WO2013179434A1 - 固定砥粒ワイヤーソーとその製造方法、及びそれを用いたワークの切断方法 - Google Patents

固定砥粒ワイヤーソーとその製造方法、及びそれを用いたワークの切断方法 Download PDF

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fixed
adhesive
wire
core wire
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PCT/JP2012/064043
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植田康弘
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株式会社リード
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    • B23D61/00—Tools for sawing machines or sawing devices; Clamping devices for these tools
    • B23D61/18—Sawing tools of special type, e.g. wire saw strands, saw blades or saw wire equipped with diamonds or other abrasive particles in selected individual positions
    • B23D61/185—Saw wires; Saw cables; Twisted saw strips
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B27/00—Other grinding machines or devices
    • B24B27/06—Grinders for cutting-off
    • B24B27/0633—Grinders for cutting-off using a cutting wire
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24D—TOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
    • B24D18/00—Manufacture of grinding tools or other grinding devices, e.g. wheels, not otherwise provided for
    • B24D18/0072—Manufacture of grinding tools or other grinding devices, e.g. wheels, not otherwise provided for using adhesives for bonding abrasive particles or grinding elements to a support, e.g. by gluing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24D—TOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
    • B24D3/00—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents
    • B24D3/02—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent
    • B24D3/04—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent and being essentially inorganic
    • B24D3/06—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent and being essentially inorganic metallic or mixture of metals with ceramic materials, e.g. hard metals, "cermets", cements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28D—WORKING STONE OR STONE-LIKE MATERIALS
    • B28D5/00—Fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material; apparatus or devices therefor
    • B28D5/04—Fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material; apparatus or devices therefor by tools other than rotary type, e.g. reciprocating tools

Definitions

  • the present invention is, for example, a fixed abrasive wire saw suitable for slicing a workpiece made of hard and brittle materials such as large-diameter silicon, sapphire, silicon carbide, ceramics material, magnetic material, and the like, and its fixing method
  • the present invention relates to a method for cutting the workpiece using an abrasive wire saw.
  • Patent Document 1 discloses a method of energizing a metal wire passing through an abrasive grain layer settling in a plating bath.
  • the fixed-abrasive wire saw by such electrodeposition has the advantage that the holding power of the abrasive grains is large and difficult to detach, but the abrasive grains are randomly fixed to the outer peripheral surface of the wire in the plating tank during production.
  • a large number of abrasive grain groups in which a large number of abrasive grains are aggregated and fixed locally are likely to be formed, and individual differences are likely to occur depending on the product.
  • the wire part in which such an abrasive grain group was formed since the pressing force to the workpiece
  • the abrasive grain arrangement on the wire is a random arrangement depending on the probability, and the formation of the abrasive grains cannot be avoided, the wear rate of each abrasive grain varies due to grinding. As a result, the cut surface roughness of the workpiece, that is, the cut surface accuracy is lowered. Furthermore, in the wire portion in which the abrasive grain group is formed, chips are easily accumulated between the abrasive grains during crushing, and clogging is likely to occur. And in the wire part which caused clogging, since grinding resistance increases and a big concentrated stress acts, there exists a problem that a wire breaks easily and a product life falls. Such clogging also leads to a decrease in grinding efficiency and cut surface accuracy.
  • attachment of the abrasive grains of the said wire group in the wire direction is mentioned.
  • the applicant forms a point-like adhesive layer by spraying an adhesive on the outer peripheral surface of the wire in Patent Document 2, and the adhesive layer is used for grinding.
  • a fixed abrasive wire saw formed by temporarily fixing the grains and permanently fixing the temporarily fixed abrasive grains by nickel plating was proposed.
  • the wire saw described in Patent Document 2 since the arrangement of the abrasive grains is controlled by spraying, it is suppressed to some extent that a large number of abrasive grains are locally agglomerated and fixed as compared with that in Patent Document 1. It is possible to do.
  • the technical problem of the present invention is that it is possible to improve the cut surface accuracy and grinding efficiency of the workpiece, and further, it is possible to extend the life of the product, a fixed abrasive wire saw and a manufacturing method thereof, and It is providing the processing method of the workpiece
  • a large number of abrasive grains having a uniform particle size coat the outer peripheral surface of the core wire on the outer peripheral surface of the high-strength core wire.
  • the core wire is made of a metal wire and the binder layer is made of a plated metal.
  • the abrasive grains are arranged on a large number of dot-like adhesive layers arranged at regular pitch intervals linearly along the axis of the core wire, and The abrasive grains arranged on the adhesive layers adjacent to each other are fixed in a state of being separated from each other. Therefore, it is possible to suppress formation of a group of abrasive grains in which a large number of abrasive grains are locally aggregated and fixed, and in particular, it is possible to suppress adhesion between abrasive grains in the axial direction of the core wire. Therefore, when the workpiece is ground, the cutting depth by each abrasive grain can be sufficiently secured, and the grinding efficiency can be improved.
  • the adhesive layer is made of a rubber-based adhesive and has elasticity. It is desirable to form a buffer layer that allows movement in a direction intersecting the outer peripheral surface of the core wire. By doing so, the height from the outer peripheral surface of the core wire to the tip of the abrasive grain, that is, the variation in the height of the abrasive grain, can be absorbed by the buffer layer, and the cut surface accuracy can be further improved.
  • the adhesive layers may be arranged at equal pitch intervals in each of the adhesive layer rows. At this time, the pitch interval of the abrasive grains in the adhesive layer sequence may be even.
  • the adhesive layers forming the respective adhesive layer rows may be disposed on at least one spiral. By doing so, it becomes possible to further improve the discharge of chips.
  • the minimum pitch interval of the abrasive grains in these adhesive layer rows is longer than the maximum interval between adjacent adhesive layer rows in the circumferential direction of the core wire. It is desirable from the viewpoint of efficiency and chip discharge.
  • the adhesive layer has a circular shape and the diameter is equal to or less than the average abrasive grain size and 30% or more of the average abrasive grain size, a plurality of abrasive grains are fixed on one adhesive layer. Or an adhesive layer to which the abrasive grains are not fixed can be suppressed, and the abrasive grains can be efficiently disposed without waste.
  • the step of disposing a roller having a plurality of fine holes formed in the outer periphery in the circumferential direction on the traveling path of the core wire A step of filling an adhesive into the micropores of the roller, a step of running the core wire in a state in which the outer peripheral surface thereof is in contact with the outer periphery of the roller, and an outer peripheral surface of the core wire that runs with the micropores of the rotating roller
  • the fixed abrasive wire saw and the workpiece are pressed against each other under a predetermined wire tension, and the fixed abrasive wire saw is moved in one direction or reciprocating direction to cut the workpiece. Then, the workpiece can be cut efficiently and accurately.
  • FIG. 2 is a schematic AA cross-sectional view of the fixed abrasive wire saw shown in FIG. 1. It is a rough cross-sectional view which shows one modification of 1st Embodiment of the fixed abrasive wire saw which concerns on this invention. It is a schematic front view which shows a part of 2nd Embodiment of the fixed abrasive wire saw which concerns on this invention. It is a schematic front view which shows a part of 3rd Embodiment of the fixed abrasive wire saw which concerns on this invention.
  • the fixed abrasive wire saw according to the present invention has a large number of abrasive grains 2 having a uniform grain size on the outer peripheral surface of a high-strength core wire 1. It is formed by fixing with a binder layer 4 covering the whole. At this time, a large number of dot-like adhesive layers 3 are coated on the outer peripheral surface of the core wire 1 so as to be spaced apart from each other.
  • the abrasive grains 2 are temporarily fixed (adhered) by the dotted adhesive layer 3 and are permanently fixed by the binder layer 4.
  • the abrasive grains 2 are fixed to the outer peripheral surface of the core wire 1 in a single layer.
  • the abrasive grains 2 disposed on the adhesive layers 3 adjacent to each other are fixed in a state of being separated from each other.
  • the said core wire 1 consists of a metal wire which has a uniform circular cross section over the whole longitudinal direction (namely, axial direction).
  • a wire made of heat-treated spring steel such as high carbon steel and medium carbon low alloy steel
  • a wire made of processed spring steel such as hard steel wire, piano wire, stainless wire, cold rolled steel wire, oil tempered wire, Low-strength steel, medium-alloy steel, high-alloy steel, maraging steel and other super-strong steel wires, tungsten, molybdenum, beryllium and other metal wires, or amorphous metals such as Fe-Si-B and Al-Y-Ni
  • a wire rod made of fiber is preferably used.
