JP5016122B1 - 測定用治具、ワイヤソー、及びワーク装着方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ワーク支持部に対するワークの装着のたびに、ワイヤに対するワークの姿勢を調節する必要がなく、作業性を良くして加工能率を向上させることができる測定用治具及びワイヤソーを提供する。
【解決手段】ワイヤソーには、上下方向に延びる軸線を中心に位置調節可能なワーク支持部２７と、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に着脱可能に装着されるワーク用治具とを備える。ワーク用治具に代えて、ワーク支持部２７にクランプ金具３０を介して着脱可能に装着される測定用治具４２を設ける。測定用治具４２には、ワイヤソーのメインローラ間のワイヤ２５の位置を検出するためのカメラ４４を設ける。カメラ４４によるワイヤ２５の位置検出に基づいてワーク支持部２７の位置を調節して、クランプ金具３０をワイヤ２５に対して所定位置に位置設定する。
【選択図】図９

Description

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。

一般に、この種のワイヤソーにおいては、複数のメインローラ間にワイヤが所定ピッチで螺旋状に巻き付けられ、ワイヤが延長方向に走行されながら、そのワイヤ上に砥粒を含むスラリが供給される。なお、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。そして、ワークがワイヤに対して、例えば結晶方位等に基づく所定の位置関係に姿勢調整された状態でワイヤに対してワークが押し付けられて、ワークがワイヤの走行方向と所定の位置関係をもってスライス状に切断加工される。

従来、このようにワーク、例えば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たワイヤソーとしては、例えば特許文献１に開示されるような構成が提案されている。この従来構成においては、フレームにワーク支持台が水平面内で支軸を中心に回動可能に支持され、そのワーク支持台の下面にはワークを支持するためのワーク支持体が突設されている。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す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、調節部材の調節量をワーク支持台に減速して伝達するための差動減速機構が設けられている。

そして、ワークを切断加工する際には、そのワークが支持板に貼着された状態で、ワーク支持台の下面のワーク支持体に装着される。このワークの装着状態において、ワークの端面等で結晶方位が検出されるとともに、前記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。

すなわち、この種のワイヤソーにおいては、例えば図１０及び図１１に示すような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るようになっている。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、そのワーク支持体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上に貼着された支持板５３上には、ワーク支持体５２の第１支持溝５２ａに係合可能なアリ部５４ａを有する支持ブロック５４が突設されている。ワーク支持体５２の第２支持溝５２ｂ内には、支持ブロック５４のアリ部５４ａに係合可能なロック部材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を支持ブロック５４のアリ部５４ａに向かって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。

そして、ワーク支持体５２の第１支持溝５２ａに支持ブロック５４のアリ部５４ａが挿入された状態で、固定ボルト５６が締め付けられることにより、ロック部材５５が支持ブロック５４のアリ部５４ａに向かって押し付けられる。この押し付けにより、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。

特開平９−１４１５４９号公報

ところが、この従来のワーク支持構造においては、作業者が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、つまりワーク支持体５２に対するアリ部５４ａの接触状態を目視等で確認しながら位置決め固定する必要がある。このため、作業そのものが苦渋作業であるばかりでなく、ワーク支持体５２に対するワークＷの装着位置が、図１０に矢印で示すように傾動したり、図１１に矢印で示すようにワークＷの長さ方向に移動したり、向きが傾いたりして、ワークＷの装着位置に誤差が生じやすかった。そして、ワーク支持体５２に対してワークＷを装着するたびに、その装着状態でワークＷの結晶方位を検出するとともに、ワーク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り、作業性が悪くて加工能率の低下を招くという問題があった。

この発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的は、ワーク支持部に対するワークの装着のたびに、ワイヤに対するワークの姿勢を調節する必要がなく、作業性を良くして加工能率を向上させることができる測定用治具及びワイヤソーを提供することにある。

