JP5505835B2

JP5505835B2 - ワイヤソー

Info

Publication number: JP5505835B2
Application number: JP2010051007A
Authority: JP
Inventors: 弘人前田; 太郎久米; 寿吉田; 祥伍松田
Original assignee: Takatori Corp
Current assignee: Takatori Corp
Priority date: 2010-03-08
Filing date: 2010-03-08
Publication date: 2014-05-28
Anticipated expiration: 2030-03-08
Also published as: JP2011183503A

Description

本発明は、複数本の溝ローラ間に形成されたワイヤ列にシリコンやサファイア等のワークを押し付けて切断するワイヤソーに関する。さらに詳しくは、前記ワイヤ列やワークに加工液を精度良く供給する加工液供給ノズルが設けられたワイヤソーに関する。

従来より、複数の溝ローラ間にワイヤを巻き回して形成されるワイヤ列にシリコンカーバイドやダイヤモンド等からなる砥粒が混合された加工液を供給し、ワーク（例えばシリコン、シリコンカーバイド、サファイア、セラミック材料等）を多数枚の薄板に切断するワイヤソーが知られている。

上記ワイヤソーにおいては、通常１本のワイヤを１対の溝ローラ間に巻回してワイヤ列を形成し、このワイヤを一方向走行又は往復走行させながらワイヤ列の部分に加工液を供給しながらワークを切断するようになっている。

また、上記ワイヤソーにおいては、ワイヤ列に加工液を供給するための加工液供給ノズルが加工部の近傍でワイヤ列の上方にワイヤ列と直交するように設けられ、前記加工液供給ノズルからワイヤ列に加工液がカーテン状に供給されるようになっている。

ところで、上記のようにワイヤ列の上方に設けられた加工液供給ノズルからワイヤ列に加工液を供給する場合、加工液供給ノズルをワイヤから離れた位置に設置すると加工液がその表面張力により、加工液供給ノズルに設けられたスリット状の加工液吐出口から加工液が落下するに従ってワイヤ列の両端よりも内側に収束し、ワイヤ列への加工液の供給が不均一となり、ワークの切断精度が低下する問題がある。

上記に状態について従来の加工液供給ノズル２０を図６に基づいて説明する。前記加工液供給ノズル２０は、前記ワイヤ列の上位でワイヤ列のワイヤと直交する方向に設けられ、下面に平坦なスリット状の加工液吐出口１３が形成された外側供給枠２１と、複数の孔が上方に穿設された内側供給パイプ２２とから形成され、前記外側供給枠２１と内側供給パイプ２２は、２重構造になっている。前記内側供給パイプ２２にはポンプを通じて加工液タンクから加工液２４が供給され、外側供給枠２１内が加工液２４で満たされた状態で前記加工液吐出口２３から、加工液２４が下方に吐出されるようになっている。

また、ワイヤ列の下方には昇降自在なワークテーブルに固定された貼付け台２８にダミー部材２７を介してワーク２６が接着されており、前記ワークテーブルを上昇させてワーク２６をワイヤ列に押し付けることによりワーク２６を多数枚の薄板に切断するようになっている。

前記加工液吐出口２３から吐出される加工液２４の両端は、表面張力を受けて加工液吐出口２３の長手方向に対して角度θ３だけ、内側方向に偏向された状態で吐出される。即ち、鉛直方向に対して角度θ４だけ、内側方向に偏向された状態で吐出され、このことにより、加工液供給ノズル２０が、ワイヤ列から離れる程、ワイヤ列の両端付近のワイヤ２５に加工液２４が供給されない状態となる。即ち、切断するワークＷの両端まで加工液２４が供給されず、切断精度にばらつきが生じることになる。従って、加工液供給ノズル２０は、ワイヤ列のワイヤ２５に極接近した状態で設けなければならず、加工液供給ノズル２０とワークとの干渉を避ける等、ワイヤソーの設計が制限される問題がある。

そこで、このような加工液の表面張力による影響を低減させるために、各種の提案がなされている（例えば特許文献１、特許文献２）。

この特許文献１では、スラリノズル（加工液供給ノズルに相当）のスラリ流出用スリット（加工液吐出口に相当）の長手方向両側にサイドバーが設けられ、スラリ（加工液に相当）がサイドバーに誘導されながらカーテン状に供給されるようになっている。

