JP3571543B2

JP3571543B2 - ワイヤソーのガイドローラ

Info

Publication number: JP3571543B2
Application number: JP26143898A
Authority: JP
Inventors: 豊宏星山; 昌治今久留主; 義紀阿部
Original assignee: Toyo Advanced Technologies Co Ltd
Current assignee: Toyo Advanced Technologies Co Ltd
Priority date: 1998-09-16
Filing date: 1998-09-16
Publication date: 2004-09-29
Anticipated expiration: 2018-09-16
Also published as: JP2000084827A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワイヤソーに回転可能に設けられるワイヤ案内用のガイドローラに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体インゴットからウェハを切り出す手段等として、ワイヤソーが知られている。このワイヤソーでは、切断用ワイヤが多数本並んだ状態で張設され、かつその軸方向に高速駆動された状態で、この軸方向と直交する方向に上記半導体インゴット等からなるワークが切断送りされることにより、このワークから多数枚の薄片が同時に切り出される。
【０００３】
このワイヤソーには、ワイヤが嵌入される多数のガイド溝をもった多溝ローラ（ガイドローラ）が設けられるが、このガイドローラの支持構造としては、例えば特開平５−１５４８３１号公報に示されるように、ガイドローラの撓みを抑制すべく両端支持構造とし、かつ、ガイドローラの交換等が容易にできるようにガイドローラを脱着可能にしたものが従来から知られている。
【０００４】
しかし、この構造では、ガイドローラの交換の際、当該ガイドローラ全体を支持装置から一旦取り外さなければならないため、その作業は非常に大掛かりで面倒となる。そこで近年は、上記ガイドローラを内側ローラと外側ローラとに分割するとともに、外側ローラを周方向に分割し、内側ローラはワイヤソーの支持装置に装着したまま外側ローラのみを交換できるようにしたものが開発されるに至っている（例えば特開平９−２１６２２２号公報）。
【０００５】
その構造の概略を図８に示す。図示のガイドローラ２は、円筒状の内側ローラ４と、その外側に装着される外側ローラ６とを備え、外側ローラ６は周方向に複数（図例では３つ）に分割されている。外側ローラ６の表面には、周方向に延びる多数本のガイド溝９が軸方向に並べて形成されている。各外側ローラ６の周方向両端部７はその中間部に比べて軸方向全域に亘り一段径方向内側に凹んでおり、この部分にボルト挿通孔８が設けられている。そして、このボルト挿通孔８にボルトを挿通して内側ローラ４側のねじ孔に螺合し、締め付けることにより、外側ローラ６が内側ローラ４にねじ止めされている。また、ガイド溝９に沿ってガイドローラ２に巻かれた切断用ワイヤは、各ボルト８の頭部の上を走るようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記図８に示した構造では、外側ローラ６を内側ローラ４に固定するために、外側ローラ６の周方向端部７を軸方向全域に亘って凹ませているため、この部分ではすべてのワイヤがガイド溝９に案内されずに宙に浮いた状態にある。従って、ワイヤが安定した状態で案内されず、最悪の場合にはワイヤにいわゆる飛びが発生するおそれがある。
【０００７】
このような不都合を避ける手段として、ワイヤのガイド溝９が存在しないローラ軸方向端部にのみボルト挿通孔８を設け、この部分でのみボルト締めをすることが考えられるが、このような構造では外側ローラ６の安定した固定はできない。
