JP3664359B2 - ワイヤソー用溝ローラおよびその組み付け構造 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はワイヤソー用溝ローラおよびその組み付け構造、詳しくはワイヤソー用溝ローラから落ち込んだワイヤが、ワイヤソー用溝ローラとスピンドルとの間に入り込み、その部分を損傷させることを防止するワイヤソー用溝ローラおよびその組み付け構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ワイヤソーは、繰出しボビン（またはリールともいう）から導出されたインゴット切断用のワイヤが、複数本の溝ローラに対してコイル状に巻き架けられた後、巻取ボビンに巻き取られる装置構成となっている。したがって、例えば単結晶シリコンなどのインゴットの切断時には、ラッピングオイルに遊離砥粒（以下、単に砥粒という場合がある）を含むスラリー状の砥液をインゴットに一定量連続供給しながら、往復走行するワイヤ列に１本のインゴットを相対的に押し付けて、砥粒の研削作用により、１本のインゴットを多数枚のウェーハに切断することとなる。具体的には、ワイヤ列の往復走行時に、砥液中の遊離砥粒を各ワイヤによりインゴットの切断溝の底部に押し付けながら削り取って切断する。溝ローラは、円筒形状の台金の外周面に所定厚さのウレタンゴムをライニングし、このウレタンゴムの外周面にローラ溝を刻設したものである。
各々のワイヤソー用溝ローラは、対向配置された一対の回転自在なスピンドル間に組み付けられている。具体的な組み付け構造の一例を挙げると、ワイヤソー用溝ローラの両端面に突設されたテーパ状の凸嵌合部と、各スピンドルのローラ側の端面に形成された凹嵌合部とを合致し、両側方からスピンドルを押圧する構造などが挙げられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ワイヤソー用溝ローラのローラ溝に巻き架けられたワイヤは、断線または脱線した場合、ワイヤソー用溝ローラとスピンドルとの組み付け部に不都合を起こし易い。
すなわち、断線等したワイヤが、ワイヤソー用溝ローラの外端から落ち込む。その後、このワイヤがローラ端面から突出した凸嵌合部のテーパ面を傾きのあるガイドとして使いスピンドル側へ滑って行く。そして、両凹，凸嵌合部の嵌合隙間に潜り込むことで、これらの凹，凸嵌合部の各嵌合面を傷つけるおそれがあった。損傷時は、このダメージを取るため、テーパ部の修正が必要となる。
【０００４】
そこで、発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、ワイヤソー用溝ローラのローラ端部の外周面、または、ワイヤソー用溝ローラとスピンドルとの組み付け部の一部を構成する徐々に先細化したテーパ状の凸嵌合部に、ワイヤ受け用環状溝を刻設するかまたはワイヤ受け用凸部を突設すれば、このワイヤソー用溝ローラのローラ端から落ち込んだワイヤが、この組み付け部の凹，凸嵌合部の嵌合隙間に潜り込んで、この部分を損傷させることを防止することができることを突き止め、この発明を完成させた。
【０００５】
【発明の目的】
この発明は、ワイヤソー用溝ローラとスピンドルとの組み付け部である凹，凸嵌合部の嵌合隙間にワイヤが潜り込んで生じる、凹，凸嵌合部の嵌合面の損傷を防止することができるワイヤソー用溝ローラおよびその組み付け構造を提供することを、その目的としている。
この発明は、上記目的を達成すると同時に、ワイヤ受け用環状溝のスラリー詰まりを防止することができるワイヤソー用溝ローラおよびその組み付け構造を提供することを、その目的としている。
