JP2015147293A - 被加工物の切断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】切断途中で樹脂皮膜の磨滅および樹脂被覆ソーワイヤの断線が発生せず、切断した被加工物の算術平均粗さＲａを小さくすると共に、うねりも小さくできる被加工物の切断方法を提供する。【解決手段】鋼線の表面に樹脂皮膜が被覆されている樹脂被覆ソーワイヤ４を走行させて、シリコンを除く被加工物２を切断する方法であって、前記樹脂被覆ソーワイヤ４または前記被加工物２の少なくとも一方を揺動させると共に、平均粒径が０μｍ超８μｍ以下のダイヤモンド砥粒を前記樹脂被覆ソーワイヤ４に吹き付け、前記樹脂被覆ソーワイヤ４の線速を８００ｍ／分以上とする。【選択図】図２

Description

本発明は、鋼線の表面に樹脂皮膜が被覆されている樹脂被覆ソーワイヤを走行させて、シリコンを除く被加工物を切断する方法に関する。

炭化ケイ素やシリコンなどの被加工物は、ソーワイヤが取り付けられたソーマシンで切断される。ソーワイヤは、一方向または双方向（往復方向）に走行しており、このソーワイヤに被加工物を接触させることによって、被加工物を任意の厚さに切断できる。

上記被加工物の切断方式は、使用する砥粒の態様によって、鋼線からなるソーワイヤに砥粒を含むスラリーを吹き付けながら被加工物を切断する遊離砥粒方式と、鋼線からなるベースワイヤの表面に、砥粒を付着固定したメッキ層を形成した固定砥粒付きソーワイヤを用いて被加工物を切断する固定砥粒方式に大別される。上記遊離砥粒方式および固定砥粒方式において、被加工物を切断するときの様子を図１の（ａ）および（ｂ）の模式図を用いて説明する。図１の（ａ）、（ｂ）において、１１は鋼線、１２は鋼線からなるソーワイヤ、１３はソーワイヤの走行方向を示す矢印、１４は被加工物、１５は遊離砥粒、１６はメッキ層、１７は固定砥粒、１８は固定砥粒付きソーワイヤをそれぞれ示す。

上記遊離砥粒方式では、図１の（ａ）に示すように、吹き付けたスラリーに含まれる砥粒が、遊離砥粒１５として被加工物１４とソーワイヤ１２との間に引き込まれ、被加工物１４の磨耗が促されることによって被加工物１４の研削加工が促進され、切断される。一方、上記固定砥粒方式では、図１の（ｂ）に示すように、鋼線１１の表面にメッキ層１６を介して固定された固定砥粒１７によって被加工物１４の磨耗が促されることによって被加工物１４の研削加工が促進され、切断される。

上記遊離砥粒方式によれば、上記固定砥粒方式に比べて切断体表面の粗さが小さくなり、切断体の品質が良好となる傾向がある。一方、上記固定砥粒方式によれば、上記遊離砥粒方式に比べて被加工物の切断速度を大きくでき、切断体の生産性を向上できる傾向がある。切断速度は被加工物などの種類によって相違するが、例えば、直径２インチの炭化ケイ素インゴットを切断する場合、上記遊離砥粒方式では切断速度はおおよそ０．０５ｍｍ／分程度、切断体表面のうねりは２０〜４０μｍ程度であるのに対し、上記固定砥粒方式では切断速度を０．１ｍｍ／分程度に高めることができる反面、切断体表面のうねりは３０〜５０μｍ程度と大きくなることが知られている。また、炭化ケイ素よりも硬度の低いシリコンインゴットを切断する場合、上記遊離砥粒方式では切断速度はおおよそ０．３ｍｍ／分程度であるのに対し、上記固定砥粒方式では切断速度をおおよそ０．７ｍｍ／分程度にまで向上できると言われている。

上記遊離砥粒方式および固定砥粒方式に相当する技術として、例えば特許文献１〜３が挙げられる。具体的には、被加工物を切断する際にソーワイヤにかかる負荷を小さくし、ソーワイヤの断線を防止する技術が、例えば、特許文献１に提案されている。また、ソーワイヤを用いて切断された被加工物の厚みのバラツキを抑える技術が、例えば、特許文献２、３に提案されている。

上記特許文献１〜３には、鋼線からなるソーワイヤに砥粒を含むスラリーを吹き付けながら被加工物を切断する技術が開示されており、この技術は、上記遊離砥粒方式に相当している。一方、上記特許文献２には、鋼線の表面にめっき層を形成し、このめっき層に砥粒を固定したソーワイヤを用いて被加工物を切断する技術も開示されており、この技術は、上記固定砥粒方式に相当している。

一方、本出願人は、上記遊離砥粒方式に相当する技術として、特許文献４に、鋼線の表面に、砥粒を含有せず、且つ１２０℃での硬さが０．０７ＧＰａ以上の樹脂皮膜が被覆されており、前記樹脂皮膜は、被加工物を切断するときに吹き付けられる砥粒が樹脂皮膜に食い込むことを抑制するように硬さを制御したソーワイヤを提案している。特許文献４の実施例には、被加工物として、炭化ケイ素より軟質の単結晶シリコンを切断するにあたり、平均粒径が５．６μｍのダイヤモンド砥粒を含むスラリーを吹き付けながら、単結晶シリコンの切断速度を０．１〜０．３ｍｍ／分の範囲で変化させると共に、ソーワイヤの線速を５００ｍ／分とした例が開示されている。特許文献４に記載の樹脂被覆ソーワイヤを用いた場合は、鋼線からなるソーワイヤを用いた場合に比べ、切断後における被加工物の表面は、滑らかで表面粗さは小さくなる。具体的には、上記特許文献４には、単結晶シリコンの切断面における算術平均粗さＲａを０．５μｍ以下に抑えられると記載されている。

特開平１０−２４９６９９号公報 特開２００８−２２９７５２号公報 特許第３６９２７０３号公報 特開２０１３−５６４１１号公報

上記のとおり、特許文献４の実施例では被加工物としてシリコンを用いて、その効果を確認している。

近年、シリコンよりも硬度が高く加工性に乏しい炭化ケイ素、サファイア、窒化ガリウムなどの高硬度材料をソーワイヤで切断する技術が検討されており、主に切断速度の大きい固定砥粒方式が採用されている。しかし、切断体のうねりが大きくなるなど品質の低下が懸念される。そこで本出願人は、遊離砥粒方式を採用した上記特許文献４の樹脂被覆ソーワイヤを用いて、生産性向上のために樹脂被覆ソーワイヤの線速を高めて上記高硬度材料を切断することを試みた。その結果、切断体の算術平均粗さＲａを０．５μｍ以下と小さくできるが、切断体表面にうねりが生じることが判明した。得られた切断体は、後の工程で研磨されてウエハとなる。切断体表面のうねりが大きくなると、研磨工程における研磨代が大きくなるため、一定の厚みのウエハを製造するには、切断体を厚くする必要があり、材料の歩留まりが低下し、コストが増大すると共に、生産性が低下する。

なお、上記特許文献４では１２０℃での硬さが硬い樹脂皮膜を有する樹脂被覆ソーワイヤを用いているが、上記の問題は、樹脂皮膜の硬さにかかわらず、樹脂皮膜を有するソーワイヤを用いたときにも同様に発生すると考えられる。

本発明は上記の様な事情に着目してなされたものであって、その目的は、鋼線の表面に樹脂皮膜が被覆されている樹脂被覆ソーワイヤを用い、シリコンを除く被加工物（好ましくは、炭化ケイ素、サファイア、窒化ガリウムなどの高硬度材料）を切断するにあたり、生産性を向上させるために樹脂被覆ソーワイヤの線速を８００ｍ／分以上に高めても、切断途中で樹脂皮膜の磨滅および樹脂被覆ソーワイヤの断線が発生せず、切断した被加工物の算術平均粗さＲａを小さくすると共に、うねりも小さくできる被加工物の切断方法を提供することにある。即ち、被加工物を切断して切断体を製造するときの生産性を犠牲にすることなく、切断体の品質を向上できる技術を提供することにある。

