JP2019181878A

JP2019181878A - 切断方法

Info

Publication number: JP2019181878A
Application number: JP2018078577A
Authority: JP
Inventors: 信平阿部; Shinpei Abe
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-04-16
Filing date: 2018-04-16
Publication date: 2019-10-24

Abstract

【課題】円柱状のワークの切断面を均一にすることが可能なワイヤソー装置による切断方法を提供する。【解決手段】実施形態に係るワイヤソー装置による切断方法は、複数の加工用ローラ１５ａ、１５ｂ、１５ｃに巻回されるワイヤ２０によって円柱状のワークＷを切断する切断方法であって、ワークＷの切断長さが略一定となるように、ワイヤＷのチルト角度を設定し、設定したチルト角度でワークＷを切断する際のワークＷの切断深さが略一定となるように、ワークＷのワイヤ方向への送り量ｄを相対的に調整する。【選択図】図２Ｂ

Description

本発明は、インゴット等の円柱状のワークをワイヤにより切断するワイヤソー装置による切断方法に関するものである。

従来から、走行するワイヤにインゴット等の円柱状のワークを押し付けることによりワークを切断するワイヤソーが知られている。ワイヤソーでは、ワイヤが一対のボビンに巻き付けられている。ワイヤは、一方のボビンから繰出された後、ワークの切断に寄与し、その後、他方のボビンに巻取られる。ワイヤが往復走行する場合は、繰出し側と巻取り側のボビンが所定の周期で入れ替わる。

インゴットの断面は円形であるため、ワイヤとインゴットが接触する長さは、切断の始端部と終端部は比較的短く、中央部では比較的長くなる。しかし、ワイヤの往復の１サイクル当たりの送り量は、ワイヤとインゴットとの接触長さに関係なく、インゴットの切断中、常に一定であった。

このため、接触長さが長くなるインゴットの切断中央部において、切断後半部分で砥石の量が減少し、切断後半部分の切断溝の幅が切断前半部よりも狭くなり、切断されたウエハに厚さムラが生じるという問題があった。そこで、特許文献１では、ワイヤの送り量を切断始端部や切断終端部において比較的大きくする一方、インゴットの切断中央部では比較的小さくするワイヤソーによる切断方法が提案されている。

特開平１１−５８２１０号公報

ワイヤソー装置で円柱状のワークを切断する場合、ワークの切断場所によって切断長さが異なる。ワークの切断場所によって切断長さが異なると、切断面のクーラント液（研削液）の供給具合や切粉の排出性に差が生じる。このため、ワークの切断場所によって表面粗さが変わり、ワークの切断面を均一にすることができないという問題がある。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、円柱状のワークの切断面を均一にすることが可能なワイヤソー装置による切断方法を提供することである。

本発明の一態様に係るワイヤソー装置による切断方法は、複数の加工用ローラに巻回されるワイヤによって円柱状のワークを切断する切断方法であって、前記ワークの切断長さが略一定となるように、前記ワイヤのチルト角度を設定し、設定した前記チルト角度で前記ワークを切断する際の前記ワークの切断深さが略一定となるように、前記ワークの前記ワイヤ方向への送り量を相対的に調整する。

本発明によれば、円柱状のワークの切断面を均一にすることが可能なワイヤソー装置による切断方法を提供することが可能となる。

ワイヤソー装置の構成を示す図である。実施の形態に係る切断方法を説明する図である。実施の形態に係る切断方法を説明する図である。実施の形態に係る切断方法を説明する図である。実施の形態に係る切断方法で切断されたワークの切断長さを示す図である。ワークの切断深さを示す図である。比較例の切断方法を説明する図である。比較例の切断方法を説明する図である。比較例の切断方法を説明する図である。比較例の切断方法で切断されたワークの切断長さを示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。各図における同等の構成要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

実施の形態は、インゴット等の円柱状のワークを複数の加工用ローラに巻回されるワイヤによって切断する切断方法に関する。実施の形態に係る切断方法は、ワークの切断長さが略一定となるように、ワイヤのチルト角度を設定するとともに、設定したチルト角度でワークを切断する際のワークの切断深さが略一定となるように、ワークのワイヤ方向への送り量を調整する。このように、ワイヤのチルト角度と、ワークのワイヤへの送り量とを組み合わせてワークの切断長さを一定することにより、ワークの切断面を均一にする。

まず、図１を参照して、実施の形態に係るワークの切断に用いられるワイヤソー装置の構成について説明する。図１は、ワイヤソー装置１０の構成を示す図である。ワイヤソー装置１０は、インゴット等の円柱状のワークＷをワイヤ列により切断して多数の円板（ウエハ）を形成する。ワイヤソー装置１０は、支持台１１、コラム１２、ボビン１３、張力調整部１４、加工用ローラ１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、リブ１６、ワーク支持部１７、ワーク送り部１８、制御部１９を有している。なお、図１においては、ワイヤ２０の図示は省略されている。

