JP2015123556A

JP2015123556A - 防振装置、防振方法。

Info

Publication number: JP2015123556A
Application number: JP2013270365A
Authority: JP
Inventors: 秀塚本; Hide Tsukamoto
Original assignee: Canon Marketing Japan Inc
Current assignee: Canon Marketing Japan Inc
Priority date: 2013-12-26
Filing date: 2013-12-26
Publication date: 2015-07-06

Abstract

【課題】ワイヤとの摩耗によって溝形状が徐々に劣化して発生する位置ズレを起こさないように、各ワイヤがそれぞれ走行する間隔でそれぞれを隔離し、かつ各ワイヤがそれぞれ走行する高さでワイヤに加わる応力を減らしてワイヤの振動を防止すること。
【解決手段】並設された間隔で走行しているワイヤの振動を防止する防振装置が、走行しているワイヤとの接触により加工溝が形成可能な防振部材と、ワイヤと接触するように防振部材のワイヤへの押し当てを継続し並設された間隔で加工溝を形成する形成手段と、走行しているワイヤに近接する固定位置で形成手段を保持する保持手段と、を備え、形成手段により防振部材をワイヤに押し当てない場合にワイヤが走行可能な位置で、形成手段が押し当ての継続を終了することで、防振部材がワイヤの振動を防止する加工溝の位置が決定されること。

【選択図】図４

Description

本発明は、マルチワイヤを利用した加工に用いられる防振装置、防振方法の技術に関する。

シリコンインゴットを多数の薄片にスライスするための装置としてワイヤソー装置が知られているが、近年マルチワイヤを使用して放電加工技術により部材を薄板にスライス加工するマルチワイヤを利用した放電加工技術がある。

マルチワイヤを使用して放電加工技術では、高速で走行するワイヤの振動がスライスされた被加工物の精度に影響するため、ワイヤの振動を低減させることが重要である。

例えば、特許文献１には、回転するローラに接しつつ、そのローラの回転軸と直交する方向に移動する固定砥粒ワイヤによってローラの円周方向に溝を形成することを特徴とするワイヤソー用溝付きローラの溝加工方法が開示されている。

例えば、特許文献２には、あらかじめワイヤを挿通させる孔を形成しておく必要がなく簡便のために、フェルトはスラリー３０を含むと硬くなる性質を持つので、スラリーを供給しながら切断することによって、フェルトにワイヤをガイドする面が自動的に形成され、ワイヤの上下左右への動きが拘束され、ワイヤの上下左右へのブレを防止するブレ防止手段が開示されている。

特開２００８−１２６３４１号公報特開２００２−３０７２８３号公報

ワイヤソー等で用いられる図５、図６に示した従来のサブガイドローラは、ガイド溝付きの回転（ローラ）方式が採用されており、サブガイドローラは使用を継続するとワイヤとの摩耗によって溝形状が徐々に劣化し、溝によって保持されているワイヤが溝からはずれ、別の溝に飛んで走行するワイヤの位置ズレを起こすことがある。

このようにサブガイドローラがワイヤに連れて回転する方式の場合、ガイド溝とワイヤの接触が十分でないため、ワイヤとサブガイドローラ間では滑りが発生するからである。

本発明は、ワイヤとの摩耗によって溝形状が徐々に劣化して発生する位置ズレを起こさないように、各ワイヤがそれぞれ走行する間隔でそれぞれを隔離し、かつ各ワイヤがそれぞれ走行する高さでワイヤに加わる応力を減らしてワイヤの振動を防止することが可能な仕組みを提供することを目的とする。

本発明は、並設された間隔で走行しているワイヤの振動を防止する防振装置であって、走行しているワイヤとの接触により加工溝が形成可能な防振部材と、ワイヤと接触するように前記防振部材のワイヤへの押し当てを継続し前記並設された間隔で加工溝を形成する形成手段と、走行しているワイヤに近接する固定位置で前記形成手段を保持する保持手段と、を備え、前記形成手段により前記防振部材をワイヤに押し当てない場合に前記ワイヤが走行可能な位置で、前記形成手段が前記押し当ての継続を終了することで、前記防振部材がワイヤの振動を防止する前記加工溝の位置が決定されることを特徴とする。

