(57)【要約】      （修正有）【課題】従来のものより高面品位化や低カーフロス化を可能にした、切れ味の優れたワイヤソーを提供する。【解決手段】ワイヤソー１の芯線１１の表面には固定層１３を介して砥粒１２が固定される。ワイヤソー１の表面は、固定層１３が濡れ性を低下させるための添加剤１４を含むことにより、水接触角６０度以上１１０度以下で示される低い濡れ性を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
芯線の表面に固定層を介して砥粒が固定されるワイヤソーであって、該ワイヤソーの表面は、水接触角６０度以上１１０度以下で示される低い濡れ性を有することを特徴とするワイヤソー。
【請求項２】
前記固定層は、砥粒を芯線に固定させるための内層と、該内層の外側に形成される低い濡れ性を有する外層とを含み、該外層の表面がワイヤソーの表面を構成する、請求項１に記載のワイヤソー。
【請求項３】
前記外層には、濡れ性を低下させるための添加剤が含まれる、請求項１又は２に記載のワイヤソー。
【請求項４】
前記添加剤は、金属化合物の微粒子である、請求項３に記載のワイヤソー。
【請求項５】
前記外層中の前記金属化合物の含量は１．５重量％以下である請求項４に記載のワイヤソー。
【請求項６】
前記微粒子は、前記金属化合物として金属酸化物を含む、請求項４又は５に記載のワイヤソー。
【請求項７】
前記金属化合物の微粒子は、粒径が前記外層の厚みの半分以下である請求項４〜６の何れか１項に記載のワイヤソー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコンやセラミックス、サファイヤなどの硬質材料の切断に使用されるワイヤソーに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、例えば半導体用のシリコンウエハーやＬＥＤ用途におけるサファイアなどの他、セラミックスや石材のように、硬質で脆性特性の大きい難加工材の切断加工のためにワイヤソーが使用されてきた。
【０００３】
ワイヤソーの切れ味に関する性能に対する要求は年々増してきており、中でもシリコンウエハー切断時における高面品位や低カーフロス化への要望は特に高い。しかしながらカーフロスを少なくするためにワイヤソーの芯線の線径を細くすると、断線リスクや張力不足による切削性の低下が懸念される。また、カーフロスを少なくするために、芯線に固定させる砥粒を小さくすると、砥粒耐久性の低下や刃先突き出し高さの低下による切れ味の低下が懸念される。このように、低カーフロス化を狙って芯線の細線化や砥粒の細粒化を図った場合、断線リスクの上昇や切削性の低下、切れ味の低下などといった加工性能の低下は不可避であった。
【０００４】
そこでワイヤソーの切れ味の向上を図りつつも、ワイヤソーを太くする必要がなく、場合によっては細くしてもより以上の切削性を有するワイヤソーを得るための提案がなされてきた。中でも砥粒の能力を最大限発揮させるために、ワイヤソーの芯線に対する砥粒の固定力を向上させる方法が提案されている（特許文献１、２参照）。例えば、特許文献１では、芯線に軟質めっき層及び硬質めっき層の２つの層により砥粒を固定させることにより、砥粒の脱落を抑制する方法が提案されている。通常は切断される際の摩擦力により砥粒が脱落することで、切れ味の低下につながるが、この方法によれば、砥粒が簡単に脱落しないようにしたことにより、容易には切れ味の低下しないワイヤソーが得られるとされている。
【０００５】
また、特許文献２では、砥粒本体の表面に導電性粒子を点状に分散させて被着させ、電着によるめっき処理を施すことにより芯線に砥粒を固定させたワイヤソーが提案されている。このような構成とすることにより、ワイヤソーによる砥粒の保持能力を確保しつつ、砥粒の刃先部にはめっき層が形成されず、むき出しの状態となる。これにより、切断時におけるワイヤソーの滑りを抑制し、切れ味を向上させることができるとされている。
【０００６】
以上のように、砥粒の切れ味を最大限発揮させるべく、ワイヤソー芯線への砥粒の固定力強化を目的として、従来から種々の提案がなされてきた。しかしながら、これらの方法は、砥粒本来の性能を遺憾なく発揮させるための取り組みであり、低カーフロス化を狙った芯線の細線化や砥粒の細粒化による加工性能の低下自体を補えるものではなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平０９−１５０３１４号公報
