WO2011042931A1 - 固定砥粒ワイヤ及びその製造方法並びにその固定砥粒ワイヤに用いる砥粒 - Google Patents

固定砥粒ワイヤ及びその製造方法並びにその固定砥粒ワイヤに用いる砥粒 Download PDF

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WO2011042931A1
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abrasive grains
wire
metal
plating
diamond abrasive
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PCT/JP2009/005169
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尾崎則行
土橋一公
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ジャパンファインスチール株式会社
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    • B24D3/00Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24GRINDING; POLISHING
    • B24DTOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
    • B24D18/00Manufacture of grinding tools or other grinding devices, e.g. wheels, not otherwise provided for
    • B24D18/0018Manufacture of grinding tools or other grinding devices, e.g. wheels, not otherwise provided for by electrolytic deposition
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24GRINDING; POLISHING
    • B24BMACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
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    • B24BMACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24GRINDING; POLISHING
    • B24DTOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
    • B24D11/00Constructional features of flexible abrasive materials; Special features in the manufacture of such materials

Definitions

  • the present invention relates to a fixed abrasive wire, a manufacturing method thereof, and an abrasive used for the fixed abrasive wire.
  • the fixed abrasive wire is a wire in which abrasive grains used for cutting, slicing, internal polishing, dicing, and ingot cutting of hard materials such as silicon, quartz, and ceramic are fixed to the wire.
  • the fixed abrasive wire can be used in a wire saw.
  • a wire saw With this wire saw, a thin wire row to which tension is applied is run, and a workpiece (for example, a silicon ingot) is pressed against the wire row while spraying a slurry-like abrasive containing abrasive grains on the wire row, It is an apparatus that cuts the workpiece into a wafer shape by the polishing action of the loose abrasive grains, and since it is possible to obtain a plurality of wafers at the same time, it is also called a multi-cutting method.
  • FIG. 58 shows a schematic configuration diagram of a wire saw apparatus used for processing single crystal silicon as an example.
  • the wire 42 supplied from the feeding bobbin 41 forms a wire train having a predetermined pitch in a plurality of groove rollers 44 having a plurality of grooves through a plurality of guide rollers 43 for guiding the wire.
  • the workpiece 46 is cut into a wafer by spraying slurry-like free abrasive grains from the nozzle 47 toward the wire row while pressing the workpiece 46 against the wire row by the feed unit 45.
  • the wire row is wound around a winding bobbin 49 through a number of guide rollers 48.
  • the wire 42 travels by the driving force of the driving motor 50 attached to the groove roller 44.
  • the movement information of the dancer rollers 51 and 52 is fed back to the rotation of the feeding bobbin 41 and the take-up bobbin 49, and a certain amount Tension is maintained.
  • the wire 42 moves forward while performing a certain bidirectional traveling or one-way traveling according to a request from the viewpoint of quality such as effective use as a material and improvement in cut surface roughness, and is finally wound around the winding bobbin 49. .
  • the slurry-like free abrasive grains generally, silicon carbide abrasive grains dispersed in an oil agent are often used. Mineral oils are used as oil agents, but due to environmental problems such as the need for organic solvents for cleaning, conversion to water-soluble ones based on glycol solvents is progressing.
  • the characteristics of the wire saw using such loose abrasive grains are as follows: (1) Since the entire workpiece is cut at once, it can be processed in a large amount even if the cutting speed is not high. (2) Tool Since the wire is a wire, it is relatively easy to cut a large-diameter workpiece.
  • the tool In addition to cutting using the polishing action of loose abrasive grains, the tool is a thin wire, so a thin wafer
  • the abrasive grains are scattered on the workbench and dried, resulting in a fouling of the work environment, as well as waste liquid treatment and cutting. There are disadvantages such as the need to clean the wafers formed.
  • a wire in which diamond abrasive grains or the like are attached to a wire with a thermosetting resin binder or a photocurable resin binder, and the resin is thermoset or photocured to attach fixed abrasive grains has been proposed.
  • the method of adhering abrasive grains to the wire with resin does not have sufficient adhesion force, so the abrasive grains fall off due to the frictional action associated with cutting in the process of cutting the workpiece into a wafer shape by vigorous reciprocation of the wire. there's a possibility that.
  • Patent Document 1 As shown in FIG. 59, a first electrodeposition layer 63 obtained by electrodepositing coarse diamond abrasive grains 62 on a wire or ribbon material 61 and a first electrodeposition layer 63 on the first electrodeposition layer 63 as compared with the abrasive grains.
  • a diamond electrodeposition wire or ribbon having a second electrodeposition layer 65 electrodeposited with fairly fine diamond abrasive grains 64 is disclosed.
  • Patent Document 2 as shown in FIG. 60, an electroplating layer 73 for depositing abrasive grains 72 on the surface of a wire 71, and an electroless layer for reinforcing the grounding state of the abrasive grains 72 on the outside of the electroplating layer 73.
  • An abrasive coated wire with a plated layer 74 is disclosed.
  • Patent Document 3 as shown in FIG. 61, the surface of the wire 81 is covered with a soft plating layer 82, and the soft plating layer 82 is further covered with a hard plating layer 83. 84, the inner end 85 of the superabrasive grain 84 is in the soft plating layer 82, and the outer end 86 of the superabrasive grain 84 is exposed to the outside of the hard plating layer 83 to be on the same cylindrical surface.
  • a wire saw is disclosed.
  • JP 63-22275 A Japanese Patent Laid-Open No. 9-1455 JP-A-9-150314
  • the adhesion force of the abrasive grains to the plating layer is superior to that of the abrasive grains adhered to the wire with a resin.
  • the frictional force generated along with the cutting is extremely large. Therefore, as shown in FIGS.
  • the present inventors have confirmed that abrasive grains fall off within a relatively short period of time.
  • the present inventor manufactured an abrasive electrodeposition wire in which Ni-coated diamond abrasive grains obtained by coating abrasive grains (diamond) with the same metal component (nickel) as the plating layer were fixed to the wire by an electrolytic method.
  • an abrasive electrodeposition wire having an outer shape as shown in FIG. 62 was obtained.
  • diamond abrasive grains exist inside the protrusion 91.
  • the portion extending from the substantially flat portion to the curved projection 91 is a recess recessed inward, and stress concentration occurs in this recess.
  • the inventor has confirmed that the adhesive strength of the abrasive grains to the plating layer is not at a level that can withstand actual use, and that the abrasive grains fall off within a relatively short period of time.
  • the present inventor has proposed a fixed abrasive wire in which the abrasive grains are fixed to the wire and has an excellent fixing force.
  • the surface of the wire is coated with a metal plating layer containing a plurality of abrasive grains, and the surface of the metal plating layer has a substantially flat portion with curved projections containing the abrasive grains. Since it has a shape that protrudes from the surface and has a characteristic shape in which stress concentration is unlikely to occur in the portion from the substantially flat portion to the curved protrusion, it is accompanied by cutting in the process of cutting the workpiece. Even if a large frictional force is generated on the wire, the abrasive grains are less likely to fall off.
  • the abrasive grains incorporated in the metal plating layer coated on the surface of the wire include the same metal as a part or all of the metal constituting the plating layer or a metal having an affinity for the metal constituting the plating layer. Often covered. This is because the familiarity between the abrasive grains and the metal plating layer is improved, and the effect of increasing the adhesion of the abrasive grains by the metal plating layer can be expected.
  • some metals coated on the surface of the abrasive grains undergo oxidation depending on conditions. For example, nickel is more stable than iron against air and moisture, but dissolves in hydrochloric acid, sulfuric acid, and the like.
  • a metal plating film containing a plurality of abrasive grains on the surface of the wire is formed by electroplating. Therefore, in an acidic plating bath, diamond abrasive grains having a Ni—P alloy film formed on the surface thereof by electroless plating are held together with an electrolytic solution, and with the plating metal on the wire surface under appropriate electroplating conditions. By depositing diamond abrasive grains, a metal plating film containing a plurality of abrasive grains can be formed on the wire surface.
  • the Ni—P alloy film formed on the diamond abrasive grains is oxidized while immersed in the acidic plating bath, and the electrical resistance of the abrasive grains increases.
  • the electrical resistance of the abrasive grains increases, so that the wire surface is uniformly dispersed in the metal plating film. It is difficult to form a metal plating film of uniform quality on the wire surface.
  • the electroplating operation cannot be performed stably for a long time.
  • the present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and stably manufactures a fixed abrasive wire having a coating of a metal plating layer containing a plurality of abrasive grains. And a fixed abrasive wire manufactured by the method and an abrasive for use in the fixed abrasive wire.
  • the method for producing a fixed abrasive wire comprises immersing a metal wire in an electrolytic solution containing a plurality of abrasive grains and a metal cation to be plated,
  • a wire made of a cathode as a cathode and applying an appropriate potential difference between the anode and the cathode, the surface of the metal wire as the cathode was reduced from cations together with a plurality of abrasive grains contained in the electrolyte.
  • a metal having a smaller ionization tendency than silver on the surface of the abrasive grains contained in the electrolytic solution Are pre-plated and used as abrasive grains.
  • the fixed abrasive wire of the present invention is obtained by immersing a metal wire in an electrolytic solution containing a plurality of abrasive grains and a metal cation to be plated, using the metal wire as a cathode, By providing an appropriate potential difference with the cathode, a plurality of metals obtained by depositing a metal reduced from cations together with a plurality of abrasive grains contained in the electrolytic solution on the surface of a metal wire as a cathode
  • a metal whose ionization tendency is smaller than silver is pre-plated on the surface of the abrasive grain contained in the electrolyte as the abrasive grain It is characterized by being obtained by this.
  • the abrasive used for the fixed abrasive wire of the present invention is obtained by immersing a metal wire in an electrolytic solution containing a plurality of abrasive grains and a metal cation to be plated, and the metal wire is a cathode.
  • the metal wire is a cathode.
  • a fixed abrasive wire having a coating of a metal plating layer containing a plurality of abrasive grains, and the abrasive grains are preliminarily made of a metal having a smaller ionization tendency than silver on the surface. It is characterized by being plated.
  • the metal wire can be subjected to a necessary treatment before being plated, and the metal wire subjected to the necessary treatment can be subjected to a plating treatment.
  • the abrasive grains contained in the electrolytic solution are pre-plated with a metal having a smaller ionization tendency than silver, the abrasive grains in the electrolytic solution are Since it is difficult to oxidize and the electrical resistance of the abrasive grains does not increase, it is possible to stably produce a fixed abrasive wire having a coating of a metal plating layer containing a plurality of abrasive grains.
  • the coating of the metal plating layer containing a plurality of abrasive grains is stably formed on the surface of the wire, it is possible to fix the abrasive grains by the metal plating layer. Adhesive force is sufficiently high, and the abrasive grains are difficult to fall off, and good cutting ability can be maintained over a long period of time.
  • FIG. 1 is a view for explaining the smoothing action of the plating film surface by the leveling agent.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the growth of a plating film in general electroplating.
  • FIG. 3 is a view for explaining the growth of the plating film when the leveling agent is contained in the electroplating bath, and shows the case where the abrasive is previously coated with the same metal as the plating metal.
  • FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a plating apparatus suitable for manufacturing the fixed abrasive wire of the present invention.
  • FIG. 5 is a scanning electron micrograph (magnified 3000 times) of the surface of diamond abrasive grains (before being used for electroplating) subjected to measurement of the plating film composition.
  • FIG. 1 is a view for explaining the smoothing action of the plating film surface by the leveling agent.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the growth of a plating film in general electroplating.
  • FIG. 3 is a view for explaining
  • FIG. 6 is a diagram showing an Auger spectrum of the diamond abrasive grain surface of FIG.
  • FIG. 7 is a diagram showing a change in the thickness direction of the Auger spectrum due to the etching of the argon ion gun with respect to the diamond abrasive grains of FIG.
  • FIG. 8 is a diagram showing the atomic concentration distribution in the thickness direction of the diamond abrasive grains in FIG. 5 in relation to the sputtering time.
  • FIG. 9 is a diagram showing the atomic concentration distribution in the thickness direction of the diamond abrasive grains of FIG.
  • FIG. 10 is a scanning electron micrograph (magnification 3000 times) of the surface of diamond abrasive grains (after use in electroplating) subjected to measurement of the plating film composition.
  • FIG. 11 is a diagram showing an Auger spectrum of the diamond abrasive grain surface of FIG.
  • FIG. 12 is a diagram showing the change in the thickness direction of the Auger spectrum due to the etching of the argon ion gun with respect to the diamond abrasive grains of FIG.
  • FIG. 13 is a diagram showing the atomic concentration distribution in the thickness direction of the diamond abrasive grains in FIG. 10 in relation to the sputtering time.
  • FIG. 14 is a diagram showing the atomic concentration distribution in the thickness direction of the diamond abrasive grains of FIG.
  • FIG. 15A is an enlarged photograph (2200 times) of a part of the surface of the fixed abrasive wire of the present invention, and FIG.
  • FIG. 15B is an enlarged part of the surface of another fixed abrasive wire of the present invention.
  • FIG. 15C is a schematic diagram showing an enlarged part of the surface of still another fixed abrasive wire other than the present invention.
  • FIG. 16 is a scanning electron micrograph (4000 times) of the surface of another diamond abrasive grain (before being used for electroplating) subjected to measurement of the plating film composition.
  • FIG. 17 is a diagram showing an Auger spectrum of the diamond abrasive grain surface of FIG.
  • FIG. 18 is a diagram showing the change in the thickness direction of the Auger spectrum due to the etching of the argon ion gun with respect to the diamond abrasive grains of FIG.
  • FIG. 19 is a diagram showing the atomic concentration distribution in the thickness direction of the diamond abrasive grains in FIG. 16 in relation to the sputtering time.
  • FIG. 20 is a diagram showing the atomic concentration distribution in the thickness direction of the diamond abrasive grains of FIG.
  • FIG. 21 is a scanning electron micrograph (4500 times) of the surface of another diamond abrasive grain (after use for electroplating) subjected to measurement of the plating film composition.
  • FIG. 22 is a diagram showing an Auger spectrum of the diamond abrasive grain surface of FIG.
  • FIG. 23 is a diagram showing a change in the thickness direction of the Auger spectrum due to the etching of the argon ion gun with respect to the diamond abrasive grains of FIG.
  • FIG. 24 is a diagram showing the atomic concentration distribution in the thickness direction of the diamond abrasive grains in FIG. 21 in relation to the sputtering time.
  • FIG. 25 is a diagram showing an atomic concentration distribution in the thickness direction of the diamond abrasive grains of FIG.
  • FIG. 26 is a scanning electron micrograph (4000 magnifications) of the surface of yet another diamond abrasive grain (before use in electroplating) subjected to measurement of the plating film composition.