また、前記防振部材に前記加工溝を形成する直前の前記形成手段が縮んだ長さと前記押し当てを終了する直後の前記形成手段が伸びた長さとの差分が、前記防振部材の厚みよりも短いことを特徴とする。
また、前記防振部材は、ウレタンゴムやアクリル素材であることを特徴とする。
また、前記形成手段が縮んだ長さと伸びた長さとを、スプリングの伸縮値を用いて定義すること特徴とする。

本発明により、ワイヤとの摩耗によって溝形状が徐々に劣化して発生する位置ズレを起こさないように、各ワイヤがそれぞれ走行する間隔でそれぞれを隔離し、かつ各ワイヤがそれぞれ走行する高さでワイヤに加わる応力を減らしてワイヤの振動を防止することが可能な仕組みを提供することが可能となる。

本発明におけるマルチワイヤ放電加工システムの正面図を示す図である。本発明におけるサブガイドの側面図を示す図である。本発明におけるサブガイドの側面図を示す図である。本発明におけるサブガイドの側面図を示す図である。従来方式におけるサブガイドローラの側面図を示す図である。従来方式におけるサブガイドローラの正面図を示す図である。本発明の変形例おけるサブガイドの溝形成例を示す図である。

図１を説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係るマルチワイヤ放電加工システムを前方から見た外観図である。尚、図１に示す各機構の構成は一例であり、目的や用途に応じて様々な構成例があることは言うまでもない。

図１は本発明におけるマルチワイヤ放電加工システムの構成を示す図である。マルチワイヤ放電加工システムは、マルチワイヤ放電加工装置１、電源装置２、加工液供給装置５０から構成されている。
マルチワイヤ放電加工システムは、放電により並設された複数本のワイヤ（ワイヤ電極）の間隔で被加工物（ワーク）を薄片にスライスすることができる。

１はマルチワイヤ放電加工装置であり、１にはサーボモータにより駆動されるワーク送り部３がワーク１０５の上部に設けられ、上下方向にワーク１０５を移動することができる。本発明ではワーク１０５が下方向に送られ、ワーク１０５とワイヤ１０３の間で放電加工が行われる。

２は電源装置であり、２にはサーボモータを制御する放電サーボ制御部が放電の状態に応じて効率よく放電を発生させるために放電ギャップ（極間の距離）を一定の隙間に保つように制御することでワークの位置決めを行い、放電加工を進行させる。

加工電源部４００は、放電加工のための放電電源パルスをワイヤ１０３へ供給するとともに、放電加工部で発生する短絡などの状態に適応する検知を行い、放電サーボ制御部に放電ギャップの制御信号を供給する。
５０は加工液供給装置であり、放電加工により発生する加工チップ（加工屑）の除去や放電現象に必要な加工液をポンプにより放電加工部へ循環して供給する。

さらにイオン交換樹脂による比抵抗または電導度（１μＳ〜２５０μＳ）の管理や、冷却のために液温（２０℃付近）の管理も行う。加工液には主に水が使用される。

８，９はメインガイドローラであり、メインガイドローラの表面には、均一な間隔でワイヤが走行できるようにあらかじめ決められたピッチ（間隔）と数（加工本数）に対応する溝が形成されており、ワイヤ供給ボビン（ＩＮ）からの張力制御されたワイヤが２つのメインガイドローラに必要数巻きつけられ、巻き取りボビン（ＯＵＴ）へ送られる。ワイヤの走行速度は１００ｍ／ｍｉｎから１０００ｍ／ｍｉｎ程度で放電加工を行う。

つまり、２つのメインガイドローラが同じ回転方向で、かつ同じ回転速度で連動して回転することで、ワイヤ繰出し部から送られた１本のワイヤ１０３がメインガイドローラ（２つ）の外周を最大で２０００回程度巻回することにより、放電加工部において所定のワイヤの間隔（ピッチ）にて並設されている複数本（最大で２０００本程度）のワイヤ１０３を同一方向でかつ同一速度で走行させている。
このように高速でワイヤが走行していることがワイヤ１０３を振動させる第１の要因となる。

