KR20140122999A

KR20140122999A - 와이어 쏘 및 와이어 쏘의 제조방법

Info

Publication number: KR20140122999A
Application number: KR20140023279A
Authority: KR
Inventors: 미야사카 요시오; 카토 오사무; 사사베 히로시; 니시오 타카히데; 사카타 신이치
Original assignee: 가부시키가이샤 후지키한; 와이어 엔지니어링 프로덕티버티 엘엘씨
Priority date: 2013-04-11
Filing date: 2014-02-27
Publication date: 2014-10-21
Also published as: CN104097270A; JP2014205211A; KR101563418B1; JP6245833B2; TW201438833A; TWI566864B; CN104097270B

Abstract

와이어 쏘의 강도를 저하시키는 일 없이, 심선에 전착한 지립의 일부분을 도금 금속으로부터 노출시킨다.
심선(2)에, 평균 입자경 8~35㎛의 지립(31)을 전착시켜서 형성한 지립 전착층(3)을 구비한다. 이 지립 전착층(3)은 전착에 의해 심선(2)상에 지립(31)을 분산한 상태로 성막된 니켈 도금층에 대하여, 경도 HV500~1000, 비중 2.0~3.0, 평균 입자경 10~62㎛의 세라믹계(유리를 포함) 구상 숏을 분사압력 0.15~0.30MPa로 분사함과 아울러 충돌시키는 표면처리를 함으로써 노출시킨 상기 지립(31)의 일부분에 의해 형성된 절단날(31a)과, 상기 구상 숏의 충돌에 의해 경화한, 상기 지립(31)의 베이스부를 상기 심선(2)상에 고정시키는 두께 4~10㎛의 니켈층(32)을 가진다.

Description

와이어 쏘 및 와이어 쏘의 제조방법{Wire saw and method for preparing the same}

본 발명은 실리콘, 수정, 사파이어 등의 경질 취성(脆性) 재료의 잉곳 등으로부터 실리콘 웨이퍼나 수정 진동자, 기판 등의 제품을 잘라낼 때 사용하는 와이어 쏘(wire saw) 및 상기 와이어 쏘의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 피아노선이나 경강선(硬鋼線) 등의 심선(芯線)에 다이아몬드 등의 지립(砥粒; abrasive grain)을 전착(電着)에 의해 부착시킨 고정 지립형 와이어 쏘 및 그 제조방법에 관한 것이다.

실리콘, 수정, 사파이어의 잉곳 등의 경질 취성 재료로부터 실리콘 웨이퍼, 수정 진동자, 기판 등의 제품을 잘라낼 때 종래부터 "와이어 쏘"가 사용되고 있다.

이 와이어 쏘를 사용한 절단방법으로는 표면에 지립을 구비하지 않은 피아노선 등으로 이루어지는 와이어 쏘를 사용하고, 이 와이어 쏘에 지립과 물이나 기름의 현탁액인 슬러리를 가하면서 고속으로 워크에 접촉시킴으로써 와이어 쏘와 워크 사이에서 굴림운동하는 지립에 의해 워크를 절단하는 "유리(遊離) 지립 방식"과, 심선에 미리 다이아몬드 등의 지립을 표면에 부착시켜 둔 와이어 쏘를 사용하고, 이 와이어 쏘에 윤활 및 냉각을 실시하기 위한 물이나 기름 등의 냉각매체를 가하면서 워크에 고속으로 접촉시킴으로써 절단을 실시하는 "고정 지립 방식"이 있다.

또한, 이러한 고정 지립 방식에서 사용하는 와이어 쏘에 대한 지립의 부착방법으로서, 수지제 본드 등에 의한 지립의 접착, 전기 도금에 의한 지립의 전착, 본드에 의한 접착과 전착의 조합 등이 제안되어 있다.

일례로, 본드에 의한 접착과 전착을 조합한 것으로서, 도전성을 가지는 심선의 바깥둘레면에 유기 접착제에 의해 나선형상으로 접착제층을 형성하고, 이 접착제층에 지립을 부착시켜 지립을 심선의 표면에 1차 고정함과 아울러, 그 위에서 또 전착에 의해 형성한 금속 도금층으로 지립을 2차 고정하는 것이 있다(특허문헌 1).

일본국 공개특허공보 2011-230258호

와이어 쏘로 절단하는 반도체, 수정, 사파이어 등의 경질 취성 재료는 대부분이 고가의 재료이며, 절단시에 가능한 한 많은 제품을 잘라낼 수 있는 것이 요구된다.

여기서, 도 6(A)에 도시한 바와 같이 와이어 쏘(1)에 의해 실리콘 단결정 잉곳 등의 워크(W)로부터 제품을 잘라낼 경우, 도 6(B)에 확대도로 도시한 바와 같이 와이어 쏘(1)가 통과하는 부분의 잉곳은 절삭되어 없어지기 때문에, 이 절단시에 생기는 손실분을 절단분(δ)으로서 확보할 필요가 있다.

또한, 와이어 쏘로 잘라낸 제품은 표면이 거칠어져 있어서 절단후에 표면을 연마할 필요가 있기 때문에, 이 연마로 인한 손실분을 연마분(t)으로서 확보해 둘 필요가 있다.

그렇기 때문에, 워크(W)의 절단에 사용되는 와이어 쏘(1)의 간격(d)은 최종 제품의 두께(X)에 절단분(δ)과 연마분(t)을 더한 간격으로 설정되어 있으므로, 같은 사이즈의 워크에서 보다 많은 제품을 잘라내고자 했을 경우, 사용하는 와이어 쏘(1)의 선직경을 가늘게 해서 절단분(δ)을 작게 하고, 및/또는, 절단후 제품의 표면 거칠음을 작게 하여 연마분(t)을 작게 하면, 와이어 쏘의 간격(d)이 좁아져 같은 크기의 워크(W)에서 잘라낼 수 있는 제품수가 늘어난다.

