JP6795899B2 - ワイヤソー、クーラント供給装置、及び被加工物の加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、シリコン、シリコンカーバイト、サファイア、ガリウムナイトライド等の被加工物をスライス加工するためのワイヤソー、当該ワイヤソーに用いられるクーラント供給装置、及び当該ワイヤソーを用いた被加工物の加工方法に関し、特に流体のクーラントの供給技術に関する。

従来から、半導体材料、磁性材料、焼結体（セラミックス）、貴金属、化合物結晶体、熱電材料、超硬合金、複合材料、セラミックス、ガラス等の被加工物を切断加工する装置としてワイヤソーが用いられてきた。一般的なワイヤソーを用いた被加工物の加工方法としては、複数のローラに対して一定のピッチで螺旋状に巻回したワイヤを走行させ、当該走行しているワイヤに対して被加工物を押し付ける。これにより、当該ワイヤのピッチにて、被加工物がスライス加工されることになる。

当該スライス加工の際には、ローラ及びワイヤに対してクーラント（加工液）が供給される。これにより、ワイヤと被加工物との接触によって生じる熱を冷却し、加工精度の向上が図られている。当該クーラントの供給方法については、クーラントを供給すべき領域に対して、噴出式のノズルを用いて直接的に行う方法、又は噴出式のノズルから供給されたクーラントを、案内板を経由させて供給する方法が採用されている。これらのクーラントの供給方法は、例えば、特許文献１に開示されている。

特許５５１５５９３号公報

近年において、被加工物であるウエハの薄型化（薄肉化）が要求されるとともに、その加工コストの低減も要求されている。これらの要求に対して、ワイヤ自体の細線化をすることによってワイヤによって削り取られる部分を小さくすること、ワイヤ間のピッチを狭くすることが行われている。例えば、細線化されたワイヤの直径は約８０μｍであり、ワイヤ間ピッチは約２５０μｍとなる。

しかしながら、所望のクーラント材料を水によって２０倍以上に希釈化したクーラントが使用されるため、ワイヤ間のピッチが狭い場合にはその表面張力の作用によってワイヤ同士が寄り合う箇所が発生し、ワイヤの間隔にばらつきが生じることになる。このようなワイヤ同士の間隔にばらつきが生じると、スライスされた被加工物の厚みにばらつきが生じ、加工精度が低下することになる。さらには、製品としての歩留まりの低下にもつながってしまう。特に、噴出式のノズルから供給されたクーラントは、圧力や流速が高い為に供給時にムラの原因となる跳ね水（液の飛散）やクーラント中への気体の巻き込みによる発泡が生じやすい。噴出式のノズルを使用する限り、ノズルから案内板を介してクーラントの供給を行ったとしても、当該ムラを十分に抑制することは極めて困難である。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ワイヤの細線化及びワイヤ間の狭ピッチ化を図りつつ、優れた加工精度を有し、かつ歩留まりの高い加工を実現するワイヤソーを提供することにある。また、クーラントを所望の領域に対して均一に供給することができるクーラント供給装置を提供することになる。更に、被加工物の薄型化（薄肉化）を図りつつ、優れた加工精度を有し、かつ歩留まりの高い被加工物の加工方法を提供することにある。

上述した目的を達成するため、本発明の第１の態様は、被加工物を加工する際に流体のクーラントを使用するワイヤソーであって、複数のローラと、前記複数のローラの周面に対して所定のピッチで巻回されたワイヤと、前記クーラントを一時的に貯留し、前記ローラ及び前記ワイヤよりも上方に配置されたタンクと、前記クーラントの外部貯留源から前記タンクに前記クーラントを供給する供給管と、前記タンクからオーバーフローした前記クーラントを流路勾配によって供給し、前記被加工物と前記ワイヤとの加工熱を冷却する加工熱冷却用クーラント供給経路と、前記タンクからオーバーフローした前記クーラントを流路勾配によって供給し、前記ローラ及び前記ローラ近傍に位置する前記ワイヤの熱を冷却する部品冷却用クーラント供給経路と、を備え、前記加工熱冷却用クーラント供給経路は、前記クーラントの流路を形成する底部及び前記底部の両側面に配設された側壁部を有し、前記部品冷却用クーラント供給経路は、前記クーラントの流路を形成する底部及び前記底部の両側面に配設された側壁部を有していることである。

本発明の第１の態様においては、タンク及び加工熱冷却用クーラント供給経路の構造から、タンクからオーバーフローしたクーラントのみを加工熱冷却用クーラント供給経路を介して自然落下させ、加工点の周囲にクーラントを供給することになる。これにより、クーラントの供給ムラの原因となる跳ね水（液の飛散）やクーラント中への空気の巻き込みによる発泡が抑制され、加工点に位置する全てのワイヤに対して均一にクーラントを供給することができ、クーラントＷの供給に伴うワイヤ同士の間隔のばらつきを抑制することができる。従って、第１の態様のワイヤソーにおいては、ワイヤの細線化及びワイヤ間の狭ピッチ化を図ったとしても、優れた加工精度を実現できる。また、製品としての被加工物の歩留まり向上にも寄与することができる。また、ローラ及びワイヤを確実に冷却することができ、加工精度の向上、ローラ及びワイヤ等の各種部品の摩耗の防止を図ることができる。

本発明の第２の態様によれば、上記本発明の第１の態様において、前記側壁部は、前記加工熱冷却用クーラント供給経路の終端部において、前記クーラントの流方向に沿って前記底部よりも突出した突出部を含むことである。これにより、加工熱冷却用クーラント供給経路の終端部においてクーラントを収束させることなく、クーラントのより均一な供給を図ることができる。

本発明の第３の態様によれば、上記本発明の第１又は第２の態様において、前記加工熱冷却用クーラント供給経路は、始端部及び終端部における水平方向に対する傾斜角度よりも、前記始端部及び前記終端部の間で傾斜した傾斜部における水平方向に対する傾斜角度が大きいことである。これにより、各クーラント供給経路を流れるクーラントを整流することができ、クーラントのより均一な供給を図ることができる。