この発明は、ワイヤ受け用環状溝を通してワイヤが凹，凸嵌合部の嵌合隙間へ潜り込むことを防止することができるワイヤソー用溝ローラの組み付け構造を提供することを、その目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、ローラ外周面にコイル状にワイヤが巻き架けられ、しかも徐々に先細化したテーパ状の凸嵌合部とこれに嵌合する凹嵌合部とを有するローラ組み付け構造部を介して、一対のスピンドル間に組み付けられるワイヤソー用溝ローラにおいて、上記コイルが巻き架けられるローラ外周面の端部に、ワイヤ受け用環状溝を刻設し、上記ローラ外周面の端から落ち込んだワイヤが、上記ワイヤソー用溝ローラおよびスピンドルの凹嵌合部，凸嵌合部の嵌合隙間に潜り込むことを防止するワイヤソー用溝ローラである。
【０００７】
この発明が適用されるワイヤソーはどのような種類のものでもよい。例えば、インゴットを動かしてワイヤ列に押圧、接触させて切断するものでもよく、反対にワイヤ列を動かしてインゴットに押圧、接触させて切断するものでもよい。また、ワイヤ列の上部にインゴット下面が当接するものでもよく、また、ワイヤ列の下部にインゴット上面が押し当てられるものでもよい。
切断に使用される砥液としては、例えば平均粒径１０〜５０μｍのＳｉＣなどの砥粒を含む周知のものを使用することができる。
ワイヤソーにより切断されるインゴットとしては、例えばシリコン単結晶、化合物半導体単結晶、磁性材料、石英、セラミックスなどが挙げられる。
また、ワイヤソー用溝ローラとスピンドルとには、両者の組み付け構造部を構成する、徐々に先細化したテーパ状の凸嵌合部か、これに嵌合する凹嵌合部かの何れかが形成されている。
【０００８】
ワイヤ受け用環状溝の場合、その溝幅は、通常、直径が０．１６〜０．２０ｍｍであるウェーハ切断用のワイヤが入り込むことができれば、限定されない。また、この溝の深さは、このワイヤが、容易に飛び出すことなく溝内に止まる深さであれば限定されない。以上、これらの事項は、請求項２にも該当する。
通常、ワイヤソー用溝ローラの両端部の外周面には、その両端部にワイヤ溝の刻設されていない平滑な部分が存在する。この請求項１の発明は、この平滑部分に、ローラ端からのワイヤの落ち込みを防止する、ワイヤ受け用環状溝を設けるようにしている。ワイヤ受け用環状溝の形成本数（個数）は限定されない。また、ここでいうワイヤソー用溝ローラの外周面の端部とは、一方の端部でも、両方の端部でもよい。
【０００９】
請求項２の発明は、ローラ外周面にコイル状にワイヤが巻き架けられたワイヤソー用溝ローラを、徐々に先細化したテーパ状の凸嵌合部およびこれに嵌合する凹嵌合部を介して、一対のスピンドル間に組み付けるワイヤソー用溝ローラの組み付け構造において、上記徐々に先細化した凸嵌合部の外周面のうち、嵌合時に露呈する部分に、ワイヤ受け用環状溝を刻設および／またはワイヤ受け用凸部を突設して、上記ワイヤソー用溝ローラのローラ外周面の端から落ち込んだワイヤが、上記凹，凸嵌合部の嵌合隙間に潜り込むことを防ぐワイヤソー用溝ローラの組み付け構造である。
【００１０】
凸嵌合部のテーパ面（外周面）に刻設されるワイヤ受け用環状溝は、このテーパ面の全周にわたって設けられていれば、その刻設本数は１本でも複数本でもよい。これに対して、ワイヤ受け用凸部は、その凸嵌合部のテーパ面に、部分突起が１個または複数個形成されていても、またワイヤ受け用環状溝の場合と同様に、凸嵌合部のテーパ面の全周にわたって設けられた１本または複数本の環状の突起であってもよい。なお、これらのワイヤ受け用環状溝とワイヤ受け用凸部とは並設してもよい。
