JP2000263452A - 超砥粒ワイヤソー - Google Patents

超砥粒ワイヤソー

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JP2000263452A JP10992499A JP10992499A JP2000263452A JP 2000263452 A JP2000263452 A JP 2000263452A JP 10992499 A JP10992499 A JP 10992499A JP 10992499 A JP10992499 A JP 10992499A JP 2000263452 A JP2000263452 A JP 2000263452A
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abrasive
resin
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Masaaki Yamanaka
正明 山中
Hideki Ogawa
秀樹 小川
Nobuo Urakawa
信夫 浦川
Akio Hara
昭夫 原
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    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23D61/00Tools for sawing machines or sawing devices; Clamping devices for these tools
    • B23D61/18Sawing tools of special type, e.g. wire saw strands, saw blades or saw wire equipped with diamonds or other abrasive particles in selected individual positions
    • B23D61/185Saw wires; Saw cables; Twisted saw strips

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Polishing Bodies And Polishing Tools (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 フェライト、セラミックス、シリコン、
ネオジ、水晶等を素材とする切断幅の小さい部品レベル
の被削材を高精度及び又は鏡面に切断、溝入れ加工でき
る固定砥粒方式の超砥粒ワイヤーソーの開発 【解決手段】 高強度芯線の表面に細粒の超砥粒を分散
含有した多層のレジンボンド層を固着したワイヤーソー
とすることで、ボンドが摩耗しても、常に、研削仕様に
変化が無く、安定した切断がなされる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体材料、磁性材料、
セラミックス、ガラス等の硬脆材料の切断に供する固定
砥粒方式のワイヤーソーに関し、特に、電子部品等とし
てのそれらを精密加工並びに鏡面加工を目的とする超砥
粒ワイヤーソーに関わる。
【0002】
【従来の技術】半導体材料等の切断には、油中に混在さ
せたWA、GCなどの遊離砥粒を利用するワイヤー切断
法が用いられてきたが、この方法は切断速度が遅い上に
精度も悪く、更に、環境衛生上も問題があり、後行程で
の被削材の洗浄を必要とするなど多くの問題があった。
このため、ワイヤーの表面に砥粒を固着させた固定砥粒
方式のワイヤーソーが用いられるようになり、当方式の
ワイヤーソーについて種々発明がなされた。
【0003】特開平7−96454は、ピアノ線にダイ
ヤモンド砥粒電着層を螺旋状に形成することで、電着砥
粒層間の凹状溝がチップポケットとなり切粉排出機能を
持たせたものである。特開平8−126953は、ワイ
ヤーソーの芯線をピアノ線等の鋼線に替え軟質で適度の
靱性と伸びを有する合成樹脂もしくはそれをFRP繊維
で補強した芯線とすることで、被削材に与える残留加工
歪みを小さくするものであるが、芯線の表面に合成樹脂
接着剤により砥粒を単層として固着させた構造である。
特開平9−155631も同じく芯線を強度を有する特
定の非金属繊維とし、合成樹脂バインダー又はニッケル
メツキでもってその表面に砥粒を単層で固着したワイヤ
ーソーである。特開平9−150314は、ワイヤーの
表面を軟質めっきで被覆し、更に、硬質めっきを重ね、
両めっき層によって砥粒が固着されたワイヤーソーであ
って、砥粒の内端が軟質金属層内にあり、外端が硬質め
っき層外に露出していることを特徴とする。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】その他各種の発明がな
されているが、これらはシリコンインゴット切断の例で
示されているように、大きな素材を能率良く切断するこ
とを目的としており、その構造はいずれも砥粒がワイヤ
ー表面に単層で固着されたものに限られていた。と言う
のは、シリコンインゴットの如く高価な被削材の切断ロ