【特許文献２】特許５０６６５０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記のような事情に鑑み、本発明の目的とするところは、単に砥粒本来の性能を遺憾なく発揮させるだけでなく、たとえ芯線の細線化や砥粒の細粒化を図ったとしても優れた切れ味を有するワイヤソーを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、ワイヤソーの表面の濡れ性を、水接触角６０度以上１１０度以下とすることで、従来より切れ味のよいワイヤソーが得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１０】
即ち、本発明の要旨は以下の通りである。
〔１〕芯線の表面に固定層を介して砥粒が固定されるワイヤソーであって、該ワイヤソーの表面は、水接触角６０度以上１１０度以下で示される低い濡れ性を有することを特徴とするワイヤソー、
〔２〕前記固定層は、砥粒を芯線に固定させるための内層と、該内層の外側に形成される低い濡れ性を有する外層とを含み、該外層の表面がワイヤソーの表面を構成する、前記〔１〕に記載のワイヤソー、
〔３〕前記外層には、濡れ性を低下させるための添加剤が含まれる、前記〔１〕又は〔２〕に記載のワイヤソー、
〔４〕前記添加剤は、金属化合物の微粒子である、前記〔３〕に記載のワイヤソー、
〔５〕前記外層中の前記金属化合物の含量は１．５重量％以下である前記〔４〕に記載のワイヤソー、
〔６〕前記微粒子は、前記金属化合物として金属酸化物を含む、前記〔４〕又は〔５〕に記載のワイヤソー、
〔７〕前記金属化合物の微粒子は、粒径が前記外層の厚みの半分以下である前記〔４〕〜〔６〕の何れかに記載のワイヤソー
である。
【発明の効果】
【００１１】
以上にしてなる本発明に係るワイヤソーは、単に砥粒本来の性能を遺憾なく発揮させるだけでなく、たとえ芯線の細線化や砥粒の細粒化を図ったとしても優れた切れ味を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明における砥粒の固定状態を説明する拡大断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明のワイヤソーは、砥粒を芯線に固定するために使用するワイヤソーの表面の濡れ性を低くするという構成をとることにより、ワイヤソーの切れ味向上を図ったものである。
【００１４】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００１５】
本発明に係るワイヤソー１は、図１に示すように、芯線１１の表面に砥粒１２が固定層１３により固定されて構成される。固定層１３表面の水接触角は、水接触角６０度以上１１０度以下であり、より好ましくは水接触角７０度以上１００度以下という、低い濡れ性を有する。これは、固定層１３表面の濡れ性を低くすることで、芯線１１の細線化により砥粒の突き出しが低くなったり砥粒１２の細粒化によりワイヤソー表面積が減少したりしても、クーラント液が薄く濡れ広がることを抑制し、一定量のクーラント液をワイヤソー表面に厚みをもって接触させ、加工部へ到達させることを可能にすると推測している。
【００１６】
ワイヤソー１の表面は、水接触角６０度以上１１０度以下という、低い濡れ性を有する。ここでの水接触角とは、ワイヤソー１の表面を構成するめっき層と同一のめっきにより平坦なめっき面を作製し、その上に水を滴下した際に得られる接触角を意味する。
【００１７】
芯線１１は、公知の素材を広く使用することができるが、容易に極細線に加工することができ、且つ十分な強度も兼ね備えるという観点から、例えばピアノ線が好ましい。材質としては、高温による強度劣化が軽微な種々の金属ワイヤを用いることができ、鉄、ニッケル、コバルト、クロム、タングステン、モリブデン、銅、チタン、アルミニウム及びそれらの合金のいずれかからなるものが好適である。特に、高炭素鋼からなるものが安価且つ安定して入手でき、コスト低減できる点で好ましい。その他、ピアノ線以外であっても、炭素繊維、アラミド繊維、ボロン繊維、ガラス繊維のいずれか１種の単線または撚り線を用いてもよい。芯線１１の径は５０〜２００μｍが好ましいが、特に限定はない。
