JP4703448B2 - レジンボンドワイヤソー - Google Patents

Description

本発明は、マルチ切断加工に用いられるレジンボンドワイヤソーに関する。

固定砥粒ワイヤソーを用いた、サファイア、炭化珪素、セラミックス等の硬質被削材のマルチ切断加工において、高能率で精度良く切断するためには，砥粒と被削材表面での滑りを発生させずに被削材にいかに砥粒を食い込ませるかが重要である。
しかし、レジンボンドワイヤソーでは、被削材が硬いと砥粒がボンド中に沈み込みやすいため，食い込みが充分でない。また、研削時に被削材と砥粒との間で発生した摩擦熱によってレジンボンドが軟化してしまい、さらに砥粒が沈み込みやすくなる。

砥粒の食い込みを向上させるための手段としては、砥粒の固定力を高めて砥粒の沈み込みを抑制することが考えられる。そのため、このような硬質材料の切断においては，砥粒をニッケルなどのメッキで砥粒を固定した電着ワイヤソーが使用されている。
しかし，この電着ワイヤソーは砥粒を適度に分散させて固定することが困難であり、かつ砥粒粒径の５０％程度のメッキ層を形成する必要があるため製造速度が遅い。このため、品質安定が困難で、工具コストが高く、またワイヤーの柔軟性が低いために切断精度が悪く、加工時の断線発生率が高い。
砥粒の固定力を高めることを目的とした技術の一例が特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４に記載されている。

特開２００４−５０３０１号公報 特開２０００−２２５６１３号公報 特開平１１−２０７５９８号公報 特開２０００−２４６５４２号公報

特許文献１には、ワイヤソーの外周面を鍍金層で覆い、その鍍金層を樹脂層で覆ったものが記載されている。また、特許文献２、特許文献３には、金属粒子や無機粉末を樹脂層に含有させたワイヤソーが記載されている。また、特許文献４には、金属被覆砥粒を用いたレジンボンドワイヤソーが記載されている。
しかし、特許文献１に記載のものでは、電着により砥粒を固定するため砥粒を適度に分散させて固定することが困難であり、製造速度も上げることが困難であるという問題点がある。特許文献２、特許文献３に記載のものでは、金属粒子や無機粉末により樹脂強度を向上することはできるものの、硬質被削材切断において格段に砥粒固定力を高める効果はない。また、特許文献４に記載のものでは、金属被覆した超砥粒を用いることで砥粒と樹脂との接着強度を向上させることはできるものの、砥粒固定力を高める効果はない。

本発明は、以上の問題点を解決するためになされたもので、砥粒の食い込みを良くして、高精度、高能率での切断が可能なレジンボンドワイヤソーを提供することを目的とする。

以上の課題を解決するために、本発明のレジンボンドワイヤソーは、砥粒を樹脂で結合した砥粒層が芯線の周囲に設けられたレジンボンドワイヤソーにおいて、レジンボンド表面からの砥粒突出し量が平均砥粒粒径の１０％以上４０％以下であり、レジンボンド表面に前記砥粒突出し量の１０％以上４０％以下の厚みで金属層が被覆されていることを特徴とする。

レジンボンド表面に砥粒突出し量の１０％以上４０％以下の厚みで金属層が被覆されていることによって、砥粒の固定力が高まり、研削の際の被削材への砥粒の食い込みが良くなり、高精度、かつ高能率での切断が可能となる。しかも、レジンボンドで砥粒を固定するため、品質が安定し製造速度を高速にすることができる。

砥粒突出し量が平均砥粒粒径の１０％未満では切れ味が悪く、４０％を超えると砥粒保持力が小さくなり脱落が発生しやすい。また、金属層の厚みが砥粒突出し量の１０％未満では金属層を設けた効果が低く、４０％を超えると砥粒の突出し量が小さくなるため、切れ味が低下し、ワイヤソーの柔軟性も低下して断線率が高くなる。

本発明においては、金属層の厚みが５μｍ以下であることを特徴とする。
金属層の厚みが５μｍ以下であれば金属層を設けたことによる捻回強度の低下量が小さい。金属層の厚みが５μｍを超えると、捻回強度の低下量が大きくなって切断時の断線率が高くなり好ましくない。

本発明においては、前記レジンボンド中に導電性粒子が含有されていることを特徴とする。
レジンボンド中に導電性粒子が含有されていることにより、砥粒の固定力をさらに高めることができる。導電性粒子として、銀、グラファイト、銅、ニッケル等の金属被覆を施したダイヤモンド砥粒などを用いることができる。導電性粒子を含有させることでワイヤソーが導電性を持ち、電解メッキにより金属層を形成することができる。このため、金属層と樹脂との接着強度を高めることができる。

