KR101403078B1 - 수지 피복 쏘 와이어의 설계 방법 - Google Patents
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Abstract
강선의 표면에 수지를 피복한 수지 피복 쏘 와이어를 사용하여 작업물을 절단하였을 때에, 가공 변질층 깊이가 얕고, 평활한 표면의 절단체가 얻어지는 수지 피복 쏘 와이어의 설계 방법을 제공한다. (1) 소정의 경도의 수지로 강선을 피복하고, (2) 얻어진 수지 피복 쏘 와이어에 의해 작업물을 절단하고, (3) 작업물의 절단면에 있어서의 가공 변질층 깊이를 조사하고, (4) 가공 변질층 깊이의 합격 여부를 확인하고, (5) 불합격인 경우는, 보다 단단하게 한 수지로 강선을 피복하고, 상기 (2) 내지 (4)를 반복함으로써 작업물의 절단면에 있어서의 가공 변질층 깊이가 합격으로 되도록 수지의 경도를 조절한다.
Description
본 발명은, 쏘 머신에 의해 실리콘이나 세라믹스 등의 작업물을 절단할 때에 사용하는 쏘 와이어에 관한 것으로, 상세하게는, 강선의 표면에 수지를 피복한 수지 피복 쏘 와이어를 설계하는 방법에 관한 것이다.
실리콘이나 세라믹스 등의 작업물은, 쏘 와이어가 장착된 쏘 머신에 의해 절단된다. 쏘 와이어는, 일방향 또는 쌍방향(왕복 방향)으로 주행하고 있고, 이 쏘 와이어에 작업물을 접촉시킴으로써 작업물을 임의의 폭으로 슬라이스할 수 있다.
작업물의 절단시에는, 쏘 와이어에 지립[이하, 유리 지립(流離砥粒)이라 하는 경우가 있음]을 포함하는 슬러리를 분사하면서 작업물을 절단하는 방법(종래 방법 1)이나, 베이스 와이어의 표면에 지립을 부착 고정한 고정 지립이 부착된 쏘 와이어를 사용하여 작업물을 절단하는 방법(종래 방법 2)이 알려져 있다. 전자의 방법에서는, 분사한 슬러리에 포함되는 유리 지립이, 작업물과 쏘 와이어 사이에 인입되어, 쏘 와이어와 작업물의 마모가 촉진됨으로써 작업물의 연삭 가공이 촉진되어, 작업물이 절단된다. 한편, 후자의 방법에서는, 표면에 고정된 지립에 의해 작업물의 마모가 촉진됨으로써 작업물의 연삭 가공이 촉진되어, 작업물이 절단된다.
또한, 특허문헌 1에는, 고탄소강 등의 강선의 외주면을 지립 캐리어 수지 피막으로 피복한 와이어를 사용하여, 유리 지립을 포함하는 용액을 매립시키면서 작업물을 절단하는 방법(종래 방법 3)이 개시되어 있다.
그런데, 실리콘을 쏘 와이어에 의해 절단한 절단체는, 예를 들어 태양 전지가 기판으로서 사용된다. 그런데, 절단체의 절단면에는, 절단시에 가공 변질층(손상층이라 불리는 경우도 있음)이 형성된다. 이 가공 변질층이 남은 상태에서는, 기판에 대한 접합 품질이 나빠져, 태양 전지로서의 특성이 충분히 얻어지지 않는 것이 지적되고 있어(특허문헌 2), 이 가공 변질층은 제거할 필요가 있다.
도 1은 상기 종래 방법 1과 같이 쏘 와이어로서 강선을 사용하고, 강선에 유리 지립을 분사하여, 지립을 인입시키면서 절단할 때의 모습을 도시하고 있다. 본 발명자들의 연구에 따르면, 이 방법에서는, 작업물에 대해 강선이 절입하는 방향으로 지립이 인입되는 동시에, 강선과 작업물의 절단면(작업물 벽면) 사이에 지립이 인입되므로, 작업물의 절단면에도 연삭 가공이 실시되어, 가공 변질층이 형성되는 것을 알 수 있었다. 또한, 절단면의 표면 거칠기도 거칠어지는 것이 판명되었다.
도 2는 상기 종래 방법 2, 3과 같이, 쏘 와이어의 표면에 고정 지립을 고정하거나, 또는 지립을 매립시키면서 작업물을 절단할 때의 모습을 도시하고 있다. 본 발명자들의 연구에 따르면, 이들 방법에서도, 상기 도 1과 마찬가지로, 작업물의 절단면(작업물의 벽면)에 대해서도 연삭 가공이 실시되므로 가공 변질층이 깊게 형성된다.
상기 도 1, 도 2에 도시하는 바와 같이, 종래 방법에서는, 절단체의 절단면에는 가공 변질층이 형성되므로, 상기 특허문헌 2에 지적되어 있는 바와 같이, 하류측의 공정에서, 이 가공 변질층을 제거할 필요가 있다. 이 가공 변질층 제거 공정을 생략할 수 있으면, 절단체의 수율 및 생산성을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 절단면은, 가공 변질층이 형성되는 것 외에, 절단시에 사용되는 지립에 의해 요철이 형성되어 거칠어진다. 그러나 절단체의 표면은, 통상, 평활한 것이 요구되므로, 하류측의 공정에서 에칭이 실시된다. 이 에칭 공정을 생략할 수 있으면, 절단체의 생산성을 향상시킬 수 있다.
본 발명은, 이러한 상황에 비추어 이루어진 것이며, 그 목적은, 강선의 표면에 수지를 피복한 수지 피복 쏘 와이어를 사용하여 작업물을 절단하였을 때에, 가공 변질층 깊이가 얕고, 평활한 표면의 절단체가 얻어지는 수지 피복 쏘 와이어의 설계 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명은 이하의 형태를 포함한다.
[1] 소정의 경도의 수지로 강선을 피복하여, 수지 피복 쏘 와이어를 얻는 공정을 포함하는, 수지 피복 쏘 와이어의 설계 방법이며,
하기 (1) 내지 (4)를 반복함으로써 작업물의 절단면에 있어서의 가공 변질층 깊이가 합격으로 되도록 수지의 경도를 조절하는 수지 피복 쏘 와이어의 설계 방법.
(1) 얻어진 수지 피복 쏘 와이어에 의해 작업물을 절단한다.
(2) 작업물의 절단면에 있어서의 가공 변질층 깊이를 조사한다.
(3) 가공 변질층 깊이의 합격 여부를 확인한다.
(4) 불합격인 경우는, 보다 단단하게 한 수지로 강선을 피복한다.
또한, 상기 합격 여부의 기준으로서는, 본 발명의 효과를 얻을 수 있는 가공 변질층 깊이이면 되고, 예를 들어 후술하는 바와 같이 가공 변질층 깊이 5㎛ 이하를 합격의 기준으로서 들 수 있다.
[2] 상기 가공 변질층 깊이가 5㎛보다도 깊은 경우는, 보다 단단하게 한 수지로 강선을 피복하는 [1]에 기재된 수지 피복 쏘 와이어의 설계 방법.
[3] 소정의 경도의 수지로 강선을 피복하여, 수지 피복 쏘 와이어를 얻는 공정을 포함하는, 수지 피복 쏘 와이어의 설계 방법이며,
하기 (1) 내지 (4)를 반복함으로써 작업물의 절단면에 있어서의 표면 거칠기가 합격으로 되도록 수지의 경도를 조절하는 수지 피복 쏘 와이어의 설계 방법.
(1) 얻어진 수지 피복 쏘 와이어에 의해 작업물을 절단한다.
(2) 작업물의 절단면에 있어서의 표면 거칠기를 조사한다.
(3) 표면 거칠기의 합격 여부를 확인한다.
(4) 불합격인 경우는, 보다 단단하게 한 수지로 강선을 피복한다.
또한, 상기 합격 여부의 기준으로서는, 본 발명의 효과를 얻을 수 있는 표면 거칠기이면 되고, 예를 들어 후술하는 바와 같이 표면 거칠기 0.5㎛ 이하를 합격의 기준으로서 들 수 있다.