上記の目的を達成するために、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。

従って、この発明においては、メインローラの交換時等においてメインローラ間にワイヤを張設した際に、ワイヤソーのワーク支持部に対して位置決め機能を有する複数のクランプ金具を介して測定用治具を装着する。この時、ワーク支持部に対して取付け誤差なく高精度な位置決めがなされる。この状態で、検出手段によりワイヤの位置を検出するとともに、その検出結果に応じてワーク支持部を上下方向に延びる軸線を中心に位置調節して、ワーク支持部上のクランプ金具がワイヤと所定の位置関係となるように設定する。そして、ワーク支持部に対するワークの装着時には、ワークをワーク用治具に対して予め姿勢を調節した状態で固定して、そのワーク用治具をワイヤソーのワーク支持部に前記複数のクランプ金具を介して装着する。この時も、ワーク支持部に対し取付け誤差なく、繰り返し再現性のある高精度な位置決めがなされる。このため、ワークを装着するだけでワークがワーク支持部に対して、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位置決めされる。よって、ワーク支持部に対するワークの装着のたびに、ワイヤに対するワークの姿勢を調節する必要がなく、作業性を良くして加工能率を向上させることができる。

前記測定用治具において、検出手段は、ワイヤを光学的に検出するように構成するとよい。
前記測定用治具において、検出手段は、ワイヤの軸線方向に沿って移動可能であるとよい。

上記の目的を達成するために、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。

前記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ように構成するとよい。
前記ワイヤソーにおいて、クランプ金具は、エア圧とばね力によって、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。
上記の目的を達成するために、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。そのワーク装着方法は、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。
前記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。

以上のように、この発明によれば、測定用治具の装着によってワーク支持部を位置調節することで、その後に測定用治具に代えてワーク用治具を装着した際にも、取付け誤差なく繰り返し再現性のある高精度な位置決めがなされるため、ワーク支持部に対するワークの装着のたびに、ワイヤに対するワークの姿勢を調節する必要がなく、作業性を良くして加工能率を向上させることができるという効果を発揮する。

一実施形態のワイヤソーを示す正面図。 図１のワイヤソーにおけるワーク支持構成を拡大して示す要部分解正面図。 図２のワーク支持構成の要部分解側面図。 ワークをワーク用治具に固定した状態を示す斜視図。 ワーク支持部とワーク用治具または測定用治具との間のクランプ金具の構成を拡大して示す分解断面図。 ワーク支持部にワーク用治具または測定用治具を装着する際のクランプ金具の動作状態を示す断面図。 図６に続いくクランプ金具の動作状態を示す断面図。 ワイヤソーのワーク支持部に実施形態の測定用治具を装着した状態を示す要部正面図。 図８の測定用治具の要部側面図。 従来のワイヤソーにおけるワーク支持構成を示す要部正面図。 図１０のワーク支持構成の要部側面図。

以下に、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を、図１〜図９に従って説明する。
図１に示すように、この実施形態のワイヤソーでは、ケース２１内において機台２２上にコラム２３が設けられている。機台２２上には複数（実施形態では一対）のメインローラ２４が回転可能に支持され、そのメインローラ２４の外周に列設された環状溝間にはワイヤ２５が所定ピッチで架設されて螺旋状に周回されている。ワイヤ２５の上方においてコラム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を介して上下方向に延びる軸線を中心に位置調節可能に支持されている。

図１〜図３に示すように、前記ワーク支持部２７の下面には、位置決め機能を有する複数（実施形態では４つ）のクランプ金具３０が突設されている。そして、このクランプ金具３０を介して、ワーク支持部２７の下面に金属板製のワーク用治具３１（図４参照）及び後述する測定用治具４２の一方が着脱可能に装着される。

本実施例では、前記位置決め機能を有するクランプ金具３０として、例えば株式会社コスメック製パレットクランプ「ｍｏｄｅｌ ＳＷＴ」を使用した場合を示す。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、各凹部３２にはクランプ金具３０に係脱可能な被クランプ部材３３が嵌着されている。ワーク用治具３１の下面には、ワークＷが円周方向及び水平方向並びに垂直方向に結晶方位を調節した状態で、合成樹脂製の介装材３４を介して貼着される。

