(57)【要約】【課題】超高強度極細径ソーワイヤの連結部に溝付きワークロールへの巻付け張力で破断しない強度をもたせうるワイヤの連結方法を提供する。【解決手段】ソーワイヤを用いてスライシングを行うワイヤソー装置で現使用の先行ワイヤ5aに次使用の後行ワイヤ5bを連結するワイヤの連結方法において、先行ワイヤの後端と後行ワイヤの先端とを突合せ溶接し、形成した溶接部を焼鈍する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ソーワイヤを用いてスライシングを行うワイヤソー装置で現使用の先行ワイヤに次使用の後行ワイヤを連結するワイヤの連結方法において、先行ワイヤの後端と後行ワイヤの先端とを突合せ溶接し、形成した溶接部を焼鈍することを特徴とするワイヤの連結方法。
【請求項２】
前記突合せ溶接は、先行ワイヤの後端と後行ワイヤの先端とを精密直角に剪断し、該剪断した両ワイヤをそれぞれ電極で掴んで直線状に突合せ、該掴んだ電極に溶接電力を供給しつつ突合せ面に押圧力を加えて行うことを特徴とする請求項１記載のワイヤの連結方法。
【請求項３】
前記突合せ溶接は、それによって形成される溶接部の脹らみ径が母材線径の1.5 〜2.8 倍になる条件で行うことを特徴とする請求項１または２に記載のワイヤの連結方法。
【請求項４】
前記焼鈍後、溶接部に接着テープを巻付けることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のワイヤの連結方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワイヤの連結方法に関し、とくに、超高強度（TS 3800MPa以上）極細径（線径0.2mm 以下）のソーワイヤを対象として、ワイヤソー装置に装着された先行ワイヤの後端に、次に装着すべき後行ワイヤの先端を連結するのに好ましく用いうるワイヤの連結方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的な鋼線ワイヤの連結方法としては、人手による結びつけ（結節：図６）、引掛け捻り込み結合（図７）、突合せ溶接（例えば特許文献１参照）、重ね合わせ溶接（図８）、重ね合わせ接着（図９）等の方法が知られている。
一方、ソーワイヤは、半導体や太陽電池の素材に用いられるシリコンインゴットや、磁性材料、 水晶、セラミックス等のブロックをスライシングするワイヤソー装置に装着されて使用される。その装着・使用形態は、例えば図５に示すように、単線のワイヤ（：ソーワイヤ）５をワイヤソー装置の１対の溝付きワークロール10,10 に一定間隔で並列に巻きつけ、線長方向に走行させながら、溝付きワークロール10,10 間で並列走行するワイヤ５に被切断材１を（あるいは前者を後者に）押し付けるというものである。
【０００３】
このようなソーワイヤ装置によるスライシング作業では、耐用寿命消尽や断線トラブル等の発生に対応して現使用のソーワイヤを次使用のものと交換するにあたり、ワイヤソー装置に装着された現使用のワイヤ（：先行ワイヤ）の残余部の後端に次使用のワイヤ（：後行ワイヤ）の先端を連結し、後行ワイヤを先行ワイヤで案内させながら前記溝付きワークロールに巻付けることが行われる。この場合、先行ワイヤと後行ワイヤとの連結には前記結節が採用されていた。
【０００４】
【特許文献１】
特公昭５４−３９８１９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、最近、シリコンインゴットのスライシングにおいてカーフロス（切断代）を少なくし、歩留りを向上させるために、ソーワイヤは線径が0.2mm 以下の極細径ワイヤが使用される方向にある。そして、この極細径ワイヤの寿命、およびスライシング時の一定値以上のワイヤ張力を確保するために、ワイヤの強度レベルを通常のTS（：引張強さ）3600MPa 程度以下からTS3800MPa 以上へと高めた超高強度ワイヤが使用されるようになった。
【０００６】
しかしながら、超高強度極細径ワイヤは、通常の結節により先行ワイヤに後行ワイヤを連結すると結節時に大きな曲げや捻りが作用するため連結部の強度が弱くなりすぎて、溝付きワークロールに通す途中で連結部のところで破断するため、先行ワイヤの案内なしで後行ワイヤを溝付きワークロールに巻付けねばならず、ソーワイヤの交換に長時間を要するという問題があった。
【０００７】