支持台１１上には、コラム１２が立設している。コラム１２は、ワイヤ列によってワークＷの切削加工を行う加工エリアとワイヤ２０が巻きかけられた一対のボビン１３が配置される非加工エリアとを区画する。コラム１２の非加工エリア側の面には、コラム１２を補強するリブ１６が設けられている。

加工エリアには３つの加工用ローラ１５ａ、１５ｂ、１５ｃが配置されている。加工用ローラ１５ａ、１５ｂ、１５ｃは、コラム１２の加工エリア側の面から加工エリアに向かって突設されている。加工用ローラ１５ａ、１５ｂ、１５ｃは、コラム１２から回転自在に支持される。加工用ローラ１５ａ、１５ｂ、１５ｃは、それぞれの径方向中心を結んだ形状が三角形状となるように配置されている。加工用ローラ１５ａ、１５ｂ、１５ｃは、互いに平行に配置されている。加工用ローラ１５ａ、１５ｂは水平方向に互いに平行に配置されている。加工用ローラ１５ｃは、加工用ローラ１５ａ、１５ｂよりも下方で、加工用ローラ１５ａ、１５ｂ間に配置されている。

なお、ここでは図示していないが、各加工用ローラ１５ａ、１５ｂ、１５ｃの表面には、複数の環状溝が軸方向に沿って間隔を置いて形成されている。各加工用ローラ１５ａ、１５ｂ、１５ｃの環状溝に１本の線材からなるワイヤ２０が連続的に螺旋状に巻回される。加工用ローラ１５ａ、１５ｂ間のワイヤ列がワークＷの切削加工に用いられる。加工用ローラ１５ａ、１５ｂ間のワイヤ列は、以下に説明するチルト角度を変化させない場合、水平方向に平行に配置される。

実施の形態では、加工用ローラ１５ａ、１５ｂ、１５ｃは、これらの径方向中心を結んだ三角形状を保ったまま、チルト中心を中心として回転可能である。チルト中心は、例えば、加工用ローラ１５ａ、１５ｂ、１５ｃの径方向中心を結んだ三角形状の重心位置に配置される。この加工用ローラ１５ａ、１５ｂ、１５ｃによる三角形状が回転することで、加工用ローラ１５ａ、１５ｂ間のワイヤ２０が水平方向から傾く。このワイヤ２０の水平方向からの傾きをチルト角度とする。本実施の形態では、チルト角度は、加工用ローラ１５ａ、１５ｂ、１５ｃによる三角形のチルト中心を中心とした回転角度と等しい。

加工用ローラ１５ａ、１５ｂ、１５ｃの上方には、ワークＷを支持するワーク支持部１７が設けられている。ワーク支持部１７は、コラム１２の加工エリア側の面に沿って上下動自在に支持されている。ワークＷは、ワーク支持部１７により、その軸方向が加工用ローラ１５ａ、１５ｂ、１５ｃの軸方向と平行になるように支持される。また、ワークＷは、加工用ローラ１５ａ、１５ｂの略中央に位置する。

ワーク支持部１７が上下に移動することで、ワークＷを２つの加工用ローラ１５ａ、１５ｂの間に送ることができる。これにより、ワークＷと、加工用ローラ１５ａ、１５ｂ間のワイヤとの距離を相対的に調整することができる。なお、ここでは図示していないが、加工用ローラ１５ａ、１５ｂの近傍には、研削液供給ノズルが設けられている。研削加工時には、研削液供給ノズルから研削液が供給される。

非加工エリアには、一対のボビン１３が配置される。一対のボビン１３は支持台２に固定されている。ワイヤ２０は、一対のボビン１３のうち一方から繰り出された後、ワークの切断に寄与し、その後、他方のボビン１３に巻き取られる。両方のボビン１３には、その回転方向及び回転速度を変更可能なサーボモータ（不図示）が連結されている。ワイヤが往復走行する場合は、繰出し側と巻取り側のボビンが所定の周期で入れ替わる。なお、ワイヤ２０は走行しながら摩耗するため、通常、往復走行でのワイヤの繰出し量に差が設けられ、所定量ずつ繰出し側から巻取り側のボビンへと適宜新線が供給される。

一対のボビン１３に対応するように一対の張力調整部１４が配置されている。張力調整部１４は、例えば、ワイヤ２０が巻回される複数のアイドラローラを備えている。張力調整部１４は、測定されたワイヤ２０の張力に応じて、アイドラローラのいずれかが揺動することでワイヤ２０の張力を調整する。

制御部１９は、ワークＷの切断長さが略一定となるように、ワイヤ２０のチルト角度を設定する。また、制御部１９は、設定したチルト角度でワークＷを切断する際のワークＷの切断深さが略一定となるように、ワークＷのワイヤ方向への送り量を調整する。

ワイヤソー装置１０では、一方のボビン１３からワイヤ２０が繰出され、加工用ローラ１５ａ、１５ｂ、１５ｃを高速走行し、他方のボビン１３に巻き取られる。そして、ワーク支持部１７により把持されたワークＷを、加工用ローラ１５ａ、１５ｂ間のワイヤ列に向かって移動させて、ワークＷをワイヤ列に押し当てることで、ワークＷを切断して薄い円板が多数形成される。この時、制御部１９により、ワイヤ２０のチルト角度及びワークＷのワイヤ２０の方向への送り量が制御される。