上記課題を解決することのできた本発明は、鋼線の表面に樹脂皮膜が被覆されている樹脂被覆ソーワイヤを走行させて、シリコンを除く被加工物を切断する方法であって、前記樹脂被覆ソーワイヤまたは前記被加工物の少なくとも一方を揺動させると共に、平均粒径が０μｍ超８μｍ以下のダイヤモンド砥粒を前記樹脂被覆ソーワイヤに吹き付け、前記樹脂被覆ソーワイヤの線速を８００ｍ／分以上とする点に要旨を有する。

前記ダイヤモンド砥粒の平均粒径は、０μｍ超５μｍ以下が好ましい。前記樹脂被覆ソーワイヤの線速は、１０００ｍ／分以上が好ましい。前記樹脂被覆ソーワイヤまたは前記被加工物の少なくとも一方を揺動させるとは、前記樹脂被覆ソーワイヤの法線のうち、前記被加工物の中心軸を通る法線の向きの振れ幅が０度超を意味する。前記振れ幅は、０度超７度以下が好ましい。前記樹脂皮膜は、１２０℃での硬さが０．０７ＧＰａ以上が好ましい。前記樹脂は、ポリウレタン、ポリイミド、またはポリアミドイミドが好ましい。

本発明では、鋼線の表面に樹脂皮膜が被覆されている樹脂被覆ソーワイヤを走行させてシリコンを除く被加工物を切断するにあたり、前記樹脂被覆ソーワイヤまたは前記被加工物の少なくとも一方を揺動させると共に、平均粒径が０μｍ超８μｍ以下のダイヤモンド砥粒を前記樹脂被覆ソーワイヤに吹き付け、前記樹脂被覆ソーワイヤの線速を８００ｍ／分以上に制御している。その結果、鋼線の表面に被覆する樹脂皮膜の硬さを特段制御せず、また、被加工物の切断速度を、例えば炭化ケイ素インゴットの場合は０．１ｍｍ／分前後と高くして生産性の向上を狙っても、切断時における樹脂皮膜の磨滅を抑制でき、樹脂被覆ソーワイヤの断線を防止できるのみならず、切断した被加工物表面の算術平均粗さＲａを小さくすると共に、うねりも小さくできる。

図１は、種々のソーワイヤを用いて被加工物を切断するときの様子を示す模式図である。 図２は、ソーマシンに備えられている台座に被加工物を固定し、走行する樹脂被覆ソーワイヤを揺動させつつ、被加工物と接触させて被加工物を切断するときの様子を示す模式図である。 図３は、走行する樹脂被覆ソーワイヤに対して、ソーマシンに備えられている台座に取り付けた被加工物を台座ごと揺動させながら接触させ、被加工物を切断するときの様子を示す模式図である。 図４の（ａ）と（ｂ）は、切断体の断面を撮影した図面代用写真である。 図５は、切粉を走査型電子顕微鏡で撮影した図面代用写真である。 図６は、切粉を走査型電子顕微鏡で撮影した図面代用写真である。 図７は、顕微レーザーラマン分光分析装置で切粉を分析した結果を示す模式図である。

本発明は、前述した特許文献４の改良技術であり、鋼線の表面に樹脂皮膜が被覆されている樹脂被覆ソーワイヤ（但し、１２０℃での硬さは特に限定されない）を用い、遊離砥粒方式によって、シリコンを除く被加工物（好ましくは、炭化ケイ素、サファイア、窒化ガリウムなどの高硬度材料）を表面品質に優れ、しかも生産性良く切断する技術に関する。

本発明者らは、鋼線の表面に樹脂皮膜が被覆されている樹脂被覆ソーワイヤを走行させてシリコンを除く被加工物を切断するにあたり、樹脂被覆ソーワイヤの線速を８００ｍ／分以上と高くして生産性を向上させた場合であっても、樹脂皮膜の磨滅を防止すると共に、被加工物を切断して得られる切断体表面の算術平均粗さＲａを小さく、しかもうねりも小さくするため、鋭意検討を重ねてきた。その結果、被加工物を切断する際に、上記樹脂被覆ソーワイヤの法線のうち、被加工物の中心軸を通る法線の向きが振れるように少なくとも樹脂被覆ソーワイヤまたは被加工物の一方を揺動させると共に、平均粒径が０μｍ超８μｍ以下のダイヤモンド砥粒を樹脂被覆ソーワイヤに吹き付け、前記樹脂被覆ソーワイヤの線速を８００ｍ／分以上とすれば、切断体の算術平均粗さＲａおよびうねりを小さくできることを見出し、本発明を完成した。

即ち、上記遊離砥粒方式、固定砥粒方式にかかわらず、一般に、砥粒の平均粒径を小さくするほど、切断体表面の算術平均粗さＲａおよびうねりは小さくなり、切断体の品質は向上する。しかし砥粒の平均粒径が小さくなるほど研削性が劣化するため、被加工物の切断速度は低下することが知られている。そのため従来では、被加工物の切断速度を高めるために、比較的大きな砥粒を用いる必要があった。その一方で、用いる砥粒を大きくすると、切断体表面の算術平均粗さＲａおよびうねりが大きくなることも知られている。即ち、切断速度やソーワイヤの線速などで表される生産性と、Ｒａやうねりなで表される切断体表面の品質とは、トレードオフの関係にあり、これらを両立させることは困難であると考えられていた。そのため従来では、被加工物の切断速度を高めて生産性を高めるために、切断体の品質は許容できる範囲で犠牲になっていた。

これに対し本発明では、鋼線の表面に樹脂が被覆されている樹脂被覆ソーワイヤを用いてシリコンを除く被加工物を切断するにあたり、樹脂被覆ソーワイヤまたは被加工物の少なくとも一方を揺動させ、且つ、平均粒径が０μｍ超８μｍ以下という比較的小さなダイヤモンド砥粒を用いているため、樹脂被覆ソーワイヤと被加工物を揺動させずに切断するときとは異なるメカニズムで被加工物が切断されることが実証された。その結果、固定砥粒方式を採用したときのように高い切断速度を保つことができ、切断速度を犠牲にすることなく、即ち生産性を犠牲にすることなく、ウエハの品質、即ち算術平均粗さＲａおよびうねりを向上させることができる。こうした効果はソーワイヤの線速を高めることで一層顕著に得られる。以下、本発明を完成するに至った経緯について説明する。

樹脂被覆ソーワイヤを用いて被加工物を切断する際は、樹脂被覆ソーワイヤと被加工物との隙間に遊離砥粒を介在させるために、樹脂被覆ソーワイヤに砥粒を含むスラリーを吹き付ける。吹き付けられたスラリーに含まれる砥粒は、図１の（ｃ）に示すように、遊離砥粒１５として、樹脂被覆ソーワイヤ２０と被加工物１４との隙間に供給される。隙間に引き込まれた遊離砥粒１５は、継続的に樹脂皮膜１９に保持され、鉋をかけるように被加工物１４を研削する。樹脂皮膜１９に保持された遊離砥粒１５は、被加工物の端部に到達すると、２１で示すように樹脂皮膜から容易に脱離する。そのため、被加工物１４を切断した後の樹脂被覆ソーワイヤの表面には、遊離砥粒１５は殆ど付着していない。

