JP2515212B2 - ワイヤソ―の固定砥粒ワイヤの製造装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ワイヤソー用の工具
ワイヤの製造装置に関するもので、ピアノ線などを母材
とするワイヤの表面にメッキ処理によって砥粒を固定
（電着）した構造の固定砥粒ワイヤの製造装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】電子素子材料として用いられているセラ
ミックスやシリコンなどの硬質脆性材料に対する加工法
の一つとして、砥粒を用いる機械的加工法がある。砥粒
を用いる加工法は、遊離砥粒を利用するものと固定砥粒
を利用するものに分類されるが、固定砥粒を利用するも
のは、スラリーの飛散によるワークステージの汚れや装
置の駆動部の異常摩耗を防止でき、作業性も優れている
という利点がある。

【０００３】一方工具としてワイヤを用いるワイヤソ
ー、特にマルチワイヤソーは、小さな切り代で大径のウ
エハーを高能率で加工できるという長所を有しており、
シリコンインゴットの大径化に対応して、シリコンイン
ゴットから半導体用ウエハーを切り出す機械として注目
されている。

【０００４】このようなワイヤソーにおける固定砥粒ワ
イヤとして、ダイヤモンド砥粒を電着した固定砥粒ワイ
ヤが知られている。この種の固定砥粒ワイヤは、砥粒を
電気メッキによりピアノ線等からなるワイヤの表面に着
床することによって製造される。

【０００５】図６は、この種の固定砥粒ワイヤの製造装
置の概略図である。工具の芯となるピアノ線１は、図の
左側の送り出しボビン２に巻かれている。ワイヤ工具製
作中、ワイヤ１は常に一定速度で送り出しボビン２から
図の右側の巻取りボビン３へと巻き取られていく。送り
出しボビン２から出たワイヤ１は、銅製の電極４から給
電される。次に第１前処理層５でアセトンにより脱脂さ
れ、第２前処理層６で１０％塩酸により表面の活性化が
行われる。その後ワイヤ１は、メッキ槽１０に導かれ、
その砥粒電着部２０でダイヤモンド砥粒２１がニッケル
メッキと共にワイヤ表面に着床する。メッキ槽１０は３
槽に分かれており、ワイヤ１はプーリ７、８によって案
内されて、第１槽１１、第２槽１２、第３槽１３の順に
導かれる。

【０００６】図７は従来装置の砥粒電着部を示したもの
である。ワイヤ１はメッキ槽１０の両側に配置したニッ
ケル板２２を陽極、ワイヤ１自身を陰極としてニッケル
メッキされる。第１槽１１ではワイヤ１にニッケルのみ
が予備メッキされ、メッキ層１５（図４参照）と心線１
との付着力を確実にする。次に第２槽１２に設けた砥粒
槽２３に導かれる。メッキ液中に設けたこの砥粒槽２３
内の空間には、ダイヤモンド砥粒２１が充填されてい
る。砥粒槽２３の壁板２４には、直径１０ｍｍ程度の孔
２５が明けられており、そこにテフロン膜２６が張ら
れ、ダイヤモンド砥粒２１の流出を防ぐと共にメッキ液
の流入を可能にしている。砥粒槽２３の上部には、ワイ
ヤ１への砥粒の着床に伴うダイヤモンド砥粒の減少によ
って砥粒槽２３内に空洞が生じないよう、板状の錘２７
を挿入して荷重を加えている。

【０００７】この砥粒電着部２０において、ワイヤ１の
表面に接触しているダイヤモンド砥粒がメッキ層１５と
共にワイヤ１に着床される。その後ワイヤ１は第３槽１
３に導かれ、ワイヤ表面の着床の浅いダイヤモンド砥粒
をさらに埋めて固定するために、ニッケルメッキのみが
行われる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記の従来装置によっ
て製作された固定砥粒ワイヤは、そのワイヤ周面の全面
にほぼ均一に砥粒が固定されている。このような構造の
ワイヤ工具は、ワークを研削したときに生ずる切粉が砥
粒の間の隙間に溜まり、砥粒の切り刃を埋めてしてしま
うため、使用に従ってその切断能力が低下していく。

【０００９】この発明は、固定砥粒ワイヤの工具寿命を
延長することを目的とする研究の一貫としてなされたも
ので、ワイヤの表面に螺旋帯状に砥粒を電着したワイヤ
ソー用の固定砥粒ワイヤを能率良く製造する装置を得る
ことを課題としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明では、砥粒２１
を充満してメッキ液中に浸漬した砥粒槽２３を円筒ない
し円錐形としてワイヤ１をその軸心に通過させ、この砥
粒槽２３の外周に当該砥粒槽と軸心を一致させた螺旋状
の遮蔽板３５を当該軸心まわりに回転自在に装着し、こ
の遮蔽板３５とワイヤ１の軸方向送り装置４０とを、ワ
イヤ１が遮蔽板３５の螺旋の１リード長さ送られたとき
に遮蔽板３５をその軸線まわりに１回転するように連係
させることにより、上記課題を解決している。

