WO2012121049A1

WO2012121049A1 - 測定用治具、ワイヤソー、及びワーク装着方法

Info

Publication number: WO2012121049A1
Application number: PCT/JP2012/054822
Authority: WO
Inventors: 晶寛松田; 啓谷崎
Original assignee: コマツＮｔｃ株式会社
Priority date: 2011-03-07
Filing date: 2012-02-27
Publication date: 2012-09-13
Also published as: CN102958646A; KR20120136425A; TWI469838B; JP5016122B1; TW201249573A; CN102958646B; KR101257327B1; JP2012183615A; MY166688A

Abstract

　ワイヤソーは、一対のメインローラと、両メインローラ間に張設されるワイヤ（２５）と、ワーク支持部（２７）と、ワーク支持部（２７）に着脱されるワーク用治具とを備えている。ワーク支持部（２７）の位置は、上下方向に延びる軸線を中心に調節可能である。ワーク用治具は、位置決め機能を有する複数のクランプ金具（３０）を介してワーク支持部（２７）に着脱される。ワーク支持部（２７）には、ワーク用治具に代えて、測定用治具（４２）を装着することもできる。測定用治具（４２）には、ワイヤ（２５）の位置を検出するカメラ（４４）が設けられている。カメラ（４４）により検出されたワイヤ（２５）の位置に基づきワーク支持部（２７）の位置が調節されて、ワイヤ（２５）に対するクランプ金具（３０）の位置が所定位置に設定される。

Description

測定用治具、ワイヤソー、及びワーク装着方法

　この発明は、半導体材料やセラミックス等の脆性材料よりなるワークをワイヤにより切断するワイヤソーに関し、詳しくは、ワイヤの位置を測定するための測定用治具、測定用治具を備えたワイヤソー、及び測定用治具を用いたワーク装着方法に関する。

　この種のワイヤソーは、複数のメインローラと、両メインローラ間に張設されたワイヤとを備えている。ワイヤは、所定ピッチで、複数のメインローラに対し螺旋状に巻き付けられている。ワイヤは、その軸線に沿って走行される。それと共に、ワイヤ上には、砥粒を含むスラリが供給される。ワイヤにダイヤモンド等の砥粒が保持されている場合には、スラリの供給は不要である。ワークの結晶方位等に基づき、ワーク及びワイヤの各位置が所定の関係を有するように、ワークの位置が調整される。この状態で、ワークがワイヤに押し付けられて、スライス状に切断される。

　特許文献１に開示のワイヤソーは、ワークの結晶方位とワイヤの走行方向との位置関係を調節するためのワーク方位調節装置を備えている。このワイヤソーでは、ワーク支持台がフレームに支持されている。ワーク支持台は、水平面内で支軸を中心に回動可能である。ワーク支持台の下面には、ワークを支持するワーク支持体が設けられている。フレームには、ワークの結晶方位をワイヤの走行方向と一致させるように調節するための調節部材が設けられている。調節部材とワーク支持台との間には、差動減速機構が設けられている。差動減速機構は、調節部材の調節量を減速してワーク支持台に伝達する。

　ワークの切断時、ワークは、支持板に貼着された状態でワーク支持体に装着される。この状態で、ワークの端面等から、ワークの結晶方位が検出される。そして、ワーク方位調節装置により、ワークの結晶方位とワイヤの走行方向との位置関係が調節される。

　この種のワイヤソーでは、図１０及び図１１に示すワーク支持構造により、ワークがワーク支持台の下面に支持されている。このワーク支持構造では、ワーク支持台５１の下面に、ワーク支持体５２が固定されている。ワーク支持体５２には、断面三角状の第１支持溝５２ａ及び断面四角状の第２支持溝５２ｂが対向して形成されている。ワークＷが貼着される支持板５３上には、第１支持溝５２ａに係合される係合部５４ａを有する支持ブロック５４が設けられている。ワーク支持体５２の第２支持溝５２ｂ内には、係合部５４ａに係合されるロック部材５５が移動可能に配置されている。ワーク支持体５２の側面には、ロック部材５５を係合部５４ａに押し付けるための一対の固定ボルト５６が設けられている。

