(57)【要約】有機結合剤（４２）でワイヤー（１０）に結合された、複数の個々にコーティングされた超研磨粒子（１４）を有する超研磨ワイヤーソーが開示および記載される。超研磨粒子（４６）は、溶融した蝋付け合金の凝固コーティング（４８）でコーティングされ得、この蝋付け合金は、超研磨粒子（４６）に化学結合している。有機結合剤（４２）は、必要に応じて、コーティングされた超研磨粒子（１４）の保持を改善するために、充填剤材料および／または有機金属カップリング剤を含有し得る。結果として０．５ｍｍ未満の直径を有し、切り口の損失が有意に減少した超研磨ワイヤーソー（２８）が生成され得る。このような超研磨ワイヤーソーを作製および使用するための種々の方法が、さらに開示および記載される。
2007500082.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超研磨ワイヤーソーであって、該ワイヤーソーは、ワイヤー、および有機結合剤で該ワイヤーに接着された、複数の個々にコーティングされた超研磨粒子を有する超研磨層を備え、該コーティングされた超研磨粒子は、超研磨粒子、および該超研磨粒子に化学結合された、溶融した蝋付け合金の凝固コーティングを備える、超研磨ワイヤーソー。
【請求項２】
前記超研磨層は、実質的に連続している、請求項１に記載の超研磨ワイヤーソー。
【請求項３】
前記超研磨層は、複数の研磨セグメントを有し、不連続である、請求項１に記載の超研磨ワイヤーソー。
【請求項４】
前記超研磨粒子は、ダイアモンドまたはｃＢＮである、請求項１に記載の超研磨ワイヤーソー。
【請求項５】
前記ワイヤーは、鋼、タングステンおよび銅からなる群より選択される部材を備える、請求項１に記載の超研磨ワイヤーソー。
【請求項６】
前記ワイヤーは、約０．１ｍｍ〜約１０ｍｍの直径を有する、請求項１に記載の超研磨ワイヤーソー。
【請求項７】
前記コーティングされた超研磨粒子は、前記ワイヤーの直径の約１／５〜約１／３の直径を有する、請求項１に記載の超研磨ワイヤーソー。
【請求項８】
前記蝋付け合金は、Ａｌ、Ｂ、Ｃｒ、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｓｉ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｖ、Ｗ、Ｚｒおよびこれらの混合物からなる群より選択される、少なくとも約１％の反応性元素を含有する、請求項１に記載の超研磨ワイヤーソー。
【請求項９】
前記有機結合剤は、エポキシ樹脂、フェノール性樹脂、ポリイミド樹脂およびこれらの混合物からなる群より選択されるメンバーを含む、請求項１に記載の超研磨ワイヤーソー。
【請求項１０】
前記有機結合剤がさらに、有機金属架橋剤を含む、請求項１に記載の超研磨ワイヤーソー。
【請求項１１】
超研磨ワイヤーソーを形成する方法であって、該方法は、以下：
ａ）蝋付け合金が超研磨粒子に化学結合され、コーティングされた超研磨粒子を形成するように、該超研磨粒子を溶融液体状態の該蝋付け合金でコーティングし、該蝋付け合金を該超研磨粒子の周りに凝固させる工程；
ｂ）ワイヤーの少なくとも一部分にわたって、コーティングされた超研磨粒子および有機結合剤の混合物を形成する工程；ならびに
ｃ）該有機結合剤を硬化させて該コーティングされた超研磨粒子を該ワイヤーに固定し、超研磨ワイヤーソーを形成する工程
を包含する、方法。
【請求項１２】
前記コーティングされた超研磨粒子が、約３μｍ〜約１０μｍの平均表面粗度を有する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記超研磨粒子をコーティングする工程、混合物を形成する工程、および前記有機結合剤を硬化させる工程が、前記ワイヤーが処理領域を通して引き出されるにつれ、連続的に行なわれる、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記ワイヤーから前記混合物の一部を除去して、不連続なセグメントを形成する工程をさらに包含する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記コーティングされた超研磨粒子が、単一層である、請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記蝋付け合金が、Ａｌ、Ｂ、Ｃｒ、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｓｉ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｖ、Ｗ、Ｚｒおよびこれらの混合物からなる群より選択される反応性元素の少なくとも約１％を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
前記コーティングする工程が、以下：
ａ）前記超研磨粒子を結合材料で覆う工程；
ｂ）該結合材料を有する該超研磨粒子に、粉末形状の蝋付け合金を接着させる工程；ならびに
ｃ）該蝋付け合金を、合金を溶融させ、コーティングし、そして、該超研磨粒子に化学結合させるのに十分な温度まで加熱する工程
をさらに包含する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
複数の超研磨粒子が同時にコーティングされ、かつ、前記加熱する工程の前に、以下：
ａ）加熱の間に、該粒子の分離を可能にする分離器内で該超研磨粒子を分配する工程；
ｂ）前記蝋付け合金を、溶融させ、コーティングし、そして、該超研磨粒子に化学結合させるのに十分な温度まで加熱する工程；ならびに
ｃ）該分離器から個々にコーティングされた超研磨粒子を取り出す工程
をさらに包含する、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記分離器は、前記反応性金属合金に対して非反応性の粉末である、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記コーティングする工程の後に、前記超研磨粒子上にＣｒ、Ｓｉ、ＴｉおよびＷからなる群より選択される材料の層を形成する工程が続く、請求項１１に記載の方法。
【請求項２１】
前記超研磨粒子表面の少なくとも約４０％が、前記溶融した蝋付け合金により湿らされる、請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（発明の分野）
本発明は、超研磨（ｓｕｐｅｒａｂｒａｓｉｖｅ）材料を組み込んだワイヤーソー、ならびにその製造および使用の方法に関する。従って、本発明は、化学、物理学、および材料化学の分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
（発明の背景）
ワークピースから材料を除去する一般的な機能を実施するために、種々の研磨ツールおよび超研磨ツールが、過去１００年間で開発されている。のこぎりで切る、穴を開ける、磨く、洗浄する、彫る、および砕くなどの作用は、種々の産業の基礎となる、材料除去プロセスのあらゆる例である。
【０００３】
多数の特定の材料除去適用は、超研磨ツールの使用を必要とする。これらの場合、従来の研磨ツールの使用は、ワークピースの性質、またはプロセスを取り囲む環境に起因して、実行不可能であり得る。従来の鋸歯を使用しようとするときに、例えば、石、タイル、セメントなどを切断するような活動は、達成することが不可能でない場合でも、しばしば禁制である。さらに、超研磨ツールを使用すると、他の材料除去活動の経済性および性能は、これらの耐久性に起因して、向上され得る。
