JP3704585B2 - マルチ細線ワイヤソー装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、精密電子部品材料等に複数の細幅の溝を同時に入れる溝入れ加工、あるいは切断代の少ない切断を行う切断加工などを施工するのに好適な、マルチ細線ワイヤソー装置に関し、特に１本の細線ワイヤソーを、左右一対のピッチ決めローラの間で、所定のピッチで、ピッチ決めローラの軸線方向に複数回往復捲回して形成された複数列の細線ワイヤソーが、ワークに対向するように配設してワークに対し複数の前記加工を同時に行えるようにしたマルチ細線ワイヤソー装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、シリコン等の硬脆性材料のインゴットからウェハーを切り出す装置の一つとして、細線ワイヤソー装置が知られている。
【０００３】
この細線ワイヤソー装置の原理を図７により概説すると、符号０５は回転テ−ブル式のワーク固定台を示しており、ワーク固定台０５の周面に複数個のワーク（インゴット）０１が治具（図示せず）で固定されている。ワーク固定台０５の中心軸０５ａにはワーク固定台用モータ（図示せず；以下単に「モータ」と呼ぶときは、このモータのことである。）が取り付けられていて、正逆方向に高速回転できるようになっている。
【０００４】
符号０４は細い鋼製の細線ワイヤソーを示している。この細線ワイヤソー０４は供給ボビン０６に巻き取られていて、供給ボビン０６から繰り出された細線ワイヤソー０４は、張力調整装置０７を経てから、ガイドローラ０８，０９，０１０，０１１の順に案内され巻取りボビン０１２に到る。運転時、巻き取りボビン０１２に取り付けられているステッピングモータあるいは低速モータ（図示せず、以下「細線ワイヤソー移送モータ」と呼ぶ）により、細線ワイヤソー０４は矢印Ｂ方向へ移動する。
【０００５】
細線ワイヤソー０４は、加工作業中、矢印Ｂ方向に少しずつ低速移動するものである。一方、ワーク固定台０５は高速度で回転するので、ワーク固定台０５上のワーク０１に細線ワイヤソー０４が高速度で当接し、これによりワーク０１の切断が行われる。
【０００６】
加工のための押圧力は、張力調整装置０７によって細線ワイヤソー０４に加えられる引張り力と供給ボビン０６を制動回転するトルクモータと、ガイドローラ０９，０１０にそれぞれ設けられている送りロッド０１３の矢印Ｃ方向へのガイドローラ０９、０１０の移動とで調節される。図６は図７の装置により切断されたワーク０１の切断部の断面図を示している。ガイドローラ０９，０１０のワーク０１に対する押圧力を調節することにより、一方端Ｘおよび他方端Ｙよりも中央部Ｚの突出した円弧曲線状となるように設定することができる。細線ワイヤソー２を切断部においてこのような円弧曲線状に設定することにより、細線ワイヤソー２が蛇行するのを減少でき、その結果、細線ワイヤソー２の切断事故を抑制することが可能となる。
【０００７】
マルチ細線ワイヤソー装置は、前記の細線ワイヤソー０４を、ワーク固定台０５の中心軸（回転軸）０５ａにワークに対して、平行に、所定のピッチのもとに複数列配設したもので、その一例として、特開平１１−２０７５８７号公報がある。図５は当該公報に記載の装置の概要を示している。図５に示すマルチ細線ワイヤソー装置は、ガイドローラ０９Ａ、０１０Ａに複数の細線ワイヤソー０４の案内用の溝が形成されており、細線ワイヤソー０４は、供給ボビン０６側から右側のガイドローラ０９に入り、右側のガイドローラ０９と左側のガイドローラ０１０との間の下側でワーク０１に当接しワーク切断加工を行い、左側のガイドロ−ラ０１０を出たところで上側に移動し上側で右側のガイドローラ０９の次の溝に移行して下側に回り、下側で前回の加工の隣の箇所を加工する。この切断加工を順次繰返えして、１本の細線ワイヤソーでワークに同時に複数の加工を施工できるようになっている。このガイドローラ０９Ａ、０１０Ａに形成された複数の細線ワイヤソー０４の案内用の溝は、所定のピッチものもとに形成されていて、細線ワイヤソー０４の位置（ピッチ）を決めるものである。つまりガイドローラ０９Ａ、０１０Ａは、この後に述べる「ピッチ決めローラ」に相当する。