[4] 상기 표면 거칠기가 0.5㎛보다도 거친 경우는, 보다 단단하게 한 수지로 강선을 피복하는 [3]에 기재된 수지 피복 쏘 와이어의 설계 방법.
[5] 상기 수지의 막 두께가 2 내지 15㎛인 [1] 내지 [4] 중 어느 하나에 기재된 수지 피복 쏘 와이어의 설계 방법.
[6] 상기 강선의 선 직경이 130㎛ 이하인 [1] 내지 [5]중 어느 하나에 기재된 수지 피복 쏘 와이어의 설계 방법.
[7] 수지 피복 쏘 와이어에 의해 작업물을 절단하여 절단체를 제조하는 방법이며, 경도를 조절한 수지로 강선을 피복한 수지 피복 쏘 와이어에 지립을 분사하는 공정 및 절단면과 수지 피복 쏘 와이어 사이에의 지립의 인입을 상기 수지에 의해 억제하면서, 상기 작업물에 대해 상기 피복 쏘 와이어가 절입하는 방향으로는, 지립을 인입함으로써 작업물을 절단하는 공정을 포함하는 절단체의 제조 방법.
[8] 상기 작업물의 절단면에 있어서의 가공 변질층 깊이가 5㎛ 이하로 되도록 절단하는 [7]에 기재된 절단체의 제조 방법.
[9] 상기 작업물의 절단면에 있어서의 표면 거칠기가 0.5㎛ 이하로 되도록 절단하는 [7]에 기재된 절단체의 제조 방법.
[10] 상기 작업물의 절단 손실이, 수지 피복 쏘 와이어의 선 직경에 대해 1 내지 1.1배로 되도록 절단하는 [7] 내지 [9] 중 어느 하나에 기재된 절단체의 제조 방법.
[11] 상기 지립으로서, 다이아몬드 지립을 분사하여 절단하는 [7] 내지 [10] 중 어느 하나에 기재된 절단체의 제조 방법.
[12] 상기 수지로서, 120℃에서의 경도가 0.07㎬ 이상인 것을 사용하는 [7] 내지 [11] 중 어느 하나에 기재의 절단체의 제조 방법.
[13] [7] 내지 [12] 중 어느 하나에 기재된 방법에 의해 제조된 절단체.
[14] [7] 내지 [12] 중 어느 하나에 기재된 제조 방법에 사용되는 수지 피복 쏘 와이어.
본 발명에 따르면, 쏘 와이어의 표면을 수지로 피복하는 동시에, 그 경도를 조절하고 있다. 그로 인해, 지립을 인입하여 절단하면서, 절단면과 수지 피복 쏘 와이어 사이에의 지립의 인입은 수지에 의해 억제할 수 있다. 따라서, 절단체 표면에 있어서의 가공 변질층의 형성을 억제할 수 있다. 또한, 이 수지 피복 쏘 와이어를 사용하여 작업물을 절단하면, 평활한 표면을 갖는 절단체를 제조할 수 있다. 따라서, 하류측의 공정에서, 가공 변질층을 제거하거나, 표면을 평활하게 하기 위한 에칭 공정을 생략할 수 있어, 절단체의 생산성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 수지 피복 쏘 와이어를 사용하면, 절단면과 수지 피복 쏘 와이어 사이에의 지립의 인입이 억제되므로, 절단 손실을 작게 할 수 있어, 절단체의 생산성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 강선에 의해 작업물을 절단하고 있을 때의 모습을 도시하는 모식도이다.
도 2는 고정 지립이 부착된 강선에 의해 작업물을 절단하고 있을 때의 모습을 도시하는 모식도이다.
도 3은 수지 피복 쏘 와이어에 의해 작업물을 절단하고 있을 때의 모습을 도시하는 모식도이다.
도 4는 표 2의 No.32에 있어서의 작업물 절단 후의 수지 피복 쏘 와이어(비교예)의 표면을 촬영한 도면 대용 사진이다.
도 5의 (a) 및 도 5의 (b)는 가공 변질층 깊이를 측정하는 수순을 설명하기 위한 단면도이다.
도 6은 표 2의 No.25에 있어서의 작업물의 절단면을 광학 현미경으로 촬영한 도면 대용 사진이다.
도 7은 표 2의 No.27에 있어서의 작업물의 절단면을 광학 현미경으로 촬영한 도면 대용 사진이다.
도 8은 표 2의 No.32에 있어서의 작업물의 절단면을 광학 현미경으로 촬영한 도면 대용 사진이다.
도 9는 표 2의 No.33에 있어서의 작업물의 절단면을 광학 현미경으로 촬영한 도면 대용 사진이다.
도 10은 표 2의 No.35에 있어서의 작업물의 절단면을 광학 현미경으로 촬영한 도면 대용 사진이다.
도 11은 표 2의 No.37에 있어서의 작업물의 절단면을 광학 현미경으로 촬영한 도면 대용 사진이다.
도 12는 120℃에서 측정한 수지의 경도와, 수지 표면에 파고든 지립의 개수의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 13은 120℃에서 측정한 수지의 경도와, 절단면에 형성된 가공 변질층의 깊이의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 2는 고정 지립이 부착된 강선에 의해 작업물을 절단하고 있을 때의 모습을 도시하는 모식도이다.
도 3은 수지 피복 쏘 와이어에 의해 작업물을 절단하고 있을 때의 모습을 도시하는 모식도이다.
도 4는 표 2의 No.32에 있어서의 작업물 절단 후의 수지 피복 쏘 와이어(비교예)의 표면을 촬영한 도면 대용 사진이다.
도 5의 (a) 및 도 5의 (b)는 가공 변질층 깊이를 측정하는 수순을 설명하기 위한 단면도이다.
도 6은 표 2의 No.25에 있어서의 작업물의 절단면을 광학 현미경으로 촬영한 도면 대용 사진이다.
도 7은 표 2의 No.27에 있어서의 작업물의 절단면을 광학 현미경으로 촬영한 도면 대용 사진이다.
도 8은 표 2의 No.32에 있어서의 작업물의 절단면을 광학 현미경으로 촬영한 도면 대용 사진이다.
도 9는 표 2의 No.33에 있어서의 작업물의 절단면을 광학 현미경으로 촬영한 도면 대용 사진이다.
도 10은 표 2의 No.35에 있어서의 작업물의 절단면을 광학 현미경으로 촬영한 도면 대용 사진이다.
도 11은 표 2의 No.37에 있어서의 작업물의 절단면을 광학 현미경으로 촬영한 도면 대용 사진이다.
도 12는 120℃에서 측정한 수지의 경도와, 수지 표면에 파고든 지립의 개수의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 13은 120℃에서 측정한 수지의 경도와, 절단면에 형성된 가공 변질층의 깊이의 관계를 나타내는 그래프이다.
상기 도 1, 도 2에 도시하는 바와 같이, 쏘 와이어로서 강선 또는 고정 지립이 부착된 강선을 사용하여, 쏘 와이어에 지립을 분사하면서 작업물을 절단하면, 작업물의 절단면에는 가공 변질층이 깊게 형성되어, 절단면의 표면 거칠기는 거칠어진다.
이에 대해, 수지 피복 쏘 와이어를 사용하면, 가공 변질층을 얕게 할 수 있어, 표면을 평활하게 할 수 있다. 수지 피복 쏘 와이어를 사용하여 작업물을 절단할 때의 모습을 도 3을 사용하여 설명한다. 도 3에 도시하는 바와 같이, 본 발명의 수지 피복 쏘 와이어에는, 표면에 수지가 형성되어 있고, 작업물 절단시에는, 표면의 수지가 절단면에 밀착됨으로써 쏘 와이어와 작업물 절단면 사이에 지립이 인입되는 것을 방지할 수 있다. 그로 인해, 절단면에는 가공 변질층이 형성되기 어려워, 절단면의 표면은 평활해지기 쉬워진다.
그런데, 강선의 표면에 피복한 수지가 연하면, 상기 종래 방법 3과 같이, 지립이 수지에 파고들어, 상기 도 2와 같이, 수지 피복 쏘 와이어와 작업물 사이에 지립이 개재되어 절단면에 가공 변질층이 형성된다.
