JP2020097096A - ワイヤソーによる溝加工装置とその方法 - Google Patents
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Abstract
Description
図13に示すように、マルチワイヤソー50は、樹脂バインダや電着によってダイヤモンド砥粒を表面に固着させたワイヤ51と、このワイヤ51の繰り出しや巻き取りを行うリールボビン52a,52bと、互いに所定の間隔をあけて平行に設置されるとともにワイヤ51が巻回された溝付きローラ53,53と、砥粒を含む加工液をワーク56とワイヤ51の間に供給するための一対の加工液噴射ノズル54,54と、ワーク56を保持するとともに、ねじ送り機構やモータなどからなる駆動機構(図示せず)によって駆動されて上下方向へ移動するワークホルダ55と、ワイヤ51の張力を一定に保つための張力発生手段(図示せず)を備えている。なお、ワイヤ51には、上述の固定砥粒方式のワイヤ以外にも、ピアノ線に真鍮メッキされたワイヤやタングステンワイヤが用いられることもある。
さらに、ワークホルダ55は、下降した場合に、ワーク56の表面がワイヤ群57aに当接するように溝付きローラ53,53の上方に設置されている。
例えば、特許文献1には、「ワイヤソーによるワークの溝切り装置」という名称で、半導体ウェハなどのような硬脆材料からなる薄板状のワークの表面に任意の深さの溝を短時間で高精度に加工する装置に関する発明が開示されている。
ワイヤに平坦な状態のワークを押し当てた場合、ワイヤの撓みにより、ワークの端縁部では深い溝が形成され、ワークの中央部では浅い溝が形成される。これに対し、特許文献1に開示された発明では、ワークがワイヤと略平行をなすように湾曲されていることから、ワイヤの走行方向に沿ってワークに略均一な深さの溝を加工することができる。
特許文献2に開示されたワイヤソーは、円板状又は円柱状の押し付けローラ又は押し付けロッドからなり、ワークに対して溝加工方向に相対的に移動可能に設置される押し付け手段を備えたことを特徴としている。
このような構造のワイヤソーによれば、押し付け手段がワイヤの撓みを防ぐように作用するため、ワイヤの走行方向に沿って均一な深さの溝をワークに加工することが可能である。
第2の発明では、第1のローラの第2の環状溝にワイヤが少なくとも2回以上巻き付けられることでまとまった状態となるため、曲げに対するワイヤの剛性が高くなる。この場合、ワイヤが撓み難くなるとともに、ワークを加工する際に発生する切り屑が排出され易くなる。したがって、第2の発明においては、第1のローラの第2の環状溝に巻き付けられたワイヤの切削能力が第1の環状溝に巻き付けられたワイヤの切削能力に比べて高いという作用を有する。
また、第1の発明における第1のストッパや第2の発明における第2のストッパはワイヤによって加工され難い部材で形成されているものの、ワイヤ群の走行が何度も繰り返されると、第1のストッパや第2のストッパの表面はワイヤ群と接触している部分が次第に摩耗していく。しかし、第2のストッパは軸受けによって回転自在に支持されており、その表面に接触しているワイヤ群の走行に伴って回転することから、第2のストッパとワイヤとの間に発生する摩擦力は、第1のストッパとワイヤの間に発生する摩擦力よりも小さい。したがって、第3の発明では、ワイヤ群と接触している部分における第2のストッパの摩耗量が、第1のストッパにおける当該部分の摩耗量よりも少ないという作用を有する。
このような構造を備えた第4の発明においては、第2の発明と同様の作用を有する。
第2の発明又は第4の発明において、ワークに加工される溝の深さが浅い場合、ワイヤがストッパの表面で自転するように捻じれることによってワークに対して横方向(ワイヤの走行方向に直交する方向)へ移動する結果、ワークに加工される溝の形状が悪化したり、溝同士の境界となる柱部分に割れや欠けが発生したりするおそれがある。これに対し、第5の発明においては、ワイヤが第1のストッパの溝又は第2のストッパの第5の環状溝により、ワークの横方向へ移動しないように保持されるため、上述の柱部分に割れや欠けが発生し難いという作用を有する。
