数の波状湾曲部位１２を長手方向に連続して配列させたものである。波状湾曲部位１２のピッチＰの好ましい範囲としては、例えば、当該波状ワイヤ１１の線径ｄの２０倍以上２００倍以下の範囲を挙げることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワイヤの外周に砥粒を固定して成る固定砥粒ワイヤに関し、特に、シリコン、石英、セラミック等の硬質材料の切断、スライス、内面研磨、ダイシング、またはインゴットの切断または切削等に用いられる固定砥粒ワイヤに関する。
【背景技術】
【０００２】
単結晶シリコン、多結晶シリコン、サファイヤ、ジルコニア、石英、磁性体等といった高硬度脆性材料の切断、スライス、内面研磨、ダイシング、インゴット切り出し等加工（便宜上、まとめて切削加工と称する）ために、従来からワイヤソーが広く用いられている。一般的にワイヤソーの方式としては、遊離砥粒方式が挙げられる。この方式は、ワイヤを往復又は一方向に走行させ、当該ワイヤに遊離砥粒を含むスラリーを連続供給しながら材料（被加工物）を切削加工する方式である。
【０００３】
さらに最近では、ワイヤソーの他の方式として、固定砥粒方式が提案され、また実用化されつつある。この方式は、ワイヤ表面に樹脂バインダまたはメッキ層によって予めダイヤモンド等の砥粒を固定させる方式であって、スラリーを用いる必要がない。それゆえ、遊離砥粒方式と比較して、切削速度が速く、遊離砥粒の飛散等が生じないため作業環境性に優れ、廃液の処理量及び加工面の洗浄も軽減できるといった利点がある。
【０００４】
一方、砥粒固定方式ではワイヤにダイヤモンド等の砥粒をワイヤの固着させるため製造コストが高く、このコスト増に見合う切削速度の向上、ワイヤ寿命の向上等の切削性能の向上が求められている。
【０００５】
例えば、特許文献１には、芯線として、断面形状が真円でないもの（多角形状等）を用い、当該断面形状が長手方向の所定長さごとに異なるワイヤを用いている電着ワイヤ工具が開示されている。この文献に開示の技術によれば、切削中に生じる切削粉の排出を促進することによって切削性能を向上させることが可能であるとされる。また、特許文献２には、「小波くせ」と呼ばれるピッチの短い波状のくせが付けられたソーワイヤが開示されている。この文献に開示の技術によれば、ワイヤにくせを付けることで、切削加工する部位（加工部位）に遊離砥粒を良好に導入させたり加工部位から切削粉の排出を促進したりすることが可能であるとされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−０２１６７７号公報
【特許文献２】特開２００４−２７６２０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前述した各特許文献に開示の技術では、切削性能を十分に向上できないという課題が生じている。
【０００８】
特許文献１に開示の技術では、用いられている芯線が真円の断面を有するワイヤ（真円ワイヤ）ではない「異型線」であって、このような異型線は、真円ワイヤに比較して単位面積あたりの強度が低下してしまう。それゆえ、このような異型線を用いた固定砥粒ワイヤでは、十分な耐久性を確保できない傾向にあるため、切削性能を十分に向上できないという問題が生じていた。
【０００９】
また、砥粒固定方式では、遊離砥粒方式とは異なって加工部位に砥粒の導入が必要ないため、波付けワイヤの使用は実質的には検討されてこなかった。例えば、遊離砥粒方式を開示する特許文献２においては、固定砥粒にも採用可能であるとの記載があるものの、実質的には遊離砥粒方式のもののみに採用した構成しか開示されていない。つまり、特許文献２においては、固定砥粒ワイヤに関しては実質的に何も開示されていないも同然であるので、ワイヤに「小波くせ」をつけた固定砥粒ワイヤにおいて、切削性能を十分向上できるか否かはあきらかではなかった。
【００１０】
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであって、切削性能を向上させることができる固定砥粒ワイヤを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る固定砥粒ワイヤは、前記の課題を解決するために、ワイヤの表面に砥粒を固定して成る固定砥粒ワイヤであって、前記ワイヤが、当該ワイヤの線径を基準としたピッチで、複数の波状湾曲部位を長手方向に連続して配列させた波状ワイヤであり、当該波状湾曲部位が螺旋状に湾曲している三次元的な波状である構成である。
【００１２】
前記構成においては、前記波状ワイヤにおける前記波状湾曲部位のピッチは、当該波状ワイヤの線径の２０倍以上２００倍以下であることが好ましく、前記波状ワイヤにおける前記波状湾曲部位の波高は、当該波状ワイヤの径の１．０５倍以上３．００倍以下の範囲内となっていることが好ましく、前記波状ワイヤの線径は、０．０５ｍｍ以上０．３２ｍｍ以下の範囲内であることが好ましい。
【００１３】
また、前記構成においては、前記波状ワイヤは金属製であり、前記砥粒は、前記波状ワイヤの表面に形成される金属メッキ層、または、樹脂バインダによって、当該波状ワイヤに固定されている構成であればよい。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように、本発明では、固定砥粒ワイヤを所定の波状ワイヤにすることにより、加工部位にクーラントの導入が容易となり、固定砥粒を冷却できるとともに、切削粉の排出を促進することができるので、切削性能を向上させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】（ａ）は、本発明の実施の形態に係る固定砥粒ワイヤの外観形状を模式的に示す側面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す固定砥粒ワイヤのコアワイヤである波状ワイヤにおいて、波状湾曲部位のピッチおよび波高を説明する模式図である。
【図２】（ａ）は、本発明の実施の形態に係る固定砥粒ワイヤの概略構成を示す模式図であり、（ｂ）は、（ａ）のＩ−Ｉ矢視断面図である。
【図３】（ａ），（ｂ）は、図１（ａ）に示す固定砥粒ワイヤのコアワイヤである波状ワイヤの加工方法の一例を示す模式図である。
【図４】（ａ）は、図１（ａ）に示す固定砥粒ワイヤを用いたマルチワイヤソーの構成例を示す模式的斜視図であり、（ｂ）は、図４（ａ）に示すマルチワイヤソーの矢印ＩＩの矢視方向における平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。
【００１７】
［波状ワイヤ］
本発明に係る固定砥粒ワイヤは、ワイヤの表面に砥粒が固定されている構成であって、ワイヤとして螺旋状の波状ワイヤが用いられている。より具体的には、図２（ａ）に示すように、固定砥粒ワイヤ１０は、波状ワイヤ１１と、その表面に設けられる固定材１５と、当該固定材１５により固定される砥粒１４と、から構成されている。もちろんこれら以外の構成要素を備えていてもよいことはいうまでもない。
【００１８】
図１（ａ）に示す固定砥粒ワイヤ１０においては、図中破線で囲んだ部位１０ａが図面手前側に湾曲している部位であり、図中一点鎖線で囲んだ部位１０ｂが図面奥側に湾曲している部位であり、これら部位１０ａ，１０ｂにより一つの波状湾曲部位１２が構成されている。波状湾曲部位１２は、螺旋状に湾曲している三次元的な波状であって、波状ワイヤ１１は、複数の波状湾曲部位１２を長手方向に連続して配列させた構成となっている。
【００１９】
具体的には、波状ワイヤ１１は、複数の波状湾曲部位１２を、当該波状ワイヤ１１の線径を基準としたピッチで長手方向に連続して配列しているものであり、標準的なワイヤに波付けする加工が施されたものである。なお、以下の説明では、砥粒が固定される前のワイヤを、固定砥粒ワイヤ１０と区別する便宜上、「コアワイヤ」と称する。
【００２０】
コアワイヤである波状ワイヤ１１の材質は特に限定されず、その表面に砥粒を固定可能であって、被加工物を切削加工するときに加えられる荷重に耐え得るものであれば、公知のさまざまな材質のワイヤを好適に用いることができる。具体的には、例えば、硬鋼線、ステンレス線、タングステン線、モリブデン線等の金属ワイヤが挙げられる。これらのうち、その強度およびコストの点から見れば、硬鋼線を好ましく用いることができる。
