JP2017170590A - Wire saw device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ワーク、例えば、半導体インゴット等の円柱状の脆性材料をワイヤにより切断して多数の円板を形成するワイヤソー装置に関するものである。 The present invention relates to a wire saw device that forms a large number of disks by cutting a work, for example, a columnar brittle material such as a semiconductor ingot with a wire.
一般に、ワイヤソー装置では、ワイヤを繰り出して、巻き取る一対のボビンと、各ボビンからのワイヤの張力を調整する一対の張力調整機構とが備えられる。近年、生産性向上のためにボビンのワイヤの繰り出し速度が高速化されている。そのために、張力調整機構において、ワイヤの走行に対する抵抗を付与せず、ワイヤの微小な張力変化を精度良く測定する必要がある。 Generally, a wire saw device is provided with a pair of bobbins for feeding and winding a wire, and a pair of tension adjusting mechanisms for adjusting the tension of the wire from each bobbin. In recent years, the feeding speed of bobbin wires has been increased to improve productivity. Therefore, it is necessary to accurately measure a minute change in the tension of the wire in the tension adjusting mechanism without giving resistance to the running of the wire.
そこで、ワイヤソー装置の張力調整機構の従来技術として、特許文献1には、常時ワイヤ列に当接するセンサローラと、このセンサローラが取り付けられ、このセンサローラを介してワイヤ列の押圧力を検出して、ワイヤ列のたわみを検出するロードセンサとを有する張力センサが記載されている。
Therefore, as a conventional technique of the tension adjusting mechanism of the wire saw device,
しかしながら、特許文献1に係る張力センサでは、センサローラにロードセンサが直接取り付けられているために、ワイヤの微小な張力変化を精度良く測定することは困難である。すなわち、この張力センサでは、センサローラを回転自在に支持するブラケット等がロードセンサを押圧することでワイヤの張力を測定していると推測できるが、当該ブラケットがセンサローラの支持位置を中心に回動する虞があり、ブラケットとロードセンサとの互いの接触面の接触状態による荷重変化を無視できない。つまり、ブラケットの回動によりブラケットの接触面がロードセンサのセンサ面に対して微小傾き、両者が均一に接触しない等の接触不具合によりロードセンサに偏荷重が付与され、ワイヤの張力変化とは異なる荷重変化を検出する虞があり、ワイヤの微小な張力変化を精度良く測定することが困難となる。
However, in the tension sensor according to
そして、本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、ワイヤの走行に対する抵抗を抑制でき、ワイヤの張力を精度良く測定することのできる張力調整機構を備えたワイヤソー装置を提供することを目的とする。 And this invention is made | formed in view of this point, and can provide the wire saw apparatus provided with the tension adjustment mechanism which can suppress the resistance with respect to travel of a wire and can measure the tension | tensile_strength of a wire accurately. Objective.
上記課題を解決するために、本発明の請求項1の発明は、ワイヤを繰り出して、巻き取る一対のボビンと、該各ボビンからのワイヤの張力を調整する一対の張力調整機構と、を備え、ワイヤによるワークの切削加工を行うワイヤソー装置であって、前記張力調整機構は、ワイヤが巻回される測定用アイドラローラと、該測定用アイドラローラを回転自在に支持すると共に、支持軸部に揺動自在に支持される測定用レバーと、該測定用レバーに接触し、前記ワイヤの張力により前記測定用アイドラローラと共に揺動する前記測定用レバーからの押圧力によりワイヤの張力を測定する張力測定手段と、を備えることを特徴とするものである。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention of
請求項1の発明によれば、張力調整機構によりワイヤの張力を測定する際には、ワイヤの張力により測定用レバーが測定用アイドラローラと共に揺動することで、当該測定用レバーが張力測定手段を押圧して、該張力測定手段によりワイヤの張力を測定することができる。
このとき、測定用アイドラローラは測定用レバーに回転自在に支持されているので、測定用レバーが張力測定手段を押圧しているとき、測定用アイドラローラの回転に対する抵抗はほとんど付与されない。これにより、ワイヤの高速化が妨げられることはなく、生産性を向上させることができる。
また、支持軸部を中心とした測定用レバーの揺動により、測定用レバーの接触部が張力測定手段のセンサ面を略均一に押圧してワイヤの張力を測定するので、測定用レバーの接触部が張力測定手段のセンサ面に対して均一に接触しない等の接触不具合による、ワイヤの張力変化とは異なる荷重変化の検出を抑制することができる。これにより、ワイヤの張力を精度良く測定することができる。
According to the first aspect of the present invention, when the tension of the wire is measured by the tension adjusting mechanism, the measuring lever swings together with the measuring idler roller by the tension of the wire, so that the measuring lever becomes the tension measuring means. The tension of the wire can be measured by the tension measuring means.