  • FIG. 27 is a diagram showing an Auger spectrum of the diamond abrasive grain surface of FIG.
  • FIG. 28 is a diagram showing a change in the thickness direction of the Auger spectrum due to the etching of the argon ion gun with respect to the diamond abrasive grains of FIG.
  • FIG. 29 is a diagram showing the atomic concentration distribution in the thickness direction of the diamond abrasive grains of FIG. 26 in relation to the sputtering time.
  • FIG. 30 is a diagram showing an atomic concentration distribution in the thickness direction of the diamond abrasive grains of FIG.
  • FIG. 31 is a scanning electron micrograph (4500 times) of the surface of a comparative diamond abrasive grain (before use in electroplating) subjected to measurement of the plating film composition.
  • FIG. 32 is a diagram showing an Auger spectrum of the diamond abrasive grain surface of FIG. FIG.
  • FIG. 33 is a diagram showing a change in the thickness direction of the Auger spectrum due to the etching of the argon ion gun with respect to the diamond abrasive grains of FIG.
  • FIG. 34 is a diagram showing the atomic concentration distribution in the thickness direction of the diamond abrasive grains in FIG. 31 in relation to the sputtering time.
  • FIG. 35 is a diagram showing an atomic concentration distribution in the thickness direction of the diamond abrasive grains of FIG.
  • FIG. 36 is a scanning electron micrograph (3000 magnifications) of the surface of another comparative example of diamond abrasive grains (before use in electroplating) subjected to measurement of the plating film composition.
  • FIG. 37 is a diagram showing an Auger spectrum of the diamond abrasive grain surface of FIG.
  • FIG. 38 is a diagram showing a change in the thickness direction of the Auger spectrum due to the etching of the argon ion gun with respect to the diamond abrasive grains of FIG.
  • FIG. 39 is a diagram showing the atomic concentration distribution in the thickness direction of the diamond abrasive grains of FIG. 36 in relation to the sputtering time.
  • FIG. 40 is a diagram showing an atomic concentration distribution in the thickness direction of the diamond abrasive grain of FIG.
  • FIG. 41 is a scanning electron micrograph (5000 times) of the surface of another comparative diamond abrasive grain (after use in electroplating) subjected to measurement of the plating film composition.
  • FIG. 42 is a diagram showing an Auger spectrum of the diamond abrasive grain surface of FIG.
  • FIG. 43 is a diagram showing a change in the thickness direction of the Auger spectrum due to the etching of the argon ion gun with respect to the diamond abrasive grains of FIG.
  • FIG. 44 is a diagram showing the atomic concentration distribution in the thickness direction of the diamond abrasive grains in FIG. 41 in relation to the sputtering time.
  • FIG. 45 is a diagram showing an atomic concentration distribution in the thickness direction of the diamond abrasive grains of FIG. FIG.
  • FIG. 46 is a scanning electron micrograph (4000 ⁇ ) of the surface of a diamond abrasive grain (before being used for electroplating) of still another comparative example subjected to measurement of the plating film composition.
  • 47 is a diagram showing an Auger spectrum of the diamond abrasive grain surface of FIG.
  • FIG. 48 is a diagram showing a change in the thickness direction of the Auger spectrum due to the etching of the argon ion gun with respect to the diamond abrasive grains of FIG.
  • FIG. 49 is a diagram showing the atomic concentration distribution in the thickness direction of the diamond abrasive grains of FIG. 46 in relation to the sputtering time.
  • FIG. 50 is a diagram showing an atomic concentration distribution in the thickness direction of the diamond abrasive grain of FIG.
  • FIG. 51 is a scanning electron micrograph (2000 magnifications) of the surface of another comparative example of diamond abrasive grains (after use in electroplating) subjected to measurement of the plating film composition.
  • FIG. 52 is a diagram showing an Auger spectrum of the diamond abrasive grain surface of FIG.
  • FIG. 53 is a diagram showing a change in the thickness direction of the Auger spectrum due to the etching of the argon ion gun with respect to the diamond abrasive grains of FIG.
  • FIG. 54 is a diagram showing the atomic concentration distribution in the thickness direction of the diamond abrasive grains of FIG.
  • FIG. 55 is a diagram showing an atomic concentration distribution in the thickness direction of the diamond abrasive grains of FIG.
  • FIG. 56 is a diagram showing a change in wire diameter from the start of plating of the fixed abrasive wire produced by the method of the present invention.
  • FIG. 57 is a diagram showing a change in wire diameter from the start of plating of the fixed abrasive wire of the comparative example.
  • FIG. 58 is a schematic configuration diagram of a general wire saw device.
  • FIG. 59 is a view showing a cross section of a conventional abrasive electrodeposition wire.
  • FIG. 60 is a view showing a cross section of another conventional abrasive electrodeposition wire.
  • FIG. 61 is a view showing a cross section of still another conventional abrasive electrodeposition wire.
  • FIG. 62 is an enlarged photograph (2700 times) of the surface of a conventional abrasive electrodeposition wire.
  • the wire used for the fixed abrasive wire of the present invention is not particularly limited as long as it can be electroplated and the strength and elastic modulus can withstand the tension between the guide roller and the groove roller.
  • steel wires such as long piano wires, and metal wires such as tungsten wires and molybdenum wires.
  • the diameter of the wire used in the present invention can be appropriately selected depending on the shape and characteristics of the work to be cut, and usually about 0.01 to 0.5 mm is often adopted, but a fine wire of 0.1 mm or less Even if it is a thick line exceeding 0.1 mm, the effect of the present invention is the same.
  • degreasing method it can carry out by acid immersion, solvent degreasing, emulsifier degreasing, alkali degreasing, etc., and can also be finished by electrolytic degreasing as needed.
  • the type of the acid is not particularly limited.
  • sulfuric acid, hydrochloric acid or nitric acid is preferably used.
  • the wire that has passed through the oxalic acid washing tank be washed with water by passing through the washing tank.
  • the pretreatment is a treatment for improving the adhesion of the plating layer.
  • strike plating can be performed, but the treatment is not limited thereto.
  • a plating layer is formed on the wire surface by connecting the cathode to the wire and connecting the anode to the plating solution to perform electroplating.
  • a nickel-containing organic acid or a nickel-containing inorganic acid and a plating solution containing abrasive grains can be used.
  • a nickel sulfamate plating solution can be used as the nickel-containing organic acid.
  • a metal having a large ionization tendency shown in the following chemical formula 1 is generally easily oxidized.
  • the ionization tendency becomes smaller as it goes to the right, so that it is less likely to be oxidized and can be preferably used as a metal to be plated on the surface of the abrasive grains.
  • the metal present on the left side of hydrogen (H) is a metal that is easily oxidized, it cannot be used as a metal for plating on the surface of the abrasive grains.
  • the present inventors electroplate metal on a metal wire using a plating bath containing diamond abrasive grains coated with Cu by electroless plating.
  • a plating bath containing diamond abrasive grains coated with Cu by electroless plating.
  • Hg an ionization tendency smaller than Cu, Hg cannot be used.
  • Ag is soluble in nitric acid and sulfuric acid and easily forms silver nitrate and silver sulfate, it is difficult to use Ag.
  • a metal having a smaller ionization tendency than Ag is a metal for plating the surface of the abrasive grains.
  • Pt has a point that the coating itself is expensive
  • Au or Pd is more preferable to use as a metal for plating the surface of the abrasive grains.
  • Au needs to be ground-treated by applying a conductive film (for example, Ni-P electroless film) to the abrasive grains when plating on the abrasive grains. Since a mechanism of precipitation is used, an extra process called a base treatment is required.
  • the Au plating film tends to form micropores called microporous, and the plating solution penetrates from the small holes into the base film, corrodes the base film, and peels off at the interface between the Au film and the base film. May occur.
  • Pd does not have the disadvantages of Pt and Au, and can be most preferably used as a metal for plating Pd on the surface of abrasive grains.
  • the abrasive grains are uniformly dispersed in the metal plating film without agglomeration.
  • the conductivity of the metal plating film formed on the surface of the wire and the conductivity of the metal plated in advance on the surface of the abrasive grains are the same.
  • the specific resistance of Pd is 10.8 ⁇ 10 ⁇ 6 ⁇ cm
  • Ni The resistivity of 6.84 ⁇ 10 ⁇ 6 ⁇ cm and the specific resistance values of both metals are relatively close, so the abrasive grains coated with Pd in the Ni coating deposited on the surface of the metal wire It can be expected to be dispersed almost uniformly.
  • an abrasive that is pre-plated with a metal having a smaller ionization tendency than silver as described above. This is because the familiarity between the abrasive grains and the metal plating layer is improved, and the effect of increasing the adhesion of the abrasive grains by the plating layer can be expected.
  • a diamond abrasive grain with a diameter of 100 micrometers or less can be used.
  • the plating solution preferably contains a leveling agent.
  • a leveling agent As will be described below, the force for adhering the abrasive grains to the plating layer increases, the predetermined cutting force by the abrasive grains is exhibited immediately after the cutting operation is started, and the chips generated during the cutting are The effect that it becomes difficult to stay in can be expected. (Smoothing of plating film with leveling agent)
  • the leveling agent is added to promote smoothing of the plating film and impart gloss, and the surface of the plating film can be smoothed by a mechanism as described below.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of an electroplating method
  • 1 is an anode
  • 2 is a target metal (cathode) to be plated.
  • An additive 4 such as a leveling agent is preferentially adsorbed on the high current portion 3 on the surface of the target metal 2 located nearby.
  • the surface of the target metal 2 on which the additive 4 has been adsorbed is the resistance of the additive 4, so that the surface of the target metal 2 is in the high current portion 3 and indented from the surface inside.
  • the potential with the low current portion 5 far from the anode 1 is reversed, and the growth rate of the plating film 6 of the low current portion 5 is faster than that of the high current portion 3, and finally the plating film 6 is at a smooth level. According to the mechanism, the plating film 6 is formed until 7 is formed.
  • the leveling agent improves the adhesion of abrasive grains to the plating film, exhibits the cutting force of the abrasive grains early, and prevents chips from staying
  • the effect of this leveling agent can be used skillfully to form abrasive grains that have excellent adhesion to the plating film and are less likely to fall off with the mechanism described below. it can.
  • the growth of the plating film on the apex portion 15 of the abrasive grain 11 near the anode 10 is suppressed, and the plating of the bottom portion 16 that effectively contributes to fix the abrasive grain 11 to the plating film 13.
  • the growth of the coating 13 is promoted, and the fixing force of the abrasive grains 11 by the plating coating 13 is increased.
  • the plating film 13 functions to fix the abrasive grains 11 so that they do not fall off during the cutting operation, as shown in FIG. If the amount of the plating film 13 in the portion above the abrasive grains 11 that does not contribute to the cutting operation is less than the bottom portion 16, the plating film can be removed at a relatively early time after the start of cutting. Therefore, the sharpness inherent in the abrasive grains 11 is quickly demonstrated after the cutting operation.
  • the shape of the plating film 13 is increased by thickening the plating film 13 at the base portion 16 close to the target metal 2 to eliminate the concave portion, so that a cut generated at the time of cutting compared to that of FIG. It is also possible to expect an effect that the waste hardly stays on the surface of the target metal 2.
  • the leveling agent promotes smoothing of the plating film and gives gloss.
  • the leveling agent added to the plating solution is deposited together with the metal ions on the surface of the target metal 2, the substance that lowers the cathode potential acts as a leveling agent under appropriate conditions. Since there is a difference in the function depending on the type of the leveling agent, it is possible to obtain a uniform leveling effect even for articles having complicated shapes by using a plurality of types of leveling agents in combination.
  • As the leveling agent there are a substance generally called a first type brightener and a substance called a second type brightener. When using the first type of brightener, it is easy to obtain the same gloss as that of the base.
  • the second type of brightener is excellent in improving the gloss, but when used alone, the plating film becomes brittle. Or poor adhesion of the plating film. Therefore, it is preferable to use the first type brightener and the second type brightener in combination.
  • the first type brightener is an organic compound having a structure of ⁇ C—SO 2 —, for example, 1,5-naphthalene-sodium disulfonate, 1,3,6 naphthalene-sodium trisulfonate, saccharin, etc. Can do.
  • C ⁇ O various aldehydes
  • C ⁇ C gelatin
  • C ⁇ N quinaldine, pyridium compound
  • C ⁇ N An organic compound having a structure such as ethylene cyanohydrin), N—C ⁇ S (thiourea), or N ⁇ N (azo dye) can be used.
  • the first type brightener is contained in the plating solution in an amount of 1 to 50 ml / liter
  • the second kind brightener is contained in the plating solution in an amount of 1 to 150 ml / liter.
  • the weight ratio of the first-type brightener to the second-type brightener is preferably 1 (the former) to 2 to 5 (the latter).
  • the wire after electroplating is subjected to dressing (grinding) so as to have an appropriate surface form as a wire saw wire.
  • a fixed abrasive wire can be manufactured by a plating apparatus having a schematic configuration as shown in FIG. That is, the steel wire 22 is fed from the feeder 21, the steel wire 22 is alkali degreased in an alkali degreasing tank (alkaline degreasing agent having a pH of 11), and acid pickled in a pickling tank (sulfuric acid having a pH of 1) 24.
  • an alkali degreasing tank alkaline degreasing agent having a pH of 11
  • acid pickled in a pickling tank sulfuric acid having a pH of 1
  • the plating bath 27 has a plating bath composition of nickel sulfamate tetrahydrate of 600 g / liter, nickel chloride hexahydrate of 55 g / liter, boric acid as a pH buffering agent of 30 g / liter, Type 1 brightener (saccharin) 15 ml / liter, Type 2 brightener (2 butyne-1,4diol) 50 ml / liter, pre-coated with Pd, Au or Ni-P as described below 10 g / liter of diamond abrasive grains having a particle diameter of 15 to 25 ⁇ m (the thickness of the metal coating is 0.1 to 1.0 ⁇ m), pH of the plating condition is 3.0, and the temperature is 55 ° C.
  • the apparatus used is a PHI SMART 200 type scanning Auger electron spectrometer.
  • the measurement conditions are an acceleration voltage of 20 kV, a sample current of 20 nA, an electron beam probe diameter of 0.1 ⁇ m or less, and an argon ion for etching.
  • a gun was used (etching rate is 100 ⁇ / min in terms of SiO 2 ).
  • FIG. 5 shows a scanning electron micrograph (3000 times) of the surface of the diamond abrasive grain.
  • the diamond abrasive grains were dried at 110 ° C. for 3 hours under reduced pressure, fixed to In foil, and subjected to measurement by Auger electron spectroscopy.
  • a portion surrounded by a square indicated by an arrow is an area subjected to measurement.
