JP2007301687A - ワーク切断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 研削工具の入り側と抜き側において同じ条件で切断すると共にクーラントや切り屑などが周囲に飛散するのを防止する。
【解決手段】 クーラント２の貯留部２ａ内に、少なくとも研削工具１ａと被削材Ｂとが接触する切断部Ｂ１を配置し、この切断部Ｂ１をクーラント２中に浸漬しながら研削工具１ａを移動させて被削材Ｂを切断加工することにより、研削工具１ａの移動方向に関係なく、切断部Ｂ１の全体がクーラント２で満たされたまま切断が行われ、凹溝状の切断部Ｂ１が新に形成される度にクーラント２が入り込む。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えばシリコンのインゴットなど、棒状の材料からなる被削材に、研削切断機の研削工具を圧接させ、この研削工具の移動により被削材を切断加工するワーク切断装置に関する。
詳しくは、スラリーの代わりにクーラントを用いながら研削工具で被削材を切断加工するワーク切断装置に関する。

従来、この種のワーク切断装置として、研削工具が芯線の外周にダイヤモンドやカーボランダムやアルミナなどの硬質材料からなる砥粒が固着されたワイヤであり、このワイヤを被削材（ワーク）に押し付けて接触させ、駆動モータの正逆回転で該ワイヤを往復動させると共に、これらワイヤと被削材が接触する切断部にクーラントを注入して、被削材を一度に多数枚の加工物に切断するものがある（例えば、特許文献１参照。）。

特開平８−１２６９５３号公報（第３−４頁、図１−２）

しかし乍ら、このような従来のワーク切断装置では、切断部に十分な量のクーラントが注入されたとしても、研削工具の移動方向に沿って被削材の切断面の間に研削工具が入り込む入り側の方が、切断面の間から研削工具が抜き出る抜き側よりもクーラントを多く引き込むため、クーラントが多く供給される研削工具の入り側と、クーラントが少ない研削工具の抜き側とでは、クーラントによる切断部の冷却性能だけでなく、切り屑の排出性能や脱落した砥粒の洗浄性能において差ができ、それによる研削工具の入り側と抜き側との切れ味の差によって、切断代が一定にならず切断面が傾斜したり、厚さムラ、切断面のうねりなど、切断面の品質にバラツキが生じるという問題があった。
特に、研削工具がダイヤモンド砥粒を固着したワイヤである場合には、ワイヤに供給されたクーラントのほとんどが凹溝状の切断部に入り込まず、それによりワイヤに振動が生じたり変形が生じたりして切断面の粗さが悪くなり、切断面にうねりが発生するという問題があった。
更に、切断部が空中に配置されるため、切断部に注入されたクーラントや切り屑などが周囲に飛散し易く、これらの飛散を防止するために装置全体の周囲をカバーで完全に密閉する必要があると共に、飛散したクーラントや切り屑などがカバーに降りかかることで振動や騒音が発生するという問題があった。
また、研削切断機がワイヤソーであり、その研削工具であるワイヤと被削材との間にクーラントを供給してウエハ状に薄くスライスする場合には、供給されたクーラントの一部が切断部に達する前にワイヤから飛散して、被削材や被削材を支持する支持部材に当たるが、このように飛散したクーラントが既に切断が終了した部分に降りかかると、切断終了部分に振動が生じて、特に切断が完了する直前には切断が終了した部分の振動が大きくなり、それによりスライスした薄板に割れが発生する恐れもあった。

本発明のうち請求項１記載の発明は、研削工具の入り側と抜き側において同じ条件で切断すると共にクーラントや切り屑などが周囲に飛散するのを防止することを目的としたものである。
請求項２記載の発明は、請求項１に記載の発明の目的に加えて、ワイヤから被削材へのクーラントの飛散を完全に防止することを目的としたものである。
請求項３記載の発明は、請求項１または２に記載の発明の目的に加えて、砥粒の目詰まりを防止することを目的としたものである。

前述した目的を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、クーラントの貯留部内に、少なくとも研削工具と被削材とが接触する切断部を配置し、この切断部をクーラント中に浸漬しながら研削工具を移動させて被削材を切断加工することを特徴とするものである。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明の構成に、前記研削切断機がワイヤソーで、被削材をウエハ状に薄くスライスする構成を加えたことを特徴とする。
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の発明の構成に、前記研削切断機が固定砥粒ワイヤソーである構成を加えたことを特徴とする。

