JP2013000835A - ワイヤソー用ワイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】ワイヤソー用ワイヤについて、溝付きロール等を通過させる工程を経ることなく、その表面の砥粒保持能力を向上させる。
【解決手段】発明にかかるワイヤソー用ワイヤを、表面に亜鉛と鉄の合金めっき層１２を形成した鋼線１１を伸線し、その伸線と同時にその合金めっき層１２に意図的に割れ１２ａを生じさせることで得る。製造中の伸線工程時に砥粒ｇがはまり込み可能な表面の割れ１２ａが同時に形成されるため、凹凸形成のために溝付きロール等を通過させる必要がなくなる。そのため、手間やコストを削減できるとともに、機械的強度の低下を防止できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ワイヤソーに用いられるワイヤに関する。

シリコンインゴットからシリコンウェハを切り出す作業など、硬質材料の切断作業に用いられる切断装置として、ワイヤソーが知られている。

ワイヤソーは、複数のロール間に多数のワイヤソー用ワイヤを巻き回し、そのロールの回転によりワイヤを高速で走行させ、その走行するワイヤにシリコンインゴットなどの被切断材料を押し付けることで、切断加工をおこなうしくみとなっている。
ここでワイヤ自身は切断能力に乏しいため、上記作業の際には、走行するワイヤに向けて砥粒を供給することになっている。

したがって切断作業の際には、ワイヤに随伴して被切断材料の内部にまで引き込まれる砥粒の量が多いほど、切断の効率が向上することになる。
そのため、切断の効率を向上させる方策の一つとして、ワイヤが砥粒を表面上に保持する能力を向上させることが考えられる。

このことから、特許文献１に記載されているように、ワイヤの製造工程において、そのワイヤを微細な溝が多数形成された溝付きロール間に通すことで、表面に微細な凹凸を形成することがおこなわれている。供給された砥粒は表面の凹凸にはまり込むため、ワイヤの砥粒保持能力が向上することになる。

特許第３９２３９６５号公報

しかし、ワイヤを溝付きロール間に通過させるとなると、製造工程がひとつ増えるため、手間やコストの観点から好ましくない。また、ロールの押圧によってワイヤの機械的強度が低下するおそれもある。

そこで、本発明の解決すべき課題は、ワイヤソー用ワイヤについて、溝付きロール等を通過させる工程を経ることなく、その表面の砥粒保持能力を向上させることである。

上記した課題を解決するため、本発明のワイヤソー用ワイヤは、表面に亜鉛と鉄の合金めっき層を形成した鋼線を伸線し、その伸線と同時に合金めっき層に砥粒がはまり込み可能な割れを生じさせることで得られるものとしたのである。
ここで合金めっき層は、そのビッカース硬さが１００〜１２０（ｈｖ）であるのが好ましい。

本発明のワイヤソー用ワイヤは、製造中の伸線工程時に砥粒をはまり込み可能な表面の割れが同時に形成されるため、凹凸形成のために溝付きロール等を通過させる必要がなくなる。そのため、手間やコストを削減できるとともに、機械的強度の低下を防止できる。

亜鉛と鉄の合金めっき層はそのビッカース硬さが１００〜１２０（ｈｖ）程度であるため、従来のワイヤソー用ワイヤで汎用されている亜鉛と銅の合金めっき層（ブラスめっき層）のビッカース硬さが８０（ｈｖ）以下であるのと比較して、非常に硬度が高い。
したがって、ワイヤソーでの切断作業時における合金めっき層の摩耗が従来よりも少なく、めっき層の摩耗にともなう被切断材料への影響や摩耗屑の廃棄スラリーへの混入を抑えることができる。

実施形態のワイヤソー用ワイヤの合金めっき層に砥粒が保持される様子を示す模式図 実施形態のワイヤソー用ワイヤの製造工程全体の概要を示す流れ図 実施形態のワイヤソー用ワイヤの製造工程におけるめっき工程を示す模式図 実施形態のワイヤソー用ワイヤの製造工程における最終伸線工程を示す模式図 実施形態のワイヤソー用ワイヤの製造工程における伸直工程を示す模式図

