JP2000328188A

JP2000328188A - ワイヤソー用鋼線

Info

Publication number: JP2000328188A
Application number: JP13364599A
Authority: JP
Inventors: Akito Hoshima; 昭人星間; Nozomi Kawabe; 望河部; Kojiro Shirabe; 公二郎調
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1999-05-14
Filing date: 1999-05-14
Publication date: 2000-11-28

Abstract

(57)【要約】【課題】遊離砥粒をワークに押し付けてワークの研削
切断を行うワイヤソー用鋼線であって、切断面の性状改
善に有効な特性を有するものを提供する。【解決手段】引張強度２５００ＭＰａ以上、線径０．
０５〜０．２ｍｍの鋼線のねじれを小さくして砥粒の引
込み性を向上させた。鋼線の摩耗の安定化、硬さの均一
化、表面の面粗さの改善、砥粒保持力の向上なども切断
面の面粗さを改善するのに役立つ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属、セラミック
ス、半導体材料などを切断する為に使用されるワイヤソ
ー用の鋼線、中でもダイヤモンド粒子による遊離砥粒加
工による切断を行うための鋼線に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ワイヤソーによって切断された
ワークの表面には微小な凹凸が無数にあり、その凹凸が
次段の研磨工程にて、研削、平滑化される。ここで、ワ
ーク切断面の凹凸量が多いと研磨工程での研削量が増加
し、材料の歩留が悪化したり、ひどい場合には切断物が
使用できなくなる。この切断面の凹凸量低減に対して
は、ダイヤモンド砥粒を鋼線（ワイヤ）に固着する方法
（特開平９−１５５６３１号）が提案されているが、こ
れらは、鋼線の生産工程増加、生産性の低下等により、
製造コストが大幅に高くなり、切断品質の向上に見合わ
ない価格上昇が問題となる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は、製
造工程増や大幅な生産性低下を招かずに切断面の凹凸低
減を図れるようにしたワイヤソー用鋼線（以下単に鋼線
と言う）を提供することを課題としている。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明においては、下記ａ）〜ｆ）のいずれかの特
性・条件を満足させる。ａ）平滑な水平面上に載置されて自然にカールするとき
のカール径が製品の全長にわたって３２０ｍｍ以上であ
る。ｂ）降伏応力／引張強度の比が製品の全長にわたって９
５％以下である。ｃ）表面粗さが製品の全長にわたってＲａ０．０２０μ
ｍ以下である。ｄ）ブラスめっきされており、表面から深さ０．００１
５μｍの領域の亜鉛濃度が５０ｗｔ％以上である。ｅ）巻取りピッチの平均値をＰｘとしたとき、Ｐｘ：
０．６〜０．８ｍｍ、巻取りピッチ上限値：１．０５Ｐ
ｘ以下、巻取りピッチ下限値：０．９５Ｐｘ以上の条件
を満足するようにリールに巻取られている。ｆ）鋼線の長さ１ｍ当りのねじれが、製品の全長にわた
って１８０°以下である。

【０００５】また、いずれの鋼線も、引張強度２５００
ＭＰａ以上、線径０．０５〜０．２ｍｍ（同範囲内の一
定値）に限定する。

【０００６】満たすべき特性・条件は、ａ）〜ｆ）のい
ずれかひとつでよいが、その中から選ばれた２つ以上を
満たすものがより好ましい。また、ａ）〜ｆ）の特性・
条件のうち、少なくともひとつを満たし、かつ、長手直
角断面における任意の２点のマイクロビッカース硬さに
よる硬度差が５０ＨＶ以下である（以下、ｇ）の特性と
言う）ものも好ましい。

【０００７】なお、この発明で言うカール径とは、表面
の平滑なプラスチック板などを水平に配置し、その上に
鋼線を置く。そのとき、鋼線が自然にカールしてできる
ループの直径を言う。鋼線が直線ならカール径は無限と
する。

【０００８】

【作用】本発明において、鋼線の引張強度と線径を限定
した理由を先ず述べる。ワイヤソーによる切断は、鋼線
に張力を加え、その状態で鋼線を往復動又は一方向に動
かし、このとき鋼線とワークとの間にダイヤモンド粉等
の砥粒を流し入れ、鋼線で砥粒をワークに押し付けて研
削する方法でなされる。そのため、鋼線が細く、その線
の破断強度が小さいと切断中に鋼線の断線が起こる。そ
の断線対策として引張り強度の下限を２５００ＭＰａ、
線径の下限を０．０５ｍｍにした。一方、鋼線の線径が
大きくなると、切断時の切り代も大きくなり、一般的に
高価なワーク材料の歩留が低下する。従って、その材料
歩留の面から線径の上限を０．２ｍｍに定めた。

