(57)【要約】【課題】切断効率を高めるため、特殊な装置を用いず簡便に適切な捻れをワイヤに付加するマルチソーマシン、及び切断方法を提供する【解決手段】メインローラの円筒面上であって軸芯方向に対して垂直に周回するワイヤの走行溝を、同じピッチ間隔Ｐで複数有し、該メインローラのうち被加工物を押し当てるワイヤ群を張設する２本のメインローラの走行溝が相互に軸芯方向へずれて対峙する、具体的には走行溝のずれがワイヤ径ｄ（ｍｍ）以上、１．０Ｐ（ｍｍ）未満であるマルチソーマシンとし、更にワイヤ群がメインローラの軸芯方向へｄ〜１．５Ｐずらして張設した状態で行う切断方法とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２本のメインローラを有し、ワイヤを幾重にも巻き掛けられ走行するワイヤ群に、被加工物を押し当てて切断するマルチソーマシンにおいて、
該メインローラの円筒面上であって軸芯方向に対して垂直に周回するワイヤの走行溝を、同じピッチ間隔で複数有し、該メインローラのうち被加工物を押し当てるワイヤ群を張設する２本のメインローラの走行溝が相互に軸芯方向へずれて対峙することを特徴とするマルチソーマシン。
【請求項２】
前記ワイヤ径がｄ（ｍｍ）、前記メインローラの走行溝ピッチ間隔がＰ（ｍｍ）の時、前記走行溝のずれがｄ（ｍｍ）以上、１．０Ｐ（ｍｍ）未満であることを特徴とする請求項１記載のマルチソーマシン。
【請求項３】
少なくとも２本以上のメインローラを有し、ワイヤ径ｄ（ｍｍ）のワイヤを幾重にも巻き掛けられ走行するワイヤ群に、被加工物を押し当てて行う切断加工方法において、
該メインローラの円筒面上であって軸芯方向に対して垂直に周回するワイヤの走行溝を、同じピッチ間隔Ｐ（ｍｍ）で複数有し、該メインローラのうち被加工物を押し当てるワイヤ群を張設する２本のメインローラに、各ワイヤを軸芯方向へｄ〜１．５Ｐずらして張設することを特徴とする切断加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は硬質材料を切断加工する設備であるマルチソーマシン及び切断加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池等に用いられるシリコンインゴットに代表される硬脆性材料を切断加工する機械として、ソーマシンが知られている。図１１はマルチソーマシンの概略図である。ソーワイヤはソーマシンに以下のように準備される。供給リール１０２に巻かれたワイヤがソーマシンに供給される。ソーワイヤは複数のガイドローラ（図示せず）に誘導されメインローラ１０４に導かれる。ソーワイヤは一般に２本から４本で構成されるメインローラ１０４の回りを幾重にも巻き掛けられる。メインローラ１０４間に数十〜数百本のワイヤ群が張り巡らされる。その後、供給の時と同様に、ソーワイヤは複数のガイドローラに誘導され排出リール１０６に巻き取られる。
【０００３】
ソーワイヤには２種類の方式がある。１つは遊離砥粒式であり、ＳｉＣ等の砥粒を含むスラリーを吹き掛けながら行う方式である。もう一方は固定砥粒式であり、ソーワイヤの表面にダイヤモンド等の砥粒を固着させ、冷却液（クーラント）を吹き掛けながら行う方式である。
【０００４】
ワイヤがセットされた後にワイヤを走らせる。この状態においてスラリーまたはクーラントを吹き掛けながら、メインローラ間に張り巡らされたワイヤ群に切断する被加工物１０８を押し当てる。するとワイヤ群により被加工物１０８は切断され、ワイヤピッチに応じた厚みを有するウエハを得る。
【０００５】
いずれの方式においても、被加工物と接触をしているワイヤ群と、このワイヤ群を張設する２本のメインローラの軸芯とは直角を成している。規則正しく巻き掛けられたワイヤは常に同一の面がメインローラと接触し、反対に常に同一の面が被加工物と接触している。つまりワイヤの特定の側面のみが磨耗する。このようなワイヤで繰り返し切断を行うと、被加工物から得られたウエハは「うねり」を生じ易く、良好な品質のウエハを得難い。