  • the diameter D is preferably in the range of 0.08 mm to 0.20 mm. If the diameter of the core wire 1 is smaller than 0.08 mm, sufficient strength of the wire saw 1 cannot be secured. If it is thicker than 0.20 mm, the cutting allowance required for machining the workpiece is large. As a result, waste of materials increases.
  • the abrasive 2 is preferably one or more selected from diamond abrasive, CBN abrasive, Al2O3 abrasive, or SiC abrasive.
  • the average diameter of the abrasive grains 2 to be used is appropriately set according to the type of workpiece to be ground, the diameter of the core wire 1, and the arrangement of the abrasive grains 2.
  • the adhesive layer 3 defines the arrangement of the abrasive grains 2 on the outer peripheral surface of the core wire 1, and as a result, the abrasive grains 2 are fixed along the adhesive layer sequence li.
  • the pitch interval m of the adhesive layers 3 in the axial direction of the core wire 1 and the number and arrangement of the adhesive layers in the circumferential direction are ground between the abrasive grains 2 disposed on the adjacent adhesive layers 3.
  • the binder layer 4 does not come into contact with the workpiece during processing, and a gap larger than the average abrasive grain size is secured. Further, in consideration of grinding efficiency and chip discharge performance, the shortest pitch interval m of the adhesive layers 3 adjacent in the axial direction is longer than the longest interval n of the adhesive layer rows li adjacent in the circumferential direction. Longer ones are desirable.
  • the adhesive layer 3 has a substantially circular shape and the diameter d is 30% or more of the average abrasive grain size and not more than the average abrasive grain size.
  • the diameter of the adhesive layer 3 is smaller than 30% of the average abrasive grain size, the adhesive layer to which the abrasive grain 2 is not adhered.
  • the average grain size is larger than the average abrasive grain size, the probability that a plurality of abrasive grains 2 are bonded to one adhesive layer 3 is increased.
  • the diameter of the adhesive layer 3 is appropriately set so that two or three abrasive grains 2 are easily adhered to one adhesive layer 3 as necessary. Is also possible.
  • the adhesive for forming the adhesive layer 3 is not particularly limited as long as it can be temporarily fixed by adhering the abrasive grains 2, but acrylic rubber, styrene rubber, butadiene rubber, nitrile rubber, A rubber-based adhesive such as butyl rubber is preferably used from the viewpoints of fluidity and adhesiveness.
  • the adhesive layer 3 also functions as a buffer layer for the abrasive grains 2, the direction in which each abrasive grain in contact with the workpiece intersects the outer peripheral surface of the core wire 1 during grinding of the workpiece.
  • the adhesive layer 3 can absorb the variation in the height from the outer peripheral surface of the core wire 1 to the tip of the abrasive grain (that is, the abrasive grain height).
  • the binder layer 4 is made of a plated metal, and its film thickness t is thinner than the average abrasive grain size. A part of the abrasive grains 2 is exposed from the surface of the binder layer 4.
  • the thickness of the binder layer 4 is preferably in the range of 30% to 50% of the average particle size of the abrasive grains 2, and more preferably 30 to 40%. If the thickness of the binder layer is less than 30%, there is a possibility that the holding power of the abrasive grains 2 cannot be sufficiently secured. On the other hand, if the thickness is larger than 50%, there is a possibility that the protruding amount of the abrasive grains 4 from the surface of the binder layer cannot be secured sufficiently.
  • nickel, copper, or chromium is preferably used as the plating metal as the binder.
  • the entire surface of the abrasive grains 2 is coated with the binder layer 4 together with the surface of the core wire 1 as necessary. May be.
  • the abrasive grains 2 are arranged on a large number of dotted adhesive layers 3 arranged in a line at regular pitch intervals along the metal core wire 1. And the abrasive grain 2 arrange
  • positioned on the mutually adjacent adhesive bond layer 3 is adhering in the state mutually spaced apart. Therefore, it is possible to suppress formation of a group of abrasive grains in which a large number of abrasive grains are locally aggregated and fixed, and in particular, it is possible to suppress adhesion between the abrasive grains 2 in the axial direction of the core wire 1.
  • the cutting depth by each abrasive grain 2 can be sufficiently secured, and the grinding efficiency can be improved. Further, variation in the wear rate of each abrasive grain 2 due to grinding can be suppressed, and the cut surface roughness of the workpiece, that is, the cut surface accuracy can be improved. Furthermore, the chip discharge performance of the workpiece is improved and clogging between the abrasive grains 2 can be suppressed, so that not only disconnection can be prevented and the product life can be extended, but also the grinding efficiency and cutting surface can be improved. It also helps prevent accuracy loss.
  • the dotted adhesive is disposed on the outer peripheral surface of the core wire 1.
  • the layers 3 are linearly arranged at equal pitch intervals m along the axis of the core wire 1 to form six (FIGS. 1 and 2) or five (FIG. 3) adhesive layer rows li in the circumferential direction. is doing.
  • the adhesive layer 3 in each of the adhesive layer rows li, the adhesive layer 3 is not only applied at an equal pitch interval m in the axial direction, but also between the adhesive layer rows li.
  • the pitch interval m of the adhesive layer 3 is uniform.
  • the position (that is, the phase) of the adhesive layer 3 in the axial direction is substantially the same between the adhesive layer rows li, so that the adhesive layer 3 forms an annular row s perpendicular to the axis in the circumferential direction.
  • the annular rows s are arranged side by side at equal intervals m in the axial direction.
  • these adhesive layer rows li are arranged in parallel at equal intervals n in the circumferential direction.
  • the pitch interval m of the adhesive layer 3 is not necessarily equal between the adhesive layer rows li.
  • two types of adhesive layer rows having different pitch intervals m are used.
  • li may be alternately arranged in the circumferential direction, or the pitch intervals m of the adhesive layers 3 may be all different between the adhesive layer rows li.
  • any pitch interval m is preferably a multiple of the minimum pitch interval mmin.
  • the number of the adhesive layer rows li is not limited to that shown in the drawing, and may be at least three.
  • the interval n in the circumferential direction of the adhesive layer row li is not necessarily equal.
  • the adhesive layer 3 in each of the adhesive layer rows li, the adhesive layer 3 is applied at an equal pitch interval m in the axial direction.
  • the pitch interval m of the adhesive layers 3 is uniform between the adhesive layer rows li.
  • the intervals in the circumferential direction of the adhesive layer row li are also uniform.
  • the position (phase) in the axial direction of the adhesive layer 3 is sequentially shifted substantially evenly between the adhesive layer rows li, and as a result, one abrasive grain forming each adhesive layer li is provided. It is arranged on the spiral.
  • the interval n in the circumferential direction of the adhesive layer row li is not necessarily equal.
  • an adhesive layer row li formed by applying the adhesive layer 3 at an equal pitch interval m in the axial direction, and the adhesive layer 3 with a pitch interval m and 2 m. are repeatedly arranged in the circumferential direction.
  • the two adhesive layer rows li are arranged with the axial phase shifted by 180 degrees.
  • the present invention is not necessarily limited to this, and the phases of both may be matched. Note that all the adhesive layer rows li may be formed by repeating combinations of different pitch intervals like the latter.
  • the above-mentioned binder is positioned in the state where the above-mentioned abrasive grains 2 are positioned by the adhesive layer 3 arranged as described above. It is fixed by a layer (plated metal layer). As a result, an abrasive grain row substantially along each of the adhesive layer rows li is formed.
  • this manufacturing method is generally performed by transferring an adhesive from the micropores on the outer periphery of the roller onto the outer peripheral surface of the high-strength core wire 1, so A step of applying the point-like adhesive layer 3 at regular pitch intervals, a step of temporarily adhering the abrasive grains 2 to the adhesive layer 3 and positioning, and an outer peripheral surface of the core wire 1 is simply made of a plated metal.
  • the core wire 1 drawn horizontally from the first bobbin 5 at a constant speed is degreased in the immersion degreasing tank 6, then passed through the acid immersion tank 7 and acid-washed. It is washed with water in the washing tank 8.
  • the degreasing liquid used in the immersion degreasing tank 6 is a commonly used alkaline degreasing liquid, and examples include aqueous solutions of sodium triphosphate, orthosilicate sodium, sodium carbonate, and the like, but are particularly limited. Not what you want.
  • the acid solution used in the acid dipping bath 7 is a mixed solution composed of commonly used sulfuric acid, hydrochloric acid, nitric acid, etc., but prepared by changing the composition depending on the core wire material, and the optimum acid treatment conditions. Must be selected.