【０００４】
超研磨粒子を含有するワイヤーソーは、従来の切断ツールに多くの利点を提供し得る。例えば、丸鋸などは、刃の半径未満の切断深さに制限されるが、ワイヤーソーは、ほとんど全ての厚みを切断し得る。さらに、超研磨ワイヤーソーの可撓性は、直線的または輪郭のある切断起動の切断を可能にする。従来のワイヤーソーは、金属ワイヤーまたは金属ケーブルの上に鋼ビーズをスライドさせることによって製造される。このビーズは、代表的に、スペーサーにより間隔を空けられており、そして、金属ワイヤーは、腐食を防止するために、プラスチックまたはゴムで保護されている。このようなビーズは、電気メッキまたは焼結のいずれかによって通常接着された、研磨粒子または超研磨粒子によって覆われている。電気メッキされたビーズは、一般に、このビーズに機械的に結合された研磨粒子の単一層を含む。この機械的結合は、研磨粒子を時期尚早に浪費させ、従って、ワイヤーソーの耐用年数を短くする。焼結されたビーズは、研磨の多層を含み得る。いくつかのワイヤーソーは、樹脂を使用して、研磨をワイヤーに結合し得る。不運なことに、樹脂で結合されたワイヤーソーは、早く摩耗する傾向にあり、この研磨は、粒子の耐用年数が実現する前に、よく浪費される。
【０００５】
上記の欠点を克服するために、多数の試みがなされている。最も顕著なのは、超研磨粒子を、基質または他の基質材料に化学結合させることを試みる、いくつかの技術が使用されている。このような技術の主な焦点は、超研磨粒子を、この超研磨粒子と金属基質（例えば、チタン、クロム、タングステンなど）との間にカーバイド結合を形成し得る反応性元素でコーティングするか、または他の方法で接触させることである。特定のプロセスの例としては、米国特許第３，６５０，７１４号；同第４，９４３，４８８号；同第５，０２４，６８０号；同第５，０３０，２７６号；および同第６，１０２，０２４号（この各々が本明細書中に参考として援用される）に開示されるものが挙げられる。しかし、このようなプロセスは、大部分の超研磨粒子の高度に不活性な性質、および大部分の反応性材料の高い融点を含む、種々の理由から、困難であり、かつ費用がかかる。さらに、超研磨粒子を金属ワイヤーに直接蝋付けすることは、ワイヤーソーの可撓性を減少させ、この蝋付けコーティングは、疲弊および時期尚早な破綻に陥りやすくなる。
【０００６】
さらに、大部分の反応性金属材料の融点は、大部分の超研磨粒子の安定な閾値温度よりも十分に高い。このため、この反応性材料が超研磨粒子に適用され得る方法は、一般に、ダイアモンドに対する損傷が生じないように十分に低い温度にて実施される、固体状態の反応または気体の反応のいずれかに制限される。このようなプロセスは、モノリシックコーティングを達成し得るのみであり、合金コーティングは生成し得ない。これらの技術を用いて得られたカーバイド結合の強度は、単なる機械的な結合を上回って、粒子の保持を改善するが、これらは依然として、超研磨粒子を時期尚早に取り除かせる。
【０００７】
カーバイド結合を形成する別の方法は、反応性元素を含有する蝋付け合金を使用することによる。この蝋付け合金は、焼結によって、超研磨粒子の周りに固められる。この型の特定のプロセスの１つの例は、米国特許第６，２３８，２８０号（本明細書中に参考として援用される）に見出される。このようなプロセスは、概して、超研磨粒子の化学結合を有さないツールよりも長いグリット保持を有するツールを生じ得るが、蝋付け合金の固体状態での焼結は、基質材料を固めるのみであり、固体状態および気体状態の蒸着技術ほど多くの化学結合を得ることはない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従って、改善された超研磨粒子の保持および磨耗特徴を示す超研磨ワイヤーソー（これらの製造方法を含む）が、継続中の研究開発の努力から、探求され続けている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（発明の要旨）
従って、本発明は、改善された超研磨粒子の保持を有する超研磨ワイヤーソー、およびこれらの作製方法を提供する。このようなツールの基本的な構成要素として、本発明はさらに、有機結合剤を用いてワイヤーソー内に組み込まれた場合に改善された保持特性を有するコーティングされた超研磨粒子を提供する。１つの局面において、コーティングされた超研磨粒子は、超研磨粒子と、この超研磨粒子に化学結合された、溶融した蝋付け合金の凝固（ｓｏｌｉｄｉｆｉｅｄ）コーティングを含み得る。
【００１０】
本発明によれば、超研磨ワイヤーソーは、ワイヤーおよび超研磨層を備える。この超研磨層は、有機結合剤を用いてワイヤーに結合された、複数の個々にコーティングされた超研磨粒子を有し得る。本発明において使用されるコーティングされた超研磨粒子は、超研磨粒子と、この超研磨粒子に化学結合された、溶融した蝋付け合金の凝固コーティングを含む。本発明の１つの詳細な局面において、超研磨層は、実質的に連続であり得るか、または、複数の研磨セグメントを有して、不連続であり得る。
【００１１】
本発明の別の局面は、超研磨ワイヤーソーを形成する方法を包含する。超研磨粒子は、溶融液体状態の蝋付け合金でコーティングされ、次いで、超研磨粒子の周りで凝固され得る。この蝋付け合金は、反応性元素を含み得、その結果、この蝋付け合金は、超研磨粒子に化学結合して、コーティングされた超研磨粒子を形成する。次いで、コーティングされた超研磨粒子と有機結合剤の混合物が、ワイヤーの少なくとも一部にわたって形成される。有機結合剤は、硬化され、コーティングされた超研磨粒子をワイヤーに固定して、超研磨ワイヤーソーを形成し得る。
【００１２】
本発明の１つの詳細な局面において、コーティングされた超研磨粒子は、約０．５μｍ〜約８μｍの、そして好ましくは約４μｍ〜約８μｍの平均表面粗度を有し得、有機結合剤中の粒子の保持の改善を補助する。
【００１３】
本発明の１つの局面において、コーディングされた超研磨粒子は、この超研磨粒子を溶融状態の蝋付け合金で覆う工程、およびこの超研磨粒子の周りに液体の蝋付け合金を凝固させる工程によって作製され得る。合金の液体状態に起因して、超研磨粒子を湿らせ、その表面にわたって広げることが可能である。結果として、そして、合金内のカーバイド形成元素の存在に起因して、金属と超研磨粒子との界面に化学結合が形成され、これが、電気メッキまたは焼結のいずれかで達成された強度よりも約５倍〜１０倍強い結合強度を提供する。従って、超研磨ツールにおいて使用する場合、超研磨グリットは、支持材料からさらに突出し得、そしてより高速の材料の除去を達成し得る。さらに、超研磨グリットが支持材料から引き離されるか、または除去される速度が有意に遅いので、ツールの寿命が延長される。
【００１４】
このように、本発明の種々の特徴がかなり広範に概説されたので、以下の本発明の詳細な説明がよりよく理解され得、そして、当該分野に対する本発明の貢献がよりよく理解され得る。本発明の他の特徴は、以下の本発明の詳細な説明から、添付の特許請求の範囲を考慮してより明確になるか、または本発明を実施することによって知られ得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
（詳細な説明）
