JP2017047499A

JP2017047499A - ワイヤー工具

Info

Publication number: JP2017047499A
Application number: JP2015172175A
Authority: JP
Inventors: 堀田　裕; Yutaka Hotta; 裕堀田; 櫻井　暁; Akira Sakurai; 暁櫻井
Original assignee: Noritake Co Ltd
Current assignee: Noritake Co Ltd
Priority date: 2015-09-01
Filing date: 2015-09-01
Publication date: 2017-03-09

Abstract

【課題】砥粒保持力が高く、優れた切断性能を発揮するワイヤー工具を提供する。【解決手段】ワイヤー工具１００は、金属製の芯線１０と、芯線１０の外周にレジンボンド２０で固着された砥粒３０と、を備え、レジンボンド２０は平均粒子径の異なる２種類のフィラー１１，１２を含有している。フィラー１１，１２はそれぞれシリカ、ＧＣであり、レジンボンド２０は熱硬化性樹脂の一つであるフェノール樹脂で形成されている。フィラー１１，１２の粒子径の分布範囲は１０ｎｍ以上〜４μｍ以下である。フィラー１１の平均粒子径は２０ｎｍであり、フィラー１２の平均粒子径は１．２μｍであり、フィラー１１の平均粒子径とフィラー１２の平均粒子径の大小比率は６０である。フィラー１１，１２のアスペクト比の平均値はそれぞれ１．１，１．３である。レジンボンド２０中のフィラー１１，１２の含有量（添加量）は１５ｖｏｌ％である。【選択図】図２

Description

本発明は、太陽電池用シリコン、半導体シリコン、磁性体、ＳｉＣなどの塊状体（インゴット）あるいはその他の硬脆材料をスライス加工する際に使用されるワイヤー工具に関する。

図５に示すように、芯線１０の外周に熱硬化性樹脂（レジンボンド２０）を用いて砥粒３０を固着して形成された従来のワイヤー工具５００は、そのボンド物性に基づき砥粒保持力に優れているので、従来から多用されてきた。しかしながら、近年においては、ワイヤー工具の細線化の要求が高まり、これを満たすため、粒径の小さな砥粒を使用したワイヤー工具においても高い切断性能が要求されている。

このような状況に対応するため、砥粒保持力を高める工夫が施された様々な種類のワイヤー工具が提案されているが、本発明に関連するものとして、例えば、特許文献１に記載された「超砥粒ワイヤソー」などがある。

特許文献１に記載された「超砥粒ワイヤソー」は、高強度芯線の表面に細粒の超砥粒を分散含有した多層のレジンボンド層を固着するとともに、レジンボンド層中にフィラーを含有させたものである。

特開２０００−２６３４５２号公報

従来のレジンボンド方式のワイヤー工具あるいは特許文献１に記載された「超砥粒ワイヤソー」などにおいては、砥粒保持力を高めるために、ボンドを改良したり、フィラーを添加したりするなどの試みがなされているが、近年においても、当業者が要求する性能を十分に満たすことができるような砥粒保持力を備えたワイヤー工具は存在しないのが実状である。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、砥粒保持力が高く、優れた切断性能を発揮するワイヤー工具を提供することにある。

本発明のワイヤー工具は、金属製の芯線と、前記芯線の外周にレジンボンドで固着された砥粒と、を備え、前記レジンボンドが平均粒子径の異なる複数種類のフィラーを含有することを特徴とする。

平均粒子径の異なる複数種類のフィラーをレジンボンド中に含有させることにより、平均粒子径が揃った従来のワイヤー工具に比べ、多量のフィラーをレジンボンド中に含有させることが可能となる。従って、多量のフィラーをレジンボンド中に含有させることにより、ボンド層の熱伝導性が上がり、切断作業中の耐熱性が向上するので、砥粒保持力が高まる。また、同時に、平均粒子径が異なるフィラーのコンビネーションにより、レジンボンド中のフィラー充填率を高めることができるので、ボンド層の強度がアップし、耐熱性向上による砥粒保持力アップと相まって、優れた切断性能を発揮する。

