JP6063076B1 - レジンボンドソーワイヤおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】芯線の強度低下がなく、芯線からのレジンボンドの剥離を低減し、砥粒の固着力を高めたレジンボンドソーワイヤを提供する。【解決手段】レジンボンドソーワイヤ１０は、金属から成る芯線１１と、前記芯線１１の表面に配置される複数の砥粒１２と、前記砥粒１２を前記芯線１１の表面に固着させるレジンボンド１３と、を備え、前記芯線１１の表面に長手方向に延びる直線状の溝が形成され、前記溝に前記レジンボンド１３が入り込んでいる。【選択図】図１

Description

本発明は、シリコン、石英等の硬質材料のスライス、また切断に用いられるソーワイヤにおいて、砥粒をレジンボンドで芯線に固着したレジンボンドソーワイヤに関する。

上記ソーワイヤを用いたワイヤソーの方式には、ワークと走行ワイヤ間に砥粒を吹きつけながらスライスする遊離砥粒ワイヤソー方式と、砥粒をあらかじめ芯線上に固着させたソーワイヤを用いてスライスする固定砥粒ワイヤソー方式がある。

本稿においては、切削工具として用いられるワイヤのことをソーワイヤと呼び、そのソーワイヤを用いてマルチスライスする装置のことをワイヤソーと呼ぶ。

固定砥粒ワイヤソー方式に用いられるソーワイヤ（固定砥粒ソーワイヤ）には砥粒を電着で固着した電着ソーワイヤとレジンボンドで固着したレジンボンドソーワイヤがある。

レジンボンドソーワイヤは電着ソーワイヤに比較して一般的に安く生産できるものの、砥粒の固着力が劣る。単純に砥粒とレジンボンドの結合力の差によるものもあるが、芯線とレジンボンドの密着力が弱いためにレジンボンドごと砥粒が脱落してしまうということもある。

本特許では砥粒固着力を改善したレジンボンドソーワイヤおよびその製造方法を提案する。

レジンボンドソーワイヤの砥粒固着力を高める提案は以前からあり、たとえば、特許文献１〜４のレジンボンドソーワイヤが知られている。

特許第３４７１３２８号公報 特許第３０７８０２０号公報 特許第４１７５７２８号公報 特許第５７７８８６４号公報

特許文献１のレジンボンドソーワイヤでは、芯線に軟質金属メッキ層が施されており、このメッキ層には螺旋状の多条の溝が形成され、砥粒はこの溝に一部が埋設された状態で樹脂によって固着されている。このように、大きな砥粒が並んで配置されると、隣接する大きい砥粒に介在する結合剤が少なく、大きい砥粒を支える結合剤の力は弱い。しかしながら、大きな砥粒は他に比べて径方向の外側に突出しているため、切削時には大きな力を受ける。よって、切削時に大きな砥粒が受ける力に対し、結合剤は大きな砥粒を支えきれず、砥粒は剥離し易い。

また、芯線表面に砥粒径程度の精度で溝形状を作成して砥粒を埋設できれば固着力の向上は期待できるが、ワイヤの細線化が進む中、長尺の長手方向に精度良く多条の溝を形成することは、技術的、コスト的に難しい。さらに、芯線の長手方向に対して交叉する方向の溝によって曲げや引張に対する強度が低下する。よって、切削の際に長尺のワイヤをリールやプーリーなどに繰り返し巻き付けたり曲げたりすると、ワイヤが破断し易くなる。

特許文献２、３では芯線とレジンボンドの固着力を向上させる方法として、芯線表面にプライマリーコートを施してから砥粒をレジンボンドで固着させる方法がある。これにより、レジンボンドは下地のプライマリーコートと化学結合をすることで密着力の向上が期待できる。しかし、芯線とプライマリーコートとの固着力については言及されていない。したがってレジンボンドと砥粒がプライマリーコートごと剥離してしまうことは容易に想像が出来る。

特許文献４では芯線との密着力を向上させるレジンボンド材としてフェノール樹脂とアミン系シランカップリング剤の組み合わせを提案しているが、シランカップリング剤の一般的な使用効果についてしか言及はなされておらず、用途に適した種類の選定や、芯線とレジンボンドとの密着力向上における効果の確認については未だ明確ではない。

本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、芯線の強度低下がなく、芯線からのレジンボンドの剥離を低減し、砥粒の固着力を高めたレジンボンドソーワイヤを提供することを目的としている。

本発明者らは、上記課題を解決するためにレジンボンドが有効に芯線表面にアンカー効果を発現するような芯線表面の溝形状と、その上に塗布されるレジンボンドペーストにも密着性を向上させるための最適な条件を見出すことで、砥粒の脱落の少ない長寿命のレジンボンドソーワイヤを提案した。

本発明のある態様に係るレジンボンドソーワイヤは、金属から成る芯線と、前記芯線の表面に配置される複数の砥粒と、前記砥粒を前記芯線の表面に固着させるレジンボンドと、を備え、前記芯線の表面に長手方向に延びる直線状の溝が形成され、前記溝に前記レジンボンドが入り込んでいる。

このレジンボンドソーワイヤでは、前記芯線の周方向において０．５μｍ以上の深さの前記溝の数は、１０本以上であってもよい。また、前記芯線の表面の算術平均粗さＲａが０．０３μｍ以上０．１０μｍ以下であって、最大高さＲｚは０．２μｍ以上１．０μｍ以下であってもよい。

