JP5550008B2 - 固定砥粒式ソーワイヤの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は硬質材料を切断加工するための工具であるソーワイヤ、より詳細には固定砥粒式ソーワイヤの製造方法に関する。

太陽電池等に用いられるシリコンに代表される硬脆性材料（以下、被加工物と称す）を切断加工する機械として、ワイヤソーが知られている。図１は１台で複数の切断加工を行うマルチワイヤソーの概略図である。ワイヤはマルチワイヤソーに以下のように準備される。供給リール４に巻かれたワイヤ２がマルチワイヤソーに供給される。ワイヤ２は複数のガイドローラ（図示せず）に誘導されメインローラ６に導かれる。ワイヤ２は一般に２〜４本からなるメインローラ６の回りに巻き掛けられる。メインローラ６間に数十から数百本のワイヤ群が張り巡らされる。その後、供給の時と同様に、ワイヤ２は複数のガイドローラに誘導され排出リール８に巻き取られる。

ワイヤがマルチワイヤソーにセットされた後にワイヤを走らせる。この状態において、メインローラ６間に張り巡らされたワイヤ群に加工を施すシリコン等の被加工物１０を押し当てる。するとワイヤ群により被加工物１０は切断され、ワイヤピッチに応じた厚みを有する薄板（以下、ウエハと称す）を得る。

ソーワイヤによる切断は２種類に大別できる。一方は砥粒を含むスラリーを吹きかけながら切断加工を行う方式である。もう一方は予め砥粒を固着させておいたワイヤを用いて切断加工を行う方式である。一般的には前者を遊離砥粒式と呼び、後者を固定砥粒式と呼ぶ。近年は切断能力の高さから固定砥粒式が採用される機会が増している。

固定砥粒式ソーワイヤは一般に、丸い断面を有するワイヤ芯材の外周に砥粒が均一に固着されている。特許文献１には代表的な固定砥粒式ソーワイヤが記されている。砥粒が予めワイヤ芯材に固着されているため、砥粒の回転は起こらない。つまりワイヤの走行により砥粒が被加工物を効果的に研削し続けて被加工物は切断されていく。固定砥粒式においては遊離砥粒式に比べて数倍の加工速度を実現する。

砥粒をワイヤ芯材の表面に結合材で固着させる手段としては、従来から大きく２種類に大別される。１つは樹脂を結合材とする場合であり、もう１つは金属を結合材とする場合がある。近年は固着力の強さから後者が好まれており、具体的にはメッキ等により行われる。代表的なソーワイヤとして特許文献１等がある。

しかし、特許文献１にあるようなソーワイヤは、砥粒の外周端にもメッキが施されているため、特にソーワイヤ使用における初期の切断能力が低い。つまり砥粒を固着させる際、ワイヤ芯材の表面のみならず砥粒表面にも均一にメッキが施される。このソーワイヤを使用する場合、切断の最初にソーワイヤと被加工物とが接触するのは、実質は砥粒ではなく、表層を覆うメッキとなる。軟質なメッキには優れた切断能力はなく、切れ味が不足する。

そこで、例えば特許文献２には砥粒表面に成長したメッキ（Ｎｉ）がソーワイヤの切れ味を低下させるという課題に対して、メッキ層の一部を除去して砥粒を露出させたソーワイヤが記載されている。砥粒を露出させる方法としては、例えばＷＡ、ＧＣ、鋳鉄、ガラス、石英からなるドレッシングストーンに通す機械的な方法の他、薬液中に浸漬しつつ、走行させて除去する化学的な方法が記載されている。

特開平０９−１５０３１４号 特開２００６−１８１７０１号

しかし、いずれの方法においても砥粒の外周端のメッキを除去するために、ドレッシングストーンや薬液といった消耗材を使用する。これらはソーワイヤの大量生産に伴い、消費が激しくなりコスト高となる他、環境面においても良くない。

そこで本発明は、砥粒の外周端のメッキを除去する上で、特別な消耗材料を必要とせず、簡便な方法で行うことができる固定砥粒式ソーワイヤの製造方法を提供することを課題とする。