【００２１】
波状ワイヤ１１の線径（直径）も特に限定されず、被加工物の形状および物性、切削加工時のワイヤの張力、ワイヤの走行速度（線速）、被加工物のワイヤへの押し当て速度、クーラントの供給状況等といった切削条件に応じて適宜選択することができるが、本発明においては、０．０５ｍｍ以上０．３２ｍｍ以下の範囲内であることが好ましい。もちろん、線径が０．０５ｍｍ未満であっても０．３２ｍｍを超えていても、本発明の作用効果を損うものではなく、上記の範囲は、特に被加工物をスライスしたり切断したりする用途において特に好ましい範囲の例示である。
【００２２】
波状ワイヤ１１における波状湾曲部位１２は、コアワイヤが波状に湾曲した一部分を指し、波状ワイヤの長手方向に連続して複数配列している。図１（ｂ）に模式的に示すように、波状ワイヤ１１は、互いに反対方向に突出するピーク１１ａ（図中上側）およびピーク１１ｂ（図中下側）が交互に繰り返される構成となっており、同一方向（図中上側）の連続する２つのピーク１１ａの間が、一つの波状湾曲部位１２となる。また、ピーク１１ａの間は波状湾曲部位１２のピッチ（間隔）Ｐである。さらに、隣り合うピーク１１ａ，１１ｂにおいて、同一方向の表面（図中上側の表面）の距離が、波状湾曲部位１２の波高Ｈとなる。すなわち、図１（ｂ）に示す構成においては、図中上側に突出するピーク１１ａの図中上側の表面（外面）と、図中下側に突出するピーク１１ｂの図中下側の表面（外面）との距離が、波状湾曲部位１２の波高Ｈとなっている。
【００２３】
なお、図１（ｂ）においては、説明の便宜上、波状湾曲部位１２を平面的に図示しているが、実際には図１（ａ）に示すように螺旋状の三次元的な波となっている。また、図１（ｂ）においては、図中向かって左側のピーク１１ａと中央のピーク１１ｂとの間の部位が、図１（ａ）に示す、手前側に湾曲している部位１０ａに対応し、中央のピーク１１ｂと図中向かって右側のピーク１１ａとの間の部位が、図１（ａ）に示す、奥側に湾曲している部位１０ｂに対応する。
【００２４】
ここで、本発明においては、波状湾曲部位１２のピッチＰは、波状ワイヤ１１の線径ｄを基準として設定される。具体的なピッチＰの範囲は特に限定されず、前記切削条件に応じて適宜選択することができるが、本発明においては、ピッチＰは、線径ｄの２０倍以上２００倍以下である（２０ｄ≦Ｐ≦２００ｄ）ことが好ましく、３０倍以上１８０倍以下である（３０ｄ≦Ｐ≦１８０ｄ）であることがより好ましい。
【００２５】
前記切削条件にもよるが、本実施の形態では、ピッチＰが２００ｄを超えると、波状湾曲部位１２の曲率半径が大きくなり過ぎ、切削等の加工時に固定砥粒ワイヤ（波状ワイヤ１１）に張力が加えられた状態で、波状湾曲部位１２の曲率を十分に維持できなくなるおそれがある。一方、ピッチＰが２０ｄ未満になると、波状湾曲部位１２の曲率半径が小さくなり過ぎ、固定砥粒ワイヤ（波状ワイヤ１１）の強度が低下する傾向にある。また、波状ワイヤ１１の単位長さ当たりにおける波状湾曲部位１２の数が増加するので、加工コストが上昇する。
【００２６】
具体的には、例えば、特許文献２には、前述のとおり、「小波くせ」をつけた遊離砥粒方式のソーワイヤが開示され、当該ソーワイヤは固定砥粒方式にも適用可能である旨記載されている。ここで、特許文献１に開示の構成では、ソーワイヤが固定砥粒方式であったとしても、コアワイヤの線径ｄに関係なく「小波くせ」のピッチＰが１．０〜２．０ｍｍに設定されている。この場合、ピッチＰが短すぎるので、前述したとおり、コアワイヤの強度が低下したり加工コストが上昇したりすることになる。
【００２７】
一方、本発明に係る固定砥粒ワイヤ１０は、波状ワイヤ１１の線径ｄを基準としてピッチＰを設定するため、波状ワイヤ１１の強度低下と加工コストの上昇とを有効に抑制できるとともに、張力が加えられた状態で波状湾曲部位１２の曲率を十分に維持することができる。これにより、固定砥粒ワイヤの寿命の低下を有効に抑制することができ、切削性能を良好に維持することができる。
【００２８】
ここで、本発明においては、波状ワイヤ１１の波高Ｈも、当該波状ワイヤ１１の線径ｄに基づいて所定の範囲内に設定される。具体的には、前記切削条件に応じて適宜選択することができるが、本発明においては、線径ｄの１．０５倍以上３．００倍以下である（１．０５≦Ｈ≦３．００）ことが好ましく、１．８０倍以上２．５０倍以下である（１．８０≦Ｈ≦２．５０）ことがより好ましい。
【００２９】
波高Ｈが線径ｄの１．０５倍未満であると、波状湾曲部位１２の曲率半径が大きくなり過ぎ、切削等の加工時に固定砥粒ワイヤ（波状ワイヤ１１）に張力が加えられた状態で、波状湾曲部位１２の曲率を十分に維持できなくなるおそれがある。一方、波高Ｈが線径ｄの３．００倍を超えると、波状湾曲部位１２の曲率半径が小さくなり過ぎ、固定砥粒ワイヤ（波状ワイヤ１１）の強度が低下する傾向にあるとともに、切削加工時にカーフロスが大きくなり過ぎる。
【００３０】
ここで、前述したように、線径ｄを基準としてピッチＰを設定しても、カーフロスの増大を抑制できる。それゆえ、前記切削条件に応じて、波高ＨおよびピッチＰのいずれかが大きくなり過ぎたり小さくなり過ぎたりしないように、それぞれが好適な範囲内となるように設定することが好ましい。本実施の形態では、前述したとおり、ピッチＰが２０ｄ〜２００ｄの範囲内であれば好ましく、また、波高Ｈは、ピッチＰとは独立して１．０５ｄ〜３．００ｄの範囲内が好ましいが、さらには、ピッチＰが２０ｄ〜２００ｄの範囲内であり、かつ、波高Ｈが１．０５ｄ〜３．００ｄの範囲内であると、より好ましい。
【００３１】
波状ワイヤ１１の形状は、前述したとおり、複数の波状湾曲部位１２が長手方向に連続して配列している形状（波状）であればよいが、各波状湾曲部位１２は同じピッチＰまたは同じ波高Ｈでなくてもよい。つまり、波状ワイヤ１１は、同一のピッチＰおよび波高Ｈを有する波状湾曲部位１２が連続して配列する構成であればよいが、例えば、被加工物の種類または加工条件等に応じて、２種類の波状湾曲部位１２（例えば、ピッチＰが短い波状湾曲部位１２およびピッチＰが長い波状湾曲部位１２）が交互に配列する構成であってもよいし、３種類以上の波状湾曲部位１２が交互に配列する構成であってもよいし、交互配列する以外の規則的な配列であってもよいし、ランダムな配列であってもよい。
【００３２】
いずれにせよ、本発明においては、波状ワイヤ１１の線径ｄを基準として、少なくともピッチＰが設定されていれば、波状ワイヤ１１としては、切削条件に応じて、さまざまな構成を採用することができる。なお、一般的な切削加工においては、応力集中を回避して固定砥粒ワイヤの強度を向上させる観点から、略同一の形状で均等に波状湾曲部位１２が配列する構成であることがより好ましい。
【００３３】
また、前述したように、波状ワイヤ１１の「波状」は、波状湾曲部位１２が螺旋状に湾曲している三次元的な波状であればよいが、波状湾曲部位１２が単一面内に収まるように（平面状に）湾曲している二次元的な波状であってもよいし、これらを組み合わせた波状であってもよい。ここでいう三次元的な波状には、一般的な湾曲による螺旋形状だけでなく、コアワイヤが多角形状に周回しながら折れ曲がることで全体的に見たときに螺旋状になっている形状も含む。同様に、二次元的な波状にも、コアワイヤが略波状に折れ曲がった形状も含む。
【００３４】
［砥粒およびその固定］
図２（ａ）に示すように、本発明に係る固定砥粒ワイヤ１０は、前記構成の波状ワイヤ１１の表面に固定材１５により砥粒１４が固定されている構成であるが、用いられる砥粒１４の具体的な種類は特に限定されず、ダイヤモンド砥粒、アルミナ質砥粒、炭化ケイ素質砥粒等、公知のものを好適に用いることができる。また、砥粒１４の粒径も特に限定されず、砥粒１４の種類または切削条件等に応じて適宜好ましい粒径のものを用いることができる。本実施の形態では、例えば、粒径が５〜３０μｍの範囲内の範囲内のダイヤモンド砥粒を好適に用いることができる。
【００３５】
また、砥粒１４を波状ワイヤ１１の表面に固定する方法も特に限定されず、図２（ｂ）に示すように、樹脂バインダまたはメッキ層等の固定材１５を用いる公知の固定方法を好適に用いることができる。