本発明のうち請求項１記載の発明は、クーラントの貯留部内に、少なくとも研削工具と被削材とが接触する切断部を配置し、この切断部をクーラント中に浸漬しながら研削工具を移動させて被削材を切断加工することにより、研削工具の移動方向に関係なく、切断部の全体がクーラントで満たされたまま切断が行われ、凹溝状の切断部が新に形成される度にクーラントが入り込む。
従って、研削工具の入り側と抜き側において同じ条件で切断すると共にクーラントや切り屑などが周囲に飛散するのを防止することができる。
その結果、切断部が空中に支持された状態でクーラントを供給しながら切断する従来のものに比べ、研削工具の入り側と抜き側において、夫々の切断部の冷却性能や切り屑の排出性能や脱落した砥粒の洗浄性能の差が発生せず、切断代が一定になって、それにより切断面の寸法精度を向上でき、切断面の傾斜、厚さムラ、切断面のうねりなどを改善して切断面の品質向上が図れる。
特に、研削工具がダイヤモンド砥粒を固着したワイヤであっても、ダイヤモンド砥粒が被削材に食い込むことで形成された凹溝状の切断部にクーラントが確実に入り込むため、ワイヤの振動や変形が減少して切断面の粗さが良くなり、切断面のうねりを減少できる。
更に、クーラントや切り屑などが周囲に飛散しないから、装置全体の周囲をカバーで完全に密閉する必要がなくなって、全体構造を簡素化できると共に、飛散したクーラントや切り屑などがカバーに降りかかることによる振動や騒音も発生しない。

請求項２の発明は、請求項１の発明の効果に加えて、研削切断機をワイヤソーで構成して、被削材をウエハ状に薄くスライスすることにより、研削工具であるワイヤの移動方向に関係なく、切断部の全体がクーラントで満たされたまま切断が行われる。
従って、ワイヤから被削材へのクーラントの飛散を完全に防止することができる。
その結果、ワイヤと被削材との間に供給されたクーラントの一部が切断部に達する前にワイヤから飛散して、被削材や被削材を支持する支持部材に当たる従来のものに比べ、飛散したクーラントによる切断終了部分の振動がないため、切断時に薄板の割れ発生率が低減され、切断歩留、生産性の改善を図ることができる。

請求項３の発明は、請求項１または２の発明の効果に加えて、研削切断機を固定砥粒ワイヤソーで構成し、その固定砥粒で被削材を切断することにより、被削材の切断面の隙間に遊離砥粒が入り込んで詰まることがない。
従って、砥粒の目詰まりを防止することができる。
その結果、ワイヤソーの切れ味が落ちることなく、長時間に亘って被削材を切断できる。

本発明のワーク切断装置Ａは、図１及び図２に示す如く、例えばシリコンインゴットやその他の棒状材料などの被削材Ｂと、その表面に研削工具１ａが圧接するように配置した研削切断機１と、スラリーに代わって用いられる遊離砥粒や薬剤を含まないクーラント（冷却水）２とからなり、このクーラント２の貯留部２ａ内に、少なくとも上記研削工具１ａと被削材Ｂとが接触する切断部Ｂ１を配置し、この切断部Ｂ１をクーラント２中に浸漬（ドブ漬け）した状態で、研削工具１ａを移動させることにより、被削材Ｂを切断加工するものである。

上記研削切断機１は、例えばワイヤソーやバンドソーやブレードソーなど、その研削工具１ａであるワイヤやバンドやブレードの先端に例えばダイヤモンドやカーボランダムやアルミナなどの硬質材料からなる砥粒を固着した固定砥粒方式のスライシングマシンであり、上記被削材Ｂに該研削工具１ａを圧接しながら移動させることで薄板状に切断すると共に、この切断部Ｂ１にクーラント２を用いることにより、該切断部Ｂ１の冷却、切り屑の排出及び脱落した固定砥粒の洗浄を図って、切れ味を良くし切込速度を上げている。

上記クーラント２の貯留部２ａは、研削切断機１の全体又は研削工具１ａのみと、被削材Ｂの全体又は一部のみを覆うように形成した液槽２ｂの内部に設けられ、この液槽２ｂ内にクーラント２を、少なくとも研削工具１ａと被削材Ｂとの接触部分が浸漬するように貯留することで構成している。

