(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子線硬化性樹脂を主成分とし、複数層からなる結合材が工具半径方向に形成され、前記結合材でワイヤ上に砥粒を固定したワイヤ工具であって、
前記結合材には、砥粒を添加した電子線硬化性接着剤からなり、ワイヤ上に形成された電子線硬化性接着剤層と、骨材として平均粒径が０．１〜１５μｍの金属粒子および平均粒径が０．１〜１５μｍの有機樹脂粉末を５〜９０ｗｔ％添加した電子線硬化性樹脂からなり、前記電子線硬化性接着剤層上に形成された電子線硬化性樹脂層と、を含むことを特徴とするワイヤ工具。
【請求項２】
電子線硬化性樹脂を主成分とし、複数層からなる結合材が工具半径方向に形成され、前記結合材でワイヤ上に砥粒を固定したワイヤ工具であって、
前記結合材には、砥粒を添加した電子線硬化性接着剤からなり、ワイヤ上に形成された電子線硬化性接着剤層と、骨材として短径が０．１〜１５μｍ、長径が１〜２００μｍの金属ファイバおよび短径が０．１〜１５μｍ、長径が１〜２００μｍの有機樹脂ファイバを５〜９０ｗｔ％添加した電子線硬化性樹脂からなり、前記電子線硬化性接着剤層上に形成された電子線硬化性樹脂層と、を含むことを特徴とするワイヤ工具。
【請求項３】
ワイヤ上に電子線硬化性樹脂を主成分とし、複数層からなる結合材で砥粒を固定したワイヤ工具の製造方法であって、
ワイヤをその軸線方向に走行させながら、電子線硬化性接着剤および砥粒を含む混合接着剤液をワイヤ表面に塗布する接着剤液塗布工程と、
ワイヤ表面に塗布された前記混合接着剤液に電子線を照射して硬化する第１の電子線硬化工程と、
前記混合接着剤液が表面に塗布および硬化されたワイヤをその軸線方向に走行させながら、ワイヤ上に電子線硬化性樹脂および骨材からなり、前記骨材として平均粒径が０．１〜１５μｍの金属粒子および平均粒径が０．１〜１５μｍの有機樹脂粉末を５〜９０ｗｔ％含有する電子線硬化性樹脂の混合溶液を塗布する混合溶液塗布工程と、
ワイヤ上に塗布された前記混合溶液に電子線を照射して硬化する第２の電子線硬化工程と、
を有することを特徴とするワイヤ工具の製造方法。
【請求項４】
ワイヤ上に電子線硬化性樹脂を主成分とし、複数層からなる結合材で砥粒を固定したワイヤ工具の製造方法であって、
ワイヤをその軸線方向に走行させながら、電子線硬化性接着剤および砥粒を含む混合接着剤液をワイヤ表面に塗布する接着剤液塗布工程と、
ワイヤ表面に塗布された前記混合接着剤液に電子線を照射して硬化する第１の電子線硬化工程と、
前記混合接着剤液が表面に塗布および硬化されたワイヤをその軸線方向に走行させながら、ワイヤ上に電子線硬化性樹脂および骨材からなり、前記骨材として短径が０．１〜１５μｍ、長径が１〜２００μｍの金属ファイバおよび短径が０．１〜１５μｍ、長径が１〜２００μｍの有機樹脂ファイバを５〜９０ｗｔ％含有する電子線硬化性樹脂の混合溶液を塗布する混合溶液塗布工程と、
ワイヤ上に塗布された前記混合溶液に電子線を照射して硬化する第２の電子線硬化工程と、
を有することを特徴とするワイヤ工具の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、シリコンインゴット、水晶、石英、などの硬脆材料や金属材料を切断加工するための、樹脂を主な材料としたワイヤ工具に関し、特に切断加工の高精度化・高効率化を行うことができるワイヤ工具およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、シリコンインゴット、水晶、石英、などの硬脆材料や金属材料の切断工具としてワイヤ工具が用いられているが、特に近年のシリコンウェーハの大口径化にともない、シリコンウェーハのインゴットからの切断手段として注目されている。
【０００３】
シリコンインゴットの切断加工には、従来は内周刃による切断方式が適用されてきた。そして近年、半導体デバイスの生産コストの低減、適正化を図るために、シリコンウェーハは大口径化の一途をたどっているが、そうしたウェーハの大口径化に対しては、内周刃の大径化で対応してきた。しかしながら、特に８インチ以上のシリコンインゴットに対しては、スループットの向上に限界がある、切断ロス（Kerf-loss）が大きい、切断ジグへの内周刃のセッティングが困難である、などの理由により、切断方法は内周刃切断方式からマルチワイヤ切断方式（「電子材料」Vol.３５、No.７、１９９６年７月号、第２９頁に記載）に置き換わりつつある。
【０００４】
ところで、従来行われてきたワイヤによるシリコンインゴットの切断加工は、図６に示すように、ピアノ線などのワイヤ１の新線リール２から巻き取りローラ５までの所定経路中に、ダンサローラ３および複数のメインローラ４などを設けて、インゴット６に近接する所定のピッチのワイヤ列を形成するもので、スラリーノズル７から高粘度の研磨剤スラリーを供給するとともに、インゴット６をそのワイヤ列に押し付けることにより、インゴット６の切断を行う、という遊離砥粒加工であった。しかしながら、遊離砥粒加工法ゆえに、多量の産業廃棄物（廃液）を生じる、ランニングコストが高い、切断後のウェーハ洗浄が難しい、加工能率の向上が望めない、さらには切断精度が悪い、などの欠点があった。
【０００５】
これらの問題を解決するものとして、ワイヤに砥粒を固着させたワイヤ工具、すなわち固定砥粒ワイヤ工具があり、すでに電着ワイヤ工具（特開昭６３−２２２７５号公報、特公平４−４１０５号公報、特開平７−２２７７６７号公報、特開平９−１５０３１４号公報、などに記載）やピアノ線自体に砥粒を機械的に埋め込む製造法によるもの（商品名：ワイヤモンド、住友電気報昭和６３年３月第１３２号、ｐ．１１８−１２２に記載）が開発されている。これらの工具においては、砥粒を固着する結合材として金属が用いられている。
