ワイヤーソー

ワイヤーソーは、金属ワイヤーまたはケーブルを使用して、石、木材、ガラス、フェライト、コンクリート、金属、結晶などのバルク固体材料を機械的に切断する鋸です。 ^[1]産業用ワイヤーソーは通常、電動式です。木の枝を切るのに適した手動式のサバイバルワイヤーソーもあります。ワイヤーソーは、連続式（またはエンドレス、ループ）または振動式（または往復式）に分類されます。ワイヤー自体が「ブレード」と呼ばれることもあります。

ワイヤーソーは、原理的にはバンドソーや往復鋸に似ていますが、鋸の歯ではなく研磨を利用して切断します。用途に応じて、ダイヤモンド素材を研磨材として使用したり使用しなかったりします。ワイヤーは、1 本のストランドにすることも、複数のストランドを編み合わせて (ケーブル) することもできます。1 本のストランドの鋸を粗くして研磨材にしたり、研磨剤をケーブルに接着したり、ダイヤモンドを含浸させたビーズ (およびスペーサー) をケーブルに通したりすることができます。ワイヤーソーは、水または油で 冷却および潤滑されることがよくあります。

最もシンプルなタイプのワイヤーソーは、枝を切ることを目的とした安価な「サバイバル」（緊急用）タイプで、狩猟や登山の店で販売されています。連続タイプのワイヤーソーは、壁やその他の大きな構造物を切断するために使用されます。連続タイプのソーは、半導体および太陽光発電産業用のシリコン ウェーハを切断するために使用されます。ダイヤモンドを含浸させたワイヤーソーは、機械工場で金属部品を切断するために 使用されます。

精密ワイヤーソーは、壊れやすい結晶、基板、その他の材料を切断するために研究室で使用されています。さらに、この技術は高度な研究構造物の解体にも使用できます。たとえば、ブルーグラス カンパニーは、プリンストン プラズマ物理学研究所のトカマク核融合試験炉を解体するために、ダイヤモンド ワイヤーソー法を設計および製造しました。PPPL での TFTR 代替実験の実証に基づくと、ダイヤモンド ワイヤー切断技術は、コストと安全性の両方の観点からベースライン技術よりも優れています。この切断技術と空隙充填を組み合わせることで、遮蔽、遠隔操作 (この技術の通常の適用)、および放射性核種の安定化により、人員の放射線被ばくが大幅に削減されます。^{[2]連続式と振動式の両方のソーが、}ステンドグラス の複雑な形状を切断するために使用されます。

鉱業および採石業では、一般にワイヤーソーを使用して硬い石を大きなブロックに切断し、その後、処理工場に出荷してさらに精製したり (選鉱の場合)、販売業者に出荷したり (建築用の花崗岩または大理石の場合) します。これらのワイヤーソーは、ケーブル上でダイヤモンドを含浸させたビーズを使用する大型の機械です。このソーにより、採石場のスラブの底を切り離すことができます (ケーブルをアクセス ドリル穴に通した後)。底を切断すると、背面と側面に爆薬 (爆発物) を投入してスラブをきれいに分割できます。この原理の採石場のソーの歴史は数世紀前に遡ります。ダイヤモンド カッター付きのスチール ケーブルの時代以前は、繊維ロープを使用して切り口から砂を吸い込んでいました。砂 (水で洗い流す) が石を切断しました (ただし、今日のダイヤモンドよりも遅いです)。

フォーム製造業者は、通常、手動または自動の研磨ワイヤーソーを使用して、フォームを特定のサイズまたは特定のプロファイル (形状) に切断します。フォームソーは、住宅 (断熱材、パイプ断熱材)、家具 (ソファ、ソファクッション、椅子クッション)、娯楽 (フォームフィンガー、フォームアクセサリー) など、多くの業界で使用されています。研磨ワイヤー切断は、2 次元(2D) CAD / CAM図面で指定されたパターン (複数可) を自動的に切断するコンピュータ数値制御装置で行われることが多いです。切断される材料は、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリウレタンから、気泡ガラス (Foamglas® など) などの高密度または硬質タイプのフォームまで多岐にわたります。振動鋸は、フォームラバーの切断に使用されます。

半導体業界では、シリコン ブールの円筒形のインゴットを薄いウェーハに切断するためにマルチワイヤソーが使用されています。細いワイヤは材料の損失を最小限に抑えるために使用されます。たとえば、ピーターウォルターズDW 291は最小ワイヤ径が40μmで、860mmのワークピースを100μmのウェーハに切断できます。^{[3] [4]}

ワイヤーソーの大きな利点の 1 つは、ブレードに比べて切断幅が小さいことです。もう 1 つの利点は、切断の精度です。主な欠点は、速度が遅いことです。その他の欠点としては、ワイヤーが破損する可能性が高く、表面の欠陥により切断エラーが発生する可能性があることが挙げられます。

