JP2024053358A - ワイヤソー - Google Patents

Abstract

【課題】加工液をワイヤ列へ均一に供給可能なワイヤソーを提供する。【解決手段】回転駆動される複数のワイヤガイド２と、ワイヤガイドに巻回されてワイヤ列を形成するワイヤ３と、ワイヤ列へ供給する加工液を貯留するタンク５と、タンクから、下方へ傾斜してワイヤ列の上方へ延びるガイド６と、タンクとガイドとを区画するように立設する堰７と、タンク内に設けられ、ワイヤ列のワイヤ並び方向へ延び、長手方向に複数の吐出口８２を有するインナーノズル８と、を備え、吐出口は、堰の上端部よりも低い位置に設けられ、インナーノズルは、ワイヤの軸方向において、堰と対向するタンクの奥壁５３からインナーノズルまでの間隔Ｘが、堰からインナーノズルまでの間隔Ｙよりも広くなる位置に設けられ、タンク内において、吐出口から吐出された加工液が、ガイドから離れる方向に流れる流路が形成される。【選択図】図４

Description

本発明は、ワイヤソーに関する。

ワイヤソーは、シリコンインゴット等の被加工物を、スライス上に切断加工する装置として知られている。ワイヤソーにおいて、一方側のボビンから繰り出されたワイヤは、複数のワイヤガイドの周囲に巻回されてワイヤ列を形成し、他方側のボビンに巻き取られる。ワイヤは高速駆動され、ワイヤ列へ被加工物を押し当てることにより、複数枚の工作物へ切断する。

このようなワイヤソーでは、複数のワイヤが平行に配されたワイヤ列に対し、冷却効果、潤滑効果及びワイヤへの砥粒の供給等を担う加工液を供給しながら加工が行われる。ワイヤソーには、遊離砥粒方式と固定砥粒方式の２種類の加工方式がある。遊離砥粒方式では、ワイヤ列へ砥粒を懸濁させたスラリーと呼ばれる加工液を供給する。固定砥粒方式では、ワイヤ表面にダイヤモンド等の砥粒を固着させたダイヤモンドワイヤのワイヤ列へ、砥粒を含まない加工液を供給する。

従来、ワイヤソーの加工液供給装置は、上記のような加工方式によって異なる構造が採用されている。遊離砥粒方式のワイヤソーでは、加工液の粘度が比較的高いため、例えば特許文献１に開示されるように、スリット状の加工液供給口からワイヤ上へカーテン状に加工液を落下させるのが一般的である。また、固定砥粒方式のワイヤソーでは、加工液の粘度が比較的低いため、例えば特許文献２に開示されるように、被加工物の近傍へ向かって傾斜する傾斜部を備えたクーラント供給経路を経由してクーラントを供給するのが一般的である。

特開平９－７６２３１号公報 特許第６７９５８９９号公報

いずれの加工方式においても、加工液をワイヤ列へ均一に供給することが従来からの課題であるが、上記のように加工方式に合わせて加工液供給装置を交換するのは非効率的である。また、いずれの加工方式においても、加工開始から時間が経過すると加工液が切粉を含む等して加工液の粘度が変化するが、加工液の粘度が変化した場合、加工液を貯留するタンク内の圧力分布も変化し、タンク長手方向の流量バランスが崩れて加工液を均一に供給できなくなるという問題もある。さらに、加工に細線、特にφ０．１０以下のワイヤを使用した場合、加工液の流量が多すぎるとワイヤの振れが生じ易くなるために流量を抑える対策がなされるが、流量を抑えるとタンク長手方向の流量バランスが崩れて加工液を均一に供給できなくなるという問題もある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、加工液の粘度や流量が変化しても加工液をワイヤ列へ均一に供給可能なワイヤソーを提供することにある。

上記の目的を達成するために、この発明では、タンク内において加工液が一旦ガイドから離れる方向へ流れるような流路とすることで、流れの勢いを抑えて波うちを低減するものとした。

具体的には、第１の発明では、
回転駆動される複数のワイヤガイドと、
前記ワイヤガイドに巻回されてワイヤ列を形成するワイヤと、
前記ワイヤ列へ供給する加工液を貯留するタンクと、
前記タンクから、下方へ傾斜して前記ワイヤ列の上方へ延びるガイドと、
前記タンクと前記ガイドとを区画するように立設する堰と、
前記タンク内に設けられ、前記ワイヤ列のワイヤ並び方向へ延び、長手方向に複数の吐出口を有するインナーノズルと、を備え、
前記吐出口は、前記堰の上端部よりも低い位置に設けられ、
前記インナーノズルは、前記ワイヤの軸方向において、前記堰と対向する前記タンクの奥壁から前記インナーノズルまでの間隔が、前記堰から該インナーノズルまでの間隔よりも広くなる位置に設けられ、
前記タンク内において、前記吐出口から吐出された加工液が、前記ガイドから離れる方向に流れる流路が形成されることを特徴とする。

