JP2020032472A - ワイヤソー装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ワイヤソー装置を小型化でき、揺動機構と同様の効果を有したワイヤソー装置を提供する。【解決手段】上記の課題を解決するため、本発明は、少なくとも1本のワイヤ２を複数のガイドローラー７、７間に掛け渡し、当該ワイヤ２を走行させて上記ガイドローラー７に掛け渡されたワイヤ２にワーク固定台９１１に固定したワークＷを押し付けることで切断加工するワイヤソー装置１において、上記ワーク固定台９１１に、周波数が２０ｋＨｚ未満、振幅が１５ｍｍ以下の振動発生手段を設けて、ワークＷに振動を与えながら切断加工を行う。【選択図】図１

Description

本発明は、ワイヤソー装置に関するものである。

従来から、半導体インゴット、セラミック、ガラス等の結晶塊を一定の厚さに切断する装置としてワイヤソー装置がある。ワイヤソー装置は、ワイヤの一方端をワイヤリールに巻回し、ワイヤの少なくとも一本を複数のガイドローラー間に巻き掛けて、ワイヤの他端を他方のワイヤリールに巻回する。ワイヤをワイヤリール間で高速往復させて、ワークをガイドローラー間の位置でワイヤに押し付けて切断するものである。

このワイヤソー装置において、ワークやガイドローラーを揺動させる機構を有するものが知られている（例えば特許文献１）。

特許文献１のワイヤソー装置では、ワークやガイドローラーを揺動させながらワークを切断することで、ワークとガイドローラー間のワイヤとを点接触に近い状態にでき高荷重を加えた効果的な切断ができる。また、ワークとワイヤが円弧で接触するためスラリの供給と、切削屑の排出がしやすくなり、切断スピードを上げることができる。

また、ワークに超音波振動を与えて切断加工を行うワイヤソー装置も知られている（例えば特許文献２）。

特公平６−３５１０７号公報 特開平１０−１３８２２９号公報

上記に示した通り、ワークやガイドローラーを揺動させる機構は、ワイヤソーでワークを切断加工するうえで有用な効果を有している。

もっとも、特許文献１に示すようにガイドローラーを揺動させるためには、大型のベアリングやガイドを用いた揺動機構が必要となり、装置が大型にならざるを得ない。

また、ワークに超音波振動を与えて切断する方法は、ワイヤソー装置を長時間稼働させることが多いことにも鑑みると長時間の超音波振動により装置自体に損傷を与える可能性がある。また、超音波振動は、ワーク自体にも損傷を与える可能性がある。

そこで、本発明は、超音波でない領域の振動を用いて上記の揺動機構と同様の切断加工の効果を維持しつつ、小型な装置を提供する。

上記の課題を解決するため、本発明は、少なくとも1本のワイヤを複数のガイドローラー間に掛け渡し、当該ワイヤを走行させて上記ガイドローラーに掛け渡されたワイヤにワーク固定部に固定したワークを押し付けることで切断するワイヤソー装置において、上記ワーク固定部を上下振動させる振動発生手段を備え、上記ワークに振動を与えながら切断を行うことを特徴とする。

また、上記振動発生手段において発生させる振動の周波数が２０ｋＨｚ未満、振幅が１５ｍｍ以下であることが好ましい。

本発明は、上記手段を用いることで、ワークを振動させることによってワイヤがワークに対し接触離反動するため、スラリの供給と切削屑との排出がしやすくなる。また、ワイヤとワークとの接触時間が少なくなりワイヤへの負荷が軽減される。

また、ワークとワイヤとは、点接触の状態にはならないが、ワイヤがワークの同じ箇所を周期的に何度も往復するためワーク表面のラッピング効果を期待できる。

本発明は、ワークを振動させる機構を備えればよいので、小型なワイヤソー装置を提供できる。

は、ワイヤソー装置の全体概要図である。 は、ワーク振動装置の正面図である。 は、図２のＡ−Ａ方向矢視図である。 （ａ）及び（ｂ）は、クランク機構が下死点から４５度左方向へ回動する動作について示したものである。 （ｃ）及び（ｄ）は、図４（ｂ）の状態からクランク機構が上死点まで回動する動作について示したものである。

本発明の実施例であるワイヤソー装置１について、以下添付図面を参照して説明する。

図1は、ワイヤソー装置１の全体概略図である。図１に示すように、ワイヤソー装置１はワイヤ２が多数巻き掛けられた供給リール３と、上記ワイヤ２を巻き取る回収リール４とを備える。上記供給リール３と上記回収リール４との間には、上記ワイヤ２に所定の張力を付与するテンショナー５と、ワイヤ２を所定の方向に導くガイドプーリ６と、ワイヤ２が巻き掛けられてワイヤ列を形成するガイドローラー７とを備える。さらに、ガイドローラー７、７の間には、ワークＷを上記のワイヤ列に押し付けるワーク保持部８と、ワーク保持部８に固定されワークＷを押し付ける際にワークＷに上下振動を与えるワーク振動装置９とを備えている。

