JP5542738B2 - ワイヤ工具製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、太陽電池シリコン、半導体シリコン、磁性体、サファイヤ、ＳｉＣなどの塊状体(インゴット)あるいはその他の硬脆材料をスライス加工する際に使用されるワイヤ工具製造方法に関する。

太陽電池シリコン、半導体シリコン、磁性体、サファイヤ、ＳｉＣなどのインゴットをスライス加工する際に使用されるワイヤ工具としては、従来、砥粒を電着によって芯線の外周面に固着した電着ワイヤ工具（例えば、特許文献１〜４参照。）と、砥粒をレジンボンドによって芯線の外周面に固着したレジンワイヤ工具（例えば、特許文献５，６参照。）と、がある。

特許文献１〜４に記載された電着ワイヤ工具は、砥粒を金属で固着しているため、砥粒保持力が高く、研削体を強固に研削することができ、加工効率が高い点では優れている反面、捩れによって断線し易く、加工面の面粗さが良好でない。

一方、特許文献５，６に記載されているレジンワイヤ工具は、砥粒が弾性率の低い樹脂で固着されているため、砥粒が研削体に軟らかく接触する結果、加工面の面粗さが良好であり、柔軟性が高いので、捩れに起因する断線も少ない。しかしながら、レジンワイヤ工具の切れ味は電着ワイヤ工具に比べると悪く、切れ味の向上が求められている。そこで、従来のレジンワイヤ工具の欠点を改良するものとして、レジンボンド中に、砥粒以外のフィラー(充填剤)を添加したものが提案されている（例えば、特許文献７，８参照。）。

一方、従来のレジンワイヤ工具の製造工程においては、図７（ａ）に示すように、液状のレジン７１と、砥粒７２と、フィラー７３とを混合して形成したスラリー７４を芯線７０の外周面に塗布し、その後、熱若しくは紫外線を照射してレジン７１を硬化させることにより、砥粒７２を芯線７０に固着している。この場合、図７（ｂ）に示すように、ダイス７５と呼ばれるすり切り工具に、スラリー７１が塗布された芯線７０を通すことにより、芯線７０の外周面に固着される砥粒７２及びレジン７１の量が一定となるように調節している。

特開２００６−１８１６９８号公報 特開２００４−２７２８３号公報 特開平９−１５０３１４号公報 特開２００６−２３１４７９号公報 特開平１０−１３８１１４号公報 特開平１１−３４７９１１号公報 特許第３０７８０２０号公報 特許第４２６６９６９号公報

図７に示す方法によって製造された従来のレジンワイヤ工具の外周面においては、図８に示すように、砥粒７２を固着しているレジン７１表面と砥粒７２表面との境界ｘが砥粒７２の先端部７２ｔ（７に示すワイヤ７０の軸心７０ｃから最も離れた部分）寄りに位置しているため、砥粒７２の周囲を取り囲むレジン７１表面は、砥粒７２の先端部７２ｔに向かって滑らかに盛り上がった曲面を形成している。

即ち、砥粒７２を取り囲むレジン７１表面は、砥粒７２の先端部７２ｔから、なだらかに広がる裾野を形成している。このため、切削作業中、砥粒７２の保持力、レジン７１層の耐摩耗性、熱伝導性は良好であるが、被切削物（図示せず）に対する砥粒７２の接触領域７２ｓが狭いので、切れ味が良くない。

本発明が解決しようとする課題は、切れ味が良く、加工面の面粗さが良好であり、捩れに起因する断線も少ないワイヤ工具の製造方法を提供することにある。

本発明のワイヤ工具製造方法で製造したワイヤ工具は、砥粒及び無機物質をレジンボンドで芯線の外周面に固着したワイヤ工具において、前記無機物質の形状が、アスペクト比が１０〜１０００である鱗片形状、薄板形状若しくは円板形状のいずれかであることを特徴とする。ここで、アスペクト比とは、無機物質の長辺と短辺との比率を指し示す数値である。

