JP2005279837A

JP2005279837A - ワイヤソー用多溝滑車

Info

Publication number: JP2005279837A
Application number: JP2004096291A
Authority: JP
Inventors: Nobuya Usui; 信矢碓井
Original assignee: Cimeo Precision Co Ltd
Current assignee: Cimeo Precision Co Ltd
Priority date: 2004-03-29
Filing date: 2004-03-29
Publication date: 2005-10-13

Abstract

【課題】狭ピッチ加工に最適なワイヤ溝構造を提供する。
【解決手段】ワイヤ溝２３はワイヤ溝底２４と、ワイヤ溝底２４から上方に至る溝中間部２５と、溝中間部２５から開口部に至る溝上部２６とからなっており、溝中間部２５はワイヤ２の外周部を支持し、ワイヤ溝底２４から開口方向に溝幅が広がる傾斜角γで開口しており、溝上部２６は溝中間部２５から開口部にかけて溝幅が広くなるか又は同一で、溝中間部２５の傾斜角γよりも鋭角な開口角δで開口している。
【選択図】図１

Description

本発明は、ワイヤを揺動運動させ、砥粒を介して単結晶材料、多結晶材料などの硬脆性材料を切断または溝入れ加工する複数本のワイヤを有するワイヤソーに関し、その複数本のワイヤを等間隔でガイドして支持するワイヤソー用の多溝滑車に関するものである。

ワイヤソーはブロック状の被加工物を複数枚のウエハ状に加工するものであり、被加工物としては、水晶、磁性材、シリコン、セラミック材料などの硬脆性材料が対象となるが、高価な材料の切削代を出来るだけ少なくして取れ個数を増やし、その後の厚み加工等の工数を少なくして極力安価に、且つ高精度に加工することが重要である。その為に、ワイヤ径を細くしたり、ワイヤ溝のピッチを狭くする狭ピッチ加工の要請が近年特に強くなっている。

図４はワイヤソーの切削部を示す概略図である。３本の多溝滑車１はそれぞれが三角形の各頂点となる位置に配設され、その表面には加工用の細いスチール線等からなるワイヤ２を所定間隔且つ所定位置でガイドする複数のワイヤ溝３が形成されている。被加工物４はテーブル５に固定され、テーブル５の下方向からの一定の圧力によりワイヤ切削部２ａに押し当てられ、研削液供給部６から供給される遊離砥粒等の研磨材７と、図示しないワイヤ送給機構によるワイヤ２の往復運動とにより切削加工される。

また、ワイヤ２は所定の張力を保ちながら、往復方向それぞれの送り量の差により徐々に新線部が繰り出されて巻き取られる機構になっており、被加工物４の切削後の厚みと精度は、ワイヤ溝３のピッチとワイヤ２の径及び研磨材７の粒径によ決定されるので、そのワイヤ溝３のピッチが重要な要素となる。従って、前述の如くより高価な被加工物を扱う需要増により、切削量を減らして取れ量を確保する為の狭ピッチ加工が重要となる。

従来のワイヤソーの多溝滑車の溝形状は、図５に示す様にワイヤ溝３の両側の溝壁３ａ、３ｂにワイヤ２を挟み込み、その両溝壁３ａ、３ｂが形成する溝角度αを狭く規定するものや、図６に示すように、溝底３ｃにワイヤ２を納めた上で同様に溝角度αや溝底角度βを規定するものがある。図５、図６において、隣接するワイヤ溝３同士により形成された山頂部８の平坦部の幅を山頂幅９、ワイヤ溝３の開口幅をそれぞれワイヤ溝幅１０、１１とする。