また、第2の発明乃至第5の発明では、第1のローラの第2の環状溝にワイヤが少なくとも2回以上巻き付けられることから、第2の環状溝内でワイヤが重なったり、潜り込んだりすることで、ワイヤが断線してしまう可能性があるが、第4の発明では、ワイヤ群を構成する複数本のワイヤのうちの何本かを一対の第2のローラの間で寄せるだけであるため、第4の環状溝内でワイヤが重なったり、潜り込んだりすることによって断線してしまうという事態は起こり難い。
第7の発明においては、第1の発明乃至第6の発明のいずれかの発明の作用に加えて、ワークホルダに対するワークの着脱が容易であるという作用を有する。
第8の発明においては、第7の発明の作用に加えて、スペーサが、ワークホルダによるワークの吸着機能を阻害することなく、ワイヤによって疵が付かないようにワークホルダの吸着面を保護するという作用を有する。
第9の発明においては、ワイヤによってワークの表面に溝を形成する際に、第1の発明乃至第8の発明のいずれかの発明と同様の作用が発揮される。
なお、図2(a)及び図2(b)では、図が煩雑になるのを避けるため、吸着孔4bや貫通孔5aについて、その一部のみを示している。さらに、先の図13に示した構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。
さらに、ワイヤソーによる溝加工装置1は、互いに所定の間隔をあけて平行に設置され、ねじ送り機構やモータなどからなる駆動機構(図示せず)によって駆動されて上下方向へ移動する一対のサブローラ3,3を備えている。
メインローラ2,2とサブローラ3,3は、支持手段(図示せず)によって、水平に設置された回転軸(図示せず)を中心としてそれぞれ回転可能に支持されている。
サブローラ3,3は、メインローラ2,2の間にワイヤ51が何度も架け渡されることによって形成される一対のワイヤ群57a,57bに上下を挟まれた形でメインローラ2,2の間に設置されている。また、ワークホルダ4は、下降した場合に、ワーク56の表面がワイヤ群57aに当接するようにメインローラ2,2の上方に設置されている。
このように、ワイヤソーによる溝加工装置1では、ワークホルダ4に対するワーク56の着脱が容易であることから、ワーク56に溝を加工する作業を効率よく行うことができる。
また、図4(a)は図3(c)におけるB部の拡大図であり、図4(b)は図3(a)においてサブローラ3を上昇させてワイヤ51に接触させた状態を示す図であり、図4(c)は図4(b)においてサブローラ3をその回転中心を含む平面で切断した場合の断面図であり、サブローラ3の環状溝3b,3cとワイヤ51の位置関係を示している。さらに、図5はサブローラ3の環状溝3cの溝深さhを説明するための図である。
なお、図1及び図2並びに図12に示した構成要素については同一の符号を付してその説明を省略する。また、図3(a)、図4(b)及び図6(a)では、図12に示した構成要素のうち、リールボビン52a,52bと加工液噴射ノズル54について、それらの図示を省略している。さらに、図3(b)及び図3(c)並びに図4(a)及び図4(c)並びに図6(c)では、ワイヤ51の符号を一部のみに付している。そして、図6(c)では、サブローラ3の環状溝3cの配置された3本のワイヤ51が、ワーク56やストッパ6によって環状溝3cの底に押し込まれる前の状態を破線で示している。
なお、サブローラ3の環状溝3cは、図4(a)に示すように断面がV字形をなしており、両隣の環状溝3b,3bに対するピッチが等しく、かつ、溝幅wが、隣り合う2本のワイヤ51,51の中心間の距離pの2倍よりも広くなるように形成されている。また、V字の角度αは60〜90度であり、ワイヤ51の直径をrとすると、溝深さhは以下の式(1)で表される(図5参照)。
既に述べたように、ワークホルダ4の吸着面4cには、スペーサ5とワーク56を合わせた厚さよりも薄い一対のストッパ6,6がスペーサ5とワーク56を間に挟むようにしてワイヤ51の走行方向の前方と後方にそれぞれ設置されている(図2(c)及び図4(b)を参照)。そして、炭化ケイ素などのファインセラミックスやサファイアで形成されたブロック材からなるストッパ6は、ワイヤ51による加工が難しいため、ワークホルダ4を下降させて、ワーク56の表面を走行中のワイヤ群57aに接触させた場合、ワーク56がストッパ6,6よりも突出している部分だけがワイヤ51によって加工される。これに対し、まとまった状態の3本のワイヤ51は1本のワイヤ51よりも切削能力が高いため、1本のワイヤ51では加工が困難なストッパ6についても、まとまった状態の3本のワイヤ51を用いれば、加工することができる。