ここで、前記フィラーの粒子径の分布範囲が１０ｎｍ以上〜４μｍ以下であることが望ましい。

また、粒子径が小さい方の前記フィラーの平均粒子径と、これより粒子径が大きい方の前記フィラーの平均粒子径と、の比率が２以上〜６０以下であることが望ましい。

さらに、前記フィラーのアスペクト比（縦横比）の平均値が１．０〜１．６であることが望ましい。

一方、前記レジンボンド中の前記フィラーの含有量（添加量）が１０ｖｏｌ％〜３０ｖｏｌ％であることが望ましい。

また、前記フィラーは、ダイヤモンド、ＧＣ、ＷＡ若しくはシリカのうちのいずれか１種類以上とすることができる。

さらに、前記レジンボンドは熱硬化性樹脂（例えば、フェノール樹脂、エポキシ樹脂あるいはウレタン樹脂など）で形成することができる。

本発明により、砥粒保持力が高く、優れた切断性能を発揮するワイヤー工具を提供することができる。

本発明の第１実施形態であるワイヤー工具の一部を示す断面図である。図１中の矢線Ａで示す部分の拡大図である。本発明の第２実施形態であるワイヤー工具の一部を示す断面図である。本発明の第３実施形態であるワイヤー工具の一部を示す断面図である。従来のワイヤー工具の一部を示す断面図である。

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に示すように、本発明の第１実施形態であるワイヤー工具１００は、金属製の芯線１０と、芯線１０の外周にレジンボンド２０で固着された砥粒３０と、を備え、レジンボンド２０は平均粒子径の異なる２種類のフィラー１１，１２を含有している。

フィラー１１，１２の粒子径の分布範囲は１０ｎｍ以上〜４μｍ以下である。粒子径が小さい方のフィラー１１の平均粒子径は２０ｎｍであり、これより粒子径が大きいフィラー１２の平均粒子径は１．２μｍであり、フィラー１１の平均粒子径とフィラー１２の平均粒子径の大小比率は６０であるが、これに限定するものではない。

フィラー１１のアスペクト比の平均値は１．１であり、フィラー１２のアスペクト比の平均値は１．３である。レジンボンド２０中のフィラー１１，１２の含有量（添加量）は１５ｖｏｌ％である。

本実施形態において、フィラー１１はシリカであり、フィラー１２はＧＣであるが、ダイヤモンド、ＷＡなどを使用することもできる。レジンボンド２０は熱硬化性樹脂の一つであるフェノール樹脂で形成されている。

ワイヤー工具１００においては、平均粒子径の異なる２種類のフィラー１１，１２をレジンボンド２０中に含有させることにより、レジンボンド中に平均粒子径が揃った１種類のフィラーを含有する従来のワイヤー工具に比べ、多量のフィラー１１，１２をレジンボンド２０中に含有させることが可能となるので、砥粒保持力が高まり、優れた切断性能を発揮する。また、砥粒保持力が高まることで、切断作業中の耐熱性も向上する。

次に、図３，図４に基づいて、本発明の第２，３実施形態であるワイヤー工具２００，３００について説明する。なお、ワイヤー工具２００，３００を構成する部分のうち、ワイヤー工具１００と共通する部分については、図１，図２中の符号と同符号を付して、説明を省略する。

図３に示すワイヤー工具２００は、金属製の芯線１０と、芯線１０の外周にレジンボンド２０で固着された砥粒３０と、を備え、レジンボンド２０は平均粒子径の異なる２種類のフィラー２１，２２を含有している。

フィラー２１，２２の粒子径の分布範囲は１０ｎｍ以上〜４μｍ以下である。粒子径が小さい方のフィラー２１の平均粒子径は０．６μｍであり、これより粒子径が大きいフィラー２２の平均粒子径は１．２μｍであり、フィラー２１の平均粒子径とフィラー２２の平均粒子径との大小比率は２である。