At this time, since the measurement idler roller is rotatably supported by the measurement lever, when the measurement lever presses the tension measuring means, resistance to rotation of the measurement idler roller is hardly given. Thereby, speeding up of the wire is not hindered, and productivity can be improved.
In addition, since the measuring lever contact portion presses the sensor surface of the tension measuring means substantially uniformly by the swinging of the measuring lever around the support shaft, the wire tension is measured. It is possible to suppress the detection of a load change different from the tension change of the wire due to a contact failure such that the portion does not uniformly contact the sensor surface of the tension measuring means. Thereby, the tension | tensile_strength of a wire can be measured with a sufficient precision.
以下、本発明を実施するための形態を図1〜図5に基づいて詳細に説明する。
本発明の実施形態に係るワイヤソー装置1は、ワークW、例えば円柱状の半導体インゴットをワイヤ列により切断して多数のウエハを形成するものである。図1に示すように、本ワイヤソー装置1は、図示しない支持台から上方に延びる仕切壁10により、ワークWをワイヤ列によって切削加工を行う加工エリアA1と、一対のボビン3a、3b及び一対の張力調整機構4a、4bが配置される非加工エリアA2とに区画されている。なお、図1では、ワイヤ5の図示は省略されている。
Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
The wire saw
図1及び図2に示すように、加工エリアA1には、3個の加工用ローラ7a、7b、7cが配置されている。各加工用ローラ7a、7b、7cは、仕切壁10から加工エリアA1に向かって突設され、仕切壁10により回転自在に支持される。各加工用ローラ7a、7b、7cは、それぞれの径方向中心を結んだ形状が三角形状を呈するように配置されている。各加工用ローラ7a、7b、7cは、所定間隔を置いて互いに平行に配置されている。3個の加工用ローラ7a、7b、7cのうち2個の加工用ローラ7a、7bが水平方向に沿って互いに平行に配置されており、1個の加工用ローラ7cが2個の加工用ローラ7a、7bよりも下方で、各加工用ローラ7a、7b間に配置されている。各加工用ローラ7a、7b、7cの先端は、支持部材9により回転自在に支持される。
As shown in FIGS. 1 and 2, three
各加工用ローラ7a、7b、7cの表面には、環状溝12、12が軸方向に沿って間隔を置いて複数形成されている。加工用ローラ7a、7b、7cの各環状溝12、12に、1本の線材によりなるワイヤ5が連続的に螺旋状に巻き付けられている。各加工用ローラ7a、7b、7cの下方には、一対のボビン3a、3bに対応するように案内ローラ11a、11bがそれぞれ配置されている(図1では、他方のボビン3b側に位置する案内ローラ11bは示されていない)。案内ローラ11a、11bは、非加工エリアA2からのワイヤ5を各加工用ローラ7a、7b、7cに、また各加工用ローラ7a、7b、7cからのワイヤ5を非加工エリアA2に案内するものである。
A plurality of
