JP2010000583A - ワイヤーソー及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製造時の金属材の溶融時間も短くて済み、金属材の劣化を防止することができ、さらに製造設備が大掛かりとならず、各種調整や交換・補充作業も容易に行うことができるワイヤーソー及びその製造方法を提供せんとする。
【解決手段】金属材の溶融温度以下の温度で乾燥する仮付け用の液状接着材２と多数の超砥粒３，…とを混入した収納容器５を設け、該収納容器５内の接着材２の液中にワイヤー１０を軸方向に通過させて超砥粒３をワイヤー１０外面に仮付けし、その後、金属材４を加熱溶融させて超砥粒３をワイヤー１０外周にろう付けして作製される。
【選択図】図２

Description

本発明は、シリコンの単結晶などに代表される各種電子材料のスライス工程などで好適に使用される固定砥粒式のワイヤーソーとその製造方法に関する。

各種電子材料のスライス工程で使用される固定砥粒式ワイヤーソーは、ワイヤーの外周にダイヤモンド、ＣＢＮ等の超砥粒を固着したものであり、ダイヤモンドの固着法としてレジンボンド法や電着法がある。しかしながら、レジンボンド法はレジンによる超砥粒の保持力が弱いたいめに寿命が短く、また電着法は生産性が悪く、メッキ層が厚くなるため線径が太くなり、結果として疲労破断しやすいといった欠陥を持っている。

これを改良するべく、本出願人はすでに、ワイヤーに超砥粒の粒径の５〜３５％の厚さのロー材、半田等による金属層を形成し、その金属層の溶融状態において超砥粒を付着固化させる方法として、より具体的には、溶融金属層を形成したワイヤーを溶融状態のまま超砥粒を収納したルツボ内に走行させて超砥粒をワイヤーにろう付けする方法を提案している（特許文献１参照）。この方法によると、超砥粒が金属材を介してワイヤーに固定されるのでレジンボンド法に比べ著しく保持力が強固となり、また電着法に比べ、金属材の太りがなく均一に形成されるので柔軟性にすぐれ長寿命化される。また、電着法によるもののように厚い金属材は不要であり、切削液の廻りや切り屑の排出が順調に行われ切削性能が向上するといったメリットがある。

しかしながら、上記特許文献１で提案したルツボ内で超砥粒をろう付けする方法では、少なくとも超砥粒のルツボ内を通過する間、金属材を加熱溶融状態にしておく必要があるが、溶融時間が長くなると金属材自体が劣化するという問題があった。また、特に金属材としてＣｕ−Ａｇ−Ｔｉ合金やＮｉ−Ｃｒ−Ｂ合金などの活性ろう材を用いる場合、加熱溶融時の酸化による劣化を防止するために雰囲気の酸素濃度を下げる必要がある。しかし、真空中か不活性ガス雰囲気中で上記超砥粒を収納したルツボを通すためには、ワイヤー走行機を含めて装置全体をチャンバー内に設置しなければならず、製造設備が大掛かりとなりコスト高になるとともに、各種調整、ワイヤーの交換、超砥粒の補充などの作業が煩雑となる問題もあった。

特開２００６−１２３０２４号公報

そこで、本発明が前述の状況に鑑み、解決しようとするところは、製造時の金属材の溶融時間も短くて済み、金属材の劣化を防止することができ、さらに製造設備が大掛かりとならず、各種調整や交換・補充作業も容易に行うことができるワイヤーソー及びその製造方法を提供する点にある。

本発明は、前述の課題解決のために、ワイヤーの外周にろう材、半田等の金属材を介して超砥粒を固着してなる固定砥粒式のワイヤーソーであって、前記金属材の溶融温度以下の温度で乾燥する仮付け用の液状接着材と、多数の超砥粒とを混入した容器を設け、該容器内の接着材の液中に、前記ワイヤーを軸方向に通過させることにより、該ワイヤー外面に前記接着材とともに超砥粒を付着させ、これにより該超砥粒をワイヤー外面に仮付けし、同じく容器内に多数混入して前記接着材とともにワイヤー外面に仮付けさせた粒状金属材、又は、容器内を通過させる前に予めワイヤー外面に下地層として被覆形成した金属材を加熱溶融させ、前記超砥粒をワイヤー外周にろう付けしてなることを特徴とするワイヤーソーを構成した。