【０００８】
また、図８の構造では、外側ローラ６の周方向端部のみボルト固定するようにしているが、この状態でガイドローラ全体が高速回転すると、その遠心力で外側ローラ６の周方向中間部が径方向外側に膨らむおそれがある。従って、この部分をワイヤのガイドに悪影響を与えず固定することも重要な課題となっている。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑み、十分なワイヤ案内機能を確保しながら、内側ローラに対する外側ローラの安定した固定ができるワイヤソーのガイドローラを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための手段として、本発明は、ワイヤソーに回転可能に設けられ、切断用ワイヤを案内するガイド溝を外周面に有するワイヤソーのガイドローラにおいて、回転可能に支持される内側ローラと、この内側ローラの外周面上に固定され、ローラ回転周方向に分割された外側ローラとを備え、この外側ローラの表面に上記ガイド溝を設けるとともに、上記外側ローラにおいて上記ガイド溝が形成されている領域に複数のボルト挿通孔を設け、上記内側ローラに上記ボルト挿通孔に挿通されたボルトが螺合されるねじ孔を設け、このねじ孔にボルトが螺合した状態で当該ボルトが外側ローラの外周面よりも径方向内側に没入するようにし、このボルトの上を切断用ワイヤが走るように構成したものである。
【００１１】
この構成によれば、切断用ワイヤがガイド溝に案内されない領域は、各ボルト挿通孔におけるボルト上方の僅かな部分のみであるため、全体としてワイヤは安定した状態で案内されることになる。そして、上記ボルト挿通孔の位置を適宜設定することにより、外側ローラの安定した固定をすることができる。例えば、外側ローラの周方向中間部にボルト挿通孔を設けることも可能であり、これにより、外側ローラの周方向中間部が遠心力で径方向外側に膨らむといった不都合を回避することが可能になる。
また、互いに周方向に隣接するボルト挿通孔の位置をローラ軸方向にずらせば、１本のワイヤが長い領域に亘って連続して非案内状態となるのを回避し、より安定したワイヤの案内をすることが可能になる。
【００１２】
また、上記ガイド溝が形成されている領域については、互いにローラ周方向に１８０°離間しているボルト挿通孔のみローラ軸方向の位置を合致させることにより、ローラ回転時のバランスを良好に保つ一方、それ以外のボルト挿通孔同士はローラ軸方向の位置を相互ずらすといったことも可能になる。
【００１３】
上記構造では、上記ボルト挿通孔とねじ孔とが合致するように上記内側ローラに対する各外側ローラの相対位置をローラ回転周方向に位置決めする周方向位置決め手段を設けることにより、各ボルト挿通孔とねじ孔とを合致させる作業が楽になり、作業能率がさらに高まる。
【００１４】
また、各外側ローラの表面に合成樹脂層を形成し、この合成樹脂層にガイド溝を形成する場合、この合成樹脂層はローラ駆動時の発熱で膨張しやすく、これにより合成樹脂層の周方向端部同士が突き合わさって盛り上がってしまうおそれがあるが、予め、互いに突合わされる合成樹脂層の周方向端部における少なくとも径方向外側部分同士を周方向に離間させておけば、合成樹脂層の熱膨張を吸収して上記盛り上がりを事前に防ぐことが可能になる。
【００１５】
この場合、合成樹脂層の径方向内側端部は、外側ローラの外周面に固定されていて熱膨張による周方向の変位はほとんど生じないので、各外側ローラの合成樹脂層の周方向端部を径方向外側に向かうに従って広がるテーパー面とすることにより、実際の合成樹脂層の変位分布に見合った形状とすることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明にかかる実施の形態を図１〜図７に示す。
【００１７】