　第１支持溝５２ａに係合部５４ａが挿入された状態で固定ボルト５６を締め付けることにより、ロック部材５５が係合部５４ａに押し付けられる。これにより、支持ブロック５４がワーク支持体５２に固定されて、ワークＷがワーク支持体５２の下部に装着される。

　上記のワーク支持構造によれば、オペレータは、ワイヤソーの加工エリア内に上半身を乗り入れてワイヤとワークとの位置関係を確認しながら作業する必要がある。つまり、オペレータは、ワーク支持体５２に対する係合部５４ａの接触状態を目視等で確認しながら作業する必要がある。また、この場合、図１０の矢印に示すように、ワーク支持体５２に対するワークＷの装着位置が傾動したり、図１１の矢印に示すように、ワークＷが長手方向に移動したり傾いたりする虞もある。つまり、上記の作業は煩わしく手間がかかると共に、ワークＷの装着位置に誤差を生じ易いとの問題がある。また、ワーク支持体５２にワークＷを装着する度に、ワークＷを装着した状態でワークＷの結晶方位を検出し、ワークＷの結晶方位とワイヤの走行方向との位置関係を再調節する必要がある。このため、作業性が悪く、加工能率が低下するとの問題もある。

特開平９－１４１５４９号公報

　この発明の目的は、ワーク支持部にワークを装着する度にワイヤに対するワークの姿勢を調節する必要がないため、作業性及び加工能率が向上する測定用治具及びワイヤソーを提供することにある。

　上記の課題を解決するために、本発明の第一の態様によれば、ワイヤソーのワーク支持部に着脱される測定用治具が提供される。ワイヤソーは、一対のメインローラと、両メインローラ間に張設されるワイヤとを有している。ワーク支持部の位置は、上下方向に延びる軸線を中心に調節可能である。測定用治具は、位置決め機能を有する複数のクランプ金具を介して、ワーク支持部に着脱される。測定用治具には、ワイヤの位置を検出するための検出手段が設けられている。

　この構成によれば、メインローラの交換時にワイヤがメインローラ間に張設されている場合、測定用治具が、位置決め機能を有する複数のクランプ金具を介してワーク支持部に装着される。これにより、ワーク支持部に対する測定用治具の位置が誤差無く高精度に決められる。この状態で、検出手段がワイヤの位置を検出し、その検出結果に応じて、上下方向に延びる軸線周りのワーク支持部の位置が調節される。その結果、ワーク支持部上のクランプ金具の位置がワイヤの位置と所定の関係を満たすように設定される。ワーク支持部にワークを装着する際、ワークの姿勢を予め調整した状態で、ワーク用治具にワークを固定する。そして、そのワーク用治具が、複数のクランプ金具を介して、ワーク支持部に装着される。こうすることで、ワーク支持部に対するワーク用治具の正確な位置を繰り返し再現することができる。このため、ワークとワイヤの走行方向との位置関係が調節された状態で、ワーク支持部に対するワークの位置が決められる。よって、ワーク支持部にワークを装着する度にワイヤに対するワークの姿勢を調節する必要がなくなる。よって、作業性が良くなり、加工能率が向上する。

　上記の測定用治具において、検出手段は、ワイヤの位置を光学的に検出することが好ましい。

　上記の測定用治具において、検出手段は、ワイヤの軸線に沿って移動可能であることが好ましい。

　上記の課題を解決するために、本発明の第二の態様によれば、ワーク支持部及びワーク用治具を備えたワイヤソーが提供される。ワーク支持部の位置は、上下方向に延びる軸線を中心に調節可能である。ワーク用治具は、ワーク支持部に着脱される。ワイヤソーは、上記の測定用治具を備えている。ワーク用治具も、位置決め機能を有する複数のクランプ金具を介して、ワーク支持部に着脱される。