以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態について説明する。

図１に示すように、実施形態のワイヤソー用ワイヤ１０は、伸線された鋼線１１と、鋼線１１の表面に形成された亜鉛と鉄の合金めっき層１２と、からなる。
また図示のように、合金めっき層１２の表面には、小さな多数の割れ１２ａが生じている。したがって、このワイヤソー用ワイヤ１０を用いた切断作業時に砥粒ｇを供給すると、図示のように割れ１２ａにその砥粒ｇがはまり込むようになっており、ワイヤの砥粒保持能力が向上している。
このワイヤソー用ワイヤ１０の径は、特に限定されないが一般的には０．０４〜０．２０ｍｍ程度である。

実施形態のワイヤソー用ワイヤ１０は、たとえば図２のように、汎用されている鋼線１１を準備し、一次伸線工程Ｓ１、パテンティング工程Ｓ２、めっき工程Ｓ３、仕上げ伸線工程Ｓ４、伸直工程Ｓ５を経ることで作製される。
鋼線１１の種類は特に限定されないが、炭素含有量が０．８０質量％以上の高炭素線材が例示できる。
一次伸線工程Ｓ１、パテンティング工程Ｓ２については、従来と同様であるため詳細を省略し、めっき工程Ｓ３、仕上げ伸線工程Ｓ４、伸直工程Ｓ５について以下に詳述する。
なお、伸直工程Ｓ５については、コスト等を勘案して省略することも可能である。

実施形態のワイヤソー用ワイヤ１０においては、そのめっき工程Ｓ３時には、従来汎用されているブラスめっき（黄銅めっき）に代えて、溶融亜鉛めっきが施される。
具体的にはめっき工程Ｓ３には、図３に示すようなめっき装置２０を用いる。
このめっき装置２０は、加熱溶融した液体亜鉛２１ａが収納された浴槽２１と、浴槽２１内に回転可能に支持された送りローラ２２と、送りローラ２２の送り方向の下流側で浴槽２１の開口付近に配置されたスクレーパ２３と、を備える。ここで、スクレーパ２３は、セラミックロープ等を巻き回してなるコイル体である。

一次伸線工程Ｓ１、パテンティング工程Ｓ２を経た鋼線１１は、図３のように、めっき工程Ｓ３において、めっき装置２０中の送りローラ２２により、まず浴槽２１内に引き込まれ、ついでスクレーパ２３を通って浴槽２１外へと送り出される。
鋼線１１は浴槽２１内に引き込まれた時点で液体亜鉛２１ａに漬けられ（いわゆるどぶ漬け）、その表面に液体亜鉛２１ａが付着し、めっきが施されることとなる。
めっきは、その外層側は亜鉛単体からなる亜鉛めっき層１３として構成されるが、その内層側では、液体亜鉛２１ａが高温であることから鋼線表面の鉄分と化学反応が生じている。したがって、内層側は、亜鉛と鉄の合金めっき層１２として形成されることになる。

内側の合金めっき層１２と外側の亜鉛めっき層１３が施された鋼線１１は、つぎにスクレーパ２３に向かうが、ここでコイル状のスクレーパ２３の内径は、鋼線１１と合金めっき層１２との合計径とほぼ等しいかまたはやや小さくなっている。
このため、鋼線１１がスクレーパ２３を通過する際には、外層側の亜鉛めっき層１３はすべてスクレーパ２３によりしごき落とされ、内層側の合金めっき層１２のみが残存することになる。

めっき工程Ｓ３を経て、表面に合金めっき層１２を備える鋼線１１は、図４のように最終伸線工程Ｓ４において、ダイス３０に通されて伸線される。
伸線時には、図４（ｂ）のように、合金めっき層１２に多数の小さな割れ１２ａが意図的に生じるように、その引張り力等を調整しておくものとする。
減面率について見れば、約２０％以上であれば、割れ１２ａが発生し、約４０％以上であれば、割れ１２ａの大きさが、砥粒ｇがはまり込むのに好適なものとなる。

できあがったワイヤソー用ワイヤ１０による砥粒ｇの保持能力を好適なものとするためには、めっき工程Ｓ３において合金めっき層１２の厚みを０．５〜２μｍとし、最終伸線工程Ｓ４において割れ１２ａの深さを合金めっき層１２の厚みと同じかやや小さくし、かつ割れ１２ａのピッチを１〜４μｍとするのが好ましい。

