JP2002166361A - ローラ軸支装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 内筒と外筒が摺動可能なローラ軸支装置に適
用でき、特に、冷却媒体として水を使用することができ
る冷却構造を有するローラ軸支装置を提供する。 【解決手段】 ローラ軸を回転自在に支持する内筒３２
と、内筒３２がローラ軸線方向に摺動可能に嵌合する外
筒２８とを有する。内筒３２には、冷却媒体である水が
流れるための複数の冷却媒体流路３２ａが、ローラ軸線
方向に形成されている。内筒３２の両端には、フランジ
３３とカバーリング３８が取り付けられており、一の冷
却媒体流路３２ａを流れてきた水が折返して隣の冷却媒
体流路３２ａを流れるように、フランジ３３とカバーリ
ング３８には冷却媒体流路３２ａに連続するように折返
し流路３３ａ，３８ａが形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体インゴット
等の被加工物を切断してウェーハを形成するワイヤソー
のローラ軸支装置に係り、特にローラ軸支装置の冷却構
造に関する。

【０００２】

【従来の技術】ワイヤソーは、互いに平行な一定ピッチ
のワイヤ列に半導体インゴット等の被加工物を押し当
て、ワイヤをその線方向に送りながら、被加工物とワイ
ヤの間に砥粒を含む加工液を供給することにより、ラッ
ピング作用で被加工物を切断して円板状のウェーハを形
成するものであり、一定の厚さのウェーハを多数枚同時
に得ることができる。一回の切断に要する時間は例え
ば、直径８インチのシリコン半導体インゴットで７時間
程度である。この間、切断条件を一定に保つことによ
り、ウェーハの面精度を高くする必要がある。

【０００３】しかし、ワイヤと被加工物との摩擦による
発熱やローラの軸受部での摩擦熱により、切断中にロー
ラの温度が変動して、熱膨張でワイヤ列のピッチが変動
し、ウェーハ表面にうねりが生じる場合がある。また、
回路の微細化が進んでいる今日、ウェーハ表面のうねり
は、半導体装置の歩留まりを大きく低下させることにな
る。

【０００４】このうねりを低減するために、図５に示す
ようなワイヤソー用ローラ軸支装置の構成が特許第２７
３１３０９号公報に記載されている。このワイヤソー用
ローラ軸支装置は、外筒１２８に内筒１３２が挿入され
て固定されており、内筒１３２の内周面にベアリング１
３４を嵌合させて、回転軸１４０を支持している。

【０００５】そして、内筒１３２の外周面に螺旋状の溝
を形成し、その螺旋溝１３２ａと外筒１２８の内周面に
よって形成された螺旋状の穴を冷却媒体流路として冷却
媒体を流すことにより、ローラ軸支装置における発熱を
冷却媒体で吸収し、軸支装置の熱変形を防止している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来のロ
ーラ軸支装置は、内筒１３２と外筒１２８とが摺動可能
な構造の装置には適用が困難であるという問題があっ
た。

【０００７】上記従来のローラ軸支装置においては、螺
旋溝１３２ａに冷却媒体として水を流すと、外筒１２８
と内筒１３２との間に水垢が付着したり錆が発生したり
してスムーズな摺動が妨げられるため、冷却媒体として
水を使用することができず、オイルを用いていた。ま
た、オイルを用いる場合には、オイルを循環させて何度
も使用しなければならないため、オイルの循環冷却装置
が必要であった。

【０００８】本出願に係る発明は、上記のような問題点
を解決するためになされたものであり、その目的とする
ところは、内筒と外筒が摺動可能なローラ軸支装置にも
適用でき、特に、冷却媒体として水を使用することがで
きる冷却構造を有するローラ軸支装置を提供することに
ある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本出願に係る発明は、切断用ワイヤが巻き掛けられるロ
ーラの両端部を回転自在に支持するローラ軸支装置にお
いて、前記ローラの回転中心軸であるローラ軸を、回転
自在に支持する内筒と、前記内筒が嵌合する外筒と、を
有し、前記内筒には、複数の直線状の貫通穴であり冷却
媒体が流れるための流路が、ローラ軸線方向に形成さ
れ、前記内筒の両端には、フタ部材が取り付けられてお
り、該フタ部材には、前記冷却媒体の流向を変えるため
に、前記流路に連続するように折返し用の流路が形成さ
れていることを特徴とするローラ軸支装置である。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて、本発明の
一実施の形態を説明する。