  • FIG. 6 The Auger spectrum of the diamond abrasive grain surface is shown in FIG.
  • the surface of the plating film contains Pd, S, C, and Sn as constituent elements.
  • the horizontal axis represents electron beam energy (eV)
  • the vertical axis represents the first derivative of the energy intensity curve.
  • FIG. 7 shows the change in the thickness direction of the Auger spectrum due to the etching of the argon ion gun. The meanings of the horizontal and vertical axes in FIG. 7 are the same as those in FIG.
  • the horizontal axis indicates the sputtering time (minutes), and the vertical axis indicates the atomic concentration (%).
  • the horizontal axis in FIG. 9 represents the distance (angstrom) in the thickness direction from the surface of the diamond abrasive grains, and the vertical axis represents the atomic concentration (%).
  • the thick dotted line indicates Pd
  • the short broken line indicates oxygen
  • the thick line indicates Ni
  • the thin solid line indicates C
  • the short one-dot chain line indicates S
  • the two-dot chain line indicates Sn.
  • FIG. 10 shows a scanning electron micrograph (3,000 times) of the surface of the diamond abrasive grain.
  • the diamond abrasive grains were dried at 110 ° C. for 3 hours under reduced pressure, fixed to In foil, and subjected to measurement by Auger electron spectroscopy.
  • the apparatus and conditions used for Auger electron spectroscopy are the same as described above.
  • a portion surrounded by a square indicated by an arrow is an area subjected to measurement.
  • FIG. 11 The Auger spectrum of the diamond abrasive grain surface is shown in FIG.
  • the surface of the plating film contains Pd, S, C, oxygen, Ni and Al as constituent elements.
  • the horizontal axis represents the energy (eV) of the electron beam
  • the vertical axis represents the first derivative of the energy intensity curve.
  • FIG. 12 shows the change in the thickness direction of the Auger spectrum due to the etching of the argon ion gun. The meanings of the horizontal and vertical axes in FIG. 12 are the same as those in FIG.
  • FIGS. 13 and 14 show the atomic concentration distribution in the thickness direction of the diamond abrasive grains.
  • the horizontal axis indicates the sputtering time (minutes), and the vertical axis indicates the atomic concentration (%).
  • the horizontal axis in FIG. 14 represents the distance (angstrom) in the thickness direction from the surface of the diamond abrasive grains, and the vertical axis represents the atomic concentration (%).
  • the thick dotted line indicates Pd
  • the short broken line indicates oxygen
  • the thick line indicates Ni
  • the thin solid line indicates C
  • the short alternate long and short dashed line indicates S
  • the long alternate long and short dashed line indicates Al.
  • FIG. 15A is an enlarged photograph (2200 times) of a part of the surface of the fixed abrasive wire of the present invention obtained as a result of the electroplating operation as described above, and contains diamond abrasive grains.
  • the curved projection 30 is shaped to protrude from the substantially flat portion.
  • the portion extending from the substantially flat portion to the curved protrusion 30 does not have a recess recessed inward, and is tangent to the portion extending from the substantially flat portion to the curved protrusion 30. Is changing continuously.
  • the portion extending from the substantially flat portion to the curved projection portion 30 does not have a recess recessed inward corresponding to 34a and 34b. Since the tangent line at the portion reaching the protrusion 30 of the first and second protrusions continuously changes, the stress concentration is less likely to occur.
  • a conductive coating is provided on the diamond abrasive grains using a Ni electroless plating bath having the composition shown, and the diamond ground product after the formation of the conductive coating using a substitution reaction with the coating is shown in Table 3 below.
  • a diamond abrasive grain coated with Au was obtained by performing electroless plating of Au using an Au electroless plating bath having the composition shown below.
  • composition of the plating film on the surface portion of the diamond abrasive grains was measured according to Auger electron spectroscopy, and the contents thereof will be described.
  • FIG. 16 shows a scanning electron micrograph (4000 ⁇ ) of the surface of the diamond abrasive grain.
  • the diamond abrasive grains were dried at 110 ° C. for 3 hours under reduced pressure, fixed to In foil, and subjected to measurement by Auger electron spectroscopy.
  • the apparatus and conditions used for Auger electron spectroscopy are the same as described above.
  • a portion surrounded by a square indicated by an arrow is a region subjected to measurement.
  • FIG. 17 shows the Auger spectrum of the diamond abrasive grain surface.
  • the surface of the plating film contains Au, Ni, C, and oxygen as constituent elements.
  • the horizontal axis represents electron beam energy (eV)
  • the vertical axis represents the first derivative of the energy intensity curve.
  • FIG. 18 shows the change in the thickness direction of the Auger spectrum due to the etching of the argon ion gun. The meanings of the horizontal and vertical axes in FIG. 18 are the same as those in FIG.
  • 19 and 20 show the atomic concentration distribution in the thickness direction of the diamond abrasive grains.
  • the horizontal axis indicates the sputtering time (minutes) and the vertical axis indicates the atomic concentration (%).
  • the horizontal axis in FIG. 20 indicates the distance (angstrom) in the thickness direction from the surface of the diamond abrasive grains, and the vertical axis indicates the atomic concentration (%).
  • the thick short broken line indicates Au
  • the thick line indicates Ni
  • the short broken line indicates oxygen
  • the thin solid line indicates C
  • the long broken line indicates P.
  • the presence of oxygen is confirmed on the abrasive grain surface, and according to FIG. 20, the presence of oxygen is recognized in a portion deeper than about 900 mm from the surface.
  • P is present at a depth from about 250 mm to about 2100 mm from the surface.
  • Ni occupies about 90% or more of the plating film from a depth of about 500 mm to a depth of about 1500 mm from the surface.
  • Au occupies about 95% or more of the plating film at a depth of about 200 mm from the surface.
  • FIG. 21 shows a scanning electron micrograph (4500 times) of the surface of the diamond abrasive grain.
  • the diamond abrasive grains were dried at 110 ° C. for 3 hours under reduced pressure, fixed to In foil, and subjected to measurement by Auger electron spectroscopy.
  • the apparatus and conditions used for Auger electron spectroscopy are the same as described above.
  • a portion surrounded by a square indicated by an arrow is a region subjected to measurement.
  • FIG. 22 The Auger spectrum of the diamond abrasive grain surface is shown in FIG.
  • the surface of the plating film contains S, C, oxygen, Ni and Au as constituent elements.
  • the horizontal axis represents electron beam energy (eV)
  • the vertical axis represents the first derivative of the energy intensity curve.
  • FIG. 23 shows the change in the thickness direction of the Auger spectrum due to the etching of the argon ion gun. The meanings of the horizontal and vertical axes in FIG. 23 are the same as those in FIG.
  • 24 and 25 show the atomic concentration distribution in the thickness direction of the diamond abrasive grains.
  • the horizontal axis indicates the sputtering time (minutes), and the vertical axis indicates the atomic concentration (%).
  • the horizontal axis represents the distance (angstrom) in the thickness direction from the surface of the diamond abrasive grains, and the vertical axis represents the atomic concentration (%).
  • a thick short broken line indicates Au
  • a thick line indicates Ni
  • a short broken line indicates oxygen
  • a thin solid line indicates C
  • a long broken line indicates P
  • a short alternate long and short dash line indicates S.
  • the presence of oxygen is confirmed on the abrasive grain surface, and according to FIG. 25, the presence of oxygen is recognized in a portion deeper than about 700 mm from the surface.
  • P is present at a depth of about 250 mm to about 2100 mm from the surface.
  • S is the abundance of the measurement limit level.
  • Ni occupies about 80% or more of the plating film at a depth of about 500 mm to about 1500 mm from the surface.
  • Au occupies about 95% or more of the plating film at a depth of about 200 mm from the surface.
  • the diamond abrasive grains are first provided with a conductive coating using a Ni electroless plating bath having the composition shown, and the diamond ground product after the formation of the conductive coating using a substitution reaction with the coating is shown in Table 4 below.
  • the diamond abrasive grains coated with Au were obtained by performing electroless plating of Au using an Au electroless plating bath having the composition shown below.
  • composition of the plating film on the surface portion of the diamond abrasive grains was measured according to Auger electron spectroscopy, and the contents thereof will be described.
  • FIG. 26 shows a scanning electron micrograph (4000 ⁇ ) of the surface of the diamond abrasive grain.
  • the diamond abrasive grains were dried at 110 ° C. for 3 hours under reduced pressure, fixed to In foil, and subjected to measurement by Auger electron spectroscopy.
  • the apparatus and conditions used for Auger electron spectroscopy are the same as described above.
  • a portion surrounded by a square indicated by an arrow is an area subjected to measurement.
  • FIG. 27 The Auger spectrum of the diamond abrasive grain surface is shown in FIG.
  • the plated coating surface contains Au, Ni, S, Cl, C, N, and oxygen as constituent elements.
  • the horizontal axis represents the electron beam energy (eV)
  • the vertical axis represents the first derivative of the energy intensity curve.
  • FIG. 28 shows the change in the thickness direction of the Auger spectrum due to the etching of the argon ion gun.
  • the meanings of the horizontal and vertical axes in FIG. 28 are the same as those in FIG.
  • FIG. 29 and FIG. 30 show atomic concentration distributions in the thickness direction of the diamond abrasive grains.
  • the horizontal axis indicates the sputtering time (minutes), and the vertical axis indicates the atomic concentration (%).
  • the horizontal axis in FIG. 30 represents the distance (angstrom) in the thickness direction from the surface of the diamond abrasive grains, and the vertical axis represents the atomic concentration (%).
  • the thick short broken line indicates Au
  • the thick line indicates Ni
  • the short broken line indicates oxygen
  • the thin solid line indicates C
  • the long broken line indicates P
  • the short alternate long and short dash line indicates S
  • the dotted line indicates Cl is shown.
  • the presence of oxygen is confirmed on the surface of the abrasive grains, and according to FIG. 30, the presence of clear oxygen is recognized in a portion having a depth of about 1000 mm to about 1800 mm from the surface.
  • the depth of 1100 to 1700 occupies about 10% of the plating film.
  • FIG. 30 P and S are present at a depth of about 1000 mm to about 1800 mm from the surface. According to FIG. 27, the presence of Cl and N was confirmed, but according to FIGS. 29 and 30, N was not confirmed in the depth direction, and Cl is the abundance at the measurement limit level. According to FIG. 30, Ni exists in a part deeper than the depth of about 900 mm from the surface. Au occupies about 95% or more of the plating film at a depth of about 900 mm from the surface.
  • composition of the plating film on the surface portion of the diamond abrasive grains was measured according to Auger electron spectroscopy, and the contents thereof will be described.
  • FIG. 31 shows a scanning electron micrograph (4500 times) of the surface of the diamond abrasive grain.
  • the diamond abrasive grains were dried at 110 ° C. for 3 hours under reduced pressure, fixed to In foil, and subjected to measurement by Auger electron spectroscopy.
  • the apparatus and conditions used for Auger electron spectroscopy are the same as described above.
  • a portion surrounded by a square indicated by an arrow is a region subjected to measurement.
  • FIG. 32 shows the Auger spectrum of the diamond abrasive grain surface.
  • the plated coating surface contains Ni, S, Cl, C, N, oxygen and P as constituent elements.
  • the horizontal axis represents electron beam energy (eV)
  • the vertical axis represents the first derivative of the energy intensity curve.
  • FIG. 33 shows the change in the thickness direction of the Auger spectrum due to the etching of the argon ion gun. The meanings of the horizontal and vertical axes in FIG. 33 are the same as those in FIG.
  • FIGS. 34 and 35 show the atomic concentration distribution in the thickness direction of the diamond abrasive grains.
  • the horizontal axis indicates the sputtering time (minutes), and the vertical axis indicates the atomic concentration (%).
  • the horizontal axis represents the distance (angstrom) in the thickness direction from the surface of the diamond abrasive grains, and the vertical axis represents the atomic concentration (%).
  • a thick short broken line indicates Au
  • a thick line indicates Ni
  • a short broken line indicates oxygen
  • a thin solid line indicates C
  • a long broken line indicates P
  • a short alternate long and short dash line indicates S
  • a dotted line indicates Cl is shown.
  • composition of the plating film on the surface portion of the diamond abrasive grains was measured according to Auger electron spectroscopy, and the contents thereof will be described.
  • FIG. 36 shows a scanning electron micrograph (3000 times) of the surface of the diamond abrasive grain.
  • the diamond abrasive grains were dried at 110 ° C. for 3 hours under reduced pressure, fixed to In foil, and subjected to measurement by Auger electron spectroscopy.
  • the apparatus and conditions used for Auger electron spectroscopy are the same as described above.
  • a portion surrounded by a square indicated by an arrow is an area subjected to measurement.
  • FIG. 37 shows the Auger spectrum of the diamond abrasive grain surface.
  • the plated coating surface contains Ni, S, C, oxygen and P as constituent elements.
  • the horizontal axis represents electron beam energy (eV)
  • the vertical axis represents the first derivative of the energy intensity curve.
  • FIG. 38 shows the change in the thickness direction of the Auger spectrum due to the etching of the argon ion gun. The meanings of the horizontal and vertical axes in FIG. 38 are the same as those in FIG.
  • 39 and 40 show the atomic concentration distribution in the thickness direction of the diamond abrasive grains.
  • the horizontal axis represents sputtering time (minutes), and the vertical axis represents atomic concentration (%).
  • the horizontal axis in FIG. 40 indicates the distance (angstrom) in the thickness direction from the surface of the diamond abrasive grains, and the vertical axis indicates the atomic concentration (%).
  • the thick line indicates Ni
  • the short broken line indicates oxygen
  • the thin solid line indicates C.
  • the presence of oxygen is recognized up to a depth of about 800 mm from the surface of the abrasive grains.
  • oxygen accounts for 5 atomic% or more of the plating film at a depth of 200 mm from the surface.
  • a metal oxide is present in the Ni—P plating film of diamond abrasive grains.
  • the diamond abrasive grains obtained by electroless plating of Ni-P obtained as described above are plated baths for plating layer 27 of the plating apparatus shown in FIG. After being plated for 48 hours under the above conditions, the composition of the plating film on the surface portion of the diamond abrasive grains in the plating bath of the plating layer 27 was measured in accordance with Auger electron spectroscopy. explain.
  • FIG. 41 shows a scanning electron micrograph (5000 ⁇ magnification) of the surface of the diamond abrasive grain.
  • the diamond abrasive grains were dried at 110 ° C. for 3 hours under reduced pressure, fixed to In foil, and subjected to measurement by Auger electron spectroscopy.
  • the apparatus and conditions used for Auger electron spectroscopy are the same as described above.
  • a portion surrounded by a square indicated by an arrow is an area subjected to measurement.