【００３６】
これらのうち、樹脂バインダによる固定方法は、典型的には、固定材１５として用いられる樹脂と砥粒１４を含む溶液を調製し、当該樹脂溶液を波状ワイヤ１１の表面に塗布してから加熱または焼成する方法である。用いられる樹脂としては、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、ウレア樹脂等の公知の樹脂を好適に用いることができる。また、樹脂溶液の調製方法、樹脂溶液の塗布方法、塗布後の加熱または焼成方法についても特に限定されず、公知のさまざまな方法を好適に用いることができる。また、樹脂バインダには、公知のさまざまな添加剤が含まれてもよい。
【００３７】
次に、メッキ層による固定方法は、電気メッキを利用して砥粒１４を波状ワイヤ１１に固定させる方法である。例えば、本願出願人によって、特許４５３８０４９号公報に開示される「砥粒電着ワイヤ」が開発されており、この公報においてメッキ層による砥粒１４の固定方法の好ましい一例が記載されている。なお、この公報の内容は、本明細書で参照することにより本明細書の記載の一部とする。
【００３８】
なお、本発明において、樹脂バインダまたはメッキ層による固定方法のいずれにおいても、前述した以外の公知の方法を好適に用いることができることはいうまでもない。さらに、本発明においては、樹脂バインダまたはメッキ層以外の固定方法を用いることができることができる。
【００３９】
ここで、本発明においては、先に波状ワイヤ１１が製造されてから、当該波状ワイヤ１１の表面に砥粒１４を固定して固定砥粒ワイヤ１０を製造することが好ましい。言い換えれば、コアワイヤに砥粒１４を固定してから波付けする加工を施すのではなく、コアワイヤに波付けする加工を施してから砥粒１４を固定することが好ましい。コアワイヤを波付けする加工は、当該コアワイヤに外力を加えることになるため、先に砥粒１４を固定させていると、外力によって砥粒１４が脱離するおそれがある。これに対して、予め波状湾曲部位１２を形成した波状ワイヤ１１の表面に砥粒１４を固定させれば、波状湾曲部位１２の形成時に、波状ワイヤ１１の表面から砥粒１４が脱離するおそれを回避することができる。その結果、固定砥粒ワイヤ１０の寿命の低下を、さらに有効に抑制することができる。
【００４０】
［波状ワイヤの加工方法］
本発明においては、波状ワイヤ１１の加工方法（コアワイヤへの波付け方法）は特に限定されず、加工前のコアワイヤを、線径ｄを基準としたピッチＰで波状湾曲部位１２を長手方向に連続して配列させるように加工できれば、公知のどのような方法であっても利用することができる。
【００４１】
例えば、図３（ａ）に示す加工方法では、３本のピン２１の間にコアワイヤ１３を交互に通し、当該コアワイヤ１３を矢印Ｃ１の方向に回転させることで、螺旋状の波状ワイヤ１１を形成している。また、図３（ｂ）に示す加工方法では、外周部全体にピン２４ａが設けられたピン歯車２４同士を噛み合わせ、コアワイヤ１３を、一対のガイドチップ２５で支持した状態で、ピン歯車２４同士の噛み合わせ部位に通し、各ピン歯車２４を矢印Ｃ４方向に回転させることで、二次元波状の波状ワイヤ１１を形成している。なお、説明の便宜上、ピン歯車２４は噛み合わせ部位のみにピン２４ａを図示しているが、ピン２４ａは上記のとおり外周部全体に設けられている。また、ピン歯車２４ａではなく、一般的な歯車を用いることもでき、この場合には、湾曲した波状ではなく、折れ曲がり状の略波状を形成することができる。
【００４２】
なお、本発明に係る固定砥粒ワイヤ１０を製造する際には、前述した砥粒１４の固定方法、あるいは波状ワイヤ１１の加工方法以外にも、公知のさまざまな処理を用いて当該固定砥粒ワイヤ１０を修飾することができる。
【００４３】
［固定砥粒ワイヤの使用方法］
本発明に係る固定砥粒ワイヤ１０は、公知のワイヤソーに好適に用いることができる。典型的なワイヤソーとしては、シングルワイヤソーとマルチワイヤソーとが挙げられる。シングルワイヤソーは、ループ状のソーワイヤ（固定砥粒ワイヤ１０）を複数のローラの間に張架させる構成であり、ローラの間でソーワイヤを循環して走行させ、このワイヤに被加工物を押し当てることにより切削加工を行う。マルチワイヤソーは、図４（ａ）に示すように、図示しないボビンに巻き取られたソーワイヤ（固定砥粒ワイヤ１０）を繰り出して、複数のローラ１６（図４（ａ）では２個）にコイル状に所定の間隔で巻き回すように張架させてワイヤ列１７を形成する構成であり、この状態でボビンを順方向または逆方向に交互に回転させることによって固定砥粒ワイヤ１７を走行させる。これにより、ワイヤ列１７を形成する固定砥粒ワイヤ１０も順方向または逆方向に走行するので、これに被加工物２０を押し当てることにより切削加工を行う。いずれのワイヤソーにおいても、ワイヤまたはワイヤ列には、所定の張力が加えられた状態で走行しており、走行しているワイヤまたはワイヤ列に対して被加工物が接触して切削加工が行われる。
【００４４】
前記ワイヤソーは、一般的に、被加工物をテーブルで支持した状態で、走行するワイヤまたはワイヤ列に接触させる構成となっているが、その具体的な構成は特に限定されない。例えば、テーブルを移動させることにより、被加工物をワイヤまたはワイヤ列に押圧、接触させる構成であってもよいし、ワイヤまたはワイヤ列を移動させて被加工物に押圧、接触させる構成であってもよい。また、ワイヤまたはワイヤ列の上側に被加工物の下面を当接させる構成であってもよいし、ワイヤまたはワイヤ列の下側に被加工物の上面を押し当てる構成であってもよい。なお、図４（ａ）ではワイヤ列１７を説明する便宜上、テーブルは図示していない。
【００４５】
本発明に係る固定砥粒ワイヤ１０は、前記のいずれの構成のワイヤソーにおいても、好適に用いることができるだけでなく、前記以外の公知の構成のワイヤソーまたはそれに類似する切削装置にも好適に用いることができる。
【００４６】
ここで、ワイヤソーは、走行するワイヤに被加工物を押し当てながら切削加工を行うものであるため、当該ワイヤは被加工物の押し当て方向にたわむことになる。例えば、図４（ｂ）は、図４（ａ）における二点鎖線の矢印ＩＩの矢視方向からの平面図であるが、この図４（ｂ）に示すように、図中上から被加工物２０が押し当てられることにより、固定砥粒ワイヤ１０はたわみ量ｆでたわむ。
【００４７】
ワイヤのたわみ量ｆは、前記切削条件によって変化するが、一般に、被加工物２０の押し当て速度が速ければワイヤのたわみ量ｆが大きくなって切断の精度が低下する傾向にある。特にたわみ量ｆが大きくなり過ぎると、ワイヤが断線するおそれもある。一方、被加工物２０の押し当て速度が遅ければワイヤのたわみ量ｆを小さくできる反面、切削加工に要する時間が長くなり、切削加工の効率が低下するとともに、ワイヤの消費量が多くなる。つまり、ワイヤの「切れ味」がよいとたわみ量が小さくなるが、「切れ味」が悪いとたわみ量が大きくなる。
【００４８】
これに対して、本発明に係る固定砥粒ワイヤ１０は、前述したとおり、波状湾曲部位１２のピッチＰは、波状ワイヤ１１（コアワイヤ）の線径ｄを基準として設定されているので、切削加工時にワイヤのたわみ量ｆの増加を抑制し、「切れ味」を向上させて迅速かつ効率的な切削加工を実現することができる。
【００４９】
なお、波状ワイヤ１１は、波付けする前のワイヤと比較して、相対的に強度が低下する傾向にある。これは、前述した加工方法（波付け方法）のように、ワイヤを塑性変形させることで波状ワイヤ１１を得ているためである。ここで、本発明に係る固定砥粒ワイヤ１０は、波付けにより形成される波状湾曲部位１２のピッチＰを、線径ｄを基準とした長さ（好ましくは２０ｄ〜２００ｄの範囲内）に設定しているので、強度低下をより軽減させるように波付けすることが可能となる。
【００５０】
さらに、本発明に係る固定砥粒ワイヤ１０は、切削加工時に張力を加えられた状態でも前述した湾曲形状が有効に残存するように波状湾曲部位１２のピッチＰが設定されている。それゆえ、前述したとおり、波状ワイヤ１１の強度低下と加工コストの上昇とを有効に抑制できるとともに、張力が加えられた状態で波状湾曲部位１２の曲率を十分に維持することができるので、波状湾曲部位１２の凹部に被加工物の切削粉を保持して外部に放出しやすくなる。つまり、固定砥粒ワイヤ１０の「切れ味」を向上させることができる。