  • the core wire 1 washed with water in the first water rinsing tank 8 is sent to the adhesive application device 10, where the adhesive 3 a is transferred to the outer peripheral surface of the core wire 1, whereby a large number of dot-like adhesive layers 3 are transferred. Is applied to the outer peripheral surface of the core wire 1 with the arrangement being controlled.
  • the adhesive application device 10 wraps the sent core wire 1 around the outer periphery of the rotating adhesive transfer roller 18 and brings it into contact with the outer periphery of the roller 18.
  • the adhesive 3 a discharged in the form of dots is transferred to the outer peripheral surface of the core wire 1.
  • a row of fine holes 18a is formed along the circumferential direction, and these fine holes 18a are supplied from an adhesive (adhesive dissolved in an organic solvent). (Not shown).
  • the adhesive is filled into the fine holes 18a from the supply source, and a small amount of the adhesive 3a is discharged to the outer peripheral surface of the roller 18 through the fine holes 18a.
  • the adhesive layer 3 can be applied in a more appropriate range of the diameter d, In the subsequent process, the probability that only one abrasive grain is fixed to one adhesive layer is increased, and a wire saw in which single particles are arranged can be manufactured.
  • the adhesive used here is not particularly limited as long as it can temporarily fix the abrasive grains 2 in the subsequent process, as described above, but rubber systems such as acrylic, styrene, butadiene, nitrile, and butyl rubber. An adhesive is suitable from the viewpoint of fluidity and adhesiveness.
  • the organic solvent is not particularly limited as long as the target adhesive can be dissolved, but aromatic hydrocarbons such as xylene and toluene or aliphatic hydrocarbons such as butadiene and normal hexane are easy to handle. Suitable from aromatic hydrocarbons such as xylene and toluene or aliphatic hydrocarbons such as butadiene and normal hexane are easy to handle. Suitable from aromatic hydrocarbons such as xylene and toluene or aliphatic hydrocarbons such as butadiene and normal hexane are easy to handle. Suitable from
  • the core wire 1 sent from the previous process is wound around the outer peripheral surface of the roller 18 along the fine hole 18 a.
  • the roller 18 is rotated in the feed direction of the core wire 1 so that the peripheral speed thereof matches the feed speed of the core wire 1.
  • the outer peripheral surface of the roller 18 and the core wire 1 can be brought into contact with each other in a state where the relative speed is zero.
  • the adhesive layer sequence li is formed by accurately transferring the dotted line as the dotted adhesive layer 3 on the outer peripheral surface of the core wire 1.
  • the diameter D of the core wire 1 is 100 ⁇ m
  • the diameter d and the pitch interval m of the adhesive layer 3 are 10 ⁇ m and 100 ⁇ m, respectively.
  • the micro holes 18a are formed in only one row in the flat portion of the outer peripheral surface of the roller, but the present invention is not limited to this.
  • the micro holes 18a may be formed in a curved concave surface or convex surface.
  • sequence of the adhesive bond layer 3 applied to the core wire 1 it is possible to arrange
  • the adhesive layer sequence li can be formed.
  • these rollers 18 are rotated at the same peripheral speed as the feeding speed of the core wire 1, and the adhesive 3 a discharged from the fine holes 18 a is applied to the outer peripheral surface of the core wire 1 in a state where the rotational phase between these rollers is adjusted. Transcript to.
  • the adhesive layer 3 is applied to the outer peripheral surface of the core wire 1 to form the adhesive layer row li.
  • the rotational phase between the rollers is preferably adjusted so that the transfer positions of the adhesive 3a with respect to the axial direction of the core wire 1 by the respective rollers 18 substantially coincide with each other.
  • the core wire 1 in which the adhesive layer row li is formed on the outer peripheral surface as described above is then sent to the abrasive grain adhesion device 11.
  • the abrasive grains 2 are dispersed from the periphery of the core wire 1 to the outer peripheral surface thereof.
  • the abrasive grains 2 are temporarily fixed to the outer peripheral surface of the core wire 1 by the adhesive layer 3.
  • the metal plate 14 connected to the anode passes through the electrolytic plating tank 13 in which the electrolytic plating solution is immersed.
  • a plated metal as a binding material is deposited on the outer peripheral surface of the core wire 1 connected to the cathode 9.
  • the metal plate 14 serving as an anode is made of the same metal as the plating metal selected as the binder, and the electrolytic plating solution also contains the same metal as the plating metal selected as the binder.
  • the film thickness t of the binder layer 4 is set so that a part of the abrasive grains 2 is exposed from the surface thereof, that is, thinner than the average abrasive grain diameter.
  • the method for manufacturing a fixed abrasive wire saw as described above, there is no variation in quality in order to securely fix the abrasive grains to the necessary locations, and only in the locations necessary to achieve optimum grinding efficiency. Since the abrasive grains can be arranged without waste, they can be produced economically. Further, as in the case of random fixing of abrasive grains, it is possible to prevent defective products due to the aggregation of abrasive grains and the difference between the front and back of the abrasive density, so that the manufacturing yield can be improved.
  • achieve desired grinding efficiency and a cut surface precision can be manufactured by setting an appropriate abrasive grain arrangement pitch according to the material and size of a workpiece
  • a processing apparatus as shown in FIG. 11 is used.
  • the processing apparatus winds the wire saw Y drawn from the supply-side reel 31 around the two main rollers 32 and 32 provided with a spiral guide groove 32a on the outer periphery along the guide groove 32a.
  • a wire saw row YR in which the wire saws Y are parallel to each other at a constant pitch is formed between the upper portions of the main rollers 32 and 32, and the tip of the wire saw Y is wound around the collection-side reel 33.
  • each wire saw Y in the wire saw row YR travels in one direction or reciprocates in both directions.
  • a predetermined wire tension is applied to the wire saw Y, and the ingot 30 is brought into pressure contact with the wire saw Y and the ingot 30 as the workpiece at a predetermined processing speed or processing load F. It is possible to process a wafer in a short time and obtain a wafer with good surface accuracy.
  • the fixed abrasive wire saw according to the present invention, the manufacturing method thereof, and the work cutting method using the fixed abrasive wire saw are not particularly limited to the above-described embodiment, and are the gist of the present invention. Various modifications can be made without departing from the scope.
  • the fixed abrasive wire saw according to the present invention corresponds to the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, specifically shown in FIG. 10, and the core wire is manufactured by the manufacturing method shown in FIGS.
  • the core wire is manufactured by the manufacturing method shown in FIGS.
  • six adhesive layer rows in which a large number of dot-like adhesive layers are linearly arranged at a constant pitch interval of 200 ⁇ m are arranged in parallel at equal angular intervals in the circumferential direction of the core wire,
  • the diamond abrasive grains are temporarily fixed to the adhesive layer and are made by permanent fixing by nickel electrodeposition. At this time, the diameter of the adhesive layer was set to 10 ⁇ m.
  • the fixed abrasive wire saw used as a comparative example is one in which diamond abrasive grains are dispersed almost uniformly on the wire surface and nickel is electrodeposited.
  • the adhesive application process of the manufacturing process shown in FIG. While sending the wire at a constant speed, by spraying the adhesive dissolved in the organic solvent from the surroundings, a large number of dot-like adhesive layers are formed on the outer peripheral surface of the piano wire.
  • Abrasive grains were temporarily fixed to the adhesive layer on the single layer, and in a subsequent step, the electrode was made to pass through an electrolytic plating tank and electrodeposited with nickel.
  • the thickness of the binder layer formed by nickel electrodeposition was set to be the same as in the above example.
  • a fixed-abrasive wire saw was produced using a core wire composed of a piano wire having a diameter of 160 ⁇ m and abrasive grains having an average abrasive grain size of 30.4 ⁇ m.
  • the adhesive filling the adhesive transfer roller a solution of 15% acrylic rubber and 85% normal hexane was used, and the plating solution of the electrolytic plating tank 11 was nickel sulfamate 500 g / l, nickel chloride 10 g / l. l
  • the abrasive grains were fixed by nickel plating at a liquid temperature of 50 ° C.
  • the nickel film thickness was set to 10 ⁇ m, which is about 30% of the average abrasive grain size.
  • the resulting fixed abrasive wire saw had a substantially uniform abrasive height, and the average wire diameter was 239 ⁇ m.
  • the total length of the fixed abrasive wire saw was 10 km.