また、特許文献２では、スラリ供給機構（加工液供給ノズルに相当）の外側供給パイプ（外側供給枠に相当）の長手方向に沿って設けられた開口部の開口幅が調整可能になっており、前記開口幅を調整することでスラリ供給機構の長手方向における各部位のスラリ供給量を調整し、スラリを均一化して供給するようになっている。

また、特許文献２のスラリ供給機構は、上記開口部の両端にスラリの案内面が形成され、その案内面はスラリの供給方向へ向かう程、開口部の延長方向にやや湾曲して拡げられており、供給されるスラリが開口部より拡がる方向に誘導されて、開口部の長手方向に拡がった状態で流出することで、表面張力による影響を防止するようになっている。

特開２００４−１９５５５５号公報特開平１１−４８１１９号公報

ところで、上記特許文献１のワイヤソーは、スラリノズルのスラリ流出用スリットの長手方向両側に設けたサイドバーによってスラリをワイヤ列近傍まで誘導することで、ワイヤ列近傍部分に至るまで表面張力によるスラリの収束が働かないようにするものであるが、サイドバーの下端部がワイヤ列のワイヤと干渉しないようにワイヤ列を挟む外側に位置するように設ける必要があり、サイドバー同士の間隔を広げなければならない問題がある。即ち、スラリノズル自体の長さを必要以上に長くしなければならないため、装置が大型化する問題がある。

また、サイドバーはできるだけワイヤ列近傍までスラリを誘導する必要があるため、サイドバーが下方向に長くなってスラリノズルを設ける位置に制限が生じ、小型のワイヤソーに使用することが困難となる問題がある。

また、特許文献２のスラリノズルは、スラリ流出用スリットの開口幅を調整可能にしたものであるが、このようにスラリ流出用スリットの開口幅を調整した場合、その調整部位毎に流量の差が生じると、その部位で表面張力に差が生じ、カーテン状のスラリが割れて不均一にスラリが出る問題があり、調整が困難となる問題があった。

また、特許文献２のスラリ供給機構は、開口部の両端にスラリが外側に拡がるように案内面が形成され、スラリが外側に拡がって供給されるようになっており、前記スラリ供給機構の両端部分ではスラリが案内面に誘導されることで斜め下方に向けて吐出され、スラリ供給機構の両端部分の内側では鉛直下方に吐出されるため、両端部分とその内側部分の境界でスラリの吐出方向が極端に変わることとなり、その部分でスラリ供給量が変化したり、表面張力が変化するため、カーテン状のスラリが部分的に割れて途切れたりする問題があった。

そこで、本発明はワイヤ列の上方から各種加工液をカーテン状に供給すると共にワイヤ列のワイヤに均一に供給できる加工液供給ノズルを有するワイヤソーを提供することにある。

そこで請求項１の発明は、複数の溝ローラ間にワイヤを多列状に巻き掛けてワイヤ列を形成し、このワイヤを走行させると共に加工液をワイヤ列のワイヤに供給してワークを多数枚に切断するようにしたワイヤソーにおいて、前記加工液を供給する加工液供給ノズルを前記ワイヤ列の上位で該ワイヤ列のワイヤと直交する方向に沿って少なくとも１本延設し、前記加工液供給ノズルの下面に前記ワイヤ列のワイヤと直交する方向に沿って凸円弧形状となる加工液吐出口を形成した構成を採用したワイヤソーである。

また、請求項２の発明は、前記凸円弧形状は、前記加工液吐出口の両端部を通る略真円からなる円弧である請求項１に記載の構成を採用したワイヤソーである。

また、請求項３の発明は、前記凸円弧形状は、前記加工液吐出口の両端部における円弧接線角度と、前記加工液吐出口が平坦に形成されたと仮定した場合の該加工液吐出口の両端部における加工液の吐出角度とが同等の角度となるように形成されている請求項１または２のいずれかに記載の構成を採用したワイヤソーである。

本発明のワイヤソーによれば、ワイヤ列の上位でワイヤと直交する方向に沿って加工液供給ノズルが少なくとも１本延設され、その下面に前記ワイヤ列のワイヤと直交する方向に沿って凸円弧形状の加工液吐出口が形成されているので、加工液が表面張力により偏向される影響が打ち消されて、ワイヤ列の直交方向両端のワイヤに均一に加工液を供給できる。