따라서 본 발명자들은, 강선의 표면에 피복하는 수지의 경도를 적절하게 조절함으로써 지립이 수지 표면에 파고드는 것을 방지하여, 수지 피복 쏘 와이어에 의해 작업물을 절단하였을 때에, 절단면에 형성되는 가공 변질층 깊이가 얕아, 절단면의 표면 거칠기를 작게 할 수 있는 것을 발견하고, 본 발명을 완성하였다. 구체적으로는, 소정의 경도의 수지로 강선을 피복하여, 수지 피복 쏘 와이어를 얻는 공정을 포함하는, 수지 피복 쏘 와이어의 설계 방법이며, 하기 (1) 내지 (4)를 반복함으로써 작업물의 절단면에 있어서의 표면 성상(가공 변질층 깊이, 표면 거칠기 등)이 합격으로 되도록 수지의 경도를 조절하는 수지 피복 쏘 와이어의 설계 방법으로 하면 좋다.
(1) 얻어진 수지 피복 쏘 와이어에 의해 작업물을 절단한다.
(2) 작업물의 절단면에 있어서의 표면 성상(가공 변질층 깊이, 표면 거칠기)을 조사한다.
(3) 표면 성상의 합격 여부를 확인한다.
(4) 불합격인 경우는, 보다 단단하게 한 수지로 강선을 피복한다.
수지 피복 쏘 와이어에 의해 절단한 작업물에 대해, 절단면의 표면 성상을 조사하고, 그 특성이 불합격인 경우는, 보다 단단한 수지를 강선의 표면에 피복하여 수지 피복 쏘 와이어를 제조하도록 수지를 설계하면, 절단면의 표면 성상을 양호하게 할 수 있다.
적절한 표면 경도로 조절한 수지 피복 쏘 와이어를 사용하여, 상기 쏘 와이어에 지립을 분사하면서 수지 피복 쏘 와이어에 의해 작업물을 절단하면, 도 3에 도시하는 바와 같이, 작업물에 대해 수지 피복 쏘 와이어가 절입하는 방향으로는, 지립이 인입되지만, 절단면과 수지 피복 쏘 와이어 사이에의 지립의 인입은 수지에 의해 억제되므로, 작업물의 절단면에는 가공 변질층은 거의 형성되지 않아, 절단면은 평활해진다.
표면 성상 중, 가공 변질층 깊이가 5㎛ 이하(바람직하게는 4㎛ 이하, 보다 바람직하게는 3㎛ 이하)이거나, 표면 거칠기[산술 평균 거칠기(Ra)]가 0.5㎛ 이하(바람직하게는 0.4㎛ 이하, 보다 바람직하게는 0.3㎛ 이하)로 되도록 수지 피복 쏘 와이어를 설계하는 것이 권장된다. 상기한 바와 같이 설계된 수지 피복 쏘 와이어에 의해 절단한 절단체는, 예를 들어 태양 전지용의 소재로서 적절하게 사용할 수 있다.
가공 변질층 깊이는, 절단면을 에칭하고, 작업물 절단시에 도입된 전이 에치 피트 깊이를 측정하면 된다.
표면 거칠기는, 가부시끼가이샤 미쯔도요제 「CS-3200(장치명)」에 의해 산술 평균 거칠기(Ra)를 측정하면 된다.
다음에, 본 발명에서 적절하게 사용할 수 있는 수지 피복 쏘 와이어에 대해 설명한다.
본 발명에서 사용하는 수지 피복 쏘 와이어는, 강선의 표면에, 상기 지침에 따라서 설계된 수지를 피복한 것이다.
상기 강선으로서는, 인장 강도가 3000㎫ 이상인 강선을 사용하는 것이 바람직하다. 인장 강도가 3000㎫ 이상인 강선으로서는, 예를 들어 C를 0.5 내지 1.2％ 함유하는 고탄소강선을 사용할 수 있다. 고탄소강선으로서는, 예를 들어 JIS G3502에 규정되어 있는 피아노선재를 사용할 수 있다. 또한, 상기 강선의 인장 강도의 상한으로서는, 연성이 없어져 봉비 등의 이상시에 단선되기 쉬워질 우려가 있는 것을 고려하여, 5000㎫로 하는 것이 바람직하다.
상기 강선의 직경은, 절단시에 부여되는 하중을 견딜 수 있는 범위에서 가능한 한 작게 하는 것이 좋고, 예를 들어 130㎛ 이하, 바람직하게는 110㎛ 이하, 보다 바람직하게는 100㎛ 이하이다. 강선의 직경을 작게 함으로써, 절단 손실을 작게 할 수 있어, 절단체의 생산성을 향상시킬 수 있다. 또한, 강선의 직경은 60㎛ 이상으로 하는 것이 바람직하다.
상기 수지로서는, 열경화성 수지 또는 열가소성 수지를 사용할 수 있고, 이러한 수지 중에서도 페놀 수지, 아미드계 수지, 이미드계 수지, 폴리아미드이미드, 에폭시 수지, 폴리우레탄, 포르말, ABS 수지, 염화비닐, 폴리에스테르 등을 적절하게 사용할 수 있다. 특히, 폴리아미드이미드, 폴리우레탄, 또는 폴리에스테르를 적절하게 사용할 수 있다.
상기 수지는, 상기 강선의 표면에, 시판되고 있는 바니시를 도포하고, 이것을 가열함으로써 형성할 수 있다.
상기 바니시로서는, 도오또꾸 도오료오(東特塗料) 가부시끼가이샤로부터 시판되고 있는 에나멜선용 바니시나 교세라 케미컬 가부시끼가이샤로부터 시판되고 있는 전선용 바니시 등을 사용할 수 있다.
상기 에나멜선용 바니시로서는, 예를 들어 다음의 것을 사용할 수 있다.
(a) 폴리우레탄 바니시(「TPU F1」,「TPU F2-NC」,「TPU F2-NCA」,「TPU 6200」,「TPU 5100」,「TPU 5200」,「TPU 5700」,「TPU K5 132」,「TPU 3000K」,「TPU3000EA」등 ; 도오또꾸 도오료오 가부시끼가이샤제의 상품.)
(b) 폴리에스테르 바니시(「LITON 2100S」,「LITON 2100P」,「LITON 3100F」,「LITON 3200BF」,「LITON 3300」,「LITON 3300KF」,「LITON 3500SLD」,「Neoheat 8200K2」등 ; 도오또꾸 도오료오 가부시끼가이샤제의 상품.)
(c) 폴리아미드이미드 바니시(「Neoheat AI-00C」등 ; 도오또꾸 도오료오 가부시끼가이샤제의 상품.)
(d) 폴리에스테르이미드 바니시(「Neoheat 8600A」,「Neoheat 8600AY」,「Neoheat 8600」,「Neaheat 8600H3」,「Neoheat 8625」,「Neoheat 8600E2」등 ; 도오또꾸 도오료오 가부시끼가이샤제의 상품.)
상기 전선용 바니시로서는, 예를 들어 내열 우레탄 구리선용 바니시(「TVE5160-27」 등, 에폭시 변성 포르말 수지), 포르말 구리선용 바니시(「TVE5225A」 등, 폴리비닐포르말 수지), 내열 포르말 구리선용 바니시(「TVE5230-27」 등, 에폭시 변성 포르말 수지), 폴리에스테르 구리선용 바니시(「TVE5350 시리즈」, 폴리에스테르 수지) 등(모두 교세라 케미컬 가부시끼가이샤제의 상품.)을 사용할 수 있다.
상기 강선의 표면에 상기 바니시를 도포한 후에는, 예를 들어 250℃ 이상(바람직하게는 300℃ 이상)에서 열경화시켜 강선의 표면을 수지로 피복하면 좋다. 또한, 상기 열경화의 상한으로서는, 강선의 강도가 저하되기 시작할 우려가 있는 것을 고려하여, 400℃로 하는 것이 바람직하다. 상기 수지의 경도는, 예를 들어 피복할 수지의 종류를 바꾸거나, 수지를 형성할 때의 가열 온도를 바꿈으로써 조정할 수 있다.