  • a single-layer fixed abrasive wire saw was produced with a core wire composed of a piano wire having a diameter of 160 ⁇ m and abrasive grains having an average abrasive grain size of 30.4 ⁇ m.
  • a 15% acrylic rubber and 85% normal hexane solution is used as the adhesive to be sprayed, and the plating solution in the electrolytic plating bath is 500 g / l nickel sulfamate, 10 g / l nickel chloride, and 20 g / l boric acid.
  • main fixing of the abrasive grains by nickel plating was performed at a liquid temperature of 50 ° C.
  • the nickel film thickness was set to 10 ⁇ m, which is about 30% of the average abrasive grain size.
  • the single-layer fixed abrasive wire saw obtained had a substantially uniform abrasive height, and the average wire diameter was 238 ⁇ m.
  • the total length of the fixed abrasive wire saw was 10 km.
  • a plurality of these wire saws are arranged in parallel and reciprocated at a linear speed of 500 m / min, a wire tension of 35 N, a wire pitch of 1.1 mm, a workpiece feed speed of 18 mm / h, a new Sapphire (hardness of about 2000 Hv) was cut using a water-soluble processing liquid under the condition of a wire supply rate of 1.0 m / min. Then, using the total number of cut pieces (size: ⁇ 2 inch ⁇ length 30 mm, number of cut pieces 27) obtained as a result, a surface consisting of thickness variation TV5 (the center and four points at 90 ° intervals around it). The difference between the maximum value and the minimum value of the thickness at 5 points) was determined. Table 1 below shows performance comparison results between the fixed abrasive wire saw according to the example of the present invention and the fixed abrasive wire saw according to the comparative example.
  • the thickness variation TV5 of the wafer is improved by about 10% compared with the comparative example. It was confirmed that the surface roughness, that is, the cut surface accuracy was improved.
  • the fixed abrasive wire saw based on the present invention shows a higher value for the initial grinding ability than that of the comparative example. From these results, it was confirmed that according to the wire saw according to the example of the present invention, the grinding efficiency of the workpiece was improved.

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Abstract

【課題】ワークの切断面精度や研削効率を向上させることができ、しかも、製品の長寿命化を図ることが可能な固定砥粒ワイヤーソー及びその製造方法、並びに、その固定砥粒ワイヤーソーを用いたワークの加工方法を提供する。 【解決手段】金属芯線１の外周面に砥粒２を固着させるにあたり、接着剤３ａを充填した微細孔１８ａが多数開設された複数の転写ローラー１８を用いて、接着剤を上記芯線の外周面に転写することにより、そこに規則的なピッチ間隔で軸方向に直線状に配列された点状の接着剤層３の列ｌｉを複数本形成し、該接着剤層に砥粒を仮固着させた後、電着による金属メッキ層４で本固着する。

Description

固定砥粒ワイヤーソーとその製造方法、及びそれを用いたワークの切断方法
本発明は、例えば、大口径のシリコン、サファイア、炭化珪素、セラミックス材料、磁性材料等の硬脆材料から成るワークをスライシング加工するのに適した固定砥粒ワイヤーソー及びその製造方法と、その固定砥粒ワイヤーソーを用いた上記ワークの切断方法に関するものである。
シリコン、サファイア、磁性材料等の硬脆材料をスライシング加工するのに用いられるワイヤーソーの一種として、従来から、ピアノ線等の導電性を有する金属ワイヤーの外周面に対し、ダイヤモンド等から成る砥粒を、電着による金属メッキ層で固着させた固定砥粒ワイヤーソーが知られている。そして、その代表的な製造方法として、特許文献１には、めっき浴槽内に沈降させた砥粒層中を通過する金属ワイヤーに対し通電する方法が開示されている。
このような電着による固定砥粒ワイヤーソーは、砥粒の保持力が大きく脱粒しにくいという利点を有するが、製造時に砥粒がメッキ槽内でワイヤーの外周面に対しランダムに固着されるため、局所的に多数の砥粒が凝集して固着された砥粒群が多数形成され易く、しかも、製品によって個体差が生じ易い。そして、このような砥粒群が形成されたワイヤー部分においては、研削時に、砥粒一粒あたりに作用するワークへの押付け力が低下するため、ワークに対する切り込み深さが浅くなる。したがって、このような砥粒群がワイヤー上に多数形成されると、研削効率が低下してしまうという問題がある。
また、ワイヤー上における砥粒配置が確率に依存したランダムな配置であり、しかも、上記砥粒群が形成されるのを避けることができないことから、研削による各砥粒の磨耗速度にばらつきが生じ、その結果、ワークの切断面粗さすなわち切断面精度が低下してしまう。
さらに、上記砥粒群が形成されたワイヤー部分においては、研削時に、切屑が砥粒間に集積されて目詰まりを起こし易くなる。そして、目詰まりを起こしたワイヤー部分においては、研削抵抗が増大して大きな集中応力が作用するため、ワイヤーが断線し易くなり製品寿命が低下するという問題がある。また、このような目詰まりは、研削効率や切断面精度の低下にもつながる。
ここで、このような砥粒の磨耗速度のばらつきや目詰まりの主たる要因としては、上記砥粒群におけるワイヤー方向の砥粒同士の密着が挙げられる。
そこで、出願人は、上記従来技術の問題点を解決するため、特許文献２において、ワイヤーの外周面に接着剤をスプレーすることにより点状の接着剤層を形成し、その接着剤層により砥粒を仮固着すると共に、それら仮固着された砥粒をニッケルメッキにより本固着することにより形成された固定砥粒ワイヤーソーを提案した。