また、レジンボンドソーワイヤでは、前記レジンボンドは、サルファー系シランカップリング剤が配合されたフェノール樹脂により形成されていてもよい。このレジンボンドを、熱分解ＧＣ／ＭＳ法により分析すると測定開始１．７６分近傍にピークを検出し、そのピークのクロマトグラムを同定すると、硫黄化合物であってもよい。

また、前記芯線はコア線を含み、前記コア線は、０．７重量％以上１．２重量％以下の炭素を含む鋼線であって、３５００ＭＰａ以上の引張強度を有し、５０μｍ以上１２０μｍ以下の径であってもよい。

さらに、前記砥粒は、ダイヤモンドから成り、２０μｍ以下の平均粒径（Ｄ５０）であって、５μｍ以下のＳＤ値であってもよい。

本発明の別の態様に係るレジンボンドソーワイヤの製造方法は、表面がブラスめっき層により覆われた芯線材を伸線することで、コア線の表面に溝を形成させながら所定の径まで細くし、そののちに、前記ブラスめっき層の一部または全部をその厚み方向に除去して芯線を形成し、前記芯線の表面に、レジンボンドの材料および砥粒を含む塗料を塗布し、前記塗料を硬化させる。このレジンボンドソーワイヤの製造方法において、前記塗料の粘度は１．０Ｐａ・ｓ以上３．０Ｐａ・ｓ以下であってもよい。

本発明は、以上の構成を有し、芯線の強度低下がなく、芯線からのレジンボンドの剥離を低減し、砥粒の固着力を高めたレジンボンドソーワイヤを提供することができるという効果を奏する。

本発明の上記目的、他の目的、特徴および利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。

図１Ａは、本発明の実施の形態に係るレジンボンドソーワイヤをその径方向に切断した断面を示す図である。図１Ｂは、図１Ａの芯線の表面を示す図である。図１Ｃは、図１Ａのレジンボンドソーワイヤをその長手方向に切断した断面を示す図である。 図２Ａは、図１Ａのレジンボンドソーワイヤの製造方法を説明するための図である。図２Ｂは、図２Ａの製造方法におけるコア線、芯線材、芯線およびレジンボンドソーワイヤを示す断面図である。 図３Ａは、電解剥離処理における電流密度と算術平均粗さＲａとの関係を示すグラフである。図３Ｂは、電解剥離処理における電流密度と最大高さＲｚとの関係を示すグラフである。 図４Ａは、電解剥離処理における電流密度と破断力との関係を示すグラフであり、図４Ｂは、電解剥離処理における電流密度と捻回値との関係を示すグラフである。 図５Ａは、実施例２の芯線の表面を示す３Ｄ画像であり、図５Ｂは、比較例１の芯線材の表面を示す３Ｄ画像である 図６Ａは、比較例１のレジンボンドソーワイヤの断面の一部を示すＳＥＭ画像であり、図６Ｂは、図６Ａの芯線の表面を示すＳＥＭ画像である。図６Ｃは、実施例１のレジンボンドソーワイヤの断面の一部を示すＳＥＭ画像であり、図６Ｄは、図６Ｃの芯線の表面を示すＳＥＭ画像である。図６Ｅは、比較例２のレジンボンドソーワイヤの断面の一部を示すＳＥＭ画像であり、図６Ｆは、図６Ｅの芯線の表面を示すＳＥＭ画像である。 図７Ａは、実施例１および２ならびに比較例１の芯線の表面上の溝の数を表す表である。図７Ｂは、実施例１の芯線の断面における溝の位置を示すＳＥＭ画像である。 図８Ａは、比較例１の接合力の測定結果を示すグラフであり、図８Ｂは、実施例１の接合力の測定結果を示すグラフであり、図８Ｃは、実施例２の接合力の測定結果を示すグラフである。図８Ｄは、電解剥離処理における電流密度とレジンボンドの芯線との接合力を示すグラフである。 図９Ａは、実施例４、５および比較例２についてのレジンボンドソーワイヤのタワミ値を示すグラフであり、図９Ｂは、実施例４、５および比較例２についての砥粒の脱落率を示すグラフである。また、図９Ｃは、実施例４、５および比較例２についての芯線とレジンボンドの接合力を示すグラフである。 図１０Ａは、シランカップリング剤を含まないレジンボンドのクロマトグラムである。図１０Ｂに示す、メルカプト系シランカップリング剤を含むレジンボンドのクロマトグラムである。図１０Ｃは、図１０Ｂの１．７６ｍｉｎでクロマトグラム検出されたマススペクトルのクロマトグラムである。図１０Ｄは、硫化プロピレンのクロマトグラムである。 図１１は、塗料の粘度とレジンボンドの接合力との関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら具体的に説明する。なお、以下では全ての図面を通じて同一または相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。

（実施の形態）
（レジンボンドソーワイヤの構成）
まず、本発明の実施の形態に係るレジンボンドソーワイヤ１０について、図１Ａ〜図１Ｃを参照して説明する。レジンボンドソーワイヤ１０は、芯線１１、砥粒１２およびレジンボンド１３を備えている。