本発明を開示および記載する前に、本発明は、本明細書中に開示される特定の構造、プロセス段階、または材料に限定されるのではなく、関連分野の当業者により認識されるように、その等価物まで及ぶものであることが理解されるべきである。本明細書において使用される用語法は、特定の実施形態を説明する目的のみのために使用され、限定することは意図されないことがまた理解されるべきである。
【００１６】
本明細書中および添付の特許請求の範囲において使用される場合、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈が明らかにそうでないと指示しない限り、複数の対象を含むことに注意しなければならない。従って、例えば、「ダイアモンド粒子（ａ  ｄｉａｍｏｎｄ  ｐａｒｔｉｃｌｅ）」に対する参照は、１つ以上のこのような粒子を含み、「研磨セグメント（ａｎ  ａｂｒａｓｉｖｅ  ｓｅｇｍｅｎｔ）」に対する参照は、１つ以上のこのような研磨セグメントに対する参照を含み、そして、「反応性材料（ａ  ｒｅａｃｔｉｖｅ  ｍａｔｅｒｉａｌ）」に対する参照は、１つ以上のこのような材料に対する参照を含む。
【００１７】
（定義）
本発明を説明および権利主張する際に、以下の用語法は、以下に示す定義に従って使用される。
【００１８】
本明細書中で使用される場合、「超硬質（ｓｕｐｅｒ  ｈａｒｄ）」および「超研磨」は交換可能に使用され得、そして、約４０００ｋｇ／ｍｍ２以上のＶｉｃｋｅｒ硬度を有するような単結晶材料もしくは多結晶材料、またはこのような材料の混合物をいう。このような材料としては、ダイアモンドおよび立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ）、ならびに当業者に公知の他の材料が挙げられ得るがこれらに限定されない。超研磨材料は、非常に不活性であり、従って、化学結合を形成しにくいが、クロムおよびチタンのような特定の反応性元素は、特定の温度において超研磨材料と化学反応を起こし得ることが知られている。
【００１９】
本明細書中で使用される場合、「金属性」とは、１つの金属、または２つ以上の金属の合金をいう。広範な種々の金属性材料が当業者に公知であり、例えば、アルミニウム、銅、クロム、鉄、鋼、ステンレス鋼、チタン、タングステン、亜鉛、ジルコニウム、モリブデンなど（これらの合金および化合物を含む）がある。
【００２０】
本明細書中で使用される場合、「粒子」および「グリット（ｇｒｉｔ）」は交換可能に使用され得、超研磨材料と組合せて使用される場合、このような材料の粒子状形態をいう。このような粒子またはグリットは、種々の形状（円形、長楕円、正方形、自形（ｅｕｈｅｄｒａｌ）などを含む）、ならびに多数の特定のメッシュサイズを取り得る。当該分野で公知であるように、「メッシュ」とは、Ｕ．Ｓ．メッシュの場合のように、単位面積当たりの穴の数をいう。
【００２１】
本明細書中で使用される場合、「反応性元素」および「反応性金属」は交換可能に使用され得、そして、超研磨粒子と化学反応を起こし得、かつ超研磨粒子と化学結合し得る金属元素をいう。反応性元素の例としては、チタン（Ｔｉ）およびクロム（Ｃｒ）のような遷移金属（ジルコニウム（Ｚｒ）およびタングステン（Ｗ）のような耐火元素（ｒｅｆｒａｃｔｏｒｙ  ｅｌｅｍｅｎｔ）を含む）、ならびに、アルミニウム（Ａｌ）のような非遷移金属および他の物質が挙げられ得るが、これらに限定されない。さらに、技術的には非金属であるケイ素（Ｓｉ）のような特定の元素が、蝋付け合金において反応性元素として含まれ得る。
【００２２】
本明細書中で使用される場合、「湿らせる工程（ｗｅｔｔｉｎｇ）」とは、超研磨粒子の表面の少なくとも一部分にわたって溶融金属を流動させるプロセスをいう。湿らせる工程は、しばしば、溶融金属の表面張力に少なくとも部分的に起因し、蝋付け合金が使用される場合、その界面において超研磨粒子と溶融金属との間の化学結合の形成をもたらし得る。従って、金属によって「湿らされた」超研磨粒子を有するツールは、その界面において超研磨粒子と金属との間の化学結合の存在を示し得る。
【００２３】
本明細書中で使用される場合、「化学結合（ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｂｏｎｄ）」および「化学結合する（ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｂｏｎｄｉｎｇ）」は、交換可能に使用され得、そして、原子間の界面において、二成分の固体化合物を生じるのに十分強力な、原子間引力を発揮する、分子の結合をいう。本発明に含まれる化学結合は、代表的には、ダイアモンド超研磨粒子の場合のカーバイド、または立方晶窒化ホウ素の場合のニトリドもしくはボライド（ｂｏｒｉｄｅ）である。
【００２４】
本明細書中で使用される場合、「蝋付け合金（ｂｒａｚｅ  ａｌｌｏｙ）」および「蝋付け合金（ｂｒａｚｉｎｇ  ａｌｌｏｙ）」は、交換可能に使用され得、そして、合金と超研磨粒子との間の化学結合を形成させるのに十分な量の反応性元素を含有する合金をいう。この合金は、その中に反応性元素の溶質を有する金属キャリア溶媒の固体もしくは液体の溶液のいずれかであり得る。さらに、用語「蝋付けする」は、超研磨粒子と蝋付け合金との間の化学結合の形成をいうために使用される得る。
【００２５】
本明細書中で使用される場合、反応性金属合金または蝋付け合金に関する「コート」、「コーティング」および「コーティングされた」は、超研磨粒子の外側表面の少なくとも一部分に沿って超研磨粒子に化学結合したこのような合金の層をいう。いくつかの局面において、この層は、全超研磨粒子を実質的に包み込むか、または囲み得るが、超研磨粒子に化学結合している。このような層は、ある例においては特定の厚みに制限されることが理解されるべきである。多数のコーティングされた粒子が一緒に合わさって、これらの粒子のコーディングからダイアモンド粒子のための支持基質が形成される可能性がある。
【００２６】
本明細書中で使用される場合、「分離器」は、このような超研磨粒子を溶融した蝋付け合金でコーティングするプロセスの間に、超研磨粒子を分離し得る材料の任意の形態をいう。１つの局面において、この分離器は、溶融した蝋付け合金と化学反応する親和性を有さない、耐熱性粉末であり得る。別の局面において、この分離器は、個々の粒子を分離するために複数の開口部を備える、シート、トレイまたは他の形態のものであり得る。
【００２７】
濃度、量および他の数値データは、本明細書において、範囲の形式で表されるか、または提示され得る。このような範囲の形式は、単に利便性および簡潔さのためだけに使用され、従って、範囲の限界として明示的に列挙される数値を含むのみならず、各数値および下位範囲が明示的に列挙されるような範囲内に包含される全ての個々の数値または下位範囲もまたを含むと柔軟に解釈されるべきであることが理解されるべきである。
【００２８】
一例として、「約１μｍ〜約５μｍ」の数値範囲は、約１μｍ〜約５μｍの明示的に列挙された値を含むのみならず、その示された範囲内の個々の値および下位範囲を含むと解釈されるべきである。従って、この数値範囲に含まれるのは、２、３、および４のような個々の値、ならびに、１〜３、２〜４、および３〜５などのような下位範囲である。この同じ原理は、１つの数値のみを列挙する範囲にも当てはまる。さらに、このような解釈は、記載される範囲または特徴の幅に関わらず当てはまるべきである。
【００２９】
（発明）