【００１１】図２はワイヤソーの要部構成を示す概念図
である。図２に示すように、被加工物１０は例えば半導
体インゴットであり、被加工物１０の上方はワークホル
ダ１２に接着されて固定されている。ワークホルダ１２
は、不図示の機構で昇降駆動される。被加工物１０の下
方には、軸方向を互いに平行に配置し、それぞれほぼ同
一構成をなすローラ装置１４，１６及び１８が配置され
ている。

【００１２】ローラ装置１４は、ローラ１４ａの両端部
がローラ軸支装置１４ｂ及び１４ｃによって回転自在に
支持されている。また、ローラ装置１６は、ローラ１６
ａの両端部がローラ軸支装置１６ｂ及び１６ｃによって
回転自在に支持され、同様に、ローラ装置１８は、ロー
ラ１８ａの両端部がローラ軸支装置１８ｂ及び１８ｃに
よって回転自在に支持されている。ローラ１４ａ，１６
ａ及び１８ａの外周面には、不図示のリング状の溝が多
数形成されており、この溝に沿ってワイヤＷが巻掛けら
れている。

【００１３】切断の際には、ワークホルダ１２を下降さ
せて被加工物１０をワイヤＷに接触させる。ローラ１４
ａ，１６ａ及び１８ａは連動回転され、かつ、ワイヤＷ
の張力が一定に保持されてワイヤＷがその切線方向に走
行される。また、被加工物１０の両側に配置された不図
示のノズルから、加工液をワイヤＷに供給する。この状
態でワークホルダ１２を下降させると、被加工物１０は
ワイヤＷのピッチで切断され、同時に多数枚のウェーハ
が形成される。

【００１４】切断の際に、被加工物１０とワイヤＷとの
摩擦で発生した熱は、加工液に吸収される。一方、ロー
ラ１４ａ，１６ａ及び１８ａの回転速度は比較的大き
く、ローラ軸支装置１４ｂ，１４ｃ，１６ｂ，１６ｃ，
１８ｂ及び１８ｃで多量の摩擦熱が発生する。ウェーハ
の面精度を高精度に保つには、切断時にこれらローラ軸
支装置での温度を一定かつ互いに等しくする必要があ
り、このために、本実施の形態においてはローラ軸支装
置を図１に示す如く構成している。

【００１５】以下、図１を用いて本実施の形態における
ローラ軸支装置１４ｂについて説明する。なお、他のロ
ーラ軸支装置１４ｃ，１６ｂ，１６ｃ，１８ｂ及び１８
ｃもローラ軸支装置１４ｂと同様な構造であるため、他
のローラ軸支装置については説明を省略する。

【００１６】図１に示すように、ローラ軸支装置１４ｂ
は中空円筒形の外筒２８と内筒３２を有する２重構造と
なっている。支持板２０の外側面に調節板２４を当て、
支持板２０及び調節板２４に形成された円孔にホルダ２
６を嵌合させ、ねじ２２によってホルダ２６及び調節板
２４を支持板２０に締結固定している。このホルダ２６
に外筒２８が嵌合され、外筒２８の外向きフランジ２８
ａがねじ３０でホルダ２６に固定されている。

【００１７】そして、外筒２８には内筒３２が軸線方向
に摺動可能に嵌合している。本実施の形態においては、
内筒３２は外筒２８に対して軸線方向に摺動可能な構造
としているが、本発明はこれに限られるものではなく、
外筒２８に対して内筒３２を固定した構造であっても良
い。