本発明の目的は、この問題を解決し、超高強度極細径ソーワイヤの連結部に溝付きワークロールへの巻付け張力で破断しない強度をもたせうるワイヤの連結方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、結節に代わる有効な超高強度極細径ソーワイヤ連結方法を検討し、そのなかで、前記従来の連結方法をそれぞれ試みたが、引掛け捻り込みでは、結節と同様、大きな曲げや捻りの作用で連結部の強度が弱くなりすぎ、また、特許文献１記載の突合せ溶接では、極細径の単線を溶接対象とした例の開示はなく、また本発明者らの知る限りでは線径が0.5mm 以下のワイヤに対する突合せ溶接の実績は従来見当らず、これを直ちに極細径の単線に適用するのは困難であったことに加え、突合せ溶接部がマルテンサイト組織になって脆くなり、また、重ね合わせ溶接では、溶接熱影響部の軟化が大きくなりすぎ、また、重ね合わせ接着では、極細線径のため所要の接着面積を確保できず、いずれも溝付きワークロール巻付け中の連結部破断を防止できなかった。
【０００９】
そこで、さらに検討を重ねた結果、極細径の単線に適応させた精密な突合せ溶接に引き続き該溶接部を焼鈍することにより、溝付きワークロールへの巻付け張力で破断しない十分な強度を有する連結部が得られることを見出した。また、突合せ溶接‐焼鈍後の溶接部をテーピングすることにより連結部の破断荷重が上昇し、 より確実に連結部の破断を抑止できることを見出した。また、突合せ溶接部の脹らみを特定の範囲に規制することにより連結部の強度をより十分なものとなしうるとともに、連結作業能率を向上させうることを見出した。
【００１０】
本発明は、これらの知見に基づいてなされたものであり、その要旨は、ソーワイヤを用いてスライシングを行うワイヤソー装置で現使用の先行ワイヤに次使用の後行ワイヤを連結するワイヤの連結方法において、先行ワイヤの後端と後行ワイヤの先端とを突合せ溶接し、形成した溶接部を焼鈍することを特徴とするワイヤの連結方法にある。
【００１１】
本発明では、連結対象のワイヤは超高強度極細径の鋼線または表面被覆鋼線からなるソーワイヤであることが好ましい。超高強度とはTS3800MPa 以上であること、極細径とは線径0.2mm 以下であることを指す。
また、本発明では、前記突合せ溶接は、先行ワイヤの後端と後行ワイヤの先端とを精密直角に剪断し、該剪断した両ワイヤをそれぞれ電極で掴んで直線状に突合せ、該掴んだ電極に溶接電力を供給しつつ突合せ面に押圧力を加えて行う方法によるのが好ましい。該方法では、前記剪断した箇所を前記突合せの前に洗浄することがより好ましい。また、前記焼鈍する方法としては、前記ワイヤを掴んだ電極に該電極間の突合せ溶接部を焼鈍可能な電力を供給することが好ましい。
【００１２】
また、本発明では、前記突合せ溶接は、それによって形成される溶接部の脹らみ径が母材線径の1.5 〜2.8 倍になる条件で行うことが好ましい。
また、本発明では、前記焼鈍後、溶接部に接着テープを巻付けることが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明では、先行ワイヤに後行ワイヤを連結するにあたり、まず両者を突合せ溶接により接合する。この接合により形成された溶接部は硬くて脆いマルテンサイト組織となっており、このままワイヤソー装置の溝付きワークロールへ巻付けると破断してしまう。これに対し、本発明では、突合せ溶接で形成された溶接部を焼鈍するようにしたので、該焼鈍の条件を適宜に調整することで、溶接部を溝付きワークロールへの巻付け張力で破断しない強度及び延性を有する連結部とすることができる。
【００１４】
本発明は、超高強度極細径ワイヤ以外のソーワイヤにも適用できるが、かかるソーワイヤでは、カーフロスの低減効果が小さく、また通常の結節による連結でも断線はめったに生じず、よって本発明の利点が顕著に現れにくいので、超高強度極細径ワイヤに適用するのが好ましい。かかる超高強度極細径ワイヤとしては、例えば特開２００２−２１２６７６号公報に記載された、Ｃ：0.90〜2.0%、Si：0.15〜0.30% 、Mn：0.2 〜0.6%、Al：0.005%以下を含み残部Feおよび不可避的不純物からなる組成と、パーライト中に球状セメンタイトが分散してなる組織とを有する線径200 μm 以下、 引張強さ3800MPa 以上のワイヤソー用鋼線、あるいは例えば特開２００２−２５６３９１号公報に記載された、質量% で、Ｃ：0.95〜2.0%、Si：0.15〜0.30% 、Mn：0.2 〜0.6%、Al：0.005%以下を含み残部Feおよび不可避的不純物からなる組成と、体積% で層状セメンタイトを15〜30% 含むパーライトまたはパーライトとベイナイトの混合からなる組織とを有する線径200 μm 以下、 引張強さ3800MPa 以上の高強度ワイヤソー用鋼線が挙げられる。
【００１５】
本発明では突合せ溶接は、次の工程で行われる。
（工程１）先行ワイヤの後端と後行ワイヤの先端とを精密直角に剪断する工程
（工程２）剪断した両ワイヤをそれぞれ電極で掴んで直線状に突合せる工程