メインガイドローラ８、９には、ワイヤ１０３を均一でかつ一定間隔に取り付けるための溝が複数列形成されており、その溝にワイヤ１０３が取り付けられている。そして、メインガイドローラ８、９がともにそろって右（又は左に）回転することにより、ワイヤ１０３が並設されて走行する。

また、ワイヤ１０３は、メインガイドローラ８、９に取り付けられ、メインガイドローラ８、９の上側、及び下側に並設する複数本のワイヤによる列を形成している。
ワイヤ１０３には給電子１０４から放電加工部まで加工電流が流れ、放電加工部にて放電を発生させるワイヤ電極として機能する。

ワイヤ１０３は１本の繋がったワイヤであり、図示しないボビン（ＩＮ）から繰り出され、メインガイドローラの外周面のガイド溝に嵌め込まれながら、メインガイドローラの外側に螺旋状に巻回された後図示しないボビン（ＯＵＴ）に巻き取られる。
マルチワイヤ放電加工装置１は電源装置２と電線５１３を介して接続されており、電源装置２から供給される電源により放電加工する。

マルチワイヤ放電加工装置１は、マルチワイヤ放電加工機１の土台として機能する筐体１５と、筐体１５の上部の中に設置されている、ブロック２０と、ワーク送り部３と、接着部４と、シリコンインゴット１０５と、加工槽６と、メインガイドローラ８と、ワイヤ１０３と、メインガイドローラ９と、給電ユニット１０と、給電子１０４とを備えている。

加工槽６は所定の範囲の比抵抗（電気伝導度）に管理されたイオン交換水を、ワイヤ１０３とワーク１０５とが近接する位置（放電加工部）に循環供給された加工液を貯留する。
ブロック２０はワーク送り部３と接合されている。またワーク送り部３は、シリコンインゴット１０５と接着部４により接着（接合）されている。
接着部４は、ワーク送り部３とシリコンインゴット１０５とを接着（接合）するためのものであれば何でもよく、例えば導電性の接着剤が用いられる。

ワーク送り部３は、接着部４により接着（接合）されているシリコンインゴット１０５を上下方向に移動する機構であり、ワーク送り部３が下方向に移動することにより、シリコンインゴット１０５をワイヤ１０３に近づけることが可能となる。
１には、サブガイド保持調整部５１、５２とサブガイド５３、５４とを備えている。
サブガイド保持調整部５１、５２は、走行しているワイヤに近接する固定位置でバネ５５とサブガイド溝形成部材５３、５４の両方を保持する（保持手段）。
サブガイド保持調整部５１、５２は筐体１５に連結されて、サブガイド保持調整部自体が動かないようように固定されている。

電極ワイヤ１０３は、加工中にメインローラの回転によって毎分１００ｍ〜１０００ｍの速さで１方向に走行するが、ワーク１０５を加工中は加工槽６に貯留されている加工液の中を通過する際に、液の抵抗を受けて振動を発生しやすいため、その振動を抑制するサブガイド５３、５４がワーク１０５の両側に設けられている。

サブガイド５３および５４は、それぞれサブガイド保持調整部５１および５２によって所定のガイド溝深さが得られる位置に移動、保持固定され、所定のガイド溝が形成されることにより走行する電極ワイヤ１０３の振動を抑制する。
サブガイド５３、５４に使用する部材としては、ウレタンゴムやアクリル素材などのワイヤ材質より柔らかい材料が望ましい。
メインガイドローラは中心に金属棒を使用し、金属棒の外側が樹脂で覆われた円筒型の構造である。

