(57)【要約】【課題】切れ味が良好で、工具寿命も長い、ワイヤー工具及びその製造方法を提供する。【解決手段】ワイヤー工具１００は、芯線１の外周１ａに砥粒２０を電着金属３０で固着して形成された砥粒層５０を有し、電着金属３０の表面３０ａに開口部４０ａを有する凹状のチップポケット４０，４０ｘを備えている。チップポケット４０の開口部４０ａは円形状であり、電着金属３０の表面３０ａに存在する複数のチップポケット４０のうちの一部のチップポケット４０ｘが砥粒２０に隣接している。チップポケット４０の開口部４０ａの内径は５μｍ以上であって、砥粒２０の平均粒子径以下である。砥粒層５０に存在するチップポケット４０の個数は砥粒２０の個数の５０％〜９０％である。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
芯線の外周に砥粒を電着金属で固着して形成された砥粒層を有するワイヤー工具であって、前記電着金属の表面に開口部を有する凹状のチップポケットを備えたことを特徴とするワイヤー工具。
【請求項２】
前記チップポケットの開口部が円形状である請求項１記載のワイヤー工具。
【請求項３】
前記電着金属の表面に存在する前記チップポケットのうちの少なくとも一部の前記チップポケットが前記砥粒に隣接している請求項１または２記載のワイヤー工具。
【請求項４】
前記チップポケットの開口部の内径が５μｍ以上で前記砥粒の平均粒子径以下である請求項１〜３のいずれかに記載のワイヤー工具。
【請求項５】
前記チップポケットの個数が前記砥粒の個数の５０％〜９０％である請求項１〜４のいずれかに記載のワイヤー工具。
【請求項６】
芯線の外周に砥粒を電着金属で固着して形成された砥粒層を有するワイヤー工具の製造方法であって、芯線の外周に砥粒及び球状の中空粒子を仮固着する工程と、前記砥粒及び前記中空粒子を電着金属で固着する工程と、前記電着金属の表面から露出している前記中空粒子を破壊若しくは脱落させる工程と、を備えたことを特徴とするワイヤー工具製造方法。
【請求項７】
前記砥粒の表面が導電性物質で被覆され、前記中空粒子の表面が非導電性である請求項６記載のワイヤー工具製造方法。
【請求項８】
前記中空粒子が酸化ケイ素若しくは酸化アルミニウムで形成され、前記中空粒子の平均粒子径が５μｍ以上で前記砥粒の平均粒子径以下である請求項６または７記載のワイヤー工具製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池用シリコン、半導体用シリコン、磁性体、サファイヤ、ＳｉＣなどのインゴットなどをスライス加工する際に使用されるワイヤー工具及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池用シリコンや半導体用シリコンなどのインゴット、サファイヤインゴットなどの硬脆材料のスライス加工に使用されるワイヤー工具については、レジンボンドで砥粒を固着したレジンワイヤー工具と、電着で砥粒を固着した電着ワイヤー工具（例えば、特許文献１，２参照）と、に大別される。
【０００３】
特許文献１，２などに記載されている電着ワイヤー工具は、砥粒保持力が高く、加工効率も高いなどの点において優れているが、柔軟性が低く、捩れに対して弱いなどの点で劣っている。そこで、ワイヤー工具の加工効率及び捻り強度を高めるとともに、切断加工中の断線を防止するため、金属芯線の外周に施された多孔質のニッケルメッキ層と、ニッケルメッキ層の表面にレジンボンドで固着された超砥粒と、を備えたワイヤー工具が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００４】
近年、ワイヤー工具を用いて切断されるインゴットは大型化しており、切断作業中のワイヤー工具に伴ってクーラントをワーク（インゴット）の内部に持ち込むことが困難になってきている。そこで、クーラントをワーク内部に持ち込む機能を高める手段として、芯線の外周に砥粒をスパイラル状に配列してチップポケットを溝形状に形成すること（例えば、非特許文献１参照）や、複数の素線を縒り合わせて芯線を形成することにより素線の間隙をチップポケットとすることも提案されている（例えば、特許文献４参照）。