さらに、例えば請求項１と請求項２とを合体させて、ローラ外周面の端部に、ワイヤ受け用環状溝またはワイヤ受け用凸部を設ける。しかも、凸嵌合部にワイヤ受け用環状溝またはワイヤ受け用凸部を設ける。このようなものでもよい。ワイヤの緩みが小さければ、ローラ端部側のワイヤ受け用環状溝またはワイヤ受け用凸部によってワイヤを捕獲する。一方、ワイヤの緩みが大きければ、凸嵌合部のワイヤ受け用環状溝またはワイヤ受け用凸部によってワイヤを捕獲する。
【００１１】
請求項３の発明は、上記凸嵌合部のテーパ状のローラ外周面に、上記ワイヤ受け用環状溝が複数本刻設されている請求項２に記載のワイヤソー用溝ローラの組み付け構造である。
凸嵌合部の外周面に刻設されたワイヤ受け用環状溝の間隔は、任意でよい。
【００１２】
【作用】
この発明によれば、ワイヤソー用溝ローラに巻き架けられたワイヤが断線または脱線した場合、ワイヤがワイヤソー用溝ローラの外端から落ち込み、ワイヤソー用溝ローラとスピンドルとの組み付け構造部の一部を構成する、溝ローラまたはスピンドルの端面から突出した徐々に先細りした凸嵌合部のテーパ面に沿って、それらの嵌合隙間へ滑って行こうとする。ところが、請求項１の場合には、ローラ外周面の端部に、ワイヤ受け用環状溝が設けられている。また、請求項２，請求項３の場合には、凸嵌合部の外周面にワイヤ受け用環状溝および／またはワイヤ受け用凸部が設けられている。
【００１３】
したがって、断線等したワイヤは、請求項１の場合、ローラ端部の窪んだワイヤ受け用環状溝に嵌まって捕らえられる。また、請求項２，請求項３の場合には、このワイヤが、上記組み付け構造部の凸嵌合部の先端側へ移動中に、ワイヤ受け用環状溝またはワイヤ受け用凸部に捕らえられる。これにより、ワイヤが、凹，凸嵌合部の、実際に嵌合している部分の嵌合隙間へ潜り込むことが阻止され、その結果、凹，凸嵌合部の各嵌合面を傷つけるおそれを解消することができる。
【００１４】
特に、請求項３の発明によれば、凸嵌合部のテーパ状の外周面に、ワイヤ受け用環状溝が複数本刻設されているので、組み付け構造部を構成する凹，凸嵌合部の嵌合時に、凸嵌合部に刻設された複数本のワイヤ受け用環状溝のうち、先端側にあるワイヤ受け用環状溝の一部が、仮に両凹，凸嵌合部の嵌合範囲に跨がっていても、ワイヤは、これ以外の、外部に露出しているワイヤ受け用環状溝に落ち込んで引っ掛かる。この結果、ワイヤが、ワイヤ受け用環状溝を通して凹，凸嵌合部の嵌合隙間へ潜り込むことが阻止される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施例を図面を参照して説明する。
図１はこの発明の第１実施例に係るワイヤソー用溝ローラ（以下、単に溝ローラ）が適用されたワイヤソーの要部模式図である。図２は同溝ローラの組み付け部周辺の拡大断面図である。
【００１６】
図１において、１０は第１実施例の溝ローラが適用されたワイヤソーであり、このワイヤソー１０は、ＣＺ法により引き上げられた単結晶シリコン製のインゴットＩを多数枚のウェーハにワイヤ切断する装置である。ワイヤソー１０は、多数本のワイヤを横一列に束ねた形状のワイヤ列１１を有している。ワイヤ列１１は、正面視して逆三角形状に配置された３本の溝ローラ１２間で、駆動モータにより往復走行される。上側に配置された２本の溝ローラ１２の中間がインゴットＩの切断位置となっている。この切断位置の両側の上方には、砥液をワイヤ列１１上に連続供給する図外の砥液供給部が例えば一対配設されている。なお、各溝ローラ１２はＳＵＳ（ステンレス）製である。
【００１７】
ワイヤ１１ａは、繰出しリール１３のボビン２０から導出され、これらの溝ローラ１２に架け渡された後、巻取リール１５のボビン２１に巻き取られている。繰出しリール１３および巻取リール１５の回転軸は、駆動モータ１６，１７の出力軸にそれぞれ連結されている。
