KR20120102679A

KR20120102679A - 초지립 고정식 와이어소 및 초지립 고정식 와이어소의 제조방법

Info

Publication number: KR20120102679A
Application number: KR1020127014451A
Authority: KR
Inventors: 야스히코 오타니; 쓰토무 도미요시; 요시히로 하기하라; 겐지 구보; 히로아키 이노우에; 도시히데 다카기; 히데아키 시마다; 마사히토 후쿠모토; 가즈히로 시모노
Original assignee: 가부시키가이샤 나카무라초코
Priority date: 2009-11-05
Filing date: 2010-10-29
Publication date: 2012-09-18
Also published as: US20130032129A1; CN102770240A; WO2011055692A1; EP2497602A1

Abstract

(과제) 레진 본드법에서 문제로 되고 있는 수명이 짧은 점, 전착법에서 문제로 되고 있는 생산성이 나쁘고 비용이 높다는 점, 브레이징법에서 문제로 되고 있는 고탄소강을 쓸 수 없고 비용적으로 우위가 아니라는 점, 브레이징후에 초지립에 내부응력이 발생해서 초지립이 부러지거나 깨지기 쉬워진다는 점을 모두 해결할 수 있고, 장수명이고 생산성이 높으며, 절단가공 능력이 우수한 초지립 고정식 와이어소를 제공하려고 하는 것이다.
(해결수단) 초지립(14)을 가고정시키는 브레이징재층(13) 및 초지립(14)을 지지하기 위한 금속 도금층(16)의 2층을 구비하고, 브레이징재층(13)의 두께를 초지립(14)의 평균입경의 10% 이하로 했다. 미리 와이어(10) 표면에 브레이징재층(13)을 형성하고, 그 상에 초지립(14)을 단층으로 분산?부착되게 한 후에, 표면을 용융?고화함으로써 초지립(14)이 그 부착면에서 접합한 초지립 가부착 와이어(12)로 하고, 상기 초지립 가부착과와이어(12)을 금속 도금한다.

Description

초지립 고정식 와이어소 및 초지립 고정식 와이어소의 제조방법{SUPER-ABRASIVE GRAIN FIXED TYPE WIRE SAW, AND METHOD OF MANUFACTURING SUPER-ABRASIVE GRAIN FIXED TYPE WIRE SAW}

본 발명은 실리콘이나 세라믹, 사파이어 등의 경질재료(硬質材料)의 절단공구로서 적합한 초지립 고정식 와이어소(超砥粒固定式 wire saw)에 관한 것이다.

현재 실리콘이나 세라믹, 사파이어 등의 경질재료의 멀티와이어소(multi-wire saw)에 의한 슬라이스 가공(slice 加工)에 있어서, 와이어 표면에 다이아몬드 지립(diamond 砥粒)을 고착(固着)시킨 다이아몬드 와이어 공구가 일반화되고 있다. 이들 다이아몬드 와이어 공구에 있어서 다이아몬드 지립을 와이어에 고착하는 방법에는 현재 크게 나누어서 3종류의 방법이 존재하고 있다. 레진 본드(樹脂結合;resin bond)에 의한 방법, 전착(電着)에 의한 방법, 브레이징(brazing)에 의한 방법의 3개다.

레진 본드에 의한 방법은 예를 들면 페놀수지(phenol resin)와 다이아몬드의 혼합물을 피아노선인 와이어의 표면에 코팅해서 부착하고, 다이아몬드가 페놀수지의 경화(硬化)에 의하여 와이어에 고착된다. 이 방법은 생산성이 좋고 초지립(超砥粒)의 양의 조정을 할 수 있고 저렴하게 장척(長尺)의 와이어소를 제작할 수 있다. 그러나 수지에 의한 지지력은 약하기 때문에 사용중에 다이아몬드가 차례차례 떨어진다. 이 때문에 절단 품질의 저하나 와이어 직경의 감소 등이 발생하여 수명이 짧다는 결점이 있다. 이에 대하여 레진본드 와이어소(resin bond wire saw)의 지립지지력을 높이기 위해서, 표면에 금속층을 도금에 의하여 형성한 와이어소가 나타나 있다(특허문헌1 참조). 그러나 기본적으로 와이어의 표면과 수지의 접합력이 초지립의 지지력에 영향을 주는 점, 또한 금속층(金屬層)도 기본적으로는 레진의 표면에 형성되므로 금속층과 레진층(resin層)의 박리강도(剝離强度)에도 한계가 있어 경질물질의 절단에 적합한 지지력을 충분히 확보할 수는 없다.

전착에 의한 방법은 다이아몬드의 고정을 니켈 도금법에 의하여 하는 것으로서, 예를 들면 다이아몬드를 포대에 채워서 니켈 도금액중에 담그고 피아노선인 와이어를 이 포대로 관통시켜 음극(陰極)으로 하여 도금액중에 설치한 니켈 양극(陽極) 사이에서 통전(通電)시킨다. 와이어는 다이아몬드와 도금액중에서 니켈을 석출하여 점차 굵어진다. 이때 다이아몬드는 니켈막(Nickel膜)중에 부착되어 와이어의 표면에 가볍게 고착된다. 이 도금을 와이어를 천천히 감아가면서 연속적으로 실시한다. 상기의 포대로부터 나온 와이어는, 석출된 니켈의 두께가 소정의 두께가 될 때까지 계속 도금액중에서 도금된다. 이 전착법에 의하여 고착된 다이아몬드의 지지력은 비교적 강하다. 그러나 이 방법에 있어서는, 다이아몬드의 고착이 도금의 석출 속도에 의하여 결정되기 때문에 생산이 매우 늦어 생산성이 나쁘며 비용이 높다. 또한 초지립의 부착량을 많게 하는 것 등의 조정이 어렵다.