상기 수지로서는, 120℃에서 측정하였을 때의 경도가 0.07㎬ 이상인 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 즉, 수지 피복 쏘 와이어에 의해 작업물을 절단할 때에는, 와이어를 예를 들어 선속 500m/분으로 움직이게 하여, 와이어와 지립 또는 와이어와 작업물이 접촉하면서 작업물이 절단된다. 그로 인해, 와이어의 표면은, 마찰열에 의한 온도 상승이 발생하여, 100℃를 초과할 것이라 생각된다. 따라서, 상기 수지의 경도를, 100℃ 이하(예를 들어, 실온)에서 측정하였을 때의 경도에 기초하여 조절하면, 실제의 작업물 절단시에 발생하는 마찰열에 견딜 수 없어, 수지가 연화되는 경우가 있다. 수지가 연화되면, 지립이 수지에 파고들어가기 쉬워지므로, 가공 변질층의 깊이가 커, 표면이 거칠어지는 경우가 있다.
따라서, 상기 수지의 경도는, 작업물 절단시에 마찰열이 발생해도 연화되지 않도록, 100℃를 초과하는 온도(예를 들어, 120℃)에서 측정하였을 때의 경도에 기초하여 조절하는 것이 권장된다. 구체적으로는, 상기 수지로서, 120℃에서 측정하였을 때의 경도가 0.07㎬ 이상인 수지를 사용하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.1㎬ 이상인 수지를 사용하는 것이 좋다. 120℃에서 측정하였을 때의 경도가 0.07㎬ 이상인 수지를 사용함으로써, 수지 표면에 파고들어가는 지립의 개수를, 20개/(50㎛×200㎛) 이하로 억제할 수 있어, 절단체에 형성되는 가공 변질층의 깊이를 작게, 또한 절단체 표면을 평활하게 할 수 있다. 또한, 수지의 경도는, 단단하면 단단할수록 좋고, 그 상한은 특별히 설정되지 않는다.
상기 수지의 경도는, 예를 들어 나노 인덴테이션법으로 측정할 수 있다.
상기 수지의 막 두께는, 예를 들어 2 내지 15㎛로 하면 좋다. 수지가 지나치게 얇으면, 강선의 표면에 수지를 균일하게 형성하는 것이 곤란해질 우려가 있다. 또한, 수지가 지나치게 얇으면 절단 초기의 단계에서 수지가 마멸되므로, 소선(강선)이 노출되어, 소선이 마모되어 단선되기 쉬워질 우려가 있다. 따라서, 수지의 막 두께는, 바람직하게는 2㎛ 이상, 보다 바람직하게는 3㎛ 이상, 특히 바람직하게는 4㎛ 이상으로 한다. 그러나 수지가 지나치게 두꺼우면, 수지 피복 쏘 와이어의 직경이 커지므로, 절단 손실이 커져, 생산성이 열화될 우려가 있다. 또한, 수지 피복 쏘 와이어 전체에 차지하는 수지의 비율이 지나치게 커지므로, 수지 피복 쏘 와이어 전체의 강도가 저하될 우려가 있다. 그로 인해, 생산성을 높이려고 하여 와이어의 선속을 크게 하면 단선되기 쉬워지는 경향이 있다. 따라서, 수지의 막 두께는 바람직하게는 15㎛ 이하, 보다 바람직하게는 13㎛ 이하, 특히 바람직하게는 10㎛ 이하로 한다. 또한, 상기 수지의 막 두께의 상한과 하한을 임의로 조합하여 상기 수지의 막 두께의 범위로 할 수도 있다.
상기 수지 피복 쏘 와이어의 직경(선 직경)은 특별히 한정되지 않지만, 통상, 100 내지 300㎛ 정도(바람직하게는 100 내지 150㎛)이다.
상기 수지 피복 쏘 와이어에서 절단 대상으로 하는 작업물로서는, 예를 들어 실리콘, 세라믹스, 수정, 반도체 부재, 자성체 재료 등을 사용할 수 있다.
다음에, 상기 수지 피복 쏘 와이어를 사용하여 작업물을 절단하여 절단체를 제조할 때의 조건에 대해 설명한다.
상기 피복 쏘 와이어에 의해 작업물을 절단할 때에는, 쏘 와이어에 지립을 분사하고 나서 작업물을 절단한다. 이 지립으로서는, 예를 들어 탄화규소 지립(SiC 지립)이나 다이아몬드 지립 등을 사용할 수 있다. 특히, 절단면을 평활하게 하기 위해서는, 다이아몬드 지립을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 다이아몬드 지립으로서는, 예를 들어 스미이시 마테리알즈 가부시끼가이샤제의 「SCM 파인다이아(상품명)」를 사용할 수 있다. 다이아몬드 지립으로서는, 다결정 타입 또는 단결정 타입을 사용할 수 있지만, 단결정 타입을 사용하는 것이 바람직하다. 단결정 타입은 절삭시에 파괴되기 어렵기 때문이다.
상기 지립의 평균 입경은 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 2 내지 15㎛(바람직하게는 4 내지 10㎛, 보다 바람직하게는 4 내지 7㎛)이면 좋다.
상기 지립의 평균 입경은, 예를 들어 니끼소(日機裝) 가부시끼가이샤제의 「 마이크로 트랙 HRA(장치명)」로 측정할 수 있다.
상기 지립은, 통상 가공액에 분산시킨 슬러리를 분사한다. 상기 가공액으로서는, 수용성 가공액 또는 유성 가공액을 사용할 수 있다. 수용성 가공액으로서는, 유시로 가가꾸 고오교오 가부시끼가이샤제의 에틸렌글리콜계 가공액「H4」, 산요 가세이 고오교오 가부시끼가이샤제의 프로필렌글리콜계 가공액「하이스탯 TMD(상품명)」 등을 사용할 수 있다. 유성 가공액으로서는, 유시로 가가꾸 고오교오 가부시끼가이샤 「유시론 오일(상품명)」등을 사용할 수 있다.
상기 슬러리에 있어서의 지립의 농도는, 예를 들어 5 내지 50질량％(바람직하게는 5 내지 30질량％, 보다 바람직하게는 5 내지 10질량％)인 것을 사용할 수 있다.
상기 슬러리의 온도는, 예를 들어 10 내지 30℃(바람직하게는 20 내지 25℃)이면 좋다.
상기 수지 피복 쏘 와이어에 의해 작업물을 절단할 때의 조건은, 예를 들어 작업물의 절단 속도를 0.1 내지 0.8㎜/분(바람직하게는 0.1 내지 0.35㎜/분, 보다 바람직하게는 0.25 내지 0.35㎜/분), 수지 피복 쏘 와이어의 선속을 300m/분 이상(바람직하게는 500m/분 이상, 보다 바람직하게는 800m/분 이상)으로 하면 좋다.
또한, 수지 피복 쏘 와이어에 가하는 장력(N)은, 소선(수지를 피복하기 전의 강선)의 항장력에 기초하여 산출되는 하기 수학식 1의 범위를 만족시키도록 설정하는 것이 바람직하다. 하기 수학식 1에 있어서, 강선의 항장력(N)에 대해 50 내지 70％의 범위로 한 것은, 절단시에 단선을 발생시키지 않기 위함이며,「-5.0」으로 한 것은, 절단시의 수지 피복 쏘 와이어에 가해지는 절단 하중과 작업물로부터 수지 피복 쏘 와이어를 인발할 때에 가해지는 인발 하중을 더한 합계가 약 5.0N이기 때문이다.
또한, 강선의 항장력은, 강선의 성분 조성 및 선 직경에 따라 다르지만, 예를 들어 JIS G3522에 규정되어 있는 피아노선(A종)을 사용한 경우는, 선 직경 100㎛의 강선의 항장력은 24.3N, 선 직경 120㎛의 강선의 항장력은 34.4N, 선 직경 130㎛의 강선의 항장력은 39.7N이고, 피아노선(B종)을 사용한 경우는, 선 직경 100㎛의 강선의 항장력은 26.5N, 선 직경 120㎛의 강선의 항장력은 37.7N, 선 직경 130㎛의 강선의 항장력은 45.7N이다.
