JP2000502616A - 堅固なブロック体をワイヤーソーによって複数のプレートに切断する方法及びこの方法を実行するためのワイヤーソー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、回転する連続固定キャリヤの、弛緩した状態で加えられる研磨材の作用によって堅固な材料のブロック体を複数のプレートに切断する方法に関する。ローラ系統の同軸ローラの外周溝内を誘導される結果、キャリヤはチェーンを形成し、このチェーンに切断される材料が押圧される。少なくとも１対のたわみローラと少なくとも１対のガイドローラを具備するローラ系統のローラの外周溝内を走行するキャリヤは、ブロック上の隣接する２つの切り口中を互いに反対方向に向けて誘導されるように、切断される材料に押圧される。

Description

【発明の詳細な説明】 堅固なブロック体をワイヤーソーによって複数のプレートに切断する方法及び この方法を実行するためのワイヤーソー 発明の分野 本発明は、堅固なブロック体、特に半導体、ガラスおよびセラミックスなどか ら成るブロック体を複数のプレートに切断する方法およびこの方法を実行するた めのソーに関する。 従来技術の記述 例えば半導体、セラミックスまたはガラスから構成されるブロックなどの堅固 なブロック体を切断するためには、弛緩した状態で加えられた研磨剤および一般 的には連続ワイヤである可動性の固体キャリヤが、切断される物体に対して及ぼ す効果を利用した方法が通常は用いられている。この方法の特徴は、例えば油な どの液体状の形態で分配される研磨材が溝付きローラ系統を介してワイヤの助け により切断点まで運搬され、切断される物体が回転ワイヤのチェーンによって徐 々に押圧される点にある。切断されたプレートの厚さは、ローラの溝同士の間の 距離、ワイヤの厚さ、または研磨材の粒状度によって決定され、切断の品質は、 研磨材料及びブロック体、さらには技術的パラメータによっても決定される。 一連の方法およびデバイスが、例えば米国特許第４，４９４，５２３号、第４ ，５７４，７６９号、第４，６４０，２５９号、第４，９０３，６８２号、第５ ，２０１，３０５号、第５，２６９，２８５号または英国特許第２，２１６，４ ４１号によれば既知であるが、これらは所与の原理を用いたデバイスを説明して おり、これらのデバイスのさまざまな実施態様を保護している。従来の解決策に 共通した特徴は、切断工程のどの時点においてもブロックのすべての切り口にお いて、キャリアは一方向に移動するように溝付きローラ系統内で導かれることで ある。この結果、製造されたプレートは切り口に沿って一定の厚さとはならず、 即ちブロックの切り口を通過するに連れてワイヤに付着する研磨剤の効果及びそ の 量が減少するために、ワイヤの移動方向にテーパーが付く。このテーパーの寸法 は、ワイヤを両方向に移動させることで、つまり一定の切断時間経過後にワイヤ の移動方向を逆回りに切り替え、ブロックのすべての切り口についてワイヤを反 対の方向へ誘導することにより部分的に修正することができる。しかしながら、 この方法の欠点は、ワイヤの運動が一端停止した後で再開されると大きなエネル ギー損失が発生し、循環的に逆転され応力印加されるデバイスの結節点における 衝突の可能性が増大するので、切断プロセスの速度が著しく低下し、切断が連続 しておこなわれない点にある。 発明の概要 請求の範囲第１項に記載の方法によって、上記の欠点は克服される。その本質 は、少なくとも１対のたわみローラおよび１対のガイドローラから構成されるロ ーラ系統のローラの外周に設けられた溝内を走行する連続した固定キャリヤが、 ブロック上の隣接する２つの切り口でそれぞれ反対方向に誘導されるように、切 断される材料に押圧されるということにある。ここでローラ系統のチェーン中の 連続固体キャリヤは、ローラの外周を繰り返し誘導されることになるが、まず、 第一のたわみローラ上側部の外周溝から、隣接する第二のたわみローラ下側部の 反対側に位置するガイドローラの上側部に誘導され、次いで反対方向に方位付け られたガイドローラの上側部に誘導された後、第一のたわみローラの下側部に戻 されてからその上側部に戻る。 この方法に従ってブロックを切断するためのソーは、フレームに取り付けられ て外周溝を有するローラを含むローラ系統、マウンティングを有するテーブル、 ワイヤガイド、及び研磨材を移送し熱安定させるデバイスから構成される。