(57)【要約】【課題】設備費がかからず、製造工程が簡単となり、工程管理も容易なソーワイヤの製造方法を提供する。【解決手段】ソーワイヤの線径を有し、ソーワイヤの融点よりも低い融点を有する金属がその周面にめっきされているソーワイヤ素線Wを用意する工程と、このソーワイヤ素線のめっき金属を加熱して、めっき金属を半溶融状態とする工程と、めっき金属を半溶融状態としたソーワイヤ素線を、ダイヤモンド粉末Dが浮遊する雰囲気中に通過させて、半溶融状態のめっき金属の表面にダイヤモンド粉末Dを付着させる工程と、ダイヤモンド粉末を付着しためっき金属を冷却して、ダイヤモンド粉末を固着させる工程とを具備するダイヤモンド粉末を固着したソーワイヤの製造方法。【選択図】図１
2012045637.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ソーワイヤの線径を有し、ソーワイヤの融点よりも低い融点を有する金属がその周面にめっきされているソーワイヤ素線を用意する工程と、
このソーワイヤ素線のめっき金属を加熱して、めっき金属を半溶融状態とする工程と、
めっき金属を半溶融状態としたソーワイヤ素線を、ダイヤモンド粉末が浮遊する雰囲気中に通過させて、半溶融状態のめっき金属の表面にダイヤモンド粉末を付着させる工程と、
ダイヤモンド粉末を付着しためっき金属を冷却してダイヤモンド粉末をめっき金属に固着させる工程と、
を具備したダイヤモンドソーワイヤの製造方法。
【請求項２】
母線に、母線の金属の融点よりも低い融点を有する金属のめっきを施す工程と、
めっきされた母線を線引加工して、ソーワイヤの線径を有するソーワイヤ素線とする工程と、
ソーワイヤ素線のめっき金属を加熱して、めっき金属を半溶融状態とする工程と、
めっき金属を半溶融状態としたソーワイヤ素線を、ダイヤモンド粉末が浮遊する雰囲気中に通過させて、半溶融状態のめっき金属の表面にダイヤモンド粉末を固着させる工程と、
ダイヤモンド粉末を固着しためっき金属を冷却する工程と、
を具備したダイヤモンドソーワイヤの製造方法。
【請求項３】
めっきは、電気めっき又は溶融めっきから選択され、
めっき金属は、錫又は亜鉛から選択される、
請求項１又は２記載のダイヤモンドソーワイヤの製造方法。
【請求項４】
めっき金属の加熱は、誘導加熱によりおこなわれる、
請求項１〜３のいずれかに記載のダイヤモンドソーワイヤの製造方法。
【請求項５】
めっき金属を半溶融状態としたソーワイヤ素線を、ダイヤモンド粉末が浮遊する雰囲気中に通過させて、半溶融状態のめっき金属の表面にダイヤモンド粉末を固着させる工程は、ダイヤモンド粉末をソーワイヤ素線のめっき金属に吹き付ける工程を含む、
請求項１〜４のいずれかに記載のダイヤモンドソーワイヤの製造方法。
【請求項６】
ソーワイヤの線径を有し、ソーワイヤの融点よりも低い融点を有する金属がその周面にめっきされているソーワイヤ素線を通過させて、めっき金属を半溶融状態に誘導加熱する誘導加熱手段と、
ダイヤモンド粉末が浮遊する空間を有し、その空間をソーワイヤ素線が通過した際にダイヤモンド粉末をめっき金属に固着させるダイヤモンド粉末固着手段と、
ダイヤモンド粉末を固着しためっき金属を冷却する手段と、
を具備するダイヤモンドソーワイヤの製造装置。
【請求項７】
浮遊しているダイヤモンド粉末を半溶融状態のめっき金属に吹き付ける手段をさらに具備するダイヤモンドソーワイヤの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、太陽光発電、半導体用結晶シリコンやサファイヤ、水晶などのスライス用に使用するダイヤモンドソーワイヤの製造方法及びその製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコンウェファーなどのスライスには従来ブラスメッキピアノ線が専ら使用されて来た。最近太陽光発電などに使用されるシリコンウェファーの需要が急速に伸びてきたが、従来のブラスメッキピアノ線では、加工速度が遅くて生産性が低い問題があった。
