(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイヤが外周面に巻き掛けられるローラであって、
外周面に前記ワイヤが巻き掛けられる筒状部材と、前記筒状部材の中に通されて該筒状部材の両端部において周方向にわたって固定されている軸部材とを有し、前記軸部材と前記筒状部材との間に、前記両端部で閉じられた、前記軸部材を通して内部に冷却用媒体を循環させる空間を有し、
前記軸部材は、前記空間内の外周面に中心軸方向に対して傾斜した複数条の凸部を有し、前記凸部は前記空間内における前記筒状部材の内周面に非接触であるローラ。
【請求項２】
前記複数条の凸部は、前記軸部材の中心軸方向に沿って螺旋状に連続的に配置されている請求項１に記載のローラ。
【請求項３】
前記軸部材は、前記軸部材の中心軸方向に対して傾斜し、該中心軸方向に沿って連続的に配置されている螺旋状凸部を有する請求項２に記載のローラ。
【請求項４】
前記軸部材および前記筒状部材は、互いに異なる材料からなる請求項１から請求項３のいずれかに記載のローラ。
【請求項５】
前記筒状部材は、前記外周面がセラミックスからなる請求項１から請求項４のいずれかに記載のローラ。
【請求項６】
前記軸部材は、前記空間に前記冷却用媒体を供給する供給口と、前記空間から前記冷却用媒体を排出する排出口とを有し、前記供給口と前記排出口とは、前記空間に対して前記軸部材の中心軸方向の両端部にそれぞれ配置されている請求項１から請求項５のいずれかに記載のローラ。
【請求項７】
前記軸部材は、前記供給口に向けて前記冷却用媒体を外部から供給する外部供給口と、前記排出口からの前記冷却用媒体を外部に排出する外部排出口とを有し、前記外部供給口と前記外部排出口とは、前記軸部材の同じ側の端部に配置されている請求項６に記載のローラ。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれかに記載のローラと、
前記ローラの外周面に巻き掛けられたワイヤソーと、
前記ローラによって駆動されている前記ワイヤソーに被切断部材を移送させて当接させる
移送機構とを備えることを特徴とするワイヤソー装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワイヤが外周面に巻き掛けられるローラ、およびそれを用いたワイヤソー装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、インゴットを切断（スライス）して薄片化する用途に、ワイヤソー装置が用いられている。例えば、ワイヤソー装置を用いて、インゴットを所定の厚みとなるように複数枚に切断し、一度の切断で、シリコン基板などのウェハを複数形成している。
【０００３】
従来のワイヤソー装置では、複数のローラが、各々の軸が互いに平行とされて配置され、各ローラ表面に設けられた溝にワイヤが巻回されている。
【０００４】
かかるワイヤソー装置では、ローラの外周面をワイヤが摺動するため、ローラの耐摩耗性がなるべく高いことが要求されている。また、ローラによって比較的高い力でワイヤが張り巡らされるので、ローラ自体の剛性が比較的高いことも要求される。
【０００５】
従来は、例えば下記特許文献１に記載されているような、外周面がウレタン等の樹脂からなるローラが主に使用されていた。このローラは、金属で作られた軸芯とその外側の樹脂からなる殻部とが一体成形されて構成されており、その両端部に設けられた軸受け部によって回転自在に支持されている。
【０００６】
このローラは、軸芯の内部に冷却液を供給する流路が設けられている。特許文献１では、軸受け部が高速回転によって高温となり、その熱によってローラの温度が上昇することを防ぐために、ローラの温度を検出して、その検出結果によって冷却液の温度を制御し、ローラの温度を安定化しようとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平７−２７６２１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、ローラは、軸受け部からの熱だけではなく、外周面をワイヤが摺動することによって発生する熱、すなわち摩擦熱によっても大きく影響を受ける。この場合、ウレタン等の樹脂は熱伝導率が比較的低いことから、その樹脂からなる殻部が、摩擦熱を蓄積して膨張してしまうという問題が生じる。また、上述のように殻部が膨張すると、軸芯と殻部との界面に熱応力が発生し、殻部に亀裂が入る、又は殻部が軸芯から剥がれてしまうという問題が生じる。このように殻部が変形すると、ワイヤが走行不良となり、インゴットを精度良く切断することができなくなる。
【０００９】
