JPH0815707B2 - 切断加工用ワイヤの溝加工装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、シリコンや水晶など
の切断に用いるワイヤソー用のワイヤの製造装置に関す
るもので、特にワイヤの周面に砥粒溜めとなる溝を形成
する溝加工装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】工具としてピアノ線などのワイヤ（線
材）を用いるワイヤソーは、ＬＳＩの基板であるシリコ
ンウエハーや時計用の水晶発振子の切断、溝入れ加工に
用いられている。特に１本のワイヤをジグザグに走行さ
せるマルチワイヤソーは、小さな切り代で脆性材料を能
率良く切断することができるという特徴がある。

【０００３】ワイヤソーには、表面に砥粒を固定したワ
イヤを用いる固定砥粒方式のものと、砥粒を混合した加
工液を用いる遊離砥粒方式のものとがあるが、遊離砥粒
方式のものでは、ワイヤの周面に溝を形成することによ
り、この溝が砥粒溜めとなって加工部に砥粒の供給を促
進することから、加工能率を向上させることができる。

【０００４】本願出願人は、特開昭６３−２６０７５８
号公報において、切断加工用ワイヤの周面に螺旋溝また
は不連続な周溝を形成する方法及び装置を提唱してい
る。ここで提唱された溝加工装置は、材料となるワイヤ
に所定の張力をかけつつその長手方向に所定の速度で連
続的または間歇的に走行させる素線送り装置と、このワ
イヤの周面に溝を切り込むための工具と、工具をワイヤ
の周面に接触させた状態で工具をワイヤのまわりに旋回
させる工具旋回装置と、ワイヤを工具に所定の圧力で接
触させる素線案内装置とを備えたものである。

【０００５】上記公報にはより具体的な構成として、錘
で砥石に向けて付勢した素線案内ブロックでワイヤを案
内し、このワイヤを走行させながら垂直軸まわりに回転
する円板砥石の外周に押し付けることにより、ワイヤに
溝を加工する装置が開示されており、上記砥石、錘及び
案内ブロックは、ワイヤの走行路と軸心を一致させた回
転テーブルに搭載され、この回転テーブルを連続的に回
転させることによって螺旋溝を、またワイヤの送りとテ
ーブルの回転を間歇的に行うことによって不連続な周溝
を形成する手段が開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしこの従来の溝加
工装置は、加工圧の制御に錘を用いており、かつこの錘
が回転テーブル上に搭載されているため、加工される溝
の深さの制御が難しく、遠心力等の影響により溝深さが
変化しやすいという問題があった。また加工熱によりワ
イヤが硬化して脆くなる傾向があるが、上記装置では素
線案内ブロックや回転テーブルに冷却液がかかって装置
を汚損したり装置の円滑な動作を妨げるため、加工部に
充分な冷却液を供給することができず、加工熱によるワ
イヤの硬化が避けられない問題があった。

【０００７】この発明は、従来装置のこのような問題を
解消するために為されたもので、ワイヤの周面に加工さ
れる溝の深さの制御を正確に行うことができ、装置構造
が簡単で加工部の冷却を充分に行うことができ、従って
加工能率の高い溝加工装置を得ることを課題としてい
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明の装置では、ワ
イヤ送り出しユニットａと、加工されたワイヤ２０を巻
き取るワイヤ巻き取りユニットｂとを同一の軸線Ｐまわ
りに同期回転可能に対向させ、ワイヤ送り出しユニット
ａにはワイヤソーの工具に加工するワイヤ２０を一定速
度で回転軸線Ｐ上に送り出す送り出し手段１５ａ、１６
ａを設け、ワイヤ巻き取りユニットｂにはその回転軸線
Ｐ上から加工されたワイヤ２０を一定張力で巻き取るワ
イヤ巻き取り手段１５ｂ、１６ｂを設け、この両ユニッ
トａ、ｂの間に上記軸線Ｐと直交する方向に移動停止位
置を制御された研削円板３１を配置した構成を採用して
いる。