브레이징법(brazing法)에 의한 방법으로서는 금속 와이어와 브레이징 금속접합재(brazing 金屬接合材) 또는 솔더링 금속접합재(soldering 金屬接合材)에 의하여 초지립을 와이어에 고착한 와이어소가 제안되어 있다(예를 들면 특허문헌2, 3 참조.). 특허문헌2에 기재된 브레이징법에 있어서 브레이징 금속접합재를 사용했을 경우에 800?950도의 열처리가 필요하고, 저렴한 고강도 탄소강(高强度炭素鋼) 등의 와이어에서는 강도가 크게 열화(劣化)하기 때문에 와이어소로서 쓸 수 없다. 실시예에서는 와이어에 고탄소강(高炭素鋼)을 사용하면서 880도로 30분간의 진공하에서 브레이징한 예가 나타나 있지만 강도면에서 실용적이지 않다고 생각된다. 또한 마찬가지로 특허문헌2의 다른 실시예에는, 솔더링 금속접합재를 사용한 것으로서, 솔더 조성의 금속(96%Ｓｎ/4%Ａｇ분말99g과Ｃｕ분말1g)에 다이아몬드 분말이 적당량 혼합된 페이스트를 통하여 250μm 직경의 Ｉｎｃｏｎｅｌ 718 와이어가 350도의 관상로(管狀爐)측으로 당겨져서 다이아몬드 피복 와이어를 얻은 예가 나타나 있지만, 다이아몬드 지립의 지지력은 기본적으로 Ｓｎ의 강도에 영향을 받아서, 니켈 전착(nickel 電着)에 미치지 못하다.

또 특허문헌3에서는 레진 본드법과 전착법의 결점?과제를 해결하기 위해서 브레이징에 의한 방법이 제안되어 있고, 이 경우에도 고착강도를 확보하기 위해서 브레이징재(brazing material)에 의한 고착을 채용하고 있다. 브레이징재로서 예를 들면 Ｃｕ-Ａｇ-Ｔｉ합금(용융온도(溶融溫度) 700도 이상)의 채용이 바람직하며, 그 때문에 고온에 노출되어도 강도가 저하하지 않는 텅스텐 와이어를 선재(線材)에 사용하는 것이 바람직하다고 되어 있다. 선재로서 널리 사용되고 있는 피아노선, 고탄소강을 쓸 수 없는 것은 비용면에서 우위성을 감소시키는 원인이 되고 있다. 또 고온하에서의 브레이징을 위해서 진공중 또는 불활성가스 분위기에서의 브레이징이 필요하여 설비면 또는 조업면(操業面)에서 번잡해진다는 점도 과제가 되고 있다. 이 과제를 극복하기 위해서 500?600도에서 용융(溶融)하는 브레이징재를 채용하고, 열처리시에 20% 이상의 강도저하를 초래하지 않는 스테인레스 강재의 와이어를 채용하는 것도 제안되어 있지만(특허문헌4 참조), 피아노선이나 고탄소강으로 이루어지는 와이어에는 강도면, 비용적으로는 좋지 않아 여전히 과제가 남아 있다. 즉 브레이징법에 있어서는 초지립의 조정을 할 수 있지만, 지립지지력을 전착 수준으로 높이려고 하면 고온 브레이징재가 필요하게 되고 텅스텐 등의 내열 심선(耐熱心線)이 필요하게 되어서 비용적으로 높아진다.

또한 초지립과 브레이징재의 열팽창율의 차이로부터, 브레이징후에 초지립에 내부응력이 발생하여 초지립이 부러지거나 깨지기 쉬워진다라는 문제가 있다. 이것을 해결하는 것으로서 와이어 표면에 초지립을 브레이징에 의하여 고정한 후에 또한 초지립을 도금으로 메워넣는 것이 제안되어 있다(특허문헌5 참조). 더 구체적으로는 와이어 표면에 다이아몬드 지립을 접착제로 가고정(假固定)하고, 이들 가고정된 다이아몬드 지립 사이에 브레이징재 분말을 충전해서 진공로중에서 용융?고화함으로써 다이아몬드 지립을 평균입경의 35% 정도 메워넣은 상태로 지지시키고, 또한 그 위에 니켈 도금에 의하여 평균입경의 70%까지 메워넣은 것이다. 그러나 특허문헌5와 같이 다이아몬드 지립이 브레이징재층(brazing material層)에 의하여 평균입경의 35%까지 메워져버리면, 절분(切粉;chip)의 배출이 나빠지고 이에 따라 가공 정밀도가 나빠진다. 또한 가공중에 초지립이 브레이징재층에 삽입되어 가라앉아버려, 다이아몬드 지립의 돌출량이 작아져서 절단가공 능력이 저하되는 원인이 된다. 또한 와이어 상에 가고정된 다이아몬드 지립 사이에 브레이징재 분말을 충전해서 용융?고화하는 방법에서는, 이러한 작업은 매우 번잡해서 노동력이나 비용이 들고 다이아몬드 지립과 브레이징재층의 사이에 공극(空隙)이 발생하는 것을 피할 수 없어, 가공중에 다이아몬드 지립이 움직여버려 가공 능력의 저하나 초지립의 떨어짐의 원인이 된다. 또한 니켈 도금에 관해서도 다이아몬드 지립과 브레이징재층과 금속 도금층의 경계부근에 공극이 형성되기 쉬워 마찬가지로 가공 능력의 저하나 초지립 떨어짐의 원인이 된다.