　上記のワイヤソーにおいて、クランプ金具は、ワーク用治具及び測定用治具の上下方向及び横方向の位置を規制することが好ましい。

　上記のワイヤソーにおいて、クランプ金具は、エア圧及びばね力によって、ワーク用治具又は測定用治具をクランプすることが好ましい。

　上記の課題を解決するために、本発明の第三の態様によれば、ワイヤソーのワーク支持部にワークを装着する方法が提供される。この方法は、ワーク支持部に、カメラを有する測定用治具を装着する工程と、カメラをワイヤの軸線方向に移動させながらワイヤの位置を検出する工程と、ワイヤの検出位置に基づき、ワーク支持部を上下方向に延びる軸線周りに回転させてワーク支持部の位置を調節する工程と、ワーク支持部から測定用治具を取り外した後、ワークが固定されたワーク用治具をワーク支持部に装着する工程とを備える。

　上記のワーク装着方法において、ワークの結晶方位が調節された状態で、ワーク用治具にワークを固定することが好ましい。

本発明の一実施形態に係るワイヤソーを示す正面図。ワイヤソーのワーク支持部付近を拡大して示す部分正面図。ワイヤソーのワーク支持部付近を拡大して示す部分側面図。ワークが固定されたワーク用治具を示す斜視図。ワイヤソーのクランプ金具付近を拡大して示す部分断面図。ワーク支持部にワーク用治具を装着した状態を示す部分断面図。クランプ金具の動作を説明するための部分断面図。ワーク支持部に測定用治具を装着した状態を示す部分正面図。ワーク支持部に測定用治具を装着した状態を示す部分側面図。従来のワーク支持構造を示す部分正面図。従来のワーク支持構造を示す部分側面図。

　以下、この発明を具体化したワイヤソー及び測定用治具の一実施形態について図１～図９を参照して説明する。

　図１に示すように、ワイヤソーは、ケース２１内に、機台２２及びコラム２３を備えている。コラム２３は、機台２２上に設けられている。機台２２上には、一対のメインローラ２４が回転可能に支持されている。メインローラ２４には、メインローラ２４の外周面に沿って延びる環状溝が形成されている。メインローラ２４には、ワイヤ２５が、所定ピッチで、螺旋状に巻回されている。ワイヤ２５は、一対のメインローラ２４間に張設されている。コラム２３の側部には、サドル２６が昇降可能に支持されている。サドル２６は、ワイヤ２５の上方に配置されている。サドル２６の下面には、ワーク支持部２７が、回転軸２８及び軸受２９を介して支持されている。ワーク支持部２７の位置は、上下方向に延びる軸線としての垂直線を中心に調節可能である。

　図１～図３に示すように、ワーク支持部２７の下面には、位置決め機能を有する４つのクランプ金具３０が設けられている。ワーク支持部２７の下面には、クランプ金具３０を介して、ワーク用治具３１又は測定用治具４２が装着される。図４に示すように、ワーク用治具３１は、金属製の板からなる。

　位置決め機能を有するクランプ金具３０として、株式会社コスメック製パレットクランプ「ｍｏｄｅｌ　ＳＷＴ」が使用される。図５に示すように、ワーク用治具３１の上面には、各クランプ金具３０に対応する複数の凹部３２が形成されている。各凹部３２には、クランプ金具３０に係脱される被クランプ部材３３が嵌着されている。図３及び図４に示すように、ワークＷは、合成樹脂製の介装材３４を介して、ワーク用治具３１の下面に貼着される。この状態で、ワークＷの結晶方位は、円周方向、水平方向、及び垂直方向に調節されている。