상기 수지 피복 쏘 와이어에 의해 작업물을 절단하면, 작업물의 절단 손실은, 수지 피복 쏘 와이어의 선 직경에 대해, 약 1 내지 1.1배(바람직하게는 1 내지 1.05배, 보다 바람직하게는 1 내지 1.04배, 더욱 바람직하게는 1 내지 1.03배)로 된다. 따라서, 절단체의 생산성을 향상시킬 수 있다.
즉, 본 발명의 수지 피복 쏘 와이어에 따르면, 수지의 경도를 적절하게 조절하고 있으므러, 수지 피복 쏘 와이어에 지립을 분사해도, 절단면과 수지 피복 쏘 와이어 사이에의 지립의 인입은 상기 수지에 의해 억제되므로, 절단 손실이 작아진다.
이에 대해, 상기 종래 방법 1과 같이, 쏘 와이어로서 강선을 사용하였을 때의 절단 손실은, 강선의 직경에, 지립의 평균 직경의 3배 정도의 길이를 더한 폭으로 된다. 따라서 생산성을 향상시키기 위해서는, 강선의 직경을 작게 할 필요가 있지만, 강선이 단선되지 않도록 강도를 높이기 위해서는 한계가 있으므로, 절단 손실을 작게 하는 것에도 한도가 있다.
또한, 상기 종래 방법 3과 같이, 수지 피막에 지립을 파고들어가게 하면, 쏘 와이어의 선 직경이 커지므로, 작업물의 절단 손실이 커진다.
또한, 상기 종래 방법 2와 같이, 고정 지립이 부착된 강선을 사용하여 작업물을 절단하였을 때의 절단 손실은, 고정 지립이 부착된 강선의 직경과 동등해지므로, 절단 손실을 작게 하기 위해서는, 강선의 직경을 작게 하거나, 고정 지립의 직경을 작게 하는 것이 생각된다. 그러나 강선의 직경을 지나치게 작게 하면, 강도 부족으로 되어, 절단시에 부여되는 절단 하중에 견딜 수 없어, 단선될 우려가 있다. 또한, 고정 지립의 직경을 작게 하면, 작업물이 연삭되기 어려워지므로, 생산성이 떨어진다.
이하, 실시예를 들어 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 물론 하기 실시예에 의해 제한을 받는 것은 아니며, 상기·후기하는 취지에 적합한 범위에서 적당히 변경을 가하여 실시하는 것도 물론 가능하고, 그들은 모두 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.
실시예
하기 실험예 1에서는, 작업물을 쏘 와이어에 의해 절단하여 절단체를 제조하였을 때의 절단 손실[커프로스(kerf loss)]에 대해 조사하고, 하기 실험예 2에서는, 작업물을 쏘 와이어에 의해 절단하여 절단체를 제조하였을 때에 절단면에 형성되는 가공 변질층 깊이 및 표면 거칠기에 대해 조사하였다.
[실험예 1]
가공대에 작업물(단결정 실리콘)을 장착하는 동시에, 작업물의 상방에 쏘 와이어를 대고, 쏘 와이어에 지립을 분사하면서, 가공대를 상승시켜 주행하는 와이어에 의해 작업물을 절단하고, 작업물의 절단 손실(커프 로스)을 측정하였다.
상기 쏘 와이어로서, 하기 표 1에 나타내는 종류의 쏘 와이어를 사용하였다.
하기 표 1의 No.1에서는, 쏘 와이어로서, JIS G3502에 규정되는 피아노선재(A종,「SWRS 82A」상당의 선재. 구체적으로는, C:0.82질량％, Si:0.19질량％, Mn:0.49질량％를 함유하고, 잔량부가 철 및 불가피 불순물로 이루어지는 선재.)를 직경 120㎛로 신선(wire drawing)한 강선을 사용하였다.
하기 표 1의 No.2에서는, 쏘 와이어로서, 상기 No.1에서 사용한 피아노선재를 직경 120㎛로 신선한 강선의 표면에, Ni 도금을 실시하고, 이 Ni 도금층에 최대 직경이 17.5㎛인 다이아몬드 지립을 고착시킨 고정 지립이 부착된 와이어를 사용하였다. 고정 지립이 부착된 와이어의 직경은 155㎛이다.
하기 표 1의 No.3 내지 5는, 쏘 와이어로서, 강선의 표면에 수지를 하기 표 1에 나타내는 두께로 피복한 수지 피복 쏘 와이어를 사용한 예이다.
상기 강선으로서, 하기 표 1의 No.3에서는 상기 No.1에서 사용한 피아노선재를 직경 120㎛로 신선한 강선을 사용하고, 하기 표 1의 No.4에서는 상기 No.1에서 사용한 피아노선재를 직경 130㎛로 신선한 강선을 사용하고, 하기 표 1의 No.5에서는 상기 No.1에서 사용한 피아노선재를 직경 110㎛로 신선한 강선을 사용하였다.
상기 수지는, 상기 강선의 표면에 하기 바니시를 도포한 후, 가열함으로써 경화시켜 형성하였다. 구체적으로는, 수지를 형성하기에 앞서, 강선에 탈지 처리를 행한 후, 도포 횟수를 4 내지 10회로 나누어 하기 바니시를 코팅하고, 이것을 가열하여 경화시켜 강선의 표면에 수지를 형성하였다.
하기 표 1에 나타내는 No.3 내지 5에서는, JIS C2351에 규정되는 폴리우레탄선용 바니시「W143」(도오또꾸 도오료오 가부시끼가이샤제, 에나멜선용 바니시「TPU F1(상품명)」, 베이킹 후의 도막 조성은 폴리우레탄)을 사용하고, 가열 온도는 250℃로 하였다.
하기 표 1에, 수지 피복 쏘 와이어의 직경을 나타낸다.
다음에, 상기 No.1 내지 5의 쏘 와이어를 사용하여, 멀티 와이어 쏘(가부시끼가이샤 야스나가(安永)제,「D-500」)에 의해 단결정 실리콘(60㎜×20㎜×50㎜)을 절단(슬라이싱 가공)하였다. 슬라이싱 가공은, 하기 표 1에 나타내는 평균 입경의 SiC 지립 또는 다이아몬드 지립을 가공액에 현탁시킨 슬러리를 분사하면서 행하였다.
하기 표 1의 No.1에서는, 지립으로서, 평균 입경이 13㎛인 SiC 지립[시나노 덴끼 세이렌(信濃電氣製鍊) 가부시끼가이샤제,「시나노 랜덤(상품명)」]을 가공액(유시로 가가꾸 고오교오사제의 「에틸렌글리콜계 수용액」)에 현탁시킨 슬러리를 사용하였다.
하기 표 1의 No.3 내지 5에서는, 지립으로서, 평균 입경이 5.6㎛인 다이아몬드 지립[스미이시 마테리알즈 가부시끼가이샤제,「SCM 파인다이아(상품명)」]을 가공액(유시로가가꾸 고오교오사제의 「에틸렌글리콜계 수용액」)에 현탁시킨 슬러리를 사용하였다.
슬러리 중의 SiC 지립 농도는 50질량％, 다이아몬드 지립 농도는 모두 5질량％이고, 슬러리의 온도는 20 내지 25℃, 슬러리의 공급량은 100L/분으로 하였다.
작업물을 탑재한 가공대의 상승 속도(절단 속도)는 0.3㎜/분, 수지 피복 쏘 와이어의 선속은 500m/분, 수지 피복 쏘 와이어의 장력은 25N, 수지 피복 쏘 와이어의 권취수는 41회, 수지 피복 쏘 와이어의 권취 피치는 1㎜로 설정하였다.
또한, 하기 표 1의 No.2에서는, 쏘 와이어와 단결정 실리콘 사이에, 가공액으로서 지립을 포함하지 않는 에틸렌글리콜계 수용액을 분사하면서 슬라이싱 가공하였다.
상기 조건으로 슬라이싱 가공하였을 때의 절단 손실을 측정하여, 결과를 하기 표 1에 나타낸다.