그러나, 선직경이 작은 와이어 쏘(1)는 강도가 낮고 단수명인 동시에 단선 등도 생기기 쉽기 때문에, 재질이나 구조의 재검토 등을 통해 와이어 쏘의 강도 개선을 도모하지 않고 단순히 와이어 쏘의 선직경만을 가늘게 하면, 와이어 쏘의 빈번한 교환이 필요하게 되어 그 때마다 작업이 중단되어 작업성이 저하할 뿐만 아니라 고가인 와이어 쏘의 교환에 따른 제품의 제조비용이 늘어나게 된다.

또한, 가령 와이어 쏘의 선직경을 가늘게 해서 절단분(δ)을 감소하는 것에 성공했다고 해도, 절단후에 얻어지는 단면의 거칠기가 증가할 경우에는 전술한 연마분(t)을 많이 취할 필요가 있게 되어, 잘라낼 수 있는 제품수의 증가를 기대할 수 없을 뿐만 아니라 연마 작업에 소요되는 시간과 노력을 증대시키게 되어 생산성이 저하한다. 특히 절단시에 치핑(chipping) 등의 불량이 생기면, 기껏 제품으로서 잘라냈다고 해도 불량품으로서 출하할 수 없게 되어 더욱 수율이 나빠진다.

여기서, 전착에 의해 지립을 부착시킨 후 미사용 상태에 있는 와이어 쏘에서는, 심선(2)상에 형성된 지립 전착층(3)은 도 7에 도시한 바와 같이 지립(31)이 도금 금속(32') 안에 파묻힌 상태로 되어 있어, 이 상태에서 사용을 시작하면 지립(31)을 덮는 부분의 도금 금속(32')이 워크(W) 표면과의 접촉으로 인해 제거되고 이윽고 지립(31)이 표면에 노출되어 절단날이 형성됨으로써 큰 절삭력이 발휘되게 되기 때문에, 이러한 절단날이 형성되기 전의 사용 개시시점에서는 와이어 쏘(1)에 의한 절삭력이 비교적 낮다.

그렇기 때문에, 지립(31)이 도금 금속(32')으로 덮인 상태에서 이루어지는 절단과, 그 후, 지립(31)이 노출되어 본래의 절삭력이 발휘된 상태에서 이루어지는 절단은 절삭량에 큰 차이가 생기기 때문에, 절단방향에 대한 워크(W)의 이송속도를 일정하게 해서 절단을 실시하면, 와이어 쏘(1)의 교환 직후에는 워크(W)가 와이어 쏘(1)에 대하여 필요 이상의 힘으로 눌리게 되어, 와이어 쏘(1)의 단선이나 워크(W)에 필요 이상의 데미지를 입혀 단면이 거칠어지는 등의 초기 불량이 생기기 쉽다.

이러한 초기 불량의 발생을 피하는 방법으로는 도금으로 지립 전착층(3)을 형성한 후, 절단에 사용하기 전에 미리 지립(31)의 표면을 덮는 도금 금속(32')을 제거해 두는 방법도 고려할 수 있으며, 이러한 방법으로서 예를 들면 Al₂O₃나 SiC 숫돌(砥石)을 사용한 와이어 쏘의 표면 연마, Al₂O₃ 지립을 사용한 샌드 블라스트에 의한 에칭, 산 등의 약품에 침지하여 실시하는 에칭을 고려할 수 있다.

그러나, 상기의 방법으로 지립(31)을 노출시켰을 경우, 숫돌에 의한 연마나 샌드 블라스트에 의한 에칭에서는 지립 전착층(3)에 큰 외력을 가하여 지립을 덮는 부분의 도금 금속(32')을 깎아냄으로써 지립(31)을 노출시키게 되기 때문에, 이 방법으로 처리하면 지립(31)을 덮는 부분의 도금 금속(32')뿐만 아니라, 지립 전착층(3) 자체를 박리시키거나 혹은 지립(31)을 탈락시키게 되어 처리후의 와이어 쏘(1)의 성능을 저하시킨다.

또한, 처리후에 심선(2)상에 남는 도금 금속(32')의 표면이 오톨도톨(梨地)하게 되는 등, 무수한 흠집을 남기게 되기 때문에, 와이어 쏘(1)의 사용중에 이 흠집을 기점으로 해서 지립 전착층(3)이 파괴되어 박리되거나 와이어 쏘(1)의 단선 등이 생기기 쉬워진다.

이에 반해, 산 등의 약품을 사용한 에칭에서는 지립 전착층(3)에 대하여 기계적인 힘은 가해지지 않지만, 약품으로 인한 식각(蝕刻)에 의해 표면이 거칠어지기(무수한 흠집이 나기) 때문에, 지립 전착층(3)의 강도 저하나 와이어 쏘(1)의 수명 저하가 생기는 점은 전술한 숫돌에 의한 연마나 샌드 블라스트에 의한 에칭의 경우와 마찬가지이다.

게다가, 약품에 의한 에칭에서는 금속부분이 대략 균일하게 식각되기 때문에, 지립(31) 위를 덮는 도금 금속(32')뿐만 아니라, 지립(31)을 고정하기 위한 토대로서 남겨야 할 부분인 도금 금속(32')에도 식각이 미쳐, 지립의 유지력이 저하하여 에칭중 및 와이어 쏘로서의 사용중에 지립이 탈락하기 쉬워지는 점에서도 와이어 쏘의 수명을 단축시키게 된다.

이처럼, 지립(31)을 노출시키기 위해 와이어 쏘(1)에 대하여 실시하는 것이 상정되는 전술한 처리는 모두 와이어 쏘(1)의 강도 저하로 이어지는 처리이며, 상기 처리후의 와이어 쏘(1)를 처리전의 와이어 쏘(1)와 동일한 정도의 강도로 유지하려면 와이어 쏘(1)의 선직경을 굵게 할 필요가 있다.