【０００６】
ところが、金属を結合材として用いたワイヤ工具では、結合剤層が硬いため、ワイヤ工具の破断ねじり強度や曲げ強度が低く、加工時に断線しやすい、また電着ワイヤ工具においては、電着に長時間要するために製造コストが高い、さらにマルチワイヤ切断方式に必要なワイヤ工具自体の長尺化が困難である、などの品質上かつ経済上の問題があった。また、ワイヤの製造コストが高く、長尺化が困難であるという問題を回避するために、短尺ワイヤ工具の両端を接合したエンドレスタイプのワイヤ工具も試作されているが、接合部の破断ねじり強度や曲げ強度が極めて低いという問題がある。
【０００７】
そこで、これらの問題を解決するために、最近、樹脂を結合材に用いたワイヤ工具が開発されるに至っている。こうしたワイヤに砥粒を固着する結合材に樹脂を用いたワイヤ工具およびその製造方法としては、大阪ダイヤモンド工業が開発した固定砥粒ダイヤモンドワイヤソー（１９９７年度砥粒加工学会学術講演会講演論文集、ｐ．３６９−３７０）、特開平８−１２６９５３号公報、特開平９−１５５６３１号公報、特開平１０−１３８１１４号公報、特開平１０−１５１５６０号公報、特開平１０−３１５０４９号公報、特開平１０−３２８９３２号公報、特開平１０−３３７６１２号公報に記載のものが知られている。これらのワイヤ工具では、樹脂の種類については特に限定していないが、発表内容、実施例、などからわかるように、実際には研削砥石において従来使用されてきたフェノール樹脂などの熱硬化性樹脂が用いられている。また、砥粒保持強度を高めるために、セラミックを結合材に用いたワイヤ工具が、特開平１１−４８０３５号公報に記載されている。
【０００８】
しかしながら、このように改善されたワイヤ工具においても、熱硬化性樹脂を結合材に用いることから、溶媒を除去するための乾燥工程と硬化させるための焼成工程を必要とし、また焼成に要する時間も全てのワイヤ工具箇所において数分ずつ要してしまう。また、セラミックを結合材に用いると、焼成温度がさらに高くなるのみならず、焼成に要する時間も数十分以上も要してしまう。したがって、ワイヤ工具の高速な製造、例えば毎分数百メートル〜数キロメートルの速度での製造は難しく、マルチ切断方式に必要な１０キロメートル以上の長尺なワイヤ工具を安価に製造することは極めて困難である。さらに、熱硬化性樹脂を結合材としたワイヤ工具は、金属を結合材として用いたワイヤ工具に比較して、結合材の耐摩耗性、機械的強度、耐熱性が低く、切断能率が劣るという問題がある。
【０００９】
そこで、製造スピード向上という観点から、銅線の被覆などに用いられる電子線硬化性樹脂を熱硬化性樹脂に替えて結合材とし、さらに結合材の耐摩耗性、機械的強度、耐熱性を向上させるために電子線硬化性樹脂に金属粒子や金属ファイバなどを添加する技術が提案されている（特願平１１−２０２２２４号）。さらに、ワイヤと結合材との密着強度を上げて工具の耐摩耗性を向上させるために、結合材を多層化する技術が提案されている（特願平１１−２０３２２２号）。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来の技術では、結合材を形成する電子線硬化性樹脂として、金属との密着性に優れる各種官能基を導入した電子線硬化性接着剤を用いることにより、ワイヤ芯線を構成する金属などとの接着強度が高まって、ワイヤと結合材層との密着性が向上する。
【００１１】
しかしながら、結合材の硬度を高めて工具の耐摩耗性を向上させるため、結合材の主成分である電子線硬化性樹脂（接着剤）中に、金属粒子や金属ファイバを添加した場合、電子線照射を行う前にその金属粒子などと電子線硬化性接着剤との境界部から硬化反応が生じてしまう。つまり、電子線硬化性接着剤中に金属粒子などを添加すると、電子線照射を行う前に硬化反応が生じ、工具を製造することが困難になる。
【００１２】
本発明は、このような問題に着目してなされたもので、複数の電子線硬化性樹脂層からなる結合材によって砥粒をワイヤ上に固定し、高寿命で切断加工の高精度化・高能率化が可能であり、かつ長尺で安価なワイヤ工具およびその製造方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
参考として、本発明は、電子線硬化性樹脂を主成分とし、複数層からなる結合材が工具半径方向に形成され、前記結合材でワイヤ上に砥粒を固定したワイヤ工具であって、前記結合材には、砥粒を添加した電子線硬化性接着剤からなり、ワイヤ上に形成された電子線硬化性接着剤層と、骨材を添加した電子線硬化性樹脂からなり、前記電子線硬化性接着剤層上に形成された電子線硬化性樹脂層と、を含む構成を有している。
【００１４】
工具半径方向に形成された複数の電子線硬化性樹脂層からなる結合材で砥粒を固着したワイヤ工具においては、金属ワイヤとの密着強度を高めるために、金属との密着性を高める官能基（カルボキシル基など）を導入した電子線硬化性接着剤をワイヤ表面に塗布することが有効である。また、耐摩耗性等の向上のためには、電子線硬化性樹脂層に金属粉末などの骨材を添加することが有効である。一方、電子線硬化性接着剤に金属粉末などを添加すると、電子線照射以前にその金属粉末などとの境界部分から硬化反応が生じてしまう。
【００１５】
そこで、電子線硬化性接着剤に砥粒を添加した層をワイヤに接する結合材第１層とし、その層上の工具半径方向に、少なくとも、通常の電子線硬化性樹脂に金属粉末などの骨材を添加した第２層を形成する。このように、電子線硬化性接着剤には金属粉末などを添加しないことで、電子線照射以前に硬化反応が生じることはなくなる。また、より芯線に近い部分（結合材第１層）で、密着力の強い電子線硬化性接着剤により砥粒を固定することによって、砥粒の保持強度を高めることができる。そして、第２層目以降に通常の電子線硬化性樹脂を主成分とする層を設けることにより、ワイヤ工具として必要な表面硬度を得ることができ、その層内に金属粉末などの骨材を添加することによって、さらに表面硬度を高め、ワイヤ工具の耐摩耗性を向上させることができる。すなわち、ワイヤ工具として十分な表面硬度を得ることができ、砥粒についても十分な強度を保持することができるので、ワイヤ工具を高寿命化することが可能となる。
