JP2015016538A

JP2015016538A - ワイヤソー及び切断加工方法

Info

Publication number: JP2015016538A
Application number: JP2013146754A
Authority: JP
Inventors: 宮城　邦彦; Kunihiko Miyagi; 邦彦宮城; 紀正島井; Norimasa Shimai
Original assignee: Takatori Corp
Current assignee: Takatori Corp
Priority date: 2013-07-12
Filing date: 2013-07-12
Publication date: 2015-01-29
Anticipated expiration: 2033-07-12
Also published as: JP6168689B2

Abstract

【課題】ワイヤソーのワイヤを揺動させてワークを切断する際にワイヤに掛かる負荷を低減する。
【解決手段】ワイヤ４を複数本の溝ローラ９ａ、９ｂ間に巻き回すことにより形成されたワイヤ列と、前記ワイヤ列にワークＷを押し付けるワーク保持テーブル４４と、前記複数の溝ローラ９ａ、９ｂが一体に軸支された揺動ブロック２０とを備え、前記ワイヤ列に前記ワークＷを押し付けることにより該ワークＷを切断するワイヤソー１であって、前記揺動ブロック２０は、前記複数の溝ローラ９ａ、９ｂを一体に揺動円弧運動するように構成され、前記ワーク保持テーブル４４は、前記ワークＷをワイヤ列に押し付ける昇降動と、前記ワークＷをワイヤ列のワイヤ４に沿った水平動とが自在に構成され、前記揺動ブロック２０の揺動円弧運動に伴って、前記ワーク保持テーブル４４を切断部のワイヤ４の負荷が低減する方向に水平動させるようにしたことを特徴とするワイヤソー。
【選択図】図１

Description

本発明は、走行するワイヤにシリコン、サファイア、シリコンカーバイド、セラミックス等のワークを押し付けて切断するワイヤソー及び切断加工方法に関する。

従来より、１本のワイヤを複数の溝ローラ間に螺旋状に巻き回し、そのワイヤを一方向または往復走行させて、前記溝ローラ間に形成されたワイヤ列にシリコン、サファイア、シリコンカーバイド、セラミックス等のワークを押し付けることで前記ワークをウエハ状に切断するようにしたワイヤソーが知られている。

前記ワイヤソーは、シリコンカーバイドやダイヤモンド等の砥粒が混合されたスラリを供給しながらワークを切断する遊離砥粒方式のワイヤソーと、ワイヤ表面にダイヤモンド等の砥粒が電着やレジン等で固定された固定砥粒ワイヤを用い、切断部近傍に水等の加工液を供給しながらワークを切断する固定砥粒方式のワイヤソーも知られている。

前記両方式のワイヤソーは、ワークの切断が進行するに伴い、切削負荷が大きくなって切削屑の排出もされ難くなるため前記ワイヤ列を揺動円弧運動させながら切断する方法が提案されている（例えば特許文献１）。

上記のようにワイヤを揺動させながら切断する方法は、ワークとワイヤとの接触量が全体的に小さくなるため、切断負荷が低減されるとともにスラリや加工液の切断部への供給が円滑になり、切断速度が向上し、切削屑も排出され易くなる。

特開１０−２６４１４３号公報

ところで、上記特許文献１の揺動機構は、ワークの切断に伴い、揺動する際に、ワイヤ列のワイヤが、ワークの切断部に押し付けられたり、ワークの切断部から離間したりされながらワークが切断されていくようになっている。

しかしながら、上記特許文献１のワイヤソーは、ワークを絶えずワイヤ列に押し付ける方向にワーク保持テーブルを移動させているので、ワイヤ列に揺動角が付いた際に、ワークの一方側へのワイヤによる負荷が高まり過ぎることがあった。

このようにワイヤへの負荷が高まり過ぎると、ワイヤが断線したり、また、切断精度も切断負荷の変動が大きくなり過ぎて、ワークが反ったり、厚みのばらつきも大きくなる問題があった。