２つのメインガイドローラの間のほぼ中央の下のエリアには、加工電源からの放電電源パルスを供給するために給電子ユニット１０が設けられておりワイヤ１０３に接触させて給電している。
給電子１０４の素材には、機械的摩耗に強く導電性があることが要求されるので、超硬合金が使用されている。
２つのメインガイドローラのほぼ中央の上のエリアには、ワーク送り部３が設けられている。
２つのメインガイドローラの間のほぼ中央には加工槽６を設けけられている。

加工槽６は、加工液を貯留するための容器である。加工液は、例えば、抵抗値が高い脱イオン水である。ワーク１０５が加工液に浸漬されワイヤ１０３に接近すると、ワイヤ１０３とシリコンインゴット１０５との隙間（極間）に、加工液が侵入することにより、ワイヤ１０３とシリコンインゴット１０５との隙間に侵入した加工液を通じて放電電流が流れることで、ワイヤ１０３とシリコンインゴット１０５との隙間に正常な放電が発生しシリコンインゴット１０５を放電加工することが可能となる。

また、ワイヤ１０３は伝導体であり、電源装置２から電源が供給された給電ユニット１０の給電子１０４とワイヤ１０３とが直に接触することにより、供給された電源が給電子１０４からワイヤ１０３に印加される。（給電子１０４がワイヤ１０３に電源を印加している。）
そして、ワイヤ１０３とシリコンインゴット１０５との極間で放電が起き薄板状のシリコンウエハを作成する。
加工槽の中には、加工液供給装置から供給される加工液が循環しており、循環による水流が発生する。また加工液中のワイヤ走行によっても水流が発生する。

このように加工槽の中の加工液の水流が、高速のワイヤ走行による振動だけではなくワイヤ１０３の振動をさらに増幅させ、被加工物を放電する領域において切断しろを大きくしてしまう要因となる。
図２乃至図４を説明する。
図２乃至図４は本発明のサブガイド保持機構（防振装置）である。防振装置は並設された間隔で走行しているワイヤの振動を防止する。
サブガイド溝形成部材（防振部材）５３、５４は、走行しているワイヤとの接触により加工溝が形成可能である。
バネ５５は、ワイヤと接触するようにサブガイド溝形成部材５３、５４のワイヤへの押し当てを継続し、並設された間隔で加工溝を形成する（形成手段）。
図２乃至図４は、本発明のサブガイド溝が形成される過程を示す概念図である。

図２の（ａ）は溝が形成されてないサブガイド溝形成部材５３、５４を、押し当てバネ５５により電極ワイヤ１０３に押し当てバネ５５の縮み量がｄ（ｍｍ）となるように押し当てたままワイヤ電極１０３を走行させた当初の状態を示している。その後図３の（ｂ）の状態を経て、最終的に図４の（ｃ）の状態に達するとサブガイド溝形成部材５３、５４との摩擦によって徐々に部材５３、５４が摩耗してバネ５５が伸びきったときに深さｄ（ｍｍ）のガイド溝が形成される。
図２の（ａ）のバネ５５の状態は、バネ５５が全て伸びきった長さＨ（ｍｍ）よりもｄ（ｍｍ）だけ縮んだ長さＨ−ｄ（ｍｍ）でワイヤを押した状態である。

図２の（ａ）のサブガイド５３、５４の状態は、ワイヤを押しているが溝がなく０（ｍｍ）の状態であり、走行するワイヤとの摩擦によって、実際に走行しているワイヤの間隔で溝を再現して、これから溝が形成されていく前の状態である。さらにサブガイド５３、５４の形状は、好ましくは円柱状または立方体であるが、ワイヤとの摩擦力で溝を早く形成するために、従来の図５、図６のサブガイドローラ方式のように走行するワイヤ方向に沿ってサブガイドローラ自体が回転するものではない。

図３の（ｂ）はサブガイド溝形成部材５３、５４を繰り出し機構５５によりサブガイド保持固定位置Ｈまで繰り出して電極ワイヤ１０３をｄだけ押し下げるようにして電極ワイヤ１０３を走行させ、サブガイド溝形成部材５３、５４との摩擦によって徐々に部材５３、５４が摩耗して電極ワイヤ１０３が自身の張力による復元力により元の位置に戻ったときに深さがｄ（ｍｍ）のガイド溝が形成される過程を示している。
図４の（ｃ）は所定の深さｄのガイド溝が形成されたときのサブガイド保持位置Ｈを示す図である。