ここで、図２Ａ〜２Ｄを参照して、実施の形態に係るワイヤソー装置による切断方法について説明する。図２Ａ〜２Ｃには、加工用ローラ１５ａ、１５ｂ、１５ｃとワークＷを軸方向から見た図が示されている。図２Ｄは、実施の形態に係る切断方法で切断されたワークの切断長さを示す図である。ここでは、水平方向から±α度だけワイヤ２０を傾ける１段チルトの例について説明する。すなわち、１段チルトでは、図２Ａのワイヤ２０が水平方向に平行な状態と、図２Ｂのワイヤ２０が水平方向から＋α度傾いた状態と、図２Ｃのワイヤ２０が水平方向から−α度傾いた状態の３つの状態を含む。

まず、制御部１９により、切断長さが一定となるようにワイヤ２０のチルト角度が設定される。ここでは、３つの状態で切断されるため、切断長さが、例えば、ワークＷの径Ｄの１／３となるように、チルト角度が設定される。

そして、制御部１９により、設定したチルト角度でワークＷを切断する際のワークＷの切断深さが略一定となるように、ワークＷのワイヤ２０の方向への送り量が調整される。図３は、ワークＷの切断深さを示す図である。図３に示すように、チルト角度を変化させたときのワークＷの切断深さｄ２が、チルト角度を変化させない場合の切断深さｄ１と等しくなるように、ワークＷの送り量が調整される。

図２Ｂ、２Ｃでは、チルト角度を変化させたときのワークＷの位置を実線で、チルト角度を変化させる前のワークＷの位置を二点鎖線で示している。図２Ｂ、２Ｃに示すように、チルト角度を変化させた場合、チルト角度を変化させる前と比較して、ワークＷをワイヤ２０から遠ざかる方向に移動させる。すなわち、この例では、チルト角度を変化させた場合のワークＷの送り量は、チルト角度を変化させる前のワークＷの送り量よりも小さくなる。

図４Ａ〜４Ｄでは、切断長さや切断深さを考慮せずに、チルト角度のみを変化させた比較例を示している。図４Ａ〜Ｄのようにチルト角度を振るだけでは、チルト角度を変化させた場合の切断深さが変化させない場合よりも深くなる場合がある。

実施の形態では、このような場合を考慮し、ワイヤ２０のチルト角度とワークＷの送り量とを制御している。上述のように設定されたチルト角度とワークＷの送り量とで切断を行うことにより、図２Ｄに示すように、図２Ａの状態で切断された長さと、図２Ｂの状態で切断された長さと、図２Ｃの状態で切断された長さがいずれもワークＷの径Ｄの１／３（Ｄ／３）となる。また、図３に示すように、チルト角度を変化させたときのワークＷの切断深さｄ２が、チルト角度を変化させない場合の切断深さｄ１と等しくなる。

このように、実施の形態によれば、切断長さと切断深さとを一定に保つことができ、研削液の供給具合や切粉の排出性の差をなくすことができる。これにより、ワークの切断場所によって表面粗さが変化してしまうのを抑制することができ、ワークの切断面を均一にすることが可能となる。また、ワイヤ２０によりワークＷを切断して得られる円板の切断面の面精度を向上させることが可能となる。さらに、ワイヤ２０への負担を軽減することができ、ワイヤ２０の断線を抑制することができる。

本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。実施の形態では、ワークＷを移動させて、ワークＷのワイヤ２０方向への送り量を調整したが、これに限定されない。ワイヤ２０が巻回された加工用ローラ１５ａ、１５ｂ、１５ｃを移動させてワークＷのワイヤ２０方向への送り量を調整してもよい。

また、上述の１段チルトに限定されず、例えば、水平方向から±α度、±β度だけワイヤ２０を傾ける２段チルト等を採用することも可能である。２段チルトでは、ワイヤ２０が水平方向に平行な状態と、ワイヤ２０が水平方向からそれぞれ＋α度、＋β度傾いた状態と、図２Ｃのワイヤ２０が水平方向からそれぞれ−α度、−β度傾いた状態の５つの状態を含む。２段チルトの場合、５つの状態で切断されるため、切断長さが、例えば、ワークＷの径の１／５となるようにチルト角度が設定されうる。

１０ワイヤソー装置
１１支持台
１２コラム
１３ボビン
１４張力調整部
１５ａ〜１５ｃ加工用ローラ
１６リブ
１７ワーク支持部
１８ワーク送り部
１９制御部
２０ワイヤ
Ｗワーク

Claims

複数の加工用ローラに巻回されるワイヤによって円柱状のワークを切断するワイヤソー装置による切断方法であって、
前記ワークの切断長さが略一定となるように、前記ワイヤのチルト角度を設定し、
設定した前記チルト角度で前記ワークを切断する際の前記ワークの切断深さが略一定となるように、前記ワークの前記ワイヤ方向への送り量を相対的に調整する、
切断方法。