そこで、本発明の目的は、ワイヤソーで揺動切断を行う場合に揺動角度による切断負荷を安定させ、切断精度を向上させるワイヤソー及び切断加工方法を提供することにある。

請求項１の発明は、ワイヤを複数本の溝ローラ間に巻き回すことにより形成されたワイヤ列と、前記ワイヤ列にワークを押し付けるワーク保持テーブルと、前記複数の溝ローラが一体に軸支された揺動ブロックとを備え、前記ワイヤ列に前記ワークを押し付けることにより該ワークを切断するワイヤソーであって、
前記揺動ブロックは、前記複数の溝ローラを一体に揺動円弧運動するように構成され、
前記ワーク保持テーブルは、前記ワークをワイヤ列に押し付ける昇降動と、前記ワークをワイヤ列のワイヤに沿った水平動とが自在に構成され、
前記揺動ブロックの揺動円弧運動に伴って、前記ワーク保持テーブルを切断部のワイヤの負荷が低減する方向に水平動させるようにした構成を採用したワイヤソーである。

請求項２の発明は、ワイヤを一方向又は往復走行させながら、前記ワイヤを揺動円弧運動させながら、ワーク保持テーブルに保持されたワークを押し付けて該ワークを切断するワイヤソーでの切断加工方法であって、
前記ワイヤの揺動円弧運動に伴って、前記ワーク保持テーブルを切断部のワイヤの負荷が低減する方向に水平動させるようにした構成を採用した切断加工方法である。

請求項３の発明は、前記ワーク保持テーブルの水平動する移動量が、揺動角度が０°の時のワイヤの撓み量と、揺動角度に応じたワイヤの撓み量とが同じとなるように制御される請求項２に記載の構成を採用した切断加工方法である。

請求項１及び２の発明によれば、ワイヤ列が揺動した際にワーク保持テーブルを切断部のワイヤの負荷が低減する方向に水平動されるので、ワイヤに掛かる切断負荷を低減でき、ワイヤの断線を防止できる。

また、請求項３の発明によれば、揺動角度に応じて、ワーク保持テーブルの水平動する量を制御することで、絶えず切断負荷を一定に保つことができるので、ワーク切断精度が向上する。

は、本発明の一実施形態を表すワイヤソーの全体概略正面図である。は、本発明の一実施形態を表すワイヤソーの一部切欠き右側断面図である。は、本発明の一実施形態を表すワイヤソーのワーク移動機構部の部分拡大図である。（ａ）及び（ｂ）は、本発明のワイヤソーにおける揺動動作の説明図である。（ｃ）及び（ｄ）は、本発明のワイヤソーにおける揺動動作の説明図である。（ａ）乃至（ｃ）は、本発明のワイヤソーにおける揺動動作の要部拡大説明図である。（ａ）及び（ｂ）は、従来のワイヤソーにおける揺動動作の説明図である。

以下、本発明の一実施形態について図１乃至図３に基づいて説明する。

図１は、本発明の一実施形態を表すワイヤソーの全体概略正面図である。図１のようにワイヤソー１は、ワイヤ４を供給する供給リール２と、表面に多数の溝が刻まれるとともにワイヤ４が所定のピッチで前記多数の溝に巻き回される２本の溝ローラ９ａ、９ｂと、ワイヤ４を巻き取る回収リール３とを備えている。

また、前記供給リール２から繰出されるワイヤ４は、供給リール軸に沿って往復動するトラバースプーリ５でトラバースされながら複数のガイドプーリ６を経由してテンションローラ８に導かれる。前記テンションローラ８は、上下方向に揺動するテンションアーム７によってワイヤ４に所定の張力を付与するようになっている。

前記テンションローラ８を経由したワイヤ４は、複数のガイドローラ６を経た後、ガイドローラ６の一つに設けられたロードセル１４で張力が測定され、前記溝ローラ９ａ、９ｂに多数回螺旋状に巻き付けられてワイヤ列を形成する。

前記溝ローラ９ａ、９ｂから回収側へ導かれたワイヤ４は、前記供給側と同様に回収側ガイドローラ１２の一つに設けられたロードセル１５によって張力が測定される。この後、前記ワイヤ４は、供給側と同様に上下方向に揺動するテンションアーム１０の先端に設けられたテンションローラ１１で適宜の張力に調整される。テンションが調整された前記ワイヤ４は、トラバーサプーリ１３により所定のピッチでトラバースされながら回収リール３に巻き取られる。前記ワイヤ４を往復走行させながらワークＷを切断する場合は、所定の周期で供給側と回収側のワイヤ４の走行方向を反転制御させる。