따라서, 와이어 쏘(1)에 전착한 지립(31)을 미리 노출시켜 두기 위한 처리로서 상기에서 상정한 처리와, 와이어 쏘(1)의 세경화(細徑化)는 상반되는 요구로서 양립시킬 수는 없으며, 따라서 수율 향상이라는 요구에 대해서도 대응할 수 없다.

그러므로, 본 발명은 심선에 전착한 지립이, 그 일부분을 노출시킨 구조를 가지는 것이면서, 와이어 쏘의 강도나 수명이 향상된 와이어 쏘, 및 상기 와이어 쏘의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

이하에 과제의 해결 수단을, 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에서 사용하는 부호와 함께 기재한다. 이 부호는 특허청구범위의 기재와 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용의 기재와의 대응을 명확히 하기 위한 것이며, 말할 필요도 없이, 본원발명의 기술적 범위의 해석에 제한적으로 이용되는 것은 아니다.

상기 과제를 달성하기 위해 본 발명의 와이어 쏘(1)는, 실시형태에서는 선직경 0.05~0.2mm의 심선(2)에, 평균 입자경 8~35㎛의, 지립(31)을 전착시켜서 형성한 지립 전착층(3)을 구비하고,

상기 지립 전착층(3)이,

전착에 의해 상기 심선(2)상에 상기 지립(31)을 분산한 상태로 성막(成膜)된 니켈 도금층에 대하여, 실시형태에서는 경도 HV500~1000, 비중 2.0~3.0, 평균 입자경 10~62㎛의 세라믹 내지 유리의 구상(球狀) 숏을 분사압력 0.15~0.30MPa로 분사함과 아울러 충돌시키는 표면처리를 함으로써 노출시킨 상기 지립(31)의 일부분에 의해 형성된 절단날(31a)과,

상기 구상 숏의 충돌에 의해 경화한, 상기 지립(31)의 베이스부를 상기 심선(2)상에 고정시키는 두께 4~10㎛의 니켈층(32)을 가지는 것을 특징으로 한다(도 1 참조).

또한, 본 발명의 와이어 쏘(1)의 제조방법은 전착에 의해 심선(2)에 평균 입자경 8~35㎛의 지립(31)이 분산된 니켈 도금층인 지립 전착층(3)을 형성하는 공정과,

상기 지립 전착층(3)이 형성된 상기 심선(2)에, 경도 HV500~1000, 비중 2.0~3.0, 평균 입자경 10~62㎛의 세라믹계 구상 숏을 분사압력 0.15~0.30MPa로 분사함과 아울러 충돌시키는 표면처리 공정을 포함하고,

상기 표면처리 공정에서, 상기 구상 숏과의 충돌에 의해 상기 지립(31)의 일부분을 상기 니켈 도금층상에 노출시켜서 상기 지립 전착층(3)에 절단날(31a)을 형성함과 아울러,

상기 지립(31)의 베이스부를 상기 심선(2)상에 고정하는, 상기 숏과의 충돌에 의해 경화되어 경도가 상승한 두께 4~10㎛의 니켈층(32)을 형성한 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 제조방법에 있어서, 전술한 지립 전착층(3)의 전착은 술파민산욕에 의해 실시하는 것이 바람직하다.

이상에서 설명한 본 발명의 구성에 의해, 본 발명의 와이어 쏘(1)에 따르면 아래의 현저한 효과를 얻을 수 있었다.

소정의 경도, 비중, 입경, 재질의 구상 숏을 분사하여 표면처리를 함으로써 니켈로부터 노출시킨 지립(31)의 일부분에 의해 절단날(31a)을 형성함과 아울러, 구상 숏과의 충돌로 인해 상기 지립(31)의 베이스부를 심선(2)상에 고정하는 니켈층(32)의 경도가 향상됨으로써, 본 발명의 와이어 쏘(1)에서는 사용 개시 당초부터 높은 절삭성이 발휘되어 초기 불량의 발생이 억제됨과 아울러, 니켈층(32)의 강화로 인해 지립 전착층(3)의 박리나 지립(31)의 탈락이 생기기 어렵게 할 수 있었을 뿐 아니라, 와이어 쏘(1) 전체의 강도 향상을 꾀할 수 있었다.

그 결과, 본 발명의 와이어 쏘(1)에서는 동일 선직경의 종래의 와이어 쏘에 비해 강도가 높고, 그 결과, 종래보다 선직경이 가는 것을 사용해서 워크(W)를 절단할 수 있기 때문에, 도 6(B)를 참조하여 설명한 절단분(δ)을 좁게 하여, 같은 크기의 잉곳으로부터 보다 많은 제품을 잘라낼 수 있게 되었다.

또한, 동일 직경의 기존 와이어 쏘와 비교했을 경우, 수명을 1.5배로 늘릴 수 있고, 또한 잉곳에 대한 와이어 쏘의 접촉 속도를 상승시키는 것이 가능하기 때문에 절단에 소요되는 시간의 단축도 가능하였다.

게다가, 본 발명의 와이어 쏘(1)에서는 사용 개시부터 절단날(31a)이 노출되어 있어, 초기 불량이 원인이 되는 절단면의 거칠음이 생기지 않아 절단후의 단면이 깨끗하고 치핑 등의 발생도 적으며 똑바로 절단할 수 있기 때문에, 절단후, 연마에 의해 제거하는 연마분(t)[도 6(B) 참조]도 작게 설정할 수 있으며, 이 점에서도 수율 향상과, 연마 처리 시간 및 노력의 저감이 가능해졌다.

한편, 지립 전착층(3)의 형성을 술파민산욕에 의해 실시했을 경우, 이렇게 해서 형성한 니켈 도금층은 고경도인 동시에 내부응력이 낮아, 내부응력이 원인이 되어 생기는 지립 전착층(3)의 박리도 방지할 수 있어 와이어 쏘(1)의 장수명화를 한층 도모할 수 있었다.