更に、この液槽２ｂ内に貯留されたクーラント２は、切断部Ｂ１からの切り屑、研削工具１ａから脱落した固定砥粒などの混入物を、濾過手段（図示せず）によりクーラント２中から除去すると共に、研削工具１ａと被削材Ｂとの摩擦熱による温度上昇を、冷却手段（図示せず）により防止して、常に新鮮なクーラント２が該切断部Ｂ１へ循環供給されるようにすることが好ましい。
以下、本発明の各実施例を図面に基づいて説明する。

この実施例１は、図１に示す如く、前記被削材Ｂがシリコンインゴットなどの円柱体で、前記研削切断機１が、その研削工具１ａとして被削材Ｂの軸方向へ適宜間隔毎に配置された複数のワイヤを、円柱状の被削材Ｂの表面に夫々圧接させ、これらワイヤ１ａの同時移動にて被削材Ｂに食い込ませることにより、一度に複数の薄板（ウエハ）を切り出すマルチワイヤソーである場合を示すものである。

このマルチワイヤソー１は、例えばダイヤモンドなどの砥粒が固着されたワイヤ１ａを、平行に配置された複数のローラ１ｂ，１ｃ，１ｄに亘って巻回し、これらローラ１ｂ，１ｃ，１ｄのうちどれか一つを駆動モータ（図示せず）にて正逆回転することにより、複数のワイヤ１ａを円柱状の被削材Ｂの径方向へ往復動させている。

そして、これらローラ１ｂ，１ｃ，１ｄに亘って横架された複数のワイヤ１ａと、円柱状の被削材Ｂとのどちらか一方又は両方を相対的に接近移動させることにより、被削材Ｂが径方向へスライスされて薄板を切断分離している。

図示例の場合には、平行に配置された３本のローラ１ｂ，１ｃ，１ｄに亘ってワイヤ１ａを三角形状に巻回し、上方の駆動ローラ１ｂを正逆回転させると共に、下方の従動ローラ１ｃ，１ｄに亘って略水平に横架された複数のワイヤ１ａに対し、その下方から円柱状の被削材Ｂを押し上げて夫々圧接させている。

更に、少なくとも下方の従動ローラ１ｃ，１ｄ及び円柱状の被削材Ｂよりもクーラント２を、その液面が高くなるように貯留することにより、上記ワイヤ１ａと被削材Ｂとが圧接する接触部分（切断部Ｂ１）をクーラント２中に浸漬している。

次に、斯かるワーク切断装置Ａの作動及び作用効果について説明する。
先ず、前記研削工具１ａのワイヤと被削材Ｂとが圧接する切断部Ｂ１がクーラント２中に浸漬している状態で、マルチワイヤソー１の駆動ローラ１ｂの回転によりワイヤ１ａを移動して切断を開始すると、この切断部Ｂ１はクーラント２で満たされているため、該ワイヤ１ａに固着した砥粒が被削材Ｂに食い込んで凹溝状の切断部Ｂ１が新に形成される度に、この凹溝状切断部Ｂ１へクーラント２が入り込む。

このような状況は、駆動ローラ１ｂの正逆回転によりワイヤ１ａを移動方向が逆になった場合でも変わらず、該ワイヤ１ａに固着した砥粒が被削材Ｂに食い込むことで凹溝状の切断部Ｂ１が形成されると同時に、この凹溝状切断部Ｂ１へクーラント２が入り込む。

特に、研削工具１ａがダイヤモンド砥粒を固着したワイヤであり、このワイヤにクーラント２を供給しながら移動させて、空中に支持された被削材Ｂを切断した場合には、このクーラントのほとんどが凹溝状の切断部Ｂ１に入り込まなかったが、このようなダイヤモンド砥粒を固着したワイヤであっても、クーラント２中に浸漬した状態で移動させれば、ダイヤモンド砥粒が被削材Ｂに食い込むことで形成された凹溝状の切断部Ｂ１にクーラント２が入り込むことを実験によって確認できた。

それにより、切断部Ｂ１である被削材Ｂの切断面Ｂ２の間に形成される凹溝状切断部Ｂ１に対してワイヤ１ａが入り込む研削工具１ａの入り側と、この切断面Ｂ２の間からワイヤ１ａが抜き出る研削工具１ａの抜き側とでは、夫々に供給されるクーラント２の供給量が略同じになるため、該クーラント２による切断部Ｂ１の冷却性能、切り屑の排出性能、脱落した固定砥粒の洗浄性能も略同じになり、夫々の切れ味も同等になるから、切断代が一定になって切断面Ｂ２が傾斜することがなく、これら切断面Ｂ２の品質を均一にできる。