加工エリアA1で、各加工用ローラ7a、7b、7cの上方には、ワークWを支持するワーク支持機構15が仕切壁10に沿って上下動自在に支持される。非加工エリアA2にワーク昇降用モータ(図示略)が配置されており、該ワーク昇降用モータが、仕切壁10に沿って備えられたボールネジ機構等の回転直動機構19に連結されている。ワーク支持機構15は、ワークWを支持する支持部16と、該支持部16と回転直動機構19の直動部材20とを連結するL字状の連結部材17とを備えている。ワークWは、ワーク支持機構15により、その軸方向が加工用ローラ7a、7b、7cの軸方向と一致するように支持され、各加工用ローラ7a、7bの間の略中央に位置するように支持される。
In the processing area A1, a
そして、ワーク昇降用モータの駆動により、回転直動機構19を介してワーク支持機構15が上下動することで、その結果、ワークWを、2個の加工用ローラ7a、7bの間に送ることが可能となる。また、2個の加工用ローラ7a、7bの近傍には、加工液供給ノズル(図示略)が複数配置されている。そして、各加工液供給ノズルから砥粒を含む加工液が噴射されて、その加工液が各加工用ローラ7a、7b間のワイヤ列に絡むようになる。
The
一方、図1に示すように、非加工エリアA2には、一対のボビン3a、3bが配置される。これら一対のボビン3a、3bは支持台上に支持される。一対のボビン3a、3bは、ワイヤ5を繰り出すための一方のボビン3aと、ワイヤ5を巻き取る他方のボビン3bと、から構成される。両方のボビン3a、3bには、その回転方向及び回転速度を変更可能なボビン用サーボモータ22a、22bがそれぞれ連結されている。他方のボビン3bへのワイヤ5の巻き取り完了後は、その他方のボビン3bがワイヤ5の繰り出し側に換わり、一方のボビン3bがワイヤ5の巻き取り側に換わるように構成される。なお、ワイヤ5は走行しながら摩耗するために、一方のボビン3aまたは他方のボビン3bから適宜新線が供給される。
On the other hand, as shown in FIG. 1, a pair of
また、非加工エリアA2には、一対のボビン3a、3bに対応するように一対の張力調整機構4a、4bがそれぞれ配置されている。該各張力調整機構4a、4bは支持台上に支持される。該各張力調整機構4a、4bは、各ボビン3a、3bから仕切壁10側に近接してそれぞれ配置されている。各張力調整機構4a、4bにより、ワイヤ5の張力を適宜調整している。これにより、各加工用ローラ7a、7b、7c間のワイヤ5に所定の張力が付与されるようになっており、所定の張力が付与されたワイヤ5が、一方または他方のボビン3a、3bに巻き付けられるようになっている。
In the non-working area A2, a pair of
次に、張力調整機構4a、4bの具体的な実施形態を図3〜図5に基づいて、図1も適宜参照しながら説明する。なお、以下の説明において、各張力調整機構4a、4bは同じ構成であるために、一方のボビン3aに対応する一方の張力調整機構4aを説明する。
張力調整機構4aは、図3及び図4に示すように、調整用アイドラローラ25と、測定用アイドラローラ26と、案内用アイドラローラ27と、測定用レバー28と、張力測定手段29と、張力調整手段30と、を備えている。
Next, specific embodiments of the
As shown in FIGS. 3 and 4, the
図1も参照して、一方のボビン3aから仕切壁10に向かって、調整用アイドラローラ25、測定用アイドラローラ26、案内用アイドラローラ27がこの順序で配置されている。測定用アイドラローラ26は、調整用アイドラローラ25及び案内用アイドラローラ27よりも高い位置に配置され、調整用アイドラローラ25と案内用アイドラローラ27との間に間隔が設けられる。案内用アイドラローラ27は、調整用アイドラローラ25よりも若干高い位置に配置される。
Referring also to FIG. 1, an adjustment
そして、一方のボビン3aからのワイヤ5は、まず調整用アイドラローラ25に巻回され、続いて測定用アイドラローラ26に巻回され、続いて案内用アイドラローラ27に巻回される。調整用アイドラローラ25は、下側の中心角ほぼ180°の範囲にワイヤ5が巻回される。測定用アイドラローラ26は、上側の中心角ほぼ180°の範囲にワイヤ5が巻回される。案内用アイドラローラ27は、その下端から測定用アイドラローラ26に向かう、中心角ほぼ90°の範囲にワイヤ5が巻回される。案内用アイドラローラ27は、後述する支持本体部38(支持部材37)の仕切壁10側の端部に回転自在に支持される。測定用アイドラローラ26は、測定用レバー28及び張力測定手段29と共に、ワイヤ5の張力を測定するために設けられている。調整用アイドラローラ25は、張力調整手段30と共に、ワイヤ5の張力を調整するために設けられている。案内用アイドラローラ27は、ワイヤ5の走行方向を変化させるために設けられている。