도 1은 본 발명의 와이어 쏘의 축선방향에서의 주요부 단면도이다.
도 2는 구상 숏의 분사방법의 설명도이다.
도 3은 구상 숏의 분사에 사용하는 가공장치의 사시도이다.
도 4는 가공장치 내에서의 구상 숏의 분사방법의 설명도이다.
도 5는 가공장치 내에서의 구상 숏의 분사방법의 설명도이다.
도 6의 (A)는 와이어 쏘에 의한 워크의 절단방법의 설명도, (B)는 (A)의 주요부 확대도이다.
도 7은 지립을 전착한 상태인 채인 와이어 쏘의 축선방향에서의 주요부 단면도이다.
도 8은 실시예 1의 와이어 쏘 표면의 현미경 사진(사용전)이다.
도 9는 실시예 1의 와이어 쏘로 절단한 실리콘 잉곳 절단부의 현미경 사진이다.
도 10은 실시예 1의 와이어 쏘 표면의 현미경 사진(사용후)이다.
도 11은 지립 전착층을 스파이럴형상으로 마련한 실시형태의 와이어 쏘의 축선방향에서의 주요부 단면도이다.
도 12는 비교예 2의 와이어 쏘(지립 전착후 표면처리를 하지 않은 것)의 표면 현미경 사진(사용전)이다.
도 13은 비교예 2의 와이어 쏘로 절단한 실리콘 잉곳 절단부의 현미경 사진이다.
도 14는 비교예 2의 와이어 쏘의 표면 현미경 사진(사용후)이다.

다음으로, 본 발명의 실시형태에 대하여 첨부 도면을 참조하면서 설명한다.

도 1에서 부호 1은 본 발명의 와이어 쏘이다.

이 와이어 쏘(1)는 모재(母材)가 되는 심선(2)과, 이 심선(2)의 표면에 니켈 도금에 의해 지립(31)을 전착함으로써 형성된 지립 전착층(3)을 구비하고 있다.

전술한 심선(2)으로는 지립 전착형 와이어 쏘에 일반적으로 사용되고 있는 피아노선 외에, 경강선 등의 강선을 사용하는 것이 가능하다. 또한 종래의 일반적인 와이어 쏘에서는 필요한 강도를 확보하기 위해 선직경 0.2mm를 넘는 굵기의 심선(2)이 사용되었지만, 본 발명의 와이어 쏘(1)에서는 후술하는 바와 같이 지립 전착층(3)에 대한 표면처리로 인해 니켈층(32)이 강화되고, 그 결과, 와이어 쏘(1)의 강도에 대해서도 향상시킬 수 있으므로, 심선으로서 0.2mm 이하, 바람직하게는 0.05~0.2mm인 것을 사용할 수 있으며, 이와 같이 사용하는 심선의 선직경을 가늘게 함으로써 잉곳의 절단분(δ)[도 6(B) 참조]을 작게 하여, 동일 사이즈의 잉곳으로부터 보다 많은 수의 제품을 잘라낼 수 있게 하였다.

이 심선(2)상에 형성되는 지립 전착층(3)은 도 1에 도시한 바와 같이 평균 입경 8~35㎛의 지립(31)과, 상기 지립(31)의 베이스부를 심선상에 고착하는 두께 4~10㎛의 니켈층(32)으로 구성되어 있다.

이 지립 전착층(3)에 마련하는 지립으로는 다이아몬드 지립, cBN(입방정 질화붕소) 지립 등의 초경질 지립 외에, 절단 대상으로 하는 워크의 재질에 대응하여 Al₂O₃, SiC 등의 세라믹계 지립을 사용하는 것도 가능하며, 본 실시형태에서는 다이아몬드 지립을 사용하고 있다.

지립이 분산된 니켈 도금층의 전착은 이미 알려진 전기 도금법으로 실시할 수 있다. 니켈 도금은 도금욕의 종류에 따라서 얻어지는 니켈 도금막의 단단함에 차이가 생기는데, 얻어지는 니켈 도금막은 경질일수록 바람직하다.

또한, 형성된 도금층의 내부응력이 크면, 형성된 도금층이 심선(2)에서 박리되기 쉬워지므로, 본 실시형태에서는 형성되는 도금층의 경도가 높고, 게다가 내부응력이 작은 도금층을 형성할 수 있는 술파민산욕 중에서 성막을 실시하여, 경도가 HV400~500 정도인 니켈 도금층을 형성하고 있다.

지립 전착층(3)은 후술하는 표면처리를 하기 전의 상태에서는 도 7에 도시한 바와 같이 도금 금속(32')인 니켈 안에 지립(31)이 파묻힌 상태로 분산되어 있다.

이처럼, 도금 금속(32')인 니켈과 분산 입자인 지립(31)을 복합화시켜서 심선(2)에 부착시키는 방법으로는, 연속적으로 성장하는 도금의 표면에 현탁시킨 분산입자를 흡착시키고 석출한 금속에 의해 연속적으로 도금막 중에 넣는 "현탁 공석(共析)"과, 수평으로 배치한 도금면에 분산입자를 침강시켜서 심선 표면에 입자를 강제적으로 접촉시켜 두어 복합시키는 "침강 공석"을 생각할 수 있지만, 본원에서는 단면이 원형을 이루는 선재인 심선(2)의 전체 둘레에 지립 전착층(3)을 형성할 필요가 있으므로 현탁 공석에 의해 지립 전착층(3)을 형성하고 있다.

전술한 지립 전착층(3)은, 도 1 및 도 7에 도시한 실시형태에서는 심선(2)의 표면 전체를 완전히 덮도록 형성하고 있지만, 도 11에 도시한 바와 같이 심선(2)의 표면에 스파이럴형상으로 형성할 수도 있다.

