JP2003532549A - ダイヤモンド粒子の固定が改良されたニッケル／ダイヤモンド被覆ソーワイヤ - Google Patents

ダイヤモンド粒子の固定が改良されたニッケル／ダイヤモンド被覆ソーワイヤ

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Abstract

(57)【要約】 本発明は、スチールワイヤと、中間層と、１０〜５０μｍの平均直径を有するダイヤモンド粒子が埋め込まれた金属結合相とからなるソーワイヤに関し、該ソーワイヤは、金属結合層が６００〜１１００ＨＶ０．１の硬度を有し、かつ中間層を備えたスチールワイヤの周囲に同心円状に配置された内側層及び外側層からなり、その際前記内側層は平均ダイヤモンド粒子直径の約１０〜２５％の厚さを有し、かつ外側層は、金属結合層の全厚さがダイヤモンド粒子の平均直径の４５〜５５％であるような厚さを有し、かつダイヤモンド粒子はその平均直径の５倍を越えない平均間隔を有し、かつ１０〜５０μｍの平均直径を有するダイヤモンド粒子の間に１〜６μｍの平均直径を有する別の微細な粒子が存在することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属結合相内のダイヤモンド粒子の固定が改良されたニッケル／ダ
イヤモンド被覆ソーワイヤに関する。
【０００２】 ドイツ国特許出願公開（ＤＥ−Ａ）第１９８３９０９１号明細書（シリーズ番
号０９／３３２７２２を有する米国特許出願に相当）には、ニッケル／ダイヤモ
ンド被覆ソーワイヤ、その製造方法並びにその使用が記載されている。このよう
なワイヤは、シリコンのような脆弱硬質材料をソーイングするために使用するこ
とができる。該ソーワイヤは次のようにして製造される：ワイヤを化学的前処理
後に、ダイヤモンド粒子、有利には５〜３０μｍの平均直径を有するダイヤモン
ド粒子を含有する化学−ニッケル浴に入れる。ワイヤ表面に堆積したダイヤモン
ド粒子を、まず弱い化学的及び／又は物理的結合力によって固定する。被覆工程
の過程で、付着するダイヤモンド粒子を成長するニッケル層によって固定包囲さ
せ、それによって確実に固定する。金属結合相の厚さは、有利には５〜２０μｍ
である。引き続いての熱硬化により、金属結合相の特性は著しく改良される。そ
のようにして、金属結合相内の固有引張り応力は排除が観察され、付着強度は高
められかつ層硬度は明らかに向上せしめられる。このようなワイヤは、前記特許
出願公開明細書に記載されているように、シリコンのソーイングの際に極めて良
好なソーイング結果を示す。
【０００３】 記載された特性に基づき、ニッケル／ダイヤモンド被覆ソーワイヤは、シリコ
ンカーバイドのようなセラミック硬質物質のソーイングのためにも好適である。
実験において確かに、セラミック硬質物質を原則的にこのようなソーワイヤで切
断することができるが、しかしセラミック硬質物質の高い硬度は、達成可能なソ
ーイング速度、ひいては記載されたソーワイヤの寿命が工業的利用のためには不
十分であるという事態をもたらすことが判明した。
【０００４】 本発明の課題は、例えばセラミック硬質物質のような硬質材料のソーイングの
際に高められた耐摩耗性を有するダイヤモンド被覆ソーワイヤを提供することで
ある。
【０００５】 前記課題は、スチールワイヤと、中間層と、１０〜５０μｍの平均直径を有す
るダイヤモンド粒子が埋め込まれた金属結合層とからなり、前記中間層が無傷で
ありかつダイヤモンド粒子不含であり、かつワイヤの水素脆弱化を阻止し並びに
また金属結合層の十分な付着強度を保証するソーワイヤにより解決され、該ソー
ワイヤは、金属結合層が６００〜１１００ＨＶ０．１の硬度を有し、かつ中間層
を備えたスチールワイヤの周囲に同心円状に配置された内側層及び外側層からな
り、その際前記内側層は平均ダイヤモンド粒子直径の約１０〜２５％の厚さを有
し、かつ外側層は、金属結合層の全厚さが平均ダイヤモンド粒子直径の４５〜５