また、本発明は、ワイヤーの外周にろう材、半田等の金属材を介して超砥粒を固着してなる固定砥粒式のワイヤーソーの製造方法であって、前記金属材の溶融温度以下の温度で乾燥する仮付け用の液状接着材と、多数の超砥粒とを混入した容器を設け、該容器内の接着材の液中に、前記ワイヤーを軸方向に通過させることにより、該ワイヤー外面に前記接着材とともに超砥粒を付着させ、これにより該超砥粒をワイヤー外面に仮付けした後、同じく容器内に多数混入して前記接着材とともにワイヤー外面に仮付けさせた粒状金属材、又は、容器内を通過させる前に予めワイヤー外面に下地層として被覆形成した金属材を加熱溶融させ、前記超砥粒をワイヤー外周にろう付けしてなることを特徴とするワイヤーソーの製造方法をも提供する。

ここで、前記ワイヤーを、前記容器の底部から上部に向けて前記接着材の液中を上方向に走行させることにより、容器底部に沈積している超砥粒をワイヤー外面に沿って上方向に流動させる流れを生じさせ、これにより走行するワイヤー外面に超砥粒を接近させ、該ワイヤーが接着材の液面から出る際、接着材とともに超砥粒をワイヤー外面に付着させることが好ましい。

また、容器底部を漏斗状に形成するとともに、該底部の中央部にワイヤーを通す細孔を設け、該細孔を通してワイヤーを上部に向けて走行させることにより、前記漏斗状の底部に沈積する超砥粒をワイヤー外面に沿って上方向に流動させることが好ましい。

以上にしてなる本願発明によれば、金属材の加熱溶融によるろう付けは、上記接着材により超砥粒をワイヤー表面に仮止めした後に行うことから、その溶融時間はろう付け固定に最低限必要な時間に限ることができる。したがって、金属材の劣化や酸化も問題にならず、真空チャンバー内に設備全体を収納する必要もなく、各種調整や交換・補充作業も容易に行える。また、多数の超砥粒を混入した接着材の容器中にワイヤーを通して付着させているため、接着材付着後に別途超砥粒を吹き付けたり刷り付けたりする場合に比べ、超砥粒がワイヤー周囲にほぼ均一な密度で付着・仮付けさせることができ、優れた切断加工性を有するワイヤーソーを安定して作製することができる。また、その超砥粒の付着密度は、ワイヤーの走行速度等を変えることで容易に調整できる。

また、容器底部を漏斗状に形成するとともに、該底部の中央部にワイヤーを通す細孔を設け、該細孔を通してワイヤーを上部に向けて走行させることにより、前記漏斗状の底部に沈積する超砥粒をワイヤー外面に沿って上方向に流動させたので、ワイヤー周囲により均一な密度で超砥粒を付着させることができ、超砥粒の付着密度のばらづきを最小限に抑えることができる。

また、金属材を予め下地層として形成する方法以外に、粒状金属材を上記接着材に超砥粒とともに仮付けすることにより、当該仮付けされた粒状金属材を加熱溶融して超砥粒をろう付けすることもでき、これにより工程数や不要な金属材の使用を減らすことができ、コストダウンを図ることが可能となる。

次に、本発明の実施形態を添付図面に基づき詳細に説明する。

図１は、本発明に係る固定砥粒式のワイヤーソーを示す斜視図であり、図１、２は本発明の第１実施形態、図３は第２実施形態を示し、図中符号１はワイヤーソー、２は接着材、３は超砥粒、４は金属材、５は収納容器、６は加熱手段をそれぞれ示している。