芯線１１は、金属から成る。芯線１１の表面には長手方向に延びる複数の溝１４が形成されている。複数の溝１４は、互いに平行であって、芯線１１の中心軸に平行に延びる。溝１４の深さおよび数は、溝１４に入り込んだレジンボンド１３がアンカー効果を発揮する程度のサイズである。たとえば、０．５μｍ以上の深さの溝１４の数は、芯線１１の周方向において１０本以上であることが好ましい。また、芯線１１の表面の算術平均粗さＲａが０．０３μｍ以上０．１０μｍ以下であって、最大高さＲｚは０．２μｍ以上１．０μｍ以下である。算術平均粗さＲａが０．０３μｍを越えて小さい場合は、芯線表面が平滑過ぎて十分なアンカー効果が得られない。また、最大高さＲｚが１．０ｕｍを越えて大きい場合は、伸線過程での加工に無理が生じているため使用中の断線のリスクが大きくなる。

本技術は表面のめっきを除去することで、下地のコア線に付与された溝を露出されるものであって、しかし、その溝はめっきを完全除去しなくとも有効な溝を出せれば、めっきがその厚み方向に残っていてもよい。

レジンボンド１３は、フェノール樹脂を主成分としており、サルファー系のシランカップリング剤を配合していることを特徴とする。その中でもメルカプト系のシランカップリング剤であることが好ましい。サルファー系のシランカップリング剤をレジンボンド１３中に配合することで、アンカー効果を発現するために溝に侵入したレジンボンド１３が、更に溝中に残存する銅めっきと反応し、銅が硫化してレジンボンド１３と化学結合をする。このことでアンカー効果に加え更に強固な芯線との結びつきとなる。

レジンボンド１３の中には他にも補強材として金属系材料または脆性硬質材料ガラス質材料などフィラーを添加している。

レジンボンド１３は、芯線１１の表面に密着し、芯線１１の溝１４に入り込んでいる。レジンボンド１３の厚みは、砥粒１２を十分に保持し、切削の切れ刃を出すために１μｍ以上１０μｍ以下にすることが好ましい。

コア線は、たとえば、鉄を主成分とし、０．７重量％以上１．２重量％以下の炭素を含む鋼線であって、３５００ＭＰａ以上の引張強度を有する。コア線はステンレス線やタングステン線などの高強度線を使用することもできる。コア線の径は、５０μｍ以上１２０μｍ以下である。めっき層は、伸線加工における芯線１１の潤滑性などを向上させるためにコア線の表面に施される。たとえば、銅めっき層と亜鉛めっき層とが積層したブラスめっき層である。

砥粒１２は、芯線１１の表面に配置される。たとえば、砥粒１２は、アルミナおよび炭化ケイ素などのセラミックス、ならびに、ダイヤモンドの粒子であり、好ましくは、ダイヤモンドである。砥粒１２の粒径は、砥粒１２がレジンボンド１３により芯線１１に固着され、切削時に砥粒１２がレジンボンド１３の表面から隆起し得る大きさである。たとえば、２０μｍ以下の平均粒径（Ｄ５０）であって、５μｍ以下のＳＤ（Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｄｅｖｉａｔｉｏｎ）値である。ＳＤ値が５ｕｍを越えて大きい場合は、レジンボンド１３の表面から突出する砥粒１２の高さにバラつきが生じ、一部の砥粒１２に大きな力が作用することで、砥粒１２の脱落を生じてしまう。更にウエハの表面粗さも損ねてしまう。

ここで言うＳＤ値とは、粒度分布測定でよく用いられる標準偏差であって粒度幅の指標となる値である。この値が大きいほど粒度幅の大きい集合体であり、ＳＤ値が小さいほど粒度幅の小さい集合体であることが言える。その式は以下の通りに表される。式において、Ｄ８４とは粒度分布の累積頻度８４％のときの値であり、Ｄ１６とは粒度分布の累積頻度１６％のときの値である。

ＳＤ値＝（Ｄ８４−Ｄ１６）／２
（レジンボンドソーワイヤの製造方法）
次に、レジンボンドソーワイヤ１０の製造方法について、図２Ａおよび図２Ｂを参照して説明する。まず、図２Ｂ（ａ）に示す、たとえば、５ｍｍの径のコア線１６に前処理を行う（Ｓ１）。前処理では、コア線１６の表面スケールを除去すると共に、コア線１６に皮膜処理を施す。

そして、コア線１６に乾式伸線加工を行う（Ｓ２）。ここで、出口の径が入口の径より小さな円錐状の孔が設けられた伸線ダイスを用いる。この孔にコア線１６を通して、コア線１６の断面積を小さくする。複数の伸線ダイスの孔に連続的にコア線１６を通して、コア線１６の径を段階的に、たとえば、２ｍｍ程度まで縮小していく。この際、伸線ダイスの孔からコア線１６の表面に圧縮力が作用する。この周方向の応力により、硬いコア線１６の表面に複数の溝１４が形成される。この溝１４は、伸線ダイスに対してコア線１６が移動する方向、つまり、コア線１６の長手方向に延びる。なお、乾式伸線加工で用いた伸線ダイスは、コア線１６に溝１４を形成するための特別仕様のものではなく、専ら伸線のための公知のダイスである。

続いて、コア線１６に熱処理を施す（Ｓ３）。この熱処理により、乾式伸線加工で伸ばされたコア線１６の繊維状組織が元の金属組織に戻す。再び、複数の伸線ダイスに連続的にコア線１６を通して、コア線１６の径を段階的に、たとえば、０．７ｍｍ程度まで縮小していく（Ｓ４）。この際にも、コア線１６の表面に、コア線１６の長手方向に延びる複数の直線状の溝１４がさらに形成される。そして、この２次乾式伸線加工後に、コア線１６に熱処理を施して（Ｓ５）、コア線１６の組織を戻す。