  • Fig. 42 shows the Auger spectrum of the diamond abrasive grain surface.
  • the plating film surface contains Ni, C and oxygen as constituent elements.
  • the horizontal axis represents electron beam energy (eV)
  • the vertical axis represents the first derivative of the energy intensity curve.
  • FIG. 43 shows the change in the thickness direction of the Auger spectrum due to the etching of the argon ion gun. The meanings of the horizontal and vertical axes in FIG. 43 are the same as those in FIG.
  • 44 and 45 show the atomic concentration distribution in the thickness direction of the diamond abrasive grains.
  • the horizontal axis indicates the sputtering time (minutes) and the vertical axis indicates the atomic concentration (%).
  • the horizontal axis in FIG. 45 represents the distance in the thickness direction (angstrom) from the surface of the diamond abrasive grains, and the vertical axis represents the atomic concentration (%).
  • the thick line indicates Ni
  • the short broken line indicates oxygen
  • the thin solid line indicates C.
  • the presence of oxygen is recognized to a depth of about 600 mm from the surface of the abrasive grains, and in particular, oxygen accounts for 5 atomic% or more of the plating film at a depth of 300 mm from the surface.
  • the Ni—P plating film clearly contains a metal oxide, and the acid resistance of the Ni—P plating film is poor.
  • Comparative Example 3 Ni—P plating on diamond abrasive grains
  • Formation of Ni-P coating on diamond abrasive grains by electroless plating A diamond pulverized product with a particle size of 15-20 ⁇ m is subjected to a catalytic treatment with a catalytic treatment solution having the composition shown in Table 5 above, and further catalyzed. The diamond crushed material after the treatment was subjected to the electroless plating of Ni—P using an electroless plating bath having the composition shown in Table 8 below, so that the Ni—P coating was applied. Diamond abrasive grains were obtained.
  • composition of the plating film on the surface portion of the diamond abrasive grains was measured according to Auger electron spectroscopy, and the contents thereof will be described.
  • FIG. 46 shows a scanning electron micrograph (4000 ⁇ ) of the surface of the diamond abrasive grain.
  • the diamond abrasive grains were dried at 110 ° C. for 3 hours under reduced pressure, fixed to In foil, and subjected to measurement by Auger electron spectroscopy.
  • the apparatus and conditions used for Auger electron spectroscopy are the same as described above.
  • a portion surrounded by a square indicated by an arrow is a region subjected to measurement.
  • FIG. 47 The Auger spectrum of the diamond abrasive grain surface is shown in FIG.
  • the plated coating surface contains Ni, C, oxygen and P as constituent elements.
  • the horizontal axis represents electron beam energy (eV)
  • the vertical axis represents the first derivative of the energy intensity curve.
  • FIG. 48 shows the change in the thickness direction of the Auger spectrum due to the etching of the argon ion gun. The meanings of the horizontal and vertical axes in FIG. 48 are the same as those in FIG.
  • 49 and 50 show the atomic concentration distribution in the thickness direction of the diamond abrasive grains.
  • the horizontal axis indicates the sputtering time (minutes) and the vertical axis indicates the atomic concentration (%).
  • the horizontal axis indicates the distance (angstrom) in the thickness direction from the surface of the diamond abrasive grains, and the vertical axis indicates the atomic concentration (%).
  • the thick line indicates Ni
  • the short broken line indicates oxygen
  • the thin solid line indicates C.
  • the presence of oxygen is recognized up to a depth of about 600 mm from the surface of the abrasive grains.
  • oxygen accounts for 5 atomic% or more of the plating film at a depth of 50 mm from the surface.
  • a metal oxide is present in the Ni—P plating film of diamond abrasive grains.
  • the diamond abrasive grains obtained by electroless plating of Ni-P obtained as described above are plated baths for plating layer 27 of the plating apparatus shown in FIG. After being plated for 48 hours under the above conditions, the composition of the plating film on the surface portion of the diamond abrasive grains in the plating bath of the plating layer 27 was measured in accordance with Auger electron spectroscopy. explain.
  • FIG. 51 shows a scanning electron micrograph (2000 ⁇ magnification) of the surface of the diamond abrasive grain.
  • the diamond abrasive grains were dried at 110 ° C. for 3 hours under reduced pressure, fixed to In foil, and subjected to measurement by Auger electron spectroscopy.
  • the apparatus and conditions used for Auger electron spectroscopy are the same as described above.
  • a portion surrounded by a square indicated by an arrow is an area subjected to measurement.
  • FIG. 52 shows an Auger spectrum of the diamond abrasive grain surface.
  • the plating film contains Ni, C, and oxygen as constituent elements.
  • the horizontal axis represents electron beam energy (eV)
  • the vertical axis represents the first derivative of the energy intensity curve.
  • FIG. 53 shows the change in the thickness direction of the Auger spectrum due to the etching of the argon ion gun. The meanings of the horizontal and vertical axes in FIG. 53 are the same as those in FIG.
  • 54 and 55 show the atomic concentration distribution in the thickness direction of the diamond abrasive grains.
  • the horizontal axis indicates the sputtering time (minutes), and the vertical axis indicates the atomic concentration (%).
  • the horizontal axis represents the distance (angstrom) in the thickness direction from the surface of the diamond abrasive grains, and the vertical axis represents the atomic concentration (%).
  • the thick line indicates Ni
  • the short broken line indicates oxygen
  • the thin solid line indicates C.
  • the presence of oxygen is recognized to a depth of about 950 mm from the abrasive grain surface, and in particular, oxygen accounts for 5 atomic% or more of the plating film at a depth of 500 mm from the surface.
  • the Ni—P plating film clearly contains a metal oxide, and the acid resistance of the Ni—P plating film is inferior.
  • Change in plating wire diameter Next, the change in the wire diameter of the fixed abrasive wire obtained as a result of the above-described electroplating operation using the plating apparatus shown in FIG. 4 was investigated. The results will be described. a.
  • FIG. 56 shows the change in the wire diameter from the start of the fixed abrasive wire plating operation.
  • the horizontal axis in FIG. 56 indicates the time (minutes) from the start of the plating operation, and the vertical axis indicates the wire diameter ( ⁇ m) of the wire wound around the winder 29.
  • the wire diameter of the wire wound by the winder 29 is within the range of about 178 ⁇ m to about 186 ⁇ m, and the wire diameter immediately after the start of plating operation is almost the same after 7200 minutes. Absent. That is, since the diamond abrasive grains coated with Pd held in the plating bath of the plating layer 27 are not oxidized, the electrical resistance does not increase, and the electroplating operation can be continued stably. A wire with almost the same wire diameter and stable quality could be obtained.
