JP3202527B2 - ワイヤソー装置 - 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、例えば半導体材料、
磁性材料、セラミック等の脆性材料をワイヤにより切断
するワイヤソー装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種のワイヤソー装置は、複数の加工
用ローラ間にワイヤが多数回螺旋状に巻掛けられる。そ
して、その加工用ローラの回転によりワイヤが走行さ
れ、その走行中のワイヤとワークとが接触されるととも
に、その接触部に砥粒を含むスラリーが供給されて、ワ
ークがワイヤによりウェハ状にスライスされる。

【０００３】この種の装置においては、ワイヤを加工用
ローラ側へ繰り出すリールと、切断を終えたワイヤを巻
き取るためのリールとを備えたリール機構がフレーム上
に装設されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来のワイ
ヤソー装置においては、加工開始時における繰り出し側
リールのワイヤの貯線量の認知は、作業者の目視によっ
ていた。このため、大型ワークの加工や長時間連続加工
においては、加工の途中において繰り出し側リールのワ
イヤがなくなり、ワイヤの走行方向を反転して加工を継
続せざるを得ない。

【０００５】ところで、ワイヤソー装置におけるワーク
の加工条件に影響を与える要因は複雑に絡み合ってい
る。その一つとしてワイヤの繰り出し方向が変わること
があり、ワイヤの繰り出し方向が変わる前と後とではワ
ークの加工精度に大きな差が生じ、例えばウェハの均一
な厚さ加工が不可能になるおそれがあった。

【０００６】本発明の目的は、１つのワークの切断加工
の途中におけるワイヤの繰り出し方向の変化を防止でき
るワイヤソー装置を提供することにある。また、別の目
的としては、効率のよい生産を実施するために、繰り出
し側リールの残存ワイヤ量に見合ったワーク長さあるい
はワーク種の選択を行うことができるワイヤソー装置を
提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載の発明では、少なくとも繰り出し側
リールの残存ワイヤ量を、初期入力の繰り出し側リール
の残存ワイヤ量と、ワイヤ繰り出し速度及び走行方向と
加工時間との少なくとも一方をもとにして演算により算
出する算出手段と、算出された繰り出し側リールの残存
ワイヤ量に基づいてワーク切断の可否を判別する判別手
段とを設けたことを特徴とするものである。

【０００８】

【０００９】請求項２に記載の発明では、算出手段は、
請求項１における演算に代わり、リールの重量に応じて
出力される信号に基づいて前記残存ワイヤ量を算出し、
さらに算出された繰り出し側リールの残存ワイヤ量に基
づいてワーク切断の可否を判別する判別手段とを設けた
ものとしたことである。

【００１０】請求項３に記載の発明では、請求項２にお
いて、リールをその中心軸線が垂直方向に指向するよう
に支持するとともに、前記算出手段が歪ゲージを含み、
その歪ゲージを前記リールの回転軸を支持する軸受の下
端部に配置するように設けたものである。

【００１１】請求項４に記載の発明では、請求項１〜３
のいずれかにおいて、前記判別手段は、残存ワイヤ量
と、ワークに対する切断開始から切断終了までに要する
時間を設定するための設定手段による設定値とに基づい
てワーク切断の可否を判別するものである。

【００１２】請求項５に記載の発明では、請求項１〜４
のいずれかにおいて、ワイヤ繰り出し速度及び加工時間
を記憶する記憶手段と、前記繰り出し側リールの残存ワ
イヤ量と前記記憶手段内のデータとを比較して、加工可
能なワーク範囲を判断する判断手段とを設けたものであ
る。

【００１３】

【作用】請求項１に記載の発明によれば、繰り出し側リ
ールの残存ワイヤ量を算出するができて、この算出値と
ワークの加工に必要なワイヤ量とを比較することができ
る。そして、ワイヤの繰り出し速度が一定の場合には、
初期に入力された繰り出し側リールの残存ワイヤ量と加
工時間とに基づく演算によって、その時点における繰り
出し側リールの残存ワイヤ量が算出される。また、ワイ
ヤの繰り出し速度及び走行方向に変化がある場合には、
これらの値も加味した演算によって、その時点における
繰り出し側リールの残存ワイヤ量が演算される。そし
て、この演算により算出された繰り出し側リールの残存
ワイヤ量に基づいて、ワーク切断の可否が判別される。