일본국 공개특허 특개2007-253268호 공보 일본국 특허 제4008660호 공보 일본국 공개특허 특개2006-123024호 공보 일본국 공개특허 특개2008-221406호 공보 일본국 공개특허 특개2002-205272호 공보

그래서 본 발명이 상기의 상황에 비추어 보고 해결하려고 하는 점은, 레진 본드법에서 문제로 되고 있는 수명이 짧은 점, 전착법에서 문제로 되고 있는 생산성이 나쁘고 비용이 높다는 점, 브레이징법에서 문제로 되고 있는 고탄소강을 쓸 수 없고 비용적으로 우위가 아니라는 점, 브레이징후에 초지립에 내부응력이 발생해서 초지립이 부러지거나 깨지기 쉬워진다는 점을 모두 해결할 수 있고, 수명이 길고 생산성이 높으며 절단가공 능력이 우수한 초지립 고정식 와이어소를 제공하는 점에 있다.

본 발명은 상기의 과제를 해결하기 위하여 와이어의 표면에 초지립을 분산시켜 고정시킨 와이어소로서, 초지립을 가고정시키는 브레이징재층 및 상기 초지립을 지지하기 위한 금속 도금층의 2층을 구비하고, 상기 브레이징재층의 두께를 상기 초지립의 평균입경의 10% 이하로 하는 것을 특징으로 하는 초지립 고정식 와이어소를 제공한다. 여기에 평균입경이라는 것은 일반적인 레이저 회절?산란법에 의하여 측정한 것으로 한다.

여기에서 와이어의 표면에 상기 브레이징재층을 형성하고, 상기 브레이징재층상에 상기 초지립을 분산?부착되게 한 다음에, 상기 브레이징재층의 표면을 용융?고화함으로써 상기 초지립이 그 부착면에 가고정되고 또한 도금처리를 하여 상기 금속 도금층을 형성함으로써 초지립이 와이어 표면에 지지되는 것이 바람직하다.

또한 상기 브레이징재층의 두께를 상기 초지립의 평균입경의 1% 이상 5% 미만으로 하는 것이 바람직하다.

또한 상기 금속 도금층이 니켈 도금층 또는 니켈합금 도금층인 것이 바람직하다.

또한 상기 브레이징재층이 Ｓｎ계, Ｓｎ-Ｃｕ합금계, Ｓｎ-Ａｇ합금계 또는 Ｓｎ-Ｓｂ합금계의 솔더로 이루어지는 것이 바람직하다.

또 본 발명은 와이어의 표면에 초지립을 분산시켜 고정시킨 와이어소로서, 와이어의 표면에 브레이징재층을 형성하고, 상기 브레이징재층상에 초지립을 단층으로 분산?부착되게 한 다음에, 상기 브레이징재층의 표면을 용융?고화해서 초지립이 그 부착면에서 접합한 초지립 가부착 와이어로 하고 또한 상기 초지립 가부착 와이어를 도금처리 하여 금속 도금층을 형성함으로써 초지립을 가고정시키는 상기 브레이징재층 및 초지립을 지지하기 위한 상기 금속 도금층의 2층으로 구성하여 이루어지는 초지립 고정식 와이어소도 제공한다.

또 본 발명은 와이어의 표면에 초지립을 분산시켜 고정시킨 와이어소의 제조방법으로서, 미리 와이어 표면에 브레이징재층을 형성하고, 상기 브레이징재층상에 초지립을 단층으로 분산?부착되게 한 다음에, 상기 브레이징재층의 표면을 용융?고화함으로써 초지립이 그 부착면에서 접합한 초지립 가부착 와이어로 하고, 상기 초지립 가부착 와이어를 금속 도금함으로써 상기 초지립을 와이어의 표면에 고착시키는 초지립 고정식 와이어소의 제조방법도 제공한다.

제1발명에 의하면, 초지립을 가고정시키는 브레이징재층, 및 상기 초지립을 지지하기 위한 금속 도금층의 2층을 구비하고, 다이아몬드 등의 초지립이 브레이징재층에 의하여 와이어에 가부착되고 또한 그 초지립이 가부착된 와이어를 금속 도금해서 상기 초지립을 고착하기 때문에 레진 본드법에 의한 것에 비하여 초지립을 지지하는 힘이 매우 강고하다. 또 전착법과 비교하여 초지립이 브레이징재층에 의하여 가고정 되므로, 생산 속도를 높게 할 수 있고 초지립의 조정도 용이하다. 특히 브레이징재층의 두께를 초지립의 평균입경의 10% 이하로 했으므로, 초지립과 브레이징재의 열팽창율의 차이로부터 브레이징후에 초지립에 내부응력이 발생해 초지립이 부러지거나 깨지기 쉬워진다고 하는 문제도 발생하지 않고, 절분의 배출도 양호해서 우수한 가공 정밀도를 유지할 수 있음과 아울러 가공중에 초지립이 브레이징재층에 가라앉아 버리는 것도 회피할 수 있고 초지립의 돌출량을 유지해서 절단가공 능력도 유지할 수 있다.

제2발명에 의하면 초지립을 브레이징재층에 의하여 가고정했을 때에 브레이징재층과 초지립의 사이에 필릿(fillet)이 형성되고, 브레이징재 및 금속 도금에 의한 간극 없는 강고한 접합이 되어서 초지립의 부착부에 대한 응력집중을 방지할 수 있다. 따라서 브레이징재층의 두께가 초지립의 평균입경의 10% 이하이더라도 초지립의 사이에 브레이징재층을 35% 정도 메워넣은 다음에 금속 도금한 것에 비하여 보다 강고한 지립지지력을 구비하고, 또 다이아몬드 지립의 사이에 브레이징재 분말을 충전한다고 하는 번잡한 작업이 불필요해서 생산성이 우수하다. 또한 전착법보다도 내구성(지립지지력)이 우수한 와이어소를 제공할 수 있다. 또한 상기 필릿이 지나치게 커서 절분의 배출이 나빠지는 폐해도 회피할 수 있다.