【００１６】
参考として、本発明は、前記ワイヤの表面に化学的プライマ処理を施すことによって形成されたプライマ層を有し、該プライマ層上に前記電子線硬化性接着剤層が形成されている構成を有している。
【００１７】
ワイヤ表面に化学的プライマ処理を施すことで、電子線硬化性接着剤層を含む結合材被膜とワイヤ面との密着力を高めることができ、結合材被膜の剥離による工具寿命の低下を抑えることができる。
【００１８】
請求項１に記載の発明は、電子線硬化性樹脂を主成分とし、複数層からなる結合材が工具半径方向に形成され、前記結合材でワイヤ上に砥粒を固定したワイヤ工具であって、前記結合材には、砥粒を添加した電子線硬化性接着剤からなり、ワイヤ上に形成された電子線硬化性接着剤層と、骨材として平均粒径が０．１〜１５μｍの金属粒子および平均粒径が０．１〜１５μｍの有機樹脂粉末を５〜９０ｗｔ％添加した電子線硬化性樹脂からなり、前記電子線硬化性接着剤層上に形成された電子線硬化性樹脂層と、を含むことに特徴がある。
【００１９】
請求項２に記載の発明は、電子線硬化性樹脂を主成分とし、複数層からなる結合材が工具半径方向に形成され、前記結合材でワイヤ上に砥粒を固定したワイヤ工具であって、前記結合材には、砥粒を添加した電子線硬化性接着剤からなり、ワイヤ上に形成された電子線硬化性接着剤層と、骨材として短径が０．１〜１５μｍ、長径が１〜２００μｍの金属ファイバおよび短径が０．１〜１５μｍ、長径が１〜２００μｍの有機樹脂ファイバを５〜９０ｗｔ％添加した電子線硬化性樹脂からなり、前記電子線硬化性接着剤層上に形成された電子線硬化性樹脂層と、を含むことに特徴がある。
【００２０】
ワイヤ工具において、電子線硬化性樹脂単体で結合材を構成した場合、十分な砥粒層硬度などを得ることができず、切断加工時に砥粒が脱落したり、砥粒層の摩耗が激しくなることが考えられるが、金属粉末などの添加物（骨材）を結合材中に添加することにより、工具の機械的強度や耐熱性、耐摩耗性を向上させることができる。
【００２１】
ここで、金属粉末などの骨材は、可撓性や柔軟性がなく、結合材樹脂との付着性が悪いため、結合材より脱落するおそれがあるが、柔軟性があり、また結合材樹脂との付着性に優れる、有機樹脂粉末や有機樹脂ファイバ（樹脂繊維）を適量添加することによって、金属粒子などの保持強度を高めることが可能である。すなわち、金属粉末などの硬質な骨材と有機樹脂粉末などとを適宜配合して、電子線硬化性樹脂に混入することにより、切断工具として十分な工具硬度や可撓性などを得ることができる。
【００２５】
請求項３に記載の発明は、ワイヤ上に電子線硬化性樹脂を主成分とし、複数層からなる結合材で砥粒を固定したワイヤ工具の製造方法であって、ワイヤをその軸線方向に走行させながら、電子線硬化性接着剤および砥粒を含む混合接着剤液をワイヤ表面に塗布する接着剤液塗布工程と、ワイヤ表面に塗布された前記混合接着剤液に電子線を照射して硬化する第１の電子線硬化工程と、前記混合接着剤液が表面に塗布および硬化されたワイヤをその軸線方向に走行させながら、ワイヤ上に電子線硬化性樹脂および骨材からなり、前記骨材として平均粒径が０．１〜１５μｍの金属粒子および平均粒径が０．１〜１５μｍの有機樹脂粉末を５〜９０ｗｔ％含有する電子線硬化性樹脂の混合溶液を塗布する混合溶液塗布工程と、ワイヤ上に塗布された前記混合溶液に電子線を照射して硬化する第２の電子線硬化工程と、を有することに特徴がある。
【００２６】
請求項４に記載の発明は、ワイヤ上に電子線硬化性樹脂を主成分とし、複数層からなる結合材で砥粒を固定したワイヤ工具の製造方法であって、ワイヤをその軸線方向に走行させながら、電子線硬化性接着剤および砥粒を含む混合接着剤液をワイヤ表面に塗布する接着剤液塗布工程と、ワイヤ表面に塗布された前記混合接着剤液に電子線を照射して硬化する第１の電子線硬化工程と、前記混合接着剤液が表面に塗布および硬化されたワイヤをその軸線方向に走行させながら、ワイヤ上に電子線硬化性樹脂および骨材からなり、前記骨材として短径が０．１〜１５μｍ、長径が１〜２００μｍの金属ファイバおよび短径が０．１〜１５μｍ、長径が１〜２００μｍの有機樹脂ファイバを５〜９０ｗｔ％含有する電子線硬化性樹脂の混合溶液を塗布する混合溶液塗布工程と、ワイヤ上に塗布された前記混合溶液に電子線を照射して硬化する第２の電子線硬化工程と、を有することに特徴がある。
【００２７】
参考として、本発明は、前記接着剤液塗布工程の前に、ワイヤに電子線を照射してワイヤ表面を洗浄するワイヤ洗浄処理工程を有している。
【００２８】
結合材硬化のエネルギー源に用いている電子線は、金属などの表面の洗浄作用を有するので、結合材として用いる混合接着剤液をワイヤ上に塗布する前に、ワイヤに電子線などを照射して洗浄処理する。この電子線照射により、ワイヤ表面が脱脂され、ワイヤと結合材層との十分に高い密着強度が得られる。また、電子線照射によって毎分１０００ｍ以上の洗浄処理速度を実現でき、ワイヤ工具の製造速度が大幅に向上する。さらに、従来の洗浄方法よりも低い製造コストを実現できる。
【００３０】
本発明においては、電子線硬化性樹脂（電子線硬化性接着剤を含む）を主成分とした結合材塗布層に電子線を照射することにより、前記電子線硬化性樹脂は化学反応を起こし、１秒以内に重合硬化するので、ワイヤ工具の製造スピードが向上し、安価で長尺なワイヤ工具を提供できる。
