JP2004050301A - Wire saw and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワイヤーソーおよびその製造方法の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】
例えば、各種の半導体デバイスを製造するに際しては、単結晶、多結晶、或いはアモルファスのシリコン、水晶、石英、ガラス等から成る例えば柱状の素材インゴットが、スライシング加工により所定の厚さ寸法の薄板(ウェハ)に切断加工される。このような高脆性材料を高精度且つ低価格で切断するための加工方法として、ワイヤーの外周面に砥粒、例えばダイヤモンドやcBN等の超砥粒を固着した固定砥粒型ワイヤーソーを用いることが試みられている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
従来、上記のような高脆性材料の切断加工は、内周部に砥粒の固着された内周刃や、遊離砥粒を用いたワイヤーソーで行われていた。上記の内周刃は、固定砥粒であることから高い加工能率が得られるが、その内径寸法および内外径の差がインゴット径よりも大きい必要があるため、インゴットの大口径化に対応することが困難である。また、多数の工具を用いて同時に多数枚の薄板を切り出そうとしても、外周を支持する構造上、マルチソーを実現することも困難である。一方、遊離砥粒によるワイヤーソーは、インゴットの大口径化に容易に対応でき、且つ多数本のワイヤーを多溝プーリー間に巻き掛けることによって容易にマルチソーを実現できるが、ワイヤー1本当たりの加工能率が低く、また、砥粒および被加工物の切り粉を含む研削油廃液が大量に生じるため環境負荷が高い問題がある。しかも、大口径のインゴットでは内周側になるほど遊離砥粒の供給が困難になるため、加工能率が一層低下する問題もある。固定砥粒型ワイヤーソーは、砥粒が工具に固着されている内周刃の長所と、ワイヤーを用いて加工する遊離砥粒型ワイヤーソーの長所とを兼ね備えたものであって、高い切断能率を有し且つ大口径のインゴットであっても切断可能な利点があり、精密且つ低ダメージを要求される被加工物や、サファイヤ等の難削材の切断加工にも好適に用いられる。また、遊離砥粒の場合に比較してワイヤーの線径に対して砥粒径を大きくできる特徴もある。
【0004】
ところで、固定砥粒型ワイヤーソーは、砥粒の固着方法により、金属鍍金によって砥粒を固着した電着ワイヤーソーと、樹脂によって砥粒を固着したレジンワイヤーソーとに区分される。前者の電着ワイヤーソーは、砥粒保持力が高いのでレジンワイヤーソーに比較して砥粒が脱落し難く高い加工能率を長期に亘って維持できるが、その反面で、電着ワイヤーソーは、砥粒の電着(鍍金)速度が遅いことから製造効率の低い問題がある。因みに、ワイヤーソーによる切断加工では、例えば一個のインゴットに対して例えば少なくとも数十〜100(km)もの長さ寸法のワイヤーが必要となるので、工具の製造効率が可及的に高いことが望まれる。また、砥粒を確実に保持させるためには鍍金厚みを例えば砥粒径の50(%)以上、望ましくは60〜70(%)程度の十分な厚さ寸法にする必要があるが、厚くするに従ってワイヤソー全体の弾性率が高くなるため捩りに対して弱くなり、使用中に断線し易くなる不都合もある。なお、レジンワイヤーソーでは比較的高い製造効率が得られ、且つ弾性率が低いので捩りに対しても強い利点があるが、電着ワイヤーソーに比較すると砥粒保持力が著しく低く、砥粒の脱落延いては加工能率の低下が生じ易い不都合がある。
【0005】
本発明は、以上の事情を背景として為されたものであって、その目的は、加工能率が高く且つ断線し難く、しかも製造効率が高いワイヤーソーおよびその製造方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための第1の手段】
斯かる目的を達成するため、第1発明の要旨とするところは、ワイヤーの外周面に砥粒が固着されたワイヤーソーであって、(a)前記ワイヤーの外周面を覆う鍍金層と、(b)その鍍金層を覆う樹脂層とを含み、前記砥粒がそれら鍍金層および樹脂層で固着されていることにある。
【0007】
【第1発明の効果】
このようにすれば、砥粒は、ワイヤーの外周面に重ねて設けられた鍍金層および樹脂層によってその外周面に固着される。そのため、下地となる鍍金の砥粒固着力に基づき、樹脂のみで固着した場合に比較して高い砥粒保持力が得られるので、砥粒の脱落が好適に抑制されて高い加工能率を得ることができる。また、鍍金に加えて樹脂が砥粒の保持に寄与することから、従来の電着ワイヤーソーと同等以上の砥粒保持力を得るために必要な鍍金層厚みが薄くなるので、その鍍金によるワイヤーソーの弾性率増大が抑制される。また、表面を覆う樹脂の弾性率が鍍金に比較して低いことから、ワイヤーソー全体の弾性率が一層低く留められる。したがって、捩りによる破壊に対する抵抗力が高められて断線が抑制される。しかも、電着する場合には砥粒自身も鍍金層により覆われるが、その砥粒の表面を覆う鍍金厚みが薄くなることでワイヤーソーの切れ味が向上するため、加工能率が一層高められる。更に、必要な鍍金厚みが薄くなることで砥粒の電着に必要な時間が短くなるので製造効率も高められる。以上により、加工能率が高く且つ断線し難く、しかも製造効率が高いワイヤーソーが得られる。
【0008】
なお、本発明によれば、切断加工条件に応じて許容される線径の範囲内において、樹脂層の厚さ寸法だけ断面積が大きくなる。そのため、ワイヤーソーの製造効率を高め或いは弾性率を可及的に低く留める目的で鍍金層厚み延いては線径が切断代等に応じて定められる許容線径よりも低い値に留められていたような用途においては、同じ捩りモーメントに対する捩り応力が小さくなる利点もある。すなわち、本発明によれば、樹脂層を厚くすることで被覆全体の厚さ寸法を増しても、ワイヤーソー全体の弾性率は低く留められ且つ製造速度の低下が少ないので、これらに配慮することなく断面積を大きくすることができるのである。
【0009】
【第1発明の他の態様】
ここで、好適には、前記ワイヤーソーは、前記砥粒の外周面を覆う金属層を含むものである。このようにすれば、砥粒表面の金属層と鍍金層とが化学的に結合(金属結合)させられるので、一層薄い鍍金厚みで十分な砥粒保持力を得ることができる。そのため、捩りに対する抵抗力が一層高められると共に、製造効率が一層高められる利点がある。
【0010】
すなわち、砥粒は、金属層で被覆されたものであってもよいが、何ら被覆されていない裸のものであってもよい。前者の場合には、砥粒保持力が高められる利点が顕著となる。一方、後者の場合には、被加工物の切断加工中における鍍金層の金属の溶出を抑制する樹脂層の効果が顕著となる。
【0011】
また、好適には、前記金属層は、ニッケルから成るものである。このようにすれば、ニッケルは強磁性体であるため、磁気的な力を利用してワイヤーに砥粒を容易に付着させ得る利点がある。
【0012】
また、好適には、前記鍍金層および前記金属層は、ニッケルから成るものである。このようにすれば、磁気的な力でワイヤーに砥粒を付着させ得る利点に加えて、共にニッケルから成る金属層と鍍金層とが強固に化学的に結合させられるので、鍍金層を一層薄くしても十分な砥粒保持力が得られる利点がある。しかも、鍍金層および金属層が共にニッケルで構成されていることから、砥粒を電着液中に供給した際に、その砥粒を被覆する金属層の成分が溶出しても、鍍金の品質に影響を及ぼす不純物が電着液中に混入しない利点もある。
【0013】
また、好適には、前記砥粒は、1乃至60(μm)の範囲内の平均粒径を有するものである。このようにすれば、砥粒径が十分に小さくされていることから、砥粒が脱落し難いので、一層高い加工能率が得られる。なお、平均粒径が1(μm)未満では砥粒が小さ過ぎるので加工能率が却って低下する。また、60(μm)を越えると砥粒が脱落し易くなる。一層好適には、砥粒の平均粒径の下限は2(μm)以上、更に好適には3(μm)以上であり、上限は50(μm)以下である。なお、砥粒の平均粒径は、例えばワイヤー径の35(%)程度以下が好ましい。
【0014】
また、好適には、前記ワイヤーソーは、前記ワイヤーの外周面における前記砥粒による被覆率が1乃至35(%)の範囲内である。このようにすれば、被覆率が十分に小さい範囲に留められていることから、砥粒が固着されることに起因してワイヤーソーの弾性率が高くなり延いては剛性が大きくなることが抑制されるので、使用中に捩られた際に生じる剪断力が小さくなって断線が抑制される。また、切り粉の逃げる空間が十分な大きさで確保されるので、ガラスや水晶のような目詰まりの生じ易い(所謂「ねばりのある」)材料の場合にも、目詰まりが抑制されて加工能率が一層高められる。なお、被覆率は、一層好適には1〜25(%)の範囲内、更に好適には5〜25(%)の範囲内の値である。
【0015】
また、好適には、前記ワイヤーソーは、前記砥粒による被覆率が相対的に高い高密度領域と、相対的に低い低密度領域とを前記ワイヤーの長手方向において交互に備えたものである。一層好適には、前記高密度領域は前記砥粒が1〜35(%)の範囲内の被覆率で固着されたものであり、前記低密度領域は前記砥粒が0.2〜28(%)の範囲内の被覆率で固着されたものである。
【0016】
また、好適には、前記樹脂層は、無機材料製のフィラーを含むものである。このようにすれば、樹脂層の熱伝導率が高められると共に耐磨耗性が高められる利点がある。上記フィラーは、好適には、酸化アルミニウムである。
【0017】
また、好適には、前記砥粒の埋込率すなわちワイヤーの径方向における砥粒の差渡し寸法に対する鍍金層および樹脂層の合計厚さ寸法の割合は、20〜90(%)の範囲内である。一層好適には、埋込率は25〜80(%)の範囲内であり、更に好ましくは30〜70(%)の範囲内である。このようにすれば、砥粒が確実に保持され且つその一部が適度に露出させられていることから、砥粒の脱落が好適に抑制され且つ良好な切れ味が得られる。
【0018】
【課題を解決するための第2の手段】
また、前記目的を達成するための第2発明の要旨とするところは、ワイヤーの外周面に砥粒が固着されたワイヤーソーの製造方法であって、(a)前記ワイヤーを電着液中で移動させつつその外周面に砥粒を付着させ且つ電着させる砥粒電着工程と、(b)前記砥粒が電着されたワイヤーを樹脂で被覆する樹脂被覆工程とを、含むことにある。
【0019】
【第2発明の効果】
このようにすれば、電着により砥粒が固着されたワイヤーの外周面が樹脂で覆われることから、砥粒は、ワイヤーの外周面に重ねて設けられた鍍金層および樹脂層によってその外周面に固着される。そのため、下地となる鍍金の砥粒固着力に基づき、樹脂のみで固着した場合に比較して高い砥粒保持力が得られるので、砥粒の脱落が好適に抑制されて高い加工能率を得ることができる。また、鍍金に加えて樹脂が砥粒の保持に寄与することから、従来の電着ワイヤーソーと同等以上の砥粒保持力を得るために必要な鍍金層厚みが薄くなるので、その鍍金によるワイヤーソーの弾性率増大が抑制されると共に表面を覆う樹脂が鍍金に比較して弾性率が低いため、捩りによる破壊に対する抵抗力が高められて断線が抑制される。しかも、砥粒の表面を覆う鍍金厚みが薄くなることでワイヤーソーの切れ味が向上するため、加工能率が一層高められる。更に、必要な鍍金厚みが薄くなることで砥粒の電着に必要な時間が短くなるので製造効率も高められる。以上により、加工能率が高く且つ断線し難く、しかも製造効率が高いワイヤーソーが得られる。