図１に示すワイヤソーは、一対のワイヤ繰出し・巻取り装置１０Ａ，１０Ｂ、ガイドプーリ１２Ａ，１２Ｂ、ガイドプーリ１４Ａ，１４Ｂ、ガイドプーリ１６Ａ，１６Ｂ、ワイヤ張力調節装置１８Ａ，１８Ｂ、ガイドプーリ２２Ａ，２２Ｂ、及び４つのガイドローラ２４Ａ，２４Ｂ，２６Ａ，２６Ｂを備えている。ガイドローラ２４Ａ，２４Ｂは互いに同じ高さ位置に配され、ガイドローラ２６Ａ，２６Ｂはそれぞれガイドローラ２４Ａ，２４Ｂの下方の位置に配されており、ガイドローラ２６Ａが駆動モータ２５によって回転駆動されるようになっている。
【００１８】
各ワイヤ繰出し・巻取り装置１０Ａ，１０Ｂは、切断用のワイヤＷが巻かれるボビン９Ａ，９Ｂと、これを回転駆動するボビン駆動モータ１１Ａ，１１Ｂとを備えている。一方のワイヤ繰出し・巻取り装置１０Ａのボビン９Ａから繰り出されたワイヤＷは、ガイドプーリ１２Ａ，１４Ａ，１６Ａ、ワイヤ張力調節装置１８Ａのプーリ２０Ａ、及びガイドプーリ２２Ａの順に掛けられ、さらにガイドローラ２４Ａ，２４Ｂ，２６Ｂ，２６Ａの外周面のガイド溝４３に嵌め込まれながらこれらガイドローラの外側に多数回巻回された後、ガイドプーリ２２Ｂ、ワイヤ張力調節装置１８Ｂのプーリ２０Ｂ、ガイドプーリ１６Ｂ，１４Ｂ，１２Ｂの順に掛けられ、他方のワイヤ繰出し・巻取り装置１０Ｂのボビン９Ｂに巻き取られており、両ワイヤ張力調節装置１８Ａ，１８ＢによってワイヤＷに適当な張力が与えられている。そして、駆動モータ２５によるガイドローラ２６Ａの回転駆動方向と、各ボビン駆動モータ１１Ａ，１１Ｂによるボビン９Ａ，９Ｂの回転駆動方向が正逆に切換えられることにより、ワイヤＷがボビン９Ａから繰り出されてボビン９Ｂに巻き取られる状態と、ワイヤＷがボビン９Ｂから繰り出されてボビン９Ａに巻き取られる状態とに切換えられるようになっている。
【００１９】
すなわち、このワイヤソーにおいては、ガイドローラ２４Ａ，２４Ｂの間に多数本のワイヤＷが互いに平行な状態で張られながらその軸方向に往復駆動されるようになっている。
【００２０】
このガイドローラ２４Ａ，２４Ｂ間に張られたワイヤＷの上方には、円柱状のワーク（例えば半導体インゴット）２８を移動させるワーク送り装置３０が設けられている。このワーク送り装置３０は、ワーク保持部３２と、ワーク送りモータ３４とを備えている。ワーク保持部３２は、上記ワーク２８をその軸方向とワイヤ並び方向とが合致する向きに保持するものであり、ワーク送りモータ３４は、図略のボールネジとの組み合わせにより、上記ワーク保持部３２とワーク２８とを一体に昇降させる（すなわち切断送りする）ものである。
【００２１】
ガイドローラ２４Ａ，２４Ｂ間に張られたワイヤＷの上方において、ワーク２８の左右両側の位置には、砥粒供給装置３６Ａ，３６Ｂが設けられている。これらの砥粒供給装置３６Ａ，３６Ｂは、高速駆動される各ワイヤＷに対し、加工用砥粒が混合された加工液（スラリー）を同時供給し、ワイヤＷの表面に付着させるものである。
【００２２】
従って、このワイヤソーでは、ガイドローラ２４Ａ，２４Ｂ間に張られた多数本のワイヤＷがその長手方向に同時高速駆動され、かつこれらのワイヤＷに砥粒供給装置３６Ａ，３６Ｂからスラリーが供給されながら、上記ワイヤＷに対してワーク２８が下方に切断送りされることにより、このワーク２８から一度に多数枚のウェハが同時に切り出される。
【００２３】
次に、ガイドローラ２４Ａ，２４Ｂ，２６Ａ，２６Ｂの構造を説明する。この実施の形態では、これらガイドローラ２４Ａ，２４Ｂ，２６Ａ，２６Ｂの構造がすべて同等であるため、以下、ガイドローラ２４Ａを例にとって説明する。
【００２４】
図２（ｂ）に示すように、ワイヤソーの前後（同図では左右）にはガイドローラ支持壁３８が立設され、これら支持壁３８に、前後方向に延びるローラ支持軸４０の前後両端部が固定されている。そして、このローラ支持軸４０の周囲に軸受４２を介して図３にも示すような円筒状の内側ローラ４４が回転可能に支持されている。
【００２５】