上記の構成によると、ワイヤ列のワイヤ並び方向へ延びるインナーノズルが、その長手方向に複数の吐出口を有するため、インナーノズルからタンク内へ長手方向に均一に加工液が供給され、流量のばらつきを抑えることができる。また、ワイヤの軸方向において、堰と対向するタンクの奥壁からインナーノズルまでの間隔が、堰からインナーノズルまでの間隔よりも広くなるようにタンク内にインナーノズルが配置されることで、吐出口から吐出された加工液は、直接ガイドへ向かって流れるよりも、一旦、ガイドから離れる方向に流れた後、タンクの奥壁とインナーノズルとの間を通り、インナーノズルの上方を通過してガイドへ流れるような流路を形成することができる。そのため、加工液の流れの勢いがタンク内で抑えられて波打ちが低減され、流量バランスの安定した加工液をガイドからワイヤ列に均一に供給することが可能となる。

第２の発明では、第１の発明において、前記吐出口と対向する前記タンクの対向面が、前記吐出口から吐出される加工液の吐出方向に対して垂直でないことを特徴とする。

上記の構成によると、吐出口と対向する対向面が、吐出口から吐出される加工液の吐出方向に対して垂直の場合、吐出口から吐出した加工液は流れの勢いを保ったまま流れるが、吐出口と対向する対向面が、吐出方向に対して垂直でない場合は、対向面が加工液の流れの勢いを低減することが可能となり、上記の効果をより高めることが可能となる。

第３の発明では、第２の発明において、前記吐出口と対向する前記タンクの対向面が、前記ガイドから離れる方向に向かって降下する傾斜面であることを特徴とする。

上記の構成によると、吐出口から吐出した加工液が対向面へ向かって流れると、対向面が加工液をガイドから離れる方向へ導いて流れの勢いを低減することが可能となり、上記の効果をより高めることが可能となる。

第４の発明では、第１から第３の発明のいずれか１つにおいて、複数の前記吐出口の断面積の合計が、前記インナーノズルの長手方向に対して略垂直方向に切断した際の断面積よりも小さいことを特徴とする。

上記の構成によると、吐出口の断面積の合計がインナーノズルの断面積よりも小さければ、インナーノズル内に満たされた加工液によってインナーノズルに内圧がかかる状態となり、加工液の流量を抑えたり、インナーノズルの片方の端部からインナーノズル内へ加工液を導入したりしても（両端部から導入しなくとも）、各吐出口から吐出する加工液の量が均一になりやすい。また、このように構成したインナーノズルの片方の端部から加工液を導入する構成とすれば、タンクを小型化することも可能となる。

第５の発明では、第１から第３の発明のいずれか１つにおいて、インナーノズルは、前記タンクの長手方向両端部に架設されていることを特徴とする。

上記の構成によると、インナーノズルはタンクの両端に架設されることでタンクへ取り付けられているため、メンテナンスの際にインナーノズルを取り外しやすく、作業性が良い。

第６の発明では、第１から第３の発明のいずれか１つにおいて、堰の上端部は、平滑面又は湾曲面であることを特徴とする。

上記の構成によると、堰の上端部を平滑面又は湾曲面とすることで、タンクから堰を乗り越えてガイドへ流れる加工液の波打ちをさらに低減し、流量バランスが安定した加工液をガイドからワイヤ列に均一に供給する効果を高めることができる。

以上説明したように、本開示の技術により、加工液の粘度や流量が変化しても加工液をワイヤ列へ均一に供給することが可能である。

ワイヤソーの要部を示す概略正面図である。 一方側の加工液供給装置の斜視図である。 他方側の加工液供給装置の斜視図である。 本実施形態の加工液供給装置の断面図である。 インナーノズルの斜視図である。 図４の一部拡大図である。 他の実施形態の加工液供給装置の断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

（ワイヤソー）
図１は、本発明の実施形態に係るワイヤソー１の要部を示す概略正面図である。このワイヤソー１は、例えば半導体装置や太陽電池等の製造に用いられるシリコンインゴット等の被加工物Ｗを、複数箇所で同時に切断し、薄板状ウエハ等の工作物を得るために使用される。ワイヤソー１は、それぞれが互いに平行な回転軸を有し、回転軸を中心に回転駆動される円柱状の一対のワイヤガイド２，２と、一対のワイヤガイド２，２間に巻回されたワイヤ３と、ワイヤ３へ加工液を供給する加工液供給装置４を備える。本実施形態において、ワイヤガイド２，２は左右に配置され、ワイヤガイド２，２の回転軸はワイヤソーの前後方向に延びる。