本発明は、超研磨粒子の保持が改善された超研磨ワイヤーソー、ならびにコーティングされた超研磨グリットのようなその種々の成分を包含する。さらに、本発明は、このようなツールおよび成分を製造するための種々の方法を包含する。本願の発明は、主にワイヤーソーに焦点を当てているが、本発明の基本的な蝋付けコーティング技術を利用する他のツールは、同一出願人の、同時継続中の米国特許出願（発明の名称「Ｍｏｌｔｅｎ  Ｂｒａｚｅ  Ｃｏａｔｅｄ  Ｓｕｐｅｒａｂｒａｓｉｖｅ  Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ  ａｎｄ  Ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ」、代理人事件整理番号２０３０３．ＣＩＰの下に２００３年７月２５日に出願された；本明細書中に参考として援用される）に含まれる。
【００３０】
ここで、図１を参照して、本発明は、ワイヤー１０および超研磨層１２を提供し、これらは、ワイヤーに有機結合剤１６で結合された複数の個々にコーティングされた超研磨粒子１４を有する。本発明のコーティングされた超研磨粒子１４は、超研磨粒子および溶融した蝋付け合金の凝固コーティングを含み得、この合金は、以下により詳細に記載するように、超研磨粒子に化学結合している。
【００３１】
ワイヤー１０は、収縮および引張のようなワイヤーソーの使用状態に耐え得る任意の材料から形成され得る。本発明の用途に適切なワイヤーは、代表的には、高炭素鋼、タングステン、銅などを含む鋼のような金属ワイヤーであり得る。ポリマー、カーボンナノチューブ、複合材料および任意の他のこのような材料のような他の材料（現在公知のものであっても、なお開発中のものであっても）もまた使用され得る。１つの局面において、ワイヤーは、いかにより詳細に議論されるように、銅または真鍮のような金属で前処理して、コーティングされた超研磨粒子と有機結合剤との接着を改善し得る。さらに、ワイヤーは、単一の鎖として、またはより小さな鎖を寄り合わせた束として、提供され得る。本発明の原理は、ほとんど任意のサイズのワイヤーを使用して適用され得、そして、意図される用途によって大きく支配される。切り口の損失が、しばしば重要な要因であるので、しばしば、ワークピースの不必要な浪費を避けるためには、より小さなワイヤーゲージのサイズが好ましい。他のワイヤーのサイズが使用され得るが、約０．１ｍｍ〜約１０ｍｍの直径を有するワイヤーが特に対象となる。このような小さな直径は、真っ直ぐかつ滑らかな切断により、有意な切り口の損失がないシリコンインゴットの切断を可能にし、さらなる処理を減らす。このような材料を切断する際に有用なワイヤーソーは、約０．１ｍｍ〜約０．２ｍｍの直径を有し得る。さらに、本発明のワイヤーは、円形または当業者に公知の他の断面プロフィールを有し得る。
【００３２】
本発明の超研磨粒子は、蝋付け合金でコーティングされて、個々にコーティングされた超研磨粒子を生成し得る。本明細書中で使用される場合、「個々にコーティングされた」とは、ほとんどの粒子が独立しており、他のコーティングされた粒子と塊にならない粒子をいうことが意図される。少数のこのようなコーティングされた粒子は、約５未満の少数の粒子で塊になり得るが、実質的に全てのコーティングされた粒子は、互いに分離している。
【００３３】
使用される超研磨粒子は、種々の特定の型のダイアモンド（例えば、多結晶ダイアモンド）および立方晶窒化ホウ素（例えば、多結晶ｃＢＮ）から選択され得、そして、反応性材料と化学結合し得る。さらに、このような粒子は、これらが組み込まれたワイヤーソーに特定の切断特性を提供するために必要とされる、多数の異なる形状を採り得る。しかし、１つの局面において、超研磨粒子は、天然ダイアモンド、合成ダイアモンドおよび多結晶ダイアモンド（ＰＣＤ）を含むダイアモンドであり得る。なお別の局面において、超研磨粒子は、単結晶または多結晶のいずれかの立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ）であり得る。本発明における用途に適切な超研磨粒子は、ほとんど任意のメッシュサイズを有し得るが、代表的なメッシュサイズは、ワイヤーの直径に依存して、約５００〜約３５の範囲である。代表的なコーチングされた超研磨粒子は、ワイヤーの直径の約１／６〜１／２の直径、好ましくは、約１／５〜約１／３の直径を有し得る。
【００３４】
さらに、多数の反応性元素は、超研磨粒子との所望の化学結合を達成するために、金属合金内で使用され得る。金属キャリアと合金にされ得る、広範種々の反応性元素が当業者に公知であり、特定の反応性元素の選択は、種々の要因に依存し得る。本発明において使用される蝋付け合金に含めるために適切な反応性元素の例としては、限定ではなく、アルミニウム（Ａｌ）、ホウ素（Ｂ）、クロム（Ｃｒ）、リチウム（Ｌｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、モリブデン（Ｍｏ）、マンガン（Ｍｎ）、ニオブ（Ｎｂ）、ケイ素（Ｓｉ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、タングステン（Ｗ）、ジルコニウム（Ｚｒ）およびこれらの混合物からなる群より選択されるメンバーが挙げられる。本発明の１つの局面において、反応性元素は、ＣｒまたはＴｉであり得る。反応性元素に加え、本発明に従ってコーティングを形成するために使用される蝋付け合金としては、キャリアまたは溶媒としての少なくとも１種の他の金属が挙げられる。当業者により認識される任意の金属は、キャリアまたは溶媒として使用され得、特に超研磨ツールを作製する際の使用が公知である。しかし、一例として、限定ではないが、本発明の１つの局面において、このような金属としては、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｎｉおよびこれらの合金が挙げられ得る。１つの現在好ましい蝋付け合金組成物としては、Ｃｒ−Ｎｉ−Ｂ−Ｓｉ（Ｗａｌｌ  Ｃｏｌｍｏｎｏｙ  ＣｏｒｐからＮＩＣＲＯＢＲＡＺ  ＬＭとして市販されている）が挙げられる。
【００３５】
上で示されているように、反応性元素を別の金属と合金にすることの１つの目的は、超研磨粒子と化学結合する能力を維持しながら、反応性元素の有効な融点を低下させることである。当該分野で公知であるように、多くの超研磨材料（例えば、ダイアモンド）の熱安定性の限界は、約９００℃〜約１２００℃の範囲である。従って、本発明の１つの局面において、反応性金属合金の成分および実測比は、使用される特定の超研磨材料の熱安定性の限界内であるか、またはそれより低い融点を有する合金を提供するように選択され得る。実際には、溶媒金属は、両方の元素の融点を低下させ、約１２００℃未満の融点を有する蝋付け合金を得るために選択され得、そして適切な量の反応性元素と合わせられ得る。なお別の局面において、融点は、約９００℃より下であり得る。
【００３６】
当業者に認識されるように、特定の反応性金属と他の特定のキャリア金属との多数の組み合わせは、超研磨粒子に化学結合し、適切な融点を有する合金を達成するために、異なる比または量で合金にされ得る。しかし、１つの局面において、反応性元素の含有量は、合金の少なくとも約１％であり得る。別の局面において、反応性元素の量は、合金の少なくとも約５％であり得る。
【００３７】