【０００９】ワイヤ送り出しユニットａは、たとえば軸
線Ｐまわりに自由回転状態で軸支したテーブル３ａにワ
イヤ送り出しボビン１５ａと送り出しローラ１６ａとを
搭載し、この送り出しローラ１６ａを所定の速度で回転
させる駆動装置６ａを設けた構造とすることができる。
この場合における送り出しローラ１６ａのワイヤ送り出
し位置は、軸線Ｐと一致させる。なおワイヤ送り出しユ
ニットａは、ワイヤ２０を所望の速度でテーブル３ａの
回転軸線Ｐ上に送り出しつつ全体が軸線Ｐまわりに回転
できる構造であれば足り、ワイヤ２０の送り出し速度が
送り出しボビン１５ａや他の案内ローラで規制されてい
てもよい。

【００１０】ワイヤ巻き取りユニットｂは、軸線Ｐ回り
に回転駆動されるテーブル３ｂに所定の張力でワイヤを
巻き取る巻き取りボビン１５ｂとワイヤ２０をテーブル
３ｂの回転軸線Ｐ上で受け取る自由回転可能な案内ロー
ラ１６ｂとを搭載することによって同様に構成できる。
ワイヤ送り出しユニットａとワイヤ巻き取りユニットｂ
とは、駆動用モータ１１により同方向に同速度で回転駆
動される。

【００１１】ワイヤ送り出しユニットａからのワイヤ２
０の供給速度は、スピードコントロールモータ６ａなど
によって所望の速度に設定される。またワイヤ巻き取り
ユニットｂのワイヤ引き出し力は、トルクモータ６ｂあ
るいはトルクブレーキによって設定される。

【００１２】研削円板３１は、研削モータ３３で回転駆
動され、研削円板３１を搭載した刃物台３２をワイヤ２
０と直交する方向に停止及び移動位置決めする研削量調
整モータ３４が設けられる。研削量調整モータ３４は、
研削モータ３３の出力トルクや刃物台３２の移動位置を
検出することにより制御され、ワイヤ２０に対する研削
円板３１の押し付け力ないし切り込み量を制御する。

【００１３】

【作用】ワイヤ送り出しユニットａとワイヤ巻き取りユ
ニットｂとを同期回転させることにより、ワイヤ送り出
しボビン１５ａから繰り出されてワイヤ巻き取りボビン
１５ｂに巻き取られるワイヤ２０に軸線Ｐまわりの回転
が与えられる。ワイヤ２０の軸方向の送り出し速度は、
送り出しローラ１６ａや送り出しボビン１５ａの駆動速
度をコントロールすることによって設定され、このワイ
ヤの送り出し速度とユニットａ、ｂの回転速度の比によ
って、ワイヤ２０に加工される螺旋溝のリード長さが決
定される。なおワイヤ２０の送り出しと研削円板３１の
ワイヤ２０に対する当接離隔を間歇的に行ったときは、
ワイヤ２０の周面に不連続な円周溝を加工することが可
能である。巻き取りユニットｂのトルクモータ６ｂやト
ルクブレーキなどの張力設定手段は、送り出しユニット
ａと巻き取りユニットｂとの間に張架されたワイヤ２０
の張力をワイヤの太さ及び加工条件に合わせて設定し、
加工時にワイヤ２０に与えられる加工力がこの張力によ
って受け持たれるようにしている。

【００１４】この発明の装置では、加工されるワイヤ２
０が軸線Ｐまわりに回転しながら水平方向に移動しつ
つ、このワイヤ２０と直交する方向に移動位置を制御さ
れる研削円板３１により加工されるので、加工位置Ａへ
の冷却液の供給を容易に行うことができ、また供給され
た冷却液が装置の可動部分に飛散してこれを汚損させる
のを容易に防止することができる。従って加工点への充
分な冷却液の供給が可能であり、加工熱によりワークが
高熱になって脆くなるなどの問題を避けることができ
る。