【００１８】内筒３２の内周面内には、３個のころがり
軸受３４が挿入されて、潤滑油路が形成された１個のス
ペーサ３６が挿入され、さらに３個のころがり軸受３４
が挿入されている。ここで、ころがり軸受３４は球軸受
であり、詳しくはアンギュラコンタクト軸受である。こ
ろがり軸受３４の軸方向内側への移動は、内筒３２の端
部に設けられた内向きフランジ３３により阻止され、こ
ろがり軸受３４の軸方向外側への移動は、押し当てリン
グ３７を介しカバーリング３８で阻止されている。

【００１９】図１に示すように、ころがり軸受３４，ス
ペーサ３６，押し当てリング３７及びカバーリング３８
には、回転軸４０が嵌合している。回転軸４０の頭部側
では、カバーリング３８にブシュ４１が嵌合され、回転
軸４０にナット４３がねじ込まれて、回転軸４０が内筒
３２内をローラ１４ａ側へ移動できない構造となってい
る。回転軸４０の後端部端面には座金４４及び４６が嵌
合され、座金４４，４６及び回転軸４０に連結軸４８が
挿通している。

【００２０】一方、ローラ１４ａは、スリーブ６４に中
空軸６６が圧入されている。スリーブ６４は、ワイヤ寿
命を長くするために、合成樹脂製となっている。中空軸
６６の一端部には、連結ブロック６８が嵌合溶接され、
連結ブロック６８の穴７０に、連結軸４８が挿通されて
いる。

【００２１】ローラ装置１４の他端側も図１と同様な構
成となっている。ただし、不図示であるが、回転軸４０
に対応したこの他端側の回転軸には雌ねじが形成され、
これに連結軸４８の先端部に形成された雄ねじがねじ込
まれている。

【００２２】本実施の形態においては、前記内筒３２
に、軸線方向に平行な直線状をなす冷却媒体流路３２ａ
が複数形成されている。ここで、内筒３２の構造につい
て図３を用いて説明する。図３は、本発明における内筒
３２の構造を説明するための概念図である。

【００２３】上述のように内筒３２の両端には、フラン
ジ３３及びカバーリング３８が固定されている。図３に
示すように、内筒３２の内周面と外周面の間の肉厚部に
は、ローラの軸線方向に直線状に複数本の冷却媒体流路
３２ａ１〜３２ａ８を形成している。冷却媒体流路３２
ａ１〜３２ａ８は、内筒３２の肉厚部に形成された直線
状の貫通穴である。それぞれの冷却媒体流路３２ａ１〜
３２ａ８は周方向にほぼ等間隔をなして配置され、内筒
３２の形状に倣って円環状に配置されている。

【００２４】また、図３に示すように、フランジ３３に
は折返し流路３３ａが形成されている。折返し流路３３
ａは、一の冷却媒体流路（例えば冷却媒体流路３２ａ
１）を流れてきた冷却媒体が、折返して隣の冷却媒体流
路（例えば冷却媒体流路３２ａ２）へ流れるための溝で
ある。折返し流路３３ａは、冷却媒体流路３２ａ１〜３
２ａ８に対応する位置に溝の両端を有し、隣合う冷却媒
体流路同士を結ぶように形成された円弧状の溝である。
本実施の形態においては、フランジ３３には、折返し流
路３３ａが４本形成されている。

【００２５】図４は、内筒３２及びフランジ３３の接続
関係を示すために、ローラの軸線方向に垂直な方向から
見た図であり、一部を断面（右上がり斜線部）で表して
いる。図４（ａ）に示すように、フランジ３３に形成さ
れた折返し流路３３ａは、流路内を流れる冷却媒体がス
ムーズに折返して流れるように、略半円形状の湾曲溝を
形成している。冷却媒体流路３２ａ１を流れてきた冷却
媒体は、矢印で示すように折返し流路３３ａの湾曲溝に
沿ってスムーズに流れ、隣の冷却媒体流路３２ａ２へ折
り返される。なお、本実施の形態においては、冷却媒体
の流体抵抗を小さくするために折返し流路３３ａを半円
形状の溝に形成しているが、本発明は半円形状に限られ
るものではなく、図４（ｂ）に示すように矩形状の直線
溝であっても良い。