この特許文献２に記載のワイヤーソーにおいては、砥粒配置がスプレーによりコントロールされることから、特許文献１のものと比べ、多数の砥粒が局所的に凝集して固着されるのをある程度抑制することは可能である。しかしながら、図１４に示すように、依然として確率に依存したランダムな砥粒配置にならざるを得えないため、上記各問題点に対する懸念が払拭されるものではなく、更なる改善の余地が残されている。
特公昭５１－００３４３９号公報 特開２００４－２３７３７６号公報
したがって、本発明の技術的課題は、ワークの切断面精度や研削効率を向上させることができ、しかも、製品の長寿命化を図ることが可能な固定砥粒ワイヤーソー及びその製造方法、並びに、その固定砥粒ワイヤーソーを用いたワークの加工方法を提供することにある。
上記課題を解決するため、本発明に係る配列制御型固定砥粒ワイヤーソーは、高強度の芯線の外周面上に、均等な粒度を有する多数の砥粒が、該芯線の外周面を被覆する結合材層により、単層に固着されて成る固定砥粒ワイヤーソーであって、上記芯線の外周面上に、多数の点状の接着剤層が、相互に離間して塗着されていると共に、上記芯線の軸に沿って直線状に規則的なピッチ間隔で配列されて少なくとも３本の接着剤層列を形成しており、上記砥粒が、上記接着剤層により仮固着されると共に上記結合材層により本固着されていて、互いに隣接する接着剤層上に配置された砥粒が、相互に離間した状態で固着されていることを特徴とするものである。
このとき、上記芯線が金属線材から成っていて、上記結合材層がメッキ金属から成っていることが望ましい。
かかる構成を具備する固定砥粒ワイヤーソーによれば、芯線の軸に沿って直線状に規則的なピッチ間隔で配列された多数の点状の接着剤層上に砥粒が配置され、しかも、互いに隣接する接着剤層上に配置された砥粒が、相互に離間した状態で固着されている。そのため、局所的に多数の砥粒が凝集して固着された砥粒群の形成を抑制することができ、特に、芯線の軸方向の砥粒同士の密着を抑制することができる。したがって、ワークの研削時に、各砥粒による切り込み深さを十分に確保することができ、研削効率を向上させることができる。また、研削による各砥粒の磨耗速度にばらつきをも抑制し、ワークの切断面粗さすなわち切断面精度を改善することができる。さらに、ワークの切屑の排出性が改善され、砥粒間における目詰まりを抑制することができるため、ワイヤーの断線を防止し製品の長寿命化を図ることができるばかりでなく、研削効率や切断面精度の低下の防止にもつながる。
本発明に係る固定砥粒ワイヤーソーの一実施形態においては、上記接着剤層が、ゴム系接着剤から成っていて弾性を有しており、ワークの加工時に、ワークに当接する各砥粒が上記芯線の外周面に対して交差する方向へ動くことを許容する緩衝層を成していることが望ましい。そうすることにより、芯線の外周面から砥粒先端までの高さ、すなわち砥粒高さのばらつきを緩衝層で吸収することができ、切断面精度をより改善することが可能となる。
そして、本発明に係る固定砥粒ワイヤーソーの一実施形態においては、上記接着剤層列のそれぞれにおいて、上記接着剤層が均等なピッチ間隔で配列されていても良い。このとき、さらに、上記接着剤層列相互における砥粒のピッチ間隔も均等になっていても良い。このように、上記接着剤層列において、接着剤層が均等なピッチ間隔で配置されていると、研削による各砥粒の磨耗のばらつきをより抑制することができて望ましい。また、さらに、上記各接着剤層列を形成する接着剤層が、少なくとも１本の螺旋上に配置されていても良い。そうすることにより、切屑の排出性もより改善することが可能となる。
なお、上記固定砥粒ワイヤーソーにおいては、上記芯線の周方向における隣接する接着剤層列の最大間隔よりも、これら接着剤層列における砥粒の最小ピッチ間隔が長くなっていることが、研削効率や切屑の排出性の観点からすると望ましい。また、上記接着剤層が円形状を成していて、その径が平均砥粒径以下で平均砥粒径の３０％以上であると、１つの接着剤層上に複数の砥粒が固着されたり、砥粒が固着されない接着剤層が生じたりするのを抑制することができ、砥粒を無駄なく効率的に配置することが可能となる。
さらに、上述した本発明に係る固定砥粒ワイヤーソーの製造方法は、外周に複数個の微細孔が周方向に開設されて成るローラーを、上記芯線の走行経路上に配設する工程と、上記ローラーの微細孔に接着剤を充填する工程と、上記芯線を、その外周面を上記ローラーの外周に接触させた状態で走行させる工程と、回転する上記ローラーの微細孔と走行する芯線の外周面との相対速度がゼロとなるように調整した状態において、上記芯線の外周面上に、上記微細孔から接着剤を転写することにより、点状の接着剤層を塗着させる工程と、接着剤が転写された該芯線の外周面に砥粒を散布して、該接着剤により仮固定する工程と、砥粒が仮固定された該芯線の外周面を更に結合材で被覆して、該砥粒を該結合材層により本固着する工程とを含んでいる。そうすることにより、製品による個体差が生じるのを抑制して品質を安定化させることができるばかりでなく、上記固定砥粒ワイヤーソーを効率的に製造することが可能となる。
そして、上記固定砥粒ワイヤーソーとワークとを、所定のワイヤー張力の下で相互に圧接させた状態で、該固定砥粒ワイヤーソーを一方向又は往復方向に走行させることにより、該ワークを切断すると、該ワークを効率的かつ精度良く切断することが可能となる。
本発明に係る固定砥粒ワイヤーソーの第１実施形態の一部分を概略的に示す正面図である。 図１に示す固定砥粒ワイヤーソーの概略的なＡ－Ａ断面図である。 本発明に係る固定砥粒ワイヤーソーの第１実施形態の一変形例を示す概略的な横断面図である。 本発明に係る固定砥粒ワイヤーソーの第２実施形態の一部分を示す概略的な正面図である。 本発明に係る固定砥粒ワイヤーソーの第３実施形態の一部分を示す概略的な正面図である。 本発明に係る固定砥粒ワイヤーソーの製造方法の一実施形態を示す概念的な製造工程図である。 図６に示す製造工程における接着剤塗布工程の一例を示す概略図である。 図７に示す接着剤塗布工程における芯線への接着剤転写プロセスの一例を示す説明図である。 図８に示す接着剤転写プロセスにより、芯線に接着剤が実際に転写された状態の一例を示す光学顕微鏡写真である。 本発明に係る固定砥粒ワイヤーソーの製造方法により製造された固定砥粒ワイヤーソーの一例を示す光学顕微鏡写真である。 本発明に係る固定砥粒ワイヤーソーを用いたワークの加工方法の一実施形態を示す概略図である。 切断性能試験の結果を示すグラフである（サファイアの例）。 切断性能試験の結果を示すグラフである（ＳｉＣの例）。 従来の固定砥粒ワイヤーソーを示す光学顕微鏡写真である。
以下、図面に基づき、本発明の各実施形態について詳細に説明する。
図１～図５に示すように、本発明に係る固定砥粒ワイヤーソーは、高強度の芯線１の外周面上に、均等な粒度を有する多数の砥粒２を、該芯線１の外周面全体を被覆する結合材層４で固着することにより形成されている。このとき、上記芯線１の外周面上には、多数の点状の接着剤層３が相互に離間して配置されるように制御して塗着されている。そして、上記砥粒２が、その点状の接着剤層３により仮固着（接着）されると共に、上記結合材層４により本固着されている。その結果、該砥粒２は、上記芯線１の外周面に対し単層に固着されている。その結果、互いに隣接する各接着剤層３上に配された砥粒２は、相互に離間した状態で固着されている。
上記芯線１は、長手方向（すなわち軸方向）全体にわたって均一な円形状横断面を有する金属線材から成っている。該金属線材としては、高炭素鋼や中炭素低合金鋼等の熱処理ばね鋼による線材、硬鋼線やピアノ線やステンレス線や冷間圧延鋼線やオイルテンパー線等の加工ばね鋼による線材、低合金鋼や中合金鋼や高合金鋼やマルエージ鋼等の超強力鋼による線材、タングステンやモリブデンやベリリウム等の金属繊維による線材、またはＦｅ－Ｓｉ－ＢやＡｌ－Ｙ－Ｎｉ等のアモルファス金属繊維による線材などが好適に用いられる。ここで、該芯線１がピアノ線である場合、その径Ｄは０．０８ｍｍ以上０．２０ｍｍ以下の範囲であることが望ましい。該芯線１の径が、０．０８ｍｍよりも細いと、ワイヤーソー１の十分な強度を確保することができなくなり、０．２０ｍｍよりも太いと、ワークの加工にあたって必要とされる切断代が大きくなって、材料の無駄が多くなる。
また、上記砥粒２には、ダイヤモンド砥粒、ＣＢＮ砥粒、Ａｌ２Ｏ３砥粒、またはＳｉＣ砥粒の中より選択される１種あるいは２種以上のものが好ましく用いられる。使用する砥粒２の平均径は、研削加工するワークの種類、芯線１の径、及び砥粒２の配置に応じて適宜設定される。