特に、本発明のコーティングされた超研磨粒子の改善された保持局面は、大部分が、コーティングと超研磨粒子との間に達成される化学結合の量に起因する。このような化学結合の非存在または名目的な存在は、公知の方法（例えば、電気メッキおよび焼結）を使用するツールにおいて早過ぎるグリットプルアウト（ｇｒｉｔ  ｐｕｌｌｏｕｔ）の主な原因である。
【００３８】
本発明の方法により提示される１つの利点は、超研磨粒子の周りの反応性金属合金コーティングの厚みを変更または制御する能力である。このような能力は、以下にさらに詳述されるように合金が塗布される、溶融液体状態により可能となる。特定の厚みは、特定の目的を達成するために必要に応じて、当業者により選択され得る。しかし、本発明の１つの局面において、コーティングは、少なくとも約１μｍの厚みを有し得る。別の局面において、コーティングは、少なくとも約５０μｍの厚みを有し得る。
【００３９】
粒子のコーティングは、単一の層で達成され得るか、または、複数の層の生成によって達成され得る。本発明の１つの局面において、コーティングは、凝固した蝋付け合金コーティングの外側部分に結合された、少なくとも１つの金属の上塗り層をさらに備え得る。多数の材料が、当業者に認識されるように、このような金属の上塗りに使用され得、そして、特定の選択が、有機結合剤材料およびコーティングされた粒子が組み込まれるワイヤーソーの設計を含む多数の要因に基づき得る。しかし、１つの局面において、金属の上塗りは、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｎｉおよびこれらの混合物からなる群より選択される少なくとも１種の金属を含み得る。認識されるように、１つ以上の上塗りが、コーティングされた粒子の所望の全体的なコーティングの厚みを達成するために利用され得る。１つの局面において、超研磨粒子の周りに達成される全体的なコーティングの厚みは、超研磨粒子の直径より大きくあり得る。
【００４０】
金属の上塗りに加えて、多数の種々の他の材料が、凝固された蝋付け合金コーティング上の上塗りとして適用され得る。いくつかの局面において、このような材料は、種々の構成の特定の材料であり得るが、このような粒子は、各々が、コーティングされた超研磨粒子よりも小さいサイズを有する。特定の型の例としては、限定されないが、金属粒子、金属合金粒子（例えば、カーバイド）または超研磨粒子が挙げられる。特定のカーバイド粒子の例としては、限定されないが、ＳｉＣ、ＷＣおよびＴｉでコーティングされたｃＢＮが挙げられる。このようなコーティングは、超研磨粒子の保持強度をさらに増加させることが見出されている。具体的には、これらの型のコーティングは、反応性金属合金コーティングの外側と、このコーティングされた超研磨粒子が組み込まれたツールの基質材料との間の、漸進的な、または「勾配的な（ｇｒａｄｉｅｎｔ）」移動を達成する。こうして、２つの材料間の急な移動により生じる弱い界面が排除される。
【００４１】
本発明の１つの局面において、溶融した蝋付け合金は、超研磨粒子の表面の少なくとも約４０％を湿らせ得る。別の局面において、この合金は、超研磨粒子の表面の少なくとも約５０％を湿らせ得る。なお別の局面において、この合金は、超研磨粒子の表面の少なくとも約６０％を湿らせ得る。いくつかの局面において、超研磨粒子の表面の少なくとも約８０％またはそれ以上が、蝋付け合金により湿らされ得る。多くの用途において、図１および４に示されるように、ダイアモンドの少なくとも一部は露出していることが望ましい。
【００４２】
１つの局面において、本発明のコーティングされた超研磨粒子は、超研磨粒子を反応性金属合金コーティングに化学結合する方法を使用して生成される。このような方法は、超研磨粒子を溶融液体状態の蝋付け合金で覆う工程、およびこの超研磨粒子の周りに液体蝋付け合金を凝固させて、反応性金属合金を、超研磨粒子に化学結合させる工程を包含し得る。
【００４３】
当業者は、超研磨粒子を溶融した蝋付け合金で覆う多数の方法を認識する。この方法は、他の用途技術の中でも、例えば、合金内に粒子を浸漬することによるもの、および合金を粒子にドリップすることによるものである。しかし、本発明の１つの局面において、覆う工程は、以下：超研磨粒子を有機結合剤材料でコーティングする工程、粉末形状の蝋付け合金を、有機結合材料を用いて超研磨粒子に接着させる工程、および、この合金を溶融させ、コーティングし、そして、超研磨粒子に化学結合させるのに十分な温度まで、反応性金属合金を加熱する工程をさらに包含し得る。
【００４４】
種々の結合剤が、この文脈における当業者による使用に適していると認識される。しかし、１つの局面において、結合剤材料は、以下：ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、パラフィン、フェノール樹脂、蝋エマルジョンおよびアクリル樹脂からなる群より選択されるメンバーであり得る。別の局面において、結合剤は、ＰＥＧであり得る。さらに、粒子上に合金を接着する目的で結合剤でコーティングされた粒子に粉末形状の反応性金属合金を適用する工程は、種々の方法（例えば、結合剤でコーティングされた粒子を、粉末と圧延するか、粉末に浸漬するか、または粉末とタンブリングすること）によって達成され得る。さらに、このような用途は、スプレー、シャワー、投入（ｐｒｏｊｅｃｔｉｎｇ）の種々の方法、または、超研磨粒子上に粉末を導いて所望のコーティングを形成する他の方法によって達成され得る。このような方法の１つの例は、流動層流れの使用によるものである。結合剤でコーティングされた粒子に粉末を接着させる他の方法は、当業者に認識される。
【００４５】
当業者により認識されるように、粉末でコーティングされた超研磨粒子を加熱するための種々の方法が、使用され得る。粉末状の蝋付け合金を溶融液体状態に溶融するために十分な温度に到達する能力以外には、使用される特定の加熱機構には特別な制限はない。一旦溶融されると、液体合金は、超研磨粒子を湿らせ、その界面で所望の化学結合を形成する。さらに、熱に加えて他の機構が、例えば、フラックスを添加することによってか、または、このような方法が超研磨粒子の湿潤および所望の化学結合の形成を妨害もしくは阻止しない限りは、当業者により認識される他の方法によって、合金の溶融および液化を促進するために使用され得る。
【００４６】
いくつかの環境下で、溶融した蝋付け合金で覆う前に、超研磨粒子を特定の材料で最初に覆うか、または「前処理する」ことが所望され得る。例えば、使用される超研磨粒子がｃＢＮ、または極度に不活性な別の超研磨材料である場合、このような材料の高い不活性度は、溶融した蝋付け合金と化学結合を作るのを非常に困難にし得る。従って、本発明の１つの局面において、超研磨粒子上に前処理された反応性材料の層を形成することによって、超研磨粒子が調整され得る。このような層は、代表的には、上述のソリッドステートおよび蒸着技術のような従来の方法により形成され得る。１つの局面において、前処理された層は、Ｃｒ、Ｓｉ、ＴｉおよびＷからなる群より選択される反応性材料であり得る。別の局面において、前処理された材料は、Ｔｉであり得る。当業者は、溶融した蝋付け合金との化学結合の形成を促進または増強するために、超研磨粒子上に最初に堆積され得る他の適切な材料（複数の層で形成される材料を含む）を認識する。
【００４７】