５％であるような厚さを有し、かつダイヤモンド粒子はその平均直径の５倍を越
えない平均間隔を有し、かつ１０〜５０μｍの平均直径を有するダイヤモンド粒
子の間に１〜６μｍの平均直径を有する別の微細な粒子が存在することを特徴と
する。
【０００６】 それによって、ソーワイヤに固定されたダイヤモンド粒子は、ほぼその赤道ま
で金属結合相内に結合されている。
【０００７】 ワイヤに固定されたダイヤモンド粒子は、有利には２５〜４５μｍの平均直径
を有する。前記のダイヤモンド粒子は、有利には、その平均間隔がその平均直径
の０．５〜３倍を越えないような量でワイヤ上に存在する。
【０００８】 １０〜５０μｍの平均直径のダイヤモンド粒子の間に、別の微細な粒子が存在
する。これらの微細な粒子は、有利には硬質物質粒子である。これらは１〜６μ
ｍ、有利には２〜４μｍの平均直径を有する。これらの微細な粒子は、有利には
金属結合相の２つの層の上方にのみ存在する。
【０００９】 これらの小さい方の硬質物質粒子は、有利には同様にダイヤモンド粒子である
。これらの微細な粒子の平均直径は、結合相の層厚（本発明によれば、ダイヤモ
ンド粒子の平均直径の４５〜５５％）を決定する際には考慮されない。結合相の
層厚を決定するためには、粗いダイヤモンド粒子の平均直径のみが役立つ。
【００１０】 本発明によるソーワイヤは、砥粒子被膜を含めて有利には最大０．３５ｍｍま
での直径を有する。
【００１１】 ソーワイヤとしては、クロム−ニッケル-鋼からなる錆びないばね鋼を使用す
るのが有利である。適当であるのは、例えば材料タイプ１．４３１０，１．４４
０１，１．４５３９，１．４５６８及び１．４５７１（ＤＩＮ１７２２４に基づ
くコード番号）である。
【００１２】 スチールワイヤは、有利には０．１５〜０．３０ｍｍの直径を有する。
【００１３】 中間層は、有利には金属、金属合金、又は２種類の金属もしくは１種類の金属
と１種類の合金の組み合わせからなる。
【００１４】 有利には、良好な付着強度をもって電気めっき技術で被覆可能でありかつ同時
に水素バリアとして作用する金属、金属合金、又は２種類の金属もしくは１種類
の金属と１種類の合金の組み合わせが該当する。
【００１５】 適当な金属は、例えば銅及びニッケル、及び金属合金として例えば黄銅である
。
【００１６】 中間層は、有利には１〜１０μｍの厚さを有する。
【００１７】 金属結合相は、有利にはニッケルもしくはニッケル合金からなる。特に有利に
は、外部電流を通さないで堆積されたニッケル（化学ニッケル）からなる。
【００１８】 金属結合相は、有利には８００〜１１００，特に有利には１０００〜１１００
の硬度ＨＶ０．１を有する。
【００１９】 有利には、中間層の厚さは、ワイヤの周囲で５％を越えて変化しない。
【００２０】 有利には、金属結合相の厚さは、ワイヤの周囲で５％を越えて変化せず、特に
有利には２．５％を越えて変化しない。
【００２１】 特に有利な実施態様においては、金属結合相の層厚は、１２〜１５μｍであり
かつ金属結合相の厚さは、ワイヤの周囲で最大０．４μｍ変化する。
【００２２】 本発明によるソーワイヤは、以下のようにして製造することができる： 既にドイツ国特許出願公開（ＤＥ−Ａ）第１９８３９０９１号明細書から公知
のように、中間層を備えたワイヤを基本材料に合わせた化学的前処理で処理する
。この処理は、従来の技術において公知でありかつ通常公知の脱脂処理、酸洗い
処理及び活性化処理からなる。引き続き、いわゆる化学−ニッケル／ダイヤモン
ド浴（外部電流を通さないニッケル／ダイヤモンド堆積のための浴）内で被覆を
行う。このような浴は、同様に従来の技術において公知である。さらに、従来の
技術から公知あるように、金属化の作動開始を短いパルス電流により開始させる
ことも有益である。ワイヤ及び電解液を適当に運動させることにより、ワイヤの
周囲全体への均一なダイヤモンド挿入が達成される。本発明において重要である