その後、コア線１６の表面にめっき処理を施す（Ｓ６）。ここで、コア線１６の表面に銅をめっき処理した上で、亜鉛をめっき処理する。これに熱拡散処理を施して、銅めっきと亜鉛めっきとを合金化する。これにより、図２Ｂ（ｃ）に示すように、コア線１６の表面がブラスめっき層１８で覆われて、芯線材１７が形成される。

この芯線材１７に湿式伸線加工を行う（Ｓ７）。湿式伸線加工では、液体潤滑剤に浸漬した伸線ダイスの孔に芯線材１７を通して、回転駆動するキャプスタンに芯線材１７を巻き付けて引抜ながら伸線していく。これを繰り返して、図２Ｂ（ｄ）に示すように、所望の径まで芯線材１７を細くしていく。

芯線材１７が伸線ダイスの孔を通過する際、伸線ダイスの孔から芯線材１７の表面に圧縮力が作用する。この周方向の応力により、ブラスめっき層１８で覆われた硬いコア線１６の表面に複数の溝１４が形成される。この溝１４は、芯線材１７の長手方向に直線状に延びる。なお、芯線材１７の表面であるブラスめっき層１８は軟らかいため、その表面には溝１４ができない。なお、湿式伸線加工で用いた伸線ダイスは、コア線１６に溝１４を形成するための特別仕様のものではなく、専ら伸線のための公知のダイスである。また、表面がブラスめっき層１８により覆われた芯線材１７を伸線することで、コア線１６の表面に溝１４を形成させながら所定の径まで細くすることができれば、伸線の方法は伸線ダイスに限定されない。

そして、芯線材１７に電解剥離処理を施す（Ｓ８）。まず、電解液を溜めた電解槽に芯線材１７を浸漬する。そして、電解液に陰極を設け、芯線材１７に陽極を接続して、直流電流を流す。これにより、芯線材１７のブラスめっき層１８の銅および亜鉛が還元されて除去される。これにより、図２Ｂ（ｅ）に示すように、芯線１１が形成される。なお、ここで使用する電解液は、コア線１６の主成分である鉄には作用せず、ブラスめっき層１８の主成分である銅および亜鉛に作用するものが好ましい。たとえば、電解液としては、３０〜８０％の硝酸アンモニウム、６〜１０％のエチレンジアミン、酢酸塩およびイオン交換水を含むものが用いられる。

このように、コア線１６の表面上からブラスめっき層１８を除去することにより、溝１４が形成されたコア線１６の表面が現れる。この際、表層のブラスめっき層１８の全てをその厚み方向にコア線１６から除去することにより、芯線１１の表面における溝１４が深く数が多くなるため、後述するアンカー効果の観点から好ましい。しかし、ブラスめっき層１８の全てがその厚み方向にコア線１６から除去されなくても、芯線１１の表面に直線状の溝１４が形成されていれば、アンカー効果が発揮される。このため、コア線１６上のブラスめっき層１８の一部をその厚み方向に除去し、薄いブラスめっき層１８がコア線１６の表面の全体に残った芯線１１であってもよい。

続いて、芯線１１に洗浄処理を施す（Ｓ９）。この洗浄処理では、たとえば、アルカリ洗浄液による芯線１１の洗浄と、水による芯線１１の洗浄とを繰り返す。これにより、芯線１１の表面上から電解液およびその他の汚れを除去する。その後、芯線１１に乾燥処理を施し（Ｓ１０）、芯線１１の表面を乾燥させる。

そして、レジンボンド１３の材料および砥粒１２を含む塗料を芯線１１に塗布する（Ｓ１１）。前記塗料には、たとえば、フェノール樹脂、フィラー、サルファー系シランカップリング剤および溶剤が配合されている。この塗料が満たされたポットに芯線１１を通過させて、芯線１１の表面に塗料を塗布する。この塗料の粘度を、１．０Ｐａ・ｓ以上３．０Ｐａ・ｓ以下に調整する。これにより、塗料が芯線１１の表面の溝１４に入り込むことができる。

また、溝１４が形成された芯線１１の表面上に砥粒１２が配されるが、溝１４の深さが砥粒１２の粒径に対して非常に小さいため、砥粒１２の分布は溝１４の位置に影響されず、砥粒１２は芯線１１の表面上に分散する。これにより、砥粒１２が溝１４に沿って並ばす、砥粒１２と砥粒１２との間には樹脂が介在する。そして、塗料が塗布された芯線１１を出口の径が所望の径であるダイスの孔に通して余分な塗料を絞ることで、その外径を所望の外径に調整する。

所望の外径分の塗料が塗布された芯線１１に硬化処理を施す（Ｓ１２）。たとえば、６００〜７００℃の高温に熱せられた管状炉内に、塗料が塗布された芯線１１を０．５〜５秒間で通過させる。これにより、塗料内の溶媒を気化させて、塗料を硬化させる。この際、芯線１１の表面の溝１４に入り込んだ樹脂が硬化して、レジンボンド１３と芯線１１との接着力が向上する。このように芯線１１上に樹脂が成型・硬化した状態でリールに巻き取られる。最後は、レジンボンドソーワイヤ１０をリールごと１８０〜２００℃に温められた電気炉で５〜１０時間加熱する。これにより、熱硬化性樹脂であるフェノール樹脂の硬化反応が促進して完全硬化する。また、サルファー系シランカップリング剤が砥粒１２および芯線１１とフェノール樹脂との間に化学結合を形成し、レジンボンド１３の砥粒１２に対する保持力および芯線１１に対する接着力を向上する。これにより、図２（ｆ）に示すレジンボンドソーワイヤ１０が形成される。