【０００５】
一方、難削材の研削において良好な切削性を得るとともに切削後の砥粒層の形状崩れを抑制するため、特許文献５には、超砥粒を樹脂結合相中に分散させてなる砥粒層を有するレジンボンド砥石において、前記樹脂結合相を、熱硬化性樹脂を主組成物とする母相中に、金属被覆を形成した中空粒子と、金属粉末とをそれぞれフィラーとして分散させたものが記載されている（例えば、特許文献５参照）。
【０００６】
また、クリープフィード研削の分野では、研削熱を確実かつ効果的に発散し、研削比を向上させるとともに、研削精度を高めるため、樹脂をバインダーとするボンド相に超砥粒が分散された砥粒層を有するレジンボンド砥石において、ボンド相が、カーボンと、Ａｇ粒子及びＣｕ粒子と、バインダーとを含有するものが記載されている（例えば、特許文献６参照）。
【０００７】
さらに、電着砥石の分野においては、電着砥石に自生発刃作用を生じさせ、難削材の研削を良好に行うようにするため、砥粒と中空粒子とが混在してメッキ層によって固定された砥石部を有する電着砥石が提案されている（例えば、特許文献７参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開昭５３−１４４８９号公報
【特許文献２】特許第４１５７７２４号公報
【特許文献３】特開２０１１−２１８４９２号公報
【特許文献４】特開平１１−２７７３９８号公報
【特許文献５】特許第３４２４５４０号公報
【特許文献６】特開２０１１−１０４７５０号公報
【特許文献７】特開２００５−３２９４８８号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】精密工学会誌６２（２），ｐ２４２−ｐ２４６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
前述したように、近年、ワイヤー工具を用いて切断されるインゴットは大型化し、切断作業中のワイヤー工具に伴ってクーラントをワーク（インゴット）の内部に持ち込むことが困難になってきているため、クーラントをワーク内部に持ち込む機能を有するワイヤー工具が要請されているが、特許文献１，２に記載されたワイヤー工具では十分に対応することができないのが実状である。
【００１１】
これに対し、特許文献３記載のワイヤー工具は、多孔質のニッケルメッキ層を備えているが、この多孔質部分は、ニッケルメッキ層の表面に固着されるレジンボンドを浸透させてアンカー効果を生じさせ、金属芯線とレジンボンドとの固着力を高めるためのものであって、切断作業中にクーラントをワーク内に持ち込む機能は有していない。
【００１２】
また、非特許文献１記載のワイヤー工具あるいは特許文献４記載のワイヤー工具は、インゴットを加工するときに発生する捻回により、芯線が破断し易く、同じ太さの芯線において、引張破断強度も弱くなってしまう。
【００１３】
一方、特許文献５，６記載のレジンボンド砥石は、本発明に係るワイヤー工具と、ボンドの種類、工具形状及び利用分野が実質的に大きく異なっているので、採用することが不可能である。また、中空粒子が導電性を有すると、中空粒子の表面にメッキが乗ってしまい、チップポケットを形成する上で妨げとなる。さらに、砥粒表面に導電性金属が被覆され、砥粒の平均粒子径が中空粒子の平均粒子径より大きいものでないと、メッキ工程において、芯線とプーリとの導通がとれず、砥粒及び中空粒子を十分に固着することができないなどの問題もある。
【００１４】
さらに、特許文献７記載の電着砥石は、砥粒と中空粒子とを混在させることにより、研削作業中の砥粒脱落による自生発刃作用を促進させるものであるが、クーラントをワーク内部に持ち込む機能はなく、ワイヤー工具の分野に応用することもできない。
【００１５】