  • b. Change in Wire Diameter of Fixed Abrasive Wire in Comparative Example The diamond abrasive grains in Comparative Example 2 coated with Ni—P are held in the plating bath of the plating layer 27 of the plating apparatus shown in FIG.
  • FIG. 57 shows changes in the wire diameter from the start of the fixed abrasive wire plating operation.
  • the horizontal axis in FIG. 57 indicates the time (minutes) from the start of the plating operation, and the vertical axis indicates the wire diameter ( ⁇ m) of the wire wound around the winder 29.
  • the wire diameters of the four wires wound by the winder 29 ranged from about 178 ⁇ m to about 183 ⁇ m at the start of the plating operation. After about 2600 minutes, the wire diameter decreased from about 165 ⁇ m to about 170 ⁇ m. That is, since the electrical resistance of the diamond abrasive grains increased due to the progress of the oxidation of the diamond abrasive grains covered with Ni-P held in the plating bath of the plating layer 27, the electroplating operation is performed stably. Since the diamond abrasive grains could not be uniformly deposited on the wire surface together with the plated metal, the wire diameter gradually decreased with the lapse of time of the plating operation.
  • the fixed abrasive wire of the present invention can be used for cutting, slicing, internal grinding, dicing, and ingot cutting of hard materials such as silicon, quartz, and ceramic.

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Abstract

複数個の砥粒が内蔵された金属メッキ層の被覆を有する固定砥粒ワイヤを安定して製造することができる方法を提供する。金属製のワイヤを、複数個の砥粒およびメッキしようとする金属の陽イオンを含有する電解液に浸し、上記金属製のワイヤを陰極とし、陽極と上記陰極との間に適当な電位差を与えることにより、陰極である金属製のワイヤの表面に電解液に含まれる複数個の砥粒とともに陽イオンから還元された金属が析出することによって複数個の砥粒が含有された金属メッキ層の被覆を有する固定砥粒ワイヤを製造する。電解液に含まれる砥粒の表面に銀よりもイオン化傾向の小さい金属があらかじめメッキされたものを砥粒として用いる。

Description

固定砥粒ワイヤ及びその製造方法並びにその固定砥粒ワイヤに用いる砥粒
  本発明は、固定砥粒ワイヤ及びその製造方法並びにその固定砥粒ワイヤに用いる砥粒に関する。
 固定砥粒ワイヤとは、特に、シリコン、石英、セラミック等の硬質材料の切断やスライスや内面研磨やダイシングやインゴット切り出し用に用いられる、砥粒をワイヤに固着したものである。
  本発明の理解を容易にするために固定砥粒ワイヤの使用例を説明すると、例えば、ワイヤソーにこの固定砥粒ワイヤを使用することができる。このワイヤソーとは、テンションを付与した細いワイヤ列を走行させ、そのワイヤ列に砥粒を含有するスラリー状の研磨材を吹き付けながら被切削物(例えば、シリコンインゴット)をワイヤ列に押し当てて、遊離砥粒の研磨作用によって被切削物をウェハ状に切断する装置であり、同時に複数枚のウェハを得ることが可能であるから、マルチ切断法とも呼ばれている。図58に、一例として単結晶シリコンの加工に使われるワイヤーソー装置の概略構成図を示す。
  図58を簡単に説明すると、繰り出しボビン41から供給されたワイヤ42は、ワイヤをガイドするための多数のガイドローラ43を経て多数の溝を有する複数のグルーブローラ44において所定ピッチのワイヤ列を形成し、そのワイヤ列に対してフィードユニット45によって被切削物46を押し当てつつノズル47からワイヤ列に向けてスラリー状の遊離砥粒を吹き付けることによって被切削物46をウェハ状に切断し、その後、ワイヤ列は多数のガイドローラ48を経て巻き取りボビン49に巻き取られる。ワイヤ42はグルーブローラ44に付設された駆動モータ50の駆動力によって走行するが、そのとき、ダンサーローラ51、52の動きの情報が繰り出しボビン41および巻き取りボビン49の回転にフィードバックされ、一定のテンションが保たれる。通常、ワイヤ42はその材料としての有効利用と切断面粗さ改善など品質面からの要請で一定の双方向走行または一方向走行を行いながら前進し、最終的に巻き取りボビン49に巻き取られる。
  上記スラリー状の遊離砥粒としては、一般的に、炭化珪素砥粒を油剤に分散させたものが用いられることが多い。油剤は鉱油系のものが用いられているが、洗浄に有機溶剤を必要とするなど、環境上の問題から、グリコール系溶剤をベースとした水溶性のものへの転換が進んでいる。このような遊離砥粒を用いたワイヤソーの特徴は、(1)被切削物全体を一挙に切断する方式であるため、切断速度が大きくなくても大量に処理することができ、(2)工具がワイヤであるため、大口径被切削物の切断が比較的容易であり、(3)遊離砥粒の研磨作用を利用する切断であることに加えて、工具が細いワイヤであるため、薄いウェハの切断が可能であるという特徴を有するが、スラリー状の遊離砥粒を用いるため、その砥粒が作業台上に飛散し、乾燥して作業環境が汚される欠点があるとともに、廃液処理、切断されたウェハの洗浄が必要であるなどの欠点を有している。
  そこで上記欠点を解消する手段として、ワイヤにダイヤモンド砥粒などを熱硬化性樹脂バインダー又は光硬化性樹脂バインダーで付着させ、その樹脂を熱硬化又は光硬化させることによって固定砥粒を付着させたワイヤが提案されている。しかし、樹脂で砥粒をワイヤに付着させる方法はその固着力が十分ではないため、ワイヤの激しい往復運動で被切削物をウェハ状に切断する過程における切断に伴う摩擦動作により、砥粒が脱落する可能性がある。
  そこで、上記の遊離砥粒ワイヤソーや樹脂で砥粒をワイヤに付着させたワイヤを用いるワイヤソーの問題点を解決すべく、砥粒を電解法でワイヤに固着させた砥粒電着ワイヤを用いるワイヤソーが特許文献1ないし3に提案されている。
  特許文献1には、図59に示すように、ワイヤまたはリボン素材61に粗いダイヤモンド砥粒62を電着した第1電着層63と、第1電着層63上に前記砥粒に比べて相当に細かいダイヤモンド砥粒64を電着した第2電着層65とを有するダイヤモンド電着ワイヤまたはリボンが開示されている。
  特許文献2には、図60に示すように、ワイヤ71の表面に砥粒72を着床させる電解メッキ層73と、電解メッキ層73の外側に砥粒72の着床状態を強化する無電解メッキ層74を施した砥粒被覆ワイヤが開示されている。
  特許文献3には、図61に示すように、ワイヤ81の表面に軟質メッキ層82が被覆され、軟質メッキ層82の上に、さらに硬質メッキ層83が被覆され、両メッキ層により超砥粒84が固着されたワイヤソーであって、超砥粒84の内端85が軟質メッキ層82内にあり、超砥粒84の外端86が硬質メッキ層83外に露出して同一の円筒面上にあるワイヤソーが開示されている。
特開昭63-22275号公報 特開平9-1455号公報 特開平9-150314号公報
  図59ないし図61に示す砥粒電着ワイヤにおける砥粒のメッキ層に対する固着力は樹脂で砥粒をワイヤに付着させたものより優れているが、ワイヤソーにおいてワイヤの激しい往復運動で被切削物をウェハ状に切断する過程において切断に伴って発生する摩擦力は極めて大きいので、図59ないし図61に示すように、砥粒の頭部がメッキ層から露出しているワイヤの砥粒固着力は十分に実使用に耐え得る程度ではなく、比較的短期間のうちに砥粒が脱落することが本発明者によって確かめられた。
  そこで、本発明者は、砥粒(ダイヤモンド)をメッキ層と同じ金属成分(ニッケル)で被覆してなるNi被覆ダイヤモンド砥粒を電解法でワイヤに固着させた砥粒電着ワイヤを製造した。その結果、図62に示すような外形の砥粒電着ワイヤを得た。図62において、突起部91の内側にダイヤモンド砥粒が存在している。ところが、この砥粒電着ワイヤは、略平坦部から曲面状の突起部91に至る部分が内側に向かってへこんだ凹所となっているので、この凹所に応力集中が生じ、この場合も砥粒のメッキ層に対する固着力は実使用に耐え得るレベルではなく、比較的短期間のうちに砥粒が脱落することが本発明者によって確かめられた。
  そこで、本発明者は、砥粒をワイヤに固着した固定砥粒ワイヤであって、その固着力が優れている固定砥粒ワイヤを提案した。本発明者の提案した固定砥粒ワイヤは、ワイヤの表面に複数個の砥粒を内蔵した金属メッキ層が被覆され、金属メッキ層表面は砥粒を内蔵する曲面状の突起部が略平坦部から突出するような形状を有し、且つ略平坦部から曲面状の突起部に至る部分に応力集中が生じにくい特徴ある形状を備えているので、被切削物を切断する過程において、切断に伴って発生する大きな摩擦力がワイヤに負荷されても、砥粒は脱落しにくいという効果がある。
 ところで、ワイヤの表面に被覆される金属メッキ層に内蔵される砥粒には、予めメッキ層を構成する金属の一部もしくは全部と同じ金属またはメッキ層を構成する金属と親和性のある金属が被覆されることが多い。砥粒と金属メッキ層とのなじみがよくなり、金属メッキ層による砥粒の固着力が高まる効果が期待できるからである。しかし、この砥粒の表面に被覆される金属の中には条件によって酸化が進行するものがある。例えば、ニッケルは、空気、湿気に対しては鉄よりも安定であるが、塩酸、硫酸などには溶解する。上記した本発明者の提案した固定砥粒ワイヤを製造するに際し、本発明者が開示した製造方法によれば、ワイヤの表面に複数個の砥粒を内蔵した金属メッキ被膜を電気メッキ法で形成するために、酸性のメッキ浴には、その表面に無電界メッキによりNi-Pの合金被膜が形成されたダイヤモンド砥粒が電解液とともに保持され、適当な電気メッキ条件でワイヤ表面にメッキ金属とともにダイヤモンド砥粒を析出させることによりワイヤ表面に複数個の砥粒を内蔵した金属メッキ被膜を形成することができる。
 ところが、ダイヤモンド砥粒に形成されたNi-Pの合金被膜は酸性のメッキ浴に浸漬されているうちに酸化され、砥粒の電気抵抗が増加してしまう。その結果、ワイヤ表面にメッキ金属とともにダイヤモンド砥粒を析出させようとしても、砥粒の電気抵抗が増加することによって、金属メッキ被膜中に複数個の砥粒を均一に分散させた状態でワイヤ表面に析出させることが難しくなり、ワイヤ表面に一様な品質の金属メッキ被膜を形成することが困難になる。また、長時間安定して電気メッキ作業を行うことができなくなる。
 本発明は従来の技術の有するこのような問題点に鑑みてなされたものであって、複数個の砥粒が内蔵された金属メッキ層の被覆を有する固定砥粒ワイヤを安定して製造することができる方法及びその方法によって製造された固定砥粒ワイヤ並びに上記固定砥粒ワイヤに用いるための砥粒を提供することにある。
  上記目的を達成するために、本発明の固定砥粒ワイヤの製造方法は、金属製のワイヤを、複数個の砥粒およびメッキしようとする金属の陽イオンを含有する電解液に浸し、上記金属製のワイヤを陰極とし、陽極と上記陰極との間に適当な電位差を与えることにより、陰極である金属製のワイヤの表面に電解液に含まれる複数個の砥粒とともに陽イオンから還元された金属が析出することによって複数個の砥粒が含有された金属メッキ層の被覆を有する固定砥粒ワイヤを製造する方法において、電解液に含まれる砥粒の表面に銀よりもイオン化傾向の小さい金属があらかじめメッキされたものを砥粒として用いることを特徴としている。
 また、本発明の固定砥粒ワイヤは、金属製のワイヤを、複数個の砥粒およびメッキしようとする金属の陽イオンを含有する電解液に浸し、上記金属製のワイヤを陰極とし、陽極と上記陰極との間に適当な電位差を与えることにより、陰極である金属製のワイヤの表面に電解液に含まれる複数個の砥粒とともに陽イオンから還元された金属が析出することによって得られる複数個の砥粒が含有された金属メッキ層の被覆を有する固定砥粒ワイヤにおいて、電解液に含まれる砥粒の表面に銀よりもイオン化傾向の小さい金属があらかじめメッキされたものを砥粒として用いることにより得られることを特徴としている。
 さらに、本発明の固定砥粒ワイヤに用いる砥粒は、金属製のワイヤを、複数個の砥粒およびメッキしようとする金属の陽イオンを含有する電解液に浸し、上記金属製のワイヤを陰極とし、陽極と上記陰極との間に適当な電位差を与えることにより、陰極である金属製のワイヤの表面に電解液に含まれる複数個の砥粒とともに陽イオンから還元された金属が析出することによって複数個の砥粒が含有された金属メッキ層の被覆を有する固定砥粒ワイヤを製造するために用いる砥粒であって、その砥粒は、表面に銀よりもイオン化傾向の小さい金属があらかじめメッキされたものであることを特徴としている。
 なお、必要に応じて、金属製のワイヤにメッキ処理を施す前に必要な処理を施し、その必要な処理を施した金属製のワイヤを、メッキ処理に供することができる。
 請求項1記載の固定砥粒ワイヤの製造方法によれば、電解液に含まれる砥粒の表面には銀よりもイオン化傾向の小さい金属があらかじめメッキされているので、電解液中の砥粒は酸化されにくく、砥粒の電気抵抗が増加するということはないので、複数個の砥粒が含有された金属メッキ層の被覆を有する固定砥粒ワイヤを安定して製造することが可能である。
 請求項2記載の固定砥粒ワイヤによれば、ワイヤの表面には複数個の砥粒が含有された金属メッキ層の被覆が安定して形成されているので、金属メッキ層による砥粒の固着力は十分に高く、砥粒は脱落しにくくて、長期間にわたって良好な切削能力を維持することができる。
  請求項3記載の砥粒によれば、請求項1記載の固定砥粒ワイヤの製造方法および請求項2記載の固定砥粒ワイヤを実現するに好適な砥粒を提供することができる。