本発明である固定砥粒式ソーワイヤの製造方法は
ワイヤ芯材の表面を結合材で覆うと共に砥粒を固着させる第１工程と、その後、複数の走行溝を有する１つのローラに前記砥粒を固着させたワイヤを巻き掛けると共に、該ローラの２以上ある溝の同一の走行溝に２回以上巻き掛け、ワイヤがしっかりと密に巻き掛けられ、互いに強く接触している状況で走行させる第２工程と、を含む、
ことを特徴とする。

あるいは、前段に記載した複数の走行溝を有するローラが複数個設置され、それらのローラ群の外周で、且つ２以上ある溝の同一の走行溝に巻き掛けつつ、走行させる機構であっても良い。

尚、前記のローラが複数の走行溝を有し、複数本のワイヤが走行する走行溝が２以上あることにより、ワイヤ同士が擦れ合う機会が増し、砥粒の外周端のメッキを除去する効果としてより高いものが期待できる。

さらに、複数本のワイヤが走行する走行溝から、次の複数本のワイヤが走行する走行溝に移るまでにワイヤを捻回する機構または工程を少なくとも１回含ませることで、ワイヤの全周に固着される砥粒全てに対して、砥粒の外周端のメッキを除去することが可能となる。

以上のような手段であれば、ワイヤ同士が擦れ合うことでワイヤの外周端のメッキを除去することができるため、特別な消耗材料を用意することなく初期の切断性能の高い固定砥粒式ソーワイヤの製造を簡便に行うことができる。

マルチワイヤソーの概略図 ソーワイヤに固着され外周端が除去された砥粒の拡大図 １つの走行溝に３本のワイヤが巻き掛けられたローラの断面図 １つの走行溝で２本のワイヤが擦れ合う時の作用を示す説明図 本発明の実施例の概略図 ワイヤに捻れを付与する方法の実施例の概略図

本発明の作用を図３及び図４を用いて説明する。図３は１つの走行溝に３本のワイヤが巻き掛けられた（２回巻きの）ローラの断面図であり、図４は１つの走行溝で２本のワイヤが擦れ合う時の作用を示す説明図である。

図３に示すようにローラ１６の１つの走行溝１８に、例えば３本のワイヤが巻き掛けられている場合、ワイヤはＡ〜Ｃのように安定して走行している。Ａ１から走行溝１８に侵入したワイヤはローラ１６の外周、あるいは他のローラの外周を走行して、再びローラ１６の走行溝１８のＡ２位置に侵入する。そのままローラ１６の外周を走行し、次にＢ１位置に移る。その後同様にワイヤはＢ２−Ｃ１−Ｃ２と変移し、排出される。

前段のようにローラ１６に巻き掛けられた場合、ローラ１６の外周において、少なくともＡ２からＢ１へ変移するとき、及びＢ２からＣ１へ変移するとき図４のようにワイヤが互いに接触する。このときＡ２からＢ１へ変移する過程にあるワイヤ２ａと、Ｂ２からＣ１へ変移する過程にあるワイヤ２ｂとは、ワイヤの速さは同じであるものの、ワイヤ２ｂは外周側を通るため、走行中に互いのワイヤ同士にズレが生じる。またこれらのワイヤはローラ１６にしっかりと密に巻き掛けられているため、互いに強く接触している。これらの状況によってワイヤ同士の擦れ合いが生まれる。図４においてはワイヤ２ａに固着された砥粒１２ａと、ワイヤ２ｂに固着された１２ｂとが擦れ合い、互いの砥粒におけるワイヤの外周端に位置する部分に被膜される結合材を除去することができる。

擦れ合いが生じたワイヤは、実際にはワイヤ表面が接触するわけではなく、表面に固着された砥粒同士が擦れ合う。具体的には長さ１ｍｍ程度のワイヤ全周表面に数十個以上の砥粒が固着されているソーワイヤであれば、砥粒とワイヤ表面との接触は十分に避けることができる。