【００１５】また上記の装置では、ワイヤ２０の送り出
し速度の制御、加工時にワイヤ２０に与えられる張力及
び加工時におけるワイヤ２０と研削円板３１との位置関
係ないし加工力を電気的な制御によって正確に設定でき
るから、正確な形状の溝を高速度で加工することも容易
に可能となり、装置自体もコンパクトになる。

【００１６】

【実施例】次に図面に示す実施例について説明する。第
１実施例の装置全体を概念的に示す図１においてフレー
ム１は２本のコラム２ａ、２ｂを備えており、このコラ
ムの上部に同一の軸線Ｐまわりに回転可能なテーブル３
ａ、３ｂが個別に軸着されている。テーブル３ａと３ｂ
とは対面して設けられており、テーブル３ａ、３ｂのそ
れぞれは、図２に示すように、中空の軸４でコラム２
ａ、２ｂに軸支され、軸４にはコラム２ａ、２ｂの外側
となる部分（テーブル３ａ、３ｂを固定した側と反対の
側）にプーリ５が固定されている。プーリ５には送り出
し用モータ６ａ（テーブル３ａ側）または巻き取り用モ
ータ６ｂ（テーブル３ｂ側）が装着されており、モータ
６ａ、６ｂの出力軸は軸４の中空孔を貫通してテーブル
３ａ、３ｂ側に突出し、傘歯車装置７で軸４と直交する
方向の回転に変換されている。

【００１７】フレーム１にはテーブル回転用モータ１１
が搭載されており、このモータ１１で駆動される駆動軸
１２と前述したテーブル３ａ、３ｂのプーリ５とがタイ
ミングベルト１３で連結されて、テーブル３ａと３ｂと
が同速度で同方向に回転駆動されている。送り出しモー
タ６ａ及び巻き取りモータ６ｂは、テーブル３ａ、３ｂ
と共に回転することとなり、これらのモータ６ａ、６ｂ
への電源は、公知のスリップリングなどを介して供給さ
れる。

【００１８】テーブル３ａ及び３ｂの対向する面には、
ブラケット１４ａ、１４ｂが固着され、テーブル３ａ側
のブラケット１４ａには送り出しボビン１５ａ及びピン
チローラ装置１６ａが軸着され、テーブル３ｂ側のブラ
ケット１４ｂには、巻き取りボビン１５ｂと案内ローラ
１６ｂとが軸着されている。ワイヤソー用の溝付ワイヤ
に加工しようとするワイヤ２０は、送り出しボビン１５
ａから引き出されてピンチローラ装置１６ａ及び案内ロ
ーラ１６ｂで案内され、巻き取りボビン１５ｂに巻き付
けられている。

【００１９】ピンチローラ装置１６ａ及び案内ローラ１
６ｂは、両者の間に張られたワイヤ２０がテーブル３
ａ、３ｂの回転中心軸と一致する軸線Ｐ上にくるよう
に、ワイヤ２０の位置を案内している。またピンチロー
ラ装置１６ａは、送り出しモータ６ａの出力軸に図２に
示すベルト電動装置８及び前述した傘歯車装置７を介し
て連結されており、一定の速度でワイヤ２０を送り出し
ている。送り出しモータ６ａにはスピードコントロール
モータが使用されており、このモータ６ａの回転数を変
更することにより、ワイヤ２０の軸方向の送り出し速度
を自由に設定できる。送り出しボビン１５ａには、適宜
ブレーキ装置２１を設けて、送り出しボビン１５ａとピ
ンチローラ装置１６ａとの間でワイヤ２０が緩まないよ
うにする。

【００２０】テーブル３ｂ側の案内ローラ１６ｂは、自
由回転状態で軸支されている。一方巻き取りボビン１５
ｂは、前述した傘歯車装置７を介して巻き取りモータ６
ｂに連結されており、巻取りモータ６ｂとしてトルクモ
ータが用いられてワイヤ２０を引っ張る方向に一定のト
ルクで付勢されている。従ってピンチローラ装置１６ａ
と案内ローラ１６ｂとの間のワイヤ２０は、巻き取りモ
ータ６ｂで設定される巻き取りボビン１５ｂのトルクに
応じた張力で張られる。ワイヤ２０に与える張力は、ワ
イヤ２０の太さや後述する研削円板３１の加工力に応じ
て調整する必要があり、この張力の設定は、巻取りモー
タ６ｂのトルク設定により行われる。

