JP2019177460A - ワイヤーソー用スラリーノズル - Google Patents

Abstract

【課題】簡素な構造でワイヤーにばらつくことのなく、一定にスラリーを流すことのできるワイヤーソー用スラリーノズルを提供すること。【解決手段】ワイヤーソー装置に装着され、ワイヤーソー装置のワイヤーにスラリーを供給するワイヤーソー用スラリーノズル５Ｂは、ワイヤーに膜状にスラリーを供給するスラリー供給部５２が下部に設けられたアウターパイプ５１と、アウターパイプ５１の内部に挿入され、両端から供給されるスラリーを上部から吐出する複数の上部吐出孔５３１を有するインナーパイプ５３とを備え、インナーパイプ５３には、インナーパイプ５３の中央部に複数の上部吐出孔５３１の一部と対向する下部吐出孔５３２が形成されている。【選択図】図３

Description

本発明は、ワイヤーソー用スラリーノズルに関する。

従来、ワイヤーソー用スラリーノズルは、ワイヤーソー装置のワイヤーに均一にスラリーを付着させるための機構であり、従来から種々の技術が提案されている。
たとえば、特許文献１には、内管および外管の二重管構造を備え、内管の内部に供給された加工液が、内管に形成された複数の吐出孔から外管内部に吐出され、外管下部に形成されたスリットからワイヤーに供給するノズルの構造が開示されている。
また、特許文献２には、ノズル吐出口の下部に整流板を設けることにより、ワイヤーに均一にスラリーを付着させる技術が提案されている。

特開２０１５−３００８２号公報 特開２０１７−１３１４３号公報

しかしながら、前記特許文献１に記載の技術では、ノズルの一方の端部からスラリーを供給するようになっていて他方の端部でスラリーの供給量が減少してしまうため、スリットの調整が困難となるという課題がある。
また、ノズルの一方の端部からスラリーを供給すると、スラリーが供給される一方の端部でスラリーの淀みが発生し易いという課題がある。

特許文献２に記載の技術では、整流板の利用が、ワイヤーに落下する前の圧力分布の緩和には繋がるかもしれないが、走行するワイヤーへの落下範囲が不規則になりがちで、供給量を均一にするのが困難であるという課題がある。
また、特許文献２に記載の技術は、特許文献１と同様に、一方の端部からスラリーを供給する構成となっているため、特許文献１と同様の課題が生じる。

本発明の目的は、簡素な構造でワイヤーにばらつくことのなく、一定にスラリーを流すことのできるワイヤーソー用スラリーノズルを提供することにある。

本発明のワイヤーソー用スラリーノズルは、ワイヤーソー装置に装着され、前記ワイヤーソー装置のワイヤーにスラリーを供給するワイヤーソー用スラリーノズルであって、前記ワイヤーに膜状にスラリーを供給するスラリー供給部が下部に設けられたアウターパイプと、前記アウターパイプの内部に挿入され、両端から供給されるスラリーを上部から吐出する複数の上部吐出孔を有するインナーパイプとを備え、前記インナーパイプには、前記インナーパイプの中央部に前記複数の上部吐出孔の一部と対向する下部吐出孔が形成されていることを特徴とする。

インナーパイプには、前述したように、一方の端部からスラリーを供給する場合もあるが、両端からスラリーを供給することも考えられる。両端からスラリーを供給すると、インナーパイプ内を流れるスラリー量を均一にすることができるため、スラリー供給部からワイヤーに膜状にスラリーを供給し易くなる。両端からスラリーを供給する場合、インナーパイプの中央部で淀み部が発生し、この淀み部に固着物が発生し易い。この固着物が剥がれて上部吐出孔を狭めたり、塞いでしまうことがある。そうなると、その箇所でスラリーが途切れてしまうため、スラリー供給部からスラリーが膜状に供給できなくなる。インナーパイプに下部吐出孔が形成されることにより、インナーパイプから吐出されるスラリーの淀み部が発生することを解消できる。したがって、淀み部で上部吐出孔が狭まったり塞がれることがないため、スラリーが部分的に途切れる箇所が生じない。よって、スラリー供給部からワイヤーに供給され、ワイヤー上にばらつくことなく膜状にスラリーを流すことができる。