【０００８】
なお図５において、図７のものと同じ部材には同一符号を付して説明を省略し、また、図５において、符号０１４はワーク固定台０５を高速度で矢印Ａ方向に回転するモータを、０２１はテーブルを、０５１は支持部材を、０５２はワーク固定テーブルを示している。
【０００９】
このほか、マルチ細線ワイヤソー装置として、図８、図９に示す特開昭５９−４２２５９号公報の装置も公知である。なお、図８、図９中、図５のものと同じ部材には同一符号が付してあり、図８、図９中符号０１７は軸受けフレーム、０２２は第５ローラ、０２３はワーク０１固定用治具を示している。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、細線ワイヤソー装置では、加工精度を向上しながら細線ワイヤソーの断線を防止を図るためには、細線ワイヤソーの張力をある値に維持しなければならない。
【００１１】
従来は、細線ワイヤソーの張力の調節を、図５に示すように、張力調整装置０７によって細線ワイヤソー０４に加えられる引張り力と供給ボビン０６を制動回転するトルクモータと、ガイドローラ０９，０１０にそれぞれ設けられている送りロッド０１３の矢印Ｃ方向へのガイドローラ０９，０１０の移動とにより行う構成となっている。
【００１２】
ところで、このような張力調節方式では、全細線ワイヤソーの平均的な張力調節を行うことができるものの、マルチ細線ワイヤソー装置の場合、ワークに当接して現に切削加工状態にある各細線ワイヤソーのそれぞれについて、張力の調節を個別に行うことができないという課題がある。本発明は、マルチ細線ワイヤソー装置におけるこのような課題を解決するものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、外周面にワークが固定され枠体に回転可能に支持された回転テーブル式のワーク固定台と、該ワーク固定台の回転軸と平行に配設された左右一対の軸と、該各軸に支持された左右一対のピッチ決めローラと、１本の細線ワイヤソーとを備え、該１本の細線ワイヤソーが、前記左右一対のピッチ決めロ−ラの間で、所定のピッチで、前記ピッチ決めローラの軸線方向に複数回往復捲回されて複数列の細線ワイヤソーが前記ワ−クに対向するように配設されたマルチ細線ワイヤソー装置であって、前記左右一対のピッチ決めローラの内の少なくとも１つのピッチ決めローラが、前記複数列の細線ワイヤソーの数と同じ数の複数枚のプーリを前記ピッチ決めローラの軸線方向に、前記ピッチのもとに並設し、かつ前記軸に回転可能に支持することにより構成され、前記各プーリに、前記細線ワイヤソーの案内用の溝が形成されているマルチ細線ワイヤソー装置において、前記各プーリは、隣接するプーリに対して摩擦係合するように構成されており、前記軸に対して別個のベアリングを介して支持されていることを特徴とする。
【００１４】
また、前記マルチ細線ワイヤソー装置において、前記複数枚のプーリは、外側に位置する外側プーリと該外側プーリに挟まれて位置する内側プーリとから構成され、前記外側プーリには外周より若干内周側の側面に凹部が形成され、前記内側プーリには前記凹部と摩擦係合する凸部が形成されていることを特徴とする。
【００１５】
更に、前記のマルチ細線ワイヤソー装置において、前記細線ワイヤソーの案内用の溝がＶ字型の溝であることを特徴とする。
【００１７】
前記の本発明では、加工中、ワークに細線ワイヤソーが複数列で当接しているが、複数列の細線ワイヤソーの内の１本の細線ワイヤソーにかかる負荷が、他の細線ワイヤソーにかかる負荷と異なる事態が発生し、細線ワイヤソー間に張力の不均等な事態が発生すると、張力が不均等となった細線ワイヤソーを支持しているプーリが、当該プーリに作用する張力とこのプーリの隣りのプーリに作用する張力との差（の力）により、隣接するプーリに対して相対回転し、細線ワイヤソーに作用する張力の均等化が自動的に行われる。