このように、被加工物を切断する際は、被加工物と樹脂被覆ソーワイヤとの隙間に遊離砥粒が介在する必要があり、この遊離砥粒が多くなるほど、被加工物の研削が進むと考えられる。遊離砥粒方式において、ダイヤモンド砥粒を用いる場合の砥粒濃度は一般に３０〜５０質量％程度である。しかし、本発明者らが種々実験を繰り返したところ、本発明では鋼線の表面に樹脂皮膜が被膜されている樹脂被覆ソーワイヤを用いるため、樹脂皮膜の磨滅を防止するには、砥粒濃度を大幅に下げる必要があることが判明した。樹脂皮膜に抱え込まれる遊離砥粒の量には限界があり、上記隙間に存在するが、被加工物の研削に寄与しない遊離砥粒の量が増加すると、この余分な遊離砥粒によって樹脂皮膜が研削され、磨滅することが分かった。遊離砥粒の中で研削に寄与する砥粒は全体のごく一部であると考えられ、この有効な砥粒のみを被加工物と樹脂被膜ソーワイヤの間に引き込み、樹脂磨滅を招く余分な砥粒は引き込まない切断方式が有効であるとの考えに至った。

そこで、本発明者らは、上記樹脂被覆ソーワイヤを用いて被加工物を切断するにあたり、樹脂被覆ソーワイヤまたは被加工物の少なくとも一方を揺動させて切断すれば、研削に寄与する砥粒の引き込みを妨害することなく、樹脂磨滅を発生させる余分な砥粒の引き込みを防止できると考えた。またこの余分な砥粒数を減らすことにより切断速度を犠牲にすることなく切断後の切断体表面における算術平均粗さＲａを小さくできると共に、うねりも低減できると考えた。うねりを低減することによって、後工程における研磨代を小さくできるため、材料の歩留まりが向上し、生産性が高められ、材料コストを低減できる。

そして、種々検討したところ、このとき用いる砥粒は、平均粒径が０μｍ超８μｍ以下のダイヤモンド砥粒とし、樹脂被覆ソーワイヤの線速は８００ｍ／分以上とする必要があることも明らかになった。

なお、本発明では、鋼線の表面に樹脂皮膜が被覆されているソーワイヤを用いればよく、好ましくは上記特許文献４のように、鋼線の表面に被覆する樹脂皮膜の硬さを制御すればよい。本発明では被加工物を切断するときに、樹脂被覆ソーワイヤまたは被加工物の少なくとも一方を揺動させているため、鋼線の表面に被覆する樹脂皮膜が、例えば、１２０℃での硬さが０．０７ＧＰａを下回る軟らかいものであっても、切断時に樹脂皮膜の磨耗は殆ど見られなかったからである。

樹脂皮膜の磨滅に関し、従来技術との相違点について更に詳しく説明すると、上述した遊離砥粒方式で用いている鋼線からなるソーワイヤでは、鋼線の表面に樹脂皮膜を被覆していないため、ソーワイヤと被加工物との隙間に遊離砥粒が多量に供給されても、樹脂皮膜が磨滅するという問題は発生しない。また、固定砥粒方式で用いている固定砥粒付きソーワイヤにおいても鋼線の表面に樹脂皮膜は被覆していないし、そもそも、被加工物の切断時に、砥粒を含むスラリーは吹き付けないため、樹脂皮膜が磨滅するという問題は発生しない。

また、本発明によれば、上記樹脂被覆ソーワイヤまたは上記被加工物の少なくとも一方を揺動させればよく、例えば、上記特許文献３に開示されているように、被加工物を切断する途中で揺動角を変化させる必要はない。即ち、インゴットの切断開始部分や切断終了部分においては、砥粒が切断溝に入り易く、インゴットの切断溝の溝幅が大きくなる傾向がある。そこで、上記特許文献３では、インゴットの切断開始部分や切断終了部分におけるインゴットの切断溝の溝幅が大きくならないように、ワイヤ列とインゴットとの接触長に応じて、ワイヤ列の揺動角を制御し、砥粒の入り込み量を調整している。これに対し、本発明では、ソーワイヤとして、鋼線の表面に樹脂皮膜が被覆されたものを用いているため、被加工物の切断開始部分や切断終了部分のみならず、切断途中においても、遊離砥粒は、樹脂皮膜に引き込まれて樹脂被覆ソーワイヤと被加工物との隙間に供給される。その結果、被加工物の切断ムラは抑制されるため、被加工物の切断途中で樹脂被覆ソーワイヤや、被加工物の揺動角度を変更する必要はない。よって、本発明によれば、ソーマシンの構成を単純化できる。

以下、本発明に係る被加工物の切断方法について、詳細に説明する。

本発明に係る被加工物の切断方法は、鋼線の表面に樹脂皮膜が被覆されているソーワイヤを走行させて、シリコンを除く被加工物を切断する工程を有しており、前記樹脂被覆ソーワイヤまたは前記被加工物の少なくとも一方を揺動させると共に、平均粒径が０μｍ超８μｍ以下のダイヤモンド砥粒を前記樹脂被覆ソーワイヤに吹き付け、前記樹脂被覆ソーワイヤの線速を８００ｍ／分以上とするところに特徴がある。

まず、本発明を特徴づける樹脂被覆ソーワイヤまたは被加工物の揺動について説明する。

本発明では、上記樹脂被覆ソーワイヤまたは上記被加工物の少なくとも一方を揺動させることが重要である。樹脂被覆ソーワイヤまたは被加工物の少なくとも一方を揺動させることによって、被加工物を切断する際に、樹脂被覆ソーワイヤと被加工物との間に被加工物の研削に寄与しない砥粒を引き込まないことが可能となる。その結果、被加工物の切断を促進でき、被加工物を切断した切断体表面の算術平均粗さＲａを小さくでき、しかもうねりの発生も抑制できる。

上記樹脂被覆ソーワイヤまたは被加工物を揺動させるとは、樹脂被覆ソーワイヤの法線のうち、被加工物の中心軸を通る法線の向きの振れ幅を０度超とすることを意味する。即ち、樹脂被覆ソーワイヤを走行させて被加工物を切断する際に、樹脂被覆ソーワイヤも、被加工物も、揺動させない場合は、樹脂被覆ソーワイヤの法線のうち、被加工物の中心軸を通る法線の向きは常に一定となり、上記振れ幅は０度となる。これに対し、少なくとも樹脂被覆ソーワイヤまたは被加工物のいずれか一方を揺動させると、樹脂被覆ソーワイヤと被加工物の接点は変動するため、樹脂被覆ソーワイヤの法線のうち被加工物の中心軸を通る法線の向きも変化する。その結果、上記振れ幅は０度超となる。

上記振れ幅の下限は、例えば、好ましくは０．２度以上、より好ましくは０．３度以上、更に好ましくは０．４度以上である。

上記振れ幅は、最大値が７度以下であることが好ましい。本発明者らが種々実験を繰り返して検討したところ、上記振れ幅の最大値が７度を超えると、樹脂被覆ソーワイヤと被加工物との隙間に介在する遊離砥粒が過剰となり、被加工物の切断途中で樹脂皮膜が過剰に磨滅し、ベースワイヤが露出し、磨耗、損傷して樹脂被覆ソーワイヤの断線が発生しやすくなることが分かった。上記振れ幅の最大値は、より好ましくは３度以下であり、更に好ましくは２度以下である。

なお、ソーマシンの振動防止の観点からは、上記振れ幅は、０．２〜２度とすることが好ましい。

上記樹脂被覆ソーワイヤまたは被加工物の少なくとも一方を揺動させ、上記振れ幅を０度超に制御する方法としては、次の方法が挙げられる。
（１）ソーマシンに備えられている台座に被加工物を固定し、樹脂被覆ソーワイヤを揺動させつつ、被加工物と接触させ、このときの振れ幅を制御する方法。
（２）樹脂被覆ソーワイヤは揺動させずに、例えば、水平方向に走行させており、この樹脂被覆ソーワイヤに対して、台座に取り付けた被加工物を台座ごと揺動させながら接触させ、このときの振れ幅を制御する方法。