（作用、効果）
上記によれば、芯線１１の表面に長手方向に延びる直線状の溝１４が形成されている。この溝１４は、芯線１１の長手方向に対して平行に形成されているため、溝１４による長手方向における引張強度の低下は防がれる。しかも、溝１４は、砥粒１２をはめ込むための大きなサイズではなく、レジンボンド１３を入り込む小さなサイズである。よって、大きな溝による芯線１１の強度低下が防がれる。

さらに、溝１４は、コア線１６を伸線ダイスに通過させた際に形成されたものである。必要な深さの溝を必要な分だけ全周に形成させるため、芯線材１７においては付着量を４ｇ／ｋｇ以上に設計し、最終伸線においてはスリップ率を５０％以下に設計して製造することが望ましい。更に、ダイス形状、潤滑剤を管理してダイスと鋼線のメタルコンタクトを防ぐことが重要である。通常の正常な湿式伸線加工により、ブラスめっき層１８に隠れたコア線１６の表面には溝１４が形成される。したがって、溝１４は、コア線１６の強度低下の要因にはならない。

また、溝１４にレジンボンド１３が入り込んでいるため、砥粒１２の分布が溝１４に影響されず、砥粒１２が芯線１１上に均一に分散される。よって、砥粒１２と砥粒１２との間にレジンボンド１３が介在することにより、レジンボンド１３により砥粒１２が保持および支持され、砥粒１２の剥離を抑制し得る。また、複数の砥粒１２が並んで径方向の外側に突出することがなく、砥粒１２の剥離をさらに抑制し得る。さらに、溝１４に入り込んだレジンボンド１３がアンカー効果を発揮することにより、レジンボンド１３と芯線１１との結合力が増し、レジンボンド１３の剥離が抑制される。

また、塗料の粘度が１．０Ｐａ・ｓ以上３．０Ｐａ・ｓ以下の低粘度であるため、塗料中のレジンボンド１３の材料が溝１４に入り込み易い。よって、溝１４に入り込んだレジンボンドの材料が硬化すると、アンカー効果が発揮され、レジンボンド１３と芯線１１との結合力が増し、レジンボンド１３の剥離が抑制される。この時、塗料の粘度が１．０Ｐａ・ｓを越えて小さい場合には、塗料内に混練されている砥粒１２がポット内で沈降してしまい、長手で安定した砥粒個数を塗布することが出来ない。また、塗料の粘度が３．０Ｐａ・ｓを越えて大きい場合には、径を絞るための浮きダイスに掛かる力が大きくなりすぎて、浮きダイスが不安定となり長手で安定して均一な塗布を行う事が困難となる。

さらに、０．５μｍ以上の深さの溝１４の数が、芯線１１の周方向において１０本以上である。または、芯線１１の表面の算術平均粗さＲａが０．０３μｍ以上０．１０μｍ以下であって、最大高さＲｚは０．２μｍ以上１．０μｍ以下である。これにより、溝１４に入り込んだレジンボンド１３がアンカー効果を発揮し、レジンボンド１３の剥離が抑制される。

また、レジンボンド１３は、サルファー系シランカップリング剤が配合されたフェノール樹脂により形成されている。このサルファー系シランカップリング剤がフェノール樹脂と砥粒１２および芯線１１との間の結合力を高める。よって、レジンボンド１３の砥粒１２に対する保持力が向上すると共に、レジンボンド１３の芯線１１からの剥離が抑制される。

さらに、砥粒１２は、ダイヤモンドから成り、２０μｍ以下の平均粒径（Ｄ５０）であって、５μｍ以下のＳＤ値である。これにより、レジンボンド１３の表面から突出する砥粒１２の高さをより均一にし、一部の砥粒１２に大きな力が作用することを低減して、砥粒１２の脱離を抑制することができる。しかも、レジンボンド１３に埋まり切削に寄与しない砥粒１２を減らせるため、砥粒１２がレジンボンド１３に介在することによるレジンボンド１３と芯線１１との結合力の低下を抑制しながら、砥粒１２をより効率的に切削に寄与させることができる。

本発明のレジンボンドソーワイヤの寿命評価については以下の実験例によって確認される。

（実施例）
比較例１、実施例１〜３に関しては、電解剥離処理（図２ＡのＳ８）における電流密度のみを変更させ、下地の表面状態を変えただけのものであり、その他の製造条件は以下の通りである。
・砥粒１２：Ｄ５０値が１０ｕｍでＳＤ値が２．５ｕｍ
・レジンボンド：メルカプト系シランカップリング剤を配合したフェノール樹脂を用いた。
・塗料粘度：１．０Ｐａ・ｓ
・フィラー材には♯８０００のＳｉＣの微粉を配合した。
・コア線：線径１００ｕｍの０．９重量％の炭素鋼を用いた。
・電解剥離処理通電時間：１５秒
・電流密度の変化による芯線の表面粗さの変化は図の通りである。