図４の（ｃ）のバネ５５の状態は、バネ５５が全て伸びきった長さＨ（ｍｍ）の状態である。この時にバネ５５が全て伸びきっているので、ワイヤは押していない状態である。つまり、この時ワイヤを押していないので走行するワイヤとの接触研磨による摩擦は発生せず、サブガイドの溝の形成が完了し、サブガイドとは接触せずにワイヤが走行している。

このように図４の（ｃ）のサブガイド５３、５４の状態は、溝の深さがｄ（ｍｍ）の状態であり、走行するワイヤとの摩擦が無くなると最終的な溝の深さが決まるため、実際に走行している複数本のワイヤが作る面の位置に合うように溝の深さを再現している。つまりこの方法で溝を作成した場合、最終的な溝の深さｄ（ｍｍ）は走行するワイヤとの接触は発生せずに、接触なしでワイヤが走行できる深さとなる。

このようにバネ５５を用いることで、バネ５５が縮んだ長さＨ−ｄ（ｍｍ）と、伸びた長さＨ（ｍｍ）とを、スプリングの伸縮値を用いて定義することが安価に可能となる。

つまり、バネ５５によりサブガイド５３、５４をワイヤに押し当てない場合にワイヤが走行可能な位置で、バネ５５が押し当ての継続を終了することで、サブガイド５３、５４がワイヤの振動を防止する加工溝の位置（溝の深さがｄ）が決定される。

ワイヤの振動を防止する加工溝の位置（溝の深さがｄ）が決定するには、サブガイド５３、５４に加工溝を形成する直前のバネ５５が縮んだ長さと押し当てを終了する直後のバネ５５が伸びた長さとの差分が、サブガイド５３、５４の厚みよりも短くすれば可能となる。もしサブガイド５３、５４に加工溝を形成する直前のバネ５５が縮んだ長さと押し当てを終了する直後のバネ５５が伸びた長さとの差分が、サブガイド５３、５４の厚みよりも長くなると、サブガイド５３、５４を全て摩擦で分断してしまう。

さらに、走行するワイヤとの摩擦が無くなると最終的な溝の間隔が決まるため、実際に並設して走行している複数本のワイヤの間隔（ピッチ）に合うように溝の間隔も再現している。

このようにすることで、使用を継続してもサブガイド５３、５４はワイヤの走行摩耗による劣化がなく、実際に並設して走行している複数本のワイヤの間隔（ピッチ）と複数本のワイヤが作る面を再現した位置で、サブガイド５３、５４が走行している複数本のワイヤの走行をそれぞれ１本毎に隔離することができるので、隣接するワイヤの振動の影響を低減させることができる。

さらに、実際に並設して走行している複数本のワイヤの間隔（ピッチ）と複数本のワイヤが作る面を再現した位置で複数本のワイヤはサブガイドとは接触せずに走行しているので、従来の図５、図６のサブガイドローラ方式を用いた場合ように、予め決まった溝間隔で走行させる場合と比べて、サブガイドローラ方式との接触不良やワイヤの振動によるピッチずれを起こす可能性を低減させることができる。
図５を説明する。
図５は従来方式のサブガイドローラ７０１を拡大した図を示している。
サブガイドローラは中心に金属棒８０１を使用し、金属棒の外側が樹脂８０２で覆われた円筒型の構造である。
樹脂８０２の表面に走行する複数本のワイヤを均等な間隔０．３ｍｍ（３００μｍ）に分散させるためのＶ字型８０３の溝が多数形状加工されている。
図６を説明する。
図６はサブガイドローラ７０１を拡大した図を示している。
サブガイドローラ７０１は走行するワイヤの方向に沿って回転する。
図７を説明する。
図７はサブガイドの材質を変えた変形例である。