上記（１）、（２）について、図面を用いて具体的に説明する。

図２は、上記（１）の方法を説明するための模式図である。１は台座、２は被加工物、３は被加工物の中心軸、４は樹脂被覆ソーワイヤ、５ａ、５ｂは樹脂被覆ソーワイヤの法線のうち、上記中心軸３を通る法線の向き、θは振れ幅、を夫々示している。

図２では、台座１に被加工物２を固定し、樹脂被覆ソーワイヤ４を走行させつつ、振れ幅をθとして、上下方向に揺動させている。即ち、図２では、水平方向に走行している樹脂被覆ソーワイヤ４が、一点鎖線で示す４ａの位置と、点線で示す４ｂの位置を往復するように、上下方向に揺動させている。

樹脂被覆ソーワイヤが、一点鎖線で示す４ａの位置にあるときは、この樹脂被覆ソーワイヤ４ａの法線のうち、上記中心軸３を通る法線の向きは５ａとなる。一方、樹脂被覆ソーワイヤが、点線で示す４ｂの位置にあるときは、この樹脂被覆ソーワイヤ４ｂの法線のうち、上記中心軸３を通る法線の向きは５ｂとなる。図２においては、法線の向き５ａと法線の向き５ｂがなす角度を振れ幅θとし、本発明では、この振れ幅θが０度超、好ましくは７度以下となるように、樹脂被覆ソーワイヤ４を揺動させればよい。上記振れ幅θは、４ａの位置にあるときの樹脂被覆ソーワイヤと４ｂの位置にあるときの樹脂被覆ソーワイヤがなす角度に対応している。

図３は、上記（２）の方法を説明するための模式図である。上記図２と重複する部分には同じ符号を付した。図３の（ａ）において、６は台座、７はバネ、８はエアシリンダー、９は回転軸、を夫々示している。図３の（ｂ）は、図３の（ａ）に示した法線の向き５ａと法線の向き５ｂがなす角度を説明するための図である。

図３の（ａ）では、台座６に、バネ７とエアシリンダー８が、台座１を揺動させるための回転軸９を挟んで設けられており、エアシリンダー８を動作させることにより、台座１に固定された被加工物２は、回転軸９を中心として、左右方向に揺動させている。即ち、図３の（ａ）では、樹脂被覆ソーワイヤ４が水平方向に走行しており、この樹脂被覆ソーワイヤ４の走行方向に、被加工物２を、一点鎖線で示す２ａの位置と、点線で示す２ｂの位置を往復するように、左右方向に揺動させている。

上記被加工物２が、一点鎖線で示す２ａの位置にあるときは、樹脂被覆ソーワイヤ４の法線のうち、被加工物２ａの中心軸３ａを通る法線の向きは５ａとなる。一方、上記被加工物２が、点線で示す２ｂの位置にあるときは、樹脂被覆ソーワイヤ４の法線のうち、被加工物２ｂの中心軸３ｂを通る法線の向きは５ｂとなる。

なお、図３の（ａ）では、被加工物２と台座１が、左右方向に揺動していることを一点鎖線と点線で示したが、バネ７とエアシリンダー８は、台座１と台座６との隙間の幅に合わせて伸縮している。また、図３の（ａ）では、台座１と台座６とを接続すると共に、台座６を揺動させる手段として、バネ７とエアシリンダー８を用いた例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、バネ７の代わりに、エアシリンダー８とは別のエアシリンダーを用いて台座６を揺動させても構わない。また、エアシリンダー８の代わりに、油圧式のシリンダーなどを用いても構わない。

図３の（ａ）、（ｂ）においては、法線の向き５ａと法線の向き５ｂがなす角度を振れ幅θとし、本発明では、この振れ幅θが０度超、好ましくは７度以下となるように、被加工物２を揺動させればよい。上記振れ幅θは、被加工物が２ａの位置にあるときの中心軸３ａと回転軸９の中心とを結ぶ直線と、被加工物が２ｂの位置にあるときの中心軸３ｂと回転軸９の中心とを結ぶ直線との成す角度に対応している。

なお、本発明では、上記振れ幅θが所定の範囲となるように、例えば、上記（１）、（２）を併用し、樹脂被覆ソーワイヤと、被加工物を固定した台座の両方を揺動させても構わない。

次に、本発明で用いるダイヤモンド砥粒について説明する。

上記樹脂被覆ソーワイヤで被加工物を切断する際は、該樹脂被覆ソーワイヤに砥粒を吹き付けながら被加工物を切断する。この砥粒としては、ダイヤモンド砥粒を用いる。本発明では、シリコンを除く被加工物を対象としており、好ましくは、炭化ケイ素などの硬質材料を対象とするため、使用される砥粒にも高い硬度が必要となるからである。

上記ダイヤモンド砥粒の平均粒径は０μｍ超８μｍ以下とすることが重要である。上述したように、被加工物の切断時に、樹脂被覆ソーワイヤまたは被加工物の少なくとも一方を揺動させれば、粒径が比較的小さいダイヤモンド砥粒を用いても、後述するように樹脂被覆ソーワイヤの線速を８００ｍ／分以上に高めることによって、被加工物を切断できる。このとき粒径が比較的小さい砥粒を用いているため、切断体表面の算術平均粗さＲａを小さくでき、うねりも低減できる。本発明では、できるだけ小さいダイヤモンド砥粒を用いることが推奨され、上記ダイヤモンド砥粒の平均粒径は、好ましくは５μｍ以下、より好ましくは３μｍ以下である。

上記ダイヤモンド砥粒の平均粒径は、例えば、日機装株式会社製のマイクロトラックＨＲＡ（装置名）で測定できる。

上記ダイヤモンド砥粒としては、例えば、住石マテリアルズ株式会社製の「ＳＣＭファインダイヤ（商品名）」を用いることができる。ダイヤモンド砥粒としては、多結晶タイプまたは単結晶タイプを用いることができるが、切削時に破壊され難いため、単結晶タイプを用いることが好ましい。

上記ダイヤモンド砥粒の吹き付けには、通常、ダイヤモンド砥粒を加工液に分散させてスラリーとしたものを用いる。

上記加工液としては、水溶性の加工液または油性の加工液を用いることができる。上記水溶性の加工液としては、例えば、ユシロ化学工業株式会社製のエチレングリコール系加工液「Ｈ４（商品名）」、三洋化成工業株式会社製のプロピレングリコール系加工液「ハイスタットＴＭＤ（商品名）」などを用いることができる。上記油性の加工液としては、例えば、ユシロ化学工業株式会社「ユシロンオイル（商品名）」などを用いることができる。

上記スラリーにおけるダイヤモンド砥粒の濃度は、例えば、０．５〜２０質量％のものを用いることができる。砥粒の濃度を低くすれば砥粒の量を減らすことができるが、砥粒の濃度を一定に保つには０．５質量％程度が限界であり、これを超えて砥粒の濃度を低くすると砥粒濃度を一定に保つことが難しくなる。上記ダイヤモンド砥粒の濃度は、好ましくは１〜１０質量％、より好ましくは１〜６質量％である。

上記スラリーの温度は、例えば、１０〜３０℃であればよい。上記スラリーの温度の好ましい下限は２０℃であり、好ましい上限は２５℃である。

次に、走行させる樹脂被覆ソーワイヤの線速について説明する。

本発明では、上記樹脂被覆ソーワイヤの線速を８００ｍ／分以上として走行させる必要がある。線速が８００ｍ／分を下回ると、樹脂被覆ソーワイヤまたは被加工物の少なくとも一方を揺動させ、所定の大きさのダイヤモンド砥粒を吹き付けても、研削性が不足し、切断体表面にうねりが発生する。従って、本発明では、上記樹脂被覆ソーワイヤの線速は、８００ｍ／分以上とする。上記線速は、好ましくは１０００ｍ／分以上、より好ましくは１３００ｍ／分以上である。線速の上限は、ソーマシンの能力によるが、例えば、２０００ｍ／分以下である。上記線速は、平均線速を意味する。