上記点状の接着剤層３は、上記芯線１の軸に沿って直線状に規則的なピッチ間隔で配列されて、少なくとも３本の接着剤層列ｌｉ（ｉ＝１，２，３・・・）を形成している。そして、該接着剤層３により、上記芯線１の外周面上における上記砥粒２の配置が規定され、その結果、該砥粒２が上記接着剤層列ｌｉに沿って固着されている。このとき、芯線１の軸方向における接着剤層３のピッチ間隔ｍや、周方向における接着剤層の本数及び配置は、互いに隣接する接着剤層３上に配された砥粒２間において、研削加工時に結合材層４がワークに接触しないように、また、平均砥粒径以上の間隙が確保されるように、適宜設定することが望ましい。さらに、研削効率や切屑の排出性を考慮すると、周方向に隣接する接着剤層列ｌｉの間隔ｎのうち最長のもよりも、軸方向に隣接する接着剤層３のピッチ間隔ｍのうち最短のものの方が長いことが望ましい。
ここで、上記接着剤層３は、略円形状で、その径ｄが平均砥粒径の３０％以上、平均砥粒径以下であることが好ましい。本来、１つの接着剤層３には１つの砥粒２を接着させることが望ましく、接着剤層３の径が平均砥粒径の３０％よりも小さいと、砥粒２が接着されない接着剤層３が生じる確率が高くなり、平均砥粒径よりも大きいと、１つの接着剤層３に複数の砥粒２が接着される確率が高くなる。ただし、研削速度が要求される場合など、必要に応じて、１つの接着剤層３に２、３個の砥粒２が接着し易いように、該接着剤層３の径を適宜設定することも可能である。
なお、上記接着剤層３を形成する接着剤としては、砥粒２を接着して仮固着できるものであれば特に制限されるものではないが、アクリルゴム、スチレンゴム、ブタジエンゴム、ニトリルゴム、ブチルゴム等のゴム系接着剤が、流動性・接着性等の面から好適に用いられる。そうすることにより、該接着剤層３が砥粒２の緩衝層としても機能するため、ワークの研削時に、該ワークに当接した各砥粒が上記芯線１の外周面に対して交差する方向へ弾性的に動くことを許容し、その結果、芯線１の外周面から砥粒先端までの高さ（すなわち砥粒高さ）のばらつきを該接着剤層３に吸収させることができる。
上記結合材層４はメッキ金属から成っていて、その膜厚ｔは平均砥粒径よりも薄くなっている。そして、砥粒２が、その一部を結合材層４の表面から露出させている。該結合材層４の厚さは、好ましくは砥粒２の平均粒径の３０％以上５０％以下の範囲であり、より好ましくは３０～４０％である。該結合材層の厚さが３０％よりも薄いと、砥粒２の保持力を十分に確保することができなくなる虞がある。また、該厚さが５０％よりも厚いと、砥粒４の結合材層表面からの突出し量を十分に確保することができなくなる虞がある。ここで、上記結合材としてのメッキ金属には、ニッケル、銅、またはクロムが好適に用いられる。なお、金属薄膜で被覆された被覆砥粒を上記砥粒２として用いる場合などには、必要に応じて、芯線１の表面と共に砥粒２の表面全体が結合材層４で被覆されるようにしても良い。
かかる構成を具備する上記固定砥粒ワイヤーソーによれば、砥粒２が、金属芯線１に沿って規則的なピッチ間隔で一列に配列された多数の点状の接着剤層３上に配置され、しかも、互いに隣接する接着剤層３上に配置された砥粒２が、相互に離間した状態で固着されている。そのため、局所的に多数の砥粒が凝集して固着された砥粒群の形成を抑制することができ、特に、芯線１の軸方向における砥粒２同士の密着を抑制することができる。
したがって、ワークの研削時に、各砥粒２による切り込み深さを十分に確保することができ、研削効率を向上させることができる。また、研削による各砥粒２の磨耗速度にばらつきをも抑制し、ワークの切断面粗さすなわち切断面精度を改善することができる。さらに、ワークの切屑の排出性が改善され、砥粒２間における目詰まりを抑制することができるため、断線を防止し製品の長寿命化を図ることができるばかりでなく、研削効率や切断面精度の低下の防止にもつながる。なお、接着剤層３にゴム系接着剤を採用し、該接着剤層３を緩衝層としても機能させることにより、固着された砥粒間において生じる砥粒高さのばらつきを吸収することができ、切断面精度をより改善することが可能となる。
上記接着剤層３の配置についてより具体的に説明すると、図１～図３に示す上記固定砥粒ワイヤーソーの第１実施形態においては、芯線１の外周面上に、上記点状の接着剤層３が、芯線１の軸線に沿って直線状に均等なピッチ間隔ｍで配列され、周方向に６本（図１及び図２）または５本（図３）の接着剤層列ｌｉを形成している。そして、本実施形態では、上記接着剤層列ｌｉのそれぞれにおいて、接着剤層３が軸方向に均等なピッチ間隔ｍで塗着されているばかりでなく、接着剤層列ｌｉ相互間においても、接着剤層３のピッチ間隔ｍが均等なものとなっている。さらに、接着剤層列ｌｉ相互間において、接着剤層３の軸方向の位置（すなわち位相）がほぼ一致していて、そのため、接着剤層３が周方向に軸と直交する環状列ｓが形成されている。そして、該環状列ｓは軸方向に均等な間隔ｍで並設されている。また、これら接着剤層列ｌｉは、周方向においても、互いに均等な間隔ｎで平行に配置されている。
なお、本実施形態においては、必ずしも、接着剤層列ｌｉ相互間において、接着剤層３のピッチ間隔ｍが均等である必要性はなく、例えば、ピッチ間隔ｍの異なる２種類の接着剤層列ｌｉを周方向に交互に配置しても良く、または、接着剤層列ｌｉ相互間において、接着剤層３のピッチ間隔ｍが全て異なっていても良い。ただし、何れのピッチ間隔ｍも最小ピッチ間隔ｍｍｉｎの倍数であることが望ましい。また、接着剤層列ｌｉ相互間において、接着剤層３の軸方向の位置（位相）が一致している必要性はなく、例えば、図１において、これら接着剤層列ｌｉの軸方向の位相を交互に１８０度ずらして配置しても良い。接着剤層列ｌｉの本数も、図示のものに限定されるものではなく、少なくとも３本以上であれば良い。さらに、接着剤層列ｌｉの周方向の間隔ｎも、必ずしも均等である必要性はない。
一方、図４に示す第２実施形態においても、第１実施形態と同様に、接着剤層列ｌｉのそれぞれにおいて、接着剤層３が軸方向に均等なピッチ間隔ｍで塗着されていると同時に、接着剤層列ｌｉ相互間においても、接着剤層３のピッチ間隔ｍが均等なものとなっている。そして、上記接着剤層列ｌｉの周方向の間隔も均等になっている。ただし、接着剤層列ｌｉ相互間において、接着剤層３の軸方向の位置（位相）が順次略均等にずらされており、結果として、各接着剤層ｌｉを形成する砥粒が、１本の螺旋上に配されている。なお、本実施形態において、上記接着剤層列ｌｉの周方向の間隔ｎは、必ずしも均等である必要性はない。また、上記接着剤層３が形成する螺旋を２本以上とすることも可能である。
続いて、図５に示す第３実施形態においては、接着剤層３を軸方向に均等なピッチ間隔ｍで塗着して成る接着剤層列ｌｉと、接着剤層３をピッチ間隔ｍと２ｍとの組み合わせで繰り返して配置して成る接着剤層列ｌｉとが、周方向に交互に配されている。そして、本実施形態では、上記両接着剤層列ｌｉを、軸方向の位相を１８０度ずらして配置しているが、必ずしもそれに限られるものではなく、両者の位相を一致させても良い。なお、全ての接着剤層列ｌｉが、後者のもののように、異なるピッチ間隔の組み合わせを繰り返すことにより形成されていても良い。
そして、これら第１、第２および第３実施形態に係る固定砥粒ワイヤーソーにおいては、上記砥粒２が、上述のように配列された接着剤層３により位置決めされた状態で、上記結合材層（メッキ金属層）により固着されている。その結果、上記各接着剤層列ｌｉに概ね沿った砥粒列が形成されている。
次に、上記固定砥粒ワイヤーソーを製造する方法について、図６～図９を用いて詳細に説明する。
この製造方法は、図６に示すように、概略的には、高強度の芯線１の外周面上に、ローラー外周の微小孔から接着剤を転写することにより、該芯線１に沿って多数の点状の接着剤層３を規則的なピッチ間隔で塗着させる工程と、その接着剤層３に砥粒２を仮固着させて位置決めする工程と、芯線１の外周面をメッキ金属から成る単層の結合材層４で被覆することにより、上記仮固着された砥粒２を、その一部を結合材層４の表面から露出させた状態で、芯線１の外周面に本固着させる工程とから成っている。
より具体的には、まず、第１ボビン５から一定の速度で水平に引き出された芯線１は、浸漬脱脂槽６で脱脂された後、酸浸漬槽７を通過して酸洗浄され、第一水洗槽８で水洗される。