【０００６】
そこで特許文献１においてはワイヤの磨耗を均一にしつつ、「うねり」を抑制することができる。ワイヤを供給前に捻回することで被加工物表面の小さなピッチの「うねり」を従来方法に比べて半分以下に抑制することができ、ワイヤの切断能力を高めた高精度切断が可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許３０７０４３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ワイヤに捻れを加える方法として、前述のような撚線機構を設けることは設備が大掛かりになりコスト高になる。また本質的にはワイヤ製造時の残留応力を均質化するために捻れを加えている。すなわち使用時の偏磨耗は依然発生しており、ワイヤの使用とともに良好な切断が行えなくなる。
【０００９】
また同じく特許文献１にはその他の方法としてワークに隣接しないメインローラの溝の深さ方向がメインローラ軸に対して直交しないように傾斜させて溝を刻設すればワイヤを捻ることができるとしている。しかしこの場合、傾斜溝を刻設されたメインローラを回転させた場合、記載されているようにワークへのダメージが大きい他、メインローラの回転により巻き掛けられたワイヤの走行位置が刻々と変わる。つまり捻れられる部分と捻られない部分が発生する他、捻り方向も正・逆が交互に行われる等、安定した捻れをワイヤに付加でき得ない。更にこの方法は捻れを一時的に付与する方法である。つまり、一時的に捻れが入るものの直ぐに捻り戻されるため、切断加工部から離れた位置で捻れを付与する特許文献１の方法では切断加工に対して効果的に捻れ作用が及ばないことが判明した。
【００１０】
そこで切断効率を高めるために適切な捻れをワイヤに付加するマルチソーマシンであって、特殊な装置を用いず簡便に行うことができるマルチソーマシンを提供する。更に既存のマルチソーマシンであっても高効率な切断を行う方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は前記課題を解決するものであり、
少なくとも２本のメインローラを有し、ワイヤを幾重にも巻き掛けられ走行するワイヤ群に、被加工物を押し当てて切断するマルチソーマシンにおいて、
該メインローラの円筒面上であって軸芯方向に対して垂直に周回するワイヤの走行溝を、同じピッチ間隔で複数有し、該メインローラのうち被加工物を押し当てるワイヤ群を張設する２本のメインローラの走行溝が相互に軸芯方向へずれて対峙することを特徴とするマルチソーマシン、である。
【００１２】
この時、前記ワイヤ径がｄ（ｍｍ）、前記メインローラの走行溝ピッチ間隔がＰ（ｍｍ）の時、前記走行溝のずれがｄ（ｍｍ）以上、〜１．０Ｐ（ｍｍ）未満の範囲で選択するのが良い。
【００１３】
また従来のマルチソーマシンにおいては、
少なくとも２本以上のメインローラを有し、ワイヤ径ｄ（ｍｍ）のワイヤを幾重にも巻き掛けられ走行するワイヤ群に、被加工物を押し当てて行う切断加工方法において、
該メインローラの円筒面上であって軸芯方向に対して垂直に周回するワイヤの走行溝を、同じピッチ間隔Ｐ（ｍｍ）で複数有し、該メインローラのうち被加工物を押し当てるワイヤ群を張設する２本のメインローラに、各ワイヤを軸芯方向へｄ〜１．５Ｐずらして張設することを特徴とする切断加工方法、とすることで従来の課題を解決することができる。
【発明の効果】
【００１４】
従来ならタブーであった切断加工部に相当するワイヤ群をメインローラに対して傾斜するように張設するという本発明は、メインローラの走行溝位置を軸芯方向にずらすという簡便な概念でありながら、ワイヤの全周が被加工物と接触するようになるためワイヤの切断性能をより高めた加工を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の代表的なマルチソーマシンにおけるメインローラの概略正面図