のは、本発明による方法において、被覆を２段階で行い、その際第１段階で１０
〜５０μｍの平均直径を有するダイヤモンド粒子をワイヤに堆積させかつ第２段
階で１〜６μｍの平均直径を有する微細な粒子をワイヤに堆積させることである
。
【００２３】 本発明による方法を用いると、１時間以内で、比較可能な装置大きさで連続的
通過装置における電気化学的堆積によるよりも１０３倍以上被覆されたワイヤを
製造することができる。
【００２４】 有利には、被覆に引き続き少なくとも１時間の熱処理を実施する。
【００２５】 本発明による方法においては、化学的前処理後のワイヤの２段階の被覆は、有
利には以下のようにして実施する： 第１被覆段階で、ワイヤを、１０〜５０μｍ、有利には２５〜４５μｍの平均
直径を有するダイヤモンド粒子を含有する化学−ニッケル浴に入れる。被覆プロ
セスは、理想的な場合にはワイヤ表面上に、該プロセスの過程で成長するニッケ
ル層によって固定されるダイヤモンド粒子の単層が堆積するように制御する。第
１被覆段階は、ニッケル層が平均ダイヤモンド粒子直径の１０〜２５％の厚さに
達すると直ちに終了する。
【００２６】 第２被覆段階では、第１の化学−ニッケル層よりも明らかに微細な粒子を含有
する別の化学−ニッケル層の堆積を行う。
【００２７】 この第２処理段階で堆積しかつ微細な粒子が埋め込まれた化学−ニッケル層の
厚さは、第１被覆段階で堆積した層を含む全層厚が、第１処理段階で使用したダ
イヤモンド粒子の平均ダイヤモンド粒子直径の有利には４５〜５５％であるよう
に選択する。それによって、ダイヤモンド粒子の近似値的に等軸的形態において
、金属結合相内でのダイヤモンド粒子のほぼ赤道までの良好な固定が達成される
。
【００２８】 微細な粒子は、この浴内で１〜６μｍ、有利には２〜４μｍの平均粒子直径を
有する。
【００２９】 該微細な粒子は、有利には硬質物質粒子であり、この場合これらのうちでもま
たダイヤモンド粒子が有利である。
【００３０】 従って、この第２被覆段階では、粗いダイヤモンド粒子の別の化学−ニッケル
分散層での固定が行われる。
【００３１】 原則的に、粗いダイヤモンド粒子をワイヤに固定するために必要な全ての金属
結合相を埋め込まれた粗いダイヤモンド及び微細な硬質物質粒子を有する分散層
として構成することも可能である。その際、このようなワイヤを製造するための
被覆方法は、ドイツ国特許出願公開（ＤＥ−Ａ）第１９８３９０９１号明細書に
記載されているように実施し、その際被覆浴に粗い粒子もまた微細な粒子も同時
に加える。このような製造方法は、本発明に基づくよりも確かに簡単に実施する
ことができるが、尤もそうして製造されたワイヤは、その切断性能が、特に硬質
の材料をソーイングする際に以下の理由から早期に失うという決定的な欠点を有
する： 被覆浴内でのワイヤの滞在時間の終了時頃に埋め込まれた粗いダイヤモンド粒
子は、その弱い結合のために結合相内に弱く固定されているにすぎない。これら
はソーイングの際に急速に剥離される。このことは、ワイヤの切断性能の即時の
喪失をもたらす。
【００３２】 既に、ドイツ国特許出願公開（ＤＥ−Ａ）第１９８３９０９１号明細書に記載
されているように、ソーワイヤを通常、層内に存在する引張り応力を除去しかつ
層硬度、ひいては金属結合相の耐摩耗性を高めるために、有利には３５０℃で熱
処理する。
【００３３】 別の分散層内に粗いダイヤモンド粒子が固定されると既に、高い耐摩耗性を有
する固有圧縮応力を受けている層が存在するので、熱処理はもっぱら層付着強度
の向上の観点で実施するのが有利である。このためには、１５０〜２００℃の熱
処理温度で十分である。
【００３４】 今や、この低い熱処理温度は、適当な合金でない高強度のワイヤを本発明によ
る方法に基づき被覆しかつ引張り強度及び弾性の問題となる程の低下を生じるこ
となく１５０〜２００℃で熱処理することができる。
