JP2012071392A - Fixed abrasive grain saw wire - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fixed abrasive grain saw wire, as a tool for cutting and working a hard material, having a structure for keeping stable adhesion of abrasive grains without generating cracks in an abrasive grain adhesion layer during cutting working.SOLUTION: The fixed abrasive grain saw wire includes an adhesion layer fixing abrasive grains on a surface layer of a hard steel wire, wherein fibers are mixed in the adhesion layer.

Description

本発明は硬質材料を切断加工する為の工具であるソーワイヤであって、砥粒をワイヤ表面上に固着させた固定砥粒式ソーワイヤに関する。 The present invention relates to a saw wire that is a tool for cutting a hard material, and relates to a fixed abrasive saw wire in which abrasive grains are fixed on a wire surface.

太陽電池等に用いられるシリコンインゴットを切断加工する機械として、ソーマシンが知られている。図4はソーマシンの概略図である。ソーワイヤはソーマシンに以下のように準備される。供給リール102に巻かれたワイヤがソーマシンに供給される。ソーワイヤは複数のガイドローラ(図示せず)に誘導されメインローラ104に導かれる。ソーワイヤは一般に2本乃至4本から構成されるメインローラ104の回りを幾重にも巻き掛けられる。メインローラ104間に数十から数百本のワイヤ群が張り巡らされる。その後、供給の時と同様に、ソーワイヤは複数のガイドローラに誘導され排出リール106に巻き取られる。 A saw machine is known as a machine for cutting a silicon ingot used for a solar cell or the like. FIG. 4 is a schematic view of a saw machine. The saw wire is prepared in the saw machine as follows. The wire wound around the supply reel 102 is supplied to the saw machine. The saw wire is guided to a plurality of guide rollers (not shown) and guided to the main roller 104. The saw wire is wound around the main roller 104 generally composed of two to four. Several tens to several hundreds of wire groups are stretched between the main rollers 104. Thereafter, the saw wire is guided to the plurality of guide rollers and wound around the discharge reel 106 in the same manner as in the supply.

ワイヤがセットされた後にワイヤを走らせる。この状態において、メインローラ間に張り巡らされたワイヤ群に加工を施すインゴット108を押し当てる。するとワイヤ群によりインゴット108は切断され、ワイヤピッチに応じた厚みを有するウエハを得る。 Run the wire after the wire is set. In this state, the ingot 108 for processing the wire group stretched between the main rollers is pressed. Then, the ingot 108 is cut by the wire group, and a wafer having a thickness corresponding to the wire pitch is obtained.

ソーワイヤは2種類に大別できる。一方は砥粒を含むスラリーを吹きかけながら切断加工を行う方式である。もう一方は予め砥粒を固着させておいたワイヤを用いて切断加工を行う方式である。一般的には前者を遊離砥粒式と呼び、後者を固定砥粒式と呼ぶ。 There are two types of saw wires. One is a method of cutting while spraying slurry containing abrasive grains. The other is a method in which cutting is performed using a wire in which abrasive grains are fixed in advance. In general, the former is called a free abrasive type, and the latter is called a fixed abrasive type.

固定砥粒式の多くは丸い断面を有するワイヤの外周に砥粒が均一に固着されている。特許文献1には代表的な固定砥粒式ソーワイヤ(以下、単にワイヤと称す)が記されている。砥粒が予めワイヤに固着されている為、ワイヤが走行することで砥粒がインゴットを効果的にスクラッチし続けることにより、インゴットは切断加工されていく。固定砥粒式においては遊離砥粒式に比べて数倍の加工速度を実現する。 In most of the fixed abrasive grains, the abrasive grains are uniformly fixed to the outer periphery of a wire having a round cross section. Patent Document 1 describes a typical fixed abrasive saw wire (hereinafter simply referred to as a wire). Since the abrasive grains are fixed to the wire in advance, the ingot is cut by being continuously scratched by the abrasive grains as the wire travels. In the fixed abrasive type, a processing speed several times that of the free abrasive type is realized.