本発明の第４の態様によれば、上記本発明の第１乃至第３の態様のいずれかにおいて、前記加工熱冷却用クーラント供給経路に、前記クーラントの流量に応じてその開度を自動調整する整流板を有することである。これにより、各クーラント供給経路を流れるクーラントを整流することができ、クーラントのより均一な供給を図ることができる。

本発明の第５の態様によれば、上記本発明の第１乃至第４の態様のいずれかにおいて、前記加工熱冷却用クーラント供給経路の終端部上方に、前記被加工物から跳ね返る前記クーラントを前記加工熱冷却用クーラント供給経路の外部に誘導するクーラント誘導部を有することである。これにより、跳ね返ったクーラントが加工熱冷却用クーラント供給経路に戻ることがなくなり、クーラントのより均一な供給を図ることができる。

本発明の第６の態様によれば、上記本発明の第１乃至第５の態様のいずれかにおいて、前記クーラントが前記供給管から供給される供給領域を囲む仕切板を前記タンク内に有し、前記仕切板は、前記クーラントを通過可能とするメッシュ部を備えることである。これにより、タンク内におけるクーラントの整流及びクーラント内のごみの除去を行うことができる。

本発明の第７の態様によれば、上記本発明の第１乃至第６の態様のいずれかにおいて、前記供給管の供給口は、前記タンク内に位置することである。これにより、タンクに供給されるクーラント中への気体の巻込みによる発泡が防止される。

本発明の第８の態様によれば、上記本発明の第１乃至第７のいずれかの態様において、前記側壁部は、前記部品冷却用クーラント供給経路の終端部において、前記クーラントの流方向に沿って前記底部よりも突出した突出部を含むことである。これにより、ローラ及びワイヤをより確実かつ効率的に冷却することができ、ローラ及びワイヤ等の各種部品の摩耗の防止を図ることができる。

また、上述した目的を達成するため、本発明の第９の態様は、被加工物と接触する複数のローラ及び前記複数のローラの周面に対して所定のピッチで巻回されたワイヤを備えるワイヤソーに対して流体のクーラントを供給するクーラント供給装置であって、前記クーラントを一時的に貯留するタンクと、前記クーラントの外部貯留源から前記タンクに前記クーラントを供給する供給管と、前記タンクからオーバーフローした前記クーラントを流路勾配によって供給し、前記被加工物と前記ワイヤとの加工熱を冷却する加工熱冷却用クーラント供給経路と、前記タンクからオーバーフローした前記クーラントを流路勾配によって供給し、前記ローラ及び前記ローラ近傍に位置する前記ワイヤの熱を冷却する部品冷却用クーラント供給経路と、を備え、前記加工熱冷却用クーラント供給経路は、前記クーラントの流路を形成する底部及び前記底部の両側面に配設された側壁部を有し、前記部品冷却用クーラント供給経路は、前記クーラントの流路を形成する底部及び前記底部の両側面に配設された側壁部を有していることである。

本発明の第９の態様においては、タンク及び加工熱冷却用クーラント供給経路の構造から、タンクからオーバーフローしたクーラントのみを加工熱冷却用クーラント供給経路を介して自然落下させ、加工点の周囲にクーラントを供給することになる。これにより、クーラントの供給ムラの原因となる跳ね水（液の飛散）やクーラント中への空気の巻き込みによる発泡が抑制され、加工点に位置する全てのワイヤに対して均一にクーラントを供給することができ、クーラントＷの供給に伴うワイヤ同士の間隔のばらつきを抑制することができる。換言すると、第９の態様に係るクーラント供給装置においては、クーラントを所望の領域に対して均一に供給することができる。

本発明の第１０の態様は、本発明の第９の態様において、前記側壁部は、前記加工熱冷却用クーラント供給経路の終端部において、前記クーラントの流方向に沿って前記底部よりも突出した突出部を含むことである。これにより、加工熱冷却用クーラント供給経路の終端部においてクーラントを収束させることなく、クーラントのより均一な供給を図ることができる。

本発明によれば、ワイヤの細線化及びワイヤ間の狭ピッチ化を図りつつ、優れた加工精度を有し、かつ歩留まりの高い加工を実現するワイヤソーを提供することができる。また、クーラントを所望の領域に対して均一に供給することができるクーラント供給装置を提供することができる。更に、被加工物の薄型化（薄肉化）を図りつつ、優れた加工精度を有し、かつ歩留まりの高い被加工物の加工方法を提供することができる。

実施例１に係るワイヤソーの概略構成図である。 実施例１に係るクーラント供給装置の部分拡大斜視図である。 実施例１に係るクーラント供給装置の先端におけるクーラントの流れを示す模式図である。 実施例２に係るワイヤソーの概略構成図である。 実施例２に係るワイヤソーのタンク内に設けられる仕切板の正面図である。 実施例２に係る第１クーラント供給装置の部分拡大斜視図である。 実施例２に係るワイヤソーに設けられる整流板の動作を説明するための概略図である。 実施例２に係るワイヤソーに設けられる整流板の動作を説明するための概略図である。 実施例２に係る第１クーラント供給装置の部分拡大正面図である。 変形例に係るタンク及び供給管の拡大模式図である。

以下、図面を参照しながら、本発明のワイヤソー、クーラント供給装置、被加工物の加工方法について詳細に説明する。なお、本発明は以下に説明する内容に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において任意に変更して実施することが可能である。また、各実施例の説明に用いる図面は、いずれも本発明に係るワイヤソー及びクーラント供給装置を模式的に示すものであって、理解を深めるべく部分的な強調、拡大、縮小、又は省略等を行っており、各構成部分の縮尺や形状等を正確に表すものとはなっていない場合がある。更に、各実施例で用いる様々な数値は、いずれも一例を示すものであり、必要に応じて様々に変更することが可能である。