前記溝ローラ９ａ、９ｂは揺動ブロック２０に軸支され、揺動ブロック２０の背面に設けられたモータ２８（図２参照）により、往復回転するようになっている。前記揺動ブロック２０は、モータ２３とベルト２２を介して前記溝ローラ９ａ、９ｂに接続され、揺動軸芯２７を基点に揺動円弧運動するようになっている。揺動軸芯２７を設ける位置は、切断するワークの材質、形状に合わせて、溝ローラ９ａ、９ｂ間の中心線状に位置すれば特に制限なく設定できる。

前記溝ローラ９ａ、９ｂの上方には、ワーク保持機構３０が設けられている。前記ワーク保持機構３０は、モータ３３による昇降動が自在の昇降枠４１と、モータ４８による水平動が自在のワーク保持テーブル４４とを備え、このワーク保持テーブル４４にワークＷが、カーボン、セラミックス、ガラス等で形成されたダミー部材４７を介して接着される。

次に図２及び図３に基づいて、本発明の詳細を説明する。

図２は、本発明のワイヤソーの一部を切欠いた右側断面図である。図示中央付近には機枠２５が立設され、この機枠２５の中央付近には、クロスローラーベアリング等のベアリング２４を介してほぼ円柱状の揺動ブロック２０が軸支されている。前記揺動ブロック２０の前側には、支持枠２６が突出して設けられ、前記揺動ブロック２０と前記支持枠２６との間に溝ローラ９ａ、９ｂが軸支されている。両溝ローラ９ａ、９ｂは、モータ２８により図示しない適宜の伝達機構によって往復回転が自在になっている。

前記揺動ブロック２０の後端側外周には図示しない適宜の歯車が形成されている。また、機枠２５の下方には、機枠２５の後方に向かって支持枠２５ａが突出して設けられ、この支持枠２５ａにモータ２３が固定されている。前記支持枠２５ａと機枠２５の間には、前記モータ２３に軸止された駆動プーリ２１が設けられている。前記揺動ブロック２０の歯車と前記駆動プーリ２１との間にはタイミングベルト２２が張設され、前記モータ２３を往復駆動させることで揺動ブロック２０が揺動軸芯２７を中心に揺動円弧運動するようになっている。

前記機枠２５の上方にはワーク保持機構３０が設けられている。前記ワーク保持機構３０は、前記機枠２５の前面側に設けられた支持ブロック３８と、この支持ブロック３８から下垂するように設けられた支持軸３８ａと、この支持軸３８ａの下端に固定された昇降枠４１と、前記溝ローラ９ａ、９ｂの軸方向と垂直に前記昇降枠４１の下面に敷設されたレール４２と、前記レール４２と摺動可能に嵌合したスライダ４３を介して設けられたワーク保持テーブル４４と、前記昇降枠４１の下面の一端に設けられたモータ４８（図１及び図３参照）と、前記モータ４８に接続されレール４２と平行に設けられたボールネジ４６とから構成されている。また、ワーク保持テーブル４４の上面側にはナット部材４５が設けられ、前記ボールネジ４６と螺合している。従って、前記モータ４８を駆動することでワーク保持テーブル４４は、前記レール４２に沿って、水平動するようになっている。

また、前記支持ブロック３８と機枠２５との間には、この機枠２５に固定された支持枠３２が、機枠２５に沿って設けられており、この支持枠３２には、前記機枠２５に沿って立設したボールネジ３１が軸支されている。また、前記支持枠３２の前面側には前記機枠２５に沿った上下方向にレール３７が敷設されている。

また、前記ボールネジ３１の上端には従動プーリ３５が軸止されている。また、前記機枠２５の上方後側には、モータ３３が設けられ、このモータ３３には、駆動プーリ３４が軸止されている。また、前記駆動プーリ３４と従動プーリ３５との間には、機枠２５の開口部２５を介してベルト３６が張設されている。

前記支持ブロック３８の後面側にはナット部材３９が設けられ、このナット部材３９がボールネジ３１と螺合している。また、前記支持ブロック３８の後面側にはスライダ４０が設けられ、前記レール３７と摺動可能に嵌合しており、前記モータ３３を駆動することで前記ワーク保持テーブル４４が昇降するようになっている。このようにワーク保持テーブル４４が昇降することで、このワーク保持テーブル４４に保持されたワークＷがワイヤソー１のワイヤ列に押し付けられるようになっている。