이처럼 지립 전착층(3)을 스파이럴형상으로 형성하면(도 11 참조), 윤활, 냉각매체로서 와이어 쏘(1)에 부어지는 물이나 기름 등이 지립 전착층(3)의 비형성부에 유지되기 쉽고, 또한 절단시에 생긴 절삭 찌꺼기 등이 지립 전착층(3)의 비형성부를 통해 배출되기 쉬워지기 때문에, 한층 더한 절삭능력의 향상과 수명 향상이 얻어지며, 특히 지립 전착층(3)의 비형성 부분에 불소 수지 등의 저마찰 재료층(4)을 마련한 구성에서는 마찰의 저감과 더불어 한층 더한 고속 절삭과 와이어 쏘의 장수명화를 도모할 수 있다.

또한, 심선(2)의 표면에 하지(下地) 니켈 도금층(5)을 형성해 둠으로써, 저마찰 재료층(4) 형성시에 베이킹 등을 실시하고, 또한 저마찰 재료를 스파이럴형상으로 절삭 박리하거나 할 때에 숫돌이 심선(2)에 입히는 데미지를 저감시킬 수 있다.

이와 같이 스파이럴형상으로 지립 전착층(3)을 형성하기 위해, 이 실시형태에서는 절연성을 가지면서 마찰 계수가 낮은 재료, 예를 들면 불소 수지로 이루어지는 저마찰 재료층(4)을 심선의 표면에 스파이럴형상으로 부착시키고, 이 저마찰 재료층(4)의 비형성 부분에 대하여, 전술한 지립 전착층(3)을 전착에 의해 형성할 수 있다.

일례로서, 본 실시형태에서는 전술한 저마찰 재료층(4)을 형성하기에 앞서, 심선(2)의 표면에 일률적으로 20㎛ 정도의 하지 니켈 도금층(5)을 형성하고, 이 하지 니켈 도금층(5)의 표면 전체에 불소 수지를 베이킹하여 코팅한 후, 지립 전착층(3)을 형성하는 부분의 불소 수지막을 숫돌바퀴에 의해 스파이럴형상으로 깎아내고, 깎이지 않고 남은 불소 수지막을 전술한 저마찰 재료층(4)으로 할 수 있다.

저마찰 재료의 코팅전에 형성된 하지 니켈 도금층(5)은 불소 수지를 베이킹 코팅할 때의 열로부터 심선(2)을 보호함과 아울러, 불소 수지막의 일부분을 절삭 제거할 때 심선(2)에 대하여 절삭이 미치는 것을 방지하는 효과를 가진다.

이렇게 해서 표면에 노출시킨 부분의 하지 니켈 도금층(5)상에, 본 실시형태에서는 표면 요철을 없애기 위한 니켈 도금을 실시한 후, 전술한 지립 전착층(3)을 전착에 의해 형성함으로써 스파이럴형상으로 지립 전착층(3)을 형성할 수도 있다.

전착에 의해 형성한 직후의 지립 전착층(3)은 도 7에 모식적으로 도시한 바와 같이 도금 금속(32')인 니켈이 지립(31)을 덮은 상태로 되어 있어, 절단시에 워크(W)를 절삭하는 작용을 가진 다이아몬드 지립(31)이 표면에 노출되지 않은 상태에 있다.

그러므로, 전착에 의해 지립 전착층(3)을 형성한 후, 와이어 쏘(1)의 표면에 대하여 구상 숏을 분사, 충돌시키는 표면처리를 함으로써, 도 1 또는 도 11에 도시한 바와 같이 다이아몬드 지립(31)의 일부분을 노출시켜서 절단날(31a)을 형성함과 아울러, 구상 숏과의 충돌에 의해 경화된 4~10㎛의 니켈층(32)에 의해 다이아몬드 지립(31)의 베이스부를 심선(2)상에 고정하고 있다.

사용하는 구상 숏으로는 경도가 HV500~1000, 비중이 2.0~3.0, 평균 입자경이 10~62㎛의 범위인 것이 사용 가능하고, 상기 경도 및 비중에 해당하는 재질로서 세라믹계(유리를 포함) 비즈가 사용 가능하다.

또한, 구상 숏의 분사압력은 0.15MPa 미만에서는 지립(31)의 노출과 니켈층(32)의 경도 상승이 얻어지지 않고, 한편 0.30MPa를 넘으면 지립 전착층(3)에 입히는 데미지가 커 지립(31)의 탈락량이 많아짐과 동시에 니켈층(32)의 박리가 생기기 때문에 0.15~0.30MPa로 한다.

이 분사압력은 사용하는 구상 숏과의 관계에 있어서 0.15MPa~0.30MPa의 범위에서 최적이 되는 분사압력을 선택하는 것이 바람직하고, 이 최적의 분사압력은 사용하는 구상 숏의 비중, 경도가 커질수록 저압측으로 시프트되고, 구상 숏의 비중, 경도가 낮아질수록 고압측으로 시프트되는 경향이 있다.

선재인 와이어 쏘(1)의 표면 전체에 균일하게 구상 숏을 분사, 충돌시킬 수 있도록 하기 위해서는, 구상 숏의 분사는 와이어 쏘(1)의 전체방향에서 실시할 필요가 있으며, 본 실시형태에서는 도 2에 도시한 바와 같이, 와이어 쏘(1)를 중심으로 약 120°간격의 등각도로 3개의 분사 노즐(6)을 배치하고, 각 분사 노즐(6)에서 각각 압축 기체, 예를 들면 압축 공기와 함께 구상 숏을 분사, 충돌시킴으로써 와이어 쏘의 둘레면 전체에 구상 숏을 분사, 충돌시킬 수 있도록 하였다.