ここで、浸漬脱脂槽６で用いられる脱脂液は、一般的に使用されているアルカリ脱脂液であり、３リン酸ソーダや、オルソ珪酸ソーダ及び炭酸ソーダ等における各水溶液が挙げられるが、特に限定するものではない。また、酸浸漬槽７で用いられる酸液は、一般的に使用されている硫酸、塩酸、硝酸等から成る混合溶液であるが、芯線素材により組成を変えて調製し、最適な酸処理条件を選択する必要がある。
次に、第１水洗槽８にて水洗された芯線１を、接着剤塗布装置１０に送り、そこで接着剤３ａを芯線１の外周面に転写することにより、多数の点状の接着剤層３が該芯線１の外周面に対し、配置が制御されて塗布される。この接着剤塗布装置１０は、図７及び図８の概略図に示すように、送られてきた芯線１を回転する接着剤転写ローラー１８の外周に巻き架けて接触させ、そのローラー１８の外周から点状に吐出させた接着剤３ａを、該芯線１の外周面に対し転写するように構成されている。
以下に、この接着剤の転写塗布工程についてより詳細に説明する。
上記接着剤転写ローラー１８の外周面には、その周方向に沿って微細孔１８ａの列が開設されていて、これら微細孔１８ａは、接着剤（有機溶剤に溶解させた接着剤）の供給源（図示略）へと接続されている。そして、該接着剤がその供給源から上記微細孔１８ａにそれぞれ充填され、これら微細孔１８ａを通じて上記ローラー１８の外周面に微量の接着剤３ａが吐出されるようになっている。
なお、上記微細孔のサイズについては、平均砥粒径の３０％以上、平均砥粒径以下程度の径にすると、接着剤層３をより適切な径ｄの範囲で塗着させることができ、後工程において、接着剤層１個に対して砥粒が１個だけ固着される確率が高くなり、単粒子配列されたワイヤーソーを製作できる。
また、ここで用いる接着剤に関しては、上述したように、後工程で砥粒２を仮固着できるものであれば特に限定されるものでないが、アクリル、スチレン、ブタジエン、ニトリル、ブチルゴム等のゴム系接着剤が、流動性・接着性等の面から適している。有機溶剤に関しても、目的の接着剤を溶解できるものであれば特に限定されるものではないが、キシレン、トルエン等の芳香族炭化水素またはブタジエン、ノルマルヘキサン等の脂肪族炭化水素が取扱い性の面から適している。
このようなローラー１８から芯線１に対し上記接着剤３ａを転写するにあたっては、前工程から送られてきた芯線１を、上記ローラー１８の外周面に対し、上記微細孔１８ａに沿うように巻き架け、該ローラー１８を、その周速度が芯線１の送り速度と一致するように、芯線１の送り方向に回転させる。そうすることにより、ローラー１８の外周面と芯線１とを相対速度がゼロの状態で接触させることができ、その結果、図９に例示すように、上記微細孔１８ａの列から接着剤３ａが芯線１の外周面に点状の接着剤層３として正確に転写され、上記接着剤層列ｌｉが形成される。なお、この写真では、芯線１の径Ｄが１００μｍ、接着剤層３の径ｄ及びピッチ間隔ｍが、それぞれ１０μｍ、１００μｍとなっている。
なお、ここでは、上記微小孔１８ａは、図面上、ローラー外周面の平坦部分に１列のみ形成されているが、それに限られるものではなく、例えば湾曲した凹面や凸面に形成されていても良く、また、芯線１に塗着させる接着剤層３の配列に応じて、様々な形態に配置することが可能である。
したがって、上記ローラー１８の数や配置、並びに、該ローラー１８の外周面の形状、及びそこに開設する微細孔１８ａの数や配置等を適宜調整することにより、芯線１の外周面に様々な形態の接着剤層列ｌｉを形成することができる。
そこで、以下においては、図１及び図２に示すようなワイヤーソーを製造する場合を例に挙げて、その製造方法を具体的に説明する。
この場合、上記接着剤塗布装置１０においては、芯線１の周方向に６本の接着剤層列ｌｉを並設するため、図７に示すように、６個の接着剤転写ローラー１８が、芯線１の走行経路に沿って順次配置されている。そして、該芯線１がこれらローラー１８に巻き架けられている。このとき、接着剤層ｌｉを芯線１の周方向に均等な間隔で形成するため、これら６個のローラー１８は、等角度（すなわち６０度）毎に傾斜させた状態で配置されている。また、上記接着剤層３を芯線１の軸方向に均等なピッチ間隔で一列に配列させるため、上記各ローラー１８の外周面にも、同様の均等なピッチ間隔で一列に上記微細孔１８ａが開設されている。
そして、これらローラー１８を芯線１の送り速度と同じ周速度で回転させ、これらローラー相互間の回転位相を調節した状態で、上記微細孔１８ａから吐出された接着剤３ａを該芯線１の外周面に転写する。その結果、図１及び図２に示すように、芯線１の外周面に接着剤層３が塗着されて接着剤層列ｌｉが形成される。なお、このときローラー相互間の回転位相は、各ローラー１８による芯線１の軸方向に対する接着剤３ａの転写位置が、相互にほぼ一致するように調整することが望ましい。
以上のようにして、外周面に接着剤層列ｌｉが形成された芯線１は、次に砥粒付着装置１１に送られる。この砥粒付着装置１１では、芯線１の周囲からその外周面に砥粒２が散布される。その結果、砥粒２が、上記接着剤層３により芯線１の外周面に対し仮固着される。
さらに、砥粒２が仮固着された芯線１は、第２水洗槽１２で洗浄された後、陽極に接続した金属板１４が電解メッキ液中に浸水設置された電解メッキ槽１３中を通過し、そのとき、結合材としてのメッキ金属を、陰極９に接続した芯線１の外周面に析出させるようになっている。そうすることにより、芯線１の外周面全体がメッキ金属から成る結合材層４で被覆され、該結合材層４によって上記砥粒２が芯線１の外周面に本固着される。
ここで、陽極となる金属板１４は、結合材として選択されたメッキ金属と同じ金属から成っており、電解メッキ液も、結合材として選択されたメッキ金属と同じ金属を含んでいる。また、結合材層４の膜厚ｔは、砥粒２の一部がその表面から露出する程度、すなわち平均砥粒径よりも薄く設定する。
そしてその後、外周面に砥粒２が本固着された芯線１を、第３水洗槽１５にて水洗し、次に防錆剤槽１６で防錆処理を施した後、第２ボビン１７で巻き取る。その結果、図１０に示すような固定砥粒ワイヤーソーを得ることができる。
以上のような固定砥粒ワイヤーソーの製造方法によれば、砥粒を必要な箇所に確実に固着させるため品質のばらつきがなく、また、最適な研削効率を実現するのに必要な箇所にのみ砥粒を無駄なく配置することができるため、経済的に製造することが出来る。また、ランダムな砥粒固着の場合のように、砥粒の凝集や砥粒密度の表裏差に起因した不良品が出るのを防止できるため、製造歩留まりを改善することも出来る。なお、ワークの材質やサイズに応じて、適切な砥粒配列ピッチを設定することにより、所望の研削効率や切断面精度を実現することができる固定砥粒ワイヤーソーを製造することができる。
そして、上記固定砥粒ワイヤーソーを用いてワークを切断するにあたっては、例えば、図１１に示すような加工装置を使用する。該加工装置は、供給側リール３１から引き出されたワイヤーソーＹを、外周に螺旋状のガイド溝３２ａが設けられた２つのメインローラー３２，３２に、該ガイド溝３２ａに沿って巻き架けることにより、両メインローラー３２，３２の上部間に、ワイヤーソーＹが一定ピッチで並行するワイヤーソー列ＹＲを形成し、上記ワイヤーソーＹの先端を回収側リール３３に巻き付けたものである。
そして、上記リール３１，３３及びメインローラー３２，３２を同期させて回転させることにより、ワイヤーソー列ＹＲの中の各ワイヤーソーＹを一方向に走行または両方向に往復動さる。このとき、該ワイヤーソーＹに所定のワイヤー張力を作用させると共に、該ワイヤーソーＹと上記ワークとしてのインゴット３０とを所定の加工速度や加工荷重Ｆにて互いに圧接させることにより、該インゴット３０を短時間で加工し、面精度の良好なウェハを得ることができる。
なお、本発明に係る固定砥粒ワイヤーソー、及びその製造方法、並びに該固定砥粒ワイヤーソーを用いたワークの切断方法は、上記の実施形態に特に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々変更を加えることが可能である。
以下に本発明に係る実施例を詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。ここでは、本発明に基づいて製造した固定砥粒ワイヤーソーと、従来法に基づいて製造した比較例としての固定砥粒ワイヤーソーとを使用して、インゴットをそれぞれ研削加工し、それらの切断性能の比較評価を行った。
ここで、本発明に基づく固定砥粒ワイヤーソーは、図１及び図２の実施形態に相当し、具体的には図１０に示したもので、図６～８に示す製造方法により、芯線の外周面上に、多数の点状の接着剤層を２００μｍの一定ピッチ間隔で直線状に配列させて成る接着剤層列を、芯線の周方向に６本、等角度間隔に並設し、上記接着剤層にダイヤモンド砥粒を仮固着させると共に、ニッケル電着で本固着させることにより作成したものである。なお、このとき接着剤層の径は１０μｍに設定した。