また、図示しない制御部で前記揺動ブロック２０の揺動角度、揺動速度、ワーク保持テーブル４４の昇降方向の移動量、ワーク保持テーブル４４の水平方向の移動量、その他ワイヤソーの各部の動作が適宜制御されるようになっている。

以上が、本発明のワイヤソーの構成であり、次に本発明のワイヤソーの動作について以下説明する。

本発明の原理を説明するに当たり、従来のワイヤソーでワークＷを切断する場合のワイヤ４の撓みを図７に基づいて説明する。

図７（ａ）は、ワイヤ列を揺動円弧運動させながらワークＷを切断している状態であり、揺動角度が０°となった状態を表す。図示ハッチ部分は、ワークＷの未切断部分Ｗｂを表し、ワークＷのハッチ部分以外は、ワークＷの既切断部分Ｗａを表している。なお、この時、溝ローラ５０ａ、５０ｂの上側ワイヤ列は、切断の負荷により、僅かに撓んでいる。

この揺動角度が０°となった状態においては、ワイヤ４の溝ローラ５０ａ、５０ｂ間の上側ワイヤ長さは、ワイヤ４の両側直線部Ｌ１、Ｌ２と、溝ローラ５０ａ、５０ｂのそれぞれとワイヤ４が接している円弧部分の長さＡ１、Ａ２と、ワーク未切断部分Ｗｂと接しているワイヤ４の円弧部分の長さＡ３との総和Ｌａとなる。

図７（ｂ）は、ワイヤ列が揺動し、予め設定された揺動角度が最大となった状態を表す。この時の上側ワイヤ列のワイヤ４の溝ローラ５０ａ、５０ｂ間のワイヤ長さは、ワイヤ４の両側直線部Ｌ３、Ｌ４と、溝ローラ５０ａ、５０ｂのそれぞれとワイヤ４が接している円弧部分の長さＡ４、Ａ５と、ワーク未切断部分Ｗｂと接しているワイヤ４の円弧部分の長さＡ６との総和Ｌｂとなる。

上記揺動角度０°の時のワイヤ長さの総和Ｌａと上記揺動角度最大の時のワイヤ長さの総和Ｌｂを比較した場合、揺動角度最大の時のワイヤ長さの総和Ｌｂは、ワイヤ４がワークＷの未切断部分Ｗｂに押し付けられる量が多いため、ワイヤ長さの総和Ｌｂの方が総和Ｌａよりも大きくなる。従って、ワイヤ４は、揺動角度の変化に応じて、切断負荷による張力変動を受けていることが分かる。

一般的にワイヤソーでの被加工物の切断精度は、切断中の各種条件の変化（例えば、温度、ワイヤの張力、加工液の状態等）の影響を受けるため、切断中の条件変化を少なくする方が好ましい。そこで、本発明では、上記揺動角度の変化によるワイヤ４の負荷変動を低減するようになっている。以下、図４乃至図６に基づいて、その詳細を説明する。

図４（ａ）は、ワイヤ４を一方向又は往復方向に走行させると共にワイヤ列を揺動円弧運動させながら切断していく途中の状態を表し、ワイヤ列の揺動角度が０°となった状態を表す。図示のようにワイヤ４は、切断負荷により二点鎖線の状態から実線の状態へと撓んでいることが分かる。

図４（ｂ）は、ワイヤ列が揺動円弧運動し、揺動角度が最大となった状態を表す。この揺動角度が０°から最大角度へと変化していくに従ってワークＷを前記ワイヤ列のワイヤに沿って水平動させる。この時のワークＷを移動させる方向は、ワイヤ４にかかる負荷を低減する方向である。即ち、図示のようにワイヤ列が右上がり傾斜となる場合は、ワークＷをワイヤ列のワイヤに沿って左方向に移動させる。

なお、ワークＷを横方向に移動させる量は、ワークＷの形状、大きさ、材質等に併せて適宜選択すれば良い。また、ワークＷを移動させる制御は、予め計算しておいて制御部に入力しても良いし、形状、大きさ、揺動させる角度等に応じて自動的に計算されるようにしても良い。また、ワイヤ４にかかる切断負荷をワイヤ４の撓みや、ワークＷにかかる負荷からセンサで検出するようにし、その検出値に合せてワークＷの水平動を制御するようにしても良い。なお、このワークＷの水平動は、変化が急激とならないようＰＩ制御等を取り入れることが好ましい。