本発明では、前記下部吐出孔は、前記上部吐出孔の形成領域に対して、１／４以上、１／２以下の範囲で複数形成されているのが好ましい。
下部吐出孔の形成領域が、上部吐出孔の形成領域の１／４未満では、スラリーの淀み部を解消するには、下部吐出孔から吐出するスラリーの量が少なく効果があまり望めない。
一方、下部吐出孔の形成領域が、インナーパイプの全長の１／２を超えると、下部吐出孔からのスラリーの吐出が優勢となり、上部吐出孔からのスラリーの吐出を十分に確保できない。したがって、上部吐出孔から吐出されたスラリーが、アウターパイプの内壁を流れて、スラリー吐出部から膜状にスラリーを供給する量が少なくなり、ばらつきなくワイヤーにスラリーを供給できない。

本発明では、前記インナーパイプは、前記インナーパイプの端部から所定長さ離れた位置に、前記上部吐出孔が形成されていない領域を有するのが好ましい。
従来のインナーパイプの上部吐出孔に下部吐出孔を増やした場合、インナーパイプから吐出される吐出圧が減少する。上部吐出孔から吐出されるスラリーの吐出孔が減少すると、アウターパイプの内壁に沿って流れるスラリーの量が減少するので、スラリー吐出部から吐出するスラリーを膜状にワイヤーに供給することが困難となる。そこで、インナーパイプに下部吐出孔を形成した場合は、上部吐出孔の数を減少させることにより、インナーパイプから吐出されるスラリーの吐出圧のバランスをとって、ワイヤーに膜状にスラリーを供給することができる。

本発明では、前記インナーパイプは、前記上部吐出孔が形成されていない領域よりも、前記インナーパイプの端部側に、スラリー溜まりを防止するスラリー溜まり防止孔が形成されているのが好ましい。
前述のように、インナーパイプの所定長さ離れた位置に、上部吐出孔を形成しない領域を形成すると、インナーパイプの両端部でスラリー溜まりが生じる可能性がある。このような場合、インナーパイプの端部にスラリー溜まり防止孔を形成することにより、スラリー溜まり防止孔からスラリーが吐出して、スラリー溜まりが発生することを防止できる。

本発明の実施の形態に係るワイヤーソー装置の構造を示す斜視図。 前記実施の形態におけるワイヤーソー装置の構造を示す模式正面図。 前記実施の形態におけるワイヤーソー用スラリーノズルの構造を示す斜視図。 前記実施の形態におけるインナーパイプの構造を示す上面図および下面図。 前記実施の形態におけるワイヤーソー様子ラリーノズルの構造を示す断面図。

以下、本発明の実施の一形態を図面に基づいて説明する。
［１］ワイヤーソー装置１の全体構成
図１および図２には、本発明の実施の形態に係るワイヤーソー装置１が示されている。図１は斜視図であり、図２は構造を単純化した模式正面図である。
ワイヤーソー装置１は、シリコン単結晶のインゴットのワークＷを、複数のシリコンウェーハに切断する装置であり、図１に示すように、メインローラ２、ワイヤー３（図２）、ワーク押圧部４、およびスラリー吐出部５を備える。

メインローラ２は３本あり、不図示の駆動手段により、それぞれのメインローラ２が同期して回転する。メインローラ２には、ワイヤー３が巻装され、メインローラ２の長手方向に沿って複数のワイヤー３が巻装されたワイヤー列が形成される。
ワイヤー３は、ピアノ線等の鋼線からなる線状部材であり、巻だし側および巻き取り側には、張力調整機構が設けられる。ワイヤー３は、図２のような形で３本のメインローラ２に巻装され、メインローラ２の長手方向に複数配列される。その列数は、概ね３００程度である。そして、各々のワイヤー３の列は、巻だし側および巻き取り側の張力調整機構により、一定の張力が維持される。