【００５１】
このように、本発明に係る固定砥粒ワイヤ１０は、そもそも「切れ味」が向上している上に、従来の波状ワイヤと比較して相対的に強い張力を加えることが可能であるため、前記たわみ量をより小さくすることができ、切削加工をより迅速かつ効率的に行うことができる。また、従来よりも強い張力を加えることが可能であるということは、コアワイヤである波状ワイヤ１１の強度も相対的に向上していることになるので、コアワイヤの耐久性を向上することができ、固定砥粒ワイヤ１０の寿命の低下を有効に抑制できるものとなっている。
【００５２】
また、典型的なワイヤソーにおいては、ワイヤまたはワイヤ列と被加工物との接触部位にクーラントを供給する構成となっている。このクーラントとしては、鉱物油を主成分とする油性クーラントであってもよいし、水溶性の低分子量樹脂等を含む水溶性クーラントであってもよい。特に水溶性クーラントは、油性クーラントに比べて、加工後の被加工物の洗浄に有機溶剤を必要としない等の利点があるため好ましい。具体的な水溶性クーラントとしては、例えば、低分子量ポリグリコール類を含む構成、アミン類および水溶性ポリエーテルを含む構成等が挙げられるが特に限定されず、公知のものを好適に用いることができる。
【００５３】
特に本発明においては、固定砥粒ワイヤ１０が波状湾曲部位１２を有しているため、切削加工時には、波状湾曲部位１２の凹部にクーラントを保持しやすくなる。それゆえ、固定砥粒ワイヤ１０と被加工物との間にクーラントを導入しやすくすることができる。しかも、前述したとおり、波状湾曲部位１２のピッチＰは、波状ワイヤ１１（コアワイヤ）の線径ｄを基準として設定されているので、固定砥粒ワイヤ１０に引張り負荷を加えた状態でも、カーフロスが過剰に大きくならない範囲で、波状湾曲部位１２を適切に保持することができる。その結果、固定砥粒ワイヤ１０を良好に冷却することができるので、砥粒１４の熱による劣化を有効に軽減することが可能となり、固定砥粒ワイヤ１０の寿命の低下をより有効に抑制することができる。
【実施例】
【００５４】
本発明について、実施例、比較例および参考例に基づいてより具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。当業者は本発明の範囲を逸脱することなく、種々の変更、修正、および改変を行うことができる。
【００５５】
［実施例１］
まず、本発明に係る固定砥粒ワイヤ１０として、波状湾曲部位１２が螺旋状であり、線径ｄ＝０．１２ｍｍ、ピッチＰ＝４ｍｍ（約３３ｄ）、波高Ｈ＝０．２３ｍｍ（約１．９２ｄ）の波状ワイヤ１１に、粒径５〜２０μｍのダイヤモンド砥粒を電気メッキ法により固定したものを製造した。
【００５６】
次に、本発明に係る固定砥粒ワイヤ１０をボビンに巻き取って一対のメインローラ１６，１６の外周にコイル状に巻き回して２５．０Ｎの張力で張架することにより、図４（ａ）に示すようにワイヤ列１７を形成した。そして、１０００．０ｍ／分の線速（走行速度）で固定砥粒ワイヤ１０を走行させた。
【００５７】
被加工物２０としては、単結晶Ｓｉのインゴット（高さ１２５ｍｍ、幅１２５ｍｍ、長さ２００ｍｍ）を用い、これを図４（ｂ）には示さないテーブルで支持した。そして、水溶性クーラントを１００．０ｋｇ／分の量で供給しながら、テーブルを１０００μｍ／分の速度（切削加工速度）で移動させて、被加工物２０を走行するワイヤ列１７に徐々に接近させて接触させることにより、当該被加工物２０を切断した。
【００５８】
以上の条件で、切断加工時の固定砥粒ワイヤ１０におけるたわみ量ｆ（図４（ｂ）参照）を計測するとともに、切断加工後の固定砥粒ワイヤ１０における砥粒１４の残存状態を目視評価した。切断加工前とほとんど変わらずに砥粒１４が残存している場合には、残存状態を○と評価し、明確に砥粒１４の脱離が確認できる場合には、残存状態を×と評価した。これらの結果を表１に示す。
【００５９】
［実施例２］
固定砥粒ワイヤ１０として、波状湾曲部位１２が螺旋状であり、線径ｄ＝０．１２ｍｍ、ピッチＰ＝２０ｍｍ（約１６７ｄ）、波高Ｈ＝０．３９ｍｍ（約３．２５ｄ）の波状ワイヤ１１に、粒径５〜２０μｍのダイヤモンド砥粒を電気メッキ法により固定したものを用いた以外は、実施例１と同様にして、被加工物２０を切断した。そのときのたわみ量ｆおよび砥粒１４の残像状態の結果を表１に示す。
【００６０】
［実施例３］
固定砥粒ワイヤ１０として、波状湾曲部位１２が平面状であり、線径ｄ＝０．１２ｍｍ、ピッチＰ＝４ｍｍ（約３３ｄ）、波高Ｈ＝０．２９ｍｍ（約２．４１ｄ）の波状ワイヤ１１に、粒径５〜２０μｍのダイヤモンド砥粒を電気メッキ法により固定したものを用いた以外は、実施例１と同様にして、被加工物２０を切断した。そのときのたわみ量ｆおよび砥粒１４の残像状態の結果を表１に示す。
【００６１】
［比較例１］
コアワイヤに、粒径５〜２０μｍのダイヤモンド砥粒を電気メッキ法により固定した比較ソーワイヤを製造して用いた以外は、実施例１と同様にして、被加工物２０を切断した。そのときのたわみ量ｆおよび砥粒１４の残像状態の結果を表１に示す。
【００６２】
【表１】
表１の結果から明らかなように、本発明に係る固定砥粒ワイヤ１０は、波付け加工していない比較ソーワイヤに比べて、たわみ量ｆを有意に小さくでき、その「切れ味」を向上させて、迅速かつ効率的な切削加工が可能になることがわかる。また、砥粒１４の残存状態は、比較例１の結果を砥粒脱離のポジティブコントロールとして実施例１〜３の結果を評価したものであるが、本発明に係る固定砥粒ワイヤ１０であれば、切削加工後も砥粒１４が十分に残存していることから、寿命の低下を有効に抑制できることがわかる。さらに、波状屈曲部位１２が平面状であっても、螺旋状の場合と同様のたわみ量ｆの抑制と砥粒１４の脱離の抑制の効果を得ることが可能となる。
【００６３】
なお、本発明は前記実施の形態の記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示した範囲内で種々の変更が可能であり、異なる実施例や複数の変形例にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施の形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明は、シリコン、石英、セラミック等の硬質材料の切断、スライス、内面研磨やダイシング、インゴット切り出し等の切削加工の分野に広く用いることができる。
【符号の説明】
【００６５】
１０ 固定砥粒ワイヤ
１１ 波状ワイヤ
１２ 波状湾曲部位
１４ 砥粒
ｄ 線径
Ｐ ピッチ
Ｈ 波高
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワイヤの外周に砥粒を固定して成る固定砥粒ワイヤに関し、特に、シリコン、石英、セラミック等の硬質材料の切断、スライス、内面研磨、ダイシング、またはインゴットの切断または切削等に用いられる固定砥粒ワイヤに関する。
【背景技術】
【０００２】
単結晶シリコン、多結晶シリコン、サファイヤ、ジルコニア、石英、磁性体等といった高硬度脆性材料の切断、スライス、内面研磨、ダイシング、インゴット切り出し等加工（便宜上、まとめて切削加工と称する）ために、従来からワイヤソーが広く用いられている。一般的にワイヤソーの方式としては、遊離砥粒方式が挙げられる。この方式は、ワイヤを往復又は一方向に走行させ、当該ワイヤに遊離砥粒を含むスラリーを連続供給しながら材料（被加工物）を切削加工する方式である。
【０００３】
さらに最近では、ワイヤソーの他の方式として、固定砥粒方式が提案され、また実用化されつつある。この方式は、ワイヤ表面に樹脂バインダまたはメッキ層によって予めダイヤモンド等の砥粒を固定させる方式であって、スラリーを用いる必要がない。それゆえ、遊離砥粒方式と比較して、切削速度が速く、遊離砥粒の飛散等が生じないため作業環境性に優れ、廃液の処理量及び加工面の洗浄も軽減できるといった利点がある。
【０００４】
一方、砥粒固定方式ではワイヤにダイヤモンド等の砥粒をワイヤの固着させるため製造コストが高く、このコスト増に見合う切削速度の向上、ワイヤ寿命の向上等の切削性能の向上が求められている。