ダイヤモンドワイヤカッティング（DWC）は、様々な直径と長さのワイヤに様々なサイズのダイヤモンドダストを含浸させて材料を切断するプロセスです。ダイヤモンドは硬いため、この切断技術では、ダイヤモンド研磨材よりも柔らかいほぼすべての材料を切断できます。DWC は実用的で、他の切断技術よりも安価です。たとえば、2005 年時点で直径 140 ～ 500 マイクロメートルの細いダイヤモンドワイヤの製造コストは 1 フィートあたり約 10 ～ 20 セント（0.7 ドル/m）で、販売価格は 1 フィートあたり約 1.25 ドル（4.10 ドル/m）以上です。一方、固体ダイヤモンドを含浸させたブレードカッターは数千ドルします。したがって、1,000 フィート（300 m）のダイヤモンドワイヤスプールの製造コストは約 200 ドルで、販売価格は約 1,250 ドルです。販売コストはワイヤのグレードと需要によって異なる場合があります。その他のダイヤモンドワイヤカッティングでは、ケーブルに通した成形ダイヤモンドリングを使用できます。これらの大型ケーブルは、コンクリートの切断やその他の大規模なプロジェクトに使用されます。

DWC は、ソリッド ブレード (スラリー ワイヤも同様) に比べて、切り口と無駄な材料が少なくなります。非常に高価な材料の場合、これにより数百ドルまたは数千ドルの無駄を節約できます。裸線を使用し、切削液に切削材料が含まれるスラリー ソーとは異なり、DWC は、潤滑、切削の冷却、および破片の除去に水または何らかの流体のみを使用します。材料によっては、DWC は水または切削液を必要としない場合があります。その場合、きれいなドライ カットが残ります。

ダイヤモンドワイヤを切断に使用すると、ソリッドカッティングブレードよりも堅牢性が低く（疲労、曲がり、詰まり、または絡まりがあると折れる）、ワイヤが破断すると鞭のように飛ぶ可能性があるため、より危険である可能性があるという問題があります。 DWC のユニークな性質のため、ほとんどの鋸は高価で、ダイヤモンドワイヤの取り扱いに合わせてカスタマイズされています。 ソリッドブレードを使用する市販の鋸は、ダイヤモンドダストブレードで補強できるため、一部の地域ではより経済的に操作できる場合があります。 もう 1 つの問題は、ダイヤモンドワイヤが、たとえば 3,000 フィート (910 m) のリールの真ん中で破断し、1,500 フィート (460 m) のワイヤリールが 2 つ残る場合です。そのため、同じ切断を行うのに鋸の方向変更サイクルが最大 2 倍必要になり、ワイヤソーと残りのダイヤモンドワイヤがより早く摩耗します。ダイヤモンドワイヤが端部に近づくにつれて破断する場合、これらの短いワイヤ（500 フィート（150 メートル）以下）は実質的に使用できず、通常は廃棄されます。これは、鋸に糸を通すのに数百フィート必要であるためで、プロセス切断に使用できるワイヤがほとんど残らないためです。ダイヤモンド研磨材はワイヤに機械的に取り付けられているため、数回の切断後にワイヤは研磨材のほとんどが摩耗してワイヤから剥がれ、切断効果を失います。つまり、最後の切断は最初の切断よりもはるかに時間がかかる可能性があり、生産タイミングを予測しにくくなります。ダイヤモンドワイヤは約 6 回の切断に耐え、その後、数か所が破断するか、機能的に摩耗します。寿命は、切断する材料と切断ごとのスライス数に大きく依存します。小径ダイヤモンドワイヤの品質管理もワイヤ寿命に大きく影響し、不良品が出ることも珍しくありません。

ワイヤーソー工程における表面品質は、材料の損失が望ましくない半導体および太陽光発電産業にとって重要です。また、表面品質は建設産業における石材やコンクリートの切断でも重要です。ワイヤーソー工程では、切断面に表面粗さが生じます。工程パラメータ（ワイヤー速度、送り速度、ワイヤー張力）と表面粗さの関係は文献で分析されています。^[5]

• Teomete, E (2011). 「アルミナセラミックのワイヤーソー切断におけるプロセスパラメータの表面品質への影響」。Gazi University Journal of Science . 24 (2). 2011-07-03 にオリジナルからアーカイブ。2011-07-25に取得。

• ダイヤモンドワイヤーソーイングのパイオニア、2014年（アーカイブ）
• 花崗岩産業のツールと機械、パート III、2006 年 12 月
• ダイヤモンドワイヤによる切断に関する情報と写真、2010
• DOE による DWC の例 (2005 年)
• DWC を使って第二次世界大戦の U ボートを解体する