表面粗さの測定は以下の条件で行った。
測定器：１６ｂｉｔ形状解析レーザー顕微鏡
使用機器：キーエンス株式会社製 ＶＫ−Ｘ１５０
測定深度：３０ｕｍ
補正値：２次曲面補正ＯＮ、λｃ＝０．００８ｍｍ

レジンボンドソーワイヤの長手方向に垂直な方向に、芯線または芯線材の径の半分の長さだけ（片面のみ）、芯線または芯線材の表面の粗さＲａ、Ｒｚを測定した。測定は芯線の長手方向に垂直な方向に、線径の半分の長さの線粗さを２０点計測した。その平均値を図３Ａおよび図３Ｂに記載している。

比較例１には電解剥離処理を行わなかった。つまり、電界剥離処理における電流密度は０Ａ／ｄｍ²である。このため、芯線材の表面はブラスめっき層の表面であって、平滑でＲａ、Ｒｚの値はともに小さかった。

実施例１は電界剥離処理において電流密度：３．０Ａ／ｄｍ²の電流を流してブラスめっき層を剥離した。このため、約９０％のブラスめっき層が除去されているが、厚みの薄いブラスめっき層がコア線の表面に残っている。芯線の表面は薄いブラスめっき層で覆われたコア線の表面である。ブラスめっきは残るものの表面は荒れており比較例１に比べ明らかなＲａ，Ｒｚの数値上昇が見られている。

実施例２は電界剥離処理において電流密度：９．１Ａ／ｄｍ²の電流を流してブラスめっき層を剥離した。このため、コア線の表面からブラスめっき層が除去されており、芯線の表面はコア線の表面である。よって、表面は実施例１よりも更に荒れておりＲａ，Ｒｚの数値が大きい。

実施例３は電界剥離処理において電流密度：２１．２Ａ／ｄｍ²の電流を流してブラスめっき層を剥離した。実施例２の更に２倍以上の電流を掛けているにも関わらず、実施例２に比べてＲａ，Ｒｚの粗さ値の上昇はほとんどない。

なお、粗さＲａ、Ｒｚを測定した際の実施例２および比較例１の３Ｄ画像を図５Ａおよび図５Ｂに示す。図５Ａに示すように、実施例２の芯線の表面であるコア線の表面には、多数の直線状の溝が形成されている。図５Ｂに示すように、比較例１の芯線材の表面であるブラスめっき層の表面には、直線状の溝は見られない。

電流密度の芯線の表面粗さの関係より、実施例２の電流密度：９．１Ａ／ｄｍ²の電流を流した時点でほぼ表面のブラスは除去されており、実施例３においては電解剥離処理において過剰な電流を掛けていることがわかる。

ここで、図４Ａおよび４Ｂの電流密度と芯線の物性変化の関係について調査してみると、電流密度が過剰とされる実施例３においても破断力と捻回値の低下が見られなかった。

この破断力の測定試験は、引張試験機（株式会社オリエンテック、ＲＴＦ−１３１０）で５００ｍｍスパンでの試験を行った。捻回試験は２００ｍｍスパンに芯線破断力の半分の荷重を掛けながら１００ｒｐｍの回転速度で捻り、断線までの回数を測定している。

物性の低下が見られなかった理由としては、電解剥離液に鉄をアタックしない成分を採用しているためであって、これ以上溶かす対象である銅や亜鉛がなくなった状態で過電流を流しても決して鉄素地までは侵さないということを表している。

更に、もともとある芯線材のめっき下の溝をアンカー効果に利用しているだけであるため、新たに芯線を傷つけることなく溝を形成させているためである。

実施例２と実施例３においては表面粗さ値がほとんど変わらないため、以降の実験においては、比較例１、実施例１，２を比較した。

図６の表面観察では、実施例１および２ならびに比較例１のレジンボンドソーワイヤを用いた。図６Ａに示す比較例１は、図６Ｂに示す芯線の表面上に砥粒をレジンボンドで固着したレジンボンドソーワイヤである。図６Ｃに示す実施例１は、図６Ｄに示す芯線の表面上に砥粒をレジンボンドで固着したレジンボンドソーワイヤである。図６Ｅに示す実施例２は、図６Ｆに示す芯線材の表面上に砥粒をレジンボンドで固着したレジンボンドソーワイヤである。

比較例１の図６Ａおよび図６Ｂの芯線の表面には長手方向に延びる直線状の溝が観察されなかった。

実施例１の図６Ｃおよび図６Ｄの芯線は、図６Ｄに示すように、この表面には多数の直線状の溝が観察されるが、その数は図６Ｆの数よりも少ない。また、図６Ｃに示すように、その深さはブラスめっき層の分だけ、図６Ｅの溝の深さより浅くなっている。

実施例２の図６Ｅおよび図６Ｆの芯線は、図６Ｆに示すように、この表面には多数の直線状の溝が観察される。また、図６Ｅに示すように、その深さは図６Ｃの溝の深さより大きい。

また、実施例１および２ならびに比較例１について、図７Ａの表に示すように、芯線または芯線材の周方向における深さが０．５μｍ以上の溝の数を調べた。この溝の数は、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて、レジンボンドソーワイヤの断面を観察し、深さ０．５μｍ以上の溝を検出した。たとえば、図７Ｂに示す実施例１の芯線では、丸で囲んだように、１９個の溝が検出された。図７Ａに示すように、電解剥離処理を行い、その電流密度が大きいほど、深さ０．５μｍ以上の溝の数が多かった。