【００３５】 電解堆積方法は、本発明によるワイヤを製造するためには適当でない。それと
いうのも、それを用いると金属結合相の本発明による硬度及び有利に存在する、
金属結合相の小さい厚さ変動が達成不可能であるからである。
【００３６】 以下の例により、本発明をさらに説明する。
【００３７】 例１（比較例） 特開平０９−００１４５５号公報に類似した比較ワイヤの製造 ０．１８ｍｍの直径を有する高合金したスチールワイヤ（Ｓａｎｄｖｉｋ社か
ら商品名１２ Ｒ １０ Ｎｉｃｏｔで市販）６０ｍを無電解ニッケル堆積のた
めに通常の支持台に載せた。
【００３８】 ワイヤを、無電解ニッケル鍍金において通常の脱脂処理、酸洗い処理及び活性
化処理で処理した。引き続き、被覆を市販の化学−ニッケル／ダイヤモンド浴（
Ｓｈｉｐｌｅｙ社、Ｅｓｓｌｉｇｅｎ在から名称Ｎｉｐｏｓｉｔ ６５で市販）
内で行った。該浴に、２５μｍの平均直径を有するダイヤモンド粒子（市販され
ている規格化された標準製品）を加えた。ワイヤ及び電解液を運動させることに
より、化学−ニッケルからなる結合相内にワイヤの全周囲で均一なダイヤモンド
埋め込みが達成された。３μｍの化学−ニッケル層厚が達成された後に、支持台
をダイヤモンド浴から取り出しかつ洗浄工程後に別の、但し固体不含の化学−ニ
ッケル浴に入れ換えた。この浴内での暴露時間は、固体不含の層の厚さが８μｍ
であり、ひいては全層厚が１１μｍになるように選択した。以下には、このワイ
ヤをソーワイヤｂ）と称する。
【００３９】 例２ 本発明によるソーワイヤの製造 本発明による被覆方法で、例１に類似してワイヤ表面に粗いダイヤモンド粒子
を堆積させた。この場合も、化学−ニッケル層の厚さは３ミクロンであった。引
き続き、支持台を浴から取り出しかつ洗浄工程後に別の化学−ニッケル／ダイヤ
モンド浴に入れ換えた。この浴内には、２μｍの平均直径を有するダイヤモンド
粒子が存在した。浴内の暴露時間は、分散層の厚さが８μｍであり、ひいては同
様に全層厚が１１μｍになるように選択した。以下には、このワイヤをソーワイ
ヤｃ）と称する。
【００４０】 両者のソーワイヤ実施例を、引き続き硬化のために３５０℃で１時間熱処理し
た。
【００４１】 例３ 本発明によるソーワイヤと従来の技術の２つのソーワイヤの耐摩耗性の調査 ワイヤの判定のために、ドイツ国特許出願公開（ＤＥ−Ａ）第１９８３９０９
１号明細書に記載されている測定装置を用いてＷｅｌｌ実験室ワイヤーソー（タ
イプ６２３４）でシリコン及びシリコンカーバイドサンプルで比較ソーイング実
験を行った。
【００４２】 ソーワイヤの巻き取り及び巻き戻しリールを有する前記のソーの機能様式は、
ワイヤが１分間当たり１０回までその作業方向を変える結果をもたらす。従って
、長時間のソーイング時間の過程でソーイングギャップ内で数百回のワイヤオー
バーランが行われるので、ワイヤの耐用性が明白に現れる。
【００４３】 以下のソーワイヤを使用した： ａ）ドイツ国特許出願公開（ＤＥ−Ａ）第１９８３９０９１号明細書に基づく公
知のソーワイヤ（該明細書の実施例）、 ｂ）例えば特開平０９−００１４５５号公報に記載されているような固体不含の
ニッケル層でダイヤモンド粒子を固定したソーワイヤ（例１からのワイヤ）、 ｃ）粒子直径２μｍのダイヤモンド粒子が埋め込まれたニッケル／ダイヤモンド
層でダイヤモンド粒子が固定された本発明によるソーワイヤ（例２からのワイヤ
）。
【００４４】 ダイヤモンド被覆密度は、全てのソーワイヤにおいて同一であった。粗いダイ
ヤモンド粒子の粒子突出は、ｂ）及びｃ）の場合には同一であった。ソーワイヤ
ａ）の場合には、一部が極く僅かに埋め込まれたにすぎないダイヤモンドに基づ
き局所的に明らかに比較的高い粒子突出が存在した。
【００４５】 ソーイング実験の結果は、以下のようにもとめることができる： シリコン直方体（５０×２２．５ｍｍ）のソーイングの際に、ソーワイヤｃ）
で最良の結果が達成された。サンプルを切断するために必要な時間は、ワイヤａ
