(57)【要約】【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。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。【０００３】
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。【０００４】
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。【０００５】
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。
【特許文献１】特公昭５１−００３４３９号公報
【特許文献２】特開２００４−２３７３７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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。【０００８】
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。【０００９】
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。【００１０】
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。【００１１】
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。【００１２】
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。【００１３】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】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２】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。
【図３】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。
【図４】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。
【図５】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。
【図６】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７】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８】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９】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。
【図１０】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。
【図１１】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。
【図１２】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）。
【図１３】切断性能試験の結果を示すグラフである（ＳｉＣの例）。
【図１４】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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
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。【００１６】
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。【００１７】
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。【００１８】
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。【００１９】
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。【００２０】
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。【００２１】
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。【００２２】
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。【００２３】
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。【００２４】
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。【００２５】
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。【００２６】
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。【００２７】
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。【００２８】
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。【００２９】
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。【００３０】
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。【００３１】
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。【００３２】
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。【００３３】
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。【００３４】
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。【００３５】
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。【００３６】
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。【００３７】
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。【００３８】
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。【００３９】
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。【００４０】
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。【００４１】
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。
【実施例】
【００４２】
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。【００４３】
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。【００４４】
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。【００４５】
［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。【００４６】
［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。【００４７】
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。【００４８】
【表１】
2013179434.tif 000003
【００４９】
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。【００５０】
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。【００５１】
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。
【符号の説明】
【００５２】
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
【図１】
2013179434.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【手続補正書】
【提出日】平成27年5月29日(2015.5.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
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の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。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
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おり、また、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。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
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列ｌｉ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のうち最長のものよりも、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。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
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ｎ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。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
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、接着剤層列ｌｉを芯線１の周方向に均等な間隔ｎ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。
【国際調査報告】
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