さらに、図1乃至図6に示した構成要素については同一の符号を付してその説明を省略する。
このように、ストッパ6,6は、1本のワイヤ51によってワーク56に形成される溝56aの深さを規制するという作用を有するため、ワイヤソーによる溝加工装置1では、ワーク56に対して均一な深さの溝56aを高精度に形成することができる。
このように、本発明のワイヤソーによる溝加工方法によれば、ワーク56に溝56aを加工する工程と、ワーク56を切断する工程が同時に行われるため、1つのワーク56に対して、溝の加工と切断という2つの処理を短時間で行うことができる。
図9(a)に示すように、ストッパ7は、ストッパ6(図2(c)参照)に対して、厚さ方向(ワークホルダ4に設置された状態では鉛直方向)に所定の深さを有する直線状の溝7aがその内部に1本のワイヤ51を配置可能に形成されていることを特徴とする。
したがって、予めストッパ7の溝7aを、その内部に配置されたワイヤ51がワーク56を切断するのに十分な深さに形成しておけば、ストッパ7の溝7aの外部に配置されたワイヤ51によって、ワーク56に2つの溝56aが所定のピッチで同時に形成されるとともに、ストッパ7の溝7aの内部に配置されたワイヤ51によってワーク56が切断されるという作用が発揮される(図9(b)及び図9(c)参照)。
なお、ストッパ7の溝7aは、その内部に2本以上のワイヤ51を配置可能に形成された構造であっても良い。例えば、ワイヤソーによる溝加工装置1において、ストッパ7の溝7aがその内部に3本のワイヤ51を配置可能に形成されており、それぞれの溝7aがサブローラ3の環状溝3cの直上に位置するように一対のストッパ7,7がワークホルダ4の吸着面4cに設置されている場合、サブローラ3において、環状溝3bの内部に配置された1本のワイヤ51によってワーク56に形成される溝の深さと、環状溝3cの内部に配置された3本のワイヤ51によってワーク56に形成される溝の深さの差が一対のストッパ6,6を用いる場合よりも大きくなる。これにより、上述の2種類の溝の深さの差を調節できる範囲が広くなる。
さらに、本実施例では、ワイヤソーによる溝加工装置1を、一対のメインローラ2,2の上方に配置されたワークホルダ4が下降した場合にワイヤ群57aに当接するとともに、一対のサブローラ3,3が上昇した場合にワイヤ群57aに当接する構造としているが、一対のメインローラ2,2の下方に配置されたワークホルダ4が上昇した場合にワイヤ群57bに当接するとともに、一対のサブローラ3,3が下降した場合にワイヤ群57bに当接する構造とすることもできる。このような構造であっても、本実施例で説明したワイヤソーによる溝加工装置1における作用及び効果は同様に発揮される。
図11(a)は図10(a)においてワイヤ群57a(図1(a)参照)にサブローラ3,3(図1(a)参照)を接触させてワーク56の溝加工を行った場合のワイヤ51の状態を模式的に示した図であり、図11(b)は図11(a)におけるD部の拡大図である。
ただし、一対のストッパ8,8は、円柱軸がワイヤ51の走行方向と直交するとともに、ワーク56を間に挟むようにしてワイヤ51の進行方向の前方と後方にそれぞれ設置されている。また、一対のストッパ8,8は、例えば、炭化ケイ素等のファインセラミックスやサファイアなどのように、1本のワイヤ51では加工が困難な部材で形成されている。
このように、実施例2のワイヤソーによる溝加工装置では、ストッパ8,8がストッパ6,6と同様に、1本のワイヤ51によってワーク56に形成される溝56aの深さを規制するという作用を有する。
このように、実施例2のワイヤソーによる溝加工装置では、ストッパ8がストッパ6よりも摩耗し難いため、ワーク56に対して均一な深さの溝56aを高精度に形成できるという効果がワイヤソーによる溝加工装置1の場合よりもさらに長期に亘って発揮される。
したがって、ストッパ8,8の材質を適宜選択することによれば、実施例2のワイヤソーによる溝加工装置においても、上述の2種類の溝の深さの差を調節できるという効果が実施例1のワイヤソーによる溝加工装置1の場合と同様に発揮される。