【００３１】
参考として、本発明は、前記電子線硬化工程を、大気中よりも酸素濃度を減少させた雰囲気中で行う。
【００３２】
前記電子線硬化工程における酸素濃度を通常の大気中よりも減少させることで、樹脂の重合硬化反応を十分に安定かつ確実に実現できる。例えば、電子線硬化工程における酸素濃度を通常の大気中より１０％減少させた場合においても、切断加工に適した結合材層が得られる。
【００３３】
参考として、本発明は、前記電子線硬化工程を、窒素雰囲気中で行う。
【００３４】
前記電子線硬化工程を酸素の全くない窒素雰囲気中において行うと、結合材層が完全硬化し、切断加工に供するに十分適した切断特性や耐摩耗性を有するワイヤ工具が得られる。
【００３５】
参考として、本発明は、前記混合溶液塗布工程および電子線硬化工程を複数回繰り返す。
【００３６】
一般的な電子線硬化性樹脂は金属ワイヤとの密着強度が低いので、金属との密着性に優れる電子線硬化性接着剤を含む結合材第１層の上に、電子線硬化性樹脂を含む複数の結合材層を形成することで、ワイヤと結合材との密着強度を高め、さらにワイヤ工具硬度を向上させることができる。
【００３９】
参考として、本発明は、前記電子線硬化工程の後、ワイヤ工具を加熱して熟成する加熱熟成工程を有している。
【００４０】
ワイヤ工具の耐摩耗性、耐熱性の向上に有効な金属粉末を添加した場合、電子線照射のみでは、添加した粒子部、ファイバ部での電子線の吸収、反射などや添加物の金属イオンの作用により、金属添加物周囲において硬化不良が生じやすい。また、電子線照射時間の短縮によっても、未硬化部が残存し易い。そこで、前記加熱熟成工程を設けることにより、金属添加物周囲で生じた硬化不良による結合材硬度の低下を改善し、さらに電子線照射時間を短縮させることが可能である。こうして、結合材層を完全に硬化し、工具コストを低減しながら、切断特性や耐摩耗性に優れたワイヤ工具を得ることができる。
【００４１】
参考として、本発明は、前記加熱熟成工程では、結合材硬化後のワイヤ工具を巻き取り、加熱炉でバッチ処理する。
【００４２】
前記加熱熟成工程は、ほぼ硬化したワイヤ工具に対して行うため、リールに巻き取った工具を加熱炉などでバッチ処理することができる。バッチ処理によれば、工具１個あたりの製造時間は殆ど変化しないので、工具製造速度を低減することなく、切断加工を行うに十分な結合材硬度を有するワイヤ工具を、確実かつ安定に製造することができる。
【００４３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の一実施形態を説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、電子線硬化性接着剤に砥粒を添加した電子線硬化性接着剤層と、前記電子線硬化性接着剤以外の通常の電子線硬化性樹脂に種々の金属粒子や無機粉末、有機樹脂粉末、金属ファイバ、無機ファイバ、有機樹脂ファイバ（樹脂繊維）を添加した電子線硬化性樹脂層と、を含む結合材を用いて、前記砥粒をワイヤに固着するワイヤ工具とその製造方法の広範囲な応用を含むものである。
【００４４】
［第１の実施形態］
図１に、本発明の第１の実施形態に係るワイヤ工具の製造装置の概略構成を示し、図２にはその製造装置を用いて製造されたワイヤ工具の横断面を示す。
【００４５】
図１において、送り出しロール１０に巻かれたワイヤ１１は、複数の送りローラ１２、１３、１４およびダンサローラ１５により搬送され、巻き取りロール２０に引張られて巻き取られる構成になっている。ワイヤ１１の素材は特に限定されるものではなく、ピアノ線、黄銅被覆ピアノ線、ステンレス鋼線といった金属線やガラス繊維といった無機化合物による線、ナイロンといった有機化合物による線、またはそれらの撚線、などが挙げられる。
【００４６】
このワイヤ１１を巻き取る際、張力変動による断線などを防止するために、張力制御機構としてダンサローラ１５を設けているが、他にはシーソー方式やキャプスタン方式による張力制御法が挙げられる。図１に示す構成においては、制御系１６によって送り出しロール１０の送り出しの速度と巻き取りロール２０の巻き取り速度が制御されると共に、ダンサローラ１５の位置が制御され、ワイヤ１１の張力が所定値に制御される。
【００４７】
送り出しロール１０から引き出されたワイヤ１１は、その上に形成される後述の混合被膜（電子線硬化性接着剤層、電子線硬化性樹脂層）との密着性を向上させるために、所定の速度で電子線照射処理（ワイヤ洗浄処理）が施される。ワイヤ洗浄工程においては、例えば、容量３００ｋｅＶの電子線照射部（電子線加速器）６１より電子線をワイヤ表面に所定時間、照射する。
【００４８】
前述のワイヤ洗浄処理の後、ワイヤ１１は、電子線硬化性接着剤を主成分とする混合接着剤液３２を収容した接着剤塗布槽７２に導かれ、電子線硬化性接着剤の塗布処理が施される。
【００４９】
ここで、混合接着剤液３２は、金属との密着性を高める官能基（例えば、カルボキシル基、ヒドロキシル基、アミノ基）を導入した電子線硬化性樹脂（接着剤）に砥粒３２０ａ（図２に示す）を添加したものである。電子線硬化性接着剤は、ワイヤ１１との密着性および電子線硬化性樹脂を主成分とする混合被膜との密着性に優れるため、その電子線硬化性接着剤を塗布処理することにより、結果として、ワイヤ１１と混合被膜との密着性を高めることができる。なお、砥粒３２０ａは、特に限定されるものではなく、ダイヤモンド、ＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素）、アルミナ、炭化珪素、などの硬質砥粒などでもよい。但し、その中でも加工能力に優れるダイヤモンド砥粒が通常望ましい。
【００５０】