【０００５】
例えば、特許文献１には、芯線として、断面形状が真円でないもの（多角形状等）を用い、当該断面形状が長手方向の所定長さごとに異なるワイヤを用いている電着ワイヤ工具が開示されている。この文献に開示の技術によれば、切削中に生じる切削粉の排出を促進することによって切削性能を向上させることが可能であるとされる。また、特許文献２には、「小波くせ」と呼ばれるピッチの短い波状のくせが付けられたソーワイヤが開示されている。この文献に開示の技術によれば、ワイヤにくせを付けることで、切削加工する部位（加工部位）に遊離砥粒を良好に導入させたり加工部位から切削粉の排出を促進したりすることが可能であるとされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−０２１６７７号公報
【特許文献２】特開２００４−２７６２０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前述した各特許文献に開示の技術では、切削性能を十分に向上できないという課題が生じている。
【０００８】
特許文献１に開示の技術では、用いられている芯線が真円の断面を有するワイヤ（真円ワイヤ）ではない「異型線」であって、このような異型線は、真円ワイヤに比較して単位面積あたりの強度が低下してしまう。それゆえ、このような異型線を用いた固定砥粒ワイヤでは、十分な耐久性を確保できない傾向にあるため、切削性能を十分に向上できないという問題が生じていた。
【０００９】
また、砥粒固定方式では、遊離砥粒方式とは異なって加工部位に砥粒の導入が必要ないため、波付けワイヤの使用は実質的には検討されてこなかった。例えば、遊離砥粒方式を開示する特許文献２においては、固定砥粒にも採用可能であるとの記載があるものの、実質的には遊離砥粒方式のもののみに採用した構成しか開示されていない。つまり、特許文献２においては、固定砥粒ワイヤに関しては実質的に何も開示されていないも同然であるので、ワイヤに「小波くせ」をつけた固定砥粒ワイヤにおいて、切削性能を十分向上できるか否かはあきらかではなかった。
【００１０】
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであって、切削性能を向上させることができる固定砥粒ワイヤを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る固定砥粒ワイヤは、前記の課題を解決するために、ワイヤの表面に砥粒を固定して成る固定砥粒ワイヤであって、前記ワイヤが、当該ワイヤの線径を基準としたピッチで、複数の波状湾曲部位を長手方向に連続して配列させた波状ワイヤであり、当該波状湾曲部位が螺旋状に湾曲している三次元的な波状である構成である。
【００１２】
前記構成においては、前記波状ワイヤにおける前記波状湾曲部位のピッチは、当該波状ワイヤの線径の２０倍以上２００倍以下であることが好ましく、前記波状ワイヤにおける前記波状湾曲部位の波高は、当該波状ワイヤの径の１．０５倍以上３．００倍以下の範囲内となっていることが好ましく、前記波状ワイヤの線径は、０．０５ｍｍ以上０．３２ｍｍ以下の範囲内であることが好ましい。
【００１３】
また、前記構成においては、前記波状ワイヤは金属製であり、前記砥粒は、前記波状ワイヤの表面に形成される金属メッキ層、または、樹脂バインダによって、当該波状ワイヤに固定されている構成であればよい。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように、本発明では、固定砥粒ワイヤを所定の波状ワイヤにすることにより、加工部位にクーラントの導入が容易となり、固定砥粒を冷却できるとともに、切削粉の排出を促進することができるので、切削性能を向上させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】（ａ）は、本発明の実施の形態に係る固定砥粒ワイヤの外観形状を模式的に示す側面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す固定砥粒ワイヤのコアワイヤである波状ワイヤにおいて、波状湾曲部位のピッチおよび波高を説明する模式図である。
【図２】（ａ）は、本発明の実施の形態に係る固定砥粒ワイヤの概略構成を示す模式図であり、（ｂ）は、（ａ）のＩ−Ｉ矢視断面図である。
【図３】（ａ），（ｂ）は、図１（ａ）に示す固定砥粒ワイヤのコアワイヤである波状ワイヤの加工方法の一例を示す模式図である。
【図４】（ａ）は、図１（ａ）に示す固定砥粒ワイヤを用いたマルチワイヤソーの構成例を示す模式的斜視図であり、（ｂ）は、図４（ａ）に示すマルチワイヤソーの矢印ＩＩの矢視方向における平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。
【００１７】
［波状ワイヤ］
本発明に係る固定砥粒ワイヤは、ワイヤの表面に砥粒が固定されている構成であって、ワイヤとして螺旋状の波状ワイヤが用いられている。より具体的には、図２（ａ）に示すように、固定砥粒ワイヤ１０は、波状ワイヤ１１と、その表面に設けられる固定材１５と、当該固定材１５により固定される砥粒１４と、から構成されている。もちろんこれら以外の構成要素を備えていてもよいことはいうまでもない。
【００１８】
図１（ａ）に示す固定砥粒ワイヤ１０においては、図中破線で囲んだ部位１０ａが図面手前側に湾曲している部位であり、図中一点鎖線で囲んだ部位１０ｂが図面奥側に湾曲している部位であり、これら部位１０ａ，１０ｂにより一つの波状湾曲部位１２が構成されている。波状湾曲部位１２は、螺旋状に湾曲している三次元的な波状であって、波状ワイヤ１１は、複数の波状湾曲部位１２を長手方向に連続して配列させた構成となっている。
【００１９】
具体的には、波状ワイヤ１１は、複数の波状湾曲部位１２を、当該波状ワイヤ１１の線径を基準としたピッチで長手方向に連続して配列しているものであり、標準的なワイヤに波付けする加工が施されたものである。なお、以下の説明では、砥粒が固定される前のワイヤを、固定砥粒ワイヤ１０と区別する便宜上、「コアワイヤ」と称する。
【００２０】
コアワイヤである波状ワイヤ１１の材質は特に限定されず、その表面に砥粒を固定可能であって、被加工物を切削加工するときに加えられる荷重に耐え得るものであれば、公知のさまざまな材質のワイヤを好適に用いることができる。具体的には、例えば、硬鋼線、ステンレス線、タングステン線、モリブデン線等の金属ワイヤが挙げられる。これらのうち、その強度およびコストの点から見れば、硬鋼線を好ましく用いることができる。
【００２１】
波状ワイヤ１１の線径（直径）も特に限定されず、被加工物の形状および物性、切削加工時のワイヤの張力、ワイヤの走行速度（線速）、被加工物のワイヤへの押し当て速度、クーラントの供給状況等といった切削条件に応じて適宜選択することができるが、本発明においては、０．０５ｍｍ以上０．３２ｍｍ以下の範囲内であることが好ましい。もちろん、線径が０．０５ｍｍ未満であっても０．３２ｍｍを超えていても、本発明の作用効果を損うものではなく、上記の範囲は、特に被加工物をスライスしたり切断したりする用途において特に好ましい範囲の例示である。
【００２２】
波状ワイヤ１１における波状湾曲部位１２は、コアワイヤが波状に湾曲した一部分を指し、波状ワイヤの長手方向に連続して複数配列している。図１（ｂ）に模式的に示すように、波状ワイヤ１１は、互いに反対方向に突出するピーク１１ａ（図中上側）およびピーク１１ｂ（図中下側）が交互に繰り返される構成となっており、同一方向（図中上側）の連続する２つのピーク１１ａの間が、一つの波状湾曲部位１２となる。また、ピーク１１ａの間は波状湾曲部位１２のピッチ（間隔）Ｐである。さらに、隣り合うピーク１１ａ，１１ｂにおいて、同一方向の表面（図中上側の表面）の距離が、波状湾曲部位１２の波高Ｈとなる。すなわち、図１（ｂ）に示す構成においては、図中上側に突出するピーク１１ａの図中上側の表面（外面）と、図中下側に突出するピーク１１ｂの図中下側の表面（外面）との距離が、波状湾曲部位１２の波高Ｈとなっている。
【００２３】