한편, 도 2에 도시한 예에서는 3개의 분사 노즐(6)을 사용한 가공예를 도시했지만, 더 많은 수의 분사 노즐(6)을 마련하여 처리해도 되고, 또한 와이어 쏘(1)를 축선을 중심으로 회전시키면서 분사 노즐(6)의 중심을 통과시킴으로써, 와이어 쏘(1)의 표면 전체 둘레에 걸쳐 한층 더 균일한 처리를 할 수 있도록 해도 된다.

도 3의 부호 7은 이러한 와이어 쏘(1)에 대한 구상 숏의 분사, 충돌을 실시하기 위한 가공장치이며, 내부에 작업 공간을 구비한 캐비넷(71) 안에는 도 4에 도시한 바와 같이 와이어 쏘(1)를 올려놓는 T자형상의 거치대(72)를, 캐비넷(71)의 측면에 형성된 와이어 도입구멍(73)으로부터 와이어 인출구멍(도시하지 않음) 사이에 소정 간격으로 배치함과 아울러, 이 거치대(72)상에 와이어 쏘(1)를 유도하기 위한 원통관(74)을 장착하고 있다.

이 원통관(74)은 일부 끊어져 있으며, 이 끊어진 부분을 향해 분사 노즐(6)을 배치함으로써, 캐비넷(71) 안에 도입된 와이어 쏘(1)에 대하여 구체(球體) 숏을 충돌시킬 수 있게 되어 있다.

한편, 도 4에 도시한 실시형태에서는 거치대(72)상에 단일 원통관(74)을 장착하여, 1개의 와이어 쏘(1)만 가공되도록 구성되어 있지만, 이 거치대(72)에 대한 상기 원통관(74)의 장착은 도 5에 도시한 바와 같이 복수개 평행으로 실시해도 되고, 이렇게 구성함으로써 복수개의 와이어 쏘(1)를 평행하게 동시에 급송(給送)함과 아울러 가공함으로써 생산성을 대폭으로 향상시킬 수 있다.

이렇게 해서, 지립 전착층(3)에 대하여 구상 숏을 분사함으로써, 도 7에 도시한 바와 같이 도금 금속(32')인 니켈 안에 파묻혀 있던 다이아몬드 지립(31)은 도 1에 도시한 바와 같이 그 일부분이 노출되어 절단날(31a)을 형성함과 아울러, 상기 다이아몬드 지립(31)의 베이스부를 고정하는 니켈층(32)의 경도가 상승하고, 이로 인해 다이아몬드 지립(31)의 탈락이 방지될 뿐만 아니라 와이어 쏘(1) 전체가 강화된다.

실시예

이하에 본 발명의 와이어 쏘의 제조 실시예를 설명한다.

[실시예 1]

지립 전착층의 형성

직경 0.12mm의 경강선을 심선으로 하고, 그 표면 전체에 평균 입자경 30㎛의 다이아몬드 지립을 분산시킨 지립 전착층을 술파민산욕에 의한 전착에 의해 형성하여, 직경 0.12mm의 다이아몬드 전착 와이어 쏘를 얻었다.

한편, 지립 미부착 부분의 심선 표면에 형성된 니켈 도금의 두께는 약 5㎛이며, 후술하는 표면 처리전의 지립 전착층의 모층(母層) 금속인 니켈층의 경도는 HV로 450이었다.

표면 처리 조건

상기의 지립 전착층이 형성된 다이아몬드 전착 와이어에 대하여 구상 숏을 분사하여 표면처리를 실시하였다.

구상 숏의 투사는 시판되는 숏 피닝 장치(후지세이사쿠쇼 제품 "SC-4S-303(미세분말용)")을 사용하고, 노즐 구멍의 직경이 7mm인 노즐 3개를, 와이어 쏘를 중심으로 해서 120°의 등각도로 배치함과 아울러 위치 고정하고, 노즐 거리 130mm로 해서 구상 숏을 분사하였다. 와이어 쏘의 급송 속도는 15m/min이다.

구상 숏으로서, 세라믹계 경질 비즈(후지키한 제품 "FHB" 시리즈) #400(입자경 53~38㎛)을 사용하고, 분사압력을 0.15MPa, 0.20MPa, 0.25MPa로 처리한 각각의 경우에 대하여 처리후의 지립 전착층 표면상태를 평가하였다.

한편, 실시예 1에서 사용한 구상 숏의 조성 및 물성을 표 1에 나타낸다.

"FHB #400"의 조성과 물성

성분(%)	SiO₂	Al₂O₃	B₂O₃	Na₂O	K₂O	CaO	MgO
성분(%)	54	14	8	0.5		22	1
입경(㎛)	53~38
비중(g/cc)	2.60
모스 경도(비커스 경도)	7.5(Hv 800)

시험 결과

상기에서 설명한 실시예 1의 제조 조건에 따라 얻어진 지립 전착층의 상태를 확인한 결과를 표 2에 나타낸다.

실시예 1의 시험 결과

분사압력(MPa)	지립 전착층의 상태
분사압력(MPa)	도금 박리	지립의 노출	니켈층의 경도
0.15	없음	다소 부족	HV 500
0.20	없음	양호	HV 550
0.25	약간 박리	노출되나 일부 탈락	HV 580

이상의 결과, 변화시킨 분사압력 0.15~0.25MPa의 전체 범위에서 지립의 일부분이 노출된 데 따른 절단날의 형성과, 니켈층의 경도 상승이 확인되었다.

단, 분사압력 0.15MPa로 표면처리를 했을 경우, 지립이 노출되긴 하지만 노출상태에 약간의 부족함이 보여짐과 동시에, 니켈층의 경도 상승도 0.20MPa로 분사한 경우에 비해 낮았고, 표면처리를 하지 않은 와이어 쏘에 비해 성능 향상이 얻어지긴 하지만, 분사압력을 0.20MPa로 해서 표면처리를 한 경우에 비해 효과 향상이 낮았다.