ワイヤ３は、このような左右のワイヤガイド２，２に巻回されて、複数本のワイヤ３が互いに略平行に並ぶワイヤ列を形成する。ワイヤ列の並び方向は、ワイヤガイドの回転軸の延びる方向と平行な方向であり、本実施形態における前後方向である。ワイヤ３は、軸方向に高速で往復駆動することにより、ワイヤ列が切断領域を有する。このようなワイヤ列に対して、被加工物Ｗが上方から下方へ押し付けられるように駆動されることで、被加工物Ｗから複数の薄片状の加工物が切り出される。

ワイヤ列の切断領域の左右両側には、ワイヤ列の上方に加工液を供給するための加工液供給装置４，４が配置される。２つの加工液供給装置４，４は、ワイヤ列の切断領域を挟んで互いに向かい合うように配置され、左右略対称に形成される。

（加工液供給装置）
図２は一方側の加工液供給装置の斜視図であり、図３は他方側の加工液供給装置の斜視図であり、図４は加工液供給装置をワイヤの軸方向に切断した断面を示す断面図である。図２から図４に示すように、加工液供給装置４は、加工液を貯留するタンク５と、タンク５から、下方へ傾斜して延びるガイド６と、タンク５とガイド６とを区画するように立設する堰７と、タンク内に設けられるインナーノズル８と、を備える。加工液供給装置４は、ワイヤ列のワイヤ並び方向に延びる。

タンク５は、ワイヤ列へ供給する加工液を貯留する。タンク５は、ガイド６よりもワイヤ列の切断領域から遠い位置に配置される。タンク５の底面は、ガイド６から離れる方向に向かって降下する傾斜面５１と、傾斜面５１の下端部に連接する水平な底部５２を有する。底部５２はタンク５の最深部に位置する。

本実施形態において、ワイヤソー１の加工方式は遊離砥粒方式であり、加工液には砥粒を懸濁させてある。本実施形態の加工液供給装置は、加工方式に関わらず加工液を均一に供給可能であるが、遊離砥粒方式の場合、底部５２に貫通孔５２ａを設ける。図２に示すように、貫通孔５２ａは、底部５２においてワイヤ列のワイヤ並び方向両端部に設けられる。貫通孔５２ａは、所定量の加工液を常時流出し、タンク５の底部５２に加工液中の砥粒が堆積するのを防ぐことができる。

傾斜面５１の上端部には、堰７の一部を形成するタンク側区画壁５６が立設している。底部５２から立設する奥壁５３は、ワイヤ３の軸方向において堰７と対向する。ワイヤ３の軸方向とは、ワイヤ列の並び方向と略直交してワイヤ３が延びる方向であり、本実施形態における左右方向である。

タンク５のワイヤ列の並び方向両端部から立設する側壁５４，５４には、傾斜面５１の上部にインナーノズル８を架設するための取付孔５４ａが設けられている。タンク５は、上部を開閉可能な蓋部５５によって覆われている。タンク側区画壁５６の上方に間隔をあけて蓋部５５が位置する。タンク５内の加工液は、溢れ出るように堰７を超えてガイド６側へ流れる。蓋部５５は、ガイド６のタンク側端部の上部も覆うようにガイド６側へ延びている。蓋部５５は、加工中に飛散した加工液や切粉の混入を防ぐ。

ガイド６は、タンク５の上部から下方へ傾斜して、ワイヤ列の切断領域の上方へ延びる。ガイド６は、タンク側区画壁５６とともに堰７を形成するガイド側区画壁６１を有する。ガイド側区画壁６１の下端部は、傾斜面５１の上部に位置する。ガイド６は、ガイド側区画壁６１の下端部からワイヤ列の切断領域へ向かって下方へ傾斜するガイド面６２を有する。ガイド面６２のワイヤ列の並び方向両端部には、側壁６３，６３が立設し、ガイド６は、上部をカバー部６４によって覆われている。カバー部６４は、タンク５の蓋部５５と一部が重なり合っている。タンク５から離れる側のカバー部６４端部には、ガード壁６５が立設する。ガード壁６５は、カバー部６４上に飛散した加工液や切粉がワイヤ列へ落下するのを防ぐ。