なお、図１（ｂ）においては、説明の便宜上、波状湾曲部位１２を平面的に図示しているが、実際には図１（ａ）に示すように螺旋状の三次元的な波となっている。また、図１（ｂ）においては、図中向かって左側のピーク１１ａと中央のピーク１１ｂとの間の部位が、図１（ａ）に示す、手前側に湾曲している部位１０ａに対応し、中央のピーク１１ｂと図中向かって右側のピーク１１ａとの間の部位が、図１（ａ）に示す、奥側に湾曲している部位１０ｂに対応する。
【００２４】
ここで、本発明においては、波状湾曲部位１２のピッチＰは、波状ワイヤ１１の線径ｄを基準として設定される。具体的なピッチＰの範囲は特に限定されず、前記切削条件に応じて適宜選択することができるが、本発明においては、ピッチＰは、線径ｄの２０倍以上２００倍以下である（２０ｄ≦Ｐ≦２００ｄ）ことが好ましく、３０倍以上１８０倍以下である（３０ｄ≦Ｐ≦１８０ｄ）であることがより好ましい。
【００２５】
前記切削条件にもよるが、本実施の形態では、ピッチＰが２００ｄを超えると、波状湾曲部位１２の曲率半径が大きくなり過ぎ、切削等の加工時に固定砥粒ワイヤ（波状ワイヤ１１）に張力が加えられた状態で、波状湾曲部位１２の曲率を十分に維持できなくなるおそれがある。一方、ピッチＰが２０ｄ未満になると、波状湾曲部位１２の曲率半径が小さくなり過ぎ、固定砥粒ワイヤ（波状ワイヤ１１）の強度が低下する傾向にある。また、波状ワイヤ１１の単位長さ当たりにおける波状湾曲部位１２の数が増加するので、加工コストが上昇する。
【００２６】
具体的には、例えば、特許文献２には、前述のとおり、「小波くせ」をつけた遊離砥粒方式のソーワイヤが開示され、当該ソーワイヤは固定砥粒方式にも適用可能である旨記載されている。ここで、特許文献１に開示の構成では、ソーワイヤが固定砥粒方式であったとしても、コアワイヤの線径ｄに関係なく「小波くせ」のピッチＰが１．０〜２．０ｍｍに設定されている。この場合、ピッチＰが短すぎるので、前述したとおり、コアワイヤの強度が低下したり加工コストが上昇したりすることになる。
【００２７】
一方、本発明に係る固定砥粒ワイヤ１０は、波状ワイヤ１１の線径ｄを基準としてピッチＰを設定するため、波状ワイヤ１１の強度低下と加工コストの上昇とを有効に抑制できるとともに、張力が加えられた状態で波状湾曲部位１２の曲率を十分に維持することができる。これにより、固定砥粒ワイヤの寿命の低下を有効に抑制することができ、切削性能を良好に維持することができる。
【００２８】
ここで、本発明においては、波状ワイヤ１１の波高Ｈも、当該波状ワイヤ１１の線径ｄに基づいて所定の範囲内に設定される。具体的には、前記切削条件に応じて適宜選択することができるが、本発明においては、線径ｄの１．０５倍以上３．００倍以下である（１．０５≦Ｈ≦３．００）ことが好ましく、１．８０倍以上２．５０倍以下である（１．８０≦Ｈ≦２．５０）ことがより好ましい。
【００２９】
波高Ｈが線径ｄの１．０５倍未満であると、波状湾曲部位１２の曲率半径が大きくなり過ぎ、切削等の加工時に固定砥粒ワイヤ（波状ワイヤ１１）に張力が加えられた状態で、波状湾曲部位１２の曲率を十分に維持できなくなるおそれがある。一方、波高Ｈが線径ｄの３．００倍を超えると、波状湾曲部位１２の曲率半径が小さくなり過ぎ、固定砥粒ワイヤ（波状ワイヤ１１）の強度が低下する傾向にあるとともに、切削加工時にカーフロスが大きくなり過ぎる。
【００３０】
ここで、前述したように、線径ｄを基準としてピッチＰを設定しても、カーフロスの増大を抑制できる。それゆえ、前記切削条件に応じて、波高ＨおよびピッチＰのいずれかが大きくなり過ぎたり小さくなり過ぎたりしないように、それぞれが好適な範囲内となるように設定することが好ましい。本実施の形態では、前述したとおり、ピッチＰが２０ｄ〜２００ｄの範囲内であれば好ましく、また、波高Ｈは、ピッチＰとは独立して１．０５ｄ〜３．００ｄの範囲内が好ましいが、さらには、ピッチＰが２０ｄ〜２００ｄの範囲内であり、かつ、波高Ｈが１．０５ｄ〜３．００ｄの範囲内であると、より好ましい。
【００３１】
波状ワイヤ１１の形状は、前述したとおり、複数の波状湾曲部位１２が長手方向に連続して配列している形状（波状）であればよいが、各波状湾曲部位１２は同じピッチＰまたは同じ波高Ｈでなくてもよい。つまり、波状ワイヤ１１は、同一のピッチＰおよび波高Ｈを有する波状湾曲部位１２が連続して配列する構成であればよいが、例えば、被加工物の種類または加工条件等に応じて、２種類の波状湾曲部位１２（例えば、ピッチＰが短い波状湾曲部位１２およびピッチＰが長い波状湾曲部位１２）が交互に配列する構成であってもよいし、３種類以上の波状湾曲部位１２が交互に配列する構成であってもよいし、交互配列する以外の規則的な配列であってもよいし、ランダムな配列であってもよい。
【００３２】
いずれにせよ、本発明においては、波状ワイヤ１１の線径ｄを基準として、少なくともピッチＰが設定されていれば、波状ワイヤ１１としては、切削条件に応じて、さまざまな構成を採用することができる。なお、一般的な切削加工においては、応力集中を回避して固定砥粒ワイヤの強度を向上させる観点から、略同一の形状で均等に波状湾曲部位１２が配列する構成であることがより好ましい。
【００３３】
また、前述したように、波状ワイヤ１１の「波状」は、波状湾曲部位１２が螺旋状に湾曲している三次元的な波状であればよいが、波状湾曲部位１２が単一面内に収まるように（平面状に）湾曲している二次元的な波状であってもよいし、これらを組み合わせた波状であってもよい。ここでいう三次元的な波状には、一般的な湾曲による螺旋形状だけでなく、コアワイヤが多角形状に周回しながら折れ曲がることで全体的に見たときに螺旋状になっている形状も含む。同様に、二次元的な波状にも、コアワイヤが略波状に折れ曲がった形状も含む。
【００３４】
［砥粒およびその固定］
図２（ａ）に示すように、本発明に係る固定砥粒ワイヤ１０は、前記構成の波状ワイヤ１１の表面に固定材１５により砥粒１４が固定されている構成であるが、用いられる砥粒１４の具体的な種類は特に限定されず、ダイヤモンド砥粒、アルミナ質砥粒、炭化ケイ素質砥粒等、公知のものを好適に用いることができる。また、砥粒１４の粒径も特に限定されず、砥粒１４の種類または切削条件等に応じて適宜好ましい粒径のものを用いることができる。本実施の形態では、例えば、粒径が５〜３０μｍの範囲内の範囲内のダイヤモンド砥粒を好適に用いることができる。
【００３５】
また、砥粒１４を波状ワイヤ１１の表面に固定する方法も特に限定されず、図２（ｂ）に示すように、樹脂バインダまたはメッキ層等の固定材１５を用いる公知の固定方法を好適に用いることができる。
【００３６】
これらのうち、樹脂バインダによる固定方法は、典型的には、固定材１５として用いられる樹脂と砥粒１４を含む溶液を調製し、当該樹脂溶液を波状ワイヤ１１の表面に塗布してから加熱または焼成する方法である。用いられる樹脂としては、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、ウレア樹脂等の公知の樹脂を好適に用いることができる。また、樹脂溶液の調製方法、樹脂溶液の塗布方法、塗布後の加熱または焼成方法についても特に限定されず、公知のさまざまな方法を好適に用いることができる。また、樹脂バインダには、公知のさまざまな添加剤が含まれてもよい。
【００３７】
次に、メッキ層による固定方法は、電気メッキを利用して砥粒１４を波状ワイヤ１１に固定させる方法である。例えば、本願出願人によって、特許４５３８０４９号公報に開示される「砥粒電着ワイヤ」が開発されており、この公報においてメッキ層による砥粒１４の固定方法の好ましい一例が記載されている。なお、この公報の内容は、本明細書で参照することにより本明細書の記載の一部とする。
【００３８】
なお、本発明において、樹脂バインダまたはメッキ層による固定方法のいずれにおいても、前述した以外の公知の方法を好適に用いることができることはいうまでもない。さらに、本発明においては、樹脂バインダまたはメッキ層以外の固定方法を用いることができることができる。
【００３９】