한편, 분사압력을 0.25MPa로 한 예에서도 지립의 노출에 의한 절단날의 형성과 니켈층의 경도 향상이 확인되었으며, 미처리의 와이어 쏘에 비해 성능 향상이 보여지긴 하지만 약간 탈락한 지립의 발생과, 지립 전착층에 약간이긴 하지만 박리가 확인되어, 표면처리가 어느 정도 과잉으로 실시되고 있는 것이 확인되었다.

따라서, 실시예 1에서 사용한 구상 숏과의 관계에서는 분사압력을 0.20MPa로 했을 경우에 지립 전착층을 최적의 상태로 처리할 수 있음이 확인되었다.

[실시예 2]

시험 조건

표면처리에 사용한 구상 숏으로서 유리 비즈(후지세이사쿠쇼 제품 "FGB") #400을 사용한 점, 분사압력을 0.20MPa, 0.25MPa, 0.30MPa의 3패턴으로 실시한 점을 제외하고 실시예 1과 동일하다.

한편, 실시예 2에서 사용한 구상 숏의 조성 및 물성은 표 3에 나타낸 대로이다.

"FGB #400"의 조성과 물성

성분(%)	SiO₂	Al₂O₃	B₂O₃	Na₂O	K₂O	CaO	MgO
성분(%)	72	2	-	13		9	3
입경(㎛)	53 이하
비중(g/cc)	2.46
모스 경도(비커스 경도)	6.0(Hv 570)

시험 결과

상기에서 설명한 실시예 2의 제조 조건에 따라 얻어진 와이어 쏘의 지립 전착층의 상태를 확인한 결과를 표 4에 나타낸다.

실시예 2의 시험 결과

분사압력 (MPa)	지립 전착층의 상태
분사압력 (MPa)	도금 박리	지립의 노출	니켈층의 경도
0.20	없음	다소 부족	HV 500
0.25	없음	양호	HV 550
0.30	약간 박리	노출되나 일부 탈락	HV 580

이상의 결과, 분사압력 0.20~0.30MPa의 전체 범위에서 지립의 노출에 의한 절단날의 형성과, 니켈층의 경도 상승이라는 효과가 얻어지는 것이 확인되었다.

또한, 실시예 2에서 사용한 구상 숏과의 관계에서는 분사압력을 0.25MPa로 했을 경우에 지립 전착층을 최적의 상태로 처리할 수 있음이 확인되었다.

한편, 상기 실시예 1과의 비교에 있어서, 실시예 1에서 사용한 구상 숏에 비해 저밀도이며, 저경도의 구상 숏을 사용한 실시예 2에서는 실시예 1의 경우에 비해 최적의 분사압력이 고압측으로 시프트되어 있음이 확인되었다.

[실시예 3]

시험 조건

표면처리에 사용한 구상 숏으로서 세라믹계 경질 비즈(후지키한 제품 "FHB") #600(입경 38~10㎛)을 사용한 점을 제외하고 실시예 1과 동일하다.

한편, 실시예 3에서 사용한 구상 숏의 조성 및 물성은 입경을 제외하고 표 1에 나타낸 대로이다.

시험 결과

상기에서 설명한 실시예 3의 제조 조건에 따라 얻어진 와이어 쏘의 지립 전착층의 상태를 확인한 결과를 표 5에 나타낸다.

실시예 3의 시험 결과

분사압력 (MPa)	지립 전착층의 상태
분사압력 (MPa)	도금 박리	지립의 노출	니켈층의 경도
0.15	없음	다소 부족	HV 500
0.20	없음	양호	HV 550
0.25	약간 박리	노출되나 일부 탈락	HV 580

이상의 결과, 실시예 1과 마찬가지로 분사압력 0.15~0.25MPa의 전체 범위에서 지립의 노출에 의한 절단날의 형성과, 니켈층의 경도 상승이라는 효과가 얻어지는 것이 확인되었다.

한편 실시예 3에서 사용한 숏은 입경이 작은 점을 제외하고 실시예 1에서 사용한 구상 숏과 동일한 것인데, 이 구상 숏에서의 분사압력의 최적값은 실시예 1의 경우와 마찬가지로 0.20MPa이었다.

이 실시예 1과 실시예 3의 비교 결과를 통해, 사용하는 구상 숏의 입경변화는 분사압력의 최적값 변화에 대한 영향이 적다는 것을 알 수 있다.

[비교예 1]

시험 조건

실시예 1에서의 표면처리 대신에, 알루미나제 그리드(후지세이사쿠쇼 제품 "화이트 알런덤(White Alundum)") #400(입경 44~37㎛), 경도 HV2000을 사용하고, 분사압력 0.10MPa, 0.15MPa로 샌드 블라스트에 의한 에칭을 실시하였다. 그 밖의 조건은 실시예 1과 동일하다.

시험 결과

상기에서 설명한 비교예 1의 제조 조건에 따라 샌드 블라스트에 의한 에칭을 실시한 후, 지립 전착층의 상태를 관찰한 결과를 표 6에 나타낸다.

비교예 1의 시험 결과

분사압력 (MPa)	지립 전착층의 표면상태
분사압력 (MPa)	도금 박리	지립의 노출	니켈층의 경도
0.10	없음	오톨도톨하게 거칠어져 노출하지 않음	상승하지 않음
0.15	박리 있음	지립의 탈락과 치핑을 확인. 노출 불량	상승하지 않음

이상의 결과, 알루미나제 그리드를 사용한 샌드 블라스트에 의한 에칭에서는 지립의 바람직한 노출도, 니켈층의 경도 상승도 얻어지지 않음이 확인되었다.

게다가, 비교예 1의 방법으로 처리된 지립 전착층에서는 니켈층의 표면이 오톨도톨하게 거칠어져 있어 파괴의 기점이 되는 흠집이 전체에 걸쳐 형성되어 있기 때문에, 이로 인해 니켈층의 강도 저하, 나아가서는 와이어 쏘 자체의 강도 저하가 생기는 것으로 생각된다.