このように、実施例2のワイヤソーによる溝加工装置においても、実施例1のワイヤソーによる溝加工装置1を用いた場合と同様に、ワーク56に溝56aを加工する工程と、ワーク56を切断する工程が同時に行われるため、1つのワーク56に対して、溝の加工と切断という2つの処理を短時間で行うことができるという効果が発揮される。
なお、図12(c)は図9(b)に対応するものであり、ワークホルダ4の吸着面4cが上を向いた状態を示している。また、図が煩雑になるのを避けるため、ワイヤ群57aを構成する複数本のワイヤ51のうち、図12(c)では3本のワイヤ51のみを表示している。また、図1乃至図11及び図13を用いて既に説明した構成要素については、同一の符号を付してその説明を適宜省略する。
図9(b)を用いて既に説明した場合と同様に、ワイヤ群57aを構成するワイヤ51の直上にそれぞれの環状溝11aが位置するように、一対のストッパ11,11をワークホルダ4の吸着面4cに設置した状態でワークホルダ4を下降させて、ワーク56の表面を走行中のワイヤ群57aに接触させた場合、ストッパ11の環状溝11aの内部に配置されたワイヤ51は、環状溝11aの底部に接触するまで、その移動を制限されないが、それ以外のワイヤ51はストッパ11の外面に接触した段階で、その移動を制限される。そのため、ストッパ11の環状溝11aの内部に配置されたワイヤ51によって、他のワイヤ51がワーク56に形成する溝よりもさらに深い溝がワーク56に形成される。
したがって、予めストッパ11の環状溝11aを、その内部に配置されたワイヤ51がワーク56を切断するのに十分な深さに形成しておけば、ストッパ11の環状溝11aの外部に配置されたワイヤ51によって、ワーク56に2つの溝56aが所定のピッチで同時に形成されるとともに、ストッパ11の環状溝11aの内部に配置されたワイヤ51によってワーク56が切断されるという作用が発揮される(図12(c)及び図9(c)参照)。
なお、ストッパ11の環状溝11aは、その内部に2本以上のワイヤ51を配置可能に形成された構造であっても良い。例えば、実施例2のワイヤソーによる溝加工装置において、ストッパ11の環状溝11aがその内部に3本のワイヤ51を配置可能に形成されており、それぞれの環状溝11aがサブローラ3の環状溝3cの直上に位置するように一対のストッパ11,11がワークホルダ4の吸着面4cに設置されている場合、サブローラ3において、環状溝3bの内部に配置された1本のワイヤ51によってワーク56に形成される溝の深さと、環状溝3cの内部に配置された3本のワイヤ51によってワーク56に形成される溝の深さの差が一対のストッパ8,8を用いる場合よりも大きくなる。この場合、上述の2種類の溝の深さの差を調節できる範囲を広くすることができる。
また、実施例2では、ストッパ8,11がワークホルダ4の下方に配置された構造となっているが、本発明のワイヤソーによる溝加工装置は、このような構造に限定されるものではなく、例えば、ストッパ8,11がワークホルダ4の前方や後方に配置された構造であっても良い。この場合、外径がワーク56よりも大きい円柱体をストッパ8,11に用いることができるというメリットがある。
なお、図12(c)は図9(b)に対応するものであり、ワークホルダ4の吸着面4cが上を向いた状態を示している。また、図が煩雑になるのを避けるため、ワイヤ群57aを構成する複数本のワイヤ51のうち、図12(c)では3本のワイヤ51のみを表示している。また、図1乃至図11及び図13を用いて既に説明した構成要素については、同一の符号を付してその説明を適宜省略する。
Claims (9)
- 水平に設置された各回転軸を中心として回転可能に、互いに所定の間隔を空けて平行に設置された一対の第1のローラと、
一対の前記第1のローラに対し、軸方向の一端から他端にかけて交互に往復するように螺旋状に巻き付けられたワイヤと、
ワークを保持可能に形成されたワークホルダと、
このワークホルダを上下方向へ移動させる第1の駆動機構と、
前記ワークよりも薄いブロック材からなり、前記ワークホルダに設置される一対の第1のストッパと、を備え、
一対の前記第1のローラの外周面には、前記ワイヤが1回だけ巻き付けられる第1の環状溝が前記回転軸に環の中心軸が一致するように所定のピッチで複数個所に形成され、