各駆動モータ１６，１７を駆動、回転すると、一対の軸受１８に軸支された各ボビン２０，２１が、その軸線を中心として図１における時計回り方向または反時計回り方向に回転して、ワイヤ１１ａが往復走行する。なお、図１において、１９はインゴットＩを固定するカーボンベッド、１９ａはインゴットＩの昇降台である。
【００１８】
次に、図２を参照しながら、第１実施例に係る溝ローラ１２を詳細に説明する。ここでは、３本の溝ローラのうちの２本、従動側の溝ローラを例にとる。なお、駆動側の溝ローラも基本構造は同じである。
図２に示すように、第１実施例に係る各溝ローラ１２は、それぞれ所定間隔をあけて配置された一対の軸受３０，３１間に軸支されている。
各軸受３０，３１は、連結プレート（アーム）３２ａを介して、外部部材に固定された円筒ケーシング３２を有している。この円筒ケーシング３２には、インナスリーブ３３が内嵌されている。インナスリーブ３３の内部には、６個のベアリング３４を介して、スピンドル３５，３６が周方向へ回転自在に装着されている。また、インナスリーブ３３の外面で連結プレート（またはアーム）３２ａとの間には水冷ジャケットが配設され、これらの加熱を防止している。
【００１９】
溝ローラ１２は、ＳＵＳ製で厚肉な円筒状の台金１２Ａを有している。台金１２Ａの外周面には、ピッチの短い平行溝である多数本のワイヤ溝１２ａが、厚さ５〜２０ｍｍのウレタンゴム１２ｃのライニングを施して、形成されている。また、台金１２Ａの中央部から両端部付近にかけては、比較的薄肉なローラ補強筒材３９が内嵌されている。なお、このローラ補強筒材３９は必ずしも必要ではない。
さらに、台金１２Ａの両端部には、同じくＳＵＳ製のスリーブ端板４０が内嵌されている。各スリーブ端板４０の外端面の中心部には徐々に先細化したテーパ状の凸嵌合部４０ａが一体形成されている。この凸嵌合部４０ａの外周面には、幅５ｍｍ、深さ５ｍｍのワイヤ受け用環状溝４０ｂが１本だけ刻設されている。両凸嵌合部４０ａは、スピンドル３５，３６の溝ローラ１２側の端面中央部に陥没形成された凹嵌合部３５ａ，３６ａに嵌合されている。これにより、左右のスピンドル３５，３６と中央の溝ローラ１２とは一体的に回転する。なお、スリーブ端板４０側に凹嵌合部を陥没形成し、かつスピンドル３５，３６側に凸嵌合部を突設してもよい。
【００２０】
なお、図２において、４１はベアリング３４の外部脱落を防止する内蓋リングである。４２は内蓋リング４１に掛合する外蓋リングである。４３はスピンドル３５に螺着されて、内蓋リング４２を固定する止めリングである。４４，４５は溝ローラ１２側へのベアリング３４の外部突出を防止する蓋リングである。４６は軸受３１側の円筒ケーシング３２に外嵌されて、スピンドル３６の頭部を被う厚肉なキャップである。
【００２１】
次に、この溝ローラ１２が配備されたワイヤソー１０によるインゴットＩの切断方法を説明する。
図１に示すように、ワイヤソー１０は、砥液を砥液供給部から供給しながら、駆動モータ１６により繰出しリール１３のボビン２０を回転させて、ワイヤ１１ａを導出する一方、駆動モータ１７により巻取リール１５のボビン２１を回転させてワイヤ１１ａを巻き取る。そして、適宜、各ボビン２０，２１の回転方向を変えることで、ワイヤ１１ａを往復走行させる。このとき、図外の回転モータによって駆動側の溝ローラ１２を回転させ、ワイヤ列１１を往復動させる。これに伴い、他の２本の従動側の溝ローラ１２を軸受３０，３１間で回転させる。