このような構成とすれば、砥粒を固着しているレジンボンド表面と砥粒表面との境界が、当該砥粒の先端部（芯線の軸心から最も離れた部分）より芯線の軸心寄りの位置に形成され、砥粒がレジンボンド表面から広く露出し、鋭く屹立した状態となるため、切削加工中、被研削物に対する砥粒の接触領域が広がる結果、良好な切れ味が得られる。また、砥粒は、鍍金層より柔軟なレジンボンドによって芯線の外周面に固着されているため、加工面の面粗さが良好であり、捩れに起因する断線も少ない。

なお、前述の構成とすることにより、砥粒を固着しているレジンボンド表面と砥粒表面との境界が当該砥粒の先端部から離れた位置（芯線の軸心寄りの位置）に形成され、砥粒がレジンボンド表面から鋭く屹立した状態となる理由については不明な部分もあるが、以下のように推測している。

即ち、後述する当該ワイヤ工具の製造工程において、無機物質が塗布された芯線がダイスを通過するとき、無機物質に大きなせん断力が加わるが、アスペクト比が小さな従来のフィラーの場合、せん断力によってフィラーの姿勢は変化しないが、本発明の場合、砥粒の周囲の裾野部分に位置するレジンボンド中に存在する高アスペクトの無機物質の姿勢が、せん断力を受けることによって変化し、無機物質の長手方向が芯線の走行方向を向くように並ぶ結果、裾野部分のレジンボンドが砥粒の周囲になだらかに盛り上がることがなくなり、レジンボンド表面から砥粒が広く露出し、屹立した状態になるのではないかと推測される。

ここで、前記無機物質がリン酸水素化合物、酸化ケイ素若しくはケイ酸塩化合物のいずれか１以上であって、前記無機物質が前記レジンボンド中に内包されていることが望ましい。これらの物質は、アスペクト比が１０〜１０００である鱗片形状、薄板形状若しくは円板形状を形成し易いので、レジンボンド中への添加物として好適であり、硬化後のレジンボンドの硬度が増加するという効果も得られる。

また、前記無機物質が前記レジンボンド中に内包されていることにより、砥粒の裾野部分のレジンボンドが砥粒の表面に沿って盛り上がるのを抑制する作用が高まるので、砥粒がレジンボンド表面から鋭く屹立した状態を得る上で有効である。

一方、前記無機物質の平均粒子径が０．１〜２０μmであり、前記レジンボンド中の前記無機物質の含有率が５％〜２０％（体積比）であることが望ましい。このような構成とすれば、前述と同様、砥粒がレジンボンド表面から鋭く屹立した状態を形成する上で有効である。なお、前記平均粒子径はレーザ散乱法（粒子群にレーザ光を照射し、そこから発せられる回折・散乱光の強度分布パターンから計算によって粒度分布を求める方法）に基づいて測定したものである。

次に、本発明のワイヤ工具製造方法は、紫外線硬化樹脂、熱硬化性樹脂若しくは嫌気性硬化樹脂と、砥粒と、アスペクト比が１０〜１０００である鱗片形状、薄板形状若しくは円板形状のいずれかである無機物質とを混ぜ合わせて形成したスラリーを芯線の外周面に塗布する工程と、前記スラリーが塗布された前記芯線をダイスに通す工程と、前記樹脂を硬化させる工程と、を備え、前記ダイス温度を３０〜１００℃に保持することを特徴とする。

このような構成とすれば、砥粒を固着しているレジンボンド表面と砥粒表面との境界が当該砥粒の先端部から離れた位置（芯線の軸心寄りの位置）に形成され、砥粒がレジンボンド表面から鋭く屹立した状態となるため、切れ味が良く、加工面の面粗さが良好であり、捩れに起因する断線も少ないワイヤ工具を得ることができる。