＜実施例１＞
（ワイヤソー及びクーラント供給装置の構造）
先ず、図１乃至図３を参照し、実施例１に係るワイヤソー及び当該ワイヤソーに用いられるクーラント供給装置について詳細に説明する。ここで、図１は、実施例１に係るワイヤソーの概略構成図である。また、図２は、実施例１に係るクーラント供給装置の部分拡大斜視図である。更に、図３は、実施例１に係るクーラント供給装置の先端におけるクーラントの流れを示す模式図である。

図１に示すように、実施例１に係るワイヤソー１は、複数のローラ（図１においては、２つの主軸ローラ２のみを示す）、及び当該複数のローラの周面に対して所定のピッチで巻回されたワイヤ３を有している。また、ワイヤソー１は、スライス加工がなされる被加工物４を支持する基台５及び取付け治具６を有している。更に、ワイヤソー１は、ワイヤ３及び被加工物４に対してクーラントＷを供給するための２つのクーラント供給経路７、及びクーラントＷを一時的に貯留する２つのタンク１１、クーラントＷの外部貯留源１２から各タンク１１にクーラントＷを供給する２つの供給管１３を有している。

なお、本実施例において、２つのクーラント供給経路７、２つのタンク１１、及び２つの供給管１３についてはそれぞれが同一の構造であり、被加工物４に対して左右対称となるように配置されることになる。但し、このような配置に限定されることなく、被加工物４の特性及びワイヤ３の走行方向に応じて、これらの部材の配置を適宜調整することができる。

ここで、被加工物４は、例えば、半導体材料、磁性材料、焼結体（セラミックス）、貴金属、化合物結晶体、熱電材料、超硬合金、複合材料、セラミックス、又はガラス等である。また、クーラントＷは、液状（水溶性タイプ）のものが使用される。例えば、クーラントＷには、グリコール等を水によって２０倍以上に希釈したものが使用される。

本実施例において、ワイヤ３の直径は、約５０μｍ〜８０μｍであり、ワイヤピッチが約１４０μｍ〜２５０μｍに調整されている。ワイヤ３の端部のそれぞれは、図示しない２つの巻き取りローラに巻回されており、ワイヤ３は一方向または逆方向に走行することができる。そして、これらの相反する方向への走行を周期的に繰り返して行う。すなわち、ワイヤ３の走行方向とは、一方の（図１内の左側に配置された）主軸ローラ２から他方の（図１内の右側に配置された）主軸ローラ２へ向かう方向、又は他方の主軸ローラ２から一方の主軸ローラ２へ向かう方向となる。

基台５は、取付け治具６を介して被加工物４を支持する。また、基台５には、主軸ローラ２の間に巻回されたワイヤ３に対して直交する方向（図１においては、上下方向）に被加工物４を移動させるための移動機構（図示せず）が設けられている。これにより、走行するワイヤ３に対して被加工物４を上方から押し付けることができ、被加工物４をワイヤ３の間隔でスライスすることができる。すなわち、スライスされた被加工物４の厚みは、約８０μｍ〜１５０μｍとなる。なお、被加工物４の材質に応じて、ワイヤ３の強度及び材質、並びに走行速度等を適宜調整してもよい。

外部貯留源１２は、クーラントＷを貯留することができる一般的なタンクである。外部貯留部９は、例えば一般的な金属（炭素鋼、ステンレス、アルミニウム、銅など）または樹脂（ポリ塩化ビニル、ポリエチレンなど）から構成されてもよく、好ましくは優れた断熱特性を備えているか、又は断熱材料によって被覆されている。これにより、外部貯留部９におけるクーラントＷの温度上昇が抑制される。また、外部貯留源１２には、ポンプ等の駆動源が設けられており、当該駆動源を駆動させ、クーラントＷを外部に排出（供給）することになる。更に、外部貯留源１２には、ワイヤソー１のタンク１１にクーラントＷを供給するため供給管１３が接続されている。

供給管１３は、一端が外部貯留源１２に接続され、他端である供給口１３ａがタンク１１内に配設されている。供給管１３は、例えば一般的な金属（炭素鋼、ステンレス、アルミニウム、銅など）または樹脂（ポリ塩化ビニル、ポリエチレンなど）から構成されてもよく、好ましくは優れた断熱特性を備えているか、又は断熱材料によって被覆されている。これにより、ワイヤ３への供給前におけるクーラントＷの温度上昇を防止することができる。このような供給管の接続構成により、外部貯留源１２から排出されるクーラントＷは、外部貯留源１２に接続された供給管１３を経由して、ワイヤソー１のタンク１１に供給される。

タンク１１は、主軸ローラ２及びワイヤ３よりも上方に配設されており、供給管１３から供給されるクーラントＷを一時的に貯留する。タンク１１も、例えば一般的な金属（炭素鋼、ステンレス、アルミニウム、銅など）または樹脂（ポリ塩化ビニル、ポリエチレンなど）から構成されてもよく、クーラントＷの温度上昇を抑制する観点から好ましくは優れた断熱特性を備えているか、又は断熱材料によって被覆されている。本実施例において、供給管１３の供給口１３ａがタンク１１内に配設されているため、当該供給口１３ａは、クーラントＷに浸漬することになる。これにより、クーラントＷをタンク１１に供給する際に、クーラントＷに気体が混入することがなくなり、タンク１１内における気泡の発生が防止される。

また、タンク１１は、一部の側壁の高さが残部の側壁の高さよりも小さくなっている。ここで、当該高さの小さい側壁を第１側壁部１１ａと定義し、側壁部８ａよりも高さが大きい残部の側壁を第２側壁部１１ｂとする。図１に示すように、第１側壁部１１ａの上端にはクーラント供給経路７が接続されている。このようなタンク１１の構造及び、クーラント供給経路７との接続構成により、タンク１１からオーバーフローした（すなわち、あふれ出した）クーラントＷが、クーラント供給経路７を経由してワイヤ３及び被加工物４に向けて供給されることになる。このようにクーラントＷをオーバーフローさせることにより、クーラントＷを整流してクーラント供給経路７に放出している。