図５に示すように、前記クランプ金具３０には、クランプケース３５、そのクランプケース３５の先端外周に出没可能に設けられた複数の鋼球３６、クランプケース３５の先端外周に嵌挿されたテーパスリーブ３７、クランプケース３５内に上下方向へ移動可能に配置されたピストンロッド３８、及びそのピストンロッド３８をクランプケース３５の先端から没入する方向へ付勢するバネ３９が設けられている。クランプケース３５及びピストンロッド３８には、テーパスリーブ３７の外周及びピストンロッド３８の先端にエアブローを行うためのエアブロー通路４０が形成されている。クランプケース３５には、ピストンロッド３８のピストン３８ａ上にロックエアを供給するためのロックエア通路４１が形成されている。

図５に示すように、前記ワーク用治具３１上の被クランプ部材３３の上端には、クランプ金具３０のクランプケース３５上の着座面３５ａに当接可能な上端基準面３３ａが形成されている。被クランプ部材３３の内周面には、クランプ金具３０のテーパスリーブ３７の外周面が嵌着可能なテーパ基準面３３ｂが形成されている。被クランプ部材３３の内周面には、クランプ金具３０の鋼球３６に係合可能な凸部３３ｃが設けられている。

そして、図５に示すように、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、エアブロー通路４０からテーパスリーブ３７の外周及びピストンロッド３８の先端にエアブローが行われる。このエアブローにより、テーパスリーブ３７の外周に対する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の部分への異物の侵入が抑制される。

この状態からワーク用治具３１をワーク支持部２７に装着する場合には、図６に示すように、クランプ金具３０のクランプケース３５の先端部及びテーパスリーブ３７が被クランプ部材３３内に挿入されて、ピストンロッド３８の先端がワーク用治具３１の凹部３２の内底面に当接される。このとき、エアブロー通路４０からのエアブローにより、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、適度な隙間が形成されている。そして、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ともに、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と、図７に示すように、そのエア圧及びバネ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の先端外周の凹部３８ｂ内からロッド外周面上に移動されて、凸部３３ｃを介して被クランプ部材３３が押し上げられる。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に対してクランプされる。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位置が規制される。

図８に示すように、前記ワイヤソーのメインローラ２４の交換時等において、メインローラ２４間にワイヤ２５が張設された場合には、ワイヤソーのワーク支持部２７に対してクランプ金具３０を介して測定用治具４２が着脱可能に装着される。測定用治具４２の上面には、前記ワーク用治具３１と同様にワーク支持部２７の各クランプ金具３０に係脱可能な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の側面には、ガイドレール４３が図８の左右方向，すなわち、ワーク支持部２７に支持された状態のワークＷの端面幅方向にほぼ沿って延びるように敷設されている。ガイドレール４３には、検出手段としてのカメラ４４がブラケット４５を介してワイヤ２５の延長方向へ変位可能に支持されている。そして、このカメラ４４により、ワイヤ２５の位置が光学的に検出されるようになっている。

次に、前記のように構成されたワイヤソー及び測定用治具の作用を説明する。
さて、ワイヤソーのメインローラ２４の交換時等において、メインローラ２４間にワイヤ２５を張設した際には、測定用治具４２をサドル２６の下面のワーク支持部２７にクランプ金具３０を介して装着すると、測定用治具４２がワーク支持部２７に対して例えばμｍ単位の高精度な位置決めがなされる。この状態で、カメラ４４が作業者によりガイドレール４３に沿ってワイヤ２５の延長方向に移動されながら、そのカメラ４４によりワイヤ２５の位置が光学的に検出される。そして、このワイヤ２５の位置検出結果に基づいて、ワーク支持部２７が回転軸２８を介して上下方向に延びる軸線を中心に位置調節されて、ワーク支持部２７上のクランプ金具３０がワイヤ２５と所定の位置関係となるように設定される。

一方、ワイヤソーによりワークＷの加工を行う場合には、ワーク用治具３１の下面にワークＷを円周方向及び水平方向並びに垂直方向に結晶方位を調節した状態で、合成樹脂製の介装材３４を介して貼着する。そして、このワーク用治具３１をサドル２６の下面のワーク支持部２７にクランプ金具３０を介して装着すると、ワーク支持部２７に対してワーク用治具３１も繰り返し再現性のある高精度な位置決めがなされるため、ワークＷがワーク支持部２７に対して結晶方位の調節状態のまま正確に位置決め配置される。よって、ワーク支持部２７に対するワークＷの装着のたびに、ワイヤに対するワークＷの姿勢、つまり結晶方位の向きを再調節する必要がない。