또한, 절단 손실과 쏘 와이어의 선 직경의 차(폭 손실)를 산출하여, 결과를 하기 표 1에 나타낸다.
하기 표 1로부터 다음과 같이 고찰할 수 있다. No.1은, 쏘 와이어로서 강선을 사용한 비교예로, 작업물 절단시에, 강선과 작업물 사이에 유리 지립이 인입되어, 작업물이 과잉으로 절삭된 결과, 작업물의 절단 손실은 160㎛로 되었다. 또한, 폭 손실은 40㎛로 커졌다. 따라서, 생산성이 악화되어 있다. 절단 손실을 좁게 하기 위해서는, 강선의 직경을 작게 하는 것이 생각되지만, 작업물 절단시에는 강선 자체도 절삭되므로, 강선의 직경을 지나치게 작게 하면 강선의 단선이 발생하기 쉬워진다. No.1과 같이, 강선의 직경이 120㎛인 경우는, 단선을 발생시키지 않으므로, 강선의 직경이 100㎛로 감소할 때까지 강선을 교환할 필요가 있다.
No.2는, 쏘 와이어로서 고정 지립이 부착된 와이어를 사용한 비교예로, 유리 지립을 분사하지 않고 작업물을 절단하고 있으므로, 작업물의 절단 손실은, 고정 지립이 부착된 와이어의 선 직경과 같은 155㎛였다.
No.3 내지 5는, 강선의 표면에 수지를 피복한 수지 피복 쏘 와이어를 사용하여 작업물을 절단한 예로, 작업물의 절단 손실은 125 내지 147㎛이고, 폭 손실은 3 내지 4㎛로 작아, 생산성을 향상시킬 수 있는 것을 알 수 있다. 또한, 슬라이싱 가공에 사용한 수지 피복 쏘 와이어 표면을 육안으로 관찰한 바, 지립은 거의 부착되어 있지 않았다.
No.1 내지 3은, 모두, 피아노선재를 직경 120㎛로 신선한 강선을 소선으로서 사용한 예이므로, 동일한 항장력을 갖고 있어, 단선에 대한 위험성은 동일하다고 생각된다. No.1 내지 3을 비교하면, No.3(수지 피복 쏘 와이어)의 절단 손실이 가장 작아, 생산성이 가장 양호하다.
상기 실험예 1에서 얻어진 결과에 기초하고, 길이가 300㎜인 단결정 실리콘으로부터, 현재 주류인 두께 0.18mm의 웨이퍼를 잘라내는 경우에 대해 생각하면, 쏘 와이어로서 상기 No.1의 강선을 사용한 경우에는, 절단 손실이 160㎛이므로, 웨이퍼의 취득 매수는 882매로 된다. 상기 No.2의 고정 지립이 부착된 와이어를 사용한 경우에는, 절단 손실이 155㎛이므로, 웨이퍼의 취득 매수는 895매로 되고, 상기 No.3의 수지 피복 쏘 와이어를 사용한 경우에는, 절단 손실이 135㎛이므로, 웨이퍼의 취득 매수는 952매로 된다.
수지 피복 쏘 와이어를 사용한 경우에는, 수지가 강선의 내마모성을 향상시키는 작용을 갖고 있으므로, 슬라이싱 가공을 해도 강선 자체의 직경 감소는 발생하기 어렵다. 따라서, 강선 자체의 직경을 더욱 작게 할 수 있다. 예를 들어, No.5와 같이, 직경이 110㎛인 강선의 표면에, 폴리우레탄 수지를 두께 6㎛로 피복한 수지 피복 쏘 와이어를 사용하여 작업물을 절단한 경우에는, 절단 손실은 125㎛로 되므로, 웨이퍼의 취득 매수는 983매로 되어, 생산성을 더욱 향상시킬 수 있다.
한편, 고정 지립이 부착된 와이어의 경우는, 절단성 확보의 관점에서, 지립의 평균 입경은 15㎛ 이상이 필요하게 되어 있고, 또한 고정 지립이 부착된 와이어의 와이어로부터의 인발 하중은, 유리 지립을 사용한 경우의 3 내지 5배는 필요하게 되어 있다. 따라서, 고정 지립이 부착된 와이어의 선 직경을 120㎛ 이하로 하는 것은, 단선을 방지하는 관점에서 어렵다. 따라서, No.2에 나타낸 바와 같이, 절단 손실을 155㎛ 이하로 하는 것은 곤란하다.
[실험예 2]
가공대에 작업물(단결정 실리콘)을 장착하는 동시에, 작업물의 상방에 쏘 와이어를 대고, 쏘 와이어에 지립을 분사하면서, 가공대를 상승시켜 주행하는 와이어에 의해 작업물을 절단하였을 때에, 단결정 실리콘의 절단 손실, 절단면에 형성된 가공 변질층 깊이 및 절단면의 표면 거칠기를 측정하였다.
상기 쏘 와이어로서, 하기 표 2에 나타내는 종류의 쏘 와이어를 사용하였다.
하기 표 2의 No.25 내지 32는, 쏘 와이어로서, 강선의 표면에 수지를 하기 표 2에 나타내는 두께로 피복한 수지 피복 쏘 와이어를 사용한 예이다.
상기 강선으로서, 하기 표 2의 No.25 내지 32에서는, 상기 실험예 1의 No.1에서 사용한 피아노선재를 직경 130㎛로 신선한 강선을 사용하였다.
상기 수지는, 상기 강선의 표면에 하기 바니시를 도포한 후, 가열함으로써 경화시켜 형성하였다. 구체적으로는, 수지 형성에 앞서, 강선에 탈지 처리를 행한 후, 도포 횟수를 4 내지 10회로 나누어 하기 바니시를 코팅하고, 수지의 온도가 150 내지 300℃로 되도록 가열하고, 이것을 가열하여 경화시켜 강선의 표면에 수지를 형성하였다. 가열 온도를 하기 표 2에 나타낸다.
삭제
하기 표 2에 나타내는 No.25 내지 28, 30 내지 32에서는, JIS C2351에 규정되는 폴리우레탄선용 바니시「W143」[도오또꾸 도오료오 가부시끼가이샤제, 에나멜선용 바니시 「TPU F1(상품명)」, 베이킹 후의 도막 조성은 폴리우레탄]을 사용하였다.
하기 표 2에 나타내는 No.29에서는, 폴리아미드이미드선용 바니시[도오또꾸 도오료오 가부시끼가이샤제, 에나멜선용 바니시 「Neoheat AI-00C(상품명)」, 베이킹 후의 도막 조성은 폴리아미드이미드]를 사용하였다.
하기 표 2의 No.33에서는, 상기 실험예 1의 No.1에서 사용한 피아노선재를 직경 120㎛로 신선한 강선을 사용하였다.
하기 표 2의 No.34, 35에서는, 상기 실험예 1의 No.1에서 사용한 피아노선재를 직경 160㎛로 신선한 강선을 사용하였다.
하기 표 2의 No.36, 37에서는, 상기 실험예 1의 No.2에서 사용한 고정 지립이 부착된 와이어(직경 155㎛)를 사용하였다.
여기서, 하기 표 2의 No.25 내지 32에 나타낸 수지 피복 쏘 와이어에 대해, 수지의 경도를 나노 인덴테이션법으로 측정하였다. 경도는, 실온(23℃) 또는 120℃에서 측정하였다. 구체적인 측정 조건은 다음과 같다.
《실온 및 120℃에서 공통의 측정 조건》
측정 장치 : Agilent Technologies제「Nano Indenter XP/DCM」
해석 소프트웨어 : Agilent Technologies제「Test Works 4」
Tip : XP
변형 속도 : 0.05/초
측정점 간격 : 30㎛
표준 시료 : 퓨즈드 실리카
《실온에서의 측정 조건》
측정 모드 : CSM(연속 강성 측정법)
여기 진동 주파수 : 45㎐
여기 진동 진폭 : 2㎚
압입 깊이 : 500㎚까지
측정점 : 15점
측정 환경 : 공조 장치 내에서 실온 23℃
실온에서의 경도 측정은 연속 강성 측정법으로 행하고, 수지 피막의 최표면으로부터의 압입 깊이가 400 내지 450㎚인 범위에 있어서의 경도를 측정하였다. 경도 측정은, 15점에서 행하고, 측정 결과를 평균하여 경도를 산출하였다. 또한, 측정 결과 중, 이상값(평균값에 대해 3배 이상 또는 1/3 이하로 되는 값)이 있었던 경우는 이것을 제거하고, 새롭게 측정한 결과를 더하여 측정점의 합계가 15점으로 되도록 조정하였다.