　クランプ金具３０は、クランプケース３５、複数の鋼球３６、テーパスリーブ３７、ピストンロッド３８、及びバネ３９を備えている。複数の鋼球３６は、クランプケース３５の先端の外周面において出没可能に取り付けられている。テーパスリーブ３７は、クランプケース３５の先端の外周面に装着されている。ピストンロッド３８は、クランプケース３５内において上下方向に移動可能に配置されている。バネ３９は、ピストンロッド３８をクランプケース３５の先端から没入するように付勢する。クランプケース３５及びピストンロッド３８には、エアブロー通路４０が形成されている。エアブロー通路４０からのエアブローが、テーパスリーブ３７の外周面及びピストンロッド３８の先端に吹き付けられる。クランプケース３５には、ロックエア通路４１が形成されている。ロックエア通路４１からのロックエアが、ピストンロッド３８のピストン３８ａ上に供給される。

　被クランプ部材３３の上端には、上端基準面３３ａが形成されている。上端基準面３３ａは、クランプケース３５上の着座面３５ａに当接される。被クランプ部材３３の内周面には、テーパ基準面３３ｂが形成されている。テーパ基準面３３ｂには、テーパスリーブ３７の外周面が嵌着される。被クランプ部材３３の内周面には、鋼球３６に係合される凸部３３ｃが設けられている。

　ワーク支持部２７からワーク用治具３１が取り外された状態では、エアブローが、エアブロー通路４０からテーパスリーブ３７の外周面及びピストンロッド３８の先端に吹き付けられる。これにより、テーパスリーブ３７への切粉等の異物の付着や、ピストンロッド３８の先端から鋼球３６付近への異物の侵入が抑制される。

　図５に示す状態から、図６に示すように、ワーク用治具３１がワーク支持部２７に装着される。この場合、クランプケース３５の先端部及びテーパスリーブ３７が、被クランプ部材３３の内側に挿入される。また、ピストンロッド３８の先端が、ワーク用治具３１の凹部３２の底面に当接される。このとき、クランプケース３５上の着座面３５ａと被クランプ部材３３の上端基準面３３ａとの間、及びテーパスリーブ３７の外周面と被クランプ部材３３のテーパ基準面３３ｂとの間には、隙間がそれぞれ形成されている。これらの隙間は、エアブロー通路４０からのエアブローにより形成されている。エアブローによって、これらの隙間から、切粉等の異物や切削油が除去される。

　その後、エアブロー通路４０からのエアブローが停止されると共に、ロックエア通路４１からピストンロッド３８のピストン３８ａ上にロックエアが供給される。すると、図７に示すように、ロックエアのエア圧及びバネ３９の付勢力により、ピストンロッド３８が押し上げられる。このため、鋼球３６が、ピストンロッド３８の凹部３８ｂ内の外周面上を移動し、凸部３３ｃを介して被クランプ部材３３を押し上げる。その結果、被クランプ部材３３の上端基準面３３ａがクランプケース３５の着座面３５ａに圧接されて、ワーク用治具３１がワーク支持部２７にクランプされる。このとき、被クランプ部材３３の上端基準面３３ａとクランプケース３５の着座面３５ａとの当接、及び被クランプ部材３３のテーパ基準面３３ｂとテーパスリーブ３７の外周面との当接により、ワーク用治具３１の上下方向及び横方向の各位置がそれぞれ規制される。

　図８に示すように、メインローラ２４の交換時にワイヤ２５がメインローラ２４間に張設されている場合、測定用治具４２がクランプ金具３０を介してワーク支持部２７に装着される。測定用治具４２の上面には、ワーク用治具３１と同様に、各クランプ金具３０に係脱される複数の被クランプ部材３３が設けられている。測定用治具４２の一側面には、ガイドレール４３が設けられている。ガイドレール４３は、ワーク支持部２７に支持された状態のワークＷの端面幅方向（図８の左右方向）にほぼ沿って延びている。検出手段としてのカメラ４４は、ブラケット４５を介してガイドレール４３に支持されている。カメラ４４は、ワイヤ２５の軸線に沿って移動可能である。カメラ４４は、ワイヤ２５の位置を光学的に検出する。