【００１１】

【作用】ワイヤ１がメッキ槽１０の砥粒電着部２０を通
過するとき、ワイヤ１表面へのメッキ層１５の成長に伴
い、ワイヤ１の表面に接触している砥粒がワイヤ表面に
着床する。このとき最初に付着した砥粒は、メッキ層１
５への埋没深さが浅いため、ワイヤ１の移動に伴ってワ
イヤ１の近傍にある砥粒によって掻き落とされ、その結
果メッキ層１５の表面に多数の凹所を残す。この凹所に
次の砥粒２１が落ち込み、メッキ層１５の成長に伴って
凹所の深さが深くなって落ち込んだ砥粒２１が掻き落と
されにくくなり、最後に落ち込んだ砥粒２１がワイヤ１
の表面に固定される。

【００１２】上述した構造のこの発明の装置では、螺旋
状の遮蔽板３５によって砥粒槽２３の周囲に遮蔽部分Ａ
と開放部分Ｂが形成される。開放部分Ｂにおいては、メ
ッキ液中の金属イオンの流動が阻害されないので、ワイ
ヤ表面のメッキ層１５の成長が速い。一方遮蔽部分Ａで
は、ワイヤ表面のメッキ層１５の成長が遅くなる。メッ
キ層の成長が遅いとワイヤ１の表面に付着した砥粒が次
々と掻き落とされて砥粒２１が着床することができな
い。一方開放部分Ｂでは、メッキ層Ａの成長が速く、砥
粒２１の着床が行われる。

【００１３】そして遮蔽板３５は、その遮蔽部分Ａと開
放部分Ｂの軸線方向への移動速度がワイヤ１の軸線方向
への移動速度と同じになるように回転しているので、ワ
イヤ１の周面の特定の部位は常に遮蔽状態又は開放状態
にあり、そのためワイヤ１の開放部分Ｂに対向する部分
に砥粒が着床し、遮蔽部分３５に対向する部分には砥粒
が着床しない。従ってこの発明の砥粒電着部２０を通過
したワイヤは、図３に示すように、螺旋帯状に砥粒２１
が着床し、その間に砥粒が着床しておらずかつメッキ層
の若干薄い螺旋状の凹み１６が形成される。

【００１４】このようにして製作された固定砥粒ワイヤ
を用いてシリコンなどの切断作業を行った場合、着床し
た砥粒２１が切り刃となってワークの切断を行い、切断
時に生ずる切粉は凹み１６部分に溜まり、ワイヤがワー
クを抜けたときに凹み１６に溜まった切粉はワイヤから
離脱していくので、ワイヤ表面への切粉の蓄積が少な
く、ワイヤ１の切り刃が目詰まりを起こすことがなくな
るので、使用によるワイヤ１の切断能力の低下が緩やか
であり、ワイヤの寿命も長くなる。

【００１５】

【実施例】図２にこの発明の装置の一実施例の平面図を
示す。１０はメッキ槽、４０はワイヤ巻取り装置であ
り、メッキ槽１０におけるワイヤ１の通路は図６に示し
たものと同じであると考えてよい。ワイヤ送り出し装置
及び前処理槽５、６は、従来装置と同じであるから、図
２には示されていない。

【００１６】メッキ槽１０は、従来装置と同様に予備メ
ッキ槽１１、砥粒電着槽１２及び後メッキ槽１３の３槽
からなり、砥粒電着槽１２に図１に示す砥粒電着部２０
が設けられている。砥粒槽２３は、両端を栓３１で封止
された円筒体３２で形成され、栓３１の中心を軸線方向
に貫通する小孔３３を通ってワイヤ１が砥粒槽２３の軸
芯に沿って送られている。砥粒槽２３の壁を形成する円
筒体３２には、メッキ液を通過させる孔３４が多数設け
られており、上面には砥粒２１を供給するための溝３４
が設けられている。円筒体３２の外面には、テフロン膜
２６を貼って孔２５を塞いでおり、孔２５からの砥粒２
１の流出を防ぐと共に、孔２５を通してメッキ液が砥粒
槽２３内に流入できるようになっている。砥粒槽２３内
にはダイヤモンド砥粒２１が充填されている。

【００１７】砥粒槽２３の周囲には、円筒面内で螺旋帯
を形成する遮蔽板３５が図２に示す軸受部３６、３７で
砥粒槽２３の軸心まわりに回転自在に装着されている。
この遮蔽板３５は、砥粒槽２３の周囲にほぼ同幅の螺旋
状の遮蔽部分Ａと開放部分Ｂを形成している。遮蔽板３
５はその一端をプーリ３８に連結し、このプーリ３８が
ワイヤ巻取り装置４０側のプーリ４１からタイミングベ
ルト４２で駆動されて、遮蔽板３５を回転させている。