ワーク押圧部４は、図１に示すように、ワークＷの上部に設けられ、下方に押圧する力をワークＷに与え、ワークＷの下部を走行するワイヤー３によってワークＷを複数の円板状のシリコンウェーハに切断していく。
スラリー吐出部５は、メインローラ２を冷却するとともに、ワイヤー３にスラリーを吐出する。スラリー吐出部５は、外側ノズル５Ａおよび内側ノズル５Ｂを備える。外側ノズル５Ａは、ワイヤー３の走行方向に直交する方向に延びる筒状部材であり、筒状体の下部に形成された複数の孔からスラリーを吐出し、メインローラ２を冷却する。内側ノズル５Ｂは、ワイヤー３の走行方向に直交する方向に延びる内外二重の筒状部材から構成され、ワーク切断用のスラリーを吐出する。内側ノズル５Ｂが、本発明として例示されるワイヤーソー用スラリーノズルとされる。

［２］内側ノズル５Ｂの構成
ワイヤーソー用スラリーノズルとなる内側ノズル５Ｂは、ワイヤーソー装置１のワイヤー３の列に跨って配置され、配列された各ワイヤー３にスラリーを供給する。内側ノズル５Ｂは、図３に示すように、アウターパイプ５１、スラリー供給部５２、インナーパイプ５３、および端部キャップ５４を備える。

アウターパイプ５１は、所定径の合成樹脂製の円筒状体から構成される。本実施の形態の場合、たとえば、アウターパイプ５１は、全長７１５ｍｍ、内径３７ｍｍ、外径４３ｍｍとされる。アウターパイプ５１の下部には、スラリー供給部５２が設けられている。スラリー供給部５２は、アウターパイプ５１の中央部から端部に沿って設けられ、たとえば、全長５４０ｍｍ、スリット幅１０ｍｍとされる。アウターパイプ５１およびスラリー供給部５２の内部は連通しており、アウターパイプ５１の円筒状体の内壁を流れるスラリーは、スラリー供給部５２に集められる。
スラリー供給部５２は、アウターパイプ５１との接続部から次第に接近する一つの板状体を備え、先端でスラリーを膜状の流れにして、ワイヤー３にスラリーを均一に供給する。

インナーパイプ５３は、合成樹脂製の円筒状体から構成され、アウターパイプ５１の内部に挿入され、図３に示すように、両端からスラリーが供給される。このようにインナーパイプ５３の両端からスラリーを供給することにより、インナーパイプ５３内を流れるスラリー量を均一にすることができる。したがって、スラリー供給部５２からワイヤー３に膜状にスラリーを供給し易くなる。また、インナーパイプ５３へのスラリーの吐出量も少なくすることができ、淀み部が発生しにくくなる。
インナーパイプ５３には、上部に複数の上部吐出孔５３１が形成され、インナーパイプ５３の中央部には、複数の上部吐出孔５３１の一部に対向する下部吐出孔５３２が形成される。
また、インナーパイプ５３の上部吐出孔５３１の両外側には、上部吐出孔５３１が形成されていない上部吐出孔無形成領域５３３が存在する。さらに、上部吐出孔無形成領域５３３の端部側には、スラリー溜まり防止孔５３４が形成されている。

端部キャップ５４は、インナーパイプ５３が挿通される円形孔部と、円形孔部と同心円状に形成される外側円形凹部とを備える。インナーパイプ５３を円形孔部に挿入し、外側円形凹部にアウターパイプ５１の端部を係合することにより、アウターパイプ５１内で、インナーパイプ５３がアウターパイプ５１の内壁に接触しない状態で保持される。

［３］インナーパイプ５３の詳細構成
インナーパイプ５３は、７３５ｍｍとされている。インナーパイプ５３の上部吐出孔５３１、下部吐出孔５３２、および端部のスラリー溜まり防止孔５３４の形成領域、数等の仕様については、たとえば、図４に例示される。
インナーパイプ５３は、実機となるワイヤーソー装置１に装着するために試作したものであり、外径２７．７ｍｍφ、内径２５．２ｍｍφの円筒管から構成される。