この ソーの特徴は、ローラ系統が少なくとも１対のガイドローラおよび少なくとも１ 対のたわみローラから構成され、これらのたわみローラとガイドローラは、隣接 して取り付けられたガイドローラとたわみローラがそれぞれ反対方向に回転する ような関係で取り付けられ、さらにまた２つのたわみローラ同士の回転方向も２ つのガイドローラと同様に反対向きになっている点にある。 １つの優れた実施態様では、たわみローラとガイドローラは、たわみローラの 上側表面ラインがガイドローラの上側表面ラインよりも高くなるように配置され 、ガイドローラの位置は、固定フレーム中に軸方向へ調整可能であるように位置 付けられる。固体キャリヤは、ローラデバイスのローラ外周溝に数回巻き掛けら れ、反対、即ち対向関係に置かれた一対のガイドローラの隣接したローラ外周溝 同士の間にある動作空間に誘導されるよう頂部から下に向けて傾斜または底部か ら上に向けて傾斜しチェーンを形成する。 ここに提案する切断方法では効率が向上し、必要とされる速度と連続切断プロ セスを維持しながらも、それはつまり固体キャリヤの運動方向を逆向きに切り替 えるというエネルギーを消費する作業を伴うことなく、上記のテーパーが付かな い、均等で平行な壁を有する切断プレートを得られる。 図面の簡単な説明 本発明による切断方法及びワイヤーソーの構造を、以下に示す図面により説明 する。 図１は、たわみローラ２つ及びそれより小さなガイドローラ２つが同一平面上 の平行軸に取り付けられた構成の４ローラ系統の配置を示す図； 図２は、これら２対のローラの軸が異なる平面上に存在するように配置された 、図１と同じローラ系統を示す図； 図３は、たわみローラがより小さな直径を有し、ガイドローラがより大きな直 径を有するシステムの代替配置を示す図； 図４は、同一平面上に取り付けられ直径が同一であるローラを有する４ローラ 系統の実施態様の図； 図５は、たわみローラとガイドローラとの間に挿入するように追加のローラが 取り付けられた代替ローラ系統の図； 図６は、ワイヤーソーの基本的機能部品の総合的線図である。 本発明の実施の態様の詳細な説明 堅固な物質であるブロック体１を複数のプレートに切断するためのソーは、４ つの基本的な主構造体と技術的領域から構成されるが、その４つとはローラ系統 、 マウンティング付きテーブル、ワイヤ保管容器および、研磨材を移送しその温度 を安定化させるデバイスである。ローラユニットはソーの核を形成し、少なくと も１対のたわみローラ２と１対のガイドローラ３から成り、これらのローラは固 定フレーム４に取り付けられている。後者、即ち固定フレーム４はテーブル５の 支持具に固着的に接続されていて、ローラ系統の必要とされる機械的安定性と剛 性を保証している。固定フレーム４におけるガイドローラ３の位置は、軸方向に 調節可能であり、たわみローラ２はこのガイドローラ３と、前者の頂部表面ライ ンがガイドローラ３の頂部表面ラインより高い位置にくるような関係で取付られ ている。ローラ２とローラ３の表面は精密に研磨されていて、好ましくは切断時 にブロック１を押し付けるためのチェーンを形成するワイヤであり、連続長の、 回転する固定キャリヤ７を誘導するための外周溝６系統を備えている。このロー ラ系統のローラ２とローラ３の内の１つは駆動ローラとして構成され、駆動モー タ（図示せず）に接続されているが、この駆動モータには無限可変速制御デバイ スが付いているため連続キャリヤ７の運動速度を、どちらの方向にも０から１５ ｍ・ｓ^-1の範囲で設定することができる。 ソーのテーブル５は分割されていて、例えば半導体結晶から構成されるブロッ ク１の方位を固定し、さらに後者、即ちブロック１について切断面を規準とする 方位付けもおこなう。ローラ系統の回り、即ち各ローラの外周溝に巻き掛けられ たチェーン状の連続した回転固体キャリヤ７の中へブロック１を制御しながら挿 入及び押圧をおこなうために、テーブル５にはスライドロッド５１および駆動シ ステム５２，それは例えばコンピュータ制御モータ、が装備されていて、テーブ ル５の送り速度を上方、下方の、どちらの方向にも０から１０００μｍ・ｓ^-1の 範囲内で調節可能である。切断されるブロック１はガラスまたはグラファイトの シート８で構成される系統を介してテーブル５に機械的に固定されていて、ブロ ック１の切断寸法または切断されていない残余の厚さに関する情報は、増分線形 測定子９によって監視される。