ワイヤーソー１は、図１に示すように、ワイヤー１０の外周にろう材、半田等の金属材を介して超砥粒３を固着したものであり、本発明では、図２に示すように、金属材の溶融温度以下の温度で乾燥する仮付け用の液状接着材２と多数の超砥粒３，…とを混入した収納容器５を設け、該収納容器５内の接着材２の液中にワイヤー１０を軸方向に通過させて超砥粒３をワイヤー１０外面に仮付けし、その後、金属材４を加熱溶融させて超砥粒３をワイヤー１０外周にろう付けして作製される。

ワイヤー１０は、従来と同様、タングステンワイヤーやピアノ線、焼きもどし温度４００℃以上のダイス鋼、ハイス、ステンレス鋼等を用いることができ、超砥粒３としては、例えば粒径１００〜５μｍ程度のダイヤモンド、特にニッケルや銅等の金属材に対する濡れ性をよくするための金属コーティングを形成したコーティングダイヤモンドを用いることができるが、とくに限定されない。また金属材４は、従来と同様、ろう材、半田等を用いることができ、例えばＣｕ−Ａｇ−ＴｉやＮｉ−Ｃｒ−Ｂなどのダイヤモンドをよく濡らす活性ろう材を用いることができる。とくに、超砥粒３であるダイヤモンドをＳｎ−Ａｇ等の半田を用いて固定する場合、濡れ性に優れたコーティングダイヤモンドを用いることが好ましい。特に好ましい組み合せとしては、次の通りである。すなわち、超砥粒３として上記コーティングを有しないダイヤモンド等の超砥粒を用いる場合には、ワイヤー１０としてタングステン、モリブデン等の１０００℃以上で軟化しない線材を用い、且つ金属材４としてＴｉ又はＮｉ−Ｃｒ等を含む活性ろう材を用いることが好ましい。また、超砥粒３としてＮｉ（Ｎｉ−Ｐ）Ｃｕ等でコーティングしたダイヤモンド等の超砥粒を用いる場合には、ワイヤー１０としてステンレスを用い、且つ金属材４として低温ロー材を用いるか、或いはワイヤー１０としてピアノ線を用い且つ金属材４に半田等を用いることが好ましい。

まず、図１、２に基づき、本発明の第１実施形態を説明する。

本実施形態は、予めワイヤー１０の外面に下地層１１として金属材４（ろう材）を被覆形成しておき、図２に示すように、上記収納容器５内の液状接着材２に多数の超砥粒３を混入させた状態とし、（ａ）該収納容器５内の接着材２の液中に前記ワイヤー１０を軸方向に通過させることでワイヤー外面に接着材２及び超砥粒３を付着させ、これにより該超砥粒をワイヤー外面に仮付け（接着）した後、（ｂ）加熱手段６でワイヤー下地層１１の金属材４を加熱溶融させて、前記仮付けされている超砥粒３をワイヤー外周にろう付けするものである。

下地層１１は、例えば金属材を加熱溶融状態で収納できるルツボを用意し、該ルツボ内にワイヤーを通して液状の金属材を連続的にワイヤー外周に被着・固化させることにより作製でき、その層厚は、好ましくはろう付けする超砥粒の粒径の５〜３５％程度の厚さに設定される。また、特に金属材４としてＣｕ−Ａｇ−Ｔｉ合金やＮｉ−Ｃｒ−Ｂ合金などの活性ろう材を用いる場合は、酸化による劣化を防止するために雰囲気の酸素濃度を下げる必要があり、真空中か不活性ガス雰囲気中での作業となるため、下地層１１を形成する工程をその後の工程とは別に独立して行うことが効率的である。

下地層１１を別途独立した工程で行う場合は、被覆形成した下地層１１を冷却して固化した後、一旦、ワイヤー１０をボビンに巻取り、収納容器５内を走行させる工程で前記ボビンから下地層１１付きのワイヤー１０を供給すればよいが、このような独立した工程で行うこと以外に、冷却後にボビンに巻き取らずそのまま連続して収納容器５内を走行させることも勿論でき、この場合、被覆した下地層１１を強制冷却する手段を設けることが好ましい。下地層１１はルツボを用いて形成する方法以外にも種々の方法で形成できる。