クーラント供給経路７は、タンク１１から被加工物４の近傍まで延在している。また、クーラント供給経路７は、クーラントＷの流路と主軸ローラ２同士の間で走行するワイヤ３とがオーバーラップするように（すなわち、上下方向において重なるように）、その延在方向が調整されている。本実施例におけるクーラントＷの最終的な供給先は、ワイヤ３と被加工物４とが接触する加工点（以下において加工領域とも称する）である。このようなクーラントＷの供給を行うことにより、当該加工点にて生じる加工熱の冷却を行うことが可能になる。すなわち、本実施例のクーラント供給経路７は、加工熱冷却用クーラント供給経路として機能することになる。

また、図２に示すように、クーラント供給経路７は、クーラントＷの流路を形成する底部２１及び底部２１の両側面に配設された側壁部２２を有している。また、クーラント供給経路７は、タンク１１側に位置する始端部２３、被加工物４の近傍に位置する終端部２４、及び始端部２３から終端部２４に向けて傾斜した（すなわち、被加工物４及びワイヤ３に向けて下降傾斜した）傾斜部２５から構成されている。更に、図１及び図２から分かるように、本実施例において、始端部２３及び終端部２４は水平になっており、傾斜部２５と比較して傾斜角度が小さくなっている。そして、終端部２４は、ワイヤ３による被加工物４の加工点近傍にまで延在している。なお、クーラント供給経路７は、底部２１及び側壁部２２が一体的に形成されてもよく、異なる板状部材を接合することによって形成されてもよい。

このようなクーラント供給経路７の構造により、タンク１１からオーバーフローしたクーラントＷは、始端部２３まで広がり、傾斜部２５によって自然落下し、終端部２４を経由して加工点の周囲に到達することになる。ここで、側壁部２２を設けることにより、オーバーフローしたクーラントＷの収束を抑制することができ、クーラントＷの厚み（深さ）を均一に調節することができる。また、クーラント供給経路７の幅（すなわち、２つの側壁部２２の離間距離）は、ワイヤ３の巻回幅と同一又はそれ以上に設定されている。このような幅の設定により、主軸ローラ２間の全てのワイヤ３に対して、クーラントＷを供給することが可能になる。なお、自然落下とは、クーラントＷに対して落下方向に他の外力を加えることなく、重力のみによってクーラントＷを上方から下方に流すことである。

更に、図２に示すように、側壁部２２は、クーラント供給経路７の終端部２４において、クーラントＷの流方向に沿って底部２１よりも突出した突出部２６を含んでいる。換言すると、クーラント供給経路７においては、側壁部２２が底部２１よりも長く延在している。ここで、２つの突出部２６は、平行となるように設けられている。このような突出部２６を設ける理由は、終端部２４におけるクーラントＷの表面張力により、クーラントＷの幅が小さくなることを防止するためである。従って、本実施例においては、図３に示すように、クーラントＷの幅を維持しつつ、加工点の周囲にクーラントＷを供給することができる。すなわち、本実施例においては、クーラントＷの流れが終端部２４において収束することがなく、加工点の周囲へのクーラントＷの供給をより均一に行うことができる。なお、図３において、クーラントＷの流れを矢印にて示し、ワイヤ３を破線で示している。

なお、本実施例において、始端部２３及び終端部２４は水平に設けられていたが、傾斜部２５の傾斜角度よりも小さい範囲内において、始端部２３及び終端部２４を傾斜させてもよい。

以上のように、本実施例においては、タンク１１及びクーラント供給経路７の構造から、タンク１１からオーバーフローしたクーラントＷのみをクーラント供給経路７を介して自然落下させ、終端部２４においてクーラントＷを収束させることなく、加工点の周囲にクーラントＷを供給することになる。これにより、加工点に位置する全てのワイヤ３に対して均一にクーラントＷを供給することができるため、クーラントＷの供給に伴うワイヤ３同士の間隔のばらつきを抑制することができ、優れた加工精度及び歩留まりの高い加工を実現することができる。

そして、本実施例においては、クーラント供給経路７、タンク１１、供給管１３から構成されるクーラント供給装置４１が２つ設けられていることになる。このようなクーラント供給装置４１の構造により、クーラントＷを所望の領域（すなわち、加工点）に対して均一に供給することができる。なお、クーラント供給装置４１の設置台数は、加工点にて生じる加工熱の熱量に応じて適宜変更することができ、例えば１台のみであってもよく、３台以上であってもよい。

（被加工物の加工方法）
次に、本実施例に係る被加工物の加工方法について説明する。本実施例に係る被加工物の加工方法においては、上述したワイヤソー１が使用されることになる。具体的には、主軸ローラ２及びその他のローラ（巻き取りローラ）の周面に対して所定のピッチで巻回されたワイヤ３を走行させる（ワイヤ走行工程）。具体的なワイヤ３の走行方法としては、当該他のローラに接続したモータを駆動させ、ワイヤ３を巻き取るように一定の方向又はこれとは逆の方向に向けて走行させ、且つ所定周期でワイヤ３の走行方向を切り替える。

次に、基台５をワイヤ３に向って下降させ、基台５に支持された被加工物４をワイヤ３に接触させる。当該接触により、ワイヤ３の走行に沿って被加工物４が削りとられ、被加工物４がスライスされる（加工工程）。

当該加工工程を行いつつ、クーラント供給経路７の流路勾配（すなわち、傾斜部２５の傾斜）を利用して、タンク１１からオーバーフローさせたクーラントＷを加工点の周囲に供給し、ワイヤ３と被加工物４との加工熱を冷却する（加工熱冷却工程）。当該加工熱冷却工程においては、クーラント供給経路７の突出部２６により、クーラントＷの流路幅を一定にさせる。これにより、加工点に位置する全てのワイヤ３に対して均一にクーラントＷを供給することができるため、クーラントＷの供給に伴うワイヤ３同士の間隔のばらつきを抑制することができ、優れた加工精度及び歩留まりの高い加工を実現することができる。