上記供給リール３には、固定砥粒式ワイヤソーの場合、例えば鋼線で形成された芯線にダイヤモンドなどの砥石が電着、レジン等で固定された固定砥粒ワイヤが巻き回される。また、遊離砥粒方式のワイヤソーの場合は、鋼線に銅メッキやブラスメッキが施されたワイヤが巻き回される。供給リール３には図示しないモーターが接続され、供給リールを正逆転させてワイヤ２の繰り出しと、走行反転時のワイヤ２の巻取りを行うようになっている。

回収リール４は、供給リール３と同様に図示しないモーターが接続されており、回収リールを正逆転させてワイヤ２の巻取りと、走行反転時のワイヤ２の繰り出しを行うようになっている。

ワイヤ２は供給リール３から繰り出され、プーリー６、６、テンショナー５、プーリー６を経由してガイドローラー７に導かれる。上記ガイドローラー７に導かれたワイヤ２はガイドローラー７、７に複数回巻き掛けられワイヤ列を形成する。上記ガイドローラー７から出たワイヤ２は、プーリー６、テンショナー５、プーリー６、６を経由して回収リール４に巻き取られるようになっている。上記ワイヤ２は、図示しないロードセルによってワイヤ張力を計測し、テンショナー５、５によって適当な張力が与えられている。

なお、ワイヤソー装置１は、ガイドローラー７、７に複数回ワイヤ２を巻き付けるマルチワイヤソー装置を例に説明するが、ガイドローラー７、７に一回ワイヤ２を巻き付けるシングルワイヤソー装置であっても良い。

ワーク保持部８は、テーブルを備え、モーターＭおよび駆動軸によってテーブルに固定されたワーク振動装置９を昇降させることが可能となっている。

ワーク振動装置９について図２及び図３を参照して説明する。図２は、ワーク振動装置９の正面図である。図３は、図２のＡ−Ａ方向矢視図である。

ワーク振動装置９は、ワークＷを固定するためのワーク固定ベース９１と、ワイヤソー装置１に取り付けるためのユニットベース９２と、上記ワークＷを振動させるためのクランク機構９３からなる。

なお、ワーク振動装置９は、ワークＷの切削屑等による汚れを防ぐためワーク固定台９１１だけが露出した図示しない箱形のカバーでおおわれている。

図２に示すように、ワーク固定ベース９１は、ワーク固定台９１１とスライダー９１２とを備えている。

また、ユニットベース９２は、装置へ取り付けるための装置固定台９２１と、モーター９２２と、ガイドレール９２３とを備えている。上記ワーク固定ベース９１は、上記スライダー９１２を上記ガイドレール９２３に嵌合させることによって上下に摺動可能になっている。

本発明の振動発生手段として、クランク機構９３を用いる。図２及び図３に示すように、クランク機構９３は、プレート９３１と回転ベース９３２とシャフト９３３ａ、９３３ｂとを備え、ワーク固定ベース９１とユニットベース９２とを繋いでいる。シャフト９３３ａ、９３３ｂは、ベアリング等を用いてプレートに回動可能なように取り付けられている。図３に示すように、上記シャフト９３３ｂは、回転ベース９３２を介してモーター軸９２４と偏心配置になるよう配置される。上記クランク機構９３は、シャフト９３３ｂとモーター軸９２４との偏心配置により、モーター９２２の回転運動を上記ワーク固定ベース９１の上下運動へと変換することができるようになっている。

なお、シャフト９３３ｂとモーター軸９２４との偏心配置については、上記回転ベース９３２やプレート９３１の穴位置の変更によって所望の位置に変更可能になっている。

ガイドローラー７、７の間には、図示しない加工液を供給する加工液供給ノズルが延設されている。この加工液供給ノズルから、ワイヤ２やワークＷに向けて加工液が噴射されるようになっている。固定砥粒式ワイヤソーの場合、水に界面活性剤等が添加された加工液が用いられる。また、遊離砥粒式ワイヤソーの場合は、ダイヤモンドやＳｉＣ等の砥粒が油やグリコール等に混合されたスラリが加工液として用いられる。

以下では、ワイヤソー装置１を用いた動作について図４および図５を参照して説明する。図４および図５は、図１のガイドローラー７およびワーク振動装置９の部分を拡大したものであり、クランク機構の回動動作を示したものである。

ワーク固定台９１１にワークＷを固定する。供給リール３と回収リール４の間でワイヤ２を高速往復させて、ガイドローラー７、７間でワーク保持部８を上昇させながらワークＷを切断加工していく。ワーク保持部８を上昇させる際に、ワーク振動装置９によりワークＷを上下振動させながら切断加工を行う。