なお、この内側ローラ４４とローラ支持軸４０とを一体とし、このローラ支持軸４０を支持壁３８に回転可能に支持するようにしてもよい。
【００２６】
この内側ローラ４４の軸方向中間部には、その全周に亘って他の部分よりも大径の鍔部（凸部）４６が形成されている。
【００２７】
上記内側ローラ４４の周囲には、周方向に複数（図例では２つ）に分割された外側ローラ４８Ａ，４８Ｂが固定されている。外側ローラ４８Ａ，４８Ｂは半円状の断面を有し、その本体は金属等の比較的硬い材料で形成されているのに対し、その表面にはポリウレタン等の柔らかい合成樹脂からなる合成樹脂層５０Ａ，５０Ｂが被着されている。
【００２８】
その内周面には上記鍔部４６が遊嵌される凹溝（凹部）５２が形成されている。そして、図４にも示されるように、凹溝５２の前端面（同図では左側面）と鍔部４６の前端面とが当接した位置が内側ローラ４４に対する外側ローラ４８Ａ，４８Ｂの正規の固定位置となるように、鍔部４６及び凹溝５２の形成位置が設定されている。すなわち、上記凹溝５２及び鍔部４６の前端面同士の当接によって、外側ローラ４８Ａ，４８Ｂの固定位置が軸方向に位置決めされるようになっている。
【００２９】
鍔部４６上の適所には、径方向外側に突出するピン（突起）５４が固定されている。一方、外側ローラ４８Ａにおける凹溝５２の内周面には、上記ピン５４が嵌入可能な軸方向の長孔５６が形成されており、この長孔５６に上記ピン５４が嵌入されることにより、内側ローラ４４に対する外側ローラ４８Ａの相対位置が周方向に位置決めされ、ひいては外側ローラ４８Ｂも周方向に位置決めされるようになっている。
【００３０】
次に、内側ローラ４４に対する外側ローラ４８Ａ，４８Ｂの固定構造を説明する。
【００３１】
図５は、両外側ローラ４８Ａ，４８Ｂの展開図である。同図に示すように、各外側ローラ４８Ａ，４８Ｂには、多数のボルト挿通孔６０が設けられている。ここで、外側ローラ４８Ａ，４８Ｂの周方向（図５では上下方向）についてみると、その両端部６１には一列、中間部６２には二列に亘ってボルト挿通孔６０が設けられている。また、外側ローラ４８Ａ，４８Ｂの軸方向（図５では左右方向）についてみると、その両端部６３では一直線上に並べてボルト挿通孔６０が設けられているのに対し、中間部６４では周方向に隣接するボルト挿通孔６０同士の位置が軸方向にずらして設けられている。さらに、互いに周方向に１８０゜離間するボルト挿通孔６０については、その軸方向の位置が合わせられている。このレイアウトは、ローラ回転時のバランスを良好に保つべく、ローラ回転軸心と重心とをなるべく合致させるように配慮したものである。
【００３２】
図６は、各ボルト挿通孔６０の詳細を示したものである。同図に示すように、各ボルト挿通孔６０は、ボルト５８の軸部５８ａが挿通される小径部６０ａと、ボルト５８の頭部５８ｂが嵌入される大径部６０ｂとを連続して有している。
【００３３】
これに対して内側ローラ４４には、この内側ローラ４４に対して外側ローラ４８Ａ，４８Ｂが軸方向及び周方向に位置決めされた状態（すなわち、図４（ａ）〜（ｃ）に示すように鍔部４６の前端面と凹部５２の前端面とが軸方向に当接し、かつ、鍔部４６のピン５４が凹部５２の長孔５６に嵌入された状態）で、各ボルト挿通孔６０の真下となる位置に、それぞれねじ孔６８が設けられており、上記ボルト挿通孔６０に挿通されたボルト５８がねじ孔６８に螺合され、締め付けられることにより、内側ローラ４４の表面に外側ローラ４８Ａ，４８Ｂが固定されるようになっている。そして、この状態でボルト５８の頭部５８Ｂが外側ローラ４８Ａ，４８Ｂの表面から径方向内側に没入するように、ボルト挿通孔６０の形状が設定されている。
【００３４】
外側ローラ４８Ａ，４８Ｂの軸方向中間部６４においては、その表面の合成樹脂層５０Ａ，５０Ｂに、周方向に延びる多数本のガイド溝６６が軸方向に並べて形成されている（図６（ｂ））。そして、これらガイド溝６６に切断用ワイヤＷがはめ込まれながら当該ワイヤＷがガイドローラ２４Ａの表面に掛けられるとともに、ボルト挿通孔６０が設けられている位置においては、ボルト頭部５８ｂの上をワイヤＷが走るようになっている。