【0020】
【第2発明の他の態様】
ここで、好適には、前記砥粒電着工程は、前記電着液中を移動させられている前記ワイヤーに向かってその上方から所定量の前記砥粒を供給するものである。このようにすれば、ワイヤーの外周面にはその砥粒の供給量や供給時の分散状態に応じた分布を以て砥粒が付着させられることから、その供給量を適宜制御することによって所望の集中度を有し或いは所望の砥粒密度分布を有するワイヤーソーが得られる。すなわち、電着液は、砥粒が予め分散させられたものであっても良いが、必要量の砥粒が順次に供給されるものであっても良い。上記砥粒の供給は、電着液の液面の上方から行ってもよく、液面下から行ってもよい。因みに、従来のワイヤーソーでは砥粒量を少なくすることが困難であったため、このことも弾性率を高める一因となっていたが、本発明によれば、供給量を制御することで砥粒量を少なくすることが容易であることから、ワイヤーソーの弾性率上昇を好適に抑制することができる。なお、上記砥粒供給方法によれば、ワイヤー外周面の砥粒による被覆率は多くとも50(%)程度に留まるため、砥粒密度の適度に粗いワイヤーソーを容易に得ることのできる利点がある。
【0021】
しかも、上記のように上方から砥粒を供給すると、ワイヤーの外周面に1層或いは2〜3層程度の厚さで砥粒が乗った状態で鍍金(電着)が為されることから、ワイヤー近傍において速やかに金属イオンが供給されるため、電着の際の電流密度を高くしても焼けや水素発生等の不具合が生じ難い利点がある。そのため、電流密度を高くして製造効率を一層高めることができる。また、ワイヤー外周面に付着する砥粒厚みが薄くなることから、砥粒自身による鍍金阻害が生じ難いので、ワット浴においても電流密度を高めることができる。そのため、製造効率を一層高めることができ且つ電着液(鍍金浴)の手入れが簡便になるので、製造コストを一層低下させることができ、また、全自動化が容易になるので極めて長いワイヤーソーの製造も可能な設備を構成することが容易になる。
【0022】
また、好適には、前記砥粒電着工程は、前記ワイヤーの近傍における前記電着液の砥粒密度を経時的に変化させることにより前記ワイヤーの外周面に所定の分布で前記砥粒を付着させるものである。このようにすれば、砥粒密度の経時的な変化とワイヤーのその長手方向における移動速度に応じて所望の砥粒密度分布を得ることができる。因みに、従来のワイヤーソーでは、被加工物の種類や加工条件に応じた適切な集中度を選択できない不都合もあったのである。
【0023】
また、好適には、前記砥粒は、その外周面が金属層で覆われたものである。このようにすれば、砥粒電着工程において、砥粒表面の金属層と鍍金層との化学的な結合(金属結合)に基づいて一層高い砥粒保持力が確保される。また、金属層で被覆された砥粒は、電着(鍍金)液中で正に帯電することから、ワイヤーを陰極とすれば電気力(クーロン力)による吸着効果も得られる。そのため、鍍金による砥粒固着作用が得られる前においてもワイヤーに付着した砥粒が剥がれ落ち難いので、電着液中におけるワイヤーの送り速度を高くして製造効率を一層高めることができる。また、上記金属層も導電性を有するので一層電流密度を高め得る利点もある。
【0024】
また、好適には、前記砥粒電着工程は、前記ワイヤーを磁化させる磁化工程と、その磁化されたワイヤーに前記砥粒を磁力により付着させる付着工程とを、含むものである。このようにすれば、金属層で覆われた砥粒が磁化させられたワイヤーに磁気的に引き寄せられることから、鍍金による砥粒固着作用が得られる前においてもワイヤーに付着した砥粒が剥がれ落ち難いので、電着液中におけるワイヤーの送り速度を高くして製造効率を一層高めることができる。
【0025】
また、好適には、前記金属層は、ニッケルから成るものである。このようにすれば、ニッケルは強磁性体であるため、上記付着工程において、磁気的な力を利用してワイヤーに砥粒を容易に付着させ得る利点がある。
【0026】
また、好適には、前記金属層はニッケルから成るものであり、前記砥粒電着工程はニッケル鍍金により前記砥粒を前記ワイヤーに電着するものである。このようにすれば、磁気的な力でワイヤーに砥粒を付着させ得る利点に加えて、共にニッケルから成る金属層と鍍金層とが強固に化学的に結合させられるので、鍍金層を一層薄くしても十分な砥粒保持力が得られる利点がある。
【0027】
また、好適には、前記樹脂被覆工程は、前記ワイヤーを樹脂溶液中で移動させつつその外周面にその樹脂溶液を付着させる樹脂溶液付着工程と、前記外周面に付着させられた樹脂溶液から樹脂被膜を生成させる樹脂被膜生成工程とを、含むものである。このようにすれば、電着によりワイヤー外周面に保持された砥粒が樹脂により覆われるので、その砥粒は鍍金層および樹脂層により好適に保持されることとなる。
【0028】
また、好適には、前記砥粒は、1乃至60(μm)の範囲内の平均粒径を有するものである。このようにすれば、砥粒径が十分に小さくされていることから、電気力や磁力によってワイヤー外周面に砥粒を付着させることが一層容易になる。なお、平均粒径が1(μm)未満では砥粒が小さ過ぎるので加工能率が却って低下する。また、60(μm)を越えると電着液中で分散させることが困難になり且つ磁力による付着が困難になると共に、製造後においても砥粒が脱落し易くなる。
【0029】
また、好適には、前記砥粒電着工程は、前記ワイヤーをその周方向における第1の向きで前記電着液中を移動させつつその外周面に前記砥粒を電着させる第1電着工程と、その周方向における向きを反転させた第2の向きで前記電着液中を移動させつつその外周面に前記砥粒を電着させる第2電着工程とを含むものである。このようにすれば、ワイヤーの上下が反転され且つそれぞれの向きで砥粒が電着されるため、周方向において一様な分布を以て砥粒を電着できる利点がある。一般に、砥粒の平均粒径が大きくなるほど、例えば35(μm)程度を越える場合には、電気的或いは磁気的な作用だけではワイヤーの全周に砥粒を付着させることが困難となるので、このような場合にはワイヤーを反転させる効果が顕著に得られる。
【0030】
なお、上記のようにワイヤーを反転させて砥粒を電着する場合において、先に砥粒が電着されている側の鍍金層が厚くなり得るが、これが問題となる場合には、例えば電着液中でワイヤーを遮蔽する等の対策を施せば全周に一様な鍍金を施し得るので特に問題はない。また、第1電着工程および第2電着工程は同一槽内で実施してもよいが、別々の槽で実施することもできる。
【0031】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例を図面を参照して詳細に説明する。
【0032】
図1は、本発明の一実施例の砥粒固定型ワイヤーソー10の長手方向における一部分を抜き出して示す斜視図であり、図2(a)は、その長手方向に垂直な断面を示す図である。これらの図において、ワイヤーソー10は、ワイヤー12の外周面14に多数の砥粒16が固着されたものであって、その外周面14には、内周側から順に鍍金層18および樹脂層20が備えられている。上記砥粒16は、その一部が鍍金層18内に埋め込まれ、且つその残部の大部分が樹脂層20に埋め込まれることによってそれら鍍金層18および樹脂層20に保持されたものであり、樹脂層20上にその一部が突き出して切れ刃を構成している。
【0033】
上記のワイヤー12は、例えばピアノ線等の鋼線から成り、例えば0.05〜0.30(mm)程度の範囲内、例えば0.16(mm)程度の線径を備えたものである。また、砥粒16は、例えば1〜80(μm)程度の範囲内、例えば15(μm)程度の平均粒径を備えた単結晶ダイヤモンド砥粒であって、その表面はニッケル等から成る金属層22で覆われている。この金属層22は、例えば鍍金やCVD法等で設けられたものであって、例えば0.1〜10(μm)程度の範囲内、例えば1(μm)程度の厚さ寸法を有する。したがって、表面を覆う金属層22を含む砥粒16の平均粒径は例えば17(μm)程度になっている。
【0034】
また、前記鍍金層18は、例えばニッケル等から成り、例えば0.5〜10(μm)の範囲内、例えば4(μm)程度の略一様な厚さ寸法でワイヤー12の外周面14を覆うものである。また、前記樹脂層20は、例えば弾性率が1.8(GPa)程度で伸び率が5(%)程度の樹脂から成るものであり、例えば0.5〜15(μm)程度の範囲内、例えば6(μm)程度の厚さ寸法で設けられている。そのため、砥粒16の埋込率すなわち砥粒径に対する鍍金層厚みおよび樹脂層厚みの合計値の割合は60(%)程度である。すなわち、砥粒16は、樹脂層20の表面からその40(%)程度が突き出している。本実施例においては、これら鍍金層18および樹脂層20が共に砥粒16を保持するための砥粒保持層として設けられており、鍍金層18の厚さ寸法は砥粒径に対して極めて小さい値、例えば10(%)程度に留められているが、樹脂層20との合計厚さ寸法は砥粒保持に十分なその粒径の50(%)以上の値になっている。
【0035】
なお、上記樹脂は、例えば紫外線照射によって硬化させられた光硬化型のアクリル系樹脂である。また、上記樹脂層20中には、図2(b)に示されるようにフィラー24が分散させられている。このフィラー24は、例えば平均粒径が0.5〜10(μm)程度の微細なアルミナやシリカ等のセラミック粒子等であって、樹脂層20の熱伝導率および耐磨耗性を高める目的で、3〜50(%)程度の体積割合で混合されている。
【0036】
また、前記図1に示されるように、砥粒16は、ワイヤー12の外周面14に比較的疎な分布で設けられており、その外周面14上における砥粒被覆率すなわち外周面14のうちの砥粒16で覆われた面積の割合は、例えば35(%)程度以下である。また、砥粒分布はワイヤー12の長手方向においても一様ではなく、相対的に密の部分と相対的に疎の部分とが交互に設けられている。高密度領域における被覆率は1〜35(%)の範囲内であり、低密度領域における被覆率は0.2〜28(%)の範囲内となっている。なお、図においては、説明の便宜上実際よりも砥粒分布を疎に描いている。
【0037】