本発明が解決しようとする課題は、切れ味が良好で、工具寿命の長いワイヤー工具及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明のワイヤー工具は、芯線の外周に砥粒を電着金属で固着して形成された砥粒層を有するワイヤー工具であって、前記電着金属の表面に開口部を有する凹状のチップポケットを備えたことを特徴とする。
【００１７】
このような構成とすれば、ワークの切断加工中、電着金属の表面に開口部を有するチップポケットにより、クーラントをワーク内部に持ち込む機能が高まるので、ワークの発熱が抑制され、研削屑の速やかな排出が促進されるので、切れ味が向上する。また、前述した発熱抑制作用により、砥粒の過度の摩擦摩耗を防止することができるので、工具寿命も延長する。
【００１８】
ここで、前記チップポケットの開口部は円形状であることが望ましい。
【００１９】
また、前記電着金属の表面に存在する前記チップポケットのうちの少なくとも一部の前記チップポケットが前記砥粒に隣接していることが望ましい。
【００２０】
さらに、前記チップポケットの開口部の内径が５μｍ以上で前記砥粒の平均粒子径以下であることが望ましい。
【００２１】
一方、前記チップポケットの個数が前記砥粒の個数の５０％〜９０％であることが望ましい。
【００２２】
次に、本発明のワイヤー工具製造方法は、芯線の外周に砥粒を電着金属で固着して形成された砥粒層を有するワイヤー工具の製造方法であって、芯線の外周面に砥粒及び球状の中空粒子を仮固着する工程と、前記砥粒及び前記中空粒子を電着金属で固着する工程と、前記電着金属の表面から露出している前記中空粒子を破壊若しくは脱落させる工程と、を備えたことを特徴とする。
【００２３】
このような構成とすれば、電着金属の表面に開口部を有する凹状のチップポケットを備えたワイヤー工具を効率的に製造することができる。
【００２４】
ここで、前記砥粒の表面が導電性物質で被覆され、前記中空粒子の表面が非導電性であることが望ましい。
【００２５】
また、前記中空粒子は酸化ケイ素（シリカ）若しくは酸化アルミニウム（アルミナ）で形成され、前記中空粒子の平均粒子径が５μｍ以上で前記砥粒の平均粒子径以下であることが望ましい。
【発明の効果】
【００２６】
本発明により、切れ味が良好であり、工具寿命も長い、ワイヤー工具及びその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施形態であるワイヤー工具の外周の一部拡大斜視図である。
【図２】図１に示すワイヤー工具の外周の他の部分の一部拡大斜視図である。
【図３】図１に示すワイヤー工具の製造方法を示す図である。
【図４】従来のワイヤー工具の製造方法を示す図である。
【図５】図１に示すワイヤー工具の製造工程の一部を示す断面図である。
【図６】図１に示すワイヤー工具による切断加工作業を示す一部省略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、図面に基づいて、本発明の実施形態について説明する。図１，図２及び図５（ｃ）に示すように、本実施形態のワイヤー工具１００は、芯線１の外周１ａに砥粒２０を電着金属３０で固着して形成された砥粒層５０を有し、電着金属３０の表面３０ａに開口部４０ａを有する凹状のチップポケット４０，４０ｘを備えている。図１に示すように、チップポケット４０の開口部４０ａは円形状であり、図２，図５（ｃ）に示すように、電着金属３０の表面３０ａに存在する複数のチップポケット４０のうちの一部のチップポケット４０ｘが砥粒２０に隣接している。
【００２９】
チップポケット４０の開口部４０ａの内径は、５μｍ以上であって、且つ砥粒２０の平均粒子径以下である。砥粒層５０に存在するチップポケット４０の個数は、砥粒２０の個数の５０％〜９０％である。
【００３０】
このような構成とすれば、後述する図６に示すように、ワイヤー工具１００を用いてワーク６５（シリコンインゴット）を切断加工しているとき、電着金属３０の表面３０ａに開口部４０ａを有するチップポケット４０により、クーラント６６をワーク６５内部に持ち込む機能が高まるので、ワーク６５の発熱が抑制され、研削屑の速やかな排出が促進されるので、切れ味が向上する。また、前述した発熱抑制作用により、砥粒２０の過度の摩擦摩耗を防止することができるので、工具寿命も延長する。