また、本発明のワイヤソーによれば加工液の表面張力による偏向が低減されるので、加工液供給ノズルを必要以上に長くする必要がなくコンパクトに形成できる。このことにより、装置内での取り回しが容易になり、小型のワイヤソーであっても加工液供給ノズルの設置が容易となる。

また、本発明のワイヤソーによれば加工液吐出口の長手方向における部分毎の加工液の流量を調整する必要なく、加工液供給ノズル全体への加工液の流量を調整するだけで、加工液吐出口の全体から均一に加工液の供給が行えるので、作業が効率化でき、さらに、長手方向の部分毎に加工液の流量が変化することがないのでカーテン状に供給される加工液が部分的に割れて途切れることがない。

さらに、本発明のワイヤソーによれば加工液供給ノズルをワイヤ列のかなり上方に設けても、均一に加工液を供給できるので、必要以上に加工液供給ノズルを長くする必要がなく、ワイヤソーをコンパクトに形成できる。

本発明のワイヤソーの斜視図である。本発明のワイヤソーの加工液供給ノズルの右側断面図である。本発明のワイヤソーの加工液供給ノズルの断面図である。本発明のワイヤソーの加工液供給状態を表す説明図である。本発明のワイヤソーの加工液供給状態を表す説明図である。従来のワイヤソーの加工液供給状態を表す説明図である。

本発明の一実施形態について図１乃至図５に基づいて以下に説明する。

図１は、本発明のワイヤソーの主要部分を表す斜視図であり、図示のようにワイヤソー１には、本体フレーム２が立設されており、この本体フレーム２の前面中央に３本の溝ローラ３が三角形状に配置され、前記溝ローラ３の後端はそれぞれ前記本体フレーム２に軸支されている。

前記３本の溝ローラ３はウレタンやポリエチレン等の樹脂で形成され、その表面にはワークＷの切断ピッチに応じて多数の溝が形成されており、前記溝ローラ３の少なくとも１本には、本体フレーム２の裏面側で図示しない適宜なモータ等の駆動源が接続され、３本の溝ローラ３のそれぞれは、ベルト等を通じて回動可能になっている。

また、図示しない適宜の供給リールから１本のワイヤ４が供給され、図示しない複数のガイドローラやテンション機構を経由して前記溝ローラ３にワイヤ４が案内された後、前記溝ローラ３にワイヤ４が多数回巻き回されてワイヤ列を形成している。なお、理解が容易なように溝ローラ３の溝のピッチは実際より少なく描いてあり、ワイヤ４の巻き回し回数も少なく描いてある。

上記ワイヤ４は、前記溝ローラ３に巻き回された後、図示しない複数のガイドローラやテンション機構を経由して図示しない適宜の回収リールに巻き取られるようになっており、前記供給リール、溝ローラ３、回収リールを適宜の駆動源により正転、逆転させることでワイヤ４を往復走行させるようになっている（なお、ワイヤ４は、一方向にのみ走行させても良い）。

また、前記溝ローラ３の下方には、図示しない適宜な機構で昇降自在なワークテーブル７が設けられ、前記ワークテーブル７の上方には貼付け台６を固定する溝が形成されている。この溝に貼付け台６がネジ等で固定され、前記貼付け台６には、カーボン等のダミー部材５を介して加工するワークＷが接着されている。

上記ワークＷをワークテーブル７の上昇によって前記ワイヤ列に押し付け、後述する加工液１３をワイヤ列のワイヤ４に供給しながらワイヤ４を高速走行させてワークＷを多数枚の薄板に切断するようになっている。

また、溝ローラ３間に形成されたワイヤ列の加工部の下方には、加工液供給ノズル１４がワークＷと干渉しないようワイヤ列と直交する方向に２本並行に延設されている。これらの加工液供給ノズル１４には図示しない加工液タンクが接続され、シリコンカーバイドやダイヤモンド等の砥粒が油又は水性の液体に混合された加工液１３が図示しない適宜のポンプによって前記加工液供給ノズル１４からワイヤ列に向けて噴出するようになっている。なお、本実施形態においては遊離砥粒を用いたワイヤソーを例に説明するが、ワイヤ４にダイヤモンド等の砥粒が電着等で固定された固定砥粒ワイヤを用い、加工液１３に冷却液等を用いた固定砥粒方式のワイヤソーにも適用できる。