本発明においては、前記レジンボンド中に含有された導電性粒子の含有率が、レジンボンドと導電性粒子の合計体積の２体積％以上３０体積％以下であり、かつ前記導電性粒子の平均粒径が砥粒平均粒径の３０％以下であることを特徴とする。
砥粒固定力を上げるためには、導電性粒子はレジンボンド表面の砥粒周囲に存在することが重要であり、かつ、導電性粒子の存在によってレジンボンドが脆くなることを防止する必要がある。このためには、導電性粒子の含有量は３０体積％以下であり、かつ導電性粒子の平均粒径が砥粒平均粒径の３０％以下であることが好ましい。導電性粒子の含有量が２体積％未満であると、導電性が低く電解メッキにより均一に被覆できないため好ましくなく、３０体積％を超えると砥粒数が多くなりレジンボンドが脆くなるため、ボンド強度が低下し、ワイヤソーの柔軟性を低下する。また、導電性粒子の平均粒径が粒径の平均粒径の３０％を超えると、全体の砥粒数が減るため砥粒周囲に存在する粒子数が減少し、砥粒固定力効果が低下する。

本発明においては、前記レジンボンド中に含有された導電性粒子の含有率が、レジンボンドと導電性粒子の合計体積の２体積％以上３０体積％以下であり、かつ前記導電性粒子の平均粒径が砥粒平均粒径の６０％以上９０％以下であって、前記導電性粒子は前記レジンボンドの表面に露出しており、この導電性粒子に対して金属層が形成されていることを特徴とする。
これにより、金属層はレジンボンドの表面に島状に形成されることになり、レジンボンドの柔軟性が損なわれにくい。
導電性粒子の平均粒径が砥粒平均粒径の６０％未満であると、レジンボンド中に埋没して好ましくなく、９０％を超えると加工時に作用して抵抗が大きくなって好ましくない。

本発明によると、柔軟性を維持しつつ、砥粒の食い込みを良くして、高精度、高能率での切断が可能なレジンボンドワイヤソーを実現することができる。

以下に、本発明をその実施形態に基づいて説明する。
図１に、本発明の実施形態に係るレジンボンドワイヤソーを示す。
レジンボンドワイヤソー１は、ピアノ線等からなる芯線２の周囲に、砥粒３を紫外線硬化樹脂等からなるレジンボンド４で固定した砥粒層５を形成してなるものである。レジンボンド４の表面上には金属層６が無電解めっきにより形成されている。

図２に、砥粒３の周囲の詳細を示す。
レジンボンド４の表面からの砥粒突出し量Ａは、平均砥粒粒径Ｄの１０％以上４０％以下であり、レジンボンド４の表面に被覆された金属層６の厚みＢは、砥粒突出し量Ａの１０％以上４０％以下としている。

図３（ａ）に、レジンボンド４中に導電性粒子１１が含有されている例を示す。
導電性粒子１１の含有率は、レジンボンド４と導電性粒子１１の合計体積の２体積％以上３０体積％以下であり、かつ導電性粒子１１の平均粒径は砥粒３の平均粒径の３０％以下としている。この例では、レジンボンド４の表面の全域に亘って金属層６が形成されている。

図３（ｂ）に示すように、導電性粒子１１を、レジンボンド４の表面に露出させ、この露出された導電性粒子１１に対して金属層６を電解めっきにより形成してもよい。この場合には、導電性粒子１１の平均粒径は砥粒３の平均粒径の６０％以上９０％以下とするのが好ましい。

このようにして金属層６を形成すると、レジンボンド４の表面に金属層６が島状に形成されるようになる。そのため、レジンボンド４の柔軟性が損なわれることがなく、導電性粒子１１がアンカー効果を発揮するため金属層６が剥離しにくい。また、導電性粒子１１のみがレジンボンド４の表面に存在するものと比較して、強固な金属層６が形成されているため、耐摩耗性が向上する。

以下に試験例を示す。
砥粒の突き出し量を変えて切断試験を行った。試験条件は、以下の通りである（以下、この試験条件を「切断試験条件」という）。
レジンボンドワイヤソー：芯線：φ１８０μｍ、平均砥粒径 ４０μｍ
被削材：サファイア
ワイヤー線速：３５０ｍ／ｍｉｎ
研削液：水溶性

試験結果を図４に示す。
レジンボンド表面からの砥粒突出し量が平均砥粒粒径の１０％以上４０％以下のときに、安定した高い加工能率を示しており、２５％以上３５％以下のときに特に加工能率が良好となる。これに対し、砥粒突き出し量が１０％未満のときは加工能率の低下が顕著であり、また、砥粒突き出し量が４０％を超えると砥粒の脱落が発生し、加工能率が低下する。

次に、金属層の厚みを変えて、上述と同条件で切断試験を行った。また、図５に示す装置を用いて捻回強度試験も行った。
テンション２０Ｎでワイヤソー１８ｍｍ（芯線径の１００倍）を捻回し、ワイヤソーが破断するまでの捻回数で評価した（以下。この試験条件を「捻回試験条件」という）。ワイヤソーの芯線の径は１８０μｍ、突き出し量は砥粒径の３０％である。