スを小さくする上でなるだけワイヤーソーの線径を細く
する必要がある。一方、強度上から芯線径は大きく、切
れ味の問題から砥粒径は大きくする方が好ましい。この
ため必然的に単層のワイヤーソーとしていた。
【0005】従来のワイヤーソーでは、切断当初は最外
周に突出した砥粒のみが有効に働き、切れ味が良好であ
るが、それらの砥粒が摩粍するにつれ次第に有効に働く
砥粒数が多くなり、更に、砥粒摩粍が進むと砥粒が脱落
し始め有効に働く砥粒が少なくなって行く。このように
単層のワイヤーソーでは摩粍と共に切断状況が変わり、
切断面に不均一な影響を与えることが避けられない。か
かる大径砥粒を用いた単層のワイヤーソーでは加工能率
は満足するものの、切断後の面状が悪く、結果的に研磨
仕上の工程で時間がかかる。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明のワイヤーソーは
図1に示す如く、芯線1の表面に多数の超砥粒をレジン
ボンドをバインダーとして固着し、一部の砥粒3は部分
的にボンド2の表面から突出し、残りの砥粒3はボンド
中に分散埋設した多層構造とする。本発明は細粒砥粒を
用いることで面粗度を良くすることができるが、それ以
上に多層構造にすることで、切断速度は劣るもののボン
ド層の摩粍に伴いボンド層中の砥粒が表面に露出して、
有効に働く砥粒数が常に略一定となるので、切断後の面
状が一貫して変わることなく、かつ良好であるので後工
程での仕上加工を不要とするか、もしくは大幅に能率ア
ップされるものである。又、目的とする被削材の対象は
大きなサイズの素材でなく、切断面幅がせいぜい10m
m以下のVTR等のフェライトヘッドやセラミックス、
シリコン、ネオジなどの電子部品等の切断加工や水晶音
叉の溝入れ加工などに適する。
【0007】
【発明の実施の形態】本発明の超砥粒ワイヤーソーの芯
材はピアノ線、ステンレス線、銅線などの金属線であっ
てもよいし、炭素繊維、アラミド繊維、ボロン繊維、F
RP繊維等の高強度を有する非金属線であってもよい。
又、必ずしも単線である必要はなく撚り線であってもよ
い。しかし、強度上とレジンボンドとの接合性からピア
ノ線が好ましい。より好ましくはピアノ線に銅又は銅合
金被覆すればよりレジンボンドとの接合性がより高くな
ることを特願平10−239548にて確認済みであ
る。
【0008】ボンドとして使用する樹脂としては、特に
限定しないが、成形性や物性の見地からフェノール樹
脂、アルキッド樹脂、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、アクリル樹脂、アミノ樹脂等が好ましい。超砥粒を
樹脂に固着する方法は、前記樹脂を溶剤に溶かした溶液
中に、砥粒を混合した塗料を、上記芯線に塗布焼付けし
て行う方法、又は、加熱溶融樹脂に砥粒を混合し、この
混合溶融液を押出機に充填し、芯線を通過させて該混合
溶液を芯線外周上に押出被覆する方法、或いは、砥粒を
混合した溶解溶液を静電塗装法にて芯線に付着させても
よい。
【0009】本発明の超砥粒ワイヤーソーの仕様は、当
然切断条件にて選定されるが、砥粒径は1〜10μmが
好ましい。1μm以下であると固定砥粒方式のワイヤー
ソーでは前記の様な硬脆材料の切断がほとんどできず、
又、10μm以上では本発明の目的とする鏡面加工が得
にくい。又、本発明は砥粒層を多層構造とする上で、砥
粒層は、少なくとも、砥粒平均粒径の1.5倍以上でな
ければならない。ワイヤーソー径は、用いる砥粒径即ち
加工精度と加工能率、ワイヤーソーの寿命及びカーフロ
ス等から制限を受ける。これらを考慮して、20〜20
0μmとするのが現実的と思われる。又、ボンド層厚み
も同様の制限を受け、あまりに厚くすると剥離しやすく
なるので、5〜20μmとするのが好ましい。
【0010】ボンド層中にフィラーを混在させること
で、本発明のワイヤソーの性能をより一層高めることが
できる。フィラーとして、アルミナ、SiC、Si
、CRO、などの硬質材を含有せしめることによ
り、強度や耐摩粍性、後退性を向上させることができ、
又、グラファイト、MoS、BN、などを添加するこ
とにより潤滑性や切れ味を向上させることができる。フ
ィラーの種類、量、粒度は切断条件に応じ、適宜選択で
きる。
【0011】硬質材をフィラーとする場合、それ自体も
砥粒としての作用があるので、超砥粒より大きな粒径の
ものを充填すれば面粗度を悪くする。少なくとも超砥粒
の粒径より同等以下でなければならないが、超砥粒径を
5〜10μmとする場合、フィラー径は3〜8μmとす
るのが好ましい。又、硬質材フィラー量は10〜40V
%程度が好ましい。10V%未満であれば、結合材の割
合が大きく、砥粒保持力が強すぎてボンドの耐摩粍性が
悪く切れ味に問題を生じる。又、40V%を越えるとフ
ィラーが脱落し易くなり、ボンドの後退を早め寿命に影
響を与えることになる。より好ましくは25〜30V%
である。
【0012】前記のような潤滑材をフィラーとする場
合、フィラー量は3〜30V%程度が好ましく、3V%
未満では潤滑効果が小さく切断抵抗にあまり影響しな
い。又、30V%を越えると砥粒保持力を低下させ、ワ
イヤソーの寿命を短くする。
【0013】本発明による下記ワイヤーソーと遊離砥粒