【００１４】

【００１５】請求項２に記載の発明によれば、リールの
重量を計測することによって繰り出し側リールの残存ワ
イヤ量が算出され、その繰り出し側リールの残存ワイヤ
量に基づいてワーク切断の可否を判別することができ
る。請求項３に記載の発明によれば、前記算出手段に含
まれる歪ゲージの配設が容易にできて、構成が簡単とな
る。そして、各リールの装着によって生じる回転軸のス
ラスト方向への荷重を、前記回転軸に直接触れることな
く、検出することができる。また、歪ゲージが各リール
及び回転軸に直接接触していないため、回転状態に影響
を与えることがないとともに、連続的に各リールの重量
を検出することができる。

【００１６】請求項４に記載の発明によれば、設定手段
によって設定入力されたワークの切断加工に必要な時間
と、前記算出手段によって算出された繰り出し側リール
の残存ワイヤ量とから、ワークの切断の可否が自動的に
判別される。

【００１７】請求項５に記載の発明によれば、前記算出
手段によって算出された繰り出し側リールの残存ワイヤ
量と、ワーク種あるいはワーク長さ及びワーク径、ある
いは所要の切断距離に応じたワイヤ繰り出し速度及び加
工時間とが比較されて、加工可能なワークが判別され
る。

【００１８】

【実施例】

（第１実施例）以下、この発明のワイヤソー装置の第１
実施例を図１〜図６に基づいて詳細に説明する。

【００１９】図４及び図５に示すように切断機構１１
は、ベッド１２ｃやコラム１２ｂから構成される装置フ
レーム１２上に装設されている。この切断機構１１は平
行に延びる駆動溝ローラ１３及び従動溝ローラ１４を備
え、それらの外周には環状をなす多数の溝１３ａ，１４
ａが所定ピッチで形成されている。なお、図面において
は理解を容易にするために、溝１３ａ，１４ａの数を実
際よりも少なく描いている。一本の切断用ワイヤ１５は
前記溝ローラ１３，１４の各溝１３ａ，１４ａに連続的
に巻回されている。ワイヤ走行用モータ１６は装置フレ
ーム１２上に配設され、このモータ１６により駆動溝ロ
ーラ１３が直接、または、図示しないベルト、プーリを
介して回転される。そして、溝ローラ１３，１４の回転
によって、ワイヤ１５が一方向又は部分的逆行を伴って
一方向（のこ運動）に走行される。ワーク支持機構１９
は前記切断機構１１の上方においてフレーム１２に立設
したコラム１２ｂに上下動可能に支持され、その下部に
はワーク２０が着脱自在にセットされる。そして、ワイ
ヤ１５が切断機構１１の溝ローラ１３，１４間で一方向
に走行されながら、ワーク支持機構１９が切断機構１１
に向かって下降される。このときワイヤ１５上へ砥粒を
含むスラリーが図示しないスラリー供給装置から供給さ
れるとともに、そのワイヤ１５に対し、ワーク２０が押
し付けられ、砥粒のラッピング作用によってワーク２０
がスライス加工される。

【００２０】ワイヤ１５を供給あるいは巻き取るリール
機構２１は前記フレーム１２上に装設されている。この
リール機構２１は、ワイヤ１５を繰り出し、巻き取るた
めの一対のリール２２，２３を備えている。なお、両リ
ール２２，２３は巻き取り、繰り出しの両機能を交互に
分担するが、以降の説明においては、説明を簡略化する
ために一例として一方のリール２２を繰り出しリール、
他方のリール２３を巻き取りリールとする。後述する一
対のリール回転用モータ４１，４２はフレーム１２に配
設され、これらのモータ４１，４２により繰り出しリー
ル２２及び巻き取りリール２３を個別に変速回転させ
る。

【００２１】トラバース機構２５はリール機構２１に隣
接してフレーム１２のベッド１２ｃ上に装設され、繰り
出しリール２２からのワイヤ１５の繰り出し及び巻き取
りリール２３へのワイヤ１５の巻き取りを上下にトラバ
ースしながら案内する。そして、前記リール機構２１の
両リール２２，２３の回転及び溝ローラの回転によりワ
イヤ１５が繰り出しリール２２から切断機構１１を経て
巻き取りリール２３に巻き取られる。繰り出しリール２
２上のワイヤ１５が、切断機構１１を経て巻き取りリー
ル２３に全て巻き取られる直前に両リール２２，２３の
回転方向が切り換えられてリール２２，２３の繰り出し
機能及び巻き取り機能が反転される。

【００２２】図４に示すように、ワイヤ張力付与機構２
６は前記リール機構２１と切断機構１１との間に配設さ
れている。この張力付与機構２６は揺動可能に支持され
た一対のダンサアーム２８，２９を備え、それらの先端
にはガイドローラ３０及びウェイト３１がそれぞれ取付
けられている。