最終伸線工程を経て、合金めっき層１２に割れ１２ａを生じさせた鋼線１１は、図５のように伸直工程Ｓ５において、伸直装置４０を用いることで、曲がり、うねり、スパイラルなどの線癖を矯正される。
これにより、線癖のない、切断作業に用いるのに好適なワイヤソー用ワイヤ１０が得られる。

図５のように、伸直装置４０は、上流側のロール伸直部４１と、下流側の熱伸直部４２と、を備え、そのロール伸直部４１は多数の矯正ロール群４１ａからなり、その熱伸直部４２は加熱炉４２ａと冷却帯４２ｂとからなる。
合金めっき層１２に割れ１２ａを生じさせた鋼線１１は、ロール伸直部４１の矯正ロール群４１ａの押圧により機械的に線癖が矯正され、熱伸直部４２の加熱炉４２ａと冷却帯４２ｂによる加熱冷却により熱的に線癖が矯正される。

亜鉛と鉄の合金めっき層１２は、従来のブラスめっき（亜鉛と銅の合金めっき）と比較して硬度および融点が高いため、ロール伸直部４１における矯正ロール群４１ａの押圧力を大きくし、また熱伸直部４２における加熱炉４２ａの加熱温度を高くすることができる。これによって、線癖矯正の確実性を高められる。

以下、本発明の実施例および比較例を挙げて、発明の内容を一層明確なものとする。
次の表１に示すような、めっきの方法、めっきの種類、ロール伸直の有無、加熱伸直の有無、に関する各条件のもとで、実施例１〜４のワイヤソー用ワイヤ、比較例１〜３のワイヤソー用ワイヤをそれぞれ作製した。
ここで、ワイヤの径は０．１８ｍｍに統一されているものとする。

これら実施例１〜４のワイヤソー用ワイヤ、比較例１〜３のワイヤソー用ワイヤを用いて、直径２００ｍｍのシリコン単結晶インゴットを切断する試験をおこなった。
ワイヤの送り速度等、その余の条件は統一されているものとする。その結果を表２に示す。
表２中、○はインゴットの切断表面における凹凸の最大値差が４μｍ未満であることを、△は同凹凸の最大値差が４μｍ以上７μｍ未満であることを、×は同凹凸の最大値差が７μｍ以上であることを、それぞれ示す。
また、表２中のスライス速度比とは、円柱インゴット（直径約５〜８インチ）を切断する時間から、単位時間当たりの切断インチを求めてこれをスライス速度とし、さらに比較例２、３のワイヤのスライス速度を１と換算した場合の、実施例のワイヤのスライス速度の比較例２、３のワイヤのスライス速度に対する比率を示す。

今回開示された実施形態と実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考慮されるべきである。本発明の範囲は以上の実施形態と実施例ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての修正と変形を含むものであることが意図される。

１０ 実施形態のワイヤソー用ワイヤ
１１ 鋼線（伸線の前後を含む）
１２ 合金めっき層
１３ 亜鉛めっき層
２０ めっき装置
２１ 浴槽
２１ａ 液体亜鉛
２２ 送りローラ
２３ スクレーパ
３０ ダイス
４０ 伸直装置
４１ ロール伸直部
４１ａ 矯正ロール群
４２ 熱伸直部
４２ａ 加熱炉
４２ｂ 冷却帯
ｇ 砥粒

Claims (4)

1. 伸線された鋼線と、その鋼線の表面に形成された亜鉛と鉄の合金めっき層と、からなり、
   その合金めっき層は、砥粒がはまり込み可能な割れを有している、ワイヤソー用ワイヤ。
2. 前記合金めっき層のビッカース硬さが、１００〜１２０（ｈｖ）である請求項１に記載のワイヤソー用ワイヤ。
3. 鋼線に溶融亜鉛めっきを施して、外層の亜鉛めっき層と内層の亜鉛と鉄の合金めっき層を形成する工程と、
   前記鋼線の亜鉛めっき層と合金めっき層のうち、亜鉛めっき層のみを除去する工程と、
   前記亜鉛めっき層が除去された鋼線を伸線し、同時に前記合金めっき層に砥粒がはまり込み可能な割れを生じさせる工程と、を含むワイヤソー用ワイヤの製造方法。
4. ロール矯正による前記鋼線の伸直工程および加熱による前記鋼線の伸直工程のうち、少なくとも一方をさらに含む請求項３に記載のワイヤソー用ワイヤの製造方法。

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