The
測定用レバー28は、板状に形成される。該測定用レバー28は、一端が後述する支持軸部40に揺動自在(回動自在)に支持され、略水平方向に延びる水平レバー部33と、該水平レバー部33の他端から下方に向かって略鉛直方向に延びる鉛直レバー部34とからなるL字状に形成される。水平レバー部33及び鉛直レバー部34には、長手方向に沿って間隔を置いて複数の貫通孔が形成される。支持部材37は板状に形成される。該支持部材37は、正面視ほぼ矩形状に形成される支持本体部38と、該支持本体部38の仕切壁10側の上端から上方に延びる支持突起部39と、を備えている。図5も参照して、支持突起部39の上端には、その正面から有底円筒状の支持軸部40が突設されている。
The measuring
図4及び図5に示すように、水平レバー部33の一端が支持軸部40に揺動自在(回動自在)に支持される。すなわち、水平レバー部33の一端は略円形状に形成されており、その一端に貫通孔35が形成される。水平レバー部33の一端に蓋部材44が固定される。蓋部材44は円筒状に形成される。該蓋部材44は、大径蓋部45と、大径蓋部45の軸方向一端面から軸方向に延びる小径蓋部46とから構成される。支持部材37から延びる支持軸部40が、水平レバー部33の一端の貫通孔35に挿通され、蓋部材44の小径蓋部46の外壁面が、水平レバー部33の貫通孔35の内壁面に沿うように配置される。蓋部材44の内壁面と、支持軸部40の外壁面との間に複数のベアリング47、47が配置される。支持軸部40の端面に円板状のカバー部材49が固定される。該カバー部材49は、支持軸部40の外径よりも大径に形成される。該カバー部材49は、蓋部材44の大径蓋部45内に配置される。そして、水平レバー部33の一端(蓋部材44を含む)が、支持軸部40にその軸周りを回動自在に支持される。また、図3を参照して、測定用レバー28の、水平レバー部33と鉛直レバー部34との接続部に貫通孔(図示略)が形成される。該貫通孔に、測定用アイドラローラ26の径方向中央部から軸方向に延びる従動軸部(図示略)が回転自在に支持される。
As shown in FIGS. 4 and 5, one end of the
図3及び図4に示すように、鉛直レバー部34の下部は、その幅長が下方に向かって次第に狭くなるように形成され、鉛直レバー部34の下端部が突出して、張力測定手段29の上端面であるセンサ面29aに接触して押圧する接触部34aとして作用する。測定用アイドラローラ26の下方で、鉛直レバー部34の接触部34aと対向する位置に張力測定手段29が配置される。該張力測定手段29は、支持部材37の支持本体部38の上部に支持される。測定用レバー28が支持突起部39から延びる支持軸部40を中心に揺動することで、鉛直レバー部34の接触部34aが張力測定手段29のセンサ面29aを押圧可能となる。該張力測定手段29は、鉛直レバー部34の接触部34aからの押圧力を測定する、例えばロードセルで構成される。張力測定手段29の下方に張力調整手段30が配置される。
As shown in FIGS. 3 and 4, the lower portion of the
張力調整手段30は、図1も参照して、回転方向及び回転角度を変更可能な調整用サーボモータ53と、該調整用サーボモータ53の出力軸54に固定されるスウィング部材55と、張力測定手段29からの検出結果に基づいて調整用サーボモータ53の駆動を制御する制御部56と、を備えている。調整用サーボモータ53は、支持部材37の支持本体部38の背面に支持され、その出力軸54が支持本体部38の正面から突出している。調整用サーボモータ53の本体部に制御部56が内蔵されている。該制御部56は張力測定手段29(ロードセル)と電気的に接続されている。該制御部56は、張力測定手段29からの測定結果に基づいて、調整用サーボモータ53の回転方向及び回転角度を制御するものである。
Referring to FIG. 1 also, the tension adjusting means 30 includes an
スウィング部材55は細長い板状に形成される。スウィング部材55には、長手方向に沿って間隔を置いて複数の貫通孔が形成される。スウィング部材55の一端が調整用サーボモータ53の出力軸54に固定される。スウィング部材55はボビン3aに向かって延びている。調整用アイドラローラ25の径方向中央部から軸方向に延びる従動軸部(図示略)が、スウィング部材55の他端に形成される貫通孔(図示略)に回転自在に支持される。そして、調整用サーボモータ53を駆動させることで、スウィング部材55がその一端を中心に揺動すると共に、調整用アイドラローラ25が揺動して、調整用アイドラローラ25に巻回されているワイヤ5の張力を調整することができる。