特許文献１では、ローラに冷却液を供給する流路が設けられているものの、その流路が軸芯の内部に形成されていることから、殻部を十分に冷却することができず、依然として、殻部が熱的に膨張してしまう可能性が高い。また、殻部の熱膨張を十分に抑制できないために、軸心と殻部との界面に発生する熱応力も十分に低減することができず、結果として、ワイヤの走行不良が発生するという問題が生じる。
【００１０】
従って、ワイヤが巻き掛けられることによって生じる摩擦熱に起因した変形を抑制する
ことができるローラおよびそれを用いたワイヤソー装置が求められている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一態様によるローラは、ワイヤが外周面に巻き掛けられるローラであって、外周面に前記ワイヤが巻き掛けられる筒状部材と、前記筒状部材の中に通されて該筒状部材の両端部において周方向にわたって固定されている軸部材とを有し、前記軸部材と前記筒状部材との間に、前記両端部で閉じられた、前記軸部材を通して内部に冷却用媒体を循環させる空間を有し、前記軸部材は、前記空間内の外周面に中心軸方向に対して傾斜した複数条の凸部を有し、前記凸部は前記空間内における前記筒状部材の内周面に非接触である。
【００１２】
本発明の一態様によるワイヤソー装置は、前記ローラと、前記ローラの外周面に巻き掛けられたワイヤソーと、前記ローラによって駆動されている前記ワイヤソーに被切断部材を移送させて当接させる移送機構とを備える。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の一態様によるローラによれば、ワイヤが巻き掛けられることによって生じる摩擦熱に起因した変形を抑制することができる。
【００１４】
本発明の一態様によるワイヤソー装置によれば、ワイヤが巻き掛けられることによって生じる摩擦熱に起因した変形を抑制することができるローラを備えることから、ワイヤソーの走行を安定して維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係るワイヤソー装置について説明する概略斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るローラの表面近傍を部分的に拡大して示す断面図である
【図３】本発明の一実施形態に係るローラについて説明する概略断面図であり、（ａ）は、筒状部材の断面および軸部材の側面を示す図、（ｂ）は、全体の断面図である。
【図４】本発明のローラの冷却用媒体の流れを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施形態に係るワイヤソー装置について図を用いて詳細に説明する。このワイヤソー装置１０は、３本のメインローラ１（以下、単に「ローラ」という。）を備える、いわゆる三軸のワイヤソー装置である。ローラ１は、図１に示すように、互いに所定間隔をおいて平行に配置されており、周面に等間隔で多数の溝２が形成されている。なお、図１では、溝２の間隔を誇張して（広めに）図示している。
【００１７】
ワイヤソー装置１０では、巻き取りドラム４および５にそれぞれ端部が巻き掛けられた一本のワイヤ１５が、複数のローラ１を取り囲むように巻き掛けられている。ワイヤ１５は、図２に示すように、ローラ１の複数の溝２に、それぞれ配置するように巻き掛けられている。
【００１８】
ワイヤソー装置１０は、ワーク支持手段８を備えている。このワーク支持手段８は、切断終了時にワイヤ１５を若干切り込ませるためのブロック１３と、そのブロック１３を保持するホルダ１４とからなる。このワーク支持手段８は図示しない移動機構に保持されて、上下に移動可能とされている。このワーク支持手段８はワークＷを保持し、ワイヤ１５にワークＷを押し当てるものである。
【００１９】
本実施形態によるワイヤソー装置では、ワークＷとして単結晶インゴットを用い、ワイヤソー装置１０によってワークＷを切断して、複数のウエハを得る例について説明する。なお、ワーク押し当て部近くにはブレを防止するすブレ防止手段（不図示）が設けられて
いる。
【００２０】
ワイヤ１５の始端側は、巻き取りドラム５に巻回されている。同様にワイヤ１５の終端側は、巻取りドラム４に巻回されている。ワイヤ１５の始端側及び終端側には、ワイヤ１５の張力を調整自在な張力調整機構６，７が設けている。
【００２１】
ワイヤ１５としては例えばピアノ線が用いられ、ワークＷを切断する際には、ワークＷの上方に設置された図示しない供給ノズルから、切削液が供給される構造となっている。切削液としては、例えば砥粒スラリーと呼ばれる油剤または水に、炭化珪素、アルミナ、ＣＢＮ、又はダイヤモンドなどの砥粒が混合された液を用いればよい。
【００２２】