実際問題として、複数の超研磨粒子が、単回の処理事象において、同時に溶融した蝋付け合金でコーティングされることがしばしばあり得る。このような場合、本発明の特定の局面によれば、コーティングされた粒子を、融合または一緒に合せることを防ぐことが所望され得る。従って、１つの局面において、本発明の方法の加熱工程は、以下：加熱の間に粒子の分離を可能にする分離器内で超研磨粒子を分配する工程、合金を溶融させ、かつ湿らせ、そして、超研磨粒子と化学結合させるのに十分な温度まで反応性金属合金を加熱する工程、ならびに分離器から個々にコーティングされた超研磨粒子を取り出す工程を包含し得る。種々の分離法および分離デバイスが使用され得る。特定の分離器の具体的な選択は、速度、経済性および達成される結果の質のような要因により影響され得る。しかし、１つの局面において、分離器は、蝋付け合金と反応せず、高温耐性であり得る粉末であり得る。このような材料の例としては、限定されないが、酸化物粉末（例えば、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２またはＺｒＯ２）および窒化物粉末（例えば、ＢＮ、ＡｌＮ）が挙げられる。他の非反応性粉末状材料が、当業者により認識される。
【００４８】
別の局面において、分離器は、その中に複数の開口部を備えるプレートであり得る。装置の特定の大きさおよび配置は、コーティングされる超研磨グリットの大きさおよび形状により、部分的に決定され得る。しかし、一般的な手順としては、単一の超研磨グリッドは、コーティングされた状態か、またはコーティングされていない状態のいずれかで、プレートの各開口部に入れられ得る。過剰のグリットは、プレートから掃引され、次いで、開口部が蝋付け粉末で満たされる。次いで、グリットおよび蝋付け合金を含むプレートが、蝋付け合金を溶融し、グリットを湿らせて、化学結合を形成させるのに十分な量の熱に供される。開口部への堆積の前にグリットが予めコーティングされている場合、粉末状のコーティングが開口部内、もしくは開口部を覆って入れられ得、十分な量の熱により溶融すると、超研磨粒子を覆い、そしてこれに結合する。
【００４９】
溶融した蝋付け合金が超研磨粒子に結合した後、この粒子を冷却させ、蝋付け合金を凝固させる。一旦合金が凝固すると、個々にコーティングされた超研磨粒子が分離器から取り出され、そして、例えば、１層以上の上塗りを適用することによってか、またはこの粒子上によりより小さなさらなる粒子を結合させることによって、上記のようなさらなる処理工程に供され得る。あるいは、コーティングされた超研磨粒子は、この粒子を以下に説明されるようにワイヤーと係合することによって、ワイヤーソーに直接組み込まれ得る。
【００５０】
一旦コーティングされた超研磨粒子が完成すると、これらは、超研磨ワイヤーソーに組み込まれ得る。本発明によれば、コーティングされた超研磨粒子および有機結合剤の混合物が、ワイヤーの少なくとも一部分を覆って形成され得る。適切な有機結合剤としては、限定されないが、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、アリル樹脂、アルキド樹脂、ホルマリン樹脂、シアン酸エステル樹脂、ポリアミド樹脂、およびこれらの混合物が挙げられる。ワイヤーソーにおいて使用するために十分な弾性係数を有する他の有機結合剤が使用され得、当業者により選択され得る。有機結合剤およびコーティングされた超研磨粒子は、ワイヤーに適用する前に混合され得るか、または連続的に適用され得る。さらに、当業者に公知であるように、充填材料が、有機結合剤の中に含められ得る。適切な充填材料としては、ＷＣ、ＳｉＣ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＣｒＯ２、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＢＮ、雲母、カオリン、クレイ、セラミクス、金属粉末、および当業者に公知の任意の他の充填材料が挙げられ得る。有機結合剤に依存して、層の耐摩耗性および厚みを増すために、充填材料が所望され得る。代表的には、約１体積％〜約５０体積％の量が使用され得る。より高い充填含量が使用され得るが、有用限界を超えて可撓性を減少させない充填剤の組成および体積を選択するために注意を払わなければならない。有機結合剤層１２（図１）は、ほとんど任意の厚みであり得るが、ワイヤー１０の直径の約０．１倍〜約０．５倍の厚みが好ましい。
【００５１】
さらなる代替的な実施形態において、有機金属結合剤は、コーティングされた超研磨粒子の有機結合剤への結合を改善するために有機結合剤の中に含められ得る。広範種々の有機金属カップリング剤が当業者に公知である。有機金属カップリング剤は、金属と化学反応して化学結合を形成する少なくとも１つの反応性部分、および有機結合剤と反応して化学結合を形成する少なくとも１つの反応性部分を含み得る。この方法において、有機金属カップリング剤は、有機結合剤と、コーティングされた超研磨粒子の金属表面との間に結合を形成するためのブリッジとして機能する。本発明の１つの局面において、有機金属カップリング剤は、チタン酸塩、ジルコン酸塩、シラン、またはこれらの混合物であり得る。これらの材料は、加水分解性の基を含み得、この基は、金属粒子の覆われていない領域にあるヒドロキシル基と反応し、それによって、金属表面と化学結合する。さらに、これらの材料はまた、非加水分解性の基も含み得、この基は、有機結合剤と化学反応する。このような有機金属カップリング剤は、米国特許第４，６２０，９３３号；同第５，５５８，７０５号；同第５，５７１，２９６号；および同第６，５７９，９３１号（これらは、各々が参考として援用される）に記載されている。
【００５２】
本発明における使用に適切なシランの特定の非限定的な例としては、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン（Ｄｏｗ  ＣｏｒｎｉｎｇよりＺ−６０４０として入手可能）；γ−メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン（Ｕｎｉｏｎ  Ｃａｒｂｉｄｅ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ  ＣｏｍｐａｎｙよりＡ−１７４として入手可能）；β−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−（β−アミノエチル）−γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン（Ｕｎｉｏｎ  Ｃａｒｂｉｄｅ、Ｓｈｉｎ−ｅｔｓｕ  Ｋａｇａｋｕ  Ｋｏｇｙｏ  Ｋ．Ｋ．などより入手可能）が挙げられ、適切なシランカップリング剤のさらなる例は、米国特許第４，７９５，６７８号；同第４，３９０，６４７号；および同第５，０３８，５５５号（各々が参考として本明細書中に援用される）に見出され得る。
【００５３】
チタン酸カップリング剤の特定の非限定的な例としては、イソプロピルトリイソステアロイルチタネート、ジ（クミルフェニレート）オキシ酢酸チタネート、４−アミノベンゼンスルホニルドデシルベンゼンスルホニルチタネート、テトラオクチルビス（ジトリデシル亜リン酸）チタネート、イソプロピルトリ（Ｎ−エチルアミノ−エチルアミノ）チタネート（Ｋｅｎｒｉｃｈ  Ｐｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｓ．Ｉｎｃ．より入手可能）、ネオアルコキシチタネート（例えば、ＬＩＣＡ−０１、ＬＩＣＡ−０９、ＬＩＣＡ−２８、ＬＩＣＡ−４４およびＬＩＣＡ−９７）（これらもまたＫｅｎｒｉｃｈより入手可能）などが挙げられる。
【００５４】