【００３５】
図７（ａ）は、両外側ローラ４８Ａ，４８Ｂの周方向端部同士の突合わせ部分の構造を示したものである。図示のように、外側ローラ４８Ａ，４８Ｂの周方向端部においては、合成樹脂層５０Ａ，５０Ｂの端部にＶ字状の切り込みが施されて径方向外側に向かって広がるテーパー面５０ａ，５０ｂが形成されている。すなわち、合成樹脂層５０Ａ，５０Ｂの径方向内側部分は互いに突合わされているのに対し、外側部分は周方向に相互離間した状態となっている。このため、ローラ使用時の発熱で合成樹脂層５０Ａ，５０Ｂの径方向外側部分が周方向に熱膨張しても、これに起因して合成樹脂層５０Ａ，５０Ｂの端部同士が突き合わさって盛り上がってしまう不都合が未然に回避されるようになっている。
【００３６】
なお、この熱膨張の吸収を行うには、同図（ｂ）に示すように合成樹脂層５０Ａ，５０Ｂの端部同士を径方向全域に亘って離間させ、隙間５１を確保するようにしてもよい。ただし、合成樹脂層５０Ａ，５０Ｂの内側面は外側ローラ４８Ａ，４８Ｂの本体外周面に接着等で固定されており、ほとんど周方向には変位しないので、図７（ａ）に示すような形状にすることにより、実際の合成樹脂層５０Ａ，５０Ｂの変位分布に見合った形状を実現することができる。
【００３７】
以上説明したガイドローラ２４Ａの構造によれば、ボルト挿通孔６０内に外側ローラ固定用のボルト５８を没入させ、その上に切断用ワイヤＷを走らせるようにしているので、ワイヤＷがガイドされない部分はボルト５８の頭部上方のみとなる。従って、ワイヤＷが広い領域に亘ってガイドされなくなる不都合を避け、これに起因するワイヤ飛びを防ぎながら、外側ローラ４８Ａ，４８Ｂの安定した固定を行うことができる。例えば、図示のように外側ローラ４８Ａ，４８Ｂの周方向中間部６２にもボルト挿通孔６０及びボルト５８を設けることが可能であり、これにより、外側ローラ４８Ａ，４８Ｂの周方向中間部６２が遠心力で径方向外側に膨らむといった不都合を未然に回避することが可能になる。
特に、この実施の形態のように、互いに周方向に隣接するボルト挿通孔６０の位置をローラ軸方向にずらすことにより、ワイヤＷが連続して不案内状態になることを避け、より安定したワイヤＷの案内をすることが可能になる。
【００３８】
また、この実施の形態では、ガイド溝６６が形成されている領域において、互いに１８０゜離間しているボルト挿通孔６０はその軸方向位置を合わせて回転バランスをとる一方、それ以外の相対位置関係にあるボルト挿通孔６０同士はローラ軸方向に位置をずらすことによって、１本のワイヤＷが１周当たりにガイドされなくなる領域長さの最大値を必要最小限に抑えることが可能となっている。
【００３９】
さらに、この実施の形態では、ピン５４と長孔５６との嵌合により、外側ローラ４８Ａ，４８Ｂの回転周方向の位置決めができるため、これにより、簡単な作業で各ボルト挿通孔６０とねじ孔５８との位置合わせをすることができ、作業効率を大幅に向上させることができる。この効果は、図示のように鍔部４６と凹部５２との係合によって軸方向の位置決めを行う構造とすることによって、さらに有効となる。
【００４０】
なお、本発明は、ワイヤソーに設けられた全てのガイドローラの支持に適用する必要はなく、少なくとも１つのガイドローラについて適用することにより、従来ローラよりも優れた効果を得ることができるものである。
【００４１】
また、本発明においてボルト挿通孔の具体的な個数や配置は問わず、適宜設定すればよい。そして、その個数や配置に合わせてねじ孔の個数や配置も決めればよい。
【００４２】
また、本発明は、スラリーを利用した砥粒式のワイヤソーに限らず、例えば導電性ワークとワイヤとの間に電圧を与えてワークを放電加工する放電式のワイヤソー（例えば特開平９−２４８７１９号公報）におけるガイドローラにも上記と同様に適用できるものである。