このワイヤ列１１の往復走行時に、上方からインゴットＩをワイヤ列１１へ押し付ける。これにより、インゴットＩが何枚ものウェーハに切断される。すなわち、ワイヤ列１１の往復走行時に、砥液中の遊離砥粒がワイヤ列１１のワイヤ１１ａにより切断溝の底部に擦りつけられることにより、その底部が徐々に削り取られ、最終的に多数枚の薄いウェーハが切断される。
【００２２】
ところで、この第１実施例において、ワイヤソー１０の溝ローラ１２に巻き架けられたワイヤ１１ａが、断線したり、脱線したりする場合がある。このとき、図２の部分拡大図に示すように、ワイヤ１１ａが溝ローラ１２の外端から凸嵌合部４０ａ側に落ち込むことがある。この際、ワイヤ１１ａが、徐々に先細化した凸嵌合部４０ａのテーパ面を先端側へ向かって滑って行く。この途中、凸嵌合部４０ａの外周面に形成されたワイヤ受け用環状溝４０ｂに、ワイヤ１１ａが嵌まり込む。
【００２３】
この結果、ワイヤ１１ａが、実際に嵌合している凹嵌合部３５ａ，３６ａと、凸嵌合部４０ａの先端部との嵌合隙間に潜り込むことを防止することができる。これにより、凹，凸嵌合部３５ａ，３６ａ，４０ａの各嵌合面を傷つけるおそれが解消される。
しかも、このようにワイヤ受け用環状溝４０ｂが、幅５ｍｍ、深さ５ｍｍという、比較的幅の広く浅い溝であるので、このワイヤ受け用環状溝４０ｂに微細な砥粒を含むスラリーが詰まることを防止することができる。
【００２４】
次に、図３に基づいて、この発明の第２実施例に係るワイヤソー用溝ローラを説明する。
図３は第２実施例に係る溝ローラの組み付け部周辺の部分拡大断面図である。
図３に示すように、第２実施例の溝ローラ５０は、スリーブ端板４０Ａの凸嵌合部４０ｃのテーパ面に、ワイヤ受け用環状溝４０ｄを２本刻設した例である。凹，凸嵌合部３５ａ，４０ｃの嵌合時において、仮にこの凸嵌合部４０ｃに刻設された２本のワイヤ受け用環状溝４０ｄのうち、先端側の溝４０ｄの一部が、両凹，凸嵌合部３５ａ，３６ａ，４０ｃの嵌合範囲に跨がっても、全体が露出している元側のワイヤ受け用環状溝４０ｄ内にワイヤ１１ａが引っ掛かる。この結果、上記嵌合範囲に跨がるように配置されてしまった先側のワイヤ受け用環状溝４０ｄを通して、ワイヤ１１ａが凹，凸嵌合部３５ａ，４０ｃの嵌合隙間へ潜り込むのが防止することができる。
その他の構成、作用および効果は、第１実施例と同様であるので、説明を省略する。
【００２５】
次に、図４に基づいて、この発明の第３実施例に係るワイヤソー用溝ローラを説明する。
図４は第３実施例に係る溝ローラの組み付け部周辺の部分拡大断面図である。
図４に示すように、第３実施例に係る溝ローラ６０は、スリーブ端板４０Ｂの凸嵌合部４０ｅのテーパ面に、ワイヤ受け用凸部４０ｆを一体的に周設した例である。脱線または断線したワイヤ１１ａは、このワイヤ受け用凸部４０ｆによりせき止められる。この結果、ワイヤ１１ａが凹，凸嵌合部３５ａ，４０ｅの嵌合隙間へ潜り込むことが阻止される。なお、このワイヤ受け用凸部４０ｆの高さを５ｍｍ程度と低くすれば、第１実施例および第２実施例のワイヤ受け用環状溝４０ｂ，４０ｄの場合と同様に、このワイヤ受け用凸部４０ｆにより微細な砥粒を含むスラリーがせき止められて詰まることを防止することができる。
その他の構成、作用および効果は、第１実施例と同様であるので、説明を省略する。
【００２６】
【００２７】
次に、図５に基づいて、この発明の第４実施例に係るワイヤソー用溝ローラを説明する。
図５は第４実施例に係る溝ローラの組み付け部周辺の部分拡大断面図である。
図５に示すように、第４実施例に係る溝ローラ８０は、台金１２Ａのローラ外周面の平滑な両端部に、ワイヤ受け用環状溝１２ｅを設けた例である。脱線または断線したワイヤ１１ａは、溝ローラ８０の端から落ち込む前に、ワイヤ受け用環状溝１２ｅに捕獲される。