移動するテーブル５の端位置は、ここではリミッ トスイッチ１０により管理され、その運動中に個々の主構造領域に極端な負荷が 加わる場合にはそれを減少させるために、テーブル５には釣り合い重み１１が装 備されていて、これによりテーブル５および切断されるブロック１の力学的質量 を補正している。 ワイヤを誘導するシステムにより、事前に決定された速度および事前に設定さ れた監視張力でリール１２に対して連続固体キャリヤ７をしっかりと巻き掛けた り巻き外したりする実際のプロセスが保証され、この巻き掛け経路と巻き外し経 路は互いに分離してはいるが厳密に同期されている。コイルの巻き方の不均等性 は張力ジャック１３により補正され、固体キャリヤ７の実際の移送は、ローラ１ ４の系統、張力ローラ１５および保持棒１６によって実現され、固体キャリヤ７ の実際の張力は圧力センサー１７によって測定され、張力はキャプスタン１８を 駆動するモーター（図示せず）とローラ系統の駆動ローラ２及び３の間の差動電 圧によって調節される。据えられた状態での固体キャリヤ７のコイル巻き力は、 張力ジャック１３に作用するばね１９の力によって決定され、発生し得るいかな る干渉も、ワイヤーソーの制御システム（図示せず）に接続されている張力ジャ ック１３の端位置を与える信号発生器２０によって監視される。通常の場合は、 巻き掛けられない固体キャリヤ７の速度及び長さも同様に、キャプスタンの内の １つに接続された増分回転感知デバイス（図示せず）によって監視される。ロー ラ系統では、固体キャリヤ７は第１のたわみローラ２の上側部から進入し反対側 、即ち対向関係に置かれたガイドローラ３の上側部に誘導され、キャリヤ７が閉 じる隣接した第２のたわみローラ２の下側部に達するように、たわみローラ２の 対とガイドローラ３の対の外周溝６内でコイル状に巻かれている。次に、固体キ ャリヤ７はこのたわみローラ２の上側部から反対側つまり対向関係に位置するガ イドローラ３の上側部に誘導され、最初のたわみローラ２に戻されて完結する。 上記の外周溝内の固体キャリヤ７の多重コイル巻きを基礎として、図１−５に示 すように、固体キャリヤ７がガイドローラ３同士の間で反対方向に移動し、切断 されるブロック１上の隣接する２つの切り口へ誘導されるチェーンが形成される 。 切断に用いられる研磨剤溶液は、ブロック１の切りロへの固体キャリヤ７の進 入点に向けられた分配器２１により連続固体キャリヤ７に積載され、ブロック１ の切り口内に送られる。固体キャリヤ７がローラ系統から出現する部分には、研 磨剤に付着している残留物を固体キャリヤ７から除去する高性能エアーフィルタ −２２が取り付けられる。分配器２１は、供給パイプ２３の系統によってポンプ ２４を介し、攪拌デバイス２６を備えた容器に接続される。さらに、容器２５は 廃棄用パイプライン２７を介して、ローラ系統の下に配置され排出研磨剤溶液を 回収する回収容器２８に接続される。また、容器２５，廃棄用パイプライン２７ 及び回収容器２８の二重ケーシング壁中に誘導される冷却パイプライン３０を有 する冷却アセンブリ２９から構成される冷却回路によって、研磨剤溶液の温度は 事前に決定された範囲内に保持される。冷却液の実際の温度は温度センサー３１ によって監視される。研磨剤の流れと粘度に関する情報は、容器２５に収納され たセンサー／送信機３２によって監視され、その値はすべて機械の制御システム （図示せず）に送られてそこで評価される。 ワイヤーソーがその作業プロセスを開始する前に、固体キャリヤ７はその全長 にわたりコイル状に巻かれ、即ちローラ系統の各ローラ溝内に巻き掛けられ、機 械の個々の主機能領域の特性番号が設定され、ブロック１はシート８を介してテ ーブル５の上に据えられ、その切断面が切り込まれるべき位置に向くように調節 され固定される。固体キャリヤ７が選択された運動方向に動き出すと、ブロック １は、ガイドローラ３とたわみローラ２のローラ系統によって形成されたチェー ンに選択された送り速度で押圧され、また、固体キャリヤ７が切り口に進入する 点では研摩剤が分配器により加えられる。固体ブロック１が個々のセグメントに 切断されるとテーブル５はその初期位置に復帰し、プロセス全体が繰り返され、 固体キャリヤ７の運動方向及び、例えばテーブル５に設定の切り口内への送り速 度、運動速度および固体キャリヤ７の張力、研磨剤の分量、温度および粘度など を含む他の切断パラメータを新たに選択することが可能となる。 