また、前記ダイス温度を３０〜１００℃に保持すれば、レジンボンド中に存在する高アスペクトの無機物質の長手方向が、せん断力を受けることによって効率良く芯線の走行方向を向くように並ぶ作用（整列作用）が高まるので、裾野部分のレジンボンドが砥粒の周囲になだらかに盛り上がらず、レジンボンド表面から砥粒が鋭く屹立した状態を得る上で有効である。

本発明により、切れ味が良く、加工面の面粗さが良好であり、捩れに起因する断線も少ないワイヤ工具の製造方法を提供することができる。

本発明の実施形態であるワイヤ工具製造方法で製造したワイヤ工具の一部を示す断面図である。 図１の一部拡大図である。 図１に示すワイヤ工具の製造設備を示す図である。 図１に示すワイヤ工具の製造工程において芯線にスラリーが塗布された状態を示す部分断面図である。 図４に示すスラリーが塗布された芯線がダイスを通過している状態を砥粒を省略して示す部分断面図である。 図３に示す製造工程によって製造されたワイヤ工具の一部を示す断面図である。 従来のワイヤ工具の製造工程の一部を示す図である。 従来のワイヤ工具の一部を示す断面図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態について説明する。図１，図２に示すように、本実施形態のワイヤ工具製造方法で製造したワイヤ工具１０は、砥粒１２及び無機物質１３をレジンボンド１４で芯線１１の外周面に固着したものであり、無機物質１３の材質はシリカ（酸化ケイ素）であり、その形状は、アスペクト比が約３００の鱗片形状をなしている。全ての無機物質１３はレジンボンド１４中に内包されている。無機物質１３の平均粒子径は５μｍであり、レジンボンド１４中の無機物質１３の含有率は１２％（体積比）である。砥粒１２はダイヤモンド砥粒であり、芯線１１はピアノ線を用いている。

図２に示すように、ワイヤ工具１０においては、砥粒１２を固着しているレジンボンド１４の表面１４ａと砥粒１２の表面１２ａとの境界Ｘが、当該砥粒１２の先端部１２ｔ（芯線１１の軸心１１ｃから最も離れた部分）が芯線１１の軸心１１ｃ寄りの位置に形成され、全ての砥粒１２がレジンボンド１４の表面１４ａから広く露出し、鋭く屹立した状態となっている。このため、切削加工中、被研削物（図示せず）に対する砥粒１２の接触領域１２ｓ（砥粒１２の先端部１２ｔと境界Ｘとの距離）を広く確保することができる結果、良好な切れ味が得られる。また、砥粒１２は、鍍金層より柔軟なレジンボンド１４によって芯線１１の外周面に固着されているため、加工面の面粗さが良好であり、捩れに起因する断線も少ない。

次に、図３〜図６に基づいて、本発明の実施形態であるワイヤ工具１０の製造方法について説明する。図３に示すように、ワイヤ工具１０の製造設備７は、レジンボンドの原材料である熱硬化性樹脂と砥粒（図示せず）と無機物質（図示せず）とを混ぜ合わせて形成したスラリー２が収容されたディップ槽１と、スラリー２が塗布された芯線１１が通過するダイス３と、ダイス６を所定温度（例えば、本実施形態では６０℃程度）に加熱するためのヒータ６と、芯線１１に塗布されたスラリー２を加熱硬化させるための焼成炉４と、を備えている。

図３に示すように、連続的に供給される芯線１１は、ディップ槽１内のスラリー２中を通過することによって、その外周面にスラリー２が塗布され、図４に示すような状態となる。ディップ槽１を通過してスラリー２が塗布された芯線１１は、この後、ディップ槽１より下流側（芯線１１の移動方向の下流側）において一定温度に加熱されているダイス３を通過することにより、図５に示すように、芯線１１の外周面に固着される砥粒１２及びレジンボンド１４の量が一定となるように調節される。