ワーク振動装置９のユニットベース９２に備えられたモーター９２２を作動させると、モーター軸９２４が回転する。上記の通りシャフト９３３ｂとモーター軸９２４とは回転ベース９３２を介して偏心配置されているから、プレート９３１がモーター軸９２４を中心に偏心運動することになる。

上記プレート９３１が偏心運動することで、その偏心量分がシャフト９３３ｂ、プレート９３１、シャフト９３３ａを介して上記ワーク固定ベース９１に伝わり、上下運動に変換される。ワーク固定ベース９１は、スライダー９１２により偏心運動で描かれる円の軌跡の直径分、上下に振動することになる。

具体的には以下の動作になる。図４（ａ）に示すように、回転ベース９３２に繋がっているシャフト９３３ｂが下死点に位置しており、ワーク固定ベース９１は最下点にある。図４（ｂ）に示すように、この状態で、モーター軸９２４が４５度動くと、回転ベース９３２が４５度回転し、シャフト９３３ｂが偏心回転する。ワーク固定ベース９１が、プレート９３１、シャフト９３３ａ、スライダー９１２を介して、偏心量分（図４（ａ）のシャフト９３３ｂと図４（ｂ）のシャフト９３３ｂとの高低差分）上昇することになる。そして、図５（ｃ）に示すように、図４（ｂ）の状態からさらに４５度回転すると、回転ベース９３２が更に４５度回転し、シャフト９３３ｂの偏心回転に伴いワーク固定ベース９１はさらに上昇する。更に、図５（ｄ）に示すように、図５（ｃ）の状態から９０度回転すると、シャフト９３３ｂは上死点まで偏心回転し、ワーク固定ベース９１は最上点まで上昇する。その後は図示しないが、モーター軸９２４が更に一方向に回転することでシャフト９３３ｂは下死点まで戻り、ワーク固定ベース９１は最下点まで下降する。

このようにワーク固定ベース９１は、モーター９２２で発生する回転運動をクランク機構９３によって上下運動に変換され、最下点と最上点の往復を繰り返すことで上下振動することになる。ワーク固定ベース９１に固定されたワークＷは、ワーク保持部８によって上昇しながら、上記上下振動に合せてワイヤ２に対して接触離反動を繰り返し切断加工されていく。

この上下振動における周波数は、超音波でない領域の周波数を用いる。超音波の周波数は、２０ｋＨｚ以上であるから、上記上下振動で好ましい周波数は、２０ｋＨｚ未満である。特に好ましい周波数は、１００Ｈｚ以下である。より好ましい周波数は、1Ｈｚ乃至１０Ｈｚ以下である。上記上下振動での周波数が超音波の領域に近づくとワークが損傷する恐れがあるためである。もっとも、ワイヤソー装置１で切断するワークＷは半導体インゴット、セラミック、ガラス等材質が多岐にわたるため適宜材質に合せて周波数を決定するのが好ましい。

また、上下振動において好ましい振幅は１５ｍｍ以下である。特に好ましい振幅は、０．２５ｍｍ乃至１．５ｍｍ以下である。上記振幅は、ワイヤ２が一回離れる距離以上であって、ワイヤ２に適当なテンションをかけるためワイヤ２のたわみ量の半分程度のものが好ましい。もっとも、周波数と同様に振幅もワークＷの材質によって適宜決定するのが好ましい。

ワーク振動装置９は、本発明の実施形態の一つに過ぎないため、上記構成に限らない。また、クランク機構９３以外の振動発生手段を採用することもできる。

本発明の実施において、ワークＷをワイヤの上方から降下させて切断を行う構成にしても良い。また、本発明を実施するにあたって用いるワイヤソー装置１のガイドローラー７の数は、図１、図４、図５に示すような２本に限らず、３本、４本であっても良い。

１ ワイヤソー装置
２ ワイヤ
３ 供給リール
４ 回収リール
５ テンショナー
６ プーリー
７ ガイドローラー
８ ワーク保持部
９ ワーク振動装置
９１ ワーク固定ベース
９２ ユニットベース
９３ クランク機構
９１１ ワーク固定台
９１２ スライダー
９２１ 装置固定台
９２２ モーター
９２３ ガイドレール
９２４ モーター軸
９３１ プレート
９３２ 回転ベース
９３３ａ シャフト
９３３ｂ シャフト

Claims (2)

1. 少なくとも1本のワイヤを複数のガイドローラー間に掛け渡し、該ワイヤを走行させて前記ガイドローラーに掛け渡されたワイヤにワーク固定部に固定したワークを押し付けることで切断するワイヤソー装置において、
   前記ワーク固定部を上下振動させる振動発生手段を備え、
   前記ワークに振動を与えながら切断を行うことを特徴とするワイヤソー装置。
2. 前記振動発生手段において発生させる振動の周波数が２０ｋＨｚ未満、振幅が１５ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項１記載のワイヤソー装置。

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