アルミニウムカップリング剤の特定の非限定的な例としては、アセトアルコキシアルミニウムジイソプロピレート（Ａｊｉｎｏｍｏｔｏ  Ｋ．Ｋ．より入手可能）などが挙げられる。
【００５５】
ジルコン酸カップリング剤の特定の非限定的な例としては、ネオアルコキシジルコネート、ＬＺ−０１、ＬＺ−０９、ＬＺ−１２、ＬＺ−３８、ＬＺ−４４、ＬＺ−９７（全て、Ｋｅｎｒｉｃｈ  Ｐｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｓ，Ｉｎｃ．より入手可能）などが挙げられる。他の公知の有機金属カップリング剤（例えば、チオール酸ベースの化合物）が本発明において使用され得、本発明の範囲内であると考えられる。
【００５６】
使用される有機金属カップリング剤の量は、カップリング剤および金属粒子でコーティングされた超研磨粒子の表面積に依存する。代表的には、有機結合剤の層の０．０５重量％〜１０重量％で十分である。有機金属カップリング剤はまた、有機結合剤の層と、金属ワイヤーとの間の結合、およびコーティングされた超研磨粒子との結合を改善し得る。
【００５７】
本発明の超研磨ワイヤーソーは、バッチ処理、または連続的な様式のいずれかで生成され得る。例えば、図２に示すように、ワイヤー１０は、スプール２０から供給され得、そして、多数の処理領域（例えば、コーティング領域２２、乾燥領域２４および硬化領域２６）を通って移動し得る。硬化後、次いで、超研磨ワイヤーソー２８は、曲げられ、スプール３０上に格納され得る。本発明の１つの実施形態において、有機結合剤およびコーティングされた超研磨粒子の混合物が形成され、次いで、コーティング領域２２においてワイヤーの少なくとも一部分を覆って適用される。図３は、コーティングされた超研磨粒子および有機結合剤の混合物をワイヤーに適用する１つの方法を例示する。この例示される実施形態において、ワイヤー１０は、混合物３４を含む床３２を通って引っ張られる。ワイヤーが床を出ると、出口オリフィス３６がワイヤー上に所望の厚みの混合物を残すような大きさにされる。代表的な混合物の厚みは、ワイヤーの直径および最終的な生成物の寸法に依存する。しかし、コーティングされた超研磨粒子の直径の約０．４倍〜約０．９倍の厚みが、適切な結果を提供する。必要とされてはいないが、単一層の超研磨粒子を有する超研磨層が形成され得る。
【００５８】
有機結合剤およびコーティングされた超研磨粒子を適用する方法によらず、この混合物は、超研磨層が実質的に連続になるように適用され得る。同様に、いくつかの場合において、複数の研磨セグメント３８を有する超研磨層を不連続な様式で形成することが所望される。超研磨粒子なしでこれらの領域を含めることにより、削り屑の除去が改善され、そして、切断表面を横断して移動する際のワイヤーソーに対する摩擦力が減少する。図３に示すように、ワイヤーの特定の長さにわたって混合物が体積されることを防ぐこと、または、混合物がすでに適用されている部分を取り除くこといずれかのために、任意の装置４０が備え付けられ得る。この装置は、スポンジ、ブロック、溶剤のスプレー、または不連続な超研磨層を残す任意の他の装置であり得る。不連続な研磨セグメント３８の寸法は、当業者により認識される設計上の要因により支配される。
【００５９】
代替的な実施形態において、有機結合剤は、ブラッシング、スプレー、混ぜること（ｄｏｃｔｏｒｉｎｇ）、またはワイヤーを有機結合剤および任意の充填材料内に浸漬することのような任意の多数の方法を使用して、ワイヤーに適用され得る。次いで、コーティングされた超研磨粒子が、振りかけること（ｓｐｒｉｎｋｌｉｎｇ）、直接配置、または任意の他の方法により、有機結合剤に適用され得る。このような実施形態において、コーティングされた超研磨粒子は、所定のパターンまたは特定の配置に従って整列され得る。超研磨粒子のこのようなパターンまたは配置を達成する特定の方法の例は、米国特許第４，９２５，４５７号；同第５，３８０，３９０号；同第６，０３９，６４１号；および同第６，２８６，４９８号（各々が本明細書中に参考として援用される）に見出され得る。従って、コーティングされた超研磨粒子のパターンおよび濃度は、均一であり得るか、または、ワイヤーソーの長さ全体にわたって変動し得る。濃度の変動は、一定の切断速度での可変の切断率、削り屑の除去の改善などを提供するために、所望され得る。ワイヤーに予め混合した混合物を適用することに関して上述された原理はまた、有機結合剤、コーティングされた超研磨粒子、および／または他の充填材料を連続して適用することにも当てはまることが理解される。さらに、材料を適用する順序は逆であってもよい。例えば、コーティングされた超研磨粒子は、任意の公知の接着材料を使用してワイヤーに直接接着され得る。次いで、有機結合剤がコーティングされた超研磨粒子に適用され得る。この方法において、コーティングされた超研磨粒子は、ワイヤー表面により近く、ワイヤーソーの直径をより狭くし、有機結合剤による粒子の保持を増加させることが可能となる。
【００６０】
別の代替的な実施形態において、ワイヤーは、接着剤で覆われ得る。次いで、コーティングされた超研磨粒子が、振りかけること、浸漬、または粒子を接着剤に接触させる他の方法により、接着剤に接着され得る。次いで、任意の充填材料および／または有機金属カップリング剤を含有する有機結合剤が、接着したコーティングされた超研磨粒子の表面上に適用され得る。
【００６１】
超研磨層１２（図１に示される）の形成の後、有機結合剤が硬化され得る。この硬化は、溶媒の除去によって結合剤組成物を単に乾燥することを含み、そして／または、エポキシ樹脂およびフェノール樹脂のような有機結合剤を重合する化学反応を含み得、この両方の型の「硬化」は、本発明の範囲内であると考えられる。有機結合剤は、コーティングされた超研磨粒子をワイヤーに固定し、超研磨ワイヤーソーを形成するために硬化される。代表的な硬化温度は、約６０分までについて約４０℃〜約４００℃である。
【００６２】
ここで図４を参照して、コーティングされた超研磨粒子１４は、ワイヤー１０に結合された硬化された有機結合剤４２内に示される。示される結合剤４２はまた、任意の充填材料４４を含む。この本発明のコーティングされた超研磨粒子１４は、溶融した蝋付け合金の凝固コーティング４８でコーティングされた超研磨粒子４６であり得る。これに先立って議論したように、凝固コーティング４８は、好ましくは、超研磨粒子４６と化学結合する。特筆すべきは、コーティングされた超研磨粒子の外側表面５０である。外側表面は、約３μｍ〜約１０μｍの表面粗度を有し得る。より高い表面粗度は、有機結合剤との機械的な結合強度を増し、そしてさらに、化学結合のための増大した表面積を提供し得る。対照的に、超研磨粒子４６の表面５２は、代表的に、約５０ｎｍ未満の表面粗度を有する超平坦な表面を有する。外側表面５０のより高い表面粗度は、有機結合剤内でコーティングされていない研磨剤を使用する超研磨ワイヤーソーを上回って、有機結合剤内でコーティングされた超研磨粒子の結合を改善する。こうして、可撓性ワイヤーソーを提供しつつ、有用なツールの寿命が延長される。
【００６３】
本発明の最終的な超研磨ワイヤーソーは、当該分野で公知の種々の切断プロセスにおいて使用され得る。これらのプロセスとしては、当業者に公知の単一もしくは複数のワイヤー切断機構が挙げられ得る。本発明のワイヤーソーはさらに、シリコンインゴット、ならびにコンクリート、大理石、御影石などのような材料を、高い正確さかつ切り口の損失を少なく切断するために使用され得る。