本作用を得られる形態であれば、実施の方法については特に指定されるものでなく、例えば図５（ｃ）のように１つのローラの走行溝に複数回巻きつけることで行うことができる。あるいは図５（ｄ）のように２個以上のローラの外周に巻き掛けても良い。この場合、複数本のワイヤが走行する走行溝が多数あるため、ワイヤ同士が擦り合う機会が増えると共に、全体として螺旋巻きを強いられることにより走行時に自然と捻れが生じるワイヤの自転効果も加わり、ワイヤの全周に対して固着される砥粒の外周端に対して、結合材の除去を行うことができる。

さらには、強制的にワイヤを捻る機構を付与しても良い。例えば図６（ｅ）に示すように走行溝を有する複数個のローラ１６の回転軸を互いに傾斜させることで、ワイヤに捻れが生じ易くなり、擦れ合う位置を適宜変えることができる。あるいは図６（ｆ）に示すように、ワイヤが巻き掛けられたローラ１６以外に、ローラ１６の回転軸と平行方向に往復移動する機能を備えた別のローラ１８に、ローラ１６の外周に複数本巻き掛けられたワイヤのうちの１本を当接することでワイヤに捻れを付与することができる。ワイヤに捻れを付与する方法としてはこれらに限定されるものでなく、ワイヤの全面が互いに擦れ合う機構あるいは装置を用いた工程が含まれていれば良い。

また、第１工程のワイヤは、砥粒が完全に固着されていなくても良い。つまり、第１工程においては後の第２工程のときに砥粒が脱落しない程度に固着されていれば良い。そうしておくことで、第１工程で仮に砥粒同士が凝集して固着されていたとしても、第２工程で凝集した砥粒は破壊され、より均一に砥粒をワイヤ芯材表面に固着させることができる。この時、外周端の砥粒、具体的にはダイヤモンドのような絶縁性砥粒が露出するようにしておけば、必要に応じて電解メッキ等により砥粒の外周端を露出させたままより強固な固着することができる。

ワイヤ芯材としてφ０．１２ｍｍの鋼線を用意し、砥粒としてＮｉコーティングされた平均粒径２０μｍのダイヤモンド砥粒を用いた。ニッケルメッキ液中に前記の砥粒を攪拌によって分散・浮遊させた状態で電気メッキにより固着させた（第１工程）。次に走行溝を１つ有するローラを２つ用意し、図６（ｅ）のように互いの回転軸が９０°に交差するよう配置した。用いるローラの径としてはφ１５０ｍｍとした。図６（ｅ）と同様、これらのローラの外周に３回巻き掛けた状態で、線速３０ｍ／ｍｉｎで走行させた。本方法により得られた固定砥粒式ソーワイヤはワイヤの全周表面に対して均一に、且つ砥粒の外周端の結合材（ニッケルメッキ）が十分に除去され、均されたソーワイヤを得ることができた。

２・・・・ワイヤ
４・・・・供給リール
６・・・・メインローラ
８・・・・排出リール
１０・・・被加工物
１２・・・砥粒
１４・・・結合材
１６・・・ローラ

Claims (2)

1. ワイヤ芯材に砥粒を結合材で固着させた固定砥粒式ソーワイヤの製造方法であって、
   該ワイヤ芯材の表面を結合材で覆うと共に砥粒を固着させる第１工程と、その後、複数の走行溝を有する少なくとも１つのローラ、あるいはローラ群の外周に前記砥粒を固着させたワイヤを巻き掛けると共に、該ローラ、あるいはローラ群の２以上ある溝の同一の走行溝に２回以上巻き掛け、該ワイヤがしっかりと密に巻き掛けられ、互いに強く接触している状況で走行させる第２工程と、
   を含む固定砥粒式ソーワイヤの製造方法。
2. ２回以上巻き掛けられた走行溝から、次の２回以上巻き掛けられた走行溝にワイヤが移るまでに、ワイヤを捻回する機構または工程を少なくとも１回含む請求項１記載の固定砥粒式ソーワイヤの製造方法。