The
以上説明した、本発明の実施形態に係るワイヤソー装置1の作用を説明する。
各ボビン用サーボモータ22a、22bを駆動させることで、一対のボビン3a、3bを回転させる。すると、例えば、一方のボビン3aからワイヤ5が繰り出され、ワイヤ5は、概略、一方の張力調整機構4a、各加工用ローラ7a、7b、7c、及び他方の張力調整機構4bを高速走行して、他方のボビン3bに巻き取られる。なお、ワイヤ5は一方向に連続走行させてもよいし、往復走行しながら一方向に走行させるようにしてもよい。
The operation of the wire saw
The
そして、ワーク支持機構15によりワークWを把持して、ワーク昇降用モータを駆動させることにより、ワーク支持機構15を各加工用ローラ7a、7b間のワイヤ列に向かって移動させて、ワークWをワイヤ列に押し当てることで、ワークWを切断して薄い円板(ウエハ)を多数形成する。この時、各加工液供給ノズルからは砥粒を含む加工液が噴射されて、その砥粒を含む加工液が各加工用ローラ7a、7b間のワイヤ列に絡み、ワイヤ5によるワークWの切断を促進する。
Then, by gripping the workpiece W by the
この切削加工時、常時、張力調整機構4a(4b)の張力測定手段29によりワイヤ5の張力が測定される。詳しくは、測定用アイドラローラ26に巻回されるワイヤ5の張力変化によって、測定用レバー28が測定用アイドラローラ26と共に、支持軸部40を中心に揺動(上下動)するようになる。
During this cutting process, the tension of the
そして、支持軸部40を中心とした測定用レバー28の揺動により、測定用レバー28の鉛直レバー部34の下端部に突出する接触部34aが張力測定手段29のセンサ面29a(上端面)を略均一に押圧して、その押圧力が張力測定手段29により測定される。この時、ワイヤ5の走行による測定用アイドラローラ26の回転に対する抵抗はほとんど付与されない。
The
その後、張力測定手段29による測定結果が、張力調整手段30の制御部56に伝達され、制御部56においてワイヤ5の張力として把握される。当該制御部56において、張力測定手段29からの測定結果に基づいて、調整用サーボモータ53の回転方向及び回転角度を制御することで、スウィング部材55がその一端を中心に揺動され、その結果、調整用アイドラローラ53がワイヤ5の走行により高速回転しながら揺動して、ワイヤ5の張力が調整される。
Thereafter, the measurement result by the
以上説明したように、本発明の実施形態に係るワイヤソー装置1に採用された張力調整機構4a(4b)は、ワイヤ5が巻回され、ワイヤ5の張力を測定するための測定用アイドラローラ26と、該測定用アイドラローラ26からのワイヤ5が巻回され、ワイヤ5の張力を調整するための調整用アイドラローラ25と、測定用アイドラローラ26を回転自在に支持すると共に、支持突起部39からの支持軸部40に揺動自在に支持される測定用レバー28と、該測定用レバー28の鉛直レバー部34の接触部34aに接触して、ワイヤ5の張力により測定用アイドラローラ26と共に揺動する測定用レバー28の鉛直レバー部34の接触部34aからの押圧力によりワイヤ5の張力を測定する張力測定手段29と、該張力測定手段29からの測定結果に基づいて、調整用アイドラローラ25を揺動させてワイヤ5の張力を調整する張力調整手段30と、を備えている。
As described above, the
そして、ワイヤ5の張力を測定する際には、測定用アイドラローラ26が高速回転しながら測定用レバー28と共に、支持軸部40を中心に揺動(上下動)して、測定用レバー28の接触部34aが張力測定手段29のセンサ面29aを押圧することでワイヤ5の張力を測定している。その結果、ワイヤ5の走行による測定用アイドラローラ26の高速回転に対する抵抗はほとんど付与されない。これにより、ワイヤ5の高速化を妨げることなく、生産性を向上させることができる。しかも、測定用レバー28の接触部34aと張力測定手段29のセンサ面29aとの間にも摩擦抵抗はほとんど付与されないので、接触部34a及びセンサ面29aの損傷を抑制することができる。
When measuring the tension of the