＜実施例２＞
実施例１においては、加工点の加工熱を冷却するために、タンク１１から加工点の近傍に向けて延在するクーラント供給経路７を設置していたが、更に主軸ローラ２及びその近傍に位置するワイヤ３に生じる熱を冷却するための部品冷却用のクーラント供給経路を更に設けてもよい。以下において、部品冷却用のクーラント供給経路が更に設けられたワイヤソー及びクーラント供給装置を実施例２とし、図４乃至図９を参照しつつ説明する。ここで、図４は、実施例２に係るワイヤソーの概略構成図である。また、図５は、実施例２に係るワイヤソーのタンク内に設けられる仕切板の正面図である。図６は、実施例２に係る第１クーラント供給装置の部分拡大斜視図である。図７及び図８は、実施例２に係るワイヤソーに設けられる整流板の動作を説明するための概略図である。図９は、実施例２に係る第１クーラント供給装置の部分拡大正面図である。

（ワイヤソー及びクーラント供給装置の構造）
図４に示すように、実施例２に係るワイヤソー１０１は、複数のローラ（図４においては、２つの主軸ローラ１０２のみを示す）、及び当該複数のローラの周面に対して所定のピッチで巻回されたワイヤ１０３を有している。また、ワイヤソー１０１は、スライス加工がなされる被加工物１０４を支持する基台１０５及び取付け治具１０６を有している。更に、ワイヤソー１０１は、加工点に対してクーラントＷを供給するための２つの第１クーラント供給経路１０７、並びに主軸ローラ１０２及びこれに巻回されたワイヤ１０３に対してクーラントＷを供給するための２つの第２クーラント供給経路１０８を有している。そして、ワイヤソー１０１は、クーラントＷを一時的に貯留する２つのタンク１１１、クーラントＷの外部貯留源１１２から各タンク１１１にクーラントＷを供給する２つの供給管１１３を有している。

なお、本実施例において、２つの第１クーラント供給経路１０７、２つの第２クーラント供給経路１０８、２つのタンク１１１、及び２つの供給管１１３についてはそれぞれが同一の構造であり、被加工物１０４に対して左右対称となるように配置されることになる。但し、このような配置に限定されることなく、被加工物１０４の特性及びワイヤ１０３の走行方向に応じて、これらの部材の配置を適宜調整することができる。

また、主軸ローラ１０２、ワイヤ１０３、被加工物１０４、基台１０５、取付け治具１０６、外部貯留源１１２、及び供給管１１３の構造のぞれぞれは、実施例１における主軸ローラ２、ワイヤ３、被加工物４、基台５、取付け治具６、外部貯留源１２、及び供給管１３に対応し且つ構造が同一であるため、各部材の説明は省略し、実施例１と異なる構造及び部材について詳細に説明する。更に、クーラントＷも、実施例１と同一であるため、その説明を省略する。

タンク１１１は、実施例１のタンク１１と同様に、主軸ローラ１０２及びワイヤ１０３よりも上方に配設されており、供給管１１３から供給されるクーラントＷを一時的に貯留する。タンク１１１も、実施例１のタンク１１と同様に、例えば一般的な金属（炭素鋼、ステンレス、アルミニウム、銅など）または樹脂（ポリ塩化ビニル、ポリエチレンなど）から構成されてもよく、クーラントＷの温度上昇を抑制する観点から好ましくは優れた断熱特性を備えているか、又は断熱材料によって被覆されている。本実施例においても、供給管１１３の供給口１１３ａがタンク１１内に配設されているため、当該供給口１１３ａがクーラントＷに浸漬することになり、タンク１１内における気泡の発生が防止されている。

また、タンク１１１は、第１クーラント供給経路１０７に接続されている部分の第１側壁部１１１ａと、第２クーラント供給経路１０８に接続されている部分の第２側壁部１１１ｂとの高さが同一となっている。このため、タンク１１１からオーバーフローしたクーラントＷは、第１クーラント供給経路１０７及び第２クーラント供給経路１０８に対して均等に供給されることになる。そして、クーラントＷをオーバーフローさせることにより、クーラントＷを整流して第１クーラント供給経路１０７及び第２クーラント供給経路１０８に放出している。

更に、図４に示すように、タンク１１１の内部には、供給管１１３の供給口１１３ａの周囲（すなわち、クーラントＷの供給領域）を囲むように、仕切板１１４が設けられている。そして、図５に示すように、仕切板１１４は、仕切板１１４によって囲まれた領域からその外側に向けてクーラントＷを通過可能とするメッシュ部１１４ａを備えている。例えば、仕切板１１４は、金属又は樹脂等の材料から構成され、当該材料に対して複数の開口が形成されることによりメッシュ部１１４ａが構成されてもよく、メッシュ部１１４ａに対応する開口部分に一般的なフィルターを設置してもよい。このような仕切板１１４を設けることにより、供給口１１３ａから放出されるクーラントＷの整流、及びクーラントＷ内のごみを除去することができる。なお、仕切板１１４は着脱自在となっており、メッシュ部１１４ａに付着したごみを容易に回収することができる。

第１クーラント供給経路１０７は、タンク１１１から被加工物１０４の近傍まで延在している。また、第１クーラント供給経路１０７は、クーラントＷの流路と主軸ローラ１０２同士の間で走行するワイヤ１０３とがオーバーラップするように、その延在方向が調整されている。第１クーラント供給経路１０７によるクーラントＷの最終的な供給先は、ワイヤ１０３と被加工物１０４とが接触する加工点である。このようなクーラントＷの供給を行うことにより、当該加工点にて生じる加工熱の冷却を行うことが可能になる。すなわち、本実施例の第１クーラント供給経路１０７は、加工熱冷却用クーラント供給経路として機能することになる。

図６に示すように、第１クーラント供給経路１０７は、実施例１のクーラント供給経路７と同様に、クーラントＷの流路を形成する底部１２１及び底部１２１の両側面に配設された側壁部１２２を有している。また、第１クーラント供給経路１０７は、実施例１のクーラント供給経路７と同様に、タンク１１１側に位置する始端部１２３、被加工物１０４の近傍に位置する終端部１２４、及び始端部１２３から終端部１２４に向けて傾斜した傾斜部１２５から構成されている。更に、図４及び図６から分かるように、本実施例においても、始端部１２３及び終端部１２４は水平になっており、傾斜部１２５と比較して傾斜角度が小さくなっている。そして、終端部１２４は、ワイヤ１０３による被加工物１０４の加工点近傍にまで延在している。