その後、ワイヤソーによるワークＷの加工が開始されると、メインローラ２４の回転によりワイヤ２５が自身の延長方向に走行されながら、そのワイヤ２５上に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が下降されることにより、ワイヤ２５に対してワークＷが押し付けられて、ワークＷがワイヤ２５の走行方向と所定の位置関係をもってスライス状に切断加工される。

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） この測定用治具及びワイヤソーにおいては、メインローラ２４の交換時等においてメインローラ２４間にワイヤ２５を張設した際に、ワイヤソーのワーク支持部２７に対してクランプ金具３０を介して測定用治具４２が装着される。この時、測定用治具４２はワーク支持部２７に対して、取付け誤差なく高精度に位置決めされる。この状態で、検出手段としてのカメラ４４によりワイヤ２５の位置が検出されるとともに、その検出結果に応じてワーク支持部２７が上下方向に延びる軸線を中心に位置調節されて、ワーク支持部２７上のクランプ金具３０がワイヤ２５と所定の位置関係となるように設定される。そして、ワーク支持部２７に対するワークＷの装着時には、ワークＷがワーク用治具３１に対して予め結晶方位を調節した状態で固定されて、そのワーク用治具３１がワイヤソーのワーク支持部２７にクランプ金具３０を介して装着される。この時も、ワーク支持部２７に対し取付け誤差なく繰り返し再現性のある高精度な位置決めがなされる。このため、ワークＷがワーク支持部２７に対して、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位置決めされる。よって、ワーク支持部２７に対するワークＷの装着のたびに、作業者が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のみを移動させるだけでよい。従って、作業性を良くして加工能率を向上させることができる。

（２） この測定用治具及びワイヤソーにおいては、検出手段がワイヤ２５を光学的に検出するカメラ４４から構成されるとともに、そのカメラ４４がワイヤ２５の延長方向へ変位可能に構成されている。このため、そのカメラ４４によりワイヤ２５の位置を光学的に適正に検出することができる。

（３） この測定用治具及びワイヤソーにおいては、クランプ金具３０がワーク用治具３１及び測定用治具４２の上下方向及び横方向の位置を規制するように構成されている。このため、クランプ金具３０を介してワーク用治具３１または測定用治具４２をワーク支持部２７に装着するのみで、そのワーク用治具３１または測定用治具４２を上下方向及び横方向に位置規制して、所定の装着位置に繰り返し再現性のある高精度な位置決めすることができる。そして、この位置決めに際しては、エア圧とばね力によりワーク用治具３１または測定用治具４２を迅速かつ適切にクランプすることができ、各治具３１，４２の装着が容易に行え、段取り時間を短縮できる。

（変更例）
なお、この実施形態は、次のように変更して具体化することも可能である。
・ 前記実施形態において、測定用治具４２の検出手段をカメラ４４とは異なった手段，例えば反射鏡により構成すること。検出手段として反射鏡を用いた場合は、カメラ４４と同様に、ワイヤ２５をワイヤソーの外部から確認することができる。

・ 前記実施形態において、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すること。例えば、クランプ金具３０と被クランプ部材３３の固定が磁気吸着を利用して行なわれる構成を採用すること。

・ワークＷは結晶方位を有する単結晶材料に限らず、多結晶材料のものでもよく、また、円柱形をしたものに限らず、ブロック形状の角形ワークを切断する場合にも適用できる。

２２…機台、２３…コラム、２４…メインローラ、２５…ワイヤ、２６…サドル、２７…ワーク支持部、２８…支軸、３０…クランプ金具、３１…ワーク用治具、３３…被クランプ部材、３３ａ…上端基準面、３３ｂ…テーパ基準面、３５…クランプケース、３５ａ…着座面、３７…テーパスリーブ、３８…ピストンロッド、４２…測定用治具、４３…ガイドレール、４４…検出手段としてのカメラ、Ｗ…ワーク。

Claims (8)

1. 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。
2. 請求項１に記載の測定用治具において、
   前記検出手段は、前記ワイヤを光学的に検出することを特徴とする測定用治具。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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、エア圧とばね力によって、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。
7. 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。
8. 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。

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