一方、比較例として使用した固定砥粒ワイヤーソーは、ワイヤー表面にダイヤモンド砥粒をほぼ均等に分散させてニッケル電着させたものであり、図６に示す製造工程の接着剤塗布工程において、ピアノ線を一定の速度で送りながら、有機溶剤に溶解させた接着剤を周囲からスプレーすることにより、ピアノ線の外周面上に多数の点状の接着剤層を形成し、その後の工程で、上記接着部に砥粒を単層に仮固着させ、さらにその後の工程で、電解メッキ槽中を通過させてニッケル電着させて作製した。なお、ニッケル電着による結合材層の厚さは上記実施例と同じに設定した。
［実施例］
直径１６０μｍのピアノ線から成る芯線と平均砥粒径３０．４μmの砥粒とにより固定砥粒ワイヤーソーを作製した。ここで、上記接着剤転写ローラーに充填する接着剤には、アクリルゴム１５％とノルマルヘキサン８５％の溶液を用い、電解メッキ槽１１のメッキ液にはスルファミン酸ニッケル５００ｇ／ｌ、塩化ニッケル１０ｇ／ｌ、硼酸２０ｇ／ｌによりｐＨ４．０に調整した水溶液を用い、液温５０℃、電流密度１５Ａ／ｄｍ２でニッケルメッキによる砥粒の本固着を施した。ニッケル膜厚は平均砥粒径の約３０％の１０μｍに設定した。その結果として得られた固定砥粒ワイヤーソーは、ほぼ均等な砥粒高さを有しており、その平均線径は２３９μｍであった。なお、固定砥粒ワイヤーソーの全長は１０ｋｍとした。
［比較例］
直径１６０μｍのピアノ線から成る芯線と平均砥粒径３０．４μｍの砥粒とにより単層固定砥粒ワイヤーソーを作製した。ここで、スプレーする接着剤には、アクリルゴム１５％とノルマルヘキサン８５％の溶液を用い、電解メッキ槽のめっき液にはスルファミン酸ニッケル５００ｇ／ｌ、塩化ニッケル１０ｇ／ｌ、硼酸２０ｇ／ｌによりｐＨ４．０に調整した水溶液を用い、液温５０℃、電流密度１５Ａ／ｄｍ２でニッケルめっきによる砥粒の本固着を施した。ニッケル膜厚は平均砥粒径の約３０％の１０μｍに設定した。その結果として得られた単層固定砥粒ワイヤーソーは、ほぼ均等な砥粒高さを有しており、その平均線径は２３８μｍであった。なお、固定砥粒ワイヤーソーの全長は１０ｋｍとした。
そして、これらワイヤーソーを、図１１に示すように、それぞれ複数本平行に配して線速５００ｍ／ｍｉｎで往復運動させ、ワイヤー張力３５Ｎ、ワイヤーピッチ１．１ｍｍ、ワーク送り速度１８ｍｍ／ｈ、新線供給量１．０ｍ／ｍｉｎの条件下で、水溶性加工液を用いてサファイア（硬度約２０００Ｈｖ）を切断加工した。そして、その結果得られた切断片（サイズ：φ２インチ×長さ３０ｍｍ、切断枚数２７枚)の全枚数を用いて、厚みバラツキＴＶ５（中心とその周囲の９０度間隔の４点とから成る面内５点における、厚みの最大値と最小値との差）を求めた。
以下の表１は、上記本発明の実施例に係る固定砥粒ワイヤーソーと、上記比較例に係る固定砥粒ワイヤーソーとの性能比較結果である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
表１からわかるように、本発明の実施例に係る固定砥粒ワイヤーソーによれば、比較例のものと比べて、ウェハの厚みバラツキＴＶ５について約１割強改善されおり、よって、ワークの切断面粗さ、すなわち切断面精度が改善されることを確認できた。
次に、これらワイヤーソーの各４０ｍ分を、ワイヤー線速度２００ｍ／ｍｉｎでそれぞれ往復運動させながら、ワイヤーソーの走行方向の幅が３０ｍｍのサファイアワークとＳｉＣワークをそれぞれ、加工荷重８Ｎ、ワイヤー張力１０Ｎの下で、加工液に水道水を用いて切断加工し、両者の切断性能のうち研削能力を評価した。ワーク毎の比較評価結果を図１２と図１３に示す。これは、上記ワークを５０枚切断加工した結果で、図の横軸は切断したワークの数、縦軸はワイヤーソーが一往復する間にワークを切り込んだ深さ、すなわち研削性を示している。サファイアとＳｉＣのいずれの場合も、本発明に基づく固定砥粒ワイヤーソーの方が、比較例のものと比べ、初期研削能力について高い値を示している。これらの結果から、本発明の実施例に係るワイヤーソーによれば、ワークの研削効率が改善されることを確認できた。
以上、本発明について詳細に説明してきたが、本発明は上記実施形態や上記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、様々な設計変更が可能であることは言うまでもない。
１　　　芯線
２　　　砥粒
３　　　接着剤層
３ａ　　接着剤
４　　　結合材層
５　　　第１ボビン
６　　　浸漬脱脂槽
７　　　酸浸漬槽
８　　　第１水洗槽
９　　　陰極
１０　　接着剤塗布装置
１１　　砥粒付着装置
１２　　第２水洗槽
１３　　電解メッキ槽
１４　　金属板（陽極）
１５　　第３水洗槽
１６　　防錆剤槽
１７　　第２ボビン
１８　　接着剤転写ローラー
１８ａ　微細孔
３０　　ワーク（インゴット）
３１　　供給側リール
３２　　メインローラー

Claims (10)

  1. 高強度の芯線の外周面上に、均等な粒度を有する多数の砥粒が、該芯線の外周面を被覆する結合材層により、単層に固着されて成る固定砥粒ワイヤーソーであって、
    上記芯線の外周面上に、多数の点状の接着剤層が、相互に離間して塗着されていると共に、上記芯線の軸に沿って直線状に規則的なピッチ間隔で配列されて少なくとも３本の接着剤層列を形成しており、
    上記砥粒が、上記接着剤層により仮固着されると共に上記結合材層により本固着されていて、互いに隣接する接着剤層上に配置された砥粒が、相互に離間した状態で固着されている、
    ことを特徴とする固定砥粒ワイヤーソー。
  2. 上記芯線が金属線材から成っていて、
    上記結合材層がメッキ金属から成っている、
    ことを特徴とする請求項１に記載の固定砥粒ワイヤーソー。
  3. 上記接着剤層が、ゴム系接着剤から成っていて弾性を有しており、ワークの加工時に、ワークに当接する各砥粒が上記芯線の外周面に対して交差する方向へ動くことを許容する緩衝層を成している、
    ことを特徴とする請求項２に記載の固定砥粒ワイヤーソー。
  4. 上記接着剤層列のそれぞれにおいて、上記接着剤層が均等なピッチ間隔で配列されている、
    ことを特徴とする請求項１～３の何れかに記載の固定砥粒ワイヤーソー。
  5. さらに、上記接着剤層列相互における砥粒のピッチ間隔も均等になっている、
    ことを特徴とする請求項４に記載の固定砥粒ワイヤーソー。
  6. さらに、上記各接着剤層列を形成する接着剤層が、少なくとも１本の螺旋上に配置されている、
    ことを特徴とする請求項５に記載の固定砥粒ワイヤーソー。
  7. 上記芯線の周方向における隣接する接着剤層列の最大間隔よりも、これら接着剤層列における砥粒の最小ピッチ間隔が長くなっている、
    ことを特徴とする請求項１～６の何れかに記載の固定砥粒ワイヤーソー。
  8. 上記接着剤層が円形状を成していて、その径が平均砥粒径以下で平均砥粒径の３０％以上である、
    ことを特徴とする請求項１～７の何れかに記載の固定砥粒ワイヤーソー。
  9. 請求項１～８の何れかに記載の固定砥粒ワイヤーソーを製造する方法であって、
    外周に複数個の微細孔が周方向に開設されて成るローラーを、上記芯線の走行経路上に配設する工程と、
    上記ローラーの微細孔に接着剤を充填する工程と、
    上記芯線を、その外周面を上記ローラーの外周に接触させた状態で走行させる工程と、
    回転する上記ローラーの微細孔と走行する芯線の外周面との相対速度がゼロとなるように調整した状態において、上記芯線の外周面上に、上記微細孔から接着剤を転写することにより、点状の接着剤層を塗着させる工程と、
    接着剤が転写された該芯線の外周面に砥粒を散布して、該接着剤により仮固定する工程と、
    砥粒が仮固定された該芯線の外周面を更に結合材で被覆して、該砥粒を該結合材層により本固着する工程とを含む、
    ことを特徴とする方法。
  10. 請求項１～８の何れかに記載の固定砥粒ワイヤーソー、又は請求項９に記載の方法により製造された固定砥粒ワイヤーソーを用いたワークの切断方法であて、
    上記固定砥粒ワイヤーソーとワークとを、所定のワイヤー張力の下で相互に圧接させた状態で、該固定砥粒ワイヤーソーを一方向又は往復方向に走行させることにより、該ワークを切断する、
    ことを特徴とする方法。
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