【００３１】
ここで、図３に基づいて、本実施形態のワイヤー工具１００の製造方法について説明する。図３に示すように、芯線１であるピアノ線（線径φ１８０μｍ）を、線速３０ｍ／ｍｉｎにて連続的に供給し、脱脂槽２、酸洗浄槽３にて、順次、芯線１の外周を洗浄し、芯線１の外周の汚れや油脂などを除去する。酸洗浄槽３を出た芯線１は溶液塗布槽４に送られ、ここで、芯線１の外周に溶液（図示せず）が塗布され、溶液塗布槽４の後に配置されたダイス５において余分な溶液が除去される。なお、前記溶液は、ペンタエリスリトールトリアクリレート樹脂１質量％をアルコールに溶解したものを用いたが、これに限定するものではない。
【００３２】
この後、ダイヤ吹付槽６において、吹き付け法により、ダイヤモンド砥粒２０（平均粒子径３５μｍ）及び球状の中空粒子２５が仮固着され、図５（ａ）に示すような状態となる。ダイヤ吹付槽６においては、ダイヤモンド砥粒２０中に球状の中空粒子２５（中空状シリカフィラー：平均粒子径２０μｍ）が添加された状態で吹き付けられるので、ダイヤモンド砥粒２０及び中空粒子２５を同時に吹き付け、仮固着することができる。ここで、ダイヤモンド砥粒２０の表面は導電性物質で被覆されているが、中空粒子２５の表面は非導電性である。なお、本実施形態の中空粒子２５は酸化ケイ素で形成されているが、酸化アルミニウムで形成することもできる。
【００３３】
この後、メッキ槽７において、電流密度５０．７Ａ／ｄｍ2にて、ニッケルメッキを施した後、脱脂槽８及び洗浄槽９を通過させると、図５（ｂ）に示すように、ダイヤモンド砥粒２０及び中空粒子２５が電着金属３０で固着された状態のワイヤー工具１０が形成される。
【００３４】
図３に示す製造工程を経て形成されたワイヤー工具１０に対し、ツルーイング若しくはドレッシングなどの目立て処理を施すと、図５（ｂ）中に示す中空粒子２５が破壊されたり、脱落したりして、図５（ｃ）に示すように、電着金属３０の表面３０ａの中空粒子２５の痕跡がチップポケット４０となったワイヤー工具１００が形成される。ワイヤー工具１００において、単位面積当たりの砥粒２０の個数は２５個であり、チップポケット４０の個数は１５個であり、また、チップポケット４０の個数は、砥粒２０の個数の６０％であるが、これらに限定するものではない。
【００３５】
なお、前記単位面積とは、ワイヤー工具１０の外周面（電着金属３０の表面３０ａ）において、周方向１６０μｍ×長さ方向１０００μｍの範囲内の面積であり、前記単位面積当たりの砥粒２０（チップポケット４０）の個数は、２０カ所の前記単位面積部分について、砥粒２０（チップポケット４０）の個数をカウントし、得られた値を平均したものである。
【００３６】
ここで、図４に基づいて、従来のワイヤー工具１３の製造方法について説明する。図４に示すように、芯線１であるピアノ線（線径φ１８０μｍ）を、線速３０ｍ／ｍｉｎにて連続的に供給し、脱脂槽２、酸洗浄槽３にて、順次、芯線１の外周を洗浄し、芯線１の外周の汚れや油脂などを除去した後、下地メッキ槽１１にて下地メッキを行った後、電気泳動槽１２において、ダイヤモンド砥粒（粒度３０／４０）が電気泳動法によって仮固着される。この後、メッキ槽７においてニッケルメッキ（電流密度５０．７Ａ／ｄｍ2）を行うことによってダイヤモンド砥粒を固着した後、脱脂槽８及び洗浄槽９を通過するとワイヤー工具１３が完成する。
【００３７】
次に、図３に示す工程を経て製造されたワイヤー工具１０にツルーイング（若しくはドレッシング）などの目立て処理を施して形成されたワイヤー工具１００（図５（ｃ）参照）、及び、図４に示す工程を経て製造された従来のワイヤー工具１３について、図６に示すワイヤーソー６０を用いてワーク６５（シリコンインゴット）の切断加工を行い、冷却性の評価を行った。
【００３８】