실리콘 잉곳의 절단 시험

[비교예 2]

전술한 실시예 1에 기재된 방법으로 제조한 본 발명의 와이어 쏘(실시예 1)와, 실시예 1과 동일한 방법으로 지립 전착층을 형성한 후, 표면처리를 하지 않은 상태의 와이어 쏘(비교예 2)를 각각 사용하여 실리콘 잉곳을 절단하였다.

실시예 1의 와이어 쏘를 사용해서 절단한 실리콘 잉곳의 절단면(도 9 참조)은 비교예 2의 와이어 쏘를 사용해서 절단한 실리콘 잉곳의 절단면(도 13 참조)에 비해 명백하게 절삭폭이 작고 절단면의 거칠음도 적으며, 요철이 작고 깨끗하며, 게다가 똑바로 절단할 수 있었다.

이것으로 보아, 본 발명의 와이어 쏘를 사용함으로써, 도 6(B)를 참조하여 설명한 절단분(δ), 연마분(t) 모두 감소시킬 수 있고, 그 결과, 동일 길이의 잉곳으로부터 보다 많은 제품을 잘라낼 수 있는 동시에, 잘라낸 후의 연마 시간을 단축할 수 있음을 알 수 있다.

게다가, 비교예 2의 와이어 쏘에서는 표면에 다수의 볼록부가 존재하고 있던 사용전 상태(도 12 참조)에 비해, 사용 후에는 표면의 볼록부가 거의 없어져 있어(도 14 참조), 실리콘 잉곳을 절단함으로써 전착에 의해 표면에 부착되어 있던 지립이 거의 탈락되어 재사용할 수 없는 상태로 되어 있었다.

이에 반해 실시예 1의 와이어 쏘에서는 절단에 사용한 후(도 10 참조)에도 사용전(도 8 참조)과 거의 같은 상태로 볼록부가 남아 있는 것을 확인할 수 있어, 본 발명에 따르면, 거칠음이 없는 깨끗한 절단면이 얻어질 뿐만 아니라 지립의 탈락이 생기기 어려워 장수명의 와이어 쏘를 제공할 수 있었다.

1 와이어 쏘
2 심선
3 지립 전착층
31 지립(다이아몬드 지립)
31a 절단날
32 니켈층
32' 도금 금속
4 저마찰 재료층
5 하지 니켈 도금층
6 분사 노즐
7 가공장치
71 캐비넷
72 거치대
73 와이어 도입 구멍
74 원통관
δ 절단분
d 와이어 쏘의 간격
t 연마분

Claims

심선(芯線)에, 지립(砥粒;abrasive grain)을 전착시켜서 형성한 지립 전착층을 구비하고,
상기 지립 전착층이,
전착에 의해 상기 심선상에 상기 지립을 분산한 상태로 성막된 니켈 도금층과,
상기 니켈 도금층상에 노출한 상기 지립의 일부분에 의해 형성된 절단날과,
상기 지립의 베이스부를 상기 심선상에 고정시키는 니켈층을 가지는 것을 특징으로 하는 와이어 쏘.
제1항에 있어서,
선직경 0.05~0.2mm의 상기 심선에, 평균 입자경 8~35㎛의 상기 지립을 전착시켜서 형성한 상기 지립 전착층을 구비하는 것을 특징으로 하는 와이어 쏘.
제2항에 있어서,
상기 지립 전착층이,
전착에 의해 상기 심선상에 상기 지립을 분산한 상태로 성막된 상기 니켈 도금층에 대하여, 경도 HV500~1000, 비중 2.0~3.0, 평균 입자경 10~62㎛의 구상 숏을 분사압력 0.15~0.30MPa로 분사함과 아울러 충돌시키는 표면처리를 함으로써 노출시킨 상기 지립의 일부분에 의해 형성된 상기 절단날을 구비하는 것을 특징으로 하는 와이어 쏘.
제3항에 있어서,
상기 지립 전착층이, 또한
상기 구상 숏의 충돌에 의해 경화한, 상기 지립의 베이스부를 상기 심선상에 고정시키는 두께 4~10㎛의 상기 니켈층을 가지는 것을 특징으로 하는 와이어 쏘.
전착에 의해 심선에 지립이 분산된 니켈 도금층인 지립 전착층을 형성하는 공정과,
상기 지립 전착층이 형성된 상기 심선에 구상 숏을 분사함과 아울러 충돌시키는 표면처리 공정을 포함하고,
상기 표면처리 공정에서 상기 구상 숏과의 충돌에 의해 상기 지립의 일부분을 상기 니켈 도금층상에 노출시켜서 상기 지립 전착층에 절단날을 형성함과 아울러,
상기 지립의 베이스부를 상기 심선상에 고정하는, 상기 숏과의 충돌에 의해 경화하여 경도가 상승한 니켈층을 형성한 것을 특징으로 하는 와이어 쏘의 제조방법.
제5항에 있어서,
전착에 의해 심선에 평균 입자경 8~35㎛의 상기 지립이 분산된 상기 니켈 도금층인 상기 지립 전착층을 형성하는 공정과,
상기 지립 전착층이 형성된 상기 심선에 경도 HV500~1000, 비중 2.0~3.0, 평균 입자경 10~62㎛의 상기 구상 숏을 분사압력 0.15~0.30MPa로 분사함과 아울러 충돌시키는 상기 표면처리 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 와이어 쏘의 제조방법.
제5항에 있어서,
상기 표면처리 공정후에 두께 4~10㎛의 상기 니켈층을 형성한 것을 특징으로 하는 와이어 쏘의 제조방법.
제5항에 있어서,
상기 지립 전착층의 전착을 술파민산욕에 의해 실시하는 것을 특징으로 하는 와이어 쏘의 제조방법.
제5항에 있어서,
상기 구상 숏이 세라믹 내지 유리로 이루어지는 것을 특징으로 하는 와이어 쏘의 제조방법.