(57)【要約】【課題】硬質材料を切断加工する為の工具である固定砥粒式ソーワイヤであって、切断加工時のおける砥粒固着層への亀裂を生じさせず、安定した砥粒の固着を持続させる構造を有する固定砥粒式ソーワイヤを提供すること。【解決手段】本発明の固定砥粒式ソーワイヤは、硬鋼線の表層に砥粒を固着させる固着層を有する固定砥粒式ソーワイヤであって、固着層中に繊維を混在することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
硬鋼線の表層に砥粒を固着させる固着層を有する固定砥粒式ソーワイヤであって、該固着層中に繊維が混在されたことを特徴とする固定砥粒式ソーワイヤ。
【請求項２】
前記繊維がガラス繊維または炭素繊維または金属繊維であることを特徴とする請求項１記載の固定砥粒式ソーワイヤ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は硬質材料を切断加工する為の工具であるソーワイヤであって、砥粒をワイヤ表面上に固着させた固定砥粒式ソーワイヤに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池等に用いられるシリコンインゴットを切断加工する機械として、ソーマシンが知られている。図４はソーマシンの概略図である。ソーワイヤはソーマシンに以下のように準備される。供給リール１０２に巻かれたワイヤがソーマシンに供給される。ソーワイヤ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１０４に導かれる。ソーワイヤは一般に２本乃至４本から構成されるメインローラ１０４の回りを幾重にも巻き掛けられる。メインローラ１０４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、ソーワイヤは複数のガイドローラに誘導され排出リール１０６に巻き取られる。
【０００３】
ワイヤがセットされた後にワイヤを走らせる。この状態において、メインローラ間に張り巡らされたワイヤ群に加工を施すインゴット１０８を押し当てる。するとワイヤ群によりインゴット１０８は切断され、ワイヤピッチに応じた厚みを有するウエハを得る。
【０００４】
ソーワイヤは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。
【０００５】
固定砥粒式の多くは丸い断面を有するワイヤ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（以下、単にワイヤと称す）が記されている。砥粒が予めワイヤに固着されている為、ワイヤが走行することで砥粒がインゴットを効果的にスクラッチし続けることにより、インゴットは切断加工されていく。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。
【０００６】
一般的に砥粒を固着させる媒体としては２種類に大別できる。１つは樹脂系のものと、もう１方は金属系のものである。昨今は砥粒の固着力の高さから金属系のものが望まれている。更に、金属系の中でも価格や取扱性から、特許文献１にあるようにＮｉが広く利用されている。
【０００７】
固定砥粒式ソーワイヤにおいて砥粒の脱落は致命的である。図４のようにワイヤはメインローラに幾重にも巻き掛けられている。同時にワイヤは何度もインゴットと接触する。この時、砥粒の脱落が早期に起これば、脱落以後のワイヤの切断加工能力は極端に低下する。従ってワイヤに砥粒が強固に固着されていることは非常に重要である。以上の理由により強固な砥粒の固着を実現するべくＮｉが好んで用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平９−１５０３１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前述した通り、ソーマシンでの使用において、ワイヤは供給リールからメインローラへ誘導され、更にメインローラ間を幾重にも巻き掛けられる。この時、ワイヤに「捻れ」が生じる。すなわちワイヤ、及び砥粒固着層に「捻れ」方向の応力が加わる。外層に位置する砥粒固着層が最も影響を受け易く、応力が過度に加わると、図２に示す通り例えばＮｉからなる砥粒固着層６に亀裂１２が入る。更に過度に捻れが加わったり、またはこの状態でインゴットの切断を行ったりした場合、亀裂が進行して芯材表面にまで達する。更にこの亀裂が複数箇所に発生した場合、砥粒固着層の剥離が発生しやすくなる。より最悪な場合には、砥粒１０と一緒に剥離、つまり砥粒の脱落が生じてしまう。従って、ワイヤの切断加工能力の低下を引き起こす。
【００１０】
そこで前記の通り、ソーマシンの使用において砥粒固着層への亀裂を生じさせず、安定した砥粒の固着を持続させる構造を有する固定砥粒式ソーワイヤの提供を行うことが従来からの課題であった。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題を解決する本発明のソーワイヤは、硬鋼線の表層に砥粒を固着させる固着層を有する固定砥粒式ソーワイヤであって、固着層中に繊維が混在された固定砥粒式ソーワイヤである。
【００１２】
前記繊維として具体的にはガラス繊維または炭素繊維または金属繊維である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のソーワイヤにおいては使用における砥粒の脱落を防止することができる。すなわち、特にマルチソーマシンにおける使用においてワイヤに捻れが生じたり、更に被加工物との接触が繰り返し発生したりしても砥粒の脱落を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の代表的なワイヤの断面図
【図２】従来のワイヤの使用時における概略図
【図３】本発明の使用時における効果を示す概略図