【００２１】案内プーリ１６ｂと巻き取りボビン１５ｂ
との間には、図３に示すトラバーサ装置２２が設けられ
ている。このトラバーサ装置２２は、図示しない回転伝
達機構により巻き取りボビン１５ｂに連結されて回転す
るカムドラム２３と、巻き取りボビン１５ｂの軸と平行
なガイド２４に沿って往復移動するトラバーサ２５とを
備えており、トラバーサ２５は、カムドラム２３のカム
溝に案内されて往復駆動され、またトラバーサ２５には
ワイヤ２０を案内するローラ対２６を備えている。ロー
ラ対２６は自由回転状態でトラバーサ２５に軸着されて
おり、トラバーサ２５は、巻き取りボビン１５ｂの１回
転毎にワイヤ２０の直径分移動し、ワイヤ２０の直径の
変更に対しては、カムドラム２３と巻き取りボビン１５
ｂとを連結する回転伝達機構の減速比を変更することに
よって対応させる。

【００２２】フレーム１のコラム２ａと２ｂとの間の位
置には、テーブル３ａ、３ｂの回転軸線Ｐと直交する方
向に移動自在な刃物台３２が設けられ、この刃物台３２
に軸線Ｐと平行な軸まわりに回転駆動される研削円板３
１が装着される。この研削円板３１は、刃物台３２に搭
載した研削モータ３３で回転駆動されている。刃物台３
２は、研削量調整モータ３４で駆動される図示されない
送りネジによって移動位置決めされるようになってい
る。

【００２３】研削モータ３３の電流は、図示しないセン
サによって検出されており、その検出値と設定値とを比
較してその差信号により研削量調整モータ３４の回転を
制御している。具体的には、たとえば研削量調整モータ
３４としてステッピングモータを用い、研削加工時の研
削モータ３３の電流変化の幅を予め設定しておき、セン
サの検出値が設定幅を越えたときに研削量調整モータ３
４に正転または逆転側の駆動パルスを送るという制御に
よって行われる。

【００２４】研削円板３１にかかる加工負荷と研削モー
タ３３の電流値とは比例関係にあるから、以上のような
制御によれば、特別な検出センサを用いることなく、一
定の加工負荷で溝加工が行われるように装置を制御する
ことができ、加工される溝の深さは設定器の設定値を変
更することによって容易に変更できるようになる。

【００２５】研削円板３１、研削モータ３３及びその間
の伝導装置３５には、図４、図５に示すようなカバー３
６、３７を設けることにより、加工位置Ａに供給される
冷却液の浸入を防止することができる。図示実施例の装
置では、刃物台３２や研削モータ３３が研削円板３１の
下方に位置しているが、これら３２、３３を研削円板３
１の上方に配置することも可能であり、また加工位置Ａ
とテーブル３ａ、３ｂとの間に、ピンチローラ装置１６
ａと案内ローラ１６ｂとの間に張架されたワイヤ２０が
通過する小孔を設けた隔壁を設けることも容易に可能で
あるから、加工位置Ａへの充分な量の冷却液の供給が可
能であり、加工熱によるワイヤ２０の材質の劣化を避け
ることができる。

【００２６】以上説明した第１実施例のものは、送り出
しモータ６ａおよび巻き取りモータ６ｂをテーブル３
ａ、３ｂとともに回転させる構造であるが、図６ないし
図８に示した第２実施例では、これらのモータ６ａ、６
ｂをフレーム１に搭載し、テーブル３ａ、３ｂの軸４に
内蔵した後述する差動歯車装置を介して送り出しボビン
１５ａおよび巻き取りボビン１５ｂを回転駆動する構造
としている。この第２実施例のものでは、送り出しボビ
ン１５ａおよび巻き取りボビン１５ｂの回転中心軸とテ
ーブル３ａ、３ｂの軸線Ｐとを一致させており、送り出
しボビン１５ａから引き出されたワイヤ２０は、Ｌ字形
のブラケット１４ａに軸支された案内ローラ４１、４２
を経てローラ１６ａから軸線Ｐ上に送り出され、テーブ
ル３ｂ側のブラケット１４ｂに軸着された案内ローラ１
６ｂからトラバース装置２２を経て巻き取りボビン１５
ｂに巻き取られる。