ワイヤソー装置１０では、複数本のローラ１に張り巡らされたワイヤ１５を高速で移動走行させながら、一本または複数のワークＷをワイヤ１５に向けて徐々に降下させる。ワークＷの降下につれて、ワイヤ１５の研削作用によってワークＷが切断され、ローラ１におけるワイヤ１５の間隔に応じた厚さをもった複数のウエハに切り分けられる。
【００２３】
上述したように、ワイヤ１５は、ワークＷを切断するワイヤソーとして機能する。ワイヤ１５は、ローラ１によって駆動され、そのワイヤ１５にワークＷを当接させると、ワークＷが切断される。
【００２４】
ワイヤソー装置１０を用いれば、結晶成長されて得た単結晶インゴットなどの１つのワークＷを、一括して切断して複数のウエハに切り分けることができる。一方、かかる構成のワイヤソー装置１０では、ワークＷの切断の開始から終了まで、各ウエハの厚さをモニタすることが困難である。このため、切断後の各ウエハの厚さや形状を、所定の範囲に制御するためには、切断によってワイヤ１５間の間隔が変動しないこと等が重要となる。
【００２５】
図３は、ローラ１を示す図である。ローラ１は、外周面にワイヤ１５が巻き掛けられる筒状部材２１と、筒状部材２１の中に通された軸部材２２とを有する。軸部材２２は、筒状部材２１の少なくとも両端部に周方向にわたって固定されている。ここで、ローラ１が回転するとき、筒状部材２１と軸部材２２は、共に回転する。このとき、軸部材２２は、例えば、中心軸を通る軸穴を有する。そして、この軸穴に回転軸を通すことにより、この回転軸を中心に筒状部材２１と軸部材２２とを回転させることができる。
【００２６】
図３に示すように、筒状部材２１と軸部材２２との間には、それらの両端部で閉じられた空間Ｓを有する。この空間Ｓには、冷却用媒体が供給される。
【００２７】
冷却用媒体は、軸部材２２を通して供給される。図３（ｂ）およびに図４に示すように、軸部材２２は、空間Ｓに冷却用媒体を供給する供給口２３と、外部から冷却用媒体が供給される外部供給口２４と、外部供給口２４と供給口２３とを接続する流路（以下、「供給流路」という。）２５とを有する。冷却用媒体は、ローラ１の外部からポンプ等によって外部供給口２３に供給される。その後、冷却用媒体は、供給流路２５を流れ、供給口２３を介して空間Ｓに供給される。
【００２８】
また、軸部材２２は、空間Ｓから冷却用媒体を排出する排出口２６と、排出口２６からの冷却用媒体を外部に排出する外部排出口２７と、排出口２６と外部排出口２７とを接続する流路（以下、「排出流路」という。）２８とを有する。
【００２９】
空間Ｓ内の冷却用媒体は、排出口２６を介して排出流路２８に流れ込み、排出流路２８を通って、外部排出口２７からローラ１の外部に排出される。
【００３０】
ここで、供給口２３および排出口２６は、空間Ｓに対して軸部材２２の中心軸方向の両端部にそれぞれ配置されていることが好ましい。供給口２３が軸部材２２の中心軸方向における一方の端部に配置され、排出口２６が他方の端部に配置されていると、冷却用媒体が、上記中心軸方向に沿って空間Ｓの一方の端部から他方の端部に向かって流れる傾向が大きくなるため、冷却用媒体が空間Ｓの内部を循環し、空間Ｓ全体に渡って冷却用媒体が満たされやすくなる。
【００３１】
また、外部供給口２４と外部排出口２７は、軸部材２２の中心軸方向において同じ側の端部に配置されていても、異なる側の端部に配置されていてもよい。図３に示すように、同じ側の端部に配置されていると、ローラ１に対する冷却用媒体の供給機構および排出機構を、軸部材２２の中心軸方向に沿って軸部材２２に対して同じ側に設けることができるため、例えば、供給機構および排出機構の一部を共有することができるといった利点がある。
【００３２】
本実施形態によるローラ１は、筒状部材２１と軸部材２２との間に設けられた空間Ｓに冷却用媒体が供給される。これにより、ワイヤ１５が巻き掛けられることによって筒状部材２１の外表面に摩擦熱が生じても、その筒状部材２１を直接冷却することができるため、筒状部材２１を効率よく冷却することができる。その結果、筒状部材２１の熱膨張を抑制し、ワイヤ１５の走行不良を抑制することできる。
【００３３】
また、冷却用媒体が、筒状部材２１と軸部材２２との間に設けられた空間Ｓに供給されることから、筒状部材２１と軸部材２２とが非接触となり、それらの間に熱応力が発生することを抑制することができる。その結果、筒状部材２１が軸部材２２から剥がれたり、筒状部材２１に亀裂が入ったりして、筒状部材２１が変形し、ワイヤ１５の走行不良が発生することを抑制することができる。
【００３４】
以上のように、本実施形態によるローラ１は、ローラ１の熱膨張に起因した変形を抑制することができるため、ワイヤが良好に走行し、インゴットを精度良く切断することができる。
【００３５】