図示されたソーの構造は、本発明の唯一可能なソリューションではない。ロー ラー系統の対のガイドローラ３及び対のたわみローラ２の基本的配置は保ちなが らも、これらローラへの巻き掛け方法及び固体ブロック１にできる個々の切り口 内での固体キャリヤ７の運動方法、ワイヤ管理をおこなうテーブル５及びそのマ ウンティング、更には研磨剤の移送及び冷却用デバイスの個別部品のアレンジメ ント及び構造は、このソリューションの本質に影響を及ぼすことなくいかように も変更することが可能である。図１−４で示すとおり、ガイドローラ３とたわみ ローラ２の相互寸法比率と相互配置は、固体キャリヤ７がブロック１の切り口に 入る進入点がその出口点よりも高い位置になければならないという条件が満足さ れるかぎりは、自由に選択することができる。したがって、例えば図５では一対 の中間ローラ３３がガイドローラ３とたわみローラ２の間に挿入されている。 商業上の応用 堅固なブロック体を複数のプレートに切断する方法とこの方法を実行するため のソーを用いて、半導体、セラミックス、ガラスなどの堅固な材料を、互いに平 行に走る平坦な表面を持つ正確なセグメントに切断する必要がある産業のさまざ まな分野に応用することができる。

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Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． ローラ系統中の同軸ローラの外周溝内を誘導される結果、切断される材料 を押圧するチェーンを形成する連続的に回転する固定キャリヤの、弛緩された状 態で加えられる研磨材の作用によって、堅固なブロック物体を複数のプレートに 切断する方法において、 前記ローラ系統のローラの外周溝内を走行する前記キャリヤが、少なくと も１対のたわみローラ及び少なくとも１対のガイドローラから構成され、前記ブ ロック上の隣接する２つの切り口で互いに逆の方向に誘導されるように、切断さ れる材料に対して押圧されることを特徴とする方法。 ２． 前記ローラ系統のチェーン中の前記キャリヤが、外周溝内で繰り返し誘導 され、第一のたわみローラの上側部から、反対側に位置するガイドローラの上側 部に渡され、次いで隣接する第二のたわみローラの下側部に誘導され、それを通 過した後で反対側に位置するガイドローラの上側部に導かれ、再び第一のたわみ ローラの下側部に戻ってからその上側部に帰還することを特徴とする請求の範囲 第１項記載の方法。 ３． 外周溝を備えたローラを有し、フレームに取り付けられ、マウンティング 付きのテーブル、ワイヤデバイス及び、前記研磨材を移送し熱安定化させるデバ イスから成るローラ系統を持ち、 前記ローラ系統が少なくとも１対のガイドローラ（３）および少なくとも １対のたわみローラ（２）から形成され、前記たわみローラ（２）と前記ガイド ローラ（３）が、互いに隣り合って取り付けられている前記たわみローラ（２） 及び前記ガイドローラ（３）の１つ１つが互いに反対方向に回転し、さらに、２ つの前記ガイドローラ（３）と２つの前記たわみローラ（２）の間の回転方向も 、同様に互いに反対方向に回転するように取り付けられていることを特徴とする 請求の範囲第１項および第２項のいずれかに記載のブロック切断用ソー。 ４． 前記たわみローラ（２）および前記ガイドローラ（３）が、前記たわみロ ーラ（２）の頂部表面ラインが、前記ガイドローラ（３）の頂部表面ラインより 高い位置に配置されていることを特徴とする請求の範囲第３項記載のソー。 ５． 前記ガイドローラ（３）の前記フレーム（４）中の位置が軸方向に調節可 能であることを特徴とする請求の範囲第３項または第４項記載のソー。 ６． 前記固体キャリヤ（７）が、前記ローラ系統の前記たわみローラ（２）お よび前記ガイドローラ（３）の外周に数回巻き付けられることで、対である前記 ガイドローラ（３）の間にできる動作スペース中に、隣接する２つの外周溝（６ ）内を互いに反対方向に、頂部から下に向かう傾斜または底部から上に向かう傾 斜をもつように誘導されるチェーンを形成するようになっていることを特徴とす る請求の範囲第３項ないし第５項のいずれかに記載のソー。