ここで、本発明においては、先に波状ワイヤ１１が製造されてから、当該波状ワイヤ１１の表面に砥粒１４を固定して固定砥粒ワイヤ１０を製造することが好ましい。言い換えれば、コアワイヤに砥粒１４を固定してから波付けする加工を施すのではなく、コアワイヤに波付けする加工を施してから砥粒１４を固定することが好ましい。コアワイヤを波付けする加工は、当該コアワイヤに外力を加えることになるため、先に砥粒１４を固定させていると、外力によって砥粒１４が脱離するおそれがある。これに対して、予め波状湾曲部位１２を形成した波状ワイヤ１１の表面に砥粒１４を固定させれば、波状湾曲部位１２の形成時に、波状ワイヤ１１の表面から砥粒１４が脱離するおそれを回避することができる。その結果、固定砥粒ワイヤ１０の寿命の低下を、さらに有効に抑制することができる。
【００４０】
［波状ワイヤの加工方法］
本発明においては、波状ワイヤ１１の加工方法（コアワイヤへの波付け方法）は特に限定されず、加工前のコアワイヤを、線径ｄを基準としたピッチＰで波状湾曲部位１２を長手方向に連続して配列させるように加工できれば、公知のどのような方法であっても利用することができる。
【００４１】
例えば、図３（ａ）に示す加工方法では、３本のピン２１の間にコアワイヤ１３を交互に通し、当該コアワイヤ１３を矢印Ｃ１の方向に回転させることで、螺旋状の波状ワイヤ１１を形成している。また、図３（ｂ）に示す加工方法では、外周部全体にピン２４ａが設けられたピン歯車２４同士を噛み合わせ、コアワイヤ１３を、一対のガイドチップ２５で支持した状態で、ピン歯車２４同士の噛み合わせ部位に通し、各ピン歯車２４を矢印Ｃ４方向に回転させることで、二次元波状の波状ワイヤ１１を形成している。なお、説明の便宜上、ピン歯車２４は噛み合わせ部位のみにピン２４ａを図示しているが、ピン２４ａは上記のとおり外周部全体に設けられている。また、ピン歯車２４ａではなく、一般的な歯車を用いることもでき、この場合には、湾曲した波状ではなく、折れ曲がり状の略波状を形成することができる。
【００４２】
なお、本発明に係る固定砥粒ワイヤ１０を製造する際には、前述した砥粒１４の固定方法、あるいは波状ワイヤ１１の加工方法以外にも、公知のさまざまな処理を用いて当該固定砥粒ワイヤ１０を修飾することができる。
【００４３】
［固定砥粒ワイヤの使用方法］
本発明に係る固定砥粒ワイヤ１０は、公知のワイヤソーに好適に用いることができる。典型的なワイヤソーとしては、シングルワイヤソーとマルチワイヤソーとが挙げられる。シングルワイヤソーは、ループ状のソーワイヤ（固定砥粒ワイヤ１０）を複数のローラの間に張架させる構成であり、ローラの間でソーワイヤを循環して走行させ、このワイヤに被加工物を押し当てることにより切削加工を行う。マルチワイヤソーは、図４（ａ）に示すように、図示しないボビンに巻き取られたソーワイヤ（固定砥粒ワイヤ１０）を繰り出して、複数のローラ１６（図４（ａ）では２個）にコイル状に所定の間隔で巻き回すように張架させてワイヤ列１７を形成する構成であり、この状態でボビンを順方向または逆方向に交互に回転させることによって固定砥粒ワイヤ１７を走行させる。これにより、ワイヤ列１７を形成する固定砥粒ワイヤ１０も順方向または逆方向に走行するので、これに被加工物２０を押し当てることにより切削加工を行う。いずれのワイヤソーにおいても、ワイヤまたはワイヤ列には、所定の張力が加えられた状態で走行しており、走行しているワイヤまたはワイヤ列に対して被加工物が接触して切削加工が行われる。
【００４４】
前記ワイヤソーは、一般的に、被加工物をテーブルで支持した状態で、走行するワイヤまたはワイヤ列に接触させる構成となっているが、その具体的な構成は特に限定されない。例えば、テーブルを移動させることにより、被加工物をワイヤまたはワイヤ列に押圧、接触させる構成であってもよいし、ワイヤまたはワイヤ列を移動させて被加工物に押圧、接触させる構成であってもよい。また、ワイヤまたはワイヤ列の上側に被加工物の下面を当接させる構成であってもよいし、ワイヤまたはワイヤ列の下側に被加工物の上面を押し当てる構成であってもよい。なお、図４（ａ）ではワイヤ列１７を説明する便宜上、テーブルは図示していない。
【００４５】
本発明に係る固定砥粒ワイヤ１０は、前記のいずれの構成のワイヤソーにおいても、好適に用いることができるだけでなく、前記以外の公知の構成のワイヤソーまたはそれに類似する切削装置にも好適に用いることができる。
【００４６】
ここで、ワイヤソーは、走行するワイヤに被加工物を押し当てながら切削加工を行うものであるため、当該ワイヤは被加工物の押し当て方向にたわむことになる。例えば、図４（ｂ）は、図４（ａ）における二点鎖線の矢印ＩＩの矢視方向からの平面図であるが、この図４（ｂ）に示すように、図中上から被加工物２０が押し当てられることにより、固定砥粒ワイヤ１０はたわみ量ｆでたわむ。
【００４７】
ワイヤのたわみ量ｆは、前記切削条件によって変化するが、一般に、被加工物２０の押し当て速度が速ければワイヤのたわみ量ｆが大きくなって切断の精度が低下する傾向にある。特にたわみ量ｆが大きくなり過ぎると、ワイヤが断線するおそれもある。一方、被加工物２０の押し当て速度が遅ければワイヤのたわみ量ｆを小さくできる反面、切削加工に要する時間が長くなり、切削加工の効率が低下するとともに、ワイヤの消費量が多くなる。つまり、ワイヤの「切れ味」がよいとたわみ量が小さくなるが、「切れ味」が悪いとたわみ量が大きくなる。
【００４８】
これに対して、本発明に係る固定砥粒ワイヤ１０は、前述したとおり、波状湾曲部位１２のピッチＰは、波状ワイヤ１１（コアワイヤ）の線径ｄを基準として設定されているので、切削加工時にワイヤのたわみ量ｆの増加を抑制し、「切れ味」を向上させて迅速かつ効率的な切削加工を実現することができる。
【００４９】
なお、波状ワイヤ１１は、波付けする前のワイヤと比較して、相対的に強度が低下する傾向にある。これは、前述した加工方法（波付け方法）のように、ワイヤを塑性変形させることで波状ワイヤ１１を得ているためである。ここで、本発明に係る固定砥粒ワイヤ１０は、波付けにより形成される波状湾曲部位１２のピッチＰを、線径ｄを基準とした長さ（好ましくは２０ｄ〜２００ｄの範囲内）に設定しているので、強度低下をより軽減させるように波付けすることが可能となる。
【００５０】
さらに、本発明に係る固定砥粒ワイヤ１０は、切削加工時に張力を加えられた状態でも前述した湾曲形状が有効に残存するように波状湾曲部位１２のピッチＰが設定されている。それゆえ、前述したとおり、波状ワイヤ１１の強度低下と加工コストの上昇とを有効に抑制できるとともに、張力が加えられた状態で波状湾曲部位１２の曲率を十分に維持することができるので、波状湾曲部位１２の凹部に被加工物の切削粉を保持して外部に放出しやすくなる。つまり、固定砥粒ワイヤ１０の「切れ味」を向上させることができる。
【００５１】
このように、本発明に係る固定砥粒ワイヤ１０は、そもそも「切れ味」が向上している上に、従来の波状ワイヤと比較して相対的に強い張力を加えることが可能であるため、前記たわみ量をより小さくすることができ、切削加工をより迅速かつ効率的に行うことができる。また、従来よりも強い張力を加えることが可能であるということは、コアワイヤである波状ワイヤ１１の強度も相対的に向上していることになるので、コアワイヤの耐久性を向上することができ、固定砥粒ワイヤ１０の寿命の低下を有効に抑制できるものとなっている。
【００５２】
また、典型的なワイヤソーにおいては、ワイヤまたはワイヤ列と被加工物との接触部位にクーラントを供給する構成となっている。このクーラントとしては、鉱物油を主成分とする油性クーラントであってもよいし、水溶性の低分子量樹脂等を含む水溶性クーラントであってもよい。特に水溶性クーラントは、油性クーラントに比べて、加工後の被加工物の洗浄に有機溶剤を必要としない等の利点があるため好ましい。具体的な水溶性クーラントとしては、例えば、低分子量ポリグリコール類を含む構成、アミン類および水溶性ポリエーテルを含む構成等が挙げられるが特に限定されず、公知のものを好適に用いることができる。
【００５３】