このような第１クーラント供給経路１０７の構造により、タンク１１１からオーバーフローしたクーラントＷは、始端部１２３まで広がり、傾斜部１２５によって自然落下し、終端部１２４を経由して加工点の周囲に到達することになる。また、第１クーラント供給経路１０７の幅は、ワイヤ１０３の巻回幅と同一又はそれ以上に設定されている。このような幅の設定により、主軸ローラ１０２間の全てのワイヤ１０３に対して、クーラントＷを供給することが可能になる。

また、図６に示すように、側壁部１２２は、実施例１の側壁部２２と同様に、第１クーラント供給経路１０７の終端部１２４において、クーラントＷの流方向に沿って底部１２１よりも突出し且つ平行に設置された突出部１２６を含んでいる。当該突出部１２６により、終端部１２４におけるクーラントＷの表面張力に起因するクーラントＷの幅の収束を防止することができる。従って、本実施例においても、クーラントＷの幅を維持しつつ、加工点の周囲にクーラントＷを供給することができる。

更に、図４からわかるように、第１クーラント供給経路１０７の傾斜部１２５の上方には、整流板１２７が設けられている。より具体的に、整流板１２７は、始端部１２３と傾斜部１２５との境界近傍であって、傾斜部１２５の上方に設けられている。整流板１２７は、クーラントＷと接触してクーラントＷを整流する板部１２７ａ、及び板部１２７ａを回動自在に支持する支持部１２７ｂから構成されている。図７及び図８に示すように、整流板１２７は、クーラントＷの流量に応じて、板部１２７ａの開度が自動的に調整されることになる。より具体的には、クーラントＷの流量が比較的に大きい場合（図７の場合）には、板部１２７ａと傾斜部１２５との離間距離がより大きくなるように板部１２７ａが回動し、クーラントＷの流量が比較的に小さい場合（図８の場合）には、板部１２７ａと傾斜部１２５との離間距離がより小さくなるように回動し、クーラントＷの流量を調整して整流している。なお、整流板１２７の設置箇所は、始端部１２３と傾斜部１２５との境界近傍であって傾斜部１２５の上方に限定されることなく、整流効果を奏することができれば、第１クーラント供給経路１０７のいずれの場所に設けてもよい。

そして、図４、図６、及び図９に示すように、第１クーラント供給経路１０７の終端部１２４から傾斜部１２５の一部にかけて、被加工物１０４に衝突して跳ね返るクーラントＷを第１クーラント供給経路１０７の外部に誘導するクーラント誘導部１２８が設けられている。また、図６に示すように、クーラント誘導部１２８は、傾斜部１２５上において傾斜部１２５と平行となるように傾斜した第１側壁部１２８ａ、終端部１２４上において中央から両端に傾斜した底部１２８ｂ、及び終端部１２４の端部上から基台１０５に向って上向きに傾斜した第２側壁部１２８ｃから構成されている。更に、図６及び図９から分かるように、クーラント誘導部１２８の幅は、第１クーラント供給経路１０７の幅及び巻回されたワイヤ１０３の幅よりも広くなっている。

このようなクーラント誘導部１２８の構成により、被加工物１０４に衝突して跳ね返ることによってクーラント誘導部１２８上に到達したクーラントＷは、第１クーラント供給経路１０７の両端（すなわち、側壁部１２２側）に向けて案内され、第１クーラント供給経路１０７の外部に排出されることになる。従って、クーラントＷが跳ね返ったとしても、第１クーラント供給経路１０７に戻ることが低減され、第１クーラント供給経路１０７の流れるクーラントＷへの影響を大幅に低減することができる。すなわち、第１クーラント供給経路１０７から加工点の近傍に供給されるクーラントＷの供給ばらつきを低減することができる。

一方、第２クーラント供給経路１０８は、タンク１１１から主軸ローラ１０２の上方まで延在している。また、第２クーラント供給経路１０８の一部は、クーラントＷの流路と主軸ローラ１０２同士の間で走行するワイヤ１０３とオーバーラップするように、その延在方向が調整されている。第２クーラント供給経路１０８によるクーラントＷの最終的な供給先は、主軸ローラ１０２及びこれに巻回された状態のワイヤ１０３、すなわちワイヤソー１０１の加工熱を伝播しやすい部品か、またはその影響の受けやすい部品である。このようなクーラントＷの供給を行うことにより、当該部品の熱の冷却を行うことが可能になる。すなわち、本実施例の第２クーラント供給経路１０８は、部品冷却用クーラント供給経路として機能することになる。

また、図４に示すように、第２クーラント供給経路１０８は、第１クーラント供給経路１０７が接続されたタンク１１１の一端とは反対側の他端から水平方向に延在する始端部１３３、始端部１３３の一端から下方に向けて傾斜した第１傾斜部１３４、第１傾斜部１３４から離間し且つ主軸ローラ１０２に向けて傾斜した第２傾斜部１３５、主軸ローラ１０２の上方において水平に設置された終端部１３６から構成されている。従って、第２クーラント供給経路１０８においても、始端部１３３及び終端部１３６は水平になっており、第１傾斜部１３４及び第２傾斜部１３５と比較して傾斜角度が小さくなっている。

更に、第２クーラント供給経路１０８は、実施例１のクーラント供給経路７及び実施例２の第１クーラント供給経路１０７と同様に、クーラントＷの流路を形成する底部及び底部の両側面に配設された側壁部を有している。なお、図４においては、底部に対応する部材のみが記載されている。

そして、第２傾斜部１３５の端部であって第１傾斜部１３４の下方には、整流板１３７が設けられている。整流板１３７は、整流板１２７と同様に、クーラントＷと接触してクーラントＷを整流する板部１３７ａ、及び板部１３７ａを回動自在に支持する支持部１３７ｂから構成されている。整流板１３７は、第１傾斜部１３４から流れ落ちるクーラントＷの流量に応じて、その開度を自動的に調整することができる。例えば、クーラントＷの流量が大きくなると、板部１３７ａが第２傾斜部１３５に近づくように回動し、クーラントＷの流量が小さくなると、板部１３７ａが第１傾斜部１３４に近づくように回動する。