一方、被加工物の切断速度は、０．１〜０．３５ｍｍ／分とすればよい。

以上、本発明を特徴付ける樹脂被覆ソーワイヤまたは被加工物の揺動、ダイヤモンド砥粒、樹脂被覆ソーワイヤの線速について説明した。

本発明で用いる樹脂被覆ソーワイヤは、鋼線の表面に樹脂皮膜が被覆されたものであり、おおむね上記特許文献４を参照できる。

即ち、ベースワイヤとなる上記鋼線としては、例えば、引張強度が３０００ＭＰａ以上の鋼線を用いることが好ましい。引張強度が３０００ＭＰａ以上の鋼線としては、例えば、Ｃを０．５〜１．２質量％含有する高炭素鋼線を用いることができる。高炭素鋼線としては、例えば、ＪＩＳ Ｇ３５０２に規定されているピアノ線材を用いることができる。

上記鋼線の直径は、切断時に付与される荷重に耐えられる範囲でできるだけ小さくするのがよく、例えば、好ましくは１３０μｍ以下、より好ましくは１１０μｍ以下、更に好ましくは１００μｍ以下である。鋼線の直径を小さくすることによって、切断代を小さくでき、切断体の生産性を向上できる。但し、上記鋼線の直径が小さくなる過ぎると、断線の危険性が増すため、鋼線の直径は、例えば、５０μｍ以上とすることが望ましい。

上記樹脂皮膜を構成する樹脂としては、熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂を用いることができる。こうした樹脂のなかでもフェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン、イミド系樹脂、ホルマールなどの熱硬化性樹脂、塩化ビニル、アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂、ポリエステル、ポリアミドイミド、アミド系樹脂などの熱可塑性樹脂を好適に用いることができる。特に、ポリウレタン、ポリイミド、またはポリアミドイミドは、樹脂皮膜を被覆するときの成形性と、高温での硬さの保持性に優れているため好適に用いることができる。これらのなかで最も好ましくはポリアミドイミドである。

上記樹脂皮膜は、上記鋼線の表面に、例えば市販されているワニスを塗布し、加熱することによって形成できる。ワニスとは、樹脂を乾性油や有機溶剤などに溶解した塗料である。

上記ワニスは、数回〜数十回に分けて繰返し塗布しても良く、これにより、樹脂皮膜の厚みを調節できる。

上記ワニスとしては、例えば、東特塗料株式会社や宇部興産株式会社などから市販されているエナメル線用ワニスや、京セラケミカル株式会社から市販されている電線用ワニスなどを使用できる。

上記エナメル線用ワニスとしては、例えば次のものを使用できる。
（ａ）ポリウレタンワニス（「ＴＰＵ Ｆ１」、「ＴＰＵ Ｆ２−ＮＣ」、「ＴＰＵ Ｆ２−ＮＣＡ」、「ＴＰＵ ６２００」、「ＴＰＵ ５１００」、「ＴＰＵ ５２００」、「ＴＰＵ ５７００」、「ＴＰＵ Ｋ５ １３２」、「ＴＰＵ ３０００Ｋ」、「ＴＰＵ ３０００ＥＡ」など；東特塗料株式会社製の商品）
（ｂ）ポリアミドイミドワニス（「Ｎｅｏｈｅａｔ ＡＩ−００Ｃ」など；東特塗料株式会社製の商品）
（ｃ）ポリイミドワニス（「Ｕ−ワニス」など；宇部興産株式会社製の商品）
（ｄ）ポリエステルワニス（「ＬＩＴＯＮ ２１００Ｓ」、「ＬＩＴＯＮ ２１００Ｐ」、「ＬＩＴＯＮ ３１００Ｆ」、「ＬＩＴＯＮ ３２００ＢＦ」、「ＬＩＴＯＮ ３３００」、「ＬＩＴＯＮ ３３００ＫＦ」、「ＬＩＴＯＮ ３５００ＳＬＤ」、「Ｎｅｏｈｅａｔ ８２００Ｋ２」など；東特塗料株式会社製の商品）
（ｅ）ポリエステルイミドワニス（「Ｎｅｏｈｅａｔ ８６００Ａ」、「Ｎｅｏｈｅａｔ ８６００ＡＹ」、「Ｎｅｏｈｅａｔ ８６００」、「Ｎｅｏｈｅａｔ ８６００Ｈ３」、「Ｎｅｏｈｅａｔ ８６２５」、「Ｎｅｏｈｅａｔ ８６００Ｅ２」など；東特塗料株式会社製の商品）

上記電線用ワニスとしては、例えば、耐熱ウレタン銅線用ワニス（「ＴＶＥ５１６０−２７」など、エポキシ変性ホルマール樹脂）、ホルマール銅線用ワニス（「ＴＶＥ５２２５Ａ」など、ポリビニルホルマール樹脂）、耐熱ホルマール銅線用ワニス（「ＴＶＥ５２３０−２７」など、エポキシ変性ホルマール樹脂）、ポリエステル銅線用ワニス（「ＴＶＥ５３５０シリーズ」、ポリエステル樹脂）など（いずれも京セラケミカル株式会社製の商品。）を使用できる。

上記樹脂皮膜は、１２０℃で測定したときの硬さが０．０７ＧＰａ以上が好ましい。上記硬さを調整することによって、樹脂皮膜表面に食い込む砥粒の個数を２０個／（５０μｍ×２００μｍ）以下に抑えることができ、切断体に形成される加工変質層の深さを浅く、また切断体表面における算術平均粗さＲａを０．５μｍ以下にできる。上記硬さは、より好ましくは０．１ＧＰａ以上である。しかし、樹脂皮膜を硬くし過ぎると、樹脂皮膜が被加工物切断時の切断面に密着し難くなり、樹脂被覆ソーワイヤと被加工物の切断面との間に砥粒が引き込まれ、切断面に加工変質層が深く形成されやすくなる。従って、上記硬さは、例えば、０．５ＧＰａ以下とすることが好ましい。上記硬さは、より好ましくは０．４ＧＰａ以下である。

上記樹脂皮膜の硬さは、例えば、ナノインデンテーション法で測定できる。

上記樹脂皮膜の膜厚は、例えば、好ましくは２〜１５μｍとすればよい。上記樹脂皮膜が薄過ぎると、鋼線の表面に樹脂皮膜を均一に形成することが困難となる。また、上記樹脂皮膜が薄過ぎると切断初期の段階で樹脂皮膜が磨滅するため、素線となる鋼線が露出し、素線が磨耗して断線し易くなる。従って、上記樹脂皮膜の膜厚は、好ましくは２μｍ以上、より好ましくは３μｍ以上とする。しかし、上記樹脂皮膜が厚過ぎると、樹脂被覆ソーワイヤの直径が大きくなるため、切断代が大きくなり、切断体の生産性が劣化する。また、樹脂被覆ソーワイヤ全体に占める樹脂の割合が大きくなり過ぎるため、樹脂被覆ソーワイヤ全体の強度が低下する。そのため、切断体の生産性を上げようとしてワイヤの線速度を大きくすると断線し易くなる傾向がある。従って、上記樹脂皮膜の膜厚は、好ましくは１５μｍ以下、より好ましくは１３μｍ以下、特に好ましくは１０μｍ以下とする。

上記樹脂被覆ソーワイヤの直径は特に限定されないが、通常、１００〜３００μｍ程度であり、好ましくは１００〜１５０μｍである。

上記樹脂被覆ソーワイヤで切断対象とする被加工物は、シリコン以外のものであれば特に限定されない。上記被加工物は、例えば、セラミックス、ガラス、酸化物、または窒化物などが挙げられる。上記セラミックスとしては、例えば、炭化ケイ素を含むものであってもよく、単結晶炭化ケイ素であってもよい。上記酸化物としては、Ａｌの酸化物であるサファイアが例示できる。上記窒化物としては、シリコンの窒化物、ガリウムの窒化物が例示できる。好ましいのは、炭化ケイ素、サファイア、窒化ガリウムなどの高硬度材料である。