以上のように構成された本実施例のワイヤーソー10においては、砥粒16が鍍金層18および樹脂層20によってワイヤー外周面14に固着されていることから、下地となる鍍金層18の砥粒固着力に基づき、樹脂層20のみで固着した場合に比較して高い砥粒保持力が得られるので、砥粒16の脱落が好適に抑制されて高い加工能率を得ることができる。また、鍍金層18に加えて樹脂層20が砥粒16の保持に寄与することから、鍍金層18のみで砥粒16を保持する従来の電着ワイヤーソーと同等以上の砥粒保持力を得るために必要な鍍金層厚みが薄くなるので、弾性率が比較的低い値に留められる。また、ワイヤーソー10の表面を覆う樹脂層20の弾性率が鍍金層18に比較して低いことから、全体の弾性率が一層低く留められる。これらにより、捩りによる破壊に対する抵抗力が高められて断線が抑制される。しかも、砥粒16の表面を覆う鍍金厚みが鍍金層18の厚さ寸法が薄くされることに伴って薄くされているので、ワイヤーソー10の切れ味も向上する。したがって、加工能率が高く且つ断線し難いワイヤーソー10が得られる。
【0038】
また、従来の電着ワイヤーソーは、電着に長時間を必要することから鍍金層の厚さ寸法が砥粒16の平均粒径の40(%)程度に留められていたため、ワイヤーソー全体の断面積が比較的小さいものであったが、本実施例によれば、鍍金層18の厚さ寸法は従来よりも薄くされているものの樹脂層20との合計厚さ寸法は砥粒16の平均粒径の60(%)程度の大きな値にされているため、従来に比較してワイヤーソー10の断面積が大きくなっている。そのため、同じ捩りモーメントに対する捩り応力が小さくなるので、このことからも従来に比較して断線が生じ難くなっている。
【0039】
また、本実施例においては、砥粒16が金属層22で覆われていることから、その金属層22と鍍金層18とが金属結合させられるため、鍍金槽18が2(μm)程度と薄くされているにも拘わらず、十分に高い砥粒保持力が得られる利点がある。特に、本実施例においては、鍍金層18および金属層22が共にニッケルから成るため、それらの間で一層高い結合力が得られる利点がある。
【0040】
また、本実施例においては、砥粒16の平均粒径が15(μm)程度とされていることから、加工中に脱落し難く且つ高い加工能率が得られる利点がある。
【0041】
また、本実施例においては、砥粒16による被覆率が35(%)以下に留められているため、ワイヤーソー10の弾性率が低い値に留められて使用中に捩り応力に起因する断線が一層抑制されると共に、切り粉の逃げる空間が十分な大きさで確保されるので、目詰まりが抑制されて加工能率が一層高められる利点がある。
【0042】
更に、本実施例においては、ワイヤーソー10の表面が樹脂層20で覆われているため、切断加工装置のプーリに掛け渡して使用する際に、そのプーリに対する当たりが柔らかくなるので、従来の電着ワイヤーソーに比較してプーリ磨耗が抑制される利点もある。
【0043】
ところで、上記のワイヤーソー10は、例えば図3に示されるワイヤーソー製造装置30を用いて製造される。図において、製造装置30には、ワイヤー12の供給源となるロール32が備えられており、そのロール32側から順に、脱脂槽34,第1水洗槽36,酸洗槽38,第2水洗槽40,下地鍍金槽42,電着槽44,および第3水洗槽46が相互に隣接して設けられ、更に、別工程として貯留槽48が設けられている。各槽34乃至48の槽内および上方には複数個のプーリ(ガイド・プーリ)50がそれぞれ備えられており、ワイヤー12は、そのプーリ50で案内されることにより各槽34乃至46内を順次に通過させられる。なお、貯留槽48内は、例えば第3水洗槽46を出て一旦巻き取られた後に改めて通過させられるようになっている。
【0044】
上記脱脂槽34は、例えば水酸化ナトリウム(NaOH)水溶液が蓄えられたものであり、ワイヤー12の表面に付着している油分等の汚れがここで除去される。また、第1水洗槽36は、油分が除去されたワイヤー12に付着している水酸化ナトリウム水溶液を洗い流すためのものである。また、酸洗槽38は、例えば塩酸(HCl水溶液)が蓄えられたものであり、ワイヤー12表面の酸化物層(錆)がここで除去される。第2水洗層40は、ここで付着した塩酸を洗い流すためのものである。
【0045】
また、下地鍍金槽42は、ワイヤー12にニッケル鍍金が乗り易くなるように下地鍍金として例えばブラス(真鍮)鍍金を施すためのものであって、槽内に銅イオンおよび亜鉛イオンを含む電着液(鍍金液)が蓄えられている。なお、前記の図2においては、このブラス鍍金層を省略している。電着槽44は、この下地鍍金が設けられたワイヤー12にニッケル鍍金によって砥粒16を固着(電着)するためのものであって、槽内にニッケル・イオンを含む電着液が蓄えられており、ワイヤー12の移動方向における長さ寸法は例えば1(m)程度である。この電着槽44内の電着液すなわち鍍金浴は、硫酸ニッケル、塩化ニッケル、および硼酸から成るワット浴であり、例えば3.0〜6.0程度の範囲内のpHに調製されている。また、鍍金浴の温度は例えば30〜50(℃)程度の範囲内である。なお、ワイヤー12の進行経路のうちこれら下地鍍金槽42および電着槽44の前後3箇所には、そのワイヤー12に接触する陰極電極52が備えられており、それら槽42,44内に備えられている陽極電極との間で通電させられるようになっている。電流密度は例えば0.5〜30(A/dm2)程度の範囲内となるように調節される。
【0046】
また、上記の電着槽44の下地鍍金槽42近傍の上方の位置には、磁石54が備えられている。磁石54は例えばアルニコ磁石、希土類磁石(例えばサマリウムコバルト等)等の永久磁石であって、ワイヤー12は、電着槽44内に入る前にこの磁石54で磁化される。また、電着槽44のうち下地鍍金槽42側の一部すなわちワイヤー12の送り方向後方側には、砥粒沈降領域56が設けられている。この砥粒沈降領域56では、砥粒16を水等の分散媒に分散させた鍍金液が電着液中のワイヤー12に向かって供給される。鍍金液中に含まれる砥粒16は、例えば粒径が15(μm)で前記の金属層22が1(μm)程度の厚さ寸法で予め設けられたダイヤ砥粒(例えば東名ダイヤ製 IRM−NP30 M10/20)である。ここには、その鍍金液の供給装置や、沈降した余剰の砥粒16を回収するための回収装置等が適宜備えられている。第3水洗槽46は、この電着槽44から出たワイヤー12から電着液を洗い流すためのものである。
【0047】
また、貯留槽48は、砥粒16がニッケル鍍金により固着されたワイヤー12の鍍金層18の表面を覆う樹脂層20を設けるためのものであって、槽内に液状樹脂が蓄えられている。液状樹脂は、例えばビスフェノールAEO変性ジアクリレート(例えば東亞合成(株)製アロニックスM210)、2−ヒドロキシ−3フェノキシプロピルアクリレート(例えば東亞合成(株)製アロニックスM5700)、および2,2−ジメトキシ−1,2−ジフェニルエタン−1−オン(例えば長瀬産業(株)イルガキュア651)が例えば90:10:1の割合で混合された光硬化樹脂であり、アルミナ等のフィラー24が10(%)程度の体積割合で分散させられている。
【0048】
上記貯留槽48の上方には、ダイス58および紫外線照射装置60が備えられている。ダイス58は、貯留槽48を通過したワイヤー12上に付着した液状樹脂厚みを均一化するためのものであり、紫外線照射装置60は、その液状樹脂に紫外線を照射して硬化させるためのものである。
【0049】
このような製造装置30を用いてワイヤーソー10を製造するに際して、先ず、鍍金工程(砥粒電着工程)では、プーリ50で案内されることにより脱脂槽34乃至第3水洗槽46内を順次に通されているワイヤー12を、その第3水洗槽46の先に備えられたモータ等の適宜の巻取り装置で巻き取ることにより、一定の速度で矢印R1方向に連続的に移動させる。ワイヤー送り速度は、例えば50〜5000(mm/min)程度に設定される。この移動過程において、脱脂槽34乃至第2水洗槽40でワイヤー外周面14の油膜や酸化物等が除去された後、先ず、下地鍍金槽42でワイヤー12にブラス鍍金が施される。鍍金厚みは例えば1〜10(μm)程度である。下地鍍金槽42を通ったワイヤー12は、前記磁石54によって磁化された後、電着槽44内に入る。本実施例においては、この工程が磁化工程に対応する。
【0050】
電着槽44内では、その砥粒沈降領域56においてワイヤー12に向かって上方から砥粒16を含む鍍金液が供給されるので、陰極電極52が接触させられることで負極となっているワイヤー12の外周面14に、分散状態で沈降するその砥粒16が付着させられ、且つ電着液中の金属イオン(ニッケル・イオン)がその外周面に引き寄せられて鍍金層18を形成する。これにより、砥粒16がニッケル鍍金(鍍金層18)によってワイヤー外周面14に固着される。このとき、砥粒16には金属層22が設けられていることから正に帯電するため、その砥粒16自身も電気的にワイヤー12に引き寄せられる。しかも、ワイヤー12は電着槽44に入る前に磁化されていることから、強磁性体であるニッケルから成る金属層22で覆われた砥粒16は、そのワイヤー12に磁気的に引き寄せられるので、沈降過程でワイヤー12に付着させられるにも拘わらず外周面14のうちその鉛直方向下側に位置する部分にも付着させられる。そのため、これら電気的作用および磁気的作用によって、ワイヤー12の外周面14の周方向の全長に亘って砥粒16が一様に分布し、且つ鍍金による固着力が発揮されるまでの間に脱落することが好適に抑制される。また、砥粒16は専ら沈降過程でワイヤー12に付着させられることから、その外周面14における付着厚みは砥粒16の一層程度の厚みに留まる。
【0051】
なお、砥粒沈降領域56は、電着槽44のうちワイヤー12の進行方向後方側の一部に設けられているので、その電着槽44内において、ワイヤー12はその外周面14に砥粒16が付着させられたまま水平方向に移動させられる。本実施例においては、このように砥粒16を乗せたまま移動させられる過程でワイヤー12にニッケル鍍金が施されて、砥粒16が固着されるのである。例えば、電着槽44における電流密度を20(A/dm2)程度(すなわち鍍金速度が4(μm/分)程度)、ワイヤー12の送り速度を1(m/分)程度とすれば、電着槽44の長さ寸法は前述したように1(m)程度なので、4(μm)の鍍金厚みが得られる。この鍍金厚みは、前述したような粒径が15(μm)程度で金属層22の厚さ寸法が1(μm)程度のダイヤ砥粒16が確実に電着される程度の厚さである。ワイヤー12と金属層22で覆われた砥粒16とは、ニッケル鍍金により化学的に接着されるので、僅かな鍍金厚みでも十分な砥粒保持力が得られる。本実施例においては、上記の砥粒沈降領域56を通過させられる工程が付着工程に対応する。
【0052】
また、ワイヤー12上における砥粒16の固着密度すなわち分布は、砥粒沈降領域56における砥粒16(鍍金液)の供給量で決定される。そのため、前述したようにワイヤー12の長手方向において高密度領域と低密度領域とが交互に設けられたワイヤーソー10を製造するに際しては、ワイヤー12の移動速度に関連して、供給する砥粒量(鍍金液量或いは鍍金液の砥粒濃度)を経時的に変化させればよい。
【0053】