【００１８】
砥粒１２も、公知の固定砥粒方式のワイヤソーに使用される素材を広く使用することができ、具体的にはダイヤモンドやＣＢＮ（Ｃｕｂｉｃ  Ｂｏｒｏｎ  Ｎｉｔｒｉｄｅ）があげられるが特に限定はない。砥粒１２の粒径も、一般的な砥粒固定方式のワイヤソーと同等の粒径でよく、特に限定はないが、平均粒径３〜５０μｍが好ましい。高面品位化や低カーフロス化という観点からは、３〜１５μｍがより好ましく、３〜１０μｍが更に好ましい。
【００１９】
砥粒１２は、固定層１３を介して、芯線１１に固定される。この方法としては、図１に示したように、固定層１３を形成して砥粒１２を芯線１１に固定させることができる方法であれば特に限定はなく、例えば電着法により固定させることができる。この際に形成する固定層１３の表面は、前述のように水接触角６０度以上１１０度以下にする必要があり、例えば電着法における電着液の組成や、電着法における操作工程（反応時間等）を適宜調整するなどして得ることができる。
【００２０】
このような、水接触角６０度以上１１０度以下の固定層１３表面を得るための、より具体的な、好ましい実施態様としては、例えばめっき槽内に、電解質溶液からなるめっき液に砥粒１２及び後述する添加剤１４を加えて略均一に溶解、分散、又は懸濁させた溶液を用意した後、前記めっき槽に芯線１１を所定時間浸漬し、固定層１３を析出させるとともに砥粒１２を取り込むような実施態様があげられる。この際に使用するめっき液としては、例えばニッケルの電解質から成るめっき液が好適である。その他の実施態様としては、例えば固定層１３を、砥粒１２を芯線１１に固定させるための内層と、該内層の外側に形成される低い濡れ性を有する外層とを含んで形成するような態様で形成してもよい。つまり、前記低い濡れ性を有する外層の表面がワイヤソーの表面を構成することとなり、ワイヤソーの表面も低い濡れ性を有して形成される。この場合、例えば電着法を利用して、前述したのと同様のニッケルのめっき液に砥粒１２を加えたものに、芯線１１を浸漬させて砥粒１２を芯線１１に固定させるための内層を形成させ、次いで後述する添加剤１４を溶解、分散等の態様により含有させためっき液を使用して外層を形成させるような態様があげられるが、勿論これに限定されない。このように、固定層１３を、砥粒を固定させるための内層と、ワイヤソー表面に低い濡れ性を付与するための外層とを含んで構成する実施態様においては、後述する添加剤１４と砥粒１２の析出が競合することがなく、それぞれに最適な析出条件を得ることが可能となる。
【００２１】
添加剤１４としては、固定層１３表面の濡れ性を低下させるようなものであれば特に限定はないが、例えば金属化合物の微粒子が好ましい。金属化合物の微粒子を添加剤１４として使用する場合には、前記金属化合物の微粒子をめっき液中に分散させ、砥粒１２を芯線１１に固定させればよい。ここで、前記金属化合物の微粒子をめっき液中に分散させる方法としては、例えば分散剤を添加する等、公知の方法を広く採用することができる。また金属化合物の中でも金属酸化物や金属窒化物、金属炭化物がより好ましい。金属酸化物としては、具体的にはＴｉＯ2、ＮｉＯ、ＺｒＯ2があげられるが特に限定はない。また、金属窒化物としてはＳｉ3Ｎ4、金属炭化物としてはＳｉＣ、ＴｉＣがあげられるが特に限定はない。これらは単独で用いても良く、複数種を混合して用いてもよい。
【００２２】
固定層１３の厚みは４μｍ以下が好ましく、３μｍ以下がより好ましく、２．５μｍ以下が更に好ましい。固定層１３の厚みは、例えば、芯線１１をめっき槽に浸漬する時間を調整する等、公知の方法で適宜調整することができる。ここで、固定層１３を、砥粒１２を芯線１１に固定させるための内層と、該内層の外側に形成される低い濡れ性を有する外層とを含んで構成する場合には、内層の厚みは０．１〜１．０μｍ、外層の厚みは２．０〜４．０μｍが好ましい。前記金属化合物の微粒子の粒径としては、２μｍ以下が好ましく、１．５μｍ以下がより好ましく、１．２５μｍ以下が更に好ましい。特に固定層１３を内層及び外層とを含んで構成する場合には、前記金属化合物の粒子径を外層の厚みの半分以下とするのが好ましい。前記金属化合物の粒子径が外層の厚みの半分よりも大きくなると、微粒子を覆うめっき表面がコブ状に盛り上がる可能性が高まり、砥粒を覆うコブと判別しづらくなる。従って、前記金属化合物の粒子径を外層の厚みの半分以下とすることにより、芯線に付いている砥粒数を正確に判定することが可能となり、これがひいては製品品質の安定化に寄与することとなる。