また、ワイヤ5の張力を測定する際には、支持軸部40を中心に揺動する測定用レバー28の鉛直レバー部34の接触部34aが張力測定手段29のセンサ面29aを略均一に押圧するので、鉛直レバー部34の接触部34aと張力測定手段29のセンサ面29aとの接触不具合による荷重変化の検出を抑制することができ、ワイヤ5の張力(張力変化)を精度良く測定することができる。しかも、ワイヤ5の張力を精度良く測定して、張力調整手段30によりワイヤ5の張力を適宜調整することで、ワイヤ5の断線を抑制でき、その結果、さらに小径のワイヤ5を使用することができ、半導体インゴット(ワークW)から形成される円板(ウエハ)の歩留まりを向上させることができる。
Further, when measuring the tension of the
1 ワイヤソー装置,3a、3b ボビン,4a、4b 張力調整機構,5 ワイヤ,25 調整用アイドラローラ,26 測定用アイドラローラ,28 測定用レバー,29 張力測定手段,29a センサ面,30 張力調整手段,34a 接触部,40 支持軸部,W ワーク 1 wire saw device, 3a, 3b bobbin, 4a, 4b tension adjustment mechanism, 5 wires, 25 adjustment idler roller, 26 measurement idler roller, 28 measurement lever, 29 tension measurement means, 29a sensor surface, 30 tension adjustment means, 34a Contact part, 40 Support shaft part, W workpiece
Claims (1)
前記張力調整機構は、
ワイヤが巻回される測定用アイドラローラと、
該測定用アイドラローラを回転自在に支持すると共に、支持軸部に揺動自在に支持される測定用レバーと、
該測定用レバーに接触し、前記ワイヤの張力により前記測定用アイドラローラと共に揺動する前記測定用レバーからの押圧力によりワイヤの張力を測定する張力測定手段と、
を備えることを特徴とするワイヤソー装置。 A wire saw device that includes a pair of bobbins that unwinds and winds a wire, and a pair of tension adjustment mechanisms that adjust the tension of the wire from each bobbin, and that performs workpiece cutting with a wire,
The tension adjusting mechanism is
A measurement idler roller around which the wire is wound;
A measurement lever that rotatably supports the measurement idler roller and is supported by the support shaft so as to be swingable;
Tension measuring means for measuring the tension of the wire by the pressing force from the measuring lever that contacts the measuring lever and swings together with the measuring idler roller by the tension of the wire;
A wire saw device comprising:
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CN107718334A (en) * | 2017-11-20 | 2018-02-23 | 江苏高照新能源发展有限公司 | A kind of diamond wire transformation apparatus tension sensing mechanism |
CN107962691A (en) * | 2018-01-01 | 2018-04-27 | 宁波钜德精工机械有限公司 | The tension sensor protective device of Buddha's warrior attendant wire cutting machine |
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