一般的に砥粒を固着させる媒体としては2種類に大別できる。1つは樹脂系のものと、もう1方は金属系のものである。昨今は砥粒の固着力の高さから金属系のものが望まれている。更に、金属系の中でも価格や取扱性から、特許文献1にあるようにNiが広く利用されている。 Generally, there are two types of media for fixing abrasive grains. One is resin-based and the other is metal-based. Recently, metal-based ones are desired because of the high adhesive strength of abrasive grains. Furthermore, Ni is widely used as disclosed in Patent Document 1 because of its price and handleability among metal systems.

固定砥粒式ソーワイヤにおいて砥粒の脱落は致命的である。図4のようにワイヤはメインローラに幾重にも巻き掛けられている。同時にワイヤは何度もインゴットと接触する。この時、砥粒の脱落が早期に起これば、脱落以後のワイヤの切断加工能力は極端に低下する。従ってワイヤに砥粒が強固に固着されていることは非常に重要である。以上の理由により強固な砥粒の固着を実現するべくNiが好んで用いられる。 In the fixed abrasive saw wire, dropping off of the abrasive grains is fatal. As shown in FIG. 4, the wire is wound around the main roller several times. At the same time, the wire contacts the ingot many times. At this time, if the abrasive grains fall off at an early stage, the ability to cut the wire after the dropping is extremely reduced. Therefore, it is very important that the abrasive grains are firmly fixed to the wire. For the above reasons, Ni is preferably used in order to realize strong adhesion of abrasive grains.

特開平9−150314号公報JP-A-9-150314

前述した通り、ソーマシンでの使用において、ワイヤは供給リールからメインローラへ誘導され、更にメインローラ間を幾重にも巻き掛けられる。この時、ワイヤに「捻れ」が生じる。すなわちワイヤ、及び砥粒固着層に「捻れ」方向の応力が加わる。外層に位置する砥粒固着層が最も影響を受け易く、応力が過度に加わると、図2に示す通り例えばNiからなる砥粒固着層6に亀裂12が入る。更に過度に捻れが加わったり、またはこの状態でインゴットの切断を行ったりした場合、亀裂が進行して芯材表面にまで達する。更にこの亀裂が複数箇所に発生した場合、砥粒固着層の剥離が発生しやすくなる。より最悪な場合には、砥粒10と一緒に剥離、つまり砥粒の脱落が生じてしまう。従って、ワイヤの切断加工能力の低下を引き起こす。 As described above, in use in a saw machine, the wire is guided from the supply reel to the main roller, and is further wound between the main rollers. At this time, the wire is “twisted”. That is, a stress in the “twist” direction is applied to the wire and the abrasive fixed layer. The abrasive fixed layer located in the outer layer is most easily affected, and when stress is excessively applied, cracks 12 enter the abrasive fixed layer 6 made of, for example, Ni as shown in FIG. Further, when the twist is excessively applied or the ingot is cut in this state, the crack progresses and reaches the core surface. Furthermore, when this crack occurs in a plurality of locations, the abrasive fixed layer is likely to be peeled off. In the worst case, peeling with the abrasive grains 10, that is, the abrasive grains fall off. Therefore, the wire cutting performance is reduced.

そこで前記の通り、ソーマシンの使用において砥粒固着層への亀裂を生じさせず、安定した砥粒の固着を持続させる構造を有する固定砥粒式ソーワイヤの提供を行うことが従来からの課題であった。 Therefore, as described above, it has been a conventional problem to provide a fixed-abrasive saw wire having a structure that maintains a stable adhesion of abrasive grains without causing cracks in the abrasive-bonding layer when using a saw machine. It was.

前記課題を解決する本発明のソーワイヤは、硬鋼線の表層に砥粒を固着させる固着層を有する固定砥粒式ソーワイヤであって、固着層中に繊維が混在された固定砥粒式ソーワイヤである。 The saw wire of the present invention that solves the above problems is a fixed abrasive saw wire having a fixed layer for fixing abrasive grains to the surface layer of a hard steel wire, and is a fixed abrasive saw wire in which fibers are mixed in the fixed layer. is there.

前記繊維として具体的にはガラス繊維または炭素繊維または金属繊維である。 Specifically, the fiber is glass fiber, carbon fiber, or metal fiber.