【００２３】
また、添加剤１４として金属化合物の微粒子を使用する場合、固定層１３に含まれる金属化合物の微粒子の含量としては、固定層１３を単一のめっき層で構成する場合、固定層１３に対して１．５重量％以下の金属化合物の微粒子を加えることが好ましい。固定層１３を、砥粒をワイヤに固定させるための内層と、該内層の外側に形成される低い濡れ性を有する外層とを含んで構成する場合には、前記外層に対して１．５重量％以下の金属化合物の微粒子を加えることが好ましい。加える金属化合物の微粒子の含量の調整は、例えばめっき液に金属化合物の微粒子を添加する際に濃度調整する等、適宜の方法で調整すればよく、特に限定はない。このように、金属化合物の微粒子の含量を所定量以下とすることにより、前記固定層１３又は前記外層が硬くなりすぎず、柔軟性に優れたワイヤソーを得ることができ、断線リスクを抑えることができる。また、こうすることにより前記固定層１３又は前記外層が割れたり剥がれたりするのも抑制することもできるので、切れ味の向上も期待できる。
【００２４】
以下、本発明の実施形態をより具体的に説明するが、本発明がこれらに限定されるものではない。
【００２５】
（試験例１）
平均粒径１μｍのＴｉＯ2を０．１重量％分散させたニッケルめっき液中に真鍮板を浸漬し、電流を流すことによりめっきのテーブルを得た。
【００２６】
（試験例２）
平均粒径１μｍのＮｉＯを０．１重量％分散させたニッケルめっき液中に真鍮板を浸漬し、電流を流すことによりめっきのテーブルを得た。
【００２７】
（試験例３）
平均粒径１μｍのＺｒＯ2を０．１重量％分散させたニッケルめっき液中に真鍮板を浸漬し、電流を流すことによりめっきのテーブルを得た。
【００２８】
（試験例４）
平均粒径１μｍのＳｉ3Ｎ4を０．１重量％分散させたニッケルめっき液中に真鍮板を浸漬し、電流を流すことによりめっきのテーブルを得た。
【００２９】
（試験例５）
たニッケルめっき液中に真鍮板を浸漬し、電流を流すことにより標準めっきのめっきのテーブルを得た。
【００３０】
（濡れ性評価試験）
前記ＴｉＯ2、ＮｉＯ、ＺｒＯ2、Ｓｉ3Ｎ4及び標準めっきのテーブルを各３例ずつ使用して、表面自由エネルギー計（協和界面科学株式会社社製、品番：ＣＡ−ＶＥ）を用いて接触角の計測をおこない、濡れ性の評価をおこなった。具体的には、実施例１〜４及び比較例１のテーブルを水平に設置し、その真上に、液滴を吐出させるためのノズルを下に向けて設置した。そして、水及びクーラントの液滴をほぼ一定の大きさになるようノズル先端から吐出させ、テーブルを上昇させてその液滴を迎えに行った。テーブルに液滴が接触したら、即座にテーブルを下降させ、液滴が分離したところでテーブルを停止させた。テーブルが停止して１秒後に、テーブル上の液滴の接触角を測定した。クーラントとしては、ジエチレングリコールの加工液を使用した。
【００３１】
（水接触角評価結果）
【表１】
2015147276.tif 000003
【００３２】
表１に示したように標準めっきに比べて、ＴｉＯ2、ＮｉＯ、ＺｒＯ2及びＳｉ3Ｎ4のテーブルの表面は顕著に水に対する濡れ性が低い結果となった。以上から、金属化合物の微粒子を分散させて作製したニッケルめっきは、通常のニッケルめっきに比べて濡れ性が低いことが確認できた。
【００３３】
（クーラント接触角評価結果）
【表２】
2015147276.tif 000004
【００３４】
表２に示したように、標準めっきに比べて、ＴｉＯ2、ＮｉＯ、ＺｒＯ2及びＳｉ3Ｎ4の表面はクーラントに対しても顕著に濡れ性が低い結果となった。つまり金属化合物の微粒子を分散させて作製したニッケルめっきは、クーラントに対しても濡れ性が低いことが確認できた。つまり、クーラントに対して濡れ性が低い素材を選別するために、水に対する濡れ性を指標にすることができるということが示唆された。
【符号の説明】
【００３５】
１    ワイヤソー
１１  芯線
１２  砥粒
１３  固定層
１４  添加剤
【図１】
2015147276.tif 000005