前述の電子線硬化性接着剤を塗布した後、塗布膜厚み制御および硬化処理を行う。この塗布膜厚み制御は、接着剤塗布槽７２の出口に移動可能に設けられた線径ジグ５１により、ワイヤ１１に付着している余分な電子線硬化性接着剤を掻き落として未硬化の電子線硬化性接着剤被膜を所定の厚みに整えるか、あるいは、未硬化の電子線硬化性接着剤被膜が形成されたワイヤ外径を所定の直径に整えることによって行われる。また、前記硬化処理は、線径ジグ５１を通過したワイヤ１１に対し、容量３００ｋｅＶの電子線照射部（電子線加速器）６２より電子線を所定時間、照射することによって行われる。これにより、未硬化の電子線硬化性接着剤被膜が硬化した結合材第１層（電子線硬化性接着剤層）３２０が形成される。
【００５１】
ローラ１２を通過し、前述のようなプライマ処理あるいは電子線硬化性接着剤の塗布処理によって、その表面に電子線硬化性接着剤層３２０が形成されたワイヤ１１は、次いで、ロート状の樹脂塗布槽６３に収容された混合溶液３３中を通過する。このとき、ワイヤ１１の電子線硬化性接着剤層３２０上に混合溶液３３が層状に付着して未硬化の混合被膜が形成される。
【００５２】
ここで、樹脂塗布槽７３に収容された混合溶液３３は、電子線硬化性樹脂に所定の添加物（骨材）３３０ａを添加、混合した流動性混合物である。なお、電子線硬化性樹脂の成分であるオリゴマ、モノマは、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ハイパロン、ポリスチレン、ポリアクリル酸、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル、ナイロン、ポリクロロプレン、ポリジメチルシロキサン、エポキシ、ポリエステル、ポリビニルブチラール、ポリウレタン、ポリアミド、メラミン、尿素、などを用いてもよい。
【００５３】
前記混合溶液３３は、液状樹脂すなわち前述の電子線硬化性樹脂に、平均粒径が０．１〜１５μｍの金属粒子および／または無機粉末および／または有機樹脂粉末を５〜９０ｗｔ％、あるいは、短径が０．１〜１５μｍ、長径が１〜２００μｍの金属ファイバおよび／または無機ファイバおよび／または有機樹脂ファイバを５〜９０ｗｔ％、添加物（骨材）３３０ａとして添加、混合した添加物混合液状樹脂である。
【００５４】
また、樹脂塗布槽７３の出口には、線径ジグ５２が移動可能に設けられており、ワイヤ１１に付着している余分な混合溶液３３をこの線径ジグ５２により掻き落として、未硬化の混合被膜を所定の厚みに整え、あるいは、その混合被膜が形成されたワイヤ外径を所定の直径に整えるように構成されている。
【００５５】
線径ジグ５２を通過したワイヤ１１は、次いで、電子線照射部（電子線加速器）６３によって所定の電子線を照射される。これにより、未硬化の電子線硬化性樹脂被膜（混合被膜）が硬化した結合材第２層（電子線硬化性樹脂層）３３０が形成される。
【００５６】
こうして、所望の複数層からなる結合材で砥粒３２０ａを固定したワイヤ工具１１Ｔが順次できあがる。
【００５７】
なお、本実施形態では、複数の電子線照射部６１〜６３を設けたが、これに限らず、１個の電子線照射部で複数層の混合被膜を電子線硬化するようにしてもよい。例えば、ワイヤ洗浄処理の後、ワイヤ１１を一旦巻き取り、巻き取ったワイヤ１１を送り出しロール１０に再度、セットすると共に、砥粒３２０ａと電子線硬化性接着剤からなる混合接着剤液を収容した接着剤塗布槽７２を設置する。次いで、ワイヤ１１を再度巻き出して接着剤塗布槽７２内の混合接着剤液中を通過させた後、その接着剤塗布槽７２の出口に設けられた線径ジグ５１によって塗布膜厚み制御を行い、さらに前記１個の電子線照射部によって硬化処理を行う。さらにこの後、前述のようにワイヤ１１を一旦巻き取って送り出しロール１０に再セットすると共に、接着剤塗布槽７２を取り外し、添加物３３０ａと電子線硬化性樹脂からなる混合溶液を収容した樹脂塗布槽７３を設置する。次いで、ワイヤ１１を再度巻き出して樹脂塗布槽７３内の混合溶液中を通過させた後、その樹脂塗布槽７３の出口に設けられた線径ジグ５２によって、塗布膜厚み制御を行い、さらに前記１個の電子線照射部によって硬化処理を行う。
【００５８】
線径測定器１７は、電子線照射部６３より下流側でワイヤ工具１１Ｔの外径寸法を測定するもので、その測定情報を制御系１６にフィードバックすることができる。この線径測定器１７は、例えばワイヤ搬送方向の所定位置で、ワイヤ工具１１Ｔを取り囲んで等角度間隔に離間する３個の非接触の変位センサを有しており、ワイヤ１１の線径測定のみならず、ワイヤ１１の本体に対する混合被膜の芯ずれ（周方向三位置での混合被膜の膜厚のばらつき）をも検出可能に構成されている。制御系１６は、その測定情報を基にワイヤ１１と線径５１、５２との芯ずれを検出し、常にワイヤ１１が線径ジグ５１、５２の中心を走行し、混合被膜がワイヤ１１の長さ方向においても周方向においても一定の厚さとなるように、ワイヤ１１と線径ジグ５１、５２の相対位置の制御を行う。その位置制御は、線径ジグ５１、５２を変位させることにより、あるいは、図示しないワイヤ位置調整用のローラを変位させることにより、可能である。
【００５９】
その外周面に混合被膜（電子線硬化性接着剤層３２０、電子線硬化性樹脂層３３０）が形成されたワイヤ工具１１Ｔは、ローラ１４、１５を通過した後、巻き取りロール２０に巻き取られ、次いで、図３に示す加熱炉４０に複数個まとめて搬入・載置され、所定温度で所定時間、加熱処理される（加熱熟成工程）。
【００６０】