本発明のソーワイヤにおいては使用における砥粒の脱落を防止することができる。すなわち、特にマルチソーマシンにおける使用においてワイヤに捻れが生じたり、更に被加工物との接触が繰り返し発生したりしても砥粒の脱落を抑制することができる。 In the saw wire of the present invention, it is possible to prevent the abrasive grains from falling off during use. In other words, even when the wire is twisted particularly when used in a multi-saw machine, and even when contact with the workpiece repeatedly occurs, it is possible to prevent the abrasive grains from falling off.

本発明の代表的なワイヤの断面図Sectional view of a representative wire of the present invention 従来のワイヤの使用時における概略図Schematic diagram when using conventional wire 本発明の使用時における効果を示す概略図Schematic showing the effect when using the present invention ソーマシンの概略図Schematic diagram of the saw machine

本発明のワイヤにおける繊維の効果を図3により説明する。ソーマシンにおいてワイヤの使用中に、砥粒固着層に亀裂が入ったとする。従来のワイヤであれば図2を用いて前述した通り、亀裂に沿ってワイヤの深さ方向に割れが発生し、複数箇所の割れにより砥粒固着層が剥離してしまう。しかし仮に砥粒固着層に亀裂が入ったとしても、砥粒固着層中に繊維を混在させておくことで、亀裂を進行させないよう保持することができる。 The effect of the fibers in the wire of the present invention will be described with reference to FIG. It is assumed that the abrasive fixed layer is cracked during use of the wire in the saw machine. In the case of a conventional wire, as described above with reference to FIG. 2, a crack occurs in the depth direction of the wire along the crack, and the abrasive fixed layer peels off due to the cracks at a plurality of locations. However, even if a crack is generated in the abrasive fixed layer, it is possible to keep the crack from progressing by mixing fibers in the abrasive fixed layer.

また、繊維としては強靭なものでなければならない。例えば炭素繊維やガラス繊維、金属繊維等がある。尚、これらの繊維に限られるものではなく、補強されうる繊維を適宜選択するのが良い。 The fiber must be strong. For example, there are carbon fiber, glass fiber, metal fiber, and the like. In addition, it is good to select suitably the fiber which is not restricted to these fibers and can be reinforced.

繊維径は、15μm以下が好適である。15μm以上であると固着層の厚さが増し、固定砥粒ソーワイヤの線径が太くなり、切断時の切断物のロスが必要以上に大きくなる。 The fiber diameter is preferably 15 μm or less. When the thickness is 15 μm or more, the thickness of the fixing layer increases, the wire diameter of the fixed abrasive saw wire increases, and the loss of the cut product during cutting becomes larger than necessary.

金属繊維としては砥粒固着層と同じ成分であっても効果がある。例えば金属線を伸線加工されたものを繊維化して使用した場合、伸線加工によって強靭な組織へと変化している。こうした組織を混在させることで捻れに強い砥粒固着層を形成することができる。 Even if it is the same component as an abrasive fixed layer as a metal fiber, it is effective. For example, when a wire obtained by drawing a metal wire is used as a fiber, it is changed to a tough structure by drawing. By mixing such a structure, an abrasive fixed layer resistant to twisting can be formed.

本発明を製造する方法としては、例えば砥粒固着層として金属メッキの場合であれば、メッキ溶液中に繊維を浮遊させておけば良い。電極であるワイヤに金属が析出する際に繊維を取り込むことができる。 As a method for producing the present invention, for example, in the case of metal plating as an abrasive fixed layer, fibers may be suspended in a plating solution. Fiber can be taken in when a metal deposits on the wire which is an electrode.

また、繊維の付着量としては、砥粒固着層と繊維量の総量における体積比率として、5〜30%程度であれば良い。例えばNiメッキの体積と付着した繊維の体積とをあわせた体積量を100とすれば、繊維の付着量が5〜30程度であればよい。5%より少ない場合には繊維の効果が十分に発揮できない。逆に30%より多い場合は砥粒固着層を構成する材質、例えばNiメッキ量が少なくなり、逆に脆く各所で割れが発生し易くなる。 Moreover, as an adhesion amount of a fiber, what is necessary is just about 5 to 30% as a volume ratio in the total amount of an abrasive grain fixed layer and a fiber amount. For example, if the volume of Ni plating and the volume of attached fibers is 100, the amount of attached fibers may be about 5-30. If it is less than 5%, the effect of the fiber cannot be exhibited sufficiently. On the other hand, when the amount is more than 30%, the material constituting the abrasive grain fixing layer, for example, the amount of Ni plating decreases, and on the contrary, it is brittle and cracks are likely to occur in various places.