【００６４】
本発明はさらに、超研磨ワイヤーソーを作製および使用する種々の方法を包含し、これらの方法としては、本明細書中に記載される種々の構成要素を含む。このような方法は、上記のデバイスについて開示された材料、構造、寸法および他のパラメーター、ならびに、当業者により認識されるようなこれらの等価物を採用し得る。
【００６５】
以下の実施例は、本発明の超研磨ワイヤーソーを作製するための種々の方法を提示する。このような実施例は、例示目的のためだけのものであり、これらによって本発明を限定する意図はない。
【実施例】
【００６６】
（実施例１）
４０／５０メッシュのダイアモンドグリットを、アクリル結合剤の薄層で覆った。次いで、結合剤で覆ったダイアモンドを、約３２５メッシュの平均粒子サイズを有する、Ｂ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｓｉを含有する粉末状の金属合金（商品名ＮＩＣＲＯＢＲＡＺ  ＬＭ（登録商標）（Ｗａｌｌ  Ｃｏｌｍｏｎｏｙ）で販売されている）と混合した。その結果は、蝋付け粉末で包まれたダイアモンドである。これらのコーティングされたグリットを、次いで、Ａｌ２Ｏ３の微細粉末と混合した。この混合物を、１０−５トールに維持した真空炉内で、約１００５℃の最大温度まで、約１７分間加熱して、金属合金コーティングが溶融し、そして、ダイアモンド粒子の周りで液化かつ流動して、ダイアモンド粒子を湿らせたこと確実にした。次いで、この混合物を冷却し、炉から回収した。ダイアモンド粒子をＡｌ２Ｏ３から分離した後、多数のコーティングされた粒子をコバルト粉末と混合し、ホットプレス内で焼結して、矩形のセグメントを形成した。これらのセグメントのいくつかを、プライヤーを用いて曲げることによって折った。次いで、破損した表面を、顕微鏡下で観察した。破損した平面は、ダイアモンド粒子とコーティングとの間の界面周辺で偏向するのではなく、コーティングされたダイアモンド粒子を通して伝播することが観察された。これは、上述の蝋付けコーティングなしの焼結されたダイアモンド粒子では典型的なものである。
【００６７】
（実施例２）
Ａｌ２Ｏ３分離器粉末を、約３２５〜約４００メッシュの平均メッシュサイズを有するダイアモンド粒子で置き換えたこと以外は、実施例１において概説したものと同じ手順に従った。加熱プロセスの間、より小さなダイアモンド粒子が蝋付け合金コーティングにより湿らされ、コーティングされたダイアモンド粒子の外側に化学結合した。こうして、より小さなダイアモンド粒子が外側にさらに結合している金属合金殻を有する、コーティングされたダイアモンド粒子を生成した。これらの「とがった（ｓｐｉｋｙ）」コーティングされた粒子を、コバルト基質に組み込み、上記のように破損試験を行って、同様の結果を得た。
【００６８】
（実施例３）
より小さなダイアモンド粒子を、ＳｉＣの粒子で置き換えること以外は、実施例２のプロセスに従った。このプロセスにより、実施例２のダイアモンド粒子に類似する、金属コーティングの外側にセラミック粒子が結合した、コーティングされたダイアモンド粒子を生じた。さらに、破損試験は、実施例１および実施例２の結果と同様の結果を達成した。
【００６９】
（実施例４）
ダイアモンド粒子を、実施例１のように粉末状の蝋付け合金でコーティングし、次いで、Ａｌ２Ｏ３プレート上に彫られた溝の中に集めた。少量の蝋付け粉末を、コーティングされた粒子の間に詰め、そして、このアセンブリを、実施例１のように炉の中で加熱した。得られた「針」を、前出の実施例のように破損試験を行い、ダイアモンドと金属合金コーティングとの界面、またはダイアモンド粒子間の界面のダイアモンドグリットの周辺の破損ではなく、ダイアモンドグリットを横切る破損が明らかとなった。
【００７０】
（実施例５）
実施例４と同じ手順に従った；しかし、ダイアモンドでコーティングされた粒子を、Ａｌ２Ｏ３プレート上に広げた。次いで、蝋付け粉末を、コーティングされた粒子の間に詰め、このアセンブリを前出の実施例のように加熱した。合金を蝋付けすることにより結合された、得られたダイアモンドグリットのダイアモンドプレートを、次いで、前出の実施例のように破損試験を行なった。破損平面の分析により、ダイアモンド粒子の配置後の破損パターンであり、かつ、ダイアモンド粒子／金属コーティング界面において主に壊れているのではなく、種々のダイアモンド粒子を通して破損を含む、ランダムな破損が明らかとなった。
【００７１】
（実施例６）
ここでも、実施例４および実施例５の手順に従った。ただ、コーティングされたダイアモンド粒子の間の間隙をＷＣの混合物で充填し、蝋付け粉末を用いてこのダイアモンド粒子をコーティングした。前出の実施例に従う加熱を再度実施し、複合材料のタイルを得た。このタイルを破損試験し、その結果は、上に列挙した実施例について得られた結果と一致することが証明された。
【００７２】
（実施例７）
実施例１のコーティングされた超研磨粒子を、約４０体積％の結合剤で、エポキシ樹脂と混合する。この結合剤は、約３５体積％のタングステンカーバイド粒子を含む。０．５ｍｍの銅でコーティングされた鋼ワイヤーを、上記の混合物から引っ張る。この混合物を乾燥させ、次いで、約３００℃にて３０分間硬化させて、可撓性であり、かつ切断寿命が延長されたワイヤーソーを生成する。
【００７３】
（実施例８）
接着剤を、０．３ｍｍの鋼ワイヤー上にスプレーし、実施例１のコーティングされた超研磨粒子を、このワイヤー上に振りかける。６０体積％のフェノール樹脂、３５体積％のシリコンカーバイド、および約５体積％のγ−メタクリルオキシプロピルトリメトキシシランの混合物を混合して、有機結合剤層を形成する。次いで、この混合物を、コーティングされた超研磨粒子を有する鋼に適用する。次いで、この混合物を、約３００℃にて４５分間硬化して、可撓性であり、かつ切断寿命が延長されたワイヤーソーを生成する。
【００７４】
当然ながら、上記の構成は、本発明の原理の適用を例示するだけのものであることが理解されるべきである。多数の改変および代替的な構成は、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、当業者によって考案され得、そして、添付の特許請求の範囲が、このような改変および構成を包含することが意図される。従って、本発明は、本発明の最も実用的でかつ好ましい実施形態であると現在考えられているものに関して具体的かつ詳細に上述されているが、多数の改変（サイズ、材料、形状、形態、機能、ならびに操作様式、組み立て様式、および使用様式のバリエーションが挙げられるがこれらに限定されない）が、本明細書中に示される原理および概念から逸脱することなくなされ得ることは、当業者に明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に従って製造されたワイヤーソーの断面図を示す。
【図２】図２は、本発明のワイヤーソーを製造する際に使用され得る、連続プロセスの模式図である。
【図３】図３は、有機結合剤層の適用プロセスの一実施形態の断面図である。
【図４】図４は、本発明の一実施形態に従うワイヤーソーの一部の断面図である。
【図１】
2007500082.tif 000003
【図２】
2007500082.tif 000004
【図３】
2007500082.tif 000005
【図４】
2007500082.tif 000006
【国際調査報告】
2007500082.tif 000007