【０００９】次に、先に挙げたａ）〜ｆ）の特性・条件
は、全てワーク切断面の性状向上の効果をもたらす。

【００１０】ワーク切断面の表面性状を悪化させる要因
のひとつは、鋼線に入るねじれである。ａ）の特性を有
していない鋼線は、前述のカール径が３２０ｍｍ以下と
なる部分で鋼線長さ１ｍ当り３６０°以上のねじれが入
る可能性がある。このように大きなねじれが発生すると
切断時の砥粒の引込みが不均一になり、それが切断面を
粗くする。ａ）の特性を有する鋼線は極端なねじれが入
ることがなく、ここで述べたねじれに起因する切断面の
荒れが抑制される。

【００１１】また、鋼線の摩耗状態も切断面の性状を左
右する。降伏応力／引張強度の比が９５％を超える鋼線
は靱性低下が著しく、それによって摩耗状態が変化し、
切断面の性状を悪化させる。ｂ）の特性を有する鋼線は
摩耗状態の変化が少なく、それによる切断面の荒れ抑制
の効果を生じる。

【００１２】さらに、鋼線の表面粗さがＲａ０．０２μ
ｍ以上であると、鋼線の周方向各部における砥粒の引込
み性が不均一になる。また、ブラスめっきされた鋼線の
場合、表面から深さ０．００１５μｍの範囲の表層部の
亜鉛濃度が５０ｗｔ％以下であると表層部の硬度低下が
著しく、ダイヤモンド砥粒のような硬い物質の保持力が
低下する。これ等のこともワーク切断面の性状を粗くす
る原因となるが、ｃ）或いはｄ）の特性を付与すること
でその原因を取除くことができる。

【００１３】次に、ｅ）の条件の有効性について説明す
る。鋼線を巻いたリールを軸受で支えてワイヤソーの鋼
線供給部にセットし、そのリールから鋼線を引出すとき
に引出し張力がばらつき、それによって切断部における
鋼線張力が変動すると鋼線による砥粒の押し付け圧が変
動して切断面の性状に悪影響が出る。そこで、リールか
らの鋼線の引出し張力について検討し、切断時の鋼線張
力に影響を及ぼさないようにするには引出し張力の下限
を平均値の８０％、上限を平均値の１２０％に保つ必要
があることを見出した。このリールからの引出し張力
は、製造した鋼線のリールへの巻取りピッチに左右さ
れ、上記のｅ）の条件を満たすものは、引出し張力を上
記の要求範囲に保つことができる。従って、ｅ）の条件
も切断面の性状改善に有効である。

【００１４】ｆ）の特性は、ａ）の特性と同様、鋼線の
ねじれ抑制による切断面の荒れ抑制の効果をもたらす。
この効果は、鋼線のねじれが小さいほど高まるので、長
さ１ｍ当りのねじれが１８０°以下である鋼線を用いれ
ば切断面の性状が更に良くなる。

【００１５】なお、ａ）〜ｆ）の特性・条件のうち２つ
以上を満足する鋼線は、２つ以上の作用による効果が得
られるので、ひとつの特性のみに頼るものと比較すると
切断面の性状改善に関してより良い結果が得られる。

【００１６】また、ａ）〜ｆ）の中のひとつ以上の特性
・条件を満たし、かつ、長手直角断面内での硬度差に関
するｇ）の特性を併せ有するものは、鋼線が摩耗しても
新生面の硬度変化が小さく、摩耗前後の表面に対する砥
粒の食い込み状態の変化が小さく抑えられる。これによ
り切断条件が安定し、それによる効果とａ）〜ｆ）の特
性・条件による効果が合わさるため、より好ましいもの
になる。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明の鋼線は、製造方法を工夫
して前述のａ）〜ｄ）及びｆ）の特性を付与する。

【００１８】従来のワイヤソー用鋼線は、ＪＩＳ規格の
ＳＷＲＨもしくはＳＷＲＳ６２〜９２Ａ相当の線材に適
当な回数の熱処理、伸線を行って線径が０．５〜１．４
ｍｍ程度の鋼線にし、これに、パテンチング処理、
めっき（ブラスめっきの場合、Ｃｕめっき＋Ｚｎめっき
＋熱拡散処理を行う）、連続湿式伸線（減面率：約９
０〜９９．９％）を順次行い、最終的には線径０．０５
〜０．２ｍｍ、長さ数百ｋｍに伸線された鋼線をリール
に巻取ることによって得られる。