【００２３】ワイヤ張力付与機構２６の一対のダンサア
ーム２８，２９に付設された各ウェイト３１の下方向の
重力により、溝ローラ１３，１４間のワイヤ１５に所定
の張力が付与される。

【００２４】そして、ワイヤ１５は繰り出しリール２２
から繰り出されてローラ４０、ワイヤ張力付与機構２６
の一方のローラ３０、一対のガイドローラ３８のうちの
一方及びワイヤガイド機構３６の一組のガイドローラ３
７を経て切断機構１１に至る。そして、その切断機構１
１からワイヤガイド機構３６のもう一組のガイドローラ
３７、一対のガイドローラ３８のうちの他方、ワイヤ張
力付与機構２６の他方のローラ３０及びローラ４０を経
て巻き取りリール２３に巻き取られる。

【００２５】図１及び図３に示すように回転方向及び回
転速度を変更可能な前記一対のモータ４１，４２は前記
ベッド１２ｃに立設された筒体１２ａに装着され、その
下面にはモータ軸４１ａ，４２ａが突設されている。回
転軸４３は各モータ４１，４２に対応するようにスラス
ト方向及びラジアル方向の荷重を支持する上部軸受４４
ａ、下部軸受４４ｂを介して筒体１２ａ内に回転可能に
支持されている。図２に示すように、筒体１２ａ内に
は、上部軸受４４ａの外側レースの下端面に当接する荷
重検出手段としての歪ゲージ５０が装着され、繰り出し
リール２２及び巻き取りリール２３の重量によって生じ
る回転軸４３のスラスト方向への荷重を検出するように
なっている。回転軸４３の上端には大径部４３ａが一体
形成されている。カップリング４５はモータ軸４１ａ，
４２ａを各回転軸４３に連結するように、それらの間に
取り付けられている。前記繰り出しリール２２及び巻き
取りリール２３はドライブピン４６により各回転軸４３
の大径部４３ａ上に回り止めされた状態で、ネジ４７に
より大径部４３ａに締付固定されている。

【００２６】次に、前記のように構成されたワイヤソー
装置の制御装置について説明する。図５及び図６に示す
ように、算出手段及び判別手段を構成する制御装置６３
は前記フレーム１２の近傍に配設され、その内部に中央
処理装置（ＣＰＵ）６４及びメモリ６５が実装されてい
る。このＣＰＵ６４は装置全体の動作を統括する。メモ
リ６５は装置の動作を制御するためのプログラム、各種
の入力データ、検出データ等を記憶する。制御装置６３
の前面には、操作パネル６６とＣＲＴ６７が配設されて
いる。このＣＲＴ６７には、各種の入力データや検出デ
ータ、装置全体の制御状態が表示される。キーボード６
９は制御装置６３の前部に配置され、各種のキー７０が
設けられている。

【００２７】ここで、この切断装置の運転開始に際し
て、キー７０により、ワーク２０の種類や大きさあるい
は形状が入力される。そのデータはメモリ６５に設定記
憶されるとともに、ＣＰＵ６４において新たなワーク２
０の加工に必要なワイヤ１５の量が、ワーク２０の種類
や長さ、大きさから導き出されるワークの切削速度と、
ワーク２０の形状から導き出されるワークの切削速度関
数、そして、ワーク２０の断面形状とから導き出される
切断時間とから演算される。一方で、ＣＰＵ６４は前記
歪ゲージ５０からの検出値からリール２２あるいは２３
の重量を演算してワーク２０の加工に使用可能なワイヤ
の残り量を算出する。そして、これらのデータが比較さ
れて、リール２２あるいは２３上の残存ワイヤ量がワー
ク２０を最後まで切断可能な量であれば、ワーク支持機
構１９が下降してワイヤ１５に接触するとともに、ワイ
ヤ１５が走行されて、ワーク２０に対する加工が開始さ
れる。しかし、リール２２あるいは２３のいずれもその
残存ワイヤ量がワーク２０を最後まで切断できる量に達
していなければ、ワーク支持機構１９が下降することな
く、ワイヤ１５の巻き取りリールあるいは繰り出しリー
ルへの空送りが行われる。そして、一方のリール２２ま
たは２３にワイヤ１５がすべて巻き取られた後に、あら
ためてワーク２０の切断加工が開始される。このよう
に、切断加工途中に、繰り出し側リールの残存ワイヤ量
切れによるワイヤ繰り出し方向の逆転がなされることが
なく、ワーク２０を安定した切断条件で切断加工でき
る。