次に、上記樹脂被覆ソーワイヤを用いて被加工物を切断して切断体を製造するときの条件について説明する。

樹脂被覆ソーワイヤにかける張力（Ｎ）は、上記特許文献４に開示しているように、樹脂皮膜を被覆する前の鋼線である素線の抗張力に基づいて算出される下記式（１）の範囲を満足するように設定することが好ましい。
抗張力×０．５−５．０≦張力≦抗張力×０．７−５．０ ・・・（１）

上記樹脂被覆ソーワイヤまたは上記台座に取り付けた被加工物を台座ごと揺動させるときの揺動速度は特に限定されないが、例えば、１４０〜２００度／分とすることが好ましい。上記揺動速度は、より好ましくは１６０〜１８０度／分である。

上記被加工物の切断代は、樹脂被覆ソーワイヤの直径に対して、好ましくは、おおよそ１〜１．１０倍、より好ましくは１〜１．０５倍、更に好ましくは１〜１．０４倍、更により好ましくは１〜１．０３倍に抑制されている。これにより切断体の生産性を向上できる。

上記樹脂被覆ソーワイヤで被加工物を切断して得られる切断体は、表面性状に極めて優れたものである。即ち、上記切断体表面の算術平均粗さＲａは、好ましくは０．５μｍ以下、より好ましくは０．４μｍ以下、更に好ましくは０．３μｍ以下に制御されている。また、上記切断体表面のうねりは、好ましくは３０μｍ以下、より好ましくは２５μｍ以下、更に好ましくは２０μｍ以下、特に好ましくは１５μｍ以下に制御されている。

上記算術平均粗さＲａおよびうねりは、ＪＩＳ Ｂ０６０１（１９９４年）に規定されており、切断体表面の算術平均粗さＲａおよびうねりは、例えば、株式会社ミツトヨ製「ＣＳ−３２００（装置名）」を用いて測定できる。測定長さは、少なくとも２０ｍｍとすればよい。

以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は下記実施例によって制限を受けるものではなく、前記および後記の趣旨に適合し得る範囲で変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。

鋼線の表面に樹脂皮膜が被覆されている樹脂被覆ソーワイヤを用い、この樹脂被覆ソーワイヤが取り付けられたソーマシンにより被加工物を切断した。上記ソーマシンとしては、タカトリ製の「ＮＷＳ２１」を用いた。

上記樹脂被覆ソーワイヤの製造手順は、次の通りである。

まず、ＪＩＳ Ｇ３５０２に規定される「ＳＷＲＳ ８２Ａ」に相当する線材を、直径φ１００μｍに引き抜き加工して鋼線を製造した後、脱脂処理した。脱脂処理後の鋼線の引張強度は、３０００ＭＰａ以上であった。

次に、上記鋼線の表面にポリアミドイミドワニスを、膜厚が３．０〜１０．０μｍとなるように塗布し、これを３００℃に加熱して硬化させて樹脂被覆ソーワイヤを製造した。上記ワニスとしては、東特塗料株式会社製のエナメル線用ワニス「Ｎｅｏｈｅａｔ ＡＩ−００Ｃ（商品名）」を用いた。得られた樹脂被覆ソーワイヤの直径はφ１１０μｍであった。下記表１に、樹脂皮膜の膜厚を示す。

得られた樹脂被覆ソーワイヤについて、樹脂皮膜の硬さをナノインデンテーション法で測定した。硬さの測定は、室温（２３℃）および１２０℃の両方で行った。具体的な測定条件は次の通りである。

《室温および１２０℃で共通の測定条件》
測定装置 ：Ａｇｉｌｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ製「Ｎａｎｏ Ｉｎｄｅｎｔｅｒ ＸＰ／ＤＣＭ」
解析ソフト：Ａｇｉｌｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ製「Ｔｅｓｔ Ｗｏｒｋｓ ４」
インデンターヘッド：ＸＰ
歪速度 ：０．０５／秒
測定点間隔：３０μｍ
標準試料 ：フューズドシリカ

《室温での測定条件》
測定モード ：連続剛性測定法（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ Ｍｅａｓｕｒｍｅｎｔ；ＣＳＭ）
励起振動周波数：４５Ｈｚ
励起振動振幅 ：２ｎｍ
押込深さ ：４５０ｎｍ
測定点 ：１５点
測定環境 ：空調装置内で室温２３℃

室温での硬さは、樹脂皮膜の最表面からの押し込み深さが４５０ｎｍの位置において測定した。１５点測定した結果を平均したところ、硬さは０．３１ＧＰａであった。なお、硬さの測定に当たっては、下記事項を基本として行なうが、本実施例では、このような異常値はなかった。

測定結果のうち、平均値に対して３倍以上または１／３以下となる異常値があった場合はこれを除去し、新たに測定した結果を加えて測定点の合計が１５点となるように調整する。

《１２０℃での測定条件》
測定モード：負荷除去測定法
押込深さ ：４５０ｎｍ
測定点 ：１０点
測定環境 ：抵抗加熱ヒータでサンプルトレイを１２０℃に保持

１２０℃での硬さは、樹脂皮膜の最表面からの押し込み深さが４５０ｎｍの位置において測定した。即ち、サンプルを加熱しながら硬さを測定する場合には、室温で硬さを測定するときのように連続剛性測定法を採用できないため、測定位置が、最表面からの押込み深さが４５０ｎｍ位置となるように荷重を調整してこの位置における硬さを測定した。加熱のために、上記樹脂被覆ソーワイヤをセラミック系接着剤で金属製のナノインデンテーション用サンプルトレイに貼り付け、抵抗加熱ヒータでサンプルトレイを加熱し、１２０℃に保持しながら硬さを測定した。

１０点測定した結果を平均したところ、硬さは０．２８ＧＰａであった。なお、硬さの測定に当たっては、下記事項を基本として行なうが、本実施例では、このような異常値はなかった。

測定結果のうち、平均値に対して３倍以上または１／３以下となる異常値があった場合はこれを除去し、新たに測定した結果を加えて測定点の合計が１０点となるように調整する。

上記被加工物としては、炭化ケイ素の単結晶インゴットを用いた。大きさは、φ２インチの円柱状であった。

上記被加工物は、図２の模式図に基づいて切断した。即ち、上記被加工物２の下方に樹脂被覆ソーワイヤ４を這わせ、該被加工物２と樹脂被覆ソーワイヤ４とを当接させて被加工物２の切断を行った。このとき、樹脂被覆ソーワイヤ４には、ダイヤモンド砥粒を加工油に懸濁させたスラリーを吹き付けた。上記スラリーとしては、住石マテリアルズ株式会社製の「ＳＣＭファインダイヤ（商品名）」を、ユシロ化学工業株式会社製の「エチレングリコール系加工液Ｈ４（商品名）」に懸濁させたものを用いた。上記「ＳＣＭファインダイヤ（商品名）」は、ダイヤモンド砥粒である。ダイヤモンド砥粒の平均粒径を下記表１に示す。

上記被加工物２の切断は、切断速度を０．１ｍｍ／分とし、樹脂被覆ソーワイヤ４の線速を５００〜１３００ｍ／分とした。下記表１に平均線速を示す。

また、Ｎｏ．２〜１６では、上記被加工物２を切断する際は、樹脂被覆ソーワイヤ４を揺動させた。樹脂被覆ソーワイヤ４の揺動速度は、１７０度／分とした。樹脂被覆ソーワイヤ４の法線のうち、被加工物２の中心軸３を通る法線の向きの振れ幅の最大値を下記表１に示す。