図６に切断試験の試験結果を示す。金属層の厚みが砥粒突出し量の１０％未満のときは、砥粒の固定力が不足し、金属層を設けたことによる効果が小さいため加工能率が低い。金属層の厚みが砥粒突出し量の４０％を超えると、砥粒突出し量が少ないために加工能率が低下する。また、図７に捻回試験の試験結果を示す。この結果のように、金属層の厚みが５μｍ以下のときには強度低下も小さく安定した捻回強度を示している。
図８に、上述した切断試験条件で、導電性粒子の有無による切断性能の違いを調査した結果を示す。導電性粒子を含有することにより、電解メッキにより均一な金属層を形成しやすくなり、加工能率が高くなる。

図９に、上述した切断試験条件で、導電性粒子の含有量を変えたときの切断性能の違いを調査した結果を示す。レジンボンド中に含有された導電性粒子の含有率が、レジンボンドと導電性粒子の合計体積の２体積％未満のときは、導電性が低く均一な金属膜の形成が困難となる。また、３０％を超えると、レジンボンドが脆くなり、加工能率が低下する。

図１０に、上述した切断試験条件で、導電性粒子の平均粒径を変えたときの切断性能の違いを調査した結果を示す。
導電性粒子の平均粒径が砥粒平均粒径の３０％を超えると、砥粒固定力が低下し、加工能率が低下するのに対して、３０％以下のときは、加工能率が良好である。

図１１に、金属層をレジンボンドの表面に島状に形成したときの捻回強度を、レジンボンドだけの場合と、レジンボンドの全面に金属層を設けた場合とを比較して示す。捻回試験条件は上述したものと同じである。島状に金属層を形成しても、捻回強度は低下しておらず、柔軟性を失っていないことがわかる。

図１２に、上述した切断試験条件で、金属層をレジンボンドの表面に島状に形成したときに、導電性粒子の含有率を変えたときの切断性能の違いを調査した結果を示し、図１３に、導電性粒子の平均粒径を変えたときの切断性能の違いを調査した結果を示す。
導電性粒子の含有率については、レジンボンドと導電性粒子の合計体積の２体積％以上３０体積％以下のときに加工能率が良好である。また、導電性粒子の平均粒径については、砥粒平均粒径の６０％以上９０％以下のときに加工能率が良好である。砥粒の平均粒径の９０％を超えると、導電性粒子が抵抗として作用するため、加工効率の低下が顕著となる。また、砥粒の平均粒径の６０％未満のときは島状に被覆することが困難となる。

本発明は、柔軟性を維持しつつ、砥粒の食い込みを良くして、高精度、高能率での切断が可能なレジンボンドワイヤソーとして利用することができる。

本発明の実施形態に係るレジンボンドワイヤソーを示す図である。 砥粒の周囲の詳細を示す図である。 レジンボンド中に導電性粒子を含有させた例を示す図である。 砥粒の突き出し量を変えて切断試験を行った結果を示す図である。 捻回強度試験の試験装置を示す図である。 金属層の厚みを変えて捻回強度試験を行った結果を示す図である。 金属層の厚みを変えて捻回強度試験を行った結果を示す図である。 導電性粒子の有無による切断性能の違いを調査した結果を示す図である。 導電性粒子の含有量を変えたときの切断性能の違いを調査した結果を示す図である。 導電性粒子の平均粒径を変えたときの切断性能の違いを調査した結果を示す図である。 金属層をレジンボンドの表面に島状に形成したときの捻回強度を示す図である。 金属層をレジンボンドの表面に島状に形成したときの、導電性粒子の含有率を変えたときの切断性能の違いを調査した結果を示す図である。 金属層をレジンボンドの表面に島状に形成したときの、導電性粒子の平均粒径を変えたときの切断性能の違いを調査した結果を示す図である。

符号の説明

１ レジンボンドワイヤソー
２ 芯線
３ 砥粒
４ レジンボンド
５ 砥粒層
６ 金属層
１１ 導電性粒子

Claims (1)

1. 砥粒を樹脂で結合した砥粒層が芯線の周囲に設けられたレジンボンドワイヤソーにおいて、レジンボンド表面からの砥粒突出し量が平均砥粒粒径の１０％以上４０％以下であり、前記レジンボンド中に導電性粒子が含有され、前記レジンボンド中に含有された導電性粒子の含有率が、レジンボンドと導電性粒子の合計体積の２体積％以上３０体積％以下であり、かつ前記導電性粒子の平均粒径が砥粒平均粒径の６０％以上９０％以下であって、前記導電性粒子は前記レジンボンドの表面に露出しており、この導電性粒子に対して電解めっきにより金属層が形成されていることによって、前記レジンボンドの表面に前記金属層が島状に形成されて、レジンボンド表面に前記砥粒突出し量の１０％以上４０％以下の厚みで前記金属層が被覆されていることを特徴とするレジンボンドワイヤソー。

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