【００１９】これに対し、発明品については、製造方法
の細部を従来とは多少異ならせている。その製造方法の
相違点を以下に述べる。

【００２０】先ずａ）のカール径に関する特性は、の
連続湿式伸線工程において、従来法では最終伸線ダイス
のみが固定され、他はフリーであったのに対し、最終伸
線ダイスと、そのひとつ手前（後ろから数えて２枚目）
の伸線ダイスと、更にそのひとつ手前（後ろから数えて
３枚目）の伸線ダイスを、固定することによって得られ
る。

【００２１】また、ｂ）の降伏応力／引張強度の比に関
する特性は、の連続湿式伸線工程において、伸線スタ
ートから終了まで鋼線及び伸線ダイスの冷却を強化し、
その冷却条件をほぼ一定に保つことで鋼の歪み時効の促
進やばらつきを抑えることによって得られる。従来は、
単に水溶性潤滑液中に伸線ダイスを全没させて伸線を行
っていたが、これだけでは、長さ数百ｋｍに及ぶ伸線を
行うと、伸線ダイス入口部に潤滑液の固化物などの異物
がたまり、鋼線の冷却能が低下する。また、加工発熱の
蓄積により潤滑液の温度が徐々に上昇する。これに対
し、発明品の製造では、伸線ダイスを出た鋼線に潤滑液
を吹付けて冷却を強化し、さらに、潤滑液を２〜７℃程
度に冷却保持するなどの方法で冷却条件の均一化を図
る。

【００２２】ｃ）の表面粗さに関する特性は、伸線ダイ
スの摩耗を抑制することによって得られる。の連続湿
式伸線工程において、従来の伸線法で長さ数百ｋｍにも
及ぶ伸線を行うと伸線ダイスの入口部に潤滑液の固化物
などがたまり、潤滑性が低下してダイス摩耗が生じ、そ
のために鋼線の表面粗さが粗くなる。そこで、発明品の
製造では、伸線ダイスの入口部に潤滑液やエア等を吹き
付け、ダイス入口部にたまろうとする異物を継続して除
去するようにした。これにより、数百ｋｍにも及ぶ伸線
の全域で潤滑が安定し、ダイス摩耗が抑制されてＲａ
０．０２０μｍ以下の表面粗さが得られる。

【００２３】ブラスめっきした鋼線に関するｄ）の表層
Ｚｎ濃度の特性は、のブラスめっき工程において、従
来、熱拡散を５３０〜５６０℃程度の温度で実施してい
たのに対し、発明品の製造では５００℃以下の低温で行
ってＺｎの拡散を抑えることによって得られる。

【００２４】ｅ）の条件は、リールから鋼線を一定速度
で引出すときの引出し張力のばらつきを平均値の±２０
％に抑えるための条件である。の連続湿式伸線工程の
最終段でのリールによる鋼線の巻取りは、従来、巻取り
ピッチ平均値Ｐｘ：０．９〜１．２ｍｍ、巻取りピッチ
上限値：１．０７Ｐｘ以上、巻取りピッチ下限値：０．
９３Ｐｘ以下であったのに対し、発明品の製造では、巻
取りピッチ平均値Ｐｘ：０．６〜０．８ｍｍ、巻取りピ
ッチ上限値：１．０５Ｐｘ以下、巻取りピッチ下限値：
０．９５Ｐｘ以上に制御して完成した鋼線をリールに巻
取る。

【００２５】ｆ）のねじれに関する特性は、の連続湿
式伸線工程において、ａ）のカール直径に関する特性を
得るために行った終段の３枚の伸線ダイスの固定に加
え、最終伸線ダイスから巻取機までの間でローラなどへ
の線掛けを行ってねじりを入り難くしたことによって得
られる。

【００２６】さらに、ｇ）の均一硬度に関する特性は、
の連続湿式伸線工程において、従来１パス当りの減面
率が１３〜１８％程度であったのに対し、発明品の製造
では１８〜２２％程度で行うこと及び従来はアプローチ
角が１０〜１４°の伸線ダイスを使用していたのに対
し、６〜１０°程度の低アプローチ角伸線ダイスを使用
することによって得られる。

【００２７】−実施例− 表１に示すワイヤソー用鋼線を製造し、その鋼線を用い
てＳｉインゴット（直径２００ｍｍ）の切断テストを行
った。このテストでは、同一品番のダイヤモンド砥粒を
用いた。なお、発明品１はａ）の特性を、発明品２は
ｂ）の特性を、発明品３はｃ）の特性を、発明品４は
ｄ）の特性を各々有している。また、発明品５はｅ）の
条件を満たし、発明品６はｆ）の特性、発明品７はａ）
とｂ）の特性、発明品８はａ）とｇ）の特性を各々有し
ている。