また、比較対象として、上記樹脂被覆ソーワイヤ４を揺動させずに、該被加工物２を切断した結果を下記表１のＮｏ．１に示す。Ｎｏ．１の上記振れ幅は０度である。

上記被加工物２を切断した後、樹脂被覆ソーワイヤの表面を目視観察および光学顕微鏡観察し、樹脂皮膜の磨滅の有無を調べた。樹脂皮膜が磨滅し、目視観察にて樹脂皮膜の少なくとも一部が消失しているか、光学顕微鏡観察にて鋼線の少なくとも一部が露出した場合を「磨滅有り」と評価した。樹脂皮膜が磨滅せず、鋼線の露出が認められなかった場合を、「磨滅無し」と評価した。評価結果を下記表１に示す。

また、樹脂被覆ソーワイヤ４を走行させて被加工物２を切断したときに、樹脂被覆ソーワイヤの断線の有無を調べた。結果を下記表１に示す。

次に、上記被加工物２を切断した後、樹脂皮膜の磨滅が認められなかったＮｏ．１〜５、９〜１６については、被加工物２を切断して得られた切断体表面の算術平均粗さＲａとうねりを測定した。切断体表面の算術平均粗さＲａとうねりの測定は、ＪＩＳ Ｂ０６０１（１９９４年）に基づき、ソーマークと呼ばれる研削痕と直角方向である切断方向にて行った。切断体表面の算術平均粗さＲａとうねりの測定には、株式会社ミツトヨ製の「ＣＳ−３２００（装置名）」を用い、測定長さは、いずれも２５ｍｍとした。測定結果を下記表１に示す。上記算術平均粗さＲａは、０．５μｍ以下の場合を合格と評価し、０．５μｍを超える場合を不合格と評価した。上記うねりは、３０μｍ以下の場合を合格と評価し、３０μｍを超える場合を不合格と評価した。なお、下記表１において、「−」は、測定していないことを意味している。

次に、下記表１に示すＮｏ．１とＮｏ．３については、切断体の表面性状を観察するために、切断体の表面にスパッタリング法にて保護膜として炭素皮膜を形成し、断面を露出させて透過型電子顕微鏡で観察した。Ｎｏ．１の断面を撮影した図面代用写真を図４の（ａ）に示し、Ｎｏ．３の断面を撮影した図面代用写真を図４の（ｂ）に示す。図４において、２２は保護膜、２３は転位、２４は回復層をそれぞれ示している。

下記表１および図４に基づいて次のように考察できる。

Ｎｏ．２〜５、９〜１２、１４〜１６は、本発明で規定する要件を満足する例である。走行する樹脂被覆ソーワイヤを揺動させると共に、平均粒径が０μｍ超８μｍ以下のダイヤモンド砥粒を樹脂被覆ソーワイヤに吹き付け、樹脂被覆ソーワイヤの線速を８００ｍ／分以上とした結果、樹脂皮膜の磨滅は認められず、被加工物の切断時に樹脂被覆ソーワイヤの断線も発生しなかった。また、切断して得られた切断体は、表面の算術平均粗さＲａが小さく、しかもうねりも小さく、高品質であった。

詳細には、Ｎｏ．２〜５は、ダイヤモンド砥粒の平均粒径を３．０μｍ、樹脂被覆ソーワイヤの線速を１０００ｍ／分に固定し、樹脂被覆ソーワイヤの振れ幅を変化させた例である。Ｎｏ．２〜５における切断体表面の算術平均粗さＲａおよびうねりは殆ど変化せず、ほぼ一定の値となった。これは、上記振れ幅の最大値を本発明で推奨する上限値まで大きくし、被加工物と樹脂被覆ソーワイヤとの隙間に引き込む砥粒の数を多くしても、被加工物の切断に寄与する砥粒の数は実質的に変動しなかったためと考えられる。

Ｎｏ．９〜１２は、樹脂被覆ソーワイヤの振れ幅を１度、樹脂被覆ソーワイヤの線速を１０００ｍ／分に固定し、ダイヤモンド砥粒の平均粒径を変化させた例である。これらの結果から明らかなように、ダイヤモンド砥粒の平均粒径を小さくするほど、切断体表面の算術平均粗さＲａおよびうねりは小さくなることが分かった。特に、用いるダイヤモンド砥粒の平均粒径を１．８μｍとすることにより、切断体表面の算術平均粗さＲａを０．１７μｍ、うねりを１３μｍに低減できる。

Ｎｏ．１４〜１６は、樹脂被覆ソーワイヤの振れ幅を１度、ダイヤモンド砥粒の平均粒径を１．８μｍに固定し、樹脂被覆ソーワイヤの線速を変化させた例である。これらの結果から明らかなように、樹脂被覆ソーワイヤの線速を大きくするほど、切断体表面の算術平均粗さＲａおよびうねりは小さくなることが分かった。特に、樹脂被覆ソーワイヤの線速を１３００ｍ／分とすることにより、切断体表面の算術平均粗さＲａが０．１１μｍ、うねりが１０μｍという従来では決して得られなかった画期的に良好な品質の切断体が得られた。

前述したとおり、本発明で規定する要件を満足するＮｏ．２〜５、９〜１２、１４〜１６では、いずれも被加工物の切断速度が０．１ｍｍ／分と一定である。一般的に砥粒の粒径が小さくなるほど研削性は劣化し、切断速度が低下することが常識であるが、本発明では用いる砥粒の粒径を小さくしても高い切断速度を維持しており、しかも切断体表面の算術平均粗さＲａおよびうねりを大幅に改善できている。従って本発明によれば、用いる砥粒の粒径を小さくしても被加工物の研削性を向上できるという常識外れの効果が得られる。

これに対し、Ｎｏ．１、８、１３は、本発明で規定する要件を満足しない例である。

これらのうち、Ｎｏ．１は、樹脂被覆ソーワイヤ４を揺動させずに切断した例であり、上記振れ幅は０度である。下記表１に示すように、Ｎｏ．１では、切断後においても樹脂皮膜の磨滅は観察されず、被加工物の切断時に樹脂被覆ソーワイヤの断線も発生せず、切断体表面は、算術平均粗さＲａが小さく０．５μｍ以下となった。しかし、切断体表面には、大きなうねりが認められた。

Ｎｏ．８は、平均粒径が本発明で規定する範囲を超えるダイヤモンド砥粒を用いた例であり、上記被加工物を切断することにより上記樹脂皮膜の磨滅が認められた。

Ｎｏ．１３は、樹脂被覆ソーワイヤの線速が本発明で規定する範囲を下回る例であり、切断体表面にうねりが認められた。

Ｎｏ．６、７は、参考例であり、樹脂被覆ソーワイヤ４を過剰に揺動させた例である。これらのうち、Ｎｏ．６は、上記振れ幅の最大値を、本発明で推奨する範囲を超えて１０．０度とした。その結果、上記被加工物を切断しても樹脂被覆ソーワイヤの断線は見られなかったが、切断後の樹脂被覆ソーワイヤ表面には樹脂皮膜の磨滅が観察された。Ｎｏ．７は、上記振れ幅の最大値を、Ｎｏ．６の２倍の２０．０度とした。その結果、被加工物の切断途中で、樹脂被覆ソーワイヤの断線が認められた。また、断線後の樹脂被覆ソーワイヤ表面に樹脂皮膜の磨滅が観察された。

図４の（ａ）によれば、樹脂被覆ソーワイヤ４を揺動させず、上記振れ幅を０度として被加工物を切断した場合は、切断時に導入された転位の一部が回復し、回復層を形成していることが分かる。即ち、回復層は、切断時の温度上昇によって形成されたもので、揺動させずに振れ幅を０度として切断した場合には切断性が不充分で、回復層が形成される程度の温度上昇はあったものの以下に説明する酸化までは至らず切断性が不充分であったと考えられる。この切断性が不充分であったことが、切断体表面におけるうねりを大きくした原因であると考えられる。