このような第２クーラント供給経路１０８の構造により、タンク１１１からオーバーフローしたクーラントＷは、始端部１３３まで広がり、第１傾斜部１３４によって自然落下し、整流板１３７に到達する。更に、整流板１３７によって整流されたクーラントＷは、第２傾斜部によって自然落下し、終端部１３６を経由して主軸ローラ１０２及びこれに巻回されたワイヤ１０３に到達することになる。そして、第２クーラント供給経路１０８の幅は、ワイヤ１０３の巻回幅と同一又はそれ以上に設定されている。このような幅の設定により、主軸ローラ１０２に巻回された全てのワイヤ１０３に対して、クーラントＷを供給することが可能になる。

また、第２クーラント供給経路１０８の側壁部（図示せず）も、実施例１の側壁部２２及び第１クーラント供給経路１０７の側壁部１２２と同様に、第２クーラント供給経路１０８の終端部１３６において、クーラントＷの流方向に沿って底部よりも突出し且つ平行に設置された突出部（図示せず）を含んでいる。当該突出部により、終端部１３６におけるクーラントＷの表面張力に起因するクーラントＷの幅の収束を防止することができる。従って、第２クーラント供給経路１０８においても、クーラントＷの幅を維持しつつ、主軸ローラ１０２及びこれに巻回されたワイヤ１０３にクーラントＷをより均一に供給することができる。

以上のように、本実施例においても、タンク１１１、第１クーラント供給経路１０７及び第２クーラント供給経路１０８の構造から、タンク１１１からオーバーフローしたクーラントＷのみを各クーラント供給経路を介して自然落下させ、各終端部において収束させることなく所望の領域（加工点及び主軸ローラ１０２）に供給することになる。これにより、当該所望の領域に配置される全てのワイヤ１０３及び主軸ローラ１０２に対して均一にクーラントＷを供給することができるため、クーラントＷの供給に伴うワイヤ１０３同士の間隔のばらつきを抑制することができ、優れた加工精度及び歩留まりの高い加工を実現することができる。

そして、本実施例においては、第１クーラント供給経路１０７、第２クーラント供給経路１０８、タンク１１１、及び供給管１１３から構成されるクーラント供給装置１４１が２つ設けられていることになる。このようなクーラント供給装置１４１の構造により、クーラントＷを所望の領域に対して均一に供給することができる。なお、クーラント供給装置１４１の設置台数は、加工熱の熱量及び予測される部品の温度上昇に応じて適宜変更することができる。

（被加工物の加工方法）
次に、本実施例に係る被加工物の加工方法について説明する。本実施例に係る被加工物の加工方法においては、上述したワイヤソー１０１が使用されることになる。具体的には、主軸ローラ１０２及びその他のローラ（巻き取りローラ）の周面に対して所定のピッチで巻回されたワイヤ１０３を走行させる（ワイヤ走行工程）。具体的なワイヤ１０３の走行方法としては、当該他のローラに接続したモータを駆動させ、ワイヤ１０３を巻き取るように一定の方向又はこれとは逆の方向に向けて走行させ、且つ所定周期でワイヤ１０３の走行方向を切り替える。

次に、基台１０５をワイヤ１０３に向って下降させ、基台１０５に支持された被加工物１０４をワイヤ１０３に接触させる。当該接触により、ワイヤ１０３の走行に沿って被加工物１０４が削りとられ、被加工物１０４がスライスされる（加工工程）。

当該加工工程を行いつつ、第１クーラント供給経路１０７の流路勾配（すなわち、傾斜部１２５の傾斜）を利用して、タンク１１１からオーバーフローさせたクーラントＷを加工点の周囲に供給し、ワイヤ１０３と被加工物１０４との加工熱を冷却する（加工熱冷却工程）。当該加工熱冷却工程においては、第１クーラント供給経路１０７の突出部１２６により、クーラントＷの流路幅を一定にさせる。これにより、加工点に位置する全てのワイヤ１０３に対して均一にクーラントＷを供給することができるため、クーラントＷの供給に伴うワイヤ１０３同士の間隔のばらつきを抑制することができ、優れた加工精度及び歩留まりの高い加工を実現することができる。

また、当該加工工程及び加工熱冷却工程を行いつつ、第２クーラント供給経路１０８の流路勾配（すなわち、第１傾斜部１３４及び第２傾斜部１３５の傾斜）を利用して、タンク１１１からオーバーフローさせたクーラントＷを主軸ローラ１０２及びこれに巻回されたワイヤ１０３に供給し、これらの部品の熱を冷却する（部品冷却工程）。このような部品冷却を行うことにより、加工精度の更なる向上、各種部品の摩耗の防止等を図ることができる。

なお、実施例２においては、第１クーラント供給経路１０７及び第２クーラント供給経路１０８は、クーラントＷの流路が独立するように構成及び配置されていたが、第１クーラント供給経路１０７及び第２クーラント供給経路１０８の一部（例えば、始端部及び傾斜部の一部）を共通化してもよい。すなわち、クーラントＷの流路の一部が共通してもよい。これにより、クーラントＷの流路を構成する部材数を削減することができ、ワイヤソー自体のコスト低減を図ることができる。

＜変形例＞
実施例１及び実施例２においては、クーラントＷへの空気混入を防止する観点から、供給管の供給口がタンク内に配置され、当該供給口がクーラントＷ内に浸漬していたが、当該供給口をタンクの上方に位置させてもよい。このような構成を採用する場合を、図１０を参照しつつ、変形例として説明する。ここで、図１０は、変形例に係るタンク及び供給管の拡大模式図である。

図１０に示すように、タンク２１１には供給管２１３を介してクーラントＷが供給される。ここで、タンク２１１内には、補助タンク２５１が配設されている。補助タンク２５１は、側壁部２５２及び底部２５３から構成され、タンク２１１内において浮くように支持部材（図示せず）によって支持されている。また、側壁部２５２の下部には複数の開口２５４が形成されている。