方式によるワイヤー切断の比較テストを行った。
【0014】
【実施例1】 本発明のワイヤーソー切断 ワイヤーソー径:110μm 芯線:ピアノ線 線径:80μm ボンド:フェノール樹脂 ボンド厚:15μm 砥粒:ダイヤモンド 平均粒径:2μm 集中度:50 ワイヤーソー線速:200m/min 遊離砥粒方式のワイヤー切断(比較例) ワイヤー径:80μm 線材:ピアノ線 砥粒:SiC 平均粒径:2μm ワイヤー線速:100m/min 被削材:フェライト サイズ:4tx5wx30L 切断方向:切断幅5w、切断代4t
【0015】500溝切断し、100溝ごとに面粗度を
測定した。この間の切断速度はそれぞれほとんど一定で
あった。 切断速度 実施例:150μm/min 比較例:20μm/min 切断面の面粗度 実施例:Rz0.5〜0.7μm 比較例:Rz3.7〜5.8μm このように、本発明は遊離砥粒による従来のワイヤー切
断に比べ、十数倍の能率で、切断面も比較にならないほ
ど良好な面粗度が得られた。
【0016】
【実施例2】 本発明のワイヤーソー切断 ワイヤーソー径:200μm 芯線:炭素繊維マルチフィラメント 線径:150μm ボンド:エポキシ樹脂 ボンド厚:25μm 砥粒:ダイヤモンド 平均粒径:8μm 集中度:50 ワイヤーソー線速:80m/min 遊離砥粒方式のワイヤー切断 ワイヤー径:150μm 線材:ピアノ線 砥粒:GC 平均粒径:8μm ワイヤー線速:80m/min 被削材:ガラス サイズ:10tx10wx100L 切断方向:切断幅10w、切断代10t
【0017】本発明によるワイヤーソーの切断速度は約
300μm/minであったのに対し、比較例では約1
00μm/minであり、3倍の切断能力があった。
又、切断面の面粗度は、本発明のワイヤーソーによる場
合Ra2μmに対し、比較例ではRa5μmであった。
【0018】
【実施例3】 本発明のワイヤーソー切断 ワイヤーソー径:150μm 芯線:ピアノ線 線径:100μm ボンド:ポリイミド樹脂 ボンド厚:25μm 砥粒:ダイヤモンド 平均粒径:5μm 集中度:75 ワイヤソー線速:150m/min 遊離砥粒方式のワイヤー切断 ワイヤー径:100μm 線材:ピアノ線 砥粒:Al 平均粒径:5μm ワイヤー線速:150m/min 被削材:水晶 サイズ:5wx5tx20L 切断方向:切断幅5w、切断代5t
【0019】本発明のワイヤーソーによる切断速度は8
5μm/minであるのに対し、比較例は50μm/m
inであった。又、切断面の面粗度に於いては、本発明
のワイヤーソーによる場合Ra0.8μmであるのに対
し、実施例はRa3.0μmであった。
【0020】
【実施例4】実施例1のワイヤーソーにフィラーとし
て、粒径5μmのSiCを30V%充填したワイヤーソ
ーにて、同一条件で切断テストした処、切断速度は20
0μm/minとなり、1、3倍の切断速度を得られ
た。
【0021】
【実施例5】実施例3のワイヤーソーにフィラーとし
て、MoSを25V%充填したワイヤーソーにて、同
一条件で切断テストをした処、切断速度は100μm/
minとなり、又、面粗度もRa0、5μmとなった。
【発明の効果】以上の如く、本発明のワイヤーソーは大
径のシリコンインゴット等の切断を能率的に行うことを
目的とする従来の砥粒固定方式のワイヤーソーではな
く、小サイズの電子部品等を高精度又は鏡面に加工する
ことを目的とし、その構造は、微細な超砥粒を多層構造
とすることで、ワイヤーソーの摩粍に影響されず、安定
した切断仕様が維持され、高精度と鏡面が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明のワイヤソーの断面図
【符号の説明】
1 芯線 2 レジンボンド 3 砥粒
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 原 昭夫 大阪府堺市鳳北町2丁80番地 大阪ダイヤ モンド工業株式会社内 Fターム(参考) 3C058 AA05 AA09 CA04 CA05 CA06 CB01 CB03 CB10 DA02 DA03 3C063 AA08 AB09 BB02 BB07 BC03 BD01 BD02 EE10 EE15 EE16 EE31 FF23

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 高強度の芯線の表面に超砥粒を分散含有
    させたレジンボンドを固着してなるワイヤーソーに於い
    て、ボンド層の厚みを超砥粒の平均粒径の1.5倍以上
    であることを特徴とするワイヤソー
  2. 【請求項2】 超砥粒径の平均粒径を1〜10μm、ボ
    ンド層厚みを5〜20μm、ワイヤーソー径を200μ
    m以下とする請求項1記載のワイヤーソー
  3. 【請求項3】 レジンボンド層中にフィラーを含有させ
    たことを特徴とする請求項1又は2のワイヤーソー
  4. 【請求項4】 切断面幅が10mm以下の被削材の切断
    を目的とする請求項1、2又は3記載のワイヤーソー
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