【００２８】この実施例においては、図１に示すように
リール２２，２３の中心軸線Ｏ１，Ｏ２が互いに平行
に、かつ垂直方向に指向するようにリール２２，２３が
それぞれ回転軸４３に支持されている。このことによ
り、両リール２２，２３を垂直方向に片持ち支持するこ
とができるため、その両リール２２，２３の重量の計測
にあたっては、上部軸受４４ａの下端面に当接された歪
ゲージ５０を設けるのみでよく、構成を簡単にできる。

【００２９】また、重量計測のための部材として歪ゲー
ジ５０を採用したことにより、検出値をそのまま電気信
号として、後続の制御装置６３に入力することができ
て、便利である。

【００３０】さらに、歪ゲージ５０は両リール２２，２
３及び回転軸４３に直接接触しない構成となっている。
このため、両リール２２，２３及び回転軸４３の回転状
態に影響を与えることがないとともに、連続的に両リー
ル２２，２３の重量を計測することができる。 （第２実施例）次に、本発明の第２実施例について説明
する。

【００３１】この第２実施例においては、繰り出し側リ
ールの残存ワイヤ量の検出手段が前記第１実施例と異な
っている。この実施例ではリール重量の検出によること
なく以下のように制御する。

【００３２】図６において、リール２２、２３交換時に
キー７０により、リール２２、２３の残存ワイヤ量の初
期値が入力されて、メモリ６５に記憶される。ここで、
各ワーク２０の切断加工において、リール回転用モータ
４１、４２の回転数等の制御データからワイヤ１５の繰
り出し速度、繰り出し方向、繰り出し時間（加工時間）
が検出されて、ワイヤ１５の繰り出し量が演算される。
そして、ＣＰＵ６４において、前記初期値から各時点に
おけるワイヤ１５の繰り出し量が減算あるいは加算され
て、リール２２、２３上の残存ワイヤ量が演算される。

【００３３】また、設定手段としてのメモリ６５には、
ワーク２０の種類や大きさ等に応じた加工に必要な時
間、すなわち、切断開始から終了に要するまでのデータ
を記憶している。

【００３４】そして、ＣＰＵ６４はメモリ６５内の前記
データと、リール２２、２３上の残存ワイヤ量のデータ
とに基づいて、切断開始時において切断実行の可否を判
別する。そして、その判別に基づいて切断機構１１やワ
ーク支持機構１９等の動作を制御する。

【００３５】なお、この発明は前記実施例以外に次のよ
うに具体化することもできる。 （１）前記実施例では上部軸受４４ａにスラスト及びラ
ジアル方向の荷重を支持するベアリングを使用したが、
これをスラストベアリングとラジアルベアリングとに独
立して設け、そのスラストベアリングの下端面にリール
２２，２３の重量計測用の歪ゲージ５０を当接するこ
と。

【００３６】（２）歪ゲージ５０に代えて、例えばロー
ドセル、圧電素子、磁気歪管等を採用すること。 （３）一対のリール２２，２３を横向きに配置し、その
リールを装着した回転軸を支持するラジアルベアリング
の外側レースの下端面に、例えば、歪ゲージ、ロードセ
ル、圧電素子、磁気歪管等のリール重量計測手段を設け
ること。

【００３７】（４）前記第２実施例において、ワイヤ１
５の繰り出し速度が常時一定の場合は、繰り出し方向及
び加工時間のみからリール２２、２３上の残存ワイヤ量
を算出するように構成すること。

【００３８】（５）前記第２実施例において、ワイヤ１
５の繰り出し速度が常時一定で、かつ、加工のための繰
り出し方向が一定の場合は、加工時間のみからリール２
２、２３上の残存ワイヤ量を算出するように構成するこ
と。

【００３９】（６）前記第２実施例において、リール２
２、２３上の残存ワイヤ量のデータと、メモリ６５内の
ワイヤ繰り出し速度及び加工時間のデータとに基づい
て、切断開始時において、切断加工可能なワークの種類
や大きさを判別して、それをＣＲＴ６７に表示するよう
に構成すること。

【００４０】次に、上記実施例から抽出される技術的思
想を述べる。 （１）請求項２〜５のいずれかにおいて、リール２２，
２３の重量に応じた信号をリール２２、２３上の残存ワ
イヤ量に演算する演算手段６４を設けたワイヤソー装
置。