제3발명에 의하면 브레이징재층의 두께를 상기 초지립의 평균입경의 1% 이상 5% 미만으로 했으므로, 가공 정밀도가 더 향상하고 슬라이스 가공시의 피가공물의 두께의 편차도 작게 억제할 수 있다.

제4발명에 의하면 금속 도금층이 니켈 도금층 또는 니켈합금 도금층이므로 강고한 지립지지력을 구비한다.

제5발명에 의하면 브레이징법과 비교해서, 솔더를 사용하고 있으므로 2백 수십도 이하의 온도에서의 제조가 가능해져서, 텅스텐이나 스테인레스의 와이어 이외에 피아노선 등의 저렴한 고탄소강의 와이어를 사용할 수 있고, 게다가 진공로를 사용한 번잡한 장치도 불필요해서 저비용화를 도모할 수 있다.

제6, 제7발명에 의하면 다이아몬드 등의 초지립이 솔더 등의 브레이징재층에 의하여 와이어에 가부착되고 또한 그 초지립이 가부착된 와이어를 니켈 등의 금속에 의하여 도금해서 상기 초지립을 고착하기 때문에 레진 본드법에 의한 것에 비하여 지립지지력이 매우 강고하다. 또 전착법과 비교하여 초지립이 브레이징재층에 의하여 가고정 되므로, 생산 속도를 높게 할 수 있고 초지립의 조정도 용이하다. 또한 이 가부착을 할 때에는 솔더 등의 브레이징재층과 초지립의 사이에 필릿이 형성된 다음에, 그 위에서 금속 도금이 되게 된다. 따라서 브레이징재 및 금속 도금에 의한 강고한 필릿에 의하여 간극 없는 강고한 접합이 되고, 초지립 부착부에 대한 응력집중을 방지할 수 있고, 따라서 전착법보다도 더 내구성(지립지지력)이 우수한 와이어소를 제공할 수 있다.

도1은 본 발명의 대표적 실시형태에 관한 와이어소를 나타내는 단면도.
도2(a)?(d)는 마찬가지로 와이어소를 제조하는 순서를 나타내는 설명도.
도3은 제1공정의 제조 프로세스를 나타내는 모식도.
도4는 제2 내지 제3공정의 제조 프로세스를 나타내는 모식도.
도5는 제4공정의 제조 프로세스를 나타내는 모식도.
도6(a)는 와이어소의 변형예를 나타내는 단면도, (b)는 Ａ부 확대 단면도.
도7은 실시예1, 비교예1의 와이어소의 확대 사진.
도8(a)는 가공전의 실시예2의 와이어소의 사진, (b)는 그 확대 사진.
도9(a)는 가공전의 실시예3의 와이어소의 사진, (b)는 그 확대 사진.
도10은 실시예2의 와이어소에 의한 가공시험의 결과를 나타내는 그래프.
도11은 실시예3의 와이어소에 의한 가공시험의 결과를 나타내는 그래프.

다음에 본 발명의 실시형태를 첨부된 도면에 의거하여 상세하게 설명한다. 도1은 본 발명에 관한 초지립 고정식 와이어소를 나타내는 단면도이며, 도2는 그 제조공정을 나타내는 설명도다. 도면 중의 부호 1은 와이어소, 10은 와이어, 13은 브레이징재층, 14는 초지립, 16은 금속 도금층을 각각 나타내고 있다.

본 발명의 와이어소(1)는 도1에 나타나 있는 바와 같이 와이어(10)의 표면에 초지립(14)을 분산시켜 고정한 것으로서, 와이어(10)의 표면에 브레이징재층(13)이 형성되고, 상기 브레이징재층(13) 상에 초지립(14)이 단층으로 가고정 됨과 아울러 그 위로부터 금속 도금함으로써 초지립(14)을 와이어 표면에 고착시켜 지지시킨 구조다. 또한 본 예에서는 표면이 도전성(導電性)을 구비하는 초지립(14)을 사용했으므로 금속 도금층(16)이 초지립(14) 상에도 피복되어 있지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고 표면이 도전성을 구비하지 않은 초지립을 사용할 수도 있고, 그 경우에 도6(a),(b)에 나타나 있는 바와 같이 초지립(14) 사이의 브레이징재층(13) 상에 금속 도금층(16)이 성장하여, 초지립(14)의 간극을 빈틈없이 메우고 각 초지립(14)을 에워싸고, 결과로서 초지립(14)이 강고하게 고착되는 것이다.

와이어(10)는 솔더의 용융 온도(溶融溫度)에 의하여 강도가 열화되지 않는 여러가지의 금속 와이어를 사용할 수 있고, 철, 니켈, 코발트, 크롬, 텅스텐, 몰리브덴, 구리, 티탄, 알루미늄 및 그들의 합금의 어느 하나로 이루어지는 것이 적합하게 사용된다. 특히 피아노선을 포함하는 고탄소강으로 이루어지는 것이 저렴하면서 안정적으로 입수(入手)할 수 있어 비용을 절감할 수 있는 점에서 바람직하다.

브레이징재층(13)은 Ｓｎ계, Ｓｎ-Ｃｕ합금계, Ｓｎ-Ａｇ합금계 또는 Ｓｎ-Ｓｂ합금계의 솔더를 사용하는 것이 바람직하다. 이들의 솔더성분이 바람직한 이유는 다음과 같다. 즉 450도 이하의 금속 접합재를 일반적으로 솔더라고 부르지만, 본 발명에 있어서의 목적은 비교적 저렴하고 또한 고강도의 피아노선을 포함하는 고탄소강으로 이루어지는 와이어에 초지립을 고정한 와이어소의 제공이다. 피아노선 등의 고탄소강은 300도 부근을 넘는 열환경에 일정시간 이상 노출되면 강도가 저하하기 때문에, 본 발명에 적용해야 할 솔더는 300도 이하, 바람직하게는 270도 이하의 융점을 가지는 솔더가 바람직하고, 상기의 솔더의 성분에 의하여 300도 이하의 융점의 솔더를 설계?제조 할 수 있기 때문이다. 브레이징재층(13)의 두께는 초지립(14)의 평균입경의 10% 이하로 한다. 더 바람직하게는 초지립의 평균입경의 1% 이상 5% 미만으로 한다.