スラリー２が塗布された芯線１１がダイス３を通過するとき、ダイス３とスラリー２との間に生じる摩擦力により、スラリー２中の無機物質１３に大きなせん断力が加わるが、図５に示すように、アスペトク比の大きな無機物質１３の姿勢が、前記せん断力を受けることによって変化し、無機物質１３の長手方向が芯線１１の走行方向Ｙを向いて並んだ状態となる。この結果、図６に示すように、砥粒１２の裾野部分のレジンボンド１４の表面１４ａは、砥粒１２の周囲になだらかに盛り上がることなく、芯線１１の軸心１１ｃ方向（図１参照）と平行に近い形状となるので、レジンボンド１４の表面１４ａから砥粒１２が広く露出し、屹立した状態となり、この後、焼成炉４を通過すると、スラリー２中の熱硬化樹脂が硬化し、砥粒１２及び無機物質１３が図６に示す状態で芯線１１の外周面に固着されたワイヤ工具１０が完成する。

ワイヤ工具１０においては、図６に示すように、切削加工中、被研削物（図示せず）に対する砥粒１２の接触領域１２ｓ（砥粒１２の先端部１２ｔと境界Ｘとの距離）を広く確保することができるので、良好な切れ味が得られる。また、砥粒１２は、鍍金層より柔軟なレジンボンド１４によって芯線１１の外周面に固着されているため、加工面の面粗さが良好であり、捩れに起因する断線も少ない。

以下、本発明に係るワイヤ工具の実施例について説明する。本実施例のワイヤ工具は、ダイヤモンド砥粒及び鱗片形状でアスペクト比が平均３００（１０００以下）の無機物質がレジンボンドで芯線（φ１５０μｍ）の外周面に固着されている。比較例のワイヤ工具は、ダイヤモンド砥粒及び粉体形状でアスペクト比が平均１．１（１０以下）の無機物質がレジンボンドで芯線（φ１５０μｍ）の外周面に固着されている。これらのワイヤ工具について、以下の条件で切断試験を行ったところ、表１に示すような結果が得られた。
切断装置 ダイヤモンドワイヤテクノロジー社：モデルＣＳ４００
被研削材 単結晶シリコン □７５ ７５ｍｍ切り込み
ワイヤスピード ２５０ｍ／ｍｉｎ
切り込み速度 １．５ｍｍ／ｍｉｎ
ワイヤテンション １５Ｎ

表１を見ると、比較例のワイヤ工具の切断量が４０．０ｍｍであるのに対し、実施例のワイヤ工具の切断量は５２．０ｍｍであり、実施例のワイヤ工具の方が、切れ味が良いことが分かる。

本発明に係るワイヤ工具製造方法で製造したワイヤ工具は、太陽電池シリコン、半導体シリコン、磁性体、サファイヤ、ＳｉＣなどのインゴットあるいはその他の硬脆材料をスライス加工する際の工具として広く利用することができる。

１ ディップ槽
２ スラリー
３ ダイス
４ 焼成炉
６ ヒータ
７ 製造設備
１０ ワイヤ工具
１１ 芯線
１１ｃ 軸心
１２ 無機物質
１２ａ，１４ａ 表面
１２ｓ 接触領域
１２ｔ 先端部
１３ 無機物質
１４ レジンボンド
Ｘ 境界
Ｙ 走行方向

Claims (1)

1. 紫外線硬化樹脂、熱硬化性樹脂若しくは嫌気性硬化樹脂と、砥粒と、アスペクト比が１０〜１０００である鱗片形状、薄板形状若しくは円板形状のいずれかである無機物質とを混ぜ合わせて形成したスラリーを芯線の外周面に塗布する工程と、前記スラリーが塗布された前記芯線をダイスに通す工程と、前記樹脂を硬化させる工程と、を備え、前記ダイス温度を３０〜１００℃に保持することを特徴とするワイヤ工具製造方法。

Images