【００４１】この構成によれば、リール２２，２３上の
残存ワイヤ量を確実かつ正確に把握することができて、
しかも判別手段６３へのデータの入力に便利である。

【００４２】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば次
のような優れた効果を奏する。請求項１に記載の発明に
よれば、繰り出し側リールの残存ワイヤ量を算出すると
ともにワーク切断の可否を判別して、ワークの加工途中
におけるワイヤの走行方向の反転を防止することができ
る。

【００４３】請求項２に記載の発明によれば、リールの
重量を検出することによって繰り出し側リールの残存ワ
イヤ量を算出するとともにワーク切断の可否を判別し
て、ワークの加工途中におけるワイヤの走行方向の反転
を防止することができる。

【００４４】請求項３に記載の発明によれば、簡単な構
成でリールの重量を計測できるとともに、各リール及び
回転軸の回転を妨げることなく、連続的に各リールの重
量を検出できる。

【００４５】請求項４に記載の発明によれば、ワークの
切断の可否が自動的に判別されて、ワークの加工途中に
おけるワイヤの走行方向の反転を防止できる。請求項５
に記載の発明によれば、適用可能なワーク範囲に応じた
ワークの選択ができて、効率のよい生産を行うことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明を具体化したワイヤソー装置の要部の
部分断面図。

【図２】 図１の要部の部分拡大図。

【図３】 リール機構及びトラバース機構の側面図。

【図４】 ワイヤソー装置の正面図。

【図５】 ワイヤソー装置の平面図。

【図６】 制御装置のブロック図。

【符号の説明】

１１…切断機構、１３…加工用ローラとしての駆動溝ロ
ーラ、１４…加工用ローラとしての従動溝ローラ、１５
…ワイヤとしての切断用ワイヤ、２０…ワーク、２２，
２３…リール、４３…回転軸、４４ａ…軸受としての上
部軸受、５０…歪ゲージ、６３…設定手段、判別手段、
記憶手段、判断手段としての制御装置、Ｏ１，Ｏ２…リ
ールの中心軸線。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−135157（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B24B 27/06

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 繰り出し用リールから繰り出された一本
   のワイヤを切断機構を構成する複数の加工用ローラ間に
   螺旋状に巻き付けるとともに、該ワイヤを巻き取り用リ
   ールに巻き取り、その状態で前記加工用ローラの回転に
   よりワイヤを走行させるとともに、ワイヤとワークとの
   間に切削送りを付与してワークに対して切断加工を施す
   ようにしたワイヤソー装置において、 少なくとも繰り出し側リールの残存ワイヤ量を、初期入
   力の繰り出し側リールの残存ワイヤ量と、ワイヤ繰り出
   し速度及び走行方向と加工時間との少なくとも一方をも
   とにして演算により算出する算出手段と、算出された繰
   り出し側リールの残存ワイヤ量に基づいてワーク切断の
   可否を判別する判別手段とを設けたことを特徴とするワ
   イヤソー装置。
2. 【請求項２】 繰り出し用リールから繰り出された一本
   のワイヤを切断機構を構成する複数の加工用ローラ間に
   螺旋状に巻き付けるとともに、該ワイヤを巻き取り用リ
   ールに巻き取り、その状態で前記加工用ローラの回転に
   よりワイヤを走行させるとともに、ワイヤとワークとの
   間に切削送りを付与してワークに対して切断加工を施す
   ようにしたワイヤソー装置において、 少なくとも繰り出し側リールの残存ワイヤ量を、リール
   の重量に応じて出力される信号に基づいて算出する算出
   手段と、算出された繰り出し側リールの残存ワイヤ量に
   基づいてワーク切断の可否を判別する判別手段とを設け
   たことを特徴とするワイヤソー装置。
3. 【請求項３】 前記リールをその中心軸線が垂直方向に
   指向するように支持するとともに、前記算出手段が歪ゲ
   ージを含み、その歪ゲージを前記リールの回転軸を支持
   する軸受の下端部に配置するように設けた請求項２に記
   載のワイヤソー装置。
4. 【請求項４】 前記判別手段は、前記残存ワイヤ量と、
   ワークに対する切断開始から切断終了までに要する時間
   を設定するための設定手段による設定値とに基づいてワ
   ーク切断の可否を判別する請求項１〜３のいずれかに記
   載のワイヤソー装置。
5. 【請求項５】 ワイヤ繰り出し速度及び加工時間を記憶
   する記憶手段と、前記繰り出し側リールの残存ワイヤ量
   と前記記憶手段内のデータとを比較して、加工可能なワ
   ーク範囲を判断する判断手段とを設けた請求項１〜４の
   いずれかに記 載のワイヤソー装置。