次に、電解剥離処理における電流密度とレジンボンドの接合力との関係について、図８Ａ〜図８Ｄを参照して説明する。この接合力の測定では、レジンボンドソーワイヤをダイスの孔から引き抜く際の力を引張試験機（株式会社オリエンテック、ＲＴＦ−１３１０）で測定し、この測定値に基づいて接合力を求めた。この時、レジンボンドソーワイヤの径が１１９μｍであり、そのコア線の径が１００μｍであった。また、ダイスの孔の径は１０５μｍであった。これにより、レジンボンドソーワイヤをダイスの孔から引き抜くことにより、レジンボンドのみをコア線から剥離することができ、芯線とレジンボンドとの接合力を測定することが出来る。

この結果、図８Ｃに示す実施例２の接合力の試験結果から、レジンボンドの接合力は７．８３Ｎであった。図８Ｂに示す実施例１の引張力の試験結果から、レジンボンドの接合力は６．６９であった。これに対し、図８Ａに示す比較例１の引張力の試験結果からレジンボンドの接合力は３．６５Ｎであった。

この実施例１および２ならびに比較例１の電解剥離処理における電流密度とレジンボンドの接合力との関係を図８Ｄのグラフに示す。これから、電力密度が大きくなるほど、接合力が上昇している。これは、電流密度が大きいほど、芯線の表面上における溝の数が多くなりかつ深さが大きくなっていることにより、アンカー効果が増し、レジンボンドと芯線との接合力が上昇していると考えられる。

以上の実験結果から芯線の表面状態とアンカー効果について確認することができた。ある一定以上の表面粗さを付与することにより接合力の上昇が見られる。更に、この電解剥離処理による方法で表面粗さの値を大きくすることで、芯線自体にはダメージを与えないことも確認できた。

次に、シランカップリング剤の種類によるレジンボンドソーワイヤの特性評価について、図９Ａおよび図９Ｂを参照して説明する。ここでは、シランカップリング剤をフェノール樹脂に配合したレジンボンドにおけるシランカップリング剤の種類のみを変えた。この時、電解剥離の電流密度は９．１Ａ／ｄｍ²で統一して製造し、シランカップリング剤以外の製造条件は前述の実験と同じである。

実施例４
メルカプト系シランカップリング剤を配合
実施例５
スルフィド系シランカップリング剤を配合
比較例２
アミン系シランカップリング剤を配合
実施例４、５、比較例２の評価としてまずは、前述のダイスによる芯線とレジンボンドの接合力の試験を行った。その結果を図に示す。

実施例４の値が８．１６Ｎであり、実施例５の値が８．９４Ｎであり、比較例２の値が６．６９Ｎであった。

芯線との接合力は硫黄系のシランカップリング剤を用いる方が高い結果となった。前述の考察の通り、サルファー系のシランカップリング剤を用いることは芯線との結合力を高めていることが確認された。

続いて、この実施例４、５および比較例２のレジンボンドソーワイヤをマルチスライスワイヤソー（コマツＮＴＣ株式会社製、ＰＶ５００Ｄ）に装着して評価を行った。条件は以下の通りである。
装置：コマツＮＴＣ株式会社製マルチスライスワイヤソー ＰＶ５００Ｄ
ワイヤソー線速：１０００ｍ／ｍｉｎ
切込速度：０．６ｍｍ／ｍｉｎ
ワーク：１５６ｍｍ角の単結晶シリコン

評価後、レジンボンドソーワイヤのタワミ値およびダイヤモンド砥粒の脱落率を測定した。このタワミ値は、切断後のタワミ残りの長さである。また、脱落率は、切断前のレジンボンドソーワイヤの砥粒の個数に対する、切断前後のレジンボンドソーワイヤの砥粒の個数の差から求めた。

図９Ａに示すように、レジンボンドソーワイヤのタワミ値は実施例４が最も少なかった。このタワミ値が少ないほど、切削中にレジンボンドソーワイヤが蛇行せずに安定して切削できていることを表しておりの切削加工精度が良い。これにより、実施例４のメルカプト系シランカップリング剤を用いたレジンボンドソーワイヤは切削加工精度に優れていることがわかった。

図９Ｂに示すように、ダイヤモンド砥粒の脱落率は実施例４が最も少なかった。これは、メルカプト系シランカップリング剤によるダイヤモンド砥粒とレジンボンドとの結合力が、アミン系シランカップリング剤によるものより高いためであると考えられる。

また、実施例５に関して、芯線とレジンボンドの接合力は最も高く、切削能力は実施例４に次ぐものの、砥粒の脱落率が最も高い結果となった。芯線との接合力が高いだけではなく砥粒との接合力の相性が良いこともワイヤ寿命には重要なファクターとなる。

いずれにしてもここまで総合的に見てメルカプト系が最もスライスに適した素材であることがわかった。スルフィド系については砥粒脱落は多かったものの芯線との接合力は最も良く切削能力も良かった。ワイヤの寿命向上を考えた時、サルファー系のシランカップリング剤を配合することは重要なポイントとなる。

次に、レジンボンドに含まれるメルカプト系シランカップリング剤の検出分析を行った。この分析では、メルカプト系シランカップリング剤を含むレジンボンド、およびシランカップリング剤を含まないレジンボンドを用いた。