ここでいう狭ピッチ加工とは、前述の隣接するワイヤ溝３同士の溝中心線間の距離、いわゆるピッチが４００μm程度より狭いものを対象としており、この場合のワイヤ２はピアノ線等の硬鋼線が使用され、ワイヤ径はφ０．１４ｍm、φ０．１６ｍｍのものが多く用いられる。狭ピッチ加工においては、ワイヤ径を細くすると同時に多溝滑車上面のワイヤ溝本数が増えるので、ワイヤ溝３からのワイヤ２の脱線やそれに伴う断線の可能性も高くなり、加工精度の悪化ばかりか、製品全体を不良にしてしまう危険性も増す。

図５に示す様なワイヤ溝の溝角度αを鋭角にする構造においては、ワイヤ溝３のワイヤ２支持部の傾斜角が鋭角であり、多溝滑車１が樹脂製の場合、ワイヤ溝壁３ａ、３ｂに食い込み易くなるので、当初はワイヤ２の横振れ、いわゆるワイヤブレが抑えられ、寸法精度の良い加工が可能である。しかしながら、加工を繰り返すうちに食い込み量が増し、ワイヤ溝３からのワイヤ２の抜けが悪くなるにつれて、縦方向のワイヤブレが発生し易くなり、被加工物４の加工面の波打ち現象が生じて、寸法精度が悪化し多溝滑車の短寿命につながる。

また、山頂幅９が狭くなる為、ワイヤ２のワイヤ溝３からの出入りの繰り返しにより、山頂部８がダレて溝深さが減少し、ワイヤ２が脱線し易くなるばかりか、ワイヤ溝３へのワイヤ２の引っかかりによる断線の原因ともなり、その場合、最悪は製品破壊という重大問題に至る。

ワイヤ溝加工時の問題として、山頂幅９が４０μmより細くなると、多溝滑車１が樹脂製の場合にはバイトによるワイヤ溝３切削形成時に、山頂部８の角部に剛性不足による加工部の逃げが原因と思われるバリが発生したり、糸状の切削残りが発生し、このバリや切削残りがその後の被加工物４加工時にワイヤ溝３に入り込み、ワイヤ２の脱線や断線を引き起こす原因にもなる。また、多溝滑車１がセラミック製の場合には、上記の様なワイヤ２の溝壁３ａ、３ｂへの食い込みは防止出来るものの、砥石研削によるワイヤ溝３の形成時、山頂幅９が細くなると欠けが生じ易く、また完成品により被加工物４を加工する際にも、ワイヤ２からの繰り返し応力により山頂部８が欠け易くなり製品全体を不良にしてしまう危険性が増す。

図６に示す様な溝底３ｃにワイヤ２を納めた上で同様に溝角度αや溝底角度βを規定するものについては、広角の溝底角度βで形成された溝底３ｃ及び溝壁３ａ、３ｂでワイヤ２を支持するので、ワイヤブレやワイヤ２のワイヤ溝壁への食い込みを防止してワイヤ溝３及び山頂部８の変形を防止して長寿命の多溝滑車１が実現出来る。しかしながら、幅広く形成された溝底３ｃから溝壁３ａ、３ｂが立ち上がる為に溝角度αを鋭角にしたとしても、図５に示したワイヤ溝幅１０に比べ、ワイヤ溝幅１１は広くなり、狭ピッチ加工には不利な構造となる。
特開２００１−７９７４８号公報実用新案登録第３０４４０２０号公報実用新案登録第３０４５２６７号公報

解決しようとする課題は、狭ピッチ加工に最適なワイヤ溝構造を提供する事であり、ワイヤを安定にワイヤ溝内に保持してワイヤブレを防止すると同時に、強度とワイヤ溝隔離が十分な山頂幅を確保して狭ピッチ加工を実現する事である。

本発明は、外周面に複数のワイヤ溝を有するワイヤソー用多溝滑車において、ワイヤ溝は溝底部と、溝底部から上方に至る溝中間部と、溝中間部から開口部に至る溝上部とからなっており、溝中間部はワイヤの外周部を支持し、溝底部から開口方向に溝幅が広がる傾斜角で開口しており、溝上部は溝中間部から開口部にかけて溝幅が広くなるか又は同一で、溝中間部の傾斜角より鋭角な開口角で開口していることを特徴とする。

