(57)【要約】【課題】固定砥粒式ソーワイヤにおいて、電解メッキで砥粒を固着させる際、水の電気分解によって発生する水素による脆性を起こさせないことで、高い抗張力を有し、且つ捻回に強いソーワイヤを提供する。【解決手段】芯部が高抗張力を有する鉄を主成分とする金属、且つ表層部を耐水素脆性に優れた金属、好ましくはステンレス鋼で覆うことで水素脆性を防ぎ、且つ高い引張強さ及び捻回性を実現した固定砥粒式ソーワイヤを提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のローラーに幾重にも巻かれたワイヤを走行させて硬質材料を薄くスライスするワイヤソーに用いられるワイヤのうち、砥粒を固着させた固定砥粒式ソーワイヤにおいて、
ソーワイヤの芯部と表層部が異種金属からなるクラッド鋼線で、芯部は高抗張力を有する金属線で、且つ表層部はステンレス鋼からなる固定砥粒式ソーワイヤ。
【請求項２】
上記ソーワイヤの芯部がピアノ線、表層部がオーステナイト系ステンレスからなる請求項１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、太陽電池や半導体のウエハ材料であるシリコンインゴット、人工水晶、超硬合金、磁石、セラミック等の硬脆性材料を切断するワイヤソー装置に用いられるワイヤソー用ワイヤにおいて、特にワイヤ表面に砥粒を固着させた固定砥粒式ソーワイヤの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、細い金属線の表面にダイヤモンド等の微細な砥粒を固着した固定砥粒式ソーワイヤが使用され始めている。この固定砥粒式ソーワイヤにおいては、砥粒を吹き付けて切断を行う遊離砥粒式ソーワイヤに比べて遥かに切削能力が高く、注目されている。
【０００３】
ソーワイヤは数十〜数百ｋｍという長尺であり、且つ高強度であることが必要とされ、母材として一般的には硬鋼線が使用されている。またインゴット等の加工により除去される部分（加工しろ）をより小さくするべく、より細いワイヤであることが望まれている。更にワイヤはソーマシンに幾重にも巻き掛けられる為、ワイヤ自身に捻りが発生することが避けられないことから、捻回にも強くなければならず、断線が生じない高強度なワイヤであることが望まれている。
【０００４】
更に固定砥粒式ソーワイヤにおいては、例えば樹脂等の非金属材料を接合媒体として砥粒をワイヤ表面に固着させたものと、金属を接合媒体として砥粒を固着させたものとがある。前者の非金属材料を接合媒体とするソーワイヤは、砥粒を混入させた樹脂中に金属線を通過させることで、金属線表面に砥粒が混入した樹脂を付着させ、これを冷却硬化させて製造される。また後者の金属を結合剤とするソーワイヤは、メッキ液に砥粒を浮遊させて、メッキ処理時にメッキとともに砥粒を金属線表面に固着させて製造される。上記メッキによる結合の場合は、まず金属表面に下地メッキを行い、その上に砥粒を含有した金属メッキを施す２層メッキ、あるいは砥粒の固着力をより高める為に、その上からさらに金属メッキを施した３層メッキとするのが一般的である。
【０００５】
その中で例えば引用文献１においては砥粒の固定を複合電解Ｎｉメッキによるものとするとともに、複合電解Ｎｉメッキ槽における電流密度を限界電流密度以上に設定することにより、多数の水素気泡を発生させると同時にこの異常メッキにより表面凹凸を現出させ、この凹凸と水素気泡とで砥粒をトラップさせて芯線の周方向に均一かつ強固に砥粒を固定する方法等がある。
【０００６】
ところが引用文献１の如く限界電流密度以上の場合に限らず、限界電流密度以下の場合であっても電解メッキを行う際、必ず水の電気分解が同時に生じる。電解メッキにおいてはワイヤを陰極、例えばＮｉメッキにおいてはＮｉ金属板を陽極とする為、陰極であるワイヤの表面においては、メッキ溶液中の水が分解されて水素を発生する。そうすると電解メッキ中に発生する水素が陰極であるワイヤ内部に浸入してしまう。このような水素を含浸したワイヤでは応力が加わった時に原子の移動が妨げられてワイヤ強度の低下や、特に捩れに対する弱体化が生じる、所謂水素脆化が発生する。さらに限界電流密度以上に設定したメッキにおいては、その影響はより顕著となり、細径であるもの程、水素脆性による影響が大きく、結果、限界電流密度以上に設定することは極めて難しい。
【０００７】
また水素の発生を極力抑えるべく低電流密度で行うことが考えられるが、数十〜数百ｋｍという長尺ワイヤを製造する上で非常に時間が掛かる為、大量生産を実現する為には製造設備が過大にならざるを得ず、結果ワイヤ単価を高くすることが避けられない。
【０００８】
こうした課題に対して、水素脆性については引用文献２にあるようにステンレスワイヤを用いることが公知である。ステンレス表層においては安定した不動態膜を形成しており、メッキ工程で仮に水素が大量に発生する雰囲気であっても、水素脆化による強度低下は発生し得ない。
【特許文献１】特開２００５−４６９３７
【特許文献２】特開２０００−７１１６２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、ステンレスワイヤを採用した場合には水素脆性による影響は防止できるが、例えばマルテンサイト系ステンレスであれば高強度であるが冷間加工性に乏しく、細径且つソーワイヤとして要求される長尺への伸線加工が困難である。一般に熱処理を行えば加工硬化を解消することができるが、工程数が増え生産性が低下してしまう。
【００１０】
また、冷間加工性に優れるオーステナイト系ステンレスであれば、伸線加工は行えるが、強度不足となり、ソーマシンでの使用下における張力に耐えうる程度の強度が得られない為、ワイヤ径を太くせざるを得えず、今後益々望まれる細径化が行えないという課題を有する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