なお、上記のようにして電着槽44を通過したワイヤー12は、第3水洗槽46内で電着液を洗浄除去された後、ロール32と同様なロールに巻き取られて回収される。この鍍金済のワイヤー12は、樹脂被覆工程に送られるまで、この状態で保管され、例えば保管中に乾燥させられることにより、第3水洗槽46で付着した水分が除去されるが、その第3水洗槽46に続いて乾燥機を通して、乾燥させつつロールに巻き取ってもよい。
【0054】
砥粒電着工程の後に実施される樹脂被覆工程では、鍍金済のワイヤー12をロールから巻き戻しつつ貯留槽48内を通過させ、紫外線照射装置60の先に備えられたモータ等の適宜の巻取り装置で巻き取ることにより、一定の速度で矢印R2方向に連続的に移動させる。このときのワイヤー送り速度は、例えば砥粒電着工程におけるそれよりも高速に設定される。この過程で鍍金層18が液状樹脂によって不均一な厚さ寸法で覆われるが、貯留槽48から出た後にダイス58を通すことで、その内径に応じた一様な膜厚寸法に調節される。本実施例においては、上記の貯留槽48を通過させる工程、或いはこれとダイス58により付着厚みを調節する工程が、樹脂溶液付着工程に対応する。ダイス58を通ったワイヤー12は、続いて設けられている紫外線照射装置60内を通過させられ、その過程で紫外線を照射される。これにより、光硬化樹脂である液状樹脂が硬化させられ、前記の樹脂層20が生成される。本実施例においては、この紫外線を照射する工程が樹脂被膜生成工程に対応する。前記のワイヤーソー10は、このようにして製造される。
【0055】
なお、本実施例においては、上述したように、脱脂槽34乃至第3水洗槽46を通される砥粒電着工程と、貯留槽48乃至紫外線照射装置60を通される樹脂被覆工程とが分割して実施される。第3水洗槽46を出た直後にはワイヤー12が濡れているため液状樹脂が付着し難いが、鍍金済のワイヤー12が十分に乾燥した状態で貯留槽48を通されることから、その外周面に液状樹脂が確実に付着させられることとなる。また、ワイヤー送り速度を高めることが容易な樹脂被覆工程が砥粒電着工程とは別に実施されるため、その樹脂被覆工程においてワイヤー12を高速で送ってその所要時間延いては工程全体の所要時間を短くすることが可能となる。
【0056】
ここで、本実施例においては、砥粒16が電着されたワイヤー12の外周面14が樹脂層20で覆われることにより、砥粒16は鍍金層18および樹脂層20によってその外周面14に固着される。そのため、鍍金層18に加えて樹脂層20が砥粒16の保持に寄与することから、所望の砥粒保持力を得るために必要な鍍金層18の厚みが薄くなるので、砥粒16の電着に必要な時間が短くなる。したがって、製造効率が高められる利点がある。
【0057】
しかも、本実施例においては、電着液中を移動させられているワイヤー12に向かってその上方から所定量の砥粒16が供給されるので、ワイヤー12の外周面14には供給量に応じた分布を以て1層程度の厚みで砥粒16が付着させられる。そのため、その供給量を適宜制御することによって所望の集中度を有し或いは所望の砥粒密度分布を有するワイヤーソー10が得られる。
【0058】
また、本実施例においては、磁化されたワイヤー12にニッケルから成る金属層22で覆われた砥粒16が磁力により引き寄せられる磁気的作用も利用されていることから、鍍金による砥粒固着作用が得られる前においてもワイヤー12に付着した砥粒16が剥がれ落ち難いので、電着液中におけるワイヤー12の送り速度を前述したように1(m/min)以上に高くして製造効率を一層高めることができる利点がある。
【0059】
次に、本発明の他の実施例を説明する。なお、以下の実施例において前述した実施例と共通する部分は説明を省略する。
【0060】
図4に示すワイヤーソー製造装置62は、前記の製造装置30と略同様に構成されているが、前記電着槽44と第3水洗層46との間に第2電着槽64が設けられている点で相違する。また、電着槽44上に磁石54は設けられていない。
【0061】
このような製造装置62で鍍金層18を形成して砥粒16を電着するに際しては、電着槽44に入る前にワイヤー12が磁化されないことから、前述した実施例における磁気的な作用は得られない。そのため、砥粒沈降領域56においてワイヤー12上に沈降させられる砥粒16は、そのワイヤー12のうち専ら上側に位置する略半周部分に付着させられ且つ鍍金層18によって固着されるが、下側に位置する部分には殆ど付着させられない。
【0062】
ワイヤー12の電着槽44を通過した部分は、プーリ50によって案内される過程でその上下が反転させられた後、第2電着槽64内を通ることとなる。この第2電着槽64も、ワイヤー12の移動方向後方側に砥粒沈降領域56を同様に備えたものであり、その槽内を通過する過程で上方から沈降する砥粒16が外周面14のうち上側に位置する部分すなわち電着槽44における半周部分とは反対側に付着させられ且つ鍍金層18によって固着される。すなわち、本実施例においては、鍍金層18は、これら2つの電着槽44および第2電着槽64で2回に分けて形成されることとなる。このように、磁化工程を設ける代わりに、鍍金層18を設けるための処理をワイヤー12の上下を反転させて2回に分けて実施しても、前述のワイヤーソー10と同様なワイヤーソーを得ることができる。
【0063】
なお、上記のようにニッケル鍍金処理が2回行われると、1回目の鍍金処理で砥粒16が固着された半周部分では残りの半周部分に比較して鍍金厚みが厚くなる傾向がある。この厚さ寸法の相違が加工性能上問題となる場合には、例えば、第2電着槽64内にワイヤー12の下半分を覆うための遮蔽等を設けることにより、鍍金厚みの相違を緩和することができる。
【0064】
図5は、他の実施例のワイヤーソー66の要部断面を説明する図であって、前記の図2(b)に対応する図である。この実施例においては、砥粒16が金属層22で覆われていないが、他の構成部分はワイヤーソー10と同様である。このようなワイヤーソー10においても、砥粒16が積層された鍍金層18および樹脂層20で固着されていることから、鍍金層18の厚さ寸法を薄くしつつ必要な砥粒保持力を確保できるという前述の実施例と同様な効果を享受できる。
【0065】
しかも、本実施例においては、砥粒16に金属層22が設けられていないので、鍍金層18が樹脂槽20で覆われることによって、ワイヤーソー66の表面に金属が露出しない状態となっている。そのため、ワイヤーソー66の使用中において鍍金層18を構成する金属が溶出しないので、例えば、シリコンのような金属による汚染が好ましくない材料を切断加工する場合、その汚染を抑制できる利点がある。すなわち、前述のワイヤーソー10においても、鍍金層18が樹脂層20によって覆われることで略同様な効果が得られるが、砥粒16を被覆する金属層22が存在しないことでその効果が一層顕著になる。
【0066】
以上、本発明を図面を参照して詳細に説明したが、本発明は更に別の態様でも実施できる。
【0067】
例えば、実施例においては、電着槽44においてワイヤー12に砥粒16を固着するに際して、その供給量を経時的に変化させることでそのワイヤー12の長手方向における砥粒密度分布を形成していたが、供給量を一定として、砥粒16が一様に分布するワイヤーソー10を製造することもできる。
【0068】
また、実施例においては、20(A/dm2)程度の電流密度で鍍金処理を施していたが、電流密度は、所望とする鍍金速度や砥粒密度等に応じて適宜変更される。なお、電流密度を高くして鍍金速度を高めると、砥粒16上に形成される鍍金層18の厚さ寸法も増大し、切れ味が低下することとなる。そのため、電流密度は、砥粒16上の鍍金厚みも考慮して定めることが好ましい。
【0069】
また、実施例においては、砥粒16がダイヤモンドである場合について説明したが、砥粒16の材質は切断対象に応じて適宜選択される。例えば、立方晶窒化硼素(cBN)等の他の超砥粒や、アルミナや炭化珪素等の普通砥粒が用いられるワイヤーソーにも本発明は同様に適用される。
【0070】
また、実施例においては、ビスフェノールAEO変性ジアクリレート等を混合した熱硬化性の液状樹脂が用いられていたが、樹脂の種類は所望とする樹脂層20の弾性率、機械的強度、硬度や耐熱性等に応じて適宜選択されるものである。例えば、ビニルエステル樹脂(例えば昭和高分子(株)製リポキシ LC−800)等も好適に用いられる。また、光硬化性樹脂に代えて熱硬化性樹脂や嫌気性硬化性樹脂等の他の方法で硬化させる樹脂を用いても良い。
【0071】
また、実施例においては、ワイヤー送り速度が1(m/min)に設定されていたが、この送り速度は、所望の厚さ寸法の鍍金層18および樹脂層20が得られるように、電流密度や鍍金槽の大きさ等に応じて適宜定められる。
【0072】
また、実施例においては、鍍金層18および金属層22が共にニッケルであったが、例えばNi−Co等のニッケル合金や銅等の他の金属材料で構成することもできる。また、両者の構成材料は相互に異なるものとすることもできる。
【0073】
また、実施例においては、電着槽44において砥粒16を含む鍍金液をワイヤー12の上方から供給していたが、予め砥粒16が適当な濃度で分散させられた電着液を電着槽44内に蓄えておき、その電着液中をワイヤー12を通して鍍金を施してもよい。
【0074】
また、実施例においては、電着槽44或いは電着槽44および第2電着槽64で砥粒16をワイヤー12の外周面14に電着した後、直ちに第3水洗槽46で水洗処理を施していたが、電着槽44等において形成される鍍金厚みが不十分な場合には、第3水洗槽46の前に鍍金厚みを増すための埋込槽を設ければよい。埋込槽は、例えば電着槽44等と同様に構成される。
【0075】
また、実施例においては、砥粒電着工程と樹脂被覆工程とが不連続で実施されるように構成されていたが、第3水洗槽46を通過した後にワイヤー12を乾燥機等で強制的に乾燥する場合等、ワイヤー12が直ちに樹脂溶液を好適に付着させられる状態となる場合には、第3水洗槽46の通過後にワイヤー12を巻き取ることなく、両工程を連続して実施するように構成することもできる。
【0076】
その他、一々例示はしないが、本発明は、その主旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得るものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例のワイヤーソーの一部を示す斜視図である。
【図2】(a)は、図1のワイヤーソーの断面構造を説明する図であり、(b)はその表層の一部を拡大して示す図である。
【図3】図1のワイヤーソーを製造するための製造装置の構成を説明する模式図である。
【図4】図1のワイヤーソーを製造するための製造装置の他の構成例を説明する図である。
【図5】本発明の他の実施例のワイヤーソーの要部断面を説明するための図2(b)に対応する図である。
【符号の説明】
10:ワイヤーソー
12:ワイヤー
16:砥粒
18:鍍金層
20:樹脂層