【図２】本発明の代表的なマルチソーマシンにおけるメインローラの概略上面図
【図３】本発明における各メインローラ直前のワイヤの断面状態図
【図４】従来の各メインローラ直前のワイヤの断面状態図
【図５】メインローラの溝による捻れ付与の説明図
【図６】本発明の代表的なマルチソーマシンにおけるメインローラの実施例
【図７】本発明の代表的なマルチソーマシンにおけるメインローラのその他の実施例
【図８】従来のマルチソーマシンによる本発明の切断方法
【図９】従来のマルチソーマシンによる従来の切断方法
【図１０】被加工物の加工後の粗さ及びうねり測定の説明図
【図１１】マルチソーマシンの概略図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明について詳述する。マルチソーマシンにおけるメインローラの配置について図１及び２を用いて説明する。メインローラの配置を表現する上で、被加工物を切断するワイヤ群４ｂがなす平面においてメインローラの回転軸方向をＹ軸方向とする。Ｙ軸方向と直交する方向をＸ軸方向とする。更にワイヤ群４ｂがなす平面と垂直を成す方向をＺ軸方向とする。図１及び２はメインローラ２が３本のマルチソーマシンにおけるメインローラの正面及び上面の概略図を示している。メインローラの数は一例であって３本に限定されず２本または４本以上であっても良い。
【００１７】
マルチソーマシンに設置される複数のメインローラ２ａ〜２ｃは全て同一のワイヤ走行溝６を複数有している。ソーワイヤが幾重にも巻き掛けられるだけの数であり、数十〜数百のワイヤ走行溝が刻設されている。
【００１８】
従来は被加工物の切断を行うワイヤ群４ｂはＸ軸方向と平行に位置している。従ってメインローラ２ａから２ｂに移動する間にＹ軸方向への変位はない。Ｙ軸方向へはメインローラ２ｂから２ｃへ移動する間、またはメインローラ２ｃから２ａへ移動する間に変位する。これを繰り返しながら巻き掛けられて１本のワイヤが一定のピッチ分だけずれながら張設される。
【００１９】
対して本発明においては被加工物を切断するワイヤ群４ｂを張設するメインローラ２ａと２ｂの間でＹ軸方向への変位を行うことが肝要である。更に通常の１ピッチ分の変位より大きな変位を施すと尚良い。その現象を図３及び図４を用いて説明する。
【００２０】
図３は図１でＡ〜Ｃにおけるメインローラ２ａ〜２ｃにおける各ワイヤの断面を表している。図４は同位置における従来のマルチソーマシンにおける各ワイヤの断面を表している。図４のように、従来のマルチソーマシンにおいて、張設されたワイヤはメインローラ２ａから２ｂへ移動する間において被加工物の切断による若干の磨耗をする以外に変化がない。しかし、メインローラ２ｂから２ｃへ移動する間においては１ピッチずれる。つまりＹ軸方向への変位が生じている。この時、ワイヤには捻れ（図４では反時計回り）が若干発生し、更にメインローラ２ｃから２ａへ移動する間において捻り戻されていることが判明した。
【００２１】
こうした知見に基づき本発明においてはＹ軸方向の変位をメインローラ２ａから２ｂへ移動する間で行うことで捻れを付与することができる。更に、大きな変位とすることで図３のとおり、大きな捻れ（図３においては反時計回り）を生むことができる。尚、前述のとおりこのような方法で加えられた捻れは直ぐに捻り戻されるため、幾重にも巻き掛けられていても捻れが残留することなく、切断加工部に適切な捻れを付与することができる。
【００２２】