초지립(14)은 종래부터의 와이어소에 사용되고 있는 여러가지의 초지립을 사용할 수 있지만, 본 발명의 목적인 고경질의 실리콘, 세라믹, 사파이어 등을 절단하기 위해서는, 초지립이며 경도가 높은 다이아몬드, ＣＢＮ, ＳｉＣ의 어느 하나, 또는 이들의 혼합물을 사용하는 것이 바람직하다.

초지립(14)에는 솔더에 대한 접합성을 양호하게 하기 위해 니켈, 구리, 또는 티탄의 금속에 의하여 피복되어 있다. 특히 니켈이나 구리를 코팅한 초지립은 브레이징재와의 습윤성(濕潤性;wettability)을 확보할 수 있어 부착 강도를 유지할 수 있는 점에서 바람직하다.

금속 도금층(16)은, 바람직하게는 서로 부착성을 높일 수 있는 점에서 초지립(14) 또는 그 피복 금속과 동종(同種)의 금속으로 이루어지는 도금이 바람직하고, 예를 들면 니켈 코팅된 다이아몬드 지립(14)에 대하여 니켈 도금층 또는 니켈합금 도금층을 전기 도금에 의하여 형성하는 것이 바람직하다.

이하 제조순서에 따라 와이어소(1)를 상세하게 설명한다. 와이어소(1)의 제조는 크게 나누어서 4개의 공정으로 이루어진다.

(제1공정)

제1공정은, 도2(a)에 나타나 있는 바와 같이 와이어(10)의 표면에 브레이징재층(13)을 형성하는 공정이다. 브레이징재층(13)은, 예를 들면 도가니 내에서 솔더를 용융하고, 와이어를 용융된 솔더의 안을 통과시켜서 형성된다. 도3은 제1공정의 제조 프로세스를 나타내는 모식도다. 본 프로세스는 와이어의 공급릴(20)로부터 풀어지는 와이어(10)가, 플럭스 도포장치(21)를 거치고 용융솔더조(22)를 통과하여 그 표면에 브레이징재층(솔더층)을 형성하고, 냉각영역(23)을 통하여 브레이징재층을 고화하여 프리코트 와이어(11)로서 권취릴(24)에 감겨지도록 한 프로세스다.

플럭스 도포장치(21)는 플럭스(flux)를 노즐로부터 분사하는 방법의 것이나 플럭스의 저장조를 통과시키는 방법의 것 등이 있다. 용융솔더조(22)에는, 솔더를 용융시키기에 충분한 가열장치가 설치되어 있는 것으로 한다. 또한 용융솔더조에 와이어를 통과시키도록 안내장치가 설치되어 있어 와이어(10)가 용융솔더내를 통과한다. 동시에 와이어(10)의 표면에 브레이징재층(13)(솔더층)이 형성된다. 용융솔더조(22)를 벗어났을 때에 용융솔더는 거의 고화되어 있지만, 고화를 더 확실하게 하기 위해서 권취릴(24)에 감겨지기 전에 냉각영역(23)이 설치되어 있다. 전술한 바와 같이, 도2(a)가 이 제1공정을 끝내고 제조된 와이어의 단면을 나타내는 것으로, 와이어(10)의 표면에 브레이징재층(13)이 형성되어 있는 형태를 나타내고 있다. 이것을 프리코트 와이어(11)라고 부른다.

이 제1공정에서 형성되는 브레이징재층(13)(솔더층)의 두께는, 솔더의 용융시의 점성? 표면장력 및 선의 주행속도에 의하여 변화되지만, 상기와 같이 초지립(14)의 평균입경의 10% 이하, 더 바람직하게는 1% 이상 5% 미만이 바람직한 두께가 된다. 구체적인 두께의 수치는 초지립의 평균입경이 40?60μm일 때 2μｍ 이하, 초지립의 평균입경이 10?20μm일 때 1μｍ 이하가 바람직하다. 본 예에서는 용융 도금(熔融鍍金)으로 하고 있지만, 예를 들면 주석의 전기 도금(電氣鍍金)에 의하여 금속 도금층을 형성할 수도 있는 것은 물론이다.

(제2공정)

제2공정은 도2(b)에 나타나 있는 바와 같이 제1공정에서 형성된 브레이징재층(13)에 초지립(14)을 단층으로 분산?부착시키는 공정이다. 예를 들면 솔더가 용융하는 온도 이하에서 분해 또는 증발되는 액체에 의하여 제1공정에서 제작한 프리코트 와이어(11)의 표면을 적시고, 그 젖은 와이어를 초지립이 들어간 용기 내를 통과하게 하여 와이어 표면에 그 습윤(wetting)에 의하여 초지립을 부착되게 한다. 이 경우에 도2(b)에는 나타내지 않고 있지만, 실제로는 초지립 상호간의 응집력(凝集力)에 의하여 초지립 상에 초지립이 올라간 상태를 볼 수 있다.