本変形例においては、供給管２１３から供給されるクーラントＷは、補助タンク２５１に一時的に貯留され、開口２５４を経由してタンク２１１内に貯留されることになる。このような補助タンク２５１の構造により、補助タンク２５１の上方からクーラントＷが供給され、補助タンク２５１内において波及び気泡が発生したとしても、補助タンク２５１の外側には当該波及び気泡の影響がなくなり、整流されたクーラントＷを各クーラント供給経路に供給することが可能になる。

１、１０１ ワイヤソー
２、１０２ 主軸ローラ
３、１０３ ワイヤ
４、１０４ 被加工物
５、１０５ 基台
６、１０６ 取付け治具
７ クーラント供給経路（加工熱冷却用クーラント供給経路）
１１、１１１、２１１ タンク
１１ａ 第１側壁部
１１ｂ 第２側壁部
１２、１１２ 外部貯留源
１３、１１３、２１３ 供給管
１３ａ、１１３ａ 供給口
２１、１２１ 底部
２２、１２２ 側壁部
２３、１２３ 始端部
２４、１２４ 終端部
２５、１２５ 傾斜部
２６、１２６ 突出部
４１、１４１ クーラント供給装置
１０７ 第１クーラント供給経路（加工熱冷却用クーラント供給経路）
１０８ 第２クーラント供給経路（部品冷却用クーラント供給経路）
１１４ 仕切板
１１４ａ メッシュ部
１２７、１３７ 整流板
１２７ａ、１３７ａ 板部
１２７ｂ、１３７ｂ 支持部
１２８ クーラント誘導部
１２８ａ 第１側壁部
１２８ｂ 底部
１２８ｃ 第２側壁部
１３３ 始端部
１３４ 第１傾斜部
１３５ 第２傾斜部
１３６ 終端部
２５１ 補助タンク
２５２ 側壁部
２５３ 底部
２５４ 開口
Ｗ クーラント

Claims (10)

1. 被加工物を加工する際に流体のクーラントを使用するワイヤソーであって、
   複数のローラと、
   前記複数のローラの周面に対して所定のピッチで巻回されたワイヤと、
   前記クーラントを一時的に貯留し、前記ローラ及び前記ワイヤよりも上方に配置されたタンクと、
   前記クーラントの外部貯留源から前記タンクに前記クーラントを供給する供給管と、
   前記タンクからオーバーフローした前記クーラントを流路勾配によって供給し、前記被加工物と前記ワイヤとの加工熱を冷却する加工熱冷却用クーラント供給経路と、
   前記タンクからオーバーフローした前記クーラントを流路勾配によって供給し、前記ローラ及び前記ローラ近傍に位置する前記ワイヤの熱を冷却する部品冷却用クーラント供給経路と、を備え、
   前記加工熱冷却用クーラント供給経路は、前記クーラントの流路を形成する底部及び前記底部の両側面に配設された側壁部を有し、
   前記部品冷却用クーラント供給経路は、前記クーラントの流路を形成する底部及び前記底部の両側面に配設された側壁部を有する、ワイヤソー。
2. 前記側壁部は、前記加工熱冷却用クーラント供給経路の終端部において、前記クーラントの流方向に沿って前記底部よりも突出した突出部を含む請求項１に記載のワイヤソー。
3. 前記加工熱冷却用クーラント供給経路は、始端部及び終端部における水平方向に対する傾斜角度よりも、前記始端部及び前記終端部の間で傾斜した傾斜部における水平方向に対する傾斜角度が大きい請求項１又は２に記載のワイヤソー。
4. 前記加工熱冷却用クーラント供給経路に、前記クーラントの流量に応じてその開度を自動調整する整流板を有する請求項１乃至３のいずれか１項に記載のワイヤソー。
5. 前記加工熱冷却用クーラント供給経路の終端部上方に、前記被加工物から跳ね返る前記クーラントを前記加工熱冷却用クーラント供給経路の外部に誘導するクーラント誘導部を有する請求項１乃至４のいずれか１項に記載のワイヤソー。
6. 前記クーラントが前記供給管から供給される供給領域を囲む仕切板を前記タンク内に有し、
   前記仕切板は、前記クーラントを通過可能とするメッシュ部を備える請求項１乃至５のいずれか１項に記載のワイヤソー。
7. 前記供給管の供給口は、前記タンク内に位置する請求項１乃至６のいずれか１項に記載のワイヤソー。
8. 前記側壁部は、前記部品冷却用クーラント供給経路の終端部において、前記クーラントの流方向に沿って前記底部よりも突出した突出部を含む請求項１乃至７のいずれか１項に記載のワイヤソー。
9. 被加工物と接触する複数のローラ及び前記複数のローラの周面に対して所定のピッチで巻回されたワイヤを備えるワイヤソーに対して流体のクーラントを供給するクーラント供給装置であって、
   前記クーラントを一時的に貯留するタンクと、
   前記クーラントの外部貯留源から前記タンクに前記クーラントを供給する供給管と、
   前記タンクからオーバーフローした前記クーラントを流路勾配によって供給し、前記被加工物と前記ワイヤとの加工熱を冷却する加工熱冷却用クーラント供給経路と、
   前記タンクからオーバーフローした前記クーラントを流路勾配によって供給し、前記ローラ及び前記ローラ近傍に位置する前記ワイヤの熱を冷却する部品冷却用クーラント供給経路と、を備え、
   前記加工熱冷却用クーラント供給経路は、前記クーラントの流路を形成する底部及び前記底部の両側面に配設された側壁部を有し、
   前記部品冷却用クーラント供給経路は、前記クーラントの流路を形成する底部及び前記底部の両側面に配設された側壁部を有する、クーラント供給装置。
10. 前記側壁部は、前記加工熱冷却用クーラント供給経路の終端部において、前記クーラントの流方向に沿って前記底部よりも突出した突出部を含む請求項９に記載のクーラント供給装置。

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