【００１８】ワイヤ巻取り装置４０は、製作されたワイ
ヤを巻き取る巻取りボビン３と、巻取りボビン３を回転
駆動するモータ４３と、巻取りボビン３にワイヤを均一
に巻き取るためのトラバーサ４４を備えており、モータ
４３の回転は、タイミングベルト４５で巻取りボビン３
に伝達され、さらにタイミングベルト４６、４７及び歯
車４０を介してトラバーサ４４を往復移動されるカムド
ラム４９を回転駆動している。さらにモータ４３の回転
は傘歯車対５１を介してプーリ４１に伝達され、前述し
たタイミングベルト４２を介して遮蔽板３５を回転させ
ている。

【００１９】遮蔽板３５の回転速度は、遮蔽板３５によ
って形成される遮蔽部分Ａと開放部分Ｂの軸線方向の移
動速度が、巻取りボビン３によるワイヤ１の送り速度と
同期するようにする。すなわちワイヤ１が遮蔽板３５の
螺旋の１リード長さだけ送られたときに、遮蔽板３５が
１回転するように巻取りボビン３と遮蔽板３５との速度
比を設定する。

【００２０】ワイヤ１の送り速度と遮蔽板３５で形成さ
れる遮蔽部分Ａと開放部分Ｂの移動速度を一致させるこ
とにより、遮蔽板３５で遮蔽されるワイヤ周面の部分が
常に一定の部分となり、その部分のメッキ層１５が薄く
なってワイヤ１周面への砥粒２１の固着が妨げられる。
一方ワイヤ１の開放部分Ｂに対向する部分には速い速度
でメッキ層１５が成長し、螺旋状の開放部分Ｂに対応し
た形態で、ワイヤ１の周面に砥粒２１が螺旋帯状に固定
される。このようにして製作された固定砥粒ワイヤの側
面及び断面を図３及び図４に模式的に示す。

【００２１】図５は本発明の装置で製作した螺旋状にダ
イヤモンド砥粒を固定したワイヤと、砥粒を全面に固定
したワイヤとを用いて、スライシング加工を行った結果
を示したものである。図において白丸は４Ａ／平方ｄｍ
の電流密度で砥粒を螺旋状に固定したワイヤ、黒丸は同
じ電流密度で外周全体に砥粒を固定したワイヤ、白黒に
塗り分けられた丸印は６Ａ／平方ｄｍの電流密度で全周
に砥粒を固定したワイヤの計測値を示す。横軸は切断回
数である。図より明らかなように、砥粒を螺旋状に固定
したワイヤは、加工能率の減少が緩やかであり、工具寿
命が長くなっている。工具寿命が長くなった理由とし
て、砥粒を螺旋状に固定したワイヤは、ワイヤ周面に砥
粒が固定されておらずかつメッキ層の薄くなった凹み１
６が形成されることにより、加工液の流入と切粉の排出
が容易になり、ワイヤ工具の冷却と目詰まりが防止され
るからであると考えられる。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したようにこの発明の装置によ
りワイヤの表面に砥粒を螺旋帯状に固定したワイヤソー
用の固定砥粒ワイヤを能率良く生産することができる。
そして砥粒を螺旋帯状に固定したワイヤは、砥粒をワイ
ヤの周面全体に均一に固定した従来の固定砥粒ワイヤに
比べて、使用による加工能率の減少が少なく、工具寿命
が長くなるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の装置のワイヤ電着部を模式的に示す
破断斜視図

【図２】この発明の装置のメッキ層と巻取り装置を示す
平面図

【図３】製造されたワイヤの側面図

【図４】製造されたワイヤの断面図

【図５】本発明装置で製造されたワイヤの切削試験結果
を示すグラフ

【図６】ワイヤ工具製造装置の模式的な側面図

【図７】従来の砥粒電着部を示す分解破断斜視図

【符号の説明】

１ ワイヤ 21 砥粒 23 砥粒槽 35 遮蔽板 40 ワイヤ巻取り装置 42 タイミングベルト

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 砥粒(21)を充満してメッキ液中に浸漬し
   た砥粒槽(23)にワイヤ(1) を通過させて当該ワイヤの表
   面に砥粒(21)を電着させるワイヤソーの固定砥粒ワイヤ
   の製造装置において、砥粒槽(23)が円筒ないし円錐形で
   あり、ワイヤ(1) がその軸心に沿って挿通されており、
   砥粒槽(23)の外周に当該砥粒槽と軸心を一致させた螺旋
   状の遮蔽板(35)が軸心まわりに回転自在に装着されてお
   り、この遮蔽板(35)とワイヤ(1) の軸方向送り装置(40)
   とを連係する連係手段(42)を備えており、この連係手段
   (42)は、ワイヤ(1) が遮蔽板(35)の螺旋の１リード長さ
   送られたときに遮蔽板(35)をその軸線まわりに１回転さ
   せるものであることを特徴とする、ワイヤソーの固定砥
   粒ワイヤの製造装置。