더 구체적으로는 도4의 모식도면에 나타나 있는 바와 같이, 공급릴(30)로부터 공급된 프리코트 와이어(11)가 액체도포 장치(31)에 의하여 표면이 적셔진다. 그리고 표면이 젖은 프리코트 와이어(11)가, 초지립 부착영역(32)내의 초지립 살포장치(32a)를 통과할 때에 표면에 초지립(14)이 부착된다. 여기까지가 제2공정이다. 이에 따라 도2(b)에 나타나 있는 바와 같이 프리코트 와이어(11)의 브레이징재층(13) 표면에 액체층(15)이 형성되고, 그 액체의 습윤(wetting)에 의하여 초지립(14)이 프리코트 와이어(11)의 표면에 붙은 상황이 된다. 여기에서 와이어의 주행 스피드 등을 조정함으로써 초지립의 부착 밀도를 컨트롤하는 기능을 갖추는 것이 바람직하다.

또한, 제2공정을 실시하는 방법은 본 예 이외의 것도 생각된다. 예를 들면 마찬가지로 표면을 적신 프리코트 와이어를 초지립 분말의 저장조를 통과시킴으로써도 할 수 있고, 정전도장(靜電塗裝)의 원리를 사용해서 초지립을 프리코트 와이어에 부착되게 할 수도 있다. 또한 단순한 반데르발스힘(van der Waals力)이나 대전에 의하여 부착되게 하는 것도 가능하다. 모두 와이어의 주행 스피드나 분사량의 컨트롤에 의하여 초지립의 부착량을 컨트롤 할 수 있는 것도 특징이다.

(제3공정)

제3공정은, 제2공정에서 초지립(14)을 가부착한 와이어 브레이징재층(13)을 가열 용융한 후에, 냉각 고화해서 초지립(14)을 브레이징재층(13)표면에 접합시켜 가부착(가고정)하는 공정이다. 구체적으로는, 도4의 모식도면에 나타나 있는 바와 같이 제2공정에 연속해서 이루어지고, 초지립 살포장치(32)를 통과한 초지립부착 프리코트 와이어는 가열로(33)로 인도되어서 가열된다. 이 가열로(33)는 프리코트 브레이징재층(13)을 용융시키기에 충분한 온도로 가열할 수 있게 되어 있어, 가열로(33)내에서는, 부착되어 있는 액체층(15)의 액체가 증발하고, 동시에 브레이징재층(13)의 솔더가 용융하고, 증발한 액체층(15)의 액체를 대신해서 브레이징재층(13)에 의하여 초지립(14)이 그 접촉면에서 와이어에 젖은 상황이 된다. 이 와이어가 가열로(33)를 나와서 냉각영역(34)을 지나면 브레이징재층(13)이 고화되어 초지립(14)은 와이어에 접합되게 된다.

도2(c)는, 이 공정을 끝낸 와이어의 단면에서, 용융한 브레이징재층(13)의 솔더가 초지립(14)의 주위에 표면장력에 의하여 끌어 당겨진 후에 굳어져 필릿(13a)을 형성하고 있는 모양을 나타내고 있다. 즉 이 방법의 특징은, 초지립(14)의 접착면의 주변에 필릿(13a)이 형성된 형태가 되어 초지립(14)이 안정된 형태로 접합되는 것이다. 이 필릿(13a)이 존재함으로써 후공정의 금속 도금도 매끈하게 초지립(14)을 둘러싸게 되고, 필릿(13a)이 형성되지 않는 전착에 의한 초지립의 접합상태와 다르게 되어 지립지지력이 큰 와이어소가 얻어지는 것이다.

제2공정에서 초지립 상호간의 응집력에 의하여 초지립(14)상에 불필요하게 많이 부착된 초지립은, 브레이징재층(13)과 접촉하지 않고 있으므로 제3공정에 있어서도 와이어에 접합되는 경우는 없고, 예를 들면 냉각영역(34)에서 공기의 흐름에 닿게 함으로써 제거되어서 와이어상의 초지립(14)은 단층을 이루게 된다. 이하 제3공정에서 제작된 와이어를 초지립 가부착 와이어(12)라고 한다. 이 와이어에 대한 초지립의 접착력은 브레이징재층(13)의 솔더와 초지립, 솔더와 와이어의 접착력에 의하여 결정이 되지만, 거의 초지립의 일면만으로 접착되는 상황이므로 접착력이 불충분해서 이대로 와이어소가 될 수 없다. 따라서 와이어소에 사용하는 경우에는, 후술하는 제4공정에 의하여 초지립을 더 강고하게 와이어에 고착시킬 필요가 있다.

(제4공정)

제4공정은, 도2(d)에 나타나 있는 바와 같이 초지립 가부착 와이어(12)에 금속 도금을 실시하여 초지립(14)을 와이어에 강고하게 고착하는 공정이다. 도5는, 제4공정의 제조 프로세스를 나타내는 모식도다. 본 장치에 있어서, 제3공정에서 제작된 초지립 가부착 와이어(12)가 공급릴(40)로부터 공급되어, 탈지조(42), 산세조(43), 수세조(44), 도금조(45), 수세조(46)를 거쳐서 권취릴(47)에 감긴다.

도금조(45)에는, 애노드(45c)와, 와이어를 캐소드(陰極)로 하기 위한 급전롤(45b)이 설치되고, 직류전원(45a)이 설치되어 있다. 이 도금조(45)를 통과하는 사이에 초지립 가부착 와이어(12)의 표면에 금속 도금층이 형성된다. 초지립 표면이 도전성일 경우에 와이어 브레이징재층상 뿐만아니라 초지립상에도 금속 도금층이 형성되고, 초지립은 매우 강고하게 와이어에 고착된다. 도2(d) 및 도1의 단면의 초지립고정 와이어가 얻어진다. 금속 도금의 두께는 와이어의 주행속도, 도금 전류에 의하여 컨트롤 된다. 이 제4공정에서 형성되는 금속 도금의 두께는, 본 예와 같이 도전성의 피복을 한 초지립(14)의 경우에, 이 초지립(14) 표면에도 금속 도금을 하기 때문에, 지나치게 두꺼우면 와이어 사용전의 드레싱(날 세우기)에 시간이 걸려 효율이 떨어진다. 따라서 바람직하게는 3?10μm, 더 바람직하게는 3?5μm이다.