22:金属層[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an improvement in a wire saw and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
For example, when manufacturing various semiconductor devices, for example, a columnar material ingot made of single crystal, polycrystal, or amorphous silicon, crystal, quartz, glass, or the like is formed into a thin plate (wafer) having a predetermined thickness by slicing. ). As a processing method for cutting such a highly brittle material with high accuracy and at a low price, use of a fixed abrasive type wire saw in which abrasive grains, for example, super abrasive grains such as diamond and cBN are fixed to the outer peripheral surface of the wire. Have been tried.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
Conventionally, cutting of a highly brittle material as described above has been performed with an inner peripheral blade having abrasive grains fixed to an inner peripheral portion or a wire saw using loose abrasive grains. The above-mentioned inner peripheral blade can obtain high machining efficiency because it is a fixed abrasive, but since the difference between the inner diameter and the inner and outer diameters needs to be larger than the ingot diameter, it is necessary to cope with an increase in the diameter of the ingot. Is difficult. Further, even if a large number of thin plates are cut out at the same time using a large number of tools, it is difficult to realize a multi-saw due to the structure for supporting the outer periphery. On the other hand, a wire saw using loose abrasives can easily cope with a large diameter ingot, and a multi-saw can be easily realized by winding a large number of wires between multi-groove pulleys. There is a problem that the efficiency is low, and a large amount of grinding oil waste liquid containing abrasive grains and cuttings of a workpiece is generated, resulting in a high environmental load. In addition, in the case of a large-diameter ingot, the supply of loose abrasive grains becomes more difficult toward the inner peripheral side, so that there is a problem that the processing efficiency is further reduced. The fixed abrasive type wire saw combines the advantages of the inner peripheral blade where the abrasive grains are fixed to the tool and the advantages of the loose abrasive type wire saw which is processed using a wire, and has a high cutting efficiency. It has the advantage that it can be cut even with a large-diameter ingot, and it can be suitably used for cutting a workpiece requiring precise and low damage or a difficult-to-cut material such as sapphire. Another feature is that the abrasive grain size can be increased relative to the wire diameter of the wire as compared with the case of loose abrasive grains.
[0004]
By the way, fixed abrasive type wire saws are classified into electrodeposited wire saws in which abrasive grains are fixed by metal plating and resin wire saws in which abrasive grains are fixed by resin, according to the method of fixing the abrasive grains. The former electrodeposited wire saw has a high abrasive holding power, so abrasive grains are less likely to fall off compared to resin wire saws and can maintain a high processing efficiency for a long period of time. Since the electrodeposition (plating) speed of the abrasive grains is low, there is a problem of low production efficiency. Incidentally, in the cutting process using a wire saw, for example, a wire having a length of at least several tens to 100 (km) is required for one ingot, for example, and therefore it is desirable that the tool manufacturing efficiency be as high as possible. It is. Further, in order to reliably hold the abrasive grains, the plating thickness needs to be set to a sufficient thickness dimension of, for example, 50% or more of the abrasive grain size, desirably about 60 to 70%. Accordingly, the elastic modulus of the entire wire saw is increased, so that the wire saw is weak against torsion, and there is also a disadvantage that the wire is easily broken during use. In addition, resin wire saws have relatively high manufacturing efficiency and have a strong advantage against torsion because of their low modulus of elasticity. There is an inconvenience that the processing efficiency is apt to be reduced if it falls off.
[0005]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a wire saw having high processing efficiency, hardly breaking wires, and high manufacturing efficiency, and a method for manufacturing the same.
[0006]
[First means for solving the problem]
In order to achieve such an object, the gist of the first invention is a wire saw in which abrasive grains are fixed to an outer peripheral surface of a wire, and (a) a plating layer covering the outer peripheral surface of the wire; b) a resin layer covering the plating layer, wherein the abrasive grains are fixed by the plating layer and the resin layer.