上部吐出孔５３１は、インナーパイプ５３の長手方向中央を中心として複数形成される。具体的には、上部吐出孔５３１は、長手方向に１８個ずつ、計３６個（４２０ｍｍ）形成され、孔径は、５ｍｍφである。
下部吐出孔５３２は、インナーパイプ５３の長手方向中央を中心として複数形成される。具体的には、下部吐出孔５３２は、長手方向に７個ずつ、計１４個（１５６ｍｍ）形成され、孔径は、同様に５ｍｍφである。

スラリー溜まり防止孔５３４は、インナーパイプ５３の端部から長手方向に沿って端部に形成される。具体的には、スラリー溜まり防止孔５３４は、内側の４７ｍｍの位置に形成され、孔径は５ｍｍφである。
スラリー溜まり防止孔５３４と、上部吐出孔５３１の端部との間、すなわち、インナーパイプ５３から所定長さ離れた位置は、上部吐出孔無形成領域５３３とされ、インナーパイプ５３の端部からスラリー溜まり防止孔５３４の形成位置４７ｍｍから、上部吐出孔５３１の端部まで形成され、上部吐出孔無形成領域５３３は、１１１ｍｍの長さとされる。

上部吐出孔５３１の形成領域の４２０ｍｍに対して、下部吐出孔５３２の形成領域は、１５６ｍｍであるから、下部吐出孔５３２の形成領域は、上部吐出孔５３１の形成領域の１５６／４２０＝１／３．７となる。したがって、下部吐出孔５３２の形成領域は、上部吐出孔５３１の形成領域に対して、１／４以上、１／２以下の範囲で形成されるのが好ましいと考えられる。

一方、下部吐出孔５３２の形成領域は、１５６ｍｍに対して、片側の上部吐出孔無形成領域５３３は１１１ｍｍであるから、上部吐出孔無形成領域５３３は、１５６／１１１＝１／１．４となる。したがって、上部吐出孔無形成領域５３３は、下部吐出孔５３２の形成領域に対して、１以上、１．４以下とするのが好ましいと考えられる。上部吐出孔無形成領域５３３が、インナーパイプ５３の両側端部に形成されるのでこれを考慮すると、上部吐出孔無形成領域５３３は、下部吐出孔５３２の形成領域の２以上、２．８以下とするのが好ましいと考えられる。

［４］実施の形態の作用および効果
次に、本実施の形態の作用について説明する。図３に示すように、内側ノズル５Ｂのインナーパイプ５３の両端からスラリーが吐出され、それぞれの吐出されたスラリーは、内側ノズル５Ｂの略中央で衝突し、インナーパイプ５３の中央部で流速が落ちて淀みが生じ易くなる。
内側ノズル５Ｂの中央部では、図５に示すように、上部吐出孔５３１から吐出されたスラリーは、アウターパイプ５１の内壁面に衝突し、アウターパイプ５１の内壁面に沿って下降し、スラリー供給部５２に集められる。

下部吐出孔５３２から吐出されたスラリーは、そのまま落下してスラリー供給部５２に集められる。内側ノズル５Ｂの中央部で衝突したスラリーは、流速が落ちても、下部吐出孔５３２から落下するようになっているため、インナーパイプ５３内で淀み部が生じることがない。したがって、淀み部に起因して固着物が発生して、上部吐出孔５３１を狭めたり、塞いだりすることがない。よって、スラリー供給部５２からスラリーが途切れることがなく、スラリーを膜状に供給することができる。
スラリー供給部５２から吐出されるスラリーは、スラリーの粘性と相俟って、膜状となってワイヤーソー装置１のワイヤー３にスラリーを均一に付着させることができる。