さらに、本発明のワイヤソー用多溝滑車においてより好ましくは、溝中間部の傾斜角を４０°〜７０°、溝上部の開口角を０°〜３０°とすることを特徴とする。

また、本発明のワイヤソー用多溝滑車において、複数のワイヤ溝間のピッチを２５０μm〜４００μm、隣接するワイヤ溝同士を仕切る開口部間の距離、つまりワイヤ溝の山頂幅が４０μm〜１００μmであり、ワイヤ溝のワイヤ溝深さが２００μm〜３００μmであことを特徴とする。

本発明のワイヤソー用多溝滑車は、ワイヤ溝最上部の溝幅がワイヤ径よりも僅かに広い程度で済み、ワイヤ溝のピッチをより狭くしながら、ワイヤ溝間の山頂幅を広く確保する事が出来、さらにワイヤをワイヤ溝内に安定に保持可能な構造としたので、ワイヤの脱線や断線を防止した安定、高精度、高寿命のワイヤソーによる狭ピッチ加工が実現できる。

以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。

図１は本発明のワイヤソー用多溝滑車のワイヤ溝構造を示す断面図である。ワイヤ溝２３はワイヤ溝底２４から立ち上がる溝中間部２５とワイヤ溝開口部につながる溝上部２６とからなり、ワイヤ２は溝中間部２５に支持されている。溝中間部２５は一対の溝壁２５ａ、２５ｂとから、また溝上部２６は同じく溝壁２６ａ、２６ｂとからなり、溝壁２５ａ、２５ｂが成す角度つまり溝中間部２５の傾斜角γ、溝壁２６ａ、２６ｂが成す角度つまり溝上部２６の開口角δとした時、γ＞δ且つδ≧０の関係になっている。

ワイヤ２を適度な角度の傾斜角γを持つ溝中間部２５で支持して、ワイヤ２の溝壁２５ａ、２５ｂへの食い込みを防止しながらワイヤブレをも防止するもので、次にワイヤ２の支持部より上部の溝上部２６を鋭角な開口角δで立ち上げる事により、強度的に十分な山頂部２８の山頂幅２９を確保すると同時に隣接するワイヤ溝２３同士のピッチを縮めて狭ピッチ加工を可能としている。

図２は本発明のワイヤソー用多溝滑車の具体的寸法を示す断面図である。ワイヤ２はφ０．１４ｍｍを使用しているが、狭ピッチ用のワイヤ径としてはφ０．１６ｍｍも使用される。この溝中間部２５の傾斜角γは５０°であり、溝上部２６の開口角δは３０°である。ワイヤ溝深さ２７は２００μmでワイヤ径よりも６０μm深くしてワイヤの断線防止を図ると共に、ワイヤ溝２３切削加工時においても切込量が少ない為容易に高精度な形状加工が可能となっている。さらに、ワイヤ溝幅３０は１８０μmとワイヤ径よりも２０μm広いだけで良く、それによって山頂部２８の山頂幅２９を強度的にも十分で、加工上もバリや糸状の切削残りの発生しない６０μmを確保したままワイヤ溝ピッチ３１が２６０μmの狭ピッチを実現している。

図３は本発明の他の実施例の断面図である。上記の実施例２に対して、溝中間部２５の傾斜角γは５０°のまま、溝上部２６の開口角δを１０°としている。この開口角δはワイヤ２の径よりも広いワイヤ溝幅３０が確保出来れば良いので、加工上可能であるδ＝０°であっても良く、この場合より山頂幅２９を確保出来、狭ピッチ加工に効果的である。