図1は、レベリング剤によるメッキ被膜表面の平滑化作用を説明する図である。 図2は、一般的な電気メッキにおけるメッキ被膜の成長の様子を説明する図である。 図3は、電気メッキのメッキ浴にレベリング剤を含有する場合のメッキ被膜の成長の様子を説明する図であり、砥粒には予めメッキ金属と同じ金属が被覆されている場合を示す。 図4は、本発明の固定砥粒ワイヤを製造するに好適なメッキ装置の概略構成図である。 図5は、メッキ被膜組成の測定に供したダイヤモンド砥粒(電気メッキに使用する前)の表面の走査電子顕微鏡写真(3000倍)である。 図6は、図5のダイヤモンド砥粒表面のオージェスペクトルを示す図である。 図7は、図5のダイヤモンド砥粒に対するアルゴンイオン銃のエッチングによるオージェスペクトルの厚み方向の変化を示す図である。 図8は、図5のダイヤモンド砥粒の厚み方向の原子濃度分布をスパッタリング時間との関係において示す図である。 図9は、図5のダイヤモンド砥粒の厚み方向の原子濃度分布を示す図である。 図10は、メッキ被膜組成の測定に供したダイヤモンド砥粒(電気メッキに使用した後)の表面の走査電子顕微鏡写真(3000倍)である。 図11は、図10のダイヤモンド砥粒表面のオージェスペクトルを示す図である。 図12は、図10のダイヤモンド砥粒に対するアルゴンイオン銃のエッチングによるオージェスペクトルの厚み方向の変化を示す図である。 図13は、図10のダイヤモンド砥粒の厚み方向の原子濃度分布をスパッタリング時間との関係において示す図である。 図14は、図10のダイヤモンド砥粒の厚み方向の原子濃度分布を示す図である。 図15(a)は本発明の固定砥粒ワイヤの表面の一部を拡大した写真(2200倍)、図15(b)は本発明以外の他の固定砥粒ワイヤの表面の一部を拡大して示す模式図、図15(c)は本発明以外のさらに他の固定砥粒ワイヤの表面の一部を拡大して示す模式図である。 図16は、メッキ被膜組成の測定に供した別のダイヤモンド砥粒(電気メッキに使用する前)の表面の走査電子顕微鏡写真(4000倍)である。 図17は、図16のダイヤモンド砥粒表面のオージェスペクトルを示す図である。 図18は、図16のダイヤモンド砥粒に対するアルゴンイオン銃のエッチングによるオージェスペクトルの厚み方向の変化を示す図である。 図19は、図16のダイヤモンド砥粒の厚み方向の原子濃度分布をスパッタリング時間との関係において示す図である。 図20は、図16のダイヤモンド砥粒の厚み方向の原子濃度分布を示す図である。 図21は、メッキ被膜組成の測定に供した別のダイヤモンド砥粒(電気メッキに使用した後)の表面の走査電子顕微鏡写真(4500倍)である。 図22は、図21のダイヤモンド砥粒表面のオージェスペクトルを示す図である。 図23は、図21のダイヤモンド砥粒に対するアルゴンイオン銃のエッチングによるオージェスペクトルの厚み方向の変化を示す図である。 図24は、図21のダイヤモンド砥粒の厚み方向の原子濃度分布をスパッタリング時間との関係において示す図である。 図25は、図21のダイヤモンド砥粒の厚み方向の原子濃度分布を示す図である。 図26は、メッキ被膜組成の測定に供したさらに別のダイヤモンド砥粒(電気メッキに使用する前)の表面の走査電子顕微鏡写真(4000倍)である。 図27は、図26のダイヤモンド砥粒表面のオージェスペクトルを示す図である。 図28は、図26のダイヤモンド砥粒に対するアルゴンイオン銃のエッチングによるオージェスペクトルの厚み方向の変化を示す図である。 図29は、図26のダイヤモンド砥粒の厚み方向の原子濃度分布をスパッタリング時間との関係において示す図である。 図30は、図26のダイヤモンド砥粒の厚み方向の原子濃度分布を示す図である。 図31は、メッキ被膜組成の測定に供した比較例のダイヤモンド砥粒(電気メッキに使用する前)の表面の走査電子顕微鏡写真(4500倍)である。 図32は、図31のダイヤモンド砥粒表面のオージェスペクトルを示す図である。 図33は、図31のダイヤモンド砥粒に対するアルゴンイオン銃のエッチングによるオージェスペクトルの厚み方向の変化を示す図である。 図34は、図31のダイヤモンド砥粒の厚み方向の原子濃度分布をスパッタリング時間との関係において示す図である。 図35は、図31のダイヤモンド砥粒の厚み方向の原子濃度分布を示す図である。 図36は、メッキ被膜組成の測定に供した別の比較例のダイヤモンド砥粒(電気メッキに使用する前)の表面の走査電子顕微鏡写真(3000倍)である。 図37は、図36のダイヤモンド砥粒表面のオージェスペクトルを示す図である。 図38は、図36のダイヤモンド砥粒に対するアルゴンイオン銃のエッチングによるオージェスペクトルの厚み方向の変化を示す図である。 図39は、図36のダイヤモンド砥粒の厚み方向の原子濃度分布をスパッタリング時間との関係において示す図である。 図40は、図36のダイヤモンド砥粒の厚み方向の原子濃度分布を示す図である。 図41は、メッキ被膜組成の測定に供した別の比較例のダイヤモンド砥粒(電気メッキに使用した後)の表面の走査電子顕微鏡写真(5000倍)である。 図42は、図41のダイヤモンド砥粒表面のオージェスペクトルを示す図である。 図43は、図41のダイヤモンド砥粒に対するアルゴンイオン銃のエッチングによるオージェスペクトルの厚み方向の変化を示す図である。 図44は、図41のダイヤモンド砥粒の厚み方向の原子濃度分布をスパッタリング時間との関係において示す図である。 図45は、図41のダイヤモンド砥粒の厚み方向の原子濃度分布を示す図である。 図46は、メッキ被膜組成の測定に供したさらに別の比較例のダイヤモンド砥粒(電気メッキに使用する前)の表面の走査電子顕微鏡写真(4000倍)である。 図47は、図46のダイヤモンド砥粒表面のオージェスペクトルを示す図である。 図48は、図46のダイヤモンド砥粒に対するアルゴンイオン銃のエッチングによるオージェスペクトルの厚み方向の変化を示す図である。 図49は、図46のダイヤモンド砥粒の厚み方向の原子濃度分布をスパッタリング時間との関係において示す図である。 図50は、図46のダイヤモンド砥粒の厚み方向の原子濃度分布を示す図である。 図51は、メッキ被膜組成の測定に供したさらに別の比較例のダイヤモンド砥粒(電気メッキに使用した後)の表面の走査電子顕微鏡写真(2000倍)である。 図52は、図51のダイヤモンド砥粒表面のオージェスペクトルを示す図である。 図53は、図51のダイヤモンド砥粒に対するアルゴンイオン銃のエッチングによるオージェスペクトルの厚み方向の変化を示す図である。 図54は、図51のダイヤモンド砥粒の厚み方向の原子濃度分布をスパッタリング時間との関係において示す図である。 図55は、図51のダイヤモンド砥粒の厚み方向の原子濃度分布を示す図である。 図56は、本発明の方法で製造した固定砥粒ワイヤのメッキ開始時からの線径の変化を示す図である。 図57は、比較例の固定砥粒ワイヤのメッキ開始時からの線径の変化を示す図である。 図58は、一般的なワイヤソー装置の概略構成図である。 図59は、従来の砥粒電着ワイヤの断面を示す図である。 図60は、従来の別の砥粒電着ワイヤの断面を示す図である。 図61は、従来のさらに別の砥粒電着ワイヤの断面を示す図である。 図62は、従来の砥粒電着ワイヤの表面を拡大した写真(2700倍)である。
  本発明の固定砥粒ワイヤに用いるワイヤは、電気メッキが可能で強度と弾性率がガイドローラやグルーブローラ間の張力に耐えるものであれば、特に制限はなく、このようなワイヤとしては、例えば、長尺のピアノ線などの鋼線、タングステン線、モリブデン線などの金属ワイヤを挙げることができる。
  本発明に使用するワイヤの直径は、被切削物の形状および特性により適宜選択することができ、通常は0.01~0.5mm程度が採用されることが多いが、0.1mm以下の細線であっても、0.1mmを超える厚めの線であっても、本発明の効果は同じである。
  電気メッキに先だってワイヤの表面を脱脂し、清浄にするのが好ましい。脱脂方法には、特に制限はなく、例えば、酸浸漬、溶剤脱脂、乳化剤脱脂、アルカリ脱脂などにより行うことができ、さらに必要に応じて電解脱脂により仕上げることができる。
  アルカリ脱脂したワイヤは、酸洗槽を通過させることにより中和することが好ましく、その酸の種類としては、特に制限はなく、例えば、硫酸、塩酸または硝酸を用いることがが好ましい。
  酸洗槽を通過させたワイヤは、水洗槽を通過させることにより水洗することが好ましい。
  電気メッキの前にワイヤに前処理を施すことが好ましい。前処理はメッキ層の密着性を向上させるための処理であり、前処理としては、例えば、ストライクメッキを行うことができるが、これに限定されるものではない。
  前処理に引き続いてワイヤ表面に電気メッキを行う方法に特に制限はないが、例えば、ワイヤに陰極を接続し、メッキ液に陽極を接続して電気メッキを行うことにより、ワイヤ表面にメッキ層を形成することができる。本発明の固定砥粒ワイヤを製造するには、例えば、ニッケル含有有機酸またはニッケル含有無機酸と砥粒を含有するメッキ液を使用することができる。特に限定されるものではないが、ニッケル含有有機酸としては、スルファミン酸ニッケル系メッキ液を用いることができる。
 金属が液体、特に水と接するとき陽イオンになる傾向のことをイオン化傾向といい、以下の化1に示すイオン化傾向の大きい金属は一般に酸化されやすい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
 化1に示すイオン化列の中で右方に進むほどイオン化傾向が小さくなるので酸化されにくく、砥粒の表面にメッキする金属として好ましく用いることができる。しかし、水素(H))よりも左側に存在する金属は酸化されやすい金属であるので、砥粒の表面にメッキする金属として用いることはできない。
 そこで、Hよりも右側に存在する金属の中のCuについて、本発明者が無電解メッキによりCuが被覆されたダイヤモンド砥粒を含有するメッキ浴を用いて金属製のワイヤに金属を電気メッキする実験を行うと、Cuはメッキ浴中に溶け出し、メッキ浴中のCuイオン濃度は200ppmに達し、Cuは使用できないことが分かった。Cuよりイオン化傾向が小さいものとしてはHgがあるが、Hgを使用することはできない。また、Agは硝酸や硫酸に可溶であり、硝酸銀や硫酸銀を形成しやすいので、使用することは困難である。
  そこで、Agよりもイオン化傾向の小さい金属を砥粒の表面にメッキする金属として用いることが好ましい。Ptは、被膜自体が高価であるという点があるので、AuまたはPdを砥粒の表面にメッキする金属として用いることがより好ましい。この場合、Auは、砥粒にメッキする際に砥粒に導電性被膜(例えば、Ni-P無電解被膜など)を施す下地処理が必要で、その下地被膜とのイオン化傾向の差でAuを析出させるという機構を利用するので、下地処理という余分な処理が必要である。また、一般に、Auのメッキ被膜はマイクロポーラスと呼ばれる小孔ができやすく、その小孔から下地被膜へメッキ液が浸透し、下地被膜を腐食させ、Auの被膜と下地被膜との界面で剥離が生じてしまうことがある。
 PdにはPtやAuの有する欠点がなく、Pdを砥粒の表面にメッキする金属として最も好ましく用いることができる。砥粒を金属の陽イオンとともに金属製のワイヤの表面に析出させてワイヤ表面に金属メッキ被膜を形成するとき、固定砥粒ワイヤの長手方向における切削力に極力差違がないようにするためには、砥粒が凝集することなく、金属メッキ被膜中に均一に分散することが好ましい。そのためにはワイヤ表面に形成される金属メッキ被膜の導電性と砥粒表面にあらかじめメッキされる金属の導電性が同じ程度であることが好ましい。そこで、砥粒の表面にあらかじめメッキする金属としてPdを使用し、ワイヤ表面に形成される金属メッキ被膜としてNiを使用した場合、Pdの比抵抗は10.8×10-6Ωcmであり、Niの比抵抗は6.84×10-6Ωcmであって、両金属の比抵抗の数値は比較的近いので、金属製のワイヤの表面に析出させるNi被膜中にPdで被覆された砥粒をほほ均一に分散させることが期待できる。
 砥粒としては、上記したように、銀よりもイオン化傾向の小さい金属があらかじめメッキされたものを用いることが好ましい。砥粒と金属メッキ層とのなじみがよくなり、メッキ層による砥粒の固着力が高まる効果が期待できるからである。砥粒としては、特に限定されるものではないが、直径が100μm以下のダイヤモンド砥粒を用いることができる。
  さらに、メッキ液はレベリング剤を含有することが好ましい。次に説明するように、砥粒をメッキ層に固着する力が増加するとともに、切削作業開始後、速やかに砥粒による所定の切削力が発揮され、さらに、切削時に生成する切り屑がワイヤ表面に滞留しにくくなるという効果が期待できる。
(レベリング剤によるメッキ被膜の平滑化)
 レベリング剤はメッキ被膜の平滑化を促進し、光沢を付与するために添加されるもので、次に説明するような機構でメッキ被膜表面の平滑化を図ることができる。
  電気メッキ方法の概略図である図1に示すように、メッキ液にレベリング剤を含有している場合、1を陽極、2はメッキが施される目的金属(陰極)とした場合、陽極1から近いところにある目的金属2の表面の高電流部3にレベリング剤のような添加剤4が優先的に吸着される。その結果、添加剤4が吸着された目的金属2の表面はこの添加剤4が抵抗となるので、目的金属2の表面の高電流部3と、表面からへこんで内側に入ったところにあって陽極1から遠いところにある低電流部5との電位が逆転し、低電流部5のメッキ被膜6の成長速度の方が高電流部3より速くなり、最終的にメッキ被膜6が平滑なレベル7を形成するまで、その機構に従って、メッキ被膜6は形成される。
(レベリング剤による、メッキ被膜への砥粒の固着力の向上と、砥粒の切削力の早期の発揮と、切り屑の滞留防止)
 メッキ液にレベリング剤を含有することにより、このレベリング剤の作用を巧みに利用して、次に説明するような機構で、メッキ被膜に対する固着力が優れ、脱落しにくい砥粒を形成することができる。
  通常の電気メッキでは、図2に示すように、予めメッキ金属と同じ金属が被覆された砥粒11を電解法で目的金属2に固着させる場合、陽極10から近いところにある目的金属2の表面の高電流部12のメッキ被膜13の成長速度は陽極10から遠いところにある低電流部14のメッキ被膜の成長速度より速い。ところが、電気メッキ時のメッキ液中にレベリング剤を含有することにより、図1に基づいて説明したように、高電流部12より低電流部14のメッキ被膜の成長速度が速くなる。すなわち、図3に示すように、陽極10に近い砥粒11の頂点部15のメッキ被膜の成長は抑制され、砥粒11をメッキ被膜13に固着させるために有効に寄与するすそ野部分16のメッキ被膜13の成長が促進され、メッキ被膜13による砥粒11の固着力は大きくなる。
 ところで、実際に切削の作業を実行するのは砥粒11であり、メッキ被膜13はその砥粒11が切削作業中に脱落しないように固定する作用を果たすのであるから、図3に示すように、砥粒11より上方にあって切削作業に寄与しない部分のメッキ被膜13の量がすそ野部分16より少ないと、そのメッキ被膜は切削開始後の比較的早い時間でとれて砥粒11の頭部が露出するので、切削作業後、速やかに砥粒11が本来有する切れ味が発揮される。
 さらに、メッキ被膜13の形状として、図3に示すように、目的金属2に近いすそ野部分16のメッキ被膜13を厚くして凹部をなくすことにより、図2のものに比べて切削時に生成する切り屑が目的金属2の表面に滞留しにくくなるという効果も期待できる。
 レベリング剤はメッキ被膜の平滑化を促進し、光沢を付与するものである。上記のように、メッキ液中に添加されたレベリング剤は、目的金属2の表面に金属イオンとともに析出するので、陰極電位を低下させる物質は適当な条件のもとで、レベリング剤として作用する。レベリング剤の種類によって、その機能に差違があるから、複数種類のレベリング剤を併用することによって、複雑な形状の物品にも均一なレベリング効果を得ることが可能になる。レベリング剤としては、一般的に第1種光沢剤と呼ばれている物質と、第2種光沢剤と呼ばれている物質がある。第1種光沢剤を使用すると、素地の光沢と同じような光沢を得やすいという特徴があり、第2種光沢剤は光沢向上効果は優れている一方、単独で使用すると、メッキ被膜がもろくなったり、メッキ被膜の密着不良を生じたりする。そこで、第1種光沢剤と第2種光沢剤を併用することが好ましい。
  第1種光沢剤は、=C-SO2-の構造を有する有機化合物で、例えば、1,5-ナフタリン-ジスルホン酸ナトリウム、1,3,6ナフタリン-トリスルホン酸ナトリウム、サッカリンなどを挙げることができる。
 第2種光沢剤としては、C=O(各種アルデヒド)、C=C(ゼラチン)、C≡C(2ブチン-1,4ジオール)、C=N(キナルジン、ピリジウム化合物)、C≡N(エチレンシアンヒドリン)、N-C=S(チオ尿素)、N=N(アゾ染料)などの構造をもつ有機化合物を使用することができる。
  上記した本発明の効果を発揮するためには、第1種光沢剤はメッキ液中に1~50ミリリットル/リットル含有し、第2種光沢剤はメッキ液中に1~150ミリリットル/リットル含有し、第1種光沢剤対第2種光沢剤の重量比率は、1(前者)対2~5(後者)とするのが好ましい。
  電気メッキを施したワイヤは、水洗槽を通過させることにより水洗することが好ましい。
  さらに、電気メッキを施した後のワイヤにはドレッシング(研削)を施して、ワイヤソー用ワイヤとして適正な表面形態にすることが好ましい。