また、軸部材２２は、空間Ｓ内の外周面に中心軸方向に対して傾斜した複数条の凸部３０を有する。軸部材２２が、ローラ１の回転に伴って回転すると、冷却用媒体は、この複数条の凸部３０に沿って空間Ｓ内を流れる。例えば、複数上の凸部３０が、図３（ａ）に示すように、中心軸方向に対して傾斜しているとき、冷却用媒体は、図４に点線の矢印で示すように空間Ｓ内を流れる。このように、軸部材２２の外表面に複数上の凸部３０を設けると、空間Ｓ内における冷却用媒体の流れを制御することができる。また、複数条の凸部３０を、軸部材２２の外表面全体に均一に分散させて設けると、空間Ｓ内に冷却用媒体が均等に流れ、部分的な冷却を抑制することができる。
【００３６】
また、複数条の凸部３０は、軸部材２２の中心軸方向に沿って螺旋状に連続的に配置されていることが好ましい。例えば、図３および図４に示した複数条の凸部３０が螺旋状に配置され、図４に示すように、ローラ１を矢印Ａの方向に回転させると、供給口２３から空間Ｓに供給された冷却用媒体は、ローラ１の回転に伴って凸部３０に沿って流れ、排出口２６から排出される。このように、ローラ１の回転方向と凸部３０の配置とを適宜設定することにより、ローラ１の回転による冷却用媒体の進行を制御することが可能となる。その結果、空間Ｓ内に冷却用媒体を供給する際の水圧を上げなくとも効果的に筒状部材２１を冷却することができる。また、好ましくは、軸部材２２は、軸部材２２の中心軸方向に対して傾斜し、その中心軸方向に沿って連続的に配置されている螺旋状凸部を設けてもよい。この場合には、ローラ１の回転による冷却用媒体の進行をより精度よく制御することができ、より効果的に筒状部材２１を冷却することができる。
【００３７】
なお、上記凸部３０は、空間Ｓ内における筒状部材２１の内表面に非接触である。すなわち、凸部３０と空間Ｓ内における筒状部材２１の内表面との間には隙間が存在する。このように隙間が存在すると、ローラ１が回転して冷却用媒体の水圧が高まっても筒状部材２１を押し上げてしまうことがなく、筒状部材２１の外表面の円筒度を損なうことがないため、ワイヤ１５の走行が安定する。
【００３８】
本実施形態によるローラ１は、軸部材２２の材質が、例えば、ＳＵＪ２などのような高炭素クロム軸受鋼鋼材、Ｓ４５Ｃなどの機械構造用炭素鋼鋼材、又はＳＵＳ３０４若しくはＳＵＳ３０３のようなステンレス鋼の金属である。また、軸部材２２として、例えば、ＳＵＪ２などの高炭素クロム軸受鋼鋼材、又はＳ４５Ｃなどの機械構造用炭素鋼鋼材等の金属を使用する際には、錆の問題が発生するので、軸部材２２の表面に対して、クロムメッキなどの表面処理を行い、防錆対策を行うのが好ましい。
【００３９】
また、筒状部材２１の材質は、例えば、アルミナを主成分とするＺＴＡ（ジルコニア強化アルミナ）である。なお、アルミナを主成分とするとは、アルミナを例えば６０質量％以上含有していることをいう。ＺＴＡとは、主成分であるアルミナ中にジルコニア粒子を分散したセラミックスのことであり、一般的に、ジルコニア強化アルミナ（ＺｒＯ２−toughnend  Ａｌ２Ｏ３）、略してＺＴＡと呼ばれる。本実施形態によるローラ１は、好ましくは、ジルコニアを３質量％以上含有しており、さらに好ましくは２５％質量以上含有している。
【００４０】
ＺＴＡは、耐磨耗性および剛性の双方が比較的高い。よって、筒状部材２１がＺＴＡから形成されるとき、ワイヤ１５の走行によって筒状部材２１の外表面の磨耗量を小さくすることができるとともに、ワイヤ１５が巻き掛けられた際に、ローラ１が変形する変形量を小さくすることができる。また、ＺＴＡは、熱伝導率も比較的高いことから、筒状部材２１が、摩擦熱を蓄積して膨張することを抑制することができ、ローラ１の外表面に設けた溝の間隔が変動することを抑制することができる。
【００４１】
ＺＴＡにおけるアルミナの含有割合（質量％）、およびジルコニアの含有割合（質量％）は、例えば簡易的には蛍光Ｘ線装置を用いて、ＦＰ法半定量分析を行えばよい。さらに詳細に定量分析する場合は、アルカリ溶融後、塩酸溶液にて溶解して、原子吸光分析装置もしくはＩＣＰ（誘導結合プラズマ）分析装置等の装置を用いて定量分析すればよい。なお、筒状部材２２は、ワイヤ１５が巻き掛けられる表面が、少なくともＺＴＡで構成されていればよい。
【符号の説明】
【００４２】
１  メインローラ
２  溝
４、５  巻き取りドラム
８  ワーク支持手段
１０  ワイヤソー装置
１５  ワイヤ（ワイヤソー）
２１  筒状部材
２２  軸部材
２３  供給口
２４  外部供給口
２５  供給流路
２６  排出口
２７  排出流路
２８  外部排出口
Ｓ  空間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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