これに対し、図４の（ｂ）に示すように、樹脂被覆ソーワイヤ４を揺動させつつ被加工物を切断した場合は、切断体表面に回復層は殆ど観察されなかった。また、上記振れ幅を０度として切断した上記図４の（ａ）と比較すると、転位の深さも半分以下となっており、樹脂被覆ソーワイヤの揺動により切断性が向上したことが分かる。その結果、切断体表面のうねりを小さくできたと考えられる。

次に、本発明者らは、樹脂被覆ソーワイヤの揺動の有無と切断体表面に形成される回復層との関係について調べるために、上記被加工物を切断したときに発生する切粉の形状に着目し、切粉を走査型電子顕微鏡で観察した。具体的には、下記表１に示すＮｏ．１とＮｏ．３について、上記被加工物を切断したときに発生した切粉を走査型電子顕微鏡で観察した。Ｎｏ．１で発生した切粉を撮影した図面代用写真を図５に示し、Ｎｏ．３で発生した切粉を撮影した図面代用写真を図６に示す。図５および図６において３１はダイヤモンド砥粒を示している。

図５に示すように、樹脂被覆ソーワイヤを揺動させずに被加工物を切断した場合に発生する切粉３２は、バルキーな粒状になっていた。これに対し、図６に示すように、樹脂被覆ソーワイヤを揺動させて被加工物を切断した場合に発生する切粉３３は、細い糸状でカールしていた。

そこで、Ｎｏ．３で発生した切粉の形状が細い糸状でカールしたものになった原因を調べるために、この切粉の顕微ラマン分光分析を行なった。顕微ラマン分光分析には、堀場製作所製の顕微レーザーラマン分光分析装置「ＬａｂＲＡＭ ＨＲ−８００」を用いた。分析条件は次の通りである。分析結果を図７に示す。図７において、矢印ＡはＳｉ−Ｏ結合の存在を示すピーク位置、矢印ＢはＳｉ−Ｃ結合の存在を示すピーク位置をそれぞれ示している。

《分析条件》
レーザー波長 ：５１４．５ｎｍ
レーザーパワー ：０．２ｍＷ
レーザー照射範囲：約１μｍ
露光時間 ：１２０秒
積算回数 ：８回
回折格子 ：６００ｇｒ／ｍｍ
共焦点ホール径 ：１００μｍ

図７から明らかなように、Ｎｏ．３では、単結晶の炭化ケイ素を切断しているにもかかわらず、この単結晶炭化ケイ素を切断して発生した切粉からは、Ｓｉ−Ｏ結合の存在を示すピークは認められるものの、Ｓｉ−Ｃ結合の存在を示すピークは観察されなかった。この結果から明らかなように、切粉は炭化ケイ素ではなく、酸化シリコンであることが明らかとなった。樹脂被覆ソーワイヤを揺動させることによって、ダイヤモンド砥粒の切先で炭化ケイ素を研削する際に大きな温度上昇があり、このため炭化ケイ素が酸化してＳｉＣＯとなり、最終的にＳｉＯ₂とＣＯ₂に変化したのではないかと考えられる。

即ち、上記図４の（ａ）に示すように、樹脂被覆ソーワイヤを揺動させずに被加工物を切断した場合は、切断体表面に回復層が認められ、切断時に大きな温度上昇があったと考えられる。この切断時に発生する切粉は、上記図５に示すように、バルキーな粒状であり、被加工物である単結晶炭化シリコンが削られたため、このような形状になったと考えられる。この場合、切断体表面のうねりは大きくなった。

これに対し、上記図６に示すように、樹脂被覆ソーワイヤを揺動させつつ被加工物を切断した場合に発生する切粉は、細い糸状でカールした形状であった。この切粉は、図７に示すように酸化物であった。これは、樹脂被覆ソーワイヤを揺動させずに被加工物を切断したときよりも、揺動させて被加工物を切断したときの方が、更に温度が上昇したことを示しており、この更なる温度上昇により被加工物の表面が酸化し、この酸化膜を削ることによって見かけ上、被加工物の切断が進んでいると考えられる。即ち、本発明に係る切断方法によれば、被加工物の研削と酸化が同時に進行することによって、スムースな切断が実現しており、結果として切断速度を低下させなくても、切断体表面の算術平均粗さＲａおよびうねりが大幅に改善されたと考えられる。

樹脂被覆ソーワイヤを揺動させることによって切断時の温度が一段と上昇する理由は、平均粒径が小さいダイヤモンド砥粒を用いると共に、樹脂被覆ソーワイヤの線速を高めているからと考えられる。即ち、下記表１では、ダイヤモンド砥粒の濃度を５質量％に固定しているため、Ｎｏ．９〜１２に示すように、用いるダイヤモンド砥粒の平均粒径が小さくなるほど、スラリーに含まれるダイヤモンド砥粒の数は多くなる。そのため、平均粒径が小さいダイヤモンド砥粒を用いるほど、ダイヤモンド砥粒の切先の数が多くなり、切断時の温度が一段と高くなると考えられる。また、樹脂被覆ソーワイヤの線速を高めることによっても切断時の温度が一段と高くなっている。

以上の通り、走行する樹脂被覆ソーワイヤを揺動させると共に、平均粒径が０μｍ超８μｍ以下のダイヤモンド砥粒を樹脂被覆ソーワイヤに吹き付け、樹脂被覆ソーワイヤの線速を８００ｍ／分以上とすることによって、研削と酸化が同時に進行し、結果として切断速度を犠牲にすることなく従来になく品質が良好な切断体を得ることができる。

１、１ａ、１ｂ 台座
２、２ａ、２ｂ 被加工物
３、３ａ、３ｂ 中心軸
４、４ａ、４ｂ 樹脂被覆ソーワイヤ
５ａ、５ｂ 被加工物の中心軸を通る法線の向き
６ 台座
７ バネ
８ エアシリンダー
９ 回転軸
１１ 鋼線
１２ 鋼線からなるソーワイヤ
１３ ソーワイヤの走行方向
１４ 被加工物
１５ 遊離砥粒
１６ メッキ層
１７ 固定砥粒
１８ 固定砥粒付きソーワイヤ
１９ 樹脂皮膜
２０ 樹脂被覆ソーワイヤ
２１ 脱落した遊離砥粒
２２ 保護膜
２３ 転位
２４ 回復層
３１ ダイヤモンド砥粒
３２ 切粉
３３ 切粉
θ 振れ幅

Claims (7)

1. 鋼線の表面に樹脂皮膜が被覆されている樹脂被覆ソーワイヤを走行させて、シリコンを除く被加工物を切断する方法であって、
   前記樹脂被覆ソーワイヤまたは前記被加工物の少なくとも一方を揺動させると共に、
   平均粒径が０μｍ超８μｍ以下のダイヤモンド砥粒を前記樹脂被覆ソーワイヤに吹き付け、
   前記樹脂被覆ソーワイヤの線速を８００ｍ／分以上とすることを特徴とする被加工物の切断方法。
2. 前記ダイヤモンド砥粒の平均粒径が０μｍ超５μｍ以下である請求項１に記載の切断方法。
3. 前記樹脂被覆ソーワイヤの線速を１０００ｍ／分以上とする請求項１または２に記載の切断方法。
4. 前記樹脂被覆ソーワイヤの法線のうち、前記被加工物の中心軸を通る法線の向きの振れ幅を０度超とする請求項１〜３のいずれかに記載の切断方法。
5. 前記振れ幅を０度超７度以下とする請求項４に記載の切断方法。
6. 前記樹脂皮膜は、１２０℃での硬さが０．０７ＧＰａ以上である請求項１〜５のいずれかに記載の切断方法。
7. 前記樹脂は、ポリウレタン、ポリイミド、またはポリアミドイミドである請求項１〜６のいずれかに記載の切断方法。