【００１８】
プーリはいずれも軸に対してベアリングにより回転可能に支持されているので、上記の相対回転はスム−ズに行われる。また、各プーリは、隣接するプーリ−に対して摩擦係合状態にあるので、細線ワイヤソーにおける張力不均等〔張力の差（力）〕が、各プーリ間の摩擦係合力よりも大きくないと、上記の相対回転は発生しない。その結果、微小な張力不均等が発生する度毎にプーリ間に相対回転が発生するのを抑制でき、プーリの摩擦係合部の磨耗を抑制することが可能となる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面により本発明の実施の形態について説明する。
図１はマルチ細線ワイヤソー装置の概略を示す側面図、図２は図１のＡ矢部の拡大図、図３は同上面図、図４はそのピッチ決めローラの側面図である。
【００２０】
この実施形態のマルチ細線ワイヤソー装置も、図７で説明した原理に基ずいており、装置の概要は、図５に示した装置とほぼ同じ構成となっている。
即ち、このマルチ細線ワイヤソー装置は、高速回転可能なワーク固定台（ロータリテーブル）１と細線ワイヤソー２とを備え、細線ワイヤソー２の走行機構として、供給ボビン３、巻取りボビン４、方向転換ローラ５ａ，５ｂ，５ｃ、張力調整動滑車６及び左右一対のピッチ決めローラ１０ａ，１０ｂ（これらのローラ１０ａ，１０ｂは同一構造であるので、以下の説明においては、ピッチ決めローラ１０ａ，１０ｂを「ピッチ決めローラ１０」ということがある）が設けられている。なお、ピッチ決めローラ１０は、図５に示した従来の装置におけるガイドローラ０９Ａ、０１０Ａに相当する。
【００２１】
この例では、同一構造の２基のピッチ決めローラ１０が軸１１に支持されている。各ピッチ決めローラ１０は、軸１１にそれぞれの３枚のプーリ１２，１３，１４を軸１１方向に並設して構成されており、各プーリ１２，１３，１４は、それらの中心部に取り付けられたベアリング１５により、軸１１に、各別に、回転可能に支持されるようになっている。
【００２２】
プーリ１２，１３，１４には、それぞれＶ字型の溝１２ａ，１３ａ，１４ａが設けられていて、これらの溝１２ａ，１３ａ，１４ａに、後に述べるように、細線ワイヤソー２が捲回される。
【００２３】
プーリ１２と１４とは同じ断面形状に形成されている。即ちプーリ１２，１４の各両側面に凹溝１６が形成されている。一方、プーリ１２と１４との間に介挿されるプーリ１３の両側面には、凹溝１６に嵌入し、かつ凹溝１６と摩擦係合する凸部１７が突設されている。
【００２４】
細線ワイヤソー２は、供給ボビン３側から右側のピッチ決めローラ１０ａに、プーリ１２の溝１２ａへその外側から入り、右側のピッチ決めローラガイドローラ１０ａと左側のピッチ決めローラ１０ｂとの間の下側でワーク２０に当接しワーク切断加工を行い、左側のピッチ決めローラ１０ｂのプーリ１２の溝１２ａに到る。そして、左側のピッチ決めローラ１０ｂのプーリ１２の外側を半周して上側に回り、そこから右側のピッチ決めローラ１０ａのプーリ１３に形成された次の溝１３ａに、上側で移行する。細線ワイヤソー２の下側での移行方向は、ワーク１の切断面に沿うが、細線ワイヤソー２の上側での移行方向は、ワーク１の切断面に対してやや斜めとなる。
【００２５】
プーリ１３では、その外側を半周して下側に回り、下側で前回の加工の隣の箇所を加工して、左側のピッチ決めローラ１０ｂのプーリ１３の溝１３ａに到る。この切断加工を繰返して、最終的には左側のピッチ決めローラ１０ｂのプーリ１４の溝１４ａに案内されて方向転換ローラ５ｂに至る。図１〜３における矢は、細線ワイヤソー２の移動方向を示している。
【００２６】
このように、このマルチ細線ワイヤソー装置では、ピッチ決めローラ１０が細線ワイヤソー２の位置（ピッチ）を決める機能を有しており、ワーク２０はピッチ決めローラ１０により決定されたピッチで切断される各プーリの間に、スペーサを挿入しそのスペーサの厚みを変えることにより、細線ワイヤソー２のピッチを簡単に変更することができる。