実験で、空中に支持された被削材Ｂの切断部Ｂ１に対し、ダイヤモンド砥粒が固着されたワイヤ１ａにクーラント２を供給しながら移動させて切断する従来の切断方法と、切断部Ｂ１をクーラント２中に浸漬した状態で、ダイヤモンド砥粒が固着されたワイヤ１ａを移動させて切断する本発明の切断方法を実施し、夫々の切断工程と各切断面Ｂ２を比較した結果、ワイヤ１ａの振動や変形が減少して切断面Ｂ２の粗さが良くなり、切断面Ｂ２のうねりが減少することを確認できた。

更に、切断部Ｂ１がクーラント２中に浸漬した状態で研削工具１ａを移動させて切断するため、この切断に伴ってクーラント２や切り屑などが周囲に飛散することがなく、それによる切断終了部分の振動発生もない。

また、研削工具１ａとしてダイヤモンドなどの固定砥粒が固着されたワイヤを移動させる固定砥粒ワイヤソー１である場合には、その固定砥粒で被削材Ｂを切断した時に、被削材Ｂの切断面Ｂ２の隙間に遊離砥粒が入り込んで詰まることがないため、砥粒の目詰まりを防止できるという利点がある。

また更に、上記固定砥粒ワイヤソー１がダイヤモンドワイヤソーである場合には、固定砥粒としてカーボランダムやアルミナなどの硬質材料を固着したものに比べて、寿命が長く、長期に亘って使用できるという利点がある。

この実施例２は、図２に示す如く、前記研削切断機１の全体と被削材Ｂの一部又は全部よりもクーラント２の液面が高くなるように貯留することにより、上記ワイヤ１ａと被削材Ｂとが圧接する接触部分（切断部Ｂ１）をクーラント２中に浸漬している構成が、前記図１に示した実施例１とは異なり、それ以外の構成は図１に示した実施例１と同じものである。

図示例の場合には、この研削切断機１が、平行に配置された３本のローラ１ｂ，１ｃ，１ｄに亘ってワイヤ１ａを逆三角形状に巻回したワイヤソーであり、上方の従動ローラ１ｃ，１ｄに亘って略水平に横架されたワイヤ１ａに対し、その上方から円柱状の被削材Ｂを押し下げて夫々圧接させると共に、このワイヤソー１と円柱状の被削材Ｂとが圧接する接触部分（切断部Ｂ１）よりもクーラント２の液面が高くなるように貯留している。

従って、図２に示す実施例２は、上述した実施例１と同様な作用効果が得られる。

尚、前示実施例では、研削切断機１が、研削工具１ａとして固定砥粒が固着されたワイヤを移動させるワイヤソーである場合を示したが、これに限定されず、このワイヤソーを図示例以外の構造にしたり、これらワイヤソーに代えてバンドソーやブレードソーなどの他の構造のスライシングマシンを使っても良い。
これらの場合も上述した結果と同様な作用効果が得られる。

本発明の一実施例を示すワーク切断装置の縦断正面図である。 本発明の他の実施例を示すワーク切断装置の縦断正面図である。

符号の説明

Ａ ワーク切断装置 Ｂ 被削材
Ｂ１ 切断部 Ｂ２ 切断面
１ 研削切断機 １ａ 研削工具（ワイヤ）
１ｂ，１ｃ，１ｄ ローラ ２ クーラント
２ａ 貯留部 ２ｂ 液槽

Claims (3)

1. 研削切断機（１）の研削工具（１ａ）を被削材（Ｂ）に接触させ、クーラント（２）を用いながら該研削工具（１ａ）の移動により被削材（Ｂ）を切断加工するワーク切断装置において、
   前記クーラント（２）の貯留部（２ａ）内に、少なくとも研削工具（１ａ）と被削材（Ｂ）とが接触する切断部（Ｂ１）を配置し、この切断部（Ｂ１）をクーラント（２）中に浸漬しながら研削工具（１ａ）を移動させて被削材（Ｂ）を切断加工することを特徴とするワーク切断装置。
2. 前記研削切断機（１）がワイヤソーで、被削材（Ｂ）をウエハ状に薄くスライスする請求項１記載のワーク切断装置。
3. 前記研削切断機（１）が固定砥粒ワイヤソーである請求項１または２記載のワーク切断装置。

Images