ここで、加熱炉４０は、前述のように硬化して巻取られた後のワイヤ工具１１Ｔを、図示しない入口から複数個搬入・収容し、所定温度で所定時間、加熱処理するバッチ式の炉であって、炉体４１の上部面に設けられた１対（あるいは複数対）のバーナ４２ａ、４２ｂと、加熱炉４０の下部面に設けられた排気口４３ａ、４３ｂと、炉体４１の下部に設けられ、被加熱物（ワイヤ工具１１Ｔ）を複数載置するための載置台４４と、を備え、バーナ４２ａ、４２ｂに供給された燃料と燃焼用空気とを混合して、炉内に噴射し燃焼させるように構成されている。なお、本実施形態に限らず、ワイヤ工具１１Ｔの構成や個数に応じ、重油炉、ガス炉、電気炉、などを適宜選択して使用することができる。
【００６１】
本実施形態では、ワイヤ１１と接する結合材第１層として、金属との密着性に優れた電子線硬化性接着剤層３２０を設け、その電子線硬化性接着剤には砥粒３２０ａのみを添加することにより、電子線照射以前に硬化反応が生じることを回避できる。さらに、電子線硬化性接着剤層３２０の上に結合材第２層として、金属粒子などの骨材を含む電子線硬化性樹脂層３３０を積層することにより、ワイヤ工具１１Ｔの機械的強度および耐熱性を高めることができる。また、砥粒３２０ａは、ワイヤ１１に近接した結合材第１層で、密着力の強い電子線硬化性接着剤によりワイヤ１１に固定されるので、例えば、結合材第２層以降で金属粉末などの添加物と共にワイヤ１１に固定される場合に比べ、その保持強度が大幅に向上する。
【００６２】
また、本実施形態では、前述の加熱熟成工程において、製造後のワイヤ工具１１Ｔを所定温度で所定時間、加熱熟成することにより、金属粉末などの添加に起因する未硬化部が完全に硬化され、切断加工に適した硬度を有する結合材層を形成することができ、さらに電子線照射時間を短縮させることが可能である。なお、本実施形態に限らず、複数個のワイヤ工具を保管可能な保管庫を設け、工具結合材の電子線硬化後の自然硬化熟成処理を行なうように構成してもよい。
【００６３】
また、本実施形態では、電子線硬化性樹脂中に、平均粒径０．１〜１５μｍを有する、金属粒子、無機粉末、有機樹脂粉末のうち少なくとも一つを添加物として、あるいは、短径が０．１〜１５μｍで、長径が１〜２００μｍである、金属ファイバ、無機ファイバ、有機樹脂ファイバのうち少なくとも一つを添加物として、その添加物を５〜９０ｗｔ％添加しているので、ワイヤ工具の機械的強度および耐熱性を高めることができる。特に、柔軟性があり、また結合材樹脂との付着性に優れる有機樹脂粉末、あるいは有機樹脂ファイバを適量添加することによって、砥粒３２０ａの保持強度を高めることができる。
【００６４】
また、本実施形態では、ワイヤ１１をその軸線方向に走行させながら、前述の添加物３３０ａを５〜９０ｗｔ％含有する電子線硬化性樹脂の混合溶液３３などを所定の径に整形し、あるいはワイヤ１１上に塗布された混合溶液３３の被膜などを所定の膜厚に整形した後、電子線硬化する工程を含むので、均一な被膜を複数層形成し、高品質のワイヤ工具を連続的に製造することができる。
【００６５】
また、本実施形態では、電子線硬化後に混合被膜が形成されたワイヤ工具１１Ｔの外径寸法を計測し、その計測結果を基に混合被膜の形成されたワイヤ工具１１Ｔの外径寸法を所定の値にするように、線径ジグ５１、５２や前記調整用ローラを制御することにより、線径のばらつきを最小限に抑えることができる。その結果、切断時の切断ロスや切断品の反りが小さく、安定した切断面品質を有するシリコンウェーハを得ることができる。
【００６６】
また、本実施形態では、ワイヤ本体上に電子線硬化性接着剤を主成分とする混合溶液３２を塗布する工程に先立ち、電子線照射によるワイヤ洗浄処理を施すので、例えば、溶剤蒸気脱脂槽による脱脂処理を行う方法より短時間で、その電子線硬化性接着剤とワイヤ１１との密着強度を向上させることができる。
【００６８】
「第２の実施形態」
図４に本発明の第２の実施形態に係るワイヤ工具の製造装置の概略構成を示し、図５にはその製造装置を用いて製造されたワイヤ工具の横断面を示す。なお、第１の実施形態と同一の構成には同一符号を付与して説明を省略する。
【００６９】
本実施形態では、結合材硬化工程（電子線硬化工程）を窒素雰囲気中で行うが、全硬化工程を窒素雰囲気に保つと設備コストが高くなるばかりではなく、ランニングコストも高くなるので、ワイヤ１１に対する電子線照射部６４ｃ、６５ｃ近傍のみに窒素ガスを噴射して酸素濃度を大気よりも減少させるように構成する。また、本実施形態では、第１の実施形態と同様に電子線硬化性樹脂（接着剤を含む）を主成分とする複数の結合材層３２０、３３０を設けるが、電子線照射によるワイヤ洗浄処理は行わず、ワイヤ表面にプライマ処理を施し、結合材第１層としてプライマ層３１０を形成する。
【００７０】
図４において、送り出しロール１０に巻かれたワイヤ１１は、前述のように巻き取りロール２０に引張られて巻き取られる。
【００７１】
送り出しロール１０から引き出されたワイヤ１１は、電子線硬化性樹脂を主成分とする結合材層との密着性を向上させるために溶剤蒸気脱脂槽（図示せず）で脱脂処理された後、ロート状のプライマ処理槽７１に導かれ、化学的プライマ処理が施される。ここで、化学的プライマ処理としては、カップリング剤（例えば、シランカップリング剤）の表面塗布が挙げられ、ワイヤ１１がプライマ処理槽７１を通過することにより、ワイヤ表面にプライマ処理液（カップリング剤液）３１が塗布されて、プライマ層（結合材第１層）３１０が形成される。予めワイヤ表面をプライマ処理することによって、ワイヤ表面における混合被覆の硬化を促進し、ワイヤ１１と混合被膜との密着性を高めることができる。
【００７２】
次いで、化学的プライマ処理が施されたワイヤ１１は、前述のように接着剤塗布槽７２に導かれ、電子線硬化性接着剤を主成分とし、砥粒３２０ａが添加された混合接着剤液３２の塗布処理が施される。これによって、プライマ層上に混合接着剤液３２が層状に付着し、未硬化の混合被膜が形成される。
【００７３】