前記捻れの発生は次のようにして起こると考えられる。図５を用いて説明する。図５はメインローラ２ｂのワイヤ走行溝の部分拡大図である。メインローラ２ａを経由して走行するワイヤ４はメインローラ２ｂにさしかかったところ、つまりＢ１−Ｂ１面で、先ずワイヤ走行溝６の山部８に当たる。更に、メインローラ２ｂが回転しつつ、且つワイヤは走行しつつ山部８から谷部１０へ転がるようにワイヤ走行溝に収まる（Ｂ２−Ｂ２面）。つまり、捻れをより大きく付与するためにはＹ軸方向への変位の大きさの他に、ワイヤ走行溝の深さにも依存する。例えば走行溝としてはワイヤ径ｄ（ｍｍ）に対して１．５ｄ〜２．５ｄｍｍとするのが良い。これ以下の場合十分な回転が行われなかったり、ワイヤが溝から外れたりする。またこれ以上の深さの場合、過度に捻られ断線の可能性がある他、ワイヤと走行溝との摩擦が大きくなりマルチソーマシンの稼動において回転負荷が高くなる。
【００２３】
メインローラ２ａと２ｂとの走行溝を互いにｄ（ｍｍ）〜１．０Ｐ（ｍｍ）（ｄ：ワイヤ径、Ｐ：走行溝ピッチ間隔）ずらすのが良い。ｄｍｍ以下の場合、ワイヤが走行溝の傾斜面を滑ってしまい十分な捻れを付与できない。また１．０Ｐの場合、メインローラ２ａと２ｂの走行溝がＹ軸方向に対して互いに同位相に配列していることになる。従って、走行溝が１．０Ｐ未満のずれを有して配置していることが本発明の特徴である。
【００２４】
走行溝を相互にずらして対峙する方法としてはいくつかある。例えば図６においては、メインローラの一端に走行溝を刻設せず、且つ走行溝を刻設しない部分をＹ軸方向に対してメインローラ２ａと２ｂで互いに異なる側に配置して行うことができる。
【００２５】
その他の方法としては図７のように従来のメインローラをずらして配置することで行うことができる。このように切断を行うワイヤ群４ｂを張設する２本のメインローラの走行溝が互いにＹ軸方向に「ずれ」が生じる方法であればよく、これらに限定されるものではない。
【００２６】
前記の理論から、従来のマルチソーマシンで本発明の効果を達成することもできる。図８のように従来のマルチソーマシンはＹ軸方向に同位相の走行溝を有するメインローラが対峙して設置されている。ここへソーワイヤを巻き掛けて張設する際にメインローラ２ａと２ｂ間で１ピッチずらす。そうすることで実質本発明のマルチソーマシンと同じ効果をもたらす。
【００２７】
前記メインローラの走行溝の位相をずらして配置されたソーマシンと、ピッチをずらして行う前期切断方法を併用して行っても良い。しかしその場合、Ｙ軸方向へのずれは１．５Ｐ（ｍｍ）以下にする必要がある。この範囲より大きい変移とした場合、ワイヤは過度に捻れが付与され断線の恐れが生じる他、ワイヤが走行溝から外れ易くなる。またＹ軸方向へのずれがｄ（ｍｍ）より小さい場合、走行溝によりワイヤに十分な回転が付与できるほどの摩擦が生じず、本発明の効果を得られない。
【００２８】
また、ソーワイヤとしてはワイヤ表面に砥粒を固着させた固定砥粒ソーワイヤであっても適用できる。この場合、ワイヤ径ｄとしては砥粒を含む見かけの外径が適用される。実際にメインローラと接触するのはワイヤの外周に固着された砥粒である。そのため捻れに寄与するワイヤの外径としては芯材の外径でなく、砥粒により形成される見かけの外径が重要となる。
【実施例１】
【００２９】
図７のマルチソーマシンを用いて遊離砥粒式で切断を行った。ソーワイヤとしてはワイヤ径０．１６ｍｍのものを用いた。切断機としては株式会社タカトリ社製マルチソーマシン（型式ＭＷＳ−４４ＮＳ）を用いた。メインローラの走行溝ピッチは０．３２ｍｍとし、溝深さを０．３０ｍｍとした。メインローラの設置の際に、切断を行うワイヤ群を張設するメインローラの一方に、メインローラとアタッチメントとの間にスペーサを挟み固定、設置した。このスペーサの厚みを変えることでメインローラ間のずれを数種生じさせ、確認実験を行った。また比較実験として従来のマルチソーマシンにおいてＸ軸方向に平行にワイヤ群を張設させた状態で切断を行った。尚、切断加工物として５０ｍｍ角のＳｉＣインゴットを用意し、これらの実験におけるその他の加工機の諸条件は全て同一である。
【００３０】
評価については切断速度、被加工物の表面粗さ、ワイヤ使用域について確認を行った。