フィラー２１，２２のアスペクト比の平均値は１．３である。レジンボンド２０中のフィラー２１，２２の含有量（添加量）は１５ｖｏｌ％である。

本実施形態において、フィラー２１，２２はＧＣであるが、ダイヤモンド、ＷＡ若しくはシリカなどを使用することもできる。レジンボンド２０は熱硬化性樹脂の一つであるフェノール樹脂で形成されている。

ワイヤー工具２００においては、平均粒子径の異なる２種類のフィラー２１，２２をレジンボンド２０中に含有させることにより、従来のワイヤー工具に比べ、多量のフィラー２１，２２をレジンボンド２０中に含有させることが可能となるので、砥粒保持力が高まり、優れた切断性能を発揮する。また、砥粒保持力が高まることで、切断作業中の耐熱性も向上する。

図４に示すワイヤー工具３００は、金属製の芯線１０と、芯線１０の外周にレジンボンド２０で固着された砥粒３０と、を備え、レジンボンド２０は平均粒子径の異なる２種類のフィラー３１，３２を含有している。

フィラー３１，３２の粒子径の分布範囲は１０ｎｍ以上〜４μｍ以下である。粒子径が小さい方のフィラー３１の平均粒子径は０．３μｍであり、これより粒子径が大きいフィラー３２の平均粒子径は１．２μｍであり、フィラー３１の平均粒子径とフィラー３２の平均粒子径の大小比率は４である。

フィラー３１，３２のアスペクト比の平均値は１．３である。レジンボンド２０中のフィラー３１，３２の含有量（添加量）は１５ｖｏｌ％である。

本実施形態において、フィラー３１，３２はＧＣであるが、ダイヤモンド、ＷＡ若しくはシリカなどを使用することもできる。レジンボンド２０は熱硬化性樹脂の一つであるフェノール樹脂で形成されている。

ワイヤー工具３００においては、平均粒子径の異なる２種類のフィラー３１，３２をレジンボンド２０中に含有させることにより、従来のワイヤー工具に比べ、多量のフィラー３１，３２をレジンボンド２０中に含有させることが可能となるので、砥粒保持力が高まり、優れた切断性能を発揮する。また、砥粒保持力が高まることで、切断作業中の耐熱性も向上する。

次に、本発明に係るワイヤー工具の実施例について説明する。本実施例のワイヤー工具は、溶剤で溶かしたノボラック型フェノール樹脂、レゾール型フェノール樹脂、フィラーＡ、フィラーＡと粒子径の異なるフィラーＢ及び砥粒を混合して形成した原材料であるスラリーを、芯線であるピアノ線の外周に付着、乾燥及び熱硬化させて作製した。フィラーＡはＧＣ＃８０００（平均粒子径：１．２μｍ）であり、フィラーＢはＧＣ＃１００００、ＧＣ＃３００００、アエロジル（ナノシリカ）を用いた。前記工程で作製したワイヤー工具を単線試験機にセットし、単結晶シリコンブロックを切断加工し、その切れ味を加工能率（ｍｍ／ｍｉｎ：単位時間当たりの切り込み深さ）によって評価した。表１はスラリー調合などを示している。

（※１）粒径測定方法は、ＧＣ＃８０００，ＧＣ＃１００００及びＧＣ＃３００００についてはレーザー回折散乱法を用い、アエロジルについては電子顕微鏡による観察にて測定した。
（※２）フィラーＡ（ＧＣ＃８０００）に対する平均粒子径比である。

本実施例で使用したフィラーＡ、フィラーＢのアスペクト比（電子顕微鏡観察による長径／短径比の平均値）は、ＧＣ＃８０００においては１．３であり、ＧＣ＃１００００においては１．３であり、ＧＣ＃３００００においては１．３であり、アエロジルにおいては１．１である。また、本実施例では、針状・フレーク状などの異形でない粉体フィラーを用いることにより、アスペクト比を１．０〜１．６の範囲内に制限している。