そこで本発明においては、生産性に優れた砥粒の固着を実現するべく、メッキ時の電流密度をより高く設定した場合であっても、水素による脆性が起こらず、且つ高強度を実現するワイヤを提供するべく、鋭意努力を重ね試行錯誤した結果、芯部と表層部が異種金属からなるクラッド鋼線で、芯部は高抗張力を有する金属で、且つ表層部はステンレス鋼から構成されるソーワイヤを提供することで課題を解決することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明であるソーワイヤは、メッキ工程における水素脆性の影響を受ない為、捻回に強く、且つ使用時の引張強度に耐えうる程度の高強度を有するという優れた効果を発揮する。また、水素脆性を杞憂した限界電流密度の制限を設ける必要がない為、短時間で必要なメッキ厚を形成することができるという生産性にも優れた効果を発揮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の芯部の「高抗張力を有する金属線」とは、ソーマシンでの使用条件に耐え得るだけの高い抗張力を有する金属のことを指している。使用条件がソーマシンや設定条件により種々変わる為、規定され得るものではないが、一般的にはワイヤ品質として３０００ＭＰａ以上を必要とされるのが通例である。よって本発明においても同等程度以上の抗張力を有し、且つ水素脆性が起こり得るものについて効果を奏する。代表的な構成としては、芯部として例えばピアノ線に代表される高炭素鋼線等があり、一方表層部としては例えばＳＵＳ３０４に代表されるオーステナイト系ステンレス鋼線等がある。
【００１４】
一例として、芯部となる高炭素鋼線材においては例えば炭素量が０．６〜１．０％、好ましくは０．７〜０．８％であるものが一般的に使用されている。ソーワイヤとして使用される必要強度が得られ、またコスト面からも適しており、本発明においても最適な材料と言えるが、例示した種の材料に限定されるものではなく、使用条件に必要な抗張力が得られる金属線であれば足りる。
【００１５】
また表層部を形成するステンレス鋼は本発明の目的からも水素脆性が起き難く、且つ数十〜数百ｋｍへと長尺化する伸線加工をしなければならない為、伸線加工性の良いものであることが必要であることからオーステナイト系ステンレス鋼を用いるのが良い。
【００１６】
表層を形成するステンレス鋼は水素脆性を防止する為に設けられており、厚みは極力薄くて良い。芯部の金属線径を一定と想定した場合、表層部のステンレス鋼の厚みが大きいと全体としての線径が大きくなってしまい、本発明の目的を達成することができない。また、ソーワイヤとしての外径を一定と想定した場合、表層部のステンレス鋼の厚みが大きいと芯部の金属線径が小さくなり高い抗張力を得ることができなくなってしまう。従って最終製品として必要な線径、及び引張強力を想定した上で表層部であるステンレス鋼の厚みを設計する必要がある。
【実施例】
【００１７】
炭素を０．８％含む高炭素鋼に表層がＳＵＳ３０４からなるビレットを圧延し、φ５ｍｍの線材を得る。これを伸線加工及び熱処理（約１０００℃）工程によりφ２ｍｍの線材を得る。これを伸線による加工硬化を取り除く熱処理を施した後に、最終伸線にてφ０．１４ｍｍに伸線する。伸線後のワイヤは芯部である高炭素鋼線部がφ０．１１、表層部であるＳＵＳ３０４の厚みがφ０．０１５である。次に下地金属メッキを行った後、ダイヤモンド砥粒を浮遊させた状態のニッケルメッキ液で、金属表面に砥粒を電解メッキにて仮固着させ、さらに固着力強化の為に電解ニッケルメッキを施す。
【００１８】
こうして得た本発明のワイヤと、同じ外径で従来製法により製造したワイヤの各々について引張試験をＪＩＳ  Ｚ２２４１に基づき、及び捻回試験をＪＩＳＧ３５２２−８．４（１９９１）に基づいて行った。本発明である実施例１乃至４のうち、実施例１及び２については低電流密度（４０Ａ／ｍｍ2）で砥粒の仮固着〜固着強化メッキを行い、実施例３及び４については限界電流密度以上（１２０Ａ／ｍｍ2）で砥粒の仮固着〜固着強化メッキを行った。更に比較の為に、従来例１乃至４を実施し、従来例１及び２は硬鋼線（φ０．１４ｍｍ）で、従来例３及び４はステンレス線（ＳＵＳ３０４／φ０．１４ｍｍ）を用い、更に従来例１及び３は実施例１及び２と同じ電流密度で、従来例２及び４は実施例３及び４と同じ電流密度でメッキを行った。各種試験を行った結果を以下の表に記す。
【００１９】
【表１】
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【００２０】
表１より引張強さについては、ステンレス線（従来例３及び４）においては低く実際の使用に支障が生じるが、本発明においてはステンレス部を有する為、硬鋼線のみ（従来例１及び２）に比べると若干低下しているが、実際の使用条件下においては何ら問題のない強度を有していると言える。また捻回値については従来例１及び２の通り、電流密度を高くすると捻回値が極端に低下することがわかる。しかし、表層部がステンレスで覆われた本発明である実施例１〜４はステンレス線と同等の捻回値であった。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の代表的な固定砥粒式ソーワイヤの断面図
【符号の説明】
【００２２】
１・・・固定砥粒ソーワイヤ
２・・・芯部
３・・・表層部（ステンレス部）
４・・・Ｎｉメッキ層
５・・・固着ダイヤモンド砥粒
【図１】
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