切断領域近傍のガイド６端部において、ガイド面６２、側壁６３，６３及びカバー部６４に囲まれて形成される開口である供給口６６が形成される。タンク５内から堰７を超えて溢れ出た加工液はガイド面６２を流れ、供給口６６から切断領域へ供給される。

タンク５とガイド６とを区画するように立設する堰７は、タンク側区画壁５６とガイド側区画壁６１とがワイヤの軸方向に重なり合って形成される。堰７は、加工液の波打ちを低減するための補助部材９を有する。

補助部材９は、ワイヤ列の並び方向に延びる１枚の板材から形成されている。補助部材９は、ガイド面６２からガイド側区画壁６１へ斜めに立て掛けるように設けられた傾斜部９１と、傾斜部９１からタンク側区画壁５６及びガイド側区画壁６１を跨ぐようにタンク５側へ湾曲する湾曲部９２とを有する。湾曲部９２は、堰７の上端部において上に凸の湾曲面が形成されている。湾曲部９２の端部は、タンク側区画壁５６から間隔をあけてタンク５側に位置する。本実施形態のように補助部材９を必ずしも備える必要はないが、タンク５から堰７を乗り越えてガイド６へ流れる加工液の波打ちを低減するために、堰７の上端部は、平滑面又は湾曲面であることが好ましい。堰７の上端部を平滑面又は湾曲面とすることで、タンク５から堰７を乗り越えてガイド６へ流れる加工液の波打ちを低減し、流量バランスが安定した加工液をガイドからワイヤ列に均一に供給する効果を高めることができる。

図５は、インナーノズルの斜視図である。インナーノズル８は、ワイヤ列のワイヤ並び方向へ延びる円筒状の部材である。インナーノズル８は、長手方向一端部に、加工液を導入する導入口８１を有し、他端部は閉塞される。図２及び図３に示されるように、左右の加工液供給装置４，４において、インナーノズル８は同じ方向に導入口８１を有する。

インナーノズル８は、長手方向に複数の吐出口８２を有する。本実施形態において吐出口８２は、断面円形状の孔である。複数の吐出口８２の断面積（孔に対して垂直に切断した際の孔の断面積）の合計は、インナーノズル８の長手方向に略垂直な方向に切断した場合のインナーノズル８内部の断面積よりも小さい。

インナーノズル８は、タンク５に形成された一方側の取付孔５４ａから挿入されて、両側の取付孔５４ａに挿通され、タンク５の外側から固定部材８３を固定されることにより、タンク５の長手方向両端部に架設されている。インナーノズル８は、タンク５内において、傾斜面５１の上方に間隔をあけて配置される。インナーノズル８は吐出口８２を真下へ向けて配置される。インナーノズル８は、吐出口８２が堰７の上端部よりも低い位置に設けられるように配置される。吐出口８２と対向するタンク５の対向面は、吐出口８２から吐出される加工液の吐出方向に対して垂直ではない。吐出方向とは、吐出口８２が本実施形態のように孔形状の場合、その孔の中心軸方向である。吐出口８２と対向するタンク５の対向面は、傾斜面５１である。

インナーノズル８は、ワイヤ３の軸方向において、堰７と対向するタンク５の奥壁５３からインナーノズル８までの間隔が、堰７からインナーノズル８までの間隔よりも広くなる位置に設けられる。本実施形態において、インナーノズル８は、奥壁５３からインナーノズル８までの間隔Ｘが、補助部材９のタンク側端部とインナーノズル８までの間隔Ｙよりも広くなる位置に設けられている。

インナーノズル８を上記のような位置に配置することで、タンク５内において、吐出口８２から吐出された加工液が、ガイド６から離れる方向に流れる流路が形成される。図６は、図４の一部拡大図であり、タンク５中の加工液の流路を説明するための図である。より具体的には、図６に矢印で示すように、加工液は、吐出口８２から下方へ吐出され、吐出口８２に対向する傾斜面５１へ当たると、流れの勢いが抑制されつつ、傾斜面５１の傾斜に沿ってガイド６から離れる方向に流れる。その後、加工液は、奥壁５３に当たって上昇し、インナーノズル８の上方を乗り越えて、堰７から溢れ出る。堰７から溢れ出た加工液は、補助部材９を伝ってガイド６へ流れ、供給口６６からワイヤ列へと供給される。

以上のように構成したワイヤソー１は、ワイヤ３の軸方向において、堰７と対向するタンク５の奥壁５３からインナーノズル８までの間隔が、堰７からインナーノズル８までの間隔よりも広くなる位置に設けられることで、吐出口８２から吐出された加工液は、直接ガイド６へ向かって流れるよりも、一旦、ガイド６から離れる方向に流れた後、タンク５の奥壁５３とインナーノズル８との間を通り、インナーノズル８の上方を通過してガイド６へ流れるような流路を形成することができる。そのため、加工液の流れの勢いがタンク内で抑えられて波打ちが低減され、流量バランスが安定した加工液をガイドからワイヤ列に均一に供給することが可能となる。