特に本発明においては、固定砥粒ワイヤ１０が波状湾曲部位１２を有しているため、切削加工時には、波状湾曲部位１２の凹部にクーラントを保持しやすくなる。それゆえ、固定砥粒ワイヤ１０と被加工物との間にクーラントを導入しやすくすることができる。しかも、前述したとおり、波状湾曲部位１２のピッチＰは、波状ワイヤ１１（コアワイヤ）の線径ｄを基準として設定されているので、固定砥粒ワイヤ１０に引張り負荷を加えた状態でも、カーフロスが過剰に大きくならない範囲で、波状湾曲部位１２を適切に保持することができる。その結果、固定砥粒ワイヤ１０を良好に冷却することができるので、砥粒１４の熱による劣化を有効に軽減することが可能となり、固定砥粒ワイヤ１０の寿命の低下をより有効に抑制することができる。
【実施例】
【００５４】
本発明について、実施例、比較例および参考例に基づいてより具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。当業者は本発明の範囲を逸脱することなく、種々の変更、修正、および改変を行うことができる。
【００５５】
［実施例１］
まず、本発明に係る固定砥粒ワイヤ１０として、波状湾曲部位１２が螺旋状であり、線径ｄ＝０．１２ｍｍ、ピッチＰ＝４ｍｍ（約３３ｄ）、波高Ｈ＝０．２３ｍｍ（約１．９２ｄ）の波状ワイヤ１１に、粒径５〜２０μｍのダイヤモンド砥粒を電気メッキ法により固定したものを製造した。
【００５６】
次に、本発明に係る固定砥粒ワイヤ１０をボビンに巻き取って一対のメインローラ１６，１６の外周にコイル状に巻き回して２５．０Ｎの張力で張架することにより、図４（ａ）に示すようにワイヤ列１７を形成した。そして、１０００．０ｍ／分の線速（走行速度）で固定砥粒ワイヤ１０を走行させた。
【００５７】
被加工物２０としては、単結晶Ｓｉのインゴット（高さ１２５ｍｍ、幅１２５ｍｍ、長さ２００ｍｍ）を用い、これを図４（ｂ）には示さないテーブルで支持した。そして、水溶性クーラントを１００．０ｋｇ／分の量で供給しながら、テーブルを１０００μｍ／分の速度（切削加工速度）で移動させて、被加工物２０を走行するワイヤ列１７に徐々に接近させて接触させることにより、当該被加工物２０を切断した。
【００５８】
以上の条件で、切断加工時の固定砥粒ワイヤ１０におけるたわみ量ｆ（図４（ｂ）参照）を計測するとともに、切断加工後の固定砥粒ワイヤ１０における砥粒１４の残存状態を目視評価した。切断加工前とほとんど変わらずに砥粒１４が残存している場合には、残存状態を○と評価し、明確に砥粒１４の脱離が確認できる場合には、残存状態を×と評価した。これらの結果を表１に示す。
【００５９】
［実施例２］
固定砥粒ワイヤ１０として、波状湾曲部位１２が螺旋状であり、線径ｄ＝０．１２ｍｍ、ピッチＰ＝２０ｍｍ（約１６７ｄ）、波高Ｈ＝０．３９ｍｍ（約３．２５ｄ）の波状ワイヤ１１に、粒径５〜２０μｍのダイヤモンド砥粒を電気メッキ法により固定したものを用いた以外は、実施例１と同様にして、被加工物２０を切断した。そのときのたわみ量ｆおよび砥粒１４の残像状態の結果を表１に示す。
【００６０】
［実施例３］
固定砥粒ワイヤ１０として、波状湾曲部位１２が平面状であり、線径ｄ＝０．１２ｍｍ、ピッチＰ＝４ｍｍ（約３３ｄ）、波高Ｈ＝０．２９ｍｍ（約２．４１ｄ）の波状ワイヤ１１に、粒径５〜２０μｍのダイヤモンド砥粒を電気メッキ法により固定したものを用いた以外は、実施例１と同様にして、被加工物２０を切断した。そのときのたわみ量ｆおよび砥粒１４の残像状態の結果を表１に示す。
【００６１】
［比較例１］
コアワイヤに、粒径５〜２０μｍのダイヤモンド砥粒を電気メッキ法により固定した比較ソーワイヤを製造して用いた以外は、実施例１と同様にして、被加工物２０を切断した。そのときのたわみ量ｆおよび砥粒１４の残像状態の結果を表１に示す。
【００６２】
【表１】
表１の結果から明らかなように、本発明に係る固定砥粒ワイヤ１０は、波付け加工していない比較ソーワイヤに比べて、たわみ量ｆを有意に小さくでき、その「切れ味」を向上させて、迅速かつ効率的な切削加工が可能になることがわかる。また、砥粒１４の残存状態は、比較例１の結果を砥粒脱離のポジティブコントロールとして実施例１〜３の結果を評価したものであるが、本発明に係る固定砥粒ワイヤ１０であれば、切削加工後も砥粒１４が十分に残存していることから、寿命の低下を有効に抑制できることがわかる。さらに、波状屈曲部位１２が平面状であっても、螺旋状の場合と同様のたわみ量ｆの抑制と砥粒１４の脱離の抑制の効果を得ることが可能となる。
【００６３】
なお、本発明は前記実施の形態の記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示した範囲内で種々の変更が可能であり、異なる実施例や複数の変形例にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施の形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明は、シリコン、石英、セラミック等の硬質材料の切断、スライス、内面研磨やダイシング、インゴット切り出し等の切削加工の分野に広く用いることができる。
【符号の説明】
【００６５】
１０ 固定砥粒ワイヤ
１１ 波状ワイヤ
１２ 波状湾曲部位
１４ 砥粒
ｄ 線径
Ｐ ピッチ
Ｈ 波高
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイヤの表面に砥粒を固定して成る固定砥粒ワイヤであって、
前記ワイヤが、当該ワイヤの線径を基準としたピッチで、複数の波状湾曲部位を長手方向に連続して配列させた波状ワイヤであり、当該波状湾曲部位が螺旋状に湾曲している三次元的な波状であることを特徴とする、固定砥粒ワイヤ。
【請求項２】
前記波状ワイヤにおける前記波状湾曲部位のピッチは、当該波状ワイヤの線径の２０倍以上２００倍以下であることを特徴とする、請求項１に記載の固定砥粒ワイヤ。
【請求項３】
前記波状ワイヤにおける前記波状湾曲部位の波高は、当該波状ワイヤの径の１．０５倍以上３．００倍以下の範囲内となっていることを特徴とする、請求項１に記載の固定砥粒ワイヤ。
【請求項４】
前記波状ワイヤの線径は、０．０５ｍｍ以上０．３２ｍｍ以下の範囲内であることを特徴とする、請求項２または３に記載の固定砥粒ワイヤ。
【請求項５】
前記波状ワイヤは金属製であり、
前記砥粒は、前記波状ワイヤの表面に形成される金属メッキ層、または、樹脂バインダによって、当該波状ワイヤに固定されていることを特徴とする、請求項１に記載の固定砥粒ワイヤ。
【請求項１】
ワイヤの表面に砥粒を固定して成る固定砥粒ワイヤであって、
前記ワイヤが、当該ワイヤの線径を基準としたピッチで、複数の波状湾曲部位を長手方向に連続して配列させた波状ワイヤであり、当該波状湾曲部位が螺旋状に湾曲している三次元的な波状であることを特徴とする、固定砥粒ワイヤ。
【請求項２】
前記波状ワイヤにおける前記波状湾曲部位のピッチは、当該波状ワイヤの線径の２０倍以上２００倍以下であることを特徴とする、請求項１に記載の固定砥粒ワイヤ。
【請求項３】
前記波状ワイヤにおける前記波状湾曲部位の波高は、当該波状ワイヤの径の１．０５倍以上３．００倍以下の範囲内となっていることを特徴とする、請求項１に記載の固定砥粒ワイヤ。
【請求項４】
前記波状ワイヤの線径は、０．０５ｍｍ以上０．３２ｍｍ以下の範囲内であることを特徴とする、請求項２または３に記載の固定砥粒ワイヤ。
【請求項５】
前記波状ワイヤは金属製であり、
前記砥粒は、前記波状ワイヤの表面に形成される金属メッキ層、または、樹脂バインダによって、当該波状ワイヤに固定されていることを特徴とする、請求項１に記載の固定砥粒ワイヤ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−１２１１０１（Ｐ２０１２−１２１１０１Ａ）
【公開日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７３９８８（Ｐ２０１０−２７３９８８）
【出願日】平成２２年１２月８日（２０１０．１２．８）
【出願人】（５９７１５０５９９）ジャパンファインスチール株式会社 (11)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月８日（２０１０．１２．８）
【出願人】（５９７１５０５９９）ジャパンファインスチール株式会社 (11)
【Ｆターム（参考）】
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