이상 본 발명의 실시형태에 대해서 설명했지만, 본 발명은 이러한 형태에 어떠한 한정도 되지 않고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에 있어서 여러가지 형태로 실시할 수 있는 것은 물론이다.

(실시예)

다음에 본 발명의 제조방법에 의하여 제작한 실시예1의 와이어소와, 전착방법에 의하여 제작한 비교예1의 와이어소를 도7의 사진에 의거하여 설명한다.

실시예1의 와이어소는, 상기한 도3?5의 프로세스를 사용해서 제작했다. 와이어로서 직경 180μm의 놋쇠 도금 피아노선(Brass Plating piano線)을 사용하고, 용융 온도 220도의 Ｓｎ-Ａｇ합금계 솔더를 사용해서 2?2.5μm두께의 솔더 도금층(solder 鍍金層)을 형성해서 프리코트 와이어를 제작했다. 이 프리코트 와이어를 액체에 의하여 적신 다음에, 사이즈가 30?40μm의 니켈 코트 다이아몬드 지립(nickel coated diamond 砥粒)을 와이어 주행속도 20m/분으로 분산?부착되게 하여 용융 고화해서 초지립 가부착 와이어를 제작했다. 도7(a)는 이 초지립 가부착 와이어의 확대 사진이다. 솔더가 초지립의 주변으로 끌어당겨져 필릿을 형성하고 있다. 이 때문에 와이어 주변의 솔더 도금층의 두께는 서브미크론 레벨이 되어 있는 것을 볼 수 있다.

다음에 이 초지립 가부착 와이어에 대하여, 와이어 주행속도 10m/분, 전류 20암페어로 니켈 도금을 10μm의 두께까지 실시했다. 도7(b)는 금속 도금후의 완성된 와이어소의 확대 사진이다. 금속 도금층은 필릿상도 커버하는 형태로 피복되어, 초지립이 완전하게 피복된 형태로 고착되어 있는 것을 알 수 있다.

비교예1의 와이어소는 다이아몬드 지립을 전착에 의하여 와이어에 고정한 것이다. 와이어 직경은 180미크론, 초지립은 다이아몬드 지립(평균 입자직경 30?40미크론), 전착소재는 니켈이다.

도7(c)는 비교예1의 와이어소의 확대 사진이다. 금속 도금에 의하여 피복되어 있는 초지립의 부착면의 주위가 검은 그림자와 같이 보이지만, 이것은 실시예1과 같이 금속 도금의 바탕으로서 솔더 도금층의 필릿이 존재하지 않기 때문에, 금속 도금이 상기 부착면의 주위의 간극에 충분하게 부착되지 않고, 와이어 표면의 금속 도금과 초지립 표면의 금속 도금이 충분히 결합 되어 있지 않은 것을 나타내고 있다.

와이어소를 사용할 때는 초지립에 와이어의 주행방향과 반대로 힘이 작용하여, 초지립과 와이어 사이에는 초지립을 떼려고 하는 힘이 작용하지만, 이 힘이 비교예1과 같은 전착에 의한 경우의 형상에서는, 금속 도금이 되어 있지 않은 초지립 부착면에 응력집중이 발생하여 초지립이 떨어지기 쉽다. 이에 대하여 실시예1에서는 솔더 도금층의 필릿이 상기 부착면의 주위에 형성되고 그 위에 금속 도금이 확실하게 형성되어 상기한 응력집중을 피할 수 있고, 이것이 전착법보다도 더 내구성(지립지지력)이 우수한 와이어소가 실현된 이유라는 것을 알 수 있다.

다음에 본 발명의 실시예로서 2종류의 와이어소(실시예2 및 실시예3)를 제작하여 가공시험을 한 결과에 대해서 설명한다.

(실시예2)

와이어 소재 : 놋쇠 도금 피아노선

와이어 직경 : 179μm

브레이징재 조성 : Ｓｎ-0.7Ｃｕ-0.05Ｎｉ-Ｇｅ

다이아 평균입경 : 약 50μm

금속 도금 조성 : 니켈

금속 도금 두께 : 7μm

브레이징재층의 두께 : 약1μm

브레이징재층의 두께의 비율(다이아 평균입경에 대한 비율) : 약 2%

(실시예3)

와이어 소재 : 놋쇠 도금 피아노선

와이어 직경 : 179μm

브레이징재 조성 : Ｓｎ-0.7Ｃｕ-0.05Ｎｉ-Ｇｅ

다이아 평균입경 : 약 50μm

금속 도금 조성 : 니켈

금속 도금 두께 : 7μm

브레이징재층의 두께 : 약 2.5μm

브레이징재층의 두께의 비율 : 약5%

도8(a)는 실시예2의 와이어소의 가공전의 사진, (b)는 그 확대 사진이다. 도9(a)는 실시예3의 와이어소의 가공전의 사진, (b)는 그 확대 사진이다. 실시예2와 같이 브레이징재층의 두께를 약 2%로 억제했을 경우에 도8로부터 알 수 있듯이, 다이아의 기저부(基底部)의 금속 도금 표면의 Ｒ이 작아져 있다. 이에 대하여 실시예3과 같이 브레이징재층의 두께가 약5%의 경우에 도9로부터 알 수 있듯이 실시예2의 와이어소 보다도 Ｒ이 커져 있다. 이것은, 다이아를 브레이징재층에 가고정 했을 때의 필릿이 브레이징재층이 두꺼울수록 커지고, 따라서 이것에 적층되는 금속 도금의 표면의 Ｒ도 그만큼 커지게 되기 때문이다.