【０００３】
この問題を解決するために、近年、ダイヤモンドソーワイヤが注目され、以下の特許文献は、ダイヤモンドソーワイヤの製造方法を開示している。
【０００４】
特許文献１は、Ｃｏ：３６〜６０質量％を含有するＣｏ基合金材からなる金属線材に下地用金属メッキした後、冷間加工と更に必要に応じて温度３００〜６５０℃での析出硬化処理を行って、引張強さ１８００〜３５００ＭＰａ，ヤング率１８０〜２３０ＧＰａを有する高弾性特性の芯材を形成するとともに、該芯材の前記下地用金属メッキ層表面に更に研削用の研削砥粒を懸濁した2 次メッキ用の第二金属メッキを施して、前記研削砥粒を前記芯材に固着するソーワイヤの製造方法を開示している。
【０００５】
特許文献２は、ワイヤ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、
前記ワイヤ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を樹脂で被覆する樹脂被覆工程とを、含むワイヤーソーの製造方法を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開2007-203393号公報
【特許文献２】特開2004-50301号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
これらの文献に開示されたソーワイヤの製造方法は、０．１２ｍmφ〜０．１８ｍmφと極細線である芯材に、電気めっきを施すことにより砥粒（ダイヤモンド粉末）を芯材に固着する方法である。その取り扱いに丁重さを必要とすると共に生産性確保のために生産速度の増大さが必要で、百米単位の長さのめっき槽を関連する装置が必要となり、巨額の設備費がかかる。また、製造工程が複雑で、その工程管理が煩雑となる問題がある。
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明は、（電気めっきなどをすることなく）、予め芯材周面にめっきをしておき、そのめっき金属に直接ダイヤモンド粉末を固着させることにより、製造工程が簡単となり、工程管理も容易なダイヤモンドソーワイヤの製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この課題を解決する為に、本発明は、ソーワイヤの線径を有し、ソーワイヤの融点よりも低い融点を有する金属がその周面にめっきされているソーワイヤ素線を用意する工程と、
このソーワイヤ素線のめっき金属を加熱して、めっき金属を半溶融状態とする工程と、
めっき金属を半溶融状態としたソーワイヤ素線を、ダイヤモンド粉末が浮遊する雰囲気中に通過させて、半溶融状態のめっき金属の表面にダイヤモンド粉末を固着させる工程と、
ダイヤモンド粉末を固着しためっき金属を冷却する工程と、
を具備したダイヤモンドソーワイヤの製造方法及びこの製造方法を実施するための装置である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、めっき金属に直接ダイヤモンド粉末を固着させることにより、設備費がかからず、製造工程が簡単となり、工程管理も容易となる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】ダイヤモンドソーワイヤの形態に係るダイヤモンドソーワイヤの製造装置の概略図である。