また、３本の溝ローラ３間の中央付近には２本の加工液供給ノズル８、８がワークＷを加工するワイヤ列の上位にワイヤ列と直交するように並設され、これら２本の加工液供給ノズル８、８は、加工液１３をワークＷの両脇に供給するように間隔を少し開けて設けられている。

次に前記加工液供給ノズル８の詳細について図２及び図３に基づいて以下に説明する。

図２は前記加工液供給ノズル８の長手方向の断面図であり、図３は前記加工液供給ノズル８の長手方向中央付近の縦断面図である。前記加工液供給ノズル８は、外枠を形成する外側供給枠９と内側供給パイプ１０とからなる二重構造を形成している。

前記内側供給パイプ１０は、円筒形状に形成され、その上方には複数の孔１１が穿設されている。また、前記内側供給パイプ１０の後方端には、図示しないポンプを介して図示しない加工液タンクに接続されており、ポンプを駆動することで加工液１３が内側供給パイプ１０の内部に供給されて前記複数の孔１１から噴出するようになっている。

前記外側供給枠９は、その下面が円弧状に形成された箱状体からなり、その円弧状の下面中央には加工液１３を吐出するスリット状の加工液吐出口１２が穿設されている。なお、この加工液吐出口１２は、少なくともワイヤ列のワークＷの加工部分全体に加工液１３を供給できるようにワークＷの長さよりもやや長く形成されている。

また、前記外側供給枠９の長手方向中央には内側供給パイプ１０が挿通され、この外側供給枠９の内部に内側供給パイプ１０を通じて加工液１３が供給されるようになっている。前記内側供給パイプ１０から噴出された加工液１３は、図３のように前記外側供給枠９の内部を満たし、加工液吐出口１２から吐出されるようになっている。

上記のように加工液吐出口１２から吐出された加工液１３は図４のごとく、ワークＷの両脇付近のワイヤ列上に供給されると共に加工液供給ノズル１４からも加工液１３をワイヤ列のワイヤ４に噴出して供給されるようになっている。また、上記のようにワイヤ列のワイヤ４に加工液１３を供給すると共にワイヤ４を高速で一方向走行又は往復走行させながらワークテーブル７を上昇させることでワークＷをワイヤ４に押し付けて多数枚の薄板に切断する。

図５は、図４の加工液供給ノズル８付近の右側側面図であり、上記のように加工液供給ノズル８の外側供給枠９の下面は円弧状に形成されているので、加工液吐出口１２の両端付近の加工液１３の吐出方向は鉛直下方を向き、加工液吐出口１３の両端付近では、加工液１３の表面張力による偏向を打ち消すように加工液１３が吐出するのでカーテン状となった加工液１３がワイヤ列のワイヤ４全体に供給される。

次に前記加工液吐出口１２の好ましい形態について、図５に基づいて以下に説明する。

前記加工液吐出口１２の形状は、真円に近い円弧であることが、全体に均等に加工液１３を吐出する面から好ましいがこの限りでない。

さらに、上記の円弧は、加工液吐出口１２の両端部における円弧接線角度θ２として、前記従来例を表す図６で説明した加工液２４の表面張力によって偏向された吐出角度θ４を設定すれば加工液吐出口１２から加工液１３（加工液２４と同じもの）を吐出させた際に加工液１３の両端部分の吐出方向が鉛直方向となる。即ち、円弧接線角度θ２と通常の平坦な加工液吐出口２３から加工液１３を吐出させた場合の吐出角度θ４とを一致させることが好ましい。なお、できるだけ、加工液１３の物性だけに依存するように吐出角度θ４を求めるために、加工液供給ノズル２０の容積や、供給する加工液１３の流量、加工液吐出口２３の幅や長さ、内側供給ノズル２２の形状を加工液供給ノズル８のものと統一しておくことが望ましい。

この吐出角度θ４は、加工液１３の物性に依存することから、量産に使用する加工液１３で予め従来の加工液供給ノズル２０を用いて、吐出角度θ４を求め、加工液吐出口１２の両端部分の円弧接線角度θ２をθ４となるような円弧形状に形成すれば、好適な加工液供給ノズル８を設計できる。即ち、平坦な加工液吐出口２３から吐出させた加工液１３の加工液吐出口２３の長手方向に対しての角度θ３は、加工液吐出口１２の鉛直方向に対してなす円弧接線角度θ１と一致し、加工液吐出口１２の両端部分では加工液１３が表面張力によって偏向される分だけ戻された状態となるため、加工液１３の両端の吐出角度は鉛直方向となる。