収納容器５は、底部が漏斗状に形成されており、その中央部には前記ワイヤー１０を上下に走行可能に通すことができ且つワイヤー外面との隙間から液状接着材２が漏れない程度の径の細孔５ａが形成されている。そして、該細孔５ａを通して上記下地層１１を有するワイヤー１０を上下方向に走行可能に張り、容器内に液状接着材２を充填するとともにその液中に多数の超砥粒３，…を混入させ、ワイヤー１０を上方に走行させることにより、該ワイヤー１０が接着材液面から出る際、接着材２とともに超砥粒３がワイヤー外面に付着し、接着材２による接着で仮付けされることとなる。

超砥粒３，…は接着材液中において容器底部に沈積するが、該液中にワイヤー１０を上方に走行させることで、超砥粒３をワイヤー外面に沿って上方向に流動させる流れが生じ、これにより走行するワイヤー外面に超砥粒が接近しながらワイヤーとともに上方へ流動し、ワイヤー１０が接着材液面から出る際、表面張力により接着材２と一緒にワイヤー外面に付着されるのである。また、容器底部を漏斗状に形成しているため、超砥粒３が多数存在する中をワイヤー１０が走行し、超砥粒３をワイヤー周囲に効率よく上方へ流動させることができ、ワイヤー周囲に偏りなくほぼ均一な密度で超砥粒を付着させることができる。

収納容器５の上部は開放してもよいが、好ましくは中央部に細孔５ａより若干大径で超砥粒３が付着したワイヤー１０が通される細孔が穿たれた上壁部を設けことが好ましく、該上壁部には超砥粒３や液状接着材２を供給できる蓋部を設けることが好ましい。また、収納容器５全体を振動させたり、ワイヤー１０と収納容器５を相対回転させるなどの手段を設けることも好ましく、更に、容器内の接着材２の液中に超砥粒３が集まるような渦を発生させる手段を設け、その中心にワイヤーを走行させるように構成することも好ましい。

尚、収納容器５の形状は本例のように漏斗状の底部を設けたものに何ら限定されず、また本例では収納容器５内にワイヤー１０を上下方向に通しているが、斜め又は水平方向に通すように構成してもよく、その場合、容器ごと当該方向に向けて設置すればよい。また、収納容器５内に複数のワイヤー１０を平行に通して、複数のワイヤーについて超砥粒の仮付けを行うことも可能である。

接着材２は、例えば「ニクロブレーズセメント」（ウオールコルモノイ社製）などに代表されるろう付け補助セメント（仮付け用）を用いることができ、エタノール等の希釈剤で適宜薄めることにより塗布後の硬化時間等の調整を行うことが好ましい。その他、一般的に用いられる液状の合成樹脂系接着剤、エマルション形接着剤、合成ゴム系接着剤などを用いることも可能である。

収納容器５から排出されるワイヤー１０の外面には、超砥粒３が仮付けされており、この状態のワイヤー１０を高周波誘導加熱コイル、ヒーター等の加熱手段６を通して下地層１１の金属材４が加熱溶融され、ワイヤー１０が加熱手段６を通過した後、自然冷却により温度が下がって金属材４は再度固化し、超砥粒３がしっかりとワイヤー外周の各領域にろう付け固定されることとなる。

ワイヤー走行機構は、図示しないが下段にワイヤーボビンを設置し、その上方に下から順に、超砥粒３を仮付けする接着材２の収納容器５、仮付けした超砥粒３を固定するための加熱手段６を直列配置し、最上段に図示しない巻き取りボビンを設置している。勿論、別途独立に処理することもできるが、超砥粒仮付け工程（ａ）とろう付け工程（ｂ）の間は、仮付けした超砥粒の脱落を防止するためにも連続した工程で行われることが好ましい。

次に、図３に基づき、本発明の第２実施形態を説明する。

本実施形態では、下地層１１を形成する工程を省略し、代わりに図３（ａ）に示すように収納容器５内に上記第１実施形態の金属材４と同様の素材からなる多数の粒状金属材１２（４）を上記超砥粒３とともに混入しておき、第１実施形態と同様、収納容器５内の接着材２の液中に前記ワイヤー１０を軸方向に通過させることで、ワイヤー外面に接着材２、超砥粒３及び粒状金属材１２（４）を付着させ、これにより該超砥粒３及び粒状金属材１２（４）をワイヤー外面に仮付け（接着）した後、（ｂ）加熱手段６で、仮付けされた前記粒状金属材１２（４）を加熱溶融させ、超砥粒３をワイヤー外周にろう付けするものである。