サブガイド部材としてシリコンや炭化シリコンなどの導電性硬材料を用いる場合には、被加工物の放電加工に先立ち、サブガイド部材であるＳｉＣ等５６、５７を所定の溝の深さｄ（ｍｍ）まで、図示しないワーク送り部３等を用いて移動させながら放電加工によりワイヤガイド溝を形成することもできる。

サブガイド溝形成部材５６、５７を導電性材料としたときに、放電加工によりガイド溝を形成する方法を示す概念図である。サブガイド溝形成部材（ＳｉＣ等）５６、５７は図２（ａ）のように図示しないワーク送り部３でＨ−ｄの位置で保持されており、それぞれがスイッチ４２を介して電源部２に接続されていて、スイッチ４２が開いた状態ではサブガイド溝形成部材５６、５７は電気的に絶縁状態で保持される。

ガイド溝を形成するためにスイッチ４２を閉じて電源部２から加工用電源を供給可能な状態とした後、図示しないワーク送り部３によりガイド溝形成部材５６、５７を徐々に電極ワイヤ１０３に近づけるとそれらの間で放電が発生し、部材５６、５７が加工され、加工された分量に応じた速度で図示しないワーク送り部３により部材５６、５７を距離ｄだけ送ることによりガイド溝が形成される。距離ｄを送った後スイッチ４２を開いて部材５６、５７を電気的絶縁状態にて保持する。
部材５６、５７が電気的絶縁状態で保持された後、被加工ワーク１０５を、スイッチ４１を閉じることにより加工電源部４００と接続して放電加工を可能とする。
なお、本発明の防振装置を固定砥粒のマルチワイヤまたは遊離砥粒を用いたマルチワイヤでインゴットを薄片にスライスするワイヤソーに搭載しても同じ効果が得られる。

１マルチワイヤ放電加工装置
２電源装置
８、９メインガイドローラ
１０３マルチワイヤ
１０４給電子
１０５ワーク
５３サブガイド
５４サブガイド
５５バネ（スプリング）

Claims

並設された間隔で走行しているワイヤの振動を防止する防振装置であって、
走行しているワイヤとの接触により加工溝が形成可能な防振部材と、
ワイヤと接触するように前記防振部材のワイヤへの押し当てを継続し前記並設された間隔で加工溝を形成する形成手段と、
走行しているワイヤに近接する固定位置で前記形成手段を保持する保持手段と、
を備え、
前記形成手段により前記防振部材をワイヤに押し当てない場合に前記ワイヤが走行可能な位置で、前記形成手段が前記押し当ての継続を終了することで、前記防振部材がワイヤの振動を防止する前記加工溝の位置が決定されることを特徴とする防振装置。
前記防振部材に前記加工溝を形成する直前の前記形成手段が縮んだ長さと前記押し当てを終了する直後の前記形成手段が伸びた長さとの差分が、前記防振部材の厚みよりも短いことを特徴とする請求項１に記載の防振装置。
前記防振部材は、ウレタンゴムやアクリル素材であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の防振装置。
前記形成手段が縮んだ長さと伸びた長さとを、スプリングの伸縮値を用いて定義すること特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の防振装置。
並設された間隔で走行しているワイヤの振動を防止し、走行しているワイヤとの接触により加工溝が形成可能な防振部材を備える防振装置を用いた防振方法であって、
前記防振装置の形成手段が、ワイヤと接触するように前記防振部材のワイヤへの押し当てを継続し前記並設された間隔で加工溝を形成する形成工程と、
前記防振装置の保持手段が、走行しているワイヤに近接する固定位置で前記形成手段を保持する保持工程と、
を含み、
前記形成工程により前記防振部材をワイヤに押し当てない場合に前記ワイヤが走行可能な位置で、前記形成工程が前記押し当ての継続を終了することで、前記防振部材がワイヤの振動を防止する前記加工溝の位置が決定されることを特徴とする防振方法。
請求項１乃至請求項４のいずれか１項の防振装置を備えるワイヤ放電加工装置。
請求項１乃至請求項４のいずれか１項の防振装置を備えるワイヤソー。