[0007]
[Effect of the first invention]
In this case, the abrasive grains are fixed to the outer peripheral surface of the wire by the plating layer and the resin layer provided on the outer peripheral surface of the wire. For this reason, based on the abrasive grain fixing force of the underlying plating, a high abrasive grain holding force is obtained as compared with a case where the resin is fixed only with the resin, so that the dropping of the abrasive grains is suitably suppressed and a high processing efficiency is obtained. Can be. In addition, since the resin contributes to the holding of the abrasive grains in addition to the plating, the plating layer thickness required to obtain the abrasive holding power equal to or higher than that of the conventional electrodeposited wire saw becomes thin, so the wire by the plating is used. The increase in the elastic modulus of the saw is suppressed. Further, since the elastic modulus of the resin covering the surface is lower than that of the plating, the elastic modulus of the entire wire saw can be kept lower. Therefore, resistance to destruction due to torsion is increased, and disconnection is suppressed. In addition, in the case of electrodeposition, the abrasive grains themselves are also covered by the plating layer. However, the thinning of the plating covering the surface of the abrasive grains improves the sharpness of the wire saw, so that the processing efficiency is further enhanced. Furthermore, since the required plating thickness is reduced, the time required for electrodeposition of the abrasive grains is shortened, so that the production efficiency is improved. As described above, a wire saw having high processing efficiency, hardly breaking wires, and high manufacturing efficiency can be obtained.
[0008]
According to the present invention, the cross-sectional area is increased by the thickness of the resin layer within the range of the wire diameter allowed according to the cutting processing conditions. Therefore, in order to increase the production efficiency of the wire saw or to keep the elastic modulus as low as possible, the thickness of the plating layer has been extended and the wire diameter has been kept at a value lower than the allowable wire diameter determined according to the cutting allowance and the like. In such an application, there is an advantage that the torsional stress for the same torsional moment is reduced. That is, according to the present invention, even if the thickness of the entire coating is increased by increasing the thickness of the resin layer, the elastic modulus of the entire wire saw is kept low and the decrease in the production speed is small. Therefore, the cross-sectional area can be increased.
[0009]
[Other aspects of the first invention]
Here, preferably, the wire saw includes a metal layer that covers an outer peripheral surface of the abrasive grains. With this configuration, the metal layer on the surface of the abrasive grains and the plating layer are chemically bonded (metal-bonded), so that a sufficient abrasive grain holding force can be obtained with a thinner plating thickness. Therefore, there is an advantage that the resistance to twisting is further increased and the manufacturing efficiency is further increased.
[0010]
That is, the abrasive grains may be coated with a metal layer, or may be bare without any coating. In the case of the former, the advantage that the abrasive grain holding power is increased becomes remarkable. On the other hand, in the latter case, the effect of the resin layer that suppresses the elution of metal of the plating layer during the cutting of the workpiece becomes significant.
[0011]
Preferably, the metal layer is made of nickel. In this case, since nickel is a ferromagnetic material, there is an advantage that abrasive grains can be easily attached to the wire using a magnetic force.
[0012]
Preferably, the plating layer and the metal layer are made of nickel. In this case, in addition to the advantage that the abrasive grains can be attached to the wire by magnetic force, the metal layer and the plating layer, both of which are made of nickel, are strongly chemically bonded to each other, so that the plating layer is made thinner. However, there is an advantage that a sufficient abrasive holding force can be obtained. In addition, since the plating layer and the metal layer are both made of nickel, even if the components of the metal layer covering the abrasive grains elute when the abrasive grains are supplied into the electrodeposition solution, the quality of the plating is improved. There is also an advantage that impurities that affect the mist are not mixed into the electrodeposition liquid.