図５（ｃ）は、ワイヤ列の揺動角度が０°となった状態であり、図４（ａ）と同様である。

図５（ｄ）は、ワイヤ列の揺動角度が最大となった状態であり、ワイヤ４が左上がり傾斜となった状態を表す。この時、図４（ｂ）とは左右対称となった状態となる。

図６（ａ）乃至（ｃ）は、本発明でワイヤ４の切断負荷が軽減される様子を表した要部拡大図面である。この時、揺動軸芯２７よりも下方に向かってワイヤ４が撓んでいる。

図６（ｂ）は、ワイヤ列が揺動しワイヤ４が右上がり傾斜となった時にワイヤ４に掛かっている負荷の状態を説明する説明図である。図示二点鎖線は、ワークＷの未切断部分Ｗａによる負荷を受けずにワイヤ列を揺動させたと仮定した場合のワイヤ４の仮想位置を表す。実線位置は、ワイヤ列が揺動した場合にワークＷの未切断部分Ｗａによる負荷を受けた状態を表す。このようにワイヤ４の受ける負荷部分は、負荷部Ｗｃとして表される。

図６（ｃ）は、ワイヤ４にかかる負荷を軽減するために負荷を軽減する方向（図示左方向）にワークＷを移動させてワイヤ４にかかる負荷を軽減した状態を表す。このようにワークＷを水平動させることで、図６（ｂ）における負荷部Ｗｃがなくなっていることがわかる。

以上が、本発明のワイヤソーの一実施形態であるが、本発明はこれらに限定されず、発明の範囲内で適宜変更できる。

Ｗワーク
１ワイヤソー
２供給リール
３回収リール
４ワイヤ
５トラバースプーリ
６ガイドプーリ
７テンションアーム
８テンションローラ
９ａ溝ローラ
９ｂ溝ローラ
１０テンションアーム
１１テンションローラ
１２ガイドローラ
１３トラバースプーリ
１４ロードセル
１５ロードセル
２０揺動ブロック
２１駆動プーリ
２２ベルト
２３モータ
２４ベアリング
２５機枠
２５ａモータ固定枠
２５ｂ開口部
２６支持枠
２７揺動軸芯
２８モータ
３０ワーク保持機構
３１ボールネジ
３２支持枠
３３モータ
３４駆動プーリ
３５従動プーリ
３６ベルト
３７レール
３８支持ブロック
３８ａ支持軸
３９ナット部材
４０スライダ
４１昇降枠
４２レール
４３スライダ
４４ワーク保持テーブル
４５ナット部材
４６ボールネジ
４７ダミー部材
４８モータ
５０ａ溝ローラ
５０ｂ溝ローラ

Claims

ワイヤを複数本の溝ローラ間に巻き回すことにより形成されたワイヤ列と、前記ワイヤ列にワークを押し付けるワーク保持テーブルと、前記複数の溝ローラが一体に軸支された揺動ブロックとを備え、前記ワイヤ列に前記ワークを押し付けることにより該ワークを切断するワイヤソーであって、
前記揺動ブロックは、前記複数の溝ローラを一体に揺動円弧運動するように構成され、
前記ワーク保持テーブルは、前記ワークをワイヤ列に押し付ける昇降動と、前記ワークをワイヤ列のワイヤに沿った水平動とが自在に構成され、
前記揺動ブロックの揺動円弧運動に伴って、前記ワーク保持テーブルを切断部のワイヤの負荷が低減する方向に水平動させるようにしたことを特徴とするワイヤソー。
ワイヤを一方向又は往復走行させながら、前記ワイヤを揺動円弧運動させながら、ワーク保持テーブルに保持されたワークを押し付けて該ワークを切断するワイヤソーでの切断加工方法であって、
前記ワイヤの揺動円弧運動に伴って、前記ワーク保持テーブルを切断部のワイヤの負荷が低減する方向に水平動させるようにしたことを特徴とする切断加工方法。
前記ワーク保持テーブルの水平動する移動量が、揺動角度が０°の時のワイヤの撓み量と、揺動角度に応じたワイヤの撓み量とが同じとなるように制御されることを特徴とする請求項２に記載の切断加工方法。