ワイヤーソー６０はＤＷＴ社（ダイヤモンドワイヤーテクノロジー社）の自動式ダイヤモンドワイヤーソー（ＣＳ−４００型）であり、これにワイヤー工具１００，１３をセットして、ワーク６５（単結晶シリコンインゴット）の切断加工を行った。図６に示すように、ワイヤーソー６０において、複数のプーリ６４ａ，６４ｂの間隔は３００ｍｍであり、切断加工中は、供給ガイド６２からそれぞれプーリ６４ａ，６４ｂに対して、直接、クーラント６６（ノリタケクール）が各０．４Ｌ／ｍｉｎで供給される。ワイヤー工具１００，１３の線速は３５０ｍ／ｍｉｎであり、ワイヤーテンションは１３Ｎである。ワーク６５は、高さ７０ｍｍの単結晶シリコンインゴットである。
【００３９】
図６に示すように、ワーク６５の切断加工を行いながら、ワーク６５内部の切断領域６３（ワイヤー工具１００，１３がワーク６５に当接している領域）の温度を、切断加工開始後から１０分、２０分、３０分、４０分及び５０分経過する度に測定したところ、表１に示すような結果が得られた。なお、切断領域６３の温度測定は、エー・アンド・デイ社のレーザーマーカー付き赤外線放射温度計（ＡＤ−５６１１Ａ）を用いて行った。１０分ごとに温度を測定することにより、切断作業中のワイヤー工具１００，１３に伴うクーラント持ち込みによる冷却性を評価した。
【００４０】
（表１）ワイヤー工具の冷却性の評価結果
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【００４１】
表１を見ると、ワイヤー工具１００を用いてワーク６５を切断した場合、切断領域６３の温度は、１０分経過した時点で２２．３℃であり、４０分経過後は最大２８．０℃まで上昇しているが、５０分経過後は２６．１℃まで低下しているので、概ね、２２．３〜２８．０℃の範囲内に保たれているのが分かる。
【００４２】
一方、ワイヤー工具１３を用いてワーク６５を切断した場合、切断領域６３の温度は、１０分経過した時点で２１．７℃であるが、２０分経過後は３１.４℃まで急上昇し、４０分経過後は最大３５．４℃まで上昇し、５０分経過後も３２．３℃となっているので、切断作業中は、３２．３℃を超えているのが分かる。
【００４３】
以上のことより、図５（ｃ）に示すワイヤー工具１００の外周には、図１，図２に示すように、砥粒２０の近傍や電着金属３０の表面３０ａに開口部４０ａを有するチップポケット４０が存在するので、切断作業中、クーラント６６がワイヤー工具１００に伴ってワーク６５内に絶え間なく供給されるので、ワーク６５の発熱が抑制され、切削屑が速やかに排出され、優れた切れ味を発揮する。また、ワーク６５の発熱が抑制されることより、砥粒２０の過大な摩擦摩耗が抑制されるので、工具寿命も向上する。
【００４４】
なお、図１〜図６に基づいて説明したワイヤー工具１０，１００及びその製造方法などの実施形態は本発明を例示するものであり、本発明のワイヤー工具及びワイヤー工具製造法は前述した実施形態に限定されない。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明のワイヤー工具は、太陽電池用シリコン、半導体用シリコン、磁性体、サファイヤ、ＳｉＣなどのインゴットなどをスライス加工する各種産業分野において広く利用することができる。
【符号の説明】
【００４６】
１  芯線
１ａ  外周
２，８  脱脂槽
３  酸洗浄槽
４  溶液塗布槽
５  ダイス
６  ダイヤ吹付槽
７  メッキ槽
９  洗浄槽
１０，１３，１００  ワイヤー工具
１１  下地メッキ槽
１２  電気泳動槽
２０  砥粒
２５  中空粒子
３０  電着金属
３０ａ  表面
４０，４０ｘ  チップポケット
４０ａ  開口部
５０  砥粒層
６０  ワイヤーソー
６２ａ，６２ｂ  供給ガイド
６３  切断領域
６４ａ，６４ｂ  プーリ
６５  ワーク
６６  クーラント
【図１】
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【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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