【００２６】また、図３に示すようにカバーリング３８
にも、フランジ３３と同様な折返し流路３８ａが形成さ
れている。更にカバーリング３８には、冷却媒体を外部
から供給するために、冷却媒体供給口３８ｂが形成され
ている。冷却媒体供給口３８ｂは、カバーリング３８に
形成された貫通穴であり、冷却媒体流路３２ａ１に対応
した位置に設けられている。また、カバーリング３８に
は、冷却媒体を冷却媒体流路３２ａから外部へ排出する
ために、冷却媒体排出口３８ｄが形成されている。冷却
媒体排出口３８ｄは、カバーリング３８に形成された貫
通穴であり、冷却媒体流路３２ａ８に対応した位置に設
けられている。本実施の形態においては、カバーリング
３８には、３本の折返し流路３８ａが形成されている。

【００２７】なお組立状態において、フランジ３３の折
返し流路３３ａとカバーリング３８の折返し流路３８ａ
の位置は、隣接する冷却媒体流路３２ａ同士の間隔を１
ピッチとすると１ピッチ分周方向にずれている。

【００２８】図２に示すように冷却媒体供給口３８ｂに
は、冷却媒体である水を供給する冷却水供給ポンプに接
続された供給管４５が接続されている。また、冷却媒体
排出口３８ｄには、内筒３２に設けた冷却媒体流路３２
ａ内を循環した水を排出するための排出管４７が接続さ
れている。

【００２９】次に、本発明のローラ軸支装置の動作につ
いて図１及び図３を用いて説明する。本実施の形態にお
いては冷却媒体として水を用いているが、本発明は水に
限られるものではなく、オイル又はエアーを用いること
ができるのは言うまでもない。

【００３０】図３に示すように、カバーリング３８に形
成された冷却媒体供給口３８ｂから供給された冷却媒体
である水は、まず、冷却媒体流路３２ａ１内をフランジ
３３に向かって流れる。そして、水は冷却媒体流路３２
ａ１のフランジ３３側終端まで流れたら、フランジ３３
に形成された折返し流路３３ａを流れて、隣の冷却媒体
流路３２ａ２へ供給される。そして今度は、冷却媒体流
路３２ａ２をカバーリング３８に向かって流れる。

【００３１】冷却媒体流路３２ａ２のカバーリング３８
側終端まで流れた水は、カバーリング３８に形成された
折返し流路３８ａを流れて、隣に位置する冷却媒体流路
３２ａ３へ供給される。そして、冷却媒体流路３２ａ３
をフランジ３３に向かって流れる。

【００３２】以下同様に、内筒３２内に形成された冷却
媒体流路３２ａ１〜３２ａ８を順に折返しながらローラ
軸線方向に水が流れる。そして、冷却媒体流路３２ａ８
をカバーリング３８に向かって流れてきた水は、冷却媒
体排出口３８ｄからローラ軸支装置１４ｂの外部へ排出
される。

【００３３】上記構成のローラ軸支装置１４ｂにおい
て、冷却媒体である水は内筒３２の肉厚部に形成された
冷却媒体流路３２ａ１〜３２ａ８を通って、ころがり軸
受３４で発生した摩擦熱を吸熱し、冷却媒体排出口３８
ｄからローラ軸支装置１４ｂの外部に熱を排出する。こ
のとき水は、内筒３２と外筒２８の摺動面間を通ること
はないため、水垢の発生や錆によって内筒３２と外筒２
８の摺動抵抗が大きくなるという問題は発生しない。

【００３４】また、従来のローラ軸支装置に比べて、冷
却媒体がより軸受３４に近い位置を流れるため、冷却効
率が良いものとなっている。更に、冷却媒体として水を
使用することができるため、オイルの冷却循環装置が不
要となり、コストダウンを図ることができる。