  以下に、本発明の実施例を説明するが、本発明は下記実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲を逸脱しない範囲において、適宜変更と修正が可能である。
(1)電気メッキによる固定砥粒ワイヤの製造
  図4に示すような概略構成のメッキ装置により固定砥粒ワイヤを製造することができる。すなわち、送り出し機21から鋼製ワイヤ22を送り出し、その鋼製ワイヤ22をアルカリ脱脂槽(pHが11のアルカリ脱脂剤)23でアルカリ脱脂し、酸洗槽(pHが1の硫酸)24で酸洗し、水洗槽25で水洗し、前処理槽(スルファミン酸ニッケル・4水和物が600g/リットル、pHが4.2の浴組成)26で前処理し、鋼製ワイヤ22の表面にメッキ槽27でニッケルメッキを施し、その後、ニッケルメッキ被膜を形成した鋼製ワイヤ22を水洗槽28で水洗した後、ニッケルメッキ被膜中にダイヤモンド砥粒を固着した鋼製ワイヤ22を巻取機29に巻き取ることにより、本発明の固定砥粒ワイヤを製造することができる。例えば、メッキ槽27のメッキ浴の組成としては、スルファミン酸ニッケル・4水和物が600g/リットル、塩化ニッケル・6水和物が55g/リットル、pH緩衝剤としての硼酸が30g/リットル、第1種光沢剤(サッカリン)が15ミリリットル/リットル、第2種光沢剤(2ブチン-1,4ジオール)が50ミリリットル/リットル、以下に説明するようにしてPd、AuまたはNi-Pを予め被覆してなる粒径が15~25μmのダイヤモンド砥粒(金属被覆の厚みが0.1~1.0μm)を10g/リットル含有し、メッキ条件は、pHが3.0であり、温度が55℃であり、電流密度が45A/dm2である条件のものを採用することができる。
(2)ダイヤモンド砥粒へのPdのメッキ
a.無電解メッキによるダイヤモンド砥粒へのPd被膜の形成
 粒径が15~20μmのダイヤモンド粉砕物に以下の表1に示すような組成の触媒化処理液により触媒化処理を施し、さらに、触媒化処理後のダイヤモンド粉砕物に対して以下の表2に示すような組成の無電解メッキ浴を用いてPdの無電解メッキを施すことにより、Pd被膜が施されたダイヤモンド砥粒を得た。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 そして、このダイヤモンド砥粒の表面部分のメッキ被膜の組成について、オージェ電子分光法に従って測定したので、その内容について説明する。使用した装置は、PHI製SMART200型の走査型オージェ電子分光装置であり、測定条件は、加速電圧が20kV、試料電流は20nA、電子線プローブ径は0.1μm以下であり、エッチングにはアルゴンイオン銃を使用した(エッチング速度はSiO2換算で100Å/分である)。
 上記ダイヤモンド砥粒の表面の走査電子顕微鏡写真(3000倍)を図5に示す。そして、そのダイヤモンド砥粒を110℃で3時間、減圧下で乾燥後、In箔に固定し、オージェ電子分光法による測定に供した。図5において、矢印で示す□で囲んだ部分が測定に供した領域である。
 上記ダイヤモンド砥粒表面のオージェスペクトルを図6に示す。図6に示すように、メッキ被膜表面は、Pd、S、CおよびSnを構成元素として含んでいる。図6において、横軸は電子線のエネルギー(eV)、縦軸はエネルギー強度曲線の一次微分係数である。図7は、アルゴンイオン銃のエッチングによるオージェスペクトルの厚み方向の変化を示す。図7の横軸と縦軸の意味は図6と同じである。
 図8と図9に、上記ダイヤモンド砥粒の厚み方向の原子濃度分布を示す。図8の横軸はスパッタリング時間(分)、縦軸は原子濃度(%)を示す。図9の横軸はダイヤモンド砥粒の表面からの厚み方向の距離(オングストローム)、縦軸は原子濃度(%)を示す。図8と図9において、太い点線はPd、短破線は酸素を示し、太線はNiを示し、細い実線はCを示し、短い一点鎖線はSを示し、二点鎖線はSnを示す。
 図6によれば、砥粒表面においてSとSnの存在は確認されたが、図8と図9によれば、SとSnならびに酸素は測定限界レベルの存在量である。また、Niは表面近傍のみに存在するが、表面から約600Åの深さより深い部分には存在していないと思われる。また、Pdは表面から約500Åの深さまではメッキ被膜の約95%以上の部分を占めている。
 以上のオージェ電子分光結果によれば、金属の酸化物はダイヤモンド砥粒のPdメッキ被膜中に存在しないか、又は存在するとしても実質的に無視しうる程度の存在量でしかないと思われる。
b.電気メッキ作業によるPd被膜を形成されたダイヤモンド砥粒への影響
 上記のようにして得た、Pdを無電解メッキしたダイヤモンド砥粒を図4に示すメッキ装置のメッキ層27のメッキ浴中に保持して48時間、上記条件により電気メッキ作業をした後、メッキ層27のメッキ浴中のダイヤモンド砥粒の表面部分のメッキ被膜の組成について、オージェ電子分光法に従って測定したので、その内容について説明する。
 上記ダイヤモンド砥粒の表面の走査電子顕微鏡写真(3000倍)を図10に示す。そして、そのダイヤモンド砥粒を110℃で3時間、減圧下で乾燥後、In箔に固定し、オージェ電子分光法による測定に供した。オージェ電子分光法に使用した装置と条件は、上記と同じである。図10において、矢印で示す□で囲んだ部分が測定に供した領域である。
 上記ダイヤモンド砥粒表面のオージェスペクトルを図11に示す。図11に示すように、メッキ被膜表面は、Pd、S、C、酸素、NiおよびAlを構成元素として含んでいる。図11において、横軸は電子線のエネルギー(eV)、縦軸はエネルギー強度曲線の一次微分係数である。図12は、アルゴンイオン銃のエッチングによるオージェスペクトルの厚み方向の変化を示す。図12の横軸と縦軸の意味は図11と同じである。
 図13と図14に、上記ダイヤモンド砥粒の厚み方向の原子濃度分布を示す。図13の横軸はスパッタリング時間(分)、縦軸は原子濃度(%)を示す。図14の横軸はダイヤモンド砥粒の表面からの厚み方向の距離(オングストローム)、縦軸は原子濃度(%)を示す。図13と図14において、太い点線はPd、短破線は酸素を示し、太線はNiを示し、細い実線はCを示し、短い一点鎖線はSを示し、長い一点鎖線はAlを示す。
 図11によれば、砥粒表面においてSと酸素とNiの存在は確認されたが、図13と図14によれば、Sと酸素とNiは測定限界レベルの存在量である。また、Alは表面近傍のみに存在するが、表面から約500Åの深さより深い部分には存在していないと思われる。また、Pdは表面から約500Åの深さまではメッキ被膜の約95%以上の部分を占めている。
 以上のオージェ電子分光結果によれば、金属の酸化物はダイヤモンド砥粒のPdメッキ被膜中に存在しないか、又は存在するとしても実質的に無視しうる程度の存在量でしかないと思われる。このように、酸性のメッキ浴に浸漬されてもダイヤモンド砥粒表面に被覆されたPdは酸化されず、ダイヤモンド砥粒はPdの被膜で保護された状態を保持できることが分かる。
c.固定砥粒ワイヤ
 図15(a)は上記のような電気メッキ作業の結果得た本発明の固定砥粒ワイヤの表面の一部を拡大した写真(2200倍)であり、ダイヤモンド砥粒を内蔵する曲面状の突起部30とその他の略平坦部からなり、曲面状の突起部30は略平坦部から突出するような形状である。大きな丸印を付してなる、略平坦部から曲面状の突起部30に至る部分には内側に向かってへこんだ凹所がなく、略平坦部から曲面状の突起部30に至る部分における接線が連続的に変化している。
 一方、図15(b)に示す従来の電着法で得た固定砥粒ワイヤの表面には、略平坦部31から曲面状の突起部32に至る部分に内側に向かってへこんだ凹所34aがあり、図15(c)に示す従来の電着法で得た別の固定砥粒ワイヤの表面には、略平坦部31から曲面状の突起部33に至る部分に内側に向かってへこんだ凹所34bがあり、それらの凹所34aと34bに応力集中が生じやすい。
  しかし、本発明のワイヤの表面には、略平坦部から曲面状の突起部30に至る部分には、34aおよび34bに相当する内側に向かってへこんだ凹所がなく、略平坦部から曲面状の突起部30に至る部分における接線が連続的に変化しているので、応力集中が生じにくい構造である。
(3)ダイヤモンド砥粒へのAuのメッキ
a.無電解メッキによるダイヤモンド砥粒へのAu被膜の形成
 粒径が15~20μmのダイヤモンド粉砕物に上記表1に示すような組成の触媒化処理液により触媒化処理を施し、次に、表3に示す組成のNi無電解メッキ浴を用いて、そのダイヤモンド砥粒にまず導電性被膜を設け、その被膜との置換反応を利用して導電性被膜形成後のダイヤモンド粉砕物に対して以下の表3に示す組成のAu無電解メッキ浴を用いてAuの無電解メッキを施すことにより、Au被膜が施されたダイヤモンド砥粒を得た。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
 そして、このダイヤモンド砥粒の表面部分のメッキ被膜の組成について、オージェ電子分光法に従って測定したので、その内容について説明する。
 上記ダイヤモンド砥粒の表面の走査電子顕微鏡写真(4000倍)を図16に示す。そして、そのダイヤモンド砥粒を110℃で3時間、減圧下で乾燥後、In箔に固定し、オージェ電子分光法による測定に供した。オージェ電子分光法に使用した装置と条件は、上記と同じである。図16において、矢印で示す□で囲んだ部分が測定に供した領域である。
 上記ダイヤモンド砥粒表面のオージェスペクトルを図17に示す。図17に示すように、メッキ被膜表面は、Au、Ni、Cおよび酸素を構成元素として含んでいる。図17において、横軸は電子線のエネルギー(eV)、縦軸はエネルギー強度曲線の一次微分係数である。図18は、アルゴンイオン銃のエッチングによるオージェスペクトルの厚み方向の変化を示す。図18の横軸と縦軸の意味は図17と同じである。
 図19と図20に、上記ダイヤモンド砥粒の厚み方向の原子濃度分布を示す。図19の横軸はスパッタリング時間(分)、縦軸は原子濃度(%)を示す。図20の横軸はダイヤモンド砥粒の表面からの厚み方向の距離(オングストローム)、縦軸は原子濃度(%)を示す。図19と図20において、太い短破線はAu、太線はNiを示し、短破線は酸素を示し、細い実線はCを示し、長い破線はPを示す。
 図17によれば、砥粒表面において酸素の存在は確認され、図20によれば、酸素は表面から約900Åの深さより深い部分にも存在が認められる。図20によれば、Pは表面から約250Åの深さから約2100Åの深さの部分に存在している。また、Niは表面から約500Åの深さから約1500Åの深さまでにおいては、メッキ被膜の約90%以上を占めている。さらに、Auは表面から約200Åの深さまではメッキ被膜の約95%以上の部分を占めている。
 以上のオージェ電子分光結果によれば、金属の酸化物はダイヤモンド砥粒のAuメッキ被膜中にごく僅か存在しているが、前述したマイクロポーラスからメッキ液が侵入し、下地の導電性被膜を腐食させる。
b.電気メッキ作業によるAu被膜を形成されたダイヤモンド砥粒への影響
 上記のようにして得たAuを無電解メッキしたダイヤモンド砥粒を図4に示すメッキ層27のメッキ浴中に保持して48時間、上記条件により電気メッキ作業をした後、メッキ層27のメッキ浴中のダイヤモンド砥粒の表面部分のメッキ被膜の組成について、オージェ電子分光法に従って測定したので、その内容について説明する。
 上記ダイヤモンド砥粒の表面の走査電子顕微鏡写真(4500倍)を図21に示す。そして、そのダイヤモンド砥粒を110℃で3時間、減圧下で乾燥後、In箔に固定し、オージェ電子分光法による測定に供した。オージェ電子分光法に使用した装置と条件は、上記と同じである。図21において、矢印で示す□で囲んだ部分が測定に供した領域である。
 上記ダイヤモンド砥粒表面のオージェスペクトルを図22に示す。図22に示すように、メッキ被膜表面は、S、C、酸素、NiおよびAuを構成元素として含んでいる。図22において、横軸は電子線のエネルギー(eV)、縦軸はエネルギー強度曲線の一次微分係数である。図23は、アルゴンイオン銃のエッチングによるオージェスペクトルの厚み方向の変化を示す。図23の横軸と縦軸の意味は図22と同じである。
 図24と図25に、上記ダイヤモンド砥粒の厚み方向の原子濃度分布を示す。図24の横軸はスパッタリング時間(分)、縦軸は原子濃度(%)を示す。図25の横軸はダイヤモンド砥粒の表面からの厚み方向の距離(オングストローム)、縦軸は原子濃度(%)を示す。図24と図25において、太い短破線はAu、太線はNiを示し、短破線は酸素を示し、細い実線はCを示し、長い破線はPを示し、短い一点鎖線はSを示す。
 図22によれば、砥粒表面において酸素の存在は確認され、図25によれば、酸素は表面から約700Åの深さより深い部分にも存在が認められる。図25によれば、Pは表面から約250Åの深さから約2100Åの深さの部分に存在している。図24および図25によれば、Sは測定限界レベルの存在量である。また、Niは表面から約500Åの深さから約1500Åまでの深さにおいては、メッキ被膜の約80%以上を占めている。さらに、Auは表面から約200Åの深さまではメッキ被膜の約95%以上の部分を占めている。
 以上のオージェ電子分光結果によれば、金属の酸化物はダイヤモンド砥粒のメッキ被膜中にごく僅か存在していると思われる。このように、Auのメッキ被膜は後記するNi-Pのメッキ被膜の耐酸性に比べれば格段に優れた耐酸性を有しているが、Pdのメッキ被膜の耐酸性より僅かに劣ると思われる。
c.無電解メッキによるダイヤモンド砥粒へのAu被膜の形成
 粒径が15~20μmのダイヤモンド粉砕物に上記表1に示すような組成の触媒化処理液により触媒化処理を施し、次に、表4に示す組成のNi無電解メッキ浴を用いて、そのダイヤモンド砥粒にまず導電性被膜を設け、その被膜との置換反応を利用して導電性被膜形成後のダイヤモンド粉砕物に対して以下の表4に示す組成のAu無電解メッキ浴を用いてAuの無電解メッキを施すことにより、Au被膜が施されたダイヤモンド砥粒を得た。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
 そして、このダイヤモンド砥粒の表面部分のメッキ被膜の組成について、オージェ電子分光法に従って測定したので、その内容について説明する。
 上記ダイヤモンド砥粒の表面の走査電子顕微鏡写真(4000倍)を図26に示す。そして、そのダイヤモンド砥粒を110℃で3時間、減圧下で乾燥後、In箔に固定し、オージェ電子分光法による測定に供した。オージェ電子分光法に使用した装置と条件は、上記と同じである。図26において、矢印で示す□で囲んだ部分が測定に供した領域である。
 上記ダイヤモンド砥粒表面のオージェスペクトルを図27に示す。図27に示すように、メッキ被膜表面は、Au、Ni、S、Cl、C、Nおよび酸素を構成元素として含んでいる。図27において、横軸は電子線のエネルギー(eV)、縦軸はエネルギー強度曲線の一次微分係数である。図28は、アルゴンイオン銃のエッチングによるオージェスペクトルの厚み方向の変化を示す。図28の横軸と縦軸の意味は図27と同じである。
 図29と図30に、上記ダイヤモンド砥粒の厚み方向の原子濃度分布を示す。図29の横軸はスパッタリング時間(分)、縦軸は原子濃度(%)を示す。図30の横軸はダイヤモンド砥粒の表面からの厚み方向の距離(オングストローム)、縦軸は原子濃度(%)を示す。図29と図30において、太い短破線はAu、太線はNiを示し、短破線は酸素を示し、細い実線はCを示し、長い破線はPを示し、短い一点鎖線はSを示し、点線はClを示す。
 図27によれば、砥粒表面において酸素の存在は確認され、図30によれば、表面から約1000Åの深さから約1800Åの深さの部分には明瞭な酸素の存在が認められ、約1100Åから1700Åの深さにおいてはメッキ被膜の10%前後を占めている。
 図30によれば、PおよびSは表面から約1000Åの深さから約1800Åの深さの部分に存在している。図27によれば、ClとNの存在は確認されたが、図29と図30によれば、Nは深さ方向において存在が確認されず、Clは測定限界レベルの存在量である。図30によれば、Niは表面から約900Åの深さより深い部分に存在している。また、Auは表面から約900Åの深さまではメッキ被膜の約95%以上の部分を占めている。
  以上のオージェ電子分光結果によれば、金属の酸化物はダイヤモンド砥粒のAuメッキ被膜中に存在していると思われる。
(4)比較例その1(ダイヤモンド砥粒へのNi-Pのメッキ)
a.無電解メッキによるダイヤモンド砥粒へのNi-P被膜の形成