取り込む量の制御方法としては例えば金属メッキで砥粒固着層を形成する場合、メッキを行う際の電流密度を変化させることで調整することができる。電流密度を低く設定すれば砥粒固着層の成長をゆっくりと行うことができる。そうすると繊維がメッキされるワイヤ表面に接触する確率が高くなり、結果取り込まれる量が増えることになる。逆に電流密度を高く設定すれば砥粒固着層の成長が早まる。つまり、砥粒固着層が完全に形成されるまでに、繊維とワイヤとが接触する機会を減少させることで取り込まれる量を減らすことができる。 As a method for controlling the amount to be taken in, for example, when the abrasive fixed layer is formed by metal plating, it can be adjusted by changing the current density at the time of plating. If the current density is set low, the abrasive fixed layer can be grown slowly. This increases the probability that the fiber contacts the surface of the wire to be plated and increases the amount of results captured. Conversely, if the current density is set high, the growth of the abrasive fixed layer is accelerated. That is, it is possible to reduce the amount taken in by reducing the chance that the fiber and the wire come into contact with each other until the abrasive fixed layer is completely formed.

また、最後に繊維を含まない電解メッキを行って砥粒固着層を覆うのが良い。前記方法で形成した砥粒固着層の表面からは取り込んだ繊維ウエブの一部が露出している。この状態の繊維は砥粒固着層の割れの防止に寄与しないだけでなく、砥粒固着層の亀裂や割れを誘発することとなる。従って露出した繊維を覆うことができるだけの厚みで、繊維を取り込んだ時と同種または異種の金属で行う第2の電解メッキ工程を経ると良い。 Moreover, it is good to cover the abrasive grain fixed layer by performing electroplating which does not contain a fiber at the end. A part of the fiber web taken in is exposed from the surface of the abrasive fixed layer formed by the above method. The fibers in this state not only do not contribute to prevention of cracking of the abrasive fixed layer, but also induce cracks and cracks in the abrasive fixed layer. Therefore, it is preferable to pass through the second electrolytic plating process performed with the same kind or different kind of metal as when the fibers are taken in with a thickness that can cover the exposed fibers.

尚、前記の繊維を取り込みつつ砥粒固着層を形成したり、最終工程として露出した繊維を覆ったりする方法としては、その目的を達成する方法であれば良く、メッキに限定されるものではない。 In addition, as a method of forming the abrasive fixed layer while taking in the fibers, or covering the exposed fibers as the final step, any method that achieves the purpose may be used, and the method is not limited to plating. .

前記、製造方法により製作した固定砥粒式ソーワイヤを従来のワイヤと比較試験を行った。芯材としてワイヤ径0.15mmを使用し、繊維としてはフィラメント径10μm、平均繊維長3mmのガラス繊維を使用した。電解メッキ槽のメッキ浴に0.4g/リットルの前記ガラス繊維を浮遊させ、繊維と砥粒を固着する電解メッキを行った。その後露出した繊維を覆う第2の電解メッキにて表面が覆われるだけのメッキを施して砥粒固着層を形成した。 The fixed abrasive saw wire manufactured by the above manufacturing method was compared with a conventional wire. A wire diameter of 0.15 mm was used as the core material, and a glass fiber having a filament diameter of 10 μm and an average fiber length of 3 mm was used as the fiber. 0.4 g / l of the glass fiber was suspended in a plating bath of an electrolytic plating tank, and electrolytic plating was performed to fix the fiber and abrasive grains. Thereafter, plating was performed so that the surface was covered with the second electrolytic plating covering the exposed fibers to form an abrasive fixed layer.

尚、従来比較としては同径のワイヤ芯材を用い、メッキ厚み、つまり砥粒固着層が前記で製作したワイヤと同程度になるように製作を行った。 As a conventional comparison, a wire core material having the same diameter was used, and the plating thickness, that is, the abrasive fixed layer, was manufactured to be approximately the same as the wire manufactured above.