【図２】本発明の他の実施の形態に係るダイヤモンドソーワイヤの製造装置の概略図である。
【図３】本発明の更に異なる実施の形態に係るダイヤモンドソーワイヤの製造装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
【００１３】
図１に係るダイヤモンドソーワイヤの製造装置は、誘導加熱手段（１０）と、ダイヤモンド粉末浮遊槽（２０）と、冷却手段（３０）とを下から順に配置し、ワイヤＷが、誘導加熱手段（１０）で加熱された後、ダイヤモンド粉末Dが浮遊しているダイヤモンド粉末浮遊槽（２０）内を通過し、冷却手段（３０）で冷却されるようになっている。
【００１４】
誘導加熱手段（１０）で加熱される直前のワイヤＷは、ソーワイヤの線径を有し、ソーワイヤの融点よりも低い融点を有する金属がその周面にめっきされているソーワイヤ素線である。
【００１５】
このソーワイヤ素線は、母線に、母線の金属の融点よりも低い融点を有する金属のめっきを施し、めっきされた母線を線引加工して、ソーワイヤの線径とすることにより、製造される。母線にめっきしてから線引加工するので、めっき装置の設備費用が廉価ですむ。又、生産性も高くすることができる。
【００１６】
ソーワイヤ素線の材質は、従来公知の材質、例えばJIS G 3502, JIS G 3506などを適用できる。ソーワイヤ素線の線径は、例えば、０．１２ｍmφ〜０．１８ｍmφ程度のものが挙げられる。
【００１７】
めっきに供される金属は、ソーワイヤ素線の融点よりも低い融点を有すればどのような金属でもよいが、特に錫、亜鉛が好適である。めっきは、従来公知の方法を適用できるが、特に電気めっきが好適である。ソーワイヤ素線にめっきされためっき金属の層厚は、ソーワイヤ素線の線径、ダイヤモンド粒子の粒径、めっき金属の種類等に依存するが、例えば、10〜20μｍ程度である。
【００１８】
誘導加熱手段（１０）は、めっき金属を半溶融状態に加熱するのに使用され、誘導加熱手段の周波数、出力、加熱時間は、この目的を達成するために当業者が適宜設定することができる。本発明における「半溶融状態」とは、めっき金属が融点の近傍まで加熱され又は融点を越えて加熱され、めっき金属にダイヤモンド粉末が付着する程度に軟らかくなるが、液滴等となって流れ落ちたり、垂れ落ちたりすることがない程度の十分な接着力を素線に対して有している状態をいう。例えば、錫、亜鉛の場合、融点から３℃程度高い温度まで加熱することにより、好適な「半溶融状態」を維持することができる。誘導加熱は、大気雰囲気でおこなってもよいが、窒素などの不活性雰囲気でおこなうことも可能である。
【００１９】
なお、本発明のソーワイヤは、複数のめっき層が形成されているものも含む。この場合、本発明でいう「めっき金属」とは、ソーワイヤ素線の表面を覆い、ダイヤモンド粉末を固着する機能を有するめっき金属を意味する。
【００２０】
ダイヤモンド粉末浮遊槽（２０）は、周面が円筒状の槽本体（２２）と、槽本体の内部の中央部周面に配置されたエアー吹き込み装置（２４）とを備えている。槽本体は、下部が周面から中心にかけて断面略円弧状の底面を形成しており、この底面により槽本体内に浮遊するダイヤモンド粉末Dを槽内周面から中心部方向にガイドするようになっている。底面の中心部下部には、ソーワイヤ素線を槽内に導入する導入口（２２ａ）が形成されている。また、槽本体の上部にはソーワイヤ素線を槽外に導出する導出口（２２ｂ）が形成されている。
【００２１】
エアー吹き込み装置（２４）は、環状の配管（２４ａ）と、環状の配管（２４ａ）にエアーを吹き込むためのエアー吹込菅（２４ｂ）と、ポンプＰを備えている。環状の配管（２４ａ）は、その周面に下向きに複数のエアー噴出孔（２４ｃ）を列設している。エアー噴出孔（２４ｃ）からエアーを下向きに噴出することにより、槽本体（２２）内に浮遊するダイヤモンド粉末が、円弧状の底部からソーワイヤ素線が搬送されている中心部に導かれる。