上記の表は前述の溝中間部２５の傾斜角γと溝上部２６の開口角δを変えて組み合わせた場合のワイヤブレ、山頂幅、寿命について狭ピッチ加工の適合性を評価したもののマトリクス表示である。ワイヤブレについては被加工物表面の波打ち現象が規格内であれば○、規格ギリギリのものを△、規格外のものを×とした。山頂幅については５０μmを確保出来るものを○、４０μmより広く出来ない場合を△、それより狭くなり剛性が不足してしまうものを×とした。寿命についてはワイヤブレによる被加工物４の面精度とワイヤ２の断線を要因として５００時間を超えたものを○、コスト的に最低必要な３００時間を確保出来るのものを△、それよりも短寿命となった場合を×とした。以上の要素の結果として狭ピッチレベルが２５０μm〜４００μmに適しているものを○、使用可能な場合を△、不適合の場合を×として評価した。

上記の表により、傾斜角γは３０°より小さくなると、山頂幅に対しては十分確保出来良好である。しかしながら、ワイヤブレに対しては初期は良いものの、その後は早期のワイヤ食い込みによる縦ブレが発生して被加工物４の面精度の悪化や断線による短寿命につながる。一方、傾斜角γが８０°を越えると、ワイヤ２の支持が不安定になってワイヤブレを生じると同時に溝中間部２５の溝幅が広がるので山頂幅が広くなってしまい、狭ピッチ加工に不向きである。また、開口角δについても４０°を越えると山頂幅を必要以上に狭くするだけであり狭ピッチ加工に不利である。

以上により、ワイヤ溝ピッチ２５０μm〜４００μmの狭ピッチ加工を可能にする本発明のワイヤ溝２３の溝中間部２５の傾斜角γは４０°〜７０°が良く、その時の溝上部２６の開口角δは０°〜３０°である事が良い。また各部の寸法としては、山頂幅２９は４０μm〜１００μmが良く、ワイヤ溝深さが２００μm〜３００μmである事が良い。

尚、溝底の形状については、本発明は特段規定するものではないから、必要に応じて曲面状や平面状を適宜選択すれば良く、また、多溝滑車の材質については超高分子ポチエチレン等の樹脂製であっても十分効果の出る形状であり安価に実現可能である。

本発明のワイヤソー用多溝滑車のワイヤ溝構造を示す断面図である。本発明のワイヤソー用多溝滑車の具体的寸法を示す断面図である。本発明のワイヤソーの多溝滑車の他の実施例の断面図である。ワイヤソーの切削部を示す概略図である。従来のワイヤソーの多溝滑車の溝形状を示す断面図である。従来のワイヤソーの多溝滑車の溝形状を示す断面図である。

符号の説明

１多溝滑車
２ワイヤ
３、２３ワイヤ溝
４、２４ワイヤ溝底
５、２５溝中間部
２５ａ、２５ｂ溝壁
２６溝上部
８、２８山頂部
９、２９山頂幅
γ 傾斜角
δ 開口角

Claims

外周面に切削用のワイヤをガイドする複数のワイヤ溝を有するワイヤソー用の多溝滑車において、
前記各ワイヤ溝は溝底部と、前記溝底部から上方に至る溝中間部と、前記溝中間部から開口部に至る溝上部とからなり、
前記溝中間部はワイヤの外周部を支持し、前記溝底部から開口方向に溝幅が広がる傾斜角で開口し、
前記溝上部は前記溝中間部から開口部にかけて溝幅が広くなるか又は同一で、前記溝中間部の傾斜角より鋭角な開口角で開口していることを特徴とするワイヤソー用多溝滑車。
前記溝中間部の傾斜角を４０°〜７０°、前記溝上部の開口角を０°〜３０°とすることを特徴とする請求項１記載のワイヤソー用多溝滑車。
前記複数のワイヤ溝のピッチを２５０μm〜４００μm、該隣接ワイヤ溝同士を仕切る前記開口部間距離である山頂幅が４０μm〜１００μm、前記ワイヤ溝の溝深さが２００μm〜３００μmであることを特徴とする請求項１及び請求項２記載のワイヤソー用多溝滑車。