 粒径が15~20μmのダイヤモンド粉砕物に以下の表5に示すような組成の触媒化処理液により触媒化処理を施し、さらに、触媒化処理後のダイヤモンド粉砕物に対して以下の表6に示すような組成の無電解メッキ浴を用いてNi-Pの無電解メッキを施すことにより、Ni-P被膜が施された比較例1のダイヤモンド砥粒を得た。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
 そして、このダイヤモンド砥粒の表面部分のメッキ被膜の組成について、オージェ電子分光法に従って測定したので、その内容について説明する。
 上記ダイヤモンド砥粒の表面の走査電子顕微鏡写真(4500倍)を図31に示す。そして、そのダイヤモンド砥粒を110℃で3時間、減圧下で乾燥後、In箔に固定し、オージェ電子分光法による測定に供した。オージェ電子分光法に使用した装置と条件は、上記と同じである。図31において、矢印で示す□で囲んだ部分が測定に供した領域である。
 上記ダイヤモンド砥粒表面のオージェスペクトルを図32に示す。図32に示すように、メッキ被膜表面は、Ni、S、Cl、C、N、酸素およびPを構成元素として含んでいる。図32において、横軸は電子線のエネルギー(eV)、縦軸はエネルギー強度曲線の一次微分係数である。図33は、アルゴンイオン銃のエッチングによるオージェスペクトルの厚み方向の変化を示す。図33の横軸と縦軸の意味は図32と同じである。
 図34と図35に、上記ダイヤモンド砥粒の厚み方向の原子濃度分布を示す。図34の横軸はスパッタリング時間(分)、縦軸は原子濃度(%)を示す。図35の横軸はダイヤモンド砥粒の表面からの厚み方向の距離(オングストローム)、縦軸は原子濃度(%)を示す。図34と図35において、太い短破線はAu、太線はNiを示し、短破線は酸素を示し、細い実線はCを示し、長い破線はPを示し、短い一点鎖線はSを示し、点線はClを示す。
 図32によれば、砥粒表面においてNの存在は確認されたが、図34と図35によれば、深さ方向において存在は確認されなかった。また、図32において砥粒表面において存在が確認されたSおよびClは、図34および図35によれば、測定限界レベルの存在量である。また、図35によれば、Pは表面から約400Åの深さまでは、メッキ被膜の約12%ないし13%を占めている。また、Niは表面から約3500Åの深さまではメッキ被膜の95%以上を占めており、表面から約6000Åの深さまでの部分においても存在が認められる。さらに、酸素は微量ながら表面から約4000Åの深さまでは存在していることが分かる。
  以上のオージェ電子分光結果によれば、ダイヤモンド砥粒のNi-Pメッキ被膜には金属の酸化物が存在していると思われる。
(5)比較例その2(ダイヤモンド砥粒へのNi-Pのメッキ)
a.無電解メッキによるダイヤモンド砥粒へのNi-P被膜の形成
 粒径が15~20μmのダイヤモンド粉砕物に上記表5に示すような組成の触媒化処理液により触媒化処理を施し、さらに、触媒化処理後のダイヤモンド粉砕物に対して以下の表7に示すような組成の無電解メッキ浴を用いてNi-Pの無電解メッキを施すことにより、Ni-P被膜が施された比較例2のダイヤモンド砥粒を得た。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
 そして、このダイヤモンド砥粒の表面部分のメッキ被膜の組成について、オージェ電子分光法に従って測定したので、その内容について説明する。
 上記ダイヤモンド砥粒の表面の走査電子顕微鏡写真(3000倍)を図36に示す。そして、そのダイヤモンド砥粒を110℃で3時間、減圧下で乾燥後、In箔に固定し、オージェ電子分光法による測定に供した。オージェ電子分光法に使用した装置と条件は、上記と同じである。図36において、矢印で示す□で囲んだ部分が測定に供した領域である。
 上記ダイヤモンド砥粒表面のオージェスペクトルを図37に示す。図37に示すように、メッキ被膜表面は、Ni、S、C、酸素およびPを構成元素として含んでいる。図37において、横軸は電子線のエネルギー(eV)、縦軸はエネルギー強度曲線の一次微分係数である。図38は、アルゴンイオン銃のエッチングによるオージェスペクトルの厚み方向の変化を示す。図38の横軸と縦軸の意味は図37と同じである。
 図39と図40に、上記ダイヤモンド砥粒の厚み方向の原子濃度分布を示す。図39の横軸はスパッタリング時間(分)、縦軸は原子濃度(%)を示す。図40の横軸はダイヤモンド砥粒の表面からの厚み方向の距離(オングストローム)、縦軸は原子濃度(%)を示す。図39と図40において、太線はNiを示し、短破線は酸素を示し、細い実線はCを示す。
 図40に示すように、砥粒表面から約800Åの深さまで酸素の存在が認められ、特に、表面から200Åの深さまではメッキ被膜の5原子%以上を酸素が占めている。このように、明らかにダイヤモンド砥粒のNi-Pメッキ被膜には金属の酸化物が存在していることが分かる。
b.電気メッキ作業によるNi-P被膜を形成されたダイヤモンド砥粒への影響
 上記のようにして得たNi-Pを無電解メッキしたダイヤモンド砥粒を図4に示すメッキ装置のメッキ層27のメッキ浴中に保持して48時間、上記条件によりメッキ作業をした後、メッキ層27のメッキ浴中のダイヤモンド砥粒の表面部分のメッキ被膜の組成について、オージェ電子分光法に従って測定したので、その内容について説明する。
 上記ダイヤモンド砥粒の表面の走査電子顕微鏡写真(5000倍)を図41に示す。そして、そのダイヤモンド砥粒を110℃で3時間、減圧下で乾燥後、In箔に固定し、オージェ電子分光法による測定に供した。オージェ電子分光法に使用した装置と条件は、上記と同じである。図41において、矢印で示す□で囲んだ部分が測定に供した領域である。
 上記ダイヤモンド砥粒表面のオージェスペクトルを図42に示す。図42に示すように、メッキ被膜表面は、Ni、Cおよび酸素を構成元素として含んでいる。図42において、横軸は電子線のエネルギー(eV)、縦軸はエネルギー強度曲線の一次微分係数である。図43は、アルゴンイオン銃のエッチングによるオージェスペクトルの厚み方向の変化を示す。図43の横軸と縦軸の意味は図42と同じである。
 図44と図45に、上記ダイヤモンド砥粒の厚み方向の原子濃度分布を示す。図44の横軸はスパッタリング時間(分)、縦軸は原子濃度(%)を示す。図45の横軸はダイヤモンド砥粒の表面からの厚み方向の距離(オングストローム)、縦軸は原子濃度(%)を示す。図44と図45において、太線はNiを示し、短破線は酸素を示し、細い実線はCを示す。
 図45に示すように、砥粒表面から約600Åの深さまで酸素の存在が認められ、特に、表面から300Åの深さまではメッキ被膜の5原子%以上を酸素が占めている。このように、Ni-Pのメッキ被膜は明らかに金属の酸化物を含有しており、Ni-Pメッキ被膜の耐酸性は劣っていることが分かる。
(6)比較例その3(ダイヤモンド砥粒へのNi-Pのメッキ)
a.無電解メッキによるダイヤモンド砥粒へのNi-P被膜の形成
 粒径が15~20μmのダイヤモンド粉砕物に上記表5に示すような組成の触媒化処理液により触媒化処理を施し、さらに、触媒化処理後のダイヤモンド粉砕物に対して以下の表8に示すような組成の無電解メッキ浴を用いてNi-Pの無電解メッキを施すことにより、Ni-P被膜が施された比較例3のダイヤモンド砥粒を得た。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
 そして、このダイヤモンド砥粒の表面部分のメッキ被膜の組成について、オージェ電子分光法に従って測定したので、その内容について説明する。
 上記ダイヤモンド砥粒の表面の走査電子顕微鏡写真(4000倍)を図46に示す。そして、そのダイヤモンド砥粒を110℃で3時間、減圧下で乾燥後、In箔に固定し、オージェ電子分光法による測定に供した。オージェ電子分光法に使用した装置と条件は、上記と同じである。図46において、矢印で示す□で囲んだ部分が測定に供した領域である。
 上記ダイヤモンド砥粒表面のオージェスペクトルを図47に示す。図47に示すように、メッキ被膜表面は、Ni、C、酸素およびPを構成元素として含んでいる。図47において、横軸は電子線のエネルギー(eV)、縦軸はエネルギー強度曲線の一次微分係数である。図48は、アルゴンイオン銃のエッチングによるオージェスペクトルの厚み方向の変化を示す。図48の横軸と縦軸の意味は図37と同じである。
 図49と図50に、上記ダイヤモンド砥粒の厚み方向の原子濃度分布を示す。図49の横軸はスパッタリング時間(分)、縦軸は原子濃度(%)を示す。図50の横軸はダイヤモンド砥粒の表面からの厚み方向の距離(オングストローム)、縦軸は原子濃度(%)を示す。図49と図50において、太線はNiを示し、短破線は酸素を示し、細い実線はCを示す。
 図50に示すように、砥粒表面から約600Åの深さまで酸素の存在が認められ、特に、表面から50Åの深さまではメッキ被膜の5原子%以上を酸素が占めている。このように、明らかにダイヤモンド砥粒のNi-Pメッキ被膜には金属の酸化物が存在していることが分かる。
b.電気メッキ作業によるNi-P被膜を形成されたダイヤモンド砥粒への影響
 上記のようにして得たNi-Pを無電解メッキしたダイヤモンド砥粒を図4に示すメッキ装置のメッキ層27のメッキ浴中に保持して48時間、上記条件によりメッキ作業をした後、メッキ層27のメッキ浴中のダイヤモンド砥粒の表面部分のメッキ被膜の組成について、オージェ電子分光法に従って測定したので、その内容について説明する。
 上記ダイヤモンド砥粒の表面の走査電子顕微鏡写真(2000倍)を図51に示す。そして、そのダイヤモンド砥粒を110℃で3時間、減圧下で乾燥後、In箔に固定し、オージェ電子分光法による測定に供した。オージェ電子分光法に使用した装置と条件は、上記と同じである。図51において、矢印で示す□で囲んだ部分が測定に供した領域である。
 上記ダイヤモンド砥粒表面のオージェスペクトルを図52に示す。図52に示すように、メッキ被膜は、Ni、Cおよび酸素を構成元素として含んでいる。図52において、横軸は電子線のエネルギー(eV)、縦軸はエネルギー強度曲線の一次微分係数である。図53は、アルゴンイオン銃のエッチングによるオージェスペクトルの厚み方向の変化を示す。図53の横軸と縦軸の意味は図52と同じである。
 図54と図55に、上記ダイヤモンド砥粒の厚み方向の原子濃度分布を示す。図54の横軸はスパッタリング時間(分)、縦軸は原子濃度(%)を示す。図55の横軸はダイヤモンド砥粒の表面からの厚み方向の距離(オングストローム)、縦軸は原子濃度(%)を示す。図54と図55において、太線はNiを示し、短破線は酸素を示し、細い実線はCを示す。
 図55に示すように、砥粒表面から約950Åの深さまで酸素の存在が認められ、特に、表面から500Åの深さまではメッキ被膜の5原子%以上を酸素が占めている。このように、Ni-Pのメッキ被膜は明らかに金属の酸化物を含有しており、Ni-Pのメッキ被膜の耐酸性は劣っていることが分かる。
(7)メッキ線径の変化
 次に、図4に示すメッキ装置を用いて上記のような電気メッキ作業の結果得た固定砥粒ワイヤのメッキ作業開始時からのワイヤの線径の変化について調査したので、その結果について説明する。
a.本発明の固定砥粒ワイヤの線径の変化
 Pdで被覆されたダイヤモンド砥粒を図4に示すメッキ装置のメッキ層27のメッキ浴中に保持して電気メッキ作業を行うことにより、本発明の固定砥粒ワイヤを得た。その固定砥粒ワイヤのメッキ作業開始時からの線径の変化を図56に示す。図56の横軸はメッキ作業開始時からの時間(分)を示し、縦軸は巻取機29に巻き取られたワイヤの線径(μm)を示す。
 図56に示すように、巻取機29に巻き取られたワイヤの線径は約178μmから約186μmの範囲に収まっており、メッキ作業開始直後の線径も7200分後の線径も殆ど変わらない。すなわち、メッキ層27のメッキ浴中に保持された、Pdで被覆されたダイヤモンド砥粒は酸化しないので電気抵抗が増加することはなく、電気メッキ作業を安定して続行することができた結果、線径がほぼ同一で品質が安定したワイヤを得ることができた。
b.比較例の固定砥粒ワイヤの線径の変化
 Ni-Pで被覆された比較例2のダイヤモンド砥粒を図4に示すメッキ装置のメッキ層27のメッキ浴中に保持して電気メッキ作業を行うことにより、本発明の固定砥粒ワイヤを得た。その固定砥粒ワイヤのメッキ作業開始時からの線径の変化を図57に示す。図57の横軸はメッキ作業開始時からの時間(分)を示し、縦軸は巻取機29に巻き取られたワイヤの線径(μm)を示す。
 図57に示すように、巻取機29に巻き取られた4種類の記号で示す4本のワイヤの線径は、メッキ作業開始時には約178μmから約183μmの範囲であったが、メッキ作業開始から約2600分後における線径は約165μmから約170μmの範囲に低下した。すなわち、メッキ層27のメッキ浴中に保持された、Ni-Pで被覆されたダイヤモンド砥粒の酸化が進行したことによりダイヤモンド砥粒の電気抵抗が増加したので、電気メッキ作業を安定して行うことができず、メッキ金属とともにダイヤモンド砥粒をワイヤ表面に均一に析出させることができなかたので、ワイヤ線径はメッキ作業の時間経過とともに徐徐に低下したのである。
 本発明の固定砥粒ワイヤは、シリコン、石英、セラミック等の硬質材料の切断やスライスや内面研削やダイシングやインゴット切り出し用に用いることができる。
 1  陽極
 2  目的金属
 3  高電流部
 4  添加剤
 5  低電流部
 6  メッキ被膜
 7  平滑レベル
 10 陽極
 11 砥粒
 12 高電流部
 13 メッキ被膜
 14 低電流部
 15 頂点部
 16 すそ野部分
 17 砥粒
 21  送り出し機
 22  鋼製ワイヤ
 23  アルカリ脱脂槽
 24  酸洗槽
 25  水洗槽
 26  前処理槽
 27  メッキ槽
 28  水洗槽
 29  巻取機
 30  曲面状の突起部
 31  略平坦部
 32  曲面状の突起部
 33  曲面状の突起部
 34a 凹所
 34b 凹所
 41  繰り出しボビン
 42  ワイヤ
 43  ガイドローラ
 44  グルーブローラ
 45  フィードユニット
 46  被切削物
 47  ノズル
 48  ガイドローラ
 49  巻き取りボビン
 50  駆動モータ
 51  ダンサーローラ
 52  ダンサーローラ
 61  ワイヤ
 62  粗いダイヤモンド砥粒
 63  第1電着層
 64  細かいダイヤモンド砥粒
 65  第2電着層
 71  ワイヤ
 72  砥粒
 73  電解メッキ層
 74  無電解メッキ層
 81  ワイヤ
 82  軟質メッキ層
 83  硬質メッキ層
 84  超砥粒
 85  内端
 86  外端
 91  突起部

Claims (3)

  1.   金属製のワイヤを、複数個の砥粒およびメッキしようとする金属の陽イオンを含有する電解液に浸し、上記金属製のワイヤを陰極とし、陽極と上記陰極との間に適当な電位差を与えることにより、陰極である金属製のワイヤの表面に電解液に含まれる複数個の砥粒とともに陽イオンから還元された金属が析出することによって複数個の砥粒が含有された金属メッキ層の被覆を有する固定砥粒ワイヤを製造する方法において、電解液に含まれる砥粒の表面に銀よりもイオン化傾向の小さい金属があらかじめメッキされたものを砥粒として用いることを特徴とする固定砥粒ワイヤの製造方法。
  2.  金属製のワイヤを、複数個の砥粒およびメッキしようとする金属の陽イオンを含有する電解液に浸し、上記金属製のワイヤを陰極とし、陽極と上記陰極との間に適当な電位差を与えることにより、陰極である金属製のワイヤの表面に電解液に含まれる複数個の砥粒とともに陽イオンから還元された金属が析出することによって得られる複数個の砥粒が含有された金属メッキ層の被覆を有する固定砥粒ワイヤにおいて、電解液に含まれる砥粒の表面に銀よりもイオン化傾向の小さい金属があらかじめメッキされたものを砥粒として用いることにより得られることを特徴とする固定砥粒ワイヤ。
  3.  金属製のワイヤを、複数個の砥粒およびメッキしようとする金属の陽イオンを含有する電解液に浸し、上記金属製のワイヤを陰極とし、陽極と上記陰極との間に適当な電位差を与えることにより、陰極である金属製のワイヤの表面に電解液に含まれる複数個の砥粒とともに陽イオンから還元された金属が析出することによって複数個の砥粒が含有された金属メッキ層の被覆を有する固定砥粒ワイヤを製造するために上記電解液に含有される砥粒であって、その砥粒は、表面に銀よりもイオン化傾向の小さい金属があらかじめメッキされたものであることを特徴とする砥粒。
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