【００２２】
冷却手段（３０）は、導出口（２２ｂ）に隣接して、その上方に配置され、ダイヤモンド粉末が付着したソーワイヤ素線が通過するガイド筒（３０ａ）と、ガイド筒にエアーを送るエアー吹込菅（３０ｂ）と、ポンプＰを備えている。
【００２３】
しかして、ソーワイヤ素線Wのめっき金属は、誘導加熱手段（１０）により、半溶融状態に加熱される。この状態でソーワイヤ素線Wを槽本体（２２）に導入すると、半溶融状態のめっき金属に、槽内を循環移動しながら浮遊しているダイヤモンド粉末Dが均一に付着する。この状態でソーワイヤ素線Wを槽本体（２２）から導出すると、ダイヤモンド粉末Dを付着しためっき金属がエアーで冷却されて、半溶融状態から固体状態に戻り、その結果、ダイヤモンド粉末をめっき金属で固着する。このことにより、ダイヤモンド粉末Dが均一に付着したソーワイヤが製造される。
【００２４】
ダイヤモンド粉末浮遊槽（２０）内の雰囲気は、大気雰囲気でもよいが、窒素などの不活性雰囲気も可能である。この槽内の温度は、室温でもよいが、めっき金属の半溶融状態を維持するために、例えば、100〜150℃程度の加熱雰囲気とすることも可能である。
【００２５】
ソーワイヤの送り速度は、ダイヤモンド粉末が素線に所望の密度で付着させることと、めっき金属の半溶融状態を維持することとを考慮して、例えば1.0〜2.0ｍ/Ｓ程度とする。
【００２６】
ダイヤモンド粉末の密度は、ダイヤモンド粉末が素線に所望の密度で付着させることと、めっき金属の半溶融状態を維持することとを考慮して、例えば、10６〜10７個／槽１ｍ３程度である。
【００２７】
ダイヤモンド粉末の密度を維持するために、連続的にダイヤモンド粉末を槽内に導入しても、バッチ式に槽内に導入してもよい。
【００２８】
ダイヤモンド粉末の粒度は、ソーワイヤに適用されるダイヤモンド粉末の一般的な粒度で、例えば10μm〜40μm程度である。
【００２９】
ダイヤモンド粉末の槽内で浮遊させるために、エアーの吹込速度は、槽の容量、ダイヤモンド粉末の密度、粒度などに依存するが、例えば、0.1〜0.2m／ｓ程度である。
【００３０】
冷却手段（３０）は、エアーを吹き付けているが、窒素などの不活性ガスも可能である。或いは、窒素等の不活性雰囲気中で窒素などの不活性ガスを吹き付けることも可能である。
【００３１】
図2に係るダイヤモンドソーワイヤの製造装置は、図１の装置の変形例である。槽本体の底部は平坦であり、エアー吹き込み装置（２４）にかえで、ダイヤモンド粉末吹き込み装置（４０）を取り付けている。このダイヤモンド粉末吹き込み装置（４０）は、槽の中央部内周面に環状の噴出し配管（４２）を配設し、この配管に一定間隔で複数の噴出ノズル（４４）の中心部方向に向けて（横向きに）形成している。この装置（４０）は、ダイヤモンド粉末貯蔵槽（４６）とこの貯蔵槽（４６）と配管（４２）とに連結されているダイヤモンド粉末搬送配管（４８）と、槽底部と貯蔵槽（４６）とに連結されているダイヤモンド粉末回収管（５０）とを備え、搬送配管（４８）と回収管（５０）とにはそれぞれポンプＰが装着されている。ダイヤモンド粉末貯蔵槽（４６）はダイヤモンド粉末を例えば浮遊状態で貯蔵している。
【００３２】
なお、図１と同様の構造については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００３３】