（工程３）電極に溶接電流を通電しつつ突合せ面に押圧力を加える工程
極細径ワイヤを通常のクリッパで切断すると、突合せ面とする切断面がワイヤ軸に対し傾斜しやすく、また、大きなバリやダレが生じやすく、突合せ状態が不適切となって溶接不良を招く。そこで (工程１）で、精密直角に、すなわち切断面がワイヤ軸に対し極力直角となるように剪断する。
【００１６】
極細径ワイヤを精密直角に剪断するには、例えば図３に示すような、ワイヤ５を適度のクリアランスで真直ぐに通せる孔22をそれぞれ設けた固定刃20と移動刃21とを、移動刃21が固定刃20に沿う摺動方向23に摺動可能な形態に相互配置した剪断装置を用いるのがよい。この剪断装置を用いて、固定刃20と移動刃21の孔22中心を合わせて両孔22、22にワイヤ５を通した後、移動刃21に両孔22、22が重ならない位置まで可及的高速に摺動させることにより、ワイヤ５を精密直角に剪断することができる。
【００１７】
なお、突合せ面に異物が付着していると溶接不良になる虞があるので、剪断後に突合せ面をアルコール、ベンゼン等で洗浄するのが望ましい。
そして、所要の接合強度（連結強度）を達成するためには、（工程２）において極細径ワイヤを精度よく直線状に突合せ、さらに（工程３）において突合せ面に加える押圧力を極力一定に保つことが重要である。
【００１８】
そのためには、例えば図１に示すような、ワイヤを掴みうる固定電極40a 及び可動電極40b と、これら電極40a,40b に溶接電力を供給しうる電源41と、電極40a,40b の周辺領域を視野とする倍率50倍以上の顕微鏡42と、可動電極40b を水平及び垂直方向に微小移動させるマイクロメータ43とを備え、さらに、特許文献１に記載されているような圧接機構、すなわち可動電極40b へ固定電極40a に接近する方向の引力を伝える牽引線46と、該牽引線46の向きを下向きにする滑子47と、該滑子47で下向きにされた前記牽引線46の下端に前記引力を付与する錘45とを有する圧接機構を備えた突合せ溶接装置を用いることが好ましい。
【００１９】
このような突合せ溶接装置を用いることにより、（工程２）において固定電極40a で掴んだ先行ワイヤ5aと可動電極40b で掴んだ後行ワイヤ5bとの直線状突合せ（軸合わせ）を行うにあたり、顕微鏡42で両ワイヤの端部を拡大観察しながらマイクロメータ43で後行ワイヤの端部の位置を水平及び垂直方向に微調整できるので、極細径ワイヤの軸合わせの精度が格段に向上する。また、（工程３）において、先行ワイヤ5aの端面を後行ワイヤ5bの端面で押圧方向44に押圧するにあたり、その押圧力が錘45からの引力で安定的に付与されるから、錘45の重量を加減することにより容易に所望の一定値に設定できかつ溶接中はその設定からのズレが生じない安定した圧接力で突合せ溶接を行うことができる。
【００２０】
さらに、溶接完了に引き続いて、電源41から両電極40a,40b へ、これら電極間の溶接部（突合せ溶接連結部）を焼鈍可能な電力を供給することにより、突合せ溶接連結部の焼鈍も容易に行うことができる。
図２は、上記のようにして得られた突合せ溶接部34の概要を示す模式図である。突合せ溶接部34は略中央に接合面34a を有し線径方向に脹らんでいる。突合せ溶接部34の両側は溶接熱影響部HAZ を介して母材BMに連なる。かかる突合せ溶接部34からなる連結部は、引張破断荷重が母材の60% 以上になり、破断することなくワイヤソー装置の溝付きワークロールに巻付けることができる。
【００２１】
ただし、突合せ溶接部34の脹らみ径φ2 が母材BMの線径φ1 の1.5 倍よりも小さくなるような条件で溶接すると、溶接不良になりやすく、溝付きワークロール巻付け時の連結部破断を防止するのが困難になるので、φ2 ≧1.5 ×φ1 となる条件で溶接するのが好ましい。
また、一方において、φ2 がφ1 の2.8 倍よりも大きくなるような条件で溶接すると、先行、 後行両ワイヤの軸ズレが部分的に発生して破断荷重が低下しがちとなり、また、大きなバリが発生して通線のために余計なバリ除去作業が必要となるといった不利を招きやすくなるので、φ2 ≦2.8 ×φ1 となる条件で溶接するのが好ましい。
【００２２】
また、本発明では、前記焼鈍後、図４に示すように突合せ溶接部34に接着テープ15を巻付けることが好ましい。これにより、連結部をさらに効果的に補強でき、その引張破断荷重を母材の70% 以上のレベルにまで上昇させることができて、溝付きワークロール巻付け時の連結部破断防止に対する信頼性がより一層向上する。用いる接着テープは厚さ1.0mm 以下の片面接着テープが好ましい。また、接着テープの巻付け前には、突合せ溶接部をサンドペーパ等で研磨しておくことが好ましい。巻付け幅（巻付け部のワイヤ軸方向長さ）は特に限定されないが30〜100mm 程度とすればよい。巻付け方法は、例えば片面接着テープを用いる場合、平らに敷いた１枚のテープ（上面が接着面）上に突合せ溶接部を置き、その上にもう１枚のテープ（下面が接着面）を重ね、突合せ溶接部を密封する形で下側のテープと貼り合わせ、余剰の貼り合せ部分をカッターで切除するという方法が好ましい。