【００２７】第２実施例のトラバース装置２２は図７に
示されており、巻き取りボビン１５ｂのボビン軸（後述
する差動歯車装置の出力軸）５５の回転がネジ歯車対４
３を介してウオーム軸４４に伝達され、このウオーム軸
４４の回転がウオーム４５とホイール４６とで大きく減
速されてカムドラム２３の軸に伝達される。カムドラム
２３は中空の円柱を最高部と最低部の落差が巻き取りボ
ビン１５ｂの幅と等しくなるように斜めに切断したもの
である。カムドラム２３に隣接して巻き取りボビン１５
ｂの軸と平行に設けたガイド２４にトラバーサ２５が摺
動自在に装着されており、このトラバーサ２５に軸着さ
れた図示されていないカムフォロワーがバネ４７によっ
てカムドラム２３の切断端に押しつけられている。トラ
バーサ２５にはワイヤ２０を案内するローラ対２６が軸
着されており、巻き取りボビン１５ｂの１回転あたりト
ラバーサ２５がワイヤ２０の直径分だけ移動して、ロー
ラ対２６の間を通るワイヤが巻き取りボビン１５ｂに整
然と巻き取られる。

【００２８】送り出しモータ６ａおよび巻き取りモータ
６ｂの回転は、同期ベルト５１を介してテーブル３ａ、
３ｂの軸４の軸心と同軸のプーリ５２に伝達される。プ
ーリ５２は図８に示す差動歯車装置５３の入力軸５４に
固定されており、送り出しドラム１５ａおよび巻き取り
ドラム１５ｂは、出力軸５５に固定されている。入力軸
５４および出力軸５５は軸４の軸心に個別に相対回転自
在に軸着されており、入力軸５４には第１太陽歯車５６
が、出力軸５５には第２太陽歯車５７がそれぞれ固定さ
れている。また軸４の偏心位置には第１遊星歯車５８と
第２遊星歯車５９とが各自由回転可能に軸支されてお
り、第１遊星歯車５８と第１太陽歯車５６が噛合し、第
２遊星歯車５９と第２太陽歯車５７とが噛合している。
更に第１遊星歯車５８の軸には第１伝達歯車６１が固定
され、第２遊星歯車５９の軸には第２伝達歯車６２が固
定されており、第１伝達歯車６１と第２伝達歯車６２と
が噛合している。そして第１太陽歯車５６と第２太陽歯
車５７の歯数は等しく、第１遊星歯車５８と第２遊星歯
車５９の歯数は等しく、第１伝達歯車６１の歯数は第２
伝達歯車６２の歯数の半分となっている。

【００２９】上記差動歯車５３においては、入力軸５４
を固定して軸４（すなわちテーブル３ａ、３ｂ）を回転
数αで回転させると、出力軸５５（従ってボビン１５
ａ）はαで回転駆動される。従って入力軸５４を停止し
た状態ではテーブル３ａと送り出しボビン１５ａとが同
期回転してワイヤの送り出しを停止する。また入力軸５
４を軸４と反対の方向に回転数βで回転させると、出力
軸５５はα＋β／２で回転し、テーブル３ａに対して回
転数差β／２で送り出しボビン１５ａが相対回転してワ
イヤ２０を走行させることとなる。