　次に、ワイヤソー及び測定用治具の作用について図１～図４、図８及び図９を参照して説明する。

　図８に示すように、メインローラ２４の交換等にワイヤ２５がメインローラ２４間に張設されている場合、測定用治具４２がクランプ金具３０を介してワーク支持部２７に装着される。これにより、ワーク支持部２７に対する測定用治具４２の位置がμｍ単位の高い精度で決められる。この状態で、作業者は、カメラ４４をガイドレール４３に沿ってワイヤ２５の軸線方向に移動させる。カメラ４４は、上記のように移動しながらワイヤ２５の位置を光学的に検出する。図９に示すように、ワイヤ２５の検出位置に基づいて、回転軸２８により、ワーク支持部２７の垂直線周りの位置が調節される。その結果、クランプ金具３０の位置が、ワイヤ２５の位置と所定の関係を満たすように設定される。

　一方、ワイヤソーによりワークＷを加工する場合、図２～図４に示すように、ワークＷが介装材３４を介してワーク用治具３１の下面に貼着される。この状態で、ワークＷの結晶方位は、円周方向、水平方向、及び垂直方向に調節されている。ワーク用治具３１がクランプ金具３０を介してワーク支持部２７に装着されることで、ワーク支持部２７に対するワーク用治具３１の正確な位置が繰り返し再現される。また、このとき、ワークＷの結晶方位が調節された状態のまま、ワークＷは、ワーク支持部２７に対して正確に位置決めされる。よって、ワーク支持部２７にワークＷを装着する度に、ワイヤに対するワークＷの姿勢、ワークＷの結晶方位の向きを再調節する必要がない。

　その後、ワークＷの加工が開始されると、図１に示すように、メインローラ２４が回転して、ワイヤ２５がその軸線方向に走行する。それとと共に、ワイヤ２５上には、図示しないスラリ供給装置から、砥粒を含むスラリが供給される。この状態で、サドル２６が下降すると、ワイヤ２５にワークＷが押し付けられる。こうして、ワークＷは、ワイヤ２５の走行方向と所定の位置関係を有しつつスライス状に切断される。

　従って、この実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。

　（１）メインローラ２４の交換時にワイヤ２５がメインローラ２４間に張設されている場合、測定用治具４２がクランプ金具３０を介してワーク支持部２７に装着される。このとき、ワーク支持部２７に対する測定用治具４２の位置が誤差無く高い精度で決められる。この状態で、カメラ４４がワイヤ２５の位置を検出し、その検出結果に応じて、ワーク支持部２７の垂直線周りの位置が調節される。その結果、ワーク支持部２７上のクランプ金具３０の位置が、ワイヤ２５の位置と所定の関係を満たすように設定される。一方、ワーク支持部２７にワークＷを装着する際、ワークＷの結晶方位が予め調節された状態で、ワークＷがワーク用治具３１に固定される。そして、ワーク用治具３１が、ワークＷと共に、クランプ金具３０を介してワーク支持部２７に装着される。こうすることで、ワーク支持部２７に対するワーク用治具３１の正確な位置が繰り返し再現される。このため、ワークＷとワイヤ２５の走行方向との位置関係が調節された状態で、ワーク支持部２７に対するワークＷの位置が決められる。よって、ワーク支持部２７にワークＷを装着する度に、オペレータは、上半身をワイヤソー内に乗り入れてワークＷの姿勢を調節する必要がなく、測定時にカメラ４４のみを移動させればよい。従って、作業性が良くなり、加工能率が向上する。

　（２）カメラ４４は、ワイヤ２５の位置を光学的に検出し、かつワイヤ２５の軸線に沿って移動可能である。この構成によれば、カメラ４４により、ワイヤ２５の位置を正しく検出することができる。