製作した本発明の固定砥粒式ソーワイヤと、従来の製法で製作した固定砥粒式ソーワイヤとを用いて実際の切断実験を行った。切断機としては株式会社タカトリ社製マルチソーマシン(型式MWS−44NS)を用いた。切断加工物として幅50mm×厚20mmのSiCインゴットを用意した。SiCインゴットを押し付ける圧力を一定として切断し、使用後のワイヤの状態を確認した。 An actual cutting experiment was performed using the manufactured fixed abrasive saw wire of the present invention and the fixed abrasive saw wire manufactured by a conventional manufacturing method. As a cutting machine, a multi-saw machine (model MWS-44NS) manufactured by Takatori Co., Ltd. was used. A SiC ingot having a width of 50 mm and a thickness of 20 mm was prepared as a cut workpiece. The pressure for pressing the SiC ingot was cut at a constant pressure, and the state of the wire after use was confirmed.

ワイヤ状態の確認方法としては、予めワイヤ表面に固着された砥粒の個数をカウントしておく。ワイヤ長さ1mにおける砥粒の個数をカウントし、他の場所でも同様のカウントをし、5箇所で確認を行った。この平均をソーワイヤの「砥粒固着量」とする。その後、インゴットの切断を行い、使用後で、且つ排出リールに巻き取られたワイヤを解いて同様のカウントを行い、「砥粒固着量」の変化を確認した。尚、従来のソーワイヤの使用前における砥粒固着量を1とした相対評価を行った。
また、切断速度は切断に要した時間にて相対評価した。結果を表1に示す。
As a confirmation method of the wire state, the number of abrasive grains fixed in advance on the wire surface is counted. The number of abrasive grains at a wire length of 1 m was counted, the same count was performed at other locations, and confirmation was performed at five locations. This average is defined as the “abrasive grain adhesion amount” of the saw wire. Thereafter, the ingot was cut, and after use, the wire wound on the discharge reel was unwound and the same count was performed to confirm the change in the “abrasive grain adhesion amount”. In addition, the relative evaluation which set the abrasive grain adhesion amount before use of the conventional saw wire to 1 was performed.
The cutting speed was evaluated relative to the time required for cutting. The results are shown in Table 1.

従来の固定砥粒式ソーワイヤにおいては砥粒の脱落が13%みられた。それに対して本発明の固定砥粒式ソーワイヤは砥粒の脱落が3%と、従来のソーワイヤと比べて大幅に改善されている。またそれに伴い、切断速度も良好な結果となった。実際に切断に要した時間として約6%の短縮が図れた。 In the conventional fixed abrasive saw wire, 13% of the abrasive grains were dropped. On the other hand, the fixed-abrasive saw wire of the present invention has an abrasive dropout of 3%, which is a significant improvement over conventional saw wires. Along with this, the cutting speed was also good. The actual time required for cutting was reduced by about 6%.

本発明を応用すれば、例えば鋼板における表層被膜等の強化にも応用できる。 If the present invention is applied, for example, it can be applied to strengthening a surface layer coating on a steel sheet.

2・・・・・固定砥粒式ソーワイヤ
4・・・・・芯材
6・・・・・砥粒固着層
8・・・・・繊維
10・・・・砥粒
12・・・・亀裂
102・・・供給リール
104・・・メインローラ
106・・・排出リール
108・・・インゴット
2... Fixed abrasive type saw wire 4... Core material 6... Abrasive layer 8. Fiber 10... Abrasive grain 12. ... Supply reel 104 ... Main roller 106 ... Discharge reel 108 ... Ingot

Claims (2)

硬鋼線の表層に砥粒を固着させる固着層を有する固定砥粒式ソーワイヤであって、該固着層中に繊維が混在されたことを特徴とする固定砥粒式ソーワイヤ。 A fixed abrasive saw wire having a fixed layer for fixing abrasive grains to a surface layer of a hard steel wire, wherein fibers are mixed in the fixed layer. 前記繊維がガラス繊維または炭素繊維または金属繊維であることを特徴とする請求項1記載の固定砥粒式ソーワイヤ。 2. The fixed abrasive saw wire according to claim 1, wherein the fibers are glass fibers, carbon fibers, or metal fibers.
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