【００４３】
【発明の効果】
以上のように本発明は、周方向に分割された外側ローラにおいて上記ガイド溝が形成されている領域に複数のボルト挿通孔を設け、このボルト挿通孔に挿通されたボルトが内側ローラのねじ孔に螺合された状態で当該ボルトが外側ローラの外周面よりも径方向内側に没入するようにし、このボルトの上を切断用ワイヤが走るように構成したものであるので、十分なワイヤ案内機能を確保しながら、内側ローラに対する外側ローラの安定した固定ができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかるワイヤソーの全体構成図である。
【図２】（ａ）は（ｂ）のＡ−Ａ線断面図、（ｂ）は上記ワイヤソーにおけるガイドローラの一部断面側面図である。
【図３】上記ガイドローラの分解斜視図である。
【図４】（ａ）は（ｂ）のＤ−Ｄ線断面図、（ｂ）は図２（ｂ）のＢ部の拡大断面図、（ｃ）は（ｂ）のＣ−Ｃ線断面図である。
【図５】上記ガイドローラにおける外側ローラの展開図である。
【図６】（ａ）は上記ガイドローラにおけるボルト固定部分の拡大平面図、（ｂ）は（ａ）のＥ−Ｅ線断面図である。
【図７】（ａ）は外側ローラの突合わせ構造を示す断面正面図、（ｂ）はその変形例を示す断面正面図である。
【図８】従来のガイドローラの一例を示す断面斜視図である。
【符号の説明】
２４Ａ，２４Ｂ，２６Ａ，２６Ｂガイドローラ
２８ワーク
４４内側ローラ
４８Ａ，４８Ｂ外側ローラ
５４ピン
５６長孔
５８ボルト
６０ボルト挿通孔
６６ガイド溝
６８ねじ孔
Ｗワイヤ

Claims

ワイヤソーに回転可能に設けられ、切断用ワイヤを案内するガイド溝を外周面に有するワイヤソーのガイドローラにおいて、回転可能に支持される内側ローラと、この内側ローラの外周面上に固定され、ローラ回転周方向に分割された外側ローラとを備え、この外側ローラの表面に上記ガイド溝を設けるとともに、上記外側ローラにおいて上記ガイド溝が形成されている領域に複数のボルト挿通孔を設け、上記内側ローラに上記ボルト挿通孔に挿通されたボルトが螺合されるねじ孔を設け、このねじ孔にボルトが螺合した状態で当該ボルトが外側ローラの外周面よりも径方向内側に没入するようにし、このボルトの上を切断用ワイヤが走るように構成したことを特徴とするワイヤソーのガイドローラ。
請求項１記載のワイヤソーのガイドローラにおいて、互いに周方向に隣接するボルト挿通孔の位置をローラ軸方向にずらしたことを特徴とするワイヤソーのガイドローラ。
請求項２記載のワイヤソーのガイドローラにおいて、上記ガイド溝が形成されている領域については、互いにローラ周方向に１８０°離間しているボルト挿通孔のみローラ軸方向の位置を合致させ、それ以外のボルト挿通孔同士はローラ軸方向の位置を相互ずらすようにしたことを特徴とするワイヤソーのガイドローラ。
請求項１〜３のいずれかに記載のワイヤソーのガイドローラにおいて、上記ボルト挿通孔を外側ローラの周方向両端部以外の中間部に設けたことを特徴とするワイヤソーのガイドローラ。
請求項１〜４のいずれかに記載のワイヤソーのガイドローラにおいて、上記ボルト挿通孔とねじ孔とが合致するように上記内側ローラに対する各外側ローラの相対位置をローラ回転周方向に位置決めする周方向位置決め手段を設けたことを特徴とするワイヤソーのガイドローラ。
請求項１〜５のいずれかに記載のワイヤソーのガイドローラにおいて、各外側ローラの表面に合成樹脂層を形成し、この合成樹脂層にガイド溝を形成するとともに、互いに突合わされる合成樹脂層の周方向端部における少なくとも径方向外側部分同士を周方向に離間させたことを特徴とするワイヤソーのガイドローラ。
請求項６記載のワイヤソーのガイドローラにおいて、各外側ローラの合成樹脂層の周方向端部を径方向外側に向かうに従って広がるテーパー面としたことを特徴とするワイヤソーのガイドローラ。