この実施形態のものでは、同じ構造のマルチ細線ワイヤソー機構が２基並設されているので、２本の細線ワイヤソー２の使用で、ワーク２０に、同時に６ヵ所の切断加工を施工できることになる。
【００２７】
上述のように、１本の細線ワイヤソー２により３ヵ所の切断加工が同時に行わる。つまり、加工中は、ワーク２０には細線ワイヤソー２が３列で当接しているが、３列の細線ワイヤソー２の内の１本の細線ワイヤソーにかかる負荷が、他の２本の細線ワイヤソーにかかる負荷と異なる事態が発生すると、ワーク２０に当接する３列の細線ワイヤソー２の張力が不均等となる。
このような事態が発生すると、張力が不均等となった細線ワイヤソー２を支持しているプーリ（プーリ１２〜１４の内のいずれかのプーリ、説明の都合上このプーリを「プーリＰ」という）が、プーリＰに作用する張力とこのプーリＰに隣接するプーリに作用する張力の差（の力）により、隣接するプーリに対して相対回転する。
【００２８】
プーリ１２〜１４はいずれも軸１１に対してベアリング１５により回転可能に支持されているので、上記の相対回転はスムーズに行われる。そして、負荷（張力）が不均等となった細線ワイヤソー２を支持しているプーリＰが、他のプーリに対して相対回転することにより、ワーク２０に当接する３列の細線ワイヤソー２に作用する張力が均等になる。
【００２９】
プーリ１２，１３，１４は、互いに凹部１６と凸部１７との嵌合による摩擦係合状態にある。してがって、上記の、３列の細線ワイヤソー２における張力不均等がさほど大きいものでない時には、つまり上記の張力の差（力）が各プーリ間の摩擦係合力よりも大きくないと、上記の相対回転は発生しない。その結果、微小な張力不均等が発生する度毎にプーリ間に相対回転が発生するのを抑制でき、凹部１６と凸部１７との嵌合による摩擦係合部の磨耗を抑制することが可能となる。
なお、上記の説明は、ピッチ決めローラ１０ａ，１０ｂの両方をプーリ間に相対回転を発生可能な構成としているが、ピッチ決めローラ１０ａ，１０ｂの中のいずれか一方のみを、プーリ間に相対回転を発生可能な構成としてもよい。
【００３０】
なお、この実施形態の装置においても、ワーク固定台１は円形盤状に形成されており、その外周面上に、多数のワーク固定パレット２１が、取付け治具（図示せず）により固定されており、ワーク１はワーク固定パレット２１に固定されている。
【００３１】
回転テーブル式のワーク固定台１は、図１に示すように、装置のほぼ中心部に配置されており、その右側に、供給ボビン３が供給用トルクモータ（図示せず）により回転可能に装置枠体に取り付けられている。供給ボビン３には細線ワイヤソー２が巻き取られており、供給ボビン３の細線ワイヤソー２は、方向転換ローラ５ａ、張力調整動滑車６、方向転換ローラ５ｃに案内されて、ピッチ決めローラ１０ａに取り入れられるようになっている。
【００３２】
ピッチ決めローラ５ｂから取り出された細線ワイヤソー２は、方向転換ローラ５ｂをへて、巻き取りボビン（回収ボビン）４に回収される。
【００３３】
そして、ピッチ決めローラ１０ａと１０ｂとの間で、３列の細線ワイヤソー２は、ワーク固定台１（の側面上のワーク２０）に同時に押しつけられるようになっている。従って、ワーク固定台１が回転するとき、ワーク固定台１の側面上の複数のワーク２０に、３列の細線ワイヤソー２が同時に圧接し、これにより、切断加工が施されることになる。
【００３４】
各プーリ１２，１３，１４には、それぞれＶ字型の細線ワイヤソー案内溝１２ａ，１３ｂ，１４ｃが形成れていて、細線ワイヤソー２はそれぞれの案内溝で案内されるようになっている。したがって、案内溝１２ａ，１３ｂ，１４ｃ間の間隔（ピッチ）を変更するとき、ワーク切断ピッチ〔加工幅（切断幅）〕を変更することができる。
【００３５】
また、供給ボビン３の巻取軸に取り付けられたトルクモータは、細線ワイヤソー２の張力検出センサ（図示せず）で検出された細線ワイヤソー２の張力変動に応じて、細線ワイヤソー２の送り出し量を調節するように作動する。