その他の構成、作用および効果は、第４実施例と同様であるので、説明を省略する。
【００２８】
【発明の効果】
この発明によれば、ワイヤソー用溝ローラのローラ外周面の端部（請求項１）、またはワイヤソー用溝ローラまたはスピンドルの何れかの側にある凸嵌合部のテーパ面（請求項２，請求項３）に、ワイヤ受け用環状溝かワイヤ受け用凸部かを突設したので、ワイヤソー用溝ローラのワイヤが断線または脱線しても、このワイヤは、ローラ外周面の端部、または、凸嵌合部のテーパ面に沿って先端側へ移動している途中で、窪んだワイヤ受け用環状溝や、突出したワイヤ受け用凸部に捕らえられる。この結果、ワイヤが、凹，凸嵌合部の嵌合隙間に潜り込み、両凹，凸嵌合部のそれぞれの嵌合面が損傷されるおそれを解消することができる。
【００２９】
特に、請求項３の発明によれば、凸嵌合部のテーパ状の外周面に、ワイヤ受け用環状溝を複数本刻設するようにしたので、仮に凹，凸嵌合部の嵌合時に、先端側にあるワイヤ受け用環状溝の一部が、両凹，凸嵌合部の嵌合範囲に跨がっていても、断線などしたワイヤは、その他の、外部に露出したワイヤ受け用環状溝に引っ掛かる。この結果、ワイヤ受け用環状溝を通してワイヤが凹，凸嵌合部の嵌合隙間へ潜り込むことを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の第１実施例に係るワイヤソー用溝ローラが適用されたワイヤソーの要部模式図である。
【図２】 この発明の第１実施例に係るワイヤソー用溝ローラの組み付け部周辺の拡大断面図である。
【図３】 この発明の第２実施例に係るワイヤソー用溝ローラの組み付け部周辺の拡大断面図である。
【図４】 この発明の第３実施例に係るワイヤソー用溝ローラの組み付け部周辺の拡大断面図である。
【図５】 この発明の第４実施例に係るワイヤソー用溝ローラの組み付け部周辺の拡大断面図である。
【符号の説明】
１０ ワイヤソー、
１１ａ ワイヤ、
１２，５０，６０，７０，８０ ワイヤソー用溝ローラ、
１２ｅ，４０ｂ，４０ｄ ワイヤ受け用環状溝、
１２ｄ，４０ｆ ワイヤ受け用凸部、
４０ａ，４０ｃ，４０ｅ，４０ｇ 凸嵌合部、
３５，３６ スピンドル、
３５ａ，３６ａ 凹嵌合部、
Ｉ インゴット。

Claims (3)

1. ローラ外周面にコイル状にワイヤが巻き架けられ、しかも徐々に先細化したテーパ状の凸嵌合部とこれに嵌合する凹嵌合部とを有するローラ組み付け構造部を介して、一対のスピンドル間に組み付けられるワイヤソー用溝ローラにおいて、
   上記コイルが巻き架けられるローラ外周面の端部に、ワイヤ受け用環状溝を刻設し、上記ローラ外周面の端から落ち込んだワイヤが、上記ワイヤソー用溝ローラおよびスピンドルの凹嵌合部，凸嵌合部の嵌合隙間に潜り込むことを防止するワイヤソー用溝ローラ。
2. ローラ外周面にコイル状にワイヤが巻き架けられたワイヤソー用溝ローラを、徐々に先細化したテーパ状の凸嵌合部およびこれに嵌合する凹嵌合部を介して、一対のスピンドル間に組み付けるワイヤソー用溝ローラの組み付け構造において、
   上記徐々に先細化した凸嵌合部の外周面のうち、嵌合時に露呈する部分に、ワイヤ受け用環状溝を刻設および／またはワイヤ受け用凸部を突設して、上記ワイヤソー用溝ローラのローラ外周面の端から落ち込んだワイヤが、上記凹，凸嵌合部の嵌合隙間に潜り込むことを防ぐワイヤソー用溝ローラの組み付け構造。
3. 上記凸嵌合部のテーパ状のローラ外周面には、上記ワイヤ受け用環状溝が複数本刻設されている請求項２に記載のワイヤソー用溝ローラの組み付け構造。

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