[0013]
Preferably, the abrasive has an average particle diameter in the range of 1 to 60 (μm). In this case, since the abrasive grain size is sufficiently small, the abrasive grains hardly fall off, so that higher working efficiency can be obtained. If the average particle size is less than 1 (μm), the abrasive grains are too small, and the working efficiency is rather reduced. On the other hand, if it exceeds 60 (μm), the abrasive grains tend to fall off. More preferably, the lower limit of the average grain size of the abrasive grains is 2 (μm) or more, more preferably 3 (μm) or more, and the upper limit is 50 (μm) or less. The average grain size of the abrasive grains is preferably, for example, about 35% or less of the wire diameter.
[0014]
Preferably, in the wire saw, a coverage of the outer peripheral surface of the wire with the abrasive grains is in a range of 1 to 35 (%). In this way, since the coverage is kept in a sufficiently small range, the elasticity of the wire saw is increased due to the abrasive grains being fixed, and the rigidity is prevented from increasing. Therefore, the shearing force generated when twisted during use is reduced, and disconnection is suppressed. In addition, since a space for cutting chips to escape is secured with a sufficient size, clogging is suppressed and processing is performed even in the case of a material such as glass or crystal that is easily clogged (so-called “sticky”). Efficiency is further enhanced. The coverage is more preferably in the range of 1 to 25 (%), more preferably in the range of 5 to 25 (%).
[0015]
Preferably, the wire saw has a high-density region where the coverage of the abrasive grains is relatively high and a low-density region where the coverage is relatively low alternately in the longitudinal direction of the wire. More preferably, in the high-density region, the abrasive grains are fixed at a coverage within a range of 1 to 35 (%), and in the low-density region, the abrasive particles are 0.2 to 28 (%). ) Is fixed at a coverage within the range of (1).
[0016]
Preferably, the resin layer contains a filler made of an inorganic material. By doing so, there is an advantage that the thermal conductivity of the resin layer is increased and the wear resistance is enhanced. The filler is preferably aluminum oxide.
[0017]
Preferably, the embedding rate of the abrasive grains, that is, the ratio of the total thickness dimension of the plating layer and the resin layer to the delivery dimension of the abrasive grains in the radial direction of the wire is in the range of 20 to 90 (%). is there. More preferably, the embedding rate is in the range of 25 to 80 (%), more preferably in the range of 30 to 70 (%). With this configuration, since the abrasive grains are securely held and a part of the abrasive grains is appropriately exposed, the falling off of the abrasive grains is appropriately suppressed, and good sharpness is obtained.
[0018]
[Second means for solving the problem]
The gist of the second invention for achieving the above object is a method for manufacturing a wire saw in which abrasive grains are fixed to an outer peripheral surface of a wire, wherein (a) the wire is placed in an electrodeposition liquid. An abrasive grain electrodeposition step of attaching and electrodepositing abrasive grains on the outer peripheral surface thereof while moving, and (b) a resin coating step of coating the wire on which the abrasive grains are electrodeposited with a resin. .
[0019]
[Effect of the second invention]
With this configuration, since the outer peripheral surface of the wire to which the abrasive grains are fixed by electrodeposition is covered with the resin, the abrasive grains are covered by the plating layer and the resin layer provided on the outer peripheral surface of the wire. Is fixed to. For this reason, based on the abrasive grain fixing force of the underlying plating, a high abrasive grain holding force is obtained as compared with a case where the resin is fixed only with the resin, so that the dropping of the abrasive grains is suitably suppressed and a high processing efficiency is obtained. Can be. In addition, since the resin contributes to the holding of the abrasive grains in addition to the plating, the plating layer thickness required to obtain the abrasive holding power equal to or higher than that of the conventional electrodeposited wire saw becomes thin, so the wire by the plating is used. Since the increase in the elastic modulus of the saw is suppressed and the resin covering the surface has a lower elastic modulus than plating, the resistance to breaking due to torsion is increased, and disconnection is suppressed. In addition, since the sharpness of the wire saw is improved by reducing the plating thickness covering the surface of the abrasive grains, the processing efficiency is further improved. Furthermore, since the required plating thickness is reduced, the time required for electrodeposition of the abrasive grains is shortened, so that the production efficiency is improved. As described above, a wire saw having high processing efficiency, hardly breaking wires, and high manufacturing efficiency can be obtained.
[0020]
[Another aspect of the second invention]
Here, preferably, the abrasive grain electrodeposition step is to supply a predetermined amount of the abrasive grains from above to the wire being moved in the electrodeposition liquid. In this way, since the abrasive particles are attached to the outer peripheral surface of the wire with a distribution according to the supply amount of the abrasive particles and the dispersion state at the time of supply, the desired concentration can be achieved by appropriately controlling the supply amount. A wire saw having a certain degree or a desired abrasive grain density distribution is obtained. That is, the electrodeposition liquid may be a liquid in which abrasive grains are dispersed in advance, or may be a liquid to which a required amount of abrasive grains is sequentially supplied. The supply of the abrasive grains may be performed from above the liquid surface of the electrodeposition liquid, or may be performed from below the liquid surface. Incidentally, it was difficult to reduce the amount of abrasive grains with a conventional wire saw, which also contributed to an increase in the elastic modulus. Since it is easy to reduce the amount, an increase in the elastic modulus of the wire saw can be suitably suppressed. In addition, according to the above-mentioned abrasive grain supply method, since the coverage of the outer peripheral surface of the wire with the abrasive grains is at most about 50 (%), there is an advantage that a wire saw having an appropriately coarse abrasive grain density can be easily obtained. is there.
[0021]
Moreover, when the abrasive grains are supplied from above as described above, plating (electrodeposition) is performed with the abrasive grains on the outer peripheral surface of the wire in a thickness of about one or two or three layers. Since metal ions are quickly supplied in the vicinity of the wire, there is an advantage that problems such as burning and hydrogen generation hardly occur even if the current density at the time of electrodeposition is increased. Therefore, the current density can be increased and the manufacturing efficiency can be further increased. In addition, since the thickness of the abrasive particles attached to the outer peripheral surface of the wire is reduced, plating inhibition by the abrasive particles is unlikely to occur, so that the current density can be increased even in a watt bath. Therefore, the production efficiency can be further improved, and the maintenance of the electrodeposition solution (plating bath) can be simplified, so that the production cost can be further reduced. Further, since full automation is facilitated, an extremely long wire saw can be used. It becomes easy to configure equipment that can be manufactured.
[0022]
Preferably, the abrasive grain electrodeposition step includes attaching the abrasive grains in a predetermined distribution to the outer peripheral surface of the wire by changing the abrasive grain density of the electrodeposition liquid in the vicinity of the wire with time. It is to let. In this way, a desired abrasive grain density distribution can be obtained according to the change over time of the abrasive grain density and the moving speed of the wire in the longitudinal direction. By the way, with the conventional wire saw, there is also a disadvantage that it is not possible to select an appropriate degree of concentration according to the type of the workpiece and the processing conditions.
[0023]
Preferably, the abrasive grains have an outer peripheral surface covered with a metal layer. In this way, in the abrasive grain electrodeposition step, a higher abrasive grain holding force is secured based on the chemical bond (metal bond) between the metal layer on the abrasive grain surface and the plating layer. In addition, since the abrasive grains coated with the metal layer are positively charged in the electrodeposition (plating) solution, if the wire is used as a cathode, an adsorption effect by electric force (Coulomb force) can be obtained. Therefore, even before the abrasive grain fixing action by plating is obtained, the abrasive grains adhered to the wire are unlikely to peel off, so that the feed rate of the wire in the electrodeposition liquid can be increased to further increase the production efficiency. In addition, since the metal layer also has conductivity, there is an advantage that the current density can be further increased.
[0024]
Preferably, the abrasive grain electrodeposition step includes a magnetizing step of magnetizing the wire, and an attaching step of attaching the abrasive grains to the magnetized wire by magnetic force. In this way, since the abrasive grains covered with the metal layer are magnetically attracted to the magnetized wire, the abrasive grains attached to the wire are peeled off even before the abrasive grain fixing action by plating is obtained. Since it is difficult, the feed rate of the wire in the electrodeposition liquid can be increased to further increase the production efficiency.
[0025]
Preferably, the metal layer is made of nickel. In this case, since nickel is a ferromagnetic material, there is an advantage that in the above-mentioned attaching step, abrasive grains can be easily attached to the wire by using a magnetic force.