《120℃에서의 측정 조건》
측정 모드 : Basic(부하 제거 측정법)
압입 깊이 : 450㎚까지
측정점 : 10점
측정 환경 : 저항 가열 히터로 샘플 트레이를 120℃로 유지
120℃에서의 경도 측정은 부하 제거 측정법으로 행하고, 수지 피막의 최표면으로부터의 압입 깊이가 450㎚ 위치에 있어서의 경도를 측정하였다. 즉, 샘플을 가열하면서 경도를 측정하는 경우에는, 실온에서 경도를 측정할 때와 같이 연속 강성 측정법은 채용할 수 없으므로, 측정 위치가, 최표면으로부터의 압입 깊이가 450㎚ 위치로 되도록 하중을 조정하여 경도 측정을 행하였다.
120℃에서의 경도 측정은, 상기 수지 피복 쏘 와이어를 세라믹계 접착제로 금속제의 나노 인덴테이션용 샘플 트레이에 부착하고, 저항 가열 히터로 샘플 트레이를 가열하여, 120℃로 유지하면서 행하였다.
120℃에서의 경도 측정은, 10점에서 행하고, 측정 결과를 평균하여 경도를 산출하였다. 또한, 측정 결과 중, 이상값(평균값에 대해 3배 이상 또는 1/3 이하로 되는 값)이 있었던 경우는 이것을 제거하고, 새롭게 측정한 결과를 더하여 측정점의 합계가 10점으로 되도록 조정하였다.
실온 또는 120℃에서 측정한 경도를 하기 표 2에 나타낸다.
다음에, 상기 쏘 와이어를 사용하여, 멀티 와이어 쏘(가부시끼가이샤 야스나가제,「D-500」)에 의해 단결정 실리콘(60㎜×20㎜×50㎜)을 절단(슬라이싱 가공)하여 절단체를 제조하였다. 슬라이싱 가공은, 쏘 와이어와 단결정 실리콘 사이에, 하기 표 2에 나타내는 평균 입경의 다이아몬드 지립 또는 SiC 지립을 에틸렌글리콜계 수용액에 현탁시킨 슬러리를 분사하면서 행하였다.
하기 표 2의 No.25 내지 32, 34, 35에서는, 지립으로서, 평균 입경이 5.6㎛인 다이아몬드 지립[스미이시 마테리알즈 가부시끼가이샤제,「SCM 파인다이아(상품명)」]을 가공액(유시로 가가꾸 고오교오사제의「에틸렌글리콜계 수용액」)에 현탁시킨 슬러리를 사용하였다.
삭제
하기 표 2의 No.33에서는, 지립으로서, 평균 입경이 13㎛인 SiC 지립[시나노 덴끼 세이렌 가부시끼가이샤제,「시나노 랜덤(상품명)」]을 가공액(유시로 가가꾸 고오교오사제의 「에틸렌글리콜계 수용액」)에 현탁시킨 슬러리를 사용하였다.
다이아몬드 지립의 농도는 모두 5질량％, SiC 지립의 농도는 No.33은 50질량％이고, 슬러리의 온도는 20 내지 25℃, 슬러리의 공급량은 100L/분으로 하였다. 작업물을 탑재한 가공대의 상승 속도는 0.1㎜/분, 0.3㎜/분, 또는 1㎜/분, 수지 피복 쏘 와이어의 선속은 500m/분, 수지 피복 쏘 와이어의 장력은 25N, 수지 피복 쏘 와이어의 권취수는 41회, 수지 피복 쏘 와이어의 권취 피치는 1㎜로 설정하였다.
또한, 하기 표 2의 No.36, 37에서는, 쏘 와이어와 단결정 실리콘 사이에, 가공액으로서 지립을 포함하지 않는 에틸렌글리콜계 수용액을 분사하면서 슬라이싱 가공하였다.
다음에, 슬라이싱 가공에 사용한 수지 피복 쏘 와이어의 표면을 육안으로 관찰하였다. 그 결과, No.25 내지 31에서 사용한 수지 피복 쏘 와이어의 표면에는, 지립의 파고들어감은 거의 확인되지 않았다. 이에 대해, No.32에서 사용한 수지 피복 쏘 와이어의 표면에는, 지립의 파고들어감이 확인되었다. No.32에서 사용한 수지 피복 쏘 와이어의 표면을 촬영한 도면 대용 사진을 도 4에 나타낸다.
여기서, No.25 내지 32에서 사용한 수지 피복 쏘 와이어에 대해, 수지 표면에 파고들어간 지립의 개수를 다음의 수순으로 측정하였다. 즉, 사용이 완료된 수지 피복 쏘 와이어의 표면을, 광학 현미경으로 400배로 사진 촬영하고, 수지 피복 쏘 와이어의 중심 부근에 있어서의 50㎛×200㎛의 영역 내에 관찰되는 지립의 개수를 육안으로 측정하였다. 측정 영역을 상기 도 4에 점선으로 나타낸다.
다음에, 슬라이싱 가공하여 얻어진 절단체에 대해, 절단면에 형성되어 있는 가공 변질층 깊이 및 절단면의 표면 거칠기를 측정하였다.
《가공 변질층 깊이》
절단면에 형성되는 가공 변질층의 깊이는, 절단체를 도 5의 (a)에 나타내는 바와 같이, 수평 방향에 대해 4°의 기울기로 되도록 수지에 매립하고, 도 5의 (b)에 나타내는 바와 같이 절단체의 절단면이 노출되도록 절단체와 수지를 연마하였다. 다음에, 노출면을 하기 표 3에 나타내는 조성의 에칭액으로 에칭하여, 작업물 절단시에 형성된 가공 변질층(작업물 절단시에 도입된 전이 에치 피트)을 광학 현미경으로 관찰하였다.
작업물의 절단면을 광학 현미경으로 촬영한 사진을 도 6 내지 도 11에 나타낸다. 도 6은 No.25, 도 7은 No.27, 도 8은 No.32, 도 9는 No.33, 도 10은 No.35, 도 11은 No.37의 도면 대용 사진을 나타내고 있다.
광학 현미경으로 관찰하였을 때에, 가공 변질층은, 흑색으로 나타내어지고, 이 깊이(두께)를 측정하였다. 측정 결과를 하기 표 2에 나타낸다.
《표면 거칠기》
절단면의 표면 거칠기는, 가부시끼가이샤 미쯔도요제 「CS-3200(장치명)」을 사용하고, 절단 방향(절입의 깊이 방향)에 대해 10㎜에 걸쳐 산술 평균 거칠기(Ra)를 측정하였다. 측정 결과를 하기 표 2에 나타낸다.
하기 표 2로부터 다음과 같이 고찰할 수 있다. No.25 내지 31은, 본 발명에서 규정하는 공정을 거쳐 얻어진 수지 피복 쏘 와이어를 사용하여 절단체를 제조한 예로, 절단면에 형성되는 가공 변질층 깊이는 5㎛ 이하로 얕고, 절단면의 산술 평균 거칠기(Ra)가 0.5㎛ 이하로 거의 평활하게 되어 있다.
한편, No.32 내지 37은, 본 발명에서 규정하는 공정을 거치지 않고 얻어진 쏘 와이어를 사용하여 절단체를 제조한 예이다. 이들 중 No.32는, 강선의 표면에 수지를 피복한 수지 피복 쏘 와이어를 사용한 예이지만, 수지가 지나치게 연하므로, 슬라이싱 가공시에, 지립이 수지에 파고들어가는 현상이 발생하였다. 또한, 절단면에 형성되는 가공 변질층 깊이는 5㎛를 초과하여 깊어졌다.