この混合接着剤液の塗布処理の後、塗布膜厚み制御および硬化処理を行う。ここで、塗布膜厚み制御は、前述のように接着剤塗布槽７２の出口に移動可能に設けられた線径ジグ５１により、ワイヤ１１に付着している余分な電子線硬化性接着剤などを掻き落として未硬化の電子線硬化性接着剤被膜を所定の厚みに整えるか、あるいは、未硬化の電子線硬化性接着剤被膜が形成されたワイヤ外径を所定の直径に整えることによって行われる。また、前記硬化処理は、線径ジグ５１を通過したワイヤ１１に対し、電子線照射装置６４で前述の電子線を照射することにより行われる。特に、電子線照射装置６４の電子線照射部６４ｃに対し、ガス噴射機構６４ａから、ワイヤ１１がその半径方向に振動しないように、ワイヤ走行方向に沿って（図中、上方から下方へ）、ガスを噴射・供給する。ガスの供給量（流量）は、電子線照射部６４ｃ近傍における酸素濃度が大気中の酸素濃度よりも少なくとも１０％程度減少させる程度であることが望ましい。また、噴射ガスは、大気環境中に放出可能な窒素ガス、アルゴンガスであることが望ましい。なお、噴射されたガスは電子線照射装置６４の排気機構６４ｂを介して回収される。また、制御系１６は、図示しないガス濃度センサの検知情報に基づき、ガス流量が予め設定した値となるようにガス噴射機構６４ａによるガス噴射を制御する。この電子線硬化工程により、未硬化の電子線硬化性接着剤被膜が切断加工に十分な硬度に硬化した電子線硬化性接着剤層（結合材第２層）３２０が形成される。
【００７４】
ローラ１２を通過し、前述のプライマ処理、電子線硬化性接着剤の塗布処理、および硬化処理によって、ワイヤ１１の表面にプライマ層３１０が形成され、その上に電子線硬化性接着剤層３２０が形成されたワイヤ１１は、次いで、混合溶液３３が収容されたロート状の樹脂塗布槽７３に導かれ、前述のように電子線硬化性接着剤層３２０上に混合溶液３３が層状に付着して未硬化の混合被膜が形成される。
【００７５】
こうして電子線硬化性接着剤層３２０上に未硬化の混合被膜が形成されたワイヤ１１は、前述のように線径ジグ５２を通過し、電子線照射装置６５で電子線を照射される。特に、電子線照射装置６５の電子線照射部６５ｃに対し、ガス噴射機構６５ａから、ワイヤ１１がその半径方向に振動しないように、ワイヤ走行方向に沿ってガスを噴射・供給する。ガスの供給量は、電子線照射部６５ｃ近傍における酸素濃度が大気中の酸素濃度よりも少なくとも１０％程度減少させる程度であることが望ましい。また、噴射ガスは、大気環境中に放出可能な窒素ガス、アルゴンガスであることが望ましい。なお、噴射されたガスは電子線照射装置６５の排気機構６５ｂを介して回収される。また、制御系１６は、図示しないガス濃度センサの検知情報に基づき、ガス流量が予め設定した値となるようにガス噴射機構６５ａによるガス噴射を制御する。この電子線硬化工程により、電子線硬化性樹脂および添加物３３０ａを含む未硬化の混合被膜が切断加工に十分な硬度に硬化した電子線硬化性樹脂層（結合材第３層）３３０が形成される。
【００７６】
その外周面に混合被膜が形成されたワイヤ工具１１Ｔは、ローラ１４、１５を通過した後、巻き取りロール２０に巻き取られ、前述のように加熱炉４０に複数個まとめて搬入・載置され、所定時間、加熱処理される。こうして、プライマ層３１０を含む複数層からなる結合材で砥粒３２０ａを固定したワイヤ工具１１Ｔが得られる。
【００７７】
本実施形態では、混合溶液の塗布されたワイヤ１１を所定の径に整形し、あるいはワイヤ１１上に塗布された混合溶液の被膜を所定の膜厚にして電子線硬化する硬化工程を、窒素雰囲気中でワイヤ１１に電子線を照射することで、重合硬化反応を安定かつ確実に生じさせることができる。特に、電子線照射部６４ｃ、６５ｃの各々においてランニングコストを大幅に増加させることなく、酸素濃度を減少させて酸素による重合阻害を防止できる。なお、本実施形態に限らず、製造装置全体に窒素ガスを供給するように構成してもよい。
【００７８】
また、本実施形態では、電子線硬化性接着剤の塗布工程の前工程で、ワイヤ表面に化学的プライマ処理を行うことによって、結合材被膜とワイヤ面との密着力を高めることができ、結合材被膜の剥離による工具寿命の低下を抑えることができる。
【００７９】
なお、本実施形態に限らず、結合材第３層３３０を形成した後、ワイヤ１１を一旦巻き取ると共にプライマ処理槽７１および接着剤塗布槽７２を取り外し、再度、巻き出して樹脂塗布槽７３内の混合溶液中を通過させた後、その樹脂塗布槽７３の出口に設けられた線径ジグ５２によって塗布膜厚み制御を行い、さらに電子線照射装置６５によって硬化処理を行うことにより、第４層以上の複数層からなる結合材で砥粒３２０ａを固定してもよい。
【００８０】
【実施例】
本実施例では、ワイヤとして直径０．２ｍｍのピアノ線を用い、結合材第１層は電子線硬化性接着剤を主成分とし、結合材第２層は電子線硬化性樹脂を主成分とする。
【００８１】
まず、集中度２０（５ｖｏｌ％）に該当する３０／４０μｍのダイヤモンド砥粒を微量のエチルアルコールで湿潤し、そのダイヤモンド砥粒をアクリレート系電子線硬化性接着剤中に入れ、ホモジナイザにて約１０分間混ぜ合わせる。続いて、接着剤塗布槽７２にそのアクリレート系電子線硬化性接着剤とダイヤモンド砥粒３２０ａとの混合溶液（混合接着剤液）３２を入れる。
【００８２】
次いで、ワイヤ１１を接着剤塗布槽７２内に導き、さらに、整形する開口直径が約０．２２ｍｍの線径ジグ５１を通過させる。こうして、ワイヤ表面にアクリレート系電子線硬化性接着剤を主成分とする混合接着剤液３２を塗布する。
【００８３】
一方、アクリレート系電子線硬化性樹脂中に、短径２μｍ、長径５μｍのポリアミドファイバを３０ｗｔ％添加し、ホモジナイザにて約１０分間混和する。続いて、樹脂塗布槽７３にポリアミドファイバを添加した液状樹脂の混合溶液３３を入れる。
【００８４】