【００３６】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、以下のような効果が得られる。
（１）加工中、ワークに細線ワイヤソーが複数列で当接しているが、複数列の細線ワイヤソーの内の１本の細線ワイヤソーにかかる負荷が、他の細線ワイヤソーにかかる負荷と異なる事態が発生し、細線ワイヤソー間に張力の不均等な事態が発生すると、張力が不均等となった細線ワイヤソーを支持しているプーリが、当該プーリに作用する張力とこのプーリに隣接するプーリに作用する張力の差（の力）により、隣接するプーリに対して相対回転し、細線ワイヤソーに作用する張力の均等化が自動的に行われる。
（２）ピッチ決めローラを構成するプーリは、いずれも軸に対してベアリングにより回転可能に支持されているので、上記の相対回転はスムーズに行われる。
（３）また、各プーリは、隣接するプーリに対して摩擦係合状態にあるので、細線ワイヤソーにおける張力不均等〔張力の差（力）〕が、各プーリ間の摩擦係合力よりも大きくないと、上記の相対回転は発生しない。その結果、微小な張力不均等が発生する度毎にプーリ間に相対回転が発生するのを抑制でき、プーリの摩擦係合部の磨耗を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施の形態に係るマルチ細線ワイヤソー装置の概略を示す側面図である。
【図２】図１のＡ矢部の拡大図である。
【図３】同上面図である。
【図４】図１の実施の形態に係るマルチ細線ワイヤソー装置のピッチ決めローラの側面図である。
【図５】従来のマルチ細線ワイヤソー装置の斜視図である。
【図６】細線ワイヤソー装置によるワーク切断部の断面図である。
【図７】細線ワイヤソー装置の原理を示す概略図である。
【図８】従来の他の細線ワイヤソー装置の正面図である。
【図９】図８の細線ワイヤソー装置のワーク固定台の斜視図である。
【符号の説明】
１：ワーク固定台
２：細線ワイヤソー
３：供給ボビン
４：巻き取りボビン
５ａ，５ｂ，５ｃ：方向転換ローラ
１０ａ，１０ｂ：ピッチ決めローラ
１１：軸
１２，１３，１４：プーリ
１２ａ，１３ａ，１４ａ：Ｖ字型の細線ワイヤソー案内溝
１５：ベアリング
１６：凹部
１７：凸部
１８：スペーサ
１９：ローラベアリング
２０：ワーク
２１：ワーク固定パレット

Claims (3)

1. 外周面にワークが固定され枠体に回転可能に支持された回転テーブル式のワーク固定台と、該ワーク固定台の回転軸と平行に配設された左右一対の軸と、該各軸に支持された左右一対のピッチ決めローラと、１本の細線ワイヤソーとを備え、該１本の細線ワイヤソーが、前記左右一対のピッチ決めロ−ラの間で、所定のピッチで、前記ピッチ決めローラの軸線方向に複数回往復捲回されて複数列の細線ワイヤソーが前記ワ−クに対向するように配設されたマルチ細線ワイヤソー装置であって、前記左右一対のピッチ決めローラの内の少なくとも１つのピッチ決めローラが、前記複数列の細線ワイヤソーの数と同じ数の複数枚のプーリを前記ピッチ決めローラの軸線方向に、前記ピッチのもとに並設し、かつ前記軸に回転可能に支持することにより構成され、前記各プーリに、前記細線ワイヤソーの案内用の溝が形成されているマルチ細線ワイヤソー装置において、前記各プーリは、隣接するプーリに対して摩擦係合するように構成されており、前記軸に対して別個のベアリングを介して支持されていることを特徴とするマルチ細線ワイヤソー装置。
2. 請求項１に記載のマルチ細線ワイヤソー装置において、前記複数枚のプーリは、外側に位置する外側プーリと該外側プーリに挟まれて位置する内側プーリとから構成され、前記外側プーリには外周より若干内周側の側面に凹部が形成され、前記内側プーリには前記凹部と摩擦係合する凸部が形成されていることを特徴とするマルチ細線ワイヤソー装置
3. 請求項１に記載のマルチ細線ワイヤソー装置において、前記細線ワイヤソーの案内用の溝がＶ字型の溝であることを特徴とするマルチ細線ワイヤソー装置。

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