分析条件は以下の通りである。
測定器：ガスクロマトグラフ質量分析装置（ＰｅｒｋｉｎＥｌｍｅｒ製、Ｃｌａｒｕｓ ６００ Ｃ ＧＣ／ＭＳ）
測定モード：シングルショット分析モード（Ｐｙ−ＧＣ／ＭＳ）
カラム品番：ＵＡ−５（内径：０．２５ｍｍ、膜厚：０．２５μｍ、長さ：３０ｍ）
試料加熱温度：６００℃
キャリアガス／流量：ヘリウム／１ｍｌ／ｍｉｎ
カラム条件：５０℃から３００℃まで１０℃／ｍｉｎで昇温
スプリット比：５０
これにより各成分のマススペクトルデータを得た。

図１０Ａに示す、シランカップリング剤を含まないレジンボンドのクロマトグラムと、図１０Ｂに示す、メルカプト系シランカップリング剤を含むレジンボンドのクロマトグラムとを比較した。この結果、図１０Ｂに示すクロマトグラムには、図１０Ａに示すクロマトグラムでは検出されなかったマススペクトルが１．７６ｍｉｎに検出された。図１０Ｃに示すこのマススペクトルは、図１０Ｄに示す硫化プロピレンのマススペクトルにより同定された。これにより、メルカプト系シランカップリング剤を含むレジンボンドについては、硫黄化合物が含まれていることを検出することができる。

次に、塗料の粘度によるレジンボンドソーワイヤの特性評価について、図１１を参照して説明する。ここでは、塗料およびレジンボンドの材料を混合した塗料の粘度のみを変えた、実施例６〜８のレジンボンドソーワイヤを用いた。このレジンボンドソーワイヤの製造条件については、塗料の粘度以外の条件は同じである。実施例６の塗料の粘度は１Ｐａ・ｓであり、実施例７の塗料の粘度は２Ｐａ・ｓであり、実施例８の塗料の粘度は３Ｐａ・ｓである。この粘度は、回転式粘度計（東機産業株式会社、ＴＶＣ−７）を用い、４５℃の温度雰囲気下において、ロータの回転速度２０ｒｐｍで測定した。

この実施例６〜８について芯線とレジンボンドの接合力を測定した。接合力の測定は、上記引張試験機を用いたダイスの試験と同様の測定方法で行った。この結果、実施例６の接合力は８．４４Ｎであり、実施例７の接合力は７．８３Ｎであり、実施例８の接合力は６．００Ｎであった。これは、いずれの接合力も高い値を示し、１．０Ｐａ・ｓ以上３．０Ｐａ・ｓ以下の粘度の塗料であれば芯線の表面上の溝に入り込みアンカー効果を発揮しているためであると考えられる。

本発明のレジンボンドソーワイヤは、芯線の強度低下がなく、芯線からのレジンボンドの剥離を低減し、砥粒の固着力を高めたレジンボンドソーワイヤ等として有用である。

１０ ：レジンボンドソーワイヤ
１１ ：芯線
１２ ：砥粒
１３ ：レジンボンド
１４ ：溝
１６ ：コア線
１７ ：芯線材

Claims (8)

1. 金属から成る芯線と、
   前記芯線の表面に配置される複数の砥粒と、
   前記砥粒を前記芯線の表面に固着させるレジンボンドと、を備え、
   前記芯線の表面に長手方向に延びる直線状の溝が形成され、前記溝に前記レジンボンドが入り込んでおり、
   前記レジンボンドは、サルファー系シランカップリング剤が配合されたフェノール樹脂により形成されており、
   前記芯線は、表面に長手方向に延びる直線状の溝が形成されたコア線を含み、
   前記コア線の溝の一部が銅めっきで覆われている、レジンボンドソーワイヤ。
2. ０．５μｍ以上の深さの前記溝の数は、前記芯線の周方向において１０本以上である、請求項１に記載のレジンボンドソーワイヤ。
3. 前記芯線の表面の算術平均粗さＲａが０．０３μｍ以上０．１０μｍ以下であって、最大高さＲｚは０．２μｍ以上１．０μｍ以下である、請求項１または２に記載のレジンボンドソーワイヤ。
4. 前記レジンボンドを、熱分解ＧＣ／ＭＳ法により分析すると測定開始１．７６分近傍にピークを検出し、そのピークが硫黄化合物である、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のレジンボンドソーワイヤ。
5. 前記芯線はコア線を含み、
   前記コア線は、０．７重量％以上１．２重量％以下の炭素を含む鋼線であって、３５００ＭＰａ以上の引張強度を有し、５０μｍ以上１２０μｍ以下の径である、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のレジンボンドソーワイヤ。
6. 前記砥粒は、ダイヤモンドから成り、２０μｍ以下の平均粒径（Ｄ５０）であって、５μｍ以下のＳＤ値である、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のレジンボンドソーワイヤ。
7. 表面がブラスめっき層により覆われた芯線材をダイスにより伸線することで、コア線の表面に長手方向に延びる直線状の溝を形成させながら所定の径まで細くし、
   そののちに、前記ブラスめっき層の一部または全部をその厚み方向に除去して表面に長手方向に延びる直線状の溝が形成された芯線を形成し、
   前記芯線の表面に、レジンボンドの材料および砥粒を含む塗料を塗布し、
   前記塗料を硬化させる、レジンボンドソーワイヤの製造方法。
8. 前記塗料の粘度は１．０Ｐａ・ｓ以上３．０Ｐａ・ｓ以下である、請求項７に記載のレジンボンドソーワイヤの製造方法。