本実施例に係るワイヤー工具の作製方法は以下の通りである。ノボラック型フェノール樹脂を溶剤で溶解した後、レゾール型フェノール樹脂、フィラーＡ、フィラーＢ及び砥粒を加えて撹拌し、スラリーを形成した。スラリー中にピアノ線を含浸し、余分なスラリーをダイスを通して摺り切り、遠赤外線ヒーターで乾燥した後、ボビンに巻き取り、さらにオーブンでフェノール樹脂を熱硬化させ目的のワイヤー工具を製作した。このワイヤー工具の仕様については、以下の通りである。

ワイヤー工具の仕様
ワイヤー工具の外径：φ１２０μｍ
芯線の外径（ピアノ線径）：φ１００μｍ
砥粒径：Ｍ１０／２０

前記工程で作製したワイヤー工具を単線試験機にセットし、単結晶シリコンブロックに一定時間切り込みを入れ、その深さからワイヤーの切断性能を評価した。試験条件と評価方法は以下の通りである。

試験条件
単線試験機：ダイヤモンドワイヤーソーＤＷＳ３２４２（メイワフォース製）
加工テンション：１０Ｎ
線速：１７４ｍｍ／ｍｉｎ
ワイヤー使用量：１０ｍ
被削材：単結晶シリコン２９ｍｍ×１２ｍｍ×２３ｍｍ

評価方法
２．５分間の切り込みを５回実施
５回目の切り込み深さを加工能率ｍｍ/ｍｉｎで表記し、その大小で加工性能を比較
加工前後におけるワイヤー工具の線径を測定し、加工前後の線径変化を評価

表２などに示す試験結果より、以下のことが判明した。
（ａ）サンプルＮｏ（１）と、サンプルＮｏ（２），（３），（４）の試験結果より、平均粒子径の異なるフィラーを用いることにより、加工能率が上がることが確認された。
（ｂ）サンプルＮｏ（１），（２），（３），（４）の試験結果より、フィラーの平均粒子径比が２以上になると、加工能率が上がることが確認された。

なお、前述したワイヤー工具１００，２００，３００などは、本発明のワイヤー工具を例示するものであり、本発明のワイヤー工具は前述したワイヤー工具１００，２００，３００などに限定されない。

本発明のワイヤー工具は、太陽電池用シリコン、半導体シリコン、磁性体、ＳｉＣなどの塊状体（インゴット）あるいはその他の硬脆材料をスライス加工する際の工具として電子電気機器や機械機器などの各種産業分野において広く利用することができる。

１０芯線
１１，１２，２１，２２，３１，３２フィラー
２０レジンボンド
３０砥粒
１００，２００，３００ワイヤー工具

Claims

金属製の芯線と、前記芯線の外周にレジンボンドで固着された砥粒と、を備え、前記レジンボンドが平均粒子径の異なる複数種類のフィラーを含有するワイヤー工具。
前記フィラーの粒子径の分布範囲が１０ｎｍ以上〜４μｍ以下である請求項１に記載のワイヤー工具。
粒子径が小さい方の前記フィラーの平均粒子径と、これより粒子径が大きい方の前記フィラーの平均粒子径と、の比率が２以上〜６０以下である請求項１または２に記載のワイヤー工具。
前記フィラーのアスペクト比の平均値が１．０〜１．６である請求項１〜３のいずれか１項に記載のワイヤー工具。
前記レジンボンド中の前記フィラーの含有量（添加量）が１０ｖｏｌ％〜３０ｖｏｌ％である請求項１〜４のいずれか１項に記載のワイヤー工具。
前記フィラーが、ダイヤモンド、ＧＣ、ＷＡ若しくはシリカのうちのいずれか１種類以上である請求項１〜５のいずれか１項に記載のワイヤー工具。
前記レジンボンドが熱硬化性樹脂で形成された請求項１〜６のいずれか１項に記載のワイヤー工具。