[0026]
Preferably, the metal layer is made of nickel, and the abrasive grain electrodeposition step is to electrodeposit the abrasive grains on the wire by nickel plating. In this case, in addition to the advantage that the abrasive grains can be attached to the wire by magnetic force, the metal layer and the plating layer, both of which are made of nickel, are strongly chemically bonded to each other, so that the plating layer is made thinner. However, there is an advantage that a sufficient abrasive holding force can be obtained.
[0027]
Preferably, the resin coating step includes a resin solution adhering step of adhering the resin solution to an outer peripheral surface thereof while moving the wire in the resin solution, and a resin solution adhering to the outer peripheral surface. And a resin film forming step of forming a film. By doing so, the abrasive grains held on the outer peripheral surface of the wire by electrodeposition are covered with the resin, and the abrasive grains are suitably held by the plating layer and the resin layer.
[0028]
Preferably, the abrasive has an average particle diameter in the range of 1 to 60 (μm). In this case, since the abrasive particle size is sufficiently small, it becomes easier to attach the abrasive particles to the outer peripheral surface of the wire by electric force or magnetic force. If the average particle size is less than 1 (μm), the abrasive grains are too small, and the working efficiency is rather reduced. On the other hand, if it exceeds 60 (μm), it becomes difficult to disperse in the electrodeposition solution, it becomes difficult to adhere by magnetic force, and the abrasive grains easily fall off even after the production.
[0029]
Further, preferably, the abrasive grain electrodeposition step comprises: a first electrodeposition step of electrodepositing the abrasive grains on an outer peripheral surface thereof while moving the wire in the electrodeposition liquid in a first direction in a circumferential direction thereof. And a second electrodeposition step of electrodepositing the abrasive grains on the outer peripheral surface while moving through the electrodeposition liquid in a second direction whose direction in the circumferential direction is reversed. In this case, since the wire is turned upside down and the abrasive grains are electrodeposited in each direction, there is an advantage that the abrasive grains can be electrodeposited with a uniform distribution in the circumferential direction. In general, as the average grain size of the abrasive grains increases, for example, when it exceeds about 35 (μm), it becomes difficult to attach the abrasive grains to the entire circumference of the wire only by electric or magnetic action. In such a case, the effect of reversing the wire is remarkably obtained.
[0030]
In the case where the wire is reversed and the abrasive grains are electrodeposited as described above, the plating layer on the side where the abrasive grains have been electrodeposited may be thicker. If a countermeasure such as shielding the wire during the liquid contact is taken, there is no particular problem since the entire periphery can be plated uniformly. Further, the first electrodeposition step and the second electrodeposition step may be performed in the same tank, or may be performed in separate tanks.
[0031]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0032]
FIG. 1 is a perspective view showing a part of the fixed abrasive grain wire saw 10 according to one embodiment of the present invention in the longitudinal direction, and FIG. 2A is a view showing a cross section perpendicular to the longitudinal direction. is there. In these figures, a wire saw 10 has a large number of
[0033]
The
[0034]
The
[0035]
The resin is, for example, a photo-curable acrylic resin cured by ultraviolet irradiation. Further, in the
[0036]
Further, as shown in FIG. 1, the
[0037]
In the wire saw 10 of the present embodiment configured as described above, since the
[0038]
In addition, the conventional electrodeposited wire saw requires a long time for electrodeposition, so that the thickness of the plating layer is limited to about 40% of the average grain size of the
[0039]
Further, in this embodiment, since the
[0040]
Further, in this embodiment, since the average grain size of the
[0041]
Further, in this embodiment, since the coverage by the
[0042]
Further, in the present embodiment, since the surface of the wire saw 10 is covered with the
[0043]
The wire saw 10 is manufactured by using, for example, a wire saw
[0044]
The
[0045]
The
[0046]
A
[0047]
The
[0048]
A die 58 and an
[0049]
When manufacturing the wire saw 10 using such a
[0050]
In the
[0051]
Since the
[0052]
The fixed density, that is, the distribution of the
[0053]
After the
[0054]
In the resin coating step performed after the abrasive electrodeposition step, the plated
[0055]
In this embodiment, as described above, the abrasive electrodeposition step through the
[0056]
Here, in the present embodiment, the outer
[0057]
Moreover, in the present embodiment, a predetermined amount of
[0058]
Further, in the present embodiment, since the magnetic action in which the
[0059]
Next, another embodiment of the present invention will be described. Note that, in the following embodiments, description of portions common to the above-described embodiments will be omitted.
[0060]
The wire saw
[0061]
When the
[0062]
The portion of the
[0063]
When the nickel plating process is performed twice as described above, the plating thickness tends to be thicker in the half-peripheral portion where the
[0064]
FIG. 5 is a diagram illustrating a cross section of a main part of a wire saw 66 according to another embodiment, and is a diagram corresponding to FIG. 2B. In this embodiment, the abrasive 16 is not covered with the
[0065]
Moreover, in the present embodiment, since the
[0066]
As described above, the present invention has been described in detail with reference to the drawings. However, the present invention can be implemented in other embodiments.
[0067]
For example, in the embodiment, when the
[0068]
In the embodiment, 20 (A / dm 2 Although the plating process has been performed at a current density of about), the current density is appropriately changed according to a desired plating speed, abrasive grain density, and the like. When the plating rate is increased by increasing the current density, the thickness of the
[0069]
Further, in the embodiment, the case where the
[0070]
Further, in the embodiment, a thermosetting liquid resin mixed with bisphenol AEO-modified diacrylate or the like is used, but the kind of the resin is a desired elasticity, mechanical strength, hardness or heat resistance of the
[0071]
Further, in the embodiment, the wire feed speed is set to 1 (m / min), but the feed speed is set so that the
[0072]
Further, in the embodiment, the
[0073]
Further, in the embodiment, the plating solution containing the
[0074]
Further, in the embodiment, after the
[0075]
In the embodiment, the abrasive electrodeposition step and the resin coating step are configured to be performed discontinuously, but after passing through the
[0076]
Although not specifically exemplified, the present invention can be variously modified without departing from the gist thereof.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a part of a wire saw according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2A is a diagram illustrating a cross-sectional structure of the wire saw of FIG. 1, and FIG. 2B is a diagram illustrating a part of a surface layer thereof in an enlarged manner.
FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a configuration of a manufacturing apparatus for manufacturing the wire saw of FIG.
FIG. 4 is a diagram illustrating another configuration example of a manufacturing apparatus for manufacturing the wire saw of FIG.
FIG. 5 is a view corresponding to FIG. 2B for explaining a cross section of a main part of a wire saw according to another embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
10: Wire saw
12: Wire
16: abrasive
18: Plating layer
20: resin layer
22: metal layer
Claims (11)
前記ワイヤーの外周面を覆う鍍金層と、
その鍍金層を覆う樹脂層と
を含み、前記砥粒がそれら鍍金層および樹脂層で固着されていることを特徴とするワイヤーソー。A wire saw with abrasive grains fixed to the outer peripheral surface of the wire,
A plating layer covering the outer peripheral surface of the wire,
And a resin layer covering the plating layer, wherein the abrasive grains are fixed by the plating layer and the resin layer.
前記ワイヤーを電着液中で移動させつつその外周面に砥粒を付着させ且つ電着させる砥粒電着工程と、
前記砥粒が電着されたワイヤーを樹脂で被覆する樹脂被覆工程と
を、含むことを特徴とするワイヤーソーの製造方法。A method for manufacturing a wire saw in which abrasive grains are fixed to an outer peripheral surface of a wire,
An abrasive grain electrodeposition step of attaching the abrasive grains to the outer peripheral surface thereof while moving the wire in the electrodeposition solution and electrodepositing the wire,
A resin coating step of coating the wire on which the abrasive grains have been electrodeposited with a resin.
前記ワイヤーを磁化させる磁化工程と、
その磁化されたワイヤーに前記砥粒を磁力により付着させる付着工程と
を、含むものである請求項9のワイヤーソーの製造方法。The abrasive electrodeposition step,
A magnetizing step of magnetizing the wire;
The method for manufacturing a wire saw according to claim 9, further comprising an attaching step of attaching the abrasive grains to the magnetized wire by magnetic force.
前記砥粒電着工程はニッケル鍍金により前記砥粒を前記ワイヤーに電着するものである請求項9または請求項10のワイヤーソーの製造方法。The metal layer is made of nickel,
The method for manufacturing a wire saw according to claim 9 or 10, wherein the abrasive grain electrodeposition step is to electrodeposit the abrasive grains on the wire by nickel plating.
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