　（３）クランプ金具３０により、ワーク用治具３１及び測定用治具４２の上下方向及び横方向の位置がそれぞれ規制される。この構成によれば、ワーク用治具３１又は測定用治具４２がクランプ金具３０を介してワーク支持部２７に装着されるだけで、ワーク用治具３１又は測定用治具４２の上下方向及び横方向の位置が規制される。つまり、ワーク支持部２７に装着されるワーク用治具３１又は測定用治具４２の正確な位置を繰り返し再現することができる。また、このとき、エア圧及びばね力を利用して、ワーク用治具３１又は測定用治具４２を迅速かつ適切にクランプすることができる。よって、ワーク支持部２７にワーク用治具３１又は測定用治具４２を容易に装着でき、段取り時間を短縮することができる。

　この実施形態は、次のように変更してもよい。

　・測定用治具４２の検出手段は、反射鏡であってもよい。この場合も、カメラ４４と同様に、ワイヤ２５の位置をワイヤソーの外部から確認することができる。

　・クランプ金具３０及び被クランプ部材３３の構成を任意に変更してもよい。例えば、磁気によりクランプ金具３０と被クランプ部材３３とが吸着されてもよい。

　・ワークＷは、結晶方位を有する単結晶材料に限らず、多結晶材料であってもよい、また、ワークＷの断面形状は円柱以外に、角形であってもよい。

Claims

ワイヤソーのワーク支持部に着脱される測定用治具であって、前記ワイヤソーは、一対のメインローラと、両メインローラ間に張設されるワイヤとを有し、前記ワーク支持部の位置は、上下方向に延びる軸線を中心に調節可能である測定用治具において、
　前記測定用治具は、位置決め機能を有する複数のクランプ金具を介して前記ワーク支持部に着脱され、前記測定用治具には、前記ワイヤの位置を検出するための検出手段が設けられていることを特徴とする測定用治具。
請求項１に記載の測定用治具において
　前記検出手段は、前記ワイヤの位置を光学的に検出することを特徴とする測定用治具。
請求項１又は２に記載の測定用治具において、
　前記検出手段は、前記ワイヤの軸線に沿って移動可能であることを特徴とする測定用治具。
ワーク支持部及びワーク用治具を備えたワイヤソーであって、前記ワーク支持部の位置は、上下方向に延びる軸線を中心に調節可能であり、前記ワーク用治具は、前記ワーク支持部に着脱されるワイヤソーにおいて、
　前記ワイヤソーは、請求項１～３のうちのいずれか一項に記載の測定用治具を備え、
　前記ワーク用治具も、位置決め機能を有する複数のクランプ金具を介して前記ワーク支持部に着脱されることを特徴とするワイヤソー。
請求項４に記載のワイヤソーにおいて、
　前記クランプ金具は、前記ワーク用治具及び前記測定用治具の上下方向及び横方向の位置を規制することを特徴とするワイヤソー。
請求項５に記載のワイヤソーにおいて、
　前記クランプ金具は、エア圧及びばね力によって、前記ワーク用治具又は前記測定用治具をクランプすることを特徴とするワイヤソー。
ワイヤソーのワーク支持部にワークを装着する方法であって、
　前記ワーク支持部に、カメラを有する測定用治具を装着する工程と、
　前記カメラをワイヤの軸線方向に移動させながら前記ワイヤの位置を検出する工程と、
　前記ワイヤの検出位置に基づき、前記ワーク支持部を上下方向に延びる軸線周りに回転させて前記ワーク支持部の位置を調節する工程と、
　前記ワーク支持部から前記測定用治具を取り外した後、前記ワークが固定されたワーク用治具を前記ワーク支持部に装着する工程と
　を備えることを特徴とするワーク装着方法。
請求項７に記載のワーク装着方法において、
　前記ワークの結晶方位が調節された状態で、前記ワーク用治具に前記ワークを固定することを特徴とするワーク装着方法。