(가공조건)

실시예2, 실시예3도 와이어의 주행속도(선속(線速))를 500m/ｍｉｎ으로 해서 길이 49mm의 사파이어 잉곳(ingot)을 슬라이스 가공해서 웨이퍼를 제작했다.

(휨 측정)

동경정밀(東京精密) 제품인 표면조도 측정기(表面粗度測定器) 「ＳＵＲＦＣＯＭ-1500-ＳＤ3」를 사용해서 측정했다.

도10 및 도11에, 각각 실시예2, 실시예3의 와이어소에 의한 가공시험의 결과(휨과 ＴＴＶ)의 그래프를 나타낸다. 실시예2의 와이어소에서는 슬라이스 가공에 의하여 34매 제작한 각 웨이퍼의 휨의 평균치가 8.178μm이 되어, 매우 작은 값이면서 또한 편차가 적고 안정되어 있어 가공 정밀도가 매우 우수한 것을 알 수 있다. ＴＴＶ는 한 장의 웨이퍼내에서의 두께의 편차량(μm)이며, 3군데의 두께의 최대와 최소의 값의 차이에 의하여 구한 것이다. ＴＴＶ의 평균도 9.529μm로서 작고, 균일한 두께로 가공할 수 있는 것을 알 수 있다. 실시예3의 와이어소에서는, 50매의 각 웨이퍼의 휨의 평균치가 12.099μm이며, 실시예2와 비교하여 가공 정밀도가 뒤떨어지지만 우수한 가공 정밀도다. 실시예2보다 뒤떨어진 이유로서는, 다이아의 기저부의 금속 도금 표면의 Ｒ이 비교적 커져서, 다이아의 떨어짐도 없어 절분의 배출이 나빠지고, 선의 감소도 적고, 절단 품질이 나빠져서 휨이 커지는 것 때문이라고 생각된다. ＴＴＶ의 평균은 9.02μm로서 작고, 균일한 두께로 가공할 수 있는 것을 알 수 있다.

1 : 와이어소
10 : 와이어
11 : 프리코트 와이어(precoated wire)
12 : 초지립 가부착 와이어
13 : 브레이징재층
13a : 필릿
14 : 초지립
15 : 액체층
16 : 금속 도금층
20 : 공급릴(supply reel)
21 : 플럭스 도포장치(fluxing apparatus)
22 : 용융솔더조(melted solder bath)
23 : 냉각영역
24 : 권취릴(卷取reel)
30 : 공급릴
31 : 액체도포 장치
32 : 초지립 부착영역
32a : 초지립 살포장치
33 : 가열로
34 : 냉각영역
40 : 공급릴
42 : 탈지조(脫脂槽;defatting bath)
43 : 산세조(酸洗槽;acid washing bath)
44 : 수세조(水洗槽;water washing bath)
45 : 도금조(鍍金槽;plating bath)
45a : 직류전원
45b : 급전롤(給電roll)
45c : 애노드(陽極;anode)
46 : 수세조
47 : 권취릴

Claims

와이어(wire)의 표면에 초지립(超砥粒)을 분산시켜 고정시킨 와이어소(wire saw)로서,
초지립을 가고정(假固定)시키는 브레이징재층(brazing material層) 및 상기 초지립을 지지하기 위한 금속 도금층(金屬鍍金層)의 2층을 구비하고, 상기 브레이징재층의 두께를 상기 초지립의 평균입경의 10% 이하로 하는 것을 특징으로 하는 초지립 고정식 와이어소(超砥粒固定式 wire saw).
제1항에 있어서,
와이어의 표면에 상기 브레이징재층을 형성하고, 상기 브레이징재층상에 상기 초지립을 분산?부착되게 한 다음에, 상기 브레이징재층의 표면을 용융?고화함으로써 상기 초지립이 그 부착면에 가고정되고 또한 도금처리를 하여 상기 금속 도금층을 형성함으로써 초지립이 와이어 표면에 지지되는 초지립 고정식 와이어소.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 브레이징재층의 두께를 상기 초지립의 평균입경의 1% 이상 5% 미만으로 하는 초지립 고정식 와이어소.
제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 금속 도금층이, 니켈 도금층 또는 니켈합금 도금층인 초지립 고정식 와이어소.
제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 브레이징재층이, Ｓｎ계, Ｓｎ-Ｃｕ합금계, Ｓｎ-Ａｇ합금계 또는 Ｓｎ-Ｓｂ합금계의 솔더(solder)로 이루어지는 초지립 고정식 와이어소.
와이어의 표면에 초지립을 분산시켜 고정시킨 와이어소로서,
와이어의 표면에 브레이징재층을 형성하고, 상기 브레이징재층상에 초지립을 단층으로 분산?부착되게 한 다음에, 상기 브레이징재층의 표면을 용융?고화해서 초지립이 그 부착면에서 접합한 초지립 가부착 와이어로 하고 또한 상기 초지립 가부착 와이어를 도금처리 하여 금속 도금층을 형성함으로써 초지립을 가고정시키는 상기 브레이징재층 및 초지립을 지지하기 위한 상기 금속 도금층의 2층으로 구성하여 이루어지는 초지립 고정식 와이어소.
와이어의 표면에 초지립을 분산시켜 고정시킨 와이어소의 제조방법으로서,
미리 와이어 표면에 브레이징재층을 형성하고,
상기 브레이징재층상에 초지립을 단층으로 분산?부착되게 한 후에,
상기 브레이징재층의 표면을 용융?고화함으로써 초지립이 그 부착면에서 접합한 초지립 가부착 와이어로 하고,
상기 초지립 가부착 와이어를 금속 도금함으로써 상기 초지립을 와이어의 표면에 고착시키는 초지립 고정식 와이어소의 제조방법.