No.33 내지 35에서는, 쏘 와이어로서 강선을 사용하고 있으므로, 강선과 작업물 사이에 지립이 인입되어, 절단 손실이 커졌다. 또한, 절단면에 형성되는 가공 변질층 깊이는 깊고, 표면 거칠기도 거칠어졌다.
No.36, 37은, 쏘 와이어로서 고정 지립이 부착된 와이어를 사용하고 있으므로, 절단 손실이 커, 절단면에 형성되는 가공 변질층 깊이는 깊고, 표면 거칠기도 거칠어졌다.
상기 No.25 내지 31은, 절단면의 산술 평균 거칠기(Ra)가 0.5㎛ 이하이므로, 상기 절단체를 예를 들어 태양 전지의 소재로서 사용하는 경우에는, 이 상태에서, 표면에 미세 텍스처를 에칭 가공할 수 있다. 이에 비해, 상기 No.33 내지 37은, 절단면의 산술 평균 거칠기(Ra)가 0.5㎛를 초과하고 있으므로, 미세 텍스처를 에칭 가공하기 전에, 절단면을 평활하게 하기 위한 에칭이 필요해진다.
다음에, 수지의 경도와 수지 표면에 파고들어간 지립의 개수를 측정한 No.25 내지 32의 결과를 비교하면 다음과 같이 고찰할 수 있다. No.25 내지 32에서는, 실온에서 측정한 수지의 경도는, 모두 0.27㎬ 전후로, 거의 동등한 결과였지만, 120℃에서 측정한 수지의 경도는, 0.04 내지 0.28㎬로 편차가 있는 것을 알 수 있었다. 이와 같이 편차가 발생한 원인은, 수지의 종류나 가열 온도의 차이에 있다고 생각된다.
여기서, 120℃에서 측정한 수지의 경도와, 수지 표면에 파고들어간 지립의 개수(관찰 시야 50㎛×200㎛의 영역에 있어서의 개수)의 관계를 도 12에 나타낸다. 도 12로부터, 120℃에서 측정한 수지의 경도가 커질수록, 수지에 파고들어가는 지립의 수가 적어지는 경향을 파악할 수 있다.
또한, 120℃에서 측정한 수지의 경도와, 절단면에 형성된 가공 변질층의 깊이의 관계를 도 13에 나타낸다. 도 13으로부터, 120℃에서 측정한 수지의 경도가 커질수록, 가공 변질층의 깊이가 작아지는 경향을 읽어낼 수 있다. 또한, 120℃에서 측정한 수지의 경도를 0.07㎬ 이상으로 하면, 가공 변질층의 깊이를 5㎛ 이하로 억제할 수 있는 것을 파악할 수 있다.
상기 도 12와 도 13으로부터, 수지 표면에 파고들어간 지립의 개수가 감소하면, 가공 변질층의 깊이가 작아지는 경향을 파악할 수 있다.
본 출원을 상세하게 또한 특정한 실시 형태를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 정신과 범위를 일탈하는 일 없이 다양한 변경이나 수정을 가할 수 있는 것은 당업자에 있어서 명백하다.
본 출원은, 2010년 2월 23일에 출원된 일본 특허 출원(일본 특허 출원 제2010-038017호), 2010년 7월 15일에 출원된 일본 특허 출원(일본 특허 출원 제2010-161093호)에 기초하는 것이며, 그 내용은 여기에 참조로서 포함된다.
본 발명에 따르면, 쏘 와이어의 표면을 수지로 피복하는 동시에, 그 경도를 조절하고 있다. 그로 인해, 지립을 인입하여 절단하면서, 절단면과 수지 피복 쏘 와이어 사이에의 지립의 인입은 수지에 의해 억제할 수 있다. 따라서, 절단체 표면에 있어서의 가공 변질층의 형성을 억제할 수 있다. 또한, 이 수지 피복 쏘 와이어를 사용하여 작업물을 절단하면, 평활한 표면을 갖는 절단체를 제조할 수 있다. 따라서, 하류측의 공정에서, 가공 변질층을 제거하거나, 표면을 평활하게 하기 위한 에칭 공정을 생략할 수 있어, 절단체의 생산성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 수지 피복 쏘 와이어를 사용하면, 절단면과 수지 피복 쏘 와이어 사이에의 지립의 인입이 억제되므로, 절단 손실을 작게 할 수 있어, 절단체의 생산성을 향상시킬 수 있다.
Claims (18)
- 소정의 경도의 수지로 강선을 피복하여, 수지 피복 쏘 와이어를 얻는 공정을 포함하는, 수지 피복 쏘 와이어의 설계 방법이며,
하기 (1) 내지 (4)를 반복함으로써 작업물의 절단면에 있어서의 가공 변질층 깊이가 합격으로 되도록 수지의 경도를 조절하는, 수지 피복 쏘 와이어의 설계 방법.
(1) 얻어진 수지 피복 쏘 와이어에 의해 작업물을 절단한다.
(2) 작업물의 절단면에 있어서의 가공 변질층 깊이를 조사한다.
(3) 가공 변질층 깊이의 합격 여부를 확인한다.
(4) 불합격인 경우는, 보다 단단하게 한 수지로 강선을 피복한다. - 제1항에 있어서, 상기 가공 변질층 깊이가 5㎛보다도 깊은 경우는, 보다 단단하게 한 수지로 강선을 피복하는, 수지 피복 쏘 와이어의 설계 방법.
- 소정의 경도의 수지로 강선을 피복하여, 수지 피복 쏘 와이어를 얻는 공정을 포함하는, 수지 피복 쏘 와이어의 설계 방법이며,
하기 (1) 내지 (4)를 반복함으로써 작업물의 절단면에 있어서의 표면 거칠기가 합격으로 되도록 수지의 경도를 조절하는, 수지 피복 쏘 와이어의 설계 방법.
(1) 얻어진 수지 피복 쏘 와이어에 의해 작업물을 절단한다.
(2) 작업물의 절단면에 있어서의 표면 거칠기를 조사한다.
(3) 표면 거칠기의 합격 여부를 확인한다.
(4) 불합격인 경우는, 보다 단단하게 한 수지로 강선을 피복한다. - 제3항에 있어서, 상기 표면 거칠기가 0.5㎛보다도 거친 경우는, 보다 단단하게 한 수지로 강선을 피복하는, 수지 피복 쏘 와이어의 설계 방법.
- 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 수지의 막 두께가 2 내지 15㎛인, 수지 피복 쏘 와이어의 설계 방법.
- 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 강선의 선 직경이 130㎛ 이하인, 수지 피복 쏘 와이어의 설계 방법.
- 수지 피복 쏘 와이어에 의해 작업물을 절단하여 절단체를 제조하는 방법이며, 수지에 지립이 파고드는 것을 방지하도록 120℃에서의 경도가 0.07GPa 이상의 범위로 경도를 조절한 수지로 강선을 피복한 수지 피복 쏘 와이어에 지립을 분사하는 공정 및 절단면과 수지 피복 쏘 와이어 사이에의 지립의 인입을 상기 수지에 의해 억제하면서, 상기 작업물에 대해 상기 피복 쏘 와이어가 절입하는 방향으로는, 지립을 인입함으로써 작업물을 절단하는 공정을 포함하는, 절단체의 제조 방법.
- 제7항에 있어서, 상기 작업물의 절단면에 있어서의 가공 변질층 깊이가 5㎛ 이하로 되도록 절단하는, 절단체의 제조 방법.
- 제7항에 있어서, 상기 작업물의 절단면에 있어서의 표면 거칠기가 0.5㎛ 이하로 되도록 절단하는, 절단체의 제조 방법.
- 제7항에 있어서, 상기 작업물의 절단 손실이, 수지 피복 쏘 와이어의 선 직경에 대해 1 내지 1.1배로 되도록 절단하는, 절단체의 제조 방법.
- 제7항에 있어서, 상기 지립으로서, 다이아몬드 지립을 분사하여 절단하는, 절단체의 제조 방법.
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