【００３５】しかも、ローラ軸支装置１４ｂはローラ軸
支装置１４ｃと同一構成であり、かつ、ローラ軸支装置
１４ｂとローラ軸支装置１４ｃに同一温度条件の水を供
給することにより、ローラ軸支装置１４ｂとローラ軸支
装置１４ｃとを互いに同一温度にすることができる。こ
のようにして、ローラ軸支装置１４ｂ，１４ｃ，１６
ｂ，１６ｃ，１８ｂ及び１８ｃの温度を互いに同一に保
つことができ、切断時の温度変動によるワイヤＷのピッ
チの変動、すなわち被加工物１０を切断して得られるウ
ェーハの表面のうねりを、低減することができる。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、内
筒に冷却媒体流路を形成することによって、冷却媒体が
軸受に近い位置を流れるため、冷却効率を向上させるこ
とができる。

【００３７】また、冷却媒体として例えば水を用いた場
合に、その冷却水が内筒と外筒の間を通ることがないた
め、水垢の発生や錆によって内筒と外筒間の摺動抵抗が
大きくなるという問題を防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るワイヤソー用ローラ装置のローラ
軸支装置の縦断面図である。

【図２】ワイヤソーの要部構成を示す斜視図である。

【図３】本発明に係るローラ軸支装置の内筒の構造を説
明するための斜視図である。

【図４】図４（ａ）はフランジに形成した半円形状の折
返し流路を示し、図４（ｂ）はフランジに形成した矩形
状の折返し流路を示している。

【図５】従来のローラ軸支装置の縦断面図である。

【符号の説明】

１０…被加工物 １２…ワークホルダ １４…ローラ装置 １４ａ…ローラ １４ｂ，１４ｃ…
ローラ軸支装置 １６…ローラ装置 １６ａ…ローラ １６ｂ，１６ｃ…
ローラ軸支装置 １８…ローラ装置 １８ａ…ローラ １８ｂ，１８ｃ…
ローラ軸支装置 ２０…支持板 ２２…ねじ ２４…調節板 ２６…ホルダ ２８…外筒 ２８ａ…外向きフランジ ３０…ねじ ３２…内筒 ３２ａ…冷却媒体流路 ３２ａ１〜３２ａ
８…冷却媒体流路 ３３…フランジ ３３ａ…折返し流路 ３４…ころがり軸受 ３６…スペーサ ３７…押し当てリング ３８…カバーリング ３８ａ…折返し流路 ３８ｂ…冷
却媒体供給口 ３８ｄ…冷却媒体排出口 ４０…回転軸 ４１…ブシュ ４３…ナット ４４，４６…座金 ４５…供給管 ４７…排出管 ４８…連結軸 ６４…スリーブ ６６…中空軸 ６８…連結ブロック ７０…穴 １２８…外筒 １３２…内筒 １３２ａ…螺旋溝 １３４…ベアリング １４０…回転軸 Ｗ…ワイヤ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 牧野 国雄 神奈川県横須賀市神明町１番地 株式会社 日平トヤマ技術センター内 Ｆターム(参考） 3C047 GG00 3C058 AA05 AA14 AA16 CB01 CB05 CB06 DA03 3C069 AA01 BA06 CA04 EA03

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 切断用ワイヤが巻き掛けられるローラの
   両端部を回転自在に支持するローラ軸支装置において、 前記ローラの回転中心軸であるローラ軸を、回転自在に
   支持する内筒と、 前記内筒が嵌合する外筒と、を有し、 前記内筒には、複数の直線状の貫通穴であり冷却媒体が
   流れるための流路が、ローラ軸線方向に形成され、前記
   内筒の両端には、フタ部材が取り付けられており、 該フタ部材には、前記冷却媒体の流向を変えるために、
   前記流路に連続するように折返し用の流路が形成されて
   いることを特徴とするローラ軸支装置。