【００３０】軸４にこのような差動歯車装置５３を内装
して送り出しボビン１５ａや巻き取りボビン１５ｂを回
転させるようにしているのは、送り出しモータ６ａや巻
き取りモータ６ｂで駆動されるプーリ５２を送り出しボ
ビン１５ａや巻き取りボビン１５ｂに直結した構造とす
ると、モータ６ａ、６ｂとして回転数の高いモータを使
用する必要が生じ、モータ６ａ、６ｂが大型になるとと
もに、加減速時のモータ６ａ、６ｂ間の加速特性や減速
特性の差によって送り出しボビン１５ａと巻き取りボビ
ン１５ｂとに大きな回転差が生じ、ワイヤが緩んで案内
ローラから外れたり、ワイヤが絡んだりする事故が生ず
る危険があるからである。

【００３１】なお上記実施例の説明では、加工される溝
深さの制御を研削モータの駆動電流値の検出により行っ
ているが、研削モータ３３の出力軸にトルク検出装置を
設けて研削円板３１に作用する加工反力を直接軸トルク
によって検出することもできるし、ワイヤ２０の逃げを
防止するバックアップ部材３８（図１参照）を設けて刃
物台３２の位置制御により溝深さを制御することも可能
である。また研削円板３１を軽油パットに半没させた状
態で回転駆動して研削円板３１を常に濡れた状態にして
湿式加工することも可能である。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したこの発明の装置によれば、
工具ワイヤの周面に加工される溝形状をより正確に制御
することができ、かつ加工熱によるワイヤの材質の劣化
を防止することもできる。また冷却液による加工熱の放
熱を充分に行うことができるから、より高速な加工が可
能になり、装置の構造も簡単にできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例の全体斜視図

【図２】第１実施例のワイヤ送り出しユニットの断面図

【図３】第１実施例のワイヤ巻き取りユニットの斜視図

【図４】刃物台の平面図

【図５】刃物台の側面図

【図６】第２実施例の全体斜視図

【図７】第２実施例のワイヤ巻き取りユニットの斜視図

【図８】第２実施例の差動駆動ユニットを示す斜視図

【符号の説明】

Ｐ 軸線 ａ ワイヤ送り出しユニット ｂ ワイヤ巻き取りユニット ３ａ テーブル ３ｂ テーブル ６ａ スピードコントロールモータ ６ｂ トルクモータ １５ａ ワイヤ送り出しボビン １５ｂ 巻き取りボビン １６ａ ピンチローラ装置 １６ｂ 案内ローラ ２０ ワイヤ ３１ 研削円板

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ワイヤ送り出しユニット(a) と加工され
   たワイヤ(20)を巻き取るワイヤ巻き取りユニット(b) と
   が同一の軸線(P) 回りに同期回転可能に対向しており、
   ワイヤ送り出しユニット(a) にはワイヤソーの工具に加
   工するワイヤ(20)を一定速度で回転軸線(P) 上に送り出
   す送り出し手段(15a,16a) が設けられ、ワイヤ巻き取り
   ユニット(b) にはその回転軸線(P) 上から加工されたワ
   イヤ(20)を一定張力で巻き取るワイヤ巻き取り手段(15
   b,16b) が設けられ、この両ユニット(a),(b) の間に上
   記軸線(P) と直交する方向に移動停止位置を制御された
   研削円板(31)を配置した、切断加工用ワイヤの溝加工装
   置。
2. 【請求項２】 同一軸線(P) 回りに対面して同期駆動さ
   れる２個のテーブル(3a),(3b) を備え、テーブルの一方
   (3a)にはワイヤ送り出しボビン(15a) と送り出しローラ
   (16a) とが搭載され、この送り出しローラ(16a) を駆動
   するスピードコントロールモータ(6a)が設けられてお
   り、テーブルの他方(3b)には所定の張力でワイヤを巻き
   取る巻き取りボビン(15b) とワイヤ(20)をテーブル(3b)
   の回転軸線(P) 上で受け取る自由回転可能な案内ローラ
   (16b) とが搭載され、巻き取りボビン(15b) を回転付勢
   するトルクモータ(6b)ないしトルクブレーキが設けられ
   ている、請求項１記載の切断加工用ワイヤの溝加工装
   置。