）おけるよりも約１０％短くかつなおワイヤｂ）におけるよりも５％短かった。
【００４６】 ソーワイヤｃ）の利点は、シリコンカーバイドの切断において特に顕著である
： この実験では、サンプル体として６５ｍｍ直径を有するＳｉＣ円柱体を使用し
た。ワイヤの切断性能の尺度として、単位時間当たりのソーイングされた面積を
採用した。結果は、表１に示されている：
【００４７】
【表１】
【００４８】 表１に表された結果は、ソーワイヤｃ）を使用するとシリコンカーバイドサン
プルを切断するために必要な時間は、ワイヤａ）におけるよりも約３５％短くか
つワイヤｂ）おけるよりも２０％以上短いことを示す。
【００４９】 さらに、ソーワイヤｃ）は、切断面積が増大するに伴いワイヤａ）及びｂ）よ
りも著しく僅かにソーイング性能を失う、従って特に硬質の材料を切断するため
に適当であることが明らかである。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１４年７月１１日（２００２．７．１１）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ２４Ｄ 3/06 Ｂ２４Ｄ 3/06 Ｂ Ｆターム(参考） 3C058 AA05 AA09 3C063 AA08 BB02 BB07 BB20 BC02 BF07 CC14 EE16 EE31 FF08 FF22 FF23

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 スチールワイヤと、中間層と、１０〜５０μｍの平均直径を
    有するダイヤモンド粒子が埋め込まれた金属結合相とからなる、硬質材料をソー
    イングする際に高められた耐摩耗性を有するソーワイヤであって、前記中間層が
    無傷でありかつダイヤモンド粒子不含であり、かつワイヤの水素脆弱化を阻止し
    並びにまた金属結合層の十分な付着強度を保証する形式のものにおいて、金属結
    合層が６００〜１１００ＨＶ０．１の硬度を有し、かつ中間層を備えたスチール
    ワイヤの周囲に同心円状に配置された内側層及び外側層からなり、その際前記内
    側層は平均ダイヤモンド粒子直径の約１０〜２５％の厚さを有し、かつ外側層は
    、金属結合層の全厚さが平均ダイヤモンド粒子直径の４５〜５５％であるような
    厚さを有し、かつダイヤモンド粒子はその平均直径の５倍を越えない平均間隔を
    有し、かつ１０〜５０μｍの平均直径を有するダイヤモンド粒子の間に１〜６μ
    ｍの平均直径を有する別の微細な粒子が存在することを特徴とするソーワイヤ。
  2. 【請求項２】 ワイヤに固定されたダイヤモンド粒子が２５〜４５μｍの平
    均直径を有する、請求項１記載のソーワイヤ。
  3. 【請求項３】 微細な粒子が硬質物質粒子である、請求項１又は２のいずれ
    か１項記載のソーワイヤ。
  4. 【請求項４】 硬質物質粒子がダイヤモンド粒子である、請求項３記載のソ
    ーワイヤ。
  5. 【請求項５】 中間層を備えたワイヤを基本材料に合わせられた化学的前処
    理で処理し、かつ引き続き化学−ニッケル／ダイヤモンド浴（外部電流を通さな
    いニッケル／ダイヤモンド堆積のための浴）内で被覆を行い、その際ワイヤ及び
    電解液を運動させることによりワイヤの全周囲に均一なダイヤモンド埋め込みを
    達成することにより、請求項１から４までのいずれか１項記載のソーワイヤを製
    造する方法において、被覆を２段階で行い、その際第１段階で１０〜５０μｍの
    平均直径を有するダイヤモンド粒子をワイヤに堆積させかつ第２段階で１〜６μ
    ｍの平均直径を有する微細な粒子をワイヤに堆積させることを特徴とする、ソー
    ワイヤの製造方法。
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