【００２３】
【実施例】
（１）表１に示す４種の超高強度極細径ワイヤについて、図６のように結節して連結部を形成し、比較例とした。また、これらのワイヤを、前記（工程１）〜（工程３）に従って突合せ溶接し、引き続いてこの溶接部を焼鈍することにより連結部を形成し、あるいはさらに前記溶接‐焼鈍後、溶接部を＃1000のサンドペーパで研磨し、そこへ前記方法で片面接着テープ（３Ｍ社製ポリエステルテープ＃854 、厚み0.065mm ）を巻付け幅50mmで巻付けることにより連結部を形成し、実施例とした。（工程１）では図３の剪断装置を用い、（工程２）、（工程３）では図１の突合せ溶接装置を用いた。溶接、焼鈍条件および溶接部の脹らみ径の対母材径比を表２に示す。
【００２４】
実施例および比較例について連結部の引張破断荷重を測定した。その結果を表１に示す。表１より、実施例では比較例に比べ引張破断荷重が大幅に向上しており、また、実施例のうちでは裸の溶接部からなる連結部よりもテープを巻付けた溶接部からなる連結部の方が引張破断荷重が高いことがわかる。
【００２５】
【表１】
2004195612.tif 000003
【００２６】
【表２】
2004195612.tif 000004
【００２７】
また、これら実施例および比較例と同等の連結部を形成したソーワイヤをワイヤソー装置のガイドロールを通して溝付きワークロールに巻付けたところ、比較例では連結部のところで断線したのに対し、実施例では断線は生じなかった。
（２）線径0.160mm のワイヤ（母材引張破断荷重を表３に示す。）について、前記実施例と同様の方法で突合せ溶接‐焼鈍し、その際、溶接条件を様々に調整することにより溶接部の脹らみ径を種々変えて形成した連結部について、引張破断荷重を測定した。その結果を表３に示す。表３より、脹らみ径が母材径の1.5 〜2.8 倍の範囲内では、該範囲外よりも引張破断荷重が高くかつそのばらつきも小さく、安定した連結強度が得られることがわかる。
【００２８】
【表３】
2004195612.tif 000005
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、超高強度極細径ソーワイヤを、溝付きワークロールへの巻付け張力で破断しない連結強度となるように連結しうるから、ワイヤの補充または交換作業時間が大幅に短縮し、ワイヤソー装置のスライシング稼働率が向上するという優れた効果を奏する。また、本発明は、ソーワイヤ以外のワイヤの連結作業、 例えば伸線工程での接合作業やガイド用接合作業などにも、高信頼性接合継手法として適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に用いて好適な突合せ溶接装置の概要を示す模式図である。
【図２】本発明の連結方法により得られた突合せ溶接部の概要を示す模式図である。
【図３】精密直角に剪断する剪断装置の例を示す模式図である。
【図４】突合せ溶接部を接着テープで補強した形態を示す模式図である。
【図５】ワイヤソー装置におけるソーワイヤの装着・使用形態の１例を示す模式図である。
【図６】結節の例を示す模式図である。
【図７】引掛け捻り込み結合の例を示す模式図である。
【図８】重ね合わせ溶接の例を示す模式図である。
【図９】重ね合わせ接着の例を示す模式図である。
【符号の説明】
１  被切断材
２  固定板（ワークプレート）
３  接着剤
４  フィードユニット
５  ワイヤ（ソーワイヤ、a:先行、b:後行）
６  昇降
７  リールボビン
８  タッチローラ
９  ダンサアーム
10  溝付きワークロール
11  ガイドローラ
12  スラリノズル
13  砥粒
15  接着テープ
20  固定刃
21  移動刃
22  孔
23  摺動方向
30  結節部
31  引掛け捻り込み結合部
32  重ね合わせ溶接部
33  重ね合わせ接着部
34  突合せ溶接部
40  電極（a:固定、b:可動）
41  電源
42  顕微鏡
43  マイクロメータ
44  押圧方向
45  錘
46  牽引線
47  滑子
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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