複数の吐出口８２の断面積の合計が、インナーノズル８の長手方向に対して略垂直方向に切断した際のインナーノズル８内部の断面積よりも小さくすることで、インナーノズル８内に満たされた加工液によって、インナーノズル８は内圧がかかる状態となる。そのため、インナーノズル８の長手方向両側ではなく、長手方向一方側の端部からインナーノズル８内へ加工液を導入しても、各吐出口から吐出する加工液の量が均一になりやすい。インナーノズル８の一方側の端部から加工液を導入する構成とすれば、加工液供給装置４を小型化することができる。

タンク５内の洗浄等のメンテナンスを行う際には、タンク５の両端部に取り付けた固定部材８３の固定を解除し、インナーノズル８をワイヤ列並び方向の一方側から引き抜くことにより、インナーノズル８を容易に取り外すことができる。また、蓋部５５を開放すれば、タンク５の上部が開口し、タンク５内部を容易に洗浄することが可能となる。インナーノズル８は、タンク５の両端部に架設して取り付けられるため、インナーノズル８をタンク５に取り付けるための部材がタンク５内には存在せず、洗浄作業が容易である。

（他の実施形態に係る加工液供給装置）
図７は、他の実施形態にかかる加工液供給装置をワイヤの軸方向に切断した断面を示す断面図である。上記実施形態と同様の部材については同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。図７の加工液供給装置は、タンク５内に緩衝材１０が取り付けられている点で上記実施形態と異なる。

本実施形態において、吐出口８２と対向してタンク５内に緩衝材１０が取り付けられている。緩衝材１０は、インナーノズル８から吐出された加工液を通過させることが可能である。緩衝材１０は、加工液を通過させることでその流れの勢いを抑制させることのできるものである。緩衝材１０の形態や材質は問わないが、例えばメッシュである。緩衝材１０は、タンク５内のインナーノズル８よりも下方に、吐出口８２に対向して取り付けられる。

以上のように構成したワイヤソー１は、緩衝材１０によって加工液の流れの勢いがタンク内で抑えられて波打ちが低減され、流量バランスが安定した加工液をガイドからワイヤ列に均一に供給することが可能となる。

なお、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物や用途の範囲を制限することを意図するものではない。

１ ワイヤソー
２ ワイヤガイド
３ ワイヤ
４ 加工液供給装置
５ タンク
６ ガイド
７ 堰
８ インナーノズル
９ 補助部材
１０ 緩衝材
５１ 傾斜面
５３ 奥壁
８２ 吐出口
Ｗ 被加工物

Claims (6)

1. 回転駆動される複数のワイヤガイドと、
   前記ワイヤガイドに巻回されてワイヤ列を形成するワイヤと、
   前記ワイヤ列へ供給する加工液を貯留するタンクと、
   前記タンクから、下方へ傾斜して前記ワイヤ列の上方へ延びるガイドと、
   前記タンクと前記ガイドとを区画するように立設する堰と、
   前記タンク内に設けられ、前記ワイヤ列のワイヤ並び方向へ延び、長手方向に複数の吐出口を有するインナーノズルと、を備え、
   前記吐出口は、前記堰の上端部よりも低い位置に設けられ、
   前記インナーノズルは、前記ワイヤの軸方向において、前記堰と対向する前記タンクの奥壁から前記インナーノズルまでの間隔が、前記堰から該インナーノズルまでの間隔よりも広くなる位置に設けられ、
   前記タンク内において、前記吐出口から吐出された加工液が、前記ガイドから離れる方向に流れる流路が形成されることを特徴とするワイヤソー。
2. 前記吐出口と対向する前記タンクの対向面が、前記吐出口から吐出される加工液の吐出方向に対して垂直でないことを特徴とする請求項１に記載のワイヤソー。
3. 前記吐出口と対向する前記タンクの対向面が、前記ガイドから離れる方向に向かって降下する傾斜面であることを特徴とする請求項２に記載のワイヤソー。
4. 複数の前記吐出口の断面積の合計が、前記インナーノズルの長手方向に対して略垂直方向に切断した際の断面積よりも小さいことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のワイヤソー。
5. 前記インナーノズルは、前記タンクの長手方向両端部に架設されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のワイヤソー。
6. 前記堰の上端部は、平滑面又は湾曲面であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のワイヤソー。