【００３１】
切断速度については、完全に切断されるまでの時間を計測し、従来のマルチソーマシンにおける結果を１とした場合の相対評価で行った。
【００３２】
表面粗さについても従来の結果を１とした相対評価とした。計測方法としては図１０のように被加工物の切断開始側１０ｍｍにおける中心４ｍｍと、中心部４ｍｍ、及び切断終了側１０ｍｍにおける中心４ｍｍの３点について測定し、平均を算出して、Ｒａ及びＲｚを各々算出した。またＷｚについては切断開始、及び切断終了の両端２．５ｍｍを除く中心４５ｍｍを対象に計測した。
【００３３】
更に捻れを付与することによりワイヤと被加工物との接触した面積（ワイヤ使用域）についても顕微鏡により目視観察を行った。被加工物との接触によりワイヤ表面に荒れや傷が生じた範囲をワイヤ断面における円周角で評価した。その結果を表１に示す。
【００３４】
【表１】
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【００３５】
発明例１は０．１６ｍｍ厚のスペーサを使用した結果である。この結果から、切断加工を行うワイヤ群を張設するメインローラ間のずれがワイヤ径と同程度であっても切断速度が速くなり、表面粗さやうねりが低減されるといった効果が得られることがわかる。
【００３６】
更に、スペーサ厚を０．３０ｍｍと大きくした発明例２においてはより高い効果が得られた。また０．１６厚のスペーサを付け、且つ１ピッチずらして０．４８ｍｍの走行溝ずれを設けた発明例３においてはワイヤが全周に対して被加工物と接触し、加工速度、及び被加工物の表面粗さやうねりの全てにおいて最も良好な結果が得られた。
【００３７】
しかし、０．１０ｍｍ厚のスペーサを使用した場合は切断速度、及び被加工物の品質には殆ど影響がなかった。ワイヤ表面の接触跡が広くなっているように確認できたのは、僅かな走行溝ずれにより、メインローラの走行溝の山部を回転せずに滑ることで、ワイヤが擦れたためと考えられる。
【００３８】
更に、０．３０ｍｍ厚スペーサを付け、且つ１ピッチずらして０．６２ｍｍの走行溝ずれを設けた比較例１においてはソーワイヤが溝から外れてしまい切断加工を行うことができなかった。
【実施例２】
【００３９】
続いて固定砥粒式で行った。ワイヤとしては芯材として０．１４ｍｍの芯材を用意し、砥粒を固着させ、砥粒部を含む見かけワイヤ径０．１６ｍｍのワイヤを使用した。メインローラ及び被加工物としては同じものを使用した。加工機としては株式会社タカトリ社製（型式ＭＷＳ−６１２ＤＤ）を使用した。その他の評価方法は実施例１と同様に行った。その結果を表２に示す。
【００４０】
【表２】
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【００４１】
実施例１と同様、実施例２においても０．１６ｍｍ〜０．４８ｍｍの範囲の走行溝ずれにおいては良好な結果が得られた。相対的に遊離砥粒式と比べ効果が大きく、特に発明例５においてワイヤ全周に対して被加工物との接触跡が見られたのは、固着された砥粒によりメインローラとの滑りが悪くなり、ワイヤが捻れ易くなったと考えられる。
【００４２】
また同様に０．１０ｍｍ厚のスペーサを付けたときは殆ど効果を示さなかった。０．３０ｍｍ厚スペーサを付け、且つ１ピッチずらして０．６２ｍｍの走行溝ずれを設けた比較例２においてはソーワイヤが溝から外れてしまい切断加工を行うことができなかった。
【符号の説明】
【００４３】
２・・・・・メインローラ
４・・・・・ワイヤ群
６・・・・・ワイヤ走行溝
１０２・・・供給リール
１０４・・・従来のメインローラ
１０６・・・排出リール
１０８・・・被加工物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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