下部吐出孔５３２の形成領域は、上部吐出孔５３１の形成領域の１／４以上、１／２以下の範囲とすることにより、スラリーの淀みを解消できるスラリーを下部吐出孔５３２から吐出させることができ、かつ上部吐出孔５３１から吐出して、アウターパイプ５１の内壁を流れるスラリーの量が減少することもない。

インナーパイプ５３は、上部吐出孔の形成されていない上部吐出孔無形成領域５３３を備えている。上部吐出孔無形成領域５３３からは、スラリーが吐出されないので、インナーパイプ５３から吐出されるスラリーの吐出圧が減少することがない。すなわち、上部吐出孔５３１から吐出されるスラリーの吐出圧を確保して、アウターパイプ５１の内壁に沿ってスラリーを流すことができる。したがって、スラリー供給部５２から吐出されるスラリーを膜状にして吐出することが可能となり、ワイヤー３に均一にスラリーを付着させることができる。

インナーパイプ５３の端部には、スラリー溜まり防止孔５３４が形成されている。上部吐出孔無形成領域５３３からは、スラリーが吐出されないので、上部吐出孔無形成領域５３３内でスラリーの淀みが生じる可能性がある。スラリー溜まり防止孔５３４を形成することにより、これを防止して、インナーパイプ５３内のスラリーの流れを良好にすることができる。

［５］実施の形態の変形
本発明は、前述した実施の形態に限定されるものではなく、以下に示すような変形をも含むものである。
前述の実施の形態では、インナーパイプの直径および全長、上部吐出孔５３１の個数および径、下部吐出孔５３２の個数および径、スラリー溜まり防止孔５３４の個数および径は、ワイヤーソーへのスラリー吐出量、インナーパイプへのスラリー吐出圧等に応じて適宜決定すればよい。

同様にアウターパイプの直径、全長、スラリー供給部５２の全長、スリット幅についても、ワイヤー３に供給するスラリーの量に応じて、適宜決定すればよい。
その他、本発明の実施の際の具体的な構造および形状等は、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造等としてもよい。

１…ワイヤーソー装置、２…メインローラ、３…ワイヤー、４…ワーク押圧部、５…スラリー吐出部、５Ａ…外側ノズル、５Ｂ…内側ノズル、５１…アウターパイプ、５２…スラリー供給部、５３…インナーパイプ、５４…端部キャップ、５３１…上部吐出孔、５３２…下部吐出孔、５３３…上部吐出孔無形成領域、５３４…スラリー溜まり防止孔、Ｗ…ワーク。

Claims (4)

1. ワイヤーソー装置に装着され、前記ワイヤーソー装置のワイヤーにスラリーを供給するワイヤーソー用スラリーノズルであって、
   前記ワイヤーに膜状にスラリーを供給するスラリー供給部が下部に設けられたアウターパイプと、
   前記アウターパイプの内部に挿入され、両端から供給されるスラリーを上部から吐出する複数の上部吐出孔を有するインナーパイプとを備え、
   前記インナーパイプには、前記インナーパイプの中央部に前記複数の上部吐出孔の一部と対向する下部吐出孔が形成されている
   ことを特徴とするワイヤーソー用スラリーノズル。
2. 請求項１に記載のワイヤーソー用スラリーノズルにおいて、
   前記下部吐出孔は、前記上部吐出孔の形成領域に対して、１／４以上、１／２以下の範囲で複数形成されていることを特徴とするワイヤーソー用スラリーノズル。
3. 請求項１または請求項２に記載のワイヤーソー用スラリーノズルにおいて、
   前記インナーパイプは、前記インナーパイプの端部から所定長さ離れた位置に、前記上部吐出孔が形成されていない領域を有することを特徴とするワイヤーソー用スラリーノズル。
4. 請求項３に記載のワイヤーソー用スラリーノズルにおいて、
   前記インナーパイプは、前記上部吐出孔が形成されていない領域よりも、前記インナーパイプの端部側に、スラリー溜まりを防止するスラリー溜まり防止孔が形成されていることを特徴とするワイヤーソー用スラリーノズル。

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