次いで、その表面にアクリレート系電子線硬化性接着剤の塗布されたワイヤ１１を、樹脂塗布槽７３内に導き、さらに、整形する開口直径が約０．２７ｍｍの線径ジグ５２を通過させ、容量３００ｋｅＶの電子線照射装置（電子線照射部６３に相当）によって電子線を照射し、ワイヤ上に形成された未硬化の混合被膜を電子線硬化させて結合材層（電子線硬化性接着剤層３２０、電子線硬化性樹脂層３３０）を形成する。これにより、電子線硬化性接着剤および電子線硬化性樹脂を主成分とする結合材で砥粒３２０ａを固定した、直径０．２５〜０．２６ｍｍのワイヤ工具を得た。
【００８５】
こうして得られたワイヤ工具を用いて、３インチのシリコンインゴットの切断加工（ワイヤ線速度は３００ｍ／ｍｉｎ）を行った。その結果、平均切断能率は５０ｍｍ2／ｍｉｎ程度以上と良好であり、また、３０分間の加工において、工具半径摩耗量は５μｍ以下と優れた耐摩耗性が得られた。
【００８６】
なお、前述の結合材第１層に含まれる電子線硬化性接着剤の接着剤成分、接着剤への添加物（砥粒）、結合材第２層に含まれる電子線硬化性樹脂の樹脂成分、樹脂への添加物（骨材）は、本実施例で用いたものに限定されることはなく、他のものを用いてもよい。
【００８７】
また、本実施形態に限らず、混合接着剤液３２の塗布後に、容量３００ｋｅＶの電子線照射装置（電子線照射部６２に相当）によって電子線を照射し、混合接着剤液３２の混合被膜を硬化させた後、前述のように混合溶液３３を塗布し、さらに容量３００ｋｅＶの電子線照射装置（電子線照射部６３に相当）によって電子線を照射してもよい。
【００８８】
また、本実施例では、電子線硬化処理を大気中で行っているが、前述のように電子線照射部の酸素濃度を大気中よりも低減することで、より確実に結合材層を硬化することが期待される。
【００８９】
また、本実施例に限らず、ワイヤ１１を接着剤塗布槽７２内に導入する前に、ワイヤ表面に前述の化学的プライマ処理や脱脂処理を施してもよい。あるいは、ワイヤ表面に電子線を照射するワイヤ洗浄処理を施してもよい。さらに、前述の化学的プライマ処理、脱脂処理、ワイヤ洗浄処理、および他の溶剤による洗浄処理、のいずれかを組合わせてもよい。
【００９０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電子線硬化性樹脂（電子線硬化性接着剤を含む）を主成分とし、工具半径方向に複数層からなる結合材を用い、ワイヤ上に砥粒を固定したワイヤ工具において、ワイヤと接する部分には、金属であるワイヤとの密着強度の高い層（電子線硬化性接着剤層）を設け、その電子線硬化性接着剤には金属粉末などを添加せずに砥粒のみを添加するので、電子線照射以前に硬化反応が生じることはない。また、より芯線に近い部分（結合材第１層）において、密着力の強い電子線硬化性接着剤により砥粒を固定することによって、砥粒の保持強度を高めることができる。
【００９１】
また、第２層以降に、骨材（金属粉末など）を添加した通常の電子線硬化性樹脂を主成分とする層を設けることにより、ワイヤ工具の表面硬度を高め、ワイヤ工具の耐摩耗性などを向上させることができる。
【００９２】
このように、電子線照射による樹脂の化学反応（重合硬化）を利用し、電子線硬化性接着剤を主成分とする層を含む、複数の電子線硬化性樹脂層からなる結合材を用いて、ワイヤ上に砥粒を固定するので、ワイヤ工具の製造時間を短縮すると共に、結合材被膜とワイヤ面との密着力を高めることができ、さらに十分なワイヤ工具硬度を得ることができ、砥粒についても十分な強度で保持することができる。
【００９３】
すなわち、複数の電子線硬化性樹脂層からなる結合材によって砥粒をワイヤ上に固定し、高寿命で切断加工の高精度化・高能率化が可能であり、かつ長尺で安価なワイヤ工具およびその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るワイヤ工具の製造装置の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るワイヤ工具の横断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係るバッチ式加熱炉の概略構成を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係るワイヤ工具の製造装置の概略構成を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係るワイヤ工具の横断面図である。
【図６】従来のシリコンインゴットの切断加工に用いられる遊離砥粒を用いたマルチワイヤ切断加工装置の概略構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０  送り出しローラ
１１  ワイヤ
１１Ｔ  ワイヤ工具
１２〜１４  送りローラ
１５  ダンサローラ
１６  制御系
１７  線径測定器
２０  巻き取りロール
３１  プライマ処理液（カップリング剤液）
３２  混合接着剤液（混合溶液）
３３  混合溶液
４０  加熱炉
４４  載置台
５１、５２  線径ジグ
６１〜６３、６４ｃ、６５ｃ  電子線照射部（電子線照射装置）
６４、６５  電子線照射装置
６４ａ、６５ａ  ガス噴射機構
６４ｂ、６５ｂ  排気機構
７１  プライマ処理槽
７２  接着剤塗布槽
７３  樹脂塗布槽
３１０  プライマ層
３２０  電子線硬化性接着剤層
３２０ａ  砥粒
３３０  電子線硬化性樹脂層
３３０ａ  添加物（骨材）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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