一対の前記第1のストッパは、前記ワイヤによって切削され難い部材によって形成され、前記ワークを間に挟むようにして前記ワイヤの走行方向の前方と後方にそれぞれ配置されるとともに、その外面に対して、鉛直方向へ所定の深さを有する直線状の溝が前記ワイヤを内部に配置可能に形成され、
前記ワークホルダは、一対の前記第1のローラの間に前記ワイヤが複数回掛け渡された一対のワイヤ群の一方に対し、上下方向へ移動した場合に当接するように一対の前記第1のローラの上方又は下方に設置されていることを特徴とするワイヤソーによる溝加工装置。 - 前記第1のストッパの前記外面に前記溝が形成される代わりに、
一対の前記第1のローラの外周面に、前記ワイヤが少なくとも2回以上巻き付けられる第2の環状溝が形成されていることを特徴とする請求項1に記載のワイヤソーによる溝加工装置。 - 前記第1のストッパを備える代わりに、
前記ワイヤによって切削され難い部材によって形成された円柱体からなり、両端に軸体が設けられた一対の第2のストッパと、
前記軸体を介して一対の前記第2のストッパを円柱軸の周りにそれぞれ回転自在に支持する二対の軸受けを備え、
一対の前記第2のストッパは、
前記円柱軸が前記ワイヤの走行方向と直交し、かつ、前記ワークを間に挟むようにして前記ワイヤの進行方向の前方と後方にそれぞれ設置されるとともに、前記ワイヤが1回だけ巻き付けられる第5の環状溝が前記円柱軸に対して環の中心軸を一致させた状態で外周面に形成されていることを特徴とする請求項1に記載のワイヤソーによる溝加工装置。 - 前記第2のストッパの前記外周面に前記第5の環状溝が形成される代わりに、
一対の前記第1のローラの前記外周面に、前記ワイヤが少なくとも2回以上巻き付けられる第2の環状溝が形成されていることを特徴とする請求項3に記載のワイヤソーによる溝加工装置。 - 一対の前記第1のローラの前記外周面に、前記ワイヤが少なくとも2回以上巻き付けられる第2の環状溝が形成されるとともに、
前記第1のストッパを備えている場合には、前記ワークホルダに前記第1のストッパが設置された状態で前記溝が、一対の前記ワイヤ群の一方を構成する前記ワイヤに対し、それぞれの直上又は直下に配置可能に形成されており、
前記第2のストッパを備えている場合には、前記ワークホルダに前記第2のストッパが設置された状態で前記第5の環状溝が、一対の前記ワイヤ群の一方を構成する前記ワイヤに対し、それぞれの直上又は直下に配置可能に形成されていることを特徴とする請求項1又は請求項3に記載のワイヤソーによる溝加工装置。 - 一対の前記第1のローラと平行をなすとともに互いに所定の間隔を空けた状態で各回転軸を中心として回転可能に設置された一対の第2のローラと、
一対の前記第2のローラを上下方向へ移動させる第2の駆動機構と、を備え、
一対の前記第1のローラの外周面に、前記第2の環状溝が形成される代わりに、
一対の前記第2のローラの外周面には、前記ワイヤを1回だけ巻き付け可能な第3の環状溝が前記回転軸に環の中心軸が一致するように所定のピッチで複数個所に設けられるとともに、前記ワイヤを少なくとも2回以上巻き付け可能な第4の環状溝が形成され、
一対の前記第2のローラは、一対の前記ワイヤ群に上下を挟まれるとともに、一対の前記ワイヤ群の一方を構成する前記ワイヤに対し、それぞれの直上又は直下に前記第3の環状溝及び前記第4の環状溝が位置するように一対の前記第1のローラの間に設置されていることを特徴とする請求項2乃至請求項5のいずれか1項に記載のワイヤソーによる溝加工装置。 - 前記ワークホルダは、無数の微細な吸着孔が前記ワークの設置面に設けられた平板状のバキュームチャックからなることを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載のワイヤソーによる溝加工装置。
- シート状の多孔質材からなり、前記ワークが片面に載置されるスペーサを備えていることを特徴とする請求項7に記載のワイヤソーによる溝加工装置。
- 請求項1乃至請求項8のいずれか1項に記載のワイヤソーによる溝加工装置を用いて、前記ワークの表面に溝を形成することを特徴とするワイヤソーによる溝加工方法。
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