また、加工液吐出口１２のスリット幅は１ｍｍ程度のものが好ましく利用できるが、この幅は、加工液１３の粘度や供給流量に応じて適宜変更すれば良い。

上記のように予め使用する加工液１３毎に加工液供給ノズル８を形成しておけば、加工液吐出口１２の長手方向の部分毎に流量を調整しなくても全体としての流量を調整するだけで良いので調整が容易となる。

また、加工液吐出口１２を真円に近い円弧形状に形成しておけば、加工液１３の吐出方向が鉛直下方となり、全体に均等に加工液１３が供給されるので、ワークＷの切断精度のばらつきが少ない精度の良い切断が行える。

また、加工液供給ノズル８が、小型に設計できるので、ワークＷとの干渉が低減でき、設置位置の自由度が高くなるのでワイヤソーを小型化することが容易となる。

以上が、本発明の一実施形態であるが、本発明は上記の実施形態に限定されず、例えば上記の実施形態においては、ワークＷを下からワイヤ４に押し付けて切断するようにしたが、ワークＷを上から押し付けるものであっても良く、また、溝ローラ３も３本ではなく２本や４本等各種のものに適用できる。

また、加工液供給ノズル８も２本並設して設けたが、例えば２本の並設したワークＷの間にだけ、加工液供給ノズル８を１本設けたり、必要に応じて適宜１本以上の加工液供給ノズル８を設けることができる。

また、加工液供給ノズル８を外側供給枠９と内側供給パイプ１０の２重構造としたが、全体的に加工液１３を供給できるものであれば、これに限定されず、例えば加工液供給ノズル８の長手方向両端側から外側供給枠９に直接加工液１３を供給するもの等、全体的に加工液吐出口１２に加工液１３が供給できれば良い。

また、加工液供給ノズル８は、下面の加工液吐出口１２が円弧状に形成されていれば良く、外側供給枠９の下面を除く全体的な形状は、上記のような箱状体に限定されず、各種の形状（例えば逆三角形とし、その下側頂点に加工液吐出口１２を円弧状に形成する）のものが利用できる。

また、加工液吐出口１２の円弧形状も上記の円弧接線角に限定されず、各種の加工液１３や供給量に合わせて各種の円弧形状のものが利用できる。

また、上記の実施形態においては、加工液供給ノズル８と加工液供給ノズル１４とを併設したが、加工液供給ノズル８だけで加工液１３を供給するようにしても良く、適宜必要に応じて加工液供給ノズル１４を併設すれば良い。

Ｗワーク
１ワイヤソー
２本体フレーム
３溝ローラ
４ワイヤ
５ダミー部材
６貼付け台
７ワークテーブル
８加工液供給ノズル
９外側供給枠
１０内側供給パイプ
１１孔
１２加工液吐出口
１３加工液
１４加工液供給ノズル
２０加工液供給ノズル
２１外側供給枠
２２内側供給パイプ
２３加工液吐出口
２４加工液
２５ワイヤ
２６ワーク
２７ダミー部材
２８貼付け台

Claims

複数の溝ローラ間にワイヤを多列状に巻き掛けてワイヤ列を形成し、このワイヤを走行させると共に加工液をワイヤ列のワイヤに供給してワークを多数枚に切断するようにしたワイヤソーにおいて、
前記加工液を供給する加工液供給ノズルを前記ワイヤ列の上位で該ワイヤ列のワイヤと直交する方向に沿って少なくとも１本延設し、
前記加工液供給ノズルの下面に前記ワイヤ列のワイヤと直交する方向に沿って凸円弧形状となる加工液吐出口を形成したことを特徴とするワイヤソー。
前記凸円弧形状は、前記加工液吐出口の両端部を通る略真円からなる円弧であることを特徴とする請求項１に記載のワイヤソー。
前記凸円弧形状は、前記加工液吐出口の両端部における円弧接線角度と、前記加工液吐出口が平坦に形成されたと仮定した場合の該加工液吐出口の両端部における加工液の吐出角度とが同等の角度となるように形成されていることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載のワイヤソー。