しかして、ソーワイヤ素線Wのめっき金属は、誘導加熱手段（１０）により、半溶融状態に加熱される。一方、槽本体（２２）には、ダイヤモンド粉末貯蔵槽（４６）からのダイヤモンド粉末Dが、搬送配管（４８）を通って、槽の中心部方向、すなわち、ソーワイヤ素線Wが搬送されている箇所に、吹き付けられている。この状態でソーワイヤ素線Wを槽本体（２２）に導入すると、半溶融状態のめっき金属に、槽内に吹き付けられたダイヤモンド粉末Dが均一に付着する。この状態でソーワイヤ素線を連続的に槽本体（２２）から導出すると、ダイヤモンド粉末を付着しためっき金属がエアーで冷却されて、半溶融状態から固体に戻り、その結果、ダイヤモンド粉末をめっき金属で固着する。このことにより、ダイヤモンド粉末Dが均一に固着したソーワイヤが製造される。
【００３４】
槽内に吹き付けられ、めっき金属に付着しなかったダイヤモンド粉末は、回収管（５０）を通って、貯蔵槽（４６）に回収される。
【００３５】
図１、図２はいずれも縦型の装置あったが、本発明の装置は横型でも実施可能である。図3に係るダイヤモンドソーワイヤの製造装置は、横型の槽本体の中央部をソーワイヤ素線が通過するが、その下部にダイヤモンド粉末が通過可能な多数の微小孔を有するフィルター（６０）を配置し、槽下部にエアー吹き込み管（７０）とポンプＰを配置している。なお、図１と同様の構造については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００３６】
しかして、ソーワイヤ素線のめっき金属は、誘導加熱手段（１０）により、半溶融状態に加熱される。一方、槽本体（２２）には、ダイヤモンド粉末が、エアー吹き込み管（７０）からのエアーにより、吹き上げられ、フィルター（６０）を通過したダイヤモンド粉末が、ソーワイヤ素線方向に吹き付けられている。この状態でソーワイヤ素線を槽本体（２２）に導入すると、半溶融状態のめっき金属に、ダイヤモンド粉末が付着する。この状態でソーワイヤ素線を槽本体（２２）から導出すると、ダイヤモンド粉末を付着しためっき金属がエアーで冷却されて、半溶融状態から固体に戻り、その結果、ダイヤモンド粉末をめっき金属で固着する。このことにより、ソーワイヤが製造される。
【００３７】
なお、本発明は、ダイヤモンド粉末を固着したソーワイヤの製造方法に関する発明であるが、この発明の技術は、ダイヤモンドに限らず他の砥粒を固着したソーワイヤの製造方法に対しても有効に適用できるものである。
【実施例】
【００３８】
図１に示す装置のミニチュアープラントを作成し、ダイヤモンドソーワイヤ試作実験を行い次の結果を得た。その結果を表１に示す。
【表１】
2012045637.tif 000003
【００３９】
ソーワイヤの線速度：6０ｍ/分
同線径：0.140ｍｍ
空気圧：２ｋｇ
ダイヤモンド粉末径：２０μｍ
このようにして得られたダイヤモンドソーワイヤのうち、０．１４０ｍmφ、ダイヤ付着２０ケ/径長を用いて、２０ｍ／分で塩ビパイプ５０ｍｎ径、厚さ３mmを１０回切断するテストを実施してダイヤの摩擦を調べたが、変化はなかった。
【符号の説明】
【００４０】
１０…誘導加熱手段、２０…ダイヤモンド粉末浮遊槽、２２…槽本体、２２ａ…導入口、２２ｂ…導出口、２４…エアー吹き込み装置、２４ａ…環状の配管、２４ｂ…エアー吹込菅、２４ｃ…エアー噴出孔、３０…冷却手段、３０ａ…ガイド筒、３０ｂ…エアー吹込菅、４０…ダイヤモンド粉末吹き込み装置、４２…環状の噴出し配管、４４…噴出ノズル、４６…ダイヤモンド粉末貯蔵槽、４８…搬送配管、５０…ダイヤモンド粉末回収管、６０…フィルター、７０…エアー吹き込み管
Ｗ…ソーワイヤ素線、Ｄ…ダイヤモンド粉末
【図１】
2012045637.tif 000004
【図２】
2012045637.tif 000005
【図３】
2012045637.tif 000006