粒状金属材１２（４）は、加熱溶融することにより隣接して付着している他の粒状金属材１２（４）があれば一体化し、隣接して付着している超砥粒３とワイヤー１０表面の間に表面張力で超砥粒３の周りを包み込むように移動し、自然冷却により温度が下がって再度固化し、超砥粒３が金属材４を介してしっかりとワイヤー外周の各領域にろう付け固定されることとなる。本実施形態にように金属材を超砥粒の付着する部分にのみ存在させ、下地層１１の形成を不要にすることで、工程数や不要な金属材の使用を減らすことができ、コストダウンを図ることが可能となる。ただし、第１実施形態と同様下地層１１を予め形成したうえ、更に上記のとおり粒状金属材の仮付けをも行うようにすることも勿論可能である。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこうした実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明に係る固定砥粒式のワイヤーソーを示す斜視図。 本発明の第１実施形態に係るワイヤーソーの製造手順を示す説明図。 本発明の第２実施形態に係るワイヤーソーの製造手順を示す説明図。

符号の説明

１ ワイヤーソー
２ 接着材
３ 超砥粒
４ 金属材
５ 収納容器
５ａ 細孔
６ 加熱手段
１０ ワイヤー
１１ 下地層
１２ 粒状金属材

Claims (4)

1. ワイヤーの外周にろう材、半田等の金属材を介して超砥粒を固着してなる固定砥粒式のワイヤーソーであって、
   前記金属材の溶融温度以下の温度で乾燥する仮付け用の液状接着材と、多数の超砥粒とを混入した容器を設け、該容器内の接着材の液中に、前記ワイヤーを軸方向に通過させることにより、該ワイヤー外面に前記接着材とともに超砥粒を付着させ、これにより該超砥粒をワイヤー外面に仮付けし、同じく容器内に多数混入して前記接着材とともにワイヤー外面に仮付けさせた粒状金属材、又は、容器内を通過させる前に予めワイヤー外面に下地層として被覆形成した金属材を加熱溶融させ、前記超砥粒をワイヤー外周にろう付けしてなることを特徴とするワイヤーソー。
2. ワイヤーの外周にろう材、半田等の金属材を介して超砥粒を固着してなる固定砥粒式のワイヤーソーの製造方法であって、
   前記金属材の溶融温度以下の温度で乾燥する仮付け用の液状接着材と、多数の超砥粒とを混入した容器を設け、
   該容器内の接着材の液中に、前記ワイヤーを軸方向に通過させることにより、該ワイヤー外面に前記接着材とともに超砥粒を付着させ、これにより該超砥粒をワイヤー外面に仮付けした後、
   同じく容器内に多数混入して前記接着材とともにワイヤー外面に仮付けさせた粒状金属材、又は、容器内を通過させる前に予めワイヤー外面に下地層として被覆形成した金属材を加熱溶融させ、前記超砥粒をワイヤー外周にろう付けしてなることを特徴とするワイヤーソーの製造方法。
3. 前記ワイヤーを、前記容器の底部から上部に向けて前記接着材の液中を上方向に走行させることにより、容器底部に沈積している超砥粒をワイヤー外面に沿って上方向に流動させる流れを生じさせ、これにより走行するワイヤー外面に超砥粒を接近させ、該ワイヤーが接着材の液面から出る際、接着材とともに超砥粒をワイヤー外面に付着させてなる請求項２記載ワイヤーソーの製造方法。
4. 容器底部を漏斗状に形成するとともに、該底部の中央部にワイヤーを通す細孔を設け、該細孔を通してワイヤーを上部に向けて走行させることにより、前記漏斗状の底部に沈積する超砥粒をワイヤー外面に沿って上方向に流動させてなる請求項３記載のワイヤーソーの製造方法。

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