【００２８】各鋼線の諸特性と切断テストの結果を表１
及び表２に示す。

【００２９】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の鋼線は、遊
離砥粒ワイヤソー切断に利用するので表面にダイヤモン
ド砥粒等を固着する必要がなく、生産性の低下、製造コ
スト増を招かない。

【００３０】また、切断面の性状改善につながる特性を
付与したので、遊離砥粒ワイヤソー切断で切断面の微小
凹凸を大幅に低減することが可能である。これにより、
切断面研磨工程で研削量を削減してワーク材料の歩留を
向上させることが可能になる。また、Ｓｉ等の半導体ウ
ェハ製造の分野では、研削時間の削減、ウェハ製造コス
トの低減が図れるほか、ウェハ寸法精度の向上にも寄与
し、半導体製品の低価格化、高品質化に貢献できる。

【００３１】

【表１】

【００３２】

【表２】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者調公二郎伊丹市昆陽北一丁目１番１号住友電気工業株式会社伊丹製作所内Ｆターム(参考） 3C058 AA07 AA18 CB01 DA02 DA03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】平滑な水平面上に載置されて自然にカー
ルするときのカール径が製品の全長にわたって３２０ｍ
ｍ以上であることを特徴とする引張強度２５００ＭＰａ
以上、線径０．０５〜０．２ｍｍのワイヤソー用鋼線。
【請求項２】降伏応力／引張強度の比が製品の全長に
わたって９５％以下であることを特徴とする引張強度２
５００ＭＰａ以上、線径０．０５〜０．２ｍｍのワイヤ
ソー用鋼線。
【請求項３】表面粗さが製品の全長にわたってＲａ
０．０２０μｍ以下であることを特徴とする引張強度２
５００ＭＰａ以上、線径０．０５〜０．２ｍｍのワイヤ
ソー用鋼線。
【請求項４】表面から深さ０．００１５μｍの領域の
亜鉛濃度が５０ｗｔ％以上であることを特徴とする引張
強度２５００ＭＰａ以上、線径０．０５〜０．２ｍｍの
ブラスめっきされたワイヤソー用鋼線。
【請求項５】巻取りピッチの平均値をＰｘとしたと
き、Ｐｘ：０．６〜０．８ｍｍ、巻取りピッチ上限値：
１．０５Ｐｘ以下、巻取りピッチ下限値：０．９５Ｐｘ
以上の条件を満足するようにリールに巻取られているこ
とを特徴とする引張強度２５００ＭＰａ以上、線径０．
０５〜０．２ｍｍのワイヤソー用鋼線。
【請求項６】鋼線の長さ１ｍ当りのねじれが、製品の
全長にわたって１８０°以下であることを特徴とする引
張強度２５００ＭＰａ以上、線径０．０５〜０．２ｍｍ
のワイヤソー用鋼線。
【請求項７】下記ａ〜ｆの特性・条件のうち、２つ以
上を満足することを特徴とする引張強度２５００ＭＰａ
以上、線径０．０５〜０．２ｍｍのワイヤソー用鋼線。ａ）平滑な水平面上に載置されて自然にカールするとき
のカール径が製品の全長にわたって３２０ｍｍ以上であ
る。ｂ）降伏応力／引張強度の比が製品の全長にわたって９
５％以下である。ｃ）表面粗さが製品の全長にわたってＲａ０．０２０μ
ｍ以下である。ｄ）ブラスめっきされており、表面から深さ０．００１
５μｍの領域の亜鉛濃度が５０ｗｔ％以上である。ｅ）巻取りピッチの平均値をＰｘとしたとき、Ｐｘ：
０．６〜０．８ｍｍ、巻取りピッチ上限値：１．０５Ｐ
ｘ以下、巻取りピッチ下限値：０．９５Ｐｘ以上の条件
を満足するようにリールに巻取られている。ｆ）鋼線の長さ１ｍ当りのねじれが、製品の全長にわた
って１８０°以下である。
【請求項８】請求項７に示すａ）〜ｆ）の特性・条件
のうち、少なくともひとつを満たし、かつ、長手直角断
面における任意の２点のマイクロビッカース硬さによる
硬度差が５０ＨＶ以下であることを特徴とする引張強度
２５００ＭＰａ以上、線径０．０５〜０．２ｍｍのワイ
ヤソー用鋼線。