【図４】ソーマシンの概略図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明のワイヤにおける繊維の効果を図３により説明する。ソーマシンにおいてワイヤの使用中に、砥粒固着層に亀裂が入ったとする。従来のワイヤであれば図２を用いて前述した通り、亀裂に沿ってワイヤの深さ方向に割れが発生し、複数箇所の割れにより砥粒固着層が剥離してしまう。しかし仮に砥粒固着層に亀裂が入ったとしても、砥粒固着層中に繊維を混在させておくことで、亀裂を進行させないよう保持することができる。
【００１６】
また、繊維としては強靭なものでなければならない。例えば炭素繊維やガラス繊維、金属繊維等がある。尚、これらの繊維に限られるものではなく、補強されうる繊維を適宜選択するのが良い。
【００１７】
繊維径は、１５μｍ以下が好適である。１５μｍ以上であると固着層の厚さが増し、固定砥粒ソーワイヤの線径が太くなり、切断時の切断物のロスが必要以上に大きくなる。
【００１８】
金属繊維としては砥粒固着層と同じ成分であっても効果がある。例えば金属線を伸線加工されたものを繊維化して使用した場合、伸線加工によって強靭な組織へと変化している。こうした組織を混在させることで捻れに強い砥粒固着層を形成することができる。
【００１９】
本発明を製造する方法としては、例えば砥粒固着層として金属メッキの場合であれば、メッキ溶液中に繊維を浮遊させておけば良い。電極であるワイヤに金属が析出する際に繊維を取り込むことができる。
【００２０】
また、繊維の付着量としては、砥粒固着層と繊維量の総量における体積比率として、５〜３０％程度であれば良い。例えばＮｉメッキの体積と付着した繊維の体積とをあわせた体積量を１００とすれば、繊維の付着量が５〜３０程度であればよい。５％より少ない場合には繊維の効果が十分に発揮できない。逆に３０％より多い場合は砥粒固着層を構成する材質、例えばＮｉメッキ量が少なくなり、逆に脆く各所で割れが発生し易くなる。
【００２１】
取り込む量の制御方法としては例えば金属メッキで砥粒固着層を形成する場合、メッキを行う際の電流密度を変化させることで調整することができる。電流密度を低く設定すれば砥粒固着層の成長をゆっくりと行うことができる。そうすると繊維がメッキされるワイヤ表面に接触する確率が高くなり、結果取り込まれる量が増えることになる。逆に電流密度を高く設定すれば砥粒固着層の成長が早まる。つまり、砥粒固着層が完全に形成されるまでに、繊維とワイヤとが接触する機会を減少させることで取り込まれる量を減らすことができる。
【００２２】
また、最後に繊維を含まない電解メッキを行って砥粒固着層を覆うのが良い。前記方法で形成した砥粒固着層の表面からは取り込んだ繊維ウエブの一部が露出している。この状態の繊維は砥粒固着層の割れの防止に寄与しないだけでなく、砥粒固着層の亀裂や割れを誘発することとなる。従って露出した繊維を覆うことができるだけの厚みで、繊維を取り込んだ時と同種または異種の金属で行う第２の電解メッキ工程を経ると良い。
【００２３】
尚、前記の繊維を取り込みつつ砥粒固着層を形成したり、最終工程として露出した繊維を覆ったりする方法としては、その目的を達成する方法であれば良く、メッキに限定されるものではない。
【実施例１】
【００２４】
前記、製造方法により製作した固定砥粒式ソーワイヤを従来のワイヤと比較試験を行った。芯材としてワイヤ径０．１５ｍｍを使用し、繊維としてはフィラメント径１０μｍ、平均繊維長３ｍｍのガラス繊維を使用した。電解メッキ槽のメッキ浴に０．４ｇ／リットルの前記ガラス繊維を浮遊させ、繊維と砥粒を固着する電解メッキを行った。その後露出した繊維を覆う第２の電解メッキにて表面が覆われるだけのメッキを施して砥粒固着層を形成した。
【００２５】
尚、従来比較としては同径のワイヤ芯材を用い、メッキ厚み、つまり砥粒固着層が前記で製作したワイヤと同程度になるように製作を行った。
【００２６】
製作した本発明の固定砥粒式ソーワイヤと、従来の製法で製作した固定砥粒式ソーワイヤとを用いて実際の切断実験を行った。切断機としては株式会社タカトリ社製マルチソーマシン（型式ＭＷＳ−４４ＮＳ）を用いた。切断加工物として幅５０ｍｍ×厚２０ｍｍのＳｉＣインゴットを用意した。ＳｉＣインゴットを押し付ける圧力を一定として切断し、使用後のワイヤの状態を確認した。
【００２７】
ワイヤ状態の確認方法としては、予めワイヤ表面に固着された砥粒の個数をカウントしておく。ワイヤ長さ１ｍにおける砥粒の個数をカウントし、他の場所でも同様のカウントをし、５箇所で確認を行った。この平均をソーワイヤの「砥粒固着量」とする。その後、インゴットの切断を行い、使用後で、且つ排出リールに巻き取られたワイヤを解いて同様のカウントを行い、「砥粒固着量」の変化を確認した。尚、従来のソーワイヤの使用前における砥粒固着量を１とした相対評価を行った。
また、切断速度は切断に要した時間にて相対評価した。結果を表１に示す。
【００２８】
【表１】
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【００２９】
従来の固定砥粒式ソーワイヤにおいては砥粒の脱落が１３％みられた。それに対して本発明の固定砥粒式ソーワイヤは砥粒の脱落が３％と、従来のソーワイヤと比べて大幅に改善されている。またそれに伴い、切断速度も良好な結果となった。実際に切断に要した時間として約６％の短縮が図れた。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明を応用すれば、例えば鋼板における表層被膜等の強化にも応用できる。
【符号の説明】
【００３１】
２・・・・・固定砥粒式ソーワイヤ
４・・・・・芯材
６・・・・・砥粒固着層
８・・・・・繊維
１０・・・・砥粒
１２・・・・亀裂
１０２・・・供給リール
１０４・・・メインローラ
１０６・・・排出リール
１０８・・・インゴット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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